專利名稱：利用離子植入在介電層形成開口的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體制程，特別是關(guān)于一種利用離子植入(ion implantation)，化學(xué)氣相蝕刻(chemical vapor etching)，和干蝕刻(dry etching)在介電層(insulator)形成開口(opening)的方法。
在深接觸窗(deep contact)和深渠溝(deep trench)和硬罩幕(hardmask)等制程中，需要蝕刻的氧化層(oxide layer)厚度愈來(lái)愈深。但微影制程因分辨率的需求，光阻厚度需降低。若全程均用干蝕刻，因干蝕刻使用電漿，易有因光阻損耗(resist loss)造成的臨界尺寸損耗(critical dimension loss)。此現(xiàn)象由于干蝕刻時(shí)，電漿對(duì)光阻也產(chǎn)生蝕刻，隨著氧化層厚度增加，也就是蝕刻深度增加，光阻被蝕刻掉的越多，而產(chǎn)生明顯的損耗。

圖1A是蝕刻前光阻層的厚度與光阻層開口的形狀和臨界尺寸(critical dimension)，其中氧化層20位于基底10上，光阻層26位于氧化層20上，光阻層開口24具有直的輪廓(profile)。如圖1B所示，于蝕刻后并于去光阻前的結(jié)果，其中氧化層20位于基底10上，而光阻層26位于氧化層20上，當(dāng)氧化層20為深厚度時(shí)，蝕刻時(shí)光阻層26損耗，并伴隨著臨界尺寸損耗，蝕刻后于去光阻前，光阻層26損耗明顯，伴隨光阻厚度明顯減少，以及光阻從光阻層和氧化層的開口28處向外緣退縮，使得產(chǎn)生凹凸不平的開口邊緣，不直的輪廓。而于后續(xù)的去光阻步驟后，氧化層的開口(未示于圖)的臨界尺寸的損耗明顯。
當(dāng)光阻過(guò)度損耗時(shí)更有刻痕(striation)的問題產(chǎn)生。如圖2所示，其所繪示的是公知的蝕刻深的氧化層時(shí)，因光阻過(guò)度損耗，所造成的蝕刻臨界尺寸損耗和刻痕的問題。其中在基底10上，有一含離子氧化層12位于基底10上，和一未含離子氧化層14位于含離子氧化層12上，并有一氧化層開口18形成于此含離子氧化層12和未含離子氧化層14上，且暴露出此基底10。此氧化層開口18的輪廓不直，有凹凸不平的開口邊緣，有臨界尺寸損耗造成的加大的開口底部直徑，以及刻痕16。
一般而言，當(dāng)氧化層干蝕刻時(shí)，光阻的蝕刻率為800埃/分鐘，對(duì)光阻的選擇比為6。若能降低干蝕刻時(shí)光阻的蝕刻率，也就是增加干蝕刻時(shí)對(duì)光阻的選擇比，則可以解決上述的光阻損耗問題。但因干蝕刻含有電漿，其對(duì)光阻的選擇比無(wú)法有效的增加，所以在蝕刻深的氧化層時(shí)，光阻的損耗無(wú)法有效的減少。為了增加對(duì)光阻的選擇比，可采用部分化學(xué)濕蝕刻(chemical wet etching)來(lái)取代干蝕刻。一般而言，當(dāng)氧化層蝕刻時(shí)，此化學(xué)濕蝕刻的光阻蝕刻率為10埃/分鐘，對(duì)光阻的選擇比大于80。因此化學(xué)濕蝕刻有高的對(duì)光阻的選擇比，可減少光阻的損耗，但伴隨而來(lái)，化學(xué)濕蝕刻的嚴(yán)重的側(cè)向蝕刻，造成不直的輪廓，無(wú)法運(yùn)用于實(shí)際的制程。
有鑒于此，本發(fā)明提供一種利用離子植入在介電層形成開口的方法，此介電層包括，例如至少一層介電層，且其上層為未含離子介電層。以離子植入方法減少化學(xué)氣相蝕刻的側(cè)向蝕刻，而化學(xué)氣相蝕刻也對(duì)罩幕層有高選擇比。此化學(xué)氣相蝕刻取代全部干蝕刻制程的部分蝕刻，因化學(xué)氣相蝕刻對(duì)罩幕層的蝕刻速率小，而達(dá)到減少蝕刻時(shí)罩幕層損耗，且避免臨界尺寸損耗和刻痕的問題。
本發(fā)明提供的方法為，在一基底上形成一未含離子介電層，在未含離子的介電層形成一罩幕層，此罩幕層具有一開口，暴露部分未含離子的介電層。此未含離子的介電層，例如氧化層。利用此罩幕層，進(jìn)行一離子植入步驟，植入離子于此開口下的未含離子介電層，形成一離子植入?yún)^(qū)，此離子植入?yún)^(qū)深度不超過(guò)此未含離子介電層厚度。利用此罩幕層，繼續(xù)進(jìn)行一化學(xué)氣相蝕刻步驟，蝕刻此離子植入?yún)^(qū)。利用此罩幕層，繼續(xù)進(jìn)行一干蝕刻步驟，蝕刻離子植入?yún)^(qū)下的剩余的此未含離子介電層，以暴露出部分的此基底。然后根據(jù)制程需要，去除及不去除二者的罩幕層。
在上述的方法中，其中離子植入?yún)^(qū)域的化學(xué)氣相蝕刻速率大于未含離子介電層的非離子植入?yún)^(qū)域的速率，因此離子植入?yún)^(qū)域的化學(xué)氣相蝕刻側(cè)向蝕刻速率相對(duì)降低，使得化學(xué)氣相蝕刻的側(cè)向蝕刻，有效地被避免。因此離子植入步驟可減少化學(xué)氣相蝕刻的側(cè)向蝕刻，可以蝕刻出直的輪廓。而且因化學(xué)氣相蝕刻對(duì)罩幕層的蝕刻速率小，而有高的選擇比，如以此化學(xué)氣相蝕刻取代全部干蝕刻制程的部分蝕刻，則可減少蝕刻時(shí)罩幕層損耗，避免臨界尺寸損耗和刻痕的問題。
為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖，作詳細(xì)說(shuō)明圖面說(shuō)明圖1A以剖面示意圖繪示，是蝕刻前光阻層的厚度與光阻層開口的形狀和臨界尺寸；圖1B以剖面示意圖繪示，深厚度的氧化層蝕刻后去光阻前的結(jié)果；圖2以剖面立體示意圖繪示傳統(tǒng)全部干蝕刻制程，產(chǎn)生臨界尺寸損耗和刻痕的問題于氧化層開口；圖3A至圖3E繪示本發(fā)明的利用離子植入在介電層形成開口的方法的制程流程剖面示意圖；以及圖4是本發(fā)明蝕刻后氧化層開口的剖面立體示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明10、30基底12、32含離子氧化層14、34未含離子氧化層16刻痕18氧化層開口20氧化層24光阻層開口26、36光阻層28光阻層和氧化層開口38光阻層開口40離子植入?yún)^(qū)41進(jìn)行一離子植入步驟42氟化氫(HF)氣相蝕刻出的開口
44 氧化層開口本發(fā)明提供一種利用離子植入在介電層形成開口的方法，此介電層包括，例如至少一層介電層，且其上層為未含離子介電層?，F(xiàn)以光阻層做為罩幕層，以氟化氫做化學(xué)氣相蝕刻氣體，以未含離子氧化層做未含離子介電層，以含離子氧化層做含離子介電層，舉一實(shí)施例。其中，此氟化氫氣相蝕刻的光阻蝕刻率小，例如小于50埃/分鐘，較佳為小于10埃/分鐘，對(duì)光阻的選擇比大，例如大于20，較佳為大于80。
圖3A至圖3E，是本發(fā)明利用離子植入在介電層形成開口的方法的制程流程剖面示意圖。首先，請(qǐng)參照?qǐng)D3A，于一基底30，沉積一含離子氧化層32于基底30上，基底30，例如可以是半導(dǎo)體基底，基底中可以有已完成的組件結(jié)構(gòu)(未示于圖)。此含離子氧化層32，包括例如，硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)含硼的氧化層、含磷的氧化層、含硼磷的氧化層、及含離子的氧化層其中之一，厚度例如為3000埃至20000埃，其中較佳厚度為7000埃至15000埃。再沉積一未含離子氧化層34于含離子氧化層32上，此未含離子氧化層34厚度例如為300埃至5000埃，其中較佳厚度為1000埃至3000埃。再涂布一光阻層36于未含離子氧化層34上，經(jīng)曝光顯影步驟，于光阻層36上形成一開口38，此開口38曝露出部分的未含離子氧化層34。
然后請(qǐng)參照?qǐng)D3B，進(jìn)行一離子植入步驟41，由開口38植入離子，例如硼(B)、磷(P)、砷(As)及半導(dǎo)體摻質(zhì)(dopant)其中之一，于此開口38下的未含離子的氧化層34，形成離子植入?yún)^(qū)40，此離子植入?yún)^(qū)40深度不超過(guò)此未含離子氧化層厚度34。此離子植入?yún)^(qū)40深度例如至少為未含離子氧化層34厚度的百分的七十。
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D3C，進(jìn)行一氟化氫氣相蝕刻制程，利用光阻層36為蝕刻罩幕，蝕刻此離子植入?yún)^(qū)40，于未含離子的氧化層34中，蝕刻出一開口42，此開口42深度不超過(guò)此未含離子氧化層34厚度。其中，此開口42深度例如至少為此未含離子的氧化層34厚度的百分的七十。因已植入如硼、磷離子的氧化層的蝕刻速率快，例如1000至5000埃/分鐘，較佳為3000埃/分鐘，未植入離子的氧化層的蝕刻速率慢，例如1至100埃/分鐘，較佳為10埃/分鐘。
而公知的氧化層干蝕刻，光阻的蝕刻率為800埃/分鐘，對(duì)光阻的選擇比為6。而公知的化學(xué)濕蝕刻，于已植入如硼、磷離子的氧化層的蝕刻速率為5000埃/分鐘，于未植入離子的氧化層的蝕刻速率為7000埃/分鐘。未含離子的氧化層34和離子植入?yún)^(qū)40具有近似的化學(xué)濕蝕刻速率，因此即使加入離子植入步驟41，采用化學(xué)濕蝕刻時(shí)，側(cè)向蝕刻嚴(yán)重。
因此本發(fā)明的氟化氫氣相蝕刻，除具有對(duì)光阻的高選擇比外，可有效的避免光阻損耗，并有低的側(cè)向蝕刻率，也即對(duì)未植入離子的氧化層的蝕刻速率慢，而可蝕刻出直的輪廓。
請(qǐng)參照?qǐng)D3D，繼續(xù)以干蝕刻完成全部氧化層的蝕刻，于氧化層形成一氧化層開口44，開口44暴露出基底30。
請(qǐng)參照?qǐng)D3E，進(jìn)行一去光阻步驟，形成本發(fā)明的氧化層開口44。
圖4是利用本發(fā)明的方法蝕刻后的氧化層開口44的剖面立體示意圖。因?qū)庾栌懈哌x擇比的氟化氫氣相蝕刻，取代部分的干蝕刻，可減少蝕刻時(shí)光阻層36損耗，避免臨界尺寸損耗和刻痕的問題。而此氟化氫氣相蝕刻蝕刻離子植入?yún)^(qū)40時(shí)，側(cè)向蝕刻現(xiàn)象，有效地被避免，氧化層開口44有直的輪廓。
上述實(shí)施例為介電層包括兩層介電層，其中上層為未含離子介電層，下層為含離子介電層。本發(fā)明也適用于此兩層介電層的下層亦為未含離子介電層時(shí)，也就是，請(qǐng)參照?qǐng)D3及圖4，其中，介電層34和介電層32，均為未含離子介電層，且被視為一單層的未含離子介電層。本發(fā)明也可用于一單層的未含離子介電層。其中，離子植入?yún)^(qū)40深度不超過(guò)此單一未含離子介電層厚度34，離子植入?yún)^(qū)40深度例如至少為此單一未含離子介電層厚度的百分的五十。其中，化學(xué)氣相蝕刻蝕刻出的開口42深度不超過(guò)此單一未含離子介電層34厚度，此開口42深度例如至少為此單一未含離子介電層厚度的百分的五十。
本發(fā)明的介電層包括，例如未含離子二氧化硅及含離子二氧化硅二者之一。
雖然圖標(biāo)的開口以介層窗及接觸窗二者之一表示，本發(fā)明的開口并不限定為介層窗及接觸窗二者之一。雖然當(dāng)罩幕層為光阻層時(shí)，蝕刻完后必須進(jìn)行去光阻步驟，當(dāng)罩幕層為其它物質(zhì)時(shí)，視制程需要，可以去除及不必去除其中之一罩幕層。
綜上所述，本發(fā)明一種利用離子植入在介電層形成開口的方法，具有許多特征
(1)以對(duì)罩幕層有高選擇比的化學(xué)氣相蝕刻，取代部分的傳統(tǒng)干蝕刻，可減少蝕刻時(shí)罩幕層損耗，避免臨界尺寸損耗和刻痕的問題。
(2)以離子植入方法增進(jìn)化學(xué)氣相蝕刻的非等向性，可以蝕刻出直的輪廓。
(3)本發(fā)明的方法可運(yùn)用于深接觸窗和深渠溝等氧化層開口制程。
雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)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(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書范圍所界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其包括下列步驟提供一基底；形成一含離子介電層于該基底上；形成一未含離子介電層于該含離子介電層上；形成一罩幕層于未含離子介電層上，罩幕層包括第一開口，以暴露出部分未含離子介電層；利用罩幕層，進(jìn)行離子植入步驟，于第一開口下的未含離子介電層，形成離子植入?yún)^(qū)，離子植入?yún)^(qū)深度不超過(guò)該未含離子介電層的厚度；利用罩幕層，進(jìn)行化學(xué)氣相蝕刻步驟，蝕刻該未含離子介電層的該離子植入?yún)^(qū)，形成第二開口；以及利用罩幕層，進(jìn)行干蝕刻步驟，蝕刻該第二開口下的剩余的未含離子介電層和含離子介電層，以暴露出部分的基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中含離子介電層包括含硼的氧化層、含磷的氧化層、含硼磷的氧化層、及含離子的氧化層其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中未含離子介電層包括氧化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中離子植入步驟，包括植入硼、磷、砷、及半導(dǎo)體摻質(zhì)其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中化學(xué)蝕刻包括氟化氫氣相蝕刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中離子植入?yún)^(qū)深度至少為未含離子介電層厚度的百分之七十。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中二開口區(qū)深度至少為該未含離子介電層厚度的百分之七十。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中罩幕層包括光阻層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中包括，去罩幕層步驟于干蝕刻步驟之后。
10.一種利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于包括下列步驟提供一基底；形成一未含離子介電層于該基底上；形成一罩幕層于該未含離子介電層上，該罩幕層包括第一開口，以暴露出部分未含離子介電層；利用罩幕層，進(jìn)行一離子植入步驟，于第一開口下的未含離子介電層，形成離子植入?yún)^(qū)，離子植入?yún)^(qū)深度不超過(guò)該未含離子介電層厚度；利用該罩幕層，進(jìn)行化學(xué)氣相蝕刻步驟，蝕刻該未含離子介電層的離子植入?yún)^(qū)，形成第二開口；以及利用罩幕層，進(jìn)行干蝕刻步驟，蝕刻第二開口下的剩余的未含離子介電層，以暴露出部分的該基底。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中未含離子介電層包括氧化層。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中離子植入步驟，包括植入硼、磷、砷、及半導(dǎo)體摻質(zhì)其中之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中化學(xué)蝕刻包括氟化氫氣相蝕刻。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中離子植入?yún)^(qū)深度至少為未含離子介電層厚度的百分之五十。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中第二開口區(qū)深度至少為該未含離子介電層厚度的百分之五十。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中罩幕層包括光阻層。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用離子植入在介電層形成開口的方法，其特征在于其中包括，去罩幕層步驟于干蝕刻步驟之后。
全文摘要
一種利用離子植入在介電層形成開口的方法,以離子植入方法減少化學(xué)氣相蝕刻的側(cè)向蝕刻,而化學(xué)氣相蝕刻對(duì)罩幕層有高選擇比,并以此化學(xué)氣相蝕刻取代全部干蝕刻制程的部分蝕刻,而達(dá)到蝕刻深的介電層形成開口時(shí),此開口有直的輪廓,且有效的減少因罩幕層損耗造成的臨界尺寸損耗和刻痕的問題。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1379449SQ01110529
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2001年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月10日
發(fā)明者楊允魁, 張逸明 申請(qǐng)人:華邦電子股份有限公司