TW200540962A - Semiconductor device and fabricating method thereof - Google Patents

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200540962 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關具有金屬連線（interconnection)之半導體裝 置及其製造方法，特別是有關金屬阻擋膜及其形成方法。 【先前技術】 近幾年，隨著半導體積體電路裝置（以下稱半導體裝置) 加工尺寸的細微化’在半導體裝置的多層連線，採用了銅 連線與介電常數低的絕緣膜、即所謂Low-k膜的組合。經 由此，使得RC延遲及耗電力的降低成為可能。進而，為 了達到半導體裝置的而積體化、局機能化及高速化，採用 更低介電常數的Low-k膜的方法受到檢討中。 但是’銅連線通常是以鑲欲法來形成。鑲欲法包括交互 形成連線及通孔栓塞（via plug)的單鑲嵌法與同時形成連線 及通孔栓塞的雙鑲嵌法。 以下，參照圖8(a)及圖8(b)說明以鑲嵌法形成多層連線 的方法。 如圖8(a)所示，在矽基板1〇1上形成第1絕緣膜1〇2後，在 該第1絕緣膜102中形成具有第1金屬阻擋膜103的第1銅連 線104。此外，在矽基板101上形成電晶體等，在附圖中予 以省略。接著，在第1絕緣膜1〇2及第1銅連線ι〇4上，依序 形成防止銅擴散的反擴散膜105及第2絕緣膜1 〇6。接著， 在反擴散膜105及第2絕緣膜106形成通孔（via hole)l06a， 同時經由在第2絕緣膜1〇6形成連線溝l〇6b，形成由通孔 106a及連線溝1 〇6b所構成的凹部1 〇6c。接著，沿著凹部 101549.doc 200540962 106c的壁面，形成第2金屬阻擋膜i〇7。並且，在圖8(a) 中，顯示出以第2金屬阻擋膜1〇7的單層結構構成上層阻擔 金屬膜的情況’但疋，如圖8(b)所示，也可以是沿著凹部 106c的壁面，以第2金屬阻擋膜108及第3金屬阻擋膜1〇9的 雙層結構加以構成。 其次，雖然在附圖中予以省略，但是，圖8(a)的情況， 是在第2金屬阻擋膜1〇7(圖8(b)的情況則在第3金屬阻播膜 109)上，形成銅種子層之後，經由以該銅種子層為基礎的 ® 銅電鍍，填埋凹部106c同時形成銅膜使其覆蓋第2絕緣膜 106整體表面。接著，以化學機械研磨法（CMp:chemical mechanical polishing)，將在凹部106c内側形成部分以外在 第2絕緣膜1〇6上形成的銅膜予以研磨去除，圖8(勾的情況 則是將在凹部l〇6c内側部分以外在第2絕緣膜1〇6上形成的 第2金屬阻擋膜107(圖8(b)的情況則是將在凹部的1〇^内側 以外在第2絕緣膜1 〇6上形成的第3金屬阻擋膜丄〇9及第2金 • 屬阻擋膜1 〇8)予以研磨去除。經由此，能夠形成連線、通 孔桂塞、或其兩者。經由重複以上一連串的動作即能夠形 成多層連線。 瓜由於鋼容易經由熱或電場擴散到氧化矽膜等絕緣膜 口此各易產生電晶體特性惡化。並且，銅與絕緣膜的 山接f生低。因此，被提出的方法是··在形成銅連線時，在 ^邑、彖膜之間，經由形成由鈕膜或氮化鈕膜構成的金屬 阻擋膜，能多句防止銅擴散到絕緣膜同時提高絕緣膜及銅的 贫接W / 山 。例如’金屬阻擋膜的結構為鈕膜或氮化鈕膜所構 101549.doc 200540962 成的單層構造的情況，如圖8(a)所示結構，另一方面金屬 阻播膜結構由鈕膜及氮化鈕膜所構成的雙層結構情況，則 如圖8(b)所示結構。 但是’使用鈕膜作為第2金屬阻擋膜1〇7(圖8(a)的情況） 或第3金屬阻擋膜1〇9(圖8(b)的情況）時，以電解電鍍形成 銅時’由於纽膜遭到氧化，而形成了高電阻的氧化鈕膜。 因此’產生了一個問題，即無法避免連線電阻上升。並 且’在使用氮化鈕膜作為第2金屬阻擋膜1〇7(圖8(a)的情 況）或第3金屬阻擋膜1〇9(圖8(b)的情況）時，氮化鈕膜雖然 不會被氧化，但是，氮化鈕膜具有高電阻，並且與銅的密 接性低。進而，在使用氮化鈦膜或鈦膜作為第2金屬阻擋 膜1〇7(圖8(a))或是第3金屬阻擋膜109(圖8(b))時，也分別 與使用鈕膜或氮化钽膜的情況存在相同問題。 有鑑於上述問題，特別是在實現第2金屬阻擋膜107低電 阻化的目的下，使用金屬及其金屬氧化物本身為低電阻、 如釘或錶等，作為第2金屬阻擋膜1〇7加以使用，此一方法 受到注目（參照專利文獻1及2)。並且，這些金屬，一般以 原子層成長法或化學氣相成長法加以形成。 [專利文獻1]專利第340983 1號公報 [專利文獻2]特開2002-75994號公報 【發明内容】 -解決課題一 如前述般，將如釕或銥等被氧化也不會失去導電性的金 屬用來作為金屬阻擋膜時，雖然能夠形成低電阻的金屬阻 101549.doc 200540962 擔膜仁疋這二不會失去導電性的金屬與絕緣膜的密接性 極低。為了改善這個問題，也能夠考慮經由在使用這些不 失去導電性的金屬所構成的金屬阻撞膜與絕緣膜之間形成 由金屬氮化膜等或其疊層膜，來提高金屬阻播膜與絕緣膜 的密接性’但是，將產生另外一個問題是：這些被氧化也 不失去導電性的金屬膜與金屬氮化膜等或其疊層膜等的密 接性不佳。 有鑑於刖，本發明之目的在於··提供低電阻且在絕緣膜 ► 及連線間具有高密接性的金屬阻擋膜的半導體裝置以及其 製造方法。 -解決方法- 為了達成前述目的，本發明之半導體裝置，其特徵在 於·孩半導體裝置具有在基板上形成的絕緣膜、在絕緣膜 中形成埋入連線、以及在絕緣膜與埋入連線間形成金屬阻 擋膜；金屬阻擋膜由金屬化合物膜與被氧化也不失去導電 丨性的金屬膜之疊層膜所構成，在金屬化合物膜與金屬膜的 接合面附近，存在金屬化合物膜與金屬膜融合構成的融合 層。 按照本發明的半導體裝置，由於具有金屬化合物膜與金 屬膜兩膜的大體中間組成之融合層在以金屬化合物膜與金 屬膜的接合面附近為中心被形成，與單僅疊層金屬化合物 膜與金屬膜的情況相比，金屬化合物膜（金屬氧化臈）與金 屬膜的密接性極佳。因此能夠實現低電阻且具有高密接性 的多層連線的可靠度高的半導體裝置。並且，也能夠提高 101549.doc 200540962 絕緣膜的密接性及實現良好連線用的電鍍。 在本發明的半導體裝置中，構成金屬化合物膜的金屬與 構成金屬膜的金屬，宜為不同種類的元素。 如此一來，由於以金屬化合物膜與金屬膜的接合面附近 為中心形成融合層，其為具有兩膜組成的大體中間組成的 合金層，與僅疊合金屬化合物膜與金屬膜層的情況相比， 金屬化&物膜與金屬膜的密接性極佳。因此能夠實現具有 低電阻且高密接性的多層連線之可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置中構成金屬&合物膜的金屬與構 成金屬膜的金屬，宜為相同種類的元素。 如此一來，以金屬化合物膜與金屬膜的接合面附近為中 形成融合層，其為兩膜組成的大體中間組成的混合層， 與僅疊合金屬化合物膜與金屬膜的情況相比，金屬化合物 膜與金屬膜的密接性極佳。同時，由於金屬化合物膜與金 屬膜以混合層為中介而一體化，因此比起構成兩膜的金屬 為不同種類7G素的情況，金屬化合物膜與金屬膜之密接性 為佳。因此，能實現具有低電阻且高密接性的多層連線的 可#性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置中，融合層宜為至少由數層原子 層構成。 女此來’由於能在金屬化合物膜與金屬膜的整體接觸 =形成嗞合層’因此能夠大為提高金屬化合物膜與金屬膜 密接丨生。因此，能夠實現具有低電阻且高連密接性的多層 連線的可靠性高的半導體裝置。 101549.doc 200540962 在本ι明的半導體裝置巾，金屬化合物膜與絕緣膜連接 ^成金屬膜宜為在金屬化合物膜上形成。 士此來，金屬膜電阻低於金屬化合物膜，在進行連線 、電鍍日寸金屬膜成為電極及基礎層，因此與在金屬化合 物膜表面進行連線用的電鍍的情況相比，能夠進行均一連 線的電鍍。並且，由於金屬膜是由被氧化也不失去導電性 的金屬所構成，在連線電鍍時即使金屬膜表面被氧化也不 争低導電性’因此能夠進行高性能的連線電鍍。並且， 由於金屬化合物膜與絕緣膜連接，與金屬膜與絕緣膜連接 的情況相&，能獲得極高密接性。並且，在絕緣膜、金屬 :物膜㈣合層、金屬膜、連線依序形成的結構中，在 各膜間的界面中能夠獲得良好密接性，因此大為提高整體 的密接性。因此，能夠實現具有低電阻且高連密接性的多 層連線的可靠性高的半導體裝置。 ，本發明的半導體裝置中，構成金屬化合物膜的金屬宜 為鬲熔點金屬。 匕來，即使形成埋入連線後進一步在形成上層連線 的步驟中進行大約4GGt:前後的加熱，也能夠防止金屬化 口物臈變質’實現可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置中，金屬化合物膜宜 性。 此—來，不僅能夠提高金屬化合物膜與絕緣膜之密接 '，並且能夠實現低電阻之金屬阻擋膜。因此，能夠實現 具有低電阻且高連密接性的多層連線的可靠性高的半導體 】〇】549.doc -10- 200540962 裝置。 在本發明的半導體裝置中，金屬化合物膜宜為由金屬氧 化膜所構成。 如此一來’特別是絕緣膜的最表面為由氧化矽膜構成的 情況下’能夠進一步提高金屬化合物膜與絕緣膜之密接 性。因此，能夠實現具有高密接性的多層連線的可靠性高 的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置中，金屬化合物臈宜為由金屬氮 化膜所構成。 汝此來，特別疋絕緣膜的最表面為由氮化石夕膜構成 守月匕夠進步長1南金屬化合物膜與絕緣膜之密接性。因 此，能夠實現具有高密接性的多層連線的可靠性高的半導 體裝置。 在本發明的半導體裝置中，金屬化合物膜宜為由金屬炭 化膜所構成。 如此一來，特別是絕緣膜的最表面由炭化石夕膜或由有機 膜構成時’能夠進-步提高金屬化合物膜與絕緣膜的密接 性。因此，能夠實現高密接性的多層連線的可靠性言 導體裝置。 q 千 在本發明的半導體裝置中，金屬化合物膜宜為由 化膜所構成。 如此一來，特別是在絕緣膜的最表面由 屮岵 4 w田3矽絕緣臈所構 成日守，能夠更進一步提高金屬化合物 朕興％緣Μ的密接 性。因此，能夠實現高密接性的多厣冻治^〜^ 101549.doc -11- 200540962 導體裝置。 在本發明的半導體裝置中，埋人連線宜為由銅或是銅合 金所構成 為了達成前述目的，本發明半導體裝置製造方法之特徵 在；/、備:¾下步驟·在基板上的絕緣膜形成凹部的步驟， /口著凹邛土面形成金屬阻擋膜的步驟，以及在金屬阻擋膜 成里連線填埋凹部的步驟；形成金屬阻播膜的步驟 括/〇著凹邛壁面形成金屬化合物膜後，以物理氣相成 長法在金屬4合物上形成被氧化也不失去導電性的金屬膜 的步驟。 按照本發明之半導體裝置製造方法，經由在形成金屬化 :物膜後以物理氣相成長法形成金屬膜，在形成金屬膜 τ由於將電後中性的金屬粒子及金屬粒子離子高速（高 能源的狀態)射入金屬化合物膜表面，以金屬化合物膜與 金屬膜的接合面附近為中心形成具有兩膜組成的大體中間 > 、组成㈣合層，與僅疊合金屬化合物膜與金屬膜的情況相 較’能夠大為提高金屬化合物膜與金屬狀密接性。因 此，能夠製造具有低電阻且高連密接性的多層連線的可靠 性高的半導體裝置。 並且，根據本發明的半導體裝置製造方法，將金屬化合 物膜與絕緣膜連接形成料在金屬化合物膜上形成金屬 膜經由此’由於以電阻低於金屬化合物膜的金屬膜成為 進仃連線用電鍍時的電極及基礎層，因此與在金屬化合物 膜表面進行連線用電鍍相較下，能夠形成均一連線的電 I01549.doc •12· 200540962 鍍。並且，由於金屬膜是由被氧化也不失去導電性金屬所 構成，因此連線電鍍時即使金屬膜表面遭到氧化其導電性 也不會下降，因此能夠施行高性能的連線電鍍。並且，由 於金屬化合物膜與絕緣膜接合，如果與金屬膜與絕緣膜接 合情況相較，能夠獲得極高密接性。並且，在絕緣膜、金 屬化合物膜、融合層、金屬膜、連線依序形成的結構中， 能夠在各膜間的界面中獲得良好密接性，因此大為提高整 體岔接性。因此能夠製造具有低電阻且高密接性的多層連 線的可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置製造方法中，在形成金屬阻擋膜 的步驟與形成埋入連線的步驟之間，進一步具備在金屬阻 擋膜上形成種子層的步驟；形成埋入連線的步驟是在種子 層上形成埋入連線的步驟來填埋凹部。 如此一來，由於擴大連線用的電鍍製程窗口，與不形成 種子層的情況相比，能夠簡單的將形成埋入連線的步驟予 以最適化。因此，能夠提高製造成品率，同時製造具有低 電阻且尚雄、接性的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置製造方法中，構成金屬化合物膜 的金屬與構成金屬膜的金屬，宜為不同種類的元素。 如此一來，在以金屬化合物膜與金屬膜的接合面附近為 中心，形成具有兩膜組成的大體中間組成的合金層、即融 合層，與單僅疊合金屬化合物膜與金屬膜的情況相比，能 夠顯著提高金屬化合物膜與金屬膜的密接性。因此，能夠 製造具有低電阻且尚密接性的多層連線的可靠性高的半導 101549.doc -13- 200540962 體裝置。 在本發明的半導體裝置製造方法中，構成金屬化合物膜 的金屬與構成金屬膜的金屬宜為相同種類的元素。 如此一來’在以金屬化合物膜與金屬膜的接合面附近為 中^形成具有兩膜組成的大體中間組成的混合層、即融 口層，與單僅是疊合金屬化合物膜與金屬膜相較下，顯著 提尚金屬化合物膜與金屬膜之密接性。並且，金屬化合物 膜與金屬膜以混合層為中介而一體化，比起構成兩膜的金 屬為不同種類的情況相比，能夠更提高金屬化合物膜與金 屬膜之密接性。因此能夠製造具有低電阻且高連密接性的 多層連線的可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置之製造方法中，在金屬化合物膜 與金屬膜的接合面附近，形成由金屬化合物膜與金屬膜融 合的融合層，該融合層宜為至少由數層原子層構成。 如此一來，能夠在金屬化合物膜與金屬膜連接面的整體 形成融合層，因此能夠顯著提高金屬化合物膜與金屬膜的 密接性。因此，能夠製造具有低電阻且高連密接性的多層 連線的可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置的製造方法中，構成金屬化合物 膜的金屬宜為高熔點金屬。 如此一來，即使在形成埋入連線後進一步在形成上層連 線的步驟中進行約40(rc前後的加熱，也能夠防止金屬化 合物膜變質，而能夠製造可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置的製造方法中，金屬化合物膜宜 101549.doc -14- 200540962 為具導電性。 如此一來，不僅能夠增加金屬化合物膜與絕緣膜之密接 性，也能夠實現低電阻的金屬阻擋膜。因此，能夠製造具 有低電阻且高連密接性的多層連線的可靠性高的半導體裝 置。 在本發明的半導體裝置的製造方法中，金屬化合物膜宜 為由金屬氧化膜所構成。 如此一來，特別是絕緣膜的最表面由氧化矽膜構成的情 況下’能夠進一步提高金屬化合物膜與絕緣膜的密接性。 因此，能夠製造具有高密接性的多層連線的可靠性高的半 導體裝置。 在本發明的半導體裝置的製造方法中，金屬化合物膜宜 為由金屬氮化膜所構成。 如此一來’特別是絕緣膜的最表面由氮化矽膜所構成的 十月況下’能夠進一步提高金屬化合物與絕緣膜的密接性。 因此’能夠製造具有高密接性的多層連線的可靠性高的半 導體裝置。 在本發明的半導體裝置的製造方法中，金屬化合物膜宜 為由金屬炭化膜所構成。 如此一來’特別是在絕緣膜的最表面由炭化矽膜構成的 情況或是由有機膜構成的情況下，能夠更進一步提高金屬 化合物膜與絕緣膜的密接性。因此，能夠製造具有高密接 险的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 在本發明的半導體裝置的製造方法中，金屬化合物膜宜 101549.doc 15 200540962 為由金屬矽化膜所構成。 如此來，特別是在絕緣膜的最表面由含矽絕緣膜所構 成的Μ况下，此夠更進一步提高金屬化合物膜與絕緣膜的 密接性。因此，能夠製造具有高密接性的多層連線的可靠 性高的半導體裝置。 在本’X月的半導體裝置的製造方法中，埋入連線宜為銅 或銅合金所構成。 -發明效果-

根據本發明的半導體裝置，由於在以金屬化合物膜與金 屬膜的接合面附近為中心，形成具有兩膜組成的大體ΐ間 組成的融合層，因此與單僅叠合金屬化合物膜與金屬膜的 情況相較，金屬化合物膜(金屬氧化膜)與金屬膜的密接性 極佳。ISU匕’能夠實現具有低電阻且高密接性的多層連線 的可靠性高的轉體裝置。同時，也㈣提高絕緣膜的密 接性以及貫現良好連線用的電鍍。 根據本發明的半導體裝置的製造方法，在形成金屬化合 物膜後以物理氣相成長法形成金屬臈，在形成金屬膜時： 由於將電性中性的金屬粒子及金屬粒子離子以高速卜 源的狀態)射入金屬化合物膜表面’因此在以金屬化：： 膜與金屬膜的接合面附近為中心，形成具有兩臈組成的大 體中間組成的融合層，與單僅疊合金屬化合物膜與金屬臈 相比’能狗顯著提高金屬化合物臈與金屬臈的密接性。因 此，能夠製造具有低電阻且高密接性的多層連線的 高的半導體裝置。 J01549.doc 200540962 並且’根據本發明的半導體裝置的製造方法，將金屬化 合物膜與絕緣膜連接形成，同時在金屬化合物膜上形成金 屬膜。經由此，具有比金屬化合物膜低電阻的金屬膜成為 進行連線用電鐘時的電極及其基礎層，與在金屬化合物膜 表面進行連線用電鑛相比’能夠施行均一連線電鍛。並 且’由於金屬膜由被氧化也不失去導電性的金屬所構成， 因此進行連線電鍍時，即使金屬膜表面被氧化，導電性也 不會下降，而能夠形成高性能的連線電鍍。並且，由於金 屬化合物膜與絕緣膜連接，如果和金屬膜與絕緣膜連接的 情況相比，能夠獲得更高的密接性。同時，由於在絕緣 膜、金屬化合物膜、融合層、金屬膜、連線依序形成的結 構中’在各膜間界面中能夠獲得良好密接性，因此大為提 间整體密接性。因此，能夠製造具有低電阻且高密接性的 多層連線的可靠性高的半導體裝置。 【實施方式】 (第1實施形態） 以下，參照圖1(a)與圖1(b)以及圖2(a)與圖2(b)說明本發 明第1實施形態之半導體裝置。 圖1(a)及圖1(b)為顯示第1實施形態之半導體裝置結構之 剖面圖。 首先，如圖1(a)所示，在矽基板丨上形成第丨絕緣膜2，在 該第1絕緣膜2形成具有第1金屬阻擋膜3的第丨銅連線4。並 且，在石夕基板1上，形成電晶體等，在附圖中予以省略。 在第1絕緣膜2及第1銅連線4上，依序形成防止銅擴散的反 101549.doc 17 200540962 擴散膜5及第2絕緣膜6。在反擴散膜5及第2絕緣臈6形成通 孔6a，同時在第2絕緣膜6形成連線溝6b。如此來形成由通 孔6a及連線溝6b構成的凹部6c。 同時，如圖1(a)所示，在凹部6c的壁面，形成第2金屬阻 擔膜A1。於此，第2金屬阻擋膜Ai，沿著凹部6(：，由在第 2絕緣膜6上形成的金屬化合物膜7、該金屬化合物膜7上形 成的融合層8、與該融合層8上形成的被氧化也不失去導電 性的金屬膜9所構成。於此，構成金屬膜9的金屬不同於構 成金屬化合物膜7的金屬。如這般，在本實施形態與後述 第2實施形態相異，構成金屬化合物膜7的金屬與構成金屬 膜9的金屬為不同種類的金屬，以下將說明該情況。並 且’融合層8形成在金屬化合物膜7與金屬膜9的接合面附 近，是具有金屬化合物膜7及金屬膜9兩膜組成的大體中間 組成的融合層。並且，金屬膜9的至少一部分也可以被氧 化。 進而使如圖1 (a)所示的凹部6c填埋，以銅電鏟在金屬膜9 上形成銅膜後，以CMP去除在第2絕緣膜6上形成的、除了 凹部6c内部以外的銅膜及金屬阻擋膜A1部分，並且形成第 2銅連線10及其一部分的通孔栓塞，而形成具有圖1(b)所示 結構的半導體裝置。並且，第2銅連線可以是連線、通孔 栓塞、或其中任一。於此，第2銅連線1 〇，也可以是由純 銅或含銅以外的成分（如微量的Si、A卜Mo或Sc等）構成的 銅合金。並且，經由重複形成反擴散膜5到CMP的步驟來 形成多層連線。 101549.doc -18- 200540962 ♦於此’可則吏用氮化石夕膜、炭化氮化石續、炭化氧化石夕 膜、炭化矽膜、或組合這些膜所構成的疊層膜作為反擴散 膜5。反擴散膜5具有防止第！銅連線4的銅擴散到第2兔: 膜6中的作用。 ％ 並且，也可以使用氧化石夕膜、摻雜說的氧化石夕膜、炭化 氧化矽膜，或由有機膜構成的絕緣膜來作為第2絕緣膜6。 k些膜可以是以化學氣相成長法所形成的膜，也可以是以 旋轉塗佈法所形成的SOD(spin on dielectdc)膜。 疋 並且，由通孔6a及連線溝6b所構成的凹部6c，也可以採 用週知的光刻技術、蝕刻技術、灰化技術與清洗技術，= 如日本已公開特開2002_75994號公報等所公開的雙金屬鑲 嵌法形成即可。 並且，也可以使用高熔點金屬作為構成金屬化合物膜7 的金屬。經由此，形成第2銅連線10後，雖然在進一步形 成上層連線的步驟中進行大約4〇〇°C前後的加熱，但是，不 會由於此加熱處理造成金屬化合物膜7變質。因此，能夠 實現可靠性高的半導體裝置。 同時，金屬化合物膜7在膜厚度薄時不一定非得具導電 性，但最好是具導電性。以下，具體說明具導電性的金屬 化合物膜7。 首先，使用釕（Ru)、銥（Ir)、鉬（Mo)、餓（〇s)、铑（Rh)、 白金（Pt)、飢（V)、或鈀（Pd)等即使被氧化也不失去導電性 的金屬之氧化膜作為金屬化合物膜7即可。並且，只要是 被氧化也不失去導電性的金屬，當然也可以使用上述以外 101549.doc 19 200540962 的金屬之金屬氧化膜金屬來作為化合物膜7。 並且，也可以使用錄（Ti)、I旦（Ta)、錯（Zr)、銳（Nb)，給 (Hf)或鎢（W)等即使被氮化也不失去導電性的金屬氮化膜 來作為金屬化合物膜7。並且，只要是被氮化也不失去導 電性的金屬，當然也可以使用上述以外的金屬之氮化膜來 作為金屬化合物膜7。 並且，也可以使用釕（RU)、銥（Ir)、鉬（Mo)、锇、鍺 (Rh)、鉑（Pt)、釩（V)、銻（Ti)、鈕（Ta)、鍅（Zr)、鈮（Nb) ' 姶 (Hf)、鎢（W)或鈀（Pd)等金屬的炭化膜，作為金屬化合物膜 7。並且，只要是被炭化也不失去導電性的金屬，當然也可 以使用上述金屬以外的金屬炭化膜來作為金屬化合物7。 並且，可以使用高熔點金屬的矽化膜作為金屬化合物膜7。 並且，金屬化合物膜7，以原子層成長法（ALD:atomic layer deposition)、化學氣相成長法（CvD:cemical vapor deposition)、或物理氣相成長法（pVD:physical vapor deposition)等的成膜方法形成即可。 其次，使用釕（Ru)、銥（ir)、鉬（M〇)、餓（〇s)、鍺（Rh)、 鉑（Pt)、飢（V)或把（Pd)等被氧化也不失去導電性的金屬作 為金屬膜9。並且，只要是被氧化也不失去導電性的金 屬’當然:也可以使用上述金屬以外的金屬氧化膜來作為金 屬膜9。 並且，金屬膜9宜為以物理氣相成長法（PVD:physical vapor deposition)來形成。 這是由於如同現有例子所示，以原子層成長法或化學氣 101549.doc -20- 200540962 相成長法形成金屬膜9，雖然能夠在金屬化合物膜7上形成 金屬膜9’但疋’無法在金屬化合物膜了與金屬膜$之間形 ，融合層8。換言之，原子層成長法及化學氣相成長法， 是在各自原子分子水準經由熱化學反應使膜成長。相對 的，使用韻法等所代表的物理氣相成長法，經由在金屬 化合物膜7上形成金屬膜9，將電性中性的金屬粒子及金屬 粒子離子以高速（高能源的狀態）射入金屬〖合物膜7的表 面，因此在金屬化合物膜7與金屬膜9的接合面附近中心形 成融合層8。經由&，經由熱化學反應，與單僅疊合金屬 化合物膜7與金屬膜9的情況相比，金屬化合物臈了與金屬 膜9的密接性顯著提高。而能夠製造具有低電阻且高連密 接性的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 並且，在此雖然附圖省略，在雙金屬鑲嵌連線溝（通孔以 及連線溝6b所構成的凹部6c)中的第2絕緣膜6的表面與金 屬化合物膜7之間，也可以形成氧化矽膜（如Si〇2、、 SiCO、或 SiON等）、氮化矽膜（如 si3N4、Si〇N、SiCN等）、 矽炭化膜（如SiC、SiCO、SiOC、SiCN等）等絕緣膜。 如上所不，在第1實施形態中，金屬化合物膜7的金屬與 金屬膜9的金屬種類不同，因此在以金屬化合物膜7與金屬 膜9的接合面附近為中心形成的融合層，成為以2種金屬為 主成分的合金層。 在圖2(a)及圖2(b)，顯示金屬氧化膜的金屬使用銥（Ir)來 作為金屬化合物膜7的一例，同時，顯示作為金屬膜9金屬 的一例’使用釘（RU)的金屬阻擋膜的膜組成狀態。 101549.doc -21 - 200540962 圖2(a)不出原子層成長法或化學氣相成長法形成金屬膜9 時，金屬化合物膜7到金屬膜9的膜組成狀態，圖2(b)是本 發明第1實施形態的狀態，具體而言是顯示以物理氣相成 長法形成金屬膜9時金屬化合物膜7到金屬膜9的膜組成狀 態。 首先，如圖2(a)所示，以原子層成長法或化學氣相成長 法形成金屬膜9時，由於原子層成長法或化學氣相成長法 A經由熱化學反應進行成膜的方法，因此在與作為金屬化 合物膜7的金屬氧化膜的11>〇2以及作為金屬膜9的尺^的接合 面不形成融合層。因此，在膜整體受到應力時的剪切應力 集中在Ir〇2與RU的接合面（界面），所以在此界面容易產生 膜剝落。 另一方面，如圖2(b)所示，以物理氣相成長法形成金屬 膜9時，將高能源的電性中性的金屬粒子或金屬粒子離子 射入金屬氧化膜表面，因在作為金屬化合物膜7的金屬氧 φ 化膜的Ir〇2與作為金屬膜9的Ru的接合面形成合金層之融 合層8。於此，所謂粒子指的是包含丨原子或2原子以上的 簇（cluster)。為此，在以作為金屬化合物膜7的金屬氧化膜 與金屬膜10的接合面附近為中心形成的融合層8的膜組成 是金屬氧化膜及金屬膜10膜組成的大體中間組成。此時， 即使膜整體受到應力，由於在金屬氧化膜的Ir〇2與作為金 屬膜9的Ru之間不存在明確的接合面（界面），不會產生剪 切應力等的應力集中。因此，能夠形成強於承受應力狀態 的第2金屬阻擋膜A1。 101549.doc -22- 200540962 並且，經由調整金屬膜9成膜時使用的物理氣相成長法 的條件’也能夠使得融合層8的膜組成含有許多金屬，融 合層8在以作為金屬化合物膜7的金屬氧化膜與金屬膜9 = 接合面附近為中心被形成’另-方面，也可以使其為接近 於金屬氧化膜的膜組成。 同時，圖2(a)及圖2(b)中，雖然說明以金屬氧化膜作為 金屬化合物膜7的一例的情況’但是，即使以金屬氮化 膜、金屬炭化膜、或金屬矽化膜等取代金屬氧化膜的例 子，也能夠獲得與上述金屬氧化膜同樣效果。 並且，在金屬化合物膜7與金屬膜9的接合面附近形成的 融合層8’只要由至少數層原子層以上形成即可。換句話 說’只要能填補基礎膜的原子層的凹凸程度之厚度即可。 此時，由於在金屬化合物膜7與金屬膜9連接面的整體形成 融合層8,因此金屬化合物膜7與金屬膜9的密接性顯著提 高。 並且’如圖1(b)所示’構成第2金屬阻擋膜八丨的金屬膜9 宜為與由銅或銅合金構成的第2銅連線1〇連接。此時，由 於金屬膜9的電阻低於金屬化合物膜7，因此金屬膜9將成 為銅電鍍時的電極及電鍍的基礎層，與在金屬化合物膜7 上直接進行銅電鍍形成第2銅連線10的情況相比，能夠獲 得均一銅電鍍。並且，如果在此狀況下，由於金屬化合物 膜7與第2絕緣膜6連接，因此與將金屬膜9與第2絕緣膜6連 接的情況相比，金屬化合物膜7與第2絕緣膜6有著極佳的 役接性。進而，由於在第2絕緣膜6與金屬化合物膜7的界 101549.doc -23- 200540962 面、金屬化合物膜7與融合層8的界面、融合層8與金屬膜9 勺界面卩及孟屬膜9與第2銅連線⑺的界面中，能夠獲得 良好密接性，因此能夠實現整體具有優良密接性的結構。 其次說明在第1實施形態的金屬化合物膜7及金屬膜9中 所使用的金屬之電阻率一例。 釕的電阻率是7_5(μΩ · em)，銀的電阻率是6·5⑽·⑽）。 同π釕氧化膜的電阻率是35(叫·⑽），銥氧化膜的電阻 率疋30(μΩ cm)。另一方面，現在一般標準使用的鈕的電 阻率是13⑽·⑽），氮化㈣的電阻率是13G(/xi2.cm)。 因此，即使在被氧化也不失去導電性的金屬及以這些金 屬氧化膜構成第2金屬阻播膜幻時，即使構成第2金屬阻播 膜A1的金屬的至少—部分受到氧化，第2金屬阻擋膜aw 能夠形成金屬阻播膜’該金屬阻播膜之電阻低於現在經常 被作為金屬阻擋臈使用的氮化鈕膜的電阻。但是，即使是 以被氧化也不失去導電性的金屬及氮化组膜構成第2金屬 阻擋膜A1的情況，也能夠形成電阻極低而實用的金屬阻擋 膜。 口此在將本貫施形態所示第2金屬阻擋膜a丨實際組裝 入半導體Μ日夺’只要使得金屬化合物膜7厚度為數 nm〜25 nm左右，同時，使得金屬膜9的厚度為數η，。 即可。在這種情況時，第2阻擋金屬膜幻整體厚度，如果 是65 rnn世代的半導體裝置的情況，使其形成為 20 nm〜30 nm 即可。並且，如果是45 11111世代的半導體裝置的情況下， 能夠預測在整體的臈厚度，最厚也必須大約15 nm以下。 101549.doc -24- 200540962 並且’金屬化合物膜7與金屬膜9的厚度比按照成膜方法及 用途予以任意最適化即可。 同時，在本實施形態中，使用金屬氧化膜作為金屬化合 物膜7日才，特別是第2絕緣膜6的最表面為由氧化矽膜構成 呀，能夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接 f生。經由此，能夠實現具有高密接性的多層連線的可靠性 高的半導體裝置。 並且’在本實施形態中，使用金屬氮化膜作為金屬化合 物膜7時’特別是第2絕緣膜的最表面由氮化矽膜構成時， 月匕夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的密接性。經 由此’能夠實現具有高密接性的多層連線的可靠性高的半 導體裝置。 並且’在本實施形態中，使用金屬炭化膜作為金屬化合 物膜7時’特別是在第2絕緣膜6的最表面由炭化矽膜或有 機膜構成時，能夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6 的密接性。經由此，能夠實現具有高密接性的多層連線的 可靠性高的半導體裝置。 同時，在本實施形態中，使用金屬矽化膜作為金屬化合 物膜7時，特別是在第2絕緣膜6的最表面由含石夕的絕緣膜 所構成時，能夠更加提高金屬化合物膜7與第2絕緣膜6的 雄、接性。經由此，能夠實現具有高密接性的多層連線的可 靠性高的半導體裝置。 如此一來，由於在第2絕緣膜6、金屬化合物膜7、融合 層8、金屬膜9、以及第2銅連線10的各界面中能夠獲得良 101549.doc -25- 200540962 好密接性，因此能夠實現整體具有優良密接性的半導體裝 置。 如上述說明，按照本發明第1實施形態，能夠實現低電 阻且高密接性的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 並且，在本實施形態中，雖然說明採用雙金屬鑲嵌法的 情況，但是即使是採用單金屬鑲嵌法，當然也可以獲得與 採用雙金屬鑲嵌法相同效果。在採用單金屬鑲嵌法結構 時’必須以分別步驟形成連線與通孔栓塞，但是此時連線 及通孔栓塞’包含在本實施形態的第2銅連線1 Q的埋入連 線中。 同時，在本實施形態中，雖然說明使用銅或銅合金作為 第2銅連線10的埋入連線的材料，但是，作為本實施形態 的更適宜的形態，可以使用電阻率低於銅的Ag、Au、或Pt 等金屬或是埋入這些金屬的合金作為連線材料。 (第2實施形態） 以下，參照圖3(a)及圖3(b)以及圖4(a)及圖4(b)說明本發 明第2實施形態的半導體裝置。 首先，圖3(a)及圖3(b)是顯示第2實施形態半導體裝置結 構的主要部分剖面圖。並且，有關第2實施形態與第1實施 形態相同的部分將不重複說明，以下將以與第1實施形態 不同點為中心加以說明。 如圖3(a)所示，在凹部6c的壁面形成第2金屬阻擋膜 A2。於此，第2金屬阻擋膜A2由在第2絕緣膜6上形成具導 電性的金屬化合物膜11、在該金屬化合物膜丨丨上形成的融 101549.doc -26- 200540962 合層1 2、以及在該融合層12上形成被氧化也不失去導電性 的金屬膜13所構成。 於此，金屬膜13由與金屬化合物膜11的金屬同樣的金屬 構成。如此一來，在本實施形態，構成金屬化合物膜的 金屬與構成金屬膜13的金屬為同一種類，這一點與第1實 施形態有所差異··即構成金屬化合物膜7的金屬與構成金 屬膜9的金屬為不同種類（參照圖1(a)及圖i(b))。同時，融 合層12是在金屬化合物膜η與被氧化也不失去導電性的金 屬膜1 3的接合面附近的中心形成，其具有如後述圖4(b)所 示的氧濃度傾斜，是金屬化合物膜丨丨與被氧化也不失去導 電性的金屬膜13的混合層。 圖4(a)及圖4(b)，分別作為金屬化合物膜丨丨及構成金屬 膜13的金屬的一個例子，顯示使用釕（Ru)的金屬阻擋膜的 膜組成狀態。 圖4(a)顯不出金屬化合物膜n到金屬膜13的膜組成狀 ^其為以原子層成長法或化學氣相成長法所形成，圖 4(b)疋本發明第2實施形態的狀態，具體的顯示以物理氣相 成長法形&金屬膜13時之金屬化合物膜11至金屬膜13的膜 組成狀態。 首先，如圖4 (a、你·； ^ ^ 所不’以原子層成長法或化學氣相成長 成金屬膜13時，由於原子層成長法或化學氣相成長法 疋以熱化子反應進行成膜的方法，因此在作為金屬化合物 膜/的金屬氧化膜Ru〇2與作為金屬膜B的Μ的接合面不 曰$成1^ °層“合層）°因此，膜的整體承受應力狀態時 101549.doc -27- 200540962 男切應力集中在如〇2與以的接合面（界面）上在此界面容 易產生膜剝落。 另一方面，如圖4(b)所示，以物理氣相成長法形成金屬 膜13時，由於將高能源的電性中性的金屬粒子或金屬粒子 離子射入金屬氧化膜表面，因此在作為金屬化合物膜丨丨的 金屬氧化膜的Ru〇2與作為金屬膜13的！^的接合面形成合 金層、即融合層（混合層）12。因此，以作為金屬化合物膜 11的金屬氧化膜與金屬膜丨3的接合面附近為中心形成了融 合層（混合層）12，該融合層的膜組成為金屬氧化膜及金屬 膜1 3兩膜膜組成的大體中間組成。這時，即使膜整體受到 應力狀態，由於作為金屬氧化膜的Ru〇2與作為金屬臈丨3的 Ru之間不存在明確的接合面（界面），因此不會產生剪切應 力等應力集中。因此，形成強於承受應力狀態的第2金屬 阻擋膜A2。 如這般，本實施形態是構成金屬化合物膜丨丨的金屬與構 成金屬膜13的金屬為同一種類的狀況，由於金屬化合物膜 11與金屬膜13以混合層為中介而一體化，比起第1實施形 態構成兩膜的金屬是不同種類的元素相比，能夠提高金屬 化合物膜與金屬膜的密接性。並且，本實施形態其他點則 與上述第1實施形態相同，而能夠獲得與第1實施形態相同 的效果。 因此，按照本發明的第2實施形態，能夠實現具有低電 阻且高密接性的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 (第3實施形態） 101549.doc •28- 200540962 以下，參照圖5(a)及圖5(b)以及圖6(a)及圖6(b)說明本發 明第3實施形態的半導體裝置製造方法。 首先’圖5(a)及圖5(b)以及圖6(a)及圖6(b)顯示本發明第 3貫施形態的半導體裝置製造方法的主要部分之步驟剖面 圖。 首先’如圖5(a)所示，在矽基板1上形成第1絕緣膜2後， 在該第1絕緣膜2中形成具有第1金屬阻擋膜3的第1銅連線 4。並且’在矽基板丨上形成電晶體等，附圖中予以省略。 接著，第1絕緣膜2及第1銅連線4上，依序形成防止銅擴散 的反擴散膜5及第2絕緣膜6。接著，在反擴散膜5及第2絕 緣膜ό ’形成下端抵達第1銅連線4的通孔6a，同時，在第2 絕緣膜6形成連通到通孔6a的連線溝6b。如此一來，形成 雙金屬鑲肷用的通孔6a及連線溝6b所構成的凹部6c。 於此，可以使用氮化矽膜、炭化氮化矽膜、炭化氧化矽 膜、炭化矽膜、或組合這些膜構成的疊層膜來作為反擴散 膜5。反擴散膜5具有防止第1銅連線4的銅擴散到第2絕緣 膜6中。 同時，可以使用氧化矽膜、摻雜氟素氧化矽膜、炭化氧 化矽膜，或由有機膜構成的絕緣膜作為第2絕緣膜6。這些 膜’可以疋以化學氣相成長法形成，也可以是以旋轉塗佈 法形成的 SOD(spin on dielectric)膜。 並且，由通孔6a及連線溝6b構成的凹部6c，採用週知的 微影技術、蝕刻技術、灰化技術與清洗技術，譬如特開 2002-75994號公報等公開的雙金屬鑲嵌法加以形成即可。 101549.doc -29- 200540962 其次’如圖5(b)所示’沿著凹部6c的壁面，在第2絕緣膜 6上形成金屬化合物膜14。於此，可以採用原子芦成長法 (ALDratomic layer deposition)、化學氣相成長、去 (CVD:cemical vapor deposition)或物理氣相成長去 (PVD:Physical vapor deposition)等成膜方法來形成金屬化 合物膜14即可。

其次，如圖6(a)所示，在金屬化合物臈14上，以物理氣 相成長法（PVD:PhySiCal vapor depositi〇n)，形成被氧化也 不失去導電性的金屬膜16。如此’以物理氣相成長法形成 金屬膜16時，如圖6(a)所示，在金屬化合物膜“與金屬膜 16之間，形成金屬化合物膜14與金屬膜16的融合層Η。並 且，通常舉出濺鍍法作為物理氣相成長法，但是，也可以 使用其他物理氣相成長法。如此一來，形成由金屬化合物 膜14、融合層15及金屬膜16所構成的第2金屬阻擋膜A3。 、，以物理氣相成長法形成金屬膜16的j里由如下。如 現有技術例子所示，以原子層成長法或化學氣相成長法形 成孟屬=16時，雖然能夠在金屬化合物膜μ上形成金屬膜 疋在孟屬化合物膜14與金屬膜16之間並無法形成融 β層1 5。掠l古夕 ，、士 e 、逆疋由於原子層成長法及化學氣相成長 >疋々各自原子分子水準經由熱化學反應使膜成長。相對 人^ 戈表的物理氣相成長法，經由在金屬化 :膑14上：成金屬膜16，將電性中性的金屬粒子及金屬 而立子以高速（高能源的狀態）射入金屬化合物膜14表 ，因此在以金屬化合物膜14與金屬膜⑽接合面附近為 10J549.doc -30 - 200540962 中心形成融合層1 5。經由此，經由熱化學反應，與單僅疊 合金屬化合物膜14與金屬膜16的情況相較，金屬化合物膜 1 4與金屬膜16的密接性顯著提高。因此，能夠製造低電阻 且具有高密接性的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 其次，如圖6(b)所示，填埋凹部6a，以銅電鍍在包含凹 部6a内部的金屬膜16上形成銅膜後，以CMP法去除銅膜、 金屬膜16、融合層15、及金屬化合物膜14中除了凹部6a内 部以外、在第2絕緣膜6上所形成的部分，而形成第2銅連 線10及其一部分通孔栓塞。如此一來，能夠形成具有圖 6(b)所示結構之半導體裝置。並且，第2銅連線1〇可以是連 線、通孔栓塞、或兩者其中之一即可。於此，第2銅連線 10也可以是純銅或含銅以外成分（如微量Si、Al、Mo或Sc 等）的銅合金所構成。經由重複形成反擴散膜5到CMP的步 驟能夠形成多層連線。並且，形成第2銅連線1〇時，即使 金屬膜16的一部分受到氧化，金屬膜16的整體也不失去導 電性。 並且’經由調整形成金屬膜16的物理氣相成長法的條 件’能夠使得融合層丨5的膜組成為含有許多金屬，該融合 層15形成於在以作為金屬化合物膜14的金屬氧化膜與金屬 膜16的接合面附近為中心，同時也能夠使其接近於金屬氧 化膜的組成。 並且’在圖6(b)中，構成金屬化合物膜14及金屬膜16的 金屬分別為不同種類時，如第1實施形態所說明，融合層 15將成為以該2種金屬為主成分的合金層。並且，金屬化 101549.doc -31 - 200540962 合物膜14及金屬膜16的金屬為同一種類時，則如第2實施 形態所說明，融合層15將為金屬化合物膜14與金屬膜“的 混合層。不論前述任一情況下，與第丨及第2實施形態相同 的，經由熱化學反應，在與單僅疊合金屬化合物膜14與金 屬膜16相比，金屬化合物膜14與金屬膜16的密接性顯著提 高。因此，能夠製造出具有低電阻且高密接性的多層連線 的可靠性高的半導體裝置。 並且，可以使用高熔點金屬作為構成金屬化合物膜14的 金屬。經由此，雖然形成第2銅連線1〇後，在進一步形成 上層連線的步驟中，將進行大約4〇(rc前後的加熱，但是， 不會由於此加熱處理使金屬化合物膜14產生變質。因此， 能夠實現可靠性高的半導體裝置。 並且，金屬化合物膜14之厚度為薄時，雖然並不一定非 付具導電性，但是’最好是具導電性。以下，具體說明有 關具導電性的金屬化合物膜14。 首先，可以使用釕（Ru)、銥（11〇、鉬（]^〇)、锇（〇8)、铑 (Rh)、鉑（Pt)、釩（V)、或鈀（Pd)等被氧化也不失去導電性 的金屬的氧化膜作為金屬化合物膜14。並且，只要是被氧 化也不失去導電性的金屬，當然可以使用上述金屬以外的 金屬氧化膜來作為金屬化合物膜14。 同時，可以使用銻（Ti)、鈕（Ta)、鍅（Zr)、鈮（Nb)、铪 (Hf)、或鎢（W)等被氮化也不失去導電性的金屬氮化膜來 作為金屬化合物膜14。並且，只要是被氮化也不失去導電 性的金屬，當然也可以使用上述金屬以外的金屬氮化膜作 101549.doc •32· 200540962 為金屬化合物膜14。 並且，金屬化合物膜14可以使用釕（Ru)、銥（Ir)、鉬 (Mo)、餓（Os)、铑（Rh)、鉑（Pt)、釩（V)、銻（Ti)、鈕（Ta)、鍅 (Zr)、銳（Nb)、給（Hf)、嫣（W)、或把（Pd)等的金屬炭化膜。 並且，只要是被炭化也不失去導電性的金屬，當然可以使 用上述金屬以外的金屬的炭化膜來作為金屬化合膜物14。 並且，可以使用高熔點金屬的矽化膜作為金屬化合物膜14。 其次，可以使用釕（Ru)、銥（Ir)、鉬（Mo)、锇（〇s)、铑

(Rh)、鉑（Pt)、釩（V)、或鈀（Pd)等被氧化也不失去導電性 的金屬作為金屬膜16。並且，只要是被氧化也不失去導電 性的金屬，當然也可以使用上述金屬以外的金屬氧化膜金 屬膜16。 並且，在此附圖雖然省略，但是，在雙金屬鑲嵌連線溝 (由通孔6a及連線溝6b所構成的凹部6c)的第2絕緣膜6的表 面與金屬化合物膜7之間，可以形成氧化矽膜（如Si〇2、 SiOC、SiCO、或SiON等）、氮化矽膜（如叫〜、Si〇N、 S!CN等）、炭化石夕膜（如Sic、sic〇、Si〇c、沉_)等絕 緣膜。 其次，說明第3實施形態的金屬化合物膜14及作 膜16使用的金屬電阻率的一個例子。 釕的電阻率是7.5⑽.cm)，銀的電阻率是6 5⑽。 釘氧化膜的電阻率是3一)，錶氧化膜的電阻 率疋30(μΩ · cm)。另_古品 a丄， ^另方面，現在標準使用鈕 13⑽._，氮化_的電阻率13〇⑽.cm)。 羊疋 101549.doc -33- 200540962 因此，即使在被氧化也不失去導電性的金屬及由這些金 屬氧化膜構成第2金屬阻擔膜A3的情況下，即使構成第2金 屬阻撞膜A3的金屬的至少一部分被氧化，第2金屬阻擋膜 A3，能夠形成電阻低於氮化鈕膜的金屬阻擋膜，目前通常 使用氮化鈕膜作為金屬阻擋膜。即使是由被氧化也不失去 導電性的金屬及氮化組膜構成第2金屬阻播膜A3的情況 下’也能夠形成極為低電阻而實用的金屬阻播膜。 並且，將本實施形態所示的第2金屬阻擋膜A3實際組裝 到半導體裝置時，形成金屬化合物膜14的厚度為數nm〜25 nm 左右，同時，使得金屬膜16的膜厚度為數nm〜25 nm左右 即可。在這個情況時，第2阻擋金屬膜A3的整體厚度，若 是65nm世代的半導體裝置的情況，使其為2〇nm〜3〇nm即 可。並且，若是45 nm世代的半導體裝置的情況下，可以 預測到薄膜的整體厚度最厚也必須使其丨5 nm以下。並 且，按照成膜方法及用途將金屬化合物膜14與金屬膜16的 φ 厚度任意最適化即可。為了能夠對應第2金屬阻擋膜A3的 薄膜化，最好是以ALD法形成金屬化合物膜14。 並且’如圖6(b)所示，在構成第2金屬阻擋膜A3的金屬 膜16上形成第2銅連線1〇。這時，金屬膜16的電阻低於金 屬化合物膜14 ’金屬膜16成為銅電鍍時的電極及電鍍的基 礎層，與在金屬化合物膜14上直接銅電鍍形成第2銅連線 10的情況相比，能夠獲得均一銅電鍍。並且，由於金屬膜 16之金屬為銅電鍍時難以被氧化的金屬同時也是即使被氧 化仍具導電性的金屬，因此能夠實現良好的電鍍性能。 101549.doc •34- 200540962 並且，以如此方法形成時’由於金屬化合物膜Μ與第2 絕緣膜6連接，因此與將金屬膜接合到第2絕緣膜6的情 況相比，金屬化合物膜14與第2絕緣膜6有著極高密接性。 進一步的，在第2絕緣膜6與金屬化合物膜14的界面、金屬 化合物膜Μ與融合層15的界面、融合㈣與金屬㈣的界 =、以及金屬膜16與第2銅連線界面中，能夠獲得良好 搶接性，因此能夠實現整體優良密接性的結構。 並且’這些效果能夠經由使用金屬氧化膜、金屬氮化 臈、金屬炭化膜、或金屬石夕化膜等作為金屬化合物膜“而 予以實現。 Θ換&之，使用金屬氧化膜作為金屬化合物膜14時，特別 :第2絕緣膜6的最表面由氧化矽膜構成時，能夠進一步提 二金屬化合物膜14與第2絕緣膜6的密接性。經由此，能夠 實現具有高密接性的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 並且，如果是使用金屬氮化膜作為金屬化合物膜14時， •第2絕緣膜6的最表面由氮化石夕膜構成時，能夠進一 〆提阿金屬化合物膜14與第2絕緣膜6的密接性。經 能夠每f ^ ' 只一有面密接性的多層連線的可靠性高的半導體裝 置。 、 ^ 曰 二 使用金屬炭化膜作為金屬化合物膜14時，特別b 苐2絕緣膜6的导主 、疋 、的最表面由厌化矽膜或有機膜所構成時， 此乂 N金屬化合物膜14與第2絕緣膜6的密接性。經由 b夠只現具有高密接性的多層連線的可靠性高的 體裝置。 子 l〇1549.d« -35- 200540962 並且’使用金屬秒化 ^ 膜作為金屬化合物膜14時，特別β ^絕緣膜6最表面由切絕緣膜所構成時，能進-步提Γ …合物膜14與第2絕緣膜6的密接性。經由此，能夠： 現具“密接性的多層連線的可靠性高㈣導《置/ 此犯夠在第2絕緣膜6、金屬化合物膜14 15、i屬膜16、及第2銅連線1。各界面中獲得良好= ’生’只現具有整體優良密接性的半導體裝置。 士上述況明’按照本發明第3實施形態，能夠實現具有 低電阻密接性的多層連線的可靠性高的半導體震置。 並且’在本實施形態中’說明了㈣雙金屬鑲嵌法結構 的：況，但是，即使是採用單金屬鑲嵌構造，#然也能夠 獲传與雙金屬鑲傲相同的效果。採用單金屬鑲嵌結構時， 必須以分別步驟形成連線與通孔栓塞，但是，此時的連線 及通孔栓塞，包括在本實施形態中第2銅連線〗〇的埋入連 線中。 並且，在本實施形態中，雖然說明使用銅或銅合金作為 第2銅連線1〇的埋入連線材料，但是，本實施形態的更適 且的形悲最好是使用具有電阻率低於銅的Ag、Au、或Pt等 金屬或是這些金屬的合金作為埋入連線的材料。 <變形例> 以下’除了參照圖5(a)及圖5(b)以及圖6(a)及圖6(b)之 外’並參照圖7說明本發明第3實施形態的半導體裝置製造 方法之變形例。 圖7顯示第3實施形態半導體裝置製造方法的變形例的主 101549.doc •36- 200540962 要部分之步驟剖面圖。 本發明第3實施形態變形例的半導體裝置製造方法首先 f使用前述圖5⑷及圖5⑻的說明相同，沿著凹部^在第2 絕緣膜6上形成金屬化合物膜14。 其次，如圖7所示，與前述使用圖6⑷的說明相同，經由 在金屬化合物膜14上形成金屬膜16，來形成融合層15。如 此-來，形成由金屬化合物膜14、融合層15及金屬膜⑹斤 構成的第2金屬阻擋膜A3。進一步的，本變形例中在金屬 膜16上形成銅種子層17。這一點是本變形例的特徵。 其次，填埋凹部6e，在鋼種子層17上，以銅電鍍形成銅 膜後，與前述使用® 6(b)的說明相同的進行CMp形成第糊 連線10。，經由此’能夠實現如圖6⑻所示銅鎮傲連線結 如此的，本變形例在前述圖5(a)〜圖6(b)所示一連串製造 方法中形成金屬膜16的步驟與形成第2銅連線_步驟之 間，進-步包括形成銅種子層17的步驟，這—點與前述圖 5⑷〜圖6⑻所示一連串的製造方法有差異，除此之外與前 述相同。 如以上說明，按照本變形例，經由具備形成銅種子層π 的步驟，能夠進行更穩定性的銅電鐘。換言之，例如即使 在金屬膜16的表面部分或整體被氧化，按照本變形例，能 夠進行更穩定的銅電錢。 因此，按照本變形例，能更穩定的製造低電阻且具有高 密接性的多層連線的可靠性高的半導體裝置。 101549.doc -37- 200540962 亚且，採用銅以外的材料作為埋入連線的材料時，只要 適當選擇對應該材料的種子層材料即可。 [產業上的利用可能性] 如上述說明，本發明對於具有低電阻且高密接性的阻擋 金屬的半導體裝置及其製造方法非常有用。 【圖式簡單說明】 圖1(a)及圖1(b)係本發明第丨實施形態之半導體裝置結構 之主要部分剖面圖。 圖2(a)及圖2(b)係本發明第1實施形態之第2金屬阻擋膜 的膜組成狀態圖。 圖3(a)及圖3(b)係本發明第2實施形態之半導體裝置結構 之主要部分剖面圖。 圖4(a)及圖4(b)係本發明第2實施形態之第2金屬阻擋臈 之膜組成狀態圖。 圖5(a)及（b)係本發明第3實施形態之半導體裝置之製造 方法之主要部分步驟剖面圖。 圖6(a)及圖6(b)係本發明第3實施形態之半導體裝置製造 方法之主要部分步驟剖面圖。 圖7係本發明第3實施形態之變形例之半導體裝置製造方 法之主要部分步驟剖面圖。 圖8(a)及圖8(b)係現有技術之半導體裝置結構之主要部 分剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 碎基板 101549.doc -38 - 200540962 2 3 4 5 6 6a 6b 6c 7，11 8，12 9，13 10 17 A1 101 102 103 104 105 106 106a 106b 106c 107 ， 108 109 14 15 16 A2，A3 第1絕緣膜 第1金屬阻擋膜 第1銅連線 反擴散膜 第2絕緣膜 通孔 連線溝 凹部 金屬化合物膜 融合層 (被氧化也不失去導電性的）金屬膜 第2銅連線 銅種子層 第2金屬阻擋膜 矽基板 第1絕緣膜 第1金屬阻擋膜 第1銅連線 反擴散膜 第2絕緣膜 通孔 連線溝 凹部 第2金屬阻擋膜 第3金屬阻擋膜 101549.doc -39-

Claims (1)

1. 200540962 十、申請專利範圍： 1 · 一種半導體裝置，其中： 該半導體裝置具有· •在基板上形成的絕緣膜，在前述 絕緣膜中形成的埋入遠 、 、、友，以及在前述絕緣膜與前述埋 連線間形成的金屬卩且擋膜· 前述金屬阻擋膜由今届儿人u 屬化合物膜與被氧化也不失去導 電性的金屬膜之疊層獏所構成； 在如述金屬化合物膜虚二 與則述金屬膜的接合面附近，存 在者則述金屬化合物膜盥二 廿 層。 、/、則述孟屬膜融合而形成的融合 2·根據申請專利範圍第1項所^ ^ 所5己载之半導體裝置，其中·· 構成前述金屬化合物 Mi M的金屬與構成前述金屬Η替/Λ人 屬為不同種類的元素。 、屬Μ的金 3·根據申請專利範圍第1 Μ ^ _ 所5己载之半導體裝置，苴中· 構成則述金屬化合物膜的全 /、中· 屬為同一種類的元素。 -構成别述金屬膜的金 4·根圍第1項所記载之半導體裝置，其中· 别述融合層至少由數層原子層所構成。 . 5·根據申請專利範圍第丨項 一人Μ I己載之+導體裝置，其中. 刖述金屬化合物膜愈俞 、Τ . 〜 ^相緣膜連接而形成； 月|J述金屬膜為形成於前什、/ 戍 6述金屬化合物臈上。 6.根據申請專利範圍第u 千導體裝詈，苴士 構成前述金屬化合物膜 一中·· 7妒搪由μ由 、屬為呵4點金屬。 •根據申凊專利範圍第^頁 々°己載之+導體裝置，其中·· 101549.doc 200540962 前述金屬化合物膜具暮 根據申請專利範圍第1J：_ 前述金屬化合置 根據申請專利範圍第1項所記載之半導體穿置 雨述金屬化合物臈為由金屬氮化膜所構成 •根據申請專利範圍第4所記載之半導 前述金屬化合物膜為由金屬炭化膜所構成。 η·根據申請專利範圍第1項所記載之半導體裝置 前述金屬化合物臈為由金屬魏膜所構成。 12.㈣申請專利範圍第1項所記載之半導體農置： 月'j述埋入連線為由銅或銅合金所構成。 一種半導體裝置之製造方法，其步驟包括： 在基板上的絕緣膜中形成凹部之步驟， 沿著前述凹部壁面形成金屬阻擋膜之步驟， 在前述金屬阻擋膜上形成埋入連線填埋前述凹部之+ 驟， 乂 8. 9. 13 其中： 其中： 其中 其中： 其中： 形成前述金屬阻擋膜之步驟，以及 沿著前述凹部壁面形成金屬化合物膜後，以物理氣相 成長法，在前述金屬化合物膜上，形成被氧化也不失去 導電性的金屬膜之步驟。 14·根據申請專利範圍第13項所記載之半導體裝置之製造方 法，其中·· 在形成前述金屬阻擋膜之步驟與形成前述埋入連線之 步驟之間，進一步包括在前述金屬阻擋膜上形成種子層 I01549.doc 200540962 之步驟； ，述形成埋入連線的步驟為在前述種子層上形成前述 埋入連線埋入前述凹部之步驟。 記載之半導體裝置之製造方 1 5·根據申請專利範圍第13項所 法，其中： ，成前述金屬化合物媒的金屬與構成前述金屬膜的金 屬為不同種類的元素。 16·根據申請專利範圍第13項所記載之半導體裝置之製造方 法，其中： 構成前述金屬化合物 屬為相同種類的元素 1 7·根據申請專利範圍第13項所 法，其中·· 在前述金屬化合物 膜的金屬與構成前述金屬膜的金 記載之半導體裝置之製造方 、_ 膜與前述金屬臈的接合面附近，形 • j述孟屬化合物膜與前述金屬膜融合所形成的融合 記載之半導體裝置之製造方 前述融合層，至少由數層原子層所構成。 18·根據申請專利範圍第13項所 法，其中·· 構成前述金屬化合物膜 胰妁孟屬為尚熔點金屬。 19·根據申請專利範圍第13 貝所w己載之+導體裝置之製造方 法，其中： 前述金屬化合物膜具導電性。 2〇·根據申請專利範圍第13 所°己載之丰導體裝置之製造方 101549.doc 200540962 法，其中： 前述金屬化合物膣p斤 物m為由金屬氧化膜所構成 記載之半導體裝置之製造方 21 ·根據申請專利範圍第〗3項所 法，其中·· 引述孟屬化合物膜為由金屬氮化膜所構成。 22. ^據申請專利範圍第13項所記載之半導體裝置之製造方 法，其中： 前述金屬化合物膜為由金屬炭化膜所構成。 23·根據申請專利範圍第13 貝所5己载之+導體裝置之製造方 法，其中： 前述金屬化合物膜為由金屬矽化膜所構成。 24·根據申請專利範圍第13 法，其中 前述埋入連線為由鋼或鋼 、所A载之+導體裝置之製造方 合金所構成 101549.doc