專利名稱：制造半導(dǎo)體裝置的方法以及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用鑲嵌方法制造半導(dǎo)體裝置的方法以及根據(jù)所述制造方 法制造的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
有時(shí)將鑲嵌方法用于在形成于層間絕緣膜內(nèi)的布線溝槽或通孔中形成 銅(Cu)布線的情形。在鑲嵌方法中，為了避免金屬擴(kuò)散，在形成金屬布線 之前，在布線溝槽的內(nèi)壁或在通孔的內(nèi)壁形成擴(kuò)散阻擋膜(阻擋金屬)。將諸如鉭(Ta)或鈦(Ti)等難熔金屬、或者這些金屬的氮化物用作擴(kuò) 散阻擋膜的材料。然而，這些金屬膜具有高阻抗，從而導(dǎo)致金屬布線的阻抗 增加和RC延遲增加。因此，隨著近年來金屬布線的收縮取得進(jìn)展，存在將 更薄的膜用作擴(kuò)散阻擋膜的趨勢(shì)。另一方面，為了避免RC延遲，存在例如將多孔低介電常數(shù)材料用作層 間絕緣膜中材料的情況。在制造工藝中多孔低介電常數(shù)材料容易被等離子體 損壞。被損壞的膜更容易在其表面或其內(nèi)部吸收濕氣。因此，在這種低介電 常數(shù)材料上形成的擴(kuò)散阻擋膜容易被從層間絕緣膜釋放出來的濕氣氧化或 改性，從而降低阻擋能力。在日本未審査專利申請(qǐng)公開No. 2005-277390中，公開了將銅錳(CuMn) 籽晶層用作擴(kuò)散阻擋膜中材料的技術(shù)。在這種方法中，在層間絕緣膜上直接 形成銅錳膜，作為用于電鍍銅布線的籽晶層。根據(jù)這種方法，銅錳膜中的錳 與層間絕緣膜內(nèi)包含的硅和氧反應(yīng)，從而在層間絕緣膜與銅布線之間的邊界 處形成2nm至3nm的自對(duì)準(zhǔn)MnOxSiY層。其中形成的MnOxSiY層用作擴(kuò)散 阻擋膜，從而在沒有使用傳統(tǒng)擴(kuò)散阻擋膜中使用的鉭(Ta)或鈦(Ti)的情況下，確保銅布線關(guān)于層間絕緣膜的阻擋能力。然而，在使用銅錳膜的制造工藝中，產(chǎn)生不能實(shí)現(xiàn)MnOxSiY層與層間絕 緣膜之間良好粘合的問題。因此，例如如果在形成銅布線之后進(jìn)行熱處理， 則會(huì)出現(xiàn)在布線溝槽或通孔內(nèi)形成的銅布線向上移動(dòng)(虹吸現(xiàn)象)的情況。 此外，也會(huì)出現(xiàn)在CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)工藝中銅布線脫落的情況。結(jié)果， 產(chǎn)生在銅布線與其下面形成的底層布線之間發(fā)生分離的問題，并且半導(dǎo)體裝 置的產(chǎn)量劣化。因此，在層間絕緣膜中形成銅布線之前，當(dāng)根據(jù)傳統(tǒng)制造工藝在層間絕 緣膜上形成擴(kuò)散阻擋膜或銅錳籽晶層時(shí)，沒有改善半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)率。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)方案， 一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括下列步驟在層間絕緣膜中形成到達(dá)底層布線的通孔和布線溝槽，其中所述層間絕 緣膜形成在所述底層布線上；在通過所述通孔暴露的所述底層布線上、所述 通孔的內(nèi)壁上以及所述布線溝槽的內(nèi)壁上形成擴(kuò)散阻擋膜；在沉積在所述通 孔的底部上的所述擴(kuò)散阻擋膜被蝕刻的同時(shí)，在所述底層布線上以及形成在 所述通孔的內(nèi)壁上和所述布線溝槽的內(nèi)壁上的所述擴(kuò)散阻擋膜上形成籽晶 層；以及在所述通孔內(nèi)和所述布線溝槽內(nèi)形成金屬布線。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的另一方案， 一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括下列步 驟在層間絕緣膜中形成到達(dá)底層布線的通孔和布線溝槽，其中所述層間絕 緣膜形成在所述底層布線上；在通過所述通孔暴露的所述底層布線上、所述 通孔的內(nèi)壁上以及所述布線溝槽的內(nèi)壁上形成第一籽晶層；在沉積在所述通 孔的底部上的所述第一籽晶層被蝕刻的同時(shí)，在通過所述通孔暴露的所述底 層布線上、所述通孔的內(nèi)壁上以及所述布線溝槽的內(nèi)壁上形成的第一籽晶層 上形成第二籽晶層；以及在所述通孔內(nèi)和所述布線溝槽內(nèi)形成金屬布線。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的又一方案，半導(dǎo)體裝置包括底層布線；層間絕緣膜， 形成在所述底層布線上；通孔和布線溝槽，形成在所述層間絕緣膜中；擴(kuò)散 阻擋層，形成在所述通孔的內(nèi)壁上和所述布線溝槽的內(nèi)壁上；金屬布線，形 成在所述通孔內(nèi)和所述布線溝槽內(nèi)，并且連接到所述底層布線；以及阻擋層， 形成在所述擴(kuò)散阻擋膜與所述金屬布線之間的表面邊界上。


圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的流程圖；圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖7是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖8是在一個(gè)實(shí)施例的可選實(shí)例中制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖9是在另一個(gè)實(shí)施例中制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖IO是在另一個(gè)實(shí)施例中制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖11是在另一個(gè)實(shí)施例中制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖12是在另一個(gè)實(shí)施例中制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖；圖13是在另一個(gè)實(shí)施例的可選實(shí)例中制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖。
具體實(shí)施方式
圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的流程圖。如圖1所示，在根據(jù)第一實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法中，首先，在層間絕緣膜內(nèi)形成通孔和布線溝槽，所述層間絕緣膜形成在底層布線上(步驟S1)。在通孔的內(nèi)壁上、布線溝槽的內(nèi)壁上以及從通孔暴露出的底層布線上形 成擴(kuò)散阻擋膜(步驟S2)。在物理地蝕刻沉積在通孔底部上的擴(kuò)散阻擋膜時(shí)，在擴(kuò)散阻擋膜上形成 籽晶層(步驟S3)。在形成籽晶層之后，通過電鍍方法在通孔和布線溝槽內(nèi)形成金屬布線 (步驟S4)。執(zhí)行退火工藝，由此在擴(kuò)散阻擋膜與金屬布線之間的表面邊界上、或者 在金屬布線與層間絕緣膜(位于底層布線的一側(cè))之間的表面邊界上形成阻 擋層，其中所述阻擋層采用籽晶層的成分作為原材料(步驟S5)。在第一實(shí)施例中，能夠制造具有高阻擋能力并且包括具有良好粘合性的 擴(kuò)散阻擋膜和阻擋層的半導(dǎo)體裝置。因此，提高了半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)率。 下面更詳細(xì)地解釋第一實(shí)施例。圖2至圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖。如圖2 所示，第一實(shí)施例中使用的襯底包括底層布線IO、層間絕緣膜11和12、 在底層布線10和層間絕緣膜11上形成的保護(hù)層(cap layer) 13、以及在層 間絕緣膜12上形成的硬掩模層14。然而，所述襯底的結(jié)構(gòu)不限于第一實(shí)施 例。保護(hù)層13和硬掩模層14的材料包括例如碳化硅(SiC)等材料。保護(hù) 層13和硬掩模層14的膜厚度例如為大約10nm。層間絕緣膜12的膜厚度例 如為若干100nm。層間絕緣膜12的材料優(yōu)選為低介電常數(shù)材料(低k材料)。 無機(jī)材料、有機(jī)材料或其混合物可以用作低介電常數(shù)材料。多孔材料也可以 用作層間絕緣膜12中材料。在第一實(shí)施例中，例如SiOC等包含碳的氧化硅 可以用作層間絕緣膜12中材料。層間絕緣膜12可以通過SOG (旋涂玻璃) 方法或CVD (化學(xué)氣相沉積)方法形成。一旦已經(jīng)制備上述襯底，將包括碳氟化合物(CFx)氣體、氨氣(NH3)、 氮?dú)?N2)以及氫氣(H2)的混合氣體用作添加的氣體，以通過等離子體蝕 刻的方式蝕刻硬掩模層14、層間絕緣膜12以及保護(hù)層13。由此，在層間絕 緣膜12內(nèi)形成溝槽15和通孔16。溝槽15用于形成上層。通孔16用于形成 接觸電極，其中所述接觸電極連接上層布線和底層布線10。注意底層布線 10的表面暴露于等離子體蝕刻。在層間絕緣膜12內(nèi)壁上的陰影區(qū)域(圖2中由箭頭A表示的部分)代 表包括在另一制造工藝中被等離子體損壞的區(qū)域中所包含的濕氣。另一制造 工藝的一個(gè)實(shí)例是低介電常數(shù)材料蝕刻工藝。如圖3所示，利用濺射方法(也就是，長(zhǎng)距離濺射設(shè)備；LTS)，在溝 槽15的內(nèi)壁表面、通孔16的內(nèi)壁以及從通孔16暴露出的底層布線10的表 面上形成擴(kuò)散阻擋膜20。將氬氣(Ar)或氮?dú)庥米鞣烹姎怏w。靶注入功率 (target injection power)例如為160 mW/m2至640mW/m2。擴(kuò)散阻擋膜20 的厚度例如為5nm至10nm。擴(kuò)散阻擋膜20的材料包含鉭(Ta)、鎢(W)、 鈦(Ti)、鋯(Zr)、釕(Ru)以及這些金屬的氮化物至少其中之一。注意，當(dāng)形成擴(kuò)散阻擋膜20時(shí)，將0mW/m2至3mW/m2的偏壓施加到襯底也是可 接受的。同樣，代替濺射方法，CVD (化學(xué)氣相沉積)方法或ALD (原子層 沉積)方法可以替換地用作形成擴(kuò)散阻擋膜20的方法。然而，如上所述，會(huì)出現(xiàn)擴(kuò)散阻擋膜20容易被層間絕緣膜12內(nèi)包含的 濕氣氧化或改性，或者會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致阻擋能力降低的局部惡化。因此，在第一 實(shí)施例中，為了補(bǔ)償擴(kuò)散阻擋膜20的阻擋缺陷，在擴(kuò)散阻擋膜20上以下文 說明的自對(duì)準(zhǔn)方式形成包含錳的氧化層。首先，如圖4中具體所示，通過濺射方法在擴(kuò)散阻擋膜20上形成銅錳 籽晶層30。將錳比率為0.5原子％至10原子％的銅靶用作靶。在當(dāng)前工藝中， 將濺射分成第一階段和第二階段，由此形成銅錳籽晶層30。在第一階段中，將氬氣用作放電氣體，在l(T5Pa至lOPa的大氣壓下施 加160mW/n^至960mW/m2的靶注入功率，以在溝槽15的內(nèi)壁、通孔16的 內(nèi)壁以及從通孔16暴露出的底層布線10的表面上形成銅錳籽晶層30作為 第一籽晶層。在第一階段形成的銅錳籽晶層30的膜厚度例如為10nm至 30nm。注意，當(dāng)在第一階段形成銅錳籽晶層30時(shí)，施加6 mW/n^至16mW/m2 的偏壓也是可接受的。接著，在第二階段中，在第一籽晶層上形成銅錳籽晶層30作為第二籽 晶層。注意，在將6mW/n^至10 mW/m2的偏壓持續(xù)施加到襯底的情況下， 施加1(^Pa至10Pa的大氣壓和16mW/mS至160mW/m2的耙注入功率。因此， 在溝槽15和通孔16內(nèi)入射的銅錳的入射頻率相對(duì)于第一階段減小。換言之， 與第一階段相比，在第二階段中氬離子或從靶發(fā)出的金屬離子的蝕刻效果 (再濺射效果)提高，然后執(zhí)行濺射。特別是在第二階段中，在調(diào)節(jié)錳籽晶 層的沉積速率(Vd)與在層間絕緣膜12上表面上的蝕刻速率(Ve)之間的 比例(Vd/Ve)而使得所述比例Vd/Ve大于0.9但是小于2.0的同時(shí)執(zhí)行濺射。注意，銅靶中錳的含量百分比不限于上述值。例如，包含大于10原子％ 的錳的銅耙也是可以接受的?？蛇x擇地，可以使用雙重(binary)濺射方法， 其中使用錳靶和銅靶。在這種情況下，通過設(shè)置靶注入功率的差異，使得籽 晶層中包含的錳與銅之間的比例改變。注意，在第二階段形成的銅錳籽晶層 30的膜厚度例如為Onm至10nm。根據(jù)第一實(shí)施例，在第二階段中，通過氬離子或從靶發(fā)出的金屬離子蝕刻預(yù)先在通孔16的底部16a和底層布線10的部分表面上形成的擴(kuò)散阻擋膜 20。同時(shí)，在通孔16的底部16a形成銅錳籽晶層30。換言之，在對(duì)沉積在 通孔16的底部16a和部分底層布線10上的擴(kuò)散阻擋膜20進(jìn)行蝕刻的同時(shí)， 在底層布線10上和層間絕緣膜12內(nèi)壁上形成的擴(kuò)散阻擋膜20上沉積銅錳 籽晶層30。因此，將擴(kuò)散阻擋膜20從通孔16的底部16a去除，從而抑制了布線阻 抗或RC延遲的任何增加。此外，通過再濺射效應(yīng)，在通孔16的底部16a 上形成的擴(kuò)散阻擋膜和銅錳被沉積在通孔16的內(nèi)壁和溝槽15的內(nèi)壁上，從 而改善了通孔16的內(nèi)壁和溝槽15的內(nèi)壁的阻擋能力。順便提一下，為了將擴(kuò)散阻擋膜20從通孔16的底部16a去除，可以使 擴(kuò)散阻擋膜20的形成過程中的蝕刻效應(yīng)更顯著。然而，如果選擇鈦、鋯、 或其氮化物作為擴(kuò)散阻擋膜20的材料，那么通過使蝕刻效應(yīng)更顯著，可以 將通孔16的上部形狀制成為圓形。結(jié)果，在利用這些材料的擴(kuò)散阻擋膜20 中，通孔16內(nèi)的覆蓋率(coverage)可能減小，因此擴(kuò)散阻擋膜的阻擋能力 可能被削弱。然而，如果在常規(guī)濺射條件下形成擴(kuò)散阻擋膜20之后執(zhí)行前述第二階 段工藝，那么可以避免通孔16的上部圓形形狀。首先，如果將鈦、鋯、或 其中任一個(gè)的氮化物用作擴(kuò)散阻擋膜20的材料，那么在常規(guī)濺射條件下以 微弱的蝕刻效應(yīng)形成擴(kuò)散阻擋膜20。接著，在前述的第二階段中，通過氬離 子或從靶發(fā)出的金屬離子將沉積在通孔16的底部16a上的擴(kuò)散阻擋膜20去 除，然后，通過再濺射的方式，將沉積在底部16a上的擴(kuò)散阻擋膜20沉積 在通孔16的內(nèi)壁上。因此，可以避免擴(kuò)散阻擋膜20在通孔16內(nèi)的覆蓋率 降低。注意，即使在通孔內(nèi)壁上的擴(kuò)散阻擋膜20極薄，或即使在擴(kuò)散阻擋 膜20內(nèi)具有局部缺陷，因?yàn)樵谶@些區(qū)域內(nèi)包括氧化錳的反應(yīng)層阻擋物以自 對(duì)準(zhǔn)的方式形成，所以能夠確保阻擋能力。接著，如圖5所示，通過硫酸銅(CuS04)電鍍來掩埋銅鍍層40，以在 溝槽15和通孔16內(nèi)形成金屬布線。因此，底層布線10和銅鍍層40相互之 間電性連接。銅鍍層40的膜厚度例如為500nm至2000nm。在硫酸銅電鍍的 情況下，電流密度例如為7 A/cn^至30A/cm2。接著，在真空中、或者在惰性氣體氣氛下，對(duì)襯底進(jìn)行退火處理，其中襯底的溫度例如為15(TC至40(TC。加熱時(shí)間例如為30秒至1800秒。注意， 在空氣的氣氛下或在具有最少量氧的氣氛下執(zhí)行退火處理也是可以接受的。順便提一下，在制造工藝中，擴(kuò)散阻擋膜20被包含在層間絕緣膜12內(nèi) 的濕氣氧化或改性。然而，在前述的退火處理中，擴(kuò)散阻擋膜20中存在的 氧與圖4所示的銅錳籽晶層30中包含的錳反應(yīng)，從而在擴(kuò)散阻擋膜20與銅 鍍層40之間的邊界處，以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成作為阻擋層的氧化錳(MnOx) 反應(yīng)層31，如圖6所示?；蛘哐趸i反應(yīng)層31補(bǔ)償擴(kuò)散阻擋膜20的阻擋能 力，或者氧化錳反應(yīng)層31本身實(shí)施阻擋功能。因此，提高了銅鍍層40相對(duì) 于層間絕緣膜12的阻擋能力。同樣，因?yàn)樵阢~鍍層40與擴(kuò)散阻擋膜20之 間的邊界處形成反應(yīng)層，所以也提高了銅鍍層40與擴(kuò)散阻擋膜20之間的粘 合性。因此，可以抑制前述的虹吸現(xiàn)象和CMP期間的脫落。此外，即使在擴(kuò)散阻擋膜20中出現(xiàn)局部缺陷21以及在缺陷21的位置 擴(kuò)散阻擋膜20出現(xiàn)缺損，在相應(yīng)的缺陷處層間絕緣膜12中的硅和氧也與銅 錳籽晶層30中的錳反應(yīng)，從而形成MnSixOY反應(yīng)層。在相應(yīng)的缺損位置處， MnSixOy反應(yīng)層實(shí)施阻擋功能，從而在缺損位置處確保銅鍍層40相對(duì)于層 間絕緣膜12的阻擋能力。接著，如圖7所示，利用有機(jī)酸漿溶液(organic acid slurry solution)， 對(duì)銅鍍層40執(zhí)行CMP，直到達(dá)到硬掩模層14。通過上述工藝，將底層布線 10、通孔16以及溝槽15圖案化，并且完成半導(dǎo)體裝置50，其中層間絕緣膜 12形成在底層布線10上，擴(kuò)散阻擋膜20形成在通孔16的內(nèi)壁以及溝槽15 的內(nèi)壁上，銅鍍層40形成在通孔16以及溝槽15內(nèi)而直接與底層布線10連 接，以及氧化錳反應(yīng)層31作為阻擋層以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成在擴(kuò)散阻擋膜20 與銅鍍層40之間的邊界處。根據(jù)第一實(shí)施例，可以制造具有擴(kuò)散阻擋膜20和氧化錳反應(yīng)層31的半 導(dǎo)體裝置，其中擴(kuò)散阻擋膜20和氧化錳反應(yīng)層31具有良好的粘合性以及強(qiáng) 阻擋能力，從而改善了半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)率。[第一修改實(shí)施例]下面描述第一修改實(shí)施例。在第一修改實(shí)施例中，直到形成銅鍍層40 的制造工藝與利用圖2至圖5描述的內(nèi)容相似，因此將描述從形成阻擋層開 始的制造工藝。如圖8所示，在第一修改實(shí)施例中，通孔16的部分底部偏離底層布線 10的上表面。即使通孔16的部分底部以這種方式偏離底層布線10的上表面， 在通孔16的底部形成的擴(kuò)散阻擋膜20也可以通過執(zhí)行前述第二階段工藝而 被完全去除。因此，在第二階段中，在蝕刻沉積在通孔16的底部上、底層 布線10的部分表面上以及層間絕緣膜11 (形成在底層布線10的側(cè)面)的部 分表面上的擴(kuò)散阻擋膜20的同時(shí)，在底層布線10上、層間絕緣膜11上以 及擴(kuò)散阻擋膜20上形成圖4所示的銅錳籽晶層30。接著，通過退火處理使銅錳籽晶層30改性，在擴(kuò)散阻擋膜20與銅鍍層 40之間的邊界上形成氧化錳反應(yīng)層31作為阻擋層。此外，在銅鍍層40與層間絕緣膜11之間的邊界處，層間絕緣膜11內(nèi) 的硅和氧與銅錳籽晶層30內(nèi)的錳反應(yīng)，由此在比底層布線10的上表面低的 位置形成MnSixOY反應(yīng)層32作為阻擋層。因此，MnSixOy反應(yīng)層32成為這 個(gè)位置的阻擋層。結(jié)果，即使通孔16的部分底部被置于相對(duì)于底層布線10 的上表面偏離的位置，也可以確保銅鍍層40在關(guān)于層間絕緣膜11的相應(yīng)部 分的阻擋能力。注意，從這點(diǎn)開始，CMP工藝的內(nèi)容與利用圖7描述的內(nèi)容相似，因此 這里就不再對(duì)其描述。在第一修改實(shí)施例中，在將銅鍍層40埋入通孔16以及溝槽15內(nèi)之后， 執(zhí)行退火處理，接著在擴(kuò)散阻擋膜20與銅鍍層40之間的表面邊界處、或在 銅鍍層40與層間絕緣膜11之間的表面邊界處形成阻擋層，其中將銅錳籽晶 層30的成分用作原材料。[第二實(shí)施例]接著，詳細(xì)描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。在第二實(shí)施例的描述中，與上述 實(shí)施例中描述的部分相同的部分被以相同的標(biāo)記表示，并且省略其描述。在第二實(shí)施例中，在上述實(shí)施例中使用的襯底被采用。然后，在沒有形 成擴(kuò)散阻擋膜的情況下在層間絕緣膜上直接形成籽晶層。因此，描述在形成 籽晶層之后執(zhí)行的工藝。圖9至圖13是根據(jù)不同的實(shí)施例制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示意圖。如 圖9所示，通過濺射方法在層間絕緣膜12上形成銅錳籽晶層30。即使在第 二實(shí)施例中，也通過將濺射分成第一階段和第二階段來形成銅錳籽晶層30。使用包含0.5原子％至10原子％的錳比率的銅靶。在第一階段中，例如將氬氣用作放電氣體，靶注入功率為160mW/r^至 960mW/m2，大氣壓為10—5Pa至10Pa，由此在通孔16的內(nèi)壁表面、溝槽15 的內(nèi)壁以及從通孔16暴露出的底層布線10的表面上形成銅錳籽晶層30作 為第一籽晶層。在第一階段形成的銅錳籽晶層30的膜厚度例如為lOnm至 30nm。注意，當(dāng)形成第一階段的銅錳籽晶層30時(shí)，施加例如6 mW/m2至 16mW/i^的偏壓也是可接受的。接著，在第二階段中，在第一籽晶層上形成銅錳籽晶層30作為第二籽 晶層。然而，在例如將6mW/r^至10 mW/n^的偏壓持續(xù)施加到襯底的情況 下，施加10'spa至10Pa的大氣壓和16mW/m2至160mW/m2的靶注入功率。 因此，在溝槽15和通孔16內(nèi)入射的銅錳的入射頻率相對(duì)于第一階段減小。 在第二階段中氬離子或從靶發(fā)出的金屬離子的蝕刻效果(再濺射效果)提高， 然后執(zhí)行濺射。特別是在第二階段中，在調(diào)節(jié)錳籽晶層的沉積速率(Vd)與 在層間絕緣膜12上表面上的蝕刻速率(Ve)之間的比例(Vd/Ve)而使得所 述比例Vd/Ve大于0.9但是小于2.0的同時(shí)執(zhí)行濺射。注意，銅靶中錳的含量百分比不限于上述值。例如，包含大于10原子％ 的錳的銅靶也是可以接受的?？蛇x擇地，可以使用雙重濺射方法，其中使用 錳靶和銅靶。在這種情況下，通過設(shè)置靶注入功率的差異，使得籽晶層中包 含的錳與銅之間的比例改變。根據(jù)第二實(shí)施例，在第二階段中，形成在通孔16的底部16a上的銅錳 籽晶層30在被氬離子或從耙發(fā)出的金屬離子蝕刻的同時(shí)，沉積在通孔16的 底部16a內(nèi)。此外，通過所述蝕刻，將通孔16和溝槽15的圖案化引起的留 在底層布線10表面上的剩余物或氧化物完全去除。接著，通過再濺射效應(yīng)， 將沉積在通孔16的底部16a上的錳銅沉積在通孔16的內(nèi)壁和溝槽15的內(nèi) 壁上。因此，在第二實(shí)施例中，在對(duì)沉積在通孔16的底部16a上和底層布 線10的部分表面上的銅錳籽晶層30進(jìn)行蝕刻的同時(shí)，在底層布線10以及 層間絕緣膜12的內(nèi)壁上沉積銅錳籽晶層30。因此，與不采用再濺射工藝的 傳統(tǒng)制造方法相比，在采用再濺射工藝的根據(jù)第二實(shí)施例的制造工藝中，提 高了銅錳籽晶層30在通孔16的內(nèi)壁和溝槽15的內(nèi)壁上的覆蓋率。因此， 銅錳籽晶層30在通孔16的內(nèi)壁和溝槽15的內(nèi)壁上的厚度增加。結(jié)果，在下文提到的阻擋層的MnSixOY反應(yīng)層的厚度增加，因此，提高了 MnSixOY反應(yīng)層的阻擋能力，并且提高了 MnSixOy反應(yīng)層與層間絕緣膜12之間的接 合。接著，如圖10所示，通過硫酸銅電鍍，在溝槽15和通孔16內(nèi)形成將 成為金屬布線的銅鍍層40。由此，將底層布線10和銅鍍層40電性連接。銅 鍍層40的膜厚度例如為500nm至2000nm。在硫酸銅電鍍中，電流密度例如 為730A/cm2至30A/cm2。接著，在真空中、或者在惰性氣體氣氛下，對(duì)襯底進(jìn)行退火處理，其中 襯底的溫度例如為15(TC至40(TC。加熱時(shí)間例如為30秒至1800秒。注意，在空氣的氣氛下或在具有最少量氧的氣氛下執(zhí)行退火處理也是可以接受的。 通過執(zhí)行上述退火處理，層間絕緣膜12中的硅和氧成分與圖9所示的 銅錳籽晶層30中的錳反應(yīng)。因此，如圖11所示，在層間絕緣膜12與銅鍍 層40之間的表面邊界上，以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成MnSixOY反應(yīng)層33作為阻擋 層。由于這樣一個(gè)事實(shí)，即通過第二階段工藝，提高了銅錳籽晶層30在通 孔16的內(nèi)壁和溝槽15的內(nèi)壁上的覆蓋率，因此MnSixOY反應(yīng)層33在通孔 16的內(nèi)壁和溝槽15的內(nèi)壁上的厚度顯著地增加。結(jié)果，提高了銅鍍層40相 對(duì)于層間絕緣膜12的阻擋能力。同樣，因?yàn)樵阢~鍍層40與層間絕緣膜12 之間的表面邊界處形成厚的反應(yīng)層，所以也提高了銅鍍層40與層間絕緣膜 12之間的粘合。因此，可以抑制上述虹吸現(xiàn)象和CMP工藝中的脫落。接著，如圖12所示，利用有機(jī)酸漿溶液，對(duì)銅鍍層40進(jìn)行CMP處理， 直到達(dá)到硬掩模層14。通過上述工藝，將底層布線10、通孔16以及溝槽15 圖案化，并且完成半導(dǎo)體裝置51，其中層間絕緣膜12形成在底層布線10上， MnSixOY反應(yīng)層33作為阻擋層形成在通孔16的內(nèi)壁以及溝槽15的內(nèi)壁上， 并且銅鍍層40布置在通孔16以及溝槽15內(nèi)，并且直接連接至底層布線10。 [第二修改實(shí)施例]接著描述第二修改實(shí)施例。在第二修改實(shí)施例中，直到形成銅鍍層40 的制造工藝與利用圖9和圖10描述的內(nèi)容相似，因此這里描述從形成阻擋 層的開始的制造工藝。如圖13所示，在第二修改實(shí)施例中，通孔16的部分底部偏離底層布線 10的上表面。因此，即使通孔16的部分底部偏離底層布線10的上表面，在對(duì)底層布線10的部分表面和層間絕緣膜11的部分表面進(jìn)行蝕刻的同時(shí)，也 形成圖9所示的銅錳籽晶層30。接著，通過退火處理使銅錳籽晶層30改性， 在銅鍍層40與層間絕緣膜12之間的表面邊界上形成MnSixOy反應(yīng)層33作 為阻擋層。此外，在層間絕緣膜11與銅鍍層40之間的表面邊界上形成MnSixOy 反應(yīng)層32作為阻擋層，其中在層間絕緣膜ll內(nèi)的硅和氧與圖9所示的銅錳 籽晶層30內(nèi)的錳之間發(fā)生了反應(yīng)。因此，MnSixOy反應(yīng)層32已經(jīng)成為相應(yīng) 部分處的阻擋層。結(jié)果，即使將通孔16的部分底部置于偏離底層布線10上 表面的位置，也可以確保銅鍍層40在關(guān)于層間絕緣膜11的相應(yīng)部分的阻擋 能力。注意，從這點(diǎn)開始，CMP工藝的內(nèi)容與利用圖12描述的內(nèi)容相似，因 此這里省略其描述。根據(jù)第二修改實(shí)施例，可以制造具有高阻擋能力并且包括具有良好粘合 的擴(kuò)散阻擋膜和阻擋層的半導(dǎo)體裝置，從而改善了半導(dǎo)體裝置的生產(chǎn)率。因此，在第二修改實(shí)施例中，在將銅鍍層40布置在通孔16以及溝槽15 內(nèi)之后，執(zhí)行退火處理，并且在層間絕緣膜12與銅鍍層40之間的表面邊界 上、或在銅鍍層40與層間絕緣膜11之間的表面邊界上形成具有銅錳籽晶層 30的成分的阻擋層。以上只應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的原理的說明。此外，因?yàn)閷?duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員而言，容易構(gòu)思許多修改和變化，因此不應(yīng)將本發(fā)明限制到所示和所述的 具體結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，從而所有合適的修改和等效物可以認(rèn)為落入所附權(quán)利要求 書及其等效物中的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括下列步驟在層間絕緣膜中形成到達(dá)底層布線的通孔和布線溝槽，其中所述層間絕緣膜形成在所述底層布線上；在通過所述通孔暴露的所述底層布線上、所述通孔的內(nèi)壁上以及所述布線溝槽的內(nèi)壁上形成擴(kuò)散阻擋膜；在沉積在所述通孔的底部上的所述擴(kuò)散阻擋膜被蝕刻的同時(shí)，在所述底層布線上以及形成在所述通孔的內(nèi)壁上和所述布線溝槽的內(nèi)壁上的所述擴(kuò)散阻擋膜上形成籽晶層；以及在所述通孔內(nèi)和所述布線溝槽內(nèi)形成金屬布線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中 所述擴(kuò)散阻擋膜的材料包含鉭、鎢、鈦、鋯、釕、或這些金屬的氮化物至少其中之一。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中 所述層間絕緣膜為作為無機(jī)或有機(jī)材料的多孔低介電常數(shù)材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中 在所述底層布線的一部分與沉積在所述通孔的底部上的所述擴(kuò)散阻擋膜一起被蝕刻的同時(shí)，在所述底層布線上以及所述擴(kuò)散阻擋膜上形成所述籽晶層c
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中 在所述底層布線的一部分和形成在所述底層布線的側(cè)面上的所述層間絕緣膜的一部分與沉積在所述通孔的底部上的所述擴(kuò)散阻擋膜一起被蝕刻 的同時(shí)，在所述底層布線上、形成在所述底層布線的側(cè)面上的所述層間絕緣 膜上以及所述擴(kuò)散阻擋膜上形成所述籽晶層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中 所述籽晶層為包含銅和錳的合金，而所述金屬布線包含銅。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中 通過濺射方法執(zhí)行形成所述籽晶層的步驟，所述濺射方法包括第一濺射工藝和第二濺射工藝，并且在所述第二濺射工藝中將偏壓施加到包括所述底層布線和所述層間絕緣膜的襯底上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中 在形成所述金屬布線之后，通過執(zhí)行退火處理，在所述擴(kuò)散阻擋膜與所述金屬布線之間的表面邊界上、或者在所述金屬布線與形成在所述底層布線 的側(cè)面上的所述層間絕緣膜之間的表面邊界上，自形成包含錳的阻擋層，所 述錳為所述籽晶層的成分。
9. 一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括下列步驟在層間絕緣膜中形成到達(dá)底層布線的通孔和布線溝槽，其中所述層間絕 緣膜形成在所述底層布線上；在通過所述通孔暴露的所述底層布線上、所述通孔的內(nèi)壁上以及所述布 線溝槽的內(nèi)壁上形成第一籽晶層；在沉積在通過所述通孔暴露的所述底層布線上的所述第一籽晶層被蝕 刻的同時(shí)，在通過所述通孔暴露的所述底層布線上、所述通孔的內(nèi)壁上以及 所述布線溝槽的內(nèi)壁上形成的第一籽晶層上形成第二籽晶層；以及在所述通孔內(nèi)和所述布線溝槽內(nèi)形成金屬布線。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述層間絕緣膜為作為無機(jī)或有機(jī)材料的多孔低介電常數(shù)材料。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中在所述底層布線的一部分與沉積在所述底層布線上的所述第一籽晶層 一起被蝕刻的同時(shí)，在所述底層布線上以及所述層間絕緣膜的內(nèi)壁上形成所 述第二籽晶層。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中在所述底層布線的一部分和形成在所述底層布線的側(cè)面上的所述層間 絕緣膜的一部分與沉積在所述底層布線上的所述第一籽晶層一起被蝕刻的 同時(shí)，在所述底層布線上以及形成在所述底層布線的側(cè)面上的所述層間絕緣 膜上形成所述第二籽晶層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述第一籽晶層或所述第二籽晶層為包含銅和錳的合金，而所述金屬布 線包含銅。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中在形成所述金屬布線之后，通過執(zhí)行退火處理，在所述層間絕緣膜與所 述金屬布線之間的表面邊界上、或者在所述金屬布線與形成在所述底層布線 的側(cè)面上的所述層間絕緣膜之間的表面邊界上，自形成包含錳的阻擋層，所 述錳為所述第一籽晶層或所述第二籽晶層的成分。
15. —種半導(dǎo)體裝置，包括 底層布線；層間絕緣膜，形成在所述底層布線上； 通孔和布線溝槽，形成在所述層間絕緣膜中；擴(kuò)散阻擋層，形成在所述通孔的內(nèi)壁上和所述布線溝槽的內(nèi)壁上； 金屬布線，形成在所述通孔內(nèi)和所述布線溝槽內(nèi)，并且連接到所述底層 布線；以及阻擋層，形成在所述擴(kuò)散阻擋膜與所述金屬布線之間的表面邊界上。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中 所述層間絕緣膜為作為無機(jī)或有機(jī)材料的多孔低介電常數(shù)材料。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述阻擋層自形成在所述金屬布線與形成在所述底層布線的側(cè)面上的 所述層間絕緣膜之間的表面邊界上，其中所述通孔的部分底部偏離所述底層 布線的上表面。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中在所述金屬布線與形成在所述底層布線的側(cè)面上的所述層間絕緣膜之 間的表面邊界上形成的所述阻擋層，形成在所述底層布線的上表面下方。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中 所述阻擋層僅局部地形成在所述擴(kuò)散阻擋膜上。
全文摘要
一種制造半導(dǎo)體裝置的方法及半導(dǎo)體裝置，所述方法包括下列步驟在層間絕緣膜中形成到達(dá)底層布線的通孔和布線溝槽，其中所述層間絕緣膜形成在所述底層布線上；在通過所述通孔暴露的所述底層布線上、所述通孔的內(nèi)壁上以及所述布線溝槽的內(nèi)壁上形成擴(kuò)散阻擋膜；在沉積在所述通孔的底部上的所述擴(kuò)散阻擋膜被蝕刻的同時(shí)，在所述底層布線上以及形成在所述通孔的內(nèi)壁上和所述布線溝槽的內(nèi)壁上的所述擴(kuò)散阻擋膜上形成籽晶層；以及在所述通孔內(nèi)和所述布線溝槽內(nèi)形成金屬布線。
文檔編號(hào)H01L23/522GK101236918SQ20081000925
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者清水紀(jì)嘉, 酒井久彌 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社