半导体器件的薄膜和金属线的制造方法技术

本发明专利技术提供一种形成半导体器件的金属线和薄膜的方法。该形成半导体器件的薄膜的方法包括步骤：在半导体衬底上形成ＴａＮ膜；以及通过使该ＴａＮ膜与ＮＯ↓［２］反应，将该ＴａＮ膜的一部分转化成Ｔａ膜。该Ｔａ膜形成为厚度约为该ＴａＮ膜厚度的一半。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种形成半导体器件的金属线的方法，更具体地，涉及一种制造具有铜布线的半导体器件的方法。
技术介绍
随着高速和高度集成的半导体器件的实现，形成在半导体器件中的金属线越来越精细，并且以多层的形式而形成。然而，在这种情况下，金属线的宽度也减小，从而由于金属线的电阻和电容而产生信号延迟。因此，为了减小这种信号延迟，将具有低电阻的铜广泛用于形成金属线。 相比于传统采用的金属，铜难以蚀刻。因此，通过镶嵌工艺形成铜布线，该镶嵌工艺包括以下步骤形成沟槽；然后，形成铜层以填充沟槽；最后，进行化学机械抛光工艺。 然而，由于铜容易扩散到另一层中，因此在用铜填充沟槽之前，在沟槽上形成扩散阻挡膜。 尽管可用Ta形成扩散阻挡膜，但是Ta膜不能完全阻止铜扩散。因此，用TaN形成扩散阻挡膜。然而，TaN膜的缺陷在于尽管能够比Ta膜更有效地阻止铜扩散，但TaN膜与铜的粘合强度低。 目前，扩散阻挡膜由Ta/TaN的双层膜形成，以提高半导体器件的可靠性。双层膜的扩散阻挡膜可使用物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或者化学气相沉积(CVD)来形成。相比于CVD方法或者ALD方法，PVD方法简单，而且由此形成的薄膜纯度更高。 然而，当通过PVD方法形成双层膜的扩散阻挡膜时，如果通孔的深宽比很大，则可能出现堵塞通孔入口的悬置(overhanging)现象，从而导致不能适当地形成扩散阻挡层。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种可容易地形成Ta/TaN的双层膜而不产生悬置现象的方法。 根据本专利技术，提供一种形成半导体器件的薄膜的方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成TaN膜；以及通过使该TaN膜与NO2反应，将该TaN膜的一部分转化成Ta膜。 根据本专利技术，还提供一种形成半导体器件的金属线的方法，包括以下步骤在半导体衬底上形成层间绝缘膜；通过选择性蚀刻工艺在该层间绝缘膜上形成沟槽，通过该沟槽暴露该半导体衬底；在半导体衬底上形成TaN膜；通过使该TaN膜与NO2反应，将该TaN膜的一部分转化成Ta膜；以及在该Ta膜上形成金属线。附图说明根据以下结合附图对实施例的说明，本专利技术的上述特征将变得更为明显，在附图中图1为根据本专利技术实施例的半导体器件的金属线的剖视图；图2至图4提供剖视图以描述形成图1所示半导体器件的金属线的方法，其中省略了该方法的初始阶段；图5为根据本专利技术另一实施例的半导体器件的金属线的剖视图；图6至图8提供剖视图以描述形成图4所示半导体器件的方法，其中省略了该方法的初始阶段。具体实施方式下面，将参照附图详细描述本专利技术的实施例，以使本领域的技术人员可容易地实施本专利技术。然而，应注意本专利技术不限于这些实施例，而能够以多种方式改变。 参照图1，提供根据本专利技术实施例的半导体器件的金属线的剖视图。 如图1所示，在衬底100上形成蚀刻停止层102和层间绝缘膜104。衬底100可包括独立器件(未示出)或者下层导体(未示出)。 蚀刻停止层102可由SiN、SiH4等制成。层间绝缘膜104可通过以单层或多层的形式沉积诸如氟硅酸盐玻璃(FSG)、未掺杂硅酸盐玻璃(USG)、SiH4以及正硅酸乙酯(TEOS)等有机或无机绝缘材料而形成。或者，层间绝缘膜104可由诸如黑金刚石(BD)等介电常数值不大于3.0的低k材料形成。 穿过蚀刻停止层102和层间绝缘膜104形成沟槽T(如图2所示)，通过沟槽T暴露下层导体或独立器件。 此外，在沟槽T的内部形成电连接至下层导体和独立器件的阻挡层114和金属线116。 阻挡层114形成在沟槽T的内表面上，然后用金属线116填充由阻挡层114限定的沟槽。 阻挡层114阻止金属线116的金属材料扩散到另一层例如绝缘膜中，同时增强绝缘膜与金属线的粘合性。 此外，阻挡层114由包括第一阻挡金属层110和第二阻挡金属层112的双层阻挡结构形成。第一阻挡金属层110由TaN形成，而第二阻挡金属层112由Ta形成。金属线116由诸如铜等具有低电阻的导电材料制成。 下面，参照图2和图3并结合图1，说明形成具有上述结构的半导体器件的金属线的方法。 图2和图3提供剖视图以描述形成根据本专利技术实施例的半导体器件的金属线的方法，其中省略了该方法的初始步骤。 如图2所示，在衬底100上沉积蚀刻停止层102和层间绝缘膜104。然后，通过使用光致抗蚀剂膜(未示出)进行的选择性蚀刻工艺，在层间绝缘膜104上形成沟槽T，从而通过沟槽T部分地暴露蚀刻停止层102。 然后，去除蚀刻停止层102的暴露部分，以部分地暴露衬底100，如图3所示。随后，使用PVD工艺形成由TaN制成的第一阻挡金属层110。 接下来，通过暴露在NO2中并与NO2反应，将第一阻挡金属层110的一部分转化成Ta，从而形成第二阻挡金属层112，如图4所示。如果NO2与第一阻挡金属层110的TaN反应，则产生N2和O2，并且TaN转化成Ta。形成的第二阻挡金属层112的Ta膜厚度是初始形成的TaN膜(第一阻挡金属层110)的厚度的一半。 然后，再参照图1，在Ta膜(第二阻挡金属层112)上沉积铜，从而获得填充由Ta膜限定的沟槽的铜层。随后，通过化学机械抛光工艺将衬底结构平坦化，获得金属线116和阻挡层114。 图5为根据本专利技术另一实施例的半导体器件的金属线的剖视图。 如图5所示，在衬底200上形成蚀刻停止层202和层间绝缘膜204。衬底200可包括独立器件(未示出)或者下层导体(未示出)。 蚀刻停止层202可由SiN、SiH4等制成。层间绝缘膜204可通过以单层或多层的形式沉积诸如氟硅酸盐玻璃(FSG)、未掺杂硅酸盐玻璃(USG)、SiH4以及正硅酸乙酯(TEOS)等有机或无机绝缘材料而形成。或者，层间绝缘膜204可由诸如黑金刚石(BD)等介电常数值不大于3.0的低k材料形成。 穿过蚀刻停止层202和层间绝缘膜204形成通孔V，通过通孔V暴露下层导体或独立器件，并且层间绝缘膜204设置有沟槽T，通过沟槽T暴露通孔V。 此外，在沟槽T的内部形成电连接至下层导体和独立器件的阻挡层214和金属线216。 阻挡层214形成在沟槽T的内表面上，然后用金属线216填充由阻挡层214限定的通孔和沟槽。 阻挡层214阻止金属线216的金属材料扩散到另一层例如绝缘膜中，同时增强绝缘膜与金属线的粘合性。 此外，阻挡层214由包括第一阻挡金属层210和第二阻挡金属层212的双层阻挡结构形成。第一阻挡金属层210由TaN形成，而第二阻挡金属层212由Ta形成。金属线216由诸如铜等具有低电阻的导电材料制成。 下面，参照图6至图8并结合图5，说明形成具有上述结构的半导体器件的金属线的方法。 图6至图8提供剖视图以描述形成根据本专利技术实施例的半导体器件的金属线的方法，其中省略了该方法的初始步骤。 如图6所示，在衬底200上沉积蚀刻停止层202和层间绝缘膜204。 然后，通过使用光致抗蚀剂膜(未示出)进行的选择性蚀刻工艺，在层间绝缘膜204上形成通孔V，从而通过通孔V部分地暴露蚀刻停止层202。然后，通过使用光致抗蚀剂膜(未示出)进行的选择性蚀刻工艺形成沟槽T，从而通过沟槽T暴露通孔V。如果层间绝缘膜204以多层的形式形成，则层间绝缘膜204的多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体器件的薄膜的方法，包括以下步骤：在衬底上形成ＴａＮ膜；以及通过使该ＴａＮ膜与ＮＯ↓［２］反应，将该ＴａＮ膜的一部分转化成Ｔａ膜。

【技术特征摘要】
KR 2005-12-29 10-2005-0134359书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种变化和修改。权利要求1.一种形成半导体器件的薄膜的方法，包括以下步骤在衬底上形成TaN膜；以及通过使该TaN膜与NO2反应，将该TaN膜的一部分转化成Ta膜。2.根据权利要求1所述的形成半导体器件的薄膜的方法，其中，该Ta膜形成为厚度约为该TaN膜厚度的一半。3.根据权利要求1所述的形成半导体器件的薄膜的方法，其中，使用物理气相沉积工艺形成该TaN膜。4.一种形成半导体器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李汉春，
申请(专利权)人：东部电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]