半导体器件及形成其阻挡金属层的方法技术

本发明专利技术提供一种用于形成阻挡金属层的方法及包括该阻挡金属层的半导体器件，该方法包括：在接触孔的侧壁上形成金属混合物膜，该金属混合物膜由第一金属和第二金属构成；然后，选择性地蚀刻该金属混合物膜；然后，通过在该金属混合物膜上实施热处理工艺，以在该接触孔的侧壁上同时形成阻挡金属层和第一金属籽晶层。因此，通过实施热处理工艺在该第二金属材料与下面的绝缘膜之间发生反应，以形成阻挡金属层和铜籽晶层，从而能够减少溅射工艺，因此可以缩短工艺时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件以及用于形成该半导体器件的阻挡金属层 的方法。
技术介绍
在半导体器件的制造过程中，器件之间或互连件之间可以采用金属线进 行电连接。金属线可以由例如铝(Al)或钨(W)材料构成，但是由于这些 材料具有低熔点和高电阻率，因此在超高集成半导体器件中很难持续使用这 些材料。由于需要获得超高集成的半导体器件，对于具有低电阻率且具有较 高可靠度的电迁移特性和应力迁移特性的金属的需求不断增加。由于铜可以 满足上述条件，因此铜被视为最合适的材料。然而，铜线存在的问题是很难 被蚀刻且对铜线的腐蚀会扩散，因此实现铜线的适配性难度相当大。为了解决上述问题且实现适配性，可以采用单镶嵌工艺或尤其采用双镶 嵌工艺。根据镶嵌工艺，在绝缘层中通过光照和蚀刻工艺可以形成沟槽。然 后可以采用例如钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)的导电材料填充该沟槽。然 后通过回蚀刻或CMP (化学机械抛光)，移除导电材料中除了互连件所必需 的部分之外的部分，从而形成具有沟槽形状的互连件。在双镶嵌工艺中，可 以在多层金属线中形成通孔，该通孔用于连接上层金属线和下层金属线，并 且可以移除由金属线产生的台阶部分，从而使得后续工艺更加容易。近来，采用电镀(EP)的铜互连工艺已经达到可以商业化的阶段。与通 过反应离子蚀刻法形成互连的铝互连工艺不同，在铜互连工艺中，通过双镶 嵌工艺形成图案，随后沉积阻挡金属，然后通过电镀铜形成互连件。然而，不能在阻挡金属上直接进行铜电镀。因此，应该在较薄地沉积铜作为籽晶层 后，再实施电镀。上述电镀工艺的典型方法是，通过作为物理气相沉积(PVD)的溅射工艺顺序沉积TaNx和Cu籽晶层，再进行电镀铜。下文将参考随附的示例性附图描述用于形成半导体器件的铜互连件的 方法。如示例性图1A所示，在第一层间绝缘膜100上和/或上方顺序地沉积蚀 刻停止层104和第二层间绝缘膜106，而该第一层间绝缘膜100中形成有下 部铜线102。第一层间绝缘膜100和第二层间绝缘膜106可以由具有低介电 常数k的材料形成，典型的这种材料可以是氧化硅膜。典型地，蚀刻停止层 104可以由氮化硅膜(SiN)形成。然后通过预设工艺可以选择性地移除蚀刻 停止层104和第二层间绝缘膜106以暴露下部铜线102，从而形成具有双镶 嵌结构的接触孔108，且该双镶嵌结构包括通孔108a和沟槽108b。如示例性图1B所示，然后，通过溅射工艺可以在包括接触孔108的整 个表面上和/或上方形成具有预定厚度的阻挡金属层110。该阻挡金属层110 可以由TiSiN形成。然后可以在该阻挡金属层IIO上实施蚀刻工艺和清洗工 艺(washingprocess)，直到在通孔108a的侧壁上形成阻挡金属层110为止。如示例性图1C所示，通过溅射工艺在接触孔108中并且在阻挡金属层 110上和/或上方形成铜籽晶层112。然后，可以通过电镀铜籽晶层112形成 上部铜线。然而，用于形成铜互连件的上述方法所存在的问题是，由于通过 溅射工艺形成阻挡金属层和铜层，因此溅射靶的成本高昂且需要较长的工艺 时间。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种半导体器件以及用于形成该半导体器件的阻 挡金属层的方法，该实施例可以通过在含有金属材料的铜混合物上实施热处 理工艺，从而减少形成阻挡金属层和铜籽晶层的工艺时间。本专利技术的实施例涉及一种形成阻挡金属层的方法，该方法可以包括以下步骤中的至少一个步骤在半导体衬底上和/或上方通过选择性地蚀刻绝缘膜 形成具有镶嵌结构的接触孔；然后，在该接触孔的表面上和/或上方采用含有 金属材料的铜混合物形成自生膜；然后，在该自生膜上通过热处理工艺使得该金属材料和该绝缘膜之间发生反应，以形成金属膜和铜籽晶层。本专利技术的实施例涉及一种形成阻挡金属层的方法，该方法可以包括以下 步骤中的至少一个步骤提供第一绝缘膜，且在该第一绝缘膜中形成有下部 导电层；然后，在该第一绝缘膜上形成第二绝缘膜；然后，通过选择性地蚀 刻该第二绝缘膜形成具有镶嵌结构的接触孔，以暴露该下部导电层；然后， 在该接触孔的侧壁上形成第一金属混合物膜，其中该第一金属混合物膜包括 铜以及第二金属材料；然后，在该第一金属混合物膜上通过实施热处理工艺 导致该第二金属材料和该第二绝缘膜之间发生反应，以形成阻挡金属层和铜 籽晶层。本专利技术的实施例涉及一种方法，该方法可以包括以下步骤中的至少一个 步骤在半导体衬底上方提供下部导体；然后，在该下部导体上方顺序形成 氮化物膜和氧化物膜，将该氮化物膜作为蚀刻停止膜；然后，通过选择性地 蚀刻该氮化物膜和该氧化物膜形成接触孔，以暴露该下部导体；然后，在该 接触孔的侧壁上和该下部导体上形成金属混合物膜，其中该金属混合物膜包 括第一金属以及第二金属；然后，选择性地蚀刻该金属混合物膜以暴露该下 部导体；然后，在该金属混合物膜上实施热处理工艺以在该接触孔的侧壁上 同时形成阻挡金属层和第一金属籽晶层。根据本专利技术的实施例，铜混合物包括从由Zr、 Hf、 Mn、 Zn以及Al组 成的金属组中选择的任何一种金属。自生膜的厚度范围可以介于100 200A 之间。在温度范围介于150 30(TC之间的条件下可以进行10 30分钟的热 处理工艺。本专利技术的实施例涉及一种半导体器件，该半导体器件可以包括以下元件 中的至少一个元件下部铜线；在该下部铜线上形成的绝缘层；在该绝缘层中形成的具有镶嵌结构的接触孔，该接触孔用以暴露一部分该下部铜线；在 该接触孔的侧壁上形成的阻挡金属层。根据本专利技术的实施例，通过热处理工 艺使得金属材料和包含在该绝缘膜中的材料之间发生反应，以形成该阻挡金 属层。附图说明示例性图1A至图1C为制造半导体器件的铜互连件的工艺示意图；示例性图2A至图2D为根据本专利技术实施例的形成半导体器件的阻挡金 属层的工艺示意图。具体实施例方式在下文中，将参考随附附图详细描述本专利技术的优选实施例。在接下来的 描述中，如果公知的功能和结构在不必要的细节上使本专利技术变得模糊，那么 将不再详细描述该公知的功能和结构。根据本专利技术的实施例，先采用含有金属材料的铜混合物在具有镶嵌结构 的接触孔的表面上和/或上方形成自生膜，之后，再通过热处理工艺形成铜籽 晶层和阻挡金属层。如示例性图2A所示，在第一层间绝缘膜200上和/或上方顺序沉积蚀刻 停止膜204和第二层间绝缘膜206，且在该第一层间绝缘膜200中形成有下 部铜线202。第一层间绝缘膜200和第二层间绝缘膜206由具有低介电常数 k的材料例如氧化硅形成。蚀刻停止膜204由氮化硅SiN形成。通过预设工 艺选择性地移除蚀刻停止层204和第二层间绝缘膜206以暴露下部铜线202， 从而形成具有双镶嵌结构的接触孔208，且该双镶嵌结构具有通孔208a和沟 槽208b。如示例性图2B所示，然后可以通过沉积工艺在接触孔208的表面上和/ 或上方形成自生膜210，且该自生膜210由含有第二金属材料的第一金属混 合物(例如铜混合物)形成。包含于自生膜210中的第二金属材料是容易通 过热处理工艺与包含于第二层间绝缘膜206中的氧化物进行反应的材料。这 种金属材料可包括Zr、 Hf、 Mn、 Mg、 An以及Al中的任何一种。沉积工艺 的一个实例可以包括溅射工艺。通过溅射工艺形成的自生膜21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成阻挡金属层的方法，包括以下步骤：　提供第一绝缘膜，且在该第一绝缘膜中形成有下部导电层；　然后，在该第一绝缘膜上形成第二绝缘膜；　然后，通过选择性地蚀刻该第二绝缘膜形成具有镶嵌结构的接触孔，以暴露该下部导电层；　 　然后，在该接触孔的侧壁上形成第一金属混合物膜，其中该第一金属混合物膜包括铜以及第二金属材料；以及　然后，通过在该第一金属混合物膜上实施热处理工艺而导致该第二金属材料与该第二绝缘膜之间发生反应，以形成阻挡金属层和铜籽晶层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴庆敏，
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]