專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。特別地，本發(fā)明涉及一種具有通孔的 半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
通過在半導(dǎo)體襯底上形成諸如晶體管、電阻器、和電容器的許多電路元件，并通過 互連將這些元件互相連接來構(gòu)造半導(dǎo)體器件。這些元件形成在多個(gè)疊層中，并由穿過通孔 的互連連接，所述通孔穿過該多個(gè)層。因此，為了提高半導(dǎo)體器件的質(zhì)量，重要的是減小通 孔的電阻，以增加可靠性。下面將描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)在半導(dǎo)體器件上形成通孔的工藝流程。圖IA至IE是用 于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)在半導(dǎo)體器件上形成通孔的方法的每個(gè)步驟的剖面圖。圖IA是示出了形成孔5之前半導(dǎo)體器件的剖面圖。通過從底部依次層疊Ti (鈦)/ TIN(氮化鈦)膜4、A1層53、TiN膜2、和3102層1，形成半導(dǎo)體器件。換句話說，在Al層3 的每個(gè)表面上形成抗反射的Ti膜4或TiN膜2、4，以構(gòu)成互連層10，以及在互連層10上形 成SiO2層1。圖IB是用于描述形成孔5的步驟的剖面圖。在圖IA所示的狀態(tài)中，不形成孔5的 部分被施加PR (光致抗蝕劑)，然后通過干法刻蝕形成孔5的大致輪廓?？?穿透SiO2層 1和TiN膜2，并到達(dá)Al層3。圖IC是用于描述對孔5進(jìn)行修整的步驟的剖面圖。在圖IB所示的狀態(tài)下，執(zhí)行 RF (射頻)刻蝕，以使其底部上的拐角處的孔5的角度基本上成直角。圖ID是用于描述形成阻擋金屬6的步驟的剖面圖，在圖IC所示的狀態(tài)下，執(zhí)行 Ti/TiN濺射，以在孔5的內(nèi)部和SiO2層1的表面上形成阻擋金屬6。圖IE是用于描述形成栓塞7的步驟的剖面圖。在圖ID所示的狀態(tài)中，在孔5的 內(nèi)部形成W(鎢)膜，W被允許生長，然后，W膜經(jīng)受CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)，以形成栓塞7。在此方面，在日本專利申請公開JP-A-平，6-260440 (稱為專利文獻(xiàn)1)中，公開了 一項(xiàng)與半導(dǎo)體器件的制造方法有關(guān)的發(fā)明。根據(jù)專利文獻(xiàn)1中公開的發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法包括，在硅襯底上形成絕 緣層的第一步驟，在絕緣層中形成與硅襯底的表面接觸的接觸孔的第二步驟，以及通過包 括氯氣和氟氣的氣體來刻蝕接觸孔的底部上的硅襯底表面的第三步驟。根據(jù)專利文獻(xiàn)1的公開內(nèi)容，為了提高接觸孔中的鋁的覆蓋度，在絕緣膜上形成 導(dǎo)電層，以形成接觸孔。然后，通過氬濺射去除導(dǎo)電層的拐角，并形成填充層疊在下拐角部 分上的部分的拐角。在日本專利申請公開JP-A-平，6-295906 (稱為專利文獻(xiàn)2)中，公開了一項(xiàng)與半導(dǎo) 體器件的制造方法有關(guān)的發(fā)明。在根據(jù)專利文獻(xiàn)2中公開的發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法中，形成用于將下層互 連電連接到上層互連的通孔，其跨過層間絕緣膜而被設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上。該半導(dǎo)體器件的制造方法包括以下步驟在下層互連上形成層間絕緣膜；形成第一抗蝕劑掩模，其具有 對應(yīng)于該通孔的開口 ；通過使用第一抗蝕劑掩模來各向異性地刻蝕該層間絕緣膜，以形成 到達(dá)下層互連的開口 ；在保留第一抗蝕劑掩模的同時(shí)涂敷用于填充該開口的第二抗蝕劑， 并覆蓋第一抗蝕劑掩模；回蝕第二抗蝕劑，直到填充該開口的第二抗蝕劑具有與層間絕緣 膜相同的高度；通過逐漸減少反應(yīng)離子刻蝕，逐漸減小該開口的側(cè)壁的上部；以及剝離第 一抗蝕劑掩模和第二抗蝕劑。根據(jù)專利文獻(xiàn)2的公開內(nèi)容，通孔的上部被逐漸減小。日本專利申請公開JP-P2000-503806A(稱為專利文獻(xiàn)3)公開了一項(xiàng)與形成涂覆 有導(dǎo)電材料的接觸部分的方法有關(guān)的發(fā)明。根據(jù)專利文獻(xiàn)3中公開的發(fā)明，形成涂覆有導(dǎo)電材料的接觸部分的方法包括以下 步驟形成絕緣層，以便在制造中覆蓋集成電路；形成穿透絕緣層的接觸部分，以使下面的 電路元件被暴露；在絕緣層上層疊第一導(dǎo)電層；以及在接觸部分的邊緣(Iip)形成刻面。根據(jù)專利文獻(xiàn)3的公開內(nèi)容，PSG膜的上部被修圓，以提高覆蓋度。

發(fā)明內(nèi)容
圖2是用于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)的通孔形成方法的局限的剖面圖。隨著孔的高寬比 增加，阻擋金屬的覆蓋度惡化。換句話說，隨著孔的深度相對于孔的直徑增加，如圖2所示， 在孔的底上形成阻擋金屬變得更不充分。這是由于諸如F(氟)的腐蝕性氣體的浸蝕效果導(dǎo)致的。在通孔_嵌入鎢的生長 時(shí)，通過使用WF(氟化鎢)形成W膜。結(jié)果，通孔的底部上的鋁或鈦的電阻變得更高。此外，如圖IE所示，可能存在通孔不被完全填充和孔5中留下空間的情況。In。特 別地，頂部9可能突出或底部8可能凹進(jìn)。在突出處可能發(fā)生靜電集中。在凹進(jìn)處可能發(fā) 生靜電集中和侵蝕(attacking)。在這些地點(diǎn)處，可能發(fā)生由于EM(電遷移(Electro Migration))而導(dǎo)致的靜電集 中和損壞，從而導(dǎo)致質(zhì)量和壽命減小。根據(jù)專利文獻(xiàn)3中公開的技術(shù)，盡管在一定程度上可 以解決覆蓋度的問題，但是在實(shí)用性方面仍然存在許多問題。盡管專利文獻(xiàn)1、2公開了將 接觸的頂部逐漸變小或修圓，但是通孔的底部完全沒有得到調(diào)整。此外，專利文獻(xiàn)1至3的 任意一個(gè)沒有對阻擋金屬的覆蓋度進(jìn)行描述。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件包括互連層；層疊在該互連層上的氧 化硅層；穿過該氧化硅層并到達(dá)互連層的通孔；覆蓋通孔中的整個(gè)表面的阻擋金屬；以及 通孔中填充的栓塞。通過以下步驟來將通孔的頂部和底部進(jìn)行修圓通過干法刻蝕形成通 孔的大致輪廓；通過RF (射頻)刻蝕來修整通孔；以及通過預(yù)定時(shí)序來停止RF刻蝕。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件的制造方法包括形成互連層；在該 互連層上形成氧化硅層；形成穿過該氧化硅層并到達(dá)互連層的通孔；形成覆蓋通孔中的整 個(gè)表面的阻擋金屬；以及形成通孔中填充的栓塞。形成通孔包括通過干法刻蝕形成通孔 的大致輪廓；在形成大致輪廓之后通過RF (射頻)刻蝕來修整該通孔；以及在該修整之后 通過預(yù)定時(shí)序來停止RF刻蝕。在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件的制造方法中，在開口通孔之后，通過 刻蝕來對底部和頂部進(jìn)行修圓。因此，減小通孔的電阻，以及提高其質(zhì)量和壽命。
一個(gè)原因是通過對通孔的頂部和底部進(jìn)行修圓，可以提高阻擋金屬的覆蓋度。此 外，與此相關(guān)，在通孔-嵌入鎢的生長時(shí)，可以防止諸如F的腐蝕性氣體浸蝕通孔的底部上 的鋁，或鋁/阻擋金屬的界面上的鈦。另一原因是通過對通孔的底部進(jìn)行修圓可以防止孔的底端部上的靜電集中。


結(jié)合附圖，從某些優(yōu)選實(shí)施例的以下描述中，本發(fā)明的上述及其他目的、優(yōu)點(diǎn)和特 點(diǎn)將會變得更加明顯，其中圖IA是用于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)的通孔形成之前的步驟的剖面圖；圖IB是用于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)通過干法刻蝕形成通孔的步驟的剖面圖；圖IC是用于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)通過RF刻蝕來修整通孔的步驟的剖面圖；圖ID是用于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)在通孔上形成阻擋金屬的步驟的剖面圖；圖IE是用于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)在通孔中形成栓塞的步驟的剖面圖；圖2是用于描述根據(jù)常規(guī)技術(shù)的通孔形成方法的限制的剖面圖；圖3A是用于描述在本發(fā)明的實(shí)施例中通孔形成之前的步驟的剖面圖；圖3B是用于描述在本發(fā)明的實(shí)施例中通過干法刻蝕形成通孔的步驟的剖面圖；圖3C是用于描述在本發(fā)明的實(shí)施例中通過RF刻蝕來修整通孔的步驟的剖面圖；圖3D是用于描述在本發(fā)明的實(shí)施例中在通孔上形成阻擋金屬的步驟的剖面圖；圖3E是用于描述在本發(fā)明的實(shí)施例中在通孔中形成栓塞的步驟的剖面圖；圖4是用于比較根據(jù)常規(guī)技術(shù)和本發(fā)明的實(shí)施例的通孔的鏈電阻的曲線；圖5A是根據(jù)常規(guī)技術(shù)的通孔底部的剖面圖；以及圖5B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的通孔底部的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例的半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器 件的制造方法。圖3A至圖3E是用于描述，在本發(fā)明的實(shí)施例中在半導(dǎo)體器件上形成通孔的方法 的步驟的剖面圖。(步驟1)圖3A是孔5的形成之前半導(dǎo)體器件的剖面圖。例如，通過在半導(dǎo)體(硅)襯底層 20上依次層疊Ti/TiN膜4、Al層3、TIN膜2、和SiO2層1來構(gòu)造半導(dǎo)體器件。換句話說， 在Al層3的每個(gè)表面上形成抗反射Ti膜4或TiN膜2、4，以構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu)，在下文中將該 疊層結(jié)構(gòu)稱作互連層10，并且在互連層10上形成SiO2層1。(步驟2)圖3B是用于描述形成孔5的步驟的剖面圖。在圖3A所示的狀態(tài)下，不形成孔的 部分被施以PR，然后，通過干法刻蝕形成孔5的大致輪廊。孔5穿過SiO2層1和TiN膜2， 并到達(dá)Al層3。對于步驟1和2，可以采用與上述常規(guī)技術(shù)相同的工藝。(步驟3)圖3C是用于描述修整通孔5，以便使孔5的底部8和頂部9被修圓的步驟的剖面圖。這里，術(shù)語“修圓”意味著圓形、橢圓形、球形或彎曲形狀。在圖3B所示的狀態(tài)中執(zhí)行 RF刻蝕。此時(shí)，在根據(jù)常規(guī)技術(shù)的圖IC中，執(zhí)行RF刻蝕足夠長的時(shí)間，直到孔5的底部的 角度變?yōu)橹苯?，而根?jù)本發(fā)明的本實(shí)施例，RF刻蝕的時(shí)間被減小。即，通過在常規(guī)技術(shù)的圖 IB所示的狀態(tài)和圖IC所示的狀態(tài)之間停止RF刻蝕，可以獲得根據(jù)本實(shí)施例的圖3C所示的 狀態(tài)。(步驟4)圖3D是用于描述形成阻擋金屬6的步驟的剖面圖，阻擋金屬6覆蓋通孔中的整 個(gè)表面。在圖3C所示的狀態(tài)中執(zhí)行Ti/TiN濺射，以在孔5的內(nèi)部和SiO2層1的表面上形 成阻擋金屬6。此時(shí)，通過濺射，在孔5的內(nèi)表面上形成阻擋金屬，以便在Ti的情況下具有 300A (埃)的厚度，以及在TiN的情況下具有1000A的厚度。(步驟5)圖3E是用于描述形成栓塞7的步驟的剖面圖。在圖3D所示的狀態(tài)中，在孔5的 內(nèi)部上形成W膜，生長W，并且進(jìn)一步使其經(jīng)受W CMP，以形成栓塞7。栓塞7可以通過使用 W回蝕工藝來形成。作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)了當(dāng)?shù)撞?和頂部9的每一個(gè)的圓形截面與深度方向上整個(gè) 栓塞7的比率落入5%至15%的范圍內(nèi)時(shí)，電阻值變?yōu)樽钚?。更具體地說，該比率最優(yōu)選大 約為12%。在下面的參考材料中，示出了圓形截面與深度方向上的整個(gè)栓塞7的比率是12% 的情況中的測量數(shù)據(jù)。圖4是用于比較根據(jù)常規(guī)技術(shù)和本發(fā)明的本實(shí)施例的鏈電阻的曲線。這里，水平 軸表示級別(level)，第一級表示根據(jù)常規(guī)技術(shù)的級別，以及第二級表示根據(jù)本發(fā)明的該實(shí) 施例的級別。在具有第二級的本發(fā)明的該實(shí)施例中，圓形截面與深度方向上的整個(gè)栓塞7 的比率是12%。三條線對應(yīng)于不同的通孔直徑的相應(yīng)的掩模設(shè)計(jì)。根據(jù)本實(shí)施例，與常規(guī) 技術(shù)相比較，測量的電阻值可以被減小約27 %至35 %。圖5A是根據(jù)常規(guī)技術(shù)的通孔的剖面圖。注意由虛線表示的圓形的內(nèi)部，通孔的底 端部具有一角度。這里，第一刻蝕中刻蝕條件是1200W(瓦)和250s(秒)，并且第二刻蝕中 是1200W和60s。層間氧化物膜的厚度是750nm(納米)以及僅僅使用N311的脫模劑。阻 擋金屬濺射的RF刻蝕的厚度是23nm。圖5B是本發(fā)明的該實(shí)施例中的通孔的剖面圖。注意箭頭的尖端，通孔的底端部被 修圓。這里，除了阻擋金屬濺射的RF刻蝕的厚度是9nm之外，刻蝕條件與常規(guī)技術(shù)的相同。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件的制造方法中，在 開口通孔5之后，通過刻蝕來修圓底部8和頂部9。結(jié)果，可以減小通孔的電阻和可以提高 其質(zhì)量和壽命。一個(gè)原因是通過對通孔的頂部8和底部9進(jìn)行修圓而提高了阻擋金屬的覆蓋度。 結(jié)果，在通孔-嵌入鎢的生長時(shí)，可以防止諸如F的腐蝕性氣體浸蝕通孔的底部上的招，或 鋁/阻擋金屬的界面上的鈦。另一原因是通過對通孔的底部進(jìn)行修圓可以防止孔的底端部上的靜電集中。上述實(shí)施例僅僅是一個(gè)例子，并且每個(gè)具體值可以根據(jù)其他參數(shù)而改變。盡管上面結(jié)合其幾個(gè)實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解，這些示例性實(shí)施例僅僅出于說明本發(fā)明的目的而被提供，不應(yīng)該以限制意義而依賴其對權(quán)利要 求進(jìn)行解釋。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件，包括互連層；層疊在所述互連層上的氧化硅層；穿過所述氧化硅層并到達(dá)所述互連層的通孔；覆蓋所述通孔中的整個(gè)表面的阻擋金屬；以及填充在所述通孔中的栓塞，其中，所述通孔的頂部和底部被修圓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，在所述栓塞的深度方向上頂部和底部的 尺寸分別在所述栓塞的深度的5%至15%當(dāng)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中，在所述栓塞的深度方向上頂部和底部 的尺寸分別約為所述栓塞的深度的12%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述互連層包括 作為所述互連層的鋁層；以及形成在所述鋁層上的TiN(氮化鈦)膜，并且通過涂敷到所述通孔中的整個(gè)表面的Ti/TiN濺射，形成阻擋金屬，以及 通過鎢形成所述栓塞。
5.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括 形成互連層；在所述互連層上形成氧化硅層；形成穿過所述氧化硅層并到達(dá)所述互連層的通孔；形成覆蓋所述通孔中的整個(gè)表面的阻擋金屬；以及形成填充在所述通孔中的栓塞，其中，形成所述通孔包括通過干法刻蝕形成所述通孔的大致輪廊；在形成所述大致輪廊之后，通過RF (射頻)刻蝕，修整所述通孔；以及 在所述修整之后，通過預(yù)定時(shí)序來停止所述RF刻蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，在所述栓塞的深度方向上頂 部和底部的尺寸分別在所述栓塞的深度的5%至15%當(dāng)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，在所述栓塞的深度方向上 頂部和底部的尺寸分別約為所述栓塞的深度的12%。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中，所述互連層包括 作為所述互連層的鋁層；以及形成在所述鋁層上的TiN(氮化鈦)膜，以及 形成所述阻擋金屬包括通過涂敷到所述通孔中的整個(gè)表面的Ti/TiN濺射，形成所述阻擋金屬，以及 形成所述栓塞包括在所述通孔中的阻擋金屬的整個(gè)表面上生長鎢膜；以及 在所述生長之后對所述鎢膜應(yīng)用CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件。在開口通孔之后，通過執(zhí)行兩次刻蝕，對底部和頂部進(jìn)行修圓。因此，可以減小通孔的電阻和可以提高其質(zhì)量和壽命。
文檔編號H01L21/768GK101958308SQ201010222038
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者尾崎康亮, 德嶺好剛, 松田高廣, 舛友徹 申請人:瑞薩電子株式會社