TW495877B - Method of high selectivity SAC etching - Google Patents
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Description
495877 A7 --- B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1 ) 技術範疇 本發明經由使用一種以高射頻功率於低處理壓力下產 生的離子能電漿，於自我對準接觸（SAc)蝕刻提供高度選 擇性之方法。 背景技藝 自我對準接觸（SAC)屬於ULSI(超大型積體電路）製造 上的關鍵技術之一。SAC可鬆弛光微影蝕刻術之對準邊 際。於SACIi刻於角落（肩）的氮化矽選擇性乃最為重要的 議題。 因此經過多年SAC蝕刻之處理發展，由於氮化物角落 比底部氮化物暴露電漿經歷更長時間或更長的過度蝕刻， 故仰賴重度聚合化學俾獲得氮化物的高度選擇性（換言之 [氧化物蝕刻速率]/[氮化物蝕刻速率]之比）。為了達成高度 角落選擇性，具有高C/F原子比之氣體如c4F8用於SAC蝕 刻。此外，報告添加CH#或CHf2俾提供角落選擇性。 不幸使用此寻氣體進彳亍雨度選擇性SAC餘刻也伴隨有 餘刻擔止現象，此時蝕刻不完全，由於快速聚合而鍅刻止 於孔洞中央，特別於閘極電極間的狹窄開縫。開縫寬度將 隨著LSI之最小結構大小的收縮變窄。如此更難以維持角落 選擇性而未遭遇開縫的餘刻擋止現象。 它方面，當氮化物角落暴露出時，閘極間窄開縫之氧 化物經連續蝕刻，氧釋放出，而減慢氮化物角落之聚合物 形成。也已知通常於小型疊置氮化物角落觀察的較低選擇 部分，於最惡劣情況下此種現象造成電短路問題。
五、發明說明（2 ) 當钱刻參數須於窄處理窗控制時，姓刻擋止現象特別 成問題。如此需要極為密切控制姓刻參數。它方面強力 優異的富碳聚合反應經常造成其它問題，例如緊密圖樣與 隔離圖樣間姓刻侧緣之微小負載，姓刻速率緩慢、產出量 低、以及進行濕清潔間的平均時間（mtbwc)短。 習知必須分開周邊㈣刻方法或島接觸㈣方法與 SAC姓刻，原因在於當同時且使用相同方法姓刻時，由於 強力優異富碳聚合反應造成極為難以獲得垂直側繪曲線以 及維持足夠良好的接觸電阻。 習知SAC蝕刻方法採用雙極環磁控管反應性離子蝕刻 (drm〇RIE)。&DRMRIE，t⑽子密度被視為中密度且係 為10'1〇】】離子/立方厘米。如此提供一種具有高度選擇性 之極為穩疋且可重複再現的電漿。不幸習知七途具有低蝕 刻速率問題，造成由蝕刻處理所得的角落太過尖銳。習知 蝕刻使用50-60毫托耳壓力及丨300_丨5〇〇瓦射頻功率產生的 電漿。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此外，於習知蝕刻方法，達成較高選擇性之方式係經 由提高底部溫度（蝕刻層底部溫度）及降低功率。不幸此二 程序傾向於造成前文說明之蝕刻擋止問題。 下表1提供於習知實施之SAC蝕刻方法存在的多項議 題摘要。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 495877 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 表1 : SAC蝕刻之多項處理議題/要求表 處^里議題 SAC蝕刻周圍處理 整合要求 SAC蝕刻處理要求 (i)w插基與互連 線間之漏電流 將互連線之未對準 減至最低 控制接觸孔頂部 之餘刻CD-偏差 (2) +元全姓刻至 ^夕基板 獲得最理想之細胞 佈局而具有足夠接 觸空間_ 有夠大姓刻能力 間的電短路 獲得閘蓋/間隔體 之最理想厚度及材 料，藉光微影蝕刻 方法控制疊置量為 儘可能較大 產生富碳聚合物 俾對氮化物或氧 氤化矽獲得高度 選擇性 (^)島接觸孔（若 存在）上的小型底 CD N/A 獲得最理想蝕刻 化學 (5)緻岔區與隔離 區間之姓刻側緣 νΤα~' 獲得最理想蝕刻 化學 如此需要有一種SAC蝕刻方法其可避免蝕刻擋止現 象，同時維持高度選擇性及高蝕刻速率且具有大型處理窗。 發明揭示 如此本發明之一目的係提供一種SAC蝕刻方法，其提 供兩度氧化矽/氮化矽選擇性同時避免蝕刻擋止現象。 本發明之又一目的係提供一種SAC蝕刻方法，其提供 於大型處理窗之高度蝕刻速率及高選擇性。 本發明之又一目的係提供一種可進行Sac蝕刻方法， 同4提供具有島接觸壁之高度垂直性之島接觸蝕刻。 此等及其它本發明之目的經由發現一種方法而予滿 足’該種自我對準接觸（SAC)蝕刻方法包含： a)使用含有第一種全氟化碳以及一氧化碳之第一蝕刻 氣體蝕刻具有氧化矽層與存在於晶圓上之氮化矽層之晶 圓，以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） #· I I I —9 n ί ϋ J ，· ϋι ϋ ϋ-1 ϋ_1 I I 言 ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 6 495877 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
五、發明說明（4 b)使用包含第二種全氟化碳之第二蝕刻氣體於無一氧 化碳存在下蝕刻具有經初步蝕刻氮化矽於其上之所得晶 圓。 圖式之簡單說明 經由參照後文說明連同附圖一起考慮將更方便了解本 發明及其附隨之優點，附圖中： 第1圖適合用於實施本方法之DRMRIE系統之示意圖。 第2圖顯示欲藉本方法蝕刻之晶圓具體實施例之示意 代表圖。 第3A圖顯示於本方法之去除光阻導致之缺陷蝕刻以 及第一蝕刻階段後SAC及島接觸之示意代表圖。 第3B圖顯示於本方法之第二蝕刻階段後SAC及島接 觸之示意代表圖。 第3C圖顯示於本方法之一具體實施例之最終氮化物 去除步驟後SAC及島接觸之示意代表圖。 第4A及4B圖為視圖用以顯示實際蝕刻產物之電子顯 微相片，明白顯示角落之平順圓度以及蝕刻壁之高度垂直 性。 第5圖顯示電晶體閘之放大視圖。 執行本發明之最佳模式 本發明係有關一種蝕刻較佳用於製備SAC及垂直島接 觸之方法，該方法提供高度氮化矽選擇性伴以SAC蝕刻之 平順圓化形狀以及島接觸之接近垂直壁。本方法使用以高 射頻功率於低壓下產生之高能電漿之二階段式蝕刻方法。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
五、發明說明（5 ) 本方法之二步驟通常可描述為（1)最初階段使用全氟 化碳與一氧化碳氣體的組合接著為（2)第二階段於無一氧 化碳存在下使用全氟化碳氣體。兩種階段可於相同射頻功 率及壓力或於不同射頻功率、不同壓力或二者進行。 至於全氟化碳（PFC)氣體，可使用任一種習知用於蝕刻 之全氟化碳。較佳PFC為任一種具有實驗式CsF6，QF6， CJ8或CsF8之任一者，更佳具有下式及結構式：
F F F----
F V c4fs 最佳為c-C4F8。 本發明方法之第一階段組合PFC氣體及一氧化碳（c〇) 氣體。較佳第一階段組合兩種氣體與惰性載氣如氬氣及氧 氣（〇2)或氮氣(N2)。 本方法之第二階段使用如同第一階段之類似反應性氣 體混合物而不存在有一氧化碳。 第及第一階段可使用相同PFC氣體或不同PFC氣 體第及第一階段可於不同且分開步驟進行，DRMRIE 裝置與各步驟間關閉俾改變反應氣體氣氛，或可藉過渡期 連…’其中DRMRIE裝置連續操作，同時氣氛改變且平衡， 結果獲得該方法之第一與第二階段間之過渡階段。 本紙張尺度_ + _家標準（CNS)_A4規格（210 X 297公爱） 495877 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 當進行本發明方法時，任何尺寸的標靶皆可使用，以8 吋晶圓為佳。於較佳8吋晶圓具體實施例中，較佳產生電漿 之射頻功率為1700瓦或以上於30毫托耳或以下之壓力。於 本發明條件下，於第一階段（PFC及CO)之TEOS或BPTEOS 蝕刻速率約為6000埃/分鐘，比較習知蝕刻速率3800-4000 埃分鐘。 當使用本發明方法形成島接觸時，本方法提供接近垂 直壁。用於TEOS(由四乙氧矽烷藉電漿CVD沉積之氧化物 層），本方法提供壁角度87.5-88度，比較習知蝕刻之84-85 度（此處90度為完美垂直壁）。與使用之層材料無關，本方 法提供壁角度之顯著改良。例如使用本方法蝕刻 BPTEOS(TEOS摻雜6重量％硼及4重量0/〇磷酸鹽及於 850-950艽退火）獲得壁角度約88.5度，比較習知方法之87.5 度。（於蝕刻技藝，當趨近於90度時每改良1度造成顯著差 異）。使用AMAT十億填補（Gigafill)(得自加州應用材料及技 術公司之類似市售產品）獲得類似結果。 本發明之蝕刻氣體中，惰性載氣可為任一種適合用於 電漿蝕刻之惰性氣體，較佳為氬、氦或氙較佳為氬。氣體 混合物可為氧氣或氮氣。當使用氮氣時氮氣進給速率較佳 比通常使用之氧氣進給速率高10倍。 各階段之較佳氣體進給速率（以標準立方厘米SCCM 表不）為· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495877 A7 一 · B7 五、發明說明（7 ) 階段 PFC CO 惰性氣體 〇2 (n2) 1 20-27 50-100 150-300 7-12 (70-120) 2 10·20 0 450-550 5-10 (50-100) 最佳氣體進給速率為： 階段 PFC CO 惰性氣體 〇2 1 25 50 250 1〇 2 20 〇 500 1〇 方法中，PFC/〇2流量比比較絕對流速更為重要。較佳 PFC/Oj量比為2:1至3:1，特別PFC為C4F8。 又於本發明方法中重要地為晶圓底部溫度。較佳底部 溫度為5 0 - 6 0 °C。 本發明方法較佳係使用第1圖說明之雙極環磁控管反 應性離子蝕刻（DRMRIE)系統施行。一個具體實施例中，有 32塊雙極磁鐵1〇各自有60至280高斯磁力。32塊雙極磁鐵以 約20 rpm速度環繞鋁本體處理腔室20旋轉，產生平均120 高斯磁場。此種磁場由於ExB的漂移而加強電漿密度。處 理腔室20使用渦輪分子泵（圖中未顯示）減壓而產生預定處 理壓力。射頻功率13.56百萬赫茲下電極30配備有靜電卡盤 用以卡住晶圓，使用背側氦氣冷卻來控制晶圓5〇背側溫度 至50-60°C。反應處理氣體經上電極40氣體分布而被導入蝕 刻腔室。 第2圖顯示欲藉本方法蝕刻之晶圓50之具體實施例之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495877 _ A7 B7 五、發明說明（8 ) 示意代表圖。試驗晶圓50較佳堆疊成800毫微米光阻5 1/10 至100毫微米TEOS 52/250毫微米BPTEOS 53/多晶閘（如第 5圖所示係由多晶矽59及矽化鎢58組成）/矽基板54具有0.20 微米至0.27微米孔隙大小。閘部分包含氮化物蓋55，氮化 物間隔體56係於氮化物蓋55之任一側上，總成係由氮化物 觀層57包圍。 氮化物蓋可為任一種氮化物材料較佳為氮化物或氮化 物/氧氮化矽。氮化物蓋厚度較佳為200-250毫微米，以230 毫微米對氧氮化矽而言為較佳。氮化物間隔體較佳厚60毫 微米，氮化物襯墊較佳厚30毫微米。 於第3A圖，顯示於本發明方法之初步去除光阻造成的 缺陷蝕刻以及第一蝕刻階段後之SAC及島接觸（也稱作「突 破」蝕刻）。圖中BPTEOS材料53已經被蝕刻至低抵氮化物 蓋55及氮化物間隔體56角落，突破氮化物襯墊57。此種蝕 刻步驟經進行而提供蝕刻至氮化物蓋角落下方100-1000埃 高度。 於第3B圖，該方法進行至第二蝕刻階段後，於氮化物 55角落有約220埃標靶耗損，開始顯示角落之良好圓化度。 氮化物襯墊57仍然存在於SAC及島接觸之蝕刻井底面。 於第3 C圖，進行最終氮化物去除步驟而由#刻位置去 除剩餘過量氮化物襯塾5 7，氮化物的去除也部分餘刻入基 板支持體（矽晶圓54)至約200埃高度。 第4A及4B圖為實際蝕刻產品之電子顯微相片，明白顯 示角落之平順圓度以及蝕刻壁之高度垂直性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I I I I · I--I--—訂------— II (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 495877 A7 ---- 五、發明說明（9 ) 本方法之較佳具體實施例始於使用PFC及氧氣（或氮 氣）之初步去除光阻導致缺陷蝕刻步驟經歷1〇秒或以下。接 著為述二階段式鍅刻，伴以最末氮化物姓刻。本發明之 第一階段蝕刻係進行一段足夠蝕刻至氮化物蓋角落下方 100-1000埃高度（參考第3A圖）。較佳於二階段進行蝕刻處 理’故矽化物角落與蝕刻鋒間至少維持3〇〇埃間隔距離。石夕 化物角落與蝕刻點間距較佳至少為600埃及最佳為800_9〇〇 埃。於終產物，於蝕刻階段及最末底部氮化物去除後，多 晶閘上的角落氮化物有250-350埃氮化物由前述厚度去除。 第二階段餘刻施行而提供氮化物角落具有圓化性質俾 維持多晶閘極之足夠距離。進行最末氮化物蝕刻俾完成處 理以及清除剩餘氮化物保護層。 本發明之二階段式方法可用於任一型SAC蝕刻，包括 但非限於淺SAC至深SAC。此外，如前述，本方法可用於 島接觸蝕刻俾獲得更為接近垂直壁。本發明之一種獨特特 徵為’其可同時使用相同條件進行SAC蝕刻及島接觸姓 刻，同時於SAC蝕刻之處理窗以及島接觸蝕刻之壁垂直度 二者獲得絕佳結果。 使用單一階段式P F C方法，僅使用以高射頻功率及低 處理壓力產生的高能離子之一氧化碳組合電漿，提供垂直 姓刻側繪曲線且解決緻密區與隔離區間的顯微負載問題， 但角落周圍的蝕刻側繪曲線太尖銳。依據光罩之對準（或未 對準）而定，如此導致多晶閘極間距不足以絕緣。為了於角 落獲得圓化形狀以及多晶閘極角落間的足夠距離，本發明 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 12 495877 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消f-合作社印製 五、發明說明（i〇) 於第二階段未使用一氧化碳電漿。 使用本發明之二階段式方法，習見富碳聚合物沉積於 氮化矽角落上，以及於末端圖樣上於極為隔離區之任何蝕 刻側繪顯微負載未出現，即使於第二步驟未使用一氧化碳 電漿亦如此。 實例 實例1 至於本發明之典型例，於後文對高蝕刻速率SAC蝕刻 處理之蝕刻配方之一，同時進行垂直島接觸蝕刻。 蝕刻配方（1): 除去光阻導致之缺陷蝕刻：40毫托耳1400瓦 C4F8/Ar/02=80/160/20標準立方厘米，7秒 lid蝕刻-1 ·· 30毫托耳1700瓦 C4F8/C0/Ar/02=25/50/250/I0標準立方厘米 60/60°C (注意本例及隨後各實例中如此表示頂電極溫 度以及陰極壁溫） 背側氦氣C/E=7/30T，45秒 ILD 蝕刻-2 : 60 毫托耳 1700 瓦 C4F8/CO/Ar/02 = 20/00/500/10標準立方厘米，60/60°C 背側氦氣C/E=7/30T，75秒 氮化物蝕刻：50毫托耳800瓦CHF3/Ar/02=10/100/20 標準立方厘米， 製程間隙=37毫米， 背側氦C/E=7/40T，9秒 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 13 495877 A7
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 14 495877 A7 〇 發明說明（I2 ) 表2:第一階段配方（1>之處理操作範
表3 :第二階段配方（1)之處理操作範圍 壓力（毫 托耳） 射頻功率 (瓦） CF (seem) CO (seem) Ar (seem) 〇2 (seem) 丄毫米、 較佳 60 1700 10 0 500 5 27 低 50 1700 10 0 450 5 27 高 60 2000 20 0 600 10 47 ---- --------------裝--- (靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} · 表4:配方（1)之處理溫度操作範圍 頂溫及壁溫（°c) 底溫（°C ) C背側氦（托耳） E背側氦（技耳） 較佳 60 60 7 40 低 50 50 5 30 高 70 80 10 50 經濟部智慧財產局肩工消費合作社印製 實例2 與蝕刻配方（2)同時使用垂直島接觸蝕刻之高度選擇 性SAC蝕刻技術： 去除光阻導致之缺陷蝕刻：40毫托耳 1400瓦 CF4/Ar/0=80/160/20標準立方厘米，7秒 lid 蝕刻-1 : 50 毫托耳 1700 瓦 C5F8/C0/Ar/02= 10/150/480/6標準立方厘米 60/60 °C ，背側氦氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 15 495877 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（13 ) C/E=7/40T，122秒 ILD 蝕刻-2 ·· 50 毫托耳 1500 瓦 C5F8/CO/Ar/02 = 6/00/500/6標準立方厘米，60/60°C背側氦氣C/E=7/40T， 70秒 氮化物蝕刻：50毫托耳800瓦CHF3/Ar/02= 10/100/20 標準立方厘米，背側氦氣C/E=7/40T，9秒，製程間隙=37 毫米 蝕刻配方（2)包括C5F8化學，由於具有較佳c/F原子比 故對氮化矽比C4F8敏感，可產生較為碳豐富的聚合反應。 但前述蝕刻配方（2)於晶圓上可達成垂直接觸側繪，於0.27 微米孔大小具有87度壁。 習知使用C5F8化學之高度選擇性SAC蝕刻獲得略為錐 形的側繪，於0.27微米孔大小約82-84度。故本發明之接觸 電阻極為改良，使用前述本發明方法獲得遠更改良的裝置 功能。 於SAC部分側繪，使用蝕刻配方（2)於多晶閘極角落間 最短距離確保於底部氮化物去除後邊際比習知SAC蝕刻配 方長約2.0倍。此外於本實例2配方，結果所得氮化物角落 於全體晶圓大於620埃。 基於熱焓Δ-Η研究C5F8解離狀態結果，已知C5F8主要 係解離成為CF及CF2基團，於電漿（3)產生更為富碳元素。 此外已知氟化碳基團與一氧化碳反應而減少來自本體電漿 (4)之氟。 蝕刻配方（2)敘述之c5F8化學對高度選擇性SAC蝕刻獲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~ --------^---------^ (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費合作社印製 495877 . A7 B7 五、發明說明（l4 ) 得最理想化聚合，與本體電漿之一氧化碳反應獲得更多富 碳基團例如CF及CF2，以及同時使用垂直島接觸蝕刻獲得 高度選擇性SAC蝕刻。 蝕刻配方（2)描述之C5F8化學獲得閘極間的小開縫，最 小底維度為0.05微米，不含任何因最理想化聚合以及與一 氧化碳反應效果導致的任何蝕刻擋止。本發明方法不僅可 > 增加處理邊際，同時也可增加對未來SAC處理計劃的處理 能力。 此外比較習知SAC蝕刻，本二階段式蝕刻辦法使用蝕 刻配方（2)使用C5F8化學可延長MTBC約兩倍及兩倍以上。 實例3 同時進行高度選擇性高蝕刻速率S A C蝕刻技術與垂直 島接觸蝕刻。 餘刻配方（3): 去除光阻導致之缺陷蝕刻：40毫托耳 1400瓦 1 CF4/Ar/0= 80/160/20標準立方厘米，7秒 ILD 蝕刻-1 : 30 毫托耳 1700 瓦 C4F8/C0/Ar/02= 25/50/250/10標準立方厘米 60/60 °C ，背側氦氣 C/E=7/30T，45秒 ILD 蝕刻-2 ·· 50 毫托耳 1500 瓦 C5F8/CO/Ar/02二 10/00/500/10標準立方厘米， 60/60 °C背側氦氣 C/E=7/30T，90秒 氮化物蝕刻：50毫托耳800瓦CHF3/Ar/02= 10/100/20 標準立方厘米，製程間隙=37亳米，背側氦氣C/E=7/40T， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 17 ^--------^----------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 495877 A7 B7_ 五、發明說明（15 ) 9秒 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本實例組合實例1之C4F8化學效果與實例2 C5F8化學 效果，同時獲得高度選擇性之高蝕刻速率SAC蝕刻與垂直 島接觸蝕刻。 如此蝕刻配方（3)為獲得目前ULSI製造的整體解決之 道之最終SAC蝕刻技術範例。 進一步蝕刻配方說明如後。此等配方維持距多晶閘角 落約700，比習知SAC方法長約2.0倍。 蝕刻配方（4): 去除光阻導致之缺陷蝕刻：40毫托耳 1400瓦 CF4/Ar/0= 80/160/20標準立方厘米，7秒 第一階段：30 毫托耳 1700 瓦 C4F8/C0/Ar/02= 20/50/250/10標準立方厘米背側氦氣C/E=10/40T，45秒 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第二階段：45 毫托耳 1800 瓦 C5F8/C0/Ar/02= 10/00/500/10標準立方厘米背側氦氣C/E=10/40T，85秒 氮化物蝕刻：50毫托耳800瓦CHF3/Ar/02= 10/100/20 標準立方厘米，製程間隙=37毫米，背側氦氣C/E=7/40T， 12秒 餘刻配方（5) ·· 去除光阻導致之缺陷蝕刻：40毫托耳 1400瓦 CF4/Ar/0二80/160/20標準立方厘米，7秒 第一階段：30 亳托耳 1700 瓦 C4F8/C0/Ar/02= 20/50/250/10標準立方厘米背側氦氣C/E=10/40T，45秒 第二階段：45 毫托耳 1800 瓦 C5F8/C0/Ar/02/CF4= 18 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ♦ 495877 - A7 ------ B7 五、發明說明（16 ) 15/00/500/15/10標準立方厘米，背側氦氣C/E=10/40T 75秒 氮化物蝕刻：50毫托耳800瓦CHF3/Ar/02= 10/100/20 標準立方厘米，製程間隙=37毫米，背側氦氣c/e=7/40t， 12秒 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 表6 :配方（3)、（4)及（5)之處理溫度操作範圍 頂溫及壁溫（°c) 底溫（°C ) C背側氦（托耳） E背側氦（托耳） 較佳 60 60 7 40 低 50 50 5 30 高 70 80 10 50 訂： 表5 :配方（3)、（4)及（5)之第二階段之處理操作範圍 1力（毫 托耳） 射頻功 率（瓦） CF (seem) CO (seem) Ar (seem) 〇2 (seem) cf4 (seem) 間隙 (毫米y 較佳 45 1800 15 0 500 15 10 27 低 40 1500 6 0 400 5 0 27 高 50 2000 20 0 600 20 10 47 ;線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 單純提高CsF8及氧氣之氣體流速同時保持如同配方（3) 第二階段的相同比例，結果獲得蝕刻擋止現象始於狹窄開 缝’特別C^+CVAr之氣體比大於5%，而與氧化物蝕刻速 率以及氮化物選擇性二者的升高事實無關。為了消除於較 南氣體流速範圍或較高氣體比之蝕刻擋止問題，混合額外 一種氣體（至少）其容易產生CFS+離子如CF4、c2F6及c3F8。 如此使用配方如配方（5)之SAC蝕刻可成功地進行而未出 現蝕刻擋止。配方（5)第二階段之蝕刻速率於TE〇s晶圓約 為6000埃/分鐘，該速率比習知sAC蝕刻配方速率快約 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 19 495877 A7 B7 五、發明說明（17 ) 倍。 使用CJ6之姓刻配方，該配方比C5F8更為富碳化學， 同前述使用CJ6替代c5F8之例。 獲得晶圓之如下性質： (厚度係以埃表示） c5f8處理：
晶圓 11-45亳托耳/1800瓦/10 c5F8/500 Ar/10 O2/60°C 底溫/85秒 結果·中心 780-860 (2sac)，730-840 (3sac) 邊緣700-840 (2sac)，700-840 (3sac) 晶圓 5-45 毫托耳/1800 瓦/11 C5F8/500 Ar/9 O2/60°C 底溫/85秒 結果：中心 810-930 (2sac)，760-930 (3sac) 邊緣970-1 190 (2sac)，910-1050 (3sac) 晶圓 6-45 毫托耳/1800 瓦/9 C5F8/500 Ar/11 O2/60°C 底溫/85秒 結果··中心 650-690 (2sac)，690-740 (3sac) 邊緣700-750 (2sac)，690-750 (3sac)
晶圓 9-45 毫托耳/1800 瓦/15 C5F8/500 Ar/15 〇2/1〇 CF4/60°C 底溫/75秒 結果：中心710-780 (2sac)，700-780 (3sac) 邊緣900·1130 (2sac)，820-910 (3sac)
晶圓 8-45毫托耳/1800瓦/12 C5F8/500 Ar/8 O2/60°C 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨丨——% (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 495877 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
五、發明說明（IS ) 底溫/85秒 結果：蝕刻擋止 C4F6處理： 晶圓 12-45 毫托耳/1800 瓦/10 C4F6/500 Ar/10 O2/60°C 底溫/85秒 結果：中心740-780 (2sac)，720-820 (3sac) 邊緣760-920 (2sac)，730-910 (3sac) 晶圓 1-45毫托耳/1800瓦/11 C4F6/500 ArV9 O2/60°C 底溫/85秒 結果：中心740-850 (2sac)，730-900 (3sac) 邊緣820-950 (2sac)，720-1080 (3sac) 晶圓 2-45 毫托耳/1800瓦/9 C4F6/500 Ar/11 O2/60°C 底溫/85秒 結果：中心 700-800 (2sac)，700-850 (3sac) 邊緣700-770 (2sac)，700-780 (3sac) 晶圓 3-45 毫托耳/1800 瓦/11 C4F6/500 Ar/11 O2/60°C 底溫/85秒 結果：中心 890-900 (2sac)，760-860 (3sac) 邊緣970-1000 (2sac)，740-1010 (3sac)
晶圓 4-45 毫托耳/1800 瓦/15 C4F6/500 Ar/15 〇2/10 CF4/60°C 底溫/75秒 結果：中心 740-860 (2sac)，770-840 (3sac) 邊緣910-1020 (2sac)，740-1010 (3sac) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 21 ^--------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 495877 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（19 )
晶圓 7-45 亳托耳/1800 瓦/12 C4F6/500 Ar/8 O2/60°C 底溫/85秒 結果：姓刻擔止 根據本發明所得資料提供下列結論： c5f8化學： 1· C5F8/〇2氣體比最佳為〇.818至1222。 2· C5F8+〇2/Ar之氣體比較佳為〇.〇2至〇.〇5及更佳為 〇_〇3 至 〇.〇4。 C4F6化學： 1.〇4?6/〇2氣體比最佳為〇.818至1 222。 2· QFdCVAr之氣體比較佳為〇·〇2至〇·〇5及更佳為 〇.〇3 至 〇.〇4。 3.如前文對QF8化學案例所述，當c4F6+02/Ar大於 0.05時’需要額外氣體例如cf4、c2F6、C3F8或 C4Fi〇(CnF2n+2)。 由於使用C^F6之配方與使用c5F8之配方間並無重大差 異’故任一種配方為SAC蝕刻技術用於目前沉81製造之整 體解決之道之實例。此等蝕刻配方也可應用至其它方法例 如通孔接觸法或雙重鑲嵌法。 隨著裴置積體程度的增高以及裝置結構大小的縮小， 對SAC方案而言變成愈來愈難以將絕緣材料填補於閘極間 的小開縫。也已知經由佈線電容引起的互連延遲將大增而 造成LSI電路性能的低劣。 為了解決下一代SAC方案之問題，預期應用具有以〇1^ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） --------1—I—1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 22 495877 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
五、發明說明（2〇 ) 或SiOF作為主要成份之SOG薄膜。 用於新SAC方案，前述蝕刻方案之ILD-1步驟所述PFC 及C0組合電漿，或前述蝕刻方案之ILD-2步驟所述不含一 氧化碳組合電漿可如同習知氧化物般蝕刻SOG薄膜。 此外經由使用氮氣置換氧氣，此等二步驟式蝕刻辦法 可對習知氧化物方案，以及新材料作為SiOH或SiOF主要成 份實現同時SAC蝕刻與接觸蝕刻技術。 因此本發明方法為ULSI製造上的有用先進SAC蝕刻 技術，原因在於SOG薄膜之蝕刻速率幾乎與習知氧化物薄 膜，例如PSG、NSG、TEOS及熱生長氧化矽之蝕刻速率相 等。 唯有於CMP處理步驟發生某些處理問題。因此晶圓（50) 之薄膜堆疊並非經常確切相同。以第2圖為例，光阻下方的 TEOS(52)依各晶圓可略有薄膜變化。然後若各晶圓間的薄 膜變化大半存在於進給材料，則SAC蝕刻可藉終點偵測系 統控制而去除蝕刻過程的任何錯誤。 用於第一階段蝕刻，於含一氧化碳電漿之例，C-F2基 團（260毫微米）及C_N基團（3 87毫微米）光譜極為可用於偵 測氮化物蓋（55)上方之氮化物襯墊（5 1)之第一終點。以及用 於第二階段蝕刻，C-F2基團（260毫微米）及C-0基團（219毫 微米）極為可用於對底氮化物襯墊（57)偵測第二終點。此 外，當蝕刻氧化物膜時，產生C-0作為副產物，因此於本 發明於第二階段蝕刻配方之不含一氧化碳電漿具有遠更容 易偵測終點的另一項優點。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 23 495877 A7 B7 五、發明說明（21 ) 其它發射光譜說明如下：
CF cf2 CO
CN 240毫微米 252毫微米 275毫微米 239毫微米 331毫微米 484毫微米 359毫微米 693毫微米 256毫微米 255毫微米 249毫微米 349毫微米 520毫微米 41 8毫微米 709毫微米 263毫微米、271毫微米 283毫微米 370毫微米 561毫微米 422毫微米 785毫微米 313毫微米 451毫微米 647毫微米 !¾ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 元件標號對照 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
10…雙極磁鐵 20···處理腔室 30…下電極 40…上電極 50…晶圓 51…光阻 52---TEOS 53---BPTEOS 54…矽基板 55…氮化物蓋 56…氮化物間隔體 57…氣化物襯塾 58…矽化鎢 59…多晶石夕 訂---------線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 24
Claims (1)
- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 L 一種自我對準接觸（SAC)㈣方法，該方法包含： 幻使用含有第一種全氟化碳以及-氧化碳之第一 姓刻氣體姓刻具有氧化石夕層與存在於晶圓上之氮化石夕 層之晶圓，以及 尸b)使用包含第二種全氟化碳之第二㈣氣體於無 一氧化碳存在下_具有經初步#職切於其上之 所传晶圓。 2·如_請專利範圍第1項之方法，其中步驟a)及步驟b)各 自係於大於15GG瓦之電漿產生射頻功率以及5〇毫托耳 或以下之壓力進行。 3·如申请專利範圍第i項之方法，其中步驟心係於至少 1700瓦之電漿產生射頻功率以及3G毫托耳或以下之壓 力進行。 4·如申凊專利乾圍第】項之方法’其中步驟b)係於至 1700瓦之f漿產生射頻功率以及⑽毫托耳或以下之 力進行。 •如申吻專利範圍第3項之方法，其中步驟b)係於至 1500瓦之電聚產生射頻功率以及5〇毫托耳或以下之 力進行。 6·如申印專利範圍第丨項之方法，其中步驟〇係於足夠產 生至>、^6000埃/分鐘之蝕刻速率之電漿產生射頻功率 及壓力進行。 7·如申印專利範圍第丨項之方法，其中第一種全氟化碳與 第二種全氟化碳相同。 1 X 297公釐） -25 少 壓 少 .壓. . --------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、、申請專利範圍 •如申請專利範圍第i項之方 第二種全氣化碳彼此不。其中第一種全氣化碳病 9·如申請專利範圍第W之方法中第—種全氣 CJ6、C4F6、C4FptC5F8。 厌马 1〇·如申請專利範圍請之方法，其中第：種全氟化 C3F6、c4F6、C4F84C5F8。 、、 A 經濟部智慧財產局氰工消費合作社印製 u::::_9項之方法’其為 '::範㈣。項之方法’其中第二種全一 13.如申請相範㈣1項之方法，其中該方法進-步包含： 於步驟a)之前錯総導狀缺陷，其巾該去除光 阻導致之缺陷係使用第三種全敦化碳以及氧氣或氣氣 中之任一種蝕刻氣體進行一段10秒或以下的時間，其中 該第三種全氟化碳可與第一或第二種全敦化碳相同或 相異。 14·如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法進-步包含. 於最終氮化物蝕刻去除氮化物，其中該最終氮化物 钱刻係於步驟b)後進行-段足夠去除過量氮化物之時 間’以及蝕刻矽晶圓至至多約200埃高度。 α如申請專利範圍第1JM之方法，其中第_蝕刻氣體包含 第一種全氟化碳及一氧化碳以及進_步包含—種惰性 氣體以及一種選自氧氣及氮氣組成的組群之氣體。 ^如申請專利範圍第15項之方法，其中第_#刻氣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 26 495877 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 20-27標準立方厘米（seem)第一種全氟化碳，5〇-1〇〇 seem—氧化碳，150-300 sccm惰性氣體以及7_12 sccm 氧氣之混合物。 17·如申請專利範圍第15項之方法，其中第一蝕刻氣體為 20-27標準立方厘米（seem)第一種全氟化碳，5〇-1〇〇 seem—氧化碳，150-300 seem惰性氣體以及7(M2〇 sccm 氮氣之混合物。 18.如申請專利範圍第1項之方法，其中該第二蝕刻氣體包 含第二種全氟化碳，以及進一步包含一種惰性氣體以及 一種選自氧氣及氮氣組成的組群之氣體而實質上不存 在於一氧化碳。 19·如申清專利範圍第18項之方法，其中該第二姓刻氣體包 含10-20 sccm第二種全氟化碳，45〇_55〇 sccm惰性氣 體，5-10 seem氧氣之混合物。 20·如申請專利範圍第18項之方法，其中該第二蝕刻氣體包 含10-20 sccm第二種全氟化碳，45〇-55〇 sccm惰性氣 體，50-100 seem氮氣之混合物。 21 ·如申請專利範圍第15項之方法，其中該第一蝕刻氣體包 含第一種全氟化碳以及氧之流量比為2:1至3:1。 22·如申請專利範圍第18項之方法，其中該第二蝕刻氣體包 含第二種全氟化碳以及氧之流量比為2:1至3:1。 23·如申請專利範圍第1項之方法，其中該晶圓於整個步驟 a)、步驟b)或二者係維持於底溫5〇-60°C。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） f f先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 鮝 訂---------線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 27
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