(57)【要約】【課題】  Ｃｕラインを形成する方法を提供することである。【解決手段】本方法は、基板上の絶縁層内にトレンチパターンを形成させるステップと、上記トレンチパターンを充填するプレーナ化されたＣｕ層を形成させるステップと、上記プレーナ化されたＣｕ層上にＨｆＯｘ層を形成した後に上記基板を熱処理するステップとを含む。【選択図】      図２ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
基板上の絶縁層内にトレンチパターンを形成するステップと、
上記トレンチパターンを充填するプレーナ化されたＣｕ層を形成するステップと、
上記プレーナ化されたＣｕ層上にＨｆＯｘ層を形成した後に、上記基板を熱処理するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記ＨｆＯｘ層及び上記プレーナ化されたＣｕ層を熱処理するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記ＨｆＯｘ層を形成するステップは、
上記プレーナ化されたＣｕライン上にＨｆを堆積するステップと、
上記堆積したＨｆをアニールするステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記アニールは、酸素、または酸素／窒素の雰囲気において２００乃至７００℃で行われることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
上記Ｈｆは、５０乃至２０００Å厚に堆積されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
上記ＨｆＯｘ層は、化学蒸着によって、上記プレーナ化されたＣｕ層上に直接堆積することによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にＣｕラインを形成する方法に関する。本方法によって、ＨｆＯｘ層によって保護されたダマシン型銅（Ｃｕ）ラインが形成される。
【背景技術】
【０００２】
一般的に半導体装置内の金属配線のために使用されてはいるが、ポピュラーなアルミニウム（Ａｌ）金属ラインとは異なってＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によって形成することができないＣｕラインは、ラインレイアウトを設計し、バイアホール及びトレンチをＣｕで充填し、そしてＣｕをプレーナ化するようなダマシン法によって形成される。この場合、プレーナ化の後に露出されたＣｕラインの表面上にＳｉＮを堆積させ、拡散バリヤー及びエッチング停止層として使用する。従って最終的なＣｕラインの表面は、ＳｉＮと界面をなす。
【０００３】
図１ａ乃至図１ｃは従来技術によるＣｕラインの形成方法を説明する断面図である。
【０００４】
図１ａは、ダマシン及びプレーナ化プロセスの完了後のＣｕワイヤーの断面図である。
【０００５】
図１ａを参照する。所定のデバイスが設けられている基板１０上に絶縁層１１が堆積される。ダマシンプロセスによって、トレンチが形成される。トレンチは、Ｃｕ１２で充填される。Ｃｕは、プレーナ化されてＣｕライン１２が完成する。
【０００６】
図１ｂは、Ｃｕライン１２上に堆積されたＳｉＮの保護層の断面図である。
【０００７】
図１ｂを参照する。ダマシンプロセス及びプレーナ化プロセスが完了した後に、Ｃｕライン１２上にＳｉＮを堆積させることによって保護層１３が形成される。
【０００８】
図１ｃは、図１ｂのＡ部分のを拡大図であって、Ｃｕ／ＳｉＮ界面に発生する問題を説明するための断面図である。
【０００９】
図１ｃを参照する。Ｃｕライン１２のプレーナ化が完了した後に、Ｃｕライン１２の表面上にＣｕ酸化物が形成される。詳述すれば、プレーナ化プロセスの遂行中、及びプレーナ化プロセスの完了後に基板をＳｉＮ堆積のために転送する時にＣｕ酸化物１４が容易に形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、Ｃｕライン上に形成されるＣｕ酸化物は、多くのプロセスにおいて種々の信頼性問題を惹起する。以下のような実質的な問題が存在している。
第１に、ＳｉＮとＣｕとの間の付着が劣化する。ＳｉＮ／Ｃｕ間に存在するＣｕ酸化物は対応する界面をより不安定にする。
第２に、Ｃｕ酸化物は、アルミニウム酸化物とは異なり、Ｃｕを酸化させ続ける傾向があり、それによってＣｕラインの腐食をもたらす。
第３に、Ｃｕ酸化物は電食における陰極の役割を演じ得る。
第４に、Ｃｕ酸化物に起因するＣｕ／ＳｉＮ間の不安定な界面が、エレクトロマイグレーション（以下、「ＥＭ」と称する。）に最も弱い表面の界面拡散を促進させ、ボイドの形成を促進する恐れがある。
最後に、不安定な界面は不安定な付着をもたらし、それによって境界面にヒロックが容易に形成され得る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、従来技術の制限及び欠陥に起因する一つ又はそれ以上の問題を実質的に解消するＣｕラインを形成する方法に関する。
【００１２】
本発明の目的は、Ｃｕラインを形成する方法を提供することであり、本方法によれば、Ｃｕライン上の保護層、またはエッチング停止層としての役割を果たすＳｉＮをＨｆＯｘによって置換するようにしてＥＭ、ＢＴＳ等の信頼性を高めることができ、Ｃｕ酸化物に起因する電食を防ぐことができ、そして、−ＯＨ、Ｏ2、及びＨ2Ｏから酸素原子を集めるようにして、Ｃｕ酸化物の付加的な形成を阻止することができる。
【００１３】
これらの、及び他の目的を達成するために、本発明による半導体装置の製造方法は、基板上の絶縁層内にトレンチパターンを形成するステップと、上記トレンチパターンを充填しているプレーナ化されたＣｕ層を形成するステップと、プレーナ化されたＣｕ層上にＨｆＯｘを形成するステップと、基板を熱処理するステップとを含む。
【００１４】
好ましくは、本方法は更に、ＨｆＯｘ層、及びプレーナ化されたＣｕ層を熱処理するステップを含む。
【００１５】
好ましくは、本方法は更に、プレーナ化されたＣｕライン上にＨｆを堆積するステップと、堆積されたＨｆをアニールするステップとを含む。
【００１６】
より好ましくは、アニールは、酸素、または酸素／窒素の雰囲気において２００乃至７００℃で行われる。
【００１７】
より好ましくは、Ｈｆは、５０乃至２０００Å 厚に堆積される。
【００１８】
好ましくは、ＨｆＯｘ層は、プレーナ化されたＣｕ層上に、化学蒸着によってＨｆＯｘを直接堆積させることによって形成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明による半導体装置を製造する際のダマシンＣｕラインを形成する方法は、
第１に、Ｃｕライン上の保護層、またはエッチング停止層としての役割を果たすＳｉＮをＨｆＯｘによって置換するようにしてＥＭ、ＢＴＳ等の信頼性を高めることができ、
第２に、Ｃｕ酸化物に起因する電食を防ぐことができ、そして
最後に、−ＯＨ、Ｏ2、及びＨ2Ｏから酸素原子を集めるようにして、Ｃｕ酸化物の付加的な形成を阻止できる、
という効果、または長所を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明による半導体装置の製造方法においては、Ｃｕラインが形成された後に、保護層としてＳｉＮの代わりにＨｆＯｘまたはＨｆをＣｕライン上に堆積させて、ＣｕとＨｆＯｘとの間の界面における酸素不純物を減少させ、Ｃｕ酸化物の腐食の可能性を未然に防止し、そしてＥＭ、ＢＴＳ（バイアス熱応力）等の信頼性を高める。
【００２１】
上述した諸問題を解消するために、図２ａ乃至図２ｃに示す方法によってＣｕラインを形成させる。
【００２２】
図２ａ乃至２ｃは、本発明によるＣｕラインを形成させる方法を説明するための断面図である。
【００２３】
図２ａは、ダマシンプロセス及びプレーナ化プロセスが完了した後のＣｕワイヤーの断面図である。
【００２４】
図２ａを参照する。所定の１または複数のデバイスが設けられている基板２１上に絶縁層２２が堆積される。Ｃｕラインのためのトレンチが、ダマシンプロセスによって絶縁層内に形成される。Ｃｕがトレンチ内に堆積され、トレンチを充填する。次いで、堆積されたＣｕがプレーナ化されてＣｕライン２３が完成する。この際、プレーナ化プロセスの遂行中、及びプレーナ化プロセスの完了後に基板をＳｉＮ堆積のために転送する時にＣｕ酸化物２４が容易に形成される。
【００２５】
図２ｂは、ダマシンプロセス及びプレーナ化プロセスによって形成されたＣｕライン上にＨｆＯｘを形成するステップを示している。ＨｆＯｘを形成させるには、次の２つの方法がある。
【００２６】
第１は、Ｈｆを堆積させた後に、酸素または酸素/窒素雰囲気内において２００乃至７００℃で堆積されたＨｆのアニールを行う方法である。この場合、Ｈｆは、好ましくは５０乃至２０００Å厚に堆積させる。
【００２７】
第２は、ＨｆＯｘをＣｕライン上に直接堆積させる方法である。この場合、対応する堆積は、第１の方法のアニール温度と類似の温度において、化学蒸着（ＣＶＤ）によって行われる。もしＣＶＤのプロセス温度が２００℃以下であれば、更にアニールを実行することができる。
【００２８】
図２ｃを参照する。アニールは基板に対して行われるので、ＨｆＯｘはＣｕ酸化物の酸素原子を集めて還元し、純粋なＨｆＯｘ／Ｃｕ界面２６が形成される。
【００２９】
従って、半導体配線プロセスの途中で形成されるＣｕライン上に保護層を形成させるために、Ｈｆを優先的に堆積させてから酸素／窒素の雰囲気においてＨｆのアニールを行うことによって、またはＣｕライン上にＨｆＯｘを直接堆積させてからＨｆＯｘのアニールを行うことによって、ＨｆＯｘを形成させる。このようにすると、Ｃｕライン上のＣｕ酸化物成分を除去することも、またはＣｕに還元することもできる。ＨｆによってＣｕＯｘを除去または還元する場合、Ｈｆのギブズエネルギーは２８９Ｋにおいて（−）３５２ｋＪであり、Ｃｕのギブズエネルギは２８９Ｋにおいて（−）２３７ｋＪである。従って、自然Ｃｕ酸化物としてのＣｕＯｘの酸素は、ＣｕＯｘ層上のＨｆ層内に集められ、それによって清浄な表面をＣｕに提供することができる。
【００３０】
当業者ならば、本発明の種々の変化及び変形を考案することができよう。従って、これらの変形は本発明の範囲内にあるものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】従来技術によるＣｕラインを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１ｂ】従来技術によるＣｕラインを形成する方法を説明するための断面図である。
【図１ｃ】従来技術によるＣｕラインを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２ａ】本発明によるＣｕラインを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２ｂ】本発明によるＣｕラインを形成する方法を説明するための断面図である。
【図２ｃ】本発明によるＣｕラインを形成する方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
２１：基板
２２：絶縁層
２３：Ｃｕライン
２４：銅酸化物
２５：ＨｆＯｘ
２６：ＨｆＯｘ／Ｃｕ界面
【図１ａ】
2005197711.tif 000003
【図１ｂ】
2005197711.tif 000004
【図１ｃ】
2005197711.tif 000005
【図２ａ】
2005197711.tif 000006
【図２ｂ】
2005197711.tif 000007
【図２ｃ】
2005197711.tif 000008