用於形成半導體器件的金屬線的方法

2024-03-04 08:01:15

專利名稱：用於形成半導體器件的金屬線的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體技術，更具體地，涉及一種用於形成半導體器件的金屬線 的方法。
背景技術：
隨著半導體製造技術以及半導體器件的高集成度近年來的發展，對形成在襯底上 的圖樣的細度和高精度的要求在不斷提高。此外，對金屬線尺寸的細度的要求已經提高。因 此，許多用來降低金屬線的尺寸的研究和調查已經在進行之中。這裡，在製造傳統的半導體的典型工藝中，通過使用光刻膠作為刻蝕掩膜刻蝕下 部層(lower layer)，以形成這種金屬線。即，傳統上，通過在刻蝕目標層上塗覆和曝光光刻 膠形成光刻膠圖樣，從而限定線形成區域。在這種情況下，光刻膠圖樣作為刻蝕掩膜刻蝕該 刻蝕目標層，以便形成金屬線。在金屬線上和下方可以使用Ti或者TiN作為鈍化層。使用銅取代鋁來體現金屬線的細度，或者在形成金屬線的工藝中使用具有短波長 的深紫外(DUV，de 印 ultra violet)光源取代 I-線光源(I-line light source)。然而，在使用用鋁形成的金屬線的情況下，減小了金屬線的整個區域並且由於金 屬線的電特性而發生電子飽和。因此，在光刻膠圖樣化、刻蝕和清洗工藝中，電子是飽和的 並且在刻蝕和清洗的過程中發生金屬爆炸(metal bomb)。具體地，在沉積金屬層之後，執行使用光刻膠圖樣的反應性離子刻蝕(RIE， reactive ion etching)。因此，用旋轉晶片執行使用無機化學試劑的清洗工藝。這裡，當晶片在旋轉時其被再充電，當無機化學物與帶電的金屬線接觸時會發生 瞬間反應。此時，在金屬線的較弱的部分可能發生爆炸。在使用胺化學試劑(例如，溶劑) 的情況下，這種爆炸的可能性比較低，而這種爆炸發生在使用無機化學試劑(該無機化學 試劑具有分別與價格低廉的HF、H2O2和H2SOdg合的去離子水(DIW))的情況下。即，無機 化學溶液中的氫離子與位於金屬線的外部區域中的電子結合，然後斥力被激活從而引起瞬 間的火花，因此可能發生金屬爆炸。

發明內容
因此，本發明針對一種用於形成半導體器件的金屬線的方法。本發明的一個目的在於提供一種用於形成半導體器件的金屬線的方法，該方法能 夠防止由電子飽和而引起的金屬爆炸，其中，該電子飽和出現在光刻膠圖樣化以形成根據 目前金屬線的細度趨勢的金屬線之後的刻蝕和清洗工藝過程中。本發明的另一目的在於提供一種用於形成半導體器件的金屬線的方法，該方法能 夠通過在刻蝕工藝之後經由金屬線表面處理來從金屬線的表面上去除電子，通過防止電子和在後續工藝中使用的無機化學試劑之間的化學反應，從而防止金屬爆炸。本發明的其他優點、目的和特徵一部分將在下文中闡述，一部分對於本領域的普 通技術人員而言通過下文的實驗將變得顯而易見或者可以從本發明的實踐中獲得。通過所 寫的說明書及其權利要求以及附圖中特別指出的結構，可以了解和獲知本發明的這些目的 和其他優點。為了實現這些目的和其他優點以及根據本發明的目的，如在本文中所體現和概括 描述的，一種用於形成半導體器件的金屬線的方法包括以下步驟在襯底上形成金屬層； 在金屬層上形成光刻膠圖樣；使用光刻膠圖樣作為刻蝕掩膜通過選擇性地刻蝕金屬層來形 成金屬線；通過處理金屬線的表面去除金屬線的表面上的電子；以及清洗金屬線。金屬層形成步驟可以包括以下步驟在襯底上形成第一鈍化層；在第一鈍化層上 形成用於金屬線的金屬線層；以及在金屬線層上形成第二鈍化層。第一鈍化層可以由Ti形 成以及第二鈍化層可以由TiN形成。可以通過使用反應性離子刻蝕(RIE，reactive ion etching)選擇性地刻蝕金屬 線層以形成金屬線。電子去除步驟可以使用熱去離子水(DIW，hot deionized water)和O3化學試劑 執行金屬線表面處理，以從金屬線的表面去除電子。這裡，在金屬線表面處理的過程中，熱 去離子水(DIW，hot deionizedwater)的溫度可以保持在60°C和90°C之間。由鹽酸(HCI， hydrochloric acid)和O3水配製的O3化學試劑可以被用作清洗水，執行使用該清洗水的 金屬線表面處理持續5分鐘或更短。可以理解的是，本發明的上述總體描述和以下的具體描述都是示例性的和說明性 的，並且旨在提供對所要求的本發明的進一步解釋。


附圖被包括用來提供對本發明的進一步理解，並結合於此而構成本申請的一部 分。本發明的示例性實施例連同描述都用來解釋本發明的原理。在附圖中圖1是示出了根據本發明的示例性實施例的形成半導體器件的金屬線的步驟的 流程圖；圖2a和2b是示出了形成金屬線的工藝的截面圖。
具體實施例方式現在將詳細描述實施例，在附圖中示出了實施例的實例。在所有可能的地方，在整 個附圖中使用相同的標號以表示相同或相似的部件。參照附圖，將詳細描述根據本發明示例性實施例的形成半導體器件的金屬線的方法。本發明旨在形成一種金屬線，特別是形成由鋁形成的金屬線。為了形成這種金屬 線，在刻蝕之後，執行金屬線表面處理以從金屬線的表面去除電子。在金屬線的粗糙表面在 表面處理的過程中被預先改善了之後，可以執行使用無機化學試劑的清洗。圖1是示出了根據本發明示例性實施例的形成半導體器件的金屬線的步驟的流 程圖，以及圖2a和2b是分別示出了根據該實施例的形成金屬線的過程的截面圖。
參照圖1和2a，在襯底10上形成多層型金屬層20、30和40(S102)。為了形成 多層型金屬層，在襯底10上形成由Ti形成的第一鈍化層20，以及在第一鈍化層20上 形成用於金屬線的鋁層30。然後，在鋁層30上形成由TiN形成的第二鈍化層40。這 裡，在第二鈍化層40上可以形成作為後續將執行的曝光或刻蝕工藝中所需的防護層 (reflection-prevention)或保護層的各種介電層。因此，光刻膠圖樣50形成在多層型金屬層20、30和40上。特別地，光刻膠圖樣50 形成在由TiN構成的第二鈍化層40上。因此，通過使用光刻膠圖樣50作為刻蝕掩膜選擇性地刻蝕多層型金屬層20、30和 40 (S106)，以便可以形成圖2b中所示的金屬線。此時，刻蝕的第一鈍化層20a(為Ti)形成 在金屬線30a的下方，而刻蝕的第二鈍化層40a(為TiN)形成在金屬線30a上。為了形成金 屬線，多層型金屬層20、30和40通過使用反應性離子刻蝕(RIE)被選擇性地刻蝕。在RIE 工藝中執行使用等離子體的刻蝕。去除在以上刻蝕中使用之後殘留的光刻膠圖樣，通常在除去殘留的光刻膠圖樣之 後執行清洗。然而，根據本發明，在清洗之前處理金屬線30a的表面。特別地，在用於形成金屬線30a的RIE之後處理金屬線30a的表面，以便可以從金 屬線30a的表面去除電子(S108)。在金屬線表面處理中，使用熱去離子水(DIW)和O3化學試劑以從金屬線30a的表 面去除電子。特別地，在表面處理過程中，熱DIW的溫度保持在60°C和90°C之間。並且，O3 化學試劑處理金屬線30a的表面在5分鐘之內，配製鹽酸(HCI，hydrochloric acid)和O3 水作為清洗水。即，在反應性離子刻蝕(RIE，reactive ion etching)過程中由等離子體在金屬線 的表面上產生的電子被提前去除，只是為了以如下反應式使金屬線的表面穩定。[反應式]e_+h++03+高溫-金屬線表面的穩定特別地，熱DIW溶解(melt)並改善了金屬線30a的粗糙表面。因此，對包含金屬線的整個襯底執行清洗(SllO)。在清洗中，可以使用混合有HF、 H2O2^PH2SO4的無機化學試劑和DIW。雖然使用這種無機化學試劑，然而根據本發明，在清洗 之前執行了金屬線表面處理，因此在金屬線中不會發生爆炸。即，金屬線外部區域上產生的 電子在其與無機化學試劑中的氫離子反應之前被提前去除。同時，在灰化工藝中，可以使用等離子體去除以上提到的殘留的光刻膠。如上所提到的，在用於形成金屬線的RIE之後，執行使用熱DIW和O3化學試劑的 金屬線表面處理。正因為如此，不僅從金屬線的表面上去除了電子，而且改善了金屬線的粗 糙表面。因此，防止了電子與無機化學試劑的反應，並從而提前避免了金屬爆炸。因此，本發明具有以下優點。本發明的用於形成半導體器件的金屬線的方法可以 防止根據目前金屬線的細度趨勢可能發生的金屬爆炸。從而，可以提高包含這種金屬線的 半導體器件的可靠性。此外，根據本發明的金屬線表面處理甚至可以去除聚合物殘留。從而，可以有效地 提高採用本發明的半導體器件的電性能。在不脫離本發明的精神和範圍內可以作各種修改及變形，這對於本領域的技術人員而言是顯而易見的。 因此，本發明意在涵蓋在所附權利要求及其等同替換的範圍內的對本發明的修改 和變形。
權利要求
一種用於形成半導體器件的金屬線的方法，包括以下步驟在襯底上形成金屬層；在所述金屬層上形成光刻膠圖樣；使用所述光刻膠圖樣作為刻蝕掩膜，通過選擇性地刻蝕所述金屬線層來形成所述金屬線；通過處理所述金屬線的表面去除所述金屬線的表面上的電子；以及清洗所述金屬線。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述金屬層形成步驟包括以下步驟 在所述襯底上形成第一鈍化層；在所述第一鈍化層上形成用於所述金屬線的金屬線層；以及 在所述金屬線層上形成第二鈍化層。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一鈍化層由Ti形成。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述金屬線層由鋁(AL)形成。
5.根據權利要求2所述的方法，其中所述第二鈍化層由TiN形成。
6.根據權利要求1所述的方法，其中通過使用反應性離子刻蝕(RIE)選擇性地刻蝕所 述金屬線層以形成所述金屬線。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述電子去除步驟執行使用熱去離子水(DIW)和 O3化學試劑的所述金屬線表面處理以從所述金屬線表面去除所述電子。。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，在所述金屬線表面處理過程中，所述熱去離子水 (DIff)的溫度保持在60V和90V之間。
9.根據權利要求7所述的方法，其中，由鹽酸(HCI)和O3水配製的O3化學試劑被用作 清洗水。
10.根據權利要求9所述的方法，其中執行使用所述清洗水的所述金屬線表面處理大 約5分鐘或更短。
全文摘要
本發明披露了一種用於形成半導體器件的金屬線的方法。一種用於形成半導體器件的金屬線的方法包括以下步驟在襯底上形成金屬層；在金屬層上形成光刻膠圖樣；使用光刻膠圖樣作為刻蝕掩膜通過選擇性地刻蝕金屬層來形成金屬線；通過處理金屬線的表面去除金屬線的表面上的電子；以及清洗金屬線。
文檔編號H01L21/768GK101882599SQ20091021554
公開日2010年11月10日 申請日期2009年12月28日 優先權日2008年12月29日
發明者鄭沖耕 申請人:東部高科股份有限公司