專利名稱：：半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種將添加了氟的碳膜用作例如層間絕緣膜、在該絕緣膜內(nèi)形成銅布線的半導(dǎo)體裝置及半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
：近年，為了實現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高集成化，采用多層布線構(gòu)造，但隨著半導(dǎo)體裝置的微細化和高集成化，通過布線的電信號的延遲(布線延遲)相對于器件的動作的高速化成為問題。該布線延遲與布線電阻和布線間的容量的積成t匕例。為了縮短上述布線延遲，要求實現(xiàn)電極布線材料的低電阻化和對各層間進行絕緣的層間絕緣膜的低介電常數(shù)化。與此相應(yīng)，作為布線材料，低電阻的銅(Cu)作為合適的材料被使用。然而，已知銅為易擴散的元素，銅的擴散使層間絕緣膜中的絕緣性下降。因此，需要使用于防止銅擴散的阻擋膜介于銅布線與層間絕緣膜之間。在日本特開2005-109138中，作為用于防止銅的擴散的阻擋膜，記載了鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)等。另一方面，作為層間絕緣膜，為了降低介電常數(shù)，包含硅、碳、氧及氫的膜(SiCOH膜)引人注目。另外，本案發(fā)明人研究了介電常數(shù)比SiCOH膜低、作為碳(C)和氟(F)的化合物的添加了氟的碳膜(碳氟化合物膜)的采用。然而，添加了氟的碳膜具有由于加熱使氟容易脫離的性質(zhì)。可是，半導(dǎo)體裝置在作為器件完成后，為了使其內(nèi)部的晶體缺陷穩(wěn)定化，例如進行400。C左右的熱處理。在使用添加了氟的碳膜作為絕緣膜，而且使用鉭膜作為用于抑制銅從銅布線向絕緣膜的擴散的阻擋膜的情況，由于熱處理使氟從添加了氟的碳膜向鉭膜中擴散，生成氟化鉭(TaFs)。該氟化鉭由于蒸氣壓高，在上述熱處理中就發(fā)生蒸發(fā)。因此，鉭膜的密度下降，對于銅的阻擋性能降低。另外，表皮(sheet)電阻增加，添加了氟的碳膜與鉭膜的緊密接觸性也變差。因此，最好為薄膜，并且為防止銅和氟的擴散的那樣的阻擋膜。在日本特開2005-302811中記載有添加了氟的碳膜，但對上述問題及其解決方法未涉及。
發(fā)明內(nèi)容鑒于以上那樣的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，該半導(dǎo)體裝置使用添加了氟的碳膜作為絕緣膜、例如層間絕緣膜，在該絕緣膜內(nèi)形成銅布線；其中，可有效地抑制在絕緣膜與銅布線之間的氟和銅的擴散。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的特征在于，包括基板，成膜于上述基板上的、由添加了氟的碳膜構(gòu)成的絕緣膜，埋入到上述絕緣膜內(nèi)的銅布線，及形成于上述絕緣膜與上述銅布線之間的阻擋膜；上述阻擋膜具有第l膜和第2膜；該第l膜由用于抑制氟擴散的鈦構(gòu)成；該第2膜形成于上述第l膜與上述銅布線之間，由用于抑制銅擴散的鉭構(gòu)成。按照該特征，可有效地抑制絕緣膜與銅布線之間的氟和銅的擴散，而且，也可有效地抑制阻擋膜的膜損耗。另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括在基板上形成由添加了氟的碳膜構(gòu)成的絕緣膜的工序，在上述絕緣膜上形成凹部的工序，在上述凹部內(nèi)形成由鈦構(gòu)成的第l膜的工序，在上述第l膜的表面上形成由鉭構(gòu)成的第2膜的工序，及在上述第2膜的表面上形成由銅構(gòu)成的布線的工序。按照該特征，可較容易地制造這樣的半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置可有效地抑制絕緣膜與銅布線之間的氟和銅的擴散，而且，也可有效地抑制阻擋膜的膜損耗。圖1A~圖1C為用于說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一實施方式的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。圖2A圖2C為用于接著圖1C說明本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的制造方法的一實施方式的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。圖3A和圖3B為用于接著圖2C說明本發(fā)明半導(dǎo)體裝置的制造方法的一實施方式的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。圖4為示出用于實施本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的制造裝置的一例的概略縱剖視圖。圖5為用于各實驗的晶圓1~6的概略剖視圖。圖6為示出實驗3的晶圓3的結(jié)果的特性圖。圖7為示出實驗3的晶圓6的結(jié)果的特性圖。圖8A為示出實驗4的熱處理前的結(jié)果的特性圖。圖8B為示出實驗4的熱處理后的結(jié)果的特性圖。具體實施例方式下面說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法的一實施方式。在這里，說明為了制造多層布線構(gòu)造而在基板上的絕緣膜內(nèi)將第(n+l)層的布線層形成于由金屬例如銅構(gòu)成的第n(n為1以上的整數(shù))層的布線層上的情況。圖1A示出基板例如半導(dǎo)體晶圓(以下稱晶圓)W的概略剖視圖，該基板在作為絕緣膜的添加了氟的碳膜(以下稱為"CF膜")60內(nèi)形成作為第n層的布線層的Cu布線61。在該情況下，在第n層的電路層的表面上形成由絕緣膜例如SiN膜構(gòu)成的阻擋膜64,以阻止銅從該第n層的Cu布線61擴散到下一層即第(n+l)層的層間絕緣膜(CF膜70)。在本實施方式中，如后所述，包含碳和氟的化合物的成膜氣體例如CsF8氣體被等離子體化，載置有晶圓W的氣氛為等離子體氣氛。這樣，由C5Fs氣體生成的活性晶種堆積在晶圓W的表面上，如圖1B所示，由CF膜70構(gòu)成的層間絕緣膜例如以200nm的膜厚成膜。下面，如圖1C所示，在該CF膜70上通過使用了以往的手法例如使用光致蝕刻掩模、硬模等的干蝕刻形成由鑲嵌構(gòu)造的溝槽和導(dǎo)通孔構(gòu)成的凹部71。在這里，省略這些工序的詳細的說明。之后，如圖2A所示，在晶圓W的表面整體，例如通過濺鍍形成Ti膜74，該Ti膜74作為構(gòu)成阻擋膜78的一部分的第l膜。在該濺鍍工序中，將例如Ar等離子體打到Ti靶材上，從而使鈦微粒從該Ti耙材生成并分離，堆積到晶圓W的表面(CF膜70的露出面和Cu布線61的表面)，由此形成Ti膜74。如后所述，該Ti膜74為具有抑制CF膜70內(nèi)的氟向Ti膜74的上層側(cè)擴散的阻擋功能的膜，例如膜厚為310nm左右，可獲得足夠的阻擋功能。接著，如圖2B所示，在Ti膜74的表面形成作為第2膜的Ta膜75。該Ta膜75與上述Ti膜74同樣地使用濺鍍裝置成膜。優(yōu)選其膜厚為5~10nm左右。如后所述，該Ta膜75為具有抑制與該Ta膜75相接觸的Cu布線76內(nèi)的銅向Ti膜74側(cè)擴散的阻擋功能的膜。如上所述，形成由Ti膜74和Ta膜75構(gòu)成的阻擋膜78。之后，如圖2C所示，埋入Cu布線76。該Cu布線76例如也成?；蛘?，也可利用無電解電鍍法而形成銅的籽晶層，將其用作電極進行電解電鍍。接著，形成于CF膜70上表面的Ti膜74、Ta膜75及Cu布線76例如由被稱為CMP(化學(xué)機械拋光)的研磨除去，形成第(n+l)層的Cu布線76(參照圖3A)。然后，與上述圖1A同樣地在晶圓W的表面形成由絕緣膜例如SiN膜構(gòu)成的阻擋膜64(參照圖3B)。以后，通過反復(fù)進行以上的圖1B圖3B的工序，形成預(yù)定層數(shù)的電路。在完成所期望的半導(dǎo)體裝置(多層布線構(gòu)造)的制造后，為了終止該半導(dǎo)體裝置內(nèi)的晶體的缺陷，使物性穩(wěn)定，例如進行400°C的熱處理。在以上的實施方式中，說明例如第(n+l)層的布線構(gòu)造時，在CF膜70與Cu布線76之間，作為第l膜的Ti膜74和作為第2膜的Ta膜75從CF膜70側(cè)按該順序?qū)盈B，形成阻擋膜78。為此，從后述的實驗結(jié)果可知，即使受到例如在半導(dǎo)體裝置的制造工序結(jié)束后進行的退火處理等熱處理，氟從CF膜70向Ta膜75、Cu布線76的擴散也被抑制，并且，銅從Cu布線76向Ti膜74、CF膜70的擴散被抑制。因此，抑制了氟與鉭和銅通過熱處理發(fā)生反應(yīng)，從后述的實驗結(jié)果可知，可抑制由于氟與鉭和銅的反應(yīng)所導(dǎo)致的表皮電阻的增加。由此，可抑制半導(dǎo)體裝置的電特性的惡化。另外，Ti膜74和Ta膜75在40CTC左右下不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以，不形成合金(不相互混合)。為此，在受到熱處理后，也可繼續(xù)保持上述阻擋性能。另外，Ti膜74和Ta膜75分別大致薄到10nm以下。即，可將阻擋膜78整體的膜厚抑制到20nm以下。為此，也不必?fù)?dān)心有礙于半導(dǎo)體裝置的薄層化。下面，參照圖4簡單地說明對形成CF膜70較好的成膜裝置。如圖4所示，成膜裝置10具有作為真空室的處理容器11、具有溫度調(diào)節(jié)裝置的載置臺12、及連接到該載置臺12上的例如13.56MHz的偏壓用的高頻電源13。在處理容器ll的上部，與載置臺12相對地設(shè)置大致圓形的例如由氧化鋁構(gòu)成的第1氣體供給部14。在該第1氣體供給部14中的與載置臺12相對的面上形成有多個第1氣體供給孔15。第1氣體供給孔15通過氣體流路16和第1氣體供給路徑17連接到等離子體發(fā)生用的氣體供給源、例如氬(Ar)氣等的稀有氣體供給源。另外，在載置臺12與第1氣體供給部14之間，設(shè)有例如由大致圓形的導(dǎo)電體構(gòu)成的第2氣體供給部18。在該第2氣體供給部18的與載置臺12相對的面上形成有多個第2氣體供給孔19。在第2氣體供給部18的內(nèi)部形成有與第2氣體供給孔19連通的氣體流路20，該氣體流路20通過第2氣體供給路徑21連接到C5Fs氣體等的原料氣體供給源。另外，在第2氣體供給部18上沿上下貫通該第2氣體供給部18地形成有多個開口部22。該開口部22在第2氣體供給部18內(nèi)不與第2氣體供給孔19連通，為了使在第2氣體供給部18的上方生成的等離子體通過到第2氣體供給部18的下方側(cè)的空間而設(shè)置。例如，開口部22形成于相鄰的2個第2氣體供給孔19之間。另外，在處理容器ll的下端設(shè)有圍著載置臺12的那樣的環(huán)狀開口，真空排氣裝置27通過排氣管26與該開口連接。另外，在第1氣體供給部14的上方，通過例如由氧化鋁等電介體構(gòu)成的蓋板28設(shè)置有天線部30。該天線部30具有圓形的天線主體31、埋設(shè)于該天線主體31下端的平面天線構(gòu)件(狹縫板)32。在平面天線構(gòu)件32上形成有用于發(fā)生圓偏振波的多個狹縫(未圖示)。這些天線主體31和平面天線構(gòu)件32由導(dǎo)體構(gòu)成，構(gòu)成扁平的空心圓形波導(dǎo)管。另外，在天線主體31與平面天線構(gòu)件32之間，設(shè)有例如由氧化鋁、氧化硅、氮化硅等低損耗電介體材料構(gòu)成的滯相板33。該滯相板33用于縮短微波的波長，縮短上述圓形波導(dǎo)管內(nèi)的管內(nèi)波長。以上那樣構(gòu)成的天線部30通過同軸導(dǎo)波管35連接于例如發(fā)生2.45GHz或8.4GHz的頻率的微波的微波發(fā)生裝置34。另外，同軸導(dǎo)波管35外側(cè)的波導(dǎo)管35A連接于天線主體31,同軸導(dǎo)波管35的中心導(dǎo)體35B通過形成于滯相板33的開口部連接于平面天線構(gòu)件32。下面，對使用上述成膜裝置10的CF膜70的成膜方法進行說明。首先，晶圓W被搬入到處理容器11內(nèi)，載置到載置臺12上。然后，使用真空排氣裝置27對處理容器11內(nèi)排氣，將例如Ar氣和C5Fs氣體分別按預(yù)定的流量供給到處理容器ll內(nèi)。然后，將處理容器ll內(nèi)設(shè)定為預(yù)定的工藝壓力，由設(shè)于載置臺12的溫度調(diào)節(jié)裝置加熱晶圓W。另一方面，頻率為2.45GHz的高頻波(微波)從微波發(fā)生裝置34通過蓋板28和第1氣體供給部14,再通過形成于平面天線構(gòu)件32的未圖示的狹縫，朝下方側(cè)的處理空間放射。利用該微波，在第1氣體供給部14與第2氣體供給部18之間的空間激勵高密度且均勻的Ar氣的等離子體。另一方面，從第2氣體供給部18向載置臺12放出的C5Fs氣體與通過開口部22從上方側(cè)流入的Ar氣的等離子體接觸，生成活性晶種。該活性晶種堆積到晶圓W的表面上，在阻擋膜64上形成CF膜70。作為成為添加了氟的碳膜的原料的氣體，不限于C5Fs氣體，也可使用CF4氣體、C2Fe氣體、C3Fs氣體、C3F9氣體或CUF8氣體等。為了形成Ti膜74，如已說明的那樣，可使用公知的各種濺鍍裝置。濺鍍裝置一般具有作為用于通過放電進行鈦的濺鍍的金屬源的Ti板，通過使從該Ti板發(fā)生的鈦微粒堆積而形成Ti膜74。鈦微粒的活性非常高。為此，在堆積到CF膜70的表面上的情況下，與CF膜70中的元素(碳和氟)反應(yīng)，生成碳化鈦和四氟化鈦。四氟化鈦(TiF4)與已經(jīng)說明的氟化鉭同樣，蒸氣壓高。為此，當(dāng)進行四氟化鈦的生成時，導(dǎo)致Ti膜74的密度下降、表皮電阻上升。另一方面，碳化鈦蒸氣壓低，穩(wěn)定。上述的反應(yīng)由熱處理、例如已說明的半導(dǎo)體裝置的制造完成后的退火處理等進行。然而，在后述的實驗結(jié)果中可知，碳化鈦選擇性地生成，四氟化鈦的生成受到抑制，從而可抑制Ti膜74的密度下降、表面電阻的上升。這樣，本實施方式的Ti膜74對于氟可具有高阻擋性。Ti膜74不一定限于通過濺鍍形成的膜，也可使用其它成膜方法例如上述成膜裝置10等成膜。接著Ti膜74的成膜，進行Ta膜75的成膜。為了形成Ta膜75,與上述Ti膜74同樣，可使用公知的各種濺鍍裝置。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法不限于鑲嵌法，也可適用于先形成Cu布線76,然后圍著Cu布線76形成CF膜70的方法。實驗的說明關(guān)于對于銅和氟的阻擋膜的效果，為了確認(rèn)哪種元素最佳，進行了以下的實驗。用于實驗的No.l~No.6的晶圓(以下稱為晶圓1~6)的概略截面示于圖5。這些晶圓1~6的共同點為使用上述成膜裝置10將膜厚150nm的CF膜82形成于作為實驗用的棵硅晶圓的Si基板81上，但對各晶圓在CF膜82上形成以下的表1所示的阻擋膜。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在表l所示的各元素種類的成膜中，使用已經(jīng)說明的濺鍍裝置。關(guān)于其成膜條件的詳細內(nèi)容在此省略說明。另外，在表l中，關(guān)于形成2種膜的情況(晶圓2、4及6),將Ta膜84層疊于上側(cè)。另外，在以下的各實驗中，對晶圓16進行熱處理。其條件如下。(熱處理條件)熱處理溫度400°C熱處理時間15分鐘壓力266.7Pa(2000mTorr)氣氛Ar=500sccm實驗l:由熱處理導(dǎo)致的表皮電阻的變化相對于圖5所示的各晶圓1~6,由已說明的方法將Cu膜87(未圖示)形成于最上層的金屬(Ta、Ni、Ti等)上。之后，按上述條件，對各晶圓1~6實施熱處理。然后，將各晶圓16取出到大氣中，分別測定表皮電阻。結(jié)果示于表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表2可知，晶圓l和晶圓5的表皮電阻由于熱處理而大幅度增加，不理想。關(guān)于晶圓l,從與晶圓2的比較可知，Ta膜84與CF膜82直接接觸是不佳的。在晶圓l的情況認(rèn)為，由于熱處理使氟從CF膜82向Ta膜84擴散，生成蒸氣壓高的氟化鉭，該氟化鉭蒸發(fā)使得表皮電阻增加。關(guān)于晶圓5，從與晶圓6的比較可知，Ti膜83與Cu膜87直接接觸是不佳的。在晶圓5的情況認(rèn)為，由于熱處理使Cu擴散到Ti膜中，進而與CF膜82的氟反應(yīng)，生成表皮電阻高的化合物。實驗2:由熱處理導(dǎo)致的X射線強度的變化相對于晶圓2、3、4及6,與實驗l同樣地形成Cu膜87。之后，按上述的條件對各晶圓實施熱處理。然后，由熒光X射線分才斤(XRF:X—rayFluorescenceAnalysis)測定各金屬的X射線強度，求出熱處理前后的各金屬膜中的金屬原子數(shù)之比。其結(jié)果示于表3中。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表3可知，晶圓2和晶圓4的Ta的原子數(shù)由于熱處理而減少，不理想。晶圓2的TaN膜86、晶圓4的Ni膜85僅使很少量的來自CF膜82的氟透過。因此，認(rèn)為在Ta膜84中生成氟化鉭，氟化鉭蒸發(fā)掉。另夕卜，由透射電鏡(TEM:TransmissionElectronMicroscope)測定的結(jié)果可知，堆積到Si基板81上的膜的整體的膜厚未變化。這樣，所謂的膜損耗不發(fā)生，僅是膜中的元素跑掉。實驗3:元素分析下面，相對于晶圓3和晶圓6，在最上層的金屬上由已說明的方法形成Cu膜87(未圖示)。之后，在上述條件下對各晶圓實施熱處理。然后，使用二次離子質(zhì)量分析裝置(SIMS:SecondaryIonMassSpe),測定深度方向的各元素(Cu、Ta、Ni、F)的量。熱處理前后的晶圓3的元素分析的結(jié)果示于圖6。同樣，熱處理前后的晶圓6的元素分析的結(jié)果示于圖7?？疾靾D6可以看出，在熱處理前看到的Cu、Ni的峰值在熱處理后消失。認(rèn)為這兩金屬由于熱處理而合金化。另外，還認(rèn)為氟擴散到合金化了的金屬。從以上可知，Ni對Cu、F兩元素沒有足夠的阻擋性。另一方面，考察圖7可以看出，晶圓6的各元素的二次離子強度在深度方向上在熱處理前后基本不改變。即，未發(fā)生F的擴散，晶圓6的阻擋膜最適合作為阻擋膜。實驗4:結(jié)合能下面，對在以上各實驗中顯示出良好的結(jié)果的晶圓6進行以下的實驗，以考察晶圓6中的Ti膜83情況如何。在本實驗中，使用X射線電子分光法(XPS:X-rayPhotoelectronSpectoscopy)，在熱處理前后測定Ti膜83的上層(Ta膜84附近)與Ti膜83的下層(CF膜82附近)的鈦化合物結(jié)合能。而且，該實驗在未形成Cu膜87的狀態(tài)下進行。熱處理前的實驗結(jié)果示于圖8A中，熱處理后的實驗結(jié)果示于圖8B中。如圖8A所示，在熱處理前的Ti膜83的下層確認(rèn)到歸屬于碳化鈦和氟氧化鈦(TiOF)的峰值。這認(rèn)為是如上述那樣，形成Ti膜83時鈦的表面活性化，與CF膜82中的元素(碳和氟)發(fā)生反應(yīng)所致。另一方面，如圖8B所示，在熱處理后，碳化鈦的峰值強度增加，但氟氧化鈦的峰值強度未發(fā)現(xiàn)有變化。因此，認(rèn)為在Ti膜83的下層，由于熱處理使得選擇性地生成碳化鈦。另外，在Ti膜83的上層，在熱處理的前后，氟氧化鈦的峰值強度未發(fā)生變化。由此可知，CF膜82中的氟在Ti膜83形成時在Ti膜83的厚度方向擴散到整體，但未進行熱處理導(dǎo)致的擴散。即，Ti膜83作為對氟的阻擋膜有效地起作用。另外，Ti膜83的上層的Ti的峰值強度由于熱處理而減少。這認(rèn)為是因為在Ti膜83的下層選擇性地生成的碳化鈦而使得上層鈦供給到下層。另外，與CF膜82接觸的Ti膜83例如與晶圓1的Ta膜84形成蒸氣壓高的氟化鉭同樣，可推測形成蒸氣壓高的四氟化鈦。然而，實際上，在CF膜82與Ti膜83的界面附近選擇性地形成碳化鈦。即，盡管Ti、Ta都為高熔點金屬這樣的通用性高的金屬，但Ta膜對氟未表現(xiàn)出足夠的阻擋性，Ti膜對氟表現(xiàn)出良好的阻擋性。權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于包括基板，形成于上述基板上的、由添加了氟的碳膜構(gòu)成的絕緣膜，埋入到上述絕緣膜內(nèi)的銅布線，及形成于上述絕緣膜與上述銅布線之間的阻擋膜；上述阻擋膜具有第1膜和第2膜；該第1膜由用于抑制氟擴散的鈦構(gòu)成；該第2膜形成于上述第1膜與上述銅布線之間，由用于抑制銅擴散的鉭構(gòu)成。2.—種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于包括在基板上形成由添加了氟的碳膜構(gòu)成的絕緣膜的工序，在上述絕緣膜上形成凹部的工序，在上述凹部內(nèi)形成由鈦構(gòu)成的第l膜的工序，在上述第l膜的表面上形成由鉭構(gòu)成的第2膜的工序，以及在上述第2膜的表面上形成由銅構(gòu)成的布線的工序。全文摘要本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括基板，形成于上述基板上的、由添加了氟的碳膜構(gòu)成的絕緣膜，埋入到上述絕緣膜內(nèi)的銅布線，及形成于上述絕緣膜與上述銅布線之間的阻擋膜。上述阻擋膜具有第1膜和第2膜；該第1膜由用于抑制氟擴散的鈦構(gòu)成；該第2膜形成于上述第1膜與上述銅布線之間，由用于抑制銅的擴散的鉭構(gòu)成。文檔編號H01L21/02GK101461043SQ20078002062公開日2009年6月17日申請日期2007年6月6日優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日發(fā)明者堀込正弘申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社