專利名稱：一種成長無縫填充非晶硅溝槽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種填充非晶硅溝槽的方法，特別是涉及一種成長無縫填充非晶硅溝槽的方法。
背景技術(shù)：
在半導體各類器件結(jié)構(gòu)中，溝槽式晶閘管由于其特殊的通道特性和電學特征被廣泛運用于各類功率器件，隨著終端客戶對器件的性能要求的提升，器件所需要的溝槽愈來愈深，填充深溝槽以形成非晶硅晶閘已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)難題。目前業(yè)內(nèi)成長非晶娃的方式主要有爐管LPCVD(low pressure chemical vapordeposition,低壓化學氣相沉積)和外延CVD (Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)兩種，相對外延式非晶硅，爐管具有摻雜容易控制、成本低、產(chǎn)量高等優(yōu)點，被大量運用于非晶硅的成長。爐管LPCVD方式的工藝流程圖如圖1所示，雖然具有良好的階梯覆蓋能力，但其本身填空能力不足，填充深溝槽時不可避免的存在明顯縫隙(如圖2所示)，不利于器件性能提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成長無縫填充非晶硅溝槽的方法，該方法能避免以爐管LPCVD方式填充溝槽時存在的縫隙，提升半導體器件的性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的成長無縫填充非晶硅溝槽的方法，是通過爐管LPCVD成膜外加后續(xù)高溫爐管熱處理，以形成現(xiàn)成無縫填充非晶硅溝槽。上述方法，其具體步驟包括:(I)于LPCVD爐管完成溝槽的非晶硅沉積反應，其中，沉積溫度為450 700°C，優(yōu)選530°C，沉積壓力為10 1000帕，優(yōu)選25帕；(2)對已經(jīng)存在縫隙的非晶硅填充溝槽進行熱處理反應，其中，熱處理溫度為700 1200°C，優(yōu)選900°C，熱處理時間為10分鐘 100小時，優(yōu)選3小時，熱處理的反應保護性氣體包括各類非氧化氣體，優(yōu)選氮氣，其氣體流量為0.2 100LM(升/分鐘)，熱處理的反應機型，包括:爐管、Chamber式熱處理機型，優(yōu)選爐管。所述沉積反應與熱處理反應，在同一機型完成，或分開到不同的機型進行。所述熱處理反應能一步完成，或分多步進行，多步進行時不同步之間能設(shè)定不同的反應溫度、時間和氣體流量。本發(fā)明通過對于LPCVD爐管沉積的非晶硅填充溝槽進行熱處理，消除溝槽存在的填充縫隙，形成無縫隙填充的溝槽，提升半導體器件的性能和可靠性。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明:圖1是現(xiàn)有的以爐管LPCVD方式成長非晶硅的工藝流程圖，其中，A為待填充的溝槽，B為經(jīng)爐管LPCVD沉積非晶硅，以填充溝槽，C為經(jīng)爐管LPCVD階梯覆蓋填充溝槽后，溝槽存在明顯縫隙；圖2是現(xiàn)有的以爐管LPCVD方式成長非晶硅后，溝槽存在明顯縫隙的SEM(掃描電子顯微鏡)圖；其中，B為A圖的局部放大圖；圖3是本發(fā)明的工藝流程圖，其中，A為待填充的溝槽，B為經(jīng)爐管LPCVD沉積非晶硅，以填充溝槽，C為經(jīng)爐管LPCVD階梯覆蓋填充溝槽后，溝槽存在明顯縫隙，D為經(jīng)熱處理后原來明顯的縫隙轉(zhuǎn)化為一個處于溝槽較深位置的小的空洞；圖4是經(jīng)本發(fā)明的熱處理后，原來存在的明顯縫隙轉(zhuǎn)變?yōu)樾〉目斩吹腟EM圖。
具體實施例方式本發(fā)明的成長無縫填充非晶硅溝槽的方法，是通過爐管LPCVD成膜外加后續(xù)高溫爐管熱處理，以形成現(xiàn)成無縫填充非晶硅溝槽，其流程圖如圖3所示，其具體步驟包括:(I)先于LPCVD爐管完成晶閘管溝槽的非晶硅的沉積反應，其中，沉積溫度為450 700°C，沉積壓力為10 1000帕；本步驟中，通過合理化沉積過程參數(shù)的設(shè)定，即沉積溫度和沉積壓力的設(shè)定，如可設(shè)定較低的沉積溫度(如530°C )和壓力(如25帕)，該步驟能降低沉積速率，使得反應產(chǎn)物有足夠時間進行排列，推遲溝槽封口的時機，盡可能減少中間縫隙寬度。(2)對已經(jīng)存在較小縫隙的非晶硅填充溝槽進行熱處理，以形成現(xiàn)成無縫填充非晶硅溝槽。其中，熱處理溫度為700 1200°C，熱處理時間為10分鐘 100小時，熱處理的反應保護性氣體涵蓋各類非氧化氣體，其氣體流量為0.2 100LM (升/分鐘)，熱處理的反應機型，可為爐管或Chamber式熱處理機型，如一般可選爐管。因此，本方法中的沉積反應與熱處理反應，可在同一機型完成，也可分開到不同的機型進行。另外，該熱處理反應可一步完成，也可分多步進行；當多步進行時，不同步之間能設(shè)定不同的反應溫度、時間和氣體流量。本發(fā)明中，如可設(shè)定較高的熱處理溫度(比如900°C )，于保護性氣體(比如氮氣)的環(huán)境進行較長時間(比如3小時)的熱處理。本發(fā)明通過熱處理的過程，前一階段沉積的非晶硅將發(fā)生變化，晶格進行重排，由非晶向多晶轉(zhuǎn)變。多晶硅里面存在的規(guī)則排列的單晶格相對非晶格占用較小的晶格空間，導致溝槽沉積的多晶硅縫隙向水平方向拉伸，向下壓縮，最終使得原來明顯的縫隙轉(zhuǎn)化為一個處于溝槽較深位置的一個小的空洞(如圖4所示)，可以有效避免后續(xù)回刻工藝打開縫隙，將殘膠、殘液帶入縫隙的風險，同時提升半導體器件性能和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種成長無縫填充非晶硅溝槽的方法，其特征在于:通過爐管LPCVD成膜外加后續(xù)高溫爐管熱處理，以形成現(xiàn)成無縫填充非晶硅溝槽。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法，其步驟包括: (1)于LPCVD爐管完成溝槽的非晶硅沉積反應，其中，沉積溫度為450 700°C，沉積壓力為10 1000帕； (2)對已經(jīng)存在縫隙的非晶硅填充溝槽進行熱處理反應，其中，熱處理溫度為700 1200°C，熱處理時間為10分鐘 100小時，熱處理的反應保護性氣體包括非氧化氣體，其氣體流量為0.2 100LM。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，沉積溫度為530°C，沉積壓力為25帕。
4.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，熱處理溫度為900°C。
5.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，熱處理時間為3小時。
6.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，熱處理的反應保護性氣體為氮氣。
7.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，熱處理的反應機型，包括:爐管、Chamber式熱處理機型。
8.按權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，熱處理的反應機型為爐管。
9.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述沉積反應與熱處理反應，在同一機型完成，或分開到不同的機型進行。
10.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，所述熱處理反應能一步完成，或分多步進行； 其中，多步進行時，不同步之間能設(shè)定不同的反應溫度、時間和氣體流量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成長無縫填充非晶硅溝槽的方法，該方法通過爐管LPCVD成膜外加后續(xù)高溫爐管熱處理，以形成現(xiàn)成無縫填充非晶硅溝槽。本發(fā)明能有效避免后續(xù)回刻工藝打開縫隙，將殘膠，殘液帶入縫隙的風險，同時提升器件性能和可靠性。
文檔編號C23C16/24GK103094075SQ201110348910
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者李琳松, 孫勤 申請人:上海華虹Nec電子有限公司