TW419751B

TW419751B - Metallization process for manufacturing semiconductor devices and system used in the same

Info

Publication number: TW419751B
Application number: TW088114276A
Authority: TW
Inventors: Baik-Soon Choi; Jae-Saeng Lee; Eun-Hee Shin; Sung-Bum Cho
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-09-24
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-01-21
Also published as: US20020061650A1; KR20000020876A; KR100283425B1; JP2000100799A; US6335284B1

Description

Ai9751 A? B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（1 )發明背景 1. 發明領域本發明係關於一種製造半導體元件之金屬化方法及其使用之系統’並且更相關於一種使於鋁圖案線中所產生的腐蝕斷裂減至最小之金屬囷案形成方法及其使用之系統。 2. 相關技藝之說明 —種製造半導體元件之金屬圈案形成之方法為提供在被形成於一半導體基材上方的元件構件間之電氣互連，其係藉由下列步驟而被進行，該等步驟為：在半導體基材上方之一特定層上形成一金屬材料層；以光阻圖案塗覆金屬材料層；根據一預定特定的圖案對於光阻執行曝光與顯影步驟’以便形成一光阻圖案；利用光阻圖案作為一蝕刻罩幕而蝕刻該金屬材料層；以及接著移除該光阻圖案，以形成一所欲的金屬圖案。第1圖示意地顯示一傳統多室型乾式蝕刻系統，其中包括蝕刻金屬材料層，以及移除光阻圖等步驟之方法被進行’其係採用AMT(應用材料科技）公司之產品（樣式名： Centura) ° 參考第1圖’多室型乾式餘刻系統包含：位於其中央之傳送模組12 ’該傳送模組12係具有用以傳送其中之晶園的機器人14，並藉由泵（未顯示）來維持一固定真空；以及多個圍繞傳送模組12之處理腔室’各個處理腔室係分別透過一狹縫閥與傳送模組12連接》此即，在傳送模組12的 (請先閱1I-背面之注意事項再本頁) 裝 <5J· -線- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印4,1¾ A7 B7 _ 五、發明說明（2 ) 圍有作為供在一程序前或後的晶圓用的等待區域之裝載鎖腔室10a、10b; _平坦區對準器2〇,係供為了一個製程而對準晶圊之平坦區之用；蝕刻腔室16a、16b，係用以進行金屬圖案形成之蝕刻步驟；灰磨腔室l8a、18b，其係用以在蝕刻步驟後將剩餘的光阻圖案剝離以及供鈍化作用之用；以及一冷卻腔室22。若需要的話，通用的管線被連接至各個腔室上》與如上被例示於第1圈中之蝕刻腔室16a ' 16b相符，第2圖顯示用以進行一供金屬圖案形成之钱刻步驟用之姓刻腔室的結構，其係為一 MERIE(磁控加強式反應性離子触刻）型的乾式钱刻腔室》在此餘刻腔室中，一磁性線圈3 8 另外沿著如第2圖所示之蝕刻腔室16a之腔室内部30之側壁被設置，以及使用用以產生在一低壓下之反應性離子蝕刻用之電漿的射電頻率電力。使用沿著腔室内部3〇之側壁所裝設的磁性線圈38具有一個優點，該優點係為除了因施加 RF電力在搶室内部30中所產生的電場外，還進一步地產生磁場而達到一高独刻速率。藉助於磁場，在腔室内部之側壁周圍的離子被聚束，並將該等離子送到於腔室内部 30之申心部分處被形成之電衆中，藉此增加反應性離子之密度、形成高密度的電漿、以及保持長時間維持之電毁。更詳細地參考第2圖，餘刻腔室16a被以下列方式建構，該方式係為該晶圓42被安裝在位於腔室内部30之中心處之陰極48之靜電夾盤46上，並且一聚焦環44被設置在晶圓42之下方，以便於電漿之聚焦。在陰極48與聚焦環44上，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — III — — — — — — — — — · I I I I I I I «— — — — — if — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 41975 1 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _____B7_____五、發明說明（3 ) 高頻電力被分別地供應，並且一腔室襯墊32在腔室内部30 的上侧上被形成。在其中心處，設置有一用以朝晶園42供應處理氣體之氣體分配板34,該氣體分配板34係被連接至一氣體供應管線36上》在腔室内部30之側壁上，設置有一用以測量蝕刻终點之檢測器40，並且在腔室内部30之底部上，設置有一排氣埠，其係被連接至一用以將腔室内部30維持在一所欲的真空狀態之渦輪分子泵50。在第2圖之蝕刻腔室16a内部中，在供應一處理氣體的同時，一蝕刻步驟在腔室内部30中對於被安裝在靜電夾盤 46上之晶圓進行，其中一金屬材料層在晶圓上方之一特定的絕缘層上被形成，並且一光阻圖案在金屬材料層上被形成，以便形成一所欲的金屬圖案，並且氯（Cl2)氣與氣化硼（BC13)氣體被當作一處理氣體。然而，在使用包括氣之處理氣體如上述的鋁圊案形成製程中，因為鋁遭受到處理氣體腐蝕，所以一腐蝕問題會在金屬圖案線中發生。第3圖是顯示在一傳統的鋁圖案線上產生腐蝕之平面囷，其中金屬圖案線62在一半導體基材上方之一特定絕緣層60上被形成，並且金屬圖案線62之一部分的鋁被腐蝕，其係在圖式中被顯示成一腐蝕部69。腐蝕部69被擴大，而導致金屬線62的開口，成為造成在半導體元件之間電氣連接失效與降低產率之原因。上述鋁圖案之腐蝕斷裂已知是由於HC1所造成的，該 (請先閱讀背面之注意事項再^寫本頁)

<SJ· -線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 經濟.部智慧財產局員工消f合作社印製 Α7 ________ Β7 _ 五、發明說明（4 ) HC1係為因光阻與在被形成於腔室内部之側壁上的塗料内之氣成分之反應所產生者，或是為使用蒸氣之蝕刻步驟的副產物之A1C1S。為了造成氣園案之腐蝕斷裂之原因，有許多分析已經被進行’但仍未有對於此原因可靠之解釋與改進。特別地，美國專利第5,545,289號教示一灰磨步驟，以及一用以在進行金屬材料層之蝕刻步驟之後移除剩餘的光阻圖案之剝離步驟被重複地進行，以便減少腐姓斷裂，藉由此方式上述之困難未被解決。所以’對於系統與製程本身已有要求修正與改良，以便減少在鋁圖案線上的腐蝕斷裂，藉此改進可靠度與產率。發明總结本發明供於提供一種金屬化方法，以便藉由抑制在姓刻腔室内造成腐蝕斷裂之任何的可能性，來減少被鋁圖案線中所產生的腐蝕斷裂，在該蝕刻腔室中一供金屬化用之 ϋ刻步驟被進行。本發明之另一目的係為提供一種金屬化方法，以便藉由抑制任何在一傳送模組與一裝載鎖腔室内造成腐蝕斷裂之可能性，來減少在鋁圖案線中所產生的腐钱斷裂，該裝載鎖腔室係作為一供在金屬圖案形成之蝕刻步驟前/後之晶圓用的等待區域。本發明之又一目的為提供一種用以形成金屬圖案之系 — ！裝·-------訂---------線 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 419751 Α7 --Β7 五、發明說明（5 ) 統，以便減少在鋁圖案線中所產生之腐蝕斷裂。為達到這些與其他優點並根據本發明之目的，如同具體化或概略地說明，用以製造半導體元件之金屬化方法包含下列步驟：將一半.導體晶因裝載至一钱刻腔室，該半導體晶圓係具有被形成在一金屬材料層上方之一定的光阻圖案；穩定在蝕刻腔室内的環境；將一包含氣（Cl2)的蝕刻氣體供應到蝕刻腔室中，以便藉由使用光阻圖案作為一钱刻罩幕而將金屬材料層主蝕刻至蝕刻終點；過度蝕刻金屬材料層一段一定的時間而超過蝕刻終點，以便形成金屬圖案；在過度蝕刻步驟之後吹洗蝕刻腔室；以及從蝕刻腔室卸下完成蝕刻步驟之晶圓。欲被蝕刻的金屬材料層包含鋁，並且蝕刻氣體包含氣化硼（BC13)與氣（Cl2)。蝕刻腔室藉由供應經純化的氮（pn2)氣於其中而被吹洗。在本發明另一層面中’用以製造半導體元件之金屬化方法包含下列步驟：將一半導體晶圓裝載至一裝載鎖腔室’該半導體晶圓係具有被形成在一金屬材料層上方之一定的光阻圖案；抽吸與吹洗裝載鎖腔室，以便維持一定鞋度的真空；透過一傳送模組將在裝載鎖腔室内部之半導體晶圓傳送到一蝕刻腔室，其係維持一定之真空並被吹洗；藉由供應一包含氣之蚀刻氣艘並藉由使用光阻圖案作為一 ϋ刻罩幕而鞋刻金屬材料層，並形成一金屬圖案；在钱刻步驟之後吹洗蝕刻腔室；從蝕刻腔室透過維持一定真空之本紙張尺度適用中國g家標準（CNS)A4規柊（2〗0 X 297公釐） • ^1 ^1 1 ^1 ^1 ^1 ^1 Β— n n I n I * n 1 (請先閲It-背面之注f項再p為本頁) -SJ· ί線· A7 B7

經濟. 部智慧財產局員工消費合作社印五、發明說明（6 ) 傳送模組將於其上完成蝕刻步驟之晶圓傳送到一灰磨腔室；在灰磨腔室之内於金屬圖案上執行灰磨步驟；以及從灰磨腔室透過維持一定真空之傳送模組將於其上完成灰磨步驟之晶圓傳送到連續被吹洗之裝載鎖腔室。較好將在裝载鎖腔室與傳送模組内部之壓力維持在比分別在姓刻腔室與灰磨腔室内部更高之壓力下，以避免在姓刻腔室與灰磨腔室内部之剩餘氣體流回到裝載鎖腔室與傳送模組中。在蝕刻腔室内的壓力是從50 mTorr到300 mTorr。在裝載鎖腔室與傳送模組内的壓力被維持成至少比3〇〇 mTorr還高，且較佳地被設定成45〇mTorr» 在傳送模組内的壓力可以被設定，並且可以藉由在裝設一 RGA-QMS(殘餘氣體分析器-四級質譜儀）之後變化其内之壓力’並藉由分析在裝載鎖腔室内之不純物的移動而被最佳化。在本發明之另一層面中’ 一種用以形成金屬圖案之系統包含：一傳送模組’其係具有一用以於其中傳送晶圓，之機器人’並且在一定的真空下被連續地吹洗；一裝載鎖腔室’其係經由一狹缝閥而被連接至傳送模組上，並在晶圓被供應於其中後在一定真空下被連續地吹洗；一蝕刻腔室，其係經由一狹缝閥而被連接至傳送模組上，一供金屬圊案形成用之蝕刻步驟係藉由使用光阻圖作為一蝕刻罩幕而被進行，以及一灰磨腔室，其係經由一狹缝閥而被連接至傳送模組上，一用以移除光阻圖案與蝕刻副產物之灰磨本紙張尺度適用中圉园家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 419751 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------B7___五、發明說明（7 ) 步驟被進行。傳送模级與裝載鎖腔室藉由使用一條單一的淨化氣雜供應管線而被吹洗’並且一RGA-QMS被設置在裝載鎖腔室内部’以便監測在裝載鎖腔室内殘餘氣體中之不純物的移動S 被了解的是’前述概略的說明與下列詳細的說明為例示性與說明性’且意欲提供所請求之發明的進一步說明。臞式之蛆說明本發明這些與其他目的、特徵與優點將會參考附呈圖式而作說明，其中：第1圖示意地顯示供金屬化方法用之傳統多腔型乾式姓刻系統；第2圓為顯示第1圖之蝕刻腔室之示意表示圖；第3圖為顯示在傳統金屬圖案形成步驟之後金屬圖案中之腐蝕狀態之表示圖；第4圖示意地顯示根據本發明之實施例用以進行一金屬化方法之乾式蝕刻系統；第5A至5D圖為用以根據本發明製造半導體元件，在第4囷之乾式姓刻系統所進行i處理步驟的橫截面圖；第6圖為根據本發明例示最佳化在第4圖之一傳送模組内之壓力之步驟的流程圖；第7圖為根據本發明例示在最佳化在傳送模組内的壓力之後，吹洗第4圖之裝載鎖腔室之步驟的流程圊； <請先閲讀背面之注意事項再^¾本頁) 裝、IIB . -線本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印？衣五、發明說明（8 ) 第8圖為根據本發明例示在一蝕刻腔室内蝕刻金屬圖案之步驟的流程圖；第9園為顯示根據本發明在乾式蝕刻系統内部之金屬化方法的步驟順序；第10圖為根據在第6圖之傳送模組内之壓力的改變，藉由RGA-QMS(殘餘氣體分析器·四級質譜儀）表示在裝載鎖腔室内之队與1120的移動圖；第11圖為根據在第6圖之傳送模組内之壓力的改變，藉由RGA-QMS(殘餘氣體分析器-四級質譜儀）表示在裝載鎖腔室内之H2〇、Cl與HC1的移動圖；第12圖為藉由RGA-QMS(殘餘氣體分析器-四級質譜儀）’表示在從裝載鎖腔室通過傳送模組之晶圓傳送期間將在傳送模組内的壓力設定成450 mTorr之後，在裝載鎖腔室内之不純物的移動圖；較佳實施例之掸to說明本發明之較佳實施例現在將會參考附呈圖式而作詳細地說明。本發明係關於修正與重建用以進行一金屬化方法之系統*俾可最大地抑制為導致腐蝕斷裂來源的氣（Cl2)與氣化氫（HC1)，該腐蝕斷裂係在一作為晶圓傳送通道之傳送模.組中、在一作為供一程序前/後之晶圓用之等待區域之裝載鎖腔室中、以及在用以進行蝕刻步驟之蝕刻腔室中在金屬圖案中所產生者，以及最佳化在蝕刻腔室内之蝕刻方本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐）

If-------裝--------訂i n H ί n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 4^975ί A7 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製五、發明說明（9) 法的程序製法。為達到此目的’本發明提供下列之處理步驟：最佳化在傳送模組内之壓力；連續地吹洗裝載鎖腔室；以及在金屬化步驟期間在蝕刻腔室内過度蝕刻後吹洗蝕刻腔室，亦提供一用以進行滿足上述條件之金屬化方法之系統。首先，第4圖顯示一個根據本發明之一實施例用以進行製造半導體元件之金屬化方法的系統，其根本上與傳統供第1圖之金屬化方法用之系統相似，除了—供裝載鎖腔室用之吹洗系統以及一供在裝載鎖腔室内之不純物移動用之分析系統以外。參考第4圖，於該系統中央處設置有一傳送模組72，該傳送模組72係藉由機械泵而維持一定的真空，並且在傳送模組72内部，有一供晶圓傳送用之機器人74。圍繞傳送模組72,設置有多個腔室，其係藉由多腔型式透過個別的狹缝閥79而被連接至其上。此即，如上所述之圍繞傳送模組72之腔室’有裝載鎖腔室7〇a ' 70b，其係供一程序前/ 後之晶圓用的等待區域之用；一平坦區對準器8〇，其係用以沿著晶圓的平坦區對準供程序用之晶圓；蝕刻腔室76a、 76b ’ 一供金屬圖案形成用之蝕刻步驟係同時在其内部中被進行’或是在各個蝕刻腔室中以一定的時間間隔依序地進行；灰磨腔室78a、78b，其係用以分別或同時地進行一剥離步驟與一純化步驟；一冷卻腔室82，其用以在完成— 程序之後將晶圓冷卻至一定的溫度。即使未被顯示，諸如氣體管線、抽吸管線、電氣管線、冷卻水管線等之各種公請先閱讀- 背之注. 意事項

頁訂線 12 經濟"部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7___ 五、發明說明（10 ) 用管線被連接至各腔室上。其間，不像第1圖之傳統系統，本發明被設計而具有取樣集流腔84與一 RGA-QMS(殘餘氣體分析器-四級質譜儀）86與裝載鎖腔室70a連通，以便在一直線上取樣在裝載鎖腔室70a内的氣體，並且分析在其内部之不純物的移動。取樣集流腔84具有一個有一定直徑之孔口於其中。取樣集流腔84與一在RGA-QMS之後被裝設之真空泵 88運用在RFA-QMS 86内與裝載鎖腔室70a内部間之壓力差，來執行在裝載鎖腔室7〇a内的氣體之一直線上取樣。作為一氣體分析器之RGA-QMS 86為一商業上所熟知的模型，並且被使用或殘留在處理腔室或維持一定真空之真空管中的氣體被取樣。接著，被加速的電子（例如，以70 電子伏特（eV))與取樣氣體碰撞，以便將其離子化。經離子化的氣體通過不便地維持直流電與交流電之RGA-QMS，以便只讓具有質量與電荷（m/z)之特定比的離子通過並完成取樣氣體之光譜。藉由對於離子成分之上述結果，氣相之機制可以被分析。此外，裝載鎖腔室70a ' 70b被建構，而分別與淨化氣體供應源92流通，不像傳統的系統，使得當匣體中的水裝到腔室之後，裝載鎖腔室70a、70b可以藉由淨化氣體連續地被吹洗。一質量流控制器90在淨化氣體供應管線上被裝設，以便控制淨化氣體的流量。如第4圖所示之淨化氣體供應源92通常使用供傳送模組用之淨化氣體供應源，然而傳送模組72與裝載鎖腔室本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 -------------裝----！|訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 13 A7 419751 ___B7_______ 五、發明說明（11 ) 70a、70b可以使用它們自己的淨化氣體供應源》其間，在本發明實施例中所使用之蝕刻腔室76a、76b 具有與第2圖之蝕刻腔室16a大致相同的結構。第6與7圖顯示用以最佳化在傳送模組72内之壓力的順序，該壓力係在傳統方式中未被設定，以便根據本發明避免金屬圖案之腐蝕斷裂·»如第4圏所示，供不純物移動用之分析可以使用RGA-QMS 86而被進行。第4圊之傳送模組72與裝載鎖腔室70a、70b藉由機械真空泵（未顯示）而維持一定的真空。參考第6圖’取樣集流腔84在第4圖之裝載鎖腔室70a 上被裝設’並且RGA-QMS 86被裝設（S12) 〇接著，被連接至傳送模組72與裝載鎖腔室70a上之機械真空泵（未顯示）被驅動，以便產生真空狀態（S14卜接著，變化在傳送模組72内的壓力，並使用RGA-QMS 86，在裝載鎖腔室7〇a 内的不純物移動可以被分析（S16) » 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製第10圖顯示對於在裝載鎖腔室内之氮（N2)與水（H2〇) 的移動之HGA-QMS分析結果，其係根據第6圖之順序變化在傳送模組内的壓力而被進行，並且第11圖顯示對於在裝載鎖腔室内之水（H2〇)、氣（ci2)、氣化氩（HC1)的移動之 RGA-QMS分析結果，其係根據第6圖之順序變化在傳送模組内的壓力而被進行》參考第10與11圖’圖之X軸表示為RGA-QMS之單位測量時間的掃描數目，並且y軸表示取樣氣體離子之分壓的振幅β 本紙張尺度適用中固國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公至 14 r 經濟·部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7______ 五、發明說明（l2 ) 如第10與11圖所示’一定的設定時間從掃描0至掃描 100’振幅趨向顯示對於殘留氣體氣體分析器之背景值，從掃描100至掃描300，振幅趨向顯示pn2(經純化的氮）以 500 seem(標準立方餐来分鐘 ’ standard cubic centimeter minute)供應至傳送模組72中以維持550 mToor情況。從300 掃描至515掃描之振幅趨向顯示PN2(經純化的氮）未被供應’以便將在傳送模組72内之壓力下降到壓力〇 mT〇rr4 情況。從515掃描至700掃描之振幅趨向顯示pn2(經純化的氣）被以700 sccm(標準立方爱米分鐘，standard cubic centimeter minute)供應至傳送模組72中以在傳送模組72内維持壓力550 mToor之情況。從700掃描至855掃描之振幅趨向顯示PN2(經純化的氮）被以3 50 seem(標準立方釐米分鐘，standard cubic centimeter minute)供應至傳送模組72 中以在傳送模組72内維持壓力450 mToor之情況。在855掃描之後的振幅趨向顯示背景值。從第10與11圖所示之圖表，藉由分別以0/450/550/700 mTorr設定在傳送模組72内的壓力而比較H20+、C1+、HC1 之移動。與其他壓力條件比較H20+的移動改變小到〇 mToor。然而，當關閉裝載鎖腔室72a與傳送模組72(約在440 掃描附近）時，H20+被快速地增加。分別在550/700/450 mTorr的壓力條件下，不純物的移動顯示為固定。當關閉裝載鎖腔室72a與傳送模組72(約在840掃描附近）時，H20+ 的移動改變被穩定化。450 mToor的壓力條件顯示一期望的結果，其係考慮到殘餘的氣體流到裝載鎖腔室72a中，本紙張尺度適用中國國家棵準（CNS)A4規格（2】〇χ297公釐） -------— — — — — — i I I — I I I — — — — — — — (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) , ,419751 A7 __BT^五、發明說明（13) 經濟部智慧財產局貝工消費合作社印製並且被維持在低於350 mToor在蝕刻腔室内的壓力。然而，傳送模組72的壓力條件未被限制在這些數值中。例如，每一個處理循環，壓力可以藉由考慮在蝕刻腔室内諸如壓力等之處理條件而被最佳化。同時，為了最佳化在傳送模組72内之壓力，在各種設定的處理條件下處理25片晶圓，使裸晶圓停留在平坦區對準器80内側，接著取出晶圓之後，在晶圓表面上之金屬污染物與離子污染物等可以運用一 TXRF(全X射線螢光，total X-ray fluorescence)，以及一 HPIC(高性能離子色譜分析法 * high performance ion chromatography)來被分析，並且此外，在傳送模組72内的壓力可以藉由RGA-QMS連同不純物移動之分析而被最佳化。第12圖是對於在裝載鎖腔室内之不純物移動之RGA-QMS圖，該物純物之移動係在以450 mToor設定在傳送模組内之壓力後從裝載鎖腔室透過傳送模組運載晶園的同時所進行者。參考第12圖，在裝載鎖腔室内主要的不純物為 02+'?+、（：1+、11(：1等。從約13 5之掃描，當在裝載鎖腔室70a與傳送模組72之間的狹缝閥79被開啟/關閉，以便將晶圓傳送至平坦區對準器80時，不純物細微的移動會被偵測到。一般而言，經處理的晶圓一回合中，並且在因為晶圓所有都被移到平坦區對準器80，故狹缝閥79 不需要進一步地開啟/關閉的情況下，在此是從約350掃描到約425掃描，不純物被增加。然而，在一回合全部的分析中，各種不純物顯示一定的程度，在移動上不會有任何 H20+、N2+ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐）請先閱讀背面之注意事項

頁訂線 16 A7 B7 五、發明說明（u) 巨大的改變。第7圖顯示在藉由第6圖之方法最佳化在傳送模組72内之壓力後，吹洗裝載鎖腔室另外的步驟。參考第7圖，取樣集流腔84在第4圖之裝載鎖腔室中被裝設，並且rga-QMS被裝設（S22)。接著，被連接至傳送模組72與裝載鎖腔室70a上之機械真空泵（未顯示）被驅動，並且pN2被供應’以便藉由設疋在第6圖中之最佳化壓力而形成一真空狀態（S24)。接著’裝載鎖腔室70a運用Pn2氣體而被連續地吹洗（S26)。此外，當連讀地吹洗裝載鎖腔室7〇3時，如第6圖所示，藉由變化在傳送模組72内之壓力，並使用 RGA-QMS 86 ’在裝載鎖腔室7〇a内之不純物的移動可以被分析。 — 經濟部· 智慧財產局貝工消費合作社印製更詳細地說明’如第12圖所示，當晶圓傳送停止時，在裝載鎖腔室70a内的壓力藉由在裝載鎖腔室7〇3之内部表面、一晶圓載體、一晶圓表面上除氣而被增加。如上所述， N2+顯示一定的移動，但是h20+、〇2+、H2+、HC1、co2+、 Cl+藉由此序列而顯示急劇的增加。因為在蝕刻腔室76a、 76b内的殘留氣體可以透過傳送模組72而被流回到裝載鎖腔室70a ’所以裝載鎖腔室70a、7〇b被連續地吹洗。此時， PN2氣體被當作淨化氣艘，並且其可以沿著被導向傳送模組72用之淨化氣體供應源92之管線流動，或是一條供淨化氣體供應源用之分離管線可以被裝設。接著’參考第8圖’抑制在蝕刻腔室76a、76b内腐蝕斷裂之起因的方法可以被說明。第8圖顯示在蝕刻腔室

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五、發明說明（15) 76a、76b内進行供金屬囷案形成用之蝕刻步驟的順序。首先，一具有光阻圖案形成於其上之晶圓藉由在傳送模組72内之機器人74裝到一蝕刻腔室76a中（S42)=接著，至姓刻腔室76a中之蝕刻氣體的固定供應使處理條件穩定化（S44)。接著’藉由在蝕刻腔室内晶圓上方形成電漿，並運用光阻圖案所謂一蝕刻罩幕，供金屬圖案形成用之主蝕刻步驟被進行’直到在金屬材料層下方的亞層於蝕刻步驟之終點被暴露出來（S46广接著，過度蝕刻藉由將.固定的蝕刻條件維持一段諸如在主蝕刻中之固定的時間而被進行（S48)。爾後，PN2氣體被供應，以便存在於蝕刻腔室76a 内部之副產物或殘留氣體（S50)。在上述的吹洗被充分地完成之後’晶圓從蝕刻腔室76a被卸下，並且被移動到另一個供後續的步驟用之地方（S52)。下列表1顯示在本發明實施例中被進行供鋁金屬圖案用之蝕刻程序製法》 [表1] ϋ ml i ϋ ϋ H I» »1 Β · ^1 ^1 (靖先Μ1«·背面之*注意事項wCr寫本頁> is . -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製步驟穩定化主蝕刻過度蝕刻吹洗控制參數時間终點時間時間時間（秒） 5-30 50-150 50-150 0-100 BC13 (seem) 10-100 10-100 10-100 - Cl2 (seem) 10-100 10-100 10-100 N2 (seem) 10-100 10-100 10-100 0-200 RF (W) 0-1000 0-1000 0-1000 0-1000 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐）

1B 經濟¥部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7 五、發明說明（) 高斯（Gauss) 0-200 0-200 0-200 0-200 壓力 (mToor) 50-300 50-300 I 50-300 50-300 如上所述，在過度蝕刻之後使用卩乂氣體吹洗蝕刻腔室時，藉由裝設在蝕刻腔室中之RGA-QMS之監測結果顯示殘餘的Cl+(35)與HCl+(36)的程度被急遽地減少。參見對於在蝕刻步驟後被形成在金屬圖案之側壁上的聚合物上的金屬不純物之分析結果，藉由TXRF未進行吹洗，C1為 631E10 atom/cm2，但有吹洗，C1增加到 4582E10 atom/cm2。在藉由一 HPIC之分析結果中，未有吹洗，C1為810E10 atom/cm2，但有進行吹洗，C1被增加到2070E10 atom/cm2，其係由於Cl2+(70)、Cl+(35)、及HCl+(36)等藉由在吹洗步驟中PN2氣體之吹洗，而被附著至在晶圓表面之金屬圖案的側壁上被形成之聚合物上所造成的，並且聚合物在之後的灰磨步驟可以被容易地移除。如上所述，在傳送模組72内的壓力被最佳化，並且裝載鎖腔室70a被連續地吹洗。此外，藉由在钱刻步驟於餘刻腔室内被完成後加入一吹洗步驟，在鋁金屬圖案中所產生的腐蝕斷裂可以被大大地減少。在此之後，參考第5A 至5D圖與第9圖，半導體之金屬圖案形成會被詳細地說明。首先，晶圓被放到裝載鎖腔室70a中（S62)，其係由一工人以手進行，該晶圓係被裝載於一匣體或一載體内。在晶圓上，一鋁金屬材料層在半導體基材上例如一 BPSG(硼 (CNSM4 規格（21CM 297 公釐） --III--— — — — — — -------- 訂 * I------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - , -19 - ,A19T51 . A? ___B7_.__ 五、發明說明（17 ) 磷矽玻璃）之特定層之上方被形成，並且一作為蓋頂層64 之TiN(氮化鈦）層在鋁金屬材料層62上被形成。一光阻圖案66在TiN層上被形成。一鈦/氮化鈦層可以在BPSG 60與金屬材料層62之間被進一步地形成。接著，在放置晶圓並關閉一門（未顯示）之後，裝載鎖腔室70a被吹洗（S64)，在此PN2如第7囷所述般地被使用，並且一在傳送模組72與裝載鎖腔室70a之間的真空泵（未顯示）被驅動，且裝載鎖腔室70a被以固定的真空狀態維持著。爾後，在裝載鎖腔室7〇a内的晶圓被傳送模組72中的機器人74傳送，並且在平坦區對準器80中被對準，接著被移到蝕刻腔室76a中（S66)。接著，供金屬化方法用之蝕刻步驟在蝕刻腔室76a中被進行（S68)。在此，蝕刻步驟根據表1之程序製法而被進行。此時，一天然的鋁氧化物會被移除，其係當鋁被暴露在大氣下時在鋁表面上被形成。第5B圖是顯示蝕刻步驟被完成，並且為步驟之副產物的氣（Cl2)成分68被附著在經蝕刻的金屬圖案與光阻圖案66之側壁上之橫截面圈。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 — — — — — — * I I (諳先閲t#·背面之注意事項i块寫本頁) 爾後，在過度蝕刻被完成後，蝕刻腔室76a被吹洗 (S70)，其係亦藉由表1之程序製法而被進行。接著，完成蝕刻之晶圓被卸下至傳送模組72内之機器人74中，並且被放到灰磨腔室78a' 78b之任何一者中。接下來，灰磨步驟在灰磨腔室78a内被進行。藉由灰磨步驟，殘留在金屬圖案上的光阻圖案被移除，並且附著本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 20 \ 經濟·部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____^B7__ 五、發明說明（is) 在金屬圖案之側壁上的殘留物被移除。為了移除在鋁蝕刻步騾期間殘留的氣（Cl2) ’ 一 VDS(蒸氣遞送系統，Vapor Delivery System)被採用，以供應水蒸氣。灰磨步驟之程序製法被顯示於表2中。 [表2] 步驟穩定化鈍化作用剝離剝離抽氣控制參數時間終點時間時間時間時間（秒） 5-30 5-150 5-30 50-150 5-30 H20 (seem) 10-1000 10-1000 _ - - 〇2 (seem) - -5000 -5000 - N2 (seem) - - 50-5000 50-5000 - RF (W) 0-2000 0-2000 0-2000 0-2000 溫度re) 0-350 0-350 0-350 0-350 0-350 在剝離光阻期間的水蒸氣（H20)被用來移除氣（Cl2)，並且氧（〇2)與氮（n2)為了剝離步驟而被供應《本發明未被限制於本發明之表2中的程序製法，並且鈍化與剝除步驟可以被重複地進行許多次’其係可以藉由分開的處理循環被進行，或是同時進行。第5C圊顯示光阻圖案66被剝離，並且第5D圖顯示累積在金屬圈案之側壁上的氣（Cl2) 68藉由鈍化作用而被移除。爾後’在灰磨步驟之後的晶圓被從灰磨腔室78a、78b 卸下（S76) ’並且被傳送到裝載鎖腔室7〇a(S78p在到裝載本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公釐） 11 11 裝 * I---I J i 訂-------—線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 , 21 41 975 a A7 --—B7 五、發明說明（I9 ) 鎖腔室之前’晶圓可以在一冷卻腔室82中被冷卻下來β 如上所述’根據本發明’在鋁圖案中的腐蝕斷裂可以在蝕刻腔室、傳送模組、以及裝載鋇腔室中被抑制β此外，程序被穩定化’並且可以改善產率與可靠性。對於熟習此技者，額外的優點與修正將容易想到。所以，在其更廣泛之層面中之本發明不被限制於在此被顯示與說明之特定細節與代表性的元件中。因此，可以進行各種修正，而不會背離附呈的申請專利範園與它們的同等物所界定之總括的發明概念之精神或範圍。 stl'背面<注意事項ί 4寫本頁) 裝訂· -線· 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印？< 22 五、發明說明（2〇) A7 B7

元件^號尉照表經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10a ' 10ΐ >、70a、70b 裝載鎖腔室 16a ' 16b 1 ' 76a ' 76b 餘刻腔室 18a、18t » ' 78a ' 78b 灰磨腔室 17、72 傳送模組 14、 74機器人 19、79 狹縫閥 20、 8〇平坦區對準器 22 ' 82 冷卻腔室 30 腔室内部 32 腔室襯墊 34 氣體分散板 36 氣體供應管線 38 磁性線圈 40 檢測器（EPD) 42 晶圓 44 焦距環 46 靜電夾盤（ESC) 48 陰極 50 渴輪分子泵 60 絕緣層 62 金屬材料層 64 蓋頂層 66 光阻層 68 氣 69 腐蝕部分 84 取樣集流腔 86 RGA-QMS 88 真空泵 90 質量流控制器 92 淨化氣體供應源本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公鬉） - - --- - - ---—II ---1 n I I ^· ---! 1^, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} , 23

Claims

419T51 AS B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 I 一種製造半導體元件之金屬化方法，係包含下列步驟： a) 將一半導體晶圓裝載至一蝕刻腔室，該半導體晶圓係具有被形成在一金屬材料層上方之一定的光阻囷案； b) 穩定在該蝕刻腔室内的環境； c) 藉由將一含氣（Cl2)的餘刻氣趙供應到該姓刻腔室中’並使用該光阻圖案作為一蝕刻罩幕而將該金屬材料層主蝕刻至蝕刻終點； d) 藉過度餘刻該金屬材料層一段一定的時間而超過蝕刻終點，形成金屬圖案； e) 在該過度蝕刻步驟之後吹洗該蝕刻腔室；以及 f) 從該蝕刻腔室中卸下完成蝕刻步驟之該晶圓。 2‘如申請專利範圍第1項之金屬化方法，其中欲被触刻之該金屬材料層包含鋁》 3. 如申請專利範圍第1項之金屬化方法，其中氮化鈦（TiN) 蓋頂層在欲被餘刻之該金屬材料層與該光阻圖案之間進一步地被形成。 4. 如申請專利範圍第2項之金屬化方法，其中該鞋刻氣體包含氯化硼（BC13)與氯（Cl2) » 5. 如申請專利範圍第1項之金屬化方法，其中該吹洗步驟藉由將經純化的氮（PN2)氣供應到該蝕刻腔室中而被執行15 6. —種製造半導體元件之金屬化方法，該方法係包含下本紙張尺度適用中國固家標準（CNS)i\4規格（210 X 297公g ) -------------裝-------訂*-------線 (請先閱讀背面之注意事項再^本頁) ~ -24- ABCD

、申請專利範圍列步驟： a) 將一半導體晶圓裝載至一裝載鎖腔室，該半導體晶圓係具有一被形成在—金屬材料層上方之一定的光阻圖案； b) 抽吸與吹洗該裝載鎖腔室，以被維持在一定程度的真空狀態下； c) 將在該裝載鎖腔室内之該半導體晶圓透過一傳送模組傳送到一蝕刻腔室，該姓刻腔室係被維持以一定真空，並被吹洗； d) 藉由供應含氣之蝕刻氣體，並運用該光阻圖案作為一蝕刻罩幕來蝕刻該金屬材料層，並形成一金屬圖案； e) 在該钱刻步輝之後吹洗該钱刻腔室； f) 透過維持一定真空之該傳送模組，將其上完成該蝕刻步驟之該晶圓從該蝕刻腔室傳送到一灰磨腔室； g) 在該灰磨腔室内該金屬圖案上執行灰磨步驟；以及 h) 透過維持一定真空之該傳送模組，將其上完成該灰磨步驟之該晶圓從該灰磨腔室傳送到連續被吹洗之該裝載鎖腔室。 7·如申請專利範圍第6項之金屬化方法，其中欲被蝕刻之該金屬材料層包含鋁。 8. 如申請專利範圍第7項之金屬化方法，其中該蝕刻氣本纸張尺度適用中國國家標準（CNSM4規格（210 X 297公釐） -------------裝--------訂. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 、，經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 25 419T51 A8 BS C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製夂、申請專利範圍體包含氯化蝴（BC13)與氣（Cl2)。 9. 如申請專利範圍第6項之金屬化方法，其中在該装載鎖腔室與該傳送模組内之壓力被維持成分別比在該蝕刻腔室與該灰磨腔室内之壓力還高，以在該蝕刻腔室與該灰磨腔室之殘留氣體流回該裝載鎖腔室與該傳送模組中〇 10. 如申請專利範圍第9項之金屬化方法，其中藉由在裝設一 RGA-QMS(殘留氣體分析器-四級質譜儀）之後變化其中之壓力，並分析在該裝載鎖腔室内之不純物的移動，在該傳送模組内之壓力被設定》 11. 如申請專利範圍第9項之金屬化方法，其中在該蚀刻腔室内之壓力從50 mTorr到300 mTorr，並且在該裝載鎖腔室與該傳送模組内的壓力被維持成至少較3〇〇 mTorr 高。 12·如申請專利範圍第11項之金屬化方法，其中在該蝕刻腔室内之壓力在50 mTorr至300 mTorr之間，並且在該傳送模組内之壓力被設定成450 mTorr。 13·如申請專利範圍第6項之金屬化方法，其中該灰磨方法步驟包含一用以移除殘留在該金屬圖案上之該光阻圖案之剝離步驟，以及一用以移除任何殘留在該金屬圖案之側壁上的氣成分之鈍化步驟，該等步驟至少被進行一次。 14.如申請專利範圍第6項之金屬化方法，其中該形成一金屬囷索之步驟進一步包含下列步辟： (C^)M (2i〇 X 297公坌） (請先閱讀背面之注意事項再本頁)

-口 - -I線 26 A8 R8 C8 DS 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製六、申請專利範圍 a) 穩定在該敍刻腔室内之環境； b) 藉由將一含氣（C12)的蝕刻氣體供應到該蝕刻腔至中，並使用該光阻圖案作為一蝕刻罩幕而將該金屬材料層主蝕刻至蝕刻終點； c) 過度钱刻該金屬材料層一段一定的時間超過餘刻終點，以便形成金屬圖案。 15. 如申請專利範圍第6項之金屬化方法，其中裝載鎖腔室、該傳送模組、以及該勉羞腔室藉由供應(經純化氮）氣體而被吹洗。 16. 如申請專利範圍第6項之金屬化方法，其係進一步包含一在透過維持一定真空並被吹洗之該傳送模組，將於該裝載鎖腔室内之該晶圓傳送到該蝕刻腔室中之前，對準該晶圓之平坦區之步驟。 17. 如申請專利範圍第6項之金屬化方法，其中從該灰磨腔室卸下之該晶圓在一冷卻腔室被冷卻下來之後被傳送到該裝載鎖腔室中D 18· —種用以形成金屬圖案之系統，係包含：一傳送模組，其係具有一供於其中傳送晶園，並在一定真空下被吹洗之機器人； —裝載鎖腔室，其係經由一狹縫閥被連接至該傳送模組上，並在晶圓被供應於其中後於一定的真空下被連續地吹洗；一钱刻腔室，係經由一狹縫閥被連接至該傳送模組上’一供金屬圓案形成之蝕刻步驟，係藉由使用一本紙張尺度適財賴家料（CNSU4規格⑵ϋ x 297公餐) 裝--------訂---------線 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) * * -27 - AS B8 C8 DS 4iaT5t 六、申請專利範圍光阻圖案作為一蝕刻罩幕而被進行；以及一灰磨腔室’係經由一狹縫閥而被連接至該傳送模組上’一用以移除該光阻圖案與該蝕刻副產物之灰磨步驟係被進行。 19. 如申請專利範圍第18項之用以形成金屬圖案之系統，其中該傳送模組與該裝載鎖腔室藉由使用—條單一的淨化氣體供應管線而被吹洗。 20. 如申請專利範圍第18項之用以形成金屬圖案之系統，其中一用以供應一包含氣（Cl2)之蝕刻氣逋之蝕刻氣體供應管線在該蝕刻腔室上被設置。 21. 如申請專利範圍第18項之用以形成金屬圖案之系統，其中一條水蒸氣供應管線與一條氧供應管線在該灰磨腔室上被設置。 22. 如申請專利範圍第18項之用以形成金屬圖案之系統，其中一RGA-QMS在該裝載鎖腔室内被設置，以便監測在該裝載鎖腔室内殘留氣體中之不純物的移動。請先閱讀· 背 ΐί -之-注意事項填 5裝本頁訂 .線經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印製本紙張又度適用中國國家標準（CN'S)A·!規格（2ΐϋ X 297公釐） 28