TW533471B - Method for in situ removal of a dielectric antireflective coating during a gate etch process - Google Patents

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Description

533471 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明() 本發明是關於一種在薄膜堆疊之基礎層之電漿蝕刻時 同步移除含氧及/或氮之介電抗反射層(DARC)之方法。 發明景: 在半導體元件製造的領域,已經發展出對較短波長之 電磁波譜(Electromagnetic Spectrum)有感應之光阻 (Phot〇resist),而使得小尺寸之電子與光學的元件之圖案 足義成為可能。深紫外線(Deep Ultraviolet ; DUV)光阻是 屬於此等級之光阻的一個例子,此種深紫外線光阻對電磁 波譜的紫外線區的較短波長有感應,而可用以繪製小尺寸 的電子與光學元件。以DUV光阻所繪製的尺寸遠比以傳 統的或I線光阻所繪製的元件尺寸小的多。 一般而言,光阻係用以在一堆疊層的表面上提供後續 處理步驟所要圖案化的圖案。於圖案化基礎層以使其成為 運轉元件之一部份時,光阻與某些堆疊層可能會部份或全 部消耗。 為了要利用紫外線波長之影像技術所具有之特殊解析 度(Resolution)能力,需在光阻層下面形成抗反射 (AntiReflective Coating; ARC)層是必要的。此 ARC 層對 製程有幾個好處。首先,此arc層有助於平坦化堆叠表 面。第二,此ARC層會削弱從表面進入DUV光阻之光散 射(Scatter)。從ARC層表面衰減之光散射有助於小影像的 定義(Definition)。最後,此ARC層的最終結果為可得到 第3頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ........#.........、一叮........-線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 533471 A7 B7 五、發明説明() 精確的圖案複製。 、近來’因為氮氧切搭配DUV光阻時,能成功施行, 所=利用鼠乳化石夕(SiHc〇n 〇xynitride)作為抗反射層越來 越印遍。氮氧化矽有一通式(但沒有因此限制)si〇xNy,其 中X的範圍大約介於〇至2之間,y的範圍大約介於。至 1.33义間。藉由改變氮氧化矽arc層之成分,可以控制 此氮氧化矽ARC層的反射指數(n)與消滅係數(k)。其中, 此反射指數和消滅係數與ARC層的厚度可在光阻層顯像 時控制反射進入光阻。 因為氮氧化矽能提供較佳的化學性質,所以當使用氮 氧化矽作為ARC層時,可有效地阻止基礎層的反射。氮 氧化硬之化學性質可防止光阻污染(poison)。光阻污染發 生在當光阻下之表面與水蒸氣反應時,會生成鹼性的陰離 子群(NH/),且此鹼性的陰離子群會與負貴光阻顯影之於 光酸(Photogenerated Acid)反應。 然而’儘管使用ARC有上述的優點,但當ARC層(例 如氮氧化矽)作為介電材料時,在蝕刻薄膜堆疊時所殘留 之ARC層(最後會存在元件内)可能會影響元件的性能。在 此種狀況下,DARC層應該要全部移除,以使得沒有任何 殘留之DARC層來妨礙元件的性能。目前,為移除殘留之 DARC層通常必須要執行一額外的步驟。此額外的處現步 驟會增加生產的時間與成本。因此,發展出一種在電漿麵 刻下方之蝕刻堆疊層時,移除DARC層之方法將非常有 利。 第4頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ........參: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} -訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533471
五、發明説明() 發明目的及概jjlt ; • --==—._ ........#: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明提供一種可在基礎蝕刻堆叠層之電漿蝕刻時, 同步移除含氧及/或氮之介電抗反射層之方法,其中所使 用之·^漿為含反應性氟之電漿。彳以知道的一點是所使用 之電漿來源氣體包括無機(Inorganic)的含氟成分,例如 cf4、sf6、或NF3 ’可在多晶梦化金屬、金屬、或多晶石夕 閘極蝕刻步驟時同步移除DARC層。A DARC層的一個較 佳實施例是氮氧化秒。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明提供一種電漿來源氣體之較佳組合,可用以在 蝕刻基礎蝕刻堆疊層時同步移除含氧及/或氮之DARC層, 其中基礎蝕刻堆疊層包括金屬矽化物、多晶矽、或金屬。 基於氣和溴化氫(HBO經激發後之蝕刻基礎蚀刻堆疊層的 能力,此電漿來源氣體通常包括氯、溴化氫(Bromine)、 以及一種氟化物。增加電漿來源氣體中氟對氯及/或溴化 氫的比例通常會增加DARC相對於基礎蝕刻堆疊層之蚀刻 速率。另外,增加基材的偏壓通常會增加DARC相對於基 礎姓刻堆疊層之姓刻速率。再者,減少DARC層之氧及/ 或氮含量通常也將有助於增加DARC層相對於基礎蚀刻堆 疊層的蝕刻速率。 另外,本發明已經發展出一種半導體處理中決定名虫刻 處理狀況之有效方法,此蝕刻處理狀況可用以於圖案蚀刻 薄膜堆疊之至少一基礎層時同步移除含氧抗反射層之實質 殘留,其中此薄膜堆疊至少包括含氧抗反射層之殘留、所 第5頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 些步驟: 533471 A7 五、發明説明() 欲袖刻之至少一個基礎層、以及位於所欲蝕刻之基礎層下 之至少一個硬光罩層。此方法包格 (1) 進行建立至少一分析函數所需之一連串實驗,Sei =f(x流率), 其中X代表用以產生一蝕刻電漿之一含氟供應氣體, 其中 Selmin= dunderlying layer/(d_…c〇ating + dhard mask layer) 其中 Selmax— dunderlying layer/dantirefiective c〇ating , 其中dunderlying layer —至少一基礎層之厚度, 其中 dantirefleetive ec)ating Uyer==:含氧抗反射層的厚度, 以及 其中dhard mask layer-至少一硬光罩層的厚度; (2) 選擇X流率以使得Selmax大於Sel(X流率),且Sel(X 流率)大於Selmin ; (3) 在至少一基礎層上蝕刻一圖案,並決定是否: (a) 實質上,含氧抗反射層之所有殘留在蝕刻時 被移除,若無,則增加X流率。 (b) 至少一硬光罩層完全起作用,若無,則減少 X流率。 (c) 在至少一基礎層上蚀刻所產生之圖案之輪廓 付合預設需求,若無,則調整至少一製程變數,且此 製程變數係選自於由來源電力、偏壓電力、和反應室 製程壓力所組成之一族群,以及; (4) 重複步驟(3)直到實質上所有殘留之含氧抗反射層 第6頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ........身.........、可......... (請先閲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 533471 A7 B7 五、發明説明() 被移除’則此至少一硬光罩層完全起作用,且此圖案之輪 廓符合預設需求。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在一個實施例中,此硬光罩層是含氧層。 圖示簡單說明: 第1圖為特有之多晶矽蝕刻反應室1 0 2之圖示,此多 晶碎蚀刻反應室 102 係使用在 Applied Materials’ CENTURA® DPSTM之多晶矽蝕刻系統中的型式,且為實行 本發明之方法之蝕刻處理設備之較佳例子。 第2圖為第1圖之多晶矽蝕刻反應室1 〇2之剖面圖。 第3圖為第1例之蝕刻堆疊之剖面圖,其中DARC是 氮氧化碎’且”基礎蝕刻堆疊層”是矽化鎢(Tungsten Silicide) ’而在此兩層之下面從上到下分別是多晶矽層、 閘極氧化層、以及基材。 第4圖為第2例之姑刻堆疊之剖面圖,其中DARC是 氮氧化矽,且”基礎蝕刻堆疊層”是摻雜之多晶矽,而在此 兩層之下面從上到下分別是一閘極氧化層以及一基材。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第5圖為第3例之蝕刻堆疊之剖面圖,其中DARC是 氮氧化矽,且,,基礎蝕刻堆疊層,,是鎢金屬,而在此兩層之 下面從上到下分別是一氮化鈇層及/或一氮化鎢層、一多 晶梦層、一閘極氧化層、以及一基材。 第6圖為決定處理變量之調整所需之方法的流程圖, 且藉由調整處理變量可使得在敍刻穿透基礎薄膜層時能移 除全部殘留之DARC層。 第7頁
533471 A7 五、發明説明( 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 圖號對照說明: 1 0 2多晶碎蚀刻反應室 106内部陶瓷圓蓋 11 0單極靜電墊塊陰極 11 6節流閥 2 02多晶石夕|虫刻反應室 222 入口 226來源電力 230 RF來源 2 3 4 感應線圈 303單晶碎基材 3 0 7多晶碎層 3 11 —乳化碎層 401薄膜堆疊 405閘極氧化層 4 11氮氧化矽層 409 TEOS沉積之二氧化 501薄膜堆疊 5 05閘極氧化層 5 09氮化鈦阻障層 513 TEOS沉積之二氧化 5 1 5氮氧化矽層 104 上 反 應 室 108 下 反 應 室 114 陶 瓷 氣 體 入 射 噴 118 閉 路 壓 力 控 制 系 220 基 材 224 晶 圓 升 降 機 228 匹 配 網 路 232 匹 配 網 路 301 薄 膜 堆 疊 305 閘 極 氧 化 層 309 矽 化 鎢 層 313 氮 氧 化 矽 層 403 單 晶 矽 基 材 407 才參雜 多 晶 矽 層 矽層 503 507 511 珍層 單晶矽基材 N +與P +摻雜之多晶矽層 鐵金屬層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) :........身.........訂.........線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 533471 A7 B7 五 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明説明( 發明詳細說明: 1.定義:_ 作為詳細說明的前言’應該注意到在此說明書與所附 之申請專利範圍中所使用之單數形包括複數型態,除非上 下文中有清楚的規定。因此,例如,,半導體(semiconductor)” 一碉係指包括各式具有半導體特徵的材料,至於,,一導電 材料(A Conductive Material)”則包括像是鋁、銅、鉑、銥、 铷以及其化合物與合金之類的金屬,以及適合此說明書 中所描述之其它導電材料。 本發明所描述之特別重要之特殊專門用語的定義如 下。 像 Antireflective Coating”、,,Antireflective Layer,,、 ARC Dielectric Antireflective Coating丨’、"Dielectric Antireflective Layer”、或”DARC”這類術語包括應用在表 面以減少表面電磁輻射之反射的材料。
Dielectric ARC"、’’Dielectric-Comprising ARC”這類 術語意指一含有介電材料之ARC。 •’摻雜之多晶矽(Doped Polysilicon)"意指含有少量之 各種用來修改多晶矽的化學、物理、及/或電子性質之元 素的多晶矽。多晶矽中所添加之各種摻質包括(但並不限 於)棚、氮、鱗、以及坤。 ’’蝕刻堆疊’’或’’薄膜堆疊π意指互相沉積疊合之不同材 料層之集合,且此集合至少有一部份在蝕刻製程時受到蝕 刻0 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) ….........身.........訂......... (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533471 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明() & ”特徵(FeatUre)”意指(但並不限於)接觸窗、介層窗、 渠溝、以及其它形成基材表面地形之結構。 ”特徵尺寸(Feature Size)”一般意指一特徵之最小尺寸 (例如一特徵之側壁間之最短距離)。 ”多晶矽化金屬閘極堆疊(Polycide Gate stack)"意指 (仁並不限於一薄膜堆疊)從下到上包括一矽基材、一閘極 氧化層、一多晶矽層、以及一金屬(通常是鎢)矽化物層。 ’’多晶矽(Polysilicon)”在此所使用者意指包括有掺雜 與未摻雜之多晶矽。 ”選擇性(Selectivity)”或”蝕刻選擇性(Etch S e 1 e c t i v i t y) ’係用以意指(a)兩材料之蚀刻速率之比;以及(b) 當一材料之蝕刻速率與另一種材料相較之下為增加時,一 狀況於蝕刻期間完成。可以注意到的一點是在一蝕刻製程 中使用之堆疊層包括各種材料。在此所使用之”選擇性,,通 常意指一基礎薄膜堆疊層(例如一金屬矽化物、多晶矽、 或金屬層)之蝕刻速率與一 DARC層之蝕刻速率之比。 來源電力(Source Power)”意指在反應室内負責維持 電漿且提供高能量之電力。 ’’基材(Substrate)"包括半導體材料、玻璃、陶瓷、聚 合材料、以及其它使用在半導體工業的材料。 ”鎢(Tungsten)’'包括使用在半導體工業之鎢合金。 ,’基礎姓刻堆叠層(Underlying Etch Stack Layer)”、或 ’’基礎薄膜堆疊層”意指在蝕刻堆疊或薄膜堆疊之單一層。 第10頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) …1·........身.........訂.........線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 533471 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明() 本發明之設備: 本發明可在任何適合將基材暴露在電漿下之設備中進 行。理想的設備是能提供此基材一偏壓電位。運用電感辛馬 式電漿(Inductively Coupled Plasma)之設備已產生出色的 結果’其中供應於感應線圈(I n d u c t i v e C 〇 i 1)以維持電喷的 電力(來源電力)以及供應來偏壓基材(偏壓電力)之電力, 兩者為獨立控制。這使得所需電漿密度的選擇獨立於總能 f的選擇,如此,離子轟擊(I〇n Bombardment)可發生在美 材表面。 然而,本發明也可在具有電漿來源電力與偏壓電力沒 有分開控制之設備中實施,或在任何其它適合將基材暴露 在電漿下之設備中實施。 出自加州之聖克拉拉的應用材料有限公司(Applied Materials,Inc. of Santa Clara,California)所提供之 CENTURA® DPSTM矽蝕刻系統就是在來源電力供應器與偏 壓電力供應器間提供獨立控制之系統的一個例子。 第1圖和第2圖是特有之CENTURA® DPSTM多晶矽 蝕刻反應室1 02之圖示,此多晶矽蝕刻反應室1 〇2係使用 在 Applied Materials,CENTURA® DPSTM 之多晶矽蝕刻系 統中。此CENTURA® DPSTM多晶石夕触刻反應室102安裝 架設在一標準之CENTURA® 5200蝕刻主機上。此多晶矽 蝕刻反應室102由具有一内部陶瓷圓蓋106之一上反應室 104,以及一下反應室108所組成。此下反應室108包括 一單極(Monopolar)靜電蟄塊(Electrostatic Chuck; ESC)陰 第11頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) :'…1·........身.........訂.........線· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 533471 A7 B7 五、發明説明() 極110。透過陶瓷氣體入射噴嘴(InjeCti〇n Nozzles)114將 氣體引入反應室。反應室壓力受到閉路壓力控制系統u 8 以一節流閥(Throttle Valve)l 16所控制。 第2圖是一多晶矽蝕刻反應室1 〇2之剖面側示圖。在 處理過程中,一基材220從入口 222被引進下反應室108。 藉由提供一 D C電壓到此單極靜電墊塊陰極丨丨〇表面上之 位於介電薄膜(未繪示)下的導電層(未繪示),導電層於單 極靜電墊塊陰極11〇上所產生之電荷將基材22〇固定在一 個地方。然後單極靜電墊塊陰極丨丨〇與基材22 〇由晶圓升 降機2 2 4抬升到處理位置。經由陶瓷氣體入射噴嘴11 4將 蚀刻氣體引入上反應室1 04。此多晶矽蝕刻反應室丨〇2運 用一感應線圈234所產生之電感耦式電漿,其中感應線圈 234之電力係由來源電力226所提供且匹配網路(Matching Network)228係以12.56MHz運轉,藉以產生並維持一高 後、度電漿。基材2 2 0受到電力的偏壓,其中此電力係透過 藉由RF來源23 0與以1 3 · 5 6MHz運轉之匹配網路23 2之 單極靜電墊塊陰極1 1 0所提供。此來源電力226與基材偏 壓之RF來源2 3 0由不同的控制器(未繪示)所控制。 一終點次系統(未繪示)藉由監控在多晶矽蝕刻反應室 1 02中之電漿發光的變化感應到蚀刻製程的終點。標準之 CENTURA® DPSTM 終點系統由單色器(M〇n〇chr〇mat〇r)與 光倍增器(Photomultiplier)管組成,會自動終止所有的多 晶矽蝕刻反應室。一光纖電纜從反應室上之一嵌壁式石英 窗(Quartz Window)將光發送到單色器或一可選擇之高光學 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) 一 ........#: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533471 A7 B7 五、發明説明( 產量(High Optical Throughput ; HOT)封包光倍增器。當使 用單色器時,光射入一馬達驅動之凹格子板。然後,光反 射到會放大光之光倍增器管上之入口裂縫。最後,資料顯 不在電腦榮幕上。操作者設定一控制終點偵查系統之規則 系統。當接近終點或在終點發生後,可按計畫終止蚀刻。 根據被蝕刻之薄膜來選擇一適當終點。 3 ·闐極蝕刻處理時同步移除介電抗反舢層之方法: 本發明發展出數個能允許在蝕刻多晶矽化金屬、金 屬、或多晶矽層時同步移除DARC層之蝕刻化學藥品。如 下表1,數個根據本發明之方法且允許在蝕刻基礎材料層 時同步移除DARC層之蝕刻化學藥品。 (請先閲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 蝕刻層 電漿來源氣體 較佳氣體比例 DARC/Polysilicon CF4/HBr/Cl2/He/02 1 : 20 to 20 : 1 CF4 : (HBr and Cl2 ) DARC/Polysilicon CF4/C12/N2 1: 10 to 10: 0(CF4: Cl2) DARC/Polysilicon cf4/ci2/ o2 1 : 1 0 to 1 0 : 0(CF4 : Cl2) DARC/Tungsten silicide cf4/ci2/n2 1 : 5 to 5 : 0(CF4 : Cl2) DARC/Tungsten silicide sf6/ci2/n2 1 : 20 to 1 : 1 (SF6 : Cl2) DARC/Tungsten silicide NF3/Cl2/He/02 1: 20 to 1 : 1 (N F3 : Cl2) DARC/Tungsten sf6/ci2 1 : 1 0 to 5 : 0(SF6 : Cl2) DARC/Tungsten sf6/n2 1 : 1 0 to 5 : 0(SF6 : N2) DARC/Tungsten SF6/HBr 1 : 1 0 to 5 : 0(SF6 : HBr) 第13頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 533471 A7 B7 五、發明説明() D ARC/Tungs ten NF3/C12/HBi :10 to 1 Ο : 1 (NF3 : Cl, and HBr) ......:f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 表1 在cf4/ci2/n2系統中,cf4含量約佔全部氣體體積的 10%〜100% ; Cl2含量約佔全部氣體體積的0%〜80% ;以 及N2含量約佔全部氣體體積的0%〜40% 。在SF6/C12/N: 系統中,SF6含量約佔全部氣體體積的5%〜50% ,更典型 為介於約5%〜20% ; Cl2含量約佔全部氣體體積的〇%〜9( % ,更典型為介於約60%〜90% ;以及N2含量約佔全部氣 體體積的 0%〜50% ,更典型為介於約 〇%〜25 % 。在 NF3/Cl2/He/02系統中,NF3含量約佔全部氣體體積的5% 〜5 0% ,更典型為介於約10%〜40% ; Cl2含量約佔全部氣 體體積的0%〜95% ,更典型為介於約40%〜9〇% ; He/02含 量約佔全部氣體體積的0%〜50% ,更典型為介於約〇%〜2( % 。因為〇2所需之體積小,難以控制,所以He通常用來 當作02的載氣(Carrier Gas)。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 在電漿來源氣體中,氟對氯或溴的較佳比例取決於一 些因素,例如包括(a)DARC薄膜層之化學成分及其沉積所 使用之技術;(b)基礎薄膜堆疊層之化學成分及其沉積所 使用之技術;(c)DARC薄膜與基礎層被移除的厚度。 對每一種蝕刻化學藥品,進行實驗時,為了決定每一 系統之處理狀況的最理想範圍,採用每一種組成氣體之不 同比例。一般之處理狀況可結合下表2所提供之各種蝕刻 第14頁 533471 A7
五、發明説明() 化學藥品使用。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 處理狀況 一般範圍 較佳範圍 總氣體流率(seem) 50〜300 100〜250 來源電力(W) 200〜1800 300〜900 偏壓電力(W) 20〜300 40〜125 來源電力:偏壓電力 12 : 1 到 2 : 1 10 : 1 到 4 ·· 1 反應室處理壓力(mTorr) 1〜25 3〜9 基材溫度(°C) -20〜1〇〇 0〜75 He逆向壓力(T〇rr) 0〜20 4〜12 表2 在抵達閘極氧化層之前,此蝕刻化學藥品通常會變成 對蚀刻基礎金屬矽化物、多晶矽、或金屬層具有相對於 DARC層較高選擇性之化學藥品。閘極氧化層傾向於為與 蚀刻DARC層相同之蝕刻劑氣體所蝕刻。因此,在接近閑 極氧化層時,蝕刻化學藥品通常會轉換為無氟蝕刻化學藥 p口’通¥疋Η B r或含氯之化學藥品。例如,當所欲蚀刻之 基礎層之剩餘部份為多晶矽時,蝕刻劑氣體成分通常包括 HBr、Cl2、以及He/02。因此,在此步驟中,所移除之DARC 層的數量小於在主要蝕刻步驟中所移除之DARC層的數 量。 下列提供用來決定DARC之移除總量的公式,此公 式之獲得係使用一已知的蚀刻處理,並基於每一步驟(根 第15頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ........f (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 訂 % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533471 A7 五、發明説明( 據特別之處理配方)之蝕刻選擇性。 DARC之移除總量=在每一蝕刻處理步驟之 ARC移除邵份的總合,其中在一已知處理步驟之 DARC移除之部份是: (一個別基礎層之蝕刻厚度)/(基礎層之蝕刻速率 /DARC層之姑刻速率)χ丨+ (過度蝕刻/ι〇〇)% 通系,大多數之DARC層在單一處理步驟中移除時, 此單一處理步驟通常是一含氟蝕刻步驟。蝕刻劑配方中含 有氟之蝕刻步驟在蝕刻與一基礎基材層有關之DARc時比 奴/又有含氟之蚀刻步驟配方的速率高很多。在這樣的例 子中’未含氟之餘刻步驟之DARC移除數量可能相當微不 足道。這允许DARC之移除數量之近似值完全取決於具有 氟之處理步驟的蚀刻選擇性。 4·二薄膜堆疊層之蝕刻時同步移除DARc層的例 子 進行兩個實驗。在第一個實驗中,如以下範例丨所描 述’使用CFJCL/N2蝕刻化學藥品來蝕刻一組晶圓,使得 在♦化鎢触刻時同步移除氮氧化矽。在第二個實驗中,如 以下範例2所描述,使用CF4/HBr/cl2/He/〇2蝕刻化學藥 品來蝕刻單一晶圓,使得在一摻雜多晶矽層之蝕刻時同步 移除氮氧化矽。範例3提供一假設的例子,利用一含氟餘 刻化學藥品在一金屬鎢之蝕刻時同步移除氮氧化碎。 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) ........#.........、玎.........線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 533471 A7 ----------------- 五、發明説明( ) " " "~ 、’、I ‘中,一金屬矽化物閘極蝕刻處理時 蝕刻一氮氧仆功、 u歩 夕< DARC層。第3圖所示為這組實驗ψ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁j 使用之特別蒎瞄仏β 所 尋騰堆璺的各層。此薄膜堆疊3 〇丨從上到 括厚度約8〇〇A>#r ^ 一氮氧化矽層313、厚度約1300人jj 四乙基鄰矽酸_ 由 吹风(TetraEthylOrthoSilicate ; TEOS)K 沉於、 一乳化珍層之 1、厚度約800A之一矽化鎢層309、厚戶从 1 500人之一松鉍女n 人、、勺 夕雖多r日矽層3 0 7、以及厚度約7 0 A之一閜4τ 氧化層3 〇 5, Ί極 曰 ’都沉積在一單晶矽基材303上。此薄膜堆疊 3 〇 1利用系見之光阻進行圖案化,且此光阻在蝕刻氮氧化 碎與石夕化嫣前移除。此TE0S沉積之二氧化石夕層311的一 邛伤在光阻移除步驟之前先被蝕刻移除。第3圖也顯示出 部份之氮氧化矽層313被移除。 五片具有如第3圖所示結構之晶圓,其中在蝕刻矽化 鎢薄層時移除氮氧化矽之大多數殘留DARC層。用以蝕刻 矽化鎢薄膜之蝕刻劑氣體成分為CF4/C12/N2。下表3為使 用特定的處理狀況所得到之蝕刻結果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 處理狀況 晶圓編號 1 2 3 4 5 CF4 流率(sccin) 32 32 40 40 70 Cl2 流率(seem) 120 120 100 70 40 N2 流率(seem) 16 16 0 0 0 反應室處理壓力(mTorr) 4 4 4 4 4 第17頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 533471 A7 B7 五、發明説明() 來源電力(W) 280 500 350 270 270 偏壓電力(W) 100 100 120 90 90 基材溫度(°c) 40 40 40 40 47 He逆向壓力(Torr) 8 8 8 8 8 WSix : DARC蝕刻選擇 性 1.45 1.45 1.47 1.31 1.22 DARC移除量(人) 667 667 600 670 730 表3 移除DARC層需要較低之wSix : DARC蝕刻選擇性。 假如WSix : DARC蝕刻選擇性太高,則無法移除此DARC 層。然而,假如WSix : DARC蝕刻選擇性太低,則會損壞 TEOS沉積之二氧化矽層311或在薄膜堆疊301上形成針 孔(Pinholes),而貫穿閘極氧化層305。此實驗指出氮氧化 矽的移除數量與CF,Cl2之體積流率比有關。例如,將Cf4 : C12之體積流率比從4 : 7增加至7 : 4 (見晶圓編號4和5), 會將矽化鎢相對於氮氧化矽層之蝕刻選擇性(即梦化鶴蚀 刻速率除以氮氧化矽蝕刻速率)從1.31降至ι·22。使用具 有較高氟濃度之電漿來源氣體來蝕刻晶圓時,會移除較多 之氮氧化碎,但也會增加金屬硬化層的底切(U n d e r c u t)程 度。然而,這些實驗也指出在電漿來源氣體中添加&後, 會減少因電漿中所增加之氟濃度而引起之金屬矽化物的底 切程度。 這些實驗的結果指出藉由進行下列一個或多個製程修 正可降低WSix : DARC之蝕刻選擇性:(1)增加電漿來源 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) ........身: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、v'u 線- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 533471 五、 A7 --- -B7 發明説明() 乳體中氟對氯的比例,·(2)當來源電力維持固定時,增力 偏壓電力;以及⑺降低DARC層中〇2及/或N2的含量^ 如,S1〇〇.8N0.05 ARC 層之選擇性高於 Si〇。5n。。5 ARC 層)。 範例2 : 在這個實驗巾,在摻雜之多晶硬閘極蝕刻時同步移除 殘留之氮氧切DARC層。帛4圖所示為在這組實驗中所 使用之特別薄膜堆疊的各層。此薄膜堆疊4〇1從上到下包 括厚度約570A之氮氧化矽層411、厚度約5〇〇人且由te〇s >儿積又二氧化矽層4〇9、厚度約2〇〇〇人之摻雜多晶矽層 4〇7、以及厚度約52A之閘極氧化層4〇5 ,都沉積在單晶 夕基材403上。此薄膜堆疊4〇1利用常見之光阻進行圖案 化,且此光阻在蝕刻氮氧化矽與摻雜之多晶矽層前移除。 TEOS沉積之二氧化矽層4〇9的一部份在光阻移除步驟之 則先被蝕刻移除。第4圖也顯示出部份之氮氧化矽層4丄工 被移除。 ........f (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· % 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 利用蚀刻化學藥品CF4/HBr/cl2/He/〇2來蝕刻具有如 第4圖所示結構之晶圓(其中在蝕刻多晶矽閘極時移除氮 氧化碎之大多數殘留DARC層),此結構以蝕刻化學藥σ CFJHBr/Ch/He/O2蝕刻。下表4為使用特定的處理狀況所 得到之蝕刻結果。 處理狀況 CF4 流率(seem) 20 --—- 第19頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 五、發明説明() '—----… _流率(seem)__ ---—_ __ Π3 Cl2 流率(seem) -二------ __ 38 He/O2(7〇 ·· 30)流率(sccm) 8 反應A處理壓力(mTorr) 4 來源電力(W) _ 700 偏壓電力(W) 100 _是材溫度(°C)__ ___40 He逆向壓力(τ〇ΓΓ) -—- 8 Polysilicon : DARC 蚀刻選擇性 2.5 DARC移除量(人) 〜-~_ 570 ----------- 表4 此貫驗的結果指出增加電衆來源氣體中含氟氣體吼) 的濃度會降低多晶矽相對於DARC層之蝕刻選擇性。使用 表4中所提出之處理狀況可得知’用以蝕刻第4圖所示之 薄膜堆疊層之CF4的最理想體積约佔全部流率的ι〇%。已 發:體㈣10%之CF4可移除全部之氮氧切層,並可提 供令人滿意之多晶矽蝕刻輪廓。這個實驗的結果指出藉由 進行下列-個或多個製程修正可降低多晶珍:darc之触 刻選擇性:⑴増加電衆來源氣體中氟對氯和溴的比例;⑺ 田來源屯力維持固定時,増加偏壓電力;以及(3)降低D 層中〇2及/或>^2的含量。 IL 例 3 ·· 第20頁 533471 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明() 本發明之方法也可用在鶏金屬閘極蚀刻處理時同步移 除DARC層。第5圖所示為包括鎢金屬層之典型薄膜堆疊。 此薄膜堆疊501從上到下包括厚度約11〇〇人之氮氧化梦層 515、厚度約1000A且由TEOS沉積之二氧化矽層513、 厚度約1000人之鎢金屬層511、厚度約30〇A之氮化鈦阻 障層509、厚度約1 500A之N +與P +摻雜多晶矽層5〇7、 以及厚度約70A之閘極氧化層505,都沉積在單晶矽基材 503上。此薄膜堆疊501利用常見之光阻進行圖案化,且 此光阻在蚀刻氮氧化矽與鎢層前先行移除。此TE0S沉積 之二氧化矽層5 1 3的一部份在光阻移除步驟之前先被蝕刻 移除。第5圖也顯示出部份之氮氧化矽層5 1 5被移除。 因為即將蚀刻鎢金屬(而不是含石夕層),所以具有如第 5圖所示之結構之晶圓較佳是使用下列一種蚀刻化學藥品 來蚀刻:SF6/N2、SF6/C12、或 NF3/Cl2/HBr。下表 5 所列 為分別利用此三種不同之蝕刻化學藥品的一般蝕刻處理狀 況。- 處理狀況 蝕刻化學藥品 sf6/n2 . 5F6/C12 NF3/Cl2/HBr SF6 流率(seem) 100 50 NF3 流率(seem) —— 一 50 N2 流率(seem) 100 •鴨 釋 Cl2 流率(seem) 一 150 50 HBr 流率(seem) 一 — 100 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
533471 A7 B7 五、發明説明( 反應室處理壓力(mTorr) 來源電力(W) 偏壓電力(W) 基材溫度(°C)
He逆向壓力(Torr) 4 50 50 表5 5〇〇
經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可以預期的一點是藉由進行下列一個或多個製 可降低鎢· D ARC之蚀刻選擇性:(1)增加電漿來源 SF0或:NF3的濃度;(2)當來源電力維持固定時,增 電力;以及(3)降低DARC層中〇2及/或化的含量。 根據上述之研究與發展,已規劃出決定所需製 調整之方法,以供在蝕刻穿透蝕刻堆疊之基礎層時 部殘留之DARC層。第6圖為此方法之流程圖。熟 技藝者可將此方法應用於各種不同之材料成分與不 之相關層中。 上述之較佳實施例並非用以限制本發明之範圍 供热習此項技藝者在看過本發明所揭露之内容後, 此類符合下述申請專利範圍之主題的實施例。 程修正 氣體中 加偏壓 程變量 移除全 習此項 同厚度 ,僅是 可闡述 第22頁 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) --------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

Claims (1)

  1. ABCD 533471 六、申請專利範圍 1 · 一種用以在一薄膜堆疊中至少一基礎層之蝕刻時 同步移除一含氧抗反射層之方法,其中蝕刻該至少一基 礎層時使用包含複數個反應性氟之一電漿,且該些反應 性氣的濃度係由一因素所控制,而該因素係選自於由該 含氧抗反射層之氧含量、該含氧抗反射層之氮含量、該 含氧抗反射層之厚度、使用該些反應性氟來触刻之該至 少一基礎層之厚度、以及其組合所組成之一族群。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該含氧 抗反射層包括一氮氧化矽層。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法,其中使用該 些反應性氟所触刻之該至少一基礎層至少包括一金屬碎 化物。 4. 如申請專利範圍第3項所述之方法,其中該金屬 矽化物是一矽化鎢層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 ·如申請專利範圍第4項所述之方法,其中該氮氧 化矽層與該矽化鎢層之蝕刻係使用一電漿,且該電浆係 由一來源氣體所產生,而該來源氣體至少包括CF4、Cl2、 與N2 〇 6.如申請專利範圍第4項所述之方法,其中該氮氧 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇χ 297公釐) 533471 A8 B8 C8 D8 ,JL該電漿係 申請專利範圍 化兮層與該矽化鎢層之蝕刻係使用/也 * + 油洛少包括SIV Cl2、 由—來源氣體所產生,而該來源氣體多7 與〇 7·如申請專利範圍第4項所述之方法’其中該氮氧 化硬層與該石夕化鶴層之触刻係使用〆電纟1 Ή桌係 由一來源氣體所產生,而該來源氣體裏少包括NI?3 Cl2 與 He/〇2。 8. 如申請專利範圍帛2項所述之方’套*中使用义 些反應性氟所蝕刻之該至少一基礎層直少包括一多晶矽 層。 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法’其中孩多晶 矽層是已摻雜的。 1 〇 ·如申請專利範圍第8項所述之方法’其中该氮 氧化矽層與該多晶矽層之蚀刻係使用/電聚’且該電聚 係由一來源氣體所產生,而該來源氣體至少包括CF4、 HBr、Cl2、與 He/02。 11.如申請專利範圍第8項所述之方法,其中該氮 氧化矽層與該多晶矽層之蝕刻係使用一電漿,且該電漿 係由一來源氣體所產生,而該來源氣體至少包括CF4、 第24頁 __;-- ---------------- 丨一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐) :......參.........訂........線· (請先閲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 533471 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 Cl2、與 N2。 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) 1 2 ·如申請專利範圍第8項所述之方法,其中該氮 氧化矽層與該多晶矽層之蝕刻係使用一電漿,且該電漿 係由一來源氣體所產生,而該來源氣體至少包括CF4、 Cl2、與 02。 1 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法,其中使用 該些反應性氟所蝕刻之該至少一基礎層至少包括一金屬 層。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之方法,其中該金 屬層是一嫣層。 15·如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該氮 氧化矽層與該鎢層之蝕刻係使用一電漿,且該電漿係由 一來源氣體所產生,而該來源氣體至少包括SF6與Cl2。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 6 ·如申請專利範圍第1 4項所述之方法,其中該氮 氧化矽層與該鎢層之蝕刻係使用一電漿,且該電漿係由 一來源氣體所產生,而該來源氣體至少„包括SF6與N2。 17.如申請專利範圍第14項所述之方法,其中該氮 氧化矽層與該鎢層之蝕刻係使用一電漿,且該電漿係由 第25頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 533471 ABCD 申請專利範圍 一來源氣體所產生,而該來源氣體至少包括SF6與HBr。 1 8 ·如申請專利範圍第1 4項所述之方法,其中該氮 氧化矽層與該鎢層之蝕刻係使用一電漿,且該電漿係由 一來源氣體所產生,而該來源氣體至少包括NF3、Cl2、 與 HBr 〇 1 9. 一種可用於半導體製程中之決定蝕刻處理狀況 之方法,該方法可提供在一薄膜堆疊之至少一基礎層之 一圖案蝕刻步驟時同步移除一含氧抗反射層之全部實質 之一殘留,其中該薄膜堆疊至少包括該含氧抗反射層之 該殘留、欲蝕刻之該至少一基礎層、以及在該基礎層下 面之至少一硬光罩層: (1)進行一連串建立至少一個分析函數所需之實驗, Sel= f(X 流率), 其中 X代表用以產生一蝕刻電漿之一含氟供應氣 體, (請先閱讀背面之注意事項再場寫本頁) 其中 Selmin = d underlying 1 a y e eflective coating 1 a y e r + d 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 hard mask layer) 中 SGlmax — d u n d e r 1 y i n g layer^^antireflective coating layer ? 其中dunderlying layer=該至少一基礎層之厚度, 其中 dantiref】eetjve c。“丨” iayer — $亥含乳抗反射層的居* 度,以及 其中dhard mask laye,該至少一硬光罩層的厚度; 第26頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 533471 六、申請專利範圍
    (2) 選擇χ流率以使得Selmax大於Sel(x流率),且 Sel(X 流率)大於 selmin ; (3) 在該至少一基礎層上蝕刻一圖案,並決定是否: (a) 實質上,該含氧抗反射層之所有該殘留在該 圖案蚀刻步驟時被移除,若無,則增加χ流率, (b) 該至少一硬光罩層完全起作用,若無,則減 少X流率, (Ο在該至少一基礎層上蚀刻所產生之該圖案的 一輪廓符合一預設需求,若無,則調整至少一製程 變數,且該至少一製程變數係選自於由來源電力、 偏壓電力、和反應室製程壓力所組成之一族群;以 及 (4)重複步驟(3)直到實質上該含氧抗反射層之 所有該殘留被移除,該至少一硬光罩層完全起作用,且 該圖案之該輪廓符合該預設需求。 (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 第27頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)------
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