CN109786241B - 一种微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微损伤减缓铝蚀刻侧腐的方法，包括以下步骤：S1、使用光刻胶作为掩膜，利用刻蚀气体在金属表面刻蚀，形成槽；S2、利用氧化气体对槽壁和槽底的金属进行氧化，形成金属氧化物；S3、利用刻蚀气体对槽底的金属氧化物进行刻蚀，去除所述槽底的金属氧化物，保留槽壁的金属氧化物；S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。本发明通过循环次数来控制刻蚀深度，利用反应离子刻蚀机（RIE）刻蚀材料时是各向异性的特点，侧壁的刻蚀作用低于Bias方向。因此在刻蚀时，底部的金属氧化物被受到较强的轰击作用，很容易被刻蚀掉，而对侧壁的金属氧化物刻蚀作用非常小。故，侧壁的金属氧化物得以保留，防止内部的金属被刻蚀，从而能够控制线宽。
Description
技术领域
本发明涉及铝的刻蚀，特别是一种减少铝刻蚀侧腐的方法。
背景技术
金属层的干法刻蚀工艺是广泛应用于半导体技术领域的一种基本工艺。以率层的干法刻蚀为例，由于AlCl3(三氯化铝)在真空下的沸点约为50℃，具有挥发性，因此一般刻蚀铝层采用的是Cl2(氯气)。通过将Cl2气体通过刻蚀的反应腔室中，将反应腔室内的各项工艺参数(如压力、温度、上下电极射频功率、气体流量等)调整至刻蚀所需的值，使Cl2与Al反应生成可挥发的AlCl3，形成对Al层的刻蚀。
但是由于Al层的刻蚀在Cl2的参与下极易进行，刻蚀速率较快，造成无法对 Al层进行精细的刻蚀。
为此中国发明专利申请CN 106548936 A公开了一种金属层的刻蚀方法，首先将待刻蚀的金属层的表面氧化成金属氧化物，然后刻蚀去除该金属氧化物，使金属层的厚度减薄，通过循环执行前述过程，达到逐步刻蚀金属层，使金属层的厚度逐步减薄至所需的厚度的目的。相比现有技术，该方案能够对金属层进行较精细的刻蚀，提高了刻蚀后金属层表面的平滑的均匀度。
虽然上述方案可以实现对金属层的精细刻蚀，然而该方案直接应用于刻槽时，具有一定局限性。当金属氧化物被去除后，再次对金属进行氧化时，槽壁的金属会被氧化，多次循环后，导致侧腐，无法保证刻槽的精度。
发明内容
本发明的目的在于：克服上述现有技术的缺陷，提出一种微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法。
为了达到上述目的，本发明提出的一种微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法，包括以下步骤：
S1、使用光刻胶作为掩膜，利用刻蚀气体在Al表面刻蚀，形成槽；
S2、利用氧化气体对槽壁和槽底的Al进行氧化形成Al2O3，本步骤在反应离子刻蚀机中进行，氧化的工艺条件是：氧气流量为80-120sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为80-120W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为70-90mtorr，氧化时间为5-15min；
S3、利用刻蚀气体对槽底进行刻蚀，首先去除槽底的Al2O3，然后对槽底裸露出的Al进行刻蚀，并保留槽壁的Al2O3，本步骤在反应离子刻蚀机中进行，刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为40-60sccm，BCl3的气体流量为110-130sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为160-200W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为 10-20mtorr，刻蚀时间为15-20min；
S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。
本发明是一种循环刻蚀方法，刻蚀时间相对固定，通过循环次数来控制刻蚀深度。理论上，单次循环刻蚀时间越短越好，侧壁氧化层的保护作用会增强，确保每次刻蚀，侧壁的氧化层能够被保留。反应离子刻蚀机(RIE)刻蚀材料时是各向异性的，侧壁的刻蚀作用低于Bias方向。因此在刻蚀时，底部的金属氧化物被受到较强的轰击作用，很容易被刻蚀掉，而对侧壁的金属氧化物刻蚀作用非常小。故，侧壁的金属氧化物得以保留，防止内部的金属被刻蚀，从而能够控制线宽。
本发明的核心在于使用反应离子刻蚀进行刻蚀的情况下，控制刻蚀与氧化工艺参数，使得侧腐能够被很好的控制。如果氧化时间过长，导致刻蚀速率非常慢，甚至刻不动，而且刻蚀速率非常不稳定；刻蚀时间过长，则侧壁的氧化层无法保护侧壁内的金属，造成严重侧腐。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明以在金属铝上刻槽为例，对本发明微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法进行详细说明。如图1所示，本发明发明微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法的工艺包括以下步骤：
S1、使用光刻胶(KMP3200)作为掩膜，利用刻蚀气体Cl2与BCl3的混合气体在金属Al表面刻蚀，形成槽。
刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为15-40sccm，BCl3的气体流量为 90-100sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为120-150W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为15-20min。
S2、利用氧化气体O2对槽壁和槽底的金属Al进行氧化，形成金属氧化物 Al2O3。
本步骤在反应离子刻蚀机中进行处理。氧化的工艺条件是：氧气流量为 80-120sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为80-120W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为70-90mtorr，氧化时间为5-15min。
S3、利用刻蚀气体对槽底的金属氧化物进行刻蚀，去除所述槽底的金属氧化物，保留槽壁的金属氧化物。本步骤中所用刻蚀气体为Cl2或BCl3，或两者的混合。本发明实施例优选Cl2与BCl3的混合气体。
本步骤也是在反应离子刻蚀机中进行处理。刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为40-60sccm，BCl3的气体流量为110-130sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为160-200W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为 15-20min。
为了保护侧壁，防止被过渡刻蚀，步骤S3进行时，向反应离子刻蚀机反应腔内通入侧壁保护剂，侧壁保护剂为N2、CHF3或CH4中的一种或其混合。侧壁保护剂通入的流量范围为4-20sccm。
S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。每次步骤S3完成后，在腔体内进行CF4等离子体处理，置换腔体内刻蚀气体。步骤S2和步骤S3交替执行的间隙，使用惰性气体对金属槽进行吹扫。
S5、刻槽结束后，去除金属表面的光刻胶，并清洗。本步骤中，标准去胶流程结束后，将器件浸泡在EKC270溶液(刻蚀后残余物去除液)，温度为70-75℃，时间为5-30min。
步骤S2中氧化工艺条件和步骤S3的刻蚀工艺条件为本发明方法的关键所在，下面列出5组实验数据。
本发明列出了上述5组数据实验数据，刻槽的线条较直，侧腐较少。
可见，步骤S2中，氧化的工艺条件是：氧气流量为80-120sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为80-120W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为70-90mtorr，氧化时间为5-15min；刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为40-60sccm，BCl3的气体流量为110-130sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为160-200W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为15-20min。
通过上述工艺参数进行金属刻槽，其槽壁腐蚀能够得到有效，提高了器件精度。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法，包括以下步骤：
S1、使用光刻胶作为掩膜，利用刻蚀气体在Al表面刻蚀，形成槽；
S2、利用氧化气体对槽壁和槽底的Al进行氧化形成Al2O3，本步骤在反应离子刻蚀机中进行，氧化的工艺条件是：氧气流量为80-120sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为80-120W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为70-90mtorr，氧化时间为5-15min；
S3、利用刻蚀气体对槽底进行刻蚀，首先去除槽底的Al2O3，然后对槽底裸露出的Al进行刻蚀，并保留槽壁的Al2O3，本步骤在反应离子刻蚀机中进行，刻蚀的工艺条件是：Cl2的气体流量为40-60sccm，BCl3的气体流量为110-130sccm，反应离子刻蚀机的输出功率为160-200W，反应离子刻蚀机反应腔的气压为10-20mtorr，刻蚀时间为15-20min；
S4、重复步骤S2和S3，直到刻槽深度达到要求为止。
2.根据权利要求1所述的微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法，其特征在于：步骤S3完成后，在腔体内进行CF4等离子体处理，置换腔体内刻蚀气体。
3.根据权利要求1所述的微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3交替执行的间隙，使用惰性气体对金属槽进行吹扫。
4.根据权利要求1所述的微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法，其特征在于：步骤S3进行时，向反应离子刻蚀机反应腔内通入侧壁保护剂，所述侧壁保护剂为N2、CHF3或CH4中的一种或其混合，侧壁保护剂通入的流量范围为4-20sccm。
5.根据权利要求1所述的微损伤减缓铝刻蚀侧腐的方法，其特征在于：刻槽结束后，去除金属表面的光刻胶，并清洗。
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