專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
常規(guī)半導(dǎo)體器件包括，例如，日本專利特許公開號(hào)2001-102,449中描述的半導(dǎo)體器件。圖12A和12B中示出了日本專利特許公開號(hào)2001-102,449中描述的半導(dǎo)體器件的剖面圖。如圖12A所示，關(guān)于制造半導(dǎo)體器件采用的基體層201，在基體層201的表面上形成電極400，以及電極400的外圍覆有絕緣層401，以及被平整。
然后，如圖12B所示，在基體層201上順序地淀積Si3N4層202、有機(jī)旋涂玻璃(SOG)膜203、Si3N4層204、有機(jī)SOG膜207和Si3N4層208，以及通過雙鑲嵌刻蝕工藝集成地形成溝槽和孔。然后，在這些溝槽和孔內(nèi)嵌入銅，作為導(dǎo)電體層402，以形成互連電路，由此實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件。
但是，在有機(jī)SOG膜203和207以及刻蝕停止膜之間具有界面，有機(jī)SOG膜203是低介電常數(shù)絕緣膜，刻蝕停止膜是下膜或Si3N4層202，204和208，在日本專利特許-公開號(hào)2001-102,449中描述的常規(guī)技術(shù)中用作上層膜的硬掩模薄膜，以及該界面與導(dǎo)電體層402接觸。
在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)在由部分導(dǎo)電體層402構(gòu)成的互連之間的間隔(即，導(dǎo)電體層402之間的間隔)是窄的情況下，在互連之間進(jìn)行時(shí)依介電擊穿(TDDB)時(shí)，通過這些界面發(fā)生介電擊穿，以致在由導(dǎo)電體層402的一部分構(gòu)成的互連之間發(fā)生短路。當(dāng)有機(jī)SOG膜203和207的介電常數(shù)減小時(shí)，該現(xiàn)象變得令人注目，有機(jī)SOG膜203和207是低介電常數(shù)絕緣膜。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況提供本發(fā)明，以及本發(fā)明提供一種抑制半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿的技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的上部上的多層絕緣膜；包含銅或銅合金的導(dǎo)電體，該導(dǎo)電體設(shè)置為延伸貫穿多層絕緣膜；以及設(shè)置在多層絕緣膜和導(dǎo)電體之間的絕緣膜，其中多層絕緣膜包括第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層，第二絕緣層設(shè)置在第一絕緣層上且具有比第一絕緣層更低的介電常數(shù)，第三絕緣層設(shè)置在第二絕緣層上且具有比第二絕緣層更高的介電常數(shù)，以及其中絕緣膜使導(dǎo)電體與第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面隔離，以及使導(dǎo)電體與第二絕緣層和第三絕緣層之間的界面隔離。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，絕緣膜被配置為使導(dǎo)電體與第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面隔離，以及使導(dǎo)電體與第二絕緣層和第三絕緣層之間的界面隔離，以便抑制在這些界面和導(dǎo)電體之間發(fā)生短路。結(jié)果，可以抑制在半導(dǎo)體器件中另外發(fā)生的介電擊穿。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在半導(dǎo)體襯底的上部上形成多層絕緣膜，該多層絕緣膜包括第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層，第二絕緣層設(shè)置在第一絕緣層上且具有比第一絕緣層更低的介電常數(shù)，第三絕緣層設(shè)置在第二絕緣層上且具有比第二絕緣層更高的介電常數(shù)；通過形成開口形成絕緣膜，開口延伸貫穿多層絕緣膜，覆蓋第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面附近中的開口的部分側(cè)表面以及第二絕緣層和第三絕緣層之間的界面附近中的開口的部分側(cè)表面；以及在開口內(nèi)的絕緣膜的部分內(nèi)部上形成包含銅或銅合金的導(dǎo)電體，以便延伸貫穿多層絕緣膜。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，絕緣膜覆蓋第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面附近中的部分以及第二絕緣層和第三絕緣層之間的界面附近中的部分，以致這些界面和導(dǎo)電體之間發(fā)生的短路被抑制。結(jié)果，可以抑制在半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
由于根據(jù)本發(fā)明采用具有在其上形成的絕緣膜的結(jié)構(gòu)，因此實(shí)現(xiàn)抑制介電擊穿的半導(dǎo)體器件，該絕緣膜覆蓋第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面和第二絕緣層和第三絕緣層之間的界面。


從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明將使本發(fā)明的上述及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)更明顯，其中圖1是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例1制造半導(dǎo)體器件的方法；圖2是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例1和3制造半導(dǎo)體器件的方法；圖3是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例1制造半導(dǎo)體器件的方法；圖4是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例1制造半導(dǎo)體器件的方法；圖5是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例1制造半導(dǎo)體器件的方法；圖6是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例1的半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)；圖7是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例3制造半導(dǎo)體器件的方法；圖8是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例3制造半導(dǎo)體器件的方法；圖9是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例3的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖10是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例2的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；圖11是剖面圖，用于描述根據(jù)實(shí)施例4的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)；以及圖12A和12B是剖面圖，每個(gè)用于描述常規(guī)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
在這些繪圖中，標(biāo)記具有以下含義102層間絕緣膜，104刻蝕停止膜，106低介電常數(shù)絕緣膜，108硬掩模薄膜，110ARC膜，112光刻膠膜，114開口，116絕緣膜，118阻擋金屬膜，120Cu膜，122銅擴(kuò)散保護(hù)膜，124絕緣膜，126阻擋金屬膜，128Cu膜，130刻蝕停止膜，132低介電常數(shù)絕緣膜，134硬掩模薄膜，136Cu膜，140多層絕緣膜，142多層絕緣膜，201基層，202Si3N4膜，203有機(jī)SOG膜，204Si3N4膜，207有機(jī)SOG膜，208Si3N4膜，400電極，401絕緣層，402導(dǎo)電體層。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考說明性實(shí)施例描述發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到使用本發(fā)明的教導(dǎo)可以完成許多選擇性實(shí)施例，以及本發(fā)明不局限于用于解釋性目的而說明的實(shí)施例。
在本發(fā)明中，上述絕緣膜可以設(shè)定為與多層絕緣膜具有絕緣膜延伸貫穿第二絕緣層和第三絕緣層并嵌入至少部分第一絕緣層內(nèi)的關(guān)系。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，絕緣膜可以連續(xù)地覆蓋第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面附近中的部分以及第二絕緣層和第三絕緣層之間的界面附近中的部分。因此，可以增效的抑制半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
在本發(fā)明中，上述絕緣膜可以被配置為延伸貫穿多層絕緣膜。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，絕緣膜可以連續(xù)地覆蓋多層絕緣膜的側(cè)表面。因此，進(jìn)一步增效的抑制半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面附近中的絕緣膜的薄膜厚度大于第二絕緣層和第三絕緣層之間的界面附近中的絕緣膜的薄膜厚度。
通過該結(jié)構(gòu)，其中在本發(fā)明中，第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面附近中的絕緣膜的薄膜厚度大于第二絕緣層和第三絕緣層之間界面附近中的絕緣膜的薄膜厚度，即使第一絕緣層和第二絕緣層之間顯示出差的粘附力的情況下，第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面附近可以被明確地覆蓋，由此防止可能在第一絕緣層和第二絕緣層之間另外的發(fā)生的剝離。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定當(dāng)距多層絕緣膜的底部的距離增加時(shí)，絕緣膜的薄膜厚度逐漸地減小。
通過具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中當(dāng)距多層絕緣膜的底部的距離增加時(shí)，絕緣膜的薄膜厚度逐漸地減小，即使在第一絕緣層和第二絕緣層之間具有差的粘附力的情況下，第一絕緣層和第二絕緣層之間的界面附近也可以被安全地覆蓋，由此防止可能在第一絕緣層和第二絕緣層之間另外發(fā)生的剝離。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定絕緣膜包含與第一絕緣層的材料相似類型的材料。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，增加絕緣層與第一絕緣膜的粘附力。因此，可以增效的抑制半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。此外，其機(jī)械強(qiáng)度也可以增加。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定第二絕緣層的特定介電常數(shù)等于或小于3.5。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以減小半導(dǎo)體器件的寄生電容，由此抑制互連延遲的產(chǎn)生。這里，由于在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中設(shè)置了絕緣膜，因此即使第二絕緣層的特定介電常數(shù)等于或小于3.5，也可以抑制半導(dǎo)體器件的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定導(dǎo)電體包括銅或銅合金層和覆蓋銅或銅合金層的底表面和側(cè)表面的阻擋金屬膜。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以抑制銅元素從金屬銅或銅合金層擴(kuò)散。這里，由于在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中設(shè)置了絕緣膜，因此可以抑制阻擋金屬膜和上述界面之間的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定進(jìn)一步包括第四絕緣層，第四絕緣層設(shè)置在多層絕緣膜上。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以首先半導(dǎo)體器件的絕緣性能的進(jìn)一步改善。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定絕緣膜包含與第一絕緣層和第四絕緣層的材料相似類型的材料，以及形成為與第一絕緣層和第四絕緣層接觸。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以增加絕緣膜與第一絕緣層和第四絕緣層的粘附力。因此，可以增效的抑制在半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。此外，其機(jī)械強(qiáng)度也可以增加。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定互連設(shè)置在多層絕緣膜中，以及導(dǎo)電體至少包括互連的一部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在互連之間具有減小距離的情況下，可以抑制互連之間的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定半導(dǎo)體器件還包括在半導(dǎo)體襯底和多層絕緣膜之間設(shè)置的互連和導(dǎo)電體，導(dǎo)電體至少包括耦合到互連的通孔栓塞的一部分。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在通孔栓塞之間具有減小距離的情況下，可以抑制通孔栓塞之間的介電擊穿。
此外。在本發(fā)明中?？梢詢?yōu)選配置絕緣膜的內(nèi)部形成為向前漸縮的形狀。
當(dāng)絕緣膜的內(nèi)表面的形狀未向前漸縮時(shí)，構(gòu)成導(dǎo)電體的源材料到達(dá)絕緣膜的內(nèi)表面的下部(半導(dǎo)體襯底的側(cè)面中的部分)和在導(dǎo)電體的形成中，在絕緣膜的內(nèi)表面的下部上淀積源材料是困難的。因此，在導(dǎo)電體的形成過程中可能產(chǎn)生空隙。
相反，構(gòu)成導(dǎo)電體的源材料可以容易地到達(dá)絕緣膜的內(nèi)表面的下部(半導(dǎo)體襯底的側(cè)面中的部分)以及通過實(shí)現(xiàn)向前漸縮的形狀，可以容易地在絕緣膜的內(nèi)表面的下部上淀積源材料，至絕緣膜的內(nèi)表面，以形成其內(nèi)表面作為傾斜面。利用該結(jié)構(gòu)，可以防止在導(dǎo)電體的形成中產(chǎn)生空隙。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定，形成絕緣膜包括，當(dāng)通過濺射刻蝕部分第一絕緣層形成開口時(shí)，在開口的側(cè)表面上提供部分第一絕緣層的粘附力。
根據(jù)這種方法，可以用簡單的和容易的工藝，在開口的側(cè)表面上形成絕緣膜。因此，可以有效地抑制在半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定，提供部分第一絕緣層的粘附力包括，在等于或低于1mmTorr的氣壓下，利用惰性氣體的濺射刻蝕。
根據(jù)這種方法，可以增加絕緣膜的薄膜質(zhì)量。因此，可以有效地抑制在半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定，形成絕緣膜包括通過濺射刻蝕部分第一絕緣層，形成包括在第一絕緣層內(nèi)的開口的底表面；通過部分地除去開口的底表面正下方的第一絕緣層形成延伸貫穿多層絕緣膜的開口。
根據(jù)這種方法，在濺射刻蝕之后，在開口的底表面正下方剩余第一絕緣層。因此，可以抑制在濺射刻蝕過程中，第一絕緣層的下部中設(shè)置的結(jié)構(gòu)發(fā)生的損壞。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定，形成絕緣膜包括，當(dāng)通過進(jìn)行部分第一絕緣層的各向異性干法刻蝕形成開口時(shí)，在開口的側(cè)表面上提供部分第一絕緣層的粘附力。
根據(jù)這種方法，可以用簡單的和容易的工藝，在開口的側(cè)表面上形成絕緣膜。因此，可以有效地抑制在半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定，提供部分第一絕緣層的粘附力包括通過采用包含氟化碳?xì)怏w和氮?dú)饣驓錃獾目涛g劑氣體進(jìn)行各向異性干法刻蝕。
根據(jù)這種方法，可以增加絕緣膜的薄膜質(zhì)量。因此，可以有效地抑制在半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
在本發(fā)明中，可以設(shè)定，形成多層絕緣膜包括，形成具有等于或高于10原子％的碳濃度的第一絕緣層。
根據(jù)這種方法，在各向異性干法刻蝕中，第一絕緣層的一部分可以容易地粘附到開口的側(cè)表面。因此，可以增加絕緣膜的薄膜質(zhì)量。結(jié)果，可以有效地抑制在半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿。
下面將根據(jù)附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在所有圖中，相同的數(shù)字指定為圖中共同地出現(xiàn)的元件，以及不再進(jìn)行其詳細(xì)描述。
第一實(shí)施例圖6是用于描述本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1包括半導(dǎo)體襯底S、形成在半導(dǎo)體襯底上的層間絕緣膜102以及設(shè)置在層間絕緣膜102上的多層絕緣膜140。這種半導(dǎo)體器件1包括導(dǎo)電體(Cu互連)，設(shè)置為延伸貫穿多層絕緣膜140，以及每個(gè)包括Cu膜120和阻擋金屬膜118。阻擋金屬膜118設(shè)置為覆蓋Cu膜120的側(cè)表面和底表面。這里，Cu膜120可以是Cu合金膜，以便增加電遷移(EM)阻抗。該半導(dǎo)體器件包括設(shè)置在多層絕緣膜140和導(dǎo)電體(Cu膜120和阻擋金屬膜118)之間的絕緣膜116。
多層絕緣膜140包括刻蝕停止膜104(第一絕緣層)、低介電常數(shù)絕緣膜106(第二絕緣層)以及硬掩模薄膜108(第三絕緣層)，低介電常數(shù)絕緣膜106設(shè)置在刻蝕停止膜104上以及具有比刻蝕停止膜104更低的介電常數(shù)，硬掩模薄膜108設(shè)置在低介電常數(shù)絕緣膜106上以及具有比低介電常數(shù)絕緣膜106更高的介電常數(shù)。
絕緣膜116使刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106的界面與導(dǎo)電體(Cu膜120和阻擋金屬膜118)隔離。絕緣膜116也使低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108的界面與導(dǎo)電體(Cu膜120和阻擋金屬膜118)隔離。在硬掩模薄膜108上和在Cu膜120上形成銅擴(kuò)散保護(hù)膜122(第四絕緣層，SiCN膜)。
而且，絕緣膜116被設(shè)置為覆蓋阻擋金屬膜118的側(cè)表面區(qū)域，除層間絕緣膜102的附近之外。更具體地說，部分刻蝕停止膜104設(shè)置在絕緣膜116正下方。換句話說，絕緣膜116與多層絕緣膜140具有絕緣膜116延伸貫穿低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108以及被嵌入至少部分刻蝕停止膜104內(nèi)的關(guān)系。而且，刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106之間的界面附近的絕緣膜116的薄膜厚度大于低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108之間的界面處的絕緣膜116的薄膜厚度。此外，絕緣膜116由類似于刻蝕停止膜104的材料和銅擴(kuò)散保護(hù)膜122的材料構(gòu)成，并與刻蝕停止膜104和銅擴(kuò)散保護(hù)膜122接觸。
而且，絕緣膜116形成為覆蓋導(dǎo)電體的阻擋金屬膜118的外圍，以及絕緣膜116的內(nèi)徑從多層絕緣膜104的表面(硬掩模薄膜108的側(cè)面)至半導(dǎo)體襯底S的側(cè)面沿厚度方向逐漸地減小。換句話說，絕緣膜116的內(nèi)表面是向前漸縮的形狀。
這里，低介電常數(shù)絕緣膜106可以由具有等于或小于3.5的介電常數(shù)的材料形成?？梢酝ㄟ^采用例如，甲基聚硅氧烷、硅玻璃、多孔的甲基聚硅氧烷、多孔的有機(jī)硅玻璃等以及氫化的聚硅氧烷來形成低介電常數(shù)絕緣薄膜。因而，對(duì)于低介電常數(shù)絕緣膜106，具有等于或低于3.5的介電常數(shù)的材料的使用，在銅互連之間提供減小的寄生電容。
下面參考附圖描述用于制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法。
圖1至5是剖面圖，說明用于制造圖6所示的半導(dǎo)體器件1的方法。在圖1至圖5中不存在半導(dǎo)體襯底S的圖例。
首先，如圖1所示，通過公知的方法在已形成在半導(dǎo)體襯底上的層間絕緣膜102上依次形成由SiCN膜構(gòu)成的刻蝕停止膜104、由氫化的聚硅氧烷膜構(gòu)成的低介電常數(shù)絕緣膜106以及由SiO2膜構(gòu)成的硬掩模薄膜108，以形成多層絕緣膜140。
連續(xù)地，在多層絕緣膜140上順序地形成抗反射涂層(ARC)膜110和光刻膠膜112，以及通過公知的光刻技術(shù)在光刻膠薄膜112中形成希望的圖形。
接下來，如圖2所示，通過構(gòu)圖的光刻膠膜112的掩模，順序地刻蝕ARC膜110、硬掩模薄膜108和低介電常數(shù)絕緣膜106，以形成開口114。關(guān)于刻蝕停止膜104，可以選擇利用用于刻蝕低介電常數(shù)絕緣膜106(氫化的聚硅氧烷膜)的刻蝕氣體能提供一定的刻蝕速率選擇率(亦即，提供大的選擇率)的材料構(gòu)成的薄膜用于刻蝕停止膜104(例如，SiCN膜)。因此，利用刻蝕停止膜104，通過刻蝕形成的開口114的前緣在低介電常數(shù)絕緣膜106的界面處停止。順序地，通過灰化工藝剝離光刻膠膜112和ARC膜110，以及利用洗提溶液除去其殘留物。
此外，如圖3所示，在惰性氣體氣氛內(nèi)，在CVD或PVD室中濺射刻蝕在開口114的底部上露出的部分刻蝕停止膜104，以刻蝕開口114的底部上的部分刻蝕停止膜104，構(gòu)成刻蝕停止膜104的材料(例如，SiCN膜)被粘附在開口114的側(cè)壁上，形成絕緣膜116(保護(hù)膜)。
這里，當(dāng)進(jìn)行濺射刻蝕時(shí)，優(yōu)選設(shè)計(jì)在濺射刻蝕工序之后，開口114的底部上的部分刻蝕停止膜104應(yīng)該剩余，因?yàn)槿绻糠挚涛g停止膜104被完全刻蝕掉(即，如果開口114延伸貫穿刻蝕停止膜104)，那么在通過濺射刻蝕的刻蝕工序過程中，在如下面的金屬層(未示出)的結(jié)構(gòu)中發(fā)生損壞，導(dǎo)致金屬層(并示出)的電阻增加的問題等。
在此情況下用于濺射刻蝕的工藝條件可以是例如在惰性氣體如Ar氣體氣氛下；上線圈在1MHz以上和200W以上；在13.56MHz的頻率下具有200W以上功率的襯底偏壓；以及1mmTorr以下的氣體壓力。具體，可以通過在等于或低于1mmTorr的氣壓的低壓下進(jìn)行濺射刻蝕，更高效率地濺射開口114的底部上的部分絕緣膜(刻蝕停止膜104)。
通過濺射刻蝕形成的絕緣膜116覆蓋低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108之間的界面的開口114中的露出部分，以及覆蓋低介電常數(shù)絕緣膜106和刻蝕停止膜104之間的界面的開口114中的露出部分。由于通過濺射刻蝕工序形成絕緣膜116，因此在將濺射的薄膜附近容易淀積薄膜。更具體地說，絕緣膜116具有其中當(dāng)隨距開口底部的距離增加時(shí)薄膜厚度逐漸減小的幾何形狀。
接下來，如圖4所示，通過各向異性深刻蝕除去開口114底部正下方剩余的殘余刻蝕停止膜104。這些提供開口114的位置，開口114延伸貫穿多層絕緣膜140。由于此時(shí)進(jìn)行各向異性深刻蝕，開口114的側(cè)壁中形成的絕緣膜116剩余，極少被刻蝕。
接下來，如圖5所示，在開口114的底表面和側(cè)表面的整個(gè)表面上形成包括阻擋金屬膜118(Ta/TaN膜)和籽晶Cu膜(未示出)的多層膜。連續(xù)地，通過在籽晶Cu膜上的金屬電鍍工序形成Cu膜120。此外，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去硬掩模薄膜108上形成的阻擋膜118和Cu膜120的不需要部分，以形成由阻擋金屬膜118和Cu膜120構(gòu)成的Cu互連。
然后，如圖6所示，在硬掩模薄膜108、阻擋金屬膜118和Cu膜120的整個(gè)表面上形成由SiCN膜(Cu擴(kuò)散阻擋膜)構(gòu)成的抗銅擴(kuò)散膜122。
下面將描述通過采用根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)獲得的有益效果。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1，可以增加相鄰Cu互連之間的隔離電壓。更具體地說，絕緣膜116被設(shè)置為使由阻擋金屬膜118和Cu膜120構(gòu)成的Cu互連與低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108之間的線性界面隔離。此外，絕緣膜116被設(shè)置為使由阻擋金屬膜118和Cu膜120構(gòu)成的Cu互連與低介電常數(shù)絕緣膜106和刻蝕停止膜104之間的線性界面隔離。因此，可以有效地抑制易于在絕緣層之間界面發(fā)生的介電擊穿。結(jié)果，可以增加相鄰Cu互連之間的隔離電壓。
此外，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，增加絕緣層之間的粘結(jié)強(qiáng)度。更具體地說，由于絕緣膜116、刻蝕停止膜104和銅擴(kuò)散保護(hù)膜122由相同的材料(SiCN膜)構(gòu)成，因此可以增強(qiáng)絕緣膜116與刻蝕停止膜104的粘附力和絕緣膜116與銅擴(kuò)散保護(hù)膜122的粘附力，由此在絕緣層之間提供增加的粘結(jié)強(qiáng)度。
阻擋金屬膜118通常通過物理汽相淀積(PVD)工藝淀積，以及當(dāng)絕緣膜的內(nèi)表面的形狀不向前漸縮時(shí)，或例如，是垂直于半導(dǎo)體襯底s的豎直面時(shí)，構(gòu)成阻擋金屬膜118的金屬分子到達(dá)絕緣膜116的內(nèi)表面的下部(層間絕緣膜102的最接近部分)和在阻擋金屬膜118的形成中在絕緣膜116的內(nèi)表面的下部上淀積金屬分子是困難的。因此，在阻擋金屬膜118的形成過程中可能產(chǎn)生空隙。
相反，在本實(shí)施例中，構(gòu)成阻擋金屬膜118的金屬分子可以容易地到達(dá)絕緣膜116的內(nèi)表面的下部(層間絕緣膜102的最接近部分)，以及在阻擋金屬膜的形成過程中，通過實(shí)現(xiàn)向前漸縮的形狀至絕緣膜116的內(nèi)表面，以形成其作為傾斜面的內(nèi)表面，可以在絕緣膜116的內(nèi)表面的下部上淀積金屬分子。利用該結(jié)構(gòu)，可以防止在阻擋金屬膜118的形成中產(chǎn)生空隙。
換句話說，根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1，可以獲得顯示出改進(jìn)的制造穩(wěn)定性的半導(dǎo)體器件。
而且，在本實(shí)施例中，絕緣膜116具有一幾何形狀，其中當(dāng)距刻蝕停止膜104的距離增加時(shí)，薄膜厚度逐漸地減小，在刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106之間的界面處絕緣膜116的薄膜厚度大于低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108之間的界面處的絕緣膜116的薄膜厚度。
這里，可以在低介電常數(shù)絕緣膜106的表面上進(jìn)行表面處理，如等離子體處理，以增強(qiáng)介電常數(shù)絕緣膜106與硬掩模薄膜108的粘附力，以便可以實(shí)現(xiàn)低介電常數(shù)絕緣膜106與硬掩模薄膜108的提高粘附力。
另一方面，由SiCN膜等構(gòu)成的刻蝕停止膜104與由具有等于或低于3.5的介電常數(shù)的材料構(gòu)成的低介電常數(shù)絕緣膜的粘附力是差的，具體，當(dāng)?shù)徒殡姵?shù)絕緣膜106由具有等于或低于2.5的介電常數(shù)的材料構(gòu)成時(shí)，刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106的界面的粘附力被減小，因此當(dāng)例如進(jìn)行TDDB測(cè)試時(shí)，增加在前述界面處導(dǎo)致?lián)舸┑目赡苄浴?br> 盡管，預(yù)期在刻蝕停止膜104上進(jìn)行表面處理如等離子體處理，以便提高刻蝕停止膜104與低介電常數(shù)絕緣膜106的粘附力，這里，它常?？赡苁羌词乖诳涛g停止膜104上進(jìn)行表面處理，由SiCN膜構(gòu)成的刻蝕停止膜104與低介電常數(shù)絕緣膜106的粘附力也不增加的情況。
為了解決該問題，刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106之間的界面處絕緣膜116的薄膜厚度被選擇為大于低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108之間的界面處的絕緣膜116的薄膜厚度，以便可以安全地防止在刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜之間發(fā)生的剝離。例如，可以防止在刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106之間的界面處發(fā)生的故障，由此提供增加的電阻。
而且，由于刻蝕停止膜104部分地剩余，因此當(dāng)通過濺射刻蝕工藝使部分刻蝕停止膜104粘附到開口114的側(cè)表面，形成絕緣膜116時(shí)，對(duì)刻蝕停止膜104的下結(jié)構(gòu)造成的損壞可以被抑制。結(jié)果，可以增加半導(dǎo)體器件的制造穩(wěn)定性。
第二實(shí)施例圖10是剖面圖，說明根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件2的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件2的結(jié)構(gòu)基本上類似于第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的結(jié)構(gòu)，除了絕緣膜116被涂敷到在Cu互連(Cu膜128和阻擋金屬膜126)上形成的Cu通孔栓塞(阻擋金屬膜Cu膜136和118)之外。
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件2中，Cu通孔栓塞形成在Cu互連上。此外，Cu互連形成在包括刻蝕停止膜130、低介電常數(shù)絕緣膜132和硬掩模薄膜134的多層絕緣膜142內(nèi)。在圖10中，類似于圖6，設(shè)置絕緣膜116，使Cu通孔栓塞的阻擋金屬膜118與低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108的界面分開。該絕緣膜116使低介電常數(shù)絕緣膜106和刻蝕停止膜104的界面與Cu通孔栓塞的阻擋金屬膜118隔離。這里，關(guān)于Cu互連的互連結(jié)構(gòu)，也可以分開地形成圖6所示的附加絕緣膜116。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件2，可以增加相鄰的銅通孔栓塞之間的隔離電壓。更具體地說，通過提供使Cu通孔栓塞與絕緣層之間的界面隔離的絕緣膜代替提供Cu互連，可以有效地抑制絕緣層之間界面處發(fā)生的介電擊穿。結(jié)果，可以增加相鄰Cu通孔栓塞之間的隔離電壓。此外，也可以獲得由采用第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可獲得的有益效果。
第三實(shí)施例圖9是剖面圖，說明根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件3的結(jié)構(gòu)。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件3的結(jié)構(gòu)基本上類似于第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，除了絕緣膜124延伸貫穿多層絕緣膜140與層間絕緣膜102接觸之外。更具體地說，與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同之處在于其中在第一實(shí)施例中，刻蝕停止膜104的部分設(shè)置在絕緣膜116的正下方，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不包括設(shè)置在絕緣膜124正下方的刻蝕停止膜104。
下面將參考附圖描述用于制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的方法。
用于制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件3的方法基本上類似于第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，除了通過在各向異性干法刻蝕工序中引起的開口114的側(cè)壁上構(gòu)成刻蝕停止膜104的材料的粘附力，代替進(jìn)行刻蝕停止膜104的濺射刻蝕，形成絕緣膜之外。
圖7和圖8是剖面圖，說明用于制造9所示的半導(dǎo)體器件的方法。
為了制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，首先進(jìn)行圖1和圖2所示的工序步驟，與第一實(shí)施例共同的那些工序不再描述其細(xì)節(jié)。在圖7和圖8中不存在半導(dǎo)體襯底S的圖例。
如圖7所示，進(jìn)行刻蝕停止膜104的各向異性干法刻蝕，完成圖2所示的工序一次。此時(shí)，可以選擇合適的刻蝕條件，以在開口114的側(cè)壁上提供構(gòu)成刻蝕停止膜104的材料的粘附力，由此形成絕緣膜124。
此時(shí)的刻蝕條件可以是例如采用至少包含氟化碳?xì)怏w、氮?dú)饣驓錃獾目涛g劑氣體的條件。此外，為了提供在刻蝕工序中容易粘附到側(cè)壁的絕緣膜124(保護(hù)膜)，也可以增加刻蝕停止膜104中的碳濃度。例如，10原子％以上的碳濃度的刻蝕停止膜104提供在刻蝕工序中更容易粘附在側(cè)壁上的絕緣膜124。
然后，如圖8所示，在開口114的底表面和側(cè)表面的整個(gè)表面上順序地形成阻擋金屬膜118和籽晶Cu膜(未示出)。連續(xù)地，通過金屬電鍍工藝，在籽晶Cu膜上形成Cu膜120。此外，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去硬掩模薄膜108上形成的阻擋膜118和Cu膜120的不需要部分，以形成由Cu膜120和阻擋金屬膜構(gòu)成的Cu互連。
然后，如圖9所示，在硬掩模薄膜108和Cu膜120上形成由SiCN膜(Cu擴(kuò)散阻擋膜)構(gòu)成的抗銅擴(kuò)散膜122。
下面將描述通過采用根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件獲得的有益效果。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，除第一實(shí)施例的有益效果之外，獲得提供半導(dǎo)體器件的改進(jìn)的制造穩(wěn)定性的有益效果。更具體地說，由于在完成硬掩模薄膜108和低介電常數(shù)絕緣膜106的刻蝕之后，刻蝕停止膜104可以以各向異性干法刻蝕形成絕緣膜124，因此不需要用于使該工藝過渡為濺射刻蝕等的任意過渡工藝，由此減小必要的工序步驟。此外，由于在這種結(jié)構(gòu)中可以在相對(duì)中性的條件下進(jìn)行各向異性干法刻蝕，因此即使刻蝕停止膜104被完全除去，也可以抑制對(duì)刻蝕停止膜104的下結(jié)構(gòu)造成的損壞。結(jié)果，可以增加半導(dǎo)體器件的制造穩(wěn)定性。
第四實(shí)施例圖11是剖面圖，說明根據(jù)第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件4的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件2的結(jié)構(gòu)基本上類似于第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件1的結(jié)構(gòu)，除了絕緣膜124被涂敷到在Cu互連(Cu膜128和阻擋金屬膜126)上形成的Cu通孔栓塞(阻擋金屬膜Cu膜136和118)之外。
在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件4中，Cu通孔栓塞形成在Cu互連上。此外，Cu互連形成在包括刻蝕停止膜130、低介電常數(shù)絕緣膜132和硬掩模薄膜134的多層絕緣膜142內(nèi)。在圖11中，類似于圖9，設(shè)置使Cu通孔栓塞間阻擋金屬膜118與低介電常數(shù)絕緣膜124和硬掩模薄膜118之間的界面分開的絕緣膜124。絕緣膜124使低介電常數(shù)絕緣膜106和刻蝕停止膜104間的界面與Cu通孔栓塞間阻擋金屬膜118隔離。這里，關(guān)于Cu互連的互連結(jié)構(gòu)，也可以分開地形成圖6所示的絕緣膜116。
根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件，可以增加相鄰的銅通孔栓塞之間的隔離電壓。更具體地說，通過提供使Cu通孔栓塞與絕緣層之間的界面隔離的絕緣膜，代替提供Cu互連，可以有效地抑制絕緣層之間界面處發(fā)生的介電擊穿。結(jié)果，可以增加相鄰Cu通孔栓塞之間的隔離電壓。此外，也可以獲得由采用第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可獲得的有益效果。
盡管上面根據(jù)附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解上面公開內(nèi)容用于說明本發(fā)明的目的，以及也可以采用除上述結(jié)構(gòu)以外的各種結(jié)構(gòu)。
例如，盡管上述實(shí)施例描述了多層絕緣膜140作為通過依次形成刻蝕停止膜104、低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108形成的結(jié)構(gòu)，但是不希望將發(fā)明的范圍特別限于此。
多層絕緣膜140的結(jié)構(gòu)不局限于三層結(jié)構(gòu)，以及可以是具有四層以上的結(jié)構(gòu)。在此情況下，絕緣膜可以被配置為覆蓋這些絕緣層之間的界面的所有端部，以對(duì)由介電擊穿發(fā)生的短路提供有效的抑制。
此外，盡管在上述實(shí)施例中低介電常數(shù)絕緣膜106采用了氫化的聚硅氧烷膜，刻蝕停止膜104采用了SiCN膜，但是不限于此，例如，低介電常數(shù)絕緣膜106可以采用甲基硅烷，以及刻蝕停止膜104可以采用包含甲基硅烷的SiC膜。
由于在此情況下，在低介電常數(shù)絕緣膜106和刻蝕停止膜104的界面處包含有機(jī)官能團(tuán)如甲基，低介電常數(shù)絕緣膜106與刻蝕停止膜104的粘附力特別被降低。即使通過在刻蝕停止膜104上進(jìn)行表面處理如等離子體處理，破壞刻蝕停止膜104中的甲基，但是低介電常數(shù)絕緣膜106中的甲基也不被破壞，因此，低介電常數(shù)絕緣膜106與刻蝕停止膜104的粘附力增加。
這里，可以通過在低介電常數(shù)絕緣膜106上進(jìn)行表面處理增加低介電常數(shù)絕緣膜106與硬掩模薄膜108的粘附力，以破壞低介電常數(shù)絕緣膜106的表面中的甲基。
因此，當(dāng)?shù)徒殡姵?shù)絕緣膜106可以采用甲基硅氧烷膜和刻蝕停止膜104可以采用包含甲基硅烷的SiC膜時(shí)，特別優(yōu)選在刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106之間的界面處提供絕緣膜116的薄膜厚度大于低介電常數(shù)絕緣膜106和硬掩模薄膜108之間的界面處的絕緣膜116的薄膜厚度，與上述實(shí)施例一樣。利用該結(jié)構(gòu)，可以安全地防止在刻蝕停止膜104和低介電常數(shù)絕緣膜106之間發(fā)生的剝離。
顯然本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的條件下，可以進(jìn)行改進(jìn)和改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的上部上的多層絕緣膜；包含銅或銅合金的導(dǎo)電體，所述導(dǎo)電體設(shè)置為延伸貫穿所述多層絕緣膜；以及設(shè)置在所述多層絕緣膜和所述導(dǎo)電體之間的絕緣膜，其中所述多層絕緣膜包括第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層，所述第二絕緣層被設(shè)置在所述第一絕緣層上且具有比所述第一絕緣層的介電常數(shù)更低的介電常數(shù)，所述第三絕緣層被設(shè)置在所述第二絕緣層上且具有比所述第二絕緣層的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)，以及其中所述絕緣膜使所述導(dǎo)電體與所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間的界面隔離，以及使所述導(dǎo)電體與所述第二絕緣層和所述第三絕緣層之間的界面隔離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中提供所述絕緣膜與所述多層絕緣膜的關(guān)系，以便所述絕緣膜延伸貫穿所述第二絕緣層和所述第三絕緣層以嵌入所述第一絕緣層的至少一部分內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜延伸貫穿所述多層絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間的界面附近中的所述絕緣膜的薄膜厚度大于所述第二絕緣層之間和所述第三絕緣層之間的界面附近中的所述絕緣膜的薄膜厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜的薄膜厚度隨著距所述多層絕緣膜的底部的距離增加而逐漸地減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜包含與所述第一絕緣層的材料相似類型的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第二絕緣層的特定介電常數(shù)等于或小于3.5。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述導(dǎo)電體包括銅或銅合金層，以及覆蓋所述銅或銅合金層的底表面和側(cè)表面的阻擋金屬膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括設(shè)置在所述多層絕緣膜上的第四絕緣層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜包含與所述第一絕緣層和所述第四絕緣層的材料相似類型的材料，以及形成為與所述第一絕緣層和所述第四絕緣層接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中互連被設(shè)置在所述多層絕緣膜中，以及所述導(dǎo)電體至少包括所述互連的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底和所述多層絕緣膜之間的互連，以及所述導(dǎo)電體至少包括耦合到所述互連的通孔栓塞的一部分。
13.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在半導(dǎo)體襯底的上部上形成多層絕緣膜，多層絕緣膜包括第一絕緣層、第二絕緣層和第三絕緣層，所述第二絕緣層設(shè)置在所述第一絕緣層上且具有比所述第一絕緣層的介電常數(shù)更低的介電常數(shù)，所述第三絕緣層設(shè)置在所述第二絕緣層上且具有比所述第二絕緣層的介電常數(shù)更高的介電常數(shù)；通過形成開口形成絕緣膜，開口延伸貫穿所述多層絕緣膜并且覆蓋所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間的界面附近中的所述開口的部分側(cè)表面和所述第二絕緣層和所述第三絕緣層之間的界面附近中的所述開口的部分側(cè)表面；以及在所述開口內(nèi)的所述絕緣膜的部分內(nèi)部上形成包含銅或銅合金的導(dǎo)電體，以便延伸貫穿所述多層絕緣膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述形成所述絕緣膜包括，當(dāng)通過濺射刻蝕部分所述第一絕緣層形成絕緣膜時(shí)，在所述開口的側(cè)表面上提供部分所述第一絕緣層的粘附力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中所述形成所述絕緣膜包括通過濺射刻蝕部分所述第一絕緣層，形成包括在所述第一絕緣層內(nèi)的所述開口的底表面；以及通過部分地除去所述開口的底表面正下方的第一絕緣層形成延伸貫穿所述多層絕緣膜的所述開口。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述形成所述絕緣膜包括，當(dāng)通過進(jìn)行所述第一絕緣層的各向異性干法刻蝕形成所述開口時(shí)，在所述開口的側(cè)表面上提供部分所述第一絕緣層的粘附力。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中所述提供部分所述第一絕緣層的粘附力包括通過采用包含氟化碳?xì)怏w和氮?dú)饣驓錃獾目涛g劑氣體進(jìn)行各向異性干法刻蝕。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述形成所述導(dǎo)電體包括，在所述開口內(nèi)的所述絕緣膜的部分內(nèi)部上形成阻擋金屬膜，以及在所述開口內(nèi)的所述阻擋金屬膜的部分內(nèi)部上形成銅或銅合金層。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜的內(nèi)部將形成向前漸縮的形狀。
全文摘要
提供一種用于抑制半導(dǎo)體器件中發(fā)生的介電擊穿的技術(shù)。半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底(未示出)、形成在半導(dǎo)體襯底上的層間絕緣膜102以及設(shè)置在層間絕緣膜102上的多層絕緣膜140。半導(dǎo)體器件包括設(shè)置為延伸貫穿多層絕緣膜140并包括Cu膜120和阻擋金屬膜118的導(dǎo)電體。阻擋金屬膜118被設(shè)置為覆蓋Cu膜120的側(cè)表面和底表面。該半導(dǎo)體器件包括布置在多層絕緣膜140和導(dǎo)電體(即，Cu膜120和阻擋金屬膜118)之間的絕緣膜116。
文檔編號(hào)H01L21/28GK1753164SQ200510106818
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
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