CN100390928C - 高深宽比结构的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种高深宽比结构的制备方法，其中该高深宽比结构可为一沟槽或一导体。本发明在形成一第一屏蔽于一基板上之后，进行一第一蚀刻工艺，其部分移除未被该第一屏蔽覆盖的基板以形成至少一凹部。之后，形成一第二屏蔽于该第一屏蔽上，并进行一第二蚀刻工艺以将该凹部深入该基板之中。若该高深宽比结构为一设置于该基板中的导体，则该第一屏蔽与该第二屏蔽可由介电材料或其它金属材料构成。若该高深宽比结构为一设置于该基板中的沟槽，则该第一屏蔽与该第二屏蔽优选地由介电材料构成。

Description

高深宽比结构的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高深宽比(High Aspect Ratio；HAR)结构的制备方法，特别是涉及一种应用多段式蚀刻搭配二组屏蔽的高深宽比结构的制备方法。

背景技术

图1至图3为现有技术在一晶片10上制备一导体22的示意图。该晶片10包含一基板12、一导电层14以及一介电层16。首先在该介电层16上形成一光致抗蚀剂图案18之后，进行一蚀刻工艺以形成一屏蔽图案20，其中该蚀刻工艺除了蚀刻该介电层16之外，亦完全去除了该光致抗蚀剂图案18，如图2所示。

参考图3，进行另一蚀刻工艺，去除未被该屏蔽图案20覆盖的导电层14部分以形成该导体22。该蚀刻工艺除了移除未被该屏蔽图案20覆盖的导电层14之外，亦移除了部分的屏蔽图案20。换言之，该屏蔽图案20无法完全地避免其下方的导电层14部分被移除，导致该导体22的轮廓(profile)呈现一圆弧形，而非预期的矩形(即虚线所示者)。如此，将导致该导体20的截面积缩小而电阻值则相对地增大，不利于电传导。

再者，若欲藉由延长该蚀刻工艺的反应时间以形成一高深宽比的结构，该屏蔽图案20将于蚀刻过程中即被完全去除而无法保护其下方的导电层14免于被蚀刻，亦即现有技术并不具有继续向下蚀刻以形成一高深宽比的结构的能力。换言之，现有技术仅可适用于制备高度较低的导体22(即深宽比较小的结构)，因而无法应用于制备高深宽比结构。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种应用多段式蚀刻搭配二组屏蔽的高深宽比结构的制备方法。

为达成上述目的，本发明揭示一种高深宽比结构的制备方法，其中该高深宽比结构可为一沟槽或一导体。本发明在形成一第一屏蔽于一基板上之后，进行一第一蚀刻工艺，其移除未被该第一屏蔽覆盖的基板以形成至少一凹部。之后，形成一第二屏蔽于上述工艺步骤所形成的结构表面，并进行一第二蚀刻工艺以将形成于该凹部上的第二屏蔽移除，并再进行一第三蚀刻工艺以将该凹部深入该基板之中。

若该高深宽比结构为一设置于该基板中的导体，则该第一屏蔽与该第二屏蔽可由介电材料或金属构成。若该基板为一硅基板，且该高深宽比结构为形成于该硅基板中的沟槽，则该第一屏蔽与该第二屏蔽优选地由介电材料构成。该介电材料可以化学气相沉积技术形成，而该金属材料则可由物理气相沉积技术形成。

相较现有技术，本发明在该第一屏蔽无法保护其下方的基板免于被蚀刻时，利用阶梯覆盖性较差的沉积技术搭配蚀刻技术在该第一屏蔽正上方形成该第二屏蔽，再进行另一阶段的蚀刻工艺以形成具有较高深宽比的结构。

附图说明

图1至图3为现有技术制备一导体的示意图；

图4至图9例示本发明第一实施的高深宽比结构的制备方法；以及

图10至图15例示本发明第一实施的高深宽比结构的制备方法。简单符号说明

10晶片            12基板

14导电层          16介电层

18光致抗蚀剂图案  20屏蔽图案

22导体

30晶片            32基板

34导电层          36第一膜层

38光致抗蚀剂图案  40第一屏蔽

42凹部            44第二膜层

46第二屏蔽        48导体

50晶片            52硅基板

56第一介电层      58光致抗蚀剂层

59开口            60第一屏蔽

61开口            62凹部

64第二介电层      66第二屏蔽

68沟槽

具体实施方式

图4至图9例示本发明第一实施的高深宽比结构的制备方法，其用以在一晶片30上制备一导体48，例如一金属线(metal line)。该晶片30包含一具有一导电层34的基板32。优选地，该导电层34可为多层结构，其结构由上而下包含一氮化钛层(或一氮化钛层及一钛层)、一铝层以及一钛层(或一氮化钛层及一钛层)。首先沉积一第一膜层36于该导电层34上，并形成至少一光致抗蚀剂图案38于该第一膜层36上。沉积该第一膜层36可采用四乙氧基硅烷的化学气相沉积工艺，亦即利用化学气相沉积工艺形成一第一介电层。之后，蚀刻该第一膜层36以形成一第一屏蔽40于该基板32上，如图5所示。

参考图6及图7，进行一蚀刻工艺以部分移除未被该第一屏蔽40覆盖的部分导电层34，形成至少一凹部42于该导电层34之中。该蚀刻工艺可为一干蚀刻工艺，其使用的气体包含甲烷、氯气、三氯化硼、氩气以及氧气。之后，沉积一第二膜层44于该基板32上。沉积该第二膜层44可采用等离子体加强式化学气相沉积工艺(PECVD)，亦即利用化学气相沉积工艺形成一第二介电层。

由于PECVD的阶梯覆盖性(step coverage)较差，因此该第二膜层44在该第一屏蔽40正上方的厚度大于在该凹部42正上方的厚度。换言之，制备该第二膜层44优选地采用具有较差阶梯覆盖性的沉积工艺，如此该第二膜层44在该第一屏蔽40正上方的厚度较大，而在该凹部42的厚度则相对较小。。

参考图8，进行一干蚀刻工艺以完全去除在该凹部42的第二膜层44，而选择性地保留部分第二膜层44在该第一屏蔽40上，亦即形成一第二屏蔽46于该第一屏蔽40上。该蚀刻工艺可为一干蚀刻工艺，其使用的气体包含八氟环戊烯、氩气、四氟化碳以及氧气。由于该第二膜层44在该第一屏蔽40正上方的厚度较大，而在该凹部42的厚度则相对较小，因此该干蚀刻工艺可选择性地去除在该凹部42的第二膜层44以曝露在该凹部42的导电层34，而保留在该第一屏蔽40的第二膜层44以形成该第二屏蔽46。

参考图9，进行另一蚀刻工艺，完全去除未被该第一屏蔽40与该第二屏蔽46覆盖的导电层34，亦即将该凹部42深入该基板32之中以形成一导体48。该蚀刻工艺可为一干蚀刻工艺，其使用的气体包含甲烷、氯气、三氯化硼、氩气以及氧气。简言之，由于本发明采用二段式蚀刻工艺以去除未被硬屏蔽覆盖的导电层34，因此可形成具有较高的深宽比的导体48。

本发明在该第一屏蔽40无法保护其下方的导电层34免于被蚀刻时，利用阶梯覆盖性较差的沉积技术搭配蚀刻技术在该第一屏蔽40正上方形成该第二屏蔽46，再进行该导电层34的第二阶段蚀刻以形成具有较高的深宽比的导体48。同理，本发明亦可在该第二屏蔽46无法保护其下方的导电层34免于被蚀刻时，在该第二屏蔽46正上方形成另一屏蔽，再进行该导电层34的第三阶段蚀刻以形成深宽比更高的导体48。

此外，该第一膜层36与该第二膜层44除了可由介电材料构成之外，亦可采用金属材料。例如，该导电层34由铝构成，该第二膜层44可采用阶梯覆盖性相对较差的沉积技术，例如，若该导电层34由铝构成，则该第一屏蔽40与该第二屏蔽46可由钨材料的第一膜层36与第二膜层44制成。

再者，若该第二屏蔽46由钨构成，则可采用干蚀刻工艺去除在该凹部42表面的第二屏蔽44，其使用的气体包含六氟化硫、三氟甲烷以及氧气。优选地，该导电层34与该第一屏蔽40(该第二屏蔽46亦同)之间必须具有一预定程度的蚀刻选择比，如此该干蚀刻工艺方可选择性地去除该导电层34，并保留该第一屏蔽40与该第二屏蔽46。特而言之，该蚀刻选择比以大于3为佳，且前述采用甲烷、氯气、三氯化硼、氩气以及氧气为蚀刻反应气体的干蚀刻工艺其铝对钨的蚀刻选择比大于5。

图10至图15例示本发明第二实施的高深宽比结构的制备方法，其用以在一包含一硅基板52的晶片50上制备一沟槽68。首先沉积一第一介电层56于该硅基板52上，并形成一具有一开口59的光致抗蚀剂层58于该第一介电层56上。沉积该第一介电层56可采用四乙氧基硅烷(TEOS)的化学气相沉积工艺。之后，蚀刻该第一介电层56以形成一具有一开口61的第一屏蔽60于该硅基板52上，如图11所示。

参考图12，进行一蚀刻工艺以部分移除未被该第一屏蔽60覆盖的硅基板52，用以形成至少一凹部62于该硅基板52之中。之后，沉积一第二介电层64于该晶片50上，其中沉积该第二介电层64可采用四乙氧基硅烷的化学气相沉积工艺，如图13所示。由于四乙氧基硅烷的化学气相沉积的阶梯覆盖性较差，导致该第二介电层64在该第一屏蔽60正上方的厚度大于在该凹部62的厚度。

参考图14，进行一蚀刻工艺以去除在该凹部62的第二介电层64，且选择性地保留在该第一屏蔽60上的第二介电层64，而形成一第二屏蔽66于该第一屏蔽60上。由于该第二介电层64在该第一屏蔽60正上方的厚度较大于在该凹部62的厚度，因此该干蚀刻工艺可选择性地去除在该凹部62的第二介电层64以曝露在该凹部62的硅基板52，而保留在该第一屏蔽60正上方的第二介电层64以形成该第二屏蔽66。之后，进行另一蚀刻工艺，去除未被该第一屏蔽60与该第二屏蔽66覆盖的硅基板52，亦即将该凹部62深入该硅基板62之中以形成一沟槽68，如图15所示。

现有技术制备导体时仅使用一屏蔽进行一次蚀刻工艺，而形成一圆弧形的导体，导致该导体因截面积缩小而使得电阻值则相对地增大。相对地，本发明在该第一屏蔽无法保护其下方的基板免于被蚀刻时，利用阶梯覆盖性较差的沉积技术搭配蚀刻技术在该第一屏蔽正上方形成该第二屏蔽，再进行另一阶段的蚀刻工艺以形成具有较高深宽比的结构。如此，应用本发明于制备导体时，可确保高深宽比的导体的轮廓，进而确保其截面积大小及电阻值。再者，本发明亦可应用于制备高深宽比的沟槽。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示者，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种高深宽比结构的制备方法，包含下列步骤：

于一基板上形成一第一屏蔽；

进行一第一蚀刻工艺，部分移除未被该第一屏蔽覆盖的基板以形成至少一凹部；

于该第一屏蔽上形成一第二屏蔽；以及

进行一第二蚀刻工艺以将该凹部深入该基板之中，其中该基板包含一导电层，而于该基板上形成该第一屏蔽包含下列步骤：

于该导电层上沉积一第一膜层，该第一膜层由介电材料或金属构成；

于该第一膜层上形成至少一光致抗蚀剂图案；以及

蚀刻该第一膜层以形成该第一屏蔽，

于该第一屏蔽上形成该第二屏蔽包含于该基板上沉积一第二膜层的步骤，其中该第二膜层由介电材料或金属构成。

2.根据权利要求1所述的高深宽比结构的制备方法，其中该第一蚀刻工艺的该导电层对该第一膜层的选择比大于3。

3.根据权利要求1所述的高深宽比结构的制备方法，其中于该导电层上沉积该第一膜层的步骤是利用四乙氧基硅烷的化学气相沉积。

4.根据权利要求1所述的高深宽比结构的制备方法，其中该导电层为一铝层，而于该导电层上沉积该第一膜层的步骤是利用钨的化学气相沉积。

5.根据权利要求1所述的高深宽比结构的制备方法，其中该导电层包含铝，该第一蚀刻工艺为一干蚀刻工艺，其使用的气体包含甲烷、氯气、三氯化硼、氩气以及氧气。

6.根据权利要求1所述的高深宽比结构的制备方法，其中于该第一屏蔽上形成该第二屏蔽还包含去除在该凹部表面的第二膜层的步骤。

7.根据权利要求6所述的高深宽比结构的制备方法，其中该第二蚀刻工艺的该导电层对该第二膜层的选择比大于3。

8.根据权利要求6所述的高深宽比结构的制备方法，其中于该基板上沉积该第二膜层的步骤是利用等离子体加强式化学气相沉积。

9.根据权利要求6所述的高深宽比结构的制备方法，其中去除在该凹部表面的第二膜层的步骤是进行一干蚀刻工艺，其使用的气体包含八氟环戊烯、氩气、四氟化碳以及氧气。

10.根据权利要求6所述的高深宽比结构的制备方法，其中于该导电层上沉积该第二膜层的步骤是利用钨的化学气相沉积。

11.根据权利要求1所述的高深宽比结构的制备方法，其中该基板为一硅基板，而于该基板上形成该第一屏蔽包含下列步骤：

于该硅基板上沉积一第一介电层；

于该第一介电层上形成至少一光致抗蚀剂图案；以及

蚀刻该第一介电层以形成该第一屏蔽。

12.根据权利要求11所述的高深宽比结构的制备方法，其中于该硅基板上沉积该第一介电层步骤是利用四乙氧基硅烷的化学气相沉积技术。

13.根据权利要求11所述的高深宽比结构的制备方法，其中于该第一屏蔽上形成该第二屏蔽包含下列步骤：

于该硅基板上沉积一第二介电层；以及

去除在该凹部表面的第二介电层以形成该第二屏蔽。

14.根据权利要求13所述的高深宽比结构的制备方法，其中于该硅基板上沉积该第二介电层的步骤是利用等离子体加强式化学气相沉积。

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