半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

一种半导体装置及其制造方法，它在设于半导体衬底上的绝缘性或者导电性膜上形成阻挡层，在该阻挡层上设置由导电膜组成的电极或者布线。阻挡层是晶体结构为β结构的钽膜。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，特别是涉及具有在半导体衬底上的绝缘性或者导电性膜上、经过阻挡层形成的由导电膜组成的电极或者布线的。以下，参照图9(a)、(b)及附图说明图10(a)、(b)，说明现有的以铜膜为主体的多层布线半导体装置制造方法。首先，如图9(a)所示，在由硅(Si)构成的半导体衬底10上形成具有布线槽的绝缘膜11后，在该绝缘膜11的布线槽的底面及侧壁面上沉积作为阻挡层的第1氮化钽膜12。其次，在第1氮化钽膜12上形成第1铜籽晶层13后，用电解电镀法使第1铜籽晶层13生长形成第1铜电镀层14。这样，得到由第1铜籽晶层13及第1铜电镀层14组成的下层布线。其次，在下层布线及绝缘膜11上，顺序沉积作为粘附层的氮化硅膜15和第1层间绝缘膜16后，在第1层间绝缘膜16及氮化硅膜15上形成引线孔17。其次，在第1层间绝缘膜16上形成第2层间绝缘膜18和作为增透膜的氮氧化硅膜19后，以氮氧化硅膜19作掩膜对第2层间绝缘膜18进行腐蚀形成布线槽20。然后，如图9(b)所示，用反应溅射法、在引线孔17及布线槽20的底面及侧壁面上沉积作为阻挡层的第2氮化钽膜21后，用溅射法在第2氮化钽膜21上形成第2铜籽晶层22。接着，如图10(a)所示，用电解电镀法使第2铜籽晶层22生长形成第2铜电镀层23后，用化学机械研磨法(CMP)去除存在于氮化硅膜19上的部分的第2氮化钽膜21、第2铜籽晶层22及第2铜电镀层23，形成由第2铜籽晶层22及第2铜电镀层23组成的针形接点24及上层布线25。但是，由于作为阻挡层的第2氮化钽膜21与由第1铜籽晶层22和第2铜电镀层23组成的上层布线的粘附性不好，在后面进行的热处理中、例如为使铜的晶粒生长的热处理中，第2氮化钽膜21与上层布线剥离、就产生如图10(b)所示的在针形接点24与下层布线间形成空隙26的问题。如果针形接点24与下层布线间形成空隙26的话，针形接点24与下层布线间的接触电阻就明显增大。为达上述目的，与本专利技术相关的第1半导体装置，具有阻挡层和电极或者布线；阻挡层形成在设于半导体衬底上的绝缘性或者导电性膜上，电极或者布线由形成在阻挡层上的导电膜组成；所述阻挡层上面的原子间距与所述导电膜下面的原子间距几乎相等。第1半导体装置中，阻挡层最好具有正方晶的晶体结构，而且阻挡层的上面是(001)面取向、导电膜最好具有面心立方晶格的晶体结构，而且导电膜的下面是(111)面取向。与本专利技术相关的第2半导体装置，具有阻挡层和由导电膜组成的电极或者布线；阻挡层形成在设于半导体衬底上的绝缘性或者导电性膜上，组成电极或者布线的导电膜形成在所述阻挡层上；所述阻挡层是具有β结构的晶体结构的钽膜。采用第2半导体装置，由于导电膜形成在由钽膜组成的阻挡层上，而钽膜又是β结构的晶体结构，由于构成导电膜的晶体优先取向在最密面上，提高了阻挡层和导电膜的粘附性。第2半导体装置中，阻挡层最好由下层的第1阻挡层和上层的第2阻挡层叠层膜组成，第1阻挡层由氮化物膜组成，第2阻挡层由晶体结构为β结构的钽膜组成。这样，由于绝缘性或导电性膜与β结构的钽膜并不直接接触，能够防止在后面进行的热处理工程中绝缘性或导电性膜与β结构的钽膜发生反应、产生有害的化合物。第2半导体装置中，阻挡层由下层的第1阻挡层和上层的第2阻挡层叠层膜组成时，第1阻挡层最好是氮化钽膜、导电膜最好是铜膜。这样，能够防止构成铜膜的铜原子通过阻挡层向绝缘性的膜扩散。这种情况下，铜膜最好是取向(111)面。这样，能够确实提高铜膜与成为阻挡层的β结构的钽膜的粘附性。还有，在这种情况下，氮化钽膜中(氮的原子数)/(钽的原子数)的值最好小于0.4。这样，β结构的钽膜就能稳定的沉积在下层的氮化钽膜上。第2半导体装置中，阻挡层由下层的第1阻挡层和上层的第2阻挡层的叠层膜组成，第1阻挡层由氮化物膜组成时，绝缘性或导电性膜最好是含氟成分的绝缘膜。这样，由于由导电膜组成的电极或布线的下侧设有相对介电常数低的绝缘膜，能够降低电极或者布线中的静电电容。还有，由于第1阻挡层由氮化物膜组成，能够防止在后面进行的热处理工序中绝缘膜中的氟与β结构的钽膜反应形成氟化钽。第2半导体装置中，所述绝缘性或者导电性膜是绝缘膜，阻挡层形成在凹陷部的底面及侧壁面上、而凹陷部形成在绝缘膜上，导电膜最好是埋入凹陷部阻挡层上的针形接点或者埋入的布线。这样、能够防止针形接点或者埋入的布线与阻挡层剥离，在两者之间形成空隙。与本专利技术相关的第1半导体装置制造方法，具有以下工程在半导体衬底上的绝缘性膜或者导电性膜上形成阻挡层的工程、在阻挡层上形成由导电膜组成的电极或者布线的工程；阻挡层上面的原子间距与导电膜下面的原子间距几乎相等。第1半导体装置制造方法中，最好阻挡层具有正方晶的晶体结构，而且阻挡层的上面取向(001)面，导电膜具有面心立方晶格的晶体结构，而且导电膜的下面取向(111)面。与本专利技术相关的第2半导体装置制造方法，具有以下工程在半导体衬底上的绝缘性或导电性膜上形成阻挡层的工程，在阻挡层上形成由导电膜组成的电极或者布线的工程；阻挡层是结晶结构为β结构的钽膜。采用第2半导体装置制造方法，由于导电膜形成在由β结构钽膜组成的阻挡层上，构成导电膜的晶体优先取向最密面上，提高了阻挡层与导电膜的粘附性。第2半导体装置的制造方法中，阻挡层最好由下层的第1阻挡层和上层的第2阻挡层叠层膜组成，第1阻挡层由氮化物膜组成，第2阻挡层由β结构的钽膜组成。这样，由于绝缘性或者导电性膜不直接与β结构的钽膜接触，能够防止在以后进行的热处理工程中，绝缘性或者导电性的膜与β结构的钽膜反应形成有害化合物。第2半导体装置制造方法中，阻挡层由下层的第1阻挡层和上层的第2阻挡层叠层膜组成时，第1阻挡层最好是氮化钽膜，导电膜最好是铜膜。这样，能够防止构成铜膜的铜原子通过阻挡层扩散到绝缘性或者导电性的膜中。这种情况下，铜膜最好取向(111)面。这样，确实能够提高铜膜与成为阻挡层的β结构的钽膜的粘附性。还有，这种情况下，氮化钽膜中(氮原子数)/(钽原子数)的值最好小于0.4。这样，β结构的钽膜就能稳定的沉积在下层的氮化钽膜上。第2半导体装置制造方法中，阻挡层由下层的第1阻挡层和上层的第2阻挡层的叠层膜组成，第1阻挡层由氮化物膜组成时，绝缘性或者导性的膜最好是含氟成分的绝缘膜。这样，由于在由导电膜组成的电极或者布线的下侧设有相对介电常数低的绝缘膜，能够降低电极或者布线中的静电电容。还有，由于第1阻挡层由氮化物膜组成，能够防止在后面进行的热处理工程中绝缘膜中的氮与β结构的钽膜发生反应形成氟化钽。第2半导体装置制造方法中，绝缘性或者导电性的膜是绝缘膜，阻挡层形成在凹陷部的底面及侧壁面上，而凹陷部形成在绝缘膜上，导电膜最好是埋入凹陷部阻挡层上的针形接点或者埋入的布线。这样，就能防止针形接点或者埋入布线与阻挡层剥离，在二者间形成空隙。图2(a)及(b)是显示与第1实施方式相关的半导体装置的制造方法各工程的剖面图。图3(a)及(b)是显示在氮化钽膜上沉积铜膜后进行热处理时的状态图。图3(c)及(d)是显示在具有α结构的钽膜上沉积铜膜后进行热处理时的状态图。图3(e)及(f)是显示在具有β结构的钽膜上沉积铜膜后进行热处理时的状态图。图4是显示用面内型X射线衍射装置测量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于： 它具有阻挡层和电极或者布线， 阻挡层形成在设于半导体衬底上的绝缘性或者导电性膜上， 电极或者布线由形成在所述阻挡层上的导电膜组成， 所述阻挡层上面的原子间距与所述导电膜下面的原子间距几乎相等。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2001-6-13 2001-1781071.一种半导体装置，其特征在于它具有阻挡层和电极或者布线，阻挡层形成在设于半导体衬底上的绝缘性或者导电性膜上，电极或者布线由形成在所述阻挡层上的导电膜组成，所述阻挡层上面的原子间距与所述导电膜下面的原子间距几乎相等。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于所述阻挡层具有正方晶的晶体结构，而且所述阻挡层的上面取向(001)面，所述导电膜具有面心立方晶格的晶体结构，而且所述导电膜的下面取向(111)面。3.一种半导体装置，其特征在于它具备阻挡层和由导电膜组成的电极或者布线，阻挡层形成在设于半导体衬底上的绝缘性或者导电性膜上，组成电极或者布线的导电膜形成在所述阻挡层上，所述阻挡层是具有β结构的晶体结构的钽膜。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于所述阻挡层由下层的第1阻挡层和上层的第2阻挡层叠层膜组成，所述第1阻挡层由氮化物膜组成，所述第2阻挡层由晶体结构为β结构的钽膜组成。5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于所述第1阻挡层是氮化钽膜，所述导电膜是铜膜。6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于所述铜膜取向(111)面。7.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于所述氮化钽膜中(氮原子数)/(钽原子数)的值小于0.4。8.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于所述绝缘性或导电性膜是含氟成分的绝缘膜。9.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于所述绝缘性或者导电性膜是绝缘膜，所述阻挡层形成在所述绝缘膜凹陷部的底面及侧壁面上、凹陷部形成在绝缘膜上，所述导电膜是埋入所述凹陷部的所述阻挡层上的针形接点或者埋入布线。10.一种半导体装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：岸田刚信，多田慎也，池田敦，原田刚史，杉原康平，
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]