-
QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
-
Die
vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer
10-2006-0096346 , angemeldet am 29. September 2006, welche
durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
Halbleitervorrichtung, und insbesondere ein Verfahren zum Bilden
einer metallischen Bitleitung in einer Flash-Speichervorrichtung unter
Verwendung eines Damaszener-Prozesses.
-
Ein
Schienenwiderstand, welcher für
eine Betriebseigenschaft einer Flash-Speichervorrichtung geeignet ist, kann
schwierig zu erreichen sein, wenn Wolfram (W) als Bitleitung bei
einer Herstellung eine Flash-Speichervorrichtung benutzt wird, die
kleiner als 60 nm ist. Ein Verfahren zum Bilden einer metallischen
Leitung unter Verwendung von Aluminium (Al) oder Kupfer (Cu) anstelle
von Wolfram ist zur Behebung dieses Problems eingeführt worden.
Typischerweise weist ein Verfahren zum Bilden einer metallischen
Leitung unter Verwendung von Aluminium ein Ablagern von Aluminium
und dann ein Durchführen eines
reaktiven Ionenätzprozesses
(RIE = Reactive Ion Etch) auf. Es kann jedoch schwierig sein, eine gleichmäßig geätzte Oberfläche zu erzielen.
Weiterhin kann ein Verlust von Aluminium auf einer Bodenschnittstelle-
bzw. trennfläche
auftreten, wenn die metallische Leitung unter Anwendung des RIE-Prozesses
gebildet wird. Somit kann die Aluminiumleitung schwierig herzustellen
sein, wenn eine kritische Abmessung (CD = Critical Dimension) der
metallischen Leitung gering ist. Eine metallische Leitung, die Kupfer
aufweist, wird unter Anwendung eines Damaszener-Prozesses gebildet.
Der Damaszener-Prozess weist im Allgemeinen eine bessere Elektromigrationscharakteristik
auf als der RIE-Prozess.
-
Der
Damaszener-Prozess wird im Allgemeinen verwendet, um eine metallische
Leitung zu bilden, die Kupfer oder Aluminium aufweist. Bin metallischer
Barrierelayer wird auf einer Trennfläche auf einem Isolationslayer
vorgesehen, um eine Diffusion des Kupfers oder Aluminiums in den
Isolationslayer zu verringern. Wenn ein Vergleich zu der metallischen
Leitung, die Aluminium aufweist (hiernach als Aluminiumleitung bezeichnet),
angestellt wird, stellt die Bildung der metallischen Leitung, welche
Kupfer aufweist (hiernach als Kupferleitung bezeichnet), unter Anwendung
des Damaszener-Prozesses eine bessere Elektromigrationscharakteristik
und eine bessere Stabilität
beim Durchführen
eines chemischmechanischen Polierprozesses (CMP = Chemical Mechanical
Polishing) zum Isolieren von Leitungen bereit. Die Bildung der Kupferleitung
erfordert im Allgemeinen jedoch einen unabhängigen Arbeitsraum und eine
unabhängige
Ausrüstung
zur Bildung der Kupferleitung auf Grund einer Diffusionseigenschaft von
Kupfer. Es sollte festgehalten werden, dass Kupfer eine schnelle
Diffusionsgeschwindigkeit in Silizium oder in einem auf Oxid basierenden
Material aufweist, das als Isolationslayer benutzt wird.
-
Demgegenüber kann
die unter Verwendung des Damaszener-Prozesses gebildete Aluminiumleitung
Vorteile bieten, da die Aluminiumleitung eine dichtere Schicht bzw.
einen undurchlässigeren
Layer als die Kupferleitung bilden kann. Aluminium kann auch nicht
in Silizium oder in einen Isolierlayer hinein diffundieren. Die
Aluminiumleitung ist jedoch weniger stabil als die Kupferleitung
und weist deshalb eine verminderte Elektromigrationscharakteristik
auf. So kann die Aluminiumleitung leicht korrodieren. Insbesondere
kann galvanische Korrosion, welche Elektronen einem metallischen
Barrierelayer zuführt,
in einem Kontaktbereich mit dem metallischen Barrierelayer, der
ein anderes Metall als Aluminium aufweist, auftreten. Eine derartige
Eigenschaft kann den Schienenwiderstand der metallischen Leitung
vergrößern und
nachteilige Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit der Vorrichtung haben.
-
Nach
Durchführen
des CMP-Prozesses zur elektrischen Isolation benachbarter Aluminiumleitungen
wird ein Reinigungsprozess ausgeführt, um Schlämmerückstände und
Po liernebenprodukte zu entfernen, die während des CMP-Prozesses erzeugt worden
sind. Der Reinigungsprozess verwendet typischerweise eine auf Ammonium
(NH3) basierende oder auf Fluorwasserstoff
(HF) basierende Reinigungslösung.
Folglich schädigt
die Reinigungslösung auf
chemische Weise die Aluminiumleitung, und galvanische Korrosion
tritt auf. Deshalb ist eine verbesserte Reinigungslösung zur
Verminderung der galvanischen Korrosion bei einem Reinigungsprozess
erwünscht. 1 illustriert
mikrografische Ansichten von galvanischer Korrosion (mit Bezugszechen „C" versehen), welche
zwischen einer Aluminiumleitung und einem metallischen Barrierelayer
bei einem Reinigungsprozess nach Durchführung eines CMP-Prozesses erzeugt
worden sind.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
-
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung stellen eine metallische Leitung in einer
Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Bilden derselben bereit.
Die Halbleitervorrichtung mit der metallischen Leitung der vorliegenden
Erfindung kann galvanische Korrosion in einem Kontaktbereich zwischen
einem metallischen Layer zur Bildung der metallischen Leitung und
einem metallischen Barrierelayer unter Verwendung eines Damaszener-Prozesses
herabsetzen.
-
In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine metallische
Leitung in einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt. Der metallische
Layer weist Folgendes auf: einen Isolationslayer mit darin eingeformten
Gräben;
einen über
dem Isolationslayer und den Gräben
gebildeten metallischen Barrierelayer; einen über dem metallischen Barrierelayer
gebildeten metallischen Layer, wobei der metallische Layer die Gräben füllt; und
einen Layer gegen galvanische Korrosion, der auf einer Trennfläche zwischen
dem metallischen Layer und dem metallischen Barrierelayer gebildet
ist.
-
In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Bilden einer metallischen Leitung in einer Halbleitervorrichtung
bereitgestellt. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte
auf: Bereitstellen eines Substrats mit einem Isolationslayer, der
eine Vielzahl von darin eingeformten Gräben aufweist; Bilden eines
me tallischen Barrierelayers über
dem Isolationslayer und den Gräben;
Bilden eines ersten metallischen Layers über dem metallischen Barrierelayer; Bilden
eines zweiten metallischen Layers über dem ersten metallischen
Layer, wobei der zweite metallische Layer die Gräben füllt; und Bilden eines Layers gegen
galvanische Korrosion auf einer Trennfläche zwischen dem metallischen
Barrierelayer und dem zweiten metallischen Layer unter Verwendung
eines thermischen Prozesses.
-
In Übereinstimmung
mit einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein
Verfahren zum Bilden einer metallischen Leitung in einer Halbleitervorrichtung
bereitgestellt. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte
auf: Bereitstellen eines Substrats mit einem Isolationslayer, der
eine Vielzahl von darin eingeformten Gräben aufweist; Bilden eines
metallischen Barrierelayers über
dem Isolationslayer und den Gräben;
und Bilden eines metallischen Layers mit einem ersten Metall über dem
metallischen Barrierelayer, wobei der metallische Layer die Gräben füllt, wobei
ein Gas mit einem zweiten Metall zugeführt wird, wenn der metallische
Layer gebildet wird, um einen Layer gegen galvanische Korrosion
auf einer Trennfläche
zwischen dem metallischen Barrierelayer und dem metallischen Layer
zu bilden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 illustriert
mikrografische Ansichten von galvanischer Korrosion, die zwischen
einer Aluminiumleitung und einem metallischen Barrierelayer während eines
herkömmlichen
Reinigungsprozesses bei Bildung der Aluminiumleitung unter Anwendung eines
Damaszenerprozesses erzeugt worden sind.
-
2A bis 2D illustrieren
Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Bilden einer metallischen
Leitung in einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
-
3A bis 3C illustrieren
Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Bilden einer metallischen
Leitung in einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
-
BESCHREIBUNG SPEZIELLER AUSFÜHRUNGEN
-
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung sind auf eine metallische Leitung in
einer Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Bilden derselben ausgerichtet.
Gemäß Ausführungen
der vorliegenden Erfindung wird ein Layer gegen galvanische Korrosion
auf einer Trennfläche
zwischen einem metallischen Barrierelayer und einem metallischen
Layer gebildet, wenn eine metallische Leitung unter Anwendung eines
Damaszener-Prozesses gebildet wird. Der Layer gegen galvanische
Korrosion weist einen Legierungslayer auf, der einen Werkstoff des metallischen
Layers aufweist. Dementsprechend kann galvanische Korrosion an der
Trennfläche
zwischen dem metallischen Barrierelayer und dem metallischen Layer
reduziert werden.
-
Subazide
Polierschlämme
mit einem pH-Wert, der im Bereich von ungefähr 4 bis ungefähr 6 liegt,
wird während
eines Planarisierungsprozesses des metallischen Layers benutzt.
So kann galvanische Korrosion zwischen dem metallischen Barrierelayer
und dem metallischen Layer herabgesetzt werden. Die galvanische
Korrosion kann weiter reduziert werden, indem ein Inhibitor für metallische
Korrosion einer Reinigungslösung
aus deionisiertem Wasser so zugefügt wird, dass der pH-Wert der
Reinigungslösung
im Bereich von ungefähr
8 bis ungefähr
10 liegt. Mit anderen Worten, die Reinigungslösung wird während eines Reinigungsprozesses,
der nach dem Planarisierungsprozess ausgeführt wird, als eine basische
Lösung
beibehalten.
-
Mit
Bezugnahme auf die Zeichnungen sind die illustrierten Stärken bzw.
Dicken von Schichten bzw. Layern und Bereichen zur Erleichterung
einer Erläuterung übergroß dargestellt.
Wenn ein erster Layer als „auf" einem zweiten Layer
oder „auf" einem Substrat befindlich
bezeichnet ist, kann dies bedeuten, dass der erste Layer direkt
auf dem zweiten Layer oder auf dem Substrat gebildet ist, oder es
kann auch bedeuten, dass ein dritter Layer zwischen dem ersten Layer
und dem Substrat vorhanden ist. Weiterhin stellen die gleichen oder ähnlichen
Bezugszeichen in den verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung
die gleichen oder ähnlichen
Elemente in unterschiedlichen Zeichnungen dar.
-
2A bis 2D illustrieren
Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Bilden einer metallischen
Leitung in einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung.
-
Mit
Bezug auf 2A werden eine erste Isolationsstruktur 20,
ein Ätzstoplayer 21 und
eine zweite Isolationsstruktur 22 über einem Substrat (nicht gezeigt)
mit einer Vielzahl von leitenden Layern (nicht gezeigt) gebildet.
Insbesondere wird ein erster Isolationslayer über dem Substrat gebildet.
Der erste Isolationslayer weist ein auf Oxid basierendes Material auf.
Ein auf Nitrid basierender Layer wird über dem ersten Isolationslayer
gebildet. Der auf Nitrid basierende Layer hat die Funktion einer Ätzmaske,
so dass der erste Isolationslayer selektiv geätzt werden kann. Ein zweiter
Isolationslayer wird über
dem auf Nitrid basierenden Layer geformt. Der zweite Isolationslayer
weist ein auf Oxid basierendes Material auf, welches eine unterschiedliche
Selektivität
besitzt als der auf Nitrid basierende Layer. Zum Beispiel kann der
zweite Isolationslayer TSiO2, Tetraethylorthosilikat
(TEOS), Plasma mit hoher Dichte (HDP) oder undotiertes Silikatglass
(USG) aufweisen. Der zweite Isolationslayer kann einen dielektrischen
Layer mit niedrigem k-Wert aufweisen, welcher durch Ausführung eines
Spin-On-Verfahrens
oder eines Verfahren zum chemischen Dampfphasenabscheiden (CVD) gebildet
wird. Der zweite Isolationslayer kann bis zu einer Stärke gebildet
werden, die im Bereich von ungefähr
100 Å bis
ungefähr
2500 Å liegt.
-
Abschnitte
des zweiten Isolationslayers, des auf Nitrid basierenden Layers
und des ersten Isolationslayers werden zur Bildung von Gräben 23 geätzt. So
werden die zweite Isolationsstruktur 22, der Ätzstoplayer 21 und
die erste Isolationsstruktur 20 geformt. Die Gräben 23 werden
gebildet, indem zwei Ätzprozesse
gebraucht werden. Ein erster Ätzprozess
beendet ein Ätzen über dem
auf Nitrid basierenden Layer. Der erste Isolationslayer wird durch
einen zweiten Ätzprozess
geätzt.
Die Gräben 23 können bis
zu einer Tiefe geformt werden, die in einem Bereich von ungefähr 1500 Å bis ungefähr 3000 Å liegt.
-
Mit
Bezugnahme auf 2B wird ein metallischer Barrierelayer 24 über dem
sich ergebenden Aufbau gebildet. Der metallische Barrierelayer 24 kann
einen Stapelaufbau besitzen, welcher Titan (Ti)/Titannitrid (TiN),
Ti/TiN/Ti, Tantal (Ta)/Tantalnitrid (TaN), Ta/TaN/Ta, Ti/Titansiliziumnitrid
(TiSiN) oder Ti/TiSiN/Ti aufweist. Insbesondere kann der metallische
Barrierelayer 24 unter Anwendung eines CVD-Verfahrens oder
eines physikalischen Dampfphasenabscheide-(PVD-)Verfahrens gebildet
werden. Der metallische Barrierelayer 24 kann bis zu einer
Stärke
von ungefähr
80 Å oder
weniger in einer horizontalen Richtung unter Berücksichtigung einer Stufenabdeckungseigenschaft
des metallischen Barrierelayers 24 gebildet werden. Bin
Kupferlayer 25 mit einer relativ geringen Stärke wird über dem
Oberflächenprofil
des metallischen Barrierelayers 24 gebildet. Der Kupferlayer 25 kann
bis zu einer Stärke von
ungefähr
50 Å oder
weniger unter Verwendung eines PVD-Verfahrens gebildet werden.
-
Mit
Bezug auf 2C wird ein Aluminiumlayer 27 gebildet,
um eine relativ große
Stärke über dem Kupferlayer 25 (2B)
aufzuweisen, dergestalt, dass der Aluminiumlayer 27 die
Gräber 23 (2B) füllt. Der
Aluminiumlayer 27 kann unter Verwendung eines PVD-Verfahrens gebildet
werden.
-
Ein
thermischer Prozess 28 wird durchgeführt, um einen Legierungslayer
aus Aluminium-Kupfer (AlCu) zwischen dem Aluminiumlayer 27 und
dem metallischen Barrierelayer 24 zu bilden. Der Kupferlayer 25 reagiert
mit dem Aluminiumlayer 27 durch die bei dem thermischen
Prozess 28 erzeugte Wärme,
um den AlCu-Legierungslayer 25A zu bilden. Deshalb kann
in Übereinstimmung
mit der ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung galvanische Korrosion an einer Trennfläche zwischen
dem Aluminiumlayer 27 und dem metallischen Barrierelayer 24 auf
Grund des AlCu-Legierungslayers 25A, der auf der Trennfläche zwischen
dem Aluminiumlayer 27 und dem metallischen Barrierelayer 24 gebildet
ist, verringert werden.
-
Der
AlCu-Legierungslayer 25A kann galvanische Korrosion reduzieren,
weil Al eine starke anodische Neigung zur Bereitstellung von Elektronen
aufweist. Wenn sich Al mit Cu, das eine stärkere kathodische Neigung als
Al besitzt, verbindet, wird eine Elektromigrationseigenschaft verbessert,
wodurch galvanische Korrosion verringert wird.
-
Mit
Bezugnahme auf 2D wird ein CMP-Prozess ausgeführt, um
eine Vielzahl von metallischen Leitungen 29 zu bilden,
welche in den Gräben 23 (2B)
elektrisch von einander isoliert sind. Die metallischen Leitungen 29 weisen
jeweils einen strukturierten metallischen Barrierelayer 24A,
einen strukturierten AlCu-Legierungslayer 25B und einen strukturierten
Aluminiumlayer 27A auf. Es ist von Bedeutung, den pH-Wert
und die Zusammensetzung einer Polierschlämme während des CMP-Prozesses zu
steuern, um Pitting- bzw. Lochkorrosion auf einer Oberfläche des
Aluminiumlayers 27 und galvanische Korrosion auf einer
Trennfläche
des metallischen Barrierelayers 24 herabzusetzen. Ein CMP-Prozess weist
zum Beispiel ein Oxidieren von Aluminium und danach ein Entfernen
des oxidierten Aluminiums unter Verwendung einer Polierschlämme mit
einem pH-Wert auf, welcher im Bereich von ungefähr 4 bis ungefähr 6 liegt.
Insbesondere wird ein Oxidationsmittel von ungefähr 2 Gew.-% bis ungefähr 6 Gew.-% zum
Oxidieren des Aluminiums hinzugefügt. Kolloidales Siliziumdioxid
oder auf Aluminiumoxid (Al2O3) basierende
Polierpartikel werden benutzt, um das oxidierte Aluminium zu entfernen.
Zum Beispiel kann das in dem CMP-Prozess verwendete Oxidationsmittel
Wasserstoffperoxid (H2O2),
Fe(NO3)3 oder orthoperiodische
Säure (H5IO6) aufweisen.
Auf diese Weise kann gemäß der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung beim Bilden einer Aluminiumleitung unter
Anwendung eines Damaszener-Prozesses Korrosion der Aluminiumleitung
während
eines CMP-Prozesses unterbunden werden.
-
Ein
Reinigungsprozess wird durchgeführt, um
Schlämmerückstände und
Poliernebenprodukte zu entfernen, die bei dem CMP-Prozess erzeugt
worden sind. Eine Reinigungslösung
mit deionisiertem Wasser (DIW) wird als basische Reinigungslösung während des
Reinigungsprozesses benutzt, um Korrosion des strukturierten Aluminiumlayers 27A zu
reduzieren. Zum Beispiel wird eine Temperatur der bei dem Reinigungsprozess
benutzten DIW-Reinigungslösung von
ungefähr
30°C bis
ungefähr
80°C aufrecht
erhalten. Die oben erwähnte
Temperatur wird beibehalten, um einen gesteigerten Effekt einer
Reinigungsreaktionseigenschaft zu maximieren. Ein Metallkorrosionsinhibitor
kann der DIW-Reinigungslösung
hinzugefügt
werden, um den pH-Wert der DIW-Reinigungslösung von ungefähr 8 bis
ungefähr 10
(das heißt,
um die DIW-Reinigungslösung
als basische Lösung
aufrecht zu erhalten) beizubehalten. Die Konzentration der DIW-Reinigungslösung kann in
dem Bereich von ungefähr
50 Gew.-% bis ungefähr 80
Gew.-% liegen.
-
Wenn
Methylgallat als Metallkorrosionshemmstoff verwendet wird, adsorbiert
das Methylgallat auf einer Oberfläche des strukturierten Aluminiumlayers 27A durch
eine chemische Kombination bzw. Verbindung einer OH-Gruppe des Methylgallats und
einem auf Oxid basierenden Layer, welcher über dem strukturierten Aluminiumlayer 27a gebildet
ist. So wird eine Verbindung aus Aluminium und einem unlöslichen
Chelat gebildet. Auf Grund dieser Verbindung kann eine Adsorption
von Chlorionen (Cl) und Auflösung
durch DIW vermieden werden, und der auf Oxid basierende Layer, der über dem
strukturierten Aluminiumlayer 27A gebildet ist, kann geschützt werden.
Ein Zeitabschnitt zur Durchführung
des Reinigungsprozesses unter Verwendung von DIW kann minimiert
werden, indem anfänglich
die Reinigungslösung
mit DIW benutzt wird. Wenn das Methylgallat hinzugefügt wird,
kann eine Konzentration des Methylgallats in dem Bereich von ungefähr 0,01
Gew.-% bis ungefähr
10 Gew.-% liegen.
-
Beimengungen
organischer Art oder aminbasiertes Hydrazin zur Entfernung von Polymeren können anstelle
des Metallkorrosionsinhibitors beim Reinigungsprozess verwendet
werden. Das Hydrazin löst
die Verbindung der Hauptkette von Polymeren zur Verbesserung einer
Entfernungswirksamkeit von oxidbasierten Polymeren oder metallbasierten
Polymeren. Eine Konzentration des Hydrazins kann in dem Bereich
von ungefähr
10 Gew.-% bis zu ungefähr
50 Gew.-% liegen. Eine kleine Menge von Fluorwasserstoff (HF) kann
anstelle des Metallkorrosionsinhibitors hinzugefügt werden, um Schlämmerückstand
und Poliernebenprodukte, die während
des Polierprozesses entstanden sind, wirksam zu entfernen. Eine
vorher festgelegte Menge von HF wird hinzugefügt, dergestalt, dass der strukturierte
Aluminiumlayer 27A nicht beschädigt wird. Zum Beispiel kann
die Menge von HF im Bereich von einigen ppm bis zu einigen hundert
ppm liegen.
-
Gemäß der ersten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird die Aluminiumleitung während des
nach dem CMP-Prozess durchgeführten
Reinigungsprozesses nicht korrodieren, wenn die Aluminiumleitung
unter Anwendung des Damaszener-Prozesses gebildet wird. Prinzipien
typischer galvanischer Korrosion werden hiernach unter Verwendung von
Gleichungen beschrieben, die galvanische Korrosion von Aluminium
betreffen.
-
Wenn
eine Oberfläche
eines Aluminiumlayers der Luft ausgesetzt ist, bildet sich typischerweise eine
amorphe Oxidschicht auf der Oberfläche, um die Oberfläche zu schützen. Wenn
jedoch Anionen, wie beispielsweise (SO4)2 –-Ionen oder Cl–-Ionen
auf dem Aluminiumlayer oder peripheren Layern vorkommen, reagieren
die Anionen mit der amorphen Oxidschicht mit dem Resultat, dass
sich wasserlösliche
Salze bilden. Wenn die Cl–-Ionen auf dem Aluminiumlayer vorhanden
sind, können
sich die Cl–-Ionen
zu der amorphen Oxidschicht hin bewegen. So wird es schwierig, Al3 +-Ionen an einer
Bewegung zu der Oberfläche
des Aluminiumlayers hin zu hindern. Folglich kann Aluminium-Pitting
auftreten. Dementsprechend kann ein erster Schritt der Korrosion
des Aluminiumlayers das Penetrieren der Cl–-Ionen
in die amorphe Oxidschicht sein. So können die auf der Oberfläche des
Aluminiumlayers gebildeten wasserlöslichen Salze entfernt werden,
wobei die Oberfläche
des Aluminiumlayers freigelegt wird. Die Oberfläche des Aluminiumlayers wird
durch ein anodisches Material wie in Gleichung 1 unten gezeigt aufgelöst. Mit
anderen Worten, die Oberfläche
des Aluminiumlayers wird durch Al3 + aufgelöst,
um Löcher
bzw. Pits hervorzurufen. Gleichung 1 ist eine anodische Gleichung
in Bezug auf einen Aluminiumlayer. Al → A13+ + 3e–
Al3+ +
H2O → Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O → Al(OH)2 + + H+
Al(OH)2 + + H2O → Al(OH)3 + H+
Al(OH)3 + H2O → Al(OH)4 – + H+
xAl3+ + yH2O → Alx(OH)y 3x-y +
yH+ [Gleichung
1]
-
Im
Gegensatz dazu kann eine kathodische Reaktion auf einer Oberfläche von
Kupfer, das in dem Aluminiumlayer eingeschlossen ist, oder Ti oder
TiN, welche einen metallischen Barrierelayer konfigurieren, auftreten,
wie in Gleichung 2 unten gezeigt ist. So kann eine Auflösung von
Sauerstoff oder eine Ionisation von Hydroxid in Wasser erzeugt werden. Gleichung
2 ist eine kathodische Gleichung in Bezug auf den metallischen Barrierelayer. 2H2O + 2e– – 2OH– +
H2
O2 + H2O + 2e– → 4OH– [Gleichung 2]
-
Eine
chemische Reaktion von Al3+-Ionen tritt in
einer wässrigen
Lösung
nicht leicht auf. Die chemische Reaktion kann durch eine wechselseitige
Reaktion gesteuert werden, bei welcher Al3+-Ionen
und Wasser zur Bildung von hydrolisierenden Spezies reagieren. Die
Löslichkeit
von Al und die Löslichkeit
von erzeugtem Knallgas hängen
von dem pH-Wert der Lösung
ab. So ändert
sich die Konzentration von Al in der Lösung so schnell wie sich der
pH-Wert der Lösung von
sauer nach basisch ändert,
wodurch eine vorherrschende stabile Spezies gebildet wird, in welcher
sich Al3+-Ionen unter einem sauren Zustand nicht ändern können, und
sich Al(OH)4-Ionen unter einem basischen
Zustand nicht ändern
können.
-
3A bis 3D illustrieren Querschnittsansichten eines
Verfahrens zum Bilden einer metallischen Leitung in einer Halbleitervorrichtung
in Übereinstimmung
mit einer zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung
beschreibt ein Verfahren zum Bilden eines AlCu-Legierungslayers,
welches zu dem der ersten Ausführung
unterschiedlich ist. In der ersten Ausführung wird ein Kupferlayer
vor einem Bilden eines Aluminiumlayers geformt, und ein thermischer Prozess
wird zum Bilden eine AlCu-Legierungslayers durchgeführt, nachdem
der Aluminiumlayer gebildet worden ist. In der zweiten Ausführung wird
Kupfer eher als gasförmiger
Ausgangsstoff zugeführt,
während
ein Aluminiumlayer gebildet wird, als dass ein separater Kupferlayer
gebildet wird. Hiernach wird mit Bezugnahme auf 3A bis 3C ein
Verfahren zum Bilden einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten
Ausführung
kurz beschrieben. Einige ausführliche
Erläuterungen
können
ausgelassen werden, weil die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung
im Wesentlichen die gleichen Bedingungen wie diejenigen, die in
der ersten Ausführung
beschrieben sind, verwendet, mit Ausnahme des Verfahrens zum Bilden
eines AlCu-Legierungslayers.
-
Mit
Bezug auf 3A werden eine erste Isolationsstruktur 30,
ein Ätzstoplayer 31 und
eine zweite Isolationsstruktur 32 über einem Substrat (nicht dargestellt)
mit einer Vielzahl von leitenden Layern (nicht gezeigt) gebildet.
Insbesondere wird ein erster Isolationslayer über dem Substrat gebildet.
Ein auf Nitrid basierender Layer wird als eine Ätzmaske über dem ersten Isolationslayer
aufgeformt. Ein zweiter Isolationslayer wird über dem auf Nitrid basierenden Layer
gebildet. Der zweite Isolationslayer weist einen auf Oxid basierenden
Werkstoff mit einer Selektivität auf,
welche unterschiedlich zu der des auf Nitrid basierenden Layers
ist.
-
Abschnitte
des zweiten Isolationslayers, des auf Nitrid basierenden Layers
und des ersten Isolationslayers werden zur Ausbildung von Gräben geätzt. So
werden die erste Isolationsstruktur 30, der Ätzstoplayer 31 und
die zweite Isolationsstruktur 32 gebildet. Ein metallischer
Barrierelayer 33 wird über
dem resultierenden Aufbau aufgeformt. Der metallische Barrierelayer 33 kann
einen Stapelaufbau mit Ti/TiN, Ti/TiN/Ti, Ta/TaN, Ta/TaN/Ta, Ti/TiSiN
oder Ti/TiSiN/Ti aufweisen.
-
Mit
Bezugnahme auf 3B wird ein Aluminiumlayer 35 über dem
metallischen Barrierelayer 33 gebildet und füllt die
Gräben.
In einer Ausführung wird
der Aluminiumlayer 35 unter Verwendung eines CVD-Verfahrens
gebildet. Kupfer wird als gasförmiger
Ausgangsstoff zugeführt,
während
der Aluminiumlayer 35 gebildet wird, derart, dass ein AlCu-Legierungslayer 36 auf
einer Trennfläche
zwischen dem metallischen Barrierelayer 33 und dem Aluminiumlayer 35 gebildet
wird. In einer Ausführung
wird der AlCu-Legierungslayer 36 ausgebildet, und dann wird
ein Aluminiumlayer mit einer Stärke,
die in einem Bereich von ungefähr
200 Å bis
ungefähr
1000 Å liegt,
unter Anwendung des CVD-Verfahrens gebildet, um die Gräben zu füllen. Ein
Bulk-Aluminiumlayer mit ungefähr
0,3 % bis ungefähr
1 % Kupfer wird bis zu einer Stärke,
die in einem Bereich von ungefähr
1000 Å bis
ungefähr
5000 Å liegt,
unter Verwendung eines PVD-Verfahrens ausgebildet. In Übereinstimmung
mit der zweiten Ausfürung
der vorliegenden Erfindung kann galvanische Korrosion, welche an
der Trennfläche
zwischen dem Aluminiumlayer 35 und dem metallischen Barrierelayer 33 auftreten kann,
durch den auf der Trennfläche
zwischen dem Aluminiumlayer 35 und dem metallischen Barrierelayer 33 gebildeten
AlCu-Legierungslayer 36 reduziert werden. Der AlCu-Legierungslayer 36 kann
galvanische Korrosion reduzieren, weil Al eine starke anodische
Neigung zur Bereitstellung von Elektronen aufweist. Wenn sich Al
mit Cu, das eine stärkere
kathodische Neigung als Al besitzt, verbindet, wird eine Elektromigrationseigenschaft
verbessert, wodurch sich galvanische Korrosion verringert.
-
Mit
Bezug auf 3C wird ein CMP-Prozess ausgeführt, um
eine Vielzahl von metallischen Leitungen 37 zu bilden,
welche in den Gräben
elektrisch von einander isoliert sind. Die metallischen Leitungen 37 weisen
jeweils einen strukturierten metallischen Barrierelayer 33A,
einen strukturierten Aluminiumlayer 35A und einen strukturierten
AlCu-Legierungslayer 36A auf. Der pH-Wert und die Zusammensetzung einer
Polierschlämme
wird während
des CMP-Prozesses gesteuert, um Loch- bzw. Pittingkorrosion auf einer
Oberfläche
des Aluminiumlayers 35 und galvanische Korrosion an einer
Trennfläche
des metallischen Barrierelayers 33 zu verringern. Ein typischer CMP-Prozess
weist zum Beispiel die Verfahrensschritte Oxidieren von Aluminium
und dann Entfernen des oxidierten Aluminiums unter Verwendung einer
Polierschlämme
mit einem pH-Wert auf, welcher im Bereich von ungefähr 4 bis
ungefähr
6 liegt. Insbesondere wird ein Oxidationsmittel von ungefähr 2 Gew.-%
bis ungefähr
6 Gew.-% zum Oxidieren des Aluminiums hinzugefügt. Kolloidales Siliziumdioxid oder
auf Aluminiumoxid (Al2O3)
basierende Polierpartikel werden benutzt, um das oxidierte Aluminium
zu entfernen. Somit kann gemäß der zweiten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung beim Bilden einer Aluminiumleitung unter
Verwendung eines Damaszener-Prozesses Korrosion der Aluminiumleitung
während
eines CMP-Prozesses reduziert werden.
-
Ein
Reinigungsprozess wird ausgeführt,
um Schlämmerückstände und
Poliernebenprodukte zu entfernen, die beim CMP-Prozess erzeugt worden sind.
Eine auf Lösungsmittel
basierende Reinigungslösung
oder eine auf DIW basierende Reinigungslösung wird verwendet, um Korrosion
des strukturierten Aluminiumlayers 35A zu verringern. Ein
Metallkorrosionsinhibitor kann hinzugefügt werden, um den pH-Wert der
Reinigungslösung
innerhalb eines Bereichs von ungefähr 8 bis ungefähr 10 beizubehalten, wenn
die auf DIW basierende Reinigungslösung benutzt wird. Auf Amin
basierendes Hydrazin oder HF kann ebenfalls beigefügt werden.
Auf diese Weise kann gemäß der zweiten
Ausführung
der vorliegenden Erfindung beim Bilden einer Aluminiumleitung unter
Verwendung eines Damaszener-Prozesses Korrosion der Aluminiumleitung
während
eines Reinigungsprozesses reduziert werden, nachdem ein CMP-Prozess
durchgeführt
worden ist. Prinzipien eines Effekts gegen galvanische Korrosion
gemäß der zweiten
Ausführung
sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen, welche oben mit
Bezug auf die erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung beschrieben sind.
-
Gemäß der ersten
und zweiten Ausführung der
vorliegenden Erfindung weist eine metallische Leitung in einer Halbleitervorrichtung
einen Layer gegen galvanische Korrosion (zum Beispiel der AlCu-Legierungslayer)
auf, welcher auf einer Trennfläche
zwischen einem metallischen Barrierelayer, der über einem Isolationslayer mit
Gräben
gebildet ist, und einem metallischen Layer zur Ausbildung der über dem
metallischen Barrierelayer zur Füllung
der Gräben
geformten metallischen Leitung, gebildet ist. Der Layer gegen galvanische
Korrosion weist einen Legierungslayer mit einem Werkstoff des metallischen
Layers auf. Der metallische Layer weist Al mit einer starken anodischen
Neigung auf. Der Legierungslayer besitzt einen AlCu-Legierungslayer
mit einer Kombination von Kupfer mit einer starken kathodischen
Neigung und Al.
-
Während die
vorliegende Erfindung in Bezug auf die spezifischen Ausführungen
beschrieben worden ist, ist es dem Fachmann offensichtlich, dass
verschiedene Änderungen
und Modifikationen ausführbar
sind, ohne den Sinn und Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie in
den folgenden Ansprüchen
festgelegt ist.