專利名稱：半導體裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有多層布線的半導體裝置及其制造方法。
背景技術：
半導體裝置具有半導體基板、形成于該半導體基板的表層部上的功能元件、以及形成于該半導體基板上的多層布線結構。多層布線結構是夾持層間絕緣膜疊層多層布線的結構，不同的布線層間的連接是借助形成于層間絕緣膜上的接觸孔而完成的。
作為布線材料一直使用的鋁，在低電阻化中存在局限，伴隨半導體裝置的微細化截面積逐漸變小，其布線電阻成了問題。因此，尤其期望地線或電源線的低電阻化。
因此，例如，本發(fā)明人等在US2002-132392A1號公報中提出了在最上層的布線中使用金層從而使布線低電阻化的提案。
在該現(xiàn)有技術中，借助接觸孔電連接的鋁布線層與由金層構成的最上層的布線層之間，夾持有由鈦薄膜構成的阻擋層，通過該阻擋層可以防止鋁的遷移。
但是，由于金是一種極易擴散的材料，例如在合金處理時的高溫下長時間放置(例如400℃放置30分～1小時)，則容易向鋁布線層側擴散。
因此，鈦薄膜實際上幾乎沒有作為阻擋層的功能，只能作為粘接層間絕緣膜與金層以及粘接鋁布線層與金層的粘接層的功能。
除了鈦以外，考慮到作為阻擋層使用TiW薄膜，但是該TiW膜也與鈦薄膜一樣，幾乎沒有阻止金層與鋁布線層之間的相互擴散的功能，只不過起到作為粘接層發(fā)揮效果。
應該用可以期待有阻擋效果的導電材料來構成阻擋層，但是，無論使用任何材料形成均勻厚度的良好阻擋層都是很難的。具體地說，在形成于層間絕緣膜上的接觸孔的底部(尤其是其角部)上膜厚變小，容易引起覆蓋不良。因此，特別在高溫熱處理時，存在不能充分發(fā)揮阻擋效果的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供使用由金層構成的布線并且可以有效抑制金的擴散的半導體裝置及其制造方法。
本發(fā)明的半導體裝置包括形成于半導體基板上的第一布線層；形成于該第一布線層上的層間絕緣膜；夾持于上述第一布線層與上述層間絕緣膜之間，跨過含有形成于上述層間絕緣膜上的層間連接用開口區(qū)域，比該層間連接用開口區(qū)域更寬的區(qū)域而形成于上述第一布線層上的阻擋層；形成于上述層間絕緣膜上，在上述層間連接用開口內借助上述阻擋層電連接在上述第一布線層上，由金層構成的作為最上層布線層的第二布線層。
根據上述構成，在第一布線層上跨過比層間連接用開口還大的區(qū)域形成阻擋層。該阻擋層由于不形成在層間絕緣膜上而是形成于第一布線層與層間絕緣膜之間，因此，不發(fā)生在形成于層間絕緣膜上的層間連接用開口中的覆蓋不良問題，可以使其具有均勻膜厚。
因此，通過這種均勻膜厚的阻擋層，可以有效地抑制或阻止第一布線層與由金層構成的第二布線層之間的材料的擴散。
上述半導體裝置，優(yōu)選含有粘接層，該粘接層夾持在上述層間絕緣膜與上述第二布線層之間，進而，在上述層間連接用開口內，以夾持在上述阻擋層與上述第二布線層之間的方式形成，將上述第二布線層粘接在上述層間絕緣膜和阻擋層上，由導電性材料構成。根據該構成，通過由導電性材料構成的粘接層的作用，第二布線層被電連接在阻擋層上，同時，對于層間絕緣膜以及阻擋層也能夠良好的粘接。
上述阻擋層優(yōu)選具有氮化膜。此時，阻擋層可以是氮化膜的單層，也可以是氮化膜與其它的導電性材料膜的疊層膜。作為上述氮化膜，可以示例出TiN和TaN。
此外，作為上述阻擋層也可以使用硅等的導電性材料。
另外，作為上述第一布線層，可以示例出鋁布線(除了由鋁單體構成外，也可以由Al-Si合金或Al-Cu合金等的鋁合金構成)。
構成上述阻擋層的氮化膜，優(yōu)選是具有防反射膜的性質的膜。根據該構成，構成阻擋層的氮化膜可以作為兼用作將第一布線層圖形化的光刻工序中的曝光時的防反射膜。
一般在半導體裝置的制造裝置中，由于備有用于形成防反射膜的設備，因此，可以將這種防反射膜的成膜設備移用在構成阻擋層的氮化膜的形成中，可以利用現(xiàn)有的生產設備來制造本發(fā)明的半導體裝置。
上述阻擋層，優(yōu)選形成為與上述第一布線層相同的形狀，至少在上述層間連接用開口區(qū)域的附近形成為平面狀(即平整)。上述阻擋層中含有的氮化膜也可以形成為這種形狀。
上述阻擋層優(yōu)選具有200?！?000(優(yōu)選500?！?000)范圍的膜厚。這種膜厚范圍的氮化膜，即使在熱處理過程中，也可以確實防止由金層構成的第二布線層的擴散，即使在層間連接用開口的蝕刻時，也不會貫通。
一般，構成防反射膜的氮化膜，形成300以下的膜厚，但是為了防止金的擴散，優(yōu)選使用上述膜厚范圍氮化膜。
本發(fā)明的半導體裝置的制造方法，包括在半導體基板上形成第一布線層的工序；形成覆蓋該第一布線層的層間絕緣膜的工序；在該層間絕緣膜的規(guī)定位置上形成使上述第一布線層部分露出的層間連接用開口的工序；在上述第一布線層形成后上述層間絕緣膜形成前，在上述第一布線層上，形成跨過包含形成于上述層間絕緣膜上的層間連接用開口區(qū)域，比規(guī)定的該層間連接用開口區(qū)域大的區(qū)域的阻擋層的工序；在上述層間絕緣膜上的上述層間連接用開口內借助上述阻擋層以電連接在上述第一布線層的方式而形成由金層構成的作為最上層布線層的第二布線層的工序。
根據該方法，在第一布線層上的很寬的區(qū)域上形成阻擋層，在其上形成層間絕緣膜，阻擋層從形成于該層間絕緣膜上的層間連接用開口露出。因此，阻擋層與層間連接用開口附近的覆蓋問題沒有關系，可以形成均勻的膜厚，對于由金層構成的第二布線層可以發(fā)揮良好的阻擋效果。
上述方法，優(yōu)選進而包括在上述層間絕緣膜形成后、上述第二布線層形成之前，在上述層間絕緣膜上和上述層間連接用開口內，以與在上述層間絕緣膜以及上述開口內露出的上述阻擋層連接的方式，形成用于將上述第二布線層粘接在上述層間絕緣膜以及阻擋層上的由導電性材料構成的粘接層的工序。
形成上述第一布線層的工序以及形成上述阻擋層的工序，優(yōu)選包括在上述半導體基板上形成構成上述第一布線層的金屬材料膜的工序；在上述金屬材料膜上形成上述阻擋層的工序；在上述阻擋層上形成對應于上述第一布線層圖形的抗蝕圖形膜的抗蝕圖形膜形成工序；將該抗蝕圖形膜作為共同的掩模，通過蝕刻上述金屬材料膜以及阻擋層而形成上述第一布線層，以覆蓋該第一布線層的方式對上述阻擋層進行圖形化的工序。
根據該方法，第一布線層以及阻擋層通過以共同的抗蝕圖形膜作為掩模進行蝕刻而被圖形化，形成覆蓋整個第一布線層的阻擋層。這種阻擋層，可以具有均勻的膜厚，對于第二布線層具有良好的阻擋效果。
上述抗蝕圖形膜形成工序，優(yōu)選包括以覆蓋上述阻擋層的方式在整個面上形成抗蝕膜的工序；將該抗蝕膜曝光為對應于上述第一布線層的圖形的曝光工序，形成上述阻擋層的工序，優(yōu)選包括在上述曝光工序中，以具有對來自上述第一布線層的反射光進行遮光的防反射功能的氮化物材料形成上述阻擋層的工序。
根據該方法，可以將以覆蓋第一布線層的方式形成的氮化膜兼用作防反射膜，由此，可以良好地形成抗蝕圖形膜。本發(fā)明中除了上述目的之外的目的、效果以及特征，參照附圖根據下面的實施方式詳細敘述。


圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的半導體裝置的構成的剖面圖。
圖2(a)～2(g)是依次表示上述半導體裝置的制造工序的剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的其它實施方式的半導體裝置的構成的剖面圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的半導體裝置的構成的剖面圖。該半導體裝置在形成有場氧化膜12的硅基板11上具有由聚硅構成的布線15。
層間絕緣膜13以覆蓋場氧化膜12以及聚硅布線15的方式在整個面上形成，在該層間絕緣膜13上形成作為第一布線層的鋁布線層14。該鋁布線層14的表面被作為導電性氮化膜的TiN(氮化鈦)膜30(阻擋膜)覆蓋。該TiN膜30在該實施方式中，形成為與鋁布線層14相同的圖形，覆蓋該鋁布線層14的整個面。
TiN膜30以及層間絕緣膜13的整個面被USG(非摻雜硅酸鹽玻璃)層16U與以覆蓋其整個表層部的面的方式形成的氮化硅膜16S的疊層膜所構成的層間絕緣膜16覆蓋。即，TiN膜30在層間絕緣膜16的下面形成，夾持在鋁布線層14與層間絕緣膜16之間。
在層間絕緣膜16上形成有作為最上層布線層的第二布線層的金布線層(由金層構成的布線層)19。該金布線層19以及層間絕緣膜16的整個面被聚酰亞胺樹脂膜18被覆，該聚酰亞胺樹脂膜18的表面成為平整面。
在層間絕緣膜16的規(guī)定位置上形成有使作為層間絕緣膜16的下層的TiN膜30的部分露出的接觸孔H。借助該接觸孔H，鋁布線層14以及金布線層19借助TiN膜30被層間電連接。此時，TiN膜30具有作為阻擋層的防止金布線層19的材料金屬金的擴散的功能。該TiN膜30跨過含有接觸孔H的區(qū)域并且比該接觸孔H的區(qū)域還寬的區(qū)域在鋁布線層14上平整形成(即平面狀)。因此，由于與接觸孔H的覆蓋問題無關，因此具有良好的膜均勻性。
金布線層19與TiN膜30之間以及金布線層19與層間絕緣膜16之間，夾持有用于將金布線層19粘接在TiN膜30以及層間絕緣膜16上的作為導電性粘接層發(fā)揮作用的TiW膜20。
通過這種構成，在該裝置的制作后的合金處理時，即使將該裝置置于高溫環(huán)境下，通過TiN膜30的作用，可以有效地防止構成金布線層19的金向鋁布線層14側的擴散。另外，作為氮化膜的一種的TiN膜30，是耐腐蝕性良好的膜，即使PCT(Pressure Cooker Test)時的環(huán)境下使用時，也可以顯示良好的耐腐蝕性。
為了使TiN膜30發(fā)揮良好的阻擋效果，同時在用于形成接觸孔H的蝕刻時，不貫通，優(yōu)選該TiN膜30的膜厚設為200～1000，更優(yōu)選設為500?！?000。
圖2(a)～圖2(g)是依次表示上述半導體裝置的制造工序的剖面圖。
首先，如圖2(a)所示，在硅基板11的表面上形成元件分離膜12并形成元件區(qū)域，同時在該元件區(qū)域內形成由聚硅膜構成的布線15。
然后，如圖2(b)所示，在其上層形成由BPSG膜構成的層間絕緣膜13，借助未圖示的接觸孔在整個面上與聚硅布線15連接的鋁布線材料膜140，進而，在其整個面上形成膜厚500～1000的TiN膜30并覆蓋鋁布線材料膜140。鋁布線材料膜140以及TiN膜30的形成，可以通過濺射法形成。例如，也可以在通過濺射法形成鋁布線材料膜140后，將基板11保持在真空狀態(tài)下，在鋁布線材料膜140上通過濺射法形成TiN膜30。
另外，如圖2(c)所示，在TiN膜30上涂布抗蝕劑40，以對應于鋁布線層14的圖形的掩模41對抗蝕劑40進行曝光。此時，TiN膜30作為防反射膜發(fā)揮作用，對來自鋁布線材料膜140的反射光進行遮光，防止基于反射光引起的抗蝕劑40的不需要的曝光。由此，可以很好地對抗蝕劑40進行曝光，經過之后的顯影工序，可以圖形化為所需的圖形。
另外，如圖2(d)所示，將圖形化的抗蝕劑40作為共同的掩模，通過蝕刻TiN膜30以及鋁布線層14進行圖形化。接著，得到覆蓋鋁布線層14的整個面并且與該鋁布線層14圖形相同的TiN膜30。
之后，如圖2(e)所示，通過CVD法等(化學氣相生長法)通過沉積USG(非摻雜硅酸鹽玻璃)而形成USG層16U，進而，在該上層上通過等離子CVD法形成氮化硅膜16S。由此，形成層間絕緣膜16。在該層間絕緣膜16上的規(guī)定位置上通過干蝕刻形成接觸孔H。在硅基板11上形成的多個接觸孔H的大小優(yōu)選直徑集中在3μm以下，由此在基板11的各部中可以使蝕刻率均勻化，同時可以增大相對于TiN膜30的氮化硅膜16S的選擇此。
之后，如圖2(f)擴大所示，例如通過濺射法在整個面上形成TiW膜20。
然后，如圖2(g)所示，在整個面上形成金的種晶層19S。該種晶層19S的形成，可以在用于形成上述TiW20的處理室內，通過從TiW切換成金進行定標的連續(xù)濺射法來進行。
然后，以覆蓋種晶層19S的方式在整個面上形成抗蝕層24。在該抗蝕層24上形成對應于金布線層19的開口24a。在該狀態(tài)下通過進行金的電鍍，在開口24a內生長金布線層19。
之后，剝離抗蝕層24，蝕刻除去金布線層19以外的部分種晶層19S以及TiW膜20，同時，通過涂布法例如形成由膜厚2μm的聚酰亞胺樹脂膜18構成的鈍化膜，則可以獲得圖1所示構成的半導體裝置。
進而，例如也可以在聚酰亞胺樹脂膜18上的金布線層19上方的規(guī)定位置上開口，用鍵合線連接金布線層19和外部連接端子(未圖示)。
圖3是用于說明該發(fā)明的其它實施方式的半導體裝置的構成的剖面圖。在該圖3中，在對應于上述圖1所示的各部的部分上付與與圖1相同的標記。
在該實施方式中，代替聚酰亞胺樹脂膜18，通過氮化硅膜25形成鈍化膜。即，從圖2(g)的狀態(tài)，剝離抗蝕層24，通過蝕刻除去種晶層19S以及TiW膜20的不要部分后，例如通過在整個面上基于等離子CVD法形成氮化硅膜25，得到圖3所示構成的半導體裝置。
在該構成中，由于利用致密的并且鈍化效應高的氮化硅膜25，因此可以提高耐腐蝕性。在通過等離子CVD法形成氮化硅膜25時，半導體裝置變?yōu)楸恢糜诟邷丨h(huán)境下，但是即使在該情況下，由于TiN膜30的作用，也不發(fā)生金從金布線層19向鋁布線層14擴散的現(xiàn)象。
以上，對該兩個實施方式進行了說明，但是本發(fā)明也可以通過其它實施方式來實現(xiàn)。例如，在圖1的構成中，作為鈍化膜使用聚酰亞胺樹脂膜18，在圖3的構成中，作為鈍化膜使用氮化硅膜25，但是這些也均可以不設置鈍化膜。即使在這種情況下，表面露出的金布線層19具有充分的耐腐蝕性，層間絕緣膜16的表面也由鈍化效應高的氮化硅膜16S構成，而且TiN膜30的耐腐蝕性也良好，因此，半導體裝置作為整體也具有充分的耐腐蝕性。
另外，作為層間絕緣膜13，除了BPSG之外，例如也可以使用PSG(摻雜磷的硅氧化膜)或USG膜。
進而，也可以在沉積的USG層16U上利用SOG(Spin On Glass)法，涂布容易形成壁厚的由硅化合物構成的有機絕緣物(有機SOG)構成的有機SOG層26(參照圖1以及圖3等)，填埋USG層16U的上面的凹部后，通過高密度等離子CVD法形成氮化硅膜16S。
對于本發(fā)明的實施方式進行了詳細的說明，但是本發(fā)明的技術內容并不限定于這些，只要不脫離本發(fā)明的技術構思，其它變更都包括在本發(fā)明之內。
本申請與2003年9月5日在日本專利局提出的申請2003-314240號對應，該申請的全部內容都包括在該申請中。
權利要求
1.一種半導體裝置，包括形成于半導體基板上的第一布線層；形成于該第一布線層上的層間絕緣膜；夾持于上述第一布線層與上述層間絕緣膜之間，跨過含有形成于上述層間絕緣膜上的層間連接用開口區(qū)域，比該層間連接用開口區(qū)域更寬的區(qū)域而形成于上述第一布線層上的阻擋層；形成于上述層間絕緣膜上，在上述層間連接用開口內借助上述阻擋層電連接在上述第一布線層上，由金層構成的作為最上層布線層的第二布線層。
2.根據權利要求1所示的半導體裝置，其中，進一步包含粘接層，該粘接層夾持在上述層間絕緣膜與上述第二布線層之間，進而，在上述層間連接用開口內，以夾持在上述阻擋層與上述第二布線層之間的方式形成，將上述第二布線層粘接在上述層間絕緣膜和阻擋層上，由導電性材料構成。
3.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中，上述阻擋層具有氮化膜。
4.根據權利要求3所述的半導體裝置，構成上述阻擋層的氮化膜是具有防反射膜的性質的膜。
5.根據權利要求1～4中任一項所述的半導體裝置，其中，上述阻擋層形成為與上述第一布線層相同的形狀，至少在上述層間連接用開口區(qū)域附近形成為平面狀。
6.根據權利要求1所述的半導體裝置，其中，上述阻擋層具有200?！?000范圍的膜厚。
7.一種半導體裝置的制造方法，包括在半導體基板上形成第一布線層的工序；形成覆蓋該第一布線層的層間絕緣膜的工序；在該層間絕緣膜的規(guī)定位置上形成使上述第一布線層部分露出的層間連接用開口的工序；在上述第一布線層形成后上述層間絕緣膜形成前，在上述第一布線層上，形成跨過包含形成于上述層間絕緣膜上的層間連接用開口區(qū)域，比規(guī)定的該層間連接用開口區(qū)域大的區(qū)域的阻擋層的工序；在上述層間絕緣膜上的上述層間連接用開口內，借助上述阻擋層以電連接在上述第一布線層的方式而形成由金層構成的作為最上層布線層的第二布線層的工序。
8.根據權利要求7所述的半導體裝置的制造方法，其中，進一步包括在上述層間絕緣膜形成后上述第二布線層形成之前，在上述層間絕緣膜上和上述層間連接用開口內，以與在上述層間絕緣膜以及上述開口內露出的上述阻擋層連接的方式，形成用于將上述第二布線層粘接在上述層間絕緣膜以及阻擋層上的由導電性材料構成的粘接層的工序。
9.根據權利要求7或8所述的半導體裝置的制造方法，其中，形成上述第一布線層的工序以及形成上述阻擋層的工序，包括在上述半導體基板上形成構成上述第一布線層的金屬材料膜的工序；在上述金屬材料膜上形成上述阻擋層的工序；在上述阻擋層上形成對應于上述第一布線層的圖形的抗蝕圖形膜的抗蝕圖形膜形成工序；將該抗蝕圖形膜作為共同的掩模，通過蝕刻上述金屬材料膜以及阻擋層而形成上述第一布線層，以覆蓋該第一布線層的方式對上述阻擋層進行圖形化的工序。
10.根據權利要求9所述的半導體裝置的制造方法，其中，上述抗蝕圖形膜形成工序，包括以覆蓋上述阻擋層的方式在整個面上形成抗蝕膜的工序；將該抗蝕膜曝光成對應于上述第一布線層的圖形的曝光工序，上述形成阻擋層的工序，包括在上述曝光工序中，以具有對來自上述第一布線層的反射光進行遮光的防反射功能的氮化物材料形成上述阻擋層的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體裝置，包括形成于半導體基板上的第一布線層；形成于該第一布線層上的層間絕緣膜；夾持于上述第一布線層與上述層間絕緣膜之間的阻擋層；形成于上述層間絕緣膜上由金層構成的作為最上層布線層的第二布線層。上述阻擋層，跨過含有形成于上述層間絕緣膜上的層間連接用開口區(qū)域，比該層間連接用開口區(qū)域更寬的區(qū)域而形成于上述第一布線層上。上述第二布線層，在上述層間連接用開口內借助上述阻擋層電連接在上述第一布線層上。
文檔編號H01L21/70GK1591857SQ20041005593
公開日2005年3月9日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權日2003年9月5日
發(fā)明者仲谷吾郎, 田村均 申請人:羅姆股份有限公司