TW507328B - Opening structure and forming method - Google Patents

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507328 3332twf.doc/〇〇2 •修正> Λ 〇 八7補充衣丨 Β7 M諸委員明示 年 月 3修正本 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 n 勺ί?^?&^&ϋΓ-..欠'n\ 五、發明說明（） 本發明是有關於一種開口（Opening)之結構與製造方 法’特別是有關於一種具有斜角或圓弧形轉角開口的結構 與製造方法。其係利用加入非等向性蝕刻(Anisotropic Etch) 步驟’使開口處剖面的轉角輪廓（corner profile)由直角變 爲斜角或圓弧形，可以完全消除習知的沈積層階梯覆蓋 (Step C〇verage)與溝塡（Gap Fill)能力不良之問題，以利後 續的金屬化製程，並且可以方便控制開口底部⑺⑽⑺叫的 關鍵尺寸（Critical Dimension)及減少底層材質的損失。 當積體電路的積集度增加，爲配合元件縮小後所增加 的連線(Interconnects)需求，兩層以上的金屬層設計，便逐 漸成爲許多積體電路所必須採用的方式。爲了電性連接上 下兩層金屬層，可以在金屬層與金屬層之間的介電層中， 形成介層窗（Via)的開口結構。爲了電性連接半導體基底與 低層金屬層，可以在半導體基底與低層金屬層之間的介電 層中，形成接觸窗(Contact)的開口結構。 乾蝕刻(Dry Etching)是傳統被廣泛應用於形成開口的 技術，以電漿(Plasma)而非溶液來進行薄膜侵蝕，最主要 的優點就是可以進行非等向性蝕刻，使得垂直方向的蝕刻 率大於水平方向上的蝕刻率；由於在水平方向上的侵蝕能 力很弱，因此不會有底切(Undercut)的現象產生，所以蝕 刻形成的開口剖面轉折角度將接近90度。 一般習知用以形成開口之方法中，當積體電路之積集 度愈來愈大時，非常容易出現一些問題。請參照第1A圖 至第1C圖，其繪示的是習知方法利用非等向性蝕刻以形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - mmmmg mmMmm i mmmmmm mm— i 一一^n n» I 1- 1 mmmmf i •線»· 507328 3 33 2t\vf.doc/〇〇2 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（I ) 成開口之剖面示意圖。 請參照第1A圖，首先提供半導體基底10，在半導體 基底上已形成導電區（未顯示於圖中），此導電區可以是 電晶體元件的源極/汲極區，也可以是閘極結構的金屬層 或內連線的金屬層。其次，在半導體基底10上沈積介電 層12。之後，再於介電層12上方形成已定義圖案之光阻 層14，此光阻層14中形成有第一開口 16，用以定義出欲 形成介層窗或接觸窗開口之區域。 接著請參照第1B圖，以光阻層14爲罩幕，以乾蝕刻 製程在介電層12中以非等向性蝕刻形成第二開口 18，其 轉角輪廓呈現直角之外型。隨後去除光阻層14，.完成開口 的製作。 請參照第1C圖，接著進行後續的步驟，以完成半導 體元件的製造，在介電層12上形成導電層20，此導電層 20包括黏著/阻障層（Glue/Barrier Layer)以及金屬層，用以 覆蓋整個基底結構，增加隨後沈積的金屬層與其他材質的 附著能力，以及形成介層窗插塞（未顯示於圖中）等製程， 然而此後續製程爲習知此技藝者所熟知，無關本發明之特 徵，故此處不再贅述。 由上述得知，習知方法係在形成介電層12後，再形 成導電層20，然而介電層12經蝕刻後所形成之開口 18的 轉角輪廓22將會非常接近90度，此接近直角之轉角輪廓 22將會造成沈積的困擾，導致在形成導電層20時，出現 懸突（〇verhang)24的結構，當繼續沈積時，將會使得懸突 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -

、1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 507328 3332t\vf.d〇c/002 _ B7 五、發明説明（L ) 24互相接觸而形成隙縫(Void)，在進行平坦化時會打開隙 縫，使得聚合物掉入隙縫之中，造成導電出現問題，另外 此懸突24將造成如第1C圖所繪示導電層20之階梯覆蓋 性變差的情形產生，使得元件的品質下降。 有鑑:於此’本發明的主要目的，·就是在提供一種開口 形成的方法，使得開口的轉角輪廓變爲斜角或圓弧形，藉 以改善懸突、階梯覆蓋與溝塡能力不佳的問題。 根據本發明之上述目的’提出一種形成具有斜角或圓 弧形轉角輪廓開口之方法，首先，提供半導體基底，並在 其上形成介電層。其次，在介電層上，進行微影步驟，形 成光阻層，在光阻層中形成第一開口。接著，以第一非等 向性蝕刻，蝕刻在第一開口中的介電層，形成第二開口。 在去除光阻層後，以第二非等向性餓刻介電層，使介電層 形成具有斜角或圓弧形轉角輪廓的開口，以利後續的製 程。 經濟部中央榡準局員工消費合作衽印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲讓本發明之上述和其他目的、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，作詳細 說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1C圖繪示習知一種開口之製造流程剖 面圖； 第2A圖至第2D圖繪示依照本發明之第一實施例’ 一種具有斜角轉角輪廓開口之製造流程剖面圖；以及 第3A圖至第3D圖繪示依照本發明之第二實施例’ --______4________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 507328 3 3 3 21 w I'. :/002 A7 B7 五、發明説明（彡） 一種具有圓弧形轉角輪廓開口之製造流程剖面圖。 圖式之標記說明： 10、30、50 :半導體基底 12 :介電層14、34、54 :光阻層 16、36、56 :第一開口 18、38、58 :第二開口 2〇、42、62 :沈積層（黏著/阻障層或金屬層） 22 :直角轉角輪廓 24 ;懸突 32、52 :材料層 40、斜角轉角輪廓 60、圓弧形轉角輪廓 第一實施例 本發明揭示一種方法，利用二次非等向性蝕刻來形成 材料層中輪廓較佳之開口，以改善階梯覆蓋與溝塡能力以 及懸突的問題。請參照第2Α圖至第2D圖，其繪示依照 本發明之第一實施例，一種形成斜角（Slope)轉角輪廓開口 之製造流程剖面圖。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 請參照第2A圖，首先提供半導體基底30，在半導體 基底30上已形成導電區（未顯示於圖中），此導電區可以是 電晶體元件的源極/汲極區，也可以是閘極結構的金屬層 ，或內連線的金屬層。其次，使用例如化學氣相沈積法 (CVD)，沈積一層材料層32覆蓋半導體基底30，其中材 料層32包括介電層，而介電層的材質例如是二氧化砍 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 507328 A7 B7 3 3 3 21 w f. d 〇 c / 0 0 2 五、發明説明（（f ) (Si〇2)、硼磷矽玻璃（BPSG)、磷矽玻璃(PSG)或是其他低介 電常數材料（Low-k Material)。此材料層32亦可以爲導體 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 層或半導體層。之後，再於材料層32上方形成已定義圖 案之光阻層34，此光阻層34中形成有第一開口 36，用以 定義出欲蝕刻形成介層窗或接觸窗開口的區域。 其次，請參照第2B圖，以光阻層34爲罩幕，進行第 一次乾Μ刻步驟’以半導體基底3 0爲終止層，在材料層3 2 中以非等向性蝕刻形成第二開口 38，其轉角輪廓呈現直角 之外型。隨後去除光阻層34，完成開口的製作。 接著請參照第2C圖，進行第二次乾蝕刻步驟，以時 間長短控制蝕刻的程度，在第二開口 38的轉角處，蝕刻 部分材料層32。在進行材料層32的乾蝕刻製程時，將其 鈾刻而形成如第2C圖所繪示之具有斜角轉角輪廓40的開 □ 38。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 請參照第2D圖，接著進行後續的步驟，以完成半導 體兀件的製造，例如使用濺鏟法（Sputtering)沈積一層黏著 /阻障層42覆蓋整個基底結構，其中黏著/阻障層42的材 質例如係鈦/氮化鈦（Ti/TiN)，以增加隨後沈積的金屬層與 其他材質的附著能力，以及在第二開口中塡滿金屬層，以 形成介層窗插塞（未顯示於圖中）等結構，然而此後續製程 爲習知此技藝者所熟知，無關本發明之特徵，故此處不再 贅述。 第二實施例 第3A圖至第3D圖，其繪示依照本發明之第二實施 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐） 507328 A7 B7 3332l\v f.doc/002 五、發明説明（t) 例，一種形成圓弧形（Round)轉角輪廓開口之_造流程剖 面圖。其步驟及方法與第一實施例類似。 請參照第3A圖，首先提供半導體基底5〇，在半導體 基底50上已形成導電區（未顯示於圖中），其次，沈積一層 材料層52覆盍半導體基底5〇，再於材料層上方形成已 定義之光阻層54，此光阻層54中形成有第〜聞口 56，用 以定義出欲蝕刻形成介層窗或接觸窗開口的區域。 其次，請參照第3B圖，以光阻層54爲罩幕，進行第 一次乾蝕刻步驟，以半導體基底50爲終止層，在材料層a 中以非等向性飩刻形成第二開口 5 8，其轉角輪廊呈現直角 之外型。隨後去除光阻層54，完成開口的製作。 接著請參照第3C圖，進行第二次乾蝕刻步驟，以時 間長短控制蝕刻的程度，在第二開口 58的轉角處，餓刻 部分材料層52。在進行材料層52的乾蝕刻製程時，將其 倉虫刻而形成如第3C圖所繪示之具有圓弧形轉角輪廓的 開口 58。 請參照第3D圖，接著進行後續的步驟，以完成半導 體元件的製造，沈積一層黏著/阻障層62覆蓋整個基底結 構，以增加隨後沈積的金屬層與其他材質的附著能力，以 及在第二開口 58中塡滿金屬層，形成介層窗(未顯示於圖 中）等結構，而此後續製程爲習知此技藝者所熟知，無關 本發明之特徵，故此處不再贅述。 由於本發明具有斜角或圓弧形轉角輪廓40、60的開 口 38、；58，因此在形成黏著/阻障層42、62時，並不會有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） J--Γ------------訂--^----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 507328 A7 B7 3 3 3 21 νν Γ. d oc/00. 五、發明説明（ί，） 習知第1C圖所繪示之階梯覆蓋不良的情形產生。 由上述本發明較佳實施例可知，應用本發明將介電層 蝕刻成具有斜角或圓弧形轉角輪廓40、60的開□ 38、58， 使得在後續製程例如形成黏著/阻障層42、62時，具有較 佳的階梯覆蓋能力。 ^ 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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精^ 和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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爲準。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) » 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 本紙張尺度通用宁國國家榡準（CNS〉Μ規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 507328 3 2 twi.doc/〇〇 2 ABCD 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 申請專利範圍 L一種開口的形成方法，包括下列步驟： 提供一半導體基底； 在該半導體基底上，形成一材料層； 在該材料層上，形成一光阻層； 在該光阻層中，形成一第一開口； 進行一第一非等向性蝕刻，蝕刻在該第一開口中的該 材料層，形成一第二開口；以及 進行一第二非等向性蝕刻，在該第二開口的轉角處形 成一非直角的轉角輪廓。 2·如申請專利範圍第1項所述之開口的形成方法 中該材料層包括一介電層。 3.如申請專利範圍第2項所述之開口的形成方法 中形成該介電層的方法包括化學氣相沈積法。 4·如申請專利範圍第2項所述之開口的形成方法 中該介電層的材質包括二氧化矽。 5·如申請專利範圍第2項所述之開口的形成方法 中該介電層的材質包括硼磷矽玻璃。 6·如申請專利範圍第2項所述之開口的形成方法 中該介電層的材質包括磷矽玻璃。 7. 如申請專利範圍第2項所述之開口的形成方法 中該介電層的材質包括低介電常數材料。 8. 如申請專利範圍第1項所述之開口的形成方法 中該材料層包括一導體層。 9. 如申請專利範圍第1項所述之開口的形成方法， - 其 其 其 其 其 其 其 I* ! ---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 P. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2i〇X297公羡） 507328 ABCD 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 〜〜 中該材料層包括一半導體層。 10·如申請專利範圍第1項所述之開口的形成方法，芩 中形成該第一開口是進行微影步驟，該步驟包括： ~ 在該介電層上，形成該光阻層；以及 對该光阻層進行曝光顯影，形成該第一開D。 11如申請專利範圍第1項所述之開口的形成方法，其 中該非直角的轉角輪廓包括斜角形。 〜 如申請專利範圍第1項所述之開口的形成方法，其 中該非直角的轉角輪廓包括圓弧形。 ' 13· —種開口的結構，包括下列結構： 一半導體基底； 一材料層，設在該半導體基底上； 一開口，設在該材料層中；以及 一非直角的轉角輪廓，設在該開口的轉角處。 I4·如申請專利範圍第I3項所述之開口的結構，其中 該材料層包括一介電層。 15.如申請專利範圍第Μ項所述之開口的結構，其中 該介電層的材質包括二氧化矽。 I6·如申請專利範圍第I4項所述之開口的結構，其中 該介電層的材質包括硼磷矽玻璃。 Π·如申請專利範圍第Η項所述之開口的結構，其中 該介電層的材質包括磷矽玻璃。 IS.如申請專利範圍第Η項所述之開口的結構，其中 該介電層的材質包括低介電常數材料。 10 本紙張尺度逋用中國國家檬準（CNS > A4規格（210X297公釐） 1^--：------^1-----.π,.—Γ---- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁> 507328 A8 3332twrdDc/002 C8 D8 六、申請專利範圍 19·如申請專利範圍第13項所述之開口的結構，其中 該材料層包括一導電層。 20.如申請專利範圍第13項所述之開口的結構，其中 該材料層包括一金屬層。 21·如申請專利範圍第13項所述之開口的結構，其中 該非直角的轉角輪廓包括斜角形。 22.如申請專利範圍第13項所述之開口的結構，其中 該非直角的轉角輪廓包括圓弧形。 " (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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）