[发明专利]刻蚀方法和双镶嵌结构的形成方法

说明书

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、微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上生长刻蚀停止层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a1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较多的情况。

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。

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。