專利名稱：開口與介層窗開口的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，特別是有關(guān)于一種開口與 介層窗開口的制造方法。
背景技術(shù)：
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。當(dāng)集成電路的集成度增加，使芯片表面無法提供足夠面積以制作所需的內(nèi)連線(interconnect)時，為適應(yīng)半導(dǎo)體元件縮小 后所增加的內(nèi)連線需求，兩層或甚至多層以上的金屬層設(shè)計便逐漸成為許 多集成電路元件所必須采用的方式。為了不讓各導(dǎo)體層(如電極與導(dǎo)線，或是不同層的導(dǎo)線)之間直接接 觸而發(fā)生短路，通常以介電層加以隔離，并在其中形成4矣觸窗插塞(contact plug)或介層窗插塞(viaplug)，以連接上下兩層導(dǎo)體層。然而，隨著半導(dǎo)體工藝線寬的減小與集成度的增加，由于膜層間可能 產(chǎn)生疊置(overlay)誤差，或是受限光刻刻蝕的設(shè)計準(zhǔn)則(design rule)，在定義 介電層以形成開口時，極易發(fā)生對準(zhǔn)失誤(misalignment)或未準(zhǔn)確連接 (un-landed)的現(xiàn)象。請參照圖1,是繪示已知介層窗開口的結(jié)構(gòu)剖面圖。襯底100上設(shè)置有 鋁導(dǎo)線110與氮化鈦層120,介電層130覆蓋住氮化鈦層120與襯底100。 在刻蝕介層窗開口 145的過程中，由于未準(zhǔn)確連接(un-landed)的情況發(fā)生， 使得介層窗開口 145并不是完全形成于氮化鈦層120上。而會刻蝕穿透介 電層130、氮4b4太層120,于鋁導(dǎo)線110側(cè)壁形成凹陷155, ^果露出氮4匕4太層120下方的鋁導(dǎo)線110。如此一來，會導(dǎo)致之后的清洗工藝(cleaning process) 中，不純物及刻蝕產(chǎn)生的殘余物如氟化鋁(A1F3)無法去除干凈，進而影響介 層窗開口 145內(nèi)后續(xù)沉積的膜層，造成介層窗插塞接觸電阻值的變異、降 低元件的電性品質(zhì)。在進入深次微米工藝以后，這些殘余物所造成的影響 更是明顯。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種開口的制造方法，該方法可以控制開口的 寬度與深度，避免于刻蝕后產(chǎn)生難以去除的殘余物。本發(fā)明的另一目的在于提供一種介層窗開口的制造方法，可以避免未 準(zhǔn)確連接造成的問題，提高元件的電性表現(xiàn)。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的， 一種開口的制造方法，該制造方法包括 提供一襯底，該襯底上已形成有一導(dǎo)電部與一介電層，該導(dǎo)電部由下 而上至少包括一導(dǎo)體層與一保護層，該介電層覆蓋住該導(dǎo)電部；使用含有一高聚合物氣體的一反應(yīng)氣體對該介電層進行一第一干式刻 蝕步驟，于該保護層上形成一開口，該開口底部具有一初始尺寸，且該開 口底面與該開口內(nèi)壁夾一#<角；進行一開口擴大步驟，使該開口底部達到一目標(biāo)尺寸，該目標(biāo)尺寸大 于該初始尺寸，且該開口至少未棵露出該導(dǎo)體層。 所述該鈍角大于93。。該目標(biāo)尺寸與該初始尺寸的尺寸差小于該保護層的厚度。 該導(dǎo)體層的材質(zhì)包括鋁。該第一干式刻蝕步驟中，附著在該開口頂部內(nèi)壁的聚合物多于附著在 該開口底部內(nèi)壁的聚合物。該開口擴大步驟包括一第二干式刻蝕步驟。于該第二干式刻蝕步驟中，該保護層與該介電層的刻蝕選擇比約介于0.92 ~ 1.2之間。該第二千式刻蝕步驟的反應(yīng)腔壓力高于該第一干式刻蝕步驟的反應(yīng)腔 壓力。該第二干式刻蝕步驟的反應(yīng)腔壓力介于60 ~ 200mT之間。 該第二干式刻蝕步驟使用的功率約介于300 ~ 800W之間。 該介電層的材質(zhì)包括氧化硅。 該保護層的材質(zhì)包括鈦/氮化鈦。 該高聚合物氣體包括一氧化碳、八氟環(huán)丁烷。一氧化碳的流量介于90 400sccm之間，八氟環(huán)丁烷的流量介于12~ 20sccm之間。該反應(yīng)氣體更包括一清潔氣體。 該清潔氣體包括氧氣，且氧氣的流量小于3sccm。 該反應(yīng)氣體更包括氧氣、氬氣與三氟甲烷。上述開口的制造方法，先利用高聚合物氣體進行第一干式刻蝕步驟形 成開口，再利用第二干式刻蝕步驟將開口擴大至目標(biāo)尺寸。此方法可以控制所刻蝕的介電層的深度，避免棵露出保護層下方的導(dǎo)體層，進而預(yù)防殘 余物的生成，制作出電性品質(zhì)較佳的元件。


圖1:是已知介層窗開口的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖2A至圖2C:是本發(fā)明一實施例的一種開口的制造流程剖面圖。附圖標(biāo)號100、 200:襯底110:鋁導(dǎo)線120:氮化鈥層130:介電層145:介層窗開口155:凹陷210:導(dǎo)線213:導(dǎo)體層216:保護層220:介電層230:圖案化光刻膠層240:介層窗開口243:聚合物d:介層窗開口的初始尺寸 D:介層窗開口的目標(biāo)尺寸 6 :鈍角具體實施方式
如圖2A至圖2C所示，是本發(fā)明一實施例的一種開口的制造流程剖面圖。'請參照圖2A，本實施例是以介層窗開口的制造方法為例作說明，此方 法例如是先提供襯底200,襯底200上已形成有導(dǎo)線210與介電層220。其 中，襯底200例如是硅襯底。導(dǎo)線210由下而上至少包括一層導(dǎo)體層213 與一層保護層216，在本實施例中，該層保護層可以是一層阻障層。導(dǎo)體層 213的材質(zhì)例如是金屬如鋁、銅或含鋁合金，較佳是鋁或含鋁合金。保護層 216的材質(zhì)例如是鈦、氮化鈦、鉻、鈦鴒合金、鉭或氮化鉭等，較佳為鈦/ 氮化鈦。介電層220覆蓋住導(dǎo)線210。保護層216的厚度例如是介于400 ~ 700埃之間。介電層220的材質(zhì)例如是氧化硅等絕緣材料，其例如是先進行 高密度離子化學(xué)氣相沉積工藝，填充導(dǎo)線210之間的間隙，繼而以四乙基 硅酸酯TEOS為反應(yīng)氣體進行化學(xué)氣相沉積工藝，之后再進行平坦化而形成介電層220。接著，請參照圖2B,于介電層220上形成一層圖案化光刻膠層230。 圖案化光刻膠層230的形成方法例如是先以旋轉(zhuǎn)涂布(spin coating)方式于介 電層220上形成一層正光刻膠，于曝光后進行圖案的顯影而形成的。繼而以圖案化光刻膠層230為掩膜，使用含有高聚合物氣體的反應(yīng)氣 體對介電層220進行第一干式刻蝕步驟。第一干式刻蝕步驟例如是反應(yīng)性 離子刻蝕法，其例如是在保護層216上形成具有初始尺寸d的介層窗開口 240。高聚合物氣體指的是在刻蝕過程中會產(chǎn)生較多聚合物243附著于刻蝕 側(cè)壁的氣體，如八氟環(huán)丁烷(C4F8)與一氧化碳(CO)。這些聚合物的沉積， 會使得介層窗開口 240內(nèi)壁的輪廓變斜往內(nèi)縮，介層窗開口 240的底面與 其內(nèi)壁夾一鈍角e，鈍角6例如是大于93。。由于介層窗開口 240底部的 初始尺寸d較小的關(guān)系，介層窗開口 240可以很輕易地控制在保護層216 上，不會超出保護層216的范圍，也就不會造成未準(zhǔn)確連接的狀況發(fā)生。 第 一千式刻蝕步驟的反應(yīng)氣體還可以包括其它刻蝕氣體如三氟甲烷 (CHF3)、惰性氣體如氬氣(Ar)或氮氣(N2)等，與清潔氣體如氧氣(02)。在一 實施例中，第 一干式刻蝕步驟的反應(yīng)氣體包括高聚合物氣體八氟 環(huán)丁烷與一氧化碳，且還可以包含有清潔氣體氧氣、惰性氣體氬氣與三氟 甲烷。其中，八氟環(huán)丁烷的流量例如是介于12 20sccm， 一氧化碳的流量 例如是介于90 ~ 400sccm之間，較佳例如是介于100 ~ 330sccm之間、氧氣 的流量例如是介于0 3sccm之間、氬氣的流量例如是介于300~400sccm 之間，而三氟甲烷的流量例如是介于30~ 50sccm之間。此外，反應(yīng)腔的壓 力例如是介于20 60mT之間，所使用的功率例如是約600 ~ 1800W。接著，請參照圖2C，進行第二干式刻蝕步驟，也就是開口擴大步驟。 第二干式刻蝕步驟中例如是使用四氟化碳(CF4)為反應(yīng)氣體，并調(diào)高反應(yīng)腔 壓力，其例如是調(diào)高至60mT 200mT,較佳為80~120mT。使用中低射頻 功率，如介于300 800W。由于第一干式刻蝕步驟中，聚合物243附著于介層窗開口 240頂部與中間較多，底部的分布少，故于第二干式刻蝕步驟 后可增大介層窗開口 240底部的臨界尺寸(bottomCD),達到目標(biāo)尺寸D。在一實施例中，材質(zhì)為氧化硅的介電層刻蝕率介于0.7到1.2nm/sec， 材質(zhì)為4太/氮化4太的保護層216刻蝕率介于0.84到1.34 nm/sec,保護層216 與介電層220的刻蝕選擇比約介于0.92 ~ 1.2之間。因此，第二干式刻蝕步 驟過程中，橫向擴大所刻蝕的尺寸(也就是目標(biāo)尺寸D與初始尺寸d的尺 寸差)與縱向深度所刻蝕的尺寸會差不多。根據(jù)介層窗開口 240的目標(biāo)尺 寸D來決定刻蝕時間的長短，縱使開口擴大的結(jié)果，會使介層窗開口 240 略微超過保護層216的范圍，而往導(dǎo)線210的側(cè)壁向下刻蝕，但由于目標(biāo) 尺寸D與初始尺寸d的尺寸差小于保護層216的厚度，因此，介層窗開口 240未準(zhǔn)確連接的深度并不會超過保護層216的厚度，而得以避免棵露出導(dǎo) 體層213。上述方法不但可以達到介層窗開口 240的目標(biāo)尺寸D，還可以避免介 層窗開口 240內(nèi)部產(chǎn)生難以清洗的殘余物，進而免除后續(xù)清洗工藝的麻煩。 此外，之后于介層窗開口 240中沉積形成的膜層品質(zhì)也能夠獲得改善，更 進一步提高介層窗插塞的電性表現(xiàn)與整體元件的效能。上述實施例雖然是以介層窗開口為例作說明，然而本發(fā)明所提出的開 口的制造方法，并不限于用在介層窗開口的制作上，其它例如接觸窗開口、 溝渠等的形成也都可以適用本發(fā)明提出的方法。綜上所述，本發(fā)明提出的開口的制造方法，利用高聚合物氣體為第一 干式刻蝕步驟的反應(yīng)氣體，先形成尺寸較小的開口，確保開口形成的位置 是在保護層上。再利用第二千式刻蝕步驟，將開口擴大，以達到預(yù)定的目 標(biāo)尺寸。此種開口的制造方法，不但可以達到預(yù)定需要的目標(biāo)尺寸，精確地控 制開口的寬度與深度，免除未準(zhǔn)確連接的狀況，避免棵露出下方的導(dǎo)體層。 且可防止刻蝕后產(chǎn)生難以去除的殘余物，達到提升元件電性表現(xiàn)的優(yōu)點。雖然本發(fā)明已以具體實施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下所作出的等同組 件的置換，或依本發(fā)明專利保護范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本 專利涵蓋之范疇。
權(quán)利要求
1. 一種開口的制造方法，其特征在于該制造方法包括提供一襯底，該襯底上已形成有一導(dǎo)電部與一介電層，該導(dǎo)電部由下而上至少包括一導(dǎo)體層與一保護層，該介電層覆蓋住該導(dǎo)電部；使用含有一高聚合物氣體的一反應(yīng)氣體對該介電層進行一第一干式刻蝕步驟，于該保護層上形成一開口，該開口底部具有一初始尺寸，且該開口底面與該開口內(nèi)壁夾一鈍角；進行一開口擴大步驟，使該開口底部達到一目標(biāo)尺寸，該目標(biāo)尺寸大于該初始尺寸，且該開口至少未裸露出該導(dǎo)體層。
2. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于所述該鈍角大于 93° 。
3. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該目標(biāo)尺寸與該 初始尺寸的尺寸差小于該保護層的厚度。
4. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該導(dǎo)體層的材質(zhì) 包括鋁。
5. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該第一干式刻蝕 步驟中，附著在該開口頂部內(nèi)壁的聚合物多于附著在該開口底部內(nèi)壁的聚 合物。
6. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該開口擴大步驟 包括一第二千式刻蝕步驟。
7. 如權(quán)利要求6所述的開口的制造方法，其特征在于于該第二干式刻 蝕步驟中，該保護層與該介電層的刻蝕選擇比約介于0.92 ~ 1.2之間。
8. 如權(quán)利要求6所述的開口的制造方法，其特征在于該第二干式刻蝕 步驟的反應(yīng)腔壓力高于該第一干式刻蝕步驟的反應(yīng)腔壓力。
9. 如權(quán)利要求6所述的開口的制造方法，其特征在于該第二干式刻蝕步驟的反應(yīng)腔壓力介于60 200mT之間。
10. 如權(quán)利要求6所述的開口的制造方法，其特征在于該第二干式刻蝕步驟使用的功率約介于300 ~ 800W之間。
11. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該介電層的材 質(zhì)包括氧化硅。
12. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該保護層的材 質(zhì)包括鈦/氮化鈦。
13. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該高聚合物氣 體包括一氧化碳、八氟環(huán)丁烷。
14. 如權(quán)利要求13所述的開口的制造方法，其特征在于 一氧化碳的流 量介于90 ~ 400sccm之間，八氟環(huán)丁烷的流量介于12 ~ 20sccm之間。
15. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該反應(yīng)氣體更 包括一清潔氣體。
16. 如權(quán)利要求15所述的開口的制造方法，其特征在于該清潔氣體包 括氧氣，且氧氣的流量小于3sccm。
17. 如權(quán)利要求1所述的開口的制造方法，其特征在于該反應(yīng)氣體更 包括氧氣、氬氣與三氟曱烷。
全文摘要
本發(fā)明為一種開口的制造方法，先提供襯底，襯底上已形成有導(dǎo)電部與介電層，導(dǎo)電部由下而上至少包括導(dǎo)體層與保護層，介電層覆蓋住導(dǎo)電部。使用含有高聚合物氣體的反應(yīng)氣體對介電層進行第一干式刻蝕步驟，于保護層上形成開口，開口底部具有初始尺寸，且開口底面與開口內(nèi)壁夾一鈍角。接著再進行開口擴大步驟，使開口底部達到一目標(biāo)尺寸，目標(biāo)尺寸大于初始尺寸，且開口至少未裸露出導(dǎo)體層。
文檔編號H01L21/70GK101246844SQ20071007912
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者羅文勛, 邱永漢, 韓敬仁 申請人:華邦電子股份有限公司