2021年07月20日 | 中芯国际结合常规ALD与CVD发明半导体结构设计方案

2021-07-20 来源：爱集微

深沟槽隔离技术(DTI)广泛应用于包括移动电话和数码相机等应用的高分辨率CMOS图像传感器。然而，现有的沟槽填充技术，大多用于小尺寸(宽度小于200nm)深沟槽填充，难以满足客户大尺寸(宽度大于300nm)深沟槽填充工艺要求。

为了满足深沟槽工艺对阶梯覆盖能力的要求，目前可以采用CVD(化学气相沉积)中的原子层沉积技术ALD来填充深沟槽。ALD在高深宽比的沟槽结构中也有着良好的阶梯覆盖能力，适合填充更深的沟槽。

但ALD也存在价格昂贵，WPH低的缺点。特别是对于大尺寸深沟槽，现在并没有成熟适合生产的方法。如果单独使用ALD去填充，会对产能和成本有很大的影响，如果单独使用除ALD之外的CVD来填充，阶梯覆盖能力又会较差。

因此，需要研发一种新的深沟槽隔离结构和填充方法，在可以满足深沟槽工艺对阶梯覆盖能力的要求的同时，又不影响成本和产能。为此，中芯国际在2020年4月7日申请了一项名为“一种半导体结构的形成方法”的发明专利（申请号：202010263640 .7），申请人为中芯国际集成电路制造（深圳）有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料人，让我们一起来看看这项专利技术吧。

为了进一步解释沟槽隔离结构深度与光学串扰的关系，该专利中给出了二者的关系，如上图所示。当沟槽隔离结构的深度为1.5微米时，光学串扰((绿光量+蓝光量)/红光量)为17.2％；当沟槽隔离结构的深度为2微米时，光学串扰为14.7％。这说明随着深沟槽隔离结构的深度增加，阻隔性也会增加，抑制串扰的能力也更好，所以通过加大沟槽的宽度来形成更深的沟槽隔离结构是一种进一步减小串扰的方法。

如上图，为该专利中发明的半导体结构的形成方法的流程图，该方案同时结合ALD和除ALD以外的常规CVD来填充沟槽，通过控制ALD和常规CVD的比例在不影响产能和成本的情况下，满足沟槽工艺对阶梯覆盖能力的要求。

首先，准备好半导体衬底，该半导体衬底中形成有深沟槽。然后，使用原子层沉积工艺在深沟槽的侧壁和底部中形成第一隔离层，再使用化学气相沉积法在第一隔离层表面形成第二隔离层，以通过第一隔离层和第二隔离层来填满深沟槽。

如上图，为形成第一隔离层和第二隔离层后的沟槽示意图，可以看到，使用化学气相沉积法在第一隔离层230表面形成第二隔离层240，第一隔离层和第二隔离层可以填满深沟槽220。

此外，第二隔离层在深沟槽中的总宽度为深沟槽宽度的70％至80％，由于已经有一部分深沟槽被采用ALD填充，深沟槽剩余的部分尺寸可以使用CVD来填充，因此，对阶梯覆盖性的影响也比较小。

以上就是中芯国际发明的同时结合ALD和CVD的半导体结构设计方案，在该方案中，20％至30％的深沟槽结构采用ALD填充，70％至80％的深沟槽结构采用常规CVD来填充。通过控制ALD和常规CVD的比例在不影响产能和成本的情况下，来满足深沟槽工艺对阶梯覆盖能力的要求。

半导体

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