专利名称：形成接触窗开口的蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及一种形成开口的蚀刻方法，特别是涉及一种减少或防止金属硅化物损伤的形成接触窗开口的蚀刻方法。
背景技术：
随着半导体元件积集度增加，元件中的图案与线宽亦逐渐缩小，导致元件中的栅极与导线的接触电阻增高，产生较长的电阻-电容延迟(RC Delay)，影响元件操作速度。由于金属硅化物的电阻较多晶硅低，且其热稳定性也比一般内连线材料(例如铝)高，因此为了降低漏极(Drain)与源极(Source)的片电阻(Sheet Resistance)，并确保金属与半导体元件之间浅结(Shallow Junction)的完整，可在栅极与源极/漏极和金属连线的连接接口形成金属硅化物(Metalsilicide)，以降低栅极与源极/漏极和金属连线之间的电阻。
传统方法是在含硅材料层上形成金属层，经热工艺使覆盖于含硅材料层上的金属与硅反应形成金属硅化物；或是直接在含硅材料层上覆盖金属硅化物。目前在超大规模集成电路(VLSI)元件的半导体元件工艺中，广泛被采用的则是自行对准金属硅化物(self-aligned silicide；salicide)的工艺。
金属硅化物的较常使用材料包括硅化钛、硅化钴或硅化镍等。目前，在线宽65nm或更小线宽的半导体元件中，其金属硅化物的材料较常使用硅化镍。然而，于介电层形成开口时，特别是在蚀刻形成接触窗开口时，会因为使用氧等离子体来移除光致抗蚀剂而导致栅极上的金属硅化物发生氧化，进而使接触电阻值增高，甚至导致接触短路。。
为了解决其述的问题，一种解决方案是避免氧等离子体的使用，而以氮气/氢气等离子体来移除光致抗蚀剂。但是，由于氮气/氢气等离子体对于光致抗蚀剂的移除效率较差，常存在有令人困扰的光致抗蚀剂残留物的问题；加上，氮气/氢气等离子体常在移除光致抗蚀剂的过程中意外移除部份介电层或造成开口轮廓形状的改变，而影响整体的表现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的为提供一种于介电层中形成接触窗开口的蚀刻工艺，可减少或避免金属硅化物劣化以及提供优选电性的接触插塞。而且，使用本发明所提供的蚀刻工艺可避免因蚀刻而使开口端角圆化(cornerrounding)或使介电层损伤造成开口轮廓的改变，以得到更佳电性表现的元件。
根据本发明的上述及其它目的，提出一种形成接触窗开口的蚀刻方法，首先提供具有至少例如栅极结构的一元件的基底，于基底上依序形成位于栅极结构上一金属硅化物层、覆盖栅极与金属硅化物层的一保护层、一间介电层、一掩模层与一图案化的光致抗蚀剂层。接着，进行第一蚀刻步骤以移除未被图案化的光致抗蚀剂层所覆盖的间介电层与掩模层而露出保护层；再进行光致抗蚀剂去除步骤，在光致抗蚀剂去除步骤之后，进行第二蚀刻步骤以移除暴露出的保护层，而形成接触开口。该第二蚀刻步骤选择性地移除保护层而露出其下的金属硅化物层，却不伤害间介电层或掩模层。
因为金属硅化物层被保护层所覆盖且光致抗蚀剂去除步骤于移除部份保护层前进行，蚀刻形成接触窗开口的过程中，金属硅化物层受到保护而不会损伤或劣化；并且，由于无须考虑金属硅化物层氧化的问题，所采用的光致抗蚀剂去除步骤可有效率地移除光致抗蚀剂而较无光致抗蚀剂残留的问题。此外，本发明还可包括使用掩模层作为第二蚀刻步骤的硬掩模层，可避免因蚀刻而使介电层损伤造成开口轮廓的改变或使开口端角圆化(cornerrounding)。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1A至图1F绘示依照本发明的优选实施例的一种形成接触窗开口的蚀刻工艺的剖面示意图。
简单符号说明100基底101a栅氧化层102a多晶硅层
103栅极结构104间隙壁106源极/漏极区110金属硅化物层112保护层120间介电层122第一介电层124蚀刻终止层126第二介电层128掩模层129抗反射层130光致抗蚀剂层132第一开口134第二开口136接触窗开口140接触窗具体实施方式
图1A至图1F绘示依照本发明的优选实施例，一种形成接触窗开口的蚀刻工艺的剖面示意图。
请参照图1A，首先提供至少包括一元件103的半导体基底100；该基底100仅是示意绘出而省略许多其它元件或构造。位于基底100上的元件103例如为一栅极结构具有一栅氧化层101a与一多晶硅层102a。该栅极结构的形成方法可利用于基底100上依序形成一栅氧化层与一多晶硅层(未示)并定义栅氧化层和多晶硅层，以形成栅极结构103。而定义形成栅极结构103的步骤则包括光刻、蚀刻等。此外，可在栅极结构103侧壁形成间隙壁104以及于栅极结构103两侧的基底100中形成源极/漏极区106。
为降低电阻值，于栅极结构103上以自行对准方式形成一金属硅化物层110。形成方法，例如形成一金属层(未图示)覆盖于在源极/漏极区106、间隙壁104与栅极结构103的多晶硅层102上。其中形成该金属层208的材料包括镍、铂、钯或钴等，再进行一热处理步骤，分别在源极/漏极区106及多晶硅层102a表面形成自行对准金属硅化物层110。形成的自行对准金属硅化物层110的材料包括硅化镍、硅化钯、硅化铂或硅化钴等。
于基底100与位于栅极结构103上的金属硅化物层110之上依序形成覆盖栅极与金属硅化物层的一保护层112、一间介电层120与一掩模层128。保护层112共形地覆盖金属硅化物层110、间隙壁104与栅极103；保护层112例如为具有厚度约300-500埃的一氮化硅层。间介电层120位于保护层112上并覆盖保护层112。该间介电层120可以为一单层或多层不同介电层所组成，而具有约4000-6000埃的总厚度。根据此一优选实施例与图1A所示，间介电层120包括一第一介电层122、一蚀刻终止层124与一第二介电层126，而与一掩模层128依序形成于保护层112与基底之上。第一介电层122与第二介电层126的材料可以为相同或不同，可使用材料例如包括氧化硅、TEOS-SiO2、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)或低介电系数物质等；而低介电系数物质例如为聚芳香烃醚(poly arylene ether)、氟化聚芳香烃醚(FLARE)、含氢硅酸盐类(HSQ)或氟化碳氢化合物等，可以旋涂的方式涂布形成。该蚀刻终止层124可视情况而省略。掩模层128可使用材料例如为氮氧化硅。掩模层128与保护层112的蚀刻选择性并不相同。或者，更可在掩模层128上形成一抗反射层(ARC)129。举例而言，掩模层128的厚度约为300至600埃，而抗反射层129的厚度约为600至1100埃。
参见图1B，于抗反射层129上形成一图案化的光致抗蚀剂层130。
参见图1C，以图案化的光致抗蚀剂层130作为蚀刻掩模，蚀刻移除未被图案化的光致抗蚀剂层130所覆盖的抗反射层129、掩模层128与间介电层120，直到保护层112暴露出来，而获得形成于间介电层120的第一开口132(贯穿抗反射层129、掩模层128)。抗反射层129、掩模层128与间介电层120例如是以各向异性蚀刻所移除。
参见图1D，进行一光致抗蚀剂移(剥)除步骤来移除剩余的光致抗蚀剂层130。该光致抗蚀剂剥除步骤包括一干蚀刻步骤，而使用的等离子体例如为一等离子体包含氧、氮或氢气。优选情况下，使用氧等离子体作为光致抗蚀剂剥除步骤的等离子体。视情况而定，可在干蚀刻步骤后，还进行一湿式清洗步骤以例如一酸液，将可能残留的光致抗蚀剂或抗反射层129移除。
参见图1E，在光致抗蚀剂移除之后，再进行一干蚀刻步骤，移除暴露出来的保护层112并于其中形成一第二开口134；而第一132与第二开口134组成一接触窗开口136，接触窗开口形成于所欲形成接触插塞的位置。相对于掩模层，此一干蚀刻步骤对于保护层有高蚀刻选择率(亦即对于保护层的蚀刻速率高于对于掩模层的蚀刻速率)；因此，掩模层128可作为蚀刻硬掩模，而保护间介电层120在蚀刻过程中不受伤害。优选情况下，此一干蚀刻步骤例如为一氮化硅蚀刻步骤，对于氮化硅/氮氧化硅(SiNx/SiON)有高选择性，比率约为5至10。更重要的是，此一干蚀刻步骤不会氧化或损伤暴露出的金属硅化物层110。
接着，后续于基底100之上形成一金属层(未图示)并填入接触窗开口136中，并进行一平坦化步骤来移除多余的金属而得接触窗(插塞)140，如图1F所示。而剩余的掩模层128可于平坦化步骤中一并移除。
由上述本发明的优选实施例可知，本发明因为金属硅化物层被保护层所覆盖且光致抗蚀剂去除步骤于移除部份保护层前进行，蚀刻形成接触窗开口的过程中，金属硅化物层受到保护而不会损伤或劣化。并且，由于无须考虑金属硅化物层氧化的问题，所采用的光致抗蚀剂去除步骤可有效率地移除光致抗蚀剂而较无光致抗蚀剂残留的问题。此外，本发明使用掩模层作为第二蚀刻步骤的硬掩模层，可避免因蚀刻而使介电层损伤造成开口轮廓的改变或使开口端角圆化(corner rounding)。因此，大大改善接触窗或插塞的电性与可靠度，进而提高半导体元件的品质与表现。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种形成接触窗开口的蚀刻方法，包括下列步骤提供一基底，该基底具有一栅极结构，其中该栅极结构上覆盖有一金属硅化物层，且该金属硅化物层上方还覆盖有一保护层；于该基底之上形成一间介电层；于该间介电层上形成一掩模层；于该掩模层之上形成一图案化的光致抗蚀剂层；进行一第一蚀刻步骤以移除未被该图案化的光致抗蚀剂层所覆盖的该间介电层与该掩模层，直到露出该保护层；进行一光致抗蚀剂去除步骤以移除该图案化的光致抗蚀剂层；以及进行一第二蚀刻步骤移除暴露出的该保护层，以形成接触窗开口，其中该第二蚀刻步骤选择性地移除该保护层而露出其下的该金属硅化物层，却不伤害间介电层或掩模层。
2.如权利要求1所述的形成接触窗开口的蚀刻方法，其中形成该金属硅化物层的材料选自于由硅化镍、硅化钯、硅化铂与硅化钴所组成的族群中。
3.如权利要求1所述的形成接触窗开口的蚀刻工艺，其中形成该保护层的材料包括氮化硅。
4.如权利要求1所述的形成接触窗开口的蚀刻方法，其中形成该间介电层的材料选自于由氧化硅、TEOS-SiO2、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃与低介电系数物质所组成的族群中。
5.如权利要求1所述的形成接触窗开口的蚀刻方法，其中该光致抗蚀剂移除步骤包括使用一干蚀刻步骤且该干蚀刻步骤使用一等离子体包含氧、氮或氢气。
6.如权利要求5所述的形成接触窗开口的蚀刻方法，其中该光致抗蚀剂移除步骤还包括在该干蚀刻步骤之后进行一湿式清洗步骤。
7.如权利要求1所述的，其中在形成图案化光致抗蚀剂层的步骤之前，还包括于该掩模层上形成一抗反射层。
8.如权利要求1所述的形成接触窗开口的蚀刻方法，其中形成该掩模层的材料包括氮氧化硅。
9.如权利要求3所述的形成接触窗开口的蚀刻方法，其中该第二蚀刻步骤包括进行氮化硅干式蚀刻法。
10.如权利要求1所述的形成接触窗开口的蚀刻方法，其中该第一蚀刻步骤包括进行各向异性蚀刻。
全文摘要
一种形成接触窗开口的蚀刻方法。提供具有至少例如栅极结构的一元件的基底，基底上依序形成有一金属硅化物层、一保护层、一间介电层、一掩模层与一图案化的光致抗蚀剂层。蚀刻形成接触窗开口的过程中，因金属硅化物层被保护层所覆盖且光致抗蚀剂去除步骤于移除部份保护层前进行，金属硅化物层不会损伤或劣化；且所采用的光致抗蚀剂去除步骤可有效率地移除光致抗蚀剂而较无光致抗蚀剂残留的问题。
文档编号H01L21/768GK1885501SQ200510079420
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月21日 优先权日2005年6月21日
发明者周珮玉 申请人:联华电子股份有限公司