TW449823B - Chemical etching method capable of forming semiconductor polysilicon gate - Google Patents

Description

44i823 五、發明說明' 5 - 1發明領域： 本發明係有關於一種形成半導體多晶矽閘的化學蝕刻 方法。 5-2發明背景： 在半導體製程中，化學上的蝕刻技術（Chemical Etching)是其中不可或缺的步驟之一。一破傳統上對於多 晶石夕閘（Ρ ο 1 y s i 1 i c ο n G a t e )進行银刻時，多以漠化氫氣 (HBr)/氦氣-氧氣（He-02)為主的混合氣體作為製程中的麵 刻氣體。取其其好處是有良好的多晶矽（Polysi 1 icon)辦 閘氧化層（Ga t e Ox i de )的高银刻選擇比（E t ch i ng Selectivity)。 但此時，隨著使用以:?臭化氫氣（Η B r ) /氦氣-氧氣（ He-〇2)為主的混合氣體作為製程中的蝕刻氣體，在閘極的 底部會有角鞋（Corner Notching)的情況產生，如第一圖 式之13部份（另其他如第一圖所式之標示部分分別是：11為 半導體底材，1 2為多晶矽閘與1 3為角蝕之部份）。 其造成角蝕的主要原因是，由於在以電漿（Plasma)辦 多晶矽蝕刻製程中，所送入的殘餘氯（C1 )原子會與矽（ Si)原子進行反應。反應會造成離子轟擊效果（Ion Bombardment)’而弱化（Weaken) 了矽原子與矽原子之間的 鍵結。矽原子被游離後，就會形成過度钮刻（Over cut)的

第4頁 449823 五、發明說明（2) 角蝕現象。 故此傳統方法會產生多晶矽閘的不良輪廓（pr〇 f i 1 e ) ，無法保持多晶石夕閘的垂直形狀，故而嚴重影響製獐之高 要求與尚良率。 而回顧近十數年’自有電腦的產生以來，因隨機記憶 體（RAM)廣泛的使用於各相關範圍，使得需求量快速增加 。特別是應用於電腦硬體之資訊產業β同時更不只使用於 資訊產業’一般亦應用於大型積體電路（Ls與極大型積 體電路（VLSI)及超大型積體電路（ULSI )方面。無疑地，即 使下一個世紀來臨，隨機記憶體（RAM)之製程技術仍然佔 有資訊產業中相當重要的地位。 在隨機記憶體的製程中，尤其在動態隨機記憶體的製 程中’隨著製程技術的進步，未來的元件尺寸會愈來愈趨 向於極小化的原子尺寸。目前生產線上的線寬已達次^来 的寬度，如0. 1 8微米。同時製造成品之目標亦往半導體^ 高積集度邁進。 ' 正如以上所述’故為避免半導體製程中，蝕刻過程 角敍現象產生’並保持多晶矽閘的垂直形狀，更有鐘=改 善與提高隨機動態記憶體（dram)之製程技術的需求，因此 亟待一新製程方法及其結構之提出，以改善上述之問 並改善元件品質及其製造效率。 ’ 5-3發明目的及概述：

m 88111822 年 月 曰 修正 449823 鑒於上述之發明背景中，..傳統以溴化氫氣（HBr)/氦氣 -氧氣（He-02)為主的混合氣體，作為製程中的蝕刻氣體所 產生的諸多缺點；本發明加入.氮氣（N 2)於以溴化氫氣（HBr )/氦氣-氧氣（He-0 2)為主的混會蚀刻氧體中，用以作為多 晶矽蝕刻製程之用。 根據以上所述之方法，本發明提供了一種避免蝕刻過 程的角蝕現象產生，並使得多晶矽可具.有較好的垂直輪廓 (Profile)。 ’ 為讓本發明之上述說明與其他目’的，特徵和優點更能 明顯易懂，下文特列出較佳實施例並.‘配合所附圖式，作詳 細說明。 5-4圖式簡單說明： 4 第一圖為傳統製程之蝕刻結果。 第二圖為本發明製程之蝕刻結果。 第三A圖為傳統製程的蝕刻結果之SEM圖。 第三B圖為本發明製程的蝕刻結果之SEM圖 本發明圖中主要部份之代表符號： 11,21 半導體底材 12, 22 多晶矽閘 13 角蝕

第6頁 2001.02.15. 006 4 4 9 8 2 五、發明說明（4) 5〜5發明詳細說明： 以下是本發明的描述。 祝結構做參考。一也變 製造的較佳方法會：Ξί; 再者’雖然本發明以— 不會限制本發明的範圍或應 多晶矽閘，應該明瞭的是， 取代。因此，本發明的半導 這些元件包括了證明本發明 和應用性。 即使本發係藉由舉例的 來描述’但是本發明並不限 舉出與敘述一特定實施例， 本發明所揭示之精神下，所 包含在本發明之申請專利範 發明所揭示之精神下，所完 飾，也均包含在本發明之申 之定義來解釋本發明之範圍 結構。 如第二圖所式本發明之 :21為半導體底材；22為多 在蝕刻製程後，可具良好之 本發 明 的 4从 彳田 塊 會 先 配合 以 示 論 發 0 明 的 優 點 會 在 之後 描 述 〇 個 實 施 例 來 說 明 但這 jBb 描 述 用 0 而 且 雖 然 這 個例 子 使 用 主 要 的 部 份 可 能 以 相關 的 部 份 體 元 件 不 會 限 制 結 構的 說 明 Q 和 呈 現 的 較 佳 實 施 例之 實 用 性 方 式 以 及 舉 出 — 個 較佳 實 施 例 定 於 所 舉 出 之 實 施 例。 先 前 雖 但 是 顯 而 易 見 地 其它 未 脫 離 完 成 之 等 效 改 變 或 修飾 t 均 應 圍 内 0 此 外 J 凡 其 它未 脫 離 本 成 之 其 他 類 似 與 近 似改 變 或 修 請 專 利 範 圍 內 0 同 時應 以 最 廣 > 藉 以 包 含 所 有 的 修飾 與 類 似 钱 刻 結 果 0 圖 中 各 標示 分 別 是 晶 矽 閘 0 由 圖 中 可 見多 晶 矽 閘 垂 直 輪 廓 〇

—年月 曰 修正 至T蔡日臟a[ 本發明之蝕刻氣體，以氤氣（N 2)之定量精確調整（ Fine Ad jus ted)比例，配合均勻速度，加入於已含有定量 比例的溴化氫氣（HBr)/氦氣〜氧氣（He-〇2)之混合蝕刻氣體 中’藉以作為蝕刻氣體。共同進行化學蝕刻製程。當氮氣 送入後’會產生含氮之聚合物且形成於矽原子表面。此含 氮之聚合物不但可於無刻製種進行時保護多晶石夕閘的側壁 (Si dewal 1 )’同時於蝕刻製程後，也易輕易移除。但要注 意的是’不可加入過量氣氣，.以免造,成麗縮〈(^Qj^.dense)溴 化氫氣。亦須注意流率（Flow Rate)的調整。 故此種蝕刻以形成多晶矽閘的方法，一般包含了以溴 化氫氣CHBr)、氦氣-氧氣（He-〇2)與氮氣（n2)作為蝕刻氣體 。共同進行化學蝕刻製程。 其中氦氣與氧氣以一定混合比例配成。溴化氫氣與氦 氣_氧氣（He-〇2)以一定混合比例配成。而溴化氫氣、氦氣 -氧氣與氮氣（N 2)以一定混合比例配成，其中，以上氣體 之各比例含量至少包含：溴化氫氣（HBr)約為130至200 seem;氦氣-氧氣（He-Ο2)約為2-iO seem;氮氣（N2)約 為 5-10 seem。 根據以上所述之方法，因具有良好的多晶矽對閘氧化 層的高#刻選擇比，且因含氮之聚合物不但可於蝕刻製程 進行時保護多晶石夕閘的側壁（S i d e w a 1 1 )，同時於银刻製程 後’也容易輕易移除。使得多晶矽閘可具有較好的垂直輪 廓（Profile)’且可具體地避免角蝕現象產生。更可提高 晶圓廠之整體產能（Throughput)。如第三A圖所示之SEM圖 ，明顯地在傳統蝕刻製程中導致垂直輪廓變形與肖蝕現象

第8頁 2001.05. 09. 009 P年F月W曰 修

t 修正 年月 的發生。然而，如第三B圖所示之SEM圖，明顯地在本發明 之蝕刻製程中垂直輪廓較完整且未發生角蝕現象。 根據以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用 以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭 示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之 申請專利範圍内。

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Claims (1)

1. fP 棄號 88111822 修正 年.月 日' 六；申巧谓寿貨1产4 4 9 8 2 3 多晶矽（Polysi 1 icon)的方法，至少包含： 氦氣（He)-氧氣（02); 溴化氫氣（Η B r);及 氮氣（N 2)以作為蝕刻氣體；共同進行化學蝕刻製程； 藉以保護多晶矽閘的側壁（Si dewal 〇，具體地避免角蝕現 象產生；並使得多晶矽閘可具有較好的垂直輪廓（Pro f i 1 e 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述氦氣（He)-氧 氣（0 2)至少包含一第一流量。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中上述第一流量至少 包含一流量範圍約為2至1 0 s c c m。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述溴化氫氣（11計 )至少包含一第二流量。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中上述第二流量至少 包含一流量範圍約為130至2 0 0 sccm。 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中上述氮（N 2)至少包 含一第三流量° 7.如申請專利範圍第6項之方法，其中上述第三流量至少

   第10頁 2001. 02.15. 012 4 4 9 8 2 s 案號3 88111822 _年月日 修正 六、申請專利範圍 包含一流量範圍約為5至1 0 s c c in。 8.—種蝕刻多晶矽以形成半導體多晶碎閘的方法，至少包 含： 具有第一流量之氦氣（He )-氧氣（0 2); 具有第二流量之溴化氫氣（HBr);及 具有第三流量之氮氣（N 2)以作為蝕刻氣體；共同進行 化學蝕刻製程；藉以保護多晶矽閘的側壁（S i dewa 1 1)，具 垂 的 好 較 有 具 可 閘 晶 多 得 使 並 生 產 ο 象} Θ 現1 蝕ofi 角 r P 免C 避廓 地輪 體直 9.如申請專利範圍第8項之方法，其中上述第一流量至少 包含一流量範圍約為2至1 0 s ccm。 1 0 .如申請專利範圍第8項之方法，其中上述第二流量至少' ' 包含一流量範圍約為1 30至2 0 0 sccm。 1 1.如申請專利範圍第8項之方法，其中上述第三流量至少 包含一流量範圍約為5至_ 1 0 s c c m。 1 2. —種可作為蝕刻多晶矽的氣體，至少包含： 具有流量範圍約為2至1 0 seem之敦氣（He)-氧氣（02); 具有流量範圍約為130至 2 0 0 sccm之溴化氫氣UBr);

   第11頁 2001.02.15. 013 449823 ___ 案號 88Π1822 六、申請專利範圍 及 年月曰 修正

   氮氣（Nz )以作為蝕刻氣體；共同進行化學蝕刻製程。 13·如申請專利範圍第12項之氣體，其中上述氮（N2)至少 包含 流量範圍約為5至lOsccm。 1 4. 一種可蝕刻多晶矽以形成半導體多晶矽閘的氣體，至 少包含： 氦氣（He) -氧氣（〇2); 溴化氫氣（HBr);及 具有流量範圍約為5至1 〇 sccm之氮氣.（仏）以作為蝕刻 氣體；共同進行化學蝕刻製程。 15.如申請專利範圍第14項之氣體，其中上述氦氣（He)一氧 氣（02)至少包含一流量範圍約為2至lOsccm。 1 6·如申請專利範圍第1 4項之氣體，其中上述溴化氫氣 (HBr)至*少包含—流量範圍約為130至2 0 0 sccm。 1 7♦一種可作胃為餘刻多晶矽的氣體，至少包含： 具有f量範圍約為2至lOsccm之氦氣（He) -氧氣（〇2); 具有流量範圍約為130至200sccn]之溴化氫氣（HBr) · ’ 及 具有/瓜量範圍約為5至1 Osccm之氬氣（N2)以作為蝕玄 氣體；共同進行化學蝕刻製程。

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