利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的方法

摘要

一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的方法。此方法包括将硫酸、磷酸、氢氟酸与水混合成一蚀刻溶液，然后将基底置于蚀刻溶液中，使蚀刻溶液以一适当流速流经基底上的绝缘层以进行蚀刻，此绝缘层具有多个沟渠。本发明利用蚀刻溶液在表面凹凸不平的绝缘层的不同流速来使蚀刻溶液对突起处的蚀刻速率大于对凹陷处的蚀刻速率，进而达成平坦化的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种进行平坦化的方法，且特别是关于一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的方法。

背景技术

在制造多重金属内联机时，通常两层金属线之间为了避免发生短路，彼此之间必须以绝缘材料加以隔离。但是因为晶片表面高低起伏不定，所沉积的绝缘层也随着晶片表面而起伏，此时表面平坦化就成为进行下一层金属线的光刻工艺是否能顺利进行的决定步骤了。

因此在半导体制造技术中，表面平坦化是处理高密度光刻的一项重要技术。没有高低落差的平坦表面，才能避免曝光散射的问题，以进行精密的导线图案转移(Pattern Transfer)步骤。而化学机械抛光(Chemical-Mechanical Polishing；CMP)是现在能提供半导体制造整体平坦化(global planarization)的一种技术，其是利用机械式研磨的原理，配合适当的化学试剂，将芯片表面高低起伏不一的轮廓，一并加以磨平的平坦化技术。

在化学机械抛光制造过程中所使用的研浆(slurry)，亦即所谓的化学助剂中，含有硬度极高的研磨颗粒，而化学机械抛光即是利用研磨性(abrasive)极高的微粒，来进行芯片表面的研磨。然而，由于上述的研磨颗粒硬度极高，在以化学机械抛光在研磨一些材料的表面时，极容易造成表面刮伤的现象，使得在后续制造过程中发生桥接(bridge)问题而影响元件的操作，造成元件的可靠度降低。另外在进行完化学机械抛光之后，还需要清洗的步骤以去除研磨时所用的研磨颗粒。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的方法。

为了达到上述目的，本发明的利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的方法，包括将硫酸、磷酸、氢氟酸与水混合成一蚀刻溶液，然后将基底置于蚀刻溶液中，使蚀刻溶液以一适当流速流经基底上的绝缘层以进行蚀刻，此绝缘层具有多个沟渠。

依照本发明一较佳实施例，上述的硫酸的浓度为98重量百分比，磷酸为85重量百分比，氢氟酸约为1重量百分比。硫酸与磷酸的总体积为氢氟酸体积的50至100倍。蚀刻溶液对于具有平坦表面的绝缘层的蚀刻速率为50-80埃/分钟。

本发明的另一目的是提供一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的方法。在基底上图案密度较低的区域，先形成虚拟图案(dummypattern)，再进行湿蚀刻，以使基底上各个图案密度不同区域的蚀刻速率不会差距太大。

本发明利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的方法包括，将硫酸、磷酸、氢氟酸与水混合成一蚀刻溶液。在基底上的第一绝缘层上，形成共形的第二绝缘层。此第一绝缘层具有多个大沟渠与多个小沟渠，且第二绝缘层的厚度和大沟渠与小沟渠的深度约略相等。然后图案化第二绝缘层以形成多个突起于这些大沟渠中，这些突起彼此之间的距离和小沟渠的宽度约略相等。接着将基底置于蚀刻溶液中，使蚀刻溶液以一适当流速流经第一绝缘层与第二绝缘层的表面以进行蚀刻。

依照本发明另一较佳实施例，上述的硫酸的浓度为98重量百分比，磷酸为85重量百分比，氢氟酸约为1重量百分比。硫酸与磷酸的总体积为氢氟酸体积的50至100倍。蚀刻溶液对于具有平坦表面的绝缘层的蚀刻速率为50-80埃/分钟。

如上所述，本发明利用蚀刻溶液在表面凹凸不平的绝缘层的不同流速来使蚀刻溶液对突起处的蚀刻速率大于对凹陷处的蚀刻速率，进而达成平坦化的目的。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

图1是液体流经表面高低不平的表面时的示意图；

图2A-2B是依照本发明一较佳实施例的一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的流程剖面图；以及

图3A-3B是依照本发明另一较佳实施例的一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的流程剖面图。

图中符号说明：

100、200、300                 基底

110                           突起

210、310a、310b、310c         导线

220、320、330                 绝缘层

L1、L2、L3、L4                液流

V1、V2                        流速

H、h                          高度差

具体实施方式

请参照图1，图1是液体流经表面高低不平的表面时的示意图。在基底100上有突起110，当液体从基底100表面流过时，依照和基底100表面的距离由近至远，在图1上有标示出来的液流(flow)有L1、L2、L3与L4。距离基底100表面最近的液流L1，因为在其流经路径上会遇到突起110，所以其流速最慢。反之，距离基底100表面最远的液流L4，因为在其流经路径上没有遇到任何阻碍，所以其流速最快。

请参照图2A-2B，其是绘示依照本发明一较佳实施例的一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的流程剖面图。请参照图2A，在基底200上有导线210，导线210例如可为栅极或金属导线。导线210上有绝缘层220，其表面随着导线210的有无而高低起伏，突起与凹陷处的高度差为H。若将此基底200置入绝缘层220的蚀刻溶液中，并使蚀刻溶液流经绝缘层220的表面，其中靠近绝缘层220表面的蚀刻溶液的流速为V1，而较为远离绝缘层220表面的蚀刻溶液的流速为V2。

请参照图2B，经过一段时间之后，则绝缘层220会被蚀刻成绝缘层220a，其表面的突起与凹陷处的高度差为h，比原先绝缘层220的高低表面高度差H要小许多，亦即绝缘层220a的平坦度比绝缘层220的平坦度要好。此因在蚀刻反应中，常常是由蚀刻溶液中蚀刻剂分子到达被蚀刻表面的速率来决定反应速率，所以蚀刻溶液的流速大致和蚀刻速率成正比。因此，在绝缘层220凹陷处的蚀刻溶液流速V1较慢，所以其蚀刻速率较慢。而绝缘层220突起处的蚀刻液流速V2较快，使其蚀刻速率较快。

若绝缘层220的材质为氧化硅时，蚀刻溶液可利用硫酸、磷酸、氢氟酸与水来调配出。上述的硫酸的浓度较佳约为98重量百分比，磷酸较佳约为85重量百分比，氢氟酸较佳约为1重量百分比。蚀刻溶液的硫酸与磷酸的总体积较佳为氢氟酸体积的50至100倍，调整此比例使蚀刻溶液对于具有平坦表面的氧化硅层的蚀刻速率为50-80埃/分钟。

请参照图3A-3B，其是绘示依照本发明另一较佳实施例的一种利用非等向性湿蚀刻法来进行平坦化的流程剖面图。在图3A中，在基底300上有导线310a、310b、310c，其中导线310a、310b之间的距离较远，而导线310b、310c之间的距离较短。导线310a、310b、310c例如可为栅极或金属导线，其上有绝缘层320。

因为导线310a、310b之间的距离较远，也就是此区域的图案密度较小。而导线310b、310c之间的距离较近，也就是使区域的图案密度较大。所以蚀刻溶液流经导线310a、310b之间的绝缘层320表面时会较流经导线310b、310c之间的绝缘层320表面的蚀刻溶液的流速快。也就是导线310a、310b之间的绝缘层320表面的被蚀刻速率会比导线310b、310c之间的绝缘层320的要快。若要调整上述的问题，亦即绝缘层320的同高度表面却有不同蚀刻速率的问题，可以使用虚拟图案(dummy pattern)来解决。

形成虚拟图案的方法为，先在绝缘层320的上形成一层与其同材质的绝缘层330。接着请参照图3B，经过光刻蚀刻之后，在导线310a、310b之间的绝缘层320上形成虚拟图案330a，以增加导线310a、310b之间区域的图案密度(pattern density)。如此一来，导线310a、310b之间区域的图案密度就会和导线310b、310c之间区域的图案密度接近，也就可以较容易地掌控这两个不同图案密度区域的蚀刻速率了。后面的步骤和在图2B中所述的类似，因此不再赘述。

由上述本发明较佳实施例可知，本发明利用单一操作步骤就可以降低基底表面薄膜图案的高处与低处的高度差，使薄膜表面的平坦度增加。如此一方面可以避免化学机械抛光的缺点，如表面刮伤与残留研磨颗粒等问题同时还可以简化现有使用化学机械抛光的所需操作步骤。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书并结合说明书及附图所界定者为准。