TW398041B - Method of etching - Google Patents

Description

2449TWF.DOC/006 2449TWF.DOC/006 經濟部中央標準局貞工消費合作社印製 A7 ______B7 五、發明説明（丨） ~ 本發明是有關於一種蝕刻的方法，且特別是有關於一 種應用於多晶砂蝕刻的方法。 習知蝕刻的方法可分爲兩個主要階段，第一是主蝕刻 (Main Etching )，第—是過触刻（〇ver Etching )。通常 主蝕刻是利用触刻選擇率比較差，但蝕刻速率快的條件， 進行至蝕刻終點。之後爲了確保蝕刻步驟有徹底的將被蝕 刻的薄膜加以淸除，會在初步的蝕刻終了之後，再加上程 度不等的過蝕刻，以彌補因爲薄膜厚度不均，或是其他因 素所造成的蝕刻差距。 當被触刻之薄膜的底層厚度較薄時，若蝕刻條件控制 不當，容易造成其底層物質過度的蝕刻，甚或蝕穿，而影 響後續的製程。特別是在閘極多晶矽的蝕刻，由於其下方 的蘭極氧化層須要求有很高的品質，如果沒有控制好蝕刻 的品質’會造成氧化層表面的坑洞（pitting)，使氧化層 的厚度產生劇烈的變化，尤其是當積體電路的技術進步到 0·35μηι、〇·25μπι，甚至〇.18μηι時，閘極氧化層的厚度亦 會隨2降低’若蝕刻條件控制不當除了可能發生氧化層表 面的坑洞’而造成元件的轉移（Device Shift)外；亦有可 能發生氧化層被蝕穿的情形，因而造成元件的短路。 習知聞極多晶矽的蝕刻方法在進行主蝕刻和過蝕刻 之則’會先移除表面的原始氧化層（Native Oxide)，然後 進行主触刻至蝕刻終點，最後再進行過蝕刻，如第1A圖 至第1C圖所示。首先請參照第ία圖，在半導體基底10 上形成聞極氧化層12，比如利用熱氧化法，形成的厚度約 3 本紙張尺纽财關家-- (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. ,11 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 2449TWF.DOC/006 Λ 7 _Β7_ 五、發明説明（丄） 爲100〜25〇Α。之後在閘極氧化層I2上形成多晶砂層14， 比如利用低壓化學氣相沈積（LPCVD)法，其沈積的厚度 約爲2000〜3000Α。接著在其上方形成光阻16，並定義光 阻16覆蓋欲形成閘極結構的區域。 接著請參照第1Β圖，進行將光阻16的圖案轉移到多 晶矽層Μ，以形成閘極的結構。此圖案轉移的過程可分爲 主蝕刻和過蝕刻，在進行主蝕刻前須先進行突破蝕刻 (Breakthrough Etching)的步驟，以除去多晶砍層14表 面在空氣中自然形成的原始氧化層。接著進行主蝕刻，利 用對多晶矽物和氧化物選擇性低的蝕刻條件，比如多晶矽 物/氧化物的蝕刻速率選擇比約爲10〜20，進行快速地蝕 刻，並利用終點偵測器監控，直到多晶矽層Η底下的閘 極氧化層12剛開始暴露出的時候即爲蝕刻終點（End Point, EP)，此時閘極氧化層12的表面仍會有殘餘的多晶矽 14b。但由於蝕刻進行的速率很快，因此到達蝕刻終點的 時間不易控制。若時間控制不當，當氧化層暴露出時未即 時停止主蝕刻，則在此蝕刻條件下氧化層亦容易被吃掉， 於是極易造成氧化物的坑洞。尤其是當積體電路的技術進 步到〇.35μιη、0.25μηι，甚至0.18μιη時，閘極氧化層的厚 度亦會隨之降低，若蝕刻條件控制不當而發生閘極氧化層 表面的坑洞，將會造成元件的轉移。 接著請參照第1C圖，接著進行過蝕刻’把殘留在閘 極氧化層12表面的多晶矽層12b淸除乾淨，所使用的蝕 刻條件對多晶矽物和氧化物有很高的選擇性，比如多晶矽 4 本紙張尺度適用中國囷家榡準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） ------IT------.^ {請先«|'讀背面之注$項再填寫本頁) 2449TWF.DOC/006 2449TWF.DOC/006 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 ____〜___B7 _ 五、發明説明（；） 物/氧化物的蝕刻速率選擇比約爲1〇〇，甚至於更高。此 步驟會犧牲掉些微聞極氧化層l2a的厚度，以確定表面的 多晶矽晶物質完全淸除乾淨^ 隨著積體電路線寬的縮小，對閘極品質的要求也愈來 愈局。由於傳統進行鈾刻多晶矽的方法，容易影響閘極氧 化層的ππ質’及其均句性（Uniformity)，若蝕刻條件控 制不當而發生閘極氧化層表面的坑洞，會造成元件的轉 移。 因此本發明的主要目的，就是在提供一種蝕刻方法能 使閘極氧化層的表面沒有坑洞的產生，也可以有效地控制 閘極氧化層的厚度。 爲達成本發明之上述和其他目的，一種蝕刻方法，包 括：提供一半導體基底，在其上已依序形成有一閘極氧化 層、一多晶矽層、和一蝕刻罩幕，其中蝕刻罩幕覆蓋欲形 成閘極結構的區域；首先進行大量蝕刻，移除部份多晶矽 層；接著進行過蝕刻，以暴露出多晶矽層下方之閘極氧化 層’其中過蝕刻包括兩階段的蝕刻；第一階段的過蝕刻爲 蝕刻到蝕刻終點；第二階段的過蝕刻爲淸除殘留於閘極氧 化層上的多晶矽物質。 爲達成本發明之上述和其他目的，一種蝕刻方法，包 括：以大量蝕刻條件，移除部份的欲蝕刻層；接著以第一 過蝕刻條件，蝕刻至欲蝕刻層與欲蝕刻層的下層之介面； 以及以第二過蝕刻條件，進行一特定時間的蝕刻，以淸除 殘留的欲蝕刻層》 5 本適用中國困家標準（CNS ) A4規格（ -------ιί.丨裝------訂------線 (請先Μ'讀背面之注意事項再填寫本頁) 2449TWF.DOC/006 A7 B7 五、發明説明（令） 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例’並配合所附圖式’作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1A圖至第1C圖係顯示一種習知多晶矽鈾刻的方 法。 第2A圖至第2C圖係顯示根據本發明較佳實施例之一 種多晶矽鈾刻的方法。 其中，各圖標號與構件名稱之關係如下： 10、100 :半導體基底 12、12a、102 :閘極氧化層 14、14a、14b、104、l〇4a、104b :多晶砂層 16、106 :光阻 窗施例 本發明提供一種多晶矽的蝕刻方法，係將傳統的蝕刻 方法做一改良’如第2A圖至第2C圖所示。首先請參照第 2A圖，在半導體基底1〇〇上形成閘極氧化層102 ’比如利 用熱氧化法，形成的厚度約爲100〜25〇A。之後在閘極氧化 層102上形成多晶矽層HM，比如利用低壓化學氣相沈積 法，其沈積的厚度約爲2000〜3000A。接著在其上方形成光 阻106，並定義光阻106覆蓋欲形成閘極結構的區域。 接著請參照第2B圖’其繪示大量蝕刻（Bulk Etching) 的結果。接著以光阻106爲蝕刻罩幕’將光阻1〇6的圖案 轉移到多晶矽層1〇4，以形成閘極的結構。在進行大量蝕 6 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公釐） /'1裝------訂------線 (請先^-讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貞工消費合作社印裂

J 2449TWF.DOC/006 A7 2449TWF.DOC/006 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（今） 刻之前，須先進行突破蝕刻的步驟，以除去多晶砂層1〇4 表面在空氣中自然形成的原始氧化層。接著進行大量倉虫 刻，利用對多晶矽物和氧化物選擇性低的蝕刻條件，比如 多晶矽物/氧化物的蝕刻速率選擇比約爲10〜2〇，進行快 速地蝕刻，以移除約70〜90%的多晶矽層1〇4，不同於習知 移除至有些許鬧極氧化層暴露出爲止，因此本發明不會有 閘極氧化物在此反應條件較激烈的情況下被吃掉，而後續 的蝕刻條件對氧化物而言較緩和，所以可以避免閘極氧化 層102的表面產生坑洞。 接著請參照第2C圖，其繪示過蝕刻的結果。在本發 明中過蝕刻分爲兩個階段，此兩階段使用相同的蝕刻條 件’所使用的蝕刻條件對多晶矽物和氧化物有很高的選擇 性’比如多晶矽物/氧化物的蝕刻速率選擇比約爲1〇〇， 甚至於更高。第一階段的過蝕刻，係利用終點偵測器來控 制蝕刻到達蝕刻終點（EP)，由於此步驟中所用的多晶矽 物/氧化物的蝕刻速率選擇比高，如是增大到達蝕刻時間 的容許誤差，因此暴露出的氧化物不會很快地被吃掉，所 以不會有習知會造成閘極氧化層102有坑洞的情形發生； 接著在相同的環境下繼續進行第二階段的過蝕刻，比如以 固定触刻時間的方式，將閘極氧化層102表面殘留的多晶 砂物徹底地淸除，但較不會侵蝕閘極氧化層1〇2，因此閘 極氧化層102的厚度不會有劇烈的變化，即所形成之閘極 氧化層102的厚度較均句。 即使當積體電路的技術進步到〇.35μιη、0.25μιη，甚至 7 本紙張尺度適用中國ϋ家縣（CNS)从胁（2似297公着） ------IT------線---------------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) · 2449TWF.DOC/006 Λ7 B7___ 五、發明説明（6 ) 0.1 8μπι時，閘極氧化層的厚度隨之降低，本發明所提出的 蝕刻方法，可以提供有較佳品質的元件，不會有將閘極氧 化層蝕穿的可能，亦不會使閘極氧化層的表面產生坑洞， 因此可以避免習知造成元件轉移的情況出現。 本發明除了可應用在蝕刻閘極多晶矽的製程上外’其 他的蝕刻範圍亦可適用本發明，特別是欲蝕刻物的下層之 厚度甚薄，且不能被蝕穿時；或者是被要求蝕刻後須有厚 度較均勻的表面，且表面不能有坑洞產生時，本發明可提 供較佳的蝕刻結果，且提高鈾刻的品質。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上’然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準° (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) '丨裂. 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 8 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS ) Α4規格（2丨0〆297公釐)

Claims (1)

1. 2449TWF.DOC/006 經濟部中央標準局男工消费合作社印装 A8 ?8s D8 六、申請專利範圍 1. 一種蝕刻方法，其包括： 提供一半導體基底，在該半導體基底上依序形成一 閘極氧化層、一多晶矽層、和一蝕刻罩幕，該蝕刻 罩幕覆蓋欲形成一閘極結構的區域； 進行大量蝕刻，移除部份該多晶矽層：以及 進行過蝕刻，以暴露出該多晶矽層下方之該閘極氧 化層，其中過蝕刻包括： 第一階段的過蝕刻爲蝕刻到蝕刻終點；以及 第二階段的過蝕刻爲淸除殘留於該閘極氧化 層上的多晶矽物質。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻罩 幕包括光阻。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在進行該 大量蝕刻步驟之前，更包括進行一突破蝕刻，以移除在該 多晶砂層表面形成的原始氧化層。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該大量蝕 刻包括移除約7〇〜90%之該多晶矽層。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該大量蝕 刻的條件對多晶矽物/氧化物的選擇性低。 6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該大量蝕 刻的條件對多晶矽物和氧化物的選擇率約爲1〇〜20。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該過蝕刻 的兩階段蝕刻條件可相同。 8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該過蝕刻 9 ^紙張尺度適用中國國家橾率（CNS ) A4規格（2丨0X297公 Λ -- -------cl裝------訂-----、線---------------- % (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 398041 2449TWF.DOC/006 gg C8 D8 六、申請專利範圍 的條件對多晶矽物/氧化物的選擇性高。 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該過蝕刻 的條件對多晶矽物/氧化物的選擇率約爲100以上。 10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該蝕刻 終點爲剛暴露出閘極氧化層的時候。 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一 階段的過蝕刻包括由終點偵測器判斷。 12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二 階段過蝕刻的控制包括固定蝕刻時間。 13. —種蝕刻方法，包括： 以大量鈾刻條件，移除部份的一欲蝕刻層； 以第一過蝕刻條件，蝕刻至該欲鈾刻層與該欲蝕 刻層的下層之介面；以及 以第二過蝕刻條件，進行一特定時間蝕刻，淸除 殘留的該欲蝕刻層。 14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該欲蝕 刻層包括一多晶矽層，該多晶矽層下方爲一閘極氧化層， _該多晶矽層上方爲一蝕刻罩幕。 15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中在進行 該大量蝕刻步驟之前，更包括進行一突破蝕刻，以移除在 該多晶矽層表面形成的原始氧化層。 16. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該大量 蝕刻包括移除約70〜90%之該欲蝕刻層。 Π.如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該大量 10 /ί 裝 訂-----^ t線 * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中國國家樣準（CNS > A4規格（210X297公釐） A O 24 卯 TWF.DOC/006 gg C8 D8 六、申請專利範圍 蝕刻的條件對欲蝕刻層/欲蝕刻層的下層之選擇性低。 18. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該大量 蝕刻的條件對多晶矽物和氧化物的選擇率約爲10〜20。 19. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第一 過蝕刻和該第二過蝕刻的蝕刻條件可相同。 20. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該第一 過蝕刻和第二過蝕刻的蝕刻條件對欲蝕刻層/欲蝕刻層的 下層之選擇性高。 21. 如申請專利範圍第14項所述之方法，萁中該第一 過蝕刻和第二過蝕刻的蝕刻條件對多晶矽物/氧化物的選 擇率約爲100以上。 ί^11-----、'^ * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榇準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) Α4说格（210Χ297公釐）