TW492109B - Process for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
A7 五、發明說明（i ) 發明背景 1 ·發明領域 本1明與製造半導體裝置的方法有關。尤其與具内層絕 、彖膜之半導體裝置製造方法有關，其中所形成之精細連結 孔，具高度方位比，並深達下部接線層。 2 ·相關技藝之描述 隧著所設計之半導體裝置之更小型化及接線之倍增，在 如乾蝕刻的小型化製程中，所需的精確度更高。例如，在 以蝕刻方式形成諸如接觸孔之連結孔時，在内層絕緣膜中 形成之連結孔直徑變小，且其方位比增加。導致顯著的微 負載效應（直徑愈小，蝕刻速率下降愈多，甚至無法蝕刻）， 造成畸形接觸孔。 此外，在微影步驟後，連結孔與矽晶圓上的抗蝕劑薄膜 的面積比降低。因此在這樣的狀況下，爲達成適當的蝕刻 私度’需相對增加蝕刻電漿中的氟化碳氣體。而後，在連 t孔底郅因氟化碳氣體造成的沉積大幅增加，造成連結孔 電阻値的增加。例如，已知所採用的光罩，使得連結孔的 面積比（連結孔對晶片的面積比）高到電阻可降低約7% ，亦 即氟化碳的沉積降低；與採用光罩者相較，連結孔的面積 比降至約3% 。 ' 馬防止氟化碳氣體過量，已有人提出在電漿中加入少量 的含氧氣體，如氧氣或一氧化碳。然而，在此方法中的含 氧氣恤内的氧’會和抗触劑薄膜内的碳反應，形成一氧化 本紙張尺度_㈣國規格―χ 297_·么Cil----- ----------------- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) - .線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
發明說明（ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 “軍發.迨成柷蝕劑薄膜的減縮，並導致連結孔頂端擴 、言疋· ·ί準4 4邊緣（頂端無邊界容許邊緣）降低所致。亦 Ρ如連〜孔頂端擴張，會造成與連結孔頂端相連之金屬 接、’泉層（上4接線層）間，發生短路現象。所設計之連結孔與 接、’泉層間，一般均有一定程度的失準。但隨著半導體裝置 的日漸小担化，微影步驟中的對準容許邊緣亦隨之降低， 導致避免短路發生的困難。連結孔與接線層間的失準，稱 之爲頂部無邊界’’。 此外，如日本]Jnexamined專利申請號Hei 7(1995)_201994 中，已k出利用蝕刻内層絕緣膜之阻絕層的步驟，在連結 孔4外，另外形成一假連結孔之方法。依據此方法，在银 刻假連結孔時，姓刻氣體中釋出的氧，可排除額外的氣化 碳氣體，繼而控制氟化碳的沉積量。以此形成之連結孔， 具向度均勻性與再造性。 爲了控制氟化碳的沉積量，並形成如上述之具良組成、 私丨生佳，以及同再造性之連結孔，一般均在假連結孔另外 提供氧氣。但與一般引入含氧氣體的方法相較，此日本 Unexamined專利申請號Hei 7(1995)-2〇1994需要額外的步驟 .>几積蚀刻阻絕層；移除蝕刻阻絕層以形成連結孔；以及 沉積内層絕緣膜。此外，當假連結孔通抵蝕刻阻絕層時， 以一氧化矽形成之絕緣膜表面_不會露出，俾停止供給用來 控制氟化碳沉積量的氧。此舉是爲了考量抑制在連結孔底 部或側壁之氟化碳沉積量的增加。如在連結孔底部的氟化 碳沉積量過多，即有造成半導體裝置中電阻增加的缺失。 -5- 張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 x 297公釐）"—' -----
A7
發明概要 、依據本發明所提供之半導體裝置製造方法，具依序配置 部接線層、内層絕緣膜與上部接線層，以及在内層絕 f膜中，形成於下郅接線層之上的連結孔，其中連結孔的 氣備步騍爲·在内層絕緣膜上形成光阻層；並在光阻層上 形成開口，俾形成可露出内層絕緣膜底部之連結孔，以及 内層絕緣膜底邵未露出之假連結孔。 在本發明之圖1(a)中，所形成之抗触圖樣，是用來替代日 本unexamined專利申請號Hei 7(i995)_2〇i994提出的方法中 ’所需要之下列額外步驟：沉積蝕刻阻絕層；㈣蝕刻阻 矣巴層以形成連結孔；沉積内層絕緣膜；以及上述步驟中伴 隨 < 清洗步驟與檢查步驟。此外，本發明所顯現之效果， 與上述足先前技藝相同，其中只有以微影形成連結孔，以 及以此万式形成之連結孔的檢查步驟。此外，由於無須使 用蝕刻阻絕層，即可形成假連結孔，氧之供給可持續到以 蝕刻形成連結孔完成時。 在蝕刻之初，用來作爲假連結孔之開口的底部具有抗蝕 層。因此，考量到由内層絕緣膜供給之氧的量，較日本
Unexamined專利申請號Hei 7(1995)-201994 中，所揭一、的、 法少。但可知，因爲在蝕刻之初，連結孔的方位比較低， 所以蝕刻不會停止。在連結孔的方位比增加時，所需的氧 量確實會增加，亦即在蝕刻完成時。本發明中， ， τ 在蚀刻完 成時，用來控制氟化碳沉積量所供給的氧是足夠的 當可提供氧之氣體（如氧氣或一氧化碳）盘一 ^ 人厂、兩又採用之蝕 -6-
492109 A7 B7 、發明說明（ 刻氣體的量相當時，氧過量所導致的效應爲，内層絕緣膜 相對於下部接線層或抗蝕層之蚀刻速率降低。亦即，用來 控制氟化碳沉積量所需的氧量非常低，使得大量攜帶氣體 充入時，對其量之調整變得很困難。但在本發明中，可有 效供給所需氧量。 這些與其它本申請之目的，經參閱附圖即可清楚了解。 但須知這些本發明之較佳具體實施例，户斤才旨陳之細部描述 及特殊示例，概爲闡示之用，在本發明之精神與範疇内所 做之變化及改良，對熟悉此技藝者均可由詳細敘述中獲得 了解。 又 圖示簡述 圖1(a)至l(c)所示爲依本發明之半導體裝置製程步驟之概 略剖面圖。 較佳具體實施例之描述 本發明即將參酌附圖1(a)至1(c)敘述之。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依本發明所提出之半導體裝置製造方法，可解決上述問 題。尤値一提的是，在具内層絕緣膜之半導體裝置中，連 結孔深達下部接線層，而所形成之抗蝕圖樣3,使得供做假 連結孔之開口 4之底部抗蝕層厚度Υ，係由後述方法求得。 以已知方法形成之抗蝕圖樣3，使得供做假連結孔之開口 4具—受控深度（如圖1(a))。如-圖1(a)中的參考碼1爲下部接 線層；2爲内層絕緣膜；5爲連結孔之開口。例如，抗姓圖 樣係以日本Unexamined專利申請號Hei 9〇997)_33〇877所揭 示之方法形成。 用家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱— -7- A7
五、發明說明（5 ) 在假連結孔之開口内之内層絕緣膜之餘刻，須等到厚度γ 之抗I虫層蚀刻殆盡，露出内層絕緣膜後才開始。因此，供 做假連結孔之開口底部之内層絕緣膜的蝕刻，發生於供做 L、、’。孔之開口 5底部之内層絕緣膜的蚀刻之後（如圖1 (b))。 圖1 (b)中的參考碼4a表示假連結孔之開口，用來露出其底 邵之内層絕緣膜。如此一來，所形成之假連結孔仆即不會 像在内層絕緣膜上無蝕刻阻絕層時，深達下部接線層1(如 圖 1(c))。 本發明中的下部接線層，不僅是下部接線，且爲形成於 基板上之主動層。因此，連結孔即含接觸孔與介電孔。下 部接線層爲一金屬^，如鋁、銅及類似金屬，或爲雜質擴 散層。上邶接線層爲一金屬層，如鋁、銅及類似金屬。 在假連結孔之開口底部之抗蝕圖樣厚度γ的計算方法，敎 述如後。 ~ 首先，内層絕緣膜及用來形成連結孔與假連結孔之抗蚀 層區域的蝕刻速率，係分別在用來形成連結孔的蝕刻2況 下估算。例如，用來形成連結孔之内層絕緣膜的㈣速^ 爲A ;而内層絕賴及用來形成假連結孔之抗崎的蚀刻速 率分別爲B與C。此外’㈤來形成連結孔及假連結孔之内層 絕緣膜的蚀刻時間分別以t及t，表之。^之估算應與假連纟士^ 中I虫刻進行最快的部分有關。-因此，移除假連結孔底^抗 蝕層，以露出内層絕緣膜所需時間可由t_t，得知。假設在= 層絕緣膜中蝕刻出的假連結孔深度爲〇,抗蝕層之厚度γ爲 Y=cx(t-t，）。以t，=D/B代入，得到方程式（1): 卞又馬 -8 - 492109 A7 ------------- 五、發明說明（6 ) Y=Cx(t-D/B) I n -ϋ I* ϋ ϋ n I n n I 士4.x 0 i I (請先閱讀背面之注意事項}寫本頁) 由於B、C與t均爲已知量，對應於厚度〇之假連結孔底部 抗蝕層厚度，在符合Y<Z(Z爲部份未圖樣化之抗蝕層厚度） 的條件下，可由方程式（1)求出。連結孔之形成條件爲，深 度未達下部接線層，故Bxt，< χ(χ爲内層絕緣膜厚度）。此 狀況會導致Y>Cx (t-X/B)。因此，假連結孔開口底部之抗 蝕層厚度需大於Cx(t-X/B)。 示例 自此將以示例對本發明做更詳細的描述，但本發明並不 以其爲限。 下列不例爲採用臭氧/TEOS材質，以低壓化學氣相沉積 法形成之二氧化矽内層絕緣膜中，假連結孔之開口底部抗 蝕層的厚度計算。即使内層絕緣膜是以其它材質構成，計 算方式不變。 線」 採用臭氧/TEOS材質，以低壓化學氣相沉積法形成之二 氧化矽内層絕緣膜，之蚀刻狀況如下： 八氣化四峡/ττ氣化^一石反/氣=5/10/95sccm 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (seem : 〇°C、一大氣壓下之流動速率（毫升）/分） 源/偏功率= 1.9/1.4仟瓦 氣壓= 0.67帕斯卡 源功率係用來以一ICP蝕刻機產生電漿，並對蝕刻氣體之 分離有所影響。施加於晶圓的是偏功率。偏功率愈大，被 -9 - ¥紙張;^過用中國國家標準（CNS)A4規格⑵〇 x 297公爱)~ ----—.__ 492109 A7 ---—- B7 五、發明說明（7 ) 吸引到晶圓之離子愈呈直線狀，使得蝕刻更具向異性。 在這樣的條件下，連結孔之開口底部内層絕緣膜的蝕刻 速率，經估算爲750奈米/分（=A)。絕緣膜及（χ)設定爲9〇〇奈 米的姓刻速率，分別爲72〇奈米/分（=Β)及25〇奈米/分（=〇：)。 例如’分別以金屬接線及二氧化矽絕緣膜做爲下部接線 層1及内層絕緣膜。内層絕緣膜之厚度（χ)設定爲9⑽奈米， 且未圖樣化之抗蝕層厚度（ζ)爲7〇〇奈米。 爲70成連結孔’實際所需之蚀刻時間t經估算爲 900/750x60 = 72秒。例如，在蝕刻完成後，所欲得到之絕緣 膜中的假連結孔厚度（D)爲5〇〇奈米，假連結孔之開口底部 的杬蝕層厚度約爲3〇〇奈米，可在方程式（1)中代入這些値求 得。 500奈米的厚度（D)僅爲示例。並不以之爲限，而且只要 假連結孔的深度未達到下部接線層，即可配合内層絕緣膜 之厚度足出。本發明之方法適用於連結孔之方位比（連結孔 之深度/直徑）爲5或更高處的狀況。本發明更適用於連結孔 之直徑爲260奈米或更小的狀況（直徑爲15〇至26〇奈米的狀 況較佳）。 所述之触刻條件、内層絕緣膜面積，及假連結孔之開口 面積’均爲示例，本發明並不以之爲限。 在本發明中，與連結孔相異區域之假連結孔之形成，與 具較南方位比之精細連結孔之蝕刻同時進行。因此，可減 少有多餘的氟化碳氣體，俾控制連結孔底部及側壁之氟化 -10 - 本纸張尺度適时國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） (請先閱讀背面之注意事項再^寫本頁) :裝 -丨線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（ /几牙貝0如此一來，即可犯a 3占… 丨了形成具艮導電性質之組成良好之 連結孔。 在本敖明中’假連結孔之開口係以微影形成，不會露出 内層.巴.彖膜此外，内層絕緣膜之蚀刻形成假連結孔，係 錢結孔形成之彳m錢在内層絕賴提供触刻阻 絕層’即可形成不會料下部接線層之假連結孔。在以蚀 刻形成連結孔之初，會將假連結孔底部—定量的内層絕緣 膜移除。隨著蚀刻的進行’連結孔變得更深，氟化碳沉積 開始附著於連結孔底部及其側壁。此時㈣掉假連結孔之 開口底部之抗蚀層，並開始㈣内層絕緣膜，且開始產生 氧根。如此即可將上述沉積去除，並可持續連結孔之蚀 刻。 從上述論點觀之，本發明對半導體裝置之製造方法著有 貢獻’其户斤含之蚀刻連結孔（如接觸孔與介電孔）步驟，=基 於精細設計規則，對工業界具高度價値。 ，土 (請先閱讀背面之注意事項再¥寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
Claims (1)
- 申請專利範圍 1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 種半導體裝置製造古、Ά 甘El ， ，^ ^ ^ ^ Ik万去，其具依序配置之下部接線屉 與上邵接線層，以及在内層絕緣膜中，二 : 接、’泉層〈上的連結孔，其中連結孔的製程步 馬：在内層絕緣膜上形成光阻層；並在光阻層上形成開 口，俾形成可露*内層絕緣膜底部之連結孔，以及内二 絕緣膜底部未露出之假連結孔。 曰 t申請專利範圍第1項之方法，其中的内層絕緣膜係由二 氧化矽材質層構成。 一 申Μ專利範圍第i項之方法，其中在形成光阻層中， 孔:、叙連結孔《開口後，執行電漿蝕刻於連結孔之 口底4 ’以形成内層絕緣膜中之連結孔，直到露出下 接線層。 申π專利la圍第3項之方法，其中假連結孔之開口底部 的光阻層厚度之決定，係由對光阻層 及内層絕緣膜之蝕 刻速率（計算得知，使得以電漿！虫刻來移除假連結孔 開口辰部的光阻層的時間，與以電漿蝕刻來移除連結 《開口底部的内層絕緣膜的時間相同。 5· t申請專利範圍第1項之方法，其中假連結孔開口底部 杬蝕層厚度大於Cx(NX/B)(其中^與匸分別爲内層絕緣狀 及光阻層的！虫刻速率；^名虫刻時間；内層絕緣膜厚 度）。 如申請專利範圍第2項之方法，其中採用臭氧/TE〇s材質 ’以低壓化學氣相沉積法形成之内層絕緣膜爲二氧化矽 2. 3. 4. 6· 本紙張尺度翻巾關家鮮（CNS)A4規格（21〇 X ^ -12- 公釐） 閱 讀 背 Φ 之 注 Ϊ 連 開 部 之 孔 之 膜 填撬1 寫 頁i 訂 線 492109 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 膜。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中連結孔之方位比爲5 或更高。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中連結孔之直徑爲260 奈米或更低。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中連結孔之直徑爲1 5 0 至260奈米。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 獬 本 頁 經濟部智慧財產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（210 X 297公釐）
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