專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別涉及具有多層互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
出于改善特性和降低單位功能成本的目的，半導(dǎo)體集成電路中的器件和互連線的尺寸不斷降低。通過降低尺寸和采用其他幾種技術(shù)方案，諸如晶體管等器件的電氣性能得到了改善。另一方面，由于互連線的尺寸降低，線電阻和線間電容顯著增加。沿著互連線的信號傳播的延遲常數(shù)由線電阻與線間電容的乘積表示。在最近的半導(dǎo)體集成電路中，由于互連線尺寸降低而導(dǎo)致的線電阻和線間電容的增加使得沿著互連線的信號傳播的延遲已成為限制電路工作速度的瓶頸。在這種情況下，分別將與傳統(tǒng)二氧化硅(SiO2)膜相比具有較小相對介電常數(shù)的低介電常數(shù)材料用作層間絕緣膜，將具有較小電阻率的銅(Cu)用作互連線，以改善電路工作速度。
由銅作為布線材料制成的多層互連由以下所述的大馬士革(damascene)工藝形成。首先，在層間絕緣膜中形成諸如互連槽和通孔等凹進(jìn)部分，并在所述凹進(jìn)部分中淀積阻擋金屬膜，以改善銅膜與層間絕緣膜之間的接觸特性，并防止銅的擴散。繼而，在利用銅膜填充凹進(jìn)部分之后，通過CMP(化學(xué)機械拋光)去除暴露在凹進(jìn)部分外部的銅膜和阻擋金屬膜，來形成銅互連線或銅通路。
對于這種銅互連線或銅通路，阻擋金屬由例如TiN膜、W(鎢)基膜等制成。阻擋金屬的電阻率比銅的電阻率高一個、兩個或更多的量級。因此，存在這樣的問題，即，當(dāng)布線尺寸降低時，阻擋金屬膜對互連線形成的貢獻(xiàn)增加，從而線電阻增加。
不采用阻擋金屬膜的銅互連結(jié)構(gòu)也曾被考慮。第H11-40671號日本未決公開專利公開披露了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟將一部分構(gòu)圖的絕緣層轉(zhuǎn)變?yōu)樽钃跄さ牟襟E，在阻擋膜上覆蓋粘附層的步驟，在粘附層上形成包含導(dǎo)電金屬的膜的步驟。阻擋膜為氧氮化硅膜，其通過對絕緣層進(jìn)行等離子體氮化步驟來形成，所述絕緣層為低介電常數(shù)材料制成的氧化膜。粘附層包含硅、鍺硅、鍺等。此外，粘附層還可包含鎂、鈦等。
T.Usui等人(“Low Resistive and Highly Reliable CuDual-Damascene Interconnect Technology Using Self-Formed MnSixOyBarrier Layer”；Proceedings of IEEE 2005 International InterconnectTechnology Conference(IEEE Cat.No.05TH8780C)；IEEE，Piscataway，NJ，USA，2005，242頁；2005年6-8月；第188-90頁)披露了如下技術(shù)在由TEOS-SiO2制成的絕緣膜的凹進(jìn)部分中形成Cu-Mn膜，并且利用該薄膜作為籽膜，通過電鍍形成銅。在形成銅膜后，通過退火使Cu-Mn膜與TEOS-SiO2反應(yīng)來形成MnSixOy阻擋層。

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)第H11-40671號日本未決公開專利公開，在銅膜與粘附層之間的界面處或其附近，硅或其他金屬以高密度集中在銅的晶粒界面處，從而存在線電阻增加和互連電阻無法降低的問題。
另外，在T.Usui等人描述的技術(shù)的情況下，不得不增加Cu-Mn膜的膜厚，以便可靠地形成阻擋絕緣膜。這可能導(dǎo)致當(dāng)銅互連中的Mn密度增加時線電阻增加的問題。除此之外，由于需要高溫退火以使Mn擴散到銅膜的表面內(nèi)，因此使得半導(dǎo)體器件的制造穩(wěn)定性退化，同時處理時間增加。此外，如果采用低介電常數(shù)的多孔膜來取代TEOS-SiO2，那么由于阻擋絕緣膜的密度反映多孔結(jié)構(gòu)，所以阻擋絕緣膜的密度下降，并可能導(dǎo)致阻擋能力和附著力下降的問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括形成在襯底上的下層導(dǎo)電膜；形成在所述下層導(dǎo)電膜上并且具有到達(dá)所述下層導(dǎo)電膜的凹進(jìn)部分的層間絕緣膜；被形成為覆蓋所述層間絕緣膜的所述凹進(jìn)部分側(cè)壁的阻擋絕緣膜，所述阻擋絕緣膜由能夠防止銅擴散的材料制成；由銅和除銅以外的不同元素制成的合金膜，所述合金膜與所述下層導(dǎo)電膜在所述凹進(jìn)部分的底部表面相接觸，并與所述阻擋絕緣膜在所述凹進(jìn)部分的側(cè)壁相接觸，以便覆蓋所述凹進(jìn)部分的內(nèi)壁；以及含有銅作為主要成分的上層導(dǎo)電膜，所述上層導(dǎo)電膜與所述合金膜相接觸地形成在所述合金膜上，以填充所述凹進(jìn)部分。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在形成于襯底上的下層導(dǎo)電膜上形成層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜中形成凹進(jìn)部分，所述凹進(jìn)部分到達(dá)所述下層導(dǎo)電膜；形成阻擋絕緣膜以覆蓋所述凹進(jìn)部分的內(nèi)壁，所述阻擋絕緣膜由能夠防止銅擴散的材料制成；去除所述阻擋絕緣膜的下述區(qū)域以暴露所述下層導(dǎo)電膜，其中所述區(qū)域在所述凹進(jìn)部分的底部與層間絕緣膜相接觸；形成由銅和除銅以外的不同元素制成的合金膜，以覆蓋所述凹進(jìn)部分的內(nèi)壁；在所述凹進(jìn)部分內(nèi)與所述合金膜相接觸地形成含有銅作為主要成分的上層導(dǎo)電膜，以填充凹進(jìn)部分。
在這種情況下，下層導(dǎo)電膜和上層導(dǎo)電膜的每一個可分別為包含銅作為主要成分的互連或通路。根據(jù)本發(fā)明，提供所述阻擋絕緣膜取代傳統(tǒng)的阻擋金屬膜。因此，在導(dǎo)電膜的一側(cè)不具有高阻導(dǎo)電材料，從而可降低導(dǎo)電膜的電阻。
另一方面，存在銅與絕緣膜之間的附著較差的問題。其原因被認(rèn)為是銅的表面能不夠大，并且銅與包含在絕緣膜中的元素的生成焓較高。出于這一原因，在過去，是通過在銅與絕緣膜之間形成阻擋金屬膜，從而在銅與絕緣膜之間的界面處形成強金屬鍵(metallurgical bond)來改善銅的附著性。根據(jù)本發(fā)明，在阻擋絕緣膜與導(dǎo)電膜之間提供銅和不同元素的合金膜。通過選擇可與阻擋絕緣膜中包含的元素形成強金屬鍵的元素來作為合金膜中的不同元素，可改善導(dǎo)電膜的附著性。例如，作為不同元素，優(yōu)選使用其表面能大于銅的元素、包含在阻擋絕緣膜中的元素、所選元素與阻擋絕緣膜中的另一元素的生成焓小于該另一元素與銅的生成焓的元素。
圖4示出了溫度與Hf、Ti、Ta、Nb、Zr和Cu的計算表面能(來源“金屬數(shù)據(jù)手冊”，2004年第四版，Maruzen有限公司出版)之間的關(guān)系。如圖所示，在同樣的溫度條件下，Hf、Ti、Ta、Nb和Zr中的每一種都表現(xiàn)出比銅大的表面張力。
另外，以下將利用幾種金屬氧化物作為示例來說明金屬與其他元素的生成焓。圖5示出了金屬氧化物與每摩爾金屬的生成焓(KJ/mol)之間的關(guān)系(如果MxOy的生成焓為ΔH KJ/mol，則每摩爾金屬的生成焓為ΔH/x KJ/mol(來源“CRC化學(xué)和物理手冊”2005-2006年第86版))。如圖所示，CuO的生成焓顯著高于其他金屬(Al、Co、Cr、Hf、Mg、Mn、Mo、Ti、W、Ru、Ta、Nb和Zr)的氧化物或SiO2的生成焓。當(dāng)在此情況下將氧化物作為示例進(jìn)行比較時，例如，氮化物顯示出較小的趨勢，而銅和另一元素的生成焓通常趨于更高。另一方面，具體地說，與其他金屬相比，Hf、Ti、Ta、Nb、Zr等與另一元素結(jié)合時傾向于顯示出較低的生成焓。出于這一原因，期望通過利用這樣的金屬和銅的合金膜來改善與絕緣膜的附著力。如上所述，從表面張力(表面能)和生成焓(結(jié)合能)兩方面來看，預(yù)期到Hf、Ti、Ta、Nb或Zr與絕緣膜的附著性可高于銅的。
另外，由于合金膜包含銅，因此可將合金膜的電阻保持為較低。根據(jù)本發(fā)明，銅與不同元素的合金還形成在導(dǎo)電膜與合金膜之間的界面處以及合金膜與阻擋絕緣膜之間的界面處。因此，不同元素應(yīng)該不會集中在銅的晶粒界面處，從而合金膜的電阻可以保持較低。另外，在下層導(dǎo)電膜與上層導(dǎo)電膜之間僅插入有合金膜。從而可降低下層導(dǎo)電膜與上層導(dǎo)電膜之間的電阻。
應(yīng)該注意到，上述結(jié)構(gòu)組件的任何任意組合以及表達(dá)方式在方法、裝置等之間的變化作為本發(fā)明實施例都是有效的，并且被本發(fā)明實施例所包含。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，可降低互連的電阻并改善互連材料與層間絕緣膜之間的附著性。


通過以下結(jié)合附圖所進(jìn)行的說明，本發(fā)明的上述和其他目的、優(yōu)點和特征將更加顯而易見，其中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2A-2C及圖3A-3C是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體器件的制造過程的各步驟的剖視圖。
圖4示出了溫度與Hf、Ti、Ta、Nb、Zr和Cu的計算表面能之間的關(guān)系。
圖5示出了金屬氧化物與每摩爾金屬的生成焓(KJ/mol)之間的關(guān)系。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照示例性實施例對本發(fā)明進(jìn)行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識到，根據(jù)本發(fā)明的講解可實現(xiàn)多種可選的實施例，并且本發(fā)明并不局限于出于示例性目的而示出的實施例。
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行說明。順便提及，在所有的附圖中，相似的部件被賦予相似的參考標(biāo)號，并省略對其的重復(fù)描述。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。根據(jù)本實施例，在雙大馬士革結(jié)構(gòu)中形成互連。
半導(dǎo)體器件100包括其上形成有晶體管或類似器件的半導(dǎo)體襯底(未示出)、形成在半導(dǎo)體襯底上的第一層間絕緣膜102、第一蝕刻停止膜104、第二層間絕緣膜106、第一帽絕緣膜108、第三層間絕緣膜110、第二蝕刻停止膜112、以及第四層間絕緣膜114。
半導(dǎo)體器件100包括形成在第一蝕刻停止膜104和第二層間絕緣膜106中的第一阻擋絕緣膜120和下層互連(或下層導(dǎo)電膜)126，以及形成在第一帽絕緣膜108、第三層間絕緣膜110、第二蝕刻停止膜112和第四層間絕緣膜114中的第二阻擋絕緣膜128和上層互連134。下層互連126由第一粘附合金膜122和第一含銅導(dǎo)電膜124構(gòu)成。上層互連134由第二粘附合金膜130(或合金膜)和第二含銅導(dǎo)電膜132構(gòu)成。第一含銅導(dǎo)電膜124和第二含銅導(dǎo)電膜132除銅以外還可包含微量的某些金屬，諸如Al、Ag等，但是由包含以銅為主要成分的材料制成。根據(jù)本發(fā)明，第一含銅導(dǎo)電膜124和第二含銅導(dǎo)電膜132可以為銅膜。
第一阻擋絕緣膜120和第二阻擋絕緣膜128由有效防止銅擴散的材料形成。第一阻擋絕緣膜120和第二阻擋絕緣膜128由基本不包含氧的材料形成。通過該構(gòu)造，可改善合金膜與阻擋絕緣膜之間的附著性。具體地，在絕緣膜含氧的情況下，存在絕緣膜與銅膜之間附著性較差的問題。其原因被認(rèn)為是銅膜將被絕緣膜中的氧所氧化。然而，由于本實施例的阻擋絕緣膜基本上不含氧，因此即使在界面處在合金膜中含有銅的情況下，也可以保持較好的附著性。另外，還能夠通過防止附著性退化來改善阻擋絕緣膜的擴散阻擋功能。此外，由于本實施例的阻擋絕緣膜基本上不含氧，因此能夠防止合金膜被氧化。如上所述，通過該構(gòu)造，可以保持附著性并降低互連電阻。除此之外，布線電容可與設(shè)計保持一致。第一阻擋絕緣膜120和第二阻擋絕緣膜128可由例如SiN膜(氮化硅膜)或SiCN膜形成。
根據(jù)本發(fā)明，第一粘附合金膜122和第二粘附合金膜130的每一個由下述合金膜形成，所述合金膜由銅和除銅以外的不同元素構(gòu)成。在這種情況下，作為不同元素與粘附合金膜的材料之比，粘附合金膜中的不同元素的含量可以例如大于或等于0.1wt％。此外，作為不同元素與粘附合金膜的材料之比，粘附合金膜中的不同元素的含量可以例如小于或等于30wt％。第一粘附合金膜122設(shè)置在第一阻擋絕緣膜120和第一含銅導(dǎo)電膜124之間，并與這些膜接觸。由于第一粘附合金膜122含有銅，因此其顯示出與第一含銅導(dǎo)電膜124有較好的附著性。類似地，第二粘附合金膜130設(shè)置在第二阻擋絕緣膜128和第二含銅導(dǎo)電膜132之間，并與這些膜接觸。由于第二粘附合金膜130含有銅，因此其顯示出與第二含銅導(dǎo)電膜132有較好的附著性。此外，第一阻擋絕緣膜120和第二阻擋絕緣膜128可分別由與第一阻擋絕緣膜120和第二阻擋絕緣膜128具有較好附著性的材料形成。
以下將作為示例描述第二粘附合金膜130的形成。第一粘附合金膜122可具有與第二粘附合金膜130相同的結(jié)構(gòu)。由銅和不同元素構(gòu)成的第二粘附合金膜130可具有下述組分從與第二含銅導(dǎo)電膜132的界面到與第二阻擋絕緣膜128的界面基本均勻。這意味著第二粘附合金膜130被形成為從與第二含銅導(dǎo)電膜132的界面到與第二阻擋絕緣膜128的界面具有基本均勻的銅和不同元素的組分比率。根據(jù)本實施例，第二粘附合金膜130包含具有低電阻率的銅，并由銅與不同元素的合金構(gòu)成。通過該構(gòu)造，可降低第二粘附合金膜130的電阻。第二粘附合金膜130可由銅與不同元素的化合物形成。通過該構(gòu)造，可進(jìn)一步降低第二粘附合金膜130的電阻。
第二粘附合金膜130中包含的另一種元素可以是第二阻擋絕緣膜128中同樣包含的至少一種元素。例如，在第二阻擋絕緣膜128中含有Si的情況下，Si可以作為所述不同元素。第二粘附合金膜130可由硅化銅層形成。
另外，第二粘附合金膜130中包含的所述不同元素為從Hf、Ta、Ti、Nb和Zr中選擇的至少一種金屬。這些種金屬元素具有大于銅的表面張力，從而與包含銅作為主要成分的膜的附著性相比，能夠改善與絕緣膜的附著性。
第一阻擋絕緣膜120被形成為覆蓋第一蝕刻停止膜104和第二層間絕緣膜106中所形成的凹進(jìn)部分的側(cè)壁。第一粘附合金膜122被形成為與第一阻擋絕緣膜120相接觸，以覆蓋第一蝕刻停止膜104和第二層間絕緣膜106中所形成的凹進(jìn)部分的側(cè)壁。第一含銅導(dǎo)電膜124形成在第一粘附合金膜122上，并與第一粘附合金膜122相接觸，以填充所述凹進(jìn)部分。
第二阻擋絕緣膜128被形成為覆蓋形成在第一帽絕緣膜108、第三層間絕緣膜110以及第二蝕刻停止膜112中的凹進(jìn)部分的側(cè)壁。第二粘附合金膜130被形成為在所述凹進(jìn)部分的底部表面與第一含銅導(dǎo)電膜124相接觸，并在所述凹進(jìn)部分的側(cè)壁與第二阻擋絕緣膜128相接觸以覆蓋凹進(jìn)部分的內(nèi)壁。第二含銅導(dǎo)電膜132形成在第二粘附合金膜130上，并與第二粘附合金膜130相接觸，以填充所述凹進(jìn)部分。
同時，在這種情況下，第一阻擋絕緣膜120被形成在凹進(jìn)部分的整個底部表面上。然而，在下層互連126與位于下層互連126下方的更下層互連連接時，第一阻擋絕緣膜120以類似于第二阻擋絕緣膜128的方式并未形成在連接區(qū)域中。
以下將說明半導(dǎo)體器件100的制造過程。圖2A-2C及圖3A-3C是示出了根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件100的制造過程的各步驟的剖視圖。
在該情況中，從已經(jīng)形成了下層互連126的狀態(tài)開始進(jìn)行說明。在形成了下層互連126之后，在下層互連126上順序形成第一帽絕緣膜108、第三層間絕緣膜110、第二蝕刻停止膜112和第四層間絕緣膜114。
第三層間絕緣膜110和第四層間絕緣膜114可由含Si和O的材料形成。根據(jù)本實施例，第三層間絕緣膜110和第四層間絕緣膜114可由低介電常數(shù)膜形成。更具體地，第三層間絕緣膜110和第四層間絕緣膜114可由例如SiOC形成。第二層間絕緣膜106可由與第三層間絕緣膜110相同的材料等形成。第一層間絕緣膜102可由例如SiO2形成。
第二蝕刻停止膜112可由例如SiC、SiCN、SiOC或SiON形成。此外，第一蝕刻停止膜104可由與第二蝕刻停止膜112相同的材料形成。第一帽絕緣膜108可由例如SiCN形成。
然后，通過蝕刻第四層間絕緣膜114、第二蝕刻停止膜112、第三層間絕緣膜110和第一帽絕緣膜108，來形成雙大馬士革互連槽140，以到達(dá)第一含銅導(dǎo)電膜124。通過該構(gòu)造，第一含銅導(dǎo)電膜124的表面被暴露在雙大馬士革互連槽140的底部(圖2A)。
然后，形成第二阻擋絕緣膜128以覆蓋雙大馬士革互連槽140的內(nèi)壁(圖2B)。第二阻擋絕緣膜128可由CVD方法(化學(xué)氣相淀積方法)形成。在這種情況下，第二阻擋絕緣膜128可由SiN膜形成。如上所述，第二阻擋絕緣膜128由CVD方法等形成，從而可不依賴于第三層間絕緣膜110和第四層間絕緣膜114的材料來確定第二阻擋絕緣膜128的材料。通過該構(gòu)造，例如，即使在第三層間絕緣膜110和第四層間絕緣膜114含有氧的情況下，第二阻擋絕緣膜128也可被形成為基本上不包含氧。如上所述，通過該構(gòu)造，可改善與第二粘附合金膜130的附著性，并防止第二粘附合金膜130被氧化。
然后，通過選擇性地去除第二阻擋絕緣膜128(具有約1到20nm的厚度)在雙大馬士革互連槽140的底部與第一含銅導(dǎo)電膜124相接觸的區(qū)域來暴露第一含銅導(dǎo)電膜124(圖2C)。如圖2B所示，當(dāng)通過CVD方法在雙大馬士革互連槽140中形成第二阻擋絕緣膜128時，第二阻擋絕緣膜128在雙大馬士革互連槽140的底部與第一含銅導(dǎo)電膜124相接觸的區(qū)域的厚度小于其他的區(qū)域。因此，根據(jù)本實施例，可通過在全部第二阻擋絕緣膜128上執(zhí)行干法蝕刻工藝來選擇性地去除第二阻擋絕緣膜128在雙大馬士革互連槽140底部的區(qū)域。
然后，形成第二粘附合金膜130(具有約1到20nm的厚度)以覆蓋雙大馬士革互連槽140的內(nèi)壁(圖3A)。在所述不同元素為Si的情況下，第二粘附合金膜130可通過ALD(原子層淀積)，利用含銅的原材料和含硅的原材料形成?？蛇x地，第二粘附合金膜130可通過以下方式形成，即首先通過濺射或ALD來形成銅膜，然后利用含有硅的分子簇離子的氣體簇離子束輻射銅膜。另外，還可通過采用銅和不同元素的合金作為靶的濺射工藝來形成第二粘附合金膜130。
接著，與第二粘附合金膜130相接觸地形成第二含銅導(dǎo)電膜132，以填充雙大馬士革互連槽140(圖3B)。制造第二含銅導(dǎo)電膜132的方法并沒有特別的限制，但其可通過例如化學(xué)鍍、電解電鍍、CVD、ALD、超臨界流體反應(yīng)等來形成。當(dāng)通過電解電鍍形成第二含銅導(dǎo)電膜132時，第二粘附合金膜130可用作籽膜。由此，可免除形成籽膜的步驟。然而，例如，如果第二粘附合金膜130的膜厚較小，則可通過在第二粘附合金膜130上形成含銅籽膜、并執(zhí)行利用該籽膜的電鍍方法，來形成第二含銅導(dǎo)電膜132。
然后，進(jìn)行CMP以去除暴露在雙大馬士革互連槽140外部的第二含銅導(dǎo)電膜132、第二粘附合金膜130和第二阻擋絕緣膜128。通過該工藝，形成圖1所示的半導(dǎo)體器件100。
可選地，如圖3C所示，可將第二阻擋絕緣膜128保留在雙大馬士革互連槽140的外側(cè)而無需去除，并可形成上層。通過該構(gòu)造，可將第二阻擋絕緣膜128有效地利用為用于在CMP中保護(hù)第四層間絕緣膜114的保護(hù)膜。
當(dāng)傳統(tǒng)地將互連形成為具有諸如TiN膜、W基膜等阻擋金屬膜時，在通過CMP去除含銅導(dǎo)電膜的步驟之后，接著是去除暴露在互連槽外部的阻擋金屬膜。在這種情況下，由于在含銅導(dǎo)電膜與阻擋金屬膜之間將使用不同的CMP拋光劑，因此不得不執(zhí)行多個單獨的CMP步驟。然而，根據(jù)本實施例，互連形成為不有阻擋金屬膜。第一粘附合金膜122以與第一含銅導(dǎo)電膜124相同的方式由含銅材料形成。因此，第一含銅導(dǎo)電膜124和第一粘附合金膜122可通過CMP同時去除，以簡化工藝。
此外，由于傳統(tǒng)阻擋金屬膜的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢高于含銅導(dǎo)電膜的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，因此當(dāng)傳統(tǒng)阻擋金屬膜暴露于CMP拋光劑并且含銅導(dǎo)電膜與傳統(tǒng)阻擋金屬膜彼此接觸時，含銅導(dǎo)電膜與阻擋金屬膜之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢的差將導(dǎo)致產(chǎn)生局部電池作用。由此，電流將在含銅導(dǎo)電膜與阻擋金屬膜之間流動，從而在阻擋金屬膜中產(chǎn)生電蝕。然而，在本實施例的情況下，互連不具有阻擋金屬膜。由于第一粘附合金膜122中包含的不同元素的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢低于銅的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢，因此粘附合金膜122具有比以銅作為主要成分的第一含銅導(dǎo)電膜124低的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢。因此，可防止在使用阻擋金屬膜時經(jīng)常存在的電蝕問題。
另外，由于第一粘附合金膜122含有銅，因此第一粘附合金膜122的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢與第一含銅導(dǎo)電膜124的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢接近。因此，當(dāng)通過電鍍形成第一含銅導(dǎo)電膜124時，可將第一粘附合金膜122用作籽膜，從而免于使用其他籽膜，進(jìn)一步簡化了工藝。
如上所述，根據(jù)本實施例，由于在阻擋絕緣膜與含銅導(dǎo)電膜之間存在粘附合金膜，因此可改善阻擋絕緣膜與含銅導(dǎo)電膜之間的附著性。第一含銅導(dǎo)電膜124和第二含銅導(dǎo)電膜132通過第二粘附合金膜130彼此電連接。由于第二粘附合金膜130由銅和不同元素組成，因此第二粘附合金膜130的電阻與傳統(tǒng)阻擋金屬膜相比可以降低。通過該構(gòu)造，可降低布線電阻。
另外，如果在第二含銅導(dǎo)電膜132的側(cè)面上形成諸如傳統(tǒng)阻擋金屬膜等高阻導(dǎo)電膜，則互連的電阻將會增加，此外布線電容將會下降。具體地，當(dāng)半導(dǎo)體器件的尺寸降低時，由阻擋金屬膜占據(jù)的互連的百分比將增加，從而上述問題將變得顯著。根據(jù)本實施例，代替?zhèn)鹘y(tǒng)阻擋金屬膜，在第二含銅導(dǎo)電膜132的側(cè)面上形成第二粘附合金膜130。由此，可降低互連電阻并防止布線電容降低。
另外，根據(jù)本實施例，在第二含銅導(dǎo)電膜132與層間絕緣膜毗鄰的區(qū)域中，通過第二粘附合金膜130在第二含銅導(dǎo)電膜132上形成阻擋絕緣膜。阻擋絕緣膜用來提供擴散阻擋功能，以防止第二含銅導(dǎo)電膜132內(nèi)所含有的銅擴散到層間絕緣膜內(nèi)。由于第二粘附合金膜130無需提供這種擴散阻擋功能，因此第二粘附合金膜130的膜厚可以降低。通過該構(gòu)造，可進(jìn)一步降低布線電阻。
另外，根據(jù)本實施例，合金膜包含具有低電阻率的銅，并且由銅和不同元素的合金組成。由銅和不同元素組成的合金膜被形成為從與含銅導(dǎo)電膜的界面到與阻擋絕緣膜的界面具有基本均勻的組分。通過該構(gòu)造，可降低合金膜的電阻。如上所述，在合金膜與阻擋絕緣膜之間的界面中也含有銅的情況下，合金膜的電阻可被降低。
另外，阻擋絕緣膜由基本上不含氧的材料形成。通過該構(gòu)造，可改善阻擋絕緣膜與合金膜之間的附著性，改善擴散阻擋功能，并防止合金膜和含銅導(dǎo)電膜被氧化。根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件100，由于合金膜形成在阻擋絕緣膜與含有銅作為主要成分的含銅導(dǎo)電膜之間，并且阻擋絕緣膜基本上不含有氧，因此可防止合金膜被氧化，并改善合金膜與阻擋絕緣膜之間的附著性。
對銅膜和絕緣膜之間的附著性進(jìn)行了檢測。在該情況中，在Si襯底上順序形成SiO2膜以及由TaN膜和Ta膜制成的阻擋金屬膜，然后淀積銅膜。然后，在Cu膜上形成絕緣膜。在該情況中，絕緣膜為(i)SiO2膜和(ii)SiN膜。在如上所述制備的每個樣品表面利用金剛石筆描畫10×10的正方形，并執(zhí)行膠帶測試(tape test)。表1示出了上述測試重復(fù)五次后的平均結(jié)果。在絕緣膜為SiN膜的情況下，沒有正方形被擦除。另一方面，在絕緣膜為SiO2膜的情況下，所有的正方形均被擦除。其原因被認(rèn)為在于，在與絕緣膜的界面處，銅膜被氧化，從而降低了銅膜與絕緣膜之間的附著力。
表1

作為一個示例，使用在雙大馬士革結(jié)構(gòu)中形成的互連描述了上述實施例。在雙大馬士革互連的情況下，當(dāng)阻擋絕緣膜形成在雙大馬士革互連槽中時，阻擋絕緣膜的膜厚趨于在底部較小。由此，存在以下有點，即，互連槽的阻擋絕緣膜可在底部被選擇性地去除。然而，本發(fā)明顯然還可應(yīng)用于單大馬士革互連結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明顯然并不局限于上述實施例，而是可在不偏離本發(fā)明范圍和精神的情況下進(jìn)行各種修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括形成在襯底上的下層導(dǎo)電膜；層間絕緣膜，其形成在所述下層導(dǎo)電膜上，并且具有到達(dá)所述下層導(dǎo)電膜的凹進(jìn)部分；阻擋絕緣膜，其形成為覆蓋所述層間絕緣膜的所述凹進(jìn)部分的側(cè)壁，并且由能夠防止銅擴散的材料制成；合金膜，其由銅和除銅以外的不同元素制成，并且與所述下層導(dǎo)電膜在所述凹進(jìn)部分的底部表面相接觸，并與所述阻擋絕緣膜在所述凹進(jìn)部分的側(cè)壁相接觸，以便覆蓋所述凹進(jìn)部分的內(nèi)壁；以及上層導(dǎo)電膜，其含有銅作為主要成分，并且與所述合金膜相接觸地形成在所述合金膜上，以填充凹進(jìn)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述阻擋絕緣膜為SiN膜或SiCN膜。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述合金膜含有也包含在所述阻擋絕緣膜中的至少一種元素，以作為所述不同元素。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述阻擋絕緣膜和所述合金膜含有硅。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述合金膜為硅化銅層。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述合金膜由銅和從Hf、Ta、Ti、Nb和Zr當(dāng)中選擇的至少一種金屬的合金制成。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述合金膜被形成為從與所述上層導(dǎo)電膜的界面到與所述阻擋絕緣膜的界面具有所述銅和所述不同元素的基本均勻的組分比。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述阻擋絕緣膜由基本不含氧的材料制成。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述阻擋絕緣膜為SiN膜或SiCN膜，所述合金膜為硅化銅層。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述阻擋絕緣膜為SiN膜或SiCN膜，所述合金膜由銅和從Hf、Ta、Ti、Nb和Zr當(dāng)中選擇的至少一種金屬的合金制成。
11.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在形成于襯底上的下層導(dǎo)電膜上形成層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜中形成凹進(jìn)部分，所述凹進(jìn)部分到達(dá)所述下層導(dǎo)電膜；形成阻擋絕緣膜以覆蓋所述凹進(jìn)部分的內(nèi)壁，所述阻擋絕緣膜由能夠防止銅擴散的材料制成；去除所述阻擋絕緣膜在所述凹進(jìn)部分底部與所述層間絕緣膜相接觸的區(qū)域，以暴露所述下層導(dǎo)電膜；形成由銅和除銅以外的不同元素制成的合金膜，以覆蓋所述凹進(jìn)部分的內(nèi)壁；以及在所述凹進(jìn)部分內(nèi)與所述合金膜相接觸地形成含有銅作為主要成分的上層導(dǎo)電膜，以填充凹進(jìn)部分。
12.如權(quán)利要求9所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述形成阻擋絕緣膜中，所述阻擋絕緣膜由化學(xué)氣相淀積方法形成。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括形成在襯底上的第一含銅導(dǎo)電膜；形成在第一含銅導(dǎo)電膜上的絕緣膜，其具有到達(dá)第一含銅導(dǎo)電膜的凹進(jìn)部分；第二阻擋絕緣膜，其被形成為覆蓋這些絕緣膜的凹進(jìn)部分的側(cè)壁；由銅和除銅以外的不同元素制成的第二粘附合金膜，其與第一含銅導(dǎo)電膜在凹進(jìn)部分的底部表面相接觸，并與第二阻擋絕緣膜在凹進(jìn)部分的側(cè)壁相接觸，以覆蓋凹進(jìn)部分的內(nèi)壁；以及含有銅作為主要成分的第二含銅導(dǎo)電膜，其與第二粘附合金膜相接觸地形成在第二粘附合金膜上，以填充凹進(jìn)部分。
文檔編號H01L21/768GK101043028SQ20071008939
公開日2007年9月26日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者古谷晃 申請人:恩益禧電子股份有限公司