專利名稱：半導(dǎo)體器件及形成其金屬互聯(lián)層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例主要涉及一種用于在半導(dǎo)體器件中形成金屬線 的技術(shù)。
背景技術(shù)：
伴隨著半導(dǎo)體器件的尺寸日益減小，半導(dǎo)體線的截面面積也不 斷減小，這使得電流密度增加。結(jié)果，金屬線中的電遷移
(electromigration) (EM)嚴(yán)重地降低可靠性。因此，對使用不同 材料來用于半導(dǎo)體器件中的金屬線已經(jīng)進(jìn)行了積極的研究與開發(fā)。 例如，Cu具有良好的可靠性并具有比鋁(Al) ^f氐的電阻率。然而， Cu難于形成化合物(compound),該化合物具有足夠高的揮發(fā)性
(volatility)以4艮容易使用干法刻蝕工藝來形成微型圖樣(micro pattern )。
為了處理圖樣化Cu線的困難，已經(jīng)引進(jìn)了鑲嵌工藝(damascene process )。釆用化學(xué)機(jī)械拋光(下文中稱作"CMP")的鑲嵌工藝包 括沉積金屬間電介質(zhì)(下文中稱作"IMD");通過使用光刻工藝圖 才羊4匕IMD來形成溝才曹即，互耳關(guān)區(qū)(interconnection area);用Cu來 間隙填充該溝槽；以及使用CMP來拋光該間隙填充的Cu層，從而 形成Cu線。目前通常在多層金屬線中使用的雙重鑲嵌工藝(dual damascene process)可以4吏用 一次CMP工藝來同時實(shí)玉見通^L (via)和金屬線 的形成。
下面將參照附圖來詳細(xì)地描述該雙重鑲嵌工藝。
圖1A至圖lC是示出了形成半導(dǎo)體器件的Cu線的傳統(tǒng)步驟的 流程圖。
參照圖1A，在半導(dǎo)體襯底的上部IMD IOO上方順序地沉積氮 化膜102、第一層間絕纟彖層104和第二層間絕纟彖層106。 ^吏用光刻 工藝來圖樣化第一層間絕纟彖層104和第二層間絕緣層106， 乂人而形 成通道孑L ( via hole )禾口溝才曹，即，纟戔區(qū)(line area )?？梢韵刃纬赏?道孔再形成溝槽，或者反之亦然。
在通道孔和溝槽上形成由Ta/TaN制成的反擴(kuò)散膜 (anti-diffusion film ) 108。在反擴(kuò)散月莫108上形成沖予晶Cu層(seed Cu layer) 110。如圖IB所示，然后4吏用電鍍方法來用Cu的主層間 隙填充溝槽和通道孔。4吏用CMP來拋光主Cu層110'，從而形成 如圖1C所示的作為Cu線的主Cu層110'。
當(dāng)4吏用如上所述的常用的雙重鑲嵌工藝來形成Cu金屬線時， 由Ta/TaN制成的并形成于通孔和溝槽中的反擴(kuò)散力莫108起到了防 止隨后沉積的Cu擴(kuò)散至絕緣膜中的作用。
在如上所述的形成Cu金屬線的傳統(tǒng)方法中，由于粘合力 (adhesive force)的失效、氧化、腐蝕或者其他原因，可能導(dǎo)致在 反擴(kuò)散膜108和籽晶Cu層110之間出現(xiàn)不規(guī)則的表面。因此，由 于后續(xù)的退火工藝或者當(dāng)實(shí)施Cu CMP時的物理力(physical force )
5而導(dǎo)致的應(yīng)力差異，會在層間發(fā)生分層(delamination )或者提升 (lifting )。

發(fā)明內(nèi)容
通常，本發(fā)明示例性實(shí)施例涉及一種形成半導(dǎo)體器件的金屬線 的方法，其中當(dāng)通過雙重鑲嵌工藝形成Cu金屬線時，防止或減少 了反擴(kuò)散膜和籽晶Cu層之間分層的發(fā)生。
才艮據(jù)第一實(shí)施例，形成半導(dǎo)體器件的金屬線的方法包括在半 導(dǎo)體襯底上形成至少一個層間絕緣層，在該至少一個層間絕纟彖層中 形成通道孔和溝槽，在通道孔和溝槽上形成反擴(kuò)散膜，在反擴(kuò)散膜 上沉積籽晶銅(Cu)層，在沉積籽晶Cu層之后，沉積銠(Rh)以 及在所沉積的Rh上形成Cu線。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例，半導(dǎo)體器件包括在半導(dǎo)體襯底上形 成的至少 一個層間絕纟彖層，在該至少 一個層間絕纟彖層中形成的通道 孔和溝槽，以及在通道孔和溝槽上形成的反擴(kuò)散膜。半導(dǎo)體器件進(jìn)
一步包括在反擴(kuò)散膜上沉積的籽晶Cu層，在籽晶Cu層上沉積的 Rh，以及在所;兄積的Rh上形成的Cu線。
提供這些概要的目的在于以簡單的形式介紹一種概念的選擇， 這些概念將在以下的具體實(shí)施方式
中作進(jìn)一步描述。這些概要不是 為了確定所要求的主題內(nèi)容的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特性，也不是為了用 作確定所要求的主題內(nèi)容的范圍的輔助。
附加特4i將在下文中闡述，并且一部分特征將從描述中清楚地 知道，或者可以通過本發(fā)明的實(shí)施獲知。本發(fā)明的特征可以通過在 所附的權(quán)利要求中特別指出的裝置及其組合的方式來實(shí)現(xiàn)和獲得。
6易見，或


結(jié)合附圖，本發(fā)明的示例實(shí)施例的多個方面從下文的示例實(shí)施
例的描述中將變得顯而易見，其中
圖1A至圖1C是示出了形成半導(dǎo)體器件的Cu線的傳統(tǒng)步驟的 流禾呈圖；以及
圖2A至圖2D是示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的形成半導(dǎo) 體器件的Cu線的步驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下文的實(shí)施例的詳細(xì)描述中，參考附圖以圖示的方式示出本 發(fā)明的特定具體實(shí)施方式
。在附圖中，在幾個圖中，同樣的標(biāo)號描 述基本相同的部件。這些具體實(shí)施方式
描述的足夠詳細(xì)以〗吏本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明?？梢岳闷渌?b>具體實(shí)施方式
，并在不 脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作結(jié)構(gòu)的、邏輯的和電的改變。而且，可 以理解的是，本發(fā)明的各種具體實(shí)施方式
，盡管不同，但不是一定
互相獨(dú)立的。例如，在一個具體實(shí)施方式
中描述的顯著特;f正、結(jié)構(gòu) 或特性也可能包含在其他的具體實(shí)施方式
中。因此，以下的具體描 述不應(yīng)該被局限的理解，而本發(fā)明的范圍僅通過所附的權(quán)利要求以 及這些權(quán)利要求所享有的等同替換的全部范圍來限定。這里將省略 對已知的功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述，他們的包含將使得描述不必要地 模糊。
7當(dāng)實(shí)施雙重鑲嵌工藝以形成Cu金屬線時，本發(fā)明實(shí)施例防止 了或者減少了反擴(kuò)散膜和籽晶Cu層之間分層的發(fā)生。在示例性實(shí) 施例中，可以順序地形成反擴(kuò)散膜和沖子晶Cu層，并可以沉積Rh 以及然后可以形成Cu線。
圖2A至圖2D是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成半導(dǎo)體器件 的Cu線的步驟的流程圖。
參照圖2A，在半導(dǎo)體襯底的IMD 300上方可以順序地形成氮 化膜302、第一層間絕緣層304以及第二層間絕緣層306?？梢酝?過光刻工藝圖樣化第 一層間絕緣層304和第二層間絕緣層306來形
成通道孔和溝才曹，即，線區(qū)?？梢韵刃纬赏ǖ揽自傩纬蓽喜?，或者 反之亦然。
可以卩吏用物理氣相沉積(PVD )方法來在通道孔和溝槽上形成 由Ta/TaN制成的反擴(kuò)散膜308。使用PVD或者原子層沉積(ALD ) 方法可以在反擴(kuò)散力莫308上形成籽晶Cu層310。
如上參照圖1B所述，為了形成Cu線，傳統(tǒng)上直接在籽晶Cu 層110上沉積銅(Cu)層。然而，這種方法可能發(fā)生分層(現(xiàn)象)。 因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖2B所示，可以在籽晶Cu層310 上沉積Rh312。
為了增加^fr晶Cu層310和后來形成的主Cu層之間的粘合力， 可以4吏用H2S04-基電鍍?nèi)芤?H2S04-based plating solution )通過電 鍍來沉積所要沉積的Rh 312。尤其是，所沉積的Rh 312起到了防 止在泮于晶Cu層310上出現(xiàn)氧化和腐蝕3見象(corrosion phenomenon )。 所沉積的Rh 312可以祐:沉積為50埃至300埃的厚度。
8如圖2C所示，主Cu層314可以涂覆在Rh312上以〈更間隙填 充溝槽和通道孔，然后使用CMP來拋光該主Cu層314，從而形成 如圖2D所示的Cu線。
如上所述，當(dāng)實(shí)施雙重鑲嵌工藝以形成Cu金屬線時，本發(fā)明 實(shí)施例防止了或者減少了反擴(kuò)散膜和籽晶Cu層之間分層的發(fā)生。 例如，可以順序地形成反擴(kuò)散膜和籽晶Cu層，并可以沉積Rh,以 及然后可以形成Cu層。因此，可以防止或減少反擴(kuò)散力莫和沖予晶Cu 層之間的分層的發(fā)生。
在泮予晶Cu層和主Cu層之間沉積電氣〗匕學(xué)安全性金屬 (electrochemically safe metal) Rh提供了兩個Cu層之間加強(qiáng)的粘 合力并防止在^予晶Cu層上出現(xiàn)氧化或者腐蝕現(xiàn)象。因此，防止或 者減少了后續(xù)工藝(例如，退火和CMP)中的分層。
盡管本文中描述了多個實(shí)施例，^f旦是應(yīng)該理解，本領(lǐng)域沖支術(shù)人 員可以想到多種其他修改和實(shí)施例，他們都將落入本公開的原則的 精神和范圍內(nèi)。更特別地，在本^>開、附圖、以及所附權(quán)利要求的 范圍內(nèi)，可以在主題結(jié)合4非列的排列方式和/或組成部分方面進(jìn)4亍各 種》務(wù)改和改變。除了組成部分和/或4非列方面的〗務(wù)改和改變以外，可 選的使用對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見的選才奪。
權(quán)利要求
1. 一種形成半導(dǎo)體器件的金屬線的方法，所述方法包括在半導(dǎo)體襯底上形成至少一個層間絕緣層；在所述至少一個層間絕緣層中形成通道孔和溝槽；在所述通道孔和所述溝槽上形成反擴(kuò)散膜；在所述反擴(kuò)散膜上沉積籽晶銅(Cu)層；在沉積籽晶Cu層之后，沉積銠(Rh)；以及在所述沉積的Rh上形成Cu線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述Rh上形成所述 Cu線包才舌在所述沉積的Rh的表面上沉積Cu層；以及 在所述Cu層上實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述反擴(kuò)散膜包括Ta/TaN 或Ti/TiN。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用H2SCV基電鍍?nèi)芤?通過電鍍來沉積所述Rh。
5. 才艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其中，^使用PVD或者原子層沉 積(ALD)方法來在所述反擴(kuò)散膜上形成所述籽晶Cu層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述Rh被沉積為50A至 300 A的厚度。
7. —種半導(dǎo)體器件，包括至少一個層間絕纟彖層，形成在半導(dǎo)體4于底上； 通道孔和溝槽，形成在所述至少一個層間絕^彖層中； 反擴(kuò)散膜，形成在所述通道孔和所述溝槽上； 沖予晶Cu層，沉積在所述反擴(kuò)散力莫上； Rh，沉積在所述沖予晶Cu層上；以及 Cu線，形成在所述;咒積的Rh上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述反擴(kuò)散膜包括 Ta/TaN或Ti/TiN。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中，使用H2SCV基電 鍍?nèi)芤和ㄟ^電鍍來沉積所述Rh。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中，使用PVD或者ALD 方法在所述反擴(kuò)散膜上形成所述籽晶Cu層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述Rh被沉積為 50A至300A的厚度。
全文摘要
本文披露了與形成半導(dǎo)體器件的金屬線相關(guān)的技術(shù)。一種形成半導(dǎo)體器件的金屬線的方法可以包括在半導(dǎo)體襯底上形成至少一個層間絕緣層；在至少一個層間絕緣層中形成通道孔和溝槽；在通道孔和溝槽上形成反擴(kuò)散膜；在反擴(kuò)散膜上沉積籽晶Cu層；在沉積籽晶Cu層之后，沉積銠(Rh)；以及在所沉積的Rh上形成Cu線。該Rh提高了Cu層之間的粘合力，并防止在籽晶Cu層上出現(xiàn)氧化或者腐蝕現(xiàn)象。因此，可以防止或減少后續(xù)工藝(例如，退火和CMP)中的分層的發(fā)生。
文檔編號H01L21/768GK101471283SQ20081017760
公開日2009年7月1日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者蔣圣號 申請人:東部高科股份有限公司