形成具有圆化边角的接触窗口的方法及半导体结构技术

一种形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，包括：　　　　于一基底上依序形成一介电层以及一图案化光阻层；　　　　进行一等向性蚀刻工艺与一主要蚀刻工艺，以于该介电层中形成一接触窗口；　　　　进行一光阻边缘清除工艺，以移除部分的该光阻层；以及　　　　进行一软式蚀刻工艺，以使该接触窗口顶端的边角圆化。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是有关于一种半导体工艺与结构，且特别是有关于一种形成具有圆化边角(rounded corner)的接触窗口(contact opening)的方法，以及利用此方法的半导体结构。
技术介绍
一个完整的集成电路(integrated circuit)工艺包含数个工艺步骤，首先是在半导体基底中形成掺杂区(impurity region)，并在半导体基底上定义出栅极区，接下来于基板上形成内连线，以电性连接各个掺杂区。内连线的工艺首先于基底上形成层间介电层(interleveldielectric)，以分隔基底与稍后将形成的内连线，然后在介电层中形成接触窗口(contact opening)，之后填入导体材料而形成接触窗，其是用以使稍后将形成的内连线与基底中所选择的掺杂区电性连结。如有需要，亦可形成多层的内连线结构，其各层内连线之间是以层间介电层彼此分隔。不同层的内连线可通过欧姆接触窗(ohmic contact)相互连结，此欧姆接触窗形成于介电层中。此种多层的集成电路设计可以缩小电路于晶圆面上所占的面积。在公知技术中，接触窗口或介层洞(via hole)是利用主要蚀刻工艺与软式蚀刻工艺来完成，由于所形成的接触窗口具有呈直角的顶端边角，因此当金属材料填入接触窗口时会产生所谓的孔隙缺陷(voiddefect)，图1至图3为利用上述公知技术形成接触窗的工艺剖面示意图。请参照图1，首先于介电层16上形成一图案化的光阻层19，其中介电层16位于基底13上，且光阻层19作为蚀刻罩幕，以阻挡后续蚀刻工艺中蚀刻剂对于介电层16的侵蚀。接着，请参照图2，依序进行主要蚀刻(main etching)工艺以及软式蚀刻(soft etching)工艺，以移除未被光阻层19覆盖的介电层16，而于介电层16中形成接触窗口22，此接触窗口22暴露出基底13中的掺杂区(未绘示)。在主要蚀刻工艺中，移除介电层16的方式例如是干式等离子蚀刻，其为一种非等向性蚀刻法(anisotropic etching)，即其离子轰击(ionbombardment)在垂直方向的效果大于水平方向。此等离子蚀刻工艺可在部分基底13被移除之前停止，而后续的软性蚀刻工艺则可以改善基底13表面的平整性。如采用此种非等向性蚀刻工艺，接触窗口22的侧壁会与介电层16的上表面垂直，因此接触窗口22的顶端边角为直角。请参照图3，在移除光阻层19之后，于接触窗口22中填入导体材料23，其例如是钨或铜。一般来说，于接触窗口22内填入导体材料23的方法例如是物理气相沉积法(physical vapor deposition)或是公知的电镀法(electroplating)，其中前者例如是溅镀法(sputtering)。当导体材料23沿着接触窗口22的壁上逐渐沉积时，接触窗口22的顶端边角附近的沉积速率会比其它部分快，如此在将接触窗口22完全填满之前，其顶端边角的导体材料23即会相互结合，使后续沉积的材料无法填入接触窗口22中，而在导体材料23中形成孔隙(void)25，其将成为欧姆接触窗的永久缺陷。如上所述，使用公知技术来进行蚀刻与填满接触窗口22的工艺，所填入的导体材料23中会形成孔隙缺陷。由于沉积时的环境气体本身并不导电，所以存在于导体材料23中的孔隙25会使得欧姆接触的阻值增加，即降低接触窗的导电效能。再者，若接触窗的导电性过低，则集成电路将无法运作。因此，如何防止孔隙形成在作为欧姆接触窗的导电材料中，是当今急需解决的问题。解决方法之一即是发展一种蚀刻接触窗口的方法，其可避免于接触窗口顶部形成直角的边角。
技术实现思路
为了解决公知的问题以满足当今的需求，本专利技术的目的是提供一种形成具有圆化边角的接触窗口的方法。由于所形成的接触窗口的边角经过圆化，因此于接触窗口中填入导体材料时，可以防止孔隙形成于导体材料中。因此，基底与介电材料上的内连线可以有良好的欧姆接触，意即有良好的电性连接。为达到上述目的，本专利技术提出一种形成具有圆化边角的接触窗口的方法，此方法首先依序于基底上形成介电层以及图案化光阻层，之后进行主要蚀刻(main etching)工艺以于介电层中形成接触窗口。接着，进行光阻边缘清除(photoresist descum)工艺，以移除邻近接触窗口的部分光阻层。之后，进行软式蚀刻(soft etching)工艺以圆化接触窗口顶端的边角。在本专利技术另一种形成具有圆化边角的接触窗口的方法中，可以于主要蚀刻工艺之前先进行等向性蚀刻(isotropic etching)，而且在主要蚀刻工艺完毕之后，还可以进行过度蚀刻(over etching)工艺。利用上述方法可以形成一或多个具有圆化边角的接触窗口。由于在主要蚀刻工艺之前先进行等向性蚀刻，而且于软式蚀刻之前先进行清除光阻边缘的工艺，所以接触窗口的边角可以被圆化(rounded)，而可于填入金属材料时避免孔隙缺陷的形成。另外，上述等向性蚀刻工艺、主要蚀刻工艺、光阻边缘清除工艺以及软式蚀刻工艺皆可于同一反应室中(原位(in-situ))进行。本专利技术提出又一种形成具有圆化边角的接触窗口的方法，此方法包括数个步骤，其首先于基底上形成一介电层，此介电层的材料为可隔离基底与其上的导电内连线者，其例如是硼磷硅玻璃(BPSG)、氧化硅(silicone oxide)、氮化硅(silicon nitride)、氮氧化硅(silicon oxy-nitride)等。然后，于基底上形成一图案化光阻层，以作为后续蚀刻介电层的罩幕层。接着，依序进行等向性蚀刻工艺与主要蚀刻工艺以除去暴露的介电层，从而形成接触窗口。其中，等向性蚀刻其离子轰击在垂直方向的速率约等于水平方向，压力为500至1000mTorr，功率为100至300瓦(W)，且反应气体为氩气(Ar)/四氟化碳(CF4)/三氟甲烷(CHF3)的混合气体，其中氩气的流速介于50至150sccm之间，四氟化碳的流速介于10至30sccm之间，而三氟甲烷的流速介于10至30sccm之间。上述方法的主要蚀刻工艺例如是干式等离子蚀刻工艺，其用以移除大部分的介电层。通过前述之等向性蚀刻工艺与主要蚀刻工艺，即可形成部分穿透介电层的接触窗口，其侧壁表面与介电层的上表面并非垂直，意即接触窗口顶部的开口宽度大于底部的宽度。此外，更可于主要蚀刻工艺后，再进行过度蚀刻工艺以移除残余的介电层，直到裸露出基底表面为止。然后，进行光阻边缘清除工艺以移除邻近接触窗口的部分光阻层，而裸露出介电层的边角，其系与接触窗口的顶端相邻。此光阻边缘清除工艺的压力为50至150mTorr之间，功率约为50至200瓦(W)之间，反应气体为氧气，其流速介于5至80sccm之间。在此条件下，光阻层的移除速率介于2000至6000埃/分之间，而此光阻边缘清除工艺进行10至60秒左右。当光阻边缘清除工艺完成后，进行软式蚀刻工艺以圆化暴露的介电层边角，此软式蚀刻工艺例如是干式等向性蚀刻。本专利技术提出再一种形成具有圆化边角的接触窗口的方法。首先，形成具有介电层与接触窗口的结构，其中介电层位于基底上，且接触窗口垂直穿过此介电层。然后对于接触窗口顶端的侧壁表面进行圆化。介电层的材质选自硼磷硅玻璃、氧化硅、氮化硅及氮氧化硅等材料。之后，在接触窗口中填入导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，包括于一基底上依序形成一介电层以及一图案化光阻层；进行一等向性蚀刻工艺与一主要蚀刻工艺，以于该介电层中形成一接触窗口；进行一光阻边缘清除工艺，以移除部分的该光阻层；以及进行一软式蚀刻工艺，以使该接触窗口顶端的边角圆化。2.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，更包括于该主要蚀刻工艺之后进行一过度蚀刻工艺。3.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该光阻边缘清除工艺的压力介于50至150mTorr之间。4.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该光阻边缘清除工艺的功率介于50至200W之间。5.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该光阻边缘清除工艺所用的一反应气体为氧气，其流速介于5至80sccm之间。6.如申请专利范围第1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该光阻边缘清除工艺的进行时间介于10至60秒之间。7.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，在该光阻边缘清除工艺中，该光阻层的移除速率介于2000至6000埃/分之间。8.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该等向性蚀刻工艺的压力介于500至1000mTorr之间，且功率介于100至300W之间。9.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该等向性蚀刻工艺、该主要蚀刻工艺、该光阻边缘清除工艺以及该软式蚀刻工艺于相同的一反应室中进行。10.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该等向性蚀刻工艺使用一氩气/四氟化碳/三氟甲烷混合气体作为反应气体，其中氩气的流速介于50至150sccm之间，四氟化碳的流速介于10至30sccm之间，且三氟甲烷的流速介于10至30sccm之间。11.如权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法，其特征是，该介电层的材质选自由硼磷硅玻璃、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅所组成的族群。12一种具有圆化边角的接触窗口的结构，其特征是，该结构由权利要求1所述的形成具有圆化边角的接触窗口的方法所形成的。13.一种形成至少一开口的方法，该开口具有圆化的边角，其特征是，该方法包括于一材料上形成一图案化膜层；以该图案化膜层为蚀刻罩幕进行一蚀刻工艺，以于该材料中形成至少一开口；移除邻近该开口的至少一部分的该图案化膜层；以及进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德权，吕荣桂，胡盛兴，
申请(专利权)人：旺宏电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：