CN106283063A - 一种金属刻蚀方法及干法刻蚀机台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属刻蚀方法及干法刻蚀机台，主要包括将进行金属湿法刻蚀后的金属元件放入干法刻蚀机台腔体内，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体；将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；在所述干法刻蚀机台腔体内对所述元件进行金属干法刻蚀。采用上述方法，可以解决了金属表面存在点状残留物的问题。

Description

一种金属刻蚀方法及干法刻蚀机台

技术领域

本发明涉及半导体芯片制作工艺技术领域，更具体的涉及一种金属刻蚀方法及干法刻蚀机台。

背景技术

半导体芯片制造过程中，功率元器件产品的金属层，多采用铝/硅/铜合金，由于功率元器件产品的尺寸较大，腐蚀时根据金属厚度的不同，分别使用全湿法、全干法的铝腐蚀或者湿法刻蚀加上干法刻蚀的铝腐蚀。由于在湿法铝腐蚀工艺流程中，腐蚀液是不腐蚀硅的，因此，在湿法铝腐蚀之后，金属层中的硅将会残留了下来。而在湿法刻蚀加上干法刻蚀的铝腐蚀工艺中，由于先进行湿法铝腐蚀，所以，金属层表面的硅将会残留下来，因此，在湿法刻蚀后，必须通过干法扫硅渣步骤来将残留硅去除干净，否则会影响到后续的干法铝腐蚀，不能够彻底地去除铝，出现铝残留。

目前的湿法刻蚀、干法扫硅渣加上干法刻蚀的铝腐蚀的工艺流程比较复杂，作业时间比较长，而且金属刻蚀的时候有Q-Time要求(金属刻蚀到介质淀积的总时间<12小时)，不便于生产管理。干法扫硅渣，业界常用的干法扫硅渣机台为各向同性机台(如AE2001)，也有少部分使用各向异性机台(如Lam590)，但是经过上述工艺流程处理后的圆片表面存在点状金属残留，效果不佳。

综上所述，现有的金属刻蚀工艺中，刻蚀时间比较长，还存在金属表面点状金属残留问题。

发明内容

本发明实施例提供一种金属刻蚀方法及干法刻蚀机台，用以解决现有技术中金属刻蚀工艺中，刻蚀时间比较长，并且还存在金属表面点状金属残留的问题。

本发明实施例提供一种金属刻蚀方法，包括：

将进行金属湿法刻蚀后的元件放入干法刻蚀机台腔体内，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体；

将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；

所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；

在所述干法刻蚀机台腔体内对所述元件进行金属干法刻蚀。

进一步地，所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体，具体为：

所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在35mT～45mT的压力下，进行250s至350s的反应之后，在60s-120s时间内抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体。

进一步地，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体，具体为：

根据所述元件表面的硅渣厚度确定充入的所述氟化物气体的流量。

进一步地，所述含有氟化物气体的流量为85sccm。

进一步地，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体，还包括：

向所述干法刻蚀机台腔体内充入O₂；

根据所述元件表面的硅渣厚度确定充入的所述O₂的流量。

进一步地，将所述氟化物气体电离，包括：

通过射频RF将所述氟化物气体电离，并控制所述RF的功率介于1450W至1550W之间。

本发明实施例还提供一种干法刻蚀机台，至少包括气体充入部件、气体电离部件、压力控制部件、反应控制部件和气体抽取部件；

气体充入部件，用于至少将氟化物气体充入到所述干法刻蚀机台腔体内；

气体电离部件，用于将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；

压力控制部件，用于控制所述干法刻蚀机台腔体内的压力；

反应控制部件，用于控制所述含氟等离子气体与放入所述干法刻蚀机台腔体内的元件表面硅渣在设定压力和设定时间内进行反应；

气体抽取部件，用于抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；

进一步地，所述气体充入部件具体用于，

以确定的氟化物气体流量进行气体充入，所述氟化物气体流量根据放入所述干法刻蚀机台腔体内的元件表面的硅渣厚度确定。

进一步地，所述气体电离部件具有用于，

通过射频RF将所述氟化物气体电离，并控制所述RF的功率介于1450W至1550W之间。

进一步地，所述气体充入部件还用于：向所述干法刻蚀机台腔体内充入O₂。

本发明实施例提供的干法刻蚀包括：将进行金属湿法刻蚀后的元件放入干法刻蚀机台腔体内，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体；将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；在所述干法刻蚀机台腔体内对所述元件进行金属干法刻蚀。采用上述方法，将金属湿法刻蚀后的元件直接放入干法刻蚀机台腔体内将元件表面的硅渣与含氟等离子气体进行反应，从而达到了扫硅渣的目的，从而简化了金属刻蚀的工艺流程，缩短了金属刻蚀的总时间，同时，由于没有使用干法扫硅渣机台也降低了生产成本，利用干法刻蚀机台腔体的压力，可以将干法扫硅渣的反应产物和溅出胶点及时抽走，从而解决了金属表面存在点状残留物的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种金属刻蚀方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种干法刻蚀机台示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的干法刻蚀包括：将进行金属湿法刻蚀后的金属元件放入干法刻蚀机台腔体内，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体；将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；在所述干法刻蚀机台腔体内对所述元件进行金属干法刻蚀。采用上述方法，将金属湿法刻蚀后的元件直接放入干法刻蚀机台腔体内进行干法扫硅渣步骤，从而简化了金属刻蚀的工艺流程，缩短了金属刻蚀的总时间，也降低了生产成本，利用干法刻蚀机台腔体的压力，可以将干法扫硅渣的反应产物和溅出胶点及时抽走，从而解决了金属表面存在点状残留物的问题。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性示出了一种金属刻蚀方法流程图，其中主要包括以下步骤：

步骤101，将进行金属湿法刻蚀后的金属元件放入干法刻蚀机台腔体内，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体；

步骤102，将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；

步骤103，所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；

步骤104，在所述干法刻蚀机台腔体内对所述元件进行金属干法刻蚀。

在本发明实施例，将完成湿法刻蚀的元件直接放入干法刻蚀机台腔体内，其中，完成湿法刻蚀的元件可以包括刻蚀了金属上表层部分的元件，也可以包括完成金属层下表层部分的元件。在实施中，完成湿法刻蚀的元件放入到干法刻蚀机台腔体内之前，还需要对是否完成刻蚀的金属元件进行筛选，只有符合条件的金属元件才能被放入到干法刻蚀机台腔体。其中，筛选可以通过显微镜进行检查，也可以通过肉眼进行检查。

在步骤101中，将湿法刻蚀的元件放入干法刻蚀机台腔体内，并且向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入有氟化物气体。其中，通过机台的刻蚀气体入口可以将氟化物气体充入到机台腔体内，以达到将氟化物气体充入到湿法刻蚀后的元件表面的目的。在本发明实施例中，通过机台腔体的刻蚀气体入口还可以充入其它气体。

在实际应用中，氟化物气体可以是四氟化碳CF₄气体、可以是六氟化硫SF₆气体，本发明实施例对氟化物气体不做具体的限定。

在本发明实施例中，在将氟化物气体通过机台腔体的刻蚀气体入口充入到机台腔体内之前，若机台腔体内有空气或者其它气体，可以通过机台腔体内的真空泵将机台腔体内的气体抽出之后，再将氟化物气体通过机台腔体的刻蚀气体入口充入到机台腔体；也可以通过机台腔体内的真空泵将机台腔体内的气体抽出的同时，将氟化物气体通过机台腔体的刻蚀气体入口充入到机台腔体内。本发明实施例对上述将氟化物气体充入到机台腔体的具体方法不做限定。

在本发明实施例中，将完成湿法刻蚀后的金属元件放入干法刻蚀机台腔体内，和现有技术中将完成湿法刻蚀的元件放入干法扫硅渣机台腔体内相比，本发明实施例中的金属刻蚀方法减少了干法扫硅渣机台腔体的使用，从而相对于现有技术中的金属刻蚀方法，降低了生成成本；并且省略了干法扫硅渣结束后的元件检测步骤，缩短了金属刻蚀时间。

进一步地，向干法刻蚀机台腔体内处理充入氟化物气体之外，还可以充入O₂，且需要根据湿法刻蚀的元件表面的硅渣厚度确定需要充入的氟化物气体的流量及O₂流量。在本发明实施例中，氟化物气体的流量值一般在75sccm到95sccm之间，当氟化物气体的流量为85sccm，可以达到干法扫硅渣的更佳效果。同时，O₂的流量值一般在10sccm到20sccm之间。

在实际应用中，干法刻蚀机台腔体内的温度范围在15摄氏度到30摄氏度之间。

将氟化物气体和O₂充入干法刻蚀机台腔体内之后，需要控制湿法刻蚀后的元件周围的气体压强保持为预设的固定值，一般将干法刻蚀机台腔体预设的固定值设置为30mT到50mT之间的值。由于干法刻蚀机台腔体上一般都设置有压力计，所以可以通过观察压力计，并通过刻蚀气体的入口控制充入干法刻蚀机台腔体内的氟化物气体和O₂的流量，其中，氟化物气体和O₂可以同时充入到干法刻蚀机台腔体内，也可以先将O₂充入到干法刻蚀机台腔体内，再将氟化物气体充入到干法刻蚀机台腔体内，或者先将氟化物气体充入到干法刻蚀机台腔体内，再将O₂充入到干法刻蚀机台腔体内。本发明实施例对上述将氟化物气体和O₂充入到干法刻蚀机台腔体内的先后顺序不做具体的限定。

干法刻蚀机台腔体通过控制氟化物气体和O₂充入的流量和真空泵抽出气体的速率，来达到控制干法刻蚀机台腔体内的压强达到稳定值的目的。实际应用中，气体流量设定所需要考虑的是硅渣对光刻胶及氧化层的选择比。

在步骤102中，将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体，当氟化物气体充入到干法刻蚀机台腔体后，需要对充入到干法刻蚀机台腔体内的氟化物气体通过射频RF(Radio Frequency，射频)进行电离。

RF也称RF射频(或射频电流)，是一种高频交流变化电磁波的简称。一般干法刻蚀机台腔体上安装有射频功率源，通过射频功率源控制RF的发送以及RF的功率。在实际应用中，在将氟化物气体充入干法刻蚀机台腔体内之后，需要干法刻蚀机台腔体内的元件的周围的气体压强稳定后，才开启射频功率源，通过RF将氟化物气体电离。一般将RF的功率控制在1450W到1550W之间较佳，RF的功率的具体值主要是根据刻蚀硅渣的速率来决定。

氟化物气体被电离后，将会生成含氟等离子气体，含氟等离子气体可以和金属湿法刻蚀后的元件表面的硅渣发生反应，生成挥发性的气体SiF4，达到刻蚀硅渣的目的。含氟等离子气体和硅渣发生反应的过程中，由于硅与含氟的等离子体以及活性基发生化学反应的过程时，不会生成高分子聚合物，因此，硅渣的表面仅存在极少量由氟化物气体与光刻胶反应生成的高分子聚合物阻挡，不影响硅与含氟的等离子体的反应，因此，硅渣侧面的硅也可以和含氟的等离子体发生充分的反应。

在本发明实施例中，由于在干法刻蚀机台腔体内先进行干法扫硅渣步骤，可以确定干法扫硅渣中含氟的等离子气体对硅渣进行的是各项同性刻蚀，因此在对完成金属湿法刻蚀的元件进行干法扫硅渣的时候，能够保证在每个方向上的刻蚀速率都是相同的，而且，干法刻蚀可以精确的控制元件表面的尺寸要求，不会造成元件中其它部分发生形变。

在步骤103中，所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体。其中，干法刻蚀机台腔体内设定的压力为30mT到50mT之间，为了达到最佳的刻蚀效果以及抽取干法刻蚀机台腔体内的反应后的残余气体，干法刻蚀机台腔体内设定的压力为可以在35mT到45mT之间。当干法刻蚀机台腔体内的压力达到设定压力值范围之后，含氟等离子气体与湿法刻蚀后的金属元件表面的硅渣按照设定的第一时间发生反应，等到反应的时间超过设定的第一时间之后，需要按照设定的第二时间抽取干法刻蚀机台腔体内的气体，由于本发明实施例中，含氟等离子气体与金属湿法刻蚀后的元件表面的硅渣发生反应时，干法刻蚀机台腔体内的气体可能包括反应生成物SiF4气体、未被电离的氟化物气体和尚未反应完的含氟等离子气体等，所以需要按照设定的第二时间抽取干法刻蚀机台腔体内的气体。

实际应用中，干法刻蚀机台腔体外设置的抽气泵从开始充入氟化物气体和O₂开始到等离子气体与湿法刻蚀的金属元件的硅渣发生反应，一直都在持续的从干法刻蚀机台腔体内抽出反应后的气体，在这一过程中，干法刻蚀机台腔体外设置的气体充入设备也会持续向干法刻蚀机台腔体内充入稳定流量的氟化物气体和O₂。等到预设的第一时间到达后，等离子气体与湿法刻蚀的金属元件的硅渣反应完成，需要关闭RF及干法刻蚀机台腔体的气体充入设备，并将干法刻蚀机台腔体内的发生反应后的气体按照设定的第二时间抽出干法刻蚀机台腔体。

在步骤104中，在干法刻蚀机台腔体内对元件进行金属干法刻蚀。在本发明实施例中，由于湿法刻蚀后的金属元件直接被放入干法刻蚀机台腔体内，因此，金属湿法刻蚀后的元件在进行干法刻蚀之前，先在干法刻蚀机台腔体内完成的干法扫硅渣过程。等金属湿法刻蚀后的元件完成干法扫硅渣过程之后，需要继续在干法刻蚀机台腔体内完成干法刻蚀过程。本发明实施例对湿法刻蚀后放入干法刻蚀机台腔体内并且完成干法扫硅渣的金属元件继续在干法刻蚀机台腔体内进行干法刻蚀的方法不做进一步的限定。

上述实施例中，在干法刻蚀机台腔体内直接放入湿法刻蚀后的元件，并且在干法刻蚀机台腔体内进行干法扫硅渣，和现有技术相比，省略了干法扫硅渣的步骤，同时由于干法扫硅渣步骤和干法刻蚀在一个机台腔体内完成，从而简化了金属刻蚀的工艺流程，缩短了金属刻蚀的总时间，也降低了生产成本，同时，利用干法刻蚀机台腔体内设定气体压力值，可以将干法扫硅渣的反应产物和溅出胶点及时抽走，从而解决了金属表面存在点状残留物的问题。

基于相同的发明构思，本发明实施例二还提供一种干法刻蚀机台，如图2所示，所述干法刻蚀机台主要包括气体充入部件21、气体电离部件22、压力控制部件23、反应控制部件24和气体抽取部件25；

气体充入部件21，用于至少将氟化物气体充入到所述干法刻蚀机台腔体内；

气体电离部件22，用于将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；

压力控制部件23，用于控制所述干法刻蚀机台腔体内的压力；

反应控制部件24，用于控制所述含氟等离子气体与放入所述干法刻蚀机台腔体内的元件表面硅渣在设定压力和设定时间内进行反应；

气体抽取部件25，用于抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；

进一步地，所述气体充入部件21具体用于，

以确定的氟化物气体流量进行气体充入，所述氟化物气体流量根据放入所述干法刻蚀机台腔体内的元件表面的硅渣厚度确定。

进一步地，所述气体电离部件22具有用于，

通过射频RF将所述氟化物气体电离，并控制所述RF的功率介于1450W至1550W之间。

进一步地，所述气体充入部件21还用于：向所述干法刻蚀机台腔体内充入O₂。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种金属刻蚀方法，其特征在于，包括：

将进行金属湿法刻蚀后的元件放入干法刻蚀机台腔体内，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体；

将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；

所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体；

在所述干法刻蚀机台腔体内对所述元件进行金属干法刻蚀。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在设定压力和设定时间内进行反应后，抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体，具体为：

所述含氟等离子气体与所述元件表面的硅渣在35mT～45mT的压力下，进行250s至350s的反应之后，在60s-120s时间内抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体，具体为：

根据所述元件表面的硅渣厚度确定充入的所述氟化物气体的流量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述含有氟化物气体的流量为85sccm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，向所述干法刻蚀机台腔体内至少充入氟化物气体，还包括：

向所述干法刻蚀机台腔体内充入O₂；

根据所述元件表面的硅渣厚度确定充入的所述O₂的流量。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述氟化物气体电离，包括：

通过射频RF将所述氟化物气体电离，并控制所述RF的功率介于1450W至1550W之间。

7.一种干法刻蚀机台，其特征在于，至少包括气体充入部件、气体电离部件、压力控制部件、反应控制部件和气体抽取部件；

气体充入部件，用于至少将氟化物气体充入到所述干法刻蚀机台腔体内；

气体电离部件，用于将所述氟化物气体电离，形成含氟等离子气体；

压力控制部件，用于控制所述干法刻蚀机台腔体内的压力；

反应控制部件，用于控制所述含氟等离子气体与放入所述干法刻蚀机台腔体内的元件表面硅渣在设定压力和设定时间内进行反应；

气体抽取部件，用于抽取所述干法刻蚀机台腔体内的气体。

8.如权利要求7所述的干法刻蚀机台，其特征在于，所述气体充入部件具体用于，

以确定的氟化物气体流量进行气体充入，所述氟化物气体流量根据放入所述干法刻蚀机台腔体内的元件表面的硅渣厚度确定。

9.如权利要求7所述的干法刻蚀机台，其特征在于，所述气体电离部件具有用于，

通过射频RF将所述氟化物气体电离，并控制所述RF的功率介于1450W至1550W之间。

10.如权利要求7所述的干法刻蚀机台，其特征在于，所述气体充入部件还用于：向所述干法刻蚀机台腔体内充入O₂。