TWI255502B - Method for preparing structure with high aspect ratio - Google Patents

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Description

1255502 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種高深寬比（High Aspect Ratio ; HAR)結 構之製備方法，特別係關於一種應用多段式蝕刻搭配二組 遮罩之高深寬比結構的製備方法。 【先前技術】 圖1至圖3係習知技藝在一晶圓1〇上製備一導體22之示意
圖。該晶圓10包含一基板12、一導電層14以及一介電層16。 首先在該介電層16上形成一光阻圖案18之後，進行一蝕刻 製程以形成一遮罩圖案20，其中該蝕刻製程除了蝕刻該介 電層16之外，亦完全去除了該光阻圖案18，如圖2所示。 參考圖3，進行另一蝕刻製程，去除未被該遮罩圖案2〇 覆蓋之導電層14部分以形成該導體22。該蝕刻製程除了移 除未被該遮罩圖案20覆蓋之導電層14之外，亦移除了部分 的遮罩圖案20。換言之，該遮罩圖案20無法完全地避免其 下方之導電層14部分被移除，導致該導體22之輪廓（profile) 呈現一圓弧形，而非預期之矩形（即虛線所示者）。如此，將 導致該導體20之截面積縮小而電阻值則相對地增大，不利 於電傳導。 再者，若欲藉由延長該蝕刻製程之反應時間以形成一高 深寬比之結構，該遮罩圖案2〇將於蝕刻過程中即被完全2 除而無法保護其下方之導電層14免於被蝕刻，亦即習知技 藝並不具有繼續向下蝕刻以形成一高深寬比之結構的能 力。換言之，習知技藝僅可適用於製備高度較低之導體
97342.DOC 1255502 22(即深寬比較小之結構)，因而無法應用於製備高深寬比結 構。 【發明内容】 本發明之主要目的係提供—種應用多段式㈣搭配二組 遮罩之尚深寬比結構的製備方法。
為達成上述目的’本發明揭示—種高深寬比結構之製備 方法’其中該高深寬比結構可為一溝渠或一導體。本發明 在形成-第-遮罩於—基板上之後，進行—第—触刻製 程’其移除未被該第—遮罩覆蓋之基板以形成至少一凹 部。之後’形成-第二遮罩於上述製程步驟所形成之結構 表面，並進行一第二蝕刻製程以將形成於該凹部上之第二 遮罩移除’並再進行-第三㈣製程以將該凹部深入該基 板之中。 若該高深寬比結構係一設置於該基板中之導體，則該第 -遮罩與該第二遮罩可由介電材料或金屬構成。若該基板 係夕基板且"亥回/罙寬比結構係形成於該矽基板中之溝 渠’則4第-遮罩與該第二遮罩較佳地係由介電材料構 成。亥介電材料可以化學氣相沈積技術形成，而該金屬材 料則可由物理氣相沈積技術形成。 相較習知技藝’本發明係在該第—遮罩無法保護其下方 之基板免於被蝕刻時，利用階梯覆蓋性較差之沈積技術搭 配I虫刻技術在該第-遮罩正上方形成該第二遮罩，再進行 另-階段之關製程以形成具有較高深寬比之結構 【實施方式】
97342.DOC 1255502 圖4至圖9例示本發明第一實施之高深寬比結構之製備方 法，其係用以在一晶圓30上製備一導體48，例如一金屬線 (metal llne)。該晶圓3〇包含一具有一導電層34之基板μ。 較佳地，該導電層34可為多層結構，其結構由上而下包含 一氮化鈦層（或一氮化鈦層及一鈦層）、一鋁層以及一鈦層 (或一氮化鈦層及一鈦層）。首先沈積一第一膜層刊於該導電 層34上，並形成至少一光阻圖案38於該第_膜層刊上。沈 • 積該第一膜層36可採用四乙氧基石找之化學氣相沈積製 程，亦即利用化學氣相沈積製程形成一第一介電層。之後， 蝕刻該第一膜層36以形成一第一遮罩4〇於該基板32上，如 圖5所示。 參考圖6及圖7，進行一蝕刻製程以部分移除未被該第一 遮罩40覆蓋之部分導電層34，形成至少一凹部“於該導電 層34之中。該蝕刻製程可為一乾蝕刻製程，其使用之氣體 包含曱烧、氣氣、三氣化石朋、氬氣以及氧氣。之後，沈積 • 一第二膜層44於該基板32上。沈積該第二膜層44可採用電 漿加強式化學氣相沈積製程（pEC VD)，亦即利用化學氣相 沈積製程形成一第二介電層。 由於PECVD之階梯覆蓋性（step c〇verage)較差，因此該第 二膜層44在該第一遮罩4〇正上方的厚度大於在該凹部“正 上方的厚度。換言之，製備該第二膜層44較佳地採用具有 較差階梯覆蓋性的沈積製程，如此該第二膜層料在該第一 遮罩40正上方的厚度較大，而在該凹部仰厚度則相對較 /J、Ο 〇
97342.DOC 1255502 >考圖8，進行一乾I虫刻製程以完全去除在該凹部4 2之第 二膜層44,而選擇性地保留部分第二膜層私在該第一遮罩 上亦即形成一第一遮罩4 6於該第一遮罩4 〇上。該虫刻 製程可為一乾蝕刻製程，其使用之氣體包含八氟環戊烯、 氬氣、四氟化碳以及氧氣。由於該第二膜層44在該第一遮 罩40正上方的厚度較大，而在該凹部42的厚度則相對較 小，因此該乾蝕刻製程可選擇性地去除在該凹部42之第二 膜層44以曝露在該凹部42之導電層34，而保留在該第一遮 罩40之第二膜層44以形成該第二遮罩46。 參考圖9，進行另一蝕刻製程，完全去除未被該第一遮罩 40與该第二遮罩46覆蓋之導電層34，亦即將該凹部42深入 忒基板32之中以形成一導體48。該蝕刻製程可為一乾蝕刻 製程，其使用之氣體包含曱烷、氣氣、三氣化硼、氬氣以 及氧氣。簡言之，由於本發明採用二段式蝕刻製程以去除 未被硬遮罩覆蓋之導電層34，因此可形成具有較高的深寬 比之導體48。 本發明係在該第一遮罩40無法保護其下方之導電層3 4免 於被姓刻時’利用階梯覆蓋性較差之沈積技術搭配餘刻技 術在該第一遮罩40正上方形成該第二遮罩46，再進行該導 電層34之第二階段蝕刻以形成具有較高的深寬比之導體 48。同理’本發明亦可在該第二遮罩46無法保護其下方之 導電層34免於被蝕刻時，在該第二遮罩46正上方形成另/ 遮罩’再進行該導電層34之第三階段蝕刻以形成深寬比更 高之導體48。
97342.DOC 1255502 構成之外 層36與該第二膜層44除了可由介電材料 構成之外，亦可採用金屬材料。例如，該 構成，該第二膜層辦採用階梯覆蓋性相對較差之 術’例如，若該導電層34係由銘構成，則該第—遮罩触 該第二遮罩46可由鶴材質之第-膜層36與第二膜層44製 成。 再者’若該第二遮罩46係由鸫構成，則可採用乾飾刻製 程去除在該凹部42表面之第二料料，其使用之氣體包含 六氟化硫、三氟f貌以及氧氣。較佳地，料電層34與該 第遮罩40(该第二遮罩46亦同）之間必須具有一預定程度 之蚀刻選擇比’如此該乾姓刻製程方可選擇性地去除該導 電層34,並保留該第一遮罩4〇與該第二遮罩46。特而言之， 該蚀刻選擇比以大於3為佳，且前述採用甲貌、氣氣、三氣 化硼、氬氣以及氧氣為蝕刻反應氣體之乾蝕刻製程其鋁對 鎢之蝕刻選擇比大於5。 圖10至圊15例示本發明第二實施之高深寬比結構之製備 方法，其係用以在一包含一矽基板52之晶圓5〇上製備一溝 渠68。首先沈積一第一介電層56於該矽基板52上，並形成 一具有一開口59之光阻層58於該第一介電層％上。沈積該 第一介電層56可採用四乙氧基矽烷之化學氣相沈積製程。 之後，餘刻該第一介電層56以形成一具有一開口 61之第一 遮罩6 0於該石夕基板5 2上，如圖11所示。 參考圖12，進行一蝕刻製程以部分移除未被該第一遮罩 60覆蓋之矽基板52，用以形成至少一凹部62於該矽基板52 97342.DOC -10- 1255502 之中。之後，沈積一第二介電層64於該晶圓50上，其中沈 積該第二介電層64可採用四乙氧基石夕：(:完之化學氣相沈積製 程，如圖1 3所示。由於四乙氧基矽烷之化學氣相沈積的階 梯覆蓋性較差，導致該第二介電層64在該第一遮罩60正上 方的厚度大於在該凹部62的厚度。 參考圖14 ’進行一蝕刻製程以去除在該凹部62之第二介 電層64，且選擇性地保留在該第一遮罩60上之第二介電層 鲁 64，而形成一第二遮罩66於該第一遮罩6〇上。由於該第二 介電層64在該第一遮罩60正上方的厚度較大於在該凹部62 的厚度，因此該乾蝕刻製程可選擇性地去除在該凹部62之 第二介電層64以曝露在該凹部62之矽基板52，而保留在該 第一遮罩60正上方之第二介電層64以形成該第二遮罩66。 之後，進行另一蝕刻製程，去除未被該第一遮罩6〇與該第 二遮罩66覆蓋之矽基板52，亦即將該凹部62深入該石夕基板 6 2之中以形成一溝渠6 8，如圖15所示。 • 習知技藝製備導體時僅使用一遮罩進行一次蝕刻製程， 而形成一圓弧形之導體，導致該導體因截面積縮小而使得 電阻值則相對地增大。相對地，本發明係在該第一遮罩無 法保護其下方之基板免於被姓刻時，利用階梯覆蓋性較差 之沈積技術搭配姓刻技術在該第一遮罩正上方形成該第二 遮罩，再進行另-階段之蝕刻製程以形成具有較高深寬比 之結構。如此，應用本發明於製備導體時，可確保高深寬 比之導體的輪廓，進而確保其截面積大小及電阻值。再者見 本發明亦可應用於製備高深寬比之溝渠。 97342.DOC -11 - 1255502 本發明之技術内容及技術特點已揭示如上，然而熟乘本 項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不 背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍 應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之 替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。 【圖式簡要說明】 圖1至圖3係習知技藝製備一導體之示意圖； 籲 圖4至圖9例不本發明第一實施之高深寬比結構之製備方
【主要元件符號說明】 34 導電層 3 8 光阻圖案 42 凹部 46 第二遮罩 50 晶圓 56 第一介電層 59 開口 10 晶圓 14 導電層 18 光阻圖案 22 導體 3 0 晶圓 12 基板 16 介電層 2〇 遮罩圖案 32 基板 36 第一膜層 40 第一遮罩 44 第二膜層 48 導體 52 砂基板 5 8 光阻層 60 第一遮罩
97342.DOC 12- 1255502 61 開口 62 凹部 64 第二介電層 66 第二遮罩 68 溝渠
97342.DOC -13-

Claims (1)

1255502 十、申請專利範圍： 1. 一種高深寬比結構之製備方法，包含下列步驟： 形成一第一遮罩於一基板上； 進行一第一蚀刻製程，部分移除未被該第一遮罩覆蓋 之基板以形成至少一凹部； 形成一第二遮罩於該第一遮罩上；以及 進行一第二蝕刻製程以將該凹部深入該基板之中。 2·根據請求項1之高深寬比結構之製備方法，其中該基板包 含一導電層，而形成該第一遮罩於該基板上包含下列步 沈積一第一膜層於該導電層上； 形成至少一光阻圖案於該第一膜層上；以及 蝕刻該第一膜層以形成該第一遮罩。 3·根據請求項2之高深寬比結構之製備方法，其中該第一蝕 刻製程之該導電層對該第一膜層之選擇比大於3。 4·根據請求項2之高深寬比結構之製備方法，其中沈積該第
一膜層於該導電層上之步驟係利用四乙氧基矽烷之化學 氣相沈積。 5. 根據請求項2之高深寬比結構之製備方法，其中該導電層 係一鋁層，而沈積該第一臈層於該導電層上之步驟係利用 鎢之化學氣相沈積。 6. 根據請求項2之高深寬比結構之製備方法，其中該導電層 包含銘，該第一触刻製程係一乾姓刻製冑，其使用之氣體 包含甲k、氣氣、二氣化硼、氬氣以及氧氣。 7. 根據請求項2之高深寬比結構之製備方法，其中該第一膜 97342.DOC 1255502 層係由介電材料或金屬構成。
根據請求項1之高深寬比結構之製備方法，其中形成該第 二遮罩於該第一遮罩上包含下列步驟： 沈積一第二膜層於該基板上；以及 去除在該凹部表面之第二膜層。 根據請求項8之高深寬比結構之製備方法，其中該第二蚀 刻製程之該導電層對該第二膜層之選擇比大於3。 根據請求項8之高深寬比結構之製備方法，其中沈積該第 一膜層於该基板上之步驟係利用電漿加強式化學氣相沈 積。 11·根據請求項8之高深寬比結構之製備方法，其中去除在該 凹邛表面之第一膜層之步驟係進行一乾蝕刻製程，其使用 之氣體包含八氟環戊烯、氬氣、四氟化碳以及氧氣。 12·根據清求項8之咼深寬比結構之製備方法，其中該第二膜 層係由介電材料或金屬構成。 13·根據請求項8之高深寬比結構之製備方法，其中沈積該第 二膜層於該導電層上之步驟係利用鎢之化學氣相沈積。 14.根據請求項丨之高深寬比結構之製備方法，其中該基板係 矽基板，而形成該第一遮罩於該基板上包含下列步驟： 沈積一第一介電層於該矽基板上； 形成至少一光阻圖案於該第一介電層上；以及 姓刻該第一介電層以形成該第一遮罩。 15·根據請求項14之高深寬比結構之製備方法，其中沈積該第 )丨電層於該矽基板上步驟係利用四乙氧基矽烷之化學 氣相沈積技術。 97342.DOC 1255502 6,根據請求項丨4之高深寬比結構 二遮罩於該第一遮罩上包含下列步驟： 沈積一第二介電層於該矽基板上；以及 去除在該凹部表面之第二介電層以形成該第二遮罩。 17 ·根據請求項16之南殊寬比結構之製彳 … 二介電層於該矽基板上之步驟係利方法’其中沈積該第 相沈積。 ’、肖電聚加強式化學氣
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