[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 200910141124.0
• 申請日: 2009-05-22
• 公開（公告）號: CN101615608A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 羽根田雅希;清水紀嘉;大塚信幸;中尾嘉幸;砂山理江;田平貴裕
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L23/532
• 分類號: H01L23/532;H01L21/768;H01L21/3205
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 張浴月;劉文意

技術領域

本發明中所描述實施例的某一方面涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

在如今的半導體集成電路器件中，極大量的半導體器件形成在常規的襯 底上，并且利用多層互連結構使這些半導體器件互相連接。

在所述多層互連結構中，具有互連圖案的層間絕緣膜堆疊于層中，所述 互連圖案用于形成嵌入在層間絕緣膜中的互連層。

在這些多層互連結構中，下互連層與上互連層通過形成在層間絕緣膜中 的通孔接觸部(via?contact)相連接。

具體而言，在目前的超微制造(ultra-microfabricated)、超高速的半導 體器件中，將低介電常數膜(所謂的低-k膜)用作層間絕緣膜，以減少多層 互連結構中的信號延遲(RC延遲)問題。同時，，將阻抗低的銅圖案用作 互連圖案。

在具有嵌入在低介電常數層間絕緣膜中的Cu互連圖案的多層互連結構 中，因為很難通過干蝕刻來圖案化Cu層，因此使用在層間絕緣膜中形成溝 槽或通孔的工藝，即所謂的鑲嵌或雙鑲嵌工藝。在鑲嵌或雙鑲嵌工藝中，這 樣所形成的溝槽或通孔填充有Cu層，并且隨后通過化學機械拋光(CMP) 去除層間絕緣膜上的Cu層的多余部分。

基于此點，如果Cu互連圖案直接與層間絕緣膜接觸，則Cu原子會擴散 進入層間絕緣膜中，從而造成諸如短路等問題。因此，作為常規慣例，使用 導電擴散阻擋層、或者所謂的阻擋金屬膜，來覆蓋溝槽或通孔的形成有Cu 互連圖案的側壁和下表面處，并且使Cu層沉積在阻擋金屬膜上。阻擋金屬 膜的常規實例包括諸如鉭(Ta)、鈦(Ti)和鎢(W)等難熔金屬以及由這 些難熔金屬的導電氮化物。

另一方面，在目前的45nm一代或隨后一代的超微制造、超高速的半導 體器件中，隨著微型工藝的發展，極大地縮小了形成在層間絕緣膜中的溝槽 或通孔的大小。

結果，為了使用這種具有高電阻率的阻擋金屬膜來使互連阻抗實現所需 的減小，盡可能地縮小形成在精細的(fine)溝槽或通孔上的阻擋金屬膜的 厚度。

另一方面，溝槽或通孔的側壁和下表面覆蓋有阻擋金屬膜。

針對上述情形，日本特開專利公開No.2005-277390公開了以銅-錳合金 層(Cu-Mn合金層)直接覆蓋形成在層間絕緣層中的溝槽或通孔。

日本特開專利公開No.2005-277390公開了以下內容：在Cu-Mn合金層 與層間絕緣膜之間的分界面處，通過Cu-Mn合金層中的Mn與層間絕緣膜中 的Si和氧之間的自形成反應(self-formation?reaction)，形成厚度為2nm至 3nm、組分為MnSi_xO_y的錳硅氧化物層作為擴散阻擋層。

然而，上述技術卻存在以下問題：由于自形成層(self-formed?layer)的 MnSi_xO_y組分和包含在所述膜中的金屬元素的低濃度，造成與Cu膜的粘附不 充分。

因此，日本特開專利公開No.2007-027259公開了一種將Cu-Mn合金層 與諸如Ta或Ti等難熔金屬的阻擋金屬膜相結合的結構。

對于這種Cu-Mn合金層與諸如Ta或Ti等難熔金屬的阻擋金屬膜的結合 結構，通過以下原因還獲得對于氧化而阻抗增加的優選特征。

近年來，提出了使用多孔(porous)低介電常數膜作為形成層間絕緣膜 的低介電常數材料，以避免信號延遲(RC延遲)。然而，這種多孔低介電 常數材料的密度低，從而在制造時很容易遭受等離子體處理的破壞。遭到破 壞的膜的表面或內部很容易吸收潮氣。

因此，由于多孔低介電常數膜內部吸潮，使得形成在多孔低介電常數膜 上的阻擋金屬膜很容易被氧化，從而很可能使作為擴散阻擋的阻擋金屬膜的 性能及其與Cu互連層或插塞(via?plug)之間的粘附力退化。

然而，在這樣的結構中使用上述Cu-Mn合金層會引起Cu-Mn合金層中 的Mn與阻擋金屬膜被氧化的部分發生反應，使得能夠保持作為擴散阻擋的 阻擋金屬膜的性能及其與Cu互連層或插塞的高粘附力。因此，已經對使用 這種Cu-Mn合金層通過鑲嵌或雙鑲嵌工藝而形成Cu互連層或插塞進行了研 究。

發明內容