專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及防反射膜。
背景技術(shù)：
此前，當(dāng)在鋁或者鋁合金上對光刻膠進行構(gòu)圖時，為了防止成暈現(xiàn)象(halation)而導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生，而形成了防反射膜。例如，在專利文獻1中示出了通過濺射來堆積TiN、TaN、ZrN、HfN等高熔點金屬氮化膜的制造方法。從圖7到圖11示出了利用這種高熔點金屬氮化膜作為防反射膜的多層布線制造工序的一個例子。
但是，在多層布線結(jié)構(gòu)中應(yīng)用高熔點金屬氮化膜作為防反射膜，并不僅僅停留在降低反射率即可這樣的要求上。原因是在具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的情況下，下層金屬布線和上層金屬布線穿過連接孔，并通過較低的通路電阻進行連接變得非常重要。
在所述專利文獻1中示出的制造方法中，難以得到足夠低的接觸電阻，所以作為解決該問題的手段，專利文獻2中示出了在堆積了高熔點金屬之后在氮氣環(huán)境中進行加熱處理，從而降低高熔點金屬的電阻率的制造方法、以及專利文獻3中示出了層疊堆積Ti和TiN的制造方法。再者，作為防反射膜，使用高熔點金屬的主要理由是為了提高長期可靠性。在使用鋁或鋁合金作為主布線的情況下，存在稱為電遷移或應(yīng)力遷移等與布線的長期可靠性有關(guān)的惡化現(xiàn)象。對于該問題，周知的是可通過使用高熔點金屬得到布線加強效果，并針對所述惡化現(xiàn)象實現(xiàn)較高的耐性。
特開平1-241162號公報[專利文獻2]特開平5-226338號公報[專利文獻3]特開平5-190551號公報根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的防反射膜的一個特征是，應(yīng)用了高熔點金屬氮化膜。但是，在應(yīng)用高熔點金屬氮化膜作為防反射膜的情況下，在使用干法蝕刻技術(shù)形成連接孔時，如圖12中所示那樣，沿著連接孔的側(cè)壁生成由抗蝕劑、蝕刻氣體、作為襯底的高熔點金屬氮化膜構(gòu)成的副產(chǎn)物12。所述副產(chǎn)物即使經(jīng)過通常的蝕刻處理后所進行的抗蝕劑灰化、以及通過浸漬到有機剝離液而進行的抗蝕劑除去工序，也會作為殘渣以王冠狀殘留在連接孔中，根據(jù)其形狀一般稱作冠頂(crown)。下面，本說明書中將作為冠頂進行描述。
使用濺射技術(shù)，保持形成了所述冠頂12而堆積第2布線金屬時，所述冠頂妨礙濺射粒子射入到連接孔中，在連接孔內(nèi)部不能堆積出預(yù)定厚度。由此，產(chǎn)生了如下缺陷如圖13中所示那樣，布線金屬13發(fā)生斷線，導(dǎo)致成品率降低。另外，雖然很容易預(yù)想到在未達到斷線的水平上薄薄地進行堆積的情況下，半導(dǎo)體裝置的可靠性將成為嚴(yán)重的問題，但是也不否定其通過了電氣特性評價且作為優(yōu)良產(chǎn)品流入市場的可能性。
專利文獻2中公開了當(dāng)進行了高熔點金屬膜堆積后在氮氣環(huán)境中進行熱處理的發(fā)明，但是這不但增加工序，而且需要450℃左右的熱處理溫度，由于以防止半導(dǎo)體裝置襯底和布線金屬相互擴散為目的而廣泛使用的阻擋層金屬發(fā)生惡化，從而擔(dān)心由于向襯底側(cè)的布線金屬尖頭(spike)而導(dǎo)致接合漏電流的增加等，同時，容易預(yù)想到對于高熔點金屬膜來說，因為熱處理的偏差等而導(dǎo)致高熔點金屬氮化層的厚度發(fā)生變化。這是在形成上層布線時與連接孔中的高熔點氮化層接觸的情況下，發(fā)生了與高熔點金屬接觸的情況，難以得到穩(wěn)定的通路電阻。
專利文獻3中公開了通過濺射來層疊形成Ti和TiN的發(fā)明。當(dāng)在同一處理室中改變氣體環(huán)境對Ti和TiN進行處理時，在每個半導(dǎo)體襯底處理中都需要在濺射TiN之后使用惰性氣體Ar等除去濺射靶表面的氮化層這一步驟，所以不但增加了處理時間，而且除了在半導(dǎo)體襯底上堆積以外還消耗靶材，故經(jīng)濟性不好。在各個單獨的處理室中處理Ti和TiN的情況下，可能會發(fā)生如下情況通過TiN膜的高應(yīng)力將堆積到處理室內(nèi)部的TiN剝離掉，并容易落到半導(dǎo)體襯底上，在后續(xù)布線形成工序中容易產(chǎn)生圖形缺陷導(dǎo)致成品率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中，連接孔中不會產(chǎn)生冠頂，具有較高的長期可靠性、生產(chǎn)性和經(jīng)濟性優(yōu)異、具有較低的通孔電阻的防反射膜的形成方法。
本發(fā)明中為了解決上面記載的課題，提供一種半導(dǎo)體裝置的多層布線結(jié)構(gòu)的制造方法，包括如下步驟在包含第1阻擋層金屬的布線用金屬膜上層疊高熔點金屬膜；在所述高熔點金屬膜上堆積防反射膜；形成由包含所述第1阻擋層金屬的布線用金屬膜、所述高熔點金屬膜、以及所述防反射膜構(gòu)成的布線；在所述布線上形成層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上形成與作為所述布線最上層的所述防反射膜的連接孔；在所述連接孔形成之后有選擇地除去所述連接孔底部的所述防反射膜；以及經(jīng)由所述連接孔堆積第2布線用金屬膜。
作為所述多層布線結(jié)構(gòu)的制造方法中涉及的構(gòu)成材料，鑒于材料價格低廉等理由，所述第1布線用金屬膜以及第2布線用金屬膜為鋁或鋁合金，為了提高對電遷移或者應(yīng)力遷移的耐性，所述高熔點金屬膜為Ti、TiW、W、Ta、Mo中的任意一種，在連接孔開口后僅通過一般的抗蝕劑灰化、有機剝離液中的浸漬就能夠容易地除去蝕刻副產(chǎn)物而不會產(chǎn)生冠頂，并且作為對半導(dǎo)體裝置的制造工序親和性較高的材料，所述防反射膜由Si或Si化合物構(gòu)成。
此外，作為所述多層布線結(jié)構(gòu)的制造方法中涉及的構(gòu)成材料的制法，鑒于生產(chǎn)性、經(jīng)濟性，通過PVD進行所述高熔點金屬膜的堆積方法以及所述防反射膜的堆積方法。
進而，在所述多層布線結(jié)構(gòu)的制造方法中，作為得到足夠低的通路電阻的方法，其特征在于，通過干法蝕刻除去所述防反射膜。
另外，一種多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，由如下部分構(gòu)成第1布線，由包含在所述半導(dǎo)體襯底上形成的第1阻擋層金屬的布線用金屬膜、僅形成在包含所述第1阻擋層金屬的布線用金屬膜上的高熔點金屬膜、以及所述高熔點金屬膜上的防反射膜構(gòu)成；連接孔，形成在所述第1布線上；以及第2布線，經(jīng)由所述連接孔與所述第1布線連接，其中所述防反射膜僅形成在所述連接孔區(qū)域之外的所述高熔點金屬膜上，并且所述防反射膜由Si或Si化合物構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明，能夠制造出具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，在具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的連接孔中不會產(chǎn)生冠頂，具有較高的長期可靠性，生產(chǎn)性和經(jīng)濟性優(yōu)異，具有足夠低的通孔電阻、并且電阻偏差較小。


圖1為示出本發(fā)明第1實施例的工序截面圖。
圖2為示出本發(fā)明第1實施例的工序截面圖。
圖3為示出本發(fā)明第1實施例的工序截面圖。
圖4為示出本發(fā)明第1實施例的工序截面圖。
圖5為示出本發(fā)明第1實施例的工序截面圖。
圖6為示出本發(fā)明第1實施例的工序截面圖。
圖7為示出現(xiàn)有例子的工序截面圖。
圖8為示出現(xiàn)有例子的工序截面圖。
圖9為示出現(xiàn)有例子的工序截面圖。
圖10為示出現(xiàn)有例子的工序截面圖。
圖11為示出現(xiàn)有例子的工序截面圖。
圖12為示出現(xiàn)有例子的產(chǎn)生冠頂?shù)慕孛鎴D。
圖13為示出現(xiàn)有例子的產(chǎn)生冠頂而導(dǎo)致金屬布線的有效區(qū)域(カバレジ)產(chǎn)生缺陷的例子1的截面圖。
具體實施例方式
從圖1到圖6為本發(fā)明實施例的具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的制造方法的工序截面圖。
首先，如圖1所示，通過PVD在堆積于半導(dǎo)體襯底1上的層間絕緣膜2上堆積了阻擋層金屬3和第1鋁合金膜4，然后，出于布線加強的目的，通過PVD在真空中，在沒有暴露于大氣的所述鋁合金膜4上連續(xù)堆積鈦膜5，使其厚度在10～200nm范圍。這是為了防止在所述鋁合金膜4和所述鈦膜5之間生成氧化鋁膜，其對于獲得較低的通路電阻非常重要。接著，通過PVD在所述鈦膜5上堆積無定形硅膜6作為防反射膜，并任選無定形硅膜6的厚度以獲得預(yù)定反射率。為了降低反射率，優(yōu)選無定形硅膜的厚度設(shè)定為100～200。更希望在110～150，所述鈦膜5和所述無定形硅膜6無需在真空中連續(xù)堆積，但是鑒于生產(chǎn)性而希望在同一裝置內(nèi)連續(xù)堆積。
圖2為示出了對由所述膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的布線層使用光刻法以及干法蝕刻技術(shù)形成布線圖形之后的工序截面圖。接下來，如圖3所示形成金屬層間絕緣膜。為了防止配置在上層的布線斷線、短路，希望金屬層間絕緣膜是平坦的。使用以SOG作為犧牲膜通過全面蝕刻進行平坦化的技術(shù)、或者通過CMP(化學(xué)的機械研磨)法進行金屬層間平坦化的技術(shù)，形成平滑的金屬層間絕緣膜7。接著，使用光刻技術(shù)以及干法蝕刻技術(shù)形成圖4中示出的連接孔8。此外，有必要調(diào)整選擇比，使得在連接孔光刻時，圖1中堆積的無定形硅膜6在干法蝕刻時發(fā)生過度蝕刻時并不消失。選擇比具有如下優(yōu)點例如，通過調(diào)整CHF3、CF4的蝕刻氣體的混合比，從而可較容易地控制對無定形硅膜6的選擇比。
接著，如圖5中所示，為了得到較低的通路電阻，使用干法蝕刻技術(shù)僅僅除去連接孔底部的無定形硅膜6。由此，很容易實現(xiàn)如下蝕刻條件通過CF4等離子體或者NF3等離子體充分地獲得與下層的鈦層5的選擇比。由此，無需對下層的鈦層5進行過度蝕刻，就能夠均勻地保持膜厚。因此，能夠降低因鈦層5的膜厚所引起的電阻值偏差。也可以在進行了連接孔8的蝕刻之后在同一裝置內(nèi)(in-situ原位)進行無定形硅膜6的除去處理，但是，因為在連接孔側(cè)壁上生成了蝕刻副產(chǎn)物，故殘留了其本身厚度的無定形硅膜6，因此，希望在進行連接孔8的蝕刻之后，通過灰化、浸漬到有機剝離液中來進行抗蝕劑、副產(chǎn)物的除去，然后進行無定形硅膜6的蝕刻。當(dāng)在防反射膜上使用了包含高熔點金屬氮化膜的高熔點金屬膜11(圖12)時，蝕刻時的副產(chǎn)物中攝入了大量的鈦，將其除去很困難。但是，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以較容易地除去。由此，能夠充分降低通孔電阻。
接著，在PVD裝置中通過RF蝕刻對連接孔8底部的鈦膜表面進行清洗后，在堆積了阻擋層金屬膜9以及第2鋁合金膜10之后，使用光刻技術(shù)以及干法蝕刻技術(shù)獲得圖6中的多層布線結(jié)構(gòu)。
在本實施例中，作為用于布線加強的高熔點金屬的膜雖然使用了鈦(Ti)，但是使用鎢化鈦(TiW)、鎢(W)、鉭(Ta)、鉬(Mo)的膜當(dāng)然也可以獲得同樣的效果。進一步地，作為防反射膜，除了無定形硅之外，使用多晶硅或者氮化硅等硅化合物也能夠獲得同樣的效果。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，充分降低了通孔電阻，降低了電阻偏差，而且，由于在第1鋁合金膜4的上下層疊了高熔點金屬膜，故具有電遷移或者應(yīng)力遷移等可靠性也提高的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的多層布線的制造方法，由如下步驟構(gòu)成在包含第1阻擋層金屬的布線用金屬膜上層疊高熔點金屬膜；在所述高熔點金屬膜上堆積防反射膜；形成由包含所述第1阻擋層金屬的布線用金屬膜、所述高熔點金屬膜、以及所述防反射膜構(gòu)成的布線；在所述布線上形成層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜上形成與作為所述布線最上層的所述防反射膜的連接孔；在形成所述連接孔之后有選擇地除去所述連接孔底部的所述防反射膜；以及經(jīng)由所述連接孔堆積第2布線用金屬膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述第1布線用金屬膜以及第2布線用金屬膜由鋁或鋁合金構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述高熔點金屬膜為Ti、TiW、W、Ta、Mo中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，所述防反射膜由Si或Si化合物構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過PVD進行所述高熔點金屬膜的堆積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過PVD進行所述防反射膜的堆積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1記載的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，通過干法蝕刻除去所述防反射膜。
8.一種多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，由如下部分構(gòu)成半導(dǎo)體襯底；第1布線，由包含在所述半導(dǎo)體襯底上形成的第1阻擋層金屬的布線用金屬膜、僅形成在包含所述第1阻擋層金屬的布線用金屬膜上的高熔點金屬膜、以及所述高熔點金屬膜上的防反射膜構(gòu)成；連接孔，形成在所述第1布線上；以及第2布線，經(jīng)由所述連接孔與所述第1布線連接，其中所述防反射膜僅形成在所述連接孔區(qū)域之外的所述高熔點金屬膜上，并且所述防反射膜由Si或Si化合物構(gòu)成。
全文摘要
提供一種具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在具有多層布線結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中，連接孔中不會產(chǎn)生冠頂，長期可靠性高、生產(chǎn)性經(jīng)濟性優(yōu)異、具有足夠低的通孔電阻的防反射膜的形成方法。在下層鋁合金膜上配置由高熔點金屬膜、Si或Si化合物構(gòu)成的反射防止膜的層疊膜。
文檔編號H01L23/522GK101034682SQ200710092359
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月18日
發(fā)明者杉浦和弘 申請人:精工電子有限公司