[發明專利]具有多層互連結構的半導體器件

有效

• 申請號: 200910142402.4
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN101582410A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 渡邊健一;中村友二;大冢敏志
• 申請（專利權）人: 富士通微電子株式會社
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L23/528
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司
• 代理人: 姜 燕;陳 晨

本申請是申請日為2007年10月26日、申請號為200710167851.5、發明名稱為“具有多層互連結構的半導體器件”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，尤其涉及一種具有多層互連結構的半導體器件。

背景技術

在現今高度微型化的半導體器件中，使用所謂的多層互連結構來電連接在襯底上形成的大量半導體元件。在多層互連結構中，疊置了大量嵌入有互連圖案的層間絕緣膜，其中一個層的互連圖案通過層間絕緣膜中形成的接觸孔連接至相鄰層的互連圖案或連接至在襯底中的擴散區域。

專利文獻1：日本特開專利申請2005-286058

專利文獻2：日本特開專利申請2005-191540

專利文獻3：日本特開專利申請2004-296644

專利文獻4：日本特開專利申請2004-273523

專利文獻5：日本特開專利申請2003-197623

專利文獻6：日本特開專利申請2001-298084

圖1為說明在傳統多層互連結構中出現的問題的示意圖。

請參考圖1，通過SiC、SiN等的蝕刻停止膜12在形成一部分多層互連結構的絕緣膜11上形成層間絕緣膜13，以及通過SiC、SiN等的蝕刻停止膜14在層間絕緣膜13上進一步形成層間絕緣膜15。

此外，通過類似的蝕刻停止膜16在層間絕緣膜15上形成層間絕緣膜17，以及通過類似的蝕刻停止膜18在層間絕緣膜17上進一步形成層間絕緣膜19。

在層間絕緣膜13中，嵌入有例如Cu圖案的導體圖案13A，其狀態為在導體圖案13A的側壁表面和底部表面均覆蓋有Ta/TaN分層結構等的阻擋金屬膜13a，而在層間絕緣膜17中，嵌入有Cu互連圖案17A，其狀態為在Cu互連圖案17A的側壁表面和底部表面均覆蓋有Ta/TaN分層結構等類似的阻擋金屬膜17a。

此外，從Cu互連圖案17A穿過層間絕緣膜15并在層間絕緣膜15的下方延伸出Cu通路塞(via-plug)17B，其狀態為在Cu通路塞17B的側壁表面和底部表面均覆蓋有阻擋膜17a的延伸部，其中通路塞17B與絕緣膜11中的導體圖案13A接觸。

上述Cu互連圖案17A以及Cu通路塞17B分別形成在層間絕緣膜17的相應互連溝槽中以及在層間絕緣膜15的相應通路塞中，其中通過鑲嵌工藝形成Cu互連圖案17A以及Cu通路塞17B，在此工藝中，在Cu互連圖案17A以及Cu通路塞17B的表面覆蓋阻擋金屬膜17a之后，在形成Cu互連圖案17A以及Cu通路塞17B的溝槽中充滿在層間絕緣膜17上沉積的Cu層。此外，通過CMP工藝去除在層間絕緣膜17上不必要的Cu層。特別地，在雙鑲嵌工藝中，同時形成Cu互連圖案17A以及Cu通路塞17B。

同時，在利用上述雙鑲嵌工藝形成Cu互連圖案17A以及通路塞17B中，眾所周知的是由于在形成阻擋金屬膜17a時施加的熱量以及在層間絕緣膜與構成互連圖案17A或通路塞17B的銅之間的熱膨脹系數差，而在互連圖案17A或通路塞17B中留有張應力。

在互連圖案17A或通路塞17B中聚集殘留張應力的情況下，存在由隨后施加的熱退火工藝等導致的應力遷移，其中少量的銅原子趨于從造成小殘留應力的通路塞17B中遷移至造成大殘留應力的互連圖案17A。這種銅遷移現象也可以視為由于向通路塞17B的應力遷移而造成在互連層17A中形成的空隙(原子空隙)流動。因此，在通路塞17B中趨向于導致空隙的聚集，特別在阻擋金屬膜17a的階梯覆蓋較差的部分中，結果導致形成空洞(void)，同時這種空隙的積累可導致接觸不良。

應該注意的是這種應力遷移現象也可以由在圖2的平面圖中所示的導體圖案20中產生。

請參考圖2，導體圖案20具有寬主體圖案21以及從其延伸而出的窄延伸圖案22A、22B，其中延伸圖案22A、22B通過各自的接觸孔22a、22b分別與其它層的導體圖案相連。

請參考圖2，在包括有導體圖案21的互連層上形成上述其它層的互連層，其具有寬主體圖案31以及從主體圖案31延伸而出的窄延伸部32A、32B。在所述的例子中，主體圖案21的延伸部22A通過通路塞32b在接觸孔22a處與主體圖案31的延伸部32B相連。

圖3示出了包括圖2中的延伸部22A、22B的橫截面圖。