专利名称：干法刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别涉及一种半导体器件制 造过程中干法刻蚀方法。
背景技术：
刻蚀是半导体器件制造工艺中用化学溶液或气体从半导体晶圆除去不需 要的部分的工艺。通常主要用进行化学刻蚀的湿刻蚀，可以使电路图形变得 更精细的干刻蚀得至越来越广泛的使用。干法刻蚀不用化学溶液而用腐蚀性 气体或等离子体。湿刻蚀中，用强酸的化学反应进行各向同性刻蚀，即使被掩模覆盖的部 分也可以被刻蚀。相反，干法刻蚀用反应离子刻蚀，其中，用例如等离子态 的卣素的腐蚀性化学气体和等离子态离子进行刻蚀。因此，干法刻蚀可以实 现只在衬底上按垂直方向进行刻蚀的各向异性刻蚀，所以，干法刻蚀适用于要求高精度的精细工艺，例如，适用于甚大规模集成电路(VLSI)工艺。专利号为98124176的中国专利公开了在布线工艺中千法刻蚀金属层的 方法。如图1A所示，在已经完成第一层铝布线的晶圓100上用化学气相沉积 法氧化硅层102，作为层间介电层用于器件间的隔离；在氧化硅层102上溅射 厚度为金属层104,所述金属层104的材料为铝或铝铜合金；接着在金属层 104上用化学气相沉积法形成抗反射层106;用旋涂法在抗反射层106上形成 光阻层108。如图1B所示，对光阻层108进行曝光处理，将光罩上的半导体器件图形 转移至光阻层108上，经过显影工艺后，在光阻层108上形成光阻图形107。 如图1C所示，将带有氧化硅层102、金属层104、抗反射层106和光阻
层108的晶圓100放入反应室中的晶圓承载器113上；以光阻层108为掩膜， 在反应室中通入BCb和Cl2混合气体，沿光阻图形107对抗反射层106和金 属层104进行刻蚀至露出氧化硅层102。如图1D所示，最后用灰化法去除光阻层108。在反应室中通入BCb和Cl2混合气体刻蚀抗反射层106和金属层104时， 如果承载器113外围的接地环114上的聚焦环110离晶圆IOO距离过低甚至 晶圆IOO高出聚焦环IIO，会造成刻蚀过程中产生金属层104残留；因此，现 有技术将聚焦环110与晶圆100的距离调节范围为0~25mm，而聚焦环110 与接地环114的距离调节范围为2~30mm，晶圆100不会高出聚焦环110,也 就在后续刻蚀过程中不会产生金属层104残留。然而由于聚焦环110与晶圆 100的距离调节范围为0~25mm，而聚焦环110与接地环114的距离调节范围 为0 30mm,调节范围太宽，当调节至聚焦环110与晶圆100的距离大于4mm 以上时，刻蚀气体产生的微粒被聚焦环110阻挡，而不容易被抽气泵111抽走， 进而使这些微粒附着在晶圆表面。现有干法刻蚀中，由于聚焦环与晶圆的距离调节范围或聚焦环与接地环 的距离调节范围太宽，当聚焦环与晶圓的距离被调节至大于4mm以上时，刻 蚀气体产生的微粒被聚焦环阻挡，而不容易被抽气泵抽走，进而使刻蚀气体 微粒附着在晶圆表面，导致晶圆产生缺陷，影响晶圆的成品率。 发明内容本发明解决的问题是提供一种干法刻蚀方法，防止刻蚀气体微粒附着在 晶圆表面，导致晶圆产生缺陷，影响晶圆的成品率。为解决上述问题，本发明提供一种干法刻蚀方法，包括下列步骤将晶 圓放入反应室的承栽器上；将聚焦环与晶圓的距离调节范围调节至0 1.5mm, 所述聚焦环位于承栽器外围的接地环的支撑柱上；刻蚀晶圓。聚焦环与晶圆的距离通过支撑柱来调节，所述支撑柱有3个。 聚焦环与接地环的距离调节范围为2mm 3.5mm。 所述反应室刻蚀压力为3毫托 500毫托。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明将聚焦环与晶圓的距离 调节范围调节至0 1.5mm,这样聚焦环与晶圆的距离最大不超过4mm，刻蚀 气体产生的微粒不被聚焦环阻挡，容易被抽气泵抽走，进而刻蚀气体微粒几 乎不会附着在晶圆表面，提高了晶圓的成品率。
图1A至图1D是现有技术干法刻蚀金属层的示意图； 图2是本发明干法刻蚀的流程图； 图3A至图3D是本发明干法刻蚀金属层的示意图； 图4A至图4E是本发明在布线工艺中干法刻蚀金属铝层的示意图。
具体实施方式
以，干法刻蚀适用于要求高精度的精细工艺，例如，适用于甚大规模集成电 路(VLSI)工艺。现有干法刻蚀中，由于晶圆承栽器上聚集环的距离过高，刻蚀 气体产生的微粒被聚焦环阻挡，而不容易被抽气泵抽走，进而使这些微粒附 着在晶圆表面，导致晶圆产生缺陷，影响晶圆的成品率。本发明将聚焦环与 晶圆的距离调节范围调节至0~1.5mm，由于聚焦环与晶圓的距离最大不超过 4mm,刻蚀气体产生的微粒不被聚焦环阻挡，容易被抽气泵抽走，进而刻蚀 气体微粒几乎不会附着在晶圆表面，提高了晶圓的成品率。为使本发明的上 述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施 方式做详细的说明。
图2是本发明干法刻蚀的流程图。如图2所示，执行步骤S201将晶圆放入 反应室的承栽器上；执行步骤S202将聚焦环与晶圓的距离调节范围调节至 0 1.5mm，所述聚焦环位于承栽器外围的接地环的支撑柱上；执行步骤S203 刻蚀晶圆。图3 A至图3D是本发明干法刻蚀金属层的示意图。如图3A所示，在晶圓200 上用化学气相沉积法形成厚度为5000埃 7000埃的氧化硅层202 ，作为层间介 电层用于器件间的隔离；在氧化硅层202上用'践射法在功率为5000W 7000W， 温度为250。C 300。C时，形成厚度为2(am 6)um的金属层204，所述金属层204 的材料为铝或铝铜合金；用等离子增强化学气相沉积方式在金属层204上形成 厚度为0.02,~0.04拜的抗反射层206，所述抗反射层206的材料为氮化硅，在 后续曝光过程中用于保护金属层204;用旋涂法在抗反射层206上形成厚度为 2.4nm 4.8nm的光阻层208。本实施例中，氧化珪层202的具体厚度为5000埃、5500埃、6000埃、6500 埃或7000埃，优选6000埃。本实施例中，溅射功率具体为5000W、 5500W、 6000W、 6500W或7000W， 优选賊射功率6500W;溅射温度具体为250。C、 260°C、 270°C 、 280。C、 290 。C或30(TC ，优选溅射温度为270°C 。金属层204的厚度具体为2jLim、 2.5 nm、 3nm、 3.5)nm、 4jam、 4.5 p m、 5|am、 5.5nm或6pm;抗反射层206的厚度具体为0.02 ium、 0.03 n m 或0.04ium;光阻层208的厚度具体为2.4 y m、 2.6jam、 2.8 pm、 3.0|iim、 3.2|am、 3.4|am、 3.6|um、 3.8jum、 4.0 nm、 4.2 nm、 4.4|um、 4.6 |a m或4.8 )a m。如图3B所示，对光阻层208进行曝光处理，将光罩上的半导体器件图形 转移至光阻层208上，经过显影工艺后，在光阻层208上形成光阻图形207。 如图3C所示，将带有氧化硅层202、金属层204、抗反射层206和光阻
层208的晶圓200放入反应室212中的晶圆承栽器213上，调节晶圓承载器 213外围的接地环214上支撑聚焦环210的三个支撑柱209，使聚焦环210的 与接地环214的距离调节范围缩小，为2~3.5mm，而聚焦环210与晶圆200 距离的调节范围为0 1.5mm,聚焦环210在这个范围内调节不但能使后续刻 蚀气体产生的微粒全部被抽气泵211抽走且在后续刻蚀金属层204过程中不 会产生金属层204残留；以光阻层208为掩膜，在反应室中通入BCls和Cl2 混合气体，沿光阻图形207对抗反射层206和金属层204进行刻蚀至露出氧 化娃层202。本实施例中，聚焦环210与接地环214距离的调节范围具体为2mm、 2.5mm、 3mm或3.5mm;聚焦环210与晶圆距离的调节范围具体为Omm、 0.5mm、 lmm或1.5mm。本实施例中，采用的刻蚀方法为干法刻蚀。反应室的压力为3毫托~500 毫托(1托=133.33帕斯卡)，具体压力例如3毫托、5毫托、10毫托、50毫 托、100毫托、150毫托、200毫托、250毫托、300毫托、350毫托、400毫 托、450毫托或500毫托。如图3D所示，最后用灰化法去除光阻层208。本实施例中，灰化光阻层208所需温度为200。C 30(TC ，具体温度为200 。C 、 250'C或300。C ，优选250°C;灰化光阻层208所需时间为4min 6min,具 体时间为4min、 5min或6min，优选5min。图4A至图4E是本发明在布线工艺中千法刻蚀金属铝层的示意图。如图 4A所示，在包含存储器件的晶圆300上物理气相沉积法形成厚度为4"m 6 pm的第一金属层302,其中第一金属层302的材料为铝铜合金；用化学气相 沉积法在第一金属层302上形成厚度为300埃 350埃的层间介质层3(M，其 中层间介质层304的材料为氧化硅或氮氧化硅；在层间介质层304上形成第 一光阻层306,对第一光阻层306进行曝光，将光罩上的通孔图形转移至第一 光阻层306上，经过显影工艺，在第一光阻层306上形成开口图形307。本实施例中，第一金属层302的厚度具体为4pm、 5pm或6ium，本实 施例优选5 ji m。层间介质304的厚度具体为300埃、310埃、320埃、330埃、340埃或 350埃，本实施例优选320埃。如图4B所示，以第一光阻层306为掩膜，沿开口图形307,干法蚀刻层间 介质层304至露出第一金属层302，在层间介质层304中形成贯通层间介质层 304的通孔308;在层间介质层304上用化学气相沉积法形成第二金属层310， 并将第二金属层310填充通孔308，其中第二金属层310的材料为鴒、铝、氮化 钬或钬。如图4C所示，用化学机械抛光法研磨第二金属层310至露出层间介质层 304，形成金属插塞309;用溅射法在功率为5000W 7000W,温度为 250。C 300。C时，在层间介质层304上形成金属铝层312，且金属铝层312覆 盖金属插塞309;用等离子增强化学气相沉积方式在金属铝层312上形成厚度 为0.02nm~0.04nm的抗反射层314，在后续曝光过程中用于保护金属铝层312; 用旋涂法在抗反射层314上形成厚度为2.4(im 4.8(im的第二光阻层316。本实施例中，溅射功率具体为5000W、 5500W、 6000W、 6500W或7000W, 优选溅射功率6500W;溅射温度具体为250°C、 260°C、 270°C 、 280°C、 290 。C或300X:，优选溅射温度为270°C。本实施例中，金属铝层312的厚度为2 u m 6 |a m,具体厚度例如2 |a m 、 2.5jam、 3)im、 3,5jam、 4|am、 4.5|-im、 5|am、 5.5lum或6iam。抗反射层 314的厚度具体为0.02 iam、 0.03 h m或0.04 |a m;第二光阻层316的厚度具 体为2.4pm、 2.6|im、 2.8|im、 3.0|am、 3.2|am、 3.4 ium、 3.6 um、 3.8(am、 4.0 Mm、 4.2|im、 4.4|am、 4.6 |a m或4.8 |a m。 如图4D所示，对第二光阻层316进行曝光处理，将光罩上的焊盘图形转 移至光阻层318上，经过显影工艺后，在第二光阻层316上形成光阻图形317。如图4E所示，将带有金属铝层312、抗反射层314和第二光阻层316的 晶圆300放入反应室中的晶圓承栽器318上，调节晶圆承栽器318外围的接 地环323上支撑聚焦环320的三个支撑柱319,使聚焦环320的与接地环323 的距离调节范围为2 3.5mm,而聚焦环320与晶圓300距离的调节范围为 0 1.5mm，聚焦环320在这个范围内调节不但能使后续刻蚀气体产生的微粒全 部被抽气泵321抽走且在后续刻蚀金属铝层312过程中不会产生金属铝层312 残留；以第二光阻层316为掩膜，在反应室中通入BCl3和Cb混合气体，沿 光阻图形317对金属铝层312进行刻蚀至露出晶圆300;最后用灰化法去除第 二光阻层316。本实施例中，聚焦环320相对接地环323的距离调节范围具体为2mm、 2.5mm、 3mm或3.5mm;聚焦环320相对第二光阻层316的的距离调节范围 具体为Omm、 0.5mm、 lmm或1.5mm。本实施例中，采用的刻蚀方法为干法刻蚀。反应室的压力为3毫托~500 毫托(1托=133.33帕斯卡)，具体压力例如3毫托、5毫托、10毫托、50毫 托、100毫托、150毫托、200毫托、250毫托、300毫托、350毫托、400毫 托、450毫托或500毫托。本实施例中，灰化光阻层316所需温度为20(TC 300。C，具体温度为200 。C、 25(rC或300。C，优选250。C;灰化光阻层316所需时间为4min 6min,具 体时间为4min、 5min或6min， ^尤选5min。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何 本领域^t支术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和 修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1. 一种干法刻蚀方法，其特征在于，包括下列步骤将晶圆放入反应室的承载器上；将聚焦环与晶圆的距离调节范围调节至0～1.5mm，所述聚焦环位于承载器外围的接地环的支撑柱上；刻蚀晶圆。
2. 根据权利要求l所述的干法刻蚀方法，其特征在于聚焦环与晶圆的距离通 过支撑柱来调节。
3. 根据权利要求2所述的干法刻蚀方法，其特征在于所述支撑柱有3个。
4. 根据权利要求2所述的干法刻蚀方法，其特征在于聚焦环与接地环的距离 调节范围为2mm~3. 5mm 。
5. 根据权利要求l所述的干法刻蚀方法，其特征在于所述反应室刻蚀压力为 3毫托 500毫托。
全文摘要
一种干法刻蚀方法，包括下列步骤将晶圆放入反应室的承载器上；将聚焦环与晶圆的距离调节范围调节至0～1.5mm，所述聚焦环位于承载器外围的接地环的支撑柱上；刻蚀晶圆。经过上述步骤，刻蚀气体微粒几乎不会附着在晶圆表面，提高了晶圆的成品率。
文档编号H01L21/00GK101211751SQ20061014881
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者代大全, 睿 吕, 崔红星, 李大勇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司