在半导体器件中形成铜配线的方法技术

在半导体器件中形成铜配线的方法，其通过金属有机化学气相沉积（ＭＯＣＶＤ），使用１，１，１，５，５，５－六氟－２，４－戊二铜（３，３－二甲基－１－丁烯）－铜（Ⅰ）（（ｈｆａｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ））化合物作为母材，通过最佳化设定镀铜设备的工艺条件形成铜种层，并通过电镀方法或无电镀敷方法镀敷铜（Ｃｕ），通过ＰＶＤ法形成第一铜（Ｃｕ）种层，通过ＭＯＣＶＤ法利用（ｈａｆｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）化合物作为母材在第一铜种层上形成第二铜（Ｃｕ）种层，通过电镀方法或无电镀敷方法镀敷铜（Ｃｕ）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般来说涉及半导体器件中形成铜配线的方法，特别涉及能够通过完成金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺技术，该技术使用1，1，1，5，5，5-六氟-2，4-戊二铜(3，3-二甲基-1-丁烯)-铜(I)(下文称为(hfac)Cu(DMB))化合物作为母材，不仅能够实现镀铜工艺的重现，而且获得镀敷具有优良膜质量的铜薄膜。当半导体工业开始进口超大规模集成电路(ULSI)时，器件的几何尺寸减少到次于半μ的范围，而考虑改善操作性和可靠性，电流密度增加了。由于这个原因，通常采用铜薄膜作为在集成电路中应用的连接材料，因为在半导体器件中形成金属配线时，铜薄膜的熔点比铝薄膜的更高，从而由于其抗电迁移(EM)阻力更高而改善了半导体器件的可靠性并且还由于其低电阻使信号传输速度增加。在形成铜配线的方法中，镀铜工艺在实现更高级器件和更高集成度器件中是重要的工艺。因此，应用各种各样的镀敷方法，例如物理气相沉积(PVD)、电镀方法、无电镀敷方法、MOCVD方法等。在这些镀敷技术中，由于通过MOCVD方法的镀铜受到铜母材的明显影响，要求必须开发容易镀的铜母材且还必须开发能够安全运送铜的输送系统。通过MOCVD方法的镀铜可以应用扩散器方法的液体输送系统(下文称作LDS)，像直接液体喷射器(下文称作DLI)或LDS如控制气化混合器(下文称作CEM)。此外可以使用各种型式的配备小孔式或喷嘴式气化器的LDS。包含铜金属的化合物称为母材，在此LDS中被分解以形成铜镀层。作为MOCVD中使用的铜母材，在研制出II价铜化合物Cu(II)，如1，1，1，5，5，5-六氟-2，4-戊二酮-铜(II)；具有低蒸气压力的Cu(hfac)2化合物之后，I价铜(CuI)化合物，由于其比II价铜化合物的蒸气压力高而具有高的镀敷速度且在150～250℃的较低温度中允许镀敷出高质量的铜薄膜，现已被开发出来。当前开发的各种I价铜化合物中的1，1，1，5，5，5-六氟-2，4-戊二酮(三甲基乙烯基硅甲烷)-铜(I)化合物(下文称作(hfac)Cu(TMVS))是作为在MOCVD中应用的代表性铜母材，由于其在室温保持在液相并且在低温下得到高质量的铜薄膜而广泛应用。尽管有这些优点，但是，该(hfac)Cu(TMVS)化合物存在其在室温下分解的问题，因此当其应用到半导体器件制造过程时，具有工艺重现的困难。据此，该(hfac)Cu(TMVS)化合物在已开发的几种母材中蒸气压力高，而在常规LDS中的确保重现性低。如此，该(hfac)Cu(TMVS)化合物在确保重现中具有巨大的困难，除非开发出新的能够安全将其输送的LDS。此外，由于(hfac)Cu(TMVS)化合物中的气化温度和凝结温度之间的范围极窄，存在必须保持温度恒定的问题。另外，据Schumacher报道，该(hfac)Cu(TMVS)化合物如与稳定器一起使用，能够安全使用大约一年。为了解决在上述的(hfac)Cu(TMVS)化合物中的问题，已开发了(hfac)Cu(DMB)化合物作为母材。(hfac)Cu(DMB)化合物是一种新的使用3，3-二甲基-1-丁烯(下文称作DMB)作为路易斯(Lewis)碱配位基开发的化合物。由于(hfac)Cu(DMB)化合物使用具有低分子量和高蒸气压力的DMB代替VTMS的甲基作为路易斯碱配位基，其蒸气压力比(hfac)Cu(TMVS)更高。因此，(hfac)Cu(DMB)化合物因其能够明显改善不良镀敷速度，这一在MOCVD铜(Cu)母材中的最大难题之一因而是好的母材。但是(hfac)Cu(DMB)化合物迄今还不能商业化应用，因为在常规LDS中使用(hfac)Cu(DMB)母材的MOCVD工艺还没有实现。因此本专利技术的目的是提供，通过对那些使用(hfac)Cu(DMB)化合物作为母材完成MOCVD工艺技术的镀铜设备的镀敷工艺条件的最佳化设定，不仅无需开发新LDS能够实现镀铜工艺的重现，而且获得镀敷具有优良膜质量的铜薄膜的工艺。为了实现上述目的，本专利技术的特征如下其包括步骤，在半导体基片上形成内层绝缘膜，该基片中形成用来形成半导体器件的各种元件，在所述内层绝缘膜上形成接触窗口和沟槽并随后在包含所述接触窗口和所述沟槽的所述内层绝缘膜表面上形成扩散膜层；通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法利用(hafc)Cu(DMB)母材，在其上镀敷有所述扩散膜层的所述接触窗口和所述沟槽表面上就地镀一铜(Cu)种层；通过镀敷方法镀敷铜(Cu)，以使其上镀敷有所述铜(Cu)种层的所述接触窗口和所述沟槽能够被充分掩盖；且进行化学机械抛光以形成铜(Cu)配线。此外，本专利技术的特征如下其包括步骤，在半导体基片上形成内层绝缘膜，其中该基片中形成用来形成半导体器件的各种元件，在所述内层绝缘膜上形成接触窗口和沟槽并随后在包含所述接触窗口和所述沟槽的所述内层绝缘膜表面上形成扩散膜层；通过物理气相沉积方法在其上镀有所述扩散膜层的所述接触窗口和所述沟槽表面上就地镀第一铜(Cu)种层；通过金属有机化学气相沉积方法利用(hafc)Cu(DMB)母材，在其上镀有所述第一铜(Cu)种层的所述接触窗口和所述沟槽表面上就地镀一第二铜(Cu)种层；通过镀敷方法，镀铜(Cu)以使其上重叠有所述第一和所述第二铜(Cu)种层的所述接触窗口和所述沟槽能够被充分掩盖；且实施化学机械抛光处理以形成铜配线。在以上情况下，通过MOCVD方法利用(hfac)Cu(DMB)母材来镀敷的铜种层采用了包括反应室和液体输送系统的设备。该液体输送系统包括扩散器、直接液体喷射器、控制气化混合器，配有小孔式气化器的系统和配有喷嘴式气化器的系统。铜种层的镀敷条件包括，维持使液体输送系统中的(hfac)Cu(DMB)母材气化装置的温度的装置，例如扩散器的罐、直接液体喷射器的气化器、控制气化混合器中的气化器控制阀，小孔式或喷嘴式的气化器的温度在20～120℃的范围。此外，铜种层的镀敷条件保持从液体输送系统到反应室的气体管线和源管线的温度，反应室的内部温度和反应室中的喷淋头的温度与使(hfac)Cu(DMB)母材的气化温度相同。此外，铜种层的镀敷条件如下反应室中的基座板的温度保持在120～280℃的范围，反应室中的内部压力保持在0.1～5乇的范围。反应室中的喷淋头与基座板之间的距离为1～50mm。而且(hfac)Cu(DMB)母材的流量比为0.1～1.0sccm的范围。本专利技术的上述特性和其他特点将在以下的说明中结合附图进行介绍，附图中附图说明图1为用来说明本专利技术的半导体器件中形成铜配线的方法流程图；图2是含有反应室的扩散器的示意简图，用以说明本专利技术的半导体器件中形成铜配线的方法；图3是含有反应室的DLI的示意简图，用以说明本专利技术的半导体器件中形成铜配线的方法；且图4是含有反应室的CEM的示意简图，用以说明本专利技术的半导体器件中形成铜配线的方法。下面参照附图以优选实施例的方式对本专利技术予以详述，图中的相同或相似的部件采用相同的标号。现在参见图1，在此示意了一流程图，用以说明本专利技术的半导体器件中形成铜配线的方法。根据本专利技术的镀铜工艺包括，启动镀铜设备的步骤100，在启动步骤100完成后，将准备在其上镀铜的晶片装载到反应室之中的步骤200，在装载步骤200完成后，设本文档来自技高网...

【技术保护点】
在半导体器件中形成铜配线的方法，包括步骤： 在半导体基片上形成内层绝缘膜，其中该基片中形成了构成半导体器件的各种元件，在所述内层绝缘膜上形成接触窗口和沟槽并随后在包含所述接触窗口和所述沟槽的所述内层绝缘膜表面上形成扩散膜层； 通过金属有机化学气相沉积（ＭＯＣＶＤ）方法利用（ｈａｆｃ）Ｃｕ（ＤＭＢ）母材，在其上镀敷有所述扩散膜层的所述接触窗口和所述沟槽表面上就地镀一铜（Ｃｕ）种层； 通过镀敷方法镀敷铜（Ｃｕ），以使其上镀有所述铜（Ｃｕ）种层的所述接触窗口和所述沟槽能够被充分掩盖；及 进行化学机械抛光以形成铜（Ｃｕ）配线。

【技术特征摘要】
KR 1999-12-22 60561/19991.在半导体器件中形成铜配线的方法，包括步骤在半导体基片上形成内层绝缘膜，其中该基片中形成了构成半导体器件的各种元件，在所述内层绝缘膜上形成接触窗口和沟槽并随后在包含所述接触窗口和所述沟槽的所述内层绝缘膜表面上形成扩散膜层；通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法利用(hafc)Cu(DMB)母材，在其上镀敷有所述扩散膜层的所述接触窗口和所述沟槽表面上就地镀一铜(Cu)种层；通过镀敷方法镀敷铜(Cu)，以使其上镀有所述铜(Cu)种层的所述接触窗口和所述沟槽能够被充分掩盖；及进行化学机械抛光以形成铜(Cu)配线。2.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中所述接触窗口和所述沟槽用双波纹方法形成。3.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中所述扩散膜层可以形成为离子化PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、离子化PVD Ta、离子化PVD TaN、CVD Ta、CVD TaN和CVD WN中的至少一个。4.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中所述铜(Cu)种层用由反应室和液体输送系统组成的镀铜设备镀敷，而其中所述液体输送系统是扩散器、直接液体喷射器、控制气化混合器，配备小孔式气化器的系统和配备喷嘴式气化器的系统之一。5.根据权利要求4的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中使用所述扩散器使所述(hfac)Cu(DMB)母材气化的所述铜(Cu)种层的镀敷条件如下所述扩散器的罐的温度为20～120℃的范围，导入到所述扩散器的所述罐中的输送气体包含至少氦气(He)、氢气(H2)、氩气(Ar)之一，而且其流速为10～700sccm的范围，从所述扩散器的罐到所述反应室的气体管线和源管线的温度保持与所述扩散器的罐的温度相同。6.根据权利要求4的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中使用所述直接液体喷射器来使所述(hfac)Cu(DMB)母材气化的所述铜(Cu)种层的所述镀敷条件如下所述直接液体喷射器的气化器的温度保持在20～120℃的范围，导入到所述气化器中的输送气体的温度设定得比所述气化器的温度高20℃，所述输送气体包含至少氦气(He)、氢气(H2)、氩气(Ar)之一，而且其流速为10～700sccm的范围，且从所述气化器到所述反应室的气体管线和源管线的温度保持与所述气化器的温度相同。7.根据权利要求4的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中使用所述控制气化混合器来使所述(hfac)Cu(DMB)母材气化的所述铜(Cu)种层的所述镀敷条件如下在所述控制气化混合器中的所述气化器的控制阀的温度保持在室温，所述气化器中的热交换器的温度保持在20～120℃的范围，而导入到所述控制阀中的输送气体的温度控制在高于或低于所述热交换器的数值，所述输送气体包含至少氦气(He)、氢气(H2)、氩气(Ar)之一，而且其流速为10～700sccm的范围，并且从所述气化器到所述反应室的气体管线和源管线的温度保持与所述热交换器的温度相同或高5～20℃。8.根据权利要求4的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中使用配备小孔式或配备喷嘴式气化器的所述液体输送系统来使所述(hfac)Cu(DMB)母材气化的所述铜(Cu)种层的镀敷条件如下所述气化器的温度在20～120℃的范围，导入到所述气化器中的所述输送气体的温度设定得比所述气化器的温度高出20℃，所述输送气体包含至少氦气(He)、氢气(H2)、氩气(Ar)之一，而且其流速为10～700sccm的范围，且从所述气化器到所述反应室的气体管线和源管线的温度保持与所述气化器的温度相同。9.根据权利要求4的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中用来镀敷所述铜(Cu)种层的所述反应室的条件如下所述反应室的内部温度和所述反应室中的喷淋头的温度为20～120℃的范围，在所述反应室中的所述基座板的温度为120～280℃的范围，所述反应室的内部压力在0.1～5乇的范围，且所述反应室中喷淋头与所述基座板之间的距离为1～50mm的范围。10.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中所述镀敷方法既可使用电镀方法，也可使用无电镀敷方法。11.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中所述(hfac)Cu(DMB)母材的流量比为0.1～1.0sccm的范围。12.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中所述(hfac)Cu(DMB)母材中加入0.1～30％的DMB或加入0.1～20％的Hhfac或加入DMB和Hhfac的组合物作为添加剂。13.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中在所述镀敷铜(Cu)工艺后，无须时间耽搁就地进行氢还原热处理，且热处理是在室温～350℃的范围，在氢还原气氛下进行30～180分钟。14.根据权利要求13的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中使用的所述氢还原气氛为H2、H2+Ar(1～95％)和H2+N2(1～95％)之一。15.根据权利要求1的在半导体器件中形成铜配线的方法，其中在所述形成扩散膜层的工艺后，实施清洗工艺，且其中所述清洗工艺和所述扩散膜层形成工艺无须耽搁时间就地实施。16.在半导体器件中形成铜配线的方法，包括步骤在半导体基片上形成内层绝缘膜，其中基片上形成了半导体器件的各种元件，在所述内层绝缘膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：表成奎，
申请(专利权)人：现代电子产业株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]