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Description
經濟部中央標準局员工消費合作社印製 A 6 B6 五、發明説明(l ) 發明之背景 1 .本發明之範圍 本發明傜有關一種乾蝕刻方法,偽用以蝕刻具有包含 諸如氣化矽薄膜之一绝緣薄膜之一多層結構及一錆、鉬或 矽酸鹽等被形成於絶緣薄膜上之薄膜;或包含那些高熔點 金屬之一之一薄膜及一多晶矽薄膜之一結構。 2 .相關技術之描述 根據半導體裝置之較高積體密度,電路之尺寸即快速 減小,然而,此種尺寸上之減小産生了 一連串的問題,尤 其在其閘電極或導線傜由下列材料所組成之情況下: (1)諸如鋁(AJ2)之具有低電阻係數及熔點之金 屬; (2 )諸如多晶矽之半導體材料;或 (3 )諸如鋳(W)或鉬(Μ 〇 )之具有高熔點之金 屬。 參考情況(1 ),其鋁傜被用作閘電極,因鋁之熔點 接近6 6 Ot:, —加熱程序即無法於鋁沈澱形成一元素之 後被提供,結果,因使用鋁,即難於達成一多層結構,而 此一結構之積體密度即無法被增加,又,於形成鋁電極之 後,需要大約1 0 0 0 °C之高溫之一擴散程序則無法被執 行,因此,其閘電極必需於製造Μ 0 S F E T s期間之源 極吸極區域之擴散後被形成,然而,一定量的配罩容許度 必需被設定於閘電極及源極吸極區域間,因此,減低了該 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 本紙張尺度逍用中國國家標準(CNS)甲4規格(210X297公煃) -3 - 81. 5. 20,000〇{) 如561 A 6 B6 五、發明説明(?) 結構之積體密度,又,其組合的閘極及源極或吸極之電容 即被增加。 參考情況(2 ),傜使用多晶矽作為閘電極,其閘極 、源極及吸極區域可被形成為屏蔽型態,故係彼此自我匹 配,且多晶矽在加熱過程中相當地穩定;因此,配線可以 一多層方式被實施,故達一高積體密度,然而,一多晶矽 薄膜具有一電阻僳數(特殊電阻),因此,即需加入適當 的雜質至該薄膜内以降低其電阻。 事實上,縱使雜質已被加入,其電阻係數僅可被降低 至 lxl〇©Qcm,與鎢之 1X1〇-6 IIQcm 或 鉬之1X10·5 IQcm相比較仍是非常高的,因此, 當一半導體上之電路元件藉多晶矽薄膜將其彼此相互連接 時,一信號之傳輸即變得如此缓慢以致於其蓮作速度即受 到限制,同樣地,當多晶矽被作為一 Μ 0 S F E T之閘電 極時,其阻容産品即因其大電阻而變大,因此,卽需花費 較長時間將閘極電壓提昇至一設定的運作電壓,因而降低 其蓮作速度。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 參考情況(3 ),俗將諸如鎢之一高熔點金屬作為一 閘極,縱使錆具有高電壓僳數,但錆在1 000¾之加熱 程序中仍相當穩定,因錆具有一非常高的熔點,故於形成 半導體裝置之過程期間即需相當穩定,然而,如同一般上 之金屬情況,鎢無法抵抗在一高溫及氧化氣體中之處理。 如前述,在上述情況中之任一値均無法形成一滿意的 閘電極,對一好的閘電極而言之某些標準僳:其閘電極像
I 本紙張ϋ用中國Η家標準(CNS)甲4規格(210X297公龙) _ 81. 5. 20.000(H) A 6 B6 282bGl 五、發明説明(3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 由具有一小晶粒尺寸之一晶體材料所製成;其電極表面可 簡易地被穩定;其化學抵抗力傜高的;其對鋁或一矽基體 之接觸力係高的;且其防電子遷移特性係高的。 於此際,使用具有諸如矽化錆(W S i 2 )及一多晶 矽薄膜之一金屬矽化物薄膜之一多層結構之閘極材料已被 建議用來製造具有上述特性之半導體裝置,亦即具有一高 積體密度之多晶矽閘電極Μ 0 S F E T ;於製造期間之加 熱過程中之MO S F Ε Τ的高穩定度及可靠度;與多晶矽 相比較之一低電阻傜數之半導體裝置;及該裝置之高速蓮 作力,然而,諸如鋳及一多晶矽薄膜之一高熔點金屬之多 層結構亦已被提議。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 然而,處理此多層結構之方法具有下列問題,因電路 尺寸上之減少,閘電極即被減至最小,因此,被形成於閘 電極下面之閘極絶緣薄膜已被變薄至大約1 0 n m ,因此 ,—閘電極之處理能力即非取決於其高熔點金屬矽化物薄 膜晶體而取決於其多晶矽薄膜,若未獲得一需求的形狀, 亦即,一矽薄膜之末端無法從一矽化物薄膜之末端面被抽 回,即發生溝道長度之偏差。又,當作為閘極絶緣薄膜之 一氧化矽薄膜及作為閘電極之一多晶矽薄膜間之蝕刻選擇 比率對決定産品生産量而言係一主要因素時,一蝕刻處理 即需基於氣化矽薄膜及閜極絶緣薄膜間之一高選擇比率而 被實施,若此,用以形成一閘電極之過程即伴隨一極困難 之難題。 在蝕刻諸如錆之一高熔點金屬上已有許多報告,某些 本紙張尺度遑用中國國家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙) -5 - 81. 5. 20,000(H) 28S5G1 Α6 Β6 五、發明説明(4 ) 例子偽:D· W. Hess (1 9 84年一月號之電化學協會 雜誌第1 1 5_ 1 20頁之鎢蝕刻及CF4及SF6放電 );Picard e t a 1 ...(耐溶金屬(氛、飽、飽)及SFe 、SFe —〇2中之矽之電漿蝕刻:1 985年第4期第 5卷之電漿化學及電漿處理之第335 — 35 1頁),在 每一報告中,包含氟(SF<;、CF4、CF3 Br或其 類似氣體)之一蝕刻氣體均被使用,然而,對一矽化鎢及 一多晶矽或一熱氧化薄膜之一多層结構而言,不會發生在 一鎢單層上之多種難題於其處理期間均將産生。 其間,CHi-Hwa et al.(鋳之各向異性的電漿蝕刻 :1987年12月15日之美國專利第4, 713, 1 4 1號)係直接地蝕刻一多層的高熔點金屬(例如鎮) 及一矽或一绝緣薄膜之方法,在該報告中,鎢傺使用 S F s及C又2之混合氣體予以蝕刻,該混合氣體偽作為 一蝕刻氣體,根據所掲露之該方法,可抑制鎢及S F 6間 之反應之C又傜附著於一蝕刻圔案之側面上,因而實現一 直接的蝕刻。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 然而,在一實際的感覺中,好的蝕刻無法藉使用諸如 六氟化硫(SFs )或一含氟氣體及一四氯化碩( CCi?4 )或(:又2之混合氣體之一含氣氣體而予以執行 ,該含氟氣體傜供一金屬矽化物薄膜用之一傳統之蝕刻氣 體,此乃因這些氣體對氣化矽之選擇比率並未達10或更 少。 又,傳統上,一無功離子蝕刻技術係被用來蝕刻一多 本紙張尺度逍用中B Η家標準(CNS)甲4規格(210x297公釐) 一 6 81. 5. 20.000(H) Α6 Β6 五、發明説明(5 ) 晶矽薄膜,然而,在一陽極耦合模態被用來供蝕刻圖案之 情況下,其選擇比率即變大,但其所處理的形狀將係非需 求的,然於一陰極耦合模態被使用之情況下,其選擇比率 即變小,但欲可獲得需求的形狀。 然而,在一晶片之任何位置均具有相同的蝕刻處理速 度亦極重要,例如,若在晶片邊緣部份之蝕刻處理快於在 中央部份的,一問題即發生:當蝕刻被執行直到多晶矽之 中央部份被完全移開為止,某些在邊緣部份中之下面的氧 化矽薄膜即已被蝕刻。 在對氧化矽之選擇比率係低的情況下,氧化矽之邊緣 部份之蝕刻即進行處理直到閘極絶緣薄膜被損害為止,又 ,因其邊緣及中央部份之蝕刻結果傜彼此不同的,其電漿 本身之待性即被改變,結果,即無法獲得一適當的形狀。 如前述,在被形成於氧化矽薄膜上之一多層薄膜之習 用的處理中(該多層薄膜包括一高熔點金屬或一砂化物金 屬及一多晶矽),從所處理的形狀、選擇比率及齊一之角 度則難以理解一蝕刻是否足夠。 經濟部屮央標準局貝工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之摘要 本發明在考慮上述環境之情況下已被提議,其目的係 在於提供用以逹成一絶佳的處理形狀及足夠的選擇性之一 乾蝕刻方法,以處理被形成於一氣化矽薄膜或其類似物上 包括一高熔點金屬或一矽化物金屬及一多晶矽之一多層薄 膜。 本紙張λ度遑用中8 8家標準(CNS)甲4規格(210x297公釐) -η - δί. 5. 20.000(H) A 6 B6 五、發明説明泠) 本發明之主要特徴係在於選擇乾蝕刻處理中之最適當 型態之氣體及設定供處理上述多層薄膜用之最佳的可能之 蝕刻狀況。 根據本發明,提供有一乾蝕刻方法,其中,一多層薄 膜包括擇自包含錆、鉬、一矽化錡及一矽化鉬之族群之一 者係作為其第一層,而作為第二層之下面的多晶矽則被形 成於一氧化矽绝緣薄膜上,藉於其多層薄膜上形成一屏蔽 圖案而預備之一處理基體係被置放於一真空容器中,一蝕 刻氣體即被導入該真空容器中,而一放電即因提供一電場 至真空容器而發生,因此,根據其屏蔽圖案各向異性地蝕 刻其多層薄膜即包括: 第一蝕刻步驟,係用以藉擇自由氟、六氟化硫及三氣 化氮之第一氣體或包含第一氣體及擇自由包括氯化氫、溴 化氫、氯、溴及四氯化碳之第二氣體之一混合氣體作為蝕 刻氣體來蝕刻其第一層;及 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 其第二蝕刻步驟,係用以藉其第二氣體或其第二氣體 及擇自包括一惰氣、氮氣、氧氣、四氯化矽氣體及一氣化 碩氣體之族群之第三氣體之一混合氣體作為蝕刻氣體來蝕 刻其第二層。 在其第一蝕刻步驟中,其第一步驟之蝕刻最好是在包 含六氟化硫及氯之一混合氣體被作為一蝕刻氣體之情況下 被實施,六氟化硫及氯之混合比率傜被設定在4:6及7 :3之間,其氣體流量則設定在2 0及1 5 0 s c c m之 間,而其高頻功率密度則設定於0 . 4及◦ . 9 w / c nf 本紙張尺度逍用中國Η家標毕(CNS)甲4規格(210父297公*) -8 - 81. 5. 20,000(H) 2825Q1 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α6 Β6 五、發明説明(7 ) 之間。· 在其第二蝕刻步驟中,被加至第二氣體之第三氣體之 量最好係在整個蝕刻氣體之體積之〇及1間之範圍内 ,其第三氣體係擇自包括惰氣、氮氣、氧氣、四氯化硫氣 體及一氧化碩氣體之族群之一種氣體,可以整個蝕刻氣體 之容積之0及10%間範圍之數量被加入蝕刻氣體中。 其第一及第二蝕刻處理需於將欲被處理之基體之溫度 維持在一 1 ◦及_ 1 2〇t:間之範圍内,最好是在一 30 及- 6 Ot:間之範圍下被實施,其蝕刻氣體之壓力最好被 設定在50及150m托之間。 又,當藉發射自反應物質、反應合成之壓力改變、電 漿阻抗或其類似物之監控光線來偵測蝕刻之终點時,其第 一蝕刻處理即可被執行,更特別地,在蝕刻其第一層之步 驟中,其蝕刻之終點傜藉發射自鋪、鉬或氟化鉬之監控光 線予以偵測,同樣地,在蝕刻其第二層之步驟中,.其終點 則藉發射自氯、漠、氯化矽或溴化矽之監控光線予以偵測 〇 縱使在蝕刻了其第一層之後,其蝕刻仍可持續蝕刻下 面的多晶矽直到完全移開其第一層為止。 然而,根據本發明,又提供了 一乾蝕刻方法,其中, 作為其第一層之包括擇自含有鎢、鉬、一矽化鎢及一矽化 鉬之一薄膜傜被形成於一氧化矽絶緣薄膜上,藉於該薄膜 上形成一屏蔽圖案而被預備之欲被處理的基體係被置放於 一真空容器内,一蝕刻氣體即被導入該真空容器内,而藉 本紙張尺度逍用中國Η家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙) _ 〇 _ ' 81. 5. 20.000(H) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- -線- A 6 B6 五、發明説明〇 ) 提供一電場至真空容器即産生放電,因此,即根據此屏蔽 圖案各向異性地蝕刻該薄膜,其特徵在於:當使用擇自包 括氣、六氟化硫及三氟化氮之族群之第一氣體;或包括第 一氣體及擇自由氯化氫、溴化氫、氯、溴及四氯化碩所組 成之族群之第二氣體之一混合氣體;或包括其第一及第二 氣體及擇自由一惰氣、氮氣、氣氣、四氯化硫氣體及一氣 化磺氣體所組成之族群之第三氣體之一混合氣體;或包含 其第一氣體及第三氣體之一混合氣體等作為一蝕刻氣體而 使欲被處理之基體之溫度雒持在一 1 0及一1 2 01間之 範圍内時其第一層即被蝕刻。 本發明之發明人處理了各種關於被形成於氧化矽薄膜 上之一多層薄膜之蝕刻試驗,該薄膜包括作為上層之一矽 化鎢薄膜及作為下層之一含磷多晶矽薄膜而發現了下列事 實。 經濟部中央標準局员工消费合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在使用S F 6氣體之一矽化錆之無功乾蝕刻中,當基 體溫度傜25°C時其蝕刻速度係300 — 400nm/ m i η ,若此,即可達高速蝕刻,然而,在此一情況下, 矽化鎢薄膜及其下面的多晶矽薄膜之邊側蝕刻將係無可避 免的,此種邊側蝕刻將會産生問題,尤其在其元件尺寸變 得越來越小時。 另一方面,在矽化錆藉使用CP2氣體而被無功乾蝕 刻之情況下,當基體之溫度傜2 5 °C時其蝕刻速度則為 5〇_1 〇0nm/m i η。 又,蝕刻速度所依附之基體溫度係在藉使用S F 6氣 本紙張尺度逍用中國8家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙) -10 - 81. 5. 20.000(H) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A 6 B6 五、發明説明夕) 體來蝕刻矽化錆之情況下被撿測,其蝕刻速度之降低係與 基體溫度之倒數成比例,但在- 301C之基體溫度下,其 蝕刻速度仍傜23〇_370nm/m i η,在此情況下 ,邊側蝕刻並未發現矽化鋳之圔案,且因此而獲得一垂直 的形狀,然而,邊側蝕刻則發生於下面的多晶矽並逹一特 定水平。 由所獲得之結果,可確知當基體溫度維持於_ 3 Ο Ό 而40 — 70%之(352氣體被加至31^時,邊側蝕刻 即不會發生於矽化錆及多晶矽上,而使一垂直形狀之一圔 案得以形成,此現象可被解釋如下: 縱使處於如所述之此一基體之冷卻條件下,由彼此結 合錆及矽化錆之矽原子及氟而産生之W F 6、S i F 4及 其類似氣體之蒸氣壓力是高的,且因此邊側蝕刻即發生, 其間,因將鋳及氯結合一起而産生之WCi?5或界0又6 之蒸氣壓力則非常低,且因此其薄膜之移開即非常困難, 結果,當C β 2被使用時其蝕刻速度即缓慢,且多半産生 一沈澱,若此,藉箸將適量Cp2混合入諸如SFe之含 氤氣體,即可維持一滿意的水準之蝕刻速度,而一 W C ^ ^ (X = 5, 6)之沈澱層則選擇性地被形成於該 圖案之側壁上,因此,氟或鋳及矽原子間之反應即被抑制 ,因此形成一垂直形狀之圖案。 需注意:當蝕刻包括矽化鋳、多晶矽及氧化矽薄膜之 一多層結構時,對氧化矽之蝕刻速度即可藉加入一少量的 S F s而大增,因此,若多晶矽及氧化矽薄膜間之蝕刻選 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 本紙張尺度遑用中8國家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙) -11 - 81. 5. 20.000(H) A6 . _B_6_ 五、發明説明(ίο) 擇比率像小的,而晶片表面内之蝕刻速度無法充分齊一, 其氧化矽薄膜即完全地在其晶片表面之一區段處披蝕刻。 於藉使用cp2氣來蝕刻多晶矽之情況下,當其基體 溫度係低時,其蝕刻速度即不會變得如此缓慢,且可獲得 對下面的氧化矽薄膜之一足夠的選擇性比率,因此,可確 認:能在一晶片表面逹到一需求的垂直形狀及一齊一的独 刻速度之蝕刻即可於上述條件内被實施。 其間,藉著使用一分光儀,每一蝕刻步驟均被分析有 關的光線發射,更特別地,在第一步驟中之相關的錆或矽 化鎢之波峰值及在第二步驟中之相關的C β 2之波峰值即 被檢測以找出蝕刻之终點,且以此终點撿測技術,每一蝕 刻步驟均可被控制於非常高的精密度之下。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 藉由此技術之使用,欲被處理之基體之溫度係被冷卻 至一 6 0 °C ,其矽化錆薄膜之蝕刻即在其第一步驟中被執 行,此處,即可單獨使用S F 6而將該薄膜蝕刻成一垂直 形狀,之後,維持基體溫度於- 6 0 °C ,其多晶矽薄膜則 僅使用如同第二步驟中之C β 2予以蝕刻,此處,亦可將 多晶矽薄膜蝕刻成一垂直形狀,且獲得多晶矽及氣化矽間 之一充分的選擇比率,因此,即可於一晶片之邊緣及中心 部份將一薄膜蝕刻成一垂直形狀。 因晶Η溫度之降低,多晶矽及氧化矽薄膜間之選擇性 即大增,又,並無可見的殘餘或沈澱。 如上述,首先,一矽化鶴薄膜僅藉SFe氣體、或 C ί 2及S F β之混合氣體將其蝕刻直到無蝕刻殘餘為止 本紙張尺度逍用中國因家標準(CNS)甲4規格(210X297公釐) -12 - 81. 5. 20.000(H) 282561 A6 B6 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明(Π ) ,然後,一多晶矽薄膜即藉主要包含C 5 2之一氣體予以 蝕刻,若此,對氧化矽具有一高選擇性之蝕刻即可被逹成 ,而覆蓋於上面之矽化鋳及覆蓋於下面之多晶矽則可在無 邊側蝕刻、或諸如沈澱之殘留物下被適當地蝕刻,又,因 覆於上面及覆於下面之薄膜可於相同的晶Η溫度下被蝕刻 ,其蝕刻方法之過程則被簡化,因此,增進其效率。 本發明之額外的目的及優點將描述於下文中,其部份 目的及優點從該描述中卽可顯見,或由本發明之實際操作 中亦可得知,本發明之目的及優點藉由申請專利範圍中所 特別指出之手指及組合而得以被瞭解及被獲得。 圖式之簡單說明: 被併入詳細說明書内且組成詳細說明書之一部份之所 附圖式顯示了本發明目前之較佳具體化實施例,並結合了 上述之一般性描述及用以解釋本發明的原理之下列較佳具 體化實施例之詳細說明。 圖1顯示使用於根據之一具體化方法中之一乾蝕刻裝 置結構之概圖; 圖2 A - 2 C傺根據本發明之具體化方法中之若干層 级之圖案形成步驟之一材料的橫斷面; 圖3係一氣體之混合比率及一蝕刻速度間之相互關係 之特性圖; 圔4傜一下層電極之溫度及一蝕刻速度間之相互關係 之特性圖; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度逍用中a B家標準(CNS)甲4規格(210X297公釐) -13 - 81. 5. 20,000(H) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A 6 B 6 五、發明説明(12) 圖5 A - 5 F係當如同圖3中所示般地被蝕刻時之独 刻形狀之斷面圖; 圖6 A - 6 C係具有各種氣體混合比率之蝕刻形狀之 横斷面圖; 圖7偽一高頻功率及一蝕刻速度間;及高頻功率及蝕 刻速度之齊一性間之相互關傜之特性圖; 圖8係一壓力及一蝕刻速度間;及其壓力與蝕刻速度 之齊一性間之相互關係之特性圖; 圖9傜一氣體流量及一蝕刻速度間;及其氣體流量與 蝕刻速度之齊一性間之相互關傜之特性圖; 圖1 0傜一氣體之混合比率及一蝕刻速度間;及其混 合比率與蝕刻速度之齊一性間之相互關係之特性圖; 圖1 1俗一高頻功率及一蝕刻速度間;及其高頻功率 與蝕刻速度之齊一性間之相互關係之特性圔; 圖12A及圖12B傜被設計來供比較用之一半導體 晶片之蝕刻形狀之横斷面圖; 圖1 3傺一氣體壓力及一蝕刻速度間;及其氣體壓力 與蝕刻速度之齊一性間;及其氣體壓力與選擇比率間之相 互關偽之特性圖; 圖1 4傜可應用於本發明之一電漿蝕刻模態之一乾蝕 刻裝置結構之概圖;及 圖1 5傜可應用於本發明之一無功離子蝕刻模態之一 乾蝕刻裝置結構之概圖。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度逍用中Η困家樣準(CNS)甲4規格(210x297公龙) 一 14 一 81. 5. 20.000(H) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 6 B6 五、發明説明(13) 本具體化實施例之詳細描述 本發明將參考附圖中所示之具體化實施例而予以詳細 解釋。 圖1顯示根據本發明之一方法中所使用之一乾蝕刻裝 置之結構之概圖,該裝置包括一真空容器之蝕刻室10、 一入口預備室20、及一出口預備室30,前述各室均彼 此串聯連接,一閘極閥2 1係被設置於蝕刻室1 0及入口 預備室2 0間以封閉其間之連接,而一閘極閥3 1則位於 蝕刻室1 0及出口預備室3 0間以封閉其間之連接。 在其入口預備室2 ◦中,設有一基體安裝座23,同 樣地,另一基體安裝座3 3則設置於出口預備室3 0内, 至於在蝕刻室1 ◦中保持真空狀態,一欲被處理之基體 1 1即可經間極閥2 2被輸入至入口預備室2 0或經閘極 閥32從出口預備室30輸出,若此,因水氣、氧氣或大 氣中之類似物之影響即可被避免。 在蝕刻室10中,設有第一電極12,欲被處理之基 體1 1即被安裝於第一電極1 2上,一高頻功率源1 4則 經一阻隔二極體1 3連接至電極1 2 ,而1 3 . 5 6 MHz之高頻電壓即被提供至電極12,用以固定基體 1 1之靜電夾盤(圔中未顯示)俗被設置於電極1 2上, 而夾盤之溫度像由一冷卻管1 5所控制,電極1 2之邊綠 則被由碳所製成之一環50所覆蓋,故電極即不會被電漿 所蝕刻。 蝕刻室1 ◦之頂壁傜作為第二電極1 2之相對電極 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度逍用中國國家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙) -15 - 81. 5. 20.000(H) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 A 6 B6 五、發明説明(14) 1 0 a (第二電極),一永久磁鐵1 8則設於第二電極 1 0 a之上面部份上,其磁鐵1 8係被一馬達1 9驅動, 在基體1 1表面上之磁通密度可藉改變永久磁鐵1 8之磁 力而於6 ◦及120 〔G〕間之範圍内變動,又,蝕刻室 1 0之内壁表面則藉一加熱器(圖中未顯示)將其加熱至 一預定溫度。 被連接至蝕刻室10者係一氯氣供應線路a、一氧氣 供應線路b、一 SFff供應線路c、一NF3供應線路d 及一F2供應線路e,閥16a - 16e及流量調整器 1 7 a — 1 7 e則被設置於個別的氣髏供應線路a _ e以 控制每一線咯之流量及氣體壓力,就上述結構而言,一預 定的氣體俗被導入蝕刻室1 0内,隨後,一高頻電壓即被 提供於其第一及第二電極1 2及1 0 a之間以於其間産生 放電。 供檢測每一第一及第二層之蝕刻终點用之一终點撿測 器3 4係被設置於如圖中假想線所示處,係位於閜極閥 3 1之外側,其終點撿測器3 4可為該種型態:相當於一 反應結果之波長之光線發射量的改變即被檢測以指示出其 終點之位置;或為另種型態:檢測其反應結果之壓力改變 ;或為另種型態:檢測電漿阻抗之改變。 使用上述裝置之一蝕刻方法將被討論如下: 如圖2A中所可見者,l〇nm厚之氣化矽( S i 0 2 )薄膜4 1傜藉熱氧化而被形成於一矽基體4 0 上;一 1 5 ◦ n m多晶矽薄膜4 2則藉C V D法而沈澱於 .........:····. 4.......裝.....灯····.·線 (請先閲讀背面之注意事項再塡窝本頁) 本紙張尺度逍用中B B家«準(CNS)甲4規格(210x297公¢) -16 - 81. 5. 20,000(H) Λ 6 Β6 五、發明説明(15) 氧化砂薄膜41上,磷隨後即被擴散入多晶矽薄膜42以 形成一 N型多晶砂薄膜,於該多晶矽薄膜上則藉濺射沈澱 法形成一 200nm厚的矽化鎢(WS i2 )薄膜43, 之後,一抗蝕圖案44即被形成於所形成之矽化鎢薄膜 4 3上,該抗蝕圖案44係藉將一基髏表面披覆由酚醛清 漆樹脂所製成之一光敏抗蝕層所預備而成,該披覆則選擇 性地藉石版印刷法分解成一需求圖案。 如此形成之基體11欲被處理時係置放於圖1中所示 之乾蝕刻裝置之電極12上,其WS i 2薄膜43則選擇 性地藉隨後將解釋之如圖2中所示之方法予以蝕刻,又, 其多晶矽薄膜4 2則如圖2 C中所示般選擇性地被蝕刻。 使用圖1中所示裝置之蝕刻WS i 2之方法將被描述 於下。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 圖3偽顯示一混合氣體之混合比率及一蝕刻速度間之 相互關係之圖表;其具有一特殊混合比率之一 S Fs及 C又2混合氣體傜被導入其蝕刻室1 ◦以蝕刻W S i 2薄 膜4 3 ;其多晶矽薄膜4 2 ;其S i 0 2薄膜4 1 ;及抗 言虫層4 4。 此處,當將触刻室1 ◦内之壓力維持不變(7 5m托 )且其總流量維持於lOOsccm時,氣及 5 F δ氣體之部份壓力即被改變,其電極1 2溫度傜 — 3〇°C而高頻功率俗l〇〇w (功率密度:0. 57w / c m2 ),其蝕刻室1 〇之側壁及上面的電極1 〇 a則 81. 5. 20.000(H) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度通用中國國家標毕(CNS)甲4規格(210x297公*) -17 - 繼561 A6 B6 五、發明説明(16) 被加熱至6 0 C,其εί刻時間係一分鐘,在圖3中,〇表 示對W S i 2之蝕刻速度;△則表示抗蝕層者;鲁表示多 晶矽者;□則表示S i 0 2者。 由圖3中清楚可見:C 之混合比率越小;其 W S i 2、多晶矽、S i Ο 2及抗蝕層中之蝕刻速度則越 快,尤其是,當Cj2之混合比率降至40%或更低時, 在多晶矽層中之蝕刻速度即大增,然而,當該比率係4 0 %或更多時,其蝕刻速度則不會有較大的變化。 藉著使用氛氣(1 〇◦%),對S i〇2之蝕刻速度 係12nm/mi η,然而,若使用80%之氣體 ,其蝕刻速度傜3 6 n m/m i η ,若此,其蝕刻速度即 藉S F s之小量增加而增加,其間,在W S i 2層之蝕刻 中,於Cj2氣(100%)中即産生一沈澱,而其蝕刻 速度即快速地減小。 經濟部中央標準局兵工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 接下來,其下面的電極溫度及所依附之蝕刻速度係有 關於每一 W S i 2薄膜、光敏層及S i 0 2薄膜而以 S F 6作為蝕刻氣體;高頻功率為1 0 ◦ W ;壓力係7 5 m托;流量俗1 0◦ s c cm,其結果係繪於圖4之圖表 中,在圖4中,〇表示對WS i 2之蝕刻速度;△表示抗 蝕層者;·則表示S i ◦ 2者。 如圖4中所可見者,因下面的電極溫度之下降,其每 一 W S i 2 —抗蝕及S i ◦ 2層之蝕刻速度多少會下降, 於W S i 2之情況下,在下面的電極溫度2 5它時其蝕刻 速度大約3 5〇n m / m i η,但在_ 3 0 °C時則大約 本紙張尺度遑用中國國家樣準(CNS)甲4規格(210x297公龙) -18 - 81. 5. 20.000(H) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 6 B6 五、發明説明(17) 300nm/m i η,並未見大量降低現象,同樣地,於 S i〇2之情況中,下面電極25°C時其蝕刻速度偽7〇 nm/mi η,若一3〇°C 時則為 6〇nm/mi η,且 並無可見的大量下降。 5Α — 5 F顯示於多數個下面電極溫度下被蝕刻之 WS i 2薄膜之圖案形狀,在這些圔式中,相同的元件即 被標示以如圖2A中所示之相同的參考號碼,諸如矽基體 4 0、 1 0 n m厚的氣化矽(S i 0 2 )薄膜4 1、 1 5 ◦ n m厚的多晶矽薄膜4 2、2 0 0 n m厚的矽化鎢 (WS i2 )薄膜43及抗蝕圖案44,圖5A — 5F* 別顯示下面電極溫度(或基體溫度)係2 5它、0 t:、 —10Ό、一 3〇t:、一 120°c 及一150°C 之情況。 由各該圖式可知:下面電極之溫度越低,圖案之邊側 蝕刻量越小,在下面電極溫度俗一3 0 ΐ:之情況下,可僅 使用SFe氣體將WS i 2蝕刻成一垂直形狀,在溫度一 1 0 °C之情況下,其邊側蝕刻量最多係1 0 % ,該量係對 圖案之一般性容許量之範圍内,其間,在一 1 0°C或更低 之一溫度下,側壁沈澱4 5即被産生而使圖案變形(加寬 其底端部份),若此,其基體最好係在_ι〇υ及 一 1 2 0 °C間之範圍内。 圖6A—6C顯示在與圖3的那些相同情況下於 C i? 2及S F 6之各種混合比率下被蝕刻之具有一 WS i 2 /多晶矽多層結構之一材料之SEM可見的横斷 面,在這些圖式中,相同的元件均標示有如圖2A中所示 本紙張尺度逍用中國Η家標準(CNS)甲4規格(210x297公度)~二 _ 81. 5. 20.000(H) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂·· A6 B6 邮561 五、發明説明as) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 之相同的參考號碼,諸如矽基體4 ◦、1 0 n m厚之氧化 矽薄膜4 1、1 5 ◦ n m厚多晶矽薄膜4 2、2 0 〇 n m 厚之矽化錆(WS i2 )薄膜43、及抗蝕圖案44,圖 6A — 6C分別顯示SFe氣體僳100%、40 — 7〇 %及(3)22氣體係1 00%之情況。 如同由各該圖式中所可理解者:以100%之SFe ,即如圖6 A所示般地於多晶矽薄膜4 2上産生底面切割 ,其底面切割之量隨著Cp2之增加而減少,且當 之量傜40%時,即未見有任何底面切割,如圖6B中所 示,當所增加之量傜40 — 70%時,一實質上垂 直的形狀即被製造出來。 若再行增加C 5 2之量,其多晶矽薄膜4 2及 WS i 2薄膜43之圖案則被變形成一加寬的底端,當 Cj?2係1〇0%時,沈澱45即如圖6C中所示般地被 産生於圖案之側壁上,其所産生的尤澱被預期係被包含於 W S i 2薄膜内之氯化錆,諸如五氛化鋳(W C β 5 )及 六氯化鎮(W C β s ),而這些氯化物則因一低蒸氣壓力 而被沈澱。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 各種試驗係考慮晶片表面上之蝕刻速度及其齊一性而 被處理,更特別地,對一晶片表面之W S i 2薄膜之蝕刻 速度及其齊一性係在可變的條件下,亦E卩,高頻功率、壓 力、總流量及Cj2 /SF6之混合比率可變之條件下被 量測,其結果則被顯示於圖7 — 1 〇 ,在這些圔式中,〇 表示蝕刻速度之齊一性,而奉則表示一蝕刻速度,其下面 本紙張尺度逍用中Η困家標毕(CNS)甲4規格(210x297公*) -20 - 81. 5. 20,000 ⑻ 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A 6 B6 五、發明説明(19 ) 電極之溫度則被固定在一30Ό,在上述條件下,即發現 在一晶片邊綠中之蝕刻速度係快於其中央部份者,所有情 況下均如此。 圖7傜顯示對WS i 2之蝕刻速度及其齊一性在 (:52及3卩6 (Ci22/Ci2+SF6)間之混合比 率被固定在6 ◦% ;其總流量逹lOOsccm;壓力達 7 5πι托及一可變的高頻功率下之圖表,由該圖式中可知 :當高頻功率增加時,其蝕刻速度即變得較快,但其齊一 性則降低,又,該圖式指出:為逹成2 0 %或更少之一齊 一性(該齊一性傜位於供閘電極或其類似物之圖案造型用 之容許量之範圍内),其高頻功率需被設定至160w或 更少,而為逹10 0 nm/mi η或更高之一独刻速度, 其高頻功率需被設定在7Ow或更高,在考慮被使用於此 試驗中之晶片尺寸(6英时)下,70 — 1 60w之功率 係相當於0. 4 — 0. 9w/cnf之功率密度。 圖8俗顯示WS i 2之蝕刻速度及齊一性在Ci?2及 5 F 6 (Cj2/Cj?2+SF6)混合比率被固定在 6 0% ;總流量達1 00 s c cm ;高頻功率達75w及 一可變的壓力下之圖表,由該圖中可知:縱使其壓力改變 ,其蝕刻速度亦無改變,但當壓力上升時其齊一性則增加 ,然而,在l〇〇m托或更高之壓力下,底端切割即發生 於W S i 2薄膜圖案上,因此即無法獲得一需求形狀。 圖9係顯示WS i 2之蝕刻速度及其齊一性在C^2 及SF6 (Ce2 / Ci?2 + SFe )間之混合比率被固 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 本紙張尺度遑用中a Η家標毕(CNS)甲4規格(210x297公埂) -21 - 81. 5. 20.000(H) A 6 B6 五、發明説明¢0) 定在60%;高頻功率達75w ;壓力逹75m托及一可 變的總流量下之圖表,由該圖中可知:當流量改變時其蝕 刻速度均不變,但當流量變小時其齊一性則增加,當流量 被減低至少於20 s c cm,抗蝕圖案之側壁上之沈澱之 形成即顯而易見,但當流量超過1 50 s c cm時,其齊 一性即越過20%,因此,被導入蝕刻室内之混合氣體之 流量最好係20 — 1 50 s c cm。 圔1 0偽WS i 2之蝕刻速度及其齊一性在高頻功率 固定在7 5w ;壓力逹7 5m托;總流量逹30 s c cm 及Ci?2 _SFs間之混合比率可變下之圖表,由該圖中 可知:如已顯示於圖3中者般,當C P 2之混合比率增加 時其蝕刻速度即減緩,但其齊一性則與C又2比率之增加 一起成長。 經濟部中央標準局员工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 綜合各該試驗之結果,為使蝕刻對W S i 2達到一足 夠的蝕刻速度;滿意的蝕刻速度之齊一性及圖案形狀,將 氯(0:52/<3又2+3?6)之混合比率維持在4〇一 7〇%内;保持壓力低於1 0 ◦ m托且適當地控制其高頻 功率及其總流量偽極重要的,然而,如同圖3中已顯示的 ,僅增加少量的S F 5 ,每一多晶矽及S i Ο 2中之蝕刻 速度即大增,結果,若一晶片表面中之蝕刻速度之齊一性 縱使小程度地被減低,因晶片邊緣中之蝕刻速度快於中央 部份者,其S i Ο 2薄膜4 1即於邊緣區域中被蝕刻,如 圖1 2 B中所示。 若此,為達成具有上述多層结構之一晶片之高度精確 本紙張尺度逍用中B Η家標準(CNS)甲4規格(210x297公*) : _ 81. 5. 20,000(H) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 Μ 五、發明説明Cl) 的蝕刻,其重要的項見係:其基體需被冷卻達一需求溫度 ;其奴3 i2薄膜43需藉含有SFs及之一混合 氣體予以蝕刻;其多晶矽薄膜4 2需藉主要包括C ί 2之 一蝕刻氣體予以蝕刻使於蝕刻W S i 2 4 3後之有關於多 晶矽薄膜4 2及S i 0 2薄膜4 1具有一足夠的蝕刻選擇 比率。 接下來,為檢測多晶矽薄膜4 2之蝕刻特性,加磷的 多晶矽之蝕刻速度;其齊一性及一可變的高頻功率均將被 量測,其下面基體之溫度傜被固定在-3 0 °C ,所使用之 蝕刻氣體係1 0 0 %之C 5 2 ,而其流量則為1 0 0 s c c m 〇 圖1 1係加磷的多晶矽之蝕刻速度及一可變的高頻功 率間;及其蝕刻速度広齊一性及一可變的高頻功率間之相 互關偽,在該圖中,〇表示一蝕刻速度之齊一性,而•則 表示一蝕刻速度,如由該圖中所可見者,當高頻功率上升 時其蝕刻速度即增加,但晶片表面上之蝕刻速度之齊一性 則大增至大約9 0 W ,其間,在5 0 W之高頻功率處,底 端切割即發生於多晶矽,但在7 5 w或更高之功率處,由 蝕刻即可獲得一垂直形狀。 接下來,多晶矽之蝕刻速度及蝕刻速度之齊一性與一 可變壓力均被量測,圖1 3顯示多晶矽之蝕刻速度(以· 表示)、齊一性(〇)及選擇比率(Si/Si〇2)( △),偽使用Ci?2氣體,而將高頻功率被固定在150 w;基體溫度為_30°C;流量逹lOOsccm,除壓 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度遑用中β B家標準(CNS)甲4規格(210X297公龙) -23 - 81. 5. 20.000(H) A 6 B6
咖SGI 五、發明説明隹2) 力係可變者外。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如同由該圖中所可理解者,當壓力上升時多晶矽之独 刻速度即增加,多晶矽及S i 0 2 (熱氧化薄膜)間之選 擇比率則與壓力一起正確地增加,另一方面,其蝕刻速度 之齊一性則增加至大約7 5 Π1托壓力之波峰值,且當壓力 從7 5π!托抱至更高或更低區域時,其齊一性即惡化,隨 後,由S Ε Μ察知之蝕刻形狀則指出當壓力高於7 5 m托 時發生於圔案上之邊側蝕刻。 隨後,為了增進對多晶矽之蝕刻速度之齊一性及關於 S i 0 2薄膜之選擇性,一小量的各種無功氣體即被加至 C又2氣,若此,其触刻特性即被撿測,其蝕刻過程即藉 著蝕刻速度、齊一性、對S ί 0 2及抗蝕層之選擇比率及 圖案之形狀等字見予以估算,而其蝕刻條件則為:壓力、 高頻功率、而氣體流量則被固定於7 5 m托、1 ◦ 0 w及 lOOsccm,而大約0 — 10%的氧(〇2 )、四氯 化矽(S i C )、氮(N 2 )及一氣化碩(C ◦)則 被加入C又2氣内。 經濟部中央標準局員工消#合作社印製 表1顯示此檢測之結果,其蝕刻特性像根據壓力、高 頻功率、流量及加入氣體量而改變,如同由表1中所顯見 者,一少量的氣被加入氯氣中於保持其齊一性及各向異性 形狀時有助於增進其選擇性比率。 本紙張尺度逍用中困B家標毕(CNS)甲4規格(210x297公*) -24 - 81. 5. 20,000(H) 五、發明説明(?3) 表 1 A 6 Β6 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 蝕刻氣體 炫件· 独刻速度 (A/m i η) 齊一性 (96) 對氣化矽薄糢 之選擇比率 對抗蝕層之 選擇比率 形狀 50SCCX 2532 11.6 21.5 3.9 各向異性 100SCCX 2556 10.9 23.7 3.8 各向異性 95/5 100W 2896 13.2 32.2 3.8 各向異性 C又2 +〇? 98/2 100W 2755 13.1 30.3 4.1 底端切割 95/5 asow 2622 11.0 16.9 2.6 各向異性 190/10.150W 4492 10.7 19.0 2.7 各向異性 C 5 2+S i c s, 90/10 100W 2620 19.8 30.2 4.0 各向異性 70/10 100W 2430 15.0 36.8 4.4 各向異性 C J? 2 + N 2 90/10 100W 2541 9.1 22.1 4,2 削尖 50/50 100W 1958 4.9 13.0 8.6 削尖 C S 2+CO 90/10 100W 2243 12.2 26.0 4.5 各向異性 95/5 100W 2483 10.9 22.0 3-6 各向異性 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6紙張尺度逍用中國國家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙) 25 - 81. 5. 20.000(H) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A6 ____B6___ 五、發明説明¢4) 在此例中,其蝕刻步驟被分為兩部份:蝕刻W S i 2 薄膜;及蝕刻多晶矽薄膜,基於其蝕刻特性,具有 WS i 2 /多晶矽/s i 〇2之多層結構之欲被處理之基 體偽藉使用被顯示於圖1中之裝置在最適合之蝕刻條件且 具有最適當之蝕刻氣體下被蝕刻。 首先,如同圖2B中所可見者,其WS i 2薄膜43 被蝕刻,其蝕刻條件係:下面電極之溫度被固定一 3 0 t: ;具有40%之混合比率(C$2 / Ci?2 + SFs )之 C β 2 — S F s混合氣體作為蝕刻氣體;而其氣體流量、 壓力、及高頻功率(功率密度)則被設定為30 seem 、75m托、及75w (大約0. 4W/CIH2),在這些 條件下,磁控管放電則被感應來執行無功離子蝕刻直到其 W S i 2完全被蝕刻為止。 然後,Ce2 /SFs氣體之供應即被停止,而殘留 的氣體則被排出,當將下面電極之溫度維持在一 3 0 t:時 ,磁控管放電則使用Ci?2氣在流量、壓力及高頻功率密 度被固定在100 seem、75m托及0. 5w/ era2 下被進行,藉以蝕刻加磷的多晶矽薄膜4 2,縱使在該薄 膜被蝕刻後,其蝕刻處理仍持續另一 2 ◦ %之蝕刻時間以 確保該薄膜完全被蝕刻。 圖1 2 A顯示其蝕刻結果,如同從該圖中所可顯見者 ,並無邊側蝕刻發生於晶片或W S i 2薄膜4 3或加磷的 多晶矽薄膜4 2之邊緣或中央部份,而於其横斷面獲得一 垂直的形狀,又,下面的氧化矽則被保留於未被蝕刻的良 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 本紙張尺度逍用中國國家樣準(CNS)甲4規格(210x297公龙) -26 - 81. 5. 20.000(H) Λ 6 Β6 28^561 五、發明説明25) 好狀態。 如上述,在此例之方法中,其蝕刻步驟傜被分成兩個 步驟,其一傺供W S i 2薄膜4 3用;另一像供多晶矽薄 膜4 2用,在兩蝕刻步驟中,其下面電極像被冷卻至 一 3〇υ,在WS i2薄膜43之蝕刻中,一含氟氣體( 諸如F2或3?〃)及Cj2氣體即被使用,然而,在多 晶矽薄膜4 2之蝕刻中,C又2氣、或其相同但包含所加 入之一少量的0 2之氣體則被使用,若此,W S i 2及多 晶矽之蝕刻中,即可逹一足夠的蝕刻速度、一需求的形狀 、其蝕刻速度之一足夠的齊一性及多晶矽薄膜4 2與 S i〇2薄膜4 1間之一高選擇性,因此,蝕刻具有多層 結構之晶片即以一極高的精密度及高可信度予以進行。 結果,當此方法被提供至一閘電極之圖案形成,一圖 案可以一高精密度且新邊側蝕刻之産生般地予以形成,又 ,因氧化矽薄膜從未受損,其閘極絶緣薄膜即可被保存於 一良好狀態,因此,可獲得具有一高可信度及低電阻偽數 之一閘電極。 接下來,藉著使用各種蝕刻氣體,即可蝕刻一矽化鎢 薄膜、多晶矽薄膜、熱氧化薄膜及包括矽化鎬薄膜/多晶 矽薄膜/熱氧化薄膜之一多層結構。 如同供矽化錆薄膜使用之蝕刻氣體,一 S F 6 / C 5 2混合氣體即因下列理由而被使用於前述例子中,亦 即,藉著將下面電極冷卻至一 3 0 °C,即可藉僅使用 S F 6而形成矽化錆之一垂直形狀,然而,在其蝕刻處理 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 本紙張尺度逍用中B困家標準(CNS)甲4規格(210X297公釐) -27 _ 81. 5. 20.000(H) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A 6 B6 五、發明説明¢6) 被持續另一値2 0%的蝕刻時間以確保縱使在其薄膜披独 刻後仍使用前述氣體完全地蝕刻矽化鋳薄膜之情況下,邊 側蝕刻即因蝕刻速度齊一性之程度而發生於下面的多晶矽 薄膜上。 在上述考慮中,矽化錆薄膜之蝕刻僅藉使用S F 6氣 體即可予以進行,而蝕刻终點之檢測則為增加蝕刻速度且 避免因具有一小蒸氣壓力之矽化鎢而造成之污染及浪費之 目的而被進行,若此,用以從頭到尾蝕刻之時間即被縮短 Ο 其蝕刻條件傜:其高頻功率傜1 0 0 W ;壓力像7 5 m托;下面電極溫度係—3 0 °C ;其S F 6流量則為 l〇〇sccm。 其間,為發現蝕刻之终點,一分光儀即被用來檢測氟 化鋁之光譜(波長:468nm;466nm),若此, 其發射光譜強度之衰減點即被監控以決定蝕刻之終點,其 矽化鎢薄膜之蝕刻形狀傜藉S E Μ精確地察知並與光譜強 度之衰減點相比較,即可確知:蝕刻之终點係與從所監控 的發射光譜所測得之终點相符。 若此,當監控發射光譜以偵測矽化鋳薄膜之终點時蝕 刻俗被進行,然後,下面的多晶矽之蝕刻則藉使用C β 2 作為蝕刻氣體而在下列條件:高頻功率1 0 ◦ W、壓力 75m托及下面電極溫度為一 60 °C下被進行,其蝕刻形 狀之觀察顯示出並無任何邊側蝕刻發生於矽化鎢薄膜上, 因此,即可獲得一垂直形狀之圖案。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- -訂' 本紙張尺度逍用中a 8家標準(CNS)甲4規格(210x297公;¢) -28 - 81. 5. 20.000(H) Α6 Β 6 五、發明説明¢7) 接下來,關於三氣化氮氣體(N F 3 )及氟(F s ) 氣體,具有多層結構之一晶片之蝕刻係在與供上述S F 6 用之相同條件下進行,此處,由S E Μ所觀察之蝕刻形狀 指出:在NF3氣體及F2氣體之兩種情況下均獲得一垂 直形狀之圖案。 又,同樣的結果以藉將一適當的C β 2加入N F 3或 F2而預備之一混合氣體或藉將一適量的HBr氣體加入 SFe、F2或NF3而預備之一混合氣體即可獲得。 在蝕刻其多晶矽之第二步驟中,主要包含氯氣之一氣 體被作為蝕刻氣體,此處,此蝕刻期間,其氯之發射光譜 (波長:2 8 5 n m )則被監控,如同矽化錆薄膜之情況 中,其發射光譜之衰減點係與蝕刻終點相符,因此,其終 點可於一高再現性下被檢測,與其他型態的氣體相比較, 多晶矽之蝕刻俗藉使用氯化氫(H C 5)、溴化氫( HBr)、四氯化碩(CC$4 )及溴(Βγ2 )而予以 進行。 其蝕刻條件俗基於C 3? 2氣之情況而被設定,亦即, 經濟部中央標準局貝工消t合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其壓力係75m托、其高頻功率係10〇w、其流量係 1 00 s c cm而其下面的電極溫度傜一30 °C,而此條 件將會因每一試驗之目的而被改變,其結果顯示出:一垂 直形狀圖案之形成在使用這些氣體之適當的條件下係可能 的,又亦可能藉使用主要包括諸如SFe、NF3或卩2 之含氟氣體或包括此氣體;及蝕刻矽化鎢之第一步驟中之 Cj?2 SHBr之一混合氣體;及主要包括諸如Ci?2、 本紙張尺度遑用中國Η家標準(CNS)甲4規格(210x297公龙) '81. 5. 20.000(H) A6 B6 28^)501 五、發明説明¢8) CCi2<或在蝕刻多晶矽之第二步驟中之Βγ2之一無氣 鹵氣之一氣體進行成功的蝕刻。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又,藉著將諸如He、 Ar、 Kr或Xe等惰性氣體 導入上述氣體中,其蝕刻速度之齊一性即可被增進,縱使 此試驗俗指向矽化鶴之蝕刻,此試驗之蝕刻方法亦可被提 供至具有諸如矽化鋳及矽化鈦;或多晶矽及氣化矽薄膜之 這些材料之高熔點矽化金屬之一多層結構之一晶片,根據 欲被蝕刻之一材料、蝕刻氣體之組合及蝕刻條件,其下面 電極之溫度可於一 1 2 Ot:及5 0°C間之範圍内被改變。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 被使用於此例中之無功離子蝕刻裝置係具有平行之平 坦的屏極之磁控管型態,然而,本發明並未受限於此種型 態之各裝置,該型態中之微波傜被用感應ECR放電,或 ,此型態中之一電壓傜被提供至藉提供微波或可被使用之 電子束而産生之放電電漿中之一欲被蝕刻之基體,圖14 及1 5顯示可被應用於本發明之蝕刻裝置,更特別地,圖 1 4顯示其電漿蝕刻模態之一乾蝕刻裝置,其結構中,蝕 刻室1 0之一側上設有一閘極閥2 1 ,而一下面電極1 2 則設於位在底側上之一未處理的基體1 1上,一高頻功率 源1 4則經一阻隔二極體1 3連接至電極1 2以提供一 13. 56MHz之高頻功率至電極12,又,根據本結 構,其冷卻管1 5即如同圖1中所示之裝置般地被連接至 下面電極1 2 ,以將下面電極1 2冷卻至一預定溫度,下 面電極12之頂面上方則設有包含一上面電極51而面對 下面電極12之一電極體52,其上面電極51及電極體 本紙張尺度逍用中國Η家標準(CNS)甲4規格(210X297公釐) 一 30 - 81. 5. 20.000(H) Λ 6 Β6 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明¢9) 5 2間尚有些許空間5 3,一氣體供應管54即被連接至 此空間5 3 , —反應氣體即經該氣體供應管5 4而可從外 側氣體源被提供至該空間5 3 ,被提供至該空間5 3之反 應氣體則可經被形成於上面電極5 1内之若干孔5 5而被 導入蝕刻室1 0内,一高頻功率源1 4則經一電容器1 3 而被連接至上面電極5 1。 其間,圖1 5顯示一無功離子蝕刻模態之一乾蝕刻裝 置,此外,一高頻電極1 4傜被連接至一下面電極1 2, 相同的元件即被標示以與圖1 4中所示者相同之號碼,且 其解釋因而被省略。 被顯示於圖14及15中之每一裝置均可根據圖1中 所示之裝置之相同的程序予以操作。 然而,在第一步驟中,鎢原子之發射光譜係被監控以 偵測蝕刻之终點,但亦可為諸如被監控之氟化錆之一錆化 合物之發射光譜,在第二步驟中,氯之發射光譜則被監控 以偵測蝕刻之终點,但亦可為諸如被監控之四氯化矽之一 矽化合物之發射光譜,除了這些之外,蝕刻之终點可藉監 控反應結果之壓力改變或電漿阻抗之改變而予以偵測。 如上述,根據本發明即提供有處理包括被形成於諸如 氣化矽及多晶矽之一絶緣薄膜上之一金屬矽化物(或高熔 點金屬)之一多層結構之一薄膜的方法,該方法偽被分成 用以藉使用主要包括SF«、NF3或厂2之一氣體蝕刻 金屬矽化物之第一步驟及用以藉使用諸如C β 2之無氣鹵 氣X蝕刻多晶矽薄膜之第二步驟(前述步驟係於控制基體 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 線· 本紙張尺度逍用中國Β家標準(CNS)甲4規格(210X297公釐) 31 - 81. 5. 20.000(H) A 6 B6 五、發明説明(30) 之溫度下進行),因此,一高品質之圖案即形成,而無邊 側蝕刻發生且其氧化矽可被保存於一良好狀態。 額外的優點及修正將快速地發生於該項技術的這些技 ϋ中,因此,本發明之廣泛的涵蓋面使其並未受限於其所 描述的細節及所顯示之實施例,故各種修飾均可在未脱離 由所附之申請專利範圍及其等效産品所界定之一般性的發 明觀念之精神及領域下進行。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消f合作社印製 本紙張尺度通用中a Β家樣毕(CNS)曱4規格(210x297公釐) -32 - 81. 5. 20.000(H)
Claims (1)
- A7 B7 C7 D7 經濟部中央標準局A工消費合作杜印製 六、申請專利範困 第81105118號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國8 3年4月修正 1 · 一種乾蝕刻方法,其中,包括擇自由鎢、鉬、矽 化鎢及矽化鉬所組成之族群之一多層薄膜係作爲其第一層 ,而在下面之作爲第二層之多晶矽係被形成於氧化矽絕綠 薄膜上,藉著於該多層薄膜上形成一屛蔽圖案所預備之一 被處理的基體被置放於一眞空容器內,一蝕刻氣體被導入 該眞空容器內,且放電藉著提供一電場至該眞空容器而發 生,因此根據該屛蔽圖#各向異性地蝕刻該多層薄膜,包 括: 零::乂、 藉著使用擇自由氟、化硫及三氟化氮所組成之族V# 群之第一氣體:或包括該第k氣體及擇自由氯化氫、溴化 氫、氯、溴及四氯化碳所組成之族群之第二氣體之一混合 氣體作爲蝕刻氣體來蝕刻該第一層之第一蝕刻步驟,在將 該基體維持於一1 〇°C到一1 2 o°c的溫度範圍的同時, 該第一蝕刻步驟被執行;及 藉著使用該第二氣體:或包括該第二氣體及擇自由包 含氮氣之惰氣、氧氣、四氯化矽氣體及一氧化碳氣體所組 成之族群之第三氣體之一混合氣體作爲蝕刻氣體來蝕刻該 第二層之第二蝕刻步驟,在將該基體維持於一 1 o°c到 —1 2 0eC的溫度範圍的同時,該第二蝕刻步驟被執行。 2 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法, (請先閲面之注4W*項再場寫本頁) i裝· 訂 " 表紙張尺度適用中囲困家標準(CNS)甲4规格(21〇 X 297公釐) A7 B7 C7 D7 經濟部中央標準局R工消费合作社印製 六、申請專利範園 其中,在其第一蝕刻步驟中,包含一混合比率爲4 : 6至 7 : 3之氣及六氟化硫之一混合氣體係被作爲蝕刻氣體, 而一氣體流量及一高頻功率密度則分別被設定在2 0 -I50sccm及 0 · 4-0 . 9w/cm2,藉以触刻其 第一層。 3 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法, 其中,在其第二蝕刻步驟中,其第三氣體係擇自由一惰氣 、氮氣、氧氣、四氯化矽氣體及一氧化碳氣體所組成之族 群,而被混合入其第二氣體者係整個蝕刻氣體之〇 — 1 〇 %容稹。 4 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法, 其中,在其第一蝕刻步驟中,其第三氣體係擇自由惰氣、 氮氣、氧氣、四氯化矽氣體及一氧化碳氣體所組成之族群 ,更以整個蝕刻氣體之一 0 - 1 0 %之容積被加入蝕刻氣 體內。 5 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法, 其中,其第一及第二蝕刻步驟係於將欲被處理之基髏之溫 度維持於一1 0及一 1 2 0°C間之範圍時被執行。 6 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法, 其中,其第一及第二蝕刻步驟係於將欲被處理之基體之溫 度維持於一 3 0及一 6 0°C間之範圍內時被執行。 7 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法, 其中,其第一蝕刻步驟係當藉監控器偵測一蝕刻終點時予 以實施。 衣紙張尺度適用中囲困家標準(CNS)甲4规格(210 X 297公釐) {請先聞讀背面之注意事项再填寫本頁) 丨裝_ 訂. X線· A7 B7 C7 D7 六、申請專利範囲 8 ·根據申請專利範園第1項中所述之乾蝕刻方法, 其中,其第二蝕刻步驟係當藉監控器偵測一蝕刻終點時予 以實施。 9 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法, 其中,縱使於蝕刻其第一層之後,其蝕刻可被持嫌以蝕刻 下面的多晶矽。 1 〇 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法 ,其中,其第一及第二蝕刻步驟係藉一磁控管型態或放電 電漿型態之無功離子蝕刻裝置予以賁施。 1 1 ·根據申請專利範圍第1項中所述之乾蝕刻方法 ,其中,其第一及第二蝕刻步驟係藉一電漿型態蝕刻裝置 予以實施。 1 2 ·—種乾蝕刻方法,其中,包括擇自由鎢、鉬、 矽化鎢及矽化鉬所組成之族群之金屬或金屬化合物之一薄 膜係被形成於氧化矽絕緣薄膜上而作爲第一層,藉著於該 薄膜上形成一屛蔽圖案所預備之一欲被處理之基體被置放 於一眞空容器內,一蝕刻氣體被導入該眞空容器內,且藉 著提供一電場至該眞空容器而感應一放電,因此根據該屛 蔽圖案而各向異性地蝕刻該薄膜,其特徵在於在將欲被處 理之基體溫度維持於一 1 0及一 1 2 0°C間之範圍內的同 時,該第一層被蝕刻,係使用: 包含擇自由氟,六氟化硫及三氟化氮所組成之族群之 第一氣體,及擇自由氯化氫,溴化氫,氯,溴及四氯化碳 所組成之族群之第二氣體的混合氣體: -3 - (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) 1 丨裝· 訂· 線· 本紙張A度適用中困國家標準(CNS)甲4规格(210 X 2耵公董) ^8^501 A7 B7 C7 _D7 六、申請專利範園 或包含該第一及第二氣體及擇自包括氮氣之惰氣,氧 氣,四氯化矽氣體及一氧化碳氣體之第三氣體的混合氣體 或包含該第一氣體及該第三氣體的混合氣體,作爲触 刻氣體。 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 丨裝· 訂 線. 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)甲4规格(210 X 297公釐) 4
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