-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Berarbeitung von Halbleitersubstraten.
Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verfahren
zum Verbessern von Ätzergebnissen
beim Ätzen
durch eine Aluminiumenthaltende Schicht.
-
Bei
der Halbleiterverarbeitung können
Vorrichtungen wie etwa Bauteil-Transistoren auf einem Halbleiterwafer
oder Substrat ausgebildet werden, das typischerweise aus Silizium
besteht. Metallische Zwischenverbindungsleitungen, die typischerweise
aus einer über
dem Substrat abgelagerten, Aluminium enthaltenden Schicht geätzt werden,
können
dann eingesetzt werden, um die Vorrichtungen miteinander zu koppeln,
um die gewünschte
Schaltung zu bilden.
-
Um
die Diskussion zu erleichtern, illustriert 1 eine Querschnittsansicht
eines Schichtstapels 20, der einige der Schichten repräsentiert,
die während
der Herstellung einer typischen integrierten Halbleiterschaltung
gebildet werden. Obwohl hierin eine integrierte Halbleiterschaltung
(IC) diskutiert wird, um das Verständnis zu verbessern, gilt die
hiesige Diskussion auch für
Substrate, die eingesetzt werden, um andere elektronische Komponenten
herzustellen, z.B. Glaspanele, die zur Herstellung von Flachpanelbildschirmen
eingesetzt werden. Man beachte, dass andere zusätzliche Schichten über, unter
oder neben den gezeigten Schichten vorhanden sein können. Weiterhin
müssen
nicht alle gezeigten Schichten notwendigerweise vorhanden sein und
einige oder alle können
durch andere unterschiedliche Schichten ersetzt sein.
-
Am
Boden des Schichtstapels 20 ist ein Substrat 100 gezeigt.
Eine Oxidschicht 102, die typischerweise SiO2 umfasst,
kann über
dem Substrat 100 gebildet werden. Eine Barriereschicht 104,
die typischerweise aus einer Titan enthaltenden Schicht wie etwa
Ti, TiW, TiN oder andere geeignete Barrierematerialien gebildet ist,
kann zwischen der Oxidschicht 102 und einer nachfolgend
abgelagerten Metallisierungsschicht 106 angeordnet sein.
Im Falle von 1 repräsentiert die Barriereschicht 104 eine
Zweilagenstruktur, die eine Ti-Schicht enthält, die einer TiN-Schicht unterliegt.
Die Barriereschicht 104 funktioniert, wenn vorgesehen,
um die Diffusion von Siliziumatomen aus der Oxidschicht 102 in
die Aluminiumenthaltende Schicht zu verhindern.
-
Die
Aluminium-enthaltende Schicht 106 kann eine Schicht aus
reinem Aluminium repräsentieren
oder kann eine Schicht repräsentieren,
die aus einer der bekannten Aluminiumlegierungen gebildet ist, wie
etwa Al-Cu, Al-Si oder Al-Cu-Si. Die verbleibenden zwei Schichten
von 1, d.h. eine antireflektive Abdeck- (ARC, anti-reflective
coating) Schicht 108 und eine überlagernde Fotoresist- (PR)
Schicht 110 können
dann oben auf der Aluminium-enthaltenden Schicht 106 ausgebildet
sein. Die ARC-Schicht 108, die typischerweise eine andere
Titan-enthaltende Schicht wie etwa TiN oder TiW umfasst, kann dabei
helfen, zu verhindern, dass Licht (z.B. vom Lithographieschritt,
der den Fotoresist bemustert) an der Oberfläche der Aluminium-enthaltenden Schicht 106 reflektiert
und gestreut wird.
-
Die
Fotoresistschicht 110 repräsentiert eine Schicht konventionellen
Fotoresistmaterials, das zum Ätzen
bemustert werden kann, z.B. durch die Exposition mit ultravioletten
Strahlen. Wie ersichtlich, sind die Aluminiumenthaltende Schicht 106 und
die Fotoresistschicht 110 die Schichten von besonderem
Interesse für
die vorliegende Erfindung, wobei alle anderen Schichten optional
sind. Die Schichten des Schichtenstapels 20 sind für Fachleute
leicht erkennbar und können
unter Verwendung jeglicher Zahl geeigneter und bekannter Abscheidungsprozesse
ausgebildet wird, einschließlich
chemischer Aufdampfung (CVD), plasmaverstärkter chemischer Aufdampfung
(PECVD) und physikalischer Aufdampfung (PVD), wie etwa Zerstäubung.
-
Um
die zuvor erwähnten
metallischen Zwischenverbindungsleitungen zu bilden, kann ein Abschnitt der
Schichten des Schichtstapels, der die Aluminium-enthaltende Schicht 106 beinhaltet,
unter Verwendung einer geeigneten Fotoresisttechnik geätzt werden.
Beispielhaft involviert eine solche Fotoresisttechnik das Bemustern
der Fotoresistschicht 110 durch Exponieren des Fotoresistmaterials
in einem Kontakt- oder
Stepperlithographiesystem und die Entwicklung des Fotoresistmaterials,
um eine Maske auszubilden, um das nachfolgende Ätzen zu ermöglichen. Unter Verwendung eines
geeigneten Ätzmittels
können
die Bereiche der Aluminiumenthaltenden Schicht, die von der Maske
ungeschützt
sind, dann unter Verwendung eines geeigneten Ätzquellengases weggeätzt werden,
was Aluminium-enthaltende Zwischenverbindungsleitungen oder Merkmale
zurücklässt. Beispielsweise
ist ein üblicherweise
verwendetes Ätzmittel
zum Plasmaätzen
der Aluminiumschicht eine Mischung von Cl2 und
BCl3.
-
Um
eine größere Schaltungsdichte
zu erreichen, werden moderne Halbleitervorrichtungen mit zunehmend
schmaleren Ätzgeometrien
skaliert. Als Ergebnis sind die Merkmalsgrößen, d.h. die Breite der Zwischenverbindungsleitungen
oder der Abstände
(z.B. Gräben)
zwischen benachbarten Zwischenverbindungsleitungen fortlaufend gesunken.
Während
beispielsweise eine Leitungsbreite von ungefähr 0,8 Mikron (μm) für einen 4
Megabit (Mb) wahlfreien Zugriffsspeicher (DRAM) IC als akzeptabel
angesehen wird, verwenden 256 Mb DRAM ICs vorzugsweise Zwischenverbindungsleitungen
im Bereich von 0,25 μm
oder sogar noch dünner.
-
Die
ständig
schrumpfenden Ätzgeometrien
stellen jedoch viele Herausforderungen für die Prozessingenieure dar.
Während
die Merkmale kleiner werden und die Fotoresistmaske progressiv dünner wird,
wird es zunehmend wichtiger, Ätzprozesse
zu entwickeln, die befriedigende Ätzergebnisse erzielen. Dies
liegt daran, dass die Ätzergebnisse
aus dem Cl2/BCl3-Ätzprozess
des Standes der Technik dazu tendieren, schlechter zu werden, wenn
die Merkmalsgröße unter
einen bestimmten Punkt sinkt.
-
Beispielsweise
ist die Fotoresistselektivität
ein Ätzergebnis,
um dessen Verbesserung sich die Prozessingenieure permanent bemühen. Die
Fotoresistselektivität
bezieht sich auf die Fähigkeit
eines gegebenen Ätzverfahrens,
zwischen der zu ätzenden
Zielschicht (in diesem Fall der Aluminium-enthaltenden Schicht)
und der Fotoresistmaske zu unterscheiden. Die Fotoresistselektivität wird häufig anhand
der Ätzrate
durch die Zielschicht gegenüber
der Ätzrate
der Fotoresistmaske ausgedrückt.
Die Fotoresistselektivität
ist recht wichtig, da die bei der Fabrikation von modernen Halbleitervorrichtungen
verwendete Fotoresistmaske ziemlich dünn ist. Falls ein gewählter Ätzprozess
eine zu niedrige Fotoresistselektivität aufweist, kann die Fotoresistmaske
abgenutzt sein, bevor das Ätzen
abgeschlossen ist, was das Auftreten von Ätzbeschädigungen in Bereichen der unterliegenden
Aluminiumenthaltenden Schicht verursacht, wo ein Ätzen nicht
beabsichtigt ist.
-
Der
Mikromaskierrückstand
ist ein anderes wichtiges Ätzergebnis,
das Aufmerksamkeit erfordert. Im Allgemeinen ist es wünschenswert,
dass der gewählte Ätzprozess
keine unerwünschten
Rückstände oder Ätznebenprodukte
auf der Oberfläche
des Substrats nach dem Ätzen
zurücklässt. Dies
liegt daran, dass die Anwesenheit des unerwünschten Rückstands mit nachfolgenden
Verarbeitungsschritten oder mit der richtigen Leistung der sich
ergebenden Halbleitervorrichtung interferieren kann. Ein anderer
wichtiger Ätzparameter
ist die Ätzrate
durch die Aluminium-enthaltende Schicht. Da eine höhere Aluminiumätzrate vom
Standpunkt der "cost
of ownership" (d.h.
der Produktionskosten pro Substrat) vorteilhaft ist, ist eine höhere Aluminiumätzrate allgemein
wünschenswert.
-
Noch
ein anderes wichtiges Ätzergebnis
ist das Profilmikroladen. Profilmikroladen tritt auf, weil das Ätzen, das
bei den engen Abständen
auftritt, sich von dem unterscheiden kann, das in den offenen Feldbereichen
auftritt. Diese Differenz kann das Seitenwandprofil von Merkmalen
im dichten Bereich dazu veranlassen, eine andere Form als die Seitenwandprofile
von Merkmalen im offenen Feldbereich anzunehmen. Unter Bezugnahme
auf 2 ist beispielsweise dort ersichtlich, dass ein
Profilmikroladen einer Seitenwand 202 und eine Seitenwand 206 im
offenen Feldbereich dazu veranlasst, ein geneigteres Profil als
die vertikale Seitenwand 204 im dichten Bereich anzunehmen.
In diesem Beispiel repräsentiert 2 das
Ergebnis, nachdem der Schichtstapel von 1 mit Cl2/BCl3 Ätzmittelquellengas
des Stands der Technik in einer Plasmaprozesskammer geätzt worden
ist. Weil ein Profilmikroladen eine Abweichung in der kritischen
Dimension der geätzten Merkmale
darstellt, ist es allgemein wünschenswert,
das Profilmikroladen zu minimieren. Diese und andere Ätzergebnisse
sind für
die Ätzergebnisse
repräsentativ,
welche die Prozessingenieure permanent optimieren wollen, um der
Herausforderung der Herstellung moderner hochdichter Halbleitervorrichtungen
zu begegnen.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 zum Ätzen ausgewählter Bereiche
einer Aluminium-enthaltenden Schicht eines Schichtstapels, der auf
einem Substrat angeordnet ist.
-
Diese
und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und dem Studium der
verschiedenen Figuren der Zeichnung ersichtlich.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
vorliegende Erfindung ist exemplarisch und nicht-limitierend in
den Figuren der beigefügten
Zeichnungen illustriert, die nicht maßstabgerecht gezeichnet sind,
um die Illustration zu vereinfachen, und bei denen gleiche Bezugszeichen
sich auf ähnliche
Elemente beziehen.
-
1 illustriert
eine Querschnittsansicht eines Schichtstapels, der die während der
Herstellung eines typischen Halbleiter-IC ausgebildeten Schichten
repräsentiert.
-
2 illustriert
eine Querschnittsansicht des Schichtstapels von 1,
nachdem die Aluminium-enthaltende Schicht unter Verwendung einer
Cl2/BCl3 Chemie
geätzt
worden ist.
-
3 illustriert
eine Querschnittsansicht des Schichtstapels von 1,
nachdem die Aluminium-enthaltende Schicht unter Verwendung der erfindungsgemäßen Chemie
geätzt
worden ist, die HCl, ein Chlor-enthaltendes Quellengas und ein Sauerstoff-enthaltendes
Quellengas beinhaltet.
-
4A ist
eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Fotoresistätzrate und
der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate
der HCl/Cl2/O2 Mischung)
illustriert, wenn kein Aluminium anwesend ist.
-
4B ist
eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Aluminiumätzrate,
der Fotoresistätzrate und
der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate
der HCl/Cl2/O2 Mischung)
illustriert, wenn die Aluminiumschicht geätzt wird.
-
5 ist
eine Grafik, welche die Beziehung zwischen dem Rückstand und der Flussrate von
Sauerstoff (ausgedrückt
als % der Gesamtflussrate der HCl/Cl2/O2 Mischung) zeigt, während durch die Aluminium-enthaltende
Schicht für
eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem verwendende, beispielhafte Ätzung geätzt wird.
-
6 ist
eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Fotoresistätzrate und
der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate
der HCl/C2/O2 Mischung)
illustriert, während
durch die Aluminium-enthaltende Schicht für eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem
verwendende, beispielhafte Ätzung geätzt wird.
-
7 ist
eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Fotoresistselektivität und der
Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate
der HCl/C2/O2 Mischung)
illustriert, während
durch die Aluminium-enthaltende Schicht für eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem
verwendende, beispielhafte Ätzung
geätzt
wird.
-
8 ist
eine Grafik, welche die Beziehung zwischen der Profilmikroladung
und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate
der HCl/C2/O2 Mischung)
illustriert, während
durch die Aluminium-enthaltende Schicht für eine, das erfinderische offenbarte Ätzsystem
verwendende, beispielhafte Ätzung
geätzt
wird.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr im Detail unter Bezugnahme auf
einige bevorzugte Ausführungsformen
derselben detailliert beschrieben, wie in den beigefügten Zeichnungen
illustriert. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche
spezifische Details dargestellt, um ein grundlegendes Verständnis der
vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es ist jedoch für den Fachmann
ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne einige oder alle
dieser spezifischen Details ausgeübt werden kann. In anderen
Fällen
sind wohlbekannte Prozessschritte und/oder Strukturen nicht detailliert
beschrieben worden, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verdecken.
-
Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird das Ätzen
durch die Aluminiumenthaltende Schicht hindurch durch Ätzen des
Substrats in einer Plasmaprozesskammer unter Verwendung eines Ätzmittelquellgases
optimiert, das HCl, ein Chlor-enthaltende Quellgas und ein Sauerstoff-enthaltendes
Quellgas enthält.
Wie aus der Ausdruck hier verwendet wird, repräsentiert das Chlorenthaltende
Quellgas jegliches Chlor-enthaltende Gas, wie etwa beispielsweise
Cl2, CCl4 oder dgl.
(aber nicht HCl). Das Sauerstoff-enthaltende Quellgas kann CO, CO2, NOx, O2 oder dgl. (entweder allein oder in Kombination
mit einem Verdünnungsmittel,
wie etwa N2, Ar oder vorzugsweise He oder
dgl.) enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das verwendete Ätzmittelquellgas
HCl, Cl2 und O2,
wobei der O2 Fluss auf unter etwa 20 % des
Gesamtgasflusses in die Plasmaprozesskammer limitiert ist. Im offenbarten
System von Ätzparametern
ist gefunden worden, dass in Anwesenheit von exponiertem Aluminium
die Zugabe von O2 Gas überraschenderweise die Fotoresistätzrate vermindert.
-
Es
wird gesagt, dass die Verminderung der Fotoresistätzrate überraschend
ist, da die Fotoresistmaske typischerweise organisch basiert ist
und die Zugabe eines Sauerstoff-enthaltenden Gases, das dissoziiert
und ein Sauerstoffplasma bildet, daher die Verbrennung oder Entfernung
des Fotoresists beschleunigen sollte. Tatsächlich wird Sauerstoff oft
im Stand der Technik als eines der Quellgase verwendet, das bei stromabwärts gelegenen
Fotoresiststripp-Prozessen verwendet wird, d.h. bei den Prozessen,
die dafür
entworfen sind, die Fotoresistmaske schnell wegzuätzen.
-
Der
Erfinder hat auch bestätigt,
dass, wenn ein Testwafer, auf dem nur Fotoresist abdeck-abgeschieden
ist (d.h. ohne eine unterliegende Aluminium-enthaltende Schicht)
die Zugabe von O2 in die HCl/Cl2 Mischung
tatsächlich
die Fotoresistätzrate
beschleunigt. Dieses erwartete Ergebnis ist in 4 gezeigt,
wobei die Fotoresistätzrate
auf einem Testwafer, der auf sich nur eine Schicht von abdeckabgeschiedenen
I-Line-Fotoresists aufweist, relativ zur Flussrate von Sauerstoff
(ausgedrückt
als % der Gesamtflussrate der HCl/Cl2/O2 Mischung) gezeigt ist. Wie in 4 zu sehen, steigert das Steigern der
Sauerstoffflussrate die Fotoresistätzrate in dieser Situation.
-
Jedoch
zeigen experimentelle Daten, dass, wenn man die offenbarten Prozessbedingungen
insgesamt nimmt, das Steigern der Flussrate des O2-Gases
im erfinderischen und offenbarten Ätzsystem tatsächlich dabei
hilft, die Fotoresistätzrate
zu senken, wenn die Aluminium-enthaltende Schicht die zu ätzende Zielschicht
ist. Dies kann im Auftrag von 4B gesehen
werden, bei dem die Aluminiumätzrate
und die Fotoresistätzrate
für eine
beispielhafte Ätzung
unter Verwendung des erfindungsgemäßen HCl/Cl2/O2-Rezepts aufgetragen sind. Für das Beispiel
von 4B verhalten sich die Aluminiumätzrate und
die Fotoresistätzrate
wie erwartet, wenn die Sauerstoffflussrate über einem Schwellenpunkt (etwa
5 % des Gesamtflussvolumens im Beispiel von 4B) liegt.
Das heißt,
die Aluminiumätzrate
sinkt (aufgrund der Bildung von relativ stabilem Al2O3) und die Fotoresistätzrate steigt mit steigendem
Sauerstofffluss. Merkwürdigerweise
verhalten sich die Aluminiumätzrate
und die Fotoresistätzrate
in völlig
unerwarteter Weise, wenn der Sauerstofffluss unter dem Schwellenpunkt
ist (etwa 5 % des Gesamtflussvolumens im Beispiel von 4B).
Das heißt,
in dem System, bei dem die Sauerstoffflussrate unter dem Schwellenpunkt,
sinkt die Aluminiumätzrate
nicht, während
die Fotoresistätzrate
tatsächlich
sinkt.
-
Das Ätzquellgas
ist im Wesentlichen frei von BCl3. Anders
ausgedrückt,
sind gute Ätzergebnisse
im Hinblick auf die Aluminiumätzrate,
die Fotoresistselektivität,
das Profilmikroladen, der Mikromaskenrückstand und dgl. durch die
Zugabe von O2 unter Verwendung des offenbarten Ätzsystems
und in Abwesenheit von BCl3 erzielt worden.
Dies ist so, obwohl BCl3 nicht anwesend
ist, um die Ätzmerkmale
zu passivieren, wie im Falle der Cl2/BCl3-Ätzung
des Stands der Technik.
-
Die
Abwesenheit von Aluminiumoxidrückständen ist
ein anderes überraschendes
Ergebnis des erfinderischen Ätzprozesses.
Im Allgemeinen ist Aluminiumoxid eine sehr stabile Verbindung. Außerhalb
des Halbleiterbereichs ist es bekannt, dass Aluminiumoxid Aluminiumkomponenten
erlaubt, hochresistent gegenüber Korrosionsbeschädigung zu
sein, da die haltbare Beschichtung aus Aluminiumoxid, die gebildet
wird, wenn Aluminiumoxid mit Sauerstoff in der Umgebung reagiert,
die Aluminiumoberfläche
abdeckt und jegliche weitere Korrosion stoppt. Da ein Sauerstoff-enthaltendes
Quellgas in die Ätzquellgasmischung
eingeleitet wird, würde man
erwarten, dass Aluminiumoxid, das auch relativ nicht-flüchtig ist,
gebildet würde
und es nach dem Ätzen einen
Aluminiuimoxidrückstand
auf der Waferoberfläche
geben würde.
Nichtsdestoweniger wird im hier offenbarten Ätzsystem nach dem Ätzen überraschend
wenig, falls überhaupt,
Rückstand
auf der Substratoberfläche ausgebildet.
-
Während nicht
vollständig
verstanden ist, warum die Fotoresistätzrate in Abwesenheit von Aluminium steigen
würde,
und sinken würde,
wenn Aluminium vorhanden ist, spekuliert der Erfinder hier, dass
die überraschende
Abwesenheit von Aluminiumoxidrückständen durch
den relativ niedrigen Fluss des Sauerstoffenthaltenden Quellgases
(der die Bildungsrate jeglichen Aluminiumoxidrückstands beschränkt) wie
auch durch das geeignete Einstellen der Chuck-Elektrodenvorspannung (welche die Rate
steuert, mit der die Substratoberfläche während der Ätzung bombardiert wird) erklärt werden
kann. Durch Mitteln einer sorgfältigen
Balance zwischen der Rate von Aluminiumoxid-Bildung (wie auch der
der anderen Rückstände) und
der Rate, mit der die Rückstände von
der Substratoberfläche
zerstäubt
werden, kann ein im Wesentlichen rückstandsfreies Ätzergebnis
erhalten werden.
-
Tatsächlich wird
angenommen, dass die Flussrate des Sauerstoff-enthaltenden Quellgases
eine entscheidende Rolle für
den Erfolg der Aluminiumätzung
spielt. Um die Anwesenheit von Rückstand
nach dem Ätzen
zu vermeiden, liegt die Flussrate des Sauerstoff-enthaltenden Quellgases
unter etwa 20 % (aber nicht bei 0 % ) der Gesamtätzmittelquellgasflussrate,
bevorzugtererweise unter etwa 10 % (aber nicht bei 0 % ) und am
bevorzugtesten zwischen etwa 2 % und etwa 4 %.
-
Die 5 bis 8 illustrieren
einige der Ätzergebnisse
für eine
exemplarische Ätzung,
bei der eine Mischung von HCl/Cl2 und O2 als Ätzquellgas
in einr induktiv gekoppelten Niederdruck-Hochdichte-Plasmaprozesskammer
verwendet wird. 5 stellt die Beziehung zwischen
verbleibendem Rückstand
(in willkürlichem Maßstab auf
der Y-Achse gezeigt) und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als
% der Gesamtflussrate auf der X-Achse) für ein beispielhaftes Rezept
dar. Wie ersichtlich, steigt der Rückstand signifikant, wenn die Flussrate
von Sauerstoff steigt. Unter einer gewissen Flussrate (4 % im Beispiel
von 5) liegt der Rückstand jedoch überraschenderweise
vorzugsweise unter etwa 10 % (aber nicht bei 0 % ) und am bevorzugtesten
zwischen etwa 2 und etwa 4 %.
-
Die 5 bis 8 illustrieren
einige der Ergebnisse für
eine beispielhafte Ätzung,
bei der eine Mischung von HCl/Cl2 und O2 als Ätzquellgas
in einer induktiv gekoppelten Niederdruck-Hochdichte-Plasmaprozesskammer
verwendet wird. 5 stellt die Beziehung zwischen
verbleibendem Rückstand
(in willkürlichem Maßstab auf
der Y-Achse gezeigt)
und der Flussrate von Sauerstoff (ausgedrückt als % der Gesamtflussrate auf
der X-Achse) für
ein beispielhaftes Rezept dar. Wie ersichtlich, steigt der Rückstand
signifikant, wenn die Flussrate von Sauerstoff steigt. Unter einer
gewissen Flussrate (4 % im Beispiel von 5) ist der
Rückstand jedoch überraschenderweise
abwesend. 6 stellt die Beziehung zwischen
der Fotoresistätzrate
(in Angström
pro Minute) und der Flussrate von Sauerstoff (wieder ausgedrückt als
% der Gesamtflussrate) dar. Wie in dem Beispiel von 6 zu
sehen, sinkt die Fotoresistätzrate überraschenderweise,
wenn die Sauerstoffflussrate im gezeigten System ansteigt (z.B.
zwischen etwa 2 % und etwa 6 % im Beispiel von 6).
-
7 stellt
die Beziehung zwischen der Fotoresistselektivität (d.h. der Aluminiumätzrate relativ
zur Fotoresistätzrate)
und der Flussrate von Sauerstoff (wiederum ausgedrückt als
% der Gesamtflussrate) dar. Wie das Beispiel von 7 zeigt,
steigt die Fotoresistselektivität,
wenn die Flussrate von Sauerstoff im beispielhaften System der Figur
ansteigt (d.h. zwischen etwa 2 % und etwa 6 % ).
-
8 stellt
die Beziehung zwischen dem Profilmikroladen und der Flussrate von
Sauerstoff (wiederum ausgedrückt
als % der Gesamtflussrate) dar. Wie das Beispiel von 8 zeigt,
sinkt das Profilmikroladen, wenn die Flussrate von Sauerstoff im
exemplarischen System der Figur ansteigt (d.h. zwischen etwa 2 %
und etwa 6 % ). Ein Abnehmen des Profilmikroladens im offenbarten Ätzsystem
ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Ätzverfahrens.
-
Bei
einer beispielhaften Ätzung
wird ein 200 mm-Wafer, der auf sich eine Aluminiumschicht, die unter einer
Fotoresistmaske für
tiefes UV liegt, die etwa 8000 Angström dick ist, aufweist, in einer
induktiv gekoppelten Hochdichte-Niederdruck-Plasmaprozesskammer
geätzt,
die als 9600PTX bekannt ist, erhältlich
von Lam Research Corp., Fremont, Kalifornien. Wie die Begriffe hier
verwendet werden, bezieht sich Hochdichte auf eine Plasmadichte über etwa
1011 Ionen/cm3,
während
sich Niederdruck auf die Tatsache bezieht, dass der Druck innerhalb
der Plasmakammer während
des Ätzens
unter 100 mTorr (13,33 Pa) liegt. Die Erfindung ist natürlich nicht
auf irgendeine bestimmte Art von Fotoresistmaterial oder Wafergröße beschränkt, und
es wird erwogen, dass die Erfindung durchaus in anderen Arten von
Plasmaprozessreaktoren durchgeführt
werden kann, einschließlich
solcher mit höheren
Drücken
und mittel- oder niederdichtem Plasma.
-
Im
zuvor erwähnten
9600 PTX-Plasmaprozesssystem kann die Bodenelektrodenleistung zwischen etwa
80 Watt und etwa 300 Watt, bevorzugtererweise zwischen etwa 100
Watt und etwa 220 Watt, und vorzugsweise bei etwa 160 Watt liegen.
Die Bodenelektrodenleistung ist ein kritischer Parameter, weil sie
die Rate von Rückstandzerstäubung steuert,
wie zuvor erwähnt.
Es wird erwogen, dass dieser Wert, wie auch die anderen hier offenbarten
Werte, optimiert werden können,
um den Anforderungen eines bestimmten Plasmaprozesssystems, einer
bestimmten Substratgröße oder
einer bestimmten Art von Fotoresist und/oder Aluminium-enthaltenden
Schicht zu entsprechen. Solche eine Optimierung liegt in den Fähigkeiten
eines Durchschnittsfachmanns auf dem Gebiet, in dem diese Offenbarung
gegeben wird.
-
Die
Leistung der oberen Elektrode kann zwischen etwa 400 Watt und etwa
1200 Watt, bevorzugtererweise zwischen etwa 600 Watt und etwa 1000
Watt und vorzugsweise bei etwa 800 Watt liegen. Der Druck in der
Plasmakammer während
des Ätzens
kann zwischen etwa 2 mTorr (0,27 Pa) und etwa 20 mTorr (2,7 Pa), bevorzugtererweise
zwischen etwa 8 mTorr (1,066 Pa) und etwa 12 mTorr (1,6 Pa) und
vorzugsweise bei etwa 10 mTorr (1,33 Pa) liegen. Der Druck ist ein
kritischer Parameter, da er die Verweildauer des Plasmas beeinflusst.
-
Die
Gesamtflussrate des HCl/Chlor-enthaltenden Quellgases/Sauerstoff-enthaltenden
Quellgas- (z.B. HCl/C2/O2) Ätzquellgases
kann zwischen etwa 50 Standardkubikzentimeter/Minute (sccm) und
etwa 300 sccm, bevorzugtererweise zwischen etwa 100 sccm und etwa
200 sccm und vorzugsweise bei etwa 150 sccm liegen. Das Verhältnis des
Chlor-enthaltenden Quellgases (z.B. Cl2)
zu HCl kann zwischen etwa 0,1:1 und etwa 10:1, bevorzugtererweise
zwischen etwa 0,25:1 und etwa 4:1 und vorzugsweise bei etwa 2:1
liegen. Die Flussrate des Sauerstoffenthaltenden Gases (z.B. O2) als % der Gesamtflussrate kann zwischen
etwa 0 (aber nicht bei 0 % ) und etwa 20 %, bevorzugtererweise zwischen
etwa 0 % (aber nicht bei 0 % ) und etwa 10 %, und noch bevorzugtererweise
zwischen etwa 2 % und etwa 4 % liegen. Wie früher erwähnt, ist die Sauerstoffflussrate ein
kritischer Parameter, da sie das überraschende Ergebnis der Absenkung
der Fotoresistätzrate
und des Bildens von überraschend
wenig, falls überhaupt,
Rückstand
im offenbarten Ätzsystem
erbringt. Die Elektrodentemperatur kann zwischen etwa 20°C und etwa
80°C, bevorzugtererweise
zwischen etwa 40°C
und etwa 60°C und
vorzugsweise bei etwa 50°C
liegen.
-
In
Tabelle 1 unten sind einige beispielhafte Ätzergebnisse für eine Aluminiumätzung unter
Verwendung der HCl/C2/O2-Chemie
gezeigt. Zu Vergleichszwecken werden auch die Ätzergebnisse gezeigt, die unter
Verwendung ähnlicher
Prozessparameter, aber unter Einsatz von C12/BCl3 als Ätzquellgas
erhalten worden sind. Beide Prozesse sind so eingestellt worden,
dass im Wesentlichen kein Rückstand
nach dem Ätzen
verbleibt.
-
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
das Ätzquellgas Cl2/HCl/CO2, wobei
das CO2 das Sauerstoff-enthaltende Gas repräsentiert.
Es ist gefunden worden, dass, wenn CO2 als
Sauerstoff-enthaltendes Gas in der Cl2/HCl/O2 Ätzung
der Aluminium-enthaltenden Schicht verwendet wird, ein breiteres
Prozessfenster erzielt werden kann, d.h. der Prozess ist toleranter
durch Ergeben guter Resultate, insbesondere in Bezug auf die Rückstandsprobleme,
während
er einen breiten Bereich von Parametern erlaubt. In bevorzugten
Ausführungsformen
besteht das Ätzquellgas
vorzugsweise im Wesentlichen aus den zuvor erwähnten Cl2/HCl/O2-Komponentengasen und ist im Wesentlichen
frei von BCl3 oder besteht im Wesentlichen
aus den zuvor erwähnten
Cl2/HCl/O2-Komponentengasen
und einem Verdünnungsgas (wie
etwa N2, Ar oder vorzugsweise He) und ist
im Wesentlichen frei von BCl3. Es wird ein
Niederdruck-, Hochdichte-Plasmaprozesssystem
vom Typ 9600 PTXTM für die beispielhafte Ätzung eingesetzt,
auch wenn erwogen wird, dass die Erfindung genauso mit anderen Arten
von Plasmaprozessreaktoren ausgeübt
werden könnte,
einschließlich
solcher, die höhere
Drücke
und mittel- oder niederdichtes Plasma aufweisen.
-
Beim
zuvor erwähnten
Plasmaprozesssystem vom Typ 9600 PTX kann die Bodenelektrodenleistung zwischen
etwa 50 Watt und etwa 300 Watt, bevorzugtererweise zwischen etwa
50 Watt und etwa 250 Watt und vorzugsweise etwa 100 Watt bis etwa
200 Watt betragen, wobei etwa 150 Watt der bevorzugte Wert ist.
Alternativ oder zusätzlich
kann man die Mantelspannung steuern, und die Mantelspannung kann
zwischen etwa -85 Volt und etwa -145 Volt betragen, wobei der bevorzugte
Wert bei etwa -115 Volt liegt. Die Bodenelektrodenleistung und/oder
die Mantelspannung sind wichtig, da sie (zusammen oder individuell)
die Rate der Rückstandszerstäubung steuern.
Es wird erwogen, dass diese Werte, wie auch die anderen hierin offenbarten
Werte, optimiert werden können,
um zu den Anforderungen eines bestimmten Plasmaprozesssystems, einer
bestimmten Substratgröße oder
einer bestimmten Art von Fotoresist und/oder Aluminiumenthaltender
Schicht konsistent mit dem relativen Verhältnis von hier offenbarten
Parametern zu passen.
-
Die
Leistung der oberen Elektrode kann zwischen etwa 300 Watt und etwa
900 Watt und vorzugsweise bei etwa 600 Watt liegen. Der Druck in
der Plasmakammer während
der Ätzung
kann zwischen etwa 6 mTorr (0,8 Pa) und etwa 14 mTorr (1,87 Pa)
und vorzugsweise bei etwa 10 mTorr (1,33 Pa) liegen. Der Druck ist
ein kritischer Parameter, da er die Verweildauer des Plasmas beeinträchtigt.
-
Die
Gesamtflussrate des HCl/Chlor-enthaltenden Quellgases/Sauerstoff-enthaltenden
Quellgases (z.B. HCl/Cl2/CO2 Ätzquellgas
kann zwischen etwa 50 Standardkubikzentimeter pro Minute (sccm)
und etwa 300 sccm, bevorzugtererweise zwischen 100 sccm und etwa
200 sccm und vorzugsweise bei etwa 150 sccm liegen. Das Verhältnis des
Chlor-enthaltenden Quellgases (z.B. Cl2)
zu HCl kann zwischen etwa 0,1:1 und etwa 10:1, bevorzugtererweise
zwischen etwa 0,25:1 und etwa 4:1 und vorzugsweise bei etwa 2:1
liegen. Die Flussrate des Sauerstoff-enthaltenden Gases (z.B. CO2) als % der Gesamtflussrate kann zwischen
etwa 0 % (aber nicht bei 0 % ) und etwa 50 %, bevorzugtererweise
zwischen etwa 0 % (aber nicht bei 0 % ) und etwa 20 % und noch bevorzugtererweise
zwischen etwa 1 % und etwa 12 % und noch bevorzugtererweise zwischen
etwa 5 % und etwa 7 % liegen, wobei etwa 6 der bevorzugte Mittelwert
ist. Wie zuvor erwähnt,
ist die Flussrate des CO2 ein kritischer
Parameter, da sie das überraschende
Ergebnis des Absenkens der Fotoresistätzrate und des Ausbilders von überraschend
wenig, falls überhaupt,
Rückstand
im offenbarten Ätzsystem
erzeugt. Die Elektrodentemperatur kann zwischen etwa 20°C und etwa
80°C, bevorzugtererweise
zwischen etwa 40°C
und etwa 60°C
und vorzugsweise bei etwa 50°C
liegen. Die Kammertemperatur beträgt bei einer Ausführungsform etwa
70°C, wobei
der Heliumklammerdruck bei etwa 10 Torr (1,33 Pa) liegt.
-
Während diese
Erfindung anhand verschiedener bevorzugter Ausführungsformen beschrieben worden
ist, gibt es Änderungen,
Permutationen und Äquivalente,
die unter den Schutzumfang dieser Erfindung fallen. Beispielsweise
ist es möglich
und tatsächlich üblich, ein
Verdünnungsmittel
wie etwa He in den Sauerstoffenthaltenden Quellgasfluss einzuleiten.
Solch eine Mischung oder eine ähnliche
Mischung liegt im Schutzumfang dieser Erfindung. Als ein weiteres
Beispiel, obwohl die Beispiele in Bezug auf ein induktiv gekoppeltes Plasmaprozesssystem
gegeben werden, ist zu erwarten, dass die erfinderische Ätztechnik
auch auf andere Arten von Plasmaprozesssystemen anzuwenden ist (z.B.
solche, die ECR-basiert, MORI-basiert oder Dioden-basiert sind).
Es sollte auch angemerkt werden, dass es viele alternative Wege
zur Implementierung der Verfahren und Einrichtungen der vorliegenden
Erfindung gibt.