TW201212124A - Plasma etching method of copper process - Google Patents

Description

201212124 :、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 =發明涉及半導體科的製造領域，尤 程的等離子刻敍方法。 剩製 【先前技術】 腐工藝是指在製造半導體器件過程中採用化學溶液或 的部分等::體除去晶圓内或晶圓表面膜層中不需要 =二用體或等離子體進行刻_方法為乾法刻 越廣泛=使^ 频得更精細的乾法刻鱗到越來 中’㈣_化學反應進行麵·職，即 離=覆ίΓ:也可以被刻㈣反，乾法_反: ，其中，用例如等離子態的鹵素的腐紐化學氣體 =荨離子態離子進行·。因此，乾法職可 圓^垂直方向進行刻_各向異性職，所以，乾法= 二 =度的精細工藝’例如’適用於甚大型積體電 離子處理裝置包含導人處理氣體的反應腔室， 一抑:腔至内配置有由—對上部電極和下部電極組成的平 電極也稱電容耗合型反應腔⑽)。在將處理氣體ί 入反應腔室内的同時，在上τ部電極間施加高頻輕，在電 離：成=，在高頻電場的作用下形成處理氣體的等 2 處理裝置也可以是電感轉合型的⑽），射 頻電源把加到電感線圈，後圈中的雷斑 生等域散到反應腔令產 等離子體纽置加工晶圓的下電極上通常會施加1将 3 201212124 頻的射頻電壓，通過調節該低頻射頻源可以調節下電極上晶 圓上表面的鞘層（sheath)的厚度從而調節等離子體中的^ 電粒子的能量，使帶·子垂直人射到晶社，從而使 離子刻韻具有方向性。 如圖la所示’在銅製程乾法刻財下層的導體銅被上声 的停止層和絕緣層覆蓋，絕緣層可以是_或⑽層^ =膠形成絕緣層上_形，然後再彻聰氣體向下義 直到如圖lb所示露出下面的銅。其中職氣體通常包括氣碳 =合物來職絕緣層，也通入少量地氧氣以控制側壁的形狀 速度。但是在刻蝕進行到最後階段，停止 銅路出表面時，垂直入射的離子會對 被減射出來。部分錢射屮央的如μα $銅原子會 上電極料原子會到達反應腔側壁或者 緣層的反應表面麵鱗體刻蝕絕 可以起催化劑的作用，改變·的速 ==有銅存在反應腔内時，同樣參數 i= 速率會比沒有鋼時的高。相反為 msi〇2的 刻钮速率降低。由轉一 S1N時有鋼的存在會使 來所以銅原子的數量當中的銅都會被機射出 刻料率會隨這就造成了 性就無法保證。 累4移越來越大。刻钱加工的-致 所以業界需要—個全面有 的離子職中的職速率偏=法犧銅造成 致的反應速率。 在長d的刻蝕過程t保持一 【發明内容】 法，銅製程中的等離子_ 抑軸過財濺射到反應腔内⑸ 4 201212124 =銅顆粒對反應速率造成的影響1解決上述問題，本發明 ^:種等離子刻财法，包括：放置基片到等離子反應腔 二座，其中基片上包括含銅材料層和覆蓋在含銅材料層上 夕絕緣層’切絕緣層上覆騎_化的_層；通過 供乳震置向反應腔供制純體和氧化織體並對含魏緣 =行判斷含銅材料層是否已經暴露，在含銅材料層 ，路時停止韻；其特徵在於顧形化掩膜歧有機材料製 t (當刻純體是CF4時)氧化性氣體的氣體流量大於刻韻 亂體流量的1/3。其中有機材料製成的掩膜層可以是光刻膠， 氧^氣體選自02 ’ C02，_，〇3之一或者其混合物，職 耽體選自氟碳化合物。當氧化性氣體為〇2時，〇2氣體流量小 氣體流量的1/2以保證職速率。當氧化性氣體是⑽， ⑽讀流量小於刻職體流量的3/4以保證職速率。當刻 I虫氣體是C4F8時，氧化性氣體流量大於刻佩體流量的i倍 小於刻蝕氣體流量的2. 5倍。 其中該圖形化掩膜層也可以是無機材科製成，氧化性氣 體的氣體流量大於刻佩體流量的1/6，小於刻織體流 1/4。 與現有技術概，本發有以下優點··通過改變職 氣體和側魏護氣_供氣方式實·個晶誠面具有不同 的刻姓氣體和側壁保護其他的混合比，最終抵;肖其他因素造 成的刻蝕不均一效果實現均一的刻蝕效果。 【實施方式】 現有技術中在有銅賤射情況下刻辦發 移’本發狀通細工藝的優化，從而抑細射銅對Ϊ 產工藝的縛。發明人經過研究發現繼銅在存在有大量氧m 5 201212124 化性氣體的氛圍中時，銅對刻姓反應的催化作用不明顯，這 樣就能抑制銅暴露在反應腔時對刻蝕反應速率造成的偏移， 反應腔腔體狀態的復原速度也大大加快。 本發明在_過程中除了通人刻贼體如氣碳化合物外 還通入大量的氧化性的氣體，該氧化性氣體可以是〇2、⑽、 03或者其他具有氧化功能的氣體。與現有技術中氧化性 氣體通入量只有(H，相比本發明為了達到抑制銅的催 化作用，目的，選擇了遠大於傳統需求量的氧化氣體通入量。 氧氣通入量的選擇受到很多因素的影響： 刻钱氣體的不同造朗献應的财略有不㈤ 到本發明目的氧氣通入量會有不同； 含氧氣體成分不同也會造成含氧氣體通人量不同，比如 03的通入量就可以少於02 ; =的不同階段對含氧氣體的需求量不同，在雜如圖！ 切、氮切、停止層時由於職深度不同，職 的材料不同所以氧化氣體的f求量也不同· 不同也會影響氧化性氣體的需求量，比如採用 1二1示：光刻膠作為掩膜時，由於光刻膠屬於有機物 多的i氣流ΓΓ2。，所以為了達到本發明的目的就需要更 下面同的因素均對反應腔中的氧氣需求量造成影響， 韻氣目丨触型情況來顯示本發明的一個實施例。當刻 触虱體選則CF4，氧化#齑興、强a λ 的治旦L發見田CF4通入置仍然是500謂時，02/CF4

時3:10時’也就是㈣量大於15〇sccm 、“達物娜卩細她咖的效果。在鍾胞，[S 6 201212124 60MHZ高頻射頻電源為1500W，2MHZ低頻射頻電源為18〇〇w， 刻蝕氣體CF4通入500sccm的運行情況下進行不同含氧氣體 流量刻蝕效果的測試’具體效果請參考圖2。圖2中分別依次 ，示了在不同氧紐量下，在有銅暴露於反應軸和無鋼暴 路在反應腔内時的刻蝕速率。從圖中可以看到在氧氣流量大 於等於150sccm時即使是在有銅暴露的情況下也與無銅暴露 情況下的刻敍速率接近，也就是當〇2流量大於等於15〇_ 時銅的催化作職有__ 了。但是當魏通人量過大比 如大於250_時，02限制了職的進行，整體的職速率 會下降’造成生產效率降低。在對生產效率要雜高的場合 就要求氧氣的通入量要小於25G_，也就是斷F4的流量

=，在<1/2。所以抑制銅的催化作用的同時要保證最 刻蝕率的情況下02/CF4的流量比選擇1/M 其他材料如 材料。/ ”Sl02或SlN具有足夠的刻姓選擇比的 =情況相同，選擇c〇2作為氧化性氣體，⑽仍作 術1/3〜3/4_·的流量: 膜層材料料掩歸，也就是掩 得最佳的效果/、〜1/4的Q2/GF4賊量比會取 性氣==H45F8，_侧作為氧化 取得最麵效果。如果不ϋ的G2/⑽··量比會 與氧反應的材料作為掩膜二，f刻膠作為掩膜而用其他不會 為掩膜的活2/5〜2/3的02/C4F8的流量比⑸ 7 201212124 會取得最佳的效果。 本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限 定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範 圍内，，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保 圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為准。 【圖式簡單說明】 圖la疋本發鶴㈣的崎錄難開赠 構； 。 圖lb疋本發明應用到的銅製程乾触完紐的材料結 構， 圖2為採用本發明的刻餘方法與採用現有技術_ 的刻餘速率偏移效果的對比示意圖。 ’ 【主要元件符號說明】 [s] 8

Claims (1)

1. 201212124 七、申請專利範圍： 1、一種銅製程等離子刻蝕方法，包括： 放置基片’離子反應腔的基座，其巾基片上包括含銅 材，層和覆蓋在含銅材料層上的含石夕絕緣層，含石夕絕緣層上 覆蓋有圖形化的掩膜層； 通過供氣裝置向反應腔供應麻氣體和氧化性氣體並對 含矽絕緣層進行刻蝕；

   1貝/則到3鋼材料層暴露時停止刻餘 氣體流量大於刻蝕氣體流量的3/1〇。 、2、如中請專利範圍第i項所述的鋼製程等離子刻钱方 法、，其中’所述氧化性氣體選自〇2，c〇2，_，〇3之一或者 其混合物’刻蝕氣體選自CF4。 3、 如申請專利細第丨項所述的崎轉離子刻財 法，其中，所述圖形化掩膜層是有機材料製成。 4、 如申請專利細第2項所述的鋼製程等離子刻財 法’其中，所述氧化性氣體為〇2，〇2其氣齅法旦 體流量的1/2。 -赠⑽里小於刻聽 5、 如_請專利範圍第2項所述的銅製程等離子刻财 =中，所述氧化性氣體是⑽，⑽其氣 氣體流量的3/4。 里』π%饿 6、 一種銅製程等離子刻蝕方法，包括： 放置基片到等離子反應腔的基座，其中美 =和覆蓋在含銅材料層上的她緣層,含‘二 覆盍有圖形化的掩膜層； 曰 含發紐絲祕㈣和祕喊體並對5 9 201212124 判斷含銅材料是聽露，當含靖料層暴料停止刻敍. 其中該_化掩膜層是無機材料製成，氧化體， 體流量大於刻蝕氣體流量的1/6。 、、軋 7、 如申請專利範圍第6項所述的銅製程等離子刻 ^’。其中’所魏錄氣體軌體流量小於舰氣體流量的 8、 如申請專利範圍第6項所述的刻敍方法， =綱自02，C02，_，〇3之一或者其混:物，刻： 氣體疋氟碳化合物。 9、 一種銅製程等離子刻蝕方法，包括： ㈣Ϊ置基片到等離子反應腔的基座，其中基片上包括含銅 和覆蓋在含銅材料層上的含賴緣層，含魏 覆盍有圖形化的掩膜層； 曰工 通過1 氣裝置向反編空供應刻餘氣體⑽和氧化 並對含矽絕緣層進行刻蝕； 、體 氣體鋼材料層暴露時停止職，其中氧化性氣體的 乳體流1大於職氣體流量的丨倍小於2. 5倍。 10、如申請專利範圍第9項所述的銅製程等離子職方 的’其中，所述氧化性氣體是02，02其流量大於 的1倍小於2倍。 、11如申吻專利範圍第9項所述的銅製程等離子刻钱方 ，所述氧化性氣體是C02，⑽其流量大於c流 置的1.5倍小於2.5倍。 [S] 10