DE10338292A1 - Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht unter Verwendung einer Maske, Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht und ein Ätzgas - Google Patents

Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht unter Verwendung einer Maske, Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht und ein Ätzgas Download PDF

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Chang-jin Suwon Kang
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht und ein Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Ätzgases, das Cl¶2¶ und N¶2¶ enthält, vorgesehen. Eine Maskenschicht wird auf der Metallschicht ausgebildet, das Ätzgas wird der Metallschicht zugeführt und die Metallschicht wird durch das Ätzgas unter Verwendung der Maskenschicht als eine Ätzmaske geätzt. Die Metallschicht kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein. Cl¶2¶ und N¶2¶ können in einem Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 10 gemischt sein. Das Ätzgas kann ebenso zusätzliche Gase wie etwa inaktive Gase oder Gase, die die Elemente H, O, F, He oder C enthalten, enthalten. Außerdem kann N¶2¶ mit einer Flußrate von 45 bis 65% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt werden, was zu einer Verringerung des Auftretens von Mikro-Loading und kegelförmigen Defekten in Halbleitervorrichtungen führt.

Description

  • QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung nimmt die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2002-49296, angemeldet am 20. August 2002, in Anspruch, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme voll inhaltlich mit offenbart ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und insbesondere ein Metallisierungsverfahren und ein Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht unter Verwendung eines Ätzgases, das Cl2, und N2, enthält, und ein Ätzgas, das aus Cl2, und N2, gebildet wird.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Da Halbleitervorrichtungen immer stärker integriert sind, hat sich die Linienbreite der Metallverbindungsschichten (metal interconnection layers) bei mehrlagigen Metallzwischenverbindungsstrukturen und der Abstand zwischen benachbarten Metallverbindungsschichten immer weiter verringert, während sich die Höhe der Metallverbindungsschichten vergrößert hat, so daß sich das Auspect Ratio (d.h. das Breiten-Höhen-Verhältnis) vergrößert hat. Bei diesen Halbleitervorrichtungen dienen die Metallverbindungs schichten zum elektrischen Verbinden von verschiedenen Vorrichtungseinheiten. Die Metallverbindungsschicht kann aus einem Material ausgebildet sein, das einen niedrigen Widerstand aufweist, um Vorrichtungen zu erhalten, die mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben werden können. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung kann zum Ausbilden der Metallverbindungsschichten verwendet werden.
  • Obwohl Aluminium eine exzellente elektrische Leitfähigkeit aufweist, ist der Unterschied zwischen der Ätzselektivität vom Aluminium und der Ätzselektivität eines Photoresistmaterials gering. Folglich vergrößert sich die Dicke der Photoresistschicht. Wenn sich jedoch die Dicke der Photoresistschicht vergrößert, verringert sich der Durchsatz (throughput) der Halbleitervorrichtung und es kann schwierig werden, die Photoresistschicht zu mustern. Wenn die Dicke des Photoresistschichtmusters verringert wird, um diese Probleme zu vermeiden, können die Bereiche, die zu schützen sind, wenn das Mustern der Metallverbindungsschichten erfolgt, nicht geschützt werden. Es wurde eine Technologie entwickelt, die eine Hartmaske verwendet, wenn Aluminiumverbindungsschichten ausgebildet werden sollen, so daß mikroskopische Metallver-Bindungsmuster für die stark integrierte Halbleitervorrichtung ausgebildet werden können.
  • Bei einem Ätzverfahren zum Ausbilden von Metallverbindungsschichten, das eine Hartmaske verwendet, kann ein Reaktionsnebenprodukt ausgebildet werden, welches während dem Ätzverfahren entfernt werden kann, oder an den Innenwänden der Ätzkammer abgeschieden werden kann. Falls jedoch dieses Reaktionsnebenprodukt an den Innenwänden der Ätzkammer nur schlecht anhaftet, kann das Reaktionsnebenprodukt während des Ätzverfahrens auf die Oberfläche eine Wafers fallen, was zu Kurzschlüssen zwischen den Metallverbindungsmuster führen kann.
  • Bei einem herkömmlichen Verfahren, das eine Harzmaske zum Ausbilden der Metallverbindungsschichten verwendet, enthält das Ätzgas zumindest ein fluorkohlenstoffbasiertes Gas, wie etwa CF4, oder CF3 sowie Cl2 und BCl3, welche bei herkömmlichen Verfahren verwendet werden, bei denen eine Photoresistschicht als eine Ätz maske verwendet wird. Die fluorkohlenstoffbasierten Gase werden für die Passivierung der Seitenwände der Metallverbindungsmuster verwendet. Wenn ein fluorkohlenstoffbasiertes Gas in dem Ätzgas verwendet wird, kann eine Nebenproduktsabscheidungsschicht mit einer geringen Hafteigenschaft in der Form von Schuppen ausgebildet werden, die an den Innenwänden der Ätzkammer angeordnet sind. Da das Nebenprodukt nur eine geringe Hafteigenschaft aufweist, kann das Nebenprodukt während des Ätzverfahrens auf die Waferoberfläche fallen. Somit erhöht sich die Anzahl von Partikeln (z.B. Verunreinigungen) auf der Waferoberfläche, was die Ausbeute verringert.
  • Bei einem anderen herkömmlichen Verfahren wird ein Ätzgas aus Cl2/BCl3/N2 unter Verwendung von N2, als ein Passivierungsgas anstelle eines fluorkohlenstoffbasierten Gases ausgebildet, welches, wie zuvor beschrieben, die Erzeugung von Partikeln in der Ätzkammer bewirkt. Wenn jedoch dieses Ätzgas verwendet wird, treten kegelförmige (cone-shaped) Defekte auf dem Halbleiterwafer aufgrund des Vorhandenseins von BCI; auf.
  • Außerdem kann ein Mikro-Loading auftreten, da sich das Breiten-Höhen-Verhältnis bei den Metallverbindungsmustern bei einer hochintegrierten Halbleitervorrichtung erhöht. Insbesondere kann das Mikro-Loading die Ätzrate gemäß der Musterdichte von Bereichen auf einem Chip auf dem Wafer verändern oder kann die Profilform der Muster aufgrund eines Unterschieds bei der kritischen Abmessung (critical dimension = CD) zwischen einem oberen Schnittprofil und einem unteren Schnittprofil der Muster verändern. Da die Linienbreite der Metallverbindungsmuster verringert ist, können Defekte aufgrund des Mikro-Loadings auftreten, welche Fehler in der Halbleitervorrichtung verursachen.
  • KURZFASSUNG DER ANMELDUNG
  • Bei zumindest einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht unter Verwendung eines Ätzgases, das Cl2, und N2, enthält, vorgesehen. Insbesondere wird die Metallschicht mit einem Ätzgas, das Cl2, und N2, enthält, unter Verwendung eines Maskenmusters, wie etwa eines Hartmaskenmusters, als eine Ätzmaske geätzt. Das Maskenmuster kann aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxinitrid ausgebildet sein. Außerdem kann die Metallschicht unter Verwendung einer Ätzvorrichtung, das induktiv gekoppeltes Plasma verwendet (ICP-Atzvorrichtung), geätzt werden. Die Metallschicht kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein.
  • Das Atzgas kann durch Mischen von Cl2, und N2 mit einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 ausgebildet sein. Das Ätzgas kann ein inaktives Gas, wie etwa Ar, He, Ne und Xe enthalten. Außerdem kann das Atzgas ein zusätzliches Gas enthalten, das H, O, F, He oder C enthält, wie etwa HBr, CF4, CHF3, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4. Das zusätzliche Gas kann bei einer Flußrate von bis zu 20% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt werden. Das N2 in dem Ätzgas kann bei einer Flußrate von 45 bis 65% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt werden.
  • Zumindest eine andere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht ein Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung vor. Ein Maskenmuster, wie etwa ein Hartmaskenmuster, wird auf einer Verbindungsschicht ausgebildet, die eine Metallschicht enthält. Die Metallschicht kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein. Ein Verbindungsmuster wird durch Ätzen der Verbindungsschicht unter Verwendung eines Ätzgases, das aus Cl2, und N2, gebildet wird und unter Verwendung der Maske als eine Harzmaske ausgebildet. Die Verbindungsschicht kann eine Barrierenschicht enthalten, die den Boden der Metallschicht und eine Antireflexionsschicht, die zwischen der Metallschicht und dem Maskenmuster angeordnet ist, kontaktiert. Sowohl die Barrierenschicht als auch die Antireflexionsschicht können aus Ti, TiN oder einer Ti/TiN-Schichtstruktur ausgebildet sein.
  • Das Ätzgas kann durch Mischen von Cl2, und N2, bei einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 ausgebildet werden. Das N2, kann mit einer Flußrate von 45 bis 65% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt werden. Außerdem kann das Ätzgas ein inaktives Gas, wie etwa Ar, He, Ne und Xe und/oder ein zusätzliches Gas, wie etwa HBr, CF4, CHF3, CHF3, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4. Da kein BCl3-Gas in dem Ätzgas verwendet wird, kann die Erzeugung von kegelförmigen Defekten in den Verbindungsmustern und die Erzeugung einer Unterschneidung in dem Verbindungsmuster verringert werden. Durch Steuern der Flußrate von N2, in dem Ätzgas kann zusätzlich das Mikro-Loading verringert werden und eine im wesentlichen gleichförmige Ätzrate in dem Wafer ungeachtet des Unterschieds in der Musterdichte bei verschiedenen Bereichen des Wafers erzielt werden. Überdies kann eine Nebenproduktschicht mit einer dichten Säulenstruktur und einer guten Hafteigenschaft sicher auf den Innenwänden der Ätzkammer abgeschieden werden, so daß die Partikel nicht auf den Wafer fallen können.
    •
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf ihre folgende detaillierte Beschreibung, die im Zusammenhang mit der begleitenden Zeichnung gemacht wird, ohne weiteres ersichtlich, wobei:
  • 1A bis 1D Querschnittsansichten sind, die ein Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 2 ein Graph ist, der eine Anzahl von kegelförmigen Defekten pro Flächeneinheit bezüglich der Menge von BCl3, das in dem herkömmlichen Ätzgas vorhanden ist, darstellt.
  • 3 ein Graph ist, der ein Mikro-Logding bezüglich der Menge von N2, das bei einem herkömmlichen Ätzgas vorhanden ist, darstellt.
  • 4 ein Graph ist, der Veränderungen in der Ätzrate bezüglich der Flußratenverhältnisse von Cl2, und N2, darstellt, wenn eine Aluminiumschicht unter Verwendung eines Metallisierungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geätzt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung eingehend beschrieben, in welcher beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in zahlreichen unterschiedlichen Formen verkörpert sein und es sollte nicht auf die in den beispielhaften Ausführungsformen dargelegten Formen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr sind diese beispielhaften Ausführungen dazu vorgesehen, die Erfindung vollständig und genau zu offenbaren und dem Fachmann das Konzept der Erfindung vollständig zu vermitteln. In der Zeichnung ist die Dicke der Schichten und der Bereiche aus Gründen der Klarheit nicht maßstabgetreu dargestellt. Ebenso ist es offensichtlich, daß wenn eine Schicht "auf" einer anderen Schicht oder Substrat bezeichnet wird, diese direkt auf einer anderen Schicht oder einem Substrat angeordnet sein kann, oder dazwischenliegende Schichten vorhanden sein können. Ebenso ist es offensichtlich, daß wenn eine Schicht als "zwischen" zwei anderen Schichten bezeichnet wird, diese so angeordnet ist, daß zwei andere Schichten die Schicht kontaktieren oder dazwischenliegende Schichten vorhanden sein können. Wenn außerdem eine Schicht als "unter" einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann diese direkt unter der anderen Schicht angeordnet sein oder noch weitere dazwischen liegende Schichten vorhanden sein. Durch die gesamte Beschreibung hindurch bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
  • 1A bis 1D sind Querschnittsansichten, die ein Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • Gemäß 1A wird eine Barrierenschicht 22, eine Metallschicht 24 und eine Antireflexionsschicht 26 sequentiell auf einem Halbleitersubstrat 10 zum Ausbilden einer Verbindungsschicht (interconnection layer) 20 ausgebildet. Die Barrierenschicht 22 kann aus Titan (Ti), Titannitrid (TiN) oder einer Ti/TiN-Schichtstruktur zum Verbessern der Haftung zwischen dem Halbleitersubstrat 10 und der Verbindungsschicht 20 und zum Verringern der Diffusion von Metall von der Verbindungsschicht 20 zu dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet werden. Die Barrierenschicht 22 kann durch sequentielles Abscheiden einer Ti-Schicht bis zu einer Dicke von 60Å und einer TiN-Schicht bis zu einer Dicke von ungefähr 250Å ausgebildet werden. Die Metallschicht 24, welche aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein kann, kann bis zu einer Dicke von ungefähr 3000 bis 4000Å ausgebildet sein. Obgleich die Metallschicht hierin als aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet beschrieben wird, kann jedes Metall, das einen niedrigen Widerstand aufweist, zum Ausbilden der Metallschicht verwendet werden. Geeignete Beispiele für Metalle mit niedrigem Widerstand können von einem Fachmann ohne weiteres angegeben werden.
  • Die Antifreilexionsschicht 26 wird zum Verringern der diffusen Reflexion von Licht an einem Verbindungsschichtmuster, welches in einem darauffolgenden photolithographischen Verfahren ausgebildet wird, ausgebildet. Die Antireflexionsschicht kann aus Ti, TiN oder einer Ti/TiN-Schichtstruktur ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Antireflexionsschicht 26 durch sequentielles Abscheiden einer Ti-Schicht bis zu einer Dicke von 100Å und einer TiN-Schicht bis zu einer Dicke von ungefähr 800Å ausgebildet werden.
  • Gemäß 1B wird eine Maskenschicht 30 als eine Hartmaskenschicht, auf der Verbindingsschicht 20 ausgebildet. Die Maskenschicht 30 kann aus einem isolierenden Material ausgebildet werden, das bezüglich des Ätzgases, das bei dem Ätzverfahren zum Mustern der Verbindungsschicht 20 verwendet wird, einen Ätzwiderstand aufweist. Geeignete Beispiele enthalten Siliziumoxid, Siliziumnitrid und Oxinitrid. Zum Beispiel kann die Maskenschicht 30 aus SiO2, Si3N4, SiON oder PE-TEOS ausgebildet sein.
  • Ein Photoresistschichtmuster 40, das Abschnitte der Maskenschicht 30 freiläßt bzw. freilegt, wird auf der Maskenschicht 30 ausgebildet. Das Photoresistschichtmuster 40 kann bis zu einer Dicke von ungefähr 4000Å ausgebildet werden.
  • Gemäß 1C wird die Maskenschicht 30 unter Verwendung des Photoresistschichtmusters 40 als eine Ätzmaske zum Ausbilden eines Maskenmusters 30a, welches Abschnitte der Verbindungsschicht 20 freiläßt bzw. freilegt, geätzt. Danach wird das Photoresistschichtmuster 40 entfernt.
  • Gemäß 1D wird die Verbindungsschicht 20 durch das Ätzgas, das aus Cl2, und N2, gebildet wird, unter Verwendung des Maskenmusters 30a als eine Ätzmaske zum Ausbilden eines Verbindungsmusters 20a, das ein Barrierenschichtmuster 22a, ein Metallschichtmuster 24a und ein Antireflexionsschichtmuster 26a enthält, geätzt. Das Ätzverfahren, das zum Ausbilden des Verbindungsmusters 20a verwendet wird, kann ein reaktives Ionenätzen (RIE-Verfahren), welches eine Ätzvorrichtung mit induktiv gekoppelten Plasma (ICP-Ätzvorrichtung) verwendet, ein plasmaunterstütztes Ätzverfahren oder eine plasmaverstärkte chemische Dampfphasenabscheidung sein. Wenn eine Dual-Leistungsquelle verwendet wird, kann das Ätzverfahren auf der Verbindungsschicht 20 unter Verwendung einer Quellleistung Ws von ungefähr 500 bis 2500 Watt, einer Vorspannungsleistung Wb von ungefähr 40 bis 350 Watt und einem Druck von ungefähr 3 bis 30 mT durchgeführt werden. Wenn eine einzige der Leistungsquelle verwendet wird, kann das Ätzverfahren auf der Verbindungsschicht 20 unter Verwendung einer Leistung von ungefähr 250 bis 2000 Watt und einem Druck von ungefähr 30 bis 300 mT durchgeführt werden. Die Flußrate von N2, in dem Ätzgas kann ungefähr 45 bis 65% der gesamten Flußrate des Ätzgases betragen.
  • Das Ätzgas kann aus C2, und N2 , ausgebildet sein. Das Ätzgas kann ebenso ein inaktives Gas wie etwa Ar, He, Ne oder Xe enthalten. Durch das Substituieren eines inaktiven Gases für BCl3, welches bei den herkömmlichen Ätzgasen verwendet wird, kann ein stabiler Plasmazustand des Ätzgases aufrechterhalten werden und Defekte, die durch Partikel verursacht werden, die während dem Ätzverfahren erzeugt werden, können verringert werden.
  • Außerdem kann das Ätzgas ferner ein zusätzliches Gas enthalten, das die Moleküle von H, O, F, He und/oder C enthält, um die Ätzeffizienz zu verbessern. Das zusätzliche Gas kann mit einer Flußrate von 0 bis 20% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt werden. Geeignete Beispiele für das zusätzliche Gas beinhalten HBr, CF4, CHF3, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4.
  • Ferner können die Flußraten des Gases, das in dem Ätzgas vorhanden ist, zum Vorsehen von Cl2, und N2, mit einem Flußratenverhältnis von 1:1 bis 1:10 in dem Atzgas gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Menge von N2, das in dem Ätzgas vorhanden ist, so gesteuert werden, daß sie größer oder gleich der Menge des in dem Ätzgas vorhandenen Cl2, ist, um die Erzeugung einer Unterschneidung bei dem Verbindungsmuster 20a zu verringern, wenn ein Ätzen der Verbindungsschicht 20 erfolgt.
  • Durch Ätzen der Verbindungsschicht 20 gemäß dem zuvor beschriebenen beispielhaften Verfahren kann die Anzahl an kegelförmigen Defekten, die in dem Verbindungsmuster 20a erzeugt werden, die Erzeugung einer Unterschneidung in dem Verbindungsmuster 20a und ein Mikro-Loading des Wafers verringert werden. Somit wird ein im wesentlichen gleichförmige Ätzrate in dem Wafer erzielt, ungeachtet dem Unterschied bei der Musterdichte, so daß die Seitenwände, die im wesentlichen vertikal sind, mit nur einer kleinen Differenz in der kritischen Abmessung (CD) zwischen dem oberen Schnittprofil und dem unteren Schnittprofil des Verbindungsmusters 20a ausgebildet werden können.
  • Das zuvor beschriebene Ätzverfahren für die Verbindungsschicht 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde in einer Ätzkammer einige hundert mal durchgeführt. Dabei wurde beobachtet, daß die Nebenproduktschicht sich auf den Innenwänden der Ätzkammer abgeschieden hat. Elektronenrastermikroskopaufnahmen (SEM-Aufnahmen) bestätigten, daß die Nebenproduktschicht sich in einer dichten Säulenstruktur ausgebildet hat und daß das Nebenprodukt sich gut haftend auf den Innenwänden der Kammer abgeschieden hat, so daß das Nebenprodukt nicht auf den Wafer fallen wird.
  • Bei einem Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurden Effekte der Gesamtflußrate des Ätzgases, das in dem Ätzverfahren der Verbindungsschicht 20 verwendet worden ist, die eine Aluminiumschicht enthielt, ausgewertet (Daten sind nicht gezeigt). Hierbei wurde das Ätzgas durch ein Mischen von Cl2, N2, und Ar ausgebildet. Ar wurde als das inaktive Gas verwendet. Die Flußraten dieser Gase wurden jeweils mit einem Verhältnis von 8:10:4 aufrechterhalten. Die Aluminiumschicht wurde anschließend durch das Ätzgas geätzt, während die Gesamtflußrate des Ätzgases variiert wurde (z.B. 110 sccm, 220 sccm, 275 sccm und 330 sccm). Die Anzahl an kegelförmigen Defekten, die auf der Aluminiumschicht als Ergebnis des Ätzverfahrens erzeugt worden sind, wurden anschließend verglichen. Bei diesem Experiment wurde festgestellt, daß ungeachtet der Gesamtflußrate des Ätzgases die kegelförmigen Defekte auf dem Verbindungsmuster nicht auftreten.
  • 2 ist ein Graph, das die Anzahl von kegelförmigen Defekten bezüglich der Menge an BCl3; das in einem herkömmlichen Ätzgas verwendet worden ist, darstellt.
  • Um das Metallisierungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, das Cl2, und N2, als das Ätzgas verwendet, mit einem herkömmlichen Verfahren, das BCl3; in dem Ätzgas verwendet, zu vergleichen, wurde das folgende Experiment durchgeführt. Die Ergebnisse des Experiments werden in 2 gezeigt. Bei diesem Experiment wurde BCl3; zu einem Ätzgas hinzugegeben, das aus Cl2, N2 und Ar ausgebildet wurde. Das Ätzgas wurde einer Ätzkammer zugeführt, während die Flußraten von Cl2, N2 und Ar in einem Verhältnis von 8:10:4 aufrechterhalten worden ist und die Flußrate des Ätzgases variiert worden ist (z.B. 110, 220, 275 und 330 sccm). Die Flußrate des BCl3, das zu dem Ätzgas hinzugefügt worden ist, wurde zum Beobachten der Anzahl an kegelförmigen Defekten, die auf dem Aluminiumschichtmuster erzeugt werden, das durch das Ätzen der Aluminiumschicht unter Verwendung des Ätzgases erhalten wurde, variiert. Das BCl3 wurde bei Flußraten von 0 sccm, 10 sccm, 20 sccm, 40 sccm, 60 sccm und 80 sccm zugeführt.
  • Wie in 2 gezeigt, wurden keine kegelförmigen Defekte erzeugt, wenn das BCl3 nicht zu dem Ätzgas hinzugefügt worden ist. Wenn jedoch die Menge an BCl3, das der Ätzkammer zugeführt wird, erhöht worden ist, erhöhte sich ebenso die Anzahl der kegelförmigen Defekte.
  • 3 ist ein Graph, der ein Mikro-Loading in Bezug auf die Menge von N2, darstellt, das in einem Ätzgas vorhanden ist, das bei einem herkömmlichen Verfahren verwendet wird.
  • Um die Wirkung von N2, auf das Mikro-Loading zu bestimmen, wurde das folgende Experiment unter Verwendung eines herkömmlichen Ätzgases, das BCl3 enthält, durchgeführt. Durch Variieren der Menge von N2, in einem herkömmlichen Ätzgas, das bekanntermaßen Mikro-Loading verursacht, konnten die Wirkung von N2, auf Mikro-Loading effektiv gemessen werden. Um dieses Experiment durchzuführen wurde eine Dual-Leistungsquelle für eine ICP-Atzvorrichtung zum Ätzen der Aluminiumschicht verwendet. Eine Quellleistung Ws von 1600 Watt, eine Vorspannungsleistung Wb von 220 Watt und ein Druck von 18 mA wurden angelegt. Außerdem wurde als Ätzgas ein Gemisch aus Cl2, mit einer Flußrate von 150 sccm, aus BCl3; mit einer Flußrate von 60 sccm und aus N2, mit verschiedenen Flußraten verwendet. Nachdem die Aluminiumschicht unter den zuvor beschriebenen Bedingungen geätzt worden ist, wurde das Ätzraten-Loading in Prozent auf den Wafer und das Δ-Profil bei dem Aluminiumschichtmuster, das unter Verwendung des Ätzverfahrens ausgebildet worden ist, evaluiert. Die Ätzratenbelastung in Prozent ist ein Wert, der aus der Differenz zwischen der Äutzrate eines Bereichs mit einer hohen Musterdichte und der Ätzrate eines Bereichs mit einer niedrigen Musterdichte erzielt wird. Das Δ-Profil ist ein Wert, der aus dem Unterschied der kritischen Abmessung (CD) zwischen einem oberen Schnittprofil und einem unteren Schnittprofil des Aluminiummusters, das unter Verwendung des Ätzverfahrens ausgebildet worden ist, erzielt wird.
  • Wie in 3 gezeigt, wurde, mit zunehmender Rate an der Ätzkammer zugeführten N2 ein Mikro-Loading verbessert, z.B. die Ätzrate in einem Bereich mit hoher Musterdichte verringert. Wenn andererseits die Menge an der Ätzkammer zugeführten N2 stark vergrößert worden ist, wurde ein umgekehrtes Mikro-Loading-Verhalten beobachtet, z.B. erhöhte sich die Ätzrate in einem Bereich, mit einer hohen Musterdichte. Somit konnte eine im wesentlichen gleichförmige Ätzrate in Bereichen des Wafers erzielt werden, ungeachtet des Unterschieds in der Musterdichte auf dem Wafer, durch ein Kontrollieren der Menge von N2, in dem Ätzverfahren, das zum Ausbilden der Aluminiumschicht verwendet wird.
  • 4 ist ein Graph, der die Veränderungen in einer Ätzrate in Bezug auf die Flußraten von Cl2, und N2, darstellt, wenn die Aluminiumschicht unter Verwendung eines Ätzgases, das aus Cl2, und N2, gebildet wird, gemäß einem Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geätzt wird.
  • Um dieses Experiment, dessen Ergebnisse in 4 dargestellt sind, durchzuführen, wurde ein Verbindungsschicht, die eine Aluminiumschicht enthält, auf einem Halbleitersubstrat durch ein sequentielles Abbilden einer Barrierenschicht, einer Aluminiumschicht und einer Antireflexionsschicht ausgebildet. Bei diesem Experiment wurde die Barrierenschicht aus einer Ti-Schicht mit einer Dicke von 60Å und einer TiN-Schicht mit einer Dicke von 250Å ausgebildet. Die Aluminiumschicht weist eine Dicke von 3500Å auf, und die Antireflexionsschicht wurde aus einer Ti-Schicht mit einer Dicke von 100Å und einer TiN-Schicht mit einer Dicke von 800Å ausgebildet.
  • Eine Hartmaskenschicht wurde auf der Verbindungsschicht durch ein sequentielles Abscheiden einer PE-TEOS-Schicht bis zu einer Dicke von bis zu 1500Å und einer SiONSchicht bis zu einer Dicke von 400Å ausgebildet.
  • Cl2, und N2, wurden bei Flußraten von 100 sccm und 20 sccm, 80 sccm und 40 sccm, 80 sccm und 80 sccm, und 40 sccm und 80 sccm zugeführt. Ar wurde mit einer Flußrate von 20 sccm zugeführt. Bei diesem Experiment strömte N2, mit einer Rate von 14%, 28%, 44% bzw. 57% der Gesamtflußrate des Ätzgases. Es wurde eine ICP-Ätzvorrichtung mit einer Dual-Leistungsquelle verwendet und eine Quellleistung Ws von 1600 Watt eine Vorspannungsleistung Wb von 220 Watt und ein Druck von 18 mT wurden angelegt. Die Verbindungsschicht wurde unter Verwendung des ICP-Atzgerätes gemäß den zuvor beschriebenen Bedingungen geätzt und eine Endpunkterfassungszeit (EPD = end point detection) wurde gemessen.
  • Gemäß 4 erniedrigte sich die Ätzrate, mit zunehmender Flußrate von N2. Wenn die Flußrate von N2, 14% betrug, war die Passivierung des Verbindungsschichtmusters ungenügend, was eine Unterschneidung in dem Profil des Verbindungsschichtmusters, das durch das Ätzverfahren ausgebildet worden ist, erzeugte. Diese Unterschneidung des Profils wurde in einem Elektronenrastermikroskop (SEM) beobachtet. Wenn die Flußrate von N2, 28% betrug, wurde ebenso eine Unterschneidung erzeugt. Wenn jedoch die Flußrate von N2, größer als 45% war, war die Passivierung des Verbindungsschichtmusters ausreichend, und ein Verbindungsmuster, das ein im wesentlichen vertikales Profil aufwies, wurde in einem SEM beobachtet. Ebenso wurde beobachtet, daß wenn die Flußrate von N2 mehr als 65% betrug, die Ätzrate verringert war, und das Δ-Profil der Seitenwand des Verbindungsmusters bis zu einem solchen Ausmaß verschlechtert war, daß das Profil nicht in einem darauffolgenden Verfahren eingestellt werden konnte. Folglich sollte die Flußrate von N2, ungefähr 45 bis 65% der Gesamtflußrate des Ätzgases betragen.
  • Bei dem Verfahren zum Ätzen einer Aluminiumschicht und bei dem Metallisierungsverfahren für die Halbleitervorrichtung gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird ein Ätzgas, das Cl2, und N2, (und kein BCl3) enthält, zum Ätzen einer Verbindungsschicht verwendet, die eine Metallschicht enthält, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein kann. N2, kann mit einer Flußrate von ungefähr 45 bis 65%o der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt werden, um die Erzeugung von kegelförmigen Defekten in dem Verbindungsschichtmuster zu unterdrücken und die Erzeugung einer Unterschneidung in dem Verbindungsmuster zu verringern.
  • Außerdem kann ein Mikro-Loading des Wafers und die Erzeugung von Partikeln, welche die Produktionsausbeute verringern, durch Kontrollieren der Flußrate von N2, verringert werden und eine im wesentlichen gleichförmige Ätzrate auf dem Wafer unabhängig von dem Unterschied in der Musterdichte in den verschiedenen Bereichen erzielt werden. Folglich werden im wesentlichen senkrechte bzw. vertikale Seitenwände mit einer geringen Abweichung in der kritischen Abmessung (CD) zwischen dem oberen Schnittprofil und dem unteren Schnittprofil des Verbindungsmusters erzielt. Bei beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Verbindungsschicht geätzt, die eine Metallschicht enthält, die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist, und eine Nebenproduktschicht mit einer dichten Säulenstruktur und guten Hafteigenschaften kann fest an den Innenwänden der Ätzkammer abgeschieden werden, so daß keine Partikel auf den Wafer herabfallen und ihn verunreinigen.
  • Obgleich diese Erfindung unter Bezugnahme auf ihre beispielhaften Ausführungsformen genau beschrieben und gezeigt worden ist, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß zahlreiche Änderungen in Form und Detail darin vorgenommen werden können, ohne vom gedanklichen Grundkonzept und dem Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims (40)

  1. Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden eines Maskenmusters auf einer Metallschicht, wobei das Maskenmuster Abschnitte der Metallschicht freilegt; und Ätzen der freigelegten Abschnitte der Metallschicht mit einem Ätzgas, das durch Mischen von Cl2 und N2, ausgebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ätzgas durch Mischen von Cl2 und N2, mit einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 ausgebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Maskenmuster ein Hartmaskenmuster ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Maskenmuster aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxinitrid ausgebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei N2, mit einer Flußrate von 45 bis 65% einer Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ätzgas ein inaktives Gas enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Ar, He, Ne und Xe ausgewählt worden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ätzgas ferner ein zusätzliches Gas enthält, das mit einer Flußrate von bis zu 20% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird, wobei das zusätzliche Gas zumindest ein Element aus der Gruppe bestehend aus H, O, F, He und C enthält.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das zusätzliche Gas ein Gas ist, das aus der Gruppe bestehend aus HBr, CF4, CHF3, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4 ausgewählt ist.
  10. Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, wobei das Metallisierungsverfahren aufweist: Ausbilden eines Maskenmusters auf einer Verbindungsschicht, die eine Metallschicht enthält; und Ausbilden eines Verbindungsmusters durch Ätzen der Verbindungsschicht mit einem Ätzgas, das durch Mischen von Cl2, und N2, gebildet wird, unter Verwendung des Maskenmusters als eine Ätzmaske.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Metallschicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ätzgas durch ein Mischen von Cl2, und N3, mit einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 ausgebildet wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Maskenmuster ein Hartmaskenmuster ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Maskenmuster aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxinitrid ausgebildet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei N2, mit einer Flußrate von 45 bis 65% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ätzgas ein inaktives Gas enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Ar, He, Ne, und Xe ausgewählt worden ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ätzgas ferner ein zusätzliches Gas enthält, das mit einer Flußrate von bis zu 20% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird, wobei das zusätzliche Gas zumindest ein Element der Gruppe bestehend aus H, O, F, He und C enthält.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das zusätzliche Gas ein Gas ist, das aus der Gruppe bestehend aus HBr, CF4, CHF3, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4 ausgewählt ist.
  19. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verbindungsschicht eine Barrierenschicht enthält, die unterhalb des Bodens der Metallschicht angeordnet ist.
  20. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verbindungsschicht eine Antireflexionsschicht enthält, die zwischen der Metallschicht und dem Maskenmuster ausgebildet ist.
  21. Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, wobei das Metallisierungsverfahren aufweist: Ausbilden einer Verbindungsschicht, die eine Metallschicht enthält, auf einem Substrat; Ausbilden eines Maskenmusters auf der Verbindungsschicht; und Ätzen der Verbindungsschicht mit einem Ätzgas, das aus Cl2, und N2, gebildet wird, unter Verwendung des Maskenmusters als eine Ätzmaske.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Metall aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei N2, mit einer Flußrate von 45 bis 65% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei N2, in dem Ätzgas in einer Menge vorhanden ist, die größer oder gleich der Menge an in dem Ätzgas vorhandenen Cl2, ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei das Ätzgas durch ein Mischen von Cl2, und N2, mit einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 gebildet wird.
  26. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Ätzgas ein inaktives Gas enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Ar, He, Ne und Xe ausgewählt worden ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Ätzgas ferner ein zusätzliches Gas enthält, das aus der Gruppe bestehend aus HBr, CF4, CHF3, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4 ausgewählt worden ist und mit einer Flußrate bis zu 20% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Maskenmuster ein Hartmaskenmuster ist.
  29. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Maskenmuster aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxinitrid ausgebildet wird.
  30. Verfahren zum Verringern des Auftretens von Mikro-Loading und kegelförmigen Defekten bei einer Halbleitervorrichtung, aufweisend: Ätzen einer Verbindungsschicht, die eine Metallschicht enthält, mit einem Ätzgas, das Cl2, und N2, enthält, wobei das N2, in dem Ätzgas in einer Menge größer oder gleich der in dem Ätzgas vorhanden Menge an Cl2, vorhanden ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Metallschicht aus einem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet wird.
  32. Verfahren nach Anspruch 30, wobei N2, mit einer Flußrate von 45 bis 65% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Ätzgas durch ein Mischen von Cl2, und N2, bei einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 ausgebildet wird.
  34. Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Ätzgas ein inaktives Gas enthält, das aus der Gruppe bestehend aus Ar, He, Ne und Xe ausgewählt ist.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Ätzgas ferner ein zusätzliches Gas enthält, das aus der Gruppe bestehend aus HBr, CF4, CHF3, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4 ausgewählt worden ist und mit einer Flußrate von bis zu 20% der Gesamtflußrate des Ätzgases zugeführt wird.
  36. Ätzgas zum Ätzen einer Metallschicht auf einer Halbleitervorrichtung, das Cl2, und N2, aufweist, die in einem Verhältnis von 1:1 bis 1:10 gemischt sind.
  37. Ätzgas gemäß Anspruch 36, wobei das Ätzgas ferner ein inaktives Gas aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus Ar, He, Ne und Xe ausgewählt worden ist.
  38. Ätzgas gemäß Anspruch 37, wobei das Ätzgas ferner ein zusätzliches Gas aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus HBr, CF4, CHF3;, CH2F2, SF5, NF3, H2, O2, SiCl4, CO, C4F8, C5F6, He-O2, und CCl4 ausgewählt worden ist.
  39. Verfahren zum Ätzen einer Metallschicht, wobei das Verfahren aufweist: Ausbilden eines Maskenmusters auf der Metallschicht, wobei das Maskenmuster Abschnitte der Metallschicht freilegt; und Ätzen der freigelegten Abschnitte der Metallschicht mit dem Ätzgas gemäß Anspruch 36.
  40. Metallisierungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung, wobei das Metallisierungsverfahren aufweist: Ausbilden eines Maskenmusters auf einer Verbindungsschicht, die eine Metallschicht enthält; und Ausbilden eines Verbindungsmusters durch Ätzen der Verbindungsschicht mit dem Ätzgas gemäß Anspruch 36 unter Verwendung des Maskenmusters als eine Ätzmaske.
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