一种金属层的刻蚀方法技术

本发明专利技术提供了一种金属层的刻蚀方法，涉及半导体技术领域，能够实现对金属层较精细的刻蚀，提高刻蚀后金属层表面的平滑度和均匀度。该方法包括：步骤S1：采用氧化性气体对待刻蚀的金属层进行氧化，将金属层的表层氧化成金属氧化层；步骤S2：采用刻蚀气体对金属氧化层进行刻蚀，去除金属氧化层；循环执行步骤S1和步骤S2，直至金属层的厚度为所需要的厚度为止。上述方法用于刻蚀金属层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种金属层的刻蚀方法。
技术介绍
金属层的干法刻蚀工艺是广泛应用于半导体
的一种基本工艺。以Al层的干法刻蚀为例，由于AlCl3(三氯化铝)在真空下的沸点约为50℃，具有挥发性，因此一般刻蚀Al层采用的是Cl2(氯气)。通过将Cl2气通入刻蚀的反应腔室中，将反应腔室内的各项工艺参数(如：腔室内压力、腔室温度、上电极射频功率、下电极射频功率、气体流量等)调整至刻蚀所需要的值，使Cl2与Al反应生成可挥发的AlCl3，形成对Al层的刻蚀。但是由于金属层中所包含的化学键为金属键，金属键的键能较小，因此金属层的刻蚀在Cl2的参与下极易进行，刻蚀速率较快，会达到1000nm/min左右，这造成无法对金属层进行精细的刻蚀，导致最终所得到的金属层表面粗糙、均匀性较差，进而使包含金属层的半导体器件(如：功率器件、MEMS(MicroElectromechanicalSystem，微机电系统)传感器件等)的性能无法得到进一步优化。
技术实现思路
为克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种金属层的刻蚀方法，以解决采用Cl2刻蚀的方法无法对金属层进行精细刻蚀，造成刻蚀后金属层表面粗糙、均匀性差的问题。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供了一种金属层的刻蚀方法，包括：步骤S1：采用氧化性气体对待刻蚀的金属层进行氧化，将金属层的表层氧化成金属氧化层；步骤S2：采用刻蚀气体对所述金属氧化层进行刻蚀，去除所述金属氧化层；循环执行步骤S1和步骤S2，直至金属层的厚度为所需要的厚度为止。本专利技术的上述技术方案中，首先将待刻蚀的金属层的表层氧化成金属氧化物层，然后刻蚀去除该金属氧化物层，使金属层的厚度减薄，通过循环执行前述过程，达到逐步刻蚀金属层，使金属层的厚度逐步减薄至所需要的厚度的目的。相比于现有技术中直接对金属层进行刻蚀的方法，本专利技术所提供的刻蚀方法中被刻蚀的膜层为金属氧化物层，金属氧化物层所含化学键的键能大于金属键的键能，相对于金属，刻蚀气体比较不容易与金属氧化物发生反应，因此本专利技术所提供的刻蚀方法中刻蚀速度减慢，并且本专利技术所提供的刻蚀方法将现有技术中连续刻蚀的方式更改为氧化和刻蚀循环进行的逐步刻蚀的方式，从而能够对金属层进行较精细的刻蚀，提高了刻蚀后金属层表面的平滑度和均匀度。基于上述技术方案，一个可选的技术方案为，所述步骤S1具体为：采用氧气对待刻蚀的金属层进行氧化，将金属层的表层氧化成金属氧化层。进一步的，在进行所述步骤S1时，气体压力可为15mT～50mT，上电极射频功率可为300W～1000W，下电极射频功率可为20W～100W，氧气的气体流量可为50sccm～200sccm，温度可为0～20℃。在所述步骤S1的上述工艺条件下，所述步骤S1的持续时间可为29s～31s。基于上述可选的技术方案，所述步骤S2具体可为：采用三氯化硼气体对所述金属氧化层进行刻蚀，去除所述金属氧化层。进一步的，在进行所述步骤S2时，气体压力可为3mT～15mT，上电极射频功率可为600W～2000W，下电极射频功率可为150W～600W，三氯化硼气体的气体流量可为100sccm～150sccm，温度可为0～20℃。在所述步骤S2的上述工艺条件下，所述步骤S2的持续时间为5s～7s。在上述各项中，所述金属层可为铝层。优选的，所述刻蚀气体与所述金属氧化层的反应生成物均为挥发性气体。优选的，在所述步骤S2中，所述刻蚀气体不对所述金属氧化层下方的金属层形成刻蚀。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例所提供的金属的刻蚀方法的流程图；图2为本专利技术实施例所提供的金属的刻蚀方法中一个循环的步骤图；附图标记说明：1-Al层；2-Al2O3层。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种金属层的刻蚀方法，如图1所示，该刻蚀方法包括：步骤S1：采用氧化性气体对待刻蚀的金属层进行氧化，将金属层的表层氧化成金属氧化层；步骤S2：采用刻蚀气体对该金属氧化层进行刻蚀，去除该金属氧化层；循环执行步骤S1和步骤S2，直至金属层的厚度为所需要的厚度为止。上述金属层的刻蚀方法中，首先将待刻蚀的金属层的表层氧化成金属氧化层，然后刻蚀去除该金属氧化层，使金属层的厚度减薄，通过循环执行氧化和刻蚀的步骤，最终能够使金属层的厚度被逐步减薄，最终获得具有所需要厚度的金属层，完成对金属层的刻蚀。由于本实施例所提供的刻蚀方法中，将现有技术中直接对金属进行刻蚀的方式更改为先将金属层表层氧化然后对金属氧化层进行刻蚀的方式，金属氧化物的键能大于金属键的键能，因此金属氧化物相对于金属比较不容易被刻蚀掉，使得本实施例所提供的刻蚀方法刻蚀速率减慢，同时由于将现有技术中对金属层进行连续刻蚀的方式更改为氧化和刻蚀循环进行的逐步刻蚀的方式，因此实现了对金属层较精细的刻蚀，提高了刻蚀后金属层表面的平滑度和均匀度，进而优化了包含金属层的半导体器件的电性能。需要说明的是，在去除金属氧化物层后，判断剩余金属层的厚度是否达到所需要的厚度可采用以下方式实现：根据金属层需要被去除掉的厚度与一次循环(即依序执行一次步骤S1和步骤S2)金属层被去除的厚度，得到需要进行的循环的次数，在判断金属层是否达到所需要厚度时，通过判断当前已经进行的循环的次数是否达到需要进行的次数，就能够得知当前金属层是否达到所需要的厚度。在这种判断方式中，利用所进行的循环的次数来表征被去除的厚度，以此决定是否结束刻蚀进程，这种判断方式具有较强的可实现性，且简单、便捷。需要进一步说明的是，得到需要进行的循环的次数可采用以下方式实现：通过预先设定好的工艺参数计算在步骤S1中被氧化的金属层表层的厚度d，由于该厚度d与氧化形成的金属氧化层的厚度相同，经过步骤S2后，厚度为d的金属氧化层被去除，因此一次循环(即依序执行一次步骤S1和步骤S2)金属层被去除的厚度为d；将待刻蚀的金属层的厚度(即未进行刻蚀前金属层原本的厚度)与所需要的金属层的厚度作差，所得到的差值为金属层需要被去除掉的厚度D；将金属层需要被去除掉的厚度D与一次循环金属层被去除的厚度为d作商，得到的数值即为需要进行的循环的次数。在本专利技术的其它实施例中，也可通过实际测量金属层的厚度的方式来判断金属层的厚度是否达到所需要的厚度，这种判断方式更直接、精准，且能够及时的得知金属层的厚度变化，进而能够在生产过程中对工艺参数进行有针对性的优化调整。本实施例中，可根据对金属层表面平滑度和均匀度的要求与对生产效率的要求对需要进行的循环的次数进行设计。具体的，若对金属层表面平滑度和均匀度的要求较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属层的刻蚀方法，其特征在于，包括：步骤S1：采用氧化性气体对待刻蚀的金属层进行氧化，将金属层的表层氧化成金属氧化层；步骤S2：采用刻蚀气体对所述金属氧化层进行刻蚀，去除所述金属氧化层；循环执行步骤S1和步骤S2，直至金属层的厚度为所需要的厚度为止。

【技术特征摘要】
1.一种金属层的刻蚀方法，其特征在于，包括：步骤S1：采用氧化性气体对待刻蚀的金属层进行氧化，将金属层的表层氧化成金属氧化层；步骤S2：采用刻蚀气体对所述金属氧化层进行刻蚀，去除所述金属氧化层；循环执行步骤S1和步骤S2，直至金属层的厚度为所需要的厚度为止。2.根据权利要求1所述的金属层的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：采用氧气对待刻蚀的金属层进行氧化，将金属层的表层氧化成金属氧化层。3.根据权利要求2所述的金属层的刻蚀方法，其特征在于，在进行所述步骤S1时，腔室内的压力为15mT～50mT，温度为0～20℃，上电极射频功率为300W～1000W，下电极射频功率为20W～100W，氧气的气体流量为50sccm～200sccm。4.根据权利要求3所述的金属层的刻蚀方法，其特征在于，所述步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢秋实，
申请(专利权)人：北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11