TWI258167B - Formation of a double gate structure - Google Patents

Description

1258167 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明係大體而言相關於半導體製程。更特別地是，本發 明係相關於在半導體元件製造過程中形成一雙閘結構。 發明背景 隨著半導體元件在一單一晶片上不斷增加的數量，因此要 在半導體元件上達成垂直側壁輪廓（profile)已經變成 是現代半導體以及積體電路技術的重要觀點，而當複合膜 隨著縮減之電晶體而變得更薄時，記憶體半導體的量產係 會取決於同時符合輪廓之製程極限以及選擇性需求。 對產生閘極結構之垂直側壁而言，其係需要有高程度之蝕 刻非等向性，以藉此符合從該閘極結構之頂部至底部之次 微米幾何所需的關鍵尺寸。而低程度之蝕刻非等向性將會 產生造成偏離所需關鍵尺寸的問題，例如非期望的之傾斜 側壁。 第1圖係舉例說明一雙閘結構的例子，其包括一上部閘極 1 4其形成覆蓋於一下部閘極1 2之上，而該下部閘極則是形 成覆蓋於一基板1 0之上。然而，正如第1圖所示，傳統利 用蝕刻多晶矽層以形成雙閘結構的企圖係已遭遇到一些問 題，例如，在該結構的基底部分之錐形的/傾斜的側壁

第6頁 1258167 五、發明說明（2) 2 0、凹入的側壁2 2、以及凹口 2 4。 控的 自構 有結 具閘 成雙 形的 效廓 有輪 能壁 二&二 IUJ. 種偵 一直 要垂 需之 極部 係下 中極 業閘 產動 體浮 導到 半部 在上 ，極。 此閘法 因制方 發明内容 本發明係提供一種有利之形成具有實質垂直之側壁的雙閘 結構的方法。一光阻遮罩步驟係用於定義上部閘極。該上 部閘極則於之後作為定義下部閘極之遮罩。該下部閘極則 是藉由一物理以及化學程序的結合而進行蝕刻，進而達成 垂直側壁輪廓。 根據本發明之一實施例，一種形成一雙閘結構的方法係加 以提供，其係包括提供一第一多晶矽層覆蓋於一基板之 上，以及提供一第二多晶矽層覆蓋於該第一多晶矽層之 上。該第二多晶石夕層係加以餘刻，以形成一具有側壁之控 制閘極。接著，一包括一敦碳化物的氣流係加以提供，而 且，一電力量係被施加至該氣流，以形成一電漿。該第一 多晶矽層係利用該電漿而進行蝕刻，進而形成具有實質上 與該控制閘極側壁對齊之側壁的一浮動閘極。 根據本發明之另一實施例，一種形成一雙閘結構的方法係

1258167 五、發明說明（3) 加以提供，其係包括透過一光阻遮罩餘刻該第二多晶石夕 層，以形成一包括側壁之控制閘極，而其中，一第一聚合 物係於該蝕刻期間被形成於該控制閘極側壁之上。該光阻 遮罩以及該第一聚合物係被移除，並且一氧化矽層係被提 供而覆蓋於該控制閘極側壁之上。該第一多晶矽層係利用 該第一電漿而進行蝕刻，以形成一包括實質上與該控制閘 極側壁對齊之側壁的浮動閘極，其中一第二聚合物係於該 蝕刻期間被形成於該浮動閘極側壁之上。 係秒 法晶 方多 的一 構第 結該 閘於 雙蓋 一覆 成疊 形堆 種電 一介 J 1 例供 施提 實括 一包 再係 之其 明， 發供 本提 據以 根加 提光 ，一 上供 之提 疊及 堆以 電， 介上 該之 於層 蓋矽 覆晶 層多 矽二 晶第 多該 二於 第蓋 一覆 供層 提矽 ， 化 上氣 之一 層供 蓋 覆 罩 遮 阻 化 氮刻於 該蝕係 。行物 上進合 之而聚 層罩一 矽遮第 化阻一 氮光中 該該其 於過， 透極 係閘 層制 矽控 晶之 多壁於 二側成 第括形 該包被 及一間 以成期 層形刻 碎以# 括， 包壁 更側 法之 方似 該相 〇 廊 上輪 之直 壁垂 側與 極上 閘質 制實 控成 該形 以側 ，極 疊閘 堆制 電控 介該 該為 該蝕而 一其 成， 形極 以閘 ’ 層浮 碎的 晶壁 多側 一之 第齊 該對 刻壁 hpf JnJ. 漿極 ^¾ 一制 第控 亥亥 用與 利上 及質 以實 ，有 壁具 壁 側 極 閘 浮 該 於 成 形 被 間 期 刻 蝕 該 於 係 物 合 聚 二 第 。 一上 中之 壁 側 直 垂 上 質 實 有 具 1 成 形 得 使 係 明 發 本 是 的 勢 優 具 較

第8頁 1258167 五、發明說明（4) 之雙閘結構的高效率製程成為可能。本發明係藉由僅利用 一個光阻遮罩步驟來達成改善之良率以及產量，而此係可 降低製程循環時間以及發生缺陷的機率。 本發明的這些以及其他特徵以及優點係將藉由之後所提出 之結合所附圖式的實施例詳細敘述而可更輕易的獲得瞭 解。 實施方式 第2圖至第9圖係舉例說明利用一種形成具有實質上垂直側 壁之雙閘結構的方法的連續製程。較具優勢的是，本發明 係使得不具有傾斜的、凹入的或有凹口之側壁的雙閘結構 可以被形成。再者，本發明係較具優勢地僅使用一光阻遮 罩步驟，並且藉此改善製造生產率、產量、以及效率。 第2圖係舉例說明本發明中可以使用之一個例子的一半導 體元件或一半導體元件之部分的剖面圖式。正如第2圖所 示，材質層係被形成而覆蓋於一半導體基板1 0 2之上，而 其係可藉由傳統的方法而以具有不同劑量以及能量程度之 掺質進行摻雜，進而形成井（w e 1 1 s)。該基板1 0 2可以是 一形成自一單晶矽材質的晶圓。該基板1 0 2係亦可以包括 其他材質，舉例而言，一磊晶材質、一多晶矽半導體材 質、或其他適合的材質。要注意的是，該基板1 0 2可進一

1258167 五、發明說明（5) 步地包括額外的層、結構、及/或元件。 更進一步如第2圖所示，一薄絕緣層1 0 3係被形成覆蓋於該 基板1 0 2之上。該絕緣層1 0 3係作用為最終形成之閘極結構 1 2 6 (第9圖）的一穿隧氧化層。該絕緣層1 0 3係可包含， 舉例而言，於一具含氧環境之熱熔爐中形成的二氧化矽。 需要注意的是，該絕緣層1 0 3係可包括其他適合於絕緣半 導體組件的材質。在一個例子中，但此並非為了限制本發 明，該絕緣層1 0 3之厚度係可介於大約4 0埃至大約8 0埃之 間。 一第一多晶矽層1 0 4則被形成覆蓋於該絕緣層1 0 3之上，如 第2圖更進一步所示。該第一多晶矽層1 0 4係於最終時進行 蝕刻，以定義該雙閘結構的一下部或浮動閘極。在一實施 例中，該第一多晶矽層1 0 4係包括非晶矽，並且可於該層 進行沈積時加以摻雜。在一個例子中，該摻質係可以包括 磷及/或氮，舉例而言，為了產生η型多晶矽材質，磷摻雜 媒介係可被以不同劑量以及能量程度而加以導入。 在一個例子中，但此並非為了限制本發明，該第一多晶矽 層1 0 4係可藉由適當之沈積製程，例如一低壓化學氣相沈 積（LPVCD)製程，而被形成為具有介於約1 6 2 0埃至約 1 9 8 0埃間之厚度。需要注意的是，本發明係並不受限於前 述的例子，但卻可以依照所需之閘極製造而涉及各種的多

第10頁 1258167 五、發明說明（6) 晶矽層厚度。

一介電層堆疊係接著被形成覆蓋於該第一多晶矽層1 0 4之 上。在第2圖所舉例說明的實施例中，一氧化物-氮化物-氧化物（ΟΝΟ)堆疊，包括一氧化矽層106、一氮化矽層 1 0 8、以及一氧化矽層1 1 0，係分別形成於該第一多晶矽層 1 0 4之上。在一個例子中，但此並非為了限制本發明，該 氧化矽層1 0 6、該氮化矽層1 0 8、以及該氧化矽層1 1 0係可 藉由適當之沈積製程，而被形成為約為5 0埃、8 0埃、4 0埃 之厚度。

請再次參閱第2圖，一第二多晶矽層1 1 2係被形成覆蓋於該 氧化層1 1 0之上。該第二多晶矽層1 1 2係會於最終時進行蝕 刻，以定義該雙閘結構之一上部或控制閘極。在一實施例 中，相似於該第一多晶矽層1 0 4，該第二多晶矽層1 1 2係包 括非晶矽，並且可於該層沈積之時進行摻雜。在一個例子 中，摻質係可包括磷及/或氮。舉例而言，為了產生η型多 晶矽材質，磷摻雜媒介係可被以不同劑量以及能量程度加 以導入。在一個例子中，但此並非為了限制本發明，該第 二多晶矽層1 1 2係藉由適當之沈積製程，而被形成為具有 介於約1 6 2 0埃至約1 9 8 0埃間之厚度。 一氮化層1 1 4係被形成覆蓋於該第二多晶矽層1 1 2之上。在 一個例子中，但此並非為了限制本發明，該氮化層11 4可

第11頁 1258167 五、發明說明（7) 藉由適當之沈積製程，而被形成為具有介於約1 3 5 0埃至約 1 6 5 0埃間之厚度。一抗反射塗覆（ARC)層116係被形成覆 蓋於該氮化層1 1 4上。之後，一光阻遮罩1 1 8則被形成覆蓋 於該A R C層1 1 6之上，以圖案化位於其下之各層，進而進行 該雙閘結構之蝕刻。該光阻遮罩1 1 8係可利用於傳統微影 技術中已知之標準光阻塗覆、曝光、以及顯影製程而加以 定義。 現在，請參閱第3圖，該ARC層1 16、該氮化層1 14、以及該 第二多晶矽層1 1 2係透過該光阻遮罩1 1 8而進行非等向性蝕 刻，以定義該雙閘結構之一上部電極或控制閘極1 2 1。此 步驟可以藉由非等向性餘刻製程而加以執行，例如，使用 溴化氫、氣、以及氧之反應性離子蝕刻（R I E)製程。 若是反應物通量係為隨意地被指向於晶圓表面上時，則最 終的結果將會是等向性蝕刻，而造成如在第1圖中所說明 的問題，例如，傾斜的、凹入的、以及有凹口的側壁。 非等向性蝕刻的定義是，多晶矽於垂直方向沿著垂直於多 晶矽層之Z軸方向延伸的蝕刻率對多晶矽於側向方向沿著 橫跨多晶矽層之X以及γ軸延伸的蝕刻率之比值。垂直側壁 輪廓對MOS元件係極重要的，因為任何垂直偏差都將會增 加電晶體寬度的範圍，而造成在既定設計規則之晶片範圍 内的速度變化。

第12頁 1258167 五、發明說明（8)

在Z方向藉由電漿鞘（plasma sheath)之電場或於晶圓表 面之誘導偏壓所加速之能量離子係僅能補足部分的定向性 (directionality)需求。具有於X以及Y方向之側向保護 的非等向性蝕刻係考慮到垂直側壁之形成。如此之保護係 藉由透過側壁鈍化形成的製程化學而加以完成。側壁鈍化 的來源係來自於在該蝕刻步驟期間對光阻遮罩1 1 8的故意 腐钱。在一個例子中，來自溴化氫（Η B r )、氯氣 (C1 Ο 、以及氧（0 Ο的電漿係被用於該第二多晶矽層 1 1 2的非等向性蝕刻。C XC 1 y ( s )形式之碳烴 (ch 1 orocarbon)聚合物係作為一反應副產物而被產生， 其中，X以及y係為大於0的整數並考慮到化學計量。該聚 合物碳烴係形成自用於蝕刻多晶矽之活性種類其中之一的 氣氣以及在有機光阻中之主要組成的碳之間的氣相反應。

藉由以垂直方向撞擊該晶圓表面的能量離子轟擊，非等向 性係在第3圖中加以部分地達成，而同時該有機遮罩係藉 由氧以及氣原子而進行化學蝕刻，以產生一大群用於側壁 保護之包括C 0、C 0 2、N 0 2、Η 2〇、以及非揮發性C XC 1 y ( s )的 副產物，下列係為一敘述此反應的方程式，該有機光阻遮 罩係於方程式中表示為C XH yN z。 CI2 + 〇2 + CxHyNz— CO + C〇2 + N〇2 + H 2〇 + CxCly (聚合 物）

第13頁 1258167 五、發明說明（9)

在第3圖中所舉例說明的結構係為在前述之非等向性蝕刻 已經執行過後的結果。包括C XC 1 y ( s )的一第一聚合物1 2 0 係在該閘極形成期間被沿著該已蝕刻之控制閘極1 2 1的側 壁而進行沈積，以使得垂直的輪廓可以被達成。因此，在 該上部閘極形成期間，聚合於該上部閘極之垂直表面上的 化學前驅物C XC 1 y ( s )，係會抑制在X以及Y方向的側向餘刻 分量，並且係會使得具有一垂直輪廓的側壁成為可能。該 非等向性蝕刻係於完全定義該控制閘極1 2 1之後以及到達 該氧化層1 1 0之頂部之後立即終止。 該光阻層1 1 8以及該ARC層1 1 6係接著藉由一傳統的製程， 例如，在一個例子中，藉由一光阻灰化，而自該閘極結構 的頂部被剝除，進而產生第4圖中所舉例說明的結構。在 此剝除步驟期間，該氧化層1 1 0的頂部部分係加以移除， 正如空間1 1 1所代表的位置。需要注意的是，當該光阻層 1 1 8係被剝除時，該第一聚合物1 2 0係亦自該控制閘極1 2 0 的側壁被移除。

第5圖係舉例說明一更進一步的蝕刻步驟，以移除該氧化 層1 1 0已曝露的部分。在一個例子中，該氧化層1 1 0已曝露 的部分係藉由使用在一傳統濕蝕刻儲存槽中之緩衝氧化蝕 刻劑（BOE)的一濕餘刻而加以移除。較具優勢的是，相 對於多晶矽，該BOE濕蝕刻對氧化物具有高度的選擇性。

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五、發明說明（ίο) 據此，該控制閘極側壁之輪廓係於實質上維持垂直。在 另一例子中，稀釋的HF溶液亦可以被使用於此濕餘亥彳+

驟。 X V 的 第6圖係舉例說明成長或沈積覆蓋於第5圖所示之該纟士 $ 起伏地諸上的一保角氧化層（conformal oxide c layer) 1 1 2。氧化層1 1 2係會於接續的蝕刻步驟期間，俘嗜# ^ 印瘦該控制 閘極121的側壁。 在一實施例中，該氧化層1 2 2係可以藉由一熱氧化穿】程而 被成長覆蓋於該閘極結構之起伏地誌、之上，且其中，為了 較南的電路松度’该氧化層1 2 2係盡可能生長地越薄越 好。然而，該氧化層1 2 2也必須要足夠厚到能作為一蚀刻 停止層，以在接續之蝕刻步驟期間保護對部分該閘極結構 之移除。在一例子中，但此並非為了限制本發明，該氧化 層1 2 2係具有介於約3 0埃至約4 0埃之間的厚度，並且係保 角地被形成而覆蓋於部分的該氮化層1 〇 8、該氧化層1 1 〇、 以及該氮化層1 1 4。在一個例子中，該熱氧化係可以於温 度介於7 0 0°C至9 0 0°C之下執行介於約1 〇分鐘至3 〇分鐘間的 沈積時間。製程氣體則可以包括氧氣、或是含氮氣的氧 氣。但是’顯而易見的’上述的製程參數係作為舉例之 用’並且’其乃是取決於層厚度以及其他所需的詳細規 格0

1258167 五、發明說明（11) 在其他的實施例中，該氧化層1 22係可以藉由一 HDP-CVD製 程而加以沈積，較佳地是保角地沈積，並覆蓋於部分的該 氮化層1 0 8、該氧化層1 1 0、該多晶矽層1 1 2、以及該氮化 層1 1 4之上。在一個例子中，該氧化層1 2 2係使用一無線頻 率發射源(source radio frequency) 而加以沈積，以於 該HDP-CVD製程中產生自由基，但卻無偏壓功率或僅低偏 壓功率被施加於該基板。低的或沒有偏壓功率係可以避免 由蝕刻/濺鍍所造成之對位在下方之元件的潛在損害。 需要瞭解的是，該氧化層1 2 2並不限定為必須具有一均勻 的厚度，而是可以具有不均勻的厚度，舉例而言，覆蓋水 平表面之厚度大於沿著垂直側壁的厚度。在一個例子中， 該氧化層1 2 2係可以包括形成自反應氣體，如矽烷 (SiH)、氧（〇2)以及氦（He)的二氧化矽。需要更進一 步瞭解的是，該氧化層1 2 2係亦可以包括各種不同厚度的 其他合適氧化層，單獨的或結合的，以避免在接續蝕刻步 驟期間對於多晶矽（及/或在下方之層）的損害。 第7圖係舉例說明用以移除該0N0堆疊之剩餘層之已曝露部 分的接續蝕刻步驟。在一個例子中，該氮化層1 0 8係使用 一乾餘刻劑，例如，SF 6，而被等向性地移除。較具優勢的 是，該乾電漿蝕刻係為足夠地等向，以在仍然能維持垂直 側壁輪廓的同時，移除在該堆疊結構間的氮化層剩餘（由 於該氮化層1 0 8之厚度係相對而言為小）。該氧化層1 0 6係

第16頁 1258167 五、發明說明（12) 使用一濕蝕刻劑而進行蝕刻，並且該剩餘的氮化層1 0 8係 作為一硬遮罩。該濕蝕刻係對氧化物具有高度的選擇性， 以使得該垂直側壁輪廓得以保留。需要更進一步注意的 是，在這些蝕刻步驟期間，該氧化層1 2 2係會保護該控制 閘極1 2 1之該側壁不受蝕刻劑材質的影響。 根據上述之實施例，包括該控制閘極1 2 1之該雙多晶矽結 構的上半部係已藉由使用一光阻遮罩而部分地加以定義。 與有機光阻的反應則是提供足夠的側壁保護，並將該控制 閘極之電漿蝕刻帶向在物理轟擊以及化學蝕刻間的一平衡 途徑。相反地，包括該浮動閘極之該雙閘結構之下半部的 蝕刻係於沒有光阻步驟的情形下執行，正如之後的更詳盡 敘述。

第8圖係舉例說明該第一多晶矽層1 0 4之蝕刻，以定義一下 部閘極或一浮動閘極1 2 5。由於單獨的入射離子能量係不 足以形成垂直側壁。因此，為了在沒有光阻的情形下達成 非等向性蝕刻，一新的氣體添加物，CH 2F 2，係被包括於饋 送氣體（f eed-gas)混合物之中，以藉此改變在電漿中物 理轟擊以及化學蝕刻間的平衡。（CH 2)形式的聚合物分 子，其中η係為一整數，係會分離自該CH 2F 2，並且於該第 一多晶矽層1 0 4餘刻期間被沈積於該雙閘結構的側壁之 上。該聚合物（CH 2) n係會在該第一多晶矽層1 0 4的蝕刻期 間保護多晶矽側壁，並且，其係為C XC 1 y ( s )聚合物的適合

第17頁 1258167 五、發明說明（13) 替代物。雙閘結構既存之上半部以及該雙閘結構尚未定義 之下半部兩者係皆需要聚合物沈積以形成具有垂直輪廊之 側壁。 在一個例子中，蝕刻該第一多晶矽層1 〇 4之製程參數係為 HBr在該氣體混合物中的比例、CH2F私及0妁流量（以^為 承載氣體）、以及CH 2F #及〇钓流速比。而以2F私及〇 2 做為氣體添加物之新的以HBr為基礎的化學之參數範圍係 總結於之後的表一之中。當該CH疋添加物提供額外的側壁 純化的同時，該0係會改善對在該浮動多晶矽閘極之下^ 該薄穿隧氧化物1 〇 3之選擇性。雖然該S i Br種類，來自與 多晶矽反應之一主要蝕刻產物，係可以鈍化多晶石夕的垂/直 表面’但是單獨來自SiBr蘀類的保護在沒有來自包括（[Η 2)之聚合物層1 2 4之額外側壁保護的情形下是不夠的， 第8圖所示。 ' 注入该以HBr為基礎之化學中之大約3 seem或大約體積1 % 的Η疋孫已藉由加強該上部控制閘極以及該下部浮動閘極c 之側壁鈍化保護，而解決了相關於硬遮罩腐蝕以及傾〒斜° 的、凹入的、及/或有凹口之側壁的問題。較具優勢的、 疋’本發明係精確地將遮罩的影像，無論是有機光阻、咬曰 自我對準之硬遮罩，傳遞至具有垂直輪廓的多晶矽之上疋 並且是以一可再現的方式。一下部浮動閘極係以實質上對 齊於該上部控制閘極之側壁的側壁而加以形成，該上部以

[18 頁 ' ----- 1258167 五、發明說明（14) 及下部閘極係加以蝕刻，以具有實質上沿著一共同線的側 壁，而非傾斜的、凹入的、或有凹口的側壁。換言之，下 部浮動閘極1 2 5係以實質上具有平行於且對齊於該控制閘 極1 2 1之分別側壁的側壁而加以形成。雙閘結構0 . 1 7 2 -// m 寬的健全記錄係已經證實了該新的化學在半導體製造中之 再現性以及實用性。 再者，本發明係考慮到識別選擇性：於蝕刻該下部多晶矽 層的同時使用該氮化層1 0 8作為一遮罩，卻不造成該上部 多晶矽閘極之降級。較具優勢的是，多晶矽消耗的速率係 受到控制，以使得當一層（例如，該下部多晶矽層）於進 行定義時， 既存的特徵（例如，該上部多晶矽閘極）係可以在沒有遮 罩的情形下維持完整。 有三種形式的乾蝕刻製程：以物理為基礎者（例如，離子 束躁磨m i 1 1 i n g)、以化學為基礎者（例如，非電漿輔助 化學蝕刻）、以及結合物理以及化學機制者（例如，反應 性離子蝕刻以及一些型式的電漿輔助蝕刻）。主要的物理 乾蝕刻方法可能無法表現出對覆蓋在下方層上之層的足夠 選擇性，而造成擊穿下方層。另一方面，主要的化學製程 係典型地非等向性進行ϋ刻，並因此無法形成垂直的側 壁。所以，結合此兩種機制的化學加強離子蝕刻製程係較 為適合者。

第19頁 1258167 五、發明說明（15) |據此，在一實施例中，本發明的方法係利用同時涉及離子 轟擊以及聚合化學的一乾餘刻，以餘刻該第一多晶石夕層 1 〇 4。非等向性以及選擇性的程度，以及其他如蝕刻率的 因素，則是藉由各種參數而加以決定。這些參數係包括被 |供給以產生該電漿之功率量、被用於蝕刻該多晶矽之蝕刻 氣體的型態以及流量、以及在反應室中的壓力。 ，有閘著極 範〔 Sr遺閣 數 參 程 製· 的 例 施 實 - 的 明 發 本 照 依 供 提 係 一 表 的 後 之 圍，而在此實施例中，多晶矽層1 1 2以及1 0 4係進行蝕J 以在不擾亂下方氧化層之完整性的情形下，分別形成： |彼此對齊以及實質上垂直之輪廓的側壁的上部以及下； I極。然而，熟習此技藝之人將會瞭解，這些數值係會F |於用於製程中之蝕刻劑的樣式以及模式以及所涉及之I i結構的幾何而有所變化。

表 製程參數 上部多晶矽蝕刻 下部多晶矽蝕刻 HBr 流量（seem) 168 (±17) 100-300 HBr% (體積百分比） 78.2 93-97 Cl2 流量（seem) 42 (±4) 0 Cl2% (體積百分比） 19.5 0 02 / He (20 % 02)流量 (seem ) 5 (±0.5) 5-10 〇2% (體積百分比） 0.4 0.4-1.0 CH2F2 流量（seem) 0 3-5 CH2F2% (體積百分比） 0 1-3 變K耦接電漿（TCP)功率 (W) 300 (士 30) 500-600 晶圓偏壓RF功率（W) 50 (士 5) 40-60 製程壓力（mTorr) 10 ( 士 1) 10-20 第20頁 1258167 五、發明說明（16) 在一特定實施例中，多晶矽層1 〇 4的蝕刻係於商業上可獲 得之來自 Lam Research Coporat i on (Lam) of Fremont， C a 1 i f 〇 r n i a之9 4 0 0 D F M電漿反應室中加以執行，其係於美 國專利第6，2 1 8，3 0 9號中有所敘述，並併入本文之中做為 參考。 該Lam電漿反應室係包括具有一反應室壁的一電漿處理反 應室。為了避免接地的電路徑，該反應室壁係典型地加以 接地。上述反應室的係放置有由一第一電源，例如一無線 電頻率（RF)電源，供應電壓的一感應電極。 典型地，一氣體通道係被提供於該反應室之内，並加以配 置’以釋放氣體來源材質，例如，餘刻來源氣體，進入今 RF誘導的電漿區域。在一個例子中，該氣體來源材質係可 以自所建立的通道被釋放進入該反應室其本身的底部 在一實施例中，一晶圓，例如在第7圖所顯示者，係被導 入該反應室之中，並被置於一墊塊或墊座 μ 〜丄 向該塾塊 或墊座係作用為一下部電極，並係較佳地以一第二 加偏壓。该墊塊，在一個例子中，係可以是一靜_舍、 其係藉由靜電力而將基板i 02固定於該墊塊之^面。塊， 藉由施加外接於該反應器之電力至該上部電極，—

1258167 五、發明說明（17) 可以藉由造成將一或多個流入氣體之分子分離成為個別的 次分子組成（例如，自由基或自由離子），而被產生於該 反應室之中。電力係被施加至該靜電墊塊或墊座，以吸引 在該電漿中已離子化之分子，使其朝向該晶圓表面，以用 於丨賤鍵ϋ刻。 一排氣通道係典型地位於該反應室的一側，並係耦接至典 型地位於該反應室外面的一幫浦。該幫浦係維持該反應室 内所需的壓力。 再者，該反應器係可以藉由已被程式化為自動化晶圓處理 的一可程式化電腦而加以控制，包括使該反應室排氣、將 晶圓傳遞至以及傳遞自負載模組、以及傳送製程氣體以及 電極電力。 顯而易見的是，雖然該Lam反應室係已被使用並如上所述 作為蝕刻該多晶矽層1 0 4的元件，而且已顯示出特別的良 好結果，但是其他適合於乾蝕刻的電漿反應器係亦可以加 以使用。 在蝕刻該多晶矽層1 0 4的準備製程之中，一第一氣流係透 過該反應室而加以循環。該第一氣流係包括一第一氣碳化 物成分，以及可選擇的包括一惰性氣體成分。一個用於表 示形成自如此之一饋送氣體之特徵的特性，係為在該饋送

第22頁 1258167 五、發明說明（18) 氣體中氟原子對碳原子的比例（F : C比例）。該F : C 比例係亦可以被用於敘述一氟碳化物分子。用於乾蝕刻製 程中之蝕刻氣體的型態以及流量係可以加以選擇，以操作 該氣流的該F : C比例，並藉此控制電漿蝕刻率以及對某 些種類的選擇性。 在本發明的一實施例中，該第一氟碳化物成分係包括 CH 2F 2° C H 2F在該第一氣流中之流量係介於大約3 s c cm至大 約5 s c c m之間，而較佳地是大約為3 s c c m。C H 2F孫佔該第 一氣流之總濃度的大約1 %至3 % (體積百分比）之間。 對該第一多晶矽層1 0 4的蝕刻而言，在該反應室中的製程 壓力係被設定在大約1 0 mT至大約2 0 mT之間，並較佳地係 設定在大約1 0 m T。正如先前在一實施例中所述，一真空 元件，例如，一渦輪分子幫浦（t u r b 〇 - m ο 1 e c u 1 a r pump)，係加以提供，以自該反應器排放氣體，並且以藉 此在該反應室中產生所需的壓力。 進入該反應室中的壓力以及氣流，係在所選擇的程度維持 一足夠以穩定氣體流量以及反應室壓力的時間。一旦在該 反應室中的環境夠穩定之後，則該反應室的t極係會被供 以電力，然後，一第一電漿係會被形成於該反應室之中， 並且該第一多晶矽層的蝕刻係會加以執行，以形成下部浮 動閘極1 25，如第8圖所示。

第23頁 1258167 五、發明說明（19) 在此蝕刻步驟中，該電漿蝕刻劑所用以產生活性種類的外 接電極電源係被設定在介於大約5 0 0 W至大約6 0 0 W之間， 並較佳地被設定在大約5 5 0 W。加偏壓於該晶圓以吸引離 子種類攻擊基板表面的晶圓偏壓電力，則是設定在介於大 約4 0 W至大約6 0 W之間，並較佳地被設定在大約5 0 W。 來自該第一電漿的離子轟擊，結合用於聚合物沈積以及碳 累積之自該電漿至該雙閘結構之側壁的化學活性種類的擴 散，係使得該多晶矽層1 0 4可以一高方向性的方式進行蝕 刻，但具有對氧化物的選擇性。 聚合物形成在減緩乾蝕刻以及考慮較大選擇性中係扮演了 重要的角色。C H 2F孫會在該已#刻之表面上產生（C Η 2) η 型式的聚合物沈積，而其係進行作用以鈍化該表面，並且 藉此降低乾蝕刻移除率。聚合物鈍化的另一個來源是，在 該表面上來自由於低能量衝擊所造成之從CF分離成為CF3 +的碳累積。 上述機制的效果，無論是涉及物理轟擊成分或是化學聚合 物沈積成分，係皆可以被放大或降低，以形成具有實質上 垂直之輪廓、高一致性以及高選擇性的多晶矽閘極。 該第一多晶矽層1 0 4的蝕刻係較佳地持續下去，直到該下

1258167 五、發明說明（20) 部浮動閘極係可以在該氧化層1 0 3於該雙閘結_中維持完 整的情形下被形成為止。該蝕刻步驟係可利用能提供蝕刻 副產物之信號的終點偵測機制，例如，光學放射光譜儀以 及質譜儀，而加以停止。在一個例子中，來自該蝕刻製程 的信號係在大約4 0 5 n m波長處被偵測到。而在一另一例子 中，，該蝕刻步驟係可以在靠近被決定終點之氧化層蝕刻债 測點時被停止。需要用來蝕刻多晶矽層1 〇 4的總時間，則 是取決於該多晶矽層1 0 4的厚度。當完成此蝕刻步驟時， 供給至該反應室之電極的電力係被停止。

而為了增加在該蝕刻步驟期間的選擇性，係有數個不同试 j = j以操作。一上升的製程壓力係會減少蝕刻自由基於 =ί ί伏地誌上的入射速度。不包括一惰性氣體成分存 ;ί 3 :濺鍍。電㈣成時較高的電力係會維持在已勒 之活性種類的形成， 都被降低時，離子合η ^地，當壓力以及電衆電力兩肩 以-較低濃度的活；=更：潑地攻擊該基板’但Η 側壁之低選擇性但較高非等=的：：允許用於產… 第9圖係舉例說明在 清理乾淨，舉例而言 的雙閘結構126。 (CH 2) ’碡由

聚合物層1 2 4以及氧化層1 2 2被 一傳統的RCΑ清理程序，之後

1258167 五、發明說明（21) 本發明上述之實施例係僅意欲於舉例說明而非限制。各式 的改變以及修飾係可以在不通離本發明之廣義觀點的情形 下加以實施。據此，本發明並不受限於特定的結構、尺 寸、或製程參數。因此，所附之申請專利範圍係包含所有 如此之改變以及修飾，且落於本發明合法之精神以及範圍 之中。

第26頁 1258167 圖式簡單說明 第1圖其係顯示當蝕刻多晶矽以形成一雙閘結構時，傳統 技術所面臨的問題。 第2圖其係顯示根據本發明一實施例，形成於一半導體結 構上之材質層的剖面圖。 第3圖其係顯示根據本發明一實施例，如第2圖所示之結構 在透過一光阻遮罩以定義一上部閘極的一第一蝕刻步驟後 的剖面圖。 第4圖其係顯示根據本發明一實施例，如第3圖所示之結構 在該光阻遮罩被剝除之後的剖面圖。 第5圖其係顯示根據本發明一實施例，如第4圖所示之結構 在完全蝕刻已暴露之一上部氧化層的部分之一濕蝕刻步驟 後的剖面圖。 第6圖其係顯示根據本發明一實施例，如第5圖所示之結構 在一氧化層被形成覆蓋於該上部閘極之側壁上後的剖面 圖。 第7圖其係顯示根據本發明一實施例，如第6圖所示之結構 在介電堆疊之已曝露部分被蝕刻之後的剖面圖。 第8圖其係顯示根據本發明一實施例，如第7圖所示之結構 在下部多晶矽層於形成一保護聚合物在該側壁上的同時被 餘刻後的剖面圖。 第9圖其係顯示根據本發明一實施例，如第8圖所示之結構 在該聚合物自該雙閘結構被清理乾淨且該氮化層被移除之 後的剖面圖。 於不同圖式中之相同參考符號係用於表示相似或相同的項

第27頁 1258167 圖式簡單說明 目。更需注意的是，圖式可非依照比例而繪製 元件符號說明 1 〇基板 2 4凹口 10 4多晶矽層 1 1 2多晶矽層 1 1 8光阻遮罩 1 2 2氧化層 1 2 6閘極結構 1 2, 1 4閘極 1 0 2基板 1 0 6，1 1 0氧化矽層 1 1 4氮化層 1 2 0聚合物 1 2 4聚合物層 2 0，2 2側壁 1 0 3絕緣層 1 0 8氮化矽層 1 1 6抗反射塗覆（ARC)層 1 2 1控制閘極 1 2 5浮動閘極

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Claims (1)

1258167 六、申請專利範圍 1. 一種形成一雙閘結構的方法，其包括下列步驟： 提供一第一多晶矽層覆蓋於一基板之上； 提供一第二多晶矽層覆蓋於該第一多晶矽層之上； 透過一光阻遮罩蝕刻該第二多晶矽層，以形成一具有側壁 之控制閘極； 提供一包括一氟碳化物的氣流； 施加一電源量至該氣流，以形成一電漿；以及 利用該電漿蝕刻該第一多晶矽層，以形成一具有實質上與 該控制閘極側壁對齊之側壁的浮動閘極。 2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一多晶 矽層係具有介於大約1 6 2 0埃至大約1 9 8 0埃之間的厚度。 3. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二多晶 矽層係具有實質上相似於該第一多晶矽層之厚度的厚度。 4. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該控制閘極 側壁以及該浮動閘極側壁係具有實質上相似的垂直輪廓 (profile)。 5. 根據申請專利範圍第4項所述之方法，其中該控制閘極 以及該浮動閘極係具有介於大約0. 1 4 # m至大約0 . 1 8 # m 之、間的寬度。 6. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中該氣流係包 括 CH2F2，〇2，以及 HBr。 7. 根據申請專利範圍第6項所述之方法，其中該氣流係包 括流量比例約為3 : 5的C H 2F私及〇 2。 8. 根據申請專利範圍第6項所述之方法，其中該氣流係包

第29頁 1258167 六、申請專利範圍 括流量介於大約1 0 〇 s c c m至大約3 0 0 s c c m之間的Η B r。 9.根據申請專利範圍第6項所述之方法，其中該氣流係包 括流量介於大約3 s c c m至大約5 s c c m之間的C Η 2 F 2。 1 0.根據申請專利範圍第6項所述之方法，其中該氣流係 包括約1 %的CH 2F 2。 1 1.根據申請專利範圍第6項所述之方法，其中該氣流係 包括流量介於大約5 s c c m至大約1 0 s c c m之間的0私及H e (0抽 20 %)。 1 2.根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中一聚合物 係於該蝕刻期間被形成於該浮動閘極側壁之上，以保護該 浮動閘極側壁不受蝕刻材質的影響。 1 3 .根據申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中該聚合物 係包括 （CH 2) η，其中η係為一整數。 1 4.根據申請專利範圍第1項所述之方法，其更包括該基 板之上及於該第一多晶矽層之下提供一二氧化矽層的步 驟。 1 5.根據申請專利範圍第1 4項所述之方法，其中該二氧化 矽層係具有介於大約4 0埃至大約8 0埃之間的厚度。 1 6.根據申請專利範圍第1項所述之方法，其更包括下列 步驟： 提供一介電堆疊於該第一多晶矽層以及該第二多晶矽層之 間；以及 蝕刻該介電堆疊，以形成實質上與垂直輪廓相似之側壁， 進而作為該控制閘極側壁。

第30頁 1258167 六、申請專利範圍 1 7.根據申請專利範圍第1項所述之方法，其更包括下列 步驟： 提供一氮化矽層於該第二多晶矽層之上；以及 透過該光阻遮罩蝕刻該氮化矽層。 1 8. —種形成一雙閘結構的方法，其包括下列步驟： 提供一第一多晶石夕層覆蓋於一基板之上； 提供一第二多晶矽層覆蓋於該第一多晶矽層之上； 透過一光阻遮罩蝕刻該第二多晶矽層，以形成一包括側壁 之控制閘極，其中一第一聚合物係於該蝕刻期間被形成於 該控制閘極側壁之上； 移除該光阻遮罩以及該第一聚合物； 提供一氧化矽層覆蓋於該控制閘極側壁之上； 提供一包括一 II碳化物的第一氣流； 施加一第一電力量至該第一氣流，以形成一第一電毁；以 及 利用該第一電漿蝕刻該第一多晶矽層，以形成一包括實質 上與該控制閘極側壁對齊之側壁的浮動閘極，其中一第二 聚合物係於該蝕刻期間被形成於該浮動閘極側壁之上。 1 9.根據申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中該第一聚 合物係包括C XC 1 y，其中X以及y係為整數。 2 0 .根據申請專利範圍第1 8項所述之方法，其中覆蓋於該 控制閘極側壁上之該氧化矽層係具有介於大約3 0埃至大約 4 0埃之間的厚度。 2 1.根據申請專利範圍第2 0項所述之方法，其中該第二聚

第31頁 1258167 六、申請專利範圍 合物係包括 （CH 2) n，其中η係為一整數。 2 2 . —種形成一雙閘結構的方法，其包括下列步驟： 提供一第一多晶石夕層覆蓋於一基板之上； 提供一介電堆疊覆蓋於該第一多晶矽層之上； 提供一第二多晶矽層覆蓋於該介電堆疊之上； 提供一氮化矽層覆蓋於該第二多晶矽層之上； 提供一光阻遮罩覆蓋於該氮化矽層之上； 透過該光阻遮罩蝕刻該氮化矽層以及該第二多晶矽層，以 形成一包括側壁之控制閘極，其中一第一聚合物係於該餘 刻期間被形成於該控制閘極側壁之上； 移除該光阻遮罩以及該第一聚合物； 提供一氧化矽層覆蓋於該控制閘極側壁之上； 蝕刻該介電堆疊，以形成實質上與垂直輪廓相似之側壁， 進而作為該控制閘極側壁； 提供一包括一氣碳化物的第一氣流； 施加一第一電力量至該第一氣流，以形成一第一電漿；以 及 利用該第一電漿蝕刻該第一多晶矽層，以形成一包括實質 上與該控制閘極側壁對齊之側壁的浮動閘極，其中一第二 聚合物係於該蝕刻期間被形成於該浮動閘極側壁之上。 2 3 .根據申請專利範圍第2 2項所述之方法，其中該介電堆 疊係包括一氮化層位於兩氧化層之間。 2 4 .根據申請專利範圍第2 2項所述之方法，其中該第一聚 合物係包括C XC 1 y，其中X以及y係為整數。

第32頁 1258167 六、申請專利範圍 2 5 .根據申請專利範圍第2 2項所述之方法，其中該第二聚 合物係包括（CH 2) n，其中11係為一整數。