TW405184B - Method for producing a contact hole having a step-shaped cross-sectional profile and dual damascene process - Google Patents

Description

A7 __405184 五、發明説明（1 ) 本發明係有關於一種接觸洞之蝕刻方法，特別是有關於 形成階梯狀剖面輪廓之接觸洞的方法，可應用於雙重鑲嵌製 程（dual damascene process)中，以避免對準失誤之情形發生。 另外，應用上述接觸洞蝕刻方法之雙重鑲嵌製程亦加以揭 參照第1A圖至第1C圖，其顯示傳統雙重鑲嵌製程之剖 面流程圖。i表示-半導體基底，其上至少形成有金屬層2(或 是複晶矽層等）。在半導體基底〖上利用PECVD形成氧化層 3之後，於氧化層3上塗佈第一道光阻層4,使用第一道光 罩進行微影製程以定義出圖案。再以光阻層4為蝕刻罩幕， 蝕刻上述氧化層3,而於其中形成開口 5和其他開口，如第 1A圓所示。接著去除上述第一道光阻層4。 形成第二道光阻6於上述氧化層3之上，使用第二道光 罩進行微影製程以在上述開口 5之中定義開口圓案。再以光 阻層6為蝕刻罩幕，蝕刻位於開口 5之中的氧化層3，而在 開口· 5中再形成-開口 7,即完成具有階梯狀輪廓接觸洞之 蝕刻如第1B圖所示。接著去除上述第二道光阻層6。 最後，沈積一金屬層8於上述氧化層3之上，再對金屬 層8實施化學機械研磨法（CMp)後，即完成雙重鑲嵌製程， 其結果如第1C圓所示。 由以上所述之步驟可知，在傳統之雙重鑲嵌製程中使用 了兩次微影製程步驟，所以需要利用到兩道光罩在氧化層上 定義圖形，以便形成接觸洞於氧化層之中。上述第一道光罩 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} ί 乂衣· 、1Τ 經濟部中央橾準局貝工消費合作社印裂 本紙張尺度剌中國國家料（CNS ( 2丨GxT97公楚）

405 五、發明説明（2 ) 係用以疋義出開口 5(用以規範例如上層金屬導線之圖形 等）’而第二道光罩係用以在開口 5之範圍内再定義出開口 7(用以規範例如插塞（plug)或接觸窗之圖形等），所以在使用 第二道光罩進行曝光時，必須精確地將開口 7之圖形轉移至 開口 5中之氧化層位置上之光阻層’若有誤差產生則會破壞 接觸洞之輪廓，甚至無法形成接觸洞。因此，傳統之雙重鑲 嵌製程之缺點為：需使用兩道光罩，所以製程繁瑣且成本高； 另外有對準失誤（misalignment)或重疊（〇ver丨ay)之問題產生， 尤其當使用到0.18#m或更低之製程時，對準失誤和重疊之 問題將會更加嚴重。 有鑑於此’本發明之一目的為解決上述問題而提出一種 形成階梯狀剖面輪廓之接觸洞的方法，其利用具有不同劑量 (dosage)之電子束在光阻層定義出具有階梯狀剖面輪廓之開 口，再將其圖形轉移至絕緣層中，而形成具有階梯狀剖面輪 廓之接觸洞。其除可應用於雙重鑲嵌製程，更可以應用於其 他須形成階梯狀剖面輪廓接觸洞之場合。 、 本發明之另一目的為提出一種雙重鑲嵌製程，應用上述 形成階梯狀剖面輪廓接觸洞之方法，無須使用光罩，而可將 製程簡化、降低成本，且可避免對準失誤或重疊之問題產生。 為達到上述目的，本發明所提出之形成階梯狀剖面輪廓 之接觸洞的方法’包括如下步驟：提供一半導體基底；依序 形成一絕緣層、一光阻層於上述基底之上；使用電子束在 上述光阻層中定義出階梯狀之剖面輪廓開口，顯影後露出上 -4- 表紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（2丨0X297公楚） t U I I I · Ϊ - I L^I I- -. I ill- 丁 In ! . n I I___I _ 为 i ---絲 (請先聞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装 405184 經濟部中央#準局貝工消費合作衽印製 五、發明説明（3 ) 述絕緣層；以上述光阻層為罩幕去除上述絕緣層，於上述絕 緣層中形成一絕緣層開口，而露出上述基底；去除上述絕緣 層開口周圍之光阻層’以露出上述絕緣層開口周圍之上述絕 緣層；以及’以上述光阻層為罩幕去除上述絕緣層開口周圍 之上述絕緣層部分厚度’而在上述絕緣層中形成具有階梯狀 剖面輪廓之接觸洞。 另外’本發明所提出之一種雙重鑲嵌製程，包括如下步 驟：提供一半導體基底’其上至少有第一導電層形成；依序 形成一絕緣層、一光阻層於上述基底之上；使用電子束，在 上述光阻層中定義出階梯狀之剖面輪廓開口，顯影後露出上 述絕緣層；以上述光阻層為罩幕去除上述絕緣層，於上述絕 緣層中形成一絕緣層開口 ’而露出上述第一導電層；去除上 述絕緣層開口周圍之光阻層’以露出上述絕緣層開口周圍之 上述絕緣層；以上述光阻層為罩幕去除上述絕緣層開口周圍 之上述絕緣層部分厚度，而在上述絕緣層中形成具有階梯剖 面輪廓之接觸洞；去除上述光阻層；形成一第二導電層於上 述絕緣層之上；以及，平坦化上述第二導電層，而完成鑲後 製程。 圖式之簡單說明： 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，做詳細說明如下· 第1A圖至第1C圖係顯示傳統雙重鑲嵌製程之剖面流程 圖；以及 (請先聞讀背面之注項再填寫本頁) ，1r 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） 405184 A7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印衆 B7五、發明説明（4 ) 第2A圖至第2H圖係顯示依據本發明之雙重鑲嵌製程之 剖面流程圖。 符號說明： 1〜半導體基底；2~金屬層；3〜氧化層；4〜光阻層； 5〜接觸洞開口； 6~光阻層；7〜接觸洞開口 ； 8〜金屬層； 20〜半導體基底；21〜絕緣層；211、213〜介電層； 212〜氮化矽層；22〜光阻層；23-26〜開口； 27〜金屬層； 40〜金屬層。 實施例： 第2A圖至第2H圖係顯示依據本發明之雙重鑲嵌製程之 剖面流程圖。本發明提出使用單一光罩之鑲嵌製程，其流程 如以下步驟所述。 步驟1 提供一半導體基底20,其上至少有第一導電層40形成。 上述導電層40在此實施例為金屬導線。 步驟2 依序形成一絕緣層21、一光阻層22於上述基底20之上。 在此實施例中，上述絕緣層21係依序於上述基底20之上形 成介電層211(第一絕緣層）、氮化矽層212(第二絕緣層）、和 介電層213(第三絕緣層）堆疊而成，如第2A圖所示，而上述 介電層均為氧化層。 步驟3 使用電子束對上述光阻層22進行曝光，而將光罩上定義 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（210X29?公t ) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袋 405184 A7 ------- 87 五、發明説明（5 ) —一--- 之圖形轉移至光阻層22中’如第2B圖所示。 電子束對上述光阻層22之曝光，係先以具第一劑量 (dosage)之電子束將上述光阻層上之a區域和b區域加以曝 光；再以具有第二劑量之電子束將位於上述光阻層a區域中 之c區域加以曝光，而完成在上述光阻層中定義出階梯狀之 刮面輪廓開口（a和c區域之總合）之步驟。其中，具有第二 劑量之電子束能定位到位於光阻層a區域中的c區域而將其 曝光。在c區域中之曝光劑量包含兩次之曝光劑量（分別經 第一和第二劑量之電子束曝光）必定高於a區域（不含e區域) 中之曝光劑量，故所使用之第二劑量大小可任意設定，而形 成接觸洞區域。另外，第二劑量之電子束其聚焦深度與使用 第一劑量電子束曝光之聚焦深度相同。 在將光阻層22顯影後，則在上述光阻層22令形成具有 階梯狀剖面輪廓之開口 23，而露出上述介電層213,如第2C 圖所示。 開口 23主要係用以界定接觸洞（Via)之形狀輪廓大小，而 另外之開口 24則係用來定義其他導線之形狀。 步驟4 以上述光阻層22為罩幕，蝕刻上述絕緣層21，而於上述 絕緣層21中形成一絕緣層開口 25，而露出形成於上述基底 20之金屬層40，如第2D圖所示。 步驟5 以非等向性蝕刻法去除上述絕緣層開口 25周圍之光阻層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨〇><297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁y

、1T kl 405184 __B7 五、發明説明（6 ) 22，以露出上述絕緣層開口周圍之介電層213，如第2E圖 所示。 其中，上述非等向性蝕刻法係使用氧電漿乾蝕刻（〇2 plasma dry etching) ° 步驟6 以上述殘留之光阻層22為罩幕，蝕刻上述絕緣層開口 25 周圍之上述絕緣層21之部分厚度、以及開口 24中之上述絕 緣層21之部分厚度，而在上述絕緣層21中形成具有階梯狀 剖面輪廓之接觸洞26，如第2F圖所示。 在此實施例中，係以上述氮化矽層212作為蝕刻終點， 而將上述絕緣層開口 25周圍之上述介電層213加以去除， 以形成具有階梯狀剖面輪廓之接觸洞26。 如果上述絕緣層21只以單一材質形成時，也可藉由控制 蝕刻之時間，而將上述絕緣層開口 25周圍之上述絕緣層21 之部分厚度加以去除，以形成具有階梯狀剖面輪廓之接觸洞 26 ° 步驟7 去除所有上述光阻層22，如第2G圖所示。 步驟8 形成一第二導電層（金屬層）27於上述絕緣層之上，再以 CMP加以平坦化之後，即完成鑲嵌製程，結果如第2H圖所 示。 上述之實施例雖係針對金屬之鑲嵌製程，但也不限定於 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 Α7 Β7 __405184 五、發明説明Γ 此丄例如當上述第-導電層和第二導電層均為複晶石夕時亦 "Τ元成將兩層複晶碎構成連接之目的。 · 在上述帛2Α目至第2Η圖所顯之本發明之雙重鎮嵌製程 之剖面流程圖中，主要是使用具不同劑量之電子束，來進行 曝光製程，而使光阻層在顯影後，形成具有階梯狀剖面輪廓 之開口 1依據本發明之使用單H形成具有階梯狀剖面 輪廓之接觸洞的方法，與上述步驟丨至步驟6相同故在此 不再予以冗言贅述。 由上述可知，本發明之雙重鑲嵌製程相較於傳統之雙重 鑲喪製程有如下之優點： 一'本發明之雙重鑲嵌製程不需使用光罩。 訂 二、 降低製造之成本。 三、 可避免對準失誤或重疊之問題產生。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟悉本項技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可做些許之更動和潤飾，因此本發明之保護範圍 當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 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準（CNS ) A4規格（2丨〇X29*7公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 405184 il _______D8 六、申請專利範園 1'種形成階梯狀剖面輪廓之接觸洞的方法，包括如下步 驟· 提供一半導體基底； 依序形成一絕緣層、一光阻層於上述基底之上； 使用電子束，在上述光阻層中定義出階梯狀之剖面輪廓開 口，顯影後露出上述絕緣層； 以上述光阻層為罩幕去除上述絕緣層，於上述絕緣層中形成 一絕緣層開口，而露出上述基底； 去除上述絕緣層開口周圍之光阻層，以露出上述絕緣層開口 周圍之上述絕緣層；以及 以上述光阻層為罩幕去除上述絕緣層開口周圍之上述絕緣層 部分厚度，而在上述絕緣層中形成具有階梯狀剖面輪廓之接觸 洞。 2.如申凊專利範圍第1項所述之方法，先以具第一劑量之電 子束將上述光阻層上之第一區域加以曝光，再以具有第二劑量 之電子束將位於上述光阻層第一區域中之一第二區域加以曝 光，而元成在上述光阻層中定義出階梯狀之剖面輪廓開口之步 驟。 L 3.如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中上述絕緣層係由 第一絕緣層、一第二絕緣層、和一第三絕緣層依序形成，當 去除上述絕緣層開口周圍之上述絕緣層部分厚度時，係以上述 第一絕緣層為蝕刻終點，而將位於上述絕緣層開口周圍之第三 絕緣層加以去除。 -10- 本i張尺度適用巾關家料（CNS) A4& (21GX297公着） rr---------- (请先Μ讀背面之注意事項再填寫本筲) 訂 • 4H. 405184 8888 ABCD 六、申請專利範圍 經濟部中央梯準局貝工消费合作社印裝 減專利範圍第3項所述之方法，其中上述第二絕緣層 層門口範圍第1項所述之方法’其中當去除上述絕緣 層開口腳之光阻層時，係制㈣向性㈣法來進行。 6· 一種雙重鑲嵌製程，包括如下步驟. 提供-半導體基底，其上至少有第—導電層形成； 依序形成-絕緣層、-光阻層於上述基底之上； 使用電子纟纟上述光阻層中定義出階梯狀之剖面輪廊開 口，顯影後露出上述絕緣層； 以上述光阻層為罩幕去除上述絕緣層，於上述絕緣層中形成 一絕緣層開口，而露出上述第一導電層； 去除上述絕緣層開口周圍之光阻層，以露出上述絕緣層開口 周圍之上述絕緣層； 以上述光阻層為罩幕絲上述絕緣層開σ周圍之上述絕緣層 部刀厚度，而在上述絕緣層中形成具有階梯剖面輪廓之接觸 洞； 去除上述光阻層； 形成一第二導電層於上述絕緣層之上；以及 平坦化上述第二導電層，而完成鑲。 7·如申請專利範圍第6項所述之以具第一劑量之電 子束將上述光阻層上之第一區域加以曝光，再以具有第二劑量 之電子束將位於上述光阻層第一區域中之一第二區域加以曝 光’而完成在上述光阻層中定義出階梯狀之剖面輪廓開口之步 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x 297公釐 ：--------- '裝------訂------^--- (請先聞讀背面之注項再填寫本頁) 405184申請專利範圍 A8 B8 C8 D8

   中上述第二絕緣層 驟 :二專利層所述，中上述絕緣層係由 Π 層開，之上述:缘序=上: ' 蝕刻終點，而將位於上述絕緣層開口周圍之第= 絕緣層加以去除。 门因心弟一 9·如申請專利範圍第8項所述之 為氣化層。 •如中明專利範圍第6項所述之^中當去除上述絕 緣層開n光阻層時’係使用非等向刻法來進行。 II ϋ HI 裝 i— n n n ϋ n 鍵 (請先聞讀背面之注$項再填寫本頁) 經濟部中央榡準局貞工消費合作社印装 -12- 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS)A4規格（210X 297公釐）