專利名稱：使導(dǎo)體露出的刻蝕方法
發(fā)明
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體加工，尤其是使用八氟環(huán)丁烷(C4F8)刻蝕二氧化硅(SiO2)和使用四氟甲烷(CF4)刻蝕氮化鈦(TiN)的刻蝕方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工業(yè)中，利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)在半導(dǎo)體芯片上打開(kāi)電路路徑。用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)形成的一種結(jié)構(gòu)例如是將不同的層中導(dǎo)體進(jìn)行電連接的通路。反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)是等離子(氣態(tài))刻蝕的一種變體，其中半導(dǎo)體晶片置于一個(gè)射頻(RF)電極上，然后將刻蝕物質(zhì)從等離子抽取出來(lái)并向待刻蝕物體表面加速?；瘜W(xué)刻蝕反應(yīng)的發(fā)生可以去除該表面的部分物質(zhì)。反應(yīng)離子刻蝕在半導(dǎo)體加工中是一種最為常用的刻蝕技術(shù)。
參見(jiàn)圖1，顯示了一種傳統(tǒng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10，它包括刻蝕前的層12和層14。結(jié)構(gòu)10包含導(dǎo)體層14，它包含圍繞著導(dǎo)體層18(例如，銅或鋁)的介電層16(例如，二氧化硅(SiO2)層)；位于導(dǎo)體層14的上面的覆蓋層20(例如，氮化鈦(TiN)層)；位于覆蓋層20上面的介電層22(例如，二氧化硅(SiO2)層)；位于介電層22上面的另一介電層24(例如，氮化硅(Si3N4)層)；和已圖形化的光刻膠層26。
典型的反應(yīng)離子刻蝕方法在一個(gè)等離子腔中進(jìn)行，該等離子腔包含兩種射頻設(shè)置，例如，約2MHz(底部射頻源電極)和約27MHz(頂部偏壓功率電極)。下面描述一種用于疊層的反應(yīng)離子刻蝕方法，該疊層具有以下厚度6μm的光刻膠層26(例如，Gpoly)，4000的氮化硅介電層24,4500的二氧化硅介電層22和250-350的氮化鈦覆蓋層20。傳統(tǒng)的反應(yīng)離子刻蝕方法可能包括以下步驟使用氬氣(Ar)、四氟甲烷(CF4)和一氧化碳(CO)，去除污垢，刻蝕介電層24，刻蝕介電層22，然后兩步刻蝕覆蓋層20。第一個(gè)覆蓋層刻蝕步驟可能使用氬(Ar)，八氟環(huán)丁烷(C4F8)，氧(O2)和三氟甲烷(CHF3)，第二個(gè)覆蓋層刻蝕步驟可能使用氬(Ar)，三氟化氮(NF3)。最后，進(jìn)行氧(O2)等離子化學(xué)處理(灰化)將導(dǎo)體18上殘余的反應(yīng)離子刻蝕聚合物去除。
在介電刻蝕工具中去除氮化鈦(TiN)的常規(guī)反應(yīng)離子刻蝕工藝會(huì)遇到許多問(wèn)題。首先，會(huì)使工具老化，更特殊的是會(huì)使刻蝕速率下降，使隨后的反應(yīng)離子刻蝕處理的一致性降低，從而降低產(chǎn)量。其次，典型的等離子處理會(huì)使晶片剝蝕。例如，上述方法顯示了在晶片的切口處增高的靜電放電缺陷(ESD)。一種針對(duì)這種情況的解決辦法是采用金屬刻蝕體系，而不是介電刻蝕體系。然而，這些體系會(huì)引起覆蓋層20下保留的導(dǎo)電層18(如Al)的輪廓產(chǎn)生缺陷。也就是說(shuō)，它們對(duì)鋁不具有選擇性。
綜上所述，該領(lǐng)域中存在對(duì)改良反應(yīng)離子刻蝕工藝的需求，該技術(shù)又不會(huì)受相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包含刻蝕介電層和位于導(dǎo)體上的覆蓋層以使導(dǎo)體露出的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包含使用含有八氟環(huán)丁烷(C4F8)的刻蝕二氧化硅(SiO2)的化學(xué)物質(zhì)，和含有四氟甲烷(CF4)的用于刻蝕氮化鈦(TiN)的化學(xué)物質(zhì)。該方法可阻止刻蝕速率的劣化，并表現(xiàn)出減少的靜電放電缺陷。
本發(fā)明的第一個(gè)方面涉及露出導(dǎo)體的刻蝕方法，該方法包括如下步驟以含有八氟環(huán)丁烷(C4F8)的化學(xué)物質(zhì)刻穿含二氧化硅(SiO2)的第一介電層；以含四氟甲烷(CF4)的化學(xué)物質(zhì)刻穿含氮化鈦(TiN)的覆蓋層，以使導(dǎo)體露出。
本發(fā)明的第二方面包含一種用于露出導(dǎo)體的刻蝕方法，該方法包括以下步驟刻穿含有氮化硅(Si3N4)的第一介電層；以含有約13-17標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)八氟環(huán)丁烷(C4F8)氣流的化學(xué)物質(zhì)刻穿含有二氧化硅(SiO2)的第二介電層；以含有135-165標(biāo)準(zhǔn)立方厘米四氟甲烷(CF4)氣流的化學(xué)物質(zhì)刻穿含氮化鈦(TiN)的覆蓋層，以使導(dǎo)體露出。
本發(fā)明的第三個(gè)方面涉及露出疊層下面的導(dǎo)體的方法，該疊層由上至下包括圖形化的光刻膠層、氮化硅(Si3N4)層、二氧化硅(SiO2)層、氮化鈦(TiN)覆蓋層，該方法包括以下步驟刻穿所述氮化硅(Si3N4)；采用以下列條件所述刻穿二氧化硅(SiO2)約90-110mTorr(mT)的壓力，在大約27MHz及2MHz下約950-1050W的射頻能量，約375-425標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的Ar氣氣流，約13-17標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的八氟環(huán)丁烷(C4F8)及約5-7標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的O2；采用以下列條件刻穿含氮化鈦(TiN)的氮化鈦層約255-285mT的壓力，在約27MHz條件下的約1350-1450W的射頻能量及在約2MHz下的約650-750W的射頻能量，約135-165標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的四氟甲烷(CF4)及約90-110標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的N2氣流。
從下面的本發(fā)明的實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明中將清楚地了解本發(fā)明的前述及其它特性。


本發(fā)明的實(shí)施方案將根據(jù)下面的附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，其中相同的標(biāo)記指示相同的部件，其中圖1顯示了一種在刻蝕前含有介電層的常規(guī)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
圖2-6顯示了根據(jù)本發(fā)明的刻蝕方法的一個(gè)實(shí)施方案。
應(yīng)當(dāng)指出，該發(fā)明的附圖不是按比例繪制的。附圖的目的僅僅是為了描述發(fā)明的一些典型特征，因此不應(yīng)認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。附圖中，相同的編號(hào)代表著各圖間的相同部件。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，圖2-6顯示了根據(jù)本發(fā)明形成開(kāi)口以露出導(dǎo)體的刻蝕方法的一個(gè)實(shí)施方案。通過(guò)光刻膠提供開(kāi)口的圖形。該法改進(jìn)了傳統(tǒng)的方法，從而減少了靜電放電缺陷(ESD)并且不降低刻蝕速率。該方法在典型的電介質(zhì)反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工具中進(jìn)行，而不是在一種金屬反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工具中進(jìn)行。所使用的反應(yīng)離子刻蝕腔能夠采用兩種射頻設(shè)置，即約2MHz(底部射頻源電極)和約27MHz(頂部偏壓功率電極)。
該方法從傳統(tǒng)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100開(kāi)始，該結(jié)構(gòu)100包括含有介電層112的疊層(有時(shí)指大通路墊疊層(large-via pad stack))，與圖1所示相似。結(jié)構(gòu)100包括導(dǎo)體層114，該導(dǎo)體層包含圍繞著導(dǎo)體118(例如銅或鋁的導(dǎo)體)的介電層116(例如，二氧化硅(SiO2)，或任何其它合適的介電材料的層)。導(dǎo)體118上疊層包括覆蓋層120，該層包括位于導(dǎo)體層114上的氮化鈦(TiN)；介電層122，它包括位于覆蓋層120上的二氧化硅(SiO2)；另一介電層124，它包括位于介電層122上的氮化硅(Si3N4)層；和圖形化的光刻膠126。圖形化的光刻膠126包括待形成所述開(kāi)口以露出導(dǎo)體118的圖形。介電層122可包括任何二氧化硅(SiO2)型材料，比如氫化的氧碳化硅(SiCOH)，Novellus公司的CORALTM，硅酸四乙酯(Si(OC2H5)4)(TEOS)，摻F的TEOS(FTEOS)，摻F的硅酸鹽玻璃(FSG)，未摻雜硅酸鹽玻璃(USG)，硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)等。覆蓋層120可包括任何典型的氮化鈦基覆蓋材料。
采用具有以下厚度的疊層描述本發(fā)明6μm的光刻膠126(例如Gpoly)，4000的氮化硅介電層124，4500的包含二氧化硅的介電層122和250-350含氮化鈦的覆蓋層120。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)疊層厚度不同時(shí)，至少刻蝕時(shí)間可適當(dāng)變化。
如圖2所示，該方法的初始步驟包括清除污垢200。該清除污垢步驟可去除刻蝕前的光刻步驟中留下的殘留物，這將允許對(duì)氮化硅表面更均勻的刻蝕。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)N2和H2氣流進(jìn)行污垢去除。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求中，將會(huì)用到術(shù)語(yǔ)“約X-Y”。該近似要理解為適用于所述范圍中的下限值及上限值。去除污垢步驟將需約8-12秒。該去除污垢步驟也可以包括使用如下附加條件固定晶片的卡盤(pán)90(圖2-6)，壓力約為18-22Torr的He，卡盤(pán)溫度可為約18-22℃。
如圖3所示，隨后是穿透介電層124如氮化硅的刻蝕202。所用的刻蝕條件202可以是任何常規(guī)的方法的。例如，刻蝕條件202可包括使用氬(Ar)，四氟甲烷(CF4)，三氟甲烷(CHF3)及氧(O2)等的氣流。舉例來(lái)說(shuō)，可以使用Dupont的商品名為Freon23的三氟甲烷(CHF3)(也稱為氟仿)?？涛g202可以持續(xù)約40-50秒。卡盤(pán)90壓力可以是例如約18-20Torr的氦(He)，卡盤(pán)90的溫度可以是約18-20℃。
然后，如圖4所示，刻蝕含有二氧化硅(SiO2)的介電層122。在一個(gè)實(shí)施方案中，刻蝕化學(xué)處理204包括采用下列條件約90-110mTorr的壓力，在27MHz及2MHz頻率下約950-1050W的射頻能量，約375-425標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氬(Ar)氣流，約13-17標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的八氟環(huán)丁烷(C4F8)及約5-7標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氧(O2)。刻蝕204可以持續(xù)約80-95秒?？涛g204還可以采用下列條件固定晶片的卡盤(pán)90壓力約為18-22Torr的He，卡盤(pán)溫度可以為約18-22℃。
參照?qǐng)D5，下一步包括刻蝕含有氮化鈦(TiN)的覆蓋層120?？涛g206可以采用以下條件約255-285mTorr的壓力，在約27MHz頻率下1350-1450W的射頻能量及在2MHz頻率下約650-750W的射頻能量，約135-165標(biāo)準(zhǔn)立方的四氟甲烷(CF4)及約90-110標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氮(N2)氣流。刻蝕206可以持續(xù)約85-100秒?？涛g206也可以采用以下條件固定晶片卡盤(pán)90壓力約為18-22Torr的He，卡盤(pán)溫度可以為約18-22℃。
圖6顯示了下一步，包括進(jìn)行灰化步驟208以從導(dǎo)體118上去除殘留的反應(yīng)離子刻蝕聚合物?；一襟E208可以包括任何目前已知或今后開(kāi)發(fā)出的基于氧的灰化化學(xué)處理。
上述的發(fā)明提供了刻蝕二氧化硅(SiO2)及氮化鈦(TiN)兩步法。該方法與傳統(tǒng)反應(yīng)離子刻蝕方法相比，對(duì)Al具有選擇性，并且耗費(fèi)更少的光刻膠126。該法改進(jìn)了傳統(tǒng)的工藝，使靜電放電缺陷(ESD)減少，而刻蝕速率則不會(huì)劣化。此外，該方法在典型的絕緣反應(yīng)離子刻蝕工具中進(jìn)行，而不是在金屬反應(yīng)離子工具中進(jìn)行。
盡管結(jié)合上述的特定實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而許多替換、修改及變化對(duì)那該領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是很明顯的。相應(yīng)地，本發(fā)明中上述提及的實(shí)施方案是為了舉例說(shuō)明，而不是有所限制。根據(jù)下面的權(quán)利要求，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出多種變化。
權(quán)利要求
1.一種露出導(dǎo)體的刻蝕方法，該方法包括以下步驟使用含有八氟環(huán)丁烷(C4F8)的化學(xué)物質(zhì)刻蝕穿含有二氧化硅(SiO2)的第一介電層；使用含有四氟甲烷(CF4)的化學(xué)物質(zhì)刻穿含有氮化鈦(TiN)的覆蓋層，以露出導(dǎo)體。
2.權(quán)利要求1的方法，其中第一介電層刻蝕步驟包括采用以下條件約90-110mTorr的壓力，在約27MHz和約2MHz下的950-1050W的射頻能量，約375-425標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)的氬(Ar)氣流，約13-17標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的八氟環(huán)丁烷(C4F8)，及約5-7標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氧(O2)。
3.權(quán)利要求1的方法，其中覆蓋層刻蝕步驟包括采用下列條件約255-285mT的壓力，在約27MHz下1350-1450W的射頻能量及在約2MHz下約650-750W的射頻能量，約135-165標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的四氟甲烷(CF4)和約90-110標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氮(N2)的氣流。
4.權(quán)利要求1的方法，其中每一個(gè)刻蝕步驟均在反應(yīng)離子刻蝕工具中進(jìn)行。
5.權(quán)利要求1的方法，其中每一個(gè)刻蝕步驟均包括采用下列條件固定晶片的卡盤(pán)壓力約為18-22Torr的氦(He)，卡盤(pán)溫度約為18-22℃。
6.權(quán)利要求1的方法，該方法進(jìn)一步包括刻蝕步驟前的去除污垢步驟。
7.權(quán)利要求6的方法，其中去除污垢步驟包括采用含氮(N2)及氫(H2)的氣流。
8.權(quán)利要求1的方法，該方法進(jìn)一步包括在刻蝕第一介電層前，刻穿含有氮化硅(Si3N4)的第二介電層，第二介電層位于第一介電層之上。
9.權(quán)利要求1的方法，該方法進(jìn)一步包括刻蝕覆蓋層之后的灰化步驟。
10.一種露出導(dǎo)體的刻蝕方法，該方法包括以下步驟刻穿含有氮化硅(Si3N4)的第一介電層；采用含有約13-17標(biāo)準(zhǔn)立方厘米八氟環(huán)丁烷(C4F8)氣流的化學(xué)處理刻穿含有二氧化硅(SiO2)的第二介電層；和采用約135-165標(biāo)準(zhǔn)立方厘米四氟甲烷(CF4)氣流的化學(xué)處理刻穿含有氮化鈦(TiN)的覆蓋層，以露出導(dǎo)體。
11.權(quán)利要求10的方法，其中第二介電層刻蝕步驟包括采用以下條件約90-110mTorr的壓力，在約27MHz及約2MHz下約950-1050W的射頻能量，所述氣流還包含約375-425標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氬(Ar)和約5-7標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氧(O2)。
12.權(quán)利要求10的方法，其中覆蓋層刻蝕步驟包括采用以下條件約255-285mTorr的壓力，在約27MHz下1350-1450W的射頻能量及在2MHz下約650-750W的射頻能量，且該氣流進(jìn)一步包括約90-110標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氮(N2)。
13.權(quán)利要求10的方法，其中每一個(gè)刻蝕步驟均在反應(yīng)離子刻蝕工具中進(jìn)行。
14.權(quán)利要求10的方法，其中每一個(gè)刻蝕步驟均包括采用以下條件晶片固定卡盤(pán)壓力約為18-22Torr的氦(He)，卡盤(pán)溫度為約18-22℃。
15.權(quán)利要求10的方法，該方法進(jìn)一步包括第一次刻蝕步驟前的去除污垢步驟，去除污垢步驟包括使用氮(N2)和氫(H2)的氣流。
16.權(quán)利要求15的方法，其中去除污垢步驟包括采用以下附加條件晶片固定卡盤(pán)壓力約為18-22Torr的氦(He)，卡盤(pán)溫度為約18-22℃。
17.權(quán)利要求10的方法，該方法進(jìn)一步包括刻蝕覆蓋層后的灰化步驟。
18.一種露出疊層下的導(dǎo)體的方法，該疊層從上至下包括圖形化的光刻膠、氮化硅(Si3N4)層、二氧化硅(SiO2)層、氮化鈦(TiN)覆蓋層，該方法包括以下步驟刻穿氮化硅(Si3N4)層；用以下條件刻穿二氧化硅(SiO2)層約90-110mTorr的壓力，在約27MHz及約2MHz下約950-1050W的射頻能量，約375-425標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氬(Ar)、約13-17標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的八氟環(huán)丁烷(C4F8)及約5-7標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氧(O2)的氣流；用以下條件刻穿氮化鈦(TiN)層約255-285mTorr的壓力，在約27MHz下約1350-1450W的能量及在2MHz下約650-750W的能量，約135-165標(biāo)準(zhǔn)立方四氟甲烷(CF4)和約90-110標(biāo)準(zhǔn)立方厘米的氮(N2)的氣流。
19.權(quán)利要求18的方法，其中該刻蝕步驟在去除污垢步驟之后，而位于灰化步驟之前。
20.權(quán)利要求18的方法，其中每一個(gè)刻蝕步驟包括采用以下條件晶片固定卡盤(pán)壓力約為18-22Torr的氦(He)，卡盤(pán)溫度可以為約18-22℃。
全文摘要
公開(kāi)了在導(dǎo)體上刻蝕介電層及覆蓋層以露出導(dǎo)體的刻蝕方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括使用含有八氟環(huán)丁烷(C
文檔編號(hào)H01L21/28GK1967777SQ20061015420
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月1日
發(fā)明者J·J·梅扎佩萊 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司