CN1405855A - 等离子体蚀刻气体 - Google Patents

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CN1405855A
CN1405855A CN 01124118 CN01124118A CN1405855A CN 1405855 A CN1405855 A CN 1405855A CN 01124118 CN01124118 CN 01124118 CN 01124118 A CN01124118 A CN 01124118A CN 1405855 A CN1405855 A CN 1405855A
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fluorocarbon
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梁明中
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Abstract

本发明是有关于一种等离子体蚀刻气体，适用于在蚀刻氧化硅的蚀刻机台中蚀刻硅层，此气体至少包括部分取代的氟烷气体、全取代的氟烷气体、氩气与氮气。其中部分取代氟烷气体与全取代氟烷气体的比例为3/1至15/1左右。

Description

等离子体蚀刻气体
技术领域
本发明是有关于一种集成电路(Integrated Circuit，IC)的蚀刻工艺，且特别是有关于一种等离子体蚀刻气体。
背景技术
在集成电路蓬勃发展的今日，元件缩小化与集成化是必然的趋势，也是各界积极发展的重要课题。其中，蚀刻工艺从集成电路制造的最前段至后段扮演很重要的角色，往往与微影工艺构成关键技术。蚀刻工艺可分为两种，一种是湿蚀刻技术，另一种则是干蚀刻技术。由于干蚀刻技术比湿式蚀刻具有低成本、高产率以及可进行非等向性蚀刻的优点，而成为目前集成电路工艺中不可缺少的技术。
目前半导体元件都建立在硅基底上，一般硅层的蚀刻都是在蚀刻氧化硅层的同时，在蚀刻氧化硅的等离子体蚀刻机台中进行，所使用的等离子体蚀刻气体为三氟甲烷(CHF3)/四氟化碳(CF4)/氩(Ar)的混合气体。由于氟烷(CxHyFz)气体很容易在硅层的表面堆积一层过厚的氟烷(CFx)高分子层，而使得硅层被蚀刻的表面蚀刻均匀度很差。
因此，公知的一种改善硅层蚀刻均匀度的方法是在上述的等离子体蚀刻气体的组成中加入氧气，使氧气与上述等离子体蚀刻气体组成中的四氟化碳反应生成一氧化碳或二氧化碳以消耗等离子体中的碳原子，而减少沉积于硅层表面的氟烷高分子层，以改善硅层的蚀刻均匀度。然而，在等离子体蚀刻气体中加入氧气，同时也会使有机类的光阻罩幕过度消耗，而造成蚀刻关键尺寸(Etching Critical Dimension，ECD)的偏差(Bias)。
发明内容
因此，本发明目的为提供一种等离子体蚀刻气体，可以有效改善硅层的蚀刻均匀度，同时不会有因光阻过度损耗而造成蚀刻关键尺寸变宽。
根据本发明的目的而提供一种等离子体蚀刻气体，适用于在蚀刻氧化硅的蚀刻机台中蚀刻硅层，此气体至少包括部分取代氟烷气体、全取代氟烷气体、氩气与氮气。
其中，部分取代氟烷气体与全取代氟烷气体的比例为3/1至15/1左右。氮气的流量为1sccm至50sccm，氩气的流量在50sccm至150sccm之间。等离子体蚀刻机台的操作条件为压力在110mtorr至200mtorr之间、功率为500watts至700watts。
本发明还提供一种等离子体蚀刻气体，适用于在一蚀刻氧化物的蚀刻机台中蚀刻硅基底，此气体至少包括氟烷气体与氮气。
氟烷气体包括四氟化碳(CF4)、六氟化二碳(C2F6)、八氟化三碳(C3F8)、八氟化四碳(C4F8)、氟化甲烷(CH3F)、三氟甲烷(CHF3)或二氟甲烷(CH2F2)等。且此气体还可包括氩气。
本发明是在蚀刻氧化层与硅基底的等离子体蚀刻气体中加入氮气，由氮气使沉积于硅基底表面的氟烷族高分子结构变松散、厚度变薄，使蚀刻所使用的等离子体能有效穿过高分子而蚀刻硅层，以使硅层的蚀刻均匀度增加，同时又不会使光阻罩幕过度损耗而影响蚀刻关键尺寸。
附图说明
图1A至图1C为说明本发明实施例的制造工艺示意图。
附图标记说明：
100：基底      102：垫氧化层    104：罩幕层
106：光阻层    108、110：开口   112：场氧化层
具体实施方式
本发明提供一种用于蚀刻硅层的等离子体蚀刻气体，在公知用于蚀刻氧化硅的等离子体蚀刻气体中加入氮气。由氮气使沉积于硅层表面的高分子结构变松散、厚度变薄，使蚀刻所使用的等离子体能有效穿过高分子而蚀刻硅层，以使硅层的蚀刻均匀度增加，同时又不会使光阻罩幕过度损耗而影响蚀刻关键尺寸。其中，加入氮气的流量为1sccm至50sccm。
在蚀刻氧化硅的蚀刻机台中，蚀刻氧化硅层与硅层所使用的蚀刻气体包括氟烷气体、氩气。氟烷气体包括全取代氟烷气体(CxFy)与部分取代氟烷气体(CxHyFz)。全取代氟烷气体(CxFy)，例如是四氟化碳(CF4)、六氟化二碳(C2F6)、八氟化三碳(C3F8)或八氟化四碳(C4F8)等。部分取代氟烷气体(CxHyFz)例如是氟化甲烷(CH3F)、三氟甲烷(CHF3)或二氟甲烷(CH2F2)等。而且，可单独使用全取代氟烷气体(CxFy)与部分取代氟烷气体(CxHyFz)作为蚀刻反应气体或同时使用两种以上的全取代氟烷气体(CxFy)与部分取代氟烷气体(CxHyFz)作为等离子体蚀刻气体。
对同时包含全取代氟烷气体(CxFy)与部分取代氟烷气体(CxHyFz)的等离子体蚀刻气体而言，CxHyFz/CxFy的比例为3/1至15/1左右。
在此以制造场氧化层的工艺说明本发明的实施例，并依照图1A至图1C作说明。
首先提供一基底100，此基底100例如是硅基底。此基底100上已形成一层垫氧化层102以及一层罩幕层104。垫氧化层102的材料可为氧化硅，形成垫氧化层102的方法可用热氧化法(Thermal Oxidation)。罩幕层104的材料可为氮化硅，形成罩幕层104的方法可用化学气相沉积法。然后，在罩幕层104上形成一图案化光阻层106，此图案化光阻层106具有开口108暴露部分罩幕层104。
接着请参照图1B，在一蚀刻氧化硅的蚀刻机台中，可用磁场加强式反应性离子蚀刻(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching，MERIE)机台进行蚀刻工艺，移除开口108所暴露的部分罩幕层104。然后，移除开口108所暴露的垫氧化层102以及部分硅基底100，以形成开口110。
其中，蚀刻机台也可以是去耦等离子体源(Decoupled Plasma Source，DPS)机台、反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)机台或下降蒸汽蚀刻(Down Stream Etching)机台等。
在此蚀刻工艺中，使用的等离子体蚀刻气体包括全取代氟烷气体、部分取代氟烷气体、氩气与氮气(CxHyFz/CxFy/Ar/N2)。在本实施例中，CxFy例如是CF4，CxHyFz例如是CH3F。CxHyFz/CxFy的比例为3/1至15/1左右。氩气在50sccm至150sccm左右、氮气为1sccm至50sccm左右。蚀刻反应室的操作条件为压力在110mtorr至200mtorr左右、功率为500watts至700watts左右。
当然，CF4气体也可以被六氟化二碳(C2F6)、八氟化三碳(C3F8)或八氟化四碳(C4F8)等气体取代。CH3F气体也可以被三氟甲烷(CHF3)或二氟甲烷(CH2F2)等气体取代。而且，可单独使用全取代氟烷气体(CxFy)与部分取代氟烷气体(CxHyFz)作为蚀刻反应气体或同时使用两种以上的氟化碳气体(CxFy)与氟化氢碳气体(CxHyFz)作为等离子体蚀刻气体。
本发明在进行蚀刻基底100时，在等离子体蚀刻气体中加入的氮气使沉积于硅基底表面的高分子结构变松散、厚度变薄，使蚀刻所使用的等离子体能有效穿过高分子而蚀刻高分子而蚀刻硅基底，因此本发明可以提高硅基底的蚀刻均匀度，同时又不会使光阻层过度损耗而影响蚀刻关键尺寸。
接着请参照图1C，移除光阻层106后，再在开口110所暴露的基底100上形成一场氧化层112，形成场氧化层112的方法例如是热氧化法。
接着请参照表1，在等离子体蚀刻气体中加入氮气时，氮气对于氧化硅与硅层的蚀刻率(Etching Rate，ER)以及均匀度U％的影响。其中，当加入氮气的流量为0sccm时，即在等离子体蚀刻气体中不加入氮气，硅层的ER值为71，U％值为24.31。当加入氮气的流量为10sccm时，硅层的ER值为224，U％值为14.5。当加入氮气的流量为30sccm时，硅层的ER值为403，U％值为10.5。当加入氮气的流量为50sccm时，硅层的ER值为520，U％值为7.7。因此随着氮气流量的增加，硅层的蚀刻率(Etching Rate，ER)会增加，而硅层的U％值会减少。其中U％的值越低表示蚀刻均匀度(Uniformity)越好。
此外，如表1所示，在蚀刻气体中加入氮气，氮气对于氧化硅的蚀刻率(Etching Rate，ER)以及均匀度U％的影响不大。
表1
  氮气流量      0sccm      10sccm      30sccm       50sccm
  ER   U％   ER   U％   ER   U％   ER   U％
  氧化硅   2178   6.9  2526   5.7  2589   5.6  2551   4.8
  硅   71   24.31  224   14.5  403   10.5  520   7.7
  蚀刻选择比         30      11.3      6.4        4.9
因此，本发明在蚀刻氧化层与硅层的等离子体蚀刻气体中加入氮气，确实可以提高硅层的蚀刻均匀度，同时又不会使光阻层过度损耗而影响蚀刻关键尺寸。
此外，使用本发明所说明的等离子体蚀刻气体，并不是只限于蚀刻硅层，也可使用于任何型态的硅层的蚀刻，例如多晶硅、非晶硅、掺杂多晶硅、掺杂非晶硅或掺杂硅层。而且，本发明所说明的等离子体蚀刻气体并不是只限定于制造场氧化层，在需要任何蚀刻硅层的工艺中，例如浅沟渠隔离工艺、导线工艺等也涵盖在本发明的保护范围内。
虽然本发明已以实施例说明如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (11)

1.一种等离子体蚀刻气体，适用于一蚀刻氧化硅的蚀刻机台中蚀刻硅层，其特征为：该气体至少包括：
一氟烷气体；以及
一氮气。
2.如权利要求1所述的等离子体蚀刻气体，其特征为：该氮气的流量为1sccm至50sccm。
3.如权利要求1所述的等离子体蚀刻气体，其特征为：该气体还包括氩气，流量为50sccm至150sccm。
4.一种等离子体蚀刻气体，适用于一蚀刻氧化硅的蚀刻机台中蚀刻硅层，其特征为：该气体至少包括：
一部分取代氟烷气体；
一全取代氟烷气体；以及
一氮气。
5.如权利要求4所述的等离子体蚀刻气体，其特征为：氮气的流量为1sccm至50sccm。
6.如权利要求4所述的等离子体蚀刻气体，其特征为：该部分取代氟烷气体包括三氟甲烷，该全取代氟烷气体包括四氟甲烷；三氟甲烷与四氟甲烷的比例为3/1至15/1。
7.如权利要求6所述的等离子体蚀刻气体，其特征为：该气体还包括氩气，流量为50sccm至150sccm。
8.如权利要求4所述的等离子体蚀刻气体，其特征为：该部分取代氟烷气体与该全取代氟烷气体的比例为3/1至15/1。
9.一种制造半导体的蚀刻方法，其特征为：该方法包括下列步骤：
提供一基底；
在该基底上设置一氧化层；
提供至少包括一氟烷气体以及一氮气的一蚀刻气体；以及
以该蚀刻气体对该氧化层进行蚀刻。
10.如权利要求9所述的制造半导体的蚀刻方法，其特征为：该氮气的流量为1sccm至50sccm。
11.如权利要求9所述的制造半导体的蚀刻方法，其特征为：该蚀刻气体还包括氩气，流量为50sccm至150sccm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101451619B (zh) * 2007-12-04 2010-11-03 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 摆阀及等离子体加工装置及其控制反应腔室内压力的方法
CN106206285A (zh) * 2015-05-29 2016-12-07 英飞凌科技股份有限公司 用于处理半导体层的方法、用于处理硅衬底的方法和用于处理硅层的方法

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