专利名称：控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法
技术领域：
本发明是有关于蚀刻方面的技术，且特別是有关于一种控制孔径不同开 口的相对孔径偏差比的方法。
背景技术：
随着集成电路的集成度要求愈来愈高，电路图案的尺寸也愈来愈小。在 集成电路工艺中，缩小图案尺寸的方法大多利用高解析度的光刻工艺。但是， 高解析度光刻工艺有光学上的限制，故其技术甚为困难、成本十分昂贵。尤 其是对开口图案的工艺而言，其仅与光刻工艺相关的显影后检查关键尺寸
(ADICD)特别难以控制。因此， 一般会以调整蚀刻配方的方式得到应工艺所 要求的蚀刻后检查关键尺寸(AEICD)，此即实际形成在目标材料层中的开口
的孔径。
然而，以此方式同时形成尺寸不同开口的孔径时，仍会有各别开口的显 影后-蚀刻后孔径差难以适当控制的问题。在此所谓"显影后-蚀刻后孔径差" 的定义为显影后检查关键尺寸与蚀刻后检查关键尺寸两者之间的差值。例 如，在同时形成与源/漏极接触的方形接触窗(square contact)以及与棚-极和源/ 漏极接触的共享接触窗(share contact)的工艺中，如缩小方形接触窗开口的孔 径，则孔径较大的共享接触窗开口的孔径会被缩小更多。当共享接触窗开口 的孔径缩小过多时，稍后形成的共享接触窗即会有过高的电阻，而使操作速 度大为降低；甚至可能未与目标的栅极或源/漏极区接触，而造成断路。相反 地，如方形、共享接触窗开口的孔径缩小幅度不足，则会产生误接其他元件 等问题。因此，这两种接触窗开口的孔径缩小幅度皆须作适当的控制。
同样地，在其他类型的开口工艺中，需同时形成孔径不同的多种开口时， 各种开口的显影后-蚀刻后孔径差的变异幅度亦须同时作适当的控制，以符 合工艺所能容许的范围
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种控制孔径不同开口的相对孔径 1"扁差比的方法。
本发明提出 一种控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法。孔径不同 开口的工艺是先于目标材料层上依序形成蚀刻抵挡层、含硅材料层与光阻层 的三层膜结构，并将光阻层图案化。其中，图案化光阻层具有孔径不同的第 一开口图案与第二开口图案。然后，依序进行蚀刻含硅材料层、蚀刻抵挡层 与目标材料层的步骤，以于对应第一、第二开口图案的目标材料层中分别形 成第一开口与第二开口。第一开口的孔径(即第 一开口的蚀刻后检查关键尺 寸)与第一开口图案的孔径(即第一开口的显影后检查关^l定尺寸)的差异为第
一孔径差，该第二开口的孔径(即第二开口的蚀刻后^r查关^T建尺寸)与该第二
开口图案的孔径(即第二开口的显影后检查关键尺寸)的差异为第二孔径差， 而第二孔径差与第一孔径差之间的比值称为相对孔径偏差比,而且，上述的
第 一开口图案的孔径大于上述的第二开口图案的孔径。本方法的特征在于 以图案化光阻层为掩^H进行第一蚀刻步骤，将图案化光阻层的图案转移至 含硅材料层上，形成图案化含硅材料层，并于图案化光阻层及图案化含硅材 料层的侧壁产生高分子膜。然后，以图案化光阻层、图案化含硅材料层及其 侧壁的高分子膜为掩模，进行第二蚀刻步骤，以至少移除曝露出的蚀刻抵挡 层，而形成图案化蚀刻抵挡层。之后，以图案化蚀刻抵挡层为蚀刻掩模，移 除部分目标材料层，于目标材料层中形成第一、第二开口，且通过调整第一 蚀刻步骤的蚀刻参数A/或第二蚀刻步骤的蚀刻参数，以得到预设的相对孔径 偏差.比。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，上述的第二蚀刻步骤为进行过度蚀刻步骤，以于图案化蚀刻抵挡层中形 成第二开口的扩口开口图案。上述的第二蚀刻步骤中通入含氟的烃类化合物 作为蚀刻气体，而此含氟的烃类化合物为CHxFy，其中x-l、 2、 3; y=l、 2、 3。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，上述的第二蚀刻步骤为进行适量蚀刻步骤，以于图案化蚀刻抵挡层中形 成实质上垂直的开口图案。在一实施例中，第二蚀刻步骤的蚀刻气体为CO、 02和CF4。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方
5法，上述的第二蚀刻步骤例如是先进行蚀刻不足步骤，移除曝露出的部分蚀 刻抵挡层。其中，第二蚀刻步骤的蚀刻气体为CO、 02和CF4。然后，再进 行第三蚀刻步骤，其为过度蚀刻步骤，移除残留的蚀刻抵挡层及其下方的部 分目标材料层。上述过度蚀刻步骤为非等向性蚀刻步骤，过度蚀刻步骤所使 用的蚀刻气体为含氟气体。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，上述调整第 一蚀刻步骤的蚀刻参数例如是蚀刻气体的流量。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，上述的调整第二蚀刻步骤的蚀刻参数例如是蚀刻时间。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，上述的第一开口为共享接触窗开口，且第二开口为方形接触窗开口。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方
法，上述的蚀刻抵挡层例如是I-line光阻。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，上述的含硅材料层为硬掩模底部抗反射层。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，上述的图案化光阻层为193纳米光阻。
依照本发明的实施例所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方 法，其中该目标材料层包括介电层。
本发明的方法是利用调整蚀刻含硅材料层的步骤与蚀刻蚀刻抵挡层的 步骤的蚀刻参数，以控制孔径不同开口之间的相对孔径偏差比在工艺所允许 的范围内。因此，本发明可使得后续所形成的接触窗不会发生误接、与元件 接触面积过小或未与元件接触等问题，而可大大提升工艺的可靠度。另一方 面，本发明的方法为通过调整蚀刻工艺的蚀刻参^t的方式控制相对孔径偏差 比，而不需修改光掩模，因此可节省工艺成本。
为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1A至图1H为依照本发明实施例所绘示的接触窗开口工艺的流程剖 面图，此接触窗开口工艺内含本发明的相对孔径偏差比控制方法。主要元件符号说明
100:基底
101:隔离结构
102:金属氧化物半导体晶体管
104:栅极结构
106:间隙壁
108:源/漏极区
109:接触窗蚀刻中止层
110:介电层
112:蚀刻抵挡层
113:图案化蚀刻抵挡层
114:含硅材料层
115:图案化含硅材料层
116:图案化光阻层
120:共享接触窗开口图案
122:方形接触窗开口图案
124、126、 132、 134:开口图案
128、130:蚀刻步骤
136:共享接触窗开口
138:方形接触窗开口
具体实施例方式
以下，将以接触窗开口工艺为例进一步说明本发明，但此例并非用以限
定本发明的范围。图1A至图1H为依照本发明实施例所绘示的接触窗开口 工艺的流程剖面图，此接触窗开口工艺内含本发明的相对孔径偏差比控制方法。
请参照图1A，首先提供基底100,基底100上例如已形成有多个金属氧 化物半导体(MOS)晶体管102,其通过浅沟渠隔离结构之类的隔离结构101 与其他元件隔离。晶体管102的栅极结构104位于基底100上，间隙壁106 位于栅极结构104侧壁，且源/漏极区108位于栅极结构104两侧的基底100 中。在某些实施例中，更可于栅极结构104与源/漏极区108上形成金属硅化物(未绘示)，如硅化镍、硅化鴒或硅化钴等，以降低电阻。由于晶体管102
中各构件的材质与形成方法为本领域的人员所熟知，故不再赘述。
之后，请参照图1B,在基底100上形成介电层110,以覆盖晶体管102 与隔离结构101。此介电层110例如是掺杂硅玻璃、二氧化硅、低介电常数 材料等，或者是由无掺杂玻璃(USG)层与磷硅玻璃(PSG)层所组成。介电层 110的形成方法例如是化学气相沉积法或旋转涂布法。在本实施例中，介电 层110即是作为预形成接触窗开口的目标材料层。 '
在某些实施例中，更可在介电层110形成之前，于基底100上形成接触 窗蚀刻中止层(contact etching stopper layer, CESL) 109 ，其材质可例如为氮化 硅，形成方法则可例如为化学气相沉积法。此时，上述的目标材料层即是指 介电层IIO与接触窗蚀刻中止层109。
接着，在介电层IIO上形成用以作为后续蚀刻接触窗开口的步骤的蚀刻 掩模。目前，在65nm或45nm以下的先进工艺中，需将光阻的厚度进一步 减少或薄化，以降低黄光工艺的光学限制所衍生的膜厚均匀性不佳的问题。 但是，光阻的薄膜化却会使得耐蚀刻性较差，因此通常会使用多层的膜层来 代替习知的单层光阻作为蚀刻掩模。
请继续参照图1C,在介电层IIO上形成一蚀刻抵挡层112。蚀刻抵挡层 112例如是novolac型酚醛树脂(novolac resin)或者类似I-line ^阻等材料，其 厚度约为1500埃至3000埃，较佳则为1800埃左右。若以蚀刻抵挡层112 是I-line光阻为例，其形成方式是先利用一般光阻涂布程序，而涂布在介电 层110上，然后再加以烘烤固化，即可形成之。
接着，在蚀刻抵挡层112上形成一层含硅材料层114。含硅材料层114 ,H口是石更4奄才莫底丟[^元反射(Silicon國containing Hard-mask Bottom anti-reflection coating, SHB)层，其成分为含硅的有机高分子聚合物(organosilicon polymer) 或聚;圭物(polysilane),至少具有一发色基团(chrom叩hore group)以及一交联: 基团(crosslinkable group)。此外，含硅材料层114的成分中亦可以含有交联 剂(crosslinking agent)，以使得在照光后可产生交联反应。而且，含硅材料层 114具有可通过调整硅含量而获得不同耐蚀刻能力的特性。承上述，含硅材 料层114具有的硅含量约介于5 wt。/。至30 wt%,较佳则介于15 wt。/。至25 wt% 之间，而其厚度则介于150埃至1100埃之间，较佳为800埃左右。
然后，请参照图1D，于含硅材料层114上形成一层图案化光阻层116。图案化光阻层116例如是ArF光阻或者193纳米光阻。图案化光阻层116的 厚度仅需要600埃至2200埃之间，较佳约为1500埃左右。其中，图案化光 阻层116具有较大的共享接触窗(share contact)开口图案120以及较小的方形 接触窗(squarecontact)开口图案122。共享接触窗开口图案120位于同一金属 氧化物半导体晶体管102的部分栅极结构104和部分源/漏极区108的上方， 方形接触窗开口图案122则位于另一金属氧化物半导体晶体管102的部分源 /漏极区108上方。此处共享/方形接触窗开口图案120/122的孔径即为共享/ 方形接触窗开口的显影后检查关键尺寸(ADICD)。 .
随后，请参照图1E，利用图案化光阻层116作为蚀刻掩才莫，进行一蚀 刻步骤128,将共享/方形接触窗开口图案120/122经由蚀刻而转移至下方的 含硅材料层114中，以形成图案化含硅材料层115。在上述的蚀刻步骤128 中，利用通入含氟的烃类化合物(CHxFy，其中x:l、 2、 3; y=l、 2、 3。) 作为蚀刻用气体，例如三氟曱烷(CHF3)、 一氟曱烷(CHsF)、 二氟曱烷(CH2F2) 或其混合气体，可使得蚀刻含硅材料层114时，亦同时会产生高分子膜的沉 积作用。如此一来，可以在图案化含硅材料层115中蚀刻出分别对应共享/ 方形接触窗开口图案120/122的具有渐缩倾斜(tapered)侧壁的开口图案 124/126。而且，由于共享接触窗开口图案120的孔径大于方形接触窗开口图 案122的孔径，因此开口图案124与共享接触窗开口图案120的侧壁堆积的 高分子膜会较开口图案126与方形接触窗开口图案122的侧壁堆积的高分子 膜多。亦即是，开口图案124与共享接触窗开口图案120的孔径差大于开口 图案126与方形4^触窗开口图案122的孔径差。
承上述，蚀刻步骤128所用的蚀刻配方可令开口图案124/126的孔径小 于共享/方形接触窗开口图案120/122的孔径。同时，通过适度调整蚀刻步骤 128的蚀刻参数，例如蚀刻用气体的流量，可控制共享/方形接触窗开口图案 120/122的孔径缩小幅度。
接下来，可利用图案化光阻层116、图案化含硅材料层115及其侧壁的 高分子膜为掩模，进行一蚀刻蚀刻抵挡层112的步骤，以至少移除由开口图 案124/126所曝露出的蚀刻抵挡层112，而形成一图案化蚀刻抵挡层。
因为，蚀刻速率会受到开口图案的孔径大小不同的影响，孔径相对较大 的开口图案会使得蚀刻速率亦相对较快。如图1F所示，当蚀刻开口图案124 底部的蚀刻抵挡层112至曝露出介电层110时，开口图案126底部所暴露出的蚀刻抵挡层112则尚未完全被移除。当然，此时图案化光阻层116亦会有
部分被消耗(未绘示于图式中)。所以，如图1G所示，需通过蚀刻蚀刻抵挡 层112的步骤130进行一过度蚀刻(over-etching)步骤，4吏开口图案126底部 的蚀刻抵挡层112被蚀刻至曝露出介电层110,而开口图案124底部的蚀刻 抵挡层112则会产生扩口的现象，以分别于图案化蚀刻抵挡层113中形成对 应开口图案124/126的开口图案132/134,且亦会同时移除掉图案化光阻层 116。另外，通过适度调整蚀刻步骤130的蚀刻参lt，例如蚀刻时间，可控 制开口图案132/134的孔径大小。
继之，请参照图1H，于开口图案132/134形成之后，接着以CF4/02等 气体对蚀刻抵挡层113进行作蚀刻图案化时，同时移除图案化含硅材料层 115。然后，以图案化蚀刻抵挡层113为掩^f莫，进行蚀刻步骤，以于介电层 110与接触窗蚀刻中止层109中形成暴露出一个金属氧化物半导体晶体管 102的部分栅极结构104和部分源/漏极区108的共享接触窗开口 136,以及 暴露出另一金属氧化物半导体晶体管102的部分源/漏极区108的方形接触窗 开口 138。
上述，开口图案136/138的孔径则为共享/方形接触窗开口图案120/122 的蚀刻后检查关键尺寸(AEI CD),亦即是约略等于后续预形成的接触窗开口 的孔径。如此所得的共享/方形接触窗开口图案120/122的孔径与开口图案 136/138的孔径的差值，则形成第一/二孔径差，其中第二孔径差与第一孔径 差的比值即前述的相对孔径偏差比。
在上述工艺中，两种接触窗开口之间的相对孔径偏差比是由蚀刻含硅材 料层114的步骤128与蚀刻蚀刻抵挡层112的步骤130的蚀刻参数来控制。 例如，在蚀刻步骤128中，可通过调整含氟之烃类化合物的气体流量控制产 生的高分子膜的厚度，而间接控制开口图案124/126的孔径大小；在蚀刻步 骤130中，可通过调整蚀刻时间，即调整蚀刻量，控制开口图案132/134的 孔径大小。因此，利用适当地选用蚀刻步骤128与蚀刻步骤130的蚀刻参数 可控制相对孔径偏差比在一工艺所允许的范围，以避免后续所形成的接触窗 不会发生误接、与元件接触面积过小或未与元件接触等问题，而可大大提升 工艺的可靠度。
而且，利用上述调整两蚀刻步骤的蚀刻参数，以沉积与蚀刻的负载效应 (loading effect)偏差互补，来控制不同开口的相对孔径偏差比的方法，可使得工艺中所使用的光掩模不需因此而做修正，如此可节省工艺成本。
此外，于形成共享接触窗开口 136与方形接触窗开口 138后，可继续进 行后续的工艺，以形成共享接触窗与方形接触窗(未绘示)。例如，接下来可 移除图案化蚀刻抵挡层113，再于接触窗开口 136、 138中填入导体材料，并 移除多余的导体材料，直至介电层110表面暴露出为止。
在一实施例中，亦可调整蚀刻参数，使蚀刻蚀刻抵挡层112的步骤130 为一适量蚀刻(just-etching)步骤，以同时蚀刻蚀刻抵挡层112至曝露出介电 层110,而于图案化蚀刻^M当层113中形成实质上垂直的开口图案(未绘示)。 上述，蚀刻步骤130的步骤所使用的蚀刻气体例如是CF4、 CO、 02。当然， 在此情况下，亦可视工艺需求来调整蚀刻含硅材料层114的步骤128的蚀刻 参数，使相对孔径偏差比在工艺所允许的范围内。
另外，在其他实施例中，还可调整蚀刻参数，使蚀刻蚀刻抵挡层112的 步骤130为，先实行一蚀刻不足(under-etching)步骤，仅移除开口图案124/126 底部所暴露出的部分蚀刻抵挡层112,而于开口图案124/126底部残留一些 的蚀刻抵挡层112。其中，蚀刻不足步骤的步骤所使用的蚀刻气体例如是CF4、 CO、 02。然后，再实行一低选择比的过度蚀刻步骤，以完全蚀刻开口图案 124/126底部所残留的蚀刻抵挡层112,以及其下方的部分介电层。上述的低 选择比的过度蚀刻步骤可使蚀刻过程为一非等向性蚀刻，其所使用的蚀刻气 体例如是含氟气体，例如是CF4。同样地，在此情况下，还可视工艺需求来 调整蚀刻含硅材料层114的步骤128的蚀刻参数，^f吏相对孔径偏差比在工艺 所允许的范围内。
综上所述，本发明的方法可控制孔径不同开口之间的相对孔径偏差比在 工艺所允许的范围内，以使得后续所形成的接触窗不会发生误接、与元件接 触面积过小或未与元件接触等问题，而可大大提升工艺的可靠度。另一方面， 本发明的方法不需修改光掩模，即可达到控制孔径不同开口之间的相对孔径 偏差比相对孔径偏差比的目的，因此可节省工艺成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰， 因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
ii
权利要求
1. 一种控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其中孔径不同开口的工艺如下于目标材料层上依序形成蚀刻抵挡层、含硅材料层与图案化光阻层，该图案化光阻层具有孔径不同的第一开口图案与第二开口图案；以及依序进行蚀刻该含硅材料层、该蚀刻抵挡层与该目标材料层的步骤，以于对应该第一、该第二开口图案的该目标材料层中分别形成第一开口与第二开口，其中该第一开口的孔径与该第一开口图案的孔径的差异为第一孔径差，该第二开口的孔径与该第二开口图案的孔径的差异为第二孔径差，而第二孔径差与第一孔径差之间的比值称为相对孔径偏差比，其中该第一开口图案的孔径大于该第二开口图案的孔径，该方法包括以该图案化光阻层为掩模，进行第一蚀刻步骤，将该图案化光阻层的图案转移至该含硅材料层上，形成图案化含硅材料层，并于该图案化光阻层及该图案化含硅材料层的侧壁产生高分子膜；以该图案化光阻层、该图案化含硅材料层及其侧壁的该高分子膜为掩模，进行第二蚀刻步骤，以至少移除曝露出的该蚀刻抵挡层，而形成图案化蚀刻抵挡层；以该图案化蚀刻抵挡层为蚀刻掩模，移除部分该目标材料层，于该目标材料层中形成该第一、该第二开口；以及方法中通过调整该第一蚀刻步骤的蚀刻参数及/或该第二蚀刻步骤的蚀刻参数，以得到预设的相对孔径偏差比。
2. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第二蚀刻步骤为进行过度蚀刻步骤，以于该图案化蚀刻抵挡层中形成第 二开口的扩口开口图案。
3. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第二蚀刻步骤为进行适量蚀刻步骤，以于该图案化蚀刻抵挡层中形成实 质上垂直的开口图案。
4. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第二蚀刻步骤为蚀刻不足步骤，移除曝露出的部分该蚀刻抵挡层；以及进行第三蚀刻步骤，其为过度蚀刻步骤，移除残留的该蚀刻抵挡层及其 下方的部分该目标材津十层。
5. 如权利要求4所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第三蚀刻步骤为非等向性蚀刻步骤。
6. 如权利要求4所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第三蚀刻步骤所使用的蚀刻气体为含氟气体。
7. 如权利要求2所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第二蚀刻步骤中通入含氟的烃类化合物作为蚀刻气体，该含氟的烃类化 合物为CHxFy,其中x-l、 2、 3; y=l、 2、 3。
8. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中调整该第 一蚀刻步骤的蚀刻参数包括蚀刻气体的流量。
9. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中调整该第二蚀刻步骤的蚀刻参数包括蚀刻时间。
10. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第一开口为共享接触窗开口，且该第二开口为方形接触窗开口。
11. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该蚀刻^J氐挡层包括I-line光阻。
12. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该含硅材料层为硬掩模底部抗反射层。
13. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该图案化光阻层为193纳米光阻。
14. 如权利要求1所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该目标材料层包括介电层。
15. 如权利要求3所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第二蚀刻步骤的蚀刻气体为CO、 02和CF4。
16. 如权利要求4所述的控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法，其 中该第二蚀刻步骤的蚀刻气体为CO、 02和CF4。
全文摘要
一种控制孔径不同开口的相对孔径偏差比的方法。本方法为，以图案化光阻层为掩模，进行第一蚀刻步骤，以形成图案化含硅材料层，并于图案化光阻层及图案化含硅材料层的侧壁产生高分子膜。然后，以图案化光阻层、图案化含硅材料层及其侧壁的高分子膜为掩模，进行第二蚀刻步骤，以至少移除曝露出的蚀刻抵挡层，而形成图案化。之后，以图案化蚀刻抵挡层为蚀刻掩模，移除部分目标材料层，于目标材料层中形成第一、第二开口，且通过调整第一蚀刻步骤的蚀刻参数及/或第二蚀刻步骤的蚀刻参数，以得到预设的相对孔径偏差比。
文档编号H01L21/311GK101431045SQ20071016668
公开日2009年5月13日 申请日期2007年11月5日 优先权日2007年11月5日
发明者冯郅文, 叶俊廷, 周珮玉, 姚志成, 廖俊雄, 张峰溢, 林盈志 申请人:联华电子股份有限公司