CN100570829C - 同时控制孔径不同开口的孔径差的方法与蚀刻工艺 - Google Patents
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Abstract
一种同时控制孔径不同开口的孔径差的方法。此孔径不同开口的工艺是先于目标材料层上形成抗反射层及图案化的光致抗蚀剂层，此光致抗蚀剂层具有孔径不同的第一、第二开口图案。接着以光致抗蚀剂层为掩模依序蚀刻抗反射层与材料层，以于对应第一、第二开口图案的材料层中形成第一、第二开口，其中所采用的蚀刻配方使得第一开口的孔径小于第一开口图案，而形成第一孔径差；并使得第二开口的孔径小于第二开口图案，而形成第二孔径差，其与第一孔径差之间的差值称相对孔径差。本方法的特征在于：在蚀刻抗反射层时，将影响前述相对孔径差的一项蚀刻参数设定为第一数值；且在蚀刻材料层时，将此蚀刻参数设定为第二数值，此第二数值异于第一数值。
Description
技术领域
本发明涉及蚀刻方面的技术，特别是涉及一种同时控制孔径不同开口的显影后-蚀刻后孔径差的方法，以及应用此方法的蚀刻工艺。本发明中显影后-蚀刻后孔径差的定义为：显影后检查关键尺寸(ADI CD)与蚀刻后检查关键尺寸(AEI CD)两者之间的差值，下文中有时简称为孔径差或孔径缩小幅度。
背景技术
随着集成电路的集成度要求愈来愈高，电路图案的尺寸也愈来愈小。在集成电路工艺中，缩小图案尺寸的方法大多利用高分辨率的光刻工艺。但是，高分辨率光刻工艺有光学上的限制，故其技术甚为困难、成本十分昂贵。尤其是对开口图案的工艺而言，其仅与光刻工艺相关的显影后检查关键尺寸特别难以缩小。因此，一般会以调整蚀刻配方的方式得到较小的蚀刻后检查关键尺寸，此即实际形成在目标材料层中的开口的孔径。
然而，以此方式同时缩小尺寸不同开口的孔径时，仍有缩小幅度难以适当控制的问题。例如，在同时形成与源/漏极接触的方形接触窗(square contact)以及与栅极和源/漏极接触的共享接触窗(share contact)的工艺中，如缩小方形接触窗开口的孔径，则孔径较大的共享接触窗开口的孔径会被缩小更多。当共享接触窗开口的孔径缩小过多时，稍后形成的共享接触窗即会有过高的电阻，而使操作速度大为降低；甚至可能未与目标的栅极或源/漏极区接触，而造成断路。反之，如方形、共享接触窗开口的孔径缩小幅度不足，则会产生误接其它元件等问题。因此，这两种接触窗开口的孔径缩小幅度皆须作适当的控制。
同样地，在其它类型的开口工艺中，当孔径不同的多种开口必须同时被缩小时，各种开口的缩小幅度亦须同时作适当的控制，以符合所需。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种同时控制孔径不同开口的孔径差的方法。
本发明的另一目的是提供一种蚀刻工艺，其是应用上述本发明的孔径差控制方法而得的。
本发明的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法包括：先于目标的材料层上形成抗反射层及图案化的光致抗蚀剂层，此光致抗蚀剂层具有孔径不同的第一、第二开口图案，再以光致抗蚀剂层为掩模依序蚀刻抗反射层与材料层，以于对应第一、第二开口图案的材料层中形成孔径不同的第一、第二开口，其中所采用的蚀刻配方使得第一开口的孔径(即第一开口的蚀刻后检查关键尺寸)小于第一开口图案的孔径(即第一开口的显影后检查关键尺寸)，而形成第一孔径差；并使得第二开口的孔径(即第二开口的蚀刻后检查关键尺寸)小于第二开口图案的孔径(即第二开口的显影后检查关键尺寸)，而形成第二孔径差，其与第一孔径差之间的差值称为相对孔径差。本方法的特征在于：在蚀刻抗反射层时，将影响前述相对孔径差的一项蚀刻参数设定为第一数值；且在蚀刻材料层时，设定此蚀刻参数为第二数值，此第二数值异于第一数值。
在上述方法中，影响相对孔径差的蚀刻参数可为温度、蚀刻用气体的流量，或是蚀刻室中的压力等等。另外，在某些实施例中，第一开口图案的孔径大于第二开口图案的孔径，此时第一孔径差可能大于第二孔径差。符合此情形的第一开口与第二开口例如分别是共享接触窗开口与方形接触窗开口。
此外，在上述方法的部分实施例中，前述相对孔径差例如是与第一数值成负相关，即第一数值愈大/小，相对孔径差愈小/大。在此情形下，前述第一数值例如小于第二数值，以产生较大的相对孔径差，而此时前述蚀刻参数可为温度。再者，前述抗反射层的蚀刻步骤与材料层的蚀刻步骤可以在同一反应室中进行，即采用原位(in-situ)的方式；但也可以分别在不同的反应室中进行。
本发明的蚀刻工艺如下：首先提供已依序形成目标材料层、抗反射层及图案化光致抗蚀剂层的基板，其中光致抗蚀剂层具有孔径不同的第一、第二开口图案。接着，以光致抗蚀剂层为掩模依序蚀刻抗反射层与材料层，以于对应第一、第二开口图案的材料层中形成第一、第二开口，其中所采用的蚀刻配方使得第一开口的孔径小于第一开口图案，而形成第一孔径差；并使得第二开口的孔径小于第二开口图案，而形成第二孔径差，其与第一孔径差之间的差值称相对孔径差。此蚀刻工艺的特征在于：在前述提供基板的步骤之前，找出与前述相对孔径差成负相关的一项蚀刻参数；并在前述蚀刻抗反射层的步骤中，将此蚀刻参数设定为第一数值，以得预定的相对孔径差。
在上述蚀刻工艺中，与前述相对孔径差成负相关的蚀刻参数可为温度、蚀刻用气体的流量或是压力。
在某些实施例中，材料层蚀刻步骤中的前述蚀刻参数设定为第二数值，此第二数值大于前述第一数值。
另外，在某些实施例中，第一开口图案的孔径大于第二开口图案的孔径，此时第一孔径差例如是大于第二孔径差，而符合此情形的第一、第二开口例如分别是共享、方形接触窗开口，此时选用的蚀刻参数可为温度，其第一数值可设定在20～30℃之间。再者，前述抗反射层蚀刻步骤与材料层蚀刻步骤可在同一或不同反应室中进行。
如上所述，本发明的方法/工艺除了采用可令各孔径的开口产生显影后-蚀刻后孔径差的蚀刻配方之外，更进一步调整影响相对孔径差的一项蚀刻参数，以控制孔径不同开口之间的相对孔径差，亦即微调孔径不同的各开口的显影后-蚀刻后尺寸差。因此，本发明可同时控制孔径不同开口的显影后-蚀刻后孔径差，而得到仅以光刻技术所难以达成，但又不会过小的小孔径开口。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点更明显易懂，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～1F为本发明实施例的接触窗开口工艺的流程剖面图，此接触窗开口工艺内含本发明的孔径差控制方法及蚀刻工艺。
简单符号说明
100：基底 101：隔离结构
102：金氧半晶体管 104：栅极结构
106：间隙壁 108：源/漏极区
110：介电层 112：无掺杂玻璃层
114：磷硅玻璃层 116：抗反射层
118：图案化的光致抗蚀剂层 120：共享接触窗开口图案
122：方形接触窗开口图案 124、130：蚀刻步骤
126、128：抗反射层中开口 132：共享接触窗开口
134：方形接触窗开口
具体实施方式
以下将以接触窗开口工艺为例进一步说明本发明，但此例并非用以限定本发明的范围。图1A至图1F为本发明实施例的接触窗开口工艺的流程剖面图，此接触窗开口工艺内含本发明的孔径差控制方法及蚀刻工艺。
请参照图1A，首先提供基底100，其上例如已形成有多个金氧半(MOS)晶体管102，其藉由浅沟槽隔离结构之类的隔离结构101与其它元件隔离。晶体管102的栅极结构104位于基底100上，间隙壁106位于栅极结构104侧壁，且源/漏极区108位于栅极结构104两侧的基底100中。在某些实施例中，更可于栅极结构104与源/漏极区108上形成金属硅化物(未绘示)，如硅化镍、硅化钨或硅化钴等，以降低电阻。由于晶体管102中各构件的材料与形成方法是周知的，故不再赘述。
之后，请参照图1B，在基底100上形成介电层110，以覆盖晶体管102与隔离结构101。此介电层110例如包括无掺杂玻璃(USG)层112与磷硅玻璃(PSG)层114，其形成方法例如是化学气相沉积法。在某些实施例中，还可在介电层110形成前，于基底100上形成蚀刻中止层，其材料可为氮化硅，形成方法则可为化学气相沉积法。
接着，请参照图1C，于介电层110上形成抗反射层116。抗反射层116例如是介电质抗反射层(DARC)、无机或有机抗反射层，其形成方法可为化学气相沉积法或其它适合的方法。抗反射层116的作用为减少曝光时光线的反射与干涉，而可提高图案品质。
继之，请参照图1D，于抗反射层116上形成图案化的光致抗蚀剂层118，其具有较大的共享接触窗开口图案120与较小的方形接触窗开口图案122，其中共享接触窗开口图案120位于同一金氧半晶体管102的部分栅极结构104和部分源/漏极区108的上方，方形接触窗开口图案122则位于另一金氧半晶体管102的部分源/漏极区108上方。此处共享/方形接触窗开口图案120/122的孔径即为共享/方形接触窗开口的显影后检查关键尺寸。
请参照图1E，接着以光致抗蚀剂层118为掩模进行蚀刻步骤124，以于开口图案120、122暴露的抗反射层116中形成对应共享/方形接触窗开口图案120/122的开口126/128。此蚀刻步骤124所用的蚀刻配方可令开口126/128的孔径小于共享/方形接触窗开口图案120/122的孔径；同时令开口126与共享接触窗开口图案120的孔径差大于开口128与方形接触窗开口图案122的孔径差。
请参照图1F，接着以光致抗蚀剂层118与暴露于接触窗开口图案120与122中的部分抗反射层116为掩模，进行蚀刻步骤130，以于介电层110中形成暴露出一个金氧半晶体管102的部分栅极结构104和部分源/漏极区108的共享接触窗开口132，以及暴露出另一金氧半晶体管102的部分源/漏极区108的方形接触窗开口134。如此所得的共享/方形接触窗开口132/134的孔径(等于蚀刻后检查关键尺寸)即小于光致抗蚀剂层118中的共享/方形接触窗开口图案120/122的孔径，而形成第一/二孔径差，其中第二孔径差与第一孔径差的差值即前述的相对孔径差。另外，蚀刻步骤130可在用来进行蚀刻步骤124的同一反应室(reaction chamber)中进行，或在不同的反应室中进行。
在上述工艺中，两种接触窗开口之间的相对孔径差是以抗反射层蚀刻步骤124的一项蚀刻参数来控制，此蚀刻参数是一项可影响相对孔径差的参数，其与相对孔径差成正相关或负相关皆可，且可由事前进行的一系列实验所得的各蚀刻参数-相对孔径差关系找出。在选用的蚀刻参数与相对孔径差成负相关的情形下，当此蚀刻参数的数值愈大/小时，相对孔径差即愈小/大，这样的蚀刻参数包括温度、蚀刻用气体的流量，以及蚀刻室中的压力等等。
换言之，当选用的蚀刻参数与相对孔径差成负相关时，如工艺上需要增加/减少相对孔径差，即应减少/增加此蚀刻参数的数值。因此，如要得到较大的相对孔径差，亦即使孔径不同的共享、方形接触窗开口的孔径缩小幅度较不一致，则可令抗反射层蚀刻步骤124中此蚀刻参数的数值小于材料层蚀刻步骤130中此蚀刻参数的数值。
当选用的与相对孔径差成负相关的蚀刻参数为温度时，蚀刻步骤124的条件例如是：以四氟化碳为蚀刻气体，流量在100sccm左右，压力75毫托左右；功率约500～600瓦，温度约20～30℃，而在实际操作时，可将温度固定在20～30℃间的某一温度。蚀刻步骤130的蚀刻条件例如是：以三氟甲烷(CHF3)与二氟甲烷(CH2F2)的混合气体为蚀刻气体，或以氟甲烷(CH3F)与氩(Ar)或氧的混合气体为蚀刻气体；压力50毫托左右，功率约1500～3000瓦，温度则在40℃左右，高于抗反射层蚀刻步骤124的20～30℃。
此外，于形成共享接触窗开口132与方形接触窗开口134后，可继续进行后续的工艺，以形成共享接触窗与方形接触窗(未绘示)。例如，接下来可移除光致抗蚀剂层118与抗反射层116，再于接触窗开口132、134中填入导体材料，并移除多余的导体材料，直至介电层110表面暴露出为止。
[实例]
以下特举一实例以进一步说明本发明，然其非用以限定本发明的范围。此例所调整以控制相对孔径差的蚀刻参数为温度，共分三组，其抗反射层蚀刻步骤124分别在20℃、25℃、30℃下进行，介电层蚀刻步骤130则皆在40℃下进行。在蚀刻工艺后，分别量测各个温度下所形成的共享、方形接触窗开口各自的蚀刻后检查关键尺寸(AEI CD)与显影后检查关键尺寸(ADICD)，再据以计算共享、方形接触窗开口各自的蚀刻后-显影后孔径差，然后计算共享、方形接触窗开口之间的相对孔径差，其结果列于表1。
表1
由表1可知，不论是共享接触窗开口或是方形接触窗开口，其蚀刻后检查关键尺寸皆小于显影后检查关键尺寸。当抗反射层的蚀刻温度由20℃升高到30℃时，相对孔径差由24.7nm降到17.4nm，此即证明相对孔径差与温度成负相关。由此可知，若要使相对孔径差加大/减小，亦即使共享接触窗开口的孔径差加大/减小、方形接触窗开口的孔径差几乎不变，则应降低/提高抗反射层的蚀刻温度。
由此可见，本发明如应用于形成不同孔径接触窗开口的工艺，即可得到仅以光刻技术所无法得到，且又不会过小的小孔径接触窗开口。因此，后续所形成的接触窗不会发生误接、与元件接触面积过小或未与元件接触等问题，而可大大提升工艺的可靠度。
综上所述，本发明除了使用可令各孔径的开口产生显影后-蚀刻后孔径差的蚀刻配方之外，更进一步调整影响相对孔径差的一项蚀刻参数，以控制孔径不同开口之间的相对孔径差，亦即微调孔径不同的各开口的显影后-蚀刻后尺寸差。因此，孔径不同的各开口皆可具有适当的孔径。
Claims (20)
1、一种同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其中该方法包括：
于目标的材料层上形成抗反射层与图案化的光致抗蚀剂层，此光致抗蚀剂层具有孔径不同的第一开口图案与第二开口图案；以及
以此光致抗蚀剂层为掩模依序蚀刻前述抗反射层与材料层，以于对应第一、第二开口图案的材料层中形成第一、第二开口，其中所采用的蚀刻配方使得第一开口的孔径小于第一开口图案的孔径，而形成第一孔径差；并使得第二开口的孔径小于第二开口图案的孔径，而形成第二孔径差，此第二孔径差与第一孔径差之间的差值称为相对孔径差，
此方法的特征在于：在蚀刻前述抗反射层时，将影响前述相对孔径差的一项蚀刻参数设定为第一数值；且在蚀刻前述材料层时，将此蚀刻参数设定为第二数值，此第二数值异于第一数值。
2、如权利要求1所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述蚀刻参数为温度、蚀刻用气体的流量或是压力。
3、如权利要求1所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述第一开口图案的孔径大于第二开口图案的孔径。
4、如权利要求3所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述第一孔径差大于第二孔径差。
5、如权利要求4所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述第一开口为共享接触窗开口，且第二开口为方形接触窗开口。
6、如权利要求1所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述相对孔径差与前述蚀刻参数的第一数值成负相关。
7、如权利要求6所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述第一数值小于第二数值。
8、如权利要求7所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述蚀刻参数为温度。
9、如权利要求1所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述抗反射层的蚀刻与前述材料层的蚀刻在同一反应室中进行。
10、如权利要求1所述的同时控制孔径不同开口的孔径差的方法，其特征在于：前述抗反射层的蚀刻与前述材料层的蚀刻在不同反应室中进行。
11、一种蚀刻工艺，包括下列步骤：
提供已依序形成有目标材料层、抗反射层及图案化的光致抗蚀剂层的基板，其中光致抗蚀剂层具有孔径不同的第一开口图案与第二开口图案；以及
以前述光致抗蚀剂层为掩模依序蚀刻前述抗反射层与材料层，以于对应第一、第二开口图案的材料层中形成第一、第二开口，其中所采用的蚀刻配方使得第一开口的孔径小于第一开口图案的孔径，而形成第一孔径差；并使得第二开口的孔径小于第二开口图案的孔径，而形成第二孔径差，此第二孔径差与第一孔径差之间的差值称为相对孔径差，
此蚀刻工艺的特征在于：
在前述提供基板的步骤之前，还包括找出与前述相对孔径差成负相关的一项蚀刻参数的步骤；并且
在前述蚀刻抗反射层的步骤中，将此蚀刻参数设定为第一数值，以得到预设的相对孔径差。
12、如权利要求11所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述蚀刻参数为温度、蚀刻用气体的流量或是压力。
13、如权利要求11所述的蚀刻工艺，其特征在于：在前述蚀刻材料层的步骤中，将前述蚀刻参数设定为第二数值，此第二数值大于前述第一数值。
14、如权利要求11所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述第一开口图案的孔径大于第二开口图案的孔径。
15、如权利要求14所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述第一孔径差大于第二孔径差。
16、如权利要求15所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述第一开口为共享接触窗开口，且第二开口为方形接触窗开口。
17、如权利要求16所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述蚀刻参数为温度。
18、如权利要求17所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述蚀刻参数的第一数值设定在20～30℃之间。
19、如权利要求11所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述抗反射层的蚀刻与材料层的蚀刻在同一反应室中进行。
20、如权利要求11所述的蚀刻工艺，其特征在于：前述抗反射层的蚀刻与材料层的蚀刻在不同反应室中进行。
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