半导体器件的形成方法及超出Q-time时的处理方法技术

本发明专利技术揭示了一种半导体器件的形成方法。该方法包括：提供前端结构，所述前端结构具有暴露出来的铜金属线，所述铜金属线经过CMP处理；以及采用碱性溶液清洗所述前端结构，去除铜金属线上的铜离子。本发明专利技术还提出了一种对该半导体器件超出Q-time的处理方法。该方法包括：所述半导体器件具有暴露出来的铜金属线，所述铜金属线经过CMP处理后的等待时间超出一预设Q-time时，采用碱性溶液清洗所述半导体器件。本发明专利技术的方法去除了铜金属线上的铜的氧化物，预防了铜金属线之间产生漏电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别是涉及一种半导体器件的形成方法及超出Q-time时的处理方法。
技术介绍
随着半导体制造工艺的快速发展，半导体器件的尺寸也越来越小，因此，金属线(Metal line)之间的漏电流控制也随之越来越艰难，这通常表现在经时击穿(TDDB)检测时经常不合格，尤其是对于具有金属-氧化物-金属(MOM)结构的芯片，漏电流已经成为制约产品性能的一个重要因素。在铜制程中，由于铜的理化性质活泼，在目前的生产条件下，一般经过铜化学机械研磨(Cu-CMP)工艺后至下一站点(step)之间的等待时间(queue time，Q-time)中，铜金属线之间的漏电流状况会显著的恶化。请参考图1，铜金属线1经过CMP工艺后，在较短的时间内会在顶部形成一层铜的氧化物，其中的铜离子2会游离出铜的氧化层，主要向两侧扩散，使得相邻的铜金属线1之间容易导通。为了降低相邻的铜金属线1之间的漏电流，保持较佳的性能，常用的方法是尽量缩短Q-time。这虽然在一定程度上降低了漏电流恶化的情形，但对于大规模生产而言却有着很大的挑战，经常会出现一些超出Q-time的产品。对于超出Q-time的产品，目前是采用CMP的方法来进行返工(rework)，但这是一种治标不治本的方法，在返工后同样面临着Q-time紧张的情况。并且，这种做法会使得铜金属线变薄，容易发生断裂。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于，提供一种半导体器件的形成方法，改善现有技术中铜金属线之间容易出现漏电流的情况。本专利技术的另一个目的在于，提供一种超出Q-time的半导体器件的处理方法，防止处理后Q-time依然紧张以及容易出现铜金属线断裂的情况。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供前端结构，所述前端结构具有暴露出来的铜金属线，所述铜金属线经过CMP处理；以及采用碱性溶液清洗所述前端结构，去除铜金属线上的铜离子。可选的，对于所述的半导体器件的形成方法，所述碱性溶液的pH范围是7-10。可选的，对于所述的半导体器件的形成方法，所述碱性溶液为包括苯基、氟离子和氨离子的溶液，所述碱性溶液的浓度为20％-40％。可选的，对于所述的半导体器件的形成方法，所述碱性溶液为包括甲基、氨基和乙基的溶液，所述碱性溶液溶液的浓度小于等于10％。可选的，对于所述的半导体器件的形成方法，采用碱性溶液清洗所述前端结构的时间为10s-120s。相应的本专利技术还提供一种半导体器件超出Q-time时的处理方法，所述半导体器件具有暴露出来的铜金属线，所述铜金属线经过CMP处理后的等待时间超出一预设Q-time时，采用碱性溶液清洗所述半导体器件。可选的，对于所述的半导体器件超出Q-time时的处理方法，所述碱性溶液的pH范围是7-10。可选的，对于所述的半导体器件超出Q-time时的处理方法，所述碱性溶液为包括苯基、氟离子和氨离子的溶液，所述碱性溶液的浓度为20％-40％。可选的，对于所述的半导体器件超出Q-time时的处理方法，所述碱性溶液为包括甲基、氨基和乙基的溶液，所述碱性溶液的浓度为小于等于10％。可选的，对于所述的半导体器件超出Q-time时的处理方法，采用碱性溶液
清洗所述半导体器件的时间为10s-120s。与现有技术相比，本专利技术提供的半导体器件的形成方法中，通过采用碱性溶液进行清洗去除了铜金属线表面上的氧化层，并消除了铜离子，能够有效地预防铜表面被继续氧化，从而降低了漏电流产生的几率。在本专利技术提供的半导体器件超出Q-time时的处理方法中，通过采用碱性溶液进行清洗，能够避免铜的厚度变薄，从而有效防止金属线的断裂，提高产品质量。附图说明图1为现有技术的半导体器件中铜金属线被氧化的示意图；图2为本专利技术实施例中半导体器件的形成方法的流程图；图3为本专利技术实施例中超出Q-time的处理方法的流程图。具体实施方式本专利技术的核心思想是，利用碱性溶液去除铜表面的氧化物这一原理，消除铜离子的不良影响，在铜化学机械研磨(Cu-CMP)之后，或者是对于半导体器件超过Q-time时，采用碱性溶液清洗半导体器件，将铜表面的氧化物去除，能够有效地预防铜表面被继续氧化，达到降低漏电流的目的。以下列举所述半导体器件的形成方法及超出Q-time时的处理方法的较优实施例，以清楚说明本专利技术的内容，应当明确的是，本专利技术的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本专利技术的思想范围之内。在所述半导体器件的形成方法中，提供一前端结构，所述前端结构形成有铜金属线，所述铜金属线经过CMP处理。如图2所示，该前端结构包括半导体基底10、形成于所述半导体基底10上的介质层40、形成于所述介质层40中的通孔以及填充在所述通孔中的铜金属线20。其中，所述半导体器件例如是逻辑器件，所述半导体基底10中形成有有源区结构、相应埋层以及浅沟槽隔离结构
(STI)等公知的结构，所述介质层40可以是二氧化硅。在介质层中形成通孔之后进行金属铜的电镀工艺，以在所述通孔中以及介质层40上形成金属铜，然后进行化学机械研磨(CMP)工艺，去除位于介质层之上的金属铜，以在通孔中形成所需要的铜金属线20。较佳方案中，在进行金属铜的电镀工艺之前，先在所述通孔中形成隔离层(barrier)30。实践中发现，在经过CMP工艺后，暴露出来的铜金属线20会被氧化形成铜的氧化物50，例如CuO，当然也可能是其他类型的铜的氧化物，记为CuxOy，并且这些铜的氧化物50还会在CMP之后至下一个站点的时间段内不断的增加。铜的氧化物50中的铜离子51则会游离出向两侧扩散使得相邻铜金属线20之间产生漏电流。本申请专利技术人经过反复试验，发现利用碱性溶液可去除铜表面的氧化物，进而消除铜离子的不良影响。为此，本专利技术采用碱性溶液清洗所述前端结构，以去除铜金属线20上的铜离子。具体如图3所示，采用湿法清洗的方式对铜的氧化物进行消耗，在铜的氧化物被去除时，能够使得相邻铜金属线20之间产生漏电流的铜离子也就被消除。在本专利技术的一个较佳实施例中，采用的碱性溶液的pH为7-10，所述碱性溶液为包括苯基、氟离子、氨离子的溶液，该溶液的浓度为20％-40％。例如，可以采用三烷基氟化铵(NR3HF)溶液，pH可以为8。由于该清洗过程是在CMP之后就进行，因此铜的氧化物50的厚度不会很厚，对所述半导体器件进行清洗的时间是10s-120s，例如可以进行20s的清洗。可以理解的是，清洗时间应当结合实际CMP之后间隔的时间进行，间隔时间长则清洗时间也要相应延长。甚至CMP时的工艺条件也应当加以考虑，从而获得最佳清洗时间。以采用三烷基氟化铵溶液进行清洗为例，会发生如下反应：CuxOy+2NR3HF→CuxOy-1F2+2NR3+H2O因此，经过湿法清洗后，铜的氧化物被去除，也将能够导致铜金属线20之间产生漏电流的铜离子消除。形成的铜的氟化物则作为了钝化层60。该钝化层
60能够很好的阻止铜金属线20被继续氧化，因此，有效地防止了漏电流的形成，也能够将Q-time延长。在本专利技术的另一个较佳实施例中，所述碱性溶液还可以为包括甲基、氨基、乙基的溶液，该溶液的浓度为小于等于10％，较佳的，该溶液pH为9-10。经过实际实验表明，采用本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，包括：提供前端结构，所述前端结构具有暴露出来的铜金属线，所述铜金属线经过CMP处理；以及采用碱性溶液清洗所述前端结构，去除铜金属线上的铜离子。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，包括：提供前端结构，所述前端结构具有暴露出来的铜金属线，所述铜金属线经过CMP处理；以及采用碱性溶液清洗所述前端结构，去除铜金属线上的铜离子。2.如权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述碱性溶液的pH范围是7-10。3.如权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述碱性溶液为包括苯基、氟离子和氨离子的溶液，所述碱性溶液的浓度为20％-40％。4.如权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述碱性溶液为包括甲基、氨基和乙基的溶液，所述碱性溶液溶液的浓度小于等于10％。5.如权利要求3或4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用碱性溶液清洗所述前端结构的时间为10s-120s。6.一种半导体器件超出Q-time时的处理方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玲，张京晶，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31