專利名稱：半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造一種半導(dǎo)體器件的方法，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及用于填埋諸如接觸孔或通孔之類的開(kāi)口的一種半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)以及用于制造該結(jié)構(gòu)的方法。
一般來(lái)說(shuō)，在半導(dǎo)體器件的制造工藝中最關(guān)鍵的部分是布線，這是因?yàn)樵撈骷墓ぷ魉俣?、成品率和可靠性全取決于該布線方法。在一種常規(guī)的低集成度的半導(dǎo)體器件內(nèi)，金屬的臺(tái)階覆蓋不是一個(gè)重要的問(wèn)題。但是近年來(lái)越來(lái)越高的集成度已使接觸孔變得越來(lái)越小(即，直徑是半個(gè)微米或更小)，并使半導(dǎo)體襯底內(nèi)的雜質(zhì)注入?yún)^(qū)變得很薄。如采用常規(guī)的鋁布線方法，要充填一個(gè)小于1μm的接觸孔是困難的，結(jié)果在該接觸孔內(nèi)可能形成一個(gè)空洞，從而降低了該金屬布線的可靠性。
在制造半導(dǎo)體器件的早期階段，使用純鋁在一個(gè)硅襯底上形成一個(gè)金屬布線層。但在其后的燒結(jié)階段內(nèi)，當(dāng)溫度增加時(shí)，所形成的鋁層從該襯底吸收硅原子，故產(chǎn)生結(jié)(Al)的尖峰。因而已廣泛地使用Al—1％Si(用硅對(duì)鋁進(jìn)行超飽和處理后得到的合金)作為金屬布線層的材料。
但當(dāng)使用Al—1％Si來(lái)形成半導(dǎo)體器件的布線時(shí)，硅在進(jìn)行高于450℃的溫度下的熱處理期間從該鋁膜中析出，從而形成一種硅的剩余物。此外，通過(guò)硅原子的固相外延生長(zhǎng)在接觸孔內(nèi)形成硅的球結(jié)，從而增加了布線電阻和接觸電阻。
為了防止由于在金屬布線層與半導(dǎo)體襯底之間的相互作用而產(chǎn)生的上述鋁尖峰、硅的剩余物和硅的球結(jié)，在該布線層與硅襯底間或該布線層與一個(gè)絕緣層間形成一擴(kuò)散阻擋膜。例如，由Yokoyama等在美國(guó)專利No.4,897,709中公開(kāi)的一種在一個(gè)接觸孔的內(nèi)壁上形成作為擴(kuò)散阻擋膜的氮化鈦(TiN)膜的方法。此外，在日本專利公開(kāi)No.61—183942中公開(kāi)了一種如下的技術(shù)形成一種由一種難熔金屬(Ti)膜和TiN膜組成的雙層膜，并對(duì)其進(jìn)行熱處理來(lái)作為一種擴(kuò)散阻擋層，以及鈦(Ti)層與半導(dǎo)體襯底相互作用以形成一種在與該半導(dǎo)體襯底相連的一個(gè)接觸孔的底部?jī)?nèi)由熱穩(wěn)定化合物組成的難熔金屬硅化層，從而增強(qiáng)了阻擋效應(yīng)。一般來(lái)說(shuō)，這樣一種擴(kuò)散阻擋膜是在一種氮?dú)鈿夥諆?nèi)進(jìn)行退火的。若不對(duì)該擴(kuò)散阻擋膜進(jìn)行退火，當(dāng)在超過(guò)450℃的一個(gè)溫度下濺射鋁或鋁合金時(shí)或在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生結(jié)的尖峰，而這種尖峰是不希望出現(xiàn)的。此外，使用一種TiN或TiW膜作為擴(kuò)散阻擋膜。但在該TiN或TiW膜內(nèi)存在一種不能完全防止鋁或硅在晶粒邊界處的擴(kuò)散的微結(jié)構(gòu)缺陷。
此外，已提出了一種通過(guò)使用一種氧填塞法來(lái)阻塞晶粒間界處的擴(kuò)散通道的方法(參見(jiàn)由J.B.Stimmel和B.N.Mehrotra寫(xiě)的“氧在反應(yīng)濺射的TiN膜上的效應(yīng)”，第375—382頁(yè)，發(fā)表于“應(yīng)用于VLSI的鎢和其它難熔金屬I(mǎi)II，1988)。一般來(lái)說(shuō)，在淀積TiN和將其暴露于環(huán)境氣氛時(shí)，該暴露的TiN與環(huán)境氣氛中少量的氧混合，從而增加了擴(kuò)散阻擋效應(yīng)。這種效應(yīng)被稱為填塞效應(yīng)。更具體地說(shuō)，Stimmel和Mehrotra告訴我們，氧在阻擋金屬的表面以及在晶粒間界處以氧化物的形式存在，這就解釋了填塞效應(yīng)。
但如果把由淀積Ti或TiN形成的一個(gè)阻擋層暴露于環(huán)境氣氛中，或如果通過(guò)與氧混合來(lái)淀積TiN，或如果在一種混有氧的氮?dú)鈿夥罩袑?duì)TiN進(jìn)行退火，接觸電阻就可能增加。因此，TiN膜的阻擋特性依暴露在環(huán)境氣氛中的時(shí)間、在淀積期間內(nèi)流入的氧的量、在退火中的氧的量以及溫度而改變。對(duì)該阻擋層進(jìn)行退火的工藝條件是溫度在450℃至550℃之間、氮?dú)鈿夥找约俺掷m(xù)時(shí)間為30—60分。已知該工藝條件是一種最佳條件。
但是，在對(duì)擴(kuò)散阻擋膜進(jìn)行退火時(shí)引入的氧填塞效應(yīng)引起該擴(kuò)散阻擋膜表面的氧化，因而在其后的工藝中通過(guò)使用鋁對(duì)接觸孔進(jìn)行填埋時(shí)引起諸如接觸特性等方面的問(wèn)題。因此，此種氧填塞效應(yīng)降低了半導(dǎo)體器件的可靠性。為了提高半導(dǎo)體器件的可靠性，已提出一種用于插入一個(gè)改善該金屬層的可沾性的潤(rùn)濕層的方法以及一種在形成硅烷化層和進(jìn)行氫處理之后填埋接觸孔的方法。
在其它方法中，為了增強(qiáng)在該阻擋金屬與鋁布線間的可沾性和提高布線質(zhì)量和成品率，在對(duì)TiN層(即阻擋層)進(jìn)行退火后通過(guò)離子注入法來(lái)注入Si或O2(Higatta Masafumi的日本專利公開(kāi)No.88—176035)。
在另一種公開(kāi)的方法中，在濺射鋁之前淀積鈦以及在其后淀積一種高溫鋁以充填一個(gè)大小為0.5μm、縱橫比為1.6的通孔的情況下，如鈦層薄的話，充填效應(yīng)就下降(參見(jiàn)VMIC 170—176，1991)。但當(dāng)接觸孔的尺寸變小時(shí)(即小于0.5μm)，該接觸孔未被完全填滿，或在該接觸孔內(nèi)產(chǎn)生空洞，從而降低了可靠性。


圖1—3是顯示一種常規(guī)的填埋開(kāi)口(接觸孔)的布線結(jié)構(gòu)的剖面圖，其中舉例說(shuō)明了在充填接觸孔時(shí)可能產(chǎn)生的各種問(wèn)題。首先，在半導(dǎo)體襯底上形成一個(gè)將變成源/漏區(qū)的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)4。然后在由此得到的結(jié)構(gòu)上形成一個(gè)具有部分地暴露雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)4的一個(gè)接觸孔6的絕緣層8。(這里為了解釋的方便起見(jiàn)，沒(méi)有示出在MOS結(jié)構(gòu)中的柵電極)。之后在接觸孔6的內(nèi)側(cè)壁表面上、在由接觸孔6暴露的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)4上和在絕緣層8上相繼地形成作為歐姆接觸層的鈦層(未示出)和作為擴(kuò)散阻擋層的TiN層10。此外，在TiN層10上形成用于充填接觸孔6的鋁層12。
同時(shí)，可按下述方式來(lái)制造上述填埋接觸孔的布線結(jié)構(gòu)。
首先，通過(guò)一種普通的硅局部氧化法(LOCOS)在半導(dǎo)體襯底2上形成一個(gè)場(chǎng)氧化膜(未示出)，并在該場(chǎng)氧化膜之間的半導(dǎo)體襯底2上淀積一種雜質(zhì)，從而形成作為源/漏區(qū)的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)4。然后，用普通的化學(xué)汽相淀積(CVD)法在由此得到的結(jié)構(gòu)上淀積一種絕緣材料，例如氧化硅(SiO2)，從而形成絕緣層8。之后在絕緣層8上形成一個(gè)用于形成接觸孔6的光致抗蝕劑圖形(未示出)，然后應(yīng)用該光致抗蝕劑圖形作為刻蝕掩模對(duì)絕緣層8進(jìn)行刻蝕，直到暴露出雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)4為止，從而形成開(kāi)口6。然后在開(kāi)口6的內(nèi)側(cè)壁表面上、在由開(kāi)口6暴露出的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)4和絕緣層8上用濺射法淀積厚度為300至900的鈦層，從而形成歐姆接觸層。接著通過(guò)一種濺射法在該鈦層上形成厚度為600至2000的擴(kuò)散阻擋層(層10)。用濺射法在由此得到的結(jié)構(gòu)上淀積鋁以形成用于填埋開(kāi)口6的鋁層12。
在上述常規(guī)的填埋接觸孔的布線結(jié)構(gòu)和制造該結(jié)構(gòu)的方法中，主要通過(guò)一種濺射法形成Ti層(即歐姆接觸層)、TiN層10(即擴(kuò)散阻擋層)和鋁層12。但是當(dāng)該接觸孔的縱橫比增加時(shí)，通過(guò)常規(guī)的濺射法進(jìn)行淀積時(shí)會(huì)產(chǎn)生如圖1和圖2中示出的空洞14，從而降低了制成的器件的可靠性。而且按照該常規(guī)技術(shù)，鋁層的臺(tái)階覆蓋范圍也較差(如在圖3中示出的)，以致于有產(chǎn)生布線短路的趨勢(shì)。因而降低了器件的可靠性。
圖4說(shuō)明當(dāng)在圖1—3中示出的擴(kuò)散阻擋膜上淀積鋁時(shí)，鋁膜的一種起始的成核現(xiàn)象，圖4還包括說(shuō)明該起始成核現(xiàn)象的該側(cè)壁部分的放大視圖。這里，參照數(shù)字10表示TiN層，10a表示TiN晶粒，12表示鋁層，而12a表示鋁晶粒。以下將參照?qǐng)D4來(lái)說(shuō)明在開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁內(nèi)形成的該TiN層的特性和鋁層的一種表面形態(tài)。
由于當(dāng)進(jìn)行淀積時(shí)在一個(gè)開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成的該TiN層，其表面在結(jié)構(gòu)上垂直于靶，故只淀積相對(duì)來(lái)說(shuō)較少量的濺射原子。當(dāng)應(yīng)用一種準(zhǔn)直技術(shù)時(shí)，就明顯地產(chǎn)生這種趨勢(shì)。此外，由于TiN易于在<111>方向上生長(zhǎng)，故形成柱狀的晶粒10a。
同時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，由濺射法或CVD法得到的TiN層不是非晶態(tài)的。因此，形成較少量的濺射原子的該接觸孔的內(nèi)側(cè)壁具有一個(gè)粗糙的表面。因此，在該粗糙的擴(kuò)散阻擋膜上形成的鋁原子的起始淀積特性是較差的。換言之，鋁圍繞該相對(duì)來(lái)說(shuō)較大的TiN晶粒的成核現(xiàn)象不是均勻地產(chǎn)生的，正如在該放大圖中示出的那樣，鋁的淀積是以一種不平坦和不連續(xù)的方式進(jìn)行的。因而，即使在其后的工藝過(guò)程中通過(guò)在接觸孔中淀積鋁而進(jìn)行熱處理，但還是產(chǎn)生了空洞，而且在一個(gè)具有高縱橫比的接觸孔內(nèi)產(chǎn)生這樣的空洞變得更容易。因此就降低了半導(dǎo)體器件的可靠性。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)用于形成一個(gè)擴(kuò)散阻擋膜的一個(gè)平坦的表面，從而有效地填埋具有高臺(tái)階的一個(gè)接觸孔。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種適合于形成具備平坦表面的擴(kuò)散阻擋膜的半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法。
為了達(dá)到本發(fā)明的上述目的，所提供的一種半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底；一個(gè)形成在該半導(dǎo)體襯底上并包括一個(gè)開(kāi)口的絕緣層；一個(gè)具有平坦表面的擴(kuò)散阻擋膜，該平坦表面是通過(guò)在該開(kāi)口的兩側(cè)壁上進(jìn)行一種等離子體輻照而形成的；以及在該擴(kuò)散阻擋膜上形成的一個(gè)金屬層。
該擴(kuò)散阻擋膜由一種難熔金屬或一種難熔金屬化合物組成。具體地說(shuō)，該難熔金屬可以是Ti，該難熔金屬化合物可以是TiN。此外，該開(kāi)口是一個(gè)用于暴露該半導(dǎo)體襯底的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)的接觸孔或是一個(gè)用于暴露一較低的導(dǎo)電層的通孔。該金屬層可以由鋁或鋁合金形成。
此外還提供了一種半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底；一個(gè)形成在該半導(dǎo)體襯底上、且其中包括一個(gè)開(kāi)口的絕緣層；具有一個(gè)平坦表面的擴(kuò)散阻擋膜，該平坦表面是通過(guò)在該開(kāi)口的兩側(cè)壁上進(jìn)行一種等離子體輻照而形成的；以及填埋于形成該擴(kuò)散阻擋膜的該開(kāi)口內(nèi)的一個(gè)金屬層。
本發(fā)明所提供的一種用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上形成一個(gè)絕緣層；在該絕緣層上形成一個(gè)開(kāi)口；在該絕緣層上、在由該開(kāi)口暴露出的襯底上和在該開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成一個(gè)擴(kuò)散阻擋膜，對(duì)在該開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成的擴(kuò)散阻擋膜的表面進(jìn)行等離子體輻照；以及在該經(jīng)過(guò)等離子體輻照的擴(kuò)散阻擋膜上形成一個(gè)金屬層。
在本發(fā)明中應(yīng)用等離子體來(lái)使該擴(kuò)散阻擋膜的表面變得平坦。該等離子體是通過(guò)應(yīng)用一種隋性氣體的電子回旋共振(ECR)等離子體裝置、高頻等離子體裝置或一種磁控管增強(qiáng)的等離子體裝置來(lái)形成的。具體地說(shuō)，可通過(guò)把氫加到該隋性氣體中來(lái)增強(qiáng)等離子體處理效果。
此外，可通過(guò)一種化學(xué)汽相淀積(CVD)法來(lái)形成該金屬層以及可在形成該擴(kuò)散阻擋層的步驟之后再進(jìn)行一個(gè)熱處理過(guò)程。此外，可在形成該金屬層的步驟之后還包括進(jìn)行熱處理過(guò)程的一個(gè)步驟以填埋該開(kāi)口。
此外，本發(fā)明的方法還可包括在填埋該開(kāi)口的步驟之后形成一個(gè)第二金屬層的步驟?？赏ㄟ^(guò)二種淀積工藝來(lái)形成該金屬層，首先在一個(gè)第一溫度下淀積，其次在一個(gè)第二溫度下淀積。該第一溫度應(yīng)低于該第二溫度。
提供了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成一個(gè)絕緣層；在該絕緣層上形成一個(gè)開(kāi)口；在該絕緣層上、在由該開(kāi)口暴露出的襯底上和該開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成一個(gè)第一擴(kuò)散阻擋膜；對(duì)在該開(kāi)口的側(cè)壁上形成的該第一擴(kuò)散阻擋膜的表面進(jìn)行等離子體輻照；在該已經(jīng)過(guò)等離子體輻照的第一擴(kuò)散阻擋膜上形成一個(gè)第二擴(kuò)散阻擋膜；在形成了該第二擴(kuò)散阻擋膜的整個(gè)襯底上形成一個(gè)金屬層；以及通過(guò)在該金屬層上進(jìn)行一個(gè)熱處理過(guò)程來(lái)填埋該開(kāi)口。
該金屬層可在形成該第二擴(kuò)散阻擋膜之后不中止真空的情況下形成。此外，在形成該金屬層的步驟之后還可包括形成一個(gè)第二金屬層的步驟。
再者，可在形成該第二擴(kuò)散阻擋膜的步驟之后進(jìn)行一個(gè)熱處理過(guò)程。而且可在對(duì)第一擴(kuò)散阻擋膜的表面進(jìn)行等離子體輻照的步驟之后進(jìn)行一個(gè)熱處理過(guò)程。
提供了一種用于形成一種半導(dǎo)體器件的布線的方法，包括以下步驟在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上形成一個(gè)絕緣層；在該絕緣層上形成一個(gè)開(kāi)口；在該絕緣層上、在由該開(kāi)口暴露出的襯底上和該開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成一個(gè)第一擴(kuò)散阻擋膜；用等離子體輻照該開(kāi)口的側(cè)壁上形成的第一擴(kuò)散阻擋膜的表面；在該已經(jīng)過(guò)等離子體輻照的第一擴(kuò)散阻擋膜上形成一個(gè)第二擴(kuò)散阻擋膜；以及在形成該第二擴(kuò)散阻擋膜的整個(gè)襯底上進(jìn)行高溫濺射從而填埋該開(kāi)口。
由于鋁原子的起始淀積特性是良好的，故在光滑的擴(kuò)散阻擋膜上形成該金屬層(即一個(gè)鋁膜)，以使鋁膜均勻地和連續(xù)地淀積，從而使其具有一種良好的臺(tái)階覆蓋范圍。因此就可有效地填埋一個(gè)具有高臺(tái)階的接觸孔，從而提高器件的可靠性。
通過(guò)在參照附圖的情況下詳細(xì)地描述較佳實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和其它優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。這些附圖如下圖1、2和3是表明常規(guī)填埋布線結(jié)構(gòu)的各種問(wèn)題的剖面圖；圖4說(shuō)明當(dāng)在圖1—3中示出的該擴(kuò)散阻擋膜上淀積鋁時(shí)鋁膜的一種起始成核現(xiàn)象；圖5說(shuō)明本發(fā)明半導(dǎo)體器件的一種布線層結(jié)構(gòu)和金屬層在一個(gè)開(kāi)口的側(cè)壁上的起始成核現(xiàn)象；圖6A—6D示出一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例1，其中圖6B和6C各包括一個(gè)顯示該開(kāi)口的側(cè)壁上形成的擴(kuò)散阻擋膜表面的放大視圖；圖7A—7C是一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例2的剖面圖；圖8A—8C是一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例3的剖面圖；圖9A—9C是一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例5的剖面圖，其中圖9A包括顯示該開(kāi)口的側(cè)壁上形成的該擴(kuò)散阻擋層表面的一個(gè)放大視圖；圖10A—10C是一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例6的剖面圖；以及圖11和12分別是一個(gè)按照本發(fā)明進(jìn)行了等離子體輻照的TiN表面和一個(gè)常規(guī)的未進(jìn)行等離子體輻照的TiN表面的SEM照片。
以下將參照?qǐng)D5說(shuō)明按照本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件金屬布線層的結(jié)構(gòu)。(為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的說(shuō)明，未示出柵區(qū)，并省略了有關(guān)該柵區(qū)的說(shuō)明)。
參照?qǐng)D5，在半導(dǎo)體襯底31上形成將成為源/漏區(qū)的一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33。該雜質(zhì)可以是N+也可以是P+型，可在該雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)的右邊和左邊形成一個(gè)場(chǎng)氧化膜(未示出)。這里，在半導(dǎo)體襯底31內(nèi)形成的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33只是適合于達(dá)到本發(fā)明目的的一個(gè)硅層的實(shí)施例，這是提供一種用于把硅層內(nèi)的上部導(dǎo)電層填埋到一個(gè)開(kāi)口(例如接觸孔或通孔)的較低部分的填埋接觸孔的結(jié)構(gòu)。舉例來(lái)說(shuō)，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33可由一個(gè)較低的導(dǎo)電層(未示出)來(lái)代替，例如，該較低的導(dǎo)電層是一個(gè)在該半導(dǎo)體襯底頂部的一個(gè)任意的較低結(jié)構(gòu)上形成的多晶硅層。該填埋接觸孔的結(jié)構(gòu)(在以下部分進(jìn)行描述)的實(shí)施例可適用于在該較低的導(dǎo)電層上形成的填埋通孔結(jié)構(gòu)。
在由此得到的結(jié)構(gòu)上形成一個(gè)帶有開(kāi)口(接觸孔)的絕緣層35，該開(kāi)口用于暴露該雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)。絕緣層35由例如氧化硅的絕緣材料組成。該開(kāi)口可以是一個(gè)用于暴露出雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33的接觸孔或是一個(gè)用于暴露出較低的導(dǎo)電層(如多晶硅)的通孔。
然后形成一個(gè)擴(kuò)散阻擋膜37。該擴(kuò)散阻擋膜37可以是在Ti層(未示出)上形成的TiN層。在該開(kāi)口的內(nèi)表面上、在由該開(kāi)口暴露出的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33上和絕緣層35上形成該Ti層。該擴(kuò)散阻擋層37也可以是一個(gè)Ti層。
然后通過(guò)一種濺射法在由此得到的結(jié)構(gòu)上淀積鋁，從而形成用于填埋該開(kāi)口的一個(gè)金屬層41。
在圖5中，用在該開(kāi)口的側(cè)壁上形成的擴(kuò)散阻擋膜和金屬層的一個(gè)詳細(xì)視圖顯示該金屬層的一種起始成核現(xiàn)象。在這里，在該開(kāi)口的側(cè)壁上形成一個(gè)沒(méi)有晶粒邊界的、光滑的擴(kuò)散阻擋膜37。在擴(kuò)散阻擋膜37的側(cè)壁上的鋁原子的起始淀積特性是良好的。換言之，由于均勻的TiN晶?；騎iN膜的光滑表面而均勻地產(chǎn)生鋁膜的成核過(guò)程。因此，與常規(guī)的技術(shù)不同，采用本發(fā)明的方法可均勻地和連續(xù)地淀積該鋁膜。實(shí)施例1圖6A—6D是顯示一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例1的剖面圖，其中圖6B和6C包括說(shuō)明該開(kāi)口內(nèi)側(cè)壁上形成的擴(kuò)散阻擋膜的一個(gè)表面的放大視圖。
圖6A說(shuō)明在半導(dǎo)體襯底31上形成具有一個(gè)開(kāi)口的絕緣層35的步驟。
通過(guò)一種普通的LOCOS法在半導(dǎo)體襯底31上形成一個(gè)場(chǎng)氧化膜(未示出)，以及在場(chǎng)氧化膜間的半導(dǎo)體襯底31上以離子注入方式注入一種N+或P+型雜質(zhì)，從而形成用作源/漏區(qū)的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33。在這里，形成該場(chǎng)氧化膜的工藝是任意的，而且按照本發(fā)明的目的，該雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)可由一個(gè)任意的硅層(例如多晶硅)來(lái)代替。
用一種普通的CVD法在由此得到的結(jié)構(gòu)上淀積一種絕緣材料，例如氧化硅(SiO2)，從而形成一個(gè)絕緣材料層。應(yīng)用硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)形成厚度為0.8至1.6μm的絕緣材料層。其后在該絕緣材料層上形成用于形成開(kāi)口的光致抗蝕劑圖形(未示出)。然后把該光致抗蝕劑圖形用作一個(gè)刻蝕掩模，對(duì)該絕緣材料層進(jìn)行刻蝕直到露出雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33，從而形成具有一個(gè)開(kāi)口的絕緣層35。
圖6B顯示在形成該開(kāi)口的整個(gè)襯底上形成擴(kuò)散阻擋層37的步驟。
在全部絕緣層35上、在開(kāi)口36的內(nèi)部和在暴露的半導(dǎo)體襯底31的表面上形成擴(kuò)散阻擋膜37。更詳細(xì)地說(shuō)，在一種氬氣氣氛中和真空度為2毫乇的條件下用濺射法淀積厚度為200A至300A的Ti，以及在氬氣的流量為30—50sccm和氮?dú)獾牧髁繛?0—85sccm的條件下用濺射法淀積厚度為300A至500A的氮化鈦，從而形成擴(kuò)散阻擋膜37。當(dāng)?shù)矸e該Ti層時(shí)，淀積速率約為500A/分。此外，當(dāng)?shù)矸eTi或TiN時(shí)，襯底溫度為200℃。
具體地說(shuō)，當(dāng)?shù)矸eTi層或TiN層時(shí)，可使用一種準(zhǔn)直技術(shù)。該準(zhǔn)直器的尺寸是5/8″，縱橫比是1.5∶1。此外，在該開(kāi)口的側(cè)壁上形成的TiN層在該接觸孔的側(cè)壁內(nèi)有一個(gè)粗糙的表面，正如在圖6B的放大視圖內(nèi)示出的，在該接觸孔的側(cè)壁處形成較少量的濺射原子。
圖6C示出對(duì)TiN層37的表面進(jìn)行等離子體輻照的步驟。
用氬等離子體對(duì)TiN層37的表面進(jìn)行腐蝕，應(yīng)用ECR(電子回旋共振)等離子體、高頻等離子體或一種磁控管增強(qiáng)的等離子體裝置來(lái)進(jìn)行該等離子體輻照。
更詳細(xì)地說(shuō)，在應(yīng)用該氬等離子體進(jìn)行等離子體輻照期間，通過(guò)在側(cè)壁上形成的TiN層與氬離子(Ar+)之間的碰撞或通過(guò)氬離子的動(dòng)量在TiN層內(nèi)的吸收對(duì)該TiN層進(jìn)行腐蝕。其結(jié)果是形成了具有一個(gè)光滑表面的、沒(méi)有晶粒邊界的TiN層39b和具有一個(gè)粗糙表面的TiN層39a。
首先將對(duì)應(yīng)用ECR等離子體的一種等離子體輻照進(jìn)行說(shuō)明。
通過(guò)應(yīng)用ECR等離子體在加上一個(gè)約為50V的高頻偏壓的狀態(tài)下對(duì)TiN層37的表面進(jìn)行等離子體輻照。更詳細(xì)地說(shuō)，該ECR等離子體裝置是在以下的工藝條件下進(jìn)行該工藝過(guò)程的微波功率是1千瓦(磁控管頻率2.45GHz)，氬氣壓力是5毫乇和襯底溫度是環(huán)境溫度。當(dāng)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氧化膜(SiO2)被刻蝕100A時(shí)該TiN層約被刻蝕30A。具體地說(shuō)，當(dāng)應(yīng)用ECR等離子體裝置時(shí)，把一個(gè)小的偏壓加到襯底上可能是有利的，而且可通過(guò)加入氫來(lái)增加表面處理效果。
以下將對(duì)通過(guò)一個(gè)高頻或磁控管增強(qiáng)的等離子體裝置進(jìn)行的等離子體輻照進(jìn)行說(shuō)明。
該濺射裝置是在以下的條件下進(jìn)行等離子體輻照的頻率是13.56MHz，偏置電壓是960V，氬氣氣壓是7毫乇和襯底溫度是200℃。在這里，等離子體輻照的濺射刻蝕是以100A的氧化膜(SiO2)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行的。當(dāng)對(duì)一個(gè)超過(guò)100A的標(biāo)準(zhǔn)氧化膜進(jìn)行刻蝕時(shí)，其效果是相同的。對(duì)該開(kāi)口的側(cè)壁上的TiN晶粒的粗糙表面進(jìn)行腐蝕，從而形成如在圖6C的放大視圖中示出的、具有平坦表面的TiN層。
圖6D示出形成用于填埋一個(gè)開(kāi)口的金屬層41的步驟。
更詳細(xì)地說(shuō)，用濺射法在該開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁和由該開(kāi)口暴露出的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)33上淀積鋁，從而形成用于填埋該開(kāi)口的金屬層41。金屬層41的淀積是在以下的條件下進(jìn)行的淀積溫度是200℃，氬氣氣壓是4毫乇和淀積速率是每秒50至150A。更希望把淀積速率控制在每秒125A。正如以上所描述的，由于在光滑的TiN層上形成的一個(gè)鋁層的成核過(guò)程是均勻地發(fā)生的，故可提高淀積特性和臺(tái)階覆蓋范圍。
同時(shí)，為了得到更好的臺(tái)階覆蓋范圍，首先在低于100℃的溫度和每秒50A至100A的淀積速率下淀積鋁。然后在高于200℃的溫度和每秒100A至150A的較高的淀積速率下淀積鋁。因此，可同時(shí)得到在低溫淀積時(shí)的良好的臺(tái)階覆蓋范圍和在高溫淀積時(shí)的原子遷移率的改善。實(shí)施例2圖7A—7C是一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例2的剖面圖。除了在低溫下形成金屬層和進(jìn)行一個(gè)真空熱處理過(guò)程的步驟外，實(shí)施例2與實(shí)施例1是相同的。在這里，用于實(shí)施例1相同的參照數(shù)字表示同樣的元素。在實(shí)施例2中進(jìn)行的第一批步驟也與對(duì)應(yīng)于在實(shí)施例1中的圖6A—6C的第一批步驟相同。
圖7A顯示形成第一金屬層43a的步驟。更詳細(xì)地說(shuō)，在開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上、在由該開(kāi)口暴露出的一個(gè)襯底上和在一個(gè)擴(kuò)散阻擋膜上形成由鋁或一種鋁合金(例如，Al—Si—Cu)組成的一個(gè)第一金屬層43a。應(yīng)用一種直流磁控管裝置形成第一金屬層43a，其工藝條件如下溫度低于200℃(所希望的低溫是25℃)，真空度低于5.0E—7乇(更希望真空度低于5.0E—8乇)和淀積速率是每秒100A。在形成第一金屬層43a時(shí)，可使用低壓濺射或準(zhǔn)直技術(shù)，為了減少在該開(kāi)口的頂部的一種懸垂現(xiàn)象，以上工藝要在一個(gè)工作壓力低于2毫乇的條件下進(jìn)行。
圖7B顯示在第一金屬層43a上進(jìn)行一個(gè)熱處理過(guò)程的步驟。在這里，通過(guò)提高該直流磁控管裝置的溫度或把該襯底轉(zhuǎn)移到一個(gè)高溫室中對(duì)在該開(kāi)口上形成的第一金屬層43a進(jìn)行真空熱處理。更詳細(xì)地說(shuō)，該真空熱處理是以下述方式來(lái)進(jìn)行的在不中止真空的情況下對(duì)第一金屬層43a進(jìn)行2分鐘的熱處理，該熱處理的條件為溫度是該鋁合金的熔點(diǎn)的50％至90％(例如高于450℃)，以及氣氛為氬氣氣氛或低于10毫乇的減壓氣氛。通過(guò)以上熱處理來(lái)移動(dòng)在低溫下濺射的鋁合金的原子。其結(jié)果如圖7B所示，該開(kāi)口被填埋，從而形成填埋了的第一金屬層43b。在這里，當(dāng)進(jìn)行淀積或真空熱處理時(shí)，熱處理的溫度可隨真空度的提高降低。
圖7C說(shuō)明在該填埋了的第一金屬層43b上形成第二金屬層47的步驟。更詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)使用與在該填埋了的第一金屬層43b上的第一金屬層43a相同的材料形成一個(gè)第二金屬層47。但是在因?yàn)樾纬傻谝唤饘賹?3a使其達(dá)到所希望的厚度并對(duì)該金屬層進(jìn)行熱處理而把該開(kāi)口填埋，故較少發(fā)生懸垂現(xiàn)象的情況下，該形成第二金屬層47的步驟可能不是必需的。實(shí)施例3圖8A—8c是一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例3的剖面圖。除了通過(guò)首先在一個(gè)低于200℃的溫度下淀積一種金屬材料和其次在一個(gè)高于400℃的溫度下進(jìn)行淀積來(lái)形成第一金屬層43c和43d以外，實(shí)施例3與實(shí)施例2相同。在這里，與實(shí)施例2相同的參考數(shù)字表示同樣的部分。在實(shí)施例3中進(jìn)行的第一批步驟也與對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1中圖6A—6C的第一批步驟相同。
圖8A顯示形成第一金屬層43c和43d的步驟。在這里，在開(kāi)口的側(cè)壁上、在由該開(kāi)口暴露的襯底上和在擴(kuò)散阻擋膜上形成由Al—Si—Cu組成的第一金屬層43c和43d。更詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)下述工藝形成第一金屬層43c和43d。首先在200℃或更低的溫度下淀積鋁或一種鋁合金(例如，Al—Si—Cu)，使其厚度小于所希望的厚度的一半，其次在一個(gè)所希望的450℃的溫度下淀積鋁合金(Al—Si—Cu)。這里，在低溫下(即200℃或更低)淀積速率必定低于100A/秒，在高溫下(即400℃或更高)淀積速率為150A/秒。
圖8B顯示在第一金屬層43c和43d上進(jìn)行熱處理過(guò)程的步驟。更詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)提高一個(gè)直流磁控管裝置的溫度或把該襯底轉(zhuǎn)移到一個(gè)高溫室中來(lái)對(duì)在該開(kāi)口上形成的第一金屬層43c和43d進(jìn)行真空熱處理。由于此種真空熱處理，鋁的表面原子發(fā)生移動(dòng)。因此如圖8B中所示填埋該開(kāi)口，從而形成填埋了的第一金屬層43e。在這里，當(dāng)進(jìn)行淀積或真空熱處理時(shí)，隨真空度的提高可降低熱處理的溫度。
圖8C顯示在該填埋了的第一金屬層43e上形成一個(gè)第二金屬層49的步驟。更詳細(xì)地說(shuō)，使用與在該填埋了的第一金屬層43e上的第一金屬層43c和43d相同的材料形成第二金屬層49。因?yàn)榭尚纬傻谝唤饘賹?3e使其達(dá)到一個(gè)所需的厚度以及對(duì)該金屬層進(jìn)行熱處理從而填埋該開(kāi)口，故該形成第二金屬層49的步驟可能是不必要的。實(shí)施例4除了在實(shí)施例3中形成第二金屬層之后進(jìn)行第二真空熱處理過(guò)程之外，實(shí)施例4與實(shí)施例3相同。更詳細(xì)地說(shuō)，按順序進(jìn)行實(shí)施例3的工藝步驟，并在其后進(jìn)行一個(gè)第二真空熱處理過(guò)程。該第二真空熱處理在第一真空熱處理的溫度下(例如450°)進(jìn)行?；蛘咴摰诙婵諢崽幚碓诘谝徽婵諢崽幚淼囊粋€(gè)低溫下進(jìn)行。實(shí)施例5圖9A—9C是顯示一種用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例5的剖面圖，其中圖9A包括一個(gè)顯示形成在該開(kāi)口的側(cè)壁上的擴(kuò)散阻擋膜的一個(gè)表面的放大視圖。除了在形成第一金屬層之前形成第二擴(kuò)散阻擋膜之外，實(shí)施例5與實(shí)施例3和4相同。在這里，用與實(shí)施例4相同的參考數(shù)字表示同樣的部分。在實(shí)施例5中進(jìn)行的第一批步驟也與對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1中的圖6A—6C的第一批步驟相同。
圖9A說(shuō)明形成第二擴(kuò)散阻擋膜42和第一金屬層43f的步驟。
在進(jìn)行對(duì)應(yīng)于圖6C的步驟之后，在450℃的一種氮?dú)鈿夥罩袑?duì)該第一擴(kuò)散阻擋膜進(jìn)行熱處理，從而增強(qiáng)該擴(kuò)散阻擋膜的熱耐久性。這樣一種熱持久性的增強(qiáng)來(lái)自于氧填塞效應(yīng)和在該TiN層下形成的Ti層中的硅化過(guò)程。換言之，當(dāng)在該TiN層下的Ti與其后形成的鋁發(fā)生反應(yīng)時(shí)，形成Al3Ti。這樣一來(lái)，由于硅和Al3Ti具有一種高溶解度，在溫度達(dá)到450℃時(shí)產(chǎn)生結(jié)的尖峰。所以，在Ti與Si之間的反應(yīng)產(chǎn)生TiSi2/TiN結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)該擴(kuò)散阻擋膜的熱持久性。此外，在進(jìn)行熱處理之后，第一擴(kuò)散阻擋膜(即TiN層)在該開(kāi)口的側(cè)壁上保持一個(gè)平坦的表面。
然后，為了增強(qiáng)鋁膜的可沾性，通過(guò)在該開(kāi)口的側(cè)壁上、在由該開(kāi)口暴露出的襯底上和在該第一擴(kuò)散阻擋膜上淀積厚度達(dá)100A至200A的Ti或TiN來(lái)形成第二擴(kuò)散阻擋膜42。具體地說(shuō)，在該開(kāi)口的側(cè)壁的平坦表面上形成非常小和具有規(guī)則的尺寸的TiN晶粒(即第二擴(kuò)散阻擋膜42)。
形成由鋁或一種鋁合金(即Al—Si—Cu)組成的第一金屬層43f。由于是在該開(kāi)口側(cè)壁的平坦表面上以非常小和有規(guī)則的尺寸形成該TiN晶粒，故該第一金屬層的起始成核過(guò)程是均勻地發(fā)生的，而且可形成一種良好的臺(tái)階覆蓋范圍。第一金屬層43f可通過(guò)如在實(shí)施例3和4中描述的兩個(gè)步驟來(lái)形成。
圖9B顯示在第一金屬層43f上進(jìn)行熱處理的步驟。
更詳細(xì)地說(shuō)，對(duì)在該開(kāi)口上形成的第一金屬層43f進(jìn)行真空熱處理。由于如圖9B所示的真空熱處理，鋁膜的表面原子移動(dòng)至該開(kāi)口并被填埋于其內(nèi)，從而形成一個(gè)填埋的第一金屬層43g。由于該填埋的第一金屬層43g在鋁淀積的早期階段表現(xiàn)出均勻的成核現(xiàn)象并且具有良好的臺(tái)階覆蓋范圍，故當(dāng)進(jìn)行熱處理時(shí)可改善填埋特性。其結(jié)果是可提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
除了上述緊接著在第一金屬層形成之后進(jìn)行熱處理的填埋方法以外，可通過(guò)在超過(guò)400℃的一個(gè)溫度下的高溫濺射來(lái)形成該填埋的第一金屬層。
圖9C顯示在該填埋的第一金屬層43g上形成一個(gè)第二金屬層51的步驟。
更詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)應(yīng)用與第一金屬層43g相同的材料在該填埋的第一金屬層43g上形成第二金屬層51。但在懸垂現(xiàn)象較少發(fā)生的情況下，形成第二金屬層51的步驟可能是不必要的，這是因?yàn)榭尚纬傻谝唤饘賹?3g使其達(dá)到一個(gè)所需要的厚度，并可對(duì)該金屬層進(jìn)行熱處理使其填埋該開(kāi)口。實(shí)施例6圖10A—10C是表示用于形成本發(fā)明的半導(dǎo)體器件布線層的方法的實(shí)施例6的剖面圖。除了在用CVD法形成一個(gè)第一金屬層之后對(duì)該第一金屬層進(jìn)行真空熱處理，或在該第一金屬層上濺射一種鋁合金并進(jìn)行真空熱處理從而填埋該開(kāi)口以外，實(shí)施例6與實(shí)施例2至5是相同的。在這里，用與實(shí)施例2相同的參考數(shù)字表示同樣的元素。在實(shí)施例6中進(jìn)行的第一批步驟也與對(duì)應(yīng)實(shí)施例1中的圖6A—6C的第一批步驟相同。
圖10A表示形成第一金屬層43h的步驟。在開(kāi)口的側(cè)壁上、在由該開(kāi)口暴露出的該襯底上和在擴(kuò)散阻擋膜上通過(guò)CVD法形成由鋁組成的第一金屬層43h。更詳細(xì)地說(shuō)，可通過(guò)一種普通的CVD法進(jìn)行鋁或一種鋁合金的淀積。例如，可應(yīng)用一種有機(jī)金屬化合物，例如三異丁基鋁(TIBA)或二甲基氫化鋁((CH3)2AlHDMAH)，作為一種源進(jìn)行上述淀積。當(dāng)通過(guò)應(yīng)用TIBA進(jìn)行淀積時(shí)，應(yīng)用一種冷壁型裝置以在引入TIBA時(shí)保持一個(gè)低于90℃(希望是在84—86℃間)的汽相溫度。此外，使一種隋性氣體(例如氬氣)鼓泡而用作為一種攜帶氣體。在這里，所希望的氬氣的流速約為71/分。該TIBA的熱分解的淀積溫度約為250℃，而這由于淀積速率高而是不希望的。由于淀積速率隨溫度的降低而降低，故為了降低淀積速率可在一個(gè)較低的溫度下進(jìn)行淀積。在這種條件下，淀積速率約為1000A/分，對(duì)于一個(gè)尺寸為0.2μm的接觸孔來(lái)說(shuō)，用TIBA進(jìn)行約1分鐘的鋁淀積。
另一種可采用的方法是用一種氫化鋁(如DMAH等)來(lái)淀積第一金屬層43h。此時(shí)，氫化鋁保存在一個(gè)低溫下，并且在一個(gè)超過(guò)50℃的溫度下進(jìn)行淀積，以便防止該氫化鋁的熱分解?？赏ㄟ^(guò)一種隋性氣體(例如氬)控制源溫。此外，可通過(guò)降低襯底溫度和減少源量來(lái)降低淀積速率。在應(yīng)用氫化鋁進(jìn)行的淀積方法中，通過(guò)使用一種合適的源可以降低淀積溫度。上述淀積在一個(gè)氣壓為0.01—10乇和溫度為50—150℃的反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行。由于是在該開(kāi)口側(cè)壁上形成的TiN的平坦表面上由CVD法形成第一金屬層43h，故如圖10A所示，得到了良好的臺(tái)階覆蓋范圍。
圖10B表示通過(guò)在第一金屬層43h上進(jìn)行熱處理而填埋一個(gè)開(kāi)口的步驟。更詳細(xì)地說(shuō)，在不中止真空的情況下對(duì)在該開(kāi)口上形成的第一金屬層43h進(jìn)行真空熱處理，或者在該第一金屬層43h上濺射一種鋁合金(例如Al—Si—Cu)，并進(jìn)行真空熱處理。該鋁膜的表面原子由于真空熱處理而產(chǎn)生移動(dòng)，從而如圖10B中所示那樣填埋該開(kāi)口，由此形成填埋的第一金屬層43i。當(dāng)進(jìn)行淀積或真空熱處理時(shí)，熱處理的溫度可隨真空度的增加而降低。
同時(shí)，當(dāng)通過(guò)CVD法形成第二金屬層時(shí)，如該第二金屬層的厚度達(dá)到該開(kāi)口尺寸的一半的話，則可在無(wú)縫隙或空洞的情況下填埋該開(kāi)口。這樣一來(lái)，就可在不進(jìn)行真空熱處理的情況下填埋該開(kāi)口。如果產(chǎn)生了縫隙或空洞，可通過(guò)其后的真空熱處理過(guò)程將其除去。因此，該真空熱處理過(guò)程是可選擇的。
圖10C顯示出在該填埋的第一金屬層43i上形成第二金屬層53的步驟。更詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)一種濺射法，應(yīng)用與在該填埋的第一金屬層43i上的第一金屬層43h相同的材料形成第二金屬層53。在另一種方式下，在該填埋的第一金屬層43i上濺射與第一金屬層43h相同的材料，從而形成將對(duì)其進(jìn)行真空熱處理的第二金屬層53。因?yàn)榭梢孕纬傻谝唤饘賹?3h使其達(dá)到一個(gè)所希望的厚度，并且對(duì)其進(jìn)行熱處理從而填埋該開(kāi)口，故該形成第二金屬層53的步驟可能是不必要的。比較例圖11和12分別是按照本發(fā)明進(jìn)行了等離子體輻射的TiN表面的SEM照片和未進(jìn)行等離子體輻照的常規(guī)的TiN表面的SEM照片。在圖11中，TiN的表面是平坦的，且沒(méi)有晶粒邊界。在圖12中，常規(guī)技術(shù)得到的TiN表面是粗糙的。
按照本發(fā)明，由于鋁原子的起始淀積特性是良好的，故可均勻地和連續(xù)地形成該金屬層的一個(gè)鋁膜。這樣一來(lái)，在該平坦的擴(kuò)散阻擋膜的側(cè)壁上形成的該金屬層的鋁膜具有良好的臺(tái)階覆蓋范圍。因此，可在不產(chǎn)生空洞的情況下有效地填埋具有高縱橫比的一個(gè)接觸孔，從而提高制成器件的可靠性。
不言而喻，對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，以上的描述只涉及該公開(kāi)的器件的較佳實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可在本發(fā)明中作各種變動(dòng)和修正。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底；在上述半導(dǎo)體襯底上形成的一個(gè)絕緣層，且該絕緣層包括一個(gè)形成在其中的開(kāi)口；一個(gè)具有平坦表面的擴(kuò)散阻擋膜，該平坦表面是在上述開(kāi)口的兩側(cè)壁上通過(guò)一種等離子體輻照形成的；以及在上述擴(kuò)散阻擋膜上形成的一個(gè)金屬層。
2.按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)，其中，上述擴(kuò)散阻擋膜由一種難熔金屬或難熔金屬化合物組成。
3.按照權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)，其中，上述難熔金屬是Ti，上述難熔金屬化合物是TiN。
4.按照權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)，其中，上述開(kāi)口是用于暴露出上述半導(dǎo)體襯底的一個(gè)雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)的接觸孔或一個(gè)用于暴露出一個(gè)較低的導(dǎo)電層的通孔。
5.一種半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)，其特征在于包括一個(gè)半導(dǎo)體襯底；在上述半導(dǎo)體襯底上形成的一個(gè)絕緣層，且該絕緣層包括一個(gè)形成在其中的開(kāi)口；一個(gè)具有平坦表面的擴(kuò)散阻擋膜，該平坦表面是在上述開(kāi)口的兩側(cè)壁上通過(guò)一種等離子體輻照形成的；以及一個(gè)填埋于形成上述擴(kuò)散阻擋膜的上述開(kāi)口內(nèi)的金屬層。
6.一種用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括以下步驟(a)在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上形成一個(gè)絕緣層；(b)在上述絕緣層上形成一個(gè)開(kāi)口；(c)在上述絕緣層、由上述開(kāi)口暴露的襯底和上述開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成一擴(kuò)散阻擋膜；(d)對(duì)在上述開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成的擴(kuò)散阻擋膜的表面進(jìn)行等離子體輻照；以及(e)在上述經(jīng)過(guò)等離子體輻照的擴(kuò)散阻擋膜上形成一個(gè)金屬層。
7.按照權(quán)利要求6的用于形成一半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其中，等離子體是由從下列一組裝置中選出的一種形成的使用一種惰性氣體的ECR等離子體裝置、高頻等離子體裝置和磁控管增強(qiáng)的等離子體裝置。
8.按照權(quán)利要求7的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其中，通過(guò)把氫加入到上述隋性氣體中來(lái)促進(jìn)等離子體效果。
9.按照權(quán)利要求6的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其中，通過(guò)CVD法形成上述金屬層。
10.按照權(quán)利要求6的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于還包括在上述步驟(c)后進(jìn)行熱處理的步驟。
11.按照權(quán)利要求6的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于還包括在上述步驟(e)后進(jìn)行熱處理從而填埋上述開(kāi)口的步驟。
12.按照權(quán)利要求11的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于還包括在上述填埋上述開(kāi)口的步驟后形成第二金屬層的步驟。
13.按照權(quán)利要求6的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其中，通過(guò)兩步工藝形成上述金屬層，首先在一個(gè)第一溫度，其次在一個(gè)第二溫度下進(jìn)行。
14.按照權(quán)利要求13的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其中，上述第一溫度低于上述第二溫度。
15.用于形成一個(gè)半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括以下步驟(a)在半導(dǎo)體襯底上形成一個(gè)絕緣層；(b)在上述絕緣層上形成一個(gè)開(kāi)口；(c)在上述絕緣層、由上述開(kāi)口暴露的襯底上和上述開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成一個(gè)第一擴(kuò)散阻擋膜；(d)對(duì)在上述開(kāi)口的側(cè)壁上形成的第一擴(kuò)散阻擋膜的表面進(jìn)行等離子體輻照；(e)在上述經(jīng)過(guò)腐蝕的第一擴(kuò)散阻擋膜上形成第二擴(kuò)散阻擋膜；(f)在形成上述第二擴(kuò)散阻擋膜的整個(gè)襯底上形成一個(gè)金屬層；以及(g)通過(guò)在上述金屬層上進(jìn)行熱處理來(lái)填埋上述開(kāi)口。
16.按照權(quán)利要求15的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其中，在上述步驟(e)后在不中止真空的情況下形成上述金屬層。
17.按照權(quán)利要求15的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于還包括在上述步驟(f)后形成一個(gè)第二金屬層的步驟。
18.按照權(quán)利要求15的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于還包括在上述步驟(e)后進(jìn)行熱處理的步驟。
19.按照權(quán)利要求15的用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于還包括在上述步驟(d)后進(jìn)行熱處理的步驟。
20.一種用于形成半導(dǎo)體器件布線結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括以下步驟在一個(gè)半導(dǎo)體襯底上形成一個(gè)絕緣層；在上述絕緣層上形成一個(gè)開(kāi)口；在上述絕緣層、由上述開(kāi)口暴露的襯底上和上述開(kāi)口的內(nèi)側(cè)壁上形成一個(gè)第一擴(kuò)散阻擋膜；對(duì)在上述開(kāi)口的側(cè)壁上形成的第一擴(kuò)散阻擋膜的表面進(jìn)行等離子體輻照；在上述經(jīng)過(guò)刻蝕的第一擴(kuò)散阻擋膜上形成一個(gè)第二擴(kuò)散阻擋膜；以及在形成上述第二擴(kuò)散阻擋膜的整個(gè)襯底上進(jìn)行高溫濺射從而填埋上述開(kāi)口。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的布線結(jié)構(gòu)填埋一個(gè)開(kāi)口(如接觸孔或通孔)。該布線結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底、在襯底上形成的絕緣層(該絕緣層中形成有開(kāi)口)、在該開(kāi)口內(nèi)側(cè)壁上形成的不帶由難熔金屬或難熔金屬化合物組成的晶粒邊界的平坦表面的擴(kuò)散阻擋膜，以及在該擴(kuò)散阻擋膜上形成的金屬層。該擴(kuò)散阻擋膜側(cè)壁上的金屬層由均勻和連續(xù)形成的、具有良好臺(tái)階覆蓋范圍的鋁膜組成。因此，有效地填埋具有高縱橫比的接觸孔和提高器件的可靠性。
文檔編號(hào)H01L21/285GK1117205SQ9510738
公開(kāi)日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1995年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月10日
發(fā)明者李相忍, 河善鎬 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社