專利名稱:一種半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于等離子蝕刻，特別是利用氟化物來進行介電材質(zhì)的等離子蝕刻。
背景技術(shù)：
在微處理器和其它半導(dǎo)體組件的制造中，氧化物和氮化物為使用廣泛的材料。由于經(jīng)由離子注入或其它經(jīng)常使用的注入方法可以很容易的將這些材料由介電質(zhì)狀態(tài)改變成半導(dǎo)體狀態(tài)，因而氧化物將特別的有用。
在許多半導(dǎo)體制造程序中，需要在氮化層的附近將一或多層的摻雜或未摻雜的氧化層蝕刻出孔洞。其中一個范例為如圖1中所描述的具有自對準接觸孔洞(SAC)結(jié)構(gòu)的晶片型式的制造。于此構(gòu)造中，兩個柵極結(jié)構(gòu)10形成于硅基板2之上且由間隔12分隔開。此柵極結(jié)構(gòu)和間隔的底部均勻的覆蓋一層氮化硅層14，接著并覆蓋了場氧化層18。
在制造工藝的某些階段，場氧化層必需往下蝕刻到氮化層上，使得氮化層在間隔底面的部分24可以移除，并和形成于硅基板內(nèi)部的n型或p型井16形成電性接觸。在此制造工藝步驟中，非常重要的一點是位于柵極結(jié)構(gòu)上的氮化層厚度不可減少太多，因為如此將使得整個組件電性短路的機會增加并因而嚴重影響了組件特性。
不幸地，柵極結(jié)構(gòu)的肩部上的氮化層很容易在制造工藝步驟中變薄或“磨薄”，此乃由于其幾何位置和在蝕刻工藝中曝露在蝕刻等離子體中的時間長度二種原因的影響。因此對于角落部分氮化層的蝕刻等離子體高度選擇性就非常重要了。同時在蝕刻工藝中蝕刻等離子體對于光刻膠的選擇性也很重要，如此方能得到正確的孔洞尺寸和幾何外觀。再者，蝕刻工藝不會將孔洞延伸到間隔12以下的n型或p型井16內(nèi)也非常重要，因為如此將會對組件的特性有不良影響。因此，蝕刻工藝能夠在摻雜氧化層上產(chǎn)生蝕刻中止的能力，及/或在柵極結(jié)構(gòu)間所延伸的平坦氮化層部分具高度選擇性也是非常重要的。
多種碳氟化合物已在現(xiàn)今的蝕刻狀況加以探索，特別是包含圖1中所描繪的SAC結(jié)構(gòu)，部分則是由于碳氟化物所提供的高選擇性。因此，在美國專利號6,174,451(Hung等人)中，圖1中所描繪的基板蝕刻是經(jīng)由兩個工藝步驟完成。第一個步驟利用C4F6/氬氣(Ar)在主要的蝕刻中移除場氧化層直到均勻的氮化硅層為止。第二個步驟則利用C4F6/氬氣(Ar)/CH2F2來進行過度蝕刻，之所以如此稱呼是因整個氧化層蝕刻時間設(shè)定要比氧化層的設(shè)計厚度所需的蝕刻時間來得高。過度蝕刻可補償由于Hung等人的基板具有波浪狀表面的事實，使得氧化層的厚度產(chǎn)生不同的變化。因此需要過度蝕刻來確保氧化層的穿透。接著在后續(xù)的金屬摻雜步驟之前利用CH2F2/氧氣(O2)/氬氣(Ar)來蝕刻氮化層。主要的蝕刻可提供具有良好垂直輪廓的孔洞，而具有強烈聚合作用的CH2F2則使得氟聚合物沉積在角落的氮化物上，因而提供了薄化的某種保護作用。此參考文獻主張在主要蝕刻中使用具有3或多個碳原子且具有F/C比至少為1但小于2的碳氟化合物。
雖然于例如美國專利號6,174,451(Hung等人)等所揭露的方法代表了傳統(tǒng)上相當顯著的進步且可用于廣泛的狀況，但這些方法是用于較大的特征尺寸。因此，用于Hung等人的SAC的溝渠開口約為0.35微米。然而，現(xiàn)今許多半導(dǎo)體組件常需要小于0.25微米的溝渠開口，有時甚至小到0.14微米或者更小。
不幸地，揭露于Hung等人的方法的功效將因特征尺寸的降低而降低。部分原因是因為縮小的特征尺寸利用了較薄的氮化層，因而需要等離子體對氮化物有更高的選擇性，特別是在角落上的氮化層。因而，例如具有0.25微米間隔的組件其氮化層厚度約為500到700埃，比0.35微米間隔的相對組件要薄約100到200埃。不幸地，用于Hung等人的主要蝕刻中的化學(xué)作用(最顯著的為C4F6/氬氣(Ar))對于特征尺寸小于約0.25微米的組件其較薄的氮化層有選擇性不足的問題，結(jié)果是在角落的氮化層產(chǎn)生了無法接受的薄化程度。再者，雖然理論上可以計算場氧化層主要蝕刻的時間以便到達角落的氮化層時終止蝕刻，但實際上此時間將因受到相當多工藝變量影響的事實而難以完成，故每次蝕刻都會有相當不同的變化。
再者，包含小特征尺寸的許多應(yīng)用中，需要蝕刻位于摻雜硅的有源區(qū)上的氧化層，此有源區(qū)的摻雜是以離子注入法或其它方法形成。這些有源區(qū)通常的厚度要小于欲蝕刻孔洞的深度(氧化層厚度)。然而，例如C4F6/氬氣(Ar)的化學(xué)作用對于摻雜和未摻雜氧化層為非選擇性(也就是說，摻雜和未摻雜氧化層具有相似的蝕刻速率)。基于上面所述的時間問題，使用非選擇性氧化層蝕刻來蝕刻圖1中所示的基板，并且控制蝕刻時間使其蝕刻大部分或全部的氧化硅層而不蝕刻到均勻氮化層的平坦部分且進入底部p型或n型井的有源硅區(qū)中將非常困難。
某些氟利昂(Freon)134化學(xué)品的使用如C2H2F4/CHF3/氬氣(Ar)也已在蝕刻工藝中加以開發(fā)研究。這些化學(xué)作用可促進保護性的氟聚合物層在蝕刻孔洞側(cè)壁形成，因而也提供了角落的氮化層避免薄化的某些保護作用。然而，雖然這些化學(xué)作用具有所需的性質(zhì)，但到今天為止其配方和方法并無法應(yīng)用在特征尺寸約0.18微米以下的蝕刻，因其產(chǎn)生了多余的聚合物沉積而導(dǎo)致特征尺寸的閉塞及不完全蝕刻。
因而，于此技術(shù)中仍需要有對于光刻膠和氮化層(包括平坦氮化層和角落氮化層兩者)具有高度選擇性的蝕刻化學(xué)，其不致承擔(dān)太多的聚合物沉積，且適合在小特征尺寸(例如，小于約0.18微米)的組件上使用。此些需求及其它的需求均可由下面所要描述的本發(fā)明來滿足。

發(fā)明內(nèi)容于一方案中，本發(fā)明是有關(guān)于蝕刻一基板，如半導(dǎo)體或介電質(zhì)基板的方法，并利用氧氣(O2)和至少具有化學(xué)式CaFb的第一氣體和具有化學(xué)式CxHyFz的第二氣體的混合氣體等離子體。這些氣體的化學(xué)組成需符合下述條件中至少一個，更典型地至少兩個，最典型地則為符合所有的條件a/b≥2/3；x/z≥1/2；且x/y≥1/3。
CxHyFz的分解可產(chǎn)生蝕刻孔洞側(cè)壁上依附良好的獨特聚合物，因而產(chǎn)生了對角落氮化物的高選擇比。再者，由于混合氣體中也包含了氧氣(O2)，此等離子體更用來蝕刻具有極小特征尺寸(例如，小于約0.25微米)的進一步結(jié)構(gòu)而不會造成孔洞的阻塞。因此，本方法更適合用來蝕刻例如其柵極結(jié)構(gòu)之間的間隔小于約0.25微米，小于約0.18微米，且甚至小于約0.14微米的SAC結(jié)構(gòu)。
于另一方案中，本發(fā)明是有關(guān)于蝕刻一含有未摻雜氧化層和摻雜氧化層的基板的方法。此基板包括了例如在柵極結(jié)構(gòu)之間的間隔小于約0.25微米的SAC結(jié)構(gòu)，于柵極結(jié)構(gòu)之上的氮化物覆蓋層，及位于此覆蓋層之上的未摻雜氧化層和摻雜氧化層，而摻雜氧化層位于未摻雜氧化層和氮化物覆蓋層之間。接著未摻雜氧化層利用包括了化學(xué)式CaFb的第一氣體的氣體流所產(chǎn)生的等離子體加以蝕刻，直到抵達摻雜氧化層為止。摻雜氧化層的到達可用例如光譜儀分析工具來檢測摻雜質(zhì)的出現(xiàn)而決定，或由其它適合的方法。接著，摻雜氧化層利用包括了化學(xué)式CxHyFz的第二氣體的氣體流所產(chǎn)生的等離子體加以蝕刻。這些氣體的化學(xué)組成需符合下述條件中至少一個，更典型地至少兩個，最典型地則為符合所有的條件a/b≥2/3；x/z≥1/2；且x/y≥1/3。
如同上面所提到的，由于CxHyFz使得新的氟化聚合物沉積于孔洞的側(cè)壁而保護了底部的氮化層不被蝕刻，此些氣體比起CaFb要有較佳的角落氮化層選擇比。另一方面，在主蝕刻中CaFb的使用可以比單獨使用CxHyFz產(chǎn)生較佳的孔洞垂直輪廓的優(yōu)點。再者，CaFb為非選擇性的氧化層蝕刻，而某些CxHyFz的混合氣體(例如C2H2F4和CHF3和氬氣(Ar))則顯示了在未摻雜氧化層上的蝕刻中止特性。一般來說，第一氣體為C4F6且第二氣體為C2H2F4。
于另一方案中，本發(fā)明是有關(guān)于蝕刻一基板如半導(dǎo)體或介電質(zhì)基板的方法，并利用C4F6和C2H2F4混合氣體為主所產(chǎn)生的等離子體。此混合氣體一般還包含了氧氣(O2)，也包含了氬氣(Ar)或其它惰性氣體以作為載氣。
于另一方案中，本發(fā)明是有關(guān)于蝕刻一基板如半導(dǎo)體或介電質(zhì)基板的方法，并包含了首先以C4F6為主所產(chǎn)生的等離子體來蝕刻此基板，接著以C2H2F4為主所產(chǎn)生的等離子體來蝕刻此基板的步驟。
再于另一方案中，本發(fā)明是關(guān)于蝕刻一基板的方法，并至少包含了步驟(a)放置一基板上含有第一鍍層的結(jié)構(gòu)于反應(yīng)室中，該第一鍍層則選自介電層和半導(dǎo)體層所組成的組中；(b)供應(yīng)反應(yīng)混合氣體到反應(yīng)室中，此混合氣體包含了具有化學(xué)式CaFb的第一氣體和具有化學(xué)式CxHyFz的第二氣體，其中a/b≥2/3且x/z≥1/2；(c)供應(yīng)足夠的射頻能量到反應(yīng)室中以建立蝕刻等離子體和垂直于基板表面的結(jié)合電場；(d)供應(yīng)磁場到反應(yīng)室中，此磁場實質(zhì)上垂直于電場且平行于基板的表面；及(e)讓此等離子蝕刻至少第一鍍層的一部分。
再于其它的方案中，本發(fā)明是關(guān)于蝕刻基板的方法，包含了步驟(a)提供一選自半導(dǎo)體和介電質(zhì)基板所組成的組的基板；及(b)蝕刻此基板，其中是以磁性增強反應(yīng)式離子蝕刻工藝，此工藝包括了加入氫基來源到混合氣體中，其數(shù)量足以增加至少一個參數(shù)值，此參數(shù)則選自基板的反應(yīng)混合氣體的蝕刻速率和選擇比所組成的組中。此混合氣體包含了具有化學(xué)式CaFb的第一氣體和具有化學(xué)式CxHyFz的第二氣體，其中a/b≥2/3且x/z≥1/2。
再于另一方案中，本發(fā)明是關(guān)于一種蝕刻基板的設(shè)備，其至少包含一反應(yīng)室加以調(diào)整并放置欲蝕刻的基板，且至少一貯存槽和此反應(yīng)室互相連通。此至少一貯存槽可加以調(diào)整而供應(yīng)混合氣體到反應(yīng)室中，該混合氣體包含了化學(xué)式為CaFb的第一氣體和化學(xué)式為CxHyFz的第二氣體，其中a/b≥2/3且x/z≥1/2。此混合氣體一般也包含了氧氣。
于另一方案中，本發(fā)明是關(guān)于蝕刻基板的方法，至少包含了步驟(a)提供一基板，此基板是選自半導(dǎo)體和介電質(zhì)基板所組成的組；(b)蝕刻此基板，是利用至少含有C4F6、氧氣(O2)和氬氣(Ar)的混合氣體為主的等離子體，因而形成了修改后的基板；及(c)更進一步蝕刻此修改后的基板，是利用至少含有C4F6，氧氣(O2)、氬氣(Ar)和C2H2F4的混合氣體為主的等離子體。
再于另一方案中，本發(fā)明是關(guān)于蝕刻基板的方法，至少包含了步驟(a)提供一基板，此基板包含了(i)第一鍍層，(ii)包含摻雜氧化層如硼磷硅玻璃的第二鍍層，(iii)包含抗反射材質(zhì)的第四鍍層，和(iv)第三鍍層，位于第二和第四鍍層之間，且包含了未摻雜氧化層如四乙基偏硅酸(tetraethylorthosilicate)；(b)蝕刻此基板，并利用含有C4F6、氧氣(O2)和氬氣(Ar)的第一混合氣體為主的等離子體，以形成延伸經(jīng)過第四鍍層的凹洞且至少部分穿過第三鍍層，但并不延伸到第二鍍層；及(c)更進一步蝕刻此基板，并利用含有C4F6、氧氣(O2)、C2H2F4和氬氣(Ar)的第二混合氣體為主的等離子體，并且延伸凹洞進入第二鍍層。
在其它的方案中，本發(fā)明是關(guān)于等離子蝕刻工藝中控制外觀及/或濕清潔之間的平均晶片(Mean Wafer Between Wet Clean；MWBWC)效能。依照此方法，包含了CxHyFz/CaFb/氧氣(O2)的混合氣體是用于此蝕刻工藝中。CxHyFz/CaFb/氧氣(O2)的比例加以適度運用以控制聚合程度，并因而控制外觀和濕清潔之間的平均晶片(MWBWC)效能。
在其它的方案中，本發(fā)明是關(guān)于配備有SAC結(jié)構(gòu)的基板，SAC結(jié)構(gòu)至少包含第一和第二柵極結(jié)構(gòu)位于一硅基板上。此柵極結(jié)構(gòu)之間具有小于約0.25微米的間隔，一般為小于約0.18微米，且最典型為小于約0.14微米，并且覆蓋了一層氮化硅層。一未摻雜氧化層則位于氮化硅層之上，且一摻雜硅氧化層位于未摻雜氧化層和氮化硅層之間。一般來說，摻雜氧化層的厚度足以覆蓋此SAC結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)更適于應(yīng)用在包含C4F6和C2H2F4為主的混合氣體(混合氣體中更可包含氧氣(O2)及/或氬氣(Ar))的等離子蝕刻操作中，或在以包含C4F6的第一氣體流和包含C2H2F4的第二氣體流(此第一和第二氣體流更可包含氧氣(O2)及/或氬氣(Ar))加以蝕刻的等離子蝕刻操作中，其中可利用光譜學(xué)方法通過檢測蝕刻反應(yīng)室環(huán)境中來自摻雜氧化層的摻雜質(zhì)的濃度增加來決定未摻雜氧化層蝕刻的終點。如此一來，即便工藝參數(shù)有所變化仍可有效控制蝕刻方式，并避免氮化層的變薄現(xiàn)象。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包含一基板；第一和第二柵極結(jié)構(gòu)位于該基板上，該第一和第二柵極結(jié)構(gòu)由小于約0.25微米的缺口所分隔；一氮化硅層位于該柵極結(jié)構(gòu)和該缺口之上；一摻雜氧化層位于該氮化硅層之上；及一未摻雜氧化層位于該摻雜氧化層之上。
所述的半導(dǎo)體器件中，上述的摻雜氧化層包含硼磷硅玻璃。
所述的半導(dǎo)體器件中，上述的摻雜氧化層包含四乙基偏硅酸。
所述的半導(dǎo)體器件中，還包含了一抗反射層位于該未摻雜氧化層之上。
所述的半導(dǎo)體器件中，還包含了一光刻膠層位于該抗反射層之上。
所述的半導(dǎo)體器件中，上述的光刻膠層包含了第二缺口并和該第一缺口重迭，且其中該第二缺口的最小寬度要大于該第一缺口的最大寬度。
圖1為傳統(tǒng)的SAC結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為用于本發(fā)明不同實施例的例舉蝕刻反應(yīng)室示意圖；圖3為利用本發(fā)明的方法蝕刻SAC結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實施方式在詳細說明之前，需注意的是，本說明書和后附的權(quán)利要求
書中，單數(shù)形態(tài)“a”、“an”、和“the”均包括了多個參考物，除非文章里特別指明。
在此所列的百分比(％)為氣體體積百分比，且在此所列的氣體組成均為體積比例。
在此所用的“選擇比””是用來做為a)兩或多種材料的蝕刻比率和b)當一種材料的蝕刻率和另外一種材料相差很大的蝕刻情況。
在此所使用的“氧化物”一般為二氧化硅和其它普通SiOx化學(xué)式的氧化硅，及其它相當接近的材料如硼磷硅玻璃(BPSG)和其它的氧化玻璃。
在此所使用的“氮化物”為氮化硅(Si3N4)和其化學(xué)計量變化物，后者一般包含了化學(xué)式SiNx，其中x介于1和1.5之間。
現(xiàn)在即參考附圖較完整的描述本發(fā)明，其中并顯示本發(fā)明較佳實施例。然而，本發(fā)明可在許多不同形式上加以體現(xiàn)，并不限于這里所描述的實施例。
本發(fā)明利用了含有特殊碳氟氣體的氣體流以產(chǎn)生適合蝕刻基板的等離子體。此欲蝕刻的基板一般包含了氧化物、氮化物及/或其它用于半導(dǎo)體組件制造的半導(dǎo)體或介電材料型式。
有許多種氣體可用于本發(fā)明的氣體流中。在此氣體流中所使用的特別選擇的氣體則與欲蝕刻的特殊基板或材料、氣體對一或多種欲蝕刻材料如氮化層或光刻膠層所需要的選擇比、蝕刻工藝中特殊工藝點和其它種種類似的因素等有關(guān)。再者，氣體流的組成可為因時間而變化的函數(shù)或者蝕刻操作的進展的函數(shù)。
然而，用于本發(fā)明的較佳氣體則定義為一般化學(xué)式CaFb和CxHyFz。典型地，雖然在某些實施例中第一和第二氣體分別在獨立的工藝步驟中加以使用，本發(fā)明所利用的氣體流則包含了具有化學(xué)式CaFb的第一氣體和具有化學(xué)式CxHyFz的第二氣體的混合。因此，例如第一氣體可能應(yīng)用在第一蝕刻步驟(例如主要的蝕刻中)，且第二氣體可能應(yīng)用在第二蝕刻步驟(例如過度蝕刻中)。這些氣體的化學(xué)組成將使得至少有一項，或者至少有二項，最好則是下列所有的條件均符合a/b≥2/3；x/z≥1/2；且x/y≥1/3。
于較佳實施例中，第一氣體為C4F6且第二氣體為C2H2F4(氟利昂(Freon)134)。然而，在某些情況中，也適合將氟利昂(Freon)134以CH3F(x/y＝1/3)，CH2F2(x/y＝1/2)，及/或三氟甲烷(CHF3，x/y＝1)來替代。同時，在某些情況中也適合將C4F6以八氟環(huán)丁烷(C4F8)來替代。
用于本發(fā)明的氣體流一般也包含了惰性載氣。氬氣為較佳的載氣，部分是因為其價錢低廉且容易由許多商業(yè)來源取得。然而，其它的惰性氣體如氮氣，氦氣或氙氣等也可用于本發(fā)明的情況。
用于本發(fā)明的氣體流一般也包含了氧氣(O2)。氧氣加到本發(fā)明的氣體流中可提供數(shù)個優(yōu)點。特別是許多氣體，例如C2H2F4，并不能用于蝕刻柵極結(jié)構(gòu)間的間隔小于0.18微米的SAC結(jié)構(gòu)，因為在典型的蝕刻條件下會產(chǎn)生多余的聚合作用而阻塞了欲蝕刻的孔洞。相較之下，含有氧氣(O2)和C4F6的氣體流用來蝕刻此類結(jié)構(gòu)則不會產(chǎn)生孔洞的阻塞。而的確C4F6/氧氣(O2)已經(jīng)成功的用于蝕刻小于約0.14微米的特征尺寸。在某些情況中，類似的結(jié)果也可以臭氧或某些部份添加氟素或全氟乙醚(perfluorinate ether)的氣體取代氧氣而得到。
于某些實施例中，氣體流也可包含了一氧化碳(CO)。使用一氧化碳(CO)的優(yōu)點是在某些例子其可用來增加等離子體的碳原子含量，因而可達到高程度的聚合作用。此作用在例如光刻膠層需要有極高的選擇比的范例中變得非常重要。習(xí)知的其它添加物也可因不同的目的而加入氣體流中。
由本發(fā)明的氣體流所產(chǎn)生的等離子體包含了具所需的碳濃度的適量碳氟根CFn(n＝1，2，3)。經(jīng)由適度的工藝參數(shù)處理，例如CaFb/CxHyFz和CaFb/氧氣(O2)氣體比例，整個氣體流量，添加的氣體流量，射頻功率，反應(yīng)室壓力，和B電場強度，可在被蝕刻的基板表面上產(chǎn)生適度的聚合作用。所形成的高碳原子濃度聚合物在大范圍的介電層蝕刻應(yīng)用中提供了絕佳的功效，并改善了角落和平坦氮化物的選擇比，光刻膠層的選擇比，底層選擇比，和底部關(guān)鍵尺寸的均勻度。
再者，借由調(diào)整氣體流中CxHyFz/CaFb/氧氣(O2)的比例及其所產(chǎn)生的聚合作用程度，即可達到較佳的外觀輪廓控制和濕清潔之間的平均晶片(MWBWC)功效。另外，由于等離子體含有較少的自由氟原子，因而使得蝕刻工藝對欲蝕刻的薄膜較不敏感。故在摻雜和未摻雜的介電層之間較不需要進行參數(shù)調(diào)整。
上面所定義的第一和第二氣體的混合特別適用于本發(fā)明并可提供數(shù)個優(yōu)點。因此，例如可發(fā)現(xiàn)以CxHyFz氣體為主的等離子體對未摻雜的氧化層具選擇能力。然而，足量的CaFb加入工藝混合氣體中可使得產(chǎn)生的等離子蝕刻未摻雜氧化層到所需的深度而不需任何蝕刻中止步驟。相反地，當需要在未摻雜氧化層上進行蝕刻中止步驟時，CaFb在混合物中的比例也可用來做為工藝的節(jié)點。特別地，當未摻雜氧化層趨近于中止蝕刻時，CaFb在混合氣體中的比例可加以調(diào)降(有需要時甚至到零)。光譜技術(shù)或其它適當?shù)姆椒捎脕頇z測摻雜或未摻雜氧化層的蝕刻程度，典型的方法為監(jiān)視反應(yīng)室的氣氛而增加或減少摻雜物濃度。
混合氣體也可依照本發(fā)明的需求而提供高的氮化物選擇比，特別是當這些混合物包含氧氣時。因此，例如C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)/C2H2F4的化學(xué)物可提供SAC應(yīng)用中側(cè)壁氮化物和平坦氮化物良好的保護作用。對比之下，C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)的化學(xué)物并未顯現(xiàn)高的角落氮化物選擇比，但其仍然具有良好的平坦氮化物選擇比。
依照本發(fā)明所進行的蝕刻一般是于低壓反應(yīng)室中使用等離子體來蝕刻維持于其中的基板。適合于本發(fā)明的蝕刻組件并沒有特別限制。更明確的說，本發(fā)明所使用的方法可利用許多已知的等離子體反應(yīng)器加以實現(xiàn)。此類的反應(yīng)器包括了，例如IPS蝕刻反應(yīng)器，其可由Applied Materials公司購得并且描述于美國專利號6,238,588(Collins等人)和歐洲專利公告號EP-840,365-A2中，及描述于美國專利號6,705,081和6,174,451(Hung等人)中的反應(yīng)器。
然而，本發(fā)明所使用的方法一般是利用磁場增強反應(yīng)式離子蝕刻(MERIE)反應(yīng)室中加入低或中密度等離子體而加以實現(xiàn)的。此蝕刻反應(yīng)室和氣體貯存槽連接以產(chǎn)生等離子體。此些貯存槽可能包含了例如氬氣(Ar)，氧氣(O2)，一氧化碳(CO)，氨(NH3)，CxHyFz和CaFb等氣體的圓柱狀鋼瓶。
圖2為適用于本發(fā)明的MERIE系統(tǒng)100的簡化示意圖。此系統(tǒng)100包括了工藝反應(yīng)室101。反應(yīng)室101包含了一組側(cè)壁102，底層104和上蓋106而定義出密閉空間。氣體面板110則供應(yīng)反應(yīng)氣體(蝕刻化學(xué)物)到反應(yīng)室101所定義的密閉空間中。系統(tǒng)100更包括了射頻電源122和匹配電路120以驅(qū)動基座組合108，使得基座組合108和反應(yīng)室側(cè)壁102及上蓋106之間產(chǎn)生電場。一組線圈103則排列在反應(yīng)室101的側(cè)壁102周圍以便控制等離子體124的磁場。
基座組合108包含了基座114位于反應(yīng)室101中心的陰極112上并由環(huán)狀118所圍繞?；蟿t有例如半導(dǎo)體晶片的工件116欲在反應(yīng)室101中進行處理。等離子體反應(yīng)室101利用電容耦合式射頻功率以產(chǎn)生并維持低能量等離子體124。等離子體可以是低、中或高密度，但本發(fā)明中則較適合低到中密度的等離子體。射頻功率是由射頻電源122產(chǎn)生一或多個射頻頻率到匹配電路120加以耦合的。上蓋106和側(cè)壁102乃加以接地并作為射頻功率的接地電位(陽極)。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，電源供應(yīng)122經(jīng)由匹配電路120提供射頻功率來控制等離子體密度。
于半導(dǎo)體晶片制造工藝中，陰極112由鋁金屬等導(dǎo)體材料所制成?；?14一般則由聚合物如聚酰亞胺(polyimide)或陶瓷材料如氮化鋁或氮化硼所制成。工件116(也就是半導(dǎo)體晶片)則由硅所制成。耦合到等離子體的電場通過工件和基座二個部分。由于陰極和工件由不同材料所制成，這些材料對于等離子體也有不同的效應(yīng)。結(jié)果，在晶片邊緣126上的等離子體參數(shù)有不同的變化并產(chǎn)生不同的制造工藝均勻性。為改善晶片邊緣的制造工藝均勻性，環(huán)狀118乃加以圍繞并和部分的基座114重迭。環(huán)狀118(也稱作制造工藝配件)通常由石英所制成。
使用時，經(jīng)由氣體面板110可從一或多個氣體源供應(yīng)氣體流。一般地，這些氣體源為含有不同蝕刻化合物成分如氬氣(Ar)，氧氣(O2)，C4F6和C2H2F4的加壓槽，并由一或多個氣體進料口連接到氣體面板上。氣體源一般由系統(tǒng)控制器直接或間接的加以控制，而制造工藝配方則儲存在系統(tǒng)控制器的磁性或半導(dǎo)體內(nèi)存中，因此來自這些氣體源的氣體流可以在反應(yīng)室氛圍中獨立的調(diào)節(jié)以控制或調(diào)整化合物的組成。真空抽氣系統(tǒng)則連接到反應(yīng)室以維持反應(yīng)室的壓力。
多種配件及對MERIE反應(yīng)室和技術(shù)的改良發(fā)展對于本發(fā)明的實施有著正面的效益。例如，美國專利號6,232,236(Shan等人)描述了在MERIE反應(yīng)室中的晶片表面上等離子體均勻性和離子能量的控制和原子團的均勻性等改良方法，以便提供更均勻且重復(fù)性的晶片蝕刻。Shan等人所描述的這些方法和其改善的MERIE反應(yīng)室也可用于實施本發(fā)明。
光學(xué)放射光譜學(xué)(OES)可有效的在本發(fā)明等離子蝕刻中做為終點蝕刻檢測監(jiān)視程序。在圖2中所描繪的反應(yīng)室型式中，例如可以提供一光纖穿過反應(yīng)室壁的孔洞，以幫助側(cè)面觀察晶片上的等離子體區(qū)域。一光學(xué)檢測系統(tǒng)連接到光纖的另一端，其并可包括一或多個光學(xué)濾光器和處理電路以便調(diào)節(jié)到等離子體中一或多個成分的等離子體放射光譜。不管是未處理的檢測訊號或觸發(fā)訊號均供應(yīng)到系統(tǒng)控制器中，系統(tǒng)控制器并在新訊號產(chǎn)生或舊訊號衰減等狀況下利用此訊號來決定蝕刻工藝中的步驟是否完成。系統(tǒng)控制器并可借由此決定程序來調(diào)整工藝配方或終止此蝕刻步驟。
本發(fā)明的某些應(yīng)用中，欲蝕刻的基板可設(shè)計并利用此優(yōu)點來決定蝕刻終點。例如，具有小特征尺寸的進一步結(jié)構(gòu)如SAC結(jié)構(gòu)中，其柵極結(jié)構(gòu)之間的間隔小于約0.25微米，角落的氮化物選擇比就非常重要了。而部分原因是因此較小特征尺寸需要較小厚度且均勻的氮化層覆蓋于柵極結(jié)構(gòu)上的事實(一般的范圍在500到700埃之間)。由于角落的氮化物一般較容易變薄，因而需要進一步增加等離子體的角落氮化物選擇比以補償此趨勢。
于本發(fā)明中，借由沉積一未摻雜氧化層和一摻雜氧化層于SAC結(jié)構(gòu)上，并將摻雜層位于未摻雜層和均勻氮化層之間即可解決上述問題。未摻雜氧化層接著在主要蝕刻程序中利用如C4F6的化學(xué)品加以蝕刻以提供良好的垂直輪廓。接著利用OES在形成摻雜氧化層的摻雜物(通常的材料為硼)的蝕刻反室環(huán)境中檢測其出現(xiàn)時機，并標示主要蝕刻的終點。蝕刻化學(xué)品接著變成C2H2F4或其它材料以提高角落氮化物選擇比。此改變化學(xué)品的方式可在終點到達時完全以C2H2F4代替C4F6，或者僅僅是在氣體流中增加C2H2F4的濃度且同時減低C4F6的濃度來做到。經(jīng)由此兩步驟工藝的使用，當孔洞的深度接近氮化層時主要蝕刻較容易控制并停止，因而避免了氮化層的變薄。
未摻雜氧化層結(jié)合主要蝕刻劑C4F6的使用，其優(yōu)點是C4F6提供了良好的垂直輪廓而不會阻塞孔洞。相反的，由于聚合作用的緣故，在某些應(yīng)用中光使用C2H2F4化學(xué)品將使孔洞變細而終致孔洞頂端阻塞的結(jié)果。然而，熟知此項技術(shù)的人都可理解，當某些應(yīng)用只需要較淺的孔洞(例如，小于約3000到4000埃)且因此阻塞的可能性降到最低而良好的垂直輪廓變得不那么重要時，整個氧化層即可加以摻雜，而在單一蝕刻步驟中也可利用C2H2F4來定義出孔洞。
本發(fā)明的方法可制造出數(shù)種型式的進階結(jié)構(gòu)。此類進階結(jié)構(gòu)的一范例為圖3的截面所示的兩個晶體管的自對準接觸孔洞(SAC)結(jié)構(gòu)。此SAC結(jié)構(gòu)位于例如氧化硅或氮化硅的硅基板202之上。此SAC結(jié)構(gòu)是由沉積柵極氧化層203，多晶硅層204(可為摻雜或未摻雜)和氧化層硬掩膜205，并以光刻蝕刻工藝在此些鍍層上形成兩個距離相近的柵極結(jié)構(gòu)210和之間的間隔212。
接著利用化學(xué)氣相沉積法在晶片上的柵極結(jié)構(gòu)210的頂端和側(cè)面及間隔212的底部215上沉積一層厚度約100到500埃的均勻氮化硅(Si3N4)層。氮化層的作用如同一電性絕緣層。摻雜離子利用柵極結(jié)構(gòu)210作為掩膜進行離子注入而形成p型或n型井216，其作為兩個晶體管的不同柵極210的共同源極。晶體管的漏極結(jié)構(gòu)則未標示出來。
一氧化層沉積于先前所定義出的結(jié)構(gòu)上。此氧化層一般具有約9000埃的厚度且可為單一場氧化層，或者如圖3中所示的為一兩部分的結(jié)構(gòu)，其中第一部分5000埃厚度的鍍層207為四氧乙基硅(TEOS)/PET cos/PSG(以硼磷硅玻璃(BPSG)/磷硅玻璃(PSG)填入柵極間的間隔中)，而接下來的4000埃則為未摻雜氧化層208。
大約4000埃和約9000埃之間的光刻膠層220沉積于氧化層207、208之上并以光刻膠圖案定義成掩膜層，接著后續(xù)的氧化層蝕刻步驟在氧化層207、208中蝕刻出接觸孔洞222，并停在孔洞222之下的氮化層214的區(qū)域224上。后續(xù)蝕刻濺鍍則用來移除間隔212的底部215上的氮化層區(qū)域224。氮化硅層通常作為后續(xù)填入接觸孔洞222的金屬如鋁金屬的電性絕緣層。于某些實施例中，可選擇性的利用雙折射抗反射鍍層(BARC)223或其它型式的材料來消除駐波的不利影響。此材料一般的厚度小于約900埃，并沉積于氧化層和光刻膠層之間。
圖3中所示的結(jié)構(gòu)有幾個可能的變化。因而在其它的具體實施例中，硬掩膜可用下列三個鍍層順序的一加以取代一氮化硅層；一硅化鎢層(WSix)，一氮化硅層，和一氧化層硬掩膜(依順序)；或者一硅化鎢層(WSix)和一氮化硅層(依順序)。
由本發(fā)明的氣體混合所提供的選擇比的重要性可由考慮SAC和其它進階結(jié)構(gòu)所提供的優(yōu)點，及這些結(jié)構(gòu)所造成的挑戰(zhàn)而能夠有所了解。由于氮化物的作用如同一絕緣層，SAC結(jié)構(gòu)和工藝所提供的接觸孔洞222直徑一般約為0.14到約0.25微米，其具有比柵極結(jié)構(gòu)210之間的間隔212還要寬的優(yōu)點。此外，柵極結(jié)構(gòu)210的接觸孔洞222的光刻蝕刻程序并不需要特別精確。然而，為了達到此有利的結(jié)果，SAC氧化層蝕刻對于氮化物的選擇比必需特別高。選擇比數(shù)值的計算為氧化物對氮化物蝕刻率的比例。由于角落226為氮化物曝露在氧化物蝕刻最長的部分，在間隔212之上和旁邊的氮化層214的角落226的選擇比特別的重要。再者，其幾何外觀也使得蝕刻變得更快而產(chǎn)生角落226的變薄。
再者，當利用化學(xué)機械研磨(CMP)平坦化蜷曲晶片上的氧化層的使用增加時，同時也需要增加選擇比。平坦化使得波浪狀底部基材之上的氧化層表面變得平坦，因而讓氧化層的厚度變得相當不同。結(jié)果使得蝕刻氧化層的時間必需比蝕刻設(shè)計厚度的時間來得高，例如100％，以確保氧化層可被蝕穿。此方法稱為過度蝕刻，并且和其它制造工藝變異有關(guān)。然而，在氧化層較薄的區(qū)域，氮化層曝露在蝕刻環(huán)境的時間將會加長。
最后，選擇比需要的程度反應(yīng)在柵極結(jié)構(gòu)210和填入接觸孔洞222中金屬之間電性短路的可能性。由于光刻膠層220通常要比氮化層214厚得多，光刻膠層選擇比并不像氮化物選擇比那么重要，但蝕刻對光刻膠層也需具一定的選擇比。
現(xiàn)在將參考下列非受限制的范例來說明本發(fā)明實施例1此實驗說明了氟利昂(Freon)134在未摻雜氧化層上蝕刻中止的狀況。
一晶片由晶片中心具9％PSG的表面層所構(gòu)成，且置放于未摻雜氧化層基底上。三個分離且蝕刻到晶片內(nèi)的孔洞是利用配備了eMAX反應(yīng)室的MERIE反應(yīng)器且利用C4F6/氟利昂(Freon)134/氧氣(O2)/氬氣(Ar)所組成的氣體流。工藝參數(shù)則為下列所述反應(yīng)室壓力 40到80mTorr產(chǎn)生等離子體的功率 1000到1800watts陰極溫度 15到35℃磁場 0到50Gauss氧氣(O2)流率 15sccm氟利昂(Freon)134 2-8sccm氫氣流率 500sccmC4F6流率 20-30sccm蝕刻時間持續(xù)約60到90秒。等離子體很容易就穿透了摻雜氧化表面層，但對下面的基底則顯現(xiàn)出蝕刻中止的反應(yīng)。
實施例2此實施例說明了氟利昂(Freon)134相對于平坦的氮化層缺乏選擇比的狀況。
一晶片由下列鍍層順序所組成
利用實施例1的方法和裝置，將未摻雜氧化層8利用C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)化學(xué)物分別以流率25∶15∶500加以蝕刻，直到硼磷硅玻璃層暴露出來為止。
接著，化學(xué)物換成氟利昂(Freon)134/CHF3/氬氣(Ar)，分別以流率6∶80∶90接著蝕刻。等離子體穿過孔洞底部的平坦氮化層，并證明了氟利昂(Freon)134對平坦的氮化層缺乏選擇比。
實施例3此實施例說明了只由C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)化學(xué)物所產(chǎn)生的不良角落氮化層選擇比。
重復(fù)實施例2的實驗，但利用不同的化學(xué)物C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)分別以流率30/20/500蝕刻穿過TEOS層。此蝕刻在等離子體穿透BPSG層并和角落氮化層接觸之后終止。接著，利用C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)/氟利昂(Freon)134A分別以流率27/15/500/9蝕刻穿過BPSG層。此等離子體對平坦的氮化層部分顯現(xiàn)了蝕刻中止的特性，因而表示C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)/氟利昂(Freon)134A對于平坦氮化層的選擇比。然而，在第一個蝕刻步驟時，角落氮化層即因為和等離子體接觸而嚴重的腐蝕了，因而表示只有C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)的化學(xué)物對于角落氮化層有不佳的選擇比。
實施例4此實施例說明了氟利昂(Freon)134/C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)化學(xué)物所產(chǎn)生的良好角落氮化層和平坦氮化層的選擇比。
重復(fù)實施例3的實驗，但第一蝕刻步驟在等離子體和角落氮化層接觸之前即加以終止。
于第二蝕刻步驟中利用C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)/氟利昂(Freon)134A分別以27/15/500/4的流率蝕刻穿透BPSG層。
此等離子體再度于平坦氮化層時顯現(xiàn)蝕刻中止的特性。另外，角落氮化層的選擇比也顯著的改善了，因而證明了C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)/氟利昂(Freon)134A對于角落氮化層的選擇比。低流率的氟利昂(Freon)134A在此也證明了即便在低濃度下氟利昂(Freon)134A仍為一有效的聚合物形成劑。
實施例5此實施例說明了氟利昂(Freon)134/C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)化學(xué)物在未摻雜氧化層上的蝕刻中止特性。
重復(fù)實施例1的實驗，但利用C4F6/氧氣(O2)/氬氣(Ar)/氟利昂(Freon)134做為工藝氣體且流率分別為27/15/500/8。此等離子體在未摻雜氧化層上顯現(xiàn)良好的蝕刻中止特性。一般地，蝕刻中止特性在氟利昂(Freon)134的流率比例為8或更大時產(chǎn)生蝕刻中止特性。由于氟利昂(Freon)134的流率比例如果太大，則可能產(chǎn)生過多的聚合作用，一般氟利昂(Freon)134使用的范圍大約在8到12之間。
上述的實施例說明了借由改變制造工藝氣體的組成以達到蝕刻摻雜和未摻雜氧化層，或在未摻雜氧化層上得到蝕刻中止的能力。這些實施例也說明了利用氟利昂(Freon)134和C4F6的混合物和單獨利用其中任何一者的結(jié)果比較起來，角落氮化層的選擇比也有改善的現(xiàn)象。
雖然本發(fā)明已利用數(shù)個實施范例加以描述，然則熟悉此項技術(shù)的人士仍可利用上述實施例作其它的不同變化。吾人應(yīng)可明了這些變化仍為本發(fā)明的教示，但本發(fā)明仍只限制在后附的權(quán)利要求
書中。
例如，在說明書中所揭露的所有特征(包括任何權(quán)利要求
、摘要和附圖等)，及/或所揭露的所有方法及工藝的步驟，均可以任何組合方式加以組合，除非在至少某些特征及/或步驟中為互相排除的組合情況。
再者，在說明書中所揭露的每個特征(包括任何權(quán)利要求
、摘要和附圖等)，均可以提供相同或類似目的的不同特征加以取代，除非說明書中有特別說明。因此，除非特別的說明，否則每個揭露的特征均為一系列相同或類似特征中的一個范例而已。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包含一基板；第一和第二柵極結(jié)構(gòu)位于該基板上，該第一和第二柵極結(jié)構(gòu)由小于約0.25微米的缺口所分隔；一氮化硅層位于該柵極結(jié)構(gòu)和該缺口之上；一摻雜氧化層位于該氮化硅層之上；及一未摻雜氧化層位于該摻雜氧化層之上。
2.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體器件，其中上述的摻雜氧化層包含硼磷硅玻璃。
3.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體器件，其中上述的摻雜氧化層包含四乙基偏硅酸。
4.如權(quán)利要求
1所述的半導(dǎo)體器件，其中還包含了一抗反射層位于該未摻雜氧化層之上。
5.如權(quán)利要求
4所述的半導(dǎo)體器件，其中還包含了一光刻膠層位于該抗反射層之上。
6.如權(quán)利要求
4所述的半導(dǎo)體器件，其中上述的光刻膠層包含了第二缺口并和該第一缺口重迭，且其中該第二缺口的最小寬度要大于該第一缺口的最大寬度。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包含一基板；第一和第二柵極結(jié)構(gòu)位于該基板上，該第一和第二柵極結(jié)構(gòu)由小于約0.25微米的缺口所分隔；一氮化硅層位于該柵極結(jié)構(gòu)和該缺口之上；一摻雜氧化層位于該氮化硅層之上；及一未摻雜氧化層位于該摻雜氧化層之上。
文檔編號H01L21/311GK1996559SQ200710006221
公開日2007年7月11日 申請日期2002年12月12日
發(fā)明者阿杰·M·喬希, 貝·曼·阿格尼絲·額, 詹姆斯·A·施廷納特, 烏薩馬·達杜, 賈森·里吉斯 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan