專利名稱：形成絕緣膜的組合物以及制造半導(dǎo)體器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成絕緣膜的組合物以及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，更具體地講，關(guān)于一種用于制造包括多孔絕緣膜的半導(dǎo)體器件的方法，以及用于形成多孔絕緣膜的組合物。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路的集成度和密集度的增加，需要半導(dǎo)體器件具有更多級的結(jié)構(gòu)。另一方面，隨著逐漸增加的集成度，互連的間距變得更小，并且由于互連間逐漸增加的電容而引起的互連延遲成為一個問題。
互連延遲受互連電阻和互連間電容的影響。當(dāng)互連電阻由R表示，互連之間的電容由C表示時，互連延遲可表示如下T∝CR。
在此表達式中，當(dāng)互連間距為d，電極面積(相對互連側(cè)面面積)為S，介電常數(shù)εr，真空介電常數(shù)為ε0時，互連間的電容表達式如下C＝ε0εrS/d。
因此，為了減少互連延遲，降低絕緣膜的介電常數(shù)是有效的方式。
傳統(tǒng)上，使用二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、磷硅玻璃(PSG)等無機膜和如聚酰亞胺等的有機聚合物作為絕緣材料。然而，在半導(dǎo)體器件中最常用的CVD-SiO2膜的介電常數(shù)約為4。雖然研究顯示SiOF膜為低介電常數(shù)CVD膜，其介電常數(shù)約為3.3-3.5，但是SiOF膜具有很強的吸濕性，其吸收濕氣導(dǎo)致介電常數(shù)增大。
近來，多孔絕緣膜被認(rèn)為是具有更低介電常數(shù)的絕緣材料。通過將經(jīng)蒸發(fā)或分解的有機樹脂等添加到用于形成低介電常數(shù)膜的材料中，然后通過加熱來蒸發(fā)或分解該有機樹脂以形成該膜的過程，由此將多孔絕緣膜制成多孔。
例如參考文獻1(日本專利申請待審公布第2000-340557號)和參考文獻2(日本專利申請待審公布第2004-247695號)中公開了相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)。
然而，目前多孔絕緣膜的孔大小不小于10nm，當(dāng)孔增大使介電常數(shù)減少時，由于吸收濕氣會導(dǎo)致介電常數(shù)增大而膜強度降低。因此，在絕緣膜中常常產(chǎn)生裂縫，并且絕緣膜常在接合過程中斷開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于制造包括低介電常數(shù)和高機械強度的多孔絕緣膜的半導(dǎo)體器件的方法，以及用于形成絕緣膜的組合物，該絕緣膜適用于形成多孔絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種用于形成絕緣膜的組合物，包括含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的硅化合物；和用于溶解硅化合物的有機溶劑。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底上形成由多孔材料制成的第一絕緣膜；在該第一絕緣膜上形成第二絕緣膜，該第二絕緣膜包含硅化合物，該硅化合物含30-90％的Si-CH3結(jié)合物；向形成在該第一絕緣膜上的該第二絕緣膜照射紫外線，以固化該第一絕緣膜。
根據(jù)本發(fā)明，在多孔絕緣膜上形成包含硅化合物的絕緣膜，該硅化合物含30-90％的Si-CH3結(jié)合物，經(jīng)由該絕緣膜照射紫外線以固化該多孔絕緣膜，從而具有消除CH3基的波長的紫外線被上部絕緣膜充分吸收，從而多孔絕緣膜通過紫外線固化優(yōu)先被高度強化，并且多孔絕緣膜在不增加介電常數(shù)的情況下可增加膜密度。與下部膜的粘合度也可增加。當(dāng)照射紫外線時，上部絕緣膜的CH3基被消除，并且膜密度被增加，從而膜強度被增加，而且上部絕緣膜可被用作蝕刻停止膜。因此，可制造具有更高可靠性的高速電路襯底。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的半導(dǎo)體器件的示意截面圖，顯示了該半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
圖2A-2C、3A-3C、4A-4B、5A-5B、6、7和8是在制造根據(jù)本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體器件的方法步驟中該半導(dǎo)體器件的截面圖。
具體實施例方式
以下將參照圖1至圖8來解釋根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于形成絕緣膜的組合物、半導(dǎo)體器件以及用于制造所述半導(dǎo)體器件的方法。
圖1是根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件的示意截面圖，該圖顯示了其結(jié)構(gòu)。圖2A至圖8是在制造根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體器件的方法步驟中該半導(dǎo)體器件的截面圖。
首先解釋根據(jù)本發(fā)明的用于形成絕緣膜的組合物。
根據(jù)本實施例的用于形成絕緣膜的組合物具有如下特點該組合物包括硅化合物，該硅化合物含30-90％的Si-CH3結(jié)合物。此處，含30-90％的Si-CH3結(jié)合物意為當(dāng)在化合物中所有Si的結(jié)合物為100％時，Si-CH3結(jié)合物的含量比是30-90％。結(jié)合物的含量比可通過分離由，例如XPS測量方法，給出的Si-2p波形來確定。本發(fā)明的發(fā)明者用Kratos Analytical Limited的“Axis-Hsi”型XPS設(shè)備來確定Si-CH3結(jié)合物的含量比。
只要用于形成組合物(該組合物用于形成絕緣膜)的硅化合物含30-90％的Si-CH3結(jié)合物，就不嚴(yán)格限制硅化合物的含量比。此種硅化合物可為由以下通式表示的聚碳硅烷中R1和R2部分被CH3取代的化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為 (其中，R1和R2可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。)或者由以下通式表示的聚硅氮烷中R1、R2和R3部分被CH3取代的化合物被用作硅化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為 (其中，R1、R2和R3可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。)根據(jù)本實施例的用于形成絕緣膜的組合物可被用于形成旨在高度強化多孔絕緣膜的絕緣膜。具體地，通過在多孔絕緣膜上使用根據(jù)本實施例的用于形成絕緣膜的組合物來形成絕緣膜，并且通過紫外線固化使多孔絕緣膜高度強化。
借由在多孔絕緣膜上由根據(jù)本實施例的用于形成絕緣膜的組合物所形成的絕緣膜，進行紫外線固化，從而，對去除CH3基有效的波長范圍的紫外線可被上部絕緣膜充分吸收，因此保留的下部多孔絕緣膜具有低介電常數(shù)，同時可通過形成硅氧烷結(jié)合物來優(yōu)先進行多孔絕緣膜的強化。CH3基在上部絕緣膜中被有意地去除，從而進一步將硅化合物致密，并且上部絕緣膜可用作蝕刻停止層。
Si-CH3結(jié)合物的含量比不少于30％，因為當(dāng)含量比少于30％時，在紫外線固化中上部絕緣膜的紫外線吸收不足，由此難以抑制多孔絕緣膜的介電常數(shù)的增加。Si-CH3結(jié)合物的含量比不超過90％，因為當(dāng)Si-CH3結(jié)合物的含量比超過90％時，則在紫外線固化中紫外線吸收過多而不能進行多孔絕緣膜的固化，所以多孔絕緣膜不能達到膜強度的目標(biāo)值。
Si-CH3結(jié)合物的含量比設(shè)置在30-90％的范圍中，優(yōu)選地在40-70％的范圍中，更優(yōu)選地在50-60％的范圍中。這是因為，隨著Si-CH3結(jié)合物的含量比升高，可增強多孔絕緣膜的介電常數(shù)的降低效果并增強對多孔絕緣膜的蝕刻選擇性的增加效果，但是Si-CH3結(jié)合物的含量比越高，越難制備材料。
由CH3基來取代在上述結(jié)構(gòu)式表示的聚碳硅烷和在上述結(jié)構(gòu)式表示的聚碳硅烷的R1-R3中至少一個的過程不受特別限制。例如，可將R1-R3中至少一個被鹵化并與含有CH3基的格氏試劑反應(yīng)來進行取代。
只要本發(fā)明的效果不被削弱，除了含30-90％Si-CH3結(jié)合物的硅化合物之外的用于形成絕緣膜的組合物成分不受特別限制，并可對應(yīng)目的適當(dāng)選擇。例如，可選擇溶劑和各種公知的添加劑。
溶劑不受特別限制，并且可對應(yīng)目的適當(dāng)選擇。例如，溶劑可以是乙醇(ethanol)、環(huán)己烷(cyclohexane)、甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone)、甲乙酮(methyl ethyl ketone)、甲氧基乙醇(methyl cellosolve)、乙二醇乙醚(ethyl cellosolve)、辛烷(octane)、癸烷(decane)、丙二醇(propyleneglycol)、聚丙二醇(propylene glycol monopropyl ether)、丙二醇甲醚(propyleneglycol monomethyl ether)、丙二醇甲醚醋酸酯(propylene glycol monomethylether acetate)等。制備后包含在涂覆溶液中的溶劑的含量是約1-50wt％。
以下將參照圖1解釋使用用于形成絕緣膜的組合物的半導(dǎo)體器件的一個示例。
在半導(dǎo)體襯底10上形成用于限定器件區(qū)域14的器件隔離膜12。在器件區(qū)域14中，形成MOS晶體管24，該MOS晶體管24包括柵極18以及源極/漏極區(qū)22，該柵極18形成于半導(dǎo)體襯底10上同時在柵極18和半導(dǎo)體襯底10間插有柵極絕緣膜16，該源極/漏極區(qū)22形成于柵極18兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底10中。
在上面形成有MOS晶體管24的半導(dǎo)體襯底10上，形成層間絕緣膜26和停止膜28。在層間絕緣膜26和停止膜28中，埋入與源極/漏極區(qū)22相連的接觸塞35。
在埋有接觸塞35的停止膜28上，形成絕緣膜36、層間絕緣膜38和絕緣膜40。層間絕緣膜38由低介電常數(shù)的多孔材料形成。在絕緣膜36、層間絕緣膜38和絕緣膜40中，埋入阻擋金屬48和銅膜50的互連51。
在埋有互連51的絕緣膜40上，形成絕緣膜52、層間絕緣膜54、絕緣膜56、層間絕緣膜58和絕緣膜60。層間絕緣膜54、58由低介電常數(shù)的多孔材料形成。在絕緣膜52和層間絕緣膜54之間形成下至互連51的通孔66。在絕緣膜56、層間絕緣膜58和絕緣膜60中，形成與通孔88相連的互連溝槽72。在通孔66中，埋入阻擋金屬74和銅膜76的接觸塞77a。在互連溝槽72中，埋入阻擋金屬74和銅膜76的互連77b。接觸塞77a和互連77b相互整合為一體。
在埋有互連77b的絕緣膜60上，形成絕緣膜78。
在如圖1所示的本實施例的半導(dǎo)體器件中，在由多孔材料制成的層間絕緣膜38、54、58上形成的絕緣膜40、56、60由用于形成絕緣膜的上述組合物形成。
以下將參照圖2A至圖8解釋使用用于形成絕緣膜的上述組合物來制造半導(dǎo)體器件的方法。
首先，在例如硅襯底的半導(dǎo)體襯底10上，通過例如LOCOS(硅的局部氧化)方法形成用于限定器件區(qū)域14的器件隔離膜12。器件隔離膜12可通過STI(淺溝槽隔離)形成。
然后，在器件區(qū)中，以與常用MOS晶體管制造方法相同的方法，形成MOS晶體管24，該MOS晶體管24包括柵極18和源極/漏極區(qū)22，該柵極18形成于半導(dǎo)體襯底10上并在柵極18和半導(dǎo)體襯底10間插入柵極絕緣膜16，該源極/漏極區(qū)22形成于柵極18兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底10中(圖2A)。
接著，在上面形成有MOS晶體管24的半導(dǎo)體襯底10上，通過例如CVD方法形成二氧化硅膜(SiO2)。
然后，通過例如CMP(化學(xué)機械拋光)方法對二氧化硅膜的表面進行拋光使其平整，以形成表面平坦化的二氧化硅膜的層間絕緣膜26。
接著，通過例如等離子體CVD方法，在層間絕緣膜26上沉積，如50nm厚的，氮化硅(SiN)膜，以形成氮化硅膜的停止膜28。在后續(xù)步驟中，停止膜28用作CMP過程中的拋光停止層以及在層間絕緣膜38中形成的互連溝槽46過程中的蝕刻停止層等。
除了氮化硅膜之外，停止膜28可為SiC氫化膜(SiC:H膜)、SiC氫化氧化膜(SiC:O:H膜)、SiC氮化膜(SiC:N膜)或其它。SiC:H膜是其中具有氫(H)的SiC膜。SiC:O:H膜是其中具有氧(O)和H(氫)的SiC膜。SiC:N膜是其中具有N(氮)的SiC膜。
然后，通過光刻技術(shù)和干式蝕刻法在停止膜28和層間絕緣膜26中形成下至源極/漏極區(qū)域22的接觸孔30(圖2B)。
接著，通過例如濺射方法，在整個表面上沉積如50nm厚的氮化鈦(TiN)膜，以形成TiN膜的阻擋金屬32。
接著，通過例如CVD方法，在阻擋金屬32上形成如1μm厚的鎢(W)膜34。
接著，通過例如CMP方法，拋光鎢膜34和阻擋金屬32，直到露出停止膜28的表面，以形成埋入接觸孔30中的阻擋金屬32和鎢膜34的接觸塞35。
接著，通過例如等離子體CVD方法，在埋有接觸塞35的停止膜28上沉積例如SiC氫化氧化物(SiC:O:H)，以形成SiC氫化氧化膜構(gòu)成的絕緣膜36。SiC氫化氧化膜是其中具有氧(O)和H(氫)的高密集膜，其用作防止水?dāng)U散等的阻擋膜。
然后，在絕緣膜36上形成如160nm厚的由如多孔硅石的多孔材料制成的層間絕緣膜38(圖3A)。只要材料具有孔，形成層間絕緣膜38的多孔材料不受特別限定。多孔材料可為通過氣相生長方法形成的加碳二氧化硅膜，加碳多孔二氧化硅膜，該加碳多孔二氧化硅膜具有通過將可熱分解化合物添加到加碳二氧化硅膜中而形成的孔，通過旋轉(zhuǎn)涂布法形成的多孔硅石，有機孔膜等。在控制孔和密度方面，通過旋轉(zhuǎn)涂布法形成的多孔硅石是最優(yōu)選的。
按下述示例方法形成多孔硅石的層間絕緣膜38。首先，通過例如旋轉(zhuǎn)涂布法將用于形成多孔層間絕緣膜38的成分液體涂覆到絕緣膜36，以形成用于形成絕緣膜的組合物的涂覆膜。涂覆的條件是，例如3000rpm和30秒。接著，在熱分解包含在用于形成絕緣膜的組合物中的可熱分解化合物以形成孔的同時，進行熱處理(軟烘烤)以半固化涂覆膜。由此，形成多孔硅石的層間絕緣膜38。
在軟烘烤過程中，優(yōu)選地控制處理溫度和處理時段，使通過紅外光譜術(shù)測量的交聯(lián)度是10-90％。當(dāng)交聯(lián)度大于90％時，則將在后續(xù)步驟中通過紫外線固化進行的光化學(xué)反應(yīng)無法順利進行。當(dāng)交聯(lián)度小于10％時，則產(chǎn)生下面的絕緣膜被涂覆溶劑溶解的不利情況。
用于形成多孔硅石的成分可通過將可熱分解有機化合物添加到聚合體形成，該聚合體是通過水解反應(yīng)或縮聚反應(yīng)使用如下原材料制得的，所述原材料例如為四烷氧硅烷(tetraalkoxysilane)、三烷氧硅烷(trialkoxysilane)、甲基三烷氧硅烷(methyl trialkoxysilane)、乙基三烷氧硅烷(ethyltrialkoxysilane)、丙基三烷氧硅烷(propyl trialkoxysilane)、苯基三烷氧硅烷(phenyl trialkoxysilane)、乙烯基三烷氧硅烷(vinyl trialkoxysilane)、烯丙基三烷氧硅烷(allyl trialkoxysilane)、縮水甘油基三烷氧硅烷(glycidyltrialkoxysilane)、二烷氧硅烷(dialkoxysilane)、二甲基二烷氧硅烷(dimethyldialkoxysilane)、二乙基二烷氧硅烷(diethyl dialkoxysilane)、二丙基二烷氧硅烷(dipropyl dialkoxysilane)、聯(lián)苯二烷氧硅烷(diaphenyl dialkoxysilane)、聯(lián)乙烯二烷氧硅烷(divinyl dialkoxysilane)、二烯丙基二烷氧硅烷(diallyldialkoxysilane)、二縮水甘油基二烷氧硅烷(diglycidyl dialkoxysilane)、苯基甲基二烷氧硅烷(phenyl methyl dialkoxysilane)、苯基乙基二烷氧硅烷(phenyl ethyl dialkoxysilane)、苯基丙基二烷氧硅烷(phenyl propyldialkoxysilane)、苯基乙烯基二烷氧硅烷(phenyl vinyl dialkoxysilane)、苯基烯丙基二烷氧硅烷(phenyl allyl dialkoxysilane)、苯基縮水甘油基二烷氧硅烷(phenyl glycidyl dialkoxysilane)、甲基乙烯基二烷氧硅烷(methyl vinyldialkoxysilane)、乙烷基乙烯基二烷氧硅烷(ethyl vinyl dialkoxysilane)、丙基乙烯基二烷氧硅烷(propyl vinyl dialkoxysilane)等。優(yōu)選地，用于形成絕緣膜的組合物是由四烷基胺形成的簇多孔硅石(cluster porous silica)。這是因為，小尺寸的孔可均勻形成。用于熱分解的有機化合物可例如為丙烯醛基樹脂等。
然后，在層間絕緣膜38上，形成由含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的硅化合物制成的絕緣膜40(圖3B)。此處，含30-90％的Si-CH3結(jié)合物意為，當(dāng)在化合物中所有Si的結(jié)合物為100％時，Si-CH3結(jié)合物的含量比是30-90％。結(jié)合物的含量比可通過分離由，例如XPS測量方法，給出的Si-2p波形來確定。本發(fā)明的發(fā)明者用Kratos Analytical Limited的“Axis-Hsi”型XPS設(shè)備來確定Si-CH3結(jié)合物的含量比。
只要用于形成組合物(該組合物用于形成絕緣膜)的硅化合物含30-90％的Si-CH3結(jié)合物，就不嚴(yán)格限制硅化合物的含量比。此種硅化合物可為以下通式表示的聚碳硅烷中R1和R2部分被CH3取代的化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為 (其中，R1和R2可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。)或者可為以下通式表示的聚硅氮烷中R1、R2和R3部分被CH3取代的化合物被用作硅化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為
(其中，R1、R2和R3可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。)Si-CH3結(jié)合物的含量比不少于30％，因為當(dāng)含量比少于30％時，在下述步驟中進行的紫外線固化中絕緣膜40的紫外線將吸收不足，由此難以抑制多孔絕緣膜38的介電常數(shù)的增加。Si-CH3結(jié)合物的含量比不超過90％，因為當(dāng)Si-CH3結(jié)合物的含量比超過90％時，則在紫外線固化中紫外線吸收相對過多而不能進行多孔絕緣膜的固化，所以多孔絕緣膜不能達到膜強度的目標(biāo)值。
按以下示例形成絕緣膜40。首先，通過，例如旋轉(zhuǎn)涂布法，將用于形成絕緣膜40的組合物的液體涂覆到絕緣膜36上，以形成用于形成絕緣膜的組合物的涂覆膜。然后，進行熱處理(軟烘烤)來半固化涂覆膜，從而形成絕緣膜40。
然后，經(jīng)由絕緣膜40對層間絕緣膜38照射紫外線，以對層間絕緣膜38進行紫外線固化(圖3C)。紫外線固化可在真空中或者在常壓下進行，但優(yōu)選地在真空中進行紫外線固化。對于在真空中進行的紫外線固化，可引入諸如氮、氬等的惰性氣體用于壓力調(diào)節(jié)和重整。在照射紫外線過程中，優(yōu)選地在50-470℃下加熱并同時施加紫外線。這是因為多孔層間絕緣膜38的固化被加速，所以可增加膜強度以及與下部絕緣膜(停止膜28)的粘合度。熱處理的溫度可為常數(shù)或者可在多個步驟中改變。
在紫外線固化中，由于在層間絕緣膜38上形成的由含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的硅化合物制成的絕緣膜40，因此具有消除CH3基的波長范圍的部分紫外線被絕緣膜40吸收，僅允許將層間絕緣膜38中剩余的硅烷醇基進行脫水和濃縮所必需的紫外線到達層間絕緣膜38。因此，CH3基的消除抑制了介電常數(shù)的增加，同時可增加層間絕緣膜38的膜強度。
紫外線固化可消除在絕緣膜40中的CH3基，結(jié)果導(dǎo)致絕緣膜40高度密集。因此，絕緣膜40可用作蝕刻停止層。測量在紫外線固化后的絕緣膜40中Si-CH3結(jié)合物的含量比，所有樣本值均不超過10％。
然后，通過光刻技術(shù)在絕緣膜40上形成光刻膠膜42，該光刻膠膜42具有開口44，該開口44露出一個用于形成第一層互連的區(qū)域。
然后，通過使用例如CF4氣體和CHF3氣體的干式蝕刻法，將光刻膠膜42作為掩模并將停止膜28作為停止層，對絕緣膜40、層間絕緣膜38和絕緣膜36依次進行蝕刻，以在絕緣膜40、層間絕緣膜38和絕緣膜36中形成用于埋入互連52的互連溝槽46(圖4A)。接觸塞35的上表面在互連溝槽46中露出。
接著，通過，如灰化處理，去除光刻膠膜42。
接著，通過，例如濺射方法，在整個表面沉積如10nm厚的氮化鉭(TaN)膜，以形成TaN膜的阻擋金屬48。阻擋金屬48是用來防止銅從后續(xù)步驟中將形成的銅互連擴散進入絕緣膜。
接著，通過，如濺射方法，在阻擋金屬48上沉積如10nm厚的銅膜，以形成銅膜的籽晶膜(未顯示)。
接著，通過，如以籽晶膜作為籽晶的電鍍方法，沉積銅膜以形成包括籽晶層厚度的600nm厚的銅膜50。
接著，通過CMP方法去除絕緣膜40上的銅膜50和阻擋金屬48，以形成埋入互連溝槽46中的阻擋金屬48和銅膜50的互連51。用于形成互連51的工藝被稱為單鑲嵌方法。
然后，通過，如CVD方法，在整個表面沉積如30nm厚的SiC氫化氧化膜，以形成SiC氫化氧化膜的絕緣膜52(圖4B)。絕緣膜52用作阻擋膜，用于防止水?dāng)U散和銅從銅互連擴散。
接著，在絕緣膜52上形成多孔層間絕緣膜54。該多孔層間絕緣膜54通過用于形成例如上述層間絕緣膜38的相同過程而形成。層間絕緣膜54的膜厚度例如為180nm。
接著，在層間絕緣膜54上，形成由含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的硅化合物制成的絕緣膜56(圖5A)。該絕緣膜56通過用于形成上述絕緣膜40的相同過程而形成。絕緣膜56的膜厚度例如為30nm。
接著，經(jīng)由絕緣膜56對層間絕緣膜54照射紫外線，以對層間絕緣膜54進行紫外線固化。該紫外線固化用于增加多孔層間絕緣膜54的膜強度，以及增加絕緣膜56的膜密度，并且該紫外線固化以與上述用于形成層間絕緣膜38的紫外線固化相同的方式進行。
然后，在絕緣膜56上形成多孔層間絕緣膜58。該多孔層間絕緣膜58通過用于形成如上述層間絕緣膜38相同的過程形成。層間絕緣膜58的膜厚度例如為160nm。
然后，在層間絕緣膜58上，形成由含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的硅化合物制成的絕緣膜60(圖5B)。絕緣膜60通過與用于形成上述絕緣膜40相同的過程而形成。絕緣膜60的厚度例如為30nm。
接著，經(jīng)由絕緣膜60對層間絕緣膜58施加紫外線，以對層間絕緣膜58進行紫外線固化。該紫外線固化用于增加多孔層間絕緣膜58的膜強度，以及增加絕緣膜60的膜密度。該紫外線固化以與對上述層間絕緣膜38進行紫外線固化相同的方式進行。
接著，通過光刻技術(shù)在絕緣膜60上形成光刻膠膜62，該光刻膠膜62具有開口64，該開口64露出用于形成下至互連52的通孔的區(qū)域。
接著，通過使用例如CF4氣體和CHF3氣體的干式蝕刻法，并將光刻膠膜62作為掩模，對絕緣膜60、層間絕緣膜58、絕緣膜56、層間絕緣膜54和絕緣膜52依次進行蝕刻，以形成下至絕緣膜60、層間絕緣膜58、絕緣膜56、層間絕緣膜54和絕緣膜52的通孔66(圖6)?？赏ㄟ^變化用于蝕刻的蝕刻氣體的組合物比率以及壓力等對各絕緣膜依次進行蝕刻。
接著，通過，如灰化處理，去除光刻膠膜62。
接著，通過光刻技術(shù)，在其中形成有通孔66的絕緣膜60上形成光刻膠膜68，該光刻膠膜68具有開口64，該開口64露出用于形成第二層互連77b的區(qū)域。
接著，通過使用例如CF4氣體和CHF3氣體的干式蝕刻法，并將光刻膠膜68作為掩模，對絕緣膜60、層間絕緣膜58和絕緣膜56依次進行蝕刻，以在絕緣膜60、層間絕緣膜58和絕緣膜56中形成用于埋入互連77b的互連溝槽72(圖7)?；ミB溝槽72與通孔66相連。
然后，通過，如灰化處理，去除光刻膠膜68。
接下來，通過，如濺射方法，在整個表面上沉積如10nm厚的TaN，以形成TaN膜的阻擋金屬74。所述阻擋金屬74是用來防止銅從后續(xù)步驟中將形成的銅互連擴散進入絕緣膜中。
接著，通過，如濺射方法，在阻擋金屬74上沉積如10nm厚的銅膜，以形成銅膜的籽晶膜(未顯示)。
然后，通過，如以籽晶膜作為籽晶的電鍍處理，沉積銅膜以形成包括籽晶膜的厚度的例如1400nm厚的銅膜76。
然后，通過CMP方法研磨掉在絕緣膜60上的銅膜76和阻擋金屬74，以使由阻擋金屬74和銅膜76形成的埋入在通孔66中的接觸塞77a與由阻擋金屬74和銅膜76形成的埋入在互連溝槽72中的互連77b立即相互整合為一體。因此，用于將接觸塞77a和互連77b立即相互整合的過程被稱為雙鑲嵌方法。
然后，如30nm厚的SiC氫化氧化膜通過如CVD方法沉積在整個表面，以形成SiC氫化氧化膜的絕緣膜78(圖8)。絕緣膜78用作阻擋膜，用于防止水?dāng)U散和銅從互連的銅擴散。
然后，根據(jù)需要適當(dāng)重復(fù)上述步驟，以形成第三層互連(未顯示)等，并完成根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件。
如上所述，根據(jù)本實施例，在多孔絕緣膜上形成含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的硅化合物的絕緣膜，經(jīng)由該絕緣膜向多孔絕緣膜照射紫外線，以固化多孔絕緣膜，從而具有消除CH3基的波長的紫外線可被充分吸收，并且多孔絕緣膜的強度可通過紫外線固化被優(yōu)先提高。結(jié)果，在不增加多孔絕緣膜的介電常數(shù)的情況下，膜密度可被增加。對下部膜的粘合度也可被增加。在紫外線照射過程中，上部絕緣膜中的CH3基被消除，而且膜密度得到增加，從而膜強度得到增加，同時上部絕緣膜可被用作蝕刻停止膜。因此，可制造出更高可靠性和高速的電路襯底。
本發(fā)明不限于上述實施例，并且可包括其它各種修改。
本發(fā)明不限于根據(jù)上述實施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法，并可廣泛適用于包括多孔絕緣膜的半導(dǎo)體器件的制造。膜厚度以及用于形成半導(dǎo)體器件的各層的材料可被適當(dāng)改變。
通過旋轉(zhuǎn)涂布法將用于形成多孔硅石的絕緣膜的組合物涂覆到襯底，并形成涂覆膜。涂覆條件例如為3000rpm和30秒。然后，在對用于形成絕緣膜的組合物中包含的可熱分解化合物進行熱分解以形成孔的同時，進行軟烘烤以固化涂覆膜。
由此，形成多孔硅石的多孔絕緣膜。通過紅外光譜術(shù)來測量由此形成的多孔絕緣膜的交聯(lián)度。所述交聯(lián)度是10-90％。通過XPS測量給出在多孔絕緣膜中的Si-CH3結(jié)合物的含量，且含量比是3-60％。
接著，在由此形成的多孔絕緣膜上，通過旋轉(zhuǎn)涂布法形成由指定Si-CH3結(jié)合物含量比的硅化合物制成的絕緣膜。改變Si-CH3結(jié)合物的含量比以制備下述的11種樣本。Si-CH3結(jié)合物的含量比可通過Kratos Analytical Limited的“Axis-Hsi”型XPS設(shè)備來確定。
形成具有30％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有40％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有50％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有60％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有70％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有80％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有90％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有0％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有10％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有20％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
形成具有93％Si-CH3結(jié)合物的含量比的絕緣膜。
接著，通過絕緣膜對多孔絕緣膜照射紫外線，從而對多孔絕緣膜進行紫外線固化，并且制備將被測量的樣本。
在如此制備的樣本上測量多孔絕緣膜的介電常數(shù)、多孔絕緣膜的強度以及對多孔絕緣膜的絕緣膜的蝕刻選擇性。
通過根據(jù)以上所述的實施例的制造方法，互連和導(dǎo)電塞被制成電串聯(lián)1,000,000個接觸塞，并且進行電連接的生產(chǎn)測試。測量在互連之間的有效介電常數(shù)。
有效介電常數(shù)是用多孔絕緣膜以及出現(xiàn)在互連周圍的其它絕緣膜來測量的介電常數(shù)。在這種情況下，有效介電常數(shù)用相對低介電常數(shù)的多孔絕緣膜以及互連周圍相對高介電常數(shù)的絕緣膜來測量，并且有效介電常數(shù)的值大于多孔絕緣膜的介電常數(shù)。
對上述的11種樣本進行的測量的結(jié)果匯總于表1和表2。
表1

表2


如表1所示，絕緣膜的Si-CH3結(jié)合物的含量比被設(shè)置不小于30％(包括30％)，則多孔絕緣膜的介電常數(shù)減少。這是因為，上部絕緣膜的Si-CH3結(jié)合物的含量比被設(shè)置為不小于30％，從而在紫外線固化中，具有消除CH3基的波長的紫外線被上部絕緣膜充分吸收，僅允許將多孔絕緣膜中剩余的硅烷醇基進行脫水和濃縮所必需的紫外線可到達多孔絕緣膜。
另一方面，隨著消除的CH3基的比率減少，膜強度少量減少。然而，由于Si-CH3基的含量是30-90％，所以減少量很小?；谠诮^緣膜的Si-CH3結(jié)合物含量比不在30-90％的情況下多孔絕緣膜的膜強度是10.0GPa，則可發(fā)現(xiàn)提高膜強度的效果也處于30-90％的Si-CH3結(jié)合物含量比范圍中。
隨著絕緣膜的Si-CH3結(jié)合物含量比增加，對多孔絕緣膜的蝕刻選擇性可增加。由于Si-CH3結(jié)合物的含量不小于30％，則對于多孔絕緣膜的蝕刻選擇性不小于1.5，并且可實現(xiàn)實際值。
如表2所示，基于電接觸的合格率的結(jié)果，其Si-CH3結(jié)合物含量是30-90％的樣本可具有94.7-100％的高合格率，而其Si-CH3結(jié)合物含量小于30％或大于90％的樣本只具有51.1％-71.1％的低合格率。
在處于200℃下3000小時之后測量互連的電阻。可確定示例1至7的樣本的電阻值不增加，但是可確定對照例1至4的樣本的電阻值增加。
權(quán)利要求
1.一種用于形成絕緣膜的組合物，包括含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的硅化合物；和用于溶解硅化合物的有機溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于形成絕緣膜的組合物，其中該硅化合物為由以下通式表示的聚碳硅烷中R1和R2部分被CH3取代的化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為 其中，R1和R2可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于形成絕緣膜的組合物，其中該硅化合物為由以下通式表示的聚硅氮烷中R1、R2和R3部分被CH3取代的化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為 其中，R1、R2和R3可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。
4.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟在襯底上形成由多孔材料制成的第一絕緣膜；在該第一絕緣膜上形成第二絕緣膜，該第二絕緣膜包含硅化合物，該硅化合物含30-90％的Si-CH3結(jié)合物；向形成在該第一絕緣膜上的該第二絕緣膜照射紫外線，以固化該第一絕緣膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述固化第一絕緣膜的步驟中，通過紫外線照射來消除在該第二絕緣膜中的CH3基，以增加該第二絕緣膜的膜密度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述形成第一絕緣膜的步驟中，形成含30-90％的Si-CH3結(jié)合物的第一絕緣膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述固化第一絕緣膜的步驟中，在50-470℃下加熱同時照射紫外線。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述形成第一絕緣膜的步驟包括涂覆用于形成該第一絕緣膜的組合物以形成涂覆膜的步驟，以及通過熱處理半固化該涂覆膜的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述半固化涂覆膜的步驟中，將熱處理的條件設(shè)置為使該涂覆膜中的交聯(lián)度是10-90％。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述形成第二絕緣膜的步驟包括涂覆用于形成該第二絕緣膜的組合物以形成涂覆膜的步驟，以及通過熱處理半固化該涂覆膜的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述半固化涂覆膜的步驟中，將熱處理的條件設(shè)置為使該涂覆膜中的交聯(lián)度是10-90％。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中以下通式表示的聚碳硅烷中R1和R2部分被CH3取代的化合物被用作硅化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為 其中，R1和R2可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中以下通式表示的聚硅氮烷中R1、R2和R3部分被CH3取代的化合物被用作硅化合物，從而將Si-CH3結(jié)合物的含量比控制在上述范圍內(nèi)，該通式為 其中，R1、R2和R3可以彼此相等，或者彼此不同，并且分別表示氫原子、取代或未取代的烷基、烯基、環(huán)烷基或芳基。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在所述形成第一絕緣膜的步驟中，該第一絕緣膜由多孔硅石形成。
全文摘要
一種形成絕緣膜的組合物以及制造半導(dǎo)體器件的方法，其中該方法包括以下步驟在襯底(10)上形成多孔材料的第一絕緣膜(38)；在第一絕緣膜(38)上形成第二絕緣膜(40)，該第二絕緣膜(40)包含，該硅化合物含30－90％的Si－CH
文檔編號H01L21/02GK101045820SQ20061010600
公開日2007年10月3日 申請日期2006年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者尾崎史朗, 中田義弘, 矢野映 申請人:富士通株式會社