TWI536428B - 定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法 - Google Patents

Description

定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法

本發明是有關於一種積體電路製程，且特別是有關於一種定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法。

為節省電路面積，積體電路製程中常有將元件形成在基底中的深溝渠中的作法。例如，嵌入式DRAM記憶胞的電容器即可形成在基底中的深溝渠中。

由於深溝渠的深度很大，故通常須以硬罩幕層定義。此種硬罩幕層的材質通常為氮化矽，其圖案化所用之蝕刻氣體含有氟碳氫化合物，如CHF₃、CH₂F₂等。然而，使用此種蝕刻氣體蝕刻硬罩幕層時，反應腔壁會有嚴重的聚合物沈積問題，使反應腔室須經常保養。

因此，本發明提供一種定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法。

本發明之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法的步驟如下。首先提供一基底，其上已形成有一隔離結構，再於此該基底上形成硬罩幕層。接著於硬罩幕層上形成圖案化光阻層，其中有深溝渠開口圖案位於隔離結構上方。然後以圖案化光阻層為罩幕，使用不含氫元素的蝕刻氣體蝕刻硬罩幕層，以將深溝渠開口圖案轉移至硬罩幕層。

在一些實施例中，硬罩幕層之材質包括矽化合物。此種硬罩幕層的蝕刻氣體可包括全氟碳化物，且可更包括氬氣及氧氣。上述全氟碳化物可選自由四氟化碳(CF₄)、全氟丁烯(C₄F₈)及全氟戊炔(C₅F₈)所組成之族群。上述矽化合物可包括氮化矽。上述硬罩幕層可包括第一氮化矽層、第一氮化矽層上的氧化矽緩衝層，以及氧化矽緩衝層上的第二氮化矽層。

採用本發明之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法時，由於蝕刻氣體不含氫元素，故聚合物之形成可大幅減少，而可減少反應腔室的保養頻率。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

下文所述之實施例是用以進一步說明本發明，其並非用以限定本發明之範圍。

圖1~2為本發明一實施例之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法的剖面示意圖。

請參照圖1，首先提供基底100，其上已形成有隔離結構102，以及在隔離結構102的製程之後餘留下來的墊氧化層103。基底100例如為單晶矽基底。隔離結構102例如為淺溝渠隔離(STI)結構，其材質例如是以化學氣相沈積法(CVD)形成的氧化矽。接著於基底100上形成硬罩幕層104，其覆蓋隔離結構102及墊氧化層103。硬罩幕層104可包括第一氮化矽層106、第一氮化矽層106上的氧化矽緩衝層108，以及氧化矽緩衝層108上的第二氮化矽層110。第一氮化矽層106與第二氮化矽層110厚度可大致相同，例如為1300~1700埃，氧化矽緩衝層108之厚度例如為100~300埃。此硬罩幕層104亦可僅含單一氮化矽層。

接著於硬罩幕層104上形成底抗反射層(BARC)116與圖案化光阻層118，其中圖案化光阻層118中有深溝渠開口圖案120位於隔離結構102上方。圖案化光阻層118之厚度例如為3900~4500埃。

請參照圖2，接著以圖案化光阻層118為罩幕，使用不含氫元素的蝕刻氣體產生電漿以非等向性蝕刻底抗反射層116與硬罩幕層104，而將深溝渠開口圖案120轉移至硬罩幕層104中，亦即在第二氮化矽層110、氧化矽緩衝層108與第一氮化矽層106中形成深溝渠開口圖案130。上述蝕刻氣體可包括全氟碳化物，且可更包括氬氣及選擇性的氧氣，由於氧氣可以增加待蝕刻物與非待蝕刻物之間的蝕刻選擇比，故可以進一步控制蝕刻輪廓。全氟碳化物例如是選自由四氟化碳(CF₄)、全氟丁烯(C₄F₈)及全氟戊炔(C₅F₈)所組成之族群。

在上述蝕刻製程中，蝕刻第二氮化矽層110所用的蝕刻配方可異於蝕刻氧化矽緩衝層108與第一氮化矽層106所用者，其中後者的RF功率、氬氣流量可比前者高出數倍，以提高物理性轟擊的效果。

在上述蝕刻製程的一個實例中，蝕刻第二氮化矽層110的配方為：壓力=40~60 mTorr、RF功率=500~700 W、全氟碳化物C₄F₈流量=9~15 sccm、氬氣流量=50~150 sccm、氧氣流量=10~30 sccm；蝕刻氧化矽緩衝層108與第一氮化矽層106的配方：壓力=40~60 mTorr、RF功率=1300~1700 W、C₄F8流量=9~15 sccm、氬氣流量=100~400 sccm、氧氣流量=10~30 sccm。

在以上實施例之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法中，由於蝕刻氣體不含氫元素，故聚合物之形成可大幅減少，而可減少反應腔室的保養頻率。

圖3~4為本發明實施例之後續形成深溝渠之步驟的剖面示意圖。

請參照圖3，接著以圖案化光阻層118與經圖案化之硬罩幕層104為罩幕蝕刻隔離結構102及墊氧化層103，以除去暴露於深溝渠開口圖案130中的隔離結構102及墊氧化層103。其中所用之蝕刻氣體除了前述之全氟碳化物、氬氣及氧氣以外，可更含有選擇性的一氧化碳(CO)，藉此避免蝕刻反應終止。

請參照圖3~4，接著以圖案化硬罩幕層104為罩幕蝕刻基底100，以於基底100中形成深溝渠132。在此蝕刻製程結束後，硬罩幕層104中只有第一氮化矽層106留下。然後於深溝渠132側壁形成絕緣層136，其方法例如是先以熱氧化法於深溝渠132側壁與底部形成氧化層，再以非等向性蝕刻除去深溝渠132底部的氧化層。

圖5為本發明實施例之後續形成DRAM記憶胞之步驟的剖面示意圖。

請參照圖5，接著依序於深溝渠132中形成電容器的外電極140、介電層144及內電極146，去除氮化矽層106，再形成與各外電極140電性連接的深井區148、部分嵌進內電極146的絕緣墊150、字元線152、源/汲極區154、自對準金屬矽化物(salicide)層156、接觸窗158a與共用接觸窗(share contact) 158b等等。

雖然上述本發明之實施例之方法是用來圖案化定義DRAM記憶胞之電容器之深溝渠所用的硬罩幕層，但該方法不僅限於此用途，而亦可用來圖案化定義其他元件之深溝渠所用的硬罩幕層。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．基底

102．．．隔離結構

103．．．墊氧化層

104．．．硬罩幕層

106、110．．．氮化矽層

108．．．氧化矽緩衝層

116．．．底抗反射層

118．．．圖案化光阻層

120、130．．．深溝渠開口圖案

132．．．深溝渠

136．．．絕緣層

138．．．外電極

140．．．介電層

144．．．內電極

148．．．深井區

150．．．絕緣層

152．．．字元線

154．．．源/汲極區

156．．．自對準金屬矽化物層

158a．．．接觸窗、共用接觸窗

158b．．．共用接觸窗

圖1~2為本發明一實施例之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法的剖面示意圖。

圖3~4為本發明實施例之後續形成深溝渠之步驟的剖面示意圖。

圖5為本發明實施例之後續形成DRAM記憶胞之步驟的剖面示意圖。

100．．．基底

102．．．隔離結構

104．．．硬罩幕層

106、110．．．氮化矽層

108．．．氧化矽層

116．．．底抗反射層

118．．．圖案化光阻層

120、130．．．深溝渠開口圖案

Claims (4)

1. 一種定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法，包括：提供一基底，該基底上已形成有一隔離結構；於所提供之該基底上形成一硬罩幕層；於該硬罩幕層上形成一圖案化光阻層，該圖案化光阻層中有一深溝渠開口圖案位於該隔離結構上方；以及以該圖案化光阻層為罩幕，使用不含氫元素的蝕刻氣體蝕刻該硬罩幕層，以將該深溝渠開口圖案轉移至該硬罩幕層，其中該硬罩幕層包括第一氮化矽層、該第一氮化矽層上的氧化矽緩衝層，以及該氧化矽緩衝層上的第二氮化矽層，該第一氮化矽層與該第二氮化矽層厚度大致相同且為1300~1700埃，該氧化矽緩衝層的厚度為100~300埃。
2. 如申請專利範圍第1項所述之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法，其中該蝕刻氣體包括全氟碳化物。
3. 如申請專利範圍第2項所述之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法，其中該全氟碳化物選自由四氟化碳(CF₄)、全氟丁烯(C₄F₈)及全氟戊炔(C₅F₈)所組成之族群。
4. 如申請專利範圍第2項所述之定義深溝渠用之硬罩幕層的圖案化方法，其中該蝕刻氣體更包括氬氣及氧氣。