[发明专利]高深宽比沟槽的薄膜填充方法

说明书

本发明提供一种高深宽比沟槽的薄膜填充方法，包括：提供一衬底，在所述衬底上沉积被刻蚀层，在所述被刻蚀层中形成高深宽比的沟槽或通孔；沉积第一介电层薄膜或第一金属层薄膜，所述第一介电层薄膜或第一金属层薄膜完全填充所述沟槽或通孔；当所述第一介电层薄膜或第一金属层薄膜位于所述沟槽或通孔外的部分存在空洞时，进行第一次化学机械抛光、干法刻蚀或者湿法刻蚀，以去除所述空洞；在第一次化学机械抛光、干法刻蚀或者湿法刻蚀后的界面上沉积第二介电层薄膜或第二金属层薄膜。本发明能够去除高深宽比的沟槽或通孔薄膜填充工艺中出现的位于沟槽或通孔之外的介电层或金属层薄膜空洞并改变薄膜电学性能。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种新型的去除在高深宽比的沟槽或通孔薄膜沉积过程中形成的位于沟槽或通孔之外的薄膜空洞的并改变薄膜电学性能方法。

背景技术

半导体集成电路是在硅片制造厂中制造完成的。硅片制造厂一般分成5个独立的工艺制程区域：扩散及离子注入、光刻、刻蚀、薄膜、抛光及清洗。薄膜区主要负责生产各个步骤当中的介质层和金属层的沉积，包括平整表面的薄膜沉积及刻蚀后低凹不平的沟槽或通孔的薄膜填充沉积。所有薄膜沉积设备都在低真空环境下工作，包括化学气相沉积(CVD)和金属溅射物理气相沉积(PVD)。抛光区的目的是硅片表面平坦化，这是通过将硅片表面突出的部分减薄到下凹部分的高度实现的。硅片表面凸凹不平给后续加工带来了困难，而化学机械平坦化(Chemical Mechanical Planarization，CMP)使这种硅片表面的不平整度降到最小。CMP用化学腐蚀与机械研磨相结合，以除去硅片顶部希望的厚度。根据摩尔定律，随着关键尺寸的不断减小，沟槽或通孔的深宽比不断提高，这给薄膜沉积带来了挑战。对于高深宽比的沟槽或通孔，在一些情况下，薄膜沉积后在沟槽或通孔之外会产生空洞。经过CMP之后，如果这些空洞暴露在表面，空洞容易吸附CMP的副产物或研磨液等，这些不期望的杂质是潜在的缺陷源，当产生空洞的薄膜为介质层时，在后续的薄膜生长工艺过程中，尤其是当薄膜为金属薄膜时，由于金属薄膜对这些空洞的填充，会直接影响介电质的介电性能，甚至造成整个半导体器件的短路失效。因此，这些有潜在暴露风险的空洞必须消除。此外，在一些情况下，单层的介质层或金属层薄膜会有相应的局限性，例如，介电常数、硬度、应力、电阻值等薄膜性能，不同性能的薄膜组合可以优化并解决此问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高深宽比沟槽的薄膜填充方法，能够去除高深宽比的沟槽填充工艺中出现的薄膜空洞。

本发明提供一种高深宽比沟槽的薄膜填充方法，包括：

提供一衬底，在所述衬底上沉积被刻蚀层，在所述被刻蚀层中形成高深宽比的沟槽或通孔；

沉积第一介电层薄膜或第一金属层薄膜，所述第一介电层薄膜或第一金属层薄膜完全填充所述沟槽或通孔；

当所述第一介电层薄膜或第一金属层薄膜位于所述沟槽或通孔外的部分存在空洞时，对所述第一介电层薄膜或第一金属层薄膜位于所述沟槽或通孔外的部分进行第一次化学机械抛光、干法刻蚀或者湿法刻蚀，以去除所述空洞；

在第一次化学机械抛光、干法刻蚀或者湿法刻蚀后的界面上沉积第二介电层薄膜或第二金属层薄膜。

可选地，进行第一次化学机械抛光时，抛光终点停止于所述被刻蚀层的表面位置。

可选地，进行第一次化学机械抛光时，抛光终点停止于所述空洞的下方位置。

可选地，在第一次化学机械抛光后的界面上沉积第二介电层薄膜或第二金属层薄膜，包括：

当第一次化学机械抛光后的界面达到表面平坦化时，沉积目标厚度的第二介电层薄膜或第二金属层薄膜，或者，当第一次化学机械抛光后的界面未达到表面平坦化时，沉积大于目标厚度的第二介电层薄膜或第二金属层薄膜并进行第二次化学机械抛光，以使达到目标厚度的第二介电层薄膜或第二金属层薄膜表面平坦化。