[發(fā)明專利]多層配線結(jié)構(gòu)的形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810091384.7
• 申請日: 2002-12-26
• 公開（公告）號: CN101271861A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 山本保;綿谷宏文;北田秀樹;堀內(nèi)博志;宮島基守
• 申請（專利權(quán)）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張龍哺

本申請是申請?zhí)枮?2829483.1(國際申請?zhí)枺篜CT/JP2002/013677)、申請日為2002年12月26日、發(fā)明名稱為“具有多層配線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置及其制造方法”的專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，尤其涉及具有多層配線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。

隨著微細(xì)化技術(shù)的進(jìn)展，半導(dǎo)體集成回路的集成密度逐年提高，但是隨著這樣的集成密度的增大，在半導(dǎo)體集成回路中的配線阻抗和配線電容引起的配線延遲的問題更為顯著。鑒于這樣的配線延遲的問題，近來正研究一種將低阻抗Cu作為配線圖案來使用，且將低介電常數(shù)的有機(jī)膜作為層間絕緣膜來使用的技術(shù)。

由于以前不知道對銅用干性蝕刻進(jìn)行圖案成型的有效方法，因此在將銅使用在配線圖案的場合中，使用首先在層間絕緣膜中形成配線槽以及接觸孔，再用Cu對它們進(jìn)行填充的所謂雙鑲嵌(dual?damascene)法。在雙鑲嵌法中，用Cu等的配線材料填充接觸孔和配線槽，再通過用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP；Chemical?Mechanical?Polishing)法研磨·除去不要部分的配線材料的方式填充接觸孔以及配線槽，而形成平坦化的配線圖案。根據(jù)雙鑲嵌法，不必用蝕刻法形成寬度狹窄且高寬比高的配線圖案，此外也不必用層間絕緣膜填充配線間的微小的空間，可以容易地形成非常微細(xì)的配線圖案。用雙鑲嵌法形成多層配線結(jié)構(gòu)，在配線的高寬比越高，或配線總數(shù)越多，就越有效，有助于大幅度地降低超微細(xì)化半導(dǎo)體裝置的制造成本。

背景技術(shù)

圖1A～1K是由在先的典型的雙鑲嵌法的多層配線結(jié)構(gòu)的形成工序。

參照圖1A，在形成有省略圖示的晶體管等的活性元件的Si基板11上，通過絕緣膜11A形成多晶硅、W、Cu等的下層配線圖案20，在上述下層配線圖案20上用等離子CVD法等的堆積法形成由SiN或者SiC構(gòu)成的第1蝕刻制止膜22。下面的說明，針對上述下層配線圖案20是Cu配線圖案的場合進(jìn)行。

在上述蝕刻制止膜22上進(jìn)一步用典型的旋壓法形成第1層間絕緣膜24，該第1層間絕緣膜24由低介電常數(shù)無機(jī)絕緣膜或者有機(jī)碳?xì)渚酆象w等的低介電常數(shù)有機(jī)絕緣膜構(gòu)成，而且在上述層間絕緣膜24上進(jìn)一步用等離子CVD法形成由SiN或者SiC構(gòu)成的第2蝕刻制止膜26。

在上述蝕刻制止膜26上同樣地形成第2層間絕緣膜28，在上述層間絕緣膜28上進(jìn)一步用等離子CVD法形成由SiN或者SiC構(gòu)成的第3蝕刻制止膜30。

圖1A的工序中，在上述蝕刻制止膜30上形成抗蝕圖案R1，在上述抗蝕圖案R1中，與多層配線結(jié)構(gòu)中形成的第1層的配線槽對應(yīng)地形成抗蝕開口部Ra。

然后，在圖1B的工序中，以上述抗蝕圖案R1為掩模，對上述SiN膜30進(jìn)行干性蝕刻，在上述蝕刻制止膜30中形成與上述抗蝕開口部Ra對應(yīng)的開口部。而且，上述開口部形成之后，用灰化(ashing)除去上述抗蝕圖案R1，以上述SiN膜30為掩模，對上述層間絕緣膜28進(jìn)行干性蝕刻，在上述層間絕緣膜28中形成與上述抗蝕開口部Ra對應(yīng)的配線槽28A。

然后，在圖1C的工序中，上述圖1B的結(jié)構(gòu)上形成抗蝕膜R2，以覆蓋上述蝕刻制止膜30覆蓋，或填充上述配線槽28A。而且，對它進(jìn)行圖案成型，并在上述配線槽28A中形成抗蝕開口部Rb，該開口部與形成在上述配線槽中的通孔對應(yīng)。

然后在圖1D的工序中，以上述抗蝕圖案R2為掩模，對上述蝕刻制止膜26進(jìn)行干性蝕刻，在上述蝕刻制止膜26中形成與上述抗蝕開口部Rb對應(yīng)的開口部。

在圖1D的工序中，進(jìn)一步以上述蝕刻制止膜26及30為掩模，對上述層間絕緣膜24進(jìn)行干性蝕刻，由此在上述層間絕緣膜24中，與上述抗蝕開口部Rb對應(yīng)地，形成露出上述蝕刻制止膜22的形成通孔24A。

然后在圖1E的工序中，用蝕刻的方法除去在上述通孔24A的底部露出的蝕刻制止膜22，在通孔24A的底上露出Cu配線圖案20之后，在圖1F的工序中，用濺射法等在圖1E的結(jié)構(gòu)上堆積阻擋金屬膜32，該阻擋金屬膜32含有TaN膜等的導(dǎo)電性氮化膜，用上述阻擋金屬膜32以及Cu種(seed)膜覆蓋上述配線槽28A以及接通孔24A的表面。

而且，在形成圖1E的結(jié)構(gòu)的時候，采用預(yù)先形成通孔24A，之后形成配線槽28A的工序也可以。

然后在圖1G的工序中，用電解電鍍法形成Cu層34，以填充上述配線槽28A以及通孔24A，而且，通過將它們在氮或者Ar等的惰性氣氛中進(jìn)行熱處理，使得Cu層34中的晶粒進(jìn)行成長，形成穩(wěn)定的微結(jié)構(gòu)。