專利名稱：階梯式開口的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體組件(Semiconductor device)的制造方法，且特別是有關(guān)于一種階梯式開口的制造方法。
一般采用上述技術(shù)以形成導(dǎo)線、接觸窗或是介層窗的方法，是在已形成有導(dǎo)電區(qū)域的基底上形成介電層后，再于介電層中形成開口，此開口可為溝渠、接觸窗開口或是介層窗開口等結(jié)構(gòu)。然后，在基底全面沉積一層金屬層并填滿溝渠。最后，再以化學(xué)機(jī)械研磨法去除開口之外的金屬層以形成導(dǎo)線、接觸窗或是介層窗。
隨著半導(dǎo)體組件的持續(xù)縮小，圖案的線寬也隨之縮小，此時(shí)用以形成導(dǎo)線、接觸窗或是介層窗的開口寬度也隨之縮小，并使得此開口具有較大的深寬比(aspect ratio)，然而，開口結(jié)構(gòu)寬度的縮小將導(dǎo)致金屬材料的不易填入，并且非常容易在填入金屬材料的過程中產(chǎn)生孔洞(void)，另一方面，由于填入開口中的金屬層圖案的線寬也隨之縮小，將使得導(dǎo)線與后續(xù)工藝的對準(zhǔn)能力較差，而使得工藝裕度也隨之降低。
本發(fā)明的另一個目的在于提出一種階梯式溝渠的制造方法，能夠擴(kuò)張開口的面積，以使填入開口中的金屬材料也具有較大的面積，以增加導(dǎo)線與后續(xù)工藝的對準(zhǔn)能力。
本發(fā)明提供一種階梯式開口的形成方法，此方法是在具有第一介電層、蝕刻終止層、第二介電層的基底上，依次形成第一罩幕層、第二罩幕層、第三罩幕層。其中第二罩幕層與第一罩幕層、第三罩幕層具有高蝕刻選擇比，并且第二罩幕層的蝕刻速率大于第一介電層、第二介電層的蝕刻速率。接著，在第一罩幕層、第二罩幕層、第三罩幕層、第二介電層以及蝕刻終止層中形成開口，再去除開口側(cè)壁的部份第二罩幕層，以使開口形成一內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。其后，在去除第三罩幕層后，以第二罩幕層為罩幕，去除部份的第一罩幕層、第二介電層以及第一介電層，以于開口中露出蝕刻終止層表面以及基底表面，最后再去除第二罩幕層以及第一罩幕層，以形成階梯式的開口。
由上述可知，本發(fā)明的重要特征在于所形成的階梯式開口具有上寬下窄的階梯式結(jié)構(gòu)，因此能夠降低開口的深寬比，使得金屬材料相當(dāng)容易的填入開口中，并且能夠避免在填入金屬材料時(shí)產(chǎn)生孔洞。
而且，本發(fā)明所形成的階梯式開口具有上寬下窄的輪廓，填入開口中的導(dǎo)體層也具有較大的面積，因此與后續(xù)所進(jìn)行的工藝較容易對準(zhǔn)，而具有較大的工藝裕度。
此外，本發(fā)明僅需于形成開口時(shí)使用一道光罩，因此本發(fā)明的階梯式開口結(jié)構(gòu)可以在大幅降低工藝復(fù)雜度的情形下完成。
100基底102、106介電層104蝕刻終止層108復(fù)合罩幕層110第一罩幕層112第二罩幕層114第三罩幕層116開口
118內(nèi)凹結(jié)構(gòu)首先，請參照

圖1A，提供一基底100，且在基底100上已依次形成有介電層102、蝕刻終止層104、介電層106，其中介電層102、介電層106的材質(zhì)例如是氧化硅，且介電層102、介電層106的形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。蝕刻終止層104的材質(zhì)例如是氮化硅或是氮氧化硅，其形成的方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
首先在介電層106上形成復(fù)合罩幕層108，其中復(fù)合罩幕層108由第一罩幕層110、第二罩幕層112以及第三罩幕層114依次堆棧于介電層106上所形成，其中第一罩幕層110的材質(zhì)可為有機(jī)材料，例如是光阻材料，形成的方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法。第二罩幕層112的材質(zhì)例如是氧化硅，其形成的方法例如是于25℃將硅烷(SiH4)與過氧化氫(H2O2)反應(yīng)，以形成液態(tài)的二氧化硅，然后以液相沉積法(Liquid phase deposition，LPD)將二氧化硅沉積至第一罩幕層110上，再于100℃的溫度將此二氧化硅固化，此第二罩幕層112的厚度例如是50埃至100埃左右，且第二罩幕層112的蝕刻速率大于介電層102與介電層106的蝕刻速率。第三罩幕層114的材質(zhì)例如是光阻材料，其形成的方法例如是旋轉(zhuǎn)涂布法。
在上述形成復(fù)合罩幕層108的步驟中，由于光阻材料的材質(zhì)在超過150℃即有受到破壞的問題存在，因此于此處采用在低溫下以液相沉積法所形成的氧化硅作為第二罩幕層112。
接著，請參照圖1B，以微影工藝將第三罩幕層114圖案化，以于第三罩幕層114中形成開口116，其中開口116例如可為溝渠、接觸窗開口或是介層窗開口。然后，以第三罩幕層114為罩幕，去除開口116中的第二罩幕層112，其中去除第二罩幕層112的方法例如是非等向性蝕刻法，接著，對開口116中的第一罩幕層110進(jìn)行干顯影工藝，以去除開口116中的第一罩幕層110，其中進(jìn)行干顯影工藝的方法例如是以第三罩幕層114、第二罩幕層112為罩幕，以非等向性蝕刻法去除開口116中第一罩幕層110。其后，依次去除開口116中的介電層106以及蝕刻終止層，并于開口底部露出介電層102的表面。
接著，請參照圖1C，去除開口116側(cè)壁的部份第二罩幕層112，以擴(kuò)張開口116在第二罩幕層112中的寬度，而于開口116中形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)118。其中去除開口116側(cè)壁的部份第二罩幕層112的方法例如是濕式蝕刻法，且所使用的蝕刻液例如是氫氟酸(HF)，進(jìn)行濕蝕刻的溫度例如是25℃。
由于此第二罩幕層112所使用的材質(zhì)蝕刻速率大于介電層102以及介電層106，因此，在進(jìn)行上述濕式蝕刻工藝時(shí)，第二罩幕層112的移除率將會大于介電層102以及介電層106，對于介電層102以及介電層106的影響極為有限，而不會影響后續(xù)的工藝。尚且，通過控制濕式蝕刻工藝，能夠控制第二罩幕層112的移除率，進(jìn)而能夠達(dá)到控制開口116的上部寬度的目的。
接著，請參照圖1D，以等離子體處理步驟去除第三罩幕層114，其中等離子體處理步驟所使用的氣體源例如是氧氣。然后，以第二罩幕層112為罩幕，以干顯影工藝去除開口116中的第一罩幕層110，其中進(jìn)行干顯影工藝的方法例如是以第二罩幕層112為罩幕，以非等向性蝕刻法去除開口116中的第一罩幕層110至露出介電層106的表面為止。
接著，請參照圖1E，續(xù)以第二罩幕層110為罩幕，去除開口116中的介電層106以及介電層102，以形成階梯式的開口結(jié)構(gòu)。其中去除介電層106以及介電層102的方法例如是非等向性蝕刻法。
在經(jīng)由圖1D以及圖1E所述的步驟，由于以寬度較寬的第二罩幕層112作為罩幕，因此開口116在介電層106的寬度(也即是開口116的上部)的會大于介電層102的寬度(也即是開口116的下部)，而形成本發(fā)明的階梯式開口。
接著，請參照圖1F，對基底200進(jìn)行等離子體處理步驟，以去除第二罩幕層112以及第一罩幕層110，其中等離子體處理步驟所使用的氣體源例如是氧氣。
在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，第一罩幕層的材質(zhì)使用光阻材料，然而，第一罩幕層并不限定于光阻層，也可以使用例如是氮化硅與氮氧化硅等與第二罩幕層具有足夠蝕刻速率差異的材質(zhì)。
尚且，在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，第二罩幕層所使用的材質(zhì)為液相沉積法所形成的氧化硅，然而第二罩幕層并非限定于此材質(zhì)，在第一罩幕層的材質(zhì)為光阻材料時(shí)，第二罩幕層也可以使用形成溫度低于150℃、且與第一罩幕層具有足夠蝕刻速率差異的材質(zhì)。
更加的，在第一罩幕層的材質(zhì)不是光阻材料時(shí)，第二罩幕層的材質(zhì)不須限定形成溫度必須小于150℃，而可以使用與第一罩幕層具有足夠蝕刻速率差異的材質(zhì)。
綜上所述，本發(fā)明具有下述的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明所形成的階梯式開口具有上寬下窄的階梯式結(jié)構(gòu)，因此能夠降低開口的深寬比，使得金屬材料相當(dāng)容易的填入開口中，并且能夠避免在填入金屬材料時(shí)產(chǎn)生孔洞。
2.本發(fā)明所形成的階梯式開口具有上寬下窄的輪廓，填入開口中的導(dǎo)體層也具有較大的面積，因此與后續(xù)所進(jìn)行的工藝較容易對準(zhǔn)，而具有較大的工藝裕度。
3.本發(fā)明形成此具有階梯式開口的工藝，僅需使用一道光罩即可以達(dá)到，因此可以在大幅降低工藝復(fù)雜度的情形下完成本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種階梯式開口的制造方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底上依次形成一第一介電層、一蝕刻終止層、一第二介電層；在該第二介電層上形成一第一罩幕層；在該第一罩幕層上形成一第二罩幕層；在該第二罩幕層上形成一第三罩幕層；圖案化該第三罩幕層，以形成一第一開口；以該第三罩幕層為罩幕，去除部份該第二罩幕層、該第一罩幕層、該第二介電層以及該蝕刻終止層，以使該第一開口形成露出該第一介電層表面的一第二開口；去除該第二開口側(cè)壁的部份該第二罩幕層，以于該第開口形成一內(nèi)凹結(jié)構(gòu)；去除該第三罩幕層；以該第二罩幕層為罩幕，去除部份該第一罩幕層、該第二介電層以及該第一介電層，以于該第二開口中露出該蝕刻終止層表面以及該基底表面；以及去除該第二罩幕層以及該第一罩幕層。
2.如權(quán)利要求1所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第一罩幕層的材質(zhì)包括有機(jī)材料。
3.如權(quán)利要求2所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二罩幕層的材質(zhì)包括氧化硅。
4.如權(quán)利要求3所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，形成該第二罩幕層的方法包括液相沉積法(Liquid Phase Deposition，LPD)。
5.如權(quán)利要求3所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，去除該第二開口側(cè)壁的部份該第二罩幕層的方法包括一濕式蝕刻法。
6.如權(quán)利要求5所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該濕式蝕刻法所使用的蝕刻液包括氫氟酸。
7.如權(quán)利要求1所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二開口選自一溝渠、一接觸窗開口與一介層窗開口所組成的族群。
8.如權(quán)利要求1所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二罩幕層與該第一罩幕層具有一高蝕刻選擇比。
9.如權(quán)利要求1所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二罩幕層與該第三罩幕層具有一高蝕刻選擇比。
10.如權(quán)利要求1所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二罩幕層的蝕刻速率大于該第一介電層以及該第二介電層的蝕刻速率。
11.如權(quán)利要求1所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第一罩幕層的材質(zhì)選自氮化硅、氮氧化硅所組成的族群。
12.一種階梯式開口的制造方法，其特征是，該方法包括下列步驟提供一基底；在該基底上依次形成一第一介電層、一蝕刻終止層、一第二介電層；在該第二介電層上依次形成一第一罩幕層、一第二罩幕層、一第三罩幕層；在該第三罩幕層、該第二罩幕層、該第一罩幕層、該第二介電層以及該蝕刻終止層中形成一內(nèi)凹開口，其中該內(nèi)凹開口位于該第二罩幕層的寬度大于位于該第三罩幕層、該第一罩幕層、該第二介電層以及該蝕刻終止層的寬度，并且于該內(nèi)凹開口底部露出該第一介電層的表面；去除該第三罩幕層，以使該內(nèi)凹開口形成一第一開口；以該第二罩幕層為罩幕，去除部份該第一罩幕層、該第二介電層以及該第一介電層，以于該第一開口中露出該蝕刻終止層表面以及該基底表面；以及去除該第二罩幕層以及該第一罩幕層。
13.如權(quán)利要求12所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，形成該內(nèi)凹開口的方法包括下列步驟定義該第三罩幕層、該第二罩幕層、該第一罩幕層、該第二介電層以及該蝕刻終止層以形成一第二開口，其中該第二開口露出該第一介電層；以及去除該第二開口側(cè)壁的部份該犧牲層，以形成該內(nèi)凹開口。
14.如權(quán)利要求13所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，去除該第二開口側(cè)壁的部份該第二罩幕層的方法包括一非等向性蝕刻法。
15.如權(quán)利要求12所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第一開口選自一溝渠、一接觸窗開口與一介層窗開口所組成的族群。
16.如權(quán)利要求12所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二罩幕層與該第一罩幕層具有一高蝕刻選擇比。
17.如權(quán)利要求12所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二罩幕層與該第三罩幕層具有一高蝕刻選擇比。
18.如權(quán)利要求12所述的階梯式開口的制造方法，其特征是，該第二罩幕層的蝕刻速率大于該第一介電層以及該第二介電層的蝕刻速率。
全文摘要
一種階梯式開口的形成方法，此方法是在具有第一介電層、蝕刻終止層、第二介電層的基底上，依次形成第一罩幕層、第二罩幕層、第三罩幕層。接著，在第一罩幕層、第二罩幕層、第三罩幕層、第二介電層以及蝕刻終止層中形成開口，再去除開口側(cè)壁的部分第二罩幕層，以使開口形成一內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。其后，在去除第三罩幕層后，以第二罩幕層為罩幕，去除部分的第一罩幕層、第二介電層以及第一介電層，以于開口中露出蝕刻終止層表面以及基底表面，最后再去除第二罩幕層以及第一罩幕層，以形成階梯式的開口。
文檔編號H01L21/302GK1421902SQ0114003
公開日2003年6月4日 申請日期2001年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月22日
發(fā)明者張慶裕 申請人:旺宏電子股份有限公司