專利名稱：氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)、氧化物薄膜填充方法及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)、氧化物薄膜填充方法、半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法，這些適用于具有高縱橫比溝槽的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體裝置的集成密度的增加(即，STI縱橫比變高)，用于元件隔離的淺溝槽隔離(STI)的寬度正在變窄。因此，已經(jīng)需要用于所討論的高縱橫比溝槽的無空隙縫隙填充過程。作為用于所討論的高縱橫比STI的縫隙填充過程，使用同時(shí)執(zhí)行薄膜形成和濺射刻蝕的高密度等離子體CVD(HDP-CVD)。
關(guān)于HDP-CVD以及結(jié)合了沉積和刻蝕的縫隙填充過程，請(qǐng)參考專利參考文獻(xiàn)1至6以及非專利文獻(xiàn)1等。
在HDP-CVD中，在沉積期間應(yīng)用了源RF和RF偏置。因此，可以在所討論的用于形成薄膜的物體上形成絕緣薄膜，并將離子引入用于形成薄膜的物體。源RF是用于通過在反應(yīng)室中分解氣體產(chǎn)生等離子體的高頻功率。RF偏置是用于將離子引入用于形成薄膜的物體的高頻功率。
絕緣薄膜沉積的同時(shí)，在所討論的HDP-CVD中，如上所述通過RF偏置由離子轟擊執(zhí)行濺射刻蝕。
在所討論的HDP-CVD中，可以在所討論的溝槽底部執(zhí)行薄膜形成，濺射在溝槽開口中產(chǎn)生的懸垂(overhang)部分。因此，在溝槽的開口封閉之前，可以在溝槽內(nèi)部填充絕緣薄膜。即，可以使用絕緣薄膜在沒有空隙的情況下填充所討論的溝槽。
關(guān)于本發(fā)明，同樣存在在溝槽中形成折射率為1.5至1.95的氧氮化硅薄膜的技術(shù)(專利參考文獻(xiàn)7)。
日本未經(jīng)審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2000-306992 日本未經(jīng)審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2003-31649[專利參考文獻(xiàn)3]日本授權(quán)專利號(hào)2995776[專利參考文獻(xiàn)4]日本未經(jīng)審查專利申請(qǐng)公開號(hào)Hei 10-308394[專利參考文獻(xiàn)5]日本未經(jīng)審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2003-37103[專利參考文獻(xiàn)6]日本未經(jīng)審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2003-203970[專利參考文獻(xiàn)7]日本未經(jīng)審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2001-35914[非專利文獻(xiàn)1]NANOCHIP TECHNOLOGY JOURNAL)，Vol2，2004年出版，p41-44。

發(fā)明內(nèi)容
然而，隨著半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)規(guī)則進(jìn)一步收縮(例如，當(dāng)制作65nm以后的裝置時(shí))，STI的縱橫比正變得更高。因此，當(dāng)縱橫比變得更高時(shí)，溝槽開口附近的懸垂的沉積速率將比溝槽底部的沉積速率更快。因此，無法實(shí)現(xiàn)在溝槽內(nèi)部的無空隙的縫隙填充。
為了降低溝槽開口附近的懸垂的沉積速率，可能需要使得RF偏置更高。然而，當(dāng)使得RF偏置變高時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)下面所示的問題。
第一個(gè)問題是由于薄膜形成材料的再沉積產(chǎn)生的空隙。
通過在溝槽的開口附近對(duì)所述懸垂進(jìn)行濺射刻蝕，來濺射形成所討論懸垂的薄膜形成材料。并對(duì)于溝槽內(nèi)部對(duì)所討論的被濺射的薄膜形成材料執(zhí)行再沉積。此處，當(dāng)RF偏置不是那么強(qiáng)時(shí)，所討論的薄膜形成材料的再沉積的量降低，并粘附在溝槽的較上側(cè)的部分。
然而，在高縱橫比STI的情況下，當(dāng)使得RF偏置如上所述那么高時(shí)，薄膜形成材料的再沉積形成在溝槽內(nèi)部開口處(幾乎直接位于當(dāng)前形成的懸垂的下面(圖8的附圖標(biāo)記10))，并且還增加了再沉積的量。因此，當(dāng)使RF偏置變高時(shí)，溝槽上部的沉積速率變高，而不是溝槽底部的沉積速率變高。因此，無法實(shí)現(xiàn)無空隙的縫隙填充(第一問題)。
第二問題是元件形成部分的肩部切割(shoulder cutting)。
通過RF偏置的濺射刻蝕的量隨著圖案密度的不同(圖案的光潔度和精細(xì)度之間的不同)而改變。因此，在其中通過HDP-CVD將溝槽密集形成部分和溝槽稀少形成部分混合的區(qū)域上沉積薄膜時(shí)，所討論的溝槽稀少形成部分的溝槽頂端被濺射地非常多，例如(肩部切割的產(chǎn)生，第二問題是指圖8中的附圖標(biāo)記11)。
因此，縱橫比高的溝槽的無空隙縫隙填充和溝槽頂端的肩部切割之間需要折衷。因此，從所討論的溝槽頂部的肩部切割的角度來看，使得RF偏置變高是不適當(dāng)?shù)摹?br> 根據(jù)上述每個(gè)問題，使得RF偏置變高都不是最好的方法。
另外，在專利參考文獻(xiàn)1所討論的方法中，對(duì)包含空隙的溝槽執(zhí)行了熱處理。藉此，所討論的發(fā)明目標(biāo)是消散空隙。然而，即使執(zhí)行了熱處理，但一旦形成空隙，要完全消滅將是非常困難的。由于需要延長的熱處理，因此這與制造過程的成本節(jié)省是背道而馳的。
根據(jù)專利參考文獻(xiàn)7中所討論的方法，在沒有空隙產(chǎn)生的情況下，在縱橫比高的溝槽內(nèi)部形成氧氮化硅薄膜是不可能的。
根據(jù)上面所述，期望的是，在不產(chǎn)生另外問題(即不增加RF偏置)的情況下，在沒有空隙的溝槽內(nèi)部能夠形成沒有空隙的絕緣薄膜，并且所討論的絕緣薄膜的形成方法是經(jīng)濟(jì)和切實(shí)可行的。
那么，本發(fā)明的目的在于一種填充氧化物薄膜的方法、一種能夠在沒有增加RF偏置的情況下在預(yù)定凹陷部分中使用經(jīng)濟(jì)和切實(shí)可行的方法形成沒有空隙的絕緣薄膜(氧化物薄膜)的半導(dǎo)體裝置的制造方法，此外還在于通過所討論的方法形成氧化物薄膜的填充結(jié)構(gòu)以及具有該氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)包括具有凹陷部分的基底，形成在凹陷部分并包括硅和氧的氧化物薄膜，其中氧化物薄膜至少部分包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求2所述的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)包括具有凹陷部分的基底，和形成在凹陷部分中且包含硅和氧的氧化物薄膜，其中氧化物薄膜至少部分包括折射率大于1.465的氧化硅薄膜區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求3所述的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)包括具有凹陷部分的基底，和形成在凹陷部分中且包含硅和氧的氧化物薄膜，其中氧化物薄膜至少部分包括同化學(xué)計(jì)量成分相比氧缺少的氧化硅薄膜區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求4所述的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)包括具有凹陷部分的基底，和形成在凹陷部分中且包含硅和氧的氧化物薄膜，其中氧化物薄膜至少部分包括同化學(xué)計(jì)量成分相比硅過剩的氧化硅薄膜區(qū)域。
根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置具有根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)。
根據(jù)權(quán)利要求13所述的氧化物薄膜填充方法包括步驟(X)在基底中形成凹陷部分，和(Y)在凹陷部分中形成包括硅和氧的氧化物薄膜，其中步驟(Y)是形成至少部分包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜的步驟。
根據(jù)權(quán)利要求14所述的氧化物薄膜填充方法包括步驟(A)在基底中形成凹陷部分，和(B)在凹陷部分中形成氧化物薄膜，其中步驟(B)包括步驟(B-1)根據(jù)O2/SiH4的流率比小于1.5的條件，使用等離子體CVD方法形成氧化物薄膜。
根據(jù)權(quán)利要求15所述的氧化物薄膜填充方法包括步驟(a)在基底中形成凹陷部分，和(b)在凹陷部分中形成氧化物薄膜，其中步驟(b)包括步驟(b-1)根據(jù)O2/SiH4的流率比小于2的條件，使用利用氫氣的等離子體CVD方法形成氧化物薄膜。
根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括通過根據(jù)權(quán)利要求13至15任一項(xiàng)所述的氧化物薄膜填充方法在基底層具有的凹陷部分中形成氧化物薄膜的步驟。
由于具有至少包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜，至少部分包括折射率大于1.465的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜，至少部分包括同化學(xué)計(jì)量成分相比氧缺少的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜，或者至少部分包括同化學(xué)計(jì)量成分相比在凹陷部分中硅過剩的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜，因此本發(fā)明的權(quán)利要求1至4中描述的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)可以提供在具有高縱橫比的凹陷部分中形成沒有空隙的氧化物薄膜的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)。
由于具有根據(jù)權(quán)利要求1至4的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)，因此根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置可以提供具有有效填充特性的上述氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
由于具有在凹陷部分形成至少部分包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜的步驟；根據(jù)O2/SiH4的流率比小于1.5的條件利用等離子體CVD方法形成氧化物薄膜的步驟；或者根據(jù)O2/SiH4的流率比小于2的條件，利用使用氫氣的等離子體CVD方法在凹陷部分中形成氧化物薄膜的步驟，因此權(quán)利要求13至15中所描述的氧化物薄膜填充方法可以在沒有空隙產(chǎn)生的情況下，在具有高縱橫比的凹陷部分中填充氧化物薄膜。
由于根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體裝置的制造方法具有通過根據(jù)權(quán)利要求13至15的氧化物薄膜填充方法在基底層具有的凹陷部分中形成氧化物薄膜的步驟，例如即使在具有高縱橫比的凹陷部分中形成氧化物薄膜，仍然可以形成確實(shí)沒有空隙的STI。


圖1至3是用于說明實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的步驟截面圖；圖4是其中示出了氧化硅薄膜折射率的改變狀態(tài)與O2/SiH4流率比改變狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖5至6是用于說明實(shí)施例1所涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的步驟截面圖；圖7是其中示出了O2/SiH4流率比與其中可能填充氧化物薄膜的縱橫比關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖8是示出了再沉積狀態(tài)和肩部切割的截面圖；圖9是示出了實(shí)施例2所涉及的每個(gè)步驟模式的流程圖；圖10至12是用于說明實(shí)施例2所涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的步驟截面圖；圖13是示出了其中通過執(zhí)行氧等離子體處理改變氧相對(duì)于硅的成分比狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖；圖14是用于說明執(zhí)行氧等離子體處理時(shí)的效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖。
圖15是示出了實(shí)施例4所涉及的每個(gè)步驟模式的流程圖；圖16至19是用于說明實(shí)施例4所涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法的步驟截面圖。
具體實(shí)施例方式
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在存在于基底前表面的凹陷部分(例如，溝槽等)形成氧化硅薄膜時(shí)，通過降低氧(O2)和硅烷(SiH4)的流率比(＝O2/SiH4)，形成臺(tái)階(step)覆蓋優(yōu)越的薄膜。發(fā)明人認(rèn)為這是由于用于薄膜形成的前驅(qū)物的粘附概率降低了。
此處，通過降低流率比形成的氧化硅薄膜富硅。換句話講，所討論的氧化硅薄膜的折射率將超過1.465。在所討論的氧化硅薄膜中，同化學(xué)計(jì)量成分相比氧缺少。換句話講，在所討論的氧化硅薄膜中，同化學(xué)計(jì)量成分相比硅過剩。
化學(xué)計(jì)量的氧化硅薄膜(具有化學(xué)計(jì)量成分)的折射率大約為1.465。折射率的測(cè)量波長為633nm。
下文中，將根據(jù)實(shí)施例中示出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及附圖具體描述本發(fā)明。
(實(shí)施例1)涉及該實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方式使用步驟截面圖來進(jìn)行說明。
首先，以所討論的順序在硅襯底1(硅襯底可以理解為基底)上形成氧化物薄膜2和氮化硅薄膜3。
然后，對(duì)所討論的氧化物薄膜2、氮化硅薄膜3和硅襯底1執(zhí)行干法刻蝕過程，并將其構(gòu)圖成預(yù)定結(jié)構(gòu)。然后，使用所討論的氧化物薄膜2和氮化硅薄膜3作為掩膜，對(duì)硅襯底1執(zhí)行干法刻蝕。
通過上述步驟，如圖1所示，可以在硅襯底1的前表面中形成預(yù)定圖案的多個(gè)溝槽(該溝槽可以理解為凹陷部分)4。此處，所討論的溝槽4為用于元件隔離的溝槽。所討論的溝槽4的深度大約300nm至500nm，其寬度大約為100nm或者更小。
接著，如圖1所示，在形成溝槽4的內(nèi)壁和底面中形成氧化物薄膜5。此處，為了消除干法刻蝕情況下的損壞，形成所討論的氧化物薄膜5。
接著，將其中形成了所討論的溝槽4的硅襯底1安裝在高密度等離子體CVD(HDP-CVD)裝置中。并使用等離子體現(xiàn)象將所討論的硅襯底1加熱至大于等于400℃。
根據(jù)下列條件，在下面所討論的熱處理之后，接著在溝槽4中形成氧化硅薄膜6。圖2和圖3示出了所討論的氧化硅薄膜6的形成狀態(tài)。
此處，圖2是氧化硅薄膜6形成的中間狀態(tài)圖。圖3示出了氧化硅薄膜6形成完成的狀態(tài)圖。如圖3所示，氧化硅薄膜6填充在溝槽4中，并進(jìn)一步形成在硅襯底1上。
在執(zhí)行所討論的氧化硅薄膜6形成的同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程。
在源RF功率為4000-5000W、偏置RF功率為2000-4000W、流率比(＝O2/SiH4)小于1.5、使用O2/SiH4混合氣體的條件下，執(zhí)行氧化硅薄膜6的形成。即，在富硅的狀態(tài)中，在溝槽的內(nèi)部形成氧化硅薄膜6。
還在源RF功率為大約4000-5000W、偏置RF功率為大約2000-4000W、引入了氫氣且流率比(＝O2/SiH4)小于2.0(使用O2/SiH4/H2混合氣體)的條件下，執(zhí)行氧化硅薄膜6的形成。
即在兩種條件下，在富硅的狀態(tài)中，均在溝槽的內(nèi)部形成氧化硅薄膜6。
通過所討論的步驟形成氧化硅薄膜6是上述富硅的氧化硅薄膜。所討論的氧化硅薄膜6的折射率超過1.465。此處，折射率的測(cè)量波長大約為633nm。在所討論的氧化硅薄膜6的化學(xué)計(jì)量成分中，同穩(wěn)定狀態(tài)相比氧缺少。換句話講，在所討論的氧化硅薄膜6的化學(xué)計(jì)量成分中，同穩(wěn)定狀態(tài)相比硅過剩。
在圖4中示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果示出了流率比(＝O2/SiH4)與所形成的氧化硅薄膜6的折射率之間的關(guān)系。
如圖4所示，當(dāng)未引入氫氣且流率比(＝O2/SiH4)變得小于1.5時(shí)，氧化硅薄膜6的折射率將超過1.465(即，氧化硅薄膜6處于富硅的狀態(tài))。當(dāng)引入氫氣，流率比(＝O2/SiH4)變得小于2.0時(shí)，氧化硅薄膜6的折射率肯定將超過1.465(即，氧化硅薄膜6處于富硅的狀態(tài))。
接著，為了使硅襯底1的上表面平坦，對(duì)所討論的硅襯底1的上表面進(jìn)行CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)。所討論的CMP處理去除了硅襯底1上的氧化硅薄膜6。然后，通過濕法刻蝕去除氧化物薄膜2和氮化硅薄膜3。
因此，如圖5所示，在硅襯底1中存在溝槽4和目前僅在所討論的溝槽4中形成的氧化物薄膜5以及氧化硅薄膜6。即，在硅襯底1的前表面中形成了預(yù)定圖案的多個(gè)STI。
然后，如圖6所示，在硅襯底1上形成柵絕緣薄膜7和柵電極8。
如上所述，在該實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中，根據(jù)小于預(yù)定流率比(O2/SiH4＝1.5或者2)的條件在溝槽(凹陷部分)4中形成氧化硅薄膜6。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沒有引入氫氣時(shí)，如上所述，通過使得流率比(＝O2/SiH4)小于1.5，氧化硅薄膜6的填充特性得到改善。當(dāng)引入氫氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)的是，通過使得流率比(＝O2/SiH4)小于2.0，氧化硅薄膜6的填充特性得到改善。
圖7為示出所討論事實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。在圖7中，垂直軸為溝槽4的縱橫比(任意單位)，水平軸為流率比(＝O2/SiH4)。圖7是在引入氫氣時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
如圖7所示，當(dāng)流率比(＝O2/SiH4)從預(yù)定值降低(即小于2)時(shí)，可以無空隙填充氧化硅薄膜6的溝槽4的縱橫比得到突飛猛進(jìn)的改善。
因此，通過采用本實(shí)施例中所討論的方法，在沒有增加等離子體CVD裝置的RF偏置的情況下，可以在溝槽4(凹陷部分)中形成沒有空隙的氧化硅薄膜6。
因而，由于不存在增加RF偏置的需求，因此可以阻止溝槽4開口附近的再沉積(圖8的附圖標(biāo)記10)。還可以阻止溝槽4的上部中的肩部切割(圖8的附圖標(biāo)記11)。
在該實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置的制造方法中形成氧化硅薄膜6，抑制了空隙的產(chǎn)生。即，不需要像產(chǎn)生空隙的專利參考文獻(xiàn)1所涉及的制造方法那樣在溝槽內(nèi)部形成絕緣薄膜之后進(jìn)行長時(shí)間處理以消除所討論的空隙。
因此，該實(shí)施例所涉及的技術(shù)比專利參考文獻(xiàn)1的發(fā)明更加實(shí)用并且也更加經(jīng)濟(jì)。
如上所述，一旦產(chǎn)生空隙，通過后面的過程很難消除。然而，在該實(shí)施例中形成了氧化硅薄膜6，阻止了如上所述的空隙的產(chǎn)生。即，當(dāng)完成將氧化硅薄膜6形成至溝槽4時(shí)，在所討論的氧化硅薄膜6中沒有產(chǎn)生空隙。
根據(jù)上面所述，通過采用該實(shí)施例涉及的制造方法，可以更加確定地形成其中不存在空隙的STI(例如，這與專利參考文獻(xiàn)1不同)。
當(dāng)采用了該實(shí)施例所涉及的半導(dǎo)體裝置制造方法時(shí)，所形成的氧化硅薄膜6將會(huì)處于上述的富硅狀態(tài)(換句話講，流率比(＝O2/SiH4)降低地越多，氧化硅薄膜6的折射率從1.465增加地越多，參考圖4)。當(dāng)從所討論的富硅狀態(tài)的另一觀點(diǎn)考慮時(shí)，可以說同化學(xué)計(jì)量成分相比氧缺少，或者同化學(xué)計(jì)量成分相比硅過剩。
在上述氧化硅薄膜6形成的過程中，可以使氟包含在原料氣體中(即，在溝槽4中形成氧化硅薄膜的形成中間，同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程)。例如，可將SiF4和NF3加入至原料氣體中。
因此，在氧化硅薄膜6的薄膜形成的同時(shí)，通過包含氟還執(zhí)行了通過氟基的刻蝕過程。因此，通過將上述流率比(＝O2/SiH4)降低的條件以及將氟包含在原料氣體內(nèi)部的條件結(jié)合起來，可以進(jìn)一步改進(jìn)氧化硅薄膜6向溝槽4的填充。
當(dāng)將氟包含在原料氣體中時(shí)，在所形成的氧化硅薄膜6中也包含了一點(diǎn)氟。
如上所述，當(dāng)將NF3加入至原料氣體中時(shí)，在所形成的氧化硅薄膜6中除氟以外還包含了一點(diǎn)氮。
在氧化硅薄膜6形成中，可以使得氫和氦包含在原料氣體中(即，在溝槽4中形成氧化硅薄膜6的形成中間，同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程)。
因此，通過包含氫或者氦，通過使用所討論的質(zhì)量小的氫或者氦執(zhí)行溝槽4開口附近形成的懸垂的濺射過程。因此，對(duì)溝槽中的上部進(jìn)行薄膜(對(duì)該薄膜已經(jīng)進(jìn)行了濺射)再沉積。即，可以更加抑制溝槽4的開口附近(具體的，直接在該懸垂下部)的薄膜(對(duì)該薄膜已經(jīng)進(jìn)行了濺射)再沉積。
此處，當(dāng)使用氫時(shí)，流率比(＝O2/SiH4)小于2.0。
在氧化硅薄膜6形成中，可以使得氬包含在原料氣體中(即，在溝槽4中形成氧化硅薄膜6的形成中間，同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程)。
因此，通過包含氬，可以形成氧化硅薄膜6(考慮到濺射過程更加重要)。
通過采用O2/SiH4/He混合氣體、O2/SiH4/He/H2混合氣體、O2/SiH4/Ar混合氣體、O2/SiH4/He/Ar混合氣體、O2/SiH4/Ar/H2混合氣體或者O2/SiH4/He/Ar/H2混合氣體作為原料氣體，可以使得氬、氫或者氦包含在原料氣體中。
通過將氟(例如SiF4、NF3等)包括在上述實(shí)例清單給出的混合氣體中，還可以具有上述刻蝕作用。
(實(shí)施例2)在實(shí)施例1中，參考了通過一個(gè)步驟形成氧化硅薄膜6的步驟。然而，可以根據(jù)不同條件，通過多個(gè)薄膜形成步驟在溝槽4中形成氧化物薄膜(該氧化物薄膜至少部分包含實(shí)施例1所說明的結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域)。
該實(shí)施例說明了根據(jù)不同條件，通過多個(gè)薄膜形成步驟在溝槽4中形成氧化物薄膜的情況。
圖9為示出了該實(shí)施例涉及的半導(dǎo)體制造裝置(具體地，氧化物薄膜的形成方法)的變型的流程圖。
圖9的步驟模式(a)是通過一個(gè)步驟在溝槽4中形成氧化物薄膜(氧化硅薄膜6)的情況(在一個(gè)薄膜形成的條件下)。此處，如實(shí)施例1所說明的，將薄膜形成步驟時(shí)的流率比(＝O2/SiH4)設(shè)置為小于預(yù)定值(1.5或者2)。實(shí)施所討論的氧化物薄膜的形成，同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程。
圖9的步驟模式(b)是同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程形成氧化物薄膜(至少部分包含實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜)的步驟。步驟模式(b)是改變所討論薄膜形成時(shí)的流率比(＝O2/SiH4)的值，氧化物薄膜形成在溝槽4中的情況。
在步驟模式(b)中，至少在第一步驟時(shí)，流率比(＝O2/SiH4)需要小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比小于2.0)。這是因?yàn)?，在填充的初始階段，最需要填充特性的改善。
因此，在步驟模式(b)，可以在流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比小于2.0)的條件下，僅執(zhí)行第一填充(從溝槽4底部至預(yù)定深度的填充)步驟，而在流率比(＝O2/SiH4)大于等于1.5情況下(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比大于等于2.0)，執(zhí)行隨后的填充步驟。
在步驟模式(b)中，可以在流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比小于2.0)的條件下，實(shí)施從第一填充至中間多次填充的步驟(從溝槽4底部至預(yù)定深度的填充)，而在流率比(＝O2/SiH4)大于等于1.5情況下(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比大于等于2.0)，執(zhí)行所討論的中間多次填充步驟之后的填充步驟。
在上述任何情況下，因此希望的是，隨著填充步驟的次數(shù)增加使得流率比(＝O2/SiH4)增加(即，隨著填充從溝槽(凹陷部分)4底部接近開口)。
這是由于，通過這樣隨著填充步驟從氧化物薄膜(至少部分包含實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜)的底部朝著上層執(zhí)行填充，可以使得所討論的氧化物薄膜接近化學(xué)計(jì)量(其中化學(xué)計(jì)量成分穩(wěn)定的成分)(換句話講，可以使得氧化物薄膜的折射率接近1.465(或者等于1.465))。
如上所述，作為所討論的步驟模式(b)的結(jié)果所形成的氧化物薄膜至少部分包括富硅的氧化物薄膜區(qū)域(或者折射率超過1.465，或者同化學(xué)計(jì)量成分相比氧缺少，或者同化學(xué)計(jì)量成分相比硅過剩)。尤其是，在溝槽(凹陷部分)4的底部中形成了所討論的實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域。
在圖9中，僅示出了步驟模式(b)的兩個(gè)薄膜形成步驟。然而，本質(zhì)上，步驟的數(shù)目超過兩個(gè)。
圖9的步驟模式(C)是同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程形成氧化物薄膜(至少部分包含實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜)的步驟，并且是改變?yōu)R射速率和沉積速率的比率，氧化物薄膜形成在溝槽4中的情況。
此處，流率比(＝O2/SiH4)可以在討論的步驟模式(c)中改變(換句話講，可以固定該流率比使其小于預(yù)定流率比(2或者1.5))。然而，為改變流率比(＝O2/SiH4)，在薄膜形成的其中一個(gè)步驟中，在多次的薄膜形成步驟之間需要包括其流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比小于2.0)的步驟。
特別地，為改變流率比(＝O2/SiH4)，至少需要第一步驟的流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比小于2.0)。這是由于在填充的初始階段最需要填充性能的改善。
如上面提到的(特別是在溝槽底部(凹陷部分)4形成所討論實(shí)施例1結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域)，通過所討論條件的流率比(＝O2/SiH4)形成的氧化物薄膜的區(qū)域是富硅的氧化硅薄膜區(qū)域(或者是折射率超過1.465，或者是相對(duì)于化學(xué)計(jì)量成分來講氧缺少，或者相對(duì)于化學(xué)計(jì)量成分來講硅過剩)。
通過步驟模式(c)，當(dāng)具體地從溝槽的底部(凹陷部分)4接近開口時(shí)，濺射速率與沉積速率的比值降低。
這是因?yàn)樵谏鲜鲅趸锉∧さ谋∧ば纬芍校?dāng)上述氧化物薄膜在溝槽4中形成一定數(shù)量的深度時(shí)，從薄膜形成初始階段中開口封閉的角度來看，在靠近溝槽4的開口附近進(jìn)行濺射被認(rèn)為是重要的，另一方面，從沉積速率提高的角度來看，沉積過程是重要的。
在圖9中僅僅示出了步驟模式(c)的兩個(gè)薄膜形成步驟。然而，很自然的是步驟數(shù)量超過這里給出的步驟數(shù)量。
圖9的步驟模式(d)是這樣的步驟，其中形成氧化物薄膜(所述氧化物是至少部分包括實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域)，同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程，并且是在溝槽4中形成所討論氧化物薄膜的中間單獨(dú)執(zhí)行刻蝕過程步驟。
這里，在所討論的步驟模式(d)中可以改變流率比(＝O2/SiH4)(換句話說，所述流率比可以固定在小于預(yù)定流率比(1.5或者2))。然而為改變流率比(＝O2/SiH4)，在薄膜形成步驟的其中一個(gè)步驟中，在多次薄膜形成步驟之間需要包括其流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，其流率比小于2.0)的步驟。
特別地，為改變流率比(＝O2/SiH4)，至少需要第一步驟的流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，流率比小于2.0)。這是由于在填充的初始階段最需要填充性能的改善。
如上面提到的(特別是在溝槽底部(凹陷部分)4形成所討論實(shí)施例1結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域)，通過所討論條件的流率比(＝O2/SiH4)形成的氧化物薄膜的區(qū)域是富硅的氧化硅薄膜區(qū)域(或者是折射率超過1.465，或者是相對(duì)于化學(xué)計(jì)量成分來講氧缺少，或者相對(duì)于化學(xué)計(jì)量成分來講硅過剩)。
如圖9所示，在將上述氧化物薄膜形成至溝槽(凹陷部分)4一半的深度后，對(duì)于步驟模式(d)，中斷所討論的薄膜形成過程，并獨(dú)立地執(zhí)行刻蝕過程。
在靠近溝槽4的開口處，具體執(zhí)行所討論的刻蝕過程。并且，在執(zhí)行了所討論的刻蝕過程預(yù)定時(shí)間之后，重新開始對(duì)溝槽4的上述氧化物薄膜的薄膜形成過程。這樣，通過步驟模式(d)，通過重復(fù)和執(zhí)行薄膜形成以及氧化物薄膜的刻蝕，在溝槽4中形成上述氧化物薄膜。
如上所述，在氧化物薄膜的形成中間，通過在靠近溝槽4的開口處單獨(dú)執(zhí)行刻蝕過程，可以在氧化物薄膜完全形成在溝槽4之前進(jìn)一步抑止開口附近的封閉。
在上述描述中，參考了在按照依次順序執(zhí)行薄膜形成和氧化物薄膜刻蝕情況的步驟模式(d)。
然而，例如，在執(zhí)行改變流率比(＝O2/SiH4)的多次薄膜形成過程之后，可以單獨(dú)執(zhí)行上述刻蝕過程，在諸如步驟模式(b)所討論的刻蝕過程之后，還可再重新開始薄膜形成過程。
此外，例如，在執(zhí)行改變?yōu)R射過程和沉積過程的比率的多次薄膜形成過程之后，可以單獨(dú)執(zhí)行上述刻蝕過程，并且在諸如步驟模式(c)所討論的刻蝕過程之后，還可再重新開始薄膜形成過程。
在圖9中，通過步驟模式(d)示出了在它們之間執(zhí)行的僅僅兩次薄膜形成步驟和一次刻蝕步驟。然而，很自然的是，薄膜形成步驟的次數(shù)和刻蝕步驟的次數(shù)可以超出此處給出的次數(shù)。
如上所述，通過采用步驟模式(b)，可以將溝槽4上部附近的氧化物薄膜制成化學(xué)計(jì)量(所述化學(xué)計(jì)量是其中化學(xué)計(jì)量成分穩(wěn)定的成分)(或者是更接近化學(xué)計(jì)量的成分)。
因此，即使柵電極形成在STI上(所述STI包括如實(shí)施例3可能說明的上述結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜)，仍然可以抑止柵電流泄漏至氧化物薄膜中。同樣，當(dāng)移除硅襯底1等上的氧化物薄膜并執(zhí)行用于平坦化所談?wù)摰墓枰r底1上表面的CMP處理時(shí)，可以根據(jù)現(xiàn)有的CMP條件(化學(xué)計(jì)量的氧化硅薄膜)執(zhí)行所討論的CMP處理。即，可以防止CMP條件的改變。
通過采用步驟模式(c)，例如，當(dāng)從溝槽4的底部接近開口時(shí)，可以從嚴(yán)重關(guān)注的濺射工藝條件轉(zhuǎn)移至嚴(yán)重關(guān)注的沉積工藝條件。因此，可以更加有效地填充上述結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜，上述結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜在溝槽4中并沒有包括空隙。
通過采用步驟模式(d)，在上述結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜完全形成在溝槽4中之前，可以更加抑止所討論開口附近的封閉。
當(dāng)從溝槽4底部執(zhí)行分為多次的薄膜形成過程至少至預(yù)定深度時(shí)，在流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，其流率比小于2.0)的條件下，上述結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜形成至到達(dá)溝槽4中部。
即，在溝槽4的縱橫比最高的狀態(tài)下，采用上述條件的流率比。因此，如實(shí)施例1所解釋的，在所討論的縱橫比最高的情況下，在填充性能最好的條件下，在溝槽4中形成了所討論的氧化物薄膜。
(實(shí)施例3)如每個(gè)上述實(shí)施例所解釋的，假設(shè)僅在流率比(＝O2/SiH4)小于1.5(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體時(shí)，其流率比小于2.0)的條件下，在溝槽4中形成氧化物薄膜。那么，在溝槽4中的氧化物薄膜和硅襯底1上的氧化物薄膜轉(zhuǎn)化為上述實(shí)施例1所討論結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜6。
假設(shè)柵電極8形成在具有圖6所示的所討論結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜6上。那么，在半導(dǎo)體裝置的操作時(shí)，存在漏電流從所討論的柵電極8泄漏到STI中的可能性。
為對(duì)具有上述實(shí)施例1所解釋結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜6執(zhí)行CMP處理，需要根據(jù)氧化硅薄膜6的結(jié)構(gòu)(成分)改變CMP條件。這是由于，當(dāng)實(shí)施例1所解釋結(jié)構(gòu)的氧化物薄膜6在CMP條件下被拋光成具有化學(xué)計(jì)量(化學(xué)計(jì)量的成分是穩(wěn)定的)的氧化硅薄膜時(shí)，由于拋光速率的不同導(dǎo)致在氮化硅薄膜3上出現(xiàn)未拋光部分。
當(dāng)改變CMP條件時(shí)，除了所討論的CMP條件已經(jīng)正確建立的情況之外，否則CMP處理無法正常執(zhí)行。即，所討論的CMP條件改變是非常困難的。
本實(shí)施例是根據(jù)上述情況所產(chǎn)生的實(shí)施例。下文中將說明涉及該實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
通過給出實(shí)施例1所說明的氧化硅薄膜6的形成步驟，如圖3所示，在硅襯底1上形成氧化硅薄膜6使得氧化硅薄膜6可以填充溝槽4。
此處，如實(shí)施例1所說明的，當(dāng)沒有包括氫時(shí)，在流率比(＝O2/SiH4)小于1.5的條件下，執(zhí)行氧化硅薄膜6的形成。當(dāng)包括氫(當(dāng)使用O2/SiH4/H2混合氣體)時(shí)，在流率比(＝O2/SiH4)小于2.0的條件下，形成氧化硅薄膜6。
作為原料氣體，如實(shí)施例1，可以使用O2/SiH4/He混合氣體、O2/SiH4/He/H2混合氣體、O2/SiH4/Ar混合氣體、O2/SiH4/He/Ar混合氣體、O2/SiH4/Ar/H2混合氣體、O2/SiH4/He/Ar/H2混合氣體、在上述實(shí)例中列出的混合氣體中包含有氟(例如SiF4、NF3等)的混合氣體。
采用每種混合氣體時(shí)的效果與實(shí)施例1中已經(jīng)說明的效果一樣。
接著，在其中形成了上述氧化硅薄膜6(薄膜形成)的等離子體CVD裝置中，對(duì)其上形成有所討論的氧化硅薄膜6的硅襯底1執(zhí)行氧等離子體處理。此處，在源RF功率為2000-4000W、氧(O2)流率為200sccm的條件下執(zhí)行所討論的氧等離子體處理。使用氧離子或者氧基執(zhí)行所述的氧等離子體處理。
通過所討論的氧等離子體處理，如圖10所示，可以在氧化硅薄膜6的前表面形成氧化區(qū)域20。形成所討論的氧化區(qū)域直到執(zhí)行CMP處理的區(qū)域，期望的是直到接近STI的上部(接近溝槽4的開口)。
在所討論的氧等離子體處理之后，對(duì)其中形成了氧化區(qū)域20的氧化硅薄膜6執(zhí)行CMP處理。通過CMP處理，如圖11所示，執(zhí)行了硅襯底1的上表面的平坦化，并且在所討論的硅襯底1的前表面中完成了多個(gè)STI。此處，在所討論的CMP處理之后通過濕法刻蝕過程移除氧化物薄膜2和氮化硅薄膜3。
如圖12所示，在對(duì)所討論的氧化物薄膜2和所討論的氮化硅薄膜3執(zhí)行上述過程之后，在硅襯底1上形成柵絕緣薄膜7和柵電極8。
如上所述，在該實(shí)施例中，已經(jīng)對(duì)硅襯底1執(zhí)行了氧等離子體處理。因此，至少在接近氧化硅薄膜6的前表面，與執(zhí)行等離子體氧化過程之前的條件相比，氧和硅的成分比上升。即，在氧化硅薄膜6中形成了氧比率上升的氧化區(qū)域20。
此處，圖13為示出了通過執(zhí)行氧等離子體處理，氧化硅薄膜6中的氧和硅的成分比上升情況的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)例。在圖13中，水平軸為深度，垂直軸為O/Si成分比。由于圖13使用了定性說明，因此省略了單位。在圖13中，水平軸的左端等效于前表面的最大值。
如圖13所示，在通過實(shí)施例1描述的方法形成氧化硅薄膜6之后，通過執(zhí)行上述氧等離子體處理，至少在氧化硅薄膜6的前表面附近中氧和硅的成分比升高。點(diǎn)劃線為未執(zhí)行氧等離子體處理情況下的數(shù)據(jù)。
氧和上述硅的成分比升高示出了在氧化硅薄膜6中形成的氧化區(qū)域20接近化學(xué)計(jì)量(所述化學(xué)計(jì)量是其中化學(xué)計(jì)量成分穩(wěn)定的成分)(或者就是化學(xué)計(jì)量)。
由于，通過這種方法至少在前表面附近中形成化學(xué)計(jì)量(具有接近該化學(xué)計(jì)量的成分)STI(氧化區(qū)域20)，因此，即使柵電極8形成在所討論的STI上，在半導(dǎo)體裝置操作時(shí)仍可抑止漏電流從所討論的柵電極8流至STI。根據(jù)實(shí)驗(yàn)也可確定這一點(diǎn)。
圖14為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其中示出了在低于預(yù)定流率比(＝O2/SiH4＝1.5或者2)的條件下形成氧化硅薄膜6之后，執(zhí)行了該實(shí)施例的氧等離子體處理的情況下和未執(zhí)行氧等離子體處理的情況下的差別。在圖14中，垂直軸為漏電流(任意單位)。圖14為示出漏電流相對(duì)比較關(guān)系。
如圖14所示，在執(zhí)行了該實(shí)施例中描述的氧等離子體處理的情況下，從后來形成的柵電極8流至STI的漏電流量大幅減少。
如上述描述的，至少STI(具有氧化區(qū)域20的氧化硅薄膜6)上部的成分(即，所討論的氧化區(qū)域20的成分)變?yōu)榛瘜W(xué)計(jì)量(或者成分接近化學(xué)計(jì)量)。因此，可以維持從以前至當(dāng)前實(shí)施的化學(xué)計(jì)量的氧化硅薄膜的CMP條件。即，可以在不改變CMP條件的情況下，執(zhí)行具有所討論的氧化區(qū)域20的氧化硅薄膜6的CMP。
很自然的是，通過該實(shí)施例所涉及的制造方法形成的氧化硅薄膜6具有實(shí)施例1所說明的效果。
由于上述每種效果均示出，為得到所討論的每種效果，需要至少通過該實(shí)施例所涉及的氧等離子體處理執(zhí)行溝槽(凹陷部分)4開口附近的氧化硅薄膜6的等離子體氧化。即，需要至少在溝槽(凹陷部分)4開口附近的氧化硅薄膜6中形成氧化區(qū)域20。
該實(shí)施例所涉及的氧等離子體處理在與形成氧化硅薄膜6的等離子體裝置相同的裝置中執(zhí)行。因此，簡化了制造過程。
由于應(yīng)當(dāng)使用其中至少包括氧的氣體執(zhí)行氧等離子體處理，因此沒有必要僅限制于氧氣。
(實(shí)施例4)在實(shí)施例3中，參考了在使用實(shí)施例1的制造方法形成了氧化硅薄膜6之后執(zhí)行氧等離子體處理的情況。而本實(shí)施例說明了在使用實(shí)施例2所涉及的每種制造方法形成氧化物薄膜(至少部分包括實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜)之后執(zhí)行氧等離子體處理(或者還包括在薄膜形成中間)的情況。
圖15為示出了該實(shí)施例涉及的半導(dǎo)體制造裝置(具體地，所討論的氧化物薄膜的形成方法和所討論的氧化物薄膜的氧化方法)的各種變型的流程圖。
圖15的步驟模式(a)為在一個(gè)步驟中(在一個(gè)薄膜形成條件下)在溝槽4中形成氧化硅薄膜6，實(shí)施例3所說明的形成氧化硅薄膜6之后對(duì)氧化硅薄膜6執(zhí)行氧等離子體處理的情況。此處執(zhí)行了氧化硅薄膜6的形成，同時(shí)執(zhí)行了沉積過程和濺射過程。
圖15的步驟模式(b)為在通過實(shí)施例1中描述的方法形成氧化物薄膜(氧化硅薄膜6)時(shí)，同時(shí)執(zhí)行沉積過程和濺射過程的步驟。
步驟模式(b)為中斷氧化物薄膜的薄膜形成，通過實(shí)施例3所說明的氧等離子體處理來氧化薄膜形成中的氧化物薄膜(即，形成氧化區(qū)域20)的情況，如圖16至18所示。在薄膜形成過程中的氧化物薄膜的氧化(即，氧化區(qū)域的形成)次數(shù)和氧化物薄膜的薄膜形成次數(shù)不受到圖中步驟模式(b)所描述次數(shù)的限制。
順便說明，在圖18示出的結(jié)構(gòu)中，對(duì)所討論的硅襯底1的上表面執(zhí)行CMP 平坦化硅襯底1的上表面。所討論的CMP移除了硅襯底1上的氧化區(qū)域20。然后通過濕法刻蝕過程，移除氧化物薄膜2和氮化硅薄膜3。然后如圖19所示，在硅襯底1上形成柵絕緣薄膜7和柵電極8。
回到我們的描述，圖15的步驟模式(c)是在圖9的步驟模式(b)中，在所討論的氧化物薄膜(該氧化物薄膜至少部分包含實(shí)施例1所說明的結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域)的薄膜形成完成之后，在薄膜形成的中間添加對(duì)氧化物薄膜執(zhí)行實(shí)施例3中說明的氧等離子體處理的情況，其中改變了流率比(＝O2/SiH4)的值。
對(duì)于圖15的步驟模式(c)所討論的絕緣薄膜的氧化和絕緣薄膜的薄膜形成步驟，沒有要限制圖19中示出的次數(shù)的意思。將氧化步驟引入薄膜形成步驟的時(shí)間可以任意選擇。
圖15的步驟模式(d)是在圖9的步驟模式(c)中，在氧化物薄膜的薄膜形成完成之后，在氧化物薄膜的薄膜形成中間添加了實(shí)施例3中說明的氧等離子體處理的情況，在所述圖9的步驟模式(c)中改變了濺射速率與沉積速率的比率。
對(duì)于圖15的步驟模式(d)的薄膜形成和氧化步驟，沒有要限制當(dāng)前示出的次數(shù)的意思。將氧化步驟引入薄膜形成步驟的時(shí)間可以任意選擇。
圖15的步驟模式(e)或者(f)是在圖9的步驟模式(d)中，在氧化物薄膜的薄膜形成完成之后，在氧化物薄膜的薄膜形成中間添加了實(shí)施例3中說明的氧等離子體處理的情況，在所述圖9的步驟模式(d)分別給出了在氧化物薄膜的薄膜形成中間的刻蝕步驟。如圖15所示，步驟模式(e)和步驟模式(f)給出氧化步驟和刻蝕步驟的時(shí)刻不同。例如，在圖15的步驟模式(f)中，在刻蝕步驟之后給出了氧化步驟。
對(duì)于圖15的步驟模式(e)和(f)的薄膜形成、氧化和刻蝕步驟，并沒有要限制當(dāng)前所示出的次數(shù)的意思。將氧化步驟和刻蝕步驟引入薄膜形成步驟的時(shí)間可以任意選擇。
在圖15中所示出的每個(gè)步驟模式中，通過執(zhí)行氧等離子體處理，在氧化物薄膜的前表面中和氧化物薄膜的內(nèi)部形成氧化區(qū)域。此處，所討論的氧化區(qū)域的成分為化學(xué)計(jì)量(其化學(xué)計(jì)量成分是穩(wěn)定的氧化硅薄膜)，或者接近所討論的化學(xué)計(jì)量的成分。實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域至少部分包含在氧化物薄膜中。
如上所述，在本實(shí)施例所涉及的制造方法中，不僅在氧化物薄膜的前表面附近，而且在所討論的氧化物薄膜的內(nèi)部，均形成化學(xué)計(jì)量(成分接近化學(xué)計(jì)量)的氧化硅薄膜。
因此，可以更加抑止實(shí)施例3中所說明的漏電流的產(chǎn)生。同所討論的氧化物薄膜的內(nèi)部沒有氧化的情況相比，改善了所討論的氧化物薄膜內(nèi)部(STI)的絕緣。
在該實(shí)施例所涉及的制造方法中，很自然可以得到實(shí)施例2中說明的效果。
當(dāng)在溝槽4中完全形成氧化物薄膜之后，如實(shí)施例3那樣最后執(zhí)行氧等離子體處理，當(dāng)然，還可以得到如實(shí)施例3所說明的相同的效果。
在每個(gè)上述實(shí)施例中，參考了在STI形成情況下應(yīng)用涉及每個(gè)實(shí)施例的制造方法的情況。然而，當(dāng)在基底中形成凹陷部分以及在所討論的凹陷部分中填充氧化物薄膜時(shí)，例如晶體管的柵電極之間、上導(dǎo)線等之間的夾層絕緣薄膜，每個(gè)實(shí)施例所涉及的制造方法都可以應(yīng)用。特別地，當(dāng)凹陷部分的縱橫比為高時(shí)，本發(fā)明的應(yīng)用變得更加有效。
在每個(gè)上述實(shí)施例中，參考了在形成氧化物薄膜時(shí)，使用HDP-CVD裝置的情況，所述氧化物薄膜在溝槽(凹陷部分)4中至少部分包括實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域。然而，通常還可以使用等離子CVD裝置在溝槽(凹陷部分)4中形成至少部分包括實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜。
上面，使用了包括O2和SiH4的氣體系統(tǒng)形成至少部分包括實(shí)施例1所說明結(jié)構(gòu)的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜。然而，即使使用了例如包括O2和TEOS的氣體系統(tǒng)，仍然可以形成所討論的氧化物薄膜。
上面，參考了半導(dǎo)體裝置具有每個(gè)實(shí)施例中描述的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)的情況，以及參考了作為步驟的一部分具有每個(gè)實(shí)施例中描述的氧化物薄膜填充方法的半導(dǎo)體裝置制造方法的情況。
然而，例如，除了半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域之外，在電子裝置中諸如平板顯示器或者M(jìn)EMS(微機(jī)電系統(tǒng))中也可以應(yīng)用本發(fā)明所討論的氧化物薄膜的填充方法以及氧化物薄膜的填充結(jié)構(gòu)。
即，很自然的是，本發(fā)明可以應(yīng)用于具有填充結(jié)構(gòu)的其它裝置，所述填充結(jié)構(gòu)在通常形成在基底的凹陷部分中填充氧化物薄膜，本發(fā)明還可作為步驟的一部分應(yīng)用于具有填充所討論氧化物薄膜的方法的其它裝置的制造方法中。
權(quán)利要求
1.一種氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)，包括具有凹陷部分的基底；和形成在凹陷部分中且包含硅和氧的氧化物薄膜；其中氧化物薄膜至少部分包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域。
2.一種氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)，包括具有凹陷部分的基底；和形成在凹陷部分中且包含硅和氧的氧化物薄膜；其中氧化物薄膜至少部分包括折射率大于1.465的氧化硅薄膜區(qū)域。
3.一種氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)，包括具有凹陷部分的基底；和形成在凹陷部分中且包含硅和氧的氧化物薄膜；其中氧化物薄膜至少部分包括同化學(xué)計(jì)量成分相比氧缺少的氧化硅薄膜區(qū)域。
4.一種氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)，包括具有凹陷部分的基底；和形成在凹陷部分中且包含硅和氧的氧化物薄膜；其中氧化物薄膜至少部分包括同化學(xué)計(jì)量成分相比硅過剩的氧化硅薄膜區(qū)域。
5.一種具有根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述凹陷部分形成在硅襯底上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中至少富硅的氧化硅薄膜區(qū)域、折射率大于1.465的氧化硅薄膜區(qū)域、氧缺少的氧化硅薄膜區(qū)域、硅過剩的氧化硅薄膜區(qū)域之一形成在所述凹陷部分的底部。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物薄膜為元件隔離膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化物薄膜為層間絕緣薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中在氧化物薄膜中包含有氟。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中在形成在凹陷部分的氧化物薄膜中包含有具有化學(xué)計(jì)量成分的氧化硅薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體裝置，其中具有化學(xué)計(jì)量成分的氧化硅薄膜形成在凹陷部分的開口附近。
13.一種氧化物薄膜填充方法，包括步驟(X)在基底中形成凹陷部分；和(Y)在凹陷部分中形成包含硅和氧的氧化物薄膜；其中步驟(Y)是形成至少部分包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(Y)包括下面步驟(Y-1)根據(jù)O2/SiH4的流率比小于1.5的條件，利用等離子體CVD方法形成氧化物薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(Y)包括下面步驟(Y-2)根據(jù)O2/SiH4的流率比小于2的條件，利用使用氫氣的等離子體CVD方法形成氧化物薄膜。
16.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括步驟通過根據(jù)權(quán)利要求13所述的氧化物薄膜填充方法在基底層具有的凹陷部分中形成氧化物薄膜，其中步驟(Y)是使用等離子體CVD裝置在所述凹陷部分中形成包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域的氧化物薄膜的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中當(dāng)從凹陷部分的底部形成氧化物薄膜至少至預(yù)定深度時(shí)，給出步驟(Y)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中當(dāng)位置從凹陷部分的底部接近開口時(shí)，步驟(Y-1)使得流率增加。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中當(dāng)位置從凹陷部分的底部接近開口時(shí)，步驟(Y-2)使得流率增加。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(Y)是同時(shí)形成氧化物薄膜、執(zhí)行薄膜形成過程和濺射過程的步驟，并且當(dāng)位置從凹陷部分的底部接近開口時(shí)，使得在薄膜形成上濺射的速率降低。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(Y)包括步驟在凹陷部分的開口附近執(zhí)行刻蝕過程。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括步驟(T)在步驟(Y)后，使用其中至少包括氧的氣體通過氧等離子體處理氧化氧化物薄膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(T)包括步驟在凹陷部分的開口附近在氧化物薄膜周圍執(zhí)行等離子體氧化。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在相同的設(shè)備中執(zhí)行步驟(Y)和步驟(T)。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(T)是使用氧離子或者氧基的氧等離子體處理。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(Y)是同時(shí)形成氧化物薄膜、執(zhí)行沉積過程、濺射過程的步驟，并且在原料氣體中包含有氟。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(Y)是同時(shí)形成氧化物薄膜、執(zhí)行沉積過程、濺射過程的步驟，并且在原料氣體中包含有氫和氦之一。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中步驟(Y)是同時(shí)形成氧化物薄膜、執(zhí)行薄膜形成過程、濺射過程的步驟，并且在原料氣體中包含有氬。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供氧化物薄膜的填充結(jié)構(gòu)等，所述氧化物薄膜的填充結(jié)構(gòu)可以利用經(jīng)濟(jì)和切實(shí)可行的方法，在無需增加RF偏置的情況下，在預(yù)定的凹陷部分中沒有空隙的形成絕緣薄膜(氧化物薄膜)。根據(jù)第一發(fā)明，氧化物薄膜填充結(jié)構(gòu)配置有具有凹陷部分(溝槽)的基底(硅襯底)和形成在所討論凹陷部分中的氧化物薄膜(氧化硅薄膜)。此處，所討論的氧化物薄膜至少部分包括富硅的氧化硅薄膜區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L21/316GK1921084SQ200610121648
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者澤田直人, 淺井孝祐, 宮河義弘, 村田龍紀(jì) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社瑞薩科技