专利名称：蚀刻具不同深宽比的孔洞的方法
技术领域：
本发明是关于一种蚀刻具有不同深宽比的孔洞的方法，尤指一种利用牺牲块图案的蚀刻方法。
背景技术：
蚀刻工艺是为半导体工艺中最为常见的技术之一，其目的在于去除不需要的薄膜或半导体衬底，以形成所需的结构或图案。蚀刻的原理为利用蚀刻溶液与薄膜之间的化学反应，或是利用电浆以物理及化学的方式轰击薄膜以达到去除薄膜的目的。在配合使用掩模图案的情况下，如光致抗蚀剂图案，即可利用蚀刻工艺定义出各薄膜层的图案，进而制作出所需的元件。
而随着微机电元件的发展，由于微机电元件常具有较半导体元件不同的结构，例如需蚀穿晶片，因此蚀刻工艺的良率更显得重要。特别是当结构设计需要而必须制作出具有不同深宽比的孔洞时，于蚀刻工艺中会因为各孔洞的蚀刻状况不一致而影响良率，此即所谓深宽比影响蚀刻(aspect ratiodependent etching，ARDE)现象。
请参考图1至图4，图1至图4为现有蚀刻具有不同深宽比的孔洞的方法示意图，其中图1是一衬底10的上视图，而图2至图4为衬底10沿1-1’方向的剖面图。首先如图1与图2所示，先提供一衬底10，并分别于衬底10的底表面形成一蚀刻停止层12，以及衬底10的上表面形成一光致抗蚀剂图案14。其中光致抗蚀剂图案14是用以于衬底10中定义出一第一孔洞预定区域16与一第二孔洞预定区域18。
如图3所示，接着进行一蚀刻工艺，利用光致抗蚀剂图案14作为一硬掩模，去除未被光致抗蚀剂图案14覆盖的衬底10以分别于第一孔洞预定区域16与第二孔洞预定区域18形成一第一孔洞20与一第二孔洞22。其中由于第一孔洞20与第二孔洞22具有不同的深宽比，因此会导致蚀刻速率有所差异。如图3所示，当位于第一孔洞预定区域16的衬底10已被蚀穿并停止于蚀刻停止层12时，第二孔洞预定区域18的衬底10由于蚀刻速率较慢仍未完全被去除。
如图4所示，由于第二孔洞预定区域18的蚀刻速率较慢，因此蚀刻工艺必须继续进行直至蚀穿衬底10以形成第二孔洞22，然而此时由于第一孔洞预定区域16的衬底10已被蚀穿，若蚀刻工艺继续进行，则第一孔洞20会过度蚀刻而造成侧壁状态不佳，或形成底部扩孔24，进而导致微机电元件的结构偏差。
由上述可知，现有的蚀刻工艺在形成具有不同深宽比的孔洞时，会由于蚀刻速率不一而造成过度蚀刻的问题。有鉴于此，申请人乃根据此等缺点及依据多年经验，悉心观察且研究之，而提出改良的本发明，以期增加产能及良率。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种蚀刻具不同深宽比的孔洞的方法，以解决现有技术无法克服的难题。
根据本发明的优选实施例，是揭露一种蚀刻具不同深宽比的孔洞的方法。首先提供一衬底，并于该衬底的一下表面形成一蚀刻停止层。接着于该衬底的该上表面形成一掩模图案，以于该衬底的一上表面定义至少一第一孔洞预定区域与至少一第二孔洞预定区域，且该掩模图案还包含有多个牺牲块图案分别位于该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域上。随后进行一蚀刻工艺，蚀刻未被该掩模图案遮蔽的该衬底直至该蚀刻停止层。最后移除该蚀刻停止层，并且一并移除该些牺牲块图案遮蔽的该衬底。
由于本发明的方法利用多个牺牲块图案作为硬掩模并进行蚀刻工艺，使得进行蚀刻工艺时未被牺牲块图案覆盖的位置形成具有相同深宽比的孔洞，随后再于移除蚀刻停止层之时一并移除牺牲块图案与其所覆盖的衬底，如此一来即可避免蚀刻工艺中因所欲形成的孔洞的深宽比差异过大所衍生的问题，进而提升蚀刻工艺的良率。
为了使贵审查委员能更近一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而所附图式仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1至图4为现有蚀刻具有不同深宽比的孔洞的方法示意图；图5至图8为本发明的一优选实施例蚀刻具有不同深宽比的孔洞的方法示意图；图9与图10为本发明的另一优选实施例蚀刻具有不同深宽比的孔洞的方法示意图。
附图标记说明10 衬底 12 蚀刻停止层14 光致抗蚀剂图案 16 第一孔洞预定区域18 第二孔洞预定区域 20 第一孔洞22 第二孔洞 24 扩孔50 衬底 52 蚀刻停止层54 掩模图案 54A 牺牲块图案56 第一孔洞预定区域 58 第二孔洞预定区域60 第一孔洞 62 第二孔洞70 衬底 72 蚀刻停止层74 光致抗蚀剂图案 74A 牺牲块图案76 第一孔洞预定区域 78 第二孔洞预定区域80 第三孔洞预定区域具体实施方式
请参考图5至图8，图5至图8为本发明的一优选实施例蚀刻具有不同深宽比的孔洞的方法示意图，其中图5为一衬底50的上视图，而图6至图8为衬底50沿5-5’方向的剖面图。如图5与图6所示，先提供一衬底50，并分别于衬底50的底表面形成一蚀刻停止层52，以及衬底50的上表面形成一掩模图案54以于衬底50中定义出一第一孔洞预定区域56与一第二孔洞预定区域58。掩模图案54还包含有多个牺牲块图案54A，分别位于第一孔洞预定区域56与第二孔洞预定区域58上。其中于本实施例中，掩模图案54的材质是选用光致抗蚀剂，并利用光刻工艺加以形成，然而掩模图案54的材质也可视情况选用非光致抗蚀剂材质，例如硅氧化合物或氮硅化合物，以增加遮蔽效果。另外，牺牲块图案54A的作用在于使第一孔洞预定区域56与第二孔洞预定区域58在进行后续蚀刻工艺时，具有相同的蚀刻条件。
如图7与图8所示，接着进行一蚀刻工艺，例如一反应性离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)工艺，利用掩模图案54与牺牲块图案54A作为硬掩模，蚀刻掉未被掩模图案54与牺牲块图案54A覆盖的衬底50，直至蚀刻停止层52。值得注意的是，由于牺牲块图案54A使第一孔洞预定区域56与第二孔洞预定区域58具有相同的线宽，因此实际上在进行蚀刻工艺时，是于第一孔洞预定区域56与第二孔洞预定区域58内形成多个具有相似深宽比的孔洞，如此一来便不会因为深宽比的不同而产生蚀刻速率的问题，进而影响蚀刻工艺的良率。
由于牺牲块图案54A所覆盖的衬底50是与蚀刻停止层52相连，因此将蚀刻停止层52移除时即可一并移除牺牲块图案54A以及其所覆盖的衬底50，而形成一第一孔洞60与一第二孔洞62。最后再移除衬底50上表面的掩模图案54，即完成第一孔洞60与第二孔洞62的制作，如图8所示。其中在本实施例中，蚀刻停止层52可选用光致抗蚀剂、苯并环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)、聚酰亚胺(polyimide)、二氧化硅、金属、胶带、UV胶带或腊等可利用湿蚀刻、加热或照光等方式轻易去除的材质。
由上述实施例可知，本发明的特殊之处在于利用多个牺牲块图案作为硬掩模并进行蚀刻工艺，使得进行蚀刻工艺时未被牺牲块图案覆盖的位置形成具有相同深宽比的孔洞，随后再于移除蚀刻停止层之时一并移除牺牲块图案与其所覆盖的衬底，如此一来即可避免蚀刻工艺中因所欲形成的孔洞的深宽比差异过大所衍生的问题。然而值得注意的是，牺牲块图案的大小、分布、配置密度是依据掩模图案密集度以及蚀刻工艺的参数加以调整，即当衬底上的掩模图案具有不同的图案密度(pattern density)时，本发明可适当地调整各孔洞中的牺牲块图案的大小、分布、配置密度，以避免微负荷效应(micro-loading effect)影响蚀刻的均匀性。举例来说，如果衬底上欲形成的某一区域的多个第一孔洞的密度较另一区域的多个第二孔洞的密度为高，则各第一孔洞预定区域所设置的牺牲块图案的配置密度应较各第二孔洞预定区域的牺牲块图案的配置密度为低，以使基板上整体的蚀刻条件相似。
另外，如果欲形成的某些孔洞的深宽比(下称第三孔洞)远低于其他孔洞，也可以第三孔洞为基准，而利用牺牲块图案使其他深宽比较大的孔洞，如第一孔洞或第二孔洞，具有与第三孔洞相同的蚀刻条件。请参考图9与图10，图9与图10为本发明的另一优选实施例蚀刻具有不同深宽比的孔洞的方法示意图，其中图9为一衬底70的上视图，而图10为衬底70沿7-7’方向的剖面图。如图9与图10所示，先提供一衬底70，并分别于衬底70的底表面形成一蚀刻停止层72，以及衬底70的上表面形成一掩模图案74以于衬底70中定义出一第一孔洞预定区域76、一第二孔洞预定区域78与一第三孔洞预定区域80。掩模图案74还包含有多个牺牲块图案74A，分别位于第一孔洞预定区域76与第二孔洞预定区域78上。其中由于第三孔洞预定区域80的深宽比远低于第一孔洞预定区域76与第二孔洞预定区域78，因此本实施例的方法是以第三孔洞预定区域80的线宽为基准，而利用牺牲块图案74A使第一孔洞预定区域76与第二孔洞预定区域78具有与第三孔洞预定区域80相同的蚀刻条件。在此相同的蚀刻条件之下，即可进行后续蚀刻工艺，而蚀刻工艺的详细步骤已于前一优选实施例中详细揭露，在此不多加赘述。
另外，上述二优选实施例是应用于蚀穿衬底的情况下，而本发明的方法如果欲应用于不蚀穿衬底的情况下，则不必于衬底的底表面形成蚀刻停止层，并在蚀刻不同深宽比的孔洞内的衬底至一预定深度后，再利用一等向性蚀刻工艺去除孔洞内各牺牲块图案所覆盖的衬底，并且一并去除牺牲块图案，如此一来即可蚀刻出具有不同深宽比的孔洞。
相较于现有技术，本发明的方法利用多个牺牲块图案作为硬掩模并进行蚀刻工艺，使得进行蚀刻工艺时未被牺牲块图案覆盖的位置形成具有相同深宽比的孔洞，随后再于移除蚀刻停止层之时一并移除牺牲块图案与其所覆盖的衬底，如此一来即可避免蚀刻工艺中因所欲形成的孔洞的深宽比差异过大所衍生的问题，进而提升蚀刻工艺的良率。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种蚀穿具不同深宽比的孔洞的方法，其包含有提供一衬底；于该衬底的一下表面形成一蚀刻停止层；于该衬底的一上表面形成一掩模图案，以于该衬底的该上表面定义至少一第一孔洞预定区域与至少一第二孔洞预定区域，且该掩模图案还包含有多个牺牲块图案分别位于该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域上；进行一蚀刻工艺，蚀刻未被该掩模图案遮蔽的该衬底直至该蚀刻停止层；以及移除该蚀刻停止层，并且一并移除该些牺牲块图案与该些牺牲块图案遮蔽的该衬底。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一孔洞预定区域的面积不等于该第二孔洞预定区域的面积。
3.如权利要求1所述的方法，其中该些牺牲块图案是用来使该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域具有相同的蚀刻条件。
4.如权利要求3所述的方法，其中该些牺牲块图案使该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域在进行该蚀刻工艺时具有相同的线宽。
5.如权利要求1所述的方法，其中该些牺牲块图案的大小、分布、配置密度的调整是依据该掩模图案密集度以及该蚀刻工艺的参数。
6.如权利要求1所述的方法，还包含有一移除该掩模图案的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其中该掩模图案另于该衬底的该上表面定义出至少一第三孔洞预定区域，且该第三孔洞预定区域上未包含有任何牺牲块图案。
8.一种蚀刻具不同深宽比的孔洞的方法，其包含有提供一衬底，该衬底的一上表面包含有至少一第一孔洞预定区域与至少一第二孔洞预定区域；于该衬底的该上表面形成一掩模图案，该掩模图案曝露出该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域，且该掩模图案还包含有多个牺牲块图案位于该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域上；进行一蚀刻工艺，利用该掩模图案作为一掩模以蚀刻未被该掩模图案遮蔽的该衬底；以及移除该些牺牲块与被该些牺牲块遮蔽的该衬底。
9.如权利要求8所述的方法，其中该第一孔洞预定区域的面积大于该第二孔洞预定区域的面积。
10.如权利要求8所述的方法，其中该些牺牲块图案使该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域具有相同的蚀刻条件。
11.如权利要求10所述的方法，其中该些牺牲块图案使该第一孔洞预定区域与该第二孔洞预定区域在进行该蚀刻工艺时具有相同的线宽。
12.如权利要求8所述的方法，其中该些牺牲块图案的大小、分布、配置密度的调整是依据该掩模图案密集度以及该蚀刻工艺的参数。
13.如权利要求8所述的方法，在进行该蚀刻工艺之前还包含有于该衬底的一下表面形成一蚀刻停止层。
14.如权利要求13所述的方法，其中该蚀刻工艺是蚀穿该衬底并停止于该蚀刻停止层。
15.如权利要求14所述的方法，其中该些牺牲块图案与被该些牺牲块图案遮蔽的该衬底是在移除该蚀刻停止层时一并被移除。
16.如权利要求8所述的方法，还包含有一移除该掩模图案的步骤。
17.如权利要求8所述的方法，其中该衬底的该上表面包含有至少一第三孔洞预定区域，且该第三孔洞预定区域上未包含有任何牺牲块图案。
全文摘要
本发明公开了一种蚀刻具不同深宽比的孔洞的方法。首先于一衬底的下表面形成一蚀刻停止层，并于该衬底的上表面形成一掩模图案。该掩模图案包含有多个牺牲块图案分别位于一第一孔洞预定区域与一第二孔洞预定区域上。随后进行一蚀刻工艺，蚀刻未被该掩模图案遮蔽的该衬底直至该蚀刻停止层。最后移除该蚀刻停止层，并且一并移除该些牺牲块图案遮蔽的该衬底。
文档编号H01L21/30GK1731564SQ200410055819
公开日2006年2月8日 申请日期2004年8月4日 优先权日2004年8月4日
发明者杨辰雄 申请人:探微科技股份有限公司