[发明专利]半导体器件及其制造方法

权利要求书

1.一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤：

在含氧绝缘体中形成凹槽，所述绝缘体形成于半导体衬底上；

(a)在所述绝缘体的表面上以及所述凹槽的内表面上形成阻挡金属层，该阻挡金属层由难熔金属、含难熔金属元素的合金或难熔金属元素的氮化物制成；

(b)在该阻挡金属层上形成包含铜合金的金属膜，所述凹槽填充有所述金属膜；以及

(c)于在该阻挡金属层的部分表面区域上，该铜合金中的铜以及合金元素与该绝缘体中的氧相互扩散的条件下，执行热处理，以形成金属氧化膜。

2.按照权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中：该金属膜包含从Al、Mg、Mn、Cr、Ti、Ta、Zr、Sn、In、Zn、Ni和Co构成的组中选出的至少一种元素。

3.按照权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中：所述金属膜包括布线膜以及位于所述阻挡金属层与所述布线膜之间的中间膜，形成与该凹槽的内表面相符合的该阻挡金属层以及该中间膜，并且该凹槽填充有所述布线膜，该中间膜由铜合金制成，且该布线膜由铜或者不同于该中间膜的铜合金的铜合金制成。

4.按照权利要求3所述的半导体器件的制造方法，其中：通过镀覆法形成该金属膜，用于形成该金属膜的镀液包含从碳、氧、氮、硫以及氯构成的组中选出的至少一种原子，并且在该金属膜中包含从该镀液中的碳、氧、氮、硫以及氯构成的该组中选出的至少一种原子作为杂质。

5.按照权利要求4所述的半导体器件的制造方法，其中：该凹槽为布线沟槽，并且在该金属膜中的碳原子、氧原子、氮原子、硫原子以及氯原子的总原子浓度变为1×10¹⁹cm^-3或更高的条件下，执行镀覆法。

6.按照权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其中：在步骤(b)中，通过镀覆法形成该金属膜，用于形成该金属膜的镀液包含从碳、氧、氮、硫以及氯构成的组中选出的至少一种原子，并且在该金属膜中包含从该镀液中的碳、氧、氮、硫以及氯构成的该组中选出的至少一种原子作为杂质。

7.按照权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其中：该凹槽为布线沟槽，并且在该金属膜中的碳原子、氧原子、氮原子、硫原子以及氯原子的总原子浓度变为1×10¹⁹cm^-3或更高的条件下，执行镀覆法。

8.一种半导体器件，包括：

绝缘膜，其形成于半导体衬底上并由含氧绝缘体制成；

凹槽，其形成于该绝缘膜中；

阻挡金属层，其覆盖该凹槽的内表面，并由难熔金属、含难熔金属元素的合金或难熔金属元素的氮化物制成；以及

填充所述凹槽的布线，所述布线包括形成于该阻挡金属层上的铜合金，

其中通过该铜合金中的金属元素与该绝缘膜中的氧之间的相互扩散以及反应在该绝缘体的部分表面区域中形成金属氧化物。

9.一种半导体器件的制造方法，包括如下步骤：

(a)在形成于半导体衬底上并由含氧绝缘体制成的通孔层绝缘膜中形成通孔；

(b)在该通孔层绝缘膜上形成第一铜合金膜，该第一铜合金膜填充该通孔；

(c)去除该第一铜合金膜的不必要部分，并在该通孔中保留由铜合金制成的导电插塞；

(d)在该通孔层绝缘膜上形成由含氧绝缘体制成的布线层绝缘膜；

(e)在该布线层绝缘膜中形成布线沟槽；

(f)在该布线层绝缘膜中形成填充该布线沟槽的第二铜合金膜；以及

(g)去除该第二铜合金膜的不必要部分，并且在该布线沟槽中保留由铜合金制成的布线；并进一步包括如下步骤：

(h)在步骤(b)之后，执行第一热处理，以通过该第一铜合金膜的组成元素与该通孔层绝缘膜中的氧之间的反应在该通孔层绝缘膜与该导电插塞之间的界面处形成通孔金属氧化膜；以及

(i)在步骤(f)之后，执行第二热处理，以通过该第二铜合金膜的组成元素与该布线层绝缘膜中的氧之间的反应在该布线层绝缘膜与该布线之间的界面处形成布线金属氧化膜。

10.按照权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其中：该第一铜合金膜和该第二铜合金膜分别由从CuAl、CuMg、CuMn、CuCr、CuTi、CuTa、CuZr、CuSn、CuIn、CuZn、CuNi和CuCo构成的组中选出的一种铜合金制成。