专利名称：在半导体器件中形成金属线的方法
技术领域：
本发明主要涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种在单镶 嵌工艺(single damascene process )中用于开j成金属线的方法以及4吏 用该方法形成的半导体器件。
背景技术：
由于在蚀刻工艺中存在^艮多的困难，可以4吏用镶嵌工艺形成用 于提高半导体器件操作速度的铜线。镶嵌工艺可以是双重镶嵌工艺 (dual damascene process )和单银嵌工艺。
在双重镶嵌工艺中，同时形成通道插塞(viaplug)和铜线。可 以以多层的形式来层压蚀刻阻止膜(eching stopper film )和层间绝 缘膜。蚀刻这些膜以形成通道孔(viahole)和沟槽。在包括通道孔 和沟槽的整个结构的顶部的上方形成扩散阻挡膜和籽晶层(seed layer )。通过电镀4支术在其上;;冗积4同层以i真充沟才曹和通道3L。通过 CMP工艺平坦4匕铜层来完成铜线。然而，当形成接触孔时，铜的沉积可能引起对由于铜原子的扩 散污染下部晶体管的担忧。因此，最近已经使用了单镶嵌工艺。在 单4裏嵌工艺中，在4妄触孔中沉积鵠而铜线^又在其顶部上方形成。
图l是用于通过相关的单镶嵌工艺在半导体器件中形成铜线的
工艺的片黄截面图。如
图1所示，在形成第一层间绝^彖膜101和钨接 触4翁塞102的半导体坤于底100上方沉*积第二层间绝纟彖月莫103。然后， 形成沟槽图样并蚀刻沟槽。在其上沉积铜阻挡金属膜104和铜105。
在形成用于钨接触插塞102的接触孔的过程中，大量地使用氟。 大量的碳也被用于实现光刻胶图样合适的选择比(selection ratio )， 其中光刻胶图样被形成用来蚀刻第一层间绝缘膜101。也就是，在 第一层间绝缘膜101的顶部上方形成光刻胶图样之后，使用氟气作 为主蚀刻剂形成接触孔，大量的碳被用于光刻胶图样合适的选择比 以蚀刻第 一层间绝纟彖力莫101 。
其次，在4妄触孔中沉积金属鵠以形成鴒4妻触插塞102。由于用 来形成4妄触孔的相关方法4吏用了大量的氟和石友，所以在钨4妄触插塞 与沉积于沟槽中的铜4妄触的地方可能存在缝隙或空隙。如果这种缝 或空隙的尺寸太大，可能将多余的氟导入鴒乂人而以WF6的形式蚀刻 鵠。由于这种对钨的蚀刻，在钨接触插塞中的缝隙可能变的更大， 而在形成鵠接触插塞之后铜也可能被氟污染。
发明内容
本发明实施例涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种在单 镶嵌工艺中用于形成金属线的方法以及使用该方法形成的半导体 器件。本发明的实施例涉及在形成钨接触插塞之后通过去除碳和氟 残余物来防止《乌4姿触4牛(contact)净皮氟々虫刻。
6本发明实施例涉及用于在半导体器件中形成金属线的方法，该
方法包括图样化(patterning)半导体衬底上方的一部分第一层间 绝缘膜以在其中形成接触孔，在接触孔中沉积第 一金属以形成金属 接触插塞，在形成金属接触插塞的半导体村底上方形成第二层间绝 缘膜，蚀刻第二层间绝缘膜以形成沟槽，在沟槽形成之后去除在金 属接触插塞的形成过程中残留的气体，以及在沟槽中沉积第二金属 以形成连接至金属接触插塞的金属膜。
本发明实施例涉及一种半导体器件，该半导体器件包括形成在 半导体衬底上方并且在其中具有图样化的接触孔的第 一层间绝缘 膜。在接触孔中形成第一金属的金属接触插塞。第二层间绝缘膜在 半导体衬底的上方具有沟槽，该半导体衬底具有形成于其上的金属 接触插塞。第二金属的金属膜形成在被蚀刻的沟槽中并连接至金属 4妄触插塞。
附图^兌明
图l是示出了用于形成金属线的相关工艺的横截面图。
实例图2A至2F是根据本发明实施例在半导体器件中形成金属 线的过程的横截面图。
具体实施例方式
本发明实施例涉及一种用于形成可以防止接触插塞被残留气 体蚀刻的金属线的方法。可以实施清洗工艺(cleaning process)以 去除气体，例如，在单镶嵌工艺中形成接触插塞和沟槽之后残留的 氟和碳。实例图2A到2F是根据本发明实施例在半导体器件中形成金属 线的过程的横截面图。如实例图2A所示，可以在半导体衬底200 的上方形成第一层间绝纟彖力莫202。可以在第一层间绝纟彖膜202上方 形成用于限定接触孔的光刻胶图样。可以通过使用光刻胶图样作为 蚀刻掩模蚀刻第一层间绝缘膜202来形成接触孔C。可以通过剥离 工艺(stripping process)去除光刻胶图样。此时，在用于形成接触 孔的蚀刻工艺中可以4吏用氟气。大量的-友气可以用于第一层间绝續^ 膜202和光刻胶图样之间的充分的蚀刻选择比。
其次，如实例图2B所示，可以通过在4妄触孔C中沉积例如钨 的第一金属材料来形成接触插塞204。在形成接触插塞204之后剩 余了部分用于形成接触孔C的氟气和碳气。
其后，如实例图2C所示，可以在形成"l妄触插塞204的半导体 衬底200上方形成第二层间绝缘膜206 。可以在第二层间绝缘膜206 的顶部上方涂覆光刻胶。可以通过光刻工艺形成用于沟槽的光刻胶 图样208。
如实例图2D所示，可以通过使用光刻胶图样208作为蚀刻掩 模蚀刻第二层间绝缘膜206来形成沟槽T 。可以通过剥离工艺去除 用于沟槽的光刻胶图样208。
然后，如实例图2E所示，在形成4妄触" L之后，可以通过在形 成沟槽T的半导体衬底200上实施清洗工艺来去除残留的气体，即， 碳气和氟气。可以通过以大约140sccm到150sccm使用02气和以 大约200 sccm到240 sccm <吏用Ar气长达大约20秒到30秒在比如 大约30 mTorr到40 mTorr的气压下，使用大约800W到1400W的 电源(power source )，优选为大约1100W的电源，以及大约180W 到220W的偏置功率(bias power)来实施该清洗工艺，乂人而去除残留的气体。也就是，在残留的气体中，碳气可以通过使用o2气被
去除，而氟气可以通过^f吏用Ar气^皮去除。
其次，如实例图2F所示,可以在沟槽T上方形成阻挡金属膜 210，比如铜阻挡金属膜。可以通过沉积第二金属材并牛，例如铜， 来形成连接至接触插塞204的金属线212。可以使用化学机械抛光 工艺来暴露第二层间绝缘膜206的顶部。
尽管本发明实施例已经通过实例的方式描述，在该实例中，残 留的气体可以通过使用氧气和氩气来去除，但是只有氩气可以用来 仅去除氟，这对于接触插塞中缝隙的尺寸具有最大的效果。根据本 发明实施例，在沟槽形成之后，通过去除残留的气体，碳和氟，防 止接触插塞的鴒和氟相互耦合来避免对接触插塞的蚀刻是可能的。 本发明实施例可以通过避免形成在接触插塞中的缝隙尺寸的增大 来提高半导体器件的可靠性。另外，本发明实施例可以通过去除残 留的气体，碳，来防止对将在沟槽中形成的铜的污染。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不背离本发明的 4青神或范围的情况下可以对所4皮露的本发明实施例进4亍各种》务改 和变更。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求和等同物的范围 内的对所披露的本发明实施例的任何修改和变更。
权利要求
1. 一种方法，包括图样化半导体衬底上方的一部分第一层间绝缘膜以在所述第一层间绝缘膜中形成接触孔；在所述接触孔中沉积第一金属以形成金属接触插塞；在形成所述金属接触插塞的所述半导体衬底上方形成第二层间绝缘膜；蚀刻所述第二层间绝缘膜以形成沟槽；在所述沟槽形成之后去除在所述金属接触插塞的形成过程中残留的气体；以及在所述沟槽中沉积第二金属以形成连接至所述金属接触插塞的金属膜。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，去除所述残留的气体包括 在其上形成有所述沟槽的所述半导体衬底上的清洗工艺。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中，使用氩气去除所述残留的 气体。
4. 根据权利要求1所述的方法， 残留的气体。
5. 根据权利要求1所述的方法,
6. 根据权利要求1所述的方法,其中，使用氧气和氩气去除所述其中，所述第一金属是钨。 其中，所述第二金属是铜。
7. 根据权利要求2所述的方法，其中，在大约30 mTorr到40 mTorr的气压下实施所述清洗工艺。
8. 根据权利要求2所述的方法，其中，使用大约800W到1400W 的电源实施所述清洗工艺。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，使用大约180W到220W 的偏置功率实施所述清洗工艺。
10. 根据权利要求3所述的方法，其中，以大约200 sccm到240 sccm提供所述Ar气。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述Ar气^皮提供大约 20秒到30秒。
12. 才艮据权利要求4所述的方法，其中，以大约140 sccm到150 sccm提供所述02气。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述02气4皮提供大约 20秒到30秒。
14. 才艮据^又利要求2所述的方法，其中，以大约140 sccm到150 sccm 4吏用02气和以大约200 sccm到240 sccm 4吏用Ar气长达 大约20秒到30秒在大约30 mTorr到40 mTorr下，4吏用大约 800W到1400W的电源，以及大约180W到220W的偏置功率 来实施所述清洗工艺，从而去除所述残留的气体。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中，在所述沟槽中沉积第二金 属以形成连接至所述金属接触插塞的金属膜之后，使用化学机 械抛光工艺平坦化所述第二金属膜。
16. 才艮据4又利要求15所述的方法，其中，所述第一金属和第二金 属一起形成金属线。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述化学机械抛光工艺 使所述第二层间绝缘膜的顶部暴露。
18. —种装置，包括第一层间绝缘膜，形成在半导体衬底上方并且在所述第 一层间绝缘膜中具有图样化的接触孔；第一金属的金属接触插塞，形成在所述接触孔中；第二层间绝缘膜，在所述半导体衬底上方具有沟槽，所述 半导体衬底具有形成于其上的所述金属接触插塞；以及第二金属的金属膜，形成在所述被蚀刻的沟槽中并连接至 所述金属接触插塞。
19. 根据权利要求18所述的装置，其中，所述第一金属是钨。
20. 根据权利要求18所述的装置，其中，所述第二金属是铜。
全文摘要
一种用于在半导体器件中形成金属线的方法，该方法包括图样化半导体衬底上方的一部分第一层间绝缘膜以在其中形成接触孔，在接触孔中沉积第一金属以形成金属接触插塞，在形成金属接触插塞的半导体衬底上方形成第二层间绝缘膜，蚀刻第二层间绝缘膜以形成沟槽，在沟槽形成之后去除在金属接触插塞的形成过程中残留的气体，以及在沟槽中沉积第二金属以形成连接至金属接触插塞的金属膜。因此，在沟槽形成后，通过去除诸如碳和氟的残留气体来避免接触插塞的蚀刻是可能的。
文档编号H01L21/768GK101471287SQ20081021567
公开日2009年7月1日 申请日期2008年9月12日 优先权日2007年12月26日
发明者郑星熙 申请人:东部高科股份有限公司