深溝槽填充方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種深溝槽填充方法，包括步驟：在襯底上形成深溝槽；對襯底表面進(jìn)行表面預(yù)處理；對襯底進(jìn)行加熱處理；在襯底表面噴吐純水進(jìn)行預(yù)浸潤；在襯底表面形成第一層光刻膠；對第一層光刻膠進(jìn)行熱回流。本發(fā)明通過在襯底表面涂膠后，對光刻膠軟烤之前，增加一個對光刻膠進(jìn)行熱回流的工藝，由于熱回流時光刻膠中溶劑成分較多，所以光刻膠的流動性較好，通過加熱能使光刻膠產(chǎn)生回流，從而能夠增加深溝槽的頂部邊角處的光刻膠的厚度，能加強(qiáng)對溝槽頂部邊角處的保護(hù)；能夠在通過兩次光刻刻蝕不同深度的溝槽工藝中對深溝槽進(jìn)行保護(hù)，防止在深溝槽的頂部形成缺陷，能提高器件的電性能。
【專利說明】深溝槽填充方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種深溝槽填充方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造中通常需要對同一襯底形成不同深度的溝槽，而且經(jīng)常其深度還有很大差別。如圖1A所示，是現(xiàn)有技術(shù)中在同一襯底上形成有不同深度的溝槽的第一種實(shí)例的示意圖；該第一種實(shí)例為典型的邏輯器件中使用銅互連，使用雙大馬士革結(jié)構(gòu)的實(shí)例，該第一種實(shí)例，在Si02襯底I上形成有深溝槽2以及淺溝槽3，其中深溝槽2做接觸孔使用，淺溝槽3作為接觸孔的互聯(lián)金屬使用。
[0003]如圖1B所示，是現(xiàn)有技術(shù)中在同一襯底上形成有不同深度的溝槽的第二種實(shí)例的示意圖；該第二種實(shí)例為典型的功率器件，在硅襯底11上形成有絕緣膜12，其中深溝槽13的底部連接形成于硅襯底11中的埋層，淺溝槽14用于形成接觸孔，淺溝槽14并不進(jìn)入到硅襯底11中。
[0004]現(xiàn)有刻蝕工藝中，一次刻蝕形成的溝槽的深度是基本一致的，因此如果要形成兩種深度不同的溝槽，必須通過兩次光刻刻蝕來形成。如圖2A所示，首先采用光刻刻蝕工藝在一襯底21形成形成深溝槽22 ;如圖2B所示，再用光刻膠層23定義出淺溝槽24的形成區(qū)域，并以光刻膠層23為掩模對襯底21進(jìn)行刻蝕形成淺溝槽24 ;在刻蝕形成淺溝槽24的過程中，需要用光刻膠層23對深溝槽22進(jìn)行保護(hù)。如果在刻蝕形成淺溝槽24的過程中沒有用光刻膠層23或其它填充材料對深溝槽22進(jìn)行保護(hù)，則會對深溝槽22進(jìn)行兩次刻蝕，從而在深溝槽22的頂部形成缺陷，影響器件的電性能。
[0005]用光刻膠對不同深度的溝槽進(jìn)行填充覆蓋時，不同深度溝槽的填充效果是不一樣的。如圖3所示，是現(xiàn)有技術(shù)中不同深度的溝槽填充光刻膠的效果圖；溝槽31的寬度和深度都要大于溝槽32的寬度和深度。可以看出，光刻膠33能夠?qū)喜?2完全填充，而只能對溝槽31進(jìn)行覆蓋，且在溝槽31的不同位置處，光刻膠33的厚度也不一樣，其中在溝槽31的頂部邊角處即如圖3的虛線框所圈的位置處的光刻膠33a的厚度會很薄，該處較薄的光刻膠33a不能對溝槽31進(jìn)行有效的保護(hù)。在如圖2B所示，如果其中深溝槽22的寬度較大時,在形成淺溝槽24的刻蝕工藝中，深溝槽22的頂部邊角處的光刻膠23會很薄從而會對深溝槽22的頂部邊角再次刻蝕。
[0006]所以，現(xiàn)有技術(shù)中，對于溝槽深度尺寸較小的情況，可以使用填充材料，此時因?yàn)樯顪喜鄢叽巛^小，且圖形密度很低(通常邏輯器件中通孔層，即深溝槽層圖形密度〈1%)，填充材料可以較好的填充，并對深溝槽進(jìn)行保護(hù)。
[0007]但是當(dāng)溝槽圖形尺寸變大時(比如溝槽的寬度>0.8um)，或圖形密度增加時(比如>2%)，或溝槽深度很深(比如>2um)時，填充材料無法形成良好覆蓋，在溝槽頂部其厚度很薄，尤其在邊角處，因此在后續(xù)的淺溝槽刻蝕時無法起到保護(hù)作用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種深溝槽填充方法，能夠改進(jìn)光刻膠對溝槽填充能力，提高大尺寸溝槽頂部和邊緣的保護(hù)能力。
[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的深溝槽填充方法包括如下步驟:
[0010]步驟一、采用光刻刻蝕工藝在襯底上形成深溝槽，所述深溝槽的關(guān)鍵尺寸大于0.8微米。
[0011]步驟二、使用水或有機(jī)溶劑對形成有所述深溝槽的襯底表面進(jìn)行表面預(yù)處理。
[0012]步驟三、對所述襯底進(jìn)行加熱處理，用于去除所述襯底上的水或有機(jī)溶劑。
[0013]步驟四、在所述襯底表面噴吐純水進(jìn)行預(yù)浸潤。
[0014]步驟五、在所述襯底表面噴吐光刻膠、并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膠在所述襯底表面形成第一層光刻膠。
[0015]步驟六、對所述第一層光刻膠進(jìn)行熱回流，使所述深溝槽的頂部邊角處的第一層光刻膠的厚度增加。
[0016]進(jìn)一步的改進(jìn)是，還包括如下步驟:
[0017]步驟七、在所述第一層光刻膠熱回流后的所述襯底表面上旋涂第二層光刻膠，采用光刻工藝形成光刻膠圖形，該光刻膠圖形定義出淺溝槽的形成區(qū)域，所述淺溝槽的形成區(qū)域的所述襯底表面露出。
[0018]步驟八、以所述光刻膠圖形為掩模，刻蝕所述襯底形成所述淺溝槽，所述淺溝槽的深度小于所述深溝槽的深度；所述淺溝槽的刻蝕過程中，所述深溝槽由填充于所述深溝槽中的所述第一層光刻膠和所述第二層光刻膠保護(hù)。
[0019]步驟九、去除所述第一層光刻膠和所述第二層光刻膠，使用摻雜多晶硅或金屬同時填充所述深溝槽和所述淺溝槽。
[0020]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述襯底為一硅片；或者所述襯底為一硅片加上形成于所述硅片上的絕緣膜；或者所述襯底為二氧化硅層。
[0021]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟三中所述加熱處理的溫度為150°C?250°C，時間為30秒?360 秒。
[0022]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟五中噴吐光刻膠的吐出量為2毫升?20毫升。
[0023]進(jìn)一步的改進(jìn)是,步驟五中噴吐光刻膠的吐出量為5暈升?10暈升。
[0024]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟六中的熱回流溫度為30°C?60°C，時間為120秒?2小時。
[0025]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟六中的熱回流的時間為5分鐘?30分鐘。
[0026]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二至步驟六都在光刻涂膠設(shè)備中完成。
[0027]進(jìn)一步的改進(jìn)是，在步驟六的熱回流之后，還包括對所述第一層光刻膠進(jìn)行軟烤的步驟。
[0028]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟六在烤箱中完成。
[0029]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟六的熱回流通過紫外線輻照完成。
[0030]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述紫外線輻照的紫外線的波長大于400納米，輻照時間2分鐘?30分鐘，輻照溫度小于90°C。
[0031]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述深溝槽的深度大于2微米。
[0032]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述深溝槽深寬比大于3。[0033]進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述深溝槽的圖形密度大于2%。
[0034]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟六的熱回流后，所述深溝槽頂部的所述第一層光刻膠的厚度大于300納米，所述深溝槽頂部邊角處的所述第一層光刻膠的厚度大于200納米。
[0035]本發(fā)明通過在襯底表面涂膠后，對光刻膠軟烤之前，增加一個對光刻膠進(jìn)行熱回流的工藝，由于熱回流時光刻膠中溶劑成分較多，所以光刻膠的流動性較好，通過加熱能使光刻膠產(chǎn)生回流，從而能夠增加深溝槽的頂部邊角處的光刻膠的厚度，能加強(qiáng)對溝槽頂部邊角處的保護(hù)；能夠在通過兩次光刻刻蝕不同深度的溝槽工藝中，有效的對深溝槽進(jìn)行保護(hù)，能防止在深溝槽的頂部形成缺陷，能提高器件的電性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:
[0037]圖1A是現(xiàn)有技術(shù)中在同一襯底上形成有不同深度的溝槽的第一種實(shí)例的示意圖；
[0038]圖1B是現(xiàn)有技術(shù)中在同一襯底上形成有不同深度的溝槽的第二種實(shí)例的示意圖；
[0039]圖2A-圖2B是現(xiàn)有形成不同深度的溝槽的各步驟中的器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中不同深度的溝槽填充光刻膠的效果圖；
[0041]圖4是本發(fā)明實(shí)施例深溝槽填充方法的流程圖；
[0042]圖5A是本發(fā)明實(shí)施例深溝槽填充方法的步驟六的熱回流前后的光刻膠在深溝槽中的填充效果圖；
[0043]圖5B是本發(fā)明實(shí)施例深溝槽填充方法的步驟六的熱回流后的光刻膠在深溝槽中的SEM照片。
【具體實(shí)施方式】
[0044]如圖4所示，是本發(fā)明實(shí)施例深溝槽填充方法的流程圖；本發(fā)明實(shí)施例深溝槽填充方法包括如下步驟:
[0045]步驟一、采用光刻刻蝕工藝在襯底上形成深溝槽，所述深溝槽的關(guān)鍵尺寸即深溝槽的寬度大于0.8微米，所述深溝槽的深度大于2微米，所述深溝槽深寬比大于3，所述深溝槽的圖形密度大于2%。
[0046]所述襯底為一娃片；或者所述襯底為一娃片加上形成于所述娃片上的絕緣膜；或者所述襯底為二氧化硅層。以圖1B所示的在同一襯底上形成有不同深度的溝槽的第二種實(shí)例為例，所述襯底為硅襯底11加上形成于硅襯底11上的絕緣膜12，所形成的深溝槽12的深度關(guān)鍵尺寸為2微米、寬度為7微米，所述深溝槽13的底部連接形成于硅襯底11中的埋層。
[0047]步驟二、使用水或有機(jī)溶劑對形成有所述深溝槽的襯底表面進(jìn)行表面預(yù)處理。本實(shí)施例中以純水為例，能使用濕法清洗設(shè)備或光刻涂膠設(shè)備進(jìn)行預(yù)處理；以光刻涂膠設(shè)備為例，預(yù)處理工藝中設(shè)定的轉(zhuǎn)速為IOOOrpm?1500rpm,以純水沖洗,每次5秒?10秒,反復(fù)3次,然后以2500rpm?3000rpm的轉(zhuǎn)速甩干。
[0048]步驟三、對所述襯底進(jìn)行加熱處理，用于去除所述襯底上的水或有機(jī)溶劑，所述加熱處理的溫度為150°C?250°C，時間為30秒?360秒。
[0049]步驟四、在所述襯底表面噴吐純水進(jìn)行預(yù)浸潤，同通用標(biāo)準(zhǔn)涂膠方法相同。
[0050]步驟五、在所述襯底表面噴吐光刻膠、并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膠在所述襯底表面形成第一層光刻膠。
[0051]其中噴吐光刻膠的吐出量為2毫升?20毫升，較佳為5毫升?10毫升。現(xiàn)有通常方法中噴吐光刻膠的吐出量為0.5暈升?1.5暈升,本發(fā)明實(shí)施例方法的吐出量為現(xiàn)有通常方法中的吐出量的2-3倍以上，最好能達(dá)到4-8倍。
[0052]其中旋轉(zhuǎn)涂膠采用靜態(tài)+動態(tài)旋涂，即采用轉(zhuǎn)速為IOOrpm?250rpm、時間為5秒?10秒的靜態(tài)旋涂與轉(zhuǎn)速為1500rpm?3000rpm、時間為5秒?15秒的動態(tài)旋涂，兩者交替進(jìn)行，反復(fù)3-5次。
[0053]步驟六、對所述第一層光刻膠進(jìn)行熱回流，使所述深溝槽的頂部邊角處的第一層光刻膠的厚度增加。熱回流后，所述深溝槽頂部的所述第一層光刻膠的厚度大于300納米，所述深溝槽頂部邊角處的所述第一層光刻膠的厚度大于200納米。
[0054]本發(fā)明實(shí)施例中熱回流能夠采用多種方式實(shí)現(xiàn):
[0055]方式一、使用光刻涂膠設(shè)備(Track)進(jìn)行熱回流，熱回流溫度為30°C?60°C，時間為120秒?2小時，較佳時間為5分鐘?30分鐘。熱回流過程中，所述襯底能夠靜止，或以50rpm?250rpm低速旋轉(zhuǎn),或靜止和低速旋轉(zhuǎn)交替進(jìn)行，由于回流溫度遠(yuǎn)低于正常的軟烤溫度，所以能夠使光刻膠保持一定的流動性，同時能夠防止光刻膠的溶劑過渡蒸發(fā)而固態(tài)化。
[0056]方式二、使用低溫烘箱進(jìn)行烘烤實(shí)現(xiàn)熱回流，熱回流溫度為30°C?60°C，時間為120秒?2小時，較佳時間為5分鐘?30分鐘。在熱回流過程中襯底保持靜止。
[0057]方式三、通過紫外線輻照完成熱回流，所述紫外線輻照的紫外線的波長大于400納米，輻照時間2分鐘?30分鐘，輻照溫度小于90°C。此時不宜使用小于400納米的輻照波長，防止光刻膠形貌因大量吸收紫外波段輻照能量，而產(chǎn)生劇烈變化。
[0058]熱回流采用方式一時，在熱回流工藝之后，還需要對所述第一層光刻膠進(jìn)行軟烤，軟烤溫度為75°C?150°C，時間為60秒?180秒。
[0059]如圖5A所示，是本發(fā)明實(shí)施例深溝槽填充方法的步驟六的熱回流前后的光刻膠在深溝槽中的填充效果圖；可以看出所述第一層光刻膠43a在熱回流之前在所述深溝槽的頂部邊角處的厚度較薄，所以第一層光刻膠43a的覆蓋能力較差；熱回流之后，所述第一層光刻膠43b在所述深溝槽的頂部邊角處的厚度增加，也就提高了第一層光刻膠43b的覆蓋能力。如圖5B所示，是本發(fā)明實(shí)施例深溝槽填充方法的步驟六的熱回流后的光刻膠在深溝槽中的SEM照片，可以看出所述深溝槽頂部邊角處的所述第一層光刻膠的厚度都大于200納米。
[0060]為了在所述襯底上形成淺溝槽，在所述深溝槽填充后，還包括如下步驟:
[0061]步驟七、在所述第一層光刻膠熱回流后的所述襯底表面上旋涂第二層光刻膠，采用光刻工藝形成光刻膠圖形，該光刻膠圖形定義出淺溝槽的形成區(qū)域，所述淺溝槽的形成區(qū)域的所述襯底表面露出。
[0062]步驟八、以所述光刻膠圖形為掩模，刻蝕所述襯底形成所述淺溝槽，所述淺溝槽的深度小于所述深溝槽的深度；所述淺溝槽的刻蝕過程中，所述深溝槽由填充于所述深溝槽中的所述第一層光刻膠和所述第二層光刻膠保護(hù)。
[0063]步驟九、去除所述第一層光刻膠和所述第二層光刻膠，使用摻雜多晶硅或金屬同時填充所述深溝槽和所述淺溝槽。以圖1B所示的在同一襯底上形成有不同深度的溝槽的第二種實(shí)例為例，在所述深溝槽13和所述淺溝槽14中填充的為鎢，填充之后需要采用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)或刻蝕回刻工藝進(jìn)行平坦化，最后形成連接埋層和柵極的不同深度的接觸孔。
[0064]以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種深溝槽填充方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、采用光刻刻蝕工藝在襯底上形成深溝槽，所述深溝槽的關(guān)鍵尺寸大于0.8微米; 步驟二、使用水或有機(jī)溶劑對形成有所述深溝槽的襯底表面進(jìn)行表面預(yù)處理； 步驟三、對所述襯底進(jìn)行加熱處理，用于去除所述襯底上的水或有機(jī)溶劑； 步驟四、在所述襯底表面噴吐純水進(jìn)行預(yù)浸潤； 步驟五、在所述襯底表面噴吐光刻膠、并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂膠在所述襯底表面形成第一層光刻膠; 步驟六、對所述第一層光刻膠進(jìn)行熱回流，使所述深溝槽的頂部邊角處的第一層光刻膠的厚度增加。
2.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于，還包括如下步驟: 步驟七、在所述第一層光刻膠熱回流后的所述襯底表面上旋涂第二層光刻膠，采用光刻工藝形成光刻膠圖形，該光刻膠圖形定義出淺溝槽的形成區(qū)域，所述淺溝槽的形成區(qū)域的所述襯底表面露出； 步驟八、以所述光刻 膠圖形為掩模，刻蝕所述襯底形成所述淺溝槽，所述淺溝槽的深度小于所述深溝槽的深度；所述淺溝槽的刻蝕過程中，所述深溝槽由填充于所述深溝槽中的所述第一層光刻膠和所述第二層光刻膠保護(hù)； 步驟九、去除所述第一層光刻膠和所述第二層光刻膠，使用摻雜多晶硅或金屬同時填充所述深溝槽和所述淺溝槽。
3.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:所述襯底為一硅片；或者所述襯底為一硅片加上形成于所述硅片上的絕緣膜；或者所述襯底為二氧化硅層。
4.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟三中所述加熱處理的溫度為150°C~250°C，時間為30秒~360秒。
5.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟五中噴吐光刻膠的吐出量為2毫升~20毫升。
6.如權(quán)利要求5所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟五中噴吐光刻膠的吐出量為5毫升~10毫升。
7.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟六中的熱回流溫度為30°C~60°C，時間為120秒~2小時。
8.如權(quán)利要求7所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟六中的熱回流的時間為5分鐘~30分鐘。
9.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟二至步驟六都在光刻涂膠設(shè)備中完成。
10.如權(quán)利要求1或9所述的深溝槽填充方法，其特征在于:在步驟六的熱回流之后，還包括對所述第一層光刻膠進(jìn)行軟烤的步驟。
11.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟六在烤箱中完成。
12.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟六的熱回流通過紫外線輻照完成。
13.如權(quán)利要求12所述的深溝槽填充方法，其特征在于:所述紫外線輻照的紫外線的波長大于400納米，輻照時間2分鐘~30分鐘，輻照溫度小于90°C。
14.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:所述深溝槽的深度大于2微米。
15.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:所述深溝槽深寬比大于3。
16.如權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:所述深溝槽的圖形密度大于2%。
17.如 權(quán)利要求1所述的深溝槽填充方法，其特征在于:步驟六的熱回流后，所述深溝槽頂部的所述第一層光刻膠的厚度大于300納米，所述深溝槽頂部邊角處的所述第一層光刻膠的厚度大于200納米。
【文檔編號】H01L21/762GK103579073SQ201210251945
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】王雷, 李偉峰 申請人:上海華虹Nec電子有限公司