專利名稱：鈍化層干法刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鈍化層干法刻蝕方法。
背景技術(shù)：
刻蝕指的是有選擇地去除淀積在硅片表面的互連材料，以形成由光刻技術(shù)生成的 電路圖形?？涛g工藝分為兩種干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕是把硅片表面曝露于氣態(tài) 中產(chǎn)生的等離子體，等離子體通過(guò)光刻膠中開(kāi)出的窗口，與硅片發(fā)生物理和/或化學(xué)反應(yīng)， 從而去掉曝露的表面材料。在半導(dǎo)體制造的金屬化過(guò)程中，為了增加互連金屬如鋁的抗腐蝕能力，通常會(huì)在 鋁墊上方增加兩層鈍化層，稱為第一鈍化層和第二鈍化層，其中，第二鈍化層位于第一鈍化 層下方，這樣，在刻蝕鋁墊前，需要先對(duì)第一、二鈍化層進(jìn)行刻蝕。圖1為現(xiàn)有的鈍化層干法 刻蝕方法流程圖，如圖1所示，其具體步驟如下步驟101 采用CF4、CHF3> O2和Ar等離子體對(duì)第一鈍化層和第二鈍化層進(jìn)行主刻 蝕。第一鈍化層可以是氮化硅(SiN)或四乙基氧化硅(TEOS)，第二鈍化層可以是TEOS 或 SiN。其中，刻蝕腔的壓力通常為15-250毫托(mt)，刻蝕功率通常為500-3500瓦 (w)，CF4的流量通常為:20-300毫升/分鐘(sccm)，CHF3的流量通常為:5-60sccm，O2的流 量通常為5-30sccm，Ar的流量通常為50-800sccm ；刻蝕時(shí)長(zhǎng)通常為40-70秒(s)。步驟102 采用CF4、CHF3> Ar和隊(duì)等離子體對(duì)第二鈍化層進(jìn)行過(guò)刻蝕。其中，刻蝕腔的壓力通常為15-250mt，刻蝕功率通常為500-3500w，CF4的流量通 常為20-300sccm，CHF3的流量通常為5-60sccm，Ar的流量通常為50-800sccm，N2的流量 通常為10-200sccm ；刻蝕時(shí)長(zhǎng)通常為70_140s。步驟103 將硅片放置在快速退火裝置中進(jìn)行退火。退火裝置的壓力通常為5-30mt，功率通常為0-600w，使用的CO的流量通常為 50-300sccm, Ar的流量通常為100-800sccm ；退火時(shí)長(zhǎng)通常為l_30s。圖2給出了現(xiàn)有的鈍化層干法刻蝕過(guò)程圖，其中分別給出了刻蝕前、主刻蝕完成 后、過(guò)刻蝕完成后的硅片結(jié)構(gòu)示意圖?？涛g時(shí)，包含帶能離子、電子和激發(fā)分子的等離子體可引起對(duì)硅片上的敏感器件 引起等離子體誘導(dǎo)損傷(PID，PlaSma Induce Damage) 0第二鈍化層刻蝕被認(rèn)為是產(chǎn)生PID 現(xiàn)象的根本原因，由于在第二鈍化層刻蝕過(guò)程中等離子體會(huì)作用在鋁墊上，并通過(guò)鋁墊前 層的銅互連線傳遞到柵氧化層，對(duì)柵氧化層造成破壞，使得柵氧化層漏電流增大。目前，通常通過(guò)減少等離子體的能量或者增加源極和漏極柵氧化層的厚度，來(lái)降 低PID。前者的缺點(diǎn)是等離子體能量的降低將使得整個(gè)硅片的刻蝕均勻性降低。后者的 缺點(diǎn)是雖然增加源極和漏極的柵氧化層的厚度，會(huì)增加對(duì)源極和漏極的保護(hù)，但是，柵氧 化層厚度的增加將使得開(kāi)啟電壓及電流增加，使得正常工作電壓下無(wú)法正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鈍化層干法刻蝕方法，以降低PID。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鈍化層干法刻蝕方法，在硅片表面的鋁墊上方淀積第二鈍化層和第一鈍化 層，其中，第二鈍化層位于第一鈍化層下方，該方法包括使用包含氬氣Ar的等離子體對(duì)第一鈍化層和第二鈍化層進(jìn)行刻蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第二 鈍化層的厚度下降到預(yù)設(shè)厚度時(shí)，停止使用Ar，繼續(xù)對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕。所述停止使用Ar的同時(shí)進(jìn)一步包括降低刻蝕功率。所述使用包含Ar的等離子體對(duì)第一鈍化層和第二鈍化層進(jìn)行刻蝕包括使用包含Ar和氧氣&的等離子體對(duì)第一鈍化層進(jìn)行刻蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的 信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，將A替換為氮?dú)怅?duì)，開(kāi)始對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕。所述發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值包括采用光發(fā)射譜檢測(cè)生成物的信號(hào)值，并按照預(yù)設(shè)取樣頻率，對(duì)生成物信號(hào)進(jìn)行取 樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在第一預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，生成物信號(hào)的變化范圍在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，則確定生成物信號(hào) 穩(wěn)定，計(jì)算該時(shí)長(zhǎng)內(nèi)生成物信號(hào)的平均值，將該平均值作為生成物信號(hào)基準(zhǔn)值，繼續(xù)對(duì)生成 物信號(hào)進(jìn)行取樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在第二預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)生成物信號(hào)值相對(duì)生成物信號(hào)基準(zhǔn)值下降的百 分比始終大于預(yù)設(shè)百分比時(shí)，確定刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值。所述預(yù)設(shè)百分比的取值范圍為10-30%。所述預(yù)設(shè)厚度的取值范圍為不小于1500納米。當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片中心處的鋁墊拐角處上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范 圍為不小于1600納米；當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片中心處的鋁墊中心區(qū)上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范 圍為不小于1800納米；當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片邊緣處的鋁墊拐角處上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范 圍為不小于1500納米；當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片邊緣處的鋁墊中心區(qū)上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范 圍為不小于1650納米。所述繼續(xù)對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕包括采用包含隊(duì)的等離子體對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕，其中，刻蝕腔壓力范圍為100-500毫托mt，刻蝕功率范圍為100-500瓦w，N2的 流量范圍為0-100毫升/分鐘sccm ；刻蝕時(shí)長(zhǎng)范圍為20-90秒。所述使用包含Ar和氧氣&的等離子體對(duì)第一鈍化層進(jìn)行刻蝕包括使用的刻蝕腔的壓力范圍為15-250mt，刻蝕功率范圍為500-3500^ 的流量范 圍為:5-30sccm, Ar的流量范圍為:50-800sccm ；所述當(dāng)發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，將&替換為氮?dú)怅?duì)，開(kāi)始對(duì)第 二鈍化層進(jìn)行刻蝕包括當(dāng)發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，采用的刻蝕腔的壓力范圍為 15-250mt，刻蝕功率范圍為500-3500w ；Ar的流量范圍為50-800sccm，N2的流量范圍為10-200sccm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第二鈍化層的厚度下降到預(yù)設(shè)厚度時(shí)，停止 使用Ar，繼續(xù)對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕。本發(fā)明降低了對(duì)柵氧化層的物理轟擊，從而降低了 PID。


圖1為現(xiàn)有的鈍化層干法刻蝕方法流程圖；圖2為現(xiàn)有的鈍化層干法刻蝕過(guò)程示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鈍化層干法刻蝕方法流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的鈍化層干法刻蝕過(guò)程示意圖；圖5-1為對(duì)硅片采用現(xiàn)有的鈍化層干法刻蝕方法后，對(duì)硅片進(jìn)行PID測(cè)試時(shí)，各采 樣點(diǎn)的累積概率值；圖5-2為對(duì)硅片采用本發(fā)明實(shí)施例提供的鈍化層干法刻蝕方法后，對(duì)硅片進(jìn)行 PID測(cè)試時(shí)，各采樣點(diǎn)的累積概率值。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明再作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鈍化層干法刻蝕方法流程圖，本實(shí)施例中，第一、二鈍 化層位于鋁墊上方，且第二鈍化層位于第一鈍化層下方，如圖3所示，其具體步驟如下步驟301 采用CF4、CHF3、A和Ar等離子體對(duì)第一鈍化層進(jìn)行主刻蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)刻蝕 生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，確定主刻蝕完畢，開(kāi)始執(zhí)行步驟302。其中，刻蝕腔的壓力通常為15-250mt，刻蝕功率通常為500-3500w，CF4的流量通 常為20-300sccm，CHF3的流量通常為5-60sccm，A的流量通常為5-30sccm，Ar的流量通 常為50-800sccm。這里，當(dāng)?shù)谝烩g化層為SiN時(shí)，刻蝕生成物為C-N副產(chǎn)物?？梢圆捎霉獍l(fā)射譜檢 測(cè)生成物的信號(hào)值，并按照預(yù)設(shè)取樣頻率例如5次/秒，對(duì)生成物信號(hào)進(jìn)行取樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在 第一預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)如3秒內(nèi)，生成物信號(hào)值的變化范圍在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，則確定生成物信號(hào)穩(wěn) 定，計(jì)算該時(shí)長(zhǎng)內(nèi)生成物信號(hào)的平均值，將該平均值作為生成物信號(hào)基準(zhǔn)值，此后，繼續(xù)對(duì) 生成物信號(hào)進(jìn)行取樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在第二預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)如1秒內(nèi)生成物信號(hào)值相對(duì)生成物信號(hào)基 準(zhǔn)值下降的百分比始終大于預(yù)設(shè)百分比時(shí)，確定對(duì)第一鈍化層刻蝕完畢。這里，預(yù)設(shè)百分比 的取值范圍為10-30%。步驟302 采用CF4、CHF3、Ar和隊(duì)等離子體對(duì)第二鈍化層進(jìn)行第一級(jí)過(guò)刻蝕，當(dāng)發(fā) 現(xiàn)第二鈍化層的剩余厚度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，停止第一級(jí)過(guò)刻蝕。這里，預(yù)設(shè)值為不小于1500納米的值。其中，由于硅片中心處比硅片邊緣處遭受 的等離子體轟擊嚴(yán)重，鋁墊中心區(qū)比鋁墊拐角處遭受的等離子體轟擊嚴(yán)重，因此，位于硅片 中心處的第二鈍化層比位于硅片邊緣處的第二鈍化層需剩余的厚度大，位于鋁墊中心區(qū)上 方的第二鈍化層比位于鋁墊拐角處上方的第二鈍化層需剩余的厚度大。通常，對(duì)于硅片中心處，位于鋁墊拐角處上方的第二鈍化層的剩余厚度應(yīng)不小于 1600納米，位于鋁墊中心區(qū)上方的第二鈍化層的剩余厚度需應(yīng)不小于1800納米；對(duì)于硅片邊緣處，位于鋁墊拐角處上方的第二鈍化層的剩余厚度應(yīng)不小于1500納米，位于鋁墊中心 區(qū)上方的第二鈍化層的剩余厚度應(yīng)不小于1650納米。其中，刻蝕腔的壓力通常為15-250mt，刻蝕功率通常為500-3500w，CF4的流量通 常為20-300sccm，CHF3的流量通常為5-60sccm，Ar的流量通常為50-800sccm，N2的流量 通常為10-200sccm。步驟303 降低刻蝕功率，并停止使用Ar，采用CF4、CHF3和隊(duì)等離子體對(duì)第二鈍化 層進(jìn)行第二級(jí)過(guò)刻蝕。這里，通常將刻蝕功率降低為原來(lái)的1/5-1/7。其中，刻蝕腔的壓力通常為100-500mt，功率通常為100_500w，CF4的流量通 常為150-250sCCm，CF4的流量與CHF3的流量的比值通常為8_15，N2的流量通常為 O-IOOsccm ；刻蝕時(shí)長(zhǎng)通常為20-90s，通常取55s。步驟304 將硅片放置在快速退火裝置中進(jìn)行退火。退火裝置的壓力通常為5-30mt，功率通常為0-600w，使用的CO的流量通常為 50-300sccm, Ar的流量通常為100-800sccm ；退火時(shí)長(zhǎng)通常為l_30s。圖4給出了本發(fā)明實(shí)施例提供的鈍化層干法刻蝕過(guò)程示意圖，其中分別給出了刻 蝕前、主刻蝕完成后、第一級(jí)過(guò)刻蝕完成后、第二級(jí)過(guò)刻蝕完成后的硅片結(jié)構(gòu)示意圖。將圖 4與圖2對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)一、本發(fā)明實(shí)施例方法與現(xiàn)有方法的主刻蝕過(guò)程使用的等離子體相同，都為CF4、 CHF3, O2和Ar，本發(fā)明實(shí)施例方法的第一級(jí)過(guò)刻蝕過(guò)程和現(xiàn)有方法的過(guò)刻蝕過(guò)程使用的等 離子體相同，都為CF4、CHF3、N2和Ar。區(qū)別在于本發(fā)明實(shí)施例的主刻蝕過(guò)程中只對(duì)第一鈍 化層進(jìn)行刻蝕，在第一級(jí)過(guò)刻蝕過(guò)程中才對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕；而現(xiàn)有方法中，在主刻蝕 過(guò)程中，同時(shí)對(duì)第一、二鈍化層進(jìn)行刻蝕。由于主刻蝕過(guò)程中使用的CF4、CHF3、A和Ar等離 子體的物理轟擊性較強(qiáng)，而第一級(jí)過(guò)刻蝕過(guò)程中使用的CF4、CHF3、N2和Ar等離子體的物理 轟擊性相對(duì)較弱，因此，本發(fā)明實(shí)施例中，主刻蝕過(guò)程只對(duì)第一鈍化層進(jìn)行刻蝕，則可以減 少對(duì)柵氧化層的損傷，從而降低PID。二、本發(fā)明實(shí)施例方法中，在采用CF4、CHF3> Ar和隊(duì)等離子體進(jìn)行第一級(jí)過(guò)刻蝕 時(shí)，若發(fā)現(xiàn)第二鈍化層的剩余厚度達(dá)到預(yù)設(shè)值，則降低刻蝕功率并停止使用Ar，降低刻蝕功 率很顯然可以減少對(duì)柵氧化層的損傷，從而降低PID，而由于Ar分子較大，且物理轟擊性較 強(qiáng)，因此，停止使用Ar也可以降低PID。在完成對(duì)硅片的刻蝕后，可對(duì)硅片進(jìn)行PID測(cè)試，PID測(cè)試過(guò)程為在硅片上加 預(yù)設(shè)電壓，然后測(cè)試每個(gè)采樣點(diǎn)的漏電流，對(duì)漏電流值進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算，將得到的值作為該 點(diǎn)的PID測(cè)試?yán)鄯e概率。例如若一個(gè)采樣點(diǎn)的漏電流為10_12安，則其PID測(cè)試?yán)鄯e概率 為-lgl0_12%= 12%。通常，若一個(gè)采樣點(diǎn)的PID測(cè)試?yán)鄯e概率< 10.5%，則認(rèn)為對(duì)該點(diǎn) 的PID測(cè)試失敗。圖5-1給出了對(duì)硅片采用現(xiàn)有的鈍化層干法刻蝕方法后，對(duì)硅片進(jìn)行PID測(cè)試時(shí)， 各采樣點(diǎn)的累積概率值。圖5-2給出了對(duì)硅片采用本發(fā)明實(shí)施例提供的鈍化層干法刻蝕方法后，對(duì)硅片進(jìn) 行PID測(cè)試時(shí)，各采樣點(diǎn)的累積概率值?？梢?jiàn)，采用現(xiàn)有的鈍化層干法刻蝕方法，硅片上存在未通過(guò)PID測(cè)試的點(diǎn)，且這些點(diǎn)分布較分散。而采用本發(fā)明實(shí)施例提供的鈍化層干法刻蝕方法后，硅片上不存在未通過(guò) PID測(cè)試的點(diǎn)。 以上所述僅為本發(fā)明的過(guò)程及方法實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鈍化層干法刻蝕方法，在硅片表面的鋁墊上方淀積第二鈍化層和第一鈍化層， 其中，第二鈍化層位于第一鈍化層下方，該方法包括使用包含氬氣Ar的等離子體對(duì)第一鈍化層和第二鈍化層進(jìn)行刻蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第二鈍化 層的厚度下降到預(yù)設(shè)厚度時(shí)，停止使用Ar，繼續(xù)對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述停止使用Ar的同時(shí)進(jìn)一步包括降低 刻蝕功率。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述使用包含Ar的等離子體對(duì)第一鈍 化層和第二鈍化層進(jìn)行刻蝕包括使用包含Ar和氧氣&的等離子體對(duì)第一鈍化層進(jìn)行刻蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的信號(hào) 值下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，將A替換為氮?dú)怅?duì)，開(kāi)始對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè) 值包括采用光發(fā)射譜檢測(cè)生成物的信號(hào)值，并按照預(yù)設(shè)取樣頻率，對(duì)生成物信號(hào)進(jìn)行取樣，當(dāng) 發(fā)現(xiàn)在第一預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，生成物信號(hào)的變化范圍在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)時(shí)，則確定生成物信號(hào)穩(wěn)定， 計(jì)算該時(shí)長(zhǎng)內(nèi)生成物信號(hào)的平均值，將該平均值作為生成物信號(hào)基準(zhǔn)值，繼續(xù)對(duì)生成物信 號(hào)進(jìn)行取樣，當(dāng)發(fā)現(xiàn)在第二預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)生成物信號(hào)值相對(duì)生成物信號(hào)基準(zhǔn)值下降的百分比 始終大于預(yù)設(shè)百分比時(shí)，確定刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)百分比的取值范圍為10-30%。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范圍為不小于 1500納米。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片中心處的鋁墊拐角處上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范圍 為不小于1600納米；當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片中心處的鋁墊中心區(qū)上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范圍 為不小于1800納米；當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片邊緣處的鋁墊拐角處上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范圍 為不小于1500納米；當(dāng)所述第二鈍化層位于硅片邊緣處的鋁墊中心區(qū)上方時(shí)，所述預(yù)設(shè)厚度的取值范圍 為不小于1650納米。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述繼續(xù)對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕包括采用包含N2的等離子體對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕，其中，刻蝕腔壓力范圍為100-500毫托mt，刻蝕功率范圍為100-500瓦w，N2的流量 范圍為0-100毫升/分鐘sccm ；刻蝕時(shí)長(zhǎng)范圍為20-90秒。
9.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述使用包含Ar和氧氣&的等離子體對(duì)第一鈍化層進(jìn)行刻蝕包括使用的刻蝕腔的壓力范圍為15-250mt，刻蝕功率范圍為500-3500w，O2的流量范圍 為:5-30sccm, Ar 的流量范圍為:50-800sccm ；所述當(dāng)發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，將化替換為氮?dú)怅?duì)，開(kāi)始對(duì)第二鈍 化層進(jìn)行刻蝕包括當(dāng)發(fā)現(xiàn)刻蝕生成物的信號(hào)值下降到預(yù)設(shè)值時(shí)，采用的刻蝕腔的壓力范圍為 15-250mt，刻蝕功率范圍為500-3500w ；Ar的流量范圍為50-800sccm，N2的流量范圍為 10-200sccm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了鈍化層干法刻蝕方法。包括在硅片表面的鋁墊上方淀積第二鈍化層和第一鈍化層，其中，第二鈍化層位于第一鈍化層下方，使用包含氬氣Ar的等離子體對(duì)第一鈍化層和第二鈍化層進(jìn)行刻蝕，當(dāng)發(fā)現(xiàn)第二鈍化層的厚度下降到預(yù)設(shè)厚度時(shí)，停止使用Ar，繼續(xù)對(duì)第二鈍化層進(jìn)行刻蝕。本發(fā)明降低了PID。
文檔編號(hào)H01L21/311GK102054685SQ20091019809
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者孫武, 王新鵬 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司