專利名稱：一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法。
背景技術(shù)：
在目前的半導(dǎo)體制作業(yè)中，鋁是最普遍的互連金屬材料。為了減少鋁的電遷徙和形成小丘等問題，鋁銅、鋁硅銅合金材料越來越多地被應(yīng)用于半導(dǎo)體制作工藝，但是其主要介質(zhì)還是鋁，銅和硅只作為少量的慘雜。在傳統(tǒng)的金屬化過程中，鋁或者鋁合金材料被覆蓋在介質(zhì)層上，然后通過光刻和干刻形成金屬連線。對(duì)傳統(tǒng)的金屬化過程來講，金屬刻蝕是一個(gè)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，刻蝕效果的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)集成電路的性能、質(zhì)量。鋁是淀積在硅片上的最厚的薄膜之一。例如，具有焊接區(qū)的金屬層，其厚度能超過2.0 μ m。在FAB生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，金屬介質(zhì)厚度越厚，對(duì)刻蝕工藝的難度要求也越高，尤其是金屬介質(zhì)厚度超過 2. 0 μ m的情況下越發(fā)明顯。排除設(shè)備方面因素，就工藝方面來講，金屬介質(zhì)越厚所需刻蝕時(shí)間也越長，干法刻蝕的負(fù)載效應(yīng)和鄰近效應(yīng)等弊端所引起的不良效果反應(yīng)也隨之加劇。傳統(tǒng)的鋁刻蝕步驟可以分為1、去除自然氧化層的預(yù)刻蝕；2、刻蝕ARC層；3、刻蝕鋁的主刻蝕(Main Kch);4、去除殘留物的過刻蝕(Over Etch) ；5、阻擋層的刻蝕；6、為防止侵蝕殘留物的選擇性去除；7、去除光刻膠。其中主刻蝕步驟為核心技術(shù)環(huán)節(jié)，其速率、均勻性、選擇比、刻蝕剖面等參數(shù)最大程度地影響到整個(gè)刻蝕效果，所以獲得一個(gè)理想的主刻蝕步驟是至關(guān)重要的。傳統(tǒng)的主刻蝕步驟是利用等離子刻蝕機(jī)，設(shè)置一步(包括RF、DC bias、氣體流量、 刻蝕腔體壓力和刻蝕時(shí)間等參數(shù))刻蝕步驟并通過終點(diǎn)檢測的方法來實(shí)現(xiàn)整個(gè)主刻蝕步驟過程，然后再設(shè)置一步過刻蝕步驟來去除殘留物和彌補(bǔ)部分區(qū)域的刻蝕差異。這種刻蝕方法把大部分刻蝕壓力都集中到了主刻蝕步驟，也自然提高了對(duì)主刻蝕步驟工藝的要求， 變得非常依賴于他。在實(shí)際FAB生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，在鋁膜厚度較厚的情況下，尤其是大于 2. 0 μ m的情況下，尋求一步理想的主刻蝕步驟工藝設(shè)置是異常困難的，通常會(huì)顧此失彼，為得到理想的刻蝕速率，卻得不到高的選擇比；為得到高的選擇比卻又不能得到良好的刻蝕均勻性。為了減少對(duì)下層介質(zhì)損傷通常也會(huì)采取干法刻蝕與濕法腐蝕結(jié)合的方法，即用干法去除大部分厚度的鋁層，再用濕法腐凈剩余鋁層。雖然這種方法可以保證下層介質(zhì)的損失量，但是它也存在一些不足比如濕法腐蝕各向同性會(huì)使鋁條變細(xì)；工藝步驟繁瑣，且容易誘發(fā)侵蝕，后腐蝕等異常，影響生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，此方法可降低對(duì)單步主刻蝕工藝設(shè)置的要求和依賴性，有效地減輕干法刻蝕負(fù)載效應(yīng)等弊端帶來的負(fù)面影響，從而獲得更好的刻蝕效果。本發(fā)明的技術(shù)方案在于一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)預(yù)刻蝕，以去除金屬層表面氧化物及ARC層；2)刻蝕1/2 2/3厚度的鋁介質(zhì)層；3)刻蝕剩余1/3 1/2厚度的鋁介質(zhì)層，并去除殘留物層。所述步驟2)中對(duì)鋁介質(zhì)層的平均刻蝕速率為70(Γ1000 Λ/min，刻蝕均勻性為Γ5%, Al/Si02選擇比為8. 0 10· 0。所述步驟2)中刻蝕腔體壓力為2(T50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為 180 220V，BC13 的流量為 8(T90SCCM，Cl2 的流量為 20 40SCCM，CHF3 的流量為 1(T20SCCM，刻蝕時(shí)間為15 25min。所述步驟3)中對(duì)鋁介質(zhì)層的平均刻蝕速率為120(Tl500 A /min,刻蝕均勻性為 5. 5 8. 0%, AVSiO2 選擇比為 15 20。所述步驟3)中刻蝕腔體壓力為2(T50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為 180 220V，BCl3 的流量為 90 110SCCM，Cl2 的流量為 40 60SCCM，CHF3 的流量為 1(T20SCCM， 刻蝕時(shí)間為不超過25min。所述步驟2)中形成的刻蝕剖面的最大斜度α為87、9°，所述步驟3)中形成的刻蝕剖面的最大斜度β為84、7°。所述步驟1)中刻蝕腔體壓力為2(T50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為 250 270V，BCl3的流量為80 110SCCM，Cl2的流量為10 20SCCM，CHF3的流量為10 20SCCM， 刻蝕時(shí)間為不超過2 5min。所述步驟1)進(jìn)行前，先在鋁介質(zhì)層表面淀積一層2. (Γ3. 5 μ m純鋁或者鋁硅銅合金，并在其上光刻形成所需圖形作為刻蝕掩護(hù)?？涛g結(jié)束后，去除光刻膠，形成金屬連線結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明與傳統(tǒng)的刻蝕方法最大的區(qū)別在于，傳統(tǒng)的鋁刻蝕是利用主刻蝕步驟以單步刻蝕的方式完成絕大部分鋁層的刻蝕，再用一步過刻蝕步驟去除殘留物和彌補(bǔ)部分區(qū)域的刻蝕差異的過程，而本發(fā)明是利用兩步特殊要求的工藝步驟，階段性地完成鋁層的刻蝕并去除刻蝕殘留物的過程，它不存在嚴(yán)格意義上的主刻蝕和過刻蝕步驟的區(qū)分。在雙極型集成電路制作中厚鋁刻蝕的工藝范疇內(nèi)，本發(fā)明的優(yōu)越性尤其顯著，本發(fā)明的核心理論思想可以被更廣泛地應(yīng)用于其他介質(zhì)層的刻蝕技術(shù)領(lǐng)域，例如厚的二氧化硅、氮化硅等介質(zhì)的刻蝕。


圖1為本發(fā)明完成金屬化前道工藝的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明完成光刻形成刻蝕掩護(hù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明完成預(yù)刻蝕步驟的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明完成步驟2)后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明完成步驟3)后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明步驟2)和步驟3)形成的刻蝕剖面的最大斜度對(duì)比示意圖。圖7為本發(fā)明最終形成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)所示I、襯底介質(zhì)II、鋁介質(zhì)層III、鋁硅銅合金層。
具體實(shí)施例方式如圖1及圖2所示，先在鋁介質(zhì)層表面淀積一層2. (Γ3. 5μπι純鋁或者鋁硅銅合金，如圖所示III層，并在其上光刻形成所需圖形作為刻蝕掩護(hù)?？糖皥?jiān)膜(Hard Bake)，其意義在于減少光刻膠內(nèi)液體溶劑含量，增強(qiáng)光刻膠與金屬介質(zhì)層的粘附性，有利于干刻獲得更理想的刻蝕效果。如圖3所示，接著進(jìn)行鋁介質(zhì)層，如圖所示II層，的刻蝕，1)、預(yù)刻蝕，以去除金屬層表面氧化物及ARC層，此步驟主要利用B離子物理轟擊作用，去除生長在金屬表層的氧化層以及ARC層，避免金屬刻蝕受阻，所述步驟1)中刻蝕腔體壓力為2(T50mTorr，射頻最大為 2000W，直流電壓為 250 270V，BCl3 的流量為 8(TllOSCCM，Cl2 的流量為 1(T20SCCM，CHF3 的流量為1(T20SCCM，刻蝕時(shí)間為不超過2 5min。如圖4所示，2)、刻蝕1/2 2/3厚度的鋁介質(zhì)層，所述步驟2)中對(duì)鋁介質(zhì)層的平均刻蝕速率為70(Tl000l/min，刻蝕均勻性為廣5%，Al/Si02選擇比為8. (TlO. 0，所述步驟 2)中刻蝕腔體壓力為2(T50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為18(T220V，BCl3的流量為 80 90SCCM，Cl2的流量為20 40SCCM，CHF3的流量為1(T20SCCM，刻蝕時(shí)間為15 25min。如圖5所示，3)、刻蝕剩余1/3 1/2厚度的鋁介質(zhì)層，并去除殘留物層，所述步驟3) 中對(duì)鋁介質(zhì)層的平均刻蝕速率為120(Γ 500Α/π η，刻蝕均勻性為5. 5^8. 0%，Al/Si02選擇比為15 20，所述步驟3)中刻蝕腔體壓力為2(T50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為 180 220V，BCl3 的流量為 90 110SCCM，Cl2 的流量為 40 60SCCM，CHF3 的流量為 1(T20SCCM， 刻蝕時(shí)間為不超過25min。設(shè)置一步帶有終點(diǎn)檢測的刻蝕步驟，采取手動(dòng)終止刻蝕程序的方式快速地完成第二步刻蝕所剩余1/3到1/2厚度的金屬介質(zhì)層以及刻蝕殘留物的去除的過程，并確保此過程中的過刻蝕對(duì)金屬層下襯底過刻損傷達(dá)到工藝要求
所述步驟2)中形成的刻蝕剖面的最大斜度α為87、9°，所述步驟3)中形成的刻蝕剖面的最大斜度β為84 87°。步驟2)中參數(shù)設(shè)置相對(duì)第一步提高了 Cl2和BCl3氣體流量，在鋁的刻蝕中，化學(xué)反應(yīng)主導(dǎo)著刻蝕的進(jìn)行，因此提高Cl2流量就增加了氯化物的含量，也就能加快鋁的刻蝕速率；加入少量的硅和銅在鋁中為常見的鋁合金材料，因此硅和銅的去除也成為鋁刻蝕所需考慮的因素。如果兩者未能去除，會(huì)帶來Micromasking現(xiàn)象，即微屏蔽現(xiàn)象，對(duì)于硅的刻蝕可直接于氯化物氣體電漿中完成，而SiCl4揮發(fā)性很好，因此不會(huì)帶來很大麻煩。然而銅的去除比較困難，因?yàn)镃uCl2蒸氣壓很低，不易揮發(fā)，所以需要高能量的離子撞擊來去除銅原子，B離子則是物理作用的主攻手，提高BCl3流量主要目的也是為此。伴隨著氣體流量的變化，刻蝕形貌也會(huì)受其影響，可以通過微調(diào)刻蝕壓力等來實(shí)現(xiàn)控制。步驟2)與步驟3)相對(duì)比步驟2)的刻蝕均勻性更好，步驟3)的速率更快且選擇比更理想。所獲得的鋁刻蝕剖面斜度差不超過10°，數(shù)學(xué)方式表示為刻蝕剖面斜度差 Δ = Ζ α-Ζ β，Δ彡10°，如圖6所示，因此對(duì)后道介質(zhì)層的覆蓋影響甚小。如圖7所示，刻蝕結(jié)束后，利用等離子去膠機(jī)去除光刻膠，最終完成金屬介質(zhì)刻蝕的整個(gè)過程，形成金屬連線結(jié)構(gòu)。在實(shí)際FAB生產(chǎn)過程中，因受各種客觀因素影響，往往不能保證每批硅片刻蝕后都能及時(shí)去除光刻膠，這可能帶來金屬層被侵蝕等問題，所以在去除光刻膠步驟前通常會(huì)增加一些步驟用來有效控制金屬層被侵蝕。例如在芯片移出腔體之前，以氟化物(CF4、CHF3等)電漿作表面處理，將殘留的Cl置換為F，形成AlF3,在鋁表面形成一層聚合物，以隔離Al與Cl的接觸；或者在芯片移出腔體后施以大量的去離子水沖洗等，因其對(duì)本發(fā)明無直接性影響，所以不作詳細(xì)論述。本發(fā)明與傳統(tǒng)的刻蝕方法最大的區(qū)別在于，傳統(tǒng)的鋁刻蝕是利用主刻蝕步驟以單步刻蝕的方式完成絕大部分鋁層的刻蝕，再用一步過刻蝕步驟去除殘留物和彌補(bǔ)部分區(qū)域的刻蝕差異的過程，而本發(fā)明是利用兩步特殊要求的工藝步驟，階段性地完成鋁層的刻蝕并去除刻蝕殘留物的過程，它不存在嚴(yán)格意義上的主刻蝕和過刻蝕步驟的區(qū)分，在雙極型集成電路制作中厚鋁刻蝕的工藝范疇內(nèi)，本發(fā)明的優(yōu)越性尤其顯著，其實(shí)本發(fā)明的核心理論思想可以被更廣泛地應(yīng)用于其他介質(zhì)層的刻蝕技術(shù)領(lǐng)域，例如厚的二氧化硅、氮化硅等介質(zhì)的刻蝕。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)預(yù)刻蝕，以去除金屬層表面氧化物及ARC層；2)刻蝕1/2 2/3厚度的鋁介質(zhì)層；3)刻蝕剩余1/3 1/2厚度的鋁介質(zhì)層，并去除殘留物層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于所述步驟2)中對(duì)鋁介質(zhì)層的平均刻蝕速率為700~1000 A /min，刻蝕均勻性為廣5%，AVSiO2選擇比為8. 0 10. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于所述步驟2)中刻蝕腔體壓力為20~50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為 180 220V，BC13 的流量為 80~90SCCM，Cl2 的流量為 20 40SCCM，CHF3 的流量為 100~20SCCM，刻蝕時(shí)間為15 25min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于所述步驟3)中對(duì)鋁介質(zhì)層的平均刻蝕速率為1200~1500 i/min，刻蝕均勻性為 5. 5 8. 0%, AVSiO2 選擇比為 15 20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于所述步驟3)中刻蝕腔體壓力為20~50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為 180 220V，BCl3 的流量為 90 110SCCM，Cl2 的流量為 40 60SCCM，CHF3 的流量為 10~20SCCM， 刻蝕時(shí)間為不超過25min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于所述步驟2)中形成的刻蝕剖面的最大斜度α為87、9°，所述步驟3)中形成的刻蝕剖面的最大斜度β為84、7°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于所述步驟1)中刻蝕腔體壓力為20~50mTorr，射頻最大為2000W，直流電壓為250~270V， BCl3的流量為80~llOSCCM，Cl2的流量為10~20SCCM，CHF3的流量為10~20SCCM，刻蝕時(shí)間為不超過2 5min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于所述步驟1)進(jìn)行前，先在鋁介質(zhì)層表面淀積一層2. 0~3. 5 μ m純鋁或者鋁硅銅合金，并在其上光刻形成所需圖形作為刻蝕掩護(hù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于刻蝕結(jié)束后，去除光刻膠，形成金屬連線結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙極型集成電路制作過程中的厚鋁刻蝕方法，其特征在于按以下步驟進(jìn)行1)預(yù)刻蝕，以去除金屬層表面氧化物及ARC層；2)刻蝕1/2~2/3厚度的鋁介質(zhì)層；3)刻蝕剩余1/3~1/2厚度的鋁介質(zhì)層，并去除殘留物層，此方法可降低對(duì)單步主刻蝕工藝設(shè)置的要求和依賴性，有效地減輕干法刻蝕負(fù)載效應(yīng)等弊端帶來的負(fù)面影響，從而獲得更好的刻蝕效果。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102154650SQ20111003163
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者吳昌貴, 夏輝, 林善彪, 林立桂, 梅海軍, 熊愛華 申請(qǐng)人:福建福順微電子有限公司