[發明專利]溝槽的形成方法

有效

• 申請號: 201210224449.7
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN103515301A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 張海洋;周俊卿
• 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: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/311
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明屬于半導體制造技術領域，特別涉及一種溝槽的形成方法。

背景技術

目前，在半導體集成電路制造領域，半導體器件層形成之后，在半導體器件的后段（back?end?of?line，BEOL）工藝中，需要在半導體器件層之上形成金屬互聯層，每層金屬互聯層包括金屬互聯線和層間介質層，這就需要刻蝕上述層間介質以形成連接孔（Via）和溝槽（trench），然后在上述溝槽和連接孔內沉積金屬，沉積的金屬組成金屬互聯線。隨著集成電路集成度的逐步提高，半導體器件的尺寸持續按比例縮小，在BEOL中一般選用銅作為金屬互連線材料。

如圖1所示溝槽刻蝕前的器件包括：襯底101；形成于所述襯底101上的金屬連線層102，具體地所述金屬連線層102為銅；形成于所述金屬連線層102上的金屬連線保護層103；形成于所述金屬連線保護層103上的介質層104；形成于所述介質層104上的掩膜層105；貫穿所述掩膜層105和介質層104的通孔106；形成于所述掩膜層105之上并且填滿所述通孔106的光學近似層（optical?proximity?layer，OPL）107；形成于所述光學近似層107之上的氧化層108（low?temperature?oxide，LTO）；形成于所述氧化層108上的抗反射層109（anti?reflect?coating，ARC）和形成于所述抗反射層109上的圖形化的光阻110。

在現有技術中，溝槽形成的工藝主要包括通孔內光學近似層的刻蝕和溝槽刻蝕。在通孔內光學近似層的刻蝕結束后，一方面，要求通孔106內要保證剩余有一定厚度的OPL存在，以保證在后續的溝槽刻蝕中保護下層的金屬連線層102的金屬被刻蝕；另一方面，還要求通孔106內剩余OPL的厚度不能太厚，剩余的OPL過厚會影響后續溝槽刻蝕后兩個相鄰通孔之間介質層的形狀和厚度。

如果通孔106內剩余的OPL的厚度太厚時，溝槽刻蝕后，如圖2所示，兩個相鄰通孔之間的介質層111的厚度也會比較厚，而且兩個相鄰通孔之間的介質層111的角部會呈現尖銳的角狀112，上下層金屬相互連通以后，在器件工作中如果在上下層金屬互連線上有電流通過時，在兩個相鄰通孔之間的介質層111的角部112會出現電遷移現象（electro?migration，EM），從而影響器件的可靠性。

為了抑制上述EM現象，現有技術中主要通過加強通孔內光學近似層的刻蝕降低通孔刻蝕后通孔106內剩余OPL的厚度，可以使溝槽刻蝕后兩個相鄰通孔之間的介質層111的厚度變小，同時角部112的形狀也會有所改善。但是，加強通孔內光學近似層的刻蝕以后，因為刻蝕的不均一性的存在，可能出現有些通孔中的OPL被完全刻蝕的情況，如果通孔106內的OPL被完全刻蝕同時通孔106底部的金屬連線保護層103又存在缺陷時，隨著OPL刻蝕的進行金屬連線層102的銅會也會被刻蝕，刻蝕出來銅會逐步擴散到溝槽上方最終形成小丘（hill-lock），從而造成不良。

由上述分析可知，如果加強通孔刻蝕，器件電遷移的現象會有所改善，但是hill-lock不良的發生幾率會增加；如果減弱通孔刻蝕，hill-lock不良會降低，但是器件電遷移缺陷的現象則會增加。因為通孔刻蝕不均一的存在，很難找到適合的通孔刻蝕條件，導致hill-lock不良和器件電遷移缺陷無法同時得到改善。因此有必要開發一種溝槽形成方法在降低hill-lock不良發生率的同時能夠抑制器件的電遷移缺陷的發生。

發明內容

本發明提供一種溝槽形成方法，以降低hill-lock不良發生率的同時能夠抑制器件的電遷移缺陷的發生。

為解決上述技術問題，本發明提供一種溝槽形成方法，包括：

提供一襯底，所述襯底上形成有介質層和掩膜層，所述介質層和掩膜層中形成有多個通孔，所述掩膜層上及多個通孔中形成有光學近似層；以及

執行多次干法刻蝕工藝，以去除所述掩膜層之上的部分光學近似層，并使得所述襯底上各區域的通孔內剩余的光學近似層高度差小于一預定值。

可選的，所述預定值為50nm。

可選的，所述多次干法刻蝕工藝包括第一次干法刻蝕工藝和第二次干法刻蝕工藝，其中，

所述第一次干法刻蝕工藝，去除所述掩膜層之上的部分光學近似層以及所述通孔內的部分厚度的光學近似層，暴露出所述掩膜層的表面；

所述第二次干法刻蝕工藝，去除所述通孔內的部分厚度的光學近似層；