专利名称：利用离子植入在介电层形成开口的方法
技术领域：
本发明是关于一种半导体制程，特别是关于一种利用离子植入(ion implantation)，化学气相蚀刻(chemical vapor etching)，和干蚀刻(dry etching)在介电层(insulator)形成开口(opening)的方法。
在深接触窗(deep contact)和深渠沟(deep trench)和硬罩幕(hardmask)等制程中，需要蚀刻的氧化层(oxide layer)厚度愈来愈深。但微影制程因分辨率的需求，光阻厚度需降低。若全程均用干蚀刻，因干蚀刻使用电浆，易有因光阻损耗(resist loss)造成的临界尺寸损耗(critical dimension loss)。此现象由于干蚀刻时，电浆对光阻也产生蚀刻，随着氧化层厚度增加，也就是蚀刻深度增加，光阻被蚀刻掉的越多，而产生明显的损耗。
图1A是蚀刻前光阻层的厚度与光阻层开口的形状和临界尺寸(critical dimension)，其中氧化层20位于基底10上，光阻层26位于氧化层20上，光阻层开口24具有直的轮廓(profile)。如图1B所示，于蚀刻后并于去光阻前的结果，其中氧化层20位于基底10上，而光阻层26位于氧化层20上，当氧化层20为深厚度时，蚀刻时光阻层26损耗，并伴随着临界尺寸损耗，蚀刻后于去光阻前，光阻层26损耗明显，伴随光阻厚度明显减少，以及光阻从光阻层和氧化层的开口28处向外缘退缩，使得产生凹凸不平的开口边缘，不直的轮廓。而于后续的去光阻步骤后，氧化层的开口(未示于图)的临界尺寸的损耗明显。
当光阻过度损耗时更有刻痕(striation)的问题产生。如图2所示，其所绘示的是公知的蚀刻深的氧化层时，因光阻过度损耗，所造成的蚀刻临界尺寸损耗和刻痕的问题。其中在基底10上，有一含离子氧化层12位于基底10上，和一未含离子氧化层14位于含离子氧化层12上，并有一氧化层开口18形成于此含离子氧化层12和未含离子氧化层14上，且暴露出此基底10。此氧化层开口18的轮廓不直，有凹凸不平的开口边缘，有临界尺寸损耗造成的加大的开口底部直径，以及刻痕16。
一般而言，当氧化层干蚀刻时，光阻的蚀刻率为800埃/分钟，对光阻的选择比为6。若能降低干蚀刻时光阻的蚀刻率，也就是增加干蚀刻时对光阻的选择比，则可以解决上述的光阻损耗问题。但因干蚀刻含有电浆，其对光阻的选择比无法有效的增加，所以在蚀刻深的氧化层时，光阻的损耗无法有效的减少。为了增加对光阻的选择比，可采用部分化学湿蚀刻(chemical wet etching)来取代干蚀刻。一般而言，当氧化层蚀刻时，此化学湿蚀刻的光阻蚀刻率为10埃/分钟，对光阻的选择比大于80。因此化学湿蚀刻有高的对光阻的选择比，可减少光阻的损耗，但伴随而来，化学湿蚀刻的严重的侧向蚀刻，造成不直的轮廓，无法运用于实际的制程。
有鉴于此，本发明提供一种利用离子植入在介电层形成开口的方法，此介电层包括，例如至少一层介电层，且其上层为未含离子介电层。以离子植入方法减少化学气相蚀刻的侧向蚀刻，而化学气相蚀刻也对罩幕层有高选择比。此化学气相蚀刻取代全部干蚀刻制程的部分蚀刻，因化学气相蚀刻对罩幕层的蚀刻速率小，而达到减少蚀刻时罩幕层损耗，且避免临界尺寸损耗和刻痕的问题。
本发明提供的方法为，在一基底上形成一未含离子介电层，在未含离子的介电层形成一罩幕层，此罩幕层具有一开口，暴露部分未含离子的介电层。此未含离子的介电层，例如氧化层。利用此罩幕层，进行一离子植入步骤，植入离子于此开口下的未含离子介电层，形成一离子植入区，此离子植入区深度不超过此未含离子介电层厚度。利用此罩幕层，继续进行一化学气相蚀刻步骤，蚀刻此离子植入区。利用此罩幕层，继续进行一干蚀刻步骤，蚀刻离子植入区下的剩余的此未含离子介电层，以暴露出部分的此基底。然后根据制程需要，去除及不去除二者的罩幕层。
在上述的方法中，其中离子植入区域的化学气相蚀刻速率大于未含离子介电层的非离子植入区域的速率，因此离子植入区域的化学气相蚀刻侧向蚀刻速率相对降低，使得化学气相蚀刻的侧向蚀刻，有效地被避免。因此离子植入步骤可减少化学气相蚀刻的侧向蚀刻，可以蚀刻出直的轮廓。而且因化学气相蚀刻对罩幕层的蚀刻速率小，而有高的选择比，如以此化学气相蚀刻取代全部干蚀刻制程的部分蚀刻，则可减少蚀刻时罩幕层损耗，避免临界尺寸损耗和刻痕的问题。
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图，作详细说明图面说明图1A以剖面示意图绘示，是蚀刻前光阻层的厚度与光阻层开口的形状和临界尺寸；图1B以剖面示意图绘示，深厚度的氧化层蚀刻后去光阻前的结果；图2以剖面立体示意图绘示传统全部干蚀刻制程，产生临界尺寸损耗和刻痕的问题于氧化层开口；图3A至图3E绘示本发明的利用离子植入在介电层形成开口的方法的制程流程剖面示意图；以及图4是本发明蚀刻后氧化层开口的剖面立体示意图。
附图标记说明10、30基底12、32含离子氧化层14、34未含离子氧化层16刻痕18氧化层开口20氧化层24光阻层开口26、36光阻层28光阻层和氧化层开口38光阻层开口40离子植入区41进行一离子植入步骤42氟化氢(HF)气相蚀刻出的开口
44 氧化层开口本发明提供一种利用离子植入在介电层形成开口的方法，此介电层包括，例如至少一层介电层，且其上层为未含离子介电层。现以光阻层做为罩幕层，以氟化氢做化学气相蚀刻气体，以未含离子氧化层做未含离子介电层，以含离子氧化层做含离子介电层，举一实施例。其中，此氟化氢气相蚀刻的光阻蚀刻率小，例如小于50埃/分钟，较佳为小于10埃/分钟，对光阻的选择比大，例如大于20，较佳为大于80。
图3A至图3E，是本发明利用离子植入在介电层形成开口的方法的制程流程剖面示意图。首先，请参照图3A，于一基底30，沉积一含离子氧化层32于基底30上，基底30，例如可以是半导体基底，基底中可以有已完成的组件结构(未示于图)。此含离子氧化层32，包括例如，硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)含硼的氧化层、含磷的氧化层、含硼磷的氧化层、及含离子的氧化层其中之一，厚度例如为3000埃至20000埃，其中较佳厚度为7000埃至15000埃。再沉积一未含离子氧化层34于含离子氧化层32上，此未含离子氧化层34厚度例如为300埃至5000埃，其中较佳厚度为1000埃至3000埃。再涂布一光阻层36于未含离子氧化层34上，经曝光显影步骤，于光阻层36上形成一开口38，此开口38曝露出部分的未含离子氧化层34。
然后请参照图3B，进行一离子植入步骤41，由开口38植入离子，例如硼(B)、磷(P)、砷(As)及半导体掺质(dopant)其中之一，于此开口38下的未含离子的氧化层34，形成离子植入区40，此离子植入区40深度不超过此未含离子氧化层厚度34。此离子植入区40深度例如至少为未含离子氧化层34厚度的百分的七十。
然后，请参照图3C，进行一氟化氢气相蚀刻制程，利用光阻层36为蚀刻罩幕，蚀刻此离子植入区40，于未含离子的氧化层34中，蚀刻出一开口42，此开口42深度不超过此未含离子氧化层34厚度。其中，此开口42深度例如至少为此未含离子的氧化层34厚度的百分的七十。因已植入如硼、磷离子的氧化层的蚀刻速率快，例如1000至5000埃/分钟，较佳为3000埃/分钟，未植入离子的氧化层的蚀刻速率慢，例如1至100埃/分钟，较佳为10埃/分钟。
而公知的氧化层干蚀刻，光阻的蚀刻率为800埃/分钟，对光阻的选择比为6。而公知的化学湿蚀刻，于已植入如硼、磷离子的氧化层的蚀刻速率为5000埃/分钟，于未植入离子的氧化层的蚀刻速率为7000埃/分钟。未含离子的氧化层34和离子植入区40具有近似的化学湿蚀刻速率，因此即使加入离子植入步骤41，采用化学湿蚀刻时，侧向蚀刻严重。
因此本发明的氟化氢气相蚀刻，除具有对光阻的高选择比外，可有效的避免光阻损耗，并有低的侧向蚀刻率，也即对未植入离子的氧化层的蚀刻速率慢，而可蚀刻出直的轮廓。
请参照图3D，继续以干蚀刻完成全部氧化层的蚀刻，于氧化层形成一氧化层开口44，开口44暴露出基底30。
请参照图3E，进行一去光阻步骤，形成本发明的氧化层开口44。
图4是利用本发明的方法蚀刻后的氧化层开口44的剖面立体示意图。因对光阻有高选择比的氟化氢气相蚀刻，取代部分的干蚀刻，可减少蚀刻时光阻层36损耗，避免临界尺寸损耗和刻痕的问题。而此氟化氢气相蚀刻蚀刻离子植入区40时，侧向蚀刻现象，有效地被避免，氧化层开口44有直的轮廓。
上述实施例为介电层包括两层介电层，其中上层为未含离子介电层，下层为含离子介电层。本发明也适用于此两层介电层的下层亦为未含离子介电层时，也就是，请参照图3及图4，其中，介电层34和介电层32，均为未含离子介电层，且被视为一单层的未含离子介电层。本发明也可用于一单层的未含离子介电层。其中，离子植入区40深度不超过此单一未含离子介电层厚度34，离子植入区40深度例如至少为此单一未含离子介电层厚度的百分的五十。其中，化学气相蚀刻蚀刻出的开口42深度不超过此单一未含离子介电层34厚度，此开口42深度例如至少为此单一未含离子介电层厚度的百分的五十。
本发明的介电层包括，例如未含离子二氧化硅及含离子二氧化硅二者之一。
虽然图标的开口以介层窗及接触窗二者之一表示，本发明的开口并不限定为介层窗及接触窗二者之一。虽然当罩幕层为光阻层时，蚀刻完后必须进行去光阻步骤，当罩幕层为其它物质时，视制程需要，可以去除及不必去除其中之一罩幕层。
综上所述，本发明一种利用离子植入在介电层形成开口的方法，具有许多特征
(1)以对罩幕层有高选择比的化学气相蚀刻，取代部分的传统干蚀刻，可减少蚀刻时罩幕层损耗，避免临界尺寸损耗和刻痕的问题。
(2)以离子植入方法增进化学气相蚀刻的非等向性，可以蚀刻出直的轮廓。
(3)本发明的方法可运用于深接触窗和深渠沟等氧化层开口制程。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书范围所界定为准。
权利要求
1.一种利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其包括下列步骤提供一基底；形成一含离子介电层于该基底上；形成一未含离子介电层于该含离子介电层上；形成一罩幕层于未含离子介电层上，罩幕层包括第一开口，以暴露出部分未含离子介电层；利用罩幕层，进行离子植入步骤，于第一开口下的未含离子介电层，形成离子植入区，离子植入区深度不超过该未含离子介电层的厚度；利用罩幕层，进行化学气相蚀刻步骤，蚀刻该未含离子介电层的该离子植入区，形成第二开口；以及利用罩幕层，进行干蚀刻步骤，蚀刻该第二开口下的剩余的未含离子介电层和含离子介电层，以暴露出部分的基底。
2.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中含离子介电层包括含硼的氧化层、含磷的氧化层、含硼磷的氧化层、及含离子的氧化层其中之一。
3.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中未含离子介电层包括氧化层。
4.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中离子植入步骤，包括植入硼、磷、砷、及半导体掺质其中之一。
5.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中化学蚀刻包括氟化氢气相蚀刻。
6.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中离子植入区深度至少为未含离子介电层厚度的百分之七十。
7.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中二开口区深度至少为该未含离子介电层厚度的百分之七十。
8.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中罩幕层包括光阻层。
9.根据权利要求1所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中包括，去罩幕层步骤于干蚀刻步骤之后。
10.一种利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于包括下列步骤提供一基底；形成一未含离子介电层于该基底上；形成一罩幕层于该未含离子介电层上，该罩幕层包括第一开口，以暴露出部分未含离子介电层；利用罩幕层，进行一离子植入步骤，于第一开口下的未含离子介电层，形成离子植入区，离子植入区深度不超过该未含离子介电层厚度；利用该罩幕层，进行化学气相蚀刻步骤，蚀刻该未含离子介电层的离子植入区，形成第二开口；以及利用罩幕层，进行干蚀刻步骤，蚀刻第二开口下的剩余的未含离子介电层，以暴露出部分的该基底。
11.根据权利要求10所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中未含离子介电层包括氧化层。
12.根据权利要求10所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中离子植入步骤，包括植入硼、磷、砷、及半导体掺质其中之一。
13.根据权利要求10所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中化学蚀刻包括氟化氢气相蚀刻。
14.根据权利要求10所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中离子植入区深度至少为未含离子介电层厚度的百分之五十。
15.根据权利要求10所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中第二开口区深度至少为该未含离子介电层厚度的百分之五十。
16.根据权利要求10所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中罩幕层包括光阻层。
17.根据权利要求10所述的利用离子植入在介电层形成开口的方法，其特征在于其中包括，去罩幕层步骤于干蚀刻步骤之后。
全文摘要
一种利用离子植入在介电层形成开口的方法,以离子植入方法减少化学气相蚀刻的侧向蚀刻,而化学气相蚀刻对罩幕层有高选择比,并以此化学气相蚀刻取代全部干蚀刻制程的部分蚀刻,而达到蚀刻深的介电层形成开口时,此开口有直的轮廓,且有效的减少因罩幕层损耗造成的临界尺寸损耗和刻痕的问题。
文档编号H01L21/02GK1379449SQ01110529
公开日2002年11月13日 申请日期2001年4月10日 优先权日2001年4月10日
发明者杨允魁, 张逸明 申请人:华邦电子股份有限公司