專利名稱：刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制作方法，特別涉及制作半導(dǎo)體器件過程中， 刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法。
背景技術(shù)：
對于集成電路的電極和互連線而言，2pm厚度的導(dǎo)電復(fù)合層已經(jīng)足夠，但 是，對于硅基螺旋電感，為了提高品質(zhì)因數(shù)，迫切需要降低金屬螺旋線圏的 串聯(lián)電阻，因此采用厚度大于2pm的金屬層(以下簡稱厚金屬)更為有利；再 如特殊的功率器件和電路中，也常常用到厚金屬來降低電阻和改善散熱。濕 法刻蝕雖然可以刻蝕厚金屬，但由于其刻蝕速率的各向同性，無法保證線條 精度和側(cè)壁形貌。因此，開發(fā)厚金屬的高精度干法刻蝕技術(shù)勢在必行。厚金屬的高精度干法刻蝕技術(shù)一直是亞微米集成電路工藝中的一個難 點(diǎn)。為了保證亞微米的線條精度，需要采用干法刻蝕技術(shù)， 一般用高分辨率 的光阻層作為刻蝕掩膜；但是，由于常用反應(yīng)氣體BCl3和Cl2刻蝕鋁、鈦及氮 化鈦的復(fù)合材料，對導(dǎo)電復(fù)合層和高分辨的光阻層的選擇比通常都小于2: 1; 為了保證曝光分辨率，通常使用光阻層厚度不超過3^mi，考慮過刻量和工藝余 量，很難刻蝕厚度在2pm以上的鋁。專利號為98124176的中國專利公開了在布線工藝中干法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層 的方法。如圖1A所示，在已經(jīng)完成第一層鋁布線的硅襯底100上用化學(xué)氣相 沉積法氧化硅層102,作為層間介電層用于器件間的隔離；在氧化硅層102上 濺射厚度為5pm的導(dǎo)電復(fù)合層104，所述導(dǎo)電復(fù)合層104為鋁、鈦及氮化鈦 的復(fù)合材料；接著在導(dǎo)電復(fù)合層104上用化學(xué)氣相沉積法形成抗反射層106; 用旋涂法在抗反射層106上形成光阻層108，旋涂的光阻層108厚度為1.8nm。
如圖1B所示，對光阻層108進(jìn)行曝光處理，將光罩上的半導(dǎo)體器件圖形轉(zhuǎn)移至光阻層108上，經(jīng)過顯影工藝后，在光阻層108上形成光阻圖形107。 如圖1C所示，將帶有氧化硅層102、導(dǎo)電復(fù)合層104、抗反射層106和光 阻層108的硅襯底100放入反應(yīng)室中；在反應(yīng)室中通入BC13和Cl2混合氣體， 沿光阻圖形107對抗反射層106和導(dǎo)電復(fù)合層104進(jìn)行刻蝕至露出氧化硅層 102, BCb和Cl2混合氣體會對氧化硅層102產(chǎn)生過刻蝕，其中反應(yīng)室的刻蝕 壓力為6~10毫托(1托=133.33帕斯卡),氣體BC13的流量為40 90sccm， Cl2 的流量為120 190sccm，反應(yīng)室中底部射頻為100 200W，由此得到氣體刻蝕 導(dǎo)電復(fù)合層104和氧化硅層102的選擇比為8,刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層104和光阻層 108的選擇比為1~2.5，刻蝕速率為0.5|im/min，刻蝕所需的時間為15min;最 后用灰化法去除光阻層106。圖2是用現(xiàn)有技術(shù)刻蝕完導(dǎo)電復(fù)合層的效果圖。如圖2所示，用掃描電 子顯微鏡在放大倍數(shù)為25千倍時觀察圖1A至圖1C刻蝕的導(dǎo)電復(fù)合層104 效果。由于在反應(yīng)室中通入BC13和Cl2混合氣體，氣體BC13的流量為 40 90sccm， 。12的流量為120 190sccm,且刻蝕壓力很小，為6 10毫托(1 托=133.33帕斯卡)，反應(yīng)室中的電漿反應(yīng)室中底部射頻為100 200W，由此得 到氣體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層104和氧化硅層102的選擇比為8,刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層 104和光阻層108的選擇比為1-2.5,導(dǎo)致最終形成的半導(dǎo)體器件剖面不平整， 溝槽或接觸孔的側(cè)壁垂直度好不夠(如圖中橢圓圈出部分所示)?，F(xiàn)有技術(shù)刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層，由于反應(yīng)室刻蝕壓力小，為6 10毫托，反應(yīng) 室中的電漿濃度低，使刻蝕氣體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層和氧化硅層的選擇比小，刻 蝕導(dǎo)電復(fù)合層和光阻層的選擇比也小，導(dǎo)致最終形成的半導(dǎo)體器件剖面不平 整，溝槽或接觸孔的側(cè)壁垂直度不好；同時由于反應(yīng)室刻蝕壓力小，使刻蝕 速率也相應(yīng)變小，導(dǎo)致制作半導(dǎo)體器件的時間長，進(jìn)而使芯片產(chǎn)率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，防止反應(yīng)室刻蝕 壓力太小，而導(dǎo)致制程慢。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，包括下列步驟在硅襯底上依次形成氧化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層；將帶有氧 化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層硅襯底放入刻蝕反應(yīng)室中；將反應(yīng)室的 刻蝕壓力從6 10毫托增大至10-30毫托；以圖案化光阻層為掩膜，刻蝕導(dǎo)電 復(fù)合層至露出氧化硅層?？涛g采用的是BC13和Cl2混合氣體，所述BC13的流量為40 90sccm, Cl2 的流量為120 190sccm。BCb和Cl2混合氣體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的速率為0.8 1.2pm/min，刻蝕導(dǎo)電 復(fù)合層和氧化硅層的選擇比為10~15,刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層和光阻層的選擇比為 3~5。所述導(dǎo)電復(fù)合層為鋁、鈦及氮化鈦復(fù)合材料。 所述導(dǎo)電復(fù)合層的厚度為2 5pm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明將反應(yīng)室的刻蝕壓力從 6 10毫托增大至10 30毫托，反應(yīng)室中的電漿濃度也會隨之增加，使刻蝕氣 體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層和氧化硅層的選擇比相應(yīng)增大，刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層和光阻層 的選擇比也相應(yīng)增大，實(shí)現(xiàn)最終形成的半導(dǎo)體器件剖面平整，溝槽或接觸孔 的側(cè)壁垂直度好；同時由于刻蝕壓力增大，使刻蝕速率也相應(yīng)變大，實(shí)現(xiàn)制 作半導(dǎo)體器件的時間縮短，進(jìn)而使芯片產(chǎn)率提高。


圖1A至圖1C是現(xiàn)有技術(shù)干法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層示意圖；圖2是用現(xiàn)有技術(shù)用掃描電子顯微鏡刻蝕完導(dǎo)電復(fù)合層的效果圖；圖3是本發(fā)明干法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的流程圖4A至圖4C是本發(fā)明干法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的示意圖； 圖5是用本發(fā)明方法用掃描電子顯微鏡觀察刻蝕完導(dǎo)電復(fù)合層的效果圖； 圖6A至圖6E是本發(fā)明在布線工藝中千法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明將反應(yīng)室的刻蝕壓力從6 10毫托增大至10~30毫托，反應(yīng)室中的 電漿濃度也會隨之增加，使刻蝕氣體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層和氧化硅層的選擇比相 應(yīng)增大，刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層和光阻層的選擇比也相應(yīng)增大，實(shí)現(xiàn)最終形成的半 導(dǎo)體器件剖面平整，溝槽或接觸孔的側(cè)壁垂直度好；同時由于刻蝕壓力增大， 使刻蝕速率也相應(yīng)變大，實(shí)現(xiàn)制作半導(dǎo)體器件的時間縮短，進(jìn)而使芯片產(chǎn)率 提高。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附 圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。圖3是本發(fā)明在布線工藝中干法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的流程圖。如圖3所示， 執(zhí)行步驟S201在硅襯底上依次形成氧化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層； 執(zhí)行步驟S202將帶有氧化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層的硅襯底放入刻 蝕反應(yīng)室中；執(zhí)行步驟S203將反應(yīng)室的刻蝕壓力從6 10毫托增大至10 30 毫托；執(zhí)行步驟S204以圖案化光阻層為掩膜，刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層至露出氧化硅 層。圖4A至圖4C是本發(fā)明干法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的示意圖。如圖4A所示，在硅 襯底200上用化學(xué)氣相沉積法形成厚度為5000埃 7000埃的氧化硅層202，作為 層間介電層用于器件間的隔離；在氧化硅層202上用濺射法在功率為 5000W 7000W，溫度為250。C 300。C時，形成厚度為2nm 6(im的導(dǎo)電復(fù)合層 204;用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方式在導(dǎo)電復(fù)合層204上形成厚度為 0.02pm 0.04pm的抗反射層206，所述抗反射層206的材料為氮化硅，在后續(xù)曝
光過程中用于保護(hù)導(dǎo)電復(fù)合層204;用旋涂法在抗反射層206上形成厚度為 2.4pm 4.8pm的光阻層208。本實(shí)施例中，氧化硅層202的具體厚度為5000埃、5500埃、6000埃、6500 埃或7000埃，優(yōu)選6000埃。本實(shí)施例中，賊射功率具體為5000W、 5500W、 6000W、 6500W或7000W, 優(yōu)選濺射功率6500W;濺射溫度具體為250°C、 260°C、 270°C、 280°C、 290°C 或300。C,優(yōu)選賊射溫度為270°C 。導(dǎo)電復(fù)合層204的材料為鋁、鈦及氮化鈦的復(fù)合材料；導(dǎo)電復(fù)合層204 厚度具體為2|im、 2.5jim、 3|im、 3.5拜、4fxm、 4.5,、 5,、 5.5阿或6,; 抗反射層206的厚度具體為0.02pm、 0.03pm或0.04|im;光阻層208的厚度 具體為2.4(im、 2.6|mi、 2.8(im、 3.0fim、 3.2(im、 3.4,、 3.6|im、 3.8[im、 4.0拜、 4.2|im、 4.4pm、 4.6(im或4.8,。如圖4B所示，對光阻層208進(jìn)行曝光處理，將光罩上的半導(dǎo)體器件圖形 轉(zhuǎn)移至光阻層208上，經(jīng)過顯影工藝后，在光阻層208上形成光阻圖形207。如圖4C所示，將帶有氧化硅層202、導(dǎo)電復(fù)合層204、抗反射層206和 光阻層208的硅襯底200放入反應(yīng)室中，以光阻層208為掩膜，在反應(yīng)室中 通入BC13和Cl2混合氣體，將反應(yīng)室的刻蝕壓力從6 10毫托增大至10 30毫 托(1托=133.33帕斯卡)，反應(yīng)室中底部射頻為100 200W,沿光阻圖形207 對導(dǎo)電復(fù)合層204進(jìn)行刻蝕至露出氧化硅層202，同時刻蝕氣體BCl3和Cl2 會對氧化硅層202過刻蝕；由于刻蝕壓力增大，使反應(yīng)室中的電漿濃度增加， 使刻蝕氣體BCb和Cl2刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層204和氧化硅層202的選擇比相應(yīng)增 大，刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層204和光阻層208的選擇比也相應(yīng)增大，實(shí)現(xiàn)最終形成 的半導(dǎo)體器件剖面平整，導(dǎo)電復(fù)合層側(cè)壁垂直度好；同時由于刻蝕壓力增大， 使刻蝕速率也相應(yīng)變大，實(shí)現(xiàn)制作半導(dǎo)體器件的時間縮短，進(jìn)而使芯片產(chǎn)率 提高；最后用濕法刻蝕法去除光阻層208。 本實(shí)施例中，反應(yīng)室刻蝕壓力具體例如10毫托、15毫托、20毫托、25 毫托或30毫托。氣體BCl3的流量為40 90sccm，具體流量例如40sccm 、 50 sccm 、 60 sccm 、 70 sccm 、 80 sccm或90 sccm ; Cl2的i化量為120 190sccm， 具體;^L量例^口 120 sccm、 130sccm、 140 sccm、 150sccm、 160sccm、 170sccm、 180 sccm或190 sccm。 BCb和Cl2混合氣體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層204和氧化硅層 202的選擇比為10-15，具體為10、 11、 12、 13、 14或15;刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層 204和光阻層208的選擇比為3~5,具體為3、4或5。刻蝕速率為0.8 1.2pm/min， 具體刻々蟲速率為0.8 jim/min、 0.9 nm/min、 1.0 fim/min、 1.1 fim/min或 1.2 (im/min。本實(shí)施例中，濕法刻蝕光阻層208所需的溶液為有機(jī)溶劑，刻蝕時間為 50min 70min，具體為50min、 60min或70min,優(yōu)選60min。圖5是用本發(fā)明方法刻蝕完導(dǎo)電復(fù)合層的效果圖。如圖5所示，用掃描 電子顯微鏡在放大倍數(shù)為15千倍下觀察圖4A至圖4C刻蝕的導(dǎo)電復(fù)合層204 效果，由于在反應(yīng)室中通入BC13和Cl2混合氣體，氣體BC13的流量為 40 90sccm， Cb的流量為120 190sccm,反應(yīng)室的刻蝕壓力從6 10毫托增大 至10 30毫托，反應(yīng)室中的電漿反應(yīng)室中底部射頻為100~200W，由此得到氣 體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層204和氧化硅層202的選擇比為10 15，刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層 204和光阻層208的選擇比為3~5，實(shí)現(xiàn)最終形成的半導(dǎo)體器件剖面平整，溝 槽或接觸孔側(cè)壁垂直度好(圖中橢圓圈出部分所示)。圖6A至圖6E是本發(fā)明在布線工藝中干法刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的示意圖。如 圖6A所示，在包含存儲器件的硅襯底300上物理氣相沉積法形成厚度為 4pm 6iim的第一導(dǎo)電復(fù)合層302,其中第一導(dǎo)電復(fù)合層302的材料為鋁銅合 金、氮化鈦及鈦；用化學(xué)氣相沉積法在第一導(dǎo)電復(fù)合層302上形成厚度為5000 埃 7000埃的氧化硅層304，作為層間介電層用于器件間的隔離；在氧化硅層 304上形成第一光阻層306,對第一光阻層306進(jìn)行曝光，將光罩上的通孔圖
形轉(zhuǎn)移至第一光阻層306上，經(jīng)過顯影工藝，在第一光阻層306上形成開口 圖形307。本實(shí)施例中，第一導(dǎo)電復(fù)合層302的厚度具體為4[mi、 5|am或6[im，本 實(shí)施例優(yōu)選5pm。氧化石圭層304的厚度具體為5000埃、5500埃、6000埃、6500?；?000 埃，本實(shí)施例優(yōu)選6000埃。如圖6B所示，以第一光阻層306為掩膜，沿開口圖形307，干法蝕刻氧化 硅層304至露出第 一導(dǎo)電復(fù)合層302，在氧化硅層304中形成貫通氧化硅層304 的通孔308;在氧化硅層304上用化學(xué)氣相沉積法形成金屬層310，并將金屬層 310填充通孔308,其中金屬層310的材料為鴒、鋁、氮化鈦或鈦。如圖6C所示，用化學(xué)機(jī)械拋光法研磨金屬層310至露出氧化硅層304, 形成金屬插塞309;用濺射法在功率為5000W 7000W，溫度為250。C 300。C 時，在氧化硅層304上形成第二導(dǎo)電復(fù)合層312，且第二導(dǎo)電復(fù)合層312覆蓋 金屬插塞309;用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方式在第二導(dǎo)電復(fù)合層312上形成 厚度為0.02pm 0.04(im的抗反射層314,在后續(xù)曝光過程中用于保護(hù)第二導(dǎo) 電復(fù)合層312;用旋涂法在抗反射層314上形成厚度為2.4|im~4.8Hm的第二 光阻層316。本實(shí)施例中，濺射功率具體為5000W、 5500W、 6000W、 6500W或7000W, 優(yōu)選賊射功率6500W;濺射溫度具體為250°C、 260°C、 270°C、 280°C、 290°C 或300°C，優(yōu)選濺射溫度為270°C。本實(shí)施例中，第二導(dǎo)電復(fù)合層312的材料為鋁、鈦及氮化鈦的復(fù)合材料; 第二導(dǎo)電復(fù)合層312的厚度為2nm 6nm，具體厚度例如2 、 2.5pm、 3pm、 3.5nm、 4(im、 4.5(im、 5(im、 5.5nm或6pm?？狗瓷鋵?14的厚度具體為0.02|im、 0.03pm或O.O叫m;第二光阻層316的厚度具體為2.4(im、2.6pm、2.8pi、3.(^m、3.2,、 3.4pm、 3.6,、 3.8(im、 4.0拜、4.2,、 4.4,、 4.6,或4.8,。如圖6D所示，對第二光阻層316進(jìn)行曝光處理，將光罩上的焊盤圖形轉(zhuǎn) 移至光阻層318上，經(jīng)過顯影工藝后，在第二光阻層316上形成光阻圖形317。 如圖6E所示，將帶有各膜層的硅襯底300放入反應(yīng)室中，以第二光阻層 316為掩膜，在反應(yīng)室中通入BCls和Cl2混合氣體，將反應(yīng)室的刻蝕壓力從 6~10毫托增大至10~30毫托(1托=133.33帕斯卡)，反應(yīng)室中底部射頻為 100 200W，沿光阻圖形317對抗反射層314和第二導(dǎo)電復(fù)合層312進(jìn)行刻蝕 至露出氧化硅層304,同時刻蝕氣體BCb和Cl2會對氧化硅層304過刻蝕；由 于刻蝕壓力增大，使反應(yīng)室中的電漿濃度增加，使刻蝕氣體BC13和Cl2刻蝕 第二導(dǎo)電復(fù)合層312和抗反射層314的選擇比相應(yīng)增大，刻蝕第二導(dǎo)電復(fù)合 層312和第二光阻層316的選擇比也相應(yīng)增大，實(shí)現(xiàn)最終形成的半導(dǎo)體器件 剖面平整，溝槽或接觸孔側(cè)壁垂直度好；同時由于刻蝕壓力增大，使刻蝕速 率也相應(yīng)變大，實(shí)現(xiàn)制作金屬焊盤的時間縮短，進(jìn)而使芯片產(chǎn)率提高；最后 用濕法刻蝕法去除第二光阻層316。本實(shí)施例中，反應(yīng)室刻蝕壓力具體例如10毫托、15毫托、20毫托、25 毫托或30毫托。氣體BCb的流量為40 90sccm，具體流量例如40 sccm 、 50 sccm 、 60 sccm 、 70 sccm 、 80 sccm或90 sccm ;Cb的'流量為120 190sccm， 具體流量例如120 sccm、 130 sccm、 140 sccm、 150sccm、 160 sccm、 170sccm、 180 sccm或190 sccm。BCl3和Cl2混合氣體刻蝕第二導(dǎo)電復(fù)合層312和氧化硅 層314的選擇比為10 13,具體為10、 11、 12或13;刻蝕第二導(dǎo)電復(fù)合層312 和光阻層316的選擇比為3~5，具體為3、 4或5?？涛g速率為0.8~1,2(im/min, 具體亥']々蟲速率為0.8 (im/min、 0.9 pm/min、 1.0 (im/min、 1.1 (im/min或1.2 fim/min。本實(shí)施例中，濕法刻蝕第二光阻層316所需的溶液為為有機(jī)溶劑，刻蝕 時間為50min 70min，具體為50min、 60min或70min，優(yōu)選60min。
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權(quán)利要求
1. 一種刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于，包括下列步驟在硅襯底上依次形成氧化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層；將帶有氧化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層的硅襯底放入刻蝕反應(yīng)室中；將反應(yīng)室的刻蝕壓力從6～10毫托增大至10～30毫托；以圖案化光阻層為掩膜，刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層至露出氧化硅層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于刻蝕采用的 是BCb和Cb混合氣體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于所述BCb的 流量為40 90sccm， (312的流量為120 190sccm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于BCb和Cl2 混合氣體刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的速率為0.8~1.2pm/min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于刻蝕導(dǎo)電復(fù) 合層和氧化硅層的選擇比為10~15。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于刻蝕導(dǎo)電復(fù) 合層和光阻層的選擇比為3 5。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于所述導(dǎo)電復(fù) 合層為鋁、鈦及氮化鈦復(fù)合材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，其特征在于所述導(dǎo)電復(fù) 合層的厚度為2 5pm。
全文摘要
一種刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層的方法，包括下列步驟在硅襯底上依次形成氧化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層；將帶有氧化硅層、導(dǎo)電復(fù)合層及圖案化光阻層的硅襯底放入刻蝕反應(yīng)室中；將反應(yīng)室的刻蝕壓力從6～10毫托增大至10～30毫托；以圖案化光阻層為掩膜，刻蝕導(dǎo)電復(fù)合層至露出氧化硅層。經(jīng)過上述步驟，最終形成的半導(dǎo)體器件剖面平整，溝槽或接觸孔側(cè)壁的垂直度好，且制作半導(dǎo)體器件的時間縮短，進(jìn)而使芯片產(chǎn)率提高。
文檔編號H01L21/02GK101211782SQ20061014801
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者傅海林, 崔紅星, 楊渝書, 駿 陳 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司