专利名称：铝布线制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及铝布线制作方法。
背景技术：
金属铝由于其优良的电学性能以及自钝化特性 (self-passivationperformance)，而被广泛应用于半导体制造工艺的金属布线中。其中， 所述自钝化是指铝暴露在空气中可以自动生成很薄的氧化层作为保护。目前，应用铝布线 作为金属连接线的工艺常包括如下步骤 参照图la所示，在已形成有铝布线层11的半导体衬底10上形成抗反射层12，以 及在所述抗反射层12上形成光阻层13 ; 参照图lb所示，对所述光阻层13曝光，将光掩模上的布线图形转移至光阻层13 上，并经过显影后，形成光阻图形14 ; 参照图lc所示，将所述半导体衬底IO置于反应室中，以所述光阻图形14为掩模， 对所述抗反射层12和抗反射层12下的铝布线层11进行蚀刻，所述蚀刻通常采用反应离子 蚀刻方法(RIE， Reactive Ion etch)，所述反应离子蚀刻是指通过反应室中的射频源将反 应气体离子化后进行蚀刻，所述反应气体常采用氯化硼(BC13)和氯气(Cl2)的混合气体，并 且所述蚀刻为过蚀刻，以保证蚀穿所述不应连接的铝线，从而最终形成铝布线图形。
在例如申请号为98124176的中国专利申请中还能发现更多与上述相关的信息。
然而，在对目前的铝布线制作工艺的检测中发现，参照图2所示，本应被蚀穿的铝 布线层存在例如圆圈所示未被蚀穿的蚀刻缺陷。该蚀刻缺陷将可能影响后续工艺的进行， 或使得形成的半导体器件出现短路，从而影响半导体器件的质量。
发明内容
本发明要解决的问题是，现有铝布线工艺中存在蚀刻缺陷，而影响半导体器件质 量的问题。 为解决上述问题，本发明提供一种铝布线制作方法，包括 对铝布线执行第一蚀刻工艺，所述第一蚀刻工艺为反应离子蚀刻工艺，且不施加 偏置电压； 在所述第一蚀刻工艺后，对所述铝布线执行第二蚀刻工艺，形成铝布线图形，所述 第二蚀刻工艺为施加偏置电压的反应离子蚀刻工艺。 与现有技术相比，上述所公开的铝布线制作方法具有以下优点在反应离子蚀刻 中不施加偏置电压，使得所述铝布线层能在第一蚀刻过程中被均匀减薄。而由于所述第一 蚀刻工艺将铝布线层预先减薄，弥补了由于蚀刻形成铝布线图形时的蚀刻速率差异而造成 铝布线未蚀穿的蚀刻缺陷，从而避免了由于所述蚀刻缺陷而影响最终形成的半导体器件的质量。
图la至图lc是现有技术铝布线工艺的一种实施例图； 图2是现有技术铝布线制作工艺缺陷电镜图； 图3是本发明铝布线制作方法的一种实施例图； 图4a至4f是图3所示铝布线制作实例图； 图5是图3所示铝布线制作实例的反应离子蚀刻腔室图； 图6是图3所示铝布线制作实例中获取第一蚀刻时间的方法； 图7是图3所示铝布线制作后电镜图。
具体实施例方式
在对目前的蚀刻缺陷的检测中发现，所述蚀刻缺陷存在以下两种情况1)在对整 片晶圆上的铝布线进行蚀刻后，晶圆中心部分的铝布线被正常蚀穿，而晶圆边缘部分的相 应铝布线则未被正常蚀穿2)线宽较宽的铝布线在蚀刻后被正常蚀穿，而线宽较窄的相应 铝布线则未被正常蚀穿。 通过对上述蚀刻缺陷的研究发现，所述情况的产生是由于采用反应离子蚀刻的方 法对铝布线进行蚀刻时，晶圆中心部分的蚀刻速率要快于晶圆边缘部分的蚀刻速率，而线 宽较宽的铝布线的蚀刻速率也要快于线宽较窄的铝布线的蚀刻速率。并且，由于反应离子 蚀刻的方法具有较高的蚀刻速率，相应的，由于蚀刻速率差异而造成的蚀刻量的差异也较 大。因而，就会出现晶圆中心部分的铝布线被蚀穿后，晶圆边缘部分的相应铝布线未被蚀 穿，或者线宽较宽的铝布线被蚀穿，而线宽较窄的相应铝布线未被蚀穿。
鉴于此，本发明铝布线制作方法的一种实施方式包括 对铝布线执行第一蚀刻工艺，所述第一蚀刻工艺为反应离子蚀刻工艺，且不施加 偏置电压； 在所述第一蚀刻工艺后，对所述铝布线执行第二蚀刻工艺，形成铝布线图形，所述 第二蚀刻工艺为施加偏置电压的反应离子蚀刻工艺。 不施加偏置电压的反应离子蚀刻，可使得蚀刻过程更加均匀，且蚀刻速率较低，也 就是说，例如晶圆中心、晶圆边缘部分的蚀刻速率将趋于一致，同样地，线宽较宽的铝布线 以及线宽较窄的铝布线的蚀刻速率也将趋于一致。(对于该过程的详细说明将在后续的实 例中予以揭示) 从而，所述铝布线层能在第一蚀刻过程中被均匀减薄。而由于所述第一蚀刻工艺 将铝布线层预先减薄，弥补了由于蚀刻形成铝布线图形时的蚀刻速率差异而造成铝布线未 蚀穿的蚀刻缺陷，从而避免了由于所述蚀刻缺陷而影响最终形成的半导体器件的质量。
下面通过一个铝布线制作的实例进行进一步说明。以一个具有铝布线层的半导体 结构作为蚀刻对象，例如参照图4a所示，所述半导体结构包括基底100，基底100上的铝 布线层102，通常为了保持铝布线层102与基底的良好粘接性，在基底100和铝布线层102 之间还可以有一层粘接层IOI，所述粘接层101的材料通常可以采用例如氮化钽。而所述基 底100可以是已制作有器件的晶圆，例如此处的基底可以是具有正硅酸乙酯(TEOS)和氮化 硅的复合层(图未示)。 结合图3和图4b所示，在铝布线制作时首先执行步骤sl，在铝布线层102上形成
4光阻层103。例如，可以通过在铝布线层102上涂布光刻胶以形成光阻层103。另外，为了 防止光刻胶与铝布线层102黏附力不够而脱胶，也可在涂胶前，先在铝布线层102表面形成 黏附层(图未示)，继而在黏附层上涂布光刻胶。所述黏附层的材料通常可以采用例如氮化 钛(TiN)。 结合图3和图4c所示，执行步骤s2，对所述光阻层104曝光显影形成光阻图形 104。其具体过程包括对所述光阻层104曝光，将光掩模上的布线图形转移至光阻层103 上，并经过显影后，形成光阻图形104。 结合图3和图4d所示，执行步骤s3，以所述光阻图形104为掩模，对所述铝布线 层102执行第一蚀刻。所述第一蚀刻采用的方法为反应离子蚀刻，且在蚀刻过程中不施加 偏置电压。为使得说明更加清楚，对于反应离子蚀刻作简要说明 图5所示为一个用于进行反应离子蚀刻的腔室200的简单示意图。所述腔室200 包括用于使得输入的反应气体成为等离子体的射频功率源201以及偏置电极202。在低压 下，当反应气体通入腔室200后，在射频功率源201的激发下，产生电离并形成等离子体，等 离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子 外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。而所述活性基团将和被刻蚀物质表面形成化学 反应，反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出腔室200。晶圆203是被置于面 积较小的偏置电极202上，当偏置电极运行时，一个直流偏压会在等离子体和该电极间形 成，并使带正电的反应气体离子加速轰击被刻蚀物质表面，这种离子轰击可大大加快表面 的化学反应，及反应生成物的脱附，从而导致很高的蚀刻速率。 本步骤中不施加偏置电压即是指不运行偏置电极202，而仅由经射频功率源201 激发形成的等离子体对铝布线层103进行蚀刻。由于没有上述的直流偏压使得反应气体离 子轰击铝布线层103，所述蚀刻反应其实是反应气体离子自由附着于铝布线层103表面后， 与铝进行的化学反应。因而，蚀刻速率较慢，且晶圆各部分的蚀刻速率可保持一致，对于不 同线宽的铝布线的蚀刻速率也可保持一致。从而，使得所述第一蚀刻对于铝布线厚度的减 薄是均匀进行的，在所述第一蚀刻完成后，可预期晶圆各部分的减薄厚度保持一致。
第一蚀刻时，所述腔室200内的压力可以为6mt-15mt，例如6mt、8mt、15mt等，射 频功率源201的功率可以为600w-1300w，例如600w、800w、1300w等，偏置电极202如上所 述功率为O，蚀刻气体可以采用Cl2和BC13的混合气体，Cl2和BC13的气体流量比可以为 1. 0-1. 5，总流量为100-150sccm，例如Cl2和BC13的气体流量各为60sccm。另外，为了使得 蚀刻过程稳定，还可以通入氦气，氦气的气体流量可以为例如8sccm。
而所述第一蚀刻的时间，参照图6所示，可以根据下述方法获得
步骤s31，测量具有所述蚀刻缺陷的产品，获得未蚀穿的铝布线层厚度；
步骤s32，根据第一蚀刻中BC13和Cl2的气体流量，计算第一蚀刻的蚀刻速率；
步骤s33，基于所获得的未蚀穿的铝布线层厚度以及第一蚀刻的蚀刻速率，计算第 一蚀刻的时间。 结合图3和图4e所示，执行步骤s4，在第一蚀刻完成后，继续以所述光阻图形104 为掩模，对铝布线层102执行第二蚀刻，形成铝布线图形。此步骤仍然在上述的进行反应离 子蚀刻的腔室200中进行蚀刻。本步骤蚀刻需开启偏置电极，以形成直流偏压，使得反应气 体离子轰击铝布线层进行快速蚀刻。所述腔室200内的压力可以为8mt，射频功率源201的功率为800w，偏置电极的功率为400w，蚀刻气体采用BC13、C12以及CH4的混合气体，Cl2和 BC13的气体流量比可以为1. 8-5，例如1. 8、3、5等，例如Cl2的气体流量为300sccm，BCl3的 气体流量为100sccm。 CH4的作用是形成聚合物保护蚀刻时的铝布线层侧壁，CH4的气体流 量可以为5sccm。另外，为了使得蚀刻过程稳定，还可以通入氦气，氦气的气体流量可以为例 如8sccm。 由于上述第一蚀刻步骤对于铝布线层102已经进行了相应的减薄，因而当完成上 述的第二蚀刻之后，例如参照图7所示，应被蚀穿的铝布线层部分4已被顺利蚀穿。
在蚀刻完铝布线层102后，继续蚀刻其下的粘接层101，以所述粘接层101的材料 为氮化钽为例，仍然采用反应离子蚀刻的方法，腔室200内的压力为8mt，射频功率源201和 偏置电极202的功率可与之前蚀刻铝布线层102的功率一致，例如射频功率源201的功率 为800w，偏置电极202的功率为400w，所述蚀刻气体采用BC13、 Cl2以及CH4的混合气体， BC13的气体流量可以为115sccm， Cl2的气体流量可以为135sccm， CH4的气体流量可以为 5sccm，蚀刻时间视氮化钽的厚度而定。 另外，还可在上述蚀刻步骤后继续进行过蚀刻，即使得基底100也被蚀刻掉一部 分，以保证氮化钽也被蚀穿。所述过蚀刻时的腔室内压力、射频功率源及偏置电极的功率与 上步骤保持一致，仍然采用BC13、 Cl2以及CH4的混合气体作为蚀刻气体，但BCl3的气体流 量减少至95sccm， Cl2的气体流量减少至65sccm， CH4的气体流量仍保持为5sccm。
参照图4f所示，所述过蚀刻步骤完成后，粘接层101被完全蚀穿，曝露出基底100， 且基底100也有部分被蚀刻去除。 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
一种铝布线制作方法，其特征在于，包括对铝布线执行第一蚀刻工艺，所述第一蚀刻工艺为反应离子蚀刻工艺，且不施加偏置电压；在所述第一蚀刻工艺后，对所述铝布线执行第二蚀刻工艺，形成铝布线图形，所述第二蚀刻工艺为施加偏置电压的反应离子蚀刻工艺。
2. 如权利要求1所述的铝布线制作方法，其特征在于，所述第一蚀刻工艺采用(:12和BC13的混合气体作为蚀刻气体。
3. 如权利要求2所述的铝布线制作方法，其特征在于，所述Cl2和BC13的气体流量比 为1. 0-1. 5，总流量为100-150sccm。
4. 如权利要求3所述的铝布线制作方法，其特征在于，BC13的流量为60sccm， Cl2的流 量为60sccm。
5. 如权利要求1所述的铝布线制作方法，其特征在于，所述第一蚀刻工艺还包括通入 氦气，氦气的气体流量为8sccm。
6. 如权利要求1所述的铝布线制作方法，其特征在于，所述第一蚀刻时间通过下述方法获得测量具有所述蚀刻缺陷的产品，获得未蚀穿的铝布线层厚度； 根据第一蚀刻中反应气体的流量，计算第一蚀刻的蚀刻速率； 基于所获得的未蚀穿的铝布线层厚度以及蚀刻速率，计算第一蚀刻的时间。
7. 如权利要求1所述的铝布线制作方法，其特征在于，所述第一蚀刻工艺的射频功率 源功率为800w。
8. 如权利要求1所述的铝布线制作方法，其特征在于，所述第二蚀刻工艺的射频功率 源功率为800w，提供偏置电压的偏置电极的功率为400w。
9. 如权利要求l所述的铝布线制作方法，其特征在于，所述第二蚀刻工艺采用BCl3、Cl2 以及CH4的混合气体，BC13的流量为100sccm， Cl2的流量为300sccm。
全文摘要
一种铝布线制作方法，包括对铝布线执行第一蚀刻工艺，所述第一蚀刻工艺为反应离子蚀刻工艺，且不施加偏置电压；在所述第一蚀刻工艺后，对所述铝布线执行第二蚀刻工艺，形成铝布线图形，所述第二蚀刻工艺为施加偏置电压的反应离子蚀刻工艺。所述铝布线制作方法弥补了由于蚀刻形成铝布线图形时的蚀刻速率差异而造成铝布线未蚀穿的蚀刻缺陷，从而避免了由于所述蚀刻缺陷而影响最终形成的半导体器件的质量。
文档编号H01L21/768GK101740469SQ20081020282
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月17日 优先权日2008年11月17日
发明者王新鹏 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司