[发明专利]用于形成钨布线的方法

说明书

本发明涉及用于形成钨布线的方法，尤其涉及用于把铜薄膜改变成厚度增加的氯化铜(CuClx)膜，从而形成钨布线的方法。

为了形成这样的钨布线，使用了不同的方法。例如，在半导体衬底上形成由钛/氮化钛(Ti/TiN)膜的组成的多层结构的钨结层，来获得钨布线。于是在钨结层上形成钨膜。在此钨膜上，依据使用金属布线掩模的刻蚀工艺形成光致抗蚀剂膜图形。用此光致抗蚀剂膜图形作掩模，然后连续地刻蚀钨膜和钨结层，从而形成钨布线。

依据该技术，使用氟基等离子体(SF₆和C₂F₆)对钨膜进行刻蚀。此刻蚀也在钨膜和光致抗蚀剂膜图形之间低刻蚀选择比下进行。同时，光致抗蚀剂膜图形显示出其阻抗随图形本身厚度的减少而反比地增加。这样一种阻抗的增加导致功耗的大大增加。此外，厚度薄的光致抗蚀剂膜图形其后难于使用光刻工艺来形成间距窄的图形。在此情形下，工艺余量也变小。

为了解决光致抗蚀剂膜图形厚度薄引起的这样一些缺点，已提出另外一种方法，它要在上述钨膜上淀积氮化钛，以便当形成钨布线时实现光致抗蚀剂膜图形和氮化钛膜之间高的刻蚀选择比。依据此方法，可增加光致抗蚀剂膜图形的厚度，因为用了氮化钛作为掩模。然而，在形成金属布线的刻蚀步骤中同时刻蚀氮化钛膜、钨膜和钨结层的情况下，由于氮化钛膜而使钨结层的厚度有一个限制。这导致工艺余量减小且难于工艺控制，从而降低了最后所获半导体器件的可靠性。它也很难实现半导体器件的高集成度。

因此，本发明的目的是提供一种用于形成钨布线的方法，其中使用氯基等离子体在将形成金属布线的区域上形成刻蚀阻挡层，俾使该阻挡层用作为形成金属布线时的掩模，从而减少对钨结层的厚度限制。

依据本发明，通过提供一种形成钨布线的方法来实现此目的，该方法包括以下步骤：在半导体衬底上形成形成钨结层；在钨结层上形成钨膜；形成适当的光致抗蚀剂膜图形，以暴露钨膜上相应于将形成金属布线的部分；固化光致抗蚀剂膜图形；在钨膜暴露的部分上选择性地形成铜薄膜；利用氯基等离子体对铜薄膜进行处理，从而形成氯化铜薄膜；除去光致抗蚀剂膜图形；把氯化铜薄膜作为掩模对钨膜和钨结层进行刻蚀；以及除去氯化铜薄膜。

钨结层最好由钛和氮化钛(Ti/TiN)膜所组成多层结构组成。钨结层的厚度可为500到1,000。钨膜的厚度可为3,000到5,000。最好依据使用WF₆-H₂反应的化学气相淀积法形成钨膜。

可通过对负型光致抗蚀剂膜进行光刻来形成光致抗蚀剂膜图形。光致抗蚀剂膜图形的厚度最好在0.5到0.7μm。

可在120到200℃的温度下进行固化步骤。通过使用Cu(HFA)₂-H₂反应的化学气相淀积法形成铜薄膜。最好在低于200℃的温度和2到3乇的气压下进行化学气相方法。

铜薄膜的厚度最好为1,000到3,000。通过使用氯基等离子体处理铜薄膜而形成的氯化铜薄膜的厚度比铜薄膜大1.5到2倍。可使用100到5000毫乇的气压和250到600瓦的电功进行氯基等离子体处理。最好依据使用氧等离子体的干刻蚀方法除去光致抗蚀剂膜图形。

可依据使用氟基等离子体、气压在100到300毫乇和电功在100到600瓦的刻蚀方法对钨膜进行刻蚀步骤。另外也可依据使用氯基等离子体、气压在100到200毫乇和电功在100到300瓦的刻蚀方法对钨结层进行刻蚀步骤。可使用PEt₃除去氯化铜薄膜。

依据本发明的方法，氯化铜薄膜的厚度不断增加，因而可控制其厚度。通过控制厚度，可把氯化铜薄膜用作为刻蚀钨层和除去钨结层时的刻蚀阻挡层。因此，即使在使用薄的光致抗蚀剂膜图形时也没有问题。

从以下实施例的描述，结合附图参考，将使本发明的其它目的和方面变得明显起来，其中：

图1A到1F分别示出依据本发明形成钨布线方法的剖面图。

参考图1A到1F，依次说明依据本发明的实施例用于形成钨布线的方法。