具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明涉及一种凹陷结构的刻蚀方法，包括步骤S1、对基板进行第一次刻蚀以形成第一刻蚀结构；步骤S2、采用沉积材料在所述第一刻蚀结构的侧壁和底部上形成沉积层；步骤S3、破坏所述第一刻蚀结构的底部的所述沉积层；步骤S4、在所述第一刻蚀结构的底部进行第二次蚀刻以形成所述凹陷结构。本发明通过将凹陷结构的刻蚀步骤划分成两个或以上的刻蚀步骤，在每两个刻蚀步骤之间添加沉积步骤，直至达到刻蚀步骤，可以有效保护基板侧壁，从而获得开口小且成品率高的凹陷结构。进一步地，该方法操作简单，易于控制，适用于各种凹陷结构的制造。

图1是本发明的凹陷结构的刻蚀方法的优选实施例的方法流程图。图2是基板经图1所示的凹陷结构的刻蚀方法处理后的状态示意图。

如图1所示，在步骤S1中，对基板进行第一次刻蚀以形成第一刻蚀结构。在本发明中，可以采用任何已知的刻蚀方法，例如干法刻蚀或者湿法刻蚀进行刻蚀。优选地，可以采用离子铣刻蚀、等离子刻蚀和反应离子刻蚀等等。如图2中的a所示，基板1经过第一次蚀刻，形成具有第一深度的第一凹陷结构2。在本发明的进一步的优选实施例中，在对基板进行第一次刻蚀之前，可以在基板1上覆盖掩膜6。优选地，所述基板1为硅基材料。

在步骤S2、采用沉积材料在所述第一刻蚀结构的侧壁和底部上形成沉积层。在本发明中，可以采用任何沉积方法，选择任何适合的沉积材料形成适合厚度的沉积层。在本发明中，沉积层的设置是为掩盖侧壁。因此在本发明的优选实施例中，可以选择化学气相沉积(CVD)沉积或者原子层沉积(ALD)沉积。优选地，所述沉积材料的刻蚀速率低于所述基板的刻蚀速率。当所述基板为硅基材料，所述沉积材料优选为氮化钛、钛、氮化钽、钌、镍、钴。当所述凹陷结构上需要设置衬层时，所述沉积材料优选与衬层材料相同。如图2中的b所示，在采用沉积材料沉积之后，整个第一凹陷结构的表层，包括其底部，侧部，以及顶部的掩膜上都覆盖上了一定厚度的沉积层3。优选地，该沉积层3的厚度可以根据实际需要进行选择，例如所述沉积层3的厚度范围为1埃米-10纳米。

在步骤S3中、破坏所述第一刻蚀结构的底部的所述沉积层。参见图2中的c所示，仅仅在所述第一刻蚀结构2的底部的那部分沉积层3被破坏。优选地，可以选择在所述第一刻蚀结构2的底部的沉积层3上开一个小口，也可以将其整个底部的沉积层3全部破坏。在此过程中，可以采用任何适合的物理或者化学方法破坏该沉积层3，但是需要注意的是，要防止破坏其余部分的沉积层3，尤其是所述第一刻蚀结构2的侧壁上的沉积层3。

在步骤S4、在所述第一刻蚀结构的底部进行第二次蚀刻以形成所述凹陷结构。同样的，在本发明中，可以采用任何已知的刻蚀方法，例如干法刻蚀或者湿法刻蚀进行刻蚀。优选地，由于第二次刻蚀是向下刻蚀，因此优选具有方向性的刻蚀方法，例如等离子刻蚀等等。参见图2中d所示，在经过第二次刻蚀之后，在基板上形成了具有期望深度的凹陷结构5。在本发明的优选实施例中，可以对所述凹陷结构5进行后续处理，从而获得比如通孔，接触、沟道等等。

虽然图1-2仅仅示出了两次刻蚀中间增加一次沉积步骤的实现方式，但是本发明不限于此。本发明的进一步的优选实施例中，根据具体所需的刻蚀深度，在执行完上述步骤S4之后，可以返回到步骤S2，进行第二次沉积，然后在进行第三次刻蚀，直至最后获得期望的刻蚀深度，即刻蚀-沉积-刻蚀-沉积…-刻蚀。在本发明的优选实施例中，可以根据所述凹陷结构的深度以及设置在所述凹陷结构附近的基板部件确定刻蚀次数和每次刻蚀深度

本发明通过将凹陷结构的刻蚀步骤划分成两个或以上的刻蚀步骤，在每两个刻蚀步骤之间添加沉积步骤，直至达到刻蚀步骤，可以有效保护基板侧壁，从而获得开口小且成品率高的凹陷结构。进一步地，该方法操作简单，易于控制，适用于各种凹陷结构的制造。

图3是基板经本发明的优选实施例的凹陷结构的刻蚀方法处理形成通孔的过程示意图。如图3中a所示，首先在基板上设置图案化硬质掩膜。如前所述，所述基板优选为硅质基板。如图3中b所示，对基板进行第一次刻蚀以形成具有第一深度的第一刻蚀结构。如图3中c所示，对基板进行清洁以去除刻蚀过程中产生的副产物，然后采用沉积材料在所述第一刻蚀结构的侧壁和底部上形成沉积层。优选采用化学气相沉积(CVD)沉积或者原子层沉积(ALD)进行沉积。所述沉积材料优选为氮化钛、钛、氮化钽、钌、镍、钴。如图3中d所示，在第一刻蚀结构的底部的沉积层上开一个孔。如图3中e所示，在所述第一刻蚀结构的底部的孔上进行第二次蚀刻直到到达顶部开口从而形成所需的凹陷结构。如图3中f所示，采用衬层材料在所述凹陷结构的底部沉积上形成衬层。所述衬层材料优选为氮化钛、钛、氮化钽、钌、镍、钴。进一步地，优选衬层材料和沉积材料相同。如图3中g所示，采用通孔材料填充所述凹陷结构并进行抛光处理，最后形成通孔。

在本发明的进一步的优选实施例中，本发明的凹陷结构的刻蚀方法还可以用于沟槽的制造。首先，按照沟槽的高度比对基板进行第一次刻蚀以形成第一刻蚀结构。然后采用沉积材料在所述第一刻蚀结构的侧壁和底部上形成沉积层。在此采用的沉积材料与后续将要采用的衬层材料相同。接着，破坏所述第一刻蚀结构的底部的所述沉积层。在所述第一刻蚀结构的底部进行第二次蚀刻直到到达SiGe位置。因此在沟槽的制造过程中，只会经历一次的外延(EPI)损失。最后采用衬层材料在沟槽底部上形成衬层，并采用填充材料填充所述沟槽并进行抛光处理。

而在现有技术的沟槽制造过程中，首先需要对沟槽开口到SiGe位置，这就经历了一次的外延(EPI)损失。然后需要沉积SiN作为垫片。然后对垫片进行开口，这就经历了第二次的外延(EPI)损失。最后再采用衬层材料在沟槽底部上形成衬层，并采用填充材料填充所述沟槽并进行抛光处理。

因此，采用本发明的凹陷结构的刻蚀方法制造沟槽，可以至少节省一次的EPI，并且不需要使用SiN作为垫片，可以得到较低的电容值和较好的性能。

在半导体技术领域，通孔/接触/沟道工艺是影响器件成品率的关键工艺之一。采用本发明的凹陷结构的刻蚀方法可以有助于控制通孔/接触/沟槽的形状，由于我们对侧壁做了保护，侧壁基本上就几乎不再被刻蚀退后,使顶部通孔的开口尺寸/直径最小化，并可大大提高器件的成品率。

图4是基板经本发明的另一优选实施例的凹陷结构的刻蚀方法处理形成凹陷结构的过程示意图。图5是基板上没有基板部件时，蚀刻深度的选择示意图。图6是基板上有基板部件时，蚀刻深度的选择示意图。

下面结合图4-6对本发明的进一步的优选实施例说明如下。如图4中a所示，首先在基板上设置图案化硬质掩膜。如前所述，所述基板优选为硅质基板。如图4中b所示，对基板进行第一次刻蚀以形成具有第一深度的第一刻蚀结构。如图4中c所示，对基板进行清洁以去除刻蚀过程中产生的副产物，然后采用沉积材料在所述第一刻蚀结构的侧壁和底部上形成沉积层。优选采用化学气相沉积(CVD)沉积或者原子层沉积(ALD)进行沉积。所述沉积材料优选为氮化钛、钛、氮化钽、钌、镍、钴。如图4中d所示，在第一刻蚀结构的底部的沉积层上开一个孔。如图4中e所示，在所述第一刻蚀结构的底部的孔上进行第二次蚀刻直到到达顶部开口从而形成所需的凹陷结构。如图4中f所示，采用衬层材料在所述凹陷结构的底部沉积上形成衬层8。所述衬层材料优选为氮化钛、钛、氮化钽、钌、镍、钴。进一步地，优选衬层材料和沉积材料相同。如图4中g所示，采用通孔材料填充所述凹陷结构并进行抛光处理。参见图4中的g可见，沉积层3终止于转折点9。该转折点9处即为第一次蚀刻的第一蚀刻深度。在本发明中，可以根据所述凹陷结构的深度以及设置在所述凹陷结构附近的基板部件确定刻蚀次数和每次刻蚀深度。

在本发明的优选实施例中，判定所述凹陷结构附近是否设置所述基板部件时，如果是基于所述基板部件的高度、所述凹陷结构的深度和所述衬层的位置确定所述凹陷结构的上部区域、中部区域和下部区域，否则基于所述凹陷结构的深度和所述衬层的位置确定所述凹陷结构的上部区域、中部区域和下部区域。

下面将结合图5-6说明刻蚀深度的选择。如图5所示，当凹陷结构附近没有设置基板部件时，将凹陷结构5分为上部区域51、中部区域52和下部区域53。如图5所示，T表示凹陷结构的顶部，M表示凹陷结构的中部，B表示凹陷结构的底部。优选地，T可以是凹陷结构的掩膜顶部，B可以是凹陷结构的衬层9的底部。其中上部区域51包括T到M之间的上1/3部分，下部区域53包括M到B之间的下1/3部分，而中部区域52包括T到M之间的下2/3部分和M到B之间的上2/3部分。

如图6所示，当凹陷结构附近设置基板部件20时，同样将凹陷结构5分为上部区域51、中部区域52和下部区域53。如图5所示，T表示凹陷结构的顶部，M’表示基板部件20的高度。其中上部区域51包括T到M’之间的上1/3部分，下部区域53包括M’到B之间的下1/3部分，而中部区域52包括T到M’之间的下2/3部分和M’到B之间的上2/3部分。

如图5-6所示，转折点9设置在中部区域52中，即将所述第一蚀刻深度设置在所述中部区域52且第二蚀刻深度设置在所述下部区域53。所述沉积层3位于所述凹陷结构5的所述上部区域51中；所述沉积层3的厚度与所述衬层9的厚度之和大于所述下部区域53中所述衬层9的厚度。

图7是基板经本发明的再一优选实施例的凹陷结构的刻蚀方法处理形成凹陷结构的过程示意图。在图7所示的优选实施例中，如图7中a所示，首先在基板上设置图案化硬质掩膜。如图7中b所示，对基板进行第一次刻蚀以形成具有第一深度的第一刻蚀结构。如图7中c所示，采用沉积材料在所述第一刻蚀结构的侧壁和底部上形成第一沉积层，然后进行后续第二次刻蚀步骤形成第二刻蚀结构。如图7中d中所示，在第二次刻蚀结束之后，再次采用沉积材料在所述第二刻蚀结构的侧壁和底部上形成第二沉积层，然后进行后续的第三次刻蚀步骤，最后形成所述凹陷结构。

如图7中c所示，第一次刻蚀的高度选择可以基于第一刻蚀结构的顶部T1，所述第一刻蚀结构的中部M1，以及第一刻蚀结构的底部B1来划分上部区域51、中部区域52和下部区域53进而进行确定，其具体过程可以参照图5所示实施例，在此就不再累述了。

如图7中d所示，第二次刻蚀的高度选择可以基于第一次刻蚀的转折点T2、第二刻蚀结构的中部M2(也可以是如图6所示的基板部件的高度)以及第二刻蚀结构的底部B2划分上部区域51’、中部区域52’和下部区域53’进而进行确定，其具体过程可以参照图5或6所示实施例，在此就不再累述了。

本发明还涉及一种凹陷结构，其优选是通孔、沟槽或者接触结构。当然其还可以是任何其他凹陷结构。这些凹陷结构根据前述方法制造。

本发明的凹陷结构的刻蚀方法，易于控制并且能够有效保护基板侧壁，从而获得开口小且成品率高的凹陷结构，并且适用于各种凹陷结构的制造。在半导体技术领域，通孔/接触/沟道工艺是影响器件成品率的关键工艺之一。采用本发明的凹陷结构的刻蚀方法可以有助于控制通孔/接触/沟槽的形状，由于我们对侧壁做了保护，侧壁基本上就几乎不再被刻蚀退后,使顶部通孔的开口尺寸/直径最小化，并可大大提高器件的成品率。本发明可以改善通孔/接触/沟槽轮廓的基本工艺，因此可以在许多应用中使用。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。