半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件，目的是提高包含以铜作为主要成分的主导体膜的埋入布线的可靠性。在包含作为下层布线的布线（２０）的上表面的绝缘膜（１６）上，形成由铜的阻挡性优良的碳氮化硅膜组成的绝缘膜（２１），在绝缘膜（２１）上形成由与低介电常数材料膜的粘合性优良的碳化硅膜组成的绝缘膜（２２），在绝缘膜（２２）上，形成由低介电常数材料组成的绝缘膜（２３）作为层间绝缘膜，之后，形成作为上层布线的布线（３４）。使用绝缘膜（２１）和绝缘膜（２２）的层叠膜作为铜布线的阻挡绝缘膜，并将下层一侧的绝缘膜（２１）做成高阻挡性的膜，将上层一侧的绝缘膜（２２）做成高粘合性的膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件及其制造技术，尤其涉及适用于具有包含以铜作为主要成分的主导体膜的布线的半导体器件的有效技术。
技术介绍
在半导体器件的元件之间构成用诸如多层布线构造连接的电路。伴随着微细化的发展开发出了埋入布线构造来作为布线构造。例如在绝缘膜上形成的布线槽和孔等布线开口部分内，用镶嵌(Damascene)技术(单镶嵌(Single Damascene)技术和双镶嵌(dual Damascene)技术)，通过埋入布线材料形成埋入布线构造。在日本专利申请公开特开2002-43419号公报中记载了在作为下层布线的Cu层上形成膜厚50nm的P-SiC膜作为Cu原子的扩散防止膜，并在P-SiC膜上形成低介电常数层作为层间绝缘膜的技术(参照专利文献1)在日本专利申请公开特开2002-270691号公报中记载了在形成铜布线后，在用CMP法形成的平面上形成由碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)和它们的混合物(SiCN)等组成的、膜厚5～50nm的绝缘性阻挡膜的技术(参照专利文献2)。另外，在非专利文献1中，记载了使用下层一侧的α-SiC膜和上层一侧的α-SiCN膜的2层电介质作为阻挡电介质的技术(参照非专利文献1)。日本专利申请公开特开2002-43419号公报[专利文献2]日本专利申请公开特开2002-270691号公报 C.C.Chiang、M.C.Chen、Z.C.Wu、L.J.Li、S.M.Jang、C.H.Yu和M.S.Liang发表了题为“通过使用双层结构的PECVD SiC介电阻挡来改进铜镶嵌中的TDDB可靠性(TDDB ReliabilityImprovement in Cu Damascene by using a Bilaye r-Structured PECVDSiC Dielectric Barrier)一文，(2002 IITC国际互连技术会议International Interconnect Technology Conference)，(美国)IEEE，2002年，p.200-202。
技术实现思路
依据本专利技术者的研究可知在具有埋入铜布线的半导体器件中，由于高温放置等，埋入铜布线的电阻因应力迁移而增大。这将降低埋入铜布线的可靠性。另外，在具有埋入铜布线的半导体器件中，也要求提高埋入铜布线的TDDB(Time Dependence on Dielectric Breakdown)寿命。依据本专利技术者的研究可知，在TDDB寿命试验中，在同层的埋入铜布线的相邻布线之间，布线中的铜离子因布线间的电场而漂移，从而引起绝缘破坏。因此，在埋入铜布线中，要求改善应力迁移特性和提高TDDB寿命等，从而进一步提高可靠性。本专利技术的目的在于提供能够提高包含以铜为主要成分的主导电膜的布线的可靠性的。本专利技术的所述内容以及它的其它目的和新特征根据本说明书的记述和附图将会明确。以下简要地说明在本申请中所公布的专利技术之中的典型专利技术的概要。本专利技术的半导体器件是使用在埋入了铜布线的绝缘膜上形成作为埋入铜布线的阻挡绝缘膜的、对铜的阻挡性优良的第1阻挡绝缘膜和在第1阻挡绝缘膜上形成的、与低介电常数材料膜的粘合性优良的第2阻挡绝缘膜的层叠膜的装置。另外，本专利技术的半导体器件是使用在埋入了铜布线的绝缘膜上形成作为埋入铜布线的阻挡绝缘膜的、由包含硅和碳而且包含氮或氧的至少一者的材料组成的第1阻挡绝缘膜和在第1阻挡绝缘膜上形成的、由碳化硅组成的第2阻挡绝缘膜的层叠膜的装置。另外，本专利技术的半导体器件是在埋入铜布线的阻挡绝缘膜中，在铜布线和阻挡绝缘膜的界面附近的阻挡绝缘膜的氮浓度，比在阻挡绝缘膜上层的低介电常数材料膜和阻挡绝缘膜的界面附近的阻挡绝缘膜的氮浓度高的装置。另外，本专利技术的半导体器件是在埋入铜布线的绝缘膜上形成具有抑制或防止铜扩散功能的绝缘膜，并在其上形成具有控制应力功能的绝缘膜，并且具有抑制或防止铜扩散功能的绝缘膜和具有控制应力功能的绝缘膜的层叠膜的应力在-180MPa以上的装置。本专利技术半导体器件的制造方法是在埋入铜布线的绝缘膜上形成对铜的阻挡性优良的第1阻挡绝缘膜，在第1阻挡绝缘膜上形成与低介电常数材料膜的粘合性优良的第2阻挡绝缘膜，并在第2阻挡绝缘膜上形成低介电常数材料膜的方法。另外，本专利技术半导体器件的制造方法是在埋入了铜布线的绝缘膜上形成由包含硅和碳而且包含氮或氧的至少一者的材料组成的第1阻挡绝缘膜，在第1阻挡绝缘膜上形成由碳化硅组成的第2阻挡绝缘膜，并在第2阻挡绝缘膜上形成低介电常数材料膜的方法。另外，本专利技术半导体器件的制造方法是在埋入铜布线的绝缘膜上形成阻挡绝缘膜，在阻挡绝缘膜上形成低介电常数材料膜，而且在铜布线和阻挡绝缘膜的界面附近的阻挡绝缘膜的氮浓度，比在阻挡绝缘膜上层的低介电常数材料膜和阻挡绝缘膜的界面附近的阻挡绝缘膜的氮浓度高的方法。附图说明图1是作为本专利技术一个实施方式的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图2是接着图1的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图3是接着图2的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图4是接着图3的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图5是接着图4的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图6是接着图5的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图7是接着图6的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图8是接着图7的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图9是接着图8的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图10是接着图9的半导体器件的制造工序中的主要分的剖面图。图11是接着图10的半导体器件的制造工序中的要部分的剖面图。图12是接着图11的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图13是接着图12的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图14是其它形态的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图15是接着图13的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖剖面图。图16是接着图1 5的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图17是表示埋入铜布线的TDDB寿命试验的结果的曲线图。图18是表示埋入铜布线的高温放置试验后的电阻上升率的曲线图。图19是表示埋入铜布线的高温放置试验后的电阻上升率的曲线图。图20是表示埋入铜布线的高温放置试验后的电阻上升率的曲线图。图21是作为本专利技术其它实施方式的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图22是接着图21的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图23是表示在绝缘膜厚度方向上的氮(N)浓度分布的曲线图。图24是接着图22半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图25是接着图24半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图26是作为本专利技术其它实施方式的半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图27是接着图25半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图28是接着图27半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图29是接着图28半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图30是接着图29半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图31是接着图30半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图32是接着图31半导体器件的制造工序中的主要部分的剖面图。图33是作为本专利技术其它实施方式的半导体器件的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，具有：半导体衬底；在所述半导体衬底上形成的第１绝缘膜；在所述第１绝缘膜上形成的布线开口部分；具有以铜作为主要成分的第１导体膜的、埋入在所述布线开口部分的布线；在所述布线和所 述第１绝缘膜上形成的第１阻挡绝缘膜；在所述第１阻挡绝缘膜上形成的第２阻挡绝缘膜；以及在所述第２阻挡绝缘膜上形成的、具有比氧化硅膜低的介电常数的第２绝缘膜，所述第１阻挡绝缘膜对铜的阻挡性，比所述第２阻挡绝缘膜对铜的阻挡 性大，所述第２阻挡绝缘膜和所述第２绝缘膜的粘合性，比在所述第１阻挡绝缘膜上形成所述第２绝缘膜时的所述第１阻挡绝缘膜和所述第２绝缘膜的粘合性大。

【技术特征摘要】
JP 2003-3-25 083348/20031.一种半导体器件，其特征在于，具有半导体衬底；在所述半导体衬底上形成的第1绝缘膜；在所述第1绝缘膜上形成的布线开口部分；具有以铜作为主要成分的第1导体膜的、埋入在所述布线开口部分的布线；在所述布线和所述第1绝缘膜上形成的第1阻挡绝缘膜；在所述第1阻挡绝缘膜上形成的第2阻挡绝缘膜；以及在所述第2阻挡绝缘膜上形成的、具有比氧化硅膜低的介电常数的第2绝缘膜，所述第1阻挡绝缘膜对铜的阻挡性，比所述第2阻挡绝缘膜对铜的阻挡性大，所述第2阻挡绝缘膜和所述第2绝缘膜的粘合性，比在所述第1阻挡绝缘膜上形成所述第2绝缘膜时的所述第1阻挡绝缘膜和所述第2绝缘膜的粘合性大。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述第1阻挡绝缘膜的膜厚比所述第2阻挡绝缘膜的膜厚厚。3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述第1阻挡绝缘膜的膜厚小于或等于40nm。4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述第2绝缘膜是用涂敷法或CVD法形成的膜。5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述布线具有在所述布线开口部分的底面和侧面上形成的阻挡导体膜，以及在所述阻挡导体膜上形成的所述第1导体膜。6.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述第1阻挡绝缘膜由包含硅和碳、而且包含氮或氧的至少一者的材料组成。7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述第2阻挡绝缘膜由碳化硅组成。8.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述第2绝缘膜由包含硅、氧和碳的材料组成。9.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于在所述布线的表面形成有扩散系数比铜小的铜化合物膜或铜以外的金属膜。10.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于所述的布线的表面被氮化。11.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于在所述第1绝缘膜和所述第1阻挡绝缘膜之间形成有第3绝缘膜。12.如权利要求11所述的半导体器件，其特征在于在所述第1绝缘膜和所述第3绝缘膜之间形成有第4绝缘膜。13.一种半导体器件，其特征在于，具有半导体衬底；在所述半导体衬底上形成的第1绝缘膜；在所述第1绝缘膜上形成的布线开口部分；具有以铜作为主要成分的第1导体膜的、埋入在所述布线开口部分的布线；在所述布线和所述第1绝缘膜上形成的、由包含硅和碳而且包含氮或氧的至少一者的材料构成的第2绝缘膜；在所述第2阻挡绝缘膜上形成的由碳化硅构成的第3绝缘膜；以及在所述第3绝缘膜上形成的、具有比氧化硅膜低的介电常数的第4绝缘膜。14.如权利要求13所述的半导体器件，其特征在于所述第4绝缘膜由包含硅、氧和碳的材料组成。15.一种半导体器件，其特征在于，具有半导体衬底；在所述半导体衬底上形成的第1绝缘膜；在所述第1绝缘膜上形成的布线开口部分；具有以铜作为主要成分的第1导体膜的、埋入在所述布线开口部分的布线；在所述布线和所述第1绝缘膜上形成的阻挡绝缘膜；以及在所述阻挡绝缘膜上形成的、具有比氧化硅膜低的介电常数的第2绝缘膜，在所述布线和所述阻挡绝缘膜的界面附近的所述阻挡绝缘膜的氮浓度，比在所述第2绝缘膜和所述阻挡绝缘膜的界面附近的所述阻挡绝缘膜的氮浓度高。16.如权利要求15所述的半导体器件，其特征在于所述阻挡绝缘膜由包含硅、碳和氮的材料组成。17.一种半导体器件，其特征在于，具有半导体衬底；在所述半导体衬底上形成的第1绝缘膜；在所述第1绝缘膜上形成的布线开口部分；具有以铜作为主要成分的第1导体膜的、埋入在所述布线开口部分的布线；在所述布线和所述第1绝缘膜上形成的、具有抑制或防止铜扩散功能的第2绝缘膜；以及在所述第2阻挡绝缘膜上形成的、具有控制应力的功能的第3绝缘膜，所述第2绝缘膜和第3绝缘膜的层叠膜的应力大于或等于-180MPa。18.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于所述第3绝缘膜起到缓和所述第2绝缘膜产生的应力的作用。19.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于所述第2绝缘膜是产生压缩应力的膜，所述第3绝缘膜是产生拉伸应力的膜。20.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于所述第2绝缘膜由包含硅、碳和氮的材料组成。21.如权利要求17所述的半导体器件，其特征在于所述第3绝缘膜由碳化硅组成。22.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，具有(a)准备半导体衬底的工序；(b)在所述半导体衬底上形成第1绝缘膜的工序；(c)在所述第1绝缘膜上形成第1布线开口部分的工序；(d)在所述第1布线开口部分内形成具有以铜作为主要成分的第1导体膜的布线的工序；(e)在埋入了所述布线的所述第1绝缘膜上形成第1阻挡绝缘膜的工序；(f)在所述第1阻挡绝缘膜上形成第2阻挡绝缘膜的工序；以及(g)在所述第2...

【专利技术属性】
技术研发人员：野口纯司，大岛隆文，三浦典子，石川宪辅，岩崎富生，胜山清美，斋藤达之，田丸刚，山口日出，
申请(专利权)人：株式会社瑞萨科技，
类型：发明
国别省市：JP[日本]