DE69922658T2

DE69922658T2 - Verfahren zum Ätzen einer Aluminium enthaltenden Schicht

Info

Publication number: DE69922658T2
Application number: DE69922658T
Authority: DE
Inventors: Robert J. O'donnell
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: WO1999067443A1; EP1097257A1; US5994235A; KR20010053044A; ES2233055T3; DE69922658D1; EP1097257B1; WO1999067443A9; TW421828B; EP1475461A1; US6242107B1; KR100645908B1; JP2002519841A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Berarbeitung von Halbleitersubstraten. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren zum Verbessern von Ätzergebnissen beim Ätzen durch eine Aluminiumenthaltende Schicht.
Bei der Halbleiterverarbeitung können Vorrichtungen wie etwa Bauteil-Transistoren auf einem Halbleiterwafer oder Substrat ausgebildet werden, das typischerweise aus Silizium besteht. Metallische Zwischenverbindungsleitungen, die typischerweise aus einer über dem Substrat abgelagerten, Aluminium enthaltenden Schicht geätzt werden, können dann eingesetzt werden, um die Vorrichtungen miteinander zu koppeln, um die gewünschte Schaltung zu bilden.
Um die Diskussion zu erleichtern, illustriert 1 eine Querschnittsansicht eines Schichtstapels 20, der einige der Schichten repräsentiert, die während der Herstellung einer typischen integrierten Halbleiterschaltung gebildet werden. Obwohl hierin eine integrierte Halbleiterschaltung (IC) diskutiert wird, um das Verständnis zu verbessern, gilt die hiesige Diskussion auch für Substrate, die eingesetzt werden, um andere elektronische Komponenten herzustellen, z.B. Glaspanele, die zur Herstellung von Flachpanelbildschirmen eingesetzt werden. Man beachte, dass andere zusätzliche Schichten über, unter oder neben den gezeigten Schichten vorhanden sein können. Weiterhin müssen nicht alle gezeigten Schichten notwendigerweise vorhanden sein und einige oder alle können durch andere unterschiedliche Schichten ersetzt sein.
Am Boden des Schichtstapels 20 ist ein Substrat 100 gezeigt. Eine Oxidschicht 102, die typischerweise SiO₂ umfasst, kann über dem Substrat 100 gebildet werden. Eine Barriereschicht 104, die typischerweise aus einer Titan enthaltenden Schicht wie etwa Ti, TiW, TiN oder andere geeignete Barrierematerialien gebildet ist, kann zwischen der Oxidschicht 102 und einer nachfolgend abgelagerten Metallisierungsschicht 106 angeordnet sein. Im Falle von 1 repräsentiert die Barriereschicht 104 eine Zweilagenstruktur, die eine Ti-Schicht enthält, die einer TiN-Schicht unterliegt. Die Barriereschicht 104 funktioniert, wenn vorgesehen, um die Diffusion von Siliziumatomen aus der Oxidschicht 102 in die Aluminiumenthaltende Schicht zu verhindern.
Die Aluminium-enthaltende Schicht 106 kann eine Schicht aus reinem Aluminium repräsentieren oder kann eine Schicht repräsentieren, die aus einer der bekannten Aluminiumlegierungen gebildet ist, wie etwa Al-Cu, Al-Si oder Al-Cu-Si. Die verbleibenden zwei Schichten von 1, d.h. eine antireflektive Abdeck- (ARC, anti-reflective coating) Schicht 108 und eine überlagernde Fotoresist- (PR) Schicht 110 können dann oben auf der Aluminium-enthaltenden Schicht 106 ausgebildet sein. Die ARC-Schicht 108, die typischerweise eine andere Titan-enthaltende Schicht wie etwa TiN oder TiW umfasst, kann dabei helfen, zu verhindern, dass Licht (z.B. vom Lithographieschritt, der den Fotoresist bemustert) an der Oberfläche der Aluminium-enthaltenden Schicht 106 reflektiert und gestreut wird.
Die Fotoresistschicht 110 repräsentiert eine Schicht konventionellen Fotoresistmaterials, das zum Ätzen bemustert werden kann, z.B. durch die Exposition mit ultravioletten Strahlen. Wie ersichtlich, sind die Aluminiumenthaltende Schicht 106 und die Fotoresistschicht 110 die Schichten von besonderem Interesse für die vorliegende Erfindung, wobei alle anderen Schichten optional sind. Die Schichten des Schichtenstapels 20 sind für Fachleute leicht erkennbar und können unter Verwendung jeglicher Zahl geeigneter und bekannter Abscheidungsprozesse ausgebildet wird, einschließlich chemischer Aufdampfung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Aufdampfung (PECVD) und physikalischer Aufdampfung (PVD), wie etwa Zerstäubung.
Um die zuvor erwähnten metallischen Zwischenverbindungsleitungen zu bilden, kann ein Abschnitt der Schichten des Schichtstapels, der die Aluminium-enthaltende Schicht 106 beinhaltet, unter Verwendung einer geeigneten Fotoresisttechnik geätzt werden. Beispielhaft involviert eine solche Fotoresisttechnik das Bemustern der Fotoresistschicht 110 durch Exponieren des Fotoresistmaterials in einem Kontakt- oder Stepperlithographiesystem und die Entwicklung des Fotoresistmaterials, um eine Maske auszubilden, um das nachfolgende Ätzen zu ermöglichen. Unter Verwendung eines geeigneten Ätzmittels können die Bereiche der Aluminiumenthaltenden Schicht, die von der Maske ungeschützt sind, dann unter Verwendung eines geeigneten Ätzquellengases weggeätzt werden, was Aluminium-enthaltende Zwischenverbindungsleitungen oder Merkmale zurücklässt. Beispielsweise ist ein üblicherweise verwendetes Ätzmittel zum Plasmaätzen der Aluminiumschicht eine Mischung von Cl₂ und BCl₃.
Um eine größere Schaltungsdichte zu erreichen, werden moderne Halbleitervorrichtungen mit zunehmend schmaleren Ätzgeometrien skaliert. Als Ergebnis sind die Merkmalsgrößen, d.h. die Breite der Zwischenverbindungsleitungen oder der Abstände (z.B. Gräben) zwischen benachbarten Zwischenverbindungsleitungen fortlaufend gesunken. Während beispielsweise eine Leitungsbreite von ungefähr 0,8 Mikron (μm) für einen 4 Megabit (Mb) wahlfreien Zugriffsspeicher (DRAM) IC als akzeptabel angesehen wird, verwenden 256 Mb DRAM ICs vorzugsweise Zwischenverbindungsleitungen im Bereich von 0,25 μm oder sogar noch dünner.
Die ständig schrumpfenden Ätzgeometrien stellen jedoch viele Herausforderungen für die Prozessingenieure dar. Während die Merkmale kleiner werden und die Fotoresistmaske progressiv dünner wird, wird es zunehmend wichtiger, Ätzprozesse zu entwickeln, die befriedigende Ätzergebnisse erzielen. Dies liegt daran, dass die Ätzergebnisse aus dem Cl₂/BCl₃-Ätzprozess des Standes der Technik dazu tendieren, schlechter zu werden, wenn die Merkmalsgröße unter einen bestimmten Punkt sinkt.
Beispielsweise ist die Fotoresistselektivität ein Ätzergebnis, um dessen Verbesserung sich die Prozessingenieure permanent bemühen. Die Fotoresistselektivität bezieht sich auf die Fähigkeit eines gegebenen Ätzverfahrens, zwischen der zu ätzenden Zielschicht (in diesem Fall der Aluminium-enthaltenden Schicht) und der Fotoresistmaske zu unterscheiden. Die Fotoresistselektivität wird häufig anhand der Ätzrate durch die Zielschicht gegenüber der Ätzrate der Fotoresistmaske ausgedrückt. Die Fotoresistselektivität ist recht wichtig, da die bei der Fabrikation von modernen Halbleitervorrichtungen verwendete Fotoresistmaske ziemlich dünn ist. Falls ein gewählter Ätzprozess eine zu niedrige Fotoresistselektivität aufweist, kann die Fotoresistmaske abgenutzt sein, bevor das Ätzen abgeschlossen ist, was das Auftreten von Ätzbeschädigungen in Bereichen der unterliegenden Aluminiumenthaltenden Schicht verursacht, wo ein Ätzen nicht beabsichtigt ist.
Der Mikromaskierrückstand ist ein anderes wichtiges Ätzergebnis, das Aufmerksamkeit erfordert. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass der gewählte Ätzprozess keine unerwünschten Rückstände oder Ätznebenprodukte auf der Oberfläche des Substrats nach dem Ätzen zurücklässt. Dies liegt daran, dass die Anwesenheit des unerwünschten Rückstands mit nachfolgenden Verarbeitungsschritten oder mit der richtigen Leistung der sich ergebenden Halbleitervorrichtung interferieren kann. Ein anderer wichtiger Ätzparameter ist die Ätzrate durch die Aluminium-enthaltende Schicht. Da eine höhere Aluminiumätzrate vom Standpunkt der "cost of ownership" (d.h. der Produktionskosten pro Substrat) vorteilhaft ist, ist eine höhere Aluminiumätzrate allgemein wünschenswert.
Noch ein anderes wichtiges Ätzergebnis ist das Profilmikroladen. Profilmikroladen tritt auf, weil das Ätzen, das bei den engen Abständen auftritt, sich von dem unterscheiden kann, das in den offenen Feldbereichen auftritt. Diese Differenz kann das Seitenwandprofil von Merkmalen im dichten Bereich dazu veranlassen, eine andere Form als die Seitenwandprofile von Merkmalen im offenen Feldbereich anzunehmen. Unter Bezugnahme auf 2 ist beispielsweise dort ersichtlich, dass ein Profilmikroladen einer Seitenwand 202 und eine Seitenwand 206 im offenen Feldbereich dazu veranlasst, ein geneigteres Profil als die vertikale Seitenwand 204 im dichten Bereich anzunehmen. In diesem Beispiel repräsentiert 2 das Ergebnis, nachdem der Schichtstapel von 1 mit Cl₂/BCl₃ Ätzmittelquellengas des Stands der Technik in einer Plasmaprozesskammer geätzt worden ist. Weil ein Profilmikroladen eine Abweichung in der kritischen Dimension der geätzten Merkmale darstellt, ist es allgemein wünschenswert, das Profilmikroladen zu minimieren. Diese und andere Ätzergebnisse sind für die Ätzergebnisse repräsentativ, welche die Prozessingenieure permanent optimieren wollen, um der Herausforderung der Herstellung moderner hochdichter Halbleitervorrichtungen zu begegnen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 zum Ätzen ausgewählter Bereiche einer Aluminium-enthaltenden Schicht eines Schichtstapels, der auf einem Substrat angeordnet ist.
Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und dem Studium der verschiedenen Figuren der Zeichnung ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung ist exemplarisch und nicht-limitierend in den Figuren der beigefügten Zeichnungen illustriert, die nicht maßstabgerecht gezeichnet sind, um die Illustration zu vereinfachen, und bei denen gleiche Bezugszeichen sich auf ähnliche Elemente beziehen.
1 illustriert eine Querschnittsansicht eines Schichtstapels, der die während der Herstellung eines typischen Halbleiter-IC ausgebildeten Schichten repräsentiert.
2 illustriert eine Querschnittsansicht des Schichtstapels von 1, nachdem die Aluminium-enthaltende Schicht unter Verwendung einer Cl₂/BCl₃ Chemie geätzt worden ist.
3 illustriert eine Querschnittsansicht des Schichtstapels von 1, nachdem die Aluminium-enthaltende Schicht unter Verwendung der erfindungsgemäßen Chemie geätzt worden ist, die HCl, ein Chlor-enthaltendes Quellengas und ein Sauerstoff-enthaltendes Quellengas beinhaltet.
4A ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Fotoresistätzrate und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate der HCl/Cl₂/O₂ Mischung) illustriert, wenn kein Aluminium anwesend ist.
4B ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Aluminiumätzrate, der Fotoresistätzrate und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate der HCl/Cl₂/O₂ Mischung) illustriert, wenn die Aluminiumschicht geätzt wird.
5 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen dem Rückstand und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate der HCl/Cl₂/O₂ Mischung) zeigt, während durch die Aluminium-enthaltende Schicht für eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem verwendende, beispielhafte Ätzung geätzt wird.
6 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Fotoresistätzrate und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate der HCl/C₂/O₂ Mischung) illustriert, während durch die Aluminium-enthaltende Schicht für eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem verwendende, beispielhafte Ätzung geätzt wird.
7 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Fotoresistselektivität und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate der HCl/C₂/O₂ Mischung) illustriert, während durch die Aluminium-enthaltende Schicht für eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem verwendende, beispielhafte Ätzung geätzt wird.
8 ist eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Profilmikroladung und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate der HCl/C₂/O₂ Mischung) illustriert, während durch die Aluminium-enthaltende Schicht für eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem verwendende, beispielhafte Ätzung geätzt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im Detail unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsformen derselben detailliert beschrieben, wie in den beigefügten Zeichnungen illustriert. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargestellt, um ein grundlegendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle dieser spezifischen Details ausgeübt werden kann. In anderen Fällen sind wohlbekannte Prozessschritte und/oder Strukturen nicht detailliert beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verdecken.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Ätzen durch die Aluminiumenthaltende Schicht hindurch durch Ätzen des Substrats in einer Plasmaprozesskammer unter Verwendung eines Ätzmittelquellgases optimiert, das HCl, ein Chlor-enthaltende Quellgas und ein Sauerstoff-enthaltendes Quellgas enthält. Wie aus der Ausdruck hier verwendet wird, repräsentiert das Chlorenthaltende Quellgas jegliches Chlor-enthaltende Gas, wie etwa beispielsweise Cl₂, CCl₄ oder dgl. (aber nicht HCl). Das Sauerstoff-enthaltende Quellgas kann CO, CO₂, NO_x, O₂ oder dgl. (entweder allein oder in Kombination mit einem Verdünnungsmittel, wie etwa N₂, Ar oder vorzugsweise He oder dgl.) enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das verwendete Ätzmittelquellgas HCl, Cl₂ und O₂, wobei der O₂ Fluss auf unter etwa 20 % des Gesamtgasflusses in die Plasmaprozesskammer limitiert ist. Im offenbarten System von Ätzparametern ist gefunden worden, dass in Anwesenheit von exponiertem Aluminium die Zugabe von O₂ Gas überraschenderweise die Fotoresistätzrate vermindert.
Es wird gesagt, dass die Verminderung der Fotoresistätzrate überraschend ist, da die Fotoresistmaske typischerweise organisch basiert ist und die Zugabe eines Sauerstoff-enthaltenden Gases, das dissoziiert und ein Sauerstoffplasma bildet, daher die Verbrennung oder Entfernung des Fotoresists beschleunigen sollte. Tatsächlich wird Sauerstoff oft im Stand der Technik als eines der Quellgase verwendet, das bei stromabwärts gelegenen Fotoresiststripp-Prozessen verwendet wird, d.h. bei den Prozessen, die dafür entworfen sind, die Fotoresistmaske schnell wegzuätzen.
Der Erfinder hat auch bestätigt, dass, wenn ein Testwafer, auf dem nur Fotoresist abdeck-abgeschieden ist (d.h. ohne eine unterliegende Aluminium-enthaltende Schicht) die Zugabe von O₂ in die HCl/Cl₂ Mischung tatsächlich die Fotoresistätzrate beschleunigt. Dieses erwartete Ergebnis ist in 4 gezeigt, wobei die Fotoresistätzrate auf einem Testwafer, der auf sich nur eine Schicht von abdeckabgeschiedenen I-Line-Fotoresists aufweist, relativ zur Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate der HCl/Cl₂/O₂ Mischung) gezeigt ist. Wie in 4 zu sehen, steigert das Steigern der Sauerstoffflussrate die Fotoresistätzrate in dieser Situation.
Jedoch zeigen experimentelle Daten, dass, wenn man die offenbarten Prozessbedingungen insgesamt nimmt, das Steigern der Flussrate des O₂-Gases im erfinderischen und offenbarten Ätzsystem tatsächlich dabei hilft, die Fotoresistätzrate zu senken, wenn die Aluminium-enthaltende Schicht die zu ätzende Zielschicht ist. Dies kann im Auftrag von 4B gesehen werden, bei dem die Aluminiumätzrate und die Fotoresistätzrate für eine beispielhafte Ätzung unter Verwendung des erfindungsgemäßen HCl/Cl₂/O₂-Rezepts aufgetragen sind. Für das Beispiel von 4B verhalten sich die Aluminiumätzrate und die Fotoresistätzrate wie erwartet, wenn die Sauerstoffflussrate über einem Schwellenpunkt (etwa 5 % des Gesamtflussvolumens im Beispiel von 4B) liegt. Das heißt, die Aluminiumätzrate sinkt (aufgrund der Bildung von relativ stabilem Al₂O₃) und die Fotoresistätzrate steigt mit steigendem Sauerstofffluss. Merkwürdigerweise verhalten sich die Aluminiumätzrate und die Fotoresistätzrate in völlig unerwarteter Weise, wenn der Sauerstofffluss unter dem Schwellenpunkt ist (etwa 5 % des Gesamtflussvolumens im Beispiel von 4B). Das heißt, in dem System, bei dem die Sauerstoffflussrate unter dem Schwellenpunkt, sinkt die Aluminiumätzrate nicht, während die Fotoresistätzrate tatsächlich sinkt.
Das Ätzquellgas ist im Wesentlichen frei von BCl₃. Anders ausgedrückt, sind gute Ätzergebnisse im Hinblick auf die Aluminiumätzrate, die Fotoresistselektivität, das Profilmikroladen, der Mikromaskenrückstand und dgl. durch die Zugabe von O₂ unter Verwendung des offenbarten Ätzsystems und in Abwesenheit von BCl₃ erzielt worden. Dies ist so, obwohl BCl₃ nicht anwesend ist, um die Ätzmerkmale zu passivieren, wie im Falle der Cl₂/BCl₃-Ätzung des Stands der Technik.
Die Abwesenheit von Aluminiumoxidrückständen ist ein anderes überraschendes Ergebnis des erfinderischen Ätzprozesses. Im Allgemeinen ist Aluminiumoxid eine sehr stabile Verbindung. Außerhalb des Halbleiterbereichs ist es bekannt, dass Aluminiumoxid Aluminiumkomponenten erlaubt, hochresistent gegenüber Korrosionsbeschädigung zu sein, da die haltbare Beschichtung aus Aluminiumoxid, die gebildet wird, wenn Aluminiumoxid mit Sauerstoff in der Umgebung reagiert, die Aluminiumoberfläche abdeckt und jegliche weitere Korrosion stoppt. Da ein Sauerstoff-enthaltendes Quellgas in die Ätzquellgasmischung eingeleitet wird, würde man erwarten, dass Aluminiumoxid, das auch relativ nicht-flüchtig ist, gebildet würde und es nach dem Ätzen einen Aluminiuimoxidrückstand auf der Waferoberfläche geben würde. Nichtsdestoweniger wird im hier offenbarten Ätzsystem nach dem Ätzen überraschend wenig, falls überhaupt, Rückstand auf der Substratoberfläche ausgebildet.
Während nicht vollständig verstanden ist, warum die Fotoresistätzrate in Abwesenheit von Aluminium steigen würde, und sinken würde, wenn Aluminium vorhanden ist, spekuliert der Erfinder hier, dass die überraschende Abwesenheit von Aluminiumoxidrückständen durch den relativ niedrigen Fluss des Sauerstoffenthaltenden Quellgases (der die Bildungsrate jeglichen Aluminiumoxidrückstands beschränkt) wie auch durch das geeignete Einstellen der Chuck-Elektrodenvorspannung (welche die Rate steuert, mit der die Substratoberfläche während der Ätzung bombardiert wird) erklärt werden kann. Durch Mitteln einer sorgfältigen Balance zwischen der Rate von Aluminiumoxid-Bildung (wie auch der der anderen Rückstände) und der Rate, mit der die Rückstände von der Substratoberfläche zerstäubt werden, kann ein im Wesentlichen rückstandsfreies Ätzergebnis erhalten werden.
Tatsächlich wird angenommen, dass die Flussrate des Sauerstoff-enthaltenden Quellgases eine entscheidende Rolle für den Erfolg der Aluminiumätzung spielt. Um die Anwesenheit von Rückstand nach dem Ätzen zu vermeiden, liegt die Flussrate des Sauerstoff-enthaltenden Quellgases unter etwa 20 % (aber nicht bei 0 % ) der Gesamtätzmittelquellgasflussrate, bevorzugtererweise unter etwa 10 % (aber nicht bei 0 % ) und am bevorzugtesten zwischen etwa 2 % und etwa 4 %.
Die 5 bis 8 illustrieren einige der Ätzergebnisse für eine exemplarische Ätzung, bei der eine Mischung von HCl/Cl₂ und O₂ als Ätzquellgas in einr induktiv gekoppelten Niederdruck-Hochdichte-Plasmaprozesskammer verwendet wird. 5 stellt die Beziehung zwischen verbleibendem Rückstand (in willkürlichem Maßstab auf der Y-Achse gezeigt) und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate auf der X-Achse) für ein beispielhaftes Rezept dar. Wie ersichtlich, steigt der Rückstand signifikant, wenn die Flussrate von Sauerstoff steigt. Unter einer gewissen Flussrate (4 % im Beispiel von 5) liegt der Rückstand jedoch überraschenderweise vorzugsweise unter etwa 10 % (aber nicht bei 0 % ) und am bevorzugtesten zwischen etwa 2 und etwa 4 %.
Die 5 bis 8 illustrieren einige der Ergebnisse für eine beispielhafte Ätzung, bei der eine Mischung von HCl/Cl₂ und O₂ als Ätzquellgas in einer induktiv gekoppelten Niederdruck-Hochdichte-Plasmaprozesskammer verwendet wird. 5 stellt die Beziehung zwischen verbleibendem Rückstand (in willkürlichem Maßstab auf der Y-Achse gezeigt) und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate auf der X-Achse) für ein beispielhaftes Rezept dar. Wie ersichtlich, steigt der Rückstand signifikant, wenn die Flussrate von Sauerstoff steigt. Unter einer gewissen Flussrate (4 % im Beispiel von 5) ist der Rückstand jedoch überraschenderweise abwesend. 6 stellt die Beziehung zwischen der Fotoresistätzrate (in Angström pro Minute) und der Flussrate von Sauerstoff (wieder ausgedrückt als % der Gesamtflussrate) dar. Wie in dem Beispiel von 6 zu sehen, sinkt die Fotoresistätzrate überraschenderweise, wenn die Sauerstoffflussrate im gezeigten System ansteigt (z.B. zwischen etwa 2 % und etwa 6 % im Beispiel von 6).
7 stellt die Beziehung zwischen der Fotoresistselektivität (d.h. der Aluminiumätzrate relativ zur Fotoresistätzrate) und der Flussrate von Sauerstoff (wiederum ausgedrückt als % der Gesamtflussrate) dar. Wie das Beispiel von 7 zeigt, steigt die Fotoresistselektivität, wenn die Flussrate von Sauerstoff im beispielhaften System der Figur ansteigt (d.h. zwischen etwa 2 % und etwa 6 % ).
8 stellt die Beziehung zwischen dem Profilmikroladen und der Flussrate von Sauerstoff (wiederum ausgedrückt als % der Gesamtflussrate) dar. Wie das Beispiel von 8 zeigt, sinkt das Profilmikroladen, wenn die Flussrate von Sauerstoff im exemplarischen System der Figur ansteigt (d.h. zwischen etwa 2 % und etwa 6 % ). Ein Abnehmen des Profilmikroladens im offenbarten Ätzsystem ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens.
Bei einer beispielhaften Ätzung wird ein 200 mm-Wafer, der auf sich eine Aluminiumschicht, die unter einer Fotoresistmaske für tiefes UV liegt, die etwa 8000 Angström dick ist, aufweist, in einer induktiv gekoppelten Hochdichte-Niederdruck-Plasmaprozesskammer geätzt, die als 9600PTX bekannt ist, erhältlich von Lam Research Corp., Fremont, Kalifornien. Wie die Begriffe hier verwendet werden, bezieht sich Hochdichte auf eine Plasmadichte über etwa 10¹¹ Ionen/cm³, während sich Niederdruck auf die Tatsache bezieht, dass der Druck innerhalb der Plasmakammer während des Ätzens unter 100 mTorr (13,33 Pa) liegt. Die Erfindung ist natürlich nicht auf irgendeine bestimmte Art von Fotoresistmaterial oder Wafergröße beschränkt, und es wird erwogen, dass die Erfindung durchaus in anderen Arten von Plasmaprozessreaktoren durchgeführt werden kann, einschließlich solcher mit höheren Drücken und mittel- oder niederdichtem Plasma.
Im zuvor erwähnten 9600 PTX-Plasmaprozesssystem kann die Bodenelektrodenleistung zwischen etwa 80 Watt und etwa 300 Watt, bevorzugtererweise zwischen etwa 100 Watt und etwa 220 Watt, und vorzugsweise bei etwa 160 Watt liegen. Die Bodenelektrodenleistung ist ein kritischer Parameter, weil sie die Rate von Rückstandzerstäubung steuert, wie zuvor erwähnt. Es wird erwogen, dass dieser Wert, wie auch die anderen hier offenbarten Werte, optimiert werden können, um den Anforderungen eines bestimmten Plasmaprozesssystems, einer bestimmten Substratgröße oder einer bestimmten Art von Fotoresist und/oder Aluminium-enthaltenden Schicht zu entsprechen. Solche eine Optimierung liegt in den Fähigkeiten eines Durchschnittsfachmanns auf dem Gebiet, in dem diese Offenbarung gegeben wird.
Die Leistung der oberen Elektrode kann zwischen etwa 400 Watt und etwa 1200 Watt, bevorzugtererweise zwischen etwa 600 Watt und etwa 1000 Watt und vorzugsweise bei etwa 800 Watt liegen. Der Druck in der Plasmakammer während des Ätzens kann zwischen etwa 2 mTorr (0,27 Pa) und etwa 20 mTorr (2,7 Pa), bevorzugtererweise zwischen etwa 8 mTorr (1,066 Pa) und etwa 12 mTorr (1,6 Pa) und vorzugsweise bei etwa 10 mTorr (1,33 Pa) liegen. Der Druck ist ein kritischer Parameter, da er die Verweildauer des Plasmas beeinflusst.
Die Gesamtflussrate des HCl/Chlor-enthaltenden Quellgases/Sauerstoff-enthaltenden Quellgas- (z.B. HCl/C₂/O₂) Ätzquellgases kann zwischen etwa 50 Standardkubikzentimeter/Minute (sccm) und etwa 300 sccm, bevorzugtererweise zwischen etwa 100 sccm und etwa 200 sccm und vorzugsweise bei etwa 150 sccm liegen. Das Verhältnis des Chlor-enthaltenden Quellgases (z.B. Cl₂) zu HCl kann zwischen etwa 0,1:1 und etwa 10:1, bevorzugtererweise zwischen etwa 0,25:1 und etwa 4:1 und vorzugsweise bei etwa 2:1 liegen. Die Flussrate des Sauerstoffenthaltenden Gases (z.B. O₂) als % der Gesamtflussrate kann zwischen etwa 0 (aber nicht bei 0 % ) und etwa 20 %, bevorzugtererweise zwischen etwa 0 % (aber nicht bei 0 % ) und etwa 10 %, und noch bevorzugtererweise zwischen etwa 2 % und etwa 4 % liegen. Wie früher erwähnt, ist die Sauerstoffflussrate ein kritischer Parameter, da sie das überraschende Ergebnis der Absenkung der Fotoresistätzrate und des Bildens von überraschend wenig, falls überhaupt, Rückstand im offenbarten Ätzsystem erbringt. Die Elektrodentemperatur kann zwischen etwa 20°C und etwa 80°C, bevorzugtererweise zwischen etwa 40°C und etwa 60°C und vorzugsweise bei etwa 50°C liegen.
In Tabelle 1 unten sind einige beispielhafte Ätzergebnisse für eine Aluminiumätzung unter Verwendung der HCl/C₂/O₂-Chemie gezeigt. Zu Vergleichszwecken werden auch die Ätzergebnisse gezeigt, die unter Verwendung ähnlicher Prozessparameter, aber unter Einsatz von C1₂/BCl₃ als Ätzquellgas erhalten worden sind. Beide Prozesse sind so eingestellt worden, dass im Wesentlichen kein Rückstand nach dem Ätzen verbleibt.
Tabelle 1
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das Ätzquellgas Cl₂/HCl/CO₂, wobei das CO₂ das Sauerstoff-enthaltende Gas repräsentiert. Es ist gefunden worden, dass, wenn CO₂ als Sauerstoff-enthaltendes Gas in der Cl₂/HCl/O₂ Ätzung der Aluminium-enthaltenden Schicht verwendet wird, ein breiteres Prozessfenster erzielt werden kann, d.h. der Prozess ist toleranter durch Ergeben guter Resultate, insbesondere in Bezug auf die Rückstandsprobleme, während er einen breiten Bereich von Parametern erlaubt. In bevorzugten Ausführungsformen besteht das Ätzquellgas vorzugsweise im Wesentlichen aus den zuvor erwähnten Cl₂/HCl/O₂-Komponentengasen und ist im Wesentlichen frei von BCl₃ oder besteht im Wesentlichen aus den zuvor erwähnten Cl₂/HCl/O₂-Komponentengasen und einem Verdünnungsgas (wie etwa N₂, Ar oder vorzugsweise He) und ist im Wesentlichen frei von BCl₃. Es wird ein Niederdruck-, Hochdichte-Plasmaprozesssystem vom Typ 9600 PTX^TM für die beispielhafte Ätzung eingesetzt, auch wenn erwogen wird, dass die Erfindung genauso mit anderen Arten von Plasmaprozessreaktoren ausgeübt werden könnte, einschließlich solcher, die höhere Drücke und mittel- oder niederdichtes Plasma aufweisen.
Beim zuvor erwähnten Plasmaprozesssystem vom Typ 9600 PTX kann die Bodenelektrodenleistung zwischen etwa 50 Watt und etwa 300 Watt, bevorzugtererweise zwischen etwa 50 Watt und etwa 250 Watt und vorzugsweise etwa 100 Watt bis etwa 200 Watt betragen, wobei etwa 150 Watt der bevorzugte Wert ist. Alternativ oder zusätzlich kann man die Mantelspannung steuern, und die Mantelspannung kann zwischen etwa -85 Volt und etwa -145 Volt betragen, wobei der bevorzugte Wert bei etwa -115 Volt liegt. Die Bodenelektrodenleistung und/oder die Mantelspannung sind wichtig, da sie (zusammen oder individuell) die Rate der Rückstandszerstäubung steuern. Es wird erwogen, dass diese Werte, wie auch die anderen hierin offenbarten Werte, optimiert werden können, um zu den Anforderungen eines bestimmten Plasmaprozesssystems, einer bestimmten Substratgröße oder einer bestimmten Art von Fotoresist und/oder Aluminiumenthaltender Schicht konsistent mit dem relativen Verhältnis von hier offenbarten Parametern zu passen.
Die Leistung der oberen Elektrode kann zwischen etwa 300 Watt und etwa 900 Watt und vorzugsweise bei etwa 600 Watt liegen. Der Druck in der Plasmakammer während der Ätzung kann zwischen etwa 6 mTorr (0,8 Pa) und etwa 14 mTorr (1,87 Pa) und vorzugsweise bei etwa 10 mTorr (1,33 Pa) liegen. Der Druck ist ein kritischer Parameter, da er die Verweildauer des Plasmas beeinträchtigt.
Die Gesamtflussrate des HCl/Chlor-enthaltenden Quellgases/Sauerstoff-enthaltenden Quellgases (z.B. HCl/Cl₂/CO₂ Ätzquellgas kann zwischen etwa 50 Standardkubikzentimeter pro Minute (sccm) und etwa 300 sccm, bevorzugtererweise zwischen 100 sccm und etwa 200 sccm und vorzugsweise bei etwa 150 sccm liegen. Das Verhältnis des Chlor-enthaltenden Quellgases (z.B. Cl₂) zu HCl kann zwischen etwa 0,1:1 und etwa 10:1, bevorzugtererweise zwischen etwa 0,25:1 und etwa 4:1 und vorzugsweise bei etwa 2:1 liegen. Die Flussrate des Sauerstoff-enthaltenden Gases (z.B. CO₂) als % der Gesamtflussrate kann zwischen etwa 0 % (aber nicht bei 0 % ) und etwa 50 %, bevorzugtererweise zwischen etwa 0 % (aber nicht bei 0 % ) und etwa 20 % und noch bevorzugtererweise zwischen etwa 1 % und etwa 12 % und noch bevorzugtererweise zwischen etwa 5 % und etwa 7 % liegen, wobei etwa 6 der bevorzugte Mittelwert ist. Wie zuvor erwähnt, ist die Flussrate des CO₂ ein kritischer Parameter, da sie das überraschende Ergebnis des Absenkens der Fotoresistätzrate und des Ausbilders von überraschend wenig, falls überhaupt, Rückstand im offenbarten Ätzsystem erzeugt. Die Elektrodentemperatur kann zwischen etwa 20°C und etwa 80°C, bevorzugtererweise zwischen etwa 40°C und etwa 60°C und vorzugsweise bei etwa 50°C liegen. Die Kammertemperatur beträgt bei einer Ausführungsform etwa 70°C, wobei der Heliumklammerdruck bei etwa 10 Torr (1,33 Pa) liegt.
Während diese Erfindung anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden ist, gibt es Änderungen, Permutationen und Äquivalente, die unter den Schutzumfang dieser Erfindung fallen. Beispielsweise ist es möglich und tatsächlich üblich, ein Verdünnungsmittel wie etwa He in den Sauerstoffenthaltenden Quellgasfluss einzuleiten. Solch eine Mischung oder eine ähnliche Mischung liegt im Schutzumfang dieser Erfindung. Als ein weiteres Beispiel, obwohl die Beispiele in Bezug auf ein induktiv gekoppeltes Plasmaprozesssystem gegeben werden, ist zu erwarten, dass die erfinderische Ätztechnik auch auf andere Arten von Plasmaprozesssystemen anzuwenden ist (z.B. solche, die ECR-basiert, MORI-basiert oder Dioden-basiert sind). Es sollte auch angemerkt werden, dass es viele alternative Wege zur Implementierung der Verfahren und Einrichtungen der vorliegenden Erfindung gibt.

Claims

Verfahren zum Ätzen ausgewählter Bereiche einer Aluminium enthaltenen Schicht eines Schichtstapels, wobei der Schichtstapel auf einem Substrat angeordnet ist, wobei die Aluminium enthaltende Schicht unter einer Photoresistmaske mit einem Muster darauf angeordnet ist, das umfasst: Bereitstellen einer Plasmaprozesskammer; Anordnen des Substrats, das darauf den Schichtstapel, der die Aluminium enthaltende Schicht und die Photoresistmaske umfasst, aufweist, innerhalb der Plasmaprozesskammer; Einströmen eines Ätzquellengases, das HCl, ein Chlor enthaltendes Quellengas und ein Sauerstoff enthaltendes Quellengas umfasst, in die Plasmaprozesskammer, wobei die Strömungsrate des Sauerstoff enthaltenden Quellengases weniger als 20 % der Gesamtströmungsrate des Ätzquellengases beträgt und worin das Ätzquellengas im Wesentlichen frei von BCl₃ ist; Ausholen eines Plasmas aus dem Ätzquellengas, wobei das Plasma dafür verwendet wird, mindestens teilweise durch die Aluminium enthaltende Schicht zu ätzen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Sauerstoff enthaltende Quellengas CO₂ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Sauerstoff enthaltende Quellengas eine Mischung aus CO₂ und einem Verdünnungsgas darstellt.
Verfahren nach Anspruch 3, worin das Verdünnungsgas He ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Sauerstoff enthaltende Quellengas O₂ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Chlor enthaltende Quellengas Cl₂ ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Plasma eine Dichte von mindestens 10¹¹ Ionen/cm³ aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Strömungsrate des Sauerstoff enthaltenden Quellengases zwischen 1 und 12 % der Gesamtströmungsrate beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Strömungsrate des Sauerstoff enthaltenden Quellengases zwischen 5 % und 7 % der Gesamtströmungsrate beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Kopfleistung, die für die Plasmaprozesskammer eingestellt wird, zwischen 300 W und 900 W liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin der Druck zwischen 6 mTorr und 14 mTorr (0,8 und 1,87 Pa) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die Plasmaprozesskammer eine induktiv gekoppelte Plasmaprozesskammer ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin das Plasma ein Plasma hoher Dichte bei niedrigem Druck ist.