[发明专利]ULSI半导体器件的具有自组装单分子层的铜线及形成方法

权利要求书

1.一种形成自组装单分子层的方法，包括以下步骤：

改性半导体衬底的表面以形成在所述半导体的表面结合的氢基；

使Cl₂气体流动到并使UV辐射到经受表面改性的所述半导体衬底上，以使得氯基取代在所述半导体衬底的表面处结合的所述氢基；和

使NH₃气体流动到在所述半导体衬底的表面结合所述氯基的所述表面上，以使得胺基取代在所述半导体衬底的表面处结合的所述氯基。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过依次地将所述半导体衬底的所述表面浸渍到piranha溶液中和稀释HF溶液中，来实现改性所述半导体衬底表面的所述步骤，其中通过将H₂SO₄和H₂O₂混合在一起来预先制备所述piranha溶液。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括烘焙所得的半导体衬底，以稳定所述胺基对所述半导体衬底的表面的结合结构，其中在使NH₃气体流动的所述步骤之后实施所述烘焙步骤。

4.一种半导体器件的铜线，包括：

在半导体衬底上形成并具有金属线形成区域的层间电介质；

在所述金属线形成区域的表面上形成的自组装单分子层；

吸附到所述自组装单分子层的表面上的催化颗粒；和

铜层，所述铜层在吸附有所述催化颗粒的所述自组装单分子层上形成，以使得所述铜层基本填充所述金属线形成区域。

5.根据权利要求4所述的半导体器件的铜线，还包括在所述自组装单分子层和所述金属线形成区域的表面之间形成的阻挡层。

6.根据权利要求4所述的半导体器件的铜线，其中所述自组装单分子层包括在表面上结合胺硅烷基或者硫羟硅烷基的材料层。

7.根据权利要求4所述的半导体器件的铜线，其中所述催化颗粒包括Au、Cu、Pt、Ni及其混合物中的任意一种。

8.根据权利要求4所述的半导体器件的铜线，其中所述催化颗粒具有约2～3nm的平均直径。

9.根据权利要求4所述的半导体器件的铜线，其中所述催化颗粒以约4～7nm的平均相邻间隔吸附在所述半导体衬底的所述表面。

10.根据权利要求4所述的半导体器件的铜线，其中所述铜层包括通过使用化学镀技术形成的铜籽晶层。

11.一种形成半导体器件的铜线的方法，包括以下步骤：

在具有金属线形成区域的半导体衬底上形成层间电介质；

在所述层间电介质上和所述金属线形成区域的表面上形成自组装单分子层；

在所述自组装单分子层的表面上吸附催化颗粒；

通过使用化学镀技术在吸附有所述催化颗粒的所述自组装单分子层上形成铜籽晶层；和

在所述铜籽晶层上形成铜层以基本填充所述金属线形成区域。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：在形成具有所述金属线形成区域的所述层间电介质的步骤之后和在形成所述自组装单分子层的步骤之前，在包括所述金属线形成区域表面的所述层间电介质上形成阻挡层的步骤。

13.根据权利要求11所述的方法，其中形成所述自组装单分子层的步骤包括以下步骤：

改性具有所述金属线形成区域的所述半导体衬底的表面，以形成结合到所述半导体衬底的所述表面的羟基；

在具有混合在有机溶剂中的胺硅烷基或者硫羟硅烷基的化学溶液中，浸渍所得到的表面改性的半导体衬底，以将所述胺硅烷基或者所述硫羟硅烷基结合至所述半导体衬底的所述表面；和

使结合至所述半导体衬底的所述表面的胺硅烷基或者硫羟硅烷基硅烷化。

14.根据权利要求13所述的方法，其中通过在piranha溶液中浸渍所得半导体衬底，来实施改性所述半导体衬底的所述表面以形成所述羟基的步骤，其中所述piranha溶液包括混合在一起的H₂SO₄和H₂O₂。

15.根据权利要求13所述的方法，其中具有所述胺硅烷基或者所述硫羟硅烷基的所述物质分别包括3-氨丙基三乙氧基硅烷或者3-巯丙基三甲氧基硅烷。