TWI675399B - 開孔及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一種開孔及其形成方法。所述方法包括：於基底上形成多個條狀的第一罩幕層，其中每一所述第一罩幕層在第一方向上延伸；於所述第一罩幕層上形成多個條狀的第二罩幕層，其中每一所述第二罩幕層在與所述第一方向交錯的第二方向上延伸；以所述第一罩幕層與所述第二罩幕層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分所述基底。

Description

開孔及其形成方法

本發明是有關於一種開孔及其形成方法，且特別是有關於一種具有平行四邊形形狀的開孔及其形成方法。

在目前的半導體製程中，欲在介電層中形成開孔時，通常是先於介電層上形成圖案化光阻層，然後以圖案化光阻層為罩幕，進行蝕刻製程來形成開孔。然而，在形成圖案化光阻層時，歸因於曝光處理中所產生的繞射效應，圖案化光阻層所暴露出來的區域（即欲形成開孔的區域）的形狀無可避免的為圓形。相較於平行四邊形的開孔，圓形的開孔的周長與面積皆較小而不利於後續元件的製造，且無法有效地提升形成於開孔中的元件的效能。因此，亟需一種能夠形成具有平行四邊形形狀的開孔的方法。

本發明提供一種開孔的形成方法，其可形成具有平行四邊形形狀的開孔。

本發明提供一種開孔，其具有平行四邊形形狀。

本發明的開孔的形成方法包括：於基底上形成多個條狀的第一罩幕層，其中每一所述第一罩幕層在第一方向上延伸；於所述第一罩幕層上形成多個條狀的第二罩幕層，其中每一所述第二罩幕層在與所述第一方向交錯的第二方向上延伸；以所述第一罩幕層與所述第二罩幕層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分所述基底。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，在同一蝕刻製程中，所述第一罩幕層的蝕刻速率例如小於所述第二罩幕層的蝕刻速率。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，所述第一罩幕層例如為氮化層，且所述第二罩幕層例如為氧化層。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，所述基底包括底層以及位於所述底層上的第三罩幕層，且在同一蝕刻製程中所述第三罩幕層的蝕刻速率例如小於所述底層的蝕刻速率，且同一蝕刻製程中所述第三罩幕層的蝕刻速率例如大於所述第一罩幕層的蝕刻速率與所述第二罩幕層的蝕刻速率。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，在形成所述第一罩幕層之後以及在形成所述第二罩幕層之前，更包括於相鄰的所述第一罩幕層之間形成第四罩幕層，且在同一蝕刻製程中，所述第一罩幕層的蝕刻速率例如小於所述第四罩幕層的蝕刻速率。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，所述第四罩幕層例如為氧化層。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，所述第四罩幕層的形成方法包括：於所述基底上形成罩幕材料層，所述罩幕材料層覆蓋所述第一罩幕層，且填滿相鄰的所述第一罩幕層之間的空間；以及進行平坦化製程，移除部分所述罩幕材料層直到暴露出所述第一罩幕層的頂面。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，所述第一罩幕層的形成方法包括：於所述基底上形成罩幕材料層；於所述罩幕材料層上形成圖案化光阻層；以所述圖案化光阻層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分所述罩幕材料層；以及移除所述圖案化光阻層。

在本發明的開孔的形成方法的一實施例中，所述第二罩幕層的形成方法包括：於所述基底上形成罩幕材料層，所述罩幕材料層覆蓋所述第一罩幕層，且填滿相鄰的所述第一罩幕層之間的空間；於所述罩幕材料層上形成圖案化光阻層；以所述圖案化光阻層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分所述罩幕材料層；以及移除所述圖案化光阻層。

本發明的開孔藉由上述的開孔的形成方法形成，其中所述開孔投影至所述基底的表面上的形狀為平行四邊形。

基於上述，在本發明的開孔的形成方法中，僅藉由一次的曝光製程來定義出在第一方向上延伸的條狀的罩幕層，以及僅藉由一次的曝光製程來定義出在第二方向上延伸的條狀的罩幕層。因此，藉由上述分別在第一方向上與第二方向上延伸的條狀的罩幕層，可於基底中形成開孔，且所形成的開孔投影至基底的表面上的形狀為平行四邊形。如此一來，所述開孔可具有較大的周長與較大的面積。

為讓本發明的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。

圖1A至圖1E為依據本發明實施例所繪示的開孔的製造流程上視示意圖。圖2A至圖2E為依據圖1A至圖1E中的I-I剖面所繪示剖面示意圖。圖3A至圖3E為依據圖1A至圖1E中的II-II剖面所繪示剖面示意圖。

首先，請同時參照圖1A、圖2A與圖3A，於基底100上形成多個在第一方向（在圖1A中，第一方向為Y方向）上延伸的條狀的罩幕層102。在本實施例中，基底100包括底層100a以及位於其上的罩幕層100b。底層100a例如為氧化層，且罩幕層100b例如為非晶碳層，但本發明不限於此。在其他實施例中，底層100a以及罩幕層100b可為其他種類的膜層，只要在同一蝕刻製程中罩幕層100b的蝕刻速率小於底層100a的蝕刻速率即可。此外，在其他實施例中，基底100也可以是其他種類的基底，本發明不對此進行特別限定。

罩幕層102的形成方法例如是先於基底100上形成罩幕材料層。然後，於罩幕材料層上形成圖案化光阻層。接著，以圖案化光阻層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分罩幕材料層。之後移除圖案化光阻層。在上述的步驟中，圖案化光阻層是藉由對光阻材料層進行微影製程來形成，且在微影製程期間僅對光阻材料層進行一次曝光處理，因此可將所需的罩幕層圖案精準地轉移至光阻材料層，亦即圖案化光阻層的圖案形狀不會因多次曝光處理而產生變化。在本實施例中，罩幕層102例如為氮化層，但本發明不限於此。在其他實施例中，罩幕層102可為其他種類的膜層，只要在同一蝕刻製程中罩幕層102的蝕刻速率小於罩幕層100b的蝕刻速率即可。

然後，請同時參照圖1B、圖2B與圖3B，於相鄰的罩幕層102之間形成罩幕層104。在本實施例中，罩幕層104例如為氧化層，但本發明不限於此。在其他實施例中，罩幕層104可為其他種類的膜層，只要在同一蝕刻製程中罩幕層102的蝕刻速率小於罩幕層104的蝕刻速率且在同一蝕刻製程中罩幕層104的蝕刻速率小於罩幕層100b的蝕刻速率即可。罩幕層104的形成方法例如是先於基底100上形成罩幕材料層。所述罩幕材料層覆蓋罩幕層102，且填滿相鄰的罩幕層102之間的空間。然後，進行平坦化製程（例如是化學機械研磨製程），移除部分罩幕材料層直到暴露出罩幕層102的頂面。在本實施例中，形成罩幕層104的目的在於提高基底100的表面輪廓的平坦度，以避免當罩幕層102的厚度過厚而造成上述平坦度不佳時，後續的曝光處理受限於曝光機台的能力而無法形成精確的光阻圖案。在其他實施例中，當罩幕層102的厚度例如在3000 Å以下時（基底100的表面輪廓的平坦度不會對曝光處理造成顯著的影響），可省略上述形成罩幕層104的步驟。

之後，於基底100上形成罩幕材料層106，以覆蓋罩幕層102與罩幕層104。在本實施例中，罩幕材料層106例如為氧化層，但本發明不限於此。在其他實施例中，罩幕材料層106可為其他種類的膜層，只要與罩幕層104的材料相同即可。

接著，請同時參照圖1C、圖2C與圖3C，於罩幕材料層106上形成圖案化光阻層108。圖案化光阻層108是藉由對光阻材料層進行微影製程而形成的在與第一方向交錯的第二方向（在圖1C中，第二方向為X方向）上延伸的多條光阻層。在本實施例中，第一方向與第二方向垂直，但本發明不限於此。之後，以圖案化光阻層108為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除未被圖案化光阻層108覆蓋的罩幕材料層106。在本實施例中，由於罩幕材料層106與罩幕層104的材料相同，且罩幕層102的蝕刻速率小於罩幕層104的蝕刻速率，因此在進行上述非等向性蝕刻製程之後，未被圖案化光阻層108覆蓋的罩幕材料層106及其下方的罩幕層104皆會被移除而暴露出罩幕層100b與罩幕層102。此時，圖案化光阻層108下方形成有在第二方向上延伸的條狀的罩幕層106a。

在本實施例中，在形成圖案化光阻層108的過程中僅對光阻材料層進行一次曝光處理，因此可將所需的罩幕層圖案精準地轉移至光阻材料層，亦即圖案化光阻層108的圖案形狀不會因多次曝光處理而產生變化。

然後，請同時參照圖1D、圖2D與圖3D，移除圖案化光阻層108。此時，基底100上具有彼此交錯的多條罩幕層102與多條罩幕層106a。在本實施例中，由於用以定義出罩幕層102的圖案化光阻層以及用定義出罩幕層106a的圖案化光阻層（圖案化光阻層108）在形成的過程中皆僅進行一次曝光處理而具有精準的條狀圖案，使得所形成的罩幕層102與罩幕層106a亦可具有精準的條狀圖案。因此，由罩幕層102與罩幕層106a所圍繞的區域（即未被罩幕層102與罩幕層106a覆蓋而暴露出來的罩幕層100b）可具有平行四邊形的形狀（在圖1D中，由於第一方向與第二方向垂直，因此上述區域呈矩形形狀）。

接著，以罩幕層102與罩幕層106a為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除未被罩幕層102與罩幕層106a覆蓋的罩幕層100b。此時，罩幕層102與罩幕層106a下方形成有圖案化罩幕層110。圖案化罩幕層110的開口暴露出部分底層100a，且暴露出來的區域可具有平行四邊形的形狀（在圖1D中，上述區域呈矩形形狀）。

之後，請同時參照圖1E、圖2E與圖3E，移除罩幕層102與罩幕層106a。此時，底層100a上保留有圖案化罩幕層110，且圖案化罩幕層110的開口投影至底層100a的表面上的形狀為平行四邊形。然後，以圖案化罩幕層110為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以於底層100a中形成開孔112。如此一來，開孔112投影至底層100a的表面上的形狀亦可為平行四邊形。

在本實施例中，由於所形成的開孔112投影至底層100a的表面上的形狀為平行四邊形，因此相較於先前技術中投影形狀為圓形的開口，開孔112可具有較大的周長與較大的面積。如此一來，形成在開孔112中的電容器可具有較高的電容量，或者形成在開孔112中的接觸窗可具有較低的電阻值，或者形成在開孔112中的光導管（light pipe）可具有較高的光導效率。此外，由於開孔112具有較大的面積，因此可減少因製程誤差所造成的開孔位置偏移所帶來的影響，亦即可提高製程裕度（process margin）。

雖然本發明已以實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧基底

100a‧‧‧底層

100b、102、104、106a‧‧‧罩幕層

106‧‧‧罩幕材料層

108‧‧‧圖案化光阻層

110‧‧‧圖案化罩幕層

112‧‧‧開孔

圖1A至圖1E為依據本發明實施例所繪示的開孔的製造流程上視示意圖。 圖2A至圖2E為依據圖1A至圖1E中的I-I剖面所繪示剖面示意圖。 圖3A至圖3E為依據圖1A至圖1E中的II-II剖面所繪示剖面示意圖。

Claims (9)

1. 一種開孔的形成方法，包括：於基底上形成多個條狀的第一罩幕層，其中每一所述第一罩幕層在第一方向上延伸；於所述第一罩幕層上形成多個條狀的第二罩幕層，其中每一所述第二罩幕層在與所述第一方向交錯的第二方向上延伸；以及以所述第一罩幕層與所述第二罩幕層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分所述基底，其中在同一蝕刻製程中，所述第一罩幕層的蝕刻速率小於所述第二罩幕層的蝕刻速率。
2. 如申請專利範圍第1項所述的開孔的形成方法，其中所述第一罩幕層包括氮化層，且所述第二罩幕層包括氧化層。
3. 如申請專利範圍第1項所述的開孔的形成方法，其中所述基底包括底層以及位於所述底層上的第三罩幕層，且在同一蝕刻製程中所述第三罩幕層的蝕刻速率小於所述底層的蝕刻速率，且同一蝕刻製程中所述第三罩幕層的蝕刻速率大於所述第一罩幕層的蝕刻速率與所述第二罩幕層的蝕刻速率。
4. 如申請專利範圍第1項所述的開孔的形成方法，其中在形成所述第一罩幕層之後以及在形成所述第二罩幕層之前，更包括於相鄰的所述第一罩幕層之間形成第四罩幕層，且在同一蝕刻製程中，所述第一罩幕層的蝕刻速率小於所述第四罩幕層的蝕刻速率。
5. 如申請專利範圍第4項所述的開孔的形成方法，其中所述第四罩幕層包括氧化層。
6. 如申請專利範圍第4項所述的開孔的形成方法，其中所述第四罩幕層的形成方法包括：於所述基底上形成罩幕材料層，所述罩幕材料層覆蓋所述第一罩幕層，且填滿相鄰的所述第一罩幕層之間的空間；以及進行平坦化製程，移除部分所述罩幕材料層直到暴露出所述第一罩幕層的頂面。
7. 如申請專利範圍第1項所述的開孔的形成方法，其中所述第一罩幕層的形成方法包括：於所述基底上形成罩幕材料層；於所述罩幕材料層上形成圖案化光阻層；以所述圖案化光阻層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分所述罩幕材料層；以及移除所述圖案化光阻層。
8. 如申請專利範圍第1項所述的開孔的形成方法，其中所述第二罩幕層的形成方法包括：於所述基底上形成罩幕材料層，所述罩幕材料層覆蓋所述第一罩幕層，且填滿相鄰的所述第一罩幕層之間的空間；於所述罩幕材料層上形成圖案化光阻層；以所述圖案化光阻層為罩幕，進行非等向性蝕刻製程，以移除部分所述罩幕材料層；以及 移除所述圖案化光阻層。
9. 一種開孔，藉由如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的開孔的形成方法形成，其中所述開孔投影至所述基底的表面上的形狀為平行四邊形。