二氧化硅介电薄膜制备方法技术

本发明专利技术提供一种二氧化硅介电薄膜制备方法，所述二氧化硅介电薄膜制备方法依次包括在晶圆片上进行的溶液填充步骤、相转化步骤、水解步骤和最终处理步骤，其中，所述相转化步骤在相转化溶液中进行。本发明专利技术提供的二氧化硅介电薄膜制备方法充分利用了涂覆溶液的流动性，具有较高的间隙填充性能和工艺稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体而言涉及一种二氧化硅介电薄膜制备方法。
技术介绍
在半导体器件领域，通常使用化学气相沉积(CVD)工艺来形成诸如前道工序浅沟槽隔离(FEOLSTI)电介质、层间介质(ILD)电介质和后道工序(BEOL)中间层电介质的二氧化硅薄膜。化学气相沉积通过化学反应的方式，利用加热、等离子激励或光辐射等各种能源，在反应器内使气态或蒸汽状态的化学物质在气相或气固界面上经化学反应形成固态沉积物，并产生挥发性的副产品从界面表面离开。当前半导体器件尺寸不断微缩，传统的CVD过程在台阶覆盖、间隙填充和高-K材料沉积的性能上遭遇了瓶颈，特别是对20nm以下尺寸的生产来说，其需要填充更小更深的沟层，其对间隙填充和高-K材料沉积的性能要求更高。因此，传统的CVD过程已经不能够满足尺寸日益微缩的微电子集成电路工艺的需要。当前，研究集中于如何在沉积过程中将流动性最大化，流动式化学气相沉积过程能够运用在20nm以下的制程中，并具有较高的间隙填充性能和工艺稳定性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种使用相转化工艺的二氧化硅介电薄膜制备方法。一种二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述二氧化硅介电薄膜制备方法依次包括在晶圆片上进行的溶液填充步骤、相转化步骤、水解步骤和最终处理步骤，其中，所述相转化步骤在相转化溶液中进行。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述溶液填充步骤包括：配置正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液；将正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液均匀涂覆在晶圆片上。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液为溶解的正硅酸乙酯、N-甲基-2-吡咯烷酮及其中的添加剂的混合。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述溶解的正硅酸乙酯、N-甲基-2-吡咯烷酮及其中的添加剂的质量比为(20-100):100:(10-50)。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述N-甲基-2-吡咯烷酮中的添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、丙酮、分子量为400-1000的聚乙二醇中的任意一种或其组合。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述均匀涂覆使用适当的旋转速度进行。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述均匀涂覆过程中使用氮气或惰性气体加压。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述相转化步骤包括将涂覆溶液的晶圆片浸入相转化溶液；在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述相转化溶液由水和氨组成，PH值为8-10。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述相转化溶液由水和盐酸组成，或由水和硝酸组成，PH值为2-4。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述水解步骤在相转化过程进行中及相传化过程完成后进行，并在水解步骤结束后移除相转化溶液并清洁晶圆片表面。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述最终处理步骤依次包括：在真空环境下以500℃-700℃加热30分钟；在氧气环境下以200℃-400℃加热30分钟。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述二氧化硅介电薄膜的厚度通过溶液厚度以及正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液中的正硅酸乙酯浓度进行调节。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述二氧化硅介电薄膜的内部结构、孔隙度、孔洞尺寸和孔洞结构通过正硅酸乙酯浓度、添加剂种类和添加剂浓度、和相转化溶液温度进行调节。在本专利技术的一个实施例中，所述的二氧化硅介电薄膜制备方法的特征在于，所述二氧化硅介电薄膜的结构通过在基本相转化溶液中使用不同的酸进行选择。综上所述，本专利技术充分利用TEOS-NMP溶液对浅槽隔离沟道进行填充并进行相转化，通过水解步骤和最终处理完成二氧化硅介电薄膜的制备，克服了现有技术中介电薄膜填充不充分的不足，具有较高的间隙填充性能和工艺稳定性。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1A示出了根据本专利技术一个实施例的浅沟槽隔离沟道。图1B示出了根据本专利技术一个实施例的将正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液涂覆在晶圆片的浅沟槽隔离沟道上的示意图。图1C示出了根据本专利技术一个实施例的相转化过程和水解过程环境的示意图；以及图1D示出了根据本专利技术一个实施例的进行最终处理后的多孔结构示意图。图2示出了根据本专利技术一个实施例的使用相转化工艺的二氧化硅介电薄膜制备方法的流程图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。为了彻底理解本专利技术，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本专利技术提出的技术方案。本专利技术的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本专利技术还可以具有其他实施方式。集成电路器件的特征尺寸进入深亚微米时代后，由于性能等方面的影响，浅沟槽隔离(STI)技术取代了在漏电流、平坦化、高温再分布等方面有缺陷的传统本征氧化隔离技术。STI技术通常用于0.25μm以下的工艺，通过利用氮化硅等掩膜，经过淀积、图形化、刻蚀硅等过程后形成槽，并在槽中填充淀积氧化物，用于与硅隔离。在STI工艺中，主要包括槽刻蚀过程、填充过程和平坦化过程。其中，槽刻蚀过程首先需要生长隔离氧化层，优选在硅的表面生长一层厚度约为150埃的氧化层，可以作为隔离层保护衬底在后期去除氮化物的过程中免受化学玷污；随后在表面生长薄层氮化硅，有助于在后期氧化物淀积过程中进行保护，也可以充当抛光的阻挡材料；完成生长氧化层和氮化硅薄层后就可以开始掩膜，并对其进行刻蚀，理想刻蚀后的沟壑形状为正梯形，正梯形两侧的倾斜度范围为75-89度。在槽刻蚀过程完成后即可进行填充过程。填充过程主要分为两个过程，第一个过程为沟槽衬垫氧化物，优选为氧化硅，即硅片需要再次清洗和去氧化物等清洗工艺后，在高温下在暴露的隔离槽侧壁上生长厚度约为150埃的氧化层，用以阻止氧分子向有源区扩散，同时该氧化层也会在后期改善硅与沟槽填充物之间的界面特性。第二个过程则为填充物填充过程。通常，STI工艺进行填充物填充过程时主要使用CVD来填充氧化物，其中，氧化物优选为二氧化硅。在随后的平坦化过程中，通常通过化学机械抛光和氮化物去除过程对所填充的氧化物进行处理。本专利技术所提供的使用相转化工艺的二氧化硅介电薄膜制备方法，主要用于STI工艺的填充物填充过程和后期平坦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述二氧化硅介电薄膜制备方法依次包括在晶圆片上进行的溶液填充步骤、相转化步骤、水解步骤和最终处理步骤，其中，所述相转化步骤在相转化溶液中进行。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述二氧化硅介电薄膜制备方法依次包括在晶圆片上进行的溶液填充步骤、相转化步骤、水解步骤和最终处理步骤，其中，所述相转化步骤在相转化溶液中进行。2.如权利要求1所述的二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述溶液填充步骤包括：配置正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液；将正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液均匀涂覆在晶圆片上。3.如权利要求2所述的二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯-N-甲基-2-吡咯烷酮溶液为溶解的正硅酸乙酯、N-甲基-2-吡咯烷酮及其中的添加剂的混合。4.如权利要求3所述的二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述溶解的正硅酸乙酯、N-甲基-2-吡咯烷酮及其中的添加剂的质量比为(20-100):100:(10-50)。5.如权利要求3-4中任一项所述的二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述N-甲基-2-吡咯烷酮中的添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、丙酮、分子量为400-1000的聚乙二醇中的任意一种或其组合。6.如权利要求2所述的二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述均匀涂覆使用适当的旋转速度进行。7.如权利要求2所述的二氧化硅介电薄膜制备方法，其特征在于，所述均匀涂覆过程中使用氮气或惰性气体加压。8.如权利要求1所述的二氧化硅介电薄膜制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘达，陈武佳，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31