具有金属互连的半导体器件、制造方法及半导体集群设备技术

本发明专利技术提供一种半导体器件的制造方法。该方法包括提供具有导电图案的半导体衬底和在导电图案和半导体衬底上形成绝缘层。对绝缘层进行构图以形成露出一部分导电图案的开口。在开口的内壁和绝缘层的顶面上形成预扩散阻挡层。向预扩散阻挡层上提供氧原子以形成第一扩散阻挡层。在第一扩散阻挡层上形成金属层。金属层形成为填充由第一扩散阻挡层围绕的开口。本发明专利技术还提供通过该方法制造的半导体器件和用于制造该半导体器件的半导体集群设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及半导体器件，更特别地，涉及制造半导体器件的设备和 方法。
技术介绍
随着半导体器件的高度集成，金属互连的宽度和厚度逐渐减小从而增大 了金属互连的电阻。因而，广泛用作金属互连层的铝层已被具有低电阻率的 铜层代替。然而，当铜层用于最顶上的互连例如结合焊盘的形成时，铜层会 容易地被氧化。因而，铝层仍用于形成位于铜互连上方的最顶上的互连。在 该情况下，在接触区域例如接触孔中铝互连会直接接触铜互连，且铜互连中 的铜原子或铝互连中的铝原子会扩散出来从而形成含有铜原子和铝原子的 合金层。该合金层会具有高电阻率，从而使半导体器件的电特性退化。此外，铝互连可形成在开口例如接触孔中。随着半导体器件的集成密度增大，接触孔的纵横比(aspect ratio)也会增大。因此，在铝互连的形成期 间难以完全填充接触孔而没有任何空隙(void)。接触孔中的空隙会导致半导 体器件电特性的退化。
技术实现思路
本专利技术的示范性实施例涉及具有金属互连的半导体器件、在该半导体器 件的制造中使用的半导体集群设备、以及制造该半导体器件的方法。在一示 范性实施例中，半导体器件包括具有导电图案的半导体衬底。绝缘层设置在 该导电图案和该半导体衬底上。绝缘层具有穿透该绝缘层以露出部分导电图 案的开口。金属互连设置在该绝缘层上和该开口中。第一扩散阻挡图案设置 在该金属互连和该导电图案之间。该第一扩散阻挡图案含有氧原子。在一些实施例中，氧原子可位于该第一扩散阻挡图案的晶界(grain boundary )。在另一些实施例中，该导电图案可含有铜，该金属互连可含有铝。在又一些实施例中，该半导体器件还可包括在该第 一扩散阻挡图案和该 金属互连之间的第二扩散阻挡图案。该第 一和第二扩散阻挡图案的每个可含有难熔金属。该难熔金属可包括Ti、 Ta、 Nb、 V、 Zr、 Hf、 Mo、 Re、 W和 TiZr中的至少一种。供选地，该第一和第二扩散阻挡图案的每个可包括难熔 金属氮化物。在该情况下，该难熔金属氮化物层可包括氮化钛(TiN)、氮化 钽(TaN )、氮化铌(NbN )、氮化钒(VN )、氮化锆(ZrN )、氮化铪(HfN )、 氮化钼(MoN )、氮化铼(ReN )、氮化鴒(WN)和氮化锆钛(TiZrN)之一。 该第二扩散阻挡图案可延伸到开口的侧壁上。在该情况下，该半导体器件还可包括设置在开口中的第二扩散阻挡图案的上侧壁与开口中的金属互连的 上侧壁之间的抗沉积图案(deposition resistant pattern )。如此，开口中的第二 扩散阻挡图案的下侧壁可与金属互连直接接触。第二扩散阻挡图案可包括第 一金属氮化物层，抗沉积图案可包括第二金属氮化物层。第二金属氮化物层 的氮含量可高于第一金属氮化物层的氮含量。第一和第二金属氮化物层可含 有相同的难熔金属。第二扩散阻挡图案可包括难熔金属层，抗沉积图案可包 括难熔金属氮化物层。在另一示范性实施例中， 一种半导体集群设备包括第一腔室，其执行在 具有开口的衬底上形成预扩散阻挡层，提供氧原子到该预扩散阻挡层上以形 成第一扩散阻挡层和在该第一扩散阻挡层上形成第二扩散阻挡层中的至少 一个。第二腔室设置来在开口中的第二扩散阻挡层的上侧壁和开口外的第二 扩散阻挡层的顶表面上形成抗沉积层。抗沉积层露出开口中的第二扩散阻挡 层的下侧壁。第三腔室设置来在具有抗沉积层的村底上形成金属层。金属层 填充该开口 。在一些实施例中，该半导体集群设备可包括第四腔室和第五腔室。在该 情况下，在第一腔室中执行预扩散阻挡层的形成，在第四腔室中执行氧原子 的提供，在第五腔室中执行第二扩散阻挡层的形成。在另一些实施例中，第四腔室可以是清洁室、脱气(degassing)室和冷 却室之一。清洁室可配置来清洁具有开口的衬底的表面。在另一些实施例中，衬底可具有绝缘层，开口定位得穿透该绝缘层。在另一示范性实施例中， 一种制造半导体器件的方法包括提供具有导电 图案的半导体衬底。绝缘层形成在导电图案和半导体衬底上。绝缘层被构图 以形成露出部分导电图案的开口 。在开口的内壁和绝缘层的顶面上形成预扩散阻挡层。向预扩散阻挡层上提供氧原子以形成第一扩散阻挡层。在第一扩 散阻挡层上形成金属层。形成金属层以填充由第 一扩散阻挡层围绕的开口 。 在一些实施例中，氧原子可以提供至预扩散阻挡层的晶界。 在其他的实施例中，可以使用热氧处理工艺提供氧原子。在另外的其他实施例中，可以使用氧等离子体工艺提供氧原子。 在另外的其它实施例中，可以使用02气体、N20气体、H20气体、02气体和H2气体的混合物、和03气体中的至少 一种提供氧原子。在另外的其它实施例中，在形成金属层之前，在第一扩散阻挡层上另外 形成第二扩散阻挡层。第一和第二扩散阻挡层的每一个由难熔金属层形成。难熔金属层可以含有钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、锆(Zr)、铪(Hf)、 钼(Mo)、铼(Re)、和鴒(W)中的至少一种。作为选择，第一和第二扩 散阻挡氮化物层的每一个由难熔金属氮化物层形成。难熔金属氮化物层含有 氮化钬(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化铌(NbN)、氮化钒(VN)、氮化锆(ZrN)、 氮化铪(HfN)、氮化钼(MoN)、氮化铼(ReN)、氮化钨(WN )和氮化锆 钛(TiZrN)之一。在另一实施例中，导电图案由铜层形成，金属层由铝层形成。 在另 一实施例中，该方法还可以包括在形成金属层前在第一扩散阻挡层 上形成第二扩散阻挡层和对金属层、第二扩散阻挡层和第一扩散阻挡层进行 构图以形成顺序堆叠的第 一扩散阻挡图案、第二扩散阻挡图案和金属互连。 在这种情况下，金属互连可以形成为填充由第二扩散阻挡图案围绕的开口 。 在形成金属层之前，在具有第二扩散阻挡层的衬底上可以另外形成抗沉积 层。抗沉积层可以形成在开口外面的第二扩散阻挡层的顶面和开口中的第二 扩散阻挡层的上侧壁上以露出开口中的第二扩散阻挡层的下侧壁。在形成金 属互连期间可以对抗沉积层进行构图，从而在金属互连之下形成抗沉积图 案。可以使用化学气相沉积(CVD)方法形成金属层。在这种情况下，在 露出的第二扩散阻挡层上的金属层的沉积速率可以大于抗沉积层上的金属 层。第二扩散阻挡层可以由第一金属氮化物层形成，和抗沉积层可以由第二 金属氮化物层形成。另外，第二金属氮化物层的含氮量可以高于第一金属氮 化物层。第二扩散阻挡层和抗沉积层可以由相同的难熔金属形成。第二扩散 阻挡层可以由难熔金属层形成，和抗沉积层可以由难熔金属氮化物层形成。 可以使用化学气相沉积(CVD)方法形成第二扩散阻挡层，和可以使用物理气相沉积(PVD )方法形成抗沉积层。可以使用单一集群设备形成导电图案、 预扩散阻挡层、第一扩散阻挡层、第二扩散阻挡层、抗沉积层和金属层。附图说明造的半导体器件的横截面图。图9至11是显示根据本专利技术的实施例的半导体器件的一些特性的曲线图。图12是说明根据本专利技术的实施例的用于制造半导体器件的半导体集群 设备的示意图。具体实施例方式在下文中将参考其中显示本专利技术的示范性实施例的附图更充分地描述 本专利技术。然而，本专利技术可以以许多不同的形式体现并且不能解释为局限于在 这里提出的示范性实施例。此外，提供公开的实施例以便本公开彻底和全面 地，并充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，包括：提供具有导电图案的半导体衬底；在导电图案和半导体衬底上形成绝缘层；对绝缘层进行构图以形成露出一部分导电图案的开口；在开口的内壁和绝缘层的顶面上形成预扩散阻挡层；向预扩散阻挡层提供氧原子以形成第一扩散阻挡层；和在第一扩散阻挡层上形成金属层，其中，金属层形成为填充由第一扩散阻挡层围绕的该开口。

【技术特征摘要】
KR 2007-1-18 5732/07;KR 2007-4-24 39874/071. 一种半导体器件的制造方法，包括 提供具有导电图案的半导体衬底；在导电图案和半导体衬底上形成绝缘层； 对绝缘层进行构图以形成露出 一部分导电图案的开口 ； 在开口的内壁和绝缘层的顶面上形成预扩散阻挡层； 向预扩散阻挡层提供氧原子以形成第 一扩散阻挡层；和 在第一扩散阻挡层上形成金属层，其中，金属层形成为填充由第一扩散阻挡层围绕的该开口。2. 如权利要求1所述的方法，其中将氧原子提供至预扩散阻挡层的晶界。3. 如权利要求1所述的方法，其中使用热氧处理工艺提供氧原子。4. 如权利要求1所述的方法，其中使用氧等离子体工艺提供氧原子。5. 如权利要求1所述的方法，其中使用02气体、N20气体、H20气体、 02气体和H2气体的混合气体以及03气体中的至少一种提供氧原子。6. 如权利要求1所述的方法，其中还包括在形成金属层之前在第一扩散 阻挡层上形成第二扩散阻挡层。7. 如权利要求6所述的方法，其中第一和第二扩散阻挡层中的每一个由 难熔金属层形成。8. 如权利要求7所述的方法，其中难熔金属层包括Ti、 Ta、 Nb、 V、 Zr、 Hf、 Mo、 Re和W中的至少一种。9. 如权利要求7所述的方法，其中难熔金属层包括TiZr。10. 如权利要求6所述的方法，其中第 一和第二扩散阻挡层中的每一个由 难熔金属氮化物层形成。11. 如权利要求IO所述的方法，其中难熔金属氮化物层包括TiN、 TaN、 NbN、 VN、 ZrN、 HfN、 MoN、 ReN和WN之一。12. 如权利要求IO所述的方法，其中难熔金属氮化物层包括TiZrN。13. 如权利要求1所述的方法，其中导电图案包括铜，金属层包括铝。14. 如权利要求6所述的方法，其中还包括对金属层、第二扩散阻挡层 和第一扩散阻挡层进行构图，以形成顺序堆叠的第一扩散阻挡图案、第二扩 散阻挡图案和金属互连，所述金属互连形成为填充由第二扩散阻挡图案围绕的开口。15. 如权利要求14所述的方法，其中还包括在形成金属层之前在具有第二扩散阻挡层的衬底上形成抗沉积层，其中抗沉积层形成在开口外面的第二扩散阻挡层的顶面和开口中的第 二扩散阻挡层的上侧壁上，以露出开口中的第二扩散阻挡层的下侧壁，并且在形成金属互连期间对抗沉积层进行构图，从而在金属互连下方形成抗 沉积图案。16. 如权利要求15所述的方法，其中使用化学气相沉积工艺形成金属层，并且在露出的第二扩散阻挡层上的金属层的沉积速率大于在抗沉积层上的 金属层的沉积速率。17. 如权利要求16所述的方法，其中第二扩散阻挡层由第一金属氮化物 层形成，抗沉积层由第二金属氮化物层形成，并且第二金属氮化物层的含氮量大于第一金属氮化物层的含氮量。18. 如权利要求17所述的方法，其中第二扩散阻挡层和抗沉积层包括相 同的难熔金属。19. 如权利要求16所述的方法，其中第二扩散阻挡层由难熔金属层形成， 抗沉积层由难熔金属氮化物层形成。20. 如权利要求15所述的方法，其中使用化学气相沉积工艺形成第二扩 散阻挡层，使用物理气相沉积工艺形成抗沉积层。21. 如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔庆寅，李贤培，崔吉铉，李钟鸣，洪琮沅，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]