專利名稱：用干法刻蝕在半導(dǎo)體襯底上形成金屬布線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件生產(chǎn)工藝中的干法刻蝕，尤其涉及金屬布線薄膜的干法刻蝕，這些金屬布線薄膜例如是由鋁合金制成的或是由金屬布線薄膜與勢(shì)壘金屬組成的疊層。
在現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，鋁合金(如，Al-Si、Al-Clu、Al-Si-Cu等)已成為最廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體器件的金屬布線材料，并且對(duì)這類鋁合金進(jìn)行干法刻蝕通常所用的氣體主要包含有氯(Cl)。
由于鋁易于與氯發(fā)生反應(yīng)，刻蝕工藝按照各向同性的方式進(jìn)行。因而，為了獲得高集成度半導(dǎo)體器件的要求的各向異性形狀，人們采用了一種在刻蝕過(guò)程中在金屬布線的側(cè)壁上形成一層保護(hù)膜以抑制各向同性刻蝕的方法。形成側(cè)壁保護(hù)膜的方法有兩種，一種方法是利用從光刻膠掩膜中分解出的物質(zhì)，另一種方法是利用在刻蝕反應(yīng)過(guò)程中加入具有沉積特性的氣體生成的反應(yīng)物。前一種方法可以通過(guò)采用一種比較簡(jiǎn)單和潔凈的氣體系統(tǒng)(如Cl2/BCl3)使其實(shí)現(xiàn)。
但是，由于側(cè)壁保護(hù)膜的形成是通過(guò)消耗光刻膠掩膜自身實(shí)現(xiàn)的，這種方法就帶來(lái)降低光刻膠的選擇性的問(wèn)題，因而就缺乏精細(xì)加工的性能。另一方面，由于后一種方法在獲得側(cè)壁保護(hù)膜的同時(shí)抑制了光刻膠的刻蝕量，使它有可能提高對(duì)光刻膠的選擇性，但它必須使用一種既復(fù)雜而且又具有高度淀積特性的氣體系統(tǒng)(如，Cl2/BCl3/N2、Cl2/BCl3/CHF3、Cl2/BCl3/CH2F2、Cl2/BCl3/N2/CHF3等)。
在對(duì)鋁合金進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，上述兩種方法中，反應(yīng)生成物明顯地沉積在反應(yīng)容器(以下稱作反應(yīng)室)的內(nèi)表面，以能提高光刻膠選擇性的后一種方法為例，其沉積的程度尤其顯著。
圖5示出在反應(yīng)室內(nèi)側(cè)出現(xiàn)反應(yīng)生成物沉積的情況。如圖所示，隨著被刻蝕的半導(dǎo)體圓片的數(shù)量增多，反應(yīng)生成物，例如在反應(yīng)室2的內(nèi)壁上、在上電極3的表面上、在用來(lái)放置半導(dǎo)體圓片W的下電極4的側(cè)壁上以及在均勻環(huán)5的表面上淀積下來(lái)，直至這種淀積物被剝離下來(lái)在反應(yīng)室2中形成顆粒狀物質(zhì)。然后，如圖6A所示，當(dāng)顆粒6沉積在圓片W上，在刻蝕鋁合金薄膜8時(shí)，它們就象光刻膠7一樣起掩膜的作用。結(jié)果如圖6B所示，在兩條鋁合金線8a和8b之間留下一層鋁合金膜，從而導(dǎo)致兩線之間的短路，并帶來(lái)半導(dǎo)體器件的成品率顯著下降的問(wèn)題。
為了盡可能防止刻蝕過(guò)程中的反應(yīng)生成物沉積在反應(yīng)室內(nèi)表面上，既要從根本上抑制沉積物在刻蝕過(guò)程中的形成，又要間歇地去除附著在內(nèi)表面上的沉積物。前述方法是直接抑制光刻膠的分解生成物或是抑制作為沉積物形成源的沉積性氣體。但這將導(dǎo)致為獲得各向異性形狀所需求的側(cè)壁保護(hù)組份降低，因此按照精細(xì)圖形加工的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)它是有害的。后述方法包括，一種方法是打開(kāi)反應(yīng)室，通入空氣，并用水或酒精之類的溶劑清洗沉積物(濕法清洗)；另一種方法是在保持反應(yīng)室處于真空狀態(tài)的情況下將清洗氣體引入反應(yīng)室中并產(chǎn)生等離子體以清除沉積物(干法清洗)。
濕法清洗需要多步繁瑣的操作，諸如，作為打開(kāi)反應(yīng)室之前的預(yù)處理要先向反應(yīng)室和氣體管道中通氮?dú)?；降低反?yīng)室溫度；清洗反應(yīng)室壁和反應(yīng)室內(nèi)的部件；清洗后干燥；提高反應(yīng)室溫度；將反應(yīng)室抽真空后向反應(yīng)室和氣體管道通氮?dú)獯迪矗蛔詈蟮母稍锾幚怼Ｒ虼?，這種方法因降低生產(chǎn)率而造成生產(chǎn)成本增加，也就是說(shuō)，處理步驟增多，因工藝裝置空閑時(shí)間增多而使裝置的工作時(shí)間減少，從而導(dǎo)致單位時(shí)間的加工量(產(chǎn)量)減少。為克服這些問(wèn)題創(chuàng)造了干法清洗。
公開(kāi)號(hào)為平2-304923的日本專利公開(kāi)了一種干清洗法。在該專利文獻(xiàn)中描述的技術(shù)包括在采用溴氣系統(tǒng)進(jìn)行干法刻蝕之后，向反應(yīng)室中引入清洗氣體并產(chǎn)生清洗氣體的等離子體，附著和沉積在刻蝕反應(yīng)室中的殘留溴由此被去除，而不必拆開(kāi)反應(yīng)室進(jìn)行濕法化學(xué)清洗。
如圖7所示，當(dāng)采用這種干法清洗時(shí)，由于每片圓片在反應(yīng)室內(nèi)反應(yīng)生成物的沉積量減少，間歇清洗之間的時(shí)間間隔Cb比起僅用濕法清洗的現(xiàn)有技術(shù)的間歇清洗時(shí)間間隔Ca加長(zhǎng)了。因此，克服了加工裝置工作時(shí)間縮短的弊病。
但是，在采用上述干法清洗時(shí)，在正常干法刻蝕的加工時(shí)間之外還需要一些額外的時(shí)間進(jìn)行干法清洗。這就降低了單位時(shí)間內(nèi)被處理的圓片數(shù)量，就是降低了產(chǎn)量，這種方法還不足以克服生產(chǎn)率下降的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是克服上述問(wèn)題，提供一種具有精細(xì)圖形加工性能而又不致降低生產(chǎn)效率的金屬布線薄膜的干法刻蝕工藝。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的金屬布線薄膜干刻蝕方法包括兩個(gè)刻蝕步驟第一步，對(duì)金屬布線薄膜進(jìn)行刻蝕；第二步，對(duì)金屬布線薄膜進(jìn)行再刻蝕，且在第二步刻蝕中氣體在刻蝕反應(yīng)室中的駐留時(shí)間長(zhǎng)于第一步刻蝕中氣體的駐留時(shí)間。
設(shè)第一步刻蝕中氣體的駐留時(shí)間為t1，第二步刻蝕中氣體的駐留時(shí)間為t2，最好設(shè)定刻蝕條件使其滿足下列關(guān)系t1/t2＞5。
并且，作為設(shè)置刻蝕條件的實(shí)際手段，在每步刻蝕中至少可以控制壓力和總的氣體流速中的一項(xiàng)。
如前所述，為了獲得具有精細(xì)加工性能的金屬布線薄膜干法刻蝕，特別是要具有光刻膠的高選擇性和高生產(chǎn)效率，控制反應(yīng)室中沉積物或反應(yīng)生成物的數(shù)量是重要的。
氣體在反應(yīng)室中的駐留時(shí)間t，是被考慮在反應(yīng)室中出現(xiàn)反應(yīng)生成物多少的控制因素，其定義是指在抽真空之前，氣體分子存在于反應(yīng)室中的平均時(shí)間(可參閱由J.Brian N.Chapman編寫的“輝光放電工藝濺射和等離子體刻蝕”)。
t＝PV/Q……(1)其中，P是反應(yīng)室中的氣壓(乇)，V是反應(yīng)室容積(升)，Q是抽空量(乇·升/秒)。
氣流速度和抽真空量間的關(guān)系可用正式表示1(SCCM)＝1.26×10-2(乇·升/秒)……(2)在反應(yīng)生成物沉積之前，將它們徹底排放到反應(yīng)室之外，便可抑制反應(yīng)生成物沉積到反應(yīng)室的內(nèi)表面。如果縮短氣體在反應(yīng)室內(nèi)駐留的時(shí)間，則反應(yīng)生成物的駐留時(shí)間也被縮短，便使得反應(yīng)室內(nèi)的沉積量下降。
因?yàn)榉磻?yīng)室的容量(V)通常是常量，縮短氣體駐留時(shí)間的方法根據(jù)公式(1)可以是1)降低氣壓(P)或者是2)增大抽空量(Q)。但是，如果在刻蝕加工的開(kāi)始便采用這樣的刻蝕條件，因?yàn)閭?cè)壁保護(hù)成份在反應(yīng)室內(nèi)的駐留時(shí)間也被縮短，那么側(cè)壁保護(hù)膜將無(wú)法充分形成。加之，由于等離子體密度降低，有效的反應(yīng)物(刻蝕劑)數(shù)量減少，導(dǎo)致金屬布線薄膜的刻蝕速度降低。與此同時(shí)，由于離子能量的增高，使光刻膠的刻蝕率升高。所以，很難以高選擇性的光刻膠對(duì)金屬布線薄膜進(jìn)行刻蝕。
另一方面，當(dāng)完成對(duì)金屬布線薄膜的第一步刻蝕后進(jìn)行第二步再刻蝕的時(shí)候，上述刻蝕條件有效地防止金屬布線由于過(guò)量刻蝕劑的側(cè)向刻蝕作用導(dǎo)致的變形。并且，在對(duì)包含在一層金屬勢(shì)壘薄膜上形成一層金屬布線薄膜的疊層金屬布線薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕時(shí)，因?yàn)閯?shì)壘金屬層是在金屬布線薄膜的刻蝕之后進(jìn)行刻蝕的，可以預(yù)計(jì)金屬勢(shì)壘薄膜的刻蝕速率會(huì)因離子能量的提高而獲改進(jìn)。
在下面的描述中，由Al-Si-Cu合金構(gòu)成的鋁合金薄膜將作為要進(jìn)行刻蝕的金屬布線薄膜的一項(xiàng)實(shí)例，并且所用的刻蝕手段是反應(yīng)離子刻蝕裝置(以下稱為RIE裝置)。當(dāng)鋁合金薄膜被一層光刻膠覆蓋并且采用已有的光刻工藝將光刻膠層作成刻蝕掩膜的圖形，乃由RIE裝置進(jìn)行刻蝕工藝。
為了獲得光刻膠的高選擇性以及各向異性的形狀，對(duì)鋁合金薄膜的刻蝕首先是在較高氣壓的加工氣體和較高沉積特性的刻蝕條件下進(jìn)行的，即處于反應(yīng)生成物易于沉積的條件(第一步刻蝕)。在此之后，對(duì)鋁合金薄膜進(jìn)行再刻蝕是采用比第一步刻蝕更低的加工氣壓和更高的氣體總流速的條件，即是在氣體駐留時(shí)間更短的條件下進(jìn)行刻蝕的(第二步刻蝕)。
通過(guò)提高加工氣體的氣壓，并通過(guò)采用增強(qiáng)沉積的刻蝕條件充分保護(hù)側(cè)壁，就能在光刻膠的選擇性得到改進(jìn)的情況下進(jìn)行各向異性刻蝕。此外，將刻蝕鋁合金薄膜時(shí)形成的反應(yīng)生成物在再刻蝕時(shí)在反應(yīng)室內(nèi)附著和沉積之前就排放出去，就能抑制住反應(yīng)生成物在反應(yīng)室內(nèi)的沉積。它的實(shí)現(xiàn)是借助于降低加工氣體的氣壓抑制過(guò)量刻蝕劑的形成，從而保持鋁合金薄膜的各向異性形狀，此時(shí)同時(shí)，提高氣體總流速以縮短氣體在反應(yīng)室內(nèi)的駐留時(shí)間。
從下面結(jié)合附圖進(jìn)行的說(shuō)明中，對(duì)本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)以及特性更加明顯可見(jiàn)，其中

圖1是本發(fā)明一項(xiàng)最佳實(shí)施例所用干法刻蝕裝置的結(jié)構(gòu)側(cè)視的橫斷面示意圖。
圖2A至2D是本發(fā)明第一實(shí)施例中金屬布線形成步驟各階段的半導(dǎo)體圓片的橫斷面示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中氣體駐留時(shí)間與反應(yīng)生成物沉積膜厚度之間的關(guān)系示意圖。
圖4A至4D是本發(fā)明第二實(shí)施例中金屬布線形成工藝中各階段的半導(dǎo)體圓片的橫斷面示意圖。
圖5是用來(lái)解釋現(xiàn)有技術(shù)缺陷的干法刻蝕裝置的側(cè)視圖。
圖6A、6B用來(lái)解釋現(xiàn)有技術(shù)缺陷的半導(dǎo)體圓片的側(cè)視圖。
圖7是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的濕法清洗與間歇進(jìn)行的干法清洗進(jìn)行比較的工藝流程圖。
下面參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例加以解釋。圖1是描述第一項(xiàng)實(shí)施例所用干法刻蝕裝置的示意圖。該裝置是一個(gè)反應(yīng)離子刻蝕類型的干法刻蝕裝置，其中在由真空泵11保持高真空的一個(gè)刻蝕反應(yīng)室12中彼此對(duì)面地設(shè)置著一個(gè)下電極13和一個(gè)與其平行的上電極14。高頻電源16通過(guò)匹配箱15與下電極13相連。
并且，用來(lái)導(dǎo)入刻蝕氣體的管道17與上電極14相連，刻蝕氣體的出口18分布在上電極14的表面上，整個(gè)上電極14電接地。作為刻蝕件的半導(dǎo)體圓片W安放在下電極13的上面，均勻環(huán)19分布在圓片的周圍位置，使得在圓片平面內(nèi)的刻蝕速率和刻蝕形狀的空間均勻性得到增強(qiáng)。此外，在反應(yīng)室12的外壁上還設(shè)有一個(gè)用來(lái)檢測(cè)刻蝕工藝終點(diǎn)的發(fā)射光單色儀20。用于該實(shí)施例的刻蝕反應(yīng)室的容積為20.0升。
下面參照?qǐng)D2A至2D對(duì)用上述結(jié)構(gòu)的RIE裝置進(jìn)行刻蝕金屬布線薄膜的過(guò)程加以說(shuō)明。這些圖是本實(shí)施例形成金屬布線的方法中各個(gè)步驟半導(dǎo)體圓片的橫斷面示意圖。
首先，如圖2A所示，用化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝在半導(dǎo)體襯底22上形成一層氧化硅薄膜23。再用濺射方法在氧化硅薄膜23上形成一層厚度為400至500納米的鋁-硅-銅合金薄膜24(以下稱作Al-Si-Cu合金薄膜)作為金屬布線薄膜。
然后，在Al-Si-Cu合金薄膜上旋轉(zhuǎn)甩復(fù)一層光刻膠，并用已知的光刻工藝形成如圖2B所示的掩膜圖形。
接下來(lái)，如圖2C所示，第一步刻蝕采用干法刻蝕，用主要為Cl2氣的四元混合氣體系統(tǒng)Cl2/BCl3/N2/CHF3作為刻蝕氣體對(duì)Al-Si-Cu合金薄膜24進(jìn)行刻蝕。
這一步的刻蝕條件包括加工氣體的氣壓25帕(＝1.88×10-1乇)，氣體總流速75SCCM，高頻電壓2.55瓦/平方公里(W/Cm2)。在此條件下，Al-Si-Cu合金薄膜24的刻蝕速率為700納米/分(nm/min)，光刻膠的選擇率約為3.0。通過(guò)發(fā)射光單色儀(終點(diǎn)檢測(cè)器)監(jiān)測(cè)在鋁的發(fā)射波長(zhǎng)396納米處的光發(fā)射強(qiáng)度，由此決定第一步刻蝕的刻蝕時(shí)間。
再接下來(lái)，如圖2D所示，在第一步刻蝕完成以后，進(jìn)行第二步“再刻蝕”，將精細(xì)圖形區(qū)和下層臺(tái)階區(qū)的殘余刻蝕物去除。
為了檢驗(yàn)氣體駐留時(shí)間與反應(yīng)室中均勻環(huán)(圖1中的19)內(nèi)壁上反應(yīng)生成物沉積厚度的關(guān)系，在第二步刻蝕中進(jìn)行了一項(xiàng)改變氣體駐留時(shí)間的試驗(yàn)。
表1表示出在此試驗(yàn)中所用的刻蝕條件及在各種條件下的氣體駐留時(shí)間。最前面的條件(表1中的條件A)是為第一步刻蝕設(shè)定的，而為第二步刻蝕設(shè)定了6種不同的條件(條件B至G)，對(duì)于各種參數(shù)，在外加高頻電源和刻蝕時(shí)間分別保持在1.59瓦/平方厘米和30秒的同時(shí)，改變加工氣體的氣壓和氣體總流速。試驗(yàn)中的兩步刻蝕是用上述條件的組合進(jìn)行的。
表1中抽空量的數(shù)值是用前述公式(2)在氣體總流速的基礎(chǔ)上計(jì)算得來(lái)的。而氣體的駐留時(shí)間是按照前述公式(1)計(jì)算得來(lái)的。
在此實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)對(duì)100片具有圖2B所示的光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體圓片連續(xù)進(jìn)行刻蝕之后，將反應(yīng)室打開(kāi)處在大氣壓力的空氣中，然后對(duì)沉積在反應(yīng)室內(nèi)均勻環(huán)上的反應(yīng)生成物的厚度(T)進(jìn)行測(cè)量。
圖3示出氣體駐留時(shí)間和反應(yīng)生成物膜厚之間的關(guān)系。圖中的橫坐標(biāo)表示第一步刻蝕中的氣體駐留時(shí)間(t1)和第二步刻中的氣體駐留時(shí)間(t2)的比值t1/t2。而縱坐標(biāo)表示對(duì)薄膜厚度T0的歸一值(T1/T0)，T0是僅在第一步刻蝕條件下連續(xù)加工100片圓片的反應(yīng)生成物薄膜的厚度。
從圖3的結(jié)果可以看出，在t1/t2＞5的條件下(條件A＋條件F，條件A＋條件E，條件A＋條件G)，保持著T/T0＜1。這就是說(shuō)，在第一步刻蝕中附著和沉積的反應(yīng)生成物在第二步刻蝕中被除去。另一方面，在t1/t2＜5的條件下(條件A＋條件B，條件A＋條件C，條件A＋條件D)，保持著T/T0＞1。這意味著在第二步刻蝕中，反應(yīng)生成物的沉積量增大了。
這說(shuō)明，第二步刻蝕中的氣體駐留時(shí)間是影響反應(yīng)室中反應(yīng)生成物情況的主要參數(shù)?？紤]到在第二步刻蝕中，在反應(yīng)生成物能在反應(yīng)室內(nèi)附著和沉積之前，就將在第一步刻蝕中(即刻蝕鋁合金薄膜的過(guò)程)形成的反應(yīng)生成物抽出，這就使得在反應(yīng)室內(nèi)附著和沉積的反應(yīng)生成物的絕對(duì)數(shù)量減少。在描述本實(shí)施例當(dāng)中，僅提及反應(yīng)生成物在均勻環(huán)設(shè)置處的沉積，然而，本發(fā)明在反應(yīng)室內(nèi)的其它地方如上電極的表面、反應(yīng)室的內(nèi)壁等處，也提供有類似的效應(yīng)。
在本實(shí)施例的刻蝕條件下對(duì)Al-Si-Cu合金薄膜進(jìn)行刻蝕之后，檢查刻蝕件的外觀，未發(fā)現(xiàn)有刻蝕殘余物或其類似物存在，且該刻蝕條件沒(méi)有對(duì)再刻蝕過(guò)程產(chǎn)生不符合要求的效應(yīng)。
表2示出與刻蝕條件有關(guān)的間歇清洗的時(shí)間間隔和產(chǎn)量之間關(guān)系的一項(xiàng)實(shí)例。在t1/t2＜5的條件下(條件A＋條件C)，間歇清洗所要求的時(shí)間間隔短達(dá)500片/每個(gè)周期，其產(chǎn)量為15片/小時(shí)。
當(dāng)將現(xiàn)有技術(shù)中的干法刻蝕加入到工藝條件中，間歇清洗的時(shí)間間隔提高到2500片/每周期，產(chǎn)量降低到原來(lái)的2/3，即10片/小時(shí)。反之，在滿足t1/t2＞5屬于本發(fā)明的技術(shù)條件下(條件A＋條件E)，間歇清洗的時(shí)間間隔可以長(zhǎng)至2500片/每周期，但產(chǎn)量為15片/小時(shí)。這意味著，在不犧牲產(chǎn)量的前提下，獲得與采用傳統(tǒng)干法清洗所能得到的相同的間歇清洗時(shí)間間隔。
并且，由于本實(shí)施例引入了一個(gè)新的工藝變量，即氣體駐留時(shí)間，在為了抑制反應(yīng)室內(nèi)沉積物而選擇刻蝕條件的時(shí)候，象反應(yīng)室內(nèi)氣壓和氣體總流速這樣的條件可以參照駐留時(shí)間以更大的自由度選擇設(shè)置。
下面參照?qǐng)D4A至4D對(duì)本發(fā)明的第二項(xiàng)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
首先要說(shuō)明對(duì)金屬布線薄膜進(jìn)行刻蝕的過(guò)程。圖4是該實(shí)施例金屬布線形成方法的各步半導(dǎo)體圓片的橫斷面示意圖。
第一步，如圖4A所示，用傳統(tǒng)的CVD工藝在半導(dǎo)體襯底27上形成一層氧化硅薄膜28。然后用濺射法在氧化硅薄膜28上形成一層厚度為100至200納米的氮化鈦薄膜29作為金屬勢(shì)壘層。接著，用傳統(tǒng)的濺射方法，在氮化鈦薄膜29上形成一層厚度為400至500納米的Al-Si-Cu合金薄膜30。這樣，就形成了包括一層Al-Si-Cu合金薄膜30和一層氮化鈦薄膜29的疊層薄膜結(jié)構(gòu)的金屬布線薄膜。
然后，在Al-Si-Cu合金薄膜30上覆蓋一層光刻膠，并用已知的光刻工藝將光刻膠層形成如圖4B所示的掩膜圖形31。
接下來(lái)，如圖4C所示，進(jìn)行第一步干法刻蝕，用四元?dú)怏w系統(tǒng)Cl2/BCl3/N2/CHF3對(duì)Al-Si-Cu合金薄膜30進(jìn)行刻蝕。這一步的刻蝕條件與第一項(xiàng)實(shí)施例中第一步刻蝕的刻蝕條件相同(表1中的條件A加工氣體的氣壓為2.5帕(＝1.88×10-1乇)，氣體總流速為75SCCM，高頻電源為2.55瓦/平方厘米。用安放在反應(yīng)室外面的發(fā)射光單色儀(終點(diǎn)檢測(cè)器)監(jiān)測(cè)在鋁發(fā)射波長(zhǎng)即392納米處的光發(fā)射強(qiáng)度，由此決定第一步刻蝕的刻蝕時(shí)間。
然后，如圖4D所示，在第一步刻蝕完成以后，進(jìn)行第二步刻蝕，刻蝕氮化鈦薄膜19(勢(shì)壘金屬的刻蝕步驟)。
在此第二步的刻蝕條件包括加工氣體的壓力為5帕(＝3.75×10-2乇)，氣體總流速為120SCCM，外加高頻電源為1.59瓦/平方厘米(與表1中的條件E相同)，刻蝕時(shí)間為60秒。
在此實(shí)施例中，每一刻蝕步驟中的氣體駐留時(shí)間按照公式(1)和(2)進(jìn)行如下計(jì)算。
第一步刻蝕中的氣體駐留時(shí)間t1為t1＝1.88×10-1×22/(75×1.26×10-2)＝4.38(秒)另一方面，第二步刻蝕中的氣體駐留時(shí)間t2為t2＝3.75×10-1×22/(120×1.26×10-2)＝5.46×10-1(秒)從上述計(jì)算結(jié)果可得，t1和t2的比例t1/t2為7.95。它滿足條件t1/t2＞5，說(shuō)明在第一步刻蝕中附著和沉積在反應(yīng)室內(nèi)表面的反應(yīng)生成物在第二步刻蝕中能被去除。并且，在圓片表面的臺(tái)階部位沒(méi)有殘余刻蝕物。
在此實(shí)施例中，作為一項(xiàng)實(shí)例曾經(jīng)提出過(guò)用由Al-Si-Cu合金薄膜和氮化鈦薄膜組成的疊層結(jié)構(gòu)金屬薄膜，但是通過(guò)用一層鈦薄膜或是由一層氮化鈦薄膜和一層鈦薄膜組成的疊層薄膜取代氮化鈦薄膜也能獲得類似的效果。
雖然對(duì)本發(fā)明已經(jīng)聯(lián)系了某些最佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但由本發(fā)明方式所涵蓋的內(nèi)容并不僅限于這些具體的實(shí)施例。恰恰相反，本發(fā)明的意旨在于它的內(nèi)容包括了所有可能在下述權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)所作的替換、修改和等同的方案。
例如，在上述實(shí)施例的描述中曾用RIE裝置作為刻蝕裝置進(jìn)行說(shuō)明，但可應(yīng)用于本發(fā)明的刻蝕裝置并不僅限于RIE裝置，其它的裝置，如微波刻蝕裝置或類似的設(shè)備也可采用。又如涉及本發(fā)明能夠適用的刻蝕薄膜，除了鋁合金薄膜以外，還有如鎢或鉬等制成的高熔點(diǎn)金屬薄膜，盡管在采用氟系氣體時(shí)它們?cè)诜磻?yīng)室內(nèi)所造成的反應(yīng)生成物沉積問(wèn)題并不象鋁合金薄膜情況下那么顯著。
如以上具體描述過(guò)的，在本發(fā)明的干法刻蝕中，引入了氣體駐留時(shí)間作為一個(gè)受控制的變量。當(dāng)?shù)谝徊娇涛g和第二步刻蝕中的氣體駐留時(shí)間被合適設(shè)定時(shí)，在刻蝕金屬布線薄膜過(guò)程中形成的反應(yīng)生成物可以在再刻蝕過(guò)程中從反應(yīng)室中抽排掉。因而，這就減少了存在于反應(yīng)室中的反應(yīng)生成物的絕對(duì)數(shù)量，防止了反應(yīng)生成物在反應(yīng)室的內(nèi)表面沉積。所以獲得了諸如下述的一些有益效果，譬如，由于減少了顆粒而提高了半導(dǎo)體器件的成品率，并由于減少了間歇清洗的時(shí)間間隔而提高了生產(chǎn)效率。由于本發(fā)明在不犧牲產(chǎn)量的情況下防止了反應(yīng)生成物的沉積，因而采用它就有可能實(shí)現(xiàn)具有高生產(chǎn)效率的干法刻蝕工藝。它的優(yōu)點(diǎn)超過(guò)了現(xiàn)有技術(shù)的干清洗方法，現(xiàn)有技術(shù)在干法刻蝕加工時(shí)間之外還需要增加專門的干法清洗時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體襯底上形成金屬布線的方法，其特征在于，它包括下列步驟第一步干法刻蝕，在一個(gè)刻蝕反應(yīng)室內(nèi)對(duì)在所述半導(dǎo)體襯底上形成的金屬布線薄膜進(jìn)行刻蝕；第二步干法刻蝕，在所述刻蝕反應(yīng)內(nèi)對(duì)所述金屬布線薄膜進(jìn)行再刻蝕，其中在所述第二步干法刻蝕中進(jìn)行再刻蝕所處的條件是使刻蝕氣體在所述刻蝕反應(yīng)室中的氣體駐留時(shí)間比在所述第一步干法刻蝕中的氣體駐留時(shí)間短。
2.一種形成金屬布線的方法，所述金屬布線至少具有第一層金屬布線材料和在配置于半導(dǎo)體襯底上的所述第一層金屬布線材料上形成的第二層金屬布線材料，其特征在于，它包括下列步驟第一步干法刻蝕，在一個(gè)刻蝕反應(yīng)室內(nèi)對(duì)所述第二層金屬布線材料的薄膜進(jìn)行刻蝕；第二步干法刻蝕，在所述刻蝕反應(yīng)室內(nèi)對(duì)所述第一層金屬布線材料的薄膜進(jìn)行刻蝕，其中在所述第二步干法刻蝕所處的條件是使在所述刻蝕反應(yīng)室內(nèi)的氣體駐留時(shí)間比在所述第一步干法刻蝕中的氣體駐留時(shí)間短。
3.如權(quán)利要求1或2所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，所述第一步干法刻蝕中的所述氣體駐留時(shí)間與所述第二步干法刻蝕中的所述氣體駐留時(shí)間的比值大于5。
4.如權(quán)利要求1或2所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，在每步干法刻蝕中，對(duì)反應(yīng)室氣壓和氣體總流速至少其中有一項(xiàng)被控制成使所述第二步干法刻蝕中所述的氣體駐留時(shí)間比第一步干法刻蝕中所述的氣體駐留時(shí)間短。
5.如權(quán)利要求1或2所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，通過(guò)在每步刻蝕中對(duì)反應(yīng)室氣壓和氣體總流速中的至少一項(xiàng)進(jìn)行控制，使得其中所述第一步干法刻蝕中的所述氣體駐留時(shí)間與所述第二步干法刻蝕中的所述氣體駐留時(shí)間的比值被設(shè)置成大于5。
6.如權(quán)利要求1或2所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，其中所述第二步干法刻蝕中的反應(yīng)室氣壓低于所述第一步干法刻蝕中的反應(yīng)室氣壓，而所述第二步干法刻蝕中的氣體總流速則高于所述第一步干法刻蝕中的氣體總流速，使得所述第一步干法刻蝕中的所述氣體駐留時(shí)間與所述第二步干法刻蝕中的所述氣體駐留時(shí)間的比值大于5。
7.如權(quán)利要求1所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，其中所述的金屬布線薄膜是一層鋁合金薄膜。
8.如權(quán)利要求2所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，其中所述的第二層金屬布線材料是一層鋁合金，而所述的第一層金屬布線材料是從鈦、氮化鈦或是鈦和氮化鈦組成的疊層結(jié)構(gòu)中選擇任意一種。
9.如權(quán)利要求1或2所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，其中所述的干法刻蝕是從一組包括Cl2、BCl3、CH2F2、CHF3和N2的氣體中選用的混合氣體進(jìn)行的反應(yīng)離子刻蝕。
10.如權(quán)利要求1所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)在所述金屬布線薄膜上形成一層光刻膠掩膜的步驟，并且所述的干法刻蝕是從一組包括Cl2、BCl3、CH2F2、CHF3和N2的氣體中選用的混合氣體進(jìn)行的反應(yīng)離子刻蝕。
11.如權(quán)利要求2所述的形成金屬布線的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)在所述第二層金屬布線材料上形成一層光刻膠掩膜的步驟，并且所述的干法刻蝕是從一組包括Cl2、BCl3、CH2F2、CHF3和N2的氣體中選用的混合氣體進(jìn)行的反應(yīng)離子刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)對(duì)一層金屬布線薄膜或者對(duì)由一層金屬布線薄膜和一層金屬勢(shì)壘薄膜組成的疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行干法刻蝕從而在半導(dǎo)體襯底上形成金屬布線的方法，它包括第一步對(duì)金屬布線薄膜進(jìn)行的刻蝕和第二步干法刻蝕對(duì)金屬布線薄膜或金屬勢(shì)壘薄膜進(jìn)行的再刻蝕，它們所處的刻蝕條件是使第二步干法刻蝕中在刻蝕反應(yīng)室內(nèi)的氣體駐留時(shí)間短于第一步刻蝕中的氣體駐留時(shí)間。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1147692SQ9610930
公開(kāi)日1997年4月16日 申請(qǐng)日期1996年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月16日
發(fā)明者三好康介 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社