[发明专利]深沟槽填充方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种深沟槽填充方法。

背景技术

在半导体制造中通常需要对同一衬底形成不同深度的沟槽，而且经常其深度还有很大差别。如图1A所示，是现有技术中在同一衬底上形成有不同深度的沟槽的第一种实例的示意图；该第一种实例为典型的逻辑器件中使用铜互连，使用双大马士革结构的实例，该第一种实例，在SiO2衬底1上形成有深沟槽2以及浅沟槽3，其中深沟槽2做接触孔使用，浅沟槽3作为接触孔的互联金属使用。

如图1B所示，是现有技术中在同一衬底上形成有不同深度的沟槽的第二种实例的示意图；该第二种实例为典型的功率器件，在硅衬底11上形成有绝缘膜12，其中深沟槽13的底部连接形成于硅衬底11中的埋层，浅沟槽14用于形成接触孔，浅沟槽14并不进入到硅衬底11中。

现有刻蚀工艺中，一次刻蚀形成的沟槽的深度是基本一致的，因此如果要形成两种深度不同的沟槽，必须通过两次光刻刻蚀来形成。如图2A所示，首先采用光刻刻蚀工艺在一衬底21形成形成深沟槽22；如图2B所示，再用光刻胶层23定义出浅沟槽24的形成区域，并以光刻胶层23为掩模对衬底21进行刻蚀形成浅沟槽24；在刻蚀形成浅沟槽24的过程中，需要用光刻胶层23对深沟槽22进行保护。如果在刻蚀形成浅沟槽24的过程中没有用光刻胶层23或其它填充材料对深沟槽22进行保护，则会对深沟槽22进行两次刻蚀,从而在深沟槽22的顶部形成缺陷，影响器件的电性能。

用光刻胶对不同深度的沟槽进行填充覆盖时，不同深度沟槽的填充效果是不一样的。如图3所示，是现有技术中不同深度的沟槽填充光刻胶的效果图；沟槽31的宽度和深度都要大于沟槽32的宽度和深度。可以看出，光刻胶33能够将沟槽32完全填充，而只能对沟槽31进行覆盖，且在沟槽31的不同位置处，光刻胶33的厚度也不一样，其中在沟槽31的顶部边角处即如图3的虚线框所圈的位置处的光刻胶33a的厚度会很薄，该处较薄的光刻胶33a不能对沟槽31进行有效的保护。在如图2B所示，如果其中深沟槽22的宽度较大时，在形成浅沟槽24的刻蚀工艺中，深沟槽22的顶部边角处的光刻胶23会很薄从而会对深沟槽22的顶部边角再次刻蚀。

所以，现有技术中，对于沟槽深度尺寸较小的情况，可以使用填充材料，此时因为深沟槽尺寸较小，且图形密度很低（通常逻辑器件中通孔层，即深沟槽层图形密度<1%），填充材料可以较好的填充，并对深沟槽进行保护。

但是当沟槽图形尺寸变大时（比如沟槽的宽度>0.8um），或图形密度增加时（比如>2%），或沟槽深度很深(比如>2um)时，填充材料无法形成良好覆盖，在沟槽顶部其厚度很薄，尤其在边角处，因此在后续的浅沟槽刻蚀时无法起到保护作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种深沟槽填充方法，能够改进光刻胶对沟槽填充能力，提高大尺寸沟槽顶部和边缘的保护能力。

为解决上述技术问题，本发明提供的深沟槽填充方法包括如下步骤：

步骤一、采用光刻刻蚀工艺在衬底上形成深沟槽，所述深沟槽的关键尺寸大于0.8微米。

步骤二、使用水或有机溶剂对形成有所述深沟槽的衬底表面进行表面预处理。

步骤三、对所述衬底进行加热处理，用于去除所述衬底上的水或有机溶剂。

步骤四、在所述衬底表面喷吐纯水进行预浸润。

步骤五、在所述衬底表面喷吐光刻胶、并进行旋转涂胶在所述衬底表面形成第一层光刻胶。

步骤六、对所述第一层光刻胶进行热回流，使所述深沟槽的顶部边角处的第一层光刻胶的厚度增加。

进一步的改进是，还包括如下步骤：

步骤七、在所述第一层光刻胶热回流后的所述衬底表面上旋涂第二层光刻胶，采用光刻工艺形成光刻胶图形，该光刻胶图形定义出浅沟槽的形成区域，所述浅沟槽的形成区域的所述衬底表面露出。

步骤八、以所述光刻胶图形为掩模，刻蚀所述衬底形成所述浅沟槽，所述浅沟槽的深度小于所述深沟槽的深度；所述浅沟槽的刻蚀过程中，所述深沟槽由填充于所述深沟槽中的所述第一层光刻胶和所述第二层光刻胶保护。

步骤九、去除所述第一层光刻胶和所述第二层光刻胶，使用掺杂多晶硅或金属同时填充所述深沟槽和所述浅沟槽。

进一步的改进是，所述衬底为一硅片；或者所述衬底为一硅片加上形成于所述硅片上的绝缘膜；或者所述衬底为二氧化硅层。

进一步的改进是，步骤三中所述加热处理的温度为150℃～250℃，时间为30秒～360秒。