TW457584B - Mechanism for etching a silicon layer in a plasma processing chamber to form deep openings - Google Patents

Description

457584 A7 — B7 五、發明說明（1 ) 本發明係關於半導體積體電路（I C s )的製造。更 特定地’本發明係關於在電漿處理室中蝕刻矽層以形成具 有高的縱橫比的深開口的改良方法。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在半導體I C製造中，諸如元件晶體管之裝置可以形 成在半導體晶片或基材上，後者典型由矽製成。深開口（ 其可以具有高於3 5 : 1之縱橫比）可以在矽中蝕刻，以 供舉例而言貯存，形成經隔離之電容器或在ME Μ裝置應 用中的目的。具有約3 // m至約1 〇 /z m之蝕刻深度的開 口可以稱爲深開口，而具有大於約1 Ο V m之蝕刻深度的 開口可以稱爲超深開口。提供這些範圍以作爲一解釋本發 明之指引，且不企圖限制本發明。例如，假設蝕刻超深開 口之方法會同樣有效地蝕刻更淺的開口。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲了促進此討論，顯示在利用先前技藝之蝕刻氣體化 學的蝕刻深開口的先前技藝方法中所包含的步驟。當在電 漿處理室中提供一基材時，此先前技藝方法開始於1 0 2 且在1 0 4中使用氟化學（舉例而言，可以是C F 4 )開始 起初突破蝕刻。此起初蝕刻過程後接著是主要蝕刻步驟之 準備，其藉提供s Fs/〇2/H e蝕刻劑氣體而開始於 1 0 6且在1 0 8中使用此氣體化學打擊電漿。而後在 1 1 0中藉使用此電漿開始主要蝕刻以在矽層中蝕刻深開 口，例如約5 . 5 y m深之溝。一旦完成深溝之蝕刻，此 方法如1 1 2中所示地被完成。 圖2說明在一具有遮蔽層於其上之矽層中（其使用圖 1中所呈現之先前技藝方法來蝕刻），具有約5 . 5 # m -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 457584 A7 B7 五、發明說明（2 ) 蝕刻深度之例示的深開口的橫截面視圖。鈾刻-砂層 2 〇 2 (其具有一遮蔽層2 0 4安置於其上）以形成深溝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 0 6。遮蔽層2 0 4可以是普通的光阻材料層，其可以 經由，諸如，曝光於紫外線而蝕刻成圖。達成約1 . 5 # m /分鐘之蝕刻速率。使用圖1中所述之蝕刻方法所蝕 刻之深溝2 0 6具有很多結構性的裂紋 > 例如弓狀的特徵 2 ◦ 8於側壁中以及類似刮痕的特徵2 1 0，此起因於硬 罩之切割不足（undercutting)。 在圖2中未直接說明，但可在深溝蝕刻中遇到的其它 問題包含非垂直蝕刻輪廓，低的軸刻速率，不恰當的蝕刻 深度，RI E落後，低的TEOS/S 1選擇率，臨界尺 寸偏斜和矽不均勻性。某些這些問題在企圖蝕刻具有較大 之鈾刻深度及較高縱橫比之開口前，可能沒有顯現或變得 夠嚴重而造成困難。精於此技藝者應瞭解到隨著在工業中 之快速改良要求使用比今日技藝技術狀態所常用者甚至更 深且更窄之開口，引起上述問題。 鑑於上述者，想要有在矽層中蝕刻深又窄的開口的改 良技術，同時避免上述之某些或所有問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明槪要 爲了達成上述及其它目標且依本發明的目的，揭示一 種在電漿蝕刻反應器中在矽層中蝕刻深開口的方法。此方 法包括以下步驟：提供一包含矽層之半導體基材於電漿蝕 刻反應器中且使包括氧反應劑氣體及氦氣之用以主要蝕刻 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公釐） 457584 A7 B7 五、發明說明（3 ) <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 之氣體化學流入電漿蝕刻反應器中。此方法進一步包括使 用此蝕刻劑氣體化學打擊電漿，而後 > 在打擊電漿之後， 提供含氟添加劑氣體（其舉例而言可以包括s F 6 )於電漿 蝕刻反應器中。使用此電漿蝕刻-開口，使之至少部分地 通過矽層，以繼續此方法。在一有利的實體中，在流動主 要蝕刻氣體化學前提供含氯之化學，以蝕刻經一天然的氧 化物層，該層可以遍佈在矽層上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在本發明之另一實體中，揭示一種在電漿蝕刻反應器 中在矽層中蝕刻超深開口的方法。此方法包括以下步驟： 提供一包含矽層之半導體基材於電漿蝕刻反應器中且使用 於主要蝕刻之包括氧反應劑氣體，氦氣和惰性撞擊加強氣 體的氣體化學流入電漿蝕刻反應器。此方法進一步包括使 用蝕刻劑氣體化學來打擊電漿，而在打擊電漿之後，提供 一含氟添加劑氣體（其可包括例如S F6)於電漿蝕刻反應 器中。使用此電漿蝕刻一開口，使之至少部分地通過矽層 ，以繼續此方法3在一有利實體中，選擇氬氣作爲惰性撞 擊加強氣體且在使主要蝕刻氣體流動前提供一含氯化學以 蝕刻經一天然的氧化物層，其可以遍佈在矽層上。 由以下詳細描述連同所附圖式（其藉實例說明本發明 原則），會顯明本發明之其它方面和優點。 圖式之簡述 圖1顯示在利用先前技藝之蝕刻氣體化學以蝕刻深開 口的先前技藝方法中所包含的步驟8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 457584 五、發明說明（4 ) 圖2說明在一使用先前技藝触刻方法所餘刻之砂層中 ，一深開口之橫截面視圖。 圖3 .是依本發明之一方面，適合與經改良氣體化學一 同應用之電漿反應器的簡化作圖。 圖4顯示依本發明之一方面，在蝕刻深開口之第一發 明方法中所包含之步驟。 圖5 ( a )說明在一使用依本發明之一實體的發明蝕 刻方法所蝕刻之矽層中，一深開口的橫截面視圖。 圖5 ( b )說明藉著使用如圖5 ( a )之相同的發明 蝕刻方法，在一矽層中企圖蝕刻超深開口所得之結果的橫 截面視圖。 圖6顯示依本發明之另一方面，在使用第二鈾刻氣體 化學蝕刻超深開口的第二發明方法中所包含之步驟。 圖7說明在一使用依本發明之一實體的第二發明蝕刻 方法所蝕刻之矽層中，一超深開口的橫截面視圖。 元件對照表 閱 讀 背 面 之 注 項 再 填 寫 本 頁 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 區 漿 器室 器電 應理 生口應 反處窗 產入感 片漿英圏力體 F 晶電石線電氣 R • * _» * * 2 4 6 8 0 2 4 ο ο ο ο 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 457584 A7 _ B7 五、發明說明（5 ) 3 1 6 :晶片 318:靜電夾盤 320:電力產生器 2 0 2 :矽層 2 0 4 :遮蔽層 2 0 6 :深溝 2 0 8 :弓狀的特徵 2 1 0 :類似刮痕的特徵 5 0 2 :深開口 5 ◦ 4 :矽層 5 1 2 :深開口 5 1 4 :矽層 5 1 6 :傾斜的輪廓 7 0 2 :超深開口 7 0 4 :矽層 有利實體之詳述 . 本發明現在將參考其一些有利實體’如所附圖式中所 說明者，來詳加描述。依本發明之一方面之發明的蝕刻方 法是一複雜應用，其產生具有精確控制之側壁角度的深又 高縱橫比的開口。使用本發明方法所達成之蝕刻深度可以 達約3 0 y m以上，而縱橫比大於約1 0 : 1 ，某些則高 達約3 5 : 1。側壁角度通常可大於約8 7度。 應用此發明之一有利結果是要在矽層中達成具有所有 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公楚） -8 - ------",裝 ----- 訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 467584 B7____ 五、發明說明（6 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 所要特性（如實質垂直的輪廓，高的蝕刻速率/深度，最 小的RI E落後及臨界尺寸偏斜，及高的TEOS/S i 選擇率和矽均勻性）的深開口。在以下描述下，列述很多 特定的細節爲要提供本發明之通盤了解。然而，對精於此 技藝者是明顯的，可以實施本發明而無需一些或所有這些 細節。在其它例子中，未詳述習知之方法步驟，以免不當 地模糊本發明。 依本發明之一方面，揭示在一電漿蝕刻反應器中，在 矽層中蝕刻深開口的方法。此方法包括以下步驟：提供一 包括矽層之半導體基材於電漿蝕刻反應器中且使一用以主 要蝕刻之包含氧反應劑氣體和氦氣之氣體化學流入電漿蝕 刻反應器中。此方法進一步包括使用蝕刻劑氣體化學打擊 電漿，且在打擊電漿之後提供一含氟添加劑氣體（其可以 包括例如S F 6 )於電漿蝕刻反應器中。使用此電漿蝕刻一 開口，使之至少部分地通過矽層，以繼續此方法。在一有 利實體中，在使主要蝕刻氣體化學流動前，提供一含氯化 學以蝕刻經一天然的氧化物層，其可以在矽層之上。 經濟部智慧財產局員工谪費合作社印製 在本發明之另一實體中，掲示一種在電漿蝕刻反應器 中，在矽層中蝕刻超深開口的方法。此方法包括以下步驟 :提供一包含矽層之半導體基材於電漿蝕刻反應器中且使 一用以主要蝕刻之包含氧反應劑氣體，氦氣和惰性撞擊加 強氣體之氣體化學流進電漿蝕刻反應器中。此方法進一步 包括使用蝕刻劑氣體化學打擊電漿，且在打擊電漿之後提 供一含氟之添加劑氣體（其可以包括例如S F 6 )於電漿蝕 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） Α7 Β7 4^7584 五、發明說明（7 ) 刻反應器中。使用此電漿蝕刻一開口，使之至少部分地通 過矽層，以繼續此方法。在一有利實體中，選擇氬氣作爲 惰性撞擊加強氣體且在使主要蝕刻氣體化學流動前提供含 氯化學以蝕刻經一天然的氧化物層，其可以在矽層上。 在一有利實體中，本發明可用於感應偶合電漿反應器 中，例如TCPTM牌之電漿反應器如9 400?丁又^電 獎反應器，其可得自 Lam Research Corporation of Fremont, California。圖3說明一感應偶合電漿反應器之簡化槪圖， 其代表用以實施本發明之有利的電漿處理反應器。參考圖 3 ，一晶片反應器3 0 2包括一電漿處理室3 0 4。在室 3 0 4之頂部表面，安置有一石英窗3 0 6 ，其用來作爲 透明介質以使R F能量能進入室中。位於電漿處理室 3 0 4之上的線圏3 0 8放射出RF能量，其藉一可產生 約3 0 0 W至約2 0 0 0 W，有利地介於約4 0 0 W及約 1 2 0 0 W間，且更有利地在一實體中之約1 0 0 0 W處 的電力的電力產生器3 1 0來供應。 在室3 0 4內，蝕刻氣體化學經由氣體入口 3 1 2釋 入石英窗3 0 6和晶片3 1 6間之RF感應電漿區3 1 4 中。蝕刻氣體化學可以自其它之建構在室本身之壁內的汽 門釋放。晶片3 1 6引入室3 0 4且安置在一靜電夾盤 3 1 8上，夾盤3 1 8用來作爲受電力產生器3 2 0所驅 動的底部電極。電力產生器3 2 〇會產生在約2 0W至約 1 ◦ 0 W，有利地介於約2 0 W及約3 0 W ’且更有利地 在一實體中在約2 5 W處的電力。氦冷卻氣體可以在壓力 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公ϋ - 1〇 - -----------J 裝---丨！丨丨訂---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 A7 B7 467584 五、發明說明（8 ) 下（如約4 - 1 4 T 〇 r r ，有利地約6 — 1 Ο T 〇 r r ，且更有利地在約8 T o r r ，例如於一實體中者）引入 靜電夾盤3 1 8及晶片3 1 6間以在處理期間作爲精確控 制晶片溫度用之熱傳遞介質，以確保均勻且可重現之蝕刻 結果。靜電夾盤3 1 8溫度可以保持在約0°C及約7 0°C 間，有利地約1 5 °C及約6 0 °C間，更有利地於一實體中 在約2 0 °C處，但是室溫度可以保持在約2 〇 °C及7 0 °C 間，有利地在約4 0 °C及約7 0 °C間，更有利地在一實體 中於約5 0 t處。在電漿蝕刻期間，電漿處理室3 0 4中 之壓力有利地保持於低處，如在約4 0 m T 〇 r r及約 1 1 OitlT o r r間，有利地在約5〇mT o r r及約 1 0 OmTo r r間，更有利地於一實體中在約6 0 m T 〇 r r 處。 圖4顯示依本發明之第一方法，在蝕刻深開口的第一 發明方法中所包含的步驟。此發明方法開始於4 0 2 ，當 一基材置於一在電漿處理室中之較低電極上時，該電極可 以是一種靜電夾盤。較低電極溫度保持在約3 0 °C下，其 實質上少於在先前技藝方法中所提供之5 0°C的較低電極 溫度。咸信經減低之較低電極溫度是要使臨界尺寸偏斜減 至最小，造成沿著經蝕刻開口之整個深度上更均勻的橫截 面積，在此實例中，達成少於約〇.03的CD偏斜。 在4 0 4中提供含氯化學以供起初之突破（ breakthrough ) f虫刻。據發現：此含氯化學比在先則技藝中 所用之含氟化學能更有效地達成此起初突破蝕刻的目的’ 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) -11 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝！| 訂· —1 — — — — — -線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 457584 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 此目的是要蝕刻過一常形成在矽層上之天然氧化物層，當 矽與空氣中之氧反應時。亦咸信：含氯化學之使用消除了 在圖2中所不之結果中所存在之弓狀的特徵。在4 0 6中 ，提供具有氧和氦之氣體化學，接著在4 0 8中使用此氣 體化學打擊電漿。雖然含氟學氣體如S F s確實在蝕刻劑化 學中佔有一席一地，此反應性氣體元素在電漿打擊期間慎 重地排除以避免垂直閃光（flash )效果，此效果可能引起 硬罩和砂介面之切割不足（undercutting )，最終可能引起 類似的缺口結構沿著開口側壁形成。在缺少S F 6之存在下 打擊電漿的行爲可以持續特定的時間，例如7秒。在打擊 電漿後，S F6加入4 1 0中之電漿處理室*接著開始主要 蝕刻。當深開口之蝕刻完成時此方法終止於4 1 4中。可 以代替SFs2其它氣體包括C4FS，CF4，NF3和 C H F 3 ° 圖5 ( a )說明在矽層中的深開口 5 0 2的橫截面視 圖，其使用依本發明之一實體的發明的蝕刻方法所蝕刻之 。這些結果指明此新穎的方法可以達成約3 . 5 # m /分 鐘之經增加的蝕刻速率，且對於蝕刻具有深達約1 〇 # m 至約1 5 A m的深度的開口是有效的，卻無使用先前技藝 方法所遇之問題。例如，具有約5 . 5 v m之蝕刻深度的 深開口 5 0 2具有直的垂直輪廓，卻無問題特徵如因硬罩 之切割不足所致之弓狀特徵和類似刮痕的特徵，此存在於 使用先前技藝方法所蝕刻之深開口中，如圖2中所說明的 -----------^ 裝-------- 訂·！------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- 457584 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 五、發明說明（1Q ) 圖5 (b)說明藉著企圖在一矽層中蝕刻超深開口所 得到之結果的橫截面視圖，該蝕刻係使用與圖5 ( a )大 致相同之發明的蝕刻方法及參數，除了較低電極溫度進一 步降至2 0 °C以進一步改良臨界尺寸控制。在矽層5 1 4 中具有約1 3以m之蝕刻深度的深開口 5 1 2顯示於此圖 中。所達成之平均蝕刻速率約1 . 6 # m /分鐘。在此例 子中所計算之平均蝕刻速率究竟是否反映真實鈾刻速率是 令人起疑的，因爲此蝕刻無法達到3 0 # m之標的蝕刻深 度，事實上，在約1 5 # m之蝕刻深度處有蝕刻停止，此 在5 0 0秒之所定蝕刻時間前發生。深開口 5 1 2仍具有 大致垂直的輪廓，除了靠近頂部表面之外，其中開口之側 壁因硬罩之切割不足之再次發生而被拉回去，此引起在拉 回開始之水平上至蝕刻開口之頂部邊緣有傾斜的輪廓的 5 1 6。因此，需要另一經改良之方法，用以触刻具有大 的縱橫比的深開口。並有能力蝕刻具有大於1 5 μ m深且 具有所要之特徵的開口如實質垂直的輪廊，高的軸刻速宇 /深度，低的臨界尺寸偏斜，高的T E 0 S/S i選擇率 ，最小的R T E落後及高的矽均勻性。 圖6顯示依本發明之另一方面（其開始於6 0 2 )， 在蝕刻深開口之第二發明方法中所包含的步驟，其使用第 二蝕刻氣體化學。提供氯化學以供在6 0 4中之起初突破 蝕刻。在6 0 6中，提供一氣體化學，其具有氧反應劑， 氦和惰性撞擊加強氣體如氬。在流動此氣體化學後，在 6 0 8中使用此蝕刻劑氣體化學打擊電漿。如同先前的發 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 真，I fa* :裝 頁 I 一 I I I I 1 I 訂 鍊 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4硯格（210 X 297公釐） -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 457584 Α7 Β7 五、發明說明（11 ) 明方法，含氟反應性氣體兀素確實在此鈾刻劑化學中佔有 一席之地，但在打擊電漿期間卻慎重地排除’以避免可能 引起硬罩和矽介面之切割不足的垂直閃光效果，以最終可 能引起類似刮痕之結構沿著開口之側壁形成。在沒有含氟 化學如S F <5之存在下打擊電漿之行爲可以持續一段時間， 例如7秒。在打擊電漿後’在6 1 0中S F 6加入電漿處理 室中，接著在6 1 2中開始主要蝕刻。當完成深開口之蝕 刻時，此方法終止於6 1 4中。 圖7說明在一矽層中之開口的橫截面視圖，其使用依 本發明之一實體的第二發明蝕刻方法來蝕刻。爲了達到商 業上可接受之蝕刻結果，在一實體中增加頂部電力且減低 室壓以支持蝕刻方法且因此將蝕刻停止之可能性減至最小 。氬之添加亦有助於加強離子撞擊。在此圖中，約3 0 V m之超深開口（其具有大於約3 0 ; 1之高的縱橫比） 已蝕刻入矽層7 0 4中。在此例子中達成3 . 6 # m /分 鐘之蝕刻速率。再者，側壁輪廓實質垂直且有良好的臨界 尺寸控制，如在此圖中可見到的，此在蝕刻相當深度和縱 橫比的開口中是極難達成的。 蝕刻超深開口之本發明方法的重要特徵是包括惰性撞 擊加強氣體如氬或氙。咸信：此惰性撞擊加強氣體之添加 可能在消除硬罩之切割不足方面佔有一席之地，此最終有 助於控制側壁輪廓。添加重惰性氣體如氬至總氣流中也相 信是有助於R I E落後問題的改良。R I E落後是被蝕刻 之不同開口間的蝕刻速率差異。一般而言，R I E落後發 本紙張尺度適用Ϊ7國國家標準（CNS)A4規格⑽X 297公爱)7TI~. ------— i — γ 裝---!11 訂！- ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 457 5 8^+ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（12 ) 生在具有不同特徵尺寸之開口中，但在某些情況中， R I E落後發生在相同尺寸的特徵中。後項情況相信是在 沒有足夠離子於開口中以持續蝕刻時發生。惰性撞擊加強 氣體之添加至總流中會減輕在蝕刻方法中因加強離子撞擊 所致之問題，藉此減低蝕刻停止狀況，同時不影響聚合物 形成及輪廓。雖然使用重氣體如氬於氧化物蝕刻中，它們 並不常用於矽蝕刻中。重惰性氣體如氬之添加以加強離子 撞擊並非顯而易見的，因爲在高蝕刻深度和縱橫比之蝕刻 開口中，加強離子撞擊顯然並不是一明顯的處理方法，特 別是當可置於矽層上之遮蔽層的厚度隨著特徵尺寸之減低 而增加且在蝕刻完成前會磨損遮蔽層之較強的撞擊不是方 法之所要效果時。 儘管有經加強之離子撞擊效果，這些經改良之蝕刻方 法的另一優點是其對遮蔽材料如同來遮蔽矽層以供蝕刻的 T E 0 S的令人驚訝的選擇性。假設可置於矽層上之遮蔽 層的厚度隨著特徵尺寸之減低而減少，則矽對T E 0 S之 選擇性在蝕刻方法中變成極重要因素。在矽層中蝕刻深且 窄的開口前，T E 0 S層不能完全地磨損，這是必要的， 事實上，需要對遮蔽材料之高度選擇性以達成具有合適幾 何縱橫的開口。甚至在添加撞擊劑（如A r )下，已發現 經改良之蝕刻氣體化學提供大於約6 0 : 1之矽： T E 0 S選擇性比率，此遠高於由先前技藝之蝕刻氣體化 學（其不使用惰性撞擊加強氣體如A r )所提供之約2 5 :1以下的選擇性比率。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .15 - -----------γt---- --訂---------疼 (請先閱讀背面之ii意事項再填寫本頁) 457 5 84 A7 __ B7 五、發明說明（13 ) 除了具有高的蝕刻速率，優越的蝕刻輪廓控制和對遮 蔽層之高的選擇性之外，這些經改良之蝕刻方法的另外固 <锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 有優點是本發明之方法各自僅牽涉一主要蝕刻步驟，卻無 聚合步驟，且因此與工業中常用之蝕刻深開口方法相比， 是更直接且淸潔的方法。該工業中常用方法包含向下蝕刻 一預定深度，接著聚合步驟以供鈍化，而後重覆此交替順 序直至達到所要深度。相反地，這些經改良之蝕刻方法有 利地使具有所要蝕刻深度之蝕刻於一主要蝕刻中成爲可能 〇 實例 在下表中，供蝕刻經一例示的矽晶片所用之合適參數 被顯示。對每一參數所提供的是對四個分離的方法A，B ’ C和D之有利的大約範圍，更有利的大約範圍，及例示 値。經由方法A，B ，C和D所得之結果分別顯示於圖2 ，5 (a) ，5 (b)和7中。方法A是先前技藝方法。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中所示之大約的方法參數通常適於蝕刻在上述 T C Μ τ M牌9 4 Ο Ο P T X τ M電漿反應器上的6呎晶片。 應易於明瞭且在精於此技藝之人的技藝內地，參數可以依 比例決定及/或適當地改變以蝕刻具有不同尺寸或圖形密 度的基材或要符合特別的電漿反應器的規格。 表1提供用於電漿內之合適參數的大約範圍，如室壓 (單位m T 〇 r r )，頂部電力及偏斜電力（單位W )， 室溫度及較低電極溫度（單位°C)，在靜電夾盤處之氨壓 -16 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） A7 457584 B7___ 五、發明說明（14 ) (單位Torr)，以及在圖2，5 (a) ，5(b)及 7中所示之用來得到蝕刻結果的例示參數。表2提供在本 發明方法中所用之例示蝕刻氣體化學的某些基本成份（如 c 1 2 ’ S F 6 ’ 0 2，H e和A r )的流速的大約有利範 圍和大約更有利範圍，以及用來得到圖中所示之蝕刻結果 的特定氣體化學的例示配方。表3提供在本發明之方法中 所用之例示的蝕刻ih學中的某些基本成份（如c 1 2，〇 2 ，H e和A r )的流速的大約範圍和大約更有利範圍和例 示的參數，是以相對於S F s流速之百分比形式表示。 據了解：某些氣體成份可以或可以不存在於某些特定 的氣體化學中，例如，使用C 1 2以實際地代替在先前技藝 方法中用來起初突破蝕刻之c F4，以致它並非是方法A中 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 Χ 297公* ) ------------^裝-------—訂---------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 所也定主供何 中體特之提任 2 氣之開所括 表之用深中包 在式所超 不 ，形合 I 表並 者它符刻在 ， 再其或蝕了外 。，的在除之 份的目， ，} 成有種而學 f 要萬某然化A 主羅成。體和 的包達要氣 e 學非以需的Η 化絕中別利，。 體份學特有02體 氣成化的最，氣 刻學體置之 6的 蝕化氣裝用 F 外 破體在刻所 S 另 突氣括蝕中即之 之此包的刻亦量 用之以式蝕 ί 著 所列可形要者顯 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 457 5 8*“ a? B7 五、發明說明（15 ) 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 蝕刻參數 大約有利 大約更有利 大約例示的參數 A B C D 室壓（mTorr) 40-110 50-100 80 80 80 80 頂部電力（W) 300-2000 400-1200 500 500 500 1000 偏斜電力 10-100 20-30 25 25 25 25 背側氦壓 4-14 6-10 8 8 8 8 (Torr) 較低電極 0-70 15-60 50 30 20 20 溫度（°C ) 室溫（°C ) 20-70 40-70 60 50 50 50 表1 蝕刻氣 體化學成份流 速（seem) 大約有利 大約更有利的 大約例示 的參數 A B C D Ch(sccm) 50-200 80-120 N/A 10.0 100 100 SF6(sccm) 20-90 35-55 45 45 45 45 Ch(sccm) 10-70 25-45 35 35 35 35 He(sccm) 100-400 150-250 200 200 200 200 Ar(sccm) 100-400 150-250 N/A N/A N/A 200 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂·！----線 本紙張尺度適用中困國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） •18- 457584 A7 B7 五、發明說明（16 ) 表2__ 蝕刻氣體化學成份流量 大約有利 大約更有利 大約例示 ί相對於S F 6流量的％) 的參數 Ch(%) 110-330 180-270 222 〇2(%) 40-120 60-90 80 He(%) 200-650 350-550 444 Ar(%) 200-650 350-550 444 雖然本發明已鑑於數個有利實體來描述，在本發明範 圍內仍有改變’替換和相等物。亦應注意：有很多可選擇 的方式以實施本發明的方法和裝置。例如，此方法可以用 來蝕刻在聚矽層及純矽晶片中之深開口。並且，使用本發 明所蝕刻之開口的蝕刻深度絕不受在有利實體中所給之實 例。藉利用本發明之方法且對某些蝕刻參數作合適調整， 會達成具有其它想要之特性（特別是諸如垂直輪廓）之較 大蝕刻深度的開口。因此，以下所附的申請專利範圍意圖 被說明以包括在本發明之真實精神和範圍內之所有此種改 變，替換和相等物。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) H 1 n n ^-eJ 1 n ϋ

I 1 I 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中困國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -19-

Claims (1)

1. 457584 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 . 一種在感應偶合電漿蝕刻反應器中蝕刻矽層以形 成超深溝的方法，該超深溝具有至少i 0 # m之蝕刻深度 ，該方法包括： 提供半導體基材於該感應偶合電漿鈾刻反應器中，該 半導體基材包括該矽層； —實質由氦氣，〇 2氣及氬所組成之蝕刻氣體化學流入 該感應偶合電漿蝕刻反應器中； 使用該蝕刻劑氣體化學打擊電漿； 在打擊該電漿後，提供s F s氣體於感應偶合電漿蝕刻 反應器中，其中該氦氣對該S Fe氣體之流速比是約3 5 0 %至約5 5 0 %，〇 2對該S F s氣體之流速比是約6 0 % 至約9 0%，且該氬氣對該S F6氣體之流速比是約3 5 0 %至約5 5 0 % ;且 蝕刻該超深溝經至少部分的該矽層。 2 .如申請專利範圍第之在感應偶合電漿蝕刻反 應器中蝕刻矽層以形成超深的方法，其中天然氧化物 層遍佈在該矽層上且含氯氣學流入該感應偶合電漿触 刻反應器中，該含氯氣體化學在供該矽層之蝕刻用的該餓 刻劑氣體化學之該流動前，被用來蝕刻經該天然氧化物層 3 .如申請專利範圍第Ϊ墳之在感應偶合電漿蝕刻反 Λ 應器中蝕刻矽層以形成超深陽的方法，其中該氬氣對該 S F 6氣體之流速比是約3 5 g. %至約5 5 0 % » 4 .如申請專利範圍第1項之在感應偶合電漿蝕刻反 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（2丨0X297公釐）_ 2〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Γ % 457584 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 應器中蝕刻矽層以形成超深髒=θ的方法 之該蝕刻持續向下至 度。 約3 m至約 其中該超深開口 0 A m的蝕刻深 5 .如申請專利範圍第1 .項之在感應偶合電漿蝕刻反 ，其中該電漿之該 應器中蝕刻矽層以形成超深襴=曰的方法 打擊維持約5秒至約1 0秒。| 6 . —種在電漿蝕刻反應器中蝕刻矽層以形成超深開 經濟部智慧財產局ΚΚ工消費合作社印¾ 口的方法，該方法包括： 提供半導體基材於該電漿蝕刻反應 材包括該矽層； 具有氦氣，氧反應劑氣體和惰性撞 電漿蝕刻反應器； 使用該蝕刻劑氣體化學打擊電漿； 在打擊該電漿後，提供含氟添加劑 反應器中；且 卜 蝕刻該超深開口經至少部分該较1層= 7 .如申請專利範圍第6項之%漿 砂層以形成超深開口的方法，其_然 砂層上且含氯氣體化學流入該電漿蝕刻 體化學在供蝕刻該蝕層用之該蝕刻劑氣 用來蝕刻經該天然氧化物層。 8 .如申請專利範圍第6項之%漿 砂層以形成超深開口的方法，其中該惰 氬。 器中，該半導體基 擊加強氣體流入該 氣體於該電漿蝕刻 蝕刻反應器中蝕刻 氧化物層遍佈在該 反應器，該含氯氣 體化學流動前，被 蝕刻反應器中蝕刻 性撞擊加強氣體是 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐）_ 21 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) -装. 訂 457584 B8 C8 __ D8 六、申請專利範圍 9 .如申請專利範圍第6項尤漿蝕刻反應器中蝕刻 砂層以形成超深開口的方法，其中該惰性撞擊加強氣體是 /23* ' (請先閲讀背面之注意事項再镇寫本頁) ® 。 I:卜 》 1梦I 1 0 .如申請專利範圍第6 電漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其中該半導體基材是矽晶 片。 「:曹！ 1 1 .如申請專利範圍第6填1έ電漿蝕刻反應器中蝕 刻砂層以形成超深開口的方法，其中該超深開口是一溝。 1 2 .如申請專利範圍第6 電漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其中該惰性撞擊加強氣體 對該S F5氣體之流速比是約3 5 0%至約5 5 0%。 1 3 .如申請專利範圍第6項漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其中該含氟添加劑氣體是 5 S F 6。 卜、丨丨 1 4 .如申請專利範圍第6項之^漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其中該含氟添加劑氣體是 C 4 F 8 , C F 4 , NF3 和 CHF3 之一。 經濟部皙慧財產局員工消費合作钍印製 1 5 .如申請專利範圍第6項；A漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其中該超深開口之該蝕刻 持續向下至一約3 0 至約6 0 //丨m的蝕刻深度。 1 6 .如申請專利範圍第6項A漿蝕刻反應器中融 刻矽層以形成超深開口的方法，其中、在該電漿蝕刻反應器 r， 中之較低電極溫度是在約1 5 0 °C至約;6 0 °C間。 1 7 .如申請專利範圍第6項之%漿蝕刻反應器中軸 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐）：22 A8 B8 C8 D8 457584 六、申請專利範圍 刻矽層以形成超深開口的方法，其中在該電漿蝕刻反應器 中之室壓是在約5 0 m T 〇 r r至約6 0 m T 〇 r r間。 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 8 .如申請專利範圍第6項漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其中該電漿之該打擊維持 約5秒至約1 0秒。 ， 1 9 .如申請專利範圍第6項之1漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其中在該電漿蝕刻反應器 中之頂部電力是在約4 0 0 W至約；Γ〇 :〇 〇 W間。 2 0 .如申請專利範圍第6項之%漿蝕刻反應器中蝕 刻矽層以形成超深開口的方法，其隹該電漿蝕刻反應器是 I 感應偶合電漿蝕刻反應器。 2 1 . —種在電漿蝕刻反應器中蝕刻矽層以形成深開 口的友_法，該方法包括： 提供半導體基材於該電漿蝕刻反應器中，該半導體基 材包括該矽層； 具有氦氣，氧反應劑氣體之蝕刻劑氣體化學流入該電 •—... 漿蝕刻反應器中： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 使用該蝕刻劑氣體化學打擊電漿； 在打擊該電漿後，提供含氟添加劑氣體於電漿蝕刻反 應器中：且 蝕刻該深開口經至少部分該矽層|該矽層之該蝕刻用 該電漿來實施。 2 2 .如申請專利範圍第2 1項漿蝕刻反應器中 蝕刻矽層以形成深開口的方法，其中齋無氧化物層遍佈在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0 X 297公釐）_ C 4 F 8 ，C F 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 457584 段 D8 六、申請專利範圍 該矽層上且含氯氣體化學流入該電漿蝕刻反應器中，該含 氯氣體化學在供該蝕刻該矽層用之該矽層劑氣體化學流動 前被使用以蝕刻經該天然氧化物層。 Ty 2 3 如申請專利範圍第2 1項之t漿蝕刻反應器中 餽刻矽層以形成深開口的方法，其中#)¾導體基材是矽晶 片。 . 2 4 .如申請專利範圍第2 1項漿蝕刻反應器中 蝕刻矽層以形成深開口的方法，其中該深開口是一溝。 2 5 .如申請專利範圍第2 1項；漿蝕刻反應器中 蝕刻矽層以形成深開口的方法，其中該含氟添加劑氣體是 S F 6。 2 6 .如申請專利範圍第2 1項之_漿蝕刻反應器中 蝕刻矽層以形成深開口的方法，其中該含氟添加劑氣體是 N F 3 和 C H F 3 之 2 7 .如申請專利範圍第2 1項；漿蝕刻反應器中 倉虫刻矽層以形成深開口的方法，其中g舉開口之該蝕刻持 續向下至一約1 0 //m至約1 5 間的深度。 - iV 2 8 *如申請專利範圍第2 1項·漿蝕刻反應器中 蝕刻矽層以形成深開口的方法，其中氣對該S F 6氣體 之流速比是約3 5 %至約5 5 0 %。 2 9 .如申請專利範圍第2 1項锻蝕刻反應器中 蝕刻矽層以形成深開口的方法，其中在該電漿蝕刻反應器 中之室壓是在約4 0 m T 〇 r r至約U0 ◦ m T 〇 r間。 3 Ο ·如申請專利範圍第2 1項之%漿蝕刻反應器中 本紙張&度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） -24- J--Τ*-------裝-- (請先Ε讀背面之注意事項苒填寫本頁) 订 457584 AS B8 CS D8 申請專利範圍 其中該電漿之該打擊維持 蝕刻矽層以形成深開口的方法 約5秒至約1 0秒間。 3 1 .如申請專利範圍第2 1項之II漿蝕刻反應器中 1 蝕刻矽層以形成深開口的方法，其中丨電漿蝕刻反應器 中之頂部電力是在約3 0 0 w至約2 0 0 0 W間。 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) -装. 11T -% 經濟部智慧財1局員工消費合作社印製 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS )八衫見格（210X297公釐）_ 2巳_