專利名稱：半導體器件和其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件和其制造方法，尤其涉及含有多個布線層的半導體器件和其制造方法。
背景技術：
近年來，隨著半導體器件的微細化的進展，布線寬度的減少引起電阻增加，隨著布線間距的減少鄰接的布線間的寄生電容的增加變得顯著，因此布線延遲變大，為此，降低在半導體器件內部的布線延遲變成使半導體器件高速動作上重要因素。該布線延遲的延遲時間由布線的電阻成分和寄生電容成分決定。從而，為降低布線延遲，作為布線材料采用銅(Cu)等降低布線電阻的同時，作為對各布線間絕緣的絕緣膜采用低介電常數(shù)的材料降低布線間電容是有效的。
以往，作為對各布線間絕緣的絕緣膜使用的低介電常數(shù)材料，例如知道有機SOG(玻璃自旋)膜。這種有機SOG膜是將含有有機官能基的硅化合物為單體，使其聚合得到的二氧化硅為主要成分的絕緣膜。低介電常數(shù)的有機SOG膜作為對各布線層絕緣的絕緣膜使用，能夠降低布線層間電容，因此布線延遲得到改善。
圖10～圖12是以往的有機SOG膜作為各布線層間的絕緣膜使用的半導體器件的制造方法說明用的剖面圖。作為以往的半導體器件的制造方法，首先如圖10的示，在于半導體基片100上形成的層間絕緣膜101上，以隔開規(guī)定的間隔形成多個的下層布線102。并形成硅氧化膜103，以覆蓋層間絕緣膜101和下層布線102.。之后在硅氧化膜103上面用涂敷法形成填入下層布線102間的同時，上面順利形成平坦化的有機SOG膜104。
接著，如圖11所示，有機SOG膜104上堆積硅氧化膜106后，用CMP(化學研磨)法研磨硅氧化膜106的上面，形成平坦化。
接著，如圖12所示，用普通光刻法技術和各向異性腐蝕技術在有機SOG膜104及硅氧化膜106上形成達到下層布線102的上面的接觸孔108。而且，在接觸孔108內填入鎢(W)、銅(Cu)、或鋁(Al)等金屬材料后，用CMP法或反復腐蝕法等使金屬材料的表面形成平坦化，便形成插頭109。
圖12所示的以往的構造中，是低介電常數(shù)材料的有機SOG104填入下層布線102間，減少相鄰的下層布線102間的電容。
有機SOG膜104密度低，基本上有易吸收水分的性質，而且，有機SOG膜104對等離子耐性低。因此，形成插孔108之際用作掩膜的保護膜(未圖示)，用等離子腐蝕法的研磨處理除去之際，在插入孔108內的有機SOG膜104露出面上有所謂有機SOG膜104的有機成分脫離的故障。而且，有機成分脫離的有機SOG104露出面吸收水分活潑，導致水分被有機SOG104露出面吸收。這種場合，在插入孔108內形成與下層布線102連接的插頭109之際，由于從有機SOG膜104露出部分放出水，因而，有因該放出的水分而發(fā)生在插頭109中形成空洞的所謂電氣通路受阻現(xiàn)象的故障。而且，由于這種電氣通路受阻現(xiàn)象產生插頭109空洞，這種插頭109的電阻值升高，或發(fā)生斷路故障等故障情況。
以往，為了解決前述的故障，提出通過離子注入有機SOG膜，將有機SOG膜含有的有機成分分解形成高密度化的技術提案。例如，日本特許第305717號公報、日本特許第2975934號公報、特開平9-312339號公報等所公開的。通過這樣分解有機成分形成高密度化而使有機SOG膜被改性。
圖13～圖16是將以往的改性的有機SOG膜用作作各布線層間的絕緣膜的半導體器件的制造工藝說明用剖視圖。作為這以往提案的半導體器件的制造工藝，首先如圖13所示，在半導體基片110上所形成的層間絕緣膜111上，隔規(guī)定的間隔形成多個下層布線112。而且，形成硅氧化膜113，以覆蓋下層布線112及層間絕緣膜111。在該硅氧化膜113上埋入相鄰的下層布線112間，同時，用涂敷法形成上面平坦化的有機SOG膜114。之后如圖14所示，將雜質以離子注入有機SOG膜114里，形成改性的有機SOG膜(改性SOG膜)115。改性SOG膜115由注入雜質的離子使有機成分分解，因而達到高密度化。
接著，如圖15所示，在改性SOG膜115上形成硅氧化膜116后，用CMP法研磨硅氧化膜116的上面，達到平坦化。而且，如圖16所示，用普通的化學光刻技術或各向異性蝕刻技術，在硅氧化膜116及改性SOG膜115形成達到下層布線112上面的插入孔118。將W、Cu、或Al等金屬材料填入該插入孔118內后，用CMP法或反復腐蝕法等使那些金屬材料表面達到平坦化，形成針形接頭119。
用圖16所示的以往的提案的制造方法形成的構造中，使用對有機SOG膜114改性而得到高密度化的改性SOG膜115，則插入孔118內露出難以吸收水分的改性SOG膜115，插頭119形成時，水分從插入孔118內露出的改性SOG膜115放出受到抑制。因此，抑制插入孔118內的插頭119的電阻值上升，斷路故障等發(fā)生成為可能。
可是，若利用注入離子等對有機SOG膜114改性，形成改性SOG膜115，則有有機SOG膜114原有的介電常數(shù)增大的問題。這種場合，將改性SOG膜115用作作相鄰的下層布線112間的絕緣膜時，與圖12所示的有機SOG膜104用作相鄰的下層布線102間的絕緣膜時相比，存在布線間寄生電容的降低效果變小的問題。其結果有布線延遲的改善效果變小的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于提供能夠一面減少相鄰的布線層間電容，一面抑制因絕緣膜放出水分而使導電性插頭的電阻值升高、斷路故障等的半導體器件。
本發(fā)明的另一目的是提供能夠一面減少相鄰的布線層間電容，一面抑制因絕緣膜放出水分而使導電性插頭的電阻值升高、斷路故障等的半導體器件的制造方法。
本發(fā)明1的半導體器件具備以規(guī)定間隔在半導體基片上形成的多個第1布線層，埋入多個第1布線層、且具有到達第1布線層的開口部的第1絕緣膜，以及填入第1絕緣膜的開口部內、且與第1布線層接觸的導電性插頭。而且，通過在第1絕緣膜的第1布線層與導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域有選擇地注入雜質，對第1絕緣膜的第1區(qū)域進行選擇性改性。
如前所述，該本發(fā)明1的半導體器件中，通過在第1絕緣膜的第1布線層和導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域有選擇地注入雜質對第1絕緣膜的第1區(qū)域實施選擇性改性，因此若采用介電常數(shù)小的絕緣膜作為第1絕緣膜，則利用第1絕緣膜的介電常數(shù)小的部分，邊減少相鄰的第1布線層間的電容，邊使第1絕緣膜得到改性的第1區(qū)域，能夠抑制起因于來自第1絕緣膜的水分放出的導電性插頭的電阻升高和斷路故障等。
前述本發(fā)明1的半導體器件中，較好的是導電性插頭形成于第1布線層的上表面并與其接觸，第1絕緣膜包括在第1布線層與導電性插頭的接觸面附近被改性的第1區(qū)域及第1區(qū)域以外的未改性的第2區(qū)域，第1絕緣膜的第1區(qū)域與第2區(qū)域的界面位于相對于第1布線層的上表面的下方。如果形成這樣的構造，則確實能夠抑制起因于來自第1絕緣膜的水分放出而使導電性插頭的電阻值升高和斷路故障等情況。
前述本發(fā)明1的半導體器件中，第1絕緣膜也可與第1布線層直接接觸。若形成這樣的構成，與使介電常數(shù)比第1絕緣膜大的其他絕緣膜介于第1布線層與第1絕緣膜之間的場合相比，能夠更加減少相鄰的第1布線層間的電容。
前述本發(fā)明1的半導體器件中，還可具備介于第1絕緣膜和第1布線層之間、且粘附性比第1絕緣膜優(yōu)異的第2絕緣膜。若形成這樣的結構，則能夠利用第2絕緣膜改善第1絕緣膜與第1布線層的粘附性。
前述本發(fā)明1的半導體器件中，有選擇地注入第1絕緣膜的雜質是硼。若形成這樣的結構，則由于硼作為注入絕緣膜的雜質被廣泛使用，因此能夠容易地控制將硼注入第1絕緣膜。
前述本發(fā)明1的半導體器件中，較好的是第1絕緣膜包含有機SOG膜。若形成這樣的結構，則能夠得到介電常數(shù)小的第1絕緣膜。
前述本發(fā)明1的半導體器件中，第1絕緣膜的上表面實質上是平坦的。第1布線層也可與形成于半導體基片上的層間絕緣膜的上表面接觸。而且，前述本發(fā)明1的半導體器件還可具備形成于導電性插頭的上表面且與其接觸的第2布線層。
前述本發(fā)明1的半導體器件中，較好的是第1絕緣膜的開口部使第1布線層的上表面及側面露出，同時使位于第1絕緣膜的經過改性的第1區(qū)域以下的區(qū)域露出，在位于露出在開口部內的所述第1區(qū)域以下的第1絕緣膜區(qū)域中形成改性區(qū)域。若形成這樣的結構，即使因開口部的位置相對第1布線層發(fā)生位移，在第1絕緣膜的被改性的第1區(qū)域以外的區(qū)域在開口部內露出的情況下，也能夠抑制起因于來自第1絕緣膜的水分放出而使導電性插頭的電阻值升高、斷路故障等情況。
本發(fā)明2的半導體器件的制造方法具備在半導體基片上以規(guī)定間隔形成多個第1布線層的工序；用涂敷法埋入多個第1布線層形成第1絕緣膜的工序；在第1絕緣膜上形成到達第1布線層的開口部的工序；形成填入第1絕緣膜的開口部內、且與第1布線層接觸的導電性插頭的工序；在第1絕緣膜形成后導電性插頭形成前，在位于第1絕緣膜的第1布線層與導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域有選擇地導入雜質對第1絕緣膜的第1區(qū)域實施選擇性改性的工序。
如前所述，本發(fā)明2的半導體器件的制造方法中，由于將雜質選擇注入第1絕緣膜的第1布線層和導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域，對第1絕緣膜的第1區(qū)域進行選擇性改性，因而，若采用介電常數(shù)小的絕緣膜作為第1絕緣膜，則能夠邊用第1絕緣膜的介電常數(shù)小的部分減少相鄰的第1布線層間的電容，邊利用第1絕緣膜的經改性的第1區(qū)域抑制起因于來自第1絕緣膜水分放出而使導電性插頭電阻值升高、斷路故障等的情況。
本發(fā)明2的半導體器件的制造方法中，較好的是第1絕緣膜包含第1布線層與導電性插頭的接觸面附近的經改性的第1區(qū)域及第1區(qū)域以外未改性的第2區(qū)域，對第1絕緣膜的第1區(qū)域進行選擇性改性的工序包括在位于第1絕緣膜的第1布線層和導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域有選擇地注入雜質以使第1絕緣膜的第1區(qū)域和第2區(qū)域的界面位于相對于第1布線層的上表面下方的工序。若形成這樣的構成，能夠確實抑制起因于來自第1絕緣膜的水分放出而使導電性插頭電阻升高、斷路故障等的情況。
本發(fā)明2的半導體器件的制造方法中，較好的是形成第1絕緣膜的工序包括形成與第1布線層直接接觸的第1絕緣膜的工序。若形成這樣的結構，與使介電常數(shù)比第1絕緣膜大的其他絕緣膜介于第1布線層與第1絕緣膜之間的場合相比，能夠更加減少相鄰的第1布線層間的電容。
本發(fā)明2的半導體器件的制造方法中，較好的是形成第1絕緣膜的工序包括使粘附性比第1絕緣膜優(yōu)異的第2絕緣膜介于第1絕緣膜與第1布線層之間而形成第1絕緣膜的工序。若形成這樣的結構，則利用第2絕緣膜能夠改善第1絕緣膜與第1布線層的粘附性。
本發(fā)明2的半導體器件的制造方法中，較好的是對第1絕緣膜的第1區(qū)域進行選擇性改性的工序包括將雜質離子注入第1絕緣膜對第1絕緣膜的第1區(qū)域選擇性改性的工序。若采用這樣的離子注入，能夠容易地將雜質有選擇地注入第1絕緣膜。這種情況下，被選擇的離子注入第1絕緣膜的雜質最好是硼。若形成這樣的結構，則因為硼廣泛用作離子注入絕緣膜的雜質，能夠容易地控制雜質注入第1絕緣膜。
本發(fā)明2的半導體器件制造方法中，較好的是第1絕緣膜中包含有機SOG膜。若形成這樣的結構，則能夠得到介電常數(shù)小的第1絕緣膜。
本發(fā)明2的半導體器件制造方法中，形成第1絕緣膜的工序包括形成上表面實質上是平坦的第1絕緣膜的工序。而且，形成第1布線層的工序包括在形成于半導體基片上的的層間絕緣膜的上表面形成第1布線層并使其與該上表面接觸的工序。還具備在導電性插頭的上表面形成第2布線層并使其與該上表面接觸的工序。
本發(fā)明2的半導體器件制造方法，較好的是在第1絕緣膜形成到達第1布線層的開口部的工序包括以保護膜作為掩膜對第1絕緣膜進行蝕刻處理形成到達第1布線層的開口部的工序，以及通過研磨處理除去保護膜時，為完全除去保護膜而進行高壓等離子照射前，為了對位于開口部內的第1絕緣膜的露出面特性進行改性而進行低壓等離子照射的工序。若是形成這樣的結構，則起因于開口部對于第1布線層位置位移第1絕緣膜沒有得到改性的區(qū)域在開口部內露出的場合，該露出的未改性的區(qū)域得到改性。由此，即使發(fā)生開口部對于第1布線層位置位移的情況，也能夠抑制起因于來自第1絕緣膜的水分放出的導電性插頭的電阻值升高、斷路故障等。
這種情況下，較好的是進行低壓等離子照射的工序包括在2Pa以下的壓力用氧等離子進行低壓離子照射的工序。若是形成這樣的結構，則起因于開口部對于第1布線層的位置位移、開口部內露出第1絕緣膜未改性的區(qū)域的情況，能夠確實對未改性的第2區(qū)域的露出部分進行改性。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的半導體器件的剖視圖。
圖2～圖7是圖1所示的實施方式1的半導體器件的制造程序說明用剖視圖。
圖8是圖1所示的實施方式1的半導體器件的效果說明用特性圖。
圖9是本發(fā)明的實施方式2的半導體器件的剖視圖。
圖10～圖12是將以往的有機SOG膜用作布線間的絕緣膜的半導體器件的制造程序說明用的剖視圖。
圖13～圖16是將以往的經改性的有機SOG膜用作布線間的絕緣膜的半導體器件的制造程序說明用的剖視圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。
(實施方式1)首先，參照圖1說明實施方式1的半導體器件的構造。該實施方式1的半導體器件，在于半導體基片10上形成的層間絕緣膜11上，隔開規(guī)定的間隔形成多個下層布線層12。另外，下層布線層12是本發(fā)明的「第1布線層」的一例。該下層布線層12形成有約540nm的厚度。并且，多個下層布線12的布線面積的密度(層間絕緣膜11的開口率)是約50％。而且，在下層布線12的側面及上面上與層間絕緣膜11的上面上形成有約50nm的厚度的硅氧化膜13。該硅氧化膜13是本發(fā)明的「第2絕緣膜」的一例。另外，硅氧化膜13是為了改善后述的有機SOG膜14對層間絕緣膜11及下層布線12的粘附性等形成的。即硅氧化膜13與有機SOG膜14相比，對于層間絕緣膜11及下層布線12的粘附性優(yōu)異。
在硅氧化膜13上形成有機SOG膜14及改性SOG膜15。另外，有機SOG膜14是本發(fā)明的「第1絕緣膜」及「第2區(qū)域」的一例，改性SOG膜15是本發(fā)明的「改性的第1絕緣膜」及「第1區(qū)域」的一例。有機SOG膜14以約390nm厚度形成，以使填入各下層布線12間。而且，改性SOG膜15在有機SOG膜上形成，厚約300nm。該改性SOG膜15是將硼離子對有機SOG膜14的表面近鎊進行離子注入，有機SOG膜14的表面附近的特性得到改性形成的。有機SOG14與改性SOG膜15的界面26配置在僅距下層布線12的上面約100nm下方的位置。
改性SOG膜15上形成有約1000nm厚度的硅氧化膜16。在硅氧化膜16上形成達到下層布線12的上面20的接觸孔18a和18b。在接觸孔18a和18b內分別形成含有Ti層和TiN層的阻擋層(未圖示)以及通過阻擋層形成的含鎢(W)的插頭19a及19b。形成以使接觸插頭19a及19b的上面的上層布線27。另外，接觸孔18a及18b是本發(fā)明的「開口部」的一例，插頭19a及19b是本發(fā)明的「導電性插頭」的一例。上層布線27是本發(fā)明的「第2布線層」的一例。
圖1所示的實施方式1的構造，接觸孔18b從適當?shù)奈恢梦灰菩纬傻?。因此，形成接觸孔18b，以使下層布線12的上面和側面露出，并且使位于改性SOG膜15下的有機SOG膜14的區(qū)域露出。實施方式1中，在使接觸孔18b的底部的有機SOG膜14露出的區(qū)域設置通過對有機SOG膜14進行低壓等離子處理形成的改性SOG區(qū)域21。該改性SOG區(qū)域21是本發(fā)明的「改性區(qū)域」的一例。
在實施方式1的半導體器件中，如前所述，選擇硼注入有機SOG膜14的下層布線12與插頭19a及19b的接觸面附近，形成改性SOG膜15，利用介電常數(shù)小的有機SOG膜14邊減少相鄰下層布線12間的寄生電容，邊利用改性SOG膜15抑制起因于來自有機SOG膜14的水分放出插頭19a及19b的電阻值升高、斷路故障等。
即，有機SOG膜14和改性SOG膜15的界面26設定在相對下層布線12和插頭19a和19b接觸的下層布線12的上面20的下方，介電常數(shù)小的有機SOG膜14填入下層布線12間，并且，改性SOG膜15配置在下層布線12與插頭19a及19b的接觸面附近。由此，能夠邊減少下層布線12間的布線間寄生電容，邊抑制起因于來自有機SOG膜14的水分的放出，插頭19a及19b發(fā)生空洞的電氣通路受阻現(xiàn)象。其結果是，能夠邊減少下層布線12間的布線間電容，邊抑制起因于電氣通路受阻現(xiàn)象的插頭19a及19b的電阻值升高、斷路故障等。
實施方式1的半導體器件如前所述，使粘附性優(yōu)異的硅氧化膜13介于有機SOG膜14與層間絕緣膜11及下層布線12之間，能夠使有機SOG膜14對層間絕緣膜11及下層布線12的粘附性提高。
實施方式1通過在插頭19b的下面與有機SOG膜14之間形成改性SOG區(qū)域21，即使開口部18b的位置位移的場合，利用改性SOG區(qū)域21能夠抑制起因于來自有機SOG膜14的水分放出插頭19b的電阻值升高、斷路故障等。
接著，參照圖2～圖7說明實施方式1的半導體器件的制造方法。
首先如圖2所示那樣，在半導體基片10上形成當作基底的平坦化的層間絕緣膜11。隔開規(guī)定的間隔形成多個以鋁(Al)等金屬材料組成的厚約540nm下層布線12。以使接觸層間絕緣膜11的上面。這種場合，形成下層布線12，以使在形成下層布線12的區(qū)域R1的層間絕緣膜11的開口率(布線面積的密度)達約50％。之后，用等離子CVD(化學氣相淀積)法，形成厚約50nm(T2)的硅氧化膜13，以覆蓋在層間絕緣膜11的上面和下層布線12的側面及上面。該硅氧化膜形成時的等離子CVD法用的氣體采用硅脘與一氧化二氮(SiH4+N2O)、硅脘與氧(SiH+O2)或者TEOS(四乙氧基硅脘)與氧(TEOS+O2)等。而且，硅氧化膜13的成膜溫度是約200℃～約500℃。
接著，如圖3所示，用涂敷法在硅氧化膜13的上面上形成厚約400nm的有機SOG膜14a.。具體的是，將化學式具有CH3Si(OH)3的硅化合物的酒精系溶液(例如，異丙醇+丙酮等)滴下到形成硅氧化膜13的半導體基片10的表面，使該半導體基片10轉動。這時的半導體基片10的轉動條件是，以轉動速度約5000轉/分轉動約20秒間。由此，形成酒精系溶液的被膜，以使緩和在形成下層布線12的區(qū)域R1中凹部厚、凸部薄的段差。其結果是酒精系溶液的被膜的表面被順利地形成平坦化。
之后，在氮氣氣氛中按照順序實施在約100℃進行約1分鐘熱處理，在約200℃進行約1分鐘的熱處理，在約250℃進行約1分鐘的熱處理，在約22℃進行約1分鐘的熱處理，在約400℃進行約30分鐘的熱處理。由此，隨著前述的酒精溶液蒸發(fā)進行聚合反應，形成表面順利平坦化的有機SOG膜14a采用前述條件形成的有機SOG膜14a在沒有形成下層布線12的區(qū)域R2中形成，厚約690nm(T3)。而且，在存在下層布線12的區(qū)域R3，在形成于下層布線12的上面上有約厚50nm的硅氧化膜13上形成有機SOG膜14a，其厚度約150nm(T4)。
接著，如圖4所示，用離子注入法，將硼離子(B+)在加速能量約80keV，劑量約2×10離子/cm2的條件下注入有機SOG膜14a(參照圖3)。由此，有機SOG膜14a的里面注入硼離子的部分不含有機成分，并且，改性成只含微量的水分和羥基的高密度化的改性SOG膜15。
這里，是有機SOG膜14a的改性深度的改性SOG膜15與未進行離子注入的有機SOG膜14的界面26是由離子的加速能決定的。實施方式1如圖4所示，界面26形成在相對成為與插頭19a及19b(參照圖1)的接觸面的下層布線12的上面20的下方的條件下，進行離子注入。在前述的離子注入條件下，有機SOG膜14a從有機SOG膜14a的上面到約300nm(T5)的深度部分得到改性。由此，在形成下層布線12的區(qū)域R3中，從下層布線12的上面20到(T5-(T2+T4))＝約100nm的深度(D)得到改性，成為改性SOG膜15。
這樣，使有機SOG膜14和改性SOG膜15的界面26位于相對下層布線12的上面20的下方進行離子注入，因此，適當對位的插頭19a(參照料圖1)和下層布線12的接觸面附近與改性SOG膜15鄰接得到保證。由此，在適當對位的插頭19a與下層布線12的接觸面附近，來自有機SOG膜14的水分放出得到抑制，因此，能夠抑制由于有機SOG膜14放出水分、插頭19a中發(fā)生空洞的電氣通路受阻現(xiàn)象。由此，能夠抑制起因于電氣通路受阻現(xiàn)象，發(fā)生插頭19的電阻值升高、斷路故障等。
接著如圖5所示，用等離子CVD法在改性SOG膜15的上面形成硅氧化膜16，厚約1000nm。硅氧化膜16的形成條件與硅氧化摸13的形成條件相同。而且，硅氧化膜16的上面用CMP法研磨達到平坦化。
接著，如圖6所示，用普通的光刻技術在硅氧化膜16上的規(guī)定區(qū)域形成圖形化的保護膜17。而且，該保護膜17作為掩膜，用普通的各方異性蝕刻技術形成接觸孔18a及18b。這時，形成對下層布線12對位恰當?shù)慕佑|孔18a，對下層布線12對位不恰當?shù)慕佑|孔18b。即隨著半導體器件的微細化效果進展，對位恰當變得困難，因此，有形成圖6所示那樣對下層布線12對位不恰當?shù)慕佑|孔18b的場合。在這樣對位不恰當?shù)慕佑|孔18b的底部18c露出有機SOG膜14。即使這樣的場合，抑制起因于有機SOG膜14水分放出插頭19b的電阻值升高、斷路故障等情況是令人滿意的。
另外，實施方式1中，在除去保護膜17用的研磨處理時，將以下所示的2個條件的氧等離子進行階段性照射，以使對接觸孔18b的底部18c露出的有機SOG膜14的部分進行改性。
(第1階段低壓等離子處理)溫度0℃壓力0、66Pa氧氣流量120sccm(第2階段高壓等離子處理)溫度270℃壓力133Pa氧氣流量4500sccm另外，單位sccm表示在0℃、1個氣壓下1分鐘流動的流體的體積(cc)。
前述的第1階段的低壓等離子照射通過對在位置位移的接觸孔18b的底部18c的有機SOG膜14的露出面進行改性，有形成改性SOG膜21的效果。但是，這第1階段的低壓等離子處理不能夠充分除去保護膜17，便進行第2階段的高壓等離子照射。經過處理能完全除去保護膜17。
這里，參照圖8說明根據(jù)前述2個階段的氧等離子照射對有機SOG膜14的露出面的改性效果的實驗結果。圖8中，列示等離子照射前的有機SOG膜的膜表面(C1)、進行前述第1階段的低壓等離子照射及第2階段的高壓等離子照射的兩方后的膜表面(C2)、進行前述第2階段的高壓等離子照射后的膜表面(C3)的紅外線吸收光譜測定結果。在圖8中，橫軸表示波數(shù)(cm-1)，縱軸相對表示紅外線的吸收率的大小。
參照圖8確認表示光譜C1及C2中存在甲基(-CH3)的的1350cm-1吸收波峰P1。而且，確認表示光譜C1及C2中存在羥基(-OH)的3800cm-1～3400cm-1附近的吸收波峰P2。其一方面，在第2階段僅進行高壓等離子照射的樣品的光譜C3中，未確認表示甲基存在的吸收波峰P1，僅確認到表示存在羥基的吸收波峰P2。
從前述結果可以認為，第2階段僅進行高壓等離子處理的場合(C3)，隨著水分吸收介電常數(shù)增大，吸收到膜內的水分引起電氣特性的劣化。而且，這種場合吸收到膜內的水分在形成插頭19b之際從插入孔18b放出，因此，產生在插頭19b形成空洞的電氣通路受阻現(xiàn)象。因此，成為招致與下層布線12的接觸品質降低的因素。其一方面，進行第1階段的低壓等離子照射及第2階段高壓等離子照射的兩方的場合(C2)，膜的內部殘存有機成分(甲基)抑制水分吸到膜內。由此，在產生位置位移的接觸孔18b形成插頭19b之際，由于水分不放出，能夠抑制插頭19b形成空洞的電氣通路受阻現(xiàn)象。其結果得到下層布線12與插頭19b的接觸良好。
從前述明確，在第1階段的低壓等離子照射研磨保護膜17之際，對于抑制水分吸收到膜內發(fā)揮有效的作用。也就是，顯示第1階段的低壓等離子照射對有機SOG膜14的露出面給于改性效果。
另外，通過第1階段的低壓的氧等離子照射，有機SOG膜14的露出面得到改性的效果是在等離子壓力控制在約2Pa以下得到，這由本原發(fā)明者的實驗所證實。
由于進行前述2階段的等離子照射，對于下層布線12的對位不恰當?shù)慕佑|孔18b，在底部18c的有機SOG膜14的露出面形成改性SOG區(qū)域21，插頭19b與有機SOG膜14沒有直接接觸。
如前所述，保護膜17進行研磨處理后，接觸孔18a及18b內分別形成插頭19a及插頭19b。插頭19a及插頭19b用濺射法形成鈦(Ti)后，用CVD法形成氮化鈦(TiN)，而且，用涂敷鎢CVD法堆積鎢，而且，用CMP法對表面進行研磨，直到硅氧化膜16的上面露出。由此，如圖7所示那樣，形成與下層布線12連接的插頭19a及19b。
最后，在硅氧化膜16的上面上和插頭19a及19b的上面上堆積金屬膜(未圖示)后，用普通的光刻技術及各向異性蝕刻技術將金屬膜形成圖形，則形成如圖1所示那樣的上層布線27。這樣，實施方式1的半導體器件完成。
實施方式1的半導體器件的制造程序如前所述，為了對有機SOG膜14a改性，將硼離子進行離子注入，硼廣泛用作為離子注入絕緣膜的雜質，能夠容易、并且，控制性好的對有機SOG膜14a進行改性。
(實施方式2)參照圖9，實施方式2具有在圖1所示的實施方式1的半導體器件的構造中省略硅氧化膜13的構造。實施方式2的其他構造與實施方式1同樣。
實施方式2由于在在相鄰的下層布線12之間不存在介電常數(shù)大的硅氧化膜13，與圖1所示的實施方式1的構造相比，更加減少相鄰的下層布線之間布線間電容。
實施方式2的另一效果與前述的實施方式1同樣。
這次公開的實施方式，應該認為所有的方面是例示，是沒有限制的。本發(fā)明的范圍并不限于前述實施方式的說明，由權利要求范圍所示，而且，包括與權利要求范圍均等的意思及范圍內的所有變更。
例如，前述實施方式中，對有機SOG膜14a的上層部進行選擇性改性之際，對硼離子以加速能約80keV注入的場合進行了說明，但本發(fā)明不限于此，用其他的注入條件進行離子注入也可以。也就是，離子注入條件最好是按照下層布線12的厚度、下層布線12的開口率(布線面積的密度)、或者有機SOG膜14a的膜厚等，作適當?shù)淖兏?。由此能夠形成下層布線12的上面20確實與改性SOG膜15鄰接的構造。
前述實施方式中，作為對有機SOG膜14a改性而進行離子注入的雜質，用硼離子，但本發(fā)明不限于硼離子，也可以用氬離子、氮離子等。
另外，即使注入以下的離子，能夠對有機SOG膜14a進行改性。
(1)也可以用氬以外的惰性氣體離子，即氦離子、氖離子、氪離子、氙離子或氡離子。由于這些惰性氣體與有機SOG膜不發(fā)生反應，完全沒有離子注入對膜特性產生壞影響的可能性。
(2)也可以用硼、氮以外的元素周期表3b、4b、5b、6b或者7b的各族元素單體的離子，或者這些化合物離子。尤其是氧、鋁、硫、氯、鉀、鍺、砷、硒、溴、銻、碘、銦、錫、碲、鉛或鉍的元素單體離子，或它們的化合物離子。
(3)也能夠用元素周期表4a或5a的各族元素單體的離子或它們化合物離子。尤其是，鈦、釩、鈮、鉿、或鉭的元素單體離子，或者它們的化合物的離子。
(4)也能使用前述各離子的多種離子的組合。這種場合，由于前述各離子的協(xié)合效應，能夠得到更優(yōu)異的效果。
(5)此外，除前述各離子之外，也可以使用可能對有機SOG膜改性的、有運動能、能注入的原子、分子、或者其他的粒子。
前述實施方式，用等離子CVD法形成硅氧化膜13及16，但本發(fā)明不限于此方法，也可以用其他方法形成硅氧化膜13及16。例如，也可以用常壓CVD法、減壓CVD法、ECR(電子自旋共振)等離子CVD法、光激勵CVD法、TEOS-CVD法、或者PVD法等形成硅氧化膜。其中，使用常壓CVD法的場合，以硅脘和氧氣(SiH4+O2)作為反應氣體，最好是成膜溫度控制在約400℃以下。而使用減壓CVD法的場合，以硅脘與氧化亞氮(SiH4+N2O)作為反應氣體，最好將成膜溫度控制在約900℃以下。
前述實施方式，是列示了形成硅氧化膜13及16的例子，但本發(fā)明不限于此例，也可以用其他絕緣膜代替硅氧化膜13及16。例如，也可以用有遮斷水分、羥基的性質、加上機械強度高的其他絕緣膜。作為這樣的其他的絕緣膜，認為例如氮化硅膜、硅酸鹽玻璃、或者BPSG(硼—磷硅酸鹽玻璃)膜等。這種場合，這些絕緣膜也可以用CVD法、PVD法等任一種方法形成。
前述實施方式，用層間絕緣膜11作為下層布線12的基底，但本發(fā)明不限于此，在半導體基片的上方形成的絕緣性的任意的表面能夠用作為下層布線12的基底。例如，在含有于半導體基底上形成的MOS晶體管等元件的構造中，對以柵極絕緣膜作為基底形成的柵電極布線間絕緣用的絕緣膜，也能應用本發(fā)明。
前述實施方式中，作為對下層布線12間絕緣的絕緣膜，采用有機SOG膜，但本發(fā)明不限于此，例如，在用聚酰亞胺、無機SOG膜、或者有機聚合物膜等其他的絕緣膜的場合，也可以應用本發(fā)明。
權利要求
1.一種半導體器件，其特征在于，具備在半導體基片上以規(guī)定的間隔形成的多個第1布線層，埋入所述多個第1布線層、且具有到達所述第1布線層的開口部的第1絕緣膜，以及填入所述第1絕緣膜的開口部內、且與所述第1布線層接觸的導電性插頭；在所述第1絕緣膜的所述第1布線層與所述導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域，通過選擇性地注入雜質，對所述第1絕緣膜的第1區(qū)域進行有選擇地改性。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，所述導電性插頭形成于第1布線層的上表面并與其接觸，所述第1絕緣膜包括在所述第1布線層與所述導電性插頭的接觸面附近被改性的所述第1區(qū)域及所述第1區(qū)域以外的未改性的第2區(qū)域，所述第1絕緣膜的第1區(qū)域與第2區(qū)域的界面位于相對于第1布線層上表面的下方。
3.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，所述第1絕緣膜與所述第1布線層直接接觸。
4.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，在所述第1絕緣膜與所述第1布線層間還具備粘附性優(yōu)于所述第1絕緣膜的第2絕緣膜。
5.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，選擇性地注入所述第1絕緣膜的雜質是硼。
6.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，所述第1絕緣膜中包含有機SOG膜。
7.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，所述第1絕緣膜的上表面實質上是平坦的。
8.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，所述第1布線層與形成于所述半導體基片上的層間絕緣膜的上表面接觸。
9.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，還具備形成于所述導電性插頭的上表面且與其接觸的第2布線層。
10.如權利要求1所述的半導體器件，其特征還在于，所述第1絕緣膜的開口部使所述第1布線層的上表面和側面露出，同時使位于所述第1絕緣膜的經過改性的第1區(qū)域以下的區(qū)域露出，在位于露出在所述開口部內的所述第1區(qū)域以下的所述第1絕緣膜區(qū)域形成改性區(qū)域。
11.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，具備在半導體基片上隔開規(guī)定的間隔形成多個第1布線層的工序；用涂敷法埋入所述多個第1布線層形成第1絕緣膜的工序；在所述第1絕緣膜形成到達所述第1布線層的開口部的工序；形成填入所述第1絕緣膜的開口部內、且與所述第1布線層接觸的導電性插頭的工序；在所述第1絕緣膜形成后所述導電性插頭形成前，在位于所述第1絕緣膜的所述第1布線層與所述導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域有選擇地導入雜質對所述第1絕緣膜的第1區(qū)域有選擇地進行改性的工序。
12.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，所述第1絕緣膜包含所述第1布線層與所述導電性插頭的接觸面附近的經改性的所述第1區(qū)域及所述第1區(qū)域以外的未經改性的第2區(qū)域，對所述第1絕緣膜的第1區(qū)域有選擇地進行改性的工序包括在位于所述第1絕緣膜的所述第1布線層與所述導電性插頭的接觸面附近的所述第1區(qū)域有選擇地導入雜質以使所述第1絕緣膜的第1區(qū)域與第2區(qū)域的界面位于相對于所述第1布線層的上表面的下方的工序。
13.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，形成所述第1絕緣膜的工序包括形成與所述第1布線層直接接觸的所述第1絕緣膜的工序。
14.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，形成所述第1絕緣膜的工序包括使粘附性比所述第1絕緣膜優(yōu)異的第2絕緣膜介于所述第1絕緣膜與所述第1布線層之間而形成所述第1絕緣膜的工序。
15.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，對所述第1絕緣膜的第1區(qū)域進行選擇性改性的工序包括通過在所述第1絕緣膜中有選擇地離子注入雜質對所述第1絕緣膜的第1區(qū)域有選擇地進行改性的工序。
16.如權利要求15所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，有選擇地離子注入所述第1絕緣膜的雜質是硼。
17.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，所述第1絕緣膜中包含有機SOG膜。
18.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，形成所述第1絕緣膜的工序包括形成上表面實質上是平坦的所述第1絕緣膜的工序。
19.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，形成所述第1布線層的工序包括在形成于所述半導體基片上的層間絕緣膜的上表面形成所述第1布線層并使其與該上表面接觸的工序。
20.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，還具備在所述導電性插頭的上表面形成第2布線層并使其與該上表面接觸的工序。
21.如權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征還在于，在所述第1絕緣膜形成到達所述第1布線層的開口部的工序包括以保護膜作為掩膜對所述第1絕緣膜進行蝕刻處理形成到達所述第1布線層的開口部的工序，以及通過研磨處理除去所述保護膜時，為完全除去所述保護膜而進行高壓等離子照射前，為了對位于所述開口部內的所述第1絕緣膜的露出面的特性進行改性而進行低壓等離子照射的工序。
22.如權利要求21所述的半導體器件制造方法，其特征還在于，進行所述低壓等離子照射的工序包括在2Pa以下的壓力下用氧等離子進行所述低壓等離子照射的工序。
全文摘要
得到能夠邊減少相鄰的第1布線層間的電容、邊抑制起因于來自第1絕緣膜的水分放出而使導電性插頭電阻值升高、斷路故障等情況的半導體器件。這種半導體器件具備在半導體基片上隔開規(guī)定的間隔形成的多個第1布線層,埋入多個第1布線層、且具有到達第1布線層的開口部的第1絕緣膜,以及填入第1絕緣膜的開口部內、且與第1布線層接觸的導電性插頭。在第1絕緣膜的第1布線層與導電性插頭的接觸面附近的第1區(qū)域,通過選擇性地注入雜質對第1絕緣膜的第1區(qū)域進行有選擇地改性。
文檔編號H01L21/768GK1423327SQ0215613
公開日2003年6月11日 申請日期2002年12月9日 優(yōu)先權日2001年12月7日
發(fā)明者松原直輝, 水原秀樹, 后藤隆 申請人:三洋電機株式會社