專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的方法，尤其涉及用于在下述半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的方法，這種半導(dǎo)體器件包括用等離子體處理半導(dǎo)體襯底上光刻成形的表面，根據(jù)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)法在經(jīng)等離子體處理的襯底表面上形成第一金屬間絕緣薄膜，然后在絕緣薄膜上形成O3-正硅酸四乙酯(TEOS)薄膜。
半導(dǎo)體器件的集成度增加引起諸如柵極或位線等導(dǎo)電布線寬度的減小。由于這樣的導(dǎo)電布線寬度的減小，故其電阻相應(yīng)增加。例如，假如把導(dǎo)電布線的寬度減小1/N倍，則導(dǎo)電布線上產(chǎn)生的電阻增加N倍。這樣一種電阻的增加導(dǎo)致半導(dǎo)體器件工作速度的減小。
對(duì)于用作半導(dǎo)體器件的柵極或位線等導(dǎo)電布線，一般使用摻雜多晶硅層。然而，這樣的摻雜多晶硅層呈現(xiàn)出大約30到70Ω/cm2的高表面電阻和每個(gè)接觸大約30到70Ω/cm2的高接觸電阻。
這樣一些高表面和接觸電阻的作用是減小半導(dǎo)體器件的工作速度。為了減小這些電阻，已提出選擇性金屬薄膜淀積的方法，它提供硅化物，也即由多晶硅層上形成的金屬-硅化物薄膜組成的自對(duì)準(zhǔn)硅化物結(jié)構(gòu)。依據(jù)此方法，只在導(dǎo)電布線上形成金屬-硅化物薄膜或選擇性的金屬薄膜。
例如，在多晶硅層圖形上形成有硅化鈦或選擇性鎢層的地方，可明顯地把表面電阻減小到大約5Ω/cm2，以及每個(gè)接觸的接觸電阻減小到大約3Ω/cm2或以下。相應(yīng)地，半導(dǎo)體器件獲得延長(zhǎng)的工作時(shí)間。也可使半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)高的集成度。
一般，鋁或其合金用于形成金屬布線。為了改善特性，也提出使用鎢。與鋁相比，鎢在高溫下呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，提供精細(xì)的金屬布線并易于實(shí)現(xiàn)平面化。
參考

圖1A到1C，圖示說(shuō)明在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的常規(guī)方法。為便于描述，將描述由鎢組成的諸金屬布線。
依據(jù)此方法，先制備半導(dǎo)體襯底(未示出)，其上設(shè)置有元件隔離用氧化薄膜，以限定有源區(qū)。半導(dǎo)體襯底上也設(shè)置有MOS晶體管、電容器和位線。然后如圖1A所示，在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成絕緣薄膜1。
在絕緣薄膜1上連續(xù)地形成Ti層2和TiN層3，以形成阻擋金屬層。然后根據(jù)熟知的化學(xué)氣相淀積(CVD)法在TiN層3上淀積鎢(W)層4。其后，在W層4上形成由TiN構(gòu)成的防反射膜5。防反射膜5的作用是當(dāng)W層隨后因光刻成形而曝光時(shí)，防止產(chǎn)生不規(guī)則的反射現(xiàn)象。
其后，根據(jù)熟知的光刻方法以連續(xù)的方式，從防反射膜5到Ti層2對(duì)獲得的結(jié)構(gòu)進(jìn)行濕法或干法刻蝕，從而形成由導(dǎo)電圖形(從防反射膜5的圖形到Ti層2的圖形)組成的諸金屬布線。
如圖1B所示，在獲得的結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面上，根據(jù)熟知的CVD法形成厚度為大約1,000的氧化薄膜6。然后將氧化薄膜6的表面暴露于Ar或N2氣等離子體，從而引起該表面被破壞同時(shí)產(chǎn)生電荷。實(shí)行此步驟以改進(jìn)具有其后將形成的平面化層的氧化薄膜6的界面特性。
然后如圖1C所示，在經(jīng)表面破壞的氧化薄膜6上形成O3-TEOS薄膜7。為了提供平面化的表面，對(duì)O3-TEOS的材料進(jìn)行回流。這樣，在諸金屬布線之間就形成了絕緣薄膜。
如上所述，常規(guī)的方法包括以下步驟在金屬布線上形成氧化薄膜，對(duì)氧化薄膜的表面進(jìn)行等離子體處理，從而破壞氧化薄膜的表面，并在表面破壞的氧化薄膜上形成作為平面化薄膜的O3-TEOS薄膜。然而，因?yàn)镺3-TEOS薄膜顯示出與下層的極大相關(guān)性，所以它以隨位于其下的下層的類(lèi)型或狀態(tài)而變化的速率進(jìn)行生長(zhǎng)。在某些情況下，O3-TEOS薄膜可具有多個(gè)空位，或顯示出回流減小和再生性能力退化。結(jié)果，常規(guī)的方法具有諸如生產(chǎn)率和可靠性減小等問(wèn)題。
在由鎢替代鋁組成的諸金屬布線處，O3-TEOS薄膜的生長(zhǎng)速率大大減小，從而引起薄膜質(zhì)量的下降。
因此，本發(fā)明的目的是解決先前技術(shù)中所涉及的上述諸問(wèn)題，并提供一種在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的方法，它涉及在絕緣薄膜上形成光刻成形的諸金屬布線，使用等離子體對(duì)獲得結(jié)構(gòu)的整個(gè)表面進(jìn)行處理，然后在經(jīng)等離子體處理的結(jié)構(gòu)表面形成CVD氧化薄膜和O3-TEOS薄膜，從而防止在絕緣層中形成空位以及絕緣層質(zhì)量的下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的再生率、改進(jìn)的生產(chǎn)率和可靠性提高。
依據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提供一種在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的，該方法包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣薄膜；在所述絕緣薄膜上形成諸金屬布線；用等離子體處理所述諸金屬布線；在經(jīng)等離子體處理后獲得結(jié)構(gòu)的整個(gè)暴露的表面上形成含過(guò)量硅的氧化薄膜；以及在所述氧化薄膜上形成O3-正硅酸四乙酯。
依據(jù)本發(fā)明，在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣薄膜可包括氧化薄膜或硼磷硅酸玻璃薄膜。可使用N2氣等離子體進(jìn)行等離子體處理?？梢罁?jù)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法，用SiH4-N2O混合氣體來(lái)形成含過(guò)量硅的氧化薄膜，俾使氧化薄膜能具有不小于1.47的折射率。
通過(guò)以下對(duì)實(shí)施例的描述，并結(jié)合參考附圖，可使本發(fā)明的其它目的和方面變得明顯起來(lái)，其中圖1A到1C是分別示出用常規(guī)方法在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的剖面圖；以及圖2A到2D則是依據(jù)本發(fā)明分別示出在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜方法的剖面圖。
參考圖2A到2D，圖中圖示說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的方法。為了便于描述，將描述由鎢(W)組成的諸金屬布線。在圖2A到2D中，分別相應(yīng)于圖1A到1C中那些元件的元件由相同的標(biāo)號(hào)代表。
依據(jù)本發(fā)明的方法，先制備由硅大圓片構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底(未示出)，該襯底具有元件隔離用氧化薄膜，以限定有源區(qū)。半導(dǎo)體襯底也設(shè)置有每個(gè)均包含柵極和源/漏極的MOS晶體管。半導(dǎo)體襯底也設(shè)置有電容器和位線。然后如圖2A所示，在半導(dǎo)體襯底的整個(gè)表面上形成由硼磷硅酸玻璃(BPSG)構(gòu)成的絕緣薄膜1。
在絕緣薄膜1上，依據(jù)濺射方法連續(xù)形成Ti層2和TiN層3，以形成用于防止在隨后形成的諸金屬布線中產(chǎn)生針眼或雜質(zhì)擴(kuò)散現(xiàn)象的阻擋金屬層。在TiN層3上，依據(jù)CVD方法形成W層4。
其后，依據(jù)濺射方法在W層4上形成TiN構(gòu)成的防反射薄膜5。防反射薄膜5用于當(dāng)W層4在其后為了光刻成形而連續(xù)曝光時(shí)，防止產(chǎn)生不規(guī)則的反射現(xiàn)象。然后依據(jù)熟知的光刻法以連續(xù)的方式從防反射薄膜5到Ti層2對(duì)獲得的結(jié)構(gòu)進(jìn)行濕法或干法刻蝕，從而形成由防反射薄膜5的圖形、TiN層3的圖形和Ti層2的圖形組成的諸金屬布線。
如圖2B所示，用Ar等離子體對(duì)獲得的結(jié)構(gòu)的整個(gè)暴露表面進(jìn)行處理，該結(jié)構(gòu)包括防反射薄膜圖形，W層圖形，TiN層圖形和Ti層圖形的暴露表面以及絕緣薄膜。最好以雙頻方式，也即使用兩個(gè)不同的頻率，一個(gè)是高頻，另一個(gè)是低頻進(jìn)行等離子體處理。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用范圍從200W到400W的高頻和不低于50W的低頻在不低于25℃的溫度下進(jìn)行10秒或更長(zhǎng)時(shí)間的等離子體處理時(shí)，就獲得顯示出優(yōu)良的薄膜質(zhì)量的O3-TEOS薄膜。當(dāng)使用N2氣等離子體替代Ar等離子體進(jìn)行等離子體處理時(shí)，可獲得相同的效果。
其后如圖2C所示，依據(jù)PECVD法，用SiH4-N2O混合氣體形成厚度為1,000?；蛞陨系难趸∧?，它含過(guò)量的Si原子且折射率為1.47或以上。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其后在氧化薄膜8上形成的諸層當(dāng)氧化薄膜8具有較高反射率時(shí)，其質(zhì)量有所改進(jìn)。典型的CVD氧化薄膜具有大約1.45的折射率。
然后如圖2D所示，在氧化薄膜8上形成厚度為5,000A的O3-TEOS薄膜7。于是對(duì)O3-TEOS薄膜進(jìn)行平面化。這樣介于諸金屬布線之間的絕緣層薄膜得以形成。
雖然以形成鎢構(gòu)成的諸金屬布線描述了本發(fā)明，但它也可應(yīng)用于形成鋁布線。
從以上描述，很明顯本發(fā)明提供一種形成諸金屬布線的方法，它包括以下步驟在絕緣薄膜上形成相應(yīng)于其后將形成的諸金屬布線的導(dǎo)電圖形，對(duì)獲得的結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行等離子體處理，用SiH4-N2O混合氣體，形成含過(guò)量Si原子、折射率為1.47或以上的氧化薄膜，以及在氧化薄膜上形成O3-TEOS薄膜。因此，可防止在絕緣層中形成空位，和絕緣層質(zhì)量的下降，同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的再生率，改進(jìn)的生產(chǎn)率和可靠性。
雖然為了圖示說(shuō)明揭示了本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員將明了，在不背離所附權(quán)利要求書(shū)中揭示的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可進(jìn)行不同的改變，以及增刪。
權(quán)利要求
1.一種用于在半導(dǎo)體器件的諸金屬布線之間形成絕緣薄膜的方法，其特征在于包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣薄膜；在所述絕緣薄膜上形成諸金屬布線；用氣體等離子體處理所述諸金屬布線；在經(jīng)所述等離子體處理后獲得的結(jié)構(gòu)的整個(gè)暴露表面形成含過(guò)量硅的氧化薄膜；以及在所述氧化薄膜上形成第二絕緣薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于絕緣薄膜包括在半導(dǎo)體襯底上形成的氧化薄膜或硼磷玻璃硅酸薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于諸金屬布線包括由阻擋金屬層、鎢層和防反射層組成的多層結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于金屬布線包括阻擋金屬層和鋁層。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于由Ar等離子體以雙頻方式，在不低于25℃的溫度下進(jìn)行等離子體處理10秒或更長(zhǎng)時(shí)間，此雙頻方式中使用范圍從200W到400W的高頻和不低于50W的低頻。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于用N2氣等離子體進(jìn)行等離子體處理。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于依據(jù)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法，用SiH4-N2O混合氣體來(lái)形成含過(guò)量硅的氧化薄膜，俾使氧化薄膜的折射率不低于1.47。
8.如權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于含過(guò)量硅的氧化薄膜的厚度不小于1,000。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于O3-正硅酸四乙酯薄膜的厚度不小于5,000。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在氧化薄膜上形成的第二絕緣薄膜包括O3-正硅酸四乙酯薄膜。
全文摘要
一種形成金屬布線的方法，它包括以下步驟在絕緣薄膜上形成相應(yīng)于其后將形成的諸金屬布線的導(dǎo)電圖形，對(duì)獲得的結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行等離子體處理，用SiH
文檔編號(hào)H01L21/28GK1143261SQ9610823
公開(kāi)日1997年2月19日 申請(qǐng)日期1996年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月28日
發(fā)明者李乘茂 申請(qǐng)人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社