专利名称：用于形成半导体器件中的金属线的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种用于形成半 导体器件中诸如大约0.13 pm铝线的金属线的方法。
背景技术：
如实例图1中所示，半导体金属线可以包括形成在半导体衬底 10上和/或上方的栅-才及介电层(gate dielectric layer ) 12和多晶》圭才册 极(poly gate) 14,以及形成在栅极介电层12和多晶硅栅极14的 侧壁上的隔离件(spacer) 16。在包括多晶娃斥册极14和隔离件16 的衬底10的整个表面上和/或上方形成第一层间电介质(First interlayer dielectric ) 18。在第一层间电介质18中形成由诸如鴒(W ) 的金属组成的下部4秦触插塞(contact plug) 20以^l夸源才及/漏才及和才册 才及连4妄至形成在第一层间电介质18上和/或上方的下部金属线Ml。 下部金属线Ml可以包4舌下部层22、铝(Al)金属层24和上部层 26。以与下部4妄触4t塞20、下部金属线Ml和第一层间电介质18 相似的方式分别构造上部接触插塞30、上部金属线M2和第二层间 电介质28。更特别地，为了构造下部金属线Ml和上部金属线M2,分别 在第一层间电介质18和第二层间电介质28上和/或上方顺序沉积下 部层22、铝(Al)金属层24和上部层26。 4妄下来，部分蚀刻下部 层22、铝(Al)金属层24和上部层26以便形成如图1中所示的多 个4皮此隔离开的下部金属线Ml和上部金属线M2。通常，当蚀刻 上部层26、铝(Al)金属层24和下部层22时， -使用相同的蚀刻气 体。由于在蚀刻下部层22之前蚀刻铝(Al)金属层24,所以在下 部层22的蚀刻期间铝(Al)金属层24暴露的侧面受到侵蚀。更具 体地，在将铝(Al)用于金属线的情况下，金属线之间的间隔随着 半导体器件的尺寸减小而减小。因此，当通过反应性离子蚀刻(RIE) 蚀刻由钛(Ti)或氮化钛(TiN )形成的下部层22时，包含在用于 蚀刻下部层22的CxFy气体中的氟可能影响已经被蚀刻的铝(Al) 金属层24的侧壁。因此，器件的可靠性，尤其是电迁移(EM)可 能恶化。
发明内容
本发明实施例涉及一种半导体器件以及用于形成半导体器件 中诸如大约0.13^m铝线的金属线的方法。
本发明实施例涉及一种用于形成半导体器件中的金属线的方 法，该方法防止了在蚀刻下部层期间对金属层侧壁的损害。
本发明实施例涉及一种用于形成半导体器件中的金属线的方 法，该方法可以包4舌如下步-骤中至少之一在半导体4于底上和/或上 方顺序形成介电层、下部层、金属层和上部层；相应于金属线间的 水平间隔来形成部分暴露上部层的光刻胶图样；使用光刻胶图样作 为掩膜来蚀刻上部层和金属层，以1"更部分暴露下部层；遍及所暴露 的下部层、被蚀刻的上部层、被蚀刻的金属层以及光刻胶图样的整 个表面开j成金属々虫凌'J卩方护层(metal etching prevention layer ); 以及然后使用包括金属蚀刻防护层的光刻胶图样来蚀刻下部层，以便部 分暴露介电层。
本发明实施例涉及 一 种用于形成半导体器件中的金属线的方
法，该方法可以包括如下步骤中至少之一在半导体碎于底上方顺序 形成介电层、下部层、金属层和上部层；相应于预定的侧面空间间 隔(lateral spatial interval)来形成部分暴露上部层的光刻月交图样； 按照预定的侧面空间间隔，使用光刻胶图样作为掩膜来蚀刻上部层 和金属层以部分暴露下部层；在所暴露的下部层、4皮蚀刻的上部层、 被蚀刻的金属层以及光刻胶图样上方形成金属蚀刻防护层；以及然 后按照预定的侧面空间间隔，使用光刻胶图样和金属蚀刻防护层作 为掩膜来蚀刻下部层以部分暴露介电层。
本发明实施例涉及一种方法，该方法可以包4舌如下步骤中至少 之一在半导体4于底上方顺序形成介电层、下部金属层、中间金属 层和上部金属层；通过在上部金属层上形成隔开预定距离的光刻胶 图样来暴露部分上部金属层；通过使用蚀刻气体同时蚀刻上部金属 层和中间金属层并且同样部分蚀刻光刻胶图样来暴露部分下部金 属层；在下部金属层所暴露的部分和上部金属层、中间金属层的侧 壁以及光刻月交图^"的整个表面上方同时形成作为蚀刻防护层的石圭 (Si)单层(silicon monolayer )，并且同样去除蚀刻气体的成分；
以及然后通过蚀刻下部金属层所暴露的部分以暴露部分介电层来 在半导体衬底上方形成金属线。
实例图1示出了半导体器件中的半导体金属线。
实例图2A到图2F示出了才艮据本发明实施例的用于形成半导体 器件中的金属线的方法。
具体实施例方式
对在附图中示出的实施方式、实施例作详细的说明。在任何可 能的地方，在整个附图中4吏用相同的标号以表示相同或相似的部 件。
如实例图2A中所示，可以通过在半导体4于底上和/或上方顺序 形成介电层60、下部金属层62、中间金属层64和上部金属层66 来形成半导体器件中的金属线。例如，下部金属层62和上部金属 层66可以由钛(Ti )、氮化钛(TiN )以及它们的化合物(compound ) 中的一种组成。中间金属层64可以由铝(Al)组成。可以通过物 理气相沉积(PVD)来沉积下部金属层62、中间金属层64和上部 金属层66。才艮据本发明实施例，可以在大约室温(25°C)到300°C 之间的范围内的温度下实施下部金属层62和上部金属层66的气相 沉积。可以在大约25。C到450。C之间的范围内的温度下实施中间 金属层64的气相沉积。
如实例图2B中所示，然后相应于金属线间的水平间隔来形成 光刻胶图样68以暴露部分上部金属层66。这里，水平间隔指的是 如实例图2F中所示的各个金属线Ml或M2之间的侧面空间间隔 72。例如，可以通过在上部金属层66上和/或上方施力。光刻月交膜并 且对光刻胶膜实施光刻来形成光刻胶图样68。
如实例图2C中所示，然后使用光刻胶图样68作为掩膜通过反 应性离子蚀刻(RIE)来蚀刻上部金属层66和中间金属层64以暴 露部分下部金属层62。当蚀刻上部金属层66和中间金属层64时， 光刻胶图样68也^皮部分蚀刻。结果，4吏光刻胶图样68的上部弯曲。 才艮据本发明实施例，可以使用CxFy基蚀刻气体(CxFybased etching gas )来蚀刻上部金属层66和中间金属层64。如实例图2D中所示，在下部金属层62所暴露的部分、被蚀刻 的上部金属层66A的侧壁、故蚀刻的中间金属层64A的侧壁和弯 曲的光刻胶图样68A的整个表面上和/上方注入硅烷(SiH4)气体， 从而形成硅(Si)单层，也就是，金属蚀刻防护层70。例如，用于 形成金属蚀刻防护层70的工艺的温度条件可以在大约100。C到 200。C之间的范围内，注入的SiH4的量可以在大约100sccm到 2000sccm之间的范围内。在注入SfflU时，氢(H )与在蚀刻上部金 属层66和中间金属层64时残留的氟发生反应，乂人而产生作为反应 产物的HFx。因此，可以以HFx的形式去除由上部金属层66和中间 金属层64的蚀刻过程中产生的氟。
如实例图2E中所示，使用光刻胶图样68A作为掩膜来蚀刻下 部金属层62所暴露的部分和形成在其上和/或其上方的部分金属蚀 刻防护层70以暴露部分第一介电层60。当部分蚀刻金属蚀刻防护 层70和下部金属层62时，可以将CxFy基蚀刻气体的偏置应用电压 (bias application voltage H殳置在大约10W到1000W之间的范围内 以产生基本上纯净的等离子气体(straight plasma gas )。然而，不具 有纯净性(straightness)的等离子气体可能仍然存在，在这种情况 下，由于金属蚀刻防护层70，中间金属层64A的侧壁可以被保护 而免遭氟的侵蚀。此外，在使用CxFy基蚀刻气体部分蚀刻下部金属 层62时产生的氟与金属蚀刻防护层70的Si发生反应，从而产生 SiFx。这意p未着，可以以SiFx的形式去除氟。
如实例图2F中所示，在部分暴露第一介电层60之后，去除光 刻胶图样68A和金属蚀刻防护层70。这里，可以在去除光刻胶图 样68A和金属蚀刻防护层70的过程中使用02等离子体和湿蚀刻。 实例图2F中所示的下部金属层62A在防止气泡(blisters)产生的 同时增强了中间金属层64A和介电层60之间的粘合力。此外，通 过促进中间金属层64A的Al生长，下部金属层62A使电迁移(electromigration ) ( EM )最佳化。当第 一层间电介质或第二层间 电介质被蚀刻然后形成接触插塞时，上部金属层66A起蚀刻停止层 (etching stop layer)的作用。
从以上描述中可以显而易见的是，根据本发明实施例，用于形 成半导体器件中的金属线的方法可以包括在蚀刻诸如Al层的金属 层之后形成金属蚀刻防护层，并且在金属蚀刻防护层形成之后蚀刻 下部层。因此，可以保护金属层免于受到在蚀刻下部层时产生的氟 的侵蚀，从而使金属线的可靠性最大化，尤其使电迁移最佳化。换 句话说，尽管由于在蚀刻下部层期间施加的偏压使得大部分等离子 体具有纯净性，^f旦是金属层的侧壁仍可能被不具有纯净性的等离子 体侵蚀。这里，通过金属蚀刻防护层可以保护金属层免遭侵蚀。同 样，可以容易并且彻底地去除在蚀刻下部层期间产生的氟。
在此尽管已经描述了本发明的实施例，但是应该理解，本领域 技术人员可以想到多种其他修改和实施例，它们都将落入本公开的 原则的4青神和范围内。更特别地，在本7>开、附图、以及所附;K利 要求的范围内，可以在主题结合4非列的4非列方式和/或组成部分方面 进4亍各种^f奮改和改变。除了组成部分和/或排列方面的l奮改和改变以 外，可选的^f吏用对本领域4支术人员来i兌也是显而易见的。
权利要求
1. 一种用于形成半导体器件中的金属线的方法，包括在半导体衬底上方顺序形成介电层、下部层、金属层和上部层；相应于预定的侧面空间间隔来形成部分暴露所述上部层的光刻胶图样；按照所述预定的侧面空间间隔，使用所述光刻胶图样作为掩膜来蚀刻所述上部层和所述金属层以部分暴露所述下部层；在所述暴露的下部层、所述被蚀刻的上部层、所述被蚀刻的金属层以及所述光刻胶图样上方形成金属蚀刻防护层；以及然后按照所述预定的侧面空间间隔，使用所述光刻胶图样和所述金属蚀刻防护层作为掩膜来蚀刻所述下部层以部分暴露所述介电层。
2. 根据权利要求1所述的方法，在部分暴露所述介电层之后，进 一步包括，去除所述光刻胶图样和所述金属蚀刻防护层。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，通过02等离子体和湿蚀 刻来去除所述光刻胶图样和所述金属蚀刻防护层。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述下部层和所述上部层 包含Ti、 TiN及其化合物中的一种，而所述金属层包含A1。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，通过CJFy基蚀刻气体来 蚀刻所述上部层和所述金属层。
6. 才艮据4又利要求4所述的方法，其中，通过在所述暴露的下部层、 所述被蚀刻的上部层、所述被蚀刻的金属层和所述光刻胶图样 的整个表面上方注入石圭烷气体来形成所述金属蚀刻防护层。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，在大约100°C到200°C 之间的范围内的温度下形成所述金属蚀刻防护层，而所述注入 的硅烷的量在大约100sccm到2000sccm之间的范围内。
8. 根据权利要求4所述的方法，其中，通过CxFy基蚀刻气体来 蚀刻所述下部层。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中，所述CxFy基蚀刻气体的 偏置应用电压在大约IOW到IOOOW之间的范围内。
10. 才艮据4又利要求1所述的方法，其中，通过物理气相沉积(PVD ) 来沉积所述下部层、所述金属层和所述上部层。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，在大约25°C到300°C 之间的范围内的温度下形成所述下部层和所述上部层，而在大 约25°C到450。C之间的范围内的温度下形成所述金属层。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中，蚀刻所述上部层和所述金 属层包括蚀刻所述光刻胶图样以便使所述光刻胶图样的上部 弯曲。
13. —种方法，包4舌在半导体;^底上方顺序形成介电层、下部金属层、中间 金属层和上部金属层；通过在所述上部金属层上形成隔开预定距离的光刻月交图 样来暴露部分所述上部金属层；通过4吏用蚀刻气体同时蚀刻所述上部金属层、所述中间 金属层并且同样部分蚀刻所述光刻胶图样来暴露部分所述下部金属层；在所述下部金属层的所述暴露部分和所述上部金属层、 所述中间金属层的侧壁，以及所述光刻胶图样的整个表面上方 形成作为蚀刻防护层的硅(Si)单层，并且去除所述蚀刻气体 的成分；以及然后通过蚀刻所述下部金属层的所述暴露部分以暴露部分所 述介电层来在半导体衬底上方形成金属线。
14. 4艮据片又利要求13所述的方法，其中，所述下部金属层和所述 上部金属层由钬(Ti )、氮化钬(TiN )及其化合物中的一种组 成。
15. 根据权利要求14所述的方法，其中，所述中间金属层由铝(A1) 组成。
16. 根据权利要求13所述的方法，其中，使用反应性离子蚀刻(RIE)来实施暴露部分所述下部金属层。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述蚀刻气体包括CxFy 基蚀刻气体。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中，形成所述硅(Si)单层 包括在大约100。C到200。C之间的范围内的温度下并4吏用在 大约lOOsccm到2000sccm之间的范围内的硅烷(SiH4 )剂量 来使所述下部金属层的所述暴露的部分和所述上部金属层、所述中间金属层的侧面，以及所述光刻胶图样的整个表面与硅烷(SiH4)气体接触。
19. 根据权利要求13所述的方法，在形成所述金属线之后，进一 步包括，去除所述光刻胶图样和所述金属蚀刻防护层。
20. 根据权利要求13所述的方法，其中，在大约IOW到1000W 之间的范围内的偏置电压下使用CxFy基蚀刻气体来蚀刻所述 下部金属层。
全文摘要
一种用于形成半导体器件中的金属线的方法可以包括在下部金属层所暴露的部分和上部金属层、中间金属层的侧壁和弯曲的光刻胶图样的整个表面上方形成作为蚀刻防护层的硅(Si)单层。
文档编号H01L21/768GK101414578SQ200810171518
公开日2009年4月22日 申请日期2008年10月17日 优先权日2007年10月18日
发明者李汉春 申请人:东部高科股份有限公司