專利名稱：形成半導體器件的金屬線的方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及半導體器件，更具體而言，涉及一種形成半導體器件的金屬線的方法，該方法能夠通過省略阻擋金屬層形成工藝(barrier metal layer formation process )而減小線電阻。
背景技術：
在尺寸為70nm和60nm的器件中，如果通過通常的金屬鑲嵌結構來形 成金屬線，則出現(xiàn)以下問題。首先，隨著金屬線間距的減小，金屬線的電阻值顯著增大。這示于圖1 的曲線圖中。從圖1中可以看出，隨著器件的設計規(guī)則減小，電阻值和電容值顯著 增大。第二，如果通過單金屬鑲嵌結構來形成金屬線，則金屬線的電阻值由 于被溝槽內(nèi)的阻擋金屬層所占據(jù)的面積而增大，因而會出現(xiàn)問題。由于這 一原因，所以已進行了通過減小阻擋金屬層的厚度來確保金屬線電阻值的 嘗試。然而，阻擋金屬層厚度的減小已到達了 60nm或更小的限度，如圖2所示。第三，已進行了通過最小化高電阻率的鴒晶核產(chǎn)生靶(tungsten nucleus creation target)從而改善金屬線的電阻特性的嘗試。然而，如圖2所示，鴒 晶核產(chǎn)生的減小已到達了 60nm或更小的限度。第四，晶粒尺寸越大，鴒的電阻率越低。然而，鴒的晶粒尺寸依賴于 溝槽的臨界尺寸(CD)。因此，晶粒尺寸由于溝槽的CD的減小而不可避免 的減小。第五，如果在絕緣層上沉積鎮(zhèn)，則由于附著問題而在絕緣層與鴒之間 發(fā)生剝離現(xiàn)象。因此，已經(jīng)將絕緣層與鴒之間的鈦(Ti)和氮化鈦(TiN) 層用作粘合層(glue layer )。然而，在TiN層上不能充分的產(chǎn)生鎮(zhèn)晶核。因 此，晶粒生長較快，但晶粒尺寸減小，導致電阻率降低。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例有關于一種形成半導體器件的金屬線的方法，該方法 能夠通過省略阻擋金屬層形成工藝而減小線電阻。在一個實施例中， 一種形成半導體器件的金屬線的方法包括以下步驟在半導體襯底上形成絕緣層和粘合層；去除一部分粘合層和絕緣層以形成溝槽；在包括溝槽和粘合層的半導體襯底之上形成金屬層；以及，執(zhí)行拋 光工藝直至露出絕緣層，由此形成金屬線。


圖1是示出電阻值和電容值的曲線圖，所述電阻值和電容值隨著器件 設計規(guī)則的減小而增大；圖2是示出電阻值和電容值的曲線圖，所述電阻值和電容值隨著阻擋 金屬層和鎢晶核靶中每一個的厚度減小而減?。粓D3A至3E是示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的形成半導體器件的金屬線的 方法的截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的低Rs W (Low Rs W， LRW)方法的視圖； 圖5是示出應用本發(fā)明時的電阻值和電容值的曲線圖。
具體實施方式
以下參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的具體實施例。圖3A至3E是示出根據(jù)本發(fā)明 一實施例的形成半導體器件的金屬線的 方法的截面圖。參照圖3A,在半導體襯底100之上順序形成層間絕緣層102、第一絕 緣層104和粘合層106，其中形成有比如單元柵極(cell gate )、源極和漏極 選擇晶體管柵極、以及源極和漏極的結構。第一絕緣層104包括氧化物層，而粘合層106包括鈦(Ti)層和氮化 鈦(TiN)層的疊層。粘合層106可以原位或者非原位形成。粘合層106的 Ti層優(yōu)選形成至10埃至200埃的厚度，粘合層106的TiN層優(yōu)選形成至50 埃至200埃的厚度。粘合層106用于防止后續(xù)鴒形成工藝中在第一絕緣層 104與鴒之間的剝離現(xiàn)象。在粘合層106上形成掩模圖案308。掩模圖案108具有其中氮氧化硅 (SiON)層、非晶碳(a-Carbon)層、底部抗反射涂層(BARC )和光致抗 蝕劑膜順序疊置的結構。粘合層106在形成掩模圖案108時用作蝕刻停止 層，并在后續(xù)溝槽蝕刻工藝時用作硬掩模層。參照圖3B，利用掩模圖案108作為掩模，順序蝕刻粘合層106和第一 絕緣層104，以形成溝槽110 (即單鑲嵌圖案)。去除掩模圖案108。參照圖3C，在包括溝槽110的整個表面上形成第二絕緣層。第二絕緣 層優(yōu)選利用氧化物層或氮化物層形成至10埃至200埃的厚度。在溝槽110的側面上進行第二絕緣層蝕刻工藝以形成間隔物112。在間 隔物112的形成工藝中，去除溝槽110的頂角，由此防止了由于鎢形成工藝 和清潔工藝(即后續(xù)工藝)而在溝槽110的入口部分處的懸垂(over-hang )。 為了確保溝槽110之間的間隔寬度而在溝槽110的側面上形成間隔物112。 在省略間隔物112形成工藝的情況下，優(yōu)選進行射頻(RF)蝕刻清潔，以 在后續(xù)鴒形成工藝之前去除溝槽110的頂角。清潔溝槽110的內(nèi)部。清潔工藝優(yōu)選包括RF預清潔或反應性離子(RI ) 預清潔。參照圖3D,在整個表面上形成金屬層114從而使溝槽IIO被間隙填充 (gap-filled)。優(yōu)選利用鴒原位形成金屬層ll4。在鎢形成工藝中，首先產(chǎn) 生晶核，并利用所述晶核作為種子來形成鎢。優(yōu)選利用原子層沉積(ALD) 方法、脈沖成核層(PNL)方法或低RsW (LRW)方法來進行產(chǎn)生鎢晶核 的方法。以下i手細描述利用LRW方法的4烏晶核產(chǎn)生方法。優(yōu)選通過在半導體襯底之上順序噴灑第一 B2H6/WF(，氣體、SiH4/WF6 氣體和第二 B2H6/WF6氣體來產(chǎn)生晶核。優(yōu)選在250。C至400。C的溫度范圍 內(nèi)噴灑第一 B2H6/WF6氣體和SiH4/WF6氣體，并且優(yōu)選在350。C至450。C的 溫度范圍內(nèi)噴灑第二B2H6/WF6氣體。在這種情況下，進行一次噴灑第一和 第二 B2H6/WF(,氣體的工藝，而進行一次至五次噴灑SiH4/WF6氣體的工藝，以控制鴒晶核產(chǎn)生靶。在第二B2H6/WF6氣體噴灑工藝中，產(chǎn)生非晶態(tài)的鎢或卩態(tài)的鴒晶核。如果將非晶態(tài)的鎢或(3態(tài)的鎢晶核用作種子，則在形成 鴒層時能夠增大晶粒尺寸。在產(chǎn)生鴒晶核之后，優(yōu)選利用H2氣體來形成鴒層。優(yōu)選在350。C至 450°C的溫度范圍內(nèi)形成鴒層。 參照圖3E，進行拋光工藝直至露出第一絕緣層104的頂表面，由此形成金屬線116。在拋光工藝中，也去除了粘合層106。如上所述，在溝槽110內(nèi)沒有形成阻擋金屬層，但鴒被間隙填充在溝 槽中。由此，能夠使鴒的體積最大化，并能夠減小金屬線的電阻。此外， 當在溝槽110內(nèi)產(chǎn)生鴒晶核時，在TiN層(即阻擋金屬層)上并沒有產(chǎn)生 鴒晶核，但在第一絕緣層104上產(chǎn)生了鎢晶核。因此，優(yōu)點在于，鎢的晶 粒尺寸能夠增大而電阻率能夠減小。此外，僅在被蝕刻的第一絕緣層104上形成粘合層106。因此，能夠防 止在鉤形成工藝中第一絕緣層104和鎢之間粘合層106剝離的現(xiàn)象。優(yōu)選 利用B2H6/WF6氣體和SiH4/WF6氣體在溝槽110內(nèi)產(chǎn)生鎢晶核。因此，在鎢 形成工藝中，溝槽110內(nèi)的鎢和第一絕緣層104之間的附著力能夠增強， 能夠改善電阻率。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的低Rs W (LRW)方法的視圖。參照圖4, LRW方法示例性地包括執(zhí)行以下工藝(10)提供B2H6源 氣體，由此在晶片的表面上化學性地吸收一層源；(ll)通過使清除氣體流 動而物理性地清楚所吸收的過多的源；(12)對所述一層源提供WF6反應氣 體從而通過所述一層源與所述反應氣體的化學反應來形成預期的鴒晶核； 以及，(13 )通過使清除氣體流動而清除過多的反應氣體。以上工藝被稱為 "第一循環(huán)A"。僅執(zhí)行一次第一循環(huán)A。在執(zhí)行第 一循環(huán)A之后，所述LRW方法示例性地包括執(zhí)行以下工藝 (14)提供SiH4源氣體從而在晶片的表面上化學性地吸收一層源；(15)通 過使清除氣體流動而物理性地清除所吸收的過多的源；(16)對所述一層源 提供WF6反應氣體從而通過所述一層源與所述反應氣體的化學反應來得到 預期的鴒晶核；以及，(17)通過使清除氣體流動而清除過多的反應氣體。 以上工藝被稱為"第二循環(huán)B"。執(zhí)行一次至五次第二循環(huán)B以控制鎢晶核 產(chǎn)生靶。在執(zhí)行第二循環(huán)B之后，所述LRW方法示例性地包括執(zhí)行以下工藝 (18)提供B2H6源氣體，從而在晶片的表面上化學性地吸收一層源；(19) 通過使清除氣體流動而物理性地清除所吸收的過多的源；(20)對所述一層 源提供WF6反應氣體從而通過所述一層源與所述反應氣體的化學反應來得 到預期的鴒晶核；以及，(2,1 )通過使清除氣體流動而清除過多的反應氣體。
以上工藝一皮稱為"第三循環(huán)C"。扭J亍一次第三循環(huán)C。圖5是示出應用本發(fā)明時的電阻值和電容值的曲線圖。 從圖5中可以看出，隨著金屬線間距的減小，即器件縮小到60nm或更 小，電阻值和電容值減小或保持為恒定值。如以上所詳細描述的，本發(fā)明具有以下優(yōu)點。首先，在溝槽內(nèi)沒有形成阻擋金屬層，但鎢被間隙填充在溝槽內(nèi)。因 此，能夠使鎢的體積最大化，并能夠減小金屬線的電阻。第二，當在溝槽內(nèi)產(chǎn)生鴒晶核時，在TiN層(即阻擋金屬層)上并沒 有產(chǎn)生鎢晶核，但在第一絕緣層上產(chǎn)生了鎢晶核。因此，優(yōu)點在于，鎢的 晶粒尺寸能夠增大而電阻率能夠減小。第三，僅在被蝕刻的第一絕緣層上形成粘合層。因此，能夠防止在鴒 形成工藝中第 一絕緣層和鶴之間粘合層剝離的現(xiàn)象。第四，利用B2H6/WF6氣體和SiH4/WF6氣體在溝槽內(nèi)產(chǎn)生鴒晶核。因 此，在鉤形成工藝中，溝槽內(nèi)的鎢和第一絕緣層之間的附著力能夠增大， 并能夠改善電阻率。第五，即使在尺寸為60nm、 50nm或45nm的器件中也能夠使用鵠(即 金屬線材料)而對電特性沒有嚴重影響。第六，利用鎮(zhèn)來形成如上所述改善的金屬線，由此節(jié)省了成本。盡管已經(jīng)參照具體的示例性實施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并非受所 述實施例的限制而僅僅受權利要求的限定，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍
權利要求
1.一種形成半導體器件的金屬線的方法，包括以下步驟在半導體襯底上形成絕緣層和粘合層；去除一部分所述粘合層和所述絕緣層以形成溝槽；在包括所述溝槽和所述粘合層的半導體襯底之上形成金屬層；以及執(zhí)行拋光工藝直至露出所述絕緣層，由此形成金屬線。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述粘合層包括鈦和氮化鈦層的疊層。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括原位或非原位形成所述粘合層。
4. 根據(jù)權利要求2所述的方法，包括將所述粘合層的鈦形成至10埃 至200埃的厚度，將所述粘合層的TiN層形成至50埃至200埃的厚度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括以下步驟 在所述溝槽被間隙填充之前，在所述溝槽的側壁上形成間隔物；以及 清潔所述溝槽的內(nèi)部。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中形成所述間隔物的步驟包括以下 步驟在包括所述溝槽的半導體襯底之上形成絕緣層；以及 執(zhí)行蝕刻工藝從而在所述溝槽的側壁上形成間隔物。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，包括利用氧化物層或氮化物層將所述 絕緣層形成至10埃至200埃的厚度。
8. 根據(jù)權利要求5所述的方法，包括在形成所述間隔物時，去除所述 溝槽的頂角。
9. 根據(jù)權利要求5所述的方法，包括利用射頻預清潔或反應性離子預 清潔來清潔所述溝槽的內(nèi)部。
10. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中在沒有形成所述間隔物的情況 下，進行清潔工藝以去除所述溝槽的頂角。
11. 根據(jù)權利要求1所述的方法，包括利用鴒原位形成所述金屬層。
12. 根據(jù)權利要求11所述的方法，包括在鵠形成工藝中，形成晶核， 并利用所述晶核作為種子形成鵠。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，包括利用原子層沉積方法，脈沖成 核層方法或j氐Rs W方法來形成所述^;晶核。
14. 根據(jù)權利要求13所述的方法，包括利用低Rs W方法來產(chǎn)生所述 鎮(zhèn)晶核，所述低Rs W方法包括通過順序噴灑第一 B2H6/WF6氣體、SiH4/WF6 氣體和第二 B2H6/WF6氣體來產(chǎn)生晶核的步驟。
15. 根據(jù)權利要求14所述的方法，包括在250。C至400。C的溫度范圍 內(nèi)噴灑所述第一 B2H6/WF6氣體和所述SiH4/WF6氣體，并且在350°C至450°C 的溫度范圍內(nèi)噴灑所述第二 B2H6/WF6氣體。
16. 根據(jù)權利要求14所述的方法，包括執(zhí)行一次噴灑所述第一和第二 B2H(s/WF6氣體的工藝，并執(zhí)行第一至五次噴灑所述SiH/WF(,氣體的工藝u
17. 根據(jù)權利要求14所述的方法，包括在噴灑所述第二 B2H6/WF(,氣 體的工藝中產(chǎn)生非晶態(tài)的鴒或卩態(tài)的鴒晶核。
18. 根據(jù)權利要求12所述的方法，包括在形成所述晶核之后，在35(TC 至450。C的溫度范圍內(nèi)利用H2氣體形成鴒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形成半導體器件的金屬線的方法，包括以下步驟在半導體襯底上形成絕緣層和粘合層；去除一部分粘合層和絕緣層以形成溝槽；在包括溝槽和粘合層的半導體襯底之上形成金屬層；以及，執(zhí)行拋光工藝直至露出絕緣層，由此形成金屬線。
文檔編號H01L21/70GK101154624SQ20061016677
公開日2008年4月2日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權日2006年9月29日
發(fā)明者洪承希, 鄭哲謨, 金恩洙, 金正根 申請人:海力士半導體有限公司