專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明中所描述實(shí)施例的某一方面涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在如今的半導(dǎo)體集成電路器件中，極大量的半導(dǎo)體器件形成在常規(guī)的襯 底上，并且利用多層互連結(jié)構(gòu)使這些半導(dǎo)體器件互相連接。
在所述多層互連結(jié)構(gòu)中，具有互連圖案的層間絕緣膜堆疊于層中，所述 互連圖案用于形成嵌入在層間絕緣膜中的互連層。
在這些多層互連結(jié)構(gòu)中，下互連層與上互連層通過形成在層間絕緣膜中
的通孔接觸部(via contact)相連接。
具體而言，在目前的超微制造(ultra-microfabricated)、超高速的半導(dǎo) 體器件中，將低介電常數(shù)膜(所謂的低-k膜)用作層間絕緣膜，以減少多層 互連結(jié)構(gòu)中的信號延遲(RC延遲)問題。同時(shí)，，將阻抗低的銅圖案用作 互連圖案。
在具有嵌入在低介電常數(shù)層間絕緣膜中的Oi互連圖案的多層互連結(jié)構(gòu) 中，因?yàn)楹茈y通過干蝕刻來圖案化Cu層，因此使用在層間絕緣膜中形成溝 槽或通孔的工藝，即所謂的鑲嵌或雙鑲嵌工藝。在鑲嵌或雙鑲嵌工藝中，-這 樣所形成的溝槽或通孔填充有Cu層，并且隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP) 去除層間絕緣膜上的Cu層的多余部分。
基于此點(diǎn)，如果Cu互連圖案直接與層間絕緣膜接觸，則Cu原子會擴(kuò)散 進(jìn)入層間絕緣膜中，從而造成諸如短路等問題。因此，作為常規(guī)慣例，使用 導(dǎo)電擴(kuò)散阻擋層、或者所謂的阻擋金屬膜，來覆蓋溝槽或通孔的形成有Cu 互連圖案的側(cè)壁和下表面處，并且使Cu層沉積在阻擋金屬膜上。阻擋金屬 膜的常規(guī)實(shí)例包括諸如鉭(Ta)、鈦(Ti)和鎢(W)等難熔金屬以及由這 些難熔金屬的導(dǎo)電氮化物。
另一方面，在目前的45nm—代或隨后一代的超微制造、超高速的半導(dǎo)體器件中，隨著微型工藝的發(fā)展，極大地縮小了形成在層間絕緣膜中的溝槽 或通孔的大小。
結(jié)果，為了使用這種具有高電阻率的阻擋金屬膜來使互連阻抗實(shí)現(xiàn)所需
的減小，盡可能地縮小形成在精細(xì)的(fine)溝槽或通孔上的阻擋金屬膜的 厚度。
另一方面，溝槽或通孔的側(cè)壁和下表面覆蓋有阻擋金屬膜。
針對上述情形，日本特開專利公開No. 2005-277390公開了以銅-錳合金 層(Cu-Mn合金層)直接覆蓋形成在層間絕緣層中的溝槽或通孔。
日本特開專利公開No. 2005-277390公開了以下內(nèi)容在Cu-Mn合金層 與層間絕緣膜之間的分界面處，通過Cu-Mn合金層中的Mn與層間絕緣膜中 的Si和氧之間的自形成反應(yīng)(self-formation reaction)，形成厚度為2nm至 3nm、組分為MnS^Oy的錳硅氧化物層作為擴(kuò)散阻擋層。
然而，上述技術(shù)卻存在以下問題由于自形成層(self-formed layer)的 MnSixOy組分和包含在所述膜中的金屬元素的低濃度，造成與Cu膜的粘附不 充分。
因此，日本特開專利公開No.2007-027259公開了一種將Cu-Mn合金層 與諸如Ta或Ti等難熔金屬的阻擋金屬膜相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。
對于這種Cu-Mn合金層與諸如Ta或Ti等難熔金屬的阻擋金屬膜的結(jié)合 結(jié)構(gòu)，通過以下原因還獲得對于氧化而阻抗增加的優(yōu)選特征。
近年來，提出了使用多孔(porous)低介電常數(shù)膜作為形成層間絕緣膜 的低介電常數(shù)材料，以避免信號延遲(RC延遲)。然而，這種多孔低介電 常數(shù)材料的密度低，從而在制造時(shí)很容易遭受等離子體處理的破壞。遭到破 壞的膜的表面或內(nèi)部很容易吸收潮氣。
因此，由于多孔低介電常數(shù)膜內(nèi)部吸潮，使得形成在多孔低介電常數(shù)膜 上的阻擋金屬膜很容易被氧化，從而很可能使作為擴(kuò)散阻擋的阻擋金屬膜的 性能及其與Cu互連層或插塞(viaplug)之間的粘附力退化。
然而，在這樣的結(jié)構(gòu)中使用上述Cu-Mn合金層會引起Cu-Mn合金層中 的Mn與阻擋金屬膜被氧化的部分發(fā)生反應(yīng)，使得能夠保持作為擴(kuò)散阻擋的 阻擋金屬膜的性能及其與Cu互連層或插塞的高粘附力。因此，已經(jīng)對使用 這種Cu-Mn合金層通過鑲嵌或雙鑲嵌工藝而形成Cu互連層或插塞進(jìn)行了研究。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方案，半導(dǎo)體器件包括絕緣膜，形成在半導(dǎo)
體襯底上方，該絕緣膜含有氧；凹部(recess)，形成在絕緣膜中；難熔金 屬膜，形成在凹部的內(nèi)壁上；金屬膜，形成在難熔金屬膜上，該金屬膜含有 銅、錳以及鎳；以及銅膜，形成在金屬膜上，以填充凹部。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一個(gè)方案， 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以 下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成含有氧的絕緣膜；在絕緣膜中形成凹部；在所 述凹部的內(nèi)壁上形成難熔金屬膜；在所述難熔金屬膜上形成含有銅、錳以及 氮的金屬膜；以及在形成所述金屬膜之后，形成填充于至少所述凹部中的銅 膜。
本發(fā)明能夠降低錳從金屬膜擴(kuò)散進(jìn)入填充于凹部中的銅膜，從而能夠降 低銅膜的阻抗增加。
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將通過權(quán)利要求中具體指出的元件及其組合實(shí)現(xiàn) 和達(dá)到。
聲明可以理解的是，前文的概括描述和下文的詳細(xì)描述僅用于舉例和 示范，并非用于限制本發(fā)明。


圖l是示出了現(xiàn)有技術(shù)的示圖2是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的Cu互連圖案實(shí)例的示圖3A至圖3E是示出了用于形成圖2中實(shí)例的工藝的示圖4是示出了圖1的結(jié)果的示圖5是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的問題的曲線圖6是示出了現(xiàn)有技術(shù)中的問題的另一曲線圖7A至圖7E是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的形成Cu互連圖案的工藝的示
圖8是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的、在使用Cu-Mn-N合金層的情況下的 Mn擴(kuò)散減小效應(yīng)(effect)的曲線圖；圖9是示出了圖8的對比實(shí)例的曲線圖10是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的Cu-Mn-N合金層的形成條件的曲線
圖11A和圖1 IB是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的變型的用于形成Cu互連圖 案的工藝的示圖12A至圖12F是示出了根據(jù)第二實(shí)施例的用于形成Cu互連圖案的工 藝的示圖13A至圖13K是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的工 藝的示圖；以及
圖14是示出了根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的示圖。
具體實(shí)施例方式
將參考隨附

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。 首先，對與本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)進(jìn)行說明。
圖1是示出了對于通過圖2中示出的鑲嵌工藝所形成的Cu互連圖案 14B，在相對于純銅情況而應(yīng)用Cu-Mn合金時(shí)阻抗增長的比率(即，阻抗增 加率)的示圖。在圖1中，互連寬度是變化的。根據(jù)與本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)， 通過圖3A至圖3E的工藝，形成如圖2所示的應(yīng)用Cu-Mn合金時(shí)的Cu互連 圖案14B。
參見圖3A，在諸如Si02等類似的絕緣膜11中形成諸如溝槽或通孔等的 凹部11T。凹部11T可以是隔離通孔(isolated via hole)，而在隨后的說明 中將所述凹部11T描述為溝槽。進(jìn)一步而言，以諸如Ta等難熔金屬或其導(dǎo) 電氮化物形成的阻擋金屬膜12來覆蓋包括凹部11T的側(cè)壁和下表面在內(nèi)的 絕緣膜11的表面。以阻擋金屬膜12的一部分覆蓋凹部IIT，阻擋金屬膜12 的所述部分的橫截面具有與凹部11T的橫截面相匹配的形狀。
接下來，如圖3B所示，以與如圖3A所示的結(jié)構(gòu)上的凹部11T的橫截 面相匹配的形狀形成Cu-Mn合金的Cu-Mn合金層13，以覆蓋阻擋金屬膜12。
接下來，如圖3C所示，通過電鍍在如圖3B所示結(jié)構(gòu)的Cu-Mn合金層 13上形成Cu層14，以填充凹部11T。
接下來，如圖3D所示，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)，對絕緣膜ll上的阻擋金屬膜12、 Cu-Mn合金層13以及Cu層14進(jìn)行拋光。持續(xù)進(jìn)行圖3D 的CMP直至暴露出絕緣膜11的表面。結(jié)果，如圖3D所示，所形成的Cu 圖案14A填充在位于絕緣膜11表面處的凹部11T中，并且在Cu圖案14A 和絕緣膜11之間插入有阻擋金屬膜12和Cu-Mn合金層13。
進(jìn)一步而言，圖3D的結(jié)構(gòu)受到40(TC的熱處理。結(jié)果，如圖3E所示， Cu-Mn合金層13中的Mn (錳)原子與阻擋金屬膜12表面的氧化物發(fā)生反 應(yīng)，從而形成錳氧化物，其組分通常表示為例如TaxMnyOz。進(jìn)一步而言，基 于此點(diǎn)，Cu-Mn合金層13和Cu圖案14A轉(zhuǎn)變成連續(xù)的單個(gè)Cu互連圖案 14B。
再次參見圖l，在圖3D的狀態(tài)到圖3E的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換下，阻抗的增加率 隨互連寬度W的減小而下降，隨互連寬度W的增加而上升。可以相信的是， 因?yàn)榛ミB寬度W較小，所以阻擋金屬膜12的表面積相比于Cu互連圖案14B (包括Cu-Mn合金層13)的體積的比率相對較高，如圖4中區(qū)域I所示。 也就是說，阻擋金屬膜12與Cu互連圖案14B之間的分界面面積相比于Cu 互連圖案14B的體積，如圖4所示，在區(qū)域I的大于在區(qū)域II的。因此，在 進(jìn)行如圖3E所示的熱處理時(shí)，實(shí)質(zhì)上Cu-Mn合金層13中的所有Mn原子與 阻擋金屬膜12表面的氧化物發(fā)生了反應(yīng)。結(jié)果，有效地降低了Cu互連圖案 14B中的Mn含量。另一方面，在區(qū)域II中，阻擋金屬膜12的表面積與Cu 互連圖案14B的體積的比率低。因此，只有Cu-Mn合金層13中的部分Mn 原子與阻擋金屬膜12表面的氧化物發(fā)生了反應(yīng)，并且未反應(yīng)的Mn原子殘留 在Cu互連圖案14B中。因此，可以相信的是，圖l示出的互連阻抗的大幅 增加是由圖3E的熱處理造成的。
圖5示出了對于如圖2所示Cu互連圖案14B，在如圖3E所示的熱處理 條件從As-depo至ANL1至ANL2至ANL3至ANL4變化的情況下，與純 Cu有關(guān)的阻抗增長率的仿真結(jié)果。這里，As-depo表示無熱處理，"ANL" 后的數(shù)字越大表示所加的熱負(fù)載越大。也就是說，后綴于"ANL"的數(shù)字從 ANL1至ANL2至ANL3至ANL4不斷增加，則所加的負(fù)載也不斷加大。出 于簡化目的，可以假設(shè)合金元素不與所沉積的其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。
參見圖5， Cu互連圖案14B的阻抗隨熱處理的進(jìn)行而不斷增加。在實(shí)際 的互連中，由于熱負(fù)載會引起合金元素與阻擋金屬或絕緣膜發(fā)生反應(yīng)，造成合金元素從Cu互連流出、晶粒粗化以及合金元素的晶界偏析(grain boundary segregation)，從而引起阻抗下降，因此與圖5所示的不完全一致。圖5關(guān) 注于合金元素的擴(kuò)散現(xiàn)象。
結(jié)合圖5，圖6示出了在進(jìn)行如圖3E所示的熱處理時(shí)，合金元素原子沿 如圖2所示結(jié)構(gòu)中的線A-B進(jìn)行擴(kuò)散的仿真結(jié)果。
參見圖6，合金元素原子從Cu合金層13至如圖3D所示的Cu圖案14A 的擴(kuò)散隨著熱處理的進(jìn)行而進(jìn)行。參考圖6示出的仿真結(jié)果，可以相信的是， 通過Mn原子的這種擴(kuò)散，引起了圖5所示的Cu互連圖案14B的阻抗隨著 熱處理而增加。
因此，在通過鑲嵌工藝使Cu-Mn合金層與阻擋金屬膜相結(jié)合所形成的 Cu互連圖案，需要在使Cu-Mn合金層中的Mn原子與阻擋金屬膜的氧化部 分發(fā)生反應(yīng)時(shí)，降低殘留在Cu-Mn合金層中的Mn原子擴(kuò)散進(jìn)入Cu互連圖 案，或減少阻擋金屬膜的缺陷以自修復(fù)這些缺陷，以降低互連阻抗。
也就是說，在使用所述Cu-Mn合金層的鑲嵌或雙鑲嵌工藝中，如果實(shí)質(zhì) 上Cu-Mn合金層中的所有Mn原子都與例如阻擋金屬膜的氧化部分發(fā)生了反 應(yīng)，那么在將要形成的Cu互連層或Cu插塞中所殘留的Mn的濃度很低，從 而確保了低阻抗。然而，如果大量的Mn殘留在Cu-Mn合金層中，那么Mn 會從Cu-Mn合金層擴(kuò)散至Cu互連層或插塞中，從而增加了阻抗。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，通過使用Cu-Mn-N合金層，有效地降低了Mn 原子擴(kuò)散至Cu互連層中。第一實(shí)施例
圖7A至圖7E是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的通過鑲嵌工藝形成Cu互連圖 案的工藝的示圖。
參見圖7A，在絕緣膜21中形成諸如溝槽或通孔等的凹部21T。進(jìn)一步 而言，以阻擋金屬膜22覆蓋包括凹部21T的側(cè)壁和下表面在內(nèi)的絕緣膜21 的表面，其中所述阻擋金屬膜22的厚度為lnm至10nm并且由諸如Ta、 Ti 或W等難熔金屬或其導(dǎo)電氮化物所形成。優(yōu)選地，絕緣膜21包括氧，以便 可以通過與Mn反應(yīng)而形成氧化物。例如，絕緣膜21可以是使用TEOS作為 材料通過等離子體CVD而形成的氧化硅膜?？蛇x地，絕緣膜21還可以是基于氧化硅膜的低介電常數(shù)膜，諸如SiOC膜。可選地，絕緣膜21還可以是通 過涂布工藝或CVD工藝而形成的稱為低-k膜的有機(jī)或無機(jī)低介電常數(shù)膜。 除上述的SiOC膜之外，所述無機(jī)低介電常數(shù)膜還包括例如聚硅氧烷基 (polyorganosiloxane-based)材料膜禾口氫-硅氧烷基(hydrogen-siloxane-based) 材料膜。所述有機(jī)低介電常數(shù)膜例如包括芳香族聚醚膜(aromatic polyether film)，例如陶氏化學(xué)公司(Dow Chemical Company)的SiLK (產(chǎn)品名稱) 和霍尼韋爾國際公司(Honeywell International Inc.)的FLARE (產(chǎn)品名稱)。
阻擋金屬膜22可以是有缺陷的，使得絕緣膜21暴露在某些部分的阻擋 金屬膜22中。進(jìn)一步而言，阻擋金屬膜22在某些部分的阻擋金屬膜22的 中可以具有氧化膜。以阻擋金屬膜22的一部分覆蓋凹部21T，并且阻擋金屬 膜22的所述部分的橫截面形狀與凹部21T的橫截面的形狀相匹配。通常將 上述難熔金屬或其導(dǎo)電氮化物作為靶(target)通過濺射形成阻擋金屬膜22。 可選地，可通過MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)或ALD (原子層沉積) 形成阻擋金屬膜22。阻擋金屬膜22還可以是由上述難熔金屬制成的膜和難 熔金屬的導(dǎo)電氮化物制成的膜構(gòu)成的疊層膜(laminated film)。
接下來，如圖7B所示，在圖7A的結(jié)構(gòu)上，形成由含有氮(N)的Cu-Mn 合金制成的Cu-Mn-N合金層23,以覆蓋阻擋金屬膜22，所述Cu-Mn-N合金 層23的橫截面形狀與凹部21T的相匹配。
更具體而言，使用Mn含量為0.1 at。/。至10 at。/。的Cu-Mn合金作為靶， 在總壓力為l(T3 Pa并且氮含量為20%的氬(Ar)-氮?dú)怏w混合物的氣氛中， 以5kW的功率輸入，在襯底在-20'C的情況下，執(zhí)行濺射。結(jié)果，形成了Mn 含量為0.1at。/。至10 at。/。且N含量為2%或以下的Cu-Mn-N合金層作為 Cu-Mn-N合金層23，且所述Cu-Mn-N合金層23的膜厚度為例如5nm至 40nm，優(yōu)選大約為10nm。 Cu-Mn-N層23不僅可以通過濺射形成，還可以 通過MOCVD或ALD形成。進(jìn)一步而言，在濺射工藝中，也可以使用除Ar 氣以外的惰性氣體，例如氦(He)氣、氖(Ne)氣、氙(Xe)氣以及氪(Kr) 氣。
接下來，如圖7C所示，通過諸如電鍍等工藝，在圖7B的結(jié)構(gòu)上形成 Cu層24，以填充凹部21T。
接下來，如圖7D所示，通過CMP連續(xù)地對絕緣膜21上的Cu層24、Oi-Mn-N合金層23以及阻擋金屬膜22進(jìn)行拋光。持續(xù)進(jìn)行圖7D的CMP 直至暴露出絕緣膜21的表面。結(jié)果，如圖7D所示，所形成的Cu圖案24A 填充在位于絕緣膜21表面處的凹部21T中，并且在Cu圖案24A和絕緣膜 21之間插入有阻擋金屬膜22和Cu-Mn-N合金層23。
進(jìn)一步而言，圖7D的結(jié)構(gòu)受到例如40(TC的熱處理。結(jié)果，如圖7E所 示，Cu-Mn-N合金層23中的Mn與阻擋金屬膜22表面的氧化物或與通過阻 擋金屬膜22的缺陷所暴露的絕緣膜21發(fā)生反應(yīng)，從而形成錳氧化物，其組 分通常表示為例如TaxMnyOz或MnS、Oy。結(jié)果，修復(fù)了阻擋金屬膜22中的 缺陷。進(jìn)一步而言，基于此點(diǎn)，Cu-Mn-N合金層23和Cu圖案24A轉(zhuǎn)變成 連續(xù)的Cu互連圖案24B。進(jìn)一步而言，如上所述，Mn原子與阻擋金屬膜 22的氧化部分發(fā)生反應(yīng)，以在Cu互連圖案24B和阻擋金屬膜22之間產(chǎn)生 穩(wěn)固結(jié)合(firm bond)，從而增強(qiáng)了它們的粘附力。
圖8示出了沿圖7E的線C-D對圖7E的實(shí)例進(jìn)行二次離子質(zhì)譜(SIMS) 分析所得的結(jié)果。在圖8中，左縱軸(對數(shù)軸)表示N、 O (氧)以及Mn 的濃度；而右縱軸(對數(shù)軸)表示Cu (銅)的二次離子強(qiáng)度。在圖8的實(shí) 驗(yàn)中，省略了阻擋金屬膜22，使得Cii-Mn-N合金層23直接接觸絕緣膜21 (Si02膜)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將通過Cu-Mn-N合金層23中的Mn原子與絕 緣膜21發(fā)生反應(yīng)而在Cu-Mn-N合金層23和絕緣膜21之間的分界面處形成 的錳硅氧化物用作Cu的擴(kuò)散阻擋膜。下面所要描述的結(jié)果并不限于具有特 定寬度I或深度L的例子(圖7E)。
參見圖8，在含N的Cu-Mn-N合金層23的情況中，即使在進(jìn)行圖7E 的熱處理工藝之后，Mn的分布也主要限于Cu-Mn-N合金層23的初始位置。
另一方面，圖9示出了通過形成無氮的Cu-Mn合金層23'以代替 Cu-Mn-N合金層23時(shí)的SIMS輪廓(profile)。在無氮的Ar氣氛中，利用 Cu-Mn合金作為靶，通過實(shí)施濺射，來形成無氮的Cu-Mn合金層23'。
參見圖9，在進(jìn)行圖7E的熱處理之后，Cu-Mn合金層23'中的Mn原子 深度擴(kuò)散至Cu互連圖案24B中。例如，在Cu互連圖案24B表面處的Mn 濃度是Cu-Mn-N合金層23中的Mn濃度的一百至一千倍。
由圖8和圖9可知，通過使用含N的Cu-Mn-N合金層23代替Cu-Mn 合金層，能夠有效地降低Mn原子擴(kuò)散進(jìn)入Cu互連圖案24B中?？紤]了圖200910141124.0 5和圖6示出的關(guān)系，可以理解的是，通過減少M(fèi)n原子擴(kuò)散進(jìn)入Cu互連圖 案24B中，能夠有效地降低由Mn濃度的增加所導(dǎo)致的Cu互連圖案24B的 阻抗增加。
在圖8中，在Cu-Mn-N合金層23和Cu圖案24A之間的初始分界面附 近發(fā)生氧積聚，并且在圖7E的結(jié)構(gòu)中，具有相應(yīng)的氧積聚部分230x，而所 述氧積聚部分230x位于Cu-Mn-N合金層23和Cu圖案24A之間的分界面 原來所在的位置。這顯示出在氧積聚部分230x形成時(shí)，在氣氛中殘留的氧 結(jié)合至Cu-Mn-N合金層23表面的蹤跡(trace) 。 Mn原子的分布主要限于 通過氧積聚部分230x示出的、鄰近Cu-Mn-N合金層23的初始位置的區(qū)域 24b處。例如，在位于Cu互連圖案24B中的氧積聚部分230x之內(nèi)的區(qū)域中， Mn主要包含于距離氧積聚部分230x 300nm之內(nèi)的區(qū)域中。
圖10示出了在圖7B的工藝中、在形成Cu-Mn-N合金層23時(shí)的Ar-氮 混合物氣氛中的氮濃度(分壓)與Cu互連圖案24B的表面阻抗(sheet resistance)之間的關(guān)系。在圖10中，相對于將使用無氮的Cu-Mn合金層代 替Cu-Mn-N合金層23的情況，表面阻抗被標(biāo)準(zhǔn)化為100°/。。圖10中所示結(jié) 果是在Cu互連圖案24B的寬度^為3pm且深度[為150nm的情況下得到的。
參見圖10，可以理解的是，在濺射時(shí)，通過將濃度為7%或更高的氮?dú)?混入Ar氣中，能夠使所得到的Cu互連圖案24B的表面阻抗降低差不多10%。
如圖IIA和圖IIB所示，還可以通過濺射、MOCVD或ALD，單獨(dú)在 Cu-Mn-N合金層23上形成Cu籽晶層24S，并且將所述Cu籽晶層24S用作 電極進(jìn)行電鍍，來形成圖7C中示出的Cu層24。在此情況中，使用低阻抗 的Cu籽晶層24S作為電極，對Cu層24進(jìn)行電鍍。因此，能夠提高產(chǎn)量。 在此情況中，通過對Cu-Mn-N合金層23實(shí)施熱處理，消除了 Cu籽晶層24S 和Cu層24之間的差別，從而獲得了具有與圖7E所示結(jié)構(gòu)相同結(jié)構(gòu)的Cu 互連圖案24B。
根據(jù)上述實(shí)施例，Cu圖案24A或Cu互連圖案24B被描述成用于形成 Cu互連圖案。然而，上文的描述也適用于Cu圖案24A或Cu互連圖案24B 形成插塞的情況。第二實(shí)施例圖12A至圖12F示出了根據(jù)第二實(shí)施例的通過鑲嵌工藝形成Cu互連圖 案的工藝。在圖12A至圖12F中，用相同的附圖標(biāo)記表示與上文描述的元件 相對應(yīng)的元件，而省略了對它們的描述。
參見圖12A，其對應(yīng)于圖7A，以阻擋金屬膜22覆蓋形成在絕緣膜21 中的凹部21T的側(cè)壁和下表面，其中所述阻擋金屬膜22由諸如Ta或Ti等 難熔金屬或其導(dǎo)電氮化物所形成。與先前的實(shí)施例相同，阻擋金屬膜22可 以是由所述難熔金屬的膜和難熔金屬的導(dǎo)電氮化物的膜構(gòu)成的疊層膜。阻擋 金屬膜22也可以是有缺陷的，以包含氧化物或暴露位于某些部分的阻擋金 屬膜22中的絕緣膜21。
接下來，如圖12B所示，在Ar氣氛中，通過使用Cu-Mn合金作為靶進(jìn) 行濺射，在圖12A的結(jié)構(gòu)上形成無氮的Cu-Mn合金層23M，以覆蓋阻擋金 屬膜22。無氮的Cu-Mn合金層23M具有與凹部21T的橫截面相匹配的橫截 面形狀，并且具有例如5nm的膜厚度，該膜厚度是上述Cu-Mn-N合金層23 的膜厚度的一半。
接下來，如圖12C所示，通過在與圖7B相同的Ar氣-氮?dú)饣旌衔餁夥?中進(jìn)行濺射，在圖12B的結(jié)構(gòu)上形成含N的Cu-Mn-N合金層23N，使其具 有例如5nm的膜厚度，并且該膜厚度的橫截面形狀與Cu-Mn合金層23M的 相匹配。
進(jìn)一步而言，如圖12D所示，通過電鍍，在Cu-Mn-N合金層23N和Cu-Mn 合金層23M上形成Cu層24，從而填充凹部21T。
進(jìn)一步而言，如圖12E所示，通過CMP連續(xù)地對位于絕緣膜21上的 Cu層24、 Cu-Mn-N層23N以及Cu-Mn層23M進(jìn)行拋光。持續(xù)進(jìn)行圖12E 的CMP直至暴露出絕緣膜21的表面。結(jié)果，如圖12E所示，形成填充在位 于絕緣膜21表面處的凹部21T的Cu圖案24A，并且在Cu圖案24A和絕緣 膜21之間插入有阻擋金屬膜22、 Cu-Mn合金層23M以及Cu-Mn-N合金層 23N。
進(jìn)一步而言，使圖12E的結(jié)構(gòu)受到例如40(TC的熱處理。結(jié)果，如圖12F 所示，Cu-Mn合金層23M和Cu-Mn-N合金層23N中的Mn與阻擋金屬膜22 表面的氧化物或與通過阻擋金屬膜22的缺陷所暴露的絕緣膜21發(fā)生反應(yīng)。 結(jié)果，形成了錳氧化物，其組分通常表示為例如TaJVInyOz或MnSixOy。也就是說，自修復(fù)了缺陷。進(jìn)一步而言，基于此點(diǎn)，Cu-Mn合金層23M、 Cu-Mn-N 合金層23N和Cu圖案24A轉(zhuǎn)變成連續(xù)的Cu互連圖案24B?；诖它c(diǎn)，由 于在Cu-Mn合金層23M和Cu圖案24A之間插入了 Cu-Mn-N合金層23N， 因此與圖7E的情況一樣，通過Cu-Mn-N合金層23N降低了 Mn擴(kuò)散進(jìn)入 Cu圖案24A中。因此，Mn原子的分布主要限于通過氧積聚部分230x示出 的、鄰近Cu-Mn-N合金層23N和Cu-Mn合金層23M的初始位置的區(qū)域24b 處。在Cu互連圖案24B中，由于Mn從區(qū)域24b移出，因此Mn濃度急劇 下降。
而且，在上述實(shí)施例中，能夠分別形成不含Mn或N的Cu籽晶層24S， 作為如圖IIA和圖11B中示出的籽晶層。
根據(jù)上述實(shí)施例，Cu圖案24A或Cu互連圖案24B被描述成用于形成 Cu互連圖案。然而，上文中的描述也適用于Cu圖案24A或Cu互連圖案24B 形成插塞的情況。第三實(shí)施例
接下來，描述將第一實(shí)施例或第二實(shí)施例用于制造具有多層互連結(jié)構(gòu)的 半導(dǎo)體器件，作為第三實(shí)施例。
圖13A至圖13K示出了在圖7D或圖12E的工藝完成后，根據(jù)第三實(shí)施 例的形成多層互連結(jié)構(gòu)的工藝。在圖13A至圖13K中，用相同的附圖標(biāo)記 表示與上述原件相對應(yīng)的元件，而省略了對它們的描述。
參見圖13A，根據(jù)該實(shí)施例，在圖7D或圖12E的結(jié)構(gòu)上形成SiC的蝕 刻停止膜25，以覆蓋Cu圖案24A。蝕刻停止膜25的厚度為10nm至100nm。 通常在40(TC的溫度下形成蝕刻停止膜25。進(jìn)一步而言，在此溫度下的熱處 理促使Cu-Mn-N合金層23中的、或者Cu-Mn合金層23M和Cu-Mn-N合金 層23N中的Mn原子遷移進(jìn)入阻擋金屬膜22中。結(jié)果，初始的Cu-Mn-N合 金層23、或者初始的Cu-Mn合金層23M和Cu-Mn-N合金層23N消失在Cu 互連圖案24B中。然而，例如由圖13A中虛線(230x)所示，在初始的Cu-Mn-N 合金層23或23N表面的相應(yīng)位置處，并且在與阻擋金屬膜22表面的相距相 當(dāng)于初始的Cu-Mn-N合金層23的膜厚度、或者Cu-Mn合金層23M和 Cu-Mn-N合金層23N的膜總厚度的距離處，形成Mn氧化物薄膜層。在此實(shí)施例中，絕緣膜21形成在襯底20上。
接下來，如圖13B所示，通過例如等離子體CVD，在圖13A的結(jié)構(gòu)上 連續(xù)形成層間絕緣膜26、蝕刻停止膜27以及層間絕緣膜28，其中所述層間 絕緣膜26的厚度為100nm至300nm，所述蝕刻停止膜27可以為SiC或SiN 膜且厚度為10nm至100nm，以及所述層間絕緣膜28的厚度為100nm至 300nm。進(jìn)一步而言，通過干蝕刻工藝，在層間絕緣膜28中形成所需寬度的 溝槽28T，以暴露蝕刻停止膜27。
將使用TEOS作為材料通過等離子體CVD形成的氧化硅膜、或者通過 等離子體CVD或涂布形成的相對(relative)介電常數(shù)為3或以下的有機(jī)或 無機(jī)絕緣膜用作層間絕緣膜26和28。
接下來，如圖13C所示，在暴露于溝槽28T中的蝕刻停止膜27中形成 對應(yīng)于預(yù)定通孔的開口 27V。進(jìn)一步而言，如圖13D所示，將蝕刻停止膜 27用作硬掩模，在層間絕緣膜26中形成通孔26V，以暴露蝕刻停止膜25。
進(jìn)一步而言，如圖13E所示，除去位于通孔26V底部處的蝕刻停止膜 25，以暴露Cu互連圖案24B。此后，如圖13F所示，通過濺射或ALD形成 Ta或Ti的阻擋金屬膜28B，所述阻擋金屬膜28B的形狀與溝槽28T和通孔 26V的形狀相匹配，以連續(xù)地覆蓋層間絕緣膜28、溝槽28T的側(cè)壁和下表面 以及通孔26V的側(cè)壁和下表面。阻擋金屬膜28B的厚度為約lnm至約15nm。 阻擋金屬膜28B并不限于金屬膜。阻擋金屬膜28B可以是包括從Ta、 Ti、 Zr以及Ru中選取的一種或多種金屬元素的金屬膜，例如TaN或TiN膜，也 可以是導(dǎo)電金屬氮化物膜或這些膜的疊層膜。類似于上述阻擋金屬膜22，阻 擋金屬膜28B可以包括氧化物或缺陷。
接下來，如圖13G所示，在含氮的氣氛中，例如Ar-氮混合氣體，通過 進(jìn)行濺射，在圖13F的結(jié)構(gòu)上形成Cu-Mn-N合金層28M，以通過與溝槽28T 和通孔26V相匹配的形狀覆蓋阻擋金屬膜28B。 Cu-Mn-N合金層28M的膜 厚度為約lnm至約15nm。
進(jìn)一步而言，如圖13H所示，通過濺射或CVD，在圖13G的結(jié)構(gòu)上形 成Cu層28Cl，以覆蓋Cu-Mn-N合金層28M。Cu層28Cl的形狀與溝槽28T 和通孔26V的橫截面形狀相匹配。Cu層28Cl的膜厚度大約為25nm至65nm。 進(jìn)一步而言，如圖131所示，將Cu層28C1用作鍍制籽晶層(plating seedlayer)，通過電鍍在圖13H的結(jié)構(gòu)上形成Cu層28C2，從而填充溝槽28T 和通孔26V。
進(jìn)一步而言，如圖13J所示，通過CMP，對位于層間絕緣膜28上的Cu 層28C2、 Cu層28C1、 Cu-Mn-N合金層28M以及阻擋金屬膜28B進(jìn)行拋光 和去除，以暴露層間絕緣膜28的表面。進(jìn)一步而言，如圖13K所示，通常 在襯底溫度為40(TC下，通過等離子體CVD，在圖13J的結(jié)構(gòu)上形成SiN膜 或SiC膜的覆蓋層(cap layer) 29。
通過覆蓋層29形成時(shí)伴隨的加熱，Cu層28C1和Cu層28C2熔合于溝 槽28T和通孔26V中，從而形成單個(gè)Cu互連圖案28C和從該單個(gè)Cu互連 圖案28C處連續(xù)延伸的Cu插塞28V。
進(jìn)一步而言，通過覆蓋層29形成時(shí)伴隨的加熱，Cu-Mn-N合金層28M 中的Mn原子遷移進(jìn)入阻擋金屬膜28B中，以與來自層間絕緣膜26和28以 及蝕刻停止膜25和27的氧發(fā)生反應(yīng)，從而以Mn氧化物的形式穩(wěn)定地沉積 在阻擋金屬膜28B中、阻擋金屬膜28B與Cu互連圖案28C和/或Cu插塞28V 之間的分界面處、阻擋金屬膜28B與層間絕緣膜26和/或?qū)娱g絕緣膜28之 間的分界面處、阻擋金屬膜28B與蝕刻停止膜25和/或蝕刻停止膜27之間 的分界面處、和/或Cu互連圖案28C與覆蓋層29之間的分界面處。
進(jìn)一步而言，如果阻擋金屬膜28B含有缺陷，那么這樣沉積的Mn氧化 物會自修復(fù)這些缺陷。
進(jìn)一步而言，隨著Cu-Mn-N合金層28M中的Mn原子遷移進(jìn)入阻擋金 屬膜28B中，在Cu-Mn-N合金層28M的初始表面的相應(yīng)位置處，并且在與 阻擋金屬膜28B表面的相距相當(dāng)于初始的Cu-Mn-N合金層28M的膜厚度的 距離處，形成Mn氧化物層280x，而所述Mn氧化物層280x對應(yīng)于上述圖 13G工藝中在Cu-Mn-N合金層28M表面上的形成氧化物層。
結(jié)果，如圖13K所示，Cu互連圖案28C由兩部分Cu層構(gòu)成， 一部分 Cu層形成在初始的Cu-Mn-N合金層28M的區(qū)域28cl中，另一部分Cu層形 成在初始的Cu層28C1和28C2的區(qū)域28c2中。
根據(jù)上述實(shí)施例，Cu-Mn-N合金層28M含有N。因此，即使在如圖13k 中的熱處理工藝進(jìn)行完后，也能防止Cu-Mn-N合金層28M中的Mn原子深 度擴(kuò)散進(jìn)入Cu互連圖案28C或Cu插塞28V中，從而降低了 Cu互連圖案28C或Cu插塞28V的阻抗的增加。
根據(jù)上述實(shí)施例，在半導(dǎo)體襯底上，例如在其上形成有晶體管的硅襯底 上，能夠通過重復(fù)上述工藝制造如圖14所示的半導(dǎo)體器件40。
參見圖14，通過隔離結(jié)構(gòu)411在硅襯底41上限定器件區(qū)41A。在器件 區(qū)41A中，通過柵絕緣膜42A、 42B以及42C，分別在硅襯底41上形成柵 電極43A、 43B以及43C。
進(jìn)一步而言，在位于器件區(qū)41A中的硅襯底41中，在鄰近柵電極43A、 43B以及43C處形成p型或n型擴(kuò)散區(qū)41a、 41b以及41c。
以諸如SiON等的絕緣膜44A、 44B以及44C分別覆蓋柵電極43A、 43B 以及43C。進(jìn)一步而言，在硅襯底41上形成諸如氧化硅膜等的絕緣膜44， 以通過絕緣膜44A至44C分別覆蓋柵電極43A至43C。進(jìn)一步而言，在絕 緣膜44中形成暴露擴(kuò)散區(qū)41b的通孔44V1和暴露擴(kuò)散區(qū)41c的通孔44V2。 分別通過諸如Ti和TiN等的阻擋金屬膜46B1和46B2連續(xù)地覆蓋所述通孔 44V1和44V2的側(cè)壁和下表面。進(jìn)一步而言，通過諸如轉(zhuǎn)等的插塞46V1和 46V2分別填充通孔44V1和44V2。
在絕緣膜44上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜45。在蝕刻停止膜 45上形成層間絕緣膜46，所述形成絕緣膜46可以是包括多孔膜的無機(jī)或有 機(jī)絕緣膜。
在層間絕緣膜46中沿預(yù)定互連圖案形成溝槽46T1和46T2。進(jìn)一步而 言，通過蝕刻停止膜45，在絕緣膜44中形成用于暴露擴(kuò)散區(qū)41b的通孔 44V1,以對應(yīng)溝槽46Tl。進(jìn)一步而言，通過蝕刻停止膜45，在絕緣膜44 中形成用于暴露擴(kuò)散區(qū)41c的通孔44V2，以對應(yīng)溝槽46T2。
以含有諸如Ta、 Ti、 Zr以及Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋金屬膜 46B1覆蓋溝槽46T1和通孔44V1的側(cè)壁和下表面。以Cu互連圖案46C1和 插塞46V1，經(jīng)由阻擋金屬膜46B1，分別填充溝槽46T1和通孔44V1。
同樣地，以含有諸如Ta、 Ti、 Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋 金屬膜46B2覆蓋溝槽46T2和通孔44V2的側(cè)壁和下表面。以Cu互連圖案 46C2和插塞46V2，經(jīng)由阻擋金屬膜46B2，分別填充溝槽46T2和通孔44V2。
在層間絕緣膜46上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜47。在蝕刻停 止膜47上形成層間絕緣膜48，所述層間絕緣膜48是包括多孔膜的無機(jī)或有機(jī)絕緣膜。在層間絕緣膜48上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜49。在 蝕刻停止膜49上形成層間絕緣膜50，所述層間絕緣膜50是包括多孔膜的無 機(jī)或有機(jī)絕緣膜。
在層間絕緣膜50中沿預(yù)定互連圖案形成溝槽50T1、 50T2和50T3。進(jìn) 一步而言，通過蝕刻停止膜49,在絕緣膜48中形成用于暴露Cu互連圖案 46C1的通孔48V1，以對應(yīng)溝槽50T1。進(jìn)一步而言，通過蝕刻停止膜49， 在絕緣膜48中形成用于暴露Qi互連圖案46C1的通孔48V2，以對應(yīng)溝槽 50T2。進(jìn)一步而言，通過蝕刻停止膜49，在絕緣膜48中形成用于暴露Cu 互連圖案46C2的通孔48V3，以對應(yīng)溝槽50T3。
以含有諸如Ta、Ti、Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋金屬膜50Bl 連續(xù)地覆蓋溝槽50T1和通孔48V1的側(cè)壁和下表面。通過以Cu互連圖案 50C1和與Cu互連圖案50C1相連續(xù)的Cu插塞50V1 ，經(jīng)由阻擋金屬膜50B1 ， 分別填充溝槽50T1和通孔48Vl。
同樣地，以含有諸如Ta、 Ti、 Zr或iRu等至少一種難熔金屬元素的阻擋 金屬膜50B2連續(xù)地覆蓋溝槽50T2和通孔48V2的側(cè)壁和下表面。以Cu互 連圖案50C2和與Cu互連圖案50C2相連續(xù)的Cu插塞50V2，經(jīng)由阻擋金屬 膜50B2，分別填充溝槽50T2和通孔48V2。
同樣地，以含有諸如Ta、 Ti、 Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋 金屬膜50B3連續(xù)地覆蓋溝槽50T3和通孔48V3的側(cè)壁和下表面。以Cu互 連圖案50C3和與Cu互連圖案50C3相連續(xù)的Cu插塞50V3，經(jīng)由阻擋金屬 膜50B3，分別填充溝槽50T3和通孔48V3。
在層間絕緣膜50上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜51 。在蝕刻停 止膜51上形成層間絕緣膜52，所述層間絕緣膜52可以是包括多孔膜的無機(jī) 或有機(jī)絕緣膜。
在層間絕緣膜52上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜53。在蝕刻停 止膜53上形成層間絕緣膜54，所述層間絕緣膜54可以是包括多孔膜的無機(jī) 或有機(jī)絕緣膜。
在層間絕緣膜54中沿預(yù)定互連圖案形成溝槽54T1和54T2。進(jìn)一步而 言，通過蝕刻停止膜53，在絕緣膜52中形成用于暴露Cu互連圖案50C2的 通孔52V1，以對應(yīng)溝槽54T1。進(jìn)一步而言，通過蝕刻停止膜53，在絕緣膜52中形成用于暴露Cu互連圖案50C3的通孔52V2，以對應(yīng)溝槽54T2。
以含有諸如Ta、Ti、Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋金屬膜54Bl 連續(xù)地覆蓋溝槽54T1和通孔52V1的側(cè)壁和下表面。以Cu互連圖案54C1 和與Cu互連圖案54Cl相連的Cu插塞54Vl，經(jīng)由阻擋金屬膜54B1，分別 填充溝槽54T1和通孔52V1。
同樣地，以含有諸如Ta、 Ti、 Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋 金屬膜54B2連續(xù)地覆蓋溝槽54T2和通孔52V2的側(cè)壁和下表面。以Cu互 連圖案54C2和與Cu互連圖案54C2相連的Cu插塞54V2，經(jīng)由阻擋金屬膜 54B2，分別填充溝槽54T2和通孔52V2。
在層間絕緣膜54上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜55。在蝕刻停 止膜55上形成層間絕緣膜56，所述層間絕緣膜56是包括多孔膜的無機(jī)或有 機(jī)絕緣膜。在層間絕緣膜56上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜57。在 蝕刻停止膜57上形成層間絕緣膜58，所述層間絕緣膜58是包括多孔膜的無 機(jī)或有機(jī)絕緣膜。
在層間絕緣膜58中沿預(yù)定互連圖案形成溝槽58T1、 58T2和58T3。進(jìn) 一步而言，通過蝕刻停止膜57，在絕緣膜56中形成用于暴露Cu互連圖案 54C1的通孔56V1，以對應(yīng)溝槽58T1。進(jìn)一步而言，通過蝕刻停止膜57， 在絕緣膜56中形成用于暴露Cu互連圖案54C1的通孔58V2，以對應(yīng)溝槽 58T2。同樣地，通過蝕刻停止膜57，在絕緣膜56中形成用于暴露Cu互連 圖案54C2的通孔58V3，以對應(yīng)溝槽58T3。
以含有諸如Ta、Ti、Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋金屬膜58Bl 連續(xù)地覆蓋溝槽58T1和通孔56V1的側(cè)壁和下表面。以Cu互連圖案58C1 和與Cu互連圖案58Cl相連的Cu插塞58Vl，經(jīng)由阻擋金屬膜58B1，分別 填充溝槽58T1和通孔56V18。
同樣地，以含有諸如Ta、 Ti、 Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋 金屬膜58B2連續(xù)地覆蓋溝槽58T2和通孔56V2的側(cè)壁和下表面。以Cu互 連圖案58C2和與Cu互連圖案58C2相連的Cu插塞58V2，經(jīng)由阻擋金屬膜 58B2，分別填充溝槽58T2和通孔56V2。
同樣地，以含有諸如Ta、 Ti、 Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋 金屬膜58B3連續(xù)地覆蓋溝槽58T3和通孔56V3的側(cè)壁和下表面。以Cu互連圖案58C3和與Cu互連圖案58C3相連的Cu插塞58V3，經(jīng)由阻擋金屬膜 58B3，分別填充溝槽58T3和通孔56V3。
在層間絕緣膜58上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜59。在蝕刻停 止膜59上形成層間絕緣膜60，所述層間絕緣膜60是包括多孔膜的無機(jī)或有 機(jī)絕緣膜。在層間絕緣膜60上形成諸如SiN或SiC等的蝕刻停止膜61。在 蝕刻停止膜61上形成諸如Si02等的另一層間絕緣膜62。
在層間絕緣膜62中沿預(yù)定互連圖案形成溝槽62T。進(jìn)一步而言，通過蝕 刻停止膜61，在絕緣膜60中形成用于暴露Cu互連圖案58C3的通孔60V， 以對應(yīng)溝槽62T。
以含有諸如Ta、Ti、Zr或Ru等至少一種難熔金屬元素的阻擋金屬膜62B 連續(xù)地覆蓋溝槽62T和通孔60V的側(cè)壁和下表面。以互連圖案62C和與互 連圖案62C相連的插塞62V,經(jīng)由阻擋金屬膜62B，分別填充溝槽62T和通 孔60V，其中互連圖案62C由Al或Cu形成，插塞62V由Al或Cu形成，。
進(jìn)一步而言，通過等離子體CVD等工藝，在層間絕緣膜62上形成諸如 SiN等的覆蓋膜63，以覆蓋互連圖案62C。
根據(jù)圖14的半導(dǎo)體器件40，當(dāng)形成Cu互連圖案46Cl和46C2、 50C1 至50C3、 54C1和54C2、以及58C1至58C3、和Cu插塞50V1至50V3、 54V1 和54V2、以及58V1至58V3時(shí)，與上述的Cu-Mn-N合金層23或28M相對 應(yīng)的Cu-Mn-N合金層形成于臨近其相對應(yīng)的阻擋金屬膜46Bl和46B2、50B1 至50B3、 54B1和54B2、以及58B1至58B3處。
因此，在形成覆蓋膜63時(shí)，Cu-Mn-N合金層中的Mn原子遷移進(jìn)入鄰 近的阻擋金屬膜46B1和46B2、 50B1至50B3、 54B1和54B2、以及58B1 至58B3中，從而獲得如下的橫截面結(jié)構(gòu)其中Mn氧化物薄層460x1和 460x2 、 500x1至500x3、 540x1和540x2、以及580x1至580x3僅殘留在 相對應(yīng)的初始Cu-Mn-N合金層的表面處(如圖14中虛線所示)。進(jìn)一步而 言，基于此點(diǎn)，由于Cu-Mn-N合金層含有N，因此防止Mn原子深度擴(kuò)散進(jìn) 入Cu互連圖案46C1和46C2、 50C1至50C3、 54C1和54C2、以及58C1至 58C3、禾口/或Cu插塞50V1至50V3、 54V1和54V2、以及58V1至58V3中， 從而降低Cu互連圖案46Cl和46C2、 50C1至50C3、 54C1和54C2、以及 58C1至58C3、和/或Cu插塞50V1至50V3、 54V1和54V2、以及58V1至58V3的阻抗的增加。
根據(jù)上述實(shí)施例，在圖13H的工藝中，以通過進(jìn)行例如一次或多次 MOCVD所沉積的Cu層填充溝槽28T和通孔26V。在此情況中，以通過 MOCVD所沉積的Cu層填充溝槽28T和通孔26V，而可以省略圖131的電 鍍工藝。
進(jìn)一步而言，根據(jù)上述實(shí)施例，在如圖13H所示例如通過濺射形成溝槽 28T和通孔26V中的Cu層28C1之后，以及當(dāng)通過電鍍以銅層28C2填充溝 槽28T和通孔26V之后，進(jìn)行熱處理。
同樣地，在制造圖14的半導(dǎo)體器件40時(shí)，在通過例如濺射形成與上述 的Cu層28C1相對應(yīng)的Cu層、以及在形成Cu互連圖案46C1和46C2、50C1 至50C3、 54C1和54C2、以及58C1至58C3、和Cu插塞50V1至50V3、 54V1 和54V2、以及58V1至58V3時(shí)進(jìn)一步使用電鍍以Cu層填充溝槽和通孔有 Cu層的情況下，執(zhí)行同樣的熱處理。
在上述多個(gè)實(shí)施例中，對如下技術(shù)給出了說明在使用Cu-Mn合金層自 修復(fù)阻擋金屬膜的缺陷的情況下，通過引入N，降低Mn擴(kuò)散。在使用Cu-Al 合金層自修復(fù)阻擋金屬膜的缺陷的情況下，如上文所述，通過引入氮，也有 效降低了 Al擴(kuò)散。進(jìn)一步而言，在上述多個(gè)實(shí)施例中，在用于形成Cu-Mn-N 合金層的含氮的氣氛中可以含有氨氣。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，形成在難熔金屬上的金屬膜包括銅、錳 和氮。這使得能夠降低錳從金屬膜擴(kuò)散進(jìn)入填充于凹部中的銅膜，從而能夠 降低銅膜阻抗的增加。
本發(fā)明所描述的全部實(shí)例和限制語言用于教學(xué)目的，以有助于讀者理解 本發(fā)明和發(fā)明人對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的思想，并非將本發(fā)明限定于這些具體 描述的實(shí)例和條件，這些實(shí)例的構(gòu)造也非用于展示本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)或不足。盡 管對本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)描述，然而可以理解的是，在不脫離本發(fā)明精 神和保護(hù)范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種變化、替換和改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括絕緣膜，形成在半導(dǎo)體襯底上方，所述絕緣膜含有氧；凹部，形成在所述絕緣膜中；難熔金屬膜，形成在所述凹部的內(nèi)壁上；金屬膜，形成在所述難熔金屬膜上，所述金屬膜包括銅、錳以及氮；以及銅膜，形成在所述金屬膜上，以填充所述凹部。
2. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬膜包括一層或多個(gè)層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬膜的厚度為約1 腦至約15 nm。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述難熔金屬膜包括從 Ti、 Ta、 Zr以及Ru組成的組中選取的至少一種元素。
5. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬膜中含有的氮 的量在接近所述銅膜的第一側(cè)處大于在與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)處。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，其中在所述金屬膜和所述銅 膜之間的分界面形成氧積聚部分，以及所述錳主要包含在與所述銅膜中的所述氧積聚部分相距300 nm以內(nèi)的 區(qū)域中。
7. —種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟-在半導(dǎo)體襯底上方形成含有氧的絕緣膜； 在所述絕緣膜中形成凹部；在所述凹部的內(nèi)壁上形成難熔金屬膜；在所述難熔金屬膜上形成含有銅、錳以及氮的金屬膜；以及 在形成所述金屬膜之后，形成填充至少所述凹部的銅膜。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中使用濺射在含氮?dú)夥罩行纬伤鼋?屬膜。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述含氮?dú)夥瞻ǖ獨(dú)夂桶睔庵械?一種。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述含氮?dú)夥瞻ǖ獨(dú)?，并且所?氮?dú)獾姆謮簽?%或以上。
11. 如權(quán)利要求7至10中任一權(quán)利要求所述的方法，還包括以下步驟: 在所述金屬膜和所述銅膜之間形成銅籽晶層。
12. 如權(quán)利要求7至10中任一權(quán)利要求所述的方法，還包括以下步驟 將所述絕緣膜上的所述銅膜平坦化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，其中半導(dǎo)體器件包括含有氧的絕緣膜，形成在半導(dǎo)體襯底上；凹部，形成在所述絕緣膜中；難熔金屬膜，形成在所述凹部的內(nèi)壁上；含有銅、錳以及鎳的金屬膜，形成在所述難熔金屬膜上；以及銅膜，形成在所述金屬膜上，以填充所述凹部。本發(fā)明能夠降低錳從金屬膜擴(kuò)散進(jìn)入填充于凹部中的銅膜，從而能夠降低銅膜的阻抗增加。
文檔編號H01L23/532GK101615608SQ20091014112
公開日2009年12月30日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月25日
發(fā)明者中尾嘉幸, 大塚信幸, 清水紀(jì)嘉, 田平貴裕, 砂山理江, 羽根田雅希 申請人:富士通株式會社