[發(fā)明專利]半導體裝置的制造方法、半導體裝置、電子機器、半導體制造裝置及存儲介質

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980101317.1
• 申請日: 2009-01-20
• 公開（公告）號: CN101897016A
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設計）人: 松本賢治;伊藤仁;佐藤浩;小池淳一;根石浩司
• 申請（專利權）人: 東京毅力科創(chuàng)株式會社;國立大學法人東北大學
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;C23C16/40;H01L21/285
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 苗堃;金世煜

技術領域

本發(fā)明涉及向形成于層間絕緣膜的凹部嵌入銅而形成銅配線的半導體裝置的制造方法、利用該方法制造的半導體裝置、具備該半導體裝置的電子機器、半導體制造裝置及存儲有上述方法的存儲介質。

背景技術

半導體裝置的多層配線結構是通過向層間絕緣膜中嵌入金屬配線而形成的，作為該金屬配線的材料，由于電遷移小且電阻低，因此使用銅(Cu)，作為其形成工藝，普遍采用的是鑲嵌(damascene)工序。另外，作為層間絕緣膜，采用低介電常數(shù)材料，例如使用由含有硅(Si)及氧(O)或碳(C)的硅化合物構成的膜，例如SiO、SiOF、SiC、SiOC、SiCOH、SiCN、多孔氧化硅、多孔甲基倍半硅氧烷、聚芳撐、SiLK(注冊商標)、或氟碳等。

該鑲嵌工序中，首先，將例如由CF系的氣體和氧氣構成的處理氣體等離子體化而蝕刻層間絕緣膜，形成由用于在層內嵌入被圍上的配線的溝槽、和用于嵌入將上下的配線連接的連接配線的通孔構成的凹部。其后，通過進行例如使用了氧氣的等離子體的灰化處理，而將在蝕刻處理中作為掩模使用的例如由有機物構成的光刻膠掩模除去。此外，由于在基板的側面、背面，附著有因這些等離子體處理而生成的作為副產物的殘渣，因此為了除去該殘渣，將基板浸漬于例如氫氟酸(HF)水溶液(氟化氫酸)中而進行濕式清洗。其后，向凹部中利用CVD法或電鍍法等嵌入Cu。

另外，在利用CVD法的情況下為了良好地進行銅的嵌入，優(yōu)選沿著上述層間絕緣膜表面及其凹部內面形成極薄的銅種子層，另外，在利用電鍍法的情況下，需要在上述層間絕緣膜表面及凹部中形成成為電極的銅種子層。另外，由于銅容易向層間絕緣膜中擴散，因此需要在凹部內形成用于抑制銅擴散的屏蔽膜。

所以，以往是例如利用濺射法形成例如Ta/TaN等屏蔽膜和銅的種子層。但是，隨著配線密度變高，凹部的開口直徑變小，在此種濺射法中，凹部的階梯覆蓋性(step-coverage)特性逐漸變差，難以附著于凹部的側壁上。另外，由于將該濺射進行2次(是指Ta和TaN)，因此形成厚膜，難以應對配線密度的微細化。在日本JP2005-277390A(特別是0018～0020段)中，記載有如下的技術，即，通過在凹部內利用濺射法形成錳(Mn)膜，然后在形成銅膜后對該基板進行退火處理，而形成由氧化錳(MnOx(x：任意的正數(shù))構成的自形成屏蔽膜和銅的配線層。殘留于金屬配線內的剩余的錳因該退火處理而向該金屬配線的上層擴散，被其后的CMP(Chemical?Mechanical?Polishing)工序除去。此種方法中，因上述的退火處理而使錳與層間絕緣膜中所含的例如氧反應，生成氧化錳，由于該氧化錳作為屏蔽膜形成于層間絕緣膜與金屬配線之間的界面中，因此可以得到極薄的屏蔽膜。

但是，如前所述，此種濺射法中，與凹部的側壁相比在底面形成較多的錳膜。因此，在凹部的側壁中未充分地附著錳，有可能無法得到必需的屏蔽性能。另外，如果在凹部的底面中，殘留較多的錳，則即使進行上述的退火處理，也很難去掉該錳。由于該錳與銅相比電阻更大，因此如果在金屬配線內殘留該錳，則會成為配線電阻上升的原因。

另外，由于在已述的等離子體處理中作為處理氣體使用氧氣，因此向凹部的底面露出的金屬配線的表面會被該氧氣的等離子體氧化。另外，由于其后的濕式清洗是在大氣中進行的，因此會在該金屬配線的表面進一步形成自然氧化膜。當針對該基板形成上述的自形成屏蔽膜時，該氧化膜中的氧與錳就會反應，成為氧化錳。該氧化錳為絕緣體，成為配線電阻上升的很大的原因，另外由于是鈍態(tài)的，因此缺乏反應性，為將其除去需要追加穿通等工序。

在已述的日本JP2005-277390A、以及日本JP2007-67107A(特別是圖3-1、0028～0029段、0037段)及日本JP11-200048A(特別是0026段、0036～0038段)中，記載有在形成于層間絕緣膜的凹部內形成由銅和錳的化合物等構成的膜的技術，然而對于形成于金屬配線的表面的氧化膜沒有探討。

而且，雖然氧化錳根據(jù)Mn的價數(shù)存在MnO、Mn₃O₄、Mn₂O₃、MnO₂等種類，然而在這里將它們統(tǒng)一地記述為MnOx(x：任意的正數(shù))

發(fā)明內容