專利名稱：刻蝕停止層、雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種刻蝕停止層、雙鑲 嵌結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造過程中，需要利用金屬導(dǎo)線連接制作于晶片上的各個器 件，并形成對外連接線路而完成整個工藝制作。隨著半導(dǎo)體集成電路的
發(fā)展，以及對高速器件的需求，進入0.18微米工藝技術(shù)后，為進一步減小 金屬電阻及芯片的互連延遲，由銅和低K值(low dielectric constant)的介 質(zhì)層實現(xiàn)的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，已成為高集成度、高速集成電路芯片制造中形 成金屬連線的主流方案。
雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法可以有多種，圖1至5為說明傳統(tǒng)的雙鑲嵌結(jié) 構(gòu)形成方法的器件剖面示意圖，下面結(jié)合圖1至圖5簡單介紹一種常用的 雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法。
圖1為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第 一介質(zhì)層后的器件剖面圖，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硅。然后，在該停止層102上沉積 第一介質(zhì)層103,該層要求為低k值的介質(zhì)材料層，通?？梢允抢没瘜W(xué) 氣相沉積方法形成的氧化硅材料，如黑鉆石(BD, blackDiamond)。
圖2為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成通孔后的器件剖面圖，如圖2所示， 形成第一介質(zhì)層103后，在該第一介質(zhì)層103上形成通孔104，本步對通孔 104的刻蝕工藝會停止于刻蝕速率較慢的刻蝕停止層102內(nèi)。
圖3為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第二介質(zhì)層后的器件剖面圖，如圖3 所示，在第一介質(zhì)層103上及通孔104內(nèi)形成第二介質(zhì)層106。該第二介質(zhì) 層通常需利用旋圖4為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中圖形化溝槽后的器件剖面圖，如圖4所示，
利用光刻膠107對在第二介質(zhì)層106上進行圖形化溝槽的處理?，F(xiàn)有技術(shù) 中，在本步光刻后常發(fā)現(xiàn)有顯影不完全的現(xiàn)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(xiàn)為光刻圖形的邊緣有 彎曲和虛邊現(xiàn)象，通常可稱之為光刻膠被毒化現(xiàn)象。
圖5為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成溝槽后的器件剖面圖，如圖5所示， 圖形化溝槽后，以該光刻膠圖形為掩膜進行溝槽108的刻蝕。由于圖形邊 緣處光刻膠殘渣的存在，該溝槽108同樣也會在邊角處出現(xiàn)未刻蝕干凈的 邊角物120,導(dǎo)致刻蝕不完全而引起溝槽圖形的變形。
接著，可以利用濕法腐蝕或干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(jié)構(gòu)。
其中， 一旦溝槽108出現(xiàn)了形變，其形成的實際尺寸就會偏離設(shè)計值， 導(dǎo)致金屬銅的填充質(zhì)量下降，影響器件的壽命及可靠性。另外，在隨后 進行的CMP工藝中，尤其對于尺寸較小的溝槽，易出現(xiàn)銅線斷裂的現(xiàn)象。 在顯微鏡下觀察，表現(xiàn)為襯底表面金屬連線變細，甚至中斷，導(dǎo)致電路 無法正常工作。
對上述出現(xiàn)光刻膠被毒化的現(xiàn)象進行分析，認為其產(chǎn)生的原因包括 以下兩點
A、 該雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中的刻蝕停止層含有大量的氮，其在刻蝕過程中會 形成含氨的堿性物質(zhì)；
B、 光刻膠在曝光后呈酸性，其在遇到氨類等的堿性化合物時，會與 其發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)被毒化的現(xiàn)象；
C、 刻蝕通孔后利用旋涂工藝填充的第二介質(zhì)層的材料較為疏7卜>，其 不能阻止刻蝕停止層中產(chǎn)生的含氨的堿性物質(zhì)向上移動。
當(dāng)該部分堿性物質(zhì)上移至與光刻膠相接觸后，其與光刻膠發(fā)生反應(yīng)， 就出現(xiàn)了圖4中所示的光刻月交一皮毒化的現(xiàn)象。
7但是，實際生產(chǎn)中，并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(dǎo)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(jié)構(gòu)的方法，該方法 通過在層間介質(zhì)層的上方增加一層上蓋層氧化硅，并在第一次刻蝕時僅 停留在該上蓋層上，通過將光刻圖形轉(zhuǎn)移至上蓋層內(nèi)的方法來防止光刻 膠與含有氨類化合物的層間介質(zhì)層相接觸，保護光刻膠不被毒化。但是
該方法對于上述刻蝕通孔時在刻蝕停止層內(nèi)產(chǎn)生的氨類堿性物質(zhì)使光刻 膠被毒化的問題并不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種刻蝕停止層、雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其形成方法，以改善現(xiàn) 有的刻蝕過程中因氮含量過高而導(dǎo)致的光刻膠被毒化的問題。
本發(fā)明提供的一種刻蝕停止層，包括預(yù)停止層及主停止層，且所述 預(yù)停止層的氮含量高于所述主停止層的氮含量。
可選地，所述預(yù)停止層及所述主停止層為碳化硅層。 可選地，所述預(yù)停止層的厚度小于所述主停止層的厚度。
優(yōu)選地，所述預(yù)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(fā)明提供的具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的刻蝕停止層的形成方法， 包括步驟
將襯底放置于沉積室內(nèi)；
向所述沉積室內(nèi)通入載氣體及第 一反應(yīng)氣體；
向所述沉積室引入能量，進行預(yù)停止層的沉積；
向所述沉積室內(nèi)通入第二反應(yīng)氣體，進行主停止層的沉積，且所述第二反應(yīng)氣體中的含氮氣體量小于第 一反應(yīng)氣體中的含氮氣體量； 停止通入所述第二反應(yīng)氣體； 將所述襯底由所述沉積室內(nèi)取出。
可選地，所述第一反應(yīng)氣體包括三曱基硅烷及氨氣，且所述第一反 應(yīng)氣體間的流量比在1: 7至1: 4之間。
可選地，所述第二反應(yīng)氣體包括三甲基硅烷及氨氣，且所述第二反 應(yīng)氣體間的流量比在1: 2至1: 1之間。
可選地，所述第二反應(yīng)氣體包括曱基硅烷類氣體及氧氣。
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(nèi)通入第二反應(yīng)氣體，包括步驟
停止通入所述第一反應(yīng)氣體，通入第二反應(yīng)氣體。
可選地，所述第一反應(yīng)氣體與第二反應(yīng)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(nèi)通入第二反應(yīng)氣體，可以 包括步驟
調(diào)節(jié)向所述沉積室內(nèi)通入的所述第 一反應(yīng)氣體的各氣體流量，按照 第二反應(yīng)氣體的流量比通入各氣體。
本發(fā)明提供的具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括具 有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底，位于所述襯底上的刻蝕停止層，位于所述刻蝕停止 層之上的第一介質(zhì)層、位于所述第一介質(zhì)層上的第二介質(zhì)層，在所述第 一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層內(nèi)形成的與所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)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(yù)停止層及 主停止層，且所述預(yù)停止層的氮含量高于所述主停止層的氮含量。
可選地，所述預(yù)停止層及所述主停止層為> 灰化硅層。
可選地，所述預(yù)停止層的厚度小于所述主停止層的厚度。
9優(yōu)選地，所述預(yù)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(zhì)層包括黑鉆石層，所述第二介質(zhì)層包括利用 旋涂工藝形成的DUO材料層。
本發(fā)明提供的具有相同或相應(yīng)技術(shù)特征的一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成 方法，包括步驟
提供襯底，所述襯底上具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；
利用第一反應(yīng)氣體進行沉積，在所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上形成預(yù)停止層；
利用第二反應(yīng)氣體進行沉積，在所述預(yù)停止層上形成主停止層，且 所述第二反應(yīng)氣體中的含氮氣體量小于第一反應(yīng)氣體中的含氮氣體量；
在所述主停止層上形成第一介質(zhì)層；
在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成通孔；
在所述第一介質(zhì)層上和所述通孔內(nèi)形成第二介質(zhì)層；
在所述第二介質(zhì)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(yù)停止層及所述主停止層為碳化硅層。
可選地，所述預(yù)停止層的厚度小于所述主停止層的厚度。
優(yōu)選地，所述預(yù)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(yīng)氣體包括三曱基硅烷及氨氣，且所述三甲基 硅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(yīng)氣體包括三曱基硅烷及氨氣，且所述三曱基 硅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(zhì)層為黑鉆石層，所述第二介質(zhì)層為利用旋涂 方法形成的材料層。優(yōu)選地，所述材料層為DUO材料層。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明的刻蝕停止層、雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其形成方法，形成了包括預(yù)停 止層及主停止層的刻蝕停止層，其中，預(yù)停止層的氮含量高于主停止層 的氮含量。釆用本發(fā)明的刻蝕停止層或雙鑲嵌結(jié)構(gòu)， 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后 續(xù)工藝中出現(xiàn)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(fā)明的預(yù)停止層及主停止層可以在同 一沉積設(shè)備內(nèi)依次形成，操 作簡單，實現(xiàn)方便，對生產(chǎn)效率沒有明顯的影響。


圖1為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第一介質(zhì)層后的器件剖面圖2為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成通孔后的器件剖面圖3為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第二介質(zhì)層后的器件剖面圖4為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中圖形化溝槽后的器件剖面圖5為現(xiàn)有的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成溝槽后的器件剖面圖6為本發(fā)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(fā)明第 一 實施例的刻蝕停止層中形成預(yù)停止層后的器 件剖面圖8為說明本發(fā)明第 一實施例的刻蝕停止層中形成主停止層后的器 件剖面圖9為本發(fā)明第二實施例中的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖10為說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成預(yù)停止層后的 器件剖面圖11 ^L明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成主停止層后的器件剖面圖12說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第一介質(zhì)層后的 器件剖面圖13說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成通孔后的器件剖 面圖14說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第二介質(zhì)層后的 器件剖面圖15說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中圖形化溝槽后的器件 剖面圖16說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成溝槽后的器件剖 面圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合 附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。
利用許多適當(dāng)?shù)牟牧现谱鳎旅媸峭ㄟ^具體的實施例來加以說明，當(dāng)然 本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的一 般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
其次，本發(fā)明利用示意圖進行了詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時， 為了便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，不 應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。此外，在實際的制作中，應(yīng)包含長度、寬 度及深度的三維空間尺寸。
隨著集成電路的制作向超大規(guī)模集成電路(ULSI)發(fā)展，內(nèi)部的電 路密度越來越大，器件特征尺寸不斷縮小，對各步工藝的制作要求越來 越高，因此，在制作小尺寸器件時，常需要針對在制作中采用的材料、方法等進行一定的調(diào)整。
以刻蝕停止層的生長為例，在傳統(tǒng)的大尺寸器件的制作過程中，該
刻蝕停止層通常采用的是氮化硅層、氮氧化硅層。但當(dāng)工藝進入到90nm
以下時，通常需改用介電常數(shù)更低的化合物，如碳化硅層，作為刻蝕停 止層。
由于碳化硅層存在擊穿電壓低(VBD性能較差)的缺點，通常還 需要在該層內(nèi)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堿性物質(zhì)，導(dǎo)致后續(xù)工藝中的光刻膠被毒化，由光 刻膠定義的圖形發(fā)生形變，結(jié)果使得器件的電性能、可靠性及壽命等參 數(shù)受到影響。為此，本發(fā)明提供了一種刻蝕停止層、雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其形 成方法。
第一實施例
本發(fā)明的第一實施例^提出了一種新的刻蝕停止層。圖6為本發(fā)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(fā)明第 一實施例中的刻蝕停止層的器件剖面圖，下面結(jié)合圖6至圖8對本發(fā)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(yù)停止層及主停止層，且所述 預(yù)停止層的氮含量高于所述主停止層的氮含量。
本實施例中，預(yù)停止層與主停止層均為碳化硅層，是利用等離子體 增強型化學(xué)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:將襯底放置于沉積室內(nèi)。本實施例中的沉積室指的是 等離子體增強型化學(xué)氣相沉積設(shè)備的沉積室。
步驟S602:向沉積室內(nèi)通入載氣體及第一反應(yīng)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(shè)置在IOOO至1500sccm之間，如為1200sccm。本實施例中，用于形成含氮碳化硅的反應(yīng)氣體為氨氣及曱基硅烷類 氣體，其中，曱基硅烷類氣體可以為甲基硅烷(Si(CH3)H3)、 二曱基珪烷
(Si(CH3)2H2)、三曱基硅烷(Si(CH3)3H)、四甲基硅烷(Si(CH3)4)等中的任 一種。
本實施例中，利用第 一反應(yīng)氣體形成的是刻蝕停止層中的預(yù)停止 層，要求其內(nèi)的氮含量較高一 一這一點可以利用加大反應(yīng)氣體中含氮的 氣體的流量來實現(xiàn)。
如，在采用三曱基硅烷與氨氣為反應(yīng)氣體時，可以將二者之間的流 量比設(shè)置在l: 7至1: 4之間。具體地，可以將三曱基硅烷的流量設(shè)置 在100至150sccm之間，如為120sccm;將氨氣的流量設(shè)置在600至 800sccm之間，如為700sccm。
步驟S603:通入上述載氣體及反應(yīng)氣體后，向沉積室內(nèi)引入能量， 進行預(yù)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(nèi)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(yīng)氣體，完成預(yù)停止層的沉積。
圖7為說明本發(fā)明第 一 實施例的刻蝕停止層中形成預(yù)停止層后的器 件剖面圖。如圖7所示，在襯底701上，形成了預(yù)停止層702。本實施 例中，該預(yù)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(nèi)通入第二反應(yīng)氣體，進行主停止層的沉積。
本步中利用第二反應(yīng)氣體形成的是刻蝕停止層中的主停止層，要求 其內(nèi)的氮含量較低一 _這一 點可以利用減少反應(yīng)氣體中含氮的氣體的 流量來實現(xiàn)。如，在采用三甲基硅烷與氨氣為反應(yīng)氣體時，可以將二者之間的流
量比設(shè)置在l: 2至.1: l之間。具體地，可以將三曱基硅烷的流量設(shè)置 在250至450sccm之間，如為350sccm;將氨氣的流量設(shè)置在300至 500sccm之間，如為權(quán)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(nèi)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(yīng)氣體，完成主停止層的沉積。
圖8為說明本發(fā)明第 一 實施例的刻蝕停止層中形成主停止層后的器 件剖面圖，如圖8所示，在襯底701的預(yù)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用于確?？涛g停止 于該主停止層703內(nèi)，其的厚度要求較厚，通常可以在400至500A之 間,如為450A。
由于該主停止層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堿性物質(zhì)，這對 后續(xù)的光刻膠被毒化的現(xiàn)象有明顯的緩解作用。
步驟S607:將襯底由所述沉積室內(nèi)取出，完成刻蝕停止層的沉積。 本實施例中，第 一反應(yīng)氣體與第二反應(yīng)氣體中所采用的氣體相同， 僅是對各反應(yīng)氣體間的流量進行了調(diào)整。其中，在調(diào)整反應(yīng)氣體的流量 時，采用了先停止第一反應(yīng)氣體的通入，再按第二反應(yīng)氣體要求的流量 通入反應(yīng)氣體的方式，在本發(fā)明的其它實施例中，也可以采用直接調(diào)整 各反應(yīng)氣體的流量，以改變預(yù)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，采用了與預(yù)停止層相同的 反應(yīng)氣體，僅通過改變反應(yīng)氣體間的流量比來對兩層間的氮含量的多少 進行調(diào)整。在本發(fā)明的其它實施例中，還可以令沉積主停止層與預(yù)停止 層時的反應(yīng)氣體不同，其同樣可以實現(xiàn)對預(yù)停止層與主停止層間的氮含 量的調(diào)整。如可以在沉積主停止層時將反應(yīng)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?yōu)?含氧的碳化硅，則其的氮含量減少為O。
第二實施例
本發(fā)明的第二實施例是一種應(yīng)用該刻蝕停止層的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。圖9 為本發(fā)明第二實施例中的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖，圖10至圖16 為說明本發(fā)明第二實施例中的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成過程的器件剖面圖，下 面結(jié)合圖9至圖16對本發(fā)明的具體實施例進行詳細介紹。
本實施例中的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底，位于所述襯 底上的刻蝕停止層，位于所述刻蝕停止層之上的第一介質(zhì)層、位于所述 第一介質(zhì)層上的第二介質(zhì)層，在所述第一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層內(nèi)形成的 與所述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)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(yù)停止層及主停止層，且所述預(yù)停止層的氮 含量高于所述主停止層的氮含量。
本實施例中，預(yù)停止層及主停止層選用的是碳化硅層，且預(yù)停止層 的厚度小于主停止層的厚度。如，可以將預(yù)停止層的厚度設(shè)置在30至 IOOA之間，將主停止層的厚度設(shè)置在400至500A之間。
對于雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，通常第 一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層會采用低K值的材 料形成，如，本實施例中第一介質(zhì)層選用了低K值的氧化硅層(如BD 材料層)，第二介質(zhì)層選用了利用旋涂工藝形成的DUO材料層。
本實施例中的上述雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的具體實現(xiàn)步驟如下
步驟S901:提供襯底，且所述襯底上具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
該襯底可以為已形成金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的襯底，也可以為已 形成底層金屬連線結(jié)構(gòu)的襯底。
步驟S902:利用第一反應(yīng)氣體進行沉積，在所述襯底上形成預(yù)停 止層。圖10為說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成預(yù)停止層后的 器件剖面圖，如圖IO所示，在襯底1001上(其中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)未示出)
形成了預(yù)停止層1002。
本實施例中，該預(yù)停止層是利用PECVD沉積形成的含氮量較高的 碳化硅層，其的厚度設(shè)置在30至100A之間，如為50A。
本實施例中形成預(yù)停止層1002時所用的第一反應(yīng)氣體為氨氣及曱 基硅烷類氣體，其中，曱基硅烷類氣體可以為曱基硅烷(Si(CH3)H3)、 二 曱基硅烷(&(013)必2)、三曱基硅烷(Si(CH3)3H)、四甲基硅烷(Si(CH3)4) 等中的任一種。
為提高器件的VBD性能，需要令該層內(nèi)具有較高的氮含量。為此， 在采用三曱基硅烷與氨氣為反應(yīng)氣體時，可以提高兩種反應(yīng)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(shè)置在1: 7至1: 4之間。
具體地，可以將三曱基硅烷的流量設(shè)置在100至150sccm之間，如 為120sccm;將氨氣的流量設(shè)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(shè)置在800至1200W之間， 沉積室內(nèi)的壓力可以設(shè)置在2至5Torr之間。
步驟S903:利用第二反應(yīng)氣體進行沉積，在所述預(yù)停止層上形成 主停止層，且所述第二反應(yīng)氣體中的含氮氣體量小于第 一反應(yīng)氣體中的 含氮氣體量。
圖11為說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成主停止層后的 器件剖面圖，如圖11所示，在襯底1001的預(yù)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(yù)停止層后，利用同一臺PECVD設(shè)備沉積形成的含氮量較低的碳化硅層。其的厚度設(shè)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(yīng)氣體仍可以為氨 氣及曱基硅烷類氣體中的一種，如甲基硅烷(Si(CH3)H3)、 二曱基硅烷 (Si(CH3)2H2)、三曱基硅烷(Si(CH3)3H)、四曱基硅烷(Si(CH3)4)等中的一種。
為改善后續(xù)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(nèi)的氮含量較低。在第二反應(yīng)氣體中采用三甲基硅烷與氨氣 為反應(yīng)氣體時，可以將兩種反應(yīng)氣體間的流量比在1: 2至1: 1之間。
具體地，可以將三曱基硅烷的流量設(shè)置在250至450sccm之間，如 為350sccm;將氨氣的流量設(shè)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(shè)置在800至1200W之間， 沉積室內(nèi)的壓力設(shè)置在2至5Torr之間。
步驟S904:在主停止層上形成第一介質(zhì)層。
圖12為說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第一介質(zhì)層后 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(zhì)層 1004。
該第一介質(zhì)層1004可以是利用化學(xué)氣相沉積方法形成的氧化石圭或 氮氧化硅中的一種，如可以是氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅 玻璃或黑鉆石中的一種。本實施例中選用的為黑鉆石，其厚度在4000 至8000A之間，如為6000A。
步驟S905:在第一介質(zhì)層內(nèi)形成通孔。
圖13為說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成通孔后的器件
18剖面圖，如圖13所示，在第一介質(zhì)層1004內(nèi)刻蝕形成了通孔1005。由 于主停止層1003與第一介質(zhì)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于主停止層1003內(nèi)。
該通孔的具體形成方法如下
A、 先在第一介質(zhì)層1004上利用光刻技術(shù)圖形化通孔圖形；
B、 再利用干法刻蝕技術(shù)刻蝕未被光刻膠保護的第一介質(zhì)層1004 (刻蝕停止于主停止層1003內(nèi))；
C、 去除第一介質(zhì)層表面所殘留的光刻膠。
步驟S906:在第一介質(zhì)層上和通孔內(nèi)形成第二介質(zhì)層。
圖14為說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成第二介質(zhì)層后的 器件剖面圖，如圖14所示，在通孔1005內(nèi)及第一介質(zhì)層1004上形成第二 介質(zhì)層1006。
該第二介質(zhì)層1006通常需利用旋涂工藝形成，以較好地填充通孔 1005,同時達到較好的平坦度，本實施例中采用的是旋涂DUO材料層的 方法。
步驟S907:在第二介質(zhì)層上圖形化溝槽圖形。
圖15說明本發(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中圖形化溝槽后的器件剖 面圖，如圖15所示，本步通常是利用光刻膠1007在第二介質(zhì)層1006上定 義出溝槽的圖形。
由于本實施例中刻蝕通孔1005時停留于含氮量少的主停止層1003 內(nèi)，在刻蝕過程中不會產(chǎn)生大量的氨類物質(zhì)，因此，也就緩解了傳統(tǒng)技 術(shù)中刻蝕中產(chǎn)生的氨類物質(zhì)穿過疏松的第二介質(zhì)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(fā)明第二實施例的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中形成溝槽后的器件剖面
圖，如圖16所示，由于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(jié)構(gòu)也較為完整。
該溝槽的具體形成方法如下
A、 利用干法刻蝕技術(shù)刻蝕未被光刻膠保護的第二介質(zhì)層1006及部 分第一介質(zhì)層1004;
B、 去除溝槽1008內(nèi)的第二介質(zhì)層1006;
C、 去除第二介質(zhì)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(jié)構(gòu)中，采用旋涂工藝形成的第二介質(zhì) 層1006較為疏松。如果在前面的刻蝕中產(chǎn)生了大量氨類物質(zhì)，其可以 穿過該第二介質(zhì)層1006到達其表面，對后面的光刻圖形產(chǎn)生影響(即 發(fā)生所謂的光刻膠被毒化現(xiàn)象)。
但由于本實施例中對傳統(tǒng)的刻蝕停止層進行了改進，將其變更為由 含氮量較高的預(yù)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(zhì)層間具有較大的刻蝕速率差，在對第一介質(zhì)層進 行刻蝕以形成通孔時，該步刻蝕會停止于含氮量較低的主停止層中，不 會產(chǎn)生大量的氨類物質(zhì)來影響后續(xù)的光刻工藝。
另外，由于主停止層下還形成了含氮量較高的預(yù)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(zhì)層由第一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層組成，在本發(fā) 明的其它實施例中，其還可以由一種介質(zhì)層或三種以上的介質(zhì)層來形成 該層間介質(zhì)層，其具體實施步驟與思路均和本實施例相似，在本發(fā)明實 施例的啟示下，這一應(yīng)用的延伸對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言是易于理 解和實現(xiàn)的，在此不再贅述。
在本發(fā)明的其它實施例中，還可以令沉積主停止層與預(yù)停止層時的反應(yīng)氣體不同，其同樣可以實現(xiàn)對預(yù)停止層與主停止層間的氮含量的調(diào) 整。如可以在沉積主停止層時將反應(yīng)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?yōu)楹醯奶?化硅，則其的氮含量減少為O。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明， 任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能 的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的 范圍為準。
權(quán)利要求
1、一種刻蝕停止層，其特征在于包括預(yù)停止層及主停止層，且所述預(yù)停止層的氮含量高于所述主停止層的氮含量。
2、 如權(quán)利要求1所述的刻蝕停止層，其特征在于所述預(yù)停止層 及所述主停止層為碳化硅層。
3、 如權(quán)利要求1所述的刻蝕停止層，其特征在于所述預(yù)停止層 的厚度小于所述主停止層的厚度。
4、 如權(quán)利要求1或3所述的刻蝕停止層，其特征在于所述預(yù)停 止層的厚度在30至IOOA之間。
5、 如權(quán)利要求1或3所述的刻蝕停止層，其特征在于所述主停 止層的厚度在400至500A之間。
6、 一種刻蝕停止層的形成方法，其特征在于，包括步驟 將襯底放置于沉積室內(nèi)；向所述沉積室內(nèi)通入載氣體及第 一反應(yīng)氣體； 向所述沉積室引入能量，進行預(yù)停止層的沉積； 向所述沉積室內(nèi)通入第二反應(yīng)氣體，進行主停止層的沉積，且所述 第二反應(yīng)氣體中的含氮氣體量小于第一反應(yīng)氣體中的含氮氣體量； 停止通入所述第二反應(yīng)氣體； 將所述襯底由所述沉積室內(nèi):f又出。
7、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述第一反應(yīng)氣 體包括三曱基硅烷及氨氣。
8、 如權(quán)利要求7所述的形成方法，其特征在于所述三甲基硅烷 與氨氣的流量比在l: 7至1: 4之間。
9、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述第二反應(yīng)氣 體包括三甲基硅烷及氨氣。
10、 如權(quán)利要求9所述的形成方法，其特征在于所述三曱基硅烷與氨氣的流量比在1: 2至1: 1之間。
11、如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述第二反應(yīng)氣 體包括甲基硅烷類氣體及氧氣。
12、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述載氣體的流 量在1000至1500sccm之間。
13、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述能量為功率 在800至1200W之間的射頻電源。
14、 如權(quán)利要求6所述的形成方法,其特征在于，向所述沉積室內(nèi) 通入第二反應(yīng)氣體，包括步驟停止通入所述第一反應(yīng)氣體，通入第二反應(yīng)氣體。
15、 如權(quán)利要求6所述的形成方法，其特征在于所述第一反應(yīng)氣 體與第二反應(yīng)氣體所用的各氣體相同，各氣體間的流量比不同。
16、 如權(quán)利要求15所述的形成方法，其特征在于，向所述沉積室 內(nèi)通入第二反應(yīng)氣體，包括步驟調(diào)節(jié)向所述沉積室內(nèi)通入的所述第 一反應(yīng)氣體的各氣體流量，按照第二反應(yīng)氣體的流量比通入各氣體。
17、 一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，包括具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的襯底，位于所述襯底上 的刻蝕停止層，位于所述刻蝕停止層之上的第一介質(zhì)層、位于所述第一 介質(zhì)層上的第二介質(zhì)層，在所述第一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層內(nèi)形成的與所 述導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相連的通孔，以及與至少一個所述通孔相連的溝槽；其特征 在于所述刻蝕停止層還包括預(yù)停止層及主停止層，且所述預(yù)停止層的 氮含量高于所述主停止層的氮含量。
18、 如權(quán)利要求17所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于所述預(yù)停止 層及所述主停止層為碳化硅層。
19、 如權(quán)利要求17所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于所述預(yù)停止層的厚度小于所述主停止層的厚度。
20、 如權(quán)利要求17或19所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于所述預(yù) 停止層的厚度在30至100A之間。
21、 如權(quán)利要求17或19所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于所述主 停止層的厚度在400至500A之間。
22、 如權(quán)利要求17所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一介 質(zhì)層包括黑鉆石層。
23、 如權(quán)利要求17所述的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二介 質(zhì)層包括利用旋涂工藝形成的DUO材料層。
24、 一種雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括步驟 提供襯底，所述襯底上具有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)；利用第 一反應(yīng)氣體進行沉積，在所述襯底上形成預(yù)停止層；利用第二反應(yīng)氣體進行沉積，在所述預(yù)停止層上形成主停止層，且 所述第二反應(yīng)氣體中的含氮氣體量小于第 一反應(yīng)氣體中的含氮氣體量； 在所述主停止層上形成第一介質(zhì)層； 在所述第一介質(zhì)層內(nèi)形成通孔； 在所述第一介質(zhì)層上和所述通孔內(nèi)形成第二介質(zhì)層； 在所述第二介質(zhì)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(quán)利要求24所述的形成方法，其特征在于所述預(yù)停止層 及所述主停止層為碳化硅層。
26、 如權(quán)利要求24所述的形成方法，其特征在于所述預(yù)停止層 的厚度小于所述主停止層的厚度。
27、 如權(quán)利要求24或26所述的形成方法，其特征在于所述預(yù)停 止層的厚度在30至100A之間。
28、 如權(quán)利要求24或26所述的形成方法，其特征在于所述主停 止層的厚度在40至500A之間。
29、 如權(quán)利要求24所述的形成方法，其特征在于所述第一反應(yīng) 氣體包括三曱基硅烷及氨氣。
30、 如權(quán)利要求29所述的形成方法，其特征在于所述三曱基硅 烷與氨氣的流量比在l: 7至1: 4之間。
31、 如權(quán)利要求24所述的形成方法，其特征在于所述第二反應(yīng) 氣體包括三甲基硅烷及氨氣。
32、 如權(quán)利要求31所述的形成方法，其特征在于所述三曱基硅 烷與氨氣的流量比在1: 2至1: 1之間。
33、 如權(quán)利要求24所述的形成方法，其特征在于所述第二反應(yīng) 氣體包括曱基硅烷類氣體及氧氣。
34、 如權(quán)利要求24所述的形成方法，其特征在于所述第一介質(zhì) 層為黑鉆石層。
35、 如權(quán)利要求24所述的形成方法，其特征在于所述第二介質(zhì) 層為利用旋涂方法形成的材料層。
36、 如權(quán)利要求35所述的形成方法，其特征在于所述材料層為 DUO材料層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種刻蝕停止層，其包括預(yù)停止層及主停止層，且所述預(yù)停止層的氮含量高于所述主停止層的氮含量。該刻蝕停止層對應(yīng)的形成方法包括步驟將襯底放置于沉積室內(nèi)；向所述沉積室內(nèi)通入載氣體及第一反應(yīng)氣體；向所述沉積室引入能量，進行預(yù)停止層的沉積；向所述沉積室內(nèi)通入第二反應(yīng)氣體，進行主停止層的沉積，且所述第二反應(yīng)氣體中的含氮氣體量小于第一反應(yīng)氣體中的含氮氣體量；停止通入所述第二反應(yīng)氣體；將所述襯底由所述沉積室內(nèi)取出。本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用該刻蝕停止層的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)及其形成方法。本發(fā)明的刻蝕停止層、雙鑲嵌結(jié)構(gòu)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后續(xù)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(yōu)先權(quán)日2007年11月27日
發(fā)明者明 蔡 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司