专利名称：铝刻蚀的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种铝刻蚀的方法。
背景技术：
在目前的半导体制造领域中，铝金属作为一种常用的电互连的材料，用于形成金属互联线或接触衬垫等，被广泛应用于集成电路中。现有对铝刻蚀的过程请参考图I至图3，包括请参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100表面具有铝层101。请参考图2，在所述铝层101表面形成光刻胶层102，所述光刻胶层102暴露出部 分铝层101表面，所述光刻胶层101定义了需要刻蚀铝层101的位置。请参考图3，以光刻胶层102为掩膜，采用干法刻蚀工艺对所述铝层101 (如图2)进行刻蚀，形成铝层101a。所述刻蚀气体包括氯气(Cl2)、氯化硼(BCl3)、氩气(Ar)、氮气(N2)、三氟甲烷(CHF3)和甲烷(CH4)。其中，氯气作为主要的刻蚀气体与铝层发生化学反应，生成副产物氯化铝(AlCl3),再被刻蚀反应腔中的气流带出反应腔。然而，在刻蚀完成之后，铝层以及光刻胶层表面总会残留部分氯离子，所述氯离子极易与铝反应，生成氯化铝；由于氯化铝的化学性质活泼，容易与空气中的水发生反应，形成铝的聚合物，造成可是后的铝层的腐蚀，从而影响所形成的半导体器件的性能。更多铝刻蚀工艺请参考公开号为CN 101590477A的中国专利文件。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种铝刻蚀的方法，以防止铝层在刻蚀过程被腐蚀，改善铝刻蚀工艺。为解决上述问题，本发明还提供一种铝刻蚀方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有铝层；采用干法刻蚀工艺去除部分所述铝层，所述干法刻蚀的气体含有氯气；在干法刻蚀后，采用第一清洗液对所述刻蚀后的铝层进行冲洗，所述第一清洗液为水或醇类溶液。可选地，采用第一清洗液对刻蚀后的铝层进行冲洗的时间为10秒 40秒，所述第一清洗液的流量为2升/分钟飞升/分钟，所述清洗液的压力为20牛 60牛。可选地，所述干法刻蚀的气体还包括氯化硼、氩气、氮气、三氟甲烷和甲烷。可选地，还包括所述铝层表面具有光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜，干法刻蚀所述铝层。可选地，还包括在干法刻蚀后，去除所述光刻胶层；在去除光刻胶层后，以所述第一清洗液对铝层进行冲洗。可选地，还包括在形成光刻胶层之前，在所述铝层表面形成抗反射层。可选地，所述抗反射层的材料为氮化钛。
可选地，在采用第一清洗液对铝层进行冲洗之后，采用第二清洗液对刻蚀后的铝层进行清洗，所述第二清洗液为酸性溶液或碱性溶液。可选地，所述第二清洗液为硫酸、氢氟酸、ACT或EKC。可选地，还包括在所述半导体衬底和所述铝层之间形成阻挡层。可选地，所述阻挡层的材料为氮化钽或氮化钛。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点本实施例所述铝刻蚀方法中，在干法刻蚀后，采用第一清洗液对所述刻蚀后的铝层进行冲洗，而且所述第一清洗液为水或醇类溶液；由于在刻蚀工艺后，残留于铝层的侧壁和表面的氯离子易于被水或醇类溶液中的氢氧根中和，容易在冲洗过程中被带走，从而防止了在去除光刻胶层之后，所残留的氯离子与空气中的水、以及铝发生反应而对刻蚀后的铝层造成腐蚀，产生氧化铝等聚合物；从而避免了以所述铝层电互连的半导体器件性能不稳定的问题，提高了半导体器件的良率。
图I至图3是现有铝刻蚀过程的剖面结构示意图；图4是本发明铝刻蚀方法的实施例的流程示意图；图5至图9是本发明实施例的铝刻蚀过程的剖面结构示意图；图10是现有的铝刻蚀完成后对铝层进行测试的结果图；图11是本发明实施例的铝刻蚀完成后对铝层进行测试的结果图。
具体实施例方式如背景技术所述，现有的铝刻蚀工艺中，容易造成铝层的腐蚀，使所形成的半导体器件性能不良。本发明的发明人经过研究发现，由于在完成干法刻蚀刻蚀工艺后，由于氯离子无法被刻蚀反应腔内的气体完全带离，导致部分氯离子残留于铝金属层的侧壁和表面；由于氯离子化学性质较为活泼，当所残留的氯离子在接触到空气中的水分之后，极易发生与铝化学反应，如以下方程式所示40Γ+2Η20 — 4HCl+026HC1+2A1 — 2A1C13+3H22A1C13+3H20 — 6HC1+A1203由于发生上述反应时，已完成干法刻蚀工艺，因此反应过程中产生的AlCl3和Al2O3被残留于铝金属层表面而无法被气流带走；所形成的Al2O3会破坏铝金属的电互连，使所形成的半导体器件性能不良。由上述方程式可知，为了避免铝金属的腐蚀，需要在刻蚀完成后去除氯离子或水，以防止与铝发生进一步的反应造成腐蚀；然而，由于空气中的水难以避免，且难以被去除，因此，如何在刻蚀完成后去除残留的氯离子是防止腐蚀的关键问题。本发明的发明人经过进一步研究发现，当完成干法刻蚀工艺之后，采用水或醇类溶液对所述铝层进行冲洗；由于干法刻蚀后，残留于铝层侧壁和表面的氯离子易于被水或醇类溶液中的氢氧根中和，而且通过冲洗能够带走所残留的氯离子，从而避免了氯离子与空气中的水以及铝发生反应而形成聚合物；使所形成的半导体器件性能更为稳定。
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4是本发明铝刻蚀方法的实施例的流程示意图，包括步骤步骤S101，提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有铝层，所述铝层表面具有光刻胶层；步骤S102，以所述光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述铝层，直至暴露出半导体衬底；步骤S103，在干法刻蚀后，去除所述光刻胶层；步骤S104，在去除光刻胶层后，采用第一清洗液对所述刻蚀后的铝层进行冲洗，所述第一清洗液为水或醇类溶液； 步骤S105，在采用第一清洗液对铝层进行冲洗之后，采用第二清洗液对刻蚀后的铝层进行清洗，所述第二清洗液为酸性溶液或碱性溶液。以下将结合附图对本发明铝刻蚀方法的实施例进行说明，图5至图9是本实施例的铝刻蚀过程的剖面结构示意图。请参考图5，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200表面具有铝层201，所述铝层201表面具有光刻胶层202。所述半导体衬底200用于为后续工艺提供工作平台，所述半导体衬底200的材料为硅、硅锗、碳化硅、绝缘体上硅或III-V族化合物(氮化硅或砷化镓等)。所述铝层201用于形成半导体器件中的互联线或接触点，所述铝层201的形成工艺为化学气相沉积或物理气相沉积；由于在后续工艺刻蚀所述铝层201时，主要的刻蚀气体为氯气，而在刻蚀完成后，残余在所述铝层201表面的氯离子会与空气中的水一起腐蚀所述铝层201，并形成聚合物而影响所形成的半导体器件的性能；因此，需要在后续刻蚀完成之后，去除残余在铝层201表面的氯离子以避免腐蚀。在本实施例中，在形成铝层201之前，在所述半导体衬底200表面形成阻挡层203，所述阻挡层203的材料为氮化钽或氮化钛，所述阻挡层203用于在后续刻蚀工艺中作为刻蚀停止层；当后续的刻蚀工艺刻蚀至所述阻挡层203时，即刻蚀位置接近所述半导体衬底200，在进行一定的过刻蚀即可暴露出半导体衬底200表面，从而减少了后续刻蚀工艺对半导体表面的损伤，使所形成的半导体器件更为稳定。所述光刻胶层202用于定义需要铝层201需要刻蚀的位置，所述光刻胶层202的形成步骤为在所述铝层201表面通过旋涂工艺涂布光刻胶薄膜；热处理所述光刻胶薄膜后，对所述光刻胶薄膜进行曝光，暴露出后续需要刻蚀的光刻胶薄膜表面；在曝光后，再次热处理所述光刻胶薄膜，形成光刻胶层202。在本实施例中，在形成光刻胶层202之前，在所述铝层201表面形成抗反射层204，所述抗反射层204的材料为氮化钛或氮氧化硅；所述抗反射层204用于防止在对光刻胶薄膜曝光的过程中，由于所述铝层201表面不平坦而造成的入射光的反射，而所述入射光反射回影响曝光效果；所述抗反射层204能够吸收光波，从而避免了穿过所述光刻胶薄膜的光发生反射。请参考图6，以所述光刻胶层202为掩膜，采用干法刻蚀工艺刻蚀所述铝层201(如图5)，直至暴露出半导体衬底200，形成铝层201a。
所述干法刻蚀为各向异性的干法刻蚀工艺，刻蚀气体为氯气、氯化硼、氩气、氮气、三氟甲烷和甲烷；所述干法刻蚀的功率为200瓦-400瓦，刻蚀腔的压强为30毫托-200毫托，刻蚀温度为40摄氏度-60摄氏度。其中，氯气作为主要的刻蚀气体，氯气通过与铝层201发生化学反应形成可挥发的氯化铝后，被刻蚀腔中的气流带出刻蚀腔。其次，刻蚀气体中的氯化硼和氩气用于垂直轰击铝层201表面，达到各向异性刻蚀的目的；其中，由于所述铝的化学性质比较活泼，容易在所述铝层201a的表面和侧壁形成氧化铝，而所述氯化硼能够还原所述氧化铝，从而提高刻蚀效率。
再次，刻蚀气体中的氮气、三氟甲烷和甲烷作为钝化气体；其中，所述氮气与铝层201a反应，在铝层201a侧壁形成钝化层；另外，三氟甲烷和甲烷与光刻胶层202反应，在所述光刻胶层202的侧壁形成钝化层，从而在刻蚀过程中，保护光刻胶层202和铝层201a的侧壁不受损伤，使刻蚀后的图形更为精确。然而，在刻蚀完成后，刻蚀工艺过程中产生的氯离子无法完全通过刻蚀腔内的气体被带走，而被残留于所述铝层201a的表面和侧壁；当后续去除光刻胶层202后，所述氯离子接触到空气中的水之后，容易与铝层201a发生反应，生成氧化铝积聚在所述铝层201a的表面和侧壁，即铝层201a发生腐蚀；铝层201a的腐蚀容易导致所形成的半导体器件短路或不稳定；又由于空气中的水无法避免，因而在刻蚀完成之后，需要去除残留的氯离子以避免铝层201a发生腐蚀。在本实施例中，在采用干法刻蚀工艺额刻蚀所述铝层之前，采用干法刻蚀工艺去除所述抗反射层204，并暴露出所述铝层201表面；当采用干法刻蚀所述铝层201a直至所述阻挡层203时，进行过刻蚀，去除刻蚀铝层201a的残留物，并去除所述阻挡层203直至暴露出半导体衬底200为止。请参考图7，在干法刻蚀后，去除所述光刻胶层202 (如图6)。所述去除光刻胶层202的方法为湿法去胶或干法去胶；湿法去胶时，采用酸性溶液、碱性溶液或有机溶液去除光刻胶层202，例如丙酮；干法去胶时，采用氧气等离子体去胶。由于氯离子不易溶于酸性溶液、碱性溶液或有机溶液，而且在难以完全与光刻胶层202 —起被去除，因此残留于所述铝层201a表面和侧壁的氯离子难以在湿法去胶的过程中被带走；在后续工艺中需要采用第一清洗液进行冲洗，以去除所残余的氯离子。请参考图8，在去除光刻胶层202 (如图6)后，采用第一清洗液205对所述刻蚀后的铝层201a进行冲洗，所述第一清洗液205为水或醇类溶液。采用第一清洗液205对铝层201a进行冲洗的时间为10秒 40秒，所述第一清洗液205的流量为2升/分钟飞升/分钟，所述清洗液的压力为20牛 60牛。第一清洗液205为水时，所残留的氯离子极易与水反应而生成稳定的化合物氯化氢(HCl);所述水为纯水或去离子水，由于纯水或去离子水中不含有其他杂质离子，在反应过程中无其他杂质离子影响反应过程，有利于氯离子溶于第一清洗液205中，并通过以水冲洗的方式被带走；第一清洗液205为醇类溶液时，氯离子能够与醇类溶液中的氢氧根反应生成稳定的化合物氯化氢(HCl )，从而氯离子能够通过醇类溶液的冲洗被带走，其反应过程为2C1_+20H_ — 2HCl+02 ;所述醇类溶液包括甲醇、乙醇、丙醇或其他高分子醇类。
所述冲洗的时间为10秒 40秒，本发明的发明人通过研究发现，在进行大于10秒的冲洗，能够保证氯离子充分溶于水或醇类溶液中；若短于10秒，所残留的氯离子会无法充分溶于第一清洗液205中，导致无法通过冲洗带走所有残留的氯离子；其次，冲洗的时间小于40秒时，由于冲洗时间较短，铝层201a来不及与氯离子和水反应生成氧化铝等聚合物，而氯离子已充分溶于第一清洗液205中，从而能够通过冲洗带走所述氯离子。采用第一清洗液205进行冲洗时的流量为2升/分钟飞升/分钟，所述清洗液的压力为20牛飞O牛，流量和压力均较大；在10秒 40秒的冲洗时间内，充分溶于第一清洗液205中的氯离子能够通过大流量和大压力的第一清洗液205被及时带走，同时避免了氯离子附着于铝层201a表面而造成腐蚀。在本实施例中，当在刻蚀腔中完成干法刻蚀工艺后，在所述刻蚀腔中通入第一清洗液205对所述铝层201a进行冲洗，能够节省工艺步骤和时间。 请参考图9，在采用第一清洗液205 (如图8)对铝层201a进行冲洗之后，采用第二清洗液206对刻蚀后的铝层201a进行清洗，所述第二清洗液206为酸性溶液或碱性溶液。所述第二清洗液206用于清洗在干法刻蚀工艺，以及去除光刻胶工艺中残留与所述铝层201a表面和侧壁的除氯离子之外的副产物；所述副产物包括干法刻蚀工艺过程中的化学反应物、以及物理轰击的残留物，去光刻胶工艺中所残留的光刻胶与去胶溶液的反应物；所述第二清洗液206为硫酸、氢氟酸、ACT或EKC，能够溶解所残留的有机物和无机物，从而达到清洗的目的；其中，所述ACT和EKC为有机溶液，所述ACT包括二甲亚砜(DMS0)、N- 二甲基乙酰胺(ΝΕΑ)、乙醇胺(MEA)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)等，所述EKC包括羟氨、单乙醇胺和异丙醇胺等。由于氯离子难以与所述第二清洗液206反应而溶于所述第二清洗液206中，因此所述以第二清洗液206清洗铝层201a的步骤无法去除残留于所述铝层201a表面和侧壁的氯离子，从而需要在以所述第二清洗液206清洗所述铝层201a之前以第一清洗液205 (如图8)对铝层201a进行冲洗。在其另一实施例中，在去除光刻胶层202 (如图6)之后，采用第二清洗液206对刻蚀后的铝层201a进行清洗；再以第二清洗液206清洗之后，采用第一清洗液205 (如图8)对铝层201a进行冲洗；由于所述第二清洗液206为硫酸、氢氟酸、ACT或EKC，氯离子不会溶于所述第二清洗液中，从而难以在采用第二清洗液206清洗的过程中无法完全被带走，依旧会残留一部分氯离子于附着于铝层201a表面；从而需要再采用第一清洗液205进行冲洗，所述第一清洗液205为水或醇类溶液，采用第一清洗液205对铝层201a进行冲洗的时间为1(Γ40秒，所述第一清洗液205的流量为2飞升/分钟，所述清洗液的压力为2(Γ60牛；在大流量和大压力的冲洗下，氯离子能够在1(Γ40秒内完全溶于第一清洗液205中，并被带走。请参考图10和图11，图10是现有的铝刻蚀完成后对铝层进行测试的结果图，由于现有技术在铝刻蚀过程中，未采用第一清洗液205进行冲洗，因此在刻蚀后的铝腐蚀严重；图11是本发明的发明人在采用第一清洗液205 (如图8)对铝层201a冲洗20秒，并采用第二清洗液206对刻蚀后的铝层201a进行清洗后，将所述半导体衬底200和铝层201a烘干，并静置48小时，在对所述铝层201a进行测试的结果，由图11可知，所述铝层201a的侧壁和表面平整光滑，没有发现铝腐蚀发生。
本实施例中，在完成干法刻蚀并去除光刻胶层202之后，对所述铝层201a以第一清洗液205进行冲洗，所述第一清洗液为水或醇类溶液，能够有效地使干法刻蚀后残留于所述铝层201a表面和侧壁的氯离子溶于水或醇类溶液中，并通过冲洗被完全带走；从而避免了所述氯离子与空气中的水接触反应而对铝层201a造成腐蚀，使所形成的半导体器件性能稳定，良率提闻。综上所述，本实施例所述铝刻蚀方法中，在干法刻蚀后，采用第一清洗液对所述刻蚀后的铝层进行冲洗，而且所述第一清洗液为水或醇类溶液；由于在刻蚀工艺后，残留于铝层的侧壁和表面的氯离子易于被水或醇类溶液中的氢氧根中和，容易在冲洗过程中被带走，从而防止了在去除光刻胶层之后，所残留的氯离子与空气中的水和铝发生反应而发生腐蚀，产生氧化铝等聚合物；从而避免了以所述铝层电互连的半导体器件性能不稳定的问题，提高了半导体器件的良率。本发明虽然已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 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种铝刻蚀方法，其特征在于，包括 提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有铝层； 采用干法刻蚀工艺去除部分所述铝层，所述干法刻蚀的气体含有氯气； 在干法刻蚀后，采用第一清洗液对所述刻蚀后的铝层进行冲洗，所述第一清洗液为水或醇类溶液。
2.如权利要求I所述铝刻蚀方法，其特征在于，采用第一清洗液对刻蚀后的铝层进行冲洗的时间为10秒 40秒，所述第一清洗液的流量为2升/分钟飞升/分钟，所述清洗液的压力为20牛 60牛。
3.如权利要求I所述铝刻蚀方法，其特征在于，所述干法刻蚀的气体还包括氯化硼、氩气、氮气、三氟甲烷和甲烷。
4.如权利要求I所述铝刻蚀方法，其特征在于，还包括所述铝层表面具有光刻胶层，以所述光刻胶层为掩膜，干法刻蚀所述铝层。
5.如权利要求4所述铝刻蚀方法，其特征在于，还包括在干法刻蚀后，去除所述光刻胶层；在去除光刻胶层后，以所述第一清洗液对铝层进行冲洗。
6.如权利要求4所述铝刻蚀方法，其特征在于，还包括在形成光刻胶层之前，在所述铝层表面形成抗反射层。
7.如权利要求6所述铝刻蚀方法，其特征在于，所述抗反射层的材料为氮化钛。
8.如权利要求4所述铝刻蚀方法，其特征在于，在采用第一清洗液对铝层进行冲洗之后，采用第二清洗液对刻蚀后的铝层进行清洗，所述第二清洗液为酸性溶液或碱性溶液。
9.如权利要求8所述铝刻蚀方法，其特征在于，所述第二清洗液为硫酸、氢氟酸、ACT或EKC。
10.如权利要求I所述铝刻蚀方法，其特征在于，还包括在所述半导体衬底和所述铝层之间形成阻挡层。
11.如权利要求10所述铝刻蚀方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为氮化钽或氮化钛。
全文摘要
一种铝刻蚀的方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面具有铝层，所述铝层表面具有光刻胶层；以所述光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀去除部分所述铝层；在干法刻蚀后，去除所述光刻胶层；在去除光刻胶层后，采用第一清洗液对所述刻蚀后的铝层进行冲洗，所述第一清洗液为水或醇类溶液。所述铝刻蚀方法能够减少刻蚀完成后铝层的腐蚀，使所形成的半导体器件良率提高。
文档编号C23F4/00GK102820261SQ20121030161
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者王敬平, 彭精卫, 许昕睿, 周广伟 申请人:上海宏力半导体制造有限公司