[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

本申請是申請日為2005年10月28日、申請號為200510118486.X、發明名稱為“半導體器件及其制造方法”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本發明基于并要求2005年7月13日申請的日本專利申請No.2005-204409的優先權，在此通過參考援引其全部內容。

技術領域

本發明涉及一種半導體器件及其制造方法，更具體地，涉及一種具有由銅或銅合金構成的插塞與布線的半導體器件及其制造方法。

背景技術

銅(Cu)被用作半導體集成電路裝置的布線材料。與傳統使用的鋁(Al)相比，銅易于擴散到絕緣膜中，并且容易導致短路。此外，銅膜與絕緣膜的粘附力(adhesion)不足，并且在化學機械研磨(CMP)工藝的過程中容易剝落。而且，Cu比Al更易于氧化。此外，由于銅氧化膜不能抑制氧化分子的擴散，氧化容易擴展。

為了防止銅擴散并增強與絕緣膜的緊密粘附力，人們采用一種這樣的結構，在該結構中在銅布線與絕緣膜之間插入由Ti、TiN、Ta、TaN、W、WN等制成的阻擋金屬層。該阻擋金屬層的材料具有高于銅的電阻率。當在通孔(特別是小直徑的通孔)的內壁上形成阻擋金屬層時，該阻擋金屬層在截平面(plan?cross?section)中所占的比率變高了，并且電阻增加了。如果阻擋金屬層被制得很薄以抑制電阻的增加，則難以保持足夠的阻擋性能。

日本特公平7-60852號公報以及日本特開平11-54458公報中公開了形成解決上述問題的銅布線的方法。按照特公平7-60852中所公開的方法，在形成于層間絕緣膜中的布線溝槽內嵌入銅合金。執行熱處理以使該銅合金中的合金元素與該絕緣膜中的氧反應以形成金屬氧化膜。該金屬氧化膜具有防止銅擴散和提高粘附力的功能。Al或Cr被用作該合金元素。

按照特開平11-54458中所公開的方法，在布線溝槽中形成薄銅合金層，然后在該布線溝槽中嵌入純銅。執行熱處理以使該銅合金中的合金元素與絕緣膜中的氧反應以形成金屬氧化膜。該金屬氧化膜具有防止銅擴散和提高粘附力的功能。Mg、Al、B、Ta、Te、Ti等被用作該合金元素。

發明內容

從以良好的再現性形成具有足夠的防擴散功能的膜的角度來看，上述傳統方法的某些方面有待改進。本發明的一個目的是提供一種能夠提高防擴散功能的半導體器件及其制造方法。

按照本發明的第一方案，提供一種半導體器件的制造方法，其包括如下步驟：(a)在形成于半導體襯底上的含氧絕緣體的表面上形成銅合金膜，該銅合金膜包含除銅之外的至少兩種金屬元素；以及(b)在該銅合金膜上形成由純銅或銅合金制成的金屬膜；并進一步包括如下步驟：(c)在步驟(a)或(b)之后，在通過該絕緣體中的氧與該銅合金膜中的金屬元素之間的反應而在該絕緣體的表面上形成金屬氧化膜的條件下，執行熱處理；其中：步驟(a)形成由包含至少三種元素的銅合金制成的該銅合金膜，所述至少三種元素包括除銅之外的至少兩種金屬元素。

按照本發明的第二方案，提供一種半導體器件的制造方法，其包括如下步驟：(a)在形成于半導體襯底上的含氧絕緣體的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銅合金膜；以及(c)于在該阻擋金屬層的部分表面區域上，該銅合金膜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。

按照本發明的第三方案，提供一種半導體器件，其包括：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；導電元件，其嵌入該凹槽中并由銅或銅合金制成；以及金屬氧化膜，其設置于該絕緣膜與該導電元件之間的界面處，包含銅以及除銅之外的至少兩種金屬元素，其中接觸該金屬氧化膜的該導電元件的部分區域由銅和該金屬氧化膜的所述至少兩種金屬元素的合金制成。

按照本發明的第四方案，提供一種半導體器件，其包括：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；以及銅合金膜，其形成于該阻擋金屬層上，其中通過該銅合金膜中的金屬元素與該絕緣膜中的氧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。