專利名稱：半導體器件的金屬互連及其形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件中的金屬互連(metal interconnection)及其形成方法，更具體地，涉及一種用于形成半導體器件的金屬互連的方法，其中，在使用下部和上部內金屬介電(inter-metaldielectric，IMD)膜的單大馬士革工藝(damascene process，鑲嵌工藝)中，很薄地沉積氮化層，并且當在上部IMD膜中形成溝道之前退火，以避免形成溝道時過蝕刻或欠蝕刻來獲得恒定的溝道深度，從而防止銅互連中斷路(open)和孔隙(void)的發(fā)生。
背景技術：
半導體器件中的電互連通過使金屬層形成圖樣而形成，該金屬層通常由銅制成，以提高器件的操作速度。為了克服蝕刻困難，通常通過大馬士革工藝形成金屬互連，該工藝可以是雙大馬士革工藝或單大馬士革工藝。
在雙大馬士革工藝中，使蝕刻阻止層(etch-stop layer)與IMD膜相堆疊，然后進行蝕刻，以在該堆疊的層中形成過孔(接觸孔)和溝道。在所得到的結構的整個表面上(即，包括過孔和溝道的襯底上)順序地形成擴散阻止層和晶種層(seed layer)。此處，銅互連的晶種層是Cu晶種層，于是擴散阻止層是銅阻擋金屬膜。銅通過電鍍沉積，然后通過例如化學機械拋光平坦化，以同時形成過孔中的過孔插頭(via plug)和溝道中的銅互連。
然而，在銅沉積期間，下部晶體管可能會被銅原子通過接觸孔的擴散而污染。因此，此情況下的電接觸通過單大馬士革工藝而形成，其中，首先用鎢的沉積以填充過孔，然后僅在位于接觸孔之上的溝道中形成銅互連。圖1A和圖1B示出了利用單大馬士革工藝的用于形成半導體器件的金屬互連的現(xiàn)有方法。
參照圖1A和圖1B，在形成于半導體襯底(未示出)上的第一IMD膜101上形成接觸孔，以及將鎢插頭102填充該接觸孔。在第一IMD膜101上沉積第二IMD膜103，以覆蓋被填充的接觸孔，然后進行選擇性地蝕刻，以形成溝道，在該溝道中順序地沉積銅阻擋金屬膜104和銅105。
然而，該蝕刻以形成溝道可能會遭受欠蝕刻(圖1A)或過蝕刻(圖1B)。例如，在圖1A所示的欠蝕刻中，在銅互連中存在斷路，而在圖1B的過蝕刻中，往往沿鎢插頭102的邊緣發(fā)生銅阻擋金屬膜104的過度沉積，因而生成懸掛物106，在該懸掛物之下可能生成孔隙107。銅互連中的斷路和銅沉積物中的孔隙增大了金屬互連的電阻，使器件性能下降。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明旨在提供一種半導體器件的金屬互連及其形成方法，其很好地解決了由于相關技術的局限性和缺陷導致的一個或多個問題。
本發(fā)明的一個目的在于，提供一種用于形成半導體器件的金屬互連的方法，其中，通過氮化層的“自阻止(sellf-stop)”功能避免過蝕刻和欠蝕刻，以防止銅互連中的斷路和孔隙的發(fā)生。
本發(fā)明的又一個目的在于，提供了一種用于形成半導體器件的金屬互連的方法，其實現(xiàn)了恒定的溝道深度。
本發(fā)明的又一個目的在于，提供了一種用于形成半導體器件的金屬互連的方法，其實現(xiàn)了金屬互連的均勻電阻。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的、和特征將在隨后的說明中部分地闡述，并且，對于本領域的技術人員而言，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。
為獲得根據本發(fā)明意圖的這些目的和其他優(yōu)點，如已概括和充分說明的，一種半導體器件的金屬互連結構，包括氮化膜，其通過初步退火形成于半導體襯底上，所述半導體襯底具有第一內金屬介電膜和鎢插頭；第二內金屬介電膜，沉積于其上形成有所述氮化膜的所述半導體襯底上；光刻膠，其沉積于所述第二內金屬介電膜上，并被形成圖樣；其中，利用所述形成圖樣的光刻膠蝕刻所述第二內金屬介電膜，用于形成溝道；利用化學制品去除所述氮化膜的預定部分；在從中去除了所述氮化物膜的所述預定部分的溝道中沉積銅阻擋金屬膜和銅晶種層，然后沉積銅；將其上沉積有所述銅的所述襯底二次退火；以及通過化學機械拋光使所述已二次退火的襯底平坦化。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于形成半導體器件的金屬互連的方法。該方法包括以下步驟通過初步退火(primaryannealing)在半導體襯底上形成氮化膜，所述半導體襯底具有第一IMD膜和鎢插頭；在其上形成有所述氮化膜的所述半導體襯底上沉積第二IMD膜；在所述第二IMD膜上沉積光刻膠，并使所述光刻膠形成圖樣；利用所述形成圖樣的光刻膠蝕刻所述第二IMD膜，用于形成溝道；利用化學制品去除氮化膜的預定部分；在從中去除了所述氮化物膜的所述預定部分的所述溝道中沉積銅阻擋金屬膜和銅晶種層，然后沉積銅；將其上沉積有所述銅的所述襯底二次退火；以及通過化學機械拋光使所述已二次退火的襯底平坦化。
應該理解，以上對本發(fā)明的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性質的，目的在于對要求保護的本發(fā)明提供進一步的說明。


附圖構成本說明書的一部分，有助于進一步理解本發(fā)明，這些附圖示出了本發(fā)明的一些實施例，并可與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。附圖中圖1A是根據現(xiàn)有方法形成的半導體器件的金屬互連的剖視圖，示出了欠蝕刻；圖1B是根據現(xiàn)有方法形成的半導體器件的金屬互連的剖視圖，示出了過蝕刻；以及圖2A和圖2B是根據本發(fā)明的方法形成的半導體器件的金屬互連的剖視圖。
具體實施例方式
以下將詳細參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中示出。盡可能地，在所有附圖中使用相同的參考標號表示相同或相似的部件。
參照圖2，示出了根據本發(fā)明的用于形成半導體器件的金屬互連的方法，在由硅形成于半導體襯底(未示出)上的第一IMD膜201中形成接觸孔(未示出)，并用鎢插頭202填充該接觸孔。通過在氮環(huán)境下進行的初步退火而在第一IMD膜201上形成氮化層，從而形成氮化膜203和204；即，在第一IMD膜201的表面上形成氮化硅膜203，在鎢插頭202的表面上形成氮化鎢膜204。
在溝道的蝕刻期間，氮化膜起到“自阻止”層的作用，但是，由于其高介電常數(shù)而減緩了器件的操作速度。因此優(yōu)選地，通過退火(初步退火)很薄地形成氮化膜，以最小化其介電常數(shù)。優(yōu)選地，以200℃到700℃之間的溫度，利用快熱處理或加熱爐進行初步退火。氮氣(N2)、無水氨(NH3)、或者下部層可用于氮化的材料可用作氮化層。
在具有氮化膜的襯底上沉積第二IMD膜205。然后在IMD膜205上沉積光刻膠，并形成用于溝道形成的圖樣，蝕刻第二IMD膜205，以形成溝道(未示出)。溝道的蝕刻在自阻止層處停止，暴露氮化膜的預定部分，接下來優(yōu)選地利用H2SO4、H2O2、和NH3的混合物(coumpound)來去除該預定部分。
在溝道中沉積銅阻擋金屬膜206和銅晶種層(未示出)，其中，氮化膜是被從該溝道中去除的。然后，沉積銅207。通過二次退火和化學機械拋光完成半導體器件的金屬互連。
再來參照圖2，通過根據本發(fā)明的方法所形成的半導體器件的金屬互連包括氮化膜203和204，其通過初步退火形成于半導體襯底上，半導體襯底具有第一IMD膜201和鎢插頭202；第二IMD膜205，沉積于其上形成有氮化膜的半導體襯底上；光刻膠，其沉積于第二IMD膜上，并被形成圖樣；其中，利用形成圖樣的光刻膠蝕刻第二IMD膜，用于形成溝道；利用化學制品去除氮化膜的預定部分；在從中去除了氮化物膜的預定部分的溝道中沉積銅阻擋金屬膜和銅晶種層，然后沉積銅207；將其上沉積有銅的襯底二次退火；以及通過化學機械拋光使已二次退火的襯底平坦化。
通過采用根據本發(fā)明的用于形成半導體器件的金屬互連的方法，使得通過氮化膜的自阻止功能避免了過蝕刻或欠蝕刻，以防止金屬互連中斷路和孔隙的發(fā)生，并實現(xiàn)了由恒定的溝道深度導致的金屬互連的均勻電阻。另外，由于通過退火很薄地形成氮化膜，所以可使氮化膜的介電常數(shù)最小化。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種半導體器件的金屬互連，包括氮化膜，其通過初步退火形成于半導體襯底上，所述半導體襯底具有第一內金屬介電膜和鎢插頭；第二內金屬介電膜，沉積于其上形成有所述氮化膜的所述半導體襯底上；光刻膠，其沉積于所述第二內金屬介電膜上，并被形成圖樣；其中，利用所述形成圖樣的光刻膠蝕刻所述第二內金屬介電膜，用于形成溝道；利用化學制品去除所述氮化膜的預定部分；在從中去除了所述氮化物膜的所述預定部分的溝道中沉積銅阻擋金屬膜和銅晶種層，然后沉積銅；將其上沉積有所述銅的所述襯底二次退火；以及通過化學機械拋光使所述已二次退火的襯底平坦化。
2.根據權利要求1所述的金屬互連，其中所述第一內金屬介電膜由硅制成，其中，所述氮化膜是氮化硅膜和氮化鎢膜。
3.根據權利要求1所述的金屬互連，其中所述氮化膜利用N2、NH3、和下部層可用于氮化的材料中的任意一種形成。
4.根據權利要求1所述的金屬互連，其中所述初步退火處理利用快熱工藝和加熱爐中的一種，以200℃到700℃之間的溫度進行。
5.根據權利要求1所述的金屬互連，其中所述化學制品是H2SO4、H2O2、和NH3的混合物。
6.一種用于形成半導體器件的金屬互連的方法，包括以下步驟通過初步退火在半導體襯底上形成氮化膜，所述半導體襯底具有第一內金屬介電膜和鎢插頭；在其上形成有所述氮化膜的所述半導體襯底上沉積第二內金屬介電膜；在所述第二內金屬介電膜上沉積光刻膠，并使所述光刻膠形成圖樣；利用所述形成圖樣的光刻膠蝕刻所述第二內金屬介電膜，用于形成溝道；利用化學制品去除所述氮化膜的預定部分；在從中去除了所述氮化物膜的所述預定部分的溝道中沉積銅阻擋金屬膜和銅晶種層，然后沉積銅；將其上沉積有所述銅的所述襯底二次退火；以及通過化學機械拋光使所述已二次退火的襯底平坦化。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述第一內金屬介電膜由硅制成，其中，所述氮化膜是氮化硅膜和氮化鎢膜。
8.根據權利要求6所述的方法，其中所述氮化膜利用N2、NH3以及下部層可用于氮化的材料中的任意一種形成。
9.根據權利要求6所述的方法，其中所述初步退火處理利用快熱工藝和加熱爐中的一種，以200℃到700℃之間的溫度進行。
10.根據權利要求6所述的方法，其中所述化學制品是H2SO4、H2O2、和NH3的混合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件的金屬互連及其形成方法，其中，通過氮化層的“自阻止”功能避免過蝕刻和欠蝕刻，以防止銅互連中的斷路和孔隙的發(fā)生，并獲得恒定的溝道深度。該方法包括以下步驟通過初步退火在半導體襯底上形成氮化膜，半導體襯底具有第一IMD膜和鎢插頭；在其上形成有氮化膜的半導體襯底上沉積第二IMD膜；在第二IMD膜上沉積光刻膠，并使光刻膠形成圖樣；利用形成圖樣的光刻膠蝕刻第二IMD膜，用于形成溝道；利用化學制品去除氮化膜；在從中去除了氮化物膜的溝道中沉積銅阻擋金屬膜和銅晶種層，然后沉積銅；將其上沉積有銅的襯底二次退火；以及通過化學機械拋光使已二次退火的襯底平坦化。
文檔編號H01L21/70GK1819177SQ20051009749
公開日2006年8月16日 申請日期2005年12月28日 優(yōu)先權日2004年12月29日
發(fā)明者金昇炫 申請人:東部亞南半導體株式會社