CN100377316C

CN100377316C - 形成多个不同深度接触窗的方法

Info

Publication number: CN100377316C
Application number: CNB981083064A
Authority: CN
Inventors: 刘豪杰; 郑湘原; 陈碧琳; 连万益
Original assignee: Vanguard International Semiconductor Corp
Current assignee: Vanguard International Semiconductor Corp
Priority date: 1998-05-12
Filing date: 1998-05-12
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: CN1235369A

Abstract

在蚀刻步骤中，形成多个不同深度接触窗的方法。该半导体晶片包含一介电层，其下包含有一硅衬底、一氮化硅层以及一氮氧化硅层，此方法包含下列步骤：首先限定一光刻胶层在介电层上，此氮氧化硅层下方具有一第一导电层，此氮化硅层下方具有一第二导电层。接着蚀刻此氮氧化硅层、氮化硅层以及位于此氮氧化硅层及此氮化硅层上的部分介电层，以在硅衬底、第一导电层以及第二导电层上形成多个不同深度的接触窗。

Description

形成多个不同深度接触窗的方法

技术领域

本发明涉及一种形成多个不同深度接触窗的方法，特别涉及一种在大型半导体元件中形成多个不同深度接触窗的方法。

背景技术

随着超大型集成电路(Ultra Large Scale Integrated：ULSI)的随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory：DRAM)技术的进步，存储单元(memory cell)的尺寸越来越小，而其可用的面积也越来越小。一个DRAM单元的制作过程包含了形成一晶体管、一电容器以及接触周边电路的接触窗(contact)。所以如何将DRAM存储单元中的元件面积缩小，便成为半导体设计者所面临最重要的课题。因为层叠式电容器(stacked capacitor)所占的面积相当小，所以层叠式电容器经常被使用在DRAM存储单元中。

除此之外，因为大型半导体元件中的层叠式电容器的台阶高度(stepheight)太大，所以周边电路的多个不同深度接触窗经常使用在半导体元件中。也因此，随着半导体元件工艺的进行，就必须要使用自对准接触窗(selfalign contact)工艺。当不需要使用自对准接触窗工艺时，可以用原硅酸四乙酯(Tetra Ethyl Ortho Silicate：TEOS)所形成的的氧化层来形成栅极侧垫(spacer)以及栅极顶层(cap)。

如图1所示，多个不同深度接触窗将被形成在所述的半导体元件中。

其中硅衬底(substrate)9被提供，以用来形成所述的半导体元件，而多晶硅平板10连接到半导体元件的电容器11中，位线(bit line)13包含一第一硅化钨层13a以及一第一多晶硅层13b。字线17包含一二氧化硅顶层17a、一二氧化硅侧垫17b、一第二硅化钨层17c以及一第二多晶硅层17d。位线13以及字线17是用来对该半导体元件作定址之用。而多个不同深度接触窗18借助所形成的光刻胶层20做为掩模，穿透BPSG层19而形成。因为所述的半导体元件的集成度并不高，因此并不需要使用自对准接触窗以及抗反射层。所以多个不同深度接触窗可以使用含氟的气体例如CCl₂F₂或是CF₄而形成。

当要制作大尺寸的半导体元件时，必须要使用抗反射层以增加元件密度并改善光刻胶的近似效应(proximity effect)的影响。无机抗反射层经常是由氮化硅(Si₃N₄)或是氮氧化硅(SiON)所组成。而自对准接触窗是用来在形成大尺寸的半导体元件时，增进临界长度(critical dimension)的控制，所以要用氮化硅(Si₃N₄)来形成栅极顶层与栅极侧垫。

大型半导体元件的剖面图显示在图2中，硅衬底29用于提供来形成所述大型半导体元件，多晶硅平板30连接到该大型半导体元件的电容31，并且位线33包含一第一硅化钨层33a、一第一多晶硅层33b以及一氮氧化硅层33c。位于第一硅化钨层33a表面的氮氧化硅层33c是一个抗反射层。而位线37包含一氮化硅顶层37a、一氮化硅侧垫37b、一第二硅化钨层37c以及一第二多晶硅层37d。位线33以及字线37是用来作为将该大型半导体元件定位址之用。接着为了要形成多个不同深度接触窗，于BPSG层39上形成光刻胶层38。

当传统的含氟气体被用来形成多个不同深度接触窗时，很容易就会在氮化硅顶层37a或是在氮氧化硅层33c上产生蚀刻停止或是再度产生聚合物。除此之外，平板多晶硅层30以及硅衬底29表面上可能会产生严重的多晶硅流失。如图3所示，多个不同深度接触窗40形成在BPSG层39中。但是由上述的原因中，可以知道当蚀刻氮化硅顶层37a以及氮氧化硅层33c时，就可能会产生所述的蚀刻停止或是聚合物再产生的现象，所以会导致无法暴露第一硅化钨层33a以及第二硅化钨层37c。

甚至，如果用传统的含氟气体将第一硅化钨层33a以及第二硅化钨层37c暴露出来，藉以形成多个不同深度接触窗时，也很容易对平板多晶硅层39以及硅衬底29过度蚀刻。经过上述蚀刻步骤所处理的晶片的剖面图显示在图3中，并且其中的半导体元件已经损坏，因为其电路不是已经断路，就是已经短路。

因为要以传统的蚀刻剂形成不同深度的多层接触窗非常不容易，而所制造出来的半导体元件的成品率也非常低。所以随着半导体元件的集成度越来越增加，多个不同深度接触窗越来越显得重要，并且其蚀刻步骤也越来越显出其重要地位。

发明内容

为了要形成一大型集成电路，本发明提供一种方法以在一蚀刻步骤中，在一使用自对准工艺(self align technology)的半导体晶片上形成多个不同深度的接触窗。并且此半导体晶片包含一介电层，此介电层下包含有一硅衬底、一氮化硅层、一氮氧化硅层以及一多晶硅层，该方法包含下列步骤。首先限定一光刻胶层于此介电层上，此氮氧化硅层下方具有一第一导电层，此氮化硅层下方具有一第二导电层。

接着蚀刻该氮氧化硅层、氮化硅层以及位于该氮氧化硅层及该氮化硅层上的部分介电层，以在硅衬底、第一导电层以及第二导电层上形成该多个不同深度的接触窗。该蚀刻步骤是使用一蚀刻剂蚀刻，以暴露出硅衬底、第一导电层以及第二导电层。蚀刻剂包含第一以及第二化学药剂。第一化学药剂包含C₂F₆、C₄F₈、CH₃F以及Ar。第二化学药剂可以是下列其中之一：O₂、CO₂、CO及其组合。而且第二化学药剂的流量大约为该第一化学药剂的流量的百分之一至百分之十。

附图说明

图1为未使用自对准工序的半导体元件的剖面图。

图2为使用自对准工序的半导体元件的剖面图。

图3为使用自对准工序的大型半导体元件中，以传统方法形成多个不同深度接触窗后的剖面图。

图4为使用自对准工序的大型半导体元件中，以本发明的方法形成多个不同深度接触窗后的剖面图。

具体实施方式

因为当使用传统的含氟气体来产生多个不同深度接触窗时，很容易导致在氮化硅顶层37a或是在氮氧化硅层33c上产生蚀刻停止或是再度产生聚合物。甚至，在平板多晶硅30表面或是在衬底29表面都有可能产生多晶硅的严重流失，所以当半导体元件的集成度日益增加的时候，用来形成多个不同深度接触窗的蚀刻剂已经无法满足其蚀刻工艺的需要。因此本发明提供了一种蚀刻剂，藉以形成不同深度的多个接触窗，而且所产生的半导体元件的成品率也获得大幅改善。

为了在一个蚀刻步骤中形成多个不同深度接触窗40，本发明提供一种蚀刻剂，以在蚀刻穿透氮化硅顶层37a以及氮氧化硅层33c时，保护平板多晶硅30表面或是在衬底29表面免于遭到过度蚀刻。依据本发明的实施例所提供的蚀刻剂，当在蚀刻多晶硅时，会在其表面产生一层聚合物。而本蚀刻剂在同时蚀刻平板多晶硅30以及衬底29时，也不会在氮化硅顶层37a以及氮氧化硅层33c上产生蚀刻停止的现象或是再度产生聚合物。

为了进行大尺寸半导体元件的生产，将使用到抗反射层以及自行对准接触窗的工艺，而且多个不同深度的接触窗可以被用来形成半导体元件的内连线。参考图4，硅衬底51用以进行所述的大型集成电路的生产。平板多晶硅60被连接到大型集成电路的电容器61，并且位线63包含一第一导体层63a、第一多晶硅层63b以及氮氧化硅层63c。在本发明的较佳实施例中的第一导体层63a是由金属硅化物，例如硅化钨、硅化钛或硅化钴所构成。而位于第一导体层63a表面的氮氧化硅层63c是一个抗反射层。

字线67包含氮化硅顶层67a、一氮化硅侧垫67b、一第二导体层67c以及一第二多晶硅层67d。在本发明的较佳实施例中，第二导体层67c是由硅化钨所构成。位线63以及字线67是用来作为将该大型集成电路定位址之用。接着为了要形成多个不同深度的接触窗，在介电层69上形成光刻胶层68，而介电层69是由BPSG所形成。当使用本发明的较佳实施例所提供的蚀刻剂以形成多个不同深度的接触窗70时，既不会在氮化硅顶层67a或是在氮氧化硅层63c上产生蚀刻停止也不会再度产生聚合物。相反的，本发明的较佳实施例中的蚀刻步骤，可以穿透氮化硅顶层67a与氮氧化硅层63c，以暴露第一导体层63a以及第二导体层67c。

所形成的接触窗其位于暴露的硅衬底表面的深度与位于暴露的氮氧化硅层表面的深度以及位于暴露的氮化硅层表面的深度都不同。

除此之外，在蚀刻到平板多晶硅60以及衬底51表面的硅时，会产生一层聚合物。所以在平板多晶硅60以及衬底51不会有过度蚀刻的现象。因此，可以在一个触刻步骤中产生不同深度的多个接触窗70，而形成多个不同深度的接触窗70之后的半导体元件的剖面图，显示在图4中。为了要形成多个不同深度的接触窗插塞，在多个不同深度接触窗70中的聚合物可以在同一台机构或是另一台机构的蚀刻步骤进行清除，接着就可以在多个不同深度接触窗70中填入钨插塞。

因为在多个不同深度接触窗70中的聚合物，再蚀刻平板多晶硅60以及硅衬底51时，其作用就如掩模，所以可以防止过度蚀刻。本发明的较佳实施例所使用的蚀刻剂包含了一第一化学药剂以及一第二化学药剂。其中第一化学药剂包含了C₂F₆、C₄F₈、CH₃F以及Ar。第二化学药剂包含了传统的蚀刻剂所未包含的CO₂、CO以及O₂及其组合。其中第一化学药剂成分中各种气体C₂F₆、C₄F₈、CH₃F以及Ar，流量分别是0-10sccm、13-25sccm、10-30sccm以及60-200sccm。

第二化学药剂的流量大约是第一化学药剂流量的百分之一至百分之十。本发明的较佳实施例所使用的蚀刻剂可以防止在蚀刻氮化硅层以及氮氧化硅层时产生蚀刻停止的现象，同时在对其下有导体层(诸如硅衬底、经掺杂的多晶硅以及金属硅化物的二氧化硅)进行蚀刻时，仍能维持高选择性。而用来处理本发明的较佳实施例中的蚀刻剂的电源功率大约为1600-2400瓦特，并且偏压功率大约为1000-1500瓦特。由此，可以在形成多个不同深度接触窗时，既能对其下有导体层(诸如硅衬底、经掺杂的多晶硅以及金属硅化物的二氧化硅)进行蚀刻时，维持高选择性，又不会在蚀刻氮化硅层以及氮氧化硅层时产生蚀刻停止的现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的保护范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围内。

Claims

1.一种形成多个不同深度接触窗的方法，该方法是在一蚀刻步骤中，于一半导体晶片上进行的，该半导体晶片至少包含一介电层，该介电层下包含有一硅衬底、一氮化硅层以及一氮氧化硅层，所述方法至少包含：

在所述介电层上，限定一光刻胶层，该氮氧化硅层下方具有一第一导电层，该氮化硅层下方具有一第二导电层；

蚀刻该氮氧化硅层、该氮化硅层以及位于该氮氧化硅层及该氮化硅层上的部分介电层，通过使用一蚀刻剂进行该蚀刻步骤，以暴露出该硅衬底、该第一导电层以及该第二导电层，该蚀刻剂至少包含一第一化学药剂以及一第二化学药剂，该第一化学药剂至少包含C₂F₆、C₄F₈、CH₃F以及Ar，该第二化学药剂可以由下列中选出，O₂、CO₂、CO及其组合，由此，在该硅衬底、该第一导电层以及该第二导电层上形成多个不同深度的接触窗。

2.如权利要求1所述方法，其中所述的第一导电层以及该第二导电层是由一金属硅化物所组成。

3.如权利要求2所述方法，其中所述的金属硅化物是由硅化钨、硅化钛或硅化钴组成。

4.如权利要求1所述方法，其中所述的C₂F₆的流量为0-10sccm、C₄F₈的流量为13-25sccm、CH₃F的流量为10-30sccm以及Ar的流量为60-200sccm。

5.如权利要求1所述方法，其中所述的第二化学药剂的流量为该第一化学药剂的流量的百分之一至百分之十。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述的蚀刻剂由一电源功率以及一偏压功率所处理，该电源功率为1600-2400瓦特，并且该偏压功率为1000-1500瓦特。

7.如权利要求1所述方法，其中所述的接触窗位于暴露的该硅衬底表面的深度，与位于暴露的该氮氧化硅层表面的深度，以及位于暴露的该氮化硅层表面的深度都不同。

8.一种形成多个不同深度接触窗的方法，该方法是在一蚀刻步骤中，于一半导体晶片上进行的，形成该半导体晶片时使用一自对准工艺，并且该半导体晶片至少包含一介电层，该介电层下包含有一硅衬底、一氮化硅层、一氮氧化硅层以及一多晶硅层，所述方法至少包含：

在该介电层上限定一光刻胶层，该氮氧化硅层下方具有一第一导电层，该氮化硅层下方具有一第二导电层；

蚀刻该氮氧化硅层、该氮化硅层以及位于该氮氧化硅层及该氮化硅层上的部分介电层，通过使用一蚀刻剂进行该蚀刻步骤，以暴露出该硅衬底、该第一导电层、该第二导电层以及该多晶硅层，该蚀刻剂至少包含一第一化学药剂以及一第二化学药剂，该第一化学药剂至少包含C₂F₆、C₄F₈、CH₃F以及Ar，该第二化学药剂可以由下列中选出，O₂、CO₂、CO及其组合，由此，在该硅衬底、该第一导电层、该第二导电层以及该多晶硅层上形成多个不同深度的接触窗，该第二化学药剂的流量为该第一化学药剂的流量的百分之一至百分之十。

9.如权利要求8的方法，其中所述的第一导电层以及第二导电层是由一金属硅化物所组成。

10.如权利要求9的方法，其中所述的金属硅化物是由硅化钨所组成。

11.如权利要求8的方法，其中所述的多晶硅层是由多晶硅所构成。

12.如权利要求8的方法，其中所述的C₂F₆的流量为0-10sccm、C₄F₈的流量为13-25sccm、CH₃F的流量为10-30sccm以及Ar的流量为60-200sccm。

13.如权利要求8的方法，其中所述的蚀刻剂由一电源功率以及一偏压功率所处理，该电源功率为1600-2400瓦特，并且该偏压功率为1000-1500瓦特。

14.如权利要求1的方法，其中所述的接触窗位于暴露的该多晶硅层表面的深度，与位于暴露的该硅衬底表面的深度、位于暴露的该氮氧化硅层表面的深度，以及位于暴露的该氮化硅层表面的深度都不同。

15.一种形成多个不同深度接触窗的方法，该方法是在一蚀刻步骤中，于一半导体晶片上进行的，形成该半导体晶片时使用一自对准工艺，并且该半导体晶片至少包含一介电层，该介电层下包含有一硅衬底、一氮化硅层、一氮氧化硅层、一位线、一字线以及一平板多晶硅层，所述方法至少包含：

在该介电层上限定一光刻胶层，该氮氧化硅层下方具有一第一导电层，该氮化硅层下方具有一第二导电层，该位线至少包含位于一第一多晶硅层上的一第一金属硅化物层，以及位于第一金属硅化物层上的一氮氧化硅层，该字线至少包含位于一栅极多晶硅层上的一第二金属硅化物层、位于第二金属硅化物层上的一氮化硅层以及位于该第二金属硅化物层、该栅极多晶硅层和该氮化硅层两端的氮化硅侧垫；

蚀刻穿透该氮氧化硅层、该氮化硅层以及位于该氮氧化硅层及该氮化硅层上的部分介电层，藉著使用一蚀刻剂进行该蚀刻步骤，以暴露出该硅衬底、该第一金属硅化物层、该第二金属硅化物层以及该栅极多晶硅层，该蚀刻剂至少包含一第一化学药剂以及一第二化学药剂，该第一化学药剂至少包含C₂F₆、C₄F₈、CH₃F以及Ar，该第二化学药剂可以由下列中选出，O₂、CO₂、CO及其组合，由此，在该硅衬底、该第一金属硅化物层、该第二金属硅化物层以及该平板多晶硅层上形成多个不同深度的接触窗。

16.如权利要求15的方法，其中所述的第一导电层以及该第二导电层是由一硅化钨所组成。

17.如权利要求15的方法，其中所述的平板多晶硅层是由多晶硅所组成。

18.如权利要求1的方法，其中所述的C₂F₆的流量为0-10sccm、C₄F₈的流量为13-25sccm、CH₃F的流量为10-30sccm以及Ar的流量为60-200sccm。

19.如权利要求15的方法，其中所述的第二化学药剂的流量为该第一化学药剂的流量的百分之一至百分之十。

20.如权利要求15的方法，其中所述的蚀刻剂由一电源功率以及一偏压功率所处理，该电源功率为1600-2400瓦特，并且该偏压功率为1000-1500瓦特。