專利名稱：在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種修飾的方法，是有關(guān)于“濕式-附隨-干式”的工藝(也可以稱為一同時(shí)進(jìn)行的“濕式與干式”工藝)，在半導(dǎo)體組件中，介層窗典型地是用以連結(jié)由介電層分開的二層導(dǎo)電層。本發(fā)明特別是有關(guān)于一種改善“濕式-附隨-干式”蝕刻的工藝(利用同時(shí)進(jìn)行的濕式與干式蝕刻工藝)，可用此工藝在半導(dǎo)體組件中制造漏斗形(一錐形部份或在垂直部份之上的碗形部份)介層窗。本發(fā)明也是有關(guān)于一種新工藝來改善介層窗制造的方法。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)為能制造具有平滑外形的介層窗，因可大幅改善存在于介層窗與光阻層之間以及濕式蝕刻區(qū)域與干式蝕刻區(qū)域之間的尖銳夾角。本發(fā)明的另一主要優(yōu)點(diǎn)為能制造改良的介層窗，但不會(huì)大幅提高制造成本或過度地將工藝復(fù)雜化。
在制造超大型集成(ULSI)電路時(shí)，垂直地堆積或整合復(fù)數(shù)個(gè)金屬有線電路或金屬層，以形成多重金屬構(gòu)造，已成為一種改善電路性能并且增加電路功能的復(fù)雜性的方法。金屬有線電路是由所謂的“介層窗”來連結(jié)，而介層窗穿越介電層而夾于兩層鄰近的金屬層之間。
首先在介電層中形成一穿通洞，而穿通洞形成于介電層中，且同時(shí)位于導(dǎo)電層上。接著，于穿通洞中沉積導(dǎo)電材質(zhì)以形成介層窗，為了提高于穿通洞中沉積導(dǎo)電物質(zhì)的階梯覆蓋能力，特別是在濺鍍沉積工藝中，所以穿通洞通常具有漏斗形的外形，諸如，通常垂直的下部份與由垂直的下部份的口放射出的錐形的部份。漏斗形的穿通洞典型地是以所謂的濕式-附隨-干式蝕刻工藝來形成的，也就是同時(shí)利用濕式蝕刻工藝與干式蝕刻工藝來形成介電層。干式蝕刻工藝主要是非等向性蝕刻，當(dāng)其施行于介電層中，可以形成一垂直的通路。濕式蝕刻工藝主要是等向性蝕刻，其可使主要垂直于干式蝕刻方向的通路變寬。當(dāng)干式蝕刻進(jìn)行時(shí)，隨著介電層的深度增加，可借助減少濕式蝕刻的時(shí)間來降低濕式蝕刻累積的程度。以如此方式即可形成漏斗形介層窗(諸如，穿通洞)，其是由兩部份組成，即均勻?qū)挾鹊母墒轿g刻(諸如，下)部份以及錐形或碗形寬度的濕式蝕刻(諸如，上)部份。濕式蝕刻(上)部份的寬度是由口(諸如，干式蝕刻下部份與濕式蝕刻上部份的交叉處)到介電層的頂部表面逐漸增加。
依照公知的濕式-附隨-干式工藝所形成的漏斗形介層窗的缺點(diǎn)為錐形部份有一非常跿峭的向上曲線部份。如此跿峭的部份能降低階梯覆蓋能力，但是形成漏斗形的介層窗本是為了提高階梯覆蓋能力。為了在后續(xù)的濺鍍沉積工藝中盡可能提高階梯覆蓋能力，錐形部份應(yīng)越平滑越佳，而接近介層窗頂端的跿峭的向上曲線部份應(yīng)大福地加以緩和。
依照公知的濕式-附隨-干式工藝所形成的漏斗形介層窗的另一缺點(diǎn)為于干式蝕刻部份與濕式蝕刻部份之間有尖銳夾角，以及介層窗與光阻層之間(也就是介層窗于介電層頂端的表面的流出角)也有尖銳夾角。尖銳的流出角也與上述介層窗的錐形部份的跿峭的向上曲線部份有關(guān)。這些尖銳的夾角會(huì)造成總工藝的一些盲點(diǎn)而降低了產(chǎn)量。
在高競爭力的半導(dǎo)體工業(yè)中，重要的是要注意到每一種可能改善產(chǎn)量的方式。尤其較佳的是那些可以有效的運(yùn)用成本的方式。
因此本發(fā)明的主要目的是在半導(dǎo)體組件中發(fā)展出一種制造外型改良的介層窗的方法。特別是本發(fā)明的主要目是在發(fā)展出一種制造具有平滑錐形部份的介層窗的方法，使得在后續(xù)的濺鍍程序中，以導(dǎo)電物質(zhì)填滿介層窗時(shí)，能達(dá)到最佳的階梯覆蓋能力。利用本發(fā)明來制造介層窗，也能消除濕式蝕刻部份與光阻層之間的尖銳夾角，以及蝕刻部份與干式蝕刻部份的尖銳夾角。
本發(fā)明揭露的方法可以概括于下列主要步驟1、沉積一層底部介電層于晶圓上，底部介電層有一第一預(yù)定的蝕刻速率；2、沉積至少一層外形潤飾的介電層于底部介電層上；3、沉積一層頂部介電層于包括至少一層外形潤飾的介電層的頂端上，頂部介電層有一第二預(yù)定的蝕刻速率，其中第二預(yù)定的蝕刻速率高于第一預(yù)定的蝕刻速率；4、形成一層光阻層于頂部介電層上，光阻層有一開口，以便能形成介層窗于多層介電層中；5、同時(shí)利用濕式蝕刻與干式蝕刻程序，以形成漏斗形介層窗于多層介電層中。
在沉積底部介電層前，先沉積一層基部介電層于晶圓上。同時(shí)地進(jìn)行濕式蝕刻與干式蝕刻程序，漏斗形介層窗的垂直部份是通常形成于基部介電層中，而漏斗形介層窗的錐形部份通常形成于多層介電層中。然而漏斗形介層窗的垂直部份能部份伸入多層介電層中，同樣地，漏斗形介層窗的錐形部份也能部份伸入基部介電層中。外型潤飾的介電層的較佳蝕刻速率是介于第一預(yù)定的蝕刻速率與第二預(yù)定的蝕刻速率之間。倘若外型潤飾的介電層的層數(shù)多于一層，此多層外型潤飾的介電層的較佳蝕刻速率應(yīng)隨著距離晶圓越遠(yuǎn)而越大。在最佳地情況下，對(duì)所有的介電層而言，應(yīng)為連續(xù)地增加從底部介電層到頂部介電層的蝕刻速率，以獲得非常平滑的介層窗外形。
在正常情況下，沉積比較多的介電層(諸如，基部介電層、底部介電層、至少一層外形潤飾的介電層以及頂部介電層)在晶圓上，通常涉及冗長而且昂貴的工藝。因此，本發(fā)明的另一重要方面為能以相對(duì)簡單的方式來形成這些多層介電層，所有這些介電層都是在略為改變沉積的條件下，以相同的沉積工藝來沉積的。
本發(fā)明更特別的是能利用觀測(cè)方式來調(diào)整蝕刻速率，電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積的介電層的蝕刻速率(干式與濕式)可經(jīng)由改變一個(gè)或兩個(gè)工藝參數(shù)而調(diào)整之，譬如反應(yīng)氣體的分壓、產(chǎn)生電漿的射頻功率、溫度以及氣體成份的比例，等等。若選擇適當(dāng)?shù)慕殡姴馁|(zhì)，則介電材質(zhì)的蝕刻速率可經(jīng)由改變一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)而調(diào)整之。以有效地運(yùn)用成本的方式，通過控制這些工藝參數(shù)，可依電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝來形成最適宜的具有不同蝕刻速率分布的混合介電層，以便在后續(xù)工序中，能形成具有圓潤外形的漏斗形介層窗，因此消除了介層窗的頂部以及垂直部份與碗形部份的交接處的尖銳角度。
為讓本發(fā)明能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下圖面說明

圖1為公知的漏斗形介層窗的制造側(cè)視圖；圖2為依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的一種漏斗形介層窗的制造側(cè)視圖。此漏斗形介層窗具有平滑的外型，而其交接處的尖銳夾角已獲得改善；圖3為氧化硅的干式蝕刻速率與濕式蝕刻速率分別相對(duì)于氧/硅比例的變化圖。而氧/硅比例為在進(jìn)行電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝的反應(yīng)室內(nèi)，氧氣與硅化氫的比例，以形成氧化硅于硅基底上；以及圖4為依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例連續(xù)改變電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積的工藝參數(shù)。
附圖標(biāo)記說明1漏斗形介層窗2碗形上部份3垂直下部份4介層窗出口處的尖銳角度5碗形部份與垂直部份的交接處的尖銳角度10漏斗形介層窗11多層介電層構(gòu)造12基部介電層13底部介電層
14復(fù)數(shù)個(gè)外形潤飾的介電層15頂部介電層16獲得改善的介層窗出口處的角度17獲得改善的碗形部份與垂直部份交接處的角度本發(fā)明的方法可以概括于下列主要步驟1、沉積一層基部介電層于晶圓上；2、沉積一層底部介電層于基部介電層上，底部介電層有一第一預(yù)定的蝕刻速率；3、沉積至少一層外形潤飾的介電層于底部介電層上；4、沉積一層頂部介電層于包括至少一層外形潤飾的介電層的頂端上，頂部介電層有一第二預(yù)定的蝕刻速率，其中第二預(yù)定的蝕刻速率高于第一預(yù)定的蝕刻速率；5、形成一層光阻層于頂部介電層上，光阻層有一開口，以便能形成介層窗于多層介電層中；6、同時(shí)利用濕式蝕刻與干式蝕刻工藝，以形成漏斗形介層窗于多層介電層中。
請(qǐng)參照?qǐng)D1，其所繪示為公知漏斗形介層窗1的制造側(cè)視圖。介層窗1包括一碗形上部份是等向性濕式蝕刻(與干式蝕刻)多層介電層后而形成的，垂直的下部份3是主要由于非等向性干式蝕刻多層介電層后而形成的。圖1顯示碗形上部份的外形斜率連續(xù)的增加，以致在介層窗出口處有尖銳的角度4。圖1亦顯示在碗形濕式蝕刻部份2與垂直的干式蝕刻部份3的交接處有另一尖銳角度5。
請(qǐng)參照?qǐng)D2，其所繪示的即是依照本發(fā)明的較佳實(shí)施例的漏斗形介層窗的制造側(cè)視圖。介層窗10是形成于一潤飾過的多層介電層構(gòu)造11中，多層介電層構(gòu)造11包括一層基部介電層12、一層底部介電層13、復(fù)數(shù)個(gè)外形潤飾的介電層14以及一層頂部介電層15。圖2顯示一較平滑的介層窗外形10，而明顯改善了交接處的尖銳角度16、17。雖然基部介電層12與底部介電層13以不同的名稱來描述之，但若以相同的工藝參數(shù)來沉積基部介電層12與底部介電層13，則此二層即可合并為一層。虛線部份是依照公知的工藝所形成的介層窗外形。
基部介電層上的多層介電層也可以合稱為非基部多層介電層構(gòu)造。同時(shí)的進(jìn)行濕式蝕刻與干式蝕刻工藝，漏斗形介層窗的垂直部份是通常形成于基部介電層中，而漏斗形介層窗的碗形部份通常形成于基部介電層上的多層介電層中(諸如非基部多層介電層構(gòu)造)。然而漏斗形介層窗的垂直部份能部份伸入多層介電層中，同樣地，漏斗形介層窗的碗形部份也能部份伸入基部介電層中。外型潤飾的介電層的較佳蝕刻速率是介于第一預(yù)定的蝕刻速率與第二預(yù)定的蝕刻速率之間。倘若外型潤飾的介電層的層數(shù)多于一層，此多層外型潤飾的介電層的較佳蝕刻速率應(yīng)隨著距離晶圓越遠(yuǎn)而越大。在最佳地情況下，對(duì)所有的介電層而言，應(yīng)為連續(xù)的增加從底部介電層到頂部介電層的蝕刻速率，以獲得非常平滑的介層窗外形。
在本發(fā)明的工藝中，所選擇的較佳介電材質(zhì)的蝕刻速率能隨著改變電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)而調(diào)整之，譬如反應(yīng)氣體的分壓、產(chǎn)生電漿的射頻功率、溫度以及氣體成份的比例，等等。
作為上述關(guān)聯(lián)的例子，請(qǐng)參照?qǐng)D3，其所繪示為四乙基硅酸鹽(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)的干式蝕刻速率與濕式蝕刻速率分別相對(duì)于氧/硅比例的變化圖，而氧/硅比例為在進(jìn)行電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積程序的反應(yīng)室內(nèi)，氧氣與硅化氫的比例，以形成氧化硅于硅基底上。同樣地，可改變反應(yīng)室射頻的功率或改變溫度或反應(yīng)氣體的分壓來調(diào)整四乙基硅酸鹽的干式蝕刻速率與濕式蝕刻速率。若選擇適當(dāng)?shù)慕殡姴馁|(zhì)，而介電材質(zhì)的蝕刻速率可經(jīng)由改變一個(gè)或多個(gè)工藝參數(shù)而調(diào)整之，通過控制這些工藝參數(shù)，可依電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝，形成最適宜的具有不同蝕刻速率分布的混合介電層，以便在后續(xù)工序中，能形成具有平滑外型的漏斗形介層窗，而改善了介層窗的頂部以及垂直部份與碗形部份的交接處的尖銳角度。
因?yàn)楸景l(fā)明并不需要費(fèi)很大的功夫來增加外形潤飾的介電層的層數(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用上，能控制介電層的蝕刻率的工藝條件是以連續(xù)的方式來調(diào)整之，諸如工藝可分成許多步驟，而每一步驟代表增加少許的緊接著的前一步驟的工藝參數(shù)，以致在外形潤飾的介電層中，形成一蝕刻速率分布的梯度。請(qǐng)參照?qǐng)D4，工藝參數(shù)可為反應(yīng)氣體的分壓、產(chǎn)生電漿的射頻功率、溫度以及氣體成份的比例，等等。必要時(shí)，濕式浸泡工藝能用來細(xì)部地修飾蝕刻后的介層窗的外形。
介層窗的碗形部份的整個(gè)外形以及碗形部份與垂直部份的交角，能進(jìn)一步由調(diào)整基部介電層的蝕刻速率來控制之。必要時(shí)，基部介電層中也有蝕刻速率分布的梯度，諸如干式蝕刻的蝕刻速率隨著距離晶圓越遠(yuǎn)而越小，可進(jìn)一步減少碗形部份與垂直部份的交角。增加干式蝕刻速率可以減少干式蝕刻所需的時(shí)間，因此，減少了垂直于干式蝕刻方向的濕式蝕刻程度，也因此減少了碗形部份與垂直部份的夾角。
下列的范例將更詳細(xì)的說明本發(fā)明。雖然下列的范例，包括本發(fā)明的較佳實(shí)施例，是為了說明本發(fā)明而揭露的例子，然其并非為了用以限定本發(fā)明。
在進(jìn)行電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積程序的反應(yīng)室內(nèi)，借著調(diào)整含硅的SiH4成份氣體與含氧的O2成份氣體的氣流比例，而沉積一系列的四乙基硅酸鹽層于晶圓上。于以NH4F作為緩沖之用的HF化學(xué)蝕刻溶液中，測(cè)試由不同化學(xué)氣相組合而成的具有不同化學(xué)計(jì)量的氧化硅層的蝕刻速率。測(cè)試結(jié)果摘要于表一。表一
如表一所示，在電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝中，當(dāng)氣流中的氧/硅的比例增加，則相對(duì)應(yīng)沉積的四乙基硅酸鹽的蝕刻速率亦增加。同時(shí)進(jìn)行濕式蝕刻與干式蝕刻包含有不同計(jì)量的四乙基硅酸鹽層的晶圓，以形成具有平滑外形的碗形部份的漏斗形介層窗，如圖2所示。圖2亦顯示若加寬垂直部份(諸如，干式蝕刻所形成的下部份)的寬度，不會(huì)影響由濕式蝕刻所形成的上部份的總體寬度。
雖然本發(fā)明為了說明，已以較佳實(shí)施例揭露如上，但依照本發(fā)明而作的各種明顯的改進(jìn)與變型是有可能的。所選擇的實(shí)施例及其中的描述提供了本發(fā)明的原則以及實(shí)際應(yīng)用的最佳說明，使得任何熟習(xí)此技藝者能利用本發(fā)明于各種的實(shí)施例中，也可以為了特殊用途而作各種改進(jìn)。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于包括(a)沉積一基部介電層于一晶圓上；(b)沉積一底部介電層于該基部介電層上，該底部介電層有一第一預(yù)定的蝕刻速率；(c)沉積至少一外形潤飾的介電層于該底部介電層上；(d)沉積一頂部介電層于該至少一層外形潤飾的介電層上，其中該頂部介電層有一第二預(yù)定的蝕刻速率，而且該第二預(yù)定的蝕刻速率高于該第一預(yù)定的蝕刻速率，其中該底部介電層，該至少一層外形潤飾的介電層以及該頂部介電層合稱為一非基部介電層；以及(e)同時(shí)進(jìn)行一濕式蝕刻與干式蝕刻工藝于一光阻層配合情況下，以形成漏斗形介層窗，漏斗形介層窗有一碗形上部份與一通常垂直的下部份，分別大約位于該非基部介電層與該基部介電層中。
2.如權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中該步驟(c)包括形成至少二層該外形潤飾的介電層的次步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中全部該介電層是以一共同的電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝來沉積的。
4.如權(quán)利要求3所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中該介電層的材質(zhì)的蝕刻速率能以改變電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝中的至少一工藝參數(shù)來調(diào)整。
5.如權(quán)利要求3所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中該介電層的材質(zhì)的蝕刻速率能以改變電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝中的一反應(yīng)氣體的分壓、產(chǎn)生電漿的射頻功率、溫度以及氣體成份的比例來調(diào)整。
6.如權(quán)利要求3所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中該介電層為四乙基硅酸鹽是以一含硅的成份與一含氧的成份的氣體組合沉積而得的。
7.如權(quán)利要求6所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中該含硅的成份為SiH4與該含氧的成份為O2氣體。
8.如權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中選擇該第二預(yù)定的蝕刻速率，使得接近該介層窗外形頂端的斜率減少。
9.如權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中該步驟(c)包括形成復(fù)數(shù)層外形潤飾的介電層的次步驟，且該些外形潤飾的介電層具有連續(xù)增加的蝕刻速率。
10.如權(quán)利要求1所述的在半導(dǎo)體中形成漏斗形介層窗的方法，其特征在于其中該基部介電層包括復(fù)數(shù)層次層，且該些次層的蝕刻速率隨著該次層與該晶圓的距離增加而減少。
11.一種包含形成于多層介電層構(gòu)造中的一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，該漏斗形介層窗包含一碗形上部份與一通常垂直下部份，而該多層介電層構(gòu)造包含一基部層以大約定義該通常垂直部份，以及一非基部層以大約定義該碗形上部份，其特征在于其中該非基部層，包括(a)一底部介電層具有一第一預(yù)定的蝕刻速率；(b)至少一外形潤飾的介電層沉積于該底部介電層上；以及(c)一頂部介電層沉積于該至少一層外形潤飾的介電層上，其中該頂部介電層有一第二預(yù)定的蝕刻速率，而且該第二預(yù)定的蝕刻速率高于該第一預(yù)定的蝕刻速率。
12.如權(quán)利要求11所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中該介層窗由至少二層的該外形潤飾的介電層組成。
13.如權(quán)利要求11所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中全部該介電層是以一共同的電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝來沉積的。
14.如權(quán)利要求13所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中該介電層的材質(zhì)的蝕刻速率能以改變電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝中的至少一工藝參數(shù)來調(diào)整。
15.如權(quán)利要求13所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中該介電層的材質(zhì)的蝕刻速率能以改變電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積工藝中的一反應(yīng)氣體的分壓、產(chǎn)生電漿的射頻功率、溫度以及氣體成份的比例來調(diào)整。
16.如權(quán)利要求13所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中該介電層四乙基硅酸鹽是以一含硅的成份與一含氧的成份的氣體組合沉積而得的。
17.如權(quán)利要求16所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中該含硅的成份為SiH4與該含氧的成份為O2氣體。
18.如權(quán)利要求11所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中選擇該第二預(yù)定的蝕刻速率，使得接近該介層窗外形頂端的斜率減少。
19.如權(quán)利要求11所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中該介層窗是由復(fù)數(shù)層外形潤飾的介電層所組成，且該些外形潤飾的介電層具有連續(xù)增加的蝕刻速率。
20.如權(quán)利要求11所述的包含一漏斗形介層窗的半導(dǎo)體組件，其特征在于其中該基部層包括復(fù)數(shù)層次層，該些次層的蝕刻速率隨著該次層與該晶圓的距離增加而減少。
全文摘要
一種在半導(dǎo)體組件中的漏斗形介層窗的制造方法,包括下列主要步驟;利用電漿加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積在晶圓上沉積基部介電層;在基部介電層上沉積底部介電層;在底部介電層上沉積至少一層外形潤飾的介電層;在外形潤飾的介電層的頂端沉積一層頂部介電層;在頂部介電層上形成一層光阻層;同時(shí)利用濕式蝕刻與干式蝕刻工藝,在多層介電層中形成漏斗形介層窗。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1378245SQ01110219
公開日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2001年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月2日
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