[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件及其制造方法、化學(xué)機(jī)械研磨裝置和方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01110846.0
• 申請(qǐng)日: 2001-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN1307363A
• 公開（公告）日: 2001-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 原田繁;高田佳史;泉谷淳子
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三菱電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L23/50
• 分類號(hào): H01L23/50;H01L23/522;H01L21/768;H01L21/60
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 葉愷東

本發(fā)明涉及具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，特別涉及防止焊盤電極的蝕刻的多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。

在使用多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件中，為了將半導(dǎo)體元件之間相互電連接，以鋁為主要成分的布線已被廣泛使用。在這樣的多層布線中，通常在最上層的布線上形成焊盤電極，用鍵合布線等將該焊盤電極和外部端子電連接。

此外，最近，為了器件的高速、高性能，以降低布線延遲(降低布線電阻)和增加布線的允許電流密度為目的，可以使用以電阻低、可靠性高的銅為主要成分的布線。

圖36至圖42是在布線中使用銅的半導(dǎo)體器件的制造步驟圖。

在該制造方法中，首先，如圖36(a)所示，在半導(dǎo)體襯底1上，形成元件隔離絕緣膜2、柵絕緣膜3、柵極4、雜質(zhì)擴(kuò)散層5組成的MOS晶體管等半導(dǎo)體元件6。接著，在半導(dǎo)體元件6上用熱CVD法和等離子體CVD法來(lái)沉積底層絕緣膜51。底層絕緣膜51是由包含磷(P)和硼(B)等雜質(zhì)元素的氧化硅膜等組成的絕緣膜51a、作為布線溝加工時(shí)的蝕刻阻止層的氮化硅膜51b、用于形成布線溝的氧化硅膜等的絕緣膜51c組成的三層結(jié)構(gòu)。

接著，如圖36(b)所示，在底層絕緣膜51的規(guī)定部分上，使用照相制版、蝕刻技術(shù)來(lái)形成接觸孔52和第一布線溝53。此時(shí)，由于氮化硅膜51b相對(duì)于氧化硅膜51c有高的蝕刻選擇率，所以成為加工第一布線溝53時(shí)的阻止層。

接著，如圖36(c)所示，在整個(gè)表面上沉積阻擋金屬膜54a和鎢(W)膜54b，使得可填埋接觸孔52、第一布線溝53。作為阻擋金屬膜54a，為了獲得與半導(dǎo)體元件6的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)5的良好歐姆接觸，例如使用10～50nm的鈦(Ti)和50～100nm的氮化鈦(TiN)的層積膜。

接著，如圖37(d)所示，按使用過氧化氫水基的鋁研磨材料的CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)法來(lái)除去接觸孔52和第一布線溝53部以外的鎢膜54b、阻止金屬膜54a，形成第一填埋金屬布線層54。第一填埋布線層54的膜厚為100～300nm左右。

接著，如圖37(e)所示，與圖36(b)一樣，在第一金屬布線層54上，沉積由氧化硅膜等的絕緣膜55a、氮化硅膜55b、氧化硅膜等的絕緣膜55c構(gòu)成的三層結(jié)構(gòu)的第一層間絕緣膜55。接著，使用照相制版、蝕刻技術(shù)，在第一層間絕緣膜55的規(guī)定部分上形成第一通孔56和第二布線溝57。

接著，如圖37(f)所示，在整個(gè)表面上沉積下敷膜58a和銅膜58b、58c，使得可填埋第一通孔56、第二布線溝57。下敷膜58a防止銅擴(kuò)散到周圍的氧化硅膜等絕緣膜中。就下敷膜58a來(lái)說，通常使用鉭(Ta)膜、氮化鉭(TaN)膜、鉭和氮化鉭的層積膜(TaN/Ta)、氮化鈦(TiN)膜、鈦和氮化鈦的層積膜(TiN/Ti)等。

而且，在整個(gè)表面上沉積作為電鍍的下敷膜的銅箔膜58后，例如，通過使用以硫酸銅為主要成分的電鍍液的電解電鍍法，在整個(gè)表面上沉積銅電鍍膜58c。

接著，如圖38(g)所示，用CMP法除去第一通孔56和第二布線溝57部以外的銅膜58c、58b、下敷膜58a，形成第二填埋金屬布線層58。第二填埋布線層58的膜厚為100～300nm左右。

接著，如圖38(h)所示，在第二金屬布線層58上，沉積由作為銅擴(kuò)散防止膜的氮化硅膜59a、氧化硅膜等的絕緣膜59b、氧化硅膜59c、氧化硅膜等的絕緣膜59d構(gòu)成的四層結(jié)構(gòu)的第二層間絕緣膜。接著，使用照相制版、蝕刻技術(shù)，在第二層間絕緣膜59的規(guī)定部分上形成第二通孔60和第三布線溝61。

同樣，在整個(gè)表面上沉積下敷膜62a和銅膜62b、62c，使得可填埋第二通孔60、第三布線溝61后，用CMP法來(lái)除去第二通孔60和第三布線溝61部以外的銅膜62c、62b、下敷膜62a，形成第三填埋金屬布線層62。

接著，如圖38(i)所示，按與圖38(h)相同的步驟，在第三金屬布線層62上，沉積由氮化硅膜63a、氧化硅膜等的絕緣膜63b、氮化硅膜63c、氧化硅膜等的絕緣膜63d構(gòu)成的四層結(jié)構(gòu)的第三層間絕緣膜63。接著，使用照相制版、蝕刻技術(shù)，在第三層間絕緣膜63的規(guī)定部分上形成第三通孔64和第四布線溝65，在整個(gè)表面上沉積下敷膜66a、銅膜66b、66c，使得可填埋第三通孔和第四布線溝。然后，用CMP法來(lái)除去不需要部分的銅膜66c、66b和下敷膜66a，形成第四填埋金屬布線層66。

再有，第四～第五金屬布線層作為長(zhǎng)距離布線和電源線來(lái)使用，所以與下層的第一～第三金屬布線層相比是厚膜布線。