[發明專利]在半導體器件中形成銅布線的方法

無效

• 申請號: 200910143122.5
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101807540A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 樸瀅淳;郭魯正;廉勝振;柳春根;鄭鐘九;金成準
• 申請（專利權）人: 海力士半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/00;H01L21/321;B08B3/08;B08B3/12
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉繼富;顧晉偉

相關申請

本申請要求2009年2月16日提交的韓國專利申請No.10-2009-0012418 的優先權，通過引用將其全部內容并入本文。

技術領域

本發明涉及在半導體器件中形成銅布線的方法，更具體涉及可防止在 對銅層實施CMP(化學機械拋光)工藝之后銅(Cu)離子隨時間進行遷 移的在半導體器件中形成銅布線的方法。

背景技術

隨著半導體器件設計規則減小，正在使用多層布線結構(wiring structure)設計電路。在這點上，隨著半導體器件設計規則減小至130nm 以下和晶體管的特征尺寸減小，半導體器件的操作應該隨著設計規則減小 而相適應地改進。然而，由于半導體器件金屬布線之間的間隙減小，金屬 布線之間產生的寄生電容增加。結果，半導體器件的操作趨于劣化。

為了處理該問題，近來采用銅(Cu)替代鋁(Al)作為半導體器件金 屬布線的材料。由于與鋁和鎢相比時銅具有極好的電導率和低電阻，所以 能夠解決在具有高度集成和高操作速度的半導體器件中與RC信號延遲相 關的問題。

然而，銅不容易蝕刻。因此，為了形成銅布線，使用鑲嵌工藝。鑲嵌 工藝分為單鑲嵌工藝和雙鑲嵌工藝。在雙鑲嵌工藝的情況下，能夠同時形 成銅布線和用于使得與下層進行電連接的接觸塞。因此，與單鑲嵌工藝相 比，雙鑲嵌工藝在加工上是有利的。

在由銅形成的金屬布線中，EM(電遷移)特性、SM(應力遷移)特 性和TDDB(時間相關的電介質擊穿)特性是重要的方面。特別地，在TDDB 特性的情況下，當使用現有金屬諸如鋁和鎢作為布線材料時，避免了嚴重 的問題。然而，當使用銅時，由于活躍地發生銅離子的擴散，所以TDDB 特性是重要的。例如，對銅層實施CMP工藝之后，銅離子隨時間的遷移 是引起相鄰銅布線之間橋接現象、漏電流特性劣化以及出現TDDB失效的 重要因素。

發明內容

本發明的實施方案涉及在半導體器件中形成銅布線的方法，其可防止 對銅層實施CMP工藝之后銅離子隨著時間流逝而遷移。

本發明的實施方案還涉及在半導體器件中形成銅布線的方法，其可抑 制銅離子的遷移，由此防止相鄰銅布線之間發生橋接現象、漏電流特性劣 化以及所導致的TDDB失效。

此外，本發明的實施方案涉及在半導體器件中形成銅布線的方法，其 可改善半導體器件的可靠性。

在本發明的一個實施方案中，在半導體器件中形成銅布線的方法包括 對已經進行CMP工藝的銅層實施后清洗工藝的步驟，所述后清洗工藝包 括以下步驟：通過使用檸檬酸基化學品實施一次化學清洗；和通過使用抗 壞血酸基化學品對已經進行一次化學清洗的銅層進行二次化學清洗。

在實施一次化學清洗步驟之前，后清洗工藝還包括實施兆頻超聲波清 洗的步驟。

兆頻超聲波清洗通過使用去離子水和設定兆頻超聲波功率為5～ 1000W來實施。

檸檬酸基化學品的pH值為6.7～12.7，電化學勢為-0.4～0.4V。

通過在抗壞血酸基化學品中加入去離子水、乙醇胺和TMAH來實施二 次化學清洗。

抗壞血酸基化學品以整個化學品的1～10wt％的量混合，去離子水以 整個化學品的70～90wt％的量混合，乙醇胺以整個化學品的1～10wt％的 量混合，TMAH以整個化學品的1～15wt％的量混合。

在實施二次化學清洗步驟之后，后清洗工藝還包括實施IPA干燥的步 驟。

在本發明的另一個實施方案中，在半導體器件中形成銅布線的方法包 括以下步驟：在半導體襯底上形成具有布線形成區域(wiring?forming area)的層間電介質；沉積銅層以填充布線形成區域；通過CMP工藝移 除銅層直至暴露層間電介質；和對已經進行CMP工藝的銅層實施后清洗 工藝，所述后清洗工藝包括通過使用檸檬酸基化學品的一次化學清洗和通 過使用抗壞血酸基化學品的二次化學清洗。

在形成層間電介質的步驟之后和沉積銅層的步驟之前，所述方法還包 括：在包括布線形成區域的表面的所述層間電介質上形成阻擋層的步驟。

阻擋層包括選自Ti、TiN、Ta、TaN和Ru層中的至少一種并且具有 100～500的厚度。

后清洗工藝還包括在一次化學清洗之前的兆頻超聲波清洗。

兆頻超聲波清洗通過使用去離子水和設定兆頻超聲波功率為5～ 1000W來實施。