經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 發明領域： 本發明係與一種半導體製程有關，特別是有關於一種 形成多重高度之接觸窗的方法，可於介電層中形成多個不 同高度及高深寬比的接觸窗二 發明背景： 積體電路（integrated circuit; 1C)持續發展的趨勢，即是 致力於形成體積更小，而功能更趨複雜或更加完整的電路 及晶片，並同時促進如電腦、通訊、及消費性電子產品等 應用科技的進步。在目前的極大型積體電路（ultra large scale integration; ULSI)階段中，元件的尺寸已縮減至次微 米（submicron)的大小，而單.一晶片上的.元件數目也增加至 數百萬至數千萬以上。 然而，半導體製程技術的發展上，在製程的精確度、 良率、以及控制性上仍受到許多的限制’傳統製程中如微 影及蝕刻等的製程，在次微米製程技術的應用中也遭遇到 相當多的挑戰，由於製程精確度及穩定度控制的不易，使 得製程良率受到極大的影響。 金屬化製程（metallization)為用以於基材上形成元件間 之接觸接點及導體連線之製程，金屬化製程必須能於各元 件間形成正確無誤且無缺陷的接觸及連综’$ &確保電路 的正常運作，而金屬化製程如斷路、短路、對準錯誤及洩 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 r· ’衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 _____B7 五、發明説明（） 漏電流等問題，皆會導致電路操作特性的受損，其重要性 不可言喻。 參考第一圖所示，為一半導體基材10之截面示意圖， 基材10上具有閘極結構12及導體結構14與16。一般而 言，閘極結構1 2可包含一多晶石夕層1 2 a、一石夕化嫣層1 2 b 及一氮化矽層12c;導體結構！‘與16可為多層的導體或是 多晶矽導線結構’一般會分別稱其為第二多晶矽層（p〇ly_2) 及第四多晶石夕層（poly-4);導體結構1 4可包含一多晶石夕層 14a、一矽化鎢層14b及一氮化矽層14c;而導體結構μ可 為一多晶<5夕層導線。並有一介電層18形成於基材上，以隔 絕閘極結構1 2、導體結構14、及導體結構1 6。 在金屬化的製程之中’通常是先姓刻介電層18以形成 接觸窗於其内’而各個接觸窗並須分別延伸至位於不同高 度的基材10、問極結構12、及導體結構14與16等，以形 成多重高度的接觸’因此會先形成一光阻層2〇於介電層18 之上’並定義各接觸窗的位置，如第一圖所示。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 傳統製程之中，在姓刻多重高度、且各具不同的深寬 比（aspect-ratio)的接觸窗上，有很大的困難，各接觸窗的蝕 刻須分別停止於基材1 0、閘極結構1 2中的梦.化鎮層1 2 b、 導體結構14的梦化鶴層14c及導體結構16等的不同高度 上。在次微米的製程中’經常須形成深達2微米或深寬比 高達5以上的接觸窗’形成對蝕刻製程的一大挑戰。 參見第二圖所示’即為傳統製程於完成接觸窗蝕刻後 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
、發明説明 _ J — 個例子，在為了能夠蝕刻到較深或深寬比較大的接觸 下導體結構16處的接觸窗會有過度钮刻的情形，嚴重 時甚至會導致導體結構16被去除，而在導體結構14及閘 極結構1 2上的接觸窗蝕刻，往往會由於在蝕刻至氮化矽層 及12C時，因形成尚分子聚合物（p〇ly咖。而停止，造成 刻不足而無法蝕刻至矽化鎢層丨4b及1 2b ;而延伸基材 10 ^接觸窗由於其深度較深、且深寬比較大’因此很容易 在向分子聚合物（polymer)累積過多的情況下，在尚未到達 基材10前即停止；但若是為了形成深度較深的接觸窗，而 將蝕刻的強度增加，則會造成過度蝕刻的問題，而造成底 材矽的損失，導致基材10中接面區的功能受到影響，如圖 中的虛線所示。 、 因此，目前須要一種蝕刻的方法，能消除傳除製程中 過度蝕刻或蝕刻不足的問題，以形成多重高度及高深寬比 的接觸窗。 目的及概沭： 請 先 閱 背 之 注 .意 事 項 再 本 頁 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 法 本發明的目的為提供一種形成多重高度之接觸窗的方 本發明的另一目的為提供蝕刻介電層之方法，以形成 不同高度及高深寬比的接觸窗。 本發明的再一目的為提供一種形成多重高度之接觸窗 的方法’可消除傳除製程中過度蝕刻或蝕刻不足的問題， 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇><297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（） 增加蝕刻製程的控制性。 本發明中蝕刻介電層之方法可包含以下步驟：首先進 行第一蝕刻步驟，以蝕刻介電層，使用之反應氣體包含 C4F8，其流量約為10 seem(立方公分/每分鐘）至25 seem之 間；以及CH3F，其流量約為5sccm至20sccm之間；接著 進行第二蝕刻步驟，以加深蝕刻介電層之深度，使用同於 第一蝕刻步驟之反應氣體，並使用較第一蝕刻步驟增加 1 0 % 至4 0 % 之氣體流量。 並可進一步選擇性的加入以下之反應氣體：氬氣（Ar)， 其流量約為60 seem至150 seem之間；一氧化碳（CO)，其 流量約為〇.13£：(：111至1〇3(：0111之間；以及氧氣（〇2)，其流量 約為2 seem至10 seem之間；以及C2F6，其流量約為0.1 seem 至 10 seem 之間。 圖式簡箪說明： 第一圖 顯示傳統製程中基材上形成閘極結構、導體 結構、介電層及光阻層之截面示意圖。 第二圖 顯示傳統製程中對介電層進行接觸窗蝕刻 後之截面示意圖。 第三圖 顯示本發明中提供一半導體基材，基材上並 具有已形成之閘極結構、導體結構、介電層 及光阻層之截面示意圖。 第四圖 顯示本發明中，基材進行第一蝕刻步驟後之 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐） - - - - - -- - 1— -- -1-〆^·/ --: -- 二--I- - - \—V ,¾-吞 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 截面示意圖。 第五圖 顯示本發明中，基材進行第二蝕刻步驟後， 完成接觸窗蝕刻之截面示意圖。 發明詳細說明： 本發明中提供形成多重高度之接觸窗的方法，可用以 蝕刻介電層，以形成不同高度及高深寬比的接觸窗，藉由 兩階段蝕刻的方式，配合反應氣體的選用及流量的控制， 可增加蝕刻的選擇性並提昇蝕刻的深度及深寬比，消除傳 除製程中過度蝕刻或蝕刻不足的問題，增加蝕刻製程的控 制性及製程的良率。 在不限制本發明的精神及應用範圍下，以下以金屬化 製程中形成接觸的製程中，蝕刻介電層以形成接觸窗的製 程為例，介紹本發明之實施。而本發明中之兩階段蝕刻的 方式，可應用於各種須要高選擇性或較大的蚀刻深度及深 寬比之蝕刻製程中，因此熟悉此領域技藝者，當可利用相 近之方式，運用於不同的蝕刻應用之中，其可於實施時變 化之細節即不贅述。 參見第三圖所示，為一半導體基材30的截面示意圖， 一般最常使用做為基材30的材質是矽材質、晶向為<100> 之基材，亦可視不同之需要而使用不同晶向或不同材質基 材。基材30上具有閘極結構32及導體結構34與36。一般 而言，閘極結構32可包含一多晶矽層32a、一矽化鎢層32b 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -I I -- - I - - - - - ί ·!1 m ml··^.0^. I - - - - -I - I- ; - -- - - 二 ^~¥ ΛΛ. 、-° (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經 濟 部 中 央 標 準 局 員 工 消 費 合 作 社 印 五、發明説明（） 及一氮化矽層32c;導體結構34與36可為多層的導體或是 多晶矽導線結構，一般常分別稱其為第二多晶矽層（poly-2) 及第四多晶矽層（p〇1y-4)。 導體結構34可包含一多晶矽層34a、一矽化鎢層34b 及一氮化石夕層34c;而導體結構36可為一多晶石夕層導線。 並有一介電層38形成於基材30上，以做為基材10、閘極 結構32、導體結構34、導體結構36、及後續形成之各層的 絕緣之用；介電層 38可使用一氧化層，如硼填矽玻璃 (borophosphosilieate; BPSG)等的材質。 在金屬化的製程中，做為介電層用的氧化層38、氮化 矽層32c及34c會先蚀刻去除其一部分，以形成延伸至各 區域或導體結構之接觸窗，因此可先形成一光阻層40於介 電層38上，並定義接觸窗之位置於光阻層40内。 形成並定義光阻層40後，首先進行第一蝕刻步驟，以 蝕刻部分之介電層38，第一蝕刻步驟是使用非等向性的蝕 刻製程，例如反應性離子钱刻（reactive ion etching; RIE)或 是磁場加強式之反應性離子兹刻（magnetically enhanced reactive ion etching; MERIE)或是感應式耦合之電漿蝕刻 (inductively coupled plasma; ICP)等。 第一蝕刻步驟可使用包含C4F8及CH3F之反應氣體， C々F 8供應之流量約為10 seem(立方公分/每分鐘；standard cubic centimeter per minute; SCCM)至 25 seem 之間；而 CH3F 供應之流量約為5sccm至20sccm之間。第一 ϋ 請 閱 面 之 注 •意 事 項 再 填 本 頁 訂
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（） 刻步驟於蝕刻介電層3 8時，可提供對光阻層4 0較佳的選 擇性，因此在蝕刻時，光阻層4 0上所定義的接觸窗位置能 夠較為正確轉移至介電層 38内，而能準確的控制接觸窗 42a、42b、42c、及42d的位置及尺寸° 而除了上述的反應氣體之外，亦可再加入其他的氣 體，例如可加入C2F6，供應的流量可為0.1 seem至10 seem 之間；並可使用氬氣（Ar)做為稀釋用的氣體或做為載氣之 用，其流量約為60 seem至150 seem之間；此外，若須進 一步於蝕刻過程中，抑制高分子聚合物的生成，以減少反 應室内高分子聚合物的沈積，並穩定反應室内的氣體狀 況，可再加入一氧化碳（CO)及氧氣（〇2)，一氧化碳供應的流 量約為0.13(：(：111至1〇3£：(：111之間，而氧氣的流量約為23(：<：111 至10 seem之間。 上述之第一蝕刻步驟之總氣體流量為100 seem至150 seem之間，當使用如反應性離子蝕刻的製程時，反應室内 之壓力約為4毫托（militorr)至8毫托之間；使用之電場能 量約為1000瓦特至1500瓦特之間。 參見第四圖所示，第一蝕刻步驟蝕刻所達的深度，大 約是到介電層3 8厚度的一半處，本例中可使第一蝕刻步驟 進行至約介電層38總厚度的40%至70%間即停止，本例 中第一蝕刻步驟所能達到的最大深度約為1 · 8微米。 藉由上述所使用的反應氣體及參數，本發明中之兩階 段蝕刻步驟可消除傳統製程蝕刻至氮化矽層32c及34c即 (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A 7 ----B7_____ 五、發明説明（） 止的問題’並同時提供相對於基材丨〇、矽化鎢層3 2 b與 3仆、及多晶矽層36的選擇性，因此在第一蝕刻步驟即可 填利去除氮化矽層34c而形成接觸窗42c至矽化鎢層34b f ’而接觸窗42c可延伸至多晶矽層36上，而不會產生多 晶矽層3 6被去除的問題。 接著進行第二蝕刻步驟，以加深蝕刻介電層3 8之深 度’第二银刻步驟係使用同於第一蝕刻步驟之反應氣體， 仁疋其氣體流量則較第一银刻步驟增加丨〇 %至4 〇 % ，以 加強姓刻之強度’加深接觸窗42a及42b之蚀刻，如第五 圖所示’而可延伸接觸窗42 a至基材30之上，且在較佳的 钱刻選擇率下’可減少基材3 〇被去除之問題，以本例而言， 其蝕刻之深度可達2 · 8微米以上。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 藉由第二蝕刻步驟，可將氮化矽層3 2c去除，而延伸 接觸窗42b至矽化鎢層32b之上，因此可消除傳除製程中 基材30或多晶矽36過度蝕刻的現象，並消除氮化矽層32b 及3 4 b蝕刻不足或蝕刻中止的問題，可增加蝕刻製程的控 制性及製程的良率’以形成多個多重高度之接觸窗於介電 層38内。而在第二银刻步驟下’由於流量的增加，會導致 對光阻層40的選擇率略為下降，而於蝕刻過程中造成較大 的光阻層損失。 上述之第二钮刻步驟之總氣體流量為150 seem至200 seem之間，當使用如反應性離子蝕刻的製程時，反應室内 之壓力可增加至约為6毫托至1〇毫托之間；使用之電場能 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A7 B7 五、發明説明（ 量約為1000瓦特至1500 瓦特之間，因此除了調升的氣體 流量外，其他的參數可使用大致與第一蝕刻步驟相近的數 值。 本發明以一較佳實施例說明如上，僅用於藉以幫助了 解本發明之實施，非用以限定本發明之精神，而熟悉此領 域技藝者於領悟本發明之精神後，在不脫離本發明之精神 範圍内，當可作些許更動潤飾及等同之變化替換，其專利 保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。 請 it 閎 讀 背 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 衮 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐）