刻蝕停止層、雙鑲嵌結構及其形成方法
2023-11-11 19:28:12
專利名稱：刻蝕停止層、雙鑲嵌結構及其形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種刻蝕停止層、雙鑲 嵌結構及其形成方法。
背景技術：
半導體製造過程中，需要利用金屬導線連接製作於晶片上的各個器 件，並形成對外連接線路而完成整個工藝製作。隨著半導體集成電路的
發展，以及對高速器件的需求，進入0.18微米工藝技術後，為進一步減小 金屬電阻及晶片的互連延遲，由銅和低K值(low dielectric constant)的介 質層實現的雙鑲嵌結構，已成為高集成度、高速集成電路晶片製造中形 成金屬連線的主流方案。
雙鑲嵌結構的形成方法可以有多種，圖1至5為說明傳統的雙鑲嵌結 構形成方法的器件剖面示意圖，下面結合圖1至圖5簡單介紹一種常用的 雙鑲嵌結構的形成方法。
圖1為現有的雙鑲嵌結構中形成第 一介質層後的器件剖面圖，如圖1 所示，首先在襯底101上沉積一層刻蝕停止層102,在90nm以下工藝中， 該刻蝕停止層102通常會用摻氮的碳化矽。然後，在該停止層102上沉積 第一介質層103,該層要求為低k值的介質材料層，通常可以是利用化學 氣相沉積方法形成的氧化矽材料，如黑鑽石(BD, blackDiamond)。
圖2為現有的雙鑲嵌結構中形成通孔後的器件剖面圖，如圖2所示， 形成第一介質層103後，在該第一介質層103上形成通孔104，本步對通孔 104的刻蝕工藝會停止於刻蝕速率較慢的刻蝕停止層102內。
圖3為現有的雙鑲嵌結構中形成第二介質層後的器件剖面圖，如圖3 所示，在第一介質層103上及通孔104內形成第二介質層106。該第二介質 層通常需利用旋圖4為現有的雙鑲嵌結構中圖形化溝槽後的器件剖面圖，如圖4所示，
利用光刻膠107對在第二介質層106上進行圖形化溝槽的處理。現有技術 中，在本步光刻後常發現有顯影不完全的現象在光刻膠107的邊角處留 下了一些光刻膠的殘渣IIO。在顯微鏡下觀察，表現為光刻圖形的邊緣有 彎曲和虛邊現象，通常可稱之為光刻膠被毒化現象。
圖5為現有的雙鑲嵌結構中形成溝槽後的器件剖面圖，如圖5所示， 圖形化溝槽後，以該光刻膠圖形為掩膜進行溝槽108的刻蝕。由於圖形邊 緣處光刻膠殘渣的存在，該溝槽108同樣也會在邊角處出現未刻蝕乾淨的 邊角物120,導致刻蝕不完全而引起溝槽圖形的變形。
接著，可以利用溼法腐蝕或幹法刻蝕的方法將通孔104底部的刻蝕停 止層102腐蝕去除，再對通孔及溝槽進行金屬化處理，形成雙鑲嵌結構。
其中， 一旦溝槽108出現了形變，其形成的實際尺寸就會偏離設計值， 導致金屬銅的填充質量下降，影響器件的壽命及可靠性。另外，在隨後 進行的CMP工藝中，尤其對於尺寸較小的溝槽，易出現銅線斷裂的現象。 在顯微鏡下觀察，表現為襯底表面金屬連線變細，甚至中斷，導致電路 無法正常工作。
對上述出現光刻膠被毒化的現象進行分析，認為其產生的原因包括 以下兩點
A、 該雙鑲嵌結構中的刻蝕停止層含有大量的氮，其在刻蝕過程中會 形成含氨的鹼性物質；
B、 光刻膠在曝光後呈酸性，其在遇到氨類等的鹼性化合物時，會與 其發生反應，出現被毒化的現象；
C、 刻蝕通孔後利用旋塗工藝填充的第二介質層的材料較為疏7卜>，其 不能阻止刻蝕停止層中產生的含氨的鹼性物質向上移動。
當該部分鹼性物質上移至與光刻膠相接觸後，其與光刻膠發生反應， 就出現了圖4中所示的光刻月交一皮毒化的現象。
7但是，實際生產中，並不能單純地通過減少刻蝕停止層中的氮含量 來解決上述問題因為減少該層中氮的含量會導致器件性能下降(如， 氮含量越高，器件的電壓擊穿性能越好)。
為解決上述光刻膠被毒化的問題，2004年2月18日公開的公開號 CN1476074的中國專利申請公開了 一種形成雙鑲嵌結構的方法，該方法 通過在層間介質層的上方增加一層上蓋層氧化矽，並在第一次刻蝕時僅 停留在該上蓋層上，通過將光刻圖形轉移至上蓋層內的方法來防止光刻 膠與含有氨類化合物的層間介質層相接觸，保護光刻膠不被毒化。但是
該方法對於上述刻蝕通孔時在刻蝕停止層內產生的氨類鹼性物質使光刻 膠被毒化的問題並不適用。
發明內容
本發明提供一種刻蝕停止層、雙鑲嵌結構及其形成方法，以改善現 有的刻蝕過程中因氮含量過高而導致的光刻膠被毒化的問題。
本發明提供的一種刻蝕停止層，包括預停止層及主停止層，且所述 預停止層的氮含量高於所述主停止層的氮含量。
可選地，所述預停止層及所述主停止層為碳化矽層。 可選地，所述預停止層的厚度小於所述主停止層的厚度。
優選地，所述預停止層的厚度在30至IOOA之間，所述主停止層的 厚度在400至500A之間。
本發明提供的具有相同或相應技術特徵的刻蝕停止層的形成方法， 包括步驟
將襯底放置於沉積室內；
向所述沉積室內通入載氣體及第 一反應氣體；
向所述沉積室引入能量，進行預停止層的沉積；
向所述沉積室內通入第二反應氣體，進行主停止層的沉積，且所述第二反應氣體中的含氮氣體量小於第 一反應氣體中的含氮氣體量； 停止通入所述第二反應氣體； 將所述襯底由所述沉積室內取出。
可選地，所述第一反應氣體包括三曱基矽烷及氨氣，且所述第一反 應氣體間的流量比在1: 7至1: 4之間。
可選地，所述第二反應氣體包括三甲基矽烷及氨氣，且所述第二反 應氣體間的流量比在1: 2至1: 1之間。
可選地，所述第二反應氣體包括曱基矽烷類氣體及氧氣。
可選地，所述載氣體的流量在1000至1500sccm之間。
可選地，所述能量為功率在800至1200W之間的射頻電源。
可選地，向所述沉積室內通入第二反應氣體，包括步驟
停止通入所述第一反應氣體，通入第二反應氣體。
可選地，所述第一反應氣體與第二反應氣體所用的各氣體相同，各 氣體間的流量比不同。此時，向所述沉積室內通入第二反應氣體，可以 包括步驟
調節向所述沉積室內通入的所述第 一反應氣體的各氣體流量，按照 第二反應氣體的流量比通入各氣體。
本發明提供的具有相同或相應技術特徵的一種雙鑲嵌結構，包括具 有導電結構的襯底，位於所述襯底上的刻蝕停止層，位於所述刻蝕停止 層之上的第一介質層、位於所述第一介質層上的第二介質層，在所述第 一介質層與第二介質層內形成的與所述導電結構相連的通孔，以及與至 少一個所述通孔相連的溝槽；其中，所述刻蝕停止層還包括預停止層及 主停止層，且所述預停止層的氮含量高於所述主停止層的氮含量。
可選地，所述預停止層及所述主停止層為> 灰化矽層。
可選地，所述預停止層的厚度小於所述主停止層的厚度。
9優選地，所述預停止層的厚度在30至100A之間，所述主停止層的 厚度在400至500A之間。 —
可選地，所述第一介質層包括黑鑽石層，所述第二介質層包括利用 旋塗工藝形成的DUO材料層。
本發明提供的具有相同或相應技術特徵的一種雙鑲嵌結構的形成 方法，包括步驟
提供襯底，所述襯底上具有導電結構；
利用第一反應氣體進行沉積，在所述導電結構上形成預停止層；
利用第二反應氣體進行沉積，在所述預停止層上形成主停止層，且 所述第二反應氣體中的含氮氣體量小於第一反應氣體中的含氮氣體量；
在所述主停止層上形成第一介質層；
在所述第一介質層內形成通孔；
在所述第一介質層上和所述通孔內形成第二介質層；
在所述第二介質層上圖形化溝槽圖形；
形成與至少一個所述通孔相連的溝槽。
可選地，所述預停止層及所述主停止層為碳化矽層。
可選地，所述預停止層的厚度小於所述主停止層的厚度。
優選地，所述預停止層的厚度在30至IOOA之間，所述主停止層的 厚度在40至500A之間。
可選地，所述第一反應氣體包括三曱基矽烷及氨氣，且所述三甲基 矽烷與氨氣的流量比在1: 7至1: 4之間。
可選地，所述第二反應氣體包括三曱基矽烷及氨氣，且所述三曱基 矽烷與氨氣的流量比在1: 2至1: 1之間。
可選地，所述第一介質層為黑鑽石層，所述第二介質層為利用旋塗 方法形成的材料層。優選地，所述材料層為DUO材料層。
與現有技術相比，本發明具有以下優點
本發明的刻蝕停止層、雙鑲嵌結構及其形成方法，形成了包括預停 止層及主停止層的刻蝕停止層，其中，預停止層的氮含量高於主停止層 的氮含量。釆用本發明的刻蝕停止層或雙鑲嵌結構， 一方面可以確保器
件仍具有較好的電壓擊穿(VBD)性能，另一方面也可以有效改善在後 續工藝中出現的因刻蝕停止層中的氮含量較高而引起的光刻膠被毒化 的問題。
本發明的預停止層及主停止層可以在同 一沉積設備內依次形成，操 作簡單，實現方便，對生產效率沒有明顯的影響。
圖1為現有的雙鑲嵌結構中形成第一介質層後的器件剖面圖2為現有的雙鑲嵌結構中形成通孔後的器件剖面圖3為現有的雙鑲嵌結構中形成第二介質層後的器件剖面圖4為現有的雙鑲嵌結構中圖形化溝槽後的器件剖面圖5為現有的雙鑲嵌結構中形成溝槽後的器件剖面圖6為本發明第一實施例的刻蝕停止層形成方法的流程圖7為說明本發明第 一 實施例的刻蝕停止層中形成預停止層後的器 件剖面圖8為說明本發明第 一實施例的刻蝕停止層中形成主停止層後的器 件剖面圖9為本發明第二實施例中的雙鑲嵌結構形成方法的流程圖10為說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成預停止層後的 器件剖面圖11 ^L明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成主停止層後的器件剖面圖12說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成第一介質層後的 器件剖面圖13說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成通孔後的器件剖 面圖14說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成第二介質層後的 器件剖面圖15說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中圖形化溝槽後的器件 剖面圖16說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成溝槽後的器件剖 面圖。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合 附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
利用許多適當的材料製作，下面是通過具體的實施例來加以說明，當然 本發明並不局限於該具體實施例，本領域內的普通技術人員所熟知的一 般的替換無疑地涵蓋在本發明的保護範圍內。
其次，本發明利用示意圖進行了詳細描述，在詳述本發明實施例時， 為了便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，不 應以此作為對本發明的限定。此外，在實際的製作中，應包含長度、寬 度及深度的三維空間尺寸。
隨著集成電路的製作向超大規模集成電路(ULSI)發展，內部的電 路密度越來越大，器件特徵尺寸不斷縮小，對各步工藝的製作要求越來 越高，因此，在製作小尺寸器件時，常需要針對在製作中採用的材料、方法等進行一定的調整。
以刻蝕停止層的生長為例，在傳統的大尺寸器件的製作過程中，該
刻蝕停止層通常採用的是氮化矽層、氮氧化矽層。但當工藝進入到90nm
以下時，通常需改用介電常數更低的化合物，如碳化矽層，作為刻蝕停 止層。
由於碳化矽層存在擊穿電壓低(VBD性能較差)的缺點，通常還 需要在該層內摻入一定的氮。然而，在該刻蝕停止層中加入的氮可能會 在刻蝕中形成含氨的鹼性物質，導致後續工藝中的光刻膠被毒化，由光 刻膠定義的圖形發生形變，結果使得器件的電性能、可靠性及壽命等參 數受到影響。為此，本發明提供了一種刻蝕停止層、雙鑲嵌結構及其形 成方法。
第一實施例
本發明的第一實施例^提出了一種新的刻蝕停止層。圖6為本發明第 一實施例的刻蝕停止層形成方法的流程圖，圖7和圖8為說明本發明第 一實施例中的刻蝕停止層的器件剖面圖，下面結合圖6至圖8對本發明 第 一 實施例進行詳細介紹。
本實施例中，所用的刻蝕停止層包括預停止層及主停止層，且所述 預停止層的氮含量高於所述主停止層的氮含量。
本實施例中，預停止層與主停止層均為碳化矽層，是利用等離子體 增強型化學氣相沉積(PECVD , Plasma Enhance Chemical Vapor Deposition)的方法形成的，其具體的形成步驟為
步驟S601:將襯底放置於沉積室內。本實施例中的沉積室指的是 等離子體增強型化學氣相沉積設備的沉積室。
步驟S602:向沉積室內通入載氣體及第一反應氣體。
本實施例中，所用的載氣體可以為氦氣、氮氣或氬氣等惰性氣體中 的任一種，其流量可以設置在IOOO至1500sccm之間，如為1200sccm。本實施例中，用於形成含氮碳化矽的反應氣體為氨氣及曱基矽烷類 氣體，其中，曱基矽烷類氣體可以為甲基矽烷(Si(CH3)H3)、 二曱基珪烷
(Si(CH3)2H2)、三曱基矽烷(Si(CH3)3H)、四甲基矽烷(Si(CH3)4)等中的任 一種。
本實施例中，利用第 一反應氣體形成的是刻蝕停止層中的預停止 層，要求其內的氮含量較高一 一這一點可以利用加大反應氣體中含氮的 氣體的流量來實現。
如，在採用三曱基矽烷與氨氣為反應氣體時，可以將二者之間的流 量比設置在l: 7至1: 4之間。具體地，可以將三曱基矽烷的流量設置 在100至150sccm之間，如為120sccm;將氨氣的流量設置在600至 800sccm之間，如為700sccm。
步驟S603:通入上述載氣體及反應氣體後，向沉積室內引入能量， 進行預停止層的沉積。
本實施例中是利用射頻電源引入能量，其功率大小可以在800至 1200W之間,如為IOOOW。
另外，為了達到4交好的沉積效果，本步中還將沉積室內的壓力控制
在2至5Torr之間，如為3Torr。
步驟S604:停止通入第一反應氣體，完成預停止層的沉積。
圖7為說明本發明第 一 實施例的刻蝕停止層中形成預停止層後的器 件剖面圖。如圖7所示，在襯底701上，形成了預停止層702。本實施 例中，該預停止層702的厚度在30至100A之間，如為50A。因該層具 有的氮含量較高，其可以確保器件具有較好的電壓擊穿(VBD)特性。
步驟S605:向沉積室內通入第二反應氣體，進行主停止層的沉積。
本步中利用第二反應氣體形成的是刻蝕停止層中的主停止層，要求 其內的氮含量較低一 _這一 點可以利用減少反應氣體中含氮的氣體的 流量來實現。如，在採用三甲基矽烷與氨氣為反應氣體時，可以將二者之間的流
量比設置在l: 2至.1: l之間。具體地，可以將三曱基矽烷的流量設置 在250至450sccm之間，如為350sccm;將氨氣的流量設置在300至 500sccm之間，如為權sccm。
本步沉積中射頻電源的功率大小仍可維持在800至1200W之間， 沉積室內的壓力也仍可維持在2至5Torr之間。
步驟S606:停止通入所第二反應氣體，完成主停止層的沉積。
圖8為說明本發明第 一 實施例的刻蝕停止層中形成主停止層後的器 件剖面圖，如圖8所示，在襯底701的預停止層702上又形成了主停止 層703。本實施例中，刻蝕停止層中的主停止層703用於確保刻蝕停止 於該主停止層703內，其的厚度要求較厚，通常可以在400至500A之 間,如為450A。
由於該主停止層703的氮含量較低，即使其會在刻蝕過程中被刻蝕 去除一部分，其在刻蝕過程中也不會形成大量的氨類的鹼性物質，這對 後續的光刻膠被毒化的現象有明顯的緩解作用。
步驟S607:將襯底由所述沉積室內取出，完成刻蝕停止層的沉積。 本實施例中，第 一反應氣體與第二反應氣體中所採用的氣體相同， 僅是對各反應氣體間的流量進行了調整。其中，在調整反應氣體的流量 時，採用了先停止第一反應氣體的通入，再按第二反應氣體要求的流量 通入反應氣體的方式，在本發明的其它實施例中，也可以採用直接調整 各反應氣體的流量，以改變預停止層與主停止層之間的氮含量的方式。
本實施例中，在主停止層的沉積過程中，採用了與預停止層相同的 反應氣體，僅通過改變反應氣體間的流量比來對兩層間的氮含量的多少 進行調整。在本發明的其它實施例中，還可以令沉積主停止層與預停止 層時的反應氣體不同，其同樣可以實現對預停止層與主停止層間的氮含 量的調整。如可以在沉積主停止層時將反應氣體中的氨氣變換為氧氣
15(通常氧氣的流量會較低，如在20至100sccm之間)，令主停止層變為 含氧的碳化矽，則其的氮含量減少為O。
第二實施例
本發明的第二實施例是一種應用該刻蝕停止層的雙鑲嵌結構。圖9 為本發明第二實施例中的雙鑲嵌結構形成方法的流程圖，圖10至圖16 為說明本發明第二實施例中的雙鑲嵌結構的形成過程的器件剖面圖，下 面結合圖9至圖16對本發明的具體實施例進行詳細介紹。
本實施例中的雙鑲嵌結構，包括具有導電結構的襯底，位於所述襯 底上的刻蝕停止層，位於所述刻蝕停止層之上的第一介質層、位於所述 第一介質層上的第二介質層，在所述第一介質層與第二介質層內形成的 與所述導電結構相連的通孔，以及與至少一個所述通孔相連的溝槽；其 中所述刻蝕停止層還包括預停止層及主停止層，且所述預停止層的氮 含量高於所述主停止層的氮含量。
本實施例中，預停止層及主停止層選用的是碳化矽層，且預停止層 的厚度小於主停止層的厚度。如，可以將預停止層的厚度設置在30至 IOOA之間，將主停止層的厚度設置在400至500A之間。
對於雙鑲嵌結構，通常第 一介質層及第二介質層會採用低K值的材 料形成，如，本實施例中第一介質層選用了低K值的氧化矽層(如BD 材料層)，第二介質層選用了利用旋塗工藝形成的DUO材料層。
本實施例中的上述雙鑲嵌結構的具體實現步驟如下
步驟S901:提供襯底，且所述襯底上具有導電結構。
該襯底可以為已形成金屬氧化物半導體電晶體的襯底，也可以為已 形成底層金屬連線結構的襯底。
步驟S902:利用第一反應氣體進行沉積，在所述襯底上形成預停 止層。圖10為說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成預停止層後的 器件剖面圖，如圖IO所示，在襯底1001上(其中的導電結構未示出)
形成了預停止層1002。
本實施例中，該預停止層是利用PECVD沉積形成的含氮量較高的 碳化矽層，其的厚度設置在30至100A之間，如為50A。
本實施例中形成預停止層1002時所用的第一反應氣體為氨氣及曱 基矽烷類氣體，其中，曱基矽烷類氣體可以為曱基矽烷(Si(CH3)H3)、 二 曱基矽烷(&(013)必2)、三曱基矽烷(Si(CH3)3H)、四甲基矽烷(Si(CH3)4) 等中的任一種。
為提高器件的VBD性能，需要令該層內具有較高的氮含量。為此， 在採用三曱基矽烷與氨氣為反應氣體時，可以提高兩種反應氣體中含氮 氣體—一氨氣的流量，如可以將二者間的流量比設置在1: 7至1: 4之間。
具體地，可以將三曱基矽烷的流量設置在100至150sccm之間，如 為120sccm;將氨氣的流量設置在600至800sccm之間，如為700sccm。
另夕卜，還可以同時通入流量在1000至1500sccm之間的載氣體，如 氦氣、氮氣或氬氣中的任一種。
本步沉積中射頻電源的功率大小可以設置在800至1200W之間， 沉積室內的壓力可以設置在2至5Torr之間。
步驟S903:利用第二反應氣體進行沉積，在所述預停止層上形成 主停止層，且所述第二反應氣體中的含氮氣體量小於第 一反應氣體中的 含氮氣體量。
圖11為說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成主停止層後的 器件剖面圖，如圖11所示，在襯底1001的預停止層1002上又形成了 主停止層1003。
本實施例中，將該主停止層1003是在沉積預停止層後，利用同一臺PECVD設備沉積形成的含氮量較低的碳化矽層。其的厚度設置在400 至500A之間，如為450A。 .
本實施例中形成主停止層1003時所用的第二反應氣體仍可以為氨 氣及曱基矽烷類氣體中的一種，如甲基矽烷(Si(CH3)H3)、 二曱基矽烷 (Si(CH3)2H2)、三曱基矽烷(Si(CH3)3H)、四曱基矽烷(Si(CH3)4)等中的一種。
為改善後續步驟中的光刻膠被毒化的問題，要求本步中形成的主停 止層1003內的氮含量較低。在第二反應氣體中採用三甲基矽烷與氨氣 為反應氣體時，可以將兩種反應氣體間的流量比在1: 2至1: 1之間。
具體地，可以將三曱基矽烷的流量設置在250至450sccm之間，如 為350sccm;將氨氣的流量設置在300至500sccm之間，如為400sccm。
另夕卜，還可以同時通入流量在IOOO至1500sccm之間的載氣體，如 氦氣、氮氣或氬氣中的任一種。
本步沉積中射頻電源的功率大小仍可設置在800至1200W之間， 沉積室內的壓力設置在2至5Torr之間。
步驟S904:在主停止層上形成第一介質層。
圖12為說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成第一介質層後 的器件剖面圖，如圖12所示，在主停止層1003上又形成了第一介質層 1004。
該第一介質層1004可以是利用化學氣相沉積方法形成的氧化石圭或 氮氧化矽中的一種，如可以是氟矽玻璃、磷矽玻璃、硼矽玻璃、硼磷矽 玻璃或黑鑽石中的一種。本實施例中選用的為黑鑽石，其厚度在4000 至8000A之間，如為6000A。
步驟S905:在第一介質層內形成通孔。
圖13為說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成通孔後的器件
18剖面圖，如圖13所示，在第一介質層1004內刻蝕形成了通孔1005。由 於主停止層1003與第一介質層1004間的刻蝕速率相差較大，且主停止 層1003的厚度較厚，本步刻蝕通常會停止於主停止層1003內。
該通孔的具體形成方法如下
A、 先在第一介質層1004上利用光刻技術圖形化通孔圖形；
B、 再利用幹法刻蝕技術刻蝕未被光刻膠保護的第一介質層1004 (刻蝕停止於主停止層1003內)；
C、 去除第一介質層表面所殘留的光刻膠。
步驟S906:在第一介質層上和通孔內形成第二介質層。
圖14為說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成第二介質層後的 器件剖面圖，如圖14所示，在通孔1005內及第一介質層1004上形成第二 介質層1006。
該第二介質層1006通常需利用旋塗工藝形成，以較好地填充通孔 1005,同時達到較好的平坦度，本實施例中採用的是旋塗DUO材料層的 方法。
步驟S907:在第二介質層上圖形化溝槽圖形。
圖15說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中圖形化溝槽後的器件剖 面圖，如圖15所示，本步通常是利用光刻膠1007在第二介質層1006上定 義出溝槽的圖形。
由於本實施例中刻蝕通孔1005時停留於含氮量少的主停止層1003 內，在刻蝕過程中不會產生大量的氨類物質，因此，也就緩解了傳統技 術中刻蝕中產生的氨類物質穿過疏鬆的第二介質層1006毒化光刻膠1007 的問題，可以形成圖形邊緣較好的光刻膠圖形。
步驟S卯8:形成與至少一個通孔相連的溝槽。圖16說明本發明第二實施例的雙鑲嵌結構中形成溝槽後的器件剖面
圖，如圖16所示，由於本實施例中利用光刻膠1007定義的圖形邊緣較好， 以其為掩膜形成的溝槽1008的結構也較為完整。
該溝槽的具體形成方法如下
A、 利用幹法刻蝕技術刻蝕未被光刻膠保護的第二介質層1006及部 分第一介質層1004;
B、 去除溝槽1008內的第二介質層1006;
C、 去除第二介質層1006表面所殘留的光刻膠，形成與至少一個通孔 1005相連的溝槽1008。
可以看到，本實施例雙鑲嵌結構中，採用旋塗工藝形成的第二介質 層1006較為疏鬆。如果在前面的刻蝕中產生了大量氨類物質，其可以 穿過該第二介質層1006到達其表面，對後面的光刻圖形產生影響(即 發生所謂的光刻膠被毒化現象)。
但由於本實施例中對傳統的刻蝕停止層進行了改進，將其變更為由 含氮量較高的預停止層，及含氮量較低的主停止層組成。因主停止層厚 度較大，且與第一介質層間具有較大的刻蝕速率差，在對第一介質層進 行刻蝕以形成通孔時，該步刻蝕會停止於含氮量較低的主停止層中，不 會產生大量的氨類物質來影響後續的光刻工藝。
另外，由於主停止層下還形成了含氮量較高的預停止層，還可以同 時確保器件具有較好的VBD特性。
本實施例中的層間介質層由第一介質層與第二介質層組成，在本發 明的其它實施例中，其還可以由一種介質層或三種以上的介質層來形成 該層間介質層，其具體實施步驟與思路均和本實施例相似，在本發明實 施例的啟示下，這一應用的延伸對於本領域普通技術人員而言是易於理 解和實現的，在此不再贅述。
在本發明的其它實施例中，還可以令沉積主停止層與預停止層時的反應氣體不同，其同樣可以實現對預停止層與主停止層間的氮含量的調 整。如可以在沉積主停止層時將反應氣體中的氨氣變換為氧氣(通常氧
氣的流量會較低，如在20至100sccm之間)，令主停止層變為含氧的碳 化矽，則其的氮含量減少為O。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明， 任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能 的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的 範圍為準。
權利要求
1、一種刻蝕停止層，其特徵在於包括預停止層及主停止層，且所述預停止層的氮含量高於所述主停止層的氮含量。
2、 如權利要求1所述的刻蝕停止層，其特徵在於所述預停止層 及所述主停止層為碳化矽層。
3、 如權利要求1所述的刻蝕停止層，其特徵在於所述預停止層 的厚度小於所述主停止層的厚度。
4、 如權利要求1或3所述的刻蝕停止層，其特徵在於所述預停 止層的厚度在30至IOOA之間。
5、 如權利要求1或3所述的刻蝕停止層，其特徵在於所述主停 止層的厚度在400至500A之間。
6、 一種刻蝕停止層的形成方法，其特徵在於，包括步驟 將襯底放置於沉積室內；向所述沉積室內通入載氣體及第 一反應氣體； 向所述沉積室引入能量，進行預停止層的沉積； 向所述沉積室內通入第二反應氣體，進行主停止層的沉積，且所述 第二反應氣體中的含氮氣體量小於第一反應氣體中的含氮氣體量； 停止通入所述第二反應氣體； 將所述襯底由所述沉積室內:f又出。
7、 如權利要求6所述的形成方法，其特徵在於所述第一反應氣 體包括三曱基矽烷及氨氣。
8、 如權利要求7所述的形成方法，其特徵在於所述三甲基矽烷 與氨氣的流量比在l: 7至1: 4之間。
9、 如權利要求6所述的形成方法，其特徵在於所述第二反應氣 體包括三甲基矽烷及氨氣。
10、 如權利要求9所述的形成方法，其特徵在於所述三曱基矽烷與氨氣的流量比在1: 2至1: 1之間。
11、如權利要求6所述的形成方法，其特徵在於所述第二反應氣 體包括甲基矽烷類氣體及氧氣。
12、 如權利要求6所述的形成方法，其特徵在於所述載氣體的流 量在1000至1500sccm之間。
13、 如權利要求6所述的形成方法，其特徵在於所述能量為功率 在800至1200W之間的射頻電源。
14、 如權利要求6所述的形成方法,其特徵在於，向所述沉積室內 通入第二反應氣體，包括步驟停止通入所述第一反應氣體，通入第二反應氣體。
15、 如權利要求6所述的形成方法，其特徵在於所述第一反應氣 體與第二反應氣體所用的各氣體相同，各氣體間的流量比不同。
16、 如權利要求15所述的形成方法，其特徵在於，向所述沉積室 內通入第二反應氣體，包括步驟調節向所述沉積室內通入的所述第 一反應氣體的各氣體流量，按照第二反應氣體的流量比通入各氣體。
17、 一種雙鑲嵌結構，包括具有導電結構的襯底，位於所述襯底上 的刻蝕停止層，位於所述刻蝕停止層之上的第一介質層、位於所述第一 介質層上的第二介質層，在所述第一介質層與第二介質層內形成的與所 述導電結構相連的通孔，以及與至少一個所述通孔相連的溝槽；其特徵 在於所述刻蝕停止層還包括預停止層及主停止層，且所述預停止層的 氮含量高於所述主停止層的氮含量。
18、 如權利要求17所述的雙鑲嵌結構，其特徵在於所述預停止 層及所述主停止層為碳化矽層。
19、 如權利要求17所述的雙鑲嵌結構，其特徵在於所述預停止層的厚度小於所述主停止層的厚度。
20、 如權利要求17或19所述的雙鑲嵌結構，其特徵在於所述預 停止層的厚度在30至100A之間。
21、 如權利要求17或19所述的雙鑲嵌結構，其特徵在於所述主 停止層的厚度在400至500A之間。
22、 如權利要求17所述的雙鑲嵌結構，其特徵在於所述第一介 質層包括黑鑽石層。
23、 如權利要求17所述的雙鑲嵌結構，其特徵在於所述第二介 質層包括利用旋塗工藝形成的DUO材料層。
24、 一種雙鑲嵌結構的形成方法，其特徵在於，包括步驟 提供襯底，所述襯底上具有導電結構；利用第 一反應氣體進行沉積，在所述襯底上形成預停止層；利用第二反應氣體進行沉積，在所述預停止層上形成主停止層，且 所述第二反應氣體中的含氮氣體量小於第 一反應氣體中的含氮氣體量； 在所述主停止層上形成第一介質層； 在所述第一介質層內形成通孔； 在所述第一介質層上和所述通孔內形成第二介質層； 在所述第二介質層上圖形化溝槽圖形； 形成與至少 一個所述通孔相連的溝槽。
25、 如權利要求24所述的形成方法，其特徵在於所述預停止層 及所述主停止層為碳化矽層。
26、 如權利要求24所述的形成方法，其特徵在於所述預停止層 的厚度小於所述主停止層的厚度。
27、 如權利要求24或26所述的形成方法，其特徵在於所述預停 止層的厚度在30至100A之間。
28、 如權利要求24或26所述的形成方法，其特徵在於所述主停 止層的厚度在40至500A之間。
29、 如權利要求24所述的形成方法，其特徵在於所述第一反應 氣體包括三曱基矽烷及氨氣。
30、 如權利要求29所述的形成方法，其特徵在於所述三曱基矽 烷與氨氣的流量比在l: 7至1: 4之間。
31、 如權利要求24所述的形成方法，其特徵在於所述第二反應 氣體包括三甲基矽烷及氨氣。
32、 如權利要求31所述的形成方法，其特徵在於所述三曱基矽 烷與氨氣的流量比在1: 2至1: 1之間。
33、 如權利要求24所述的形成方法，其特徵在於所述第二反應 氣體包括曱基矽烷類氣體及氧氣。
34、 如權利要求24所述的形成方法，其特徵在於所述第一介質 層為黑鑽石層。
35、 如權利要求24所述的形成方法，其特徵在於所述第二介質 層為利用旋塗方法形成的材料層。
36、 如權利要求35所述的形成方法，其特徵在於所述材料層為 DUO材料層。
全文摘要
本發明公開了一種刻蝕停止層，其包括預停止層及主停止層，且所述預停止層的氮含量高於所述主停止層的氮含量。該刻蝕停止層對應的形成方法包括步驟將襯底放置於沉積室內；向所述沉積室內通入載氣體及第一反應氣體；向所述沉積室引入能量，進行預停止層的沉積；向所述沉積室內通入第二反應氣體，進行主停止層的沉積，且所述第二反應氣體中的含氮氣體量小於第一反應氣體中的含氮氣體量；停止通入所述第二反應氣體；將所述襯底由所述沉積室內取出。本發明還公開了一種應用該刻蝕停止層的雙鑲嵌結構及其形成方法。本發明的刻蝕停止層、雙鑲嵌結構及其形成方法，一方面可以確保器件仍具有較好的VBD特性，另一方面也可以有效改善在後續的刻蝕過程中因刻蝕停止層中的氮含量較高而引起的光刻膠被毒化的問題。
文檔編號H01L23/52GK101447472SQ20071017166
公開日2009年6月3日 申請日期2007年11月27日 優先權日2007年11月27日
發明者明 蔡 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司