半导体装置及制造方法制造方法及图纸

半导体装置包括：在硅衬底１上形成的绝缘膜６，在绝缘膜６中形成的埋入金属布线８，以及在绝缘膜６与金属布线８之间形成的金属阻挡膜７。金属阻挡膜是金属化合物膜，金属化合物膜包含构成绝缘膜６的元素中的至少１个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有金属布线的半导体装置及该半导体装置的制造方法，特别是涉及金属阻挡膜及金属阻挡膜的形成方法。
技术介绍
近几年，随着半导体集成电路装置(以下称半导体装置)加工尺寸的细微化，在半导体装置的多层布线，采用了铜布线与介电常数低的绝缘膜、即所谓Low-k膜的组合。通过上述方法，使得RC延迟及功率的降低成为可能。进一步地，为了达到半导体装置的高集成化、高功能化及高速化，采用了更低的介电常数的Low-k膜的方法也正受到检讨中。但是，铜布线通常是以金属镶嵌法(damascene)加以形成。金属镶嵌法包括交互形成布线及通孔栓塞(via plug)的单金属镶嵌法(singledamascene)与同时形成布线及通孔栓塞的双金属镶嵌法(dualdamascene)。以下，参照图11(a)及图11(b)说明以金属镶嵌法形成多层布线的方法。如图11(a)所示，在硅衬底101上形成第1绝缘膜102后，在该第1绝缘膜102中形成具有第1金属阻挡膜103的第1铜布线104。并且，在硅衬底101上形成晶体管等，这在附图中受到省略。接着，在第1绝缘膜102及第1铜布线104上，依序形成防止铜扩散的扩散防止膜105及第2绝缘膜106，形成由扩散防止膜105及第2绝缘膜106所构成的绝缘层。接着，在扩散防止膜105及第2绝缘膜106形成通孔(via hole)106a，同时通过在第2绝缘膜106形成布线沟106b，形成由通孔106a及布线沟106b所构成的凹部106c。并且，通孔106a及布线沟106b，利用周知的光刻技术、蚀刻技术、灰化技术、以及清洗技术，通过形成双金属镶嵌布线沟(由通孔106a及布线沟106b所构成的凹部106c)的工序加以形成即可。并且在方法上通常先形成通孔106a再形成布线沟106b(参照专利文献1)。接着，沿着凹部106c的壁面，以物理气相沉积法(PVDphysicalvapor deposition)等形成第2金属阻挡膜107。接着，在第2金属阻挡膜107上，以物理气相沉积法形成铜种子层之后，通过以该铜种子层为基础进行铜电镀，填埋凹部106c同时形成铜膜使其覆盖第2绝缘膜106整体表面。接着，以化学机械研磨法(CMPchemical mechanical polishing)，将除了凹部106c内侧部分以外的在第2绝缘膜106上形成的铜膜部分、以及除了凹部106c内侧部分以外的在第2绝缘膜106上形成的第2金属阻挡膜107部分予以研磨除去。通过上述，能够形成第2布线108、及其一部分的通孔栓塞。第2布线108可以是布线及栓塞，或是其中之一。通过重复以上一连串的动作便能够形成多层布线。这里，参照图11(b)说明有关第2绝缘膜106及第2金属阻挡膜107所使用的材料。这里，使用氮化硅膜、碳化氮化硅膜，或氧化碳化硅膜等作为扩散防止膜105。铜扩散防止膜105，具有防止构成下层第1布线104的铜扩散到第2绝缘膜106中的功能。并且，使用氧化硅膜、掺杂氟的氧化硅膜、碳化氧化硅膜、或有机膜构成的绝缘膜作为第2绝缘膜106。换句话说，第2绝缘膜106使用图11(b)中列举的膜即可(图中显示第2金属阻挡膜107是金属氮化膜的情况)。并且，这些膜可以是以化学气相沉积法形成的膜，也可以是以旋转涂布法形成的SOD(spin on dielectric)膜。一般由于铜容易通过热或电场扩散到氧化硅膜等绝缘膜中，因此容易产生晶体管特性恶化。并且，铜与绝缘膜的密接性低。因此，被提出的方法是在形成铜布线时，在铜与绝缘膜之间，通过形成由钽膜或氮化钽膜构成的金属阻挡膜，能够防止铜扩散到绝缘膜同时提高绝缘膜及铜的密接性(参照专利文献2)。并且，钽膜或氮化钽膜以单层或叠层构成。然而，例如在所述例子中，使用钽等高熔点金属膜作为第2金属阻挡膜107时，将存在一个问题是形成凹部106c的第2绝缘膜106与高熔点金属膜的密接性恶劣。对这一密接性恶劣的问题，例如使用钽膜作为第2金属阻挡膜107时，通过在由钽膜构成的第2金属阻挡膜107与第2绝缘膜106之间形成氮化钽膜，来改善密接性恶劣的问题，但是并未能获得充分的密接性。同时，使用钽膜作为第2金属阻挡膜107时，以电解电镀形成铜时，由于钽膜被氧化，将形成高电阻的氧化钽膜。因此存在无法避免布线电阻上升的问题。同时，使用氮化钽膜作为第2金属阻挡膜107时，有着如下问题，即虽然氮化钽膜不会被氧化，但是氮化钽膜是高电阻且与铜的密接性低。并且，如果使用钛膜或氮化钛膜作为第2金属阻挡膜107时，也分别存在和使用钽膜或氮化钽膜时相同的问题。有鉴于这些问题，特别是在实现第2金属阻挡膜107低电阻化的目的下，使用金属及该金属氧化物本身是低电阻者、如钌或铱等，作为第2金属阻挡膜107加以使用，这样的方法受到注目(参照专利文献3及4)。并且，这些金属，一般以原子层沉积法或化学气相沉积法加以形成。专利文献1特开平11-223755号公报专利文献2特开2002-43419号公报专利文献3专利第3409831号公报专利文献4特开2002-75994号公报
技术实现思路
解决课题 但是使用钽或钌等高熔点金属膜作为金属阻挡膜使用时，有着一个问题形成镶嵌布线用凹部的绝缘膜和由高熔点金属膜构成的金属阻挡膜的密接性恶劣。通过在由高熔点金属膜构成的金属阻挡膜与绝缘膜之间形成金属氮化膜，比起在绝缘膜上直接形成由高熔点金属膜构成的金属阻挡膜时能够改善密接性，但是，将会造成电阻上升。有鉴于前，本专利技术的目的在于提供一种半导体装置及半导体制造方法，该半导体装置具有低电阻且在绝缘膜及布线之间有高密接性的金属阻挡膜。解决方法为了达成所述目的，本专利技术的第1半导体装置，其特征在于该半导体装置具有在衬底上形成的绝缘膜、在绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在绝缘膜与金属布线之间形成的金属阻挡膜，金属阻挡膜是金属化合物膜，金属化合物膜包含至少1个构成绝缘膜的元素。根据第1半导体装置，由于在金属化合物膜与绝缘膜的接合面存在相同的元素，和在金属化合物膜与绝缘膜的接合面不存在相同元素的情况相比，金属化合物膜与绝缘膜的密接性明显提高。因此，能够实现具有高密接性的多层布线的可靠性高的半导体装置。为了达成所述目的，本专利技术的第2半导体装置，其特征在于该半导体装置具有在衬底上形成的绝缘膜、在绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在绝缘膜与金属布线之间形成的金属阻挡膜，金属阻挡膜由与绝缘膜连接形成的金属化合物膜以及在金属化合物膜上形成、1层以上含有金属的膜所构成，金属化合物膜包含至少1个构成绝缘膜的元素。根据第2半导体装置，由于在金属化合物膜与绝缘膜的接合面存在相同的元素，和在金属化合物膜与绝缘膜的接合面不存在相同元素的情况相比，金属化合物膜与绝缘膜的密接性明显提高。并且，金属阻挡膜由金属化合物膜与在其上形成的1层以上含有金属的膜所构成，因此能够使金属阻挡膜整体低电阻化。因此，能够实现具有低电阻且高密接性的多层布线的可靠性高的半导体装置。最好是，本专利技术的第2半导体装置中，1层以上含有金属的膜由金属膜、金属化合物膜、或多层膜所构成，所述多层膜组合金属膜及金属化合物膜中所选出的膜而构成。这样一来，能够构成低电阻的金属阻挡膜，同时提高在金属叠层膜膜之间的密接性。因此，能够实现具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其包括：在衬底上形成的绝缘膜、在所述绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在所述绝缘膜与所述金属布线之间形成的金属阻挡膜，其特征在于：所述金属阻挡膜是金属化合物膜，所述金属化合物膜包含至少１个构成所述绝缘膜的元素。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-6-3 165361/20041.一种半导体装置，其包括在衬底上形成的绝缘膜、在所述绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在所述绝缘膜与所述金属布线之间形成的金属阻挡膜，其特征在于所述金属阻挡膜是金属化合物膜，所述金属化合物膜包含至少1个构成所述绝缘膜的元素。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属氮化膜，所述绝缘膜含氮。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属氧化膜，所述绝缘膜含氧。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属碳化膜，所述绝缘膜含碳。5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属硅化膜，所述绝缘膜含硅。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于构成所述金属化合物膜的金属是高熔点金属。7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述金属布线是由铜或铜合金所构成。8.一种半导体装置，其包括在衬底上形成的绝缘膜、在所述绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在所述绝缘膜与所述金属布线之间形成的金属阻挡膜，其特征在于所述金属阻挡膜是由与所述绝缘膜连接形成的金属化合物膜、以及在所述金属化合物膜上形成的1层以上含有金属的膜所构成，所述金属化合物膜包含至少1个构成所述绝缘膜的元素。9.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述1层以上含有金属的膜是由金属膜、金属化合物膜、或多层膜所构成，所述多层膜是将所述金属膜及从所述金属化合物膜中选出的膜组合在一起而成。10.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属氮化膜，所述绝缘膜含氮。11.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属氧化膜，所述绝缘膜含氧。12.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属碳化膜，所述绝缘膜含碳。13.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属硅化膜，所述绝缘膜含硅。14.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于构成所述金属化合物膜的金属是高熔点金属。15.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述金属布线是由铜或铜合金所构成。16.一种半导体装置，其包括在衬底上形成的绝缘膜、在所述绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在所述绝缘膜与所述金属布线之间形成的金属阻挡膜，其特征在于所述金属阻挡膜由与所述绝缘膜连接而形成的金属硅化膜或金属碳化膜所构成的金属化合物膜而形成，所述绝缘膜含IV族元素。17.根据权利要求16所述的半导体装置，其特征在于构成所述金属化合物膜的金属是高熔点金属。18.根据权利要求16所述的半导体装置，其特征在于所述金属布线是由铜或铜合金所构成。19.一种半导体装置，其包括在衬底上形成的绝缘膜、在所述绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在所述绝缘膜与所述金属布线之间形成的金属阻挡膜，其特征在于所述金属阻挡膜由与所述绝缘膜连接形成的金属硅化膜或金属碳化膜所构成的金属化合物膜、以及在所述金属化合物膜上形成的1层以上含有金属的膜所构成，所述绝缘膜含IV族元素。20.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于所述1层以上含有金属的膜是由金属膜、金属化合物膜、或多层膜所构成，该多层膜是将所述金属膜及从所述金属化合物膜选出的膜组合而成。21.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于构成所述金属化合物膜的金属是高熔点金属。22.根据权利要求19所述的半导体装置，其特征在于所述金属布线是由铜或铜合金所构成。23.一种半导体装置，其包括在衬底上形成的第1绝缘膜、在所述第1绝缘膜中形成的埋入金属布线、以及在所述第1绝缘膜与所述金属布线之间形成的金属阻挡膜，其特征在于在所述第1绝缘膜与所述金属阻挡膜之间形成有第2绝缘膜，所述金属阻挡膜是金属化合物膜，所述金属化合物膜包含至少1个构成所述第2绝缘膜的金属。24.根据权利要求23所述的半导体装置，其特征在于在所述金属化合物膜与所述金属布线之间，形成1层以上含有金属的膜。25.根据权利要求23所述的半导体装置，其特征在于所述1层以上含有金属的膜由金属膜、金属化合物膜、或多层膜所构成，该多层膜是将所述金属膜及从所述金属化合物膜选出的膜组合而成。26.根据权利要求23所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属氮化膜，所述第2绝缘膜含氮。27.根据权利要求23所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属氧化膜，所述第2绝缘膜含氧。28.根据权利要求23所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属碳化膜，所述第2绝缘膜含碳。29.根据权利要求23所述的半导体装置，其特征在于所述金属化合物膜是金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：中川秀夫，池田敦，青井信雄，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]