[发明专利]一种改善硅片翘曲度的深沟槽制造方法

说明书

技术领域

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

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。

实现深沟槽无缝填充的机理主要有两种：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深沟槽制造方法，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深沟槽制造方法，包括如下步骤：

⑴在硅片上利用光刻掩膜版曝出硅片上所有结构单元的深沟槽图形；所述的单个结构单元内的深沟槽图形是旋转对称图形；所述硅片上所有结构单元排列也是旋转对称的；

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。

步骤（1）中，所述“旋转对称”是指把一个图形绕着一条直线(称为旋转对称轴或旋转轴)旋转一个角度m*(360°/n)(m为任意整数，n为大于1的正整数)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。所述的单个结构单元内的深沟槽图形是旋转对称图形，并且该图形至少包含一条n大于3次旋转对称轴。所述的单个结构单元内的旋转对称图形可以采用单个图形（例如正四边环形或圆环形）或多个组合图形（例如，由4个长方形组成，或者由8个长方形排列组成）。所述硅片上所有结构单元排列也必须是旋转对称图形，并且该图形至少包含一条n大于3次旋转对称轴。

步骤（2）中，所述深沟槽的深度为5-150微米，特征尺寸为1-10微米。

步骤（3）中，所述对深沟槽进行填充的材料包含多晶硅、二氧化硅、钨。所述对深沟槽进行填充的方法包含低压化学气相沉积法、亚常压化学气相沉积法、等离子辅助化学气相沉积法、气相外延法。