制造半导体器件的方法技术

在制造具有多层互连的半导体器件的方法中，在形成通孔之后，用包含能够与铜类金属沾污物形成络合物的络合剂的清洗液清洗通孔内部。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有多层互连的半导体器件的制造方法，其中多层互连通过通孔连接上布线和由铜类金属材料构成的金属布线。参照图5-8描述具有多层互连的半导体器件的常规制造方法代表例。该实例是所谓的双镶嵌工艺方法，其中分别形成下布线和上布线以便具有镶嵌互连。在其上形成有器件(例如晶体管)的半导体衬底(未示出)上，形成其厚度为100nm的氧化硅膜201和厚度为400nm的HSQ((氢硅倍半环氧乙烷(hydrogen silisesquipoxane))膜202。接着，在其上形成有预定图形的光刻胶掩模203[图5(a)]。利用该掩模进行干腐蚀，在HSQ膜202中形成用于掩埋下布线的凹槽。随后，用氧的等离子体进行灰化和用包含胺化合物的清洗液进行清洗，使光刻胶掩模203剥落[图5(b)]。接着，在所获得的衬底的整个表面上，通过溅射形成作为阻挡金属膜的TiN膜204(厚度50nm)。在其上通过溅射形成铜膜205，以填充凹槽[图5(c)]。随后，进行CMP(化学机械抛光)，去除形成于凹槽外部的TiN膜204和铜膜205的不需要部分，完成下布线[图5(d)]。在形成下布线之后，通过涂敷和随后的烘焙形成厚度为1200nm的HSQ膜206。在其上形成具有通孔(直径0.25μm)图形的抗蚀剂掩模207[图6(a)]。利用该抗蚀剂掩模207进行干腐蚀，在HSQ膜206中形成通孔的一部分。在形成的通孔底部达到铜膜205之前停止干腐蚀。作为腐蚀气体，例如使用包含C4F8和Ar的混合气体，或者是还包含O2的混合气体。接着，用氧的等离子体进行灰化和用包含胺化合物的清洗液进行清洗，使抗蚀剂掩模207剥落[图6(b)]。然后，在HSQ膜206上形成抗蚀剂掩模208[图7(a)]。使抗蚀剂掩模208的开口宽度大于图6(a)的抗蚀剂掩模207的直径。利用该抗蚀剂掩模208进行干腐蚀，在HSQ膜206中形成具有T形剖面的孔。作为腐蚀气体，例如使用包含C4F8和Ar的混合气体，或者是还包含O2的混合气体。接着，用氧等离子体进行灰化和用包含胺化合物的清洗液进行清洗，使抗蚀剂掩模208剥落[图7(b)]。接着，在所获得的衬底的整个表面上，通过溅射形成作为阻挡金属膜的TiN膜209(厚度50nm)。在其上通过溅射形成铜膜211，以填充有T形剖面的孔[图8(a)]。随后，用CMP去除形成于孔外部的TiN膜209和铜膜211的不需要部分，完成上布线(相应于T形孔的顶部)和通孔[图8(b)]。可是，在上述常规制造方法中，存在这样的情况，即漏电流在形成的层间绝缘膜中或形成于层间绝缘膜下的器件(例如晶体管)中流动，引起误操作。本专利技术者就引起这种现象的原因进行了深入研究，发现在通孔和凹槽内壁上残留有由铜和铜化合物构成的沾污物，其中该凹槽用于掩埋形成于层间绝缘膜中的布线，由这些沾污物引起以上现象。在对形成于下布线上的层间绝缘膜进行腐蚀形成通孔时，过腐蚀的需要导致构成下布线的铜的局部腐蚀并产生金属沾污物。这些金属沾污物通常以化合物形式粘附于通孔内壁上等，其中因铜与腐蚀气体成分的化学反应形成该化合物。用常规清洗例如使用包含胺化合物的清洗液进行清洗来去除沾污物是不可能的；因此，在通孔等的内壁上会留下污沾物的情况下，不可避免地要在通孔等的内壁上形成阻挡金属膜。当被放置于电场中或被加热时，留在通孔等的内壁上的沾污物扩散进层间绝缘膜中，引起诸如漏电流之类的各种问题。参照图9说明该现象。在图9中，在硅衬底223上形成包括源区225、漏区226和栅电极224的MOSFET。源区225通过通孔221与由铜膜205构成的下布线连接。该下布线与由钨膜构成的通孔211(包括上布线)连接。在形成于HSQ膜206中的通孔的内壁和掩埋的布线上，粘附因局部腐蚀构成下布线的铜膜205而形成的金属沾污物。当经受热处理或放置于电场中时，金属沾污物212如图9中的箭头所示进行迁移，到达器件(例如晶体管)，从而使器件误操作，或者停留在层间绝缘膜中并产生漏电流。当用铝作为布线材料时不出现这些问题，但当铜类的金属用作布线时就出现这些问题。这是因为，与铝相比，铜在绝缘膜中的扩散率要大得多。为了形成无上述问题的多层互连，必须在形成通孔并掩埋布线之后进行与常规清洗不同的清洗处理，其中常规清洗使用例如含胺化合物清洗液。由于进行该清洗的目的是(1)清洗通孔内部，(2)去除已经粘附于层间绝缘膜的露出表面上的金属沾污物，和(3)去除在干腐蚀之后粘附的金属沾污物，因而该清洗有与半导体器件制造的其余步骤不同的要求。下面进行说明。首先，上述清洗的目标是清洗通孔的内部。然而，清洗液流动的剪切力不容易达到作为要清洗区域的通孔内部。特别是当形成的通孔直径较小时，基本上不产生剪切力。因而，没有期望的物理清洗作用，从而需要只利用化学清洗作用进行足够的清洗。如果在通孔形成时发生光刻胶的未对准失配，那么会出现这样的情况，即与下布线接触和作为未对准失配结果的面对通孔形成的HSQ膜的那一部分被腐蚀，并且在该部分形成槽缝(图16)。在这种槽缝中，几乎不产生清洗液的循流，必须在非常困难的条件下进行清洗。其次，上述清洗的目标是去除粘附于层间绝缘膜露出表面上的铜类金属沾污物。因此，对所用清洗液的种类当然是有限制的。近年来，低介电常数的材料被广泛用于半导体器件的层间绝缘膜。作为低介电常数的材料，最好使用SOG(玻璃上的旋涂)膜。对于这种膜，其露出表面会基于所用的清洗液种类引发性能的改变，从而导致介电常数增大。因此，需要选择对SOG膜等的介电常数无负作用的清洗液。并且，粘附于SOG膜等的露出表面上的铜类化合物的金属沾污物对表面有非常高的粘附性，从而使其清洗非常困难。第三，上述清洗的目标在于去除干腐蚀之后粘附的铜类金属沾污物。因此，必须利用这样的作用进行金属沾污物的清洗，即该作用不同于去除由普通金属或其氧化物构成的金属沾污物时发生的作用。如上所述，上述清洗的目的在于去除在形成通孔时因局部腐蚀构成下布线的铜所产生的金属沾污物。这些沾污物为以铜与腐蚀气体成分的化学反应形成的化合物的形式，其对层间绝缘膜尤其是SOG膜有强的粘附性，并难以用对通孔内部的常规清洗来去除。如上所述，为了形成无漏电流等的多层互连，在形成通孔和掩埋的布线之后，必须进行与使用例如含胺化合物的清洗液的常规清洗不同的清洗。用DHF(稀释的氢氟酸)清洗被认为是一种用于对存在于通孔内部的金属沾污物进行去除的方法。用该方法，可在某种程度上去除铜类金属沾污物，但不能获得充分有效的清除。并且，DHF会引起层间绝缘膜的腐蚀，导致孔直径的扩大。特别是当使用SOG膜时会引起孔直径的扩大。为了解决上述问题，完成了本专利技术，本专利技术的目的在于充分去除在用于掩埋布线的通孔和凹槽内壁上粘附的沾污物，从而解决在多层互连中的漏电流和器件的误操作的问题。按照本专利技术，提供一种，该方法包括下列步骤(A)在半导体衬底上形成由包括铜或铜合金的金属材料构成的金属布线，(B)在金属布线上形成层间绝缘膜，(C)通过干腐蚀，在层间绝缘膜的预定位置形成到达金属布线的通孔，(D)使用含有能够与沾污物形成络合物的络合剂的清洗液，去除由金属材料和/或其化合物构成且作为干腐蚀的结果粘附于通孔内壁上的沾污物，(E)在通孔的内壁上形成阻挡金属膜，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造半导体器件的方法，包括下列步骤： （Ａ）在半导体衬底上形成由包括铜或铜合金的金属材料构成的金属布线， （Ｂ）在金属布线上形成层间绝缘膜， （Ｃ）通过干腐蚀，在层间绝缘膜的预定位置形成到达金属布线的通孔， （Ｄ）使用含有能够与沾污物形成络合物的络合剂的清洗液，去除由金属材料和／或其化合物构成且作为干腐蚀的结果粘附于通孔内壁上的沾污物， （Ｅ）在通孔的内壁上形成阻挡金属膜，然后在所获得的整个衬底表面上形成导电膜，以填充通孔，和 （Ｆ）通过腐蚀或化学机械抛光，去除形成于通孔外部的导电膜和阻挡金属膜的不需要部分，获得平坦的表面。

【技术特征摘要】
JP 1998-10-5 282863/981.制造半导体器件的方法，包括下列步骤(A)在半导体衬底上形成由包括铜或铜合金的金属材料构成的金属布线，(B)在金属布线上形成层间绝缘膜，(C)通过干腐蚀，在层间绝缘膜的预定位置形成到达金属布线的通孔，(D)使用含有能够与沾污物形成络合物的络合剂的清洗液，去除由金属材料和/或其化合物构成且作为干腐蚀的结果粘附于通孔内壁上的沾污物，(E)在通孔的内壁上形成阻挡金属膜，然后在所获得的整个衬底表面上形成导电膜，以填充通孔，和(F)通过腐蚀或化学机械抛光，去除形成于通孔外部的导电膜和阻挡金属膜的不需要部分，获得平坦的表面。2.如权利要求1所述的方法，其中，络合剂包括选自至少下列构成的三种化合物组中的至少一种化合物(a)聚胺羧酸，(b)除聚胺羧酸之外的羧酸，(c)氟化铵。3.如权利要求1所述的方法，其中，络合剂包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：青木秀充，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]