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DE102016114867B4 - Semiconductor device, film stack and method for producing the same - Google Patents

Semiconductor device, film stack and method for producing the same Download PDF

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DE102016114867B4
DE102016114867B4 DE102016114867.9A DE102016114867A DE102016114867B4 DE 102016114867 B4 DE102016114867 B4 DE 102016114867B4 DE 102016114867 A DE102016114867 A DE 102016114867A DE 102016114867 B4 DE102016114867 B4 DE 102016114867B4
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film
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films
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Jian-Shiou Huang
Cheng-Yuan Tsai
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Halbleitervorrichtung (10), umfassend:
eine erste leitfähige Schicht (12) über einem Substrat (20),
eine zweite leitfähige Schicht (14) über der ersten leitfähigen Schicht (12) und elektrisch mit ihr verbunden,
eine Sperrschicht (16) zwischen der ersten leitfähigen Schicht (12) und der zweiten leitfähigen Schicht (14), und
einen mehrschichtigen Film (18), der Seitenwände (14S) der zweiten leitfähigen Schicht (14) umschließt und eine obere Oberfläche (14U) der zweiten leitfähigen Schicht (14) bedeckt, wobei der mehrschichtige Film (18) mehrere erste metallhaltige Filme (181) und zweite metallhaltige Filme (182), die abwechselnd aufeinander angeordnet sind, umfasst, der erste metallhaltige Film (181) und der zweite metallhaltige Film (182) dasselbe Metallelement umfassen, und eine Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film (182) höher ist als jene in dem ersten metallhaltigen Film, wobei die Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film (182) größer ist als 75 %.

Figure DE102016114867B4_0000
Semiconductor device (10) comprising:
a first conductive layer (12) over a substrate (20),
a second conductive layer (14) over the first conductive layer (12) and electrically connected thereto,
a barrier layer (16) between the first conductive layer (12) and the second conductive layer (14), and
a multilayer film (18) enclosing sidewalls (14S) of the second conductive layer (14) and covering an upper surface (14U) of the second conductive layer (14), wherein the multilayer film (18) comprises a plurality of first metal-containing films (181) and second metal-containing films (182) alternately arranged on top of one another, the first metal-containing film (181) and the second metal-containing film (182) comprise the same metal element, and a concentration of the metal element in the second metal-containing film (182) is higher than that in the first metal-containing film, the concentration of the metal element in the second metal-containing film (182) being greater than 75%.
Figure DE102016114867B4_0000

Description

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Ein Tantalnitridfilm (TaN-Film) wurde in der Halbleiterindustrie aufgrund seiner Antidiffusions- und Korrosionsschutzfähigkeit verbreitet eingesetzt. Jedoch führen seine intrinsisch große Druckbelastung und seine spröde Eigenschaft bei Tantalnitridfilmen zu Ablösungsproblemen und Partikelabgabe, die angegangen werden müssen. Es wird auf die Druckschriften US 2003 / 0 015 799 A1 , US 2013 / 0 200 525 A1 , US 2014 / 0 131 841 A1 , US 2014 / 0 264 867 A1 , US 2010 / 0 187 693 A1 und US 2002 / 0 000 665 A1 hingewiesen.Tantalum nitride (TaN) film has been widely used in the semiconductor industry due to its anti-diffusion and corrosion protection properties. However, its intrinsically high compressive stress and brittle nature lead to delamination and particle shedding problems in tantalum nitride films, which must be addressed. Reference is made to the publications US 2003 / 0 015 799 A1 , US 2013 / 0 200 525 A1 , US 2014 / 0 131 841 A1 , US 2014 / 0 264 867 A1 , US 2010 / 0 187 693 A1 and US 2002 / 0 000 665 A1 pointed out.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es ist zu beachten, dass gemäß dem Standardverfahren in der Branche verschiedene Strukturen nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Strukturen zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

  • 1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden eines Filmstapels auf einem Substrat gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden eines Filmstapels auf einem Substrat gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden eines Filmstapels auf einem Substrat gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 4A ist eine EDS (energiedispersive Spektroskopie), die einen Filmstapel aus Tantalnitridschichten und Tantal-reichen Tantalnitridschichten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 4B ist eine EDS, die einen Filmstapel aus Tantalnitridschichten und Tantal-reichen Tantalnitridschichten gemäß einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 5A ist ein schematisches Diagramm, das einen über einem Substrat ausgebildeten Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm darstellt.
  • 5B ist ein schematisches Diagramm, das einen auf einem Substrat ausgebildeten Filmstapel aus einem Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm und einem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm darstellt.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Aspects of the present disclosure are best understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying figures. It should be noted that, in accordance with standard industry practice, various structures are not drawn to scale. Rather, the dimensions of the various structures may be arbitrarily exaggerated or reduced for clarity of discussion.
  • 1 is a flow diagram illustrating a method of forming a film stack on a substrate according to some embodiments of the present disclosure.
  • 2 is a flow diagram illustrating a method of forming a film stack on a substrate according to some embodiments of the present disclosure.
  • 3 is a flow diagram illustrating a method of forming a film stack on a substrate according to some embodiments of the present disclosure.
  • 4A is an EDS (energy dispersive spectroscopy) illustrating a film stack of tantalum nitride layers and tantalum-rich tantalum nitride layers according to some embodiments of the present disclosure.
  • 4B is an EDS illustrating a film stack of tantalum nitride layers and tantalum-rich tantalum nitride layers according to some other embodiments of the present disclosure.
  • 5A is a schematic diagram illustrating a metal-nonmetal compound film formed over a substrate.
  • 5B is a schematic diagram illustrating a film stack formed on a substrate comprising a metal-nonmetal interconnect film and a metal-rich metal-nonmetal interconnect film.
  • 6 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure.
  • 7 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure.
  • 8 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure.
  • 9 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure.
  • 10 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die nachstehende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale des vorliegenden Gegenstands bereit. Konkrete Beispiele von Elementen und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung geschieht zum Zweck der Einfachheit und Klarheit und sie schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.The following disclosure provides many different embodiments, or examples, for implementing various features of the present subject matter. Specific examples of elements and arrangements are described below to simplify the present disclosure. For example, in the following description, forming a first feature over or on top of a second feature may include embodiments in which the first and second features are formed in direct contact, and may also include embodiments in which additional features may be formed between the first and second features such that the first and second features may not be in direct contact. Additionally, the present disclosure may repeat reference numbers and/or letters throughout the various examples. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity and does not, in and of itself, prescribe any relationship between the various embodiments and/or configurations discussed.

Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z.B. „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“, „auf“ und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden.In addition, terms relating to spatial relativity, such as "below,""under,""lower,""above,""upper,""upon," and the like, may be used herein for ease of discussion to describe the relationship of one element or feature to another element or feature(s) as illustrated in the figures. The terms relating to spatial relativity are intended to encompass various orientations of the device used or operated in addition to the orientation illustrated in the figures. The device may be oriented in a different manner (rotated 90 degrees or otherwise oriented), and the terms relating to spatial relativity used herein may be equally interpreted accordingly.

Wie hier verwendet, beschreiben die Begriffe, wie z.B. „erster“ und „zweiter“ verschiedene Elemente, Komponenten, Gebiete, Schichten und/oder Abschnitte, diese Elemente, Komponenten, Gebiet, Schichten und/oder Abschnitte sollten nicht durch diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe können lediglich verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, ein Gebiet, eine Schicht oder ein Abschnitt von einer/einem anderen zu unterscheiden. Die Begriffe, wie z.B. „erster“ und „zweiter“, wenn sie hier verwendet werden, implizieren keine Folge oder Reihenfolge, sofern nicht eindeutig durch den Kontext angegebenAs used herein, terms such as "first" and "second" describe various elements, components, regions, layers, and/or sections. These elements, components, regions, layers, and/or sections should not be limited by these terms. These terms may merely be used to distinguish one element, component, region, layer, or section from another. Terms such as "first" and "second," when used herein, do not imply a sequence or order unless clearly indicated by the context.

Wie hier verwendet, verweist der Begriff „metallhaltiger Film“ auf einen Metallfilm, einen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm, einen Legierungsfilm oder einen beliebigen anderen Film, der ein metallisches Material umfasst. Der erste metallhaltige Film und der zweite metallhaltige Film umfassen dasselbe Metallelement (dieselben Metallelemente), und die Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film ist höher als die Konzentration des Metallelements in dem ersten metallhaltigen Film. In dem Kontext sind der Begriff „erster metallhaltiger Film“ und der Begriff „Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm“ (oder „metallarmer Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm“) austauschbar, und der Begriff „zweiter metallhaltiger Film“ und der Begriff „metallreicher Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm“ sind austauschbar.As used herein, the term "metal-containing film" refers to a metal film, a metal-nonmetal compound film, an alloy film, or any other film comprising a metallic material. The first metal-containing film and the second metal-containing film comprise the same metallic element(s), and the concentration of the metallic element in the second metal-containing film is higher than the concentration of the metallic element in the first metal-containing film. In this context, the term "first metal-containing film" and the term "metal-nonmetal compound film" (or "metal-poor metal-nonmetal compound film") are interchangeable, and the term "second metal-containing film" and the term "metal-rich metal-nonmetal compound film" are interchangeable.

Wie hier verwendet, verweisen die Begriffe „metallreicher Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm“ und „Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm“ auf zwei Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme, die im Wesentlichen dieselben Metall- und Nichtmetall-Komponenten, aber in verschiedenen Verhältnissen aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist die Konzentration einer Metallkomponente in einem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm vergleichsweise höher als jene in einem Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm. In einigen Ausführungsformen ist die Konzentration eines Metallelements höher als die Konzentration eines nichtmetallischen Elements in einem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm. Verglichen mit einem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm kann ein Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm auch als ein metallarmer Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm bezeichnet werden.As used herein, the terms "metal-rich metal-nonmetal interconnect film" and "metal-nonmetal interconnect film" refer to two metal-nonmetal interconnect films that have substantially the same metal and nonmetal components but in different ratios. In some embodiments, the concentration of a metal component in a metal-rich metal-nonmetal interconnect film is comparatively higher than that in a metal-nonmetal interconnect film. In some embodiments, the concentration of a metal element is higher than the concentration of a nonmetallic element in a metal-rich metal-nonmetal interconnect film. Compared to a metal-rich metal-nonmetal interconnect film, a metal-nonmetal interconnect film may also be referred to as a metal-poor metal-nonmetal interconnect film.

In der vorliegenden Offenbarung wird ein mehrschichtiger Film (auch als Filmstapel bezeichnet) durch abwechselndes Stapeln von Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen und metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen ausgebildet. In einigen Ausführungsformen ist der mehrschichtige Film derart ausgelegt, dass er eine Anklebewirkung bereitstellt, um ein Abfallen von Partikeln zu verhindern. In einigen Ausführungsformen ist der mehrschichtige Film derart ausgelegt, dass er Beanspruchung reduziert, um ein Ablösen zu verhindern. In einigen Ausführungsformen ist der mehrschichtige Film derart ausgelegt, dass er einen Widerstand reduziert, um eine elektrische Charakteristik zu erhöhen, um eine Sperr- und Schutzwirkung zu verbessern.In the present disclosure, a multilayer film (also referred to as a film stack) is formed by alternately stacking metal-nonmetal interconnect films and metal-rich metal-nonmetal interconnect films. In some embodiments, the multilayer film is configured to provide an adhesive effect to prevent particle shedding. In some embodiments, the multilayer film is configured to reduce stress to prevent peeling. In some embodiments, the multilayer film is configured to reduce resistance to increase electrical characteristics to improve barrier and protection performance.

1 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden eines Filmstapels auf einem Substrat gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Verfahren 100 beginnt bei Vorgang 110, bei dem ein erster metallhaltiger Film über dem Substrat ausgebildet wird. Das Verfahren 100 fährt mit Vorgang 120 fort, bei dem ein zweiter metallhaltiger Film über dem ersten metallhaltigen Film ausgebildet wird. Der erste metallhaltige Film und der zweite metallhaltige Film umfassen dasselbe Metallelement, und eine Konzentration des Metallelements im zweiten metallhaltigen Film ist höher als jene im ersten metallhaltigen Film. Das Verfahren 100 fährt mit Vorgang 130 fort, indem Vorgänge 110 und 120 wiederholt werden, um einen Filmstapel aus den ersten metallhaltigen Filmen und den zweiten metallhaltigen Filmen, die abwechselnd angeordnet werden, bis eine gewünschte Dicke des Filmstapels erreicht wird, auszubilden. 1 is a flowchart illustrating a method of forming a film stack on a substrate according to some embodiments of the present disclosure. The method 100 begins at operation 110, in which a first metal-containing film is formed over the substrate. The method 100 proceeds to operation 120, in which a second metal-containing film is formed over the first metal-containing film. The first metal-containing film and the second metal-containing film comprise the same metal element, and a concentration of the metal element in the second metal-containing film is higher than that in the first metal-containing film. The method 100 proceeds to operation 130 by repeating operations 110 and 120 to form a film stack from the first metal-containing films and the second metal-containing films, which are alternately arranged until a desired film stack thickness is achieved.

Das Verfahren 100 ist lediglich ein Beispiel und soll die vorliegende Offenbarung nicht über das, was ausdrücklich in den Ansprüchen vorgetragen ist, hinaus beschränken. Zusätzliche Vorgänge können für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens vor, während und nach dem Verfahren 100 bereitgestellt werden, und einige beschriebene Vorgänge können ersetzt, eliminiert oder verschoben werden.The method 100 is merely an example and is not intended to limit the present disclosure beyond what is expressly recited in the claims. Additional acts may be provided for additional embodiments of the method before, during, and after the method 100, and some described acts may be substituted, eliminated, or shifted.

In einigen Ausführungsformen umfassen der erste metallhaltige Film und der zweite metallhaltige Film dasselbe metallische Element und nichtmetallische Element, unterscheiden sich jedoch bezüglich der Mengenverhältnisse. Die Konzentration des Metallelements im zweiten metallhaltigen Film ist größer als die Konzentration des nichtmetallischen Elements im zweiten metallhaltigen Film. Die Konzentration des Metallelements im ersten metallhaltigen Film ist im Wesentlichen kleiner gleich der Konzentration des nichtmetallischen Elements im ersten metallhaltigen Film. Erfindungsgemäß ist die Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film größer als 75 %. In einigen Ausführungsformen ist die Konzentration des Metallelements in dem ersten metallhaltigen Film kleiner als oder im Wesentlichen gleich 50 %.In some embodiments, the first metal-containing film and the second metal-containing film comprise the same metallic element and non-metallic element, but differ in the proportions. The concentration of the metallic element in the second metal-containing film is greater than the concentration of the non-metallic element in the second metal-containing film. The concentration of the metallic element in the first metal-containing film The concentration of the non-metallic element in the first metal-containing film is substantially less than or equal to the concentration of the non-metallic element in the first metal-containing film. According to the invention, the concentration of the metal element in the second metal-containing film is greater than 75%. In some embodiments, the concentration of the metal element in the first metal-containing film is less than or substantially equal to 50%.

2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden eines Filmstapels auf einem Substrat gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Verfahren 200 beginnt bei Vorgang 210, indem ein Metalltarget in Anwesenheit eines Reaktivgases mit einer ersten Menge gesputtert wird, um einen ersten metallhaltigen Film über dem Substrat auszubilden. Das Verfahren 200 fährt mit Vorgang 220 fort, indem das Metalltarget in Anwesenheit des Reaktivgases mit einer zweiten Menge, die kleiner ist als die erste Menge, gesputtert wird, um einen zweiten metallhaltigen Film über dem ersten metallhaltigen Film auszubilden. Das Verfahren 200 fährt mit Vorgang 230 fort, indem Vorgänge 210 und 220 wiederholt werden, um einen Filmstapel aus den ersten metallhaltigen Filmen und den zweiten metallhaltigen Filmen, die abwechselnd angeordnet werden, bis eine gewünschte Dicke des Filmstapels erreicht wird, auszubilden. 2 is a flowchart illustrating a method of forming a film stack on a substrate according to some embodiments of the present disclosure. The method 200 begins at operation 210 by sputtering a metal target in the presence of a reactive gas at a first amount to form a first metal-containing film over the substrate. The method 200 continues at operation 220 by sputtering the metal target in the presence of the reactive gas at a second amount less than the first amount to form a second metal-containing film over the first metal-containing film. The method 200 continues at operation 230 by repeating operations 210 and 220 to form a film stack of the first metal-containing films and the second metal-containing films arranged alternately until a desired film stack thickness is achieved.

In einigen Ausführungsformen werden die Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme und die metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme mithilfe einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), wie z.B. eines Sputterns, hergestellt, sind aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsbeispielen wird das Substrat in eine PVD-Reaktionskammer eingelegt. Bei Vorgang 210 wird eine Bias-Spannung geliefert, und ein Metalltarget wird in Anwesenheit des Reaktivgases mit einer ersten Menge gesputtert, um den Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm auszubilden. Bei Vorgang 220 wird das Metalltarget erneut unter der Bias-Spannung gesputtert, aber das Reaktivgas mit einer zweiten Menge, die kleiner ist als die erste Menge, wird der Reaktionskammer zugeführt. Das Verhältnis eines Metallelements zu einem nicht nichtmetallischen Element in dem Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm oder in dem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm kann eingestellt werden, indem die Menge des Reaktivgases oder andere Parameter des Sputtervorgangs einzeln gesteuert werden. In einigen Ausführungsbeispielen wird die Menge des Reaktivgases modifiziert, indem die Zeitdauer der Zufuhr des Reaktivgases gesteuert wird. Zum Beispiel ist die Zeitdauer der Zufuhr des Reaktivgases bei Vorgang 220 kürzer als bei Vorgang 210. In einigen Ausführungsformen kann die Menge des Reaktivgases eingestellt werden, indem andere Parameter, wie z.B. eine Durchflussrate oder ein Mengenverhältnis des der Reaktionskammer zugeführten Reaktivgases, modifiziert werden.In some embodiments, the metal-nonmetal compound films and the metal-rich metal-nonmetal compound films are formed using, but not limited to, physical vapor deposition (PVD) such as sputtering. In some embodiments, the substrate is placed in a PVD reaction chamber. At operation 210, a bias voltage is applied, and a metal target is sputtered in the presence of a first amount of the reactive gas to form the metal-nonmetal compound film. At operation 220, the metal target is sputtered again under the bias voltage, but a second amount of the reactive gas, less than the first amount, is supplied to the reaction chamber. The ratio of a metal element to a non-metallic element in the metal-nonmetal compound film or the metal-rich metal-nonmetal compound film can be adjusted by individually controlling the amount of the reactive gas or other parameters of the sputtering process. In some embodiments, the amount of reactive gas is modified by controlling the time period for supplying the reactive gas. For example, the time period for supplying the reactive gas is shorter in operation 220 than in operation 210. In some embodiments, the amount of reactive gas can be adjusted by modifying other parameters, such as a flow rate or a ratio of the reactive gas supplied to the reaction chamber.

Das Verfahren 200 ist lediglich ein Beispiel und soll die vorliegende Offenbarung nicht über das, was ausdrücklich in den Ansprüchen vorgetragen ist, hinaus beschränken. Zusätzliche Vorgänge können für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens vor, während und nach dem Verfahren 200 bereitgestellt werden, und einige beschriebene Vorgänge können ersetzt, eliminiert oder verschoben werden.Method 200 is merely an example and is not intended to limit the present disclosure beyond what is expressly recited in the claims. Additional operations may be provided for additional embodiments of the method before, during, and after method 200, and some described operations may be substituted, eliminated, or shifted.

3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Ausbilden eines Filmstapels auf einem Substrat gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Verfahren 300 beginnt bei Vorgang 310, indem ein Metalltarget gesputtert wird, um einen ersten Metallfilm auszubilden, und anschließend der erste Metallfilm mit einem Reaktivgas einer ersten Menge behandelt wird, um den ersten metallhaltigen Film auszubilden. Das Verfahren 300 fährt mit Vorgang 320 fort, indem das Metalltarget gesputtert wird, um einen zweiten Metallfilm über dem ersten metallhaltigen Film auszubilden, und anschließend der zweite Metallfilm mit dem Reaktivgas einer zweiten Menge, die kleiner ist als die erste Menge, behandelt wird, um den zweiten metallhaltigen Film auszubilden. Das Verfahren 300 fährt mit Vorgang 330 fort, indem Vorgänge 310 und 320 wiederholt werden, um einen Filmstapel aus den ersten metallhaltigen Filmen und den zweiten metallhaltigen Filmen, die abwechselnd angeordnet werden, bis eine gewünschte Dicke des Filmstapels erreicht wird, auszubilden. 3 is a flowchart illustrating a method of forming a film stack on a substrate according to some embodiments of the present disclosure. The method 300 begins at operation 310 by sputtering a metal target to form a first metal film and then treating the first metal film with a reactive gas of a first amount to form the first metal-containing film. The method 300 continues to operation 320 by sputtering the metal target to form a second metal film over the first metal-containing film and then treating the second metal film with the reactive gas of a second amount, less than the first amount, to form the second metal-containing film. The method 300 continues to operation 330 by repeating operations 310 and 320 to form a film stack of the first metal-containing films and the second metal-containing films arranged alternately until a desired film stack thickness is achieved.

Das Verfahren 300 ist lediglich ein Beispiel und soll die vorliegende Offenbarung nicht über das, was ausdrücklich in den Ansprüchen vorgetragen ist, hinaus beschränken. Zusätzliche Vorgänge können für zusätzliche Ausführungsformen des Verfahrens vor, während und nach dem Verfahren 300 bereitgestellt werden, und einige beschriebene Vorgänge können ersetzt, eliminiert oder verschoben werden.Method 300 is merely an example and is not intended to limit the present disclosure beyond what is expressly recited in the claims. Additional operations may be provided for additional embodiments of the method before, during, and after method 300, and some described operations may be substituted, eliminated, or shifted.

In einigen Ausführungsformen umfasst das Metalltarget ein Tantaltarget, und das Reaktivgas umfasst ein Stickstoffgas. Dementsprechend ist der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm ein Tantalnitridfilm, und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm ist ein Tantal-reicher Tantalnitridfilm. In einigen Ausführungsformen umfasst das Metalltarget ein Tantaltarget, und das Reaktivgas umfasst ein Sauerstoffgas. Dementsprechend ist der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm ein Tantaloxidfilm, und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm ist ein Tantal-reicher Tantaloxidfilm. In einigen anderen Ausführungsformen können der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm andere metallische und nichtmetallische Elemente umfassen.In some embodiments, the metal target comprises a tantalum target, and the reactive gas comprises a nitrogen gas. Accordingly, the metal-nonmetal compound film is a tantalum nitride film, and the metal-rich metal-nonmetal compound film is a tantalum-rich tantalum nitride film. In some embodiments, the metal target comprises a tantalum target, and the reactive gas comprises an oxygen gas. Accordingly, the metal-nonmetal compound film is a tantalum oxide film, and the metal-rich metal-nonmetal compound film is a tantalum-rich tantalum oxide film. In some other embodiments, the metal-nonmetal compound film and the metal-rich metal- Non-metal compound film may include other metallic and non-metallic elements.

In einigen Ausführungsformen ist die gewünschte Dicke des Filmstapels größer als 120 Nanometer (1200 Ängström). In einigen Ausführungsformen ist die gewünschte Dicke des Filmstapels größer als 180 Nanometer (1800 Ängström). In einigen Ausführungsformen ist die gewünschte Dicke des Filmstapels größer als 200 Nanometer (2000 Ängström). In einigen Ausführungsformen ist die gewünschte Dicke des Filmstapels größer als 300 Nanometer (3000 Ängström).In some embodiments, the desired thickness of the film stack is greater than 120 nanometers (1200 angstroms). In some embodiments, the desired thickness of the film stack is greater than 180 nanometers (1800 angstroms). In some embodiments, the desired thickness of the film stack is greater than 200 nanometers (2000 angstroms). In some embodiments, the desired thickness of the film stack is greater than 300 nanometers (3000 angstroms).

In alternativen Ausführungsformen können die zweiten metallhaltigen Filme Metallfilme sein. Das heißt, der Filmstapel kann abwechselnd angeordnete Metallfilme und Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme umfassen. Der Filmstapel aus Metallfilmen und Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen kann auf verschiede Weisen ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen wird der Metallfilm durch Sputtern eines Metalltargets in Abwesenheit eines Reaktivgases ausgebildet. Der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm kann durch Sputtern des Metalltargets in Anwesenheit eines Reaktivgases ausgebildet werden. In einigen anderen Ausführungsformen kann der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm ausgebildet werden, indem das Metalltarget in Abwesenheit eines Reaktivgases gesputtert wird, um einen Metallfilm auszubilden, und anschließend der Metallfilm mit einem Reaktivgas behandelt wird.In alternative embodiments, the second metal-containing films may be metal films. That is, the film stack may comprise alternating metal films and metal-nonmetal interconnect films. The film stack of metal films and metal-nonmetal interconnect films may be formed in various ways. In some embodiments, the metal film is formed by sputtering a metal target in the absence of a reactive gas. The metal-nonmetal interconnect film may be formed by sputtering the metal target in the presence of a reactive gas. In some other embodiments, the metal-nonmetal interconnect film may be formed by sputtering the metal target in the absence of a reactive gas to form a metal film and then treating the metal film with a reactive gas.

4A ist eine EDS (energiedispersive Spektroskopie), die einen Filmstapel aus Tantalnitridschichten und Tantal-reichen Tantalnitridschichten gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt, und 4B ist eine EDS, die einen Filmstapel aus Tantalnitridschichten und Tantal-reichen Tantalnitridschichten gemäß einigen anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 4A dargestellt, umfasst der Filmstapel 5 zwei Tantalnitridschichten 5a und zwei Tantal-reiche Tantalnitridschichten 5b, die abwechselnd ausgebildet sind. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Gesamtdicke des Filmstapels 5 ungefähr 200 Nanometer (2000 Ångström) und die Dicke einer Tantalnitridschicht 5a und einer Tantal-reichen Tantalnitridschicht 5b beträgt ungefähr 100 Nanometer (1000 Ängström). In einigen Ausführungsformen beträgt das Dickenverhältnis der Tantal-reichen Tantalnitridschicht 5b zur Tantalnitridschicht 5a ungefähr 1:4. Das Dickenverhältnis der Tantal-reichen Tantalnitridschicht 5b zur Tantalnitridschicht 5a kann modifiziert werden, indem zum Beispiel die Zeitdauer von Vorgängen 210 und 220 in 2 eingestellt werden, oder indem die Menge eines Reaktivgases bei der Behandlung in Vorgängen 310 und 320 eingestellt wird. Wie in 4B dargestellt, umfasst der Filmstapel 5 drei Tantalnitridschichten 5a und drei Tantal-reiche Tantalnitridschichten 5b, die abwechselnd ausgebildet sind. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Gesamtdicke des Filmstapels 5 ungefähr 180 Nanometer (1800 Ångström) und die Dicke einer Tantalnitridschicht 5a und einer Tantal-reichen Tantalnitridschicht 5b beträgt ungefähr 60 Nanometer (600 Ängström). In einigen Ausführungsformen beträgt das Dickenverhältnis der Tantal-reichen Tantalnitridschicht 5b zur Tantalnitridschicht 5a ungefähr 1:3. 4A is an EDS (energy dispersive spectroscopy) illustrating a film stack of tantalum nitride layers and tantalum-rich tantalum nitride layers according to some embodiments of the present disclosure, and 4B is an EDS illustrating a film stack of tantalum nitride layers and tantalum-rich tantalum nitride layers according to some other embodiments of the present disclosure. As shown in 4A As shown, the film stack 5 comprises two tantalum nitride layers 5a and two tantalum-rich tantalum nitride layers 5b, which are formed alternately. In the present embodiment, the total thickness of the film stack 5 is approximately 200 nanometers (2000 angstroms), and the thickness of one tantalum nitride layer 5a and one tantalum-rich tantalum nitride layer 5b is approximately 100 nanometers (1000 angstroms). In some embodiments, the thickness ratio of the tantalum-rich tantalum nitride layer 5b to the tantalum nitride layer 5a is approximately 1:4. The thickness ratio of the tantalum-rich tantalum nitride layer 5b to the tantalum nitride layer 5a can be modified, for example, by changing the time duration of operations 210 and 220 in 2 or by adjusting the amount of a reactive gas during treatment in operations 310 and 320. As in 4B As shown, the film stack 5 includes three tantalum nitride layers 5a and three tantalum-rich tantalum nitride layers 5b formed alternately. In the present embodiment, the total thickness of the film stack 5 is approximately 180 nanometers (1800 angstroms), and the thickness of one tantalum nitride layer 5a and one tantalum-rich tantalum nitride layer 5b is approximately 60 nanometers (600 angstroms). In some embodiments, the thickness ratio of the tantalum-rich tantalum nitride layer 5b to the tantalum nitride layer 5a is approximately 1:3.

Wie in 4A und 4B dargestellt, zeigt die EDS-Analyse deutliche Spitzen und Täler, was bedeutet, dass der Filmstapel, der die Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme und die metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme umfasst, mithilfe des vorstehenden, in 1 bis 3 offenbarten Verfahrens hergestellt werden kann.As in 4A and 4B As shown, the EDS analysis shows distinct peaks and valleys, which means that the film stack comprising the metal-nonmetal compound films and the metal-rich metal-nonmetal compound films can be separated using the above method described in 1 to 3 can be produced using the disclosed method.

Es versteht sich, dass die Anzahl und die Dicke der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme und der metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist, und auf der Grundlage einer gewünschten Anforderung und Spezifikation modifiziert werden können.It is understood that the number and thickness of the metal-nonmetal interconnection films and the metal-rich metal-nonmetal interconnection films are not limited to the above embodiments and can be modified based on a desired requirement and specification.

Ein Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm, wie z.B. Tantalnitridfilm oder Tantaloxidfilm, wird als eine Schutzschicht und eine Sperrschicht aufgrund seiner Antidiffusions- und Korrosionsschutzfähigkeit verwendet. Ein Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm leidet jedoch unter einem Ablösungsproblem und einer Partikelabgabe, insbesondere wenn eine dicke Filmdicke in einigen Anwendungen erforderlich ist. Der Filmstapel aus den Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen und den metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen ist als eine dicke Schutzschicht oder Sperrschicht ausgelegt, ohne dass er unter einem Ablösungsproblem oder einer Partikelabgabe leidet.A metal-nonmetal interconnect film, such as tantalum nitride film or tantalum oxide film, is used as a protective layer and a barrier layer due to its anti-diffusion and anti-corrosive properties. However, a metal-nonmetal interconnect film suffers from delamination and particle shedding, especially when a thick film thickness is required in some applications. The film stack of the metal-nonmetal interconnect films and the metal-rich metal-nonmetal interconnect films is designed to form a thick protective layer or barrier layer without suffering from delamination or particle shedding.

Neben einer Milderung des Ablösungsproblems und der Partikelabgabe ist der Filmstapel aus Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen und metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen auch in der Lage, Beanspruchung zu reduzieren. Des Weiteren ist der Filmstapel aus Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen und metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen in der Lage, Widerstand zu reduzieren. Im Vergleich mit einer dicken Metall-Nichtmetall-Verbindungsschicht weist der Filmstapel aus Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen und metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen einen niedrigeren Widerstand auf, was zu einer Verbesserung einer elektrischen Charakteristik führt.In addition to mitigating delamination and particle release, the film stack of metal-nonmetal interconnect films and metal-rich metal-nonmetal interconnect films also reduces stress. Furthermore, the film stack of metal-nonmetal interconnect films and metal-rich metal-nonmetal interconnect films reduces resistance. Compared with a thick metal-nonmetal interconnect layer, the film stack of metal-nonmetal interconnect films and metal-rich metal-nonmetal interconnect films exhibits lower resistance, leading to improved electrical characteristics.

5A ist ein schematisches Diagramm, das einen über einem Substrat ausgebildeten Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm darstellt. Wie in 5A dargestellt, wird ein Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2 auf einem Substrat 1 ausgebildet. Wenn die Dicke steigt, breiten sich inhärente Nadellöcher (Pinholes) 3 oder Korngrenzen 4 tendenziell entlang der Dickenrichtung des Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilms 2 aus, was zu einer Ablösung führen würde. Außerdem beeinflussen die sich ausbreitenden Nadellöcher 3 und Korngrenzen 4 die Antidiffusions- und Korrosionsschutzfähigkeit des Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilms 2, wenn er als eine Sperrschicht und eine Schutzschicht ausgelegt ist. Außerdem wird die Partikelabgabe erheblich, wenn die Dicke des Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilms 2 auf ungefähr 120 Nanometer (1200 Ängström) oder mehr steigt. Es wird erwartet, dass die Partikelabgabe daraus resultiert, dass Partikeln während des Betriebs von der Wand der Reaktionskammer abfallen, da ein Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2, wie z.B. Tantalnitrid, eine intrinsisch große Druckbelastung und eine spröde Eigenschaft aufweist. 5A is a schematic diagram showing a metal layer formed over a substrate. Non-metal compound film. As shown in 5A As shown, a metal-nonmetal compound film 2 is formed on a substrate 1. As the thickness increases, inherent pinholes 3 or grain boundaries 4 tend to propagate along the thickness direction of the metal-nonmetal compound film 2, which would lead to delamination. Furthermore, the propagating pinholes 3 and grain boundaries 4 affect the anti-diffusion and anti-corrosion ability of the metal-nonmetal compound film 2 when it is designed as a barrier layer and a protective layer. Furthermore, particle shedding becomes significant when the thickness of the metal-nonmetal compound film 2 increases to approximately 120 nanometers (1200 angstroms) or more. Particle shedding is expected to result from particles falling off the wall of the reaction chamber during operation because a metal-nonmetal compound film 2, such as tantalum nitride, has an intrinsically large compressive stress and a brittle property.

5B ist ein schematisches Diagramm, das einen auf einem Substrat ausgebildeten Filmstapel aus einem Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm und einem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm darstellt. Wie in 5B dargestellt, ist der Filmstapel aus einem Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2a und einem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2b derart ausgelegt, dass er einen Ausbreitungsweg von Nadellöchern 3 und Korngrenzen 4 blockiert. Insbesondere wird der Ausbreitungsweg von Nadellöchern 3 und Korngrenzen 4 an der Grenzfläche zwischen dem Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2a und dem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2b blockiert. Von daher ist die Sperr- und Schutzwirkung des Filmstapels aus dem Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2a und dem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2b zuverlässiger. Außerdem wird das Ablösungsproblem gemildert. 5B is a schematic diagram illustrating a film stack formed on a substrate comprising a metal-nonmetal interconnect film and a metal-rich metal-nonmetal interconnect film. As shown in 5B As shown, the film stack of a metal-nonmetal interconnect film 2a and a metal-rich metal-nonmetal interconnect film 2b is designed to block a propagation path of pinholes 3 and grain boundaries 4. Specifically, the propagation path of pinholes 3 and grain boundaries 4 is blocked at the interface between the metal-nonmetal interconnect film 2a and the metal-rich metal-nonmetal interconnect film 2b. Therefore, the barrier and protection effect of the film stack of the metal-nonmetal interconnect film 2a and the metal-rich metal-nonmetal interconnect film 2b is more reliable. Furthermore, the peeling problem is alleviated.

Der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm ist außerdem als eine Anklebeschicht zum Mildern einer Partikelabgabe ausgelegt. Da insbesondere der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2a und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2b abwechselnd auf dem Substrat 1 aufgestapelt werden, werden der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2a und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2b auch auf der Wand der Reaktionskammer ausgebildet. Der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 2b auf der Wand der Reaktionskammer ist in der Lage, die Partikeln des spröden Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilms 2a anzukleben, wodurch ein Partikelabfall von der Wand der Reaktionskammer reduziert wird. Dementsprechend wird eine Partikelabgabe gemildert, insbesondere wenn die Dicke des Filmstapels 120 Nanometer (1200 Ängström) übersteigt.The metal-rich metal-nonmetal compound film is also designed as an adhesion layer for mitigating particle shedding. Specifically, since the metal-nonmetal compound film 2a and the metal-rich metal-nonmetal compound film 2b are alternately stacked on the substrate 1, the metal-nonmetal compound film 2a and the metal-rich metal-nonmetal compound film 2b are also formed on the wall of the reaction chamber. The metal-rich metal-nonmetal compound film 2b on the wall of the reaction chamber is capable of adhering the particles of the brittle metal-nonmetal compound film 2a, thereby reducing particle shedding from the wall of the reaction chamber. Accordingly, particle shedding is mitigated, especially when the thickness of the film stack exceeds 120 nanometers (1200 angstroms).

6 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 6 dargestellt, umfasst die Halbleitervorrichtung 10 ein Substrat 20, eine dielektrische Zwischenmetallschicht (IMD-Schicht) 11, eine erste leitfähige Schicht 12, eine Passivierungsschicht 22, eine zweite leitfähige Schicht 14, eine Sperrschicht 16 und einen mehrschichtigen Film 18. Das Substrat 20 umfasst ein Halbleitersubstrat oder einen Wafer, über dem Vorrichtungen, wie z.B. Halbleitervorrichtungen und andere aktive oder passive Vorrichtungen, auszubilden sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat 20 ein Halbleitersubstrat, wie z.B. ein Bulk-Halbleitersubstrat. Das Bulk-Halbleitersubstrat umfasst einen Elementhalbleiter, wie z.B. Silizium oder Germanium, einen Verbindungshalbleiter, wie z.B. Siliziumgermanium, Siliziumkarbid, Galliumarsid, Galliumphosphid, Indiumphosphid oder Indiumarsenid oder Kombinationen davon. In einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat 20 ein mehrschichtiges Substrat, wie z.B. ein SOI-Substrat (Silizium auf einem Isolator), das eine untere Halbleiterschicht, eine vergrabene Oxidschicht (BOX) und eine obere Halbleiterschicht umfasst. 6 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure. As in 6 As shown, the semiconductor device 10 includes a substrate 20, an intermetal dielectric (IMD) layer 11, a first conductive layer 12, a passivation layer 22, a second conductive layer 14, a barrier layer 16, and a multilayer film 18. The substrate 20 includes a semiconductor substrate or wafer over which devices, such as semiconductor devices and other active or passive devices, are to be formed. In some embodiments, the substrate 20 includes a semiconductor substrate, such as a bulk semiconductor substrate. The bulk semiconductor substrate includes an elemental semiconductor, such as silicon or germanium, a compound semiconductor, such as silicon germanium, silicon carbide, gallium arsidate, gallium phosphide, indium phosphide, or indium arsenide, or combinations thereof. In some embodiments, the substrate 20 comprises a multilayer substrate, such as a silicon on insulator (SOI) substrate, that includes a bottom semiconductor layer, a buried oxide (BOX) layer, and a top semiconductor layer.

In einigen Ausführungsformen ist die IMD-Schicht 11 eine oberste IMD-Schicht, und die erste leitfähige Schicht 12 ist eine oberste Metallisierungsschicht einer Verbindungsschicht. Die erste leitfähige Schicht 12 wird über dem Substrat 20 ausgebildet und ein Abschnitt der ersten leitfähigen Schicht 12 wird durch die IMD-Schicht 11 freigelegt. Die erste leitfähige Schicht 12 kann mithilfe eines Planarisierungsvorgangs, wie z.B. eines chemisch-mechanischen Polierens (CMP), behandelt werden, was zu einer planarisierten Fläche führt, die mit der IMD-Schicht 11 im Wesentlichen plan ist. Das Material der ersten leitfähigen Schicht 12 kann zum Beispiel Kupfer, eine Kupferlegierung oder Kupfer-basierte leitfähige Materialien umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen ist die IMD-Schicht 11 eine Low-k-Dielektrikumsschicht mit einer Dielektrizitätskonstante kleiner als ungefähr 3,9. Zum Beispiel kann das Material der IMD-Schicht 11 Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Phosphorsilikatglas (PSG), Borphosphorsilikatglas (BPSG), Fluor-haltiges Siliziumoxid oder andere geeignete anorganische und/oder organische dielektrische Materialien umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.In some embodiments, the IMD layer 11 is a topmost IMD layer, and the first conductive layer 12 is a topmost metallization layer of an interconnect layer. The first conductive layer 12 is formed over the substrate 20, and a portion of the first conductive layer 12 is exposed through the IMD layer 11. The first conductive layer 12 may be treated using a planarization process, such as chemical mechanical polishing (CMP), resulting in a planarized surface that is substantially planar with the IMD layer 11. The material of the first conductive layer 12 may include, but is not limited to, copper, a copper alloy, or copper-based conductive materials. In some embodiments, the IMD layer 11 is a low-k dielectric layer having a dielectric constant less than approximately 3.9. For example, the material of the IMD layer 11 may include, but is not limited to, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, phosphosilicate glass (PSG), borophosphosilicate glass (BPSG), fluorine-containing silicon oxide, or other suitable inorganic and/or organic dielectric materials.

In einigen Ausführungsformen wird die Passivierungsschicht 22 über der IMD-Schicht 11 ausgebildet, um die erste leitfähige Schicht 12 zu schützen. Die Passivierungsschicht 22 weist eine Öffnung 22H auf, die mindestens einen Abschnitt einer oberen Fläche 12U der ersten leitfähigen Schicht 12 freilegt. Das Material der Passivierungsschicht 22 kann Siliziumoxid, wie z.B. TEOS-Oxid, Siliziumnitrid oder beliebige andere geeignete isolierende Materialien umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.In some embodiments, the passivation layer 22 is formed over the IMD layer 11 to protect the first conductive layer 12. The passivation layer 22 has an opening 22H that exposes at least a portion of a top surface 12U of the first conductive layer 12. The material of the passivation layer 22 may be silicon zium oxide, such as TEOS oxide, silicon nitride or any other suitable insulating materials, but is not limited to this.

Die zweite leitfähige Schicht 14 wird über der ersten leitfähigen Schicht 12 ausgebildet und elektrisch mit ihr verbunden. In einigen Ausführungsformen kann das Material der zweiten leitfähigen Schicht 14 Aluminiumkupfer umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Material der zweiten leitfähigen Schicht 14 kann Kupfer oder beliebige andere geeignete leitfähige Materialien umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Fläche 14U der zweiten leitfähigen Schicht 14 im Wesentlichen plan.The second conductive layer 14 is formed over and electrically connected to the first conductive layer 12. In some embodiments, the material of the second conductive layer 14 may include, but is not limited to, aluminum or copper. The material of the second conductive layer 14 may include copper or any other suitable conductive materials. In some embodiments, the surface 14U of the second conductive layer 14 is substantially planar.

Die Sperrschicht 16 wird zwischen der ersten leitfähigen Schicht 12 und der zweiten leitfähigen Schicht 14 ausgebildet. Die Sperrschicht 16 wird als eine Diffusionssperrschicht ausgelegt, um eine Diffusion aus der ersten leitfähigen Schicht 12 zu verhindern. Die Sperrschicht 16 kann auch zur Verbesserung einer Anhaftung zwischen der ersten leitfähigen Schicht 12 und der zweiten leitfähigen Schicht 14 ausgelegt und als eine Beanspruchungspufferschicht ausgelegt werden. Die Sperrschicht 16 kann einschichtig oder mehrschichtig sein. In einigen Ausführungsformen ist die Sperrschicht 16 leitfähig. In einigen Ausführungsformen kann das Material der Sperrschicht 16 Tantal, Titan, Tantalnitrid, Titannitrid, Wolfram eine Kombination davon oder beliebige andere geeignete leitfähige und sperrende Materialien umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen ist die Sperrschicht 16 im Wesentlichen mit der Öffnung 22H der Passivierungsschicht 22 konform und in sie eingefüllt.The barrier layer 16 is formed between the first conductive layer 12 and the second conductive layer 14. The barrier layer 16 is configured as a diffusion barrier layer to prevent diffusion from the first conductive layer 12. The barrier layer 16 may also be configured to enhance adhesion between the first conductive layer 12 and the second conductive layer 14 and may be configured as a stress buffer layer. The barrier layer 16 may be single-layer or multi-layered. In some embodiments, the barrier layer 16 is conductive. In some embodiments, the material of the barrier layer 16 may include, but is not limited to, tantalum, titanium, tantalum nitride, titanium nitride, tungsten, a combination thereof, or any other suitable conductive and barrier materials. In some embodiments, the barrier layer 16 is substantially conformal to and filled within the opening 22H of the passivation layer 22.

Der mehrschichtige Film 18 umfasst mehrere Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme 181 und metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme 182, die abwechselnd angeordnet und aufeinander gestapelt sind. In einigen Ausführungsformen ist der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 181 ein Metallnitridfilm, und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 182 ist ein metallreicher Metallnitridfilm. Zum Beispiel ist der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 181 ein Tantalnitridfilm, und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 182 ist ein Tantal-reicher Tantalnitridfilm. In einigen anderen Ausführungsformen ist der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 181 ein Metalloxidfilm, und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 182 ist ein metallreicher Metalloxidfilm. Zum Beispiel ist der Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 181 ein Tantaloxidfilm, und der metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 182 ist ein Tantal-reicher Tantaloxidfilm.The multilayer film 18 includes a plurality of metal-nonmetal interconnect films 181 and metal-rich metal-nonmetal interconnect films 182 that are alternately arranged and stacked on top of each other. In some embodiments, the metal-nonmetal interconnect film 181 is a metal nitride film, and the metal-rich metal-nonmetal interconnect film 182 is a metal-rich metal nitride film. For example, the metal-nonmetal interconnect film 181 is a tantalum nitride film, and the metal-rich metal-nonmetal interconnect film 182 is a tantalum-rich tantalum nitride film. In some other embodiments, the metal-nonmetal interconnect film 181 is a metal oxide film, and the metal-rich metal-nonmetal interconnect film 182 is a metal-rich metal oxide film. For example, the metal-nonmetal compound film 181 is a tantalum oxide film, and the metal-rich metal-nonmetal compound film 182 is a tantalum-rich tantalum oxide film.

In einigen Ausführungsformen ist die Dicke des mehrschichtigen Films 18 größer als 120 Nanometer (1200 Ängström). In einigen Ausführungsformen ist die Dicke des mehrschichtigen Films 18 größer als 180 Nanometer (1800 Ängström). In einigen Ausführungsformen ist die Dicke des mehrschichtigen Films 18 größer als 200 Nanometer (2000 Ängström). In einigen Ausführungsformen ist die Dicke des mehrschichtigen Films 18 größer als 300 Nanometer (3000 Ängström).In some embodiments, the thickness of the multilayer film 18 is greater than 120 nanometers (1200 angstroms). In some embodiments, the thickness of the multilayer film 18 is greater than 180 nanometers (1800 angstroms). In some embodiments, the thickness of the multilayer film 18 is greater than 200 nanometers (2000 angstroms). In some embodiments, the thickness of the multilayer film 18 is greater than 300 nanometers (3000 angstroms).

Die Konzentration des Metallelements in dem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 182 ist größer als die Konzentration des nichtmetallischen Elements in dem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 182. Erfindungsgemäß ist die Konzentration des Metallelements in dem metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilm 182 größer als 75 %.The concentration of the metal element in the metal-rich metal-nonmetal compound film 182 is greater than the concentration of the non-metallic element in the metal-rich metal-nonmetal compound film 182. According to the invention, the concentration of the metal element in the metal-rich metal-nonmetal compound film 182 is greater than 75%.

In einigen Ausführungsformen umschließt der mehrschichtige Film 18 Seitenwände 14A und deckt eine Fläche 14U der zweiten leitfähigen Schicht 14 ab. Der mehrschichtige Film 18 ist ausgelegt, um zu verhindern, dass die zweite leitfähige Schicht 14 während nachfolgender Vorgänge korrodiert wird. Da der mehrschichtige Film 18, der aus Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen 181 und metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilmen 182 ausgebildet wird, in der Lage ist, eine Ausbreitung von Nadellöchern und Korngrenzen zu mildern, kann der die zweite leitfähige Schicht 14 umgebende mehrschichtige Film 18 eine wesentliche Sperr- und Schutzwirkung bereitstellen. Da die metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindung mit einer höheren Menge eines Metallelements im Vergleich mit einer Metall-Nichtmetall-Verbindung mit einer geringeren Menge eines Metallelements einen reduzierten Widerstand aufweist, weist außerdem der mehrschichtige Film 18, der die Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme 181 und die metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme 182 umfasst, einen reduzierten Widerstand. Im Vergleich mit einer einschichtigen dicken Metall-Nichtmetall-Verbindungsschicht weist der mehrschichtige Film 18 einen niedrigeren Widerstand auf, was zu einer Verbesserung einer elektrischen Charakteristik führt.In some embodiments, the multilayer film 18 encloses sidewalls 14A and covers an area 14U of the second conductive layer 14. The multilayer film 18 is designed to prevent the second conductive layer 14 from being corroded during subsequent operations. Because the multilayer film 18, formed from metal-nonmetal interconnect films 181 and metal-rich metal-nonmetal interconnect films 182, is capable of mitigating the propagation of pinholes and grain boundaries, the multilayer film 18 surrounding the second conductive layer 14 can provide a significant barrier and protection effect. In addition, since the metal-rich metal-nonmetal compound with a higher amount of a metal element has reduced resistance compared to a metal-nonmetal compound with a lower amount of a metal element, the multilayer film 18 comprising the metal-nonmetal compound films 181 and the metal-rich metal-nonmetal compound films 182 has reduced resistance. Compared with a single-layer thick metal-nonmetal compound layer, the multilayer film 18 has lower resistance, resulting in an improvement in electrical characteristics.

7 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 7 dargestellt, besteht einer der Unterschiede zwischen der Halbleitervorrichtung 10A in 7 und der Halbleitervorrichtung 10 in 6 darin, dass die Fläche 14U der zweiten leitfähigen Schicht 14 ausgespart ist. Dementsprechend steht der mehrschichtige Film 18, der die Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme 181 und die metallreichen Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme 182 umfasst, mit der ausgesparten Fläche 14U in Eingriff, wodurch eine Anhaftung zwischen dem mehrschichtigen Film 18 und der zweiten leitfähigen Schicht 14 verbessert wird. 7 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure. As in 7 As shown, one of the differences between the semiconductor device 10A is 7 and the semiconductor device 10 in 6 in that the area 14U of the second conductive layer 14 is recessed. Accordingly, the multilayer film 18 comprising the metal-nonmetal compound films 181 and the metal-rich metal-nonmetal compound films 182 engages with the recessed area 14U, thereby forming adhesion between the multilayer film 18 and the second conductive layer 14 is improved.

8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 8 dargestellt, wird in der Halbleitervorrichtung 10B eine dielektrische Schicht 24 ausgebildet, die eine seitliche Seite des mehrschichtigen Films 18 umgibt. Das Material der dielektrischen Schicht 24 kann beliebige geeignete dielektrische Materialien umfassen. Der mehrschichtige Film 18 weist eine Öffnung 18H auf, die mindestens einen Abschnitt der Fläche 14U der zweiten leitfähigen Schicht 14 freilegt. In einigen Ausführungsformen ist ein in der Nähe der Seitenwand 14a der zweiten leitfähigen Schicht 14 befindliche Umfangsabschnitt der Fläche 14U mit dem mehrschichtigen Film 18 abgedeckt. 8 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure. As in 8 As shown, a dielectric layer 24 is formed in the semiconductor device 10B surrounding a lateral side of the multilayer film 18. The material of the dielectric layer 24 may comprise any suitable dielectric materials. The multilayer film 18 has an opening 18H exposing at least a portion of the surface 14U of the second conductive layer 14. In some embodiments, a peripheral portion of the surface 14U, proximate the sidewall 14a of the second conductive layer 14, is covered with the multilayer film 18.

In einigen Ausführungsformen können die dielektrische Schicht 24 und die Öffnung 18H des mehrschichtigen Films 18 mithilfe desselben fotolithografischen Vorgangs strukturiert werden, sind aber nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel können die dielektrische Schicht 24 und der mehrschichtige Film 18 mithilfe eines Nassätzens strukturiert werden. Von daher wird der mehrschichtige Film 18, der die Seitenwände 14S der zweiten leitfähigen Schicht 14 umgibt, ausgelegt, um zu verhindern, dass die zweite leitfähige Schicht 14 durch Ätz- oder Reinigungslösungen korrodiert wird.In some embodiments, the dielectric layer 24 and the opening 18H of the multilayer film 18 may be patterned using the same photolithographic process, but are not limited thereto. For example, the dielectric layer 24 and the multilayer film 18 may be patterned using a wet etch. Therefore, the multilayer film 18 surrounding the sidewalls 14S of the second conductive layer 14 is designed to prevent the second conductive layer 14 from being corroded by etching or cleaning solutions.

In einigen Ausführungsformen erstreckt sich ein Abschnitt des mehrschichtigen Films 18 wesentlich entlang der Seitenwand 14S der leitfähigen Schicht 14. Ein derartiger Abschnitt wird als ein Spacer ausgelegt, um die Seitenwand 14S zu umgeben. Die Krümmung oder Morphologie des Abschnitts folgt im Wesentlichen der Krümmung oder Morphologie der Seitenwand 14S. Daher stellt der mehrschichtige Film 18 einen Verbund-Seitenwandspacer um die Seitenwand 14S herum bereit. Der Verbund-Seitenwandspacer ist eine metallhaltige Struktur.In some embodiments, a portion of the multilayer film 18 extends substantially along the sidewall 14S of the conductive layer 14. Such a portion is configured as a spacer to surround the sidewall 14S. The curvature or morphology of the portion substantially follows the curvature or morphology of the sidewall 14S. Therefore, the multilayer film 18 provides a composite sidewall spacer around the sidewall 14S. The composite sidewall spacer is a metal-containing structure.

Die Halbleitervorrichtung 10B umfasst ferner einen Leiter 26 über der zweiten leitfähigen Schicht 14, der mit der zweiten leitfähigen Schicht 14 über die Öffnung 18H des mehrschichtigen Films 18 elektrisch verbunden ist. In einigen Ausführungsformen kann das leitfähige Merkmal 26 ein Bondpad, ein leitfähiger Hügel oder ein beliebiges anderes leitfähiges Merkmal sein.The semiconductor device 10B further includes a conductor 26 over the second conductive layer 14, which is electrically connected to the second conductive layer 14 via the opening 18H of the multilayer film 18. In some embodiments, the conductive feature 26 may be a bond pad, a conductive bump, or any other conductive feature.

In einigen Ausführungsformen ist der Leiter 26 teilweise durch den mehrschichtigen Film 18 umgeben. Der umgebene Abschnitt des Leiters 26 befindet sich in der Nähe der Fläche 14U, die auch eine Grenzfläche zwischen dem Leiter 26 und der zweiten leitfähigen Schicht 14 ist.In some embodiments, the conductor 26 is partially surrounded by the multilayer film 18. The surrounded portion of the conductor 26 is located near the surface 14U, which is also an interface between the conductor 26 and the second conductive layer 14.

9 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 9 dargestellt, besteht einer der Unterschiede zwischen der Halbleitervorrichtung 10C in 9 und der Halbleitervorrichtung 10B in 8 darin, dass in der Halbleitervorrichtung 10C die Fläche 14U der zweiten leitfähigen Schicht 14 ausgespart ist. Dementsprechend steht der Leiter 26 mit der ausgesparten Fläche 14U in Eingriff, wodurch eine Anhaftung zwischen dem Leiter 26 und der zweiten leitfähigen Schicht 14 verbessert wird. 9 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure. As in 9 As shown, one of the differences between the semiconductor device 10C is 9 and the semiconductor device 10B in 8 in that in the semiconductor device 10C, the surface 14U of the second conductive layer 14 is recessed. Accordingly, the conductor 26 engages with the recessed surface 14U, thereby improving adhesion between the conductor 26 and the second conductive layer 14.

10 ist ein schematisches Diagramm, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Wie in 10 dargestellt, umfasst die Halbleitervorrichtung 10D ferner eine elektronische Vorrichtung 30. Die elektronische Vorrichtung 30 kann eine lichtemittierende Vorrichtung, einen IC-Chip, einen Interposer oder beliebige andere geeignete elektronische Vorrichtungen umfassen. Die elektronische Vorrichtung 30 kann mit dem Leiter 26 über ein Flip-Chip-Bonden, ein Drahtbonden oder beliebige andere geeignete Bondverfahren verbunden werden. 10 is a schematic diagram illustrating a semiconductor device according to some embodiments of the present disclosure. As in 10 As shown, semiconductor device 10D further includes an electronic device 30. Electronic device 30 may include a light-emitting device, an integrated circuit chip, an interposer, or any other suitable electronic device. Electronic device 30 may be connected to conductor 26 via flip-chip bonding, wire bonding, or any other suitable bonding techniques.

In der vorliegenden Offenbarung umfasst der mehrschichtige Film (Filmstapel) Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme und metallreiche Metall-Nichtmetall-Verbindungsfilme, die abwechselnd in einer mehrstufigen Abscheidung ausgebildet werden. Der mehrschichtige Film kann eine Anklebewirkung für Partikeln bereitstellen, eine Beanspruchung reduzieren, um eine Ablösung zu vermeiden, einen Widerstand reduzieren, um eine elektrische Charakteristik zu verbessern, und eine Sperr- und Schutzwirkung verbessern.In the present disclosure, the multilayer film (film stack) comprises metal-nonmetal interconnect films and metal-rich metal-nonmetal interconnect films alternately formed in a multi-step deposition. The multilayer film can provide a particle adhesion effect, reduce stress to prevent detachment, reduce resistance to improve electrical characteristics, and improve barrier and protection effects.

Die Erfindung wird durch den Hauptanspruch und den nebengeordneten Patentanspruch definiert. Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die abhängigen Patentansprüche wiedergegeben.The invention is defined by the main claim and the subordinate claim. Further embodiments of the invention are recited in the dependent claims.

Claims (17)

Halbleitervorrichtung (10), umfassend: eine erste leitfähige Schicht (12) über einem Substrat (20), eine zweite leitfähige Schicht (14) über der ersten leitfähigen Schicht (12) und elektrisch mit ihr verbunden, eine Sperrschicht (16) zwischen der ersten leitfähigen Schicht (12) und der zweiten leitfähigen Schicht (14), und einen mehrschichtigen Film (18), der Seitenwände (14S) der zweiten leitfähigen Schicht (14) umschließt und eine obere Oberfläche (14U) der zweiten leitfähigen Schicht (14) bedeckt, wobei der mehrschichtige Film (18) mehrere erste metallhaltige Filme (181) und zweite metallhaltige Filme (182), die abwechselnd aufeinander angeordnet sind, umfasst, der erste metallhaltige Film (181) und der zweite metallhaltige Film (182) dasselbe Metallelement umfassen, und eine Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film (182) höher ist als jene in dem ersten metallhaltigen Film, wobei die Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film (182) größer ist als 75 %.A semiconductor device (10) comprising: a first conductive layer (12) over a substrate (20), a second conductive layer (14) over the first conductive layer (12) and electrically connected thereto, a barrier layer (16) between the first conductive layer (12) and the second conductive layer (14), and a multilayer film (18) enclosing sidewalls (14S) of the second conductive layer (14) and covering a top surface (14U) of the second conductive layer (14), wherein the multilayer film (18) comprises a plurality of first metal-halide metal-containing films (181) and second metal-containing films (182) which are arranged alternately on one another, the first metal-containing film (181) and the second metal-containing film (182) comprise the same metal element, and a concentration of the metal element in the second metal-containing film (182) is higher than that in the first metal-containing film, the concentration of the metal element in the second metal-containing film (182) being greater than 75%. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die ersten metallhaltigen Filme (181) und die zweiten metallhaltigen Filme (182) dasselbe nichtmetallische Element umfassen.Semiconductor device (10) according to Claim 1 wherein the first metal-containing films (181) and the second metal-containing films (182) comprise the same non-metallic element. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das Metallelement der ersten metallhaltigen Filme (181) und der zweiten metallhaltigen Filme (182) Tantal umfasst, und das nichtmetallische Element der ersten metallhaltigen Filme (181) und der zweiten metallhaltigen Filme (182) Stickstoff umfasst.Semiconductor device (10) according to Claim 2 wherein the metal element of the first metal-containing films (181) and the second metal-containing films (182) comprises tantalum, and the non-metallic element of the first metal-containing films (181) and the second metal-containing films (182) comprises nitrogen. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei das Metallelement der ersten metallhaltigen Filme (181) und der zweiten metallhaltigen Filme (182) Tantal umfasst, und das nichtmetallische Element der ersten metallhaltigen Filme (182) und der zweiten metallhaltigen Filme (182) Sauerstoff umfasst.Semiconductor device (10) according to Claim 2 wherein the metal element of the first metal-containing films (181) and the second metal-containing films (182) comprises tantalum, and the non-metallic element of the first metal-containing films (182) and the second metal-containing films (182) comprises oxygen. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gesamtdicke des mehrschichtigen Films (18) größer ist als 120 Nanometer.A semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein a total thickness of the multilayer film (18) is greater than 120 nanometers. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 5, wobei die Gesamtdicke des mehrschichtigen Films (18) größer ist als 200 Nanometer.Semiconductor device (10) according to Claim 5 , wherein the total thickness of the multilayer film (18) is greater than 200 nanometers. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Material der zweiten leitfähigen Schicht (14) Kupfer oder Aluminium-Kupfer umfasst.A semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein a material of the second conductive layer (14) comprises copper or aluminum-copper. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt einer Fläche der zweiten leitfähigen Schicht (14) durch den mehrschichtigen Film (18) freigelegt ist.A semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein a portion of a surface of the second conductive layer (14) is exposed through the multilayer film (18). Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Oberfläche (14U) der zweiten leitfähigen Schicht (14) ausgespart ist, und wobei der mehrschichtige Film (18) mit der ausgesparten oberen Oberfläche (14U) in Eingriff steht.A semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the upper surface (14U) of the second conductive layer (14) is recessed, and wherein the multilayer film (18) engages the recessed upper surface (14U). Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei das Dickenverhältnis des zweiten metallhaltigen Films (182) zum ersten metallhaltigen Film (181) 1:4 beträgt.Semiconductor device (10) according to Claim 3 , wherein the thickness ratio of the second metal-containing film (182) to the first metal-containing film (181) is 1:4. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Konzentration des Metallelements in dem ersten metallhaltigen Film (181) kleiner als 50% ist.A semiconductor device (10) according to any one of the preceding claims, wherein a concentration of the metal element in the first metal-containing film (181) is less than 50%. Verfahren zum Ausbilden eines Filmstapels (18) auf einem Substrat (20), umfassend: (a) Ausbilden eines ersten metallhaltigen Films (181) über dem Substrat (20), (b) Ausbilden eines zweiten metallhaltigen Films (182) über dem ersten metallhaltigen Film (181), wobei der erste metallhaltige Film (181) und der zweite metallhaltige Film (182) dasselbe Metallelement umfassen, und eine Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film (182) höher ist jene in dem ersten metallhaltigen Film (181), und (c) Wiederholen von Vorgängen (a) und (b), um einen Filmstapel (18) aus den ersten metallhaltigen Filmen (181) und den zweiten metallhaltigen Filmen (181), die abwechselnd angeordnet werden, bis eine gewünschte Dicke des Filmstapels (18) erreicht wird, auszubilden, wobei die Konzentration des Metallelements in dem zweiten metallhaltigen Film (182) größer als 75% ist.A method for forming a film stack (18) on a substrate (20), comprising: (a) forming a first metal-containing film (181) over the substrate (20), (b) forming a second metal-containing film (182) over the first metal-containing film (181), wherein the first metal-containing film (181) and the second metal-containing film (182) comprise the same metal element, and a concentration of the metal element in the second metal-containing film (182) is higher than that in the first metal-containing film (181), and (c) repeating operations (a) and (b) to form a film stack (18) from the first metal-containing films (181) and the second metal-containing films (181) arranged alternately until a desired thickness of the film stack (18) is achieved, wherein the concentration of the metal element in the second metal-containing film (182) is greater than 75% is. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Ausbilden des ersten metallhaltigen Films (181) über dem Substrat (20) ein Sputtern eines Metalltargets in Anwesenheit eines Reaktivgases in einer ersten Menge umfasst, und das Ausbilden des zweiten metallhaltigen Films (182) über dem ersten metallhaltigen Film (181) ein Sputtern des Metalltargets in Anwesenheit des Reaktivgases in einer zweiten Menge, die kleiner ist als die erste Menge, umfasst.Procedure according to Claim 12 wherein forming the first metal-containing film (181) over the substrate (20) comprises sputtering a metal target in the presence of a reactive gas in a first amount, and forming the second metal-containing film (182) over the first metal-containing film (181) comprises sputtering the metal target in the presence of the reactive gas in a second amount that is less than the first amount. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Ausbilden des ersten metallhaltigen Films (181) über dem Substrat (20) umfasst: Sputtern eines Metalltargets, um einen ersten Metallfilm (181) über dem Substrat (20) auszubilden, und Behandeln des ersten Metallfilms (181) mit einem Reaktivgas in einer ersten Menge, und das Ausbilden des zweiten metallhaltigen Films (182) über dem ersten metallhaltigen Film (181) umfasst: Sputtern des Metalltargets, um einen zweiten Metallfilm (182) über dem ersten metallhaltigen Film (181) auszubilden, und Behandeln des zweiten Metallfilms (182) mit dem Reaktivgas in einer zweiten Menge, die kleiner ist als die erste Menge.Procedure according to Claim 12 , wherein forming the first metal-containing film (181) over the substrate (20) comprises: sputtering a metal target to form a first metal film (181) over the substrate (20), and treating the first metal film (181) with a reactive gas in a first amount, and forming the second metal-containing film (182) over the first metal-containing film (181) comprises: sputtering the metal target to form a second metal film (182) over the first metal-containing film (181), and treating the second metal film (182) with the reactive gas in a second amount that is less than the first amount. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der erste metallhaltige Film (181) und der zweite metallhaltige Film (182) Tantalnitridfilme umfassen.Method according to one of the Claims 12 until 14 wherein the first metal-containing film (181) and the second metal-containing film (182) comprise tantalum nitride films. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der erste metallhaltige Film (181) und der zweite metallhaltige Film (182) Tantaloxidfilme umfassen.Method according to one of the Claims 12 until 14 wherein the first metal-containing film (181) and the second metal-containing film (182) comprise tantalum oxide films. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Konzentration des Metallelementes in dem ersten metallhaltigen Film (181) 50% beträgt.Method according to one of the Claims 12 until 16 , wherein the concentration of the metal element in the first metal-containing film (181) is 50%.
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