本发明专利技术的一个目的是改善扩散阻挡膜的层间粘附性，同时保持扩散阻挡膜的较低的介电常数。由含有硅、碳、氢和氮作为构成元素并且还含有Ｓｉ－Ｈ键、Ｓｉ－Ｃ键和亚甲基键（－ＣＨ↓［２］－）的绝缘材料构成的铜互连的扩散阻挡膜。绝缘材料包括在红外吸收谱中出现的不低于０．０６７的Ｉ↓［２］／Ｉ↓［１］和不高于０．００６７的Ｉ↓［３］／Ｉ↓［１］；这里Ｉ↓［１］定义为具有接近８１０ｃｍ↑［－１］的峰值的红外吸收带的吸收区，Ｉ↓［２］定义为具有接近２１２０ｃｍ↑［－１］的峰值的红外吸收带的吸收区，Ｉ↓［３］定义为具有接近１２５０ｃｍ↑［－１］的峰值的红外吸收带的吸收区。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及改善采用低介电常数绝缘材料的层间绝缘膜的粘附性的技术。
技术介绍
最近几年，为了满足不断增长的对获得更高半导体器件集成度的需求的目的，铜开始广泛的用作互连或栓塞材料。铜是比通常采用的铝具有更低的电阻率和更好的耐电迁移的材料。同时，已知在由硅的化合物等构成的绝缘膜中铜以较高的速度扩散。因此，当采用铜作为互连材料时，通常铜互连的侧表面和下表面用阻挡金属覆盖，上表面用扩散阻挡膜覆盖。按照惯例，SiN等广泛的用作扩散阻挡膜，最近，为了降低互连之间的串扰，经常采用具有更低的介电常数的SiCN(JP-A-2002-319,619权利要求5和段落0029)。但是，当用SiCN形成扩散阻挡膜时，过孔的产量往往会下降，或者在扩散阻挡膜与在下面的绝缘膜之间的粘附性往往会降低。这些特性将参考显示出利用SiCN作为扩散阻挡膜的单镶嵌工艺的例子的附图1A到1D在下面进行介绍。首先，第一绝缘膜301和SiC2膜302依次淀积在包括其上形成例如晶体管的硅衬底上。部分蚀刻这些淀积的膜，形成互连沟槽，随后淀积阻挡金属303和铜膜。随后，进行化学机械抛光(CMP)工艺，形成铜互连304，其侧表面和下表面被阻挡金属303覆盖。随后，在衬底的整个表面上形成作为铜的扩散阻挡膜的SiCN膜306，然后在其上淀积第二绝缘膜308。此外，在其上形成具有预定孔径的光致抗蚀剂310(图1A)。随后，通过光致抗蚀剂310的掩模部分蚀刻第二绝缘膜308，形成延伸到SiCN膜306的表面的过孔312(图1B)。然后，通过氧等离子体灰化工艺剥去光致抗蚀剂310，然后进行深蚀刻(etch back)处理，去掉在铜互连304上的SiCN膜306(图1C)。其后，在整个表面形成阻挡金属和铜膜，然后通过CMP工艺去掉在过孔外的铜膜和阻挡金属部分，形成连接到铜互连304的过孔塞320(图1D)。但是，当采用这种工艺时，难以有效地提高产量。更具体的，当通过灰化工艺从图1B所示的多层结构上剥掉光致抗蚀剂310时，在SiCN膜306中所含的碳会与等离子体中含有的氧发生反应，从而破坏SiCN膜306。虽然在图1B和1C中仅示出了一个过孔，但是在实际的工艺中在晶片的整个表面上同时形成多个过孔。因此，在灰化工艺之后的阶段，在多个过孔中的每一个的底部的SiCN膜306的厚度和条件不同，导致当在图1C所示的蚀刻掉过孔底部的SiCN膜306时，某些过孔中形成过蚀刻。在过蚀刻的过孔中，铜互连304的表面暴露在等离子体中，由此铜膜的质量下降，从而与过孔塞320的接触电阻增加。而且，不能在SiCN膜306和SiC2膜302之间获得足够的粘附性，因此在极端情况下会使这些膜之间出现剥离。在接触特性和粘附性中的这些缺陷会导致器件的产量的下降和可靠性的降低。同时，在现有技术中公开了评估控制SiCN膜的质量的技术的例子。在JP-A-2002-83,870的权利要求1、段落0011、0012和0026以及图1中，公开了关于采用用作蚀刻停止的SiCN的技术，通过控制在SiCN膜中含有的具有碳-氢键功能基的数量得到对于下面的膜具有更好的蚀刻选择性和较低的介电常数的SiCN蚀刻停止膜。即，JP-A-2002-83,870涉及解决在用SiCN膜代替对应于图1A到1D的SiO2膜302的膜的情况下出现的技术问题(JP-A-2002-83,870的权利要求1、段落0011、0012和0026、图1等)。因此JP-A-2002-83,870的公开提供了设计SiCN作为蚀刻停止膜的指导，但是没有提供在采用SiCN作为扩散阻挡膜的情况下设计过孔或互连结构的有用信息。覆盖金属膜的上表面的扩散阻挡膜起防止金属扩散的作用并且还起在蚀刻过孔期间保护铜表面的作用。因此，需要不同于涉及蚀刻停止膜的JP-A-2002-83,870的其它观点，用来设计SiCN膜作为扩散阻挡膜。
技术实现思路
鉴于以上情况，本专利技术提供了一种以上提到问题的解决方案，本专利技术的一个目的是使用包括含有硅、碳、氢和氮的膜的互连结构作为设置在互连或栓塞的金属膜上的扩散阻挡膜时提高器件可靠性以及制造成品率。更具体地，本专利技术的一个目的是提高扩散阻挡膜的层间粘附性，同时保持扩散阻挡膜的低介电常数。根据本专利技术，提供一种半导体器件，包括半导体衬底；形成在半导体衬底上的金属膜；以及覆盖金属膜上表面的扩散阻挡膜，其中扩散阻挡膜包括含硅、碳、氢和氮作为构成元素的绝缘材料，并且其中绝缘材料含有Si-H键、Si-C键以及亚甲基键(-CH2-)。包含在本专利技术的扩散阻挡膜中的绝缘材料具有含以上列出各化学键的分子结构。由于根据本专利技术的扩散阻挡含有亚甲基键(-CH2-)，因此可以提高对抗蚀剂剥离工艺中进行的灰化工艺的耐受性，由此有效地抑制了在现有技术的描述中介绍的金属膜损伤问题。由于根据本专利技术的扩散阻挡膜含有亚甲基键(-CH2-)和Si-H键，因此可以提高与其下设置或其上设置的膜的粘附性。由于根据本专利技术的扩散阻挡膜含有Si-C键，因此可以有效地降低它的介电常数。这里，当绝缘膜设计得呈现包括不低于0.067的I2/I1的红外吸收光谱时，其中I1定义为具有810cm-1附近峰值的红外吸收带的吸收区；以及I2定义为具有2,120cm-1附近峰值的红外吸收带的吸收区，可以进一步可靠地降低扩散阻挡膜的介电常数。此外，当绝缘膜设计得呈现包括不高于0.0067的I3/I1的红外吸收光谱时，其中I1定义为具有810cm-1附近峰值的红外吸收带的吸收区；以及I2定义为具有1,250cm-1附近峰值的红外吸收带的吸收区，可以进一步提高扩散阻挡膜与设置其下的膜或设置其上的膜的粘附性，可以显著提高防止金属由金属膜扩散到层间绝缘膜的能力。以后在例子中将更充分地介绍以上提到的I1、I2和I3与扩散阻挡膜的性质之间的关系。这里，在以上介绍中出现的术语“吸收区”意味着在红外吸收光谱中吸收曲线和基线划定的区域。一般来说，用于各红外吸收带的基线可以画在以下范围内。I1600-1,220cm-1；I21,900-2,500cm-1；以及I31,220-1,300cm-1。根据本专利技术，提供一种半导体器件的制造方法，包括在半导体衬底上形成第一绝缘膜；选择性除去第一绝缘膜以形成互连沟槽；用金属填充互连沟槽以形成金属膜；以及淀积含有硅、碳、氢和氮作为构成元素的绝缘材料的扩散阻挡膜，以覆盖金属膜的上表面，其中利用源气通过等离子体CVD淀积扩散阻挡膜，源气包含(a)三甲基硅烷或四甲基硅烷；以及(b)含氮化合物，并且其中淀积扩散阻挡膜期间的压力不高于4乇。具有该结构的制造方法可以稳定地形成具有低介电常数的扩散阻挡膜，并提高了层间粘附性，由此提供了器件的可靠性并提高了制造成品率。根据本专利技术，还提供一种半导体器件的制造方法，包括在半导体衬底上形成第一绝缘膜；选择性除去第一绝缘膜以形成互连沟槽；用金属填充互连沟槽以形成金属膜；以及淀积含有硅、碳、氢和氮作为构成元素的绝缘材料的扩散阻挡膜，以覆盖金属膜的上表面，其中利用源气通过等离子体CVD淀积扩散阻挡膜，源气包含(a)含乙烯基硅烷；以及(b)含氮化合物。含乙烯基硅烷可以含有以下任意一种三甲基乙烯硅烷、二甲基二乙烯硅烷、一甲基三乙烯硅烷或四乙烯硅烷。具有该结构的制造方法可以进一步稳本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体衬底；布置在所述半导体衬底上的金属膜；以及覆盖所述金属膜的上表面的扩散阻挡膜，其中所述扩散阻挡膜包括含有硅、碳、氢和氮作为构成元素的绝缘材料，并且其中所述绝缘材料含有Ｓｉ－Ｈ键、Ｓ ｉ－Ｃ键和亚甲基键（－ＣＨ↓［２］－）。
【技术特征摘要】
JP 2003-1-31 024350/2003;JP 2003-6-19 175627/20031.一种半导体器件，包括半导体衬底；布置在所述半导体衬底上的金属膜；以及覆盖所述金属膜的上表面的扩散阻挡膜，其中所述扩散阻挡膜包括含有硅、碳、氢和氮作为构成元素的绝缘材料，并且其中所述绝缘材料含有Si-H键、Si-C键和亚甲基键(-CH2-)。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述绝缘材料的红外吸收光谱包括不低于0.067的I2/I1；其中I1定义为具有接近810cm-1的峰值的红外吸收带的吸收区，以及I2定义为具有接近2120cm-1的峰值的红外吸收带的吸收区。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述绝缘材料的红外吸收光谱包括不高于0.0067的I3/I1；其中I1定义为具有接近810cm-1的峰值的红外吸收带的吸收区，以及I3定义为具有接近1250cm-1的峰值的红外吸收带的吸收区。4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述绝缘材料的红外吸收光谱包括不高于0.0067的I3/I1；其中I1定义为具有接近810cm-1的峰值的红外吸收带的吸收区，以及I3定义为具有接近1250cm-1的峰值的红外吸收带的吸收区。5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：宇佐美达矢，森田升，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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