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)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種溝槽的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路向超大規(guī)模集成電路發(fā)展，集成電路內(nèi)部的電路密度越來越大，所 包含的元件數(shù)量也越來越多，這種發(fā)展使得晶圓表面無法提供足夠的面積來制作所需的互 連線。為了滿足元件縮小后的互連線需求，兩層及兩層以上的多層金屬互連線的設(shè)計成 為超大規(guī)模集成電路技術(shù)所通常采用的一種方法。目前，不同金屬層或者金屬層與襯墊層 的導(dǎo)通是通過金屬插塞實現(xiàn)的，金屬插塞的形成包括在金屬層與金屬層之間或者金屬層 與襯墊層之間的介質(zhì)層形成一溝槽，在溝槽內(nèi)填入金屬導(dǎo)電材料就形成了金屬插塞。在申 請?zhí)枮?00610030809. 4的中國專利文件中能夠發(fā)現(xiàn)更多的關(guān)于現(xiàn)有的溝槽的形成方案。一種現(xiàn)有的金屬插塞的形成過程包括步驟首先，在晶片上沉積一定厚度的層間 介質(zhì)層，并利用光刻、刻蝕技術(shù)去除對應(yīng)溝槽處的層間介質(zhì)層直至露出襯底表面，以形成溝 槽，在所述刻蝕中通常認為所述層間介質(zhì)層的表面為一平坦表面，并且晶片的所有位置上 的刻蝕速率相同；接著，在具有溝槽的層間介質(zhì)層表面沉積阻擋層；所述阻擋層表面形成 填充溝槽的金屬層；去除部分所述金屬層、部分阻擋層和部分層間介質(zhì)層，形成金屬插塞。但是在上述方法中，由于在之前的工藝中，例如化學(xué)機械拋光(CMP)，使得晶片上 的層間介質(zhì)層的表面不平坦，換言之，晶片邊緣區(qū)域的層間介質(zhì)層和晶片中央?yún)^(qū)域的層間 介質(zhì)層的厚度不同，從而使得刻蝕形成的晶片邊緣區(qū)域的溝槽和晶片中央?yún)^(qū)域的溝槽的深 度不同，這樣容易使得晶片邊緣區(qū)域的溝槽刻蝕的過深，從而對下層的半導(dǎo)體器件造成損 傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種溝槽的形成方法，從而減小對溝槽下層器件的 損傷。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種溝槽的形成方法，預(yù)先根據(jù)刻蝕氣體流量 和刻蝕速率建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕速率在晶片上分布的非線性函數(shù)模型，所述刻蝕 速率包括晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層的刻蝕速率，該方法還包括步驟提供 晶片，在晶片上具有層間介質(zhì)層；測試晶片上從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的所述層間介質(zhì)層的 厚度變化曲線；根據(jù)所述厚度變化曲線得到晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域所需的刻蝕速率； 利用所述所需的刻蝕速率和所述非線性函數(shù)模型，得到所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間； 利用所述所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間進行刻蝕，在所述層間介質(zhì)層中形成溝槽。可選的，預(yù)先得到刻蝕氣體流量和刻蝕速率得到刻蝕速率的非線性函數(shù)模型的步 驟包括提供具有層間介質(zhì)層的晶片模型；
對所述晶片模型上的層間介質(zhì)層刻蝕；根據(jù)晶片中央?yún)^(qū)域到晶片邊緣區(qū)域的層間介質(zhì)層去除的厚度和刻蝕時間得到晶 片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的的刻蝕速率；根據(jù)氣體流量和刻蝕速率建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕速率在晶片上分布的非 線性函數(shù)模型?？蛇x的，得到晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的的刻蝕速率后，還包括壓縮為至少兩個一維矩陣分別與壓縮因子相乘后，再求和的形式?？蛇x的，所述刻蝕氣體為CHF3。可選的，所述層間介質(zhì)層包括低溫氧化物層和位于低溫氧化物層上的黑鉆石層?？蛇x的，所述晶片上的層間介質(zhì)層的厚度從中央?yún)^(qū)域向邊緣區(qū)域遞減?？蛇x的，所述晶片上的層間介質(zhì)層的厚度從中央?yún)^(qū)域向邊緣區(qū)域遞增。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明主要具有以下優(yōu)點本發(fā)明利用了在對同一片晶片的刻蝕步驟中，晶片邊緣區(qū)域和晶片中央?yún)^(qū)域的刻 蝕速率不同的原理，從而預(yù)先根據(jù)刻蝕氣體流量和刻蝕速率建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕 速率在晶片上分布的非線性函數(shù)模型。這樣在對晶片刻蝕之前，只要對晶片上的層間介質(zhì) 層測量，得到邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的厚度變化曲線，然后就可以找到該曲線對應(yīng)的刻蝕氣 體流量，從而利用該刻蝕氣體流量進行刻蝕，就可以同時將晶片邊緣區(qū)域和晶片中央?yún)^(qū)域 的層間介質(zhì)層刻蝕干凈，而避免了邊緣區(qū)域或者中央?yún)^(qū)域的過刻蝕問題，減小對溝槽下層 器件的損傷，提高了器件的質(zhì)量。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1為本發(fā)明的溝槽形成方法的流程圖；圖2為晶片上不同位置刻蝕去除的介質(zhì)層厚度示意圖；圖3為晶片上不同位置的刻蝕速率示意圖；圖4為晶片上的層間介質(zhì)層的厚度測試示意圖；圖5為晶片的厚度變化曲線。
具體實施例方式由背景技術(shù)可知，由于晶片邊緣區(qū)域的層間介質(zhì)層和晶片中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層 的厚度不同，從而使得刻蝕形成的晶片邊緣區(qū)域的溝槽和晶片中央?yún)^(qū)域的溝槽的深度不 同，容易使得晶片邊緣區(qū)域的溝槽刻蝕的過深，從而對下層的半導(dǎo)體器件造成損傷。本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的實驗認為由于刻蝕氣體在刻蝕腔中不是均勻分布 的，通常刻蝕腔的中央和刻蝕腔的邊緣刻蝕氣體流量的分布不同，使得晶片邊緣區(qū)域的層 間介質(zhì)層和晶片中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層刻蝕速率不同，從而不同的刻蝕時間去除掉的晶片 邊緣區(qū)域的層間介質(zhì)層和晶片中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層的厚度也不同，從而本發(fā)明的發(fā)明人 利用多組具有層間介質(zhì)層的晶片模型進行刻蝕，根據(jù)氣體流量和刻蝕速率得到晶片邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層刻蝕速率的非線性函數(shù)模型。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表 示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。圖1為本發(fā)明的溝槽的形成方法的流程圖，本發(fā)明的溝槽的形成方法包括步驟S10:預(yù)先根據(jù)刻蝕氣體流量和刻蝕速率建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕速率在晶 片上分布的非線性函數(shù)模型，所述刻蝕速率為晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層的 刻蝕速率。具體包括首先，提供具有層間介質(zhì)層的晶片模型。接著對所述晶片模型上的層間介質(zhì)層刻蝕，例如利用CHF3,流量為lOsccm。根據(jù)晶片中央?yún)^(qū)域到晶片邊緣區(qū)域的層間介質(zhì)層去除的厚度和刻蝕時間得到晶 片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的的刻蝕速率，即刻蝕速率在晶片上的分布；根據(jù)氣體流量和刻蝕速率建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕速率在晶片上分布的非 線性函數(shù)模型，例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。例如利用CHF3，在流量為20sCCm對晶片刻蝕，然后測試晶片中央?yún)^(qū)域到晶片邊緣 區(qū)域的層間介質(zhì)層去除的厚度如圖2所示，刻蝕時間為t，則用圖2所示的曲線除以刻蝕時 間t，得到如圖3所示晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的刻蝕速率。同樣，在改變刻蝕氣體流量，例如30sCCm后再次進行刻蝕，然后測試晶片中央?yún)^(qū) 域到晶片邊緣區(qū)域的層間介質(zhì)層去除的厚度，計算得到刻蝕速率。從而多次測量之后，可以得到晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的的刻蝕速率和刻蝕氣 體流量的對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)刻蝕速率和氣體流量建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕速率在晶 片上分布的非線性函數(shù)模型。為了簡化計算得到晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的的刻蝕速率后還可以包括步 驟將晶片邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域刻蝕速率進行壓縮，壓縮為至少兩個一維矩陣分別與 壓縮因子相乘后，再求和的形式，例如具體的刻蝕速率為一組矩陣式的非線性函數(shù)模型，因 此可以將該矩陣關(guān)系拆分為兩組矩陣和的形式。一個氣體流量對應(yīng)的蝕刻速率本身是個一維的，壓縮之后可以是幾個一維矩陣的 加合。直接參與模型建立的不是矩陣本身而是矩陣的系數(shù)。比如可以拆分為下面三個矩陣 的和的形式，如矩陣Al、A2、A3分別為八個點，矩陣系數(shù)(也叫做壓縮因子)al、a2、a3是3 個數(shù)值。蝕刻速率=alXAl+a2XA2+a3XA3。S20 提供晶片，在晶片上具有層間介質(zhì)層。所述晶片為可以為單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅、鍺、砷化鎵或硅鍺化合物，也 可以具有外延層或絕緣層上硅結(jié)構(gòu)，還可以包括其它的材料，例如銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵或銻化鎵，這里不再一一列舉。所述晶片還可以包括器件層，例如MOS器件。所述層間介質(zhì)層包括低溫氧化物層(ILD)及位于ILD上的BD (Black Diamand,黑 鉆石)層。所述層間介質(zhì)層的材料還可以選自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。S30:測試晶片上從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的所述層間介質(zhì)層的厚度變化曲線。如圖4所示，具體的，可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的測試方法，依次測量晶片從 邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層的厚度，例如可以均勻的選擇一些點進行測試，如選擇 晶片510的同一直徑520上的間距相等的一些點進行測試，從而得到從晶片上從邊緣區(qū)域 到中央?yún)^(qū)域的所述層間介質(zhì)層的厚度變化曲線，例如圖5所示的厚度變化曲線。S40:根據(jù)所述厚度變化曲線得到晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域所需的刻蝕速率。利用厚度變化曲線上每個點的厚度除以相同的刻蝕時間，得到晶片上從邊緣區(qū)域 到中央?yún)^(qū)域的所需的刻蝕速率。S50:利用所述所需的刻蝕速率和所述非線性函數(shù)模型，得到所需的刻蝕氣體流量 和刻蝕時間。具體的，將所述厚度變化曲線帶入所述非線性函數(shù)模型，得到所需的刻蝕氣體流 量和刻蝕時間，例如利用CHF3, CHF3流量為lOsccm，刻蝕時間為10s。S60:利用所述所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間進行刻蝕，在所述層間介質(zhì)層中形 成溝槽。所述刻蝕介質(zhì)層可以是任何常規(guī)刻蝕技術(shù)，比如化學(xué)刻蝕技術(shù)或者等離子體刻蝕 技術(shù)，在本實施例中，采用等離子體刻蝕技術(shù)，采用CHF3作為反應(yīng)氣體刻蝕層間介質(zhì)層直至 形成暴露晶片的溝槽?？涛g介質(zhì)層的工藝可以為等離子體刻蝕工藝，具體包括選用電感耦合等離子體 型刻蝕設(shè)備，刻蝕設(shè)備腔體壓力為10毫托至50毫托，頂部射頻功率為200瓦至500瓦，底 部射頻功率為150瓦至300瓦，CHF3流量為lOsccm，刻蝕時間為30s刻蝕層間介質(zhì)層直至 形成將層間介質(zhì)層去除干凈形成溝槽。在其它實施例中，所述刻蝕氣體還可以是CH2F2、CH3F、C4F8或者C5F8中的一種或其 組合。另外，所述層間介質(zhì)層包括低溫氧化物層和位于低溫氧化物層上的BD層。所述層 間介質(zhì)層的厚度包括低溫氧化物層和BD層厚度之和。本發(fā)明利用了在對同一片晶片的刻蝕步驟中，晶片邊緣區(qū)域和晶片中央?yún)^(qū)域的刻 蝕速率不同的原理，從而預(yù)先根據(jù)刻蝕氣體流量和刻蝕速率建立晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū) 域的刻蝕速率的非線性函數(shù)模型。這樣在對晶片刻蝕之前，只要對晶片上的層間介質(zhì)層測 量，得到邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的厚度變化曲線，然后就可以找到該曲線對應(yīng)的刻蝕氣體流 量，從而利用該刻蝕氣體流量進行刻蝕，就可以同時將晶片邊緣區(qū)域和晶片中央?yún)^(qū)域的層 間介質(zhì)層刻蝕干凈，而避免了邊緣區(qū)域或者中央?yún)^(qū)域的過刻蝕問題，減小對溝槽下層器件 的損傷，提高了器件的質(zhì)量。
并且不管晶片上的層間介質(zhì)層的厚度從中央?yún)^(qū)域向邊緣區(qū)域遞減、遞增或者不 變，都可以利用本發(fā)明的函數(shù)得到所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任 何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方 法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實 施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做 的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽的形成方法，其特征在于，預(yù)先根據(jù)刻蝕氣體流量和刻蝕速率建立各刻蝕 氣體流量下的刻蝕速率在晶片上分布的非線性函數(shù)模型，所述刻蝕速率包括晶片從邊緣區(qū) 域到中央?yún)^(qū)域的層間介質(zhì)層的刻蝕速率，該方法還包括步驟提供晶片，在晶片上具有層間介質(zhì)層；測試晶片上從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的所述層間介質(zhì)層的厚度變化曲線； 根據(jù)所述厚度變化曲線得到晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域所需的刻蝕速率； 利用所述所需的刻蝕速率和所述非線性函數(shù)模型，得到所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間；利用所述所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間進行刻蝕，在所述層間介質(zhì)層中形成溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，預(yù)先得到刻蝕氣體流量和刻 蝕速率得到刻蝕速率的非線性函數(shù)模型的步驟包括提供具有層間介質(zhì)層的晶片模型； 對所述晶片模型上的層間介質(zhì)層刻蝕；根據(jù)晶片中央?yún)^(qū)域到晶片邊緣區(qū)域的層間介質(zhì)層去除的厚度和刻蝕時間得到晶片從 邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的的刻蝕速率；根據(jù)氣體流量和刻蝕速率建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕速率在晶片上分布的非線性 函數(shù)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽的形成方法，其特征在于，得到晶片從邊緣區(qū)域到中央 區(qū)域的的刻蝕速率后，還包括壓縮為至少兩個一維矩陣分別與壓縮因子相乘后，再求和的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述刻蝕氣體為CHF3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述層間介質(zhì)層包括低溫氧 化物層和位于低溫氧化物層上的黑鉆石層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述晶片上的層間介質(zhì)層的 厚度從中央?yún)^(qū)域向邊緣區(qū)域遞減。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽的形成方法，其特征在于，所述晶片上的層間介質(zhì)層的 厚度從中央?yún)^(qū)域向邊緣區(qū)域遞增。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種溝槽的形成方法，預(yù)先根據(jù)刻蝕氣體流量和刻蝕速率建立各刻蝕氣體流量下的刻蝕速率在晶片上分布的非線性函數(shù)模型，包括步驟提供晶片，在晶片上具有層間介質(zhì)層；測試晶片上從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域的所述層間介質(zhì)層的厚度變化曲線；根據(jù)所述厚度變化曲線得到晶片從邊緣區(qū)域到中央?yún)^(qū)域所需的刻蝕速率；利用所述所需的刻蝕速率和所述非線性函數(shù)模型，得到所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間；利用所述所需的刻蝕氣體流量和刻蝕時間進行刻蝕，在所述層間介質(zhì)層中形成溝槽。從而減小對溝槽下層器件的損傷。
文檔編號H01L21/768GK102044482SQ20091019744
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者孫武, 尹曉明, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司