CN100470733C - 接触窗开口的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种接触窗开口的制造方法。首先于基底上形成一层掩模层，再于掩模层中沿两个方向分别形成多个沟槽。此两个方向互相交错。沟槽的深度不大于掩模层的厚度，但于沟槽与沟槽交错处的掩模层会形成开口，此开口暴露基底。移除开口所暴露的部分基底，以在基底中形成接触窗开口。在光刻工艺中，由于形成线状图案较形成点状图案容易控制，因此可精确地掌控接触窗开口的尺寸。

Description

接触窗开口的制造方法

技术领域

本发明涉及一种接触窗开口(Contact Hole)的制造方法，特别是涉及一种利用掩模(Mask)以制造接触窗开口的制造方法。

背景技术

在集成电路蓬勃发展的今日，元件缩小化与积集化是必然的趋势，也是各界积极发展的重要课题。当元件尺寸逐渐缩小，连接各元件的内连线的尺寸及线宽也越来越小，因而会增加工艺的困难度。

举例来说，由于尺寸缩小造成光学特性难以掌握，光刻工艺已遭遇到机器能力以及光学物理特性的极限，因此使接触窗开口(Contact Hole)的光刻工艺的困难度愈来愈高。接触窗开口的关键尺寸(Critical Dimension)与对准精确度(Alignment Accuracy)变得难以控制，使生产成本相对提高，而且成品率难以提升。

为了增加接触窗开口关键尺寸的控制能力，必须在现有设备条件下改良制造接触窗开口的方法，或设法增加工艺裕度以降低成本。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种接触窗开口的制造方法，以提升关键尺寸的控制能力。

本发明的再一目的是提供一种接触窗开口的制造方法，以增加工艺裕度并降低成本。

本发明提出一种接触窗开口的制造方法。此方法首先于基底上形成一层掩模层，并于掩模层中形成至少一第一沟槽。第一沟槽的深度不大于掩模层的厚度，并往第一方向延伸。之后，于掩模层中形成至少一第二沟槽。第二沟槽的深度不大于掩模层的厚度，并往第二方向延伸。第二方向与第一方向交错。第二沟槽与第一沟槽交错处的掩模层中形成有开口，此开口暴露基底。继之，移除开口所暴露的部分基底。

于一实施例中，于掩模层中形成至少第一沟槽的步骤是先于掩模层上形成第一图案化光致抗蚀剂层。然后，以第一图案化光致抗蚀剂层为掩模，移除部分掩模层，以于掩模层中形成至少第一沟槽。之后，移除第一图案化光致抗蚀剂层。

于一实施例中，上述第一图案化光致抗蚀剂层的材料例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

于一实施例中，于掩模层中形成至少第二沟槽的步骤是先于掩模层上形成第二图案化光致抗蚀剂层。然后，以第二图案化光致抗蚀剂层为掩模，移除部分掩模层，以于掩模层中形成至少第二沟槽。

于一实施例中，于掩模层中形成第二沟槽之后，以及移除开口所暴露的部分基底之前，还可以移除第二图案化光致抗蚀剂层。

于一实施例中，上述第一沟槽暴露基底。

于一实施例中，上述第二图案化光致抗蚀剂层的材料例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

于一实施例中，上述掩模层的材料例如是氮化硅。

由于接触窗开口在光刻工艺的工艺难度高于线或沟槽。本发明利用掩模层的稳定与高蚀刻选择性的特性，在光刻工艺中均使用沟槽的图案来制作接触窗开口的掩模，使接触窗开口的工艺裕度增加。如此一来，接触窗开口的工艺能力可等同于线或沟槽的工艺能力。另外，在光掩模的制作上，线条图案的制作远比点状图案的制作容易及准确，而且成本可大幅降低。此外，在光掩模的设计上，线条图案的光学特性较容易掌握，而且于设计时可节省大量时间与光掩模的数据容量。另一方面，本发明大幅降低工艺难易度并简化制作程序，而且结构稳定性优选。

本发明再提出一种接触窗开口的制造方法。此方法首先于基底上形成一层掩模层，并于掩模层上形成第一光致抗蚀剂层。然后，利用一第一光掩模对该第一光致抗蚀剂层依序进行第一曝光工艺与第一显影工艺，以于第一光致抗蚀剂层中形成至少一个第一沟槽，并暴露掩模层。其中，第一光掩模具有至少一第一线形开口，此第一线形开口与所形成的第一沟槽皆往第一方向延伸。之后，以第一光致抗蚀剂层为掩模，进行第一蚀刻工艺，以于掩模层中形成至少一个第二沟槽。第二沟槽的深度不大于掩模层的厚度。然后，去除第一光致抗蚀剂层。接着，于基底上形成第二光致抗蚀剂层。之后，利用一第二光掩模对该第二光致抗蚀剂层依序进行第二曝光工艺与第二显影工艺，以于第二光致抗蚀剂层中形成至少一个第三沟槽，并暴露掩模层。其中，第二光掩模具有至少一第二线形开口，而第二线形开口与所形成的第三沟槽皆往第二方向延伸，第二方向与第一方向交错。继之，以第二光致抗蚀剂层为掩模，进行第二蚀刻工艺，以于掩模层中形成第四沟槽。第四沟槽的深度不大于掩模层的厚度，且第二沟槽与第四沟槽交错处暴露基底。继之，移除暴露的部分基底。

于一实施例中，形成第四沟槽之后，移除暴露的部分基底之前，还包括去除第二光致抗蚀剂层。

于一实施例中，上述第一光致抗蚀剂层的材料例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

于一实施例中，上述第二光致抗蚀剂层的材料例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

于一实施例中，上述掩模层的材料例如是氮化硅。

本发明利用分别具有沟槽图案的掩模层与图案化光致抗蚀剂层两个掩模，而于基底中形成接触窗开口，以使光刻工艺中较难制作的接触窗开口图形有较高的工艺裕度。此外，在光掩模的制作与设计上，线条图案的光学特性较点状图案的光学特性容易掌握，而且可以节省成本。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。

附图说明

图1A至图1E是本发明的第一实施例的接触窗开口的制造流程立体图。

图2是图1D的俯视图。

图3A至图3D是本发明的第二实施例的接触窗开口的制造流程立体图。

简单符号说明

100、200：基底

102、202：掩模层

104、110、204、210：图案化光致抗蚀剂层

106、112、206、212：沟槽

108、114、118、208、216：干式蚀刻工艺

116：开口

120、218：接触窗开口

214：交错处

A、B、C、D：区域

d1、d2：深度

t：厚度

x、y、a、b：方向

具体实施方式

【第一实施例】

图1A至图1E是本发明优选实施例的接触窗开口(Contact Hold)的制造流程立体图。此“接触窗开口”广泛表示接触窗开口、介层窗开口(Via Hole)及其它类似结构。

请参照图1A，首先提供基底100。基底100中例如配置有半导体元件或金属内连线(未绘示)，最上层例如是一层间介电层(ILD，未绘示)。接触窗会形成于层间介电层中，以使半导体元件或金属内连线与外界电连接。接着，于基底100上形成一层掩模层102。掩模层102的材料必须是与层间介电层的材料之间具有很大的蚀刻选择性，若层间介电层的材料是氧化硅，则掩模层102的材料则可为以化学气相沉积法形成的氮化硅。然后，于掩模层102上形成一层图案化光致抗蚀剂层104。图案化光致抗蚀剂层104例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。图案化光致抗蚀剂层104的形成方法例如是于掩模层102上形成一层第一光致抗蚀剂层(未绘示)，然后利用具有y方向线形开口的光掩模(未绘示)依序进行曝光工艺与显影工艺，以于此第一光致抗蚀剂层中形成往y方向延伸的至少一沟槽105，并暴露掩模层102。之后，以图案化光致抗蚀剂层104为掩模，移除部分掩模层102，以于掩模层102中形成多个沟槽106(绘示于图1B)。各沟槽106是平行排列。移除部分掩模层102的方法例如是进行一干式蚀刻工艺108。

请参照图1B，沟槽106的深度d1小于掩模层102的厚度t，并往方向y延伸。之后，移除图案化光致抗蚀剂层104。移除图案化光致抗蚀剂层104的方法例如是进行灰化(Ashing)与利用RCA溶液清洗。

接着，请参照图1C，于掩模层102上形成另一层图案化光致抗蚀剂层110。图案化光致抗蚀剂层110例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。图案化光致抗蚀剂层110的形成方法例如是于掩模层102上形成一层第二光致抗蚀剂层(未绘示)，然后利用具有x方向线形开口的光掩模(未绘示)依序进行曝光工艺与显影工艺，以于此第二光致抗蚀剂层中形成往x方向延伸的至少一沟槽107，并暴露掩模层102。方向x与方向y交错。然后，以图案化光致抗蚀剂层110为掩模，移除部分掩模层102，以于掩模层102中形成多个沟槽112(绘示于图1D)。各沟槽112是平行排列。移除部分掩模层102的方法例如是进行一干式蚀刻工艺114。

请参照图1D，沟槽112的深度d2小于掩模层102的厚度t，并往方向x延伸。此外，沟槽112与沟槽106交错处的掩模层102中形成有开口116。开口116暴露基底100。开口116以下的基底100即是后续接触窗开口形成的位置。此时可利用图案化光致抗蚀剂层110及掩模层102为掩模来移除部分基底100，以于基底100中形成接触窗开口。或者，本发明亦可以先移除图案化光致抗蚀剂层110，仅以掩模层102为掩模来移除部分基底100，以于基底100中形成接触窗开口。当然，是否移除图案化光致抗蚀剂层110可视工艺需求而定。移除图案化光致抗蚀剂层110的方法例如是进行灰化与利用RCA溶液清洗，而移除开口116暴露的部分基底100的方法例如是进行的干式蚀刻工艺118。

掩模层102各部分的厚度必须可以抵挡干式蚀刻工艺118。图2为图1D的俯视图，请参照图2，基底100可被分为区域A、B、C及D。由于区域A未经过干式蚀刻工艺108与114，因此区域A上的掩模层102的厚度是掩模层102形成时的厚度。由于形成了沟槽106与112，区域B及D上的掩模层102的厚度较掩模层102形成时的厚度小，但是必须足以抵挡干式蚀刻工艺118。区域C是开口116暴露的部分基底100，区域C的掩模层102已被移除。

请参照图2与图1E，经过上述步骤，在基底100中已经形成了多个接触窗开口120。由于区域B及D上的掩模层102的厚度必须足以抵挡干式蚀刻工艺118，因此沟槽106与沟槽112各别的蚀刻深度必须小于掩模层102的厚度t，以确保区域B及D处的掩模层102未被干式蚀刻工艺118破坏而暴露基底100，进而确保接触窗开口120与所设计的尺寸相符，并避免于基底100上产生沟槽，而造成后续形成的接触窗插塞(Contact Plug)的电性问题。

一般在具有相同数值孔径以及光源波长的光学曝光系统，微小的线(Line)、沟槽的图案尺寸可以较精确的制作出来，而孔状(Hole)图案的光学特性不易控制。而本发明利用掩模层的稳定与高蚀刻选择性的特性，在光刻工艺中均使用沟槽的图案来制作接触窗开口的掩模，使接触窗开口的聚焦深度与曝光容忍度增加。如此一来，接触窗开口的工艺能力可等同于线或沟槽的工艺能力。此外，在光掩模的制作上，线条图案的制作远比点状图案的制作容易及准确，而且成本可大幅降低。另一方面，在光掩模的设计上，线条图案的光学特性较点状图案的光学特性容易掌握，而且于设计时可节省大量时间与光掩模的数据容量。另外，本发明大幅降低工艺难易度并简化制作程序，而且结构稳定性优选。

【第二实施例】

图3A至图3D是本发明另一优选实施例的接触窗开口的制造流程立体图。此“接触窗开口”广泛表示接触窗开口、介层窗开口及其它类似结构。

请参照图3A，首先提供基底200。基底200中例如配置有半导体元件或金属内连线(未绘示)，最上层例如是一层间介电层(ILD，未绘示)。接触窗会形成于层间介电层中，以使半导体元件或金属内连线与外界电连接。接着，于基底200上形成一层掩模层202。掩模层202的材料必须是与上述层间介电层的材料具有很大的蚀刻选择性，若层间介电层的材料是氧化硅，则掩模层202的材料则可为以化学气相沉积法形成的氮化硅。然后，于掩模层202上形成一层图案化光致抗蚀剂层204，形成图案化光致抗蚀剂层的方式例如前一实施例所述。图案化光致抗蚀剂层204例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。然后，以图案化光致抗蚀剂层204为掩模，移除部分掩模层202，以于掩模层202中形成多个沟槽206(绘示于图3B)。各沟槽206例如是平行排列。移除部分掩模层202的方法例如是进行一干式蚀刻工艺208。

请参照图3B，沟槽206往方向a延伸，并暴露基底200。之后，移除图案化光致抗蚀剂层204。移除图案化光致抗蚀剂层204的方法例如是进行灰化与利用RCA溶液清洗。

接着，请参照图3C，于基底200上与掩模层202上形成另一层图案化光致抗蚀剂层210。图案化光致抗蚀剂层210的材料例如是正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。图案化光致抗蚀剂层210具有多个沟槽212。各沟槽212是平行排列。沟槽212往方向b延伸，方向b与方向a交错。此外，沟槽212与沟槽206的交错处214暴露基底200。

然后，请参照图3D，利用掩模层202与图案化光致抗蚀剂层210为掩模，进行干式蚀刻工艺216，以移除交错处214所暴露的部分基底200。工艺进行至此，已于基底200中形成了多个接触窗开口218。

本发明利用分别具有沟槽图案的掩模层与图案化光致抗蚀剂层两个掩模，而于基底中形成接触窗开口，以使光刻工艺中较难制作的接触窗开口图形有较高的工艺裕度。此外，在光掩模的制作与设计上，线条图案的光学特性较点状图案的光学特性容易掌握，而且可以节省成本。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (13)

1、一种接触窗开口的制造方法，包括：

于基底上形成一层掩模层；

于该掩模层中形成至少一第一沟槽，该第一沟槽的深度小于该掩模层的厚度，且该第一沟槽往第一方向延伸；

于该掩模层中形成至少一第二沟槽，该第二沟槽的深度不大于该掩模层的厚度，该第二沟槽往第二方向延伸，该第二方向与该第一方向交错，该第二沟槽与该第一沟槽交错处的该掩模层中形成有开口，该开口暴露该基底；以及

移除该开口所暴露的部分该基底。

2、如权利要求1所述的接触窗开口的制造方法，其中于该掩模层中形成至少该第一沟槽的步骤包括：

于该掩模层上形成第一图案化光致抗蚀剂层；

以该第一图案化光致抗蚀剂层为掩模，移除部分该掩模层，以于该掩模层中形成至少该第一沟槽；以及

移除该第一图案化光致抗蚀剂层。

3、如权利要求2所述的接触窗开口的制造方法，其中该第一图案化光致抗蚀剂层的材料包括正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

4、如权利要求1所述的接触窗开口的制造方法，其中于该掩模层中形成至少该第二沟槽的步骤包括：

于该掩模层上形成第二图案化光致抗蚀剂层；

以该第二图案化光致抗蚀剂层为掩模，移除部分该掩模层，以于该掩模层中形成至少该第二沟槽。

5、如权利要求4所述的接触窗开口的制造方法，其中于该掩模层中形成该第二沟槽之后，以及移除该开口所暴露的部分该基底之前，还包括移除该第二图案化光致抗蚀剂层。

6、如权利要求4所述的接触窗开口的制造方法，其中该第二图案化光致抗蚀剂层的材料包括正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

7、如权利要求1所述的接触窗开口的制造方法，其中该掩模层的材料包括氮化硅。

8、一种接触窗开口的制造方法，包括：

于基底上形成一层掩模层；

于该掩模层中形成至少一第一沟槽，该第一沟槽暴露该基底，且该第一沟槽往第一方向延伸；

于该掩模层上形成图案化光致抗蚀剂层，该图案化光致抗蚀剂层具有至少一第二沟槽，该第二沟槽往第二方向延伸，该第二方向与该第一方向交错，该第二沟槽与该第一沟槽交错处的该掩模层中形成有开口，该开口暴露该基底；以及

以该掩模层和该图案化光致抗蚀剂层为掩模，移除该开口所暴露的部分该基底。

9、一种接触窗开口的制造方法，包括：

于基底上形成一层掩模层；

于该掩模层上形成第一光致抗蚀剂层；

利用第一光掩模对该第一光致抗蚀剂层进行第一曝光工艺，其中该第一光掩模具有至少一第一线形开口，且该第一线形开口往第一方向延伸；

进行第一显影工艺，以于该第一光致抗蚀剂层中形成至少一第一沟槽，并暴露该掩模层，至少该第一沟槽往该第一方向延伸；

以该第一光致抗蚀剂层为掩模，进行第一蚀刻工艺，以于该掩模层中形成至少一第二沟槽，该第二沟槽的深度不大小于该掩模层的厚度；

去除该第一光致抗蚀剂层；

于该基底上形成第二光致抗蚀剂层；

利用第二光掩模对该第二光致抗蚀剂层进行第二曝光工艺，其中该第二光掩模具有至少一第二线形开口，且该第二线形开口往第二方向延伸；

进行第二显影工艺，以于该第二光致抗蚀剂层中形成至少一第三沟槽，并暴露该掩模层，至少该第三沟槽往该第二方向延伸，该第二方向与该第一方向交错；

以该第二光致抗蚀剂层为掩模，进行第二蚀刻工艺，以于该掩模层中形成第四沟槽，该第四沟槽的深度不大于该掩模层的厚度，且该第二沟槽与该第四沟槽交错处暴露该基底；以及

移除暴露的部分该基底。

10、如权利要求9所述的接触窗开口的制造方法，其中于形成该第四沟槽之后，移除暴露的部分该基底之前，还包括去除该第二光致抗蚀剂层。

11、如权利要求9所述的接触窗开口的制造方法，其中该第一光致抗蚀剂层的材料包括正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

12、如权利要求9所述的接触窗开口的制造方法，其中该第二光致抗蚀剂层的材料包括正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。

13、如权利要求9所述的接触窗开口的制造方法，其中该掩模层的材料包括氮化硅。

Images