專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到半導(dǎo)體集成電路器件，更確切地說(shuō)是涉及到能夠用于各個(gè)互連之間連接部分的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于半導(dǎo)體集成電路器件(半導(dǎo)體器件)傾向于小型化和多層化，對(duì)于用來(lái)在絕緣膜中形成溝槽，并以導(dǎo)電膜將其埋置，從而形成互連的所謂鑲嵌技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了研究。
這一鑲嵌技術(shù)可以被粗略地分成單一鑲嵌技術(shù)和雙重鑲嵌技術(shù)。在單一鑲嵌技術(shù)中，布線(xiàn)溝槽和用來(lái)連接各個(gè)互連的溝槽，用不同的步驟來(lái)埋置，而在雙重鑲嵌技術(shù)中，布線(xiàn)溝槽和連接溝槽被同時(shí)埋置。
銅膜之類(lèi)被用作待要填充在這種溝槽中的導(dǎo)電膜。
為了(1)防止構(gòu)成待要埋置的導(dǎo)電膜的金屬(當(dāng)導(dǎo)電膜是銅膜時(shí)，此金屬是銅)在絕緣膜中擴(kuò)散，或(2)當(dāng)絕緣膜由諸如氧化硅膜之類(lèi)的氧化物組成時(shí)，防止否則會(huì)由于氧化硅膜與導(dǎo)電膜的接觸而發(fā)生的導(dǎo)電膜氧化，制作了具有阻擋性質(zhì)的導(dǎo)電膜。
在待要埋置在溝槽中的導(dǎo)電膜(例如銅膜)上，制作諸如氮化硅膜之類(lèi)的具有阻擋性質(zhì)的絕緣膜，以便防止金屬擴(kuò)散進(jìn)入待要制作在導(dǎo)電膜上的絕緣膜中，或用絕緣膜防止其氧化。

發(fā)明內(nèi)容
然而，氮化硅膜具有大的介電常數(shù)，致使互連的RC時(shí)間常數(shù)變大，從而干擾器件的高速運(yùn)行。
構(gòu)成導(dǎo)電膜的金屬的擴(kuò)散(轉(zhuǎn)移)引起電遷移。作為對(duì)銅的擴(kuò)散率的研究結(jié)果，銅-阻擋膜界面上的擴(kuò)散激活能被認(rèn)為大于銅-氮化硅膜界面上的擴(kuò)散激活能(銅以更大的擴(kuò)散率擴(kuò)散)。因此，電遷移壽命受到銅-氮化硅膜界面上銅擴(kuò)散的激活能的限制。
若電遷移在各個(gè)互連之間的連接部分的底部表面上引起空洞，則連接部分與下方互連之間的接觸面積變小，導(dǎo)致互連壽命更快地降低。
本發(fā)明人研究了諸如具有阻擋性質(zhì)的鎢(W)膜之類(lèi)的導(dǎo)電膜在互連上的形成。
例如，在美國(guó)專(zhuān)利6147402中，公開(kāi)了在由Al-Cu合金(AlnCuy合金)組成的互連上形成由W組成的帽層(WCAP)的技術(shù)。
在美國(guó)專(zhuān)利6114243中，公開(kāi)的是一種在所謂鑲嵌結(jié)構(gòu)中，在銅層(24)上形成導(dǎo)電帽層(26)，在其上形成通孔或雙重鑲嵌窗口(35)，然后形成阻擋層(36)和銅層(38)的技術(shù)。括號(hào)中的參考號(hào)是專(zhuān)利公報(bào)中所述的參考號(hào)。
然而，互連上諸如具有阻擋性質(zhì)的鎢(W)膜之類(lèi)的導(dǎo)電膜(以下稱(chēng)為“帽層阻擋金屬層”)的形成，導(dǎo)致這樣一種結(jié)構(gòu)，其中，構(gòu)成互連的金屬膜、帽層阻擋金屬層、阻擋金屬層、以及構(gòu)成連接部分的金屬層，已經(jīng)被按此順序?qū)盈B在互連與連接部分之間。在這種結(jié)構(gòu)中，這些膜之間的接觸電阻不可避免地增大。
當(dāng)金屬原子由于電遷移而在這種結(jié)構(gòu)中發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，連接部分與互連之間的帽層阻擋金屬層和阻擋金屬層的存在就干擾金屬在連接部分與互連之間的轉(zhuǎn)移。
結(jié)果，空洞的產(chǎn)生頻率增大，且引起斷路的可能性增大。與電遷移造成的斷路一樣，由于界面上阻擋金屬和銅之間的應(yīng)力誘導(dǎo)剝離或應(yīng)力誘導(dǎo)空洞形成亦即應(yīng)力遷移，也可能產(chǎn)生相似的斷路。
本發(fā)明的目的是減小互連與連接部分之間的接觸電阻。
本發(fā)明的另一目的是改善可靠性，更確切地說(shuō)是降低電遷移造成的空洞或斷路的產(chǎn)生頻率，或降低應(yīng)力遷移造成的斷路的產(chǎn)生頻率。
本發(fā)明的再一目的是改善半導(dǎo)體器件的特性。
借助于此處的描述和附圖，本發(fā)明的上述目的和新穎特點(diǎn)將顯而易見(jiàn)。
以下簡(jiǎn)要地概述一下本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)的本發(fā)明的典型發(fā)明。
(1)一種根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，包括制作在半導(dǎo)體襯底上并具有布線(xiàn)溝槽的第一層間絕緣膜；布線(xiàn)部分，它具有制作在布線(xiàn)溝槽側(cè)壁和底部表面上的第一阻擋金屬層，制作在第一阻擋金屬層上用以掩埋布線(xiàn)溝槽的第一導(dǎo)體層，以及制作在第一導(dǎo)體層表面上的帽層阻擋金屬膜；制作在第一層間絕緣膜上并具有連接孔的第二層間絕緣膜；以及連接部分，它具有制作在連接孔的側(cè)壁和底部表面上的第二阻擋金屬層，以及制作在第二阻擋金屬層上用以掩埋連接孔的第二導(dǎo)體層；其中，在連接部分與布線(xiàn)部分之間的連接處，至少清除連接孔底部表面上的第二阻擋金屬層或帽層阻擋金屬膜中的任何一個(gè)。
(2)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上制作第一層間絕緣膜，在第一層間絕緣膜中制作布線(xiàn)溝槽，在布線(xiàn)溝槽的側(cè)壁和底部表面上制作第一阻擋金屬層，在第一阻擋金屬層上制作第一導(dǎo)體層，以便用第一導(dǎo)體層掩埋布線(xiàn)溝槽，在第一導(dǎo)體層的表面上制作帽層阻擋金屬膜，在第一層間絕緣膜上制作第二層間絕緣膜，在第二層間絕緣膜中制作連接孔，在連接孔的側(cè)壁和底部表面上制作第二阻擋金屬層，以及在第二阻擋金屬層上制作第二導(dǎo)體層，以便用第二導(dǎo)體層掩埋連接孔；其中，在制作連接孔的步驟中，僅僅從連接孔與布線(xiàn)溝槽的重疊部分清除帽層阻擋金屬膜。
(3)一種根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，包括第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)和第二布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)具有制作在其上的第一布線(xiàn)部分和第一連接部分；
第一布線(xiàn)部分具有第一導(dǎo)體層、制作在第一導(dǎo)體層側(cè)壁和底部表面上以便環(huán)繞第一導(dǎo)體層的第一阻擋金屬層、以及制作在第一導(dǎo)體層表面上的第一帽層阻擋金屬膜；且第一連接部分制作在第一布線(xiàn)部分上并具有第二導(dǎo)體層以及制作在第二導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上以便環(huán)繞第二導(dǎo)體層的第二阻擋金屬層；且第二布線(xiàn)結(jié)構(gòu)制作在第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)上并具有制作在其上的第二布線(xiàn)部分和第二連接部分；第二布線(xiàn)部分具有第三導(dǎo)體層、制作在第三導(dǎo)體層側(cè)壁和底部表面上以便環(huán)繞第三導(dǎo)體層的第三阻擋金屬層、以及制作在第三導(dǎo)體層表面上的第二帽層阻擋金屬膜；且第二連接部分制作在第二布線(xiàn)部分上并具有第四導(dǎo)體層和制作在第四導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上以便環(huán)繞第四導(dǎo)體層的第四阻擋金屬層；其中，第一和第二阻擋金屬層以及第一帽層阻擋金屬膜的結(jié)構(gòu)分別不同于第三和第四阻擋金屬層和第二帽層阻擋金屬膜。
(4)一種根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，包括制作在半導(dǎo)體襯底上的笫一絕緣膜；制作在第一絕緣膜上的第二絕緣膜；借助于選擇性地清除第一絕緣膜和第二絕緣膜而制作的布線(xiàn)溝槽；布線(xiàn)部分，它具有制作在布線(xiàn)溝槽側(cè)壁和底部表面上的第一阻擋金屬層、制作在第一阻擋金屬層上以便掩埋布線(xiàn)溝槽的第一導(dǎo)體層、以及制作在第一導(dǎo)體層表面上的帽層阻擋金屬膜；制作在第二絕緣膜上并具有連接孔的第三絕緣膜；以及連接部分，它具有制作在連接孔側(cè)壁和底部表面的至少側(cè)壁上的第二阻擋金屬層以及制作在第二阻擋金屬層上以便掩埋連接孔的第二導(dǎo)體層；其中，第二絕緣膜具有阻擋絕緣膜的功能。
(5)一種根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，包括
在半導(dǎo)體襯底上制作第一絕緣膜，在第一絕緣膜上制作第二絕緣膜，借助于選擇性地清除第一絕緣膜和第二絕緣膜而制作布線(xiàn)溝槽，在布線(xiàn)溝槽的側(cè)壁和底部表面上制作第一阻擋金屬層，在第一阻擋金屬層上制作第一導(dǎo)體層以便將其掩埋在布線(xiàn)溝槽中，在第一導(dǎo)體層表面上制作帽層阻擋金屬膜，在第二絕緣膜上制作第三絕緣膜，在第三絕緣膜中制作連接孔，在連接孔側(cè)壁和底部表面中的至少側(cè)壁上制作第二阻擋金屬層，以及在第二阻擋金屬層上制作第二導(dǎo)體層以便將其掩埋在連接孔中；其中，第二絕緣膜用作阻擋絕緣膜。


圖1是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖2是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖3是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖4是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖5是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖6是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖7是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；
圖8是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖9是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖10是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖11是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖12是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖13是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖14是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖15是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖16是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖17是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖18是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖19是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖20是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖21是襯底的局部平面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖22是襯底的局部平面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖23是襯底的局部平面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖24是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖25是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖26是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖27是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案4的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖28是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案5的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖29是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案6的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖30是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案6的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖31是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案7的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖32是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案8的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖33是襯底的局部平面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖34是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖35是襯底的局部平面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案9的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖36是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案9的半導(dǎo)體器件的制造方法；
圖37是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案6的半導(dǎo)體器件的制造方法；圖38是襯底的局部剖面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案7的半導(dǎo)體器件的制造方法；具體實(shí)施方式
下面將根據(jù)附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案。在所有用來(lái)描述下述各個(gè)實(shí)施方案的附圖中，用相似的參考號(hào)來(lái)表示具有相似功能的元件，且重復(fù)的描述從略。
(實(shí)施方案1)以下按其制造步驟的順序來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。圖1-23是襯底的局部剖面圖或局部平面圖，說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案1的半導(dǎo)體器件的制造方法。
如圖1所示，作為半導(dǎo)體元件的一個(gè)例子，在半導(dǎo)體襯底的主表面上制作n溝道型MISFET(金屬絕緣體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)Qn。
下面是MISFET制作工藝的一個(gè)例子。
首先制備的是半導(dǎo)體襯底1，即所謂SOI(絕緣體上硅)襯底，它具有絕緣膜，例如制作在半導(dǎo)體區(qū)1a上的氧化硅膜1b以及制作在絕緣膜上的p型半導(dǎo)體區(qū)1c。此半導(dǎo)體襯底的各個(gè)元件形成區(qū)(半導(dǎo)體區(qū)1c)被元件隔離區(qū)2隔離。利用半導(dǎo)體區(qū)1c的熱氧化或借助于將氧化硅膜掩埋在半導(dǎo)體區(qū)1c中形成的溝槽中，能夠形成這些元件隔離區(qū)2。利用其中已經(jīng)形成了元件隔離區(qū)2的這些區(qū)域，來(lái)確定其中待要制作諸如MISFET之類(lèi)的半導(dǎo)體元件的有源區(qū)。
利用半導(dǎo)體襯底(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“襯底”)1的熱氧化，在其表面上形成清潔的柵絕緣膜8。
在柵絕緣膜8上相繼淀積低阻多晶硅膜9a、薄的WN(氮化鎢)膜9b、以及W(鎢)膜9c作為導(dǎo)電膜。
然后，利用例如干法腐蝕技術(shù)，對(duì)W膜9c、WN膜9b、以及多晶硅膜9a進(jìn)行腐蝕，從而形成具有多晶硅膜9a、WN膜9b、以及W膜9c的柵電極。
借助于對(duì)柵電極9二側(cè)上的襯底1進(jìn)行n型雜質(zhì)磷(P)或砷(As)的離子注入，形成n-型半導(dǎo)體區(qū)11。
在襯底1上淀積氮化硅膜作為絕緣膜之后，進(jìn)行各向異性腐蝕，以便在柵電極9的側(cè)壁上形成側(cè)壁間隔13。
然后，對(duì)柵電極9二側(cè)上的襯底1進(jìn)行n型雜質(zhì)的離子注入，以便形成雜質(zhì)濃度高于n-型半導(dǎo)體區(qū)11的n+型半導(dǎo)體區(qū)14(源，漏)。
利用上述各個(gè)步驟，就形成了具有LDD(輕摻雜的漏)結(jié)構(gòu)并配備有源和漏的n溝道型MISFET Qn。除了用于制作的雜質(zhì)具有相反的導(dǎo)電性之外，可以用相似的方法來(lái)制作p溝道型MISFET Qp。
然后形成用來(lái)電連接n溝道型MISFET Qn或其它未示出的元件的互連。下面將描述其制作步驟。
如圖1所示，在用CVD(化學(xué)氣相淀積)方法在n溝道型MISFET Qn上形成氧化硅膜20作為絕緣膜之后，用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法對(duì)氧化硅膜20的表面進(jìn)行拋光，以便整平表面。
在氧化硅膜20上形成光抗蝕劑膜(未示出，以下簡(jiǎn)稱(chēng)為“抗蝕劑膜”)。用此抗蝕劑膜作為掩模，對(duì)氧化硅膜20進(jìn)行腐蝕，以便在n溝道型MISFET Qn的柵電極9上形成接觸孔C1。
用CVD或?yàn)R射方法，在接觸孔C1中的氧化硅膜20上，形成薄的氮化鈦(TiN)膜P1a作為阻擋金屬層，隨之以用CVD方法形成鎢(W)膜P1b作為導(dǎo)電膜。用CMP方法清除接觸孔C1外面的TiN膜P1a和W膜P1b，以形成栓塞P1。鈦(Ti)膜與TiN膜的疊層可以被用作阻擋金屬層。
如圖2所示，利用原硅酸四乙酯作為源材料，用CVD方法在氧化硅膜20和栓塞P1上形成氧化硅膜22a作為絕緣膜。這一氧化硅膜22a以下將被稱(chēng)為“TEOS膜22”。圖2是局部放大圖，示出了圖1所示栓塞1的周?chē)?。栓塞P1(P1b)中的線(xiàn)是淀積鎢膜時(shí)出現(xiàn)的裂縫。
然后在TEOS膜22a上形成低介電常數(shù)絕緣膜22b。借助于涂敷芳香族聚合物材料，隨之以熱處理，能夠形成此低介電常數(shù)絕緣膜。作為變通，有機(jī)二氧化硅玻璃可以被用作低介電常數(shù)絕緣膜。在此情況下，材料涂敷也隨之以熱處理。此有機(jī)二氧化硅玻璃主要由SiOCH或SiOH組成?？梢圆捎闷渌挠袡C(jī)聚合物材料或其中引入孔隙的上述材料。
涂敷這種膜作為低介電常數(shù)絕緣膜，使得能夠整平襯底表面上的不平整性。襯底表面上的不平整性來(lái)自于下方層的不平整圖形或CMP時(shí)的侵蝕或凹陷。
作為變通，可以用CVD方法來(lái)制作低介電常數(shù)絕緣膜。三甲基硅烷或四甲基硅烷被用作源材料來(lái)進(jìn)行制作。在此情況下，膜主要由SiOC組成。此處可以使用的低介電常數(shù)絕緣膜的例子包括主要由SiOF組成的膜、主要由SiC組成的膜、以及具有芳香族碳?xì)浠衔锝Y(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物膜(含有C和H的膜)。在上述膜或SiO2(氧化硅)膜中引入孔隙(成多孔狀)，能夠減小介電常數(shù)?？梢杂肅VD方法來(lái)制作這些膜。
這種低介電常數(shù)絕緣膜的介電常數(shù)(3.7或以下)低于氧化硅膜(例如TEOS膜)的介電常數(shù)，致使有可能減小各個(gè)互連(包括柵電極)之間的寄生電容，從而提高半導(dǎo)體器件的工作速度。
可以采用CVD方法制作的上述低介電常數(shù)絕緣膜(SiOC、SiOF、SiOC、或SiO2的多孔材料)來(lái)代替TEOS膜22a。
在低介電常數(shù)絕緣膜22b上，制作TEOS膜22c。用相似于TEOS膜22a的方法來(lái)制作TEOS膜22c。
低介電常數(shù)絕緣膜22b被夾在TEOS膜22a與22c之間，以便保持其疊層的機(jī)械強(qiáng)度。在構(gòu)成絕緣膜(22)的3個(gè)層中，亦即在TEOS膜22a與22c以及低介電常數(shù)絕緣膜22b中，制作布線(xiàn)溝槽。
然后，如圖3所示，借助于用光刻和干法腐蝕方法從待要形成第一層互連的區(qū)域清除絕緣膜22(22a、22b、22c)，而制作布線(xiàn)溝槽HM1。布線(xiàn)溝槽HM1的厚度為例如0.25μm，寬度為0.18μm。若低介電常數(shù)絕緣膜22b與TEOS膜22a之間的腐蝕選擇性被用于上述腐蝕，用TEOS膜22a作為腐蝕停止膜，則能夠制作具有良好可控性的這一布線(xiàn)溝槽HM1。
如圖4所示，借助于用濺射方法在包括布線(xiàn)溝槽HM1內(nèi)部的絕緣膜22上進(jìn)行淀積，形成依次層疊有氮化鉭(TaN)膜和鉭(Ta)膜的阻擋膜M1a?？梢杂肅VD方法或作為濺射中的一種的離子化濺射方法來(lái)制作這一阻擋膜M1a。在這種離子化濺射中，構(gòu)成阻擋膜的金屬被離子化，并借助于對(duì)襯底進(jìn)行偏置而將方向性賦予金屬離子。這使得即使在微小的溝槽中也有可能淀積覆蓋性良好的膜。阻擋膜M1a被制作成在布線(xiàn)溝槽HM1側(cè)壁上的厚度約為5nm，而在其底部約為30nm。
阻擋膜不局限于上述TaN和Ta的層疊膜。可以用作阻擋膜的膜的例子包括由Ta、TaN、TaSiN、W、氮化鎢(WN)、WSiN、Ti、TiN、或TiSiN組成的單層膜；Ti、TiN和Ti的三層膜；Ti和TiN的雙層膜；TiSiN和Ta的雙層膜；Ta、TaN、Ta的三層膜；以及Ta和TaN的雙層膜。可以采用借助于層疊任何二個(gè)或更多個(gè)這種單層膜而得到的疊層膜。
用例如電鍍方法，在阻擋膜M1a上形成諸如銅膜之類(lèi)的導(dǎo)電膜。首先用例如離子化濺射方法形成薄的銅膜M1b作為電鍍的籽晶膜。在這一離子化濺射中，銅被離子化，然后襯底被偏置，以便將方向性賦予得到的銅離子。在形成銅膜M1b的淀積時(shí)，靶與襯底之間的距離保持為大約300nm，并將襯底溫度調(diào)節(jié)到25℃或以下。在成膜的開(kāi)始階段，比較小的DC或RF偏壓被施加到襯底。在襯底上淀積一定厚度的銅膜之后，施加到襯底的偏壓被相對(duì)提高。借助于提高偏壓，離子被注入到襯底表面，且已經(jīng)淀積在其上的銅膜被濺射腐蝕。此時(shí)，離子被基本上垂直于襯底注入，致使平面零件(絕緣膜22和布線(xiàn)溝槽HM1的底部)被擇優(yōu)腐蝕。已經(jīng)散射的銅被重新淀積在布線(xiàn)溝槽HM1的側(cè)壁上，從而改善了布線(xiàn)溝槽HM1側(cè)壁和底部的臺(tái)階覆蓋。用低壓長(zhǎng)距離濺射代替離子化濺射來(lái)制作膜。
用電鍍方法，利用例如含硫酸銅的溶液作為電鍍液，在銅膜M1b上制作銅膜M1c。制作此銅膜M1c以便以此掩埋布線(xiàn)溝槽HM1。
在減壓氣氛下，襯底1被退火(熱處理)。如圖5所示，例如用CMP或回腐蝕(etchback)方法，清除布線(xiàn)溝槽HM1外面的銅膜M1c和M1b以及阻擋膜M1a，以便形成由銅膜M1b和M1c以及阻擋膜M1a組成的第一層互連M1。然后進(jìn)一步在減壓氣氛下對(duì)襯底進(jìn)行退火(熱處理)。
如圖6所示，借助于在其上引起鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，在笫一層互連M1上形成厚度約為2-20nm的鎢膜CM1。例如借助于在下列條件下處理1.5分鐘來(lái)形成鎢膜CM10.3 Torr(0.3×1.33322×102Pa)，襯底托溫度設(shè)定為460℃(實(shí)際襯底溫度為430℃)，六氟化鎢(WF6)流速為5cc，氫(H2)流速為500cc。
利用上述處理，鎢僅僅選擇性地生長(zhǎng)在第一層互連M1上，或擇優(yōu)生長(zhǎng)在第一層互連M1到TEOS膜22上。在優(yōu)先考慮鎢的生長(zhǎng)速率的情況下，此處理在比較高的溫度下進(jìn)行，但可以將溫度設(shè)定為大約300℃。于是，可以利用選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)來(lái)方便地制作帽層導(dǎo)電膜。雖然1)鎢膜在形成在整個(gè)襯底表面上之后，可以用光刻或干法腐蝕方法來(lái)進(jìn)行圖形化；或2)可以在CMP或回腐蝕時(shí)，用過(guò)拋光或過(guò)腐蝕方法形成帽層導(dǎo)電膜，從而使銅膜表面凹陷，并將鎢膜埋置在此凹陷中(這意味著在鎢膜形成在整個(gè)表面上之后，凹陷外面的鎢膜被CMP之類(lèi)清除)，但這種方法使制造步驟復(fù)雜化。此外，必須控制光刻時(shí)的不對(duì)準(zhǔn)或CMP時(shí)的凹陷或侵蝕，使得難以形成精確的帽層導(dǎo)電膜。另一方面，若采用選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，則制造步驟不會(huì)變得復(fù)雜化，并能夠形成具有良好精度的帽層導(dǎo)電膜。不言自明，形成帽層導(dǎo)電膜的方法不局限于選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)；而是不僅能夠采用CVD方法，而且能夠采用電鍍方法來(lái)形成帽層導(dǎo)電膜。
同第一層互連M1上的帽層導(dǎo)電膜一樣，主要由W組成的金屬層，或WN、WSiN、TiN、TiSiN、Ta、TaN或TaSiN(氮硅化鉭)的單層膜，主要由Co、CoWP(鈷鎢磷)、CoWB(鈷鎢硼)組成的金屬層，或借助于層疊其中任何多個(gè)膜而得到的疊層(雙層膜或三層膜)，都可以用作鎢膜。鎢的電阻為5-20μΩ，而TiN的電阻為80-150μΩ。Ta或TaN的電阻也高于鎢。因此，比之采用其它的膜，用鎢作為帽層導(dǎo)電膜能夠降低互連的電阻。要指出的是，銅的電阻為1.7-2.2μΩ。
可以在同一個(gè)裝置中(原位)進(jìn)行制作鎢膜CM1之前的退火以及鎢膜CM1的制作。當(dāng)在其中具有成膜裝置和退火裝置二者的多工作室中進(jìn)行膜的制作和退火而無(wú)須從工作室取出襯底時(shí)，可以防止襯底(銅膜M1c)的表面被沾污，從而改善鎢膜的成膜性能和質(zhì)量。
在形成鎢膜CM1之前，CMP之后襯底表面上銅的沾污可以借助于用諸如氫氟酸(HF)之類(lèi)的清洗液進(jìn)行清洗而被清除。這種清洗改善了鎢膜的選擇性。此處，利用氫氟酸進(jìn)行清洗只是一個(gè)例子，清洗液不局限于氫氟酸，只要對(duì)從襯底表面暴露的絕緣膜的表面具有腐蝕能力或能夠清除附著在表面的銅沾污即可。倘若襯底1在形成鎢膜CM1之前，在例如3000Pa(例如150-10000Pa)的壓力下被暴露于流速為500cm3/min(sccm)(例如50-3000sccm)的氫(H2)氣氛中3分鐘，則可以得到相似于上述清洗的效果。借助于消除銅沾污或利用氫處理將銅表面上的氧化物還原成銅，鎢膜可以具有改進(jìn)的選擇性，能夠防止損失選擇性所造成的互連之間的短路，并能夠改善制作在互連(銅膜)上的鎢膜的厚度均勻性。由于銅的氧化物在電擴(kuò)散時(shí)將用作銅離子的供應(yīng)源，故這一氧化物的清除使得有可能減少銅離子在絕緣膜中的注入量，并改善半導(dǎo)體器件的可靠性。
當(dāng)鎢膜不可避免地生長(zhǎng)在TEOS膜22上時(shí)，可以利用上述銅清洗帶來(lái)的剝離效應(yīng)來(lái)清除絕緣膜上的鎢膜。對(duì)清洗液的組成沒(méi)有限制，只要能夠腐蝕從襯底表面暴露的絕緣膜表面或能夠清除附著在表面上的鎢即可。利用形成鎢膜之后的CMP或襯底表面的后清洗，也能夠清除絕緣膜上不必要的鎢膜。清除TOES膜22c上的導(dǎo)電物質(zhì)，能夠防止各個(gè)互連之間的短路。
然后，如圖7所示，用CVD方法，在TEOS膜22c和鎢膜CM1上相繼淀積TEOS膜24a、SiOC膜24b、以及TEOS膜24c作為絕緣膜。這些膜的表面上具有對(duì)應(yīng)于鎢膜CM1的不平整性。利用此疊層膜(24)的TEOS膜24a和SiOC膜24b，第一層互連M1被隔離于第二層互連M2。在這些膜中制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2?？梢圆捎肨MS膜、SiC膜、或作為介電常數(shù)低于SiN膜(氮化硅膜)的阻擋絕緣膜的SiCN膜來(lái)代替TEOS膜24a和24c?？梢岳缬孟铝蟹椒▉?lái)形成這種低介電常數(shù)絕緣膜。利用CVD方法，用三甲氧基硅烷和一氧化二氮(N2O)能夠形成TMS膜。它主要由SiON組成(主要由SiON組成的膜被稱(chēng)為“TMS膜”)。用三甲基硅烷能夠形成SiC膜，而用三甲基硅烷和氨氣能夠形成SiCN膜。另一種低介電常數(shù)膜可以被用來(lái)代替TEOS膜24a或24c。SiOF膜可以被用來(lái)代替SiOC膜24b。
然后，如圖8所示，在TEOS膜24上，相繼制作采用諸如芳香族聚合物材料之類(lèi)的涂敷材料的低介電常數(shù)絕緣膜26b和TEOS膜26c作為絕緣膜。以相似于用來(lái)形成低介電常數(shù)絕緣膜22b和TEOS膜22c的方法來(lái)形成這些膜(26b，26c)。由于涂敷的膜被用作低介電常數(shù)絕緣膜，故能夠整平襯底表面的不平整性。此外，低介電常數(shù)絕緣膜26b被夾在TEOS膜26c與24c之間，致使能夠保持這些膜組成的疊層膜(26)的機(jī)械強(qiáng)度。在絕緣膜(26)和上述TEOS膜24c中，形成待要被第二層互連M2掩埋的布線(xiàn)溝槽HM2。
如圖9所示，硬掩模MK被淀積在TEOS膜26c上，隨之以用光刻和干法腐蝕方法從第二層互連形成區(qū)清除硬掩模MK。氮化硅膜之類(lèi)可以被用作硬掩模MK。
如圖10所示，在硬掩模MK上形成抗蝕劑膜R1。然后，用光刻方法，從第一層互連與第二層互連的連接區(qū)清除抗蝕劑膜R1。
用此抗蝕劑膜R1作為掩模，例如用干法腐蝕方法，清除絕緣膜26(26b和26c)與絕緣膜24中的TEOS膜24c和SiOC膜24b，以形成接觸孔C2。TEOS膜24a于是留在第一層互連M1上，以便防止否則在稍后要進(jìn)行的用來(lái)清除抗蝕劑的燒蝕時(shí)會(huì)出現(xiàn)的被暴露的銅的氧化，并防止銅在干法腐蝕時(shí)散射。但由于銅膜M1C被作為帽層導(dǎo)電膜的鎢膜CM1覆蓋，故不一定要使TEOS膜24留在第一層互連M1上。
如圖11所示，在清除抗蝕劑膜R1之后，借助于例如用硬掩模MK作為掩模，用干法腐蝕方法清除絕緣膜26(26b和26c)和TEOS膜24c，形成布線(xiàn)溝槽HM2。此時(shí)，保留在接觸孔C2底部上的TEOS膜24a也被清除。
此布線(xiàn)溝槽HM2的厚度約為0.25μm，而寬度約為0.18μm。接觸孔C2離布線(xiàn)溝槽HM2底部的深度約為0.35μm。而其直徑約為0.18μm。
此處，在制作接觸孔C2之后形成布線(xiàn)溝槽HM2。作為變通，也可以在形成布線(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2，然后將抗蝕劑膜等掩埋在此溝槽中，以便整平襯底表面。
如圖12所示，例如用干法腐蝕方法，清除從接觸孔C2底部暴露的鎢膜CM1，以便暴露銅膜M1c。雖然沒(méi)有特別的限制，但可以借助于改變所使用的腐蝕氣體種類(lèi)而連續(xù)地進(jìn)行布線(xiàn)溝槽HM2的制作以及用來(lái)清除鎢膜CM1的干法腐蝕。
由于能夠利用形成接觸孔C2和布線(xiàn)溝槽HM2的步驟來(lái)清除從接觸孔C2底部暴露的鎢膜CM1，故能夠選擇性地清除而無(wú)須增加步驟來(lái)制作另一個(gè)掩模。然后清除硬掩模MK。
然后，單獨(dú)或組合利用下列處理來(lái)清除從接觸孔底部暴露的銅膜M1c上的氧化物在含氫或氨的氣氛中熱處理，將襯底表面暴露于含氫、氨、或者氫或氨之一與Ar之類(lèi)的稀有氣體的混合物中的任何一種的氣氛中產(chǎn)生的等離子體，以及用Ar之類(lèi)的稀有氣體對(duì)襯底表面進(jìn)行濺射腐蝕。然后，如圖13所示，例如用低壓長(zhǎng)距離濺射方法，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26上淀積例如依次層疊有氮化鉭(TaN)膜和鉭(Ta)膜的阻擋膜PM2a?？梢杂肅VD方法，或用在銅膜M1b的制作步驟中具體描述了的離子化濺射方法，來(lái)制作阻擋膜PM2a。如上所述，離子化濺射能夠賦予被淀積的金屬離子方向性。在成膜的后期，當(dāng)?shù)矸e在布線(xiàn)溝槽上或接觸孔底部的金屬在大的偏壓下被濺射腐蝕時(shí)，這樣散射的金屬能夠被重新淀積在其側(cè)壁上，從而能夠改善側(cè)壁和底部的臺(tái)階覆蓋。
此處，布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上阻擋膜PM2a的厚度被調(diào)節(jié)為大約5nm，在布線(xiàn)溝槽HM2底部上為大約30nm，在接觸孔C2側(cè)壁上為大約3nm，而在接觸孔C2底部上為大約20nm。借助于控制布線(xiàn)溝槽HM2底部上的阻擋膜PM2a的厚度大于接觸孔C2底部上的厚度，即使阻擋膜PM2a稍后從接觸孔C2底部被濺射腐蝕清除，阻擋膜PM2a也能夠留在布線(xiàn)溝槽HM2的底部上。而且，借助于在將起始成膜條件設(shè)定成允許高的各向異性(方向性)的情況下制作阻擋膜PM2a，有可能防止布線(xiàn)溝槽HM2底部或側(cè)壁上或接觸孔C2側(cè)壁上的阻擋膜PM2a過(guò)多地增厚。
如圖14所示，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a，隨之以在阻擋膜PM2a和暴露的銅膜M1c上形成銅膜PM2b?？梢岳缬蒙鲜龅碾x子化濺射方法來(lái)進(jìn)行阻擋膜PM2a的清除和銅膜PM2b的形成。
當(dāng)靶與襯底之間的距離被設(shè)定為大約300mm而襯底溫度被調(diào)整為25℃或更低時(shí)，借助于在起始階段對(duì)襯底施加大的DC或RF偏壓，接觸孔C2底部上的阻擋膜PM2a被濺射腐蝕，從而將氣氛中所含的銅離子和氬(Ar)注入到襯底表面。此時(shí)，這些離子基本上垂直入射到襯底，致使平面部分(布線(xiàn)溝槽HM2的底部和接觸孔C2的底部)被擇優(yōu)腐蝕。如上所述，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的阻擋膜PM2a被制作成比接觸孔C2底部上的更厚，致使當(dāng)清除接觸孔C2底部上的阻擋膜PM2a時(shí)，有可能在布線(xiàn)溝槽HM2底部上留下阻擋膜PM2a。
借助于適當(dāng)?shù)剡x擇腐蝕條件，從而將被散射的阻擋膜PM2a重新淀積在布線(xiàn)溝槽HM1或接觸孔C2的側(cè)壁和底部上，能夠改善這些側(cè)壁或底部的臺(tái)階覆蓋。借助于將已經(jīng)在布線(xiàn)溝槽HM2或接觸孔C2的側(cè)壁的上部(角落)上淀積得很厚的阻擋膜PM2a重新淀積，還有可能勻平布線(xiàn)溝槽HM2或接觸孔C2側(cè)壁上的阻擋膜PM2a的厚度。
如圖15所示，借助于減小偏壓或停止施加偏壓，在布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2中淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍的籽晶膜。此時(shí)，如上所述，借助于在襯底上淀積一定厚度的銅膜之后將偏壓提高到相對(duì)高的水平，有可能改善布線(xiàn)溝槽HM2或接觸孔C2側(cè)壁和底部上的銅膜PM2b的臺(tái)階覆蓋。
結(jié)果，在布線(xiàn)溝槽HM2的側(cè)壁和底部以及接觸孔C2的側(cè)壁上，通過(guò)阻擋膜PM2a形成銅膜PM2b，而在從接觸孔C2底部暴露的銅膜M1c上，銅膜PM2b被直接形成，其間不插入阻擋膜PM2a。阻擋膜PM2a在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁和底部上的厚度約為5nm，在接觸孔C2側(cè)壁上約為3nm，而銅膜PM2b的厚度約為10nm。
若在一個(gè)裝置中進(jìn)行從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a以及形成布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的銅膜PM2b，則能夠防止阻擋膜PM2a的氧化或外來(lái)物質(zhì)附著到其上，從而能夠改善阻擋膜PM2a和銅膜PM2b的質(zhì)量。在諸如偏壓按需要被改變的條件下，當(dāng)從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a時(shí)，也有可能在其它位置(布線(xiàn)溝槽HM2內(nèi)部或接觸孔C2側(cè)壁上)形成銅膜PM2b。
可以在分立的裝置中進(jìn)行從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a以及形成布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的銅膜PM2b。例如，在用各向異性腐蝕方法從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a之后，可以用濺射方法形成布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的銅膜PM2b。在此情況下，可以在含氫或氨的減壓氣氛中進(jìn)行熱處理或等離子體處理，或用諸如氫氟酸(HF)之類(lèi)的清洗液進(jìn)行清洗，以便清除被各向異性腐蝕暴露的阻擋膜PM2a和銅膜M1c表面上的氧化物或外來(lái)物質(zhì)。
然后，利用電鍍方法，用含硫酸銅的溶液作為電鍍液，在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。此銅膜PM2c被制作用以掩埋布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2。
在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)之后，用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而如圖16所示形成各由銅膜PM2b和PM2c以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1與第二層互連的栓塞(連接部分)P2。此處，第二層互連M2意味著埋置在布線(xiàn)溝槽HM2中的銅膜PM2b和PM2c以及阻擋膜PM2a，而栓塞P2意味著從布線(xiàn)溝槽HM2延伸的埋置在接觸孔C2中的銅膜PM2b和PM2c以及阻擋膜PM2a。
在減壓氣氛中，襯底1被進(jìn)一步退火(熱處理)。
如上所述，本實(shí)施方案由于清除了第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1和阻擋膜PM2a，第一層互連M1因而與作為構(gòu)成栓塞P2的主要金屬的銅直接接觸，從而減小了電阻。而且，本實(shí)施方案使得銅原子能夠在第一層互連M1與栓塞P2之間運(yùn)動(dòng)，這就使得有可能減小第一層互連M1與栓塞P2之間界面處的空洞產(chǎn)生率，從而改善電遷移阻力。
具體地說(shuō)，阻擋膜PM2a或鎢膜CM1都不形成在接觸孔C2的底部，亦即不形成在第一層互連M1與栓塞(連接部分)P2之間的接合處。由于阻擋膜PM2a和鎢膜CM1二者被從接觸孔C2底部清除，故第一層互連M1與作為構(gòu)成栓塞P2的主要金屬的銅直接接觸。在阻擋金屬與銅之間不存在界面，致使能夠防止栓塞附近由應(yīng)力遷移造成的斷路。
由于鎢膜CM1和阻擋膜PM2a成一整體(這些膜不不連續(xù)地覆蓋著銅膜)，故其內(nèi)部銅膜的整個(gè)表面被阻擋金屬膜覆蓋。粘附性比較低的銅與絕緣膜之間的界面可以從結(jié)構(gòu)中消除，這就改善了銅表面上的粘附性。結(jié)果，能夠抑制空洞的產(chǎn)生并能夠改善電遷移阻力。
雖然鎢膜CM1和阻擋膜PM2a都不存在于鎢膜CM1與阻擋膜PM2a之間，但第一層互連M1與栓塞P2的其它部分被鎢膜CM1或阻擋膜PM2a覆蓋。這種結(jié)構(gòu)使得有可能1)防止構(gòu)成待要埋置的導(dǎo)電膜的金屬(在銅膜的情況下是銅)擴(kuò)散進(jìn)入絕緣膜，以及2)防止導(dǎo)電膜由于氧化硅膜與導(dǎo)電膜接觸而氧化。
由于銅在銅-阻擋膜界面上比在銅-氮化硅膜界面上更不容易擴(kuò)散，故比之使用諸如氮化硅膜之類(lèi)的絕緣膜作為帽層膜，采用鎢膜作為帽層導(dǎo)電膜使得有可能改善電遷移阻力。
此外，由于諸如氮化硅膜之類(lèi)的絕緣膜不被用作帽層導(dǎo)電膜，故能夠減小存在于各個(gè)互連之間的絕緣膜的有效介電常數(shù)。結(jié)果，能夠改善信號(hào)經(jīng)由互連的傳輸速度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體器件的高速工作。氮化硅膜的介電常數(shù)約為6-8，而TEOS膜的介電常數(shù)為4。
第一層互連M1與栓塞P2被硬鎢膜CM1或阻擋膜PM2a覆蓋，能夠防止應(yīng)力遷移造成的互連斷路。例如由于熱處理時(shí)施加的熱應(yīng)力而出現(xiàn)這種應(yīng)力。確切地說(shuō)，在本實(shí)施方案中，由于采用了硬度低的低介電常數(shù)絕緣膜，故對(duì)第一層互連M1與栓塞P2的保護(hù)是有效的。
由于鎢膜被用作帽層導(dǎo)電膜，故能夠掩埋如果有的話(huà)出現(xiàn)在下方銅膜表面上的缺陷，導(dǎo)致互連可靠性和產(chǎn)品成品率的改善。銅膜表面上的缺陷是破裂、收縮或刮傷引起的。例如，用CMP拋光銅膜時(shí)就出現(xiàn)破裂或刮傷。熱處理或銅膜埋置不充分也產(chǎn)生破裂或刮傷。
若這種缺陷在銅膜中或在銅膜與阻擋膜之間的界面處引起空隙，則互連電阻增大。這種空隙成為電遷移的起點(diǎn)，從而降低電遷移阻力。制作在這種空隙上的栓塞不可避免地要增大連接電阻。
另一方面，采用鎢膜作為帽層導(dǎo)電膜，能夠借助于在其中埋置鎢膜而修復(fù)空隙，從而改善電遷移阻力、得到的半導(dǎo)體器件的可靠性、以及產(chǎn)品的成品率。
然后，如圖17所示，借助于在第二層互連M2上選擇性地生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)鎢(W)而在第二層互連M2(PM2c)上形成厚度約為2-20nm的鎢膜CM2。例如用下列條件下的1.5分鐘的處理來(lái)形成這一鎢膜CM20.3 Torr(0.3×1.33322×102Pa)，襯底托設(shè)定溫度為460℃(實(shí)際襯底溫度為430℃)，六氟化鎢(WF6)流速為5scc，氫(H2)流速為500scc。上述處理僅僅在第二層互連M2上引起鎢的選擇性生長(zhǎng)或與TEOS膜26c上的生長(zhǎng)相比的鎢在第二層互連M2上的擇優(yōu)生長(zhǎng)。在優(yōu)先考慮鎢的生長(zhǎng)速率的情況下，上述處理在相對(duì)高的溫度下進(jìn)行，但此溫度可以被設(shè)定為大約300℃。
不僅可以采用鎢作為帽層導(dǎo)電膜，而且可以采用WN、WSiN、CoWP、CoWB、TiN、TiSiN、Ta、TaN或TaSiN的單層膜或借助于層疊這些膜中的任何二個(gè)或更多個(gè)而得到的疊層膜(雙層膜、三層膜等)作為帽層導(dǎo)電膜。
如上所述，可以在一個(gè)裝置中(原位)進(jìn)行緊臨鎢膜CM2形成之前的退火以及鎢膜CM2的形成。
在形成鎢膜CM2之前，例如借助于用諸如氫氟酸(HF)之類(lèi)的清洗液進(jìn)行清洗，或在3000Pa的壓力下，在流速為500cm3/min(sccm)的氫(H2)氣氛中處理3分鐘，可以清除CMP之后襯底表面上的銅沾污。可以利用上述銅清洗帶來(lái)的剝離效應(yīng)來(lái)清除已經(jīng)生長(zhǎng)在TEOS膜26c上的鎢膜。在形成鎢膜之后，借助于襯底表面的CMP，也可以清除TEOS膜26c上的鎢膜。以這種方式清除TEOS膜26c上的導(dǎo)電物質(zhì)，能夠防止各個(gè)互連之間的短路。
如圖18所示，用CVD方法，在TEOS膜26c和鎢膜CM2上相繼淀積TEOS膜28a、SiOC膜28b、以及另一個(gè)TEOS膜28c。這些膜的制作方法相似于用來(lái)制作TEOS膜24a和24c以及SiOC膜24b的方法。在TEOS膜28c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜30b和TEOS膜(未示出)作為絕緣膜。這些膜的制作方法相似于用來(lái)制作低介電常數(shù)絕緣膜22b和TEOS膜22c的方法。
在得到的5層絕緣膜中，以相似于用于布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2的方法制作布線(xiàn)溝槽和接觸孔。其制作步驟未示出。
以這種方式重復(fù)形成絕緣膜、布線(xiàn)溝槽、接觸孔、阻擋膜、銅膜、以及鎢膜，從而形成具有多層互連的半導(dǎo)體器件。
圖19和20示出了5層互連(M1-M5)的一個(gè)例子。圖21-23是圖19和20所示半導(dǎo)體器件的局部平面圖，其中圖19對(duì)應(yīng)于A-A’剖面，而圖20對(duì)應(yīng)于B-B’剖面。圖21是平面圖，清楚地示出了第一層互連M1至第五層互連M5的淀積。為了便于其理解，圖22示出了第一層互連M1至第三層互連M3的淀積，而圖23示出了第三層互連M3至第五層互連M5的淀積。
如圖19-23所示，可以用相似于用于第二層互連M2及位于其下方的栓塞2的方法來(lái)形成第三層互連M3及位于其下方的栓塞P3。
具體地說(shuō)，在絕緣膜(28和30)中形成布線(xiàn)溝槽(HM3)和接觸孔(C3)之后，阻擋膜(PM3a)和銅膜(PM3b和PM3c)被相繼制作在包括布線(xiàn)溝槽(HM3)和接觸孔(C3)內(nèi)部的絕緣膜上。在接觸孔C3中，形成栓塞P3。
在制作接觸孔(C3)時(shí)，形成在位于接觸孔下方的互連的表面上的鎢膜(CM2)被預(yù)先清除。在形成銅膜(PM3b)之前，從接觸孔(C3)底部清除阻擋膜(PM3a)。也可以在形成銅膜(PM3b)時(shí)，從接觸孔(C3)底部清除阻擋膜(PM3a)。
結(jié)果，可以獲得如上所述的諸如降低互連(M3)與栓塞(P3)之間接觸電阻以及改善電遷移阻力之類(lèi)的效果。
如圖19和20所示，第三層互連M3經(jīng)由阻擋膜PM4a和鎢膜CM3，被連接到第四層互連M4，而第四層互連M4經(jīng)由阻擋膜PM5a和鎢膜CM4，被連接到第五層互連M5。如圖21和23所示，第三互連M3至第五互連M5中各個(gè)的寬度大，致使能夠確保大的連接區(qū)(栓塞4或5的直徑)。即使存在阻擋膜(PM4a，PM5a)和鎢膜(CM3，CM4)，也能夠?qū)⒔佑|電阻抑制到比較小的水平。由于省略了從連接區(qū)清除這些膜的步驟，故能夠簡(jiǎn)化步驟。構(gòu)成第五層互連M5的阻擋膜PM5a是例如TiN膜、由Ti和TiN組成的雙層膜、或由Ti、TiN、Ti組成的三層膜；PM5b是鋁(Al)或Al合金膜；而其上的PM5c是TiN膜或由Ti和TiN組成的雙層膜。在第五層互連M5上，由氧化硅膜和氮化硅膜組成的疊層膜38被形成作為保護(hù)膜。
如圖19和20所示，第五層互連M5上的鎢膜CM5可以被形成得比第四層互連M4上的鎢膜CM4更薄。借助于將第五互連上的鎢膜(第二帽層阻擋金屬膜)調(diào)節(jié)成比第四層互連上的鎢膜(第一帽層阻擋金屬膜)更薄，能夠減小與上層互連的連接電阻。借助于將下層鎢膜制作得比上層鎢膜更厚，能夠保持可靠性裕度。
相反，關(guān)于第四層互連M4和第五層互連M5上的鎢膜CM4和CM5，鎢膜CM4可以被制作得比鎢膜CM5更薄。形成在上層互連上的接觸孔的直徑通常大，致使上層互連上的鎢膜(第二帽層阻擋金屬膜)的厚度增加不影響連接電阻。借助于在不影響連接電阻的范圍內(nèi)加厚上層互連上的鎢膜，能夠保持可靠性裕度。由于上層互連的布局規(guī)則不那么嚴(yán)格，故能夠減小由于加厚鎢膜而可能出現(xiàn)的短路可能性。減薄下層互連上的鎢膜(第一帽層阻擋金屬膜)使得有可能減小互連表面上的不平整性，從而減小各個(gè)互連之間短路的可能性。當(dāng)待要層疊的層數(shù)增加時(shí)，這種不平整性就占主導(dǎo)。若互連表面變得顯著地不規(guī)則，則可以用涂敷膜作為互連上的絕緣膜來(lái)整平。迄今描述了第四層互連M4和第五層互連M5上的鎢膜CM4和CM5，這同樣適用于第三層互連M3和第四層互連M4上的鎢膜CM3和CM4，或第二層互連M2和第三層互連M3上的鎢膜CM2和CM3。
在形成疊層膜38之后，對(duì)襯底表面進(jìn)行NH3等離子體處理。這一處理引起1)構(gòu)成形成在襯底上的互連(M1-M4)的銅膜的表面還原，2)銅膜表面氮化，3)形成在襯底上的諸如TEOS膜之類(lèi)的絕緣膜表面清洗，4)絕緣膜表面損傷恢復(fù)，或5)絕緣膜表面氮化。結(jié)果，能夠抑制構(gòu)成互連的銅的離子化。此外，能夠防止銅離子在絕緣膜中擴(kuò)散，從而能夠改善絕緣膜的特性。
(實(shí)施方案2)在本實(shí)施方案中，將描述其中待要形成布線(xiàn)溝槽和接觸孔的絕緣膜的疊層結(jié)構(gòu)的例子。
(1)在實(shí)施方案1中，布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2制作在五層絕緣膜(24a、24b、24c、26b、26c)中(參見(jiàn)圖12)，但這些膜中的24a可以被省略。圖24是襯底的局部剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面將根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成第一層互連M1及其上的鎢膜CM1的各個(gè)步驟，相似于參照?qǐng)D1-6描述了的實(shí)施方案1的步驟，不再贅述。
然后，如圖24所示，用CVD方法，在TEOS膜22c和鎢膜CM1上，相繼淀積SiOC膜24b和TEOS膜24c作為絕緣膜。在TEOS膜24c上，，相繼形成采用諸如芳香族聚合物材料之類(lèi)的涂敷材料的低介電常數(shù)絕緣膜26b和TEOS膜26c作為絕緣膜。這4個(gè)膜(24b、24c、26b、26c)的性質(zhì)和形狀如實(shí)施方案1詳細(xì)所述。
在這這4個(gè)膜(24b、24c、26b、26c)中的SiOC膜24b中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在TEOS膜24c、低介電常數(shù)絕緣膜26b和TEOS膜26c中制作布線(xiàn)溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在TEOS膜26上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(未示出)，隨之以形成第一層互連與第二層互連連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(未示出)。
用此抗蝕劑膜作為掩模，清除絕緣膜膜26和24，以便形成接觸孔C2。在清除抗蝕劑膜之后，用硬掩模作為掩模，清除絕緣膜26和TEOS膜24，以便形成布線(xiàn)溝槽HM2。可以在形成布線(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2。
例如用干法腐蝕方法清除從接觸孔C2底部暴露的鎢膜CM1，以便暴露銅膜M1c。
制作第二層互連M2和栓塞(連接部分)P2的步驟以及之后的步驟，相似于實(shí)施方案1中的步驟，因此，下面僅僅描述其概況。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26上形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第二層互連M2上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而形成鎢膜CM2。
然后，如圖24所示，用CVD方法在TEOS膜26c和鎢膜CM2上相繼淀積SiOC膜28b和TEOS膜28c。這些膜相似于SiOC膜24b和TEOS膜24c被形成。在TEOS膜28c上，相繼形成采用諸如芳香族聚合物材料之類(lèi)的涂敷材料的低介電常數(shù)絕緣膜30b和TEOS膜(未示出)作為絕緣膜。這些膜的制作相似于低介電常數(shù)絕緣膜22b和TEOS膜22c。
在上述的4層絕緣膜中，布線(xiàn)溝槽和接觸孔的制作相似于布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2的制作，但未示出此步驟。
根據(jù)本實(shí)施方案，布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2制作在4層絕緣膜(24b、24c、26b、26c)中，致使其制作步驟比實(shí)施方案1更簡(jiǎn)單。
由于第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1和阻擋膜PM2a被清除，故能夠減小第一層互連M1與栓塞P2之間的接觸電阻，并能夠改善電遷移阻力。于是可獲得實(shí)施方案1所述的效果。
(2)在實(shí)施方案1中，布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2制作在5層絕緣膜(24a、24b、24c、26b、26c)中，但絕緣膜26c可以從這5個(gè)絕緣膜中省略。圖25是襯底的局部剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案2的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成第一層互連M1及其上的鎢膜CM1的各個(gè)步驟，相似于上面參照?qǐng)D1-6在實(shí)施方案1中所述的步驟，故不再贅述。
如圖25所示，用CVD方法，在襯底1(第一層互連M1)上相繼淀積TEOS膜24a、SiOC膜24b、另一個(gè)TEOS膜24c作為絕緣膜。然后，在TEOS膜24c上，用諸如芳香族聚合物材料之類(lèi)的涂敷材料形成低介電常數(shù)絕緣膜26b作為絕緣膜。這4個(gè)膜(24a、24b、24c、26b)的性質(zhì)和形狀如實(shí)施方案1詳細(xì)所述。
在這4個(gè)膜(24a、24b、24c、26b)中的SiOC膜24b和TEOS膜24a中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1與第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在TEOS膜24c和低介電常數(shù)絕緣膜26b中，形成溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在低介電常數(shù)絕緣膜26b上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(未示出)，隨之以形成第一層互連與第二層互連的連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(未示出)。
以此抗蝕劑膜作為掩模，清除低介電常數(shù)絕緣膜26b、TEOS膜24c、SiOC膜24b，以形成接觸孔C2，隨之以清除抗蝕劑膜。用硬掩模作為掩模，清除低介電常數(shù)絕緣膜26b和TEOS膜24c，以形成布線(xiàn)溝槽HM2，并從接觸孔C2底部清除TEOS膜24a。可以在制作布線(xiàn)溝槽HM2之后來(lái)形成接觸孔C2。
例如用干法腐蝕方法，清除從接觸孔C2底部暴露的鎢膜CM1，以便暴露銅膜M1c(第一層互連M1)。
制作第二層互連M2和栓塞(連接部分)P2的步驟以及之后的步驟，相似于實(shí)施方案1中的步驟，因此，下面僅僅描述其概況。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的低介電常數(shù)絕緣膜26b上形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第二層互連M2上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而形成鎢膜CM2。
然后，如圖25所示，用CVD方法，在低介電常數(shù)絕緣膜2 6b和鎢膜CM2上相繼淀積TEOS膜28a、SiOC膜28b和另一個(gè)TEOS膜28c作為絕緣膜。這些膜相似于TEOS膜24a和24c以及SiOC膜24b被形成。在TEOS膜28c上，用諸如芳香族聚合物材料之類(lèi)的涂敷材料，形成低介電常數(shù)絕緣膜30b作為絕緣膜。此膜的制作相似于低介電常數(shù)絕緣膜22b。
在上述4層絕緣膜中，以相似于用來(lái)制作布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2的方法來(lái)制作布線(xiàn)溝槽和接觸孔，但未示出此步驟。
根據(jù)本實(shí)施方案，布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2制作在4層絕緣膜(24a、24b、24c、26b)中，致使其制作步驟比實(shí)施方案1更簡(jiǎn)單。其中要形成第一層互連的絕緣膜，可以由TEOS膜22a和低介電常數(shù)絕緣膜22b構(gòu)成，而實(shí)施方案1所示的TEOS膜22c可以省略。圖25示出了22c被省略的情況。
由于第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1和阻擋膜PM2a被清除，故能夠減小第一層互連M1與栓塞P2之間的接觸電阻，并能夠改善電遷移阻力。于是可獲得實(shí)施方案1所述的相似效果。
(實(shí)施方案3)
在實(shí)施方案1中，其中埋置第二層互連M2的布線(xiàn)溝槽HM2制作在絕緣膜26和TEOS膜24c中。此布線(xiàn)溝槽HM2可以制作在絕緣膜26中。圖26是襯底的局部剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案3的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面將根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成第一層互連M1及其上的鎢膜CM1的各個(gè)步驟，相似于上面參照?qǐng)D1-6在實(shí)施方案1中所示的步驟，不再贅述。
如圖26所示，用CVD方法，在TEOS膜22c和鎢膜CM1上，相繼淀積TEOS膜24a、SiOC膜24b和另一個(gè)TEOS膜24c作為絕緣膜。然后，在TEOS膜24c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜26b和TEOS膜26c作為絕緣膜。這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)的性質(zhì)和形狀如實(shí)施方案1中詳細(xì)所述。
在這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)中的TEOS膜24a和24c以及SiOC膜24b中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在低介電常數(shù)絕緣膜26b和TEOS膜26c中制作布線(xiàn)溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在TEOS膜26e上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(未示出)，隨之以在硬掩模上形成第一層互連與第二層互連連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(未示出)。
用此抗蝕劑膜作為掩模，清除絕緣膜26(26b，26c)、TEOS膜24c以及SiOC膜24b，以便形成接觸孔C2，隨之以清除抗蝕劑膜。用硬掩模作為掩模，清除絕緣膜26(26b，26c)，以便形成布線(xiàn)溝槽HM2，并從接觸孔C2底部清除TEOS膜24a?？梢栽谛纬刹季€(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2。
例如用干法腐蝕方法，清除從接觸孔C2底部暴露的鎢膜CM1，以便暴露銅膜M1c。
制作第二層互連M2和栓塞(連接部分)P2的步驟以及之后的步驟，相似于實(shí)施方案1中的步驟，因此，下面僅僅描述其概況。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26c上形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第二層互連M2上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而形成鎢膜CM2。
然后，如圖26所示，用CVD方法，在TEOS膜26c和鎢膜CM2上相繼淀積TEOS 28a、SiOC膜28b和另一個(gè)TEOS膜28c作為絕緣膜。這些膜相似于SiOC膜24b以及TEOS膜24a和24c被形成。在TEOS膜28c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜30b和TEOS膜(未示出)作為絕緣膜。這些膜的制作相似于低介電常數(shù)絕緣膜22b和TEOS膜22c。
在上述的5層絕緣膜中，以相似于用于布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2的方法制作布線(xiàn)溝槽和接觸孔，但未示出此步驟。
于是能夠在絕緣膜(26)中形成布線(xiàn)溝槽HM2。
同樣在此實(shí)施方案中，由于第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1和阻擋膜PM2a被清除，故能夠減小第一層互連M1與栓塞P2之間的接觸電阻，并能夠改善電遷移阻力。于是可獲得實(shí)施方案1所述的相似效果。
(實(shí)施方案4)在實(shí)施方案2中，借助于在互連M1和M2上形成鎢膜CM1和CM2，防止了構(gòu)成互連的銅擴(kuò)散進(jìn)入絕緣膜中以及氧化硅膜與銅膜之間的接觸造成的氧化物的形成。借助于在這些鎢膜上形成薄的氮化硅膜，可以加強(qiáng)對(duì)銅擴(kuò)散或氧化的防止。圖27是襯底的局部剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案4的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面將根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成第一層互連M1及其上的鎢膜CM1的各個(gè)步驟，相似于上面參照?qǐng)D1-6在實(shí)施方案1中所述的步驟，不再贅述。
如圖27所示，用CVD方法，淀積氮化硅膜401作為銅擴(kuò)散防止膜或抗氧化膜。此氮化硅膜被制作成厚度為20nm或以下，由于如實(shí)施方案具體所述那樣，存在于各個(gè)互連之間的絕緣膜的有效介電常數(shù)借助于減薄而盡可能地減小，故氮化硅膜具有大的介電常數(shù)。
然后，在氮化硅膜401上，用CVD方法相繼淀積SiOC膜24b和TEOS膜24c作為絕緣膜。在TEOS膜24c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜26b和另一個(gè)TEOS膜26c作為絕緣膜。這4個(gè)膜(24b、24c、26b、26c)的性質(zhì)和形狀如實(shí)施方案1中詳細(xì)所述。
在這4個(gè)膜(24b、24c、26b、26c)中的SiOC膜24b以及氮化硅膜401中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在TEOS膜24c、低介電常數(shù)絕緣膜26b、以及TEOS膜26c中，制作布線(xiàn)溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在TEOS膜26c上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(未示出)，隨之以形成第一層互連與第二層互連連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(未示出)。
用此抗蝕劑膜作為掩模，清除絕緣膜膜26和絕緣膜24中的TEOS膜24c和SiOC膜24b，以便形成接觸孔C2。在清除抗蝕劑膜之后，用硬掩模作為掩模，清除絕緣膜26(26b，26c)以及TEOS膜24c，以便形成布線(xiàn)溝槽HM2?？梢栽谛纬刹季€(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2。
例如用干法腐蝕方法，清除從接觸孔C2底部暴露的氮化硅膜401以及下方的鎢膜CM1，以便暴露銅膜M1c。
制作第二層互連M2和栓塞(連接部分)P2的步驟以及之后的步驟，相似于實(shí)施方案1中的步驟，因此，下面僅僅描述其概況。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26c上形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第二層互連M2上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而形成鎢膜CM2。然后，用CVD方法，在鎢膜CM2上淀積氮化硅膜402作為銅擴(kuò)散防止膜或抗氧化膜。此氮化硅膜被制作成厚度為20nm或以下。
然后，如圖27所示，用CVD方法在氮化硅膜402上相繼淀積SiOC膜28b和TEOS膜28c作為絕緣膜。這些膜相似于SiOC膜24b和TEOS膜24c被形成。在TEOS膜28c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜30b和TEOS膜(未示出)作為絕緣膜。這些膜的制作相似于低介電常數(shù)絕緣膜22b和TEOS膜22c。
在這些絕緣膜中，以相似于用于布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2的方法，制作布線(xiàn)溝槽和接觸孔，但未示出此步驟。
根據(jù)本實(shí)施方案，由于薄的氮化硅膜401和402被形成在鎢膜CM1和CM2上，故能夠加強(qiáng)對(duì)銅擴(kuò)散或氧化的防止。借助于將這些氮化硅膜401和402的厚度調(diào)節(jié)為20nm或以下，能夠減小存在于各個(gè)互連之間的絕緣膜的有效介電常數(shù)。
由于第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1和阻擋膜PM2a被清除，故能夠減小第一層互連M1與栓塞P2之間的接觸電阻，并能夠改善電遷移阻力。于是可獲得實(shí)施方案1所述的相似效果。
(實(shí)施方案5)在實(shí)施方案1中，被互連M1和M2填充的最上面的絕緣膜是TEOS膜22c和26c，可以用氮化硅膜代替。作為變通，可以采用介電常數(shù)低于氮化硅膜的作為阻擋絕緣膜的TMS膜、SiC膜、或SiCN膜?？梢杂肅VD方法，例如用三甲氧基硅烷和一氧化二氮(N2O)來(lái)形成這種低介電常數(shù)絕緣膜。此膜主要由SiON組成(以下將此膜稱(chēng)為“TMS膜”)。作為變通，可以用三乙基硅烷來(lái)形成SiC膜，或可以用三乙基硅烷和氨來(lái)形成SiCN膜。
總之，在實(shí)施方案5中，實(shí)施方案1中的TEOS膜22c和26c被諸如氮化硅膜、SiO膜、TMS膜、SiC膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜501和502代替。
圖28是襯底的局部剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案5的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面將根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成氧化硅膜20和埋置在此膜中的栓塞P1的各個(gè)步驟，相似于上面參照?qǐng)D1在實(shí)施方案1中所述的步驟，不再贅述。
如圖28所示，如在實(shí)施方案1中那樣，在氧化硅膜20和栓塞1上形成TEOS膜22a作為絕緣膜。然后，借助于對(duì)TEOS膜22a進(jìn)行涂敷，隨之以熱處理而形成低介電常數(shù)絕緣膜22b。也可以用CVD方法來(lái)形成這一低介電常數(shù)絕緣膜。
在低介電常數(shù)絕緣膜22b上，形成諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜501作為銅擴(kuò)散防止膜或抗氧化膜。
低介電常數(shù)絕緣膜22b被夾在用CVD方法形成的膜(22a和501)之間，以便保持其疊層膜的機(jī)械強(qiáng)度。在由TEOS膜22a、低介電常數(shù)絕緣膜22b、和諸如氮化硅膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜501組成的3層絕緣膜(22)中，制作布線(xiàn)溝槽HM1。
用光刻和干法腐蝕方法，形成其中要形成第一層互連的絕緣膜22(22a、22b、501)，從而形成布線(xiàn)溝槽HM1。此布線(xiàn)溝槽HM1的厚度約為0.25μm，而寬度為0.18μm。
如在實(shí)施方案1中那樣，例如用濺射方法，在包括布線(xiàn)溝槽HM1內(nèi)部的絕緣膜22上，淀積阻擋膜M1a，隨之以用離子化濺射方法在阻擋膜M1a上形成薄的銅膜M1b作為電鍍的籽晶膜。然后例如用電鍍方法，在銅M1b上形成銅膜M1c。此銅膜M1c被形成為埋置在布線(xiàn)溝槽HM1中。
在減壓氣氛中，對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM1外面的銅膜M1c和M1b以及阻擋膜M1a，從而形成由銅膜M1c和M1b以及阻擋膜M1a組成的第一層互連M1。此時(shí)，在第一層互連M1形成區(qū)外面的區(qū)域中，諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋膜501被暴露。然后，在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第一層互連M1上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)作為帽層導(dǎo)電膜，從而在第一層互連M1上形成約2-20nm的鎢膜CM1。在形成鎢膜CM1之前，可以進(jìn)行清洗或氫處理?；蛘撸梢栽谛纬涉u膜CM1之后進(jìn)行清洗。
在諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜501和鎢膜CM1上，用CVD方法相繼淀積TEOS膜24a、SiOC膜24b、以及另一個(gè)TEOS膜24c作為絕緣膜。然后，在TEOS膜24c上，用芳香族聚合物材料形成低介電常數(shù)絕緣膜26b作為絕緣膜，隨之以用相似于用來(lái)形成諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜501的方法，形成諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜502。這些膜24a、24b、24c、26b的性質(zhì)和形狀如實(shí)施方案1中詳細(xì)所述。
在這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、502)中的TEOS膜24a和SiOC膜24b中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在TEOS膜24c、低介電常數(shù)絕緣膜26b和氮化硅膜502中，制作布線(xiàn)溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在阻擋絕緣膜502上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(未示出)，隨之以形成第一層互連與第二層互連連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(未示出)。
用此抗蝕劑膜作為掩模，清除絕緣膜膜26(502，26b)、TEOS膜24c以及SiOC膜24b，以便形成接觸孔C2，隨之以清除抗蝕劑膜。用硬掩模作為掩模，清除絕緣膜26(502，26b)和TEOS膜24c，以便形成布線(xiàn)溝槽HM2，并從接觸孔C2底部清除TEOS膜24a。可以在形成布線(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2。
然后，例如用干法腐蝕方法清除從接觸孔C2底部暴露的鎢膜CM1，以便暴露銅膜M1c。
制作第二層互連M2和栓塞(連接部分)P2的步驟以及之后的步驟，相似于實(shí)施方案1中的步驟，因此，下面僅僅描述其概況。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋膜502上，形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第二層互連M2上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而形成鎢膜CM2。
然后，如圖28所示，用CVD方法，在阻擋絕緣膜502和鎢膜CM2上相繼淀積TEOS膜28a、SiOC膜28b、和TEOS膜28c作為絕緣膜。這些膜相似于SiOC膜24b以及TEOS膜24a和24c被形成。在TEOS膜28c上，相繼形成使用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜30b以及氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、或SiCN膜(未示出)作為絕緣膜。這些膜的制作相似于低介電常數(shù)絕緣膜22b或諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜502。
在上述的5層絕緣膜中，以相似于用于布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2的方法制作布線(xiàn)溝槽和接觸孔，但未示出此步驟。
在此實(shí)施方案中，諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、SiOC膜、SiOCN膜、以及SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜501和502被用作其中要埋置互連M1和M2的最上層絕緣膜。這樣，即使在制作接觸孔C2時(shí)出現(xiàn)掩模不對(duì)準(zhǔn)，致使接觸孔C2(栓塞P2)的圖形侵入第一層互連M1，甚至達(dá)及氮化硅膜501，此阻擋絕緣膜501也防止了來(lái)自構(gòu)成栓塞P2的銅膜的銅擴(kuò)散，而且能夠防止由銅膜與氧化硅膜(低介電常數(shù)絕緣膜22b)之間的接觸造成的銅膜氧化。為了減小存在于各個(gè)互連之間的絕緣膜的有效介電常數(shù)，阻擋絕緣膜的厚度最好盡可能薄。
如圖28所示，當(dāng)為了提高互連的密度和集成度而將第一層互連M1的互連寬度和接觸孔C2的直徑設(shè)計(jì)成相等時(shí)，在第一層互連M1與接觸孔C2之間就出現(xiàn)裕度范圍造成的掩模不對(duì)準(zhǔn)。即使發(fā)生這樣的不對(duì)準(zhǔn)，形成在接觸孔C2底部上的阻擋絕緣膜501也能夠防止銅從構(gòu)成栓塞P2的銅膜經(jīng)由接觸孔C2底部向絕緣膜22b擴(kuò)散。
如上所述，即使出現(xiàn)不對(duì)準(zhǔn)，也能夠在接觸孔C2底部保持對(duì)銅擴(kuò)散的阻擋性能，致使第一層互連M1的互連寬度和接觸孔C2的直徑能夠被設(shè)計(jì)成相等，從而能夠提高互連的密度和集成度而不損失互連可靠性。
由于第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1和阻擋膜PM2a被清除，故可獲得實(shí)施方案1所述的諸如減小第一層互連M1與栓塞P2之間的接觸電阻以及改善電遷移阻力之類(lèi)的效果。
(實(shí)施方案6)
在實(shí)施方案1中，在從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a之后，制作了銅膜PM2b和PM2c。阻擋膜PM2a可以留在第二層互連M2與栓塞P2之間而無(wú)須從接觸孔C2底部清除。圖29和30是襯底的局部剖面圖，用來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案6的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面將根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成第一層互連M1及其上的鎢膜CM1的各個(gè)步驟，相似于上面參照?qǐng)D1-6在實(shí)施方案1中所述的步驟，不再贅述。在圖29中，氧化硅膜20中的栓塞P1被省略(這同樣適用于圖30-32)。
如圖29所示，用CVD方法，在襯底1(鎢膜CM1)上相繼淀積TEOS膜24a、SiOC膜24b、以及另一個(gè)TEOS膜24c作為絕緣膜。然后，在TEOS膜24c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜26b以及TEOS膜26c作為絕緣膜。這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)的性質(zhì)或形狀如實(shí)施方案1中詳細(xì)所述。
在這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)中的SiOC膜24b和TEOS膜24a中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在TEOS膜24c和26c、以及低介電常數(shù)絕緣膜26b中，制作布線(xiàn)溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在TEOS膜26c上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(相似于圖9所示的)，隨之以在硬掩模上形成第一層互連與第二層互連連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(相似于圖10所示的)。
用此抗蝕劑膜作為掩模，清除TEOS膜26c中的TEOS膜24c和24a以及SiOC膜24b、低介電常數(shù)絕緣膜膜26b、以及絕緣膜24，以便形成接觸孔C2(相似于圖10中的)。在清除抗蝕劑膜之后，用硬掩模作為掩模，清除TEOS膜26c和24c以及低介電常數(shù)絕緣膜26b，以便形成布線(xiàn)溝槽HM2(相似于圖11中的)。可以在形成布線(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2。
例如用干法腐蝕方法，清除從接觸孔C2底部暴露的鎢膜CM1，以便暴露銅膜M1c(相似于圖12中的)?？梢酝耆厍宄u膜CM1，或可以在接觸孔底部留下不連續(xù)的鎢膜。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26c上，形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，在阻擋膜PM2a上淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第二層互連M2上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而形成鎢膜CM2。
然后，如圖29所示，在TEOS膜26c和鎢膜CM2上，淀積諸如TEOS膜28a的絕緣膜。
在作為第一層互連M1和栓塞(連接部分)P2的連接部分的接觸孔C2的底部上，阻擋膜PM2a未被從接觸孔C2的底部清除。這意味著比之實(shí)施方案1，能夠減少制造步驟數(shù)目，因?yàn)閮H僅需要從接觸孔C2的底部清除銅膜CM1而從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a的步驟可以省略。
在此實(shí)施方案中，第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1被清除，致使能夠減小其間的接觸電阻。由于第一層互連M1與栓塞P2之間存在阻擋膜PM2a，故這一減少效應(yīng)可能稍微小一些，但可獲得諸如改善電遷移阻力之類(lèi)的實(shí)施方案1所述的效果?？梢岳闷浔砻娴母g，在阻擋膜PM2a被減薄之后來(lái)淀積銅膜PM2b。
圖37描述了此實(shí)施方案6應(yīng)用于為提高互連密度和集成度而將第一層互連M1的互連寬度和接觸孔C2的直徑設(shè)計(jì)成相等的情況的例子。如圖37所示，當(dāng)?shù)谝粚踊ミBM1的互連寬度和接觸孔C2的直徑被設(shè)計(jì)成相等時(shí)，在制作接觸孔C2時(shí)出現(xiàn)掩模不對(duì)準(zhǔn)，接觸孔C2的圖形被形成為侵入第一層互連M1，甚至延伸到低介電常數(shù)絕緣膜22c。即使在這種情況下，由于阻擋膜PM2a被形成在接觸孔C2側(cè)壁和底部上，故也能夠在接觸孔C2底部上防止銅從構(gòu)成栓塞P2的銅膜向絕緣膜22c擴(kuò)散。而且能夠防止由銅膜與氧化硅膜(TEOS膜22c)之間的接觸造成的銅膜氧化。
這樣，即使出現(xiàn)不對(duì)準(zhǔn)，也能夠在接觸孔C2底部保持對(duì)銅擴(kuò)散的阻擋性能，致使第一層互連M1的互連寬度和接觸孔C2的直徑能夠被設(shè)計(jì)成相等，從而能夠提高互連的密度和集成度而不損失互連可靠性。此外能夠省略從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a的步驟，致使比之實(shí)施方案1能夠減少制造步驟數(shù)目。
如圖30所示，第一層互連M1與栓塞P2之間的阻擋膜PM2a可以被形成為不連續(xù)的膜。
在這種情況下，阻擋膜PM2a不被均勻地形成在接觸孔C2的整個(gè)底部上，而是被局部地形成。這是一種不連續(xù)的膜，它允許銅膜M1c和M1b與銅膜PM2b和PM2c在未形成阻擋膜PM2a的部分處直接接觸。
在作為第一層互連M1與栓塞(連接部分)P2之間的連接的接觸孔C2的底部上，用來(lái)防止銅擴(kuò)散的阻擋材料被形成為不連續(xù)膜。
例如借助于在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26c上形成阻擋膜PM2a，同時(shí)控制成膜條件，使接觸孔C2底部上的阻擋膜顯著地薄，能夠形成這種不連續(xù)的膜。
作為變通，可以用下列方法來(lái)形成這種不連續(xù)的膜。在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26c上淀積阻擋膜PM2a到布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度約為5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度約為30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度約為3nm，而接觸孔C2底部上的厚度約為20nm之后，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在清除時(shí)，腐蝕條件被控制成不完全清除阻擋膜。
如上所述，若存在于第一層互連M1與栓塞P2之間的阻擋膜PM2a被形成為不連續(xù)的膜，則能夠減小其間的接觸電阻。此外，它使銅能夠經(jīng)由阻擋膜PM2a的不連續(xù)部分進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從而可獲得實(shí)施方案1所述的諸如改善電遷移阻力之類(lèi)的效果。
(實(shí)施方案7)在實(shí)施方案1中，在從接觸孔C2底部清除鎢膜CM1之后，制作了銅膜PM2b和PM2c。作為變通，鎢膜CM1可以留在第二層互連M2與栓塞P2之間而無(wú)須從接觸孔C2底部清除。圖31是襯底的局部剖面圖，用來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案7的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面將根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成第一層互連M1及其上的鎢膜CM1的各個(gè)步驟，相似于參照?qǐng)D1-6所述的實(shí)施方案1的步驟，不再贅述。
然后，如圖31所示，用CVD方法，在襯底1(鎢膜CM1)上相繼淀積諸如TEOS膜24a、SiOC膜24b、以及另一個(gè)TEOS膜24c之類(lèi)的絕緣膜。在TEOS膜24c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜26b以及TEOS膜26c作為絕緣膜。這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)的性質(zhì)或形狀如實(shí)施方案1中詳細(xì)所述。
在這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)中的SiOC膜24b和TEOS膜24a中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在TEOS膜24c和26c、以及低介電常數(shù)絕緣膜26b中，制作布線(xiàn)溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在TEOS膜26c上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(相似于圖9中的)，隨之以形成第一層互連與第二層互連連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(相似于圖10中的)。
用此抗蝕劑膜作為掩模，清除TEOS膜26c、低介電常數(shù)絕緣膜膜26b、TEOS膜24c和24a、以及SiOC膜24b，以便形成接觸孔C2(相似于圖10中的)。在清除抗蝕劑膜之后，用硬掩模作為掩模，清除TEOS膜26c和24c以及低介電常數(shù)絕緣膜26b，以便形成布線(xiàn)溝槽HM2。可以在形成布線(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2(相似于圖11中的)。然后清除硬掩模。接著形成第二層互連M2和栓塞(連接部分)P2，同時(shí)從接觸孔C2底部暴露鎢膜CM1。形成第二層互連M2和栓塞P2的步驟以及之后的步驟相似于實(shí)施方案1中的步驟，故下面僅僅描述其概況。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和從中暴露鎢膜CM1的接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26c上，形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在第二層互連M2上進(jìn)行鎢(W)的選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)，從而形成鎢膜CM2。
然后，如圖31所示，在TEOS膜26c和鎢膜CM2上，淀積TEOS膜28a作為絕緣膜。
在此實(shí)施方案中，第一層互連M1與栓塞P2之間的阻擋膜PM2a被清除。致使能夠減小其間的接觸電阻。由于第一層互連M1與栓塞P2之間存在鎢膜CM1，故這一減少效應(yīng)可能稍微小一些，但可獲得實(shí)施方案1所述的諸如電遷移阻力改善的效果。
在作為笫一層互連M1和栓塞(連接部分)P2的連接部分的接觸孔C2的底部上，存在著鎢膜CM1，但阻擋膜PM2a未被形成在接觸孔C2的底部上。這意味著比之實(shí)施方案1，能夠減少制造步驟數(shù)目，因?yàn)閮H僅需要從接觸孔C2的底部清除阻擋膜PM2a，而從接觸孔C2底部清除銅膜CM1的步驟可以省略。
圖38描述了此實(shí)施方案7應(yīng)用于為提高互連密度和集成度而將第一層互連M1的互連寬度和接觸孔C2的直徑設(shè)計(jì)成相等的情況的例子。如圖38所示，絕緣膜22的組成相似于實(shí)施方案5的。具體地說(shuō)，如圖38所示，在氧化硅膜20和栓塞P1上形成諸如實(shí)施方案5中那樣的TEOS膜22a之類(lèi)的絕緣膜之后，借助于涂敷到TEOS膜22a上，隨之以熱處理，形成低介電常數(shù)絕緣膜22b。作為變通，可以用CVD方法來(lái)形成此低介電常數(shù)絕緣膜。
然后，用CVD方法，在低介電常數(shù)絕緣膜22b上，形成諸如氮化硅膜、SiON膜、TMS膜、SiC膜、或SiCN膜之類(lèi)的阻擋絕緣膜501作為銅擴(kuò)散防止膜或抗氧化膜。
上述步驟及其以后的步驟相似于上面參照?qǐng)D31所述的實(shí)施方案7的步驟，故不再贅述。
在此實(shí)施方案中，阻擋絕緣膜501被用作其中要埋置互連M1的最上層絕緣膜。這樣，即使在制作接觸孔C2時(shí)出現(xiàn)掩模不對(duì)準(zhǔn)且接觸孔C2的圖形侵入第一層互連M1，甚至達(dá)及阻擋絕緣膜501，接觸孔C2底部上的這一阻擋絕緣膜501也能夠防止銅從構(gòu)成栓塞P2的銅膜向絕緣膜22b擴(kuò)散，而且能夠防止由銅膜與氧化硅膜(低介電常數(shù)絕緣膜22b)之間的接觸造成的銅膜氧化。為了減小存在于各個(gè)互連之間的絕緣膜的有效介電常數(shù)，阻擋絕緣膜的厚度最好盡可能薄。
這樣，即使出現(xiàn)不對(duì)準(zhǔn)，也能夠在接觸孔C2的底部上保持對(duì)銅擴(kuò)散的阻擋性能，致使第一層互連M1的互連寬度和接觸孔C2的直徑能夠被設(shè)計(jì)成相等，從而能夠提高互連的密度和集成度而不損失互連可靠性。此外能夠省略從接觸孔C2底部清除鎢膜CM1的步驟，致使比之實(shí)施方案1能夠減少制造步驟數(shù)目。
(實(shí)施方案8)在實(shí)施方案1中，在互連M1和M2上形成單層鎢膜CM1和CM2作為帽層導(dǎo)電膜。此帽層導(dǎo)電膜可以由疊層膜代替。圖32是襯底的局部剖面圖，用來(lái)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案8的半導(dǎo)體器件的制造方法。
下面將根據(jù)其制造方法來(lái)描述本發(fā)明這一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。直至形成第一層互連M1及其上的鎢膜CM1的各個(gè)步驟，相似于上面參照?qǐng)D1-6在實(shí)施方案1中所述的步驟，不再贅述。
然后，如圖32所示，借助于在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行處理，鎢膜CM1被轉(zhuǎn)變?yōu)榈u膜CM1a，隨之以如實(shí)施方案1那樣在氮化鎢膜CM1a上選擇性生長(zhǎng)或擇優(yōu)生長(zhǎng)鎢(W)，從而形成鎢膜CM1b。得到的氮化鎢膜CM1a和鎢膜CM1b構(gòu)成帽層導(dǎo)電膜801。
用CVD方法，在襯底(鎢膜CM1b)上相繼淀積TEOS膜24a、SiOC膜24b、以及另一個(gè)TEOS膜24c作為絕緣膜。然后在TEOS膜24c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜26b以及TEOS膜26c作為絕緣膜。這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)的性質(zhì)或形狀如實(shí)施方案1中詳細(xì)所述。
在這5個(gè)膜(24a、24b、24c、26b、26c)中的SiOC膜24b和TEOS膜24a中，制作接觸孔C2，用來(lái)形成連接第一層互連M1和第二層互連M2的栓塞(連接部分)P2，同時(shí)在TEOS膜24c和26c、以及低介電常數(shù)絕緣膜26b中，制作布線(xiàn)溝槽HM2。
如在實(shí)施方案1中那樣，在TEOS膜26c上形成第二層互連形成區(qū)中具有窗口的硬掩模(未示出)，隨之以在硬掩模上形成第一層互連與第二層互連連接區(qū)中具有窗口的抗蝕劑膜(未示出)。
用此抗蝕劑膜作為掩模，清除TEOS膜26c、低介電常數(shù)絕緣膜膜26b、TEOS膜24c和24a、以及SiOC膜24b，以便形成接觸孔C2。在清除抗蝕劑膜之后，用硬掩模作為掩模，清除TEOS膜26c和24c以及低介電常數(shù)絕緣膜26b，從而形成布線(xiàn)溝槽HM2。可以在形成布線(xiàn)溝槽HM2之后制作接觸孔C2。
例如用干法腐蝕方法，清除從接觸孔C2底部暴露鎢膜CM1b以及位于其下方的氮化鎢膜CM1a，以便暴露銅膜M1c。
形成第二層互連M2和栓塞(連接部分)P2的步驟以及之后的步驟相似于實(shí)施方案1中的步驟，故下面僅僅描述其概況。
如在實(shí)施方案1中那樣，在包括布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2內(nèi)部的TEOS膜26c上，形成阻擋膜PM2a。它在布線(xiàn)溝槽HM2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約5nm，布線(xiàn)溝槽HM2底部上的厚度被淀積為大約30nm，接觸孔C2側(cè)壁上的厚度被淀積為大約3nm，而接觸孔C2底部上的厚度被淀積為大約20nm。
如在實(shí)施方案1中那樣，從接觸孔C2底部清除阻擋膜PM2a。在淀積薄的銅膜PM2b作為電鍍籽晶膜之后，用電鍍方法在銅膜PM2b上形成銅膜PM2c。在減壓氣氛中對(duì)襯底1進(jìn)行退火(熱處理)，隨之以用CMP或回腐蝕方法清除布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2外面的銅膜PM2c和PM2b以及阻擋膜PM2a，從而形成各由銅膜PM2b、PM2c、以及阻擋膜PM2a組成的第二層互連M2以及用來(lái)連接第一層互連M1和第二層互連的栓塞(連接部分)P2。
如在實(shí)施方案1中那樣，用相似于用來(lái)形成氮化鎢膜CM1a和鎢膜CM1b的方法，在第二層互連M2上形成氮化鎢膜CM2和鎢膜CM2b。
然后，如圖32所示，用CVD方法，在TEOS膜26c和鎢膜CM2b上，相繼淀積TEOS膜28a、SiOC膜28b、以及TEOS膜28c作為絕緣膜。在TEOS膜28c上，相繼形成采用芳香族聚合物材料的低介電常數(shù)絕緣膜30b以及TEOS(未示出)作為絕緣膜。
在上述5層絕緣膜中，用相似于用來(lái)制作布線(xiàn)溝槽HM2和接觸孔C2的方法，制作布線(xiàn)溝槽和接觸孔，但未示出此步驟。
以上述方式，互連上的帽層導(dǎo)電膜801和802可以被制作成疊層膜。
同樣，在此實(shí)施方案中，由于第一層互連M1與栓塞P2之間的鎢膜CM1a、鎢膜CM1b、以及阻擋膜PM2a被清除，故能夠減小其間的接觸電阻。此外，可獲得實(shí)施方案1所述的諸如電遷移阻力改善的效果。
(實(shí)施方案9)在實(shí)施方案1中，接觸孔的直徑被制作成基本上等于位于其下方的互連的寬度。接觸孔下方的互連的寬度可以被制作成大于接觸孔的直徑，或可以在互連中局部安排直徑大于接觸孔的連接區(qū)。
例如，如圖2 2所示，在實(shí)施方案1中，接觸孔(例如C2)的直徑幾乎等于其下方的互連的寬度(例如M1的寬度)。圖33示出了第一層互連M1、第二層互連M2、以及用來(lái)連接它們的栓塞P2的圖形。圖34是沿圖33中C-C’線(xiàn)的剖面圖。如圖34所示，阻擋膜PM2a被形成在其中要制作栓塞P2的接觸孔(C2)和其中要形成第二層互連的布線(xiàn)溝槽(HM2)的側(cè)壁或底部上。雖然在圖34的剖面中未示出，但鎢膜CM1被形成在第一層互連M1的表面上作為帽層導(dǎo)電膜。栓塞P2與互連M1之間的阻擋膜PM2a和鎢膜CM1被清除，致使能夠減小其間的接觸電阻，并可獲得實(shí)施方案1所述的諸如改善電遷移阻力的效果。
如圖35所示，連接區(qū)M901可以被排列在第一層互連M1的末端。此連接區(qū)M901被制作成寬度大于第一層互連M1。連接區(qū)M902被排列在第二層互連M2的末端處。圖35示出了第一層互連M1、第二層互連M2、以及用來(lái)連接它們的栓塞P2的圖形。圖36是沿圖35中C-C’線(xiàn)的剖面圖。如圖36所示，阻擋膜PM2a被形成在其中要制作栓塞P2的接觸孔(C2)和其中要形成第二層互連的布線(xiàn)溝槽(HM2)的側(cè)壁或底部上。鎢膜CM1被形成在第一層互連M1的表面上作為帽層導(dǎo)電膜。在連接區(qū)M901的外圍表面上，鎢膜CM1仍然作為帽層導(dǎo)電膜。
同樣在此情況下，栓塞P2與互連M1之間的阻擋膜PM2a和鎢膜CM1被清除，致使能夠減小其間的接觸電阻，并可獲得實(shí)施方案1所述的諸如改善電遷移阻力的效果。
于是，當(dāng)在互連中排列寬的連接區(qū)M901和M902時(shí)，就能夠保持栓塞或待要形成在其上的互連圖形的對(duì)準(zhǔn)裕度。
至此就根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案詳細(xì)描述了本發(fā)明人提出的本發(fā)明。但應(yīng)該記住的是，本發(fā)明不局限于此即不受此限制。在不超越本發(fā)明范圍的程度內(nèi)可以被修正。
確切地說(shuō)，在實(shí)施方案1-9中，用雙重鑲嵌方法形成了第二層互連M2和連接部分(栓塞)P2。也可以用單一鑲嵌方法在分立的各個(gè)步驟中加以形成。在此情況下，借助于清除位于栓塞P2下方的第一層互連M1表面上的帽層導(dǎo)電膜以及栓塞P2底部上的阻擋膜，能夠減小接觸電阻，并能夠改善電遷移阻力。
實(shí)施方案5所示的具有阻擋絕緣膜501的絕緣膜22，可以被應(yīng)用于實(shí)施方案2-4和6-9。即使出現(xiàn)不對(duì)準(zhǔn)，也能夠在接觸孔C2的底部上保持對(duì)銅擴(kuò)散的阻擋性能，使得有可能將第一層互連M1的寬度設(shè)計(jì)成等于接觸孔C2的直徑，從而提高互連的密度和集成度，同時(shí)保持互連的可靠性。
實(shí)施方案2-4所示的絕緣膜22、24、26，可以被應(yīng)用于實(shí)施方案6-9。
在實(shí)施方案1等之中，MISFET Qn被作為半導(dǎo)體元件的例子，但不僅可以制作MISFET，還可以制作諸如雙極晶體管之類(lèi)的其它元件。
在實(shí)施方案6中，阻擋膜PM2a被公開(kāi)為阻擋材料，在作為第一層互連M1與栓塞(連接部分)P2之間的連接部分的接觸孔的底部上形成為不連續(xù)的膜。不僅可以由上述阻擋膜PM2a，而且還可以由鎢膜CM1或阻擋膜PM2a與鎢膜CM1二者，來(lái)形成不連續(xù)的阻擋材料膜。
在實(shí)施方案1等之中，利用涂敷型材料來(lái)獲得層間絕緣膜的整平，但也可以用CMP來(lái)代替。在實(shí)施方案1等之中，在加工溝槽時(shí)，利用了層疊的各個(gè)層間絕緣膜的腐蝕選擇性比率之間的差別。作為變通，借助于控制干法腐蝕時(shí)間或監(jiān)視腐蝕深度，可以在達(dá)及層間絕緣膜底部之前終止溝槽加工。
下面簡(jiǎn)要描述一下從本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)的本發(fā)明的典型發(fā)明可獲得的優(yōu)點(diǎn)。
在具有其表面上有帽層阻擋金屬膜的布線(xiàn)部分和其上形成的連接部分并具有作為其外圍的被阻擋金屬膜覆蓋的導(dǎo)體層的半導(dǎo)體器件中，阻擋金屬層或帽層阻擋金屬膜中的至少一個(gè)，從布線(xiàn)部分與連接部分之間的連接處被清除，致使能夠減小其間的接觸電阻。此外，能夠降低電遷移造成的空洞或斷路的產(chǎn)生率。而且能夠改善半導(dǎo)體器件的特性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括制作在半導(dǎo)體襯底上并具有布線(xiàn)溝槽的第一層間絕緣膜；布線(xiàn)部分，它具有制作在所述布線(xiàn)溝槽側(cè)壁和底部表面上的第一阻擋金屬層、制作在所述第一阻擋金屬層上以便掩埋所述布線(xiàn)溝槽的第一導(dǎo)體層、以及制作在所述第一導(dǎo)體層表面上的帽層阻擋金屬膜；制作在所述第一層間絕緣膜上并具有連接孔的第二層間絕緣膜；以及連接部分，它具有制作在所述連接孔的側(cè)壁和底部表面上的第二阻擋金屬層，以及制作在所述第二阻擋金屬層上以便掩埋所述連接孔的第二導(dǎo)體層；其中，在所述連接部分與所述布線(xiàn)部分之間的連接處，至少清除所述連接孔底部表面上的所述第二阻擋金屬層或所述帽層阻擋金屬膜中的任何一個(gè)。
2.一種半導(dǎo)體器件，包括布線(xiàn)部分和連接部分，所述布線(xiàn)部分具有第一導(dǎo)體層和制作在所述第一導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上從而環(huán)繞所述第一導(dǎo)體層的第一阻擋金屬層，且所述連接部分制作在所述布線(xiàn)部分上并具有第二導(dǎo)體層和制作在所述第二導(dǎo)體層側(cè)面上從而環(huán)繞所述第二導(dǎo)體層的第二阻擋金屬層，其中，在所述連接部分與所述布線(xiàn)部分之間的連接處，所述第二阻擋金屬層被制作成所述第二導(dǎo)體層底部表面上的不連續(xù)膜。
3.一種半導(dǎo)體器件，包括布線(xiàn)部分和制作在層間絕緣膜中的連接部分，所述布線(xiàn)部分具有第一導(dǎo)體層、制作在所述第一導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上從而環(huán)繞所述第一導(dǎo)體層的第一阻擋金屬層、以及制作在所述第一導(dǎo)體層表面上的帽層阻擋金屬膜，所述連接部分具有第二導(dǎo)體層以及制作在所述第二導(dǎo)體層的側(cè)面和底部表面中至少側(cè)面上從而環(huán)繞所述第二導(dǎo)體層的第二阻擋金屬層，其中，在所述連接部分與所述布線(xiàn)部分之間的連接處，所述第二阻擋金屬層或所述帽層阻擋金屬膜都不被制作，或被制作成所述第二導(dǎo)體層底部表面上的不連續(xù)膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中在所述布線(xiàn)部分與所述連接部分之間的連接處，前者被制作成面積大于后者。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述帽層阻擋金屬膜不僅僅制作在所述連接部分與所述布線(xiàn)部分之間的連接處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中從所述連接孔的底部表面清除所述第二阻擋金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中在所述第二導(dǎo)體層的底部表面上不制作所述第二阻擋金屬層。
8.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上制作第一層間絕緣膜；在所述第一層間絕緣膜中制作布線(xiàn)溝槽；在所述布線(xiàn)溝槽的側(cè)壁和底部表面上制作第一阻擋金屬層；在所述第一阻擋金屬層上制作第一導(dǎo)體層，以便用所述第一導(dǎo)體層掩埋所述布線(xiàn)溝槽；在所述第一導(dǎo)體層的表面上制作帽層阻擋金屬膜；在所述第一層間絕緣膜上制作第二層間絕緣膜；在所述第二層間絕緣膜中制作連接孔；在所述連接孔的側(cè)壁和底部表面上制作第二阻擋金屬層；以及在所述第二阻擋金屬層上制作第二導(dǎo)體層，以便用所述第二導(dǎo)體層掩埋所述連接孔，其中，在制作所述連接孔的步驟中，僅僅在所述連接孔與所述布線(xiàn)溝槽的重疊部分處清除所述帽層阻擋金屬膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造方法，其中，在所述布線(xiàn)溝槽與所述連接孔的重疊部分處，所述布線(xiàn)溝槽被制作成面積大于所述連接孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的制造方法，還包括，在制作所述第二導(dǎo)體層之前，從所述連接孔的底部表面清除所述第二阻擋金屬層。
11.一種半導(dǎo)體器件，包括第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)和第二布線(xiàn)結(jié)構(gòu)，所述第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)具有第一布線(xiàn)部分和制作在其上的第一連接部分，所述第一布線(xiàn)部分具有第一導(dǎo)體層、制作在所述第一導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上從而環(huán)繞所述第一導(dǎo)體層的第一阻擋金屬層、以及制作在所述第一導(dǎo)體層表面上的第一帽層阻擋金屬膜，所述第一連接部分制作在所述第一布線(xiàn)部分上并具有第二導(dǎo)體層，第二阻擋金屬層制作在所述第二導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上從而環(huán)繞所述第二導(dǎo)體層，且所述第二布線(xiàn)結(jié)構(gòu)制作在所述第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)上并具有第二布線(xiàn)部分和制作在其上的第二連接部分，所述第二布線(xiàn)部分具有第三導(dǎo)體層、制作在所述第三導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上從而環(huán)繞所述第三導(dǎo)體層的第三阻擋金屬層、以及制作在所述第三導(dǎo)體層表面上的第二帽層阻擋金屬膜，且所述第二連接部分制作在所述第二布線(xiàn)部分上并具有第四導(dǎo)體層，第四阻擋金屬層制作在所述第四導(dǎo)體層側(cè)面和底部表面上從而環(huán)繞所述第四導(dǎo)體層，其中，所述第一和第二阻擋金屬層以及所述第一帽層阻擋金屬膜的結(jié)構(gòu)分別不同于所述第三和第四阻擋金屬層以及所述第二帽層阻擋金屬膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中所述第二帽層阻擋金屬膜制作成比所述第一帽層阻擋金屬膜更薄，或所述第一帽層阻擋金屬膜被制作成比所述第二帽層阻擋金屬膜更薄。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中從所述第四導(dǎo)體層的底部表面清除所述第四阻擋金屬層或所述第二帽層阻擋金屬膜中的任何一個(gè)，且其中從所述第二導(dǎo)體層的底部表面清除所述第二阻擋金屬層或所述第一帽層阻擋金屬膜中的任何一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中保留所述第四阻擋金屬層和所述第二帽層阻擋金屬膜，而不從所述第四導(dǎo)體層的底部表面清除，且其中從所述第二導(dǎo)體層的底部表面清除所述第二阻擋金屬層或所述第一帽層阻擋金屬膜中的任何一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，其中所述第二布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的所述第二連接部分的直徑大于所述第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的所述第一連接部分，或所述第二布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的所述第二布線(xiàn)部分的寬度大于所述第一布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的所述第一布線(xiàn)部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的半導(dǎo)體器件，還包括經(jīng)由所述第二連接部分與所述第二布線(xiàn)部分連接的布線(xiàn)，其中保留所述第四阻擋金屬層和所述第二帽層阻擋金屬膜不被清除。
17.一種半導(dǎo)體器件，包括制作在半導(dǎo)體襯底上的第一絕緣膜；制作在所述第一絕緣膜上的第二絕緣膜；借助于選擇性地清除所述第一絕緣膜和所述第二絕緣膜而制作的布線(xiàn)溝槽；布線(xiàn)部分，它具有制作在所述布線(xiàn)溝槽的側(cè)壁和底部表面上的第一阻擋金屬層、制作在所述第一阻擋金屬層上以掩埋所述布線(xiàn)溝槽的第一導(dǎo)體層、以及制作在所述第一導(dǎo)體層表面上的帽層阻擋金屬膜；制作在所述第二絕緣膜上并具有連接孔的第三絕緣膜；以及連接部分，它具有制作在所述連接孔側(cè)壁和底部表面中至少側(cè)壁上的第二阻擋金屬層以及制作在所述第二阻擋金屬層上以掩埋所述連接孔的第二導(dǎo)體層，其中，所述第二絕緣膜具有阻擋絕緣膜的功能。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中具有阻擋絕緣膜功能的第四絕緣膜制作在所述帽層阻擋金屬膜上。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中所述第二絕緣膜是由介電常數(shù)比氮化硅膜低的或介電常數(shù)不大于5.5的材料組成的低介電常數(shù)膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的半導(dǎo)體器件，其中所述低介電常數(shù)膜具有Si和C，Si和N，Si、C和N，Si、O和N，Si、O和C，或Si、O、C和N，或是利用CVD方法用TMS(三甲氧基硅烷)和N2O形成的膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中所述第二絕緣膜在制作所述連接孔時(shí)具有腐蝕停止層的功能。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的半導(dǎo)體器件，其中所述第四絕緣膜在制作所述連接孔時(shí)具有腐蝕停止層的功能。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中所述第二阻擋金屬層從所述連接孔的底部表面被清除。
24.根據(jù)權(quán)利要求17的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第三絕緣膜包括由介電常數(shù)低于氧化硅膜或介電常數(shù)為3.7或以下的材料組成的低介電常數(shù)膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的半導(dǎo)體器件，其中所述低介電常數(shù)膜具有Si和C，Si、C和O，Si、O和F，C和H，或Si、O、C和H，或還是多孔的。
26.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上制作第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜上制作第二絕緣膜；借助于選擇性地清除所述第一絕緣膜和所述第二絕緣膜而制作布線(xiàn)溝槽；在所述布線(xiàn)溝槽的側(cè)壁和底部表面上制作第一阻擋金屬層；在所述第一阻擋金屬層上制作第一導(dǎo)體層以便用所述第一導(dǎo)體層掩埋所述布線(xiàn)溝槽；在所述第一導(dǎo)體層表面上制作帽層阻擋金屬膜；在所述第二絕緣膜上制作第三絕緣膜；在所述第三絕緣膜中制作連接孔；在所述連接孔側(cè)壁和底部表面中的至少側(cè)壁上制作第二阻擋金屬層；以及在所述第二阻擋金屬層上制作第二導(dǎo)體層以便用所述第二導(dǎo)體層掩埋所述連接孔，其中，所述第二絕緣膜用作阻擋絕緣膜。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的制造方法，還包括在所述帽層阻擋金屬膜上制作具有阻擋絕緣膜功能的第四絕緣膜的步驟。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的制造方法，其中所述第二絕緣膜是由介電常數(shù)比氮化硅膜低的或介電常數(shù)不大于5.5的材料組成的低介電常數(shù)膜。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的制造方法，其中所述低介電常數(shù)膜利用CVD方法，用Si和C，Si和N，Si、C和N，Si、O和N，Si、O和C，Si、O、C和N，或TMS和N2O形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的制造方法，其中所述第二絕緣膜在制作所述連接孔時(shí)具有腐蝕停止層的功能。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的制造方法，其中所述第四絕緣膜在制作所述連接孔時(shí)具有腐蝕停止層的功能。
32.根據(jù)權(quán)利要求26的制造方法還包括，在制作所述第二導(dǎo)體層之前，從所述連接孔的底部表面清除所述第二阻擋金屬層。
33.根據(jù)權(quán)利要求26的制造方法，還包括下列步驟在所述連接孔的制作步驟中，僅僅從所述連接孔與所述布線(xiàn)溝槽的重疊部分清除所述帽層阻擋金屬膜；以及在所述第二導(dǎo)體層的制作步驟之前，從所述連接孔的底部表面清除所述第二阻擋金屬層。
34.根據(jù)權(quán)利要求26的制造方法，其中所述第一和第三絕緣膜包括由介電常數(shù)低于氧化硅膜或介電常數(shù)為3.7或以下的材料組成的低介電常數(shù)膜。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的制造方法，其中所述低介電常數(shù)膜具有Si和C，Si、C和O，Si、O和F，C和H，或Si、O、C和H，或還是多孔的。
36.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述阻擋金屬層由Ta、TaN、TaSiN、W、WN、WSiN、Ti、TiN、TiSiN的任何一種的單層膜或通過(guò)將Ta、TaN、TaSiN、W、WN、WSiN、Ti、TiN、TiSiN的任何二種或更多種層疊而得到的疊層膜組成。
37.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述帽層阻擋金屬膜由主要包括W、WN、WSiN和W的金屬層，主要包括CoWP、CoWB或Co的金屬層，TiN、TiSiN、Ta、TaN、TaSiN的任何一種的單層膜或所述金屬層和單層膜的任何二種的疊層膜組成。
38.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述導(dǎo)體層由Cu、主要包括Cu和Al的金屬層、主要包括Al和Ag的金屬層、主要包括Ag的金屬層中的任何一種組成。
39.根據(jù)權(quán)利要求8的制造方法，其中所述阻擋金屬層由Ta、TaN、TaSiN、W、WN、WSiN、Ti、TiN、TiSiN的任何一種的單層膜或借助于將Ta、TaN、TaSiN、W、WN、WSiN、Ti、TiN、TiSiN的任何二種或更多種層疊而得到的疊層膜組成。
40.根據(jù)權(quán)利要求8的制造方法，其中所述帽層阻擋金屬膜由主要包括W、WN、WSiN和W的金屬層，主要包括CoWP、CoWB或Co的金屬層，TiN、TiSiN、Ta、TaN、TaSiN的任何一種的單層膜，或借助于將所述金屬層和單層膜的任何二種層疊而得到的疊層膜組成。
41.根據(jù)權(quán)利要求8的制造方法，其中所述導(dǎo)體層由Cu、主要包括Cu和Al的金屬層、主要包括Al和Ag的金屬層、主要包括Ag的金屬層中的任何一種組成。
42.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括下列步驟(a)在半導(dǎo)體襯底上的第一絕緣膜中制作第一導(dǎo)體層；(b)在所述第一導(dǎo)體層的表面上制作帽層阻擋金屬膜；(c)在所述帽層阻擋金屬膜和第一絕緣膜上制作第二絕緣膜，然后在所述第二絕緣膜上制作第三絕緣膜；(d)選擇性地清除所述第二和第三絕緣膜以形成存在于所述第二絕緣膜和第三絕緣膜二者中并從所述布線(xiàn)溝槽向所述帽層阻擋金屬膜延伸的連接孔；(e)在所述布線(xiàn)溝槽的側(cè)壁和底部以及所述連接孔的側(cè)壁和底部上，制作阻擋金屬膜；(f)從所述連接孔的底部清除所述阻擋金屬膜；以及(g)在所述布線(xiàn)溝槽和連接孔中制作第二導(dǎo)體層。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的制造方法，其中在所述阻擋金屬制作步驟中，所述阻擋金屬膜被制作成在所述布線(xiàn)溝槽底部處的厚度大于在所述連接孔底部處的厚度。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的制造方法，其中在所述步驟(f)中，各向異性腐蝕被用來(lái)從所述連接孔底部清除所述阻擋金屬膜。
45.根據(jù)權(quán)利要求42的制造方法還包括，在所述步驟(d)和(e)之間，清除從所述連接孔底部暴露的所述帽層阻擋金屬膜。
46.一種半導(dǎo)體器件，包括(a)制作在半導(dǎo)體襯底上第一絕緣膜中的第一導(dǎo)體層；(b)制作在所述第一絕緣膜和所述第一導(dǎo)體層上的第二絕緣膜；(c)制作在所述第二絕緣膜上的第三絕緣膜；(d)制作在所述第三絕緣膜中的布線(xiàn)溝槽；(e)制作在所述第二絕緣膜中并從所述布線(xiàn)溝槽底部延伸到所述第一導(dǎo)體層的連接孔；(f)制作在所述布線(xiàn)溝槽側(cè)壁和底部以及所述連接孔側(cè)壁上的阻擋金屬層；(g)制作在所述布線(xiàn)溝槽和連接孔中的第二導(dǎo)體層；以及(h)制作在所述第一導(dǎo)體層與所述第二絕緣膜之間的帽層阻擋金屬膜，其中在所述第一導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)體層之間，既不制作所述帽層阻擋金屬膜也不制作所述阻擋金屬層。
47.一種半導(dǎo)體器件，包括(a)制作在半導(dǎo)體襯底上第一絕緣膜中的第一導(dǎo)體層；(b)制作在所述第一絕緣膜和第一導(dǎo)體層上的第二絕緣膜；(c)制作在所述第二絕緣膜上的第三絕緣膜；(d)制作在所述第三絕緣膜中的布線(xiàn)溝槽；(e)制作在所述第二絕緣膜中并從所述布線(xiàn)溝槽底部延伸到所述第一導(dǎo)體層的連接孔；(f)制作在所述布線(xiàn)溝槽側(cè)壁和底部以及所述連接孔側(cè)壁和底部上的阻擋金屬膜；(g)制作在所述布線(xiàn)溝槽和連接孔中的第二導(dǎo)體層；以及(h)制作在所述第一導(dǎo)體層與所述第二絕緣膜之間的帽層阻擋金屬膜，其中在所述第一導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)體層之間，不制作所述帽層阻擋金屬膜。
48.一種半導(dǎo)體器件，包括(a)制作在半導(dǎo)體襯底上第一絕緣膜中的第一導(dǎo)體層；(b)制作在所述第一導(dǎo)體層上的阻擋金屬層；(c)制作在所述第一絕緣膜和阻擋金屬層上的第二絕緣膜；(d)制作在所述第二絕緣膜上的第三絕緣膜；(e)制作在所述第三絕緣膜中的布線(xiàn)溝槽；(f)制作在所述第二絕緣膜中并從所述布線(xiàn)溝槽底部延伸到所述阻擋金屬層的連接孔；(g)制作在所述布線(xiàn)溝槽側(cè)壁和底部以及所述連接孔側(cè)壁上的阻擋金屬膜；(h)制作在所述布線(xiàn)溝槽和連接孔中的第二導(dǎo)體層，其中在所述第一導(dǎo)體層與所述第二導(dǎo)體層之間，不制作所述阻擋金屬層。
49.根據(jù)權(quán)利要求8的制造方法，還包括至少下列步驟之一在制作所述連接孔的步驟之后，在含氫或氨的氣氛中，對(duì)所述第一導(dǎo)體層的暴露表面進(jìn)行熱處理；在含氫或氨以及稀有氣體中任何一種的氣氛中，產(chǎn)生等離子體，從而用等離子體輻照所述第一導(dǎo)體層暴露的所述表面；以及用稀有氣體濺射腐蝕所述第一導(dǎo)體層暴露的所述表面。
50.根據(jù)權(quán)利要求10的制造方法，還包括至少下列步驟之一在清除所述第二阻擋金屬層的步驟之后，在含氫或氨的氣氛中，對(duì)所述第一導(dǎo)體層暴露的表面進(jìn)行熱處理；在含氫或氨以及稀有氣體中任何一種的氣氛中，產(chǎn)生等離子體，從而用等離子體輻照所述第一導(dǎo)體層暴露的所述表面；以及用含氫氟酸的溶液清洗所述第一導(dǎo)體層暴露的所述表面。
全文摘要
提供了一種半導(dǎo)體器件，包括制作在半導(dǎo)體襯底上并具有布線(xiàn)溝槽的第一層間絕緣膜；布線(xiàn)部分，它具有制作在所述布線(xiàn)溝槽側(cè)壁和底部表面上的第一阻擋金屬層、制作在所述第一阻擋金屬層上用以掩埋所述布線(xiàn)溝槽的第一導(dǎo)體層、以及制作在所述第一導(dǎo)體層表面上的帽層阻擋金屬膜；制作在所述第一層間絕緣膜上并具有連接孔的第二層間絕緣膜；以及連接部分，它具有制作在所述連接孔的側(cè)壁和底部表面上的第二阻擋金屬層，以及制作在所述第二阻擋金屬層上用以掩埋所述連接孔的第二導(dǎo)體層；其中，在所述連接部分與所述布線(xiàn)部分之間的連接處，至少清除所述連接孔底部表面上的所述第二阻擋金屬層或所述帽層阻擋金屬膜中的任何一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明，能夠減小第一層互連與栓塞之間的接觸電阻，并能夠改善電遷移阻力。
文檔編號(hào)H01L21/285GK1420560SQ0214959
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2002年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月15日
發(fā)明者齋藤達(dá)之, 大橋直史, 今井俊則, 野口純司, 田丸剛 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所