專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多層互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體器件中采用越來越精細的設(shè)計，已經(jīng)觀察到金屬互連中顯著的信號延遲，并且需要其進一步改善。為了應(yīng)付這種延遲，低介電常數(shù)膜(低k膜)被用作絕緣中間層。以下是使用低k膜作為絕緣中間層的現(xiàn)有互連和通路的構(gòu)造。
圖14是示出了現(xiàn)有半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖面圖。通過使用下面的工藝來制造圖14所示的半導(dǎo)體器件200。
首先，在硅襯底(未示出)上形成SiO2膜201和阻擋介電膜203。阻擋介電膜203是例如SiC膜或者SiCN膜。在阻擋介電膜203上，以70到200nm量級的膜厚度形成多孔SiOC膜作為第一低k膜205。在第一低k膜205上，形成大約50到150nm的硬掩模SiO2膜(未示出)。然后，通過使用氟碳基氣體的光刻工藝，對硬掩模SiO2膜和作為第一低k膜205的多孔SiOC膜執(zhí)行刻蝕和灰化，從而形成互連溝槽。在該互連溝槽中，形成掩埋金屬膜211和銅互連213，然后，形成SiCN或者SiC膜作為阻擋介電膜207。在阻擋介電膜207上形成多孔SiOC膜作為第二低k膜209，并且進行類似的處理以形成通路孔215。這是如何構(gòu)造圖14所示的半導(dǎo)體器件200。然后，金屬膜被掩埋在通路孔215中以形成通路栓塞(未示出)。重復(fù)該工藝以形成多層互連。
S.Nittta等人的“Successful Dual Damascene Integration of ExtremeLow k Materials(k＜2.0)Using a Novel Gap Fill Based IntegrationScheme”(2004.12)，IEDM 2004 Proceedings，IEEE，U.S.，和美國專利No.6413852公開了如下構(gòu)造，其中首先在多孔低k膜中形成銅互連，然后在其上形成另一多孔低k膜，在低k膜中形成通路。根據(jù)這些文獻中描述的技術(shù)，多孔低k膜用作絕緣膜以降低介電常數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人研究了上述文獻中描述的技術(shù)并發(fā)現(xiàn)了就下面幾點還有改進余地。
在參考圖14描述的半導(dǎo)體器件200中，通過光刻工藝去除了硬掩模SiO2膜(未示出)和多孔SiOC膜，具體地說，氟碳基氣體用于刻蝕和灰化。采用該工藝，在第一低k膜205和第二低k膜209的暴露的區(qū)域中形成了受損層217。在形成受損層217的區(qū)域中，低k膜的Si-CH3鍵斷裂，從而增加了低k膜的介電常數(shù)。
此外，在如下堆疊部分中會發(fā)生剝離，在該堆疊部分中，在形成銅互連213的層即互連層上，形成具有通路栓塞(通路)且具有比互連層小的金屬面積的層。具體地說，在作為第二低k膜209的多孔SiOC膜和作為阻擋介電膜207的SiCN或者SiC膜之間，粘附性差。因此，在形成多層互連和組裝之后的T/C(熱循環(huán))測試期間，由于這些膜之間的熱膨脹系數(shù)的差異，這些膜會剝離，這導(dǎo)致了剝離的界面219。
為了降低在界面處的剝離，可以提出如下構(gòu)造，其中在第一低k膜205和第二低k膜209之間的界面處不提供阻擋介電膜207。圖15是示出了這樣的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖面圖。在圖15所示的沒有提供阻擋介電膜207的半導(dǎo)體器件210中，在形成通路孔期間需要刻蝕停止層，因此，在銅互連213的上部提供帽金屬膜221。
但是，在形成通路期間，較細的互連和較小的通路直徑會引起不對準，同時對于較大的晶片直徑，會在部分區(qū)域中引起互連和通路之間的不對準。在圖15所示的半導(dǎo)體器件210中，層疊多孔SiOC膜作為第一低k膜205和第二低k膜209，從而構(gòu)成互連層，并且由于在第二低k膜209中形成通路孔期間發(fā)生不對準而形成了無底(unlanded)通路226。在該構(gòu)造中，由于作為處理對象的低k膜是多孔材料，所以刻蝕速度較快，并且一旦通路孔發(fā)生不對準，則該通路會“突然下降”到互連之下并且被不合適地提供，在其中將形成無底通路226。具體地說，一旦發(fā)生不對準，則刻蝕在深度方向上快速地進行到第一低k膜205的區(qū)域那樣深，而當沒有發(fā)生不對準時，通路孔停止在銅互連213的上部。存在如下?lián)脑趯⒆钃踅饘倌せ蛘咩~膜掩埋到通路孔中的掩埋工藝期間會有掩埋失敗。
在現(xiàn)有技術(shù)中描述的美國專利No.6413852中，通過雙大馬士革工藝來制造互連結(jié)構(gòu)；但是，存在的問題是通過雙大馬士革工藝具有銅的互連或連接栓塞的構(gòu)造降低了半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量，導(dǎo)致了不穩(wěn)定制作。在實現(xiàn)半導(dǎo)體器件的長期穩(wěn)定使用和獲得半導(dǎo)體器件中的元件的更大可靠性上還有進一步改進余地。
下面的構(gòu)造示出了將美國專利No.6413852中描述的技術(shù)應(yīng)用于單大馬士革工藝的情況。圖16A和16B是示出了半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖面圖，其中將美國專利No.6413852中描述的技術(shù)應(yīng)用于單大馬士革工藝。
如圖16A所示，在硅襯底(未示出)上形成SiO2膜201和阻擋介電膜203。在阻擋介電膜203上，形成第一低k膜205和硬掩模SiO2(未示出)。接著，通過光刻工藝，對硬掩模SiO2膜和第一低k膜205執(zhí)行使用氟碳基氣體的刻蝕并執(zhí)行灰化，以便形成互連溝槽。在該互連溝槽中，形成阻擋金屬膜211和銅互連213，并且在銅互連213上，選擇性地形成Cu硅化物層作為帽金屬膜221(如圖16A所示)。
然后，如圖16B所示，以此順序去除第一低k膜205和阻擋介電膜203，并且暴露出銅互連213。
然而，對于該構(gòu)造，在通過刻蝕去除作為銅互連213的停止層的阻擋介電膜203的步驟中，由于難以控制刻蝕條件，所以互連會剝離。其一部分原因是，刻蝕劑流入到銅互連213和下層(SiO2膜201)之間的界面，并且推起銅互連213，如圖16B所示。
如上所述，低介電常數(shù)膜(低k膜)已經(jīng)被逐漸用作絕緣中間層，但是，在單大馬士革工藝中，絕緣中間層的進一步低k會引起低k膜的處理期間對低k膜的損傷，因而擔(dān)心實際中會難以降低介電常數(shù)。低k膜的采用降低了絕緣中間層的機械強度，尤其是在其中的具有很小數(shù)據(jù)比的通路的層間膜界面處，并且因而顯著觀察到剝離的發(fā)生。還擔(dān)心更細的互連結(jié)構(gòu)引起互連和通路之間的不對準，以及在互連和低k膜之間產(chǎn)生間隙。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，包括由含銅金屬制成的第一互連；第一帽金屬膜，其與第一互連的上部上接觸并且覆蓋第一互連的上部；導(dǎo)電通路，其位于第一帽金屬膜的上部并且連接到第一互連；絕緣膜，其位于從第一互連的側(cè)壁到通路的側(cè)壁并且形成為覆蓋第一互連的側(cè)壁、第一互連的上部和通路的側(cè)壁；以及加固絕緣膜，其設(shè)置在絕緣膜下并且與第一互連的側(cè)壁的下部接觸，且具有比絕緣膜大的膜密度。
在該構(gòu)造中，在作為下層的形成有第一互連的層和作為上層的形成有通路的層之間的邊界處，數(shù)據(jù)比顯著且不連續(xù)地變化。在前述邊界區(qū)域中提供由不同材料制成的膜會在其間的界面處引起膜的剝離。相反，根據(jù)本發(fā)明，第一互連的上部具有第一帽金屬膜，并且從第一互連的側(cè)壁到通路的側(cè)壁以如下方式提供絕緣膜，使得絕緣膜覆蓋第一互連的側(cè)壁、第一互連的上部以及通路的側(cè)壁。利用這樣的構(gòu)造，即在形成有第一互連的層和形成有通路的層之間的邊界處不提供由不同材料制成的膜，因而能夠抑制在形成有第一互連的層和形成有通路的層之間的邊界處的絕緣膜的剝離。由于沒有由不同材料制成的膜，所以絕緣膜的介電常數(shù)有效地降低。
在本申請中使用的術(shù)語“數(shù)據(jù)比”是指面積的比，其表示金屬膜在絕緣層中的占據(jù)比。通常，形成有互連的層具有較高的數(shù)據(jù)比，而形成有通路的層具有比較低的數(shù)據(jù)比。這些層之間的數(shù)據(jù)比彼此顯著不同。
第一帽金屬膜位于第一互連的上部，從而能夠以穩(wěn)定的方式形成通路，即使各膜如上所述那樣不是由不同的金屬制成。此外，形成絕緣膜，使其覆蓋第一互連的側(cè)壁、第一互連的上部以及通路的側(cè)壁。在制造工藝期間，即使當位于第一帽金屬膜上的通路處發(fā)生不對準，該構(gòu)造也能夠防止通路的掩埋失敗，并且能夠抑制產(chǎn)量降低。
此外，利用該構(gòu)造，即在第一互連的側(cè)壁的下部提供具有比絕緣膜的膜密度高的膜密度的加固絕緣膜，第一絕緣膜能夠被加固從而保護底表面，并且同時第一互連支撐在加固絕緣膜中，并且在制造工藝期間能夠減少第一互連在其底表面的剝離。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，該構(gòu)造使得能夠有效地減小絕緣膜的介電常數(shù)并且實現(xiàn)穩(wěn)定的制作。
在本發(fā)明中，該構(gòu)造可以是這樣的，即從第一互連的側(cè)壁到通路的側(cè)壁連續(xù)且一體地形成絕緣膜。在本發(fā)明中使用的術(shù)語“連續(xù)且一體地”是指作為連續(xù)部件的一體形成。還優(yōu)選地，其由單一材料制成并且不具有連接部。當層疊多個膜以構(gòu)成絕緣膜時，擔(dān)心由于在其間存在界面，會在各膜之間的界面處發(fā)生剝離；但是，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造不具有界面，從而能夠進一步改善熱循環(huán)特性并且能夠更有效地降低絕緣膜的介電常數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以此順序形成第一加固絕緣膜和第一犧牲層間膜；形成從第一犧牲層間膜到第一加固絕緣膜的第一溝槽，然后在第一溝槽中，形成由含銅金屬制成的第一互連，并且形成覆蓋第一互連的上部的第一帽金屬膜；以此順序在第一帽金屬膜的上部上形成犧牲阻擋介電膜和第二犧牲層間膜；順序地選擇性地去除第二犧牲層間膜和犧牲阻擋介電膜從而形成一孔，在該孔的底部暴露出第一帽金屬膜，通過在該孔中形成導(dǎo)電膜來形成連接到第一互連的導(dǎo)電通路，并且在該通路的上部形成覆蓋該通路的第二帽金屬膜；在形成第二帽金屬膜之后，通過順序地選擇性地去除第二犧牲層間膜、犧牲阻擋介電膜以及第一犧牲層間膜來暴露出第一互連和通路；以及從第一互連的側(cè)壁到通路的側(cè)壁，形成覆蓋第一互連的側(cè)壁、第一互連的上部以及連接到第一互連的通路的側(cè)壁的絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明，去除第一犧牲層間膜、犧牲阻擋介電膜以及第二犧牲層間膜，以暴露第一互連和通路，然后從第一絕緣膜的側(cè)壁到通路的側(cè)壁形成絕緣膜。該構(gòu)造消除了形成絕緣膜之后選擇性地去除絕緣膜以便形成溝槽或孔的工藝，這降低了由該工藝引起的絕緣膜的惡化。對由第一加固絕緣膜支撐的第一互連執(zhí)行去除該犧牲膜的工藝，這降低了在犧牲膜的去除工藝期間第一互連的剝離。
該制造工藝還包括如下步驟在第一互連的上部上形成第一帽金屬，在第一帽金屬的上部上形成犧牲阻擋介電膜。利用該構(gòu)造，甚至當在第一互連的上部上形成通路孔期間在下面的第一互連和通路孔之間發(fā)生不對準時，也能控制通路孔不向第一互連側(cè)形成得過深。這還控制了在后續(xù)工藝中通路的掩埋失敗，因而控制了與之有關(guān)的產(chǎn)量的降低。
本發(fā)明能夠以穩(wěn)定的方式有效地降低絕緣膜的介電常數(shù)，并且可以在制造工藝中增加產(chǎn)量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可以實現(xiàn)半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)中的絕緣層的低介電常數(shù)，并且還可以實現(xiàn)穩(wěn)定的制作。
從下面結(jié)合附圖的描述中，本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點和特征將更加清楚，其中圖1A和1B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖2A和2B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖3A和3B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖4A和4B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖5A和5B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖6A和6B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖7A和7B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖8A和8B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖9A和9B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的制造工藝；圖10A和10B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造；圖11A和11B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造；圖12A和12B是剖面圖，示出了根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造；圖13是示出了例子中的多孔SiOC膜的FTIR光譜的圖；圖14是示出了半導(dǎo)體器件的現(xiàn)有制造工藝的剖面圖；圖15是示出了現(xiàn)有半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的視圖；以及圖16A和16B是示出了半導(dǎo)體器件的制造工藝的剖面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，參照示例性實施例在此對本發(fā)明進行描述。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，使用本發(fā)明的講解，可以實現(xiàn)多種可選的實施例，并且本發(fā)明并不受這些出于說明的目的而描述的實施例的限制。
將參考附圖描述本發(fā)明的一些實施例，用于通過單大馬士革工藝制作在低介電常數(shù)膜中具有由含銅金屬制成的多層互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。在所有附圖中，用相同的符號來表示共同的元件，并且適當?shù)卦谙旅娴拿枋鲋胁辉偬岢龉餐拿枋觥?br>
(第一實施例)圖10A和10B是剖面圖，示出了根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖10B中所示的半導(dǎo)體器件110示出了在如下情況下的圖10A中所示的半導(dǎo)體器件100的結(jié)構(gòu)，即在互連和通路之間的連接處發(fā)生了不對準。
圖10A中所示的半導(dǎo)體器件100具有如下結(jié)構(gòu)，其中在硅襯底上形成有絕緣中間層，并且包含銅互連和通路的多層互連結(jié)構(gòu)位于絕緣中間層中。所示的結(jié)構(gòu)示出了多層互連結(jié)構(gòu)的一部分，其中下層互連具有單大馬士革結(jié)構(gòu)，其下互連通過導(dǎo)電通路(栓塞)連接到上互連。
半導(dǎo)體器件100具有如下互連結(jié)構(gòu)，其包括由含銅金屬制成的第一互連(第一互連108)；第一帽金屬膜(Cu硅化物層111)，其位于第一互連108的上部上從而與其接觸，用于覆蓋第一互連108的上部；導(dǎo)電通路(第一栓塞114)，其位于連接到第一互連108的Cu硅化物層111的上部上；絕緣膜(第一多孔MSQ膜105)，其位于從第一互連108的側(cè)壁到第一栓塞114的側(cè)壁，從而形成為覆蓋第一互連108的側(cè)壁、第一互連108的上部和第一栓塞114的側(cè)壁；以及具有比第一多孔MSQ膜105大的膜密度的加固絕緣膜(第一SiCN膜103)，其位于第一多孔MSQ膜105之下從而與第一互連108的側(cè)壁的下部接觸。
互連結(jié)構(gòu)位于第一栓塞114的上部從而與第一栓塞114接觸并且具有覆蓋第一栓塞114的上部的第二帽金屬膜(Cu硅化物層117)。
第一多孔MSQ膜105連續(xù)地且一體地位于從第一互連108到第一栓塞114的側(cè)表面之上。第一多孔MSQ膜105是掩埋在第一互連108之間和第一栓塞114之間的實心膜。
第一多孔MSQ膜105由低介電常數(shù)材料制成，并且其上部的密度比其下部的密度高。而且，第一多孔MSQ膜105上部的機械強度比其下部的機械強度大。此外，第一多孔MSQ膜105由包含碳作為組成元素的低介電常數(shù)材料制成。第一多孔MSQ膜105在下部比其上部包含更多的碳。
通過用電子束或者紫外光照射來形成第一多孔MSQ膜105。
關(guān)于低介電常數(shù)材料的紅外吸收光譜，在第一多孔MSQ膜105的上部，具有在1150cm-1附近的峰的紅外吸收帶的峰值強度I1比在其下部小。吸收帶反映了籠型(cage-type)Si-O結(jié)構(gòu)。在此，1150cm-1附近是指例如1100cm-1到1200cm-1。
此外，關(guān)于低介電常數(shù)材料的紅外吸收光譜，在第一多孔MSQ膜105的上部，具有在1050cm-1附近的峰的紅外吸收帶的峰值強度I2比在其下部大。吸收帶反映了梯型(ladder-type)Si-O結(jié)構(gòu)。在此，1050cm-1附近是指例如1000cm-1到1100cm-1。
此外，關(guān)于低介電常數(shù)材料的紅外吸收光譜，在第一多孔MSQ膜105的上部，具有在3000cm-1附近的峰的紅外吸收帶的峰值強度I3比在其下部小。該吸收帶源于CH鍵。峰值強度I3越大，膜中的碳濃度越高。在此，3000cm-1附近是指例如2950cm-1到3050cm-1。
在本申請中使用的術(shù)語“峰值強度”是指在紅外吸收光譜中的紅外吸收帶中，也就是說，在吸收曲線和基線所包圍的區(qū)域中，從峰位置處的吸光度減去在該峰位置處的波數(shù)的基線吸光度得到的值。根據(jù)下面所示的范圍內(nèi)的值，通常能夠給出每個紅外吸收帶中的基線。
I1＝1100到1200cm-1I2＝1000到1100cm-1I3＝3050到2800cm-1在半導(dǎo)體器件100上層疊多個這樣的互連結(jié)構(gòu)。在一個互連結(jié)構(gòu)中的第一栓塞114連接到位于該互連結(jié)構(gòu)上的其它互連結(jié)構(gòu)的第一互連(第二互連124)。
半導(dǎo)體器件100具有位于第一栓塞114的上部的第二互連(第二互連124)，其與第一栓塞114連接，并且由含銅金屬制成；以及第二加固絕緣膜(第二SiCN膜119)，其位于第一多孔MSQ膜105的上部，從而與第二互連124的側(cè)壁的下部接觸并且具有比第一多孔MSQ膜105大的膜密度。第二多孔MSQ膜121位于第二SiCN膜119的上部上，并且第二SiCN膜119具有比第二多孔MSQ膜121大的膜密度。
下面更詳細地示出了半導(dǎo)體器件100的結(jié)構(gòu)。
半導(dǎo)體器件100具有如下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有以此順序?qū)盈B在硅襯底(未示出)上的多層膜101、第一SiCN膜103、第一多孔MSQ膜105、第二SiCN膜119以及第二多孔MSQ膜121。多層膜101是具有彼此層疊的絕緣中間層和互連層的膜。
第一多孔MSQ膜105是連續(xù)的一體膜，其中掩埋了第一互連108的不接近其底表面的區(qū)域和第一栓塞114。第二多孔MSQ膜121是連續(xù)的一體膜，其中掩埋了第二互連124的不接近其底表面的區(qū)域和第二栓塞130。
第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121是由低介電常數(shù)材料制成的絕緣中間層。用紫外光或者電子束從上表面?zhèn)日丈涞谝欢嗫譓SQ膜105和第二多孔MSQ膜121。紫外光的波長可以在例如不小于100nm且不大于400nm的范圍中。
第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121在上部具有比在下部更大的膜密度和更強的機械特性，其中下部是硅襯底一側(cè)。第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121可以被構(gòu)造為上部的機械強度是下部的機械強度的兩倍或者更大。利用該結(jié)構(gòu)，形成有第一栓塞114且具有低數(shù)據(jù)比的層的上部能夠被進一步加強，并由此實現(xiàn)更穩(wěn)定的制作。
此外，在第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的上部而不是下部中，在多孔MSQ中可以具有減少數(shù)量的C-H鍵，或者在多孔MSQ中可以具有增加數(shù)量的梯型Si-O鍵，或者在多孔MSQ中可以具有降低數(shù)量的籠型Si-O鍵，或者甚至可以同時組合多個上述條件。能夠通過例如測量紅外吸收的量來檢測鍵的量的變化。
在需要進一步的機械強度的情況中，可以控制后續(xù)處理條件，從而容易地降低上層的碳濃度。通過諸如SIMS(二次離子質(zhì)譜)和XPS(X射線光電子譜)的測量方法能夠容易地觀察到碳濃度的降低。
在第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121中，膜的組分和如下特性在膜的上部和下部之間可以不同，諸如膜密度、機械強度、多孔MSQ中的C-H鍵的量、多孔MSQ中的梯型Si-O鍵的量以及多孔MSQ中的籠型Si-O鍵的量。例如，膜的組分和特性可以隨著遠離第一SiCN膜103而逐漸變化。
在數(shù)據(jù)比不連續(xù)變化的半導(dǎo)體器件100的不連續(xù)表面處，不構(gòu)成給出第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的組分和特性的不連續(xù)變化的不連續(xù)表面。尤其當?shù)蛿?shù)據(jù)比區(qū)域位于高數(shù)據(jù)比區(qū)域上時，在低數(shù)據(jù)比區(qū)域的底表面所在高度處不存在多孔MSQ膜的組分或者特性不連續(xù)的表面。具體地說，分別地，第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的組分和特性不連續(xù)的表面既不存在于與第一互連108和第一栓塞114的邊界表面相同的高度處，也不存在于與第二互連124和第二栓塞130的邊界表面相同的高度處。
此外，在至少從與第一互連108的底表面相同的高度到與互連114的底表面相同的高度的范圍內(nèi)、以及從與第二互連124的底表面相同的高度到與第二栓塞130的底表面相同的高度的范圍內(nèi)，分別不存在第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的組分或者特性不連續(xù)的表面，其中所述范圍包括兩端。
此外，第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的組分或者特性不連續(xù)的表面會位于如下區(qū)域中，該區(qū)域分別在高于第一栓塞114的底表面和等于或者低于第一栓塞114的頂表面的高度之內(nèi)，以及高于第二栓塞130的底表面和等于或者低于第二栓塞130的頂表面的高度之內(nèi)。更優(yōu)選的是，第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121構(gòu)造為在整個膜上都不具有組分或者特性不連續(xù)的表面，由此實現(xiàn)了第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的更大的熱循環(huán)特性。
第一SiCN膜103和第二SiCN膜119分別與第一互連108和第二互連124的下側(cè)表面接觸，并作為支撐第一互連108和第二互連124的膜。第二SiCN膜119起到位于第二多孔MSQ膜121和第一多孔MSQ膜105之間的加固膜的作用，并且在二者之間的邊界中的互連結(jié)構(gòu)之間進行加強，在該處，金屬膜的數(shù)據(jù)比急劇增加。
第一互連108、Cu硅化物層111、第一栓塞114以及Cu硅化物層117以此順序掩埋在第一多孔MSQ膜105中并且以此順序彼此連接。連接到Cu硅化物層117的第二互連124、Cu硅化物層127、第二栓塞130以及Cu硅化物層133以此順序掩埋在第二多孔MSQ膜121中并且以此順序連接。第一栓塞114和第二栓塞130是連接到各互連的導(dǎo)電栓塞。
第一互連108位于從第一多孔MSQ膜105到第一SiCN膜103，并且具有第一Cu互連109和覆蓋第一Cu互連109的側(cè)表面和底表面的阻擋金屬膜107，第一Cu互連109的頂表面被Cu硅化物層111覆蓋。第一互連108在下側(cè)被第一SiCN膜103支撐并且被固定在多層膜101上。
在Cu硅化物層111上，提供第一栓塞114，其電連接到第一互連108。第一栓塞114具有第一Cu通路115和覆蓋第一Cu通路115的側(cè)面和底表面的阻擋金屬膜113，并且第一Cu通路115的頂表面被Cu硅化物層117覆蓋。
第二互連124位于從第二多孔MSQ膜121到第二SiCN膜119，并且具有第二Cu互連125和覆蓋第二Cu互連125的側(cè)面和底表面的阻擋金屬膜123，第二Cu互連125的頂表面被Cu硅化物層127覆蓋。第二互連124在下側(cè)被第二SiCN膜119支撐并且被固定在第一多孔MSQ膜105上。
在硅化物層127上，提供第二栓塞130，其電連接到第二互連124。第二栓塞130具有第二Cu通路131和覆蓋第二Cu通路131的側(cè)面和底表面的阻擋金屬膜129，并且第二Cu通路131的頂表面被Cu硅化物層133覆蓋。
除了第一栓塞114被代替之外，圖10A和10B共享半導(dǎo)體器件110的基本構(gòu)造，圖10B示出了具有阻擋金屬膜112和第一Cu通路116的第一栓塞118，并且第一栓塞118具有不對準部137，此外，圖10B示出了具有阻擋金屬膜128和第二Cu通路132的第二栓塞134，其代替第二栓塞130，并且第二栓塞134具有不對準部139。
下文中將描述圖10A所示的制造半導(dǎo)體器件100的方法。圖1A到9A是制造半導(dǎo)體器件100的工藝的剖面圖。
根據(jù)本實施例，制造方法包括以此順序形成第一加固絕緣膜(第一SiCN膜103)和第一犧牲層間膜(第一SiO2膜141)；從第一SiO2膜141到第一SiCN膜103形成第一溝槽，然后在第一溝槽中，形成由含銅金屬制成的第一互連(第一互連108)，并且形成覆蓋第一互連108的上部的第一帽金屬膜(Cu硅化物層111)；以此順序在Cu硅化物層111的上部上形成犧牲阻擋介電膜(犧牲SiCN膜143)和第二犧牲層間膜(第二犧牲SiO2膜145)；順序地選擇性地去除第二犧牲SiO2膜145和犧牲SiCN膜143從而形成具有一孔，在該孔的底部暴露出Cu硅化物層111，在該孔中形成導(dǎo)電膜從而形成連接到第一互連108的導(dǎo)電通路(第一栓塞114)，并且在第一栓塞114上形成覆蓋第一栓塞114的第二帽金屬膜(Cu硅化物層117)；在形成Cu硅化物層117的工藝之后，通過順序地去除第二犧牲SiO2膜145、犧牲SiCN膜143以及第一SiO2膜141來暴露出第一互連108和第一栓塞114；以及從第一互連108的側(cè)壁到第一栓塞114的側(cè)壁，形成覆蓋第一互連108的側(cè)壁、第一互連108的上部以及第一栓塞114的側(cè)壁的絕緣膜(第一多孔MSQ膜105)。
重復(fù)上述工藝以形成多層互連結(jié)構(gòu)。
在形成由低介電常數(shù)材料制成的第一多孔MSQ膜105的工藝之后，執(zhí)行致密化工藝以使第一多孔MSQ膜105的上部比其下部更致密。使第一多孔MSQ膜105的上部比其下部更致密的致密化工藝包括將電子束或者紫外光照射到第一多孔MSQ膜105上。
在形成第一多孔MSQ膜105之后，后續(xù)工藝包括以此順序在第一多孔MSQ膜105的上部上形成第二加固絕緣膜(第二SiCN膜119)和第三犧牲層間膜(SiO2膜；未示出)；以及形成從第三犧牲層間膜到第二SiCN膜119的第二溝槽，形成由含銅金屬制成的第二互連(第二互連124)并且形成覆蓋第二互連124的上部的第三帽金屬膜(Cu硅化物層127)。
在本實施例中的制造方法還包括如下工藝在形成第一多孔MSQ膜105之后，通過機械化學(xué)拋光來對第一多孔MSQ膜105進行平坦化；以及然后在第一栓塞114上的Cu硅化物層117處停止拋光工藝。
下文中將更詳細地描述用于制造半導(dǎo)體器件100的方法。
首先，如圖1A所示，形成大約20nm到50nm的第一SiCN膜103作為第一加固絕緣膜，然后形成大約70nm到200nm層厚的第一SiO2膜141作為第一犧牲層間膜。使用光刻技術(shù)處理第一SiCN膜103和第一SiO2膜141以形成互連溝槽。
接著，形成大約10nm到30nm的含Ta金屬膜作為阻擋金屬膜107，然后通過濺射形成大約50nm到150nm的Cu籽晶膜(未示出)。此外，通過鍍的方法來形成大約200nm到600nm的Cu鍍膜，從而掩埋互連溝槽以通過CMP(化學(xué)機械拋光)在互連溝槽中形成掩埋的第一互連108。
然后，第一Cu互連109的上部被硅化，具體地說，對第一Cu互連109的上部進行SiH4工藝，以選擇性地形成大約2nm到15nm的銅硅化物層111，其起到帽金屬的作用。在Cu硅化物層111上形成大約20nm到50nm的犧牲SiCN膜143，并且在犧牲SiCN膜143上形成大約70nm到200nm的第二犧牲SiO2膜145。
通過使用光刻技術(shù)形成穿透第二犧牲SiO2膜145和犧牲SiCN膜143的通路孔147，并且在第二犧牲SiO2膜145的整個上表面上形成大約10nm到30nm的含Ta金屬膜作為阻擋金屬膜113(圖1A)。通過濺射形成大約50nm到150nm的Cu籽晶膜(未示出)。通過鍍的方法自Cu籽晶膜開始生長大約100nm到300nm的Cu鍍膜，并掩埋在通路孔147中。
通過CMP去除位于通路孔147的外部的Cu鍍膜，以產(chǎn)生第一Cu通路115，由此形成掩埋在通路孔147中的第一栓塞114。第一Cu通路115的上表面被硅化，具體地是執(zhí)行SiH4處理。這在第一Cu通路115的上部上選擇性地形成了大約2nm到15nm的Cu硅化物層117，其起帽金屬的作用(見圖2A)。
Cu硅化物層117用作刻蝕掩模，并用濕法刻蝕去除第二犧牲SiO2膜145(見圖3A)。例如使用緩沖HF(氟酸)作為刻蝕劑。然后，通過干法刻蝕去除犧牲SiCN膜143(見圖4A)。通過使用緩沖的HF的濕法刻蝕來去除第一SiO2膜141(見圖5A)，由此暴露出第一栓塞114和第一互連108的側(cè)面和上表面。
以此方式，去除作為犧牲膜提供的絕緣膜，然后涂布大約70nm到200nm的第一多孔MSQ膜105，從而覆蓋硅襯底的整個上表面，并且填充第一互連108之間的間隙，然后烘焙以獲得與第一栓塞114和第一互連108相接觸的絕緣膜(見圖6A)。此后，執(zhí)行EB處理，其中將EB(電子束)照射到第一多孔MSQ膜105的上表面上，以便增加膜105的強度(圖7A)。然后，在第一多孔MSQ膜105的CMP工藝中使用Cu硅化物層117作為CMP掩模，由此對第一多孔MSQ膜105的表面進行平坦化(圖8A)。
從第二SiCN膜119的形成工藝(圖9A)起重復(fù)上述工序，以在犧牲膜中形成阻擋金屬膜123、第二Cu互連125、Cu硅化物層127、阻擋金屬膜129、第二Cu通路131、以及Cu硅化物層133。接著，去除犧牲膜，并且用第二多孔MSQ膜121填充去除了犧牲膜的區(qū)域，以增加強度。這樣，在硅襯底(未示出)上形成了圖10A所示的多層互連結(jié)構(gòu)，從而獲得了半導(dǎo)體器件100。
根據(jù)圖1B到9B所示的工序來制造圖10B所示的半導(dǎo)體器件110。圖1B到9B的每個工藝對應(yīng)于圖1A到9A的每個工藝。半導(dǎo)體器件110的基本制造工藝與半導(dǎo)體器件100的基本制造工藝相似，除了如圖1B所示，在第一Cu互連109的上部上形成通路孔期間發(fā)生不對準，以及代替第一Cu通路115，將第一Cu通路116掩埋在具有不對準部137的通路孔148中。半導(dǎo)體器件110和100之間的基本制造工藝的其它不同在于代替第二Cu通路131，在第二Cu互連125的上部上形成具有不對準部139的第二Cu通路132。
下文中將描述本實施例的效果。
在本實施例中，從第一互連108的側(cè)表面到第一栓塞114的側(cè)表面連續(xù)地且一體地形成第一多孔MSQ膜105。形成第一互連108和第一栓塞114，然后形成第一多孔MSQ膜105。第二多孔MSQ膜121具有與第一多孔MSQ膜105相似的構(gòu)造。帽金屬位于互連和栓塞的上部。此外，第一互連108和第二互連124的每個側(cè)表面的下部分別由第一SiCN膜103和第二SiCN膜119支撐。該構(gòu)造給出了下面的效果。
首先，在形成第一互連108和第一栓塞114之后掩埋第一多孔MSQ膜105。該順序消除了在形成工藝之后精細化第一多孔MSQ膜105的工藝，因而既不需要刻蝕也不需要灰化第一多孔MSQ膜105。消除該工藝能夠降低對第一互連108和第一栓塞114之間的界面附近的損害。這防止了參考圖14在上面描述的損害層的形成，并且確保了制造穩(wěn)定性。
在形成第一互連108之后，在第一Cu互連109上形成Cu硅化物層111和通路孔147，層疊將在后面的工藝被去除的第一SiO2膜141和犧牲SiCN膜143(圖1A和1B)。如圖1B和10B所示，即使當在形成通路孔148期間發(fā)生不對準，也能控制刻蝕使得在不對準部137處不對準不會在深度方向上前進，由此抑制了構(gòu)成第一栓塞114的掩埋金屬膜113和第一Cu通路115的有缺陷的掩埋特性。在與參考圖15在上面提到的構(gòu)造相比較存在不對準的情況下，該構(gòu)造能夠確保更大的制造穩(wěn)定性。在形成通路孔147和通路孔148期間，對起到刻蝕停止層作用的犧牲SiCN膜143和第一SiO2膜141進行處理，而不對第一多孔MSQ膜105中的所謂的無底通路進行處理，由此能夠以穩(wěn)定的方式在第一多孔MSQ膜105中制造第一栓塞118，即使當由于發(fā)生不對準而存在無底通路。
在本實施例中，第一SiCN膜103和第二SiCN膜119分別形成在第一互連108和第二互連124的下部的側(cè)壁上，從而支撐各互連的下部，并且加固和保護各互連的下部的界面。對于該構(gòu)造，能夠使互連在用于去除第一SiO2膜141的刻蝕工藝期間不剝離。與參考圖16B在上面提到的情況相比，這確保了更穩(wěn)定的制作。在互連的下部的側(cè)壁處形成的SiCN膜固定了互連，并且加固了多孔MSQ膜的底側(cè)以使其機械強度更高，即使在使用具有相對低密度和低機械強度的多孔MSQ膜作為絕緣中間層時。這還能夠解決在組裝期間的鍵合工藝。
在本實施例中，在制造工藝期間去除了位于互連層和栓塞層之間的犧牲SiCN膜143，并且第一多孔MSQ膜105是連續(xù)且一體的膜。該構(gòu)造在如下范圍內(nèi)不具有由不同材料制成的膜的層疊結(jié)構(gòu)，所述范圍是從第一互連108的底表面所在的高度到第一栓塞114的底表面所在的高度。在第一栓塞114連接到第一互連108之上的構(gòu)造中，由于形成有第一栓塞114的層的數(shù)據(jù)比顯著地小于形成有第一互連108的層的數(shù)據(jù)比，所以在它們的邊界線區(qū)域中數(shù)據(jù)比極大地且不連續(xù)地變化。如參考圖14在上面提到的現(xiàn)有構(gòu)造中，在數(shù)據(jù)比極大地變化的邊界線區(qū)域處，在相對致密的阻擋介電膜207和第二低k膜209之間存在界面。在數(shù)據(jù)比的不連續(xù)表面和膜結(jié)構(gòu)的不連續(xù)表面處于相同的高度的該構(gòu)造中，在T/C循環(huán)中，剝離經(jīng)常發(fā)生在具有低數(shù)據(jù)比的栓塞形成層的絕緣中間層，也就是第二低k膜209和阻擋介電膜207之間的界面處。
相反，在本實施例中，分別地，在第一栓塞114和第二栓塞130的底表面的高度處，第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121與其它膜之間不存在界面。第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121是這樣的膜，其中組分和特性沿著垂直于膜的方向逐漸變化，并且分別在第一栓塞114和第二栓塞130的底表面所在高度處不存在組分或者特性不連續(xù)的表面。因此，不會發(fā)生由于堆疊的層膜中熱膨脹系數(shù)之間的差異引起剝離，并且能夠得到更大的熱循環(huán)特性。此外，使該構(gòu)造具有擁有不同介電常數(shù)的無界面膜，從而能夠更有效地降低絕緣中間層的介電常數(shù)。
在從第一互連108的底表面所在的高度到栓塞114的底表面所在的高度的范圍內(nèi)不存在組分和特性不連續(xù)表面，從而注定能夠抑制第一多孔MSQ膜105中的低密度區(qū)域的剝離或者惡化。在第一栓塞114的底表面之上的高度，第一多孔MSQ膜105比其下部更致密，從而會存在組分和特性不連續(xù)的表面，但是，優(yōu)選地，第一多孔MSQ膜105的組分和特性逐漸地變化，并且不存在不連續(xù)表面。這可以進一步提高互連結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定制作。
此外，在本實施例中，第一多孔MSQ膜105在第一多孔MSQ膜105的上表面附近，也就是形成有第二互連124的層的界面附近，非常致密，并且實現(xiàn)了更大的機械強度。第二SiCN膜119位于第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121之間，并且第二SiCN膜119起到第二互連124的支撐膜的作用。
因而，在垂直于半導(dǎo)體襯底(未示出)的方向上，具有較大數(shù)據(jù)比的金屬膜的區(qū)域具有低密度的第二多孔MSQ膜121，從而充分降低相對介電常數(shù)，并因而降低互連兩端的電容。因此，在形成有第一栓塞114的區(qū)域的邊界表面，提供第二SiCN膜119作為第二多孔MSQ膜121的下層，從而第二SiCN膜119加固了第二多孔MSQ膜121，以便確保由于形成有多孔MSQ膜而引起強度迅速下降的區(qū)域中的足夠的強度。借此，連續(xù)且一體地提供第二多孔MSQ膜121和第一多孔MSQ膜105的每一個，從而在互連結(jié)構(gòu)中獲得比用單一膜覆蓋第一栓塞114和第二互連124之間的界面的附近的情況中更大的強度。
如上所述，在本實施例中，去除了第一互連108和第一栓塞114之間的刻蝕停止層以及第二互連124和第二栓塞130之間的刻蝕停止層，并且第一多孔MSQ膜105膜和第二多孔MSQ膜121連續(xù)地形成，從而實現(xiàn)各膜的較低密度和較低介電常數(shù)。此外，在本實施例中，數(shù)據(jù)比迅速增加的第一互連114和第二互連124之間的區(qū)域被致密化，并且還提供第一SiCN膜103和第二SiCN膜119，以加固第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121，因此實現(xiàn)了較低的介電常數(shù)和更穩(wěn)定的制作。
此外，在本實施例中，通過單大馬士革工藝形成互連和栓塞，并且互連和栓塞的上部具有硅化物層作為帽金屬膜，從而降低了構(gòu)成互連和栓塞的銅或者含銅金屬的遷移率。與上面在背景技術(shù)中描述的雙大馬士革工藝、或者在美國專利No.6413852、以及S.Nitta等人的“Successful Dual Damascene Integration of Extreme Low k Materials(k＜2.0)Using a Novel Gap Fill Based Integration Scheme”(2004.12)，IEDM 2004 Proceedings，IEEE，U.S.相比較，單大馬士革工藝能夠增加產(chǎn)量并實現(xiàn)更穩(wěn)定的制作。
此外，在本發(fā)明中，起金屬帽作用的Cu硅化物層117和Cu硅化物層133分別位于第一栓塞114和第二栓塞130的上部上。這能夠抑制銅互連和連接到銅互連的上部的通路栓塞之間的界面附近的所謂的應(yīng)力引發(fā)空洞(SIV)。這還抑制了接觸不良或者互連電阻的增加，從而改善了半導(dǎo)體器件的可靠性。
本實施例描述了第一多孔MSQ膜用作低介電常數(shù)絕緣膜的情況，但是，本實施例或者下面的實施例可以使用聚有機硅氧烷(polyorganosiloxane)膜、含氫硅氧烷(siloxane hydride)膜、或者它們的多孔膜作為絕緣膜。這些膜的制造方法不受限制，可以使用化學(xué)氣相淀積方法或者涂覆法(application method)。
聚有機硅氧烷包括例如甲基聚硅氧烷(methylpolysiloxane)，諸如MSQ(甲基倍半硅氧烷)；甲基含氫聚硅氧烷(methyl hydrogen polysiloxane)，諸如MHSQ(甲基含氫倍半硅氧烷)；OSG(有機硅化物玻璃)；以及CDO(摻碳氧化物)。
可以替換地，含氫硅氧烷包括例如HSQ(含氫倍半硅氧烷)；以及梯型氧化物(ladder-oxide)，諸如梯型含氫倍半硅氧烷。梯型含氫倍半硅氧烷是具有梯型分子結(jié)構(gòu)的聚合物，就防止互連延遲的目的而言，其優(yōu)選地具有不大于2.9的介電常數(shù)，并且優(yōu)選地具有較低的膜密度。例如，膜密度優(yōu)選地不小于1.50g/cm2并且不大于1.58g/cm2，并且633nm的折射率優(yōu)選地不小于1.38且不大于1.40。作為這種膜材料的具體例子，可以舉例示出所謂的“梯型氧化物”或者“L-OxTM”(商標)(下文中稱作“L-Ox”)。也可以使用L-Ox的多孔絕緣材料。
作為低介電常數(shù)絕緣膜的材料，可以使用有機樹脂膜，諸如聚對苯二甲撐(parylene)樹脂；氟樹脂，諸如“Cytop”(注冊商標)；無氟含芳香基(non-fluoride aromatic-containing)有機樹脂，諸如“SiLK”(注冊商標)；聚芳醚(PAE)；以及聚苯撐(polyphenylene)。
低介電常數(shù)膜的相對介電常數(shù)可以不大于3.5，優(yōu)選地，不大于3.0。低介電常數(shù)膜可以是包含Si、O和H作為組成元素或者Si、C、O和H作為組成元素的膜。但是，甚至利用這樣的其它膜時，通過采用在上面實施例中描述的構(gòu)造，能夠獲得與圖1A和1B所示的半導(dǎo)體器件100或者半導(dǎo)體器件110相似的效果。
在本實施例中，描述了如下構(gòu)造，其中SiCN膜是位于第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的正下方的加固絕緣膜，但是，加固絕緣膜也可以是比第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121更致密且能夠加固具有較低密度和強度的區(qū)域的任何膜，所述區(qū)域是諸如位于互連層和栓塞層之間的邊界處的具有低介電常數(shù)的絕緣中間層的表面，具體地說，低介電常數(shù)的絕緣中間層的底表面附近。例如，在此，SiC膜或者SiON膜可以用來代替SiCN膜。
關(guān)于低介電常數(shù)膜和加固絕緣膜的組合，絕緣膜可以是上述聚硅氧烷膜、含氫硅氧烷膜、或者它們的多孔膜，加固絕緣膜可以是SiC膜、SiCN膜或者SiON膜。更優(yōu)選的是，使用多孔SiOC膜和SiC的組合。
在下面的實施例中，主要描述與第一實施例的不同。
(第二實施例)第一實施例示出了第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121是實心的構(gòu)造，但是，該構(gòu)造可以是這樣的，即空氣間隙位于絕緣膜中，其中從第一互連108的側(cè)壁到第一栓塞114的側(cè)壁提供絕緣膜，從而覆蓋第一互連108的側(cè)壁、第一互連108的上部以及第一栓塞114的側(cè)壁。類似地，從第二互連124的側(cè)壁到第二栓塞130的側(cè)壁提供的絕緣膜可以具有空氣間隙。在本實施例中，描述這種構(gòu)造。
圖11A和11B是示出了本實施例的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的剖面圖。圖11B示出了在圖11A所示的半導(dǎo)體器件150中的互連和通路的連接點處發(fā)生不對準的半導(dǎo)體器件160。
圖11A和11B所示的半導(dǎo)體器件分別具有圖10A和10B所示的半導(dǎo)體器件的基本構(gòu)造，但是，分別提供第一SiOC膜151和第二SiOC膜153來代替使用第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121。第一SiOC膜151和第二SiOC膜153分別具有空氣間隙155和空氣間隙157?？諝忾g隙155和空氣間隙157分別位于第一互連108之間和第二互連124之間以及它們的周圍。第一SiOC膜151和第二SiOC膜153可以是在膜中不具有組分和密度強度的分布的膜。
下文中將描述用于制造本實施例的半導(dǎo)體器件的方法。在半導(dǎo)體器件150和半導(dǎo)體器件160的制造工藝中，可以分別使用半導(dǎo)體器件100和半導(dǎo)體器件110的制造工藝。分別提供第一SiOC膜151和第二SiOC膜153，來代替提供第一多孔MSQ膜105和第二多孔MSQ膜121的工藝。用于提供第一SiOC膜151和第二SiOC膜153的工藝分別包括用于提供空氣間隙155和空氣間隙157的工藝。
用于制造半導(dǎo)體器件150的方法使用參考圖1A到5A的上述工藝，具體地說，將第一SiCN膜103、第一互連108和第一栓塞114暴露在多層膜101上。
作為低介電常數(shù)膜的第一SiOC膜151淀積在第一SiCN膜103上，并且填充在第一互連108之間以形成空氣間隙155。此時，從第一SiCN膜103的頂表面到Cu硅化物層117的頂表面的高度應(yīng)該比第一互連108的寬度大。這使得掩埋第一SiOC膜151的凹槽的寬深比較大，并且還確保了提供空氣間隙155。用CVD方法來淀積第一SiOC膜151，并且淀積條件設(shè)置在例如不低于350℃并且不高于400℃，并且不小于5Torr且不大于8Torr。因而，在第一SiOC膜151中形成空氣間隙155。
接著，Cu硅化物層117用作CMP掩模并且對第一SiOC膜151執(zhí)行CMP工藝，由此使第一SiOC膜151的表面平坦化(圖8A)。根據(jù)第二SiCN膜119的形成工藝(圖9A)，重復(fù)上述工序以在第一SiOC膜151上暴露出第二SiCN膜119、第二互連124和第二栓塞130。第二SiOC膜153被掩埋在第二Cu互連125之間和第二栓塞130之間，同時，在第二SiOC膜153中提供了空氣間隙157。形成第二SiOC膜153的方法可以與形成第一SiOC膜151的方法相同。執(zhí)行第二SiOC膜153的平面化以形成圖11A所示的多層互連結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生半導(dǎo)體器件150。
以與半導(dǎo)體器件150基本相似的方式來制造圖11B所示的半導(dǎo)體器件160，但是，如圖1B所示，在第一Cu互連109上形成通路孔的工藝期間發(fā)生的不對準會引起第一Cu互連116掩埋在具有不對準部137的通路孔148中，代替第一Cu通路115。還在第二Cu互連125的上部上形成具有不對準部139的第二Cu通路132，代替第二Cu通路131。
下文中將描述本實施例的效果。
同樣，在本實施例中，從第一互連108的側(cè)表面到第一栓塞114的側(cè)表面連續(xù)地且一體地提供第一SiOC膜151。在形成第一互連108和第一栓塞114之后形成第一SiOC膜151。向上面那樣類似地構(gòu)造第二SiOC膜153的層。帽金屬位于互連和栓塞的上部。此外，第一互連108和第二互連124的下側(cè)表面分別被第一SiCN膜103和第二SiCN膜119支撐。這樣的構(gòu)造給出了與第一實施例相似的效果。
起到絕緣中間層作用的第一SiOC膜151和第二SiOC膜153分別具有空氣間隙155和空氣間隙157，從而能夠滿意地降低第一互連108之間和第二互連124之間的互連電容。因此在本實施例中，絕緣中間層所需的相對介電常數(shù)不象第一實施例中的情況那樣高。這樣的膜可以具有較低的孔隙度以及增加的密度，并由此實現(xiàn)了絕緣中間層的更大強度。這可以進一步消除諸如電子束照射或者紫外光照射的強化工藝，因而簡化了制造工藝。
在本實施例中描述了具有空氣間隙155的絕緣中間層是第一SiOC膜151，且具有空氣間隙157的絕緣中間層是第二SiOC膜153的構(gòu)造。但是，這樣的絕緣膜可以是在第一實施例中示出的其它材料，或者可以使用SiO2膜代替低介電常數(shù)膜。
此外，在本實施例中，絕緣中間層的相對介電常數(shù)可以是例如不大于3.5，優(yōu)選地不大于3.2，以便理想地降低第一互連108之間和第二互連124之間的互連電容。或者絕緣中間層的相對介電常數(shù)可以是例如不小于2.0，優(yōu)選地不小于2.5，以便進一步強化絕緣中間層并進一步改善熱循環(huán)特性。
(第三實施例)上面的實施例描述了作為帽金屬膜的Cu硅化物層位于通路栓塞上的構(gòu)造，但是，帽金屬膜可以不位于通路栓塞上。作為例子，將描述第一實施例的構(gòu)造，但是該實施例的構(gòu)造可以被應(yīng)用在第二實施例中。
圖12A和12B是示出了本實施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖。圖12B所示的半導(dǎo)體器件172示出了圖12A中所示的半導(dǎo)體器件170中的互連和通路的結(jié)合處發(fā)生不對準的構(gòu)造。
在基本構(gòu)造中，圖12A和12B中的半導(dǎo)體器件分別與圖10A和10B中的半導(dǎo)體器件相似，除了在第一栓塞114、第一栓塞118、第二栓塞130以及第二栓塞134的上部沒有Cu硅化物層之外。相反，提供第一栓塞114和第一栓塞118，以與第二SiCN膜119接觸，并且第一多孔MSQ膜105的上部被第二SiCN膜119覆蓋。
現(xiàn)在，將在下文中描述用于制造半導(dǎo)體器件170和半導(dǎo)體器件172的方法。本實施例的制造方法包括如下工藝形成絕緣膜(第一多孔MSQ膜105)；使用化學(xué)機械拋光來平坦化第一多孔MSQ膜105；以及去除通路(第一栓塞114)上的第一多孔MSQ膜105和第二金屬帽金屬膜(Cu硅化物層117)。
更具體地說，用于制造每個半導(dǎo)體器件170和半導(dǎo)體器件172的方法分別可以使用在第一實施例中描述的用于制造每個半導(dǎo)體器件100和半導(dǎo)體器件110的方法。通過使用Cu硅化物層117作為CMP掩模來對第一多孔MSQ膜105執(zhí)行CMP工藝，以便使第一多孔MSQ膜105平坦化(圖8A)，然后通過CMP方法去除Cu硅化物層117。還對第二多孔MSQ膜121進行平坦化，然后通過CMP方法去除Cu硅化物層133。這些Cu硅化物層通過例如使用Cu硅化物層117作為掩模來去除，進行研磨以去除堆疊在Cu硅化物層117上的第一多孔MSQ膜105，然后通過選擇漿料來研磨Cu硅化物層，該漿料只研磨Cu硅化物層而不研磨Cu膜。
在與半導(dǎo)體器件170的制造工藝基本相似的圖12B所示的半導(dǎo)體器件172的制造工藝中，當在第一Cu互連109的上部上形成通路孔時發(fā)生不對準，代替第一Cu通路115，將第一Cu通路116掩埋在具有不對稱部137的通路孔148中。而且，代替第二Cu通路131，在第二Cu互連125的上部上形成具有不對準部139的第二Cu通路132。
根據(jù)本實施例，沒有帽金屬位于第一栓塞114和第二栓塞130上。該構(gòu)造能夠有效地降低栓塞和其上的互連之間的接觸電阻。在本實施例中，具有第一栓塞114和118的第一多孔MSQ膜105的上部被第二SiC膜119覆蓋，從而能夠減少Cu向絕緣中間層的擴散。
已經(jīng)參考一些實施例描述了本發(fā)明。顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這些實施例只是說明性的，許多變化是可能的，并且本發(fā)明包含這樣的變化。
在上述實施例中，例如，絕緣膜的密度可以通過TEM(透射電子顯微鏡)觀察半導(dǎo)體器件的剖面來確定。
在本實施例中，已經(jīng)描述了栓塞位于互連層上的雙層互連結(jié)構(gòu)，但是，不特別限定層疊的層的數(shù)量。甚至在層疊三層或者更多層的情況中，本實施例的構(gòu)造也可以被應(yīng)用，以便有效地降低互連電容和實現(xiàn)穩(wěn)定的制作。
盡管在本實施例中已經(jīng)描述了通過CVD選擇性地生長Cu硅化物層作為帽金屬膜，但是也可以選擇性地生長氮化硅銅(Cu silicidenitride)層?？梢蕴鎿Q地，可以通過選擇性地鍍CoWP或者CoWB膜來形成帽金屬膜，或者可以通過CVD選擇性地生長W膜。
(例子)在本例子中，對于作為低介電常數(shù)絕緣中間層的材料的多孔SiOC，研究了淀積之后通過后處理改變膜質(zhì)量。
形成具有大約200nm厚度的多孔SiOC膜，并且用EB(電子束)照射，并且改善膜的質(zhì)量。例如，給出100ppm或者更小的氧濃度的氣氛下、在0.2mC/cm2和350℃時的EB照射，在介電常數(shù)為2.35時，機械強度(模量)直到7Gpa，這表示與EB處理之前相比改善了大約2倍或者更多。
EB照射處理之前和之后的多孔SiOC膜的剖面的TEM(透射電子顯微鏡)表明EB照射側(cè)具有比相反側(cè)更高的密度。隨著與EB照射側(cè)的后面的距離增加，膜具有更高的密度，并且不存在密度不連續(xù)地變化的區(qū)域。
然后用FTIR光譜儀(傅立葉透射紅外光譜儀)來評估膜質(zhì)量。圖13是多孔SiOC膜的FTIR光譜。圖13給出了EB照射之前，在約1150cm-1(1100到1200cm-1)處具有可能表示籠型Si-O結(jié)構(gòu)的峰的鍵、在約1050cm-1(1000到1100cm-1)處具有可能表示梯型Si-O結(jié)構(gòu)的峰的鍵的吸收光譜。對比地，在上述EB處理之后，反映籠型Si-O結(jié)構(gòu)的1150cm-1附近的峰值強度降低，而反映梯型Si-O結(jié)構(gòu)的1050cm-1附近的峰值強度增加。因而，EB照射能夠改變Si-O鍵狀態(tài)。
對于具有較大厚度的多孔SiOC膜，如上所述那樣對膜進行處理。那么，在深度方向上產(chǎn)生膜結(jié)構(gòu)的分布。具體地說，表面部分的梯型Si-O結(jié)構(gòu)比較深部分的梯型Si-O結(jié)構(gòu)更豐富，而較深部分的籠型Si-O結(jié)構(gòu)比較淺部分的籠型Si-O結(jié)構(gòu)豐富。
EB照射降低了如下鍵的吸收帶的峰值強度，所述鍵具有3000cm-1附近的峰，該峰源于C-H鍵。這表明在EB照射面的碳濃度變得比相反面更低。
通過進一步增加EB劑量，能夠進一步改善機械強度。在EB照射之后的膜中觀察到，與照射之前相比，在EB照射面中，Si-O鍵增加而C-H鍵降低。
當使用UV(紫外)線燈代替EB時也能夠觀察到相似的趨勢。
當時用氫化的聚硅氧烷(hydrogenated polysiloxane)代替SiOC作為低介電常數(shù)材料時，也能夠觀察到類似EB照射的效果。
顯然，本發(fā)明不限于上述實施例，其可以被修改和變化而不偏離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種具有互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，包括由含銅金屬制成的第一互連；第一帽金屬膜，其與所述第一互連的上部接觸并且覆蓋所述第一互連的上部；導(dǎo)電通路，其位于所述第一帽金屬膜的上部上并且連接到所述第一互連；絕緣膜，其位于從所述第一互連的側(cè)壁到所述通路的側(cè)壁并且形成為覆蓋所述第一互連的側(cè)壁、所述第一互連的上部和所述通路的側(cè)壁；以及加固絕緣膜，其設(shè)置在所述絕緣膜之下并且與所述第一互連的側(cè)壁的下部接觸，且具有比所述絕緣膜大的膜密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述互連結(jié)構(gòu)與所述通路的上部接觸并且還包含覆蓋所述通路的上部的第二帽金屬膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜由低介電常數(shù)材料構(gòu)成，并且所述絕緣膜的上部比所述絕緣膜的下部致密。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜由低介電常數(shù)材料構(gòu)成，并且所述絕緣膜的上部具有比其下部大的機械強度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜由包含碳作為組成元素的低介電常數(shù)材料構(gòu)成，并且所述絕緣膜的上部的碳濃度比所述絕緣膜的下部的碳濃度低。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜是被電子束或者紫外光照射的膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的半導(dǎo)體器件，其中從聚有機硅氧烷膜、含氫硅氧烷膜、或者所述聚有機硅氧烷膜或所述含氫硅氧烷膜的多孔膜組成的組中選擇所述絕緣膜，并且從SiC膜、SiCN膜或者SiON膜組成的組中選擇所述加固絕緣膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中在所述低介電常數(shù)材料的紅外吸收光譜中，具有在1150cm-1附近的其峰值的紅外吸收帶中的峰值強度I1在所述絕緣膜的上部比在所述絕緣膜的下部小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中在所述低介電常數(shù)材料的紅外吸收光譜中，具有在1050cm-1附近的其峰值的紅外吸收帶中的峰值強度I2在所述絕緣膜的上部比在所述絕緣膜的下部大。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的半導(dǎo)體器件，其中在所述低介電常數(shù)材料的紅外吸收光譜中，具有在3000cm-1附近的其峰值的紅外吸收帶中的峰值強度I3在所述絕緣膜的上部比在所述絕緣膜的下部小。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣膜具有位于所述絕緣膜中的空氣間隙。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括第二互連，其由含銅的金屬制成，并且位于所述通路的上部以連接到所述通路；以及第二加固絕緣膜，其被設(shè)置為所述絕緣膜之上的層，從而與所述第二互連的側(cè)壁的下部接觸，其具有比所述絕緣膜大的膜密度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中多個所述互連結(jié)構(gòu)是分層的，并且在一個所述互連結(jié)構(gòu)中的所述通路連接到位于所述一個互連結(jié)構(gòu)的上部的另一個互連結(jié)構(gòu)中的所述第一互連。
14.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以此順序形成第一加固絕緣膜和第一犧牲層間膜；形成從所述第一犧牲層間膜到所述第一加固絕緣膜的第一溝槽，然后在所述第一溝槽中，形成由含銅金屬制成的第一互連，并且形成覆蓋所述第一互連的上部的第一帽金屬膜；以此順序在所述第一帽金屬膜的上部上形成犧牲阻擋介電膜和第二犧牲層間膜；順序地選擇性地去除所述第二犧牲層間膜和所述犧牲阻擋介電膜從而形成一孔，所述第一帽金屬膜暴露在所述孔的底部，通過在所述孔中形成導(dǎo)電膜來形成連接到所述第一互連的導(dǎo)電通路，并且在所述通路的上部形成覆蓋所述通路的第二帽金屬膜；在所述形成所述第二帽金屬膜之后，通過順序地選擇性地去除所述第二犧牲層間膜、所述犧牲阻擋介電膜以及所述第一犧牲層間膜來暴露出所述第一互連和所述通路；以及從所述第一互連的側(cè)壁到所述通路的側(cè)壁，形成覆蓋所述第一互連的側(cè)壁、所述第一互連的上部以及連接到所述第一互連的所述通路的側(cè)壁的絕緣膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述絕緣膜由低介電常數(shù)材料構(gòu)成，并且并且該制造方法還包括在所述形成所述絕緣膜之后，使所述絕緣膜的上部比所述絕緣膜的下部致密。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述使所述絕緣膜的上部比所述絕緣膜的下部致密包括向所述絕緣膜上照射電子束或者紫外光。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述形成所述絕緣膜包括在所述絕緣膜中提供空氣間隙。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在所述形成所述絕緣膜之后，以此順序在所述絕緣膜的上部上形成第二加固絕緣膜和第三犧牲層間膜；以及形成從所述第三犧牲層間膜到所述第二加固絕緣膜的第二溝槽，在所述第二溝槽中形成由含銅金屬構(gòu)成的第二互連，以及形成覆蓋所述第二互連的上部的第三帽金屬膜。
19.根據(jù)權(quán)利要求14的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在所述形成所述絕緣膜之后，對所述絕緣膜執(zhí)行機械化學(xué)拋光，并且在所述通路上的所述第二帽金屬膜處停止拋光。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，還包括在所述形成所述絕緣膜之后，通過對所述絕緣膜執(zhí)行機械化學(xué)拋光，去除所述絕緣膜和所述通路上的所述第二帽金屬膜。
全文摘要
本發(fā)明的目的是降低半導(dǎo)體器件的互連結(jié)構(gòu)中的絕緣膜的介電常數(shù)，并且確保穩(wěn)定的制作。半導(dǎo)體器件(100)包括如下互連結(jié)構(gòu)，其中包括由含銅金屬制成的第一互連(108)；覆蓋第一互連(108)的上部的第一Cu硅化物層(111)；位于Cu硅化物層(111)的上部上且連接到第一互連(108)的導(dǎo)電的第一栓塞(114)；覆蓋第一栓塞(114)的上部的Cu硅化物層(117)；第一多孔MSQ膜(105)，其位于從第一互連(108)的側(cè)壁到第一栓塞(114)的側(cè)壁上，且形成為覆蓋第一互連(108)的側(cè)壁、第一互連(108)的上部和第一栓塞(114)的側(cè)壁；以及第一SiCN膜103，其位于第一多孔MSQ膜(105)之下，以與第一互連(108)的側(cè)壁的下部接觸并且具有比第一多孔MSQ膜(105)更大的膜密度。
文檔編號H01L21/768GK1832132SQ200610067830
公開日2006年9月13日 申請日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者宇佐美達矢 申請人:恩益禧電子股份有限公司