專利名稱：半導體器件的金屬線及其制造方法
半導體器件的金屬線及其制造方法
交叉引用
本申請要求于2006年12月27日提交的韓國專利申請No. 10-2006-0135605的優(yōu)先權，其在此全部引入作為參考。
背景技術：
半導體器件已經(jīng)變得高度集成化和以高速操作。因此，晶體管的 尺寸變得逐漸減小。隨著晶體管的集成度增加，所以半導體器件的金 屬線制造為微尺寸。結果，由于寄生電阻和電容，施加到金屬線的信 號被延遲或失真，因此妨礙了半導體器件的高速操作。為了解決這樣的問題，已經(jīng)迅速開發(fā)了一種使用銅的銅線，因為 銅線與廣泛用作半導體器件的金屬線材料的鋁或鋁合金相比，具有更 低電阻和更高的電子遷移率。為了形成銅線，形成銅層然后必須將其刻蝕。然而銅不像鋁那樣 容易被刻蝕，并且銅層的表面在空氣中被快速氧化。因此，已經(jīng)開發(fā) 鑲嵌(damascene)工藝，以解決當形成銅線時的這樣的問題。根據(jù)鑲嵌工藝，通孔和溝槽形成于層間介質(zhì)層中，銅層淀積在層 間介質(zhì)層上，使得通孔和溝槽被銅層填充，并且通過化學機械拋光(CMP) 工藝將銅層平坦化，使得銅線形成于通孔和溝槽中。包含于銅線中的銅離子容易擴散到層間介質(zhì)層，并可能導致對相 鄰金屬線的短路。因此，在層間介質(zhì)層中形成通孔和溝槽，然后在通 孔和溝槽的內(nèi)壁上形成阻擋層，以防止銅離子擴散。
然而，因為形成在通孔和溝槽的內(nèi)壁上的阻擋層具有較差的臺階 覆蓋，所以當在通孔和溝槽的內(nèi)壁上形成銅線時，可能產(chǎn)生不希望的 空隙。具體地，空隙可能是由于薄阻擋金屬層的濺射工藝形成的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例提供了半導體器件的金屬線，其中當形成銅線時 可防止產(chǎn)生空隙。因此，提供了阻擋層的階梯覆蓋。根據(jù)一個實施例，半導體器件的金屬線包括第一層間介質(zhì)層圖案， 其形成在下互連結構上，并具有暴露下互連結構的下互連的通孔；第 一阻擋圖案，其用于選擇性地覆蓋下互連和通孔的側壁；第二層間介 質(zhì)層圖案，其覆蓋第一層間介質(zhì)層圖案，并具有暴露通孔的溝槽；第 二阻擋圖案，其覆蓋溝槽的內(nèi)壁和第一阻擋圖案；種晶(seed)圖案， 其形成在第二阻擋圖案上；以及銅線，其形成在種晶圖案上。根據(jù)另一實施例，半導體器件的金屬線包括第一層間介質(zhì)層圖案， 其形成在下互連結構上，并具有暴露下互連結構的下互連的通孔；第 二層間介質(zhì)層圖案，其形成在第一層間介質(zhì)層圖案上，并具有暴露通 孔的溝槽；第一阻擋層圖案，其用于選擇性地覆蓋溝槽和通孔的側壁； 第二阻擋層圖案，其形成在通孔和溝槽中，并覆蓋第一阻擋圖案；種 晶圖案，其形成在第二阻擋圖案上；以及銅線，其形成在種晶圖案上。根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造半導體器件的金屬線的方法包括 形成第一層間介質(zhì)層，其覆蓋下互連結構；形成第二層間介質(zhì)層，其 覆蓋第一層間介質(zhì)層；通過在第一和第二層間介質(zhì)層上形成圖案，形 成通孔和溝槽，其暴露下互連結構的下互連；形成第一阻擋層，其覆 蓋通孔和溝槽；從下互連和一部分通孔側壁上的第一阻擋層形成第一 阻擋圖案；形成第二阻擋圖案，其覆蓋溝槽的內(nèi)壁和第一阻擋圖案； 在第二阻擋圖案上形成種晶圖案；以及在種晶圖案上形成銅線。
另外，根據(jù)本發(fā)明另一實施例的用于制造半導體器件的金屬線的 方法包括形成第一層間介質(zhì)層，其覆蓋下互連結構；形成第二層間 介質(zhì)層，其覆蓋第一層間介質(zhì)層；通過在第一和第二層間介質(zhì)層上形 成圖案來形成通孔和溝槽，該通孔和溝槽暴露下互連結構的下互連； 形成第一阻擋層，其覆蓋通孔和溝槽；通過對第一阻擋層執(zhí)行毯式刻 蝕(blanket etching)工藝，在通孔和溝槽的側壁有選擇地形成第一阻 擋層圖案；形成第二阻擋圖案，其覆蓋通孔和溝槽中的第一阻擋圖案； 在第二阻擋圖案上形成種晶圖案；以及在種晶圖案上形成銅線。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體器件的金屬線的截面圖； 圖2到圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造圖1所示的半導 體器件的金屬線的方法的截面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體器件的金屬線的截面圖；以及圖7到圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造圖6所示的半導 體器件的金屬線的方法的截面圖。
具體實施方式
圖1是示出根據(jù)一個實施例的半導體器件的金屬線的截面圖。參考圖1，半導體器件的金屬線150可以包括下互連結構50、第 一層間介質(zhì)層圖案60、第一阻擋圖案70、第二層間介質(zhì)層圖案80、第 二阻擋圖案90、種晶圖案IOO和銅線110。在一個實施例中，下互連結構50包括層間介質(zhì)層20和30，以及 下互連40，但實施例不限于此。下互連40和層間介質(zhì)層20可以形成 在包括各種器件結構的襯底10上。第一層間介質(zhì)層圖案60設置在下互連結構50上，而第二層間介
質(zhì)層圖案80設置在第一層間介質(zhì)層圖案上。第一層間介質(zhì)層圖案60 具有通孔65，并且通孔65暴露下互連結構50的下互連40。第一阻擋圖案70設置在通孔65中在通孔65的側壁和通過通孔 65暴露的下互連40上。設置在通孔65的側壁上的第一阻擋圖案70的 部分將被定義為第一圖案72，而設置在下互連40上的第一阻擋圖案 70將被定義為第二圖案74。根據(jù)實施例，第一阻擋圖案70可以由以 下材料形成，例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN。在該實施例中，第一阻擋圖案70的第一圖案72具有比第一層間 介質(zhì)層圖案60低的高度。第一圖案72的該減小的高度被用于防止在 銅線IIO中產(chǎn)生空隙。第二層間介質(zhì)層圖案80具有暴露通孔65和第一阻擋圖案70的溝 槽82。溝槽82具有比通孔65的表面面積更大的區(qū)域。第二阻擋圖案90覆蓋溝槽82的內(nèi)壁、通孔65的內(nèi)壁和第一阻擋 圖案70。因為第一阻擋圖案70和第二阻擋圖案卯在通孔65的底表面 上重疊，所以第二阻擋圖案卯在通孔65的底表面上具有穩(wěn)定結構。 因此，可以防止在形成銅線的過程中產(chǎn)生空隙。根據(jù)實施例，第二阻 擋圖案90可以由以下材料形成，例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN。種晶圖案100形成在第二阻擋圖案90上，而銅線IIO設置在種晶 圖案100上，從而得到根據(jù)本實施例的金屬線。圖2到圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造圖1所示的半導 體器件的金屬線的方法的截面圖。參考圖2，具有通孔65的第一層間介質(zhì)層圖案60和具有溝槽82 的第二層間介質(zhì)層圖案80可以形成在下互連結構50上。下互連結構
50可以是，例如，形成在襯底10上的下金屬互連40。根據(jù)某些實施例，第一和第二層間介質(zhì)層圖案60和80可以通過 例如以下步驟形成，淀積第一層間介質(zhì)層、可選淀積刻蝕停止層(未示 出)、淀積第二層間介質(zhì)層、形成用于通孔的光致抗蝕劑圖案、使用該 光致抗蝕劑圖案刻蝕第二和第一層間介質(zhì)層以形成下金屬互連40上的 通孔、形成用于溝槽的第二光致抗蝕劑圖案、和使用該第二光致抗蝕 劑圖案刻蝕第二層間介質(zhì)層以形成第一層間介質(zhì)層中的通孔上的溝槽 82。參考圖3，在第二層間介質(zhì)層圖案80上和溝槽82與通孔65中形 成第一阻擋層75。在該實施例中，第一阻擋層75可以使用以下材料， 例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN。然后，在第一阻擋層75上形成樹脂圖案78。為了形成樹脂圖案78，樹脂層79形成在第一阻擋層75的整個表 面上。在一個實施例中，樹脂層79可以包括Novalac樹脂，并完全覆 蓋第一阻擋層75。形成樹脂層79,然后回刻它，使得形成樹脂圖案78。根據(jù)實施例， 樹脂圖案78的厚度小于通孔65的高度。參考圖4，樹脂圖案形成于通孔65中，然后使用樹脂圖案78作 為蝕刻掩模，使第一阻擋層75形成圖案，使得第一阻擋圖案70形成 于通孔65中?？梢允褂美鏗N03/HF溶液對第一阻擋層75進行濕法 蝕刻工藝或使用例如等離子體對其進行干法蝕刻工藝。通過使第一阻擋層75形成圖案而形成的第一阻擋圖案70包括第 一圖案72和第二圖案74。第一圖案72形成在通孔65的側壁上，而第
二圖案74與下金屬互連40的上表面電接觸。第一圖案72具有由樹脂 圖案78確定的高度。根據(jù)本實施例，因為樹脂圖案78厚度小于通孔65的高度，所以 第一圖案72的高度也小于通孔65的高度。參考圖5，第二阻擋層95形成在第二層間介質(zhì)層圖案80和第一 阻擋圖案70上。第二阻擋層95可以由下列材料形成，例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN。在形成第二阻擋層95之后，可以在第二阻擋層95上形成種晶層 105。在一個實施例中，種晶層105可以使用例如銅的材料。在形成第二阻擋層95和種晶層105之后，可以在種晶層105上形 成銅層115。根據(jù)實施例，因為第二阻擋層95與第一阻擋圖案70在第一層間 介質(zhì)層圖案60的通孔65的底表面上重疊，所以當形成銅層115時可 以防止在通孔65中產(chǎn)生空隙。然后，通過CMP工藝移除形成在第二層間介質(zhì)層圖案80的上表 面上的銅層115、種晶層105和第二阻擋層95，使得形成銅線IIO、種 晶圖案100和第二阻擋層圖案90，如圖1所示。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的半導體器件的金屬線的截面圖。參考圖6，半導體器件的金屬線250可以包括下互連結構150、第 一層間介質(zhì)層圖案160、第一阻擋圖案170、第二層間介質(zhì)層圖案180、 第二阻擋圖案190、種晶圖案200和銅線210。
在一個實施例中，下互連結構150包括層間介質(zhì)層120和130， 以及下互連140，但實施例不限于此。下互連140和層間介質(zhì)層120可 以形成在包括各種器件結構的襯底110上。第一層間介質(zhì)層圖案160設置在下互連結構150上，而第二層間 介質(zhì)層圖案180設置在第一層間介質(zhì)層圖案160上。第一層間介質(zhì)層 圖案160具有通孔165,并且通孔165暴露下互連結構150的下互連 140。另外，第二層間介質(zhì)層圖案180具有暴露通孔165的溝槽182。第一阻擋圖案170形成在第一層間介質(zhì)層圖案160上的通孔165 的側壁上，和形成在第二層間介質(zhì)層圖案180上的溝槽182的側壁上。 選擇性地形成在通孔165和溝槽182的側壁上的第一阻擋圖案170的 截面具有在其向下的方向上逐漸增加的變化的厚度。第一阻擋圖案170 可以由下列材料形成，例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN、 SiN和TiSiN。第一阻擋圖案170的傾斜的側壁截面具有在其向下的方向上逐漸 增加的變化的厚度，使得可以防止在銅線210中產(chǎn)生空隙。第二阻擋圖案190覆蓋溝槽182的內(nèi)壁、通孔165的內(nèi)壁、第一 阻擋圖案170和下互連140。因為第一阻擋圖案170選擇性地只設置在 通孔165和溝槽182的側壁上，所以第二阻擋圖案l卯在通孔165的 底表面上具有穩(wěn)定結構，因此，可以防止在形成銅線的過程中產(chǎn)生空 隙。根據(jù)實施例，第二阻擋圖案190可以使用以下材料，例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN。種晶圖案200形成在第二阻擋圖案190上，而銅線210設置在種 晶圖案200上，從而得到根據(jù)本實施例的金屬線。圖7到圖9是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于制造圖6所示的半導
體器件的金屬線的方法的截面圖。參考圖7，可以在半導體襯底110上形成具有下互連140的下互連結構150。然后，在下互連結構150上形成具有通孔165的第一層間介質(zhì)層 圖案160和具有溝槽182的第二層間介質(zhì)層圖案180。在一個實施例中，第一和第二層間介質(zhì)層圖案160和180可以通 過以下步驟形成淀積第一層間介質(zhì)層(未示出)和第二層間介質(zhì)層(未 示出)，然后形成通孔165和溝槽182。通孔165和溝槽182可以通過 典型的鑲嵌工藝形成。在形成具有通孔165的第一層間介質(zhì)層圖案160和具有溝槽182 的第二層間介質(zhì)層圖案180之后，可以在第二層間介質(zhì)層圖案180上 形成第一阻擋層175。第一阻擋層175可以由下列材料形成，例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN、 SiN和TiSiN。參考圖8，對第一阻擋層175進行毯式蝕刻工藝，使得第一阻擋 層圖案170有選擇地形成在通孔165和溝槽182的側面上。參考圖9，第二阻擋層195形成在包括溝槽182和通孔165的第 二層間介質(zhì)層圖案180上和在第一阻擋層圖案170上。第二阻擋層195 可以有以下材料形成，例如TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN。在形成第二阻擋層195之后，可以在第二阻擋層195上形成種晶 層205。在一個實施例中，種晶層205可以包括例如銅的材料。然后，可以在種晶層205上形成銅層215。
因為第二阻擋層195與設置在第一層間介質(zhì)層圖案160的通孔165 的側壁上和第二層間介質(zhì)層圖案180的溝槽182的側壁上的第一阻擋 圖案170重疊，所以可以防止在形成銅層215時在通孔165和溝槽182 中產(chǎn)生空隙。通過CMP工藝移除形成在第二層間介質(zhì)層圖案180的上表面上的 銅層215、種晶層205和第二阻擋層195，使得形成銅線210、種晶圖 案200和第二阻擋層圖案190，如圖6所示。根據(jù)如上所述的實施例，改進了阻擋層的形狀和結構，使得可以 防止在形成銅線時產(chǎn)生空隙。雖然在圖中未示出，但可利用所述的阻擋層的形狀和結構形成下 金屬互連和金屬互連的其它層。當在此使用術語"在...上"或"在...上方"時，當涉及層、區(qū)域、 圖案或結構時，應該理解所述層、區(qū)域、圖案或結構可以直接在另一層或結構上，或也可能存在中間的層、區(qū)域、圖案或結構。當在此使 用術語"在...下"或"在...下方"時，當涉及層、區(qū)域、圖案或結構時， 應該理解所述層、區(qū)域、圖案或結構可以直接在另一層或結構的下面， 或也可能存在中間的層、區(qū)域、圖案或結構。本說明書中所指的任何"一個實施例"、"實施例"、"示例實 施例"等是指結合實施例描述的特定的特征、結構或特性被包含于本 發(fā)明的至少一個實施例中。說明書中的多個位置出現(xiàn)的這些術語不是 必須都指相同的實施例。另外，當結合任何實施例描述特定的特征、 結構或特性時，可以認為結合其他實施例來實現(xiàn)這樣的特征、結構或 特性是落入本領域技術人員理解的范圍內(nèi)的。盡管己參考許多示例的實施例描述了實施例，但應當理解，本領
域技術人員可設計出許多落入本發(fā)明公開原理的精神和范圍內(nèi)的其他 修改和實施例。更具體地，在本公開、附圖和附加權利要求的范圍內(nèi) 對組成部分和/或元件結合布局進行多種變化和修改都是可能的。除了 對組成部分和/或布局的變化和修改之外，替換的使用對于本領域技術 人員也是顯而易見的。
權利要求
1.一種半導體器件的金屬線，包括第一層間介質(zhì)層圖案，其形成在下互連上，并具有暴露所述下互連的通孔；第一阻擋圖案，其有選擇地設置在所述通孔的一部分上；第二層間介質(zhì)層圖案，其在所述第一層間介質(zhì)層圖案上，并具有在所述通孔上方的溝槽；第二阻擋圖案，其在所述溝槽和通孔中，所述第二阻擋圖案覆蓋所述第一阻擋圖案；種晶圖案，其形成在所述第二阻擋圖案上；以及銅線，其形成在所述種晶圖案上。
2. 根據(jù)權利要求l所述的金屬線，其中所述第一阻擋圖案有選擇 地覆蓋所述通孔的側壁和暴露的下互連。
3. 根據(jù)權利要求2所述的金屬線，其中所述第一阻擋圖案包括從 由TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN構成的組中選出的一種。
4. 根據(jù)權利要求2所述的金屬線，其中所述第一阻擋圖案的底表 面覆蓋所述暴露的下互連，并且形成在所述通孔的側壁上的所述第一 阻擋圖案的側面的高度低于所述第一層間介質(zhì)層的厚度。
5. 根據(jù)權利要求4所述的金屬線，其中形成在所述通孔的側壁上 的第一阻擋圖案的側面的高度低于所述通孔的高度。
6. 根據(jù)權利要求l所述的金屬線，其中所述第一阻擋圖案進一步 有選擇地設置在所述溝槽的一部分上。
7. 根據(jù)權利要求6所述的金屬線，其中所述第一阻擋圖案有選擇地覆蓋所述通孔和所述溝槽的側壁。
8. 根據(jù)權利要求7所述的金屬線，其中所述第二阻擋層圖案與所 述暴露的下互連直接接觸。
9. 根據(jù)權利要求7所述的金屬線，其中所述第一阻擋層圖案包括 從由TaN、 Ta、 Ti、 TiN、 SiN和TiSiN構成的組中選出的一種。
10. 根據(jù)權利要求7所述的金屬線，其中所述第二阻擋層圖案包 括從由TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN構成的組中選出的一種。
11. 一種用于制造半導體器件的金屬線的方法，包括 在下互連上形成第一層間介質(zhì)層圖案，和在所述第一層間介質(zhì)層圖案上形成第二層間介質(zhì)層圖案，其中所述第一層間介質(zhì)層圖案具有 暴露所述下互連的通孔，而所述第二層間介質(zhì)層圖案具有暴露所述通 孔的溝槽；形成第一阻擋圖案，其有選擇地覆蓋所述通孔的側壁和所暴露的 下互連；在第二介質(zhì)層圖案上，包括在所述溝槽和通孔中，形成第二阻擋 圖案，并覆蓋所述第一阻擋圖案；在所述第二阻擋圖案上形成種晶圖案；以及在所述種晶圖案上形成銅線。
12. 根據(jù)權利要求ll所述的方法,其中形成第一阻擋圖案包括 在所述第二層間介質(zhì)層圖案上，包括在所述溝槽和通孔中，形成第一阻擋層；在所述通孔中形成樹脂圖案；以及 使用所述樹脂圖案作為蝕刻掩模蝕刻所述第一阻擋層。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述第一阻擋層包括從由TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN構成的組中選出的一種。
14. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中形成樹脂圖案包括 使用Novdac樹脂在所述第一阻擋層上形成樹脂層；以及 使所述樹脂層形成圖案并顯影，使其只保留在所述通孔中。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述樹脂圖案形成為厚度 低于所述通孔的高度。
16. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，蝕刻第一阻擋層包括使 用HN03/HF溶液。
17. 根據(jù)權利要求ll所述的方法，其中所述第二阻擋圖案包括從 由TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN構成的組中選出的一種。
18. —種制造半導體器件的金屬線的方法，包括 在下互連結構上形成第一層間介質(zhì)層； 在所述第一層間介質(zhì)層上形成第二層間介質(zhì)層； 通過構圖所述第一和第二層間介質(zhì)層來形成通孔和溝槽，其暴露所述下互連結構的下互連；形成第一阻擋層，其覆蓋所述通孔和所述溝槽；對所述第一阻擋層執(zhí)行毯式刻蝕處理，以形成第一阻擋層圖案， 其有選擇地覆蓋所述通孔和所述溝槽的側壁；在所述通孔和所述溝槽中，包括在所述第一阻擋圖案上，形成第 二阻擋層圖案；在所述第二阻擋層上形成種晶圖案；以及在所述種晶圖案上形成銅線。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述第一阻擋層圖案包括 從由TaN、 Ta、 Ti、 TiN、 SiN和TiSiN構成的組中選出的一種。
20.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中所述第二阻擋層圖案包括從由TaN、 Ta、 Ti、 TiN和TiSiN構成的組中選出的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件的金屬線及其制造方法。在一個實施例中，所述金屬線包括第一層間介質(zhì)層圖案，其形成在下互連結構上，并具有暴露下互連結構的下互連的通孔；第一阻擋圖案，其有選擇地覆蓋下互連和通孔的側壁；第二層間介質(zhì)層圖案，其在第一層間介質(zhì)層圖案上，并具有暴露通孔的溝槽；第二阻擋圖案，其覆蓋溝槽的內(nèi)壁和第一阻擋圖案；種晶圖案，其形成在第二阻擋圖案上；以及銅線，形成在種晶圖案上。
文檔編號H01L23/522GK101211890SQ20071016265
公開日2008年7月2日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權日2006年12月27日
發(fā)明者金承顯 申請人:東部高科股份有限公司