TW571001B - Method for residue-free anisotropic etching of aluminum and its alloys - Google Patents

Method for residue-free anisotropic etching of aluminum and its alloys Download PDF

Info

Publication number
TW571001B
TW571001B TW088119789A TW88119789A TW571001B TW 571001 B TW571001 B TW 571001B TW 088119789 A TW088119789 A TW 088119789A TW 88119789 A TW88119789 A TW 88119789A TW 571001 B TW571001 B TW 571001B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
gas
plasma
range
etching
patent application
Prior art date
Application number
TW088119789A
Other languages
English (en)
Inventor
Timothy R Webb
Savitha Nanjangud
Marlene Li
Jeffrey Stokes
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Application granted granted Critical
Publication of TW571001B publication Critical patent/TW571001B/zh

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/12—Gaseous compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
    • H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
    • H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
    • H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Description

571001 五、發明說明（1) 發明範田壽 本發明係關於銘及鋁合金之無殘留物 法。 初谷向異性蝕刻方 背景技藝之簡單說明 此藝中揭示蝕刻鋁及鋁合金之各藉古i 些說明於後。 .方法。此等方法之一 那瓦它（Nawata)等人在1986年1〇月21日屮 說明書字號4, 6 1 8, 3 98揭示一種乾式蝕刻方法版之美國一專利 化硼、氣和烴之蝕刻劑來源氣體混合物 ’，其中二氣 銘或其合金。該發明使得在高速下，以低+ f電渡以餘刻 來達成鋁及其合金之苳向異性畔刻作用成=能量密度 法蘭克（Frank)在1994年1月11日出版之美° 字號5, 277, 7 5 0揭示一種各向異性乾式姓刻方國專利說明書 用蝕刻遮蔽來蝕刻半導體積體電路中之含X鋁法，其係使 金屬層。蝕刻作用係以含碘化合物之嚴格各^銘合金之敷 氣體混合物來實行，該碘化合物在正常條件;2攻擊蝕刻 中形成傳導線之明確界定垂直剖面。 會揮發，其
哈亞沙卡（11&7&3&1^)等人在1 9 94年3月29曰屮 專利說明書字號5, 2 98, 1 1 2揭示一種將要處理=之美國 除去之方法及設備，其係藉由在含有製造半 組成物質 使用之物質在其中之反應室中，使用包含自元=凡件中所 包含氫元素之氣體或者使用包含氟之氣體、包氣體及 及包含氣之氣體之乾式灰化法來實行。 氣之氣體 馬（Ma)等人在1 9 98年7月14日出版之美國專 刊說明書
第6頁 571001 發明說明（2) 5 779古926揭示一種蝕刻基質上多組份紹合 上沒有蝕刻劑殘留物形成之方法。在#古4山 牡吞貝 於含電漿產生器及電漿電極之加工室內收曰土貝知置 Vr之加工氣體導入加工室，該加工氣體具有，積流速 以形成解離Cr電衆離子及未解離cv電：離η子广 體，和（i i )能增強含氣氣體之解離作用 3 "虱 藉由⑴對電聚產生器施用在第一能旦\^性氣體組成。 (u)對電毁電極施用在第二能量水平之RF電、άW和 氣體離子化以形成有力打擊基質之電敵離子；= 體積流速^和第一能量水平對第二能量水平之&旦乱祖之 合併被選擇，以至於含氣之姓刻氣體 ^ 犯里 ^之 至少約U:1之解離C1+電敷離子及未解離 ^目比為 解離C1+離子相對於未解離c丨+離子 7辦子。 从c: η Λ A 2 卞之增加置以每分鐘至少 ，=〇宅微米之钱刻速度钮刻基質上多組份紹合金，而‘ 基吳上沒有形成钱刻劑殘留物。 此藝中已知’為在㈣铭或其合金時得到可接受餘刻剖 面，所以重要的係為了在穿過遮蔽之圖形之連續垂直蝕刻 期間保護蝕刻圖形壁不被附隨的反應性種類進一步蝕刻\ 所以要鈍化蝕刻側壁。鈍化膜係藉由蝕刻圖形形成時\在 其側壁之上反應形成保護性膜之氣體組合物（即，側壁鈍 ，釗）來形成。氮（&)氣係通常使用之側壁鈍化劑。雖然 亂鈍化作用提供可接受之蝕刻剖面，可是氮氣之使用可、造 成=想要殘留物（例如，氮化矽或氮化銅（當蝕刻鋁—銅合 金寸））之產生，其可係難以除去的。如果留在原地，此等 571001 五，發明说明⑶、屬連絡線間的橋樑，在元件中引發電問題 殘衍物邛成為Λ · 姐从 ·用作為側壁鈍化劑。可是，在典型 .ί^\\ Xi& m ,λ. ,CM已使 例如 烴（例如 烴作為飩化劑之使用使鋁之蝕刻速度緩慢 屯漿蝕刻隻· e 即，低於每分鐘約5,⑽〇埃（Α))。當蝕 至無法接咬=二 度（即，大於約5毫瓦/公分2，或約i ，期間使用二二增進電容連結或電感連結蝕刻室内的鋁 %安培/公分曰致基質表面之離子撞擊，造成遮蔽層以 蝕刻速度時:^ 二果遮蔽層厚度增加以償，則難以 及鋁層之快速蝕刻 。 達到想要的蝕刻圖形别面0奴人人 頃想要提供一種蝕刻雜t 1金之方法，其在提供實質 上無殘留物之钱刻表面之时提供遮蔽層之上够之可接受 選擇性、提供想要之ϋ剴别面及提供可接受之錄姓刻速 度_ 〇 %在典型電漿加工設備中’電装產生來源之能量係在與基 二偏壓裝置之能量一起的共同控制之下。例如，在平行板 二聚室中’電漿來源能量之增加使令基質偏壓之給予基 玄之能量自動增加。 々為了在避免損傷基質元件之時，提供在姓刻力〇工期間勝 過周圍钱刻遮蔽物質的對鋁之增加選擇性，所以我們曾 =t兒，來源能量控制之電漿產生設備，其係與基質偏壓 ί ί之忐量控制分開。另外，我們曾發現，在雉持鋁之、 u刻速度之時，前述各別能量控制之使用使得含經物^
第8頁 571001 五、發明說明（4) 月皂加入^ i生亥|J 我們發現 之各別能量 在其中被钱 铭圖形之側 勝過鄰近遮 之存在，蝕 異性蝕刻條 藉由使電 應性種類之 偏壓可固定 平圖形表面 件之充分基 外）控制勝i 時加至在圖 之側壁上及 間一樣曝露 層被除去（4 實地表面及 物薄層仍適 本發明方 異性钱刻銘 體。姓刻作 能量控制之
’使用電焚產生來源及用 ^ ^ 用以使基質偏壓之裝置 控制設備，合併烴對φ將 、 方…工… 兒漿來源氣體抑或對基質 刻之力口工至（或浴）之λ ;^入，伟选大扣禮為扣丨说 壁 ip丨J δ又丨角 ，S、併、坦對齋妝 方…工… 兒漿來源氣體抑或對基質 广 .θ 力入’使得在保護蝕刻過 、即/ k供側壁鈍化作用）之時，能同時增進 蔽物矣的鋁之蝕刻作用.選 ^ y π适擇性。由於含烴物質 刻過圖形之側壁上形成 田π 3 /工W貝 ^ nr , ^ ^ 战之來合物，足以在各向 件下，保濩蝕刻過鋁側壁。 毁產生來源之能量增加， 數目可大量增加。藉由2表面上存在之反 以產生各向異性姓刻：：別控制基質偏壓，該 之重離子撞擊、结果：不會引發所有水 質偏壓達到時，蝕刻劑 J各向異性蝕刻條 1鄰近遮蔽物質的對鋁 g且合物（除離子撞擊 形表面之電漿種類，聚人選擇性。藉由將烴同 底部中。因為圖形侧：之薄層沉積在圖形 於钱刻劑種類下，所以雖缺$各向異性钱刻期 t各向異性蝕刻期間，沉…、、團形底部之聚合物 在圖形之底部中之聚八：K平表面，即在 於保護側壁表面不被二刻薄層被除去），聚合 法包括使用由電漿來源氣體 及銘合金，該來源氣體包含2，毁來各向 用在具有電漿產生來源及美I ^虱體及含烴氣 加工設備内發生。 "貝偏壓裝置之各別 571001 7L、妗叫说明（·「)） 含氣氣體較佳係選自下列各物：C 12、HC 1、BC丨3、 CC I,、S i C 、CHC 1:,、CC 1·Α、C丨1C 1J 及其混合物。含氣氣 體史佳係不含氟。含氣氣體最佳係C 12。 含烴氣體較佳有化學式CxHy，其中當y係在自約1至約1 2 範圍内時，X通常係在自約1至約5範圍内。更佳地，X係在 自1至3範圍内，而y係在自1至6範圍内。最佳地，含烴氣 體係CH4。 電漿來源氣體中氣：碳之原子比較佳係在自約5 : 1至約 - 2 0 0 ·. 1範圍内；更佳係自約1 0 : 1至約2 0 : 1。烴中氫：碳之原 子比較佳係在自約1 : 1至約4 : 1範圍内。 電漿來源氣體亦可包含添加@體，其有助於蝕刻剖面控 制。添加氣體較佳係選自下列各物：BC13、N2、CF4、C2F6、 C4F8、CHF3、CH2F2、CHC13、CHC12F、CC12F2、C2C12F4、 CBrF3、CBr2F2、02及其混合物。可是，其他類似添加氣體 可供剖面控制使用。添加氣體更佳係不含氧。添加氣體最 ‘ 佳係BC 13。
電漿來源氣體通常包括選自下列各物之無反應性稀釋氣 體：氬、氦、氣、氪及其混合物，由於其之低成本，所以 以氬為較佳。 電漿之電子密度較佳係至少1 011電子-/公分3，最佳係約 1012電子_/公分3。基質偏壓較佳係少於約-2 0 0伏特。基質 偏壓範圍最佳係在自約-5 0伏特至約-1 5 0伏特。 本發明之方法特別有效於蝕刻鋁合金，例如，鋁-銅及 I呂-銅-石夕合金，其較純I呂易於產生更多不想要殘留物。
第10頁 571001 反、發明％明π;) 木發明之方法尤其有效於在具大開口面積（即，其中開 口而積組成品圓表而積之約6 5 %以上）之基質上沉積之鋁或 奶合金層之實質上無殘留物蚀刻作用。 圖示之簡革說明 圖1係應用材料之仙杜拍^ (Applied Materials，
Cl·:NTURp)蝕刻系統之橫切面圖，其係在本發明中有效之 蝕刻加工設備之實例。
圆2 a係圖1中所示之應用材料之仙杜拉@蝕刻系統中使用 之各別金屬蝕刻分立電漿來源（DPS)室型式之詳細圖示。 圆2b係各別金屬蝕刻DPS室之垂直橫切面圖，其係取自 美國專利字號5，7 7 9，9 2 6。此圖顯示電漿來源能量之單獨 能量控制2 6 8及偏壓能量之2 7 0。 圖3係已在基質3 1 0上沉積之鋁層3 0 8中所蝕刻之圖形3 0 6 之例舉說明。此例舉說明係提供來顯示鋁線條側壁之蝕刻 剖面係如何測量，其係與脫離想要之垂直壁（9 0 ° )之内含 角度有關。 圖4係一圖表，其顯示使來源氣體流速40 2、C12:CH4比例 4 0 4、加工室壓力4 0 6及來源能量4 0 8增加在鋁蝕刻終點時 間上影響，其係鋁蝕刻速度之指示（即，終點時間愈短， 姓刻速度愈快）。 . 圖5係一圖表，其顯示使來源氣體流速5 0 2、C12:CH4比例 5 0 4、加工室壓力5 0 6及來源能量5 0 8增加在链線條側壁之 蝕刻剖面角度上影響。 圖6係一圖表，其顯示使來源氣體流速6 0 2、C12:CH4比例
第11頁 571001
五、發明說明（7) 6 〇4、加工室壓力6 0 6及來源能量6 〇 8增加在蝕刻剖面微負 荷，Δ0 (即，在相同基質上，稠密排列線條之平均蝕刻剖 面角度和孤立線條之平岣蝕刻剖面角度間差異）上影響。 圖7係一圖表，其顯示使來源氣體流速7 〇 2、C 12: C H4比例 704、加工室壓力706及來源能量7〇8增加在蝕刻後留下之 殘留物$上景》響。钱刻後留下之殘留物量係以任意單位顯 示，其係在於20k倍率下進行之掃描電子顯微鏡（SEM)之比 較求值後^曰疋’其中存在於給予表面積上的沉積物之數目 係在從1至1 0的比例下比較及評估。 圖8係一圖表，其顯示在保持1 8 0 0瓦之固定來源能量 時，使偏壓能量增加對蝕刻完成後，殘留於晶圓中心内及 邊緣上的光阻劑之總量的影響。 圖9係一圖表，其顯示使C 12流速9 0 2、BC13流速9 04、Ar 流速9 0 6及CΗ*流速9 0 8改變在鋁合金钱刻終點時間影響， 該終點時間係銘合金姓刻速度之指示。
圖10係一圖表，其顯示使Cl2流速1 0 0 2、BC13流速1 0 04、 A r流速1 0 0 6及C H4流速1 0 〇 8改變在钱刻後留下之殘留物量 影響。殘留物係由計算在約2微米2之面積中觀察到的沉積 物數目來定量，如在20k倍率下進行之SEM上所示。 圖1 1係一圖表，其顯示使C 12流速1 1 0 2、B C 13流速1 1 0 4、 Ar流速11 0 6及CH4流速11 08改變在光阻蝕刻速度影響。 發明之詳細說明 我們發現一種半導體元件中鋁及鋁合金之實質上無殘留 物蝕刻之改良方法，該半導體元件包括互連構造及觸點。
第12頁 571001 厶、發叫％"/1 (8) 方法本身及實行木發明之方法的較佳 後。 1.定義 作為詳細說明之前言，應注意，當 申請專利範圍中使用時，單數形π — π 物，除非文中另有清楚指示。 對本發明之說明特別重要的特殊用 用語’’鋁合金π包括半導體工業中通 類。此種合金包括，但不限於，例如 -矽合金。合金之鋁含量通常為9 0 %或 用語π各向異性蝕刻作用"係_不是 速度加工之#刻作用。如果#刻作用 (例如，僅有垂直地）進行，則钱刻加 異性。 用語π方向比π通常係指特別圖形之 之比。在圖形有超過一個寬度的情形 用最小寬度。 用語π偏壓能量”係指施用於基質支 產生負電壓之能量。負電壓通常係用 離子朝向基質之方向性。 在本文中使用時，用語π氣”想要包 應性钱刻劑類的其他含氣化合物。 用語π分立電漿來源”係指一種電漿 量輸入電聚來源產生器及輸入基質偏 加工參數詳細說明於 在本申請書及所附之 及”該”包括複數指示 辭定義於後。 常使用的銘之合金種 ，鋁-銅合金及鋁-銅 更高。 在所有方向皆以相同 僅限於以一個方向 工被認為係完全各向 高度尺寸對寒度尺寸 中，方向比計算中使 撐座以在基質表面上 於控制離子撞擊能及 含Cl2以及能產生反 產生設備，其有使能 壓裝置之各別控制。
第13頁 571001 五、發叫況明（{)) 屯漿來源能量控制器通常控制用以產生電漿及決定電漿密 度之誘導偶合KF能t之供應，而偏壓能量控制器控制用以 在半導體基質表面上產生DC偏電壓的RF能量之供應。偏電 壓影響基質表面上的離子撞擊能量。此分立電漿來源通常 合併有來源及偏壓對彼此之分開（分立）影響之標準。由加 州’聖塔克拉拉之應用材料公司（A p p H e d M a t e r i a 1 s，
Inc· of Santa Clara，California)供應之恩杜 拉®(ENDURA®)金屬沉積系統及仙杜拉（CENDURA(g))金屬蝕 例 刻系統皆認為係"DPS"系統，其包括分立電敷來源能量及
偏壓能量控制。由其他製造商供應之類似設備可由不 門語來解釋。 T ^ ^ f ^ a ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 側壁的檢切剖面。在本文 側壁與下層λ質Η备庚^夕情形中’姓刻剖面係使用 基質垂直：4通“佳3明二當角度係9〇。日夺，側壁與 線條側壁被認為係漸小的;V，γ/在係；^於其9『（正）時， 倒退或下切的（即，線條底負；;!立，側壁被認為係 3例舉說明正及負角度線條側=其頂部表面為窄）。圖 用语蝕刻剖面微負荷"係 之平均蝕刻剖面角度與孤【：：二’稠密排列線條 異。例如，如果調密排列線;均蝕刻剖面角度間差 9 0。，而相同基質上孤立U平均蝕刻剖面角度為 85。，則蝕刻剖面微負俨條,平均蝕刻剖面角度係 知'5 (即 ’ 9〇。- 85。=5。、
苐14頁 571001 I五、發明說明（ίο) i I 用語”圖形π係指，但不限於，互連、觸點、經過點、溝 丨渠及組成基質表面之地形圖的其他構造。 i ： 用語”圖形大小M係指圖形之最小尺寸。 用語”高密度電漿”係指，但不限於，具至少1011電子-/ 丨公分3電子密度之電漿。 ! 用語”烴”係指，但不限於，具通式CxHy之含氫及碳化合 I物，其中X較佳係在從約1至約5範圍内，而y較佳係在從約 I 1至約12範圍内。 41· I 用語π離子撞擊π係指，但不限於，基質表面被離子（及 與離子一起存在之其他受激原子種類）的物理撞擊。離子 撞擊經常用於自基質表面除去原：子，其中係使用物理動量 轉移來達成原子除去。 用語π開口面積π係指已有開口向其中形成之基質之面積 丨（即，基質已有圖形和蝕刻以形成接觸經過點、溝渠，等 I等）。具有開口面積之基質係中開口已在大百分比（即，超
I 過約6 5 %)基質表面上形成之基質。 用語”氧化物損失π係指氧化矽層之消失，該氧化矽層通 常係三明治般在基質和擴散障蔽層間。
用語π電漿π係指包含大致相等數目之正及負電荷之部份 離子化氣體，以及一些其他數目未離子化氣體顆粒。 用語π側壁鈍化作用π係指大穿過遮蔽的圖形之連續垂直 蝕刻期間，保護蝕刻過圖形之側壁不被附隨的反應性種類 進一步钱刻。 用語”來源能量”係指用於產生電漿離子及中子之能量，
第15頁 571001 不論係Λ接在蝕刻室或遙遠地，如在微波電漿產生器之情 形中~ I I .貧行本發明之設備 具有將能t給予電漿產生來源及基質偏壓裝置之各別控 制之設備係由楊易（Yan Ye)等人在第十一屆國際電激加工 討論會（1996年3月7日）之會刊（proceedings of the Eleventh International Symposium of Plasma Processing)中說明，且在電化學學會會刊
IN (Electro-chemical Society Proceedings)(1996 年96-12 冊，2 2 2-2 33頁）中發表。 圖1示出可在本發明之實行中·使用之蝕刻加工設備之橫 切圖不’應用材料之仙杜拉®蝕刻系統（應用材料公司， 聖塔克拉克，加州）。仙杜gg)蝕刻系統係全自動半導體 製造系統，其使用容納2 〇 〇 〇毫米晶圓之單一晶圓、多室設 計。如圖1中所示，仙杜#蝕刻系統包括分立電漿來源 (DPS)室102;南級線條-及—鈍化（“？）室1〇4;晶圓定向室 1 06 ; 一冷卻，室108 ;及獨立操作之負載鎖室110。後文實例 一及一中况明之實驗係使用系統2 9 8 2仙杜拉⑥蝕刻系 實行。系統2 98 2與圖工中所示之一般仙杜拉沒钱刻系統； 同的係系統2 98 2包括僅一個ASp室。 + 圖2 a不出仙杜拉⑧蝕刻系統中使用之型式之各別金屬钱 刻DPS室102之詳％圄—人印 ^ ^ ^ οπο 圖不。金屬蝕刻DPS室102包括陶瓷μ 丁盲 2 0 2，標準單極性靜卞丄α 瓦I頂 9nR s二。 静毛夾盤（ESC) 2 0 4，及1.0英吋焦點環 2 0 6。拱頂2 0 2保持扃m〜 衣 在固疋溫度，以在加工期間控制顆粒之 571001 五 、發明說明（12) 形成。氣體（丁、經·由使翁賊八右认a 嘴2 08導入室内。室壓由刀呈::之一四個陶曼乳體注入噴 壓力控制系統m控獨基型節流闊212之閉環 DPS钱刻室102使用兩# 士 腿，以產生及電Λ=，料調整在約2 才阿在度電毀（即，具至少1 〇11雷早-/八 分3電子密度）。晶圓係〗q R R 、 Λ 壓。電漿來源之分立本& # g量來源成為偏 Μ 控制，其在改變來源量及離子密度可單獨 學之時提供具寬加=力及金屬钱刻氣體化 圖2b係各別金屬餘二之二度9均句電漀(〈5%變動）。 刻G中，基質22 5 ¥刻^至102之垂直橫切面圖示。在钮 保持在原位。镍♦+置於加工至.1 02中並藉由靜電失盤273 電極257盥猫fr /失盤2 73躺在陰極電漿電極25 7之上，該 壁⑽電接地=(f)能量來源27G連接。室之 加工ί二電;；2體分布器265導入和分布在整個 電漿產生器2 ^^ 子如措由將RF電流施用於電感線圈 2 55係與單獨@制之=電激來源氣體形成，言玄t焚產生器 極電極257係藉由“ ίί ”（RF)能量來源26 8連接。陰L 巧7上而相對於陽謂電壓施用於陰極電極4· 成之電毁離子被吸引^極258地電偏離，以至於室1〇2内形 加工氣體及姓刻劑副：：二f:撞擊及姓刻基質22 5。廢 102。節流閥m係放系統274排出加工室 力。金屬钮刻DPS室^乳裝>置中提供’以控制室102内壓 0 2之更洋細說明在馬（M a)等人於丨9 9 8
571001 五、發明说明π:υ 年7月1 /1曰出版之美國專利說明書字號5，7 7 9，9 2 6中發現， 其之揭示全部併於本文供參考。 後文之實例三、四及五說明之實驗係使用應用材料之系 統5 0 8 4原型蝕刻加工系統來實行。系統5 0 8 4係全自動半導 體製造系統，其使用非常類似於系統2 9 8 2仙杜拉@蝕刻系 統，但容納1 5 0毫米晶圓之單一晶圓、多室設計。系統 5084維持三個加工室（兩個原型DPS室及一個ASP室），其與 中央負載鎖室連接。系統5 0 84設備能以與應用材料之系統 2 9 8 2設備類似方式實行相同功能。 I I I.鋁及其合金之無殘留物各向異性蝕刻方法 本發明之方法包含鋁或鋁合金之各向異性蝕刻作用，其 使用由包含反應性含氣類及含烴氣體之電漿來源氣體形成 之電漿及獨立控制之電漿產生來源及基質偏壓裝置。蝕刻 加工室可使用具有或不具有用以增加電漿離子含量之RF連 結内線圈之外部或局部產生之電漿來源。 含氣類通常係由較佳係選自下列各物之氣體產生：C 12、 HC1、BC13、CC14、SiCl4、CHC13、CC12F2、CHC12F 及其混合 物。含氣類更佳係由不含氟之氣體產生。含氣類最佳係由 Cl2產生。 用以提供蝕刻過鋁圖形表面之側壁鈍化作用之含烴氣體 通常係加至組成電漿來源氣體之其他氣體内。含烴氣體較 佳有化學式CxHy，其中當y係在自約1至約12範圍内時，X通 常係在自約1至約5範圍内。更佳地，X係在自1至3範圍 内，而y係在自1至6範圍内。最佳地，含烴氣體係C H4。
第18頁 571001
當在本文屮使用時，用語π側哩鈍化作用π係指在穿過遮 蔽之[§丨形之連續垂直蝕刻期問，保護蝕刻過圖形之側壁不 被附隨的反應性種類進一步蝕刻。另外，藉由調整電漿來 源氣體中氣、碳及氫之相對比例，可能得到在蝕刻完成後 使整個圖形表面鈍化之額外利益，因此在後續加工及元件 使用期間提供增強之耐腐蝕性。氣或含氣氣體或含烴氣體 較佳係以相對量提供，以致t漿來源氣體中氣：碳之原子 比在約5 : 1至約2 0 0 : 1範圍内；更佳係從約1 0 : 1至約1 0 0 : 1。 烴中氫：碳之原子比較佳係在約1 : 1至約4 : 1範圍内。 電漿來源氣體更可包含添加氣體，其幫助剖面控制，此 處添加氣體較佳係選自包括：BC丨3、N2、CF4、C2F6、C4F8、 CHF3、CH2F2、CHC13、CHC12F、CC12F2、C2C12F4、CBrF3、 CBr2F2、02及其混合物。可是，其他類似添加氣體可用於 剖面控制。添加氣體更佳係不含氧。氧在電漿來源氣體中 之存在可使鋁相對於光阻遮蔽物質之優先蝕刻作用的電漿 來源氣體之選擇性降低，造成不想要的光阻遮蔽層之蝕刻 · 速度。最佳添加氣體係BC13。 電漿來源氣體通常包含無反應性稀釋氣體，此處無反應 性稀釋氣體係選自包括：氬、氦、氙、氪及其混合物，由 於其之低成本，以氬為較佳。 - 蝕刻作用較佳係使用其中電漿來源能量係與基質偏壓能 量分開控制之加工設備來實行。其之一般說明提供在前文 之段落I I中。電漿之電子密度較佳係至少1 011電子·/公 分3，而更佳係約1 〇12電子-/公分3。 -
苐19頁 571001 五•妗叫说叫Π 5) ----------——— 為從供異性1¾刻作, ^ , ., . t ’乍用’在使蝕刻遮蔽層表面上之離 子#繫t減少之時，小心柃牛丨丨比〜 m 曰 心雖 弟基Α偏壓能S。在本文說明 之設備中，偏壓能觉較值作，| 巧、於約3 〇 Q瓦·更佳倍少么/^ 2 0 0瓦；最佳係少於約1 〇 〇瓦。 ’ ’、 ' 後义之表1提供根據本發明 …殘留編“乍用之較佳之：法”及甘/或其合金之實 之系統2982仙杜拉⑧蚀刻年扣工條件’ ”使用應用材料 前文之段落[[中。/丨糸統，其示於圖！及2中並說明於 表1 .蝕刻鋁及鋁合 加工參數 較佳力 更佳加工你杜 -4¾- Z r$j ^ jtrT -/ir-t T / /jlL 電漿來源能量(瓦） 300-2000 - 一一 1’不^卞 ^00^0 取週且加工f条件 800-1200 基質偏壓能量(瓦） 50-300 50-200 50-100 Cl2流速⑽^!!) 50-200 50-100 50-90 CH4 流速(50〇11) MOO 1-50 Γ20 " BC12流速⑽⑽） 0-200 0-100 0-50 Ar 流速(seem) 0-200 20-200 20-100 典型總氣體流 (seem) 50-350 50-200 80-180 加工室壓力（毫托） 5-50 5-25 8-12 基座溫度(°c)* 10-80 20-60 30-50 加工室壁溫(°c) 20-100 40-100 80 ' '
溫度通常i沒生0二一ϋ座溫度。例如，約50 °c 之基座溫度通常將造成約9 0 - 1 0 0 t之基質溫度。 實例1 : 實驗係為了在以各種量將氣及曱烧加至電漿來源氣體之
第20頁 57l001 五、發明說明（16) 時，比較保持定值之C丨2及BC 13之蝕刻劑類混合物的鋁合金 餘刻速度而進行。 加工工作係以應用材料之系統2 9 8 2蝕刻加工設備來實 行，其示於圖1及2中並說明於前文之段落丨丨中。 下列之膜堆積，從頂至底，係供本研究使用：1 · 8微米丄一 條光阻（由加州，福利蒙特（Frem〇nt，CA)之TFI供應）； iί450埃（A)TiNARC(抗反射塗覆層）；ll，5oo埃Al — o·5%
Cu; 70 0埃Ti障蔽層；及1· 12微米氧化矽，在矽晶圓基質 上。 ' 所有基質皆使用具線條及空白圖形之i —線條光阻遮蔽來 作出圖形，同時圖形大小為約〇 · 4微米而縱橫比為 2^:1· TlN ARC係使用商業供應之卜線條步進器來作出圖 形。 鋁合金及鈦障蔽係使用下列加工參數蝕刻：i〇〇 sccm ，40 sccm BC13 和5 或1〇 sccm n^^CH4; 12〇〇 瓦來源能 ^ 150瓦偏壓能量；10-20毫托加工室壓力；了托在基質 面之氦反壓；45t基質溫度；及8〇°C加工室壁和拱 線條之高度（即’姓刻深度）為約i微米。記錄用以 達成該钱刻深度所需之終點時間。你 ^ L _ — ^ + ^ Π 使用不同電漿來源氣 體、加工室溫度及流速之姓刻作用 主〇山 4作用之終點時間記錄於後文 表2中。 ι食氮和含甲烧電^〇^^呂合金姓刻速度之生 輕 571001
五、發明說明（17) 壓力(毫托） Ν2 流⑽。!!!) CH4 流(seem) 終點時間(秒) #刻速及 10 5 - 34 10 轉 5 45 _ 10,680 ^ 10 10 - 34 HJ00^ 10 _ 10 53 9,000~^· 20 5 - 32 15^000^^ 20 • 5 42 UA〇〇~^ 20 10 - 31 15,480~^ 20 - 10 48 10,020 ^
雖然叙合金兹刻速度在钮刻電漿含曱烧時比在钱刻電繁 含氮時為明顯較低，但是在每一不同加工室壓力及來源氣 體流速下，使用含甲烷來源氣蟫所得之蝕刻速度仍適當地 超過每分鐘5，〇 〇 〇埃之最低可接受蝕刻速度。 田 實例2 ： 貝例係為了測量铭合金姓刻速度、钱刻剖面、钱刻剖面 微負荷、蝕刻後殘留之光阻遮蔽層之厚度及鋁合金線條及 空白之钱刻後留下之殘留物量而進行，其每一皆係電襞來 源氣體組合物（即，改變C 12 ·· CH4比例）、總氣體流速、加工 至壓力及來源能量之函數。
加工工作係以應用材料之系統2 9 8 2蝕刻加工設備來實 订’其示於圖1及2中並說明於前文之段落II中。 下列之膜堆積，從頂至底，係供本研究使用：1 · 8微米丄一 線條光阻（由加州，福利蒙特之TFI供應）；4 5 0埃TiN ARC; ^,5 0 0埃a卜〇·5% Cu; 7 0 0埃Ti障蔽層；及1·12微米氧化 分’在矽晶圓基質上。
22頁 571001 發叫说叫U8) 所有丛货皆使用具線條及空白圆形之i -線條光阻遮蔽來 作出圖形，同B年圖形大小為約〇 . 4微米而縱橫比為 2. 5 : 1 . T i Ν Λ RC係使用商業供應之i -線條步進器來作出磡 形υ 奶合金及鈦障蔽係使用下列加工參數蝕刻：8 0 0 - 1 6 0 0瓦 來源能f ; 1 5 0瓦偏壓能量；8 - 1 6 '毫托加工室壓力；7托在 基質晶圆背面之氦反壓；45 °C基質溫度；及80 °C加工室壁 和拱頂溫度。C12/CH4比例係從6 : 1改變至33 : 1。在本組實 驗中沒有使用添加氣體（例如，B C 13)。 每一線條之高度（即，蝕刻深度）為約1微米。記錄用以 達成該蝕刻深度所需之終點時巧。蝕刻過鋁線條之壁之蝕 刻剖面角度，相對於下層基質，係以度數來測量（以垂 直，即9 0 °C ，蝕刻剖面為理想的）。每一剖面微負荷 (△ ° )係藉由使相同基質上，稠密排列線條之平均蝕刻剖 面角度與孤立線條之平均蝕刻剖面角度比較來測量。 蝕刻終點時間、蝕刻剖面角度、蝕刻剖面微負荷及蝕刻 完成時光阻厚度皆提供在後文表3中，其皆係下列加工變 數之函數：電漿來源氣體之C 12: CH4比例；電漿來源氣體之總 流速；加工室壓力；及來源能量（偏壓能量保持固定在1 5 0 瓦）。 表3·改變C,9: CL比例及其他加工變數在鋁合金蝕刻結果上 影響
第23頁 571001 五、發明說明（19)
本文接著要說明之蝕刻判 說明。圖3顯示基質3 0 6之1線心係參考圖3來最佳例舉 切圖示。蝕刻剖面—般俜 妗 及空白3 0 4之圖形的橫 咖面角度…条側壁繼之橫切剖面。 間角度。角α係從線條和下層基質3〇6之表面 條側壁3 0 8測量。例如， ^^土，表面3 1 〇内部朝向線 壁剖面，其中線條在其基美且表示”漸尖”線條側 比較，α 2係9 0。，以$私綠作 土矢表面3 1 0 )較寬。藉 直相交。另外，α 3係1 〇 5 且多側—壁形成與基質表面310垂 面，其中線條在其基部較在=頂;倒=或下切線條側壁剖 改變電漿來源氣體c丨c 、更乍。 力；及來源能量等加工變數4 =:源氣體流速；加工室壓 角度·，蝕刻後留下之殘留匕生刻終點時間；蝕刻剖面 物里’及蝕刻剖面微負荷等蝕刻性 第24頁 571001 厶、發[|/|%丨丨/1 (20) 能變數上影饗各別示於圆4 - 8 ^使每一加工變數增加在銘 蝕钊速度；蝕刻刟而角度；蝕刻刟面微負荷；及蝕刻後留下 之殘衍物量上的一般影響概述於下文表4。 表4 .使各種加工變數增加在鋁合金蝕刻結果上的一般影響 加工參數 你合金蚀 刻 速度 蚀刻别面角 度 蝕刻剖面 微負何 蝕刻後留下 之殘留物 總流速 t 1 A CI2:CH4 比例 个 个 个 ψ γ 个 个 壓力 1 个 个 來源能量 个 个 个 /
f =增加；ΐ丨=強烈增加；丨'減少；丨丨=強烈減少； =實質上無改變。 平均姓刻終點時間係使用作為铭合金钱刻速度之指示。 終點時間愈短，蝕刻速度愈快。圖4顯示使來源氣體流速 4 0 2 ; C 12: CH4比例4 0 4 ;加工室壓力4 0 6 ;及來源能量4 0 8增 -加在蝕刻終點時間上影響。如圖4所示，使Cl2: CH4比例404 增加在鋁合金蝕刻速度中造成戲劇性增加（由蝕刻終點時 間之減少來指出）。使加工室壓力4 0 6增加亦在鋁合金蝕刻 速度中產生明顯增加。使來源氣體流速4 0 2及來源能量4 0 8 增加在鋁合金蝕刻速度中產生更適度增加。 . 圖5顯示來源氣體流速5 0 2、C 12: C H4比例5 0 4、加工室壓 力5 0 6、及來源能量5 0 8增加在鋁線條側壁之蝕刻剖面角度 上影響。如圖5中所示，使來源能量5 0 8增加在钱刻剖面角 度中造成戲劇性增加（即，使蝕刻剖面角度接近9 0 ° )。使
第25頁 571001 五、發明說明（21) C込二CH4比例5 04增加亦在蝕刻剖面角度中產生明顯增加 使來；原氧體流速5 〇 2增加在钱刻剖面角度中產峰声治 加，然而增加加工室壓力5 0 6使银刻剖面角H更適度曰 β圖6顯示使來源氣體流速6 02、C12:CH4比例6〇4、加工室 壓力0 6、及來源能罝6 0 8增加在姓刻剖面微負荷上景彡塑。 =中所示，使Cl2:CH4比例6〇4增加在姓刻剖面微負 :^劇性減少。使來源能量6〇8增加在蝕刻剖面微負荷 f適度減少。使來源氣體流速6〇2增加在蝕刻剖面微 負何上有明顯影響。 力:工室壓力6 0 6使钱刻剖面微負荷適度增加。這被 Z氣二為當使用較南室壓日夺，·使氣氣之停留時間增加。 喊條㈣，而增加之停留時間造成增加之剖面 觀察到較=ί孤：：：：較位在稠密排列之内的線條中 圖7 J 蝕刻剖面微負荷增加。 C源氣體流速7〇2、Ci2:CH4比例7。4、加工室 能量7°8增…刻後留下之殘留物量上 二二下之/1留物量係以任意單位顯示，其係在 定’其中存在於給予表面積上比較求值後指 1。的比例下比較及評估。鋁：：數目係在從1至 係链或鋼之化合物。如圖7中°所亍餘2留二之殘留物通常 力…史來源氣體流速ml 量Λ造成明顯增 之殘留物量中造成適度增加原…08增加在钱刻後留下
571001 五、發叫y/ji/i (u) 實例3 : 實驗係為了測f使Cll4流速、來源能量、偏壓能量及加 工，支·壓力改變在鋁合金（〇 · 5 % C u )圖形之蝕刻作用上影響 而進行。 此加工工作係在應用材料之系統5 0 8 4原型蝕刻加工設備 中實行。系統5 0 8 4有與圖1和2中所示的應用材料之系統 2 9 8 2蝕刻加工設備相同特徵。蝕刻室包括具有1 5 〇毫米晶 圆處理之機械夾之金屬分立電將來源（DPS)。
下列之膜堆積，從頂至底，係供本研究使用：1. 4微米i -線條光阻（由加州，福利蒙特之T F I供應）；2 5 0埃（A ) T i N ARC; 8000埃Cu; 1000埃TiN障蔽層；及約1微米 氧化矽，在矽晶圓基質上。 所有基質皆使用具線條及空白圖形之i —線停光萷爽 作出圖形，同時圖形大小為約U微米而縱 TiN ARC係使用商業供應之i—線條步進器來作出圖形。 於光阻遮蔽之成圖作用後，使基質在蝕刻作用寸， 習用烤爐内以11 〇 °c烘烤至少一小時。 則’、 鋁合金及氮化鈦障蔽層係使用下列參數蝕
Cl2、0-25 sccm BC13、〇一2 0 SCCm CH4、75 SV 1200-1800瓦來源能量；loo — 瓦偏壓能旦· Γ’ 加工室壓力；8托基質晶圓背面上的氦反壓^ ^15毫托 度及40 -6 5 t加工室璧壓力。記錄蝕刻終點 C基質溫 蝕刻後（沒有光阻剝落），為了殘餘氣之β。 使晶圓在習用烤爐内以丨1〇烘烤至少8小^ :作用，所以 、。接著，晶圓 571001 λ.，發叫％ "/丨ηυ 之一半在商業供應之電漿灰化器内剝去光阻，然後浸在6 5 〜C之商業供應溶劑中2 0分鐘以除去聚合物。 以未剝除之品圓求取蝕刻後留下之光阻量。以剝除後晶 圓求取氣化物损失（在開口面積及稠密排列中）、側壁表面 粗糙度（即，小孔）、侧壁剖面角度及蝕刻後留下之殘留物 觉。流速、來源能量、偏壓能量及加工室壓力之改變 在每一前述標準上之影響被分析。 後文之圖8及表5顯示在蝕刻期間維持固定來源能量 (1 8 0 0瓦）之時，增加偏壓能量（1 0 0、1 3 0、1 6 0瓦）在蝕刻 完成後留在晶圓之中央8 0 2内及邊緣8 04上之光阻遮蔽物質 之總量上影響。每一操作之加工參數如下：90 seem Cl2， 0 - 25 seem BC13，20 seem CH4，75 seem Ar; 10 毫托加工 室壓力；8托晶圓基質背面上的氦反壓；6 0 °C基質溫度；及 6 5 °C加工室壁溫度，除1 00瓦偏壓能量操作外，其有40 °C 之壁溫（先前處理之實驗顯示改變加工室溫度在鋁蝕刻結 果上有一點影響）。 表5.增加偏壓能量在總殘留光阻上之影響 來源能量（瓦） 1800 1800 1800 偏壓能量（瓦） 100 130 160 總光阻殘留-中央(埃） 8700 7700 6300 總光阻殘留-邊緣(埃） 7700 6800 6000 如前述圖8及表5中所示，在1800瓦之固定來源能量下， 使偏壓能量以僅小量（3 0瓦之增加量）增加導致在晶圓之中 央8 0 2内及邊緣8 04上留下之光阻之總量戲劇性減少。藉由
第28頁 571001 、發明說明（24) 2 8及表5中呈現之數據之插補法，頃清楚，在其中供給電 水產生來源及供給基質偏壓裝置之能量係在共同控制下的 i口 ί設備中，在適足以產生令人滿意之鋁蝕刻速度之來源 月b畺下操作將造成光阻遮蔽層之快速消失。 立曰加之偏壓能量使氧化物損失增加，然而側壁表面粗糙 度仍t目對地未受影響。增加之來源能量在側壁表面粗糙度 上有最小影響，但確貫會在圖形之底部造成鋁合金之過度
蝕刻（即，側壁表面粗糙度>90。），明顯地係由於使反應 性種類密度增加。 在任何樣本上未觀察到殘留物。 於蝕刻處理發展期間，評估咚變CH4流速之影響，以側 壁鈍化能力、鋁合金蝕刻速度、殘留物產生；及對勝過光 阻之蝕刻鋁合金之選擇性之角度評估。最初結果證明，在 各向異性蝕刻方法中，CH4可提供足夠鈍化作用給鋁線條 之側壁。可是，餘刻終點時間係以約23_35%之量增加（從 無CH4使用時的54秒，至20 sccm CH4使用時的75- 90秒）。 攸1 0至1 5宅托增加之加工室壓力使蝕刻終點時間稍微減少 (至72秒，當20 seem CH4使用時）。
實例4 : 貫驗係為了測量使電漿來源氣體組合物、加工室壓力及 偏壓改變在銘合金（1 % C u )圖形之姓刻作用上影響而進 行。使用钱刻鋁合金（〇 · 5 % Cu )圖形之實例3中說明之同一 一般方法。 下列之膜堆積，從頂至底，係供本研究使用：1 · 4微米i 一
第29頁 571001 五、發明說明（25) 線條光阻（由加州，福利蒙特之T F I供應）；2 5 0埃T i N A RC ; 8 0 0 0埃A 1 - 1% C u ; 1 0 0 0埃T i N障蔽層；及約1微米氧化矽， 在矽晶圓基質上。 所有基質皆使用具線條及空白圖形之i -線條光阻遮蔽來 作出圖形，同時圖形大小為約0. 4微米而縱橫比為2. 5 : 1。 T i N AR C係使用商業供應之i -線條步進器來作出圖形。 蝕刻作用係使用前文實例3中說明之應用材料之系統 5 0 8 4原型蝕刻加工設備來實行。鋁合金及氮化鈦障蔽層係 使用下列方法參數來银刻：90 -100 seem Cl2、25 seem BC13、10-20 seem CH4、0-75 seem Ar; 1500 瓦來源能量； 7 5 - 1 0 0瓦偏壓能量；1 0 - 1 5毫托.加工室壓力；8托基質晶圓 背面上的氦反壓；6 0 °C基質溫度及6 5 °C加工室壁溫度。記 錄蝕刻終點時間。 分析使電漿來源氣體組合物、加工室壓力及偏壓能量改 變在蝕刻終點時間及蝕刻後留下之殘留物量上影響。（蝕 刻後，在0. 5 % C u圖形上未曾觀察到殘留物。）結果示於表 6並說明於後。 表6 · 改變I呂合金钱刻方法參數在殘留物控制及钱亥1j I冬止點 時間上影響
第30頁 571001 五、發明說明（26) C“(sccm) 90 BCl^sccm) __ 25 CH4(sccm) ~W Ar(sccm) 75 壓力（毫托） 10 偏壓能量（瓦）__ 100 蝕刻終點時間(秒） Too 殘留物-中央 «… 殘留物-邊緣 90^ 2? ! io ί〇0~ 82^ 響 研究從10至15毫托增加之加工室壓 貝 。雖然終點時間減少1 8~2 2%， e θ 在鋁蝕刻速度上影 面中仍看到一些殘留物。 仁疋在晶圓之開口面積表 研究氬對鋁蚀刻速度上及殘留你快以 二 , ^物控制之貢獻。者兩將忠 源氣體組合物中省略氬時，鋁鉍方丨4 ώ 貝欣 田私漿來 之開口面積表面中觀察到一此殘@. 彳一疋在日日0 _W 一坟邊物。虱之存在提供以夸 激氬類的增加之離子撞擊，其提供表面清潔作用。’、 雖然同時地增加Cl2流速（自90 %^至1〇〇 sccm)、 CH4流速（自20 seem至io sccm)和氬流速（自75 sccm至4〇 seem)及減少偏壓能量（自1〇〇瓦至75瓦）造成終點時間之 35%減少，可是在所有表面面積上皆觀察到殘留物。 概略言之，前述實例3及4中說明之實驗之結果顯示， C &可在使鋁合金姓刻速度減少，但仍可接受，之代價 下，用於使#刻過鋁合金圖形之側壁鈍化。增加電激來源 能量（1 2 0 0 — 1 8 0 0瓦）造成圖形底部處鋁之過度钱刻（即，” 側壁剖面角度> 9 0。）。較高偏壓能量（丨〇 〇 —丨6 〇瓦）明顯縮
第31頁 571001 五、發明說明（27) ，光卩且遮蔽層之生存期，然而使蝕刻速度微負荷增加。較 南力工至壓力（1 〇 — 15笔托）一般使基質独刻速度增加。車^ 高加工室壓力亦造成在鋁合金（1 % Cu)圖形表面上\冗積之乂 殘留物（通常係銅化合物）增加。電漿來源氣體中氬之存在 ，明有助於自蝕刻過鋁合金圖形表面除去殘留物。 杏改變CH4、CL、BCI3和Ar之流速之十組設計過實驗（八個 實$中有1/2重複四個因數，加上兩個中心點操作）係為了
=九氧體流速在紹合金（1 % C u )圖形之姓刻作用上主要”影 ^ 2進行。在鋁合金蝕刻上的主要影響係由改變每一氣體 之流速所引起係清楚的；可是，各種氣體間的交互作用$ 不清楚。 兩個中心點操作包含在十個晶圓操作之總數中。中心點 =^係以前述實例3中說明之鋁合金（1% Cu)圖形上的單向 貝氣為基準來選擇。本實驗中使用之因素及水平列於下文 表7中。 因素 ^、JL /U 1 Cl2 流(seem) u / _ π，上 BC13 流(seem) 啕释準實」 Ar 流(seem) 驗之因素>5 CH4 流㈣。!!!) 低 70 15 40 10 中心 90 30 70 15 高 110 ~ 45 100 20
I列膜堆積，從頂至底，係供本研究使用：1 · 4微米卜線 條光阻（由加州，福利蒙特之TFI供應）；2 5 0埃TiN ARC; 8 0 0 0埃Ai-1% Cu; 1〇〇〇埃TiN障蔽層；及約丨微米氧化矽，
第32頁 571001 1、發叫说明（28) 在矽品圓基货上。 所有基货皆使用具線條及空白圖形之i -線條光阻遮蔽來 作出圆形，同時圖形大小為約0 · 4微米而縱橫比為2 · 5 : 1 · τ 1 Ν Λ R C係使用商業供應之1 一線條步進器來作出圖形。 蝕刻作用係使用前文實例3中說明之應用材料之系統 5 0 8 4原型蝕刻加工設備來實行。鋁合金及氮化鈦障蔽層係 使用下列方法參數來蝕刻：1 2毫托加工室壓力；1 5 0 0瓦來 源能量；1 0 0瓦偏壓能量；8托基質晶圓背面上的氦反壓；
6 0 °C陰極溫度及6 5 t：加工室壁溫度。 顯示使CH4、C 12、BC I3和Ar之流速改變在鋁合金蝕刻終 點時間、蝕刻後留下之殘留物章及光阻蝕刻速度上影響之 曲線各別提供在圖9-11中。增加每一氣體之流速在蝕刻結 果上主要影響概述於後文表8中。 表i二it加各種蝕刻劑氣體^之一速速餘刻結果上主要 影響 ^ 氣體 #呂合金ϋ 刻速度 蝕刻後留下 之殘留物 光阻钱刻 速度
丄i =強烈減少； 、Ar流速9 0 6及CH4 影響。如圖9中所 个=增加；t t二強烈增加；丨=減少； 圖9示出使(：12流速9 0 2、6(：13流速9〇4 流速9 0 8改變在鋁合金蝕刻終點時間上 571001 示，增加C h流速（以參考數字9 0 2表示）在鋁合金蝕刻速度 屮造成戲劇性增加（由蝕刻終點時間之減少來指出）。增加 C 11<流速9 0 8在銘合金蝕刻速度中造成明顯減少。增加Ar流 速9 0 ί;在鋁合金蝕刻速度中造成適度減少。增加BC13流速 9 0 4在奶合金蚀刻速度中造成適度減少。 圖1 0示出使Cl2流速1〇〇2、BC13流速1〇〇4、Ar流速1 0 0 6及
C ^流速1 0 0 8改變在蝕刻後留下之殘留物量上影響。殘留 物係藉由計算在約2微米2之面積中觀察到的沉積物數目來 定量，如在20k倍率下進行之SEM上所示。如圖1〇中所示， 增加C 12流速1 〇 〇 2在钱刻後留下之殘留物量中造成戲劇性 增加。這被認為係由於具較高C j 2流的增加之紹钱刻速 度。因為氣-铭產物化合物較氣-銅姓刻產物化合物有非常 多揮發性，所以如果鋁合金钱刻速度特別高，則鋁合金圖 形完全蝕刻後留下增加量之含銅殘留物。 增加C H4流速1 0 0 8和B C 13流速1 0 0 4在姓刻後留下之殘留物 量中造成明顯減少。增加A r流速1 〇 〇 6在姓刻後留下之殘留 “ 物量中造成適度減少，且SE Μ顯微照片可見地證明A r在控 制殘留物中的重要性。（在前述實例4中說明之實驗中預先 證明氬加入之必須性）。在任何操作之晶圓之邊緣上未觀 察到殘留物。 · _ 圖1 1示出改變Cl2流速1 1 02、BC 13流速1 1 04、Ar流速1 1 06 及CH4流速1 1 〇 8在光阻蝕刻速度上影響。如圖1 1中所示， 增加C 12流速1 1 〇 2在光阻蝕刻速度中造成戲劇性增加。增 加CH4流速1 1 〇 8在光阻蝕刻速度中造成戲劇性減少。增加 571001 五、發明說明（30)
Ar流速1 1 〇 6亦在光阻蝕刻速度中造成明顯減少。增加β c ^ i ^速1 1 04在光阻蝕刻速度中造成適度減少。以CH4、Ar和 BC Ι3之增加之流速觀察到的光阻蝕刻速度中減少同樣係由 於氣體混合物中氣之稀釋作用。 一般言之’以增加之C Η4流改良側壁粗糙度（即，側壁表 面較少小孔）°更發表於高C 12流方法期間，CH4對側壁鈍化 作用之A力 因為較高程度之側壁侵襲似乎係由於電漿中 增加之氣而發生。 本實驗中觀察到無剖面方向。 總而s之’ Cl提供足以防止小孔而不會在蝕刻過圖形 表面上產生殘留物之側壁鈍化作用。ch4加入作用使鋁蝕 刻=點最高時間以約23- 3 5%減少；可是，仍可得到每分鐘 =8, 0 0 0埃之可接文鋁合金飯刻速度。增加偏壓能量 致增加之光阻玄1丨球# —p B . 做幻連度；可疋，少於約-2 0 0伏特（較佳係在 ^ ^ ^ ^ ® ) ^ ^ ^ f it t ^ ^ -Γ 較大過度“(V7由：量圖形底部處銘… - V _ . . . 90之下切或倒退钱刻剖面角度來 幸:：V二=電焚來源能量範圍，約3°°瓦至約20 0 0瓦； 洲瓦至約160。瓦;最佳係約80。瓦至 車乂低加工室壓力（5 - 5 η古k ϋ ,丄 ^^ „, ^ V, J ΓΛ；!5'25 ί ^ ^ ^8'12 電聚來源氣體之較佳氬含量二亦，留物控 J!^20^^ 2 0 0 sccm〇it 下之殘留物量中造成明二先，刻速度及姓刻後留 月顯土曰加。電漿來源氣體之較佳C 12
第35頁 571001 几、發叫说叫πι) 含量範®從約50 seem至約20 0 seem。電漿來源氣體之較 佳絶流速範®從約5 0 s c c m至約3 5 0 s c c m。 整體言之，對鋁合金蝕刻作用而言，發展出一種無殘留 物蝕刻方法，其藉由於蝕刻期間時，烴對加工室之加入作 用來避免蝕刻過鋁合金表面之小孔。 本發明提供一種鋁及鋁合金之各向異性蝕刻方法，其在 提供實質上無殘留物表面之時，提供可接受之蝕刻速度及 良好蝕刻剖面角度，而不會使遮蔽層消失。 又 本發明之方法特別有效於蝕刻具高（即，大於約〇 5 金含量之鋁合金。 ° 本發明之方法亦尤其有效於耷大開口面積（即，苴中 口面積組成晶圓表面積之約65%以上）之基質上沉積之汗 紹合金層之實質上無殘留物蝕刻作用。、 、 或 前述較佳具體實施例並不打算用來限制本發 因此熟諳此藝者可鑑於本發明揭示，擴 ^杏二可， 符合後文發明申請專利範圍之主旨。、、a -只轭例至
O:\61\61278.PTD 第36頁

Claims (1)

  1. 571001 D8 繼麵案7月 |六、申請專利範
    種於存在有產生自含烴類來源氣體的電漿下基質 上紹層或銘合金層之實質上無殘留物各向異性姓刻方法，該 方法包含··使用由電黎來源氣體產生之電漿蝕刻該鋁或該鋁 合金，該來源氣體包括含氣氣體及具化學式cxHy之烴類氣 體/、中X係在從1至5範圍内，而y係在從丄至範圍 内’且其中該電黎來源氣體中氣：碳之原子比係在4¾ 5:1至 200:1範圍内’而㈣作用係在加卫設備中發生該設備提 供誘導能量電漿產生及一各別基質偏壓裝置，且其中該電聚 係一具有電子密度至少為1〇"電子_/公分3之高密度電漿產 生自該基質加工設備内部。 2·如申請專利範圍第i項之方法，其中該含氣氣體係選自 包括：Cl2、HC1、BC13、CC14、SiCl4、CHC13、CC12F2、CHC12F 及其混合物。 3 ·如申請專利範圍第2項之方法，其中該含氣氣體不包含 氟。 4.如申請專利範圍第3項之方法，其中該含氣氣體係Cl2。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中X介於1至3範圍 内，且y介於1至6範圍内。 6 ·如申請專利範圍第5項之方法，其中該烴類氣體係 ______ ______第 37 頁__________ (請先閲讀背面之注意事項再填ιβι頁) I 訂 經濟部智慧財^¾¾工消費合作社印W 571001 經濟部智慧时4¾¾工消費合作社ίνΚ A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 CH4。 7 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該電漿來源氣體中 氯：碳之原子比係在從10:1至20:1範圍内，而該烴中氫：碳 之原子比係在從1:1至4:1範圍内。 8 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中該電漿來源氣體更 包含選自下列各物之添加氣體：BC13、N2、CF4、C2F6、C4F8、 CHF3、CH2F2、CHC13、CHC12F、CC12F2、C2C12F4、CBi*F3、 CBqF〗、〇2及其混合物。 9 ·如申請專利範圍第8項之方法，其中該添加氣體不包含 氧。 1 〇·如申請專利範圍第9項之方法，其中該添加氣體係 BC13。 11.如申請專利範圍第1項之方法，其中該電漿來源氣體 更包含選自下列各物之無反應性稀釋氣體：氬、氦、氙、氪 及其混合物。 12·如申請專利範圍第1 1項之方法，其中該無反應性稀釋 氣體係氮。 第38頁 ^ CNS ) AmMi 2i〇x 297.^t ) (請先閲讀背面之注意事項再 頁) 571001 A8 B8 C8 D8 κ、申請專利就圍 U.如申請專利範圍第1項之方法，其中該電漿之電子密 度係在10"電子-/公分3至1〇12電子·/公公3範圍内。 14·如申請專利範圍第1項之方 〇伏特至-200伏特範圍内。 法，其中該基質偏壓係在 經濟部智慧財^ί^;"ϋ(工消費合作社印# Μ.如申請專利範圍第14項之方法，其中該基質偏壓係 在-50伏特至-150伏特範圍内。 I6.如申請專利範圍第1項之方法，其中該誘導能量電漿 係在能量瓦至2000瓦範圍内操作，頻率2ΜΗζ。 17·如中請專利範圍第16項之方法，其中該誘導能量電浆 係在能量800瓦至12〇〇瓦範圍内操作。 18.如申請專利範圍第1項之方法，其中該方法係在加工 室壓力範圍由5毫托至50毫托之間執行。 19·如申請專利範圍第！項之方法，其中該方法係在基質 溫度50°C至10CTC範圍内執行。 20. 一種於存在有一產生自含烴類來源氣體的電漿下基質 上銘層或銘合金層之實質上無殘留物各向異性姓刻方法，該 方法包含：使用一電漿蚀刻該銘或該銘合金，其中該電漿中 第39頁 .艾迷用中國國家標f i CNS ) A4規格（21〇>< 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再 -- 頁)
    •1. 571001 A8 B8 C3 D8 經濟部智慧財凌¾¾工消費合作社印κ 六、申請專利範圍 產生之反應性種類實質上包括含氣氣體及具化學式CxHy之 丈二類氣體’其中X係在從1至5範圍内，而y係在從1至i 2 範圍内，而蝕刻作用係在基質加工室中發生，其中電子密度 係至少1 〇11電子_/公分3之電漿係產生自該基質加工設備内 4 ’且一不同於產生該電漿之能量源係用於施加能量以偏壓 該基質。 21 ·如申請專利範圍第20項之方法，其中該烴類氣體係 ch4 〇 22. —種基質上鋁層或鋁合金層之實質上無殘留物各向異 ^生韻刻方法’該方法包含：使用一電漿蝕刻該鋁或該鋁合 金’其中該電漿中產生之反應性種類實質上包括含氣氣體及 具化學式CxHy之烴類氣體，其中x係在從1至5範圍内，而 y係在從1至12範圍内，且其中該電漿來源氣體中氣：碳之 原子比係在從5:1至2〇〇:1範圍内，而蝕刻作用係在基質加 工室中發生’其中一誘導能量高密度之電漿產生自該基質加 工設備内部’且一不同於產生該電漿之能量源係用於施加能 ，量以偏壓該基質。 23. 如申請專利範圍第22項之方法，其中該烴類氣體係 CKU 0 24·如申請專利範圍第23項之方法，其中該烴類氣體係第4G頁 L, ,；. ；>： )i] ip mmt ( C'NS ) ( ：z 10 X 297-^¾ ) (請先閲讀背面之注意事項再填頁) 訂
    .1. 571001 A8 B8 C8 D8 i六 申請專利範圍 c2h, (請先閲讀背面之注意事項再填頁) • Iπ·ν 訂
    經濟部智慧財是¾¾工消費合作社IV 頁 1Α 4 第 Κ.ΐ也用令國國家標) A4規格（210X297公釐） 571001 公告本 修正 年Λ 曰 92. 7· 3Q 104
    104 第1圖 (先前技藝)
TW088119789A 1998-11-12 1999-11-16 Method for residue-free anisotropic etching of aluminum and its alloys TW571001B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US19043598A 1998-11-12 1998-11-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW571001B true TW571001B (en) 2004-01-11

Family

ID=22701346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW088119789A TW571001B (en) 1998-11-12 1999-11-16 Method for residue-free anisotropic etching of aluminum and its alloys

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2002530844A (zh)
KR (1) KR20010080994A (zh)
TW (1) TW571001B (zh)
WO (1) WO2000029640A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100458591B1 (ko) * 2002-04-19 2004-12-03 아남반도체 주식회사 반도체 소자의 폴리머 제거방법
JP4554479B2 (ja) * 2005-09-13 2010-09-29 株式会社日立ハイテクノロジーズ ドライエッチング方法
JP5374077B2 (ja) 2008-06-16 2013-12-25 ローム株式会社 Ｍｅｍｓセンサ
JP2010098518A (ja) * 2008-10-16 2010-04-30 Rohm Co Ltd Ｍｅｍｓセンサの製造方法およびｍｅｍｓセンサ

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4372807A (en) * 1982-03-25 1983-02-08 Rca Corporation Plasma etching of aluminum
US4505782A (en) * 1983-03-25 1985-03-19 Lfe Corporation Plasma reactive ion etching of aluminum and aluminum alloys
JPS60169140A (ja) * 1984-02-13 1985-09-02 Hitachi Ltd ドライエツチング方法
JP2603217B2 (ja) * 1985-07-12 1997-04-23 株式会社日立製作所 表面処理方法及び表面処理装置
DE4107006A1 (de) * 1991-03-05 1992-09-10 Siemens Ag Verfahren zum anisotropen trockenaetzen von aluminium bzw. aluminiumlegierungen enthaltenden leiterbahnebenen in integrierten halbleiterschaltungen
JPH04288828A (ja) * 1991-03-18 1992-10-13 Sony Corp ドライエッチング方法
DE4317722C2 (de) * 1993-05-27 1996-12-05 Siemens Ag Verfahren zum anisotropen Ätzen einer aluminiumhaltigen Schicht und Verwendung einer hierzu geeigneten Ätzgasmischung
US5779926A (en) * 1994-09-16 1998-07-14 Applied Materials, Inc. Plasma process for etching multicomponent alloys
US6156663A (en) * 1995-10-03 2000-12-05 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for plasma processing
US6090717A (en) * 1996-03-26 2000-07-18 Lam Research Corporation High density plasma etching of metallization layer using chlorine and nitrogen

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010080994A (ko) 2001-08-25
WO2000029640A9 (en) 2000-11-09
WO2000029640A1 (en) 2000-05-25
JP2002530844A (ja) 2002-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3574680B2 (ja) キセノンを用いたプラズマエッチング
US5866483A (en) Method for anisotropically etching tungsten using SF6, CHF3, and N2
TWI375991B (en) Method for multi-layer resist plasma etch
TW558768B (en) Unique process chemistry for etching organic low-k materials
US5387556A (en) Etching aluminum and its alloys using HC1, C1-containing etchant and N.sub.2
US6583065B1 (en) Sidewall polymer forming gas additives for etching processes
US6090717A (en) High density plasma etching of metallization layer using chlorine and nitrogen
US6228775B1 (en) Plasma etching method using low ionization potential gas
US20060035173A1 (en) Patterning thin metal films by dry reactive ion etching
TW402761B (en) Method of etching copper for semiconductor devices
US20040180551A1 (en) Carbon hard mask for aluminum interconnect fabrication
KR20050112125A (ko) 가스 화학물질의 주기적 조절을 사용하는 플라즈마 에칭방법
WO2002065539A1 (en) Method of etching tungsten or tungsten nitride electrode gates in semiconductor structures
JP2002510146A (ja) 異方性プラチナプロファイルのエッチング方法
US5880033A (en) Method for etching metal silicide with high selectivity to polysilicon
KR101075045B1 (ko) 플라즈마 에칭 성능 강화를 위한 방법
TW571001B (en) Method for residue-free anisotropic etching of aluminum and its alloys
Mahorowala et al. Etching of polysilicon in inductively coupled Cl 2 and HBr discharges. I. Experimental characterization of polysilicon profiles
TW479291B (en) Enhancement of silicon oxide etch rate and substrate selectivity with xenon addition
TW200401946A (en) Process for etching photomasks
JPH11111680A (ja) エッチング方法
KR20210023906A (ko) 황 원자를 함유하는 가스 분자를 사용한 플라즈마 에칭 방법
Pilz et al. Oxygen reactive ion etching of polymers: profile evolution and process mechanisms
Gutsche et al. Patterning of 0.175 μm platinum features using Ar/O 2 chemically assisted ion-beam etching
JP4722243B2 (ja) ドライエッチング用ガスおよび半導体デバイスの加工方法

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees