專(zhuān)利名稱(chēng)：具有改良金屬布線(xiàn)的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有金屬布線(xiàn)的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
作為制造半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法，存在圖1和2所示的方法。
在該制造方法中，首先如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底201上的層間介質(zhì)膜(層間絕緣膜)202中形成開(kāi)口202a。Ti(鈦)膜204、TiN(氮化鈦)膜206和W(鎢)膜被嵌入在開(kāi)口202a中。然后，進(jìn)行回蝕(etch-back)工藝或CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)工藝，從而在開(kāi)口202a中保留這些膜并形成W(鎢)栓塞208。
接著，形成Ti膜210和TiN膜212作為阻擋金屬，以便覆蓋層間介質(zhì)膜202、Ti膜204、TiN膜206和W栓塞208的全部。然后，依次在TiN膜212上形成Al(鋁)布線(xiàn)214、Ti膜216和TiN膜218。接著，如圖2所示，進(jìn)行干法刻蝕工藝，由此部分地去除這些膜并形成Al布線(xiàn)214。這樣，由于阻擋金屬具有Ti膜210和TiN膜212的層疊結(jié)構(gòu)，可以改善在TiN膜212的表面上形成的布線(xiàn)層的遷移電阻特性，還可以改善布線(xiàn)層的粘合性。
可是，在上述工藝中，當(dāng)形成Al布線(xiàn)時(shí)，在與W栓塞208接觸的Ti膜210中可能會(huì)引入由側(cè)蝕造成的損傷部分222。該損傷部分222導(dǎo)致W栓塞208和Ti膜210之間的接觸電阻增加，從而降低了它們之間的電氣連接性。
日本未決公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)JP-P2004-39879A公開(kāi)了一種解決該問(wèn)題的技術(shù)。其中，W栓塞被形成在層間介質(zhì)膜中，使得W栓塞的上表面高于該層間介質(zhì)膜的表面。然后，依次形成作為阻擋金屬的Ti膜和TiN膜，使其覆蓋層間介質(zhì)膜和W栓塞。然后，通過(guò)CMP工藝只去除W栓塞上的阻擋金屬(TiN膜/Ti膜)。
日本未決公開(kāi)專(zhuān)利申請(qǐng)JP-P2004-14763A公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件，其中在W栓塞的表面和層間介質(zhì)膜的表面上形成單層TiN膜。
可是，我們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述申請(qǐng)中公開(kāi)的常規(guī)技術(shù)在以下幾點(diǎn)還有改善的空間。
首先，JP-P2004-39879A中的方法需要以極好的控制性來(lái)形成優(yōu)質(zhì)的W栓塞，還需要只去除W栓塞上的阻擋金屬。為此，很難得到高的重復(fù)性和極好的控制性。另外，仍然存在當(dāng)形成Al布線(xiàn)時(shí)與W栓塞接觸的Ti膜的側(cè)面在刻蝕工藝中被刻蝕的情況。因而，W栓塞和Ti膜之間的接觸電阻增加，這降低了電氣連接性。而且，需要用于去除W栓塞上形成的阻擋金屬等的工藝，這增加了制造工藝的數(shù)量和制造成本。
其次，JP-P2004-14763A中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件中，在TiN膜的表面上形成的布線(xiàn)層的膜形成特性被降低，這會(huì)降低產(chǎn)量。特別是在布線(xiàn)層為Al布線(xiàn)層的情況下，膜形成特性的降低是很?chē)?yán)重的。
這樣，在具有W膜的半導(dǎo)體器件中，希望半導(dǎo)體器件可以使用簡(jiǎn)單的方法來(lái)防止阻擋金屬膜的側(cè)蝕，并改善W膜和阻擋金屬膜間的電氣連接性。此外，還希望半導(dǎo)體器件能改善布線(xiàn)層的膜形成特性。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；形成在半導(dǎo)體襯底上的并且具有開(kāi)口的層間絕緣膜；嵌入在開(kāi)口中的鎢膜；形成在鎢膜上的并且不包括Ti膜的第一阻擋金屬膜；形成在第一阻擋金屬膜上的并且是含Ti的膜的第二阻擋金屬膜；以及形成在第二阻擋金屬膜上的金屬布線(xiàn)膜。
根據(jù)本發(fā)明，W膜(W栓塞)與由不包括Ti膜的膜構(gòu)成的第一阻擋金屬膜接觸。因而，在形成金屬布線(xiàn)膜的刻蝕工藝中，在第一阻擋金屬膜110中決不會(huì)產(chǎn)生由側(cè)蝕造成的損傷部分。從而，穩(wěn)定了W膜(W栓塞)和第一阻擋金屬膜之間的電氣連接性，這改善了產(chǎn)品的產(chǎn)量。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)從以下描述更加明顯，其中圖1和2是用圖解方法示出了制造半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的剖面圖；圖3和4是用圖解方法示出了制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的方法的剖面圖；以及圖5是用圖解方法示出了根據(jù)本發(fā)明的另一半導(dǎo)體器件的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考說(shuō)明性的實(shí)施例在此描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到通過(guò)本發(fā)明的講解能實(shí)現(xiàn)多種可選實(shí)施例，并且本發(fā)明不局限于為了說(shuō)明的目的而示出的實(shí)施例。
將在下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的實(shí)施例。這里，在所有附圖中，相似的組件采用相似的標(biāo)號(hào)，并且適當(dāng)?shù)厥÷运鼈兠枋觥?br> 如圖4所示，本實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底101、層間介質(zhì)膜(層間絕緣膜)102、W膜(W栓塞108)、第一阻擋金屬膜110、第二阻擋金屬膜111、和金屬布線(xiàn)膜116。層間介質(zhì)膜102形成于半導(dǎo)體襯底101上，并且具有開(kāi)口102a。W膜(W栓塞108)被嵌入在開(kāi)口102a中。第一阻擋金屬膜110形成在W栓塞108的表面上。第二阻擋金屬膜111形成在第一阻擋金屬膜膜110的表面上。金屬布線(xiàn)膜116形成在第二阻擋金屬膜111的表面上。Ti膜104和TiN膜106層疊在開(kāi)口102a的內(nèi)壁和W栓塞108的外表面之間。順便提及，在半導(dǎo)體襯底101的表面上可以形成下層布線(xiàn)(未示出)和/或電氣元件(未示出)。
第一阻擋金屬膜110形成在與W栓塞108接觸的一側(cè)。第一阻擋金屬膜110是不包括Ti膜的膜。優(yōu)選地，第一阻擋金屬膜是含金屬的膜，其不包括Ti膜。過(guò)渡金屬更優(yōu)選地作為含金屬的膜中的金屬。金屬氮化物膜可以用作第一阻擋金屬膜。例如，可列舉TiN膜、WN膜、TaN膜等。第一阻擋金屬膜110的膜厚度在大約100nm和10nm之間的范圍內(nèi)。通過(guò)使用其中第一阻擋金屬膜110由TiN膜制成的例子來(lái)說(shuō)明本實(shí)施例。
第二阻擋金屬膜111由含Ti的材料構(gòu)成，例如可以是從諸如Ti膜、TiN膜、TiW膜等中選擇的單層或多層。第二阻擋金屬膜111的厚度在大約150nm和10nm之間。通過(guò)使用Ti膜112和TiN膜114依次層疊而成的第二阻擋金屬膜111的層疊膜來(lái)解釋該實(shí)施例。
而且，金屬布線(xiàn)膜116由Al膜或W膜組成。在該實(shí)施例中，其形成在TiN膜114的表面上。
接著，下面參考圖3和4，對(duì)該實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法進(jìn)行描述。
首先，在半導(dǎo)體襯底101上形成層間介質(zhì)膜102。接著，通過(guò)使用普通光刻技術(shù)，在層間介質(zhì)膜102的預(yù)定位置上形成開(kāi)口102a。然后，依次層疊Ti膜104和TiN膜106，以便覆蓋該開(kāi)口102a的內(nèi)壁和層間介質(zhì)膜102的上表面。此外，形成W膜，使其嵌入到TiN膜106的內(nèi)壁中。這些膜通過(guò)使用普通濺射方法或CVD方法來(lái)形成。
接著，通過(guò)使用諸如回蝕方法或CMP方法等，去除開(kāi)口102a外面的Ti膜104、TiN膜106和W膜。那么，這些膜只保留在開(kāi)口102a內(nèi)部，并且形成了W栓塞108。
然后，使用普通濺射方法或CVD方法來(lái)依次層疊第一阻擋金屬膜110，以及作為第二阻擋金屬膜111的Ti膜112和TiN膜114，使其覆蓋層間介質(zhì)膜102、Ti膜104、TiN膜106和W栓塞108的全部。
然后，如圖3所示，在TiN膜114的表面上依次形成金屬布線(xiàn)膜116、Ti膜118和TiN膜120。
接著，使用普通干法刻蝕方法來(lái)選擇性地去除TiN膜120、Ti膜118、金屬布線(xiàn)膜116、第二阻擋金屬膜111(TiN膜114和Ti膜112)和第一阻擋金屬膜110，從而形成金屬布線(xiàn)(金屬布線(xiàn)層)121。這樣，形成圖4所示的半導(dǎo)體器件。
該實(shí)施例的效果將在下面進(jìn)行描述。
該實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件具有阻擋金屬膜，該阻擋金屬膜由以下構(gòu)成不包括Ti膜的第一阻擋金屬膜110；和第二阻擋金屬膜111，其是在第一阻擋金屬膜110上形成的含Ti的膜。因而，可以穩(wěn)定W膜(W栓塞108)和阻擋金屬膜之間電氣連接性，并且可以進(jìn)一步改善布線(xiàn)層的膜形成特性。
在JP-P2004-39879A的半導(dǎo)體器件中，在層間介質(zhì)膜的表面上形成的阻擋金屬層通常形成為T(mén)iN膜/Ti膜的雙層結(jié)構(gòu)。在該常規(guī)半導(dǎo)體器件中，在用于形成布線(xiàn)的干法刻蝕工藝中，存在與W膜接觸的Ti膜的側(cè)面被刻蝕的情況。在該情況中，W栓塞和Ti膜之間的接觸電阻增大，這降低了電氣連接性。
此外，在JP-P2004-14763A的半導(dǎo)體器件中，在W栓塞表面上形成的單層TiN膜的表面上形成布線(xiàn)層。在該常規(guī)半導(dǎo)體器件中，布線(xiàn)層的膜形成特性降低，這減小了產(chǎn)量。
相反，在本實(shí)施例中，W膜(W栓塞108)與由不包括Ti膜的膜構(gòu)成的第一阻擋金屬膜110接觸。因此，在形成金屬布線(xiàn)膜116時(shí)的刻蝕工藝中，在第一阻擋金屬膜110中決不會(huì)形成由側(cè)蝕導(dǎo)致的損傷部分。從而，穩(wěn)定了W膜(W栓塞108)和第一阻擋金屬膜110之間的電氣連接性，這改善了產(chǎn)品的產(chǎn)量。
此外，該實(shí)施例中的阻擋金屬膜具有層疊結(jié)構(gòu)不包括Ti膜的第一阻擋金屬膜110；和第二阻擋金屬膜111，其是含Ti的膜。因此，消除W膜(W栓塞108)和層間介質(zhì)膜102的影響是可能的。此外，使用作為含Ti的膜的第二阻擋金屬膜111可以改善布線(xiàn)層的膜形成特性。因而，半導(dǎo)體器件產(chǎn)品的產(chǎn)量得到改善。
而且，該實(shí)施例中的第一阻擋金屬膜110可以由金屬氮化物膜構(gòu)成，并且可以進(jìn)一步由TiN膜構(gòu)成。
因此，在用于形成布線(xiàn)的干法刻蝕工藝時(shí)，抑制了第一阻擋金屬膜110被側(cè)蝕。因而，尤其抑制了W栓塞108和第一阻擋金屬膜110之間的電氣連接性的降低。
該實(shí)施例中的第二阻擋金屬膜111可以具有Ti膜112和TiN膜114依次層疊的層疊膜。
因此，布線(xiàn)層的膜形成特性能夠被進(jìn)一步改善，這進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量。當(dāng)金屬布線(xiàn)膜116使用Al布線(xiàn)或W布線(xiàn)時(shí)，能夠更優(yōu)選地得到這種效果。
此外，在該實(shí)施例中，金屬布線(xiàn)膜116可以使用Al布線(xiàn)。該情況尤其改善了Al布線(xiàn)的膜形成特性。
常規(guī)半導(dǎo)體器件的阻擋金屬層具有雙層結(jié)構(gòu)，其中Ti膜210和TiN膜212通常依次層疊。在Al布線(xiàn)214形成在該阻擋金屬層上的情況中，存在Al布線(xiàn)214的膜形成特性降低的情況。在JP-P2004-14763A的半導(dǎo)體器件中這種趨勢(shì)尤其嚴(yán)重。
可以列舉Al布線(xiàn)214的膜形成特性的降低，具體地是由Al取向(orientation)性的下降造成的遷移電阻特性的降低。影響該遷移電阻特性的Al取向性受作為基底的TiN膜212的表面狀態(tài)(surfacesituation)的影響。此外，該TiN膜212的表面狀態(tài)進(jìn)一步受作為其基底的Ti膜210、層間介質(zhì)膜202和W栓塞208的影響。因而，在阻擋金屬層由單層TiN膜構(gòu)成的JP-P2004-14763A的半導(dǎo)體器件中，遷移電阻特性尤其降低。
相反地，根據(jù)該實(shí)施例，W栓塞108和第二阻擋金屬膜111之間存在第一阻擋金屬膜110。因而，能夠消除W膜(W栓塞108)和層間介質(zhì)膜102對(duì)Al布線(xiàn)的影響，從而使得Al取向性出色，這因此改善了金屬布線(xiàn)膜116的膜形成特性。因此，改善了金屬布線(xiàn)膜116的遷移電阻特性，并且得到了穩(wěn)定的電氣特性，從而提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量。
此外，在該實(shí)施例中，金屬布線(xiàn)膜116可以被用作W布線(xiàn)。在這種情況下，尤其改善了W布線(xiàn)的膜形成特性，諸如W布線(xiàn)和第二阻擋金屬膜111之間的粘合性的改善。
如上所述，參考附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例?？墒?，這只是本發(fā)明的示范，還可以采用除了上述的構(gòu)造之外的各種構(gòu)造。
例如，在第一阻擋金屬膜110和第二阻擋金屬膜111之間可以有如圖5所示的多個(gè)不同的阻擋金屬膜122。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體器件，其中可以使用簡(jiǎn)單的方法來(lái)穩(wěn)定W膜和阻擋金屬膜之間的電氣連接性，并進(jìn)一步改善布線(xiàn)層的膜形成特性。
顯然，本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，只要不背離本發(fā)明的范圍和精神，可以對(duì)其修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；層間絕緣膜，其形成在所述半導(dǎo)體襯底上，并且具有開(kāi)口；鎢膜，其嵌入在所述開(kāi)口中；第一阻擋金屬膜，其形成在所述鎢膜上，并且不包括Ti膜；第二阻擋金屬膜，其形成在所述第一阻擋金屬膜上，并且是含Ti的膜；以及金屬布線(xiàn)膜，其形成在所述第二阻擋金屬膜上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述第一阻擋金屬膜包括金屬氮化物膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中所述第一阻擋金屬膜包括氮化鈦膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一個(gè)的半導(dǎo)體器件，其中所述第二阻擋金屬膜包括下述層疊膜，在該層疊膜中依次形成有鈦膜和氮化鈦膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬布線(xiàn)包括鋁布線(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述金屬布線(xiàn)包括鎢布線(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，還包括第三層阻擋金屬膜，其形成在所述第一阻擋金屬膜和所述第二阻擋金屬膜之間。
8.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括(a)在半導(dǎo)體襯底上形成具有開(kāi)口的層間絕緣膜；(b)在所述開(kāi)口中嵌入鎢膜；(c)在所述鎢膜和所述層間絕緣膜上形成不包括Ti膜的第一阻擋金屬膜；(d)在所述第一阻擋金屬膜上形成第二阻擋金屬膜，該第二阻擋金屬膜是含鈦的膜；以及(e)在所述第二阻擋金屬膜上形成金屬布線(xiàn)膜；以及(f)對(duì)所述金屬布線(xiàn)膜、所述第二阻擋金屬膜以及所述第一阻擋金屬膜進(jìn)行刻蝕，以形成金屬布線(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第一阻擋金屬膜包括氮化鈦膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求8到9的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述第二阻擋金屬膜是下述層疊膜，在該層疊膜中依次形成有鈦膜和氮化鈦膜。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底、層間絕緣膜、鎢膜、第一阻擋金屬膜、第二阻擋金屬膜以及金屬布線(xiàn)膜。層間絕緣膜形成在半導(dǎo)體襯底上，并且具有開(kāi)口。鎢膜被嵌入在開(kāi)口中。第一阻擋金屬膜形成在鎢膜上，并且不包括Ti膜。第二阻擋金屬膜形成在第一阻擋金屬膜上，并且是含Ti的膜。金屬布線(xiàn)膜形成在第二阻擋金屬膜上。
文檔編號(hào)H01L21/768GK1945824SQ20061014211
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月7日
發(fā)明者齊藤和美 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司