專利名稱：形成多個不同深度接觸窗的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種形成多個不同深度接觸窗的方法，特別涉及一種在大型半導體元件中形成多個不同深度接觸窗的方法。
隨著超大型集成電路(Ultra Large Scale IntegratedULSI)的隨機存取存儲器(Dynamic Random Access MemoryDRAM)技術的進步，存儲單元(memorycell)的尺寸越來越小，而其可用的面積也越來越小。一個DRAM單元的制作過程包含了形成一晶體管、一電容器以及接觸周邊電路的接觸窗(contact)。所以如何將DRAM存儲單元中的元件面積縮小，便成為半導體設計者所面臨最重要的課題。因為層疊式電容器(stacked capacitor)所占的面積相當小，所以層疊式電容器經(jīng)常被使用在DRAM存儲單元中。
除此之外，因為大型半導體元件中的層疊式電容器的臺階高度(stepheight)太大，所以周邊電路的多個不同深度接觸窗經(jīng)常使用在半導體元件中。也因此，隨著半導體元件工藝的進行，就必須要使用自對準接觸窗(selfalign contact)工藝。當不需要使用自對準接觸窗工藝時，可以用原硅酸四乙酯(Tetra Ethyl Ortho SilicateTEOS)所形成的的氧化層來形成柵極側墊(spacer)以及柵極頂層(cap)。
如

圖1所示，多個不同深度接觸窗將被形成在所述的半導體元件中。
其中硅襯底(substrate)9被提供，以用來形成所述的半導體元件，而多晶硅平板10連接到半導體元件的電容器11中，位線(bit line)13包含一第一硅化鎢層13a以及一第一多晶硅層13b。字線17包含一二氧化硅頂層17a、一二氧化硅側墊17b、一第二硅化鎢層17c以及一第二多晶硅層17d。位線13以及字線17是用來對該半導體元件作定址之用。而多個不同深度接觸窗18借助所形成的光刻膠層20做為掩模，穿透BPSG層19而形成。因為所述的半導體元件的集成度并不高，因此并不需要使用自對準接觸窗以及抗反射層。所以多個不同深度接觸窗可以使用含氟的氣體例如CCl2F2或是CF4而形成。
當要制作大尺寸的半導體元件時，必須要使用抗反射層以增加元件密度并改善光刻膠的近似效應(proximity effect)的影響。無機抗反射層經(jīng)常是由氮化硅(Si3N4)或是氮氧化硅(SiON)所組成。而自對準接觸窗是用來在形成大尺寸的半導體元件時，增進臨界長度(critical dimension)的控制，所以要用氮化硅(Si3N4)來形成柵極頂層與柵極側墊。
大型半導體元件的剖面圖顯示在圖2中，硅襯底29用于提供來形成所述大型半導體元件，多晶硅平板30連接到該大型半導體元件的電容31，并且位線33包含一第一硅化鎢層33a、一第一多晶硅層33b以及一氮氧化硅層33c。位于第一硅化鎢層33a表面的氮氧化硅層33c是一個抗反射層。而位線37包含一氮化硅頂層37a、一氮化硅側墊37b、一第二硅化鎢層37c以及一第二多晶硅層37d。位線33以及字線37是用來作為將該大型半導體元件定位址之用。接著為了要形成多個不同深度接觸窗，于BPSG層39上形成光刻膠層38。
當傳統(tǒng)的含氟氣體被用來形成多個不同深度接觸窗時，很容易就會在氮化硅頂層37a或是在氮氧化硅層33c上產(chǎn)生蝕刻停止或是再度產(chǎn)生聚合物。除此之外，平板多晶硅層30以及硅襯底29表面上可能會產(chǎn)生嚴重的多晶硅流失。如圖3所示，多個不同深度接觸窗40形成在BPSG層39中。但是由上述的原因中，可以知道當蝕刻氮化硅頂層37a以及氮氧化硅層33c時，就可能會產(chǎn)生所述的蝕刻停止或是聚合物再產(chǎn)生的現(xiàn)象，所以會導致無法暴露第一硅化鎢層33a以及第二硅化鎢層37c。
甚至，如果用傳統(tǒng)的含氟氣體將第一硅化鎢層33a以及第二硅化鎢層37c暴露出來，藉以形成多個不同深度接觸窗時，也很容易對平板多晶硅層39以及硅襯底29過度蝕刻。經(jīng)過上述蝕刻步驟所處理的晶片的剖面圖顯示在圖3中，并且其中的半導體元件已經(jīng)損壞，因為其電路不是已經(jīng)斷路，就是已經(jīng)短路。
因為要以傳統(tǒng)的蝕刻劑形成不同深度的多層接觸窗非常不容易，而所制造出來的半導體元件的成品率也非常低。所以隨著半導體元件的集成度越來越增加，多個不同深度接觸窗越來越顯得重要，并且其蝕刻步驟也越來越顯出其重要地位。
為了要形成一大型集成電路，本發(fā)明提供一種方法以在一蝕刻步驟中，在一使用自對準工藝(self align technology)的半導體晶片上形成多個不同深度的接觸窗。并且此半導體晶片包含一介電層，此介電層下包含有一硅襯底、一氮化硅層、一氮氧化硅層以及一多晶硅層，該方法包含下列步驟。首先限定一光刻膠層于此介電層上，此氮氧化硅層下方具有一第一導電層，此氮化硅層下方具有一第二導電層。
接著蝕刻該氮氧化硅層、氮化硅層以及位于該氮氧化硅層及該氮化硅層上的部分介電層，以在硅襯底、第一導電層以及第二導電層上形成該多個不同深度的接觸窗。該蝕刻步驟是使用一蝕刻劑蝕刻，以暴露出硅襯底、第一導電層以及第二導電層。蝕刻劑包含第一以及第二化學藥劑。第一化學藥劑包含C2F6、C4F8、CH3F以及Ar。第二化學藥劑可以是下列其中之一O2、CO2、CO及其組合。而且第二化學藥劑的流量大約為該第一化學藥劑的流量的百分之一至百分之十。
圖1為未使用自對準工序的半導體元件的剖面圖。
圖2為使用自對準工序的半導體元件的剖面圖。
圖3為使用自對準工序的大型半導體元件中，以傳統(tǒng)方法形成多個不同深度接觸窗后的剖面圖。
圖4為使用自對準工序的大型半導體元件中，以本發(fā)明的方法形成多個不同深度接觸窗后的剖面圖。
因為當使用傳統(tǒng)的含氟氣體來產(chǎn)生多個不同深度接觸窗時，很容易導致在氮化硅頂層37a或是在氮氧化硅層33c上產(chǎn)生蝕刻停止或是再度產(chǎn)生聚合物。甚至，在平板多晶硅30表面或是在襯底29表面都有可能產(chǎn)生多晶硅的嚴重流失，所以當半導體元件的集成度日益增加的時候，用來形成多個不同深度接觸窗的蝕刻劑已經(jīng)無法滿足其蝕刻工藝的需要。因此本發(fā)明提供了一種蝕刻劑，藉以形成不同深度的多個接觸窗，而且所產(chǎn)生的半導體元件的成品率也獲得大幅改善。
為了在一個蝕刻步驟中形成多個不同深度接觸窗40，本發(fā)明提供一種蝕刻劑，以在蝕刻穿透氮化硅頂層37a以及氮氧化硅層33c時，保護平板多晶硅30表面或是在襯底29表面免于遭到過度蝕刻。依據(jù)本發(fā)明的實施例所提供的蝕刻劑，當在蝕刻多晶硅時，會在其表面產(chǎn)生一層聚合物。而本蝕刻劑在同時蝕刻平板多晶硅30以及襯底29時，也不會在氮化硅頂層37a以及氮氧化硅層33c上產(chǎn)生蝕刻停止的現(xiàn)象或是再度產(chǎn)生聚合物。
為了進行大尺寸半導體元件的生產(chǎn)，將使用到抗反射層以及自行對準接觸窗的工藝，而且多個不同深度的接觸窗可以被用來形成半導體元件的內(nèi)連線。參考圖4，硅襯底51用以進行所述的大型集成電路的生產(chǎn)。平板多晶硅60被連接到大型集成電路的電容器61，并且位線63包含一第一導體層63a、第一多晶硅層63b以及氮氧化硅層63c。在本發(fā)明的較佳實施例中的第一導體層63a是由硅化金屬，例如硅化鎢、硅化鈦或硅化鈷所構成。而位于第一導體層63a表面的氮氧化硅層63c是一個抗反射層。
字線67包含氮化硅頂層67a、一氮化硅側墊67b、一第二導體層67c以及一第二多晶硅層67d。在本發(fā)明的較佳實施例中，第二導體層67c是由硅化鎢所構成。位線63以及字線67是用來作為將該大型集成電路定位址之用。接著為了要形成多個不同深度的接觸窗，在介電層69上形成光刻膠層68，而介電層69是由BPSG所形成。當使用本發(fā)明的較佳實施例所提供的蝕刻劑以形成多個不同深度的接觸窗70時，既不會在氮化硅頂層67a或是在氮氧化硅層63c上產(chǎn)生蝕刻停止也不會再度產(chǎn)生聚合物。相反的，本發(fā)明的較佳實施例中的蝕刻步驟，可以穿透氮化硅頂層67a與氮氧化硅層63c，以暴露第一導體層63a以及第二導體層67c。
所形成的接觸窗其位于暴露的硅襯底表面的深度與位于暴露的氮氧化硅層表面的深度以及位于暴露的氮化硅層表面的深度都不同。
除此之外，在蝕刻到平板多晶硅60以及襯底51表面的硅時，會產(chǎn)生一層聚合物。所以在平板多晶硅60以及襯底51不會有過度蝕刻的現(xiàn)象。因此，可以在一個觸刻步驟中產(chǎn)生不同深度的多個接觸窗70，而形成多個不同深度的接觸窗70之后的半導體元件的剖面圖，顯示在圖4中。為了要形成多個不同深度的接觸窗插塞，在多個不同深度接觸窗70中的聚合物可以在同一臺機構或是另一臺機構的蝕刻步驟進行清除，接著就可以在多個不同深度接觸窗70中填入鎢插塞。
因為在多個不同深度接觸窗70中的聚合物，再蝕刻平板多晶硅60以及硅襯底51時，其作用就如掩模，所以可以防止過度蝕刻。本發(fā)明的較佳實施例所使用的蝕刻劑包含了一第一化學藥劑以及一第二化學藥劑。其中第一化學藥劑包含了C2F6、C4F8、CH3F以及Ar。第二化學藥劑包含了傳統(tǒng)的蝕刻劑所未包含的CO2、CO以及O2及其組合。其中第一化學藥劑成分中各種氣體C2F6、C4F8、CH3F以及Ar，流量分別是0-10sccm、13-25sccm、10-30sccm以及60-200sccm。
第二化學藥劑的流量大約是第一化學藥劑流量的百分之一至百分之十。本發(fā)明的較佳實施例所使用的蝕刻劑可以防止在蝕刻氮化硅層以及氮氧化硅層時產(chǎn)生蝕刻停止的現(xiàn)象，同時在對其下有導體層(諸如硅襯底、經(jīng)摻雜的多晶硅以及硅化金屬的二氧化硅)進行蝕刻時，仍能維持高選擇性。而用來處理本發(fā)明的較佳實施例中的蝕刻劑的電源功率大約為1600-2400瓦特，并且偏壓功率大約為1000-1500瓦特。由此，可以在形成多個不同深度接觸窗時，既能對其下有導體層(諸如硅襯底、經(jīng)摻雜的多晶硅以及硅化金屬的二氧化硅)進行蝕刻時，維持高選擇性，又不會在蝕刻氮化硅層以及氮氧化硅層時產(chǎn)生蝕刻停止的現(xiàn)象。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的保護范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在權利要求書的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種形成多個不同深度接觸窗的方法，該方法是在一蝕刻步驟中，于一半導體晶片上進行的，該半導體晶片至少包含一介電層，該介電層下包含有一硅底材、一氮化硅層以及一氮氧化硅層，所述方法至少包含在所述介電層上，限定一光刻膠層，該氮氧化硅層下方具有一第一導電層，該氮化硅層下方具有一第二導電層；蝕刻該氮氧化硅層、該氮化硅層以及位于該氮氧化硅層及該氮化硅層上的部分介電層，通過使用一蝕刻劑進行該蝕刻步驟，以暴露出該硅襯底、該第一導電層以及該第二導電層，該蝕刻劑至少包含一第一化學藥劑以及一第二化學藥劑，該第一化學藥劑至少包含C2F6、C4F8、CH3F以及Ar，該第二化學藥劑可以由下列中選出，O2、CO2、CO及其組合，由此，在該硅襯底、該第一導電層以及該第二導電層上形成多個不同深度的接觸窗。
2.如權利要求1所述方法，其中所述的第一導電層以及該第二導電層是由一硅化金屬所組成。
3.如權利要求2所述方法，其中所述的硅化金屬是由硅化鎢、硅化鈦或硅化鈷組成。
4.如權利要求1所述方法，其中所述的C2F6的流量大約為0-10sccm、C4F8的流量大約為13-25sccm、CH3F的流量大約為10-30sccm以及Ar的流量大約為60-200sccm。
5.如權利要求1所述方法，其中所述的第二化學藥劑的流量大約為該第一化學藥劑的流量的百分之一至百分之十。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述的蝕刻劑由一電源功率以及一偏壓功率所處理，該電源功率大約為1600-2400瓦特，并且該偏壓功率大約為1000-1500瓦特。
7.如權利要求1所述方法，其中所述的接觸窗位于暴露的該硅襯底表面的深度，與位于暴露的該氮氧化硅層表面的深度，以及位于暴露的該氮化硅層表面的深度都不同。
8.一種形成多個不同深度接觸窗的方法，該方法是在一蝕刻步驟中，于一半導體晶片上進行的，形成該半導體晶片時使用一自對準工藝，并且該半導體晶片至少包含一介電層，該介電層下包含有一硅襯底、一氮化硅層、一氮氧化硅層以及一多晶硅層，所述方法至少包含在該介電層上限定一光刻膠層，該氮氧化硅層下方具有一第一導電層，該氮化硅層下方具有一第二導電層；蝕刻該氮氧化硅層、該氮化硅層以及位于該氮氧化硅層及該氮化硅層上的部分介電層，通過使用一蝕刻劑進行該蝕刻步驟，以暴露出該硅襯底、該第一導電層、該第二導電層以及該多晶硅層，該蝕刻劑至少包含一第一化學藥劑以及一第二化學藥劑，該第一化學藥劑至少包含C2F6、C4F8、CH3F以及Ar，該第二化學藥劑可以由下列中選出，O2、CO2、CO及其組合，由此，在該硅襯底、該第一導電層、該第二導電層以及該多晶硅層上形成多個不同深度的接觸窗，該第二化學藥劑的流量大約為該第一化學藥劑的流量的百分之一至百分之十。
9.如權利要求8的方法，其中所述的第一導電層以及第二導電層是由一硅化金屬所組成。
10.如權利要求9的方法，其中所述的硅化金屬是由硅化鎢所組成。
11.如權利要求8的方法，其中所述的多晶硅層是由多晶硅所構成。
12.如權利要求8的方法，其中所述的C2F6的流量大約為0-10sccm、C4F8的流量大約為13-25sccm、CH3F的流量大約為10-30sccm以及Ar的流量大約為60-200sccm。
13.如權利要求8的方法，其中所述的蝕刻劑由一電源功率以及一偏壓功率所處理，該電源功率大約為1600-2400瓦特，并且該偏壓功率大約為1000-1500瓦特。
14.如權利要求1的方法，其中所述的接觸窗位于暴露的該多晶硅層表面的深度，與位于暴露的該硅襯底表面的深度、位于暴露的該氮氧化硅層表面的深度，以及位于暴露的該氮化硅層表面的深度都不同。
15.一種形成多個不同深度接觸窗的方法，該方法是在一蝕刻步驟中，于一半導體晶片上進行的，形成該半導體晶片時使用一自對準工藝，并且該半導體晶片至少包含一介電層，該介電層下包含有一硅襯底、一位線、一字線以及一平板多晶硅層，所述方法至少包含在該介電層上限定一光刻膠層，該氮氧化硅層下方具有一第一導電層，該氮化硅層下方具有一第二導電層，該位線至少包含一第一硅化金屬層位于一第一多晶硅層上，以及一氮氧化硅層位于該第一硅化金屬層上，該位線至少包含一第二硅化金屬層位于一柵極多晶硅層上、一氮化硅層位于該第二硅化金屬層上以及位于該第二硅化金屬層、該柵極多晶硅層和該氮化硅層兩端的氮化硅側墊；蝕刻穿透該氮氧化硅層、該氮化硅層以及位于該氮氧化硅層及該氮化硅層上的部分介電層，藉著使用一蝕刻劑進行該蝕刻步驟，以暴露出該硅襯底、該第一硅化金屬層、該第二硅化金屬層以及該柵極多晶硅層，該蝕刻劑至少包含一第一化學藥劑以及一第二化學藥劑，該第一化學藥劑至少包含C2F6、C4F8、CH3F以及Ar，該第二化學藥劑可以由下列中選出，O2、CO2、CO及其組合，由此，在該硅襯底、該第一硅化金屬層、該第二硅化金屬層以及該平板多晶硅層上形成多個不同深度的接觸窗。
16.如權利要求15的方法，其中所述的第一導電層以及該第二導電層是由一硅化鎢所組成。
17.如權利要求15的方法，其中所述的平板多晶硅層是由多晶硅所組成。
18.如權利要求1的方法，其中所述的C2F6的流量大約為0-10sccm、C4F8的流量大約為13-25sccm、CH3F的流量大約為10-30sccm以及Ar的流量大約為60-200sccm。
19.如權利要求15的方法，其中所述的第二化學藥劑的流量大約為該第一化學藥劑的流量的百分之一至百分之十。
20.如權利要求15的方法，其中所述的蝕刻劑由一電源功率以及一偏壓功率所處理，該電源功率大約為1600-2400瓦特，并且該偏壓功率大約為1000-1500瓦特。
全文摘要
在蝕刻步驟中,形成多個不同深度接觸窗的方法。該半導體晶片包含一介電層,其下包含有一硅襯底、一氮化硅層以及一氮氧化硅層,此方法包含下列步驟:首先限定一光刻膠層在介電層上,此氮氧化硅層下方具有一第一導電層,此氮化硅層下方具有一第二導電層。接著蝕刻此氮氧化硅層、氮化硅層以及位于此氮氧化硅層及此氮化硅層上的部分介電層,以在硅襯底、第一導電層以及第二導電層上形成多個不同深度的接觸窗。
文檔編號H01L21/02GK1235369SQ9810830
公開日1999年11月17日 申請日期1998年5月12日 優(yōu)先權日1998年5月12日
發(fā)明者劉豪杰, 鄭湘原, 陳碧琳, 連萬益 申請人:世界先進積體電路股份有限公司