[发明专利]Al基金属层的刻蚀方法

说明书

本发明涉及半导体装置的制造方法，更详细地说，涉及包含以Al或Al合金等的铝为基体材料的布线层的干法刻蚀技术。

近些年来，为了得到低电阻值且具有良好的接触性以及抗电迁徙能力，使用对Al或Al合金膜与金属势垒层进行叠层后的、图1所示构造的布线层。布线层10形成于半导体衬底11上，该布线层10用Ti膜12,TiN膜13,Al或Al合金膜14,Ti膜15及TiN膜16的叠层膜构成。在上述布线构造中，由作为布线基体材料所使用的是Al或Al合金膜14，故可以得到低电阻值。此外，由于TiN膜13、16起着防止上述膜14中的Al迁徙到半导体衬底11中去的势垒层的作用，所以提高了抗电迁徙的能力，而且，上述Ti膜12减小了与上述半导体衬底11中的杂质扩散层、布线层和电极等之间的接触电阻。

关于这种布线构造及其刻蚀(图形化)工序，例如已在美国专利5207868中公开。

图2示出了在上述布线层的刻蚀工序中所用的等离子刻蚀装置的概略构成。该装置是平行平板式电极构造，在反应室17内相向地设有一对平板式电极18、19。为了进行等离子体的发生和离子的牵引，一方的电极18连接到高频电源20上，另一方的电极19则接地。在上述电极19上载置将成为刻蚀对象的晶片21。从吸气口22向上述反应室17内，边导入与刻蚀对象的材质相应的反应气体，例如在刻蚀Al或Al合金等的布线层的情况下导入Cl₂和BCl₃的混合气体，边进行刻蚀，并从排气口23排出反应后的混合气体。

然而，一般Cl₂用作金属刻蚀工序的主要成分气体。在上述刻蚀工序中，要求具有高的刻蚀速率，在金属层、光刻胶和氧化膜之间要求具有高的选择性。在该工序中所使用的高浓度的Cl₂气体是起着Al或Al合金的刻蚀所要求的作用的气体，满足高刻蚀速率的要求。但是，在Al或Al合金的干法刻蚀工序中，若用在使用上述那样的高密度等离子体源的装置，用Cl₂气体进行刻蚀，则存在着产生过剩的中性的活化物(active species)、引起将成为布线层的金属膜的侧壁的刻蚀或图形形状的不合格的问题。

为了避免因Al或Al合金的各向同性刻蚀所产生的上述那样的金属膜侧壁的刻蚀或图形形状不合格，在例如美国专利5221430中，公开了在Al-Si图形的侧壁上形成侧壁保护膜的技术。作为上述侧壁保护膜用的是C-Clx或C-Clx-Iy等。但是，如果C-Clx等的侧壁聚合物不充分，则存在着下述问题：在图形侧壁上，归因于因作为刻蚀气体用的Cl₂或等离子体而离解了的活化物形成了空隙1或基蚀(undercut)2(参看图1)。除此之外，上述侧壁聚合物对Al或Al合金膜(例如Al-Cu膜)是有害的，为了避免布线层的腐蚀，虽然在刻蚀结束后必须将其完全除去，但是由于C-Clx或C-Clx-Iy等是有机材质，故难于从Al或Al合金的布线层上剥离。为此，产生了新的问题：上述侧壁聚合物的除去工序将招致造价的上升，招致后处理的复杂化。

象上述那样应用Cl₂气体的现有的以Al为基体材料的刻蚀布线层(图形化)的工序，尽管具有高的刻蚀速率和高的刻蚀选择比，但是却存在着因过剩的中性活化物的产生会引起布线层的侧壁的刻蚀或图形形状不合格的问题。在为了避免由各向同性刻蚀所产生的这样的问题，在形成了侧壁聚合物的情况下，存在着如果侧壁聚合物不充分则会形成空隙或基蚀的问题。此外，在已经形成了侧壁聚合物时，将产生必须在刻蚀结束后完全除去，因而使后处理复杂化，使造价提高这样的新问题。

因此，本发明的目的是提供一种可以在保持高的刻蚀速率和高的刻蚀选择比的同时可以抑制布线层的侧壁刻蚀或图形形状不合格的半导体装置的制造方法。

本发明的另一目的是提供可以抑制在布线层的侧壁上发生的空隙或基蚀的半导体装置的制造方法。

本发明的再一个目的是提供一种可以简化制造工序和降低造价，高吞吐率的半导体装置的制造方法。

本发明的上述目的可以用具备下述工序的半导体装置的制造方法实现。上述工序是：在半导体衬底上边形成以Al为基体材料的金属层的工序；在上述金属层上边涂敷光刻胶，进行光刻形成光刻胶图形的工序；把上述半导体衬底放入ICP装置的反应室内，向上述反应室导入含有HCl和BCl3的混合气体，以上述光刻胶图形为掩模刻蚀上述金属层的工序。