[发明专利]形成凹穴和接触窗的方法

说明书

                      技术领域

本发明是有关于一种在微电子结构上形成接触窗的方法，特别是有关于一种利用形成于光阻层侧壁上的聚合物间隙壁，在半导体元件的非导电层上，形成较窄的接触窗，线间距，或沟槽。

                      背景技术

当今，半导体元件是建立在半导体的基底(例如硅基底)上，藉著在该基底上形成P型掺杂区及N型掺杂区，以做为元件的基本要件。将这些掺杂区经过特殊结构的连结后，便形成所要的电路。不过，这个电路必须要通过一般测试用的接触垫及通过连接到一封装之晶片，才能和外界连接。因此，在一个半导体电路中，至少要淀积及设定一导电层的图案(例如金属)，以在晶片的不同区域间形成接触或者是内连线。例如，在典型的半导体工艺中，先是在晶体圆片上覆盖一绝缘层，接着在绝缘层上设定图案及蚀刻以形成接触开口，然后将导电材料淀积在接触开口内，形成接触插塞及内连线接点。

通常，和硅或者是硅化物连接的接触窗利用光刻及干蚀刻技术于绝缘层亦即介电层中形成。干蚀刻系各向异性蚀刻，用以确保所形成的接触窗能有较高的尺寸比以及较垂直的侧壁。之后，接触窗内填入导电材料(例如金属)，形成和第一层金属的垂直接触。当然，接触窗也可以利用湿蚀刻技术来完成。湿蚀刻是将晶体圆片浸在适当的蚀刻液中或者是将蚀刻液喷洒在晶体圆片上。然而，湿蚀刻系各向同性蚀刻，亦即蚀刻会同时朝水平方向及垂直方向蚀刻。因此，水平方向的蚀刻会在掩膜的下端产生工艺中不必要的底沿。相反的，干蚀刻则是各向异性蚀刻。所以形成的接触窗，其接触窗在底端和顶端的宽度，可以几乎是一样大小的。并且由于干蚀刻不会产生底沿的问题，同时又不需要浪费额外的水平面积以做为接触窗，在现代亚微米元件中，大都使用干蚀刻技术。干蚀刻另外还提供了其他的优点，例如：减少化学危险、减少工艺步骤、使工艺步骤容易自动化、以及工具群集。目前最常使用的干蚀刻技术有等离子蚀刻技术及反应离子蚀刻技术。

虽然干蚀刻技术在控制元件尺寸的问题上获致重大的改进，也因此在VLSI及ULSI的工艺中广为使用，但干蚀刻仍然存在一些缺点。其中一点就是干蚀刻并无法缩小设定图案的尺寸。在现今的ULSI元件中，半导体元件无论是元件的水平尺寸，或者是元件的垂直尺寸都必须不断的缩小以达到元件密度持续增加的要求。因此能将元件尺寸缩小的工艺技术也就相形重要。而在晶片表面所能刻印的特征尺寸(Feature Size)，即接触窗的大小、最小的线宽、或者是线间距，就直接地影响到晶片的密度。这也就是为什么大部分人在提到高密度晶片设计的革命时，通常指的就是用来缩小特征尺寸的光刻技术。

在主要的光刻技术中(光学、电子束、X射线、离子束)，使用紫外线光源的光学光刻技术是最重要的一种。目前，最常使用在光学光刻中的紫外线光源有弧光灯光源及雷射光源。至于其所放射出来的光线，主要光谱则包括有深紫外线(波长在100～300nm之间)，中紫外线(波长在300～360nm之间)，以及近紫外线(波长在360～450nm之间)。比方说，当使用水银-氙弧光灯光源的时候，所释放的光线，其波长主要有深紫外线(DUV)、365nm(I-line)、450nm(H-line)、和436nm(G-line)。又既然，大部分使用的光阻材料，要能够适当的曝光，都需要有大于2.5eV的光子能量，因此也就只有波长436nm或者是波长更短的光线才能在这类光刻技术中使用。例如，当晶片表面所要刻印的特征尺寸大于2μm时，水银-氙弧光灯所释放的所有光线都可以用来使光阻层曝光，不过，当所要刻印的特征尺寸渐小的时候，就必须利用透镜及滤光镜来修正其中某一两组波长的光线，并将光谱中其他波长的光线移去。譬如，在光刻技术中要使光阻层曝光，G-line可以用在所要刻印的特征尺寸在约0.8μm的工艺中，I-line可以用在所要刻印的特征尺寸在约0.4～0.8μm的工艺中，至于波长更短的光(例如DUV中248nm的光线)则可以用在所要刻印的特征尺寸更小于0.4μm时的工艺里。

在目前VLSI的制造中，16M及容量更大的DRAM大都使用小于0.4μm的工艺技术(0.25μm的工艺技术)，也就是说：其接触窗的直径，均在0.3μm以下。既然I-line只能在约0.4μm的工艺技术中使用，所以在制造16M及容量更大的DRAM时，就必须使用波长更短的DUV光线，以及更敏感的光阻材料。然而，不论是使用波长更短的DUV光线，或者是使用更敏感的DUV光阻材料，都将大大的提高半导体元件制造所需的成本。