专利名称：形成铜线的方法
技术领域：
本发明涉及一种在半导体器件中形成铜线的方法以及在半导体器件中制造铜线的方法。
背景技术：
以前已经开发了一种多层布线方法，以利用镶嵌工艺形成低电阻的铜线。例如，可以在半导体衬底上形成绝缘层，以及通过例如光刻和蚀刻工艺图案化该绝缘层而形成双镶嵌图案。该双镶嵌图案可以通过例如先通孔方案或先沟槽方案而形成。
可以通过例如溅射方法在该双镶嵌图案上形成阻挡层和籽晶层。可以通过例如电化学镀方法沉积用以填充该双镶嵌图案的间隙的铜层，以及可以通过平坦化工艺形成铜线。
可以例如利用化学气相沉积方法进行等离子体表面处理，并可以沉积覆覆盖层。
上述过程可以依次重复以形成多层布线。
但是，在形成铜线之后，可能会在铜线表面上形成铜氧化物CuOx层。
该铜氧化物层可通过铜线与氧的反应而形成。例如，铜线可能被暴露至空气中的氧或者暴露至真空室内残留的少量氧，或者在空气气氛中铜线会随着半导体衬底在处于大气状态下的多个处理室之间传递。
根据现有技术，为了去除铜氧化物层，例如利用化学气相沉积方法可以进行等离子体表面处理，并可以沉积覆盖层。但是，通过表面处理可能不会有效地去除铜氧化物层。
由于铜氧化物层可能不会被完全去除，导致布线电阻可能增加，而电迁移阻力可能减小。这会导致器件失效。
根据现有技术，在形成铜线之后，除铜氧化物层之外，还可能在铜线的表面上形成副产物。这种副产物可能增加布线的电阻，并可能降低随后层的粘附力。
发明内容
本发明的一目的是提供一种形成铜线的方法，其能够防止由于铜氧化物层而产生的器件失效。
本发明的另一目的是提供一种形成铜线的方法，其通过去除在铜线形成过程中产生的副产物而能够防止发生器件失效，并能够提高粘附力。
根据本发明的实施例，提供一种形成铜线的方法，该方法可以包括如下步骤在半导体衬底上形成绝缘层；在该绝缘层上形成铜线图案，并形成铜线；通过反应预清洗处理，去除在形成该铜线的步骤中形成于该铜线表面上的铜氧化物层；以及在不影响反应预清洗处理和真空状态的情况下，在该铜线和该绝缘层上沉积用以覆盖该铜线和该绝缘层的覆盖层。
根据本发明的实施例，提供一种形成铜线的方法，该方法可以包括如下步骤在半导体衬底上形成绝缘层；在该绝缘层上形成铜线图案，并形成铜线；通过反应预清洗处理，去除在形成该铜线的步骤中形成于该铜线表面上的铜氧化物层；利用物理方法去除在形成该铜线的步骤中形成于该铜线表面上的副产物；以及在不影响该副产物去除过程和真空状态的情况下，在该铜线和该绝缘层上沉积用以覆盖该铜线和该绝缘层的覆盖层。
图1为示出根据本发明实施例形成铜线的方法过程中铜线的剖视图实例，其中在该铜线上形成有铜氧化物层；图2为通过根据本发明实施例的形成铜线的方法而形成的覆盖层的剖视图实例；图3为示出根据本发明实施例形成铜线的方法过程中铜线的剖视图实例，其中在该铜线上形成有铜氧化物层和副产物；以及图4为通过根据本发明实施例的形成铜线的方法而形成的覆盖层的剖视图实例。
具体实施例方式
以下将参照
根据本发明实施例形成铜线的方法。
在各实施例中，可以采用镶嵌图案表示铜线图案。但是，本发明的实施例并不限于所述镶嵌图案。
在各实施例中，可以通过双镶嵌图案形成铜线。此外，例如利用反应预清洗处理(RF溅射蚀刻)可以去除形成于铜线上部的铜氧化物层，并例如利用不影响真空状态的RF磁控溅射方法可以形成覆盖层。
参照图1，在各实施例中，绝缘层10可形成于半导体衬底5的下部结构(未示出)上。
所述下部结构可以包括下铜线(未示出)。绝缘层10可由无掺杂硅酸盐玻璃(USG)层12、氟硅酸盐玻璃(FSG)14和USG16制成。
例如通过光刻和蚀刻工艺在绝缘层10上可以形成双镶嵌图案20。在各实施例中，单镶嵌图案25也可以与双镶嵌图案20一起形成在绝缘层10上。
例如利用溅射方法在双镶嵌图案20上可以形成阻挡层和籽晶层(未示出)，通过例如电化学镀方法可以形成铜层30以对双镶嵌图案20进行间隙填充。
在各实施例中，在形成阻挡层和籽晶层之前，可以进行脱气处理。该脱气处理可以排出并去除半导体衬底5内的气体。
在脱气处理之后，可以进行去除处理，以去除形成于由双镶嵌图案20暴露的下铜线表面上的铜氧化物层35。
在各镶嵌图案上形成铜层之后，例如通过进行平坦化工艺可以形成铜线30，其中该铜线30填充在双镶嵌图案20的间隙中。
然而，在形成铜线30的过程中，例如通过铜线30和空气的反应，在铜线30表面上可能形成铜氧化物层35。
为了去除铜氧化物层35，可以将包括铜线30的半导体衬底5放置在可使用感应耦合等离子体(ICP)配置的溅射蚀刻室中。可以将包括惰性气体和活性气体的混合气体供应至该溅射蚀刻室中，进行反应预清洗处理。
在各实施例中，可以使用He气或Ar气作为惰性气体，使用H2气作为活性气体。此外，可以使用-50V(即负向50V)到-500V(即负向500V)的直流(DC)自偏压。在DC自偏压小于-50V时，不容易地去除铜氧化物层35。但是，在DC自偏压超过-500V时，半导体衬底可能被等离子体损害。
参照图2，利用反应预清洗处理，可有效地去除形成于铜线30表面上的铜氧化物层35。换言之，可以通过活性气体或惰性气体的等离子体与铜氧化物层35的反应，去除铜氧化物层35。
半导体衬底5可在不影响反应预清洗处理和真空状态的情况下被传递至RF磁控溅射室，并可以沉积覆盖层50以覆盖铜线30和绝缘层10。
以这种方式，可以在不影响反应预清洗处理和真空状态的情况下沉积覆盖层50。因而，能够防止铜氧化物层35形成于铜线30上。
在沉积覆盖层50时，用以形成覆盖层50的气体可以包括纯Ar气、包含氢气的Ar气或N2气。可以利用反应溅射方法在室温(例如约21℃-23℃)或低于约400℃的温度下沉积由氮化硅层制成的覆盖层，优选在约21℃至400℃的温度范围内沉积该覆盖层，其中该反应溅射方法使用例如Si或SiNx靶材。
根据所述处理条件，能够容易地调整覆盖层50的物理性质。如果覆盖层50的沉积温度小于室温或者超过约400℃，则难以调整覆盖层50的物理性质。
根据各实施例，可以使用反应预清洗处理去除铜氧化物层，并可以完全去除铜氧化物层。因此，可以减少或防止由于铜氧化物层导致的电阻增加，由此还可以防止由于电阻增加而导致的器件失效的发生。
此外，根据各实施例，在去除铜氧化物层之后，可在不影响真空状态的情况下沉积覆盖层，从而能够防止产生附加的铜氧化物层。此外，可将反应溅射工艺用于覆盖层沉积工艺，从而能够容易地调整覆盖层的物理性质。
图3为示出根据本发明实施例形成铜线的方法过程中铜线的剖视图实例，其中在该铜线上形成有铜氧化物层和副产物。
根据各实施例，通过双镶嵌图案可以形成铜线。例如利用反应预清洗工艺(RF溅射蚀刻)可以去除形成于铜线上部的铜氧化物层，例如利用物理方法可以去除副产物，并例如利用不影响真空状态的RF磁控溅射方法可以形成覆盖层。
参照图3，在镶嵌图案内形成铜层之后，例如通过进行平坦化工艺可以形成铜线30，其中铜线30可以填充在双镶嵌图案20的间隙中。
然而，在形成铜线30的过程中，例如通过铜线30和空气的反应，在铜线30表面上可能形成铜氧化物层35，并且还可能形成副产物40。
为了去除铜氧化物层35，可以将包括铜线30的半导体衬底5放置在可使用ICP配置的溅射蚀刻室中。可以将由惰性气体和活性气体形成的混合气体供应至该溅射蚀刻室中，进行反应预清洗处理。
参照图4，利用反应预清洗处理，可有效地去除形成于铜线30表面上的铜氧化物层35。换言之，可以通过活性气体或惰性气体的等离子体与铜氧化物层35的反应，去除铜氧化物层35。
例如利用物理方法可以去除副产物40。在各实施例中，将包含活性气体的惰性气体和纯惰性气体中的至少之一供应至该溅射蚀刻室，优选将包括H2气的Ar气或纯Ar气供应至溅射蚀刻室，从而根据各实施例可以通过Ar气或H2气和副产物40的物理碰撞去除副产物40。
根据RF溅射蚀刻处理，能够调整铜线30的粗糙度，以提高铜层50的粘附力。
半导体衬底5可在不影响副产物去除处理和/或真空状态的情况下被传递至RF磁控溅射室，并可以沉积覆盖层50以覆盖铜线30和绝缘层10。
根据各实施例，可以在不影响副产物去除处理和/或真空状态的情况下沉积覆盖层50，从而能够防止在铜线30上形成附加的铜氧化物层35。
在沉积覆盖层50时，用以形成覆盖层50的气体可以使用纯Ar气、包含氢气的Ar气或N2气。可以利用反应溅射方法在室温或低于约400℃的温度下沉积由氮化硅层制成的覆盖层，其中该反应溅射方法使用例如Si或SiNx靶材。
根据所述处理条件，能够容易地调整覆盖层50的物理性质。如果覆盖层50的沉积温度小于室温或者超过约400℃，则难以调整覆盖层50的物理性质。
根据各实施例，可以使用反应预清洗处理作为铜氧化物层去除处理，并可以完全去除铜氧化物层。此外，RF溅射蚀刻处理可作为原位(in-situ)处理使用于副产物去除处理中，从而能够调整铜线的粗糙度并提高覆盖层的粘附力。
因此，能够减少或防止由于铜氧化物层和副产物的形成而导致的电阻增加，由此也可以减少或防止由于电阻增加导致的器件失效。
此外，根据各实施例，在去除副产物之后，可在不影响真空状态的情况下沉积覆盖层，从而能够防止产生附加的铜氧化物层。此外，可将反应溅射工艺用于覆盖层沉积工艺，从而能够容易地调整覆盖层的物理性质。
显而易见，所属领域的技术人员可对实施例进行各种修改和变化。因此，应该认为本发明覆盖了落入所附权利要求范围内的实施例的各种修改和变化。还应该理解，当提到一层位于另一层或衬底“上”或“上方”时，该层可能直接位于该另一层或衬底上，或者也可能存在中间层。
权利要求
1.一种形成铜线的方法，包括如下步骤在半导体衬底上形成绝缘层；在该绝缘层上形成铜线图案，并形成铜线；通过反应预清洗处理去除形成于该铜线表面上的铜氧化物层；以及在保持该反应预清洗处理和真空状态的情况下，在该铜线和该绝缘层上沉积覆盖层。
2.如权利要求1所述的方法，其中去除该铜氧化物层的步骤包括如下步骤将包括该铜线的半导体衬底放置在溅射蚀刻室中，其中该溅射蚀刻室设置为使用感应耦合等离子体配置；将包括惰性气体和活性气体的混合气体供应至该溅射蚀刻室；以及通过该反应预清洗处理去除形成于该铜线表面上的铜氧化物层。
3.如权利要求2所述的方法，其中该惰性气体包含He气和Ar气中的至少之一，该活性气体包含H2气。
4.如权利要求2所述的方法，其中通过该惰性气体和该活性气体中的至少之一的等离子体与该铜氧化物层的反应去除该铜氧化物层。
5.如权利要求2所述的方法，包括在该反应预清洗处理中施加-50V到-500V的直流自偏压。
6.如权利要求1所述的方法，其中沉积该覆盖层的步骤包括在不影响该反应预清洗处理和真空状态的情况下将该半导体衬底传递至RF磁控溅射室，以及沉积该覆盖层以使其覆盖该铜线和该绝缘层。
7.如权利要求6所述的方法，其中该覆盖层包括氮化硅层。
8.如权利要求7所述的方法，其中沉积该覆盖层的步骤包括使用Si和SiNx中的至少之一作为靶材进行反应溅射处理。
9.如权利要求7所述的方法，其中在沉积该覆盖层时，使用纯Ar气、包含氢气的Ar气、以及N2气中的至少之一。
10.如权利要求7所述的方法，其中在约21℃至400℃的温度范围内沉积该覆盖层。
11.一种形成铜线的方法，包括如下步骤在半导体衬底上形成绝缘层；在该绝缘层上形成铜线图案，并形成铜线；通过反应预清洗处理去除形成于该铜线表面上的铜氧化物层；利用物理方法去除形成于该铜线表面上的副产物；以及在继续去除该副产物并保持真空状态的情况下，在该铜线和该绝缘层上沉积覆盖层。
12.如权利要求11所述的方法，其中去除该副产物的步骤包括如下步骤将包括该铜线的半导体衬底放置在溅射蚀刻室中，其中该溅射蚀刻室设置为使用感应耦合等离子体配置；将包含活性气体的惰性气体和纯惰性气体中的至少之一供应至该溅射蚀刻室，以去除该副产物。
13.如权利要求12所述的方法，其中该惰性气体包含Ar气，该活性气体包含H2气。
14.如权利要求12所述的方法，其中通过该活性气体和该惰性气体中的至少之一与该副产物的物理碰撞去除该副产物。
15.如权利要求12所述的方法，其中通过该反应预清洗处理和原位处理去除该副产物。
16.如权利要求11所述的方法，其中去除该铜氧化物层的步骤包括如下步骤将包括该铜线的半导体衬底放置在溅射蚀刻室中，其中该溅射蚀刻室设置为使用感应耦合等离子体配置；将惰性气体和活性气体的混合气体供应至该溅射蚀刻室，并通过该反应预清洗处理去除形成于该铜线表面上的该铜氧化物层。
17.如权利要求16所述的方法，其中通过该惰性气体和该活性气体中的至少之一的等离子体与该铜氧化物层的反应去除该铜氧化物层。
18.如权利要求11所述的方法，其中在沉积该覆盖层时，在不影响该反应预清洗处理和真空状态的情况下将该半导体衬底传递至RF磁控溅射室，并沉积该覆盖层以使其覆盖该铜线和该绝缘层。
19.如权利要求18所述的方法，其中该覆盖层包括氮化硅层。
20.如权利要求18所述的方法，其中在沉积该覆盖层时，使用纯Ar气、包含氢气的Ar气、以及N2气中的至少之一。
全文摘要
本发明涉及形成铜线的方法。根据本发明的实施例，该方法可以包括如下步骤在半导体衬底上形成绝缘层；在该绝缘层上形成铜线图案，并形成铜线；通过反应预清洗处理去除在形成铜线的步骤中形成于该铜线表面上的铜氧化物层；以及在不影响反应预清洗处理和真空状态的情况下，在该铜线和该绝缘层上沉积覆盖层。
文档编号H01L21/768GK1983554SQ20061016467
公开日2007年6月20日 申请日期2006年12月15日 优先权日2005年12月16日
发明者沈规哲 申请人:东部电子股份有限公司