專利名稱：一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種蝕刻方法，特別是關(guān)于利用四氟化碳(CarbonTetrafluoride；CF4)/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣(Oxygen；O2)為反應(yīng)氣體的干式蝕刻(Dry Etching)方法。
背景技術(shù)：
一般，所謂的集成電路(Integrated Circuits)，是將硅或砷化鎵(Galium Arsenide；GaAs)等半導(dǎo)體材料制作成電子裝置的組成組件，例如電容、電阻或開關(guān)等，并利用沉積、蝕刻、光刻(Photolithography)等技術(shù)，將電子裝置的體積及重量縮減的電子科技。
電子組件的制作，是經(jīng)一連串的沉積后，在基材上形成多層不同材料的薄膜。接著，利用光刻工藝將含有電路或組件特征的圖案復(fù)制至光阻上，再通過蝕刻工藝將圖案轉(zhuǎn)移到薄膜上，以在薄膜上形成所需的電路或組件特征。隨著超大規(guī)模集成電路(Ultra Large ScaleIntegration；ULSI)時代的來臨，蝕刻工藝在亞半微米的組件特征制造中所扮演的角色也益顯重要。
蝕刻工藝主要有濕式蝕刻(Wet Etching)及干式蝕刻(Dry Etching)兩種方法。由于，半導(dǎo)體組件的設(shè)計與制造日益精密，各向同性(Isotropic)的濕式蝕刻法漸漸無法滿足工藝精密度需求，因此各向異性(Anisotropic)的干式蝕刻法漸漸成為制造方法的主流。干式蝕刻法包括等離子體蝕刻法、反應(yīng)性離子蝕刻(Reactive Ion Etching；RIE)法、濺射蝕刻(Sputtering Etching)法、離子束蝕刻法、以及反應(yīng)性離子束蝕刻法等，其中等離子體蝕刻法與反應(yīng)性離子蝕刻法為目前的半導(dǎo)體工業(yè)中最常使用的蝕刻方法。
等離子體蝕刻法是利用等離子體，而將反應(yīng)氣體的分子分解，反應(yīng)氣體的分子分解后所產(chǎn)生的離子、原子團(Radicals)、及原子與暴露在等離子體下的薄膜分子起化學(xué)反應(yīng)，而生成具揮發(fā)性(Volatile)的生成物，接著利用真空系統(tǒng)將揮發(fā)性的生成物抽離反應(yīng)室，薄膜便因此而移除。由于等離子體蝕刻法主要是由等離子體激發(fā)反應(yīng)氣體所產(chǎn)生的離子、原子團、及原子與薄膜分子間的化學(xué)反應(yīng)，來進行薄膜的蝕刻，因此等離子體蝕刻法的蝕刻選擇比較一般的干式蝕刻法佳。
反應(yīng)性離子蝕刻法與等離子體蝕刻法的技術(shù)非常類似，皆為利用等離子體將反應(yīng)氣體的分子分解，反應(yīng)氣體的分子經(jīng)分解所產(chǎn)生的離子、原子團、及原子與暴露在等離子體下的薄膜分子作用，以蝕刻薄膜。但兩者仍有差異，其差異在于反應(yīng)性離子蝕刻法所遭受的離子轟擊(Ion Bombardment)的強度大于等離子體蝕刻法，因此以反應(yīng)性離子蝕刻法進行蝕刻時，除了反應(yīng)氣體所分解的離子與薄膜分子間的化學(xué)反應(yīng)外，尚有離子對薄膜的離子轟擊，所以反應(yīng)性離子蝕刻法的蝕刻速率大于等離子體蝕刻法。
目前，干式蝕刻法的優(yōu)劣主要可從蝕刻選擇比、蝕刻速率、以及蝕刻均勻度等方面來判斷。蝕刻選擇比愈高，即表示蝕刻工藝大都在所欲蝕刻的材料層上進行，而蝕刻速率愈大，則表示蝕刻工藝時間的縮減，另外蝕刻均勻度愈高，便表示芯片品質(zhì)的提高，亦即制造良率的提升。
鑒于上述的發(fā)明背景中，較佳的蝕刻方法具有高蝕刻速率、高蝕刻選擇比、高蝕刻均勻度等特征，且蝕刻工藝的優(yōu)劣對芯片品質(zhì)有相當(dāng)程度的影響，因此如何改善蝕刻工藝的品質(zhì)以提升半導(dǎo)體制造良率，為重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法，本發(fā)明的干式蝕刻方法是以四氟化碳/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣或惰性氣體(Inert Gas)，例如氬氣(Ar)或氦氣(He)，當(dāng)作多晶硅等離子體蝕刻機的反應(yīng)氣體。由于氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)蝕刻介電材料對硅或多晶硅具有高蝕刻選擇比，因此可提高四氟化碳蝕刻介電材料對硅或多晶硅的蝕刻選擇比。而氧具有降低高分子(Polymer)沉積的特性，進而可獲得筆直的蝕刻外形，且能兼顧反應(yīng)室環(huán)境的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的再一目的為提供一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法，本發(fā)明的干式蝕刻方法的反應(yīng)氣體為四氟化碳/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣或惰性氣體，因此不但可在多晶硅等離子體蝕刻機中蝕刻多晶硅層，亦可在多晶硅等離子體蝕刻機中蝕刻介電材料層，省卻更換反應(yīng)室的步驟，因而節(jié)省了工藝時間，并降低因轉(zhuǎn)換反應(yīng)室所導(dǎo)致的微粒污染反應(yīng)室與基材，進而提升制造良率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法，至少包括提供一晶片，且此晶片上設(shè)有一介電材料層與一硅材料層，并提供多個加速電子。提供一反應(yīng)氣體，其包括四氟化碳(CH4)、氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)、氧氣(O2)，且此反應(yīng)氣體與這些加速電子碰撞，而生成多個離子、多個原子團、以及多個原子。再以這些離子、這些原子團、以及這些原子蝕刻介電材料層與硅材料層。由于，在多晶硅等離子體蝕刻機中以氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)為反應(yīng)氣體進行蝕刻時，氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)對介電材料，例如氮化硅(Silicon Nitride；Si3N4)、氮氧化硅(Silicon-Oxy-Nitride；SiON)、以及二氧化硅(Silicon Dioxide；SiO2)等，具有高蝕刻率，而對硅有低蝕刻率。因此，可提高四氟化碳蝕刻介電材料對硅或多晶硅的蝕刻選擇比至約大于3。雖然，氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)在反應(yīng)室中容易產(chǎn)生高分子化學(xué)生成物，且高分子易沉積在反應(yīng)室器壁，造成反應(yīng)室環(huán)境的不穩(wěn)定。但經(jīng)添加適當(dāng)比例的氧氣后，即可降低高分子沉積的現(xiàn)象。因此，運用本發(fā)明不僅可以提高多晶硅等離子體蝕刻機的介電材料對硅或多晶硅的蝕刻選擇比，而獲得所需的蝕刻外觀，更可在多晶硅等離子體蝕刻機蝕刻介電材料層與多晶硅層，節(jié)省工藝時間，并能維持反應(yīng)室環(huán)境的穩(wěn)定，進而獲得穩(wěn)定的蝕刻速率。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明提供了一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法，本發(fā)明的干式蝕刻方法是應(yīng)用在多晶硅蝕刻機上，且所采用的反應(yīng)氣體包括四氟化碳、氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)、氧氣、或額外添加的惰性氣體。由于，氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)在多晶硅蝕刻機上具有對介電材料層的高蝕刻率且對硅或多晶硅低蝕刻率的特性，且氧氣可降低氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)所造成的高分子沉積現(xiàn)象。因此，運用本發(fā)明不但可提高四氟化碳蝕刻介電材料層對硅或多晶硅的蝕刻選擇比至約3以上，而獲得筆直的蝕刻外觀，更可穩(wěn)定反應(yīng)室的環(huán)境，而獲得穩(wěn)定的蝕刻速率，并且可在多晶硅蝕刻機上蝕刻多晶硅及介電材料層，而省卻更換反應(yīng)室所花費的時間及人力，并避免因轉(zhuǎn)換反應(yīng)室所引發(fā)的微粒污染。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明圖1為繪示本發(fā)明一較佳實施例的等離子體蝕刻機的裝置示意圖；圖2為繪示本發(fā)明一較佳實施例的反應(yīng)性離子蝕刻機的裝置示意圖；以及圖3為繪示本發(fā)明一較佳實施例的高密度等離子體(High DensityPlasma；HDP)蝕刻機的裝置示意圖。
圖中符號說明10 等離子體蝕刻機 12 1上電極板14 下電極板16 晶片18 射頻電源(Radio Frequency Power；RF Power)20 氣體入口22 排氣口24 反應(yīng)氣體26 廢氣28 反應(yīng)室 30 接地50 反應(yīng)性離子蝕刻機52 上電極板54 下電極板56 晶片58 射頻電源60 氣體入口62 排氣口 64 反應(yīng)氣體66 廢氣68 反應(yīng)室70 接地90 高密度等離子體蝕刻機92 上電極板94 下電極板96 晶片98 變壓器偶合等離子體電源(Transformer Coupled Plasma；TCP)100 氣體入口102 排氣口104 反應(yīng)氣體106 廢氣
108 反應(yīng)室110 射頻偏壓電源具體實施方式
請參照圖1，其所繪示為本發(fā)明一較佳實施例的等離子體蝕刻機的裝置示意圖。等離子體蝕刻機10為平板式的干式蝕刻機，其反應(yīng)室28中包含一組相對應(yīng)的平行電極板，即上電極板12與下電極板14，其中上電極板12與射頻(RF)電源18連接且其余部分接地30，而所欲蝕刻的晶片16則放在下電極板14上。此外，晶片16上已形成有介電材料層與硅材料層，其中介電材料層的成分可例如為氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、以及二氧化硅(SiO2)等，且并不限定為單一材料層，而硅材料層的成分可例如為單晶硅(Single Crystal Silicon)、多晶硅(Poly-CrystalSilicon)、以及非晶硅(Amophous Silicon)等。且介電材料層與硅材料層可例如以二氧化硅/氮化硅/二氧化硅(Oxide/Nitride/Oxide；ONO)/多晶硅、氮氧化硅/氮化硅/二氧化硅/硅基材、氮氧化硅/氮化硅/多晶硅等方式堆棧。
以等離子體蝕刻機10進行蝕刻步驟時，首先反應(yīng)氣體24由反應(yīng)室28上端的氣體入口20進入，其中反應(yīng)氣體24是由四氟化碳/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣或額外添加的惰性氣體所組成，且氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)對四氟化碳的氣體流量的比值約大于0.2，而氧氣對氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)的氣體流量的比值約大于0.04。由射頻電源18所供應(yīng)的射頻電場對電子加速，這些具有動能的電子與反應(yīng)氣體24碰撞，而分解生成離子、原子團、或原子等。分解所生成的離子、原子團、或原子的化性相當(dāng)活潑，很容易便會與晶片16的分子反應(yīng)，而蝕刻晶片16且形成易揮發(fā)的廢氣26，由排氣口22排出。另外，當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生后，由于等離子體與上電極板12之間的電位差，等離子體中帶正電荷的粒子朝上電極板12移動，因此下電極板14上的晶片16所遭受的離子轟擊強度較輕微。
請參照圖2，其所繪示為本發(fā)明一較佳實施例的反應(yīng)性離子蝕刻機的裝置示意圖。反應(yīng)性離子蝕刻機50同樣為平板式的干式蝕刻機，其反應(yīng)室68中包含平行且相對應(yīng)的上電極板52與下電極板54，其中下電極板54與射頻電源58連接且其上放置所欲蝕刻的晶片56，而其余部分接地70。
以反應(yīng)性離子蝕刻機50進行蝕刻步驟時，首先反應(yīng)氣體64由上端的氣體入口60進入反應(yīng)室68，其中反應(yīng)氣體64包括四氟化碳/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣或額外添加的惰性氣體，且氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)與四氟化碳的氣體流量的比值約大于0.2，而氧氣與氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)的氣體流量的比值約大于0.04。接著，利用射頻電源58所產(chǎn)生的射頻電場對電子加速，以產(chǎn)生具有動能的電子。當(dāng)這些帶有能量的電子與反應(yīng)氣體64碰撞，而使得反應(yīng)氣體64的分子分解成離子、原子團、或原子等。這些離子、原子團、或原子的化性相當(dāng)活潑，極為容易便會與晶片56的分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，由此化學(xué)反應(yīng)蝕刻晶片56，并生成易揮發(fā)的廢氣66，由排氣口62排出。由于反應(yīng)性離子蝕刻機50的射頻電源58與下電極板54連接，因此當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生后，等離子體與下電極板54之間的電位差會使等離子體中帶正電荷的粒子朝下電極板54的方向移動。因此，除了以上所述的蝕刻反應(yīng)外，尚包括具有高能量的離子對晶片56所進行的離子轟擊，利用離子轟擊所產(chǎn)生的動量移轉(zhuǎn)而將晶片56所欲蝕刻的部分移除。相較之下，反應(yīng)性離子蝕刻法的蝕刻速率較等離子體蝕刻法大。
反應(yīng)性離子蝕刻法與等離子體蝕刻法的蝕刻機制極為相似，除了由于射頻電源所連接的電極板上下不同，而導(dǎo)致晶片所受的等離子體離子轟擊的強度有所差異，進而使得反應(yīng)性離子蝕刻法的蝕刻速率大于等離子體蝕刻法，且反應(yīng)性離子蝕刻法的各向異性亦大于等離子體蝕刻法。
請參照圖3，其所繪示為本發(fā)明的一較佳實施例的高密度等離子體蝕刻機的裝置示意圖。高密度等離子體蝕刻機90亦為平板式的干式蝕刻機，其反應(yīng)室108中包含一組相對應(yīng)的平行電極板，即上電極板92與下電極板94。上電極板92與變壓器偶合等離子體(TCP)電源98連接，而下電極板94則與射頻偏壓(RF Bias)電源110連接，且所欲蝕刻的晶片96放在下電極板94上，其中變壓器偶合等離子體電源98可以射頻電源取代。
以高密度等離子體蝕刻機90進行蝕刻步驟時，首先反應(yīng)氣體104由反應(yīng)室108上端的氣體入口100進入，其中反應(yīng)氣體104是由四氟化碳/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣或額外添加的惰性氣體所組成，且氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)對四氟化碳的氣體流量的比值約大于0.2，而氧氣對氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)的氣體流量的比值約大于0.04。由變壓器偶合等離子體電源98所供應(yīng)的加速電場對帶電粒子加速，這些具有動能的帶電粒子與反應(yīng)氣體104碰撞，而分解生成離子、原子團、或原子等。分解所生成的離子、原子團、或原子的化性相當(dāng)活潑，很容易便會與晶片96的分子反應(yīng)，而蝕刻晶片96且形成易揮發(fā)的廢氣106，由排氣口102排出。由于，變壓器偶合等離子體電源98的加速電場方向為圓形封閉曲線，使得帶電粒子的加速方向平行于晶片表面的切線方向，因此不會對晶片96造成傷害。
本發(fā)明的蝕刻方法可應(yīng)用在以等離子體進行蝕刻且等離子體會直接與晶片接觸的多晶硅蝕刻機上。本發(fā)明的特征是利用四氟化碳/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣或額外添加的惰性氣體當(dāng)作反應(yīng)氣體，進行晶片上例如氮化硅、二氧化硅、以及氮氧化硅等介電材料層與例如單晶硅、多晶硅、及非晶硅等硅材料層的蝕刻，且氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)與四氟化碳的氣體流量的比值約大于0.2，而氧氣與氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)的氣體流量的比值約大于0.04。其中，氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)于多晶硅蝕刻機上具有介電材料對硅或多晶硅的高蝕刻選擇比，可提高四氟化碳蝕刻介電材料對硅或多晶硅的蝕刻選擇比至約大于3，相較于現(xiàn)有以四氟化碳/氬氣或四氟化碳/氦氣為反應(yīng)氣體的蝕刻介電材料對硅或多晶硅的蝕刻選擇比約小于1.5，本發(fā)明的蝕刻介電材料對硅或多晶硅的蝕刻選擇比優(yōu)于現(xiàn)有的。另外，氧氣的作用則是用以減少使用氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)所引起的高分子沉積，以維持反應(yīng)室環(huán)境的穩(wěn)定度。且通過使用四氟化碳/氟代甲烷(CHxFy；x＝2，y＝2或x＝1，y＝3)/氧氣所組成的反應(yīng)氣體，不僅可在多晶硅等離子體蝕刻機中蝕刻多晶硅材料層，亦可蝕刻介電材料層。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法，至少包括提供一晶片，且該晶片上設(shè)有一介電材料層與一硅材料層；提供多個加速電子；提供一反應(yīng)氣體，該反應(yīng)氣體至少包括四氟化碳、氟代甲烷、氧氣，且該反應(yīng)氣體與該加速電子碰撞，而生成多個離子、多個原子團、以及多個原子；以及以該離子、該原子團、以及該原子蝕刻該介電材料層與該硅材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該介電材料層選自氮化硅、氮氧化硅、以及二氧化硅所組成的一族群。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該硅材料層選自單晶硅、多晶硅、以及非晶硅所組成的一族群。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該反應(yīng)氣體中的該氟代甲烷對該四氟化碳的流量比值大于0.2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該反應(yīng)氣體中的該氧氣對該氟代甲烷的流量比值大于0.04。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于蝕刻該介電材料層與該硅材料層的步驟的一蝕刻選擇比大于3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該反應(yīng)氣體還包括惰性氣體。
8.一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法，包括在一多晶硅蝕刻機中提供反應(yīng)氣體，以對一晶片進行蝕刻步驟，而該反應(yīng)氣體至少包括四氟化碳、氟代甲烷、氧氣、惰性氣體，且該晶片上形成有至少一介電材料層與一硅材料層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該反應(yīng)氣體中的該氟代甲烷對該四氟化碳的流量比值大于0.2。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該反應(yīng)氣體中的氧氣對該氟代甲烷的流量比值大于0.04。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該硅材料層選自單晶硅、多晶硅、以及非晶硅所組成的一族群。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該蝕刻步驟的對該至少一介電材料層與該硅材料層的一蝕刻選擇比大于3。
13.一種用于制造半導(dǎo)體組件的干式蝕刻方法，至少包括提供多晶硅蝕刻機具有反應(yīng)室，其中該多晶硅蝕刻機與一電源連接，且該多晶硅蝕刻機用以蝕刻該反應(yīng)室中的至少一晶片，而該至少一晶片上形成有至少一介電材料層與一硅材料層；開啟該電源，以產(chǎn)生多個加速電子；提供一反應(yīng)氣體，該反應(yīng)氣體至少包括四氟化碳、氟代甲烷、氧氣，且該反應(yīng)氣體中的該氟代甲烷對該四氟化碳的流量比值約大于0.2，該反應(yīng)氣體中的該氧氣對該氟代甲烷的流量比值大于0.04，該反應(yīng)氣體與該加速電子碰撞而生成多個離子、多個原子團、以及多個原子；以及以該離子、該原子團、以及該原子蝕刻該至少一介電材料層與該硅材料層。
全文摘要
一種能提高在多晶硅蝕刻機(Polysilicon Etcher)中介電材料對硅的蝕刻選擇比(Selectivity)的蝕刻方法。本發(fā)明的蝕刻方法為一種干式蝕刻(Dry Etching)法，是由調(diào)整多晶硅等離子體蝕刻機的氣體配方，即使得蝕刻反應(yīng)室內(nèi)的反應(yīng)氣體為四氟化碳(Carbon Tetrafluoride；CF
文檔編號H01L21/3065GK1411040SQ0114191
公開日2003年4月16日 申請日期2001年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月21日
發(fā)明者李俊鴻, 余旭升, 梁明中 申請人:旺宏電子股份有限公司