專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及一種能夠防止器件缺陷的半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
為了滿足對半導(dǎo)體器件的高集成度和高性能的需求，廣泛使用具有多層結(jié)構(gòu)的金屬互連，并且將鋁用于金屬互連。近來，具有良好導(dǎo)電性的銅(Cu)被廣泛用于金屬互連。
由于銅互連層不容易被圖案化，因此主要通過鑲嵌工藝和化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝形成銅互連層。
圖1至圖4示出在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件中出現(xiàn)的各種缺陷。
如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成絕緣層110，并在絕緣層110上形成金屬間絕緣層120。金屬間絕緣層120具有與通孔121連通的溝槽122。為了在通孔121和溝槽122中容易地填充銅，形成籽晶層130。籽晶層130通過濺射工藝而形成。在通過如上所述的濺射工藝形成籽晶層130時(shí)，如A所示，在通孔121中可能不均勻地形成銅。即，在通孔121的側(cè)面沒有形成厚度均勻的籽晶層130，籽晶層130具有不連續(xù)的階梯分布。由于籽晶層130的寬度較窄，所以有時(shí)候難于形成籽晶層130。
如圖2所示，通過用銅填充其中具有籽晶層130的溝槽和通孔形成銅互連140。
然而，如圖1所示，在籽晶層130具有不連續(xù)的階梯分布的情況下，當(dāng)形成銅互連140時(shí)，在銅互連140中可能出現(xiàn)諸如空隙141和/或縫142之類(如圖3所示)的缺陷。
另外，當(dāng)進(jìn)行包括熱處理的后續(xù)工藝時(shí)，由于圖4中用箭頭表示的熱應(yīng)力的存在而導(dǎo)致在銅互連140的底部與絕緣層110之間出現(xiàn)諸如空隙143的缺陷。眾所周知，出現(xiàn)空隙143的原因是銅會由于熱應(yīng)力而擴(kuò)散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及基本能消除由于現(xiàn)有技術(shù)的限制和缺點(diǎn)而導(dǎo)致的上述一個(gè)或多個(gè)問題的半導(dǎo)體器件(例如，集成電路或液晶顯示器)。
本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其通過形成具有連續(xù)階梯分布的籽晶層，能夠防止諸如空隙和/或縫之類的缺陷或由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致的空隙缺陷。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特點(diǎn)，部分將在下面的說明書中提出，部分對所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說通過研究下文而變得顯而易見或可以從本發(fā)明的實(shí)施中而獲知。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過在書面說明書及其權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)和獲得。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成具有接觸孔的絕緣層；通過無電鍍在該絕緣層上的該接觸孔中形成籽晶層；以及在接觸孔中的該籽晶層上形成第一金屬互連。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成具有接觸孔的絕緣層；使用預(yù)定的金屬材料和添加劑通過無電鍍在該絕緣層上的該接觸孔中形成籽晶層；以及在該接觸孔中的該籽晶層上形成第一金屬互連。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明前述的概況描述和下面的詳細(xì)說明均是示范性和說明性的，其目的是提供對要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


附圖包括在申請文件中并構(gòu)成申請文件的一部分，所包含的附圖提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解。附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1至圖4分別示出在現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件中出現(xiàn)的缺陷；以及圖5和圖6分別示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造工藝。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。請注意，可對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行各種修改，并且不應(yīng)將本發(fā)明的保護(hù)范圍解釋為局限于下面的實(shí)施例。
圖5和圖6分別示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造工藝。
如圖5所示，在半導(dǎo)體襯底200上形成絕緣層210。在形成絕緣層210之前，在半導(dǎo)體襯底200上可以形成晶體管或電容器。此外，在絕緣層210上或在絕緣層210中可以形成下金屬互連。
在絕緣層210上形成具有通孔221和溝槽222的金屬間絕緣層220。首先，通常通過化學(xué)氣相沉積和/或等離子體沉積在絕緣層210上形成金屬間絕緣層220。金屬間絕緣層220可以包括單一材料，但是更普遍地，其包括多層結(jié)構(gòu)，所述多層結(jié)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)蝕刻停止層；一個(gè)或多個(gè)低介電常數(shù)層；以及一個(gè)或多個(gè)未摻雜層(例如，諸如氮化硅之類的蝕刻停止層；位于所述蝕刻停止層上的可選的未摻雜硅酸鹽玻璃[USG]層或富硅氧化物[SRO]層；位于所述未摻雜硅酸鹽玻璃[USG]層或富硅氧化物[SRO]層上的諸如氟硅酸鹽玻璃[FSG]或碳氧化硅[SiOC，其可以氫化為SiOCH]之類的低介電常數(shù)層；可選的第二個(gè)如上所述的蝕刻停止層；位于所述第二蝕刻停止層上的可選的第二個(gè)如上所述的低介電常數(shù)層；以及上蓋層，例如USG、等離子體硅烷[氧化物]層、TEOS或O3-TEOS層和/或氮化硅層)。在沉積之后，金屬間絕緣層220通常通過CMP被平坦化。通常通過光刻和選擇性蝕刻去除金屬間絕緣層220的預(yù)定區(qū)，形成通孔221。然后，形成溝槽222，溝槽222與通孔221連通，并且其寬度大于通孔221。通孔221和溝槽222可通過鑲嵌或雙鑲嵌工藝形成。
在金屬間絕緣層220上的通孔221和/或溝槽222中形成籽晶層230。籽晶層230是一種使得后面待形成的金屬互連易于形成的介質(zhì)。
籽晶層230可通過無電鍍工藝形成。
在該無電鍍工藝中，不需要外部電能，通過使用去氧劑或還原劑，金屬鹽的水溶液中的金屬離子被自催化地去氧或還原，并且將金屬提取或沉積在被處理的材料的表面(例如，絕緣層220中的通孔221和溝槽222的側(cè)表面)上。優(yōu)選地，上述金屬鹽包括銅鹽，例如CuCl2、CuI2、CuSO4等。上述去氧劑或還原劑可以包括能夠?qū)~鹽還原為銅金屬的任何現(xiàn)有去氧劑或還原劑，例如甲醛、乙醛、羥基乙酸、乙醛酸、抗壞血酸、氫硼化物鹽(例如NaBH4或LiBH4)、氨基硼烷絡(luò)合物(aminoborane complex)和/或連二磷酸鈉。上述銅鹽溶液可以包括用以形成金屬絡(luò)合物以及防止氫氧化銅的析出的絡(luò)合劑或螯合劑，例如酒石酸、酒石酸鹽、EDTA、(聚)氨(例如乙二胺(EDA))、(聚)甘氨酸、內(nèi)赤蘚醇(meso-erithritol)、羥基乙酸和檸檬酸。并且，上述銅鹽溶液的PH值可以利用以下基調(diào)整例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化四甲銨(TMAH)和/或氫氧化銨。與平均厚度或目標(biāo)厚度相同的濺射膜相比，這種無電鍍工藝的優(yōu)點(diǎn)在于其能夠形成厚度較均勻的金屬層。
根據(jù)本發(fā)明，取代現(xiàn)有技術(shù)的濺射工藝，使用無電鍍工藝形成籽晶層230。因此，基本上均勻地形成了具有連續(xù)階梯分布的籽晶層230。具體地，由于通孔221和溝槽222的側(cè)面具有連續(xù)的階梯分布，因此在隨后形成的金屬互連中，諸如空隙和縫之類的缺陷出現(xiàn)的幾率降低，或者根本不會出現(xiàn)。
根據(jù)如上所述制造半導(dǎo)體器件的方法，通過無電鍍工藝形成籽晶層，所以能夠防止出現(xiàn)諸如空隙和縫之類的缺陷。
本發(fā)明也可使用上述方法的變化例。
首先，通過如上所述的無電鍍工藝形成籽晶層230。然而，在無電鍍工藝中，取代使用只包含銅鹽作為金屬籽晶層的前體的溶液來形成籽晶層230，可以通過向銅鹽溶液中添加添加劑來形成籽晶層230。該添加劑可以包括錳(Mn)、鎂(Mg)和鋅(Zn)中的一種或多種鹽。例如，可以將鎂(或者鎂鹽，例如MgF2、MgCl2、MgI2、MgBr2、MgSO4、磷酸鎂等)作為添加劑添加到銅鹽溶液中，然后可以通過無電鍍工藝形成籽晶層230。此外，可以將錳(或者錳鹽，例如MnFx、MnClx、MnBrx、MnIx[其中xis2或3，優(yōu)選為2]、硫酸錳、磷酸錳等)作為添加劑添加到銅鹽溶液中，然后可以通過無電鍍工藝形成籽晶層230。同樣地，可以將鋅(或者鋅鹽，例如ZnF2、ZnCl2、ZnBr2、ZnI2、ZnSO4、磷酸鋅等)作為添加劑添加到銅鹽溶液中，然后可以通過無電鍍工藝形成籽晶層230。另外，還可將錳和鎂鹽作為添加劑添加到銅鹽溶液中，然后可以通過無電鍍工藝形成籽晶層230。如上所述，可以將單一添加劑或混合添加劑作為添加劑添加到銅鹽溶液中，然后可以通過無電鍍工藝形成籽晶層230。
更具體地，通孔221和溝槽222先被催化或處理以在通孔221和溝槽222中形成金屬催化劑或金屬化合物催化劑(例如鈀或PdO)。然后，使用去氧劑或還原劑以在含催化劑的表面上形成Cu-Mn合金鍍層，而無需外部供電。在上述過程中，去氧劑或還原劑被氧化而釋放電子。釋放的電子與金屬離子(例如，Cu2+、Mn2+、Mg2+和Zn2+)結(jié)合，從而在催化劑的表面上形成籽晶層230(即銅和添加劑的合金)。
這種機(jī)制可用反應(yīng)式(1)表示。
R+H2O→ROx+2H++2e(1)M2++2e→M0在反應(yīng)式(1)中，R表示去氧劑或還原劑，Ox表示該去氧劑或還原劑的氧化反應(yīng)產(chǎn)物，M2+表示金屬離子，M0表示被還原金屬。在此，M2+可以包括Cu2+和Mn2+、Mg2+和/或Zn2+，M0可以包括Cu和Mn、Mg和/或Zn。
如上所述，當(dāng)添加劑被添加到銅中以形成籽晶層230時(shí)，通過熱處理(后續(xù)工藝)，添加劑可以在籽晶層230的表面上擴(kuò)散，從而用作銅擴(kuò)散阻擋層。因此，在形成金屬互連時(shí)，銅的擴(kuò)散被阻止，所以能夠減少或防止出現(xiàn)由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致的諸如空隙的缺陷。此外，根據(jù)本發(fā)明當(dāng)將添加劑添加到銅中以形成籽晶層230時(shí)，與通過現(xiàn)有技術(shù)濺射工藝形成籽晶層的情況相比，電遷移(EM)可增加或減少大約5倍。在本發(fā)明中，EM可以表示由于電子流動而導(dǎo)致的原子可移動的能力之類。
通過后續(xù)工藝(例如CMP)，可以去除在金屬間絕緣層220的上表面上的籽晶層230，而保留在通孔221和溝槽222中形成的籽晶層230。
如圖6所示，通過電化學(xué)電鍍(ECP)工藝用沉積在籽晶層230上的銅層填充通孔221和溝槽222，從而形成金屬互連240。即，在EPC工藝期間用籽晶層230上的銅層填充通孔221和溝槽222，從而可形成金屬互連240。
因此，由于籽晶層230具有連續(xù)的階梯分布，所以能夠減少或防止在金屬互連240中出現(xiàn)諸如空隙和縫之類的缺陷。此外，即使在進(jìn)行后續(xù)的熱處理時(shí)，由于在籽晶層230中含有添加劑，所以也可以阻止銅的擴(kuò)散，從而可以減少或防止出現(xiàn)由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致的諸如空隙的缺陷。
在上面的說明中，描述了具有通孔和溝槽的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用單鑲嵌結(jié)構(gòu)。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，通過無電鍍工藝形成具有連續(xù)階梯分布的籽晶層，從而防止在籽晶層上形成的金屬互連中出現(xiàn)諸如空隙和/或縫之類的缺陷。因此，能夠提高諸如集成電路的半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性。
此外，根據(jù)本發(fā)明，使用無電鍍工藝，并可以向銅中添加添加劑來形成籽晶層，從而通過添加劑抑制了銅的擴(kuò)散，可減少或防止出現(xiàn)由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致的諸如空隙或縫的缺陷。因此，能夠提高諸如集成電路的半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性。
此外，根據(jù)本發(fā)明，使用無電鍍工藝，并可以向銅中添加添加劑來形成籽晶層，從而電遷移(EM)與通過濺射形成的相應(yīng)籽晶層的EM相比能夠增加(或減少)約5倍。
顯而易見，對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可對本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變換。因此，應(yīng)該認(rèn)為本發(fā)明涵蓋了落入所附權(quán)利要求和其等效范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括如下步驟a、在半導(dǎo)體襯底上形成具有接觸孔的絕緣層；b、通過無電鍍在該絕緣層上的該接觸孔中形成籽晶層；以及c、在該接觸孔中的該籽晶層上形成第一金屬互連。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該接觸孔包括通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該接觸孔包括通孔和溝槽。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該籽晶層包含銅。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該籽晶層還包含錳、鋅和鎂中的至少之一。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一金屬互連包含銅。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括如下步驟通過重復(fù)步驟a至步驟c形成第二金屬互連。
8.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，該方法包括如下步驟a、在半導(dǎo)體襯底上形成具有接觸孔的絕緣層；b、使用預(yù)定的金屬材料和添加劑通過無電鍍在該絕緣層上的該接觸孔中形成籽晶層；以及c、在該接觸孔中的該籽晶層上形成第一金屬互連。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該接觸孔包括通孔。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該接觸孔包括通孔和溝槽。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該金屬材料包含銅。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該添加劑包含由錳、鋅和鎂構(gòu)成的集合中的成分。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該添加劑包含錳、鋅和鎂的混合物。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一金屬互連包含銅。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括如下步驟通過重復(fù)步驟a至步驟c形成第二金屬互連。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠防止器件缺陷的半導(dǎo)體器件的制造方法。該方法包括如下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成具有接觸孔的絕緣層；通過無電鍍在該絕緣層上的接觸孔中形成籽晶層；以及在該接觸孔中的該籽晶層上形成金屬互連。根據(jù)本發(fā)明，通過無電鍍工藝形成具有連續(xù)階梯分布的籽晶層，從而防止在籽晶層上形成的金屬互連中出現(xiàn)諸如空隙之類的缺陷。此外，可以使用無電鍍工藝和向銅中添加添加劑來形成籽晶層，從而通過添加劑抑制了銅的擴(kuò)散，從而可減少或防止出現(xiàn)由于熱應(yīng)力而導(dǎo)致的諸如空隙的缺陷。因此，能夠提高半導(dǎo)體產(chǎn)品的可靠性。此外，使用無電鍍工藝和向銅中添加添加劑來形成籽晶層，從而能夠?qū)㈦娺w移(EM)增加約5倍。
文檔編號H01L21/70GK1979804SQ20061016428
公開日2007年6月13日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月9日
發(fā)明者金載洪 申請人:東部電子股份有限公司