專利名稱：形成半導(dǎo)體裝置金屬布線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成半導(dǎo)體裝置金屬布線的方法，特別是形成金屬布線的形成法，適合用于形成高度集成半導(dǎo)體裝置的微布局圖案(micropattern)。
一般說來，半導(dǎo)體裝置的高度集成導(dǎo)致金屬布線寬度降低。為了這個原因，微布局圖案的形成基本上需要使用遠紫外線光致抗蝕劑膜(photoresist film)。
然而，此一遠紫外線光致抗蝕劑膜具有低蝕刻選擇性，及不充足的蝕刻工藝容限(etch process margin)。因此，很難使用遠紫外線光致抗蝕劑膜來形成微布局圖案。
這將在下文做詳細描述。
光致抗蝕劑膜布局圖案的形成，是把光致抗蝕劑膜覆于淀積在有級梯(step)之底層(underlayer)上的金屬布線層上，再使光致抗蝕劑膜曝光，然后把曝光過的光致抗蝕劑膜顯影。
之后，金屬布線層中未覆以光致抗蝕劑膜布局圖案的部份會被部分蝕刻掉。在此蝕刻過程中，由于低蝕刻選擇性，光致抗蝕劑膜覆于高布局區(qū)域(high topology region)之薄的部分，也會被部分蝕刻掉。因此，金屬布線層部分就配置于被蝕刻的光致抗蝕劑膜部分底下。此金屬布線層部分是被不適宜地蝕刻，因而形成品質(zhì)差的金屬布線。換言之，蝕刻制程邊界發(fā)生了退化。
當(dāng)光致抗蝕劑膜蝕刻后所暴露的金屬布線層被蝕刻時，由于所用的聚合物所致，可能發(fā)生蝕刻速率不同的情形。在此情況，最后形成的金屬布線會有粗糙的表面。
與此有關(guān)的，配合圖一與圖二，將會描述一種形成金屬布線的傳統(tǒng)方法。
依據(jù)此方法，阻擋層(barrier layer)2先形成于有梯級的底層上，如

圖1所示。鎢層3再形成于阻擋層2上。
之后，抗反射膜4層疊于鎢層3上。光致抗蝕劑膜5再覆于抗反射膜4上。
參照圖一可發(fā)現(xiàn)光致抗蝕劑膜5有一薄的部分被配置于底層1高布局的部分。
接著依據(jù)一使用金屬布線掩模(mask)的照光及顯影過程，光致抗蝕劑膜5就被有選擇性去除，如此形成光致抗蝕劑膜布局圖案5a，如圖2所示。
然而如前所述，此種傳統(tǒng)金屬布線形成法有各式各樣的問題。
例如，根據(jù)此種傳統(tǒng)金屬布線形成法，蝕刻過程中，凹陷A會在鎢層的側(cè)壁形成。因此，得到的是一不良的側(cè)壁面。
根據(jù)此種傳統(tǒng)金屬布線形成法，對鎢有高蝕刻選擇性之堅硬的掩蔽層，例如氮化鈦膜或氧化矽膜，可被厚厚地淀積在鎢層上，如此作為一蝕刻的阻擋物，以避免發(fā)生不良的側(cè)壁面。然而在此情形下，有一個問題就是堅硬的掩蔽層會增加隨后形成的上層金屬布線的接觸電阻。
因此，本發(fā)明的目的在于解決上面提及的傳統(tǒng)方法的問題，并提出一形成半導(dǎo)體裝置之微布局圖案的方法，能夠有效地形成高度集成半導(dǎo)體裝置的微布局圖案。
本發(fā)明另一目的，就是提出一形成半導(dǎo)體裝置之金屬布線的方法，能改善于形成金屬布線時，在光致抗蝕劑膜與金屬層之間的蝕刻選擇性。以此改善蝕刻制程邊界，而允許后續(xù)工藝順利地進行，并避免接觸電阻的增加。
本發(fā)明還有一目的，就是提出一形成具有垂直側(cè)壁面之金屬布線的方法。
依據(jù)本發(fā)明，為達成這些目的而提供一形成半導(dǎo)體裝置之金屬布線的方法，包括這些步驟提供一底層；依序形成阻擋層、鎢層與抗反射膜于底層上；形成一光致抗蝕劑膜布局圖案于抗反射膜上；再于一等離子體氣氛中，維持在室溫或低于室溫，密度高達約1010，依序蝕刻掉抗反射層、鎢層與阻擋層，以此形成金屬布線。
本發(fā)明其他目的與方面，參照附圖，從下面實例的描述會變得明了。其中圖1和圖2各是截面圖，說明傳統(tǒng)金屬布線形成法的順序步驟。
圖3和圖4各是截面圖，依據(jù)本發(fā)明一實例，說明金屬布線形成法的順序步驟。
圖3和圖4，根據(jù)本發(fā)明一實例，說明金屬布線形成方法的順序步驟。
根據(jù)此方法，阻擋層12先形成于有梯級的底層11上，如圖3所示。鎢層13再形成成于阻擋層12上。之后，抗反射膜14層疊于鎢層13上。
阻擋層12為一多薄層結(jié)構(gòu)，例如由一層Ti和一層TiN所組成。
一層鋁或鋁合金，還有銅等，也可以取代鎢層13。
抗反射膜14的厚度大約為300到1000埃。
接著，將遠紫外線光致抗蝕劑膜15再覆于抗反射膜14上。然后將光致抗蝕劑膜15有選擇性去除，如此形成光致抗蝕劑膜布局圖案15a，如圖4所示。
光致抗蝕劑膜15的厚度大約為0.4到2.0μm。
以光致抗蝕劑膜布局圖案15a為掩模，依據(jù)蝕刻過程，配置于光致抗蝕劑膜布局圖案15a下的各層，就被依序地除去。因此形成抗反射膜布局圖案14a、鎢層布局圖案13a及阻擋層布局圖案12a。
阻擋層12、鎢層13及抗反射膜14的蝕刻過程是采用一螺旋波源(heliconsource)，其電功率為1到3千瓦，以便獲得密度高達約1012～1013的等離子體。
配置在蝕刻過程所進行之反應(yīng)室的電極，施以范圍從10瓦到50瓦的偏壓功率，以便減少離子的物理作用力，以此減低光致抗蝕劑膜布局圖案被蝕刻的現(xiàn)象。
當(dāng)按上述條件進行蝕刻過程時，每一金屬層對光致抗蝕劑膜的蝕刻選擇性會增加。然而在此情況，圓形凹陷可能會在已形成之鎢層線的側(cè)壁形成。為了解決這問題，依據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)室內(nèi)的電極溫度保持在-60到0℃。
另一方面，使用光致抗蝕劑膜布局圖案15a作為掩模的蝕刻過程進行中，氯基氣體，例如Cl2或BCl3，用于抗反射膜14上。
接著在相同的反應(yīng)室進行鎢層13的蝕刻過程，但是所用氣氛為氟基氣體(例如SF6、CF4和NF3等)混以氮，或者混以氧和氬。
用來蝕刻鎢層13的混合氣體總量的范圍從50SCCM(標(biāo)準(zhǔn)立方公分)到500SCCM?；旌蠚怏w(意即氟基氣體+氮(或氧+氬)中，氮(或氧+氬)的含量范圍從0％到50％。
阻擋層12的蝕刻過程也在相同的反應(yīng)室接著進行，但是使用氯基氣體。
綜上所述明顯地看出，依據(jù)本發(fā)明之形成半導(dǎo)體裝置金屬布線的方法，有多樣的效果。
換言之，依據(jù)本發(fā)明，在有梯級的底層上形成具有超微線寬的金屬布線時，有可能改善光致抗蝕劑膜與金屬層間的蝕刻選擇性，因而能增加蝕刻工藝容限。
據(jù)此，傳統(tǒng)方法中需要用來改善蝕刻選擇性的堅硬掩蔽層，可減少其厚度。某些情況下，此一堅硬掩蔽層可以去掉。所以有可能進行接下來的工藝，而又避免增加接觸電阻。
因此，本發(fā)明的金屬布線形成法，能有效地應(yīng)用于高度集成半導(dǎo)體裝置之金屬布線的形成，因為它能形成具有垂直側(cè)壁面的金屬布線。
雖然基于舉例說明的目的，而揭示本發(fā)明所選實例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將察覺到，有可能做各式各樣的修改、添加與取代，而不悖離本發(fā)明的權(quán)利要求所揭示的范疇和精神。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體裝置金屬布線的方法，包括的步驟有提供一底層；依序形成阻擋層、鎢層與抗反射膜于底層上；形成一光致抗蝕劑膜布局圖案于抗反射膜上；以及于一等離子體氣氛中，維持在室溫或低于室溫，密度高達約1010，依序蝕刻掉抗反射層、鎢層與阻擋層，以此形成金屬布線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中阻擋層為一多薄層結(jié)構(gòu)，由一鈦膜和一氮化鈦膜所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中抗反射膜是由一氮化鈦膜所構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中抗反射膜的厚度大約為300到1000A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成光致抗蝕劑膜布局圖案的步驟包括在抗反射膜上形成一光致抗蝕劑膜，厚度約0.4到2.0μm，然后有選擇性地去除光致抗蝕劑膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中配置于產(chǎn)生等離子體氣氛之低溫等離子體室的電極，是維持在一溫度范圍，從約-60℃到約25℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中等離子體氣氛維持在一密度范圍，從約1012到約1013。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中等離子體氣氛是用一螺旋波源產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中抗反射膜和障礙膜是用氯基氣體來蝕刻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中氯基氣體包含Cl2或BCl3。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中鎢層是用氟基氣體混以氮，或者氟基氣體混以氧和氬的混合氣體來蝕刻。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中由氟基氣體和氮組成的混合氣體，用量為50到500SCCM。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中混合氣體里氟基氣體的含量范圍，從約50％到100％。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻抗反射膜、鎢層和障礙膜等步驟是在產(chǎn)生等離子體氣氛之低溫等離子體室的電極上使用偏壓功率約10到50瓦完成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中蝕刻抗反射膜、鎢層和障礙膜等步驟是使用電源功率約1到3千瓦完成的。
全文摘要
一種形成半導(dǎo)體裝置金屬布線的方法,該方法包含蝕刻參數(shù)的控制,以便于形成鎢布線時,獲得光致抗蝕劑膜對鎢的高蝕刻選擇性。根據(jù)此方法,借助于電源功率增加、偏壓功率的減少、和蝕刻氣體中元素含量比例的調(diào)整,來達成改善蝕刻選擇性。為了解決因增加光致抗蝕劑膜之蝕刻選擇性,所引起的金屬布線側(cè)壁有圓凹陷的形成,而采用一低溫蝕刻工藝。據(jù)此有可能形成具有垂直側(cè)壁面的金屬布線。
文檔編號H01L21/70GK1185654SQ9712173
公開日1998年6月24日 申請日期1997年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月20日
發(fā)明者李乘昱, 薛如松, 崔唱柱 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社