專利名稱：溝槽的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種溝槽的形成方法。
背景技術(shù)：
大規(guī)模集成電路制造工藝是一種平面制作工藝，其在同一襯底上形成大量各種 類型的半導(dǎo)體器件，并互相連接以具有完整的功能。在集成電路制造過程中，常需要在 襯底上形成大量的溝槽，形成的溝槽可通過填充金屬形成金屬連線。在例如申請(qǐng)?zhí)枮?200610159332. X的中國(guó)專利申請(qǐng)中還能發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于形成溝槽的相關(guān)信息。現(xiàn)有的溝槽的形成方法包括以下步驟，參考圖1 :步驟S101，提供形成有介質(zhì)層的襯底；步驟S102，在所述介質(zhì)層上依次形成底部抗反射層、光刻膠圖形；步驟S103，以所述光刻膠圖形為掩膜，采用等離子刻蝕工藝依次刻蝕底部抗反射 層、介質(zhì)層，形成溝槽。參考圖2所示，通過上述形成方法形成的溝槽包括襯底10，位于襯底10上的溝 槽11，所述溝槽的邊角12呈現(xiàn)弧形，所述具有弧形邊角12的溝槽11在后續(xù)步驟填充金屬 連線形成器件，所述器件容易被電壓擊穿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種溝槽的形成方法，避免了形成的溝槽邊角呈現(xiàn)弧形，提高了器件 防擊穿能力。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種溝槽的形成方法，包括提供形成有介質(zhì)層的襯 底；在所述介質(zhì)層上形成底部抗反射層；在所述底部抗反射層上形成光刻膠圖形；以所述 光刻膠圖形為掩膜，以第一刻蝕工藝刻蝕第一厚度的底部抗反射層，形成第一抗反射層圖 形；以所述光刻膠圖形，第一底部抗反射層圖形為掩膜，以第二刻蝕工藝刻蝕所述底部抗反 射層直至形成第二底部抗反射層圖形，所述第二刻蝕工藝中的等離子轟擊能力低于所述第 一刻蝕工藝；以所述光刻膠圖形、第一底部抗反射層圖形和第二底部抗反射層圖形為掩膜， 以第三刻蝕工藝刻蝕介質(zhì)層，形成溝槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)在刻蝕底部抗反射層時(shí)，保留底部抗反射 層厚度的25%至40%，然后選用H2和N2作為刻蝕氣體,H2和N2等離子化形成的等離子體， 物理轟擊作用比O2和N2作為刻蝕氣體要弱，這是因?yàn)镠原子比0原子小，由H原子等離子 化形成的等離子體轟擊作用也比O2弱，避免了在刻蝕介質(zhì)層時(shí)，形成溝槽邊角會(huì)弧形化，并 且在刻蝕介質(zhì)層形成溝槽工藝中，采用了保護(hù)溝槽邊角的刻蝕工藝，降低轟擊的能量，將偏 壓功率從現(xiàn)有工藝中的13. 6M降低到2MHz，有效的降低了等離子的轟擊作用，并采用源功 率來控制等離子體對(duì)溝槽的邊角起到了保護(hù)作用，避免了溝槽邊角呈現(xiàn)弧形現(xiàn)象。


圖1是現(xiàn)有形成溝槽方法的流程示意圖；圖2是以現(xiàn)有工藝形成具有弧形現(xiàn)象溝槽的掃描電鏡圖片；圖3是本發(fā)明的形成溝槽的方法的流程示意圖；圖4至圖9是本發(fā)明形成溝槽的方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有的溝槽的形成方法形成的溝槽結(jié)構(gòu)邊角呈現(xiàn)弧形，所述弧 形邊角溝槽在后續(xù)步驟填充金屬連線形成器件，所述器件容易被電壓擊穿，本發(fā)明的發(fā)明 人經(jīng)過大量創(chuàng)造性勞動(dòng)，發(fā)現(xiàn)所述形成的溝槽結(jié)構(gòu)邊角呈現(xiàn)弧形的原因是在等離子刻蝕 形成溝槽時(shí)，等離子體對(duì)溝槽邊角選擇性轟擊刻蝕造成的，具體地說，等離子體在刻蝕工藝 中包括化學(xué)刻蝕和物理轟擊刻蝕兩種機(jī)制，在等離子刻蝕形成溝槽時(shí)，溝槽的邊角受到物 理轟擊的幾率會(huì)大，溝槽的邊角會(huì)在刻蝕中被去除，呈現(xiàn)弧形。有鑒于此，本發(fā)明提供一種溝槽的形成方法，其流程如圖3所示，具體包括如下步驟步驟S201，提供形成有介質(zhì)層的襯底；步驟S202，在所述介質(zhì)層上形成底部抗反射層；步驟S203，在所述底部抗反射層上形成光刻膠圖形；步驟S204，以所述光刻膠圖形為掩膜，以第一刻蝕工藝刻蝕第一厚度的底部抗反 射層，形成第一抗反射層圖形；步驟S205，以所述光刻膠圖形，第一底部抗反射層圖形為掩膜，以第二刻蝕工藝刻 蝕所述底部抗反射層直至形成第二底部抗反射層圖形，所述第二刻蝕工藝中的等離子轟擊 能力低于所述第一刻蝕工藝；步驟S206，以所述光刻膠圖形、第一底部抗反射層圖形和第二底部抗反射層圖形 為掩膜，以第三刻蝕工藝刻蝕介質(zhì)層，形成溝槽。下面結(jié)合附圖，對(duì)于本發(fā)明形成溝槽的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，參考圖4，提供形成有介質(zhì)層110的襯底100。所述襯底100可以為多層基 片(例如，具有覆蓋電介質(zhì)和金屬膜的硅襯底)、分級(jí)基片、絕緣體上硅基片、外延硅基片、 部分處理的基片(包括集成電路及其他元件的一部分)、圖案化或未被圖案化的基片。所述介質(zhì)層110的材料通常選自SiO2或者摻雜的SiO2，例如USG (Undoped silicon glass,沒有摻雜的硅玻璃)、BPSG(Borophosphosilicate glass,摻雜硼磷的硅玻璃)、 BSG(borosilicate glass，摻雜硼的硅玻璃)、PSG(Phosphosilitcate Glass，摻雜磷的硅 玻璃)等。所述介質(zhì)層110形成工藝可以為現(xiàn)有的沉積工藝，具體工藝可以為等離子體增強(qiáng) 化學(xué)氣相沉積工藝或者亞常壓化學(xué)氣相沉積工藝。所述介質(zhì)層110可以是金屬前介質(zhì)層(Pre-Metal DieleCtriC，PMD)，也可以是層 間介質(zhì)層(Inter-Metal Dielectric, ILD)。PMD是沉積在具有MOS器件的襯底上，利用化 學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor deposition, CVD)工藝形成，在PMD中會(huì)在后續(xù)工藝形成溝 槽，用金屬填充溝槽形成連接孔，所述連接孔用于連接MOS器件的電極和上層互連層中的 金屬導(dǎo)線。
ILD是后道工藝在金屬互聯(lián)層之間的介電層，ILD中會(huì)在后續(xù)工藝中形成溝槽，用 金屬填充溝槽形成連接孔，所述連接孔用于連接相鄰金屬互連層中的導(dǎo)線。參考圖5，在所述介質(zhì)層110上形成底部抗反射層120。所述底部抗反射層120用于防止光線通過后續(xù)形成的光刻膠后在晶圓界面發(fā)生 反射，使得光刻膠均勻曝光，提高曝光的精度。所述底部抗反射層130材料為含C元素、H元 素和0元素的化合物，形成底部抗反射層120的工藝可以為旋涂工藝。參考圖6，在所述底部抗反射層120上形成光刻膠圖形130。所述光刻膠圖形130用于定義溝槽圖形，所述光刻膠圖形130的形成方法具體包 括在所述所述底部抗反射層120表面旋涂光刻膠，接著通過曝光將掩膜版上的與光刻膠 圖形130相對(duì)應(yīng)的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠上，然后利用顯影液將相應(yīng)部位的光刻膠去除，以形 成光刻膠圖形130。參考圖7，以所述光刻膠圖形130為掩膜，以第一刻蝕工藝刻蝕第一厚度的底部抗 反射層120，形成第一抗反射層圖形121。所述第一刻蝕工藝可以采用現(xiàn)有的等離子體刻蝕工藝，具體工藝參數(shù)包括腔體 壓力可以為35毫托至45毫托(1托=133. 32帕)，偏壓功率(Bias Power, 13. 6MHz)可以 為550瓦至700瓦，O2流量為每分鐘40標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(SCCM)至每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米， N2流量為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，直至刻蝕到所述底部抗反 射層120第一厚度，所述第一厚度為所述底部抗反射層厚度的60%至75%，保留所述底部 抗反射層厚度的25%至40%?，F(xiàn)有的等離子體刻蝕工藝會(huì)完全刻蝕底部抗反射層120甚至?xí)涛g去除一部分 的介質(zhì)層，這樣會(huì)對(duì)后續(xù)形成的溝槽的邊角造成弧形化。本發(fā)明刻蝕底部抗反射層120直至刻蝕到所述底部抗反射層120的第一厚度的目 的是保留一部分底部抗反射層120，然后采用轟擊能力比較低的等離子刻蝕保留的底部抗 反射層120，用于保護(hù)后續(xù)刻蝕形成溝槽的邊角不被刻蝕形成弧形。參考圖8，以所述光刻膠圖形130，第一底部抗反射層圖形121為掩膜，以第二刻蝕 工藝刻蝕所述底部抗反射層120直至形成第二底部抗反射層圖形122。所述刻蝕剩余25%至40%底部抗反射層厚度的第二刻蝕工藝采用不會(huì)造成后續(xù) 形成溝槽的邊角弧形化的刻蝕工藝，本發(fā)明采用的第二刻蝕工藝是選用直徑小于0原子的 原子作為刻蝕劑的等離子體刻蝕工藝。比較優(yōu)選的是選用H原子作為刻蝕劑。具體工藝參數(shù)包括腔體壓力可以為35毫托至45毫托，偏壓功率(BiasPower， 13. 6MHz)可以為700瓦至900瓦，H2流量為每分鐘150標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(SCCM)至每分鐘250 標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，N2流量為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，直至刻蝕形 成第二底部抗反射層圖形122。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，刻蝕底部抗反射層120工藝會(huì)去除一定的介質(zhì)層，如果采用現(xiàn)有工 藝，選用O2和N2作為刻蝕氣體，會(huì)在去除介質(zhì)層形成溝槽的時(shí)候，等離子體對(duì)溝槽邊角選擇 性轟擊刻蝕嚴(yán)重，造成刻蝕形成的溝槽邊角弧形化。通過大量的實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明在刻蝕底部抗反射層120時(shí)，保留底部抗反射層120厚度 的25%至40%，然后選用H2和N2作為刻蝕氣體,H2和N2等離子化形成的等離子體，物理轟 擊作用比O2和N2作為刻蝕氣體要弱，這是因?yàn)镠原子比0原子小，由H原子等離子化形成的等離子體轟擊作用也比O2弱，避免了在刻蝕介質(zhì)層時(shí)，形成溝槽邊角會(huì)弧形化。參考圖9，以所述光刻膠圖形130、第一底部抗反射層圖形121和第二底部抗反射 層圖形122為掩膜，以第三刻蝕工藝刻蝕介質(zhì)層110，形成溝槽111。特別地，所述形成的第一抗反射層圖形121和第二底部抗反射層圖形122都是采 用所述光刻膠圖形130形成的圖形，定義第一抗反射層圖形121和第二底部抗反射層圖形 122只是更容易的理解本發(fā)明。由發(fā)明人的大量創(chuàng)造性勞動(dòng)可知，所述形成的溝槽邊角呈現(xiàn)弧形的原因是在等 離子刻蝕形成溝槽時(shí)，等離子體對(duì)溝槽邊角選擇性轟擊刻蝕造成的，針對(duì)這點(diǎn)，發(fā)明人采用 了保護(hù)溝槽邊角的刻蝕工藝，降低轟擊的能量，將偏壓功率從現(xiàn)有工藝中的13. 6M降低到 2MHz，有效的降低了等離子的轟擊作用，并采用源功率來控制等離子體，使得在刻蝕介質(zhì)層 110形成溝槽111工藝中，對(duì)溝槽111的邊角起到了保護(hù)作用，避免了溝槽邊角呈現(xiàn)弧形現(xiàn) 象。具體工藝參數(shù)包括腔體壓力可以為45毫托至60毫托，源功率(Source Power) 可以為1200瓦至1500瓦，偏壓功率(Bias Power, 2MHz)可以為150瓦至200瓦，CF4流量 為每分鐘280標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(SCCM)至每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，刻蝕介質(zhì)層110直至形成 溝槽111。本發(fā)明采用以第一刻蝕工藝刻蝕第一厚度的底部抗反射層，形成第一抗反射層圖 形；以所述光刻膠圖形，第一底部抗反射層圖形為掩膜，以第二刻蝕工藝刻蝕所述底部抗反 射層直至形成第二底部抗反射層圖形；以所述光刻膠圖形、第一底部抗反射層圖形和第二 底部抗反射層圖形為掩膜，以第三刻蝕工藝刻蝕介質(zhì)層，形成溝槽。所第二刻蝕工藝選用H2 和N2作為刻蝕氣體，并且第三刻蝕工藝采用了降低轟擊的能量的刻蝕工藝，避免出現(xiàn)刻蝕 形成的溝槽邊角弧形化的現(xiàn)象。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種溝槽的形成方法，包括提供形成有介質(zhì)層的襯底；在所述介質(zhì)層上形成底部抗反射層；在所述底部抗反射層上形成光刻膠圖形；其特征在于，還包括以所述光刻膠圖形為掩膜，以第一刻蝕工藝刻蝕第一厚度的底部抗反射層，形成第一抗反射層圖形；以所述光刻膠圖形，第一底部抗反射層圖形為掩膜，以第二刻蝕工藝刻蝕所述底部抗反射層直至形成第二底部抗反射層圖形，所述第二刻蝕工藝中的等離子轟擊能力低于所述第一刻蝕工藝；以所述光刻膠圖形、第一底部抗反射層圖形和第二底部抗反射層圖形為掩膜，以第三刻蝕工藝刻蝕介質(zhì)層，形成溝槽。
2.如權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述的第一厚度為所述底部抗 反射層厚度的60%至75%。
3.如權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述第一刻蝕工藝為等離子體 刻蝕工藝。
4.如權(quán)利要求3所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述第一刻蝕工藝具體參數(shù)為 腔體壓力為35毫托至45毫托，偏壓功率為550瓦至700瓦，02流量為每分鐘40標(biāo)準(zhǔn)立方 厘米至每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，N2流量為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方 厘米。
5.如權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述第二刻蝕工藝等離子體刻 蝕工藝，所述第二刻蝕工藝刻蝕氣體選用原子直徑小于0的氣體。
6.如權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述第二刻蝕工藝刻蝕氣體為H2。
7.如權(quán)利要求5所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述第二刻蝕工藝具體參數(shù)為 腔體壓力為35毫托至45毫托，偏壓功率為700瓦至900瓦，H2流量為每分鐘150標(biāo)準(zhǔn)立方 厘米至每分鐘250標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，N2流量為每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立 方厘米。
8.如權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述第三刻蝕工藝為偏壓頻率 為2MHz的等離子體刻蝕工藝。
9.如權(quán)利要求7所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述第三刻蝕工藝具體參數(shù)為 腔體壓力可以為45毫托至60毫托，源功率為1200瓦至1500瓦，2MHz的偏壓功率為150瓦 至200瓦，CF4流量為每分鐘280標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘300標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
全文摘要
一種溝槽的形成方法，包括提供形成有介質(zhì)層的襯底；在所述介質(zhì)層上形成底部抗反射層；在所述底部抗反射層上形成光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，以第一刻蝕工藝刻蝕第一厚度的底部抗反射層，形成第一抗反射層圖形；以所述光刻膠圖形，第一底部抗反射層圖形為掩膜，以第二刻蝕工藝刻蝕所述底部抗反射層直至形成第二底部抗反射層圖形，所述第二刻蝕工藝中的等離子轟擊能力低于所述第一刻蝕工藝；以所述光刻膠圖形、第一底部抗反射層圖形和第二底部抗反射層圖形為掩膜，以第三刻蝕工藝刻蝕介質(zhì)層，形成溝槽。本發(fā)明能夠避免溝槽邊角弧形化，提高器件的防擊穿能力。
文檔編號(hào)H01L21/311GK101937865SQ20091005440
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者周鳴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司