CN105470193A - 金属钼材料的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属钼材料的刻蚀方法。该刻蚀方法包括以下步骤：在金属钼材料上形成刻蚀掩膜；使用Cl2作为刻蚀气体，对金属钼材料进行刻蚀。通过本发明实施例的刻蚀方法，可以获得较高的刻蚀选择比，节约了光刻胶的用量，提高了刻蚀效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，具体涉及一种金属钼材料的刻蚀方法。
背景技术
由于金属钼(Mo)具有高熔点和低电阻率的优点,因此金属钼适合在集成电路中作为栅电极和互连的金属材料。同时由于金属钼具有良好的附着性，不会类似金属铝那样容易因电迁移而产生小丘(Hillock),因此也用于液晶面板制造。但是由于金属钼材料具有高密度及高硬度等性质，传统的反应离子刻蚀工艺对其产生的刻蚀速率非常低，横向钻蚀也较大，无法在较短时间内实现大深度、高深宽比的刻蚀，因而不能满足器件的制造需求。相较而言，感应耦合等离子体(ICP)能够产生更高密度的等离子体(>1012cm-3)，因此适用于刻蚀金属钼。
在现有的金属钼刻蚀技术中，多采用光刻胶作为掩膜材料，并采用SF6和O2气作为刻蚀气体。然而，由于O2气极易与光刻胶(主要成分是C、H、O、N组成的有机物)反应生成挥发性气体(CO、CO2、H2O、N2)，造成刻蚀选择比大大降低，因此为达到所需要的刻蚀深度就必须尽可能地增加光刻胶掩模厚度(一般在20μm以上)，从而造成成本上的增加。另一方面，SF6极易与Si发生反应，因而现有技术会容易过刻蚀，从而造成硅基板的损失。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决以上技术问题。
根据本发明实施例第一方面的金属钼材料的刻蚀方法，包括以下步骤：在金属钼材料上形成刻蚀掩膜；使用Cl2作为刻蚀气体，对所述金属钼材料进行刻蚀。
通过本发明实施例的金属钼材料的刻蚀方法，可以获得较高刻蚀选择比，节约了光刻胶用量，提高了刻蚀效率，降低了工艺成本。
另外，根据本发明上述实施例的刻蚀方法，还可具有如下附加的技术特征：
在本发明的一个实施例中，刻蚀过程中使用O2作为调节气体，其中，所述O2的气体流量占气体总流量的5％-10％。
在本发明的一个实施例中，所述刻蚀气体Cl2的流量为100-1000sccm。
在本发明的一个实施例中，所述刻蚀气体Cl2的流量为200-500sccm。
在本发明的一个实施例中，刻蚀过程中上电极功率为100-500W，下电极功率为20-200W。
在本发明的一个实施例中，所述上电极功率为300-500W，所述下电极功率为50-100W。
在本发明的一个实施例中，刻蚀过程中温度为10-60℃。
在本发明的一个实施例中，所述温度为20-40℃。
在本发明的一个实施例中，刻蚀过程中气体压为10-50mT。
在本发明的一个实施例中，所述刻蚀气体Cl2的流量为200sccm，所述调节气体O2的流量为20sccm，上电极功率为300W，下电极功率为100W，温度为40℃，气体压为20mT。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例的金属钼材料的刻蚀方法的流程图。
图2是本发明实施例的金属钼材料的刻蚀结果的扫描电镜图，其中(a)为金属钼侧壁切面图，(b)为光刻胶切面图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
根据本发明实施例的金属钼材料的刻蚀方法，如图1所示，可以包括以下步骤：
A.在金属钼材料上形成刻蚀掩膜。
B.使用Cl2作为刻蚀气体，对所述金属钼材料进行刻蚀。
该金属钼材料的刻蚀方法中，具体地：在将刻蚀气体Cl2转化为等离子体后，等离子体中的Cl原子与金属钼的主要反应产物为MoCl5，其蒸汽压较低，容易沉积在光刻胶掩膜上，可以对光刻胶掩膜起到较好的保护作用。因此，本发明实施例的金属钼材料的刻蚀方法，可以获得较高的金属钼对光刻胶掩膜的刻蚀选择比，节约了光刻胶用量，提高了刻蚀效率，降低了工艺成本。
在本发明的一个实施例中，在通入刻蚀气体Cl2的同时还可以通入调节气体O2。其中，调节气体O2占总气体流量的约5％-10％，刻蚀气体Cl2占总气体流量的约95％-90％。O2主要用于与Cl和Mo共同反应生成高蒸汽压的MoO2Cl2或者MoOCl4，从而调节刻蚀的侧壁角度和形貌。
在本发明的一个实施例中，刻蚀气体Cl2的流量为约100-1000sccm，优选200-500sccm。较高的流量可以使等离子体中的Cl原子与金属钼的主要反应产物为MoCl5容易沉积在孔的侧壁上，从而获得较高的刻蚀选择比。申请人通过研究得到，该气体流速范围条件下能够得到较好的刻蚀结果。
在本发明的一个实施例中，在刻蚀过程中采用较低的上电极功率，以将刻蚀气体和/或调节气体激发为等离子体。通常上电极功率在约100-500W之间，优选在约300-500W之间。过低的上电极功率不能使气体有效电离，而过高的上电极功率容易造成粒子碰撞几率加大，导致粒子运动的平均自由程增加，直流自偏压下降，导致金属钼刻蚀速率下降，且刻蚀选择比降低。此外，在刻蚀过程中采用较低的下电极功率，以吸引等离子体向衬底表面轰击。通常下电极功率在约20-200W之间，优选在约50-100W之间。较高的下电极功率有利于粒子能量的增强，但也会带来侧壁或表面的损伤，同时会增强光刻胶的刻蚀速率，从而降低刻蚀选择比。申请人通过研究得到，上述电极功率条件下能够得到较好的刻蚀结果。
在本发明的一个实施例中，刻蚀过程中温度为约10-60℃，优选在约20-40℃，与现有技术的刻蚀温度相比温度偏高。较高的刻蚀温度有利于Cl原子与Mo原子的化学反应速率加快，从而加快金属钼的刻蚀速率。
在本发明的一个实施例中，刻蚀过程中反应腔的腔体气压为约10-50mT。申请人通过研究得到，该腔体压力范围条件下能够得到较好的刻蚀结果。
为使本领域技术人员更好地理解本发明的效果，申请人提供如下实验数据：
选择硅衬底，在其上蒸镀大约200nm的金属钼材料层，并进一步旋涂了1.25μm厚的负性光刻胶掩膜，然后进行显影得到光刻图案。
随后设置刻蚀条件如下：反应腔的腔体气压为20mT；上电极功率为300W；下电极功率为100W；通入刻蚀气体Cl2流量为200sccm；通入调节气体O2的流量为20sccm；刻蚀温度为40℃。
刻蚀一段时间后，光刻图案处的金属钼材料层被刻蚀完毕，刻蚀倾角约36°如图2(a)所示。刻蚀完后，剩余光刻胶掩膜厚度为1.24μm，如图2(b)所示。该刻蚀过程中，被刻蚀掉的金属钼材料厚度为200nm，被刻蚀掉的光刻胶掩膜厚度为10nm，计算得到金属钼对光刻胶掩膜的刻蚀选择比为20:1，说明本发明的金属钼刻蚀选择比较为理想。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，包括以下步骤：
在金属钼材料上形成刻蚀掩膜；
使用Cl2作为刻蚀气体，对所述金属钼材料进行刻蚀。
2.根据权利要求1所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，刻蚀过程中使用O2作为调节气体，其中，所述O2的气体流量占气体总流量的5％-10％。
3.根据权利要求1所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体Cl2的流量为100-1000sccm。
4.根据权利要求3所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体Cl2的流量为200-500sccm。
5.根据权利要求1所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，刻蚀过程中上电极功率为100-500W，下电极功率为20-200W。
6.根据权利要求5所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，所述上电极功率为300-500W，所述下电极功率为50-100W。
7.根据权利要求1所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，刻蚀过程中温度为10-60℃。
8.根据权利要求7所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，所述温度为20-40℃。
9.根据权利要求1所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，刻蚀过程中气体压为10-50mT。
10.根据权利要求2所述的金属钼材料的刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀气体Cl2的流量为200sccm，所述调节气体O2的流量为20sccm，上电极功率为300W，下电极功率为100W，温度为40℃，气体压为20mT。
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