專利名稱：半導體裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有金屬布線的半導體裝置及該半導體裝置的制造方法，特別是涉及金屬阻擋膜及金屬阻擋膜的形成方法。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著半導體集成電路裝置(以下稱半導體裝置)加工尺寸的細微化，在半導體裝置的多層布線，采用了銅布線與介電常數(shù)低的絕緣膜、即所謂Low-k膜的組合。通過上述方法，使得RC延遲及功率的降低成為可能。進一步地，為了達到半導體裝置的高集成化、高功能化及高速化，采用了更低的介電常數(shù)的Low-k膜的方法也正受到檢討中。
但是，銅布線通常是以金屬鑲嵌法(damascene)加以形成。金屬鑲嵌法包括交互形成布線及通孔栓塞(via plug)的單金屬鑲嵌法(singledamascene)與同時形成布線及通孔栓塞的雙金屬鑲嵌法(dualdamascene)。
以下，參照圖11(a)及圖11(b)說明以金屬鑲嵌法形成多層布線的方法。
如圖11(a)所示，在硅襯底101上形成第1絕緣膜102后，在該第1絕緣膜102中形成具有第1金屬阻擋膜103的第1銅布線104。并且，在硅襯底101上形成晶體管等，這在附圖中受到省略。接著，在第1絕緣膜102及第1銅布線104上，依序形成防止銅擴散的擴散防止膜105及第2絕緣膜106，形成由擴散防止膜105及第2絕緣膜106所構(gòu)成的絕緣層。
接著，在擴散防止膜105及第2絕緣膜106形成通孔(via hole)106a，同時通過在第2絕緣膜106形成布線溝106b，形成由通孔106a及布線溝106b所構(gòu)成的凹部106c。并且，通孔106a及布線溝106b，利用周知的光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、灰化技術(shù)、以及清洗技術(shù)，通過形成雙金屬鑲嵌布線溝(由通孔106a及布線溝106b所構(gòu)成的凹部106c)的工序加以形成即可。并且在方法上通常先形成通孔106a再形成布線溝106b(參照專利文獻1)。
接著，沿著凹部106c的壁面，以物理氣相沉積法(PVDphysicalvapor deposition)等形成第2金屬阻擋膜107。
接著，在第2金屬阻擋膜107上，以物理氣相沉積法形成銅種子層之后，通過以該銅種子層為基礎(chǔ)進行銅電鍍，填埋凹部106c同時形成銅膜使其覆蓋第2絕緣膜106整體表面。接著，以化學機械研磨法(CMPchemical mechanical polishing)，將除了凹部106c內(nèi)側(cè)部分以外的在第2絕緣膜106上形成的銅膜部分、以及除了凹部106c內(nèi)側(cè)部分以外的在第2絕緣膜106上形成的第2金屬阻擋膜107部分予以研磨除去。通過上述，能夠形成第2布線108、及其一部分的通孔栓塞。第2布線108可以是布線及栓塞，或是其中之一。通過重復以上一連串的動作便能夠形成多層布線。
這里，參照圖11(b)說明有關(guān)第2絕緣膜106及第2金屬阻擋膜107所使用的材料。
這里，使用氮化硅膜、碳化氮化硅膜，或氧化碳化硅膜等作為擴散防止膜105。銅擴散防止膜105，具有防止構(gòu)成下層第1布線104的銅擴散到第2絕緣膜106中的功能。
并且，使用氧化硅膜、摻雜氟的氧化硅膜、碳化氧化硅膜、或有機膜構(gòu)成的絕緣膜作為第2絕緣膜106。換句話說，第2絕緣膜106使用圖11(b)中列舉的膜即可(圖中顯示第2金屬阻擋膜107是金屬氮化膜的情況)。并且，這些膜可以是以化學氣相沉積法形成的膜，也可以是以旋轉(zhuǎn)涂布法形成的SOD(spin on dielectric)膜。
一般由于銅容易通過熱或電場擴散到氧化硅膜等絕緣膜中，因此容易產(chǎn)生晶體管特性惡化。并且，銅與絕緣膜的密接性低。因此，被提出的方法是在形成銅布線時，在銅與絕緣膜之間，通過形成由鉭膜或氮化鉭膜構(gòu)成的金屬阻擋膜，能夠防止銅擴散到絕緣膜同時提高絕緣膜及銅的密接性(參照專利文獻2)。并且，鉭膜或氮化鉭膜以單層或疊層構(gòu)成。
然而，例如在所述例子中，使用鉭等高熔點金屬膜作為第2金屬阻擋膜107時，將存在一個問題是形成凹部106c的第2絕緣膜106與高熔點金屬膜的密接性惡劣。對這一密接性惡劣的問題，例如使用鉭膜作為第2金屬阻擋膜107時，通過在由鉭膜構(gòu)成的第2金屬阻擋膜107與第2絕緣膜106之間形成氮化鉭膜，來改善密接性惡劣的問題，但是并未能獲得充分的密接性。
同時，使用鉭膜作為第2金屬阻擋膜107時，以電解電鍍形成銅時，由于鉭膜被氧化，將形成高電阻的氧化鉭膜。因此存在無法避免布線電阻上升的問題。
同時，使用氮化鉭膜作為第2金屬阻擋膜107時，有著如下問題，即雖然氮化鉭膜不會被氧化，但是氮化鉭膜是高電阻且與銅的密接性低。
并且，如果使用鈦膜或氮化鈦膜作為第2金屬阻擋膜107時，也分別存在和使用鉭膜或氮化鉭膜時相同的問題。
有鑒于這些問題，特別是在實現(xiàn)第2金屬阻擋膜107低電阻化的目的下，使用金屬及該金屬氧化物本身是低電阻者、如釕或銥等，作為第2金屬阻擋膜107加以使用，這樣的方法受到注目(參照專利文獻3及4)。并且，這些金屬，一般以原子層沉積法或化學氣相沉積法加以形成。
專利文獻1特開平11-223755號公報專利文獻2特開2002-43419號公報專利文獻3專利第3409831號公報專利文獻4特開2002-75994號公報發(fā)明內(nèi)容解決課題
但是使用鉭或釕等高熔點金屬膜作為金屬阻擋膜使用時，有著一個問題形成鑲嵌布線用凹部的絕緣膜和由高熔點金屬膜構(gòu)成的金屬阻擋膜的密接性惡劣。通過在由高熔點金屬膜構(gòu)成的金屬阻擋膜與絕緣膜之間形成金屬氮化膜，比起在絕緣膜上直接形成由高熔點金屬膜構(gòu)成的金屬阻擋膜時能夠改善密接性，但是，將會造成電阻上升。
有鑒于前，本發(fā)明的目的在于提供一種半導體裝置及半導體制造方法，該半導體裝置具有低電阻且在絕緣膜及布線之間有高密接性的金屬阻擋膜。
解決方法為了達成所述目的，本發(fā)明的第1半導體裝置，其特征在于該半導體裝置具有在襯底上形成的絕緣膜、在絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在絕緣膜與金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，金屬阻擋膜是金屬化合物膜，金屬化合物膜包含至少1個構(gòu)成絕緣膜的元素。
根據(jù)第1半導體裝置，由于在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
為了達成所述目的，本發(fā)明的第2半導體裝置，其特征在于該半導體裝置具有在襯底上形成的絕緣膜、在絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在絕緣膜與金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，金屬阻擋膜由與絕緣膜連接形成的金屬化合物膜以及在金屬化合物膜上形成、1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，金屬化合物膜包含至少1個構(gòu)成絕緣膜的元素。
根據(jù)第2半導體裝置，由于在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。并且，金屬阻擋膜由金屬化合物膜與在其上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，因此能夠使金屬阻擋膜整體低電阻化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明的第2半導體裝置中，1層以上含有金屬的膜由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，所述多層膜組合金屬膜及金屬化合物膜中所選出的膜而構(gòu)成。
這樣一來，能夠構(gòu)成低電阻的金屬阻擋膜，同時提高在金屬疊層膜膜之間的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬氮化膜，絕緣膜含氮。
這樣一來，在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同的元素的氮，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬氧化膜，絕緣膜含氧。
這樣一來，在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同元素的氧，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬碳化膜，絕緣膜含碳。
這樣一來，在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同元素的碳，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬硅化膜，絕緣膜含硅。
這樣一來，在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同元素的硅，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
這樣一來，形成埋入金屬布線后進一步形成上層布線時，即使進行大約400℃前后加熱，也能夠防止金屬化合物膜變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置中，金屬布線由銅或銅合金所構(gòu)成。
這樣一來，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低價格、可靠性高、同時具有低電阻的多層布線的高性能的半導體裝置。
為了達成所述目的，本發(fā)明第3半導體裝置，其特征在于該半導體裝置具有在襯底上形成的絕緣膜、在絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在絕緣膜與金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，金屬阻擋膜由與絕緣膜連接形成的金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜構(gòu)成，絕緣膜含IV族元素。
根據(jù)第3半導體裝置，由于金屬化合物膜及絕緣膜互相是具有4價電子軌道的元素，因此容易在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
為了達成所述目的，本發(fā)明的第4半導體裝置，其特征在于該半導體裝置具有在襯底上形成的絕緣膜、在絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在絕緣膜與金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，金屬阻擋膜由與絕緣膜連接形成的金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜、以及在金屬化合物膜上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，絕緣膜含IV族元素。
根據(jù)第4半導體裝置，由于金屬化合物膜及絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，因此容易在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。同時，由于金屬阻擋膜由金屬化合物膜以及在其上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，因此能夠使金屬阻擋膜整體低電阻化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第4半導體裝置中，1層以上含有金屬的膜是由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，所述多層膜組合金屬膜及金屬化合物膜中所選出的膜而構(gòu)成。
這樣一來，能夠構(gòu)成低電阻的金屬阻擋膜，同時能夠提高金屬疊層膜的膜之間的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第3或第4半導體裝置中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
這樣一來，形成埋入金屬布線后進一步形成上層布線時，即使進行400℃前后的加熱，也能夠防止金屬化合物膜變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第3或第4半導體裝置中，金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
這樣一來，能夠?qū)崿F(xiàn)低價格、可靠性高、同時是低電阻的多層布線的高性能的半導體裝置。
本發(fā)明的第5半導體裝置，其特征在于該半導體裝置具有在襯底上形成的第1絕緣膜、第1絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在第1絕緣膜與金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，第2絕緣膜形成于第1絕緣膜與金屬阻擋膜之間，金屬阻擋膜是金屬化合物膜，金屬化合物膜包含至少1個構(gòu)成第2絕緣膜的金屬。
根據(jù)第5半導體裝置，由于在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。并且，第2絕緣膜形成在第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜或是絕緣膜與金屬化合物膜的密接性，因此提高了用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，半導體裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅提高了從在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，金屬化合物膜與金屬布線之間形成1層以上含有金屬的膜。
這樣一來，由于金屬阻擋膜由金屬化合物膜及在其上形成的1層以上含有金屬的膜，因此能夠使金屬阻擋膜整體低電阻化。通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，1層以上含有金屬的膜是由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，所述多層膜組合金屬膜及金屬化合物膜中所選出的膜而構(gòu)成。
這樣一來，能構(gòu)成低電阻金屬阻擋膜，同時，能夠提高在金屬疊層膜的膜之間的密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬氮化膜，第2絕緣膜含氮。
這樣一來，在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同元素的氮，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬氧化膜，第2絕緣膜含氧。
這樣一來，在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同元素的氧，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬碳化膜，第2絕緣膜含碳。
這樣一來，在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同元素的碳，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，金屬化合物膜是金屬硅化膜，第2絕緣膜含硅。
這樣一來，在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同元素的硅，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
這樣一來，形成埋入金屬布線后進一步形成上層布線時，即使進行大約400℃前后的加熱，也能夠防止金屬化合物膜變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第5半導體裝置中，金屬布線是銅或銅合金。
這樣一來，能夠?qū)崿F(xiàn)低價格、可靠性高、同時是低電阻的多層布線的高性能的半導體裝置。
為了達成所述目的，本發(fā)明的第6半導體裝置，其特征在于該半導體裝置具有在襯底上形成的第1絕緣膜、第1絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在第1絕緣膜與金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，第2絕緣膜形成于第1絕緣膜與金屬阻擋膜之間，金屬阻擋膜是由金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜，第2絕緣膜含IV族元素。
根據(jù)第6半導體裝置，由于金屬化合物膜及第2絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。同時，由于第2絕緣膜形成在第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜以及絕緣膜與金屬化合物膜的高密接性，因此提高了用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，半導體裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅度提高在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第6半導體裝置中，在金屬化合物膜與金屬布線之間形成1層以上含有金屬的膜。
這樣一來，由于金屬阻擋膜由金屬化合物膜和在其上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，能夠使得金屬阻擋膜整體低電阻化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第6半導體裝置中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
這樣一來，形成埋入金屬布線后進一步形成上層布線時，即使進行大約400℃前后的加熱，也能夠防止金屬化合物膜變質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第6半導體裝置中，金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
這樣一來，能夠?qū)崿F(xiàn)低價格、可靠性高、同時是低電阻的多層布線的高性能的半導體裝置。
為了達成所述目的，本發(fā)明第1半導體裝置的制造方法，其特征在于包括以下工序在襯底上的絕緣膜形成凹部的工序；至少沿著所述凹部壁面形成金屬阻擋膜的工序，該金屬阻擋膜由包含構(gòu)成絕緣膜的元素中的至少1個的金屬化合物膜所構(gòu)成；以及，在金屬阻擋膜上形成埋入金屬布線填埋凹部的工序。
根據(jù)第1半導體裝置的制造方法，由于實現(xiàn)了金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同元素的結(jié)構(gòu)，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
為了達成所述目的，本發(fā)明第2半導體裝置的制造方法，其特征在于包括在襯底上的第1絕緣膜形成凹部的工序；至少沿著凹部壁面形成第2絕緣膜的工序；在第2絕緣膜上形成金屬化合物膜的工序，該金屬化合物膜由含有構(gòu)成第2絕緣膜的元素中的至少1個所構(gòu)成；以及，在金屬化合物膜上形成埋入金屬布線填埋凹部的工序。
根據(jù)第2半導體裝置的制造方法，由于實現(xiàn)了金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同元素的結(jié)構(gòu)，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。并且，第2絕緣膜形成于第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜以及絕緣膜與金屬化合物膜的密接性，大幅度增加用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，使得半導體裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅度提高在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，形成金屬阻擋膜的工序包括形成金屬化合物膜后，在金屬化合物膜上進一步形成1層以上含有金屬的膜，而形成由金屬化合物膜及含1層以上的金屬的膜所構(gòu)成的金屬阻擋膜的工序。
這樣一來，由于金屬阻擋膜由金屬化合物膜和在其上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，能夠使金屬阻擋膜整體低電阻化。因此，能夠制造低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，1層以上含有金屬的膜是由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，所述多層膜組合金屬膜及金屬化合物膜中選出的膜而構(gòu)成。
這樣一來，能夠構(gòu)成低電阻的金屬阻擋膜，同時，能夠提高在金屬疊層膜的膜之間的密接性。因此，能夠制造出具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，金屬化合物膜是金屬氮化膜，鄰接金屬化合物膜形成的絕緣膜含氮。
這樣一來，由于金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面存在相同元素的氮，和在金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，金屬化合物膜是金屬氧化膜，鄰接金屬化合物膜形成的絕緣膜含氧。
這樣一來，由于在金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面存在相同元素的氧，和在金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，金屬化合物膜是金屬碳化膜，鄰接金屬化合物膜形成的絕緣膜含碳。
這樣一來，由于在金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面存在相同元素的碳，和在金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，金屬化合物膜是金屬硅化膜，鄰接金屬化合物膜形成的絕緣膜含硅。
這樣一來，在金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面存在相同元素的硅，和在金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與鄰接該金屬化合物膜形成的絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
這樣一來，在埋入金屬布線后進一步形成上層布線時，即使進行大約400℃前后的加熱，也能夠防止金屬化合物膜變質(zhì)，制造可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第1或第2半導體裝置的制造方法中，金屬布線由銅或銅合金所構(gòu)成。
這樣一來，能夠制造低價格、可靠性高、同時是低電阻的多層布線的高性能半導體裝置。
本發(fā)明第3半導體裝置的制造方法，其特征在于包括在襯底上含IV族元素的絕緣膜形成凹部的工序；至少沿著凹部壁面形成金屬阻擋膜的工序，該金屬阻擋膜由金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜構(gòu)成；以及，在金屬阻擋膜上形成埋入金屬布線填埋凹部的工序。
根據(jù)第3半導體裝置的制造方法，由于金屬化合物膜及絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
本發(fā)明第4半導體裝置的制造方法，其特征在于包括在襯底上第1絕緣膜形成凹部的工序；至少沿著凹部壁面形成含IV族元素的第2絕緣膜的工序；在第2絕緣膜上形成金屬阻擋膜的工序，該金屬阻擋膜由金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜構(gòu)成；以及，在金屬阻擋膜上埋入金屬布線填埋凹部的工序。
根據(jù)第4半導體裝置的制造方法，由于金屬化合物膜及第2絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。并且，由于第2絕緣膜形成在第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜以及絕緣膜與金屬化合物膜的密接性，大幅度增加了用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，半導體裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅度提高在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第3或第4半導體裝置的制造方法中，形成金屬阻擋膜的工序包括形成金屬化合物膜后，在金屬化合物膜上形成含1層以上的金屬的膜，形成由金屬化合物膜及含1層以上的金屬的膜所構(gòu)成的金屬阻擋膜的工序。
這樣一來，由于金屬阻擋膜由金屬化合物膜與在其上形成的1層以上的金屬的膜所構(gòu)成，能夠使金屬阻擋膜整體低電阻化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第3或第4半導體裝置的制造方法中，構(gòu)成金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
這樣一來，形成埋入金屬布線后進一步形成上層布線時，即使進行大約400℃前后的加熱，也能防止金屬化合物膜變質(zhì)，制造可靠性高的半導體裝置。
最好是，本發(fā)明第3或第4半導體裝置的制造方法中，金屬布線由銅或銅合金所構(gòu)成。
這樣一來，能夠制造低價格、可靠性高、同時是低電阻的多層布線的高性能半導體裝置。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的第1半導體裝置，由于在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第2半導體裝置，由于在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。并且，金屬阻擋膜由金屬化合物膜與在其上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，因此能夠使金屬阻擋膜整體低電阻化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第3半導體裝置，金屬化合物膜及絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的實現(xiàn)半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第4半導體裝置，由于金屬化合物膜及絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。并且，由于金屬阻擋膜由金屬化合物膜與在其上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，能夠使金屬阻擋膜整體低電阻化。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第5半導體裝置，由于在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。同時，由于第2絕緣膜形成在第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜或是絕緣膜與金屬化合物膜的密接性，因此增加了用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，使得半導體裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅度提高在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。通過此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明第6半導體裝置，由于金屬化合物膜及第2絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。同時，第2絕緣膜形成在第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜及絕緣膜與金屬化合物膜的密接性，因此增加了用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，使得半導體裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅度提高在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明第1半導體裝置的制造方法，由于在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)金屬化合物膜與絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明第2半導體裝置的制造方法，由于在結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性明顯提高。并且，由于第2絕緣膜形成在第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜以及絕緣膜與金屬化合物膜的密接性，增加了用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，半導體裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅度提高了在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。因此，能夠制造出具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明第3半導體裝置的制造方法，由于金屬化合物膜及絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。因此，金屬化合物膜與絕緣膜的密接性明顯提高。因此，能夠制造出具有高密接性的多層布線的可靠性高的制造半導體裝置。
根據(jù)本發(fā)明第4半導體裝置的制造方法，由于金屬化合物膜及第2絕緣膜彼此具有4價電子軌道的元素，容易在金屬化合物膜與第2絕緣膜的接合面中形成共同結(jié)合。并且，第2絕緣膜形成于第1絕緣膜上，絕緣膜彼此的密接性高于絕緣膜與金屬膜以及絕緣膜與金屬化合物膜的密接性，增加了用來提高金屬化合物膜與第2絕緣膜的密接性的第2絕緣膜的選擇自由度。因此，半導體裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計變得容易。這樣一來，大幅度提高在襯底上形成的絕緣膜到金屬布線的整體密接性。因此，能夠制造出具有高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。


圖1(a)是第1實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖，圖1(b)是第1實施例的半導體裝置中第2絕緣膜與金屬化合物膜的結(jié)構(gòu)圖。
圖2(a)是第2實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖，圖2(b)是第2實施例的半導體裝置中第2絕緣膜與金屬化合物膜的結(jié)構(gòu)圖。
圖3(a)是第3實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖，圖3(b)是第3實施例的半導體裝置中第2絕緣膜與金屬化合物膜的結(jié)構(gòu)圖。
圖4(a)是第4實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖，圖4(b)是第4實施例的半導體裝置中第2絕緣膜與金屬化合物膜的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是第5實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。
圖6是第6實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。
圖7(a)～圖7(c)是第7實施例的半導體裝置的制造方法的主要部分工序剖面圖。
圖8(a)及圖8(b)是第8實施例的半導體裝置的制造方法的主要部分工序剖面圖。
圖9(a)及圖9(b)是第8實施例的半導體裝置的制造方法的主要部分工序剖面圖。
圖10(a)～(c)是第9實施例的半導體裝置的制造方法主要部分工序剖面圖。
圖11是說明現(xiàn)有半導體裝置的制造方法的構(gòu)造剖面圖。
符號說明1-硅襯底；2-第1絕緣膜；3-第1金屬阻擋膜；4-第1布線；5-擴散防止膜；6，6A，6B，6C，6D-第2絕緣膜；6a-通孔；6b-布線溝；6c-凹部；7-金屬化合物膜；7A-金屬氮化膜；7B-金屬氧化膜；7C-金屬碳化膜；7D-金屬硅化膜；8-第2布線；9-一層以上含有金屬的膜；10-第3絕緣膜；101-硅襯底；102-第1絕緣膜；103-第1金屬阻擋膜；104-第1布線；105-擴散防止膜；106-第2絕緣膜；106a-通孔；106b-布線溝；106c-凹部；107-金屬阻擋膜；108-第2布線；具體實施方式
(第1實施例)以下參照圖1(a)及圖1(b)，說明本發(fā)明第1實施例的半導體裝置。
圖1(a)是本發(fā)明第1實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。
如圖1(a)所示，在硅襯底1上形成第1絕緣膜2，在該第1絕緣膜2形成具有第1金屬阻擋膜3的下層銅布線的第1布線4。并且，在硅襯底1上形成晶體管等，這在附圖中受到省略。在第1絕緣膜2及第1布線4上，依序形成防止銅擴散的擴散防止膜5及第2絕緣膜6。這樣一來，形成由擴散防止膜5及第2絕緣膜6所構(gòu)成的絕緣層。
同時，在擴散防止膜5及第2絕緣膜6中形成抵達第1布線4的通孔6a，同時，在第2絕緣膜6形成連通通孔6a的布線溝6b。這樣地形成由通孔6a及布線溝6b構(gòu)成的布線溝凹部6c。并且，利用周知的光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、灰化技術(shù)與清洗技術(shù)，通過雙金屬鑲嵌布線溝(通孔6a及布線溝6b構(gòu)成的凹部6c)的形成工序能形成通孔6a及布線溝6b。并且，方法上通常先形成通孔6a后形成布線溝6b。
同時，在凹部6c壁面，以物理氣相沉積法(PVDphysical vapordeposition)等，形成作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7。這里，金屬化合物膜7的形成目的在于防止銅擴散到第2絕緣膜6，同時提高后述的第2布線8及第2絕緣膜6的密接性。同時，除了物理氣相沉積法以外，可以以原子層沉積法(ALDatomic layer deposition)或化學氣相沉積法(CVDcemical vapor deposition)等成膜方法來形成金屬化合物膜7即可。
進一步地在金屬化合物膜7上，將銅膜填埋入凹部6c來形成第2布線8。并且，第2布線8的形成方法如下。首先，在金屬化合物膜7上，通過物理氣相沉積法，形成銅種子層后，以該銅種子層作為基礎(chǔ)進行銅電鍍，填埋凹部6c同時形成銅膜使其覆蓋第2絕緣膜6的整體表面。接著，通過化學機械研磨(CMPchemical mechanicalpolishing)法，將在第2絕緣膜6上形成的、除了凹部6c內(nèi)側(cè)以外的銅膜的部分、以及在第2絕緣膜6上形成的、除了凹部6c內(nèi)側(cè)以外的金屬化合物膜7的部分加以研磨除去。通過上述，同時形成第2布線8及第2布線8的一部分的通孔栓塞。并且，第2布線8可以是布線、通孔栓塞、或其中之一。同時，通過重復從形成擴散防止膜5到化學機械研磨的一連串動作來形成多層布線。并且，這里，雖然說明了采用雙金屬鑲嵌法的情況，但是也可以采用單金屬鑲嵌法，這時只要交互形成布線和布線的一部分的通孔栓塞即可。
可以使用氮化硅膜、碳化氮化硅膜、氧化碳化硅膜、碳化硅膜或組合這些膜而構(gòu)成的疊層膜等絕緣膜作為擴散防止膜5。擴散防止膜5具有防止第1布線4中的銅擴散到第2絕緣膜6中的功能。并且，以下說明第2絕緣膜6。
同時地，可以使用高熔點金屬作為構(gòu)成金屬化合物膜7的金屬。通過上述，形成第2布線8后，在進一步形成上層布線的工序中，雖然進行大約400℃前后的加熱，但是，這個熱處理不會使金屬化合物膜7變質(zhì)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置。
并且，如果將第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7組裝到半導體裝置時，在65nm世代的半導體裝置的情況下，只要使金屬化合物膜7的膜厚度是數(shù)nm～30nm即可。并且，若是45nm世代的半導體裝置的情況下，可以預測到即使最厚也必須使其在大約15nm以下。除此之外，只要將金屬化合物膜7的成膜方法根據(jù)用途加以任意最適化即可。
并且，可以使用除了所述的銅以外的銀、金或白金等低電阻金屬作為第2布線8材料。這樣一來，能形成低電阻的多層布線。并且，最好是，使用銅或銅合金(以銅為主成分含有一部分其他金屬的合金)作為第2布線8的材料。這樣一來，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、具有低電阻的多層布線的半導體裝置。
這里，說明本發(fā)明第1實施例的半導體裝置的特征。
換句話說，其特征在于作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7包含構(gòu)成第2絕緣膜6的元素中的至少1個。這樣一來，由于在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面存在相同的元素，和在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性明顯提高。通過在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面存在相同的元素，在第2絕緣膜6的表面形成金屬化合物膜7時，提高了金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的界面結(jié)合。通過上述，由于在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的界面接近無接縫狀態(tài)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
這里，在本實施例中，可以使用圖1(b)中所示材料構(gòu)成的第2絕緣膜6A作為第2絕緣膜6即可。換句話說，最好是，使用氮化硅膜、氮化氧化硅膜，氮化碳化氧化硅膜、氮化碳化硅膜、或由含氮的有機膜構(gòu)成的絕緣膜作為第2絕緣膜6A。這些膜，可以是以化學氣相沉積法形成的膜，也可以是旋轉(zhuǎn)涂布法形成的SOD(spin on dielectric)膜。
這時如圖1(b)所示，最好是，使用金屬氮化膜7A作為金屬化合物膜7。
這樣一來，由于在作為金屬化合物膜7的金屬氮化膜7A與作為第2絕緣膜6的第2絕緣膜6A的接合面存在相同元素的氮，和在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性明顯提高。
通過此，比起金屬膜與絕緣膜連接時能夠?qū)崿F(xiàn)高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
具體而言，金屬氮化膜7A的金屬可以使用，銻(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎢(W)、釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)或鉑(Pt)即可。
并且，更好是，使用銻(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)或鎢(W)等金屬。這樣一來，即使被氮化也不會失去太多導電性，能形成低電阻的第2金屬阻擋膜。
并且，即使圖1(b)所示的金屬氮化膜7A的金屬進一步氧化、碳化、或硅化的情況下，對于含氮的第2絕緣膜6A，也能夠獲得與金屬氮化膜7A相等或差不多的密接性。
如以上說明，本發(fā)明第1實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，該半導體具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的高密接性高的多層布線。
并且，本實施例中說明采用雙金屬嵌法的結(jié)構(gòu)，但是，即使采用形成布線與布線的一部分的通孔栓塞的單金屬嵌法，也能夠獲得與所述相同的效果。
(第2實施例)以下參照圖2(a)及圖2(b)說明本發(fā)明第2實施例的半導體裝置。
圖2(a)示出本發(fā)明第2實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。并且，在第2實施例中，不重復說明與第1實施例相同的部分，以下以和第1實施例的不同點為中心進行說明。并且，圖2(a)及圖2(b)中，與圖1(a)及圖1(b)的構(gòu)成部分的相同部分標記上相同符號。
第2實施例和第1實施例不同的地方在于第2絕緣膜6及金屬化合物膜7的使用材料及材料的組合。
換句話說，具體而言，如圖2(a)及圖2(b)所示，第2實施例中使用氧化硅膜、氟化氧化硅膜、碳化氧化硅膜、氮化氧化硅膜、氮化碳化氧化硅膜或含氧的有機膜所構(gòu)成的絕緣膜作為第2絕緣膜6B。這些膜，可以是化學氣相沉積法形成的膜，也可以是旋轉(zhuǎn)涂布法形成的SOD(spin on dielectric)膜。
如圖2(b)所示，最好是，使用金屬氧化膜7B作為金屬化合物膜7。
這樣一來，在作為金屬化合物膜7的金屬氧化膜7B與作為第2絕緣膜6的第2絕緣膜6B的接合面存在相同元素的氧，和在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性明顯提高。
通過上述，比起金屬膜與絕緣膜連接的情況，能夠?qū)崿F(xiàn)高密接性的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
并且，金屬氧化膜7B的金屬，可以使用銻(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎢(W)、釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、或鉑(Pt)。
并且，更好是，使用釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)或鉑(Pt)等。這樣一來，即使被氧化也不會失去太多導電性(電阻率小)，因此能夠形成低電阻的第2金屬阻擋膜。
并且，即使圖2(b)所示的金屬氧化膜7B的金屬進一步被氮化、碳化或硅化，對于含氧的第2絕緣膜6B，能夠獲得和金屬氧化膜7B相等或差不多的密接性。
如上述說明，根據(jù)本發(fā)明第2實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與和2絕緣膜6的密接性高的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
(第3實施例)以下，參照圖3(a)及圖3(b)說明本發(fā)明第3實施例的半導體裝置。
圖3(a)是顯示本發(fā)明第3實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。并且，第3實施例中，不重復說明與第1實施例相同的部分，以和第1實施例不同點為中心來進行說明。并且，圖3(a)及圖3(b)中，與圖1(a)及圖1(b)的構(gòu)成部分相同的部分標記相同符號。
第3實施例和第1實施例的不同點在于第2絕緣膜6及金屬化合物膜7的使用材料及材料組合。
換句話說，具體而言，如圖3(a)及圖3(b)所示，第3實施例中，使用氧化硅膜、氟化氧化硅膜、碳化氧化硅膜、氧化碳化硅膜、氮化碳化氧化硅膜、碳化硅膜、氮化碳化硅膜、氮化硅膜或由有機膜所構(gòu)成的絕緣膜作為第2絕緣膜6C。這些膜，可以是使用化學氣相沉積法形成的膜，也可以是以旋轉(zhuǎn)涂布法形成的SOD(spin on dielectric)膜。
如圖3(b)所示，最好是，使用金屬碳化膜7C作為金屬化合物膜7。
這樣一來，金屬碳化膜7C中存在碳，除了由有機膜構(gòu)成的情況以外第2絕緣膜6C中存在硅。由于碳與硅是彼此具有4價電子軌道的元素，因此和其他元素不同，在形成金屬膜時容易形成共同結(jié)合，因此提高了金屬碳化膜7C與第2絕緣膜6C的密接性。
并且，更好是，使用金屬碳化膜7C作為金屬化合物膜7時，使用碳化氧化硅膜、氧化碳化硅膜、氮化碳化氧化硅膜、碳化硅膜、氮化碳化硅膜、或由有機膜構(gòu)成的絕緣膜作為第2絕緣膜6C即可。
這樣一來，除了所述提高密接性的因子之外，由于在作為金屬化合物膜7的金屬碳化膜7C與作為第2絕緣膜6的第2絕緣膜6C的接合面存在相同元素的碳，和在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性明顯提高。同時，第2絕緣膜6C是由有機膜構(gòu)成時，由于有機膜以碳作為主成分，在作為金屬化合物膜7的金屬碳化膜7C與作為第2絕緣膜6的第2絕緣膜6C的接合面存在相同元素的碳，增加了金屬碳化膜7C與第2絕緣膜6C的密接性。
通過上述，能夠?qū)崿F(xiàn)比起金屬膜與絕緣膜連接時密接性高的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
并且，金屬碳化膜7C的金屬，使用銻(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎢(W)、釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)或鉑(Pt)即可。
并且，更好是，使用即使被碳化電阻率也低的金屬即可。
并且，即使圖3(b)所示金屬氮化膜7C的金屬進一步被氧化、氮化或硅化，對于含碳的第2絕緣膜6C，也能夠獲得與金屬碳化膜7C相等或差不多的密接性。
如上述說明，根據(jù)本發(fā)明的第3實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線。
(第4實施例)以下，參照圖4(a)及圖4(b)說明本發(fā)明第4實施例的半導體裝置。
圖4(a)是顯示本發(fā)明第4實施例的半導體裝置結(jié)構(gòu)的主要部分剖面圖。并且，第4實施例中，不重復說明與第1實施例相同的部分，以下以與第1實施例的不同點為中心進行說明。并且，在圖4(a)及圖4(b)中，與圖1(a)及圖1(b)的構(gòu)成部分的相同部分標記相同符號。
如圖4(a)及圖4(b)所示，第4實施例中，使用氧化硅膜、氟化氧化硅膜、碳化氧化硅膜、氧化碳化硅膜、氮化碳化氧化硅膜、碳化硅膜、氮化碳化硅膜、氮化硅膜、由有機膜構(gòu)成的絕緣膜、或由含硅有機膜構(gòu)成的絕緣膜作為第2絕緣膜6D。這些膜，可以是化學氣相沉積法形成的膜，也可以是旋轉(zhuǎn)涂布法形成的SOD(spin on dielectric)膜。
如圖4(b)所示，最好是，使用金屬硅化膜7D作為金屬化合物膜7。
這樣一來，金屬硅化膜7D中存在硅，第2絕緣膜6D中除了由有機膜構(gòu)成的情況(由含硅有機膜構(gòu)成的絕緣膜)存在硅。因此，由于在作為金屬化合物膜7的金屬硅化膜7D與作為第2絕緣膜6的第2絕緣膜6D的接合面存在相同元素的硅，和在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面不存在相同元素的情況相比，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性明顯提高。同時，由于硅原子彼此容易形成共同結(jié)合，進一步提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性。并且，第2絕緣膜6D由有機膜構(gòu)成的情況(由不含硅有機膜構(gòu)成的絕緣膜)，由于有機膜以碳為主成分，碳與硅彼此具有4價電子軌道的元素，容易形成共同結(jié)合。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有比金屬膜與絕緣膜連接時高密接性的多層布線。
并且，金屬硅化膜7D的金屬，可以使用銻(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎢(W)、釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、或鉑(Pt)即可。
并且，更好是，使用被硅化電阻率也低的金屬即可。
并且，即使圖4(b)所示的金屬硅化膜7D的金屬進一步被碳化、氮化、或氧化，對于含硅的第2絕緣膜6D，也能夠獲得與金屬硅化膜7D相等或差不多的密接性。
如以上說明，根據(jù)本發(fā)明第4實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的高密接性高的多層布線。
(第5實施例)以下，參照圖5說明本發(fā)明第5實施例的半導體裝置。并且，第5實施例中，不重復說明與第1實施例相同的部分，以下以與第1實施例不同點為中心進行說明。并且，圖5中和圖1(a)的構(gòu)成部分相同的部分標記相同符號。
如圖5所示，第5實施例的半導體裝置的特征在于具備金屬化合物膜7、和在該金屬化合物膜7上形成的1層以上含有金屬的膜9，作為第2金屬阻擋膜，這一點和上述第1～第4實施例不同。
這里，1層以上的含有金屬的膜9，最好是由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，所述多層膜是組合金屬膜及金屬化合物膜中被選出的膜所構(gòu)成。并且，構(gòu)成1層以上的含有金屬的膜9中的金屬以高熔點金屬是適合，這無需多言。
這樣地，根據(jù)第5實施例，金屬化合物膜7的電阻率相對高于金屬膜，通過在其表面形成電阻低于該金屬化合物膜7的金屬膜、或形成由金屬膜及金屬化合物膜構(gòu)成的多層膜，與第1～第4實施例中以金屬化合物膜的單層膜作為第2金屬阻擋膜相比，第5實施例的第2金屬阻擋膜能夠形成低電阻的金屬阻擋膜。
這里，構(gòu)成1層以上含有金屬的膜9的金屬，使用銻(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎢(W)、釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)或鉑(Pt)即可。例如，鉭的電阻率是13(μΩ·cm)，釕的電阻率是7.5(μΩ·cm)，銥的電阻率是6.5(μΩ·cm)。
并且，如果使用金屬氧化膜作為金屬化合物膜，該金屬化合物膜構(gòu)成1層以上含有金屬的膜9，其金屬使用釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、或鉑(Pt)等即可。例如，氧化釕膜的電阻率是35(μΩ·cm)，氧化銥膜的電阻率是30(μΩ·cm)。若使用這些金屬，即使被氧化也不失去導電性(電阻率小)，因此能夠形成低電阻的第2金屬阻擋膜。
并且，使用金屬氮化膜作為金屬化合物膜，該金屬化合物膜構(gòu)成1層以上含有金屬的膜9，其金屬可以用銻(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉿(Hf)，或鎢(W)等即可。例如，氮化鈦膜的電阻率是25(μΩ·cm)，氮化鉭膜的電阻率是130(μΩ·cm)。若使用這些金屬，由于金屬氮化膜的電阻率小，能夠形成低電阻的第2金屬阻擋膜。
在本實施例中，金屬化合物膜7由金屬氮化膜構(gòu)成時，通過使用第1實施例所示第2絕緣膜6A作為第2絕緣膜6，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線。
在本實施例中，金屬化合物膜7是金屬氧化膜時，通過使用第2實施例所示的第2絕緣膜6B作為第2絕緣膜6，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線。
在本實施例中，金屬化合物膜7是金屬碳化膜時，通過使用第3實施例所示的第2絕緣膜6C作為第2絕緣膜6，能實現(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線的。
在本實施例中，金屬化合物膜7是金屬硅化膜時，通過使用第4實施例所示的第2絕緣膜6D作為第2絕緣膜6，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線。
如以上說明，根據(jù)本發(fā)明第5實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，其具有低電阻且高密接性的金屬阻擋膜的多層布線。
(第6實施例)以下，參照圖6說明本發(fā)明第6實施例的半導體裝置。并且，第6實施例中，不重復說明與第5實施例相同的部分，以下以和第5實施例不同點為中心進行說明。并且，圖6中與圖5的構(gòu)成部分的相同部分標記上相同符號。
如圖6所示，第6實施例的半導體裝置，其特征在于在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6之間形成第3絕緣膜10，同時，金屬化合物膜7包含構(gòu)成第3絕緣膜10的元素中的至少1個；這一點和第5實施例不同。
這樣一來，由于第2絕緣膜6與第3絕緣膜10都是絕緣膜，比起金屬膜與絕緣膜的組合，或比起金屬化合物膜與絕緣膜的組合，第2絕緣膜6與第3絕緣膜10的密接性高。因此，能夠增加為了提高密接性所選擇的第3絕緣膜10與金屬化合物膜7的組合自由度。
因此，為了實現(xiàn)所述第1～第4實施例所示的第2絕緣膜6與金屬化合物膜7的組合相同的組合，使適合于構(gòu)成第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7的絕緣膜作為第3絕緣膜10即可，而能夠增加半導體裝置的設(shè)計自由度。
并且，雖然圖6顯示出形成1層以上含有金屬的膜9的結(jié)構(gòu)，即使并未形成含有1以上的金屬的膜9的情況下也是可以。
如上所述，使?jié)M足所述第1～第4實施例所示的第2絕緣膜6與金屬化合物膜7的組合相同的組合，通過選擇第3絕緣膜10，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且密接性高的阻擋金屬的多層布線的可靠性高的半導體裝置。
(第7實施例)以下，參照圖7(a)～圖7(c)說明本發(fā)明第7實施例的半導體裝置制造方法。
圖7(a)～圖7(c)是顯示本發(fā)明第7實施例半導體裝置的制造方法的主要部分工序剖面圖。
如圖7(a)所示，在硅襯底1上形成第1絕緣膜2后，在該第1絕緣膜2中形成第1布線4，該第1布線4是具有第1金屬阻擋膜3的下層銅布線。并且，在硅襯底1上，形成晶體管等，這在圖中受到省略。在第1絕緣膜2及在第1布線4上，依序形成防止銅擴散的擴散防止膜5及第2絕緣膜6。這樣形成由擴散防止膜5及第2絕緣膜6所構(gòu)成的絕緣層。
其次，在擴散防止膜5及第2絕緣膜6，形成抵達第1布線4的通孔6a，同時，在第2絕緣膜6形成連通通孔6a的布線溝6b。這樣地形成由通孔6a及布線溝6b所構(gòu)成的雙金屬嵌布線溝的凹部6c。并且，通孔6a及布線溝6b，通過采用周知的光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、灰化技術(shù)以及清洗技術(shù)，形成雙金屬嵌布線溝(通孔6a及布線溝6b所構(gòu)成的凹部6c)的工序來形成。并且，通常在方法上先形成通孔6a后，再形成布線溝(trench)6b。
其次，如圖7(b)所示，在含凹部6c內(nèi)部的第2絕緣膜6上，通過物理氣相沉積法(PVDphysical vapor deposition)等，形成作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7。這里，金屬化合物膜7由包含構(gòu)成第2絕緣膜6的元素中的至少1個的膜所構(gòu)成。并且，金屬化合物膜7防止銅擴散到第2絕緣膜6，同時，形成目的上是用來提高第2絕緣膜6和后述的第2布線8的密接性。同時，除了物理氣相沉積法以外，通過原子層沉積法(ALDatomic layer deposition)，或化學氣相沉積法(CVDchemical vapor deposition)等的成膜方法來形成金屬化合物膜7即可。
其次，如圖7(c)所示，在金屬化合物膜7上，以物理氣相沉積法形成銅種子層后，通過以該銅種子層為基礎(chǔ)進行銅電鍍，來填埋凹部6c同時形成銅膜使其蓋第2絕緣膜6的整體表面。除此之外，并不一定必須形成銅種子層。接著，以化學機械研磨(CMPchemicalmechanical polishing)法，將除了凹部6c內(nèi)側(cè)以外的在第2絕緣膜6上形成的銅膜部分、以及除了凹部6c內(nèi)側(cè)以外的、在第2絕緣膜6上形成的金屬化合物膜7加以研磨除去。通過上述，如圖7(c)所示，同時形成第2布線8及第2布線8的一部分的通孔栓塞。并且，第2布線8只要是布線、通孔栓塞、或其中之一即可。并且，通過重復形成擴散防止膜5到化學機械研磨的一連串動作來形成多層布線。并且，這里，雖然以雙金屬嵌法的情況進行說明，但是也可以采用單金屬嵌法，此時交互形成布線和布線的一部分的通孔栓塞。
擴散防止膜5使用氮化硅膜、碳化氮化硅膜、氧化碳化硅膜、碳化硅膜、或組合這些膜的疊層膜等的絕緣膜即可。擴散防止膜5具有防止第1布線4的銅擴散到第2絕緣膜6的功能。
在第2絕緣膜6中使用氧化硅膜、氟化氧化硅膜、碳化氧化硅膜、氧化碳化硅膜、氮化碳化氧化硅膜、碳化硅膜、氮化碳化硅膜、氮化硅膜、或由有機膜構(gòu)成的絕緣膜。這些膜，可以是化學氣相沉積法形成的膜，也可以是旋轉(zhuǎn)涂布法形成的SOD(spin on dielectric)膜。
同時，構(gòu)成金屬化合物膜7的金屬，使用高熔點金屬即可。通過上述，形成第2布線8后在進一步形成上層布線的工序中，進行大約400℃前后的加熱，但是，不會因為這個加熱處理使金屬化合物膜7變質(zhì)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置。
同時，如果將作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7組裝到半導體裝置時，金屬化合物膜7的厚度，若是65nm世代的半導體裝置時，只要使厚度形成為數(shù)nm～30nm即可。并且，若是45nm世代的半導體裝置時，能夠預測即使最厚的厚度必須是15nm以下。同時，金屬化合物膜7的成膜方法根據(jù)用途加以任意最適化即可。
同時，作為第2布線8的材料，除了所述的銅以外，也可以使用銀、金、或白金等低電阻金屬。這樣一來，能夠形成低電阻的多層布線。進一步地，最好是，使用銅或銅合金(以銅為主成分一部分含有其他金屬的合金)作為第2布線8的材料。這樣一來，能夠制造低成本、且具有低電阻的多層布線的半導體裝置。
有關(guān)第7實施例的半導體裝置的制造方法，其特征在于形成由包含構(gòu)成第2絕緣膜6的元素的至少1個的膜所構(gòu)成的金屬化合物膜7。這樣一來，由于在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面存在相同元素，比起在金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的接合面不存在相同元素的情況，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性明顯提高。這是由于在第2絕緣膜6的表面形成金屬化合物膜7時，通過使相同的元素存在來增加界面的結(jié)合，因此可以幾乎不產(chǎn)生界面接縫的狀態(tài)。因此，能夠制造可靠性高的半導體裝置，而該半導體裝置具有高密接性的多層布線。
在本實施例中，金屬化合物膜7由金屬氮化膜構(gòu)成時，通過使用第1實施例所示第2絕緣膜6A作為第2絕緣膜6，能夠制造可靠性高的半導體裝置，該半導體裝置具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7和第2絕緣膜6的密接性高的多層布線。
在本實施例中，金屬化合物膜7是金屬氧化膜時，通過使用第2實施例的第2絕緣膜6B作為第2絕緣膜6，能夠制造可靠性高的半導體裝置，該半導體裝置具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線。
在本實施例中，金屬化合物膜7是金屬碳化膜時，通過使用第3實施例所示的第2絕緣膜6C作為第2絕緣膜6，能夠制造可靠性高的半導體裝置，該半導體裝置具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線的。
在本實施例中，金屬化合物膜7是金屬硅化膜時，通過使用第4實施例所示的第2絕緣膜6D作為第2絕緣膜6，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，該半導體裝置具有作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性高的多層布線。
如上述說明，根據(jù)本發(fā)明的第7實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，該半導體裝置具有低電阻且高密接性的阻擋金屬的多層布線。
并且，本實施例以雙金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)進行說明，但是即使是采用形成布線和布線的一部分的通孔栓塞的單金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)，也能夠獲得與所述相同的效果。
(第8實施例)
以下，參照圖8(a)與圖8(b)以及圖9(a)及圖9(b)說明本發(fā)明第8實施例的半導體裝置的制造方法。
圖8(a)與圖8(b)以及圖9(a)與圖9(b)是本發(fā)明第8實施例的半導體裝置的制造方法的主要部分工序剖面圖。并且，圖8(a)與圖8(b)以及圖9(a)與圖9(b)中，與所述圖7(a)～圖7(c)的構(gòu)成部分相同的部分標記上相同符號。
如圖8(a)所示，在硅襯底1上形成第1絕緣膜2后，在第1絕緣膜2中形成第1布線4，該第1布線4具有第1金屬阻擋膜3的下層銅布線。并且，在硅襯底1上形成晶體管等，這在圖中受到省略。在第1絕緣膜2及第1布線4上，依序形成防止銅擴散的擴散防止膜5及第2絕緣膜6。這樣地形成由擴散防止膜5及第2絕緣膜6所構(gòu)成的絕緣層。
其次，在擴散防止膜5及第2絕緣膜6中，形成抵達第1布線4的通孔6a，同時在第2絕緣膜6形成連通通孔6a的布線溝6b。這樣地形成由通孔6a及布線溝6b所構(gòu)成的雙金屬鑲嵌布線溝的凹部6c。并且，通孔6a及布線溝6b，通過采用周知的光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)、灰化技術(shù)與清洗技術(shù)，形成雙金屬鑲嵌布線溝(由通孔6a及布線溝6b構(gòu)成的凹部6c)的工序加以形成。并且，通常在方法上先形成通孔6a后再形成布線溝(trench)6b。
其次，如圖8(b)所示，在包含凹部6c內(nèi)部的第2絕緣膜6上，通過物理氣相沉積法(PVDphysical vapor deposition)等，形成作為第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7。這里，金屬化合物膜7由包含構(gòu)成第2絕緣膜6的元素的至少1個的膜構(gòu)成。并且，金屬化合物膜7除了防止銅擴散到第2絕緣膜6，同時，形成的目的是用來提高第2絕緣膜6及后述的第2布線8的密接性。并且，除了物理氣相沉積法以外，也可以使用原子層沉積法(ALDatomic layer deposition)或化學氣相沉積法(CVDchemical vapor deposition)等成膜方法形成金屬化合物膜7即可。
其次，如圖9(a)所示，在金屬化合物膜7上，進一步形成一層以上含金屬的膜9。
其次，如圖9(b)所示，在一層以上含金屬的膜9上，以物理氣相沉積法形成銅種子層后，通過以該銅種子層是基礎(chǔ)進行銅電鍍，填埋凹部6c同時形成銅膜使其覆蓋一層以上的含有金屬的膜9的整體表面。并且，銅種子層并非絕對非形成不可。接著，通過化學機械研磨(CMPchemical mechanical polishing)法，將在一層以上的含有金屬的膜9上形成的銅膜除了凹部6c內(nèi)側(cè)以外的部分、以及在第2絕緣膜6上形成的一層以上的含有金屬的膜9與金屬化合物膜7除了凹部6c內(nèi)側(cè)以外的部分予以研磨除去。通過此，如圖9(b)所示，同時形成第2布線8及第2布線8一部分的通孔栓塞。并且，第2布線8可以是布線、通孔栓塞或其中之一。并且，通過重復形成擴散防止膜5到化學機械研磨的一連串動作形成多層布線。并且，這里，雖然說明采用了雙金屬鑲嵌法的情況，但是也可以采用單金屬鑲嵌法，此時，則交互形成作為布線與布線的一部分的通孔栓塞。
這里，以與所述第7實施例不同點為中心說明本發(fā)明第8實施例半導體裝置的制造方法的特征。
本發(fā)明第8實施例的半導體裝置的制造方法，具備形成金屬化合物膜7后形成一層以上的含有金屬的膜9的工序，這一點與所述第7實施例的半導體裝置的制造方法不同。
一層以上含有金屬的膜9，最好是由金屬膜、金屬化合物膜、或組合金屬膜及金屬化合物膜中選出的膜組合構(gòu)成的多層膜所構(gòu)成。同時，構(gòu)成含有1個以上的金屬的膜9的金屬，高熔點金屬為適合，這不需要多說。
這樣地，根據(jù)第8實施例，金屬化合物膜7的電阻率相對高于金屬膜，通過在該金屬化合物膜7表面形成比其電阻低的金屬膜或由金屬膜及金屬化合物膜構(gòu)成的多層膜，與第7實施例中以金屬化合物膜的單層膜作為金屬阻擋膜，第8實施例中第2金屬阻擋膜能夠形成低電阻的金屬阻擋膜。
這里，構(gòu)成含1層以上的金屬的膜9的金屬，可以使用銻(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉭(Ta)、鈮(Nb)、鎢(W)、釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、或鉑(Pt)。例如，鉭的電阻率是13(μΩ·cm)，釕的電阻率是7.5(μΩ·cm)，銥的電阻率是6.5(μΩ·cm)。
并且，使用金屬氧化膜作為構(gòu)成1層以上含有金屬的膜9的金屬化合物膜，該金屬可以使用釩(V)、鉬(Mo)、釕(Ru)、鋨(Os)、銠(Rh)、銥(Ir)、鈀(Pd)、或鉑(Pt)等。例如，釕氧化膜的電阻率是35(μΩ·cm)，銥氧化膜的電阻率是30(μΩ·cm)。使用這些金屬的話，即使氧化也不會失去導電性(電阻率小)，因此能夠形成低電阻的第2金屬阻擋膜。
同時，以金屬氮化膜作為含1層以上的金屬的膜9的金屬化合物膜時，其金屬可以使用銻(Ti)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉿(Hf)、或鎢(W)等。例如，氮化鈦膜的電阻率是25(μΩ·cm)，氮化鉭膜的電阻率是130(μΩ·cm)。使用這些金屬時，由于金屬氮化膜的電阻率小，能形成低電阻的第2金屬阻擋膜。
并且，只要是電阻率低的金屬化合物膜，能夠用來作為一層以上的含有金屬的膜9的金屬化合物膜，也可以使用金屬碳化膜或金屬硅化膜等。進一步地只要是電阻率低的金屬化合物，即使是其他金屬化合物膜，也能夠用來作為一層以上的含有金屬的膜9的金屬化合物膜。
并且，通過使用組合所述金屬膜與金屬化合物膜的疊層膜，能夠同時實現(xiàn)防止銅擴散效果與低電阻化，因此作為第2金屬阻擋膜6是有效。當然，更好的是形成組合金屬膜與一層以上的含有金屬的膜9的金屬化合物膜的疊層膜，使得一層以上的含有金屬的膜9內(nèi)部的密接性、以及一層以上的含有金屬的膜9與金屬化合物膜7的密接性提高更好。
并且，有關(guān)金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的組合及效果，如第1～第4實施例所示。
因此，根據(jù)本實施例，金屬化合物膜7的電阻率相對高于金屬膜，通過在該金屬化合物膜7的表面形成比其低電阻的金屬膜或由金屬膜與金屬化合物膜構(gòu)成的多層膜，與第7實施例中使用金屬化合物膜7單層膜作為第2金屬阻擋膜，第8實施例中第2金屬阻擋膜能夠形成低電阻的金屬阻擋膜。
并且，雖然本實施例以雙金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)進行說明，但是即使是采用形成布線與布線的一部分的通孔栓塞的單鑲嵌結(jié)構(gòu)也能夠獲得與所述相同效果。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第8實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)具有低電阻且在第2絕緣膜6、由金屬化合物膜7及含一層以上的金屬的膜9所構(gòu)成的第2金屬阻擋膜、以及第2布線8之間均能獲得高密接性。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有高密接性的金屬阻擋膜的多層布線，通過上述，能夠制造可靠性高的半導體裝置。
(第9實施例)以下，參照圖10(a)～圖10(c)說明本發(fā)明第9實施例的半導體裝置制造方法。圖10(a)～圖10(c)顯示本發(fā)明第9實施例的半導體裝置的制造方法的工序剖面圖。并且，不重復說明第9實施例與第7實施例相同的部分，以下，以與第7實施例不同點為中心進行說明。并且，圖10(a)～圖10(c)中，和圖7(a)～圖7(c)構(gòu)成部分的相同部分標記相同符號。
第9實施例的半導體裝置制造方法，其特征在于具備如圖10(a)所示，在形成雙金屬鑲嵌布線溝凹部6c的工序之后，在包含凹部6c內(nèi)部的第2絕緣膜6上形成第3絕緣膜10的工序。形成第3絕緣膜10后，如圖10(b)所示，在第3絕緣膜10上形成金屬化合物膜7，其包含構(gòu)成該第3絕緣膜10的元素中的至少1個。接著，如圖10(c)所示，與第7實施例相同，形成雙金屬鑲嵌布線的第2布線8。
這樣一來，由于第2絕緣膜6與第3絕緣膜10互相是絕緣膜，比起金屬膜與絕緣膜的組合或金屬化合物膜與絕緣膜的組合，第2絕緣膜6與第3絕緣膜10的密接性高。因此，將能夠增加用來提高密接性所選擇的第3絕緣膜10與金屬化合物膜7的組合自由度。
同時，金屬化合物膜7與第3絕緣膜10的組合，與所述第1～第4實施例所示金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的組合相同，以適合于構(gòu)成第2金屬阻擋膜的金屬化合物膜7的絕緣膜作為第3絕緣膜10即可。這時，金屬化合物膜7與第3絕緣膜10的密接性，能夠獲得在第1～第4實施例中所示金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性相同的效果。因此，在決定金屬化合物膜7與第3絕緣膜10的組合上能夠增加選擇項，因此能夠增加半導體裝置設(shè)計的自由度。
如上所述，通過選擇第3絕緣膜10來滿足和所述第1～第4實施例所示的第2絕緣膜6與金屬化合物膜7的組合相同的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，該半導體裝置具有低電阻且具有高密接性的阻擋金屬的多層布線的。
同時，通過組合第8實施例與第9實施例，能夠獲得各自實施例的效果。換句話說，在本實施例形成金屬化合物膜7工序之后，通過附加形成一層以上的含有金屬的膜9的工序，在電阻率相對高于金屬膜的金屬化合物膜7表面，形成比該金屬化合物膜7電阻低的金屬膜或由金屬膜及金屬化合物膜構(gòu)成的多層膜。通過此，與第8實施例中使用金屬化合物膜7的單層膜作為2金屬阻擋膜，能夠形成低電阻的金屬阻擋膜。
并且，雖然本實施例以雙金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)進行說明，但是，即使以形成布線與布線的一部分的通孔栓塞的單鑲嵌結(jié)構(gòu)，也能夠獲得和所述相同的效果。
如上述說明，根據(jù)第9實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性高的半導體裝置，該半導體裝置具有低電阻且具有高密接性的金屬阻擋膜的多層布線。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上述說明，本發(fā)明對于具有低電阻且具有高密接性的金屬阻擋膜的半導體裝置以及其制造方法等非常有用。
權(quán)利要求
1.一種半導體裝置，其包括在襯底上形成的絕緣膜、在所述絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在所述絕緣膜與所述金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，其特征在于所述金屬阻擋膜是金屬化合物膜，所述金屬化合物膜包含至少1個構(gòu)成所述絕緣膜的元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氮化膜，所述絕緣膜含氮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氧化膜，所述絕緣膜含氧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬碳化膜，所述絕緣膜含碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬硅化膜，所述絕緣膜含硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
8.一種半導體裝置，其包括在襯底上形成的絕緣膜、在所述絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在所述絕緣膜與所述金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，其特征在于所述金屬阻擋膜是由與所述絕緣膜連接形成的金屬化合物膜、以及在所述金屬化合物膜上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，所述金屬化合物膜包含至少1個構(gòu)成所述絕緣膜的元素。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置，其特征在于所述1層以上含有金屬的膜是由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，所述多層膜是將所述金屬膜及從所述金屬化合物膜中選出的膜組合在一起而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氮化膜，所述絕緣膜含氮。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氧化膜，所述絕緣膜含氧。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬碳化膜，所述絕緣膜含碳。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬硅化膜，所述絕緣膜含硅。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
16.一種半導體裝置，其包括在襯底上形成的絕緣膜、在所述絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在所述絕緣膜與所述金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，其特征在于所述金屬阻擋膜由與所述絕緣膜連接而形成的金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜而形成，所述絕緣膜含IV族元素。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
19.一種半導體裝置，其包括在襯底上形成的絕緣膜、在所述絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在所述絕緣膜與所述金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，其特征在于所述金屬阻擋膜由與所述絕緣膜連接形成的金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜、以及在所述金屬化合物膜上形成的1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成，所述絕緣膜含IV族元素。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導體裝置，其特征在于所述1層以上含有金屬的膜是由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，該多層膜是將所述金屬膜及從所述金屬化合物膜選出的膜組合而成。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
23.一種半導體裝置，其包括在襯底上形成的第1絕緣膜、在所述第1絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在所述第1絕緣膜與所述金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，其特征在于在所述第1絕緣膜與所述金屬阻擋膜之間形成有第2絕緣膜，所述金屬阻擋膜是金屬化合物膜，所述金屬化合物膜包含至少1個構(gòu)成所述第2絕緣膜的金屬。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于在所述金屬化合物膜與所述金屬布線之間，形成1層以上含有金屬的膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于所述1層以上含有金屬的膜由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，該多層膜是將所述金屬膜及從所述金屬化合物膜選出的膜組合而成。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氮化膜，所述第2絕緣膜含氮。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氧化膜，所述第2絕緣膜含氧。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬碳化膜，所述第2絕緣膜含碳。
29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬硅化膜，所述第2絕緣膜含硅。
30.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
32.一種半導體裝置，其具有在襯底上形成的第1絕緣膜、在所述第1絕緣膜中形成的埋入金屬布線、以及在所述第1絕緣膜與所述金屬布線之間形成的金屬阻擋膜，其特征在于在所述第1絕緣膜與所述金屬阻擋膜之間形成有第2絕緣膜，所述金屬阻擋膜是由金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜，所述第2絕緣膜含IV族元素。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的半導體裝置，其特征在于在所述金屬化合物膜與所述金屬布線之間進一步形成1層以上含有金屬的膜。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的半導體裝置，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的半導體裝置，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
36.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，包括在襯底上的絕緣膜中形成凹部的工序；至少沿著所述凹部壁面形成金屬阻擋膜的工序，該金屬阻擋膜由包含構(gòu)成所述絕緣膜的元素中的至少1個的金屬化合物膜所構(gòu)成；以及在所述金屬阻擋膜上形成埋入金屬布線以填埋所述凹部的工序。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，包括在襯底上的第1絕緣膜中形成凹部的工序；至少沿著所述凹部壁面形成第2絕緣膜的工序；在所述第2絕緣膜上形成金屬化合物膜的工序，該金屬化合物膜包含至少1個構(gòu)成所述第2絕緣膜的元素；以及在所述金屬化合物膜上形成埋入金屬布線以填埋所述凹部的工序。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，形成所述金屬阻擋膜的工序包括在形成所述金屬化合物膜后，進一步在所述金屬化合物膜上形成1層以上含有金屬的膜，形成由所述金屬化合物膜及所述1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成的所述金屬阻擋膜。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述1層以上含有金屬的膜是由金屬膜、金屬化合物膜、或多層膜所構(gòu)成，該多層膜是將所述金屬膜及所述金屬化合物膜中選出的膜組合而成。
40.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氮化膜，鄰接所述金屬化合物膜而形成的所述絕緣膜含氮。
41.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬氧化膜，鄰接所述金屬化合物膜而形成的所述絕緣膜含氧。
42.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬碳化膜，鄰接所述金屬化合物膜而形成的所述絕緣膜含碳。
43.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬化合物膜是金屬硅化膜，鄰接所述金屬化合物膜而形成的所述絕緣膜含硅。
44.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
45.根據(jù)權(quán)利要求36所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
46.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，包括在襯底上的含IV族元素的絕緣膜中形成凹部的工序；至少沿著所述凹部壁面形成金屬阻擋膜的工序，該金屬阻擋膜由金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜所構(gòu)成；以及在所述金屬阻擋膜上形成埋入金屬布線以填埋所述凹部的工序。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，形成所述金屬阻擋膜的工序包括形成所述金屬化合物膜后，在所述金屬化合物膜上形成1層以上含有金屬的膜，來形成由所述金屬化合物膜及所述1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成的所述金屬阻擋膜。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
50.一種半導體裝置的制造方法，其特征在于，包括在襯底上的第1絕緣膜中形成凹部的工序；至少沿著所述凹部壁面形成含IV族元素的第2絕緣膜的工序；在所述第2絕緣膜上形成金屬阻擋膜的工序，該金屬阻擋膜由金屬硅化膜或金屬碳化膜所構(gòu)成的金屬化合物膜所構(gòu)成；以及在所述金屬阻擋膜上形成埋入金屬布線以填埋所述凹部的工序。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于，形成所述金屬阻擋膜的工序包括形成所述金屬化合物膜后，在所述金屬化合物膜上形成1層以上含有金屬的膜，來形成由所述金屬化合物膜及所述1層以上含有金屬的膜所構(gòu)成的所述金屬阻擋膜。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于構(gòu)成所述金屬化合物膜的金屬是高熔點金屬。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述金屬布線是由銅或銅合金所構(gòu)成。
全文摘要
半導體裝置包括在硅襯底1上形成的絕緣膜6，在絕緣膜6中形成的埋入金屬布線8，以及在絕緣膜6與金屬布線8之間形成的金屬阻擋膜7。金屬阻擋膜是金屬化合物膜，金屬化合物膜包含構(gòu)成絕緣膜6的元素中的至少1個。
文檔編號H01L21/70GK1842902SQ20058000098
公開日2006年10月4日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者中川秀夫, 池田敦, 青井信雄 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社