專利名稱：形成銅線的方法
技術領域：
本發明涉及一種在半導體器件中形成銅線的方法以及在半導體器件中制造銅線的方法。
背景技術：
以前已經開發了一種多層布線方法，以利用鑲嵌工藝形成低電阻的銅線。例如，可以在半導體襯底上形成絕緣層，以及通過例如光刻和蝕刻工藝圖案化該絕緣層而形成雙鑲嵌圖案。該雙鑲嵌圖案可以通過例如先通孔方案或先溝槽方案而形成。
可以通過例如濺射方法在該雙鑲嵌圖案上形成阻擋層和籽晶層。可以通過例如電化學鍍方法沉積用以填充該雙鑲嵌圖案的間隙的銅層，以及可以通過平坦化工藝形成銅線。
可以例如利用化學氣相沉積方法進行等離子體表面處理，并可以沉積覆覆蓋層。
上述過程可以依次重復以形成多層布線。
但是，在形成銅線之后，可能會在銅線表面上形成銅氧化物CuOx層。
該銅氧化物層可通過銅線與氧的反應而形成。例如，銅線可能被暴露至空氣中的氧或者暴露至真空室內殘留的少量氧，或者在空氣氣氛中銅線會隨著半導體襯底在處于大氣狀態下的多個處理室之間傳遞。
根據現有技術，為了去除銅氧化物層，例如利用化學氣相沉積方法可以進行等離子體表面處理，并可以沉積覆蓋層。但是，通過表面處理可能不會有效地去除銅氧化物層。
由于銅氧化物層可能不會被完全去除，導致布線電阻可能增加，而電遷移阻力可能減小。這會導致器件失效。
根據現有技術，在形成銅線之后，除銅氧化物層之外，還可能在銅線的表面上形成副產物。這種副產物可能增加布線的電阻，并可能降低隨后層的粘附力。
發明內容
本發明的一目的是提供一種形成銅線的方法，其能夠防止由于銅氧化物層而產生的器件失效。
本發明的另一目的是提供一種形成銅線的方法，其通過去除在銅線形成過程中產生的副產物而能夠防止發生器件失效，并能夠提高粘附力。
根據本發明的實施例，提供一種形成銅線的方法，該方法可以包括如下步驟在半導體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成銅線圖案，并形成銅線；通過反應預清洗處理，去除在形成該銅線的步驟中形成于該銅線表面上的銅氧化物層；以及在不影響反應預清洗處理和真空狀態的情況下，在該銅線和該絕緣層上沉積用以覆蓋該銅線和該絕緣層的覆蓋層。
根據本發明的實施例，提供一種形成銅線的方法，該方法可以包括如下步驟在半導體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成銅線圖案，并形成銅線；通過反應預清洗處理，去除在形成該銅線的步驟中形成于該銅線表面上的銅氧化物層；利用物理方法去除在形成該銅線的步驟中形成于該銅線表面上的副產物；以及在不影響該副產物去除過程和真空狀態的情況下，在該銅線和該絕緣層上沉積用以覆蓋該銅線和該絕緣層的覆蓋層。
圖1為示出根據本發明實施例形成銅線的方法過程中銅線的剖視圖實例，其中在該銅線上形成有銅氧化物層；圖2為通過根據本發明實施例的形成銅線的方法而形成的覆蓋層的剖視圖實例；圖3為示出根據本發明實施例形成銅線的方法過程中銅線的剖視圖實例，其中在該銅線上形成有銅氧化物層和副產物；以及圖4為通過根據本發明實施例的形成銅線的方法而形成的覆蓋層的剖視圖實例。
具體實施例方式
以下將參照
根據本發明實施例形成銅線的方法。
在各實施例中，可以采用鑲嵌圖案表示銅線圖案。但是，本發明的實施例并不限于所述鑲嵌圖案。
在各實施例中，可以通過雙鑲嵌圖案形成銅線。此外，例如利用反應預清洗處理(RF濺射蝕刻)可以去除形成于銅線上部的銅氧化物層，并例如利用不影響真空狀態的RF磁控濺射方法可以形成覆蓋層。
參照圖1，在各實施例中，絕緣層10可形成于半導體襯底5的下部結構(未示出)上。
所述下部結構可以包括下銅線(未示出)。絕緣層10可由無摻雜硅酸鹽玻璃(USG)層12、氟硅酸鹽玻璃(FSG)14和USG16制成。
例如通過光刻和蝕刻工藝在絕緣層10上可以形成雙鑲嵌圖案20。在各實施例中，單鑲嵌圖案25也可以與雙鑲嵌圖案20一起形成在絕緣層10上。
例如利用濺射方法在雙鑲嵌圖案20上可以形成阻擋層和籽晶層(未示出)，通過例如電化學鍍方法可以形成銅層30以對雙鑲嵌圖案20進行間隙填充。
在各實施例中，在形成阻擋層和籽晶層之前，可以進行脫氣處理。該脫氣處理可以排出并去除半導體襯底5內的氣體。
在脫氣處理之后，可以進行去除處理，以去除形成于由雙鑲嵌圖案20暴露的下銅線表面上的銅氧化物層35。
在各鑲嵌圖案上形成銅層之后，例如通過進行平坦化工藝可以形成銅線30，其中該銅線30填充在雙鑲嵌圖案20的間隙中。
然而，在形成銅線30的過程中，例如通過銅線30和空氣的反應，在銅線30表面上可能形成銅氧化物層35。
為了去除銅氧化物層35，可以將包括銅線30的半導體襯底5放置在可使用感應耦合等離子體(ICP)配置的濺射蝕刻室中。可以將包括惰性氣體和活性氣體的混合氣體供應至該濺射蝕刻室中，進行反應預清洗處理。
在各實施例中，可以使用He氣或Ar氣作為惰性氣體，使用H2氣作為活性氣體。此外，可以使用-50V(即負向50V)到-500V(即負向500V)的直流(DC)自偏壓。在DC自偏壓小于-50V時，不容易地去除銅氧化物層35。但是，在DC自偏壓超過-500V時，半導體襯底可能被等離子體損害。
參照圖2，利用反應預清洗處理，可有效地去除形成于銅線30表面上的銅氧化物層35。換言之，可以通過活性氣體或惰性氣體的等離子體與銅氧化物層35的反應，去除銅氧化物層35。
半導體襯底5可在不影響反應預清洗處理和真空狀態的情況下被傳遞至RF磁控濺射室，并可以沉積覆蓋層50以覆蓋銅線30和絕緣層10。
以這種方式，可以在不影響反應預清洗處理和真空狀態的情況下沉積覆蓋層50。因而，能夠防止銅氧化物層35形成于銅線30上。
在沉積覆蓋層50時，用以形成覆蓋層50的氣體可以包括純Ar氣、包含氫氣的Ar氣或N2氣。可以利用反應濺射方法在室溫(例如約21℃-23℃)或低于約400℃的溫度下沉積由氮化硅層制成的覆蓋層，優選在約21℃至400℃的溫度范圍內沉積該覆蓋層，其中該反應濺射方法使用例如Si或SiNx靶材。
根據所述處理條件，能夠容易地調整覆蓋層50的物理性質。如果覆蓋層50的沉積溫度小于室溫或者超過約400℃，則難以調整覆蓋層50的物理性質。
根據各實施例，可以使用反應預清洗處理去除銅氧化物層，并可以完全去除銅氧化物層。因此，可以減少或防止由于銅氧化物層導致的電阻增加，由此還可以防止由于電阻增加而導致的器件失效的發生。
此外，根據各實施例，在去除銅氧化物層之后，可在不影響真空狀態的情況下沉積覆蓋層，從而能夠防止產生附加的銅氧化物層。此外，可將反應濺射工藝用于覆蓋層沉積工藝，從而能夠容易地調整覆蓋層的物理性質。
圖3為示出根據本發明實施例形成銅線的方法過程中銅線的剖視圖實例，其中在該銅線上形成有銅氧化物層和副產物。
根據各實施例，通過雙鑲嵌圖案可以形成銅線。例如利用反應預清洗工藝(RF濺射蝕刻)可以去除形成于銅線上部的銅氧化物層，例如利用物理方法可以去除副產物，并例如利用不影響真空狀態的RF磁控濺射方法可以形成覆蓋層。
參照圖3，在鑲嵌圖案內形成銅層之后，例如通過進行平坦化工藝可以形成銅線30，其中銅線30可以填充在雙鑲嵌圖案20的間隙中。
然而，在形成銅線30的過程中，例如通過銅線30和空氣的反應，在銅線30表面上可能形成銅氧化物層35，并且還可能形成副產物40。
為了去除銅氧化物層35，可以將包括銅線30的半導體襯底5放置在可使用ICP配置的濺射蝕刻室中。可以將由惰性氣體和活性氣體形成的混合氣體供應至該濺射蝕刻室中，進行反應預清洗處理。
參照圖4，利用反應預清洗處理，可有效地去除形成于銅線30表面上的銅氧化物層35。換言之，可以通過活性氣體或惰性氣體的等離子體與銅氧化物層35的反應，去除銅氧化物層35。
例如利用物理方法可以去除副產物40。在各實施例中，將包含活性氣體的惰性氣體和純惰性氣體中的至少之一供應至該濺射蝕刻室，優選將包括H2氣的Ar氣或純Ar氣供應至濺射蝕刻室，從而根據各實施例可以通過Ar氣或H2氣和副產物40的物理碰撞去除副產物40。
根據RF濺射蝕刻處理，能夠調整銅線30的粗糙度，以提高銅層50的粘附力。
半導體襯底5可在不影響副產物去除處理和/或真空狀態的情況下被傳遞至RF磁控濺射室，并可以沉積覆蓋層50以覆蓋銅線30和絕緣層10。
根據各實施例，可以在不影響副產物去除處理和/或真空狀態的情況下沉積覆蓋層50，從而能夠防止在銅線30上形成附加的銅氧化物層35。
在沉積覆蓋層50時，用以形成覆蓋層50的氣體可以使用純Ar氣、包含氫氣的Ar氣或N2氣。可以利用反應濺射方法在室溫或低于約400℃的溫度下沉積由氮化硅層制成的覆蓋層，其中該反應濺射方法使用例如Si或SiNx靶材。
根據所述處理條件，能夠容易地調整覆蓋層50的物理性質。如果覆蓋層50的沉積溫度小于室溫或者超過約400℃，則難以調整覆蓋層50的物理性質。
根據各實施例，可以使用反應預清洗處理作為銅氧化物層去除處理，并可以完全去除銅氧化物層。此外，RF濺射蝕刻處理可作為原位(in-situ)處理使用于副產物去除處理中，從而能夠調整銅線的粗糙度并提高覆蓋層的粘附力。
因此，能夠減少或防止由于銅氧化物層和副產物的形成而導致的電阻增加，由此也可以減少或防止由于電阻增加導致的器件失效。
此外，根據各實施例，在去除副產物之后，可在不影響真空狀態的情況下沉積覆蓋層，從而能夠防止產生附加的銅氧化物層。此外，可將反應濺射工藝用于覆蓋層沉積工藝，從而能夠容易地調整覆蓋層的物理性質。
顯而易見，所屬領域的技術人員可對實施例進行各種修改和變化。因此，應該認為本發明覆蓋了落入所附權利要求范圍內的實施例的各種修改和變化。還應該理解，當提到一層位于另一層或襯底“上”或“上方”時，該層可能直接位于該另一層或襯底上，或者也可能存在中間層。
權利要求
1.一種形成銅線的方法，包括如下步驟在半導體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成銅線圖案，并形成銅線；通過反應預清洗處理去除形成于該銅線表面上的銅氧化物層；以及在保持該反應預清洗處理和真空狀態的情況下，在該銅線和該絕緣層上沉積覆蓋層。
2.如權利要求1所述的方法，其中去除該銅氧化物層的步驟包括如下步驟將包括該銅線的半導體襯底放置在濺射蝕刻室中，其中該濺射蝕刻室設置為使用感應耦合等離子體配置；將包括惰性氣體和活性氣體的混合氣體供應至該濺射蝕刻室；以及通過該反應預清洗處理去除形成于該銅線表面上的銅氧化物層。
3.如權利要求2所述的方法，其中該惰性氣體包含He氣和Ar氣中的至少之一，該活性氣體包含H2氣。
4.如權利要求2所述的方法，其中通過該惰性氣體和該活性氣體中的至少之一的等離子體與該銅氧化物層的反應去除該銅氧化物層。
5.如權利要求2所述的方法，包括在該反應預清洗處理中施加-50V到-500V的直流自偏壓。
6.如權利要求1所述的方法，其中沉積該覆蓋層的步驟包括在不影響該反應預清洗處理和真空狀態的情況下將該半導體襯底傳遞至RF磁控濺射室，以及沉積該覆蓋層以使其覆蓋該銅線和該絕緣層。
7.如權利要求6所述的方法，其中該覆蓋層包括氮化硅層。
8.如權利要求7所述的方法，其中沉積該覆蓋層的步驟包括使用Si和SiNx中的至少之一作為靶材進行反應濺射處理。
9.如權利要求7所述的方法，其中在沉積該覆蓋層時，使用純Ar氣、包含氫氣的Ar氣、以及N2氣中的至少之一。
10.如權利要求7所述的方法，其中在約21℃至400℃的溫度范圍內沉積該覆蓋層。
11.一種形成銅線的方法，包括如下步驟在半導體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成銅線圖案，并形成銅線；通過反應預清洗處理去除形成于該銅線表面上的銅氧化物層；利用物理方法去除形成于該銅線表面上的副產物；以及在繼續去除該副產物并保持真空狀態的情況下，在該銅線和該絕緣層上沉積覆蓋層。
12.如權利要求11所述的方法，其中去除該副產物的步驟包括如下步驟將包括該銅線的半導體襯底放置在濺射蝕刻室中，其中該濺射蝕刻室設置為使用感應耦合等離子體配置；將包含活性氣體的惰性氣體和純惰性氣體中的至少之一供應至該濺射蝕刻室，以去除該副產物。
13.如權利要求12所述的方法，其中該惰性氣體包含Ar氣，該活性氣體包含H2氣。
14.如權利要求12所述的方法，其中通過該活性氣體和該惰性氣體中的至少之一與該副產物的物理碰撞去除該副產物。
15.如權利要求12所述的方法，其中通過該反應預清洗處理和原位處理去除該副產物。
16.如權利要求11所述的方法，其中去除該銅氧化物層的步驟包括如下步驟將包括該銅線的半導體襯底放置在濺射蝕刻室中，其中該濺射蝕刻室設置為使用感應耦合等離子體配置；將惰性氣體和活性氣體的混合氣體供應至該濺射蝕刻室，并通過該反應預清洗處理去除形成于該銅線表面上的該銅氧化物層。
17.如權利要求16所述的方法，其中通過該惰性氣體和該活性氣體中的至少之一的等離子體與該銅氧化物層的反應去除該銅氧化物層。
18.如權利要求11所述的方法，其中在沉積該覆蓋層時，在不影響該反應預清洗處理和真空狀態的情況下將該半導體襯底傳遞至RF磁控濺射室，并沉積該覆蓋層以使其覆蓋該銅線和該絕緣層。
19.如權利要求18所述的方法，其中該覆蓋層包括氮化硅層。
20.如權利要求18所述的方法，其中在沉積該覆蓋層時，使用純Ar氣、包含氫氣的Ar氣、以及N2氣中的至少之一。
全文摘要
本發明涉及形成銅線的方法。根據本發明的實施例，該方法可以包括如下步驟在半導體襯底上形成絕緣層；在該絕緣層上形成銅線圖案，并形成銅線；通過反應預清洗處理去除在形成銅線的步驟中形成于該銅線表面上的銅氧化物層；以及在不影響反應預清洗處理和真空狀態的情況下，在該銅線和該絕緣層上沉積覆蓋層。
文檔編號H01L21/768GK1983554SQ20061016467
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月15日 優先權日2005年12月16日
發明者沈規哲 申請人:東部電子股份有限公司