專利名稱：沉積方法與半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沉積方法及一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種用于形成絕緣膜的沉積方法及上面形成有絕緣膜的半導(dǎo)體器件，該絕緣膜覆蓋主要由銅膜制成的布線并具有低介電常數(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導(dǎo)體集成電路器件的更高集成度和更高密度，要求更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，并且需要具有小RC延遲時間的多層布線結(jié)構(gòu)。為了獲得這種多層布線結(jié)構(gòu)，主要由電阻小的銅制成的布線用作導(dǎo)線，并且具有低介電常數(shù)的絕緣膜(以下稱為低介電常數(shù)絕緣膜)用作覆蓋主要由銅制成的布線的阻擋絕緣膜和/或阻擋絕緣膜上的主絕緣膜。
通過涂敷法的沉積方法和通過等離子體增強CVD法的沉積方法為公知的形成低介電常數(shù)絕緣膜的沉積方法。盡管由等離子體增強CVD法沉積的絕緣膜比由涂敷法沉積的絕緣膜具有更大的相對介電常數(shù)，但等離子體增強CVD法沉積的絕緣膜具有更高的機械強度和更小的含水量，從而人們堅持不懈地對通過等離子體增強CVD法得到低介電常數(shù)絕緣膜的沉積方法進行研究和開發(fā)。
專利文獻1、2和3等描述了通過等離子體增強CVD法得到低介電常數(shù)絕緣膜如阻擋絕緣膜和阻擋絕緣膜上的主絕緣膜的沉積方法。
日本專利公開No.2002-164346公告[專利文獻2]日本專利公開No.2002-252228公告[專利文獻3]日本專利公開No.2002-164429公告但是，近年來，由于需要更高的驅(qū)動頻率和數(shù)據(jù)傳輸速度并且布線圖案變得更微小，從而需要形成具有均勻的更低相對介電常數(shù)的中間層絕緣膜。例如，當(dāng)驅(qū)動頻率超過GHz并且布線圖案的尺寸為65nm或更小時，有必要使相對介電常數(shù)為2.6或更小，優(yōu)選為2.4或更小。在這種情況下，在保持防止銅擴散的功能的同時，有必要進一步減小覆蓋銅的阻擋絕緣膜的相對介電常數(shù)。此外，需要具有低相對介電常數(shù)但高機械強度的膜。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，目的是提供一種沉積方法和半導(dǎo)體器件，能夠改善機械強度，改善其吸濕特性，及在阻擋絕緣膜和/或其上面的主絕緣膜中獲得更低的相對介電常數(shù)，尤其對于阻擋絕緣膜，能夠在保持防止銅擴散的功能的同時進一步降低相對介電常數(shù)。
根據(jù)發(fā)明人進行的實驗，在一種方法(即，將具有含硅有機化合物作為主要組成氣體的沉積氣體或者具有含硅有機化合物和氧化氣體作為主要組成氣體的沉積氣體轉(zhuǎn)換成等離子體，以沉積低介電常數(shù)絕緣膜)中，當(dāng)僅使用具有甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷作為含硅有機化合物進行沉積時，則導(dǎo)致僅獲得這樣的絕緣膜，其雖然具有低介電常數(shù)，但具有白色渾濁，低機械強度及高吸濕特性。另一方面，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)當(dāng)將具有甲基和甲氧基至少二者之一的鏈硅氧烷或者有機硅烷添加到具有甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷時，盡管相對介電常數(shù)相應(yīng)于其添加量而升高，但白色渾濁不再出現(xiàn)。因此，這說明，通過調(diào)節(jié)鏈硅氧烷或者有機硅烷相對于環(huán)硅氧烷的流速，能夠改善機械強度、提高吸濕特性及保持低相對介電常數(shù)。此外，也說明該膜也具有防止銅擴散功能。特別地，這說明，使用含有甲氧基的硅氧烷或有機硅烷可有效提高機械強度。
在本發(fā)明中，使用氣體混合物(其具有包括甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷和包括甲基和甲氧基至少二者之一的鏈硅氧烷)作為主要組成氣體的沉積氣體，通過等離子體增強CVD法進行沉積。可替換地，使用氣體混合物(其具有包括甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷和包括甲基和甲氧基至少二者之一的有機硅烷)作為主要組成氣體的沉積氣體，通過等離子體增強CVD法進行沉積?？商鎿Q地，使用沉積氣體(其中進一步添加氧化氣體例如H2O到氣體混合物中)，通過等離子體增強CVD法進行沉積。
這樣可防止待形成的絕緣膜(成膜)產(chǎn)生白色渾濁(turbidity)，并保持高機械強度，并且進一步促使改善成膜的吸濕特性并將成膜的相對介電常數(shù)降低為2.6或更低。此外，可以使得絕緣膜額外具有防止銅擴散功能。
在這種情況下，通過添加甲醇或乙醇到上述氣體混合中，CH3、C2H5等被引入到成膜中，以進一步降低相對介電常數(shù)，并通過由于OH基引起的氧化增強了成膜中的橋接(bridge)反應(yīng)，以進一步增加成膜的機械強度。
此外，通過將惰性氣體作為稀釋氣體添加到上述沉積氣體中，能夠防止沉積氣體迅速反應(yīng)并且能夠防止氣相反應(yīng)。這可以防止成膜的機械強度或黏附強度下降，并且也防止粒子的產(chǎn)生。注意由于添加太多的惰性氣體導(dǎo)致更高的相對介電常數(shù)，因此優(yōu)選添加適量的惰性氣體。
在這種情況下，這種沉積方法可用于形成銅布線等的半導(dǎo)體器件。并且具有上述特性的絕緣膜可用于作為覆蓋銅布線等的阻擋絕緣膜(barrierinsulating film)、作為直接覆蓋銅布線等的絕緣膜、或作為形成在阻擋絕緣膜(其覆蓋銅布線等)上的主絕緣膜(primary insulating film)。并且，上述絕緣膜或者阻擋絕緣膜及主絕緣膜用來作為構(gòu)成布線中間層絕緣膜(wiringinterlayer insulating film)或者掩埋布線絕緣膜(wiring buried insulating film)的絕緣膜。從而改善半導(dǎo)體的高速特性。


圖1為示出了本發(fā)明第一實施例的沉積方法中采用的等離子體增強CVD沉積裝置的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
圖2為示出了本發(fā)明第一實施例的沉積方法中采用的沉積氣體的組成氣體的混合的表格。
圖3A、3B、3C為示出了考慮通過本發(fā)明第一實施例的沉積方法在沉積條件I下形成的絕緣膜，相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場及沉積速率關(guān)于HMDSO流速的關(guān)系圖。
圖4A、4B、4C為示出了對于通過本發(fā)明第一實施例的沉積方法在沉積條件I下形成的絕緣膜，相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場及沉積速率關(guān)于HMDSO流速的關(guān)系圖。
圖5A、5B、5C為示出了對于通過本發(fā)明第一實施例的沉積方法在沉積條件I下形成的絕緣膜，相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場及沉積速率關(guān)于氣壓的關(guān)系圖。
圖6A、6B、6C為示出了考慮通過本發(fā)明第一實施例的沉積方法在沉積條件I下形成的絕緣膜，相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場及沉積速率關(guān)于所施加功率的關(guān)系圖。
圖7A、7B、7C為示出了對于通過本發(fā)明第一實施例的沉積方法在沉積條件II下形成的絕緣膜，相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場及沉積速率關(guān)于H2O流速的關(guān)系圖。
圖8A、8B、8C為示出了對于通過本發(fā)明第一實施例的沉積方法在沉積條件II下形成的絕緣膜，相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場及沉積速率關(guān)于氣壓的關(guān)系圖。
圖9A-9G為示出了本發(fā)明第二實施例的半導(dǎo)體器件及其制造方法的剖面圖。
圖10為示出了本發(fā)明第三實施例的半導(dǎo)體器件及其制造方法的剖面圖。
圖11為示出了本發(fā)明第四實施例的半導(dǎo)體器件及其制造方法的剖面圖。
具體實施例方式
下面，參考

本發(fā)明的實施例。
(第一實施例)圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明該實施例的沉積方法中采用的平行板(parallelplate)型等離子體沉積裝置101的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
平行板型等離子體增強CVD沉積裝置101由沉積部分101A和沉積氣體供應(yīng)部分101B構(gòu)成，沉積部分101A為在襯底21上通過等離子體氣體進行沉積而形成絕緣膜的場所，沉積氣體供應(yīng)部分101B具有組成沉積氣體的多種氣體供應(yīng)源。
如圖1所示，沉積部分101A包括其中的壓力可降低的反應(yīng)室(chamber)1，這里，反應(yīng)室1通過排氣管4連接至排氣單元6?？刂品磻?yīng)室1和排放單元6之間的連通/不連通的開/關(guān)閥5設(shè)置在排放管4的中途。反應(yīng)室1設(shè)置有壓力測量裝置，例如真空計(未示出)，用以監(jiān)測反應(yīng)室1內(nèi)部的壓力。
反應(yīng)室1設(shè)置有一對彼此相對的上電極(第一電極)2和下電極(第二電極)3。供應(yīng)13.56MHz頻率的高頻電的高頻電源(RF電源)7連接至上電極2，而供應(yīng)380kHz頻率的低頻電的低頻電源8連接至下電極3。電源7、8供電至上電極2和下電極3，因此沉積氣體被轉(zhuǎn)化為等離子體。上電極2、下電極3和電源7、8構(gòu)成了將沉積氣體轉(zhuǎn)化成等離子體的等離子體產(chǎn)生裝置。
上電極2起到沉積氣體分配器的作用。在上電極2上形成有多個通孔，通孔在與下電極3相反表面上的開口為沉積氣體的釋放口(引入口)。沉積氣體等的釋放口通過管道9a連接至沉積氣體供應(yīng)部件101B。存在根據(jù)環(huán)境在上電極2選擇設(shè)置加熱器(未示出)的情況。加熱器用于在沉積期間將上電極2加熱到約100℃至200℃的溫度，以防止由沉積氣體等的反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成的粒子黏附在上電極2上。
下電極3用作進行沉積的襯底21的固定臺，并且設(shè)置有加熱器12，加熱器12在固定臺上加熱進行沉積的襯底21。
沉積氣體供應(yīng)部分101B設(shè)置有環(huán)硅氧烷(第一含硅有機化合物)的供應(yīng)源，其具有甲基和甲氧基至少二者之一；鏈硅氧烷(第二含硅有機化合物)的供應(yīng)源，其具有甲基和甲氧基至少二者之一；有機硅烷的供應(yīng)源，其中甲基和甲氧基至少二者之一具有鍵合硅(bonded silicon)；由H2O、O2、N2O和CO2中任一種構(gòu)成的氧化氣體的供應(yīng)源；例如甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)等醇類的供應(yīng)源；稀釋氣體的供應(yīng)源；以及氮氣(N2)供應(yīng)源。
因而，氣體通過分支管道(9b至9h)和管道9a供應(yīng)到反應(yīng)室1中，其中所有的分支管道(9b至9h)連接至管道9a。用于控制分支管道(9b至9h)的連通/不連通的流速調(diào)整裝置(11a至11g)和開/關(guān)裝置(10b至10o)安裝在分支管道(9b至9h)的中途，并且用于開/關(guān)管道9a的開/關(guān)裝置10a安裝在管道9a的中途。
此外，為了通過循環(huán)N2氣來清除分支管道(9b至9g)中的殘余氣體，安裝了開/關(guān)裝置(10p至10u)，用于控制連接至N2氣體供應(yīng)源的分支管道9h與其他分支管道(9b至9g)之間的連通/不連通。注意，N2氣不僅清除分支管道(9b至9b)中的殘余氣體，也清除在管道9a和反應(yīng)室1中的殘余氣體。此外，還存在N2氣用作稀釋氣體的情況。
根據(jù)上述沉積裝置101，其包括環(huán)硅氧烷供應(yīng)源，鏈硅氧烷供應(yīng)源，有機硅烷的供應(yīng)源，氧化氣體供應(yīng)源，醇類供應(yīng)源；稀釋氣體供應(yīng)源，也包括將沉積氣體轉(zhuǎn)換成等離子體的等離子體產(chǎn)生裝置(2、3、7、8)。
通過這種結(jié)構(gòu)，可以形成阻擋絕緣膜或者低介電常數(shù)絕緣膜，它們的機械強度被提高，吸濕特性被改善，且相對介電常數(shù)降到2.6或更低，同時保持防止銅擴散的功能，如以下實例所示。
然后，存在用于通過平行板型的上電極2和下電極3產(chǎn)生等離子體的裝置，例如為等離子體體產(chǎn)生裝置。上電極2和下電極3分別與電源(7、8)連接，電源(7、8)分別供應(yīng)具有高、低兩個頻率的電源至上電極2和下電極3。因此，具有高、低兩個頻率的電源被分別應(yīng)用到各個電極(2、3)，從而能夠產(chǎn)生等離子體。其中，通過應(yīng)用低頻電源形成的絕緣膜至少更致密。通過應(yīng)用高頻電源的絕緣膜至少具有更低的相對介電常數(shù)。
接下來，以下氣體可被用作本發(fā)明中采用的相關(guān)沉積氣體的代表實例，其為第一含硅有機化合物，其具有環(huán)硅氧烷及甲基和甲氧基至少二者之一；第二含硅有機化合物，其具有直鏈硅氧烷鍵及甲基和甲氧基至少二者之一；有機硅烷，其具有甲基和甲氧基至少二者之一；氧化氣體；醇類；以及稀釋氣體。
(i)第一含硅有機化合物，其具有環(huán)硅氧烷及甲基和甲氧基至少二者之一。
以下為環(huán)硅氧烷的實例。
八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS((OH3)2)4Si4O4) 四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS((CH3H)4Si4O4)) 四甲氧基四甲基環(huán)四硅氧烷(TMTMCTS((OCH3)(CH3))4Si4O4)
(ii)第二含硅有機化合物，其具有直鏈硅氧烷鍵及甲基和甲氧基至少二者之一。
以下為鏈硅氧烷的實例。
六甲基二硅氧烷(HMDSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)3) 二甲氧基四甲基二硅氧烷(DMTMDSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2(OCH3)) 八甲基三硅氧烷(OMTSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)2-O-Si(CH3)3) 二甲氧基六甲基三硅氧烷(DMHMTSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2-O-Si(OCH3)(CH3)2)
六甲氧基二甲基三硅氧烷(HMDMTSO(OCH3)2(CH3)Si-O-Si(OCH3)2-O-Si(OCH3)2(CH3)) 四甲基二氟二硅氧烷(TMDFDSOF(CH3)2Si-O-SiF(CH3)2) 二甲氧基二甲基二氟二硅氧烷(DMDMFDSOF(OCH3)(CH3)Si-O-SiF(CH3)(OCH3)) 五甲基一氟二硅氧烷(PMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(CH3)2)
二甲氧基三甲基一氟二硅氧烷(DMTMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(OCH3)2) 三甲基三氟二硅氧烷(TMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(CH3)) 一甲氧基二甲基三氟二硅氧烷((MMDMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(OCH3)) 二甲基四氟二硅氧烷(DMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(CH3)) 一甲氧基一甲基四氟二硅氧烷(MMMMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(OCH3)) (iii)有機硅烷，其具有甲基和甲氧基至少二者之一一甲基硅烷(SiH3(CH3))， 二甲基硅烷(SiH2(CH3)2)， 三甲基硅烷(SiH(CH3)3)， 四甲基硅烷(Si(CH3)4)，
一甲基三甲氧基硅烷(Si(CH3)(OCH3)3)， 二甲基二甲氧基硅烷(Si(CH3)2(OCH3)2)，或者 三甲基一甲氧基硅烷(Si(CH3)3(OCH3)) (iv)氧化氣體氧氣(O2)水(H2O)一氧化氮(N2O)二氧化碳氣體(CO2)(v)醇類甲醇(CH3OH)乙醇(C2H5OH)注意醇類在室溫或通過加熱蒸發(fā)，并且在氣態(tài)下應(yīng)用。
(vi)稀釋氣體氦(He)
氬(Ar)氮氣(N2)下面將描述采用上述氣體的重要性。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人進行的實驗，在通過將沉積氣體(該沉積氣體包含由含硅有機化合物或者由含硅有機化合物和氧化氣體構(gòu)成的主要組成氣體)轉(zhuǎn)換成等離子體的低介電常數(shù)絕緣膜沉積方法中，說明了下列各項。
具體來說，當(dāng)通過僅采用具有甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷作為含硅有機化合物進行沉積時，會導(dǎo)致僅形成雖然相對介電常數(shù)低但呈現(xiàn)白色渾濁，機械強度低以及吸濕特性高的絕緣膜。另一方面，當(dāng)具有甲基和甲氧基至少二者之一的鏈硅氧烷或者有機硅烷被添加到具有甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷時，盡管相應(yīng)于其添加量相對介電常數(shù)升高，但白色渾濁不再出現(xiàn)。
在進行幾次這樣的實驗之后，就可以明確當(dāng)調(diào)節(jié)添加到環(huán)硅氧烷的鏈硅氧烷或有機硅烷的量時，就可以促使機械強度提高，吸濕特性改善，并保持低相對介電常數(shù)。此外，也可明確這會促使給成膜提供防止銅擴散的功能。
特別是明確，采用含有甲基的硅氧烷或者有機硅烷對于改善機械強度是有效的。
此外，可明確含氟(F)化合物的采用導(dǎo)致相對介電的進一步降低以及機械強度的進一步提高。
在這種情況下，在成膜中引入CH3、C2H5等，通過進一步添加甲醇或者乙醇至上述混合氣體來進一步降低相對介電常數(shù)，通過借助OH基(羥基)的氧化，可增強成膜中的橋接(bridge)反應(yīng)，從而進一步提高機械強度。
此外，惰性氣體的添加引起對沉積氣體迅速反應(yīng)的防止，從而對氣相反應(yīng)進行防止。如果氣相反應(yīng)發(fā)生，則成膜的膜質(zhì)量嚴重退化。例如，成膜的機械強度或者黏附強度退化。此外，導(dǎo)致不期望的粒子產(chǎn)生。通過防止氣相反應(yīng)就能夠防止這些問題。注意，由于添加太多的惰性氣體導(dǎo)致更高的相對介電常數(shù)，優(yōu)選添加適量的惰性氣體。
接下來，將參考圖2說明沉積氣體中組成氣體的混合?？赡艿幕旌戏绞饺缦隆Ｃ糠N混合方式為一種沉積氣體，并且可用于本發(fā)明中。
(1-a)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物
(1-b)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物/醇類(2-a)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物/稀釋氣體(2-b)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物/稀釋氣體/醇類(3-a)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物/氧化氣體(3-b)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物/氧化氣體/醇類(4-a)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物/氧化氣體/稀釋氣體(4-b)第一含硅有機化合物/第二含硅有機化合物/氧化氣體/稀釋氣體/醇類(5-a)第一含硅有機化合物/有機硅烷(5-b)第一含硅有機化合物/有機硅烷/醇類(6-a)第一含硅有機化合物/有機硅烷/稀釋氣體(6-b)第一含硅有機化合物/有機硅烷/稀釋氣體/醇類(7-a)第一含硅有機化合物/有機硅烷/氧化氣體(7-b)第一含硅有機化合物/有機硅烷/氧化氣體/醇類(8-a)第一含硅有機化合物/有機硅烷/氧化氣體/稀釋氣體(8-b)第一含硅有機化合物/有機硅烷/氧化氣體/稀釋氣體/醇類接下來，說明本發(fā)明的發(fā)明人進行的沉積實驗。
在以下沉積條件I下通過等離子體增強CVD(PECVD)在Si襯底上沉積硅氧化膜。沉積氣體歸入上述4-a的混合。具體來說，OMCTS被用作第一含硅有機化合物，HMDSO被用作第二含硅有機化合物，H2O被用作氧化氣體，而He被用作稀釋氣體。
在沉積中，采用1分鐘30秒作為從氣體引入至沉積開始(等離子體激發(fā))置換反應(yīng)室內(nèi)的氣體所需的時間(穩(wěn)定期間)，并且上電極2被加熱到100℃，以防止反應(yīng)產(chǎn)物黏附到上電極2上。
沉積條件I沉積氣體OMCTS流速75sccmHMDSO流速75sccmH2O流速500sccmHe流速100sccm
氣壓1.7Torr等離子體激發(fā)條件上電極(第一電極)高頻電源(頻率13.56MHz)562W(約等于0.6W/cm2)下電極(第二電極)低頻電源(380KHz)0W襯底加熱溫度350℃圖3A至3C示出了當(dāng)除了HMDSO流速之外沉積條件固定為沉積條件I所示，并且HMDSO流速在20至80sccm范圍內(nèi)變化時的數(shù)據(jù)獲取結(jié)果。此外，圖4A至4C示出了當(dāng)除了H2O流速之外沉積條件固定為沉積條件I所示，并且H2O流速在200至1000sccm范圍內(nèi)變化時的數(shù)據(jù)獲取結(jié)果。此外，圖5A至5C示出了當(dāng)除了氣壓之外沉積條件固定為沉積條件I所示，并且氣壓在1.0至2.0Torr范圍內(nèi)變化時的數(shù)據(jù)獲取結(jié)果。另外，圖6A至6C示出了當(dāng)除了高頻電源(頻率13.56MHz)之外沉積條件固定為沉積條件I所示，并且高頻電源(頻率13.56MHz)在350至650W范圍內(nèi)變化時的數(shù)據(jù)獲取結(jié)果。
(i)沉積氣體的HMDSO流速與Si襯底上形成的絕緣膜的相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場、沉積速率之間的關(guān)系。
(a)沉積氣體的HMDSO流速與成膜的相對介電常數(shù)之間的關(guān)系圖3A為示出了沉積氣體的HMDSO流速與成膜的相對介電常數(shù)和折射率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)的左軸代表以線性刻度表示的成膜的相對介電常數(shù)，縱坐標(biāo)的右軸代表以線性刻度表示的成膜的折射率，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的HMDSO流速(sccm)。
根據(jù)圖3A，成膜的相對介電常數(shù)隨HMDSO流速的變化而逐漸增加。當(dāng)HMDSO流速為20sccm時，相對介電常數(shù)約為2.25，在HMDSO流速為30sccm時，相對介電常數(shù)變?yōu)榧s2.55，之后近似保持恒定值，并且在HMSO流速為80sccm時變?yōu)榧s2.55。
在HMDSO流速從20sccm至80sccm的總測量范圍內(nèi)，可獲得2.6或更低的相對介電常數(shù)的低值。
注意，折射率作為成膜的密度標(biāo)志。折射率越高，則膜越致密。相同條件應(yīng)用于以下各項，并省略其說明。
(b)沉積氣體的HMDSO流速和成膜的電介質(zhì)擊穿場圖3B為示出了沉積氣體的HMDSO流速與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的電介質(zhì)擊穿場(MV/cm)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的HMDSO流速(sccm)。
根據(jù)圖3B，電介質(zhì)擊穿場隨HMDSO流速的變化逐漸增加，并且在HMDSO流速從20至80sccm的總測量范圍內(nèi)變?yōu)?MV/cm或者更大。這說明，該膜具有作為阻擋絕緣膜的足夠的電介質(zhì)擊穿電壓。
(c)沉積氣體的HMDSO流速和成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖3C為示出了沉積氣體的HMDSO流速與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖。縱坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的沉積速率(nm/min)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的HMDSO流速(sccm)。
根據(jù)圖3C，沉積速率隨HMDSO流速的增加成反比下降。沉積速率在HMDSO流速為20sccm時約為700nm/min，而在流速為80sccm時約為70nm/min。還發(fā)現(xiàn)，實際的水平(預(yù)測約為300nm/min)為小的HMDSO流速。
(ii)沉積氣體的H2O流速與Si襯底上形成的絕緣膜的相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場、沉積速率之間的關(guān)系。
(a)沉積氣體的H2O流速與成膜的相對介電常數(shù)之間的關(guān)系圖4A為示出了沉積氣體的H2O流速與成膜的相對介電常數(shù)和折射率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)的左軸代表以線性刻度表示的成膜的相對介電常數(shù)，縱坐標(biāo)的右軸代表以線性刻度表示的成膜的折射率，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根據(jù)圖4A，成膜的相對介電常數(shù)隨H2O流速的變化而逐漸降低。當(dāng)H2O流速為200sccm時，相對介電常數(shù)約為2.65，在H2O流速為1000sccm時，相對介電常數(shù)變?yōu)榧s2.55。在H2O流速從約500sccm至1000sccm的范圍內(nèi)，可獲得2.6或更低的相對介電常數(shù)的低值。
(b)沉積氣體的H2O流速與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖4B為示出了沉積氣體的H2O流速與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的電介質(zhì)擊穿場(MV/cm)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的H2O流速(sccm)。待測量絕緣膜形成在銅膜上，并且通過使用銅膜作為一個電極來測量電介質(zhì)擊穿場。相同條件應(yīng)用到電介質(zhì)擊穿場的以下測量中。
根據(jù)圖4B，電場隨H2O流速的變化逐漸增加，并且在H2O流速從200至1000sccm的總測量范圍內(nèi)變?yōu)?MV/cm或者更大。這說明膜具有作為阻擋絕緣膜的足夠的電介質(zhì)擊穿電壓。這表明絕緣膜具有足夠的防止銅擴散的功能。
(c)沉積氣體的H2O流速與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖4C為示出了沉積氣體的H2O流速與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的沉積速率(nm/min)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根據(jù)圖4C，沉積速率顯示出正比于H2O流速的增加的充分單調(diào)增加。沉積速率在H2O流速為200sccm時約為30nm/min，而在流速為1000sccm時約為500nm/min。還發(fā)現(xiàn)實際水平是在為大的H2O流速。
(iii)沉積氣體的氣壓與成膜的相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場以及沉積速率之間的關(guān)系。
(a)沉積氣體的氣壓與Si襯底上形成的絕緣膜的相對介電常數(shù)之間的關(guān)系圖5A為示出了沉積氣體的氣壓與成膜的相對介電常數(shù)和折射率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)的左軸代表以線性刻度表示的成膜的相對介電常數(shù)，縱坐標(biāo)的右軸代表以線性刻度表示的成膜的折射率，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的氣壓(Torr)。
根據(jù)圖5A，成膜的相對介電常數(shù)的變化相對于氣壓的改變是小的，并且成膜的相對介電常數(shù)隨氣壓的增加成反比逐漸下降。當(dāng)氣壓為1.0Torr時，成膜的相對介電常數(shù)為2.6，當(dāng)氣壓為2.0Torr時，相對介電常數(shù)為2.4。
正如所述，在氣壓從1.0至2.0的總測量范圍內(nèi)，可獲得2.6或更低的相對介電常數(shù)的低值。
(b)沉積氣體的氣壓和成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖5B為示出了沉積氣體的氣壓與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖。縱坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的電介質(zhì)擊穿場(MV/cm)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的氣壓(Torr)。
根據(jù)圖5B，成膜的電介質(zhì)擊穿場的變化相對于氣壓的改變是小的，并且成膜的電介質(zhì)擊穿場隨氣壓的增加成反比逐漸下降。成膜的電介質(zhì)擊穿場在氣壓為1.0Torr時為6MV/cm，在氣壓為2.0Torr時約為5.2MV/cm。
如上所述，在氣壓從1.0至2.0Torr的總測量范圍內(nèi)，電場變?yōu)?MV/cm或更大。這說明了具有作為阻擋絕緣膜的足夠的電介質(zhì)擊穿場。
(c)沉積氣體的氣壓與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖5C為示出了沉積氣體的氣壓與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的沉積速率(nm/min)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的氣壓(Torr)。
根據(jù)圖5C，沉積速率隨氣壓的增加成比例增加。沉積速率在氣壓為1.0Torr時為100nm/min，而在氣壓為2.0Torr時為290nm/min。這些值作為實際水平可能有些太低。
(iv)應(yīng)用到沉積氣體的高頻功率(頻率13.56MHz)與在Si襯底上形成的絕緣膜的相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場以及沉積速率之間的關(guān)系。
(a)高頻功率(頻率13.56MHz)與成膜的相對介電常數(shù)之間的關(guān)系圖6A為示出了將沉積氣體轉(zhuǎn)換成等離子體的高頻功率與成膜的相對介電常數(shù)和折射率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)的左軸代表以線性刻度表示的成膜的相對介電常數(shù)，縱坐標(biāo)的右軸代表以線性刻度表示的成膜的折射率，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的高頻功率(W)。注意340mmφ的電極被用作應(yīng)用高頻電源的電極。
根據(jù)圖6A，成膜的相對介電常數(shù)的變化關(guān)于高頻功率的改變是小的，并且成膜的相對介電常數(shù)隨高頻功率的增加成比例逐漸減少。當(dāng)高頻功率為340W時，成膜的相對介電常數(shù)為2.65，當(dāng)高頻功率為700W時，相對介電常數(shù)為2.5。在450W至700W的范圍內(nèi)，獲得2.6或更低的相對介電常數(shù)的低值。
(b)高頻功率(頻率13.56MHz)與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖6B為示出了高頻功率與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的成膜的電介質(zhì)擊穿場(MV/cm)，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的氣壓(Torr)。
根據(jù)圖6B，成膜的電介質(zhì)擊穿場的變化相對于高頻功率的改變基本上是固定的。成膜的電介質(zhì)擊穿場約為5.5至6MV/cm。
如上所述，在高頻功率從340W至700W的總測量范圍內(nèi)，電場變?yōu)?MV/cm或更大。這說明膜具有作為阻擋絕緣膜的足夠的電介質(zhì)擊穿場。
(c)高頻功率(頻率13.56MHz)與成膜的沉積速率之間的關(guān)系。
圖6C為示出了高頻功率與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的膜的沉積速率(nm/min)，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的高頻功率(W)。
根據(jù)圖6C，沉積速率隨高頻功率的增加基本上成比例增加。沉積速率在高頻功率為340W時為40nm/min，而在高頻功率為1000sccm時為330nm/cm。
接下來，在以下沉積條件II下通過等離子體增強CVD(PECVD)在Si襯底上沉積硅氧化膜。在沉積氣體中，具有甲氧基的鏈硅氧烷DMTMDSO用作第二含硅有機化合物。沉積實驗結(jié)果如下所示。
沉積條件II沉積氣體OMCTS流速75sccmHMTMDSO流速75sccmH2O流速500sccmHe流速100sccm氣壓1.7Torr等離子體激發(fā)條件上電極(第一電極)高頻電源(頻率13.56MHz)562W(約等于0.6W/cm2)下電極(第二電極)低頻電源(380KHz)0W襯底加熱條件350℃圖7A至圖7C示出了除了H2O流速固定之外沉積條件如沉積條件II并且H2O流速在200至100sccm范圍內(nèi)變化時的數(shù)據(jù)獲取結(jié)果。此外，圖8A至圖8C示出了除了氣壓固定之外沉積條件如沉積條件II并且氣壓在1.0至2.0Torr范圍內(nèi)變化時的數(shù)據(jù)獲取結(jié)果。
(v)沉積氣體的H2O流速和Si襯底上形成的絕緣膜的相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場及沉積速率之間的關(guān)系。
(a)沉積氣體的H2O流速與成膜的相對介電常數(shù)之間的關(guān)系圖7A為示出了沉積氣體的H2O流速與成膜的相對介電常數(shù)和折射率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)的左軸代表以線性刻度表示的成膜的相對介電常數(shù)，縱坐標(biāo)的右軸代表以線性刻度表示的成膜的折射率，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根據(jù)圖7A，成膜的相對介電常數(shù)隨H2O流速的變化而逐漸降低。當(dāng)H2O流速為200sccm時，相對介電常數(shù)約為2.7，在H2O流速為1000sccm時，相對介電常數(shù)變?yōu)榧s2.5。在H2O流速從約300sccm至1000sccm的范圍內(nèi)，可獲得2.6或更低的相對介電常數(shù)的低值。
(b)沉積氣體的H2O流速與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖7B為示出了沉積氣體的H2O流速與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的電介質(zhì)擊穿場(MV/cm)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根據(jù)圖7B，在H2O流速從200至1000sccm的總測量范圍內(nèi)獲得6MV/cm的基本恒定值。這說明該膜具有作為阻擋絕緣膜的足夠電介質(zhì)擊穿電壓。
(c)沉積氣體的H2O流速與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖7C為示出了沉積氣體的H2O流速與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的沉積速率(nm/min)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根據(jù)圖7C，沉積速率隨H2O流速的增加基本上成比例增加。沉積速率在H2O流速為200sccm時約為40nm/min，而在流速為1000sccm時約為520nm/min。還發(fā)現(xiàn)實際水平為大H2O流速。
(vi)沉積氣體的氣壓與成膜的相對介電常數(shù)、電介質(zhì)擊穿場以及沉積速率之間的關(guān)系。
(a)沉積氣體的氣壓與成膜的相對介電常數(shù)之間的關(guān)系圖8A為示出了沉積氣體的氣壓與成膜的相對介電常數(shù)和折射率之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)的左軸代表以線性刻度表示的成膜的相對介電常數(shù)，縱坐標(biāo)的右軸代表以線性刻度表示的成膜的折射率，而橫坐標(biāo)軸代表以線性刻度表示的氣壓(Torr)。
根據(jù)圖8A，成膜的相對介電常數(shù)的變化相對于氣壓的改變是小的，并且成膜的相對介電常數(shù)隨氣壓的增加成比例逐漸下降。當(dāng)氣壓為1.0Torr時成膜的相對介電常數(shù)為2.7，當(dāng)氣壓為2.0Torr時相對介電常數(shù)為2.6或更小。在氣壓從1.6到2.0Torr的范圍內(nèi)獲得2.6或更低的相對介電常數(shù)的低值。
(b)沉積氣體的氣壓和成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖8B為示出了沉積氣體的氣壓與成膜的電介質(zhì)擊穿場之間的關(guān)系圖?？v坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的電介質(zhì)擊穿場(MV/cm)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的氣壓(Torr)。
根據(jù)圖8B，成膜的電介質(zhì)擊穿場隨氣壓的增加基本上成反比逐漸減小。成膜的電介質(zhì)擊穿場在氣壓為1.0Torr時為6.2MV/cm，而在氣壓為2.0Torr時約為5.2MV/cm。如上所述，在氣壓從1.0至2.0Torr的總測量范圍內(nèi)電場獲得5MV/cm。這說明膜具有作為阻擋絕緣膜的足夠的電介質(zhì)擊穿場。
(c)沉積氣體的氣壓與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖8C為示出了沉積氣體的氣壓與成膜的沉積速率之間的關(guān)系圖。縱坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的成膜的沉積速率(nm/min)，而橫坐標(biāo)軸顯示以線性刻度表示的氣壓(Torr)。
根據(jù)圖8C，成膜的沉積速率隨氣壓的增加基本上成比例增加。沉積速率在氣壓為1.0Torr時為100nm/min，而在氣壓為2.0Torr時約為340nm/min。
(d)其他在沉積條件II下的的沉積中，不像在沉積條件I下的沉積，含有甲氧基的DMTMDSO用作第二含硅化合物，從而成膜的機械強度可得到進一步提高。這被認為是甲氧基中的氧作用引起的。
如上所述，根據(jù)第一實施例，使用沉積氣體(其含有具有甲基的OMCTS(環(huán)硅氧烷)、具有甲基的HMDSO或者具有甲氧基的DMTMDSO(鏈硅氧烷))作為含硅化合物的通過等離子體增強CVD法進行沉積，因此能夠防止形成的絕緣膜有白色渾濁以提高機械強度，能夠改善吸濕特性，以及能夠保持2.6或更低的相對介電常數(shù)。
以上基于第一實施例詳細說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的范圍不限于在上述實施例中具體示出的實例，并且在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)上述實施例的改型被合并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，在第一實施例中，第二含硅化合物的流速與第一含硅化合物的流速之比設(shè)置為1∶1，但該比例可以適當(dāng)改變。在這種情況下，當(dāng)使比例更小時，第一含硅化合物的比例相對增加，并且因此相對介電常數(shù)變小，但白色渾濁出現(xiàn)。相反，當(dāng)使其更大時，第二含硅化合物的比相對增加，并且因此白色渾濁不會出現(xiàn)且機械強度增加，但相對介電常數(shù)變得更大。因此，優(yōu)選將比例設(shè)置為防止上述問題出現(xiàn)的適當(dāng)范圍。
此外，具有在第一實施例中所述的硅氧烷鍵或者甲基硅氧烷(SiHn(CH3)4-nn＝0，1，2，3)的其他化合物可以用來替代在第一實施例中采用的HMDSO和DMTMDSO。由此第一實施例示出了具有硅氧烷鍵和甲基硅氧烷的其他化合物的實例，在此省略。
此外，沉積氣體可以是含有甲醇(CH3OH)或乙醇(C2H5OH)的氣體。
另外，含有氬(Ar)或氮(N)的惰性氣體可以代替氦(He)作為稀釋氣體添加到沉積氣體。
(第二實施例)接下來，參考圖9A至9G描述第二實施例的半導(dǎo)體器件及制造該器件的方法。
圖9G為通過根據(jù)本發(fā)明第二實施例制造半導(dǎo)體器件的方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
如圖9G所示，該半導(dǎo)體器件具有雙重嵌入(damascene)結(jié)構(gòu)。該器件由掩埋下層布線(38a、38b)的掩埋下層布線絕緣膜34、掩埋上層布線(55a、55b)的掩埋上層布線絕緣膜45以及夾在二者之間的布線中間層絕緣膜42構(gòu)成，它們疊置在襯底31上。在布線中間層絕緣膜42中，掩埋用以連接下層布線(38a、38b)與上層布線(55a、55b)的連接導(dǎo)體(54a、54b)。下層布線(38a、38b)、連接導(dǎo)體(54a、54b)及布線(55a、55b)主要由銅膜制成。掩埋下層布線絕緣膜34由主絕緣膜和其上面的阻擋絕緣膜構(gòu)成，布線中間層絕緣膜42由下層阻擋絕緣膜、主絕緣膜及上層阻擋絕緣膜構(gòu)成，而掩埋上層布線絕緣膜45由主絕緣膜及其上面的阻擋絕緣膜構(gòu)成。
在本實施例中，對于掩埋下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45的各個主絕緣膜的沉積，采用沉積條件I。
在制造半導(dǎo)體器件的方法中，首先，襯底31被載入沉積裝置101的反應(yīng)室1中，并被固定在襯底臺(substrate holder)3上。隨后，襯底31被加熱并保持在350℃溫度。然后，如圖9A所示，OMCTS、HMDSO、H2O及He分別以75sccm、75sccm、500sccm、100sccm的流速被引入到圖1所示的等離子體沉積裝置101的反應(yīng)室1中，并且壓力保持在1.7Torr。隨后，頻率為13.56MHz的562W(等于約0.6W/cm2)高頻功率被應(yīng)用到上電極2。在這種情況下，380KHz的低頻電源未被應(yīng)用到下電極3。
因此，OMCTS、HMDSO、H2O及He被轉(zhuǎn)換成等離子體。這種狀態(tài)保持預(yù)定時間期間，以在襯底(進行沉積的襯底)31上形成由約1μm厚的SiOCH膜制成的主絕緣膜32，其構(gòu)成掩埋下層布線絕緣膜34。注意SiOCH膜為含有Si、O、C及H的絕緣膜。
隨后，通過等離子體增強方法，在主絕緣膜32上形成構(gòu)成掩埋下層布線絕緣膜34的阻擋絕緣膜33。作為阻擋絕緣膜33，典型采用通過其他沉積條件沉積的氧化硅膜，并且也可以采用氮氧化硅膜或氮化硅膜。這些膜的相對介電常數(shù)略高，但是防止的銅擴散功能和機械強度很高。相同的條件被應(yīng)用于以下將要沉積的阻擋絕緣膜。
接下來，如圖9B所示，在已經(jīng)蝕刻掩埋下層布線絕緣膜34以形成下層布線槽(34a、34b)之后，在下層布線槽(34a、34b)的內(nèi)表面上形成作為銅擴散防止膜的TaN膜，如圖9C所示。然后，在通過濺射方法于TaN表面上形成銅籽晶(seed)層(未示出)之后，通過電鍍方法掩埋銅膜。隨后，通過CMP方法(化學(xué)機械拋光方法)拋光從布線槽(34a、34b)突出的銅膜和TaN膜，以使其表面平坦化。因此，形成主要由銅膜制成的下層布線(38a、38b)，其由銅膜(37a、37b)及TaN膜(36a、36b)構(gòu)成。
接下來，如圖9D所示，在圖9C所示的下掩埋布線絕緣膜34上形成布線中間層絕緣膜42和掩埋布線絕緣膜45。下面將描述其細節(jié)。
具體來說，為了形成布線中間層絕緣膜42，首先，圖9C所示的襯底31被載入到沉積裝置101的反應(yīng)室1中，并被固定在襯底臺3上。隨后，襯底31被加熱并保持在350℃溫度。沉積氣體被引入到反應(yīng)室1中，以將氣體轉(zhuǎn)換成等離子體，促使發(fā)生反應(yīng)，以形成膜厚約為100nm的阻擋絕緣膜39，其接觸下層布線(38a、38b)并覆蓋下層布線(38a、38b)和下層布線掩埋絕緣膜34。
接下來，在與圖9A的主絕緣膜32的沉積條件相同的沉積條件下，在阻擋絕緣膜39上形成膜厚約為500nm、由SiOCH膜制成的主絕緣膜40。隨后，通過等離子體增強CVD法在主絕緣膜40上形成膜厚約為1000nm的阻擋絕緣膜41。
通過以上工藝，形成由阻擋絕緣膜39、主絕緣膜40及阻擋絕緣膜41構(gòu)成的布線中間層絕緣膜42。
接下來，在布線中間層絕緣膜42上形成掩埋上層布線絕緣膜45。具體來說，為了形成掩埋上層布線絕緣膜45，在與圖9A主絕緣膜32的沉積條件相同的沉積條件下，在阻擋絕緣膜41上形成由SiOCH膜制成的主絕緣膜43，其具有低介電常數(shù)，且膜厚約為500nm。然后，通過等離子體增強CVD法在主絕緣膜43上形成膜厚約為100nm的阻擋絕緣膜44。
通過以上工藝，形成由主絕緣膜43及阻擋絕緣膜44構(gòu)成的掩埋上層布線絕緣膜45。
接下來，將描述通過公知的雙重嵌入方法形成主要由銅膜制成的連接導(dǎo)體和上層布線的方法。
首先，如圖9E所示，通過曝光方法在阻擋絕緣膜44(其構(gòu)成掩埋上層布線絕緣膜45)上形成抗蝕膜46，該抗蝕膜46在下層布線(38a，38b)上方具有開口(46a，46b)。隨后，通過開口(46a，46b)，按順序蝕刻阻擋絕緣膜44、主絕緣膜43、阻擋絕緣膜41及主絕緣膜40，以形成延伸到阻擋絕緣膜39的開口(47a，47b)。
接下來，如圖9F所示，在去除抗蝕膜46之后，通過曝光方法在阻擋絕緣膜44(其構(gòu)成掩埋上層布線絕緣膜45)上形成具有開口(48a，48b)的新抗蝕膜48?？刮g膜48的開口(48a，48b)形成為具有比開口(47a，47b)更寬的開口寬度，并且將開口(47a，47b)包含在其內(nèi)部。隨后，通過開口(48a，48b)按順序蝕刻在開口(48a，48b)中開口(47a，47b)周圍露出的阻擋絕緣膜44和主絕緣膜43。當(dāng)蝕刻阻擋絕緣膜44時，在開口(47a，47b)底部露出的阻擋絕緣膜39(在圖9E的工藝已形成)也被蝕刻，且銅膜(37a、37b)(其構(gòu)成下層布線(38a，38b))出現(xiàn)在開口(47a，47b)的底部。注意，圖中的附圖標(biāo)記50a和50b表示具有與開口(47a，47b)相同形狀和尺寸的開口。因此，形成具有寬開口寬度并穿透掩埋上層布線絕緣膜45的開口(上層布線槽)(49a、49b)，以及具有窄開口寬度并與開口(49a、49b)連接且穿透布線中間層絕緣膜42的開口(布線連接孔)(51a、51b)。
接下來，如圖9G所示，在布線連接孔(51a、51b)的內(nèi)表面和上層布線槽(49a、49b)上形成TaN膜作為銅擴散防止膜。然后，在通過濺射方法于TaN膜表面上形成銅籽晶層(未示出)之后，通過電鍍方法掩埋銅膜。隨后，通過CMP方法拋光從上層布線槽(49a、49b)突出的銅膜和TaN膜，以使其表面平坦化。因此，形成連接導(dǎo)體(54a、54b)和上層布線(55a、55b)，它們由銅膜(53a、53b)和TaN膜(52a、52b)構(gòu)成。因此，下層布線(38a，38b)經(jīng)連接導(dǎo)體(54a、54b)與上層布線(55a、55b)相連。
接下來，在整個表面上形成阻擋絕緣膜56。因此，完成半導(dǎo)體器件。
如上所述，根據(jù)第二實施例，在制造半導(dǎo)體器件的方法中，形成掩埋下層布線絕緣膜34(其中掩埋下層布線(38a、38b))、掩埋上層布線絕緣膜45其中掩埋上層布線(55a、55b)及從而被夾入的布線中間層絕緣膜42，使用包括氣體混合物的沉積氣體，通過等離子體增強CVD法沉積掩埋下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45的各個主絕緣膜(32、40、43)，在氣體混合物中混合了具有甲基的OMCTS(環(huán)硅氧烷)及具有甲基的HMDSO(鏈硅氧烷)，并且H2O(氧化氣體)和He(稀釋氣體)被進一步添加到氣體混合物中。
因此，可以防止形成的主絕緣膜(32、40、43)有白色渾濁，提高機械強度，改善主絕緣膜(32、40、43)的吸收特性，并保持主絕緣膜(32、40、43)的相對介電常數(shù)降低為2.6或更低。從而改善半導(dǎo)體器件的高速特性。
此外，通過在上述沉積氣體中添加惰性氣體作為稀釋氣體，能夠防止沉積氣體的迅速反應(yīng)并防止氣相反應(yīng)。這能夠防止成膜的機械強度和黏附強度的降低，并且防止粒子的產(chǎn)生。注意由于添加太多的惰性氣體會導(dǎo)致相對介電常數(shù)增加，因此優(yōu)選添加適量的惰性氣體。
以上基于第二實施例詳細說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的范圍不限于在上述實施例中具體示出的實例，并且在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)上述實施例的改型被合并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，沉積氣體I用作主絕緣膜(32、40、43)的沉積條件，也可以使用沉積條件II或者在第一實施例中研究過的其他沉積條件。
(第三實施例)圖10為第三實施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖。
在圖10中，于圖9G相比，不同點為掩埋下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45分別不包括阻擋絕緣膜33、39、41、44，并且分別僅由主絕緣膜(61、62、63)構(gòu)成。注意，圖10中由與圖9A至9G中的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記表示的部件具有與圖9A至9G中的部件相同的功能，或者表示與圖9A至9G相同的部件。
接下來，說明制造第三實施例的半導(dǎo)體器件的方法。
圖12所示的第三實施例的半導(dǎo)體器件具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中圖9G所示的半導(dǎo)體器件的掩埋下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45阻擋絕緣膜已分別去除。因此，在制造第三實施例的半導(dǎo)體器件的方法中，省去從第二實施例的制造方法中的阻擋絕緣膜的沉積工藝。在這種情況下，第二實施例的沉積條件I或沉積條件II，或者在第一實施例中研究過的其他沉積條件可以用作絕緣膜(61、61、63)的沉積條件。但是，要求絕緣膜(61、61、63)的各個膜厚為掩埋下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45所需要的膜厚。
如上所述，根據(jù)第三實施例，在制造半導(dǎo)體器件的方法中，為了形成掩埋下層布線絕緣膜34(其中掩埋下層布線(38a，38b))、掩埋上層布線絕緣膜45(其中掩埋上層布線(55a、55b))及夾在二者中間的布線中間層絕緣膜42，使用含有氣體混合物的沉積氣體作為含硅有機化合物，通過等離子體增強CVD法分別沉積構(gòu)成掩埋下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45的單層絕緣膜(61、62、63)，其中，在該氣體混合物中混合了具有甲基的環(huán)硅氧烷及具有甲基的鏈硅氧烷或有機硅烷。
因此，與第一實施例類似，可以防止形成的主絕緣膜(61、62、63)有白色渾濁以提高機械強度，改善成膜的吸收特性，并保持主絕緣膜(61、62、63)的相對介電常數(shù)降低為2.6或更低。因此，能夠提高半導(dǎo)體器件的高速特性。此外，由于形成的絕緣膜(61、62、63)具有防止銅擴散的功能，因此他們是具有低介電常數(shù)的主絕緣膜，并且也作為對于銅的阻擋絕緣膜。
因此，僅能夠獲得單層絕緣膜(61、62、63)作為掩埋下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45，并且因此可以省略阻擋絕緣膜的沉積。因此，能夠簡化制造工藝。
(第四實施例)圖11為第四實施例的半導(dǎo)體器件的剖面圖。注意圖11中由與圖9A至9G中的附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記表示的部件具有與圖9A至9G中的部件相同的功能，或者表示與圖9A至9G相同的部件。
第四實施例的半導(dǎo)體器件具有與圖9G所示第二實施例的半導(dǎo)體器件相同的層疊結(jié)構(gòu)。具體來說，半導(dǎo)體器件具有圖11所示的雙重嵌入結(jié)構(gòu)，并且該雙重嵌入結(jié)構(gòu)由襯底31上的掩埋下層布線絕緣膜34(其中掩埋下層布線(38a，38b))、掩埋上層布線絕緣膜45(其中掩埋上層布線(55a、55b))及被夾在二者之間的布線中間層絕緣膜42構(gòu)成，其中掩埋用于連接下層布線(38a、38b)與上層布線(55a、55b)的連接導(dǎo)體(54a、54b)。下層布線(38a、38b)、連接導(dǎo)體(54a、54b)及上層布線(55a、55b)主要由銅膜制成。掩埋下層布線絕緣膜34由主絕緣膜64和其上面的阻擋絕緣膜65構(gòu)成，布線中間層絕緣膜42由下層阻擋絕緣膜66、主絕緣膜67及上層阻擋絕緣膜68構(gòu)成，以及掩埋上層布線絕緣膜45由主絕緣膜69及其上面的阻擋絕緣膜70構(gòu)成。
另一方面，在制造第四實施例的半導(dǎo)體器件中，不同于第二實施例的是，沉積條件I、本實施例的沉積條件II或在第一實施例中研究過的其他沉積條件用于分別屬于下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45的各個阻擋絕緣膜(65、66、68、70、71)的沉積。在這種情況下，具有更低的相對介電常數(shù)的絕緣膜能用作主絕緣膜(64、67、69)。例如，可使用多孔絕緣膜或涂層絕緣膜，該多孔絕緣膜通過CVD法的一系列沉積工藝和例如加熱的后處理(post-treatment)來形成(此時，成膜轉(zhuǎn)換成多孔的)，該涂層絕緣膜通過涂敷法來形成。
如上所述，在制造半導(dǎo)體器件的方法中，為了形成掩埋下層布線絕緣膜34、掩埋上層布線絕緣膜45及被夾在二者中間的布線中間層絕緣膜42，使用含有氣體混合物的沉積氣體作為含硅有機化合物，通過等離子體增強CVD法沉積構(gòu)成下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45的各個阻擋絕緣膜(65、66、68、70、71)，其中，在該氣體混合物中混合了具有甲基的環(huán)硅氧烷及具有甲基的鏈硅氧烷或有機硅烷。
因此，如在第一實施例中所述，可以保持相對介電常數(shù)為2.6或更低，同時使得構(gòu)成下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45的各個阻擋絕緣膜(65、66、68、70、71)具有防止銅擴散的功能。因此，通過使用具有甚至更低的相對介電常數(shù)的絕緣膜作為主絕緣膜，主絕緣膜能夠?qū)е逻M一步減小下層布線絕緣膜34、布線中間層絕緣膜42及掩埋上層布線絕緣膜45的相對介電常數(shù)。因此，可以改善半導(dǎo)體器件的高速特性。
以上基于第四實施例詳細說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的范圍不限于在上述實施例中具體示出的實例，并且在不脫離本發(fā)明要旨的范圍內(nèi)上述實施例的改型被合并在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，使用具有氣體混合物(其中將具有甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷與具有甲基和甲氧基至少二者之一的鏈硅氧烷混合)作為主要組成氣體的沉積氣體，具有氣體混合物(其中將具有甲基和甲氧基至少二者之一的環(huán)硅氧烷與具有甲基和甲氧基至少二者之一的有機硅烷混合)作為主要組成氣體的沉積氣體，或者氧化氣體例如H2O被添加到氣體混合物中的沉積氣體，通過等離子體增強CVD法進行沉積，可以防止形成的絕緣膜有白色渾濁以提高機械強度，改善吸收特性，并保持相對介電常數(shù)為2.6或更低，同時保持防止銅擴散的功能。
這種沉積方法可用于形成有銅布線等的半導(dǎo)體器件上，并且具有上述特性的絕緣膜可用于作為覆蓋銅布線等的阻擋絕緣膜，作為直接覆蓋銅布線等的絕緣膜，或者作為在阻擋絕緣膜(其覆蓋銅布線等)上的主絕緣膜。此外，可以使用上述絕緣膜、阻擋絕緣膜及主絕緣膜作為構(gòu)成布線中間層絕緣膜或者掩埋布線絕緣膜的絕緣膜。
通過這種方法，半導(dǎo)體器件能夠跟隨超過GHz的驅(qū)動頻率和65nm或更小尺寸的布線圖案，而不會降低半導(dǎo)體器件的特性。
權(quán)利要求
1.一種沉積方法，其中，沉積氣體被轉(zhuǎn)換成等離子體，并促使發(fā)生反應(yīng)，以形成具有低介電常數(shù)的絕緣膜，其中，所述沉積氣體的主要組成氣體包括第一含硅化合物，其具有環(huán)硅氧烷鍵，及甲基和甲氧基至少二者之一；以及第二含硅有機化合物，其具有鏈硅氧烷鍵，及甲基和甲氧基至少二者之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中，除了該第一含硅化合物及該第二含硅有機化合物之外，所述主要組成氣體包括由H2O、O2、N2O及CO2之一構(gòu)成的氧化氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中，除了該第一含硅化合物及該第二含硅有機化合物之外，所述主要組成氣體包括醇類。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中，除了該第一含硅化合物及該第二含硅有機化合物之外，所述主要組成氣體包括由H2O、O2、N2O及CO2之一構(gòu)成的氧化氣體及醇類。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中，所述第一含硅有機化合物為以下任一個八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS((OH3)2)4Si4O4)， 四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS((CH3H)4Si4O4))，及 四甲氧基四甲基環(huán)四硅氧烷(TMTMCTS((OCH3)(CH3))4Si4O4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中，所述第二含硅有機化合物為以下任一個六甲基二硅氧烷(HMDSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)3)， 二甲氧基四甲基二硅氧烷(DMTMDSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2(OCH3))， 八甲基三硅氧烷(OMTSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)2-O-Si(CH3)3)， 二甲氧基六甲基三硅氧烷(DMHMTSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2-O-Si(OCH3)(CH3)2)， 六甲氧基二甲基三硅氧烷(HMDMTSO(OCH3)2(CH3)Si-O-Si(OCH3)2-O-Si(OCH3)2(CH3))， 四甲基二氟二硅氧烷(TMDFDSOF(CH3)2Si-O-SiF(CH3)2) 二甲氧基二甲基二氟二硅氧烷(DMDMFDSOF(OCH3)(CH3)Si-O-SiF(CH3)(OCH3))， 五甲基一氟二硅氧烷(PMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(CH3)2)， 二甲氧基三甲基一氟二硅氧烷(DMTMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(OCH3)2)， 三甲基三氟二硅氧烷(TMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(CH3))， 一甲氧基二甲基三氟二硅氧烷((MMDMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(CH3))， 二甲基四氟二硅氧烷(DMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(CH3))，及 一甲氧基一甲基四氟二硅氧烷(MMMMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(OCH3))。
7.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，絕緣膜形成在被掩埋的主要由銅膜制成的布線上，其中，所述絕緣膜由具有低介電常數(shù)的絕緣膜構(gòu)成，該絕緣膜通過權(quán)利要求1的沉積方法沉積。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述絕緣膜為阻擋絕緣膜，用以接觸主要由銅膜制成的所述布線。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述絕緣膜為主絕緣膜，該主絕緣膜經(jīng)阻擋絕緣膜在主要由銅膜制成的所述布線的上方形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述絕緣膜構(gòu)成布線中間層絕緣膜，該布線中間層絕緣膜被主要由銅膜制成的布線夾在中間。
11.一種沉積方法，其中，沉積氣體被轉(zhuǎn)換成等離子體，并促使發(fā)生反應(yīng)，以形成具有低介電常數(shù)的絕緣膜，其中，所述沉積氣體的主要組成氣體包括第一含硅化合物，其具有環(huán)硅氧烷鍵，以及甲基和甲氧基至少二者之一；以及有機硅烷，其中甲基和甲氧基至少二者之一與硅鍵合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的沉積方法，其中，除了所述第一含硅化合物及所述有機硅烷之外，所述主要組成氣體包括由H2O、O2、N2O及CO2之一構(gòu)成的氧化氣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的沉積方法，其中，所述有機硅烷是以下任一個一甲基硅烷(SiH3(CH3))， 二甲基硅烷(SiH2(CH3)2)， 三甲基硅烷(SiH(CH3)3)， 四甲基硅烷(Si(CH3)4)， 一甲基三甲氧基硅烷(Si(CH3)(OCH3)3)， 二甲基二甲氧基硅烷(Si(CH3)2(OCH3)2)，及 三甲基一甲氧基硅烷(Si(CH3)3(OCH3))。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的沉積方法，其中，所述第一含硅有機化合物為以下任一個八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS((OH3)2)4Si4O4))， 四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS((CH3H)4Si4O4))，及 四甲氧基四甲基環(huán)四硅氧烷(TMTMCTS((OCH3)(CH3)4Si4O4)。
15.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，絕緣膜形成在被掩埋的主要由銅膜制成的布線上，其中，所述絕緣膜由具有低介電常數(shù)的絕緣膜構(gòu)成，該絕緣膜通過權(quán)利要求11的沉積方法沉積。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述絕緣膜為阻擋絕緣膜，用以接觸主要由銅膜制成的所述布線。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述絕緣膜為主絕緣膜，該主絕緣膜經(jīng)阻擋絕緣膜在主要由銅膜制成的所述布線的上方形成。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，所述絕緣膜構(gòu)成布線中間層絕緣膜，該布線中間層絕緣膜被主要由銅膜制成的布線夾在中間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種沉積方法，其中絕緣膜覆蓋主要由銅膜制成的布線，并具有低介電常數(shù)。在沉積氣體被轉(zhuǎn)換成等離子體并促使反應(yīng)發(fā)生以形成具有低介電常數(shù)的絕緣膜的沉積方法中，其組成為該沉積氣體具有第一含硅化合物及第二含硅有機化合物作為主要組成氣體，該第一含硅化合物具有環(huán)硅氧烷鍵以及甲基和甲氧基至少二者之一，而該第二含硅有機化合物具有直鏈硅氧烷鍵及甲基和甲氧基至少二者之一。
文檔編號C23C16/50GK1677625SQ20051006252
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者鹽谷喜美, 下田春夫, 前田和夫 申請人:半導(dǎo)體工程研究所股份有限公司