擴(kuò)大溝槽開口的方法
【專利摘要】本發(fā)明在擴(kuò)大溝槽開口之前，先在所述溝槽的內(nèi)壁上形成襯墊層，以保護(hù)所述溝槽的中下部，防止其在后續(xù)擴(kuò)大開口的過程中被蝕刻而使溝槽的形貌變得彎曲；然后再進(jìn)行溝槽開口擴(kuò)大的步驟，使得所述溝槽的中部和底部的尺寸不會(huì)偏離目標(biāo)值，以順利進(jìn)行后續(xù)的淀積過程。
【專利說明】擴(kuò)大溝槽開口的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種擴(kuò)大溝槽開口的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造中，經(jīng)常涉及到各種溝槽的填充。對于金屬的填充，PVD (物理氣相淀積)是一種普遍使用的方法，在淀積填充時(shí)由于濺射離子具有方向性，會(huì)在淀積填充的時(shí)候產(chǎn)生臺(tái)階覆蓋(overhang)的問題。臺(tái)階覆蓋是指在淀積時(shí)由于派射離子的方向性，在溝槽的上方和下方出現(xiàn)淀積的不均勻的現(xiàn)象，通常是上方的淀積厚度大于下方，進(jìn)而在后續(xù)的淀積中出現(xiàn)縫隙，造成不完全淀積。
[0003]上述情況常出現(xiàn)在金屬互聯(lián)通孔的填充中，在這種工藝?yán)?，需要首先刻蝕形成通孔，并在通孔中填充金屬材料作為金屬互連線來連接第一金屬互連層和半導(dǎo)體器件或者連接不同的金屬互連層。但如上述的具有縫隙的金屬互連線進(jìn)行電連通時(shí)就會(huì)增大接觸電阻，并且在進(jìn)一步的拋光過程中造成研磨液對金屬的侵蝕，嚴(yán)重影響半導(dǎo)體器件的性能。
[0004]為解決上述的臺(tái)階覆蓋問題，通常需要在淀積之前將溝槽的開口擴(kuò)大。現(xiàn)有的溝槽開口擴(kuò)大的方式是直接刻蝕溝槽，但這樣往往不能保證僅僅擴(kuò)大溝槽的表面，而可能導(dǎo)致溝槽的中下部也被刻蝕,因而造成溝槽的形貌(profile)變得彎曲(bowl)(如圖2所示)，使得溝槽中部和底部的尺寸也會(huì)偏離目標(biāo)值。這樣在后續(xù)的淀積填充時(shí)又會(huì)加劇縫隙的產(chǎn)生。
[0005]因此，需要一種能夠?qū)喜鄣捻敳块_口擴(kuò)大并且不破壞溝槽下方的結(jié)構(gòu)，使溝槽具有較好形貌的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)大溝槽開口的方法中存在的容易使溝槽的形貌變得彎曲的問題，本發(fā)明提供一種擴(kuò)大溝槽開口的方法，包括:
[0007]提供一襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層中形成有溝槽；在所述溝槽內(nèi)壁以及所述介質(zhì)層上形成襯墊層；擴(kuò)大所述溝槽頂部的開口 ；以及剝離所述襯墊層。
[0008]進(jìn)一步的，所述溝槽為金屬互聯(lián)通孔。
[0009]進(jìn)一步的，所述襯墊層材料為硅氧化物。
[0010]進(jìn)一步的，采用化學(xué)氣相淀積工藝形成所述襯墊層。
[0011]進(jìn)一步的，所述化學(xué)氣相淀積工藝采用氣體為SiH4和02。
[0012]進(jìn)一步的，擴(kuò)大溝槽開口的步驟包括:
[0013]步驟一:采用八廣抱和H2氣體以擴(kuò)大所述溝槽的開口 ；以及步驟二:采用NF3氣體進(jìn)一步擴(kuò)大所述溝槽的開口。
[0014]進(jìn)一步的，步驟一中H2氣體的流量為600?800SCCM，Ar氣體流量O?70SCCM，He氣體流量50?120SCCM ;步驟二中NF3氣體流量為350?700SCCM。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟一和步驟二作為一個(gè)循環(huán)進(jìn)行1-5次。[0016]進(jìn)一步的，步驟二之后，還包括采用O2和He氣體去除所述NH3的步驟。
[0017]進(jìn)一步的，采用酸液剝離所述襯墊層。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在擴(kuò)大溝槽開口之前，先在所述溝槽的內(nèi)壁上形成襯墊層，以保護(hù)所述溝槽的中下部，防止其在后續(xù)擴(kuò)大溝槽開口的過程中被蝕刻而使溝槽的形貌變得彎曲；然后再進(jìn)行溝槽開口擴(kuò)大的步驟，使得所述溝槽的中部和底部的尺寸不會(huì)偏離目標(biāo)值，以順利進(jìn)行后續(xù)的淀積過程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述的擴(kuò)大溝槽開口擴(kuò)大方法的流程圖。
[0019]圖2為現(xiàn)有的溝槽開口擴(kuò)大方法造成的溝槽形貌。
[0020]圖3-圖6為本發(fā)明一實(shí)施例所述的擴(kuò)大溝槽開口擴(kuò)大方法各階段的溝槽示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種擴(kuò)大溝槽開口的方法，包括以下步驟:
[0023]S1:提供一襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層中形成有溝槽；
[0024]S2:在所述溝槽內(nèi)壁以及所述介質(zhì)層上形成襯墊層；
[0025]S3:擴(kuò)大所述溝槽頂部的開口 ；以及
[0026]S4:剝離所述襯墊層。
[0027]在上述步驟中，所述襯底為半導(dǎo)體襯底，可以是單晶硅、多晶硅或非晶硅，也可以是硅、鍺、硅鍺化合物或砷化鎵等材料形成的襯底，所述半導(dǎo)體襯底可以具有外延層或絕緣層上硅結(jié)構(gòu)，還可以是其他半導(dǎo)體材料，這里不一一列舉。且在襯底上可以具有中間介質(zhì)層，溝槽可以是形成于中間介質(zhì)層中。
[0028]在所述襯底上形成溝槽可以采用多種方式，如濕法刻蝕和干法刻蝕。
[0029]在所述溝槽的內(nèi)壁上形成襯墊層的過程可為多種，如CVD (化學(xué)氣相淀積)，但本發(fā)明不以此為限。襯墊層的材質(zhì)為硅氧化物，如Si02。形成襯墊層的過程是采用CVD的方式在所述溝槽的內(nèi)壁由SiH4和O2反應(yīng)生成SiO2薄膜附著于溝槽內(nèi)壁的表面。
[0030]擴(kuò)大所述溝槽頂部的開口的方法例如為等離子體刻蝕，但具體的刻蝕方式，本發(fā)明不作限制。采用等離子刻蝕的具體方法例如為采用He、H2和Ar的混合氣體，在CVD機(jī)臺(tái)中依靠低頻射頻源激發(fā)上述氣體離化，再通過高頻射頻源加速轟擊溝槽表面達(dá)到刻蝕溝槽的目的。在等離子體刻蝕中，離子在溝槽表面的數(shù)量以及轟擊速率通常大于在溝槽的中下部，因此，溝槽中下部由于具有襯墊層的保護(hù)，得以保持原貌而不被等離子刻蝕掉。而在溝槽的表面，由于具有大量離子的高速轟擊，表面的襯墊層以及襯墊層內(nèi)側(cè)的溝槽均會(huì)被刻蝕，因此所述溝槽的開口會(huì)被逐漸擴(kuò)大。
[0031]為了進(jìn)一步擴(kuò)大溝槽的開口，以利于后續(xù)的填充，在上述步驟之后還可采用即3氣體通過所述溝槽的表面，使其與溝槽表面材質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步擴(kuò)大溝槽的開口，之后再將反應(yīng)氣體NF3清除。
[0032]上述等離子體擴(kuò)大所述溝槽開口的方法和用NF3氣體擴(kuò)大所述溝槽開口的方法可作為一個(gè)循環(huán)進(jìn)行1-5次。
[0033]溝槽的開口擴(kuò)大之后，需要將內(nèi)壁形成的襯墊層清除，方式比如為用酸性液體清洗。
[0034]下面結(jié)合圖3至圖6以一實(shí)施例更詳細(xì)的說明本發(fā)明的擴(kuò)大溝槽開口的方法。
[0035]如圖3所示，本實(shí)施例的溝槽I為金屬互連通孔，即貫穿各種中間介質(zhì)層，從某一層金屬層到相鄰的另一金屬層形成電通路的開口。本實(shí)施例中襯底100上形成有中間介質(zhì)層(ILD) 200，襯底100中形成有已知的互聯(lián)層或半導(dǎo)體器件的電極，所述溝槽I貫穿所述中間介質(zhì)層200。具體的，中間介質(zhì)層200的材料可以為BPSG，PSG或PETEOS等，本發(fā)明不作具體限制。
[0036]如圖4所示，在所述溝槽I內(nèi)壁以及中間介質(zhì)層200上形成襯墊層300，可采用CVD Jf^BHDPCVD (高密度等離子體化學(xué)氣相淀積)工藝形成所述襯墊層300。襯墊層300的材質(zhì)為硅氧化物，如Si02。本實(shí)施例中，在HDPCVD的腔室中通入SiH4和02，以在溝槽I側(cè)壁、底壁以及中間介質(zhì)層200上形成襯墊層300，如圖4所示。
[0037]接著，通過等離子體刻蝕工藝擴(kuò)大所述溝槽I頂部的開口，本實(shí)施例采用抱、!12和Ar的混合氣體，在HDPCVD腔室中依靠低頻射頻源激發(fā)上述氣體離化，再通過高頻射頻源加速轟擊溝槽I表面達(dá)到刻蝕溝槽I的目的。根據(jù)等離子體刻蝕的特性可知，在等離子體刻蝕中，離子在溝槽I表面的數(shù)量以及轟擊速率通常大于在溝槽I的中下部，因此，溝槽I中下部由于具有襯墊層300的保護(hù)，得以基本保持原貌而不被等離子刻蝕掉。而在溝槽I的上端(頂部以及上部，如圖5中虛線圈所示)，由于具有大量離子的高速轟擊，襯墊層300會(huì)逐漸被去除，而襯墊層300內(nèi)側(cè)的中間介質(zhì)層200也會(huì)被刻蝕掉一部分，因此所述溝槽I的開口會(huì)被逐漸擴(kuò)大。
[0038]在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，為了進(jìn)一步擴(kuò)大溝槽I的開口，在上述擴(kuò)大溝槽I開口的步驟之后，在HDPCVD腔室中通入NF3氣體，使其在HDPCVD腔室中通過溝槽I的上方，快速地與溝槽I上部的襯墊層300和中間介質(zhì)層200發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到進(jìn)一步擴(kuò)大溝槽I開口的目的。由于NF3氣體與襯墊層300和中間介質(zhì)層200反應(yīng)較為迅速，通常通入NF3氣體的時(shí)間很短，僅有幾秒鐘，例如5~9秒，以防止NF3進(jìn)入溝槽I的下方發(fā)生反應(yīng)并毀壞溝槽I的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)。因此，在短暫通入NF3氣體之后，將H2氣體通入HDPCVD腔室中以去除NF3。
[0039]優(yōu)選的，上述通入He、H2和Ar的混合氣體和通入NF3的步驟作為一個(gè)循環(huán)進(jìn)行1_5次，直至達(dá)到理想的效果，如圖5所示，此時(shí)的開口得到了充分的擴(kuò)大。
[0040]由于本實(shí)施例采用HDPCVD，其特點(diǎn)是刻蝕和淀積可同步進(jìn)行，因此上述采用SiH4和02的混合氣體形成襯墊層300，采用He、H2和Ar的混合氣體蝕刻以及通入NF3氣體的步驟均在HDPCVD的腔室中進(jìn)行。詳細(xì)的工藝是，開始時(shí)向HDPCVD的腔室通入SiH4，02，He，H2和Ar氣體，調(diào)節(jié)氣體的流量及低頻射頻源和高頻射頻源控制硅氧化物的沉積速率和濺射速率，初始時(shí)采用較高比例的SiH4和O2氣體，使得中間介質(zhì)層200上以形成硅氧化物的襯墊層300為主，直至襯墊層300覆蓋中間介質(zhì)層200的表面。襯墊層300用以保護(hù)溝槽I的側(cè)壁形狀不因?yàn)R射離子的轟擊而變得彎曲。
[0041]具體的，初始SiH4氣體流量為60~80SCCM，初始O2氣體流量為80~120SCCM，SiH4與02占所有氣體的比例大約為70%。所述高頻射頻源功率2000~3000W，低頻射頻源功率2500~4000W。上述的形成硅氧化物的襯墊層300的持續(xù)時(shí)間約為I~3秒。[0042]然后，降低SiH4和O2氣體的比例，增大He，H2和Ar氣體的比例，即降低成膜速率而增大濺射速率，使得溝槽I的頂部部分被濺射的量多于成膜的量，溝槽I頂部的開口被擴(kuò)大，而溝槽I側(cè)壁和底部上被濺射的量和沉積成膜的量接近平衡，使得溝槽I側(cè)壁和底部上的襯墊層300的厚度保持基本不變。這一步驟中，SiH4和O2的比例降低至約為30%，其中H2氣體流量為600?800SCCM，Ar氣體流量為O?70SCCM，He氣體流量為50?120SCCM。所述高頻射頻源和低頻射頻源的功率維持不變。此過程持續(xù)時(shí)間約為5?15秒。
[0043]然后，將SiH4氣體關(guān)閉，再通入NF3氣體，NF3氣體離化并和襯墊層300反應(yīng)刻蝕襯墊層300。具體的，NF3氣體流量為350?700SCCM，在此過程中低頻射頻源的功率變?yōu)?000?3000W，高頻射頻源功率變?yōu)?00?1200W，此過程的持續(xù)時(shí)間約為10?20秒。
[0044]最后，將HDPCVD腔室中通入O2和He氣體以去除NF3氣體。
[0045]在進(jìn)行完擴(kuò)大溝槽I開口的步驟以后，用酸性液體清洗襯墊層300，形成如圖6所示的襯墊層300被完全去除后的效果，此時(shí)即可順利進(jìn)行后續(xù)的金屬淀積填充過程。
[0046]相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在擴(kuò)大溝槽開口之前，先在所述溝槽的內(nèi)壁上形成襯墊層，以保護(hù)所述溝槽的中下部，防止其在后續(xù)擴(kuò)大開口的過程中被蝕刻而使溝槽的形貌變得彎曲；然后再進(jìn)行溝槽開口擴(kuò)大的步驟，使得所述溝槽的中部和底部的尺寸不會(huì)偏離目標(biāo)值，以順利進(jìn)行后續(xù)的淀積過程。
[0047]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種擴(kuò)大溝槽開口的方法，包括: 提供一襯底，所述襯底上形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層中形成有溝槽； 在所述溝槽內(nèi)壁以及所述介質(zhì)層上形成襯墊層； 擴(kuò)大所述溝槽頂部的開口；以及 剝離所述襯墊層。
2.如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:所述溝槽為金屬互聯(lián)通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:所述襯墊層材料為硅氧化物。
4.如權(quán)利要求3所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:采用化學(xué)氣相淀積工藝形成所述襯墊層。
5.如權(quán)利要求3所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:所述化學(xué)氣相淀積工藝采用氣體為SiH4和O2。
6.如權(quán)利要求3所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:擴(kuò)大溝槽開口的步驟包括: 步驟一:采用Ar、He和H2氣體以擴(kuò)大所述溝槽的開口 ；以及 步驟二:采用NF3氣體進(jìn)一步擴(kuò)大所述溝槽的開口。
7.如權(quán)利要求6所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:步驟一中H2氣體的流量為600?800SCCM，Ar氣體流量O?70SCCM，He氣體流量50?120SCCM ;步驟二中NF3氣體流量為 350 ?700SCCM。
8.如權(quán)利要求6所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:所述步驟一和步驟二作為一個(gè)循環(huán)進(jìn)行1-5次。
9.如權(quán)利要求6所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:步驟二之后，還包括采用O2和He氣體去除所述NH3的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的擴(kuò)大溝槽開口的方法，其特征在于:采用酸液剝離所述襯墊層。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103928396SQ201410138988
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】朱亞丹, 周軍, 桑寧波 申請人:上海華力微電子有限公司