TW514679B - Method of promoting an etching selectivity of titanium nitride to aluminum - Google Patents
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Description
514679 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 發明領域= 本發明與一種半導體製程有關，特別是一種有關提 高氮化鈦（TiN)相對於鋁金屬（A1)之蝕刻選擇性（etching s e 1 e c t i v i t y)的方法。 發明背景= 隨著積體電路之製程進入超大型積體電路（UL SI)， 爲了在積體電路的設計上符合高積極度之需求，半導體底 材上各種主動元件的尺寸往往縮小至次微米以下。而伴隨 著元件尺寸的縮小，傳統技術中所提供用來形成各式元件 之製程方法也遭遇極大的困難與挑戰。特別是傳統製程中 所產生的缺陷（如污染微粒等等）對所製造尺寸較小之元 件，往往產生極大的影響，並造成半導體製程的良率大幅 的降低。 請參照第一圖，該圖所顯示爲傳統製程中，蝕刻介 電層以形成接觸孔之步驟。其中一半導體底材2上具有一 鋁金屬層4以作爲金屬內連線之用，且一厚氧化層8則位於 該鋁金屬層4之上方。値得注意的是爲了避免鋁金屬材料 在與其它材質之接觸面上發生尖峰現象（spike)，且有效的 提昇鋁金屬之附著能力，常常在鋁金屬層4與氧化層8之間 形成一氮化鈦層（Titanium Nitride，TiN)6以作爲阻障層 (請先閲讀背面之注意事項
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線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 514679 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（） (barder layer)。在使用傳統微影技術定義出接觸孔圖案於 光阻層10上之後，可使用該光阻層1(Τ作爲蝕刻罩冪對氧化 層8進行主要蝕刻程序（main etching，ME)，以形成接觸孔 於該氧化層8上。然後，爲了有效的降低元件之電阻値， 在蝕刻該氧化層8以形成接觸孔後，往往會再對氮化鈦層6 進行蝕刻程序，以便曝露出鋁金屬層4之上表面。爲此， 當上述主要蝕刻製程抵達氮化鈦層6之後，所使用之蝕刻 機台設備會調整進行蝕刻程序之配方及參數以進行所謂 過度蝕刻程序（over etching，OE)。藉著進行過度蝕刻製程 以對氮化鈦層6進行蝕刻，以曝露出鋁金屬層4之上表面， 如第一圖所示。 然而在實際進行蝕刻程序時，往往會遭遇諸多之困 難與問題。例如在蝕刻氮化鈦層6時，由於氮化鈦層6相對 於其下鋁金屬層4之蝕刻選擇性並不高，是以在進行過度 蝕刻以移除氮化鈦層6時，往往也會對鋁金屬層4造成傷 害，並導致部份鋁金屬層4亦在蝕刻程序中被移除。例如 以目前業界所使用之TEL 8500機台或TEL DRM機台，且使 用OF8、CO與Ar作爲蝕刻配方之情形下，僅能獲得約1〜2 的氮化鈦/鋁金屬選擇性比率。另外使用+機台，且 所用蝕刻配方爲(：册3、0匕、么1*以及％時，則可獲得約1~2.5 的氮化鈦/鋁金屬選擇性比率。至於其它如IPS等等機台， 亦祇能提供大約1〜2之氮化鈦/鋁金屬選擇性比率。是以在 氮化鈦與鋁金屬其蝕刻選擇性比率偏低的情形下，往往在 (請先閲讀背面之注意事項 ;^裝-- 本頁) 訂 ml- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ：Ζ97公釐） 514679 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 進行蝕刻氮化鈦層4程序時，亦導致鋁金屬層6遭受相當程 度的侵蝕。 請參照第二A圖，該圖所顯示爲位於氮化鈦層6下之 鋁金屬層4在受到侵鈾後，產生了具有傾斜面之凹槽A;至 於第二B圖則顯示在對氮化鈦層6進行過度蝕刻程序後， 在鋁金屬層4上所產生具有底切部份之凹槽B。値得注意 的是上述之凹槽A、B往往會導致後.續在塡充金屬材料至 接觸孔中以形成金屬插塞時，產生如空洞、縫隙等等缺 陷。並由此導致所形成金屬插塞其良率大幅下降。 此外，在進行過度蝕刻程序中所形成之金屬聚合物 (metallic polymer)往往難以移除。特別是由於鋁金屬層4 受到侵蝕所產生之金屬聚合物，經常附著在以鋁金屬材質 爲主之蝕刻反應室內壁上，導致蝕刻反應室元件之壽命週 期大幅縮短，並需經常進行維修保養。更者，所產生難以 淸除之金屬聚合物亦會附著於所曝露鋁金屬層4之上表 面，且在進行同步溶液移除（in-situ solvent strip)程序中， 該金屬聚合物亦很難被加以移除，從而造成鋁金屬層4表 面電阻値大增，並影響後續所形成金屬插塞之導電性。特 別是如同上述，隨著半導體尺寸持續縮小，對所形成介層 接觸孔之維度要求亦更加嚴苛。在此情形下，上述諸問題 往往造成塡於接觸孔中之金屬插塞其電阻値無法符合製 程要求。 ^ (請先閱讀背面之注意事項
本頁) 訂
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 514679 Α7 Β7 五、發明説明（） 在傳統製程中，爲了有效的提昇氮化鈦/鋁金屬之蝕 刻選擇率，往往大幅提高進行鈾刻程序之偏壓功率（bias power)至約1200〜1600瓦。然而過高的偏壓功率經常導致 所定義之接觸孔圖案其側壁邊線產生缺陷。如第三圖所 示，其中在增加偏壓功率來進行蝕刻程序後，由於氮化鈦 層6相對於光阻層10之蝕刻選擇性亦不明顯，是以往往會 對光阻層10及氧化層8造成相當程度.之侵蝕效果，並造成 接觸孔側壁上產生如圖中所示之缺角12。此外，過高之偏 壓功率亦會導致所進行之蝕刻程序產生更多金屬聚合 物，而導致後續進行維修保養蝕刻反應室之難度增加。 發明目的及槪述= 本發明之目的在提供一種在鈾刻介電層以形成接 觸孔之主要蝕刻程序（ME)完成後，對氮化鈦層進行選擇 性過度蝕刻程序（0E)之方法^ 本發明之再一目的在提供一種選擇性蝕刻氮化鈦 層之蝕刻配方，藉著運用該蝕刻配方，可大幅提高氮化鈦 /鋁金屬之蝕刻選擇性，且提高氮化鈦層之蝕刻速率。 本發明提供了一種可提高氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選 擇且提高氮化鈦鈾刻速率之配方，用以對位於半導體底材 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ：297公釐） (請先_閱讀背&之注意事 寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 514679 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 上之氮化鈦層進行選擇性蝕刻程序，其中該半導體底材上 並具有一鋁金屬層。至於用來鈾刻氮化鈦層之蝕刻配方包 括流量2 30sccm之CF4、流量2 30sccm之CHF3、流量2 lOsccm之SF6、流量-lOsccm之N2，且進行該選擇性蝕刻 程序之壓力爲100至20.0毫托耳，所加磁場（B-field)爲10至 3 0高斯單位，偏壓功率（bias power)爲800至11 00瓦。 圖式簡單說明： 藉由以下詳細之描述結合所附圖示，將可輕易的了 解上述內容及此項發明之諸多優點，其中： 第一圖爲半導體晶片之截面圖，顯示根據傳統技術 對氧化層進行主要蝕刻程序，且對氮化鈦層進行過度蝕刻 程序之步驟； 第二A圖爲半導體晶片之截面圖，顯示根據傳統技 術對氮化鈦層進行過度蝕刻程序時，造成其下鋁金屬發生 侵蝕之現象； 第二B圖爲半導體晶片之截面圖，顯示根據傳統技 術對氮化鈦層進行過度蝕刻程序時，造成其下鋁金屬發生 侵蝕之現象； 第三圖爲半導體晶片之截面圖，顯示根據傳統技術 對氮化鈦層進行過度蝕刻程序時，造成氧化層與光阻層發 生侵蝕之現象； _ 第四圖爲半導體晶片之截面圖，顯示根據本發明對 (請先閱讀背面之注意事項β寫本頁) 裝- 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 514679 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 氧化層進行主要飽刻程序，且對氮化鈦層進行過度蝕刻程 序之步驟； 第£ B m II示:爲對本發明所提供蝕刻配方進行調 整所造成之影響；及 第六η m,顯示爲對本發明所提供鈾刻配方進行調 整所造成之影響。 發明詳細說明 本發明提供一個新的鈾刻配方，用以在蝕刻介電層 以形成接觸孔之主要蝕刻程序（main etching，ME)完成 後，對氮化鈦層進行選擇性過度飽刻程序（over etching, 〇E)。其中藉著加入大量的氟原子與氮原子，可有效的提 昇氮化鈦層之蝕刻速率，且可大幅提昇氮化鈦/鋁金屬之 蝕刻選擇性（TiN/Al selectivity)。如此一來，除了可縮短 進行過度蝕刻程序之時間外，更可避免鋁金屬在過度鈾刻 氮化鈦程序中受到侵蝕。有關本發明之詳細說明如下所 述。 在一較佳之具體實施例中，如第四圖所示，提供一 具<100>晶向之單晶矽底材102，且在底材102上形成一鋁 金屬層104。一般而言，其它種類之半導體材料，諸如砷 化鎵（gallium arsenide)、鍺（germanium)或是位於絕緣層上 之矽底材（silicon on insulator，SOI)皆可作爲半導體底材 (請先閲讀背面之注意事項
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、1T
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 514679 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___B7_^_五、發明説明（） 使用。另外，由於半導體底材表面的特性對本發明而言， 並不會造成特別的影晌，是以其晶向亦可選擇<110>或 <111>。至於該鋁金屬層104則可使用傳統技術來加以形 成。例如在約溫度約350至65 0°C且壓力約1〜10毫托耳的環 境中，進行物理氣相沉積法（PVD)來加以形成。値得注意 的是在上述鋁金屬層104與半導體底材102之間，往往包括 了各式各樣的半導體元件與形成該些元件所需之各種功 能層。由於其並非本發明之特徵所在，是以在此不加以詳 述。 另外，在鋁金屬層104之上表面，則形成一作爲阻 障層之氮化鈦層（TiN) 106。除了可避免鋁金屬層104與其 它材料層間介面產生尖峰現象，亦可用以提昇鋁金屬層 104之附著能力。一般而言，可藉著利用磁控DC濺鍍程序 先沉積鈦薄膜於鋁金屬層104上表面，再將該底材102放置 於N:或NH3的環境中，進行快速熱處理（rapid thermal process)以形成氮化鈦層106。此外，也可藉著利用反應性 職鍍程序（reactivesputteringprocess)，使經由離子轟擊而 產生之鈦原子與電漿中解離之氮原子進行反應而形成氮 化鈦層106。 在形成氮化鈦層106於鋁金屬層104上表面後，接著 形_成氧化層108於該氮化鈦層106上表面以作爲介電層使 用。在一較佳實施例中，該氧化層108可以使用化學氣相 (請先閲讀背面之注意事項寫本頁) 裝· -訂
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 514679 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 — B7五、發明説明（） 沈積法（CVD)，以四乙基矽酸鹽（TEOS)在溫度約600至 800°C，壓力約0.1至lOtorr間，形成厚度約3000至8000埃之 氧化矽層108。接著，形成光阻層110於氧化層108上表面 以作爲後續定義氧化層108圖案之蝕刻罩冪層。一般而 言，藉著利用傳統微影製程之技術可定義接觸孔圖案於光 阻層110上。然後，使用該光阻層110作爲鈾刻罩冪，對氧 化層進行主要鈾刻製程（main etching，ME)，以形成接觸孔 於氧化層108上。其中該主要蝕刻程.序（ME)是以氮化鈦層 作爲蝕刻停止層，且在一最佳實施例中，該蝕刻程序是以 電漿蝕刻術來完成，而用來去除二氧化矽之蝕刻劑爲 cci2f2、chf3/cf4、chf3/ 〇2、CH3CHF2、CF4/〇2。 在完成上述主要蝕刻程序（ME)後，爲了有效提昇後 續所形成插塞元件之導電性，接著進行過度蝕刻程序 (over etching，0E)以移除接觸孔底部之氮化欽層106，並 曝露出鋁金屬層104之上表面。其中如同上述，爲了防止 鋁金屬層104在進行蝕刻氮化鈦層106程序中遭受侵蝕，是 以在進行蝕刻程序時，需有效提昇氮化鈦相對於鋁金屬之 鈾刻選擇性。在一較佳實施例中，當所使用之蝕刻機台爲 e-MxP +型蝕刻介層機台時，進行選擇性蝕刻氮化鈦層所 使用之鈾刻劑包括CF4、CHF3、SF6、N2與Ar。其中CF<之 流量約爲30至60sccm;CHF3之流量約爲30至90sccm;SF6之 流量約爲10至15sccm;N2之、流量爲10至20sccm;Ar之流量約 爲100至150sccm，且進行蝕刻程序之壓力約爲100〜200毫 (請先閲讀背面之注意事 裝-- :寫本頁)
、-IT 線 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 514679 A7 B7 五、發明説明（） 托耳，所施加之偏壓功率（bias power)爲800〜1100瓦，磁場 強度（B-field)爲10〜30高斯單位，而晶背壓力（氦氣）則大約 爲8〜20托耳。如此，將可有效的提昇氮化鈦/鋁金屬之蝕 刻選擇率（TiN/Al selectivity)至5〜6間，且可獲得2000〜2500 埃/分鐘的氮化鈦蝕刻速率。 其中，値得注意的是在進行過度蝕刻程序（OE)時， 所形成之氟化鈦副產物（TixFy by-product)相對於氟化鋁 (AhFy)副產物而言，較容易被移除。是以當在進行蝕刻程 序時，加入大量的氟原子至蝕刻反應室中進行蝕刻反應 時，將會產生較多的TixFy副產物與AhFy副產物。此時如 同上述，由於TixFy副產物較容易移除，是以在輕易移除 1^4>副產物後，蝕刻反應室中之反應將朝著增加ThFy副 產物的趨勢進行。亦即氮化鈦層106之蝕刻速率將會相當 程度的提高。相對地，由於AlxFy副產物較難移除，是以 當八14>副產物之濃度到達飽和程度時，在蝕刻反應室中 之反應將朝著抑制AhFy副產物的趨勢進行。如此將可有 效抑制鋁金屬層1 04在進行蝕刻程序中參與反應。此外更 由於所產生之AhFy副產物具有遮蔽鋁金屬層104之效 果，因此可有效的降低鋁金屬1 04在蝕刻程序中受到侵蝕 之機會。 另外，由於氮原子的加入，可使所形成之金屬聚合 物具有較低之鍵結能（bonding energy)，亦即可使所產生的 本纸張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項
經濟部中央標準局員工消费合作社印製 514679 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ____B7 _’ _五、發明説明（） 金屬聚合物其組織結構變得較爲鬆散。是以在提高氮原子 之比例後，可使所形成之TiNxFy副產物相對於AINxFy副產 物而言，更容易在離子轟擊程序中被移除。如此一來，將 可大幅增加氮化鈦相對於鋁金屬之蝕刻選擇性。更者，提 高進行蝕刻程序之壓力，可增加氟原子參與鈾刻反應之機 會。並且，提高蝕刻時之磁場，亦可有效增加氟分子解離 之機會。因此在增加壓力與磁場強度後，將可提高氟原子 濃度，並由於大量的氟原子參與反應，從而增加氮化鈦相 對於鋁金屬之鈾刻選擇性。此外，也可藉著調整偏壓射頻 (bias RF)來降低通入蝕刻反應室之氣體流量與提高反應 室壓力，並由此增加氟原子參與反應之時間，進而有效的 增加氮化鈦層106之蝕刻速率。 接著，請參照第五圖，該圖顯示在未加入SF6氣體 時，對其它蝕刻配方進行調整所得到之氮化鈦/鋁金屬蝕 刻選擇率。其中，在調整步驟欄位中所顯示爲對蝕刻配方 所進行之調整。例如第一次蝕刻程序顯示在CHF3流量爲 90sccm、CF* 流量爲 30sccm、Ar 流量爲 lOOsccm、壓力：200 毫托耳、功率：800瓦、磁埸強度：30高斯單位、且在晶背 壓力：20托耳之情形下，所量測之氮化鈦蝕刻速率爲296單 位；且鋁金屬之鈾刻速率爲281單位，因此所得之氮化鈦/ 鋁金屬之蝕刻選擇率約爲1.06。至於在第二次蝕刻程序 中，所作之調整爲加入流量爲15sccm之N2氣體，在其它條 件維持與第一次蝕刻程序相同之情形下，可以得到氮化鈦 (請先閱讀背面之注意事項再β本頁)
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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 514679 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 蝕刻速率爲354單位；而鋁金屬之蝕刻速率爲254單位，由 此可得到氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇率爲1.39。顯然，在 加入％後，的確可有效的提高氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇 性。此外，由第四次蝕刻程序可知在提高CF*之流量爲 60sccm後，由於參與反應的氟原子數量上昇，是以可增加 氮化鈦/鋁金屬蝕刻選擇性至1 · 1 7。至於第五次蝕刻程序 則顯示在提高所施加之偏壓功率由800瓦至1100瓦，雖可 使氮化鈦之蝕刻速率提昇由296單位.上升至440單位，但對 於鋁金屬層之蝕刻速率亦會由281單位上升至399單位，且 對氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇性（約1.17)產生之影響並不 大。在第六次蝕刻程序中，則除了調高Chi流量爲60sccm 外，同時加入流量爲15sccm2 N2。在此情形下，氮化鈦之 蝕刻速率可上升至506單位，相對的鋁金屬之蝕刻速率則 尙維持於273單位，由此可獲得氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇 性爲1.85。特別說明的是第五圖所顯示之結果，是在進行 圖案尺寸爲0.25// m之蝕刻程序中所進行之量測。其中薄 膜堆積之方式依序爲I-line光阻層/厚度約2000埃的氮化 鈦或鋁金屬層/阻障氧化層/矽底材。且蝕刻反應室之溫度 約爲15°C。另外所使用之蝕刻機台爲e-MxP+型蝕刻機 台。 再請參照第六圖，該圖顯示在加入SF6氣體時，對氮 化鈦/鋁金屬蝕刻選擇率之影響。其中，在調整步驟欄位 中所顯示爲對蝕刻配方所進行之調整。例如第一次蝕刻程 (請先閱讀背面之注意事項
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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 514679 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 序顯不在CHF3流量爲60sccm、CF4流量爲20sccm、Ar流量 爲lOOsccm、Ν2流量爲lOsccm、SF6流量爲i〇sccm、且壓 力：150毫托耳、偏壓功率：1100瓦、磁埸強度：30高斯單位、 並在晶背壓力（氦氣）：20托耳之情形下，所量測之氮化鈦 蝕刻速率爲1502單位；且鋁金屬之蝕刻速率爲567單位，因 此所得之氮化鈦/鋁金屬其蝕刻選擇比率上昇至2.65。至 於在第二次蝕刻程序中，提高CF4至40sccm，且提高N2至 15sccm，則可得到氮化鈦蝕刻速率爲1677單位；而鋁金屬 之蝕刻速率爲568單位，並由此可得到氮化鈦/鋁金屬之蝕 刻選擇比率爲2.95。顯然，在提高氮原子與氟原子比例 後，的確可有效的提高氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇性。在 第三次蝕刻程序中則提高SF6流量至15sccm以增加氟原子 量的供給，並由此得到2169單位之氮化鈦蝕刻速率以及 3.88之蝕刻選擇率。另外，在第四次蝕刻程序中（比第二 次蝕刻程序提高壓力至200毫托耳），則可獲得2006單位之 氮化鈦蝕刻速率以及4.35之蝕刻選擇率，顯示在提高壓力 後確有助於氟分子解離且參與反應。至於第五次蝕刻程序 (比第四次蝕刻程序提高SF6流量至15sccm)，更可得到5.32 的氮化鈦/鋁金屬蝕刻選擇比率與2507單位之氮化鈦鈾刻 速率。明顯地，大量提供SF6氣體來增加參與反應的氟原 子數量，將有助於提高氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇性。另 外，在第六次的蝕刻程序中，則可發現在第五次蝕刻程序 的條件下，分別增加CF*與CHF3的流量至60sccm，將可提 昇氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇率至5.66，且獲得2607單位之 (請先閲讀背面之注意事項本頁)
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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） 514679 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 氮化鈦蝕刻速率。其中如同上述，增加cf4之流量可用來 提高氟原子之比例，而增加CHF3之流量則可提高生成聚 合物之機會，並且由於含鈦聚合物遠較含鋁聚合物容易移 除，是以將會造成氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇比率上昇（約 5.66)。此外，參照第七次蝕刻程序，其中在移除第六次 蝕刻程序中所施加之磁場強度後，可得到降爲5.34之蝕刻 選擇比率。由此可以了解，適當的提昇磁場強度將有助於 氮化鈦/鋁金屬蝕刻選擇率增加。 値得注意的是由於上述第一實施例中之CF4之主要 功能在提供氟原子，是以其它任何CxFy之氣體，均可用來 取代Ch，例如C2F6或C4F8等等。另外，在第一實施例中所 使用之CHF;，則可使用CxHyFz來加以取代，例如可使用 CH:F2等等。至於用來讓金屬聚合物其組織結構變得鬆散 之⑷氣體，則可使用NH3來加以取代。由此，在本發明之 第二實施例中，進行選擇性蝕刻氮化鈦層所使用之蝕刻劑 可爲CF4、SF6、NH3與Ar。其中CF4之流量約爲30至 90sccm;SF6 約爲 10 至 15sccm;NH3 爲 30 至 60sccm;Ar 約爲 1〇〇 至150sccm，且進行蝕刻程序之壓力約爲100〜200毫托耳， 所施加之偏壓功率爲800〜1100瓦，磁場強度（B-field)爲 10〜30高斯單位，而晶背壓力（氦氣）則大約爲8〜20托耳。 如此亦可大幅提昇氮化欽/銘金屬之触刻選擇率。値得注 意的是在本發明實施例中所使用之機台爲e-MxP+型亥[J 機台，因此可藉著增加磁場強度以促使氟分子解離成氟原 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2l〇x297公釐） 丨.. -- (請先閱讀背面之注意事項^^本瓦)
514679 A7 __B7 五、發明説明（） 子並進而參與反應。然而對於其它機台而言，例如傳統技 術中常應用之HDP型蝕刻機台、或是目前業界常見的IPS 型鈾刻機台，則可對照調整其源頭功率（source power)， 而驅使氟分子解離成氟原子並參與反應。 本發明提供了許多超越先前技術之優點。首先，根 據本發明所提供用來進行氮化鈦層選擇性蝕刻程序之蝕 刻配方，可在所施加偏壓功率於800.〜1100瓦的情形下，獲 得與傳統製程（施加偏壓功率約爲1200〜1600瓦）相同之氮 化鈦蝕刻速率。由此將可有效的降低由於進行離子濺擊所 形成之金屬聚合物數量，並進而延長所使用蝕刻機台其組 件之使用壽命，降低傳統製程中需要經常對蝕刻機台進行 維修保養之困擾。並且由於所產生金屬聚合物數量的減 少，亦有助提昇進行同步溶液移除（in-situ solvent strip) 程序之效率。因此將可使蝕刻機台之保養與維修變得更爲 便利與輕鬆。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項^If寫本頁) 其次由於氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇率的大幅提 昇，促使在進行蝕刻程序中遭受侵蝕之鋁金屬減少，並使 在進行蝕刻程序後所曝露之鋁金屬表面具有較低之電阻 値，有利於控制與提昇後續製程之良率。接著，如同前述’ 於使用本發明所提供之蝕刻配方後，可提高氮化鈦/銘金 屬之蝕刻選擇率，且不需額外增加偏壓功率’因此可避免 光阻層或氧化層在進行過度蝕刻（〇E)程序中遭受侵鈾’並 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 514679 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（） 導致所製造之接觸孔其側壁邊線（sidewall striation)受到 嚴重損害。 此外，如同在前述實施例中所敘述，在增加進行過 度蝕刻程序中所施加的壓力後，亦可提高氮化鈦/鋁金屬 之蝕刻選擇率。是以在提高壓力的情形下，即可相當程度 的降低所施加之直流偏壓功率，如此則所產生之金屬聚合 物將可大幅度的減少。同樣地，在提高所施加之磁場強度 (B-fie Id)之後，亦可在降低直流偏壓功率的情形下，提高 氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇率，而達到有效抑制金屬聚合 物生成之機會。更者，由於本發明所提供之蝕刻配方，可 大幅提高氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇率，是以在延長過度 蝕刻程序之時間以獲得較乾淨的蝕刻效果時，亦不致於對 鋁金屬層產生侵蝕。 另外，在使用本發明所提供之鈾刻配方 (CHF3/CFWAr/N2/SF6)於e-MxP +型蝕刻機台，於偏壓功率爲 800〜1100瓦的條件下，除了可提高氮化鈦/鋁金屬之蝕刻 選擇率至約5〜6外，更可提昇氮化鈦層之蝕刻速率至 2000〜2500埃/分鐘。相對的，在使用傳統之蝕刻配方 (CHF"CF4/Ai:/N2)於e-MxP+型鈾亥丨J機台，於偏壓功率爲 800〜1100瓦的條件下，僅可獲得氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選 擇率約1〜2.5，且氮化鈦層之蝕刻速率亦僅有500〜1 500埃/ 分鐘。其中除了氮化鈦/鋁金屬蝕刻選擇率過低外，氮化 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
514679 A7 B7 五、發明説明（） 駄層之蝕刻速率亦相形偏低，而造成進行過度蝕刻程序之 時間需延長’並進而容易對光阻層與氧化層造成侵蝕，且 容易形成具有底切部份之凹槽於鋁金屬層表面。另外，在 使用傳統之蝕刻配方（C4F8/C〇/Ar)於丁 EL 8500或TEL DRM 型蝕刻機台中，於偏壓功率爲1200〜1600瓦的條件下，可 獲得氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇率約1〜2，而氮化鈦層之鈾 刻速率爲1500〜3000埃/分鐘。然而，値得注意的是由於其 偏壓功率較高，是以將產生數量極多之金屬聚合物，並且 由於其氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇率祇有1〜2，是以往往造 成所曝露之鋁金屬表面產生極嚴重之侵蝕現象，並造成具 有傾斜凹槽之鋁金屬層。且大量附著於反應室內壁且難以 淸除的金屬聚合物亦造成後續維修淸理之困難與麻煩。 本發明雖以一較佳實例闡明如上，然其並非用以限 定本發明精神與發明實體，僅止於此一實施例爾。對熟悉 此領域技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍內所作之修 改，均應包含在下述之申請專利範圍內。 (請先閱讀背面之注意事項 --裝-- 本頁)
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Claims (1)
- 514679公告本 申請專利範圍 申請專利範圍： 1. 一種選擇性蝕刻氮化鈦層之方法，該方法至少包 括下列步驟： 提供一半導體底材，其中該半導體底材上表面具有 一銘層與一氮化鈦層；且 選擇性蝕刻該氮化鈦層，其中所使用之蝕刻配方包 括具有碳原子之第一反應氣體、具有碳原子與氟原子之第 二反應氣體、具有氟原子之第三反應氣體SF6、具有氮原 子之第四反應氣體與一惰性氣體，其中該第一反應氣體爲 CxHyFz，該第二反應氣體爲（C+d，且其中該第三反應氣體 之流量大於1 Osccm，以提高參與該選擇性蝕刻之氟原子數 量，而該第四反應氣體爲％或ΝΗρ其流量大於l〇sccm， 以提高參與該選擇性蝕刻之氮原子數量。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之惰性 氣體爲Ar。 .3.如申請專利範圍第1項之方法，其中上述第一反 應氣體之流量爲30至90sccm。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 馈讀委員明示⑷年3月£1日所提之 修iE'本有無變更實質内容是否准予修也。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中上述第二反 應氣體之流量爲30至60sccm。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) 514679 ABCD 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述第三反 應氣體之流量爲1〇至15sccm。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述第四反 應氣體之流量爲1〇至20sccm。 7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述之惰性 氣體流量爲1〇〇至150sccm。 8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述進行選 擇性蝕刻程序之壓力爲100至200毫托耳。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述進行選 擇性蝕刻程序之偏壓功率爲800至1100瓦。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中上述進行選 擇性蝕刻程序所加磁場（B-field)爲10至30高斯單位。 11. 一種選擇性蝕刻氮化鈦層之方法，該方法至少 包括下列步驟： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 提供一半導體底材，其中該半導體底材上表面具有 一鋁層，且一氮化鈦層形成於該鋁層之上表面；且 選擇性蝕刻該氮化鈦層，其中所使用之鈾刻配方包 括第一反應氣體、第二反應氣體、SF6、含有氮原子之第 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 514679 ABCD 六、申請專利範圍 三反應氣體與一惰性氣體，其中該第一反應氣體爲 CxHyFz，該第二反應氣體爲Cir，該第三反應氣體至少包 含N2或NH3之〜，該SF6之流量g10sccm，且該第三反應氣 體的流量-l〇Sccm，而進行該選擇性飩刻程序之壓力爲 100至200毫托耳，所加磁場（B-field)爲10至30高斯單位。 12.如申請專利範圍第丨丨項之方法，其中上述之第 一反應熱體（CiF_j)係選自CF4、C2F6、C4F8、或其任意組合 群體中之一種。 1 3 ·如申請專利範圍第1丨項之方法，其中上述之惰 性氣體爲Ar。 14.如申請專利範圍第丨丨項之方法，其中上述第一 反應氣體之流量爲30至90sccm。 15·如申請專利範圍第11項之方法，其中上述第二 反應氣體之流量爲30至60sccm。 16. 如申請專利範圍第11項之方法，其中上述SF6 氣體之流量爲10至15sccm。 17. 如申請專利範圍第11項之方法，其中上述第三 反應氣體之流量爲10至20sccm。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) ..........·千 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 514679 ABCD 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 8.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中上述之惰 性氣體流量爲1 〇 〇至1 5 0 s c c m。 1 9.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中上述進行 選擇性蝕刻程序之偏壓功率爲800至11 00瓦。 20. 一種可提高氮化鈦/鋁金屬之蝕刻選擇且提高 氮化鈦蝕刻速率之方法，該方法至少包括下列步驟： 選擇性蝕刻該氮化鈦層，其中所使用之蝕刻配方包 括流量g30sccm之含碳原子與氟原子氣體，該含碳原子與 氟原子氣體包含CiR，流量-30sccm之含碳原子氣體，該 含碳原子氣體包含CxHyFz，流量2 lOsccm之SF6，流量^ lOsccm之含氮原子氣體，該含氮原子氣體包含N2或NH3之 .一，以及流量SlOOsccm之惰性氣體，且進行該選擇性蝕 刻程序之壓力爲1 0 〇至2 0 0毫托耳，所加磁場（B - f i e 1 d)爲1 0 至30高斯單位，偏壓功率（bias power)爲800至1100瓦。 21·如申請專利範圍第20項之方法，其中上述之含 碳原子氣體爲CH2F2或CHF3。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22·如申請專利範圍第21項之方法，其中上述CHF3 之流量爲30至90sccm。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 514679 A8 B8 C8 _D8_ 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 23. 如申請專利範圍第20項之方法，其中上述之含 碳原子與氟原子氣體係選自CF4、C2F6、C4F8、以及其任意 組合群體中之一種。 24. 如申請專利範圍第23項之方法，其中上述CF4 之流量爲30至60sccm。 2 5 .如申請專利範圍第20項之方法，其中上述之S F6 之流量爲10至15sccm。 26. 如申請專利範圍第20項之方法，其中上述之含 氮原子氣體之流量爲10至20sccm。 27. 如申請專利範圍第20項之方法，其中上述之惰 性氣體流量介於100至150sccm。 28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中上述之惰 性氣體爲Ar。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐)
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