专利名称：制造半导体器件的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，更具体地，本发明涉及具有由HfOx层保护的镶嵌型铜线的器件及其制造方法。
背景技术：
一般来说，与常见的铝金属线不同，用于半导体器件中的金属布线的Cu线不能通过RIE形成(反应性离子蚀刻)。这样的Cu线一般通过镶嵌法形成，即设计线路布置、用Cu填充通孔和沟槽，使所述铜平坦化。在此过程中，通常在平坦化之后在暴露的Cu线表面上沉积SiN，用作扩散阻挡层和蚀刻停止层。因此，最终的Cu线表面与SiN连接。
图1A至1C是用于解释形成Cu线的常规方法的截面图。
图1A表示在完成镶嵌和平坦化过程后Cu线的截面图。参见图1A，在提供指定器件的衬底10上沉积绝缘层11。通过镶嵌过程形成沟槽和通孔(未示出)。用Cu填充沟槽，使Cu平坦化以完成Cu线12。
图1B表示在Cu线12上沉积的SiN保护层13的截面图。参见图1B，在完成镶嵌和平坦化过程之后，通过在Cu线12上沉积SiN 13形成保护层13。
图1C表示图1B中的部分A的放大截面图，用于解释在Cu-SiN界面处产生的问题。
参见图1C，在完成使Cu线12平坦化之后，在Cu线12表面上形成Cu氧化物14。具体地，Cu氧化物14可以在平坦化过程中以及在平坦化完成后向用于SiN沉积的其他设备中随后转移衬底的过程中形成。但是，在Cu线上形成的Cu氧化物在许多过程中带来各种可靠性问题。主要问题解释如下。
首先，Cu氧化物可能降低SiN 13与Cu 12之间的附着。在SiN 13和Cu 12之间的Cu氧化物14使得相应的界面更不稳定。
第二，与Al氧化物不同，在Cu氧化物14中的氧往往沿着Cu表面迁移，从而导致Cu线12和与其物理接触的任何金属线的腐蚀。
第三，Cu氧化物14在电蚀中可能作为负极而起作用。
第四，由于Cu氧化物14产生的在Cu 12和SiN 13之间的不稳定界面加速最容易电迁移(下文缩写为EM)的表面原子的界面扩散，导致通孔的加速形成。
最后，不稳定界面导致不稳定附着，从而在界面处容易形成小丘(hillock)。
发明内容
因此，本发明涉及Cu线和形成Cu线的方法，基本避免由于现有技术的局限性和缺点产生的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供Cu线及其形成方法，其可以通过用HfOx代替SiN(或者在Cu和SiN之间插入HfOx)提高可靠性(一般由EM、偏置热应力[BTS]等确定)，HfOx可以在Cu线上起保护层或蚀刻停止层的作用，这可以抑制或防止由于Cu氧化物产生的电蚀，并且可以通过从-OH、O2和H2O中聚集或清除氧原子而抑制Cu氧化物的额外形成。
本发明的其他优点、目的和特征部分将在以下的说明书中阐述，对于本领域技术人员来说在研究下文时变得显而易见或者可以从本发明的实施中了解。本发明的目的和其他优点可以通过在说明书及权利要求书和附图中特别指出的结构实现和获得。
为了实现这些目的和其他优点并根据本发明的目的，如本文实施和概括描述的，根据本发明制造半导体器件的方法包括以下步骤在衬底上的绝缘层中形成沟槽图案，形成填充沟槽图案的平坦化的Cu层，在平坦化的Cu层上形成HfOx层，热处理(例如退火)衬底。本发明器件简单地包括在其中具有沟槽的衬底上的绝缘层、在沟槽中的平坦Cu层和在Cu层上的HfOx层。
优选地，该方法进一步包括热处理(例如退火)HfOx层和平坦化的Cu层的步骤。
在一个实施方案中，HfOx层形成步骤包括在平坦的Cu线上沉积Hf和退火所沉积的Hf的步骤。优选地，退火在200至约700℃的温度下在包含氧或氧/氮混合物的气氛中进行。更优选地，(沉积的)Hf的厚度为50至约2,000。
在一个替代实施方案中，通过化学气相沉积在平坦化的Cu层上直接沉积HfOx来形成HfOx层。
应当理解，本发明的以上一般描述和以下详细描述是示例性和解释性的，旨在提供权利要求所述的本发明的进一步解释。
所包含的提供本发明的进一步理解并且并入和构成本申请一部分的附图举例说明本发明实施方案，与说明书一起用来解释本发明的原理。
在附图中图1A至1C是用于解释形成Cu线的常规方法的截面图；和图2A至2C是用于解释根据本发明形成Cu线的方法的截面图。
具体实施例方式
现在将详细描述本发明的优选实施方案，其实施例在附图中说明。只要可能，在全部附图中使用相同的附图标记表示相同或类似的部件。
在根据本发明制造半导体器件的方法中，在形成Cu线后，代替SiN或者除了SiN(例如在其下面)之外，在Cu线上沉积HfOx或Hf作为保护层，以减少在Cu和HfOx之间界面上的氧杂质，抑制或防止由于Cu氧化物产生的可能的腐蚀，并且提高器件可靠性(例如由EM、BTS等决定)。
为了解决上述问题，通过图2A至2C中所示的方法形成Cu线，图2A至图2C是用于解释根据本发明形成Cu线的方法的截面图。
图2A表示在完成镶嵌和平坦化过程之后的Cu线的截面图。
参见图2A，在提供指定的一个器件或多个器件的衬底21上沉积绝缘层22。通过镶嵌过程在该绝缘层22中形成用于Cu线的沟槽。在沟槽中沉积Cu来填充沟槽。然后使所沉积的Cu平坦化以完成Cu线23。在此过程中，在平坦化过程中和完成平坦化后向用于SiN沉积的不同设备中转移衬底过程中可以容易地形成Cu氧化物24。
图2B表示在通过镶嵌和平坦化过程形成的Cu线上形成HfOx的步骤。在形成HfOx过程中，有如下两种变化。
在第一种变化中，包含Hf的保护层25毡状沉积在包括Cu线23的衬底上。在沉积包含Hf金属的保护层25后，沉积的Hf可以在200至约700℃的温度、在包含氧(并且其可以进一步包含氮和/或惰性的稀有气体如He、Ar或Ne)的气氛中退火，以形成HfOx。在此过程中，Hf优选沉积到约50至约2,000的厚度。在氧清除作用后，可以认为，在氧(其可以进一步含有例如氮气)存在下的退火形成基本连续的HfO2层。保护层25可以进一步在其上含有包含氮化硅(SiN)的阻挡层或界面层。
在第二种变化中，包含HfOx的保护层25直接沉积在Cu线上，一般通过化学气相沉积(下文缩写为CVD)，沉积温度类似于第一种变化的退火温度。如果CVD的处理温度低于200℃，形成保护层25的步骤可以进一步包含热退火(例如，在200至约700℃的温度下，在含有氧、氮和/或惰性稀有气体的气氛下，如本文所述)。对于第一种变化，含HfOx的层25可以包含HfO2或主要由HfO2组成，和/或可以进一步在其上含有包含氮化硅(SiN)的阻挡层或界面层。
参见图2C，将衬底退火或者加热到较高温度(例如200至约700℃)，使得Hf和/或HfOx可以聚集(或“清除”)Cu氧化物中的氧原子，从而将CuOx还原成Cu并形成基本纯净的HfOx/Cu界面26。
所以，为了在半导体布线过程中形成的Cu线上形成保护层25，或者通过沉积Hf金属，然后在氧(其可以进一步含有氮)中退火Hf；或者在Cu线上直接沉积HfOx，然后退火HfOx，来形成HfOx。用这样的方法，在Cu线上的Cu氧化物组分可以被去除或者还原成Cu。对于用Hf去除或还原CuOx，HfO2的吉布斯(Gibbs)能在298K为(-)352kJ/mol，CuO的吉布斯能在298K为(-)297kJ/mol。因此，原来的CuOx的氧原子可以被CuOx层上的保护层25中的Hf聚集或清除，从而可以为Cu线23提供清洁表面26。
因此，本发明的镶嵌Cu线和制备半导体器件的方法具有以下效果和优点。
首先，通过用HfOx取代SiN，可以提高可靠性(由EM、BTS等确定)，HfOx在Cu线上起保护层或蚀刻停止层的作用。其次，可以减少、抑制或防止由于Cu氧化物产生的电蚀。最后，通过从-OH、O2和H2O中聚集或清除氧原子可以抑制Cu氧化物的额外形成。
对本领域技术人员显而易见的是，可以在本发明中进行许多改进和变化。因此，本发明旨在覆盖在所附权利要求及其等同物范围内提供的本发明的改进和变化。
权利要求
1.一种制造半导体器件的方法，包括以下步骤在衬底上的绝缘层中形成沟槽图案；在沟槽图案中形成平坦化的Cu层；在平坦化的Cu层上形成包含HfOx的保护层；和热处理所述衬底。
2.权利要求1的方法，还包含热处理保护层和平坦化的Cu层的步骤。
3.权利要求1的方法，其中，保护层形成步骤包含以下步骤在平坦化的Cu线上沉积Hf；和退火所沉积的Hf。
4.权利要求3的方法，其中退火在200至约700℃进行。
5.权利要求3的方法，其中退火在含有氧的气氛中进行。
6.权利要求5的方法，其中退火气氛还含有氮。
7.权利要求3的方法，其中所沉积的Hf的厚度为约50至约2,000。
8.权利要求1的方法，其中HfOx层通过化学气相沉积在平坦化的Cu层上沉积HfOx形成。
9.权利要求1的方法，其中HfOx主要由HfO2组成。
10.一种器件，包含在衬底上的绝缘层，该绝缘层中有沟槽；在沟槽中的平坦Cu层；和在Cu层上的包含Hf和/或HfOx的保护层。
11.权利要求10的器件，其中保护层含有Hf。
12.权利要求10的器件，其中保护层的厚度为约50至约2,000。
13.权利要求10的器件，其中保护层含有HfOx。
14.权利要求10的器件，其中保护层主要由HfOx组成。
15.权利要求10的器件，其中HfOx主要由HfO2组成。
全文摘要
本发明提供一种Cu线以及形成该Cu线的方法，用该方法，通过用HfO
文档编号H01L23/52GK1691307SQ200410097100
公开日2005年11月2日 申请日期2004年12月24日 优先权日2003年12月30日
发明者金正周 申请人:东部亚南半导体株式会社