[发明专利]一种铜制程等离子刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种铜制程的等离子刻蚀方法。

背景技术

刻蚀工艺是指在制造半导体器件过程中采用化学溶液或腐蚀性气体或等离子体除去晶圆内或晶圆表面膜层中不需要的部分的工艺。通常主要用化学溶液进行刻蚀的方法为湿法刻蚀，采用腐蚀性气体或等离子体进行刻蚀的方法为干法刻蚀。目前，可以使电路图形变得更精细的干法刻蚀得到越来越广泛的使用。

湿法刻蚀中，用强酸的化学反应进行各向同性刻蚀，即使被掩膜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，用例如等离子态的卤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晶圆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。

传统的等离子处理装置包含导入处理气体的反应腔室，所述反应腔室内配置有由一对上部电极和下部电极组成的平行平板电极也称电容耦合型反应腔(CCP)。在将处理气体导入反应腔室内的同时，在上下部电极间施加高频电压，在电极间形成高频电场，在高频电场的作用下形成处理气体的等离子体。等离子处理装置也可以是电感耦合型的(ICP)，射频电源施加到电感线圈，线圈中的电磁场扩散到反应腔中产生等离子体。在放置加工晶圆的下电极上通常会施加一个低频的射频电压，通过调节该低频射频源可以调节下电

极上晶圆上表面的鞘层(sheath)的厚度从而调节等离子体中的带电粒子的能量，使带电粒子垂直入射到晶圆上，从而使得等离子刻蚀具有方向性。

如图1a所示，在铜制程干法刻蚀中下层的导体铜被上层的停止层和绝缘层覆盖，绝缘层可以是SiO2或SiN层。通过光刻胶形成绝缘层上的图形，然后再利用刻蚀气体向下刻蚀直到如图1b所示露出下面的铜。其中刻蚀气体通常包括氟碳化合物来刻蚀绝缘层，也通入少量地氧气以控制侧壁的形状与反应的速度。但是在刻蚀进行到最后阶段，停止层被刻穿铜露出表面时，垂直入射的离子会对铜进行轰击，铜原子会被溅射出来。部分溅射出来的铜原子会到达反应腔侧壁或者上电极，也可能沉积在加工晶圆表面。而铜在刻蚀气体刻蚀绝缘层的反应过程当中可以起催化剂的作用，改变刻蚀的速率，比如有铜存在反应腔内时，同样参数条件下刻蚀SiO2的速率会比没有铜时的高。相反在刻蚀SiN时有铜的存在会使刻蚀速率降低。由于每一次刻蚀过程当中的铜都会被溅射出来所以铜原子的数量在上电极会随时间而积累，这就造成了刻蚀速率会随着时间的积累偏移越来越大。刻蚀加工的一致性就无法保证。

所以业界需要一个全面有效而简单的方法以解决铜造成的离子刻蚀中的刻蚀速率偏移，在长期的刻蚀过程中保持一致的反应速率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种铜制程中的等离子刻蚀方法，在保证刻蚀速率的同时抑制刻蚀过程中溅射到反应腔内的铜颗粒对反应速率造成的影响。为解决上述问题，本发明提出一种等离子刻蚀方法，包括：放置基片到等离子反应腔的基座，其中基片上包括含铜材料层和覆盖在含铜材料层上的含硅绝缘层，含硅绝缘层上覆盖有图形化的掩膜层；通过供气装置向反应腔供应刻蚀气体和氧化性气体并对含硅绝缘层进行刻蚀；判断含铜材料层是否已经暴露，在含铜材料层暴露时停止刻蚀；其特征在于该图形化掩膜层是有机材料制成，(当刻蚀气体是CF4时)氧化性气体的气体流量大于刻蚀气体流量的1/3。其中有机材料制成的掩膜层可以是光刻胶，氧化性气体选自O2，CO2，N2O，O3之一或者其混合物，刻蚀气体选自氟碳化合物。当氧化性气体为O2时，O2气体流量小于刻蚀气体流量的1/2以保证刻蚀速率。当氧化性气体是CO2，CO2气体流量小于刻蚀气体流量的3/4以保证刻蚀速率。当刻蚀气体是C4F8时，氧化性气体流量大于刻蚀气体流量的1倍小于刻蚀气体流量的2.5倍。

其中该图形化掩膜层也可以是无机材料制成，氧化性气体的气体流量大于刻蚀气体流量的1/6，小于刻蚀气体流量的1/4。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：通过改变刻蚀气体和侧壁保护气体的供气方式实现整个晶圆表面具有不同的刻蚀气体和侧壁保护其它的混合比，最终抵消其它因素造成的刻蚀不均一效果实现均一的刻蚀效果。

附图说明

图1a是本发明应用到的铜制程干刻蚀开始前的材料结构；

图1b是本发明应用到的铜制程干刻蚀完成后的材料结构；

图2为采用本发明的刻蚀方法与采用现有技术刻蚀形成的刻蚀速率偏移效果的对比示意图；

具体实施方式