专利名称：制造半导体装置的方法以及半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用镶嵌方法制造半导体装置的方法以及根据所述制造方 法制造的半导体装置。
背景技术：
有时将镶嵌方法用于在形成于层间绝缘膜内的布线沟槽或通孔中形成 铜(Cu)布线的情形。在镶嵌方法中，为了避免金属扩散，在形成金属布线 之前，在布线沟槽的内壁或在通孔的内壁形成扩散阻挡膜(阻挡金属)。将诸如钽(Ta)或钛(Ti)等难熔金属、或者这些金属的氮化物用作扩 散阻挡膜的材料。然而，这些金属膜具有高阻抗，从而导致金属布线的阻抗 增加和RC延迟增加。因此，随着近年来金属布线的收縮取得进展，存在将 更薄的膜用作扩散阻挡膜的趋势。另一方面，为了避免RC延迟，存在例如将多孔低介电常数材料用作层 间绝缘膜中材料的情况。在制造工艺中多孔低介电常数材料容易被等离子体 损坏。被损坏的膜更容易在其表面或其内部吸收湿气。因此，在这种低介电 常数材料上形成的扩散阻挡膜容易被从层间绝缘膜释放出来的湿气氧化或 改性，从而降低阻挡能力。在日本未审査专利申请公开No. 2005-277390中，公开了将铜锰(CuMn) 籽晶层用作扩散阻挡膜中材料的技术。在这种方法中，在层间绝缘膜上直接 形成铜锰膜，作为用于电镀铜布线的籽晶层。根据这种方法，铜锰膜中的锰 与层间绝缘膜内包含的硅和氧反应，从而在层间绝缘膜与铜布线之间的边界 处形成2nm至3nm的自对准MnOxSiY层。其中形成的MnOxSiY层用作扩散 阻挡膜，从而在没有使用传统扩散阻挡膜中使用的钽(Ta)或钛(Ti)的情况下，确保铜布线关于层间绝缘膜的阻挡能力。然而，在使用铜锰膜的制造工艺中，产生不能实现MnOxSiY层与层间绝 缘膜之间良好粘合的问题。因此，例如如果在形成铜布线之后进行热处理， 则会出现在布线沟槽或通孔内形成的铜布线向上移动(虹吸现象)的情况。 此外，也会出现在CMP (化学机械抛光)工艺中铜布线脱落的情况。结果， 产生在铜布线与其下面形成的底层布线之间发生分离的问题，并且半导体装 置的产量劣化。因此，在层间绝缘膜中形成铜布线之前，当根据传统制造工艺在层间绝 缘膜上形成扩散阻挡膜或铜锰籽晶层时，没有改善半导体装置的生产率。发明内容根据一个实施例的一个方案， 一种制造半导体装置的方法，包括下列步骤在层间绝缘膜中形成到达底层布线的通孔和布线沟槽，其中所述层间绝 缘膜形成在所述底层布线上；在通过所述通孔暴露的所述底层布线上、所述 通孔的内壁上以及所述布线沟槽的内壁上形成扩散阻挡膜；在沉积在所述通 孔的底部上的所述扩散阻挡膜被蚀刻的同时，在所述底层布线上以及形成在 所述通孔的内壁上和所述布线沟槽的内壁上的所述扩散阻挡膜上形成籽晶 层；以及在所述通孔内和所述布线沟槽内形成金属布线。根据一个实施例的另一方案， 一种制造半导体装置的方法，包括下列步 骤在层间绝缘膜中形成到达底层布线的通孔和布线沟槽，其中所述层间绝 缘膜形成在所述底层布线上；在通过所述通孔暴露的所述底层布线上、所述 通孔的内壁上以及所述布线沟槽的内壁上形成第一籽晶层；在沉积在所述通 孔的底部上的所述第一籽晶层被蚀刻的同时，在通过所述通孔暴露的所述底 层布线上、所述通孔的内壁上以及所述布线沟槽的内壁上形成的第一籽晶层 上形成第二籽晶层；以及在所述通孔内和所述布线沟槽内形成金属布线。根据一个实施例的又一方案，半导体装置包括底层布线；层间绝缘膜， 形成在所述底层布线上；通孔和布线沟槽，形成在所述层间绝缘膜中；扩散 阻挡层，形成在所述通孔的内壁上和所述布线沟槽的内壁上；金属布线，形 成在所述通孔内和所述布线沟槽内，并且连接到所述底层布线；以及阻挡层， 形成在所述扩散阻挡膜与所述金属布线之间的表面边界上。
图1是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的流程图；图2是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的示意图；图3是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的示意图；图4是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的示意图；图5是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的示意图；图6是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的示意图；图7是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的示意图；图8是在一个实施例的可选实例中制造半导体装置的工艺的示意图；图9是在另一个实施例中制造半导体装置的工艺的示意图；图IO是在另一个实施例中制造半导体装置的工艺的示意图；图11是在另一个实施例中制造半导体装置的工艺的示意图；图12是在另一个实施例中制造半导体装置的工艺的示意图；图13是在另一个实施例的可选实例中制造半导体装置的工艺的示意图。
具体实施方式
图1是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的流程图。如图1所示，在根据第一实施例的制造半导体装置的方法中，首先，在层间绝缘膜内形成通孔和布线沟槽，所述层间绝缘膜形成在底层布线上(步骤S1)。在通孔的内壁上、布线沟槽的内壁上以及从通孔暴露出的底层布线上形 成扩散阻挡膜(步骤S2)。在物理地蚀刻沉积在通孔底部上的扩散阻挡膜时，在扩散阻挡膜上形成 籽晶层(步骤S3)。在形成籽晶层之后，通过电镀方法在通孔和布线沟槽内形成金属布线 (步骤S4)。执行退火工艺，由此在扩散阻挡膜与金属布线之间的表面边界上、或者 在金属布线与层间绝缘膜(位于底层布线的一侧)之间的表面边界上形成阻 挡层，其中所述阻挡层采用籽晶层的成分作为原材料(步骤S5)。在第一实施例中，能够制造具有高阻挡能力并且包括具有良好粘合性的 扩散阻挡膜和阻挡层的半导体装置。因此，提高了半导体装置的生产率。 下面更详细地解释第一实施例。图2至图8是根据一个实施例制造半导体装置的工艺的示意图。如图2 所示，第一实施例中使用的衬底包括底层布线IO、层间绝缘膜11和12、 在底层布线10和层间绝缘膜11上形成的保护层(cap layer) 13、以及在层 间绝缘膜12上形成的硬掩模层14。然而，所述衬底的结构不限于第一实施 例。保护层13和硬掩模层14的材料包括例如碳化硅(SiC)等材料。保护 层13和硬掩模层14的膜厚度例如为大约10nm。层间绝缘膜12的膜厚度例 如为若干100nm。层间绝缘膜12的材料优选为低介电常数材料(低k材料)。 无机材料、有机材料或其混合物可以用作低介电常数材料。多孔材料也可以 用作层间绝缘膜12中材料。在第一实施例中，例如SiOC等包含碳的氧化硅 可以用作层间绝缘膜12中材料。层间绝缘膜12可以通过SOG (旋涂玻璃) 方法或CVD (化学气相沉积)方法形成。一旦已经制备上述衬底，将包括碳氟化合物(CFx)气体、氨气(NH3)、 氮气(N2)以及氢气(H2)的混合气体用作添加的气体，以通过等离子体蚀 刻的方式蚀刻硬掩模层14、层间绝缘膜12以及保护层13。由此，在层间绝 缘膜12内形成沟槽15和通孔16。沟槽15用于形成上层。通孔16用于形成 接触电极，其中所述接触电极连接上层布线和底层布线10。注意底层布线 10的表面暴露于等离子体蚀刻。在层间绝缘膜12内壁上的阴影区域(图2中由箭头A表示的部分)代 表包括在另一制造工艺中被等离子体损坏的区域中所包含的湿气。另一制造 工艺的一个实例是低介电常数材料蚀刻工艺。如图3所示，利用溅射方法(也就是，长距离溅射设备；LTS)，在沟 槽15的内壁表面、通孔16的内壁以及从通孔16暴露出的底层布线10的表 面上形成扩散阻挡膜20。将氩气(Ar)或氮气用作放电气体。靶注入功率 (target injection power)例如为160 mW/m2至640mW/m2。扩散阻挡膜20 的厚度例如为5nm至10nm。扩散阻挡膜20的材料包含钽(Ta)、钨(W)、 钛(Ti)、锆(Zr)、钌(Ru)以及这些金属的氮化物至少其中之一。注意，当形成扩散阻挡膜20时，将0mW/m2至3mW/m2的偏压施加到衬底也是可 接受的。同样，代替溅射方法，CVD (化学气相沉积)方法或ALD (原子层 沉积)方法可以替换地用作形成扩散阻挡膜20的方法。然而，如上所述，会出现扩散阻挡膜20容易被层间绝缘膜12内包含的 湿气氧化或改性，或者会出现导致阻挡能力降低的局部恶化。因此，在第一 实施例中，为了补偿扩散阻挡膜20的阻挡缺陷，在扩散阻挡膜20上以下文 说明的自对准方式形成包含锰的氧化层。首先，如图4中具体所示，通过溅射方法在扩散阻挡膜20上形成铜锰 籽晶层30。将锰比率为0.5原子％至10原子％的铜靶用作靶。在当前工艺中， 将溅射分成第一阶段和第二阶段，由此形成铜锰籽晶层30。在第一阶段中，将氩气用作放电气体，在l(T5Pa至lOPa的大气压下施 加160mW/n^至960mW/m2的靶注入功率，以在沟槽15的内壁、通孔16的 内壁以及从通孔16暴露出的底层布线10的表面上形成铜锰籽晶层30作为 第一籽晶层。在第一阶段形成的铜锰籽晶层30的膜厚度例如为10nm至 30nm。注意，当在第一阶段形成铜锰籽晶层30时，施加6 mW/n^至16mW/m2 的偏压也是可接受的。接着，在第二阶段中，在第一籽晶层上形成铜锰籽晶层30作为第二籽 晶层。注意，在将6mW/n^至10 mW/m2的偏压持续施加到衬底的情况下， 施加1(^Pa至10Pa的大气压和16mW/mS至160mW/m2的耙注入功率。因此， 在沟槽15和通孔16内入射的铜锰的入射频率相对于第一阶段减小。换言之， 与第一阶段相比，在第二阶段中氩离子或从靶发出的金属离子的蚀刻效果 (再溅射效果)提高，然后执行溅射。特别是在第二阶段中，在调节锰籽晶 层的沉积速率(Vd)与在层间绝缘膜12上表面上的蚀刻速率(Ve)之间的 比例(Vd/Ve)而使得所述比例Vd/Ve大于0.9但是小于2.0的同时执行溅射。注意，铜靶中锰的含量百分比不限于上述值。例如，包含大于10原子％ 的锰的铜耙也是可以接受的。可选择地，可以使用双重(binary)溅射方法， 其中使用锰靶和铜靶。在这种情况下，通过设置靶注入功率的差异，使得籽 晶层中包含的锰与铜之间的比例改变。注意，在第二阶段形成的铜锰籽晶层 30的膜厚度例如为Onm至10nm。根据第一实施例，在第二阶段中，通过氩离子或从靶发出的金属离子蚀刻预先在通孔16的底部16a和底层布线10的部分表面上形成的扩散阻挡膜 20。同时，在通孔16的底部16a形成铜锰籽晶层30。换言之，在对沉积在 通孔16的底部16a和部分底层布线10上的扩散阻挡膜20进行蚀刻的同时， 在底层布线10上和层间绝缘膜12内壁上形成的扩散阻挡膜20上沉积铜锰 籽晶层30。因此，将扩散阻挡膜20从通孔16的底部16a去除，从而抑制了布线阻 抗或RC延迟的任何增加。此外，通过再溅射效应，在通孔16的底部16a 上形成的扩散阻挡膜和铜锰被沉积在通孔16的内壁和沟槽15的内壁上，从 而改善了通孔16的内壁和沟槽15的内壁的阻挡能力。顺便提一下，为了将扩散阻挡膜20从通孔16的底部16a去除，可以使 扩散阻挡膜20的形成过程中的蚀刻效应更显著。然而，如果选择钛、锆、 或其氮化物作为扩散阻挡膜20的材料，那么通过使蚀刻效应更显著，可以 将通孔16的上部形状制成为圆形。结果，在利用这些材料的扩散阻挡膜20 中，通孔16内的覆盖率(coverage)可能减小，因此扩散阻挡膜的阻挡能力 可能被削弱。然而，如果在常规溅射条件下形成扩散阻挡膜20之后执行前述第二阶 段工艺，那么可以避免通孔16的上部圆形形状。首先，如果将钛、锆、或 其中任一个的氮化物用作扩散阻挡膜20的材料，那么在常规溅射条件下以 微弱的蚀刻效应形成扩散阻挡膜20。接着，在前述的第二阶段中，通过氩离 子或从靶发出的金属离子将沉积在通孔16的底部16a上的扩散阻挡膜20去 除，然后，通过再溅射的方式，将沉积在底部16a上的扩散阻挡膜20沉积 在通孔16的内壁上。因此，可以避免扩散阻挡膜20在通孔16内的覆盖率 降低。注意，即使在通孔内壁上的扩散阻挡膜20极薄，或即使在扩散阻挡 膜20内具有局部缺陷，因为在这些区域内包括氧化锰的反应层阻挡物以自 对准的方式形成，所以能够确保阻挡能力。接着，如图5所示，通过硫酸铜(CuS04)电镀来掩埋铜镀层40，以在 沟槽15和通孔16内形成金属布线。因此，底层布线10和铜镀层40相互之 间电性连接。铜镀层40的膜厚度例如为500nm至2000nm。在硫酸铜电镀的 情况下，电流密度例如为7 A/cn^至30A/cm2。接着，在真空中、或者在惰性气体气氛下，对衬底进行退火处理，其中衬底的温度例如为15(TC至40(TC。加热时间例如为30秒至1800秒。注意， 在空气的气氛下或在具有最少量氧的气氛下执行退火处理也是可以接受的。顺便提一下，在制造工艺中，扩散阻挡膜20被包含在层间绝缘膜12内 的湿气氧化或改性。然而，在前述的退火处理中，扩散阻挡膜20中存在的 氧与图4所示的铜锰籽晶层30中包含的锰反应，从而在扩散阻挡膜20与铜 镀层40之间的边界处，以自对准的方式形成作为阻挡层的氧化锰(MnOx) 反应层31，如图6所示。或者氧化锰反应层31补偿扩散阻挡膜20的阻挡能 力，或者氧化锰反应层31本身实施阻挡功能。因此，提高了铜镀层40相对 于层间绝缘膜12的阻挡能力。同样，因为在铜镀层40与扩散阻挡膜20之 间的边界处形成反应层，所以也提高了铜镀层40与扩散阻挡膜20之间的粘 合性。因此，可以抑制前述的虹吸现象和CMP期间的脱落。此外，即使在扩散阻挡膜20中出现局部缺陷21以及在缺陷21的位置 扩散阻挡膜20出现缺损，在相应的缺陷处层间绝缘膜12中的硅和氧也与铜 锰籽晶层30中的锰反应，从而形成MnSixOY反应层。在相应的缺损位置处， MnSixOy反应层实施阻挡功能，从而在缺损位置处确保铜镀层40相对于层 间绝缘膜12的阻挡能力。接着，如图7所示，利用有机酸浆溶液(organic acid slurry solution)， 对铜镀层40执行CMP，直到达到硬掩模层14。通过上述工艺，将底层布线 10、通孔16以及沟槽15图案化，并且完成半导体装置50，其中层间绝缘膜 12形成在底层布线10上，扩散阻挡膜20形成在通孔16的内壁以及沟槽15 的内壁上，铜镀层40形成在通孔16以及沟槽15内而直接与底层布线10连 接，以及氧化锰反应层31作为阻挡层以自对准的方式形成在扩散阻挡膜20 与铜镀层40之间的边界处。根据第一实施例，可以制造具有扩散阻挡膜20和氧化锰反应层31的半 导体装置，其中扩散阻挡膜20和氧化锰反应层31具有良好的粘合性以及强 阻挡能力，从而改善了半导体装置的生产率。[第一修改实施例]下面描述第一修改实施例。在第一修改实施例中，直到形成铜镀层40 的制造工艺与利用图2至图5描述的内容相似，因此将描述从形成阻挡层开 始的制造工艺。如图8所示，在第一修改实施例中，通孔16的部分底部偏离底层布线 10的上表面。即使通孔16的部分底部以这种方式偏离底层布线10的上表面， 在通孔16的底部形成的扩散阻挡膜20也可以通过执行前述第二阶段工艺而 被完全去除。因此，在第二阶段中，在蚀刻沉积在通孔16的底部上、底层 布线10的部分表面上以及层间绝缘膜11 (形成在底层布线10的侧面)的部 分表面上的扩散阻挡膜20的同时，在底层布线10上、层间绝缘膜11上以 及扩散阻挡膜20上形成图4所示的铜锰籽晶层30。接着，通过退火处理使铜锰籽晶层30改性，在扩散阻挡膜20与铜镀层 40之间的边界上形成氧化锰反应层31作为阻挡层。此外，在铜镀层40与层间绝缘膜11之间的边界处，层间绝缘膜11内 的硅和氧与铜锰籽晶层30内的锰反应，由此在比底层布线10的上表面低的 位置形成MnSixOY反应层32作为阻挡层。因此，MnSixOy反应层32成为这 个位置的阻挡层。结果，即使通孔16的部分底部被置于相对于底层布线10 的上表面偏离的位置，也可以确保铜镀层40在关于层间绝缘膜11的相应部 分的阻挡能力。注意，从这点开始，CMP工艺的内容与利用图7描述的内容相似，因此 这里就不再对其描述。在第一修改实施例中，在将铜镀层40埋入通孔16以及沟槽15内之后， 执行退火处理，接着在扩散阻挡膜20与铜镀层40之间的表面边界处、或在 铜镀层40与层间绝缘膜11之间的表面边界处形成阻挡层，其中将铜锰籽晶 层30的成分用作原材料。[第二实施例]接着，详细描述本发明的第二实施例。在第二实施例的描述中，与上述 实施例中描述的部分相同的部分被以相同的标记表示，并且省略其描述。在第二实施例中，在上述实施例中使用的衬底被采用。然后，在没有形 成扩散阻挡膜的情况下在层间绝缘膜上直接形成籽晶层。因此，描述在形成 籽晶层之后执行的工艺。图9至图13是根据不同的实施例制造半导体装置的工艺的示意图。如 图9所示，通过溅射方法在层间绝缘膜12上形成铜锰籽晶层30。即使在第 二实施例中，也通过将溅射分成第一阶段和第二阶段来形成铜锰籽晶层30。使用包含0.5原子％至10原子％的锰比率的铜靶。在第一阶段中，例如将氩气用作放电气体，靶注入功率为160mW/r^至 960mW/m2，大气压为10—5Pa至10Pa，由此在通孔16的内壁表面、沟槽15 的内壁以及从通孔16暴露出的底层布线10的表面上形成铜锰籽晶层30作 为第一籽晶层。在第一阶段形成的铜锰籽晶层30的膜厚度例如为lOnm至 30nm。注意，当形成第一阶段的铜锰籽晶层30时，施加例如6 mW/m2至 16mW/i^的偏压也是可接受的。接着，在第二阶段中，在第一籽晶层上形成铜锰籽晶层30作为第二籽 晶层。然而，在例如将6mW/r^至10 mW/n^的偏压持续施加到衬底的情况 下，施加10'spa至10Pa的大气压和16mW/m2至160mW/m2的靶注入功率。 因此，在沟槽15和通孔16内入射的铜锰的入射频率相对于第一阶段减小。 在第二阶段中氩离子或从靶发出的金属离子的蚀刻效果(再溅射效果)提高， 然后执行溅射。特别是在第二阶段中，在调节锰籽晶层的沉积速率(Vd)与 在层间绝缘膜12上表面上的蚀刻速率(Ve)之间的比例(Vd/Ve)而使得所 述比例Vd/Ve大于0.9但是小于2.0的同时执行溅射。注意，铜靶中锰的含量百分比不限于上述值。例如，包含大于10原子％ 的锰的铜靶也是可以接受的。可选择地，可以使用双重溅射方法，其中使用 锰靶和铜靶。在这种情况下，通过设置靶注入功率的差异，使得籽晶层中包 含的锰与铜之间的比例改变。根据第二实施例，在第二阶段中，形成在通孔16的底部16a上的铜锰 籽晶层30在被氩离子或从耙发出的金属离子蚀刻的同时，沉积在通孔16的 底部16a内。此外，通过所述蚀刻，将通孔16和沟槽15的图案化引起的留 在底层布线10表面上的剩余物或氧化物完全去除。接着，通过再溅射效应， 将沉积在通孔16的底部16a上的锰铜沉积在通孔16的内壁和沟槽15的内 壁上。因此，在第二实施例中，在对沉积在通孔16的底部16a上和底层布 线10的部分表面上的铜锰籽晶层30进行蚀刻的同时，在底层布线10以及 层间绝缘膜12的内壁上沉积铜锰籽晶层30。因此，与不采用再溅射工艺的 传统制造方法相比，在采用再溅射工艺的根据第二实施例的制造工艺中，提 高了铜锰籽晶层30在通孔16的内壁和沟槽15的内壁上的覆盖率。因此， 铜锰籽晶层30在通孔16的内壁和沟槽15的内壁上的厚度增加。结果，在下文提到的阻挡层的MnSixOY反应层的厚度增加，因此，提高了 MnSixOY反应层的阻挡能力，并且提高了 MnSixOy反应层与层间绝缘膜12之间的接 合。接着，如图10所示，通过硫酸铜电镀，在沟槽15和通孔16内形成将 成为金属布线的铜镀层40。由此，将底层布线10和铜镀层40电性连接。铜 镀层40的膜厚度例如为500nm至2000nm。在硫酸铜电镀中，电流密度例如 为730A/cm2至30A/cm2。接着，在真空中、或者在惰性气体气氛下，对衬底进行退火处理，其中 衬底的温度例如为15(TC至40(TC。加热时间例如为30秒至1800秒。注意，在空气的气氛下或在具有最少量氧的气氛下执行退火处理也是可以接受的。 通过执行上述退火处理，层间绝缘膜12中的硅和氧成分与图9所示的 铜锰籽晶层30中的锰反应。因此，如图11所示，在层间绝缘膜12与铜镀 层40之间的表面边界上，以自对准的方式形成MnSixOY反应层33作为阻挡 层。由于这样一个事实，即通过第二阶段工艺，提高了铜锰籽晶层30在通 孔16的内壁和沟槽15的内壁上的覆盖率，因此MnSixOY反应层33在通孔 16的内壁和沟槽15的内壁上的厚度显著地增加。结果，提高了铜镀层40相 对于层间绝缘膜12的阻挡能力。同样，因为在铜镀层40与层间绝缘膜12 之间的表面边界处形成厚的反应层，所以也提高了铜镀层40与层间绝缘膜 12之间的粘合。因此，可以抑制上述虹吸现象和CMP工艺中的脱落。接着，如图12所示，利用有机酸浆溶液，对铜镀层40进行CMP处理， 直到达到硬掩模层14。通过上述工艺，将底层布线10、通孔16以及沟槽15 图案化，并且完成半导体装置51，其中层间绝缘膜12形成在底层布线10上， MnSixOY反应层33作为阻挡层形成在通孔16的内壁以及沟槽15的内壁上， 并且铜镀层40布置在通孔16以及沟槽15内，并且直接连接至底层布线10。 [第二修改实施例]接着描述第二修改实施例。在第二修改实施例中，直到形成铜镀层40 的制造工艺与利用图9和图10描述的内容相似，因此这里描述从形成阻挡 层的开始的制造工艺。如图13所示，在第二修改实施例中，通孔16的部分底部偏离底层布线 10的上表面。因此，即使通孔16的部分底部偏离底层布线10的上表面，在对底层布线10的部分表面和层间绝缘膜11的部分表面进行蚀刻的同时，也 形成图9所示的铜锰籽晶层30。接着，通过退火处理使铜锰籽晶层30改性， 在铜镀层40与层间绝缘膜12之间的表面边界上形成MnSixOy反应层33作 为阻挡层。此外，在层间绝缘膜11与铜镀层40之间的表面边界上形成MnSixOy 反应层32作为阻挡层，其中在层间绝缘膜ll内的硅和氧与图9所示的铜锰 籽晶层30内的锰之间发生了反应。因此，MnSixOy反应层32已经成为相应 部分处的阻挡层。结果，即使将通孔16的部分底部置于偏离底层布线10上 表面的位置，也可以确保铜镀层40在关于层间绝缘膜11的相应部分的阻挡 能力。注意，从这点开始，CMP工艺的内容与利用图12描述的内容相似，因 此这里省略其描述。根据第二修改实施例，可以制造具有高阻挡能力并且包括具有良好粘合 的扩散阻挡膜和阻挡层的半导体装置，从而改善了半导体装置的生产率。因此，在第二修改实施例中，在将铜镀层40布置在通孔16以及沟槽15 内之后，执行退火处理，并且在层间绝缘膜12与铜镀层40之间的表面边界 上、或在铜镀层40与层间绝缘膜11之间的表面边界上形成具有铜锰籽晶层 30的成分的阻挡层。以上只应视为对本发明的原理的说明。此外，因为对于本领域的技术人 员而言，容易构思许多修改和变化，因此不应将本发明限制到所示和所述的 具体结构和应用，从而所有合适的修改和等效物可以认为落入所附权利要求 书及其等效物中的本发明范围内。
权利要求
1.一种制造半导体装置的方法，包括下列步骤在层间绝缘膜中形成到达底层布线的通孔和布线沟槽，其中所述层间绝缘膜形成在所述底层布线上；在通过所述通孔暴露的所述底层布线上、所述通孔的内壁上以及所述布线沟槽的内壁上形成扩散阻挡膜；在沉积在所述通孔的底部上的所述扩散阻挡膜被蚀刻的同时，在所述底层布线上以及形成在所述通孔的内壁上和所述布线沟槽的内壁上的所述扩散阻挡膜上形成籽晶层；以及在所述通孔内和所述布线沟槽内形成金属布线。
2. 根据权利要求1所述的制造半导体装置的方法，其中 所述扩散阻挡膜的材料包含钽、钨、钛、锆、钌、或这些金属的氮化物至少其中之一。
3. 根据权利要求1所述的制造半导体装置的方法，其中 所述层间绝缘膜为作为无机或有机材料的多孔低介电常数材料。
4. 根据权利要求1所述的制造半导体装置的方法，其中 在所述底层布线的一部分与沉积在所述通孔的底部上的所述扩散阻挡膜一起被蚀刻的同时，在所述底层布线上以及所述扩散阻挡膜上形成所述籽晶层c
5. 根据权利要求1所述的制造半导体装置的方法，其中 在所述底层布线的一部分和形成在所述底层布线的侧面上的所述层间绝缘膜的一部分与沉积在所述通孔的底部上的所述扩散阻挡膜一起被蚀刻 的同时，在所述底层布线上、形成在所述底层布线的侧面上的所述层间绝缘 膜上以及所述扩散阻挡膜上形成所述籽晶层。
6. 根据权利要求1所述的制造半导体装置的方法，其中 所述籽晶层为包含铜和锰的合金，而所述金属布线包含铜。
7. 根据权利要求1所述的制造半导体装置的方法，其中 通过溅射方法执行形成所述籽晶层的步骤，所述溅射方法包括第一溅射工艺和第二溅射工艺，并且在所述第二溅射工艺中将偏压施加到包括所述底层布线和所述层间绝缘膜的衬底上。
8. 根据权利要求1所述的制造半导体装置的方法，其中 在形成所述金属布线之后，通过执行退火处理，在所述扩散阻挡膜与所述金属布线之间的表面边界上、或者在所述金属布线与形成在所述底层布线 的侧面上的所述层间绝缘膜之间的表面边界上，自形成包含锰的阻挡层，所 述锰为所述籽晶层的成分。
9. 一种制造半导体装置的方法，包括下列步骤在层间绝缘膜中形成到达底层布线的通孔和布线沟槽，其中所述层间绝 缘膜形成在所述底层布线上；在通过所述通孔暴露的所述底层布线上、所述通孔的内壁上以及所述布 线沟槽的内壁上形成第一籽晶层；在沉积在通过所述通孔暴露的所述底层布线上的所述第一籽晶层被蚀 刻的同时，在通过所述通孔暴露的所述底层布线上、所述通孔的内壁上以及 所述布线沟槽的内壁上形成的第一籽晶层上形成第二籽晶层；以及在所述通孔内和所述布线沟槽内形成金属布线。
10. 根据权利要求9所述的制造半导体装置的方法，其中所述层间绝缘膜为作为无机或有机材料的多孔低介电常数材料。
11. 根据权利要求9所述的制造半导体装置的方法，其中在所述底层布线的一部分与沉积在所述底层布线上的所述第一籽晶层 一起被蚀刻的同时，在所述底层布线上以及所述层间绝缘膜的内壁上形成所 述第二籽晶层。
12. 根据权利要求9所述的制造半导体装置的方法，其中在所述底层布线的一部分和形成在所述底层布线的侧面上的所述层间 绝缘膜的一部分与沉积在所述底层布线上的所述第一籽晶层一起被蚀刻的 同时，在所述底层布线上以及形成在所述底层布线的侧面上的所述层间绝缘 膜上形成所述第二籽晶层。
13. 根据权利要求9所述的制造半导体装置的方法，其中所述第一籽晶层或所述第二籽晶层为包含铜和锰的合金，而所述金属布 线包含铜。
14. 根据权利要求9所述的制造半导体装置的方法，其中在形成所述金属布线之后，通过执行退火处理，在所述层间绝缘膜与所 述金属布线之间的表面边界上、或者在所述金属布线与形成在所述底层布线 的侧面上的所述层间绝缘膜之间的表面边界上，自形成包含锰的阻挡层，所 述锰为所述第一籽晶层或所述第二籽晶层的成分。
15. —种半导体装置，包括 底层布线；层间绝缘膜，形成在所述底层布线上； 通孔和布线沟槽，形成在所述层间绝缘膜中；扩散阻挡层，形成在所述通孔的内壁上和所述布线沟槽的内壁上； 金属布线，形成在所述通孔内和所述布线沟槽内，并且连接到所述底层 布线；以及阻挡层，形成在所述扩散阻挡膜与所述金属布线之间的表面边界上。
16. 根据权利要求15所述的半导体装置，其中 所述层间绝缘膜为作为无机或有机材料的多孔低介电常数材料。
17. 根据权利要求15所述的半导体装置，其中所述阻挡层自形成在所述金属布线与形成在所述底层布线的侧面上的 所述层间绝缘膜之间的表面边界上，其中所述通孔的部分底部偏离所述底层 布线的上表面。
18. 根据权利要求15所述的半导体装置，其中在所述金属布线与形成在所述底层布线的侧面上的所述层间绝缘膜之 间的表面边界上形成的所述阻挡层，形成在所述底层布线的上表面下方。
19. 根据权利要求15所述的半导体装置，其中 所述阻挡层仅局部地形成在所述扩散阻挡膜上。
全文摘要
一种制造半导体装置的方法及半导体装置，所述方法包括下列步骤在层间绝缘膜中形成到达底层布线的通孔和布线沟槽，其中所述层间绝缘膜形成在所述底层布线上；在通过所述通孔暴露的所述底层布线上、所述通孔的内壁上以及所述布线沟槽的内壁上形成扩散阻挡膜；在沉积在所述通孔的底部上的所述扩散阻挡膜被蚀刻的同时，在所述底层布线上以及形成在所述通孔的内壁上和所述布线沟槽的内壁上的所述扩散阻挡膜上形成籽晶层；以及在所述通孔内和所述布线沟槽内形成金属布线。
文档编号H01L23/522GK101236918SQ20081000925
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年1月31日
发明者清水纪嘉, 酒井久弥 申请人:富士通株式会社