[发明专利]制造半导体器件的方法

说明书

本发明涉及具有多层互连的半导体器件的制造方法，其中多层互连通过通孔连接上布线和由铜类金属材料构成的金属布线。

参照图5-8描述具有多层互连的半导体器件的常规制造方法代表例。该实例是所谓的双镶嵌工艺方法，其中分别形成下布线和上布线以便具有镶嵌互连。

在其上形成有器件(例如晶体管)的半导体衬底(未示出)上，形成其厚度为100nm的氧化硅膜201和厚度为400nm的HSQ((氢硅倍半环氧乙烷(hydrogen silisesquipoxane))膜202。接着，在其上形成有预定图形的光刻胶掩模203[图5(a)]。利用该掩模进行干腐蚀，在HSQ膜202中形成用于掩埋下布线的凹槽。随后，用氧的等离子体进行灰化和用包含胺化合物的清洗液进行清洗，使光刻胶掩模203剥落[图5(b)]。

接着，在所获得的衬底的整个表面上，通过溅射形成作为阻挡金属膜的TiN膜204(厚度：50nm)。在其上通过溅射形成铜膜205，以填充凹槽[图5(c)]。随后，进行CMP(化学机械抛光)，去除形成于凹槽外部的TiN膜204和铜膜205的不需要部分，完成下布线[图5(d)]。

在形成下布线之后，通过涂敷和随后的烘焙形成厚度为1200nm的HSQ膜206。在其上形成具有通孔(直径：0.25μm)图形的抗蚀剂掩模207[图6(a)]。利用该抗蚀剂掩模207进行干腐蚀，在HSQ膜206中形成通孔的一部分。在形成的通孔底部达到铜膜205之前停止干腐蚀。作为腐蚀气体，例如使用包含C₄F₈和Ar的混合气体，或者是还包含O₂的混合气体。接着，用氧的等离子体进行灰化和用包含胺化合物的清洗液进行清洗，使抗蚀剂掩模207剥落[图6(b)]。

然后，在HSQ膜206上形成抗蚀剂掩模208[图7(a)]。使抗蚀剂掩模208的开口宽度大于图6(a)的抗蚀剂掩模207的直径。利用该抗蚀剂掩模208进行干腐蚀，在HSQ膜206中形成具有T形剖面的孔。作为腐蚀气体，例如使用包含C₄F₈和Ar的混合气体，或者是还包含O₂的混合气体。接着，用氧等离子体进行灰化和用包含胺化合物的清洗液进行清洗，使抗蚀剂掩模208剥落[图7(b)]。

接着，在所获得的衬底的整个表面上，通过溅射形成作为阻挡金属膜的TiN膜209(厚度：50nm)。在其上通过溅射形成铜膜211，以填充有T形剖面的孔[图8(a)]。随后，用CMP去除形成于孔外部的TiN膜209和铜膜211的不需要部分，完成上布线(相应于T形孔的顶部)和通孔[图8(b)]。

可是，在上述常规制造方法中，存在这样的情况，即漏电流在形成的层间绝缘膜中或形成于层间绝缘膜下的器件(例如晶体管)中流动，引起误操作。

本发明者就引起这种现象的原因进行了深入研究，发现在通孔和凹槽内壁上残留有由铜和铜化合物构成的沾污物，其中该凹槽用于掩埋形成于层间绝缘膜中的布线，由这些沾污物引起以上现象。

在对形成于下布线上的层间绝缘膜进行腐蚀形成通孔时，过腐蚀的需要导致构成下布线的铜的局部腐蚀并产生金属沾污物。这些金属沾污物通常以化合物形式粘附于通孔内壁上等，其中因铜与腐蚀气体成分的化学反应形成该化合物。用常规清洗例如使用包含胺化合物的清洗液进行清洗来去除沾污物是不可能的；因此，在通孔等的内壁上会留下污沾物的情况下，不可避免地要在通孔等的内壁上形成阻挡金属膜。当被放置于电场中或被加热时，留在通孔等的内壁上的沾污物扩散进层间绝缘膜中，引起诸如漏电流之类的各种问题。

参照图9说明该现象。在图9中，在硅衬底223上形成包括源区225、漏区226和栅电极224的MOSFET。源区225通过通孔221与由铜膜205构成的下布线连接。该下布线与由钨膜构成的通孔211(包括上布线)连接。在形成于HSQ膜206中的通孔的内壁和掩埋的布线上，粘附因局部腐蚀构成下布线的铜膜205而形成的金属沾污物。当经受热处理或放置于电场中时，金属沾污物212如图9中的箭头所示进行迁移，到达器件(例如晶体管)，从而使器件误操作，或者停留在层间绝缘膜中并产生漏电流。

当用铝作为布线材料时不出现这些问题，但当铜类的金属用作布线时就出现这些问题。这是因为，与铝相比，铜在绝缘膜中的扩散率要大得多。