專利名稱：用銅布線膜生產半導體器件的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的生產方法，更具體地涉及一種使用銅布線膜的半導體器件的生產方法。
與大規模集成電路(LSI)精細圖形的實現相聯系的是布線膜的電阻增大。由于這一原因，使其與電路元件中的延遲時間相比，在LSI中因布線膜而相對增加了延遲時間。在電源線中產生的電位降以及時鐘信號的延遲偏離均引起了誤差運行。而且還提高了流入布線膜的電流密度并因電遷移造成的斷線降低了布線膜的可靠性。因而，在進入四分之一微米以下的年代之后需有一種新的布線材料取代常規使用的鋁(Al)布線膜。
目前，銅的布線膜已有希望作為進入四分之一微米以下年代后的新的布線材料，這是由于銅具有低的電阻率并有高的抗電遷移能力。
作為一種典型的實現銅布線膜的方法，使用了一種溝槽布線法(鑲嵌法)，它在夾層絕緣膜上形成溝槽并用化學機械拋光(CMP)法形成布線膜。
作為另一種方法，是用迄今一直使用的干法刻蝕形成布線膜。在此方法中，由于銅的鹵化物的蒸汽壓力很低，很難進行干刻蝕。而且，在刻蝕之后形成夾層絕緣膜當中還要求有隔離臺階的鍍膜效能。由于這些原因，就使鑲嵌法成為實現這種銅布線膜的有希望的方法。在由Y.Tsuchiya等人發表的“通過使用在原處進行化學汽相清潔工藝得到銅的超低直接接觸電阻”一文中對鑲嵌法作了描述(1997年超大規模集成電路(VLSI)工藝討論會的論文摘要，第59-60頁)。


圖1中所示是形成保護性絕緣膜并對焊點區開孔的情形。參閱圖1，標號101表示Si基片102(102-1、102-2和102-3)為TiN膜起著阻止銅原子擴散和提高適應性的勢壘膜作用；103為一層銅布線膜；104(104-1、104-2和104-3)為SiO2膜起著夾層絕緣膜的作用；105(105-1和105-2)為SiN膜起著勢壘絕緣膜的作用防止銅原子的擴散；106為一層保護性絕緣膜(最好用SiN)；以及108為一層銅的氧化層。
鑲嵌法是在形成溝槽之后所用的一種方法，銅膜103是用CVD(化學汽相沉積)法、鍍層法等類似的方法淀積的。在此之后，用夾層絕緣膜分別作為終止層，用CMP法對銅膜103進行拋光。這樣，就使多余的銅膜從布線區以外的區域去除。因而，這就難以在銅布線膜的表面上形成一層勢壘金屬膜。若是在保護性絕緣膜106形成之后開出焊點部分的孔，就露出了銅布線膜103。
前述的常規鑲嵌法具有以下的問題。也就是具體地說，在進行夾層絕緣膜的開孔的刻蝕中或是在光刻膠的剝離步驟中，銅的布線膜易受氧化，使得在圖1中所示的焊點部位形成一層氧化銅膜108。
若是以組裝LSI的狀態進行焊接布線，則由于在氧化銅膜108和金或類似的焊線之間的適應性脆弱，就產生了許多不合格的焊接部位。
作為解決這一問題的方法，例如，有如圖2中所示的在日本專利申請公報(JP-A-平2-123740)中公開的一種結構。按照這一結構，在銅膜的下面形成一層作為勢壘膜的TiN膜202(202-1和202-2)，而且在銅布線膜203的表面上疊壓一層Al膜207。在圖2中標號209表示一個鎢之類的材料栓，用它填充一穿孔。
按照這一結構，由于為獲得良好的焊接性能在銅布線層的表面上形成Al膜，因而就不致發生前述的問題。但因這一結構不能用鑲嵌法形成，很難對銅布線膜進行一次刻蝕。還有，這一結構的臺階鍍膜效能和銅布線膜的平整度都較差。
本發明對上述問題的著眼點有所專長。因而，本發明的一項目的是要提供一種半導體器件的生產方法，它利用由具有優良的臺階鍍膜效能和平整度的鑲嵌方法形成的銅布線膜進行裝配步驟而使所生產的半導體器件具有優良的焊接性能。
為了實現本發明的一種方式，一種生產半導體器件的方法，包括有步驟用鑲嵌法在夾層絕緣膜中形成一層銅布線膜；
在銅布線膜和夾層絕緣膜上形成一層保護性絕緣膜；在保護性絕緣膜中形成窗孔；以及在保護性絕緣膜上淀積一層含Al的膜以填充窗口。
該方法還可包括對含Al膜進行圖形加工的步驟。或者還可以包括對含Al膜進行CMP法的步驟，使含Al膜嵌入窗孔內。
在上述情況中，最好含Al膜是從由Al、Al-Si和Al-Si-Cu組成的一組材料中選出的。還有，當形成銅布線膜時，除窗孔以外的銅布線膜的整個表面上最好用一層防止銅原子擴散的薄膜包圍住。在此情況下，阻止銅原子擴散的薄膜是由一層氮化膜組成的。
還有，當在保護性絕緣膜中形成窗孔時，在形成窗孔后經干法刻蝕從銅膜上去除氧化銅。此時，用稀釋的HF氣體和H(hfac)氣進行O2的等離子體刻蝕。
窗孔是用作Al焊點的窗孔。
為了實現本發明的另一種方式，一種生產半導體器件的方法包括有步驟用鑲嵌法在夾層絕緣膜中形成一層銅布線膜，同時用一層阻止銅原子擴散的薄膜包圍上表面之外的整個銅布線膜的表面；在銅布線膜和夾層絕緣膜上形成一層保護性絕緣膜；在保護性絕緣膜中形成一窗孔；在保護性絕緣膜上淀積含Al膜填充窗孔；以及對含Al膜加工圖形形成焊點。
為了實現本發明的又一種方式，一種生產半導體器件的方法包括有步驟用鑲嵌法在夾層絕緣膜中形成一層銅布線膜，同時用一層阻止銅原子擴散的薄膜包圍除上表面之外的整個銅布線膜的表面；在銅布線膜和夾層絕緣膜上形成一層保護性絕緣膜；在保護性絕緣膜中形成一窗孔；在保護性絕緣膜上淀積含Al膜填充窗孔；以及用CMP方法將含Al膜嵌入窗孔內。
圖1為用第一常規方法生產的半導體器件的剖面圖2為用第二常規方法生產的半導體器件的剖面圖；圖3繪示用本發明第一實施例的生產方法生產的半導體器件的結構剖面圖；圖4A至4E為用本發明第一實施例的生產方法生產的半導體器件的結構剖面圖；以及圖5繪示用本發明第二實施例的生產方法生產的半導體器件的結構剖面圖；這里將參照附圖對本發明的一種生產半導體器件的方法進行如下描述。
首先，這里將對本發明第一實施例的生產方法作以下描述。圖3示出用本發明第一實施例的方法生產的半導體器件的結構剖面圖。在第一實施例中，所形成的半導體器件要有兩層布線膜。在一實際的半導體器件中，盡管在Si基片1上已形成了諸如MOS晶體管、雙極晶管之類的半導體器件，但為了簡化說明在圖中予以省略。
參閱圖3，按照與圖1所描繪的常規生產方法相類似的方式，用鑲嵌法在硅基片1上形成銅布線膜3，并為形成焊點對保護性絕緣膜6開孔。
在開孔的焊點部位內的銅布線膜3上形成Al膜7。Al膜通常已廣泛地用作一層半導體器件的金屬布線膜。Al膜與Au、Al之類的焊線有良好的適應性，并在裝配步驟中難以造成不合格焊接的問題。
圖4A至4E是按照生產步驟的順序繪示的用本發明第一實施例的方法生產的半導體器件的結構剖面圖。
在硅基片1上形成諸如MOS晶體管之類的器件(未示出)之后，用CVD工藝形成一層SiO2絕緣膜4-1作為夾層膜以獲得1μm厚度的薄膜。利用光刻步驟和干法刻蝕步驟在絕緣膜4-1中形成550nm深度的溝槽。不過在此省略掉對它的說明。在此之后，形成一接觸孔以獲取器件的電極。
在溝槽已經形成之后。形成一層50nm膜厚的TiN的氮化物膜2-1，而后用CVD法形成一層500nm膜厚的銅布線膜3。形成氮化物膜2-1的目的是為了阻止銅的擴散以及提高適應性。用CMP(化學機械拋光)法從布線區以外的區域中去除TiN的氮化膜2-1和銅布線膜3。其結果是，TiN的氮化膜2-1起著布線膜3的銅原子的阻擋膜的作用。這樣，就用鑲嵌法形成銅布線膜3的底部。
隨后，如圖4B中所示，用CVD工藝形成多層薄膜。也就是，用以阻止銅布線膜3的銅原子擴散的100nm膜厚的一層SiN的氮化物膜5-1，而后作為夾層絕緣膜形成的500nm膜厚的一層SiO2膜4-2。接著，形成用以阻止銅布線膜3的銅原子擴散的一層300nm膜厚的SiN的氮化物膜5-2，而后作為夾層絕緣膜形成的500nm膜厚的一層SiO2膜4-3。此后，形成700nm深的溝槽達到SiN的氮化物膜內側。然后，形成600nm的溝槽作為與已在夾層絕緣膜4-1中形成的第一銅布線膜3相接觸的通孔。溝槽和通孔是經過光刻步驟和干法刻蝕步驟形成的。
溝槽和通孔經受CVD工藝淀積一層TiN的氮化物膜。進行一次作為各向異性刻蝕工藝的返刻蝕工藝形成只在溝槽和通孔的側壁上才有的50nm膜厚的TiN的氮化物膜2-2和2-3。TiN的氮化物膜2-2和2-3阻止以后形成的銅布線膜3的銅原子擴散。此時，在返刻蝕工藝后露出的第一銅布線膜3的表面上形成一層氧化銅膜。由于這一原因，通過O2等離子體和稀釋的HF氣體與H(hfac)氣去除因刻蝕而產生的氧化銅膜和淀積物。
接著，如圖4C中所示，通過CVD工藝形成1.3μm膜厚的一層銅膜。然后，經CMP工藝從布線區以外的區域去除銅膜。這樣，就用鑲嵌法形成銅布線膜3的上部。
接著，經一次CVD工藝形成500nm膜厚的一層保護性絕緣膜(在此例中為一層SiN的氮化物膜)。然后，經光刻步驟和干法刻蝕步驟進行保護性絕緣膜6的圖形加工，在保護性絕緣膜6中開出焊點部位的窗孔。
此時，在焊點部位開孔的刻蝕中所露出的銅布線膜3的上部表面上形成一層氧化銅膜。此氧化銅膜由使用稀釋的HF氣體和H(hfac)氣的O2等離子體去除掉。
接著，如圖4E中所示，用濺射法淀積一層Al膜達1μm的膜厚。經光刻步驟和刻蝕步驟加工Al膜圖形形成一層覆蓋焊點部位的Al膜7。
接著，按照本發明第二實施例生產半導體器件的方法。圖5繪示按照本發明第二實施例的方法生產的半導體器件的結構剖面圖。參閱圖5，在第二實施例的半導體器件中，用鑲嵌法還形成了Al膜7。
在第二實施例中的半導體器件生產方法與圖4A至4D中第一實施例的方法相同。經此之后，用濺射法淀積鋁膜達到1μm的膜厚。使Al膜經受CMP工藝使其僅在焊點部位處留下Al膜。這樣，就形成嵌入的Al膜7。
按照這一方法，與第一實施例相比，由于未使用光刻步驟，工藝步驟得到簡化。
已就使用Al膜的情形對實施例進行了描述，然而，本發明顯然也能應用于使用諸如AlSi和Al-Si-Cu之類的其它含Al膜取代Al膜。
按照本發明半導體器件的生產方法，用鑲嵌法形成銅布線膜并將保護性絕緣膜開孔。然后，只以含Al膜蓋住焊點部位。
如上所述，在本發明中，用鑲嵌法形成銅布線膜，并形成保護性絕緣膜。然后，穿過保護性絕緣膜形成焊點部位。這樣，就露出銅布線膜的表面。淀積含Al膜，而后進行CMP步驟或是光刻步驟和刻蝕步驟，使含Al膜只留在焊點部位上。因而，由于鋁膜有良好的焊接性能，就在裝配時消除了焊線和焊點之間的適應性問題。
還由于在本發明的半導體器件生產方法中，是用鑲嵌法形成銅布線膜的，它使布線具有良好的臺階鍍覆性能并能獲得平整度。
此外，在本發明的半導體器件生產方法中，用由諸如SiN膜和TiN膜之類的氮化物膜形成阻止銅原子擴散的薄膜包圍住銅布線膜。
如以上所述，按照本發明，由于在半導體器件的焊點部位上已形成的銅布線膜被具有良好焊接性能的Al膜蓋住，在裝配步驟中難以出現有關在焊線和焊點之間的適應性問題，這就提高了可靠性和成品率。
還由于能用鑲嵌法形成銅布線膜，布線具有良好的臺階鍍覆性能并能形成平整度。
權利要求
1.一種半導體器件的生產方法，其特征在于，它包括的步驟有用一種鑲嵌法在一層夾層絕緣膜中形成一層銅布線膜；在所述銅布線膜和所述夾層絕緣膜上形成一層保護性絕緣膜；在所述保護性絕緣膜中形成一窗孔；以及在所述保護性絕緣膜上淀積一層含Al的薄膜填充所述的窗口。
2.按照權利要求1所述的一種方法，其特征在于，它還包括將所述含Al的薄膜加工成圖形的步驟。
3.按照權利要求1所述的一種方法，其特征在于，它還包括對所述含Al的薄膜實施CMP(化學機械拋光)法使所述含Al的薄膜嵌入所述窗孔內的步驟。
4.按照權利要求1至3中的任一方法，其特征在于，所述含Al的薄膜是從由Al、Al-Si和Al-Si-Cu所組成的一組材料中選出的。
5.按照權利要求1至3中所述的任一方法，其特征在于，所述形成銅布線膜的步驟還包括用一層阻止銅原子擴散的薄膜將除所述窗孔之外的整個所述銅布線膜的表面包圍住。
6.按照權利要求5所述的方法，其特征在于，所述阻止銅原子擴散的薄膜是由一層氮化物膜組成的。
7.按照權利要求1至3中所述的任一方法，其特征在于，所述在所述保護性絕緣膜中形成一窗孔的步驟還包括在形成所述窗孔后用一種干刻蝕法從所述銅膜上去除氧化銅。
8.按照權利要求7所述的方法，其特征在于，所述的干刻蝕法是利用稀釋的HF氣體和H(hfac)氣進行的O2的等離子體刻蝕。
9.按照權利要求1至3中所述的任一方法，其特征在于，所述的窗孔是用作Al焊點的窗孔。
全文摘要
在一種生產半導體器件的方法中,用鑲嵌法在夾層絕緣膜上形成一層銅布線膜。在銅布線膜和夾層絕緣膜上形成一層保護性絕緣膜。然后在保護性絕緣膜中形成窗孔。接著在保護性絕緣膜上淀積一層含Al薄膜填充窗孔。在此情況下,可將含Al膜加工成圖形。或對含Al膜進行化學機械拋光將其嵌入窗孔內。
文檔編號H01L21/768GK1216398SQ98120479
公開日1999年5月12日 申請日期1998年10月26日 優先權日1997年10月31日
發明者大西秀明 申請人:日本電氣株式會社