專利名稱：用于調(diào)整蝕刻工藝中臨界尺寸均勻性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及半導(dǎo)體處理技術(shù)，尤其涉及用于以所需輪廓和臨
界尺寸(CD)在互連結(jié)構(gòu)中蝕刻材料層中的特征的方法。
背景技術(shù)：
對于半導(dǎo)體器件的下一代超大規(guī)模集成(VLSI)和巨大規(guī)模集成(ULSI)， 可靠地制備亞半微米及更小特征是關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，由于推動了電路技術(shù) 的限制，VLSI和ULSI技術(shù)中互連的縮減尺寸在處理能力上寄予了額外要求。 對于VLSI和ULSI實(shí)現(xiàn)和提高單獨(dú)基板與裸片的電路密度及質(zhì)量的持續(xù)努力 來說，柵極圖案的可靠形成很重要。
由于特征尺寸已經(jīng)變得更小而特征的高寬比變得更高，需要將材料蝕刻成 具有更好輪廓控制和均勻性管理的特征的蝕刻工藝。在蝕刻期間，通常將至少 包括含鹵素氣體的氣體混合物用于提供蝕刻布置在基板上的材料的主動反應(yīng) 蝕刻劑。通過布置在蝕刻室中的朝向基板上的表面氣體分布板將含鹵素氣體供 應(yīng)到處理室中。然而，在蝕刻期間，氣體混合物可能不能橫貫基板表面均勻地 分布，由此導(dǎo)致基板的中心和邊緣部分之間的蝕刻輪廓不均勻性。

圖1示出通 過常規(guī)蝕刻技術(shù)從基板中心的點(diǎn)A到基板邊緣的點(diǎn)B蝕刻的基板上形成的特 征的臨界尺寸(CD)圖。由于由等離子體產(chǎn)生的反應(yīng)蝕刻劑可能不能橫貫基 板表面均勻地分布，在基板的中心部分A和邊緣部分B中導(dǎo)致的蝕刻行為是 不同，如箭頭102所示，由此導(dǎo)致已蝕刻特征的CD變化和實(shí)際尺寸從其目標(biāo) 尺寸的偏移。特征的不均勻CD輪廓可能導(dǎo)致不期望缺陷，并且還有害影響后 續(xù)處理步驟，最終退化或損害成品集成電路結(jié)構(gòu)的性能。
因此，需要一種以優(yōu)良的CD均勻性控制在基板上蝕刻特征的方法
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例關(guān)于用于蝕刻布置在基板上的金屬層以便橫貫基板 形成具有特征所需輪廓和均勻臨界尺寸(CD)的特征的方法。在一個(gè)實(shí)施例 中， 一種用于蝕刻布置在基板上的金屬層的方法包括在蝕刻反應(yīng)器中提供在基 板上布置有金屬層的基板，使至少包含含氯氣體和鈍化氣體的氣體混合物流入 到所述反應(yīng)器中，以及使用由所述氣體混合物形成的等離子體來蝕刻所述金屬 層。鈍化氣體包括氮?dú)夂筒伙柡蜔N氣體，其中氮?dú)馀c不飽和烴氣體具有在大約
1:3和大約20:1之間的氣體流速比。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于蝕刻布置在基板上的金屬層以便形成互連結(jié) 構(gòu)的方法包括在蝕刻反應(yīng)器中提供具有適于布置在基板上的互連結(jié)構(gòu)的鋁層 的基板，將包含BCl3、 Cl2和鈍化氣體的氣體混合物流入到所述反應(yīng)器中，以 及使用由所述氣體混合物形成的等離子體通過圖案化掩模層來蝕刻所述鋁層。 鈍化氣體包括氮?dú)夂筒伙柡蜔N氣體，其中氮?dú)馀c不飽和烴氣體具有在大約1:3 和大約20:1之間的氣體流速比。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于蝕刻布置在基板上的金屬層以便形成互連結(jié) 構(gòu)的方法包括在蝕刻反應(yīng)器中提供具有在布置在基板上的(適于互連結(jié)構(gòu)的)
鋁層上的圖案化掩模層的基板，將包含BCl3、 Cl2和鈍化氣體的氣體混合物流
入到所述反應(yīng)器中，以及使用由所述氣體混合物形成的等離子體通過圖案化掩
模層來蝕刻所述鋁層。鈍化氣體包括N2氣體和C2H4氣體，其中N2氣體與C2H4
氣體的氣體流速比在大約1: 3和大約20: 1之間，并且其中以在大約25:75 和大約35:65之間的C2H4氣體與稀釋氣體的分子比將所述(32^氣體連同稀釋 氣體供應(yīng)到所述蝕刻反應(yīng)器中。
附圖的簡要描述
為了可以詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式，參考附圖中示出的實(shí)施例給 出在上面概述的本發(fā)明的更加明確的描述。
圖l示出由常規(guī)技術(shù)蝕刻的橫貫基板形成的特征的臨界尺寸(CD)圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用的等離子體反應(yīng)器的示意橫截面圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的蝕刻工藝的一個(gè)實(shí)施例的流程圖； 圖4A-4B是布置在基板上的互連結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面圖；以及
圖5示出通過根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的蝕刻工藝蝕刻的橫貫基板形成的特征的臨界尺寸(CD)圖。
為了便于理解，已經(jīng)盡可能地使用相同參考數(shù)字來指代附圖中共有的相同 元件。預(yù)計(jì)可以將一個(gè)實(shí)施例的元件和特征有利地合并到其它實(shí)施例，而不需 要額外敘述。
然而，需要指出的是，附圖僅示出本發(fā)明的示例性實(shí)施例，由于本發(fā)明可 以允許其它等效實(shí)施例，因此不能認(rèn)為附圖限制了本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例包括用于使用至少包括含氯氣體和鈍化氣體的氣體混合 物來等離子體蝕刻布置在基板上的金屬層的方法，其中鈍化氣體至少包括氮?dú)?和不飽和烴氣體。所述氣體混合物以在維持橫貫基板形成的特征的均勻臨界尺
寸(CD)的同時(shí)保持特征的輪廓及尺寸的方式蝕刻金屬層。
圖2示出適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的金屬層蝕刻的等離子體源蝕刻反應(yīng)器202 的一個(gè)實(shí)施例的示意橫截面圖。適于實(shí)施本發(fā)明的示例性蝕刻反應(yīng)器是全部可 從加利福尼亞州Santa Clara市的Applied Materials. Inc (應(yīng)用材料有限公司) 獲得的分Decoupled Plasma Source (DPS,去耦等離子體源)、DPS-II、 DPS-II AdvantEdge HT、 DPS Plus、或DPS DT、 HART、 HART TS蝕刻反應(yīng)器。預(yù)計(jì) 可以在其它蝕刻反應(yīng)器中執(zhí)行這里描述的金屬層蝕刻工藝，包括來自其它制造 商的反應(yīng)器。
在一個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器202包括處理室210。處理室210是通過節(jié)流閥 227耦合到真空泵236的高真空容器。處理室210包括導(dǎo)電室壁230。使用位 于壁230中和/或其周圍的含流體管道(未示出)來控制室壁230的溫度。室 壁230連接到電接地234。襯墊231被布置在室210中用于覆蓋壁230的內(nèi)表 面。襯墊231有助于室210的原位自清潔能力，以便可以容易地去除沉積在襯 墊231上的副產(chǎn)品和殘?jiān)?br> 處理室210還包括支撐底座216和噴頭232。支撐底座216以分隔關(guān)系布 置在噴頭232的下面。支撐底座216可以包括用于在處理期間保持基板200 的靜電卡盤226。由DC電源220來控制提供給靜電卡盤226的電力。
通過匹配網(wǎng)絡(luò)224支撐底座216耦合到射頻(RF)偏置電源222。偏置電 源222 —般能夠產(chǎn)生大約O到3000瓦的偏置功率?？蛇x地，偏置電源222可以是DC或脈沖DC源。
至少部分地通過調(diào)節(jié)支撐底座216的溫度來控制支撐在支撐底座216上的 基板200的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐底座216包括在其中形成的用于流通 冷卻劑的通道。另外，從氣體源248提供的諸如氦(He)氣的背面氣體，適 于提供到在基板200的背面與靜電卡盤226表面中形成的凹槽(未示出)之間 布置的通道中。背面He氣在底座216與基板200之間提供有效熱傳遞。靜電 卡盤226還可以包括在卡盤體內(nèi)的用于在處理期間加熱卡盤226的電阻加熱器 (未示出)。
噴頭232被安裝到處理室210的頂蓋213。氣體面板238流體耦合到在噴 頭232與頂蓋213之間限定的充氣室(未示出)。噴頭232包括允許提供到充 氣室的氣體從氣體面板238進(jìn)入處理室210的多個(gè)孔。
通過阻抗變壓器219 (例如，四分之一波長匹配短截線)噴頭232和/或臨 近其放置的上電極228耦合到RF源功率218。 RF源功率218 —般能夠產(chǎn)生大 約0到5000瓦的源功率。
在基板處理期間，使用氣體面板238和節(jié)流閥227來控制室210內(nèi)部體積 的氣體壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，將室210內(nèi)部的氣體壓力維持在大約O.l到999 mTorr?？梢詫⒒?00維持在大約10到大約500攝氏度之間的溫度。
包括中央處理器(CPU) 244、存儲器242和輔助電路246的控制器240 耦合到反應(yīng)器202的不同組件，以便于控制本發(fā)明的處理。存儲器242可以是 對于反應(yīng)器202或CPU 244是本地的或遠(yuǎn)程的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，諸如隨 機(jī)存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、或數(shù)字存儲的任 何其它形式。為了以常規(guī)方式支持CPU244，輔助電路246耦合到CPU244。 這些電路包括高速緩沖存儲器、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電流和子系統(tǒng)等。 當(dāng)由CPU 244執(zhí)行時(shí)，存儲在存儲器242中的軟件程序或一系列程序指令使 反應(yīng)器202執(zhí)行本發(fā)明的蝕刻工藝。
圖2僅示出可以用于實(shí)施本發(fā)明的多種類型的等離子體反應(yīng)器的一個(gè)示 例性配置。例如，可以使用不同耦合機(jī)制將不同類型的源功率及偏置功率耦合 到等離子體室中。同時(shí)使用源功率和偏置功率允許獨(dú)立控制等離子體密度和基 板關(guān)于等離子體的偏置電壓。在某些應(yīng)用中，可以在與放置基板的室不同的室 中產(chǎn)生等離子體，例如遠(yuǎn)程等離子體源，并且隨后使用現(xiàn)有技術(shù)中已知的技術(shù)將等離子體導(dǎo)入到所述室中。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例蝕刻金屬層的蝕刻工藝300的一個(gè)實(shí)施 例的流程圖。圖4A-4B是示出金屬層蝕刻處理300的順序的示意橫截面圖。 工藝300可以作為由控制器240執(zhí)行的用于在諸如反應(yīng)器202或其它適當(dāng)蝕刻 反應(yīng)器的等離子體處理室中執(zhí)行工藝300的指令，存儲在存儲器242中。工藝300開始于框302，在反應(yīng)器202中提供具有包含布置在基板 402上的金屬層404的薄膜堆棧400的基板402。薄膜堆棧400可以被用于在 基板402上形成互連結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，可選阻擋層406可以布置在金屬 層404上。圖案化掩模層408，例如硬掩模、光刻膠掩?；蛩鼈兊慕M合，可以 被用作限定開口 410的蝕刻掩模，以暴露薄膜堆棧400的部分412便于在其中 蝕刻特征。
在圖4A所示實(shí)施例中，金屬層40是含鋁層。含鋁層的適當(dāng)示例包括金 屬鋁、鋁合金等。在示例性實(shí)施例中，金屬層40是金屬鋁層。金屬鋁層404 具有在大約1000 A和大約20000 A之間的鋁厚度，諸如大約3000 A和大約 7000 A，例如大約4000 A。布置在金屬層404上的可選阻擋層406用于防止 下層金屬層404擴(kuò)散到相鄰層中。阻擋層406的適當(dāng)示例可以是鉭(Ta)、氮 化鉭(TaN)、氮化硅鉭(TaSiN)、氮化鈦(TiN)、及鈦(Ti)或它們的組合。 除其它硅薄膜之外，圖案化掩模層408可以是從由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅 (SiON)、非晶硅(a-Si)或碳化硅、非晶碳((x-碳)組成的組中選擇的單層 的形式。替代地，圖案化掩模層408可以是至少包含兩層的復(fù)合掩模的形式， 一層從上述材料中選擇而第二層包含有機(jī)光刻膠掩模。在沒有可選阻擋層406 的實(shí)施例中，圖案化掩模層408可以直接布置在金屬層404上。在示例性實(shí)施 例中，圖案化掩模層408是氮氧化硅(SiON)層。在一個(gè)實(shí)施例中，薄膜堆 棧400適于在后端處理中制備互連結(jié)構(gòu)。
在框304，為了通過由圖案化掩模層408限定的開口 410蝕刻金屬層404， 金屬層蝕刻氣體混合物供應(yīng)到反應(yīng)器202中。如圖4B所示，金屬層蝕刻氣體 混合物蝕刻金屬層404，以便在金屬層404中形成特征416。在具有可選阻擋 層406的實(shí)施例中，可以使用在框304供應(yīng)的用于蝕刻金屬層404的相同氣體 混合物來蝕刻可選阻擋層406。替代地，可以由與金屬層蝕刻氣體混合物不同 并且選擇性蝕刻金屬層404之上的可選阻擋層406的阻擋層蝕刻氣體混合物來蝕刻可選阻擋層406。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用在蝕刻工藝的不同時(shí)期期間
供應(yīng)的不同氣體混合物在單一室中蝕刻可選阻擋層406和金屬層404。在示例 性實(shí)施例中，可以由至少包括含鹵素氣體的阻擋層蝕刻氣體混合物來蝕刻可選 阻擋層406。
在一個(gè)實(shí)施例中，在框304供應(yīng)的金屬層蝕刻氣體混合物包括含氯氣體。 含氯氣體被用于提供蝕刻金屬層404的反應(yīng)蝕刻劑。含氯氣體的適當(dāng)示例至少 包括BCl3、 Cl2、或HC1中的一種。在一個(gè)實(shí)施例中，在氣體混合物中含氯氣 體以在大約20 sccm和大約800 sccm之間的速率供應(yīng)。在這里描述的特定實(shí)施 例中，用于蝕刻金屬層404的含氯氣體包括BC13和Cl2氣體。以在大約20 sccm 和大約400 sccm之間的速率供應(yīng)BCl3氣體，而以在大約10 sccm和大約800 sccm之間的速率供應(yīng)Cl2氣體。
此外，在氣體混合物中供應(yīng)鈍化氣體，用于在蝕刻處理期間鈍化例如蝕刻 特征的側(cè)壁的蝕刻特征416的一部分，以便維持正在蝕刻的金屬層404的垂直 輪廓，直到在金屬層404中形成特征的所需深度。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化氣體 包括含氮?dú)怏w和不飽和烴氣體。含氮?dú)怏w的適當(dāng)示例包括N2、 NH3等。不飽 和烴氣體的適當(dāng)示例包括含有諸如C2H4、 C3H6、 C4Hg等的一OC—或一C三C一 單體的任何碳和氫基聚合物。在示范實(shí)施例中，不飽和烴氣體至少包括N2氣
體和C2H4氣體。
在一個(gè)實(shí)施例中，在蝕刻工藝期間N2氣體提供鈍化物種。在金屬蝕刻工 藝期間鈍化物種與氣體混合物中的離解氯離子反應(yīng)，并在蝕刻特征的表面及側(cè) 壁上形成氮化金屬。所形成的沉積在蝕刻特征的表面及側(cè)壁上的氮化金屬以控 制在金屬層404中形成的特征的垂直輪廓和臨界尺寸的方式來鈍化蝕刻特征。
此外，在蝕刻工藝期間在氣體混合物中供應(yīng)的不飽和烴氣體還形成聚合 物，鈍化蝕刻特征的側(cè)壁和表面，由此提供在金屬層404中形成的特征的優(yōu)良 垂直輪廓。在一個(gè)實(shí)施例中，在氣體混合物中連同化學(xué)惰性氣體供應(yīng)不飽和烴 氣體。在不飽和烴氣體是C2H4氣體的實(shí)施例中，用氦(He)氣稀釋C2H4。在 QH4和He稀釋氣體的總氣體流中QH4與He的分子比在大約25%和大約35% 之間。例如，對于大約2.33的稀釋因子，用He氣以大約30%到70%(C2H4:He) 的C2H4與He的比來稀釋C2H4。在常規(guī)技術(shù)中，由于純C2H4趨于爆炸和易燃， 出于安全原因，建議使用He氣中稀釋的C2H4的低分子比，諸如2.7% :97.3%的C2H4:He，以便防止C2H4氣體過量。另夕卜，在常規(guī)技術(shù)中認(rèn)為，為了提供
寬的工藝窗口和能夠獲得近垂直蝕刻輪廓，需要稀釋氣流的更高總量。然而， 發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，稀釋氣流的過高流量在等離子體中將產(chǎn)生高流動紊流，導(dǎo)致
氣流波動和等離子體不穩(wěn)定。在將要蝕刻的金屬是鋁(Al)的實(shí)施例中，發(fā)明
人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在撞擊鋁材料層的表面時(shí)來自稀釋氣流的氦離子趨于產(chǎn)生大量二 次電子。由于鋁材料具有比諸如硅、光刻膠或氧化硅的其它材料高的二次發(fā)射 系數(shù)，因此當(dāng)受到來自氦離子的二次電子撞擊時(shí)，鋁表面趨于與來自氦離子的 二次電子反應(yīng)，由此影響在氣體混合物中產(chǎn)生的等離子體密度。氦離子與鋁表 面之間的反應(yīng)可能影響橫貫處理反應(yīng)器的整體離子密度和分布，由此導(dǎo)致氣體
流量波動和等離子體不穩(wěn)定。因此，在C2Ht和He稀釋氣體的總氣體流中C2H4 氣體高于25%的在He氣中稀釋的C2H4的高分子比，連同N2氣與總氣體混合 物的所需氣流比，導(dǎo)致金屬層蝕刻工藝中的蝕刻及鈍化行為的優(yōu)良控制。在 C2H4和He稀釋氣體的總氣體流中C2H4氣體的更高量還可以在氣體混合物中 提供更高濃度的鈍化物種，這提高在基板表面上形成的鈍化保護(hù)。
另外，在蝕刻期間，稀釋氣體中C2H4氣體的更高濃度還可能影響處理室
中維持的壓力。蝕刻期間更高的處理壓力可以提供分子碰撞的更高可能性，由 此輔助整體蝕刻反應(yīng)。因此，通過將處理壓力控制在諸如大于10毫托的相對 更高的范圍，連同C2H4氣體的高濃度，來獲得分子碰撞的更高可能性，由此 導(dǎo)致氣體混合物中更高濃度的鈍化物種并提高在基板表面上形成的鈍化保護(hù)。
在示例性實(shí)施例中，將稀釋氣體中C2H4的分子比乘以處理室壓力(毫托)得
到的值控制在大于大約1.25，以在蝕刻期間獲得所需數(shù)量的鈍化物種。例如， 在C2H4與稀釋氣體的分子比是25% (0.25)且室壓控制在15 mT的實(shí)施例中， 分子比0.25乘以室壓15等于3.75 (0.25X15=3.75)，大于1.25。在另一個(gè)實(shí) 施例中，將C2H4與稀釋氣體的分子比乘以處理室壓力到的值控制在大于1.25， 諸如大于1.5，例如，大于2。
此外，來自He稀釋氣體的二次電子還可能與來自氣體混合物中供應(yīng)的含 氯氣體的氯離子反應(yīng)。因此，通過控制在氣體混合物中供應(yīng)的含氯氣體的量， 可以利用從含氯氣體釋放的足夠的氯離子量來減少由He稀釋氣體二次電子引 起的紊流。由于來自He稀釋氣體的二次電子可以有效地與氯反應(yīng)來降低氣體 混合物中殘余的二次電子總量，因此有效降低了由He稀釋氣體二次電子引起的等離子體不穩(wěn)定和氣流波動。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將在氣體混合物中供應(yīng)
的含氯氣體的量控制為與供應(yīng)到蝕刻反應(yīng)器中的He稀釋氣體的量基本相等。 例如，可以以基本等于供應(yīng)到蝕刻反應(yīng)器中的He稀釋氣體速率的流速供應(yīng)含 氯氣體。在含氯氣體包括BCl3和a氣體的實(shí)施例中，可以將在氣體混合物中 供應(yīng)的Cl2氣體控制在基本等于供應(yīng)到蝕刻反應(yīng)器中的He稀釋氣體速率。在 這個(gè)特定實(shí)施例中，以在大約100sccm和大約300 sccm之間的流速，諸如在 大約125sccm和大約250 sccm之間供應(yīng)02氣體。
在蝕刻期間，橫貫基板402的不同區(qū)域，例如基板402的中心或邊緣，可 能接收從噴頭232供應(yīng)的不同量的氣體混合物，導(dǎo)致基板402的不同區(qū)域中蝕 刻速率的變化。例如，由于氣體混合物中供應(yīng)的反應(yīng)物種，諸如來自含氯氣體 的反應(yīng)蝕刻劑和來自氮?dú)饧安伙柡蜔N氣體的鈍化物種，可能具有不同原子質(zhì)量 和平均流程，向基板邊緣傳播的每種氣體種類的流速/速度可能是不同的，在 基板402的不同區(qū)域中獲得的氣體物種比可能變化。例如，與不飽和烴氣體相 比，氮?dú)饩哂袡M貫基板表面更快且更均勻的流速。至于在氣體混合物中供應(yīng)的 不飽和烴氣體，基于等離子體離解，不飽和烴物種趨于形成從基板中心橫貫基 板表面到基板邊緣的長聚合物鏈，導(dǎo)致沿基板邊緣比基板中心附近累積不飽和 烴物種的更大的量和更長的鏈。這種效果勝過諸如C2H4氣體的不飽和烴氣體 的更高濃度及蝕刻工藝期間控制的更高工藝壓力的工藝參數(shù)。累積在基板表面 上的鈍化物種的更大的量提供高的鈍化保護(hù)，但是提供較低的蝕刻速率，因而， 導(dǎo)致在基板表面中具有比目標(biāo)臨界尺寸(CD)更寬的實(shí)際臨界尺寸(CD)的 蝕刻特征，這也被稱為CD增益。相反，在累積有較小數(shù)量的鈍化物種和產(chǎn)生 較大數(shù)量的反應(yīng)蝕刻劑的基板區(qū)域中，可能在基板表面上獲得窄的臨界尺寸 (CD)，這也被稱為CD損失。因此，通過調(diào)節(jié)氮?dú)?、不飽和烴氣體之間的流 量及流量比和氣體混合物中供應(yīng)的稀釋氣體中包含的不飽和烴氣體的分子濃 度，可以相對調(diào)節(jié)氣體混合物中供應(yīng)的每種氣體物種的移動性。因此，可以獲 得在鈍化物種與反應(yīng)蝕刻劑之間的所需比值，提供鈍化保護(hù)及蝕刻行為的優(yōu)良 控制，由此形成橫貫金屬層404的寬度具有所需輪廓和尺寸的特征。因此，可 以獲得橫貫基板表面分布的鈍化物種的調(diào)節(jié)且平衡量，由此提供在基板上的材 料層404內(nèi)形成的蝕刻特征416的均勻臨界尺寸(CD)。
在基板邊緣需要較少鈍化保護(hù)但是需要用于蝕刻的較高反應(yīng)種類的實(shí)施例中，可以采用C2H4氣體與N2氣體的低流速比，諸如相對較高量的N2氣體 的較小量的C2H4氣體，來減少在基板邊緣附近形成的長鏈碳-碳聚合物的存在， 由此促進(jìn)基板邊緣蝕刻速率。相反，在基板邊緣需要較高鈍化保護(hù)但是需要用 于蝕刻的較低反應(yīng)種類的實(shí)施例中，可以采用C2H4氣體與N2氣體的較高流速 比，諸如相對較小量的N2氣體的較高量的C2H4氣體，來提高在基板邊緣附近
形成的長鏈碳-碳聚合物的量。
在一個(gè)實(shí)施例中，N2氣體與C2H4氣體(具有在稀釋氣體中的30%的分子 濃度)之間的流速比在大約1:3和大約20:1之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，N2氣 體與C2H4氣體之間的流速比在大約1:1和大約10:1之間，諸如3:1。在又一個(gè)
實(shí)施例中，在氣體混合物中供應(yīng)的N2氣體和C2H4氣體(具有在稀釋氣體中的
30%的分子濃度)被配置成具有基本相等的量，諸如具有N2氣體和C2H4氣體 (具有在稀釋氣體中的30%的分子濃度)的1:1的流速比。替代地，在氣體混 合物中以在大約lsccm和大約500sccm之間的速率供應(yīng)N2氣體，諸如在大約 lsccm和大約30sccm之間。以在大約lsccm和大約100sccm之間的速率供應(yīng) C2H4氣體(具有在稀釋氣體中的30%的分子濃度)，諸如在大約lsccm和大約 30sccm之間?？蛇x地，氣體混合物還可以包括惰性氣體。惰性氣體的適當(dāng)示 例包括Ar、 He、 Xe、 Kr等。
在框306，由氣體混合物形成等離子體，以將金屬層404蝕刻成在蝕刻特 征416上的所需輪廓和均勻臨界尺寸(CD)。等離子體離解該氣體混合物，在 氣體混合物中形成反應(yīng)蝕刻劑和鈍化物種，由此以提供在金屬層404中形成的 特征416的均勻臨界尺寸(CD)的方式來蝕刻和鈍化金屬層404。
在將金屬層蝕刻氣體混合物供應(yīng)到蝕刻反應(yīng)器202的同時(shí)調(diào)節(jié)幾個(gè)工藝 參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，在大約5 mTorr到大約200 mTorr之間調(diào)節(jié)蝕刻反應(yīng) 器中氣體混合物的壓力，例如在大約10mTorr到大約30mTorr之間。將基板 溫度維持在大約10攝氏度和大約90攝氏度之間，例如，在大約30攝氏度和 大約60攝氏度之間?？梢砸源蠹s400瓦到大約3000瓦的功率施加RF源功率， 諸如大約1200瓦，用以由氣體混合物提供等離子體?？梢栽诖蠹sOsccm到大 約200 sccm之間的流速，例如大約5 sccm到大約40 sccm提供諸如Ar或He 的載氣?？梢詫⑽g刻時(shí)間設(shè)置在大約60秒到大約400秒。在達(dá)到表示已經(jīng)暴 露底層基板402的終點(diǎn)之后，結(jié)束蝕刻金屬層404的處理?？梢酝ㄟ^任何適當(dāng)方法確定所述終點(diǎn)。例如，可以通過監(jiān)控光發(fā)射、預(yù)定時(shí)間周期的終結(jié)或通過 用于確定已經(jīng)充分去除將要蝕刻的電介質(zhì)阻擋層406的另一個(gè)標(biāo)識，確定所述 終點(diǎn)。
圖5示出通過在框304中描述的氣體混合物中供應(yīng)的氮?dú)夂筒伙柡蜔N氣體 之間的所選流速比從基板中心的點(diǎn)A到基板邊緣的點(diǎn)B在蝕刻的基板402上 形成的特征416的臨界尺寸(CD)圖。以適當(dāng)選擇的氮?dú)夂筒伙柡蜔N氣體之 間的流速比，可以獲得橫貫基板表面的均勻臨界尺寸(CD)，由此保持橫貫基 板表面的蝕刻特征的所需和均勻輪廓。
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于蝕刻互連結(jié)構(gòu)中的金屬層的改進(jìn)方法。通過 選擇用于蝕刻的鈍化氣體的所需比率，由此有效調(diào)節(jié)在金屬層內(nèi)形成的特征的 所得臨界尺寸，所述方法有利地保持在互連結(jié)構(gòu)中形成的特征的輪廓和尺寸。
雖然前述內(nèi)容涉及本發(fā)明的實(shí)施例，但在不偏離本發(fā)明基本范圍的條件 下，可以設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其它和另外實(shí)施例，本發(fā)明的范圍由以下的權(quán)利要求 書確定。
權(quán)利要求
1. 一種用于蝕刻布置在基板上的金屬層以便形成互連結(jié)構(gòu)的方法，包括在蝕刻反應(yīng)器中提供在基板上布置有金屬層的基板；將至少包含含氯氣體和鈍化氣體的氣體混合物流入到所述反應(yīng)器中，所述鈍化氣體包括氮?dú)夂筒伙柡蜔N氣體，其中所述氮?dú)夂退霾伙柡蜔N氣體具有在大約1:3和大約20:1之間的氣體流速比；以及使用由所述氣體混合物形成的等離子體來蝕刻所述金屬層。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述蝕刻還包括 通過由圖案化掩模層限定的開口來蝕刻所述金屬層。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述掩模層是氧化硅、氮化硅、氮氧 化硅SiON、非晶硅a-Si、碳化硅和非晶碳a-碳中的至少一種。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述金屬層是含鋁層。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體混合物的所述流入還包括 將Cl2氣體以在大約10 sccm和大約800 sccm之間的速率流入；以及 將BC13氣體以在大約20 sccm和大約400 sccm之間的速率流入。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述含氮?dú)怏w是N2而所述不飽和烴氣 體是C2H4。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述不飽和烴氣體連同稀釋氣體供 應(yīng)到所述蝕刻反應(yīng)器。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述稀釋氣體是He。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中以在大約25:75和大約35:65之間的不 飽和烴氣體與稀釋氣體的分子比將所述不飽和烴氣體和所述稀釋氣體供應(yīng)到 所述蝕刻反應(yīng)器中。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其還包括將所述蝕刻反應(yīng)器的壓力維持在大約5 mTorr和大約200 mTorr之間。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述稀釋氣體中所述不飽和烴氣 體的分子比乘以所述反應(yīng)器壓力得到的值大于大約1.25。
12. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中以基本等于所述含氯氣體流速的流速供應(yīng)所述稀釋氣體。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體混合物的所述流入還包括將所述氮?dú)庖栽诖蠹s1 sccm和大約500 sccm之間的速率流入；以及 間所述不飽和烴氣體以在大約1 sccm和大約100 sccm之間的速率流入。
14. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述金屬層和所述圖案化掩模層之 間布置阻擋層。
15. —種用于蝕刻布置在基板上的金屬層的方法，包括 在蝕刻反應(yīng)器中提供具有適于布置在基板上的互連結(jié)構(gòu)的鋁層的基板；將包含BCl3、 Cl2和鈍化氣體的氣體混合物流入到所述反應(yīng)器中，所述鈍化氣體包括氮?dú)夂筒伙柡蜔N氣體，其中所述氮?dú)夂退霾伙柡蜔N氣體具有在大 約1:3和大約20:1之間的氣體流速比；以及使用由所述氣體混合物形成的等離子體通過圖案化掩模層來蝕刻所述鋁層。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中流入所述氣體混合物還包括 調(diào)節(jié)所述氮?dú)夂退霾伙柡蜔N氣體之間的流速比，以便調(diào)節(jié)在所述鋁層中形成的特征的臨界尺寸。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中以在大約25:75和大約35:65之間的 不飽和烴氣體與稀釋氣體的分子比將所述不飽和烴氣體和所述稀釋氣體供應(yīng) 到所述蝕刻反應(yīng)器中。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中將所述反應(yīng)器壓力維持在大約5 mTorr和大約200 mTorr之間。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述稀釋氣體中所述不飽和烴氣 體的分子比乘以所述反應(yīng)器壓力得到的值大于大約1.25。
20. —種用于蝕刻布置在基板上的金屬層的方法，包括 在蝕刻反應(yīng)器中提供具有在布置在基板上的(適于互連結(jié)構(gòu)的)鋁層上布置的圖案化掩模層的基板；將包含BCl3、 Cl2和鈍化氣體的氣體混合物流入到所述反應(yīng)器中，所述鈍化氣體包括N2氣體和C2H4氣體，其中N2氣體與C2H4氣體的氣體流速比在大約l: 3和大約20: l之間，并且以在大約25:75和大約35:65之間的C2H4氣體與稀釋氣體的分子比將所述C2H4氣體連同稀釋氣體供應(yīng)到所述蝕刻反應(yīng)器中；以及使用從所述氣體混合物形成的等離子體通過所述圖案化掩模層蝕刻所述 鉛層。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中將所述反應(yīng)器壓力維持在大約5 mTorr和大約200 mTorr之間，以及將所述稀釋氣體中所述不飽和烴氣體的分 子比乘以所述反應(yīng)器壓力得到的值控制在大于1.25。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于蝕刻布置在基板上的金屬材料層以便橫貫所述基板形成具有特征所需輪廓和均勻臨界尺寸(CD)的特征的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于蝕刻布置在基板上的材料層的方法包括在蝕刻反應(yīng)器中提供在基板上布置有金屬層的基板，將至少包含含氯氣體和鈍化氣體的氣體混合物流入到所述反應(yīng)器中，所述鈍化氣體包括氮?dú)夂筒伙柡蜔N氣體，其中所述氮?dú)夂退霾伙柡蜔N氣體具有在大約1∶3和大約20∶1之間的氣體流速比，以及使用從所述氣體混合物形成的等離子體來蝕刻所述金屬層。
文檔編號H01L21/70GK101452881SQ20081017905
公開日2009年6月10日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者丁國文, 李昌憲, 蒂哈-廷·蘇 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司