一种用于金属层蚀刻的轮廓控制方法技术

本发明专利技术涉及一种一金属层蚀刻的轮廓控制方法。该金属层设于一半导体芯片的介电层上。该金属层包含有一铝合金层以及一抗反射层。该铝合金层设于一介电层上，该抗反射层设于该铝合金层上。该轮廓控制方法包含有下列步骤。首先进行一穿透步骤，以一第一蚀刻配方去除该抗反射层以及一预定深度的该铝合金层。接着，进行一主蚀刻步骤，以一较该第一蚀刻配方快的第二蚀刻配方去除残余的金属层。本发明专利技术可以产生一个没有Ｉ型的轮廓以及平滑的侧壁。因此，后续的介电质填充制程便不容易产生孔洞，半导体芯片的可靠度可以提高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蚀刻工艺中的轮廓控制方法，尤指一金属层蚀刻时的轮廓控制方法。在一般的金属蚀刻中，悬凸(overhang)，或者称为I型(I-shape)，轮廓长久以来已经是一个非常严重的问题，如第1图所示。在后续介电物18形成并填入金属线间隙时，悬凸往往会导致金属线间隙并没有完全的填满而形成空洞(void)20，如第2图所示，会有可靠度的考量。半导体芯片上的金属层多半是以氮化钛(TiN)10/铝硅铜(AlSiCu)12/TiN14/钛(Ti)16堆栈所构成，而悬凸产生的主要原因是因为在进行金属蚀刻时，TiN 10较AlSiCu 12难以蚀刻。而且，AlSiCu 12内凹(bowing)通常是意味着两种情形，第一种情形是进行蚀刻时的所产生的侧壁钝化作用(passivation)不足，第二种情形是离子撞击太过于强烈，所以把作为侧壁钝化的聚合物撞掉了。增加钝化作用可以减少侧壁的蚀刻率，使侧壁倾斜，减小后续介电物填入金属间隙所形成的空洞大小。一种增加侧壁钝化的方法是增加蚀刻机台的偏压功率。现今的蚀刻机台多半设计有偏压功率以及源功率的控制参数，简单的说，源功率控制了等离子体中的离子浓度，也就是控制了等向性的蚀刻率，偏压功率控制了离子的撞击能量，也就是控制了非等向性蚀刻率。增加了偏压功率可以撞击出较多的光阻层，并反应产生含碳聚合物(carbonaceous polymer)做为钝化。但是，这种方法会使光阻层消耗过大，容易使金属层产生削角，实际上并不可行。另一种方法是提高蚀刻工艺中反应气体氮的流量，理论上，氮气增加可使如BxNy或AlxNy等副产物(byproduct)增加来保护金属层的侧壁，但是，太浓的氮气也会使等离子体因为不稳定的放电而难以维持。有许多的蚀刻程序(etch recipe)都曾经被尝试来解决TiN和AlSiCu的蚀刻率的差异，以使金属层的侧壁平整。但是，公知的蚀刻程序往往在TiN和AlSiCu的接面(interface)上会产生一不连续点而造成一个不平整的侧壁，然后I型轮廓和内凹侧壁就因此而产生。也就是说，公知的蚀刻程序要产生一个没有I型的轮廓是非常困难的。有鉴于此，本专利技术的主要目的，在于提供一种金属层蚀刻的轮廓控制方法，使金属层的侧壁有一点倾斜，而且没有I型轮廓，能减小后续工艺在金属线间隙所产生的空洞大小。根据上述之目的，本专利技术提出一金属层蚀刻的轮廓控制方法。该金属层设于一半导体芯片的介电层上。该金属层包含有一铝合金层以及一抗反射层。该铝合金层设于一介电层上，该抗反射层设于该铝合金层上。该轮廓控制方法包含有下列步骤。首先进行一穿透步骤，提供一第一源功率、一第一偏压功率以及氮气为反应气体之一，以第一蚀刻率去除该抗反射层以及一预定深度的铝合金层。其中，该第一源功率与该第一偏压功率之比大约为1/3。接着，进行一主蚀刻步骤，提供一第二源功率、一第二偏压功率以及氮气为反应气体之一，以一较该第一蚀刻配方(recipe)快的第二蚀刻配方(recipe)去除残余的该金属层。其中，该第二源功率与该第二偏压功率之比大约为10/3。本专利技术主要优点在于形成一个没有I型的轮廓以及形成一个连续的、些许倾斜的侧壁，所以后续介电物ㄊ填入金属线间间隙时，比较不会形成空洞。为使本专利技术上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下第1图为公知的蚀刻程序所产生的轮廓示意图；第2图为第1图半导体芯片产生空洞的示意图；第3图为即将运用的本专利技术半导体芯片；第4图为依据本专利技术所产生的轮廓示意图；以及第5图为第4图半导体芯片沉积上一SACVD的示意图。符号说明30金层 32介电层34附着层36隔绝层38铝合金层 40抗反射层42光阻层44二氧化硅本专利技术提供一种用于一金属层蚀刻的轮廓控制方法。如第3图所示，金属层30是设于一半导体芯片的介电层32上。金属层30由下而上依序包含有一附着层34、一隔绝层36、一铝合金层38以及一抗反射层40。例如，附着层34以钛所构成，使后续的金属能够较容易的附着于半导体芯片上。隔绝层36以氮化钛所构成，用以避免附着层34和铝合金层38起反应而增大金属层30的电阻值(sheet resistance)。铝合金层38以铝铜合金或铝硅铜合金所构成，为主要的导电层。抗反射层40以氮化钛所构成，以减小后续蚀刻平板印刷制程时的反射率。为了定义出金属线，进行本专利技术之轮廓控制方法前，多半会在金属层30上以蚀刻平板印刷工艺(lithography process)形成一已定义的光阻层42，用以决定出要进行金属蚀刻的区域。本专利技术之主要实质在于以两个不同的蚀刻速率的步骤来进行金属蚀刻。首先以一个低蚀刻率的穿透步骤去除掉裸露的抗反射层40以及一预定深度的铝合金层38，以使抗反射层40与铝合金层38的接点附近形成一个平滑的、倾斜的侧壁。同时，穿透步骤在已经形成的侧壁上形成足够厚度的护层。然后，才进行一个高蚀刻率的主蚀刻步骤，顺着已经形成的侧壁，去除掉残余的金属层30，完成金属层的定义。请参阅第1表，第1表为本专利技术之轮廓控制方法的程序内容说明 其中，TP表示源功率的值(top power)，BP(bottom power)表示偏压功率的值，而[x]表示x的气体流量。穿透步骤中的TP(第一源功率)与BP(第一偏压功率)之比建议是介于x1至y1之间，在第1表中，TP与BP之比值设为1∶3。[Cl2]与[BCl3]的比值大约为1∶1。[N2]的建议值是大于10sccm，可以造成侧壁倾斜。但是要小心，不可以破坏等离子体的形成，第1表中[N2]设定为20sccm。而这些条件目的是产生一个低蚀刻率的步骤，去除掉裸露的抗反射层40以及一预定深度的铝合金层38，譬如说，1/3铝合金层厚度，以使抗反射层40与铝合金层38的接点附近形成一个平滑的、倾斜的侧壁，同时，穿透步骤在已经形成的侧壁上形成足够厚度的护层。主蚀刻步骤中的TP与BP之比建议是介于x2至y2之间，在第1表中，TP与BP之比值设为10∶3。[Cl2]与[BCl3]的比值大约为5∶1。[N2]的建议值是大于10sccm，可以造成侧壁倾斜。但是要小心，不可以破坏等离子体的形成，第1表中[N2]设定为20sccm。而这些条件目的是产生一个高蚀刻率的步骤，去除掉残余的金属层30，完成金属层的定义。穿透步骤中的TP∶BP(＝1∶3)小于主蚀刻步骤中的TP∶BP(＝10∶3)，所以穿透步骤较主蚀刻步骤有较大的垂直轰击，因此较容易踢出光阻层42以形成碳聚合物(carbonaceous polymer)做为侧壁钝化。穿透步骤中的[Cl2]∶[BCl3](＝1∶1)小于主蚀刻步骤中的[Cl2]∶[BCl3](＝5∶1)，所以穿透步骤会较主蚀刻步骤产生较多的BxNy做为钝化侧壁。这些结果都会使穿透步骤的蚀刻率比主蚀刻步骤的蚀刻率低。请参阅第4图，第4图为使用本专利技术所产生的轮廓示意图。实施本专利技术轮廓控制方法后，可以发现金属层30的侧壁是非常的平滑，并没有在TiN/AlSiCu的接面形成不连续点。而且，因为反应气体中有N2的参与，所以侧壁是倾斜的。从实验中可以发现，在密集区(densearea)，也就是金属线密集区，所产生的倾斜角度是介于83度与86度之间；在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于金属层蚀刻的轮廓控制方法，该金属层设于一半导体芯片的介电层上，该金属层包含有： 一设于一介电层上的铝合金层；以及 设于该铝合金层上的一抗反射层； 其特征在于该轮廓控制方法包含有下列步骤： 进行一穿透步骤，提供一第一源功率、一第一偏压功率以及氮气为反应气体之一，以一第一蚀刻配方（ｒｅｃｉｐｅ）去除该抗反射层以及一预定深度的该铝合金层，其中，该第一源功率与该第一偏压功率之比约为１／３；以及 进行一主蚀刻步骤，提供一第二源功率、一第二偏压功率以及氮气为反应气体之一，以一较该第一蚀刻配方（ｒｅｃｉｐｅ）快之第二蚀刻配方（ｒｅｃｉｐｅ）去除残余的金属层，其中，该第二源功率与该第二偏压功率之比约为１０／３。

【技术特征摘要】
1.一种用于金属层蚀刻的轮廓控制方法，该金属层设于一半导体芯片的介电层上，该金属层包含有一设于一介电层上的铝合金层，；以及设于该铝合金层上的一抗反射层，；其特征在于该轮廓控制方法包含有下列步骤进行一穿透步骤，提供一第一源功率、一第一偏压功率以及氮气为反应气体之一，以一第一蚀刻配方(recipe)去除该抗反射层以及一预定深度的该铝合金层，其中，该第一源功率与该第一偏压功率之比约为1/3；以及进行一主蚀刻步骤，提供一第二源功率、一第二偏压功率以及氮气为反应气体之一，以一较该第一蚀刻配方(recipe)快之第二蚀刻配方(recipe)去除残余的金属层，其中，该第二源功率与该第二偏压功率之比约为10/3。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该穿透步骤所提供的氮气的流量大于10sccm。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于该穿透步骤另提供氯气(Cl2)与三氯化硼(BCl3)为反应气体。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于氯气之气体流量与三氯化硼之气体流量之比约为1∶1。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于该主蚀刻步骤另提供氯气(Cl2)与三氯化硼(BCl3)为反应气体。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于氯气的气体流量与三氯化硼的气体流量之比约为5∶1。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于该预定深度约为该铝合金层厚度的1/3。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于该金属层另包含有设于该铝合金层之下的一隔绝层，；以及设于该隔绝层与该介电层之间的一附着层。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于该隔绝层以氮化钛构成。10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该附着...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世琛，
申请(专利权)人：华邦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]