CN106206289A - 一种铝刻蚀方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铝刻蚀方法及装置，所述方法包括：对镀有铝金属层的衬底进行涂胶光刻后，在真空腔内进行刻蚀，并在刻蚀所获得的铝条侧壁生成用来保护所述侧壁的聚合物；刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶；清洗去除所述聚合物。本发明能够完成铝厚2.0微米以上产品铝刻蚀的工艺，其铝条线宽最小可以做到2微米。这个工艺节约了CMOS产品封装时需要打金线的成本，能够改为打铜线，大大提高了产品的市场竞争力。

Description

一种铝刻蚀方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体芯片制造工艺技术领域，尤其涉及一种铝刻蚀方法及装置。

背景技术

在半导体芯片制造业中，芯片的线宽越来越小，集成度越来越高，对机台的要求也越来越高。铝刻蚀是半导体芯片制造领域的主要刻蚀工艺之一，其金属层大多使用纯铝、铝铜、铝硅、铝硅铜等合金，而铝刻蚀的主要作用就是将设计好的金属连线图形转移到产品上，从而实现连线或者栅极的作用。

在传统的半导体芯片封装时，大部分产品都是打金线，而为了节约成本，部分产品也开始采用铜线来封装。而采用铜线封装需要芯片焊接处的金属铝必须足够厚，一般要大于2微米以上，但大于2微米的铝是非常粗糙的。另外，CMOS(互补金属氧化物半导体)的产品线宽比较小，最上一层金属的最小线宽一般需要小于5微米，这样会导致刻蚀起来非常困难。

在半导体制造业界，对6寸晶圆进行金属铝刻蚀的主流机台为TCP9600、P5000、DPS等型号，但这些机台的缺点是价格昂贵。而应用材料的8330机台价格则相对低，但因其腔体大、采用单功率发生器控制、使用一炉多片且最多为18片的生产方式生产等原因，其各向异性刻蚀的能力很弱，厚铝产品(铝厚2微米以上)在作业后常会出现大量异常，如底切、后腐蚀、铝残留等现象，导致后续无法进行芯片生产。

发明内容

本发明提供一种铝刻蚀方法及装置，以解决现有技术中半导体芯片的铝刻蚀制造成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种铝刻蚀方法，包括：

对镀有铝金属层的衬底进行涂胶光刻后，在真空腔内进行刻蚀，并在刻蚀所获得的铝条侧壁生成用来保护所述侧壁的聚合物；

刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶；

清洗去除所述聚合物。

进一步地，

在刻蚀时所述真空腔内的压强小于28mTorr。

进一步地，

刻蚀时通入所述真空腔内的气体的体积流量为：Cl₂：20～38标准毫升每分钟，BCl₃：135～165标准毫升每分钟，CHF₃：小于20标准毫升每分钟；

将所述气体电离的功率为：1000～1400瓦。

进一步地，

所述聚合物为含有碳、氢、氟、氯的聚合物。

进一步地，所述刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶包括：

通过在真空腔内利用氧气电离后的等离子体与所述光刻胶反应去除所述光刻胶，并去除一部分所述聚合物。

另一方面，本发明还提供一种铝刻蚀装置，包括：

刻蚀单元，用于对涂胶光刻后的镀有铝金属层的衬底在真空腔内进行刻蚀，并在刻蚀所获得的铝条侧壁生成用来保护所述侧壁的聚合物；

去胶单元，用于刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶；

清洗单元，用于清洗去除所述聚合物。

进一步地，

所述刻蚀单元在刻蚀时所述真空腔内的压强小于28mTorr。

进一步地，

所述刻蚀单元在刻蚀时通入所述真空腔内的气体的体积流量为：Cl₂：20～38标准毫升每分钟，BCl₃：135～165标准毫升每分钟，CHF₃：小于20标准毫升每分钟；

将所述气体电离的功率为：1000～1400瓦。

进一步地，

所述聚合物为含有碳、氢、氟、氯的聚合物。

进一步地，

所述去胶单元还用于：通过在真空腔内利用氧气电离后的等离子体与所述光刻胶反应去除所述光刻胶，并去除一部分所述聚合物。

和/或，所述刻蚀单元和所述去胶单元进行刻蚀和去胶的机台为应用材料8330机台。

可见，本发明可以在一种价格较低的(如：应用材料8330)机台上进行作业，完成铝厚2.0微米以上产品铝刻蚀的工艺，其铝条线宽最小可以做到2微米。这个工艺节约了CMOS产品封装时需要打金线的成本，能够改为打铜线，大大提高了产品的市场竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例铝刻蚀方法的流程示意图；

图2是本发明实施例2铝刻蚀装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在铝刻蚀的过程中，当使用价格相对较低的应用材料8330机台时，由于其各向异性太弱，因此必须加重聚合物的量来进行铝条侧壁保护，否则会发生底切异常。并且，当铝厚大于2微米后，金属铝会变得非常粗糙，容易导致刻蚀残留发生，因此需要增加刻蚀时的轰击力度，以解决铝粗糙问题造成的影响。而聚合物的增加，会阻挡铝刻蚀的顺利进行，增加铝残留的概率及程度，必须将生成的聚合物及时抽走。

鉴于以上思想，本发明实施例首先提供一种铝刻蚀方法，参见图1，包括：

步骤101：对镀有铝金属层的衬底进行涂胶光刻后，在真空腔内进行刻蚀，并在刻蚀所获得的铝条侧壁生成用来保护所述侧壁的聚合物；

步骤102：刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶；

步骤103：清洗去除所述聚合物。

可选地，为了保证刻蚀时真空腔的压强，以将刻蚀时生成的聚合物及时抽走，避免留下残留，在刻蚀时真空腔内的压强可以小于28mTorr。

可选地，为了保证铝刻蚀的速度和质量，在刻蚀时通入真空腔内的气体的体积流量可以为：Cl₂：20～38标准毫升每分钟，BCl₃：135～165标准毫升每分钟，CHF₃：小于20标准毫升每分钟；将气体电离的功率可以为：1000～1400瓦。

其中，在通入气体进行电离并对铝刻蚀的过程中，所生成的聚合物为含有碳、氢、氟、氯的聚合物。

在完成铝刻蚀后，为了防止光刻胶中残留有氯，在接触到空气中的水汽时发生后腐蚀，可以通过在真空腔内利用氧气电离后的等离子体与光刻胶反应去除光刻胶，并去除一部分聚合物。

实施例1：

本发明实施例1提供一种铝刻蚀方法，其利用应用材料8330机台，通入真空腔的气体压强为小于28mTorr；通入气体的体积流量为：Cl₂：20～38标准毫升每分钟，BCl₃：135～165标准毫升每分钟，CHF₃：小于20标准毫升每分钟；将气体电离的功率发生器的功率为：1000～1400瓦。

在进行铝刻蚀的过程中，首先在硅片的金属间介质(IMD)层上镀上一层铝金属层并进行涂胶光刻，涂胶光刻的过程包括涂光刻胶、曝光及显影，把需要刻蚀掉的地方露出来，不需要刻蚀掉的地方则由光刻胶阻挡。

然后传进应用材料8330主腔体里，通入上述设定的气体流量，在通过真空泵将真空腔抽真空到所设定的压强值后，打开功率发生器至预设功率值，将所通入稳定的气体电离，得到含氯、氟的等离子气体。

在真空腔内使得氯与金属铝发生反应，所生成的挥发性的三氯化铝由真空泵抽走，同时，氯与氟与光刻胶会发生反应，生成含有碳、氢、氟、氯的聚合物，该聚合物用来保护铝的侧壁，避免底切的发生。

在完成铝刻蚀后，为了防止光刻胶中残留有氯，在接触到空气中水汽时发生后腐蚀，可以直接在真空腔腔体里进行去胶，原理主要是靠O₂电离后的等离子体与光刻胶反应，将光刻胶去除，与此同时也会去掉一部分聚合物。在这一过程中，在光刻胶中及聚合物中的氯将会被真空泵抽走。

去胶完成后，将元器件传出腔体，进行聚合物去除清洗，完成整个铝刻蚀过程。

实施例2：

本发明实施例2还提供一种铝刻蚀装置，参见图2，包括：

刻蚀单元201，用于对涂胶光刻后的镀有铝金属层的衬底在真空腔内进行刻蚀，并在刻蚀所获得的铝条侧壁生成用来保护所述侧壁的聚合物；

去胶单元202，用于刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶；

清洗单元203，用于清洗去除所述聚合物。

其中，可选地，刻蚀单元201在刻蚀时真空腔内的压强小于28mTorr。

可选地，刻蚀单元201在刻蚀时通入真空腔内的气体的体积流量为：Cl₂：20～38标准毫升每分钟，BCl₃：135～165标准毫升每分钟，CHF₃：小于20标准毫升每分钟；将所述气体电离的功率为：1000～1400瓦。

可选地，聚合物为含有碳、氢、氟、氯的聚合物。

可选地，去胶单元202还可以用于：通过在真空腔内利用氧气电离后的等离子体与所述光刻胶反应去除所述光刻胶，并去除一部分所述聚合物。

刻蚀单元201和去胶单元202进行刻蚀和去胶的机台可以为应用材料8330机台。

可见，本发明实施例可以在一种价格较低的(如：应用材料8330)机台上进行作业，完成铝厚2.0微米以上产品铝刻蚀的工艺，其铝条线宽最小可以做到2微米。这个工艺节约了CMOS产品封装时需要打金线的成本，能够改为打铜线，大大提高了产品的市场竞争力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种铝刻蚀方法，其特征在于，包括：

对镀有铝金属层的衬底进行涂胶光刻后，在真空腔内进行刻蚀，并在刻蚀所获得的铝条侧壁生成用来保护所述侧壁的聚合物；

刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶；

清洗去除所述聚合物。

2.根据权利要求1所述的铝刻蚀方法，其特征在于：

在刻蚀时所述真空腔内的压强小于28mTorr。

3.根据权利要求1所述的铝刻蚀方法，其特征在于：

刻蚀时通入所述真空腔内的气体的体积流量为：Cl₂：20～38标准毫升每分钟，BCl₃：135～165标准毫升每分钟，CHF₃：小于20标准毫升每分钟；

将所述气体电离的功率为：1000～1400瓦。

4.根据权利要求1所述的铝刻蚀方法，其特征在于：

所述聚合物为含有碳、氢、氟、氯的聚合物。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的铝刻蚀方法，其特征在于，所述刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶包括：

通过在真空腔内利用氧气电离后的等离子体与所述光刻胶反应去除所述光刻胶，并去除一部分所述聚合物。

6.一种铝刻蚀装置，其特征在于，包括：

刻蚀单元，用于对涂胶光刻后的镀有铝金属层的衬底在真空腔内进行刻蚀，并在刻蚀所获得的铝条侧壁生成用来保护所述侧壁的聚合物；

去胶单元，用于刻蚀后在所述真空腔内去除光刻胶；

清洗单元，用于清洗去除所述聚合物。

7.根据权利要求6所述的铝刻蚀装置，其特征在于：

所述刻蚀单元在刻蚀时所述真空腔内的压强小于28mTorr。

8.根据权利要求6所述的铝刻蚀装置，其特征在于：

所述刻蚀单元在刻蚀时通入所述真空腔内的气体的体积流量为：Cl₂：20～38标准毫升每分钟，BCl₃：135～165标准毫升每分钟，CHF₃：小于20标准毫升每分钟；

将所述气体电离的功率为：1000～1400瓦。

9.根据权利要求6所述的铝刻蚀装置，其特征在于：

所述聚合物为含有碳、氢、氟、氯的聚合物。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的铝刻蚀装置，其特征在于：

所述去胶单元还用于：通过在真空腔内利用氧气电离后的等离子体与所述光刻胶反应去除所述光刻胶，并去除一部分所述聚合物。

和/或，所述刻蚀单元和所述去胶单元进行刻蚀和去胶的机台为应用材料8330机台。