[发明专利]浅沟槽隔离结构中的沟槽填充方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种浅沟槽隔离结构中的沟槽填充方法。

背景技术

图1～图3为现有技术中浅沟槽隔离(STI)结构形成方法的过程剖面示意图，该方法主要包括以下步骤：

步骤101，参见图1，在半导体衬底1001上采用刻蚀工艺形成沟槽1002。

步骤102，参见图2，采用高密度等离子体(HDP)化学气相沉积(CVD)工艺形成氧化物(oxide)1003，例如二氧化硅(SiO₂)，所形成的氧化物1003填充在沟槽1002中，以及覆盖在半导体衬底1001表面。

步骤103，参见图3，采用化学机械研磨(CMP)工艺实现半导体衬底1001表面的平坦化。

至此，本流程结束。

在实际应用中，STI结构的形成方法可能还包括其他步骤，由于其他步骤和本发明无关，故不再一一详细介绍。

上述方法中的沟槽填充采用HDP CVD工艺，下面对现有技术中的HDPCVD装置进行简单介绍。图4为现有技术中HDP CVD装置的剖面结构图，如图4所示，通过源极功率发生器4001在制程腔室4005内的电感线圈4002上施加源极功率，从而在电感线圈4002的周围产生电磁场，气体从制程腔室4005的进气口4003输入至制程腔室4005后，气体在电磁场的作用下发生电离并形成高密度的等离子体。同时，晶圆W放置于静电吸盘4006上，通过高频功率(HF power)发生器4007在晶圆W上施加高频功率，这样就使得晶圆W与等离子体之间存在一个较大的电压差，从而使得向晶圆W运动的等离子体具有方向性，一般来说，电压差越大，则等离子体的运动速度越快。

由上述对HDP CVD装置的介绍也可以看出，当进行沟槽填充时，几个主要的工艺参数至少包括：气体流量、源极功率大小、高频功率大小，为了方便描述，分别用字母a、b、c表示上述三个参数，也仅以这三个参数代表现有技术中沟槽填充的所有参数。

需要说明的是，现有技术中的HDP CVD装置可能还包括其他组成部分，由于其他组成部分与本发明无关，故不再一一详细介绍。

随着半导体制造技术的发展，在满足沟槽填充能力(gap fill capacity)的基础上，所述沟槽填充能力主要是指填充在沟槽中的氧化物没有空洞，还需要进一步对沟槽中所填充的氧化物对沟槽侧壁所产生的应力进行调整，这是因为，在实际生产中，我们总是期望向N型金属氧化物半导体(NMOS)管的沟道施加张应力，以增大NMOS管沟道中载流子的迁移率，期望向P型金属氧化物半导体(PMOS)管的沟道施加压应力，增大PMOS管沟道中载流子的迁移率，以达到提高响应速率并减少功耗的目的。因此，对于NMOS管来说，若沟槽中填充的氧化物对沟槽侧壁所产生的应力为压应力(对沟道的间接应力也为压应力)，则我们尽可能地要将氧化物对沟槽侧壁所产生的应力调整为张应力，或者，即使沟槽中填充的氧化物对沟槽侧壁所产生的应力为张应力，但是数值大小不是我们所期望的，也需调整氧化物对沟槽侧壁所产生的张应力的大小，同理，对于PMOS管也是如此。

基于上述思想，下面对现有技术中基于应力调整的沟槽填充方法具体进行介绍，该方法包括：

步骤一，提供一产品晶片，其中，产品晶片为包括沟槽的半导体衬底，即产品晶片为如图1所示结构。

步骤二、采用HDP CVD工艺在产品晶片的沟槽中填充氧化物，若填充后的氧化物满足沟槽填充能力即无空洞，则将本次HDP CVD的各项工艺参数作为确定后的工艺参数组，例如，将气体流量a1、源极功率大小b1、高频功率大小c1作为确定后的工艺参数组A1，然后执行步骤三；否则，去除沟槽中填充的氧化物，调整HDP CVD的工艺参数中的一项或几项后重新执行步骤二，例如，将a1、b1、c1调整为a1、b2、c1后重新执行步骤二。

需要说明的是，由于沟槽填充的应力研究是近年来才逐渐提出的，其目的是在产品晶片满足沟槽填充能力的基础上，进一步调整产品晶片中STI的填充物的应力，但是，针对每一种实际生产的产品晶片来说，目前实际生产中应用的工艺参数组均为成熟的工艺参数组，也就是说，可直接将产品晶片的工艺参数组作为确定后的工艺参数组A1，而省略执行步骤一和二获取A1。

步骤三，提供一控片，其中，控片也称光片，光面表面不具有半导体结构，是只具有半导体衬底的实验晶片。

步骤四，按照确定后的工艺参数组A1(a1、b1、c1)，采用HDP CVD工艺在控片表面沉积氧化物，检测所沉积的氧化物对控片表面所产生的应力S1；