[发明专利]半导体器件中多层互连的形成方法

说明书

本发明涉及半导体器件中多层互连的形成方法。

要增加半导体器件的集成密度，则需要缩小互连并增加互连层数。要缩小互连，主要应使层间绝缘体的表面平面化。层间绝缘体上形成的互连尺寸精度与层间绝缘体的表面平面化程度密切相关。互连层数增加会增大上部互连层差，或互连的台阶高度。若上部互连的层差超过照相聚焦深度，则用台阶连接的上部和下部之间的互连尺寸不同。为提高互连尺寸精度，主要是尽可能降低台阶。

现有技术中，层间绝缘体常用下述工艺制造。用等离子化学汽相淀积法淀积第一氧化硅膜。在第一氧硅膜上形成旋涂玻璃膜(Spin-on-glass膜，SOG膜)，以获借用表面(plagiarized surface)。用等离子化学气相淀积法在SOG膜上淀积第二氧化硅膜。用SOG膜的平面化方法，对借用(plagiarize)集中了许多窄互连的部分是有效的。这种情况下，在窄互连上形成的SOG膜是薄的，在宽互连上形成的SOG膜是厚的。结果，难以完全借用芯片的整个表面，由此造成层间绝缘体上形成的互连尺寸变化。这就是说难以构成精细互连。

为了完全借用层间绝缘体便增加了要求。为便于平面化，设置具有能包容钨构成的互连的槽的氧化硅膜是有效的。VLSIMultilevel Interconnection Conference Proceedings，June1992.pp22-28公开了该技术。钨膜埋在64兆位DRAM的连接部分中。第一互连层包括埋在氧化硅膜的互连槽内的钨膜。第二互连层包括铝膜和钨膜的迭层结构。

将结合附图1A至1H对上述技术做如下的详细说明。

如图1A所示，在硅衬底1上形成氧化硅第一绝缘膜2，在第一绝缘膜2上形成氧化硅第二绝缘膜4。

如图1B所示，在第二绝缘膜4上加光刻胶膜27，然后构图，形成光刻胶图形27。

如图1C所示，用氟气对第二绝缘膜进行反应离子刻蚀，在第二绝缘膜4中构成第一互连槽5。

如图1D所示，用溅射法，在每个第一互连槽5的侧壁和底上，并在第二绝缘膜4的顶上，形成钛膜6-1。用溅射法，在钛膜6-1上形成氮化钛膜7-1。用WF₆气和还原的SiH₄，用化学气相淀积法，在氮化钛膜7-1的整个表面上生长钨膜8-1。结果，第一互连槽5填入钨膜8-1，并使氮化钛膜7-1完全埋入钨膜8-1中。

如图1E所示，用化学/机械抛光法，选择地除去钨膜8-1、氮化钛膜7-1和钛膜6-1，因而只在第一互连槽5内，留下钨膜8-1，氮化钛膜7-1，和钛膜6-1。结果，在第一互连槽5内形成包括钛膜6-1、氮化钛膜7-1和钨膜8-1的第一互连9-1。

如图1F所示，在器件的水平表面上形成氧化硅第二绝缘膜13，其中，第二绝缘膜13起层间绝缘体作用。用光刻结合反应离子刻蚀法，在第二绝缘膜13中选择构成通孔15。通孔15位于留在第一互连槽5中的钨膜8-1上。用第二绝缘膜13覆盖第一互连9-1的顶部。

如图1G所示，用溅射法、在每个通孔15的侧壁和底上并在第二绝缘膜13的顶上形成钛膜6-2。用溅射法、在钛膜6-2上形成氮化钛膜7-2。用WF₆气和还原的SiH₄，用化学气相淀积法，在氮化钛膜7-2的整个表面上生长钨膜8-2。结果，用钨膜8-2填充通孔15，并使氮化钛膜7-2的顶完全埋入钨膜8-2中。用化学/机械抛光法，选择地除去钨膜8-2、氮化钛膜7-2和钛膜6-2。只在通孔15内留有钨膜8-2、氮化钛膜7-2和钛膜6-2。结果，在通孔15内形成包括钛膜6-2和氮化钛膜7-2的接触9-2。

如图1H所示，在器件表面上形成氧化硅绝缘膜16。给绝缘膜16上加光刻胶，然后构图，形成光刻胶图形(未画出)。用氟气对绝缘膜16进行反应离子刻蚀，在绝缘膜16内形成第二互连槽18。用溅射法、在每个第二互连槽18的侧壁和底上，并在绝缘膜18的顶上，形成钛膜20。用溅射法、在第二互连槽18内的钛膜20上形成铝膜21。在互连槽18内的铝膜21上形成氮化钨膜22。用WF₆气和还原SiH₄气，用化学汽相淀积法、在器件整个表面上生长钨膜23。结果，第二互连槽18完全被钨膜23填充。用化学/机械抛光法，选择地除去钨膜23，只在第二互连槽18内留有钨膜23、氮化钨膜22和铝膜21和钛膜20。结果，在第二互连槽18内形成第二互连，每一互连包括钨膜23、氮化钨膜22、铝膜21和钛膜20。