半导体器件及形成其金属互联层的方法技术

本文披露了与形成半导体器件的金属线相关的技术。一种形成半导体器件的金属线的方法可以包括：在半导体衬底上形成至少一个层间绝缘层；在至少一个层间绝缘层中形成通道孔和沟槽；在通道孔和沟槽上形成反扩散膜；在反扩散膜上沉积籽晶Ｃｕ层；在沉积籽晶Ｃｕ层之后，沉积铑（Ｒｈ）；以及在所沉积的Ｒｈ上形成Ｃｕ线。该Ｒｈ提高了Ｃｕ层之间的粘合力，并防止在籽晶Ｃｕ层上出现氧化或者腐蚀现象。因此，可以防止或减少后续工艺（例如，退火和ＣＭＰ）中的分层的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术实施例主要涉及一种用于在半导体器件中形成金属线 的技术。
技术介绍
伴随着半导体器件的尺寸日益减小，半导体线的截面面积也不 断减小，这使得电流密度增加。结果，金属线中的电迁移(electromigration) (EM)严重地降低可靠性。因此，对使用不同 材料来用于半导体器件中的金属线已经进行了积极的研究与开发。 例如，Cu具有良好的可靠性并具有比铝(Al) ^f氐的电阻率。然而， Cu难于形成化合物(compound),该化合物具有足够高的挥发性(volatility)以4艮容易使用干法刻蚀工艺来形成微型图样(micro pattern )。为了处理图样化Cu线的困难，已经引进了镶嵌工艺(damascene process )。釆用化学机械抛光(下文中称作CMP)的镶嵌工艺包 括沉积金属间电介质(下文中称作IMD);通过使用光刻工艺图 才羊4匕IMD来形成沟才曹即，互耳关区(interconnection area);用Cu来 间隙填充该沟槽；以及使用CMP来抛光该间隙填充的Cu层，从而 形成Cu线。目前通常在多层金属线中使用的双重镶嵌工艺(dual damascene process)可以4吏用 一次CMP工艺来同时实玉见通^L (via)和金属线 的形成。下面将参照附图来详细地描述该双重镶嵌工艺。图1A至图lC是示出了形成半导体器件的Cu线的传统步骤的 流程图。参照图1A，在半导体衬底的上部IMD IOO上方顺序地沉积氮 化膜102、第一层间绝纟彖层104和第二层间绝纟彖层106。 ^吏用光刻 工艺来图样化第一层间绝纟彖层104和第二层间绝缘层106， 乂人而形 成通道孑L ( via hole )禾口沟才曹，即，纟戋区(line area )。可以先形成通 道孔再形成沟槽，或者反之亦然。在通道孔和沟槽上形成由Ta/TaN制成的反扩散膜 (anti-diffusion film ) 108。在反扩散月莫108上形成冲予晶Cu层(seed Cu layer) 110。如图IB所示，然后4吏用电镀方法来用Cu的主层间 隙填充沟槽和通道孔。4吏用CMP来抛光主Cu层110'，从而形成 如图1C所示的作为Cu线的主Cu层110'。当4吏用如上所述的常用的双重镶嵌工艺来形成Cu金属线时， 由Ta/TaN制成的并形成于通孔和沟槽中的反扩散力莫108起到了防 止随后沉积的Cu扩散至绝缘膜中的作用。在如上所述的形成Cu金属线的传统方法中，由于粘合力 (adhesive force)的失效、氧化、腐蚀或者其他原因，可能导致在 反扩散膜108和籽晶Cu层110之间出现不规则的表面。因此，由 于后续的退火工艺或者当实施Cu CMP时的物理力(physical force )5而导致的应力差异，会在层间发生分层(delamination )或者提升 (lifting )。
技术实现思路
通常，本专利技术示例性实施例涉及一种形成半导体器件的金属线 的方法，其中当通过双重镶嵌工艺形成Cu金属线时，防止或减少 了反扩散膜和籽晶Cu层之间分层的发生。才艮据第一实施例，形成半导体器件的金属线的方法包括在半 导体衬底上形成至少一个层间绝缘层，在该至少一个层间绝纟彖层中 形成通道孔和沟槽，在通道孔和沟槽上形成反扩散膜，在反扩散膜 上沉积籽晶铜(Cu)层，在沉积籽晶Cu层之后，沉积铑(Rh)以 及在所沉积的Rh上形成Cu线。根据本专利技术第二实施例，半导体器件包括在半导体衬底上形 成的至少 一个层间绝纟彖层，在该至少 一个层间绝纟彖层中形成的通道 孔和沟槽，以及在通道孔和沟槽上形成的反扩散膜。半导体器件进一步包括在反扩散膜上沉积的籽晶Cu层，在籽晶Cu层上沉积的 Rh，以及在所;兄积的Rh上形成的Cu线。提供这些概要的目的在于以简单的形式介绍一种概念的选择， 这些概念将在以下的具体实施方式中作进一步描述。这些概要不是 为了确定所要求的主题内容的关键特征或本质特性，也不是为了用 作确定所要求的主题内容的范围的辅助。附加特4i将在下文中阐述，并且一部分特征将从描述中清楚地 知道，或者可以通过本专利技术的实施获知。本专利技术的特征可以通过在 所附的权利要求中特别指出的装置及其组合的方式来实现和获得。6易见，或附图说明结合附图，本专利技术的示例实施例的多个方面从下文的示例实施例的描述中将变得显而易见，其中图1A至图1C是示出了形成半导体器件的Cu线的传统步骤的 流禾呈图；以及图2A至图2D是示出了根据本专利技术示例性实施例的形成半导 体器件的Cu线的步骤的流程图。具体实施例方式在下文的实施例的详细描述中，参考附图以图示的方式示出本 专利技术的特定具体实施方式。在附图中，在几个图中，同样的标号描 述基本相同的部件。这些具体实施方式描述的足够详细以〗吏本领域 技术人员能够实施本专利技术。可以利用其他的具体实施方式，并在不 脱离本专利技术的范围内可以作结构的、逻辑的和电的改变。而且，可 以理解的是，本专利技术的各种具体实施方式，尽管不同，但不是一定互相独立的。例如，在一个具体实施方式中描述的显著特;f正、结构 或特性也可能包含在其他的具体实施方式中。因此，以下的具体描 述不应该被局限的理解，而本专利技术的范围仅通过所附的权利要求以 及这些权利要求所享有的等同替换的全部范围来限定。这里将省略 对已知的功能和结构的详细描述，他们的包含将使得描述不必要地 模糊。7当实施双重镶嵌工艺以形成Cu金属线时，本专利技术实施例防止 了或者减少了反扩散膜和籽晶Cu层之间分层的发生。在示例性实 施例中，可以顺序地形成反扩散膜和冲子晶Cu层，并可以沉积Rh 以及然后可以形成Cu线。图2A至图2D是示出了根据本专利技术实施例的形成半导体器件 的Cu线的步骤的流程图。参照图2A，在半导体衬底的IMD 300上方可以顺序地形成氮 化膜302、第一层间绝缘层304以及第二层间绝缘层306。可以通 过光刻工艺图样化第 一层间绝缘层304和第二层间绝缘层306来形成通道孔和沟才曹，即，线区。可以先形成通道孔再形成沟槽，或者 反之亦然。可以卩吏用物理气相沉积(PVD )方法来在通道孔和沟槽上形成 由Ta/TaN制成的反扩散膜308。使用PVD或者原子层沉积(ALD ) 方法可以在反扩散力莫308上形成籽晶Cu层310。如上参照图1B所述，为了形成Cu线，传统上直接在籽晶Cu 层110上沉积铜(Cu)层。然而，这种方法可能发生分层(现象)。 因此，在本专利技术的实施例中，如图2B所示，可以在籽晶Cu层310 上沉积Rh312。为了增加^fr晶Cu层310和后来形成的主Cu层之间的粘合力， 可以4吏用H2S04-基电镀溶液(H2S04-based plating solution )通过电 镀来沉积所要沉积的Rh 312。尤其是，所沉积的Rh 312起到了防 止在泮于晶Cu层310上出现氧化和腐蚀3见象(corrosion phenomenon )。 所沉积的Rh 312可以祐:沉积为50埃至300埃的厚度。8如图2C所示，主Cu层314可以涂覆在Rh312上以〈更间隙填 充沟槽和通道孔，然后使用CMP来抛光该主Cu层314，从而形成 如图2D所示的Cu线。如上所述，当实施双重镶嵌工艺以形成Cu金属线时，本专利技术 实施例防止了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成半导体器件的金属线的方法，所述方法包括：　在半导体衬底上形成至少一个层间绝缘层；　在所述至少一个层间绝缘层中形成通道孔和沟槽；　在所述通道孔和所述沟槽上形成反扩散膜；　在所述反扩散膜上沉积籽晶铜（Ｃｕ）层；　 　在沉积籽晶Ｃｕ层之后，沉积铑（Ｒｈ）；以及　在所述沉积的Ｒｈ上形成Ｃｕ线。

【技术特征摘要】
KR 2007-12-27 10-2007-01391671. 一种形成半导体器件的金属线的方法，所述方法包括在半导体衬底上形成至少一个层间绝缘层；在所述至少一个层间绝缘层中形成通道孔和沟槽；在所述通道孔和所述沟槽上形成反扩散膜；在所述反扩散膜上沉积籽晶铜(Cu)层；在沉积籽晶Cu层之后，沉积铑(Rh)；以及在所述沉积的Rh上形成Cu线。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述Rh上形成所述 Cu线包才舌在所述沉积的Rh的表面上沉积Cu层；以及 在所述Cu层上实施化学机械抛光(CMP)。3. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述反扩散膜包括Ta/TaN 或Ti/TiN。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，使用H2SCV基电镀溶液 通过电镀来沉积所述Rh。5. 才艮据4又利要求1所述的方法，其中，^使用PVD或者原子层沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋圣号，
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]