專利名稱：一種用于金屬層蝕刻的輪廓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蝕刻工藝中的輪廓控制方法，尤指一金屬層蝕刻時(shí)的輪廓控制方法。
在一般的金屬蝕刻中，懸凸(overhang)，或者稱為I型(I-shape)，輪廓長(zhǎng)久以來(lái)已經(jīng)是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題，如第1圖所示。在后續(xù)介電物18形成并填入金屬線間隙時(shí)，懸凸往往會(huì)導(dǎo)致金屬線間隙并沒有完全的填滿而形成空洞(void)20，如第2圖所示，會(huì)有可靠度的考量。
半導(dǎo)體芯片上的金屬層多半是以氮化鈦(TiN)10/鋁硅銅(AlSiCu)12/TiN14/鈦(Ti)16堆棧所構(gòu)成，而懸凸產(chǎn)生的主要原因是因?yàn)樵谶M(jìn)行金屬蝕刻時(shí)，TiN 10較AlSiCu 12難以蝕刻。而且，AlSiCu 12內(nèi)凹(bowing)通常是意味著兩種情形，第一種情形是進(jìn)行蝕刻時(shí)的所產(chǎn)生的側(cè)壁鈍化作用(passivation)不足，第二種情形是離子撞擊太過于強(qiáng)烈，所以把作為側(cè)壁鈍化的聚合物撞掉了。
增加鈍化作用可以減少側(cè)壁的蝕刻率，使側(cè)壁傾斜，減小后續(xù)介電物填入金屬間隙所形成的空洞大小。一種增加側(cè)壁鈍化的方法是增加蝕刻機(jī)臺(tái)的偏壓功率?，F(xiàn)今的蝕刻機(jī)臺(tái)多半設(shè)計(jì)有偏壓功率以及源功率的控制參數(shù)，簡(jiǎn)單的說，源功率控制了等離子體中的離子濃度，也就是控制了等向性的蝕刻率，偏壓功率控制了離子的撞擊能量，也就是控制了非等向性蝕刻率。增加了偏壓功率可以撞擊出較多的光阻層，并反應(yīng)產(chǎn)生含碳聚合物(carbonaceous polymer)做為鈍化。但是，這種方法會(huì)使光阻層消耗過大，容易使金屬層產(chǎn)生削角，實(shí)際上并不可行。另一種方法是提高蝕刻工藝中反應(yīng)氣體氮的流量，理論上，氮?dú)庠黾涌墒谷鏐xNy或AlxNy等副產(chǎn)物(byproduct)增加來(lái)保護(hù)金屬層的側(cè)壁，但是，太濃的氮?dú)庖矔?huì)使等離子體因?yàn)椴环€(wěn)定的放電而難以維持。
有許多的蝕刻程序(etch recipe)都曾經(jīng)被嘗試來(lái)解決TiN和AlSiCu的蝕刻率的差異，以使金屬層的側(cè)壁平整。但是，公知的蝕刻程序往往在TiN和AlSiCu的接面(interface)上會(huì)產(chǎn)生一不連續(xù)點(diǎn)而造成一個(gè)不平整的側(cè)壁，然后I型輪廓和內(nèi)凹側(cè)壁就因此而產(chǎn)生。也就是說，公知的蝕刻程序要產(chǎn)生一個(gè)沒有I型的輪廓是非常困難的。
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的，在于提供一種金屬層蝕刻的輪廓控制方法，使金屬層的側(cè)壁有一點(diǎn)傾斜，而且沒有I型輪廓，能減小后續(xù)工藝在金屬線間隙所產(chǎn)生的空洞大小。
根據(jù)上述之目的，本發(fā)明提出一金屬層蝕刻的輪廓控制方法。該金屬層設(shè)于一半導(dǎo)體芯片的介電層上。該金屬層包含有一鋁合金層以及一抗反射層。該鋁合金層設(shè)于一介電層上，該抗反射層設(shè)于該鋁合金層上。該輪廓控制方法包含有下列步驟。首先進(jìn)行一穿透步驟，提供一第一源功率、一第一偏壓功率以及氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體之一，以第一蝕刻率去除該抗反射層以及一預(yù)定深度的鋁合金層。其中，該第一源功率與該第一偏壓功率之比大約為1/3。接著，進(jìn)行一主蝕刻步驟，提供一第二源功率、一第二偏壓功率以及氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體之一，以一較該第一蝕刻配方(recipe)快的第二蝕刻配方(recipe)去除殘余的該金屬層。其中，該第二源功率與該第二偏壓功率之比大約為10/3。
本發(fā)明主要優(yōu)點(diǎn)在于形成一個(gè)沒有I型的輪廓以及形成一個(gè)連續(xù)的、些許傾斜的側(cè)壁，所以后續(xù)介電物ㄊ填入金屬線間間隙時(shí)，比較不會(huì)形成空洞。
為使本發(fā)明上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合附圖
，作詳細(xì)說明如下第1圖為公知的蝕刻程序所產(chǎn)生的輪廓示意圖；第2圖為第1圖半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生空洞的示意圖；第3圖為即將運(yùn)用的本發(fā)明半導(dǎo)體芯片；第4圖為依據(jù)本發(fā)明所產(chǎn)生的輪廓示意圖；以及第5圖為第4圖半導(dǎo)體芯片沉積上一SACVD的示意圖。符號(hào)說明30金層 32介電層34附著層36隔絕層38鋁合金層 40抗反射層42光阻層44二氧化硅本發(fā)明提供一種用于一金屬層蝕刻的輪廓控制方法。如第3圖所示，金屬層30是設(shè)于一半導(dǎo)體芯片的介電層32上。金屬層30由下而上依序包含有一附著層34、一隔絕層36、一鋁合金層38以及一抗反射層40。例如，附著層34以鈦所構(gòu)成，使后續(xù)的金屬能夠較容易的附著于半導(dǎo)體芯片上。隔絕層36以氮化鈦所構(gòu)成，用以避免附著層34和鋁合金層38起反應(yīng)而增大金屬層30的電阻值(sheet resistance)。鋁合金層38以鋁銅合金或鋁硅銅合金所構(gòu)成，為主要的導(dǎo)電層?？狗瓷鋵?0以氮化鈦所構(gòu)成，以減小后續(xù)蝕刻平板印刷制程時(shí)的反射率。為了定義出金屬線，進(jìn)行本發(fā)明之輪廓控制方法前，多半會(huì)在金屬層30上以蝕刻平板印刷工藝(lithography process)形成一已定義的光阻層42，用以決定出要進(jìn)行金屬蝕刻的區(qū)域。
本發(fā)明之主要實(shí)質(zhì)在于以兩個(gè)不同的蝕刻速率的步驟來(lái)進(jìn)行金屬蝕刻。首先以一個(gè)低蝕刻率的穿透步驟去除掉裸露的抗反射層40以及一預(yù)定深度的鋁合金層38，以使抗反射層40與鋁合金層38的接點(diǎn)附近形成一個(gè)平滑的、傾斜的側(cè)壁。同時(shí)，穿透步驟在已經(jīng)形成的側(cè)壁上形成足夠厚度的護(hù)層。然后，才進(jìn)行一個(gè)高蝕刻率的主蝕刻步驟，順著已經(jīng)形成的側(cè)壁，去除掉殘余的金屬層30，完成金屬層的定義。
請(qǐng)參閱第1表，第1表為本發(fā)明之輪廓控制方法的程序內(nèi)容說明
其中，TP表示源功率的值(top power)，BP(bottom power)表示偏壓功率的值，而[x]表示x的氣體流量。
穿透步驟中的TP(第一源功率)與BP(第一偏壓功率)之比建議是介于x1至y1之間，在第1表中，TP與BP之比值設(shè)為1∶3。[Cl2]與[BCl3]的比值大約為1∶1。[N2]的建議值是大于10sccm，可以造成側(cè)壁傾斜。但是要小心，不可以破壞等離子體的形成，第1表中[N2]設(shè)定為20sccm。而這些條件目的是產(chǎn)生一個(gè)低蝕刻率的步驟，去除掉裸露的抗反射層40以及一預(yù)定深度的鋁合金層38，譬如說，1/3鋁合金層厚度，以使抗反射層40與鋁合金層38的接點(diǎn)附近形成一個(gè)平滑的、傾斜的側(cè)壁，同時(shí)，穿透步驟在已經(jīng)形成的側(cè)壁上形成足夠厚度的護(hù)層。
主蝕刻步驟中的TP與BP之比建議是介于x2至y2之間，在第1表中，TP與BP之比值設(shè)為10∶3。[Cl2]與[BCl3]的比值大約為5∶1。[N2]的建議值是大于10sccm，可以造成側(cè)壁傾斜。但是要小心，不可以破壞等離子體的形成，第1表中[N2]設(shè)定為20sccm。而這些條件目的是產(chǎn)生一個(gè)高蝕刻率的步驟，去除掉殘余的金屬層30，完成金屬層的定義。
穿透步驟中的TP∶BP(＝1∶3)小于主蝕刻步驟中的TP∶BP(＝10∶3)，所以穿透步驟較主蝕刻步驟有較大的垂直轟擊，因此較容易踢出光阻層42以形成碳聚合物(carbonaceous polymer)做為側(cè)壁鈍化。穿透步驟中的[Cl2]∶[BCl3](＝1∶1)小于主蝕刻步驟中的[Cl2]∶[BCl3](＝5∶1)，所以穿透步驟會(huì)較主蝕刻步驟產(chǎn)生較多的BxNy做為鈍化側(cè)壁。這些結(jié)果都會(huì)使穿透步驟的蝕刻率比主蝕刻步驟的蝕刻率低。
請(qǐng)參閱第4圖，第4圖為使用本發(fā)明所產(chǎn)生的輪廓示意圖。實(shí)施本發(fā)明輪廓控制方法后，可以發(fā)現(xiàn)金屬層30的側(cè)壁是非常的平滑，并沒有在TiN/AlSiCu的接面形成不連續(xù)點(diǎn)。而且，因?yàn)榉磻?yīng)氣體中有N2的參與，所以側(cè)壁是傾斜的。從實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，在密集區(qū)(densearea)，也就是金屬線密集區(qū)，所產(chǎn)生的傾斜角度是介于83度與86度之間；在空曠區(qū)(open area)，也就是金屬線較少區(qū)，所產(chǎn)生的傾斜角度是介于76度與78度之間。
第5圖為第4圖的半導(dǎo)體芯片沉積上一SACVD的示意圖。如果后續(xù)工藝要形成介電物并填入金屬線間隙，譬如說，以370℃的半大氣壓化學(xué)氣相沉積(semi-atmosphere chemical vapor deposition)所形成的二氧化硅(SACVD TEOS)44填入金屬線間隙。本發(fā)明比較不容易在金屬線間隙形成孔洞，如第5圖所示，所以運(yùn)用本發(fā)明所制造的半導(dǎo)體芯片將會(huì)有比較好的可靠度(reliability)。
相對(duì)于公知的蝕刻程序，本發(fā)明的輪廓控制方法首先進(jìn)行一個(gè)低蝕刻率的穿透步驟去除掉裸露的抗反射層40以及一預(yù)定深度的鋁合金層38。接著，進(jìn)行一個(gè)高蝕刻率的主蝕刻步驟，順著已經(jīng)形成的側(cè)壁，去除掉殘余的金屬層30。本發(fā)明可以產(chǎn)生一個(gè)沒有I型的輪廓以及平滑的側(cè)壁。因此，后續(xù)的制程便不容易產(chǎn)生孔洞，半導(dǎo)體芯片的可靠度可以提高。
本發(fā)明雖以一較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟本領(lǐng)域技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求結(jié)合說明書和附圖所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于金屬層蝕刻的輪廓控制方法，該金屬層設(shè)于一半導(dǎo)體芯片的介電層上，該金屬層包含有一設(shè)于一介電層上的鋁合金層，；以及設(shè)于該鋁合金層上的一抗反射層，；其特征在于該輪廓控制方法包含有下列步驟進(jìn)行一穿透步驟，提供一第一源功率、一第一偏壓功率以及氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體之一，以一第一蝕刻配方(recipe)去除該抗反射層以及一預(yù)定深度的該鋁合金層，其中，該第一源功率與該第一偏壓功率之比約為1/3；以及進(jìn)行一主蝕刻步驟，提供一第二源功率、一第二偏壓功率以及氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體之一，以一較該第一蝕刻配方(recipe)快之第二蝕刻配方(recipe)去除殘余的金屬層，其中，該第二源功率與該第二偏壓功率之比約為10/3。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該穿透步驟所提供的氮?dú)獾牧髁看笥?0sccm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該穿透步驟另提供氯氣(Cl2)與三氯化硼(BCl3)為反應(yīng)氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于氯氣之氣體流量與三氯化硼之氣體流量之比約為1∶1。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該主蝕刻步驟另提供氯氣(Cl2)與三氯化硼(BCl3)為反應(yīng)氣體。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于氯氣的氣體流量與三氯化硼的氣體流量之比約為5∶1。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該預(yù)定深度約為該鋁合金層厚度的1/3。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該金屬層另包含有設(shè)于該鋁合金層之下的一隔絕層，；以及設(shè)于該隔絕層與該介電層之間的一附著層。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于該隔絕層以氮化鈦構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該附著層以鈦構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該鋁合金層以鋁硅銅合金構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該抗反射層以氮化鈦構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該預(yù)定深度約為該鋁合金層的1/3厚度。
14.一種用于金屬層蝕刻的輪廓控制方法，該金屬層設(shè)于一半導(dǎo)體芯片的介電層上，該金屬層包含有設(shè)于一介電層上的一鋁合金層以及，設(shè)于該鋁合金層上的一抗反射層；該輪廓控制方法包含有下列步驟進(jìn)行一穿透步驟，以一第一蝕刻配方(recipe)去除該抗反射層以及一預(yù)定深度的該鋁合金層；以及進(jìn)行一主蝕刻步驟，以一較該第一蝕刻配方recipe快之第二蝕刻配方recipe去除殘余的金屬層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，該穿透步驟提供一第一源功率以及一第一偏壓功率，且該第一源功率以及該第一偏壓功率之比系約為1/3。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，該主蝕刻步驟提供一第二源功率以及一第二偏壓功率，且該第二源功率與該第二偏壓功率之比約為10/3。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，該穿透步驟與該主蝕刻步驟均另提供氮?dú)?、氯氣與三氯化硼為反應(yīng)氣體。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該穿透步驟所提供的氮?dú)獾牧髁看笥?0sccm。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該穿透步驟所提供的氯氣的氣體流量與三氯化硼的氣體流量之比約為1∶1。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該主蝕刻步驟所提供的氯氣的氣體流量與三氯化硼的氣體流量之比約為5∶1。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，該預(yù)定深度約為該鋁合金層的1/3厚度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一金屬層蝕刻的輪廓控制方法。該金屬層設(shè)于一半導(dǎo)體芯片的介電層上。該金屬層包含有一鋁合金層以及一抗反射層。該鋁合金層設(shè)于一介電層上,該抗反射層設(shè)于該鋁合金層上。該輪廓控制方法包含有下列步驟。首先進(jìn)行一穿透步驟,以一第一蝕刻配方去除該抗反射層以及一預(yù)定深度的該鋁合金層。接著,進(jìn)行一主蝕刻步驟,以一較該第一蝕刻配方快的第二蝕刻配方去除殘余的金屬層。本發(fā)明可以產(chǎn)生一個(gè)沒有I型的輪廓以及平滑的側(cè)壁。因此,后續(xù)的介電質(zhì)填充制程便不容易產(chǎn)生孔洞,半導(dǎo)體芯片的可靠度可以提高。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1381880SQ01110718
公開日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2001年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月13日
發(fā)明者李世琛 申請(qǐng)人:華邦電子股份有限公司