[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 200910128521.4
• 申請日: 2005-10-28
• 公開（公告）號: CN101504932A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 小浦由美子;北田秀樹;小澤清
• 申請（專利權）人: 富士通微電子株式會社
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/28;H01L21/316;H01L23/522;H01L23/485
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭小軍;陳昌柏

1.一種半導體器件的制造方法，包括如下步驟：

在含氧絕緣體中形成凹槽，所述絕緣體形成于半導體襯底上；

(a)在所述絕緣體的表面上以及所述凹槽的內表面上形成阻擋金屬層，該阻擋金屬層由難熔金屬、含難熔金屬元素的合金或難熔金屬元素的氮化物制成；

(b)在該阻擋金屬層上形成包含銅合金的金屬膜，所述凹槽填充有所述金屬膜；以及

(c)于在該阻擋金屬層的部分表面區域上，該銅合金中的銅以及合金元素與該絕緣體中的氧相互擴散的條件下，執行熱處理，以形成金屬氧化膜。

2.按照權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中：該金屬膜包含從Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni和Co構成的組中選出的至少一種元素。

3.按照權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中：所述金屬膜包括布線膜以及位于所述阻擋金屬層與所述布線膜之間的中間膜，形成與該凹槽的內表面相符合的該阻擋金屬層以及該中間膜，并且該凹槽填充有所述布線膜，該中間膜由銅合金制成，且該布線膜由銅或者不同于該中間膜的銅合金的銅合金制成。

4.按照權利要求3所述的半導體器件的制造方法，其中：通過鍍覆法形成該金屬膜，用于形成該金屬膜的鍍液包含從碳、氧、氮、硫以及氯構成的組中選出的至少一種原子，并且在該金屬膜中包含從該鍍液中的碳、氧、氮、硫以及氯構成的該組中選出的至少一種原子作為雜質。

5.按照權利要求4所述的半導體器件的制造方法，其中：該凹槽為布線溝槽，并且在該金屬膜中的碳原子、氧原子、氮原子、硫原子以及氯原子的總原子濃度變為1×10¹⁹cm^-3或更高的條件下，執行鍍覆法。

6.按照權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中：在步驟(b)中，通過鍍覆法形成該金屬膜，用于形成該金屬膜的鍍液包含從碳、氧、氮、硫以及氯構成的組中選出的至少一種原子，并且在該金屬膜中包含從該鍍液中的碳、氧、氮、硫以及氯構成的該組中選出的至少一種原子作為雜質。

7.按照權利要求6所述的半導體器件的制造方法，其中：該凹槽為布線溝槽，并且在該金屬膜中的碳原子、氧原子、氮原子、硫原子以及氯原子的總原子濃度變為1×10¹⁹cm^-3或更高的條件下，執行鍍覆法。

8.一種半導體器件，包括：

絕緣膜，其形成于半導體襯底上并由含氧絕緣體制成；

凹槽，其形成于該絕緣膜中；

阻擋金屬層，其覆蓋該凹槽的內表面，并由難熔金屬、含難熔金屬元素的合金或難熔金屬元素的氮化物制成；以及

填充所述凹槽的布線，所述布線包括形成于該阻擋金屬層上的銅合金，

其中通過該銅合金中的金屬元素與該絕緣膜中的氧之間的相互擴散以及反應在該絕緣體的部分表面區域中形成金屬氧化物。

9.一種半導體器件的制造方法，包括如下步驟：

(a)在形成于半導體襯底上并由含氧絕緣體制成的通孔層絕緣膜中形成通孔；

(b)在該通孔層絕緣膜上形成第一銅合金膜，該第一銅合金膜填充該通孔；

(c)去除該第一銅合金膜的不必要部分，并在該通孔中保留由銅合金制成的導電插塞；

(d)在該通孔層絕緣膜上形成由含氧絕緣體制成的布線層絕緣膜；

(e)在該布線層絕緣膜中形成布線溝槽；

(f)在該布線層絕緣膜中形成填充該布線溝槽的第二銅合金膜；以及

(g)去除該第二銅合金膜的不必要部分，并且在該布線溝槽中保留由銅合金制成的布線；并進一步包括如下步驟：

(h)在步驟(b)之后，執行第一熱處理，以通過該第一銅合金膜的組成元素與該通孔層絕緣膜中的氧之間的反應在該通孔層絕緣膜與該導電插塞之間的界面處形成通孔金屬氧化膜；以及

(i)在步驟(f)之后，執行第二熱處理，以通過該第二銅合金膜的組成元素與該布線層絕緣膜中的氧之間的反應在該布線層絕緣膜與該布線之間的界面處形成布線金屬氧化膜。

10.按照權利要求9所述的半導體器件的制造方法，其中：該第一銅合金膜和該第二銅合金膜分別由從CuAl、CuMg、CuMn、CuCr、CuTi、CuTa、CuZr、CuSn、CuIn、CuZn、CuNi和CuCo構成的組中選出的一種銅合金制成。