專利名稱：半導(dǎo)體裝置及用于制造半導(dǎo)體裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置和用于制造半導(dǎo)體裝置的方法。具體而言，本發(fā)明涉 及在半導(dǎo)體元件之間提供連接的互連結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，經(jīng)由互連的信號傳播的延遲限制了半導(dǎo)體裝置中的裝置操作速度。穿過 互連的延遲常數(shù)由互連之間的互連電阻和電容的乘積來表示。因此，采用具有較低的比電 阻的銅(Cu)作為互連材料，以便減小互連電阻來實現(xiàn)更快的裝置操作。
借助于鑲嵌工藝形成Cu多層互連。鑲嵌工藝通常包括淀積諸如層間絕緣膜的絕 緣膜的操作；處理絕緣膜來形成凹部的操作；淀積阻擋材料的操作；淀積稱為Cu晶種的Cu 薄膜的操作；借助于通過利用Cu薄膜作為用于電解鍍工藝中的陰極的Cu鍍淀積工藝來填 充凹部的內(nèi)部的操作；借助于化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝移除淀積在除凹部之外的部分中的 Cu和阻擋材料的部分的操作；以及，淀積阻擋絕緣膜的操作。
圖21A至圖21C為半導(dǎo)體裝置的截面視圖，其用于描述用于借助于常規(guī)Cu淀積工 藝填充凹部的內(nèi)部的操作。如圖21A中所示，絕緣膜301和絕緣膜302順序地淀積在襯底 30上。盡管未提供詳細(xì)描述，但襯底30的上表面設(shè)有諸如晶體管的半導(dǎo)體元件、用于覆蓋 其的層間絕緣膜、用于使半導(dǎo)體元件與互連層結(jié)合的接觸，以及根據(jù)情況的互連層。阻擋金 屬膜203和Cu互連304埋在絕緣膜301的溝槽中。凹部315形成在淀積于Cu互連304上 的絕緣膜302中，且阻擋金屬膜312和Cu晶種膜314順序地淀積在凹部315的底面和側(cè)壁 及絕緣膜302的表面上。然后，如圖21B中所示，借助于通過利用Cu晶種膜314作為陰極 的鍍工藝來在Cu晶種膜314的表面上淀積由Cu構(gòu)成的電解鍍膜340。圖21B示出了 Cu電 解鍍操作的工藝期間的截面視圖。
在Cu多層互連中的Cu互連中的被稱為空隙的空的空間的存在引起電阻增加且可 靠性劣化，從而導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置(芯片)產(chǎn)量降低的問題。因此，重要的是，在上述電解鍍 工藝期間，執(zhí)行Cu淀積(填充)，而沒有在形成于絕緣膜302中的凹部315內(nèi)產(chǎn)生空隙。圖 21C示出了 Cu電解鍍工藝之后的Cu互連，其中，在Cu互連中產(chǎn)生被稱為空隙的空的空間。 電解鍍的特性受到電場強(qiáng)度的影響，并且其中存在較強(qiáng)電場強(qiáng)度的凹部315的開口中的淀 積速率高于凹部315側(cè)壁中的淀積速率，并且因此，未能獲得凹部315的底表面上足夠高的 增長速率引起開口在鍍膜的淀積從底表面到達(dá)開口之前不想要的封閉。開口的這樣的封閉 導(dǎo)致包含在鍍液內(nèi)的金屬離子向凹部315的提供的停止，以及電場的遮斷，從而在底表面 上淀積的Cu鍍膜的生長在到達(dá)開口之前停止，且因此，殘留了凹部315中沒有鍍工藝的淀 積的部分，從而產(chǎn)生空隙。因此，為了抑制這種空隙的產(chǎn)生，一種方法為通過將淀積促進(jìn)劑 和淀積抑制劑添加到電解鍍液中來局部地控制填充Cu的淀積速率，從而在凹部315的底表4面中提供比凹部315的開口和側(cè)壁中的淀積速率更高的淀積速率。這種用于鍍工藝的方法 被稱為從底向上的填充或超共形填充。
這里，諸如聚乙二醇或聚丙二醇的共聚物的聚合物通常用作淀積抑制劑?；撬徕c 通常用作淀積促進(jìn)劑。
目前仍不確定從底向上填充的詳細(xì)機(jī)制，并且如下地估計該機(jī)制。
淀積抑制劑和淀積促進(jìn)劑包含在普通的電解鍍液中。當(dāng)具有形成在凹部的內(nèi)部和 外部中的晶種的襯底浸沒在這種電解鍍液中時，淀積抑制劑和淀積促進(jìn)劑就以與電解鍍液 的濃度相關(guān)的速率在晶種的表面上被吸收。在鍍淀積工藝的初始階段，淀積促進(jìn)劑在凹部 的內(nèi)部的作用與在凹部的外部的作用沒有很大不同。然而，總體鍍膜的生長導(dǎo)致膜在凹部 的內(nèi)部中從凹部的側(cè)壁生長，尤其是在圍繞其底部的部分中，且因此這提供了凹部的內(nèi)部 中的晶種的表面面積的減小。另一方面，由于在晶種表面上吸收的淀積促進(jìn)劑并未解吸，因 此凹部的內(nèi)部中的晶種的表面面積的減小導(dǎo)致淀積促進(jìn)劑在該部分中的晶種的表面上的 濃度的增加。這導(dǎo)致相對增強(qiáng)了加速凹部的內(nèi)部中的淀積的效果，且因此，凹部的內(nèi)部中的 晶種上借助于鍍工藝的淀積的速率高于凹部的外部中的速率。
從底向上生長是利用上述現(xiàn)象的工藝，且如果凹部的底部中借助于鍍工藝的淀積 的速率足夠高于凹部的開口和側(cè)壁中的速率，則從底部生長的鍍膜就能夠在開口封閉之前 到達(dá)開口，且因此，實現(xiàn)了凹部的填充，同時抑制了凹部的內(nèi)部中的空隙的產(chǎn)生。
然而，在半導(dǎo)體裝置小型化發(fā)展到了包括凹部的開口的尺寸的減小的情況下，利 用傳統(tǒng)的電解鍍液沒有實現(xiàn)充分的從底向上生長。這是因為開口的較小的尺寸導(dǎo)致凹部的 底表面上的淀積促進(jìn)劑的濃度的不充分的增加。因此，在從凹口的底表面生長的鍍膜的生 長到達(dá)開口之前，開口就由開口位置處生長的鍍膜封閉，最終形成了空隙。
為了解決此問題，例如，JonReid 和 Jian Zhou 在 Advanced Metallization Conference 2007 :17/Asia Session 上以〃 Electrofill Challenges and Directions for Future Device Generations"為題目公開了一種用于利用鍍液中的Cu和硫酸的增加 的濃度并且更重的聚合的材料用于鍍抑制劑和平滑劑的方法。Reid等人公開了更大的硫酸 的濃度將促進(jìn)促進(jìn)劑的活化，并且更大的Cu的濃度提供了增強(qiáng)的析出機(jī)率，從而提供了改 善的從底向上的性能。Reid等人還公開了將更重的聚合的材料用于抑制劑和平滑劑引起鍍 液中其擴(kuò)散速率的減小，以在鍍淀積工藝的最初階段減小到凹部的吸收，從而在凹部中增 加促進(jìn)劑的濃度，以允許甚至在更精細(xì)尺寸的結(jié)構(gòu)中的從底向上。
然而，根據(jù)本發(fā)明人的研究，在上述方法中發(fā)現(xiàn)以下問題。Cu和硫酸的濃度的增加 引起由于硫酸銅的析出導(dǎo)致的顆粒的產(chǎn)生和于此導(dǎo)致的裝置故障的風(fēng)險的增加。此外，由 于鍍抑制劑和平滑劑在該工藝期間的使用中分解，且因此對于長期使用來說，這些試劑的 效果消失。為了防止該問題，就需要頻繁更換鍍液，這導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。此外，該方法 在于增強(qiáng)凹部中促進(jìn)劑的效果，且與改變從底向上的機(jī)制無關(guān)，且因此不能在更精細(xì)的尺 寸下實現(xiàn)從底向上生長。更具體地，即使存在改進(jìn)的鍍液，對于發(fā)展小型化的半導(dǎo)體裝置來 說也很難實現(xiàn)從底向上生長，導(dǎo)致在Cu鍍膜中形成空隙的問題。
這里，將參照圖22和圖23A及圖2 來描述具有硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置 的問題點。圖22示出了具有帶有傳統(tǒng)的鑲嵌結(jié)構(gòu)的精細(xì)圖案的半導(dǎo)體裝置，其包括形成在 襯底10上的絕緣膜52，襯底10包括形成在半導(dǎo)體襯底51的元件形成表面上的晶體管和多層互連等。絕緣膜52包括在與襯底10—側(cè)相反的表面中具有開口的凹部53。圖23A和圖 23B示出了具有包括襯底61的TSV結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，襯底61設(shè)有形成在半導(dǎo)體襯底51 的元件形成表面上的晶體管、多層互連層和電極焊盤等。襯底61包括凹部66，凹部66延伸 穿過多層互連層到達(dá)半導(dǎo)體襯底51的內(nèi)部。絕緣膜62形成在凹部66和襯底61上。
由于如圖23A和圖23B中所示的TSV結(jié)構(gòu)具有比傳統(tǒng)的鑲嵌結(jié)構(gòu)的精細(xì)圖案更大 的圖案，因此在制造半導(dǎo)體裝置的工藝中引起了以下問題。
首先，如圖23A中所示，具有大約數(shù)十微米(Pm)的直徑和幾十到一百微米(μ m) 的高度的凹部66形成在襯底61上。隨后，如圖23B中所示，阻擋金屬63和用作晶種的Cu 膜64順序地淀積在襯底61和凹部66上。然后，借助于通過利用Cu膜64作為用于電解鍍 工藝的陰極的Cu鍍淀積工藝來用Cu鍍膜65填充凹部66的內(nèi)部。接下來，借助于CMP工 藝移除形成在襯底61的區(qū)域上的阻擋金屬63、Cu膜64和Cu鍍膜65的部分，以提供其中 Cu鍍膜僅留在凹部66中的構(gòu)造。此外，進(jìn)一步進(jìn)行CMP工藝，直到凹部66中的Cu鍍膜從 襯底61的后表面露出。這允許在襯底61中形成通孔電極。
通過采用上述Cu鍍淀積利用Cu鍍膜的填充操作利用了與用于精細(xì)圖案的工藝中 類似的從底向上生長，以利用Cu鍍膜65進(jìn)行填充，該填充工藝與用于精細(xì)圖案的鍍工藝的 不同之處在于由于更大的圖案導(dǎo)致需要更大的鍍淀積量，這繼而又需要以更高的電流進(jìn)行 快速淀積，以確保充分的生產(chǎn)能力。提高鍍淀積的速率的嘗試需要增加圖案開口處的電場 強(qiáng)度，導(dǎo)致開口周圍的鍍膜的生長快于從底向上的增加的速度，從而開口被淀積在開口處 的Cu鍍膜65堵塞。這造成從鍍液向凹部的金屬離子的提供的停止，其導(dǎo)致在從底表面淀 積的Cu鍍膜65到達(dá)開口之前鍍膜或鍍淀積的生長的停止，且殘留了凹部66的沒有鍍膜的 淀積的部分從而產(chǎn)生空隙，造成在利用Cu鍍膜65進(jìn)行填充的工藝中容易產(chǎn)生缺陷的問題。
為了解決產(chǎn)生空隙的問題，日本專利特開No. 2002-020, 891和日本專利特開 No. 2004-214, 508中描述了用于在形成于凹部中的晶種層僅部分地殘留在凹部的底部中的 情況下執(zhí)行從底向上的技術(shù)。
日本專利特開No. 2002-020, 891公開了一種技術(shù)，其涉及從襯底的上表面選擇性 地移除晶種層，以留下僅至少在特征(其為日本專利特開No. 2002-020, 891中描述的用于 表示溝槽的表述)的底表面中的晶種層的部分，且然后通過使用部分晶種層來用金屬填充 特征而利用金屬進(jìn)行電解鍍工藝。日本專利特開No. 2004-214508公開了一種技術(shù)，其涉及 在留在互連溝槽的底表面上的導(dǎo)電層上形成金屬膜。
除上述之外，日本專利特開No. 2007-149，824、日本專利特開No. 2005-333，153、 日本專利特開No. 2001-144, 181和日本專利特開No. 2002-118, 109中也公開了關(guān)于用于包 括傳統(tǒng)的鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的電解鍍工藝的技術(shù)。
然而，根據(jù)本發(fā)明人的研究，在應(yīng)用上述日本專利特開No. 2002-020，891和日本 專利特開No. 2004-214, 508中所公開的技術(shù)時，發(fā)現(xiàn)存在以下問題。
上述日本專利特開No. 2002-020, 891和日本專利特開No. 2004-214，508中描述的 技術(shù)涉及借助于電解拋光工藝或CMP工藝移除形成在凹部的側(cè)壁上的晶種膜的部分，以只 在凹部的底表面上形成晶種層。
因此，晶種層的Cu表面可能受到在CMP工藝等中使用的防腐材料的污染。此外， 可能沒有實現(xiàn)從凹部的側(cè)壁上充分移除晶種層，或可能沒有實現(xiàn)均勻的移除。
因此，可能沒有實現(xiàn)充分抑制空隙的產(chǎn)生。
因此，不能通過使用上述日本專利特開No. 2002-020，891和日本專利特開 No. 2004-214, 508中描述的技術(shù)來實現(xiàn)鍍填充期間產(chǎn)生的空隙的充分抑制。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括制備具有 凹部和晶種膜的襯底，該晶種膜在凹部的底部露出；在凹部中形成導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜具有低 于晶種膜的鍍淀積能力；選擇性地移除導(dǎo)電膜以在凹部的底部上露出晶種膜；以及，通過 利用凹部底部上露出的晶種膜的部分作為晶種來進(jìn)行鍍膜的生長以填充凹部。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體裝置，包括襯底；以及埋入襯底中的 導(dǎo)電體，其中，導(dǎo)電體在由從側(cè)表面部朝中部等于或大于Inm且等于或小于20nm的距離所 限定的導(dǎo)電體的區(qū)域中，具有表示除了導(dǎo)電體的組成元素之外的金屬元素的最高濃度的 點ο
本發(fā)明用于實現(xiàn)抑制在通過鍍淀積填充襯底的凹部期間在凹部的內(nèi)部產(chǎn)生空隙。 因此，本發(fā)明首先使用具有凹部的底部上露出的晶種膜的襯底，而隨后，具有低于晶種膜的 鍍淀積能力的導(dǎo)電膜形成在凹部的底部和側(cè)表面部上，且然后移除設(shè)置在底部中的導(dǎo)電膜 的部分來在底部上露出晶種膜。如上所述，在晶種膜形成于凹部的底部中，且具有低于晶種 膜的鍍淀積能力的導(dǎo)電膜形成在側(cè)表面部中的情況下，進(jìn)行電解鍍工藝，從而通過鍍工藝 使底部中的晶種膜而不是側(cè)表面部中的膜優(yōu)先生長，從而能夠通過從底部的鍍膜的生長來 填充凹部的內(nèi)部。這允許抑制鍍膜生長期間在凹部的內(nèi)部產(chǎn)生空隙。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)具有減少空隙的產(chǎn)生的半導(dǎo)體裝置和用于制造該半導(dǎo)體裝 置的方法。


結(jié)合附圖，根據(jù)某些優(yōu)選實施例的以下描述，本發(fā)明的以上和其它方面、優(yōu)點和特 征將更加明顯，在附圖中
圖IA至圖IC是示出根據(jù)第一實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖2A至圖2C是示出根據(jù)第一實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖3A至圖3C是示出根據(jù)第一實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖4A是示出根據(jù)第一實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截面視 圖，且圖4B是在描述根據(jù)第一實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的有利效果中使用的 橫截面視圖5A至圖5C是示出根據(jù)第二實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖6A至圖6C是示出根據(jù)第二實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖7A至圖7C是示出根據(jù)第二實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖8A至圖8C是示出根據(jù)第三實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖9A至圖9C是示出根據(jù)第四實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截 面視圖IOA至圖IOC是示出根據(jù)第四實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖IlA至圖IlC是示出根據(jù)第四實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖12A至圖12C是示出根據(jù)第五實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖13A至圖13C是示出根據(jù)第五實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖14是示出根據(jù)第五實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截面視 圖15A至圖15C是示出根據(jù)第六實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖16A至圖16C是示出根據(jù)第六實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖17A至圖17C是示出根據(jù)第六實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖18是示出根據(jù)第七實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截面視 圖19A和圖19B是示出根據(jù)第七實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫 截面視圖20是示出根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體裝置的修改實施例的橫截面視圖21A至圖21C是在描述借助于傳統(tǒng)的Cu淀積工藝的凹部的內(nèi)部的填充的操作 中使用的橫截面視圖22是示出傳統(tǒng)的半導(dǎo)體裝置的示例的橫截面視圖；以及
圖23A和圖2 是示出傳統(tǒng)的半導(dǎo)體裝置的示例的橫截面視圖。
具體實施方式
現(xiàn)在在此將參考示例性實施例來描述本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解能夠使 用本發(fā)明的教導(dǎo)完成一些替代實施例，并且本發(fā)明不限于為解釋性目的而示出的實施例。
下文將參照附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例。在所有的附圖中，相同 的數(shù)字被分配給附圖中共同地出現(xiàn)的元件，并且將不會重復(fù)其詳細(xì)的描述。這里，將會參照 限定為前和后(縱向)、右和左(橫向)以及上和下(垂直)方向的方向來描述優(yōu)選實施 例。然而，僅為了描述的目的而暫時地示出這些方向，以便于簡單地描述元件的關(guān)系。因此，并不意在限制根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品的使用或生產(chǎn)中的產(chǎn)品的方向。在這里，除非另有說明，否 則絕緣膜、阻擋金屬膜、晶種膜、覆蓋金屬膜、蓋膜、和鍍膜不限于獨層(單層)膜，且可以是 多層膜。
(第一實施例)
圖IA至圖1C、圖2A至圖2C以及圖3A至圖3C是示出根據(jù)第一實施例的用于制造 半導(dǎo)體裝置的工藝的示例的橫截面視圖。圖4A是示出根據(jù)第一實施例的用于制造半導(dǎo)體 裝置的工藝的示例的橫截面視圖，且圖4B是在描述根據(jù)第一實施例的用于制造半導(dǎo)體裝 置的工藝的有利效果中使用的橫截面視圖。
將會參考圖IA至圖1C、圖2A至圖2C、圖3A至圖3C以及圖4A和圖4B描述根據(jù) 第一實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例。首先，用于制造半導(dǎo)體裝置的方法包括 在絕緣膜100中形成凹部111的操作，該絕緣膜100形成在設(shè)有形成在其表面上的諸如晶 體管等的元件的半導(dǎo)體襯底10上；在凹部111中形成阻擋金屬膜102和晶種膜104的操 作；在凹部111中形成覆蓋金屬膜106的操作；選擇性地移除覆蓋金屬膜106以在凹部111 的底部上露出晶種膜104的操作；以及，通過利用凹部111的底部中露出的晶種膜104作為 晶種來執(zhí)行鍍膜140的生長以填充凹部111的操作。下面將會進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖IA中所示，絕緣膜100形成在半導(dǎo)體襯底10上，并且凹部111形成在絕緣膜 100上。例如，半導(dǎo)體襯底10設(shè)有形成在其上的場效應(yīng)晶體管(FET)，其包括用作源漏區(qū)的 擴(kuò)散層和柵電極。
如圖IB中所示，阻擋金屬膜102和晶種膜104順序地形成在絕緣膜100和凹部 111上。例如，通過諸如濺射淀積工藝的物理氣相淀積、諸如化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝以及 原子層淀積(ALD)工藝的化學(xué)氣相淀積工藝(chemically-oriented vapor deposition process)、液相淀積工藝、或者超臨界流體生長工藝可以形成阻擋金屬膜102和晶種膜 104。然而，可以優(yōu)選地選擇在用于防止在凹部111的開口處形成較厚的膜的條件下的淀 積。
如圖IC中所示，覆蓋金屬膜106形成在晶種膜104上。例如，通過采用離子濺射 淀積工藝在凹部111的側(cè)表面部和底部上以及絕緣膜100上形成覆蓋金屬膜106。在此情 況下，形成在凹部111的底部上的覆蓋金屬膜106的部分具有小于形成在絕緣膜100的覆 蓋金屬膜106的部分的厚度。
如圖2A中所示，執(zhí)行選擇性的蝕刻工藝以移除凹部111的底部上的覆蓋金屬膜 106的部分，從而在底部上露出晶種膜104。例如，選擇性的蝕刻工藝的典型技術(shù)可以是通 過施加射頻(RF)偏置等的技術(shù)加速離子從等離子體朝著凹部111的底部移動來移除凹部 111的底部上的覆蓋金屬膜106的部分，從而覆蓋金屬膜106的部分留在凹部111的側(cè)表面 部以及形成在除了絕緣膜100上的凹部111之外的區(qū)域(區(qū)域(field)部131)中的晶種膜 104的部分的上表面上。由于布置在溝槽的內(nèi)部中的膜的厚度小于布置在所述區(qū)域部上的 膜的厚度，因此通過適當(dāng)?shù)乜刂莆g刻時間能夠容易地創(chuàng)建此結(jié)構(gòu)。將覆蓋金屬膜106移除 到至少部分地在底部上露出晶種膜104的部分的程度就是充分的，并且沒有必要完全地移 除位于凹部111的底部上的覆蓋金屬膜106的整個部分。此外，除了移除凹部111的底部 上的膜之外，還可移除底部附近區(qū)域中的覆蓋金屬膜106的部分，或更具體地例如具有從 底表面限定的不大于1的縱橫比的區(qū)域中的覆蓋金屬膜106的部分。這提供具有凹部111并且還具有在凹部111的底部上露出晶種膜104的結(jié)構(gòu)。除了上面之外，為了獲得覆蓋金 屬膜106的最佳特征，可以重復(fù)覆蓋金屬膜106的淀積和選擇性蝕刻。替代地，可以使用利 用溶液的濕法蝕刻工藝用于選擇性蝕刻工藝?？设b于Cu晶種膜和阻擋金屬膜之間的蝕刻 選擇性和/或電池單元效果的影響來選擇適當(dāng)?shù)奈g刻溶液，并且例如，在采用鈦(Ti)的情 況下，可以采用氫氟酸或者氨-過氧化氫溶液。在如下文中描述的其它實施例中也可以類 似地應(yīng)用此濕法蝕刻工藝。
在本實施例中，例如，具有堆疊在其上的鉭(Ta)的氮化鉭(TaN)組成的材料可用 作阻擋金屬膜102。另外，阻擋金屬膜102可淀積為具有1至20nm的厚度。
在本實施例中，采用Cu作為用于晶種膜104的材料。此外，晶種膜104可淀積為 具有10至IOOnm的厚度。
在本實施例中，覆蓋金屬膜106是具有比晶種膜104差且低的鍍淀積能力的導(dǎo)電膜。
在本實施例中，鈦(Ti)用于覆蓋金屬膜106的材料。此外，覆蓋金屬膜106形成 為在絕緣膜100的區(qū)域部131上的厚度為0. 5至lOnm，而在凹部111的側(cè)表面部上的厚度 為0. 5至5nm。在晶種膜104的上表面上的凹部111的側(cè)表面部和區(qū)域部131中，覆蓋金屬 膜106的厚度可優(yōu)選為大約0. 5至1原子層或更大。這允許抑制鍍膜的生長，并且減少了 在鍍淀積操作期間在晶種膜104的上表面上的區(qū)域部131中和凹部111的側(cè)表面部中的空 隙的產(chǎn)生，如稍后所述。
然后，通過使用電解鍍液108來進(jìn)行鍍工藝。如圖2B和圖2C中所示，通過將凹部 111的底部中露出的晶種膜104用作晶種來實現(xiàn)鍍膜140的生長以填充凹部111。
例如，鍍工藝的電流密度可優(yōu)選為大約0. ΙΑ/dm2至ΙΟΑ/dm2。然而，增加電流密度 會在使用某種材料覆蓋金屬膜106的情況下導(dǎo)致覆蓋金屬膜106上的鍍淀積。然而，即使 在此情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可適當(dāng)?shù)靥峁┳罴呀Y(jié)果。此外，電流值由電流密度與 凹部111對晶片面積的開口率的乘積表示。
在通過將凹部111的底部上露出的晶種膜104的部分用作鍍晶種來生長鍍膜140， 從而進(jìn)行鍍膜140的生長以填充凹部111的操作中，鍍膜140可優(yōu)選為鍍膜140b，其中，鍍 膜140可在凹部111的開口上形成凸部，從而凸部具有等于或大于Inm且等于或小于IOOnm 的高度(見圖4A)。該結(jié)構(gòu)允許在后續(xù)工藝中通過第一熱處理使得通過鍍工藝淀積在凹部 111中的鍍膜140熱收縮以避免在凹部111中產(chǎn)生空間(見圖4B)。
接下來，進(jìn)行第一熱處理，從而包含在覆蓋金屬膜106中的金屬元素在鍍膜140中 擴(kuò)散。這允許通過再結(jié)晶來使晶種膜104和鍍膜140成為一體以形成鍍膜140a。此外，包含 在覆蓋金屬膜106中的Ti在鍍膜140a中擴(kuò)散，以在鍍膜140a的表面上形成蓋膜106a (見 圖3A)。此外，形成包含的構(gòu)成覆蓋金屬膜106的化學(xué)元素的濃度高于周邊區(qū)域中的其它化 學(xué)元素的濃度的區(qū)域106b。在本實施例中，區(qū)域106b中Ti的濃度高于周邊區(qū)域中Ti的濃 度。
例如，可在100攝氏度至400攝氏度的加熱溫度下進(jìn)行第一熱處理。此外，晶種 膜104的表面可以在熱處理中暴露于氨或氮的氣氛的等離子體中。這允許Ti以改善的均 勻度擴(kuò)散。
如圖;3B中所示，借助于CMP工藝選擇性地移除蓋膜106a、鍍膜140a和阻擋金屬膜10102，以平坦化表面，從而僅在凹部111中留下鍍膜140a。這提供了形成在絕緣膜100中的 Cu互連105。
接下來，進(jìn)行第二熱處理，從而在僅留在凹部111內(nèi)的鍍膜140a(Cu互連105)的 表面附近引起包含在覆蓋金屬膜106中的金屬元素的偏析。這允許源于Cu互連105的表 面上的覆蓋金屬膜106中且在Cu互連105中殘留了很少量的諸如Ti的原子元素在Cu互 連105的表面上偏析，以形成蓋膜106c (圖3C)。蓋膜106c具有小于Cu互連105的Cu濃 度，且覆蓋Cu互連105的上表面。
此外，覆蓋金屬膜106中的Ti能夠更為均勻地擴(kuò)散。如圖3C中所示，構(gòu)成區(qū)域 106b中的覆蓋金屬膜106的原子元素的濃度進(jìn)一步降低，以形成區(qū)域106d。除上述之外， 區(qū)域106d是具有構(gòu)成覆蓋金屬膜106的原子元素的濃度高于周邊區(qū)域中的原子元素的區(qū) 域。
可以在例如100攝氏度至400攝氏度的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行第二熱處理，該第二 熱處理在圖:3B中所示的結(jié)構(gòu)通過在半導(dǎo)體襯底10上形成諸如晶體管和互連結(jié)構(gòu)的元件而 形成之后進(jìn)行。
蓋膜106c可包含濃度小于晶種膜104的Cu濃度的Cu，且還可包含鈦(Ti)、鋁 (Al)、錫(Sn)和錳(Mn)中的至少一種原子元素。
可在包含氧和/或水的氣氛中進(jìn)行第一熱處理和第二熱處理。這允許在鍍膜140a 的表面上形成氧化物，以促進(jìn)包含在覆蓋金屬膜106中的金屬元素在鍍膜140a的內(nèi)部中的 擴(kuò)散。此外，當(dāng)包含在覆蓋金屬膜106中的金屬元素為Ti時，在包含氨和氮的氣氛下進(jìn)行 熱處理除上述有益效果之外，還進(jìn)一步促進(jìn)了鍍膜140a的表面上的氮化鈦(TiN)的偏析， 從而提供了改善的可靠性。此外，鍍膜140a的表面在熱處理工藝中可額外地暴露于這樣的 氣氛的等離子體。
此過程提供了下述半導(dǎo)體裝置，其包括具有形成于其中的晶體管的半導(dǎo)體襯底10 和埋入形成在其上的絕緣膜100中的Cu互連105，其中，Cu互連105在由從側(cè)表面部朝中 部等于或大于Inm且等于或小于20nm的距離所限定的Cu互連105的區(qū)域中，具有表示Cu 互連105中除Cu之外的金屬元素的最高濃度的點，并且其中裝置包括提供在半導(dǎo)體襯底10 與Cu互連105的側(cè)表面之間的阻擋金屬膜102(圖3C)。
在Cu互連105中，Cu互連105在由從側(cè)表面部朝中部等于或大于Inm且等于或 小于20nm的距離所限定的Cu互連105的區(qū)域中，具有表示Cu互連105中除Cu之外的金 屬元素的最高濃度的點。
接下來，將描述本實施例的有益效果。
在本實施例中，絕緣膜100首先形成在具有形成于其中的晶體管等的半導(dǎo)體襯底 10上，然后，凹部111形成在絕緣膜100中，且晶種膜104和覆蓋金屬膜106(具有低于晶 種膜的鍍淀積能力的導(dǎo)電膜)順序地形成在凹部111中，且然后，移除凹部111的底部中的 覆蓋金屬膜106的部分，以使晶種膜104在凹部111的底部中露出。如上文所述，在晶種膜 104形成于凹部111的底部中，且覆蓋金屬膜106成在其側(cè)表面部中的情況下，進(jìn)行電解鍍 工藝，從而通過鍍工藝優(yōu)選生長底部中的晶種膜104，而不是側(cè)表面部中的膜，從而能夠通 過從底部生長的鍍膜140來填充凹部111的內(nèi)部。這允許抑制在鍍膜140的生長期間在凹 部111的內(nèi)部產(chǎn)生空隙。
認(rèn)為覆蓋金屬膜106具有低于晶種膜104的鍍淀積能力的原因如下。
第一原因在于，覆蓋金屬膜106包含具有比晶種膜104的電阻更高的電阻的金屬 元素，從而與凹部111的側(cè)表面上的覆蓋金屬膜106相比，電流優(yōu)先流過晶種膜104，以通過 鍍工藝提供優(yōu)先生長。
第二原因在于，當(dāng)Ti用于覆蓋金屬膜106時，氧化了覆蓋金屬膜106的表面，從而 還原反應(yīng)難以進(jìn)行，因此允許優(yōu)先實現(xiàn)晶種膜104的鍍淀積。
因此，當(dāng)進(jìn)行鍍膜140的鍍淀積時，相比于凹部111的側(cè)表面上的部分，在底部上 的露出的晶種膜104的部分優(yōu)先生長，且因此可抑制在凹部111的內(nèi)部產(chǎn)生空隙。因此，即 使凹部111的開口較小，也可實現(xiàn)從底向上的淀積。
此外，在本實施例中，覆蓋金屬膜106包含Ti作為主要成分。因此，根據(jù)上述第二 原因，可進(jìn)一步抑制在覆蓋金屬膜106上的鍍淀積。
在晶種膜形成在具有凹部的襯底上之后和進(jìn)行電解鍍操作之前，除了除去形成在 凹部中的側(cè)表面上的晶種膜的部分之外，傳統(tǒng)技術(shù)還需要借助于CMP工藝移除形成在襯底 的上表面上的晶種膜的部分的操作，以便將晶種膜僅留在襯底的凹部的底部中。這導(dǎo)致了 增加的必要的操作，造成成本增加和生產(chǎn)能力劣化。相反，本實施例不需要在電解鍍操作之 前移除晶種膜104的操作。
此外，在本實施例中，覆蓋金屬膜106形成在晶種膜104的區(qū)域部131中。因此， 在區(qū)域部131上基本上沒有產(chǎn)生借助于鍍淀積的淀積。這實現(xiàn)了凹部111中的鍍淀積，從 而能夠減少在電解鍍工藝之后的用于移除區(qū)域部131上生長的鍍膜140的CMP工藝的處理 時間。盡管在傳統(tǒng)技術(shù)中用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝中特別需要大量用于該CMP工藝的處 理時間，但本實施例提供了對在區(qū)域部131上形成鍍膜140的限制，從而減少CMP工藝花費 的處理時間，從而減少了制造半導(dǎo)體裝置的處理時間以提供改進(jìn)的生產(chǎn)能力，且同時減少 了 CMP研磨材料的總量，以提供減少的生產(chǎn)成本。
雖然由于形成在區(qū)域部131上的覆蓋金屬膜106不均勻，從而部分地形成鍍膜 140，但本實施例減少了形成在這樣的情況下在區(qū)域部131上的鍍膜140的形成，從而能夠 減少用于制造半導(dǎo)體裝置的處理時間，從而提供了改善的生產(chǎn)能力。
此外，如上述Reid等人所述，在傳統(tǒng)技術(shù)中需要具有較大分子量的Cu鍍添加劑， 需要頻繁地改變鍍?nèi)芤?，以防止由于溶液的分解和消耗?dǎo)致的性能的退化，且因此增加了 生產(chǎn)成本。相反，本實施例不需要使用特殊添加劑，從而實現(xiàn)了生產(chǎn)成本的降低。
半導(dǎo)體裝置還具有凹部111中的Cu互連105的表面中的蓋膜106c。這允許提供 Cu互連105的改善的可靠性。
此外，將參照圖4A和圖4B來描述本實施例的其它有益效果。
如圖4A中所示，在本實施例中，可通過凹部111上的鍍淀積來形成包括具有大致 為半球形的凸部的鍍膜140b。該構(gòu)造的原因在于，當(dāng)多個凹部111形成在襯底上時，襯底的 表面中的凹部111的位置或其間的位置關(guān)系是不同的，且因此存在具有通過鍍淀積的較快 的填充的凹部111和較慢的填充的凹部111。因此，當(dāng)具有較慢的填充的對凹部111的填充 完成時，具有較快的填充的凹部111中的鍍膜在除凹部111的內(nèi)部之外的區(qū)域中進(jìn)一步生 長，以在凹部111上形成具有凸部的鍍膜140b，且其部分也形成在區(qū)域部131上。相反，當(dāng) 僅在凹部111的內(nèi)部用鍍膜140進(jìn)行填充時，后來進(jìn)行的熱處理可導(dǎo)致在凹部111的開口附近的鍍膜140的收縮，如圖4B中所示。
為了解決該問題，具有大致為半球形的凸部的鍍膜140b形成在凹部111上，從而 能夠減小由于熱處理導(dǎo)致的凹部111的開口附近的鍍膜140的收縮。
盡管上述實施例描述了具有Ta的材料用作形成在TaN上的阻擋金屬膜102的使 用，但可以替代地使用具有鈦(Ti)、釕(Ru)、銥(Ir)和鎢(W)中的一種或兩種或更多種的 多層材料。
(第二實施例)
盡管第一實施例中制備具有凹部111且還具有在凹部111的底部上露出的晶種膜 104的襯底的操作包括形成凹部111和將晶種膜104淀積在凹部111中，但第二實施例包括 在形成凹部111之前形成晶種膜204，而不在凹部111中進(jìn)行淀積晶種膜的操作。
將參照圖5A至圖5C、圖6A至圖6C和圖7A至圖7C來描述根據(jù)第二實施例的制 造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例。在本實施例中，用于制造半導(dǎo)體裝置的工藝包括在半導(dǎo)體襯 底10上形成絕緣膜201(第一絕緣膜)的操作；用晶種膜204填充形成在絕緣膜201(第一 絕緣膜)中的溝槽的操作；在絕緣膜201(第一絕緣膜)上形成絕緣膜202(第二絕緣膜) 的操作；選擇性地移除絕緣膜202(第二絕緣膜)以形成凹部111并且使晶種膜204在凹部 111的底部上露出的操作；在凹部111中形成覆蓋金屬膜106的操作；選擇性地移除覆蓋金 屬膜106以使晶種膜204在凹部111底部上露出的操作；以及，通過利用在凹部111的底部 中露出的晶種膜204作為晶種來執(zhí)行鍍膜2240的生長以實現(xiàn)填充凹部111的鍍膜MO的 生長的操作。下文將進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖5A中所示，絕緣膜201形成在半導(dǎo)體襯底10上。盡管未提供描述，但半導(dǎo)體 襯底10的上表面設(shè)有諸如晶體管的半導(dǎo)體元件、將其覆蓋的層間絕緣膜、用于將半導(dǎo)體元 件與互連層相連的接觸，以及根據(jù)情況的互連層等。隨后，互連溝槽形成在絕緣膜201中， 且阻擋金屬膜203和晶種膜204順序地形成以填充溝槽的內(nèi)部。隨后，絕緣膜202形成在 絕緣膜201上。接下來，選擇性地移除絕緣膜202來形成凹部111，且使晶種膜204在凹部 111的底部上露出。這提供了下述結(jié)構(gòu)，其具有凹部111，且還具有在凹部111的底部上露 出的晶種膜204。
在本實施例中，晶種膜204可為下方互連層中的Cu互連，或?qū)讓又械腃u導(dǎo)通 孔等。
接下來，如圖5B中所示，阻擋金屬膜102形成在絕緣膜202和晶種膜204上。
阻擋金屬膜102例如可由諸如濺射淀積工藝的物理氣相淀積、諸如CVD工藝和ALD 工藝的化學(xué)氣相淀禾只工藝(chemically-oriented vapor deposition process)、液相淀禾只 工藝或超臨界流體生長工藝來形成。然而，可以優(yōu)選地選擇在防止凹部111的開口處形成 較厚膜的條件下的淀積。
隨后，執(zhí)行選擇蝕刻工藝，以除去凹部111的底部上的阻擋金屬膜102的部分，從 而露出晶種膜204 (圖5B)。在此情況下，通過使用例如施加RF偏置等的技術(shù)促進(jìn)離子從等 離子體朝凹部111的底部移動來移除凹部111的底部上的阻擋金屬膜102的部分，從而部 分阻擋金屬膜102留在凹部111的側(cè)表面部上，以及絕緣膜202上除凹部111之外的區(qū)域 (區(qū)域部131)。
如圖5C中所示，覆蓋金屬膜206形成在阻擋金屬膜102上。例如，覆蓋金屬膜206通過使用離子濺射淀積工藝形成在凹部111的底部和側(cè)表面部以及阻擋金屬膜102上。
如圖6A中所示，執(zhí)行選擇蝕刻工藝，以移除凹部111的底部上的覆蓋金屬膜206 的部分，從而露出晶種膜204。在此情況下，通過使用例如施加RF偏置等的技術(shù)促進(jìn)離子從 等離子體朝凹部111的底部移動來移除凹部111的底部上的覆蓋金屬膜206的部分，從而 部分覆蓋金屬膜206留在凹部111的側(cè)表面部，以及絕緣膜202上除凹部111之外的區(qū)域 (區(qū)域部131)上。
在本實施例中，主要包含例如釕(Ru)的材料用于阻擋金屬膜102。此外，阻擋金屬 膜102可以以1至IOnm的厚度形成在例如絕緣膜202的區(qū)域部131上，以及以0. 5至Inm 的厚度形成在凹部111的側(cè)表面上。
在本實施例中，覆蓋金屬膜206為具有低于晶種膜204的鍍淀積能力的導(dǎo)電膜。例 如，鋁(Al)可用作用于覆蓋金屬膜206的材料。覆蓋金屬膜206可以以1至IOnm的厚度 形成在例如絕緣膜221的區(qū)域部131上，以及以0. 5至Inm的厚度形成在凹部111的側(cè)表面上。
接來下，與參照圖2B和圖2C描述的上述實施例類似，首先，通過利用凹部111的 底部上露出的晶種膜204作為晶種來進(jìn)行利用電解鍍液108的鍍工藝以執(zhí)行鍍膜240的生 長(圖6B)。這實現(xiàn)了從凹部111的底部在晶種膜204上選擇性地生長鍍膜M0，從而實現(xiàn) 了將鍍膜240埋入凹部111中(圖6C)。
隨后的操作類似于上述實施例。首先，進(jìn)行第一熱處理過程。這允許通過再結(jié)晶 來使晶種膜204和鍍膜240成為一體，以形成鍍膜MOa。
此外，包含在覆蓋金屬膜206中的諸如鋁(Al)的組成元素在鍍膜MOa中擴(kuò)散，以 形成蓋膜206a (見圖7A)。此外，形成包含的構(gòu)成覆蓋金屬膜206的化學(xué)元素的濃度高于周 邊區(qū)域中的其它化學(xué)元素的濃度的區(qū)域206b。然后，借助于CMP工藝來選擇性地移除蓋膜 206a、阻擋金屬膜102和鍍膜240a，以平坦化表面來形成Cu互連205 (圖7B)。
此外，進(jìn)行第二熱處理，以在Cu互連205的表面中產(chǎn)生偏析，從而形成蓋膜 206c (圖7C)。此外，構(gòu)成覆蓋金屬膜206的原子元素的濃度以改進(jìn)的均勻度擴(kuò)散。如圖7C 中所示，區(qū)域206b中構(gòu)成覆蓋金屬膜206的原子元素的濃度進(jìn)一步減小以形成區(qū)域206d。 除上述之外，區(qū)域206d是具有構(gòu)成覆蓋金屬膜206的原子元素的濃度高于周邊區(qū)域中的原 子元素的區(qū)域。
將描述本實施例中的有益效果。在本實施例中，絕緣膜200具有晶種膜204，并且 絕緣膜202形成在絕緣膜200上，且當(dāng)凹部111形成在絕緣膜202中時，晶種膜204在底部 中露出。為了解決該問題，通過利用露出的晶種膜204作為晶種來生長鍍膜M0，從而在形 成凹部111之后不需要形成晶種膜的操作。此外，由于下方互連層的Cu互連或?qū)讓拥?Cu導(dǎo)通孔可用作晶種膜204，故不需要形成晶種膜204。因此，第二實施例中不需要形成晶 種膜204的額外操作，且不需要在形成凹部111之后形成晶種膜的操作，從而與第一實施例 相比，減少了制造工藝中的處理操作的數(shù)量。
當(dāng)在常規(guī)技術(shù)中使用Al作為晶種時，在隨后的鍍Cu工藝中，在區(qū)域部上，Cu鍍膜 也被淀積有Al，且因此，需要移除形成在區(qū)域部上的Cu鍍膜。相反，本實施例中，覆蓋金屬 膜206形成在區(qū)域部131上，從而鍍膜240具有較弱的鍍淀積能力。因此，在本實施例中， 可省略或簡化借助于鍍工藝移除在區(qū)域部131上生長的鍍膜MO的操作。此外，根據(jù)本發(fā)明，出于鍍淀積的成核的目的，使用Al作為晶種需要特殊添加劑， 該添加劑并未在傳統(tǒng)的鍍Cu填充中使用。然而，在本實施例中，在未使用特殊添加劑的情 況下實現(xiàn)了鍍工藝，從而可實現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低。其它有益效果類似于上述第一實施例。
所期望的是本發(fā)明不限于上述實施例，且其各種修改也是可能的。例如，盡管參照 了其中在移除形成在凹部111的底部中的阻擋金屬膜102之后形成覆蓋金屬膜206，并且然 后移除形成在凹部111的底部中的覆蓋金屬膜206的工藝描述了本實施例，但也可以使用 替代的工藝，其中在沒有移除形成在凹部111的底部中的阻擋金屬膜102的情況下形成覆 蓋金屬膜206，且在凹部111底部中同時移除阻擋金屬膜102和覆蓋金屬膜206。
(第三實施例)
盡管第二實施例示出了將覆蓋金屬膜206和阻擋金屬膜102用作具有低于晶種膜 204的鍍淀積能力的導(dǎo)電膜的構(gòu)造，但第三實施例示出了使用既用作阻擋金屬膜又用作覆 蓋金屬膜的膜107的構(gòu)造。
將參照圖8A至圖8C來描述根據(jù)第三實施例的制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例。阻 擋金屬膜203和晶種膜204順序地放置為被埋入半導(dǎo)體襯底10上的絕緣膜201 (第一絕緣 膜)中。盡管未提供描述，但半導(dǎo)體襯底10的上表面設(shè)有諸如晶體管的半導(dǎo)體元件、將其 覆蓋的層間絕緣膜、用于將半導(dǎo)體元件與互連層相連的接觸，以及根據(jù)情況的互連層等。絕 緣膜202(第二絕緣膜)形成在絕緣膜201上，而凹部111形成在絕緣膜202上。
接下來，如圖8A中所示，用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107形成在絕緣膜202 和晶種膜204上。用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107例如可由諸如濺射淀積工藝的物 理氣相淀積、諸如CVD工藝和ALD工藝的化學(xué)氣相淀積工藝、液相淀積工藝或超臨界流體生 長工藝來形成。然而，可以優(yōu)選地選擇在防止凹部111的開口處形成較厚膜的條件下的淀 積。
隨后，執(zhí)行選擇蝕刻工藝，以移除凹部111的底部上的用作阻擋金屬膜和覆蓋金 屬膜的膜107的部分，從而露出晶種膜204。在此情況下，通過使用例如施加RF偏置等的技 術(shù)促進(jìn)離子從等離子體朝凹部111的底部移動來移除設(shè)置在凹部111的底部上的用作阻擋 金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107的部分，從而用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107的部分 留在凹部111的側(cè)表面部，以及絕緣膜202上除凹部111之外的區(qū)域(區(qū)域部131)上。
在本實施例中，用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107為導(dǎo)電膜，其具有比晶種 膜204弱且低的鍍淀積能力，且還具有作為阻擋金屬膜的功能，同時設(shè)有改善的與Cu的粘 附性。這允許提供半導(dǎo)體裝置的改進(jìn)的可靠性。此外，用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜 107的存在允許在電解鍍工藝期間電流流過凹部111。
在本實施例中，在大約100至400攝氏度的溫度下在Cu中不引起擴(kuò)散的材料優(yōu)選 用于作為阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107，且例如，通常使用主要包含釕(Ru)的材料。另 外，用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107可以以5至IOnm的厚度形成在例如絕緣膜202 的區(qū)域部131上，以及以0. 5至5nm的厚度形成在凹部111的側(cè)表面上。
接來下，與參照圖2B和圖2C描述的上述實施例相似，首先，通過利用凹部111的 底部上露出的晶種膜204作為晶種來進(jìn)行利用電解鍍液108的鍍工藝以執(zhí)行鍍膜240的生 長(圖8B)。這實現(xiàn)了從凹部111的底部在晶種膜204上選擇性地生長鍍膜M0，從而實現(xiàn) 了將鍍膜240埋入凹部111中(圖8C)。
隨后的處理操作類似于形成普通鑲嵌互連的工藝。首先，進(jìn)行熱處理，以允許通過 再結(jié)晶來使晶種膜204和鍍膜240成為一體。然后，借助于CMP工藝選擇行地移除用作阻 擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107和鍍膜M0，以平坦化表面，從而形成Cu互連，最終提供半 導(dǎo)體裝置。
將描述本實施例的有益效果。由于本實施例中采用用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜 的膜107，故與在單獨的操作中單獨地形成阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的工藝相比，可實現(xiàn)簡 化的淀積操作。其它有益效果類似于上述第一和第二實施例。
盡管上述實施例中描述了將Ru用于用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107的材 料的構(gòu)造，但材料不限于此。例如，可使用除Ru外的材料，更具體而言可以使用在氮化鉭 (TaN)上堆疊鉭、或氮化鈦(TiN)、氮化鎢(WN)等的材料。除以上之外，當(dāng)將不引起在Cu中 的擴(kuò)散的材料用于用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬膜的膜107時，用作阻擋金屬膜和覆蓋金屬 膜的膜107的組成元素不會由于熱處理而引起擴(kuò)散到晶種膜204和鍍膜240中。
(第四實施例)
第四實施例示出了具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
將參照圖9A至圖9C、圖IOA至圖IOC和圖IlA至圖IlC來描述根據(jù)第四實施例的 制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例。
如圖9A中所示，絕緣膜300形成在半導(dǎo)體襯底10上，而凹部311形成在絕緣膜 300中。在雙鑲嵌結(jié)構(gòu)中，凹部311由通孔311a和互連溝槽311b構(gòu)成。
通孔311a可優(yōu)選地具有等于或小于1. 5的縱橫比，并且更優(yōu)選地等于或小于1的 縱橫比。由于借助于普通鍍工藝的生長基本各向同性地進(jìn)行，故可通過適當(dāng)?shù)乜刂频诫娊?鍍液的添加劑或電解鍍工藝的工藝條件來實現(xiàn)工藝的優(yōu)化。相反，提供縱橫比等于或小于 1. 5或更優(yōu)選地等于或小于1的通孔311a的構(gòu)造能夠通過在從通孔311a的底部生長的鍍 膜到達(dá)通孔311a的開口之前從互連溝槽311b的底部的鍍淀積來抑制通孔311a的開口的 不期望的閉合，即使用于從互連溝槽311b的底部生長鍍膜的鍍工藝大致各向同性地進(jìn)行。 此外，即使覆蓋金屬膜106僅形成在通孔311a的內(nèi)壁的部分中，提供縱橫比等于或小于1 的通孔311a的構(gòu)造也允許實現(xiàn)減少鍍淀積的處理時間，同時獲得充分的抑制空隙形成的 效果。
當(dāng)包含Cu的結(jié)構(gòu)體存在于與形成在半導(dǎo)體襯底10上的絕緣膜300中的通孔311a 的底表面相關(guān)的位置中時，包含Cu的結(jié)構(gòu)體可在通孔311a的底部中露出，且可以通過利用 露出的結(jié)構(gòu)體作為晶種來實現(xiàn)鍍淀積，這類似于上述第二實施例和第三實施例。
如圖9B中所示，阻擋金屬膜102和晶種膜104順序地形成在絕緣膜300和凹部 311上。阻擋金屬膜102和晶種膜104可以由例如諸如濺射淀積工藝的物理氣相淀積、諸 如CVD工藝和ALD工藝的化學(xué)氣相淀積工藝、液相淀積工藝或超臨界流體生長工藝來形成。 然而，可以優(yōu)選地選擇在防止凹部311的開口處形成較厚膜的條件下的淀積。
如圖9C中所示，覆蓋金屬膜106形成在晶種膜104上。覆蓋金屬膜106例如通過 使用離子濺射淀積工藝形成在凹部311的底部和側(cè)表面部上。
如圖IOA中所示，執(zhí)行選擇蝕刻工藝來分別移除設(shè)置在通孔311a的底部上的覆蓋 金屬膜106的部分和設(shè)置在互連溝槽311b的底部上的覆蓋金屬膜106的部分，以在相應(yīng)的 底部中露出部分晶種膜104。在此情況下，通過使用例如施加RF偏置等的技術(shù)促進(jìn)離子從等離子體朝凹部311的底部移動來移除凹部311的底部上的覆蓋金屬膜106的部分，從而 部分覆蓋金屬膜106留在凹部311的側(cè)表面部上，以及形成在絕緣膜300上除凹部311之 外的區(qū)域(區(qū)域部131)中的晶種膜104的部分的上表面上。
在本實施例中，例如，具有堆疊在TaN上Ta的材料可用于阻擋金屬膜102。此夕卜， 阻擋金屬膜102形成為1至20nm的厚度。
在本實施例中，例如Cu用作晶種膜104的材料。此外，晶種膜104形成為10至 IOOnm的厚度。
在本實施例中，例如Ti用作覆蓋金屬薄膜106的材料。例如，覆蓋金屬膜106可以 以0. 5至IOnm的厚度形成在例如絕緣膜300上的區(qū)域部131 (除通孔311a，互連溝槽311b 的各側(cè)表面部和絕緣膜300上的凹部311之外的區(qū)域)上，且以0. 5至5nm的厚度形成在 凹部311的側(cè)表面上。
如圖IOB中所示，通過利用通孔311a和互連溝槽311b的底部上露出的晶種膜104 作為晶種來進(jìn)行利用電解鍍?nèi)芤?08的鍍工藝以執(zhí)行鍍膜140的生長。如圖IOC中所示， 這實現(xiàn)了從通孔311a和互連溝槽311b的底部在晶種膜104上選擇性地生長鍍膜140，從而 實現(xiàn)了將鍍膜240埋入凹部311中。
然后，處理類似于第一熱處理，執(zhí)行如上述第一實施例中所述的CMP處理和第二 熱處理。下文中將提供其簡要描述。
首先，執(zhí)行第一熱處理。這允許通過再結(jié)晶來使晶種膜104和鍍膜140成為一體， 以形成鍍膜140a。
此外，包含在覆蓋金屬膜106中的Ti在鍍膜140a中擴(kuò)散，以在鍍膜140a的表面 上形成蓋膜106a (見圖11A)。此外，形成包含的構(gòu)成覆蓋金屬膜106的化學(xué)元素的濃度高 于周邊區(qū)域中的其它化學(xué)元素的濃度的區(qū)域106b。在本實施例中，區(qū)域106b具有的Ti濃 度大于其周邊部分的Ti濃度。
如圖IlB中所示，借助于CMP工藝選擇性地移除蓋膜106a、鍍膜140a和阻擋金屬 膜102，以平坦化表面，從而僅在凹部111中留下鍍膜140a。這提供了導(dǎo)通孔30 和Cu互 連 105。
接下來，進(jìn)行第二熱處理。源于Cu互連105的表面上的覆蓋金屬膜106中并在Cu 互連105中殘留了很少量的諸如Ti的原子元素在導(dǎo)通孔30 和Cu互連30 的表面上偏 析，以形成蓋膜106c(圖11C)。此外，覆蓋金屬膜106中的Ti能夠更均勻地擴(kuò)散。如圖IlC 中所示，區(qū)域106b中構(gòu)成覆蓋金屬膜106的原子元素的濃度進(jìn)一步降低，以形成區(qū)域106d。 此以上之外，區(qū)域106d是具有構(gòu)成覆蓋金屬膜106的原子元素的濃度高于周邊區(qū)域中的原 子元素的區(qū)域。
在本實施例中，在由從導(dǎo)通孔30 和Cu互連30 的底部朝其頂表面等于或大于 Inm且等于或小于20nm的距離所限定的導(dǎo)電體的區(qū)域中，除Cu外的金屬元素的最高濃度。
將描述本實施例中的有益效果。由于本實施例中的半導(dǎo)體裝置為雙鑲嵌結(jié)構(gòu)，故 與單鑲嵌結(jié)構(gòu)相比，可使用更多簡單的處理操作。其它有益效果類似于上述第一實施例。
(第五實施例)
第五實施例示出了具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。將參照圖12A至圖12C、圖13A 至圖13C和圖14來進(jìn)行描述。盡管在第四實施例中，在部分晶種膜104被露出在通孔311a和互連溝槽311b的底部的情況下進(jìn)行鍍工藝，但本實施例中并未剝?nèi)セミB溝槽311b的底 部中的通孔311a的開口之外的區(qū)域中的覆蓋金屬膜106的部分，且在通孔311a的底部中 的部分晶種膜104露出的情況下進(jìn)行鍍工藝。
將參照圖12A至圖12C、圖13A至圖13C和圖14來描述根據(jù)第五實施例的制造半 導(dǎo)體裝置的工藝的示例。
首先，如上文所述，與圖9A至圖9C和圖IOA中所示的類似，凹部311形成在絕緣 膜300中，且阻擋金屬膜102、晶種膜104和覆蓋金屬膜106順序地形成，且然后部分晶種 膜104在通孔311a的底部中露出。除以上以外，阻擋金屬膜102、晶種膜104和覆蓋金屬膜 106順序地淀積在除通孔311a的開口之外的互連溝槽311b的底部的區(qū)域中。
在本實施例中，例如，具有堆疊在TaN上的Ta的材料可用于阻擋金屬膜102。
此外，阻擋金屬膜102形成為1至20nm的厚度。
在本實施例中，例如Cu用作晶種膜104的材料。此外，晶種膜104形成為10至 IOOnm的厚度。
在本實施例中，例如Ru用作晶種覆蓋金屬膜106的材料。此外，覆蓋金屬膜106 可以以0. 5至IOnm的厚度形成在例如絕緣膜300上的區(qū)域部131上(除通孔311a、互連溝 槽311b的相應(yīng)側(cè)表面部、和絕緣膜300上的凹部311之外的區(qū)域中)，且以0. 5至5nm的厚 度形成在凹部311的側(cè)表面上(圖12A)。
如圖12B中所示，通過利用通孔311a的底部上露出的晶種膜104作為晶種來進(jìn)行 利用電解鍍?nèi)芤?08的鍍工藝來執(zhí)行鍍膜140的生長。如圖12B和12C中所示，這實現(xiàn)了 從通孔311a的底部在晶種膜104上選擇性地生長鍍膜140，從而實現(xiàn)了將鍍膜240埋入凹 部311中。
在此情況下，用于鍍工藝的電流被控制為具有從大約0. ΙΑ/dm2至大約ΙΑ/dm2的范 圍內(nèi)的電流密度，直到如圖12B所示地填充通孔311a，并且在填充通孔311a之后，用于鍍工 藝的電流被控制為具有從大約ΙΑ/dm2至大約ΙΟΑ/dm2的范圍內(nèi)的電流密度。通常，Ti (覆 蓋金屬膜106)的鍍淀積比Cu(晶種膜104)需要更高的電壓。因此，大約0. ΙΑ/dm2至IA/ dm2的較低電壓被選擇用于鍍工藝的電流，以僅在通孔311a的底部中實現(xiàn)淀積。然后，電壓 增大至從大約ΙΑ/dm2至大約ΙΟΑ/dm2的較高電壓范圍，以還在Ti上生成鍍淀積。
然后，處理類似于第一熱處理，執(zhí)行如上述第一實施例中所述的CMP處理和第二 熱處理。下文中將提供其簡要描述。
首先，執(zhí)行第一熱處理。
這允許通過再結(jié)晶來使晶種膜104和鍍膜140成為一體，以形成鍍膜140a。此 外，包含在覆蓋金屬膜106中的Ti在鍍膜140a中擴(kuò)散，以在鍍膜140a的表面上形成蓋膜 106a(見圖13B)。此外，形成包含的構(gòu)成覆蓋金屬膜106的化學(xué)元素的濃度高于周邊區(qū)域 中的其它化學(xué)元素的濃度的區(qū)域106b。在本實施例中，區(qū)域106b具有的Ti濃度大于其周 邊部分的Ti濃度。
如圖13C中所示，借助于CMP工藝選擇性地移除蓋膜106a、鍍膜140a和阻擋金屬 膜102，以平坦化表面，從而在凹部111中僅留下鍍膜140a。這提供了導(dǎo)通孔30 和Cu互 連 105。
接下來，進(jìn)行第二熱處理。這允許源于Cu互連105的表面上的覆蓋金屬膜106中18并在Cu互連105中殘留了很少量的諸如Ti的原子元素在導(dǎo)通孔30 和Cu互連30 的 表面上偏析，以形成蓋膜106c(圖14)。此外，覆蓋金屬膜106中的Ti能夠更均勻地擴(kuò)散。
如圖14中所示，構(gòu)成區(qū)域106b中的覆蓋金屬膜106的原子元素的濃度進(jìn)一步降 低，以形成區(qū)域106d。此以上之外，區(qū)域106d是具有構(gòu)成覆蓋金屬膜106的原子元素的濃 度高于周邊區(qū)域中的原子元素的區(qū)域。
將描述本實施例中的有益效果。
由于在本實施例中，通孔311a中的鍍淀積比互連溝槽311b中的更優(yōu)選地實現(xiàn)，故 能夠進(jìn)一步抑制在通孔311a的開口處產(chǎn)生空隙。此外，由于通孔311a被填充以提供減小 的縱橫比，故可抑制空隙的產(chǎn)生，即使在精細(xì)圖案的情況下從底向上的性能較弱。其它有益 效果類似于上述第一實施例。
所期望的是，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置不限于上述實施例，且其各種修改也是可 能的。
盡管上述實施例示出了凹部形成在半導(dǎo)體襯底10上的絕緣膜中，但替代構(gòu)造可 為凹部形成在襯底的一側(cè)，而不形成任何絕緣膜，且然后通過利用絕緣材料對其涂布來在 襯底的這一側(cè)和凹部的側(cè)表面上形成絕緣膜。在此情況下，類似于上述實施例中所述，凹部 的內(nèi)部也可填有鍍膜。
(第六實施例)
盡管第一實施例示出了具有鑲嵌互連結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，但第六實施例示出了具 有硅通孔(TSV)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
在本實施例中，半導(dǎo)體裝置包括襯底500和埋入襯底500中的硅通孔505，且硅通 孔505在由從硅通孔505的底表面部分朝中部等于或大于Inm且等于或小于20nm的距離 所限定的區(qū)域中，具有表示除Cu之外的金屬元素的最高濃度的點，且此外，絕緣膜502提供 在襯底500與硅通孔505的側(cè)表面部之間。
盡管并未提供說明，但在本實施例中，半導(dǎo)體襯底500設(shè)有諸如晶體管的半導(dǎo)體 元件和具有層間膜的多層互連層。
將參照圖15A至圖15C、圖16A至圖16C和圖17A至圖17C來描述根據(jù)第六實施例 的制造半導(dǎo)體裝置的工藝的示例。
在本實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法中，制備具有凹部511且還具有在凹部 511的底部上露出的晶種膜104的襯底500的操作包括在襯底500中形成凹部511的操作、 在凹部511中形成絕緣膜502的操作，以及在凹部511中的絕緣膜502上形成晶種膜104 的操作。下文將進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1 5A中所示，凹部511形成在襯底500的一側(cè)的表面內(nèi)。隨后，絕緣膜502 形成在凹部511中。絕緣膜502由絕緣材料構(gòu)成。
如圖15B中所示，晶種膜104順序地形成在設(shè)置于襯底500和凹部511的絕緣膜 502上。絕緣膜502和晶種膜104可以由例如諸如濺射淀積工藝的物理氣相淀積、諸如CVD 工藝和ALD工藝的化學(xué)氣相淀積工藝、液相淀積工藝或超臨界流體生長工藝來形成。然而， 可以優(yōu)選地選擇在防止凹部511的開口處形成較厚膜的條件下的淀積。此外，可以在絕緣 膜502的淀積之后和晶種膜104淀積之前淀積阻擋金屬膜。
如圖15C中所示，覆蓋金屬膜106形成在晶種膜104上。覆蓋金屬膜106通過使用離子濺射淀積工藝形成在例如凹部511的底部和側(cè)表面部上，以及絕緣膜502的上表面 上。在本實施例中，覆蓋金屬膜106為具有低于晶種膜204的鍍淀積能力的導(dǎo)電膜。
如圖16A中所示，執(zhí)行選擇蝕刻工藝，以移除凹部111的底部上的覆蓋金屬膜106 的部分，從而露出晶種膜104。在此情況下，通過使用例如施加RF偏置等的技術(shù)促進(jìn)離子從 等離子體朝凹部511的底部移動來移除設(shè)置在凹部511的底部上的覆蓋金屬膜106，從而 部分覆蓋金屬膜106留在凹部511的側(cè)表面部上，以及襯底500上的凹部511之外的區(qū)域 (區(qū)域部131)上。
接下來，如圖16B中所示，通過利用凹部511的底部上露出的晶種膜104作為晶種 來進(jìn)行利用電解鍍?nèi)芤?08的鍍工藝以執(zhí)行鍍膜140的生長。如圖16C中所示，這實現(xiàn)了 從凹部511的底部在晶種膜104上選擇性地生長鍍膜140，從而實現(xiàn)了將鍍膜140埋入凹部 511 中。
用于鍍工藝的工藝條件可與上述實施例中所采用的類似。
接下來，執(zhí)行第一熱處理。這允許通過再結(jié)晶來使晶種膜104和鍍膜140成為一 體，以形成鍍膜140a。此外，包含在覆蓋金屬膜106中的Ti在鍍膜140a中擴(kuò)散，以在鍍膜 140a的表面上形成蓋膜106a (見圖17A)。此外，形成包含的構(gòu)成覆蓋金屬膜106的化學(xué)元 素的濃度高于周邊區(qū)域中的其它化學(xué)元素的濃度的區(qū)域106b。在本實施例中，區(qū)域106b具 有的Ti濃度大于其周邊部分的Ti濃度。
隨后，如17B中所示，借助于CMP工藝選擇性地移除蓋膜106a、鍍膜140a和絕緣膜 502，以平坦化表面，從而僅在凹部511中留下鍍膜140a。
此外，如圖17C中所示，借助于CMP工藝，從與具有凹部511的表面相反的一側(cè)中 的襯底500的表面選擇性地移除襯底500，以形成硅通孔505。因此獲得具有TSV結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。
可類似于上述第一實施例獲得本實施例的有益效果。
盡管上述實施例中示出了將Ti用作覆蓋金屬膜106的材料的構(gòu)造，但也可采用包 含除Cu外的主要成分的材料，且能夠在100至400攝氏度的溫度下的熱處理中引起成分在 鍍膜上擴(kuò)散的材料更為優(yōu)選。
(第七實施例)
盡管第一實施例示出了采用單層結(jié)構(gòu)用于形成在凹部111中的覆蓋金屬膜106的 構(gòu)造，但第七實施例示出了用于覆蓋金屬膜的多層結(jié)構(gòu)。
由于除了形成覆蓋金屬膜106的操作之外，本實施例中用于制造半導(dǎo)體裝置的方 法包括類似的處理操作，并且本實施例中的形成覆蓋金屬膜106的操作不同于在上述實施 例中參照圖IC和圖2A所描述的形成覆蓋金屬膜106的操作，故下文將只描述在凹部111 中形成覆蓋金屬膜106的操作，且將不會示出其它的操作。
圖18和19A和圖19B為截面視圖，示出了根據(jù)本實施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的 工藝的示例。在本實施例中，形成于凹部111中的覆蓋金屬膜106包括第一區(qū)域，該第一區(qū) 域包括凹部111的底部；以及包括凹部111的開口的第二區(qū)域，且第一區(qū)域中的覆蓋金屬膜 106的部分(覆蓋金屬膜116a)由不同于第二區(qū)域中的覆蓋金屬膜106的部分(覆蓋金屬 膜116b)的材料的材料制成。
首先，如圖18中所示，覆蓋金屬膜116a通過使用例如濺射淀積工藝形成在絕緣膜100和凹部111上。隨后，通過使用不同于覆蓋金屬膜116a的材料的材料來在覆蓋金屬膜 116a上堆積覆蓋金屬膜116b。覆蓋金屬膜106包括第一區(qū)域111a，該第一區(qū)域Illa包括 凹部111的底部；和包括凹部111的開口的第二區(qū)域111b。
接下來，如圖19A中所示，選擇性地移除底表面?zhèn)雀浇陌疾?11的側(cè)表面上的覆 蓋金屬膜116b的部分，以在凹部111的底部側(cè)露出覆蓋金屬膜116a。這提供了覆蓋金屬膜 106，其中覆蓋金屬膜116a在第一區(qū)域Illa露出，并且覆蓋金屬膜116b在第二區(qū)域Illb 露出。通過適當(dāng)?shù)貎?yōu)化淀積覆蓋金屬膜106的工藝條件和使用的金屬材料來適當(dāng)?shù)乜刂圃?覆蓋金屬膜106的結(jié)構(gòu)。
隨后，移除凹部111的底部上的覆蓋金屬膜116a和覆蓋金屬膜116b，以在凹部 111的底部上露出晶種膜104(圖19B)。然后，類似于上述實施例，通過采用晶種膜104進(jìn) 行鍍工藝以獲得所期望的半導(dǎo)體裝置。
在本實施例中，覆蓋金屬膜116b為具有增強(qiáng)的選擇性的金屬膜，并且覆蓋金屬膜 116a為具有改進(jìn)的粘附性的金屬膜。這允許在覆蓋金屬膜106與通過鍍淀積生長的鍍膜之 間提供改進(jìn)的粘附性，且還提供了鍍Cu工藝的改進(jìn)的選擇性。
盡管能夠從凹部的底部實現(xiàn)選擇性鍍淀積，但當(dāng)凹部的內(nèi)部，或更具體地凹部的 底部、側(cè)表面和開口附近覆蓋有具有增強(qiáng)的粘附性的金屬膜時，在凹部的開口附近引起選 擇性破壞從而可能產(chǎn)生空隙。相反，本實施例的覆蓋金屬膜106在凹部111的底部附近和 開口附近由不同材料構(gòu)成。由于本實施例中在開口附近形成具有改進(jìn)的選擇性的金屬膜 116b，故能夠抑制由于上述選擇性破壞導(dǎo)致的空隙的產(chǎn)生。其它有益效果類似于上述第一 實施例。
除以上之外，覆蓋金屬膜106的構(gòu)造并不特別限于圖18和圖19A和圖19B中所示 的構(gòu)造，并且各種修改也是可能的。例如，第一區(qū)域Illa可以至少包括凹部111的底部，而 第二區(qū)域Illb可以至少包括凹部111的開口。
此外，覆蓋金屬膜106不限于雙層結(jié)構(gòu)，且可具有由另外不同材料構(gòu)成的多層結(jié) 構(gòu)。在此情況下，覆蓋金屬膜106中待移除的區(qū)域可在各層中為不同的。此外，凹部111的 側(cè)壁的底表面附近可被涂敷至少一層。在此情況下，獲得了類似于上述實施例的有益效果。
所期望的是，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置不限于上述實施例，且其各種修改也是可 能的。
盡管上述實施例中描述了基本涂布凹部111的內(nèi)壁的整個表面的覆蓋金屬膜106 的構(gòu)造，但涂布不限于連續(xù)涂布，且可間斷地涂布，且可僅涂布凹部的內(nèi)壁的一部分。然而， 在此情況下，凹部的縱橫比可優(yōu)選地等于或小于1。這允許減少用于鍍淀積工藝的處理時 間，同時實現(xiàn)了減少空隙的產(chǎn)生的效果。相反，當(dāng)覆蓋金屬膜106提供凹部的內(nèi)壁的大致整 個表面上的涂布時，能夠獲得更高的減少空隙的產(chǎn)生的效果，但相對地增加了用于鍍淀積 的處理時間。
盡管上述實施例示出了如圖2A中所示的構(gòu)造，其中，移除了凹部111的底部上的 覆蓋金屬膜106來露出晶種膜104，并且沒有移除凹部111的側(cè)表面上的覆蓋金屬膜106的 部分，但構(gòu)造并不限于此。例如，如圖20中所示，除形成在凹口 111的底部中的覆蓋金屬膜 106的部分之外，可移除形成在底部附近的一側(cè)的凹部111的側(cè)表面上的覆蓋金屬膜106的 部分，以露出晶種膜104。更具體地，凹部111內(nèi)的覆蓋金屬膜106輪廓可為，凹部111的底部附近的一側(cè)較薄，而開口附近的一側(cè)較厚。
盡管上述實施例示出了下述構(gòu)造，其中Ti用于覆蓋金屬膜106的材料，但可使用 包含除Cu之外的主要成分的材料，且能夠在100至400攝氏度下的熱處理中引起成分在鍍 膜上擴(kuò)散的材料可更為優(yōu)選。
用于覆蓋金屬膜106的材料可為包括例如從由Cu、Ta、Al、Sn、Mn、Ru和Ir組成的 組中選擇的至少一種的材料。
盡管上述實施例示出了下述構(gòu)造，其中當(dāng)覆蓋金屬膜106包含Ta、Cu、Ti、Al、Sn 或Mn中的至少一種時，第一熱處理和第二熱處理的氣氛包含氧和水，但第一熱處理的操作 可在包含氮、氧、水或氨中的至少一種的氣氛內(nèi)進(jìn)行。這允許包含在覆蓋金屬膜106中的金 屬成分在鍍膜中擴(kuò)散。
明顯的是，本發(fā)明不限于上述實施例，并且可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神下進(jìn) 行修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括制備具有凹部和晶種膜的襯底，所述晶種膜在所述凹部的底部露出； 在所述凹部中形成導(dǎo)電膜，所述導(dǎo)電膜具有低于所述晶種膜的鍍淀積能力； 選擇性地移除所述導(dǎo)電膜以在所述凹部的底部上露出所述晶種膜；以及 通過利用在所述凹部的底部上露出的所述晶種膜的部分作為晶種來進(jìn)行鍍膜的生長 以填充所述凹部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述制備襯底包括 在所述襯底中形成所述凹部；以及在所述凹部中形成所述晶種膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述制備襯底包括 在所述襯底上形成第一絕緣層；將晶種膜埋入所述第一絕緣層中； 在所述第一絕緣層上形成第二絕緣層；以及選擇性地移除所述第二絕緣層以形成所述凹部，在所述凹部的底部上露出所述晶種膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述制備襯底包括 在所述襯底中形成所述凹部；在所述凹部中形成絕緣膜；以及在所述凹部中的所述絕緣膜上形成所述晶種膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述晶種膜包含銅(Cu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述導(dǎo)電膜包含從由鉭 (Ta)、鈦(Ti)、鋁(Al)、錫(Sn)、錳(Mn)、釕(Ru)和銥(Ir)組成的組中選擇的至少一種元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，進(jìn)一步包括，在所述進(jìn)行鍍膜 的生長之后執(zhí)行第一熱處理以在所述鍍膜中擴(kuò)散包含在所述導(dǎo)電膜中的金屬元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，進(jìn)一步包括，在所述進(jìn)行鍍膜 的生長之后為所述鍍膜執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，以將所述鍍膜僅留在所述凹部中；以及 執(zhí)行第二熱處理，以在所述鍍膜的表面附近引起包含在所述導(dǎo)電膜中的金屬元素的偏析。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述選擇性地移除所述導(dǎo) 電膜包括通過利用射頻(RF)偏置來移除所述導(dǎo)電膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中，在所述進(jìn)行導(dǎo)電膜的生 長中，所述鍍膜在所述凹部的開口上形成凸部，所述凸部具有等于或大于Inm且等于或小 于1OOnm的高度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中，在所述在所述凹部中形成導(dǎo)電膜中，形成在所述凹部中的所述導(dǎo)電膜具有包括 所述凹部的底部的第一區(qū)域和包括所述凹部的開口的第二區(qū)域，以及其中，用于形成所述第一區(qū)域中的所述導(dǎo)電膜的材料不同于用于形成所述第二區(qū)域中 的所述導(dǎo)電膜的材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，其中所述凹部用作通過雙鑲嵌工藝形成的雙鑲嵌結(jié)構(gòu)的通孔和互連溝槽，以及其中所述選擇性地移除導(dǎo)電膜包括在所述通孔和/或所述互連溝槽的底部中露出所 述晶種膜。
13.一種半導(dǎo)體裝置，包括襯底；以及埋入所述襯底中的導(dǎo)電體，其中，所述導(dǎo)電體在由從側(cè)表面部朝中部等于或大于Inm且等于或小于20nm的距離限 定的所述導(dǎo)電體的區(qū)域中，具有表示除了所述導(dǎo)電體的構(gòu)成元素之外的金屬元素的最高濃 度的點。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，進(jìn)一步包括在所述襯底與所述導(dǎo)電體的側(cè)表 面部之間的導(dǎo)電膜或絕緣膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述導(dǎo)電體為銅(Cu)互連，并且所述Cu 互連的上表面覆蓋有具有低于所述Cu互連的Cu濃度的Cu濃度的膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置，其中具有低于所述Cu互連的Cu濃度的Cu濃 度的所述膜包含從由鈦(Ti)、鋁(Al)、錫(Sn)和錳(Mn)組成的組中選擇的至少一種元素。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述半導(dǎo)體裝置具有雙鑲嵌結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及用于制造半導(dǎo)體裝置的方法。抑制了凹部中的空隙的產(chǎn)生。用于制造半導(dǎo)體裝置的方法包括在絕緣膜中形成凹部的操作，該絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上；在凹部中形成晶種膜的操作；在凹部中形成覆蓋金屬膜的操作；選擇性地移除覆蓋金屬膜以在凹部的底部上露出晶種膜的操作；以及，通過利用凹部的底部中露出的晶種膜作為晶種來執(zhí)行鍍膜的生長以填充凹部的操作。
文檔編號H01L21/768GK102034744SQ201010508390
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月5日
發(fā)明者古谷晃 申請人:瑞薩電子株式會社