TW554478B - Structure for connecting interconnect lines and method of manufacturing same - Google Patents

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Description

554478
五、發明說明（1) 發明之詳細說曰^ 發明所屬技術領3 本發明係有關例如於半導體裝置中，沿其厚户 之一對佈線間連接之技術。 X向層疊 先前技術 於微型化發展之半導體積體電路中，大家已注意 線之延遲成為阻礙裝置動作速度之高速化之主要^ j佈 導體積體電路之延遲係作為半導體元件之電晶體证、半 連接電晶體間之佈線之延遲之總和。在因微型化二^與 成半導體裝置之各種元件之尺寸縮小情形下，雕；構 遲按比例法則減小，相對地，由於佈線延 ：：之延 2關係到佈線延遲之減低，進一步帶來半導= 因此，傾向於使用電阻率較 來代替過去所用鋁系佈線材料。、銅\ CU )作為佈線材料 「銅佈線」）相較於以鋁系佈=銅形成之佈線（下稱 電徙動之特性方面優異而較佳、、。材料形成之佈線，亦在耐 不過，相較於鋁系佈線材料， 之性質。因此，大多採用稱為’「铜具有難以進行乾式蝕刻 銅佈線。此方法於絕緣膜中形埵入佈線」之方法來形成 由研磨除去此金屬中多餘部份战槽，將金屬埋入此槽，藉 佈線。 ，扭用槽中殘留之金屬作為 又’銅具有在其進人”情形下，深位準形成”之帶
554478 五、發明說明（2) 隙中之性質。因此，若摻入構成積體電路之M〇s(金氧半導 體）電晶體中，MOS電晶體之特性即會顯著劣化。復容易擴 散於一般在半導體裝置中用來作為絕緣層之氧化石夕膜中二 基於以上原因，銅佈線周圍有藉防止銅擴散之膜覆蓋之必 要。 圖1 3係顯示藉由埋入佈線形成之一對銅佈線構造之剖視 圖。絕緣膜1 0 1、第1絕緣性隔離層1 0 4、層間絕緣膜丨〇 5、 第2絕緣性隔離層1 〇 8依此順序層疊。於絕緣膜1 〇 1下方（亦 即與第2絕緣性隔離層1 08相反之一側）存在有形成半導體 元件之半導體基板（圖略）。 第1銅佈線1 0 2埋入絕緣膜1 0 1中，其底面及侧面為第1導 電性隔離層1 0 3所覆蓋。又，第2銅佈線1 〇 6埋入層間絕緣 膜1 〇 5中，其底面及側面為第2導電性隔離層丨〇 7所覆蓋。 並且’第1銅佈線1 〇 2與第2銅佈線1 〇 6經由第2導電性隔離 層1 07鄰接，相互電連接。於此鄰接處所以外，第1銅1布線 102與第2銅佈線106藉第1絕緣性隔離層104、層間絕緣膜 105絕緣。當然，在第2銅佈線106以外之其他銅佈線^成 於層間絕緣膜1 〇 5中情形下，該其他銅佈線與第2銅佈線 1 0 6之間藉層間絕緣膜1 〇 5絕緣。 例如採用氧化碎膜於絕緣膜1 〇 1、層間絕緣膜1 〇 5。第1 絕緣性隔離層1 〇 4、第2絕緣性隔離層1 〇 8雖具有補強絕緣 膜1 0 1、層間絕緣膜1 〇 5之強度之功能，卻為了獲得層間絕 緣性，例如採用碳化矽膜、氮化矽膜。為了防止銅擴散至 層間絕緣膜105，同時確保佈線電阻之減低以及第i銅佈線
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五、發明說明（4) η易？散至銅佈線’形成合金之問題。如此形成之 高’因此，會導致佈線電阻或於丄 之===：：上ΐ情事而完成者，其提供提高銅佈線 罪【生之佈線間之連接技術。 手段 線本之連接構造’具備第1鋼佈線；第2銅佈 份；ϋίηΥΛ直㈣前述第1部份小之第2部 間。並且ϋ别述第1銅佈線與前述第2部份之 之元专作良Γ 有第1金屬層，其以原子量較銅大 素作為材料，與前述第2部份接觸。 本發明係佈線間之連接構造，宜 2銅配線之層間絕緣膜。楫地八進—步具備充填前述第 本發明係佈線間之連接構造，1 述第1金屬声盥、f楚9力 八中則返夾層在相對於前 物層。g層與^第2銅佈線相反側進一纟具有金属化合 本發明係佈線間之連接構造， & 與前述第！鋼佈線接觸之第t屬層失層進—步具有 本發明係佈線間之連接構造，盆中^ 子量較銅大之元素作為材料。八則述第2金屬層以原 本發明係佈線間之連接構造， 述第2金屬層以相同金屬 材則^1金屬層與前 層包含以前述相同金屬元/為\\材金抖，前述金屬化合物 本發明係佈線間之連接槿7素。 逆接構造，其中前述第i金屬膜之膜
C:\2D-CODE\91-04\9110103l.ptd 第9頁 554478 五、發明說明（6) ' ' 〜----- 金屬層以原子量較銅大之金屬元素作為材料。 本發2明係佈線間之連接構造之製造方法，其進一步具備 2 、於绝則述步驟（b )與前述步驟（C )之間進行，形成鋼膜於 ，述1金屬層上之步驟。並且，於前述步驟（C)中，前述 第2銅佈線藉由以前述銅膜作為起始層（seed layer)之電 解電鍍法形成，前述步驟（b —2)、（d)在無氧狀態下連續進 行。 發明1宽1形態 實施形態1 圖1係顯示本發明實施形態1之佈線連接構造之剖視圖。 絕緣膜1形成有在其上面側開口之凹部4 〇。雖未圖示，於 絕緣膜1下方（亦即與凹部4 〇相反側）存在形成有半導體 元件之半導體基板。於凹部4 〇之内面，亦即於底面和側 面’設置第1導電性隔離層3，更且設置經由第1導電性隔 離層3填埋凹部4 〇之第1銅佈線2。 於絕緣膜1、第1導電性隔離層3、第1銅佈線2上設置第1 絕緣性隔離層4，其開設使第1銅佈線2之上面露出一部份 之開口 5 1。於第1絕緣性隔離層4上設置層間絕緣膜5。於 層間絕緣膜5形成貫通孔30，其上面側之開口較下面側 大。貫通孔3 0可清楚區分為位在與絕緣膜1側相反側之槽 11，以及直徑較槽11小，於絕緣膜1側與開口 5 1連通之連 接孔1 2。 並且，於貫通孔30之内面，亦即侧面，於露出開口 51之 第1絕緣性隔離層4之側面，並於露出開口 51之第1銅佈線2
C:\2D-CODE\91-O4\91101031.ptd 第11頁 554478 五、發明說明（10) iJLSLMl 本貫施形態就圖1所示佈線連接 明。圖3至圖8係按製程順序顯示 ^製造方法加以說 音土 Μ μ ^說造方法之剖視圖。 百先，準備圖3所示構造。於絕緣 部4〇，於其底面及側面設置第之=面上形成凹 部4。以第i銅佈線2，經由fl導電層3。並且，凹 電性隔離層3例如使用PVD (物理\\^層第1導 兮★、士扯、1 療，飞沈積法或CVD (化學 ;=積）法，以TaN成膜。膜厚例如為inm。第】銅佈線2 使法、CVD法或錢法成膜。$ 了填埋幻銅佈線2於 =。’可k用埋人佈線之方法’亦可採使用乾式钮刻之 圖型形成方法。 雖未圖示，卻於絕緣膜1之下方（亦即與凹部4〇相反之 一側）存在有形成半導體元件之半導體基板。例如採用氧 化矽膜作為絕緣膜1。 在填埋第1銅佈線2於凹部40之後，全面形成第1絕緣性 隔離層4。第1絕緣性隔離層4例如使用氮化石夕膜，碳化石夕 膜。藉由至目前為止之處理，獲得圖3所示構造。 其次，例如以氧化矽膜在第1絕緣性隔離層4上形成層間 絕緣膜5，獲得圖4所示構造。並且，藉由進行乾式钱刻， 於層間絕緣膜5形成具有槽11及連接孔12之貫通孔3〇，於 第1絕緣性隔離層4形成開口 5 1。藉由槽11之形成，形成開 口 52。藉由以上之處理，露出第1銅佈線3之上面之一部 份，獲得圖5所示構造。 其次，對圖5所示構造之全面，亦即對露出開口 51之第^
C: \2D-0)DE\91 «〇4\91101031 .ptd 第15頁 554478
根據本發明佈線間之連接 以銅佈線擴散至外部，減低佈線電^。化。物層防止銅$ 線ΞίΪ:明佈線間之連接構造，可提高夾層與第1銅佈 笛發明佈線間之連接構造，可避免金屬元素擴散至 第1銅佈線造成佈線電阻上昇。 =據本發明佈線間之連接構造，可使夾層於同—製造裝 置之同一成膜室中成膜，可較使用複數金屬元素所需複 數成膜室情形更謀得成本之減低。 斤而複 根據本發明佈線間之連接構造，可更加提高夾層與第2 銅佈線之密合性。 根據本發明佈線間之連接構造之製造方法，可防止於第 2銅佈線中發生空隙、金屬元素自第1金屬層擴散至第2銅 佈線。 根據本發明佈線間之連接構造之製造方法，可防止氧化 膜形成於第1金屬層與金屬化合物層之界面，避免界面電 阻之上昇、二者之密合性不佳。 根據本發明佈線間之連接構造之製造方法，容易使夾層 於同一製造裝置中之同一成膜室内成膜，從而容易在無氧 狀態下，連續形成金屬化合物層及第1金屬層。 根據本發明佈線間之連接構造之製造方法，可提高夾層 與第2金屬層之密合性。並且，町防止於第2金屬層與金屬 化合物層之界面形成氧化膜，町避免界面電阻上昇、二者 之密合性不佳。
C:\2D-C0DE\91-04\91101031.ptd 第19黃 554478 五、發明說明（15) 根據本發明佈線間之連接構造之製造方法，容易使夾層 於同一製造裝置之同一成膜室内成膜，從而容易在無氧狀 態下，連續形成金屬化合物層及第2金屬層。 根據本發明佈線間之連接構造之製造方法，可防止金屬 元素自第2金屬層擴散至第1銅佈線。 根據本發明佈線間之連接構造之製造方法，防止於第2 銅佈線與夾層之間形成氧化膜，防止第2銅佈線與銅膜之 密合不佳、佈線電阻之上昇。 元件編號說明 1 絕緣膜 2 第1銅佈線 3 第1導電性隔離層 4 第1絕緣性膜 5 層間絕緣膜 6 第2銅佈線 7, 9 金屬層 8 金屬化合物層 10 第2絕緣性隔離層 11 槽 12 連接孔 13 銅膜 20 第2導電性隔離層 30 貫通孔 40 凹部
C:\2D-C0DE\91-04\91101031.ptd 第20頁 554478 五、發明說明（16) 51 開口 5 2 開口 101 絕緣膜 102 第1銅佈線 103 第1導電性隔離層 104 第1絕緣性隔離層 105 層間絕緣膜 106 第2銅佈線 107 第2導電性隔離層 1 08 第2絕緣性隔離層
C:\2D-CQDE\91-04\91101031.ptd 第21頁

Claims (1)

  1. 554478^ & "多不'· ^案號9110】〇w __I ·
    |1------Τ— ♦*' -ϋϋ： 讀專利範圍
    1 · 一種佈線間之連接構造，其包含有： 第1銅佈線； 之第第=線以；具有第1部份以及直徑小於前述第1部份 夾層’其夾在前述第1銅佈線與前述第2部份之間· 前述夾層具有以原子量較銅大之元素作為材y垃 述第2部份之第1金屬層； 接觸月*j 且相對於前述第1金屬層，在與前述第2銅佈線 側，進一步具有金屬化合物層； 之― 還進一步具有與前述第丨銅佈線接觸之第2金屬層· 前述第2金屬層以原子量較銅大之元素作為材料胃。’ 2 ·如申請專利範圍第1項之佈線間之連接構造，发 述第1金屬層和前述第2金屬層以相同金屬元素作為、中前 前述金屬化合物層含有以前述相同金屬元素為:料； 元素。 之金屬 3 ·如申請專利範圍第丨項之佈線間之連接構造， 述第1金屬層之膜厚較前述金屬化合物層之膜厚大~中前 4·如申請專利範圍第3項之佈線間之連接構造，: 述第1金屬層之膜厚在lnm以上。 具中前
    5·如申請專利犯圍第i至4項中任_項之佈線間 造’其進一步果備充填前述第2銅佈線之層間絕緣連接構 6. —種佈線間之連接構造之製造方法，其包含、.。 (a)設置第1銅佈線之步驟； 育： α)設置夾層於前述第i銅佈線上之步驟；以及
    554478
    一 —_案號 91101031 六、申請專利範圍 (c)設置第2銅佈線於前述夾層上之步驟； 前述步驟（b)具有： (b -1)於前述步驟（a)後，設置金屬化合物層之步驟’以 (b-2)設置第1金屬層於前述金屬化合物層上之步驟’ 於前述步驟（c)中，前述第2銅佈線與前述第1金屬層接 觸； 月述第1金屬層以原子量較銅大之金屬元素作為材^方 7 ·如申請專利範圍第6項之佈線間之連接構造之製= 法’其中前述步驟（b-1 ) 、（b_2)在無氧狀態下速屬 行。 < 8·如申請專利範圍第7項之佈線間之連接構造么=么參 法，其中金屬化合物層含有以前述第1金屬層之对科 屬元素為主之金屬。 换換 9 ·如申請專利範圍第6至8項中任一項之佈線間么速 造之製造方法，其中前述步驟（b)進一步具有： (b-3)設置與前述第1鋼佈線接觸之第2金屬層么夕·’· g 前述步驟（b-3)、（b-2)、（b-1H$此順序，在箨氧状々 下連續進行。 # 、10.如申請專利範圍第9項之佈線間之連接構造么製& 法，其中則述金屬化合物層含有以前述第2金屬詹厶4 /、 之金屬元素為主之金屬。 U.如申請專利範圍第9項之佈線間之連接構造么製造/ 法’其中前述第2金屬層以原子量較銅大之金屬〆作身
    554478 丰 月一 曰 修正
    〜 -- 案?I 91101 六、申請專利範圍 材料。 1 2 ·如申請專利範圍第6至8項中任一項之佈線間之連接 構k之製造方法，其進一步具備於前述步驟（b)與前述步 驟（c)之間進行之 乂 (d)於前述第1金屬層上形成銅膜之步驟； 於前述步驟（C)中，前述第2銅佈線藉由使用前述銅膜 為起始層之電解電鍍法形成； 、^1 前述步驟（b-2)、（d)在無氧狀態下連續進行。 1 y· —種佈線間之連接構造，其包含有： 第1鋼佈線； 部份 ，2鋼佈線，其具有第丨部份以及直徑小於前述第 之弟2部份；以及 f層，其夾在前述第1鋼佈線與前述第2部份之間； 月1j 則述夾層具有以原子量較銅大之元素作為材料，接 述第2部份之第1金屬層； 司 且，相對於前述第1金屬層，在與前述第2銅佈線相 一側，進一步具有金屬化合物層； 心 前述第1金厲層之膜厚較前述9金屬化合物層之膜厚大。
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