TWI712140B - 半導體裝置及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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TWI712140B
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津村一道
東和幸
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東芝記憶體股份有限公司
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Abstract

實施形態的半導體裝置是具備：第1半導體構件，第2半導體構件，及第1阻障膜。第1半導體構件是具備：第1絕緣膜，及被埋入第1絕緣膜且表面會從該第1絕緣膜露出的第1配線膜。第2半導體構件是具備：第2絕緣膜，及被埋入第2絕緣膜且表面會從該第2絕緣膜露出的第2配線膜。第1阻障膜是形成於第1半導體構件與第2半導體構件貼合的接合界面之中第1配線膜與第2絕緣膜所接觸的領域，藉由預定的金屬元素與第2絕緣膜中所含的預定的元素的化合物來形成。

Description

半導體裝置及半導體裝置的製造方法
本發明的實施形態是有關半導體裝置及半導體裝置的製造方法。
以往，有貼合複數的半導體基板(晶圓)，將形成於各半導體基板的表面之電極彼此間接合的技術(Wafer-to-Wafer(W2W)/Metal Bonding)被開發。通常，形成於半導體基板的表面之電極是埋設於層間絕緣膜，以電極的表面能夠露出於層間絕緣膜的表面之方式形成。而且，在貼合半導體基板時，以被貼合的半導體基板的電極彼此間能夠接合的方式對位。
但，難以對位成電極彼此間的位置能夠完全一致。在該技術領域中，有用以抑制Cu往層間絕緣膜中擴散的技術被提案。如此的技術，例如有在除了Cu電極的表面之半導體基板的表面藉由SiN等的材料來形成抑制Cu的擴散之阻障膜的方法被提案。其他亦有藉由BCB(Benzocyclobutene)等抑制Cu的擴散之材料來形成用以絕緣Cu電極的絕緣膜之方法被提案。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-33900號公報(美國專利申請案公開第2013/009321號說明書)
[專利文獻2]日本特開2012-164870號公報(美國專利申請案公開第2012/199930號說明書)
本發明是在於提供一種可使半導體裝置的電氣特性或可靠度容易提升之半導體裝置的製造方法，及藉由該製造方法所製造的半導體裝置。
實施形態是在於提供一種半導體裝置，其特徵係具備：第1半導體構件，其係具備：第1絕緣膜，及被埋入前述第1絕緣膜且表面從該第1絕緣膜露出的第1配線膜；第2半導體構件，其係具備：第2絕緣膜，及被埋入前述第2絕緣膜且表面從該第2絕緣膜露出的第2配線膜；及第1阻障膜，其係形成於貼合前述第1半導體構件與前述第2半導體構件的接合界面之中前述第1配線膜與前述第2絕緣膜所接觸的領域，藉由預定的金屬元素與前述 第2絕緣膜中所含的預定的元素的化合物來形成。
又，實施形態是在於提供一種半導體裝置的製造方法，其特徵為：以第1配線膜與第2配線膜能夠接觸的方式貼合第1半導體構件與第2半導體構件，該第1半導體構件係具備：第1絕緣膜，及被埋入前述第1絕緣膜且表面從該第1絕緣膜露出，含預定的金屬元素的第1配線膜，該第2半導體構件係具備：第2絕緣膜，及被埋入前述第2絕緣膜且表面從該第2絕緣膜露出的第2配線膜，對被貼合的前述第1半導體構件及前述第2半導體構件實施熱處理，接合前述第1配線膜與前述第2配線膜，當前述第1配線膜與前述第2絕緣膜接觸時，在該第1配線膜與該第2絕緣膜所接觸的領域中，自我整合地形成含化合物的阻障膜，該化合物係由前述第1配線膜中所含的前述預定的金屬元素及前述第2絕緣膜中所含的預定的元素構成。
若根據實施形態，則可使半導體裝置的電氣特性或可靠度容易提升。
1‧‧‧第1半導體構件
10‧‧‧半導體基板
11‧‧‧絕緣膜
12‧‧‧配線部
13‧‧‧第1擴散抑制膜
14‧‧‧第2擴散抑制膜
15‧‧‧層間絕緣膜
16‧‧‧配線連接部
16a‧‧‧種晶層
16b‧‧‧配線連接部
17‧‧‧第3擴散抑制膜
18‧‧‧阻劑膜
19‧‧‧溝圖案
2‧‧‧第2半導體構件
20‧‧‧半導體基板
21‧‧‧絕緣膜
22‧‧‧配線部
23‧‧‧第1擴散抑制膜
24‧‧‧第2擴散抑制膜
25‧‧‧層間絕緣膜
26‧‧‧配線連接部
27‧‧‧第3擴散抑制膜
31‧‧‧第1阻障膜
32‧‧‧第2阻障膜
圖1是表示實施形態的半導體裝置之被貼合的半導體構件的接合界面周邊部的剖面圖。
圖2是表示形成有層間絕緣膜的第1半導體構件的剖面圖。
圖3是表示形成阻劑膜的第1半導體構件的剖面圖。
圖4是表示在阻劑膜形成圖案的第1半導體構件的剖面圖。
圖5是表示在層間絕緣膜形成溝圖案的第1半導體構件的剖面圖。
圖6是表示除去阻劑膜的第1半導體構件的剖面圖。
圖7是表示形成第3擴散抑制膜的第1半導體構件的剖面圖。
圖8是表示形成種晶層的第1半導體構件的剖面圖。
圖9是表示被電鍍於種晶層上的第1半導體構件的剖面圖。
圖10是表示形成配線連接部的第1半導體構件的剖面圖。
圖11是表示被貼合的第1半導體構件及第2半導體構件的剖面圖。
圖12是表示被貼合的第1半導體構件及第2半導體構件的剖面圖。
圖13是表示其他的實施形態之被貼合的第1半導體構件及第2半導體構件的剖面圖。
以下，參照圖面來說明有關本實施形態的半 導體裝置。
本實施形態的半導體裝置是藉由貼合複數的半導體基板來構成，可作為運算裝置或記憶體裝置等既存的半導體裝置使用。在被貼合的各半導體基板中，由電晶體等的電路元件及連接各電路元件彼此間的配線膜所構成的電子電路為單層或層疊形成。被形成於各半導體基板的電子電路彼此間是藉由在貼合半導體基板時接合一方的半導體基板的表面所形成的配線膜與另一方的半導體基板的表面所形成的配線膜來電性連接。並且，半導體裝置是亦可具備貫通構成半導體裝置之複數的半導體基板而形成的貫通電極。
近年來，貼合複數的半導體基板時，電極是形成微細，會有因製造誤差而於形狀或大小產生不均，因此電極彼此間的位置難以對位成完全一致，且亦有因貼合製程的對準偏差而產生位移的情形。因此，在貼合半導體基板時產生位移，會有一方的半導體基板的電極與另一方的半導體基板的層間絕緣膜接觸的情形。而且，例如電極是以Cu為主成分形成的Cu電極時，電極中所含的Cu會從電極與層間絕緣膜所接觸的部分來擴散至層間絕緣膜中，恐有使半導體裝置的電氣特性或可靠度降低之虞。
圖1是表示本實施形態的半導體裝置之被貼合的半導體基板的接合界面的周邊部的剖面圖。如圖1所示般，本實施形態的半導體裝置是具備：第1半導體構件1(圖1的下側)，與第1半導體構件1貼合的第2半導 體構件2(圖1的上側)，和形成於第1半導體構件1與第2半導體構件2的接合界面之第1阻障膜31及第2阻障膜32。圖1所示的半導體裝置是在貼合第1半導體構件1與第2半導體構件2時產生位移，在位移部分形成第1阻障膜31及第2阻障膜32。
(第1半導體構件的構成)
首先，說明有關第1半導體構件1的構成。第1半導體構件1是在半導體基板10(第1基板)上形成有單層的電子電路或被層疊的電子電路之半導體構件，具備：半導體基板10，絕緣膜11，配線部12，第1擴散抑制膜13，第2擴散抑制膜14，層間絕緣膜15(第1絕緣膜)，配線連接部16(第1配線膜)，及第3擴散抑制膜17。
絕緣膜11是形成於半導體基板10上的絕緣膜，藉由SiO2等的絕緣體所形成。雖未被圖示，但實際在絕緣膜11中是形成有單層的電子電路或被層疊的電子電路。如圖1所示般，第1半導體構件1的半導體基板10是位於絕緣膜11的下方。
配線部12是被埋設於絕緣膜11之與半導體基板10相反側的表面，與形成於絕緣膜11中之電子電路或電路元件電性連接。配線部12是如圖1所示般延伸於預定的方向，形成與絕緣膜11的表面一致。在配線部12中含Cu作為主成分(全體的50原子%以上)。
第1擴散抑制膜13是形成於絕緣膜11與配線部12之間。第1擴散抑制膜13是用以抑制配線部12中所含的Cu擴散於絕緣膜11中之薄膜，例如藉由Ti，Ta，Ru或該等的氮化物(TiN，TaN，RuN)等之導電體所形成。
第2擴散抑制膜14是用以抑制配線部12中所含的Cu擴散於層間絕緣膜15中之薄膜，形成覆蓋配線部12之與半導體基板10相反側的表面。如圖1所示般，第2擴散抑制膜14形成覆蓋絕緣膜11及配線部12的表面全體時，第2擴散抑制膜14是例如藉由SiC，SiN或SiCN等的絕緣體所形成。藉此，例如，可防止在圖1的紙面方向鄰接的複數的配線部12間的短路。
層間絕緣膜15是形成於第2擴散抑制膜14上，亦即第1半導體構件1的接合界面側的表面。層間絕緣膜15是藉由Si，C及F等與O的化合物所構成的絕緣膜。層間絕緣膜15是例如可使用含SiO2或SiOC作為主成分的氧化膜。
配線連接部16是被埋入層間絕緣膜15，形成表面會露出。而且，配線連接部16的表面是與層間絕緣膜15的表面形成一致。配線連接部16是在貼合半導體基板時，實現作為連接被貼合的各半導體基板中所形成的配線(電子電路)之電極的任務。配線連接部16的表面形狀是按照必要的接觸電阻或設計規則的條件來適當選擇。在配線連接部16中含Cu作為主成分。
在配線連接部16中，於第1半導體構件1的製造過程，被添加預定的金屬元素α。金屬元素α是在半導體裝置的製造過程中，與後述的第2半導體構件2的層間絕緣膜25中所含的預定的元素反應而形成第1阻障膜31。因此，在半導體裝置的製造過程中，被添加於配線連接部16的金屬元素α全部反應來形成第1阻障膜31時，在完成後的半導體裝置的配線連接部16中是未含金屬元素α。另一方面，在半導體裝置的製造過程中，僅被添加於配線連接部16的金屬元素α的一部分反應來形成第1阻障膜31時，在完成的半導體裝置的配線連接部16中是含有未反應殘留的金屬元素α。金屬元素α是由Mn，V，Zn，Nb，Zr，Cr，Y，Tc及Re所構成的群來選擇的至少1個的金屬元素。金屬元素α是亦可由上述的群中來選擇複數的金屬元素。
第3擴散抑制膜17是用以抑制配線連接部16中所含的Cu擴散於層間絕緣膜15中之薄膜，形成於層間絕緣膜15與配線連接部16之間。配線連接部16是經由第3擴散抑制膜17來與配線部12電性連接。第3擴散抑制膜17是例如藉由Ti，Ta，Ru或該等的氮化物(TiN，TaN，RuN)等之導電體所形成。
(第2導體構件的構成)
其次，說明有關第2半導體構件的構成。第2半導體構件2是在半導體基板20(第2基板)上形成有單層的 電子電路或被層疊的電子電路之半導體構件，具備：半導體基板20，絕緣膜21，配線部22，第1擴散抑制膜23，第2擴散抑制膜24，層間絕緣膜25(第2絕緣膜)，配線連接部26(第2配線膜)，及第3擴散抑制膜27。
絕緣膜21是形成於半導體基板20上的絕緣膜，藉由SiO2等的絕緣體所形成。雖未圖示，但實際在絕緣膜21中形成有單層的電子電路或被層疊的電子電路。如圖1所示般，第2半導體構件2的半導體基板20是位於絕緣膜21的上方。
配線部22是被埋設於絕緣膜21之與半導體基板20相反側的表面，與被形成於絕緣膜21中的電子電路或電路元件電性連接。配線部22是如圖1所示般延伸於預定的方向，形成與絕緣膜21的表面一致。在配線部22中例如含Cu作為主成分。
第1擴散抑制膜23是形成於絕緣膜21與配線部22之間。第1擴散抑制膜23是用以抑制配線部22中所含的Cu擴散於絕緣膜21中之薄膜，例如藉由Ti，Ta，Ru或該等的氮化物(TiN，TaN，RuN)等之導電體所形成。
第2擴散抑制膜24是用以抑制配線部22中所含的Cu擴散於層間絕緣膜25中之薄膜，形成覆蓋配線部22之與半導體基板20相反側的表面。如圖1所示般，當第2擴散抑制膜24形成覆蓋絕緣膜21及配線部22的表面全體時，第2擴散抑制膜24是例如藉由SiC，SiN或 SiCN等的絕緣體所形成。藉此，例如可防止在圖1的紙面方向鄰接的複數的配線部22間的短路。
層間絕緣膜25是形成於第2擴散抑制膜24上，亦即第2半導體構件2的接合界面側的表面。因此，層間絕緣膜25的表面是與第1半導體構件1的層間絕緣膜15及配線連接部16的表面的至少一部分接觸。層間絕緣膜25是藉由Si，C及F等與O的化合物所構成的絕緣膜。層間絕緣膜25是例如可使用含SiO2或SiOC作為主成分的氧化膜。另外，層間絕緣膜15的主成分與層間絕緣膜25的主成分是亦可為相同或相異。例如，亦可層間絕緣膜15的主成分為SiOC，層間絕緣膜25的主成分為SiO2。
配線連接部26是被埋入層間絕緣膜25，以表面能夠露出的方式形成。而且，配線連接部26的表面是在層間絕緣膜25的至少一部分與層間絕緣膜25的表面形成一致。配線連接部26是在貼合半導體基板時，實現作為連接被貼合的各半導體基板中所形成的配線(電子電路)之電極的任務。配線連接部26的表面是與第1半導體構件1的配線連接部16接合，且與層間絕緣膜15的表面的至少一部分接觸。藉由接合配線連接部26與配線連接部16，第1半導體構件1中所形成的電子電路與第2半導體構件2中所形成的電子電路會被電性連接。配線連接部26的表面形狀是按照必要的接觸電阻或設計規則的條件來適當選擇。在配線連接部26中例如含Cu作為主成 分。
在配線連接部26中，於第2半導體構件2的製造過程，被添加預定的金屬元素β。金屬元素β是在半導體裝置的製造過程中，與第1半導體構件1的層間絕緣膜15中所含的預定的元素反應而形成第2阻障膜32。因此，在半導體裝置的製造過程中，被添加於配線連接部26的金屬元素β全部反應來形成第2阻障膜32時，在完成後的半導體裝置的配線連接部26中是未含金屬元素β。另一方面，在半導體裝置的製造過程中，僅被添加於配線連接部26的金屬元素β的一部分反應來形成第2阻障膜32時，在完成後的半導體裝置的配線連接部26中是含有未反應殘留的金屬元素β。金屬元素β是由Mn，V，Zn，Nb，Zr，Cr，Y，Tc及Re所構成的群來選擇的至少1個的金屬元素。金屬元素β是亦可由上述的群中選擇複數的金屬元素。另外，上述的金屬元素β是亦可與在第1半導體構件1的製造過程被添加於配線連接部16的金屬元素α相同或相異。
第3擴散抑制膜27是用以抑制配線連接部26中所含的Cu擴散於層間絕緣膜25中之薄膜，形成於層間絕緣膜25與配線連接部26之間。配線連接部26是經由第3擴散抑制膜27來與配線部22電性連接。第3擴散抑制膜27是例如藉由Ti，Ta，Ru或該等的氮化物(TiN，TaN，RuN)等之導電體所形成。
(阻障膜的構成)
其次，說明有關第1阻障膜31及第2阻障膜32的構成。第1阻障膜31是形成於第1半導體構件1與第2半導體構件2的接合界面之中第1半導體構件1的配線連接部16的表面與第2半導體構件2的層間絕緣膜25的表面所接觸的領域(位移部分)。第1阻障膜31是用以抑制配線連接部16中所含的Cu擴散於層間絕緣膜25中之薄膜，藉由配線連接部16中所被添加的金屬元素α及層間絕緣膜25中所含的預定的元素，在半導體裝置的製造過程自我整合地形成。另外，在第1半導體構件1與第2半導體構件2的貼合時未產生位移時，亦即配線連接部16與層間絕緣膜25所接觸的領域(位移部分)不存在時，第1阻障膜31是不被形成。
第1阻障膜31是含由αxOy，αxSiyOz，αxCyOz及αxFyOz所構成的群來選擇的至少1個的化合物。第1阻障膜31中所含的化合物是按照金屬元素α及層間絕緣膜25中所含的元素來變化。例如，金屬元素α為Mn，層間絕緣膜25的主成分為SiO2時，第1阻障膜31是成為MnSiOx。並且，複數種類的金屬元素作為金屬元素α來添加於配線連接部16時，在第1阻障膜31中亦可含複數種類上述化合物。
第2阻障膜32是形成於第1半導體構件1與第2半導體構件2的接合界面之中第2半導體構件2的配線連接部26的表面與第1半導體構件1的層間絕緣膜15 的表面所接觸的領域(位移部分)。第2阻障膜32是用以抑制配線連接部26中所含的Cu擴散於層間絕緣膜15中之薄膜，藉由配線連接部26中所被添加的金屬元素β及層間絕緣膜15中所含的預定的元素，在半導體裝置的製造過程自我整合地形成。另外，在第1半導體構件1與第2半導體構件2的貼合時未產生位移時，亦即配線連接部26與層間絕緣膜15所接觸的領域(位移部分)不存在時，第2阻障膜32是不被形成。
第2阻障膜32是含由βxOy，βxSiyOz，βxCyOz及βxFyOz所構成的群來選擇的至少1個的化合物。第2阻障膜32中所含的化合物是按照金屬元素β及層間絕緣膜15中所含的元素來變化。例如，金屬元素β為Mn，層間絕緣膜15的主成分為SiOC時，第2阻障膜32是成為MnSiOx。並且，複數種類的金屬元素作為金屬元素β來添加於配線連接部26時，在第2阻障膜32中亦可含複數種類上述化合物。另外，金屬元素α與金屬元素β為相異的金屬元素時，或層間絕緣膜15及層間絕緣膜25中所含的預定的元素為相異時，第1阻障膜31與第2阻障膜32中所含的化合物是成為相異的化合物。
如以上說明般，本實施形態的半導體裝置是在配線連接部與層間絕緣膜所接觸的領域(位移部分)中具備抑制Cu的擴散之阻障膜。因此，即使在第1半導體構件1與第2半導體構件2的貼合時產生位移時，還是可抑制Cu往層間絕緣膜中擴散。藉此，抑制擴散於層間絕 緣膜中之Cu所造成短路的發生，可使電氣特性或可靠度提升。
(半導體裝置的製造方法)
其次，參照圖2~圖12來說明有關本實施形態的半導體裝置的製造方法。在此，圖2~圖10是表示第1半導體構件1的製造過程的接合界面周邊部的剖面圖，圖11及圖12是表示被貼合的第1半導體構件1及第2半導體構件2的接合界面周邊部的剖面圖。
首先，說明有關第1半導體構件1的形成方法。最初，在第1半導體構件1的半導體基板10上，利用CVD(Chemical Vapor Deposition)，濺射，微影，蝕刻，電鍍，及CMP(Chemical Mechanical Polishing)等的技術來形成絕緣膜11，配線部12，第1擴散抑制膜13及第2擴散抑制膜14。此時，以絕緣膜11與配線部12能夠形成面一致的方式形成。
其次，如圖2所示般，在半導體基板10的表面上方，亦即第2擴散抑制膜14上形成層間絕緣膜15。層間絕緣膜15是可利用CVD法等來將以SiO2或SiOC等為主成分的氧化膜成膜於第2擴散抑制膜14上而形成。
其次，如圖3所示般，在層間絕緣膜15上形成阻劑膜18。阻劑膜18是可將藉由旋轉塗佈或噴霧來塗佈於層間絕緣膜15上的阻劑(感光性塗料)予以加熱(預烘烤)而使固化形成。
其次，如圖4所示般，藉由光微影，在阻劑膜18中形成用以形成配線連接部16的圖案。具體而言，經由光遮罩來將對應於阻劑膜18的材質或圖案的尺寸之曝光光(準分子雷射等)照射於阻劑膜18，藉此可形成配線連接部16的圖案。
其次，如圖5所示般，使用阻劑膜18作為遮罩來進行乾蝕刻處理。藉由乾蝕刻處理來除去層間絕緣膜15及第2擴散抑制膜14，在層間絕緣膜15中形成用以形成配線連接部16的溝圖案19(開口部)。溝圖案19是以配線部12的表面能夠露出的方式形成。
其次，如圖6所示般，除去殘留於層間絕緣膜15上的阻劑膜18或在乾蝕刻處理產生的殘留附著物。具體而言，進行利用氧電漿的灰化處理，或藉由溶解阻劑的藥液之洗淨處理。
其次，如圖7所示般，在溝圖案19的內側壁形成第3擴散抑制膜17。第3擴散抑制膜17是可在Ar/N2環境中進行濺射處理，藉由將Ti，Ta，Ru或該等的氮化物(TiN，TaN，RuN)等予以成膜而形成。
其次，在溝圖案19內藉由電解電鍍法來形成配線連接部16。為了形成配線連接部16，首先，如圖8所示般，在第3擴散抑制膜17上形成種晶層16a。種晶層16a是可在第3擴散抑制膜17上進行濺射處理，藉由將添加上述金屬元素α的Cu予以成膜而形成。
其次，如圖9所示般，藉由電解電鍍法來使 配線連接部16b堆積於種晶層16a上。配線連接部16b是含Cu作為主成分，不含金屬元素α。在此階段，配線連接部16是成為種晶層16a與配線連接部16b的2層構造。
另外，在此階段的配線連接部16中，亦可含Cu作為主成分，且添加金屬元素α。例如，亦可在種晶層16a中不含金屬元素α，在配線連接部16b中含金屬元素α。或，亦可在種晶層16a與配線連接部16b的雙方含金屬元素α。
其次，如圖10所示般，藉由CMP等的手法，除去堆積於層間絕緣膜15上之不要的第3擴散抑制膜17，種晶層16a及配線連接部16b，至層間絕緣膜15露出於表面為止使接合界面側的表面平坦化。藉由以上的工程來形成第1半導體構件1。
其次，說明有關第2半導體構件2的形成方法。第2半導體構件2是可藉由與第1半導體構件1同樣的方法來形成。亦即，第2半導體構件2是在半導體基板20上形成絕緣膜21，配線部22，第1擴散抑制膜23及第2擴散抑制膜24，在半導體基板20的表面上方(第2擴散抑制膜24上)形成層間絕緣膜25，在層間絕緣膜25形成溝圖案(開口部)，在溝圖案的內側形成配線連接部26，至層間絕緣膜25的表面露出為止使接合界面側的表面平坦化，藉此形成。
如以上般形成的第1半導體構件1與第2半 導體構件2是以配線連接部16與配線連接部26能夠接觸的方式對位貼合。圖11是表示第1半導體構件1與第2半導體構件2的貼合時產生位移的狀態。此情況，如圖11所示般，形成有配線連接部16與層間絕緣膜25接觸的領域及配線連接部26與層間絕緣膜15接觸的領域。
被貼合的第1半導體構件1與第2半導體構件2是施以退火處理等的熱處理，在接合界面接合配線連接部彼此間。藉此，形成於第1半導體構件1的電子電路與被形成於第2半導體構件2的電子電路會被電性連接。此熱處理時，第1半導體構件1及第2半導體構件2是例如被加熱至100℃~400℃。
在第1半導體構件1與第2半導體構件2的貼合時產生位移時，藉由上述的熱處理，如圖12所示般，第1半導體構件1與第2半導體構件的接合界面之中，在配線連接部16與層間絕緣膜25所接觸的領域中形成有第1阻障膜31，在配線連接部26與層間絕緣膜15所接觸的領域中形成有第2阻障膜32。藉此，可抑制Cu從配線連接部16往層間絕緣膜25擴散，且可抑制Cu從配線連接部26往層間絕緣膜15擴散。
另外，一旦進行熱處理，則種晶層16a中所含的金屬元素α會擴散於配線連接部16b中，種晶層16a與配線連接部16b會一體化，形成單層的配線連接部16。而且，擴散於配線連接部16中的金屬元素α是在配線連接部16與層間絕緣膜25所接觸的領域中，與層間絕 緣膜25中所含的預定的元素(Si，C，F及O等)反應，自我整合地形成用以抑制配線連接部16中所含的Cu的擴散之第1阻障膜31。亦即，第1阻障膜31是藉由熱處理來自動地形成於配線連接部16與層間絕緣膜25所接觸的領域中。在熱處理時未反應(未形成第1阻障膜31)的金屬元素α是原封不動殘留於配線連接部16中。
第2阻障膜32也與第1阻障膜31同樣形成。亦即，第2阻障膜32是藉由種晶層中所含的金屬元素β與層間絕緣膜15中所含的預定的元素反應，自我整合地形成於配線連接部26與層間絕緣膜15所接觸的領域中。
如以上說明般，若根據本實施形態的半導體裝置的製造方法，則藉由在配線連接部中添加預定的金屬元素，可自我整合地容易形成抑制Cu的擴散之阻障膜。因此，不用半導體裝置的製造工程之工程的追加或製程變更，便可使半導體裝置的電氣特性或可靠度提升。並且，可自我整合地在配線連接部(16，26)與層間絕緣膜(25，15)所接觸的領域中選擇性形成抑制Cu的擴散之阻障膜(31，32)。藉此，與在層間絕緣膜(15，25)的全面形成SiN等的阻障膜時作比較，可低介電常數化。又，由於不需要使用供以抑制Cu的擴散之新的絕緣材料來形成層間絕緣膜，因此可降低成本。
另外，在本實施形態中，形成配線連接部16之後，進行第1半導體構件1的表面的平坦化，但亦可在 進行平坦化之前對第1半導體構件1進行退火處理等的熱處理。藉此，可使配線連接部16的結晶狀態佳，使配線連接部16的化學及物理的安定性提升。此情況，藉由熱處理在配線連接部16的表面形成金屬元素α的氧化膜，且在配線連接部16的表面領域中擴散金屬元素α。含金屬元素α的該等的部分是藉由CMP來除去，所以CMP後的配線連接部16中所含的金屬元素α的量是比配線連接部16的形成時所被添加的金屬元素α的量更減少。因此，估計藉由CMP而被除去的金屬元素α的量來多餘添加金屬元素α為理想。藉由熱處理而被形成的金屬元素α的氧化膜是可在平坦化時除去。
並且，第1半導體構件1是亦可不具備第3擴散抑制膜17。此情況，熱處理時，配線連接部16中所含的金屬元素α與層間絕緣膜15中所含的預定的元素會反應，配線連接部16與層間絕緣膜15所接觸的領域中，抑制Cu的擴散之阻障膜會被自我整合地形成。因此，可抑制Cu從配線連接部16擴散至層間絕緣膜15。
又，第1半導體構件1是亦可不具備第1擴散抑制膜13及第2擴散抑制膜14，而在配線部12中含金屬元素α。此情況，熱處理時，配線部12中所含的金屬元素α與絕緣膜11中所含的預定的元素會反應，配線部12與絕緣膜11所接觸的領域中，抑制Cu的擴散之阻障膜會自我整合地形成。因此，可抑制Cu從配線部12擴散至絕緣膜11。而且，熱處理時，配線部12中所含的金 屬元素α與層間絕緣膜15中所含的預定的元素會反應，配線部12與層間絕緣膜15所接觸的領域中，抑制Cu的擴散之阻障膜會自我整合地形成。因此，可抑制Cu從配線部12擴散至層間絕緣膜15。
又，例如圖13所示般，第2半導體構件2的配線連接部26的接合界面側的表面全體與第1半導體構件1的配線連接部16的接合界面側的表面接合時，由於不會有配線連接部26與層間絕緣膜15接觸的情形，因此第2阻障膜32不需要。所以，此情況，在第2半導體構件2的配線連接部26中是亦可不含金屬元素β。
又，如圖1所示般，即使為配線連接部26與層間絕緣膜15接觸的情況，當第2半導體構件2的配線連接部26是以Al等為主成分形成，不含Cu時，不會產生來自配線連接部26之Cu的擴散。因此，第2阻障膜32是不需要。所以，此情況，在配線連接部26中是亦可不含金屬元素β。
另外，本發明並非原封不動限於上述各實施形態，亦可在實施階段不脫離其要旨的範圍改變構成要素而具體化。並且，可藉由適當組合上述各實施形態所揭示的複數的構成要素來形成各種的發明。又，例如，亦可思考從各實施形態所示的全構成要素刪除幾個的構成要素之構成。又，亦可適當組合記載於不同的實施形態的構成要素。
1‧‧‧第1半導體構件
2‧‧‧第2半導體構件
10‧‧‧半導體基板
11‧‧‧絕緣膜
12‧‧‧配線部
13‧‧‧第1擴散抑制膜
14‧‧‧第2擴散抑制膜
15‧‧‧層間絕緣膜
16‧‧‧配線連接部
17‧‧‧第3擴散抑制膜
20‧‧‧半導體基板
21‧‧‧絕緣膜
22‧‧‧配線部
23‧‧‧第1擴散抑制膜
24‧‧‧第2擴散抑制膜
25‧‧‧層間絕緣膜
26‧‧‧配線連接部
27‧‧‧第3擴散抑制膜
31‧‧‧第1阻障膜
32‧‧‧第2阻障膜

Claims (9)

  1. 一種半導體裝置，其特徵係具備：第1半導體構件，其係具備：第1絕緣膜，及被埋入前述第1絕緣膜且表面從前述第1絕緣膜露出的第1配線膜，且前述第1配線膜具有第1配線部及形成於前述第1絕緣膜與前述第1配線部之間的第1擴散抑制膜，且前述第1擴散抑制膜包括由Ti、Ta、Ru、TiN、TaN、及RuN所構成的群來選擇的至少1種材料；第2半導體構件，其係具備：第2絕緣膜，及被埋入前述第2絕緣膜且表面從前述第2絕緣膜露出的第2配線膜，其中前述第1和第2半導體構件接合在一起時只有在產生位移的情況下，在位移部分形成第1阻障膜及第2阻障膜；前述第1阻障膜，其形成對前述第1配線膜的材料擴散進入前述第2絕緣膜的阻障，並於貼合前述第1半導體構件與前述第2半導體構件的接合界面之中僅在前述第1配線膜與前述第2絕緣膜所接觸的領域中自我整合地形成，且藉由前述第1配線膜的金屬材料與前述第2絕緣膜中的元素的化合物來形成；以及前述第2阻障膜，其形成對前述第2配線膜的材料擴散進入前述第1絕緣膜的阻障，並於前述第1半導體構件與前述第2半導體構件的接合界面之中僅在前述第1配線膜與前述第2絕緣膜所接觸的領域中自我整合地形成，且藉由前述第2配線膜的金屬材料與前述第1絕緣膜中的元 素的化合物來形成，其中前述第1配線膜的前述金屬材料作為被添加至前述第1配線膜的金屬元素，包括由Mn、V、Zn、Nb、Zr、Cr、Y、Tc及Re所構成的群來選擇的至少1個的金屬；其中，前述第1配線膜包括Cu作為主成分；前述第2絕緣膜中包括由Si、C及F所構成的群來選擇的至少1個的元素及O。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述第2絕緣膜包括SiOC作為主成分。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述第1配線膜的前述金屬材料為α，以及前述第1阻障膜包括由αxCyOz及αxFyOz所構成的群來選擇的至少1個的化合物。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述第1阻障膜包括MnxSiyOz。
  5. 一種半導體裝置，包含：第1半導體構件，其係具備：第1絕緣層，以及從前述第1絕緣層的表面露出的第1配線層；第2半導體構件，其係具備：第2絕緣層，以及從前述第2絕緣層的表面露出的第2配線層，其中前述第1半導體構件和第2半導體構件是接合在一起，使得前述第1和前述第2配線層貼合在一起及前述第1配線層的部分覆蓋前述第2絕緣層；以及 前述第1和第2半導體構件接合在一起時只有在產生位移的情況下，在位移部分第1擴散阻障層於前述第1配線層和前述第2絕緣層之間僅在前述第1配線層與前述第2絕緣層接觸的區域自我整合地形成，其中：前述第1配線層具有第1配線部及形成於前述第1絕緣層與前述第1配線部之間的第1擴散抑制膜，且前述第1配線層包含第1金屬材料及第2金屬材料，前述擴散阻障層包含前述第2金屬材料和前述第2絕緣層的材料，且前述第1擴散抑制膜包括由Ti、Ta、Ru、TiN、TaN、及RuN所構成的群來選擇的至少1種材料；且其中前述第2金屬材料是由Mn、V、Zn、Nb、Zr、Cr、Y、Tc及Re所構成的群來選擇；以及其中前述第1半導體構件和前述第2半導體構件是接合在一起，使得前述第1和第2配線層貼合在一起及前述第2配線層的部分覆蓋前述第1絕緣層，以及更包含：前述第1和第2半導體構件接合在一起時只有在產生位移的情況下，在位移部分第2擴散阻障層於前述第2配線層和前述第1絕緣層之間僅在前述第2配線層與前述第1絕緣層接觸的區域自我整合地形成，前述第2擴散阻障層包含前述第2配線層和前述第1絕緣層的元素；其中，前述第1配線層包括Cu作為主成分；前述第2絕緣膜中包括由Si、C及F所構成的群來選擇的至少1個的元素及O。
  6. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置， 其中前述第2配線層的金屬材料是由Mn、V、Zn、Nb、Zr、Cr、Y、Tc及Re所構成的群來選擇。
  7. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中前述第2配線層包含前述第1金屬材料和前述第2金屬材料，前述第2擴散阻障層包含前述第2金屬材料和前述第1絕緣層的材料，且前述第2金屬材料是由Mn、V、Zn、Nb、Zr、Cr、Y、Tc及Re所構成的群來選擇。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中，前述第2配線膜具有第2配線部及形成於前述第2絕緣膜與前述第2配線部之間的第2擴散抑制膜，且前述第2擴散抑制膜包括由Ti、Ta、Ru、TiN、TaN、及RuN所構成的群來選擇的至少1種材料。
  9. 如申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中，前述第2配線層具有第2配線部及形成於前述第2絕緣層與前述第2配線部之間的第2擴散抑制膜，且前述第2擴散抑制膜包括由Ti、Ta、Ru、TiN、TaN、及RuN所構成的群來選擇的至少1種材料。
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