TWI473205B - 接觸窗開口的形成方法 - Google Patents

Description

接觸窗開口的形成方法

本發明是有關於一種半體體製程方法，且特別是有關於一種接觸窗開口的形成方法。

在積體電路蓬勃發展的今日，元件縮小化與積集化是必然之趨勢，也是業界積極發展的重要課題，而整個半導體製程中影響元件尺寸最舉足輕重的關鍵就在於微影(photolithography)製程的技術。隨著半導體元件的高度積體化，積體電路的關鍵尺寸(critical dimension，CD)愈來愈小，因此微影所需的解析度愈來愈高。

舉例來說，由於尺寸縮小造成光學特性難以掌握，微影製程已遭遇到機台能力以及光學物理特性的極限，因此使接觸窗開口(contact hole)的微影製程的困難度愈來愈高。

為了增加接觸窗開口的關鍵尺寸的控制能力，必須在現有設備條件下改良製造接觸窗開口的方法，以降低成本。

本發明的目的就是在提供一種接觸窗開口的形成方法，其可增加接觸窗開口的關鍵尺寸的控制能力。

本發明的一實施例提出一種接觸窗開口的形成方法，包括下列步驟。首先，提供基底，基底包括密集區與獨立區。接著，於基底上形成材料層。然後，於密集區中的材料層上形成多個犧牲圖案，且於相鄰兩個犧牲圖案之間具有第一開口。接下來，於各犧牲圖案兩側分別形成間隙壁，且間隙壁彼此分離設置。之後，移除犧牲圖案，而於相鄰兩個間隙壁之間形成第二開口。再者，形成填滿第二開口的平坦層。隨後，於平坦層中形成第一狹縫，第一狹縫暴露出位於第二開口下方的部份材料層。繼之，移除由第一狹縫所暴露出的部份材料層，而在材料層中形成多個第三開口。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，於平坦層中形成第一狹縫的方法包括下列步驟。首先，於平坦層上形成第一圖案化光阻層，第一圖案化光阻層中具有第二狹縫與第四開口，其中第二狹縫暴露出密集區中的部份平坦層，且第四開口暴露出獨立區中的部份平坦層。接著，以第一圖案化光阻層為罩幕，移除由第二狹縫與第四開口所暴露出的部份平坦層，而分別在密集區的平坦層中形成第一狹縫且在獨立區的平坦層中形成第五開口。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，於形成第一圖案化光阻層之後，且於移除部份平坦層之前，更包括對第四開口進行微縮製程。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，微縮製程例如是化學性微縮增強微影解析度(resolution enhancement lithography assisted by chemical shrink，RELACS)製程、光阻膨脹製程或低溫薄膜製程。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，於移除由第一狹縫所暴露出的部份材料層的同時，移除由第五開口所暴露出的部份材料層，而在材料層中形成第六開口。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，第六開口的寬度例如是微影製程的最小線寬的一半。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，於形成材料層之後，且於形成犧牲圖案之前，更包括於材料層上形成硬罩幕層。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，更包括將第二開口延伸於硬罩幕層中。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，於形成材料層之後，且於形成犧牲圖案之前，更包括於材料層上形成硬罩幕層結構。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，更包括於硬罩幕層結構中形成用以形成第三開口的多個第七開口。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，硬罩幕層結構例如是單層硬罩幕層或多層硬罩幕層。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，犧牲圖案的形成方法包括下列步驟。首先，於材料層上形成犧牲圖案層。接著，於犧牲圖案層上形成第二圖案化光阻層。然後，以第二圖案化光阻層為罩幕，移除部份犧牲圖案層。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，第二圖案化光阻層的線寬線距比例如是1：1。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，更包括對第二圖案化光阻層進行修剪製程。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，經修剪後的第二圖案化光阻層的線寬線距比例如是大於1：1且小於等於1：3。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，於形成犧牲圖案層之後，且於形成第二圖案化光阻層之前，更包括於犧牲圖案層上形成底抗反射層。

依照本發明的一實施例所述，在上述之接觸窗開口的形成方法中，第三開口的寬度例如是微影製程的最小線寬的一半。

基於上述，在本發明所提出之接觸窗開口的形成方法中，由於在形成第二開口之後，會形成填滿第二開口的平坦層，所以在用以形成第一狹縫的微影製程中，用以定義出第一狹縫的第一圖案化光阻層具有較佳的可靠度，因此可增加對於接觸窗開口的關鍵尺寸的控制能力。

為讓本發明之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1H所繪示為本發明之一實施例的接觸窗開口的製造流程立體圖。

首先，請參照圖1A，提供基底100。基底100例如是矽基底。基底100包括密集區102與獨立區104。密集區102例如是用以形成記憶胞的區域。獨立區104例如是記憶體結構中的字元線外接電壓的區域。

接著，於基底100上形成材料層106。材料層106的材料例如是氧化矽或氮化矽等的介電材料，其中氧化矽例如是四乙氧基矽烷(tetraethosiloxane，TEOS)。在此實施例中，材料層106的材料例如是以四乙氧基矽烷為例進行說明。材料層106的形成方法例如是化學機械沈積法。

然後，可選擇性地於材料層106上形成硬罩幕層108。硬罩幕層108與材料層106例如是具有不同的蝕刻選擇比。硬罩幕層108的材料例如是氮氧化矽、非晶碳或氧化矽，其中氧化矽例如是四乙氧基矽烷。在此實施例中，硬罩幕層108的材料例如是以非晶碳為例進行說明。硬罩幕層108的形成方法例如是化學機械沈積法。

接下來，可選擇性地於硬罩幕層108上形成硬罩幕層110，而於材料層106上形成硬罩幕層結構112。硬罩幕層110與硬罩幕層108例如是具有不同的蝕刻選擇比。硬罩幕層110的材料例如是氮氧化矽、非晶碳或氧化矽，其中氧化矽例如是四乙氧基矽烷。在此實施例中，硬罩幕層110的材料例如是以氮氧化矽為例進行說明。硬罩幕層108的形成方法例如是化學機械沈積法。

值得注意的是，雖然在此實施例中，硬罩幕層結構112是以多層硬罩幕層為例進行說明，然而本發明並不以此為限。在其他實施例中，硬罩幕層結構112亦可為單層硬罩幕層。只要能有效地將所要形成的接觸窗開口圖案轉移材料層106中，於此技術領域具有通常知識者可依照製程需求對於硬罩幕層結構112的層數進行調整。

繼之，可選擇性地於硬罩幕層110上形成硬罩幕層114。硬罩幕層114與硬罩幕層110例如是具有不同的蝕刻選擇比。硬罩幕層114的材料例如是氮氧化矽、非晶碳或氧化矽，其中氧化矽例如是四乙氧基矽烷。在此實施例中，硬罩幕層114的材料例如是以四乙氧基矽烷為例進行說明。硬罩幕層114的形成方法例如是化學機械沈積法。

再者，於硬罩幕層114上形成犧牲材料層116。犧牲材料層116與硬罩幕層114例如是具有不同的蝕刻選擇比。犧牲材料層116的材料例如是非晶碳或多晶矽。犧牲材料層116的形成方法例如是化學機械沈積法。

隨後，可選擇性地於犧牲材料層116上形成底抗反射層118。底抗反射層118的材料例如是有機材料或無機材料。底抗反射層118的形成方法例如是旋轉塗佈法。

接著，於底抗反射層118上形成圖案化光阻層120。圖案化光阻層120的材料例如是正光阻材料或負光阻材料。圖案化光阻層120的形成方法例如是先在底抗反射層118上形成光阻材料層(未繪示)，再對光阻材料層進行曝光製程與顯影製程而形成之。圖案化光阻層120的線寬線距比例如是1：1。圖案化光阻層120的線寬例如是微影製程的最小線寬。

然後，請參照圖1B，可選擇性地對圖案化光阻層120進行修剪製程，而形成線寬小於圖案化光阻層120的圖案化光阻層120a。圖案化光阻層120a的線距線寬比例如是大於1且小於等於3。在此實施例中，圖案化光阻層120a的線寬線距比是以1：3為例進行說明。

接下來，以圖案化光阻層120a為罩幕，移除部份底抗反射層118以及部份犧牲圖案層116，以於密集區102中形成多個犧牲圖案122，且於相鄰兩個犧牲圖案122之間具有開口124。部份底抗反射層118以及部份犧牲圖案層116的移除方法分別例如是乾式蝕刻法。

之後，請參照圖1C，移除圖案化光阻層120a及底抗反射層118。圖案化光阻層120a的移除方法例如是乾式去光阻法。此外，底抗反射層118可於移除圖案化光阻層122的製程中一併移除。

繼之，於各犧牲圖案122兩側分別形成間隙壁126。間隙壁126與犧牲圖案122例如是具有不同的蝕刻選擇比。間隙壁126的材料例如是氧化矽或氮化矽。在此實施例中，間隙壁126的材料例如是以氮化矽為例進行說明。間隙壁126的形成方法例如是先共形地形成覆蓋間隙壁126的間隙壁材料層(未繪示)，再對間隙壁材料層進行回蝕刻製程而形成之。

再者，請參照圖1D，移除犧牲圖案122，而於相鄰兩個間隙壁126之間形成開口128。犧牲圖案122的移除方法例如是乾式蝕刻法。

隨後，將開口128延伸於硬罩幕層114中。將開口128延伸於硬罩幕層114中的方法例如是以間隙壁126為罩幕，利用乾式蝕刻法移除由間隙壁126所暴露出的硬罩幕層114。

值得注意的是，在將開口128延伸於硬罩幕層114中之後，間隙壁126可能會被消耗殆盡，也有可能會有部分間隙壁126殘留下來。由於間隙壁126與硬罩幕層114的目的是用以在後續製程中作為轉移圖案的罩幕層使用，因此在將開口128延伸於硬罩幕層114中之後，若有部分間隙壁126殘留，不需刻意移除間隙壁126。在其他實施例中，在將開口128延伸於硬罩幕層114中之後，亦可移除間隙壁126。然而，在沒有形成硬罩幕層114的實施例中，是以間隙壁126在後續製程中作為轉移圖案的罩幕層使用。

接著，形成填滿開口128的平坦層130。平坦層130例如是底層抗反射層，且其材料例如是有機材料或無機材料。平坦層130的形成方法例如是旋轉塗佈法。

然後，請參照圖1E，於平坦層130上形成圖案化光阻層132，圖案化光阻層132中具有狹縫134與開口136，其中狹縫134暴露出密集區102中的部份平坦層130，且開口136暴露出獨立區104中的部份平坦層130。開口136的寬度例如是微影製程的最小線寬。

接下來，可選擇性地在狹縫134的內壁上與開口136的內壁上分別形成化學性微縮增強微影解析度(RELACS)層138。化學性微縮增強微影解析度層138的材料例如是由水溶性樹脂(water soluble resin)與交聯劑(crosslinker)所組成。化學性微縮增強微影解析度層138可將開口136的寬度縮小為微影製程的最小線寬的一半。化學性微縮增強微影解析度層138的形成方法例如是先形成覆蓋圖案化光阻層132的化學性微縮增強微影解析度材料層(未繪示)，再移除未與圖案化光阻層132反應的化學性微縮增強微影解析度材料層而形成之。

值得注意的是，於圖案化光阻層132的上表面也會形成化學性微縮增強微影解析度層138，然而為了清楚地表示出開口136的寬度縮小，於圖1E並未繪示出形成於圖案化光阻層132上表面的化學性微縮增強微影解析度層138。

此外，雖然在上述實施例中，對開口136所進行的微縮製程是採用化學性微縮增強微影解析度製程進行說明，但並不用以限制本發明。在其他實施例中，對開口136所進行的微縮製程亦可採用物理性的光阻膨脹製程或低溫薄膜製程。

接著，請參照圖1F，以圖案化光阻層132與化學性微縮增強微影解析度層138為罩幕，移除由狹縫134與開口136所暴露出的部份平坦層130，而分別在密集區102的平坦層130中形成狹縫140且在獨立區104的平坦層130中形成開口142。狹縫140暴露出位於開口128下方的部份硬罩幕層結構112。開口142暴露出部分硬罩幕層結構112。

然後，可選擇性地移除圖案化光阻層132與化學性微縮增強微影解析度層138。圖案化光阻層132的移除方法例如是乾式去光阻法。此外，化學性微縮增強微影解析度層138可於移除圖案化光阻層132的製程中一併移除。

接著，請參照圖1G，以平坦層130與由狹縫140所暴露出的間隙壁126與硬罩幕層114為罩幕，移除由狹縫140所暴露出的部份硬罩幕層結構112，而於硬罩幕層結構112中形成開口144。同時，移除由開口142所暴露出的部份硬罩幕層結構112，而在硬罩幕層結構112中形成開口146。在此實施例中，在形成開口144與開口146的過程中，平坦層130、間隙壁126與硬罩幕層114可能會被消耗殆盡或可進行額外的製程將其移除，至於平坦層130、間隙壁126與硬罩幕層114的移除方法為於此技術領域具有通常知識者所周知，故於此不再贅述。

值得注意的是，雖然硬罩幕層結構112中的硬罩幕層110與硬罩幕層108均存在於圖1G中，但並不用以限制本發明。在其他實施例中，硬罩幕層110也可能會在形成開口144與開口146的過程中被消耗殆盡或可進行額外的製程將其移除。

然後，請參照圖1H，以硬罩幕層結構112為罩幕，移除由開口144與開口146所暴露的出部份材料層106，以於材料層106中形成開口148與開口150。開口148與開口150例如是作為接觸窗開口使用。開口148與開口150的寬度分別例如是微影製程的最小線寬的一半。部份材料層106的移除方法例如是乾式蝕刻法。

接下來，移除硬罩幕層結構112。硬罩幕層110可能會在形成形成開口148與開口150的過程中被消耗殆盡或可額外進行乾式蝕刻製程將其移除。

值得注意的是，在沒有形成硬罩幕層結構112的實施例中，亦可由平坦層130與由狹縫140所暴露出的間隙壁126與硬罩幕層114為罩幕，直接於材料層106中形成開口148與開口150。

基於上述實施例可知，在本發明所提出之接觸窗開口的形成方法中，由於在形成開口128之後，會形成填滿開口128的平坦層130，所以在用以形成狹縫140的微影製程中，由於用以定義出狹縫140的圖案化光阻層132是形成在表面平坦的平坦層130上，而使得圖案化光阻層132具有較佳的可靠度，因此可增加對於接觸窗開口的關鍵尺寸的控制能力。

綜上所述，上述實施例至少具有下列優點：

1.上述實施例所提出之接觸窗開口的形成方法具有較佳的可靠度。

2.藉由上述實施例所提出之接觸窗開口的形成方法能夠增加對於接觸窗開口的關鍵尺寸的控制能力。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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為準。

100‧‧‧基底

102‧‧‧密集區

104‧‧‧獨立區

106‧‧‧材料層

108、110、114‧‧‧硬罩幕層

112‧‧‧硬罩幕層結構

116‧‧‧犧牲材料層

118‧‧‧底抗反射層

120、120a、132‧‧‧圖案化光阻層

122‧‧‧犧牲圖案

124、128、136、142、144、146、148、150‧‧‧開口

126‧‧‧間隙壁

130‧‧‧平坦層

134、140‧‧‧狹縫

138‧‧‧化學性微縮增強微影解析度層

圖1A至圖1H所繪示為本發明之一實施例的接觸窗開口的製造流程立體圖。

100．．．基底

102．．．密集區

104．．．獨立區

106．．．材料層

108、110、114．．．硬罩幕層

112．．．硬罩幕層結構

126．．．間隙壁

128、142．．．開口

130．．．平坦層

140．．．狹縫

Claims (16)

1. 一種接觸窗開口的形成方法，包括：提供一基底，該基底包括一密集區與一獨立區；於該基底上形成一材料層；於該密集區中的該材料層上形成多個犧牲圖案，且於相鄰兩個犧牲圖案之間具有一第一開口；於各該犧牲圖案兩側分別形成一間隙壁，且該些間隙壁彼此分離設置；移除該些犧牲圖案，而於相鄰兩個間隙壁之間形成一第二開口；形成填滿該些第二開口的一平坦層；於該平坦層中形成一第一狹縫，該第一狹縫暴露出位於該些第二開口下方的部份該材料層，其中於該平坦層中形成該第一狹縫的方法包括：於該平坦層上形成一第一圖案化光阻層，該第一圖案化光阻層中具有一第二狹縫與一第四開口，其中該第二狹縫暴露出該密集區中的部份該平坦層，且該第四開口暴露出該獨立區中的部份該平坦層；以及以該第一圖案化光阻層為罩幕，移除由該第二狹縫與該第四開口所暴露出的部份該平坦層，而分別在該密集區的該平坦層中形成該第一狹縫且在該獨立區的該平坦層中形成一第五開口；以及移除由該第一狹縫所暴露出的部份該材料層，而在該材料層中形成多個第三開口。
2. 如申請專利範圍第1項所述之接觸窗開口的形成方法，其中在形成該第一圖案化光阻層之後，且於移除部份該平坦層之前，更包括對該第四開口進行一微縮製程。
3. 如申請專利範圍第2項所述之接觸窗開口的形成方法，其中該微縮製程包括化學性微縮增強微影解析度製程、光阻膨脹製程或低溫薄膜製程。
4. 如申請專利範圍第2項所述之接觸窗開口的形成方法，其中於移除由該第一狹縫所暴露出的部份該材料層的同時，移除由該第五開口所暴露出的部份該材料層，而在該材料層中形成一第六開口。
5. 如申請專利範圍第4項所述之接觸窗開口的形成方法，其中該第六開口的寬度為微影製程的最小線寬的一半。
6. 如申請專利範圍第1項所述之接觸窗開口的形成方法，其中於形成該材料層之後，且於形成該些犧牲圖案之前，更包括於該材料層上形成一硬罩幕層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之接觸窗開口的形成方法，更包括將該些第二開口延伸於該硬罩幕層中。
8. 如申請專利範圍第1項所述之接觸窗開口的形成方法，其中於形成該材料層之後，且於形成該些犧牲圖案之前，更包括於該材料層上形成一硬罩幕層結構。
9. 如申請專利範圍第8項所述之接觸窗開口的形成方法，更包括於該硬罩幕層結構中形成用以形成該些第三開口的多個第七開口。
10. 如申請專利範圍第8項所述之接觸窗開口的形成 方法，其中該硬罩幕層結構包括單層硬罩幕層或多層硬罩幕層。
11. 如申請專利範圍第1項所述之接觸窗開口的形成方法，其中該些犧牲圖案的形成方法包括：於該材料層上形成一犧牲圖案層；於該犧牲圖案層上形成一第二圖案化光阻層；以及以該第二圖案化光阻層為罩幕，移除部份犧牲圖案層。
12. 如申請專利範圍第11項所述之接觸窗開口的形成方法，其中該第二圖案化光阻層的線寬線距比為1：1。
13. 如申請專利範圍第11項所述之接觸窗開口的形成方法，更包括對該第二圖案化光阻層進行一修剪製程。
14. 如申請專利範圍第13項所述之接觸窗開口的形成方法，其中經修剪後的該第二圖案化光阻層的線距線寬比為大於1且小於等於3。
15. 如申請專利範圍第11項所述之接觸窗開口的形成方法，其中於形成該犧牲圖案層之後，且於形成該第二圖案化光阻層之前，更包括於該犧牲圖案層上形成一底抗反射層。
16. 如申請專利範圍第1項所述之接觸窗開口的形成方法，其中各該第三開口的寬度為微影製程的最小線寬的一半。