專利名稱：布線結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層布線的布線結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別涉及利用把介電常數(shù)低于氧化硅膜的膜用于層間絕緣膜的槽布線(鑲嵌布線)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多層布線的布線結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
基于更加充分說明與本發(fā)明相關(guān)的當(dāng)前的技術(shù)水平的目的，此處參照在本申請中引用或確定的專利、專利申請、專利公報、科學(xué)論文等，并記入了有關(guān)這些文獻(xiàn)的所有說明。
以往，在半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路(LSI)的導(dǎo)電材料中廣泛使用鋁(Al)或鋁合金。并且，布線之間和布線層之間的絕緣膜廣泛采用氧化硅膜(SiO2膜)。
并且，伴隨LSI的制造方法的細(xì)微化發(fā)展，需要抑制或降低布線中的信號傳輸?shù)难舆t。為此，作為布線的低電阻化，導(dǎo)電材料使用銅(Cu)。
另外，為了降低布線之間的寄生電容，布線之間和布線層之間的絕緣膜使用介電常數(shù)較低的有機(jī)物和含有氣孔的氧化硅膜。
但是，在以Cu為主成分的布線中，以硅(Si)和氧化硅膜為代表的絕緣膜中的Cu的擴(kuò)散比Al快，這已被公知。因此，為了防止Cu進(jìn)入以晶體管為代表的半導(dǎo)體元件部以及布線之間的絕緣耐壓劣化等，為了確保半導(dǎo)體元件可靠性，需要在Cu周圍形成防止擴(kuò)散的防止擴(kuò)散(屏蔽)膜。
在形成這種使用銅的鑲嵌布線結(jié)構(gòu)時，需要簡化步驟和降低成本。并且，提出雙鑲嵌布線的實用化、使用雙重硬掩模的低介電常數(shù)層間絕緣膜的加工方法等。
上述的多層布線結(jié)構(gòu)例如在日本專利特開2002-118169號公報(圖4)和日本專利特開2001-007204號公報(圖3)中公開。
下面，參照


現(xiàn)有的鑲嵌布線。首先說明第1現(xiàn)有示例的氧化膜雙鑲嵌。
如圖1A所示，在形成有半導(dǎo)體元件的基板上(省略圖示)的SiN膜801上，形成由SiO2膜802、Cu膜803、Ta/TaN膜804構(gòu)成的下層布線，在其上依次形成SiN膜805、SiO2膜806、SiON膜807、SiO2膜808。
然后，如圖1B所示，采用光致抗蝕劑和反應(yīng)性離子蝕刻，形成雙鑲嵌槽809。
作為此時的雙鑲嵌布線槽的形成方法，公知有先孔(via first)工藝和先槽(trench first)工藝。先孔工藝是先加工孔，在加工的孔上面涂布光致抗蝕劑形成槽圖形的工藝。先槽工藝是先加工槽，在加工的槽上面涂布光致抗蝕劑形成孔圖形的工藝。
然后，如圖1C所示，使用PVD法(Physical Vapor Deposition法，物理氣相沉積法)在整個表面堆積30nm厚的Ta/TaN膜810。并且，采用不直接暴露于大氣下的濺射法堆積100nm厚的Cu種子層。然后，使用電解鍍法堆積Cu。在約200℃～400℃的溫度下進(jìn)行約5～30分鐘的熱處理，形成Cu埋入層811。
然后，如圖1D所示，實施CMP法(Chemical Mechanical Polishing法，化學(xué)機(jī)械拋光法)，通過研磨去除剩余的Cu(Cu-CMP)，形成第2Cu布線812。
這些鑲嵌工藝中使用的導(dǎo)體阻擋層采用熔點比較高的鈦(Ti)、鉭(Ta)等金屬及其氮化物、或者層疊了它們的物質(zhì)。其理由是這些阻擋層中使用的Cu的防止擴(kuò)散能力較高、作為基底的絕緣物和銅布線部的粘著性良好、工藝上的熱穩(wěn)定性等。
在具有這些結(jié)構(gòu)的第1現(xiàn)有示例中，伴隨LSI的縮小，形成布線寬度、通孔直徑均小于0.1μm的細(xì)微布線。特別是伴隨細(xì)微化形成的布線間電容的增大，涉及到導(dǎo)致布線延遲、串?dāng)_增大、消耗電力增大等嚴(yán)重問題。因此，尋求降低把層絕緣膜SiO2置換為低介電常數(shù)材料時形成的布線間電容。
這樣制造的半導(dǎo)體裝置具有以下問題。在第1現(xiàn)有示例中公開以下技術(shù)，利用具有防止Cu擴(kuò)散性能的屏蔽金屬膜覆蓋形成Cu布線時的側(cè)面和布線底部。由此，防止Cu向絕緣膜中擴(kuò)散，可以獲得高可靠性的布線。
以往采用的屏蔽金屬膜使用的材料，許多是利用以前述的濺射法為代表的PVD法成膜的。
但是，由于伴隨半導(dǎo)體元件的細(xì)微化形成的布線槽寬度和通孔直徑的縮小，很難以均勻厚度在布線側(cè)面和布線底部及通孔側(cè)面和通孔底部堆積屏蔽金屬。即，期望有PVD法以外的屏蔽金屬層的形成。
針對該問題，作為該技術(shù)領(lǐng)域的一般的解決方案，利用CVD法(Chemical Vapor Deposition法，化學(xué)氣相沉積法)或者ALCVD(AtomicLayer Chemical Vapor Deposition，原子層化學(xué)氣相沉積)法等進(jìn)行屏蔽金屬的成膜。由此，改善屏蔽金屬層的可達(dá)范圍，采用即使對細(xì)微的布線槽和通孔也能夠均勻地成膜屏蔽金屬的方法。通過使用這些成膜方法，可以在布線槽和通孔上均勻地堆積高質(zhì)量的屏蔽金屬膜。
另一方面，在推進(jìn)多孔低介電常數(shù)膜向?qū)娱g絕緣膜的導(dǎo)入。這是由于對半導(dǎo)體元件使用多層布線來實現(xiàn)高速低電力連接，不僅對細(xì)微化，對層間絕緣膜的低介電常數(shù)化也有效，從而謀求使雙方兩立。
為了降低布線間的實效電容，層間絕緣膜(此時為氧化硅膜(k＝4.2))需要低介電常數(shù)化。低介電常數(shù)膜例如有HSQ(氫倍半硅氧烷(Hydrogen Silsesquioxane))膜、MSQ(甲基倍半硅氧烷(MethylSilsesquioxane))膜、CDO(摻雜碳的氧化物(Carbon doped oxide))或者使它們形成為多孔狀的膜等。并且，利用旋轉(zhuǎn)涂布法和CVD法等形成。
這些低介電常數(shù)膜的特征是密度低，其中有時具有1nm以上的氣孔。在這些低介電常數(shù)膜中形成布線槽或者通孔，并埋入金屬布線來形成布線的情況下，存在液體和氣體和異種金屬等容易從布線槽或通孔的側(cè)面滲透到絕緣膜內(nèi)部的問題。
在這種多孔絕緣膜中形成埋入金屬布線時產(chǎn)生重要問題。
第一，由于露出于側(cè)面的氣孔形成凹凸，導(dǎo)致屏蔽金屬的不連續(xù)等，由此產(chǎn)生Cu的擴(kuò)散，存在劣化多孔絕緣膜的絕緣可靠性的問題。
第二，在使用前述的利用來自例如CVD法的氣體的反應(yīng)的方法堆積導(dǎo)電性屏蔽金屬時，氣體原料容易從布線槽或通孔的側(cè)面進(jìn)入多孔絕緣膜內(nèi)部，本來應(yīng)該形成于槽或通孔側(cè)面的屏蔽金屬層在絕緣膜內(nèi)部析出，存在劣化布線間泄漏電流和絕緣耐性及可靠性的問題。
第三，在低介電常數(shù)膜具有多孔性時，來自外部的水分和氣體和異種金屬等容易從布線槽或通孔的側(cè)面滲透到絕緣膜內(nèi)部，存在劣化多孔絕緣膜的絕緣可靠性的問題。
針對這些問題，在現(xiàn)有技術(shù)中，研究了利用絕緣膜保護(hù)(屏蔽)多孔絕緣膜的側(cè)面的技術(shù)，以下參照圖2A～圖2F詳細(xì)說明現(xiàn)有技術(shù)的問題。
使用利用非多孔絕緣膜保護(hù)多孔絕緣膜的側(cè)面的技術(shù)(參照圖2A)的半導(dǎo)體裝置存在以下問題。
(1)第一，在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣膜時，在覆蓋側(cè)面的絕緣膜使用無機(jī)物的情況下，無機(jī)物的相對介電常數(shù)一般在4.0左右，比多孔絕緣膜大。因此，如果只使用相對介電常數(shù)較高的材料，則存在增大布線間電容的問題(參照圖2B)。作為具有這種問題的代表性技術(shù)文獻(xiàn)，例如可以列舉日本專利特開2002-64140等。需要不增加布線間電容即可保護(hù)多孔絕緣膜的側(cè)面的技術(shù)。
(2)第二，在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣膜的情況下，形成低介電常數(shù)的有機(jī)物比較困難。一般，有機(jī)物多利用旋轉(zhuǎn)涂布法形成于基板上，例如在日本專利特開2001-332543記載的聚酰亞胺等技術(shù)和日本專利特開2003-347290記載的有機(jī)物等中，在布線槽或通孔的側(cè)面均勻地形成可達(dá)范圍良好的厚約10nm的有機(jī)物是比較困難的(參照圖2C)。因此，需要在布線槽或通孔的側(cè)面均勻地形成厚10nm以下的、不會增加布線間電容的有機(jī)物的技術(shù)。
(3)第三，在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣膜的情況下，存在難以只在側(cè)面形成有機(jī)物、而且以較高的控制性形成細(xì)微的布線形狀的問題。例如，在日本專利特開2004-6748記載的技術(shù)中，在確保與下層布線的連接時，存在多孔膜遭受損傷、或者有機(jī)物在反應(yīng)性離子蝕刻中被去除(參照圖2D)等問題，實際上適用于寬度100nm以下的細(xì)微布線的側(cè)面是非常困難的。因此，需要在極細(xì)微布線中以較高的控制性形成布線形狀、而且能夠利用絕緣膜充分保護(hù)多孔絕緣膜的側(cè)面的技術(shù)。
(4)第四，在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣膜的情況下，在充分保護(hù)多孔絕緣膜的側(cè)面時，不僅在側(cè)面，在布線槽的底部也形成絕緣膜，存在布線截面積減少，布線電阻上升的問題(參照圖2E)。作為具有這種問題的代表性技術(shù)文獻(xiàn)，例如可以列舉日本專利第003323005號記載的技術(shù)和日本專利第2003-668850號記載的技術(shù)等。因此，需要能夠只在布線或通孔的側(cè)面形成控制性較高的絕緣膜的技術(shù)。
(5)第五，在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣膜的情況下，在覆蓋側(cè)面的絕緣膜使用例如日本專利特開2000-174019記載的氟碳膜等的情況下，由于產(chǎn)生來自膜內(nèi)的脫氣，存在金屬布線和多孔膜的粘著性降低的問題(參照圖2F)。因此，需要不降低金屬布線和多孔膜的粘著性即可保護(hù)多孔絕緣膜的側(cè)面的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬布線結(jié)構(gòu)及其制造方法，在多孔絕緣膜內(nèi)部形成以銅為主成分的細(xì)微的金屬布線時，利用絕緣性阻擋層覆蓋金屬布線的側(cè)面，從而防止Cu向多孔絕緣膜內(nèi)部的擴(kuò)散，將布線間的泄漏電流保持得較低，保持較高的絕緣可靠性，形成高可靠性的大規(guī)模集成電路。
本發(fā)明的第一方面提供一種多層布線的布線結(jié)構(gòu)，該多層布線層疊了多層單位布線結(jié)構(gòu)，該單位布線結(jié)構(gòu)具有向在形成有半導(dǎo)體元件的基板上的絕緣膜上形成的布線槽和通孔中填充金屬而形成的至少一個金屬布線和至少一個金屬連接插頭，其中，在至少一個所述單位布線結(jié)構(gòu)中，在所述金屬布線及所述金屬連接插頭的至少一方、和層間絕緣膜之間，插入含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，所述金屬布線及所述金屬連接插頭的至少一方的側(cè)面的至少一部分，被所述絕緣性阻擋層覆蓋。
所述絕緣性阻擋層還可含有硅原子。
所述金屬可以是銅，所述金屬布線可以是銅布線，所述金屬連接插頭可以是銅連接插頭。
優(yōu)選的是，在所述銅布線和所述銅連接插頭的至少一方上，形成依次層疊了第1絕緣膜、多孔絕緣膜和第2絕緣膜的層間絕緣膜，將所述第1絕緣膜、所述多孔絕緣膜和所述第2絕緣膜貫通而形成的布線槽以及通孔的至少一方的側(cè)面的至少一部分，被含有所述有機(jī)物的所述絕緣性阻擋層覆蓋，而且所述有機(jī)物的含碳量多于所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜。
優(yōu)選的是，在所述銅布線上形成依次層疊了第1絕緣膜、第3絕緣膜、第4絕緣膜、多孔絕緣膜和第2絕緣膜的層間絕緣膜，至少將所述第2絕緣膜和所述多孔絕緣膜貫通而形成的布線槽的側(cè)面、以及將所述第4絕緣膜、貫通層間絕緣膜和所述第1絕緣膜貫通而形成的通孔的側(cè)面，被含有所述有機(jī)物的所述絕緣性阻擋層覆蓋，而且所述有機(jī)物的含碳量多于所述第1絕緣膜、所述第2絕緣膜和所述第4絕緣膜。所述絕緣性阻擋層還可含有硅原子。所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，含有比所述第1絕緣膜、所述第2絕緣膜和所述第4絕緣膜少的范圍內(nèi)的硅原子。
優(yōu)選的是，所述多孔絕緣膜是相對介電常數(shù)為3.0或3.0以下的多孔膜。
優(yōu)選的是，所述第3絕緣膜和所述第4絕緣膜由相同材料構(gòu)成。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，是含有Si-O結(jié)合的有機(jī)物。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，是含有1atm％～10atm％范圍內(nèi)的硅的有機(jī)物。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜，所述第1絕緣膜是SiCN膜，所述第2絕緣膜是SiO2膜，所述多孔絕緣膜是多孔SiOCH膜。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜，所述第1絕緣膜是SiCN膜，所述第2絕緣膜是SiO2膜，所述多孔絕緣膜是多孔SiOCH膜，所述第3絕緣膜是多孔SiOCH膜，所述第4絕緣膜是SiO2膜。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜，所述第1絕緣膜是SiCN膜，所述第2絕緣膜是SiO2膜，所述多孔絕緣膜是多孔SiOCH膜，所述第3絕緣膜是非多孔SiOCH膜，所述第4絕緣膜是SiO2膜。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層由碳、硅、有機(jī)物構(gòu)成。
優(yōu)選的是，所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜均是相同材料。
優(yōu)選的是，所述第1絕緣膜和第2絕緣膜均是相同材料，而且由SiCN、SiC、SiCNH、SiCH、SiOCH中任一個構(gòu)成。
本發(fā)明的第二方面，提供一種在半導(dǎo)體基板上的絕緣膜上形成的多層布線的布線結(jié)構(gòu)，其由以下部分構(gòu)成金屬布線，將多孔絕緣膜、和設(shè)在所述多孔絕緣膜上的第2絕緣膜貫通形成，以銅為主成分；和形成于所述第2絕緣膜上的第1絕緣膜，其中，所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜由相同材料形成。
優(yōu)選的是，構(gòu)成所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜的所述相同材料，由以碳化硅為主成分的材料、以氮化硅為主成分的材料、和以碳氮化硅為主成分的材料中的任一種構(gòu)成。
本發(fā)明的第三方面，提供一種多層布線的制造方法，該多層布線層疊了多層單位布線結(jié)構(gòu)，該單位布線結(jié)構(gòu)向在形成有半導(dǎo)體元件的基板上的絕緣膜上形成的布線槽和通孔中填充以銅為主成分的金屬布線而形成的布線和連接插頭，該制造方法包括以下步驟形成與銅布線或銅連接插頭直接接觸的第1絕緣膜、和設(shè)在所述第1絕緣膜上的多孔絕緣膜的步驟；形成設(shè)在所述多孔絕緣膜上的第2絕緣膜的步驟；在所述第2絕緣膜和多孔絕緣膜上形成布線槽或通孔的步驟；在由所述布線槽或通孔劃分的布線結(jié)構(gòu)的上面、側(cè)面、底面上，形成含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層的步驟；內(nèi)蝕刻所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，去除所述布線結(jié)構(gòu)的上面和底面部的絕緣性阻擋層的步驟；去除所述第1絕緣膜的步驟；和在所述布線結(jié)構(gòu)槽或通孔中埋設(shè)金屬膜的步驟。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，利用等離子聚合法形成。
本發(fā)明的第四方面，提供一種多層布線的制造方法，該多層布線層疊了多層單位布線結(jié)構(gòu)，該單位布線結(jié)構(gòu)具有向在形成有半導(dǎo)體元件的基板上的絕緣膜上形成的布線槽和通孔中填充以銅為主成分的金屬布線而形成的布線和連接插頭，該制造方法包括以下步驟在銅布線上依次層疊形成第1絕緣膜、第3絕緣膜、第4絕緣膜、多孔絕緣膜和第2絕緣膜的步驟；在所述多孔絕緣膜和第2絕緣膜上形成布線槽的步驟；在第3絕緣膜和第4絕緣膜上形成通孔的步驟；在由所述布線槽和通孔劃分的布線結(jié)構(gòu)的上面、側(cè)面、底面上，形成含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層的步驟；內(nèi)蝕刻所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，去除所述布線結(jié)構(gòu)的上面和底面的絕緣性阻擋層的步驟；去除所述布線結(jié)構(gòu)中通孔底面的第1絕緣膜的步驟；和在所述布線槽和通孔中埋設(shè)金屬膜的步驟。
優(yōu)選的是，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，利用等離子聚合法形成。
通過應(yīng)用由上述的(多層)布線結(jié)構(gòu)和布線結(jié)構(gòu)的形成方法構(gòu)成的本發(fā)明，可以實現(xiàn)以下所述的技術(shù)改良。
(1)第一，在填充形成于多孔絕緣膜的細(xì)微的布線槽、或通孔的銅埋入布線結(jié)構(gòu)中，通過利用含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層覆蓋多孔絕緣膜的側(cè)面，可以獲得具有較高的布線間絕緣特性和絕緣可靠性的多層布線。
(2)第二，在覆蓋布線的側(cè)面的絕緣性阻擋層中，進(jìn)行組分控制，使之含有比第1絕緣膜和第2絕緣膜和第4絕緣膜少的范圍內(nèi)的硅，而且含有較多的碳，由此可以提高使用反應(yīng)性離子蝕刻時的布線槽加工性，容易只在側(cè)面形成均勻的絕緣性阻擋層。結(jié)果，可以獲得提高防止銅擴(kuò)散性、具有較高的絕緣耐壓可靠性的多層布線。
(3)第三，通過利用絕緣性阻擋層覆蓋多孔絕緣膜的側(cè)面，可以確保多孔絕緣膜和金屬布線的高度粘著性。結(jié)果，可以獲得相對銅布線的電遷移和應(yīng)力遷移具有較高的耐性的多層布線。
(4)第四，在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣性阻擋層時，使用等離子聚合法，能夠容易形成覆蓋良好的由膜厚10nm或其以下的極薄有機(jī)物構(gòu)成的絕緣性阻擋層。結(jié)果，能夠防止布線間的實效電容的增加，實現(xiàn)布線性能和布線絕緣可靠性的兩立。
(5)第五，通過利用絕緣性阻擋層覆蓋多孔絕緣膜的側(cè)面，可以抑制氣體原料進(jìn)入多孔絕緣膜內(nèi)部，所以即使0.1μm或其以下的細(xì)微布線也能夠使用CVD或ALCVD法等均勻地堆積高質(zhì)量的屏蔽金屬膜。
(6)第六，使第1絕緣膜和第2絕緣膜形成為相同材料，可以進(jìn)一步降低布線間的泄漏電流，進(jìn)而獲得具有較高的布線間絕緣特性的多層布線。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明能夠容易形成使用低介電常數(shù)的多孔絕緣材料的鑲嵌布線結(jié)構(gòu)，可以充分適用于批量生產(chǎn)制造。并且，容易制造具有細(xì)微結(jié)構(gòu)、高性能、高可靠性的多層布線結(jié)構(gòu)。

圖1A～圖1D是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的第1制造方法的一系列步驟的部分縱剖視圖。
圖2A～圖2F是說明現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置的課題的半導(dǎo)體裝置的部分縱剖視圖。
圖3A～圖3F是表示本發(fā)明的第1實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一系列步驟的部分縱剖視圖。
圖4A是表示本發(fā)明的第1實施方式的半導(dǎo)體裝置的絕緣性阻擋層的蝕刻的部分縱剖視圖。
圖4B是表示與圖4A所示絕緣性阻擋層的蝕刻步驟相關(guān)的、膜內(nèi)含碳量和Y方向蝕刻速率的關(guān)系的圖。
圖4C是表示與圖4A所示絕緣性阻擋層的蝕刻步驟相關(guān)的、膜內(nèi)含硅量和X方向蝕刻速率的關(guān)系的圖。
圖4D是表示與圖4A所示保護(hù)膜的蝕刻步驟相關(guān)的、膜內(nèi)含碳量和蝕刻速率的關(guān)系的圖。
圖5A～圖5I是表示本發(fā)明的第2實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一系列步驟的部分縱剖視圖。
圖6A是表示本發(fā)明的第2實施方式的半導(dǎo)體裝置的絕緣性阻擋層的蝕刻的部分縱剖視圖。
圖6B是表示與圖6A所示絕緣性阻擋層的蝕刻步驟相關(guān)的、膜內(nèi)含碳量和Y方向蝕刻速率的關(guān)系的圖。
圖6C是表示與圖6A所示絕緣性阻擋層的蝕刻步驟相關(guān)的、膜內(nèi)含硅量和X方向蝕刻速率的關(guān)系的圖。
圖6D是表示與圖6A所示保護(hù)膜的蝕刻步驟相關(guān)的、膜內(nèi)含碳量和蝕刻速率的關(guān)系的圖。
圖7A是表示本發(fā)明的第3實施方式的半導(dǎo)體裝置、即圖5I所示半導(dǎo)體裝置的變更例的部分縱剖視圖。
圖7B是表示本發(fā)明的第3實施方式的半導(dǎo)體裝置、即圖7A所示半導(dǎo)體裝置的變更例的部分縱剖視圖。
圖7C是表示本發(fā)明的第3實施方式的半導(dǎo)體裝置、即圖7A所示半導(dǎo)體裝置的其他變更例的部分縱剖視圖。
圖7D是表示本發(fā)明的第3實施方式的半導(dǎo)體裝置、即圖5I所示半導(dǎo)體裝置的其他變更例的部分縱剖視圖。
圖7E是表示本發(fā)明的第3實施方式的半導(dǎo)體裝置、即圖7B所示半導(dǎo)體裝置的其他變更例的部分縱剖視圖。
圖7F是表示本發(fā)明的第3實施方式的半導(dǎo)體裝置、即圖7B所示半導(dǎo)體裝置的其他變更例的部分縱剖視圖。
圖8A～圖8F是表示本發(fā)明的第4實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一系列步驟的部分縱剖視圖。
圖9A～圖9F是表示本發(fā)明的第5實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一系列步驟的部分縱剖視圖。
圖10A是表示本發(fā)明的第6實施方式的半導(dǎo)體裝置的泄漏電流測定用第一試樣(sample)的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖10B是表示本發(fā)明的第6實施方式的半導(dǎo)體裝置的泄漏電流測定用第二試樣的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖10C是表示本發(fā)明的第6實施方式的半導(dǎo)體裝置的泄漏電流測定用第三試樣的剖面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖11是表示本發(fā)明的第6實施方式的半導(dǎo)體裝置的圖10A～圖10C所示第一～第三試樣的泄漏電流測定結(jié)果的圖。
圖12A～圖12D是表示第一比較例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一系列步驟的部分縱剖視圖。
圖13是表示各布線結(jié)構(gòu)的初期絕緣耐壓的比較結(jié)果的圖。
圖14是表示布線間的TDDB(Time Dependent DielectricBreakdown，經(jīng)時電介質(zhì)擊穿)試驗結(jié)果的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。
(第1實施方式)首先，說明本發(fā)明的第1實施方式的布線結(jié)構(gòu)。圖3A～圖3F是表示本發(fā)明的第1實施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一系列步驟的部分縱剖視圖。
如圖3A所示，在本發(fā)明的第1實施方式的布線結(jié)構(gòu)中，在形成有半導(dǎo)體元件的基板上(省略圖示)的第4絕緣膜即蝕刻阻止膜401上，形成銅布線結(jié)構(gòu)，其由多孔絕緣膜402、第2絕緣膜即硬掩模膜403、絕緣性阻擋層406、被屏蔽金屬膜405包圍的第1銅布線404構(gòu)成。
另外，形成第1絕緣膜407。在第1絕緣膜407上層疊第3絕緣膜即貫通層間絕緣膜408，在貫通層間絕緣膜408上堆積第4絕緣膜409，在第4絕緣膜409上堆積多孔絕緣膜410，在多孔絕緣膜410上形成第2絕緣膜411。
此時，第1絕緣膜407具有防止銅布線氧化的保護(hù)(cap)膜的作用，是至少一層或一層以上的碳化硅、或其化合物、或在其化合物中含有碳、氫的有機(jī)化合物、或?qū)⑵鋵盈B了的化合物等，根據(jù)情況也可以含有氧。例如，是SiC、SiCN、SiNH、SiCNH等。
第4絕緣膜401和409，是發(fā)揮蝕刻阻止膜的作用的、例如SiO2膜或SiC膜、SiCN膜、SiOCH膜。
第2絕緣膜403和411，是在蝕刻時和Cu-CMP時起到保護(hù)多孔絕緣膜的硬掩模膜的作用的、例如SiO2膜或SiC膜、SiCN膜、SiOCH膜。
在以后的說明中，根據(jù)各個膜的作用，把第1絕緣膜表述為保護(hù)膜，把第4絕緣膜表述為蝕刻阻止膜，把第2絕緣膜表述為硬掩模膜。
絕緣性阻擋層406，是由有機(jī)物構(gòu)成的層、由硅和碳和有機(jī)物構(gòu)成的層、由含有Si-O結(jié)合的有機(jī)物構(gòu)成的層、由含有1～10atm％范圍內(nèi)的硅的有機(jī)物構(gòu)成的層等，例如可以是利用等離子CVD法或者利用等離子聚合法以DVS-BCB為原料成膜了的有機(jī)膜，例如是BCB(苯并環(huán)丁烯，以后稱為BCB)等。具體將參照圖3C在后面敘述。另外，此處示出的化學(xué)式未必一定反映化學(xué)組分比。
并且，多孔絕緣膜402和410，優(yōu)選至少一層或一層以上的低介電常數(shù)多孔膜，例如相對介電常數(shù)為2.0～3.0的膜。作為其典型例可列舉HSQ(氫倍半硅氧烷(Hydrogen Silsesquioxane))膜(例如Type12TM)、MSQ(甲基倍半硅氧烷(Methyl Silsesquioxane))膜(例如JSR-LKDTM、ALCAPTM、IPSTM、HOSPTM)、有機(jī)聚合物膜(SiLKTM、FlareTM)、或者SiOCH、SiOC(例如，Black DiamondTM、CORALTM、AuroraULKTM、OrionTM等)或它們當(dāng)中含有有機(jī)物的絕緣薄膜、或者在這些膜的多孔率(空孔率)小于所期望的值時，通過調(diào)整成膜條件例如調(diào)整基板的溫度和原料的組分而增加了多孔率的膜。
并且，貫通層間絕緣膜408優(yōu)選至少一層或一層以上的低介電常數(shù)膜，例如相對介電常數(shù)為2.0～3.0的膜。但是，在不能通過多孔絕緣膜402和410獲得充分低的布線間電容時，貫通層間絕緣膜408未必需要是多孔。因此，貫通層間絕緣膜408，作為其典型例可以例舉HSQ(氫倍半硅氧烷(Hydrogen Silsesquioxane))膜(例如Type12TM)、MSQ(甲基倍半硅氧烷(Methyl Silsesquioxane))膜(例如JSR-LKDTM、ALCAPTM、IPSTM、HOSPTM)、有機(jī)聚合物膜(SiLKTM、FlareTM)、或者SiOCH、SiOC(例如，Black DiamondTM、CORALTM、AuroraULKTM、OrionTM等)或它們當(dāng)中含有有機(jī)物的絕緣薄膜、或者在這些膜的多孔率(空孔率)小于所期望的值時，通過調(diào)整成膜條件例如調(diào)整基板的溫度和原料的組分而調(diào)整了多孔率的膜。
多孔絕緣膜402和410、及貫通層間絕緣膜408，根據(jù)需要，也可以層疊、插入利用CVD法形成的氧化硅膜和氮化硅膜、碳化硅膜、碳氮化硅膜等，可以在膜厚方向具有組分分布。
并且，第1Cu膜404，由以Cu為主成分的金屬構(gòu)成，根據(jù)需要例如可以含有Ti、Sn、Zn、Al等異種金屬，也可以利用任意方法插入Ta、Ti、W、Si及其氮化物、或者其層疊膜(省略圖示)等。
然后，如圖3B所示，使用光致抗蝕劑和反應(yīng)性離子蝕刻，在層間絕緣膜內(nèi)形成雙鑲嵌布線槽412。
然后，如圖3C所示，在整個面上、即硬掩模膜411的上面和布線槽412的側(cè)面、保護(hù)膜407及蝕刻阻止膜409的上面，形成由有機(jī)物構(gòu)成的絕緣性阻擋層413。
此時，絕緣性阻擋層413，優(yōu)選的是由有機(jī)物構(gòu)成的層，或者由硅和碳和有機(jī)物構(gòu)成的層，或者由含有Si-O結(jié)合的有機(jī)物構(gòu)成的層，或者由含有1～10atm％范圍內(nèi)的硅的有機(jī)物構(gòu)成的層等，并且含碳量多于硬掩模膜和蝕刻阻止膜和保護(hù)膜，含有小于硬掩模膜和蝕刻阻止膜和保護(hù)膜的范圍內(nèi)的硅原子。
此時，絕緣性阻擋層413例如可以利用等離子聚合法形成。例如，可以使用以DVS-BCB為原料、利用等離子聚合法成膜的BCB膜、BCB化合物等。BCB化合物指，混合例如通過IEDM Proceeding，2003，Kawahara et，pp143等公知的BCB和兩種或兩種以上的原料而形成的化合物等。
并且，堆積的絕緣性阻擋層413的厚度約為0.1～100nm，優(yōu)選為不會相對細(xì)微的布線槽極端縮小槽寬的約1～20nm。
然后，如圖3D所示，內(nèi)蝕刻(etching back)絕緣性阻擋層413。此時，在細(xì)微布線的加工性控制中所優(yōu)選的內(nèi)蝕刻，不會露出多孔絕緣膜410的上面，只選擇性地去除布線槽和通孔底部的絕緣性阻擋層413。
有關(guān)絕緣性阻擋層413的內(nèi)蝕刻工藝，以使用CH2F2/N2/H2系的混合氣體的反應(yīng)性干式蝕刻為例，從蝕刻速率和蝕刻各向異性方面進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖4A表示絕緣性阻擋層413的蝕刻方向。把布線槽底部的速率設(shè)為Y方向、把側(cè)面部的速率設(shè)為X方向。圖4B表示Y方向蝕刻速率的絕緣性阻擋層內(nèi)含碳量依賴性。例如，在硬掩模膜411和蝕刻阻止膜409的含碳量為10atm％或其以下、設(shè)絕緣性阻擋層413的含碳量為40atm％時，絕緣性阻擋層413的蝕刻速率容易獲得相對硬掩模膜411和蝕刻阻止膜409大于等于10的值，所以硬掩模膜411和蝕刻阻止膜409未被去除而殘留。因此，在蝕刻中，多孔絕緣膜410的上面不會露出。
另外，通過使由有機(jī)物構(gòu)成的絕緣性阻擋層413內(nèi)含有硅，可以抑制側(cè)面蝕刻，能夠進(jìn)行更加精密的布線加工控制。圖4C表示X方向的蝕刻速率的含硅量依賴性。其中，關(guān)于用于去除形成于布線槽底部的絕緣性阻擋層413的蝕刻，如果是完全不含硅的有機(jī)物，由于X方向的蝕刻速率較大，形成于側(cè)面的絕緣性阻擋層413容易因側(cè)面蝕刻而意外消失。通過使絕緣性阻擋層413內(nèi)例如含有3atm％的硅，可以降低X方向的蝕刻速率，抑制側(cè)面蝕刻。相反，如果含有過剩的硅，則由于Y方向的蝕刻速率也降低，在考慮蝕刻選擇比和蝕刻各向異性雙方來控制加工性時，需要在絕緣性阻擋層413內(nèi)以比硬掩模膜411、蝕刻阻止膜409、和保護(hù)膜407少的范圍含有硅原子。
然后，如圖3E所示，蝕刻通孔底部的保護(hù)膜407。此時，在細(xì)微布線的加工性控制中所優(yōu)選的保護(hù)膜407的蝕刻，不會去除側(cè)面的絕緣性阻擋層413，只選擇性地去除通孔底部的保護(hù)膜407。
此處，以使用CF4/Ar/O2系的混合氣體的反應(yīng)性干式蝕刻為例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖4D表示蝕刻速率的膜內(nèi)含碳量依賴性。例如，把硬掩模膜411和蝕刻阻止膜409的含碳量設(shè)為5atm％、把保護(hù)膜407的含碳量設(shè)為20atm％、把絕緣性阻擋層413的含碳量設(shè)為40atm％時，保護(hù)膜407的蝕刻速率，容易獲得相對絕緣性阻擋層413大于等于10的值，所以形成于布線槽側(cè)壁面的絕緣性阻擋層413未被去除而殘留。
在保護(hù)膜、蝕刻阻止膜和硬掩模膜是相同材料時，通過使蝕刻阻止膜和硬掩模膜的膜厚比保護(hù)膜更厚、或者使之為上面具有含碳量低于保護(hù)膜的材料的層疊結(jié)構(gòu)，可以控制加工形狀。
這樣，通過利用絕緣性阻擋層413中包含的含碳量控制蝕刻速率，可以形成布線槽側(cè)面的絕緣性阻擋層。
如上所述，為了在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣性阻擋層而最優(yōu)選的絕緣性阻擋層，是含碳量比硬掩模膜、蝕刻阻止膜和保護(hù)膜多的絕緣性阻擋層。另外，也可以是在比硬掩模膜、蝕刻阻止膜和保護(hù)膜少的范圍內(nèi)含有硅原子的絕緣性阻擋層。
此時，與下層的連接部可以開口，只要不給導(dǎo)體裝置自身的功能帶來不良影響，也可以在除此以外部分的任一方形成絕緣性阻擋層413。
然后，如圖3F所示，在所形成的布線槽中埋入第2Cu膜，形成被屏蔽金屬膜414覆蓋的Cu布線415。此時，屏蔽金屬膜414優(yōu)選為Ti、W、Ta的金屬、或它們的金屬氮化物、或者金屬和金屬氮化物的層疊等，例如可以是Ta/TaN的層疊膜。屏蔽金屬膜414的成膜方法，由于布線槽的側(cè)面被絕緣性阻擋層413覆蓋，所以可以使用CVD法、PVD法、ALCVD法等任一個。并且，由于在多孔絕緣膜410和屏蔽金屬膜414之間插入絕緣性阻擋層413，所以這些膜的粘著性非常高，在CMP中不會產(chǎn)生膜剝離等。
此時，Cu的埋入方法有PVD法、Ionized-PVD法、CVD法、等離子CVD法、電解鍍法、無電解鍍法等，可以使用其中任一個方法，也可以任意組合，Cu的成膜方法不能限定本發(fā)明。
并且，Cu布線415由以Cu為主成分的金屬構(gòu)成，根據(jù)需要可以含有例如Ti、Sn、Zn、Al等異種金屬，可以插入Ta、Ti、W、Si及其氮化物或者其層疊膜(省略圖示)等。
例如，作為使Cu布線含有異種金屬的方法，有利用PVD法將預(yù)先含有0.1～5.0atm％異種金屬的Cu層(厚度約30～100nm)形成為種子層，然后利用電解鍍法埋入銅，再通過熱擴(kuò)散使其含有到布線內(nèi)部的方法等。
評價這樣制作的Cu布線的布線間絕緣可靠性。對布線間隔100nm、相對長度1cm、帶Φ100nm通孔的梳齒形評價試樣，在125℃下施加2.5MV/cm的電場應(yīng)力，測定了絕緣破壞的應(yīng)力時間依賴性。用于比較，作為絕緣性阻擋層，制作了在側(cè)面形成BCB膜的試樣、和沒有形成BCB膜的試樣。通過在側(cè)面形成BCB膜，絕緣壽命的MTF(Median Time To Failure，平均故障時間)時間約改善5倍，初期故障也大幅降低。
并且，評價了這樣制作的Cu布線的通孔成品率，側(cè)面沒有形成BCB膜的試樣被看作通孔成品率的劣化，側(cè)面形成有BCB膜的試樣未被看作通孔成品率的劣化。
這樣，可以制造不會劣化布線性能、提高布線間的絕緣可靠性、而且成品率較高的產(chǎn)品。
此處，示出采用CVD法的BCB膜的示例，但蝕刻形狀的效果，只要是采用CVD法的其他有機(jī)物，也能夠獲得相同的效果。
并且，作為屏蔽金屬使用了PVD-Ta/TaN，但也可以使用Ta單層、TaN單層。
本結(jié)構(gòu)可容易地從制造物確認(rèn)。在利用包含Si、O、C的絕緣膜構(gòu)成的多孔絕緣膜的側(cè)面形成C為主成分的有機(jī)物，以接觸該有機(jī)物的方式構(gòu)成Ta類金屬，可以確認(rèn)到其內(nèi)側(cè)是以Cu為主成分的結(jié)構(gòu)。具體講，布線層間膜可以通過利用TEM的觀察像的對比度進(jìn)行多孔絕緣膜和周圍膜的比較得到確認(rèn)，除TEM外，還可通過EELS(ElectronEnergy-Loss Spectroscopy，電子能量損失譜)和EDX(Energy-DispersiveX-ray Spectroscopy，X射線能量散布譜)等的元素分析，確認(rèn)Si、O、C。并且，該側(cè)面的有機(jī)物的確定，可以通過C、H的元素分析確認(rèn)來進(jìn)行。接觸該側(cè)面膜的Ta類屏蔽金屬也可以通過元素分析檢測出Ta(及氮)元素。并且，由于以Cu為主成分的金屬位于其內(nèi)側(cè)，所以也能夠檢測到Cu。并且，如果有機(jī)物是BCB膜，除C外還含有Si、O元素時，基本也能夠確定。當(dāng)前公開的低介電常數(shù)膜中，能夠?qū)崿F(xiàn)C為主成分、含有Si、O的有機(jī)物、而且實現(xiàn)與Cu布線的一體化的只有BCB膜，所以基本能夠限定。
(第2實施方式)下面，說明本發(fā)明的第2實施方式的布線結(jié)構(gòu)。
如圖5A所示，在本發(fā)明的第2實施方式的布線結(jié)構(gòu)中，在形成有半導(dǎo)體元件的基板上(省略圖示)，分別層疊由第3絕緣膜構(gòu)成的貫通層間絕緣膜1301、由第2絕緣膜構(gòu)成的硬掩模膜1302、由第1絕緣膜構(gòu)成的保護(hù)膜1303、多孔絕緣膜1304、由第2絕緣膜構(gòu)成的硬掩模膜1302。
在以后的說明中，根據(jù)各個膜的作用，分別把第1絕緣膜表述為保護(hù)膜，把第2絕緣膜表述為硬掩模膜，把第3絕緣膜表述為貫通層間絕緣膜。
硬掩模膜1302例如是SiO2膜、SiC膜、SiCN膜、SiOCH膜。
保護(hù)膜1303，是至少一層或一層以上的碳化硅、或它們的化合物、或它們的化合物中含有碳、氫的有機(jī)化合物、或?qū)盈B了它們的化合物等。根據(jù)情況也可以含有氧。例如，是SiC、SiCN、SiCNH等。
多孔絕緣膜1304，優(yōu)選至少一層或一層以上的含有氣孔的低介電常數(shù)膜，例如相對介電常數(shù)為2.0～3.0的膜。作為其典型例可以列舉HSQ(氫倍半硅氧烷(Hydrogen Silsesquioxane))膜(例如Type12TM)、MSQ(甲基倍半硅氧烷(Methyl Silsesquioxane))膜(例如JSR-LKDTM、ALCAPTM、IPSTM、HOSPTM)、有機(jī)聚合物膜(SiLKTM、FlareTM)、或者SiOCH、SiOC(例如，Black DiamondTM、CORALTM、AuroraULKTM、OrionTM等)或它們當(dāng)中含有有機(jī)物的絕緣薄膜、或者在這些膜的多孔率(空孔率)小于所期望的值時，通過調(diào)整成膜條件例如調(diào)整基板的溫度和原料的組分而增加了多孔率的膜。根據(jù)需要，可以在上面和下面層疊插入較薄的氧化硅膜和氮化硅膜、碳化硅膜、碳氮化硅膜等，也可以在膜厚方向具有組分分布。
貫通層間絕緣膜1301，優(yōu)選至少一層或一層以上的絕緣膜，例如相對介電常數(shù)為2.0～3.0的膜。但是，在不能通過多孔絕緣膜1304獲得充分低的布線間電容時，貫通層間絕緣膜1301未必需要是多孔。貫通層間絕緣膜1301，作為其典型例可以列舉HSQ(氫倍半硅氧烷(Hydrogen Silsesquioxane))膜(例如Type12TM)、MSQ(甲基倍半硅氧烷(Methyl Silsesquioxane))膜(例如JSR-LKDTM、ALCAPTM、IPSTM、HOSPTM)、有機(jī)聚合物膜(SiLKTM、FlareTM)、或者SiOCH、SiOC(例如，Black DiamondTM、CORALTM、AuroraULKTM、OrionTM等)或它們當(dāng)中含有有機(jī)物的絕緣薄膜、或者這些膜的多孔率(空孔率)不是所期望的值時，通過調(diào)整成膜條件例如調(diào)整基板的溫度和原料的組分而調(diào)整了多孔率的膜。
然后，如圖5B所示，使用光致抗蝕劑和反應(yīng)性離子蝕刻，在層間絕緣膜內(nèi)形成鑲嵌布線槽1306。
然后，如圖5C所示，在整個面上、即硬掩模膜1302的上面和布線槽1306的側(cè)面、保護(hù)膜1303的上面，形成絕緣性阻擋層1307。
此時，絕緣性阻擋層1307，為由有機(jī)物構(gòu)成的層、或者由硅和碳和有機(jī)物構(gòu)成的層、或者由含有Si-O結(jié)合的有機(jī)物構(gòu)成的層、或者由含有1～10atm％范圍內(nèi)的硅的有機(jī)物構(gòu)成的層，并且含碳量多于硬掩模膜1302和保護(hù)膜1303，也可以含有比硬掩模膜1302和保護(hù)膜1303少的范圍內(nèi)的硅原子。
例如是BCB(苯并環(huán)丁烯)等，也可以使用BCB化合物等。例如，可以利用等離子聚合法形成。例如，以DVS-BCB為原料、利用等離子聚合法成膜的BCB膜，例如混合IEDM Proceeding，2003，Kawahara et，pp143等公知的BCB和兩種或兩種以上的原料形成的BCB化合物等。
并且，堆積的厚度約為0.1～100nm，優(yōu)選為不會相對細(xì)微的布線槽極端縮小槽寬的約1～20nm。
然后，如圖5D所示，蝕刻絕緣性阻擋層1307，并蝕刻保護(hù)膜1303。此時，在細(xì)微布線的加工性控制中所優(yōu)選的蝕刻和內(nèi)蝕刻，不會露出多孔絕緣膜1304的上面，只選擇性地去除布線槽底部的絕緣性阻擋層1307。
有關(guān)絕緣性阻擋層1307的內(nèi)蝕刻工藝，以使用CH2F2/N2/H2系的混合氣體的反應(yīng)性干式蝕刻為例，從蝕刻速率和蝕刻各向異性方面進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖6A表示絕緣性阻擋層1307的蝕刻方向。把布線槽底部的速率設(shè)為Y方向、把側(cè)面部的速率設(shè)為X方向。圖6B表示Y方向蝕刻速率的膜內(nèi)含碳量依賴性。例如，在硬掩模膜1302的含碳量為10atm％或其以下、設(shè)絕緣性阻擋層1307的含碳量為40atm％時，絕緣性阻擋層1307的蝕刻速率容易獲得相對硬掩模膜1302大于等于10的值，所以硬掩模膜1302未被去除而殘留。因此，在蝕刻中，多孔絕緣膜1304的上面不會露出。
另外，通過使由有機(jī)物構(gòu)成的絕緣性阻擋層1307內(nèi)含有硅，能夠進(jìn)行更加精密的布線加工控制。圖6C表示X方向的蝕刻速率的含硅量依賴性。其中，關(guān)于用于去除形成于布線槽底部的絕緣性阻擋層1307的蝕刻，如果是完全不含硅的有機(jī)物，由于X方向的蝕刻速率較大，形成于側(cè)面的絕緣性阻擋層1307容易因側(cè)面蝕刻而意外消失。通過使絕緣性阻擋層1307內(nèi)含有3atm％的硅，可以降低X方向的蝕刻速率，抑制側(cè)面蝕刻。為了考慮蝕刻選擇比和蝕刻各向異性雙方來進(jìn)行加工控制，絕緣性阻擋層1307內(nèi)需要含有比硬掩模膜1302和保護(hù)膜1303少的范圍內(nèi)的硅原子。
然后，蝕刻布線槽底部的保護(hù)膜1303。此時，形成于布線槽側(cè)面的絕緣性阻擋層1307未被去除而殘留。此時由于多孔絕緣膜1304的側(cè)面被絕緣性阻擋層1307覆蓋，所以不會產(chǎn)生蝕刻時飛散的Cu進(jìn)入多孔絕緣膜1304內(nèi)部的問題。
此時，在細(xì)微布線的加工性控制中優(yōu)選的保護(hù)膜1303的蝕刻，不會去除形成于側(cè)面的絕緣性阻擋層1307，只選擇性地去除通孔底部的保護(hù)膜1303。
此處，以使用CF4/Ar/O2(5％或其以下)系的混合氣體的反應(yīng)性干式蝕刻為例進(jìn)行詳細(xì)說明。圖6D表示蝕刻速率的膜內(nèi)含碳量依賴性。例如，把硬掩模膜1302的含碳量設(shè)為5atm％、把保護(hù)膜1303的含碳量設(shè)為20atm％、把絕緣性阻擋層1307的含碳量設(shè)為40atm％時，保護(hù)膜1303的蝕刻速率容易獲得相對絕緣性阻擋層1307大于等于10的值，所以硬掩模膜1302和形成于布線槽側(cè)面的絕緣性阻擋層1307未被去除而殘留。
在保護(hù)膜1303和硬掩模膜1302是相同材料時，通過使硬掩模膜1302的膜厚比保護(hù)膜1303厚、或者使之為在硬掩模膜1302的上面形成含碳量低于保護(hù)膜1303的材料的層疊結(jié)構(gòu)，可以控制加工形狀。
這樣，通過利用絕緣性阻擋層1307中包含的含碳量控制蝕刻速率，可以在布線槽側(cè)面形成由有機(jī)物構(gòu)成的絕緣膜。
如上所述，為了在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣性阻擋層1307，最優(yōu)選的絕緣性阻擋層1307的材料，是絕緣性阻擋層1307內(nèi)的含碳量多于硬掩模膜1302和保護(hù)膜1303的材料。另外，絕緣性阻擋層1307內(nèi)也可以含有比硬掩模膜1302和保護(hù)膜1303少的范圍內(nèi)的硅原子。
然后，如圖5E所示，在所形成的布線槽中埋入Cu膜，然后利用CMP法形成被屏蔽金屬膜1308覆蓋的Cu布線1309。此時，Cu的埋入方法可以使用PVD法、Ionized-PVD法、CVD法、等離子CVD法、電解鍍法、無電解鍍法等。并且，可以使用其中任何一種方法，也可以組合使用，Cu的成膜方法并不限定本發(fā)明。
并且，Cu布線1309，由以Cu為主成分的金屬構(gòu)成。根據(jù)需要可以含有例如Ti、Sn、Zn、Si、Al等異種金屬，可以插Ta、Ti、W、Si及其氮化物或者其層疊膜(省略圖示)等。
例如，作為使銅布線含有異種金屬的方法，有以下方法利用PVD法將預(yù)先含有0.1～5.0atm％異種金屬的Cu層(厚度約30～100nm)形成為種子層，然后利用電解鍍法埋入Cu，再通過熱擴(kuò)散使其含有到布線內(nèi)部。
屏蔽金屬1308，由Ta、Ti、W、Si及其氮化物或者其層疊膜(省略圖示)等構(gòu)成。布線槽側(cè)面由絕緣性阻擋層1308保護(hù)，所以可以利用PVD法、Ionized-PVD法、CVD法、等離子CVD法、熱CVD法、ALD法(Atomic Layer Deposition，原子層沉積法)等任何一種方法成膜。并且，也可以組合使用多種成膜方法。
然后，如圖5F所示，在所形成的Cu布線上形成保護(hù)膜1303、貫通層間絕緣膜1301、硬掩模膜1302。
然后，如圖5G所示，使用光致抗蝕劑和反應(yīng)性離子蝕刻，在層間絕緣膜內(nèi)形成通孔，在其內(nèi)部形成由屏蔽金屬膜1308、Cu膜1309構(gòu)成的Cu插頭。
然后，如圖5H所示，在Cu連接插頭上層疊形成保護(hù)膜1303、多孔絕緣膜1304、硬掩模膜1302。
重復(fù)上述的布線形成步驟，從而形成圖5I所示的多層布線。這樣，可以制造不會劣化布線性能、就可提高布線間的絕緣可靠性、而且成品率較高的產(chǎn)品。評價這樣制作的Cu布線的布線間絕緣可靠性。對布線間隔100nm、相對長度1cm、帶Φ100nm通孔的梳齒形評價試樣，在125℃下施加3.0MV/cm的電場應(yīng)力，測定了絕緣破壞的應(yīng)力時間依賴性。作為比較用，也一并制作了側(cè)面沒有形成BCB膜的試樣。通過在側(cè)面形成BCB膜，絕緣壽命的MTF(Median Time ToFailure)時間約改善5倍，初期故障也大幅降低。
本結(jié)構(gòu)通過和實施方式1記載的相同方法，也可容易地從制造物得到確認(rèn)。
(第3實施方式)下面，說明本發(fā)明的第3實施方式的布線結(jié)構(gòu)。本實施方式涉及前述第2實施方式的圖5I所示布線結(jié)構(gòu)的變更例。
圖7A所示布線結(jié)構(gòu)，是圖5I所示第2實施方式的布線結(jié)構(gòu)的變更例，對圖5I所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下變更使貫通層間絕緣膜1301為非多孔SiOCH膜(Black DiamondTM)、使保護(hù)膜1301為SiCN膜、使多孔絕緣膜1304為多孔SiOCH膜(AuroraULKTM)、使硬掩模膜1305為SiO2膜、使絕緣性阻擋層1307為BCB膜。除此以外的結(jié)構(gòu)與圖5I所示第2實施方式的布線結(jié)構(gòu)相同，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)以相同的參照標(biāo)號。其結(jié)構(gòu)根據(jù)圖7A可知與前述第2實施方式大致相同，所以省略其詳細(xì)說明。
圖7B所示布線結(jié)構(gòu)是圖7A所示布線結(jié)構(gòu)的變更例，對圖7A所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下變更使貫通層間絕緣膜1301為氧化硅膜、使保護(hù)膜1303為SiCN膜、使多孔絕緣膜1304為多孔SiOCH膜(AuroraULKTM)、使硬掩模膜1305為SiCN膜、使絕緣性阻擋層1307為BCB膜。除此以外的結(jié)構(gòu)與圖7A所示結(jié)構(gòu)相同，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)以相同的參照標(biāo)號。其結(jié)構(gòu)根據(jù)圖7B已經(jīng)明確，所以省略其詳細(xì)說明。
圖7C所示布線結(jié)構(gòu)是圖7A所示布線結(jié)構(gòu)的變更例，把圖7A所示結(jié)構(gòu)變更為通過Cu-CMP時的研磨去除了硬掩模膜1305的結(jié)構(gòu)。除此以外的結(jié)構(gòu)與圖7A所示結(jié)構(gòu)相同，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)以相同的參照標(biāo)號。其結(jié)構(gòu)根據(jù)圖7C已經(jīng)明確，所以省略其詳細(xì)說明。
圖7D所示布線結(jié)構(gòu)是圖5I所示布線結(jié)構(gòu)的變更例，對圖5I所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下變更使貫通層間絕緣膜1301為多孔SiOCH膜、使保護(hù)膜1303為SiCN膜、使多孔絕緣膜1304為多孔SiOCH膜(AuroraULKTM)、使硬掩模膜1305為SiO2膜、也將絕緣性阻擋層1307應(yīng)用于通孔部。除此以外的結(jié)構(gòu)與圖5I所示布線結(jié)構(gòu)相同，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)以相同的參照標(biāo)號。其結(jié)構(gòu)根據(jù)圖7D已經(jīng)明確，所以省略其詳細(xì)說明。
圖7E所示布線結(jié)構(gòu)是圖7B所示布線結(jié)構(gòu)的變更例，把圖7B所示結(jié)構(gòu)變更為去除了硬掩模膜1305的結(jié)構(gòu)。除此以外的結(jié)構(gòu)與圖7B所示結(jié)構(gòu)相同，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)以相同參照標(biāo)號。其結(jié)構(gòu)根據(jù)圖7E已經(jīng)明確，所以省略其詳細(xì)說明。
圖7F所示布線結(jié)構(gòu)是圖7B所示布線結(jié)構(gòu)的變更例，把圖7B所示結(jié)構(gòu)變更為去除了硬掩模膜1305的結(jié)構(gòu)。除此以外的結(jié)構(gòu)與圖7B所示結(jié)構(gòu)相同，對相同的構(gòu)成要素標(biāo)以相同的參照標(biāo)號。其結(jié)構(gòu)根據(jù)圖7F已經(jīng)明確，所以省略其詳細(xì)說明。
對這樣形成的半導(dǎo)體裝置，測定布線間泄漏電流，本實施例所示的半導(dǎo)體裝置未觀察到泄漏電流。
(第4實施方式)下面，說明本發(fā)明的第4實施方式的布線結(jié)構(gòu)。本實施方式利用相同材料構(gòu)成第1絕緣膜和第2絕緣膜。
如圖8A所示，在形成有半導(dǎo)體元件的基板上(省略圖示)形成有由第3絕緣膜構(gòu)成的貫通層間絕緣膜2001，在其上層疊由30nm的第4絕緣膜構(gòu)成的蝕刻阻止膜2002、多孔絕緣膜2003、第2絕緣膜2004、第5層間絕緣膜2005。
在以后的說明中，根據(jù)各個膜的作用，把第1絕緣膜表述為保護(hù)膜，把第4絕緣膜表述為蝕刻阻止膜。
此時，蝕刻阻止膜2002和第5層間絕緣膜2005是利用CVD法形成的SiO2膜。多孔絕緣膜(低介電常數(shù)膜)2003是利用CVD法形成的相對介電常數(shù)為2.5的多孔SiOCH(AuroraULKTM)膜。第2絕緣膜2004是利用CVD法形成的SiCN膜。在該實施例中，形成為在第2絕緣膜2004上設(shè)有第5絕緣膜2005的層疊硬掩模結(jié)構(gòu)。通過蝕刻第5絕緣膜2005并用作Cu-CMP時的犧牲層，可以提高加工控制性，獲得使第1絕緣膜和第2絕緣膜2004為相同材料的布線結(jié)構(gòu)。
然后，如圖8B所示，使用光致抗蝕劑和反應(yīng)性離子蝕刻，在層間絕緣膜內(nèi)形成鑲嵌布線槽2006。
然后，如圖8C所示，在整個面上、即SiO2膜2005的上面和布線槽2006的側(cè)面及底面，形成由BCB構(gòu)成的絕緣性阻擋層2007。
然后，如圖8D所示，利用前述第1實施方式記載的方法，蝕刻BCB膜2007，使布線槽2008開口。此時，形成于鑲嵌布線槽2006側(cè)面的BCB膜2007未被去除而殘留。此時，第2絕緣膜2004被第5絕緣膜2005保護(hù)著，未被去除而殘留。
然后，如圖8E所示，埋入被Ta/TaN屏蔽金屬2009包圍的Cu膜2010。此時，Cu的埋入方法是把利用PVD法形成的100nm的Cu膜作為種子層，利用MOCVD法埋入Cu膜。
然后，利用CMP法去除剩余的Cu膜2010。此時，作為第2絕緣膜的SiCN膜2004，作為去除剩余Cu膜時的保護(hù)膜起作用，防止多孔絕緣膜(AuroraULKTM)2003露出。
然后，如圖8F所示，形成50nm的作為第1絕緣膜的SiCN膜2011，獲得鑲嵌Cu布線。此時，第2絕緣膜2004和作為第1絕緣膜的SiCN膜2011由相同材料的SiCN形成，所以能夠提高布線間的絕緣可靠性。
(第5實施方式)下面，說明本發(fā)明的第5實施方式的布線結(jié)構(gòu)。本實施方式利用相同材料構(gòu)成蝕刻阻止膜和貫通層間絕緣膜。
如圖9A所示，在形成有半導(dǎo)體元件的基板上(省略圖示)形成第1Cu膜2901，在Cu膜2901上形成SiCN膜2902。另外，在SiCN膜2902上層疊貫通層間絕緣膜2903，在貫通層間絕緣膜2903上堆積多孔絕緣膜2904，在多孔絕緣膜2904上形成SiO2膜2905。
在該實施例中，通過抑制貫通層間絕緣膜2903中包含的含碳量，即使不插入蝕刻阻止膜，也能夠確保蝕刻的選擇比。
貫通層間絕緣膜2903由相對介電常數(shù)3.0左右的非多孔材料構(gòu)成，例如是SiO2、HSQ、SiOCH(Black DiamondTM)，多孔絕緣膜2904例如是多孔的SiOCH膜等，或者其中包含有機(jī)物的絕緣薄膜等。
然后，如圖9B所示，使用光致抗蝕劑和反應(yīng)性離子蝕刻，在層間絕緣膜內(nèi)形成雙鑲嵌布線槽2906。
然后，如圖9C所示，在整個面上、即SiO2膜2905的上面和布線槽2906的側(cè)面以及保護(hù)膜2902和貫通層間絕緣膜2903的上面，形成作為絕緣性阻擋層的BCB膜2907。
然后，如圖9D所示，蝕刻BCB膜2907，然后如圖9E所示蝕刻保護(hù)膜2902。此時，在細(xì)微布線的加工性控制中所優(yōu)選的保護(hù)膜2902的蝕刻，不會露出多孔絕緣膜2904的上面，只選擇性地去除通孔底部的保護(hù)膜2902。
為了在多孔絕緣膜的側(cè)面形成絕緣性阻擋層而最優(yōu)選的絕緣性阻擋層是，通過使絕緣性阻擋層的含碳量多于硬掩模膜2906、貫通層間絕緣膜2903和保護(hù)膜2902，可以提高蝕刻的選擇比的材料。該實施方式中，通過使貫通層間絕緣膜2903中包含的含碳量小于絕緣性阻擋層2907，即使在沒有蝕刻阻止膜時，也能夠確保蝕刻的選擇比。
然后，如圖9F所示，在所形成的布線槽中埋入第2Cu膜，形成被屏蔽金屬膜2908覆蓋的Cu布線2909。此時，屏蔽金屬膜2908使用PVD-Ta/TaN的層疊膜。
Cu的埋入方法是利用PVD法形成含有0.1～1.0wt％的鋁的Cu種子層，利用電解鍍法在整個面上埋入Cu，通過Cu-CMP去除剩余的Cu和屏蔽金屬，從而形成布線。
這樣，可以制造不會劣化布線性能、提高布線間的絕緣可靠性、而且成品率較高的產(chǎn)品。
(第6實施方式)下面，說明本發(fā)明的第6實施方式的布線結(jié)構(gòu)。本實施方式用于確認(rèn)使用苯并環(huán)丁烯BCB的多孔膜的保護(hù)效果。
針對使前述第1～第5實施方式中記載的、插入金屬布線和層間絕緣膜之間的絕緣阻擋層，為利用等離子聚合法成膜的苯并環(huán)丁烯(BCB)的情況，說明層疊膜的實驗結(jié)果。
圖10A表示在硅基板上只成膜利用CVD法形成的多孔SiOCH膜的結(jié)構(gòu)。圖10B表示在多孔SiOCH膜上利用MOCVD法將Cu成膜的結(jié)構(gòu)。圖10C表示在MOCVD-Cu和多孔SiOCH膜之間插入通過等離子聚合形成的膜厚7nm的BCB膜的結(jié)構(gòu)。
MOCVD-Cu的原料使用Cupraselect brendTM，載體氣體使用氫，在基板溫度200℃、壓力100Pa下成膜了300nm的Cu膜。為了對所有試樣進(jìn)行比多孔SiOCH膜更嚴(yán)格的評價，在形成試樣后，在氮氣氛圍中進(jìn)行了350℃溫度的30分鐘熱處理。
圖11表示圖10A～圖10C所示前述試樣的泄漏電流的測定結(jié)果。在圖10A所示結(jié)構(gòu)中獲得了充分低的膜泄漏電平，但在多孔SiOCH膜上直接成膜了MOCVD-Cu的圖10B所示結(jié)構(gòu)中，泄漏電平明顯上升，多孔SiOCH膜的絕緣特性劣化。在多孔SiOCH膜和MOCVD-Cu之間插入了絕緣性阻擋層即BCB膜的圖10C所示結(jié)構(gòu)中，可以獲得泄漏電平?jīng)]有上升的、與圖10A所示結(jié)構(gòu)一致的充分低的膜泄漏電流。
并且，利用透過型電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行了試樣截面觀察，確認(rèn)到在圖10B所示結(jié)構(gòu)中，多孔SiOCH膜和MOCVD-Cu膜的界面不清楚，但圖10C所示結(jié)構(gòu)中，確認(rèn)到7nm膜厚的BCB膜，多孔SiOCH膜層和MOCVD-Cu層很清楚地分離。
據(jù)此可以明確得知，能夠防止BCB膜進(jìn)入MOCVD-Cu原料的多孔SiOCH膜內(nèi)部、以及銅金屬向多孔SiOCH膜的擴(kuò)散，作為保護(hù)多孔膜表面的絕緣阻擋層必要且充分。
因此，在前述實施方式中，示出了PVD-Ta/TaN屏蔽金屬膜等的示例，但即使把該屏蔽金屬變更為使用CVD法的WN膜、使用MOCVD法的TaN膜，也不存在屏蔽金屬向多孔SiOCH膜的擴(kuò)散，這與使用MO-CVD法的Cu膜沒有氣體擴(kuò)散同樣明確，在進(jìn)一步推進(jìn)細(xì)微化時，屏蔽金屬的被覆性良好，便于埋設(shè)，因此是優(yōu)選方式。
并且，從制造物中也確認(rèn)到該部分。WN膜除了該部分的TEM外，也可以通過EDX等的元素分析確定W、N，如果是MOCVD的TaN，通過元素分析，除Ta、N外，也能夠檢測到C。
(比較例1)以下，參照

與前述本發(fā)明的實施方式相對的比較例1。
如圖12A所示，在形成有半導(dǎo)體元件的基板上(省略圖示)的SiC膜1101上，形成由多孔SiOCH膜1102、屏蔽金屬膜1104、第1Cu布線1103構(gòu)成的底層Cu布線結(jié)構(gòu)。另外，層疊形成由SiCN構(gòu)成的保護(hù)膜1105、多孔SiOCH膜1106、蝕刻阻止膜1107、多孔SiOCH膜1108。
然后，如圖12B所示，采用光刻工藝形成細(xì)微圖形，采用反應(yīng)性離子蝕刻和老化工藝形成鑲嵌布線槽1109。
然后，如圖12C所示，使用CVD法在整個面上形成由TaN構(gòu)成的屏蔽金屬膜1010。此時，TaN層使用氣體原料成膜，所以容易進(jìn)入多孔膜內(nèi)部，在多孔膜內(nèi)部形成屏蔽金屬層。在其上利用PVD法形成Cu種子層，然后利用電解鍍法形成Cu膜1111。
然后，如圖12D所示，通過CMP去除剩余的屏蔽金屬和Cu，由此形成多層布線結(jié)構(gòu)。測試這樣形成的多層布線的性能，確認(rèn)到起因于屏蔽金屬進(jìn)入多孔膜內(nèi)部的泄漏電流。
(比較例2)以下，參照

與前述本發(fā)明的實施方式相對的比較例2。
此處，作為本發(fā)明的比較例，表示與由第1絕緣膜構(gòu)成的保護(hù)膜和由第2絕緣膜構(gòu)成的硬掩模膜不是相同材料的多層布線結(jié)構(gòu)的比較。布線的形成步驟依照圖8A～圖8F所示的第4實施方式。
在把第2絕緣膜作為SiCN膜時，使第1絕緣膜為SiC膜或SiN膜或SiCN膜，進(jìn)行了布線間的絕緣特性比較。
圖13表示這些各個布線結(jié)構(gòu)的初期絕緣耐壓的比較結(jié)果。在使用SiCN膜時較高為4MV/cm，但在使用SiC膜和SiN膜時較低為2MV/cm。
圖14表示布線間的TDDB(time dependent dielectric breakdown)試驗結(jié)果。在150℃下，對S＝140nm的布線間施加500小時的1.5MV/cm應(yīng)力時，在使用SiC膜和SiN膜時發(fā)生了故障，但在使用SiCN膜時沒有發(fā)生故障。因此，可以確認(rèn)由第1絕緣膜構(gòu)成的保護(hù)膜和由第2絕緣膜構(gòu)成的硬掩模膜具有相同的優(yōu)越性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過導(dǎo)入這種絕緣性阻擋層，在層間絕緣膜的一部分使用多孔絕緣膜的情況下，可以提高絕緣可靠性。因此，通過向多層布線間導(dǎo)入多孔絕緣膜，可以形成保持較低的布線電容、保持較高的布線間的絕緣體耐性的高可靠性的多層布線，能夠提供作為大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
在本發(fā)明中，包含有機(jī)物的絕緣性阻擋層指顯示出絕緣性、而且利用以有機(jī)物為主的物質(zhì)構(gòu)成的阻擋層，例如與以金屬等顯示導(dǎo)電性的物質(zhì)為基礎(chǔ)的阻擋層大不相同，這在前述說明中已經(jīng)明確。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性只要是由把介電常數(shù)低于氧化硅膜的膜用于層絕緣層的槽布線結(jié)構(gòu)構(gòu)成的多層布線的布線結(jié)構(gòu)及其制造方法，本發(fā)明都可以適用，在其應(yīng)用的可行性方面沒有任何限定。
雖然利用幾個優(yōu)選的實施方式和實施例相關(guān)聯(lián)地說明了本發(fā)明，但這些實施方式和實施例僅僅是列舉實際示例來說明發(fā)明，不能理解為限定的意思。在閱讀本說明書后，本行業(yè)人員可容易利用等效的構(gòu)成要素和技術(shù)進(jìn)行許多變更和替換，但這種變更和替換屬于權(quán)利要求的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種多層布線的布線結(jié)構(gòu)，該多層布線層疊了多層單位布線結(jié)構(gòu)，該單位布線結(jié)構(gòu)具有向在形成有半導(dǎo)體元件的基板上的絕緣膜上形成的布線槽和通孔中填充金屬而形成的至少一個金屬布線和至少一個金屬連接插頭，其中，在至少一個所述單位布線結(jié)構(gòu)中，在所述金屬布線及所述金屬連接插頭的至少一方、和層間絕緣膜之間，插入含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，所述金屬布線及所述金屬連接插頭的至少一方的側(cè)面的至少一部分，被所述絕緣性阻擋層覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述絕緣性阻擋層還含有硅原子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬是銅，所述金屬布線是銅布線，所述金屬連接插頭是銅連接插頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，在所述銅布線和所述銅連接插頭的至少一方上，形成依次層疊了第1絕緣膜、多孔絕緣膜和第2絕緣膜的層間絕緣膜，將所述第1絕緣膜、所述多孔絕緣膜和所述第2絕緣膜貫通而形成的布線槽以及通孔的至少一方的側(cè)面的至少一部分，被含有所述有機(jī)物的所述絕緣性阻擋層覆蓋，而且所述有機(jī)物的含碳量多于所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，在所述銅布線上形成依次層疊了第1絕緣膜、第3絕緣膜、第4絕緣膜、多孔絕緣膜和第2絕緣膜的層間絕緣膜，至少將所述第2絕緣膜和所述多孔絕緣膜貫通而形成的布線槽的側(cè)面、以及將所述第4絕緣膜、貫通層間絕緣膜和所述第1絕緣膜貫通而形成的通孔的側(cè)面，被含有所述有機(jī)物的所述絕緣性阻擋層覆蓋，而且所述有機(jī)物的含碳量多于所述第1絕緣膜、所述第2絕緣膜和所述第4絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述多孔絕緣膜是相對介電常數(shù)為3.0或3.0以下的多孔膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4～6中任一項所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述絕緣性阻擋層還含有硅原子。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，在比所述第1絕緣膜、所述第2絕緣膜和所述第4絕緣膜少的范圍內(nèi)含有硅原子。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述第3絕緣膜和所述第4絕緣膜由相同材料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，是含有Si-O結(jié)合的有機(jī)物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，是含有1atm％～10atm％范圍內(nèi)的硅的有機(jī)物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1～11中任一項所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜，所述第1絕緣膜是SiCN膜，所述第2絕緣膜是SiO2膜，所述多孔絕緣膜是多孔SiOCH膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜，所述第1絕緣膜是SiCN膜，所述第2絕緣膜是SiO2膜，所述多孔絕緣膜是多孔SiOCH膜，所述第3絕緣膜是多孔SiOCH膜，所述第4絕緣膜是SiO2膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層是二乙烯基硅氧烷苯并環(huán)丁烯膜，所述第1絕緣膜是SiCN膜，所述第2絕緣膜是SiO2膜，所述多孔絕緣膜是多孔SiOCH膜，所述第3絕緣膜是非多孔SiOCH膜，所述第4絕緣膜是SiO2膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求1～15中任一項所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層由碳、硅、有機(jī)物構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜均是相同材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的布線結(jié)構(gòu)，所述第1絕緣膜和第2絕緣膜均是相同材料，而且由SiCN、SiC、SiCNH、SiCH、SiOCH中任一個構(gòu)成。
19.一種在半導(dǎo)體基板上的絕緣膜上形成的多層布線的布線結(jié)構(gòu)，其由以下部分構(gòu)成金屬布線，將多孔絕緣膜、和設(shè)在所述多孔絕緣膜上的第2絕緣膜貫通形成，以銅為主成分；和形成于所述第2絕緣膜上的第1絕緣膜，其中，所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜由相同材料形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的布線結(jié)構(gòu)，其中，構(gòu)成所述第1絕緣膜和所述第2絕緣膜的所述相同材料，由以碳化硅為主成分的材料、以氮化硅為主成分的材料、和以碳氮化硅為主成分的材料中的任一種構(gòu)成。
21.一種多層布線的制造方法，該多層布線層疊了多層單位布線結(jié)構(gòu)，該單位布線結(jié)構(gòu)具有向在形成有半導(dǎo)體元件的基板上的絕緣膜上形成的布線槽和通孔中填充以銅為主成分的金屬布線而形成的布線和連接插頭，該制造方法包括以下步驟形成與銅布線或銅連接插頭直接接觸的第1絕緣膜、和設(shè)在所述第1絕緣膜上的多孔絕緣膜的步驟；形成設(shè)在所述多孔絕緣膜上的第2絕緣膜的步驟；在所述第2絕緣膜和多孔絕緣膜上形成布線槽或通孔的步驟；在由所述布線槽或通孔劃分的布線結(jié)構(gòu)的上面、側(cè)面、底面上，形成含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層的步驟；內(nèi)蝕刻所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，去除所述布線結(jié)構(gòu)的上面和底面部的絕緣性阻擋層的步驟；去除所述第1絕緣膜的步驟；和在所述布線結(jié)構(gòu)槽或通孔中埋設(shè)金屬膜的步驟。
22.一種多層布線的制造方法，該多層布線層疊了多層單位布線結(jié)構(gòu)，該單位布線結(jié)構(gòu)具有向在形成有半導(dǎo)體元件的基板上的絕緣膜上形成的布線槽和通孔中填充以銅為主成分的金屬布線而形成的布線和連接插頭，該制造方法包括以下步驟在銅布線上依次層疊形成第1絕緣膜、第3絕緣膜、第4絕緣膜、多孔絕緣膜和第2絕緣膜的步驟；在所述多孔絕緣膜和第2絕緣膜上形成布線槽的步驟；在第3絕緣膜和第4絕緣膜上形成通孔的步驟；在由所述布線槽和通孔劃分的布線結(jié)構(gòu)的上面、側(cè)面、底面上，形成含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層的步驟；內(nèi)蝕刻所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，去除所述布線結(jié)構(gòu)的上面和底面的絕緣性阻擋層的步驟；去除所述布線結(jié)構(gòu)中通孔底面的第1絕緣膜的步驟；和在所述布線槽和通孔中埋設(shè)金屬膜的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的多層布線的制造方法，其中，所述含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層，利用等離子聚合法形成。
全文摘要
提供一種布線結(jié)構(gòu)及其制造方法，在形成有半導(dǎo)體元件的基板上層疊金屬布線來實現(xiàn)半導(dǎo)體元件的連接的多層布線結(jié)構(gòu)中，在多孔絕緣膜內(nèi)形成細(xì)微的金屬布線時，不會產(chǎn)生泄漏電流而損壞鄰接的布線間的絕緣性，鄰接的布線間的絕緣耐性不會劣化。在形成有半導(dǎo)體元件的基板上的金屬布線結(jié)構(gòu)中，在層間絕緣膜和金屬布線之間形成含有有機(jī)物的絕緣性阻擋層413。該絕緣性阻擋層可以降低鄰接的布線間的泄漏電流，提高絕緣可靠性。
文檔編號H01L21/70GK1826687SQ20048002125
公開日2006年8月30日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月29日
發(fā)明者多田宗弘, 林喜宏, 原田惠充, 伊藤文則, 大竹浩人, 宇佐美達(dá)矢 申請人:日本電氣株式會社, 恩益禧電子股份有限公司