自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法 【技术领域】
本发明涉及一种半导体制程，特别是涉及一种自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法。
背景技术
在自行对准接触窗(Self-Aligned Contact)的制程中，随着深宽比(Aspect Ration)的增加，要使得制程保有较佳的精确性(Accurate)可说是愈来愈困难。所谓深宽比是为在蚀刻制程中，被蚀刻的膜层(或是多层膜层)的总深度与蚀刻之后所形成的结构(例如接触窗开口)的宽度的比值。因此，藉由降低所欲形成的结构的宽度，可以增加组件密度，进而使得深宽比也随之提升。
此外，许多现有习知的自行对准接触窗制程会使用低介电常数(low-k)的膜层及其它的保护层。由于这些低介电常数的膜层及其它的保护层的膜厚较厚，因此会使得自行对准接触窗制程的深宽比随之增加。例如，现有习知的自行对准接触窗制程包括有氮化硅顶盖层与氮化硅间隙壁，且在蚀刻过程中，此二膜层是用来保护闸极结构，其中氮化硅顶盖层(顶盖层)的厚度一般是大于1000埃。在进行蚀刻制程以形成自行对准接触窗开口的过程中，基于蚀刻选择性的控制以及对于闸极结构地保护，使用膜厚较厚的保护层是必要的。
在现有习知的自行对准接触窗制程中，较高的深宽比亦会降低微影蚀刻的有效制程窗尺寸(Effective Lithography Window)，进而使得自行对准接触窗制程更为复杂。
由此可见，上述现有的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法的缺陷，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。
因此，由上述可知，目前亟待一个能够降低自行对准接触窗制程的深宽比，并提升微影蚀刻的制程窗尺寸的方法。
有鉴于上述现有的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法，能够改进一般现有的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
【发明内容】
本发明的目的在于，克服现有的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法存在的缺陷，而提供一种新的自行对准接触窗开口与无边界接触窗开口的形成方法，以降低接触窗开口的深宽比，以使接触窗开口的蚀刻制程的有效制程窗尺寸提高，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的另一目的在于，克服现有的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口结构存在的缺陷，提供一种自行对准接触窗开口与无边界接触窗开口的结构，所要解决的技术问题是使触窗开口的深宽比降低，进而使使接触窗开口的蚀刻制程的有效制程窗尺寸提高。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种自行对准接触窗(Self-Aligned Contact，SAC)开口/无边界接触窗开口的形成方法，其包括以下步骤：在一基底中形成一浅沟渠隔离(Shallow Trench Isolation，STI)结构，以定义出一主动区；在该基底上形成包含有一氧化物顶盖层的一闸极结构，且该闸极结构是与该浅沟渠隔离结构及该主动区垂直；在该闸极结构的一侧壁上形成一氧化物间隙壁；在该基底上形成一共形的衬层，以覆盖该闸极结构、该氧化物间隙壁与该浅沟渠隔离结构；在该基底上形成一层间介电层(Inter-LayerDielectric，ILD)，以覆盖该共形的衬层；以及图案化该层间介电层，以定义出一自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其中所述的衬层包括由多数层衬层所构成。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其中所述的该些衬层包括一第一衬层，且该第一衬层至少包括由一氮化硅层与一氮氧化硅层所组成的族群。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其中所述的该些衬层包括一第二衬层，且该第二衬层位于该第一衬层与该氧化物顶盖层之间，而且该第二衬层是由氧化硅所构成。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其中所述的氧化物顶盖层是由一氧化硅层所构成
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其中所述的间隙壁是由氧化硅所构成。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其更包括蚀刻该层间介电层，以形成该自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其中所述的蚀刻该层间介电层，以形成该自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口包括对该层间介电层使用一蚀刻气体，且该蚀刻气体至少包括由一C4F6/O2/Ar混合物与一C5F8/CH2F2混合物所组成的族群。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种自行对准接触窗(Self-Aligned Contact，SAC)开口/无边界接触窗开口的结构，其包括：一基底；一浅沟渠隔离结构(ShallowTrench Isolation，STI)，是形成于该基底中，以定义出一主动区；一闸极结构，其具有一氧化物顶盖层，该闸极结构是形成于该基底上，且与该浅沟渠隔离结构及该主动区垂直；一氧化物间隙壁，位于该闸极结构的一侧壁上；一共形的衬层，位于该基底上，且覆盖该闸极结构、该氧化物间隙壁与该浅沟渠隔离结构；以及一层间介电层(Inter-Layer Dielectric，ILD)，位于该基底上，且覆盖该衬层，而且该层间介电层是被蚀刻，以定义出一自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构，其中所述的衬层包括由多数层衬层所构成。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构，其中所述的该些衬层包括一第一衬层，且该第一衬层至少包括由一氮化硅层与一氮氧化硅层所组成的族群。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构，其中所述的该些衬层包括一第二衬层，且该第二衬层位于该第一榇层与该氧化物顶盖层之间，而且该第二衬层包括氧化硅层。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构，其中所述的氧化物顶盖层是由一氧化硅层所构成。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构，其中所述的间隙壁是由氧化硅所构成。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构，其中所述的层间介电层是被蚀刻，以形成该自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种自行对准接触窗(Self-Aligned Contact，SAC)开口/无边界接触窗开口的形成方法，其包括以下步骤：在一基底中形成一浅沟渠隔离(Shallow Trench Isolation，STI)结构，以定义出一主动区；在该基底上形成包含有一氧化物顶盖层的一闸极结构，且该闸极结构是与该浅沟渠隔离结构及该主动区垂直，而且该氧化物顶盖层包括氧化硅；在该闸极结构的至少一侧壁上形成一氧化硅间隙壁；在该基底上形成一共形的衬层，以覆盖该闸极结构、该氧化物间隙壁与该浅沟渠隔离结构，且该共形的衬层至少包括由一氮化硅层与一氮氧化硅层所组成的族群；在该基底上形成一层间介电层(Inter-Layer Dielectric，ILD)，以覆盖该衬层；以及图案化该层间介电层，以定义出一自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其更包括蚀刻该层间介电层，以形成该自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
前述的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的形成方法，其中蚀刻该层间介电层，以形成该自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口包括对该层间介电层使用一蚀刻气体，且该蚀刻气体至少包括由一C4F6/O2/Ar混合物与一C5F8/CH2F2混合物所组成的族群。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：
广义的说，本发明是藉由提供一种可以降低深宽比的自行对准接触窗制程来满足上述的需求。在一实施例中，是在进行蚀刻制程中，藉由使用一层膜厚较薄的保护层(或是多层保护层)来保护闸极结构，以使深宽比降低。以下是举出本发明的数个实施例来加以说明。
本发明提出一种自行对准接触窗(Self-Aligned Contact，SAC)开口/无边界接触窗开口的形成方法。在此方法中，是先在基底中形成浅沟渠隔离(Shallow Trench Isolation，STI)结构，以定义出主动区。然后，在基底上形成包含有氧化物顶盖层的闸极结构，且该闸极结构是与浅沟渠隔离结构及主动区垂直。之后，在闸极结构的至少一侧壁上形成氧化物间隙壁。接着，在基底上形成共形的衬层，以覆盖闸极结构、氧化物间隙壁与浅沟渠隔离结构。继之，在基底上形成层间介电层(Inter-Layer Dielectric，ILD)，以覆盖共形的衬层。然后，图案化层间介电层，以定义出自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。在一实施例中，层间介电层是被蚀刻，以形成自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
在一实施例中，氧化物间隙壁与氧化物顶盖层是由氧化硅所构成，而共形的衬层是由氮化硅或是氮氧化硅所构成。在一实施例中，是使用C4F6/O2/Ar混合物与C5F8/CH2F2混合物来蚀刻层间介电层。
在一实施例中，上述的衬层包括由多数层衬层所构成。在一实施例中，这些衬层包括第一衬层，且该第一衬层至少包括由氮化硅层与氮氧化硅层所组成的族群。另外，这些衬层也包括第二衬层，且该第二衬层位于第一榇层与氧化物顶盖层之间，而且该第二衬层是由氧化硅所构成。
本发明还提出一种自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构，该结构包括基底与浅沟渠隔离结构，且该浅沟渠隔离结构是形成于基底中，以定义出主动区。此外，具有氧化物顶盖层的闸极结构是形成于基底上，且与浅沟渠隔离结构及主动区垂直。另外，该结构更包括氧化物间隙壁，其位于闸极结构的一侧壁上。此外，共形的衬层是形成于基底上，且覆盖闸极结构、氧化物间隙壁与浅沟渠隔离结构。另外，层间介电层形成于基底上，且覆盖衬层。此外，图案化该层间介电层，以定义出自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口。
借由上述技术方案，本发明在闸极结构以及间隙壁上是覆盖有氮化硅衬层，以作为保护层之用，因此闸极顶部的顶盖层的厚度可以降低，以使自行对准接触窗开口与无边界接触窗开口的深宽比降低，进而可以提高自行对准接触窗开口与无边界接触窗开口的蚀刻制程的有效制程窗尺寸。
综上所述，本发明特殊的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法，能够降低接触窗开口的深宽比，可使接触窗开口的蚀刻制程的有效制程窗尺寸提高，从而更加适于实用。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品及方法中未见有类似的结构设计及方法公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
【附图说明】
图1是依照本发明的一实施例的一种自行对准接触窗开口(Self-Aligned Contact，SAC)/无边界接触窗开口的结构的上视示意图。
图2是在图1的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构中，由2-2剖面所得的Y方向的剖面示意图。
图3是在图1的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构中，由3-3剖面所得的X方向的剖面示意图。
图4是对图2的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构进行数个步骤以形成多层膜层后，所得的剖面示意图，且其是为在图1中，由2-2剖面所得的Y方向的剖面示意图。
图5是对图3的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构进行数个步骤以形成多层膜层后，所得的剖面示意图，且其是为在图1中，由3-3剖面所得的X方向的剖面示意图。
图6是依照本发明一实施例的一种形成自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构的操作步骤的流程图。
100：自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构
102：浅沟渠隔离结构
106：基底 110：主动区
112：闸极结构 114：氧化物顶盖层
120：衬层 122：间隙壁
124：层间介电层(ILD) 130：自行对准接触窗开口
132：无边界接触窗开口
600、610、615：操作步骤 620、625：操作步骤
630、635、640：操作步骤
【具体实施方式】
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法其具体结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
以下是以数个实施例来说明自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的结构及形成方法。熟知此技艺者能轻易推知，在未采用部分或是全部的下述说明的情况下，本发明仍可实施。
由于自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的制程精确性(Accurate)会直接冲击到这些位于基底上的组件结构的制程容忍度(Manufacturing Tolerance)，因此自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的制程可说是相当的重要。在较低的深宽比的情况下，可以增加自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的制程精确性。使用膜厚较薄的保护层可以降低该深宽比。除此之外，自行对准接触窗开口/无边界接触窗开口的制程更可以增加微影蚀刻的有效制程窗尺寸，进而可以简化半导体组件的制程。
请参阅图1～图5所示，是本发明的一实施例的一种自行对准接触窗(Self-Aligned Contact，SAC)/无边界接触窗结构100的示意图。其中，图1是本发明一实施例的上视示意图；图2是在图1中，由2-2剖面所得的Y方向的剖面示意图；图3是在图1中，由3-3剖面所得的X方向的剖面示意图；图4是对图2的自行对准接触窗/无边界接触窗结构100进行数个步骤以形成多层膜层后，所得的结构示意图；图5是对图3的自行对准接触窗/无边界接触窗结构100进行数个步骤以形成多层膜层后，所得的结构示意图。
请首先参阅图1与图3所示，浅沟渠隔离结构102是形成于基底106中，以定义出主动区110。而且，闸极结构112亦形成于基底106上。在一实施例中，闸极结构112是形成于与浅沟渠隔离结构102及主动区110垂直的方向上。此外，由浅沟渠隔离结构102所定义出的主动区110是如图3中所示。
请参阅图2所示，主动区110是形成于基底106中，其中主动区110的形成方法是可进行现有习知的制程。此外，闸极结构112是形成于基底106上，且氧化物顶盖层114是形成于闸极结构112上。在一实施例中，氧化物顶盖层114是为氧化硅层。
值得一提的是，氧化物顶盖层114的厚度可以小于500埃左右。在一实施例中，现有习知的包含有顶盖层的自行对准接触窗制程，该顶盖层的厚度一般是为1000埃以上。因此，相对于现有习知的自行对准接触窗制程，该膜厚较薄的氧化物顶盖层114可以直接降低自行对准接触窗制程的深宽比。此外，在此所提及的“左右”一词，是表示位于所提及的参数的正负百分之十的范围内。例如，“500埃左右”表示此参数是位于450埃至550埃的范围内。
请继续参阅图2所示，间隙壁122是形成于闸极结构112的侧壁上。在一实施例中，间隙壁122是由氧化硅所构成。以Y方向的剖面来看(如图2所示)，共形的衬层120是覆盖氧化物顶盖层114、间隙壁122与主动区110。以X方向的剖面来看(如图3所示)，衬层120是覆盖基底106与浅沟渠隔离结构102。在一实施例中，衬层102是为氮氧化硅层与氮化硅层。除此之外，若情况需要，共形的衬层102可以包括一第二共形层(未绘示于图2中)，该第二共形层可以是氧化硅层或是其它合适的膜层。当第二共形层存在时，该第二共形层可形成于衬层120、闸极结构112与主动区110之间。
在一实施例中，氧化物顶盖层114与间隙壁122是由氧化硅所构成，且衬层120是为氮化硅层。由于在后续的蚀刻制程中，是以氧化硅顶盖层114与共形的氮化硅衬层120共同作为保护层，来保护闸极结构112，所以氧化物顶盖层114的膜厚相较于现有习知的顶盖层的膜厚可以较薄，其中氧化物顶盖层114的厚度是小于500埃左右，而现有习知的顶盖层厚度是为1000埃以上。
请参阅图4所示，层间介电层(Inter-Layer Dielectric，ILD)124是覆盖位于氧化物顶盖层114上的部分衬层120。在一实施例中，层间介电层124是为氧化硅层。此外，位于主动区110处的自行对准接触窗开口130是由层间介电层124与衬层120的另一表面所定义出来的(如图4所示)。
请参阅图5所示，层间介电层124是形成于基底106上，且覆盖位于浅沟渠隔离结构102上的部分衬层120。此外，位于主动区110处的无边界接触窗开口132是由层间介电层124的另一表面所定义出来的(如图5所示)。
请参阅图6所示，是依照本发明的一实施例的一种形成自行对准接触窗/无边界接触窗结构的操作步骤的流程图。请参阅图1、图2、图3及图6所示，在操作步骤610中，是在基底106上形成浅沟渠隔离结构102，以定义出主动区110，且浅沟渠隔离结构102的形成方法一般是进行离子植入步骤或是其它的现有习知制程。在操作步骤615中，是在基底106上形成包含有氧化物顶盖层114的闸极结构112。在一实施例中，包含有氧化物顶盖层114的闸极结构112是形成于与浅沟渠隔离结构102及主动区110垂直的方向上。在操作步骤620中，是在闸极结构112的侧壁上形成间隙壁112，该间隙壁112可以是是氧化硅或是其它合适的材料。
在操作步骤625中，是在基底106上形成共形的衬层120，以覆盖闸极结构112、浅沟渠隔离结构102与主动区110。此外，在操作步骤625中，除了形成衬层120之外，还可在衬层120、闸极结构112与主动区110之间形成第二共形的氧化硅层(图中未示)。
请参阅图4、图5及图6所示，在操作步骤630中，是在基底106上形成层间介电层124，以至少覆盖部分的衬层120。在操作步骤635中，是图案化层间介电层124，以在Y方向上定义出自行对准接触窗开口130(请参阅图4所示)，以及在X方向上定义出无边界接触窗开口132(请参阅图5所示)。在操作步骤640中，是蚀刻层间介电层124，以形成自行对准接触窗开口130以及无边界接触窗开口132。举例来说，是使用蚀刻反应气体来进行层间介电层124的蚀刻，该蚀刻反应气体可以是C4F6/O2/Ar混合物或是C5F8/CH2F2混合物。
当使用蚀刻反应气体来蚀刻层间介电层124时，氧化硅材质对于氮化硅材质的蚀刻选择性是大于25左右。由于使用较大的蚀刻选择性来进行蚀刻，所以在主动区110处不会发生过度蚀刻的问题，进而使得自行对准接触窗开口130以及无边界接触窗开口132的侧壁较为垂直。于是，所形成的自行对准接触窗开口130以及无边界接触窗开口132具有较佳的精确性。
在一实施例中，衬层120的配置可以增加自行对准接触窗开口130以及无边界接触窗开口132的宽度，如此将可以避免高深宽比所造成的蚀刻问题，并且藉此提升微影蚀刻的制程窗尺寸。相较于现有习知的自行对准接触窗制程，由于在进行蚀刻制程时，所形成的共形的衬层120可以与厚度较薄的氧化硅顶盖层114及间隙壁122共同作为闸极结构112的保护层，因此氧化物顶盖层114与间隙壁122的材质并不仅限于氮化硅或是氮氧化硅。
熟知此技艺者可以轻易推知，本发明的实施方式并不需要全然依照图6中所提及的各个操作步骤依序进行之，且本发明的实施方式亦不需要采取图6中所提及的所有操作步骤来加以实施。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。