專利名稱：降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化物(nitride)層蝕刻的方法，且特別是涉及一種降低在蝕刻氮化物層時在開口輪廓(profile)產(chǎn)生微負載(micro-loading)的方法。
在半導(dǎo)體制作工藝中，常會用到蝕刻氮化物層的步驟。在現(xiàn)有工藝中，在蝕刻氮化物層時，在開口輪廓會產(chǎn)生微負載的現(xiàn)象。所謂微負載效應(yīng)是指氮化物層經(jīng)蝕刻之后，在高密度圖案區(qū)(dense area)及低密度圖案區(qū)(open area)兩個不同區(qū)域所形成的開口(opening)的側(cè)壁(sidewall)，其斜率(slope)有所不同的現(xiàn)象。
請參照

圖1，其所繪示的是現(xiàn)有蝕刻氮化物層方法的剖面示意圖。首先提供一基底(substrate)100，在基底100上形成一氮化物層102。其次，在氮化物層102上，形成一光致抗蝕劑層104。經(jīng)過蝕刻之后，高密度圖案區(qū)的開口106側(cè)壁斜率會比低密度圖案區(qū)的開口108側(cè)壁斜率小，此即微負載現(xiàn)象。就尺度大小而言，在高密度圖案區(qū)，光致抗蝕劑層104的寬度以a表示，氮化物層102的寬度以b表示；在低密度圖案區(qū)，光致抗蝕劑層104的寬度以a′表示，氮化物層102的寬度以b′表示；在低密度圖案區(qū)的開口108底部寬度以d表示。其中氮化物例如氮化硅(Si3N4)。當a＝a′時，(b-b′)即是所謂的微負載效應(yīng)。此微負載效應(yīng)會使得低密底圖案區(qū)的開口108底部寬度d變得比光致抗蝕劑層104所限定的開口寬度還窄。
此一微負載現(xiàn)象會使得后續(xù)的元件制造產(chǎn)生缺陷或失敗。當制作工藝中的臨界尺寸(critical dimension)日益減小，例如在形成自對準接觸窗(selfaligned contact)及淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(shallow trench isolation)的步驟中，微負載效應(yīng)的影響更為嚴重。
因此本發(fā)明的主要目的就是提供一種降低在蝕刻氮化物層時在開口輪廓產(chǎn)生微負載的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法包括以下步驟首先提供一基底，并在基底上形成一氮化物層。其次，在氮化物層上形成一光致抗蝕劑層，利用一已限定的圖案，對光致抗蝕劑層進行曝光顯影，然后在反應(yīng)離子蝕刻反應(yīng)器(reactive ion etching chamber)中，以氧氣與氬氣等離子氣體，對光致抗蝕劑層進行一等離子預(yù)處理(descumming)步驟，使得光致抗蝕劑層縮減。然后以光致抗蝕劑層為掩模(mask)，對氮化物層進行蝕刻，以降低微負載效應(yīng)產(chǎn)生。
為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明。附圖中圖1其所繪示的是現(xiàn)有技術(shù)的一種蝕刻氮化物層方法的剖面示意圖；圖2繪示的是在一基底上具有一氮化物層及一光致抗蝕劑層的剖面示意圖；圖3繪示的是在一基底上具有一氮化物層及一經(jīng)過顯影的光致抗蝕劑層的剖面示意圖；圖4繪示的是在一基底上具有一氮化物層及一經(jīng)過顯影的光致抗蝕劑層，再經(jīng)過等離子預(yù)處理步驟之后的剖面示意圖；圖5繪示的是在一基底上具有一氮化物層及一經(jīng)過顯影的光致抗蝕劑層，在等離子預(yù)處理步驟及蝕刻氮化物層之后的剖面示意圖。
請參照圖2，首先提供一基底200，在此一基底200上形成一氮化物層202。此處所指的基底200包括半導(dǎo)體基底與其他可以作為氮化物層202的底材，如層間介電材料(interlayer Dielectric)，金屬間介電層(intermetaldielectric)。此外，氮化物層202可以用一般的低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)進行沉積，其材料如氮化硅(Si3N4)。
其次在氮化物層202上形成一光致抗蝕劑層204。再以一已限定圖案對此光致抗蝕劑層204進行曝光顯影，以做為蝕刻氮化物層202時的掩模。
接著請參照圖3，光致抗蝕劑層204經(jīng)顯影之后，呈現(xiàn)出事先已限定的圖案。其中已限定圖案并不局限于圖中所示的圖案。為說明本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，圖中的已限定的圖案包括了圖左側(cè)的高密度圖案區(qū)和圖右側(cè)的低密度圖案區(qū)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，光致抗蝕劑層204在經(jīng)過顯影之后，會產(chǎn)生殘留物，然后在等離子蝕刻反應(yīng)器中，以氧氣為等離子氣體，進行等離子預(yù)處理步驟來去除殘留物。由于此等離子預(yù)處理步驟是各相同性(isotroic)的，所以光致抗蝕劑層204頂部及側(cè)壁寬度的尺寸可以做得更小。本發(fā)明是利用等離子預(yù)處理這個專有名詞來描述在本發(fā)明中對光致抗蝕劑層204所做的縮減動作，其使用的方法及步驟與現(xiàn)有的等離子預(yù)處理完全不同。
本發(fā)明的等離子預(yù)處理與現(xiàn)有的等離子預(yù)處理其不同之處，是以氧氣和氬氣的混合氣體，或以氧氣和氮氣的混合氣體做為等離子氣體。而且在進行等離子預(yù)處理時，在反應(yīng)離子蝕刻反應(yīng)器的電源供應(yīng)器上施加一偏壓(powerbias)。其中反應(yīng)離子蝕刻裝置優(yōu)選為APPLIED MATERIALS P-5000 MXP。
將制作工藝中所用的晶片置于反應(yīng)性離子蝕刻反應(yīng)器底部，并在反應(yīng)離子蝕刻反應(yīng)器底部施加一AC偏壓電源(bias power)，則被吸引至晶片表面的正離子的濃度會變得較高。所以在等離子預(yù)處理過程中，在晶片表面附近會有較多正離子，因而使得光致抗蝕劑層204寬度縮減。在低密度圖案區(qū)的縮減量較低密度圖案區(qū)更為顯著。此外縮減量也會受到混合氣體等離子中氧氣/氬氣或氧氣/氮氣之混合比例的影響。當?shù)入x子中氣體混合比例增加時，縮減量的變化也跟著增加。當反應(yīng)器中等離子氣體壓力及偏壓電源增大時，縮減量的變化也隨之增加。
APPLIED MATERIALS P-5000 MXP反應(yīng)性離子蝕刻裝置配備有一主要輸入電源，在等離子預(yù)處理過程中使用偏壓輸入電源(power bias input)，可以使得低密度圖案區(qū)的縮減量較高密度圖案區(qū)更大，因此可用此一方法改善微負載的問題。由于光致抗蝕劑層204在低密度圖案區(qū)的縮減量較大，其側(cè)壁的斜率變得較小，所以在進行后續(xù)制作工藝時，光致抗蝕劑層204下方的氮化物層202的開口尺寸會有比較正確的大小。
在等離子預(yù)處理過程中，精確控制前述影響等離子預(yù)處理變化量，就可以控制縮減量的大小，并可以改善微負載現(xiàn)象。
請參照圖4，經(jīng)過等離子預(yù)處理步驟之后，光致抗蝕劑層204在低密底圖案區(qū)的縮減量會大于高密度圖案區(qū)的縮減量。因此在低密度圖案區(qū)的光致抗蝕劑層204寬度為e′，而不是先前等離子預(yù)處理所形成的寬度e。
其次，請參照圖5，經(jīng)過蝕刻之后，微米負載效應(yīng)會發(fā)生在低密底圖案區(qū)的氮化物層202。與圖1比較可知，經(jīng)等離子預(yù)處理步驟及蝕刻步驟后，低密度圖案區(qū)的光致抗蝕劑層204的寬度e′與氮化物層202的寬度f會變小，使得氮化物層202中開口208的寬度w′和先前利用已限定的圖案欲形成的開口寬度w相同或相近。所以圖5中的開口寬度w′與圖3中的開口寬度w相同或相近。
使用APLIED MATERALS P-5000 MXP反應(yīng)離子蝕刻裝置進行等離子預(yù)處理步驟時，影響等離子預(yù)處理各個變化量的范圍如下等離子氣體壓力為50至100毫托耳(millitorr)，偏壓輸入電源為150至250瓦特，氧氣/氬氣的混合比例為1∶8至1∶5，等離子預(yù)處理步驟的時間至少為15秒。在等離子氣體壓力為50毫托耳，偏壓輸入電源為250瓦特，等離子氣體中氧氣的氣體流量為15sccm(Standard Cubic Centimeter Per Minute)，氬氣的氣體流量為75sccm，等離子預(yù)處理步驟的時間為30秒，可以獲得優(yōu)選的效果。
關(guān)于等離子氣體壓力的影響，壓力較低時可以使得光致抗蝕劑層縮減均勻性較好，但等離子氣體壓力太低時，會對其下的氮化物層造成不良影響，因此較理想的等離子氣體壓力范圍是在50至100毫托耳。
在現(xiàn)有方法中，只使用氧氣為等離子氣體，進行等離子預(yù)處理。而在本發(fā)明中，則是使用氧氣和氬氣為等離子氣體。進行等離子預(yù)處理時，會使得低密度圖案區(qū)與高密度圖案區(qū)的光致抗蝕劑層縮減量不同。
雖然本發(fā)明已結(jié)合一優(yōu)選實施例揭露如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作出各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當由后附的權(quán)利要求來界定。
權(quán)利要求
1.一種降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，包括下列步驟提供一基底；在該基底上，沉積一氮化物層；在該氮化物層上，沉積一光致抗蝕劑層；利用一已限定的圖案，對該光致抗蝕劑層進行曝光及顯影；進行一等離子預(yù)處理，在一反應(yīng)離子蝕刻反應(yīng)器中，以氧氣及氬氣作為等離子氣體，對該光致抗蝕劑層進行等離子預(yù)處理，使該光致抗蝕劑層產(chǎn)生縮減；以及以該光致抗蝕劑層為一掩模，對該氮化物層進行蝕刻。
2.如權(quán)利要求1所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該反應(yīng)性離子蝕刻反應(yīng)器裝置包括一偏壓輸入電源裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該裝置所使用的等離子氣體中的氬氣用氮氣取代。
4.如權(quán)利要求3所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該等離子預(yù)處理裝置包括一偏壓輸入電源裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該裝置所使用的等離子氣體中的氧氣/氬氣混合比例為1∶8至1∶5。
6.如權(quán)利要求2所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該裝置的偏壓輸入電源為150至250瓦特。
7.如權(quán)利要求2所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該裝置所使用之等離子氣體中的氧氣/氬氣混合比例為1∶8至1∶5。
8.如權(quán)利要求3所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該裝置的偏壓輸入電源為150至250瓦特。
9.如權(quán)利要求3所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該裝置所使用的等離子氣體中的氧氣/氬氣混合比例為1∶8至1∶5。
10.一種降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，包括下列步驟提供一基底；在該基底上，沉積一氮化物層；在該氮化物層上，沉積一光致抗蝕劑層；利用一已限定的圖案，對該光致抗蝕劑層進行曝光及顯影；進行一等離子預(yù)處理，在一反應(yīng)離子蝕刻反應(yīng)器中，以氧氣及氬氣作為等離子氣體，對該光致抗蝕劑層進行等離子預(yù)處理，使該光致抗蝕劑層產(chǎn)生縮減；等離子氣體中的氧氣/氬氣混合比例為1∶8至1∶5；以及以該光致抗蝕劑層為一掩模，對該氮化物層進行蝕刻。
11.如權(quán)利要求10所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該等離子預(yù)處理的時間至少是15秒。
12.如權(quán)利要求10所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該等離子的氣體壓力是50至100毫托耳。
13.如權(quán)利要求11所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該其中該等離子的氣體壓力是50至100毫托耳。
14.如權(quán)利要求11所述的降低在蝕刻氮化物時產(chǎn)生微負載的方法，其中該等離子氣體中的氬氣用氮氣取代。
全文摘要
一種降低在蝕刻氮化物層時在開口輪廓產(chǎn)生微負載的方法。此方法包括首先提供一基底，在其上形成氮化物層。其次在氮化物層上形成光致抗蝕劑層，利用已限定的圖案，對光致抗蝕劑層曝光顯影。在反應(yīng)離子蝕刻反應(yīng)器中，以氧氣與氬氣為等離子氣體，對光致抗蝕劑層進行等離子預(yù)處理步驟，使光致抗蝕劑層縮減。以光致抗蝕劑層為掩模，對氮化物層蝕刻。本發(fā)明對光致抗蝕劑層進行等離子預(yù)處理步驟，以降低微負載效應(yīng)的產(chǎn)生。
文檔編號H01L21/02GK1239818SQ98119218
公開日1999年12月29日 申請日期1998年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月18日
發(fā)明者朱新萍 申請人:世大積體電路股份有限公司