TWI602242B - 電漿蝕刻方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種電漿蝕刻碳化矽工作件之方法，及相關裝置。
碳化矽係廣為被承認為一格外難以蝕刻的材料。難以於碳化矽中達成實質上無缺陷之蝕刻特徵(etched feature)。雖不受任何特別理論或推測所限制，但相信此係由於在先前處理步驟期間於基材中形成之表面瑕疵。
圖1a及b係使用SF6/O2、SF6/O2/He、SF6/O2/Ar，或SF6/O2/Ar/He處理氣體電漿蝕刻碳化矽造成之典型缺陷的光學顯微照片。於圖案化及電漿蝕刻前，SiC層典型上係研磨至約100微米厚度及與載體晶圓結合。觀察到顯著缺陷形成。
鎳經常作為用於蝕刻諸如碳化矽內穿孔的特徵之一硬遮罩。一典型習知技藝方法係顯示於圖2，其中(圖2a)，一50nm Ti或TiW之薄障壁或黏著層3係沉積於一SiC晶圓4上，其後，沉積一約0.5微米金之晶種層2。然後，一光阻劑1係使用已知光微影方法形成於金晶種層2上界定遮罩位置。一鎳遮罩5(典型上約5微米厚)電鍍於金晶種層2上(圖2b)。以鎳電鍍後，光阻劑被剝離，且穿孔上之晶種層係藉
由濕化學移除，如圖2c可見到一般。更明確地，金係以KI溶液移除，且TiW係以過氧化氫移除。圖2d顯示經由蝕刻方法之各向異性SiC之結果，顯示單一蝕刻穿孔6。
如上所述，圖2(c)描述光阻劑已被剝離且穿孔上之晶種層藉由濕化學移除後之一加工階段。若加工然後繼續進行一本體蝕刻(bulk etch)步驟，則觀察到典型上重度缺陷形成。大於50%之穿孔特徵普遍含有缺陷。已知於開始本體蝕刻步驟前實施一突破步驟。一突破步驟係於本體蝕刻步驟前用以起始SiC蝕刻步驟之處理條件的一特殊步驟。氬電漿突破步驟已被用於此目的，且此通常係藉由添加一些氧以移除光阻劑或其它有機材料痕跡而促進。於某些例示，此係足以清理晶種層殘質。但是，依存在之殘質含量而定，此型式之突破步驟可能不足以於主要本體SiC蝕刻步驟前移除殘質及受損，造成蝕刻產物中存在缺陷。使用氬電漿之簡單突破步驟係不足以避免缺陷形成之一工作件的一例子係經研磨(但未經拋光)之碳化矽。已提議此等缺陷係由存在之晶種層殘質及SiC研磨步驟產生之錯位造成(Ju-Ai Ruan等人，SiC Substrate Via Etch Process Optimisation，CS MANTECH Conference，2009年5月18-21日，美國佛羅里達州坦帕(Tampa))。再者，已建議藉由控制本體蝕刻步驟期間之各種處理參數降低缺陷形成，諸如，降低壓力(Ruan等人，同上；Semiconductor Today Compounds & Advanced Silicon，第4冊，10，2009年12月/2010年1月，54-55；N Okamoto等人，Backside Process
Considerations for Fabricating Millimetre-Wave GaN HEMT MMICs，CS MANTECH Conference，2010年5月17-20日，美國奧勒岡州波特蘭)。
本發明於其至少一些實施例係提供一種改良式之用於蝕刻碳化矽之方法，其大量降低缺陷密度。此亦能提供大量降低之處理時間。用於實施本發明方法之相關裝置亦被提供。
依據本發明之第一方面，提供一種電漿蝕刻碳化矽工作件之方法，包含步驟：於此碳化矽工作件之一表面上形成一遮罩；使用一第一組處理條件於經遮蔽表面上實施一起始電漿蝕刻；其中，此電漿係使用一蝕刻劑氣體混合物製造，此蝕刻劑氣體混合物包含(i)氧，及(ii)至少一富氟氣體，其係以少於50%之體積比率存在於此蝕刻劑氣體混合物中；及其後使用一不同於第一組處理條件之一第二組處理條件實施一本體電漿蝕刻方法。
術語“富氟氣體”被瞭解於其範圍內係包含於分子化學式中之氟原子數超過此分子化學式中非除外之其它原子的總數之分子。
富氟氣體可以範圍0.1-20%，較佳係範圍0.1-10%，更佳係範圍0.5-7%，更佳係範圍1.0-5.0%之體積比率存在於蝕刻劑氣體混合物中。最佳地，富氟氣體係以
約1.5%之體積比率存在於蝕刻劑氣體混合物。
此富氟氣體或此等氣體可僅與氧存在於蝕刻氣體混合物中。另外，蝕刻劑氣體混合物可含有一或多種稀釋氣體。於某些實施例，蝕刻劑氣體混合物進一步包含惰性氣體載體。此惰性氣體載體可為一貴氣體，較佳係氬氣。氦氣亦可被使用。
富氟氣體之較佳例子係CF4及SF6。CF3H可被使用。
較佳係使用單一富氟氣體，且最佳係使用CF4作為單一富氟氣體。例如CF4及SF6之富氟氣體混合物可被使用。若使用富氟氣體混合物，此處所述之富氟氣體之體積比率被瞭解係指相對於存在於蝕刻劑氣體混合物中之所有富氟氣體之體積比率。
遮罩可自用於光微影方法且可與碳化矽相容之任何材料形成。遮罩可為一金屬遮罩，且通常係使用一鎳遮罩。
碳化矽工作件的表面可為未經拋光。其上形成遮罩之碳化矽工作件的表面可被研磨。雖不受任何特別理論或測所限制，但相信碳化矽工作件之經研磨表面具有缺陷，其若於主要蝕刻前未被移除或至少降低密度，會於蝕刻特徵造成管柱物生長。此等缺陷亦可能與用於遮蔽方法之障壁及晶種層交互作用。此機構可應用於其它碳化矽表面。
起始電漿蝕刻可實施到至少250nm之蝕刻深
度。於某些實施例，起始電漿蝕刻係實施到至少700nm之蝕刻深度。一般，於起始電漿蝕刻期間達到較大蝕刻深度提供增強地降低已知缺陷。
碳化矽工作件之電漿蝕刻可被實施以提供一或多個穿孔。其它蝕刻特徵之製造亦於本發明範圍內。
於某些實施例，感應耦合式電漿(ICP)被用於實施此蝕刻。其它型式之電漿蝕刻可被使用。
起始電漿蝕刻之其它處理條件可被改變以使此方法達最佳。例如，已發現增加起始電漿蝕刻步驟期間之處理壓力可提供缺陷量降低。於一系統，壓力從5增至10mT造成改良。對於使用一基材偏壓之蝕刻方法，已發現增加偏壓功率會造成缺陷量降低。
依據本發明之第二方面，提供一種用於蝕刻碳化矽工作件之裝置，包含：一腔室；一工作件撐體，其係位於此腔室中；一氣體供應及泵取配置，其用以使蝕刻劑氣體提供至腔室；及一組配成控制此裝置之控制配置，其包含氣體供應及泵取配置，實施依據本發明之第一方面之方法。
雖然本發明已於上作說明，但其係擴張至如上所述或於下列說明、圖式或申請專利範圍中之特徵之任何本發明組合。例如，與本發明之第一方面有關之任何特徵可被併入本發明之第二方面中，且反之亦然。
1‧‧‧光阻劑
2‧‧‧Au
3‧‧‧Ti或TiW
4‧‧‧SiC
5‧‧‧Ni
6‧‧‧蝕刻穿孔
10‧‧‧腔室
12‧‧‧平台
14‧‧‧工作件晶圓
16‧‧‧RF線圈
18‧‧‧RF功率供應器
20‧‧‧RF功率供應器
22‧‧‧入口
24‧‧‧控制器
本發明可以各種方式實施，且特別實施例現將參
考附圖僅作為例示作說明，其中：圖1顯示(a)使用SF6/He電漿之SiC蝕刻後的含有缺陷之八個80微米直徑，100微米深度之穿孔的光學顯微照片，及(b)顯示SiC電漿蝕刻期間缺陷形成之上下光學顯微照片；圖2顯示一習知蝕刻碳化矽之方法中之(a)於一碳化矽表面上形成一光阻劑，(b)形成一遮罩，(c)移除光阻劑及晶種層，及(d)形成一蝕刻特徵；圖3顯示依據一本發明蝕刻碳化矽方法中之(a)於一碳化矽表面上形成一光阻劑，(b)形成一遮罩，(c)移除光阻劑及晶種層，(d)一突破步驟，及(e)本體蝕刻步驟產生一蝕刻特徵；圖4顯示依據本發明製造之碳化矽穿孔之SEM截面圖及光學顯微照片；及圖5係依據本發明使用之裝置之半示意圖。
圖3係一本發明方法之代表。圖3分享圖2顯示之數個步驟及特徵，且相同編號被用以指示此等分享特徵。特別地，圖3a-c係與圖2a-c基本上相同。圖3d顯示本發明提供之一另外的突破步驟。突破步驟係一起始電漿蝕刻步驟，其突破表面且藉由形成一起始蝕刻特徵7開始蝕刻。其後，一本體電漿蝕刻方法被實施，其更深地蝕刻至碳化矽工作件內。
一典型之以Ar及O2之習知技藝突破步驟於15分
鐘內僅移除數十nm之SiC。對於經高度拋光的表面，此可足以達成無缺陷之令人滿意的蝕刻。但是，其其它例子，諸如，對於經研磨的表面，此造成大於50%之具有缺陷之諸如穿孔的蝕刻特徵。已發現添加相對較小量之CF4(約1.4-1.8%之體積比率)增加SiC蝕刻速率，使得CF4/Ar/O2蝕刻氣體混合物造成於15分鐘內移除300nm SiC。觀察到降低之缺陷量。SF6已被用於替代CF4，即，包含SF6/Ar/O2之蝕刻氣體混合物已被使用。已發現相似相對較低之混合比率造成相似改良以SF6觀察到之缺陷量。使用較高混合比率之CF4或SF6最終造成增加於經研磨SiC上之缺陷量。相信此係因為研磨受損係最大之優先蝕刻，造成表面孔蝕。
蝕刻係使用一可購得之感應耦合式電漿(ICP)裝置實施，諸如，SPTS Technologies Limited(Newport,NP18 2TA,UK)製造之一Omega(RTM)ICP工具，其係施加一RF偏壓至晶圓。圖5係描述用於此實驗之裝置之半示意圖。此裝置包含一腔室10，其容置一平台12。工作件晶圓14置於平台12上。一RF線圈16係圍繞腔室10周圍而設置，且RF功率係藉由一RF功率供應器18以13.56MHz之RF頻率供應至RF線圖。一分開之RF偏差係藉由另一RF功率供應器20施加至平台12。處理氣體係經由一入口22引至腔室10內。與使處理氣體供應至腔室10有關之氣體供應管線、閥、質量流控制器及泵取配置，及其等之移除為了呈現簡單係未示於圖5。但是，熟習此技藝之讀者會瞭解用以實施本體蝕刻之裝置設計及其操作係此項技藝中充份瞭解。此裝置進一步
包含一控制器24，其控制RF功率供應器18，20之操作及氣體供應系統及泵取配置(未示出)之操作，以控制處理氣體供應至腔室10內。熟習此項技藝之讀者會瞭解使用一控制器24控制此等處理參數之一般原理係被充份瞭解，且可作為控制器24之裝置型式亦被充份瞭解。本發明可藉由採用此等已知控制器亦控制本發明提供之起始電漿蝕刻而實施。控制器24亦可被組配成於一適當時間停止起始電漿蝕刻，及開始本體電漿蝕刻。於此等實驗，起始突破電漿蝕刻及本體蝕刻係於相同腔室內實施。本體蝕刻係一傳統SF6/O2蝕刻。Ar或He亦可添加。於不同腔室內實施此二蝕刻步驟係於本發明範圍內，但相似操作上更具吸引力係使用單一腔室。發現此方法可經由改變各種處理參數而最佳化。特別地，發現增加處理壓力及RF偏壓使於起始電漿蝕刻期間達成之蝕刻深度於15分鐘從300nm增至大於800nm。此使缺陷量進一步降低至一高度令人滿意的量。處理參數及結果係於表1中顯示。
圖4顯示(a)依據方法A蝕刻之SiC穿孔的SEM截面圖，及(b)依據方法A蝕刻之SiC穿孔之光學顯微相片。圖4亦顯示(c)依據方法C蝕刻之SiC穿孔之SEM截面圖，及(d)依據方法C蝕刻之SiC穿孔之光學顯微相片。移除約800nm或更多之經研磨SiC表面之益處由去除穿孔缺陷而顯見。
已證實達到之缺陷量可藉由改變起始突破電漿蝕刻之處理條件及改變此蝕刻步驟期間達成蝕刻深度而改變。起始突破電漿蝕刻之持續時間可與依欲被蝕刻之SiC晶圓的品質而定之其它處理參數一起達最佳化。
Claims (18)
- 一種電漿蝕刻碳化矽工作件之方法，包含步驟：於該碳化矽工作件之一表面上形成一遮罩；使用一第一組處理條件於該經遮蔽之表面上實施一起始電漿蝕刻，其中，該電漿係使用一蝕刻劑氣體混合物製造，該蝕刻劑氣體混合物包含i)氧，及ii)至少一富氟氣體，其係以少於50%之體積比率存在於該蝕刻劑氣體混合物中；及其後使用不同於該第一組處理條件之一第二組處理條件實施一本體電漿蝕刻方法。
- 如請求項1之方法，其中，該富氟氣體係以範圍0.1-20%之體積比率存在於該蝕刻劑氣體混合物中。
- 如請求項1之方法，其中，該富氟氣體係以範圍0.1-10%之體積比率存在於該蝕刻劑氣體混合物中。
- 如請求項1之方法，其中，該富氟氣體係以範圍0.5-7%之體積比率存在於該蝕刻劑氣體混合物中。
- 如請求項1之方法，其中，該富氟氣體係以範圍1.0-5.0%之體積比率存在於該蝕刻劑氣體混合物中。
- 如請求項1之方法，其中，該富氟氣體係以約1.5%之體積比率存在於該蝕刻劑氣體混合物中。
- 如請求項1或2之方法，其中，該蝕刻劑氣體混合物進一步包含一惰性載體氣體。
- 如請求項7之方法，其中，該惰性載體氣體係一貴氣體。
- 如請求項7之方法，其中，該惰性載體氣體係氬氣。
- 如請求項1之方法，其中，該至少一富氟氣體係CF4及/或SF6。
- 如請求項1之方法，其中，該遮罩係一金屬遮罩。
- 如請求項11之方法，其中，該遮罩係一鎳遮罩。
- 如請求項1之方法，其中，於上形成該遮罩之該碳化矽工作件之該表面係未經拋光。
- 如請求項13之方法，其中，於上形成該遮罩之該碳化矽工作件之該表面係經研磨。
- 如請求項1之方法，其中，該起始電漿蝕刻係實施到至少250nm之蝕刻深度。
- 如請求項15之方法，其中，該起始電漿蝕刻係實施到至少700nm之蝕刻深度。
- 如請求項1之方法，其中，該碳化矽工作件之該電漿蝕刻係實施以提供一或多個穿孔。
- 一種用於蝕刻碳化矽工作件之裝置，包含：一腔室；一工作件撐體，其係位於該腔室中；一氣體供應及泵取配置，其用以使蝕刻劑氣體提供至該腔室；及一組配成控制該裝置之控制配置，其包含該氣體供應及泵取配置，以實施如請求項1至17中任一項之方法。
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