专利名称：沟槽的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，具体来说，涉及一种沟槽的形成方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，为了在半导体衬底上形成所需要的通孔或者凹槽， 用于后端互连技术中大马士革工艺等应用，需要采用刻蚀方法在半导体衬底 上刻出所需深度的沟槽。但是由于工艺控制的困难，刻蚀出来的沟槽大多有 一些缺陷，不一定能完全符合预先要求。
现有技术公开了 一种在半导体衬底上的介质层中形成沟槽的方法，所述
方法包括在介质层上涂布防反射涂层(Anti Reflect Coating, ARC),在所 述ARC上形成光刻胶掩膜，依次刻蚀ARC和介质层，并在介质层中刻蚀出所 需深度的沟槽，所述介质层与光刻胶层的刻蚀选择比在l: l和2: l之间。
在申请号为CN200480040167.5的中国专利申请中，还可以发现更多与上 述技术方案相关的信息。
在现有刻蚀沟槽的过程中，由于用于定义沟槽形状的图案化的光刻胶层 太薄，以至于作为刻蚀掩膜时不能很好地保护光刻胶层下面的介质层，使得 刻蚀出来的整个沟槽顶部边缘发生条纹状现象(Striation Issue )。如图1所示， 为现有技术中存在的形成沟槽的过程中，沟槽顶部边缘发生条紋状现象的测 试结果的俯视图。由图中标记ll处可以看到，发生条紋状现象的沟槽的顶部 边缘变得4艮不平整，可能会影响半导体制造工艺中的精度要求。
为了解决上述刻蚀沟槽的过程中发生的条紋状现象，现有技术中采用了 多种改进办法，其中一种沟槽的形成方法，如图2所示。在半导体衬底100上的介质层102上刻蚀出沟槽104 、 106和108的过程中，在原有所使用的干法刻 蚀气体的基础上改变气体的流量，或者加入新的聚合物气体，如CHF3，并延 长刻蚀时间，这样得到的沟槽刻蚀结果能较好地抑制沟槽顶部边缘的条紋状 现象，但是该方法不能4艮好地控制所刻蚀出的沟槽104、 106和108达到所需的 深度范围，沟槽深度的具体数值变化起伏比较大，精度控制比较困难，继而 影响淀积进入沟槽中的金属互连线的电阻数值的均匀性。
另一种沟槽的形成方法，如图3所示。在半导体衬底110上形成介质层112, 在介质层112上涂布一层较厚的光刻胶层114，然后图案化光刻胶层114,定义 出所要形成沟槽的位置。但是这样得到的沟槽刻蚀结果同样不会理想，因为 过厚的光刻胶层114在图形化以后会发生顶部倾斜，造成光刻胶层114所定义 出来的图形与掩^t版上的图形相比会发生一些形状偏移，这样在接下来的干 法刻蚀过程中就无法在原来所需要形成沟槽的位置获得理想的沟槽形状。
如上所述，现有技术中所给出的技术方案虽然在一定程度上可以解决沟 槽形成过程中沟槽顶部边缘的条紋状现象，但是也会带来其他严重的缺陷， 因此这些都不能作为解决条紋状现象的合适方法，有必要从其他角度出发找 出一种更好的方法。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种沟槽的形成方法，改善了沟槽刻蚀过程中 的条紋现象。
为解决上述问题，本发明提供一种沟槽的形成方法，包括在半导体衬 底上形成介质层；在介质层上形成牺牲层和光刻胶层；图案化光刻胶层，定 义出所要形成沟槽的形状；以光刻胶层为掩膜，依次刻蚀牺牲层和介质层， 在介质层中形成沟槽；去除光刻胶层和牺牲层。
可选的，所述牺牲层为单一层或者复合层。可选的，所述介质层为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无掺杂硅酸盐玻 璃、硼磷硅酸盐玻璃或者四乙氧基硅烷或者上述材料的任意组合。
可选的，所述牺牲层为二氧化硅、氮化硅、氮氧化^5圭、无掺杂硅酸盐玻 璃、硼磷硅酸盐玻璃或者四乙氧基硅烷或者上述材料的任意组合。
可选的，所述介质层和牺牲层具有不同的刻蚀选择比。
可选的，所述牺牲层的厚度为500埃~1500埃。
可选的，所述牺牲层的形成方法为化学气相淀积法或者等离子体增强化 学气相淀积法。
可选的，所述刻蚀牺牲层和介质层的方法为干法刻蚀法或者湿法刻蚀法。
与现有技术相比，本发明具有以下优点在半导体衬底上的介质层上形 成牺牲层，然后在牺牲层上形成光刻胶层并且图案化，这样在依次刻蚀牺牲 层和介质层以在介质层中形成所需深度的沟槽时，由于在介质层上有牺牲层 的存在，使得在刻蚀沟槽的过程中，可以避免由于刻蚀气体对介质层和光刻 胶层的选择比不够高，以至于在刻蚀沟槽的时候也刻蚀掉一些光刻胶层，进 而直接刻蚀到介质层上不应该被刻蚀到的地方。在刻蚀沟槽的过程中，牺牲 层即便出现了条紋状现象，也会在去除光刻胶层之后被去除掉，这样在介质 层上就留下了顶部边缘和侧壁都平整光滑的沟槽，并且能较好地控制所需沟 槽的深度。
图1是现有技术中存在的形成沟槽的过程中沟槽顶部边缘发生条紋状现 象的测试结果的俯;阮图2至图3是现有技术形成沟槽的剖面结构示意图4是本发明的一个具体实施方式
的形成沟槽的方法流程示意图；图5至图9是本发明的第一实施例的形成沟槽的剖面结构示意图； 图10至图14是本发明的第二实施例的形成沟槽的剖面结构示意图； 图15是本发明的一个具体实施方式
的形成的沟槽的测试结果的俯视图。
具体实施例方式
本发明在半导体衬底上的介质层上形成牺牲层，然后在牺牲层上形成光 刻胶层并且图案化，这样在依次刻蚀牺牲层和介质层以在介质层中形成所需 深度的沟槽时，由于在介质层上有牺牲层的存在，使得在刻蚀沟槽的过程中， 可以避免由于刻蚀气体对介质层和光刻胶层的选择比不够高，以至于在刻蚀 沟槽的时候也刻蚀掉一些光刻胶层，进而直接刻蚀到介质层上不应该被刻蚀 到的地方。在刻蚀沟槽的过程中，牺牲层即便出现了条紋状现象，也会在去 除光刻胶层之后被去除掉，这样在介质层上就留下了顶部边缘和侧壁都平整 光滑的沟槽，并且能较好地控制所需沟槽的深度。
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应此限制本发 明的保护范围。
如图4所示是本发明的一个具体实施方式
的沟槽的形成方法流程示意图。 如图4所示，包括执行步骤S201，在半导体衬底上形成介质层；执行步骤 S202，在介质层上形成牺牲层和光刻胶层；执行步骤S203，图案化光刻胶层， 定义出所要形成沟槽的形状；执行步骤S204,以光刻胶层为掩膜，依次刻蚀 牺牲层和介质层，在介质层中形成沟槽；执行步骤S205，去除光刻胶层和牺 牲层。
图5至图9是本发明的第一实施例的形成沟槽的剖面结构示意图，下面 结合附图，详细描述其形成过程。如图5所示，在半导体衬底200上形成介 质层202。
所述形成介质层202的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无掺杂硅酸盐玻璃(USG )、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG )或者四乙氧基硅烷(TEOS ) 或者上述材料的任意组合；所述形成介质层202的方法可以为化学气相淀积 法或者等离子体增强化学气相淀积法；所述介质层202的厚度可以为9000埃 ~15000埃；用来作为后端工艺互连结构中的层间介质(ILD)或者金属间介 质(IMD)。
如图6所示，在介质层202上形成牺牲层204,所述介质层202和牺牲层 204具有不同的刻蚀选择比。
所述形成牺牲层204的材料可以为二氧化砝、氮化硅、氮氧化硅、无掺 杂硅酸盐玻璃(USG )、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG )或者四乙氧基硅烷(TEOS ) 或者上述材料的任意组合，优选二氧化硅；所述形成牺牲层204的方法可以 为化学气相淀积法或者等离子体增强化学气相淀积法；所述牺牲层204的厚 度可以为500埃 1500埃；用来作为后续刻蚀过程中抑制沟槽侧壁条紋状现象 的牺牲层。
在本实施例中，所述牺牲层204的厚度具体例如500埃、600埃、700埃、 800埃、卯0埃、1000埃、1100埃、1200埃、1300埃、1400埃或1500埃等， 优选1000埃。
如图7所示，在牺牲层204上形成光刻胶层206，将掩模版上的沟槽形状 转移到光刻胶层206上，经过显影后，在半导体衬底上定义出沟槽形状；以 光刻胶层206为掩膜，刻蚀牺牲层204至介质层202,形成沟槽207。
在本实施例中，所述刻蚀方法可以为干法刻蚀法或者湿法刻蚀法。
如图8所示，以光刻胶层206为掩膜，刻蚀介质层202至介质层202中 所需深度，形成沟槽208。
在本实施例中，所迷刻蚀方法可以为千法刻蚀法或者湿法刻蚀法。
如图9所示，去除光刻胶层206和牺牲层204后得到沟槽208。在本实施例中，所述去除光刻胶层206可以采用灰化法和湿法刻蚀法，
图10至图14是本发明的第二实施例的形成沟槽的剖面结构示意图，下 面结合附图，详细描述其形成过程。如图10所示，在半导体衬底300上形成 介质层302。
所述形成介质层302的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无掺 杂硅酸盐玻璃(USG )、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG )或者四乙氧基硅烷(TEOS ) 或者上述材料的任意组合；所述形成介质层302的方法可以为化学气相淀积 法或者等离子体增强化学气相淀积法；所述介质层302的厚度可以为9000埃 ~15000埃；用来作为后端工艺互连结构中的层间介质(ILD)或者金属间介 质(IMD)。
如图11所示，在介质层302上形成牺牲层307,所述牺牲层307依次包 括第一牺牲层304和第二牺牲层306，所述介质层302和牺牲层307具有不同 的刻蚀选择比。
所述形成第一牺牲层304的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、 无掺杂硅酸盐玻璃(USG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或者四乙氧基硅烷 (TEOS)或者上述材料的任意组合，优选氮氧化硅；所述形成第一牺牲层304 的方法可以为化学气相淀积法或者等离子体增强化学气相淀积法；所述第一 牺牲层304的厚度可以为500埃 1500埃；用来作为后续刻蚀过程中抑制沟槽 侧壁条紋状现象的牺牲层。
在本实施例中，所述第一牺牲层304的厚度具体例如500埃、600埃、700 埃、800埃、900埃、1000埃、1100埃、1200埃、1300埃、1400埃或1500 埃等，优选1000埃。
所述形成第二牺牲层306的材料可以为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无掺杂硅酸盐玻璃(USG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)或者四乙氧基硅烷 (TEOS)或者上述材料的任意组合，优选二氧化硅；所述形成第二牺牲层306 的方法可以为化学气相淀积法或者等离子体增强化学气相淀积法；所述第二 牺牲层306的厚度可以为500埃~1500埃；用来作为后续刻蚀过程中抑制沟槽 侧壁条紋状现象的牺牲层。
在本实施例中，所述第二牺牲层306的厚度具体例如500埃、600埃、700 埃、800埃、900埃、1000埃、1100埃、1200埃、1300埃、1400埃或1500 埃等，优选1000埃。
在本实施例中，形成两层牺牲层的原因可以为第二牺牲层306与介质层 302直接接触粘附性不够，为了增强第二牺牲层306与介质层302之间的粘附 性，故在介质层302上形成第二牺牲层306之前，可以先形成一层第一牺牲 层304。
如图12所示，在第二牺牲层306上形成光刻胶层308,将掩模版上的沟 槽形状转移到光刻胶层308上，经过显影后，在半导体衬底上定义出沟槽形 状；以光刻胶层308为掩膜，依次刻蚀牺牲层307中的第二牺牲层306和第 一牺牲层304至介质层302,形成沟槽309。
在本实施例中，所述刻蚀方法可以为干法刻蚀法或者湿法刻蚀法。
如图13所示，以光刻胶层308为掩膜，刻蚀介质层302至介质层302中 所需深度，形成沟槽310。
在本实施例中，所述刻蚀方法可以为干法刻蚀法或者湿法刻蚀法。
如图14所示，去除光刻胶层308和牺牲层307后得到沟槽310。
在本实施例中，所述去除光刻胶层308可以采用灰化法和湿法刻蚀法，如图15所示为本发明的一个具体实施方式
的形成的沟槽的测试结果的俯 视图。与如图1所示的使用现有技术后得到的结果相比较，由图中标记21处 可以看到，利用本发明所述的方法可以较好地抑制半导体制造工艺中 一般沟 槽刻蚀过程中所产生的沟槽顶部边缘的条紋状现象，所得到的沟槽顶部边缘 和侧壁线条平整光滑，满足后续工艺需要。
在本发明的上述具体实施方式
中，所述半导体衬底上的各介质层的层数 和材料并不是唯一确定的，在实际的工艺过程中可能会有部分介质层减少或 者增加，比如在半导体衬底上可以形成两层、三层、四层甚至更多层的介质 层，只要在所需要形成沟槽的介质层上刻蚀得到所需深度的沟槽以后，将位 于所需要保留的介质层上的其余介质层作为刻蚀沟槽过程中的牺牲层，在刻 蚀完沟槽以后将其去除，由其余各介质层所组成的沟槽顶部边缘就能保持较 好的平滑度，能够有效地抑制沟槽刻蚀过程中产生的沟槽顶部边缘条紋状现 象。所述各介质层都是特定半导体制造工艺中所使用的膜层，其具体用途取 决于具体器件结构，不应仅仅局限于本发明所公开的具体实施方式
，但是只 要形成沟槽的核心方法与上述具体实施方式
相同，则均落入本发明所要求的 权利保护范围之内。
在本发明的上述具体实施方式
中，图案化的定义出沟槽位置的光刻胶层 也可以在刻蚀完一层或者多层牺牲层以后被先去除掉，然后以 一层或者多层 牺牲层为硬掩膜，继续刻蚀当前牺牲层下面的牺牲层或者介质层，至介质层 中所需深度，形成沟槽。
本发明的优点在于，在半导体衬底上的介质层上形成牺牲层，然后在牺 牲层上形成光刻胶层并且图案化，这样在依次刻蚀牺牲层和介质层以在介质 层中形成所需深度的沟槽时，由于在介质层上有牺牲层的存在，使得在刻蚀 沟槽的过程中，可以避免由于刻蚀气体对介质层和光刻胶层的选择比不够高， 以至于在刻蚀沟槽的时候也刻蚀掉一些光刻胶层，进而直接刻蚀到介质层上不应该被刻蚀到的地方。在刻蚀沟槽的过程中，牺牲层即便出现了条紋状现 象，也会在去除光刻胶层之后被去除掉，这样在介质层上就留下了顶部边缘 和侧壁都平整光滑的沟槽，并且能较好地控制所需沟槽的深度。
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
1.一种沟槽的形成方法，其特征在于，包括在半导体衬底上形成介质层；在介质层上形成牺牲层和光刻胶层；图案化光刻胶层，定义出所要形成沟槽的形状；以光刻胶层为掩膜，依次刻蚀牺牲层和介质层，在介质层中形成沟槽；去除光刻胶层和牺牲层。
2. 根据权利要求1所述的沟槽的形成方法，其特征在于，所迷牺牲层为单 一层或者复合层。
3. 根据权利要求1所述的沟槽的形成方法，其特征在于，所述介质层和牺 牲层具有不同的刻蚀选择比。
4. 根据权利要求3所述的沟槽的形成方法，其特征在于，所述介质层为二 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无掺杂硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃或者 四乙氧基硅烷或者上述材料的任意组合。
5. 根据权利要求3所述的沟槽的形成方法，其特征在于，所述牺牲层为二 氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、无掺杂硅酸盐玻璃、硼磷硅酸盐玻璃或者 四乙氧基硅烷或者上述材料的任意组合。
6. 根据权利要求1所述的沟槽的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的厚 度为500埃~1500埃。
7. 根据权利要求1所述的沟槽的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的形 成方法为化学气相淀积法或者等离子体增强化学气相淀积法。
8. 根据权利要求1所述的沟槽的形成方法，其特征在于，所述刻蚀牺牲层 和介质层的方法为干法刻蚀法或者湿法刻蚀法。
全文摘要
一种沟槽的形成方法，包括在半导体衬底上形成介质层；在介质层上形成牺牲层和光刻胶层；图案化光刻胶层，定义出所要形成沟槽的形状；以光刻胶层为掩膜，依次刻蚀牺牲层和介质层，在介质层中形成沟槽；去除光刻胶层和牺牲层。本发明改善了沟槽刻蚀过程中的沟槽顶部条纹状现象，并且能较好地控制所需沟槽的深度，提高了刻蚀的精度。
文档编号H01L21/311GK101587837SQ20081011250
公开日2009年11月25日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者鸣 周, 尹晓明 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司