專利名稱：開口的形成方法以及接觸窗的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種開口的形成方法，特別是涉及一種可有效控制開口關鍵尺寸的開口的形成方法以及接觸窗的形成方法。
背景技術：
在集成電路蓬勃發(fā)展的今日，元件縮小化與集成化是必然的趨勢，也是各界積極發(fā)展的重要課題。目前，現(xiàn)有KrF248nm的光刻技術已漸漸不能滿足其需求，為了要能得到較小的線寬以達到縮小尺寸的要求，ArF193nm光刻技術已成為最佳的選擇。
現(xiàn)有一種接觸窗開口的形成方法為，在基底上形成一半導體元件，然后在基底上方形成一層介電層，覆蓋半導體元件。接著，在介電層上形成底部抗反射層，并且于底部抗反射層上形成光致抗蝕劑層。然后，利用一傳統(tǒng)的光刻工藝圖案化并定義光致抗蝕劑層，以形成一圖案化光致抗蝕劑層。接著，以圖案化光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模，對底部抗反射層進行一蝕刻工藝，移除部分底部抗反射層至曝露出介電層表面。然后，再以圖案化光致抗蝕劑層與底部抗反射層作為掩模，移除部分介電層，以于介電層中形成曝露出半導體元件的接觸窗開口。
但是，在上述的接觸窗開口的形成方法中，仍然有一些問題存在，例如所形成的接觸窗開口的關鍵尺寸(Critical Dimension，CD)無法控制、接觸窗開口側壁的輪廓控制不易且有凹洞或條紋(striation)現(xiàn)象，以及較窄的工藝窗(Process Window)等問題，而影響工藝的可靠性與成品率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是在提供一種開口的形成方法，能夠提供較大的工藝窗，以及使開口的尺寸控制較為容易，且可避免產生條紋，以提高工藝的可靠性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種接觸窗的形成方法，能夠有效控制接觸窗的關鍵尺寸，且可避免產生條紋等問題。
本發(fā)明提出一種開口的形成方法，此形成方法為，在材料層上形成介電層，接著在介電層上依序形成金屬硬掩模層與頂蓋層。然后，在頂蓋層上形成圖案化的光致抗蝕劑層，且圖案化的光致抗蝕劑層暴露出部分頂蓋層表面。隨后，進行一第一蝕刻步驟，以圖案化的光致抗蝕劑層為掩模，移除部分頂蓋層與金屬硬掩模層，直至暴露出介電層表面。繼之，移除圖案化的光致抗蝕劑層，然后進行一第二蝕刻步驟，以頂蓋層與金屬硬掩模層為掩模，移除部分介電層，以形成一開口。
依照本發(fā)明的實施例所述，還包括在頂蓋層上形成一抗反射層。而且，在移除圖案化的光致抗蝕劑層后，還包括移除抗反射層?？狗瓷鋵永缡墙殡娰|抗反射層、有機抗反射層或無機抗反射層。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的頂蓋層的材料例如是氮氧化硅、氧化硅及其組合。金屬硬掩模層的材料例如是鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢或氮化鎢。另外，金屬硬掩模層的形成方法例如是化學氣相沉積法(CVD)或物理氣相沉積法(PVD)。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟例如是各向異性蝕刻步驟。而且，第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟在同一反應腔室中進行。
本發(fā)明還提出一種接觸窗的形成方法，此方法先提供一基底，基底中已形成有一元件結構。然后，于基底上形成一介電層。接著，在介電層上依序形成金屬硬掩模層與頂蓋層。繼之，在頂蓋層上形成一圖案化的光致抗蝕劑層，且圖案化的光致抗蝕劑層暴露出部分頂蓋層表面。隨后，進行一第一蝕刻步驟，以圖案化的光致抗蝕劑層為掩模，移除部分頂蓋層與金屬硬掩模層，直至暴露出介電層表面。接著，移除圖案化的光致抗蝕劑層，之后再進行第二蝕刻步驟，以頂蓋層及金屬硬掩模層為掩模，移除部分介電層，以形成一接觸窗開口，而暴露出元件結構表面。然后，于接觸窗開口中填入一導體層，以形成接觸窗。
依照本發(fā)明的實施例所述，還包括在頂蓋層上形成一抗反射層。而且，在移除圖案化的光致抗蝕劑層后，還包括移除抗反射層?？狗瓷鋵永缡墙殡娰|抗反射層、有機抗反射層或無機抗反射層。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的頂蓋層的材料例如是氮氧化硅、氧化硅及其組合。金屬硬掩模層的材料例如是鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢或氮化鎢。另外，金屬硬掩模層的形成方法例如是化學氣相沉積法(CVD)或物理氣相沉積法(PVD)。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟例如是各向異性蝕刻步驟。而且，第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟在同一反應腔室中進行。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的導體層的材料例如是銅、鋁或鎢。
本發(fā)明在開口的形成工藝中使用金屬硬掩模層以及頂蓋層當作蝕刻掩模，而其可有效阻擋蝕刻氣體的侵蝕，因此可避免受到蝕刻氣體的影響，而造成膜層的損傷(damage)。另外，金屬硬掩模層亦有助于使所形成的開口的關鍵尺寸不會有縮小或變寬的問題產生，且可維持開口輪廓的完整性。除此之外，亦可避免現(xiàn)有提及的條紋(striation)現(xiàn)象，以提高工藝的可靠度。另一方面，還可以提供較大的工藝窗(process window)。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實施例，以更詳細地說明本發(fā)明。


圖1A至圖1G為依照本發(fā)明實施例所繪示的接觸窗的制造流程剖面圖。簡單符號說明100基底102晶體管104柵極結構106間隙壁108源/漏極區(qū)110介電層112金屬硬掩模層114頂蓋層116抗反射層117、119開口圖案117a、119a開口117b、119b接觸窗開口
117c、119c接觸窗118圖案化的光致抗蝕劑層120、122蝕刻步驟具體實施方式
以下將以接觸窗開口為例做說明本發(fā)明的開口的形成方法，然其并非用以限定本發(fā)明的應用范圍。在下述實施例中分別是以方形接觸窗(squarecontact)開口與共享接觸窗(share contact)開口為例做說明。其中，方形接觸窗開口指僅暴露出晶體管的源/漏極區(qū)的接觸窗開口，而共享接觸窗開口指僅暴露出部分柵極和源/漏極區(qū)的接觸窗開口。圖1A至圖1G為依照本發(fā)明實施例所繪示的接觸窗的制造流程剖面圖。
首先，請參照圖1A，在一基底100上形成一元件結構，在此實施例中是以晶體管102為例說明之。其中，基底100例如是硅基底或其它任何工藝適用的基底。晶體管102的柵極結構104形成于基底100上，而間隙壁106形成于柵極結構104的側壁。源/漏極區(qū)108形成于柵極結構104兩側的基底100中。在一實施例中，還可于柵極結構104以及源/漏極區(qū)108上形成金屬硅化物(未繪示)，其材料例如是硅化鎳、硅化鎢或硅化鈷等，用以降低阻值。上述，晶體管102的各構件的材料與形成方法，為本領域技術人員所周知，于此不再贅述。
然后，于基底100上形成一層介電層110覆蓋晶體管102。介電層110的材料例如是以四乙氧基硅烷(TEOS)為反應氣體源形成的氧化硅、氮化硅或其它合適的介電材料，而其形成方法例如是化學氣相沉積(CVD)法。在一實施例中，更可在介電層110形成之前，在基底100上方形成一層蝕刻終止層(未繪示)，用以作為蝕刻終點，以避免發(fā)生蝕刻穿透，而致使元件失效等問題。蝕刻終止層的材料例如是氮化硅，而其形成方法例如是化學氣相沉積法。
接著，請參照圖1B，在介電層110上形成一層金屬硬掩模層112。金屬硬掩模層112的材料可例如是鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢或氮化鎢，而其形成方法例如是化學氣相沉積法或物理氣相沉積(PVD)法。金屬硬掩模層112的厚度小于1500埃，優(yōu)選是在300埃左右。之后，在金屬硬掩模層112上形成頂蓋層114，頂蓋層114可例如是一層氮氧化硅層、一層氧化硅層或氮氧化硅/氧化硅層，其中氮氧化硅層的厚度小于1500埃，優(yōu)選是在300～500埃之間，而氧化硅層的厚度小于200埃，優(yōu)選是在50埃左右。
繼之，請參照圖1C，在頂蓋層114上形成一圖案化的光致抗蝕劑層118，且圖案化的光致抗蝕劑層118中有暴露出部分頂蓋層114表面的開口圖案117、119。其中，開口圖案117為后續(xù)預形成的方形接觸窗開口的圖案，而開口圖案119為后續(xù)預形成的共享接觸窗開口的圖案。在一優(yōu)選實施例中，在圖案化的光致抗蝕劑層118形成前，還可在頂蓋層114上形成一抗反射層116?？狗瓷鋵?16可例如是介電質抗反射層、無機抗反射層或有機抗反射層，而其形成方式為化學氣相沉積法或其它適合的方法?？狗瓷鋵?16的厚度小于1000埃，優(yōu)選是在600埃左右。特別是，抗反射層116的作用為降低進行光刻工藝時，光的多重反射與干涉，并且減少駐波現(xiàn)象。
隨后，請參照圖1D，進行一蝕刻步驟120，以圖案化的光致抗蝕劑層118為掩模，移除部分抗反射層116、頂蓋層114與金屬硬掩模層112，直至暴露出介電層110表面，以分別形成開口117a、119a。上述，蝕刻步驟120例如是各向異性蝕刻步驟，而各向異性蝕刻步驟例如是等離子體蝕刻步驟。
接著，請參照圖1E，于蝕刻步驟120后，移除圖案化的光致抗蝕劑層118與抗反射層116。其中，移除圖案化的光致抗蝕劑層118與抗反射層116的方法例如是先進行一等離子體灰化處理(plasma ash treatment)步驟，然后再進行濕式化學移除步驟，以完成之。
隨后，請參照圖1F，進行一蝕刻步驟122，以頂蓋層114與金屬硬掩模層112為掩模，移除部分介電層110至暴露出晶體管102表面，以形成一接觸窗開口117b、119b。其中，接觸窗開口117b的關鍵尺寸D1例如是0.15nm左右，而接觸窗開口119b的關鍵尺寸D2例如是0.30nm左右。此處，接觸窗開口117b即所謂的方形接觸窗開口，而接觸窗開口119b即所謂的共享接觸窗開口。上述，蝕刻步驟122例如是各向異性蝕刻步驟，而各向異性蝕刻步驟例如是等離子體蝕刻步驟。在一實施例中，蝕刻步驟120、122可在同一反應腔室(chamber)中進行。
值得一提的是，由于金屬硬掩模層112可有效阻擋蝕刻氣體的侵蝕，所以不會受到其影響，而造成膜層的損傷(damage)。因此，在蝕刻步驟120中，除了可定義出精確的開口(圖1D的開口117a、119a)之外，于后續(xù)的蝕刻步驟122中，還可使所形成的接觸窗開口117b、119b的關鍵尺寸D1、D2不會有縮小或變寬的問題產生，且不會影響其開口輪廓的完整性。此外，亦可避免現(xiàn)有提及的條紋(striation)現(xiàn)象，以提高工藝的可靠度。另一方面，可以提供較大的工藝窗(process window)。
當然，于形成接觸窗開口117b、119b后，可繼續(xù)進行后續(xù)的工藝，以形成作為元件間的連接之用的接觸窗。接下來，請參照圖1G，于接觸窗開口117b、119b中，填入一導體材料層(未繪示)，并進行一化學機械研磨法(CMP)法或回蝕刻(etch-back)法，以移除多余的導體材料層、頂蓋層114與金屬硬掩模層112至曝露出介電層110表面，以形成接觸窗117c、119c。
更進一步來說，由于本發(fā)明使用金屬硬掩模層以及頂蓋層作為蝕刻掩模層，因此能有效抵抗蝕刻侵蝕。所以，在進行接觸窗開口的蝕刻步驟時，可以有效控制其關鍵尺寸。而且，本發(fā)明的方法亦可應用于其它形成開口的工藝中，且所形成的開口可保有優(yōu)選的輪廓。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明的方法可使開口的關鍵尺寸的控制較為容易，且可使開口的輪廓保持完整性。
2、本發(fā)明的方法可消除開口側壁的條紋現(xiàn)象，以提高工藝的可靠度。
3、本發(fā)明的方法可以提供較大的工藝窗。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領域的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當以后附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種開口的形成方法，包括于一材料層上形成一介電層；在該介電層上依序形成一金屬硬掩模層與一頂蓋層；在該頂蓋層上形成一圖案化的光致抗蝕劑層，且該圖案化的光致抗蝕利層暴露出部分該頂蓋層表面；進行一第一蝕刻步驟，以該圖案化的光致抗蝕劑層為掩模，移除部分該頂蓋層與該金屬硬掩模層，直至暴露出該介電層表面；移除該圖案化的光致抗蝕劑層；以及進行一第二蝕刻步驟，以該頂蓋層與該金屬硬掩模層為掩模，移除部分該介電層，以形成一開口。
2.如權利要求1所述的開口的形成方法，還包括在該頂蓋層上形成一抗反射層。
3.如權利要求2所述的開口的形成方法，其中在移除該圖案化的光致抗蝕劑層后，還包括移除該抗反射層。
4.如權利要求2所述的開口的形成方法，其中該抗反射層包括介電質抗反射層、有機抗反射層或無機抗反射層。
5.如權利要求1所述的開口的形成方法，其中該頂蓋層的材料包括氮氧化硅、氧化硅及其組合。
6.如權利要求1所述的開口的形成方法，其中該金屬硬掩模層的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢或氮化鎢。
7.如權利要求1所述的開口的形成方法，其中該金屬硬掩模層的形成方法包括化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
8.如權利要求1所述的開口的形成方法，其中該第一蝕刻步驟與該第二蝕刻步驟包括各向異性蝕刻步驟。
9.如權利要求1所述的開口的形成方法，其中該第一蝕刻步驟與該第二蝕刻步驟在同一反應腔室中進行。
10.一種接觸窗的形成方法，包括提供一基底，該基底中已形成有一元件結構；于該基底上形成一介電層；在該介電層上依序形成一金屬硬掩模層與一頂蓋層；在該頂蓋層上形成一圖案化的光致抗蝕劑層，且該圖案化的光致抗蝕劑層暴露出部分該頂蓋層表面；進行一第一蝕刻步驟，以該圖案化的光致抗蝕劑層為掩模，移除部分該頂蓋層與該金屬硬掩模層，直至暴露出該介電層表面；移除該圖案化的光致抗蝕劑層；進行一第二蝕刻步驟，以該頂蓋層與該金屬硬掩模層為掩模，移除部分該介電層，以形成一接觸窗開口，而暴露出該元件結構表面；以及于該接觸窗開口中填入一導體層，以形成一接觸窗。
11.如權利要求10所述的接觸窗的形成方法，還包括在該頂蓋層上形成一抗反射層。
12.如權利要求11所述的接觸窗的形成方法，其中在移除該圖案化的光致抗蝕劑層后，還包括移除該抗反射層。
13.如權利要求11所述的接觸窗的形成方法，其中該抗反射層包括介電質抗反射層、有機抗反射層或無機抗反射層。
14.如權利要求10所述的接觸窗的形成方法，其中該頂蓋層的材料包括氮氧化硅、氧化硅及其組合。
15.如權利要求10所述的接觸窗的形成方法，其中該金屬硬掩模層的材料包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢或氮化鎢。
16.如權利要求10所述的接觸窗的形成方法，其中該金屬硬掩模層的形成方法包括化學氣相沉積法或物理氣相沉積法。
17.如權利要求10所述的接觸窗的形成方法，其中該第一蝕刻步驟與該第二蝕刻步驟包括各向異性蝕刻步驟。
18.如權利要求10所述的接觸窗的形成方法，其中該第一蝕刻步驟與該第二蝕刻步驟在同一反應腔室中進行。
19.如權利要求10所述的接觸窗的形成方法，其中該導體層的材料包括銅、鋁或鎢。
全文摘要
一種開口的形成方法，此形成方法為，在材料層上形成介電層，接著在介電層上依序形成金屬硬掩模層與頂蓋層。然后，在頂蓋層上形成圖案化的光致抗蝕劑層，且圖案化的光致抗蝕劑層暴露出部分頂蓋層表面。隨后，進行一第一蝕刻步驟，以圖案化的光致抗蝕劑層為掩模，移除部分頂蓋層與金屬硬掩模層，直至暴露出介電層表面。繼之，移除圖案化的光致抗蝕劑層，然后進行一第二蝕刻步驟，以頂蓋層與金屬硬掩模層為掩模，移除部分介電層，以形成一開口。
文檔編號H01L21/32GK1941294SQ20051010883
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權日2005年9月30日
發(fā)明者葉建輝, 施繼雄, 藍天呈, 周梅生 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司