1342045 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上關於基板製造技術，且尤其關於在電發 加工系統中蝕刻基板時減低光阻扭變的方法。 【先前技術】 在半導體製造中’裝置如兀件電晶體可形成在基板上 ，例如半導體晶圓或玻璃面板上。在基板上，可配置數層 ，而由其可製作裝置。爲了幫助了解，以下的討論將針對 氧化物蝕刻’其中一具有光阻掩模在上及氧化物層配置在 下的晶圓係在電漿蝕刻器中被蝕刻。 使用蝕刻劑來源氣體所產生的電漿，該來源氣體含有 氧、氬及氟碳化合物及或氫/氟碳化合物，將未被掩模保 護的氧化物層區域蝕刻去除，而留下通孔、接觸孔及/或 溝槽，其最後在基板上形成電氣結構。 一般而言，與蝕刻劑來源氣體的組成無關，所產生的 電漿除了含有分子和自由基外，亦含有能量在毫電子伏特 (m e V )範圍內的離子，以及能量在電子伏特（e V )範圍 內的電子。在電漿蝕刻過程中，即於離子轟擊（較低能量 但較大質量）及/或電子轟擊（較低質量但較相當較高的 能量），光阻掩模可能經歷扭變，其常被稱爲扭曲。 扭變可能僅影響光阻的頂表面，或其可能更廣泛地影 響光阻的垂直側壁。一旦扭變開始，則隨著蝕刻的進行， 扭變的嚴重性傾向於增加。而且，取決於触刻過程所採用 -4 - (2) (2)1342045 的化學品’光阻扭變程序可能不同。 爲了幫助了解’第】A圖顯示—種層堆疊物丨〇 〇的簡 單剖視圖’表示在微影步驟之前，例示的半導體I C之層 。在以下的討論中’術語「上」和「下」可能用於討論層 間的空間關係’可代表（但非總是需要）所牽涉的層之間 的直接接觸。應注意的是，其它附加層可能出現在所示的 層上、下或之間》再者’並非所有的層都必定存在的，且 部分或全部可經不同的層所取代。 在層堆疊物]0 0的底部，有一典型上包含s i 0 2的二 氧化矽層1 〇S。在二氧化矽層]〇8上，配置有一覆蓋的光 阻層1 0 2。 光阻層1 02常被圖案化以便經由暴露於光線如紫外下 而蝕刻。舉例而言’一種該光阻技術牽涉藉由使光阻材料 暴露於一接觸或分檔曝光微影成像系統中以形成一促進後 續蝕刻的掩模’而將光阻層1 0 2圖案化。 爲了作說明，第1Β圖顯示在光阻層1〇2已經藉由微 影步驟來形成後，第1 Α圖之層堆疊物Η) 〇的理想化剖視 圖。在此例子中’光阻已經被移除以形成光阻溝槽112, 留下兩柱光阻1 0 2。因爲現代的I c電路係配合愈來愈窄 的設計規則而達成較大的電路密度，故圖樣尺寸（通孔、 溝槽或接觸點的剖面尺寸1 1 0 )已經穩定地增加了。 第2圖顯示層堆疊物22 0的剖視圖，其中光阻層202 在蝕刻期間已經扭變了。如第2圖所示，在電漿蝕刻期間 ’水平表面2】0和垂直表面2 1 2已經實質扭變了。光阻掩 (3) (3)1342045 模2 ] 2側的不對稱聚合物沈積及不對稱光阻面2 1 8係爲帶 來光阻掩模扭變的主要因素。由於扭變的結果，光阻掩模 可能不具有足夠的強度來忍受的更進一步的電漿轟擊，而 因此光阻柱可能倒塌，部分或全部覆蓋所要蝕刻的圖樣之 開口 2 1 4。因此，扭變可能在所產生的蝕刻圖樣中造成缺 陷，導致較低的良率。 特別地，已經觀察到，當由基板頂部看時，扭變的光 阻係在光阻材料柱中表現扭曲或波狀圖案。爲了說明，第 3圖顯示扭變的光阻掩模3 2 0之頂視圖，其中電漿蝕刻過 程已經在光阻層中產生扭曲3 0 2。所產生的掩模圖案可能 部分或完全地阻止基板材料之意欲的移除。光阻掩模3 2 0 係最初被圖案化以形成矩形外貌。然而，光阻的扭變會造 成不規則形狀的圖樣3 1 2，如所示。 若光阻掩模遭受過度的扭曲，則可能發生條紋。當光 阻的扭曲使得光阻柱的某些不規則面之光阻部分暴露於垂 直的触刻構件時，則可能造成條紋，其中該光阻部分通常 被保Λ以便垂直的蝕刻構件沒有光阻扭曲。參閱第4A圖 ’錯由陰影部位4 0 6來顯示已暴露的光阻路分，其在光阻 的扭曲造成光阻柱4 0 2彎曲後係暴露於垂直蝕刻構件4 i 〇 〇 第4 B圖顯示蝕刻過程的結果，其中下部氧化物區域 4〇8係被蝕刻過程所不宜的去除，造成蝕刻圖樣4〇4具有 不規則形狀，不同於所欲者。因此’圖樣可能具有增大扭 變的側壁4〗4，而非所欲的側壁4 ] 2。第4 c圖顯示條紋， -6- 1342045 ⑷ 爲在通孔4 5 4之其它光滑垂直側壁中的不宜尖銳，，垂直溝 槽”4 5 2。在已蝕刻的圖樣中，該條紋會改變所得到的裝置 之所欲的電氣或功能特性，在所產生的裝置中造成缺陷。 此外或者地，若光阻的扭曲係集中且突出掩模孔所欲 輪廓內（如由基板的頂部看），則所產生的扭曲掩模圖案 可能部分或完全地阻礙基板材料之所欲的去除。這些會任 意地影響通路，在所產生的裝置中表現缺陷，且不宜地降 低良率。第5圖爲基板5 0 8中經蝕刻的圖樣5 0 4之剖視圖 ，其中光阻的扭曲已經導致光阻5 02形成部分的阻礙物 5 2 0，其部分阻礙基板5 0 8中圖樣5〇4的蝕刻。 第6圖係一具有光阻掩模6 0 2的基板之剖視圖，其中 光阻掩模6 02的扭曲已經導致光阻在圖樣604上產生完全 的阻礙物6 0 6，如所示。光阻6 0 2的完全阻礙物6 0 6會停 止圖樣的蝕刻，俾圖樣604僅在基板608中被部分蝕刻’ 如所示。 【發明內容】 發明槪述 本發明在一具體態樣中係關於一種於蝕刻基板上的層 時實質減低光阻扭曲的方法。上配置有一在光阻掩模下方 的層之基板係被導入電漿加工室內。—種姓刻劑來源氣體 混合物係流入電漿加工室內’其中該蝕刻劑來源氣體混合 物包括氙和活性蝕刻劑’該氙的流速係爲触刻劑來源氣體 混合物的至少3 5 %。電漿由蝕刻劑來源氣體混合物打出。 (5) (5)1342045 層被電漿所蝕刻，其中氙的流速減低光阻的扭曲。 本發明在另一具體態樣中係關於·-種於蝕刻基板上的 層時實質減低光阻扭曲的方法。上配置有一在光阻掩模下 方的層之基板係被導入電漿加工室內‘一種蝕刻劑來源氣 體混合物係流入電漿加工室內，其中該蝕刻劑來源氣體混 合物包括氙、活性蝕刻劑及氬，該氙的流速係爲氙和氬的 流速合計之至少4 0%。電漿由蝕刻劑來源氣體混合物打出 。層被電漿所蝕刻《 本發明在又一具體態樣中係關於一種於蝕刻基板上的 層時減低光阻扭曲的電漿加工室。提供一電漿加工室，其 內置有基板。提供一種電漿點燃裝置’用於點燃及維持電 漿。提供一種電漿氣體源，用於提供一種含氙和活性蝕刻 劑的蝕刻劑來源氣體混合物。該電漿氣體源包括活性蝕刻 劑源及一提供高氙流速的氙源。 以下在本發明的詳細說明中及配合以下圖式將更詳細 說明本發明的這些和其它特徵》 藉由實施例來說明本發明，但其絕非用以限制。附圖 中相同的參考號數係指類似的元件。 【實施方式】 較佳具體態樣的詳細說明 本發明現將參照一些其較佳具體態樣’如附圖所示1 來詳細說明。在以下說明中，詳述許多具體細節’以便提 供本發明的徹底了解。然而，熟悉技藝者將明瞭可不需要 (6) (6)1342045 這些特定細節的一部分或全部，而實施本發明。在其它例 子中’未詳述眾所周知的加工步驟及/或結構’以便不會 模糊本發明。 在以下段落中，揭示大致的範圍，其被認爲是適合於 執行本發明的改良方法，爲經由將額外的氣體導入電漿室 中。雖然以下所揭示的適合範圍係與電容偶合電漿 E X e 1 a η 7 M雙重頻率系統（可得自加州 F r e m ο n t的 L a m Research CorporationTM)有關聯，但是适些範圍應是提 供一種指導方針，俾熟悉技藝者能修改所揭示的方法使適 合於其它電漿加工系統。茲預料在具有雙重或多重、可調 頻的任何電容偶合電漿蝕刻器具上係具有類似的特性，而 與晶圓尺寸（2 0 0或3 0 0 m m )無關。 高朋（Coburn)等人在美國專利第6,2 2 8,775 B1號（ 此處稱爲”高朋”）建議可採用低電離能量氣體，如氙或氪 ，配合氟碳化合物或氫氟碳化合物來蝕刻氧化物層。高朋 在第6欄第1 0-S0行中教導說添加低電離電位氣體，如氙 和氪’會防止聚合支配蝕刻，其防止聚合蝕刻停止於高縱 橫比圖樣。爲了在氧化物蝕刻期間達成防止聚合支配蝕刻 的目標’高朋在第8欄第I 7 - 2 6行中教導說低電離電位氣 體如氙和氪的流速係限制於”少於低電離電位氣體和—或 多種含氟和碳之氣體的總流速之約2 9 %的百分率，，，且，，更 佳爲低電離電位氣體的流動百分率係少於低電離電位氣體 和一或多種含氟和碳之氣體的流動之約2 0 % ”。 因爲高朋係關心防止聚合的支配。所以高朋的教示係 (7) (7)1342045 不在於使用高流動的氙氣於氧化物蝕刻中。本案發明人發 現在相當低的氙流速，如高朋所提議的速率，並不縮減低 光阻扭曲至所欲的程度。此外，高朋完全沒有建議減低光 阻扭曲。而且，高朋僅討論使用氙或氪配合氟碳化合物或 氫氟碳化合物氣體的氧化物蝕刻。 本發明解決光阻扭變問題，其由於光阻扭變而干擾蝕 刻過程，且其係不同於聚合支配過程的問題。如上述，該 光阻扭變或扭曲會造成其它問題，尤其”錯誤”的蝕刻停止 問題。此係由於完全阻礙光阻掩模開口所致，其可能發生 廣泛的PR扭曲，且其與聚合支配的蝕刻停止過程係無任 何關聯。 本案發明人發現，高流動的氙係有效於實質減低或消 除光阻扭曲（即大大地將光阻扭曲減少至光阻扭曲所致的 缺陷爲零之點）。茲相信添加具有低電離能量的氙會減少 具有較高能量的電子之數目，及增加具有較低能量的電子 之數目。較低能量的電子會防止高能量電子解離及蝕刻劑 的電離。抵達基板的物種係具有較低的能量而不會將光阻 扭曲。因爲氪的電離能量係高於氙，所以附低氪的能量係 不足以避免光阻扭曲。此係與實驗結果成一致的，其中在 電漿中加入氪以代替氙係不能消除光阻扭曲。 在非顯而易知的樣式中，發現使用具有高流速氛氣的 蝕刻劑來源氣體係會消除光阻扭曲。更重要地，在所使用 的高流速，蝕刻劑來源氣體混合物中的氙氣會實質改善總 蝕刻輪廓，尤其幫助獲得經蝕刻的圖樣之所欲的底部臨界 -10 - (8) (8)丄342〇45 尺寸（C D )。再者’在此高流速’蝕刻劑來源氣體混合 物中的氙亦維持高程度的光阻選擇性，其爲触刻窄、高，縱 _比圖樣時的一重要考量。如本案中所用的術語，高的氣 流速係指流速爲氣和其它用於形成独刻劑來源氣體混合物 氣體之氣體的合倂流速之至少3 5 %。較宜，氣的流速至少 舄氙和其它用於形成蝕刻劑來源氣體混合物的氣體之合倂 流速的約4 0-95 %。最佳爲氙的流速係至少介於氙和其它 用於形成触刻劑來源氣體混合物的氣體之合倂流速的約 4 5 - 9 5 %之間。此外’亦可添加氬，俾氬和氙形成一種烯釋 氣體混合物。具有活性蝕刻劑氣體的稀釋氣體混合物係形 成蝕刻劑來源氣體混合物。較宜地’氙的流速係比稀釋氣 鵲的流速大4 0 %。更宜地’氙的流速係比稀釋氣體的流速 大5 0 %。最宜地’氙的流速係介於稀釋氣體的流速合計的 約5 0 - 9 0 %之間。在其它具體態樣中，可用其它惰性氣體 來代替氬，如用氦、氖及/或氪，以形成稀釋氣體。 第7圖係一流程圖，顯示在電漿加工系統中於蝕刻穿 過一層時用於減低光阻扭曲的步驟。在步驟7 〇 2中，提供 〜具有配置在光阻掩模下方的層之基板給電漿加工室。較 宜地，電漿加工室係爲電容偶合多頻蝕刻室。在步驟7〇4 中，使鈾刻劑來源氣體混合物流入電漿加工室內。該蝕刻 劑來源氣體混合物包括氙、活性蝕刻劑及視情況地一額外 的稀釋劑。氙的流速係爲總蝕刻劑來源氣體混合物的流速 之至少3 5 %。在步驟7 0 5中，由蝕刻劑來源氣體混合物產 生一種電漿。在步驟7 06中，藉由電漿來進行蝕刻，其中 -11 - (9) 1342045 所產生的蝕刻會減少或消除光阻扭曲。 在本發明一較佳具體態樣中，所要蝕刻的層爲氧化物 層’其配置在光阻掩模下方。該蝕刻劑來源氣體混合物包 括I荀流速的氣' 〇 2、氣碳化合物及/或氫氧碳化合物氣體 。該蝕刻劑來源氣體混合物可更包括惰性氣體如氬的額外 • 稀釋劑。在此具體態樣中，〇2、氟碳化合物氣體及/或氫 氟碳化合物氣體係爲活性蝕刻劑。可蝕刻氧化物層的氟碳 化合物系蝕刻劑係可包括C Η 4、C 2 F 6、（: 2 F 4、C 3 F 6、C 4 F 8 、C4F6或C5F8。這些氟碳化合物系氣體通常在其構成中 含有CxFy成分，其中X和y係整數。再者，此處的本發 明可用任何能触刻氧化物層的氣氟(碳化合物來餓刻，例如 包括（：}^3、0^2?2、（：}13?、（：21^4»這些氫氟碳化合物 系氣體通常在其構成中含有CxHyFz成分，其中X、y和Z 係整數。蝕刻劑混合物可含有一、二或多種這些氟碳化合 物及/或氫氟碳化合物。而且，其它活性蝕刻劑的例子將 爲氫和一氧化碳。所蝕刻的氧化物層可經二氧化矽所摻雜 或未被摻雜。摻雜劑例如可包括硼或磷，且可含有眾所周 知的氧化物如Τ Ε Ο S。 第9圖係電容偶合多頻蝕刻室9 0 0的示意圖，其可在 本發明的具體態樣中用於蝕刻。蝕刻室9 0 0包括拘限環 902、上部電極904、下部電極9 08、蝕刻劑來源氣體混合 物源9 ] 0、控制器9 7 0及排氣泵9 2 0。在蝕刻室9 0 0內， —晶圓9 8 0係位於下部電極9 0 8上，該晶圓係由要被蝕刻 的層所形成且其上形成有要被触刻的層。下部電極9 0 8倂 -12 - (10) (10)1342045 有一適當的基板夾持機構（例如靜電、機械夾緊等等）以 用於保持晶圓9 80。反應器頂部92 8倂有一緊鄰配置的上 部電極904 ’其在下部電極90 8之對面。上部電極904、 下部電極9 0 8及拘限環9 0 2係界定受拘限的電漿容積。藉 由蝕刻劑來源氣體混合物源9 1 0將氣體供應給該受拘限的 電漿容積，且經由拘限室9 0 2及排氣口用排氣泵9 2 0將氣 體由該受拘限的電漿容積中排出。第一 RF源944係與上 部電極 904作電氣相連。第二RF源948係與下部锺極 90 8作電氣相連。室壁 95 2圍繞拘限環 902、上部電極 904及下部電極90 8。第一 RF源94 4及第二RF源948皆 可包含27MHz功率源及2 MHz功率源。不同之連接 功率與電極的組合係可能的。在本發明一較佳具體態樣中 T Μ 所可用的由加州 Fremont 的 LAM Research Corporation 所製造的Exelan HPT/2300DFCtm之情況中’兩RF源皆 連接於下部電極，且上部電極係接地。蝕刻劑來源氣體混 合物源9 1 0具有氙源9 6 2、氟碳化合物源9 6 4及氧源9 6 8 。其它成分氣體源，如氫氟碳化合物源，可含於蝕刻劑來 源氣體混合物源9 1 0中。另一種稀釋氣體’如氬氣’亦可 加到蝕刻劑來源氣體混合物源9 1 0中。控制器9 7 0係被程 式化以提供具有高氙流速的蝕刻劑來源氣體胃$ % ° @ $IJ 器9 7 0亦可用於控制R F源9 4 4、9 4 8及其它構件。 實施例 在一實施例中，採用一含有20標準立方公分（seem -13 - (11) (11)1342045 )c 4 F 8、1 0 s c c m ο 2、】5 〇 s c c ni A r 及 1 5 0 s c c m X e 的蝕刻劑 來源氣體，以在力□州 Fremont的 LAM Research Coi_p〇rati〇nTMm 製造的 Exelan 1^丁/2 3 000?(：丁1^或 Exelan Η Ρ Ττ M電漿蝕刻器中產生電漿，俾蝕刻氧化物層。在此實 施例中’光阻係深U V且係約0.6微米厚。使蝕刻能產生 2 . 〇微米深的矩形單元電容器結構，具有〇.丨2微米X 0.3 5 微米的臨界尺寸。在蝕刻期間，室內的壓力係約5 0毫托 。氦冷卻壓力係約1 5托。電極功率就27MHz RF而言係 約1 0 0 0瓦，且就2 Μ H z R F而言係約1 0 0 0瓦。蝕刻係進 行2 ] 0秒，而在所產生的蝕刻圖樣中實質上沒有光阻扭曲 以及由其所造成的缺陷。 爲了說明之目的1，第8圖顯示光阻掩模8 0 4的頂視圖 ’其表現實質上沒有由於在蝕刻中使用高氙流速而產生 PR扭曲。結果，經由光阻掩模8 04可蝕刻出良好成形的 圖樣8 0 8。 雖然已經以數個較佳具體態樣來說明本發明，但是在 本發明範圍內可有變化、置換 '修飾及各種替代性均等例 。例如，雖然此處參照Exelan HPT/23 00DFCtm電發加工 系統及適合其的特定參數作討論，但是本發明亦適用於其 它電漿加工系統，包括感應偶合電發鈾刻器及其它電容偶 合電漿蝕刻器，具有雙重或多種可調性頻率者。再者，在 給予所揭示的內容後，熟悉技藝者應能調整本文中所揭示 的參數，以便用其它蝕刻程序、其它PR厚度、實施例之 深U V和】9 3 n m U V以外的其它類型光阻材料、其它氟碳 -14 - (12) (12)1342045 化合物系及/或氫氟碳化合物系氣體、其它類型之要被蝕 刻的材料、其它類型之活性蝕刻劑及其它類型之蝕刻器來 實施本發明，而不脫離本發明的範疇與精神。 此外’雖然所述的貫施例係在2 0 〇 n m基板上進行， 但是對於3 0 0 n m基板亦能完全消除光阻扭曲。茲預料將 獲得類似的性能，而與基板的尺寸無關。 此外，茲相信氙的添加係有利於處理與光阻扭曲有關 的有害現象，與電漿蝕刻類型無關。因此，茲相信在氧化 物蝕刻以外的蝕刻中及/或使用上述氟碳化合物系或氫氟 碳化合物系化學以外的化學中，氙的添加可實質上消除與 該有害光阻扭曲相關的現象。 本發明亦可用於蝕刻光阻掩模下方所配置的其它材料 層，如矽化物層、硬掩模層 '抗反射塗層、障壁層或純矽 層。此外，可用其它蝕刻劑來源氣體混合物於蝕刻光阻掩 模之下的層。因此，已經揭示的範例具體態樣和較佳模式 、修飾例、替代性置換例及變化例係可以成爲所揭示的具 體態樣，而仍在以下申請專利範圍所界定之標的和精神內 【圖式簡單說明】 第1 A圖係層堆疊物的簡單剖視圖。 第1 B圖係在光阻層已經圖案化後，第]A圖之層堆 疊物的簡單剖視圖。 第2圖係第1B圖之層堆疊物的簡單剖視圖，其顯示 -15- (13) (13)1342045 光阻由於蝕刻而已經扭變了。 第3圖係一扭變的光阻掩模之頂視圖。 第4 A圖係層堆疊物的另一剖視圖，其顯示光阻由於 蝕刻而已經扭變了。 第4 B圖係第4 A圖之層堆疊物的剖視圖，具有不規 則的圖樣。 第4C圖係具有尖銳”垂直溝槽”的經蝕刻基板之頂視 圖。 第5圖係層堆疊物之剖視圖，其中光阻的扭變已經產 生部分的阻礙物。 第6圖係層堆疊物之剖視圖’其中光阻的扭變已經產 生完全的阻礙物。’ 第7圖係本發明較佳的具體態樣之流程圖。 第8圖係一不具有光阻扭變的經蝕刻基板之頂視圖。 第9圖係電容偶合多頻蝕刻室的示,意。 主要元件對照表 1 0 0 :層堆疊物 1 〇 2 :光阻層 ]0 8 :二氧化矽層 1 1 〇 :剖面尺寸 1 1 2 :光阻溝槽 2 〇 2 :光阻層 2 1 0 :水平表面 -16- (14) (14)1342045 2 1 2 :垂直表面 2 14 :開口 2 1 8 :不對稱光阻面 2 2 0 :層堆®物 3 0 2 :扭曲 3 1 2 :圖樣 3 2 0 :光阻掩模 4 0 2 :光阻柱 4 0 6 :陰影部位 4 0 8 :下部氧化物區域 4 1 0 :垂直蝕刻構件 4 1 2 :側壁 4 ] 4 :側壁 4 5 2 :重直溝槽 4 5 4 :通孔 5 0 2 :光阻 5 0 4 :圖樣 5 0 8 :基板 6 0 2 :光阻掩模 6 0 4 :圖樣 60 6 :阻礙物 6 0 8 :基板 7 0 2 :步驟 704 :步驟 (15)1342045 7 0 5 ：步 70 6 ：步 8 04 ：光 8 0 8 ·圖 90 0 ：蝕 902 ：拘 904 ：上 90 8 ：下 9 10：蝕 92 0 :排 92 8 ：反 94 4 ：第 94 8 ：第 9 5 2 ：室 96 2 ：氙 964 ：氟 96 8 ：氧 9 7 0 ：控 驟 驟 阻掩模 樣 刻室 限環 部電極 部電極 刻劑來源氣體混合物源 氣泵 應器頂部 一 RF源 二RF源 壁 源 碳化合物源 源 制器 9 8 0 :晶圓