TW463263B - Method for dry-etching a titanium nitride containing multilayer film - Google Patents

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Description

^03263 4 6 3 ? 6 3_ 五、發明說明（1) 【發明背景】 本發明係關於/種半導體裝置之製造方法，尤其關於 一種含有多層膜之氮化鈦的乾蝕刻方法，該多層膜係形成 於一二氧化矽層上，並使用一阻膜作為遮罩。 鋁（A1)與鎢（W)係用作為半導體裝置中之交互連接。 在此例子中，通常形成一多層膜’其下層係由氮化鈦 (ΉΝ)所形成。另一方面’在近來的DRAM(dynainic randQm access memory，動態隨機存取記憶器）中，已考慮形成— 由氧化鈕（T az 〇5 )所形成的電容介電膜。在此例子中，亦考 慮將電谷電極之材料從習知的多晶發改變成金屬多層膜例 如W/Ti 。 曰、 在先前技藝中，對於触刻包含一 TiN膜之多層膜之例 子而言’至少TiN被一含有氯（C1)作為一主要元素之氣體 例如C丨2/BCls/CHF3所蝕刻，然後使用含有氯（c 1 )作為一主
要元素但不含sfb之氣體將其過度蝕刻。然而，當麵刻TiN 時所產生的Ti C 1之沉積會阻礙後續的灰化製程對阻膜之移 除。此問題在大面積圖案例如電容平板中係值得注音的。 因而，為了提昇阻膜之可移除性，已經使用下列對 策··在灰化氣體中加入一含氟氣體，俾使T i c丨之沉積揮 發’導致可移除性獲得改善。舉例而言，使用包含加。 的CF4之％的氣體進行灰化。然而，此已造成灰化器中壓1 % 之擾亂以及灰化速率之波動。因而，需要一種可 L力 ! j故昇阻膜 之可移除性之姓刻方法，且在灰化製程中不使用含氣氣肤
五、發明說明（2) 兹參照圖式說明先前技藝中之前述問題。兹參昭圖u 至1C說明包含一TiN膜之多層膜之先前技藝姓刻方法的第 '例子 ° 圖1A係一半導體裳置之部分剖面圖，顯示在一由Si〇2 所形成的層間絕緣膜1上，依據下列之順序，藉由 2 CVDCchemical vapor deposition ’ 化學氣相沉積）形成一 Taa 〇5膜2 (其設置於電容平板電極之例子中，但不設置於銘 交互連接之例子中）、藉由CVD或濺鍍形成—Tijy膜3、以及 藉由錢鑛形成一 AlCu膜4與一 TiN膜5，並且沉積且圖案化 一阻膜6。 在此情形中，使用圖案化阻膜6作為遮罩，#刻一包 含TiN膜的多層膜（2 + 3 + 4 + 5)。在此例子中，使用 C 12 / BC 13 /CHF3或C 12 /BC13 /CH2F2進行此触刻，其係習知上用 於A 1 C u或T i N之餘刻製程。舉例而言，使用氣體流率為
70/40/7 seem 之C12/BC13/CHF3、8 mTorr 之壓力、1200 W 之電源功率與120 W之偏壓功率，蚀刻TiN/AlCu/TiN膜， 繼而，以相同類型的蚀刻氣體進行過度飯刻。所以，獲得 如圖1 B所示之結構。 隨後，使用一同生產線（in-line)灰化器進行灰化。 舉例而言，使用氣體流率為3 0 0 0 / 2 0 0 seem之〇2/N2、2 Torr之壓力、以及1000 W之RF功率，進行灰化以移除圖案 化阻膜6。所以，獲得如圖1 C所示之結構。然而，尤其在 大面積圖案例如電容平板中，此先前技藝製程會遭遇殘留 物7殘留之問題。此殘留物7包含殘留的阻膜與含有T i之沉
五、發明說明（3) 積。 在此’如前所述，可加入一含氟氣體至灰化氣體中， 以提昇阻膜之可移除性。然而，此已變成灰化器中壓力擾 亂與灰化速率波動之原因。 茲參照圖2A至2D說明包含一 TiN膜之多層膜之先前技 藝蝕刻方法的第二例子。 圖2 A係一半導體裝置之部分剖面圖，顯示在—由s i 〇2 所形成的層間絕緣膜8上’依據下列之順序，藉由CVD或濺 鑛形成一TiN膜9、以及藉由CVD形成一W或WN膜10，並且沉 積且圖案化一阻膜11。 在此情形中’使用圖案化阻膜1丨作為遮罩，蝕刻一包 含TiN膜的多層膜（8 + 9 + 10)。在第一步驟中，使用 SF6/CHF3/N2進行蝕刻，其係習知上用於评或㈣之蝕刻製 程。舉例而言’使用氣體流率為90/ 20/ 1 〇 sccm之
SF6/CHF3/N2、1〇 mTorr 之壓力、1200 W 之電源功率與 60 W 之偏壓功率，蝕刻W或WN臈。所以，獲得如圖2B所示之結 構。 行姓刻，其係習知上用於Ti N之蝕刻製程。舉例而言，使 用 Cl2/BCl3/CHF3 = 7 0 / 4 0 / 7 seem 之氣體流率、8 mTorr 之壓 力、1200 W之電源功率與120 W之偏壓功率，餘刻TiN膜。 繼而’使用相同類型的蝕刻氣體進行過度蝕刻。所以，獲 得如圖2 C所示之結構。 隨後’使用一灰化器進行灰化。舉例而言，使用氣體
4 6 3 2 6 3 五、發明說明（4) 流率為3000/ 200 seem 之 02/N2、2 Torr 之壓力、以及10〇〇 评之R F功率’進行灰化以移除圖案化阻膜11。所以’獲得 如圊2 D所示之結構。然而’尤其在大面積圖案例如電容平 板中’即使此第二先前技藝製程亦會遭遇殘留物1 2殘留之 問題。此殘留物1 2包含殘留的阻膜與含有τ i之沉積’類似 於殘留物7。 在此，如前所述，可加入一含氟氣體至灰化氣體中， 以提昇阻膜之可移除性。然而，此已變成灰化器中壓力擾 亂與灰化速率波動之原因。 如前所述’在先前技藝製程中，在阻膜之灰化後有殘 留物殘留。此原因為：實務上通常使用含有例如 Cls/BCl^CHF3氣體的氣以蝕刻TiN膜。在此情形下，作為 蝕刻劑之C1自由基與Ti反應，使得Tin沉積於阻膜上。 T i C 1之沉積阻礙灰化對阻膜之移除。 此外’在添加一含氟氣體至灰化氣體中之情形下，一 F自由基與Ti C1之沉積反應’產生一揮發性反應物τίρ， 移除TiCl之沉積，因而，提昇阻膜之可移除性。然而，含 氟氣體之添加擾亂灰化器内之壓力且使灰化速率發生 動。此係先前技藝中待避免之問題。 / 【發明概述】 據此本&明之—目的在於，提供一種蝕刻方法’ 以乾㈣-含有多層膜的氮化鈦，其業已克服 前述問題。 & <
第7頁 463263 五 、發明說明（5) 本發明之另一目的在於，提供一種蝕刻方 蝕刻一含有多層臈的氮化鈦，其可提昇阻膜之 用以乾 而在灰化製程中不使用一含氟氣體。 移除性， 依據本發明之含有多層膜之氮化鈦的乾蝕 成本發明之前述及其他目的，該多層膜係形成於=法可達 矽層上，且使用一阻膜作為一遮罩，其 —氧化 阻膜以將該阻膜移除之前，蝕刻該多層膜，使用二^化該 少50%的SFe之氣體進行過度蝕刻，藉以提昇該 3有至 化之可移除性。 眠左由灰 在依據本發明之前述用以乾蝕刻含有多層臈的氮化鈦 之方法中，重點在於：阻膜被灰化以移除該阻骐之前， 用含有至少50%的SFe氣體進行過度蝕刻。藉由此製程，大 量的F自由基可從SFe解離出自由基與7丨反應’產生一 揮發性反應物TiF，俾使Tic丨之沉積被有效移除。因而， 阻臈在灰化中之可移除性被提昇。當用於過度蝕刻的氣體 中所含SFe之成分低於5〇%時，無法獲得此優點。另一方 面’過度触刻用的氣體可僅由SFe所組成。 本發明之如述及其他目的、特徵、以及優點將從下文 中參照圖式的本發明之較佳實施例而獲得清楚之了解。 【較佳實施例之詳細說明】 兹參照圖3A至3D說明依據本發明第一實施例之蝕刻包 含一 TiN膜的多層臈之方法。圖3人至31)係—半導體裝置之 部分剖面圖，顯示依據本發明第一實施例之蝕刻包含一
463263 五、發明說明（6)
TiN膜的多層膜之方法。 圖3 A顯示在一由S i 02所形成的層間絕緣膜1上，依據 下列之順序’藉由CVD形成一Ta2 05膜2(其設置於電容平板 電極之例子中，但不設置於鋁交互連接之例子中）、藉由 CVD或濺鍍形成一TiN膜3、以及藉由濺鍍形成一 AlCu膜4與 一TiN膜5 ’並且沉積且圖案化一阻膜6。 在此情形中，使用圖案化阻膜6作為遮罩，蝕刻一包 含TiN膜的多層膜（2 + 3 + 4 + 5) °在第一步驟中，使用 C12/BC13/CHF3 4C12/BC13/CH2F2進行此蝕刻，其係習知上用 於A 1 Cu或T i N之蝕刻製程。舉例而言，使用氣體流率為 70/40/ 7 seem 之C12/BC13/CHF3、8 mTorr 之壓力、1 2 00 W 之電源功率與120 W之偏壓功率，蝕刻TiN/AlCu/TiN膜。 所以，獲得如圖3B所示之結構。 繼而，在第二步驟中’使用一含有至少50%的SF6之氣 體進行過度餘刻。舉例而言，使用氣體流率為1 〇 〇 / 2 〇 seem之SF6/CHF3、10 mTorr之壓力、1〇〇〇 W之電源功率與 6 0 W之偏壓功率’進行過度儀刻。所以，獲得如圖3 c所示 之結構。 隨後，使用一同生產線灰化器進行灰化。舉例而言， 使用氣體流率為3 0 0 0 /20 0 5(^111之02/\、2>1〇1^之壓力、 以及1 0 00W之RF功率’進行灰化以移除圖案化阻膜6。所 以，獲得如圖3D所示之結構。 在此第一實施例中’無殘留物7殘留，該殘留物7係發 生於圖1A至1C所示之先前技藝製程中。
4632 6 3 五、發明說明（7) 隨而參照圖4A至4E說明依據本發明第二實施例之蝕 刻包含一 TiN膜的多層膜之方法。圖μ至4E係一丰導體裝 置之部分剖面圖’顯示依據本發明第二實施例之蝕刻包含 一 TiN膜的多層膜之方法。 圖4A顯示在一由Si〇2所形成的層間絕緣膜8上，依據 下列之順序’藉由CVD或濺鍍形成一 TiN膜9、以及藉由CV]) 形成一 W或WN膜1〇，並且沉積且圖案化一阻膜丨丄。 在此情形中，使用圖案化阻膜丨丨作為遮罩，蝕刻一包 含TiN膜的多層膜（8 + 9 + 10)。在第一步驟中，使用 SFe/CHFg/N2進行蝕刻，其係習知上用於w或㈣之蝕刻製 程。舉例而言，使用氣體流率為9〇/2〇/1〇 sccm之 SF6/CHF3/N2、l〇 mT〇rr 之壓力 '12〇0 w 之電源功率與 60 w 之偏壓功率’蝕刻W或WN膜1 0。所以，獲得如圖4 B所示之 結構。 在第二步驟中，使用（；12/6(：13/(：肝3或(：12/8(：13/(：112卩2進 行钱刻，其係習知上用於γ i N之蝕刻製程。舉例而言，使 用氣體流率為 70 /4 0/7 seem 之 C12/BC13/CHF3、8 mTorr 之 壓力、1200 W之電源功率與wo W之偏壓功率，蝕刻TiN膜 9。所以’獲得如圖4 c所示之結構。 繼而’在第三步驟中’使用一含有至少50%的SF6之氣 體進行過度敍刻。舉例而言，使用氣體流率為〗〇〇/2〇sccm 之SF6/CHF3、1〇 mT〇rr之壓力、looo w之電源功率與6〇 w 之偏壓功率’進行過度蝕刻。所以，獲得如圖4 D所示之結 構。
第10頁 4 6326 3 五、發明說明（8) 隨後，使用—灰化器進；^扣ib,,, 選仃灰化。舉例而言，使用氣體 流率為 3000/200 seem 之 0/N 、9 τ _ , 2 乂、2 T〇rr之壓力、以及1000 W之RF功率，進行灰化以移除圇安,L t ^ ^你圚案化阻膜1 1。所以，獲得 如圖4 F所示之結構。 在此第二實施例中，I砀纽从彳0戌β _ ％留物1 2殘留，該殘留物1 2係 發生於圖2Α至2D所示之先前技藝製程中。 在前述實施例中，含有多層膜之TiN係由TiN膜與AlCu 膜或者ΠΝ膜與W·膜所構成。然而，本發以僅限於此 等含有多層膜之ΤιΝ的實施例’而可應用於任何含有多層 膜之T i N ’舉例而言，一由一石々胳也 τ . λτ 田矽臈與一 Τ〗Ν膜所組成的多層 膜0 产如刖所述，實務上通常使用一含有例如C12/BC13/CHF3 氣體之氣以蝕刻T1 N膜。在此情形下，作為蝕刻劑之c丨自 由基與Ti反應，使得TiC丨沉積於阻膜上。然而在本發明 中，則使用含有至少5 0 %的S Fe之氣體進行過度蝕刻。藉由 此製程，大量的F自由基可從SF6解離出，與TiCi之Ti反 應，而產生一揮發性反應物τ i F，俾使τ i c 1之沉積被有效 移除。因而，阻膜在灰化中之可移除性被提昇。 在先前技藝中，可加入一含氟氣體至灰化氣體中，以 移除沉積於阻膜上的τ i C 1。然而，此造成灰化器内壓力擾（ 亂與灰化速率波動之問題’亦已說明於前文中。在本發明 中，不再需要添加含氟氣體至灰化氣體中，使得灰化器内 壓力擾亂與灰化速率波動之問題不發生。 本發明之方法可應用於一大面積圖案例如由含有多層
463263 五、發明說明（9) 膜之T i N所形成的電容平板上，亦可應用於一細微圖案例 如由含有多層膜之T i N所形成的交互連接上。然而，本發 明之方法尤其有益於圖案化大面積圖案例如電容平板，既 然大量沉積已先沉積於阻膜上。 本發明業已參照具體實施例加以顯示並說明。然而， 應注意本發明絕非僅限於所示結構之細節，可在申請專利 範圍之範圍内進行變化及修改°
第12頁 453263 圖式簡單說明 圖1 A至1 C係一半導體裝置之部分剖面圖，顯示蝕刻包 含一TiN膜的多層膜之先前技藝方法的第一例子； 圖2 A至2 D係一半導體裝置之部分剖面圖，顯示蝕刻包 含一 TiN膜的多層膜之先前技藝方法的第二例子； 圖3A至3 D係一半導體裝置之部分剖面圖，顯示依據本 發明第一實施例之蝕刻包含一 T i N膜的多層膜之方法；以 及 圖4A至4E係一半導體裝置之部分剖面圖，顯示依據本 發明第二實施例之蝕刻包含一 T i N膜的多層膜之方法。 〔符號說明〕 1 層間絕緣膜 2 Ta2 05 膜 3 TiN 膜 4 AlCu 膜 5 TiN 膜 6 阻膜 7 殘留物 8 層間絕緣膜 9 TiN 膜 10 W或WN膜 11 阻膜 12 殘留物
第13頁

Claims (1)

  1. 4632^3 六'申請專利範圊 1 一種含有多層膜之氮化敍的乾lit刻方法’該多層膜係 形成於/二氧化矽層上，且使用一阻膜作為一遮罩，其特 徵為：於灰化該阻膜以將該阻膜移除之前，蝕刻該多層 膜，I使用一含有至少5 0 %的SFe之氣體進行過度蝕刻，藉 以提昇該阻膜被灰化的可移除性。 2 如申請專利範圍第1項之含有多層膜之氮化鈦的乾触刻 方法，其中該含有多層膜之氮化鈦係由依序疊置於該二氧 化石夕層上之一第一氮化鈦膜、一 AlCu膜、以及一第二氮化 鈦膜所構成。 3.如申請專利範圍第2項之含有多層膜之氮化鈦的乾蝕刻 方法，其中由該第一氮化欽膜、該AlCu膜、以及該第二氮 化鈦膜所構成的該含有多層膜之氮化鈦係受含有氣作為一 主要元素的蝕刻氣體所蝕刻’並且該過度蝕刻係使用一含 有至少50%的SF6 iSF6/CHF3氣體加以進行。 4·如申請專利範圍第3項之含有多層膜之氮化鈦的乾蝕刻 方法’其中該蝕刻氣體係(：12/6(：13/(：叮3或(：12/6(：13/(：1121^。 5.如申請專利範圍第1項之含有多層膜之氮化鈦的乾蝕刻 方法，其中該含有多層膜之氮化鈦係由依序疊置於該二氧 化石夕層上之一氮化鈦膜以及一W或醫膜所構成。 如申請專利範圍第5項之含有多層膜之氮化鈦的乾蝕刻 =法，其中由該氮化鈦膜以及該W或卵獏所構成的該含有 ί wS之氮化鈦係由使用SFb/CHF3/N2之第一姓刻步驟蝕刻 =或WN膜，隨後由使用-含有氣作A _主要元素的蝕刻 ' 第二蝕刻步驟蝕刻該氮化鈦膜，並且該過度蝕刻係
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