一种半导体装置中形成铜线的方法

摘要

本发明系揭露一种半导体元件中形成铜线的方法，此方法建立一新的制程技术，其铜种子层系由有机金属化学气象沈积法所形成，其中系以(hfac)Cu(DMB)(1，1，1，5，5，5-hexafluoro-2，4，pentadionato(3，3-di methyl-l-butene)-copperI)作为铜的前置物(precursor)，且藉着最理想地设定铜沈积设备之沈积制程条件，利用电镀技术或少电镀技术铜接着被埋藏，第一铜种子层系利用PVD法完成，第二铜种子层形成于第一铜种子层之上，其系利用(hfac)Cu(VTMOS)作为MOCVD法的铜前置物，接着利用电镀技术或少电镀技术铜被埋藏。所以，根据本发明，此方法不仅实现铜沈积制程之再现性，并能够获得一具有良好铜薄膜品质之铜沈积制程。

主权项

1.一种半导体元件中形成铜线的方法,该方法至少包含下列步骤:形成一内绝缘层于一种种半导体元件已形成其上的半导体基材上,形成一接触洞与一沟槽于该内绝缘层,形成一扩散阻障层于包括该接触洞与该沟槽之该内绝缘层的表面上;同步沈积一铜种子层于该阻障层沈积其上之接触洞与该沟槽的表面上,其系利用(hfac)Cu(DMB)为MOCVD法的前置物;电镀铜,该铜种子层沈积其上的接触洞与沟槽可被完全地埋藏,其系以电镀技术完成;及实施化学机械研磨法以形成铜线。2.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之接触洞与沟槽系以双镶嵌技术形成。3.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之扩散阻障层系以离子化的PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、离子化的PVD Ta、离子化的PVD TaN、CVD Ta、CVD TaN、CVD WN的其中一种形成。4.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之铜种子层的形成,系利用一铜沈积设备,其设备包括一反应腔与LDS,LDS包括一喷水器、一直接液体注入器(DLI)、一控制蒸发混和器(CEM),以及一具有孔形或喷雾型等等之蒸发器的系统。5.如申请专利范围第4项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该铜种子层的制程条件如下,其系利用该喷水器蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:喷水器之金属容器的温度维持在20-120℃,进入该喷水器之金属容器的携带气体至少包含He、H2.Ar,其流速约为10-700sccm,从该喷水器之金属容器至反应腔的气体管与源头管的温度均维持与该喷水器相同。6.如申请专利范围第4项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该铜种子层的制程条件如下,其系利用该DLI蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:DLI之蒸发器的温度维持在20-120℃,进入该蒸发器之携带气体的设定温度比该蒸发器的温度高20℃,该携带气体至少包含He、H2.Ar,该携带气体的流速约为10-700sccm,从该蒸发器至反应腔的气体管与源头管的温度均维持与该蒸发器相同。7.如申请专利范围第4项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该铜种子层的制程条件如下,其系利用该CEM蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:CEM之控制阀的温度维持在室温,该蒸发器之热交换器的温度维持在20-120℃,进入该控制阀之携带气体的设定温度高于或低于该热交换器,该携带气体至少包含He、H2.Ar,该携带气体的流速约为10-700sccm,从该蒸发器至反应腔的气体管与源头管的温度维持相等或比热交换器高5-20℃。8.如申请专利范围第4项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该铜种子层的制程条件如下,其系利用具有孔型或喷雾型之蒸发器的LDS以蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:该蒸发器的温度维持在室温,该蒸发器之热交换器的温度维持在20-120℃,进入该蒸发器之携带气体的设定温度高于该蒸发器20℃,该携带气体至少包含He、H2.Ar,该携带气体的流速约为10-700sccm,从该蒸发器至反应腔的气体管与源头管的温度维持与该蒸发器相等。9.如申请专利范围第4项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之用以沈积该铜种子层之反应腔的条件如下:该反应腔的内部温度与该反应腔内的喷水头之温度维持在20-120℃,该反应腔内之放置板的温度维持在120-280℃,该反应腔的内部压力维持在0.1-5torr,该喷水头与该置物板之间的距离为1-50mm。10.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之镀铜技术可以利用一电镀技术或一少电镀技术。11.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之(hfac)Cu(DMB)前置物的流速约为0.1-10sccm。12.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中(hfac)Cu(DMB)前置物内可添加0.1-30%的DMB或0.1-20%的Hhfac,或一DMB与Hhfac的组成。13.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中于铜电镀过程后,同步实施一氢还原热制程于氢还原环境下,以温度350℃形成一30-180分钟的制程,且无时间的延迟。14.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中氢还原环境系为H2.H2+Ar(1-95%)或H2+N2(1-95%)其中之一。15.如申请专利范围第1项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中于形成该扩散阻障层之后,实施一清洗制程,该清洗制程与该扩散阻障的形成系以同步制程,而无时间的延迟。16.一种半导体元件中形成铜线的方法,该方法至少包含下列步骤:形成一内绝缘层于一种半导体元件已形成其上的半导体基材上,形成一接触洞与一沟槽于该内绝缘层,形成一扩散阻障层于包括该接触洞与该沟槽之该内绝缘层的表面上;同步沈积一第一铜种子层于该阻障层沈积其上之接触洞与该沟槽的表面上,其系利用PVD法完成;沈积一第二铜种子属于该第一铜种子层沈积其上之接触洞与该沟槽的表面上,其系利用(hfac)Cu(VTMOS)为MOCVD法的前置物;电镀铜,该第一与第二铜种子层堆叠其上的接触洞与沟槽可被完全地埋藏,其系以电镀技术完成;及实施化学机械研磨法以形成铜线。17.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之接触洞与沟槽系以双镶嵌技术形成。18.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之扩散阻障层系以离子化的PVD TiN、CVD TiN、MOCVD TiN、离子化的PVD Ta、离子化的PVD TaN、CVD Ta、CVD TaN、CVD WN的其中一种形成。19.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之第一铜种子层的厚度约为200埃,其系于温度30-300℃沈积。20.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之第二铜种子层的形成,系利用一铜沈积设备,其设备包括一反应腔与LDS,LDS包括一喷水器、一直接液体注入器(DLI)、一控制蒸发混和器(CEM),以及一具有孔形或喷雾型等等之蒸发器的系统。21.如申请专利范围第20项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该第二铜种子层的制程条件如下,其系利用该喷水器蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:喷水器内之金属容器的温度维持在20-120℃,进入该喷水器之金属容器的携带气体至少包含He、H2.Ar,其流速约为10-700sccm,从该喷水器之金属容器至反应腔的气体管与源头管的温度均维持与该喷水器的金属容器相同。22.如申请专利范围第20项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该铜种子层的制程条件如下,其系利用该DLI蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:DLI之蒸发器的温度维持在20-120℃,进入该蒸发器之携带气体的设定温度比该蒸发器的温度高20℃,该携带气体至少包含He、H2.Ar,该携带气体的流速约为10-700sccm,从该蒸发器至反应腔的气体管与源头管的温度均维持与该蒸发器相同。23.如申请专利范围第20项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该第二铜种子层的制程条件如下,其系利用该CEM蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:该CEM内蒸发器之控制阀的温度维持在室温,该蒸发器内之热交换器的温度维持在20-120℃,进入该控制阀之携带气体的设定温度高于或低于该热交换器,该携带气体至少包含He、H2.Ar,该携带气体的流速约为10-700sccm,从该蒸发器至反应腔的气体管与源头管的温度维持相等或比该热交换器高5-20℃。24.如申请专利范围第20项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之沈积该第二铜种子层的制程条件如下,其系利用具有孔型或喷雾型之蒸发器的LDS以蒸发该(hfac)Cu(DMB)前置物:该蒸发器的温度维持在室温,该蒸发器的温度维持在20-120℃,进入该蒸发器之携带气体的设定温度高于该蒸发器20℃,该携带气体至少包含He、H2.Ar,该携带气体的流速约为10-700sccm,从该蒸发器至反应腔的气体管与源头管的温度维持与该蒸发器相等。25.如申请专利范围第20项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之用以沈积该第二铜种子层之反应腔的条件如下:该反应腔的内部温度与该反应腔内的喷水头之温度维待在20-120℃,该反应腔内之放置板的温度维持在120-280℃,该反应腔的内部压力维持在0.1-5torr,该喷水头与该置物板之间的距离为1-50mm。26.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之镀铜技术可以利用一电镀技术或一少电镀技术。27.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中上述之(hfac)Cu(DMB)前置物的流速约为0.1-10sccm。28.如申请专利范围第16项之半导体元件中形成铜线的方法,其中(hfac)Cu(DMB)前置物内可添加0.1-30%的DMB或0.1-20%的Hhfac,或一DMB与Hhfac的组成。29.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中于铜电镀过程后,同步实施一氢还原热制程于氢还原环境下,以温度350℃形成一30-180分钟的制程,且无时间的延迟。30.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中氢还原环境系为H2.H2+Ar(1-95%)或H2+N2(1-95%)其中之一。31.如申请专利范围第16项所述之半导体元件中形成铜线的方法,其中于形成该扩散制程之后,实施一清洗制程,该清洗制程与该扩散阻障的形成系以同步制程,而无时间的延迟。图式简单说明:第一图为一半导体元件制程中的流程图,图中显示根据本发明之形成铜线的方法;第二图为本发明包括反应腔之喷水器的图示说明,图中显示半导体元件中形成铜线的方法;第三图为本发明包括反应腔之DLI(直接液体注入器)的图示说明,图中显示半导体元件中形成铜线的方法;及第四图为本发明包括反应腔之CEM(控制蒸发混和器)的图示说明,图中显示半导体元件中形成铜线的方法。