等离子体刻蚀AlSi的方法
技术领域
本发明涉及一种等离子体刻蚀AlSi的方法,它直接应用于3μm以下半导体工艺中的金属互连线工艺的制造领域。
背景技术
目前,AlSi已经成为半导体工艺互连线的主要薄膜材料之一。所述等离子体刻蚀AlSi工艺主要采用AM8330金属刻蚀设备,通入Cl2、BCl3、CHF3、CF4四种气体,加上偏压对AlSi进行化学和物理的反应离子刻蚀,达到去铝和去硅的目的。此工艺方法主要用于正性光刻胶作掩蔽膜的AlSi的刻蚀,因为正性光刻胶和AlSi在刻蚀时,去除光刻胶的速率和去除AlSi的速率之比可以达到3:1,即刻1μm的AlSi,要刻掉0.3μm的胶,而正性光刻胶厚度一般在2μm,所以正性光刻胶可以很好地掩蔽住下层的AlSi不被刻蚀。但负性光刻胶和AlSi在刻蚀时,去除光刻胶的速率和去除AlSi的速率之比只能达到1:1,即刻1μm的AlSi,要刻掉1μm的胶,而负性光刻胶厚度一般在1.2μm以下,所以负性光刻胶很容易在刻蚀的时候被消耗掉,露出下层的AlSi,导致下层需要的AlSi层也被刻蚀。
目前,针对等离子体刻蚀负性光刻胶作掩蔽膜的AlSi的工艺方法,主要是两次光刻,以加厚光刻胶的厚度,来提高光刻胶的掩蔽能力。但不论是正胶还是负胶,只要是通过一台AM8330金属设备刻蚀AlSi,然后去除光刻胶的方法,都会产生除了光刻胶掩蔽的区域外,其他腐蚀窗口区域由于胶膜厚度、AlSi金属膜厚度的正常波动以及干法刻AlSi工艺的正常波动而导致的大量的硅渣和聚合物点子残留表面的问题,严重影响圆片表面质量镜检合格率。最差时,镜检合格率为0%。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种等离子体刻蚀AlSi的方法,它结合常规去除硅渣的工艺和常规光刻正胶显影的工艺,有效消除光刻胶掩蔽的区域外,其他区域残留大量聚合物点子和硅渣的问题,从而大幅提高圆片表面质量镜检合格率。
本发明解决上述技术问题的技术方案在于,本发明的一种等离子体刻蚀AlSi的方法的步骤为:
1)在硅片上完成了金属化前的图形后,在所述具有金属化前图形的硅片上溅射一层AlSi薄膜;
2)在所述具有AlSi薄膜的硅片上、通过光刻、形成AlSi腐蚀窗口;
3)在所述具有AlSi腐蚀窗口的硅片上、通过等离子刻蚀、去除腐蚀窗口区域的AlSi;
4)在所述去除腐蚀窗口区域的AlSi的硅片上、去除腐蚀窗口区域残留的硅渣;
5)在所述去除腐蚀窗口区域残留硅渣的硅片上、去除腐蚀窗口区域残留的聚合物点子;
6)在所述去除腐蚀窗口区域残留的聚合物点子的硅片上、去除光刻胶。
所述在具有金属化前图形的硅片上溅射一层AlSi薄膜的步骤为:
1)在硅片上,通过离子注入、扩散、氧化、薄膜淀积,光刻和刻蚀的常规半导体金属化前的工艺,形成独立的电路元件即晶体管、两极管、电容器和电阻器等,以及形成接触孔;
2)进行丙酮、乙醇超声清洗;
3)物理气相淀积工艺(PECVD)溅射硅铝层,厚度为电路所需的厚度,一般为0.7~4.0μm。
在所述具有AlSi薄膜的硅片上、通过光刻、形成AlSi腐蚀窗口的步骤为:
用涂胶,曝光,显影等常规光刻工艺,去除不需要的光刻胶,留下需要的光刻胶作掩蔽膜形成AlSi腐蚀窗口。
在所述具有AlSi腐蚀窗口的硅片上、通过等离子刻蚀、去除腐蚀窗口区域的AlSi的步骤为:
1)一台金属刻蚀设备AM8330中,通入Cl2、BCl3、CHF3、CF4四种气体,加上偏压,利用反应离子工艺程序同时完成腐蚀窗口区域的Al的化学反应去除和Si的物理溅射去除;
2)从所述干法设备取出硅片后,立即放入200℃的烘箱中烘烤10min至15min之间。
在所述去除腐蚀窗口区域的AlSi的硅片上、去除腐蚀窗口区域残留的硅渣的步骤为:
将从所述烘箱中取出的硅片,放入通有SF6和O2的另一台等离子刻蚀设备LAM490中,运行去除硅渣程序,去除腐蚀窗口区域残留的硅渣。
在所述去除腐蚀窗口区域残留硅渣的硅片上、去除腐蚀窗口区域残留的聚合物点子的步骤为:
将所述去除腐蚀窗口区域残留的硅渣的硅片运行常规的光刻工艺中正胶显影工艺程序,显影液含2.5%TMAH,去除腐蚀窗口区域残留的聚合物点子。
在所述去除腐蚀窗口区域残留的聚合物点子的硅片上、去除光刻胶的步骤为:
根据工艺设计本身的需要,光刻胶可选择正胶,也可选择负胶;针对不同的光刻胶,去除光刻胶的方法分别为:对于负性光刻胶,先用发烟硝酸湿法去胶,再用含O2的等离子体、功率800W的干法工艺去胶;对于正性光刻胶,用含O2的等离子体、功率800W的干法工艺去胶。
有益效果:
由于本发明采用了上述的技术方案,即在AM8330金属刻蚀设备刻蚀AlSi的基础上,采用了LAM490等离子刻蚀设备和正胶显影设备,LAM490设备运行去除硅渣的程序和正胶显影设备运行正胶显影程序,最后再去除光刻胶。由于去除硅渣的程序可以去除残留的硅渣,正胶显影程序可以去除聚合物点子,因此,本发明的技术方案可以消除由于胶膜厚度、AlSi金属膜厚度的正常波动以及干法刻AlSi工艺的正常波动而造成的除光刻胶掩蔽膜的区域外,其他腐蚀窗口区域残留的大量硅渣和聚合物点子的问题,从而提高了硅片表面质量镜检合格率。硅片表面质量镜检合格率从原来工艺波动时的0%提高现在工艺波动时的100%。
附图说明
图1为本发明在硅片上完成了金属化前的图形后、再在具有金属化前图形的硅片上溅射一层AlSi薄膜的剖面示意图;
图2为本发明图1通过光刻、形成AlSi腐蚀窗口的剖面示意图;
图3为本发明图2通过等离子刻蚀、去除腐蚀窗口区域的AlSi的剖面示意图;
图4为本发明图3去除腐蚀窗口区域残留的硅渣后的剖面示意图;
图5为本发明图4去除腐蚀窗口区域聚合物点子后的剖面示意图;
图6为本发明图5去除光刻胶后的剖面示意图;
图7为现有技术方法加工出的硅片表面平面图(硅渣和聚合物点子超标);
图8为本发明方法加工出的硅片表面平面图(无残留硅渣和聚合物点子)。
图1-8中,1是硅片,2是AlSi薄膜,3为光刻工艺后留下的光刻胶掩蔽膜,4为SF6和O2两种气体,5为显影液。
具体实施方式
本发明的具体实施方式不仅限于下面的描述。现结合附图对本发明加以进一步说明。
本发明方法步骤为:结合了常规去硅渣的工艺和常规光刻正胶显影的工艺来提供一种等离子体刻蚀AlSi的方法。
1.在硅片上完成了金属化前的图形后、再在具有金属化前图形的硅片上溅射一层AlSi薄膜:
在硅片1上通过离子注入,扩散,氧化,薄膜淀积,光刻和刻蚀等常规半导体金属化前的工艺,形成独立的电路元件以及形成接触孔。有机超声清洗(丙酮超声10min,乙醇超声10min);用物理气相淀积工艺(PECVD)溅射硅铝薄膜2,厚度为电路所需的厚度(0.7um—4.0um),如图1所示。
2.在所述具有AlSi薄膜的硅片上、通过光刻、形成AlSi腐蚀窗口:
首先对需要正性光刻胶光刻的AlSi表面进行120℃烘箱(带有真空或干燥氮气)中30min的烘烤,或对需要负性光刻胶光刻的AlSi表面进行160℃烘箱(带有真空或干燥氮气)中30min的烘烤,然后用六甲基二硅亚胺(HMDS)进行AlSi表面的涂布,接着涂胶(胶膜厚度根据电路台阶而定),涂胶后进行软烘,软烘的温度是90至100℃,时间:热板30sec或所述带真空或干燥氮气的烘箱30min,软烘后曝光,显影(2.5%TMAH碱性显影剂(四甲基氢氧化铵)),坚膜(热板2min或所述带真空或干燥氮气的烘箱30min),扫底膜(O2,功率400W)3min,留下光刻胶掩蔽膜3,形成AlSi腐蚀窗口,如图2所示。
3.在所述具有AlSi腐蚀窗口的硅片上、通过等离子刻蚀、去除腐蚀窗口区域的AlSi:
一台干法刻蚀设备AM8330通入Cl2,BCl3,CHF3,CF4四种气体完成清除金属表面的自然氧化层(气体是BCl3,流量100sccm;Cl2,流量10sccm);主刻蚀,基本完成金属刻蚀(气体BCl3,流量100sccm,保护侧壁;Cl2,流量30sccm,与铝的化学反应气体);过刻蚀(BCl3,流量100sccm;Cl2,流量15sccm),清除表面残留铝;钝化处理(CHF3,CF4,流量均为50sccm),去除吸附于硅片表面的含CL基团等主要的刻蚀Al的过程,Si和化学反应生成的聚合物主要靠偏压160V进行物理溅射来去除;从AM8330设备取出刻完腐蚀窗口区域的AlSi的硅片后立即放入200℃烘箱中烘烤10min至15min之间,避免金属在空气中遇水汽遭腐蚀;此时形成了金属互连结构,如图3所示。
4.在所述去除腐蚀窗口区域的AlSi的硅片上、去除腐蚀窗口区域残留的硅渣:
将从所述200℃烘箱中取出的硅片放入通有SF6和O2两种气体4的另一台干法刻蚀设备LAM490中运行程序去除硅渣,SF6流量155sccm,O2流量47sccm,压力350mtorr,功率88w,平行极板间距2.0cm,刻蚀时间33s,对光刻胶和硅渣下的衬底材料二氧化硅的刻蚀速率低,可以忽略不计,如图4所示。
5.在所述去除腐蚀窗口区域残留硅渣的硅片上、去除腐蚀窗口区域残留的聚合物点子:
将所述去除腐蚀窗口区域残留硅渣的硅片运行常规的光刻正胶显影工艺程序(预湿,转速500rpm,加速度10krpm/s,时间2s;甩干,转速3000rpm,加速度50krpm/s,时间3s;喷显影液5,转速500rpm,加速度10krpm/s,时间4s;喷显影液5,转速1000rpm,加速度10krpm/s,时间3s;喷显影液5,转速50rpm,加速度10krpm/s,时间2s;静止,时间65s;冲水,转速500rpm,加速度10krpm/s,时间25s;甩干,转速5000rpm,加速度50krpm/s,时间25s),即可去除光刻胶掩蔽膜外其他区域的聚合物点子,且对光刻胶掩蔽膜和衬底材料二氧化硅的刻蚀速率低,可以忽略不计,如图5所示。
6.在所述去除腐蚀窗口区域残留的聚合物点子的硅片上、去除光刻胶:
对于负性光刻胶先用发烟硝酸去胶10±5min,再用含O2的等离子体(功率800w)干法去胶40±10min;对于正性光刻胶,直接用含O2的等离子体(功率800w)干法去胶40±10min,如图6所示。
本发明方法中所用单项工艺,除已经作了详细描述的外,其他的,如清洗、去胶、溅射、离子注入,扩散,氧化,薄膜淀积,光刻和刻蚀等的单项工艺、设备及化工材料、试剂均为本领域通用技术,不再详述。