专利名称：降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化物(nitride)层蚀刻的方法，且特别是涉及一种降低在蚀刻氮化物层时在开口轮廓(profile)产生微负载(micro-loading)的方法。
在半导体制作工艺中，常会用到蚀刻氮化物层的步骤。在现有工艺中，在蚀刻氮化物层时，在开口轮廓会产生微负载的现象。所谓微负载效应是指氮化物层经蚀刻之后，在高密度图案区(dense area)及低密度图案区(open area)两个不同区域所形成的开口(opening)的侧壁(sidewall)，其斜率(slope)有所不同的现象。
请参照
图1，其所绘示的是现有蚀刻氮化物层方法的剖面示意图。首先提供一基底(substrate)100，在基底100上形成一氮化物层102。其次，在氮化物层102上，形成一光致抗蚀剂层104。经过蚀刻之后，高密度图案区的开口106侧壁斜率会比低密度图案区的开口108侧壁斜率小，此即微负载现象。就尺度大小而言，在高密度图案区，光致抗蚀剂层104的宽度以a表示，氮化物层102的宽度以b表示；在低密度图案区，光致抗蚀剂层104的宽度以a′表示，氮化物层102的宽度以b′表示；在低密度图案区的开口108底部宽度以d表示。其中氮化物例如氮化硅(Si3N4)。当a＝a′时，(b-b′)即是所谓的微负载效应。此微负载效应会使得低密底图案区的开口108底部宽度d变得比光致抗蚀剂层104所限定的开口宽度还窄。
此一微负载现象会使得后续的元件制造产生缺陷或失败。当制作工艺中的临界尺寸(critical dimension)日益减小，例如在形成自对准接触窗(selfaligned contact)及浅沟槽隔离结构(shallow trench isolation)的步骤中，微负载效应的影响更为严重。
因此本发明的主要目的就是提供一种降低在蚀刻氮化物层时在开口轮廓产生微负载的方法。
为实现上述目的，本发明的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法包括以下步骤首先提供一基底，并在基底上形成一氮化物层。其次，在氮化物层上形成一光致抗蚀剂层，利用一已限定的图案，对光致抗蚀剂层进行曝光显影，然后在反应离子蚀刻反应器(reactive ion etching chamber)中，以氧气与氩气等离子气体，对光致抗蚀剂层进行一等离子预处理(descumming)步骤，使得光致抗蚀剂层缩减。然后以光致抗蚀剂层为掩模(mask)，对氮化物层进行蚀刻，以降低微负载效应产生。
为使本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。附图中图1其所绘示的是现有技术的一种蚀刻氮化物层方法的剖面示意图；图2绘示的是在一基底上具有一氮化物层及一光致抗蚀剂层的剖面示意图；图3绘示的是在一基底上具有一氮化物层及一经过显影的光致抗蚀剂层的剖面示意图；图4绘示的是在一基底上具有一氮化物层及一经过显影的光致抗蚀剂层，再经过等离子预处理步骤之后的剖面示意图；图5绘示的是在一基底上具有一氮化物层及一经过显影的光致抗蚀剂层，在等离子预处理步骤及蚀刻氮化物层之后的剖面示意图。
请参照图2，首先提供一基底200，在此一基底200上形成一氮化物层202。此处所指的基底200包括半导体基底与其他可以作为氮化物层202的底材，如层间介电材料(interlayer Dielectric)，金属间介电层(intermetaldielectric)。此外，氮化物层202可以用一般的低压化学气相沉积法(LPCVD)进行沉积，其材料如氮化硅(Si3N4)。
其次在氮化物层202上形成一光致抗蚀剂层204。再以一已限定图案对此光致抗蚀剂层204进行曝光显影，以做为蚀刻氮化物层202时的掩模。
接着请参照图3，光致抗蚀剂层204经显影之后，呈现出事先已限定的图案。其中已限定图案并不局限于图中所示的图案。为说明本发明的一优选实施例，图中的已限定的图案包括了图左侧的高密度图案区和图右侧的低密度图案区。
在现有技术中，光致抗蚀剂层204在经过显影之后，会产生残留物，然后在等离子蚀刻反应器中，以氧气为等离子气体，进行等离子预处理步骤来去除残留物。由于此等离子预处理步骤是各相同性(isotroic)的，所以光致抗蚀剂层204顶部及侧壁宽度的尺寸可以做得更小。本发明是利用等离子预处理这个专有名词来描述在本发明中对光致抗蚀剂层204所做的缩减动作，其使用的方法及步骤与现有的等离子预处理完全不同。
本发明的等离子预处理与现有的等离子预处理其不同之处，是以氧气和氩气的混合气体，或以氧气和氮气的混合气体做为等离子气体。而且在进行等离子预处理时，在反应离子蚀刻反应器的电源供应器上施加一偏压(powerbias)。其中反应离子蚀刻装置优选为APPLIED MATERIALS P-5000 MXP。
将制作工艺中所用的晶片置于反应性离子蚀刻反应器底部，并在反应离子蚀刻反应器底部施加一AC偏压电源(bias power)，则被吸引至晶片表面的正离子的浓度会变得较高。所以在等离子预处理过程中，在晶片表面附近会有较多正离子，因而使得光致抗蚀剂层204宽度缩减。在低密度图案区的缩减量较低密度图案区更为显著。此外缩减量也会受到混合气体等离子中氧气/氩气或氧气/氮气之混合比例的影响。当等离子中气体混合比例增加时，缩减量的变化也跟着增加。当反应器中等离子气体压力及偏压电源增大时，缩减量的变化也随之增加。
APPLIED MATERIALS P-5000 MXP反应性离子蚀刻装置配备有一主要输入电源，在等离子预处理过程中使用偏压输入电源(power bias input)，可以使得低密度图案区的缩减量较高密度图案区更大，因此可用此一方法改善微负载的问题。由于光致抗蚀剂层204在低密度图案区的缩减量较大，其侧壁的斜率变得较小，所以在进行后续制作工艺时，光致抗蚀剂层204下方的氮化物层202的开口尺寸会有比较正确的大小。
在等离子预处理过程中，精确控制前述影响等离子预处理变化量，就可以控制缩减量的大小，并可以改善微负载现象。
请参照图4，经过等离子预处理步骤之后，光致抗蚀剂层204在低密底图案区的缩减量会大于高密度图案区的缩减量。因此在低密度图案区的光致抗蚀剂层204宽度为e′，而不是先前等离子预处理所形成的宽度e。
其次，请参照图5，经过蚀刻之后，微米负载效应会发生在低密底图案区的氮化物层202。与图1比较可知，经等离子预处理步骤及蚀刻步骤后，低密度图案区的光致抗蚀剂层204的宽度e′与氮化物层202的宽度f会变小，使得氮化物层202中开口208的宽度w′和先前利用已限定的图案欲形成的开口宽度w相同或相近。所以图5中的开口宽度w′与图3中的开口宽度w相同或相近。
使用APLIED MATERALS P-5000 MXP反应离子蚀刻装置进行等离子预处理步骤时，影响等离子预处理各个变化量的范围如下等离子气体压力为50至100毫托耳(millitorr)，偏压输入电源为150至250瓦特，氧气/氩气的混合比例为1∶8至1∶5，等离子预处理步骤的时间至少为15秒。在等离子气体压力为50毫托耳，偏压输入电源为250瓦特，等离子气体中氧气的气体流量为15sccm(Standard Cubic Centimeter Per Minute)，氩气的气体流量为75sccm，等离子预处理步骤的时间为30秒，可以获得优选的效果。
关于等离子气体压力的影响，压力较低时可以使得光致抗蚀剂层缩减均匀性较好，但等离子气体压力太低时，会对其下的氮化物层造成不良影响，因此较理想的等离子气体压力范围是在50至100毫托耳。
在现有方法中，只使用氧气为等离子气体，进行等离子预处理。而在本发明中，则是使用氧气和氩气为等离子气体。进行等离子预处理时，会使得低密度图案区与高密度图案区的光致抗蚀剂层缩减量不同。
虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，但是其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作出各种更动与润饰，因此本发明的保护范围应当由后附的权利要求来界定。
权利要求
1.一种降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，包括下列步骤提供一基底；在该基底上，沉积一氮化物层；在该氮化物层上，沉积一光致抗蚀剂层；利用一已限定的图案，对该光致抗蚀剂层进行曝光及显影；进行一等离子预处理，在一反应离子蚀刻反应器中，以氧气及氩气作为等离子气体，对该光致抗蚀剂层进行等离子预处理，使该光致抗蚀剂层产生缩减；以及以该光致抗蚀剂层为一掩模，对该氮化物层进行蚀刻。
2.如权利要求1所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该反应性离子蚀刻反应器装置包括一偏压输入电源装置。
3.如权利要求1所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该装置所使用的等离子气体中的氩气用氮气取代。
4.如权利要求3所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该等离子预处理装置包括一偏压输入电源装置。
5.如权利要求1所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该装置所使用的等离子气体中的氧气/氩气混合比例为1∶8至1∶5。
6.如权利要求2所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该装置的偏压输入电源为150至250瓦特。
7.如权利要求2所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该装置所使用之等离子气体中的氧气/氩气混合比例为1∶8至1∶5。
8.如权利要求3所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该装置的偏压输入电源为150至250瓦特。
9.如权利要求3所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该装置所使用的等离子气体中的氧气/氩气混合比例为1∶8至1∶5。
10.一种降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，包括下列步骤提供一基底；在该基底上，沉积一氮化物层；在该氮化物层上，沉积一光致抗蚀剂层；利用一已限定的图案，对该光致抗蚀剂层进行曝光及显影；进行一等离子预处理，在一反应离子蚀刻反应器中，以氧气及氩气作为等离子气体，对该光致抗蚀剂层进行等离子预处理，使该光致抗蚀剂层产生缩减；等离子气体中的氧气/氩气混合比例为1∶8至1∶5；以及以该光致抗蚀剂层为一掩模，对该氮化物层进行蚀刻。
11.如权利要求10所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该等离子预处理的时间至少是15秒。
12.如权利要求10所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该等离子的气体压力是50至100毫托耳。
13.如权利要求11所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该其中该等离子的气体压力是50至100毫托耳。
14.如权利要求11所述的降低在蚀刻氮化物时产生微负载的方法，其中该等离子气体中的氩气用氮气取代。
全文摘要
一种降低在蚀刻氮化物层时在开口轮廓产生微负载的方法。此方法包括首先提供一基底，在其上形成氮化物层。其次在氮化物层上形成光致抗蚀剂层，利用已限定的图案，对光致抗蚀剂层曝光显影。在反应离子蚀刻反应器中，以氧气与氩气为等离子气体，对光致抗蚀剂层进行等离子预处理步骤，使光致抗蚀剂层缩减。以光致抗蚀剂层为掩模，对氮化物层蚀刻。本发明对光致抗蚀剂层进行等离子预处理步骤，以降低微负载效应的产生。
文档编号H01L21/02GK1239818SQ98119218
公开日1999年12月29日 申请日期1998年9月9日 优先权日1998年6月18日
发明者朱新萍 申请人:世大积体电路股份有限公司