CN101937832A

CN101937832A - 干法蚀刻方法

Info

Publication number: CN101937832A
Application number: CN2009100544071A
Authority: CN
Inventors: 张海洋; 孙武; 符雅丽
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-05

Abstract

一种干法蚀刻方法。所述干法蚀刻方法包括：对待蚀刻材料层依次进行主蚀刻及过蚀刻，其中在过蚀刻时采用的蚀刻气体至少包括能增加蚀刻反应中聚合物生成量的气体。所述干法蚀刻的方法减少蚀刻气体对非蚀刻材料的损伤，从而减少了因所述损伤而产生的微粒残留。相应地，由于微粒残留减少，干法蚀刻后的清洗时间就可缩短，减少了清洗液对已形成器件结构的损伤。

Description

干法蚀刻方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及干法蚀刻方法。

背景技术

干法蚀刻后的清洗工艺是半导体制造过程中相当重要的一道步骤。在该清洗工艺中，清洗液必须能够有效地清除残留物(例如光刻胶微粒或其他由于蚀刻而产生的微粒)，并且不能损害已形成的器件结构，例如铝导线、导通孔以及介电层等。

传统的干法蚀刻后的清洗工艺大多使用含羟胺(HA，hydroxylamine)与苯磷二酚(Catechol)的有机溶剂混合物作为清洗液。此类产品普遍存在高污染、高毒性及处理成本昂贵等缺点。

为此，业内也已开发出多种新的清洗液，例如美国专利US6517738B1提供的一种用于清除干法蚀刻后残留物的清洗液，其组分包含醋酸、磷酸及氢氟酸。以及，业内常采用的含微量氢氟酸(HF)的无机水溶性清洗液，例如稀硫酸与过氧化氢的混合物(DSP，Dilute Sulfuric acid and hydrogen Peroxidemixture)与微量氢氟酸的混合溶液。由于在实际使用时发现该种清洗液可能会引起晶体缺陷(crystal defect)，业内也尝试采用稀硫酸与过氧化氢的混合物作为清洗液。

目前，在生产实践中发现，当光刻胶透光率(transmission rate)较高时，干法蚀刻后的微粒残留现象也较严重。例如参照图1所示，在干法蚀刻后，暴露出的表面100上存在较多的微粒200。虽然在清洗工艺中可以通过延长清洗时间来获得较好的清洗效果，但由于清洗液在与例如铝与钨等金属长时间的接触时，会形成强烈的腐蚀。当清洗时间延长时，例如铝与钨等金属就会面临遭受严重腐蚀的风险，最终还可能导致产品报废。

发明内容

本发明解决的是现有技术干法蚀刻后清洗效果不够理想，且会损害已形成器件结构的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种干法蚀刻方法，包括：

对待蚀刻材料层依次进行主蚀刻及过蚀刻，其中在过蚀刻时采用的蚀刻气体至少包括能增加蚀刻反应中聚合物生成量的气体。

与现有技术相比，上述干法蚀刻方法具有以下优点：通过在过蚀刻中采用能增加蚀刻反应中聚合物生成量的气体，使得蚀刻反应中生成较多的聚合物，使得聚合物在因蚀刻而暴露的非蚀刻材料表面形成保护层，减少蚀刻气体对非蚀刻材料的损伤，从而减少了因所述损伤而产生的微粒残留。相应地，由于微粒残留减少，干法蚀刻后的清洗时间就可缩短，减少了清洗液对已形成器件结构的损伤。

附图说明

图1是现有干法蚀刻后暴露出的表面微粒残留的电镜图；

图2是本发明干法蚀刻的一种实施例流程图；

图3a至3f是图2所示干法蚀刻过程示意图；

图4是图2所示干法蚀刻后经清洗后的器件表面的电镜图。

具体实施方式

现有仅通过清洗来去除微粒残留的方法，其局限性较大。也就是说，现有清洗工艺由于需考虑对已形成的金属导线等表面的腐蚀风险，其清洗效果受到干法蚀刻结果的较大制约。例如，若干法蚀刻后微粒残留较少，那么通过清洗工艺基本就能去除所残留的微粒，从而获得较好的清洗效果。而若干法蚀刻后微粒残留较多，由于清洗工艺的时间有较严格的限制，在清洗工艺后，可能仍会有较多的微粒残留，从而清洗效果就不太理想。

而对于前述提及的光刻胶透光率高而导致干法蚀刻后的微粒残留较严重的现象，通过研究发现，由于光刻胶透光率高，经干法蚀刻后暴露出来的非蚀刻材料的面积就较多。由于蚀刻气体会一定程度上损伤暴露出的非蚀刻材料而产生微粒残留，当暴露面积越多时，相应的微粒残留也就越多。

基于此，本发明干法蚀刻方法通过改进蚀刻工艺，在满足蚀刻要求的前提下，减小干法蚀刻的蚀刻气体对暴露出的非蚀刻材料的损伤，来达到减少微粒残留的目的。根据本发明干法蚀刻的方法的一种实施方式，其包括：

上述实施方式，通过在过蚀刻中采用能增加蚀刻反应中聚合物生成量的气体，使得蚀刻反应中生成较多的聚合物，使得聚合物在因蚀刻而暴露的非蚀刻材料的表面形成保护层，减少蚀刻气体对非蚀刻材料的损伤，从而减少了因所述损伤而产生的微粒残留。相应地，由于微粒残留减少，干法蚀刻后的清洗时间就可缩短，减少了清洗液对已形成器件结构的损伤。

以下通过一应用干法蚀刻的具体工艺段举例，来对上述干法蚀刻的方法进行进一步说明。

在目前的半导体器件制造工艺中，在形成铝焊盘后，通常还会在铝焊盘上形成钝化层，随后蚀刻所述钝化层以暴露出铝焊盘，便于后续封装时与外部引线连接。如上所述，当对于所述钝化层进行蚀刻后残留较多微粒时，相应所要进行清洗的时间就会变长，将可能面临铝焊盘被腐蚀，并导致器件报废的风险。

本例中，对所述钝化层的蚀刻采用了本发明干法蚀刻的方法，以下以所述钝化层的材料为氮化硅+正硅酸乙酯(TEOS)为例，对蚀刻过程进行详细说明。

参照图3a所示，在基底10上已形成有铝焊盘20，铝焊盘20上覆盖有钝化层30，钝化层30上已形成光刻胶图形40。

结合图2和图3b所示，首先执行步骤s1，采用CF₄、O₂作为蚀刻气体，以光刻胶图形40为掩模，对所述钝化层30进行主蚀刻。主蚀刻的作用是对于所述钝化层30进行快速蚀刻，以使得所需去除的所述钝化层30有较大部分在短时间内被去除。本步骤中，所采用的蚀刻气体加入了少量的O₂以提高蚀刻速率。O₂的加入通常伴随着蚀刻气体中氟原子密度的增加，此是由于氧与CF₄反应而释出氟原子所致。并且，O₂的加入消耗掉部份的碳，使得蚀刻气体中的氟碳比增加，进而增加了蚀刻速率。主蚀刻的时间可根据蚀刻气体对所述钝化层30的蚀刻速率及需蚀刻的钝化层30厚度而定。

可选地，还可加入CHF₃，以CF₄、CHF₃、O₂作为蚀刻气体。

可选地，还可加入氦气(He)。

例如，本步骤主蚀刻中采用CF₄、CHF₃、O₂作为蚀刻气体，其中CF₄的流量为50～250sccm；CHF₃的流量为10～100sccm；O₂的流量为10～100sccm；顶部功率为1000～3000W；不加偏置功率；反应时的压力为100～300mTorr(1Torr＝0.13332237kPa)。

参照图3c所示，通过主蚀刻，未被光刻胶图形40覆盖的钝化层30的大部分被蚀刻去除了。结合图2和图3c所示，接着执行步骤s2，采用CF₄、N₂作为蚀刻气体，对所述钝化层30进行第一过蚀刻。第一过蚀刻的作用是对于所述钝化层30进行相对较慢速度的蚀刻，以确保经过全部蚀刻步骤后，未被光刻胶图形40覆盖的钝化层30能够被全部去除。本步骤中，未如步骤s1那样加入O₂来实现快速蚀刻。过蚀刻的时间可根据蚀刻气体对所述钝化层30的蚀刻速率及需蚀刻的钝化层30厚度而定。

可选地，还可加入CHF₃，以CF₄、CHF₃、N₂作为蚀刻气体。

例如，本步骤第一过蚀刻中采用CF₄、CHF₃、N₂作为蚀刻气体，其中CF₄的流量为50～250sccm；CHF₃的流量为10～100sccm；N₂的流量为50～500sccm；顶部功率为500～2000W；不加偏置功率；反应时的压力为100～300mTorr(1Torr＝0.13332237kPa)。

参照图3d所示，通过第一过蚀刻，未被光刻胶图形40覆盖的钝化层30进一步被蚀刻去除了。结合图2和图3d所示，最后执行步骤s3，采用CF₄、CH₂F₂、N₂作为蚀刻气体，对所述钝化层30进行第二过蚀刻。第二过蚀刻的作用是对于所述钝化层30进行更慢速度的蚀刻，以使得剩余的、未被光刻胶图形40覆盖的钝化层30被全部去除，且在未被光刻胶图形40覆盖的钝化层30表面形成薄层的聚合物，作为保护层。

本步骤中，加入含氢量较高的气体CH₂F₂，可以使得蚀刻反应中聚合物的生成量增加，另一方面，CH₂F₂也可以使得蚀刻气体对于所述钝化层30的蚀刻速率进一步降低，从而也使得所生成的聚合物被消耗的几率减少。其原因在于，含氢量较高的气体中的氢原子会与氟原子结合，降低了氟原子浓度，从而使得蚀刻速率降低，从而对聚合物的生成起到一定作用。因而，也可采用其他含氢量较高的气体，不仅限于CH₂F₂。

参照图3e所示，所生成的聚合物50可以在所述钝化层30已被去除，暴露出铝焊盘20，而蚀刻尚未结束时，对铝焊盘20提供保护，减少蚀刻气体直接接触铝焊盘20的几率，从而减少由于蚀刻气体对铝焊盘20的损伤而产生的微粒残留。

第二过蚀刻中CH₂F₂的比例需综合考虑蚀刻速率及光刻胶的透光率等因素来确定。前述已提及，光刻胶透光率高，蚀刻后产生微粒残留的程度也严重。因而，当光刻胶透光率较高时，就需要增加CH₂F₂在蚀刻气体中的比例。而蚀刻时间可根据蚀刻气体对所述钝化层30的蚀刻速率及需蚀刻的所述钝化层30厚度而定。

可选地，还可加入CHF₃，以CF₄、CHF₃、CH₂F₂、N₂作为蚀刻气体。

例如，本步骤第二过蚀刻中采用CF₄、CHE₃、CH₂F₂、N₂作为蚀刻气体，其中CF₄的流量为50～250sccm；CHF₃的流量为10～100sccm；CH₂F₂的流量为10～100sccm；N₂的流量为50～500sccm；顶部功率为500～2000W；不施加偏置功率；反应时的压力为100～300mTorr(1Torr＝0.13332237kPa)。

参照图3f所示，在上述三步蚀刻步骤，剥离所述光刻胶图形40。此时，所述钝化层30表面已形成开口，暴露出铝焊盘20。

由于蚀刻反应中生成的聚合物对铝焊盘提供了保护，蚀刻时产生的微粒残留减少。在随后的清洗过程中，清洗时间就可缩短，减少了清洗液对已形成器件结构的损伤。例如参照图4所示，采用稀硫酸与过氧化氢的混合物作为清洗液进行清洗，由于微粒残留较少，因而通过较短时间的清洗，基本已无微粒残留，且器件表面未被清洗液腐蚀。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种干法蚀刻方法，其特征在于，包括：对待蚀刻材料层依次进行主蚀刻及过蚀刻，其中在过蚀刻时采用的蚀刻气体至少包括能增加蚀刻反应中聚合物生成量的气体。

2.如权利要求1所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述过蚀刻包括依次进行的第一过蚀刻和第二过蚀刻，所述第二过蚀刻时采用的蚀刻气体至少包括能增加蚀刻反应中聚合物生成量的气体。

3.如权利要求2所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述能增加蚀刻反应中聚合物生成量的气体为CH₂F₂。

4.如权利要求3所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述第二过蚀刻采用的蚀刻气体还包括CF₄、N₂。

5.如权利要求4所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述第二过蚀刻采用的蚀刻气体还包括CHF₃。

6.如权利要求5所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述第二过蚀刻中，CF₄的流量为50～250sccm；CHF₃的流量为10～100sccm；CH₂F₂的流量为10～100sccm；N₂的流量为50～500sccm。

7.如权利要求2所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述第一过蚀刻采用的蚀刻气体包括CF₄、N₂。

8.如权利要求7所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述第一过蚀刻采用的蚀刻气体还包括CHF₃。

9.如权利要求1所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述主蚀刻采用的蚀刻气体包括CF₄、O₂。

10.如权利要求9所述的干法蚀刻方法，其特征在于，所述主蚀刻采用的蚀刻气体还包括CHF₃。