專利名稱：對(duì)集成電路導(dǎo)體進(jìn)行構(gòu)圖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及半導(dǎo)體特別是對(duì)半導(dǎo)體中使用的導(dǎo)體進(jìn)行構(gòu)圖的方法。
眾所周知，對(duì)金屬化層構(gòu)圖使之成為導(dǎo)體典型地涉及刻蝕未被金屬化層上的圖形化光刻膠覆蓋的部分。一種刻蝕加工是反應(yīng)離子刻蝕。美國(guó)專利No.5024722，題目為“制作集成電路連接等的導(dǎo)體的工藝(Process for fabrication Conductors for Integrated CircuitConnection and the Like)”，1991，6，18。此專利的第2列，第2行開(kāi)始，為了在等離子體刻蝕制作鋁導(dǎo)體過(guò)程中，減少不希望的導(dǎo)體的橫向刻蝕和側(cè)壁鉆蝕，四氯化硅，SiCl4，被添加到反應(yīng)物中，在鋁導(dǎo)體的側(cè)壁上產(chǎn)生和淀積含絕緣材料的硅，鋁導(dǎo)體是用各向異性等離子體刻蝕制作的。如此專利所描述，鋁的側(cè)壁保護(hù)層產(chǎn)生不希望的水平或橫向刻蝕的延遲，從而減少了由此形成的鋁島或?qū)w的鉆蝕。此專利在第2列，57行開(kāi)始“可是，采用四氯化硅的后工藝在鋁側(cè)壁制作結(jié)構(gòu)層，還沒(méi)有證實(shí)完全滿意，因?yàn)樵阡X側(cè)壁淀積絕緣材料的速率太慢。此外，在導(dǎo)體形成過(guò)程中，SiCl4工藝產(chǎn)生的薄的有機(jī)層在厚度和密度方面實(shí)際上不足以防止上面提到的鋁側(cè)壁上不期望的水平或橫向刻蝕。”在鋁刻蝕中使用SiCl4也見(jiàn)于下列報(bào)告題目為“使用SiCl4的鋁濺射刻蝕(Aluminum Sputter Etching Using SiCl4)″，發(fā)表在電化學(xué)學(xué)報(bào)(the Journal of the Electrochemical Society)，Vol.129，1982，p.1150；美國(guó)專利No.5082524，題目為“作為在金屬層刻蝕過(guò)程中減小光刻蝕退化的技術(shù)的向鹵素等離子體添加四溴化硅(Addition of Silicon Tetrabromide to Halogenated Plasmas Asa Technique for Minimizing Photoresist Deterioration Duringthe Etching of Metal Layers)”，1992，1，21；美國(guó)專利No.5302241，題目為“半導(dǎo)體器件的柱形刻蝕處理(Post EtchingTreatment of Semiconductor Devices)”，1994，4，12；美國(guó)專利No.5236854，題目為“化合物半導(dǎo)體器件及其制作方法(CompoundSemiconductor Device and Method for Fabrication Thereof)”，1993，8，17。
依照本發(fā)明，提供一種制作集成電路導(dǎo)體的方法。這方法包括放置半導(dǎo)體在反應(yīng)離子刻蝕腔中，半導(dǎo)體表面包含在一對(duì)屏障金屬層之間為一層鋁層的金屬化層；上面的屏障層的表面的選定部分涂光刻膠層。射頻能量感應(yīng)耦合入腔內(nèi)，同時(shí)四氯化硅以選定的速率導(dǎo)入腔內(nèi)以刻蝕光刻膠未覆蓋的金屬化層部分，使得鋁的刻蝕基本避免了橫向刻蝕。我們發(fā)現(xiàn)使用感應(yīng)耦合反應(yīng)離子刻蝕腔，和適當(dāng)?shù)乃穆然枇髁颗浜?，?dǎo)致鋁導(dǎo)體的刻蝕可以獲得基本垂直的側(cè)壁，并且在與屏障金屬層的界面處沒(méi)有鉆蝕發(fā)生。
依照本發(fā)明的另一特征，提供制作集成電路導(dǎo)體的一種方法。此方法包括放置半導(dǎo)體在反應(yīng)離子刻蝕腔中，半導(dǎo)體表面包含在一對(duì)屏障金屬層之間為一層鋁層的金屬化層；在上面的屏障層的表面的選定部分涂光刻膠層。射頻能量感應(yīng)耦合入腔，同時(shí)四氯化硅導(dǎo)入腔內(nèi)。四氯化硅導(dǎo)入腔內(nèi)的速率范圍在4標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)到15sccm。
本發(fā)明的其他特征，也包括發(fā)明本身將更容易從下面對(duì)照相關(guān)圖的詳細(xì)描述中表示，其中

圖1A-1C是依照本發(fā)明在半導(dǎo)體晶片上制作金屬化層的構(gòu)圖時(shí)的各種狀態(tài)概略截面圖；圖2是放入圖1A所示的晶片進(jìn)行處理的反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備示意圖，依照本發(fā)明使用這樣的設(shè)備使金屬化層圖形化；圖4A和4B是中心和邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于依照本發(fā)明在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在5標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。
圖5A和5B是中心和邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于依照本發(fā)明在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在8標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。
圖6是邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在0標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。
圖7A和7B是中心和邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于依照本發(fā)明在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在3標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。
圖8是一對(duì)表示發(fā)射頻譜強(qiáng)度測(cè)量作為時(shí)間函數(shù)的曲線，實(shí)線表示波長(zhǎng)為703nm(如AlCl)，點(diǎn)線表示波長(zhǎng)261nm(Cl2)。
本發(fā)明涉及制造集成電路(IC)。IC包括如隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(RAM)，動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器(DRAM)，同步DRAM(SDRAM)，只讀存儲(chǔ)器(ROM)。對(duì)于其他IC，如專用IC(ASIC)，合并DRAM邏輯電路(嵌入DRAM)，或其他邏輯電路也是有用的。
典型地，許多的IC并行地制造在晶片上。加工過(guò)程結(jié)束后，晶片被切割成管芯分成單個(gè)的芯片。芯片然后封裝，制作成最終產(chǎn)品用在用戶產(chǎn)品，如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，移動(dòng)電話，個(gè)人數(shù)字助理(PDA)和其他電子產(chǎn)品中。
參考圖1，表示制作在襯底14上的IC結(jié)構(gòu)的部分截面圖。襯底舉例來(lái)說(shuō)為硅晶片。其他襯底如絕緣體基外延硅(SOI)，藍(lán)寶石基外延硅(SOS)，鍺，砷化鎵和III-V族化合物也可以用。襯底的主晶面不關(guān)鍵，任何適合的方向如(110)，(100)或(111)都是可用的。
為了討論的目的IC結(jié)構(gòu)沒(méi)有詳細(xì)表示。結(jié)構(gòu)可能包括如制作IC用到的多種器件。結(jié)構(gòu)的具體細(xì)節(jié)不重要。描述時(shí)以襯底14的一部分來(lái)表示IC。在工藝過(guò)程的這一點(diǎn)上，IC結(jié)構(gòu)也可能不包括任何器件。這樣，襯底14可能只不過(guò)是表面。
如圖所示，金屬化層10置于絕緣層12上，絕緣層12置于襯底14上。這里，絕緣層12是二氧化硅。其他絕緣材料也可用。金屬化層10包括底層如氮化鈦16，大約厚200，鈦層18大約厚100。鈦層上面是厚約10000的鋁層20，含銅約5％，和大約400厚的鈦層22。鈦層22上面是厚約900的增透膜24(ARC)，如圖所示。ARC用來(lái)提高平版印刷的分辨率。在金屬化層10和ARC層24上的選定部分使厚約7000的光刻膠層26圖形化，使用常規(guī)的光刻技術(shù)。光刻膠層的相鄰區(qū)域間隔大約0.25μm。
圖1B所示結(jié)構(gòu)放入圖2所示感應(yīng)耦合反應(yīng)離子刻蝕(R.I.E.)設(shè)備30內(nèi)。R.I.E.設(shè)備30在這里是LAM 9600TCP model TCP 9608SE。設(shè)備30具有腔32，其中放置晶片支架33，支架33加上RF偏置電壓源34，大約13.56MHz，1250瓦，半高形狀的上電極36與晶片支架33中心區(qū)之間是8cm間隙，與晶片支架33外部周邊區(qū)之間是10cm間隙。腔32具有絕緣頂38和絕緣頂38外面的線圈如圖所示。線圈40耦合到RF電源36，13.56MHz，1250瓦。電源36通電后，RF能量通過(guò)絕緣頂38感應(yīng)耦合入腔32。腔32改裝成以所述的流量通入氯氣Cl2，四氯化硅SiCl4和CF4。
腔32工作條件為腔的溫度大約70℃，晶片支架33溫度大約40℃。
在上述條件下腔32初始化工作時(shí)間15秒后，接下來(lái)的第一步，腔的壓力提高到5毫乇到20毫乇范圍，這個(gè)例子中，大約12毫乇，氯氣導(dǎo)入腔內(nèi)速率為50sccm到150sccm，這里為100sccm，四氯化硅導(dǎo)入腔內(nèi)速率為大于4sccm到小于15sccm；這里是4到8sccm，此例為大約5sccm。30秒后，腔32的壓力保持在約12毫乇，中心區(qū)間隙為8厘米，電源36加在線圈上的RF功率升高到100瓦到200瓦之間，這里為約150瓦，電源34加在支架上的RF功率提高到100瓦到300瓦，這里為200瓦，同時(shí)氯氣以100sccm的速率連續(xù)進(jìn)入腔32，四氯化硅以4到8sccm，這里為約5sccm，的速率連續(xù)進(jìn)入腔32，晶片支架33和支架33所用的靜電卡盤(ESC)后部冷卻的氦氣壓力保持在8毫乇。這些條件連續(xù)大約100秒。下一步，電源34的RF偏置功率減小到0，四氯化硅的流量減小到0，CF4導(dǎo)入腔32大約30秒，速率為50sccm，去除通過(guò)R.I.E.加工過(guò)程堆積的聚合物(如淀積的)，從而制作出圖1B所示結(jié)構(gòu)。
下一步，光刻膠層26和ARC24用LAM DownStream Quartz(DSQ)剝除器去除，之后在APM水中漂洗。最后結(jié)構(gòu)如圖1C所示。
圖4A和4B是中心和邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于依照本發(fā)明在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在5標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。鈦層18下面的鋁沒(méi)有鉆蝕現(xiàn)象。
圖5A和5B是中心和邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于依照本發(fā)明在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在8標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。鈦層18下面的鋁沒(méi)有鉆蝕現(xiàn)象。
圖6是邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在0標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。觀察到鈦層18下面的鋁有明顯的鉆蝕現(xiàn)象。
圖7A和7B是中心和邊緣的掃描電鏡(SEM)照片，對(duì)應(yīng)于依照本發(fā)明在圖2所示的設(shè)備腔中處理后的圖1A所示晶片，四氯化硅流速在3標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)。觀察到鈦層18下面的鋁有一些鉆蝕現(xiàn)象。
圖8是一對(duì)表示發(fā)射頻譜強(qiáng)度測(cè)量作為時(shí)間的函數(shù)的曲線，實(shí)線表示波長(zhǎng)為703nm(如AlCl)，點(diǎn)線表示波長(zhǎng)261nm(Cl2)。鋁層20在點(diǎn)A和點(diǎn)B之間刻蝕。
本發(fā)明已經(jīng)參考多種實(shí)例進(jìn)行了特別地表示和描述，那些本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的更改和變化而不脫離其范圍。因此本發(fā)明的領(lǐng)域不能參考上面的說(shuō)明決定，而應(yīng)該參考在后面的權(quán)利要求及其全部等同物。
權(quán)利要求
1.一種制作集成電路導(dǎo)體的方法，包括以下步驟把半導(dǎo)體放入反應(yīng)離子刻蝕腔，半導(dǎo)體表面上包括一金屬化層，其包括在一對(duì)屏障金屬層之間放置的鋁層；在上面的屏障層的表面的選定部分涂光刻膠；感應(yīng)耦合射頻能量進(jìn)入刻蝕腔，同時(shí)四氯化硅以選定速率導(dǎo)入腔內(nèi)來(lái)刻蝕金屬化層未涂膠的部分，制作基本垂直的鋁側(cè)壁。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中速率的選擇應(yīng)使制作鋁的豎直側(cè)壁與半導(dǎo)體表面垂直程度在3度以內(nèi)。
3.權(quán)利要求1所述的方法，其中四氯化硅的速率為大于4sccm和小于15sccm。
4.權(quán)利要求3所述的方法，在刻蝕金屬化層的過(guò)程中，其中腔的壓力在5毫乇到20毫乇范圍。
5.權(quán)利要求4所述的方法，在刻蝕過(guò)程中，其中腔工作在RF功率100瓦到200瓦之間，同時(shí)腔內(nèi)平臺(tái)上放置半導(dǎo)體的腔的RF偏置功率范圍是100瓦到300瓦。
6.一種制作集成電路導(dǎo)體的方法，包括以下步驟把半導(dǎo)體放入反應(yīng)離子刻蝕腔，半導(dǎo)體表面含有一金屬化層，包括在一對(duì)屏障金屬層之間放置的鋁層；上面的屏障層的表面的選定部分涂光刻膠，感應(yīng)耦合射頻能量進(jìn)入刻蝕腔，同時(shí)四氯化硅和氯以選定速率導(dǎo)入腔內(nèi)來(lái)刻蝕金屬化層未涂膠的部分，制作基本垂直的鋁側(cè)壁。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中速率的選擇使制作鋁的豎直側(cè)壁與半導(dǎo)體表面垂直程度在3度以內(nèi)。
8.權(quán)利要求6所述的方法，其中四氯化硅的速率為4sccm到8sccm范圍內(nèi)。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其中氯氣的速率為50sccm到150sccm范圍內(nèi)。
10.權(quán)利要求9所述的方法，在刻蝕金屬化層的過(guò)程中，其中腔的壓力在5毫乇到20毫乇范圍。
11.權(quán)利要求10所述方法，在刻蝕過(guò)程中，其中腔工作在RF功率100瓦到200瓦之間，同時(shí)腔內(nèi)平臺(tái)上的半導(dǎo)體上的RF偏置功率范圍為100瓦到300瓦。
全文摘要
一種制作集成電路導(dǎo)體的方法。此方法包括把半導(dǎo)體放入反應(yīng)離子刻蝕腔,在其中處理半導(dǎo)體表面的步驟,其中一金屬化層由放置在一對(duì)屏障金屬層之間的鋁層組成;在上面的屏障層的表面的選定部分涂光刻膠。射頻能量被感應(yīng)耦合入刻蝕腔,同時(shí)四氯化硅和氯以選定速率導(dǎo)入腔內(nèi)來(lái)刻蝕金屬化層未涂膠部分的鋁,以制作基本垂直的鋁側(cè)壁。四氯化硅導(dǎo)入速率在4到8sccm范圍內(nèi)。氯的導(dǎo)入速率在50到150sccm范圍。在刻蝕金屬化層時(shí)腔內(nèi)壓力大約12毫乇。腔工作時(shí)射頻功率大約125瓦,同時(shí)半導(dǎo)體在腔內(nèi)平臺(tái)上處理,刻蝕過(guò)程中平臺(tái)的射頻偏置功率水平大約250瓦。
文檔編號(hào)H01L21/302GK1272958SQ98809717
公開(kāi)日2000年11月8日 申請(qǐng)日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月30日
發(fā)明者V·S·格雷瓦爾, B·斯普勒 申請(qǐng)人:西門子公司