TW564518B - Method of removing sidewall polysilicon residue - Google Patents

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564518 A7 B7 五、發明説明（) 發明領域： (請先閲讀背面之注意事窄再填寫本頁} 本發明係有關於一種半導體的製造方法，且特別是有 關於一種去除側壁上複晶矽殘留的方法，可以在同一蝕刻 反應室中，去除殘留在堆疊層之側壁上的複晶矽。 發明背景： 極大型積體電路（VLSI)係由大量形成在半導體基底上 的半導體元件所組成。為了達到高記憶容量、高運算速度， 必須降低在半導體基底上每個元件的尺寸，以提高半導體 基底上的元件密度。然而，在半導體基底上的密度愈高， 每個元件可使用的面積相對地縮小，而使元件的穩定性下 降。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 為了達到製作高積集度積體電路要求，必須在半導 基底上進行數百個製程步驟方能完成產品的製作。如何 不影響產品品質的條件下，減少製程步驟，降低製作成 一直是很大的課題。複晶矽（polysilic〇n)材料便逐漸廣泛 在積體電路製造中使用，用來簡化製作流程，比如是作 電晶體的閘極導電材料。此外，才复晶矽材料亦應用在積 電路中的電阻器，稱為複晶矽負載（p〇lyl〇a 2 本紙張尺度朝巾酬家標準(CNS)A4規格(2歐297公楚)—---- 564518 A 7 B7 五、發明説明（ 經濟郭宵总財產局穴工消費合作社印製 複曰曰夕負載可同時提供高電阻與低電阻元件，而具有 此兩種型的積體電路稱為混合型（mix_mode)產品，其亦經 常應用在類比式雷敗击 式電路中。一般，混合型產品含有低電阻區 域（約40Ω/ο〇以及高電阻區域（約2〇〇〇以口）。 請參照第1 ®，其繪示習知一種混合型產品之結構剖 面不意圖。在半導體基底1〇上形成有圖案化之第一複晶矽 層12，然後在基底1〇上覆蓋一層氧化層14。之後，在第 複βθ矽層1 2上製作圖案化的第二複晶矽層1 6。在製作 過程中 般先在基底1 〇上覆蓋一層複晶石夕層，接著以傳 統微影技術在複晶矽層上形成一層圖案化的光阻層丨8對 準底下的第一複晶矽層1 2。然後以圖案化光阻層為罩幕蝕 刻底下的複晶矽層，藉以形成圖案化第二複晶矽層丨6。在 美國專利第5,739,059號中，亦有提出相關的說明。 然而’在蝕刻複晶矽層的過程中，由於遮蔽效應以及 聚合物副產物屏蔽的影響，使得在第一複晶矽層1 2與氧化 層1 4側壁上的複晶矽蝕刻不完全，而形成複晶石夕殘留2〇。 此複晶硬殘留2 0將會影響後續在輕換雜源極/沒極區（乙d d ) 的性能以及降低飽和電流（Isat)，因此影響到產品的品質。 為了改善此一問題，如何去除複晶矽殘留20便成為重要的 問題。 3 不紙張尺度適时關家標準(CNS)A4規格(2iGX 297公董) (請先閲讀背面之注急事項再填寫本頁) ίΒΜ>·*ι*ΙΑ··ΙΙΕ·β — 裝-

-V 着- 564518 A7 B7 五、發明説明（ 發明目的及概述： 鑒於上述之發明背景中，傳統的製程無法有效地去除 側壁上的複晶矽殘留。因此，本發明提供一種去除側壁複 晶石夕殘留的方法，彳以在同—㈣反應室中有效地去除殘 留在側壁上的複晶矽，提昇飽和電流，增進產品的產率。 從一觀點，本發明提供一種去除側壁複晶矽殘留的方 法，適用於一堆疊層，在堆疊層之侧壁上有一複晶矽殘留， 此方法至少包括下列步驟。於一蝕刻反應室中，使用至少 含有六氟化硫之反應氣體，並在蝕刻反應室中施加一源極 電壓，以去除堆疊層之側壁上之複晶矽殘留。 從另一觀點，本發明提供一種蝕刻複晶矽層的方法， 適用於覆蓋在堆疊層上之一複晶矽層’且複晶石夕層上形 成有一圖案化光阻層，對準堆疊層，此方法至少包括下列 步驟。於一蝕刻反應室中，使用一第一蝕刻氣體蝕刻複晶 矽層之暴露部分。然後於蝕刻反應室中，使用至少含有六 氟化硫之一第二蝕刻氣體，並在蝕刻反應室中施加一源極 電壓’以去除堆疊層之側壁上之一複晶矽殘留。 從另一觀點’本發明提供一種複晶矽堆疊層之製程方 法，此製程方法至少包括下列步驟。在一半導體基底上形 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公變) ........I (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) -、可_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564518 A7 B7 五、發明説明（） 成一第一複晶矽層，接著圖案化第一複晶矽層。然後在半 導體基底上依序覆蓋一介電層與一第二複晶矽層。之後在 第二複晶矽層上形成一圖案化光阻層，對準第一複晶矽 層。接著在一 #刻反應室中，使用一第一蝕刻氣體，蝕刻 第二複晶矽層之暴露部分。然後再於蝕刻反應室中，使用 至少含有六氟化硫之一第二蝕刻氣體，並在蝕刻反應室中 施加一源極電壓，以去除第一複晶矽層之側壁上之一複晶 矽殘留。之後去除介電層之暴露部分。最後去除圖案化光 阻層。 圖式簡單說明： 本發明的較佳實施例將於往後之說明文字中輔以下歹 圖形做更詳細的闡述，其中： 第1圖為習知蝕刻複晶矽層時，在堆疊層的側壁上形 成複晶矽殘留之結構剖面示意圖； 第2A-2F圖為本發明之一較佳實施例之製程剖面示意 圖；以及 第3圖為本發明之蝕刻反應室之結構剖面示意圖。 圖號對照說明： 10 半導體基底 12 第一複晶矽層 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 裝： (請先閲讀”背面之注意事項再填寫本頁) 、\吾 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564518 A7 B7 16 20 基底 112 介電層 116 120 212 220 五、發明説明（ 14 氧化層 18 光阻層 100 半導體 114 、 114a 118 光阻層 2 0 0 晶圓 214 下電極 230 蝕刻氣 發明詳細說明 第 '一複晶梦層 複晶石夕殘留 第一複晶矽層 、1 16a 複晶石夕層 複晶秒殘留 上電極 電源供應裝置 ............^- _ (請先閲flf背面之注意事項再填寫本頁) 本發明提供一種去除側壁複晶矽殘留的方法，適用於 複晶矽層蝕刻完之後，殘留在堆疊層側壁之複晶矽，可以 在同一蝕刻反應室中，完全去除在側壁上的複晶矽殘留， 藉以提昇飽和電流，改善產品品質。 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第2 A - 2 F圖是繪示本發明之一較佳實施例之製程剖面 示意圖。請參照第2A圖，首先提供一半導體基底1 〇〇，此 半導體基底100 —般為具有<1〇0>晶格結構之P型矽基底。 接著在基底1 〇〇上形成一層圖案化之第一複晶矽層丨〗2， 其製作過程例如先以低壓化學氣相沉積法（LPCVD)在基底 1 〇〇上沉積一層複晶矽層，接著在複晶矽層上塗佈一層光 阻層’然後以傳統的微影技術進行曝光顯影等步驟，在光 m 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 564518 A7 B7 五、發明説明（） 阻層上形成所需的圖案，之後以圖案化之光阻層為罩幕進 行非等向性乾蝕刻，去除暴露之部分，最後去除複晶矽層 上的光阻層，即形成所需的第一複晶矽層丨丨2。 接著在第一複晶矽層112上形成一層介電層114。介電 層1 14比如是氧化矽層，或是由其他介電材質所構成，作 為複晶矽層間的介電層，其製作方法例如是採用矽酸四乙 醋（TEOS)系，以化學氣相沉積法沉積二氧化矽而成，使介 電層114 >口者基底1〇〇之表面輪廊覆蓋。 請參照第2Β圖，接著在基底！ 〇〇上形成一層第二複晶 石夕層116’覆蓋在第一複晶石夕層112與介電層114上。其 形成方法例如是以低壓化學氣相沉積（LPCVD)，在溫度約 550-650°C之間，壓力在〇.〇i-i〇Torr之間，使用矽烷（siH4) 進行沉積，形成所需的複晶矽層。 請參照第2 C圖，接著以傳統的微影技術，在第二複晶 矽層116上形成一層圖案化光阻層118，對準底下的第一 複晶矽層1 1 2。光阻層1 1 8的製作過程例如是先在第二複 晶矽層1 1 6上塗佈一層光阻層，接著進行曝光、顯影等步 驟，圖案化此光阻層，藉以形成所需的圖案，對準底下的 第一複晶矽層1 1 2。 7 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公爱) ，裝._ (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 564518 A7 B7 五、發明説明（） 々凊參照第2D圖，以圖案化光阻層"8為罩幕，進行非 等向性Unis〇tr〇pic)乾㈣，㈣第二複晶石夕層之暴露部 分，僅留下在圖案化光阻層118底下之部分第二複晶石夕層 心。-般，將包含基底i⑼之半導體晶圓载人㈣反應 室中，利用蝕刻反應室内之蝕刻氣體去除第二複晶矽層丨^ 之暴露部分。例如，使用至少含有氯氣（cl2)與漠化氮㈣r: ^體之蝕刻氣體進行蝕刻，可以迅速地去除暴露部分。接 著，可以選擇性地進行過度蝕刻，將介電層丨14上殘留之 複日日矽疋全去除，進行過度蝕刻所使用之蝕刻氣體比如是 至少含有溴化氫氣體與氧氣之蝕刻氣體。 ......…^^-. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在進行完前述的蝕刻步驟之後，往往由於遮蔽效應以 及触刻氣體中聚合物副產物的屏蔽，使得在第一複晶矽層 112側壁上（隔著介電層114)的部分複晶矽蝕刻不完全，因 而在堆疊層（包含第一複晶矽層丨丨2與介電層丨丨4)之側壁形 成複晶石夕殘留1 20。此複晶矽殘留丨2〇將會影響後續在輕 摻雜源極/汲極區（LDD)的性能，並且降低飽和電流（isat)。 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明接著進行一快速清除步驟，可以有效地去除在 堆疊層側壁上的複晶矽殘留12 〇。請參照第3圖，本發明 之快速清除步驟可以選擇在前述蝕刻反應室中進行，以提 昇製程速率。進行此一快速清除步驟之蝕刻反應室至少包 括一上電極212與一下電極214。半導體基底100之晶圓 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 564518 A 7 B7 五、發明説明（） 200係置於下電極2 14之上。在進行完前述的蝕刻步驟之 後，進行本發明之快速清除步驟，在蝕刻反應室中通入至 少含有六氟化硫（SF6)氣體之蝕刻氣體，並且利用連接上電 極212之電壓供應裝置22〇，提供射頻（RF)交流電壓，藉以 對上電極2 1 2施加一源極電壓，所提供之源極電壓的功率 約為50-3 00W之間’且較佳是約為i〇〇_2〇〇w之間.，且最 佳是約為1 5 0W左右，並且在下電極2丨4施加一偏極電壓， 功率為0 W。源極電壓之施加時間需視複晶矽殘留丨2 〇部分 調整，一般在源極電壓施加約1〇-2〇秒之後，即可完全去 除複晶矽殘留120，如第2E圖所示。由於複晶矽殘留12〇 已經完全地去除，因此在後續進行輕摻雜源極/汲極區（LDD) 摻雜時，LDD的電性不會受到影響，而且可以有效地提昇 飽和電流（Isat)，通常可以將飽和電流提昇2_3倍。 請參照第2F圖，然後去除在基底！ 〇〇及第一複晶矽層 1 1 2側壁上暴露之介電層丨丨4部分，形成介電層丨丨4a，以 及去除第二複晶石夕層1 16a上之圖案化光阻層丨18，以形成 所需的複晶矽堆疊層，包含第一複晶矽層丨丨2、介電層丨丨4 a 以及第二複晶矽層1 1 6a。由於此皆為熟習該項技術者所熟 知之技術’因此不再贅述。 綜上所述’本發明之去除側壁複晶矽殘留的方法，可 以可以在同一触刻反應室中有效地去除殘留在側壁上的複 9 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210x297公楚) ▼裝： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、个丨

P 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564518 A 7 _B7_ 五、發明説明（） 晶矽，與原有的製程完全相容，可藉此提昇飽和電流，增 進產品的品質與產率。 如熟悉此技術之人員所暸解的，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。 -裝·· (諫先閱讀r面之注意事項再填寫本頁) -、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐)

Claims (1)

1. 564518 ABCD 、申請專利範圍 申請專利範圍： 1. 一種蝕刻複晶矽層的方法，適用於覆蓋在一堆疊層上之 一複晶矽層，且該複晶矽層上形成有一圖案化光阻層，對 準該堆疊層，該方法至少包括下列步驟： 於一蝕刻反應室中，使用一第一蝕刻氣體蝕刻該複晶 矽層之暴露部分；以及 於該蝕刻反應室中，使用至少含有六氟化硫之一第二 蝕刻氣體，並在該蝕刻反應室中施加一源極電壓，以去除 該堆疊層之側壁上之一複晶矽殘留。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該堆疊層包括圖案 化之一複晶石夕層與一氧化石夕層。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一蝕刻氣體至 少包含氣氣與溴化氫氣體。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在蝕刻該複晶矽層 之暴露部分之後，更包括使用另一反應氣體進行過度餘 刻。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該反應氣體至少包 含溴化氫氣體與氧氣。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 裝： (請先閲讀#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 564518 ABCD 々、申請專利範圍 6 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中在該蝕刻反應室中 施加一偏極電壓，且該偏極電壓之功率為零。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該源極電壓之功率 約為 1 00-200W。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該源極電壓之施加 時間約為10-20秒。 9. 一種複晶矽堆疊層之製程方法，該製程方法至少包括下 列步驟： 在一半導體基底上形成一第一複晶矽層； 圖案化該第一複晶矽層； 在該半導體基底上覆蓋一介電層； 在該半導體基底上覆蓋一第二複晶矽層； 在該第二複晶矽層上形成一圖案化光阻層，對準該第 一複晶矽層； 在一蝕刻反應室中，使用一第一蝕刻氣體，蝕刻該第 二複晶矽層之暴露部分； 於該蝕刻反應室中，使用至少含有六氟化硫之一第二 蝕刻氣體，並在該蝕刻反應室中施加一源極電壓，以去除 該第一複晶矽層之側壁上之一複晶矽殘留； 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 裝： (請先閲背面之注意事項再填寫本頁) -、可 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564518 ABCD # 申請專利範圍 去除該介電層之暴露部分；以及 去除該圖案化光阻層。 1 0 ·如申請專利範圍第9項之製程方法，其中圖案化該第一 複晶碎層的方法包括： 在該第一複晶矽層上形成一光阻層； 進行一微影步驟，圖案化該光阻層； 以該圖案化光阻層為罩幕，非等向性蝕刻該第一複晶 矽層；以及 去除該圖案化光阻層 1 1 .如申請專利範圍第9項^¢:¾，其中該介電層包括氧化 $夕層。 (講先»讀tr面之注意事項再填寫本頁) 請包 申少 如至 12體 專 含 々巳 i 氣 利氯 第 圍 溴 與 氣 刻 蝕 一 第 該 中 其 法 方 程 製 之氣 項氫 9 化 體 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 二行 第進 該體 刻 氣 0 應 在反 中一 其另 ， 用 法使 方括 程包 製更 之， 項後 9之 第分 圍 部 範露 利暴 專之。 主月 1 層刻 nt^7# 如晶度 13複過 圍 範 利 專 請 申 如 體 氣 氮 化 溴 含 包 少 至 體 氣 應 反 該 中 其 法 方 程 製 之。 項氣 3 氧 1A 與 第 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 564518 8 8 8 8 ABCD 六、申請專利範圍 (說先眼讀r面之注意事項再填寫本頁) 1 5.如申請專利範圍第9項之製程方法，其中在該蝕刻反應 室中施加一偏極電壓，且該偏極電壓之功率為零。 1 6 ·如申清專利範圍第9項之製程方法，其中該源極電壓之 功率約為1 〇 〇 - 2 0 〇 w。 1 7.如申請專利範圍第9項之製程方法，其中該源極電壓之 施加時間約為1 0 - 2 0秒。 1 8. —種去除側壁複晶矽殘留的方法，適用於一閘極堆疊 層’該閘極堆疊層之側壁上有一複晶矽殘留，該方法至少 包括下列步驟： 於一蝕刻反應室中，使用至少含有六氟化硫之反應氣 體’並在該|虫刻反應室中施加一源極電壓，以去除該閘極 堆疊層之側壁上之該複晶矽殘留。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中該閘極堆疊層包 括一第一複晶矽層、一氧化層與一第二複晶矽層。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中在該蝕刻反應室 中施加一偏極電壓，且該偏極電壓之功率為零。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 564518 ABCD 六、申請專利範圍 2 1 ·如申請專利範圍第1 8項之方法，其中該源極電壓之功 率約為1 00-200W。 2 2 ·如申請專利範圍第1 8項之方法，其中該源極電壓之施 加時間約為10-20秒。 -裝： (請先W1'背面之注意事項再填寫本頁) -、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐)