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)：
近年來，由于半導(dǎo)體器件的工作速度本要求，諸如銅等的低電阻材料被用作互連材料。
鑲嵌工藝包括用鑲嵌工藝僅形成一個(gè)互連的單鑲嵌工藝，和連接栓塞以及互連也嵌入連接孔與互連溝槽中的雙鑲嵌工藝。
圖18A到18E示出了通過雙鑲嵌工藝形成連接栓塞與互連的方法的剖面圖。圖18A是形成包含銅220a的第一金屬互連的步驟的工藝剖面圖。介紹了直到圖18A的情形的工藝。首先，在其上形成例如晶體管等元件的半導(dǎo)體襯底210上形成第一氮化硅膜212和第一二氧化硅膜214，然后，通過干刻蝕形成互連溝槽，以此順序形成阻擋金屬薄膜216a和含銅金屬薄膜218a，從而嵌入其內(nèi)部。然后，通過CMP工藝平面化形成第一含銅金屬互連220a。接著，形成第二氮化硅膜222和第二二氧化硅膜224。由此，完成圖18A的情形。
接著，如圖18B所示，在第二二氧化硅膜224中，通過光刻技術(shù)和蝕刻形成用于連接栓塞的連接孔226和互連溝槽228。其后，進(jìn)行第二氮化硅膜222的蝕刻同時(shí)改變蝕刻氣體。然后，如圖18C所示，在包含連接孔226和互連溝槽228的第二二氧化硅膜224上全部形成阻擋金屬薄膜230。
接著，如圖18D所示，在阻擋金屬薄膜230上形成含銅金屬膜232從而含銅金屬膜232嵌入連接孔226和互連溝槽228。接著，如18E所示，通過CMP進(jìn)行平面化，從而在除了互連溝槽228之外的部分除去含銅金屬膜232和阻擋金屬膜230，由此，形成連接栓塞234和第二含銅金屬互連220b。
通過重復(fù)上述一系列工藝，形成包括多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
但是，在通過常規(guī)的雙鑲嵌工藝得到的半導(dǎo)體器件中，因?yàn)樵谶B接栓塞與下層互連之間存在阻擋金屬膜，所以在連接栓塞與下層互連之間在電導(dǎo)率方面仍然有進(jìn)一步改進(jìn)的余地。
因此公開了一種通過雙鑲嵌工藝而沒有在連接栓塞與下層互連之間提供阻擋金屬膜的半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)(日本待審專利公開NO.1998-284603)。在該技術(shù)中，該結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)減小了連接栓塞與下層互連之間的電阻。
此外，還公開了當(dāng)除去在連接孔的底部提供的阻擋金屬膜時(shí)，在連接孔和上層互連的側(cè)壁上形成阻擋金屬膜的技術(shù)，即，通過雙鑲嵌工藝而沒有在連接栓塞與下層互連之間提供阻擋金屬膜來制造半導(dǎo)體器件的技術(shù)(日本待審專利公開NO.2001-284449)。該技術(shù)結(jié)構(gòu)通過該制造方法減輕了電遷移。

發(fā)明內(nèi)容
但是，如上所述，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用常規(guī)的雙鑲嵌工藝通過銅構(gòu)成互連和連接栓塞時(shí)，存在制造半導(dǎo)體器件的成品率不夠的問題。
此外，為了長期穩(wěn)定地應(yīng)用半導(dǎo)體器件，仍然存在在可靠性方面進(jìn)一步改進(jìn)的余地；希望進(jìn)一步的改進(jìn)以增強(qiáng)半導(dǎo)體器件的元件可靠性。作為該問題產(chǎn)生的推測原因之一，如后面所述，指出了在金屬互連與連接栓塞之間的連接部分中，銅或含銅的金屬引起遷移，由此，容易形成空洞。
這里，在日本待審專利公開NO.1998-284603公開的技術(shù)中，設(shè)計(jì)減小連接栓塞與下層互連之間的電阻，但是，仍然存在在制造半導(dǎo)體器件的成品率方面進(jìn)一步改進(jìn)的余地。
此外，在日本待審專利公開NO.2001-284449中公開的技術(shù)中，設(shè)計(jì)抑制電遷移；但是，仍然存在在制造半導(dǎo)體器件的成品率方面進(jìn)一步改進(jìn)的余地。
如圖14所示，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在連接栓塞與其下層的含銅的金屬互連之間產(chǎn)生空洞，具有使制造的包括通過雙鑲嵌工藝形成的含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件的成品率低的試驗(yàn)結(jié)果。
可以設(shè)想產(chǎn)生空洞遵循兩種情況。首先，如圖14的左邊所示，特別是，在半導(dǎo)體器件的制造工藝中的加熱或冷卻時(shí)，在從上層的第二含銅的金屬互連220b的連接栓塞234部分上發(fā)生銅上拉，因此，有時(shí)，在第二氮化硅膜222部分與第二二氧化硅膜224部分產(chǎn)生空洞。
其次，如圖14的右邊所示，特別是，在半導(dǎo)體器件的制造工藝中加熱或冷卻時(shí)，仍然在下層的第一含銅的金屬互連中，在連接栓塞234的較低的外圍產(chǎn)生由下層的第一含銅的金屬互連的收縮引起的空洞。在寬度為1到12μm范圍中的寬的互連中，在下層的第一含銅的金屬互連220a中特別容易出現(xiàn)空洞。
此外，已經(jīng)明確在大約150℃的用于實(shí)際應(yīng)用(例如，壓焊工藝，光致抗蝕劑的烘干工藝等)的溫度下，明顯的發(fā)生產(chǎn)生空洞的現(xiàn)象。因?yàn)楫a(chǎn)生了該空洞，所以在連接栓塞與互連之間產(chǎn)生連接故障，可以想到產(chǎn)生半導(dǎo)體器件的成品率變壞的問題，并且半導(dǎo)體器件的長期使用變得不穩(wěn)定。
圖15是說明引起該空洞產(chǎn)生的一個(gè)可能性的圖解。該圖解說明了當(dāng)加熱銅膜時(shí)加到銅的應(yīng)力。在圖中，橫軸表示溫度，縱軸表示應(yīng)力。如圖所示，隨著從常溫開始加熱銅膜，加到銅膜的應(yīng)力在大約150℃從張力方式變?yōu)閴嚎s方式。
本發(fā)明人猜測產(chǎn)生空洞的原因是在應(yīng)力方式的這種變化變得觸發(fā)(trigger)的情況下，在連接栓塞和互連中含銅的金屬上的應(yīng)力遷移(stress migration)。特別是，可以設(shè)想這種應(yīng)力遷移在連接栓塞與互連之間的界面中加速，由此，出現(xiàn)空洞的產(chǎn)生。
因此，根據(jù)上述猜測，為了抑制在連接栓塞與下層互連之間的連接部分中的應(yīng)力遷移，并在使用包括含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)較高的制造穩(wěn)定性或可靠性，本發(fā)明人介紹本發(fā)明如下根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，在襯底上形成的由含銅的金屬組成的金屬互連，和當(dāng)連接到金屬互連時(shí)提供的由含銅的金屬組成的連接栓塞，其中金屬互連包括除銅以外的不同的金屬元素，并且在金屬互連與連接栓塞之間的連接部分中的不同金屬元素的濃度高于在金屬互連的中心部分中的不同金屬元素的濃度，并且高于除連接部分以外的金屬互連的上部中的不同金屬元素的濃度。
根據(jù)本發(fā)明，在這樣構(gòu)成的器件中，采用在金屬互連與連接栓塞之間的連接部分中的不同金屬元素具有高濃度的成分。如上所述，在金屬互連與連接栓塞之間的連接部分明顯產(chǎn)生應(yīng)力遷移。根據(jù)本發(fā)明，在這樣構(gòu)成的器件中，被引入該連接部分的是高濃度的不同金屬元素，由此，明顯改善了抗應(yīng)力遷移性。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，在使用包括含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件中，能夠?qū)崿F(xiàn)出色的制造穩(wěn)定性或可靠性。
此外，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在襯底上形成第一絕緣膜，在第一絕緣膜中形成互連溝槽，在互連溝槽中形成第一含銅的金屬膜，在第一含銅的金屬膜上形成第二絕緣膜，形成從絕緣膜的頂面到達(dá)第一含銅的金屬膜的頂面的連接孔，在第二絕緣膜中，在連接孔的內(nèi)部上形成包括銅元素和不同金屬元素的籽晶金屬膜，從而接觸第一含銅的金屬膜的頂面，在連接孔的內(nèi)部上形成第二含銅的金屬膜，從而接觸籽晶金屬膜的頂面，以及進(jìn)行第一含銅的金屬膜和籽晶金屬膜的熱處理。
根據(jù)本發(fā)明，在這樣設(shè)計(jì)的方法中，以接觸第一含銅的金屬膜的頂面的方式形成包括銅元素和不同金屬元素的籽晶金屬膜，并且在進(jìn)行熱處理時(shí)，引起不同金屬元素的熱擴(kuò)散，其分散到第一含銅的金屬膜中，由此，在金屬互連與連接栓塞之間的連接部分中抑制應(yīng)力遷移。
如上所述，說明了本發(fā)明的要素，但是，這些要素的任意組合是有效的，正如本發(fā)明的實(shí)施例。
例如，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件不局限于由雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)組成的半導(dǎo)體器件，而可以是由單鑲嵌互連結(jié)構(gòu)組成的半導(dǎo)體器件。此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件不局限于由雙層互連結(jié)構(gòu)組成的半導(dǎo)體器件，而可以是由至少三層互連結(jié)構(gòu)組成的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，在金屬互連內(nèi)的指定區(qū)域中不同金屬的濃度高是要素，因此，在使用包括含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件中，能夠?qū)崿F(xiàn)出色的制造穩(wěn)定性或可靠性。


由以下結(jié)合附圖的介紹，本發(fā)明的上述及其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將更加顯而易見，其中圖1示出了其中形成含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件的一個(gè)例子的剖面圖；圖2A和2B示出了在半導(dǎo)體器件中含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的部分的剖面圖；圖3示出了在為半導(dǎo)體器件中的互連結(jié)構(gòu)的一部分提供的含銅的金屬互連中不同金屬的濃度分布的剖面圖；圖4示出了在為半導(dǎo)體器件中的互連結(jié)構(gòu)的一部分提供的含銅的金屬互連中不同金屬的濃度分布的剖面圖，并示出了相應(yīng)的濃度的分布的概況的圖示；圖5A到5E示出了在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面圖；圖6F到6J示出了在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面圖；圖7A到7E示出了在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面圖；圖8F到8H示出了在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面圖；圖9I和9J示出了在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面圖；圖10K到10M示出了在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面圖；圖11A和11B分別示出了與為半導(dǎo)體器件中的互連結(jié)構(gòu)的一部分提供的含銅的金屬互連中的不同金屬濃度的分布有關(guān)的模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖示和實(shí)驗(yàn)圖；圖12A和12B示出了用于制造在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的方法的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖面圖；圖13是用于評(píng)估半導(dǎo)體器件的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的抗應(yīng)力遷移性的兩層互連結(jié)構(gòu)的大綱視圖；
圖14示出了在通過常規(guī)雙鑲嵌工藝制造的半導(dǎo)體器件中，連接栓塞與其下層的銅互連之間產(chǎn)生空洞的剖面圖；圖15是用于說明在通過常規(guī)雙鑲嵌工藝制造的半導(dǎo)體器件中，連接栓塞與其下層的銅互連之間產(chǎn)生空洞的可以想到的一個(gè)原因的原理的圖示；圖16A到16D示出了在本發(fā)明中根據(jù)雙鑲嵌工藝而沒有在連接孔的底部形成阻擋金屬膜的半導(dǎo)體器件的制造方法的剖面圖；圖17示出了在通過常規(guī)雙鑲嵌工藝制造的半導(dǎo)體器件中，在上部和連接栓塞的互連上形成的籽晶金屬膜的制造方法的剖面圖；以及圖18A到18E示出了在通過常規(guī)雙鑲嵌工藝制造的半導(dǎo)體器件中形成連接栓塞和互連的方法的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
在此將參考說明性的實(shí)施例介紹本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，采用本發(fā)明的講解可以完成許多替代實(shí)施例，并且本發(fā)明不局限于為了說明的目的討論的實(shí)施例。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在上述半導(dǎo)體器件中，提供包括不同金屬高濃度區(qū)域的半導(dǎo)體器件，該區(qū)域包括在金屬互連的側(cè)面和底面的至少一個(gè)的附近中，濃度高于金屬互連的中心部分的不同金屬元素。
根據(jù)本發(fā)明，在這樣構(gòu)成的器件中，采用在位于金屬互連的底面或側(cè)面附近具有高濃度的不同金屬元素的成分。如上所述，在金屬互連與連接栓塞之間的連接部分明顯產(chǎn)生應(yīng)力遷移。根據(jù)本發(fā)明，在這樣構(gòu)造的器件中，由于在金屬互連的底面或側(cè)面附近引入高濃度的不同金屬元素，所以有總體上扣緊金屬互連的功能，由此抑制了在垂直方向上的銅上拉和在水平方向上的金屬互連的收縮，由此，明顯改善了抗應(yīng)力遷移性。
此外，根據(jù)本發(fā)明，在上述半導(dǎo)體器件中，提供了一種半導(dǎo)體器件，其中不同金屬元素不少于從由Sn、Al和Ti組成的組中被選擇出來的一種元素。
由此，根據(jù)本發(fā)明，不同金屬元素不少于從由Sn、Al和Ti組成的組中被選擇出來的一種元素，由此，當(dāng)與采用另一種元素的情況相比時(shí)，明顯抑制了在不同金屬元素的濃度較高的區(qū)域中的應(yīng)力遷移。
在本申請(qǐng)中的不同金屬元素是指除銅以外的金屬元素，并且是指例如，從Al、Ag、W、Mg、Be、Zn、Pd、Cd、Au、Hg、Be、Pt、Zr、Ti或Sn等中選擇出來的超過一種元素。應(yīng)當(dāng)注意到，Si不包括在不同金屬元素中。這些不同金屬元素能夠抑制應(yīng)力遷移，而不會(huì)大大地降低含銅的金屬膜的電導(dǎo)率。當(dāng)采用從由Sn、Al和Ti構(gòu)成的組中選擇出來的超過一種元素時(shí)，在抑制電阻的增加和抑制應(yīng)力遷移之間的平衡變得很好。
在本申請(qǐng)中，“合金”指的是使超過兩種金屬元素熔化并凝固；并且包含在金屬元素中除金屬元素以外的非金屬或半金屬被稱作合金。此外，作為合金的晶體結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，根據(jù)特性在組成元素混合的狀態(tài)中有兩種情況。即，合金的晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)狀態(tài)為形成固溶體或內(nèi)部金屬化合物的情況，合金的晶體結(jié)構(gòu)的另一個(gè)狀態(tài)為構(gòu)成固溶體和內(nèi)部金屬化合物的混合物的情況。即，在本申請(qǐng)中，加入超過固溶度界限的成分的物質(zhì)被稱作“合金”。
在本申請(qǐng)中，互連的中心部分的意思是互連部分中心的附近。即，是除頂面部分、底面部分和側(cè)面部分外的區(qū)域。
在本申請(qǐng)中，含銅的金屬是例如具有不少于30％的銅成分的金屬。此外，含銅的金屬可以包含金、銀、鉑等。含銅的金屬可以包含鉻、鉬等。
在由本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件中，包含在上述連接部分中的金屬元素可以通過使不同金屬元素由熱擴(kuò)散包含到連接部分里的方式來形成。
根據(jù)通過熱擴(kuò)散使不同金屬元素分布到金屬互連中的結(jié)構(gòu)，能夠容易地調(diào)整在連接部分中的不同金屬元素的濃度，因此，在包括含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件中的電阻的增加與應(yīng)力遷移的抑制之間可以得到很好的平衡。
在上述連接部分中的不同金屬元素的濃度不少于0.01atom％并且不超過10atom％。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制應(yīng)力遷移同時(shí)在連接部分中保證良好的電導(dǎo)率。
在上述連接部分中的不同金屬元素的濃度可以高于在連接栓塞的中心部分中的不同金屬元素的濃度。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠有效地抑制在連接部分中的應(yīng)力遷移同時(shí)在連接栓塞的中心部分中保證良好的電導(dǎo)率。
在上述半導(dǎo)體器件中，可以提供為金屬互連的整個(gè)側(cè)面或整個(gè)底面延伸的不同金屬的高濃度區(qū)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在防止金屬互連等的收縮時(shí)有效地抑制應(yīng)力遷移，同時(shí)固定金屬互連與其整個(gè)側(cè)面或整個(gè)底面相連。
使在上述金屬互連的整個(gè)側(cè)面或整個(gè)底面中包含的不同金屬元素由于熱擴(kuò)散包含在連接部分中。
根據(jù)通過熱擴(kuò)散使不同金屬元素分布到金屬互連中的結(jié)構(gòu)，能夠容易地調(diào)整在金屬互連的整個(gè)側(cè)面或整個(gè)底面中的不同金屬元素的濃度，因此，在包括含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件中的電阻的增加與應(yīng)力遷移的抑制之間可以得到很好的平衡。
在上述不同金屬高濃度區(qū)中的不同金屬元素的濃度不少于0.01atom％并且不超過10atom％。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠抑制應(yīng)力遷移同時(shí)在上述不同金屬高濃度區(qū)中保證良好的電導(dǎo)率。
上述半導(dǎo)體器件還包括在襯底上提供的絕緣膜和在絕緣膜與金屬互連之間提供的阻擋金屬膜；并且可以提供為阻擋金屬膜的整個(gè)內(nèi)表面延伸的不同的金屬高濃度區(qū)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于阻擋金屬膜的存在可以防止不同金屬元素對(duì)絕緣膜的擴(kuò)散。此外，防止在靠近金屬互連中的阻擋金屬膜的區(qū)域中的應(yīng)力遷移，同時(shí)保證在金屬互連的中心部分中的良好的電導(dǎo)率。
在上述半導(dǎo)體器件的制造方法中，形成第一含銅的金屬膜的工藝包括在互連溝槽中形成包含銅元素和不同金屬元素的下層籽晶金屬膜的工藝，以及形成第一含銅的金屬膜的工藝，從而在互連溝槽中接觸下層籽晶金屬膜的頂面。此外，上述制造半導(dǎo)體器件的方法還具有對(duì)第一含銅的金屬膜和下層籽晶金屬膜的進(jìn)行熱處理的工藝。
根據(jù)該工藝，能夠在靠近金屬互連的底面或側(cè)面的區(qū)域上形成不同的金屬高濃度區(qū)，因此，能夠有效地抑制在上述金屬互連的底面或側(cè)面附近的應(yīng)力遷移。
此外，形成上述籽晶金屬膜的工藝包括形成包含從由Sn、Al和Ti組成的組中挑選出來的不少于一種元素作為不同金屬元素的籽晶金屬膜的工藝。
根據(jù)該工藝，有效地抑制了在由于熱擴(kuò)散從籽晶金屬膜分布不同金屬元素的區(qū)中的應(yīng)力遷移。
此外，形成上述下層籽晶金屬膜的工藝包括形成包含從由Sn、Al和Ti組成的組中挑選出來的不少于一種元素作為不同金屬元素的下層籽晶金屬膜的工藝。
根據(jù)該工藝，有效地抑制了在由于熱擴(kuò)散從下層籽晶金屬膜分布不同金屬元素的區(qū)中的應(yīng)力遷移。
下面將參考附圖介紹本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意到，在整個(gè)附圖中，相同的標(biāo)記賦予相同的元件，以適當(dāng)?shù)厥÷云湔f明。
第一實(shí)施例圖1示出了其中形成含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件的一個(gè)例子的剖面圖。在硅襯底100上，形成由柵極電極102、擴(kuò)散層104等組成的MOS晶體管。形成絕緣膜106，從而嵌入該MOS晶體管。在絕緣膜106中提供連接到擴(kuò)散層104的銅連接栓塞108；以及在銅連接栓塞108的上部依次形成第一銅互連22a、連接栓塞28和第二銅互連22b。在包含這些銅互連的層的上部，形成由相同結(jié)構(gòu)組成的銅互連層，并且在其頂部提供鈍化膜114。第一銅互連22a電連接到在硅襯底100上形成的元件。此外，在圖1所示的半導(dǎo)體器件的層中提供隨后所述的第一銅互連22a、連接栓塞28和第二銅互連22b。
下面在本實(shí)施例中將介紹雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)。
圖2A和2B示出了在半導(dǎo)體器件中含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的一部分的剖面圖。應(yīng)當(dāng)注意，圖2A和2B對(duì)應(yīng)于圖1的虛線圍繞部分116的互連結(jié)構(gòu)的放大圖。圖2A表示雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的情況，圖2B表示單鑲嵌結(jié)構(gòu)的情況。
在圖2A的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中，在硅襯底(未在圖中示出)上的絕緣膜106上，按以下順序形成第一SiCN膜12、其中依次形成SiOC膜和SiO2膜的第一多層膜14a、第二SiCN膜16以及其中依次形成SiOC膜和SiO2膜的第二多層膜14b。在第一多層膜14a中形成第一銅互連22a。此外，在第二多層膜14b中形成第二銅互連22b和連接栓塞28。
第一銅互連22a由各含鉭的阻擋金屬膜24a和含銅的金屬膜組成。該含銅的金屬膜包括具有作為不同金屬元素的高Al濃度的不同的金屬高濃度區(qū)96a、96b，以及具有作為不同金屬元素的低Al濃度的不同的金屬低濃度區(qū)92。
在第二多層膜14b內(nèi)形成連接到第一銅互連22a的頂面的連接栓塞28。連接栓塞28分別由含鉭的阻擋金屬膜30和含銅的金屬膜32組成。
在第二多層膜14b內(nèi)形成連接到連接孔的頂面的第二銅互連22b。第二銅互連22b由含鉭的阻擋金屬膜24b和含銅的金屬膜組成。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在第一銅互連22a與其上部的連接栓塞28之間不存在阻擋金屬膜24b，并且第一銅互連直接接觸連接栓塞28，因此，能夠改善包括含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件的電導(dǎo)率。
此外，在第一互連22a內(nèi)的第一互連22a與連接栓塞28之間的界面附近提供作為不同金屬元素的具有高濃度的Al的不同的金屬高濃度區(qū)96a，因此，能夠抑制在該不同的金屬高濃度區(qū)96a中的應(yīng)力遷移。
此外，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在第一互連22a內(nèi)的底面或側(cè)面附近提供作為不同金屬元素的具有高濃度的Al的不同的金屬高濃度區(qū)96b，因此，能夠抑制在該不同的金屬高濃度區(qū)96b中的應(yīng)力遷移。
這里，在日本待審專利公開NO.1998-284603中，公開了一種通過雙鑲嵌工藝而沒有在連接栓塞與下層互連之間提供阻擋金屬膜的半導(dǎo)體器件的制造技術(shù)。圖17示出了在該技術(shù)中的具體互連結(jié)構(gòu)。圖17是在日本待審專利公開NO.1998-284603中介紹的通過常規(guī)雙鑲嵌工藝制造的半導(dǎo)體器件中，在上部和連接栓塞中的互連上形成的籽晶金屬膜的剖面圖。
具體地，半導(dǎo)體器件具有整平的互連結(jié)構(gòu)310，該互連結(jié)構(gòu)310具有過孔層310a的至少一層。金屬層310b具有至少一個(gè)絕緣部分312和至少一個(gè)互連313。用金屬膜322填充在互連313的側(cè)壁和底部具有阻擋金屬膜320的互連313。互連結(jié)構(gòu)的過孔層310a由至少一個(gè)連接栓塞318和絕緣層316組成。此外，過孔層310a通常被電介質(zhì)膜314與金屬層310b分離。根據(jù)該結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)減小連接栓塞與下層互連之間的電阻。
此外，該半導(dǎo)體器件在襯里330之上具有導(dǎo)電層332和金屬層334。該文獻(xiàn)介紹，作為當(dāng)形成上層互連時(shí)的導(dǎo)電層332，可以使用的具有Cu、Al等的合金。
但是，日本待審專利公開NO.1998-284603根本未提及這種由Cu和Al組成的合金用作導(dǎo)電層332的情況下其正確的作用和效果。此外，沒有涉及由于只有下層互連的頂面的連接部分包含高濃度的不同金屬元素的事實(shí)的正確的作用和效果。此外，日本待審專利公開NO.1998-284603根本沒有介紹為下層互連的底面或側(cè)面提供籽晶金屬膜。
另一方面，在圖2A和2B中所示的本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，在第一互連22a內(nèi)的第一互連22a與連接栓塞28之間的界面附近提供作為不同金屬元素的具有高濃度的Al的不同的金屬高濃度區(qū)96a，因此，能夠抑制在不同的金屬高濃度區(qū)96a中的應(yīng)力遷移。
此外，在第一互連22a內(nèi)的底面或側(cè)面附近提供作為不同金屬元素的具有高濃度的Al的不同的金屬高濃度區(qū)96b，因此，能夠抑制在該不同的金屬高濃度區(qū)96b中的應(yīng)力遷移。
此外，通過組合這些結(jié)構(gòu)，抑制了來自連接栓塞28的銅上拉；并且能夠抑制第一銅互連22a的收縮。即，能夠有效地抑制在第一銅互連22a與連接栓塞28之間的連接部分中產(chǎn)生空洞的兩個(gè)主要原因，如圖14所示(在垂直方向上的銅上拉和在水平方向上的第一銅互連收縮)。
結(jié)果，在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，能夠急劇地減少在連接部分中空洞的產(chǎn)生，并且能夠更有效地改善含有含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件的成品率。如上所述，根據(jù)由本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件的制造方法，能夠顯著地增強(qiáng)半導(dǎo)體器件的元件的穩(wěn)定性。
第二實(shí)施例下面在本實(shí)施例中將介紹單鑲嵌互連結(jié)構(gòu)。
在圖2B的單鑲嵌結(jié)構(gòu)中，在硅襯底(未在圖中示出)上的絕緣膜106上，按以下順序形成第一SiCN膜12、其中依次形成SiOC膜和SiO2膜的第一多層膜14a、第二SiCN膜16、其中依次形成SiOC膜和SiO2膜的第二多層膜14b、第三SiCN膜20以及其中依次形成SiOC膜和SiO2膜的第三多層膜14c。在第一多層膜14a、第二多層膜14b和第三多層膜14c內(nèi)分別形成第一銅互連22a、連接栓塞28和第二銅互連22b。
第一銅互連22a由各含鉭的阻擋金屬膜24a和含銅的金屬膜組成。在該含銅的金屬膜中，包括具有作為不同金屬元素的高濃度的Al的不同的金屬高濃度區(qū)96a、96b，以及具有作為不同金屬元素的低濃度的Al濃度的不同的金屬低濃度的濃度區(qū)92。
在第二多層膜14b內(nèi)，形成連接到第一銅互連22a的頂面的連接栓塞28。連接栓塞28由含鉭的阻擋金屬膜30和含銅的金屬膜32組成。含銅的金屬膜32包括作為具有不同金屬元素的低濃度的Al的不同的金屬低濃度區(qū)。
在第三多層膜14c內(nèi)，還形成連接到連接栓塞28的頂面的第二銅互連22b。第二銅互連22b由含鉭的阻擋金屬膜24b和含銅的金屬膜26b組成。含銅的金屬膜26b包括具有作為不同金屬元素的低濃度的Al的不同的金屬低濃度區(qū)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在第一互連22a中的第一互連22a與連接栓塞28之間的界面附近提供作為不同金屬元素的具有高濃度的Al的不同的金屬高濃度區(qū)96a，由此，能夠抑制在不同的金屬高濃度區(qū)96a中的應(yīng)力遷移。
此外，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在第一互連22a的底面或側(cè)面附近提供作為不同金屬元素的具有高濃度的Al的不同的金屬高濃度區(qū)96b，由此，能夠抑制在該不同的金屬高濃度區(qū)96b中的應(yīng)力遷移。
此外，通過組合這些結(jié)構(gòu)，類似于雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的情況，能夠有效地抑制在第一銅互連22a與連接栓塞28之間的連接部分中產(chǎn)生空洞的兩個(gè)主要原因(在垂直方向上的銅上拉和在水平方向上的第一銅互連收縮)。因此，能夠抑制連接栓塞28與第一互連22a之間的連接故障的產(chǎn)生。
第三實(shí)施例下面在本實(shí)施例中將介紹雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
圖3示出了為半導(dǎo)體器件中的互連結(jié)構(gòu)的部分提供的在含銅的金屬互連內(nèi)的不同金屬的濃度分布的剖面圖。在圖3的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中，在硅襯底(未在圖中示出)上的第一絕緣膜106上，依次形成SiCN膜12和第二絕緣膜18。
在第一絕緣膜106中形成第一互連22a。在第一互連22a中包括含鉭的阻擋金屬膜24a、不同的金屬高濃度區(qū)96a、96b和不同的金屬中間濃度區(qū)90。
此外，在第二絕緣膜18中形成連接栓塞28和第二銅互連22b。在連接栓塞28中，包括含鉭的阻擋金屬膜24b、不同的金屬高濃度區(qū)96c和不同的金屬中間濃度區(qū)90。在第二銅互連22b中包括含鉭的阻擋金屬膜24b、不同的金屬高濃度區(qū)96c、不同的金屬中間濃度區(qū)90和不同的金屬低濃度區(qū)92。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在存在于連接栓塞28(下文中作為過孔栓塞適當(dāng)?shù)亟榻B)的下部的第一互連的表面附近中的不同的金屬高濃度區(qū)96a的合金濃度變高，由此，能夠抑制Cu的應(yīng)力遷移，抑制在連接栓塞28的下部產(chǎn)生的空洞，以及減少互連斷裂的發(fā)生。
此外，在允許第一互連22a自身從第一互連22a的底部和側(cè)壁部分的不同金屬的擴(kuò)散時(shí)，能夠改善抗電遷移性和應(yīng)力遷移。
此外，阻擋金屬膜24b不在第一互連22a和連接栓塞28之間；因此，能夠改善半導(dǎo)體器件的電導(dǎo)率。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，不同金屬元素在連接栓塞28的下部中由于應(yīng)力遷移的影響特別容易出現(xiàn)空洞的區(qū)域中以高濃度的集中擴(kuò)散，而不會(huì)在第一互連22a上全部分布高濃度的不同金屬元素。此外，不同金屬元素以高濃度集中分布在第一互連22a的底面或側(cè)面附近，因此有效地抑制了整個(gè)第一互連22a的應(yīng)力遷移。
另一方面，在諸如比較不容易受到應(yīng)力遷移的影響的第一互連22a的中心部分的區(qū)域中，沒有高濃度的分布不同金屬元素，因此，具有能夠抑制第一互連22a的電阻的增加，同時(shí)有效地抑制應(yīng)力遷移的優(yōu)點(diǎn)。
此外，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在位于第一互連22a中的第一互連22a與連接栓塞28之間的連接部分中的不同的金屬高濃度區(qū)96a的不同金屬元素的濃度高于在第一互連22a的中心部分中的不同金屬元素的濃度，并且高于在除連接部分外的第一互連22a的頂面部分中的不同金屬元素的濃度。
更具體的，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在不同的金屬高濃度區(qū)96a中的不同金屬元素的濃度高于在第一互連22a的中心部分中的不同金屬元素的濃度，并且高于在除第一互連22a的連接部分和兩個(gè)側(cè)面部分之外的第一互連22a的頂面部分中的不同金屬元素的濃度。
由此，在連接栓塞28的下部，在由于應(yīng)力遷移的影響特別容易出現(xiàn)空洞的區(qū)域中集中分布高濃度的不同金屬元素。另一方面，在幾乎不受應(yīng)力遷移的影響的區(qū)域中，不同金屬元素的濃度較低。由此，具有能夠抑制在連接栓塞28的下部產(chǎn)生空洞而不會(huì)不必要的增加第一互連22a的電阻的優(yōu)點(diǎn)。
圖3是剖面圖，并且提供具有三維互連結(jié)構(gòu)的真實(shí)的鑲嵌互連，因此，在第一互連22a內(nèi)形成的連接栓塞28的部分非常小。因此，在垂直于圖3的空間的互連延伸方向中，高濃度的不同金屬元素僅在對(duì)應(yīng)于互連頂面的過孔底部的部分分布。因此，在其它部分中，不同金屬元素的濃度較低，從而抑制了總體上電阻的增加。
此外，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在靠近連接栓塞28的側(cè)壁的區(qū)域中，分布具有較高濃度的不同金屬元素。因此，通過連接栓塞28能夠有效地抑制來自第一互連22a的Cu上拉。另一方面，在連接栓塞28的中心部分中，不同金屬元素的濃度較低，由此，能夠抑制連接栓塞28的電阻的增加。
此外，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在靠近第二互連22b的側(cè)壁的區(qū)域中，分布具有較高濃度的不同金屬元素。由此，通過連接栓塞22a能夠有效地抑制第二互連22b從第一互連22a的Cu元素上拉。另一方面，在第二互連22b的中心部分中，因?yàn)椴煌饘僭氐臐舛容^低，所以能夠抑制第二互連22b的電阻的增加。
應(yīng)當(dāng)注意，關(guān)于上述不同金屬元素的濃度分布，其制造方法沒有特別的限制。由于稍后介紹的實(shí)施例中的熱處理，使不同金屬元素受熱擴(kuò)散從包含Cu元素和不同金屬元素的籽晶金屬膜進(jìn)入含銅的金屬膜之內(nèi)，容易形成不同金屬元素的濃度分布。
在本實(shí)施例中將介紹不同金屬元素的濃度分布。
圖4示出了在為半導(dǎo)體器件中的互連結(jié)構(gòu)的部分提供的含銅的金屬互連中不同金屬的濃度分布的剖面圖，并示出了相應(yīng)的濃度分布的概況的圖示。左側(cè)剖面圖是提供本實(shí)施例的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的一部分的剖面圖。此外，右側(cè)圖示是表示沿左側(cè)鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的中心線的不同金屬元素的濃度的分布的概況的圖示。
將介紹沿從上部的中心線的濃度分布。第一，在第二互連22b的上部中，存在不同金屬元素的濃度較低的區(qū)域92。由此，區(qū)域92的電導(dǎo)率較好。
接著，在自第二互連22b的中心部分的下部中，存在不同金屬元素的濃度較高的區(qū)域90。由此，在區(qū)域90中，在一定程度上抑制了應(yīng)力遷移，同時(shí)電導(dǎo)率的減小保持較小。
其后，在自連接栓塞28的上部的中心部分中，存在不同金屬元素的濃度較高的區(qū)域90。由此，仍然在區(qū)域90中，在一定程度上抑制了應(yīng)力遷移，同時(shí)電導(dǎo)率的減小保持較小。
并且，在自連接栓塞28的下部的第一互連22a的上部中，存在不同金屬元素的濃度是非常高的區(qū)域96a。因此，在區(qū)域96a中，電導(dǎo)率略微下降，但是，能夠有效地抑制應(yīng)力遷移。此外，區(qū)域96a僅占據(jù)整個(gè)雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)內(nèi)的小部分；因此，能夠抑制總體上電阻的增加。
接著，在第一互連22a的中心部分中，首先，存在不同金屬元素的濃度較高的區(qū)域90。由此，在區(qū)域90中，在一定程度上抑制了應(yīng)力遷移，同時(shí)電導(dǎo)率的減小保持較小。
其后，在第一互連22a的中心部分中，存在不同金屬元素的下一個(gè)低濃度的區(qū)域92。由此，區(qū)域92的電導(dǎo)率較好。
并且，此外，在第一互連22a的中心部分中，存在不同金屬元素的濃度較高的區(qū)域90。由此，在區(qū)域90中，在一定程度上抑制了應(yīng)力遷移，同時(shí)電導(dǎo)率的減小保持較小。
其后，在第一互連22a的下部中，存在不同金屬元素的濃度非常高的區(qū)域96b。因此，在區(qū)域96b中，電導(dǎo)率略微下降；但是，能夠有效地抑制應(yīng)力遷移。此外，區(qū)域96b僅占據(jù)整個(gè)雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)內(nèi)的很小一部分；因此，可以抑制總體上電阻的增加。
具有本實(shí)施例的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件總體上具有這種濃度分布，因此，能夠抑制應(yīng)力遷移同時(shí)抑制半導(dǎo)體器件的電導(dǎo)率降低。
在上述本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中，第二互連與連接栓塞一起形成雙鑲嵌工藝；但是，在形成連接栓塞之后也可以通過單鑲嵌工藝形成。而且，在這樣的單鑲嵌結(jié)構(gòu)情況下，能夠形成相同的濃度分布，如稍后的介紹，因此，能夠有效地抑制應(yīng)力遷移同時(shí)抑制電阻的增加。
此外，對(duì)于本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的各個(gè)區(qū)域的不同的金屬濃度，在退火調(diào)整在稍后介紹的籽晶金屬層中包含的不同金屬的濃度的時(shí)候，能夠控制擴(kuò)散進(jìn)入含銅的金屬膜內(nèi)的不同金屬的量，因此，能夠容易地控制在含銅的金屬膜內(nèi)的各個(gè)區(qū)域的不同金屬濃度。
下面將介紹在本發(fā)明中的抗應(yīng)力遷移性的評(píng)定方法。
圖13是用于評(píng)估在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的抗應(yīng)力遷移性的兩層互連結(jié)構(gòu)的大綱視圖。對(duì)于類似于本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的具有雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)或單鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的應(yīng)力遷移抑制效果，當(dāng)制造如圖13所示的兩層互連結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠依據(jù)如下所述測量過孔鏈電阻的成品率評(píng)估抑制效果。
兩層互連結(jié)構(gòu)是通常所說的過孔鏈，在并聯(lián)提供一萬個(gè)第一銅互連22a的情況下，與他們成直角并聯(lián)提供一萬個(gè)第二銅互連22b。通過兩萬個(gè)連接栓塞28連接之間的這些互連。在圖中，沒有顯示出半導(dǎo)體襯底和層間絕緣膜等。當(dāng)對(duì)過孔鏈的末端的兩個(gè)點(diǎn)施加預(yù)定電壓時(shí)，電流沿圖中箭頭線表示的方向流動(dòng)。由此，測量經(jīng)過一萬個(gè)第一銅互連22a、一萬個(gè)第二銅互連22b和兩萬個(gè)連接栓塞28的電阻。
第四實(shí)施例將介紹根據(jù)本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的雙鑲嵌的制造方法。
圖5A到5E和圖6F到6J示出了在上述半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的制造方法的剖面圖。圖5A到5E示出了在本實(shí)施例中具有雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的制造方法的前一半工藝，圖6F到6J示出了其后的制造方法。
圖5A示出了在第一絕緣膜106中形成互連溝槽的結(jié)構(gòu)。為了形成該結(jié)構(gòu)，首先，在襯底(未在圖中示出)的上部上形成第一絕緣膜106，然后，在第一絕緣膜106上提供構(gòu)圖為預(yù)定形狀的抗蝕劑膜(未在圖中示出)；逐漸蝕刻第一絕緣膜106，得到第一互連溝槽42a。
接著，通過濺射方法或反應(yīng)濺射方法，在形成Ta和TaN的情況下，在第一絕緣膜106的整個(gè)表面上形成含鉭的阻擋金屬膜24a(Ta的膜厚度大約為20nm，TaN的膜厚度大約為10nm)。
其后，當(dāng)形成包含用于生長鍍銅的Cu元素和作為不同金屬元素的Al元素的第一籽晶金屬膜70時(shí)，采用濺射方法或反應(yīng)濺射方法在含鉭的阻擋金屬膜24a上得到在圖5A中所示的結(jié)構(gòu)。
其后，如圖5B所示，在第一籽晶金屬膜70上形成含銅的金屬膜26a。當(dāng)將襯底浸入溶液溫度大約25℃的含水的硫酸銅溶液時(shí)，通過電鍍方法形成含銅的金屬膜26a，從而含銅的金屬膜26a的平坦部分的膜厚度變?yōu)榇蠹s600nm。
如圖5C所示，對(duì)于如上應(yīng)用電鍍的襯底，在350℃下進(jìn)行30分鐘的退火。通過進(jìn)行這種高溫退火，作為不同金屬元素的Al通過熱擴(kuò)散從第一籽晶金屬膜70分布到含銅的金屬膜26a中，由此，抑制了應(yīng)力遷移，從而幾乎不產(chǎn)生空洞。具體地，第一籽晶金屬膜70存在的區(qū)域附近變成不同金屬的高濃度區(qū)96b，在它附近形成不同金屬的中間濃度區(qū)90，并且在遠(yuǎn)離第一籽晶金屬膜70的區(qū)域形成不同金屬的低濃度區(qū)92。
通過這種熱處理，因?yàn)樵诘谝换ミB22a的底面或側(cè)面附近形成不同金屬的高濃度區(qū)96b，所以能夠從其外圍部分扣緊第一互連22a，從而能夠抑制第一互連22a的含銅的金屬膜的收縮。由此，能夠總體上抑制第一互連22a的應(yīng)力遷移。
此外，通過進(jìn)行這種熱處理，產(chǎn)生第一銅互連的阻抗值比退火之前的阻抗值變低的效果。例如，在不低于200℃和不高于500℃的條件下進(jìn)行退火。
接著，如圖5D所示，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去在互連溝槽的外邊形成的多余的含銅的金屬膜和含鉭的阻擋金屬膜24a，從而以僅保留在互連溝槽里面的含銅的金屬膜的方式形成第一銅互連。
在含銅的金屬膜等的CMP處理之后，馬上用作為防蝕劑的BTA進(jìn)行含銅的金屬膜表面的防蝕處理。這里，采用0.05％的BTA溶液。由此，在CMP處理之后，當(dāng)移動(dòng)樣品轉(zhuǎn)入下一個(gè)工藝時(shí)，含銅的金屬膜表面由BTA保護(hù)，因此，能夠防止含銅的金屬膜被氧化。
其后，如圖5D所示，形成由SiCN膜12(膜厚度為大約70nm)構(gòu)成的絕緣膜14a(膜厚度為大約350nm)和二氧化硅膜。
其后，如圖5E所示，采用光刻技術(shù)對(duì)由二氧化硅膜構(gòu)成的絕緣膜14a進(jìn)行蝕刻，直到露出SiCN膜12。其后，通過進(jìn)行以改變蝕刻氣體的方式蝕刻SiCN膜12，露出在第一互連中包含的含銅的金屬膜的頂面。由此，形成連接孔52。其后，以嵌入連接孔52的內(nèi)部的方式形成含鉭的阻擋金屬膜24b。
接著，如圖6F所示，通過進(jìn)行使用Ar+等的濺射蝕刻(在圖中示出了濺射蝕刻的方向)，除去位于連接孔的底部上的阻擋金屬膜24b。
此時(shí)，當(dāng)形成含鉭的阻擋金屬膜24b時(shí)，可以以諸如長距離濺射裝置或普通電離濺射裝置的定向?yàn)R射裝置與回蝕刻裝置組合的方式使用裝置。
也就是說，在通過定向?yàn)R射裝置形成含鉭的阻擋金屬膜24b之后，通過回蝕刻裝置對(duì)在連接孔(凹陷部分)52的底部上形成的阻擋金屬膜24b有選擇地進(jìn)行各向異性刻蝕，由此，能夠除去阻擋金屬膜24b。
這樣，含鉭的阻擋金屬膜24b留在連接孔52的內(nèi)表面和第二互連溝槽的側(cè)壁等上；并且能夠除去在連接孔52的底部上的含鉭的阻擋金屬膜24b。
其后，在含鉭的阻擋金屬膜24b和露出的第一互連上通過濺射方法或反應(yīng)濺射方法形成包括用于生長鍍銅的Cu元素和作為不同金屬元素的Al元素的第二籽晶金屬膜80，由此得到圖6G所示的結(jié)構(gòu)。
其后，如圖6H所示，在第二籽晶金屬膜80上形成含銅的金屬膜26b。當(dāng)將襯底浸入溶液溫度大約25℃的含水的硫酸銅溶液時(shí)，通過電鍍方法形成含銅的金屬膜26b，從而含銅的金屬膜26b的平坦部分的膜厚度變?yōu)榇蠹s600nm。
對(duì)于如上所述應(yīng)用電鍍的襯底，如圖6I所示，在350℃下進(jìn)行30分鐘的退火。通過進(jìn)行這種高溫退火，作為不同金屬元素的Al從第二籽晶金屬80熱擴(kuò)散進(jìn)入含銅的金屬膜26b中，因此，抑制了應(yīng)力遷移，由此，抑制了通過連接栓塞的來自第一互連的Cu元素上拉現(xiàn)象。由此，在第一互連與連接栓塞之間的界面附近，幾乎不產(chǎn)生空洞。
具體地，第二籽晶金屬膜80存在的區(qū)域附近變?yōu)椴煌饘俚母邼舛葏^(qū)96c，在其外圍中，形成不同金屬的中間濃度區(qū)90，并且在遠(yuǎn)離第二籽晶金屬膜80的區(qū)域形成不同金屬的低濃度區(qū)92。
此外，通過進(jìn)行這種熱處理，產(chǎn)生了第二銅互連22b的電阻值與退火之前的電阻值相比減小的效果。應(yīng)當(dāng)注意，例如，在不低于200℃并且不高于500℃的溫度下進(jìn)行該退火。
接著，如圖6J所示，以僅在互連溝槽的內(nèi)部保留含銅的金屬膜等的方式形成第二銅互連，同時(shí)通過化學(xué)機(jī)械拋光除去在互連溝槽的外邊形成的多余的含銅的金屬膜和含鉭的阻擋金屬膜24b。
如上所述，形成圖6J所示的雙鑲嵌互連結(jié)構(gòu)。其后，通過重復(fù)上述工藝，能夠形成如圖1所示的具有多于三層的多層互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
第五實(shí)施例將介紹在本實(shí)施例中在單鑲嵌的情況下半導(dǎo)體器件的制造方法。
圖7A示出了在第一絕緣膜106上形成互連溝槽的結(jié)構(gòu)。為了形成該結(jié)構(gòu)，首先，在襯底(未在圖中示出)上形成第一絕緣膜106，然后，在第一絕緣膜106上提供構(gòu)圖為預(yù)定形狀的抗蝕劑膜(未在圖中示出)；并且逐漸蝕刻第一絕緣膜106，得到第一互連溝槽42a。
接著，通過使用濺射方法或反應(yīng)濺射方法，在第一絕緣膜106的整個(gè)表面上形成Ta和TaN的情況下，形成含鉭的阻擋金屬膜24a(Ta的膜厚度大約為20nm，TaN的膜厚度大約為10nm)。
其后，通過使用濺射方法或反應(yīng)濺射方法，在含鉭的阻擋金屬膜24a上形成包括用于生長鍍銅的Cu元素和作為不同金屬元素的Al元素的第一籽晶金屬膜70，由此得到圖7A所示的結(jié)構(gòu)。
其后，如圖7B所示，在第一籽晶金屬70上形成含銅的金屬膜26a。當(dāng)將襯底浸入溶液溫度大約25℃的含水的硫酸銅溶液時(shí)，通過電鍍方法以含銅的金屬膜26a的平坦部分的膜厚度變?yōu)榇蠹s600nm的方式形成含銅的金屬膜26a。
如圖7C所示，對(duì)于以上述方式應(yīng)用電鍍的襯底，在350℃下進(jìn)行30分鐘的退火。通過進(jìn)行這種高溫退火，作為不同金屬元素的Al從第一籽晶金屬膜70熱擴(kuò)散進(jìn)入含銅的金屬膜26a中，由此，抑制了應(yīng)力遷移，從而幾乎不產(chǎn)生空洞。具體地，第一籽晶金屬膜70存在的區(qū)域附近變?yōu)椴煌饘俚母邼舛葏^(qū)96b，在其外圍，形成不同金屬的中間濃度區(qū)90，并且在遠(yuǎn)離第一籽晶金屬膜70的區(qū)域形成不同金屬的低濃度區(qū)92。
由于這種熱處理，在第一互連22a的底面和側(cè)面附近形成不同金屬的高濃度區(qū)96b，由此，第一互連22a能夠由其外圍部分固定，從而能夠抑制第一互連22a的含銅的金屬膜的收縮。
因此，能夠總體上抑制第一互連的應(yīng)力遷移；并且能夠改善具有含銅的金屬互連的半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。
此外，通過進(jìn)行這種熱處理，產(chǎn)生了第一銅互連22a的電阻值與退火之前的電阻值相比減小的效果。應(yīng)當(dāng)注意，例如，在不低于200℃并且不高于500℃的溫度下進(jìn)行該退火。
接著，如圖7D所示，形成第一銅互連，從而含銅的金屬膜等僅留在互連溝槽的內(nèi)部上，同時(shí)通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去在互連溝槽的外邊形成的多余的含銅的金屬膜和含鉭的阻擋金屬膜24a。
其后，如圖7D所示，形成由SiCN膜12(膜厚度為大約70nm)構(gòu)成的絕緣膜14(膜厚度為大約350nm)和二氧化硅膜。
其后，如圖7E所示，通過使用光刻技術(shù)，對(duì)由二氧化硅氧化膜構(gòu)成的絕緣膜14a進(jìn)行蝕刻，直到露出SiCN膜12。其后，通過改變蝕刻氣體的同時(shí)蝕刻SiCN膜12，露出包括在第一互連中的含銅的金屬膜的頂面。由此，形成連接孔52。其后，以嵌入連接孔52內(nèi)部的方式形成含鉭的阻擋金屬膜24b。
接著，如圖8F所示，通過進(jìn)行使用Ar+等的濺射蝕刻(示出了濺射蝕刻的方向)，除去位于連接孔的底部上的阻擋金屬膜24b。
此時(shí)，當(dāng)形成含鉭的阻擋金屬膜24b時(shí)，諸如長距離濺射裝置或普通電離濺射裝置的定向?yàn)R射裝置可以與回蝕刻裝置組合使用。
也就是說，在通過定向?yàn)R射裝置形成含鉭的阻擋金屬膜24b之后，用回蝕刻裝置通過有選擇地進(jìn)行阻擋金屬膜24b的各向異性刻蝕，除去在連接孔(凹陷部分)52的底部上形成的阻擋金屬膜24b。
由此，使含鉭的阻擋金屬膜24b留在連接孔52內(nèi)；并且能夠除去在連接孔52的底部上的含鉭的阻擋金屬膜24b。
其后，通過使用濺射方法或反應(yīng)濺射方法，在含鉭的阻擋金屬膜24b和第一互連的暴露表面上形成包括用于生長鍍銅的Cu元素和作為不同金屬元素的Al元素的第二籽晶金屬膜80，由此得到圖8G所示的結(jié)構(gòu)。
其后，如圖8G所示，在第二籽晶金屬膜80上形成含銅的金屬膜26b。當(dāng)將襯底浸入溶液溫度大約25℃的含水的硫酸銅溶液時(shí)，用電鍍技術(shù)形成含銅的金屬膜26b，從而含銅的金屬膜26b的平坦部分的膜厚度變?yōu)榇蠹s200nm。
如圖8H所示，對(duì)于以上述方式應(yīng)用電鍍的襯底，在350℃下進(jìn)行30分鐘的退火。通過進(jìn)行這種高溫退火，作為不同金屬元素的Al從第二籽晶金屬膜80熱擴(kuò)散進(jìn)入含銅的金屬膜26b中，因此，抑制了應(yīng)力遷移，由此抑制了通過連接栓塞的來自第一互連的Cu元素上拉現(xiàn)象。因此，在第一互連與連接栓塞之間的界面附近，幾乎不產(chǎn)生空洞。
具體地，第二籽晶金屬膜80存在的區(qū)域附近變?yōu)椴煌饘俚母邼舛葏^(qū)96c，在其外圍，形成不同金屬的中間濃度區(qū)90，并且在遠(yuǎn)離第二籽晶金屬膜80的區(qū)域形成不同金屬的低濃度區(qū)92。
此外，通過進(jìn)行這種熱處理，也產(chǎn)生了連接孔的電阻值與退火之前的電阻值相比減小的效果。例如，可以在不低于200℃并且不高于500℃的溫度下進(jìn)行該退火。
接著，如圖9I所示，以僅在互連溝槽內(nèi)保留含銅的金屬膜等的方式形成第二銅互連，同時(shí)通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去在互連溝槽外邊形成的多余的含銅的金屬膜和含鉭的阻擋金屬膜24b。
其后，如圖9I所示，形成由SiCN膜16(膜厚度為大約70nm)和二氧化硅膜構(gòu)成的絕緣膜14b(膜厚度為大約350nm)。
其后，如圖9J所示，通過使用光刻技術(shù)，對(duì)由二氧化硅氧化膜構(gòu)成的絕緣膜14b進(jìn)行蝕刻，直到露出SiCN膜16。其后，通過用改變的蝕刻氣體蝕刻SiCN膜16，露出包括在連接孔中的含銅的金屬膜的頂面。由此，形成第二互連溝槽42b。其后，以嵌入連接孔42b內(nèi)部的方式形成含鉭的阻擋金屬膜24b。
其后，通過使用濺射方法或反應(yīng)濺射方法，在含鉭的阻擋金屬膜24c的表面上形成包括用于生長鍍銅的Cu元素和作為不同金屬元素的Al元素的第二籽晶金屬膜88。
并且，如圖10K所示，在第二籽晶金屬膜88上形成含銅的金屬膜26c。當(dāng)將襯底浸入溶液溫度大約25℃的含水的硫酸銅溶液時(shí)，通過電鍍方法形成含銅的金屬膜26c從而含金屬的銅膜26c的平坦部分的膜厚度變?yōu)榇蠹s600nm。
如圖10L所示，對(duì)于以上述方式電鍍的襯底，在350℃下進(jìn)行30分鐘的退火。通過進(jìn)行這種高溫退火，作為不同金屬元素的Al從第二籽晶金屬膜88熱擴(kuò)散進(jìn)入含銅的金屬膜26c中，由此，抑制了應(yīng)力遷移，從而抑制了通過連接栓塞的來自第一互連的Cu元素上拉現(xiàn)象。由此，在第一互連與連接栓塞之間的界面附近，幾乎不產(chǎn)生空洞。
具體地，第二籽晶金屬膜88存在的區(qū)域附近變?yōu)椴煌饘俚母邼舛葏^(qū)96d，在其外圍，形成不同金屬的中間濃度區(qū)90，并且在遠(yuǎn)離第二籽晶金屬膜88的區(qū)域形成不同金屬的低濃度區(qū)92。
此外，通過進(jìn)行這種熱處理，產(chǎn)生了連接孔的電阻值與退火之前的電阻值相比減小的效果。應(yīng)當(dāng)注意，例如，能夠在不低于200℃并且不高于500℃的溫度下進(jìn)行該退火。
接著，如圖10M所示，形成第二銅互連，從而僅在互連溝槽內(nèi)保留含銅的金屬膜等，同時(shí)通過化學(xué)機(jī)械拋光除去在互連溝槽外邊形成的多余的含銅的金屬膜和含鉭的阻擋金屬膜24c。
以上述方式，形成圖10M所示的單鑲嵌互連結(jié)構(gòu)。其后，通過重復(fù)上述工藝，能夠形成如圖1所示的多于三層的多層互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
第六實(shí)施例下面將介紹在上述實(shí)施例中不同金屬元素的分布情況。
在上述制造方法中，對(duì)于Sn用作不同金屬元素的情況，進(jìn)行下列模型實(shí)驗(yàn)以研究在含銅的金屬互連內(nèi)Sn元素的分布情況。
圖11A和11B分別示出了與為半導(dǎo)體器件中的互連結(jié)構(gòu)的一部分提供含銅的金屬互連中的不同金屬濃度的分布有關(guān)的模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖示和實(shí)驗(yàn)圖。圖11A示出了圖11B所示的關(guān)于在含銅的金屬互連內(nèi)的不同金屬濃度的分布模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖示。此外，圖11B是說明上述模型實(shí)驗(yàn)的方法的概念視圖。
在圖11B中，用二次離子質(zhì)譜法(SIMS)測量含銅的金屬互連中的不同金屬濃度的分布。這里，二次離子質(zhì)譜法(SIMS)是研究在諸如半導(dǎo)體、電介質(zhì)等各種材料中包括的元素的同相分布或元素的深度方向分布的技術(shù)。
首先，為了制備測量樣品，在由SiO2等構(gòu)成的絕緣膜18上形成含鉭的阻擋金屬膜24。接著，在由Ta/TaN等構(gòu)成的含鉭的阻擋金屬膜24上形成由諸如CuSn合金等的包括Sn元素的含銅的金屬膜構(gòu)成的籽晶金屬膜98；此外，在籽晶金屬膜98上形成鍍銅膜82。并且，得到圖11B所示的處于對(duì)籽晶金屬膜和鍍銅膜加熱以進(jìn)行退火的狀態(tài)中的測量樣品。
對(duì)于該測量樣品，進(jìn)行SIMS分析；并且得到如圖11A所示的Sn元素分布。由此測量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)由于退火，不同金屬元素Sn擴(kuò)散到電鍍銅中。
由此，通過進(jìn)行包括不同金屬元素和銅元素的籽晶金屬膜以及鍍銅膜的退火，能夠容易地?cái)U(kuò)散例如Sn元素等的不同金屬元素進(jìn)入鍍銅膜中。由此，形成籽晶金屬膜和鍍銅膜并在之后進(jìn)行退火的方法可以被用來制造本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。
此外，在上述制造方法中，對(duì)于Sn用作不同金屬元素的情況，為了研究在含銅的金屬互連內(nèi)Sn元素的分布情況，進(jìn)行下列測量。
應(yīng)當(dāng)注意，能夠使用能量散射X射線熒光分析儀(EDX)測量在含銅的金屬膜內(nèi)的不同金屬元素。
通過EDX分析等的結(jié)果，如果在第一互連內(nèi)的第一互連與連接栓塞之間的界面附近中的不同金屬元素的濃度高于在第一互連的中心部分中的不同金屬元素的濃度，則在該界面附近中，有效地抑制了應(yīng)力遷移。此外，在第一互連內(nèi)的其它區(qū)域中，保持良好的電導(dǎo)率。
此外，通過EDX分析等的結(jié)果，如果在第一互連內(nèi)的第一互連與連接栓塞之間的界面附近中的不同金屬元素的濃度不低于0.01atom％，則在該界面附近中，有效地抑制了應(yīng)力遷移。此外，如果在該界面附近中濃度不高于10atom％，則能夠抑制電導(dǎo)率的減小。
此外，通過EDX分析等的結(jié)果，如果在第一互連的底面或側(cè)面附近不同金屬元素的濃度高于在第一互連的中心部分中的不同金屬元素的濃度，則在底面或側(cè)面附近中，有效地抑制了應(yīng)力遷移。
此外，通過EDX分析等的結(jié)果，如果在第一互連的底面或側(cè)面附近不同金屬元素的濃度不低于0.01atom％，則在底面或側(cè)面附近中，有效地抑制了應(yīng)力遷移。此外，如果在底面或側(cè)面附近中濃度不高于10atom％，則能夠抑制電導(dǎo)率的減小。
第七實(shí)施例下面將介紹在上述實(shí)施例中的制造裝置。
在本發(fā)明中，除去連接孔底部的阻擋金屬膜的工藝包括通過使用Ar+的濺射蝕刻方法除去阻擋金屬膜的工藝，該工藝使用對(duì)半導(dǎo)體襯底施加偏置的偏置濺射。
通過使用采用Ar+的這種采用偏置濺射法的濺射蝕刻方法，除去在連接孔底部上的阻擋金屬膜，有選擇地除去位于預(yù)定連接孔的底部上的阻擋金屬膜，能夠以幾乎不破壞的狀態(tài)保留在連接孔的側(cè)壁上的阻擋金屬膜。
圖12A和12B示出了用于制造在半導(dǎo)體器件中的含銅的金屬互連的互連結(jié)構(gòu)的方法的所使用的制造裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖12A是其室內(nèi)具有RF線圈的濺射裝置的剖面圖。圖12B是在室外具有RF線圈的濺射裝置的剖面圖。在本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝中，兩種類型的濺射裝置可用來除去連接栓塞底部上的阻擋金屬膜。
圖12A所示的濺射裝置400a具有用于將晶片412放在室430中的支架414。AC電壓施加裝置424的一個(gè)電極連接到支架414，從而能夠進(jìn)行偏置的施加；并且對(duì)側(cè)電極連接到接地部分。
在室430中的等離子體的產(chǎn)生部分402的外圍，提供環(huán)形RF線圈404；并且在室430的上部提供用于固定靶406的靶固定部分408。磁力施加裝置410連接到靶固定部分408。此外，提供DC電壓施加裝置420，從而能夠?qū)Π泄潭ú糠?08施加DC電壓，并且接地部分422與其連接。
根據(jù)該裝置，在與形成阻擋金屬膜的工藝中所用裝置相同的裝置中，能夠用Ar+蝕刻等除去連接孔底部上的阻擋金屬膜，由此，能夠顯著地減少本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本，并且改善制造穩(wěn)定性。因此該裝置具有濺射室和RF蝕刻室的雙重功能。
此外，圖12B所示的濺射裝置400b具有用于將晶片412放在室430中的支架414。AC電壓施加裝置424的一個(gè)電極連接到支架414，從而能夠進(jìn)行偏置的施加；并且對(duì)側(cè)電極連接到接地部分。
在室430中的等離子體的產(chǎn)生部分402之上的室外提供RF線圈440；并且提供RF線圈固定部分442和隔板444，隔板444在室的上部阻擋粒子被濺射但在RF線圈440的下部不中斷RF的施加。此外，在隔板444的外圍，提供環(huán)形靶固定部分408，以固定環(huán)形靶406。磁力施加裝置410連接到靶固定部分408。此外，還提供DC電壓施加裝置420，從而能夠?qū)Π泄潭ú糠质┘覦C電壓，并且接地部分422用于與其連接。
根據(jù)該裝置，在與形成阻擋金屬膜的工藝中所用裝置相同的裝置中，能夠用Ar+蝕刻等除去連接孔底部上的阻擋金屬膜，由此，能夠顯著地減少本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本，并且改善制造穩(wěn)定性。這是該裝置具有濺射室和RF蝕刻室的雙重功能的原因。
在除去本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的連接栓塞底部的阻擋金屬膜而使用在圖12B中示出的在室外具有RF線圈的裝置時(shí)，例如，由TEL公司制造的i-PVD，介紹該裝置操作。
首先，在連接孔內(nèi)壁上形成含鉭的阻擋金屬膜的步驟(形成步驟)中，當(dāng)使偏置打開時(shí)，以每個(gè)偏置加到DC電壓施加裝置，ICP線圈(RF線圈)和支架的方式形成阻擋金屬膜。在這個(gè)時(shí)候，室內(nèi)的壓力設(shè)置為20mTorr。
接著，在通過使用Ar+等的蝕刻除去連接栓塞底部的阻擋金屬的步驟(蝕刻步驟)中，當(dāng)用Ar+等進(jìn)行蝕刻的時(shí)候，在DC施加裝置關(guān)閉并且施加到ICP線圈(RF線圈)和支架的偏置打開的狀態(tài)下，除去阻擋金屬膜。在這個(gè)時(shí)候，室內(nèi)的壓力設(shè)置為1mTorr。
根據(jù)該半導(dǎo)體制造裝置，能夠適當(dāng)?shù)乜刂谱钃踅饘倌さ哪ず穸?，并且能夠有選擇地除去在連接孔底部的預(yù)定的阻擋金屬，由此，能夠抑制半導(dǎo)體器件的電阻增長率。在連續(xù)的室中，在如此暴露的第一互連的表面上，形成包含銅元素和不同金屬元素的籽晶金屬膜，通過稍后進(jìn)行的退火，能夠在第一互連與連接孔之間的界面附近形成不同金屬元素的高濃度區(qū)，由此能夠改善由含銅的金屬膜構(gòu)成的第一互連的抗應(yīng)力遷移性。
此外，通過以上述條件形成阻擋金屬膜，并同時(shí)使用該裝置除去連接栓塞底部的阻擋金屬膜，對(duì)至今仍然困難的在同一個(gè)室內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)工藝來說是可能的。結(jié)果，能夠減小本實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本，并且增強(qiáng)制造穩(wěn)定性。
第八實(shí)施例在上述實(shí)施例中，介紹了根據(jù)不在連接孔的底部形成阻擋金屬膜的雙鑲嵌工藝的半導(dǎo)體器件的制造方法。
圖16A到16D示出了在本實(shí)施例中根據(jù)不在連接孔的底部形成阻擋金屬膜的雙鑲嵌工藝的半導(dǎo)體器件的制造方法的剖面圖。通過采用圖16A到16D，將詳細(xì)介紹在本發(fā)明中在半導(dǎo)體器件的制造方法中，從除去連接孔底部的阻擋金屬膜的工藝直到通過雙鑲嵌工藝形成第二互連鍍銅膜的工藝。
如圖16A和16B所示，在采用上述裝置的情況下，能夠在同一個(gè)室內(nèi)進(jìn)行形成含鉭的阻擋金屬膜24b以及通過Ar+等離子體除去位于連接孔的底部的含鉭的阻擋金屬膜24b。
接著，如圖16C所示，在另一室中，在第一互連26a和含鉭的阻擋金屬膜24b的暴露表面上形成包括銅元素和不同金屬元素的籽晶金屬膜70。
并且，如圖16D所示，在籽晶金屬70上以進(jìn)行鍍銅從而嵌入第二互連溝槽和連接孔并且之后進(jìn)行退火的方式形成第二互連26b。
這里，在常規(guī)濺射室中，在同一個(gè)室內(nèi)難以進(jìn)行形成含鉭的阻擋金屬膜24b以及通過Ar+等離子體除去含鉭的阻擋金屬膜24b。
由此，為了通過Ar+等離子體除去位于連接孔底部的含鉭的阻擋金屬膜24b，對(duì)于常規(guī)方法必須建立另一個(gè)專用室，從而存在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本變高的方面進(jìn)一步改進(jìn)的余地。
相反地，在本實(shí)施例中，因?yàn)椴捎蒙鲜鲅b置，所以不必為進(jìn)行除去含鉭的阻擋金屬膜24b建立專用室，由此，能夠減小半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)成本并且增強(qiáng)制造穩(wěn)定性。
如上所述，介紹了本發(fā)明的實(shí)施例，但是，這些是本發(fā)明的實(shí)例，因此還可以采用除上述介紹以外的各種結(jié)構(gòu)。
例如，在上述實(shí)施例中，含鉭的阻擋金屬膜作為阻擋金屬膜，但是，這不是為了限制，因此，阻擋金屬膜可以包括諸如Ti、W、Ta等高熔點(diǎn)金屬的膜。例如，Ti、TiN、W、WN、Ta、TaN等是良好的阻擋金屬膜的例子。特別是，最好使用TaN和Ta形成的包含阻擋金屬的鉭。能夠通過例如濺射方法、CVD等技術(shù)形成阻擋金屬膜。由此，能夠得到具有出色的阻擋特性的阻擋金屬膜。
在上述實(shí)施例中，用Ar+等離子體進(jìn)行蝕刻，但是，這不是為了限制，因此，在本發(fā)明中的等離子體處理可以采用氮、氬或氦等作為氣體。此外，例如，由于在還原氣氛下等進(jìn)行離子體處理，所以能夠使用氨等離子體處理。通過在還原氣氛下進(jìn)行等離子體處理，能夠減少互連的含銅的金屬膜表面的氧化物。
此外，在上述實(shí)施例中，在形成包含不同金屬元素膜和鍍銅膜之后，可以通過進(jìn)行退火的方法形成不同金屬的高濃度區(qū)。通過進(jìn)行退火，能夠容易地將不同金屬元素?cái)U(kuò)散到含銅的金屬膜中。
同時(shí)，在形成第一互連22a之后，通過例如蝕刻技術(shù)在第一互連22a內(nèi)的靠近連接孔28的區(qū)域形成凹槽。并且，在其凹槽上，通過例如CVD技術(shù)，能夠形成包含不同金屬元素的膜。
而且，在這種情況下，存在該包含不同金屬元素的膜的區(qū)域的作為不同金屬元素的Al的濃度高于第一互連22a的其它區(qū)域的濃度，由此，得到抑制應(yīng)力遷移的效果。
此外，通過已知的各種物理或化學(xué)方法，能夠在上述第一互連22a和連接孔28之間的界面附近形成不同金屬元素的高濃度區(qū)96a。
在上述實(shí)施例中，能夠通過電鍍技術(shù)形成第一互連的含銅的金屬膜。在通過進(jìn)行電鍍技術(shù)形成含銅的金屬膜之后，能夠通過退火從預(yù)先提供的包含諸如Al等的不同金屬的籽晶金屬膜擴(kuò)散不同的金屬。由此，能夠總體上抑制第一互連的應(yīng)力遷移。在這種情況下，可以在諸如氬或氮等的惰性氣氛中進(jìn)行熱處理。
此外，在上述實(shí)施例中，通過電鍍技術(shù)還可以形成連接栓塞的含銅的金屬膜或第二互連的含銅的金屬膜。
此外，在上述實(shí)施例中，通過CVD，例如，濺射或等離子體CVD，可以形成含銅的金屬膜。當(dāng)通過濺射或CVD形成含銅的金屬膜時(shí)，含銅的金屬膜的結(jié)晶度良好，由此，能夠進(jìn)一步抑制應(yīng)力遷移。
在上述實(shí)施例中，由互連層構(gòu)成的絕緣膜、在下層互連與上層互連之間的層間絕緣膜可以是包含多有機(jī)硅氧烷、包含有機(jī)材料的芳族、SiOC和由SiOC膜和SiO2膜構(gòu)成的多層膜等中的一個(gè)。因此，通過用低介電常數(shù)的材料形成層間絕緣膜，能夠改善半導(dǎo)體器件的特性。
很明顯，本發(fā)明并不局限于不脫離發(fā)明的范圍和精神修改和變化的上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；在所述襯底上形成的由含銅的金屬構(gòu)成的金屬互連；以及由含銅的金屬構(gòu)成的并連接到所述金屬互連的連接栓塞，其中所述金屬互連包括除銅以外的不同金屬元素，以及在所述金屬互連與所述連接栓塞之間的連接部分中的所述不同金屬元素的濃度高于在所述金屬互連的中心部分的所述不同金屬元素的濃度，并且高于在除所述連接部分以外的所述金屬互連的上部中的所述不同金屬元素的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中在所述連接部分中的所述不同金屬元素的所述濃度不低于0.01atom％并且不高于10atom％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中在所述連接部分中的所述不同金屬元素的所述濃度高于在所述連接栓塞的中心部分中的所述不同金屬元素的濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括不同金屬的高濃度區(qū)，該不同金屬的高濃度區(qū)包括在所述金屬互連的側(cè)面和底面中的至少一個(gè)附近比所述金屬互連的所述中心部分的濃度更高的所述不同金屬元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，其中提供在所述金屬互連的整個(gè)側(cè)面或整個(gè)底面上延伸的所述不同金屬的高濃度區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，其中在所述不同金屬的高濃度區(qū)中的所述不同金屬元素的濃度不低于0.01atom％并且不高于10atom％。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體器件，還包括在所述半導(dǎo)體襯底上提供的絕緣膜；以及在所述絕緣膜和所述金屬互連之間提供的阻擋金屬膜，其中提供在所述阻擋金屬膜的內(nèi)表面的整個(gè)表面上延伸的所述不同金屬的高濃度區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述不同金屬元素為從由Sn、Al和Ti構(gòu)成的組中挑選出來的不少于一種的元素。
9.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在襯底上形成第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜中形成互連溝槽；在所述互連溝槽中形成第一含銅的金屬膜；在所述第一含銅的金屬膜上形成第二絕緣膜；在所述第二絕緣膜中，形成從所述絕緣膜的頂面到達(dá)所述第一含銅的金屬膜的頂面的連接孔；在所述連接孔的內(nèi)部上，形成包括銅元素和不同金屬元素的籽晶金屬膜，從而接觸所述第一含銅的金屬膜的頂面；在所述連接孔的內(nèi)部上，形成第二含銅的金屬膜，從而接觸所述籽晶金屬膜的頂面；以及進(jìn)行所述第一含銅的金屬膜和所述籽晶金屬膜的熱處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述形成所述第一含銅的金屬膜，包括在所述互連溝槽中形成包括銅元素和不同金屬元素的下層籽晶金屬膜；以及在所述互連溝槽中，形成所述第一含銅的金屬膜，從而接觸所述下層籽晶金屬膜的頂面，以及還包括進(jìn)行所述第一含銅的金屬膜和所述下層籽晶金屬膜的熱處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述形成所述籽晶金屬膜包括形成包括從由Sn、Al和Ti構(gòu)成的組中挑選出來的不少于一種元素作為所述不同金屬元素的所述籽晶金屬膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述形成所述下層籽晶金屬膜包括形成包括從由Sn、Al和Ti構(gòu)成的組中挑選出來的不少于一種元素作為所述不同金屬元素的所述下層籽晶金屬膜。
全文摘要
本發(fā)明的一種半導(dǎo)體器件及其制造方法實(shí)現(xiàn)了出色的制造穩(wěn)定性。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成的由含銅的金屬組成的金屬互連，和由含銅的金屬組成的并連接到金屬互連的連接栓塞，其中金屬互連包括除銅以外的不同的金屬元素，并且在金屬互連與連接栓塞之間的連接部分中的不同金屬元素的濃度高于在金屬互連的中心部分中的不同金屬元素的濃度，并且高于除連接部分以外的金屬互連的上部中的不同金屬元素的濃度。
文檔編號(hào)H01L23/532GK1665017SQ20051005314
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者本山幸一 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司