CN1249787C

CN1249787C - 避免硅层蚀刻不均匀的方法

Info

Publication number: CN1249787C
Application number: CN 02157812
Authority: CN
Inventors: 侯建州; 黄庆德; 黄立维; 陈世昆
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: CN1508851A

Abstract

本发明公开一种避免硅层蚀刻不均匀的方法。藉由一抗蚀刻能力好的蚀刻缓冲层，在硅层表面与侧壁上均匀地提供一蚀刻阻力，使整个衬底的蚀刻速率均匀一致，可获得厚度均匀的硅层。首先，提供一硅层。接着，形成一具有预定图案的掩模层于上述硅层的部分表面。接着，以上述掩模层为遮蔽，在上述硅层上实施一第一次蚀刻工序，以形成一图案化硅层。然后，去除上述掩模层。接着，保形地形成一层氧化硅层于上述图案化的衬底表面与侧壁上。最后，全面性地施行一第二次蚀刻工序，不仅去除上述氧化硅层，还蚀刻上述图案化硅层，使上述图案化硅层具有一既定厚度。

Description

避免硅层蚀刻不均匀的方法

技术领域

本发明涉及一种蚀刻硅层的方法，且特别涉及一种避免硅层蚀刻不均匀的方法。

背景技术

硅材料是目前极为普遍使用的半导体材料。1956年第一颗半导体IC(集成电路)问世后，多年来硅在我们的生活中已无所不在。各类型电脑中的存储器、微处理器、屏幕的控制器和电源供应器当中，无一不用到IC，而手机、计算机、电视游戏机、微波炉......等各种电子产品也一样。不仅如此，日趋蓬勃发展的薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystaldisplay；TFT LCD)也必须借助于硅，才能发挥其功效。

目前各种电子元件的制作通常是经过一连串的清洗、沉积、光刻、蚀刻......等工序而制得。然而，当硅在蚀刻时往往会有厚度不均匀的问题发生。由于目前常用的硅蚀刻剂的主要组成为HCX，X指卤素元素，例如：氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)......等，而以这些含有卤素元素的蚀刻剂对硅进行第一次蚀刻工序140以进行图案化时，如图1A所示，往往会有Si_xO_yCl_z的残留物106形成于图案化硅层102a侧壁，而Si_xO_yCl_z残留物106具极好的化学稳定性。因此，请再参考图1B，当去除光致抗蚀剂104后，欲将图案化硅层102a进一步利用一第二次蚀刻工序150以减少厚度时，Si_xO_yCl_z残留物106便如同硬掩模(hard mask)般，会防止图案化硅层102a侧壁被蚀刻，如此一来，便无法均匀地减少图案化硅层102a的厚度，而形成图案化硅层102a侧壁较厚且顶部较薄的不均匀轮廓。

因此，为了解决上述问题，本发明的主要目的在于提供一种避免硅层蚀刻不均匀的方法，其可适用于各种硅层的蚀刻。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免硅层蚀刻不均匀的方法，其可使硅层均匀地蚀刻至一既定厚度。

本发明的主要特征在于保形地形成一抗蚀刻能力好的蚀刻缓冲层(例如氧化硅)于硅层表面与侧壁上，用以均匀地提供一蚀刻阻力，使整个衬底的蚀刻速率均匀一致，可均匀地减少硅层的厚度。并且，该蚀刻缓冲层可利用将整个衬底实施一含氧气体处理工序而制得。

为实现上述的目的，本发明提出一种避免硅层蚀刻不均匀的方法，此方法的步骤主要包括：

首先，提供一硅层。接着，形成一具有预定图案的掩模层于上述硅层的部分表面。接着，以上述掩模层为遮蔽，在上述硅层上实施一第一次蚀刻工序，以形成一图案化硅层。然后，去除上述掩模层。接着保形地形成一蚀刻缓冲层于上述图案化硅层表面与侧壁上。最后，全面性施行一第二次蚀刻工序，不仅去除上述蚀刻缓冲层，且蚀刻上述图案化硅层，使上述图案化硅层减少至一既定厚度。

根据本发明，上述第一次蚀刻工序的主要目的在于定义上述硅层的图案。上述第一次蚀刻工序的蚀刻剂包括HCX，X指卤素元素，例如氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)......等。

根据本发明，上述第二次蚀刻工序的主要目的在于使上述图案化硅层具有一均匀的特定厚度。上述第二次蚀刻工序所使用的蚀刻剂包括Cl₂、SF₆或HBr。

如前所述，上述掩模层可为光致抗蚀剂层(photoresist layer)。并且，上述蚀刻缓冲层的材料包括氧化硅，其利用实施一含氧气体处理工序以进行氧化法而形成。上述蚀刻缓冲层的厚度大体为5～20nm。并且，上述所提供的硅层的厚度大体为120～250nm。上述含氧气体大体为90％～99％氧气与10～1％第二次蚀刻工序的蚀刻剂，其施行温度约为30～50℃。

附图说明

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下，图中：

图1A与图1B显示现有硅蚀刻时所遭遇到的厚度蚀刻不均匀问题的示意图；以及

图2A至图2F显示根据本发明的硅蚀刻方法的一优选实施例的工艺剖面图。

附图中的附图标记说明如下：

100、200 衬底 102a 硅层

104 光致抗蚀剂 106、206 Si_xO_yCl_z 残留物

140 第一次蚀刻工序 150 第二次蚀刻工序

202 硅层 204 图案化光致抗蚀剂层

500 第一次蚀刻工序 202a 图案化硅层

600 含氧气体处理工序 208 氧化硅蚀刻缓冲层

700 第二次蚀刻工序

具体实施方式

以下请配合参照图2A至图2F，说明根据本发明的硅层蚀刻方法的一优选实施例。

首先，请参考图2A，先提供一硅层202，其厚度约为120～250nm。该硅层202可能应用于半导体的衬底或薄膜晶体管(thin film transistor；TFT)的有源层(active layer)，甚至任何可能应用硅材料的领域，在此并不加以限制，且硅层202可以根据需要而设置于任何可能的衬底200表面。

接着，请参考图2B，先在硅层202表面形成一掩模层于硅层202的部分表面，例如利用旋涂法(spin coating)形成一光致抗蚀剂层(photoresist layer)做为掩模层。再构图掩模层，例如利用适当的光刻工序，将光致抗蚀剂层图案化，以形成一图案化的光致抗蚀剂层204。

接着，请参考图2C，以图案化的光致抗蚀剂层204为遮蔽，对硅层202实施一第一次蚀刻工序500，以形成一图案化的硅层202a。第一次蚀刻工序500的主要目的在于定义硅层202的图案，其蚀刻剂包括HCX，X指卤素元素，例如氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)......等，而以这些含有卤素元素的蚀刻剂对硅进行蚀刻，往往会有含有卤素族元素的硅氧化残留物生成，其中以含有氯元素的蚀刻剂为例，则易有Si_xO_yCl_z的残留物206形成于图案化硅层202a侧壁，而Si_xO_yCl_z残留物206极为稳定，当后续欲将图案化硅层202a再进一步利用一第二次蚀刻工序以减少厚度时，Si_xO_yCl_z残留物206便如同硬掩模(hard mask)般，会防止图案化硅层202a侧壁被蚀刻，如此一来，便无法均匀地减少图案化硅层202a的厚度。

接着，可利用适当溶液去除图案化光致抗蚀剂层204，如图2D所示。

接着，此步骤为本发明的主要特征，在进行一第二次硅厚度蚀刻之前，可先藉由在蚀刻反应室内部实施一含氧气体处理工序600，如图2D所示。再请参照图2E，以保形地形成一层氧化硅层208于图案化硅层202a表面与侧壁上，以做为蚀刻缓冲层。氧化硅蚀刻缓冲层208对后续第二次蚀刻工序的蚀刻剂的抗蚀刻能力好，其为难蚀刻材料，其厚度约为5～20nm。含氧气体可包括90％～99％的氧气与10～1％的第二次蚀刻工序的蚀刻剂，其施行温度例如为30～50℃。

最后，全面性施行一第二次蚀刻工序700，不仅去除氧化硅蚀刻缓冲层208，且蚀刻图案化硅层202a，使图案化硅层202a减少至一既定厚度，请参考图2F。由于氧化硅蚀刻缓冲层208对所述第二次蚀刻工序700的蚀刻剂的抗蚀刻能力好，可均匀地提供一蚀刻阻力，使整个衬底的蚀刻速率均匀一致，可均匀地减少案化硅层202a的厚度。根据本发明，第二次蚀刻工序700的主要目的在于使图案化硅层202a具有一均匀的既定厚度。第二次蚀刻工序700所使用的蚀刻剂必需能蚀刻硅与氧化硅，包括Cl₂、SF₆或HBr。

本发明虽然以优选实施例公开如上，但是其并非用以限定本发明的范围，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可对其做各种更改与润饰，因此本发明的保护范围应当以所附权利要求所确定的为准。

Claims

1.一种避免硅层蚀刻不均匀的方法，包括：

提供一图案化硅层；

保形地形成一蚀刻缓冲层于上述图案化硅层表面与侧壁上；以及

全面性地施行一蚀刻工序，不仅去除上述蚀刻缓冲层，且蚀刻上述图案化硅层，使上述图案化硅层减少至一既定厚度。

2.如权利要求1所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述蚀刻缓冲层包括氧化硅。

3.如权利要求2所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述蚀刻缓冲层利用氧化法形成。

4.如权利要求1所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述蚀刻工序所使用的蚀刻剂包括Cl₂、SF₆或HBr。

5.如权利要求1所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述蚀刻缓冲层的厚度为5～20nm。

6.如权利要求1所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述所提供的硅层的厚度为120～250nm。

7.一种避免硅层蚀刻不均匀的方法，包括：

提供一硅层；

形成一具有预定图案的掩模层于上述硅层的部分表面；

以上述掩模层为遮蔽，对上述硅层实施一第一次蚀刻工序，以形成一图案化硅层；

去除上述掩模层；

全面性地施行一第二次蚀刻工序，不仅去除上述蚀刻缓冲层且蚀刻上述图案化硅层，使上述图案化硅层减少至一既定厚度。

8.如权利要求7所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述掩模层为光致抗蚀剂层。

9.如权利要求7所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述蚀刻缓冲层包括氧化硅。

10.如权利要求9所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述蚀刻缓冲层利用氧化法形成。

11.如权利要求7所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述第二次蚀刻工序所使用的蚀刻剂包括Cl₂、SF₆或HBr。

12.如权利要求7所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述蚀刻缓冲层的厚度为5～20nm。

13.如权利要求7所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述所提供的硅层的厚度为120～250nm。

14.一种避免硅层蚀刻不均匀的方法，包括：

提供一硅层；

形成一具有预定图案的掩模层于上述硅层的部分表面；

去除上述掩模层；

对上述图案化硅层表面实施一含氧气体处理工序，以保形地形成一层氧化硅层于上述图案化硅层表面与侧壁上；以及

全面性地施行一第二次蚀刻工序，不仅去除上述氧化硅层，且蚀刻上述图案化硅层，使上述图案化硅层具有一既定厚度。

15.如权利要求14所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述掩模层为光致抗蚀剂层。

16.如权利要求14所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述第二次蚀刻工序所使用的蚀刻剂包括Cl₂、SF₆或HBr。

17.如权利要求14所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述氧化硅层的厚度为5～20nm。

18.如权利要求14所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述所提供的硅层的厚度为120～250nm。

19.如权利要求14所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述含氧气体处理工序所使用的气体为90％～99％氧气与10～1％第二次蚀刻工序的蚀刻剂。

20.如权利要求13所述的避免硅层蚀刻不均匀的方法，其中上述含氧气体处理工序的温度为30～50℃。