DE10248272A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren für ihre Herstellung - Google Patents

Halbleitervorrichtung und Verfahren für ihre Herstellung

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Abstract

Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Halbleitervorrichtung mit einer Kupferverdrahtungsstruktur, in der eine Kupferdiffusions-Schutzfähigkeit eines Siliciumcarbidfilms verbessert werden kann und eine Lebensdauer bis zu dem durch Kupferdiffusion verursachten Durchschlag erhöht werden kann, und außerdem eines Verfahrens zu deren Herstellung. Zwischen einer ersten Kupferverdrahtung (7) und einem zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm (9) mit niedriger Dielektrizitätskonstante ist ein erster Kupferdiffusions-Schutzfilm (8) vorgesehen. Für den ersten Kupferdiffusions-Schutzfilm (8) wird ein Siliciumcarbidfilm, der 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält. Unter Verwendung dieses Siliciumcarbidfilms kann eine Kupferdiffusions-Schutzfunktion verbessert werden und eine Lebensdauer bis zu dem durch Kupferdiffusion verursachten Durchschlag erhöht werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleitervorrichtungen und der Verfahren für ihre Herstellung und insbesondere eine Halbleitervorrichtung, die eine Kupferverdrahtung verwendet, und ein Verfahren für ihre Herstellung.
  • In einer System-LSI der Generation mit 0,13 µm-Gate und der folgenden ist es wichtig, daß eine Signalverzögerung einer Vorrichtung verringert wird, um eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Vorrichtung zu realisieren. Die Signalverzögerung der Vorrichtung wird durch die Summe einer Signalverzögerung eines Transistors und einer Verdrahtungsverzögerung repräsentiert. Während der Verdrahtungsabstand schnell verringert wird, wird der Einfluß der Verdrahtungsverzögerung größer als der der Signalverzögerung des Transistors.
  • Da die Verdrahtungsverzögerung proportional zu einem Produkt RC (Widerstand mal elektrostatische Zwischenschichtkapazität) ist, muß ein Verdrahtungswiderstand oder eine Kapazität eines Zwischenschicht-Isolierfilms verringert werden, um die Verdrahtungsverzögerung zu senken. Um das Problem zu lösen, wird dementsprechend aktiv eine vergrabene Verdrahtungsstruktur untersucht, die eine Kombination eines Zwischenschicht-Isolierfilms mit niedriger Dielektrizitätskonstante und einer Kupferverdrahtung mit niedrigem Widerstand verwendet.
  • Fig. 19 ist eine beispielhafte Ansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer allgemeinen vergrabenen Kupferverdrahtungsstruktur. In der Halbleitervorrichtung ist eine Kupferverdrahtung mit zwei Schichten ausgebildet.
  • Genauer ist auf einem Substrat 111 wie etwa auf einem Siliciumsubstrat eine untere Isolierschicht 112 ausgebildet, die ein (nicht gezeigtes) Element wie etwa einen Transistor enthält. Auf der unteren Isolierschicht 112 sind ein erster Ätzsperrfilm 113, ein erster Zwischenschicht-Isolierfilm 114 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und ein erster Hartmaskenfilm 115 ausgebildet.
  • Der erste Ätzsperrfilm 113 dient als Ätzsperre beim Ausbilden eines Verdrahtungsgrabens in dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 114 mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Außerdem wird der erste Hartmaskenfilm 115 als harte Maske (eine Maske, die aus einem festeren Material als ein Photoresist ausgebildet ist) verwendet, um den Verdrahtungsgraben in dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 114 mit niedriger Dielektrizitätskonstante auszubilden.
  • In dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 114 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und in dem ersten Hartmaskenfilm 115 ist ein Verdrahtungsgraben ausgebildet, in dem ein erstes Barrierenmetall 116 und eine erste Kupferverdrahtung 117 ausgebildet sind.
  • Außerdem sind in der Struktur ein erster Kupferdiffusions- Schutzfilm 118, ein zweiter Zwischenschicht-Isolierfilm 119 mit niedriger Dielektrizitätskonstante, ein zweiter Ätzsperrfilm 120, ein dritter Zwischenschicht-Isolierfilm 121 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und ein zweiter Hartmaskenfilm 122 ausgebildet.
  • Der erste Kupferdiffusions-Schutzfilm 118 ist vorgesehen, um die Diffusion von Kupfer zu verhindern. Das Kupfer diffundiert leichter als ein Material wie etwa Aluminium, Titan oder Tantal in ein Isoliermaterial. Wenn eine große Menge Kupfer in den Zwischenschicht-Isolierfilm diffundiert, führt dies zu einem Durchschlag des Zwischenschicht-Isolierfilms. Somit muß die Diffusion des Kupfers verhindert werden.
  • Für den ersten Kupferdiffusions-Schutzfilm 118 wird ein Siliciumnitridfilm (relative Dielektrizitätskonstante 6,5 bis 8,0) mit einer Kupferdiffusions-Schutzfähigkeit, ein Siliciumcarbidfilm (relative Dielektrizitätskonstante 4,5 bis 5,0) oder dergleichen verwendet. Vorzugsweise wird ein Siliciumcarbidfilm mit einer starken Wirkung der Verringerung der Kapazität des Zwischenschicht-Isolierfilms (d. h. mit einer niedrigen relativen Dielektrizitätskonstante) verwendet.
  • Der zweite Ätzsperrfilm 120 dient als Ätzsperre beim Ausbilden eines Verdrahtungsgrabens in einem dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 121 mit niedriger Dielektrizitätskonstante.
  • Außerdem wird ein zweiter Hartmaskenfilm 122 als harte Maske zum Ausbilden eines Verdrahtungsgrabens in dem dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 121 mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet.
  • In dem dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 121 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und in dem zweiten Hartmaskenfilm 122 ist ein Verdrahtungsgraben ausgebildet, während außerdem in einem gegenüber einem Verdrahtungsgraben 124 freiliegenden Teil des zweiten Ätzsperrfilms 120 und in dem dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 119 mit niedriger Dielektrizitätskonstante ein Verbindungsloch ausgebildet ist. In dem Verdrahtungsgraben und in dem Verbindungsloch sind ein zweites Barrierenmetall 125 und eine zweite Kupferverdrahtung 126 ausgebildet.
  • Außerdem ist in der Struktur ein zweiter Kupferdiffusions- Schutzfilm 127 ausgebildet. Beispiele eines für diesen Film anwendbaren Materials umfassen einen Siliciumnitridfilm, einen Siliciumcarbidfilm und dergleichen. Vorzugsweise wird der Siliciumcarbidfilm mit einer großen Wirkung der Verringerung einer Kapazität eines Zwischenschicht-Isolierfilms auf die gleiche Weise wie der erste Kupferdiffusions-Schutzfilm 118 aufgetragen.
  • In einer Halbleitervorrichtung, die die Kupferverdrahtung verwendet, sollte wie oben beschrieben vorzugsweise der Siliciumcarbidfilm als Kupferdiffusions-Schutzfilm aufgetragen werden. Im Vergleich zu einem Siliciumnitridfilm als weiteres mögliches Material besitzt der Siliciumcarbidfilm eine niedrigere relative Dielektrizitätskonstante und erzeugt so die stärkere Wirkung der Verringerung der Kapazität des Zwischenschicht-Isolierfilms.
  • Allerdings kann der Siliciumcarbidfilm nicht vollständig verhindern, daß das Kupfer diffundiert. Beispielsweise wird die Kupferdiffusions-Schutzfunktion unzureichend wegen der Anwesenheit von Verunreinigungen in dem Siliciumcarbidfilm, wobei sich die Kupferdiffusions-Schutzfunktion durch eine säkulare Änderung verschlechtert.
  • Um die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung zu verbessern, muß somit stets die Kupferdiffusions-Schutzfähigkeit des Siliciumcarbidfilms verbessert werden, wobei der Isolierfilm eine lange Lebensdauer bis zu einem durch die Diffusion des Kupfers verursachten Durchschlag haben sollte.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung mit einer Kupferverdrahtungsstruktur zu schaffen, in der eine Kupferdiffusions-Schutzfähigkeit eines Siliciumcarbidfilms verbessert werden kann und eine Lebensdauer bis zu einem durch die Kupferdiffusion verursachten Durchschlag erhöht werden kann, und außerdem ein Verfahren für ihre Herstellung zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein Aspekt der Erfindung ist auf eine Halbleitervorrichtung gerichtet, die einen Zwischenschicht-Isolierfilm, einen elektrischen Leiter, der Kupfer als Hauptkomponente enthält, und einen Siliciumcarbidfilm enthält. Der Siliciumcarbidfilm ist zwischen dem elektrischen Leiter und dem Zwischenschicht-Isolierfilm vorgesehen und enthält 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome.
  • Gemäß der Erfindung enthält der Siliciumcarbidfilm 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome. Folglich kann die Funktion des Siliciumcarbidfilms, zu verhindern, daß für den elektrischen Leiter verwendetes Kupfer in den Zwischenschicht-Isolierfilm diffundiert, verbessert werden. Somit kann eine Halbleitervorrichtung mit einer langen Lebensdauer bis zu einem durch die Diffusion von Kupfer verursachten Durchschlag erhalten werden.
  • Vorzugsweise enthält der Siliciumcarbidfilm in der Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung auch Stickstoffatome, wobei der Siliciumcarbidfilm 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
  • Gemäß der Erfindung enthält der Siliciumcarbidfilm auch Stickstoffatome. Der Siliciumcarbidfilm enthält 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome und Stickstoffatome. Auch in diesem Fall können die gleichen Wirkungen wie in dem obenerwähnten Aspekt der Erfindung erhalten werden.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
  • Fig. 1-5 Ansichten eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • Fig. 6 eine Ansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
  • Fig. 7 ein Diagramm der Beziehung zwischen einem Gehaltsverhältnis an Sauerstoff oder an Sauerstoff und Stickstoff in einem Siliciumcarbidfilm und einer Lebensdauer, bis ein Durchschlag verursacht wird;
  • Fig. 8-12 Ansichten eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • Fig. 13 eine Ansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
  • Fig. 14-17 Ansichten eines Schrittes eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • Fig. 18 eine Ansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform; und
  • Fig. 19 die bereits erwähnte beispielhafte Ansicht einer Halbleitervorrichtung mit einer vergrabenen Kupferverdrahtungsstruktur.
    • Erste Ausführungsform
  • Die vorliegende Ausführungsform schafft eine Halbleitervorrichtung, in der ein Silciumcarbidfilm 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, um die Kupferdiffusions-Schutzfunktion des Siliciumcarbidfilms zu verbessern und die Lebensdauer bis zu einem durch die Kupferdiffusion verursachten Durchschlag zu erhöhen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
  • Die Fig. 1 bis 5 sind Ansichten des Verfahrens zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, während Fig. 6 eine Ansicht ist, die die mit dem Herstellungsverfahren erhaltene Halbleitervorrichtung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahrensablauf zum Ausbilden einer Kupferverdrahtung mit zwei Schichten gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung wird anhand von Fig. 1 und den nachfolgenden Figuren gegeben.
  • Zunächst wird auf einem Substrat 1 wie etwa auf einem Siliciumsubstrat eine untere Isolierschicht 2 ausgebildet, die ein (nicht gezeigtes) Element wie etwa einen Transistor enthält. Daraufhin werden auf der unteren Isolierschicht 2 ein erster Ätzsperrfilm 3, ein erster Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und ein erster Hartmaskenfilm 5 ausgebildet (Fig. 1). In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Struktur mit dem Substrat 1 und mit der unteren Isolierschicht 2 als untere Struktur einer Verdrahtungsausbildungsschicht betrachtet.
  • Außerdem dient der erste Ätzsperrfilm 3 als Ätzsperre beim Ausbilden eines Verdrahtungsgrabens in dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Der erste Ätzsperrfilm 3 dient dazu, das Ätzen des Verdrahtungsgrabens zuverlässig anzuhalten. Mit anderen Worten, es ist wünschenswert, daß auf den ersten Ätzsperrfilm 3 ein Material aufgetragen wird, das unter einer bestimmten Ätzbedingung eine wesentlich niedrigere Ätzgeschwindigkeit als der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante besitzt.
  • Beispielsweise wird für den ersten Ätzsperrfilm 3 ein Siliciumoxidfilm, ein Siliciumnitridfilm, ein Siliciumcarbidfilm oder dergleichen verwendet. Die drei Arten von Filmen besitzen ein Merkmal, daß leicht ein hohes Ätzselektionsverhältnis erhalten werden kann, wenn für die geätzten Filme die folgenden verschiedenen Zwischenschicht-Isolierfilme mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet werden.
  • Außerdem wird für den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante wenigstens einer der folgenden verschiedenen Isolierfilme verwendet. Beispielsweise können Hydrogensilsesquioxan, Methylsilsesquioxan, Polyarylether, ein aromatischer Polymer, Benzocyclobuten, Polytetrafluorethylen und dergleichen verwendet werden. Außerdem kann auch ein Material, das durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren ausgebildet wird, wie etwa Xerogel, d. h. poröse Silika, oder Aerogel oder ein durch CVD (Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren) gebildetes Material wie etwa ein Silciumoxidfluoridfilm (SiOF-Film), fluorierter amorpher Kohlenstoff (ein CF-Film), Palylen, Bornitrid (ein BN-Film) oder ein Siliciumoxycarbidfilm (ein SiOC-Flim) verwendet werden. Die Zwischenschicht-Isolierfilme mit niedriger Dielektrizitätskonstante besitzen eine relative Dielektrizitätskonstante von etwa 1,8 bis 3,0.
  • Außerdem wird für den ersten Hartmaskenfilm 5 beispielsweise ein Siliciumnitridfilm, ein Siliciumoxidfilm, ein Siliciumoxynitridfilm, ein Siliciumcarbidfilm und dergleichen verwendet. Der ersten Hartmaskenfilm 5 wird als harte Maske zum Ausbilden eines Verdrahtungsgrabens in dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet und verhindert außerdem, daß der darunter vorgesehene erste Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante während der Verdrahtungsausbildung direkt dem CMP (chemisch-mechanischen Polieren) ausgesetzt wird.
  • Nachfolgend wird der erste Hartmaskenfilm 5 dem Mustern durch Photolithographie ausgesetzt und wird der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante unter Verwendung des gemusterten ersten Hartmaskenfilms 5 als Maske dem Trockenätzen ausgesetzt, wodurch ein Verdrahtungsgraben 7a ausgebildet wird. Daraufhin werden in dieser Reihenfolge ein erstes Barrierenmetall 6 und eine erste Kupferverdrahtung 7 ausgebildet, während ein über dem ersten Hartmaskenfilm 5 vorgesehener Abschnitt durch CMP entfernt wird, so daß sie lediglich in dem Verdrahtungsgraben 7a verbleiben (Fig. 2). Das erste Barrierenmetall 6 wird entlang einer Innenwand des Verdrahtungsgrabens 7a in Kontakt mit der ersten Kupferverdrahtung 7 ausgebildet.
  • Obgleich der erste Ätzsperrfilm 3 auf der unteren Struktur ausgebildet wird, kann er während der Ausbildung des ersten Zwischenschicht-Isolierfilms 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante entsprechend einer Tiefe des Verdrahtungsgrabens 7a ausgebildet werden.
  • Für das erste Barrierenmetall 6 wird beispielsweise Tantalnitrid verwendet. Das Tantalnitrid wird durch Zerstäuben oder CVD ausgebildet. Außerdem wird die erste Kupferverdrahtung 7 durch das Zerstäuben oder Plattieren ausgebildet. Das Tantalnitrid besitzt eine Barrierenmetallfunktion, die die Diffusion des Kupfers aus der ersten Kupferverdrahtung 7 in den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante verhindert.
  • Über der durch die obenbeschriebenen Schritte erhaltenen Struktur werden in dieser Reihenfolge ein erster Kupferdiffusions-Schutzfilm 8, ein zweiter Zwischenschicht-Isolierfilm 9 mit niedriger Dielektrizitätskonstante, ein zweiter Ätzsperrfilm 10, ein dritter Zwischenschicht-Isolierfilm 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und ein zweiter Hartmaskenfilm 12 ausgebildet (Fig. 3).
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird für den ersten Kupferdiffusions-Schutzfilm 8 ein Siliciumcarbidfilm verwendet, der 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält. Es wird ein Vorteil beschrieben, den die Verwendung eines solchen Siliciumcarbidfilms bietet.
  • Außerdem werden für den zweiten und für den dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 9 und 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante die gleichen verschiedenen Zwischenschicht-Isolierfilme mit niedriger Dielektrizitätskonstante wie für den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 4 mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet.
  • Außerdem dient der zweite Ätzsperrfilm 10 auf die gleiche Weise wie der erste Ätzsperrfilm 3 als Ätzsperre bei der Ausbildung eines Verdrahtungsgrabens in dem dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante. Das Material dieses Films wird auch benötigt, um für den dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante leicht ein hohes Ätzselektionsverhältnis zu erreichen. Für den zweiten Ätzsperrfilm 10 werden auf die gleiche Weise wie für den ersten Ätzsperrfilm 3 beispielsweise ein Siliciumoxidfilm, ein Siliciumnitridfilm, ein Siliciumcarbidfilm und dergleichen verwendet.
  • Außerdem besitzt der zweite Hartmaskenfilm 12 die gleiche Funktion als Hartmaskenfilm wie der erste Hartmaskenfilm 5 und verhindert außerdem, daß der darunter vorgesehene dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante direkt dem CMP ausgesetzt wird. Für den zweiten Hartmaskenfilm 12 können auf die gleiche Weise wie für den ersten Hartmaskenfilm 5 ein Siliciumnitridfilm, ein Siliciumoxidfilm, ein Siliciumoxynitridfilm, ein Siliciumcarbidfilm und dergleichen aufgetragen werden.
  • Nachfolgend wird der zweite Hartmaskenfilm 12 dem Mustern durch Photolithographie ausgesetzt und wird der dritte Zwlschenschicht-Isolierfilm 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante unter Verwendung des gemusterten zweiten Hartmaskenfilms 12 als Maske dem Trockenätzen ausgesetzt, wodurch ein Verdrahtungsgraben 14 ausgebildet wird. Außerdem wird ein Teil des zweiten Ätzsperrfilms 10, der gegenüber dem Verdrahtungsgraben 14 freiliegt, dem Mustern durch die Photolithographie ausgesetzt. Der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 9 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und der erste Kupferdiffusions-Schutzfilm 8 werden unter Verwendung des strukturierten zweiten Ätzsperrfilms 10 als Maske dem Trockenätzen ausgesetzt, wodurch ein Verbindungsloch 13 ausgebildet wird (Fig. 4).
  • Der zweite Ätzsperrfilm 10 wird in einer Lage ausgebildet, die einer Tiefe des Verdrahtungsgrabens 14 entspricht. Dementsprechend kann angenommen werden, daß der zweite Ätzsperrfilm 10 während der Ausbildung des gleichen Zwischenschicht- Isolierfilms ausgebildet wird, falls der zweite und der dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 9 und 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante als ein Zwischenschicht-Isolierfilm angesehen werden.
  • Daraufhin werden auf die gleiche Weise wie das erste Barrierenmetall 6 und die erste Kupferverdrahtung 7 ein zweites Barrierenmetall 15 und eine zweite Kupferverdrahtung 16 ausgebildet, wobei ein auf dem zweiten Hartmaskenfilm 12 vorgesehener Abschnitt durch CMP entfernt wird, so daß sie lediglich in dem Verbindungsloch 13 und in dem Verdrahtungsgraben 14 verbleiben (Fig. 5). Das zweite Barrierenmetall 15 wird zusammen mit den Innenwänden des Verbindungslochs 13 und des Verdrahtungsgrabens 14 in Kontakt mit der zweiten Kupferverdrahtung 16 ausgebildet. Außerdem ist die erste Kupferverdrahtung 7 in Kontakt mit einem Verbindungsabschnitt der zweiten Kupferverdrahtung 16 vorgesehen, die in dem Verbindungsloch 13 ausgebildet ist.
  • Nachfolgend wird ein zweiter Kupferdiffusions-Schutzfilm 17 in Kontakt mit einem Oberteil der zweiten Kupferverdrahtung 16 ausgebildet (Fig. 6). Für den zweiten Kupferdiffusions- Schutzfilm 17 wird auf die gleiche Weise wie für den ersten Kupferdiffusions-Schutzfilm ein Siliciumcarbidfilm verwendet, der 30 Atom-% Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
  • Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform auf den ersten und auf den zweiten Kupferdiffusions-Schutzfilm 8 und 17 ein Siliciumcarbidfilm aufgetragen, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
  • Fig. 7 ist ein Diagramm der Beziehung zwischen einem Gehaltsverhältnis (in einer Einheit von Atom-%) von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen für alle Verbindungselemente in einem Siliciumcarbidfilm und einer Lebensdauer bis zu einem Durchschlag (in einer Einheit von Sekunden). Für ein in Fig. 7 gezeigtes Experiment wird eine Lebensdauer bis zu einem Durchschlag auf folgende Weise gemessen. Auf einem Siliciumsubstrat wird ein Probenfilm des Siliciumcarbidfilms ausgebildet, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, und auf dem Probenfilm wird eine Kupferelektrode ausgebildet, wobei eine Spannung angelegt wird, so daß die Kupferelektrode auf der positiven Seite und das Siliciumsubstrat auf der negativen Seite ist (wobei ein Kontakt auf der Rückseite des Substrats hergestellt wird). Die Lebensdauer bis zum Durchschlag gibt einen Wert an, der erhalten wird, wenn bei einer Lufttemperatur von 200°C ein elektrisches Feld von 1 MV/cm angelegt wird.
  • Wie aus Fig. 7 hervorgeht, wächst die Lebensdauer bis zum Durchschlag schnell an, wenn das Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen 30 Atom-% oder mehr beträgt. Obgleich es keine ausführlichen Daten bei einem Gehaltsverhältnis von 50% oder mehr gibt, kann ein Siliciumcarbidfilm mit einer langen Lebensdauer wenigstens mit einem Gehaltsverhältnis von 30% bis 50% ausgebildet werden. Es ist klar, daß eine so lange Lebensdauer nicht erhalten werden kann, wenn das gleiche Experiment unter Verwendung eines Siliciumoxidfilms oder eines Silciumoxynitridfilms ausgeführt wird.
  • Der Siliciumcarbidfilm gemäß der ersten Ausführungsform kann neben den Silciumatomen, den Kohlenstoffatomen, den Sauerstoffatomen und den Stickstoffatomen als Hauptbestandselemente Wasserstoffatome enthalten. Auch wenn der Siliciumcarbidfilm Wasserstoffatome enthält, werden die gleichen Ergebnisse erhalten.
  • Es wird angenommen, daß die Lebensdauer des Siliciumcarbidfilms bis zum Durchschlag durch Diffusion des Kupfers aus der Kupferelektrode in den Probenfilm entsteht. Beispielsweise verschlechtert sich bei Verwendung einer Aluminiumelektrode eine Durchschlagspannung in einer so kurzen Zeit nicht. In dem Experiment aus Fig. 7 bedeutet die lange Lebensdauer des Siliciumcarbidfilms für ein hohes elektrisches Feld, daß das Kupfer schwer diffundiert und daß die Diffusion des Kupfers gut verhindert werden kann.
  • Dementsprechend kann unter Verwendung eines Siliciumcarbidfilms mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr als Kupferdiffusions-Schutzfilm eine Kupferdiffusions- Schutzfunktion verbessert werden und eine Lebensdauer bis zum Durchschlag durch Kupferdiffusion erhöht werden.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ausbilden des Siliciumcarbidfilms, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, beschrieben. Für ein Filmausbildungsverfahren wird ein Plasma-CVD-Verfahren verwendet. Damit der Siliciumcarbidfilm Sauerstoff oder Sauerstoff und Stickstoff enthält, muß ein Rohmaterialgas gewählt werden, das Sauerstoff und Stickstoff enthält.
  • Damit der Siliciumcarbidfilm Sauerstoffatome enthält, wird vorzugsweise organisches Siloxan oder Siliciumalkoxid verwendet oder organischem Silan (SiHnR4-n, wobei R eine Alkylgruppe (CnH2n + 1) ist) Sauerstoff zugesetzt.
  • Damit der Siliciumcarbidfilm Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, wird organischem Silan vorzugsweise Distickstoffoxid oder ein Gasgemisch von Distickstoffoxid und Ammoniak zugesetzt oder wird organischem Siloxan oder Siliciumalkoxid Distickstoffoxid oder Ammoniak oder ein Gasgemisch von Distickstoffoxid und Ammoniak zugesetzt. Natürlich kann anstelle von Ammoniak Stickstoff oder ein Gasgemisch von Ammoniak und Stickstoff verwendet werden.
  • Das organische Siloxan enthält eine Si-O-Bindung in einem Molekülskelett und kann grob in Kettensiloxan (R2n + 1 (SiOn) SiR3, wobei R eine Alkylgruppe (CnH2n + 1) oder Wasserstoff ist) und Ringsiloxan ((R2SiO)n, wobei R eine Alkylgruppe (CnH2n + 1) oder Sauerstoff und n drei oder mehr ist) unterteilt werden.
  • Beispiele für das auf die Erfindung anwendbare Kettensiloxan umfassen HMDSO (Hexamethyldisiloxan: Si2O(CH3)6) und OMTS (1,1,1,3,5,7,7,7-Oktamethyltetrasiloxan: Si4O3H2(CH3)8). Weitere Beispiele für das auf die Erfindung anwendbare Kettensiloxan sind OMCTS (Oktamethylcyclotetrasiloxan: Si4O4(CH3)8) und TMCTS (1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxan: Si4O4 (CH3)4)
  • Das Siliciumalkoxid ist ein Silikat, das durch TEOS (Tetraethoxysilan: Si(OC2H5)4) dargestellt und durch eine chemische Formel Si(OR)4 oder SiR1n(OR2)4-n ausgedrückt wird (wobei R1 eine Alkylgruppe oder Sauerstoff und R2 die Alkylgruppe ist). Beispiele für das auf die Erfindung anwendbare Siliciumalkoxid umfassen neben TEOS etwa TMOS (Tetramethoxysilan: Si(OCH3)4), TMS (Trimethoxysilan: SiH(OCH3)3) und DMDMOS (Dimethyldimethoxysilan: Si(CH3)2(OCH3)2).
  • Das obenerwähnte Rohmaterialgas wird mit einer geregelten Strömungsgeschwindigkeit oder dergleichen verwendet, wobei in einer Kammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung ein Plasma mit einer auf etwa 200 Pa geregelten Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird. Auf einer Substratbühne mit einer Bühnentemperatur von 300 bis 400°C wird ein Wafer-Substrat angebracht und auf dem Wafer-Substrat ein Siliciumcarbidfilm ausgebildet. Folglich kann ein Siliciumcarbidfilm ausgebildet werden, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
  • Wie in Fig. 7 gezeigt ist, besitzt der Siliciumcarbidfilm mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr eine lange Lebensdauer bis zum Durchschlag. Dementsprechend kann die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Siliciumcarbidfilms als Kupferdiffusions-Schutzfilm erhöht werden.
  • Obgleich der Siliciumcarbidfilm nützlich ist, um die Diffusion des Kupfers zu verhindern, besitzt er natürlich auch eine Funktion, eine Diffusion anderer Metalle, beispielsweise Aluminium, Titan, Tantal und dergleichen, die weniger als Kupfer diffundieren, zu verhindern.
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform wird für den ersten und für den zweiten Kupferdiffusions-Schutzfilm 8 und 17 der Siliciumcarbidfilm verwendet, der 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält. Folglich kann die Funktion des Siliciumcarbidfilms, die Diffusion des Kupfers aus einer Kupferverdrahtung zu verhindern, verbessert werden. Somit kann eine Halbleitervorrichtung mit einer langen Lebensdauer bis zum Durchschlag durch Diffusion des Kupfers erhalten werden.
  • Genauer ist in der vorliegenden Ausführungsform der Siliciumcarbidfilm, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, als die Kupferdiffusions-Schutzfilme 8 und 17 auf den Kupferverdrahtungen 7 und 16 ausgebildet. Somit kann die Aufwärtsdiffusion des Kupfers verhindert werden. Mit anderen Worten, im Fall des ersten Kupferdiffusions- Schutzfilms 8 kann die Diffusion des Kupfers aus der ersten Kupferverdrahtung 7 in den zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 9 mit niedriger Dielektrizitätskonstante als obere Schicht verhindert werden. Außerdem kann im Fall des zweiten Kupferdiffusions-Schutzfilms 17 die Diffusion des Kupfers in den Zwischenschicht-Isolierfilm verhindert werden, wenn der Zwischenschicht-Isolierfilm als obere Schicht ausgebildet ist.
  • Obgleich auf dem zweiten Kupferdiffusions-Schutzfilm 17 in Fig. 6 kein Film ausgebildet ist, wird die Diffusion des Kupfers auch verhindert, wenn außer der Funktion des zweiten Kupferdiffusions-Schutzfilms 17 auf dem zweiten Kupferdiffusions-Schutzfilm 17 der gleiche Zwischenschicht-Isolierfilm mit niedriger Dielektrizitätskonstante wie der erste bis dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 4, 9 und 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante ausgebildet ist. Genauer kann die Diffusion des Kupfers dadurch verhindert werden, daß zwischen einen Zwischenschicht-Isolierfilm mit niedriger Dielektrizitätskonstante und eine Kupferverdrahtung ein Kupferdiffusions-Schutzfilm gelegt wird.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform kann eine Halbleitervorrichtung mit den obenbeschriebenen Vorteilen hergestellt werden.
  • Da auf der ersten und auf der zweiten Kupferverdrahtung 7 bzw. 16 der erste und der zweite Kupferdiffusions-Schutzfilm 8 und 17 vorgesehen sind, können die obenerwähnten Wirkungen auch bei einer Mehrschichtverbindung erhalten werden.
  • Außerdem werden in der vorliegenden Ausführungsform zunächst der erste bis dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 4, 9 und 11 mit niedriger Dielektrizitätskonstante vorgesehen und anschließend daraufhin die Verdrahtungsgräben 7a und 14 und das Verbindungsloch 13 vorgesehen, um eine Verdrahtung auszubilden. Folglich kann ein sogenanntes Damascene-Verfahren ausgeführt werden, auf das die Erfindung aber nicht beschränkt ist.
  • Beispielsweise kann auch ein Verfahren verwendet werden, bei dem auf der unteren Struktur ein Metallfilm vorgesehen wird, der mittels Photolithographie und Ätzen so geformt wird, daß er die Form einer Verdrahtung besitzt, und um den anschließend ein Zwischenschicht-Isolierfilm mit niedriger Dielektrizitätskonstante ausgebildet wird. Auch in diesem Fall kann die Diffusion des Metalls verhindert werden, wenn zwischen eine Verdrahtung und einen Zwischenschicht-Isolierfilm mit niedriger Dielektrizitätskonstante ein Siliciumcarbidfilm gelegt wird, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
  • Im allgemeinen ist der Durchmesser des Verbindungslochs 13 der oberen Schicht kleiner als die Breite der ersten Kupferverdrahtung 7. Somit kann der erste Kupferdiffusions-Schutzfilm 8 die Diffusion des Kupfers aus der ersten Kupferverdrahtung 7 in den zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 9 mit niedriger Dielektrizitätskonstante wirksam verhindern. Ähnlich kann der zweite Kupferdiffusions-Schutzfilm 17 die Diffusion des Kupfers wirksam verhindern.
    • Zweite Ausführungsform
  • Die zweite Ausführungsform ist eine Abwandlung der Halbleitervorrichtung und des Verfahrens zu deren Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform, in der ein Siliciumcarbidfilm mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr auf andere Filme aufgetragen wird.
  • Die Fig. 8 bis 12 sind Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, während Fig. 13 eine Ansicht ist, die die mit dem Herstellungsverfahren erhaltene Halbleitervorrichtung zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahrensablauf zur Ausbildung einer Kupferverdrahtung als eine Schicht beschrieben. Auf den ersten Ätzsperrfilm 3 und auf den ersten Hartmaskenfilm 5 gemäß der ersten Ausführungsform wird ebenfalls ein Siliciumcarbidfilm, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, aufgetragen. Außerdem wird die Ausbildung des ersten Barrierenmetalls 6 in der ersten Ausführungsform weggelassen. Statt dessen wird der Siliciumcarbidfilm, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, entlang einer Wandfläche in einem Verdrahtungsgraben 7a als Seitenwandfilm ausgebildet. Ansonsten ist der Verfahrensablauf der gleiche wie der in den Fig. 1 bis 6 gezeigte gemäß der ersten Ausführungsform. Nachfolgend wird eine Beschreibung anhand von Fig. 8 und den nachfolgenden Figuren gegeben.
  • Zunächst wird auf einem Substrat 21 wie etwa auf einem Siliciumsubstrat eine untere Isolierschicht 22 ausgebildet, die ein (nicht gezeigtes) Element wie etwa einen Transistor enthält. Daraufhin werden auf der unteren Isolierschicht 22 ein erster Ätzsperrfilm 23, ein erster Zwischenschicht-Isolierfilm 24 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und ein erster Hartmaskenfilm 25 ausgebildet (Fig. 8). Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Struktur mit dem Substrat 21 und mit der unteren Isolierschicht 22 als untere Struktur einer Verdrahtungsausbildungsschicht betrachtet.
  • Wie oben beschrieben wurde, sind in der vorliegenden Ausführungsform der erste Ätzsperrfilm 23 und der erste Hartmaskenfilm 25 Siliciumcarbidfilme mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr. Auch wenn der Siliciumcarbidfilm Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, besitzt er eine Ätzsperrfunktion und eine Hartmaskenfunktion. Somit kann eine solche Ersetzung ausgeführt werden.
  • Außerdem wird für den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 24 mit niedriger Dielektrizitätskonstante wenigstens einer der verschiedenen Isolierfilme in der ersten Ausführungsform verwendet.
  • Nachfolgend wird der erste Hartmaskenfilm 25 dem Mustern durch Photolithographie ausgesetzt und wird der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 24 mit niedriger Dielektrizitätskonstante unter Verwendung des gemusterten ersten Hartmaskenfilms 25 als Maske dem Trockenätzen ausgesetzt, wodurch ein Verdrahtungsgraben 26 ausgebildet wird (Fig. 9).
  • Nachfolgend wird unter Verwendung eines Siliciumcarbidfilms mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr als Material ein erster Isolierfilm 27a zur Seitenwandausbildung vorgesehen, der die gesamte Oberfläche der Struktur in Fig. 9 bedeckt, so daß der Siliciumcarbidfilm über einer Wandfläche in dem Verdrahtungsgraben 26 ausgebildet wird (Fig. 10).
  • Daraufhin wird der erste Isolierfilm 27a zur Seitenwandausbildung dem anisotropen Trockenätzen ausgesetzt und ein Rückätzen ausgeführt, so daß ein Abschnitt, der in Kontakt mit einem Seitenwandabschnitt in dem Verdrahtungsgraben 26 vorgesehen ist, verbleibt. Folglich wird ein erster Seitenwandfilm 27b ausgebildet (Fig. 11).
  • Nachfolgend wird eine erste Kupferverdrahtung 28 ausgebildet und ein Abschnitt über dem ersten Hartmaskenfilm 25 durch CMP entfernt. Folglich wird der Verdrahtungsgraben 26 über dem ersten Seitenwandfilm 27b als Seitenwandabschnitt mit der ersten Kupferverdrahtung 28 gefüllt (Fig. 12). Daraufhin wird der Siliciumcarbidfilm mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr als erster Kupferdiffusions-Schutzfilm 29 in Kontakt mit einer Oberseite der ersten Kupferverdrahtung 28 ausgebildet (Fig. 13).
  • In dieser Kupferverdrahtungsstruktur besitzt der Siliciumcarbidfilm gemäß der Erfindung eine ausreichende Kupferdiffusions-Schutzfunktion. Somit ist der Kupferfilm nicht in Kontakt mit dem ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 24 mit niedriger Dielektrizitätskonstante, so daß die Kupferverdrahtung ohne Verwendung eines Barrierenmetalls ausgebildet werden kann.
  • Genauer sind gemäß der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform sowohl der erste Ätzsperrfilm 23 als auch der erste Seitenwandfilm 27b als auch der erste Kupferdiffusions-Schutzfilm 29 Siliciumcarbidfilme mit dem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr.
  • Dementsprechend ist der Siliciumcarbidfilm, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, in der Schnittansicht nicht nur in Kontakt mit einer Seitenfläche der ersten Kupferverdrahtung 28, sondern auch in Kontakt mit der Ober- und mit der Unterseite vorgesehen, wodurch zuverlässiger verhindert werden kann, daß das Kupfer um die erste Kupferverdrahtung 28 diffundiert. Genauer kann die Aufwärtsdiffusion des Kupfers verhindert werden, da auf der Oberseite der ersten Kupferverdrahtung 28 der erste Kupferdiffusions-Schutzfilm 29 ausgebildet ist. Außerdem kann die Diffusion des Kupfers in den ersten Zwischenschicht-Isolierfilm 24 mit niedriger Dielektrizitätskonstante auf der Außenseite des Verdrahtungsgrabens 26 verhindert werden, da auf der Seitenfläche des Verdrahtungsgrabens 26 der erste Seitenwandfilm 27b ausgebildet ist. Außerdem kann die Abwärtsdiffusion des Kupfers, d. h. die Diffusion des Kupfers in die untere Isolierschicht 22, verhindert werden, da der auf der Unterseite der ersten Kupferverdrahtung 28 ausgebildete erste Ätzsperrfilm 23 ebenfalls ein Siliciumcarbidfilm ist, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
  • Da der erste Seitenwandfilm 27b entlang der Wandfläche in dem Verdrahtungsgraben 26 ausgebildet ist, braucht außerdem kein Barrierenmetall ausgebildet zu werden, um die Kupferdiffusion um die erste Kupferverdrahtung 28 zu verhindern. Da das Barrierenmetall nicht erforderlich ist, kann das Volumen der ersten Kupferverdrahtung 28 erhöht werden. Beispielsweise ist im Unterschied zu dem ersten Barrierenmetall 6 in der ersten Ausführungsform der erste Seitenwandfilm 27b auf der Unterseite in dem Verdrahtungsgraben 26 nicht vorgesehen. Dementsprechend kann das Volumen der ersten Kupferverdrahtung 28 erhöht werden.
  • Außerdem ist das Barrierenmetall auf der Unterseite in dem Verdrahtungsgraben 26 nicht vorgesehen, so daß auch ein Kontaktwiderstand eines Verbindungsabschnitts verringert werden kann. Obgleich der Verbindungsabschnitt mit einem Element in der unteren Struktur auf der ersten Kupferverdrahtung 28 in den Fig. 8 bis 13 nicht vorgesehen ist, ist ein solcher Verbindungsabschnitt in einigen Fällen vorgesehen. In diesen Fällen kann ein Teil des ersten Ätzsperrfilms 23 in dem Verdrahtungsgraben 26 in der Phase von Fig. 9 weitergeätzt werden, um in der unteren Isolierschicht 22 ein Verbindungsloch zu schaffen. Somit kann während nachfolgender Schritte ein Verbindungsloch mit einem Seitenwandfilm ausgebildet werden und durch Vergraben von Kupfer darin ein Verbindungsabschnitt mit einer Oberfläche, die von dem Siliciumcarbidfilm umgeben ist, ausgebildet werden kann. Falls ein solcher Verbindungsabschnitt vorgesehen ist, kann ein Kontaktwiderstand des Verbindungsabschnitts und eines Elements in der unteren Struktur verringert werden.
  • Gemäß dem Vorstehenden kann der Widerstand der ersten Kupferverdrahtung 28 weiter verringert werden.
  • Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform zunächst der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 24 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und anschließend darin der Verdrahtungsgraben 26 ausgebildet, um die erste Kupferverdrahtung 28 auszubilden. Folglich ist die Erfindung, obgleich ein sogenanntes Damascene-Verfahren ausgeführt werden kann, nicht darauf beschränkt.
    • Dritte Ausführungsform
  • Die vorliegende Ausführungsform ist eine Abwandlung der Halbleitervorrichtung und des Verfahrens zu deren Herstellung gemäß der zweiten Ausführungsform, in dem eine weitere Verdrahtung ausgebildet wird.
  • Die Fig. 14 bis 17 sind Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, während Fig. 18 eine Ansicht ist, die die mit dem Herstellungsverfahren erhaltene Halbleitervorrichtung zeigt. In einem in den Fig. 14 bis 18 gezeigten Verfahrensablauf wird außer der Struktur aus Fig. 13 ferner ein Film ausgebildet und eine zweite Kupferverdrahtung ausgebildet.
  • Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform auf den zweiten Ätzsperrfilm 10 und auf den zweiten Hartmaskenfilm 12 gemäß der ersten Ausführungsform ein Siliciumcarbidfilm aufgetragen, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält. Außerdem wird die Ausbildung des zweiten Barrierenmetalls 15 gemäß der ersten Ausführungsform weggelassen. Statt dessen wird der Siliciumcarbidfilm, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, als Seitenwandfilm entlang der Oberflächen eines Verdrahtungsgrabens 14 und eines Verbindungsrohrs 13 ausgebildet. Ansonsten ist der Verfahrensablauf der gleiche wie in den Fig. 3 bis 6 gemäß der ersten Ausführungsform. Nachfolgend wird eine Beschreibung anhand von Fig. 14 und den nachfolgenden Figuren gegeben.
  • Zunächst werden auf der in den obenbeschriebenen Schritten erhaltenen Struktur nacheinander ein zweiter Zwischenschicht- Isolierfilm 31 mit niedriger Dielektrizitätskonstante, ein zweiter Ätzsperrfilm 32, ein dritter Zwischenschicht-Isolierfilm 33 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und ein zweiter Hartmaskenfilm 34 ausgebildet (Fig. 14).
  • Wie oben beschrieben wurde, wird der Siliciumcarbidfilm, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, in der vorliegenden Ausführungsform auch für den zweiten Ätzsperrfilm 32 und für den zweiten Hartmaskenfilm 34 verwendet. Der Silciumcarbidfilm, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält, besitzt außerdem eine Ätzsperrfunktion und eine Hartmaskenfunktion. Somit kann eine solche Ersetzung ausgeführt werden.
  • Außerdem werden für den zweiten und für den dritten Zwischenschicht-Isolierfilm 31 und 33 mit niedriger Dielektrizitätskonstante die gleichen verschiedenen Zwischenschicht-Isolierfilme mit niedriger Dielektrizitätskonstante wie der erste Zwischenschicht-Isolierfilm 24 mit niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet.
  • Nachfolgend wird der zweite Hartmaskenfilm 34 dem Mustern durch Photolithographie ausgesetzt und der dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 33 mit niedriger Dielektrizitätskonstante unter Verwendung des gemusterten zweiten Hartmaskenfilms 34 als Maske dem Trockenätzen ausgesetzt, wodurch ein Verdrahtungsgraben 36 ausgebildet wird. Außerdem wird ein Teil des zweiten Ätzsperrfilms 32, der gegenüber dem Verdrahtungsgraben 36 freiliegt, dem Mustern durch Photolithographie ausgesetzt, wobei der zweite Zwischenschicht-Isolierfilm 31 mit niedriger Dielektrizitätskonstante und der erste Kupferdiffusions-Schutzfilm 29 unter Verwendung des gemusterten zweiten Ätzsperrfilms 32 als Maske dem Trockenätzen ausgesetzt werden, wodurch ein Verbindungsloch 35 ausgebildet wird (Fig. 15).
  • Der zweite Ätzsperrfilm 32 wird an einer der Tiefe des Verdrahtungsgrabens 36 entsprechenden Stelle ausgebildet. Dementsprechend kann angenommen werden, daß der zweite Ätzsperrfilm 32 während der Ausbildung des gleichen Zwischenschicht- Isolierfilms vorgesehen wird, falls der zweite und der dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 31 und 33 mit niedriger Dielektrizitätskonstante als ein Zwischenschicht-Isolierfilm betrachtet werden.
  • Nachfolgend wird unter Verwendung des Siliciumcarbidfilms mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr als Material ein zweiter Isolierfilm 37a für die Seitenwandausbildung vorgesehen, der die gesamte Oberfläche der in Fig. 15 gezeigten Struktur bedeckt, so daß der Siliciumcarbidfilm auf den Seitenflächen in dem Verdrahtungsgraben 36 und in dem Verbindungsloch 35 ausgebildet wird (Fig. 16).
  • Anschließend wird der zweite Isolierfilm 37a zur Seitenwandausbildung dem anisotropen Trockenätzen ausgesetzt und ein Rückätzen ausgeführt, so daß ein Abschnitt in Kontakt mit den Seitenwandabschnitten in dem Verdrahtungsgraben 36 und in dem Verbindungsloch 35 verbleibt. Folglich wird ein zweiter Seitenwandfilm 37b ausgebildet (Fig. 17).
  • Nachfolgend wird eine zweite Kupferverdrahtung 38 ausgebildet und ein Abschnitt über dem zweiten Hartmaskenfilm 34 durch CMP entfernt. Folglich werden der Verdrahtungsgraben 36 und das Verbindungsloch 35 über dem zweiten Seitenwandfilm 37b als Seitenwandabschnitt mit der zweiten Kupferverdrahtung 38 gefüllt. Daraufhin wird der Siliciumcarbidfilm mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoffatomen oder von Sauerstoffatomen und Stickstoffatomen von 30 Atom-% oder mehr als zweiter Kupferdiffusions-Schutzfilm 39 in Kontakt mit einer Oberseite der zweiten Kupferverdrahtung 38 ausgebildet (Fig. 18)
  • Gemäß der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform wird der Siliciumcarbidfilm auch für den zweiten Kupferdiffusions-Schutzfilm 39 verwendet, der in Kontakt mit der zweiten Kupferverdrahtung 38 vorgesehen ist und 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält. Folglich kann im Fall einer Mehrschichtverbindung die Funktion des Siliciumcarbidfilms, zu verhindern, daß Kupfer aus einer Kupferverdrahtung diffundiert, verbessert werden. Somit kann eine Halbleitervorrichtung mit einer langen Lebensdauer bis zum Durchschlag durch Diffusion des Kupfers erhalten werden.
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform kann außerdem eine Halbleitervorrichtung mit den obenbeschriebenen Vorteilen hergestellt werden.
  • Außerdem werden in der vorliegenden Ausführungsform zunächst der zweite und der dritte Zwischenschicht-Isolierfilm 31 und 33 mit niedriger Dielektrizitätskonstante vorgesehen, woraufhin darin der Verdrahtungsgraben 14 und das Verbindungsloch 13 vorgesehen werden, um die zweite Kupferverdrahtung 38 auszubilden. Folglich kann ein sogenanntes Damascene-Verfahren ausgeführt werden, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt ist.
  • Außerdem sind gemäß der Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform sowohl der zweite Ätzsperrfilm 32 als auch der zweite Seitenwandfilm 37b und der zweite Kupferdiffusions-Schutzfilm 39 Siliciumcarbidfilme mit einem Gehaltsverhältnis von Sauerstoff oder von Sauerstoff und Stickstoff von 30 Atom-% oder mehr.
  • Dementsprechend ist der Siliciumcarbidfilm, der Sauerstoff oder Sauerstoff und Stickstoff enthält, in der Schnittansicht nicht nur in Kontakt mit einer Seitenfläche der zweiten Kupferverdrahtung 38, sondern auch in Kontakt mit der Ober- und mit der Unterseite vorgesehen, wobei zuverlässiger verhindert werden kann, daß Kupfer um die zweite Kupferverdrahtung 38 diffundiert. Da der zweite Kupferdiffusions-Schutzfilm 39 auf der Oberseite der zweiten Kupferverdrahtung 38 ausgebildet ist, kann genauer die Aufwärtsdiffusion des Kupfers verhindert werden. Da der zweite Seitenwandfilm 37b entlang der Wandflächen in dem Verdrahtungsgraben 36 und in dem Verbindungsloch 35 ausgebildet ist, kann außerdem die Diffusion des Kupfers in den zweiten und in den dritten Zwischenschicht- Isolierfilm 31 und 33 mit niedriger Dielektrizitätskonstante an der Außenfläche der Seiten des Verdrahtungsgrabens 36 und des Verbindungslochs 35 verhindert werden. Außerdem kann die Abwärtsdiffusion des Kupfers, d. h. die Diffusion des Kupfers in den zweiten Zwischenschicht-Isolierfilm 31 mit niedriger Dielektrizitätskonstante, verhindert werden, da der unter der zweiten Kupferverdrahtung 38 ausgebildete zweite Ätzsperrfilm 32 ebenfalls ein Siliciumcarbidfilm ist, der Sauerstoffatome oder Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
  • Da entlang der Wandflächen in dem Verdrahtungsgraben 36 und in dem Verbindungsloch 35 der zweite Seitenwandfilm 37b ausgebildet ist, braucht außerdem kein Barrierenmetall ausgebildet zu werden, um die Kupferdiffusion um die zweite Kupferverdrahtung 38 zu verhindern. Da das Barrierenmetall nicht erforderlich ist, kann das Volumen der zweiten Kupferverdrahtung 38 erhöht werden. Beispielsweise ist im Unterschied zu dem zweiten Barrierenmetall 15 in der ersten Ausführungsform der zweite Seitenwandfilm 37b auf den Unterseiten in dem Verdrahtungsgraben 36 und in dem Verbindungsloch 35 nicht vorgesehen. Dementsprechend kann das Volumen der zweiten Kupferverdrahtung 38 erhöht werden.
  • Außerdem ist das Barrierenmetall auf den Unterseiten in dem Verdrahtungsgraben 36 und in dem Verbindungsloch 35 nicht vorgesehen. Folglich kann ein Kontaktwiderstand eines Verbindungsabschnitts der zweiten Kupferverdrahtung 38 und der ersten Kupferverdrahtung 28 ebenfalls verringert werden.
  • Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß der Widerstand der zweiten Kupferverdrahtung 38 weiter verringert werden kann.
  • Obgleich die Erfindung ausführlich gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in sämtlichen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Selbstverständlich können somit zahlreiche Abwandlungen und Änderungen erdacht werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (5)

1. Halbleitervorrichtung, mit:
einem Zwischenschicht-Isolierfilm (2, 4, 9, 11, 22, 24, 31, 33);
einem elektrischen Leiter (7, 16, 28, 38), der Kupfer als Hauptkomponente enthält; und
einem Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39), wobei
der Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39) zwischen dem elektrischen Leiter (7, 16, 28, 38) und dem Zwischenschicht-Isolierfilm (2, 4, 9, 11, 22, 24, 31, 33) vorgesehen ist, und
der Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39) 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome enthält.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39) außerdem Stickstoffatome enthält, und
der Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39) 30 Atom-% oder mehr Sauerstoffatome und Stickstoffatome enthält.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39) auf einer Oberseite des elektrischen Leiters (7, 16, 28, 38) ausgebildet ist.
4. Halbleitervorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39) auf einer Seitenfläche des elektrischen Leiters (7, 16, 28, 38) ausgebildet ist.
5. Halbleitervorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliciumcarbidfilm (8, 17, 23, 25, 27b, 29, 32, 34, 37b, 39) auf einer Unterseite des elektrischen Leiters (7, 16, 28, 38) ausgebildet ist.
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