TW410401B - Improved plasma etching method - Google Patents

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Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印装 410401 A7 B7 五、發明説明（） 本發明開於一種改良的蝕刻方法。更特別的是本發明 係一種用於提供具有高蓮擇性的異方向性蝕刻之闞棰堆 蠱之改良的霍漿独刻方法c 發明背景 在類如矽晶圓之半導鵲基體上製造電晶髏，箱有幾種 步驟來形成罨晶體之闊榷，一閘極氣化物之第一層，例 如氣化矽是沈積在矽基體上以保護之。其次，一導電摻 雜之多晶矽層被沈積，並可選擇性地随之以一類如耐熱 金羼矽化物之導電材料層。一種氣化矽或氮化矽之帽蹇 層，最佳是由自四乙氧基矽烷（TE0S)化學氣相沈積所産 生之氣化矽亦被沈積。 典型之閘極堆ft如第1A圖所示，其中矽晶12之上具有 一閘極氣化物層13,隨之加上一導電性之高摻雜多晶矽 之第一閘極曆14，一耐熱金靥矽化物之第二閘極層15, 如矽化鈦或矽化鎢，及一氣化矽之帽蓋層16亦被沈積。 此閘極堆叠必霈加蝕刻以形成一閘掻於基體上之諸區 域間，其中將形成源極及汲極。氣化矽之硬單層16是塗 覆有光阻剤，光阻剤被圖型化，及以習知方式蝕刻氣化 矽層以形成一 ”硬罩"（hard aask)。可適用於硬罩之蝕 刻劑是一含類如CUF^ , C2 Fe , CF4等之含氟氣體。 第1B圈解說已被蝕刻之閘極堆叠，相同之層是使用如 第1A圖中之同樣數字。氣化砂硬罩及鬭極氣化物層被保 * 3 ^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） (請先閲讀背面之注意事項#填寫本頁)
410401 A7 __B7 五、發明説明（） 留.而二導電層則予以蝕刻。 就如元件成為更小及更接近一起的安置*閘極乃成為 相當地更薄及更窄，因此濕蝕刻技術已大都為乾蝕刻法 ，待別是電漿蝕刻法所取代.皆因電漿蝕刻法是更為異 方向性及因而不會下刻該閘棰，特別是在其與基驩之相 交處。同樣電漿蝕刻法能用於高度選擇性的》即是其可 蝕刻某種材料較快於其他材料。在蘭棰堆蜃之事例中， 蝕刻劑必須蝕刻矽化物層及多晶矽層，但不是氣化矽； 因之帽蓋層及最初之閘極氣化物層保啻芫整，如第1B圖 所示。電漿處理亦是有利的•因為此處理能在相當的低 溫下實行，其不會損壤基體或先前形成之元件。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 已設計有各種不同之真空室以實行電漿蝕刻法。一種 特別設計是由奥格里（Osle)在美國專利第4.9 48,458號 中掲露。其蝕刻裝置形成一磁網合之平面電漿，用於類 如矽晶圓之基體之處理。此裝置包括一具有電介質窗之 室。一平面線圈是安裝在接近該窗處，及一射頻（RF)電 源被销合至該線圏，通常是經一阻抗匹配電路以作最大 化之電力轉移，並有一計時電路以提供在操作頻率，典 型的是13,56KHz(千赫）處諧振。處理氣體是經一進入口 供給至室中。當射頻電力接通時，平面磁場卽被感應出 來並延伸經電介質窗進入室之内部。因之在室中感應之 電子循環流是感應在平行於平面線圈之平面上，限制在 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 410401 A7 _____B7__五、發明説明（） 非平面方向上之動能轉移。 在室中之表面支座支持待處理之基體並與線圈之平面 平行及因之平行於電漿。由於電漿群（species)在非平 面方向僅有很小的速度，離子群在基體上之蓮動衝擊是 小的而佔優勢之反應是在基體上電漿群與諸層間之化學 反應，此反應發生在低溫及低壓下。 上述裝置之詳細說明是顯示於第2圔至第4圖中。參 考圖2, 3及4,適用於蝕刻單一半導體晶圓110之電漿處 理系統100包括一室112,其具有一形成在上方壁116上 之出入口 H4。一電介質窗118是配置在上方壁11 6之下 及延伸橫過出入口 114。電介質窗118是密封至壁11 6以 界定箱112之真空密封内部119。一平面線圈120是靠近 電介質窗118安裝。線囿120是如一螺旋線形成，其具有 一中央接頭122和一外邊接頭124。線圈120之平面是確 定平行於笛介質窗118和支座表面113二者之方向，在蝕 刻時，晶圓110即安裝在此表面上。線圈12 0能在室112 之内部119中産生一平面電漿，其是平行於晶圈110的。 在線圈12 0與支座表面Η 2之間之適當距離大約是5至10 C Β (公分）。 一射頻（RF)發生器13 0導經一同軸電濂13 2至一匹配電 路134。此匹配電路134包括一主線圏136和一副迴路138 ，其可定位以調節電路之有效耦合並允許在工作頻率下 (諳先閱讀背面之注意事寫本頁) -裝· ---訂 L^i. 線 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) Μ現轉·（ 210X297公釐） 410401 a? B7 五、發明説明（） 電路之加載。主線圈13 6可安裝在一圔碟14 0上，其能繞 一垂直軸142旋轉以調節II合。一可變《容器144是與副 迴路138串聪以調節電路之親諧頻率使與射頻（RP)發生 器輸出之頻率一致。阻抗之匹配使電力轉移至平面線圈 120之效率達到最高。一.附帶電容器146是提供在主電路 中以抵消電路中主線圈1 3 6之部份感應電抗。 來自電源172之第二射頻電位是施加至晶圃支座113 。此射頻發生器172能在低頻下工作（約在550HHz以下） 或在高頻（13.56MHz)下工作，但通常是揉用低頻率的。 射頻發生器172之頻率舆第一射頻發生器130者通常相 異，並提供一振諧電流流經線豳128。因此若第一射頻 發生器130工作在13.56MHz(百萬赫），則第二射頻發生 器172適合工作在例如400KHz。此二個射頻罨源之組 態允許經第一射頻發生器130送入条統100能董之數fi之 控制及射頻發生器172之雷力输出之控制以使能控制在 電漿中加於反應群之速度。 绥濟部中央標準41貝工消費合作社印装 ---------裝— - )/'」 f清也間汰皆面之注意事頃^填寫本頁) 為了要使電漿之密度逹到最大，因而能減少執行一蝕 刻步驟两需之時間，相當高的電力被施加至平面線圈120 ，約在300至600瓦特（watt)之大小。較低之電力是施加 至基體支座11 3約為75至3 00瓦待。 如此高之電力提供在室中低膣，卽ltorr(托= 10^毫 米水銀柱）或更小壓力下之快速蝕刻率。此外由於離子 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公漦） 4X0401 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A7 B7___五、發明説明（） 産物和未反應的氣艨。 如此之改良的蝕刻賵棰堆疊之方法具有良好的蝕刻速 率及良好的遴擇性又能改良異方性將是高度令人滿意的。 發明概述 本人已發現在一平面線圈之真空室中低電力之使用產 生一非常均勻之電漿。氣和氣化氫之先質氣鹾混合之使 用，在蝕刻時産生具選擇性及能防止阚梅堆疊下刻之電 漿。 各種不同蘭棰堆β之異方向性蝕刻能以高度均勻性及 高度選擇性而獲致其能形成次微米之線路及間隔。 圖，式簡單說明 第1Α圖是一其上具有各種閘極堆曩層之基體之橫剖面 圖； 第1Β圖是第1Α_之基醱經钱刻形成一鬮極堆叠後之橫 剖面圖： 第2圖是一用於産生平面電漿裝置之等角投影圖； 第3圖是第2圔之裝置之橫剖面躕； 第4圖是第2至3囫之裝置之電路之示意圖，其提供 一射頻電位於一垂直於一振谐線圈之方向。 第5圜是一具有由先前技蓊方法製造之蝕刻蘭極堆璺 之基體之橫剖面圖；以及 第6至8圖是根據本發明之處理形成之蝕刻閘極堆ft (锖先聞讀背面之注意事項#:填窝本頁) •装· 訂 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS } Α4规格（210ΧΜ7公釐） 410401 A7 B7 五、發明説明（） 之顯撖鏡照相相Μ。 發明之詳細描述 閘極堆β能在一氧化矽被覆之矽基塍上製成，例如由 沈積一摻雜多晶矽之第一磨於基體上•沈稹如藉濺射一 導電性之耐熱金黡砂化物層，如TiSi<矽化鈦）或wsi (砂 化鶴），及沈稹一 TE0S氧化矽帽蓋或硬車於矽化物上， 參見上述有商第1A及1B圖之討論.〇 當上述翮極堆疊在第2圖至第4騮之裝置中被蝕刻時 ,使用一種氣氣（約50sccb(毎分鐘擦準立方公分）），氮 氣（約2至3sccm)及氧氣（約2至7sccb)之習知蝕刻氣篇 ，並使用射頻電源産生比較高的300-600瓦特的轚力至 平面線圈及大約75 -300瓦待至基體支座，此基體在蝕刻 時成為帶電的，及蝕刻之锢面外形顯示下刻。 第5圖解睨上述被蝕刻閘棰堆《之側面外形，其中用 於各層之數宇皆是用於如第1A圃和第1B圖中相同材料者 相同。第5圖解說不足之側壁鈍化B經出現，造成矽化 換層15及多晶矽層14二者之下刻。多晶矽層14之下刻最 為醒目，並可能是由於接近蝕刻步驟之末電漿原子團之 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 活動之増加之故 根據本發明之方法，蘭植堆疊是在第2匾至第4圖之 裝置中使用 HC1(20-100sccb),氣氣（20-100sccn)氣氣 (之一^㈢丨及氣氣^^^^丨之先質蝕刻氣龌被蝕刻。^ -9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規择（210X^7公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 410401 at B7 五、發明説明（） 氣及氣氣是加入用於侧面外形之控制及侧壁之鈍也。氣 氣之加入亦增進電漿先質蝕刻氣醴混合氣對閛極氣化物 之選擇性。平面線圈所轉移之電力是0-200瓦特•而送 至基體支座之電力是50-200瓦特。在矽化物與多晶矽間 之1:1蝕刻比例之蝕刻率己達成。橫過8吋晶圓之蝕刻 均勻性較5炻為佳。對閘極氣化物50-100之蝕刻選擇性 能使用上述方法容易的獲得以使.用於50奈米（ηιιΜΘ'3公 尺）之線及間隔。 第6圖是一蝕刻閘棰堆疊之顯撤鏡照相相Η,其包含 有TEOS氣化矽，遍在負子摻雜U-d〇ped)多晶矽上。明 顯的是該蝕刻是無下刻之異方向性。 第7圖是使用本發明方法之另一蝕刻閘棰堆疊之顯撤 鏡照相相H,除開該閘極堆ft包括一多晶矽之第一層後 •並被覆有一第二锻射之矽化銪層及在此矽化鋪層上之 一 TE0S氧化矽帽蓋層。再一次地，蝕刻是棰異方向性的 ，其僅有非常輕撖之多晶矽雇之下刻。 第8圖是根據本發明方法之又一另外之蝕刻閘極堆β 之潁微鏡照相相片，除開此閘極堆ft具有一多晶矽之第 -層外，並被覆有一濺射之矽化鈦層及一TE0S氣化矽之 帽蓋層遍在其上。此蝕刻亦是極異方向性的，其僅有少 許多晶矽層之下刻。 雖然本發明在本說明書中以特定實施例描述·熟知本 -10- 本紙張尺度逍用中囷國家標準（CNS ) A4規格.（210X297公釐） ---------^-- - V (請先閱讀背面之注意事項苒填寫本頁)
•1T 1^·. 410401 五、發明説明（） A7 B7 經濟部中央標準局舅工消費合作社印製 技蓊 之 人士 能 容 易 地 替 換 各 種 反應 狀態 t 閛 極 層 * 改 良 之裝 置 及其 他 事 物 * 這 些 都 是 意欲 包含 於 本 說 明 書 中 〇 本發 明 是僅 為 伴 随 之 請 專 利 範圍 所限 制 〇 主要 元 件說 明 12 矽 晶 圓 122 中 央 接 頭 13 閛 極 氧 化 物 層 124 外 邊 接 頭 14 第 一 閘 極 層 130 第 一 射 頻 (RF)發 生器 15 第 二 閘 極 層 132 同 軸 電 m 16 氧 化 矽 之 硬 罩 層 134 匹 配 電 路 100 電 漿 處 理 条 统 136 主 綵 圈 110 半 導 鹾 晶 圓 138 副 迴 路 112 室 140 圓 碟 113 支 座 表 面 142 垂 直 軸 114 出 入 P 144 可 變 電 容 器 116 上 方 壁 146 附 帶 電 容 器 118 電 介 質 窗 150 η 119 内 部 152 真 空 排 氣 糸 統 120 線 圈 172 第 二 射 頻 發 生 器 -11 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 § 寫 本 頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格.（210X 297公釐）

Claims (1)

  1. A8 B8 C8 D8 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 410401 六、申請專利範圍 第84113288號「改良的轚漿蝕刻法J專利案 (88年3月修正） 巧申鯖專利範圍 1. 一種用於在霜漿中蝕刻一基體之方法，包含安裝一待 蝕刻之基體於一真空室中，導引一先質蝕刻氣體進入 該真空室中，而保持箱中一預先遴擇之壓力，及諧振 一射頻電流在一平面線囿，該平面線圈位在該室之壁 上所安裝之電介質窗之外《及鄰近處，以形成在該室 内實質上平行於該線圈之一平面電漿，因此電漿之離 子及原子圃皆在正交於平面基醴之方向上加速，其改 良之處在於在蝕刻中包含限制送至平面線囿之電力為 0-200瓦特及限制送至基醱支座之電力為50-200瓦特。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基醴是矽，其 具有一閘極氣化物雇在其上，一導轚性多晶矽層是沈 積在該閘槿氣化物靥之上及一帽蓋氧化矽層被沈積在 該處上方。 3. 如申請專利範豳第1項之方法，其中該蝕刻劑氣匾是 一包括氣氣和氯化氫之混合氣。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該蝕刻氣龌尚包 括氣氣和氣氣。 5_如申讅專利範圍第2項之方法，其中一耐熱金靥矽化 本紙張尺度逍用中國國家操準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再$本頁)
    經濟部中央標準局舅工消費合作社印装 A8 410401 骂 D8 六、申請專利範圍 物被沈積在該導電性多晶矽層之上c 6.如申請専利範圍第5項之方法·其中該酎熱金屬矽化 物是矽化鈦β 7·如申請専利範圍第5項之方法，其中該耐熱金屬矽化 物是矽化錫。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁)
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