具有铜金属布线的半导体器件及其形成方法技术

本发明专利技术涉及具有铜金属布线的半导体器件及其形成方法。本发明专利技术描述了一种具有铜布线的半导体器件以及形成所述器件以防止相邻上层布线之间的发生架桥现象方法。该方法可以包括以下步骤：在形成其中形成有下层布线的衬底上方的堆叠结构中形成覆盖层和金属间介电层，在金属间介电层上形成限定上层金属布线区域的沟道，在沟道内壁上形成隔离层。然后在使用光刻工艺暴露的第一沟道和用于校准的隔离层下方可以形成通孔。在除去隔离层后，在沟道和通孔内壁上可以形成阻挡金属膜，在沟道和通孔中间隙填充铜金属布线膜，并将半导体器件的表面抛光。通过本发明专利技术的方法可以提高半导体器件的产量，可以实施稳定的工艺，并可以改善半导体器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例涉及一种形成半导体器件的铜金属布线的方法， 更具体地，涉及一种通过4吏用乂又重4裏嵌(dual damascene )工艺形成 半导体器件的铜金属布线的方法。
技术介绍
通常，在制造半导体器件时，金属布线用于元件或布线之间的 电连接。近些年来，随着对半导体器件具有更高的集成度和更高的 性能的需要，具有比铝(Al)更优异的电特性(诸如导电性)的铜 (Cu)被用作形成金属布线的材料。通过蚀刻工艺不容易4吏铜金属布线图案化，所以通过镶嵌工艺 使铜金属布线图案化，替代了通常用于形成铝金属布线的减成图案 法(subtractive patterning method )。 在多层布线结构(multi-line structure)中，已经广泛应用了同时形成连4姿上层/下层布线和上层 金属布线的通孔(via)的双重镶嵌工艺。在双重镶嵌工艺中，首先沉积并形成金属间(intermetal)介电 层。通过实施光刻并随后进行两次蚀刻过程在金属间介电层中形成 由沟道和通孔组成的双重镶嵌结构。在沟道和通孔中间隙填充(填 缝，gap-fill)铜膜，从而形成抛光的表面。因此，该铜膜通过通孔 连接上层/下层布线并在沟道中形成上层金属布线。图la到图li是顺序示出形成半导体器件的铜金属布线的传统 方法的过禾呈截面图。首先参照图la,在其中形成有下层布线112的4十底110的整个 上表面上薄薄地沉积并形成覆盖层(capping layer ) 120。覆盖层120 防止下层布线112的金属原子向外扩散(out-diffusion )进随后在上 侧形成于覆盖层120上方的金属间介电层130中。可以通过形成沟道、用铜薄膜间隙填充该沟道以及抛光所形成 的表面在衬底110中形成限定下层布线区域的下层布线112。覆盖层120可以由氮化珪(SiN, Si3N4)或其他具有硬质薄膜 (hard film)质量特性的材料形成。才妻下来参照图lb,在覆盖层120的整个表面上沉积并形成金属 间介电层130。相应的金属介电层130在上层布线和下层布线之间 起到了绝缘的作用，且可以由具有低介电常数(低K)的材料诸如 氧化石圭(Si02 )月莫，掺杂的氧化石圭月莫或氟化石圭^皮璃(fluorinated silica glass (FSG))膜形成。才秦下来参照图lc,通过例如典型的光刻工艺，在金属间介电层 130上形成具有位于对应特定下层布线112位置处的第一透孔 (through-hole ) 140a的第一光刻月交图案140。光刻工艺可以包括一系列的过程，诸如光刻月交涂覆、曝光和显影。接下来参照图ld，通过使用第一光刻胶图案140作为掩膜进行 蚀刻，除去由第一光刻胶图案140的第一透孔140a暴露的金属间 介电层130和覆盖层120的多个部分。结果，可以垂直形成通孔132 以暴露下层布线112的表面。然后通过例如灰化过程等去除第一光刻力交图案140。参照图le，通过例如光刻工艺在金属间介电层130上形成第二 光刻胶图案150，该光刻胶图案150具有限定上层布线区域的第二 组透孔150a。每一个透孔150a可以具有大于通孔132的宽度。参照图lf,除去暴露对应于第二光刻月交图案150的第二组透孔 150a的金属间介电层130的上部达到特定的预定深度。通过利用第 二光刻力交图案150作为掩膜进行蚀刻除去暴露的部分，从而形成沟 道134。当形成通孔132和沟道134时，可以z使用诸如具有各向异性特 性的反应性离子蚀刻(RIE)的干蚀刻工艺。在一定的条件下，可以用第二光刻胶膜间隙填充通孔132的内 部。然而，在这样的条件下，仍然可以在通孑L 132上方形成沟道134。 如图中所示，不4叉可在通孔132上形成沟道134，而且也可在其中 没有形成通孔132的部分形成沟道134。在形成沟道134后，通过例如灰化过程等除去第二光刻力交图案150。从而，形成在上侧上具有沟道134并在下侧上具有通孔132的 双重镶嵌结构。尽管如上所述的通孔蚀刻工艺同时除去了金属间介电层130和 部分覆盖层120 二者暴露的部分(参见图ld)， ^旦也可以由^又在金 属间介电层130中形成通孔132所替代，^f吏覆盖层120暂时是完整 的。然后，在形成沟道134后(参见图lf)，可以通过间隔蚀刻 (separate etching )工艺除去对应于通孑L 132的覆盖层120的部分。参照图lg,在包括通孑L 132和沟道134内壁的整个表面上薄薄 地沉积并形成阻挡金属月莫160。当随后形成铜金属布线月莫170时， 阻挡金属膜160起到了防止铜原子扩散的作用，且该阻挡金属膜160 可以由诸如钽(Ta)或氮化钽(TaN)制成。参照图lh，通过例如电化学镀(ECP)工艺在涂覆了阻挡金属 膜的通孔132和沟道134中充分地间隙填充铜金属布线膜170,以 使铜金属布线膜170连接至下层布线112。在其他期望的物理特性 中，ECP法具有优异的间隙填充特性。参照图li，通过化学机械抛光(CMP)工艺除去在金属间介电 层130上过度》真充的铜金属布线力莫170和阻挡金属力莫160, 乂人而完 成铜金属布线。然后可以爿夸铜金属布线莫170的表面4勉光，并可以在铜金属布 线膜170的整个表面上沉积并形成覆盖层(未示出)。乂人而，在通孔132中通过铜金属布线膜170连4妄上层布线和下 层布线，且在沟道134中由铜金属布线膜170形成上层布线。然而，传统的铜金属布线的形成方法存在很多问题。例如，如图2中扫描电子显孩竟(SEM)照片中所示，与下层 布线112接触的通孔132可以相对于下层布线112产生位移(例如， 移动到一侧)。例如，在光刻过程中，这样的位移可能是由于掩膜 才交准(alignment)失败。沟道134也可以相对于通孔132和/或下层 布线112发生位移。因此，会导致其中4吏相邻的上层布线互相连4妄 的架桥现象(bridge phenomenon ) 'B'。在其他不期望的结果中，如果发生这种架桥现象'B，，在随后 的使用中就会产生导致突然功率损耗的电源短路(power short )。从 而，具有传统形成的金属布线的半导体器件的可靠性会显著下降。
技术实现思路
通常，本专利技术的示例性实施方式涉及一种形成半导体器件的铜 金属布线的方法，该方法是首先形成上层布线沟道，然后形成至下 层布线的通孔(与首先形成通孔的传统方法相反)，以及在沟道内 部侧壁上形成隔离层(spacer )。结果，在其^也的情况下，可以防止 上层布线中的架桥现象。一种根据实施方式形成半导体器件的铜金属布线的方法可以 包括下列步骤在其中形成有下层布线的衬底上方的堆叠结构中形 成覆盖层和金属间介电层；通过采用第 一光刻胶图案的蚀刻在金属 间介电层上形成限定上层金属布线区域的沟道；在这些沟道的内部 侧壁上形成隔离层；形成第二光刻月交图案，其用于覆盖第二沟道而 暴露第一沟道，并实施蚀刻以除去由隔离层暴露的金属间介电层， /人而在暴露的第一沟道下方形成通孔；除去隔离层；在沟道和通孔 的内壁上形成阻挡金属月莫；以及在沟道和通3L中间隙i真充铜金属布 线膜并抛光该半导体器件的表面。提供总述以引入进一步在下文的详细描述中进一步描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体器件的铜金属布线的方法，所述方法包括下以步骤：　在其中形成有下层布线的衬底上方的堆叠结构中形成覆盖层和金属间介电层；　通过使用第一光刻胶图案的蚀刻在所述金属间介电层上形成限定上层金属布线区域的沟道；　在所述沟道的内部侧壁上形成隔离层；　形成用于暴露所述沟道的第一沟道而覆盖所述沟道的第二沟道的第二光刻胶图案，并实施蚀刻以除去由所述隔离层暴露的所述金属间介电层，从而在所暴露的第一沟道下方形成通孔；　除去所述隔离层；　在所述沟道和所述通孔的内壁上形成阻挡金属膜；以及在所述沟道和所述通孔内间隙填充铜金属布线膜并将所述半导体器件的表面抛光。

【技术特征摘要】
KR 2007-7-25 10-2007-00745641.一种形成半导体器件的铜金属布线的方法，所述方法包括下以步骤在其中形成有下层布线的衬底上方的堆叠结构中形成覆盖层和金属间介电层；通过使用第一光刻胶图案的蚀刻在所述金属间介电层上形成限定上层金属布线区域的沟道；在所述沟道的内部侧壁上形成隔离层；形成用于暴露所述沟道的第一沟道而覆盖所述沟道的第二沟道的第二光刻胶图案，并实施蚀刻以除去由所述隔离层暴露的所述金属间介电层，从而在所暴露的第一沟道下方形成通孔；除去所述隔离层；在所述沟道和所述通孔的内壁上形成阻挡金属膜；以及在所述沟道和所述通孔内间隙填充铜金属布线膜并将所述半导体器件的表面抛光。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二光刻胶图案 中形成透孔以暴露所述沟道的所述第 一 沟道，所述第 一 沟道 的边缘位于形成于所述沟道的所述第 一 沟道的内部侧壁上的 隔离层宽度的基本上中间位置。3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述隔离层和所述覆盖层 由相同或相似的材料形成，以便可以使用相同的蚀刻剂除去所 述隔离层和所述覆盖层。4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴正浩，
申请(专利权)人：东部高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]