[發明專利]刻蝕方法和雙鑲嵌結構的形成方法

有效

• 申請號: 200710094541.5
• 申請日: 2007-12-13
• 公開（公告）號: CN101459074A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 孫武;王新鵬
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;H01L21/768
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 董立閩;李 麗

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種刻蝕方法和雙鑲嵌結構的形成方法。

背景技術

隨著芯片的集成度越來越高，元器件的尺寸越來越小，因器件的高密度、小尺寸引發的各種效應對半導體工藝制作結果的影響也日益突出。

以刻蝕工藝為例，因具體功能不同，同一襯底上各刻蝕圖形的大小、形狀及分布密度可能會不同，當器件尺寸小至一定程度后，即使是經過同一刻蝕工藝后形成的同一襯底上的刻蝕圖形的結果也可能會不相同：

對于尺寸較小的刻蝕圖形部分，因刻蝕尺寸效應(SDE，size-dependent?etching)，其刻蝕的速率會相對較低；對于尺寸相同，但密集度較大的刻蝕圖形，因微負載效應(ML，microloading?effect)，其刻蝕速率同樣也會相對較低。

故而，在刻蝕完成后，雖然在是相同的刻蝕條件下進行蝕，所需刻蝕的材料也完全相同，尺寸不同或密集度不同的刻蝕圖形的最終刻蝕深度卻不盡相同，這就可能導致刻蝕不足或過刻蝕現象的出現，嚴重時有的器件的性能也會發生漂移。

現有技術中通過對刻蝕停止層的改進，已改善了上述因刻蝕深度不同而導致的問題。如于2007年9月26日授權的公開號為CN100339955C的中國專利中，公開了一種防止刻蝕停止層被過度刻蝕的方法。該方法為了解決刻蝕形成接觸孔時刻蝕停止層不能起到應起的保護作用，而出現的接觸孔被侵蝕的問題，在層間介質層與刻蝕停止層間增加了一層保護介質層，提高了刻蝕停止層在刻蝕中的保護力度。

然而，當所需刻蝕形成的孔尺寸在110nm以下時，由于光刻中曝光機曝光極限的原因，很難僅利用光刻技術定義出孔徑符合要求的孔圖案，這時就需要在刻蝕中利用刻蝕過程中產生的附著于側壁上的聚合物(polymer)來縮小孔尺寸。此時，上述刻蝕尺寸效應、微負載效應帶來的不僅僅是刻蝕深度不同，還會導致刻蝕圖形尺寸與光刻定義的尺寸的偏離量不同，使器件間的均勻性、一致性較差。

圖1到圖4是利用現有的刻蝕方法形成通孔的器件剖面示意圖。下面結合圖1至圖4對上述問題進行說明。

圖1為現有的通孔形成過程中形成介質層后的器件剖面示意圖，如圖1所示，通常在生長用于層間絕緣的介質層102之前，會在硅襯底100上生長刻蝕停止層101，其可以為氮化硅層或碳化硅材料。該刻蝕停止層101的刻蝕速率要明顯低于介質層102，以確保在通孔刻蝕時能較均勻地停止于該層101內。

圖2為現有的通孔形成過程中形成通孔圖形后的器件剖面示意圖，如圖2所示，利用光刻膠105在介質層102表面上定義通孔圖形。由于受到光刻中曝光極限的限制，該通孔圖形的孔徑a1可能會略大于預計要形成的通孔的孔徑。

圖3為現有的通孔形成過程中形成通孔后的器件剖面示意圖，如圖3所示，用光刻膠定義通孔圖形后，可以利用干法刻蝕技術在介質層102內形成通孔106-1、106-2和106-3。

為了形成較小的孔徑，在本步刻蝕中可以利用刻蝕過程中產生的聚合物110實現對通孔側壁的保護，以形成具有較小孔徑的通孔。

對于孔密集度不同的通孔，其的刻蝕速率不同，產生的聚合物110的多少也不同(具體情況與所采用的刻蝕條件相關)。本圖中示出的是密集度大的通孔106-1和106-2內產生聚合物110較多的情況。

圖4為現有的通孔形成過程中去除聚合物后的器件剖面示意圖，如圖4所示，在去除光刻膠和聚合物后，露出的各通孔106-1、106-2及106-3的孔徑分別為a2、a2和a2’(因產生的聚合物的量不同，其與光刻時定義的孔徑間的偏離量不同)。其中，產生聚合物110越多的通孔(如106-1和106-2)，其孔徑偏離光刻定義的值越大(即a2＜a2’)。

另外，對于孔徑尺寸不同的通孔，因刻蝕尺寸效應，也會出現類似的問題。這將導致同一襯底上形成的各器件間的均勻性、一致性較差。

發明內容

本發明提供一種刻蝕方法和雙鑲嵌結構的形成方法，以改善現有的刻蝕圖形或雙鑲嵌結構中出現的均勻性、一致性較差的現象。

本發明提供的一種刻蝕方法，包括步驟：

提供襯底，且在所述襯底上具有介質層；

在所述介質層上定義刻蝕圖形；

利用第一刻蝕氣體對所述介質層進行第一刻蝕；

利用第二刻蝕氣體對所述介質層進行第二刻蝕，且所述第二刻蝕氣體產生的聚合物少于第一刻蝕氣體。

可選地，所述介質層為黑鉆石層。

可選地，所述第二刻蝕氣體中包含的碳/氟比大的氣體的量低于所述第一刻蝕氣體。