專(zhuān)利名稱(chēng)：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(xiàn)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(duì)光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖時(shí)，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(zhuān)利文獻(xiàn)1中示出了通過(guò)濺射來(lái)堆積TiN、TaN、ZrN、HfN等高熔點(diǎn)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(diǎn)金屬氮化膜作為防反射膜的多層布線(xiàn)制造工序的一個(gè)例子。
但是，在多層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)中應(yīng)用高熔點(diǎn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的情況下，下層金屬布線(xiàn)和上層金屬布線(xiàn)穿過(guò)連接孔，并通過(guò)較低的通路電阻進(jìn)行連接變得非常重要。
在所述專(zhuān)利文獻(xiàn)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(wèn)題的手段，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中示出了在堆積了高熔點(diǎn)金屬之后在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行加熱處理，從而降低高熔點(diǎn)金屬的電阻率的制造方法、以及專(zhuān)利文獻(xiàn)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(diǎn)金屬的主要理由是為了提高長(zhǎng)期可靠性。在使用鋁或鋁合金作為主布線(xiàn)的情況下，存在稱(chēng)為電遷移或應(yīng)力遷移等與布線(xiàn)的長(zhǎng)期可靠性有關(guān)的惡化現(xiàn)象。對(duì)于該問(wèn)題，周知的是可通過(guò)使用高熔點(diǎn)金屬得到布線(xiàn)加強(qiáng)效果，并針對(duì)所述惡化現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)較高的耐性。
特開(kāi)平1-241162號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]特開(kāi)平5-226338號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)3]特開(kāi)平5-190551號(hào)公報(bào)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，具有多層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的防反射膜的一個(gè)特征是，應(yīng)用了高熔點(diǎn)金屬氮化膜。但是，在應(yīng)用高熔點(diǎn)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(shí)，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(diǎn)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(guò)通常的蝕刻處理后所進(jìn)行的抗蝕劑灰化、以及通過(guò)浸漬到有機(jī)剝離液而進(jìn)行的抗蝕劑除去工序，也會(huì)作為殘?jiān)酝豕跔顨埩粼谶B接孔中，根據(jù)其形狀一般稱(chēng)作冠頂(crown)。下面，本說(shuō)明書(shū)中將作為冠頂進(jìn)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(xiàn)金屬時(shí)，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(xiàn)金屬13發(fā)生斷線(xiàn)，導(dǎo)致成品率降低。另外，雖然很容易預(yù)想到在未達(dá)到斷線(xiàn)的水平上薄薄地進(jìn)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(wèn)題，但是也不否定其通過(guò)了電氣特性評(píng)價(jià)且作為優(yōu)良產(chǎn)品流入市場(chǎng)的可能性。
專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了當(dāng)進(jìn)行了高熔點(diǎn)金屬膜堆積后在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)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(xiàn)金屬相互擴(kuò)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(xiàn)金屬尖頭(spike)而導(dǎo)致接合漏電流的增加等，同時(shí)，容易預(yù)想到對(duì)于高熔點(diǎn)金屬膜來(lái)說(shuō)，因?yàn)闊崽幚淼钠畹榷鴮?dǎo)致高熔點(diǎn)金屬氮化層的厚度發(fā)生變化。這是在形成上層布線(xiàn)時(shí)與連接孔中的高熔點(diǎn)氮化層接觸的情況下，發(fā)生了與高熔點(diǎn)金屬接觸的情況，難以得到穩(wěn)定的通路電阻。
專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了通過(guò)濺射來(lái)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(duì)Ti和TiN進(jìn)行處理時(shí)，在每個(gè)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(shí)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(jì)性不好。在各個(gè)單獨(dú)的處理室中處理Ti和TiN的情況下，可能會(huì)發(fā)生如下情況通過(guò)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中，連接孔中不會(huì)產(chǎn)生冠頂，具有較高的長(zhǎng)期可靠性、生產(chǎn)性和經(jīng)濟(jì)性?xún)?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(xiàn)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(xiàn)用金屬膜上層疊高熔點(diǎn)金屬膜；在所述高熔點(diǎn)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(xiàn)用金屬膜、所述高熔點(diǎn)金屬膜、以及所述防反射膜構(gòu)成的布線(xiàn)；在所述布線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)用金屬膜。
作為所述多層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的制造方法中涉及的構(gòu)成材料，鑒于材料價(jià)格低廉等理由，所述第1布線(xiàn)用金屬膜以及第2布線(xiàn)用金屬膜為鋁或鋁合金，為了提高對(duì)電遷移或者應(yīng)力遷移的耐性，所述高熔點(diǎn)金屬膜為T(mén)i、TiW、W、Ta、Mo中的任意一種，在連接孔開(kāi)口后僅通過(guò)一般的抗蝕劑灰化、有機(jī)剝離液中的浸漬就能夠容易地除去蝕刻副產(chǎn)物而不會(huì)產(chǎn)生冠頂，并且作為對(duì)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(xiàn)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(jì)性，通過(guò)PVD進(jìn)行所述高熔點(diǎn)金屬膜的堆積方法以及所述防反射膜的堆積方法。
進(jìn)而，在所述多層布線(xiàn)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(guò)干法蝕刻除去所述防反射膜。
另外，一種多層布線(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)用金屬膜、僅形成在包含所述第1阻擋層金屬的布線(xiàn)用金屬膜上的高熔點(diǎn)金屬膜、以及所述高熔點(diǎn)金屬膜上的防反射膜構(gòu)成；連接孔，形成在所述第1布線(xiàn)上；以及第2布線(xiàn)，經(jīng)由所述連接孔與所述第1布線(xiàn)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(diǎn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，在具有多層布線(xiàn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的連接孔中不會(huì)產(chǎn)生冠頂，具有較高的長(zhǎng)期可靠性，生產(chǎn)性和經(jīng)濟(jì)性?xún)?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(shí)施例的工序截面圖。
圖2為示出本發(fā)明第1實(shí)施例的工序截面圖。
圖3為示出本發(fā)明第1實(shí)施例的工序截面圖。
圖4為示出本發(fā)明第1實(shí)施例的工序截面圖。
圖5為示出本發(fā)明第1實(shí)施例的工序截面圖。
圖6為示出本發(fā)明第1實(shí)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(xiàn)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(shí)施例方式
從圖1到圖6為本發(fā)明實(shí)施例的具有多層布線(xiàn)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(guò)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(xiàn)加強(qiáng)的目的，通過(guò)PVD在真空中，在沒(méi)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(duì)于獲得較低的通路電阻非常重要。接著，通過(guò)PVD在所述鈦膜5上堆積無(wú)定形硅膜6作為防反射膜，并任選無(wú)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(wú)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(wú)定形硅膜6無(wú)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(duì)由所述膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成的布線(xiàn)層使用光刻法以及干法蝕刻技術(shù)形成布線(xiàn)圖形之后的工序截面圖。接下來(lái)，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(xiàn)斷線(xiàn)、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(guò)全面蝕刻進(jìn)行平坦化的技術(shù)、或者通過(guò)CMP(化學(xué)的機(jī)械研磨)法進(jìn)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(shí)，圖1中堆積的無(wú)定形硅膜6在干法蝕刻時(shí)發(fā)生過(guò)度蝕刻時(shí)并不消失。選擇比具有如下優(yōu)點(diǎn)例如，通過(guò)調(diào)整CHF3、CF4的蝕刻氣體的混合比，從而可較容易地控制對(duì)無(wú)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(wú)定形硅膜6。由此，很容易實(shí)現(xiàn)如下蝕刻條件通過(guò)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(wú)需對(duì)下層的鈦層5進(jìn)行過(guò)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(jìn)行了連接孔8的蝕刻之后在同一裝置內(nèi)(in-situ原位)進(jìn)行無(wú)定形硅膜6的除去處理，但是，因?yàn)樵谶B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(wú)定形硅膜6，因此，希望在進(jìn)行連接孔8的蝕刻之后，通過(guò)灰化、浸漬到有機(jī)剝離液中來(lái)進(jìn)行抗蝕劑、副產(chǎn)物的除去，然后進(jìn)行無(wú)定形硅膜6的蝕刻。當(dāng)在防反射膜上使用了包含高熔點(diǎn)金屬氮化膜的高熔點(diǎn)金屬膜11(圖12)時(shí)，蝕刻時(shí)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(guò)RF蝕刻對(duì)連接孔8底部的鈦膜表面進(jìn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)。
在本實(shí)施例中，作為用于布線(xiàn)加強(qiáng)的高熔點(diǎn)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(jìn)一步地，作為防反射膜，除了無(wú)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(diǎn)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(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的多層布線(xiàn)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(xiàn)用金屬膜上層疊高熔點(diǎn)金屬膜；在所述高熔點(diǎn)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(xiàn)用金屬膜、所述高熔點(diǎn)金屬膜、以及所述防反射膜構(gòu)成的布線(xiàn)；在所述布線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)用金屬膜以及第2布線(xiàn)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(diǎn)金屬膜為T(mén)i、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(guò)PVD進(jìn)行所述高熔點(diǎn)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(guò)PVD進(jìn)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(guò)干法蝕刻除去所述防反射膜。
8.一種多層布線(xiàn)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(xiàn)，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(xiàn)用金屬膜、僅形成在包含所述第1阻擋層金屬的布線(xiàn)用金屬膜上的高熔點(diǎn)金屬膜、以及所述高熔點(diǎn)金屬膜上的防反射膜構(gòu)成；連接孔，形成在所述第1布線(xiàn)上；以及第2布線(xiàn)，經(jīng)由所述連接孔與所述第1布線(xiàn)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(diǎn)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(xiàn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中，連接孔中不會(huì)產(chǎn)生冠頂，長(zhǎng)期可靠性高、生產(chǎn)性經(jīng)濟(jì)性?xún)?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(diǎn)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(hào)H01L23/522GK101034682SQ200710092359
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月18日
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