CN103035487B

CN103035487B - 一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法

Info

Publication number: CN103035487B
Application number: CN201210442284.0A
Authority: CN
Inventors: 成鑫华
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-11-07
Also published as: CN103035487A

Abstract

本发明公开了一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法，包括如下步骤：1.1在硅片划片槽中布出一定图形、一定面积的划片槽区沟槽（B）；所述划片槽区沟槽（B）的图形是n次旋转对称的图形；1.2对划片槽区沟槽（B）进行介质填充；划片槽区沟槽（B）中所填充的介质的应力和元胞区沟槽（A）中填充的介质的应力表现形式相反。本发明通过在硅片划片槽中放入一定图形、一定比例的沟槽（B），并在这些沟槽（B）中沉积和元胞区沟槽（A）填充介质相反应力的薄膜，以平衡整个硅片上的应力差异，控制整个硅片的翘曲度，保证工艺流程的流畅性。

Description

一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造工艺，涉及一种沟槽制造工艺方法，尤其涉及一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法。

背景技术

在集成电路制造领域，持续不断的追求更高的集成度和更快的运算速度是推动整个行业快速发展的强大动力。集成电路对制作成本进一步降低的要求，使得使用面积更小的纵向器件替代横向器件，成为了一个重要的发展方向。而作为纵向器件的关键工艺之一，深沟槽工艺得到了越来越广泛的研究和使用。

深沟槽工艺的常规制作流程包括：⑴在硅片上利用光刻掩膜版曝出沟槽形状；⑵采用干法刻蚀工艺制作指定的深度和特征尺寸的深沟槽；⑶对深沟槽进行填充。用于深沟槽填充的材料包括掺杂多晶硅、二氧化硅、金属钨、金属铜等，成膜工艺包括低压化学气相淀积工艺（LPCVD）、等离子辅助化学气相淀积工艺（PECVD）、气相外延工艺（VPE）、化学电镀工艺（ECP）等。

对沟槽要求完成无缝填充(Void-free），而实现无缝填充的工艺根据填充机理主要有两种：侧向生长（conformal deposition，如图1a所示，填充材料2在深沟槽3中内侧生长速度较底部的快）和底部生长（bottom-up filling，如图1b所示，填充材料2在深沟槽3中底部生长速度较内侧的快）。采用化学气相淀积工艺实现深沟槽填充的机理通常属于前者，而采用气相外延工艺或化学电镀工艺实现深沟槽填充的机理则属于后者。如果采用化学气相淀积工艺来实现深沟槽填充，由于成膜的台阶覆盖率很难达到100%，而侧壁生长的薄膜最终需要合并成无缝结构，深沟槽的形状必须设计成条形以便于实现无缝填充，即相互垂直的两个维度上的尺寸差异足够大。

通常深沟槽填充材料和衬底的单晶硅之间会存在热膨胀系数的差异，即热膨胀系数失配。这种热膨胀系数失配会导致硅片经历热制程后在填充材料和硅的接触界面上产生应力。这种应力具有方向性，应力的方向与接触界面平行。热膨胀系数失配越严重，产生的应力越大。

上述产生的应力作用于硅片，会导致硅片产生翘曲形变，特别是硅片减薄之后产生的翘曲更严重。对于条形的深沟槽，两个相互垂直的维度上的尺寸差异会导致所述的两个维度上的接触界面面积差异，从而导致在所述两个维度上的应力差异。上述的应力差异会导致两个维度上的硅片翘曲程度不同，其中沟槽尺寸较大的维度上硅片的翘曲形变比与之垂直的维度上的形变更加严重。

硅片翘曲形变程度由硅片的翘曲度来衡量。硅片翘曲度越大，硅片的翘曲形变越严重。硅片翘曲度可以通过测量硅片的曲率半径或者弯度来测量。硅片的曲率半径越小，则弯度越大，硅片翘曲度越大。硅片过大的翘曲度会使得硅片在传送过程中或作业过程中发生报警而无法正常完成作业，严重的情况下甚至会导致硅片在传送过程中发生应力碎片。上述的条形沟槽在相互垂直的两个维度上的翘曲度差异会导致更易发生其中一个维度上的翘曲度过大，从而产生硅片翘曲度问题，影响正常的生产流片。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法，以降低硅片生产流片难度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法，包括如下步骤：

1.1在硅片划片槽中布出一定图形、一定面积的划片槽区沟槽B；所述划片槽区沟槽B的图形是n次旋转对称的图形；

1.2对划片槽区沟槽B进行介质填充；划片槽区沟槽B中所填充的介质的应力和元胞区沟槽A中填充的介质的应力表现形式相反。

进一步地，在步骤1.1中，所述划片槽区沟槽B的图形是n次旋转对称的图形，所述n次旋转对称的图形指把一个图形绕着一条直线旋转一个m*(360°/n)的角度后，与初始的图形重合，这种图形就叫做旋转对称图形，这条直线就称为该图形的n次旋转对称轴，360°/n叫做旋转角；其中，m为任意整数，n为大于1的正整数。

进一步地，在步骤1.1中，所述划片槽区沟槽B的图形可以是长条形，正方形，圆形，圆环形或其组合图形。

进一步地，在步骤1.1中，所述划片槽区沟槽B的最大面积是除了划片槽中需测试部分以外的所有有效面积，具体的实际面积根据在元胞区沟槽A完成填充后整体硅片的翘曲度来决定，即完成元胞区沟槽A填充后，硅片的整体翘曲度如果还是不能达到要求，则就必须增加划片槽区沟槽B的实际面积。

进一步地，在步骤1.1中，如果元胞区沟槽A为长条形结构，划片槽区沟槽B和元胞区沟槽A平行，或者与元胞区沟槽A成90度相交。

进一步地，在步骤1.1中，所述划片槽区沟槽B的深度范围为0.1微米到150微米，具体深度根据整体硅片的翘曲度加以调整，即硅片整体翘曲度不能达到要求时，则通过加深划片槽区沟槽B的深度加以改善。

进一步地，在步骤1.2中，所述划片槽区沟槽B填充的介质可以是二氧化硅，氮化硅，氮氧化硅，多晶硅，钨，铜或其衍生物。

进一步地，在步骤1.2中，所述划片槽区沟槽B的填充顺序可以是在元胞区沟槽A的填充之前完成，或者在元胞区沟槽A的填充之后完成。

进一步地，在步骤1.2填充完成后，在整个划片槽区沟槽B中允许空洞的存在，但是，空洞的上表面必须在划片槽区沟槽B的上表面以下。

进一步地，在步骤1.2中，所述划片槽区沟槽B中所填充之介质的应力和元胞区沟槽A中填充之介质的应力表现形式相反，即元胞区沟槽A如果填入拉应力的介质，划片槽区沟槽B中填充的介质应力表现形式为压应力；反之，元胞区沟槽A如果填入压应力的介质，划片槽区沟槽B中填充的介质应力表现形式为拉应力。

所述硅片整体翘曲度的要求为在各个工艺步骤后，保证硅片在各个方向上曲率半径的绝对值大于30米。

和现有方法相比，本发明的有益效果在于:本发明通过在硅片划片槽中放入一定图形、一定比例的沟槽B，并在这些沟槽B中沉积和元胞区沟槽A填充介质相反应力的薄膜，以平衡整个硅片上的应力差异，控制整个硅片的翘曲度，保证工艺流程的流畅性。这种方法能够使得硅片各个方向的翘曲度比较均匀，从而极大地改善硅片的翘曲度。

附图说明

图1是深沟槽填充机理示意图；图1a是侧向生长的示意图；图1b是底部生长的示意图。

图2是本发明中元胞区沟槽和划片槽区沟槽的分布示意图（图形内框为元胞区，内框和外框之间的环形为划片槽）。其中，图2.1是本发明的元胞区的示意图；图2.2是本发明的划片槽区的示意图；图2.3是本发明中元胞区沟槽和划片槽区沟槽垂直的示意图；图2.4是本发明中元胞区沟槽和划片槽区沟槽平行的示意图；

图3是采用本发明方法划片槽区沟槽的填充效果示意图。

图中附图标记说明如下：

A是元胞区沟槽；B是划片槽区沟槽；1是硅衬底；2是填充材料；3是深沟槽，4是沟槽的上表面，5是空洞的上表面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法，主要包括如下步骤：

1.1在硅片划片槽中布出一定图形、一定面积的划片槽区沟槽B；划片槽区沟槽B的图形可以是n次旋转对称的图形，即长条形，正方形，圆形，圆环形以及他们的组合图形；划片槽区沟槽B的图形可以是n次旋转对称的图形，所述n次旋转对称的图形是指把一个图形绕着一条直线旋转一个m*(360°/n)的角度后，与初始的图形重合，这种图形就叫做旋转对称图形，这条直线就称为该图形的n次旋转对称轴，360°/n叫做旋转角；其中，m为任意整数，n为大于1的正整数；划片槽区沟槽B的图形可以是长条形，正方形，圆形，圆环形或者他们的组合图形；划片槽区沟槽B的最大面积可以是除了划片槽中需测试部分以外的所有有效面积，具体的实际面积根据在元胞区沟槽A完成填充后整体硅片的翘曲度来决定，即完成元胞区沟槽A填充后，硅片的整体翘曲度如果还是不能达到要求，则就必须增加划片槽区沟槽B的实际面积；如果元胞区沟槽A为长条形结构(见图2.1和图2.2)，划片槽区沟槽B的设计可以选择和元胞区沟槽A平行(见图2.4)，或者划片槽区沟槽B和元胞区沟槽A成90度相交（如图2.3所示）。划片槽区沟槽B的深度范围为0.1微米到150微米，具体深度可以根据整体硅片的翘曲度加以调整，即硅片整体翘曲度不能达到要求时，可以通过加深划片槽区沟槽B的深度加以改善；

1.2对划片槽区沟槽B进行介质填充。划片槽区沟槽B填充的介质可以是二氧化硅（SiO2），氮化硅（SiN），氮氧化硅（SiON），多晶硅（Poly），钨（Tungsten），铜（Copper）或其衍生物等；划片槽区沟槽B的填充顺序可以是在元胞区沟槽A的填充之前完成或在元胞区沟槽A的填充之后完成；填充完成后，在整个划片槽区沟槽B中可以允许空洞（Void）的存在，但是，空洞的上表面5必须在沟槽的上表面4以下（如图3所示）；划片槽区沟槽B中所填充之介质的应力和元胞区沟槽A中填充之介质的应力表现形式相反，即元胞区沟槽A如果填入拉应力的介质，划片槽区沟槽B中填充的介质应力表现形式为压应力；反之，元胞区沟槽A如果填入压应力的介质，划片槽区沟槽B中填充的介质应力表现形式为拉应力；硅片整体翘曲度的要求为在各个工艺步骤后，保证硅片在各个方向上曲率半径的绝对值大于30米。

Claims

1.一种改善硅片翘曲度的沟槽制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

1.1在硅片划片槽中布出一定图形、一定面积的划片槽区沟槽(B)；所述划片槽区沟槽(B)的图形是n次旋转对称的图形；所述n次旋转对称的图形指把一个图形绕着一条直线旋转一个m*(360°/n)的角度后，与初始的图形重合，这种图形就叫做旋转对称图形，这条直线就称为该图形的n次旋转对称轴，360°/n叫做旋转角；其中，m为任意整数，n为大于1的正整数；

1.2对划片槽区沟槽(B)进行介质填充；划片槽区沟槽(B)中所填充的介质的应力和元胞区沟槽(A)中填充的介质的应力表现形式相反。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.1中，所述划片槽区沟槽(B)的图形是长条形、正方形、圆形、圆环形或其组合图形。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.1中，所述划片槽区沟槽(B)的最大面积是除了划片槽中需测试部分以外的所有有效面积，具体的实际面积根据在元胞区沟槽(A)完成填充后整体硅片的翘曲度来决定，即完成元胞区沟槽(A)填充后，硅片的整体翘曲度还是不能达到要求，则就必须增加划片槽区沟槽(B)的实际面积；所述硅片整体翘曲度的要求为在各个工艺步骤后，保证硅片在各个方向上曲率半径的绝对值大于30米。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.1中，元胞区沟槽(A)为长条形结构，划片槽区沟槽(B)和元胞区沟槽(A)平行，或者与元胞区沟槽(A)成90度相交。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.1中，所述划片槽区沟槽(B)的深度范围为0.1微米到150微米，具体深度根据整体硅片的翘曲度加以调整，即硅片整体翘曲度不能达到要求时，则通过加深划片槽区沟槽(B)的深度加以改善；所述硅片整体翘曲度的要求为在各个工艺步骤后，保证硅片在各个方向上曲率半径的绝对值大于30米。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.2中，所述划片槽区沟槽(B)填充的介质是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、多晶硅、钨、或铜。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.2中，所述划片槽区沟槽(B)的填充顺序是在元胞区沟槽(A)的填充之前完成，或者在元胞区沟槽(A)的填充之后完成。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.2填充完成后，在整个划片槽区沟槽(B)中有空洞的存在，但是，空洞的上表面必须在划片槽区沟槽(B)的上表面以下。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1.2中，所述划片槽区沟槽(B)中所填充之介质的应力和元胞区沟槽(A)中填充之介质的应力表现形式相反，即元胞区沟槽(A)填入拉应力的介质，划片槽区沟槽(B)中填充的介质应力表现形式为压应力；反之，元胞区沟槽(A)填入压应力的介质，划片槽区沟槽(B)中填充的介质应力表现形式为拉应力。