專利名稱：鋁布線制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及鋁布線制作方法。
背景技術(shù)：
金屬鋁由于其優(yōu)良的電學(xué)性能以及自鈍化特性 (self-passivationperformance)，而被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工藝的金屬布線中。其中， 所述自鈍化是指鋁暴露在空氣中可以自動生成很薄的氧化層作為保護(hù)。目前，應(yīng)用鋁布線 作為金屬連接線的工藝常包括如下步驟 參照圖la所示，在已形成有鋁布線層11的半導(dǎo)體襯底10上形成抗反射層12，以 及在所述抗反射層12上形成光阻層13 ; 參照圖lb所示，對所述光阻層13曝光，將光掩模上的布線圖形轉(zhuǎn)移至光阻層13 上，并經(jīng)過顯影后，形成光阻圖形14 ; 參照圖lc所示，將所述半導(dǎo)體襯底IO置于反應(yīng)室中，以所述光阻圖形14為掩模， 對所述抗反射層12和抗反射層12下的鋁布線層11進(jìn)行蝕刻，所述蝕刻通常采用反應(yīng)離子 蝕刻方法(RIE， Reactive Ion etch)，所述反應(yīng)離子蝕刻是指通過反應(yīng)室中的射頻源將反 應(yīng)氣體離子化后進(jìn)行蝕刻，所述反應(yīng)氣體常采用氯化硼(BC13)和氯氣(Cl2)的混合氣體，并 且所述蝕刻為過蝕刻，以保證蝕穿所述不應(yīng)連接的鋁線，從而最終形成鋁布線圖形。
在例如申請?zhí)枮?8124176的中國專利申請中還能發(fā)現(xiàn)更多與上述相關(guān)的信息。
然而，在對目前的鋁布線制作工藝的檢測中發(fā)現(xiàn)，參照圖2所示，本應(yīng)被蝕穿的鋁 布線層存在例如圓圈所示未被蝕穿的蝕刻缺陷。該蝕刻缺陷將可能影響后續(xù)工藝的進(jìn)行， 或使得形成的半導(dǎo)體器件出現(xiàn)短路，從而影響半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是，現(xiàn)有鋁布線工藝中存在蝕刻缺陷，而影響半導(dǎo)體器件質(zhì) 量的問題。 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鋁布線制作方法，包括 對鋁布線執(zhí)行第一蝕刻工藝，所述第一蝕刻工藝為反應(yīng)離子蝕刻工藝，且不施加 偏置電壓； 在所述第一蝕刻工藝后，對所述鋁布線執(zhí)行第二蝕刻工藝，形成鋁布線圖形，所述 第二蝕刻工藝為施加偏置電壓的反應(yīng)離子蝕刻工藝。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述所公開的鋁布線制作方法具有以下優(yōu)點在反應(yīng)離子蝕刻 中不施加偏置電壓，使得所述鋁布線層能在第一蝕刻過程中被均勻減薄。而由于所述第一 蝕刻工藝將鋁布線層預(yù)先減薄，彌補(bǔ)了由于蝕刻形成鋁布線圖形時的蝕刻速率差異而造成 鋁布線未蝕穿的蝕刻缺陷，從而避免了由于所述蝕刻缺陷而影響最終形成的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。


圖la至圖lc是現(xiàn)有技術(shù)鋁布線工藝的一種實施例圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)鋁布線制作工藝缺陷電鏡圖； 圖3是本發(fā)明鋁布線制作方法的一種實施例圖； 圖4a至4f是圖3所示鋁布線制作實例圖； 圖5是圖3所示鋁布線制作實例的反應(yīng)離子蝕刻腔室圖； 圖6是圖3所示鋁布線制作實例中獲取第一蝕刻時間的方法； 圖7是圖3所示鋁布線制作后電鏡圖。
具體實施例方式
在對目前的蝕刻缺陷的檢測中發(fā)現(xiàn)，所述蝕刻缺陷存在以下兩種情況1)在對整 片晶圓上的鋁布線進(jìn)行蝕刻后，晶圓中心部分的鋁布線被正常蝕穿，而晶圓邊緣部分的相 應(yīng)鋁布線則未被正常蝕穿2)線寬較寬的鋁布線在蝕刻后被正常蝕穿，而線寬較窄的相應(yīng) 鋁布線則未被正常蝕穿。 通過對上述蝕刻缺陷的研究發(fā)現(xiàn)，所述情況的產(chǎn)生是由于采用反應(yīng)離子蝕刻的方 法對鋁布線進(jìn)行蝕刻時，晶圓中心部分的蝕刻速率要快于晶圓邊緣部分的蝕刻速率，而線 寬較寬的鋁布線的蝕刻速率也要快于線寬較窄的鋁布線的蝕刻速率。并且，由于反應(yīng)離子 蝕刻的方法具有較高的蝕刻速率，相應(yīng)的，由于蝕刻速率差異而造成的蝕刻量的差異也較 大。因而，就會出現(xiàn)晶圓中心部分的鋁布線被蝕穿后，晶圓邊緣部分的相應(yīng)鋁布線未被蝕 穿，或者線寬較寬的鋁布線被蝕穿，而線寬較窄的相應(yīng)鋁布線未被蝕穿。
鑒于此，本發(fā)明鋁布線制作方法的一種實施方式包括 對鋁布線執(zhí)行第一蝕刻工藝，所述第一蝕刻工藝為反應(yīng)離子蝕刻工藝，且不施加 偏置電壓； 在所述第一蝕刻工藝后，對所述鋁布線執(zhí)行第二蝕刻工藝，形成鋁布線圖形，所述 第二蝕刻工藝為施加偏置電壓的反應(yīng)離子蝕刻工藝。 不施加偏置電壓的反應(yīng)離子蝕刻，可使得蝕刻過程更加均勻，且蝕刻速率較低，也 就是說，例如晶圓中心、晶圓邊緣部分的蝕刻速率將趨于一致，同樣地，線寬較寬的鋁布線 以及線寬較窄的鋁布線的蝕刻速率也將趨于一致。(對于該過程的詳細(xì)說明將在后續(xù)的實 例中予以揭示) 從而，所述鋁布線層能在第一蝕刻過程中被均勻減薄。而由于所述第一蝕刻工藝 將鋁布線層預(yù)先減薄，彌補(bǔ)了由于蝕刻形成鋁布線圖形時的蝕刻速率差異而造成鋁布線未 蝕穿的蝕刻缺陷，從而避免了由于所述蝕刻缺陷而影響最終形成的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。
下面通過一個鋁布線制作的實例進(jìn)行進(jìn)一步說明。以一個具有鋁布線層的半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)作為蝕刻對象，例如參照圖4a所示，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括基底100，基底100上的鋁 布線層102，通常為了保持鋁布線層102與基底的良好粘接性，在基底100和鋁布線層102 之間還可以有一層粘接層IOI，所述粘接層101的材料通?？梢圆捎美绲g。而所述基 底100可以是已制作有器件的晶圓，例如此處的基底可以是具有正硅酸乙酯(TEOS)和氮化 硅的復(fù)合層(圖未示)。 結(jié)合圖3和圖4b所示，在鋁布線制作時首先執(zhí)行步驟sl，在鋁布線層102上形成
4光阻層103。例如，可以通過在鋁布線層102上涂布光刻膠以形成光阻層103。另外，為了 防止光刻膠與鋁布線層102黏附力不夠而脫膠，也可在涂膠前，先在鋁布線層102表面形成 黏附層(圖未示)，繼而在黏附層上涂布光刻膠。所述黏附層的材料通?？梢圆捎美绲?鈦(TiN)。 結(jié)合圖3和圖4c所示，執(zhí)行步驟s2，對所述光阻層104曝光顯影形成光阻圖形 104。其具體過程包括對所述光阻層104曝光，將光掩模上的布線圖形轉(zhuǎn)移至光阻層103 上，并經(jīng)過顯影后，形成光阻圖形104。 結(jié)合圖3和圖4d所示，執(zhí)行步驟s3，以所述光阻圖形104為掩模，對所述鋁布線 層102執(zhí)行第一蝕刻。所述第一蝕刻采用的方法為反應(yīng)離子蝕刻，且在蝕刻過程中不施加 偏置電壓。為使得說明更加清楚，對于反應(yīng)離子蝕刻作簡要說明 圖5所示為一個用于進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻的腔室200的簡單示意圖。所述腔室200 包括用于使得輸入的反應(yīng)氣體成為等離子體的射頻功率源201以及偏置電極202。在低壓 下，當(dāng)反應(yīng)氣體通入腔室200后，在射頻功率源201的激發(fā)下，產(chǎn)生電離并形成等離子體，等 離子體是由帶電的電子和離子組成，反應(yīng)腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉(zhuǎn)變成離子 外，還能吸收能量并形成大量的活性基團(tuán)。而所述活性基團(tuán)將和被刻蝕物質(zhì)表面形成化學(xué) 反應(yīng)，反應(yīng)生成物脫離被刻蝕物質(zhì)表面，并被真空系統(tǒng)抽出腔室200。晶圓203是被置于面 積較小的偏置電極202上，當(dāng)偏置電極運(yùn)行時，一個直流偏壓會在等離子體和該電極間形 成，并使帶正電的反應(yīng)氣體離子加速轟擊被刻蝕物質(zhì)表面，這種離子轟擊可大大加快表面 的化學(xué)反應(yīng)，及反應(yīng)生成物的脫附，從而導(dǎo)致很高的蝕刻速率。 本步驟中不施加偏置電壓即是指不運(yùn)行偏置電極202，而僅由經(jīng)射頻功率源201 激發(fā)形成的等離子體對鋁布線層103進(jìn)行蝕刻。由于沒有上述的直流偏壓使得反應(yīng)氣體離 子轟擊鋁布線層103，所述蝕刻反應(yīng)其實是反應(yīng)氣體離子自由附著于鋁布線層103表面后， 與鋁進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。因而，蝕刻速率較慢，且晶圓各部分的蝕刻速率可保持一致，對于不 同線寬的鋁布線的蝕刻速率也可保持一致。從而，使得所述第一蝕刻對于鋁布線厚度的減 薄是均勻進(jìn)行的，在所述第一蝕刻完成后，可預(yù)期晶圓各部分的減薄厚度保持一致。
第一蝕刻時，所述腔室200內(nèi)的壓力可以為6mt-15mt，例如6mt、8mt、15mt等，射 頻功率源201的功率可以為600w-1300w，例如600w、800w、1300w等，偏置電極202如上所 述功率為O，蝕刻氣體可以采用Cl2和BC13的混合氣體，Cl2和BC13的氣體流量比可以為 1. 0-1. 5，總流量為100-150sccm，例如Cl2和BC13的氣體流量各為60sccm。另外，為了使得 蝕刻過程穩(wěn)定，還可以通入氦氣，氦氣的氣體流量可以為例如8sccm。
而所述第一蝕刻的時間，參照圖6所示，可以根據(jù)下述方法獲得
步驟s31，測量具有所述蝕刻缺陷的產(chǎn)品，獲得未蝕穿的鋁布線層厚度；
步驟s32，根據(jù)第一蝕刻中BC13和Cl2的氣體流量，計算第一蝕刻的蝕刻速率；
步驟s33，基于所獲得的未蝕穿的鋁布線層厚度以及第一蝕刻的蝕刻速率，計算第 一蝕刻的時間。 結(jié)合圖3和圖4e所示，執(zhí)行步驟s4，在第一蝕刻完成后，繼續(xù)以所述光阻圖形104 為掩模，對鋁布線層102執(zhí)行第二蝕刻，形成鋁布線圖形。此步驟仍然在上述的進(jìn)行反應(yīng)離 子蝕刻的腔室200中進(jìn)行蝕刻。本步驟蝕刻需開啟偏置電極，以形成直流偏壓，使得反應(yīng)氣 體離子轟擊鋁布線層進(jìn)行快速蝕刻。所述腔室200內(nèi)的壓力可以為8mt，射頻功率源201的功率為800w，偏置電極的功率為400w，蝕刻氣體采用BC13、C12以及CH4的混合氣體，Cl2和 BC13的氣體流量比可以為1. 8-5，例如1. 8、3、5等，例如Cl2的氣體流量為300sccm，BCl3的 氣體流量為100sccm。 CH4的作用是形成聚合物保護(hù)蝕刻時的鋁布線層側(cè)壁，CH4的氣體流 量可以為5sccm。另外，為了使得蝕刻過程穩(wěn)定，還可以通入氦氣，氦氣的氣體流量可以為例 如8sccm。 由于上述第一蝕刻步驟對于鋁布線層102已經(jīng)進(jìn)行了相應(yīng)的減薄，因而當(dāng)完成上 述的第二蝕刻之后，例如參照圖7所示，應(yīng)被蝕穿的鋁布線層部分4已被順利蝕穿。
在蝕刻完鋁布線層102后，繼續(xù)蝕刻其下的粘接層101，以所述粘接層101的材料 為氮化鉭為例，仍然采用反應(yīng)離子蝕刻的方法，腔室200內(nèi)的壓力為8mt，射頻功率源201和 偏置電極202的功率可與之前蝕刻鋁布線層102的功率一致，例如射頻功率源201的功率 為800w，偏置電極202的功率為400w，所述蝕刻氣體采用BC13、 Cl2以及CH4的混合氣體， BC13的氣體流量可以為115sccm， Cl2的氣體流量可以為135sccm， CH4的氣體流量可以為 5sccm，蝕刻時間視氮化鉭的厚度而定。 另外，還可在上述蝕刻步驟后繼續(xù)進(jìn)行過蝕刻，即使得基底100也被蝕刻掉一部 分，以保證氮化鉭也被蝕穿。所述過蝕刻時的腔室內(nèi)壓力、射頻功率源及偏置電極的功率與 上步驟保持一致，仍然采用BC13、 Cl2以及CH4的混合氣體作為蝕刻氣體，但BCl3的氣體流 量減少至95sccm， Cl2的氣體流量減少至65sccm， CH4的氣體流量仍保持為5sccm。
參照圖4f所示，所述過蝕刻步驟完成后，粘接層101被完全蝕穿，曝露出基底100， 且基底100也有部分被蝕刻去除。 雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種鋁布線制作方法，其特征在于，包括對鋁布線執(zhí)行第一蝕刻工藝，所述第一蝕刻工藝為反應(yīng)離子蝕刻工藝，且不施加偏置電壓；在所述第一蝕刻工藝后，對所述鋁布線執(zhí)行第二蝕刻工藝，形成鋁布線圖形，所述第二蝕刻工藝為施加偏置電壓的反應(yīng)離子蝕刻工藝。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋁布線制作方法，其特征在于，所述第一蝕刻工藝采用(:12和BC13的混合氣體作為蝕刻氣體。
3. 如權(quán)利要求2所述的鋁布線制作方法，其特征在于，所述Cl2和BC13的氣體流量比 為1. 0-1. 5，總流量為100-150sccm。
4. 如權(quán)利要求3所述的鋁布線制作方法，其特征在于，BC13的流量為60sccm， Cl2的流 量為60sccm。
5. 如權(quán)利要求1所述的鋁布線制作方法，其特征在于，所述第一蝕刻工藝還包括通入 氦氣，氦氣的氣體流量為8sccm。
6. 如權(quán)利要求1所述的鋁布線制作方法，其特征在于，所述第一蝕刻時間通過下述方法獲得測量具有所述蝕刻缺陷的產(chǎn)品，獲得未蝕穿的鋁布線層厚度； 根據(jù)第一蝕刻中反應(yīng)氣體的流量，計算第一蝕刻的蝕刻速率； 基于所獲得的未蝕穿的鋁布線層厚度以及蝕刻速率，計算第一蝕刻的時間。
7. 如權(quán)利要求1所述的鋁布線制作方法，其特征在于，所述第一蝕刻工藝的射頻功率 源功率為800w。
8. 如權(quán)利要求1所述的鋁布線制作方法，其特征在于，所述第二蝕刻工藝的射頻功率 源功率為800w，提供偏置電壓的偏置電極的功率為400w。
9. 如權(quán)利要求l所述的鋁布線制作方法，其特征在于，所述第二蝕刻工藝采用BCl3、Cl2 以及CH4的混合氣體，BC13的流量為100sccm， Cl2的流量為300sccm。
全文摘要
一種鋁布線制作方法，包括對鋁布線執(zhí)行第一蝕刻工藝，所述第一蝕刻工藝為反應(yīng)離子蝕刻工藝，且不施加偏置電壓；在所述第一蝕刻工藝后，對所述鋁布線執(zhí)行第二蝕刻工藝，形成鋁布線圖形，所述第二蝕刻工藝為施加偏置電壓的反應(yīng)離子蝕刻工藝。所述鋁布線制作方法彌補(bǔ)了由于蝕刻形成鋁布線圖形時的蝕刻速率差異而造成鋁布線未蝕穿的蝕刻缺陷，從而避免了由于所述蝕刻缺陷而影響最終形成的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量。
文檔編號H01L21/768GK101740469SQ20081020282
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司