刻蚀方法和双镶嵌结构的形成方法

专利名称：刻蚀方法和双镶嵌结构的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种刻蚀方法和双镶嵌 结构的形成方法。
背景技术：
随着芯片的集成度越来越高，元器件的尺寸越来越小，因器件的高 密度、小尺寸引发的各种效应对半导体工艺制作结果的影响也日益突出。
以刻蚀工艺为例，因具体功能不同，同一衬底上各刻蚀图形的大小、 形状及分布密度可能会不同，当器件尺寸小至一定程度后，即使是经过
同 一刻蚀工艺后形成的同 一衬底上的刻蚀图形的结果也可能会不相同
对于尺寸较小的刻蚀图形部分，因刻蚀尺寸效应(SDE， size-dependent etching),其刻蚀的速率会相对较低；对于尺寸相同，但 密集度较大的刻蚀图形，因微负载效应(ML, microloading effect),其 刻蚀速率同样也会相对较低。
故而，在刻蚀完成后，虽然在是相同的刻蚀条件下进行蚀，所需刻 蚀的材料也完全相同，尺寸不同或密集度不同的刻蚀图形的最终刻蚀深 度却不尽相同，这就可能导致刻蚀不足或过刻蚀现象的出现，严重时有 的器件的性能也会发生漂移。
现有技术中通过对刻蚀停止层的改进，已改善了上述因刻蚀深度不 同而导致的问题。如于2007年9月26日授:权的公开号为CN100339955C 的中国专利中，公开了一种防止刻蚀停止层被过度刻蚀的方法。该方法 为了解决刻蚀形成接触孔时刻蚀停止层不能起到应起的保护作用，而出 现的接触孔被侵蚀的问题，在层间介质层与刻蚀停止层间增加了 一层保 护介质层，提高了刻蚀停止层在刻蚀中的保护力度。
然而，当所需刻蚀形成的孔尺寸在110nm以下时，由于光刻中曝光机曝光极限的原因，很难仅利用光刻技术定义出孔径符合要求的孔图 案，这时就需要在刻蚀中利用刻蚀过程中产生的附着于侧壁上的聚合物
(polymer)来缩小孔尺寸。此时，上述刻蚀尺寸效应、；敞负载效应带 来的不仅仅是刻蚀深度不同，还会导致刻蚀图形尺寸与光刻定义的尺寸 的偏离量不同，使器件间的均匀性、 一致性较差。
图1到图4是利用现有的刻蚀方法形成通孔的器件剖面示意图。下 面结合图1至图4对上述问题进行说明。
图1为现有的通孔形成过程中形成介质层后的器件剖面示意图，如 图1所示，通常在生长用于层间绝缘的介质层102之前，会在硅衬底100 上生长刻烛停止层101,其可以为氮化硅层或碳化硅材料。该刻蚀停止 层101的刻蚀速率要明显低于介质层102,以确保在通孔刻蚀时能较均 匀地停止于该层101内。
图2为现有的通孔形成过程中形成通孔图形后的器件剖面示意图， 如图2所示，利用光刻胶105在介质层102表面上定义通孔图形。由于 受到光刻中曝光极限的限制，该通孔图形的孔径al可能会略大于预计 要形成的通孔的孔径。
图3为现有的通孔形成过程中形成通孔后的器件剖面示意图，如图 3所示，用光刻胶定义通孔图形后，可以利用干法刻蚀技术在介质层102 内形成通孔106-1、 106-2和106-3。
为了形成较小的孔径，在本步刻蚀中可以利用刻蚀过程中产生的聚 合物110实现对通孔侧壁的保护，以形成具有较小孔径的通孔。
对于孔密集度不同的通孔，其的刻蚀速率不同，产生的聚合物110
的多少也不同(具体情况与所采用的刻蚀条件相关)。本图中示出的是
密集度大的通孔106-1和106-2内产生聚合物110 4^多的情况。
图4为现有的通孔形成过程中去除聚合物后的器件剖面示意图，如图 4所示，在去除光刻胶和聚合物后，露出的各通孔106-1、 106-2及106-3的孔径分别为a2、 a2和a2，(因产生的聚合物的量不同，其与光刻时定义的 孔径间的偏离量不同)。其中，产生聚合物110越多的通孔(如106-1和 106-2)，其孔径偏离光刻定义的值越大(即a2〈a2，)。
另外，对于孔径尺寸不同的通孔，因刻蚀尺寸效应，也会出现类似 的问题。这将导致同一衬底上形成的各器件间的均匀性、 一致性较差。

发明内容
本发明提供一种刻蚀方法和双镶嵌结构的形成方法，以改善现有的 刻蚀图形或双镶嵌结构中出现的均匀性、 一致性较差的现象。
本发明提供的一种刻蚀方法，包括步骤 提供村底，且在所述衬底上具有介质层； 在所述介质层上定义刻蚀图形； 利用第一刻蚀气体对所述介质层进行第一刻蚀； 利用第二刻蚀气体对所述介质层进行第二刻蚀，且所述第二刻蚀气 体产生的聚合物少于第一刻蚀气体。 可选地，所述介质层为黑钻石层。
可选地，所述第二刻蚀气体中包含的碳/氟比大的气体的量低于所 述第一刻蚀气体。
可选地，所述第一刻蚀气体包含CtFs和02，且所述C^8和02的 流量比在4: l至2: l之间。
可选地，所述第二刻蚀气体包含0^8和02,且所述0^8和02的 流量比在3: 2至1: 1之间。
可选地，所述第 一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括CH2F2。
可选地，所述第 一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括氩气。
优选地，所述第一刻蚀与第二刻蚀的功率在2000至2500W之间， 所述第一刻蚀与第二刻蚀的腔室压力在20至80mTorr之间。
优选地，所述第一刻蚀的刻蚀时间与第二刻蚀的刻蚀时间比在1: 2至2: l之间。
本发明具有相同或相应技术特征的"种双镶嵌结构的形成方法，包 括步骤
提供衬底；
在所述衬底上形成刻蚀停止层； 在所述刻蚀停止层上形成第一介质层；
在所述第 一介质层上形成通孔图形； 利用第 一刻蚀气体对所述第 一介质层进行第 一刻蚀； 利用第二刻蚀气体对所述第 一介质层进行第二刻蚀，以形成通孔， 且所述第二刻蚀气体产生的聚合物少于第 一刻蚀气体； 在所述第 一介质层上及通孔内形成第二介质层； 在所述第二介质层上形成沟槽图形；
刻蚀形成与至少 一个通孔相连的沟槽。 可选地，所述介质层为黑钻石层。
可选地，所述第二刻蚀气体中包含的碳/氟比大的气体的量低于所 述第一刻蚀气体。
可选地，所述第 一刻蚀气体包含C4F8和02 ，且所述C4F8和02的 流量比在4: l至2: l之间。
可选地，所述第二刻蚀气体包含CtFs和02,且所述CtF8和02的 流量比在3: 2至1: 1之间。
可选地，所述第一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括CH2F2。
可选地，所述第 一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括氩气。
优选地，所述第 一刻蚀与第二刻独时的功率在2000至2500W之间， 所述第 一刻蚀与第二刻蚀时腔室的压力在20至80mTorr之间。
优选地，所述第一刻蚀的刻蚀时间与第二刻蚀的刻蚀时间比在1: 2 至2: l之间。可选地，所述第二介质层利用旋涂方法形成。
-与现有技术相比，本发明具有以下优点
本发明的刻蚀方法及双镶嵌结构的形成方法，通过对刻蚀工艺进行 改进，将刻蚀过程分为分别采用不同的刻蚀条件的两步刻蚀，其中，第 一刻蚀与第二刻蚀中产生聚合物的量不同，且对不同密集度的图形的尺 寸的影响趋势相反，将二者结合起来后，可以产生中和作用，使得在刻 蚀过程中在不同图形处产生的聚合物分布更为均匀，改善了现有的刻蚀 方法中出现的均匀性、 一致性较差的现象。
另外，本发明的刻蚀方法及双镶嵌结构的形成方法中，第一刻蚀中 采用的第一刻蚀气体产生的聚合物较多，可以得到更小的孔径，第二刻 蚀中采用的第二刻蚀气体产生的聚合物较少，可以得到较为垂直的侧壁 形状，将二者结合后，可以进一步提高刻蚀质量。


图1为现有的通孔形成过程中形成介质层后的器件剖面示意图2为现有的通孔形成过程中形成通孔图形后的器件剖面示意图3为现有的通孔形成过程中形成通孔后的器件剖面示意图4为现有的通孔形成过程中去除聚合物后的器件剖面示意图5为本发明中利用与图3不同的刻蚀工艺条件形成通孔后的器件 剖面示意图6为本发明中利用与图4不同的刻蚀工艺条件形成的通孔去除聚 合物后的器件剖面示意图7为本发明第一实施例的刻蚀方法的流程图8为本发明第一实施例中形成介质层后的器件剖面图9为本发明第 一实施例中形成通孔图形后的器件剖面图10为本发明第 一 实施例中进行第 一刻蚀后的器件剖面图；图11为本发明第一实施例中进行第二刻蚀后的器件剖面图； 图12为本发明第一实施例中形成通孔后的器件剖面图13为采用本发明第一实施例的方法前后得到的各通孔的接触电
阻测试情况分布图14为本发明第二实施例的双镶嵌结构形成方法的流程图； 图15为本发明第二实施例中形成第一介质层后的器件剖面图； 图16为本发明第二实施例中形成通孔图形后的器件剖面图； 图17为本发明第二实施例中进行第 一刻蚀后的器件剖面图； 图18为本发明第二实施例中进行第二刻蚀后的器件剖面图； 图19为本发明第二实施例中形成通孔后的器件剖面图； 图20为本发明第二实施例中形成第二介质层后的器件剖面图； 图21为说明本发明第二实施例中形成沟槽图形后的器件剖面图； 图2 2为说明本发明第二实施例中形成沟槽后的器件剖面图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
本发明的处理方法可以;陂广泛地应用于各个领域中，并且可利用许 多适当的材料制作，下面是通过具体的实施例来加以说明，当然本发明 并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替 换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时， 为了便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不 应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽 度及深度的三维空间尺寸。
刻蚀是一个复杂的过程，硅工艺中，通常会用刻蚀反应气体所产生的等离子体进行刻蚀，如CF4、 CF8、 C5F8、 C4F6、 CHF3、 BC13等，它 们与光刻胶、刻蚀生成物等会产生一定的结合，形成聚合物，该聚合物 能阻挡对侧壁的刻蚀，增强刻蚀的方向性，从而实现对图形关键尺寸的 良好控制。
实际生产中，由于刻蚀尺寸效应、-徵负载效应等的存在。不同的刻 蚀图形间可能存在刻蚀深度不同、刻蚀图形尺寸与光刻定义尺寸的偏离 量不同等问题，使得器件间的均匀性、 一致性较差。
为了改善上述问题，对刻蚀工艺进行了详细的分析。由前面的图4 可以看到，即使利用相同的刻蚀工艺条件，由于刻蚀图形的密集度不同， 所得到的刻蚀图形的形状也可能会不同。
另外，通过实验进一步确定，在不同的刻蚀工艺条件下，对于密集 度不同的刻蚀图形，其与光刻所定义的图形之间的偏离量的变化趋势也 不同。
图5为本发明中利用与图3不同的刻蚀工艺条件形成通孔后的器件 剖面示意图。如图5所示，本工艺条件下，刻蚀过程中产生的聚合物较 少(图中未示出)，其对通孔侧壁的保护不强，结果形成了如图中107-1、 107-2及107-3所示的通孔形状。
图6为本发明中利用与图4不同的刻蚀工艺条件形成的通孔去除聚 合物后的器件剖面示意图。如图6所示，在本工艺条件下，形成的密集 度较高的通孔107-1和107-2的孔径b2与光刻胶定义的孔径al间的偏 差量更小(即b2>b2，)。
通过对上述现象进行分析，本发明提出了新的刻蚀方法，其在刻蚀 时先、后利用两种不同的刻蚀工艺条件进行刻蚀，综合了两种刻蚀工艺 条件的特点，得到了均匀性、 一致性以及侧壁形状均较好的刻蚀结果。
第一实施例
本实施例中，利用本发明的刻蚀方法在介质层内形成了通孔(或接触孔)。
图7为本发明第一实施例的刻蚀方法的流程图，图8至图12为说
明本发明第一实施例的刻蚀方法的器件剖面图，下面结合图7至图12
详细介绍本发明的第 一 实施例。
步骤701:提供衬底，且在所述衬底上具有介质层。
本实施例中的衬底可以为已形成金属氧化物半导体晶体管的衬底， 也可以为已形成底层金属连线结构的衬底(图中未示出)。
另外，为了提高刻蚀图形在刻蚀深度方面的均匀性、 一致性，通常 在衬底上形成介质层之前，可以先生长一层刻蚀停止层。硅工艺中，该 刻蚀停止层通常为氮化硅层或碳化硅层。
图8为本发明第一实施例中形成介质层后的器件剖面图，如图8所 示，在衬底800上形成了刻蚀停止层801，在刻蚀停止层801上又形成 了介质层802。
本实施例中，该刻蚀停止层801是利用PECVD沉积形成的含氮的 碳化硅层，其的刻蚀速率与后面在其上生长的介质层的刻蚀速率相比较 低，以确保通孔刻蚀时能较均勻地停止于该层内。
介质层802是利用化宇气相》 介质材料。在本实施例中，其既可以是氧化硅材料，也可以是为了提高 器件性能而选用的低k值的黑钻石(BD， black diamond)材料。其的 厚度通常可以设置在3500至5000 A之间，如为4000A。 步骤702:在介质层上定义通孔图形。
本实施例需要在介质层内刻蚀形成通孔，因而，本步中在介质层802 上利用光刻技术定义了通孔图形。
图9为本发明第一实施例中形成通孔图形后的器件剖面图，如图9 所示，利用光刻胶805在介质层802表面上定义通孔图形。由于受到光 刻中曝光极限的限制，该通孔图形的孔径cl可能会略大于预计要形成的通孔的孔径。
另夕卜，当刻蚀的通孔较深时，为确保掩膜在刻蚀过程中的保护作用， 也可以在该介质层802上再形成一层硬掩膜层，其的刻蚀速率与氧化硅 相差较大(如可以为氮化硅层)。在利用光刻胶在该硬掩膜层上定义通 孔图形后，先对该硬掩膜层进行刻蚀，将通孔图形转移至该硬掩膜层内， 然后，再利用光刻胶与该图形化后的硬掩膜一起对通孔的刻蚀进行掩膜 保护。
步骤703:利用第一刻蚀气体对所述介质层进行第一刻蚀。
图10为本发明第一实施例中进行第一刻蚀后的器件剖面图，如图 IO所示，本实施例中，先利用产生聚合物较多的第一刻蚀气体对介质层 802进行刻蚀，刻蚀深度可以为介质层厚度的1/3至2/3之间，如为1/2。
此时，因刻蚀时间较短，刻蚀深度较浅，在通孔内产生的聚合物810 还不4艮多，各孔806-1、 806-2及806-3内产生的聚合物量也相差不多， 因而，其所形成的孔的孔径也基本一致。
本实施例中，所用的第一刻蚀气体包含0^8和02,其中CtF8的流 量比值较大，如二者的流量比可以在4: l至2: l之间，如为3: 1。具 体地，可以将QF8的流量设置在15sccm， 02的流量设置在5sccm。在 该刻蚀气体配比下(^/氟比大的气体含量大时)，产生的聚合物较多， 与光刻定义的孔尺寸cl相比，可以得到更小的孔径。
除QF8和02刻蚀气体外，本实施例中还在刻蚀中通入了 CH2F2A Ar气体，具体地，可将CH2F2的流量设置在5至15sccm之间，如为 10sccm;将Ar的流量i殳置在300至600sccm之间，如为450sccm。
本实施例中，在第一刻蚀过程中，将腔室的压力设置在20至 80mTorr之间，如为60mTorr;将RF电源功率设置在2000至2500W之 间，如为2200W。
步骤704:利用第二刻蚀气体对所述介质层进行第二刻蚀，且所述 第二刻蚀气体产生的聚合物少于第 一刻蚀气体。图11为本发明第一实施例中进行第二刻蚀后的器件剖面图，如图 11所示，本步骤中，利用产生聚合物较少的第二刻蚀气体继续对介质层
802进行刻蚀，直至形成通孔807-1、 807-2和807-3为止。
虽然第二刻蚀气体在刻蚀过程中产生的聚合物较少，但由于在第一 刻蚀过程中的聚合物对通孔的侧壁仍具有保护作用，并不会出现如图5 及图6中所示对侧壁的刻蚀现象。在本实施例中的两步刻蚀的方法中， 最终可以得到较为垂直的侧壁形状，这对进一步提高器件的性能有利。
另外，还可以通过控制第 一 刻蚀与第二刻蚀的刻蚀时间比来控制刻 蚀图形侧壁的形状及不同密集度图形间的尺寸偏差情况，如，本实施例 中可以将第一刻蚀的刻蚀时间与第二刻蚀的刻蚀时间比设置在1: 2至 2: l之间，如为各刻蚀30秒(即刻蚀时间比为1: 1)。该种控制刻蚀 时间的方法与控制刻蚀深度的方法相比更为方便。
本实施例中，所用的第二刻蚀气体同样包含0^8和02,其中C4F8 的流量比值相对于第一刻蚀气体有所减少，如二者的流量比可以在3: 2 至l: l之间，如为5: 4。具体地，可以将C4F8的流量设置在10sccm, 02的流量设置在8sccm。在该刻蚀气体配比下(^/氟比较大的气体的 含量较少)，产生的聚合物相对于第一刻蚀气体要少。
除C4F8和02刻蚀气体外，本步骤中同样还在刻蚀中通入了 CH2F2 及Ar气体，具体地，可将CH2F2的流量设置在5至15sccm之间，如为 10sccm;将Ar的流量设置在300至600sccm之间，如为450sccm。
本实施例中，在本步第二刻蚀过程中，同样可以维持腔室的压力设 置在20至80mTorr之间，如为60mTorr; RF电源的功率设置在2000 至2500W之间，如为2200W。
步骤705:去除残留的光刻力交及聚合物，形成通孔。
图12为本发明第一实施例中形成通孔后的器件剖面图，如图12所 示，无论是高密集度的通孔807-1、 807-2,还是低密集度的通孔807-3，其最终形成的孔径C2不仅同样小于光刻定义的孔径Cl，而且彼此之间 也基本一致。
原因在于第一刻蚀与第二刻蚀中产生聚合物的量不同，对不同密 集度的图形的尺寸的影响趋势相反，在采用本发明的刻蚀方法将二者结 合起来后，可以产生中和作用，最终对于不同密集度的刻蚀图形而言， 都可以得到尺寸与光刻定义的尺寸偏离量相同的图形。
实验证实，单独采用第一刻蚀气体对通孔进行刻蚀，会导致孤立的 通孔图形的孔径大于高密集度通孔图形的孔径6nm左右；单独采用第 二刻蚀气体对通孔进行刻蚀，会导致孤立通孔图形的孔径小于高密集度 通孔图形的孔径6nm左右。而采用本发明的两步刻蚀方法后，两种密 集度的通孔图形间的尺寸可基本一致。
图13为采用本发明第一实施例的方法前后得到的各通孔的接触电 阻测试情况分布图，如图13所示，图中横坐标代表片号，纵坐标代表 各通孔的接触电阻(Rc)测试结果，其中，菱形数据点1301表示单独 采用第一刻蚀气体进行通孔刻蚀后的Rc测试结果，圓形数据点1302表 示单独采用第二刻蚀气体进行通孔刻蚀后的Rc测试结果，三角形数据 点1303表示采用本发明两步刻蚀方法进行通孔刻蚀后的Rc测试结果。
由图13可知，采用本发明的刻蚀方法得到的各通孔的接触电阻的 数据点更为集中，表明各通孔的电性能一致性有所提高，也进一步证实 了采用本发明的刻蚀方法后，各刻蚀图形的均匀性、 一致性得到了改善。
本实施例中是以密集度不同的通孔的形成为例，在本发明的其它实 施例中，本发明的方法也可以适用于尺寸大小不同的通孔，其同样也以 起到提高各刻蚀图形的均匀性、 一致性的作用。这一应用的延伸，对于 本领域的普通技术人员而言，是易于理解与接受的，在此不再赘述。
同的情况)在刻蚀过程中产生的聚合物的量的不同(或刻蚀侧壁形状的不同)，将其工艺结果的特点进行结合，从而达到提高器件性能及工艺 结果的均匀性、 一致性的目的。在本发明的其它实.施例中，根据所要刻 蚀的介质层的材料不同，所用的刻蚀气体也可以不同，如可以为CF4、
CF8、 C5F8、 C4F6、 CHF3、 BCl3等中的任一种或多种。
本实施例中形成的刻蚀图形为通孔，在本发明的其它实施例中，也 可以利用本发明的方法形成其它刻蚀图形，如^^矣触孔等。
第二实施例
本实施例介绍了利用本发明的刻蚀方法形成双镶嵌结构的方法。
图14为本发明第二实施例的双镶嵌结构形成方法的流程图，图15 至图22为说明本发明第二实施例的双镶嵌结构的形成方法的器件剖面 图，下面结合图14至图22详细介绍本发明的第二实施例。步骤1401:提供衬底，且所述衬底上已形成多个金属氧化物半导体 晶体管。
本实施例中的衬底可以为已形成金属氧化物半导体晶体管的衬底， 也可以为已形成金属氧化物半导体晶体管及底层金属连线结构的村底 (图中未示出)。
同样地，为了提高刻蚀图形在刻蚀深度方面的均匀性、 一致性，通 常在衬底上形成介质层之前，可以先生长一层刻蚀停止层。小尺寸的双 镶嵌结构中，该刻蚀停止层通常为含氮或含氧的碳化硅层。
步骤1402:在所述衬底上形成第一介质层。
图15为本发明第二实施例中形成第一介质层后的器件剖面图，如 图15所示，在衬底1501上形成了刻蚀停止层1502,在刻蚀停止层1502 上又形成了第一介质层1503。
本实施例中的第一介质层1503是利用化学气相沉积方法(CVD) 形成的。本实施例中，为了提高器件性能，在该双镶嵌结构中选用了低 k值的黑钻石(BD)材料。其的厚度通常可以设置在3500至5000A之间，如为4000A 。
步骤1403.:在第一介质层上定义通孔图形。
本实施例中，需要先在第一介质层内刻蚀形成通孔，因而，本步中 先要在第一介质层1503上利用光刻技术定义通孔图形。
图16为本发明第二实施例中形成通孔图形后的器件剖面图，如图 16所示，利用光刻胶1504在第一介质层1503表面上定义通孔图形。 步骤1404:利用第一刻蚀气体对第一介质层进行第一刻蚀。 图17为本发明第二实施例中进行第一刻蚀后的器件剖面图，如图 17所示，本实施例中，先利用产生聚合物较多的第一刻蚀气体对第一介 质层1503进行第一刻蚀，刻蚀深度可以为介质层厚度的1/3至2/3之间， 如为1/2。
此时，因刻蚀时间较短，刻蚀深度较浅，在通孔内产生的聚合物1510 还不很多，各孔内的聚合物量也相差不多，因而，其所形成的各孔1505a 的孔径也应基本一致。
本实施例中，所用的第一刻蚀气体包含C4Fs和02,其中C4Fs的流
量比值较大，如二者的流量比可以在4: l至2: l之间，如为3: 1。具 体地，可以将CjF8的流量设置在15sccm, 02的流量设置在5sccm。在 该刻蚀气体配比下(^/氟比大的气体含量较大时)，产生的聚合物较多， 与光刻定义的孔尺寸cl相比，可以得到更小的孔径。
除C4F8和02刻蚀气体外，本实施例中还在刻蚀中通入了 CEbF2及 Ar气体，具体地，可将CH2F2的流量设置在5至15sccm之间，如为 10sccm;将Ar的流量i殳置在300至600sccm之间，如为450sccm。
本实施例中，在第一刻蚀过程中，将腔室的压力设置在20至 80mTorr之间，如为60mTorr;将RF电源功率设置在2000至2500W之 间，如为2200W。
步骤1405:利用第二刻蚀气体对第一介质层进行第二刻蚀，且所述 第二刻蚀气体产生的聚合物少于第 一刻蚀气体。图18为本发明第二实施例中进行第二刻蚀后的器件剖面图，如图
18所示，本步骤中，利用产生聚合物较少的第二刻蚀气体继续对第一介 质层1503进行刻蚀，直至形成通孔1505为止。
虽然第二刻蚀气体在刻蚀过程中产生的聚合物较少，但由于在第一 刻蚀过程中的聚合物对通孔的侧壁仍具有保护作用，并不会出现如图5 及图6中所示对侧壁的刻蚀现象。在本实施例中的两步刻蚀的方法中， 最终可以得到较为垂直的侧壁形状，这对进一步提高器件的性能有利。
另外，还可以通过控制第 一刻蚀与第二刻蚀的刻蚀时间比来控制刻 蚀图形侧壁的形状及不同密集度图形间的尺寸偏离情况，如，本实施例
中可以将第一刻蚀的刻蚀时间与第二刻蚀的刻蚀时间比设置在1: 2至 2: l之间，如为各刻蚀30秒(即刻蚀时间比为1: 1)。该种控制刻蚀 时间的方法与控制刻蚀深度的方法相比更为方i"更。
本实施例中，所用的第二刻蚀气体同样包含C4F8和02，其中C4Fs
的流量比值相对于第一刻蚀气体有所减少，如二者的流量比可以在3: 2 至l: l之间，如为5: 4。具体地，可以将C4F8的流量设置在10sccm, 02的流量设置在8sccm。在该刻蚀气体配比下Ul/氟比大的气体含量 较少时)，产生的聚合物相对于第一刻蚀气体要少。
除C4F8和02刻蚀气体外，本步骤中同样还在刻蚀中通入了 CH2F2 及氩(Ar)气体，具体地，可将CH2F2的流量设置在5至15sccm之间， 如为10sccm;将Ar的流量i殳置在300至600sccm之间，如为450sccm。
本实施例中，在本步第二刻蚀过程中，同样将腔室的压力设置在20 至80mTorr之间，如为60mTorr;将RF电源功率设置在2000至2500W 之间，如为2200W。
步骤1406:去除残留的光刻胶及聚合物，形成通孔。
图19为本发明第二实施例中形成通孔后的器件剖面图，如图19所 示，形成的各通孔1505之间孔径应基本一致(图中所示为示意图，实际形成的侧壁仍会略有倾斜，且孔径也会小于光刻定义的孔径)。
步骤1407:在第一介质层上及通孔内形成第二介质层。
图20为本发明第二实施例中形成第二介质层后的器件剖面图，如 图20所示，在第一介质层1503上及通孔1505内覆盖了第二介质层 1506。
本实施例中，为了较好地填充通孔1505,同时能得到较为平坦的表 面，该第二介质层1506采用了利用旋涂方法形成的DUO材料层。
步骤1408:在所述第二介质层上形成沟槽图形。
图21为说明本发明第二实施例中形成沟槽图形后的器件剖面图，如 图21所示，本步通常是利用光刻技术在第二介质层1506上定义出沟槽的 图形1507。
步骤1409:刻蚀形成与至少一个通孔相连的沟槽。
图22为说明本发明第二实施例中形成沟槽后的器件剖面图，如图22 所示，利用干法刻蚀4支术刻蚀未#皮光刻力交^f呆护的第二介质层1506及部分 第一介质层1503,形成与至少一个通孔1505相连的沟槽1508 (图中所示 的器件剖面图已去除第二介质层1506表面所残留的光刻胶)。
该沟槽的具体形成方法如下
A、利用干法刻蚀技术刻蚀未被光刻胶保护的第二介质层1506及部
分第一介质层1503;
B、 去除沟槽1508内的第二介质层1506;
C、 去除第二介质层1506表面所残留的光刻胶，形成与至少一个通孔
停止层1502腐蚀去除，再对通孔1505及沟槽1508进行金属化处理，形成
双镶嵌结构。采用本实施例中的刻蚀方法得到的双镶嵌结构在电性能、均匀性、 一致性方面均可以得到提高。 .
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明， 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能 的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的 范围为准。
权利要求
1、一种刻蚀方法，其特征在于，包括步骤提供衬底，且在所述衬底上具有介质层；在所述介质层上定义刻蚀图形；利用第一刻蚀气体对所述介质层进行第一刻蚀；利用第二刻蚀气体对所述介质层进行第二刻蚀，且所述第二刻蚀气体产生的聚合物少于第一刻蚀气体。
2、 如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于所述介质层为黑钻石层。
3、 如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于所述第二刻蚀气体中包含的^/氟比大的气体的量低于所述第一刻蚀气体。
4、 如权利要求1或3所述的刻蚀方法，其特征在于所述第一刻蚀气体包含CtF8和02。
5、 如^5L利要求4所述的刻蚀方法，其特征在于所述0^8和02的流量比在4: 1至2: 1之间。
6、 如权利要求1或3所述的刻蚀方法，其特征在于所述第二刻蚀气体包含CtF8和02。
7、 如^又利要求6所述的刻蚀方法，其特;f正在于所述0^8和02的流量比在3: 2至1: l之间。
8、 如权利要求1或3所述的刻蚀方法，其特征在于所述第一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括CH2F2。
9、 如权利要求1或3所述的刻蚀方法，其特征在于所述第一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括氩气。
10、 如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于所述第一刻蚀与第二刻蚀的功率在2000至2500W之间。
11、 如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于所述第一刻蚀与第二刻蚀的腔室压力在20至80mTorr之间。
12、 如权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于所述第一刻蚀的刻蚀时间与第二刻蚀的刻蚀时间比在1: 2至2: l之间。
13、 一种双镶嵌结构的形成方法，其特征在于，包括步骤 -提供衬底；在所述衬底上形成刻蚀停止层；在所述刻蚀停止层上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成通孔图形；利用第 一刻蚀气体对所述第 一介质层进行第 一刻蚀；利用第二刻蚀气体对所述第 一介质层进行第二刻蚀，以形成通孔，且所述第二刻蚀气体产生的聚合物少于第 一刻蚀气体；在所述第 一介质层上及通孔内形成第二介质层；在所述第二介质层上形成沟槽图形；刻蚀形成与至少一个通孔相连的沟槽。
14、 如权利要求13所述的形成方法，其特征在于所述介质层为黑钻石层。
15、 如权利要求13所述的刻蚀方法，其特征在于所述第二刻蚀气体中包含的石l/氟比大的气体的量低于所述第一刻蚀气体。
16、 如权利要求13或15所述的形成方法，其特征在于所述第一刻蚀气体包含C4Fs和02。
17、 如权利要求16所述的形成方法，其特征在于所述0^8和02的流量比在4: 1至2: 1之间。
18、 如权利要求13或15所述的形成方法，其特征在于所述第二刻蚀气体包含0^8和02。
19、 如权利要求18所述的形成方法，其特征在于所述QF8和02的流量比在3: 2至1: 1之间。
20、 如权利要求13或15所述的形成方法，其特征在于所述第一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括CH2F2。
21、 如权利要求13或15所述的形成方法，其特征在于所述第一刻蚀气体与第二刻蚀气体中还包括氩气。
22、 如权利要求13所述的形成方法，其特征在于所述第一刻蚀与第二刻蚀时的功率在2000至2500W之间。
23、 如权利要求13所述的形成方法，其特征在于所述第一刻蚀与第二刻蚀时腔室的压力在20至80mTorr之间。
24、 如权利要求13所述的形成方法，其特征在于所述第一刻蚀的刻蚀时间与第二刻蚀的刻蚀时间比在1: 2至2: 1之间。
25、 如权利要求13所述的形成方法，其特征在于所述第二介质层利用旋涂方法形成。
全文摘要
本发明公开了一种刻蚀方法，包括步骤提供衬底，且在所述衬底上具有介质层；在所述介质层上定义刻蚀图形；利用第一刻蚀气体对所述介质层进行第一刻蚀；利用第二刻蚀气体对所述介质层进行第二刻蚀，且所述第二刻蚀气体产生的聚合物少于第一刻蚀气体。本发明还公开了一种对应的双镶嵌结构的形成方法，采用本发明的刻蚀方法和双镶嵌结构形成方法可以改善现有的刻蚀方法中均匀性、一致性较差的现象，提高刻蚀图形及双镶嵌结构的形成质量。
文档编号H01L21/02GK101459074SQ20071009454
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者武 孙, 王新鹏 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司