一种金属配线的多步干法刻蚀方法，该金属配线的断面具有多层膜结构，包括两层氮化钛／钛层，其氮化钛／钛层的顶部包覆有氮氧化硅／氧化硅层，底部包覆有下地氧化膜，其工艺步骤为： 氮氧化硅／氧化硅主刻蚀，在一定的压力、源功率、偏置功率及反应气体条件下进行，其中气体包括氯气及三氟甲烷，刻蚀过程中通过模拟元素的发光波长的变化来进行刻蚀的终点检测； 氮氧化硅／氧化硅过刻蚀，其根据化学汽相淀积膜厚的不均一性以及刻蚀速率的面内均一性确定刻蚀时间，防止该步结束后有氮氧化硅或氧化硅残留； 金属线顶部氮化钛／钛刻蚀，减小刻蚀过程中提供的源功率的数值并增大偏置功率数值以减小等离子体密度，减小氯离子含量，并添加三氯化硼气体以增加反应生成物从而保护金属侧壁； 缓冲步，增大源功率及压力，同时减小偏置功率，增大氯气及三氯甲烷含量，使得钛与金属交面处淀积反应生成物，保护金属侧壁； 金属主刻蚀，进一步增大氯气含量，并通过模拟氯化铝的发光波长来进行刻蚀终点检测，终点一检出就立即切换到刻蚀速率慢的过刻蚀步； 金属过刻蚀，减小氯气含量，从而降低刻蚀速率，同时减小源功率与偏置功率的比率，可以将残留的金属完全刻蚀； 金属线底部的氮化钛／钛刻蚀，进一步加大偏置功率，以减小两层膜之间的尺寸差； 下地氧化膜刻蚀，控制刻蚀时间，既避免氮化钛残留，又避免下地氧化膜的刻蚀量过深，影响下一步层间膜不能完全填充。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术有关微电子制造工艺领域，尤其是有关。
技术介绍
随着半导体制造技术的发展，金属配线的线宽及其间距也不断缩小。在金属配线线宽及间距小于0.32um时，为了得到稳定的光刻曝光尺寸，提高批量生产的寸法Cp&Cpk，需要在金属的上面淀积一层抗发射膜ARC(Anti-Reflect Coating)。因此在干法刻蚀过程中要先后刻蚀多种膜结构ARC(其成分为氮氧化硅/氧化硅)/氮化钛/钛/金属/氮化钛/钛/下地氧化膜。如图1所示金属配线的外层具有多层结构，包括两层氮化钛/钛层，其顶部包覆有氮氧化硅/氧化硅层，底部包覆具有下地氧化膜。现有通常用3步或者4步进行刻蚀，其能够满足一般的刻蚀要求，然而，成品率不能保证，容易出现如图2(A)-图2_(D)中所示的问题。如图2(A)中所示的缺陷使金属的横截面积减小，增大金属线阻抗。由于减小了金属线及上部的TiN面积，会极大影响与上层Via的接触，影响互连阻抗。图2(B)中所示的缺陷使金属的横截面积减小，增大金属线阻抗。而且由于金属线向内凹陷，会影响层间膜(HDP)淀积时产生空洞(void)。图2(C)中所示的缺陷严重时产生断线(open fault)，程度轻时使金属的横截面积减小，增大金属线阻抗。同样，图2(D)所示的缺陷使金属的横截面积减小，增大金属线阻抗。因此，应该设计一种新的金属配线的多步刻蚀方法，精确控制金属配线的刻蚀精度。
技术实现思路
为改变已有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种可以有效控制金属配线刻蚀精度的多步干法刻蚀方法。为了实现本专利技术的专利技术目的，本专利技术的，该金属配线的断面具有多层结构，包括两层氮化钛/钛层，其氮化钛/钛层的顶部包覆有氮氧化硅/氧化硅层，底部包覆有下地氧化膜，其工艺步骤为氮氧化硅/氧化硅主刻蚀，在一定的压力、源功率、偏置功率及反应气体，包括氯气及三氟甲烷，刻蚀过程中通过模拟元素的发光波长的变化来进行刻蚀的终点检测；氮氧化硅/氧化硅过刻蚀，其根据CVD(化学汽相淀积)膜厚的不均一性以及刻蚀速率的面内均一性确定刻蚀时间，防止该步结束后有氮氧化硅或氧化硅残留；金属线顶部氮化钛/钛刻蚀，减小刻蚀过程中提供的源功率的数值并增大偏置功率数值以减小等离子体密度，减小氯离子含量，并添加三氯化硼气体以增加反应生成物从而保护金属侧壁；缓冲步，增大源功率及压力，同时减小偏置功率，增大氯气及三氯甲烷含量，使得钛与金属交面处淀积反应生成物，保护金属侧壁；金属主刻蚀，进一步增大氯气含量，并通过模拟氯化铝的发光波长来进行刻蚀终点检测，终点一检出就立即切换到刻蚀速率满的过刻蚀步； 金属过刻蚀，减小氯气含量，从而降低刻蚀速率，同时减小源功率与偏置功率的比率，可以将残留的金属完全刻蚀；金属线底部的氮化钛/钛刻蚀，进一步加大偏置功率，以减小两层膜之间的尺寸差；下地氧化膜刻蚀，控制刻蚀时间，既避免氮化钛残留，又避免下地氧化膜的刻蚀量过深，影响下一步层间膜不能完全填充。由于采用上述技术方案，本专利技术的多步干法刻蚀方法中的不同工艺条件刻蚀多层膜结构时，在工艺条件轮换时增加缓冲步来降低线宽差，从而使得刻蚀的精度较高，能够得到电阻稳定的金属配线。附图说明图1是正常状态下金属配线刻蚀后的结构示意图；图2是现有技术刻蚀方法所容易出现的技术缺陷的示意图；图3是金属配线上所具有的多层膜结构的剖视图；图4是本专利技术的金属配线多步干法刻蚀的工艺流程图；其中ARC为抗发射膜层，其成分为氮氧化硅/氧化硅，Al为铝层，TiN/Ti为氮化钛/钛层。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步描述。请参阅图3所示，金属铝配线上具有多层的膜结构，包括两层氮化钛/钛层，其氮化钛/钛层的顶部包覆有抗发射膜(ARC，Anti-Reflect Coating，其成分为氮氧化硅/氧化硅)层，底部包覆有下地氧化膜。为了得到精确的线宽，在刻蚀上述各层膜时，要精确控制刻蚀过程中的工艺条件。在本实施例中，金属铝线的厚度为4500，两层氮化钛/钛层厚度为500，其氮化钛/钛层的顶部包覆的氧化硅/氧化硅层厚度为600，因此膜的总厚度为6100。底部包覆有下地氧化膜厚度800A。请参阅图3及图4所示，在刻蚀过程中要具有一定的压力，源功率、偏置功率及气体。首先进行ARC主刻蚀，其压力为8mTorr，源功率为1200W，偏置功率为30W，80sccm单位的氯气及6sccm单位的三氟甲烷。在刻蚀过程中，通过模拟F元素的发光波长的变化来进行刻蚀的终点检测。接着进行ARC的过刻蚀，其工艺条件为压力8mTorr，源功率为1200W，偏置功率为30W，80单位的氯气及6单位的三氟甲烷，与上一步的工艺条件完全相同。考虑到CVD(化学汽相淀积)膜厚的不均一性以及科蚀速率的面内均一性，加上过刻蚀，可以防止该不结束后有氮氧化硅或氧化硅残留。通过上述两步可以精确控制ARC的刻蚀时间。接着进行铝线顶部的氮化钛/钛，其工艺条件为压力8M Torr，源功率为800W，偏置功率为130W，15sccm单位的氯气、2sccm单位的三氟甲烷及70sccm个单位的三氯化硼。由于从此步开始过度到金属刻蚀，减小源功率可以减小等离子体的密度，可以降低化学刻蚀速率(在金属刻蚀中，化学刻蚀是影响刻蚀速率的主要因素)，在气体中增加三氯化硼，一方面增加物理刻蚀作用，另一方面由于三氯化硼在反应过程中，很容易产生较多的反应生成物，该生成物不易挥发，淀积在铝线侧壁，可以有效地保护侧壁，从而达到精确控制刻蚀后金属线条的尺寸。如果在进行氮化钛刻蚀后直接进行铝刻蚀，会因为在相同的刻蚀条件下，金属铝的刻蚀速率比金属钛的刻蚀速率快，当刻蚀从金属钛过度到金属铝时，容易产生线宽差。同样地，在横向方向由于铝的刻蚀速率快，会使铝横向刻蚀比钛多，从形状上铝的尺寸就会比钛缩小，形成一个台阶。因此在刻铝和氮化钛之间加入缓冲步，其工艺条件是两步的折衷，具体为压力10mTorr，源功率为1000W，偏置功率为100W，50sccm单位的氯气、10sccm单位的三氟甲烷及40个sccm单位的三氯化硼。加入较大流量的三氟甲烷，因为该气体有很强的淀积反应生成物的作用，可以在钛和铝的交面处淀积一层反应生成物，可以保护铝侧壁不被过多刻蚀，并过度到铝的主刻蚀。下面进行铝的主刻蚀，在此过程中，通过模拟AlCl的发光波长来进行刻蚀终点检测，并且为了防止铝底部凹陷形状的出现，采取刻蚀检测检出的方式，使终点一检出就立即切换到刻蚀速率慢的过刻蚀步。其具体的工艺条件为压力10mTorr，源功率为1000W，偏置功率为100W，60sccm单位的氯气、5sccm单位的三氟甲烷及35个sccm单位的三氯化硼。考虑到设备产能，在不影响铝形状的前提下，加大氯气的流量可以增加刻蚀速率，又为了保证铝垂直的形状，要减少三氟甲烷的流量。铝的过刻蚀，考虑到铝的淀积膜厚以及刻蚀速率的不均一性，加上过刻蚀，可以将残留的铝刻蚀干净。其工艺条件为压力10mTorr，源功率为600W，偏置功率为120W，40sccm单位的氯气、5sccm单位的三氟甲烷及35个sccm单位的三氯化硼，减小源功率，可以减少反应腔内产生等离子体的密度，进而减少刻蚀的同向性，防止铝底部被横向刻蚀，产生向内凹陷的不良形状。减小源功率与偏置功率的比本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属配线的多步干法刻蚀方法，该金属配线的断面具有多层膜结构，包括两层氮化钛/钛层，其氮化钛/钛层的顶部包覆有氮氧化硅/氧化硅层，底部包覆有下地氧化膜，其工艺步骤为氮氧化硅/氧化硅主刻蚀，在一定的压力、源功率、偏置功率及反应气体条件下进行，其中气体包括氯气及三氟甲烷，刻蚀过程中通过模拟元素的发光波长的变化来进行刻蚀的终点检测；氮氧化硅/氧化硅过刻蚀，其根据化学汽相淀积膜厚的不均一性以及刻蚀速率的面内均一性确定刻蚀时间，防止该步结束后有氮氧化硅或氧化硅残留；金属线顶部氮化钛/钛刻蚀，减小刻蚀过程中提供的源功率的数值并增大偏置功率数值以减小等离子体密度，减小氯离子含量，并添加三氯化硼气体以增加反应生成物从而保护金属侧壁；缓冲步，增大源功率及压力，同时减小偏置功率...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕煜坤，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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