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)明涉及一種半導(dǎo)體器件以及一種制造該半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的半導(dǎo)體器件中，互連上的信號傳輸?shù)难舆t有時可以決定 LSI電路的操作速度?；ミB上信號傳輸?shù)难舆t常數(shù)被表示為互連電阻與 寄生電容的乘積。為了減小寄生電容，低介電常數(shù)材料(低k材料) 已經(jīng)被用作組成絕緣中間層的材料，該低介電常數(shù)材料的介電常數(shù)小 于通常使用的二氧化硅(Si02)。另一方面，考慮到減小互連的電阻率 以提高LSI電路的操作速度，具有較小電阻率的銅(Cu)已經(jīng)被用作 導(dǎo)電材料。
可以通過大馬士革工藝形成Cu多層互連。大馬士革工藝包括淀積 例如絕緣中間層的絕緣膜的步驟，形成凹陷(用于形成互連的互連溝 槽，或者用于形成通路栓塞)的步驟，淀積阻擋金屬層的步驟，淀積 被稱為Cu籽晶的Cu薄膜的步驟，通過利用Cu薄膜作為電解電鍍的 陰極而淀積Cu從而填充所述凹陷的步驟，通過化學(xué)機(jī)械拋光去除形成 在所述凹陷外的部分阻擋金屬層的步驟，以及淀積阻擋絕緣膜的步驟。
至于絕緣中間層，已經(jīng)討論了多孔的低介電常數(shù)材料，旨在將介 電常數(shù)減小到2或者2附近。
N.Ohashi， K.Misawa， S.Sone， H丄Shin， K.Inukai， E.Soda， S.Kondo，
A.Furuya， H.Okamura， S.Ogawa禾口 N.Kobayashi的"Robust Porous MSQ (k=2.3， E=12GPa)for Low-Temperature (<350。 C) Cu/Low-k Integration Using ArF Resist Mask Process" ， Proceedings of IEEE International Electron Devices Meeting, 2003年，pp.35.5.1-35.5.4指出
了多孔低介電常數(shù)材料的問題，例如材料強度降低，由潮濕引起的介 電常數(shù)提高，和被稱為低k空穴的多孔電介質(zhì)材料的腐蝕，并且公開 了通過優(yōu)化低介電常數(shù)材料的組分而解決這些問題的技術(shù)，并且公開 了大馬士革工藝中的蝕刻方法。
N.Matsunaga， N.Nakamura， K.Higashi， H,Yamaguchi， T.Watanabe， K.Akiyama， S.Nakao， K.Fujita， H.Miyajima， S.Omoto， A.Sakata， T.Katata， Y.Kagawa，H.Kawashima， Y.Enomoto，T.Hasegawa禾U H.Shibata 的"BEOL Process Integration Technology for 45nm Node Porous Low-k/Copper Interconnects" ， Proceedings of the IEEE International Interconnect Technology Conference, 2005年，pp.6-8公開了配置虛擬 圖案的技術(shù)，旨在防止由于多孔絕緣中間層釋放的氣體而導(dǎo)致阻擋金 屬層被氧化。
日本特開專利公開No.2005-236285公開了一種技術(shù)，其在多孔低 介電常數(shù)材料和阻擋金屬層之間淀積高密度電介質(zhì)材料，以避免阻擋 金屬層由于與多孔低介電常數(shù)材料的空穴一致地變化(conform)而變 薄，并且防止了可靠性退化。
另一方面，關(guān)于導(dǎo)電材料，已經(jīng)討論了 Cu籽晶的減薄，旨在改善 Cu的填充。由于已知Cu互連中的孔(所謂的空穴，下文中稱為"空 穴")會使電特性退化(電阻、穩(wěn)定性、成品率等)，因此空穴更少 的填充在Cu鍍中很重要。
在凹陷的底部和正面周圍處，Cu鍍的膜形成速率更快。因此，在 凹陷的正面被Cu鍍阻塞之前，如果從凹陷底部生長的Cu鍍到達(dá)凹陷正面，則可以成功地實現(xiàn)空穴更少的填充。因此可以理解，較寬的正 面可以促進(jìn)空穴更少的填充。
另一方面，隨著當(dāng)前的裝置壓縮的發(fā)展，Cu籽晶已經(jīng)變得更薄， 由此已經(jīng)討論了利用阻擋金屬本身作為籽晶，從而直接在阻擋金屬上 鍍Cll，而不是淀積Cu籽晶。
特別地，釕(Ru)顯示了良好的與Cu的粘合性，其作為阻擋金屬 已經(jīng)引起了更多的公眾關(guān)注。由于Ru即使在被氧化之后也仍然保持了 導(dǎo)電性，因此，相對于通過電鍍進(jìn)行填充，從加寬工藝裕度的觀點來 考慮，Ru也吸引了更多的關(guān)注。日本特開專利公開No.2002-75994公 開了一種利用了由如下金屬構(gòu)成的阻擋金屬的技術(shù)，所述金屬(Ru， 等等)即使在被氧化之后或其氧化物依然顯示出導(dǎo)電性。然而，使用Ru 作為阻擋金屬遇到了粘合性的問題，這是由于其金屬狀態(tài)只表現(xiàn)出與 絕緣中間層較弱的粘合性，以及其氧化物狀態(tài)僅僅表現(xiàn)出對于Cu的較 弱的粘合性。參見日本特開專利公開No.2000-269455， 2005-347510， 2006-5305以及2006-19325，已經(jīng)典型地做出了改進(jìn)的努力。
日本特開專利公開No.2000-269455公開了一種使用如下阻擋金屬 的技術(shù)，所述阻擋金屬由添加有Pd等、且即使在被氧化(Ru等)之 后或其氧化物也表現(xiàn)出導(dǎo)電性的金屬構(gòu)成。
日本特開專利公開No.2005-347510公開了利用由金屬(Ru等)的 C， N或者Si的化合物構(gòu)成的阻擋金屬、過渡層，以及金屬的技術(shù)， 從絕緣膜側(cè)觀察，阻擋金屬、過渡層，以及金屬按上述順序堆疊，其 中所述金屬即使被氧化之后(Ru等)也表現(xiàn)出導(dǎo)電性。
日本特開專利公開No.2006-5305公開了利用由金屬(Ru等等)氧 化物的阻擋金屬、過渡層，以及金屬的技術(shù)，從絕緣膜側(cè)觀察阻擋金 屬、過渡層，以及金屬按上述順序堆疊，其中所述金屬即使被氧化之
后也表現(xiàn)出導(dǎo)電性。
日本特開專利公開No.2006-19325公開了提高過渡層的彈性模量 的技術(shù)，以便改善日本特開專利公開No.2006-5305中所示的結(jié)構(gòu)的較 差的機(jī)械強度。
然而，本發(fā)明人根據(jù)其研究發(fā)現(xiàn)問題在于，使用如日本特開專利 公開No.2000-269455， 2005-347510， 2006-5305以及2006-19325描述 的金屬氧化膜，可能會使上互連和下互連之間的粘合性退化，以及可 能因此使電特性以及可靠性退化。這是由于包含在下互連中的Cu由于 用于形成金屬氧化膜的氧化環(huán)境而被氧化。
基于日本特開專利公開No.2005-236285 , 2000-269455 ， 2005-347510， 2006-5305，和2006-19325中描述的發(fā)明的組合，在形 成金屬氧化膜的過程中防止包含在下互連中的Cu被氧化的可能的方法 可以是，例如在絕緣中間層上淀積高密度電介質(zhì)膜，并隨后淀積阻擋 金屬。然而，由于在產(chǎn)生45nm的技術(shù)節(jié)點時或此后在凹陷底部的高密 度電介質(zhì)膜的厚度將變?yōu)槿舾杉{米，因此包含在下互連中的Cu的氧化 是不可避免的。包含在下互連中的Cu的氧化可能導(dǎo)致互連電阻率增加 的問題，以及可靠性退化的問題。
盡管已經(jīng)假定通過單大馬士革工藝在互連層上形成通路形成層的 情形，或者假定通過雙大馬士革工藝形成通路和互連形成層的情形而 做出了上述說明，但是相同問題也存在于在通路栓塞上形成互連層的 情形。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，其包括形成在襯底上并 包含互連的第二電介質(zhì)多層膜；第一電介質(zhì)多層膜，其形成在第二電 介質(zhì)多層膜上并具有凹陷；形成在凹陷的內(nèi)壁上的MOx膜，并且包含
金屬M和氧作為主要成分；M膜形成在凹陷中的MOx膜上并包含M 作為主要成分；以及形成在凹陷中的M膜上的導(dǎo)電體，并且包含Cu 作為主要成分，其中所述互連位于凹陷底部正下方的表面部分具有1% 或者更小的的氧濃度。
由于基本上沒有氧殘留在上下互連之間的分界面處，因此可以提 供上下互連之間粘合性優(yōu)良的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其包括形 成包含襯底上的互連的第二電介質(zhì)多層膜，以及在第二電介質(zhì)多層膜 上形成第一電介質(zhì)多層膜；在第一電介質(zhì)多層膜中形成凹陷從而在其 中貫通延伸；通過在氧化環(huán)境中的反應(yīng)性成膜工藝，在所述第一電介 質(zhì)多層膜上以及所述凹陷內(nèi)形成MOx膜，所述MOx膜包含金屬M以 及氧作為主要成分；去除MOx膜形成在所述凹陷的底部的部分；在所 述凹陷內(nèi)外上延伸的MOx膜上以及在所述凹陷的底部形成包含M作 為主要成分的M膜；在所述凹陷內(nèi)外上延伸的M膜形成包含Cu作為 主要成分的導(dǎo)電體，以填充所述凹陷；以及去除MOx膜、M膜以及導(dǎo) 電體位于所述凹陷之外的部分。
由于該結(jié)構(gòu)，可以抑制下互連的氧化，可以改善上下互連之間的 粘合性，且由此可以改善半導(dǎo)體器件的可靠性。
簡而言之，本發(fā)明可以提供一種上下互連之間的粘合性改善的半 導(dǎo)體器件，以及一種制造如此改善的半導(dǎo)體器件的方法。


參考附圖，根據(jù)以下某些優(yōu)選實施例的說明，本發(fā)明的上述及其 他目的、特征以及優(yōu)點將變得更加明顯，其中-
圖1示出了根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖； 圖2示出了根據(jù)第二實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖3示出了根據(jù)第三實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面圖； 圖4A到4D示出了根據(jù)第一實施例的制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟 的剖面圖5A到5D示出了根據(jù)第三實施例的制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟 的剖面圖6A和6B示出了在上下互連之間的分界面處測量氧濃度時觀察 的部分視圖；以及
圖7A和7B示出了在上下互連之間的分界面處測量氧濃度的結(jié)果 的附圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考說明性的實施例在此描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 認(rèn)識到使用本發(fā)明的教導(dǎo)可以完成多種可選實施例，而且本發(fā)明不局 限于為了說明的目的而示出的實施例。
參考附圖，下面的段落將描述本發(fā)明實施例。在所有附圖中，任 何類似的組件將給予類似的參考數(shù)字，并且因此不重復(fù)其說明。
(第一實施例)
圖1示出了在本實施例中半導(dǎo)體器件的互連層的一部分的剖面圖。
半導(dǎo)體器件具有形成在襯底10上的第二電介質(zhì)多層膜80，并且 包含下互連100;第一電介質(zhì)多層膜20，形成在第二電介質(zhì)多層膜80 上，并且具有凹陷30，形成在所述凹陷30的內(nèi)壁上的MOx膜40，且 包含金屬M和氧作為主要成分；M膜50,其形成在所述凹陷中的MOx 膜40上，并且包含M作為主要成分，以及導(dǎo)電體60,其形成在凹陷 30中的M膜50上以填充所述凹陷30，并且包含Cu作為主要成分。 半導(dǎo)體器件進(jìn)一步具有電介質(zhì)膜70，其基本上不含氧，形成在第一電 介質(zhì)多層膜20和MOx膜40之間。
位于凹陷30底部正下方的互連100的表面部分具有1%或者更小 的氧濃度。
襯底10具有形成在其中的晶體管，電容器元件等，以及第二電介 質(zhì)多層膜80具有形成在其中的阻擋金屬層90，下互連100等。下互連 100由包含Cu或者Al的至少其中一種作為主要成分的材料構(gòu)成。
第一電介質(zhì)多層膜20是多孔電介質(zhì)多層膜，以及可以利用 Si02/p-MSQ/SiOC膜形成。此處的p-MSQ是指多孔甲基硅倍半氧烷。 然而，第一電介質(zhì)多層膜20不限于SiO2/p-MSQ/SiOC膜，以及可以是 包含至少Si或者C的電介質(zhì)膜的多層膜。
凹陷30被形成為延伸通過第一電介質(zhì)多層膜20。在凹陷30的底 部，暴露埋置在第二電介質(zhì)多層膜80中的互連。
這里，凹陷30的內(nèi)壁是指除了底部部分之外的凹陷的內(nèi)部部分。
M是釕(Ru) 。 MOx膜40以及M膜50形成了 RuO/Ru的堆疊 結(jié)構(gòu)。在本實施例中，堆疊結(jié)構(gòu)主要用于改善第一電介質(zhì)多層膜20的 粘合性，而且有助于抑制由氧化引起的下互連100的退化。借助該結(jié) 構(gòu)，可以提高第一電介質(zhì)多層膜20的粘合性，以及可以改善可靠性。 額外的效果是，Ru即使在被氧化之后也表現(xiàn)出導(dǎo)電性，并且因此可以 抑制互連電阻率的增加。
M不局限于Ru，而可以是如下的任何金屬，所述金屬包含從銥 (Ir)，鉭(Ta)，鈦(Ti)，鎢(W)等選出的至少一種材料。例如， MOx可以包括從成膜材料獲得的碳(C)。
基本上不含氧的電介質(zhì)膜70形成在M膜50和第一電介質(zhì)多層膜20之間。該結(jié)構(gòu)可以防止水汽典型地從包含在第一電介質(zhì)多層膜20中 的p-MSQ擴(kuò)散，并且可以進(jìn)一步減小粘合性退化的風(fēng)險，上述是由M 膜50的氧化引起的。即使應(yīng)該發(fā)生從p-MSQ的水汽擴(kuò)散，第一電介 質(zhì)多層膜20和M膜50也可以防止粘合性的退化，這是由于在它們之 間配置了MOx膜40，以及MOx膜40不會導(dǎo)致由氧化引起的體積膨脹。
可以利用SiCN膜等形成電介質(zhì)膜70。
包含Cu作為主要成分的導(dǎo)電體60被形成為填充凹陷30，其不限 于Cu-Al合金，而可以是通常用于半導(dǎo)體工藝的例如Cu， Cu-Ti合金， Cu-Sn合金等的任何材料。
在凹陷30底部的正下方，放置了下互連IOO，其埋置在形成于襯 底上的第二電介質(zhì)多層膜80中，其中互連的表面部分的氧濃度被調(diào)節(jié) 為1%或者更小。換言之，在凹陷30底部暴露的下互連100與填充在 凹陷30中的導(dǎo)電體60之間的分界面處的氧濃度被調(diào)節(jié)為1%或者更小。
可以利用能量散射X射線分析儀對該氧濃度進(jìn)行測量。測量限制 為1%或者附近。g卩，1%或者更小的氧濃度意味著濃度等于或者低于該 測量限制，并且基本上不存在氧。
圖6A和6B示出了在包含Cu作為主要成分的上互連和下互連之 間的分界面處測量氧濃度時觀察的部分。在由開放點表示的位置(1) 和(2)處測量氧濃度。圖7A和7B示出了在包含Cu作為主要成分的 上互連和下互連之間的分界面處測量氧濃度的結(jié)果。當(dāng)上下互連之間 沒有分離時沒有檢測到氧(圖6A，圖7A)，而當(dāng)上下互連之間存在分 離時檢測到4%至5%的氧(圖6B，圖7B)。
因此，應(yīng)當(dāng)理解，粘合性隨著氧濃度增大而退化，以及粘合性隨 著氧濃度接近于0%而提高。換言之，凹陷30底部正下方的下互連100的表面部分中，1%或更小的氧濃度意味著在上下互連之間的分界面處 基本上沒有氧化層。
由于該結(jié)構(gòu)，可以避免由下互連100的氧化導(dǎo)致的半導(dǎo)體器件整 體的可靠性和電特性的任何退化。
接下來，將說明如圖1所示的半導(dǎo)體器件的制造方法。圖4A到 4D示出了制造半導(dǎo)體器件的工藝步驟的剖面圖。
半導(dǎo)體器件的制造流程典型地包括以下工藝步驟
步驟l:在襯底上形成包含下互連100的第二電介質(zhì)多層膜80，
以及在第二電介質(zhì)多層膜80上形成第一電介質(zhì)多層膜20;
步驟2:在第一電介質(zhì)多層膜20中形成凹陷30以延伸通過第一
電介質(zhì)多層膜20;
步驟3:在凹陷30內(nèi)以及第一電介質(zhì)多層膜20上形成基本上不
包含氧的電介質(zhì)膜70;以及
步驟4:利用氧化環(huán)境中的反應(yīng)性成膜工藝，在電介質(zhì)膜70上形 成包含金屬M和氧作為主要成分的MOx膜40，其中所述電介質(zhì)膜70 基本上不包含氧，且在凹陷30的內(nèi)部和外部之上延伸；
步驟5:去除電介質(zhì)膜70和MOx膜40形成在凹陷30底部的部
分；
步驟6:在MOx膜40上以及在凹陷30的底部形成包含M作為主 要成分的M膜50，所述MOx膜40在所述凹陷30的內(nèi)部和外部之上 延伸；
步驟7:去除M膜50形成在凹陷30底部的部分；
步驟8:在MOx膜40上形成包含Cu作為主要成分的導(dǎo)電體60
以填充所述凹陷30，所述M膜50在所述凹陷30的內(nèi)部和外部之上延
伸；以及
步驟9:去除MOx膜40、 M膜50、電介質(zhì)膜70以及導(dǎo)電體60 位于凹陷30之外的部分。以下段落將詳細(xì)描述各個工藝步驟。
首先，如圖4A所示，在襯底上順序地堆疊第一電介質(zhì)多層膜20 以及包含下互連IOO.的第二電介質(zhì)多層膜80 (步驟1)，以及凹陷30 被形成為延伸通過第一電介質(zhì)多層膜20 (步驟2)?；旧喜话?的電介質(zhì)膜70形成在第一電介質(zhì)多層膜20上以及凹陷30內(nèi)部(步驟
3) 。
隨后，如圖4B所示，在-50° C或更高和15(T C或更低的成膜溫 度處，通過利用02作為氧化環(huán)境的濺射工藝，在凹陷30的內(nèi)部和外 部之上延伸的電介質(zhì)膜70上和凹陷30的底部處形成MOx膜40(步驟
4) 。 M被例示為Ru，其被用作陰極靶。
通過將成膜溫度調(diào)節(jié)到-50° C或者更高以及150° C或者更低， 可以抑制襯底的氧化。所述調(diào)節(jié)還有助于避免在形成膜期間氧化下互 連100,以及有助于解決半導(dǎo)體器件的可靠性和電特性的退化問題。
隨后，通過利用H2作為還原環(huán)境的反濺射，去除電介質(zhì)膜70和 MOx膜40形成在凹陷30底部處的部分(步驟5)。通過所述去除， 在凹陷30的底部處暴露出埋置在第二電介質(zhì)多層膜中的下互連100。 此外，通過將環(huán)境調(diào)節(jié)為還原環(huán)境，從而減小了下互連ioo的表面。
通過該工藝，在凹陷30的底部處暴露的下互連100上形成的氧化 層110可以在還原環(huán)境中被減小。此外，下互連的表面部分中的氧濃 度可以被調(diào)節(jié)為1%或更小，且由此可以提高粘合性。因此，可以減小 互連的電阻率，并且可以提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
隨后，如圖4C所示，通過在凹陷30的內(nèi)部和外部之上延伸的 MOx膜40上以及在凹陷30的底部處進(jìn)行濺射，從而形成了包含M作
為主要成分的M膜50 (步驟6),并且通過利用H2作為還原環(huán)境的反 濺射，通過將環(huán)境調(diào)節(jié)為還原環(huán)境，從而去除了M膜50在凹陷30的 底部處形成的部分(步驟7) 。 M被例示為Ru。
通過該工藝，在凹陷30的底部處暴露的部分下互連100在還原環(huán) 境中被減小。此外，可以將下互連100的表面部分中的氧濃度抑制到 1%或更小，由此可以提高粘合性，可以減小互連的電阻率，并且可以 提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
隨后，如圖4D所示，在凹陷30的內(nèi)部和外部之上延伸的M膜 50上形成包含Cu作為主要成分的導(dǎo)電體60，由此填充凹陷(步驟8)。 此后，去除MOx膜40、 M膜50、電介質(zhì)膜70以及導(dǎo)電體60位于凹 陷30之外的部分。
通過這些工藝步驟，可以獲得如圖l所示的本發(fā)明的最佳方式。
它們僅僅是本發(fā)明的例子，其中可采用除了上述之外的各種結(jié)構(gòu)， 并且可以獲得類似的效果。
例如，將環(huán)境調(diào)節(jié)到還原環(huán)境時的減小步驟可以跟在還原MOx膜 40的步驟之后，并且可以在形成M膜50的步驟之前。
通過將濺射環(huán)境從氧化環(huán)境改變?yōu)檫€原環(huán)境，并且通過將偏壓條 件從用于濺射的偏壓條件變化為用于反濺射的偏壓條件，從而還允許 相繼地執(zhí)行如下工藝，即從部分去除MOx膜40的步驟到在凹陷30的 底部處形成M膜50的步驟，并同時保持真空環(huán)境。
通過進(jìn)一步調(diào)節(jié)偏壓條件，從而允許在凹陷30的底部處進(jìn)行基于 反濺射的去除，并由此允許在凹陷30的外部以及凹陷30的側(cè)壁上進(jìn) 行基于濺射的淀積，形成MOx膜40以及去除MOx膜40和電介質(zhì)膜 70形成在凹陷30的底部處的部分可以在一個工藝步驟中完成。類似地， 可以在一個工藝步驟中執(zhí)行形成M膜50以及去除凹陷30的底部處的 M膜50。
氧化環(huán)境不必是純02，如果該環(huán)境包含從02、 03、 H20、含-OH 基團(tuán)(多個)的有機(jī)物質(zhì)以及N20中選出的至少一種氣體，則也可以 獲得類似的效果。
還原環(huán)境可以不必是純H2，其中如果該環(huán)境包含從H2、 NHb以及 SiH4中選出的至少一種氣體，則也可以獲得類似的效果。
不僅可以通過濺射形成MOx膜40以及M膜50，而且可以通過化 學(xué)氣相淀積(CVD)工藝或者原子層淀積(ALD)工藝形成MOx膜40 以及M膜50。
以下將說明另一實施例，其特征方面與第一實施例不同。 (第二實施例)
圖2示出了在本實施例中半導(dǎo)體器件的互連層的一部分的剖面圖。
半導(dǎo)體器件具有形成在襯底上的第二電介質(zhì)多層膜80，并且包含 下互連100;第一電介質(zhì)多層膜20,形成在第二電介質(zhì)多層膜80上， 并且具有形成在其中的凹陷30， MOx膜40，形成在所述凹陷30的內(nèi) 壁上并包含金屬M以及氧作為主要成分，M膜50，形成在所述凹陷中 的MOx膜40上，并且包含M作為主要成分，以及形成在M膜50上 以填充凹陷30的導(dǎo)電體60，其包含Cu作為主要成分。
位于凹陷30底部正下方的下互連100的表面部分的氧濃度為1% 或者更小。
與第一實施例不同，未配置電介質(zhì)膜70，且由此可以簡化制造的 工藝步驟。
從防止從p-MSQ排氣的方面考慮，優(yōu)選配置電介質(zhì)膜70。然而， 對于可以利用例如減小空穴比的其他任何技術(shù)來抑制從P-MSQ排氣的 情況來說，由于排氣，M膜50的氧化僅僅進(jìn)行到被限制的程度，且由 此可以獲得該實施例中所示的結(jié)構(gòu)。
在本實施例中還可獲得與第一實施例相似的效果。
(第三實施例)
圖3示出了在本實施例中半導(dǎo)體器件的互連層的一部分的剖面圖。
半導(dǎo)體器件具有形成在襯底上的第二電介質(zhì)多層膜80，并且包含 下互連100;第一電介質(zhì)多層膜20，形成在第二電介質(zhì)多層膜上，并 且具有形成在其中的凹陷30， MOx膜40，形成在所述凹陷30的內(nèi)壁 上并包含金屬M以及氧作為主要成分，M膜50，形成在所述凹陷中的 MOx膜40上，并且包含M作為主要成分，以及形成在凹陷30中的M 膜50上以填充凹陷30的導(dǎo)電體60，其包含Qi作為主要成分。此處， 還在凹陷30的底部處形成M膜50。
位于凹陷30底部正下方的下互連100的表面部分的氧濃度為1% 或者更小。
與第一實施例不同，此處的M膜50還配置在位于第二電介質(zhì)多 層膜80中的下互連100以及導(dǎo)電體60之間。換言之，在凹陷30的底 部處形成M膜50。
在集成等方面，本實施例所示的結(jié)構(gòu)非常出色。
接下來，將說明圖3所示的半導(dǎo)體器件的制造方法。圖5A到5D 示出了制造該半導(dǎo)體器件的工藝步驟的剖面圖。
半導(dǎo)體器件的制造流程典型地包括以下工藝步驟
步驟l:在襯底上形成包含下互連100的第二電介質(zhì)多層膜80， 以及在第二電介質(zhì)多層膜80上形成第一電介質(zhì)多層膜20;
步驟2:在第一電介質(zhì)多層膜20中形成凹陷30以延伸通過第一 電介質(zhì)多層膜20;
步驟3:在氧化環(huán)境中，利用反應(yīng)性成膜工藝，在第一電介質(zhì)多 層膜20上以及凹陷30的內(nèi)部形成MOx膜40，該MOx膜40包含金屬 M和氧作為主要成分；
步驟4:去除MOx膜40形成在凹陷30底部處的部分；
步驟5:在凹陷30的內(nèi)部和外部之上延伸的MOx膜40上以及在 凹陷30的底部處，形成包含M作為主要成分的M膜50;
步驟6:在M膜50上形成包含Cu作為主要成分的導(dǎo)電體60以 填充凹陷30，其中所述M膜50在凹陷30的內(nèi)部和外部之上延伸；以 及
步驟7:去除MOx膜40、 M膜50以及導(dǎo)電體60位于凹陷30之 外的部分。
以下將詳細(xì)說明所述工藝步驟。
圖5A和5B所示的步驟1， 2， 3和4與第一實施例相同，因此不 會重復(fù)其說明。
如圖5C所示，M膜50形成在凹陷30的內(nèi)部和外部之上延伸的 MOx膜40上以及形成在凹陷30的底部處(步驟5) 。 M可以被典型 地例示為Ta。此處，通過可選地提供PDMAT(pentakis(dimethylamino)
tantalum: Ta[N (CH3) 2]5)以及由He/H2激發(fā)的等離子作為源極氣體， 可以利用ALD工藝形成M膜。通過該結(jié)構(gòu)，可以在形成M膜50的同 時去除形成在下互連IOO上的氧化物110。此外，下互連的表面部分中 的氧濃度可以被調(diào)節(jié)為1%或更小，且由此可以提高粘合性，以及可以 提高半導(dǎo)體器件的穩(wěn)定性。
隨后，如圖5D所示，在凹陷30的內(nèi)部和外部之上延伸的M膜 50上形成了包含Cu作為主要成分的導(dǎo)電體60，由此填充凹陷(步驟6)。 此后，去除MOx膜40、 M膜50以及導(dǎo)電體60位于凹陷30之外的部 分(步驟7)。
通過這些工藝步驟，可以獲得圖3所示的實施例。
在本實施例中還可獲得與第一實施例相似的效果。
已經(jīng)參考附圖描述了本發(fā)明的實施例，其僅僅作為本發(fā)明的例子， 其中還可以采用除了上述描述之外的各種結(jié)構(gòu)。
很明顯本發(fā)明不限于上述實施例，在不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍和 精神的情況下進(jìn)行變化和改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括第二電介質(zhì)多層膜，形成在襯底上，并包含互連；第一電介質(zhì)多層膜，其形成在所述第二電介質(zhì)多層膜上，并具有凹陷，MOx膜，形成在所述凹陷的內(nèi)壁上，并且包含金屬M和氧作為主要成分；M膜，形成在所述凹陷中的所述MOx膜上，并包含所述M作為主要成分；以及導(dǎo)電體，形成在所述凹陷中的所述M膜上以填充所述凹陷，并且包含Cu作為主要成分，其中所述互連位于所述凹陷底部正下方的的表面部分具有1％或者更小的氧濃度。
2. 如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括基本上不包含氧的電介質(zhì)膜，形成在所述第一電介質(zhì) 多層膜以及所述MOx膜之間。
3. 如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件， 其中所述M膜形成在所述凹陷的底部。
4. 如權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件， 其中所述M是Ru。
5. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在襯底上形成包含互連的第二電介質(zhì)多層膜，以及在所述第二電 介質(zhì)多層膜上形成第一電介質(zhì)多層膜；在所述第一電介質(zhì)多層膜中形成凹陷使得在其中貫通延伸； 通過氧化環(huán)境中的反應(yīng)性成膜工藝，在所述第一電介質(zhì)多層膜上以及在所述凹陷內(nèi)形成MOx膜，所述MOx膜包含金屬M以及氧作為 主要成分；去除所述MOx膜形成在所述凹陷底部的部分；在所述凹陷的內(nèi)部和外部上延伸的所述MOx膜上以及在所述凹 陷的底部形成包含所述M作為主要成分的M膜；在所述凹陷的內(nèi)部和外部上延伸的所述M膜上形成包含Cu作為 主要成分的導(dǎo)電體，以填充所述凹陷；以及去除所述MOx膜、所述M膜以及所述導(dǎo)電體位于所述凹陷之外 的部分。
6. 如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法，進(jìn)一步包括 在所述形成所述凹陷之后，并且在所述形成所述MOx膜之前，在所述第一電介質(zhì)多層膜上和在所述凹陷內(nèi)形成基本上不包含氧的電介 質(zhì)膜；以及在所述形成所述電介質(zhì)膜之后，去除所述電介質(zhì)膜形成在所述凹 陷底部處的部分。
7. 如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法，進(jìn)一步包括 去除所述M膜在所述凹陷底部處形成的部分。
8. 如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中按-50° C或者更高以及150° C或者更低的成膜溫度來形成 所述MOx膜。
9. 如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法，進(jìn)一步包括 通過把環(huán)境調(diào)節(jié)為還原環(huán)境，對所述互連位于所述凹陷底部正下方的部分進(jìn)行還原處理。
10. 如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述通過把環(huán)境調(diào)節(jié)為還原環(huán)境而進(jìn)行的還原處理在所述部分去除MOx膜之后，并在所述形成M膜之前。
11. 如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中通過將所述形成M膜的環(huán)境調(diào)節(jié)為還原環(huán)境來執(zhí)行還原處理。
12. 如權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述還原環(huán)境包含從H2、 SiH4以及NH3中選出的至少一種氣體。
13. 如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述氧化環(huán)境包含從02、 03、 H20、含-OH基團(tuán)(多個)的有機(jī)物質(zhì)以及N20中選出的至少一種氣體。
14. 如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中在保持環(huán)境為真空的同時，相繼地執(zhí)行所述部分去除所述MOx膜以及所述形成所述M膜。
15. 如權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法， 其中所述M是Ru。
全文摘要
針對提高半導(dǎo)體器件中上下互連之間的粘合性，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括形成在襯底上的第二電介質(zhì)多層膜，以及包含下互連；形成在第二電介質(zhì)多層膜上的第一電介質(zhì)多層膜，并且具有凹陷；形成在凹陷內(nèi)壁上的MOx膜，并且包含金屬M和氧作為主要成分；形成在MOx膜上的M膜，以及包含M作為主要成分；以及形成在M膜上用以填充凹陷的導(dǎo)電體，并且包含Cu作為主要成分，其中位于凹陷底部正下方的互連的表面部分具有1％或更小的氧濃度。
文檔編號H01L23/522GK101207107SQ20071016007
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者古谷晃 申請人:恩益禧電子股份有限公司