在半导体器件中形成铜布线的方法技术

本发明专利技术公开了一种在半导体器件中形成铜布线和防止铜离子迁移的方法。所述方法包括：对已经进行ＣＭＰ工艺之后的用于形成铜布线的铜层进行后清洗工艺。所述后清洗工艺包括使用柠檬酸基化学品进行一次化学清洗。然后使用抗坏血酸基化学品对已经进行所述一次化学清洗的所述铜层进行二次化学清洗。后清洗工艺完成之后，防止了铜离子随时间的迁移，由此改善了半导体器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，更具体涉及可防止在对铜层实施 CMP(化学机械抛光)工艺之后铜(Cu)离子随时间进行迁移的在半导体器件中形成铜布线 的方法。
技术介绍
随着半导体器件设计规则减小，正在使用多层布线结构(wiring structure)设计 电路。在这点上，随着半导体器件设计规则减小至130nm以下和晶体管的特征尺寸减小，半 导体器件的操作应该随着设计规则减小而相适应地改进。然而，由于半导体器件金属布线 之间的间隙减小，金属布线之间产生的寄生电容增加。结果，半导体器件的操作趋于劣化。为了处理该问题，近来采用铜(Cu)替代铝(Al)作为半导体器件金属布线的材料。 由于与铝和钨相比时铜具有极好的电导率和低电阻，所以能够解决在具有高度集成和高操 作速度的半导体器件中与RC信号延迟相关的问题。然而，铜不容易蚀刻。因此，为了形成铜布线，使用镶嵌工艺。镶嵌工艺分为单镶 嵌工艺和双镶嵌工艺。在双镶嵌工艺的情况下，能够同时形成铜布线和用于使得与下层进 行电连接的接触塞。因此，与单镶嵌工艺相比，双镶嵌工艺在加工上是有利的。在由铜形成的金属布线中，EM(电迁移)特性、SM(应力迁移)特性和TDDB(时间 相关的电介质击穿)特性是重要的方面。特别地，在TDDB特性的情况下，当使用现有金属 诸如铝和钨作为布线材料时，避免了严重的问题。然而，当使用铜时，由于活跃地发生铜离 子的扩散，所以TDDB特性是重要的。例如，对铜层实施CMP工艺之后，铜离子随时间的迁移 是引起相邻铜布线之间桥接现象、漏电流特性劣化以及出现TDDB失效的重要因素。
技术实现思路
本专利技术的实施方案涉及，其可防止对铜层实施 CMP工艺之后铜离子随着时间流逝而迁移。本专利技术的实施方案还涉及，其可抑制铜离子的 迁移，由此防止相邻铜布线之间发生桥接现象、漏电流特性劣化以及所导致的TDDB失效。此外，本专利技术的实施方案涉及，其可改善半导 体器件的可靠性。在本专利技术的一个实施方案中，包括对已经进行 CMP工艺的铜层实施后清洗工艺的步骤，所述后清洗工艺包括以下步骤通过使用柠檬酸 基化学品实施一次化学清洗；和通过使用抗坏血酸基化学品对已经进行一次化学清洗的铜层进行二次化学清洗。在实施一次化学清洗步骤之前，后清洗工艺还包括实施兆频超声波清洗的步骤。兆频超声波清洗通过使用去离子水和设定兆频超声波功率为5 1000W来实施。柠檬酸基化学品的pH值为6. 7 12. 7，电化学势为-0. 4 0. 4V。通过在抗坏血酸基化学品中加入去离子水、乙醇胺和TMAH来实施二次化学清洗。抗坏血酸基化学品以整个化学品的1 10wt%的量混合，去离子水以整个化学品 的70 90wt%的量混合，乙醇胺以整个化学品的1 IOwt %的量混合，TMAH以整个化学 品的1 15wt%的量混合。在实施二次化学清洗步骤之后，后清洗工艺还包括实施IPA干燥的步骤。在本专利技术的另一个实施方案中，包括以下步 骤在半导体衬底上形成具有布线形成区域(wiring forming area)的层间电介质；沉积 铜层以填充布线形成区域；通过CMP工艺移除铜层直至暴露层间电介质；和对已经进行CMP 工艺的铜层实施后清洗工艺，所述后清洗工艺包括通过使用柠檬酸基化学品的一次化学清 洗和通过使用抗坏血酸基化学品的二次化学清洗。在形成层间电介质的步骤之后和沉积铜层的步骤之前，所述方法还包括在包括 布线形成区域的表面的所述层间电介质上形成阻挡层的步骤。阻挡层包括选自Ti、TiN、Ta、TaN和Ru层中的至少一种并且具有100 ~ 500Λ的厚度。后清洗工艺还包括在一次化学清洗之前的兆频超声波清洗。兆频超声波清洗通过使用去离子水和设定兆频超声波功率为5 1000W来实施。柠檬酸基化学品的pH值为6. 7 12. 7，电化学势为-0. 4 0. 4V。通过在抗坏血酸基化学品中加入去离子水、乙醇胺和TMAH来实施二次化学清洗。抗坏血酸基化学品以整个化学品的1 10wt%的量混合，去离子水以整个化学品 的70 90wt%的量混合，乙醇胺以整个化学品的1 IOwt %的量混合，TMAH以整个化学 品的1 15wt%的量混合。后清洗工艺还包括在二次化学清洗之后的IPA干燥。实施后清洗工艺步骤之后，所述方法还包括等离子体处理铜层表面的步骤。所述等离子体处理通过使用H2、N2和NH3中的任意一种来实施。在等离子体处理步骤之后，所述方法还包括在铜层上形成扩散阻挡的步骤。扩散阻挡包括Si3N4层、SiOC层、SiC层和SiCN层中的任意一种。在本专利技术的另一个实施方案中，包括以下步 骤对被沉积以填充在层间电介质中限定的布线形成区域的铜层实施CMP工艺以暴露层间 电介质，和对已经进行CMP工艺的铜层和层间电介质实施后清洗工艺，其中所述后清洗工 艺包括通过使用烷基季铵盐的化学清洗。后清洗工艺还包括在所述使用烷基季铵盐的化学清洗之前的兆频超声波清洗。兆频超声波清洗通过使用去离子水和设定兆频超声波功率为5 1000W来实施。在所述使用烷基季铵盐的化学清洗之前，后清洗工艺还包括兆频超声波清洗和使 用柠檬酸基化学品的化学清洗。兆频超声波清洗通过使用去离子水和设定兆频超声波功率为5 1000W来实施。柠檬酸基化学品的pH值为6. 7 12. 7，电化学势为-0. 4 0. 4V。 烷基季铵盐包括聚季铵盐基化学品(polyquaternium-based chemical)。聚季铵盐基化学品包括十二烷基乙基二甲基溴化铵、油基三乙基溴化铵、二癸基 二甲基磷酸铵和十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种。在本专利技术的另一个实施方案中，包括以下步 骤在半导体衬底上形成具有布线形成区域的层间电介质；沉积铜层以填充所述布线形成 区域；通过CMP工艺移除铜层直至暴露层间电介质；和通过使用烷基季铵盐对已经进行CMP 工艺的铜层和层间电介质实施包括化学清洗的后清洗工艺。在形成层间电介质的步骤之后和沉积铜层的步骤之前，所述方法还包括在包括 布线形成区域的表面的所述层间电介质上形成阻挡层的步骤。阻挡层包括选自Ti、TiN、Ta、TaN和Ru层中的至少一种并且具有100 ~ 500人的厚度。后清洗工艺还包括在使用烷基季铵盐的化学清洗之前的兆频超声波清洗。兆频超声波清洗通过使用去离子水和设定兆频超声波功率为5 1000W来实施。在所述使用烷基季铵盐的化学清洗之前，后清洗工艺还包括通过使用柠檬酸基化 学品的化学清洗。柠檬酸基化学品的pH值为6. 7 12. 7，电化学势为-0. 4 0. 4V。烷基季铵盐包括聚季铵盐基化学品。聚季铵盐基化学品包括十二烷基乙基二甲基溴化铵、油基三乙基溴化铵、二癸基 二甲基磷酸铵和十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种。后清洗工艺还包括在使用烷基季铵盐的化学清洗之后的IPA干燥。在实施后清洗工艺步骤之后，所述方法还包括等离子体处理铜层表面的步骤。所述等离子体处理通过使用H2、N2和NH3中的任意一种来实施。在等离子体处理步骤之后，所述方法还包括在铜层上形成扩散阻挡的步骤。扩散阻挡包括Si3N4层、SiOC层、SiC层和SiCN层中的任意一种。附图说明图IA IE是显示根据本专利技术的一个实施方案 的截面图。图2是显示根据本专利技术的一个实施方案使用柠檬酸基化学品和抗坏血酸基化学 品实施化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在半导体器件中形成铜布线的方法，包括对先前已经进行了ＣＭＰ（化学机械抛光）工艺的铜层进行后清洗工艺的步骤，所述后清洗工艺包括以下步骤：使用柠檬酸基化学品对所述铜层进行一次化学清洗；和使用抗坏血酸基化学品对已经进行了所述一次化学清洗的所述铜层进行二次化学清洗。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴滢淳，郭鲁正，廉胜振，柳春根，郑钟九，金成准，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]