專利名稱：一種層間絕緣膜受到保護的半導體器件和制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件和制作該半導體器件的方法。在該半導體器件中的結構中，一個互連隱埋在形成于層間絕緣膜的開口中，而且在這種半導體器件中，由于防止了對層間絕緣層的損害從而提高了產量。
隨著近年來高集成度的半導體器件的發展，人們要求互連的微圖形化。對于這樣一種互連來說，在一個層間絕緣膜的上下表面分別形成的為連結導體層或互連的接觸和通孔須特別小。為達到這一目的，建議使用這樣一種接觸或通孔的結構，即，在層間絕緣膜中形成一個達到較低導電層或互連的開口，并且在這個開口中，隱埋著一互連材料。例如，根日本未審查的專利公告第5-275366號所公布的技術，如
圖1A所示，在半導體基底11上的第一金屬互連12被一種層間絕緣膜所覆蓋，而后在層間絕緣膜13內形成一個通孔14，并且在含有通孔14的整個表面上形成鎢膜15。鎢膜15用化學機械拋光技術(以下稱CMP)拋光，直到層間絕緣膜13的表面上的鎢膜15被去除。其結果，鎢膜15僅留于通孔14中。用這種方法做成的塞(通孔)可使第一金屬互連12與將要形成的第二金屬互連16電接觸。
因為使用化學機械拋光技術的塞結構在層間絕緣膜13的表面具有高度平坦度，第二在上的金屬互連的覆蓋面則較高，從而防止了所說的臺階覆蓋面或與此相同的現象，這對互連微圖形化的過程是有利的。然而，在這種化學拋光過程中，如果鎢膜15被拋光過分了，那么層間絕緣膜13的表面也被拋光并可能受到擦傷。即，在用CMP拋光鎢膜15時，鋁顆粒漿被用作研磨料。隨著拋光的進行，當鎢膜15被拋至暴露出層間絕緣膜13的表面時，如圖1B所示，由硬鋁粒在層間絕緣膜13上產生了擦傷13a。
擦傷的產生反過來影響了在層間絕緣膜13的表面上形成的第二金屬互連16的覆蓋及圖形的刻蝕。最終，所產生的半導體器件的可靠性降低了，產量也大大降低。
本發明是基于對在先技術的上述狀況的考慮后作出的，本發明的目的是提供一種半導體器件及其制作方法，應用這種方法，層間絕緣膜的表面可以免受CMP過程中所受的擦傷，從而提高了可靠性和產量。
為達到上述目標，根據本發明的第一個方面，提供了一種半導體器件，在該器件中，一種互連被隱埋在設置于在半導體基底上的一個層間絕緣膜內形成的一個孔中，包括一個在層間絕緣膜的表面上形成的保護層，在化學機械拋光過程中該保護層的拋光率低于互連材料的拋光率。
根據本發明的第二個方面，提供了一種半導體器件，在其中，上述第一方面中的保護層的拋光率，在化學機械拋光過程中，與互連材料的拋光率之比率不小于10。
根據本發明的第三個方面，提供了一種半導體器件，其中，如第一方面所述的保護層是通過在層間絕緣膜表面采用NH3氣體和N2氣中的一種執行等離子處理而形成的反應層。
根據本發明的第四個方面，提供了一種半導體器件，在其中，如第二方面所述的保護層是形成在層間絕緣膜上的等離子氧化膜。
根據本發明的第五個方面，提供了一種制作半導體器件的方法，包括如下步驟在半導體基底上形成一個層間絕緣膜；在層間絕緣膜的表面上形成一個在化學機械拋光過程中有較低拋光率的保護層；在層間絕緣膜內形成一個孔，在含有上述步驟形成的孔的層間絕緣膜的表面上形成一個互連材料；通過化學機械拋光這種互連材料而形成一種互連，以便使互連材料僅留于孔中。
根據本發明的第六個方面，提供了一種半導體器件制作方法，其中，在上述第五方面中的保護層是一種反應層，在層間絕緣膜表面采用NH3和N2中的一種執行等離子處理而形成。
根據本發明的第七個方面，提供了一種半導體器件制作方法，進一步包括以下制作步驟，即作為在第五個方面中的保護層，等離子氧化膜在化學機械拋光過程中的拋光率與互連材料拋光率的比率不小于10。
從以上各個方面可以明顯看出，根據本發明，通過使用NH3氣或N2氣的等離子處理，等離子體處理層或等離子氧化膜在層間絕緣膜的表面上形成了一個保護層。利用CMP拋光處理在層間絕緣膜上形成的互連材料的過程中，該保護層保護層間絕緣膜的表面以防止該表面受到擦傷。使用這一結構，一個在上部的互連和絕緣膜能以較高的質量形成，并且可以實現這種半導體器件的較高的可靠性和較高的制作產量。
對于在本技術領域熟練技術人員來說，參照以下詳細的描述和附圖，那么本發明的以上的和許多別的優點、特征和別的目的就會變得很清楚了。
圖1A和1B是剖視圖，分別表明傳統半導體制作方法的一個例子中的主要制作步驟；圖2A到2E是剖視圖，分別表明本發明的第一個最佳實施例的主要制作步驟；圖3A到3E是剖視圖，分別表明本發明的第二個最佳實施例的主要制作步驟。
本發明的幾個最佳實施例在以下參考附圖加以說明。
圖2A到2E截面圖，分別表明本發明的第一個最佳實施例的主要制作步驟。如圖2A所示，具有一種預定圖形的第一個金屬互連3在一半導體基底1表面上的硅氧化膜2上形成后，由BPSG膜構成的一個層間絕緣膜4被形成以覆蓋該第一個金屬互連3，并且層間絕緣膜4的表面被平坦化。如圖2B所示，在NH3氣的氣氛內執行等離子輻射以便在層間絕緣膜4的表面形成一個等離子氮化層5作為一個保護層。NH3等離子化過程是在3安培的能量，300毫拉的壓力，600sccm的NH3氣流速和30分鐘的300℃的基底溫度的條件下進行的。
如圖2C所示，就在第一個金屬互連的上面的層間絕緣膜4的一部分被選擇性地腐蝕形成了一個通孔6，一個氮化鈦膜7在包括通孔6的整個表面上生長到大約500埃以作為粘結膜，在氮化鈦膜7上生長大約5000埃的鎢膜。然后，通過CMP用鋁研磨劑粒子的碎屑型粘合液和一種氧化劑將鎢膜8和鈦氮化膜7進行拋光。這個拋光處理一直進行到層間絕緣膜的表面露出。結果，鎢膜8和鈦氮化膜7b僅被遺留在通孔6中以形成如圖2D所示的一個鎢塞。如圖2E所示，一種由一個500埃厚的氮化鈦膜和一個4500埃厚的銅膜組成的金屬膜在整個表面上形成了，并且被制成預定的圖式，因此形成了第二個互連9。鎢塞作為一個孔洞可電性地將第二個互連9與第一個金屬互連3連結起來。
根據本發明半導體器件和其制作方法，按這種方式，用NH3氣將等離子氮化層5形成于層間絕緣膜4的表面上。因為等離子氮化層5對CMP的拋光有抵抗能力，其作為一個保護層，它能提高層間絕緣膜4對CMP拋光的抵抗能力。通常，等離子氮化層5的CMP的拋光率是10倍于或更高于鎢膜8的CMP拋光率。基于這個原因，一旦用CMP拋光了鎢膜8，即使拋光過度以至拋光到層間絕緣膜4的表面，層間絕緣膜4的表面也能由于保護層5對拋光的抵抗能力而免受擦傷。據此，在層間絕緣膜4的表面上形成的第二個金屬互連9的可靠性和上部絕緣膜(沒有表示出)的可靠性就高了，導致了半導體器件具有較高的可靠性和產量。
等離子輻射過程也可以在N2氣氣氛內進行，只要在以下條件下以上所描述的同樣的效果就可以達到能量降到2到4安培的范圍內，壓力在200到400毫拉的范圍內，氣體流動速率在300到1000sccm的范圍內，基底的溫度在200到350℃范圍內，而時間在10到60分鐘的范圍內。氮化鈦膜7作為一個阻擋物金屬其厚度是在250到500埃的范圍內，用多層的氮化鈦膜和鈦膜如上所述的同樣的效果可以達到。鎢膜8的厚度是在4000到8000埃的范圍內。在CMP過程中用到的研磨劑粒子可能是硅研磨劑粒子，并且硅研磨劑粒子的條件是一個穩定的磁盤旋轉速率10-70rpm，一個載流旋轉速度10-70rpm，一個2-8psi負荷，一個更低的0-4psi的表面負荷，和一個50-200cc/min的漿粘合液流速。
圖3A到3E是剖視圖，分別表明本發明的第二個最佳實施例的主要制作步驟。如圖3A中所示，第一個層間絕緣膜4A在有第一個金屬互連3的半導體基底1上形成和導平。在這種情況下，作為層間絕緣膜4A，形成了一個8000埃厚的BPSG膜。如圖3B所示，在一個較低的CMP拋光率和一個與鎢膜相比是其10倍或更多倍的拋光率選擇性條件下，在層間絕緣膜4A的表面上，生長等離子氧化膜5A到2000埃厚。如圖3C表示，等離子氧化膜5A和層間絕緣膜4A被選擇性地腐蝕以形成一個通孔6，一個氮化鈦膜7在包括通孔6的整個平面上作為一個粘合膜生長到大約500埃，并且一個鎢膜8在氮化鈦膜7的表面上生長到大約5000埃，那么，通過CMP用一種由鋁研磨劑粒子和氧化劑組成的型心粘合劑混合物來拋光鎢膜8和鈦氮化膜7，因此形成了如圖3D所示的鎢塞。如圖3E所示，一個500埃厚的鈦氮化膜和一個4500埃厚的Al-Cu的膜接連濺射并且被形成預定的圖形，因此形成第二個金屬互連9。
也在第二個最佳實施例中，在層間絕緣膜4A的表面上形成的等離子氧化膜5A起一種保護層的作用，其阻礙層間絕緣膜4A的表面不受CMP拋光過程的損傷。據此，在層間絕緣膜4A的表面上形成的第二個金屬互連9的可靠性和上部絕緣膜(沒有表示出)的可靠性就高了，導致了半導體器件具有較高的可靠性和較高的生產量。
在第二個最佳實施例中，被用作層間絕緣膜4A的BPSG膜的厚度是在6000埃到8000埃的范圍內。在BPSG膜上形成的等離子氧化膜5A具有一個與鎢膜8的拋光率比值為10或更大的拋光率，并且以上所描述的相同效果在等離子氧化膜的厚度在500到2000埃的范圍內時可以達到。作為一種阻擋金屬的鈦氮化膜7的厚度是在250到500埃的范圍內，通過多層的鈦氮化膜和鈦膜以上所描述的同樣的效果可以實現。在整個表面上形成的鎢膜8的厚度落在4000到8000埃的范圍內。在CMP中使用的研磨劑粒子可能是一硅研磨劑粒子，并且硅研磨劑粒子的條件與第一個最佳實施例的條件是相同的。
權利要求
1.一種半導體器件，其中，在一個設置于一半導體基底上的層間絕緣膜內形成的孔中隱埋有互連材料，其特征在于該半導體器件包括一個在所說的層間絕緣膜的表面上形成的保護層，在化學機械拋光過程中其具有比互連材料的拋光率更低的拋光率。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其特征在于，在化學機械拋光過程中，所述保護層的拋光率與互連材料的拋光率之比不小于10。
3.如權利要求1所述的半導體器件，其特征在于，保護層是一種反應層，是通過在所說的層間絕緣膜的表面，使用至少一種從包括NH3和N2所組成的氣體集合中的氣體，執行等離子處理形成的。
4.如權利要求2所述的半導體器件，其特征在于，保護層是一種在所說的層間絕緣膜的表面上形成的等離子氧化膜。
5.一種制作半導體器件的方法，包括如下步驟在半導體基底上形成一個層間絕緣膜；在所說的層間絕緣膜的表面上形成在化學機械拋光過程中有較低的拋光率的一個保護層；在所說的層間絕緣膜內形成一個通孔；在包含該通孔的所說的層間絕緣膜的表面上形成一個互連材料；通過化學機械拋光這一互連材料形成一個互連以使該互連材料僅留在該通孔中。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于保護層是一種反應層，是通過在所說的層間絕緣膜的表面，至少使用一種從包括NH3和N2的氣體集合中選出的氣體，執行等離子處理而形成的。
7.如權利要求5所述的方法，其特征在于，進一步包括形成一作為保護層的等離子氧化膜，其在化學機械拋光中具有的拋光率與互連材料拋光率之比不小于10。
全文摘要
一種半導體器件,其中形成在設置于半導體基底上的層間絕緣膜上的孔中隱埋互連材料,該半導體器件包括一保護層,該保護層形成于層間絕緣膜的表面上,在化學機械拋光過程中,其具有較互連材料更低的拋光率。本發明還揭示了制作這種半導體器件的方法。
文檔編號H01L21/28GK1196572SQ9810079
公開日1998年10月21日 申請日期1998年3月24日 優先權日1997年3月31日
發明者鈴木三惠子, 久保亨 申請人:日本電氣株式會社