專利名稱：半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制造方法，特別是涉及具備低介電常數(shù)層間絕緣膜的半導體器件的制造方法。
背景技術：
近些年來，隨著半導體器件的微細化和高速化，單層布線構(gòu)造的多層化日益前進。其中，具有5層以上的金屬布線構(gòu)造的半導體器件也已被開發(fā)和生產(chǎn)。但是，隨著半導體器件向微細化的發(fā)展，由所謂的布線間寄生電容和布線電阻產(chǎn)生的信號傳播延遲的問題也不斷增大。就是說，隨著布線構(gòu)造的多層化，起因于多層化的信號傳播延遲妨礙半導體器件的高速化的問題也會增大。
作為伴隨著這樣的布線構(gòu)造的多層化的信號傳播延遲的避免策略，以前人們采取了種種的解決方法。一般地說，信號傳播延遲可以用上邊所說的布線間寄生電容和布線電阻之積表示。為了改善信號傳播延遲，理想的是在降低布線間寄生電容的同時，也降低布線電阻。
為了降低布線電阻，人們嘗試了使布線的主構(gòu)成材料換成電阻更低的主構(gòu)成材料，例如從現(xiàn)有的鋁布線換成為銅布線的技術。在該情況下，與現(xiàn)有的鋁布線同樣，采用對銅進行刻蝕的辦法加工成布線形狀是極其困難的。為此，在把銅用做布線的情況下，可以采用埋入布線構(gòu)造的技術。
此外，為了減小布線間的寄生電容，人們還嘗試了例如用CVD法形成以SiOF為主成分的絕緣膜，以取代現(xiàn)有的以SiO2為主成分的絕緣膜的技術，或者，用旋轉(zhuǎn)涂敷法形成相對介電常數(shù)比SiO2還低的所謂的SOG(旋涂玻璃)膜或有機樹脂膜等的低介電常數(shù)絕緣膜的技術。
一般地說，以往所一直使用的SiO2絕緣膜的相對介電常數(shù)，把3.9左右規(guī)定為實用上的下限。對此，SiOF絕緣膜則規(guī)定為可以使相對介電常數(shù)降低到3.3左右。但是，該SiOF絕緣膜，要使其相對介電常數(shù)降低得比3.3還低，從膜的穩(wěn)定性方面來考慮在實用上也是極其困難的。另一方面，SOG膜，或有機樹脂膜等的低介電常數(shù)絕緣膜則可以使相對介電常數(shù)降低到2.0左右。為此，人們積極地嘗試進行對其成膜技術的開發(fā)。
例如，在特開平11-506872號公報中，公開了可以采用向半導體襯底上邊涂敷絕緣膜的材料形成涂敷膜，向該涂敷膜上照射電子束的辦法，形成具有優(yōu)良特性的低介電常數(shù)絕緣膜的技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例的半導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置含有Si原子的低介電常數(shù)絕緣膜；邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；和使上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜暴露于促進上述Si原子的結(jié)合的氣體中。
本發(fā)明的另一個實施例的半導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置低介電常數(shù)絕緣膜；在含有惰性氣體的氣氛中，邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；和向上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜照射正電荷離子。
本發(fā)明的另一個實施例的半導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置含有有機成分的低介電常數(shù)絕緣膜；把上述半導體襯底搬運入處理室內(nèi)；在含有惰性氣體的氣氛中，邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；從上述處理室內(nèi)搬運出上述半導體襯底；向上述處理室內(nèi)導入氧化性氣體；和加上高頻電壓使得在已導入了上述氧化性氣體的上述處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，對上述處理室內(nèi)進行凈化。


圖1示出了用本發(fā)明的一個實施例的方法形成的半導體器件中的加熱處理裝置的概略。
圖2是用本發(fā)明的一個實施例的方法形成的半導體器件中的絕緣膜的剖面圖。
圖3的曲線圖示出了絕緣膜的相對介電常數(shù)的變化。
圖4的曲線圖示出了絕緣膜的吸濕量的變化。
圖5示出了在本發(fā)明的另一個實施例的半導體器件的制造方法中使用的加熱處理裝置的概略。
圖6A和圖6B是用本發(fā)明的另一個實施例的方法形成的半導體器件的布線構(gòu)造。
具體實施例方式
以下，邊參看附圖邊說明本發(fā)明的實施例。
(實施例1)本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)了采用邊照射電子束邊進行加熱的辦法形成的低介電常數(shù)絕緣膜，特別是含有Si的低介電常數(shù)絕緣膜易于吸濕的現(xiàn)象。這是因為歸因于照射電子束，在絕緣膜中的Si原子內(nèi)得以形成懸掛鍵的緣故。在絕緣膜中存在的Si懸掛鍵是活潑的，在使這樣的絕緣膜在大氣中開放之后，就如反應式(1)那樣地與水分進行反應。 此外，Si-CH3基，在使用電子束照射的燒結(jié)中，也會歸因于水分而被氧化，如下述反應式(2)那樣地進行反應。

歸因于上述反應形成的硅醇羥基(Si-OH)，將變成為易于吸收大氣中的水分的所謂的吸濕部位。因此，在把這樣的低介電常數(shù)絕緣膜放置到大氣中的情況下，就存在著相對介電常數(shù)會上升的可能?；蛘?，存在著下述可能在燒結(jié)后的熱處理中，吸收了大氣中的水分的絕緣膜從其內(nèi)部放出氣體。這樣一來，殘存有硅醇羥基的絕緣膜就會因劣化而性能易于降低，因而存在著半導體器件的性能劣化的可能。
這樣的問題，可以采用使含有Si原子的低介電常數(shù)絕緣膜暴露于促進該Si原子的結(jié)合的氣體中的辦法解決。就是說，本實施例的半導體器件的制造方法，具備在半導體襯底上邊，設置含有Si原子的低介電常數(shù)絕緣膜；邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；和使上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜暴露于促進上述Si原子的結(jié)合的氣體中。
圖1示出了可以使用的加熱處理裝置的一個例子。
如圖所示，加熱處理裝置1具備燒結(jié)低介電常數(shù)絕緣膜11的處理室2。在處理室2的上部，設置可以向涂敷在半導體襯底9上的低介電常數(shù)絕緣膜11的形成材料整個面地照射電子束(EB)的電子束源3。此外，在處理室2的內(nèi)部，在4臺電子束源3的下側(cè)，設置有可以載置半導體襯底9的襯底支持臺5。該襯底支持臺5，被設置成具有加熱裝置(電阻加熱器)6的熱板，使得可以加熱在半導體襯底9的上邊形成的涂敷膜。用電子束3和熱板，就可以邊向半導體襯底9上邊的低介電常數(shù)絕緣膜11的形成材料照射電子束邊進行加熱。
在燒結(jié)低介電常數(shù)絕緣膜11時，可以通過氣體導入閥門7或未畫出來的氣體供給裝置等向處理室2的內(nèi)部導入氣體。此外，在燒結(jié)低介電常數(shù)絕緣膜11時，可以通過真空排氣口8把處理室2的內(nèi)部設定為規(guī)定的減壓氣氛。雖然未畫出來，但是在真空排氣口8的下流一側(cè)，設置有開閉閥門、壓力調(diào)節(jié)裝置、和排氣泵等。借助于此，處理室2的內(nèi)部得以設定并保持規(guī)定的壓力。
例如，如圖2所示，在半導體襯底9上邊形成的第1低介電常數(shù)絕緣膜11a上邊形成第2低介電常數(shù)絕緣膜11b時，就可以使用本實施例的方法。在半導體襯底9上形成元件(未畫出來)。另外，在第1低介電常數(shù)絕緣膜11a上形成以Cu為主成分的埋入布線10，該第1低介電常數(shù)絕緣膜11a，同樣，也可以用本實施例的方法形成。
首先，用旋轉(zhuǎn)涂敷法向第1層低介電常數(shù)絕緣膜11a的上邊，涂敷第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b的材料，形成大體上均一膜厚的薄膜。
作為第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b的材料，例如，可以使甲基聚倍半硅氧烷(MSQ)的前驅(qū)體溶解于溶劑內(nèi)變成為凡立水后使用。
用旋轉(zhuǎn)涂敷法把上邊所說的凡立水涂敷到第1低介電常數(shù)絕緣膜11a上邊，形成大體上均一膜厚的薄膜。把已形成了薄膜的半導體襯底9載置到熱板上邊，在氮氣氣氛中，在50～150℃下加熱涂敷膜大約1～10分鐘，例如，在大約100℃下加熱涂敷膜約2分鐘。接著，在150～250℃下加熱涂敷膜大約1～10分鐘，例如，在大約200℃下加熱涂敷膜約2分鐘。采用像這樣地分階段地加熱涂敷膜的辦法，揮發(fā)除去在涂敷膜中含有的溶媒等。借助于此就可以大體上完全地除去涂敷膜中的溶媒等MSQ以外的成分，就可以使構(gòu)成成分的幾乎全部都是由MSQ構(gòu)成的絕緣膜固定到第1層低介電常數(shù)絕緣膜11a的上邊。涂敷膜的加熱也可以使用燈泡加熱器?；蛘?，也可以采用把涂敷膜配置在1×10-2～500Torr左右的減壓氣氛下的辦法除去溶媒。
在階段性的加熱結(jié)束后，用熱板使絕緣膜的溫度在例如大約60秒內(nèi)上升到規(guī)定的溫度后，再次加熱絕緣膜。該加熱，理想的是在250～450℃下進行1～60分鐘左右，例如，在大約400℃下進行大約30分鐘。在溫度低或時間短的情況下，就難于充分地進行加熱。另一方面在溫度高或時間長的情況下，就存在著促進被用做布線的Cu發(fā)生擴散或小丘的可能。結(jié)果是在僅僅用加熱進行的燒結(jié)中，在短時間、低溫的條件下，就難于形成高品位的膜。
因此，在該加熱期間內(nèi)，可以向絕緣膜照射電子束。在電子束的照射之前，處理室2的內(nèi)部，要通過真空排氣口8用真空泵減壓到1～500Torr左右，并通過氣體導入閥門7從氣體供給裝置導入Ar氣體和NF3氣體的混合氣體?；旌蠚怏w的流量，可以規(guī)定為大約1～10L/min左右，例如規(guī)定為大約3L/min。特別理想的是向處理室2內(nèi)部導入以大約9∶1的體積比含有Ar氣體和NF3氣體的混合氣體，通過真空排氣口8在借助于壓力調(diào)節(jié)裝置或真空泵保持10Torr的狀態(tài)下照射電子束。
NF3氣體之類的含有鹵素的氣體，具有促進絕緣膜中的Si原子的結(jié)合的作用。作為含有鹵素的氣體，除此之外還可以使用F2氣體、CF4氣體、C2F6氣體等。Ar氣與含有鹵素的氣體的混合比，沒有什么特別限定，哪怕是微量也罷只要是含有鹵素就可以得到效果。此外，含有鹵素的氣體也可以單獨使用。
此外，電子束可借助于電子束源3并給予規(guī)定大小的照射能來產(chǎn)生，如在圖1中用箭頭示出的那樣，可以向絕緣膜整個面上進行照射。其能量可以規(guī)定為大約1～50keV，例如規(guī)定為20keV。劑量則可以規(guī)定為大約100～2000μC/cm2，例如規(guī)定為1000μC/cm2的大體上恒定值。此外，照射時間可以規(guī)定為大約1～60分鐘，例如規(guī)定為30分鐘。在劑量少的情況下或者在照射時間短的情況下，就難于充分地得到電子束的效果。另一方面，在劑量大或照射時間長的情況下，歸因于膜收縮的增強應力將增大，存在著產(chǎn)生裂紋的可能。此外，還存在著伴隨產(chǎn)生相對介電常數(shù)或吸濕性的增加這樣的弊端的可能。電子束照射量，理想的是要根據(jù)材料進行適宜調(diào)整，使得不會降低絕緣膜的特性。
只要可以向絕緣膜上均一地照射上述那樣的能量、劑量的電子束，就可以得到電子束照射的效果。電子束的產(chǎn)生方法和電子束源的臺數(shù)沒有任何限制。
電子束可以對固定化的絕緣膜進行照射，在對未固定化狀態(tài)的涂敷膜照射電子束的情況下，一直到含于涂敷膜中的溶媒等的MSQ以外的成分為止的成分都會變質(zhì)，存在著要形成的低介電常數(shù)絕緣膜的特性將受到損害的可能。采用預先揮發(fā)除去溶媒的辦法，就可以防患于未然地防止這樣的損害。就是說，可以使溶媒等的不需要的成分除去后的MSQ膜成膜為具有所希望特性的第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b。
用電子自旋共振(ESR)觀察這樣形成的第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b，幾乎未發(fā)現(xiàn)Si懸掛鍵。此外，也幾乎未確認以該懸掛鍵為基礎的硅醇羥基等的吸濕部位。對此將在以下進行說明。
向第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b進行的電子束的照射，可以在Ar氣體和NF3氣體的混合氣體中進行。NF3氣體歸因于電子束照射而分解成多種的片斷。作為這樣的片斷之一的F，與第2低介電常數(shù)絕緣膜11b中的Si懸掛鍵或基于該懸掛鍵的Si-OH進行反應。在以下的反應式(3)和(4)中示出了該反應。
如上述反應式(3)所示，Si懸掛鍵端接于作為非親水性原子的F。此外，如上述反應式(4)所示，基于Si懸掛鍵的硅醇羥基，借助于F，與別的懸掛鍵一起形成硅氧烷。為此，第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b，即便是放置到大氣中，也難于吸收水分。結(jié)果是或者相對介電常數(shù)上升，或者從內(nèi)部放出氣體的可能被降低。以下，示出具體的數(shù)據(jù)對之進行說明。
圖3的曲線圖示出了被放置在大氣中的MSQ膜的相對介電常數(shù)的時間性變化。在圖3中，虛線a是對于本實施例的方法，具體地說，是在F2氣體中向絕緣膜照射電子束形成的MSQ膜的結(jié)果。另一方面，實線b則是在Ar氣體中對向絕緣膜照射電子束形成的MSQ膜的結(jié)果。如虛線a所示，用本實施例的方法形成的半導體器件中的MSQ膜，即便是在放置到大氣中的情況下，其相對介電常數(shù)也幾乎不變化，具有極其穩(wěn)定的性質(zhì)。對此，在Ar氣體中照射電子束形成的MSQ膜，如實線所示，隨著時間的經(jīng)過相對介電常數(shù)會增加，性質(zhì)是不穩(wěn)定的。
圖4示出了各個MSQ膜中的吸濕量的時間性變化。用以下的方法測定吸濕量。首先，在剛剛形成后使每一個膜都進行脫氣分析。這時，從室溫開始使已配置上2層膜的氣氛的溫度上升到大約450℃，在此期間內(nèi)，測量從各個膜放出來的水分的積分值。設從剛剛形成后的2層膜放出的水分的積分值為1。以后，對各個膜在每一個規(guī)定的日期都進行多次與上邊所說的同樣的脫氣分析。在每一次，都對各個膜計算所放出的水分的量的積分值，和從剛剛形成后的各個膜中放出的水分的量的積分值之比。對于2層MSQ膜的每一個都畫出在剛剛形成后的計算結(jié)果和每一次的計算結(jié)果，得到了圖4。
在圖4中，線c是對于本實施例的方法，具體地說，是對于在F2氣體中向絕緣膜照射電子束形成的MSQ膜的結(jié)果。另一方面，線d則是在Ar氣體中對向絕緣膜照射電子束形成的MSQ膜的結(jié)果。如虛線c所示，用本實施例的方法形成的半導體器件中的MSQ膜，即便是在放置到大氣中的情況下，其相對介電常數(shù)也幾乎不變化，具有極其穩(wěn)定的性質(zhì)。對此，在Ar氣體中照射電子束形成的MSQ膜，如實線所示，隨著時間的經(jīng)過相對介電常數(shù)會增加，性質(zhì)是不穩(wěn)定的。
就像以上所說明的那樣，用本實施例的方法制造的半導體器件中的第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b，由于相對介電常數(shù)和吸濕量幾乎不增加，故其性能難于降低。在用與第1層低介電常數(shù)絕緣膜11a同樣的方法形成的情況下，也可以得到同樣的效果。由這樣的第1層低介電常數(shù)絕緣膜11a和第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b構(gòu)成的低介電常數(shù)絕緣膜11，其性能難于降低。此外，由于Cu布線10等的各種電子電路等也被這樣的低介電常數(shù)絕緣膜11保護，故用本實施例的方法制造的半導體器件的電學性能幾乎不會降低。
可以采用在第2層低介電常數(shù)絕緣膜11b上，用常規(guī)方法形成孔和布線溝，例如通過由TaN等構(gòu)成的勢壘金屬層埋入Cu的辦法來形成栓塞和布線層。
另外，作為促進Si原子結(jié)合的氣體，也可以使用氫氣。在該情況下，將產(chǎn)生以下的反應式(5)和(6)所示的那種反應。
如以上的反應式(5)所示，Si懸掛鍵端接于作為非親水性原子的H。此外，如上述反應式(6)所示，基于Si懸掛鍵的硅醇羥基，可以用H置換。該反應式(6)所示的反應是脫水反應，是與吸收大氣中的水分的反應相反的反應。
此外，也可以使用含有硅醇羥基的有機Si系氣體，促進Si原子的結(jié)合。作為含有硅烷的有機Si系氣體，例如可以舉出三甲基硅烷等。在該情況下，將產(chǎn)生可以用以下的反應式(7)表示的反應。 或者，也可以使用具有羥基的有機系氣體。作為這樣的氣體，例如可以舉出甲醇、乙醇和丁醇等。此外，還可以使用苯酚等。在例如使用乙醇的情況下，將產(chǎn)生可以用以下的反應式(8)表示的反應。 如上述反應式(7)和(8)所示，基于Si懸掛鍵的硅醇羥基將消失。可以用這些反應式表示的反應是脫水反應，是與吸收大氣中的水分的反應相反的反應。
另外，在使用具有硅醇羥基的有機Si系氣體和具有羥基的有機系氣體的情況下，在Si懸掛鍵的情況下，將產(chǎn)生可以用以下的反應式(9)和(10)表示的反應。 不論哪一種情況，Si懸掛鍵都將消失。
氫氣、具有硅醇羥基的有機Si系氣體、和具有羥基的有機系氣體，與含有鹵素的氣體的情況同樣，可以變成為與Ar氣體之間的混合氣體使用。在該情況下，混合比沒有什么限定，哪怕是微量也罷只要這樣的氣體存在，就可以得到效果?；蛘?，也可以單獨使用氫氣、具有硅醇羥基的有機Si系氣體、和具有羥基的有機系氣體。
就如以上所說明的那樣，在促進Si原子的結(jié)合的氣體中，采用邊對絕緣膜照射電子束邊進行加熱的辦法，就可以形成抑制相對介電常數(shù)或吸濕量的增加的低介電常數(shù)絕緣膜。
在把邊照射電子束邊加熱后的絕緣膜暴露于促進Si原子的結(jié)合的氣體中的情況下，也可以得到同樣的效果。在該情況下，加熱后的絕緣膜也可以暫時暴露于大氣中。此外，促進Si原子的結(jié)合的氣體，在變成為預先激勵起來的狀態(tài)的情況下，也可以得到同樣的效果。這樣的氣體，例如可以借助于用微波進行放電的辦法變成為激勵狀態(tài)。
本實施例的半導體器件的制造方法，可以進行種種的變更。
例如，即便是在形成由單層的低介電常數(shù)絕緣膜或3層以上的多層構(gòu)造構(gòu)成的低介電常數(shù)絕緣膜時使用，也可以得到與上述同樣的效果。此外，在促進Si原子的結(jié)合的氣體中，可以邊照射電子束邊進行加熱處理形成的低介電常數(shù)絕緣膜，即便是MSQ膜以外的膜也沒問題。例如，也可以使用氫倍半硅氧烷(HSQ)膜等低介電常數(shù)的硅氧烷薄膜的原料。在用這樣的原料形成絕緣膜，在規(guī)定的氣體中進行加熱處理和電子束照射的情況下，也可以得到與上述同樣的效果。
此外，可以照射電子束的絕緣膜，并不限于用涂敷法形成，也可以用CVD法、蒸鍍法、濺射法或蒸鍍聚合法等形成。
(實施例2)本發(fā)明人等的另一個研究的結(jié)果確認可以采用邊照射電子束邊進行加熱的辦法形成的低介電常數(shù)絕緣膜，會因在表面層上殘留有電子而帶負電。結(jié)果是在低介電常數(shù)絕緣膜的表面層與半導體襯底之間產(chǎn)生電位差。
在形成低介電常數(shù)絕緣膜時，在半導體襯底上邊已預先形成了柵極電極和柵極絕緣膜。因此，當在低介電常數(shù)絕緣膜的表面層與半導體襯底之間產(chǎn)生了電位差時，就存在著柵極絕緣膜的絕緣耐壓降低的可能。此外，還存在著因柵極的動作電壓的變動等發(fā)生了所謂的靜電損傷，因而在半導體器件的動作上產(chǎn)生麻煩的可能性。
這樣的問題，可以采用向絕緣膜照射正電荷離子的辦法解決。就是說，本實施例的半導體器件的制造方法，具備在半導體襯底上邊，設置低介電常數(shù)絕緣膜；在含有惰性氣體的氣氛中，邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；和向上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜照射正電荷離子。
圖5示出了可以使用的加熱處理裝置的一個例子。
所圖示的裝置，把電極配置在襯底支持臺5內(nèi)，除設置通過該電極給該半導體襯底9加上高頻電壓的高頻電源13之外，與圖1所示的裝置是同樣的。采用從高頻電源13給電極加上電壓的辦法，就可以在處理室2內(nèi)產(chǎn)生等離子體。電極也可以設置在與襯底支持臺5不同的場所，具體地說，可以設置在把處理室2內(nèi)的半導體襯底9包圍起來的側(cè)壁的任何一個區(qū)域上。另外，在圖5中，明示出了抑制所發(fā)生的脫氣的影響的隔墻3a和透過電子束的電子束透過窗3b。
本實施例的制造方法，可以用具備下述部分的半導體制造裝置進行可減壓的處理室；配置于上述處理室內(nèi)用來支持設置有低介電常數(shù)絕緣膜的半導體襯底的襯底支持部；向上述低介電常數(shù)絕緣膜照射電子束的電子束源；加熱上述半導體襯底的加熱器；設置在上述處理室內(nèi)的電極；給上述電極加上高頻電壓的高頻電源；和向上述處理室內(nèi)導入氣體的導入系統(tǒng)。
參看圖6A和圖6B說明本實施例的半導體器件的制造方法。
首先，如圖6A所示，向半導體襯底20上邊依次淀積第1層的層間絕緣膜21、SiN膜23和第2層的層間絕緣膜25。在半導體襯底20上，在源極區(qū)S和漏極區(qū)D之間，中間存在著絕緣膜地形成柵極電極27。第1層層間絕緣膜21可以作成為用CVD法形成的SiO2膜，通過由TaN等構(gòu)成的勢壘金屬膜22地埋入由Cu等構(gòu)成的布線層23。第2層的層間絕緣膜25，可以使用含有例如有機成分的氧化硅膜，例如MSQ膜。在形成該第2層層間絕緣膜25時，可以使用本實施例的方法。
首先，例如用旋轉(zhuǎn)涂敷法向SiN膜24的上邊涂敷第2層的層間絕緣膜25的材料，形成大體上均一膜厚的涂敷膜。然后，用在上述實施例1中說明的任意方法從涂敷膜中除去溶媒，使絕緣膜固定化。
此外，在圖5所示的處理室2內(nèi)，邊向絕緣膜照射電子束邊進行加熱。在電子束的照射之前，處理室2的內(nèi)部，要通過真空排氣口8用真空泵減壓到1～500Torr左右，并通過氣體導入閥門7從氣體供給裝置導入Ar氣體和NF3氣體的混合氣體。Ar氣體的流量，可以規(guī)定為大約1～10L/min左右，例如規(guī)定為大約3L/min。特別理想的是向處理室2內(nèi)部導入Ar氣體，通過真空排氣口8在借助于壓力調(diào)節(jié)裝置或真空泵保持10Torr的狀態(tài)下照射電子束。
要導入到處理室2內(nèi)的氣體，可以使用Ar等的稀有氣體，就是說，可以使用不活潑且對含有MSQ等的有機成分的氧化硅膜不會造成影響的任意氣體。在該情況下，所謂影響，包括化學性和物理性的濺射。此外，也可以混合使用氫氣。在該情況下，氫氣的配合量沒有什么特別限定。
能量和劑量這些電子束照射的條件，可以規(guī)定為與上邊所說的實施例1同樣。
在本實施例中，在照射電子束時，可以從高頻電源13給電極加上13.56MHz的高頻電壓。歸因于加上高頻電壓，就可以在半導體襯底9的上方形成等離子體。此外，由于要給載置到電極上的半導體襯底9加上負的自偏電壓，故在等離子體中帶正電荷的Ar+將被吸引到半導體襯底9上。由于借助于此，就可以同時向在半導體襯底9上邊形成的MSQ膜照射負電荷的電子(e-)和正電荷的Ar+，故在表面層上的電荷狀態(tài)就會被中和。結(jié)果，就有可能抑制靜電損傷的產(chǎn)生。
另外，在照射正電荷離子時，理想的是要借助于物理性的作用進行控制使得MSQ膜不會不需要地被刻蝕。
電子束和正電荷離子的劑量和照射的定時，可以適宜調(diào)整。借助于此，就可以抑制電荷的不均勻，抑制靜電損傷的發(fā)生，使得可以進一步地減少半導體器件的不合格的發(fā)生率。例如，可以舉出以下所示的處理方法。
(方法1)邊向絕緣膜照射電子束邊進行加熱，與此同時，照射正電荷離子(Ar+)。
(方法2)在上邊所說的方法中，間歇性地進行電子束的照射。在該情況下，把MSQ膜的燒結(jié)所需要的電子束的量分成規(guī)定的次數(shù)，間歇性地向MSQ膜照射和電子束。因此，可以減少每一次的電子束劑量，可以更確實地防止在MSQ膜中的電荷的不均勻。
(方法3)在上邊所說的方法1中，再供給氫氣，在存在H的氣氛中進行處理。在該情況下，H作為媒介使MSQ膜的結(jié)晶狀態(tài)恢復，因而可以進一步地抑制靜電損傷的發(fā)生。
借助于以上所述那種方法，就可以形成第2層的層間絕緣膜25。在所得到的層間絕緣膜25中，靜電損傷得以被抑制，這已被晶體管的驅(qū)動特性試驗確認。因此，可以避免給在半導體襯底20上邊預先形成的柵極電極或柵極絕緣膜造成壞影響。
在這樣形成的第2層層間絕緣膜25上，借助于RIE(反應性離子刻蝕)等形成孔和溝，中間存在著由TaN等構(gòu)成的勢壘金屬膜28地埋入Cu等29，就可以形成圖6B所示的那種雙金屬鑲嵌布線構(gòu)造。
然后，根據(jù)需要形成上層的層間絕緣膜。在該情況下，對該上層的層間絕緣膜也要用在本實施例中說明的方法施行處理后，就可以抑制靜電損傷的發(fā)生。
另外，本實施例的方法，應用于半導體器件中的形成任意絕緣膜的工序，可以得到同樣的效果。特別是在多層布線構(gòu)造中，如果在形成位于比較往下的下層，高密度地形成布線層的層間絕緣膜時使用，則是有效的。借助于此，就可以抑制布線間的寄生電容，因而可以抑制信號的傳播速度的降低，抑制靜電損傷的發(fā)生，可以制造半導體器件。
使用上邊所說的(方法1)到(方法3)制造半導體器件，并研究了由靜電損傷產(chǎn)生的不合格發(fā)生率。在這里所謂的不合格，指的是具有晶體管構(gòu)造的測試晶片的晶體管驅(qū)動特性達不到規(guī)定值，所謂不合格發(fā)生率，指的是不合格晶體管對晶片上邊的晶體管總數(shù)的比率。加熱處理的溫度，電子束的能量和劑量，以及處理室內(nèi)的壓力這樣的條件，與已經(jīng)說明的條件相同。(方法1)、(方法2)和(方法3)中的不合格發(fā)生率，分別為14％、17％和2％。
為進行比較，除不照射正電荷離子之外，用同樣的條件形成層間絕緣膜，得到半導體器件。在該情況下，歸因于靜電損傷的不合格發(fā)生率為48％。
如上所述，已經(jīng)確認借助于使用本實施例的方法，顯著地降低了因靜電損傷產(chǎn)生的半導體器件的不合格發(fā)生率。
本實施例的半導體器件的制造方法，可進行種種的變更。
例如，邊照射電子束邊進行加熱，照射正電荷離子形成的低介電常數(shù)絕緣膜，即便是MSQ膜以外的膜也沒關系。例如，也可以使用氫倍半硅氧烷(HSQ)膜等低介電常數(shù)的硅氧烷薄膜的原料。此外，也可以使用聚亞芳基聚醚和聚酰亞胺等的有機樹脂。在用這樣的材料形成絕緣膜，并在規(guī)定的氣體中施行加熱處理和電子束照射的情況下，也可以得到與上述同樣的效果。
在電子束的劑量低達100μC/cm2左右以下的情況下，也可以對邊照射電子束邊進行加熱后的絕緣膜，照射正電荷離子。
此外，可以照射正電荷離子的絕緣膜，也可以用CVD法、蒸鍍法、濺射法或蒸鍍聚合法形成而不限于涂敷法。
同時使用伴隨著上邊所說的那樣的電子束照射的加熱和正電荷離子的照射這一作法，也可以應用于光刻膠圖形的形成。采用對光刻膠膜施行同樣處理的辦法，來提高機械強度。結(jié)果，在形成光刻膠圖形方面，可以提高加工精度。此外，由于提高了作為掩模材料的光刻膠圖形的刻蝕耐性，故可以提高對于被加工膜的刻蝕加工精度。此外，還可以抑制靜電損傷的發(fā)生，因而可以抑制半導體器件的不合格的發(fā)生率。
(實施例3)在上邊所說的實施例2中，在要形成的第2層的層間絕緣膜含有有機成分的情況下，將產(chǎn)生如下那樣的現(xiàn)象。就是說，當對含有有機成分的絕緣膜邊照射電子束邊進行加熱時，有機成分將從絕緣膜中揮發(fā)出來。在對多塊半導體襯底連續(xù)進行這樣處理的情況下，揮發(fā)出來的有機成分就會淀積到處理室2的側(cè)壁、電子束源3a和電子束透過窗3b等的表面上形成膜。該膜將變成為處理室2內(nèi)灰塵的發(fā)生源，歸因于剝落，變成為浮游或淀積在各個地方成為電子束照射的妨礙。此外，在膜殘存于電子束透過窗3b上的情況下，歸因于妨礙電子束的透過，結(jié)果變成為使其劑量降低。這樣的傾向，在連續(xù)處理10塊以上的半導體襯底的情況下特別顯著。
其結(jié)果是在半導體襯底9上邊，不能充分地得到電子束的照射量，存在著絕緣膜的機械強度降低的可能性。
在處理室2內(nèi)產(chǎn)生的有機成分的淀積膜，可以用向該處理室2內(nèi)導入氧化性氣體，同時加上高頻電壓使之產(chǎn)生等離子體的辦法除去。
就是說，本實施例的半導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置低介電常數(shù)絕緣膜；在含有惰性氣體的氣氛中，邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；和向上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜照射正電荷離子。
本發(fā)明的另一個實施例的半導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置低介電常數(shù)絕緣膜；把上述半導體襯底搬運入處理室內(nèi)；在含有惰性氣體的氣氛中，邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；從上述處理室內(nèi)搬運出上述半導體襯底；向上述處理室內(nèi)導入氧化性氣體；和加上高頻電壓使得在已導入了上述氧化性氣體的上述處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，對上述處理室內(nèi)進行凈化。
具體地說，用圖5所示的裝置，利用上邊所說的實施例2所示的方法，對10塊左右的半導體襯底進行處理。在結(jié)束了最后的處理之后，使處理室2變成為真空狀態(tài)，從處理室2內(nèi)搬運出半導體襯底。
其次，通過氣體導入閥門7，以3L/min左右的流量，向處理室2內(nèi)導入作為氧化性氣體的氧氣，作為氧化性氣體也可以導入氨氣或者氧氣和氨氣的混合氣體。這時，處理室2內(nèi)的壓力，借助于壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)可以保持10T0rr左右。
此外，從高頻電源13給電極加上13.56MHz的高頻電壓，在處理室2內(nèi)部產(chǎn)生等離子體。含有淀積在處理室2內(nèi)的有機成分的膜，可以借助于氧等離子體的刻蝕作用除去。采用至少進行15分鐘左右的放電的辦法，就可以除去含有在處理室2的內(nèi)壁、電子束透過窗3b或傳感器(未畫出來)等上淀積的有機成分的膜。
如上所述，采用除去處理室2內(nèi)的淀積膜進行凈化的辦法，就可以抑制在處理室2內(nèi)的灰塵的發(fā)生。其結(jié)果是可以維持電子束的劑量，可以抑制由加熱處理和電子束照射產(chǎn)生的效果的降低。
使用在實施例2中所示的(方法1)到(方法3)，每當處理10塊左右的半導體襯底后，就進行上邊所說的凈化處理。其結(jié)果是即便是連續(xù)地施行處理，也可以制造具備機械強度高且具有優(yōu)良特性的低介電常數(shù)絕緣膜的半導體器件。而且，在對于所得到的半導體器件研究因靜電損傷產(chǎn)生的不合格發(fā)生率時，確認了與上邊所說的同樣的結(jié)果。
上邊所說的實施例1到3的方法，也可以組合起來使用。在該情況下，可以同時得到在各個實施例中說明的效果。
對于那些本專業(yè)的熟練的技術人員來說還存在著另外一些優(yōu)點和變形。因此，本發(fā)明就其更為廣闊的形態(tài)來說并不限于上述附圖和說明。此外，就如所附權利要求及其等效要求所限定的那樣，還可以有許多變形而不偏離總的發(fā)明的宗旨。
權利要求
1.一種半導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置含有Si原子的低介電常數(shù)絕緣膜；邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；和使上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜暴露于促進上述Si原子的結(jié)合的氣體中。
2.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，把上述低介電常數(shù)絕緣膜暴露于促進上述Si原子的結(jié)合的氣體中的步驟，與伴隨著上述電子束照射進行的加熱同時進行。
3.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，促進上述Si原子的結(jié)合的氣體，從由氫氣、含有鹵族元素的氣體、含有硅醇羥基的有機Si系氣體和具有羥基的有機系氣體構(gòu)成的群中選擇。
4.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，上述Si原子的懸掛鍵用非親水性的原子進行端接。
5.根據(jù)權利要求4所述的半導體器件的制造方法，其中，上述非親水性的基，是氫原子或鹵族原子。
6.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其中，上述低介電常數(shù)絕緣膜，把硅氧烷結(jié)合作為骨架。
7.根據(jù)權利要求6所述的半導體器件的制造方法，其中，上述硅氧烷骨架，含有甲基。
8.根據(jù)權利要求1所述的半導體器件的制造方法，還包括在上述低介電常數(shù)絕緣膜上形成布線溝和孔中的至少一方；中間存在著勢壘金屬地把Cu埋入到上述布線溝和上述孔中的至少一方內(nèi)。
9.一種導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置低介電常數(shù)絕緣膜；在含有惰性氣體的氣氛中，邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；和向上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜照射正電荷離子。
10.根據(jù)權利要求9所述的半導體器件的制造方法，其中，對上述低介電常數(shù)絕緣膜邊照射電子束邊進行加熱的步驟，在減壓后的處理室內(nèi)進行。
11.根據(jù)權利要求10所述的半導體器件的制造方法，其中，向上述低介電常數(shù)絕緣膜照射正電荷離子的步驟，在上述處理室內(nèi)進行。
12.根據(jù)權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其中，上述正電荷離子，采用在上述處理室內(nèi)形成上述惰性氣體的等離子體的辦法產(chǎn)生。
13.根據(jù)權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其中，向上述低介電常數(shù)絕緣膜照射正電荷離子的步驟，與向上述低介電常數(shù)絕緣膜邊照射電子束邊進行加熱的步驟同時進行。
14.根據(jù)權利要求13所述的半導體器件的制造方法，其中，上述電子束間歇性地向上述低介電常數(shù)絕緣膜照射。
15.根據(jù)權利要求9所述的半導體器件的制造方法，其中，上述氣氛包括氫。
16.根據(jù)權利要求9所述的半導體器件的制造方法，其中，上述低介電常數(shù)絕緣膜把硅氧烷結(jié)合作為骨架。
17.根據(jù)權利要求9所述的半導體器件的制造方法，其中，上述低介電常數(shù)絕緣膜由有機樹脂構(gòu)成。
18.根據(jù)權利要求9所述的半導體器件的制造方法，還包括在上述低介電常數(shù)絕緣膜上形成布線溝和孔中的至少一方；中間存在著勢壘金屬地把Cu埋入到上述布線溝和上述孔中的至少一方內(nèi)。
19.一種半導體器件的制造方法，包括在半導體襯底上邊，設置含有有機成分的低介電常數(shù)絕緣膜；把上述半導體襯底搬運入處理室內(nèi)；在含有惰性氣體的氣氛中，邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜；從上述處理室內(nèi)搬運出上述半導體襯底；向上述處理室內(nèi)導入氧化性氣體；和加上高頻電壓使得在已導入了上述氧化性氣體的上述處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體，對上述處理室內(nèi)進行凈化。
20.根據(jù)權利要求19所述的半導體器件的制造方法，其中，上述氧化性氣體含有氧氣和氨氣中的至少一方。
全文摘要
一種半導體器件的制造方法,包括:在半導體襯底上邊,設置含有Si原子的低介電常數(shù)絕緣膜;邊照射電子束邊加熱上述低介電常數(shù)絕緣膜;和使上述加熱中或加熱后的上述低介電常數(shù)絕緣膜暴露于促進上述Si原子的結(jié)合的氣體中。
文檔編號H01L21/768GK1385886SQ02119238
公開日2002年12月18日 申請日期2002年5月10日 優(yōu)先權日2001年5月10日
發(fā)明者宮島秀史, 島田美代子, 中田錬平 申請人:株式會社東芝