專利名稱：：半導(dǎo)體裝置及制造其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，更具體地，涉及一種使用嵌入工藝制造的半導(dǎo)體裝置以及制造其的方法。
背景技術(shù)：
：本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種使用嵌入工藝制造的半導(dǎo)體裝置和/或制造其的方法。由于集成電路日益復(fù)雜，因此在制造半導(dǎo)體裝置時(shí)期望進(jìn)行多層互連處理。為了實(shí)現(xiàn)集成電路的高集成度和/或高速要求，可以使用銅(Cu)雙嵌入工藝。Cu雙嵌入工藝可以用于在具有相對(duì)較低常數(shù)k的金屬層間介電膜中形成互連導(dǎo)線。由于銅具有較低的電阻和較低的電子轉(zhuǎn)移電阻，因此可以使用較低的介電材料來(lái)使金屬導(dǎo)線連接部的負(fù)RC延遲效應(yīng)最小。使用銅(Cu)而不是鋁(Al)導(dǎo)線作為材料選擇可以改善電阻特定。然而，除了常用的材料選擇外，隨著制造的裝置變得更小，還希望進(jìn)一步最大化導(dǎo)線中的電阻特性。Cu雙嵌入工藝經(jīng)常具有以下缺點(diǎn)，即，連4妻下層金屬導(dǎo)線的過(guò)孔的較大的接觸電阻(即，由于副產(chǎn)品，諸如過(guò)孔中的聚合物等)。在一些情況中，適當(dāng)?shù)匦纬蛇^(guò)孔是不可4亍的和/或非常困難的，這將會(huì)導(dǎo)致較低的產(chǎn)量和/或較差的裝置可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體裝置和/或制造其的方法，該裝置在以嵌入工藝形成的過(guò)孔中具有較低的接觸電阻，可以使存在于過(guò)孔中的副產(chǎn)品最小化，可以改善上層金屬導(dǎo)線的間隙填充能力，和/或使缺陷率最小化。本發(fā)明的實(shí)施例涉及制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法至少包括以下步驟中的一個(gè)在半導(dǎo)體襯底上和/或上方形成下層金屬導(dǎo)線。在半導(dǎo)體襯底和下層金屬導(dǎo)線上和/或上方形成具有嵌入孔的層間絕緣膜。在嵌入孔底部處露出的金屬導(dǎo)線和/或在嵌入孔的側(cè)表面區(qū)上和/或上方形成反擴(kuò)散膜。使用利用惰性氣體的等離子工藝選擇性地去除在嵌入孔底部處露出的下層金屬導(dǎo)線上和/或上方形成的反擴(kuò)散膜。在本發(fā)明的實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置可以包括以下至少一種下層金屬導(dǎo)線，形成在半導(dǎo)體襯底上/或上方。層間絕緣膜，形成在半導(dǎo)體襯底和下層金屬導(dǎo)線上和/或上方，層間絕緣膜可以具有形成為對(duì)應(yīng)于下層金屬導(dǎo)線的嵌入孔；反擴(kuò)散膜，形成在嵌入孔側(cè)表面上和/或上方；上層金屬導(dǎo)線，形成在嵌入孔底部處的下層金屬導(dǎo)線上和/或上方以及反擴(kuò)散膜上。圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的通過(guò)嵌入工藝制造的半導(dǎo)體裝置的截面圖。圖2至圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的工藝截面圖。圖6A至圖6E是示出根據(jù)實(shí)施例的在不同穿通時(shí)間條件下由TEM得到的上層金屬導(dǎo)線和下層金屬導(dǎo)線的實(shí)際連接結(jié)構(gòu)的圖片。屬導(dǎo)線的間隙填充特性的視圖。圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的示出基于0.19;/w的過(guò)孔臨界尺寸(CD)而才艮據(jù)不同的穿通時(shí)間的不同的4妄觸電阻的圖表。具體實(shí)施方式圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的通過(guò)嵌入工藝制造的半導(dǎo)體裝置的截面圖。半導(dǎo)體裝置可包括由Cu或類似材料制成的下層金屬導(dǎo)線12。下層金屬導(dǎo)線12可形成在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方。下層金屬導(dǎo)線12可由反擴(kuò)散膜13包圍。在本發(fā)明的實(shí)施例中，反擴(kuò)散膜13可防止下層金屬導(dǎo)線12擴(kuò)散到襯底10中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，下層金屬導(dǎo)線12可形成在下層絕纟彖膜上(即，下層絕緣膜可形成在半導(dǎo)體襯底io上和/或上方)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在下層絕緣的處理相似。因此，為了示例性目的，關(guān)于進(jìn)4亍處理的下層絕錄』莫可由半導(dǎo)體襯底IO代替。才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體裝置可包括形成在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方的層間絕緣膜18。層間絕緣膜18可具有連接到下層金屬導(dǎo)線12的嵌入孔。反擴(kuò)散膜16可形成在嵌入孔的側(cè)表面上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為形成反擴(kuò)散膜16,可沉積需要的材料，然后去除嵌入孔底部的一部分反擴(kuò)散膜16。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如圖1所示，半導(dǎo)體裝置在下層金屬導(dǎo)線12和上層金屬導(dǎo)線20之間可以沒(méi)有反擴(kuò)散膜16。反擴(kuò)散膜16可用于防止上層銅導(dǎo)線20的銅原子擴(kuò)散到層間絕緣膜18中。如果銅原子顯著的擴(kuò)散到層間絕緣膜18中，則半導(dǎo)體裝置可能出現(xiàn)電流泄漏。金屬層14可形成在上層金屬導(dǎo)線20和反擴(kuò)散膜16之間。金屬層14可形成在上層金屬導(dǎo)線20和下層金屬導(dǎo)線12之間。在本發(fā)明的實(shí)施例中，金屬層14可以不是必須的并且上層金屬導(dǎo)線20可以直4妾與下層金屬導(dǎo)線12相4妄觸。圖2到圖5的實(shí)例示出了根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的工藝截面圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，如圖2所示，下層金屬導(dǎo)線12可形成在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方。層間絕緣膜18可形成在半導(dǎo)體襯底10上和/或上方，其中，半導(dǎo)體襯底IO可包括下層金屬導(dǎo)線12。層間絕緣膜18可具有嵌入孔30。嵌入孔30可包括溝槽32和/或過(guò)孔34。層間絕緣膜18可由具有較低介電常數(shù)k的較低的介電材料制成。在本發(fā)明的實(shí)施例中，層間絕緣膜18可由具有特別低的介電常數(shù)k的多孔低介電膜制成。在本發(fā)明的實(shí)施例中，氟摻雜硅玻璃(FSG)(k=~3.4)可沉積在半導(dǎo)體襯底10和下層金屬導(dǎo)線12上和/或上方(例如，通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD))。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可去除對(duì)應(yīng)于嵌入孔30的沉積FSG的一部分以形成具有圖2示出構(gòu)造的層間絕緣膜18。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可使用第一圖樣化(patterning)過(guò)孑L34的"第一過(guò)孑L(via-first)，，方法以制造圖2中的雙嵌入圖樣。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可^f吏用有積J圭酸鹽^皮璃(OSG)(k=~2.8)(例如，取4、FSG)以形成層間絕纟彖膜18。如圖3中所示，反擴(kuò)散膜16A可形成在嵌入孔30的底部露出的下層金屬導(dǎo)線12和/或露出的層間絕緣膜18(例如，包括嵌入孔30的側(cè)表面區(qū))上和/或上方。反擴(kuò)散膜16A可通過(guò)沉積鈥(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鵠(Wn)、氮化鉭(TaN)、TaN/Ta、和/或類似材料形成。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以使用物理氣相沉積(PVD)在嵌入孔30內(nèi)部的層間絕緣膜18上和/或上方以及在下層金屬導(dǎo)線12上和/或上方沉積TaN/Ta，以形成反擴(kuò)散膜16A。如圖4所示，可以選擇性地去除形成在嵌入孔30的底部露出的下層金屬導(dǎo)線12上和/或上方的反擴(kuò)散膜16A?？赏ㄟ^(guò)使用惰性氣體(例如，氬氣(Ar))的等離子工藝選擇性地去除反擴(kuò)散膜16A。在本發(fā)明的實(shí)施例中，選擇性地去除形成在下層金屬導(dǎo)線12上和/或上方的反擴(kuò)散膜16A的等離子工藝可被稱作"穿通"。通過(guò)實(shí)現(xiàn)穿通，可通過(guò)去除殘余物(例如，聚合物和/或雜質(zhì))來(lái)降〗氐接觸電阻。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖4所示，可在執(zhí)4亍穿通期間去除下層金屬導(dǎo)線的一部分12A。在本發(fā)明的實(shí)施例中，4吏用Ar的等離子工藝可在大約3,000mT到6,000mT的壓力、大約IOOW到l，OOOW的DC功率、大約IOOW到l，OOOW的AC偏壓功率、和/或大約20°C到30°C的溫度下扭J亍。在本發(fā)明的實(shí)施例中，被去除的反擴(kuò)散膜16A的材料(例如，在實(shí)現(xiàn)穿通期間去除的)可再沉積在剩余的反擴(kuò)散膜16A上(即，在嵌入孔30的側(cè)表面上)。例如，當(dāng)反擴(kuò)散膜16A由TaN/Ta制成時(shí)，從下層金屬導(dǎo)線12分離出來(lái)的銅成分與Ta+以及氧可在穿通期間被從反擴(kuò)散膜16A去除，并可以再沉積到溝槽32和過(guò)孔34的側(cè)表面區(qū)上以形成反擴(kuò)散膜16B。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)再沉積形成的新的反擴(kuò)散膜16B可以補(bǔ)償反擴(kuò)散膜16A在穿通期間的損失，其使得反擴(kuò)散膜16的應(yīng)用效率最大化。因此，在本發(fā)明的實(shí)施例中，再沉積可提高效率并促進(jìn)銅在窄的過(guò)孔34中的有效沉積。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在選擇性地將反擴(kuò)散膜16A乂人下層金屬導(dǎo)線12去除后，可在嵌入孔30的底部上和/或底部處以及在嵌入孔30的側(cè)表面上形成金屬層14。在本發(fā)明的實(shí)施例中，金屬層14可與反擴(kuò)散膜16為相同材料。在本發(fā)明的實(shí)施例中，金屬層14可與反擴(kuò)散膜16為不同材并牛。4艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可形成金屬層14以補(bǔ)償在穿通期間對(duì)下層金屬導(dǎo)線12A造成的損壞。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可形成金屬層14以在上層金屬導(dǎo)線20的形成期間作為種子來(lái)最大化與銅的粘接強(qiáng)度。表1示出了TaN/Ta反擴(kuò)散膜16和/或Ta金屬層14的示例性厚度。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖1所示，在形成金屬層14后，可形成上層金屬導(dǎo)線20(例如，通過(guò)電化學(xué)沉積(ECD))。在本發(fā)明的實(shí)施例中，等離子工藝的執(zhí)4亍時(shí)間(例如，穿通時(shí)間)是可調(diào)整的?？梢証吏用傳輸電子顯孩M竟(TEM)和/或聚焦離子束(FIB)來(lái)分析與穿通時(shí)間有關(guān)的過(guò)孔34的形狀變化和/或上層導(dǎo)線20的間隙填充特性。圖6A至圖6E示出了根據(jù)實(shí)施例的在不同穿通時(shí)間條件下通過(guò)TEM得到的下層金屬導(dǎo)線12和上層金屬導(dǎo)線20的實(shí)際連接結(jié)構(gòu)。圖6A示出了根據(jù)實(shí)施例的沒(méi)有施加穿通時(shí)的結(jié)構(gòu)，以及圖6B到圖6E示出了根據(jù)實(shí)施例的穿通分別執(zhí)行25秒、35秒、40秒、以及45秒時(shí)的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，圖6A到6E示出了當(dāng)通過(guò)使用四個(gè)端子的探針測(cè)試器分析電特性時(shí)，與下層金屬導(dǎo)線12接觸的過(guò)孔34的剖面。如圖6A到6E所示，穿通時(shí)間越長(zhǎng)，下層金屬導(dǎo)線和上層金屬導(dǎo)線12和20的作用深度就越深。例如，嵌入孔30的側(cè)表面可具有最佳的側(cè)面覆蓋度。例圖7是示出了根據(jù)實(shí)施例的示出在不同穿通時(shí)間條件下的上層金屬導(dǎo)線20的間隙填充特性的^L圖。可通過(guò)沉積TaN/Ta以及穿通可分別執(zhí)4亍0秒(0〃)、25秒(25〃)、和/或35秒(35〃)來(lái)形成反擴(kuò)散膜16。圖7示出了根據(jù)實(shí)施例的使用FIB分析的Cu上層金屬導(dǎo)線20的間隙填充特性。當(dāng)沒(méi)有施加穿通(0〃)時(shí)，會(huì)從0.13/iw的過(guò)孔臨界尺寸(CD)出現(xiàn)銅氣泡(void)。然而，一旦執(zhí)行穿通，直到過(guò)孑LCD達(dá)到大約0.11//w時(shí)才出王見(jiàn)氣泡間隙i真充。穿通可以充分去除存在于過(guò)孔34中的諸如聚合物和/或雜質(zhì)的殘余物。當(dāng)位于下層金屬導(dǎo)線12上的反擴(kuò)散膜16被去除時(shí)，去除反擴(kuò)散膜16的材泮?？梢栽俪练e，以改善過(guò)孔34的側(cè)面覆蓋度。圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的示出基于0.19的過(guò)孔臨界尺寸(CD)而才艮據(jù)不同的穿通時(shí)間的不同的4妄觸電阻的圖表。在圖8中，水平軸代表接觸電阻以及垂直軸代表概率。在實(shí)例中，穿通分另'J執(zhí)行0秒、25秒、35秒、40秒、以及45秒。在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖8所示，當(dāng)施加穿通時(shí)，可去除嵌入孔30底部處的反擴(kuò)散膜16，以使接觸電阻縮小大約40%。隨著穿通時(shí)間的增加，4妄觸電阻可增加約0.1Q/cnt。例如，如圖6所示，隨著穿通時(shí)間的增加，可減小下層金屬導(dǎo)線12和反擴(kuò)散膜16之間的接觸角度，這樣可以減小過(guò)孔34的尺寸。缺陷率的圖表。圖9中，水平軸代表不同穿通時(shí)間，以及垂直軸代表平均缺陷數(shù)量。例如，縱坐標(biāo)的Bit2Co1cnt/AVG表示有缺陷的4M靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)的AVeraGe(AVG)數(shù)量，在靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，兩個(gè)位在列方向有缺陷。Bit2Co1包括Bit2Co1—O(在奇數(shù)方向中的缺陷)以及Bit2Col_E(在偶數(shù)方向中的缺陷)。缺陷可在沒(méi)有適當(dāng)形成過(guò)孔34時(shí)出現(xiàn)，其可影響生產(chǎn)率。如圖9所示，直4妄增加穿通時(shí)間可4吏缺陷率最小化。由于隨著穿通時(shí)間的增加可以有歲丈去除過(guò)3L34底部處的殘余物(例3。，聚合物或雜質(zhì))，從而使缺陷率達(dá)到最小。在本發(fā)明的實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體裝置和/或一種通過(guò)執(zhí)行穿通以充分去除過(guò)孔中的殘余物的半導(dǎo)體裝置的制造方法，通過(guò)該方法可以降低接觸電阻和/或改善過(guò)孔的側(cè)面覆蓋度。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以優(yōu)化上層金屬導(dǎo)線的間隙填充特性和/或最小化缺陷率，這可以導(dǎo)致最佳的生產(chǎn)率。在本發(fā)明的實(shí)施例中，隨著穿通時(shí)間的增加，下層金屬導(dǎo)線的間隙填充能力可以達(dá)到最佳和/或過(guò)孔的接觸電阻可以最小化。在本發(fā)明的實(shí)施例中，可去除副產(chǎn)品(例如，過(guò)孔中存在的聚合物)，以使缺陷率最小化和/或生產(chǎn)率最佳。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，在公開(kāi)的實(shí)施例中可以進(jìn)行各種改進(jìn)和修改。旨在在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)使所公開(kāi)的實(shí)施例覆蓋顯而易見(jiàn)的改進(jìn)和改變。權(quán)利要求1.一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底上方形成下層金屬導(dǎo)線；在所述半導(dǎo)體襯底和所述下層金屬導(dǎo)線上方形成層間絕緣膜；在所述層間絕緣膜中形成嵌入孔，其中，所述嵌入孔露出所述嵌入孔底部處的所述下層金屬導(dǎo)線的一部分；在所述嵌入孔底部處的所述下層金屬導(dǎo)線上方以及在所述嵌入孔的側(cè)表面上形成反擴(kuò)散膜；以及選擇性地去除形成在所述嵌入孔的所述底部部分處的所述下層金屬導(dǎo)線上方的所述反擴(kuò)散膜的一部分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述選擇性地去除包括使用惰性氣體的等離子工藝。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，使用氬(Ar)作為惰性氣體的所述等離子工藝在以下至少一個(gè)條件下執(zhí)行大約3000mT到6000mT之間的壓力；大約100W到l，OOOW之間的DC功率；大約100W到1，000W之間的AC偏壓功率；以及大約20°C到30°C之間的溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，包括在所述嵌入孔的所述側(cè)表面上再沉積通過(guò)所述等離子工藝去除的所述反擴(kuò)散層的材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，包括通過(guò)所述等離子工藝使下層金屬材料與所述嵌入孔的底部處的所述下層金屬導(dǎo)線的一部分分離；以及在所述嵌入孔的側(cè)表面上沉積分離出來(lái)的所述下層金屬材料。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，包括在所述嵌入孔的側(cè)表面上方以及在所述嵌入孔的底面上方形成金屬層，其中，所述金屬層的形成在所述側(cè)表面上的部分形成于沉積在所述側(cè)表面上的分離出來(lái)的所述下層金屬材料的上方。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述嵌入孔的側(cè)表面上方再沉積的所述反擴(kuò)散膜材料的厚度對(duì)應(yīng)于所述等離子工藝的執(zhí)行時(shí)間。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在所述選擇性地去除所述反擴(kuò)散膜之后，在所述嵌入孔的底部上方以及在所述嵌入孔的側(cè)表面上方形成金屬層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括在形成所述金屬層之后，通過(guò)在所述嵌入孔中填充金屬材料來(lái)形成上層金屬導(dǎo)線。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述金屬層和所述反擴(kuò)散膜包括相同的材料。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述反擴(kuò)散膜具有介于大約10nm和60nm之間的厚度；以及所述金屬層具有介于大約1nm和大約15nm之間的厚度。12.才艮據(jù)4又利要求1所述的方法，其中所述下層金屬導(dǎo)線包括銅(Cu);以及所述反擴(kuò)散膜包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鴒(Wn)、氮化鉭(TaN)、以及TaN/Ta中的至少一種。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述層間絕緣膜包括具有低介電常數(shù)k的低介電膜。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述低介電膜是多孔低介電膜。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述選擇性地去除所述反擴(kuò)散膜的同時(shí)，從所述嵌入孔充分去除殘余物、聚合物、以及雜質(zhì)中的至少一種。16.—種i殳備，包括下層金屬導(dǎo)線，形成在半導(dǎo)體襯底上方；層間絕緣膜，形成在所述半導(dǎo)體襯底和所述下層金屬導(dǎo)線上方，其中，所述層間絕緣膜具有被形成以露出所述下層金屬導(dǎo)線的嵌入孔；反擴(kuò)散膜，形成在所述嵌入孔的側(cè)表面的上方；以及上層金屬導(dǎo)線，形成在所述反擴(kuò)散膜以及在所述嵌入孔底部處的所述下層金屬導(dǎo)線的上方。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，包括金屬層，形成在所述上層金屬導(dǎo)線和所述反擴(kuò)散膜之間，以及形成在所述上層金屬導(dǎo)線和所述下層金屬導(dǎo)線之間。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，包括下層絕緣膜，形成在所述半導(dǎo)體襯底和所述層間絕緣膜之間，其中，所述下層金屬導(dǎo)線形成在所述下層絕纟彖膜上方。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述下層金屬導(dǎo)線包括銅(Cu)。20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，所述反擴(kuò)散膜包括鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、氮化鴒(Wn)、氮化鉭(TaN)、以及TaN/Ta中的至少一種。全文摘要一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，可包括以下步驟中的至少一個(gè)在半導(dǎo)體襯底上和/或上方形成下層金屬導(dǎo)線。在半導(dǎo)體襯底和下層金屬導(dǎo)線上/或上方形成具有嵌入孔的層間絕緣膜。在嵌入孔下方露出的和/或在嵌入孔的側(cè)表面上的下層金屬導(dǎo)線上和/或上方形成反擴(kuò)散膜。使用利用惰性氣體的等離子工藝選擇性地去除形成在嵌入孔底部處的露出的下層金屬導(dǎo)線上和/或上方的反擴(kuò)散膜。文檔編號(hào)H01L23/522GK101335233SQ20081012623公開(kāi)日2008年12月31日申請(qǐng)日期2008年6月26日優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日發(fā)明者金相喆申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司