TW201115651A - Method of forming funnel-shaped opening - Google Patents
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Description
201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明疋有關於一種半導體製程，且特別是有關於一 種漏斗狀開的形成方法。 【先前技術】 “ k著半導體技術的進步，元件的尺寸也不斷地縮小。 當積體電_積集度增加’使得晶片的表面無法提供足夠 的面積來f作所㈣内連線時’為了配合元件縮小後所增 加的内連線需求，兩層以上的多層金屬内連線的設計，便 成為超大型積體電路(VLSI)技術所必須採用的方式。
以目前形成金屬内連線的製程來說，經常會採用金屬 鑲嵌(damascene)的技術來製作内連線。金屬鑲嵌的技術一 般是先在介電層中形賴σ，接著在開叫填人金屬以形 Ϊ内連線。然而，當開口具有較大的.率(Ape伽e Rati。) ^ ’金屬材料的階梯覆蓋能力會較差，使所形成的内連線 中有孔洞等缺陷’如此將影響半導體元件的電性。、'、 齡為了提升金屬材料的溝填能力，特別是針對以 ==金ίΓ ’通常會在介電層中形成漏斗狀 t接具有垂直側壁的下部分以及與下部 刀連接且壬錐形或碗狀的上部分。— 漏斗狀開口，也— A + ss);形成 形㈣σ。f @時如乾植·軸赋钱刻來 ^ ° ’、中，利用乾式侧的非等向钱刻特性來形成 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 壁實質上垂直於底部的開口，以及利 ，特性來變化開口的寬度。因此，在一種漏斗狀 隨著濕式鲁乾式鞋刻製程所钱刻的介電 由減少的時間來降低其輪 ΐ 有均勻寬度的下部分以及寬度由下向上 =增？上部分。或者是，在另一種漏斗狀開口的形成 方^中’疋絲成具有不同材質的多層介電層，然後利用 濕式姓刻與乾纽難㈣各層㈣層的側速率的不 :土層介電層至下層介電層的蝕刻速率逐漸遞 減，以於夕層介電層中形成漏斗狀開口。 然而，在上述的方法中，必須同時使用濕式餘刻與乾 式钱刻製程’甚至必須形成具有·材質的多層介電層， 如此一來，增加了漏斗狀開口製程的複雜度。曰 【發明内容】 的製f發明提供—種漏斗狀開口的縣綠，其具有簡化 本發明提出-種漏斗狀開口的形成方法。首先，提供 基底，基底上已形成有導體層《然後，於導體層上形成介 電層。接著’於介電層中形成第一開口，第一開σ暴露出 導體層。織’制包括氬氣的侧氣體，以移除位於第 一開口的頂端角處的部分介電層而形成第二開口，其中將 反應室的功率設定為500W〜1800W。 八 在本發明之一實施例中，將反應室的功率設定為 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 800W〜1200W 〇 在本發明之一實施例中’上述之氬氣的流量介於 300sccm〜800sccm。 在本發明之一實施例中’在形成第二開口的步驟中 將反應室的溫度設定為20°C〜6〇°c。 在本發明之一實施例中’上述之蝕刻氣體對第一開口 的頂端角具有第一餘刻速率，以及钱刻氣體對介電層的上
表面具有第二姓刻速率，其中第一钱刻速率遠大於第二钱 刻速率。 在本發明之一實施例中，其中第一钱刻速率至少為第 二姓刻速率的1000倍。 在本發明之一實施例中，上述之第一開口的侧壁實質 上垂直於介電層的上表面。 在本發明之一實施例中，上述之第二開口包括傾斜的 上側壁與實質上垂直於導體層的表面的下側壁，其中下側 壁與上側壁相連接。 山在本發明之一實施例中，上述之蝕刻氣體更包括由 碳、氫Hx及氬中至少—元素所組成的氣體。 ，發明提⑽—種漏斗狀開口的形成方法。首先，提 底上已形成有導體層。然後，於導體層上依序 ^早與介電層。接著，於介電層中形成第一開口， 暴露出阻障層。然後，制包括氬氣的侧氣體， 開：第—開口的頂端角處的部分介電層而形成第二 將反應室的功率設定為500W〜1800W。而後， 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 移除第二開口所暴露的部分阻障層，以暴露導體异。 在本發明之-實施例中，上述之導體層的材&為鋼。 在本發明之一實施例中，將反應室的功率設 800W〜1200W。 · ‘ °又 局 在本發明之一實施例中，上述之氬氣的流量介於 300sccm〜800sccm。 在本發明之一實施例中，在形成第二開口的步驟中， 將反應室的溫度設定為20°C〜6〇。(：。 ’ 在本發明之一實施例中，上述之蝕刻氣體對第一開口 的頂端角具有第一蝕刻速率，以及蝕刻氣體對介電層的上 表面具有第一钱刻速率，其中第一姓刻速率遠大於第二触 刻速率。 一在本發明之一實施例中，其中第一蝕刻速率至少為第 二餘刻速率的1000倍。 在本發明之一實施例中，上述之第二開口包括傾斜的 則壁與實質上垂直於阻障層的表面的下側壁，其中下側 壁與上側壁相連接。 护、f本發明之一實施例中，上述之蝕刻氣體更包括由 灭氫、ΐ素以及氬中至少一元素所組成的氣體。 在本發明之一實施例中，上述之介電層的材料包括氧 石夕或氮化石夕。 化砂在ί發明之一實施例中，上述之阻障層的材料包括碳 氣碳化吩或氮碳化碎。 在本發明之一實施例中，用以移除部分阻障層的化學 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 試劑包括氫與氟。 基，上述，在本發明中，使用包括氬氣的蝕刻氣體移 除位於第-開口的頂端角處的介電層，以形成漏斗狀的第 一開口。相較於需同時使用乾式蝕刻製程與濕式蝕刻製程 來形成漏斗狀開口的習知方法，本發明之漏斗狀開口的形 成方法具有步驟簡單的優點。此外，由於蝕刻氣體幾乎不 會蝕刻介電層的上表面，因此使漏斗狀開口能具有預定的 | 深度。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例’並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 [第一實施例] 圖1A至圖iD是依照本發明之一第一實施例的一種 漏斗狀開口的形成方法的流程剖面示意圖。 請參照圖1A，首先，提供基底1〇〇，基底1〇〇上已形 ❿ 成有導體層110。然後’於導體層110上形成介電層120。 基底100例如是石夕基底。導體層110例如是内連線日中的導 線。介電層120的材料例如是氧化石夕、氮化石夕或其他適合 的介電材料，其形成方法例如為化學氣相沈積法。σ 請參照圖1Β’接著，於介電層m上形成圖案化光阻 層130,以圖案化光阻層130為罩幕，移除部分介電層12〇, 以在介電層120中形成第-開口 14〇，其中第一開二14〇 暴露出導體層110。其中，移除部分介電層12〇的方法例 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 如是乾式#刻製程，如使用含氟混合氣體為蝕刻氣體。 請參照圖1C，然後，移除圖案化光阻層丨3〇。在本實 施例中，第一開口 140的側壁142例如是實質上垂直於介 電層120的上表面122，因此第一開口 14〇的頂端角144 例如是近似直角，且第一開口 14〇具有寬度w與深度D。 其中，第一開口 140例如是具有較大開口率的開口。 請同時參照圖1C與圖1D’而後，使用包括氬氣的蝕 刻氣體G，以移除位於第一開口 14〇的頂端角144處的部 分介電層120而形成第二開口 15〇，其中將反應室的功率 設定為5〇ow〜麵w。在本實施例中，是以僅使用氬氣為 蝕刻氣體G為例，其中氬氣的流量例如是介於 300SCCm〜80〇sccm，反應室的功率例如是8〇〇w〜12〇〇w， 反應室的溫度例如是20¾〜60°C。特別注意的是，在上述 的製私條件下，包括氬氣的触刻氣體G對第一開口 14〇的 頂端角144具有第—磁彳速率’以及侧氣體G對介電層 =〇的亡表面122具有第二⑽速率，其中第—钱刻速率 m大於第二蝕刻速率，舉例來說，第一蝕刻速率例如至少 為第一㈣速率的麵倍。在本實施例中，第—侧速率 對第一姓刻速率的比值例如是近似無限大。換言之，以巨 觀來看，蝕刻氣體G幾乎僅蝕刻位於頂端角144處的介電 層120，而不會爛介電層120的上表面122、第一開口 140的側壁142以及經由第一開口⑽所暴露的導體層 110。 因此，在蝕刻氣體G移除位於第一開口 14〇的頂端角 201115651 2009-0056 3 ] 942twf.doc/n 144處的部分介電層12〇後，所形成的第二開口 15〇包括 傾斜的上侧壁152與實質上垂直於導體層11〇表面112的 下側壁154，其中下侧壁154與上側壁152相連接。詳言 之，第二開口 150為漏斗狀開口，其包括由下做壁154所 構成的開口部分15〇b以及由上側壁丨52所構成的錐形或碗 狀開口部分150a。在本實施例中，第二開口 150例如是具 有深度D，以及開口部分15〇b例如是具有寬度w。換言
，，第二開口 150的底部寬度W以及深度D實質上仍與 第一開口 140的寬度W與深度D相同。再者，雖然在本 實施例中是以僅使用氬氣為蝕刻氣體G為例，但在另一實 施例中，也可以是以氬氣為蝕刻氣體G中的主成分，而更 =括由碳、氫、_素以及氬中至少―元素所組成的氣體， =如Ar、CF4、CHf3或h2。此外，可以藉由改變反應室的 功率、飯刻時間等參數來控制第二開〇 15〇壯側壁152 =傾斜程度’也就是說’可啸據需求而形成具有適合的 開口輪廓的漏斗狀開口。 在本實施例中，使用包括氬氣的側氣體g移除位2 M〇的頂端角144處的介電層120，以形成漏: H :開D 15 G。相較於需同時使用乾式則製程與》 =製絲形成科狀如㈣知方法，本實施例^ 相」1法歸步_單的優點且驗現有製華 的丁頁端角144處以及介電層，弟開口 μ 羊差異極大，因此幾乎不會軸介電層l2G的上表面必 9 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n HO能具有預定的深度D。換言之， 有簡化的製程，=漏:狀開口具有良好的開口輪靡且具 佳的階梯覆!率後r的金屬鄉 提升半導體凡件的元件特性。· [第^一貫施例] 圖2A至圖2E是依照本發 狀開口的形成方法的流程㈣例的一種漏斗 請參照圖2A，f冰，— 成有導體層m。缺後於，基底100上已形 ⑽與介電；12〇 ; L於導體層110上依序形成阻障層 導體層實施例中，基底刚例如是絲底。 的材料例如^料例如疋銅，其可以是鋼導線。阻障層160 ’ 1疋奴化矽、氧碳化矽或氮碳化矽，其形 二如_ 12G _例如是氧化 學氣相沈2適合的介電材料，其形成方法例如為化 阻声t照接著’於介電層120上形成圖案化光 :〇’以圖案化光阻層130為罩幕 12〇,以在介電層12〇中形成第—開σ14〇，ι中 露出阻障層160。其中，移除部分介電層120 “法 歹1疋乾絲難程’如使时氟混合氣體為糊氣體。 ^請參照圖2C，然後，移除圖案化光阻層13〇。在 ，，第一開口 140的· 142例如是實質上垂直於ς 電層120的上表面122’因此第一開〇 14〇的頂端角144 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 例如是近似直角，且第一開口 l40具有寬度|與深度D。 其中，第一開口 WO例如是具有較大開口率的開口。 請參照圖2D，而後，使用包括氬氣的餘刻氣體G， 以移除位於第-開口 140的頂端角144 •處的部分介電層 120而形成第二開ϋ 150 ’其中將反應室的功率設定為 5〇〇W~l_W。在本實關巾，是則紐用歧祕刻氣 體G為例，其中氬氣的流量例如是介於 • 3〇〇SCCm〜800sccm，反應室的功率例如是800W〜i200W， 反應室的溫度例如是贼〜6(rc。特別注意的是，在上述 的製程條件下，包括氬氣的蝕刻氣體〇對第一開口 14〇的 頂端角144具有第一钱刻速率，以及餘刻氣體G對介電層 120的上表面122具有第二银刻速率，其中第一餘刻速^ 遠大於第二蝕刻速率，舉例來說，第一蝕刻速率例如至少 為，二蝕刻速率的1000倍。在本實施例中，第一蝕刻速率 對第一蝕刻速率的比值例如是近似無限大。此外，由於介 電層120的材料與轉層16〇的材料之關如是具有高選 馨義刻比’因此钱刻氣體G不會_經由第一開口、14〇所 暴露的阻障層160。換言之，以巨觀來看，侧氣體〇幾 乎僅蝕刻位於頂端角144處的介電層12〇,而不會蝕刻介 電層120的上表面122、第—開口 14〇的側壁142以及經 由第一開口 140所暴露的阻障層16〇。 因此’在餘刻氣體G移除位於第一開口 14〇的頂端角 144處的部分介電層12〇後，所形成的第二開口 15〇包括 傾斜的上側壁152與實質上垂直於阻障層16〇的表面162 31942twf.doc/n 201115651 的下側壁154,其中下側壁154與上側壁152相連接。詳 言之’第一開口 150為漏斗狀開口’其包括由下侧壁154 所構成的開口部分150b以及由上側壁〗52所構成的錐形或 碗狀開口部分150a。在本實施例中，第二開口 15〇例如是 具有深度D，以及開口部分150b例如是具有寬度w。換 吕之，第一開口 150的底部寬度w以及深度£)實質上仍 與第一開口 140的寬度W與深度D相同。再者，雖然在 本實施例中是以僅使用氬氣為蝕刻氣體G為例，但在另一 實施例中，也可以是以氬氣為蝕刻氣體(3中的主成分而 更包括由碳、氫、#素以及氬中至少—元素所組成的氣體， 諸如Ar、CF4、CHF3或H2。此外，可以藉由改變反應室的 功率、蝕刻時間等參數來控制第二開口 15〇的上側壁152 的傾斜程度.，也就是說，可以根據需求而形成具有適合的 開口輪廓的漏斗狀開口。 特別-提的是’當導體層11〇包括銅金屬時，阻障層 湯的存在特別重要’這是因為銅很容易受到離子爲擊而 賤鑛因此’若第一開口 暴露出銅導體層11〇，則導 體層110中的銅有可能會受到離子轟擊而贿到第一開口 H0的側壁142上’如此―來會影響後續製程的進行以及 半導體元件的特性。然而，在本實施财，轉層廳的 形成f能保護導體層而避免發生上述問題。 5月參照圖2E’而後’移除第二開口 150所暴露的部分 ，以暴露導體層UG。在本實施财，移除部分 轉層的方法例如是使用包括氫減的化學試劑。如 12 201115651 2009-0056 31942twf.doc/n 此-來，可以保護導體層11〇不會在移除阻障層⑽ 程中爻到離子轟擊等破壞而濺鐘或損失。 、^ ，本=例中，使用包括氬氣的_氣體g移除位於
Lr Γ :頁端角144處的介電層120 ’以形成漏斗 犬:f::: 較於需同時使用乾式蝕刻製程與渴 2漏斗狀開口的習知方法，本實施例之漏 二!m好_料_且能與現有製程 相紇合。此外，在本實施例中，姓刻氣體G對第 及介電層120的上表面122處的敍刻速 幾乎不會钕刻介電層120的上表面122, 使漏斗狀的第二開口 150能具有預定的深度d。 =阻，層16。能保護導體層m不受到綱氣體g的破 於絮^實施例所述的漏斗狀開口的形成方法特別適用 述=用以連結銅導線的介層窗或接觸窗。換言之，以上 ΓααΙ.所喊的漏斗狀開口具有良好的開口輪廓且且有符 ^ V成漏斗狀的第_開口。相較於需同時使用乾 製程來形成漏斗狀開口的習知方法，本 :有，合。此外，一氣有趙 表面，因此使漏斗狀開口能具有預定的深度。換言之， 201115651 撕侧 〇 31942twfdoc/n =本發明所形成的漏斗狀開口具有良好的開口輪磨且具有 簡化的製程，如此一來能使而後填入的金屬材且 的階梯覆鱗，域升半紐元件的元件龜^、有^佳 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用 =明’任何關技術職巾具有通f知識者，在不 本毛明之精神和範圍内，當可作些許之 發明之保護範@當視後附之申請專·圍尋^者為= 【圖式簡單說明】 圖1A至圖1D是依照本發明一 漏斗狀開口的形成方法的流程剖面示施例的一種 圖2A至圖2E是依照本發明'笛，奋二 狀開口的形成方法的流程剖面示专固施例的—種漏斗 【主要元件符號說明】 100 *基底 110:導體層 112、122、162 :表面 120 :介電層 130 :圖案化光阻層 140 :第一開口 142 I側壁 144 :頂端角 150 :第二開口 201115651 ζυυ^-υυ^6 31942twf.doc/n 150a、150b :開 口部分 152、154.:側壁 160 :阻障層 D :深度 ^ G:蝕刻氣體 W :寬度
Claims (1)
- 31942twf.doc/n 201115651 七、申請專利範圍： L一種漏斗狀開口的形成方法，包括： 提供一基底，該基底上已形成有一導體層； 於該導體層上形成一介電層； 一 道触^介電層中形成一第一開口，該第一開口暴露出該 體層；以及 ^用包括氬氣的一蝕刻氣體，以移除位於該第一開口 也頂端角處的部分該介電層而形成一第二開口，其中將反 〜至的功率設定為500W〜1800W。 2.如巾請專利範圍第丨項所述之漏斗狀開口的形成方 ’其中將反應室的功率設定為8〇〇w〜1200W。 法，^如t請專利範_ 1項所述之漏斗狀開°的形成方 /、中氬氣的流量介於300sccm~800sccm。 4，如_請專利範㈣1項所述之漏斗狀開d的形成方 $第二開口的步驟中’將反應室的溫度設定為 法，5^t請專利範圍第i項所述之漏斗狀開口的形成方 二中該蝕刻氣體對該第一開口的頂端角具有—蝕 i刻ΐ率以刻氣體對該介電層的上表面具有一第二 …、八中該第一蝕刻速率遠大於該第二蝕刻速率。 法，复如專利範11第5項所述之漏斗狀開口的形成方 倍。速率至少為該第二_速率的麵 7.如申請專利範圍第1項所述之漏斗狀開Π的形成方 16 201115651 31942twf.doc/n ^其中該第in的側壁實質上垂直於該介電層的上表 法專:範=1項所述之漏斗狀開口的形成方 ΐ莫；Γί 傾斜的一上側壁與實質上垂直於 =體層的表面的-下側壁，其中該下側壁與該上側壁相 法，第1項所述之漏斗狀開口的形成方 去_^雜_體更包括由碳、氫、鹵素以 一兀素所組成的氣體。 丁王少 10. —種漏斗狀開口的形成方法，包括： 提供一基底，該基底上已形成有一導體層； 於該基底上依序形成一阻障層與一介電層. 阻^該介電層中形成—第—開口，該第^口暴露出該 使用包括氬氣的氣體，以移除位於該第口 ^頂端角處的部分該介電層而形成1 應室的功率設定為500w〜1800w ;以及 、寻反 體層移除該第二開口所暴露的部分該轉層，以暴露該導 =·如申請專利範圍第1〇項所述之漏斗狀開 成方法，其中該導體層的材料為銅。 的肜 成方L2.如Γ請專利範圍第10項所述之漏斗狀開口㈣ ,，其中將反應室的功率設定為800w〜1200w。乂 13.如申請專利範圍第1〇項所述之漏斗狀開口的形 17 201115651 31942twf.doc/n 成方法’其中氬氣的流量介於300sccm〜800sccm。 14.如申請專利範圍第10項所述之漏斗狀開口的形 成方法，在形成該第二開口的步驟中，將反應室的溫度設 定為 20°C 〜60。〇- m 、15.如申請專利範圍第10項所述之漏斗狀開口的形 成方法，其中該蝕刻氣體對該第一開口的頂端角具有一第 一蝕刻速率，以及該蝕刻氣體對該介電層的上表面具有一 |了银刻速率，其巾該第—侧速率遠大於該第二餘刻速 16. 成方法 1000 倍 17. 成方法 上表面< 18. 成方法 如申請專利範圍第15項所述之漏斗狀開口的形 其中該第-糊料至少為該第二蝴速率的 =申請專利範圍第1G項所述之漏斗狀開口的形 八中該第—開口的側壁實質上垂直於該介電層的 利範圍第1〇項所述之漏斗狀開口的形 至少一元素所組成的氣體。 &❾《以及風中 18 201115651 z.Kj\jy-\j\j56 31942twf.doc/n 21. 如申請專利範圍第10項所述之漏斗狀開口的形 成方法，其中該阻障層的材料包括碳化矽、氧碳化矽或氮 碳化矽。 22. 如申請專利範圍第10項所述之漏斗狀開口的形 成方法，其中用以移除部分該阻障層的化學試劑包括氫與 氟。19
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