專利名稱：高高寬比開口的蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種形成高高寬比(High Aspect Ratio)開口(Opening)的蝕刻方法，特別是關(guān)于一種避免因蝕刻時產(chǎn)生的高分子薄膜導(dǎo)致蝕刻停止的蝕刻方法。
早期的半導(dǎo)體制程，由于對積集度的要求不高，因此接觸窗口的高寬比不高。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)展，在先進(jìn)的超大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integration；VLSI)制程上，對于積集度的要求越來越高，因而造成接觸窗口的高寬比也越來越高。當(dāng)半導(dǎo)體制程已步入毫微米的年代，由于半導(dǎo)體組件的尺寸越來越小，相對地在組件所欲形成開口的高寬比也越來越高，蝕刻的技術(shù)的困難度也相對的提高，例如深溝渠孔洞的制程裕度(Window)越來越小，深溝渠孔洞的前制程，深溝渠孔洞硬罩幕的孔洞也勢必隨的減小。另外，為了獲得較佳的制程效果，深溝渠孔洞硬罩幕的蝕刻制程必須使用產(chǎn)生較多高分子反應(yīng)的氣體，例如，八氟化四碳/一氧化碳(C4F8/CO)，蝕刻時增加電漿中的碳氟比值，將部分蝕刻反應(yīng)以高分子反應(yīng)取代。利用蝕刻制程中的高分子反應(yīng)可以再蝕刻開口的側(cè)壁上產(chǎn)生一層高分子薄膜，這一層高分子薄膜可以保護開口的側(cè)壁不受電漿的侵蝕，如此可增加電漿蝕刻的非均向性，并能保持開口較佳的輪廓。但是高分子薄膜不只沉積于開口的側(cè)壁上，亦會沉積于開口的底部。在開口高寬比日增的情況下，相同蝕刻條件下沉積在開口底部的高分子薄膜厚度會較厚，此時，常會導(dǎo)致蝕刻停止(Etching Stop)的情形，也即高分子薄膜的蝕刻速率等于高分子薄膜的生成速率。一旦深溝渠孔洞硬罩幕的蝕刻制程發(fā)生蝕刻停止的情形將會導(dǎo)致無法進(jìn)一步的蝕刻而導(dǎo)致蝕刻不干凈的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致后續(xù)的制程失效，而使半導(dǎo)體制程的良率大幅下降。因此，在制程裕度日漸縮減的半導(dǎo)體制程中，欲提高孔洞的高寬比且同時要保持蝕刻的裕度將難同時做到。
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種形成高高寬比開口的蝕刻方法，特別是關(guān)于一種避免因蝕刻時產(chǎn)生的高分子薄膜導(dǎo)致蝕刻停止的蝕刻方法。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種形成高高寬比開口的蝕刻方法，可以提高孔洞的高寬比且同時可以保持蝕刻的裕度。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種可以有效去除開口底部沉積的高分子薄膜而能使蝕刻繼續(xù)進(jìn)行的方法，且能保持沉積于開口側(cè)壁的高分子薄膜，可以保護開口的側(cè)壁不受電漿的侵蝕，保持開口較佳的輪廓。
根據(jù)本發(fā)明的目的所提出的解決在高寬比開口的蝕刻制程中發(fā)生蝕刻停止的方法，在此以深溝渠孔洞硬罩幕的蝕刻制程為例，在基底上形成一氧化硅/氮化硅/氧化硅的結(jié)構(gòu)，并以光阻定義出圖樣。在深溝渠孔洞硬罩幕的蝕刻制程為了形成較佳的開口的輪廓，必須使用產(chǎn)生較多高分子反應(yīng)的氣體，例如，八氟化四碳/一氧化碳。蝕刻過程中所生成的高分子會在開口側(cè)壁及開口底部形成薄膜。若在底部形成的薄膜若過厚，則電漿對高分子薄膜的蝕刻速率等于高分子薄膜的生成速率，此時將導(dǎo)致蝕刻停止的情形發(fā)生。當(dāng)此蝕刻停止的情形發(fā)生后，則在以八氟化四碳/一氧化碳為蝕刻氣體的制程之后增加一個步驟。此步驟使用含氟氣體/氬氣/氧氣為蝕刻氣體，通入電漿發(fā)生器產(chǎn)生電漿，此電漿可以有效的清除位于開口底部的高分子薄膜，防止蝕刻停止的情形發(fā)生。其中，含氟氣體可以為三氟甲烷。含氟氣體/氬氣的比例可以為0.05至0.5，氧氣/氬氣的比例可以為0.05至0.5，而含氟氣體/氬氣的較佳比例可以為0.1至0.3，氧氣/氬氣的比例可以為0.1至0.3。經(jīng)過此一以含氟氣體/氬氣/氧氣為蝕刻氣體的蝕刻步驟后，不但能保持原有制程的成果，也可以有效防止停止蝕刻的情形發(fā)生，更不會有蝕刻不干凈的現(xiàn)象。
氟原子自由基在氧電漿清除蝕刻壁表面的高分子聚合物薄膜的步驟中存在有兩種機制，第一種機制是利用氟原子自由基的高活性來破壞高分子聚合物薄膜的結(jié)構(gòu)，使得高分子聚合物薄膜更易為氧電漿所清除。第二種機制是利用氟原子自由基與硅材質(zhì)的高反應(yīng)性，氟原子自由基會鉆入高分子聚合物薄膜的下方和其下方的硅材質(zhì)作用，而使得高分子聚合物薄膜自硅材質(zhì)表面剝離。所以，在氧電漿中加入含氟氣體可以有效的清除高分子聚合物薄膜。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附圖作詳細(xì)說明。
圖面說明

圖1、圖2是理想的形成深溝渠孔洞硬罩幕方法的剖面示意圖；圖3是實際的深溝渠孔洞硬罩幕制程方法發(fā)生蝕刻停止情形的剖面示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所提供的去除高分子薄膜蝕刻方法的剖面示意圖；圖5是發(fā)生蝕刻停止情形的組件的掃描式顯微鏡圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明所提供的去除高分子薄膜蝕刻方法處理后的組件的掃描顯微鏡圖。
附圖標(biāo)記說明100 基底102、106氧化硅層104 氮化硅層108 光阻層110 光阻開口112 開口114、116高分子薄膜118、120箭頭請參照圖1，在基底100上形成一氧化硅層102，形成氧化硅層102的方法包括化學(xué)氣相沉積法或是熱氧化法。在氧化硅層102之上形成氮化硅層104，形成氮化硅層104的方法包括化學(xué)氣相沉積法。在氮化硅層104的上形成氧化硅層106，形成氧化硅層102的方法包括化學(xué)氣相沉積法。在氧化硅層106的上涂布一層光阻，并以公知微影的制程圖案化該層光阻，形成圖案化光阻層108。光阻層108上包括了光阻開口110，此光阻開口110暴露出位于光阻層108下方的部分氧化硅層106。
請參照圖2，以光阻層108為罩幕，已非均向蝕刻法蝕刻曝露出來的部分氧化硅層106及在其下的氮化硅層104及氧化硅層102。理想的狀況下，可以得到側(cè)壁相當(dāng)垂直輪廓相當(dāng)佳的開口112，如圖2所示。但在實際上為了得到完美輪廓的開口112，必須使用產(chǎn)生較多高分子反應(yīng)的氣體，例如，八氟化四碳/一氧化碳。蝕刻過程中所生成的高分子會在開口112側(cè)壁形成高分子薄膜114及開口底部形成高薄膜116，高分子薄膜114可以保護開口112的側(cè)壁不受電漿的侵蝕，如此可增加電漿蝕刻的非均向性，并能保持開口112較佳的輪廓。請參照圖3。若在底部形成的薄膜若過厚，則電漿對高分子薄膜的蝕刻速率等于高分子薄膜的生成速率，此時將導(dǎo)致蝕刻停止的情形發(fā)生。
請參照圖4，當(dāng)此蝕刻停止的情形發(fā)生后，則在蝕刻制程之后增加一個蝕刻的步驟。此步驟使用含氟氣體/氬氣/氧氣為蝕刻氣體，通入電漿發(fā)生器產(chǎn)生電漿，此電漿可以有效的清除位于開口112底部的高分子薄膜116，防止蝕刻停止的情形發(fā)生。其中，含氟氣體可以為三氟甲烷。含氟氣體/氬氣的比例可以為0.05至0.5，氧氣/氬氣的比例可以為0.05至0.5，而含氟氣體/氬氣較佳比例可以為0.1至0.3，氧氣/氬氣的比例可以為0.1至0.3。經(jīng)過此以含氟氣體/氬氣/氧氣為蝕刻氣體的蝕刻步驟后，不但能保持原有制程的成果，也可以有效防止停止蝕刻的情形發(fā)生，更不會有蝕刻不干凈的現(xiàn)象。
請參照圖5，圖5是發(fā)生蝕刻停止情形組件的掃描顯微鏡圖；請參照圖6，圖6是根據(jù)本發(fā)明所提供的去除高分子薄膜蝕刻方法處理后組件的掃描顯微鏡圖。從兩圖的比較可以發(fā)現(xiàn)，在蝕刻高高寬比的開口時會發(fā)生蝕刻停止的情形，如圖5中箭頭118所示。但經(jīng)過本發(fā)明所提供的去除高分子薄膜蝕刻方法處理后，可以去除位于開口底部的高分子薄膜，如圖6中箭頭120所示。蝕刻開口的步驟即可繼續(xù)進(jìn)行，而達(dá)到原設(shè)計上所需要蝕刻的深度，而且整個開口的輪廓并未受到增加的蝕刻步驟的影響，依然保持相當(dāng)好的輪廓。
由上述本發(fā)明較佳實施例可知，經(jīng)過此以含氟氣體/氬氣/氧氣為蝕刻氣體的蝕刻步驟后，不但能保持原有制程的成果，也可以有效防止停止蝕刻的情形發(fā)生，更不會有蝕刻不干凈的現(xiàn)象。
雖然本發(fā)明已以一較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書范圍所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其包括提供一基底；形成第一氧化硅層于基底之上；形成氮化硅層于第一氧化硅層之上；形成第二氧化硅層于氮化硅層之上；形成光阻層于第二氧化硅層之上；圖案化光阻層形成一光阻開口，光阻開口暴露出下方的部分第二氧化硅層；以圖案化知光阻層為罩幕，以第一電漿非均向蝕刻光阻開口暴露出的第二氧化硅層；以圖案化知光阻層為罩幕，以第一電漿非均向蝕刻氮化硅層，會于開口底部及開口側(cè)壁形成高分子薄膜，位于開口底部及開口側(cè)壁形成高分子薄膜會減緩第一電漿對氮化硅層的蝕刻速率；一第二電漿非均向蝕刻去除位于開口底部的高分子薄膜層；以及以基底為終止層，以第一電漿繼續(xù)非均向蝕刻剩余的氮化硅層及第一氧化硅層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中第一電漿包括八氟化四碳/一氧化碳?xì)怏w。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中第二電漿包括含氟氣體、氬氣及氧氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氟氣體包括三氟甲烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氟氣體與氬氣的比例為0.05至0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氧氣與氬氣的比例為0.05至0.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氟氣體與氬氣的比例為0.1至0.3。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氧氣與氬氣的比例為0.1至0.3。
9.一種高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其包括以具有高分子反應(yīng)的第一電漿非均向蝕刻材質(zhì)層來形成開口，高分子反應(yīng)會在開口的側(cè)壁及開口底部形成高分子薄膜；以第二電漿非均向蝕刻位于開口底部的高分子薄膜至將位于開口底部的高分子薄膜完全剝除為止；以第一電漿繼續(xù)非均向蝕刻材質(zhì)層至完成開口的蝕刻。
10.根據(jù)權(quán)利要求第9所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中第一電漿包括八氟化四碳/一氧化碳?xì)怏w。
11.根據(jù)權(quán)利要求第9所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中第二電漿包含氟氣體、氬氣及氧氣。
12.根據(jù)權(quán)利要求第11所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氟氣體包括三氟甲烷。
13.根據(jù)權(quán)利要求第11所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氟氣體與氬氣的比例為0.05至0.5。
14.根據(jù)權(quán)利要求第11所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其特征在于其中氧氣與氬氣的比例為0.05至0.5。
15.根據(jù)權(quán)利要求第11所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其中氟氣體與氬氣的比例為0.1至0.3。
16.根據(jù)權(quán)利要求第11所述的高高寬比開口的蝕刻方法，其中氧氣與氬氣的比例為0.1至0.3。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種高高寬比開口的蝕刻方法,該蝕刻方法包括:以具有高分子反應(yīng)的電漿蝕刻條件非均向蝕刻材質(zhì)層來形成開口,高分子反應(yīng)會在該開口的側(cè)壁及該開口底部形成高分子薄膜,此高分子薄膜會減緩電漿的蝕刻速率甚至發(fā)生蝕刻停止的情形,以另一電漿蝕刻條件非均向蝕刻位于開口底部的高分子薄膜至將位于該開口底部的高分子薄膜完全剝除為止,再繼續(xù)以原來的電漿蝕刻條件繼續(xù)非均向蝕刻此材質(zhì)層至完成開口的蝕刻。本發(fā)明可以有效防止停止蝕刻的情形發(fā)生,更不會有蝕刻不干凈的現(xiàn)象。
文檔編號H01L21/02GK1378247SQ01110220
公開日2002年11月6日 申請日期2001年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月2日
發(fā)明者周全啟 申請人:華邦電子股份有限公司