DE3940083C2 - - Google Patents

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DE3940083C2 DE19893940083 DE3940083A DE3940083C2 DE 3940083 C2 DE3940083 C2 DE 3940083C2 DE 19893940083 DE19893940083 DE 19893940083 DE 3940083 A DE3940083 A DE 3940083A DE 3940083 C2 DE3940083 C2 DE 3940083C2
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    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/3213Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
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    • H01L21/32136Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum anisotropen Trockenätzen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen enthaltenden Leiterbahnebenen in integrierten Halblei terschaltungen, bei denen als Ätzmaske eine Fotolack schicht verwendet wird, und bei dem der Ätzprozeß in einem Chlorionen und Stickstoff enthaltenden Plasma durchgeführt wird. The invention relates to a process for the anisotropic dry etching of aluminum or aluminum alloys containing conductor track planes terschaltungen in integrated semiconducting in which a photoresist is used layer as an etching mask, and in which the etching process containing a chlorine ion and nitrogen plasma is performed.

Für Trockenätzprozesse für Aluminium-Leiterbahnen werden bislang zur Initialisierung des Ätzprozesses Gase wie Bortrichlorid, Siliziumtetrachlorid oder Tetrachlorkohlen stoff verwendet. For dry etching of aluminum interconnects are previously used to initialize the etching process gases such as boron trichloride, silicon tetrachloride or carbon tetrachloride. Durch Ionenbeschuß mit diesen Gasen wird die auf der Aluminiumoberfläche vorhandene Oxidschicht entfernt, so daß dann mit Chlorgas das Aluminium geätzt werden kann. present on the aluminum surface oxide layer is removed, so that then with chlorine gas, the aluminum can be etched by ion bombardment with these gases. Daneben wird erreicht, daß Feuchtigkeit aus dem Ätzreaktor entfernt wird. Besides that moisture is removed from the etch reactor is achieved.

Zum Stand der Technik wird auf einen Bericht von HB Bell aus dem J. Electrochem. is the state of the art in a report from HB Bell from the J. Electrochem. Soc., Mai 1988, S. 1184-1191 hingewiesen, aus dem bekannt ist, zum Ätzen von Aluminium/ Silizium Mischungen aus Bortrichlorid oder -bromid und Chlor zu verwenden. Soc., May 1988 p 1184-1191 noted, is known from, to be used for etching aluminum / silicon mixtures of boron trichloride or bromide and chlorine.

Des weiteren ist aus einem Bericht von Jershen Maa und Bernard Halon aus dem J. Vac. Furthermore, from a report by Jershen Maa and Bernard halon from the J. Vac. Sci. Sci. Technol. Technol. B4(4), Juli/ Aug. 1986, S. 822-828 zu entnehmen, daß beim anisotropen Trockenätzen von Leiterbahnen aus Aluminium bzw. Alumi niumlegierungen es schwierig ist, die Ätzresiduen an den Leiterbahnstrukturen zu entfernen. B4 (4) to remove July / Aug. 1986, pp 822-828 that niumlegierungen the anisotropic dry etching of interconnects made of aluminum or an aluminum s, it is difficult to remove the etching residues on the conductor track structures. Diese Residuen bilden sich infolge des unterschiedlichen Schichtdickenabtrages an den Stufen. These residues are formed due to the different Schichtdickenabtrages on the steps. Störend wirken sich diese Ätzresiduen dann aus, wenn bei fortschreitender Miniaturisierung an Halb leiterbauelementen Strukturen im Bereich von 1 µm und da runter erzeugt werden. Disturbing these etching residues affect when generated with the progress of miniaturization of semiconductor devices structures in the range from 1 .mu.m and down there. Durch Überätzen werden hier die Ätzresiduen gemindert, dabei wird aber eine Reduzierung der Aluminiumleiterbahnbreite in Kauf genommen. By etching the etching residues are reduced here, yet a reduction of the aluminum conductor width is accepted.

Ein Verfahren ähnlich dem eingangs genannten ist aus dem Artikel von M. Sato und H. Nakamura, J. Electrochem. A process similar to the mentioned above is from the article by M. Sato and H. Nakamura, J. Electrochem. Soc., Vol. 129, No. Soc., Vol. 129, No. 11, November 1982, Seiten 2522 bis 2527, bekannt. 11, November 1982, pages 2522-2527, is known. Dort wird jedoch primär mit einem üblichen Te trachlorkohlenstoff-Plasma geätzt, wobei zur Unterdrückung der Bildung von Kohlenstoffschichten Stickstoff beige mischt wird und Chlorionen nur durch Dissoziation in der Plasmaentladung entstehen. There is, however, primarily etched with a conventional Te trachlorkohlenstoff-plasma, is mixed for suppressing the formation of carbon layers beige nitrogen and chlorine ions are produced only by dissociation in the plasma discharge.

Bekannt ist ferner aus dem Artikel von H. Okano et al, Toshiba Review Nr. 143, Spring 1983, Seiten 31 bis 35, ein Al-Trockenätzprozeß in einem Chlor und Wasserstoff ent haltenden Plasma, sowie, aus der EP-A 03 70 775, ein Ätz prozeß in Chlorgas, dem Stickstoff oder Argon als Inert gase zugemischt werden können. It is also known from the article by H. Okano et al, Toshiba Review no. 143, Spring 1983, pages 31 to 35, an Al dry etching ent holding in a chlorine and hydrogen plasma, as well as from EP-A 03 70 775 , an etching process in chlorine gas, the nitrogen or argon as the inert gases may be mixed. Bei letzterem Prozeß dient die Plasmaätzung von Kontamination, einer ersten Leiterbahn schicht. In the latter process, the plasma etch of contamination is used, a first layer conductor. Diese ist teilweise von einer Isolierschicht wie SiO₂ bedeckt. This is partly covered by an insulating layer such as SiO₂. Nach der Plasma-Vorbereitung wird auf der ersten eine zweite Leiterbahnschicht abgeschieden. After the plasma preparation, a second wiring layer is deposited on the first.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Trockenätzverfahren für Leiterbahnebenen aus Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen anzugeben, welches folgende Bedingungen erfüllt: The object of the invention is to provide a dry etching method for conductor track planes of aluminum or aluminum alloys, which fulfills the following conditions:

  • 1) Die Leitbahnstrukturen sollen senkrechte bzw. positiv geneigte Flanken aufweisen. 1) The conductor structures are to have vertical or positively sloped flanks.
  • 2) An den Flanken soll eine gute Seitenwandpassivierung erfolgen. 2) On the sides is to be a good sidewall.
  • 3) Die Aluminiumleitbahnen sollen eine hohe Korrosions beständigkeit besitzen. 3) The Aluminiumleitbahnen should possess high corrosion resistance.
  • 4) Der Prozeß soll in den Fertigungsablauf gut integrierbar sein und 4) The process should be well integrated into the production process and
  • 5) schwer handzuhabende und korrosive Gase wie Bortri chlorid, Siliziumtetrachlorid sollen vermieden werden. 5) difficult-to-handle and corrosive gases such as Bortri chloride, silicon tetrachloride should be avoided.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Ätzprozeß in einem aus Chlor, Stickstoff und Argon bestehendem Plasma durchgeführt wird, und daß das Verhältnis von Chlor : Stickstoff : Argon im Gasdurchfluß des Reaktors auf 1 : 2-5 : 2-5 eingestellt wird. The inventive object is achieved in a method of the aforementioned type characterized in that the etching process is carried out in an existing from chlorine, nitrogen and argon plasma, and that the ratio of chlorine: Nitrogen: Argon gas flow in the reactor to 1: 2-5 : 2-5 is set. Anstelle von Bortrichlorid bzw. Siliziumtetrachlorid oder Tetrachlorkohlenstoff wird Stickstoff und Argon verwendet und deren Ionen zur Ini tialisierung des Ätzprozesses eingesetzt. Instead of boron trichloride or silicon tetrachloride or carbon tetrachloride, nitrogen and argon is used, and the ion used for Ini tialisierung the etching process. Nach dem Alumi niumätzen wird anstelle von Chlor Sauerstoff in den Reaktor eingeleitet, wobei die Fotolackmaske "in situ" ent fernt werden kann. niumätzen after Alumi is introduced oxygen instead of chlorine in the reactor, wherein the photoresist mask can be "in situ" ent removed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfin dung werden die bei Aluminium-Metallisierungen üblichen Diffusionsbarriere-Schichten aus Titan und/oder Titanni trid oder aus amorphem Silizium mitgeätzt. According to one embodiment according to the teachings of the dung OF INVENTION customary in aluminum metallization diffusion barrier layers of titanium and / or Titanni are also etched nitride or amorphous silicon. Die Verwendung von Titan bzw. Titannitridschichten als Diffusionsbarriere bei Aluminiumleitbahnen ist aus der europäischen Patent anmeldung 03 04 728 bekannt. The use of titanium or titanium nitride as a diffusion barrier at Aluminiumleitbahnen is known from European Patent Application 03 04 728th

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt außerdem eine Mehr lagen-Metallisierung in einem Schritt mit Festzeiten zu ätzen, was für den Fertigungsablauf von großer Bedeutung ist. The inventive method also allows more were metallization in one step with hard times to etch, which is within the manufacturing process is very important.

Im Ätzreaktor (Applied Materials MEX 8131, 8331 und ähnliches oder Single wafer machines, P5000, Tegal, LAM) werden folgende Prozeßparameter eingestellt: In the etch reactor (Applied Materials MEX 8131, 8331 and the like or Single wafer machines, P5000, Tegal, LAM), the following process parameters are set:
Reaktordruck: 2,5 bis 7 Pa Reactor pressure: from 2.5 to 7 Pa
RF-Energie (variable): 1000 bis 2500 Watt RF energy (variable): 1000 to 2500 watts
DC-Bias: -200 bis -350 Volt DC bias: -200 to -350 volts
Chlordurchfluß: 30 bis 60 sccm Chlordurchfluß: 30 to 60 sccm
Stickstoffdurchfluß: 50 bis 300 sccm Nitrogen flow: 50 to 300 sccm
Argondurchfluß: 50 bis 300 sccm. Argon flow: 50 to 300 sccm.

Die Fig. 1 und 2 zeigen im Schnittbild die durch das er findungsgemäße Verfahren erhaltenen Aluminiumstrukturen. Figs. 1 and 2 show the aluminum structures obtained by the process according to he invention in a sectional view. Dabei gelten folgende Bezugszeichen: The following reference numbers are:

1 = Siliziumsubstrat 1 = silicon substrate
2 = SiO 2 -Schicht 2 = SiO 2 layer
3 = Titan/Titannitrid-Schicht 3 = titanium / titanium nitride layer
4 = Aluminium/Silizium/Kupfer-Schicht 4 = aluminum / silicon / copper layer
5 = Titannitrid- oder amorphe Silizium-Schicht 5 = titanium nitride or amorphous silicon layer
6 = Fotolackmaske 6 = photoresist mask
7 = Seitenwandpassivierungsschicht. 7 = sidewall passivation.

Die Fig. 1 zeigt eine Aluminiumstruktur mit senkrechten Flanken; Figs. 1 shows an aluminum structure having vertical edges; in Fig. 2 ist eine positiv geneigte Aluminium- Flanke dargestellt. in Fig. 2 is a positively sloped aluminum is shown flank. Unterschied in der Prozeßführung bei Fig. 1 DC-Bias niedrig, bei Fig. 2 DC-Bias hoch. Difference in the process control of Fig. 1 DC bias low, in Fig. 2 DC bias high.

Claims (5)

1. Verfahren zum anisotropen Trockenätzen von Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen enthaltenden Leiterbahnebenen in integrierten Halbleiterschaltungen, 1. A process for the anisotropic dry etching of aluminum or aluminum alloys containing interconnect layers in semiconductor integrated circuits,
  • a) bei dem als Ätzmaske eine Fotolackschicht verwendet wird, a) in which used as an etch mask, a photoresist layer,
    • b1) bei der Ätzprozeß in einem Chlorionen und Stickstoff enthaltenden Plasma durchgeführt wird, b1) is carried out in the etching process in a chlorine-containing ions and nitrogen plasma
dadurch gekennzeichnet , characterized in
    • b2) daß der Ätzprozeß in einem in Chlor, Stickstoff und Argon erzeugten Plasma durchgeführt wird, und b2) that the etching process is performed in an image formed in chlorine, nitrogen and argon plasma, and
  • c) daß das Verhältnis von Chlor : Stickstoff : Argon im Gasdurchfluß des Reaktors auf 1 : 2-5 : 2-5 eingestellt wird. c) that the ratio of chlorine: Nitrogen: Argon gas flow in the reactor to 1: is set 2-5: 2-5.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Reaktor auf 2,5 bis 7 Pa, die Hochfre quenzleistung im Bereich von 1000 bis 2500 Watt und die DC-Bias-Spannung im Bereich von -200 bis -350 Volt eingestellt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure in the reactor to 2.5 to 7 Pa, the Hochfre quenzleistung in the range of 1000 to 2500 watts and the DC bias voltage in the range -200 to -350 volts set becomes.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasdurchfluß auf 3. The method of claim 1 or 2, characterized in that the gas flow on
30 bis 60 sccm Chlor, 30 to 60 sccm chlorine,
50 bis 300 sccm Stickstoff und 50 to 300 sccm nitrogen and
50 bis 300 sccm Argon eingestellt wird. 50 to 300 sccm of argon is adjusted.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich mit der Aluminium- bzw. der Aluminiumlegie rungsschicht ( 4 ) eine als Diffusionsbarriere in Sandwich- Struktur mit der Aluminiumschicht ( 4 ) aufgebrachte, aus Titan und/oder aus Titannitrid oder aus amorphem Silizium bestehende Schicht ( 3 , 5 ) mitgeätzt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at the same time approximately in layers with the aluminum or the Aluminiumlegie (4) applied as a diffusion barrier in a sandwich structure with the aluminum layer (4), made from titanium and / or titanium nitride or made of amorphous silicon layer (3, 5) is also etched.
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