[發明專利]半導體器件及形成其阻擋金屬層的方法

無效

• 申請號: 200810169422.6
• 申請日: 2008-10-16
• 公開（公告）號: CN101414576A
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發明（設計）人: 樸慶敏
• 申請（專利權）人: 東部高科股份有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/522
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭小軍

本申請要求申請日為2007年10月16日的韓國專利申請No.10-2007-0104013的優先權，在此通過參考將該申請的全部內容合并于本申請中。

技術領域

本發明涉及一種半導體器件以及用于形成該半導體器件的阻擋金屬層的方法。

背景技術

在半導體器件的制造過程中，器件之間或互連件之間可以采用金屬線進行電連接。金屬線可以由例如鋁(Al)或鎢(W)材料構成，但是由于這些材料具有低熔點和高電阻率，因此在超高集成半導體器件中很難持續使用這些材料。由于需要獲得超高集成的半導體器件，對于具有低電阻率且具有較高可靠度的電遷移特性和應力遷移特性的金屬的需求不斷增加。由于銅可以滿足上述條件，因此銅被視為最合適的材料。然而，銅線存在的問題是很難被蝕刻且對銅線的腐蝕會擴散，因此實現銅線的適配性難度相當大。

為了解決上述問題且實現適配性，可以采用單鑲嵌工藝或尤其采用雙鑲嵌工藝。根據鑲嵌工藝，在絕緣層中通過光照和蝕刻工藝可以形成溝槽。然后可以采用例如鎢(W)、鋁(Al)或銅(Cu)的導電材料填充該溝槽。然后通過回蝕刻或CMP(化學機械拋光)，移除導電材料中除了互連件所必需的部分之外的部分，從而形成具有溝槽形狀的互連件。在雙鑲嵌工藝中，可以在多層金屬線中形成通孔，該通孔用于連接上層金屬線和下層金屬線，并且可以移除由金屬線產生的臺階部分，從而使得后續工藝更加容易。

近來，采用電鍍(EP)的銅互連工藝已經達到可以商業化的階段。與通過反應離子蝕刻法形成互連的鋁互連工藝不同，在銅互連工藝中，通過雙鑲嵌工藝形成圖案，隨后沉積阻擋金屬，然后通過電鍍銅形成互連件。然而，不能在阻擋金屬上直接進行銅電鍍。因此，應該在較薄地沉積銅作為籽晶層后，再實施電鍍。上述電鍍工藝的典型方法是，通過作為物理氣相沉積(PVD)的濺射工藝順序沉積TaN_X和Cu籽晶層，再進行電鍍銅。

下文將參考隨附的示例性附圖描述用于形成半導體器件的銅互連件的方法。

如示例性圖1A所示，在第一層間絕緣膜100上和/或上方順序地沉積蝕刻停止層104和第二層間絕緣膜106，而該第一層間絕緣膜100中形成有下部銅線102。第一層間絕緣膜100和第二層間絕緣膜106可以由具有低介電常數k的材料形成，典型的這種材料可以是氧化硅膜。典型地，蝕刻停止層104可以由氮化硅膜(SiN)形成。然后通過預設工藝可以選擇性地移除蝕刻停止層104和第二層間絕緣膜106以暴露下部銅線102，從而形成具有雙鑲嵌結構的接觸孔108，且該雙鑲嵌結構包括通孔108a和溝槽108b。

如示例性圖1B所示，然后，通過濺射工藝可以在包括接觸孔108的整個表面上和/或上方形成具有預定厚度的阻擋金屬層110。該阻擋金屬層110可以由TiSiN形成。然后可以在該阻擋金屬層110上實施蝕刻工藝和清洗工藝(washing?process)，直到在通孔108a的側壁上形成阻擋金屬層110為止。

如示例性圖1C所示，通過濺射工藝在接觸孔108中并且在阻擋金屬層110上和/或上方形成銅籽晶層112。然后，可以通過電鍍銅籽晶層112形成上部銅線。然而，用于形成銅互連件的上述方法所存在的問題是，由于通過濺射工藝形成阻擋金屬層和銅層，因此濺射靶的成本高昂且需要較長的工藝時間。

發明內容

本發明的實施例涉及一種半導體器件以及用于形成該半導體器件的阻擋金屬層的方法，該實施例可以通過在含有金屬材料的銅混合物上實施熱處理工藝，從而減少形成阻擋金屬層和銅籽晶層的工藝時間。

本發明的實施例涉及一種形成阻擋金屬層的方法，該方法可以包括以下步驟中的至少一個步驟：在半導體襯底上和/或上方通過選擇性地蝕刻絕緣膜形成具有鑲嵌結構的接觸孔；然后，在該接觸孔的表面上和/或上方采用含有金屬材料的銅混合物形成自生膜；然后，在該自生膜上通過熱處理工藝使得該金屬材料和該絕緣膜之間發生反應，以形成金屬膜和銅籽晶層。

本發明的實施例涉及一種形成阻擋金屬層的方法，該方法可以包括以下步驟中的至少一個步驟：提供第一絕緣膜，且在該第一絕緣膜中形成有下部導電層；然后，在該第一絕緣膜上形成第二絕緣膜；然后，通過選擇性地蝕刻該第二絕緣膜形成具有鑲嵌結構的接觸孔，以暴露該下部導電層；然后，在該接觸孔的側壁上形成第一金屬混合物膜，其中該第一金屬混合物膜包括銅以及第二金屬材料；然后，在該第一金屬混合物膜上通過實施熱處理工藝導致該第二金屬材料和該第二絕緣膜之間發生反應，以形成阻擋金屬層和銅籽晶層。