專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體器件的制造方法，該器件使用含非晶碳化氟的膜作為布線時(shí)的層間絕緣膜。本申請(qǐng)基于日本專利申請(qǐng)平9-150408，此處引入其內(nèi)容作為參考。
最近，在提高半導(dǎo)體器件的集成度的同時(shí)，要求其具有減小的尺寸和高速性能。因此，根據(jù)規(guī)定的設(shè)計(jì)規(guī)則(此后，簡單稱為0.25μm設(shè)計(jì)規(guī)則)，要在硅襯底上形成尺寸小于0.25μm的部件。
為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的小尺寸和高速性能，除了部件尺寸自身的精細(xì)結(jié)構(gòu)之外，重要的是使用連接各部件的多層布線結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)布線的多層結(jié)構(gòu)，需要用絕緣膜在布線之間提供隔離。
由于部件尺寸為精細(xì)結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的小尺寸化，布線尺寸和布線之間的間隔距離也應(yīng)為精細(xì)結(jié)構(gòu)。例如，在為目前制造提供最精細(xì)結(jié)構(gòu)的0.35μm設(shè)計(jì)規(guī)則情況下，布線間距約為1.5μm。在“下一代”0.25μm設(shè)計(jì)規(guī)則情況下，布線間距在0.8μm到1.0μm之間，而在0.18μm設(shè)計(jì)規(guī)則情況下，需要的布線間距約在0.4μm到0.6μm之間。
由于布線尺寸和布線之間的間隔距離變小，所以布線電容變大。由此而來的問題(或缺點(diǎn))是工作速度和電路的功耗變大。為解決此問題，對(duì)于布線的層間材料，需要使用比對(duì)應(yīng)于氧化膜的常規(guī)材料有更低介電常數(shù)(電容率)的材料。
對(duì)于這種低電容率膜的候選材料，可以用碳和氟(此后稱為“氟化非晶碳”)構(gòu)成的絕緣膜。例如，日本專利特許公開5-74960(用“文章1”表示)公開了用上述有低介電常數(shù)的絕緣膜來制造半導(dǎo)體器件的常規(guī)制造方法的實(shí)例，所說低介電常數(shù)約為2.5。
下面參照?qǐng)D4A、圖4B和圖4C說明半導(dǎo)體器件的上述常規(guī)制造方法(此后簡稱為“常規(guī)實(shí)例1”)。
圖4A、圖4B和圖4C是表示常規(guī)實(shí)例1的制造工藝順序的工藝剖面圖。
首先，如圖4A所示，在硅襯底401上形成膜厚為1μm的由鋁構(gòu)成的第一布線層416。
接著，如圖4B所示，常規(guī)實(shí)例1進(jìn)行用C2F4作為源氣體的等離子體聚合，以淀積氟化非晶碳材料408，形成1μm厚的層。在流量為250sccm、壓力為0.1Torr、功率為300W、時(shí)間為10分鐘的條件下完成上述等離子體聚合。
然后，如圖4C所示，常規(guī)實(shí)例1進(jìn)行光刻方法，以在氟化非晶碳層408中形成VIA孔409，同時(shí)用鋁形成將要構(gòu)圖的第二布線層420。在上述條件下，形成介電常數(shù)為2.4的氟化非晶碳408。
但是，根據(jù)上述半導(dǎo)體器件的常規(guī)制造方法，在氧化膜上形成氟化非晶碳層時(shí)，問題是粘附性不夠好，所以層容易剝落。上述文章1沒有提供解決該問題的說明。文章1僅僅說明了在硅襯底上形成氟化非晶碳的實(shí)例。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)形成在氧化膜上的氟化非晶碳的粘附性，后面將作說明。換句話說，本發(fā)明提出一種半導(dǎo)體器件的新的制造方法，通過在鋁腐蝕時(shí)，改造作為底層的氧化膜的表面來實(shí)現(xiàn)上述目的。
下面說明設(shè)計(jì)用來實(shí)現(xiàn)改造氧化膜表面的常規(guī)實(shí)例。
首先，日本專利特許公開2-278731(用“文章2”表示)公開了半導(dǎo)體器件常規(guī)制造方法的一個(gè)實(shí)例(此后稱為“常規(guī)實(shí)例2”)，所提供的方法包括下面步驟進(jìn)行干法刻蝕以對(duì)Al膜進(jìn)行構(gòu)圖，形成Al布線。構(gòu)圖后，用干法刻蝕方法或濕法腐蝕方法清洗Al膜表面。這樣可以避免由于Al膜表面存在的殘余氣體離子而導(dǎo)致VIA孔處接觸電阻的增加。
下面參照工藝剖面圖5A到圖5E來說明上述常規(guī)實(shí)例2的內(nèi)容。
首先，如圖5A所示，在半導(dǎo)體襯底501上先后形成鋁504(對(duì)應(yīng)第一布線層)和硅膜511(用來抗反射)。
接著，如圖5B所示，用光刻膠506覆蓋圖5A所示的半導(dǎo)體器件，并用掩模選擇曝光。用鋁的腐蝕氣體，選擇腐蝕硅膜511和鋁部分504。
然后，如圖5C所示，剝落光刻膠506。然后，用硅膜的腐蝕氣體進(jìn)行腐蝕，去除硅膜511。
如圖5D所示，殘余氣體離子513殘留在鋁504上。所以用Ar等惰性氣體514進(jìn)行等離子體腐蝕方法，去除殘余氣體離子513。
接著，如圖5E所示，進(jìn)行等離子體CVD方法(這里“CVD”為“化學(xué)汽相淀積”的簡寫)，形成SiNx膜515。另外，在SiNx膜515中形成VIA孔509。再后，在SiNx膜515上用鋁形成第二布線層516，使之與VIA孔509接觸。
下面說明日本專利特許公開63-287036(用“文章3”表示)公開的半導(dǎo)體器件的制造方法的另一個(gè)實(shí)例(此后稱為“常規(guī)實(shí)例3”)，下面參照工藝剖面圖6A到圖6D來說明常規(guī)實(shí)例3的內(nèi)容。
如圖6A所示，在半導(dǎo)體襯底601上先后形成第一層間絕緣膜602、鋁604(對(duì)應(yīng)第一布線層)和抗反射硅膜611。用光刻工藝和反應(yīng)離子刻蝕，選擇腐蝕硅膜611和鋁604。
接著，如圖6B所示，通過腐蝕去除硅膜611。然后，如圖6C所示，在鋁604上和作為背底(或襯底)的第一層間絕緣膜602的表面進(jìn)行用氫氣的RF濺射腐蝕工藝。
然后，如圖6D所示，常規(guī)實(shí)例3進(jìn)行第二層間絕緣膜618的淀積。在第二層間絕緣膜618中形成VIA孔609。然后，通過選擇腐蝕在第二層間絕緣膜618上形成鋁604A作為第二布線層，使之與VIA孔609接觸。順便提及，腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物粘附到作為淀積基底的鋁膜的表面。所以在淀積第二層間絕緣膜618之前，常規(guī)實(shí)例3通過腐蝕來去除腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物。這樣可以強(qiáng)化形成在鋁膜上的層間絕緣膜的粘附性。
常規(guī)制造方法的目的只是改進(jìn)形成在鋁布線上的層間絕緣膜的粘附性。但是這些方法的設(shè)計(jì)不僅僅考慮層間膜之間的粘附性。此外，常規(guī)制造方法在氧化膜上形成氟化非晶碳時(shí)沒有效果。
在使用非晶碳的層間層的形成方法中，非晶碳直接粘附到氧化膜上，這樣形成的非晶碳層沒有好的粘附性，容易剝落，這是常規(guī)方法不能解決的問題。
因此本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，它能改進(jìn)直接粘附到氧化膜上的氟化非晶碳的粘附性的缺陷。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種制造方法，它能通過降低布線的開路失效和短路失效，以很好的成品率制造半導(dǎo)體器件。
本發(fā)明的制造方法用來制造一種半導(dǎo)體器件，這種器件包含層間絕緣膜，該層間絕緣膜即形成在半導(dǎo)體襯底上的氧化膜或由BPSG構(gòu)成的膜。
首先，用針對(duì)形成在層間絕緣膜上的鋁布線層的腐蝕氣體進(jìn)行選擇腐蝕。然后將用選擇腐蝕所暴露的層間絕緣膜的表面進(jìn)行改造。再后，用CVD方法或其它方法形成氟化非晶碳層。
根據(jù)改造表面的一個(gè)方法，在選擇腐蝕鋁布線層以后，將腐蝕氣體改為含CF4的氣體，以在層間絕緣膜的表面進(jìn)行等離子體處理。根據(jù)改造表面的另一個(gè)方法，在形成氟化非晶碳之前，在層間絕緣膜的表面進(jìn)行硅離子注入。
由于這種改造，可以保持氟化非晶碳與層間絕緣膜之間的粘附性。所以可以降低布線開路和短路失效的出現(xiàn)。
參照附圖及下面的說明將更加明白本發(fā)明的這些和其它目的。


圖1A、圖1B、圖1C、圖1D和圖1E是一些工藝剖面圖，表示根據(jù)本發(fā)明例1的制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面；圖2是表示比較本發(fā)明的實(shí)例與常規(guī)實(shí)例在晶片的氟化非晶碳上發(fā)生剝落的點(diǎn)的數(shù)目的曲線圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明例2制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面的剖面圖；圖4A、圖4B、和圖4C是一些工藝剖面圖，表示根據(jù)常規(guī)例1制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面；圖5A、圖5B、圖5C、圖5D和圖5E是一些工藝剖面圖，表示根據(jù)常規(guī)例2制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面；圖6A、圖6B、圖6C、和圖6D是一些工藝剖面圖，表示根據(jù)常規(guī)例3制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面；借助本發(fā)明實(shí)施例說明的半導(dǎo)體器件的制造方法主要由下面工藝構(gòu)成選擇腐蝕鋁布線。然后，將形成在鋁布線下面的氧化膜的表面進(jìn)行改造。本發(fā)明實(shí)施例從形成氟化非晶碳開始。
關(guān)于改造氧化膜表面的方法，提供下面兩種第一個(gè)方法是在腐蝕鋁后，在氧化膜表面上用含CF4的氣體進(jìn)行等離子體處理。第二個(gè)方法是在形成氟化非晶碳之前進(jìn)行離子注入。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將半導(dǎo)體器件的制造方法設(shè)計(jì)成可以，使得在腐蝕鋁布線后，在置于鋁布線下面的氧化膜的表面上進(jìn)行表面改造。這樣可以保持氧化膜與氟化非晶碳之間的粘附性。此外，可以避免出現(xiàn)布線的開路失效和短路失效，這些失效發(fā)生于置于氟化非晶碳上面的布線和層間膜剝落時(shí)。
下面說明本發(fā)明例1的半導(dǎo)體器件的制造方法。
圖1A到圖1E是一些工藝剖面圖，表示根據(jù)本發(fā)明例1制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面。
圖1A表示要進(jìn)行本發(fā)明例1的制造方法的半導(dǎo)體的剖面。其中，在半導(dǎo)體襯底1上形成約800nm厚的第一層間絕緣膜2。第一層間絕緣膜2由一些如BPSG(簡稱為“硼磷硅玻璃”)等材料構(gòu)成。形成接觸孔(未示出)的開口后，用濺射方法等在第一層間絕緣膜2上先后形成第一阻擋金屬層3、第一鋁層4、和第一氮化鈦層5。這里，第一鋁層4用作第一布線層，而第一氮化鈦層5用作后面要進(jìn)行的光刻工藝的抗反射層。然后用光刻膠6覆蓋第一氮化鈦層5。用普通的光刻工藝，將光刻膠6構(gòu)圖。此后，例如用Cl2和N2的混合氣體(混合比例約在4∶1與5∶1之間)，將空氣壓力設(shè)置為約10mTorr，RF功率約100W，在此條件下選擇腐蝕第一氮化鈦層5、第一鋁層4和第一阻擋金屬層3。
接著將上述腐蝕氣體改為CF4，腐蝕圖1A所示的半導(dǎo)體，形成圖1B所示的半導(dǎo)體。完成第一阻擋金屬層3的腐蝕后，暴露出第一層間絕緣膜2。接著，如圖1C所示，在第一層間絕緣膜2的表面上形成多孔損傷層7。這里，在CF4流量為20sccm、RF功率為500W、氣體壓力為20mTorr的條件下用CF4進(jìn)行等離子體處理。
然后，如圖1D所示，用O2等離子體剝落光刻膠6；然后用等離子體CVD方法形成氟化非晶碳層8。
接著根據(jù)下面步驟制造圖1E所示的半導(dǎo)體器件選擇性開出VIA孔9。然后用濺射方法形成第二阻擋金屬層3B，使得VIA孔9的內(nèi)壁被第二阻擋金屬3B覆蓋。在VIA孔9中掩埋鎢17。用濺射方法或其它方法形成第二鋁層4B和第二氮化鈦層5B，以覆蓋半導(dǎo)體的整個(gè)表面。這里，第二鋁層4B對(duì)應(yīng)第二布線層，而第二氮化鈦層5B用作抗反射。然后，用光刻方法和反應(yīng)離子刻蝕，將先后形成在半導(dǎo)體上的第二氮化鈦層5B、第二鋁層4B和第二阻擋金屬3B構(gòu)圖。此后，形成由氮化硅膜或其它膜構(gòu)成的覆蓋膜10，以全部覆蓋上述半導(dǎo)體。
接著，參照?qǐng)D2說明半導(dǎo)體器件的例1的效果。圖2表示在一個(gè)6英寸晶片上出現(xiàn)剝落的剝落點(diǎn)數(shù)目，其中將本發(fā)明的實(shí)例與常規(guī)實(shí)例比較。從圖2看出，本發(fā)明的例1明顯優(yōu)于常規(guī)實(shí)例。
在常規(guī)實(shí)例中，晶片的氟化非晶碳上發(fā)生剝落的點(diǎn)的數(shù)大于“100”。相反，本發(fā)明例1的剝落點(diǎn)數(shù)幾乎為零。
下面參照?qǐng)D3說明本發(fā)明的實(shí)例2。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明例2制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的剖面的剖面圖。具體地，圖3所示的剖面對(duì)應(yīng)根據(jù)本發(fā)明實(shí)例1的制造方法所制造的半導(dǎo)體器件的工藝剖面圖的上述圖1B的剖面。除了形成多孔損傷層外，實(shí)例2的制造方法大致與上述實(shí)例1的方法相同。為此，除了圖3以外的其它解釋實(shí)例2的附圖都省略。
在實(shí)例2中，通過注入硅離子23在第一層間絕緣膜2的表面形成損傷層。這里，用20keV到100keV的能量、和1E16(＝1×1016)cm-2到1E17(＝1×1017)cm-2的劑量，在此條件下進(jìn)行Si離子23的注入。
根據(jù)形成上述損傷層的方法，可以在第一層間絕緣膜2的表面形成損傷層，該層間絕緣膜2為BPSG等構(gòu)成的氧化膜等絕緣膜。另外，可以在第一層間絕緣膜的表面上形成含大量硅的區(qū)域。該區(qū)域能容易地與氟化非晶碳8連接。由此可以進(jìn)一步改進(jìn)半導(dǎo)體器件的膜或?qū)又g的粘附性。
如圖2所示，在6英寸的晶片上，實(shí)例2的剝落點(diǎn)幾乎為零。
簡單地說，將本發(fā)明的實(shí)例設(shè)計(jì)成在鋁布線腐蝕后，使置于鋁布線層下面的氧化膜的表面制成為多孔。
這樣本發(fā)明有下面效果可以保持氟化非晶碳與作為底層的氧化膜之間的粘附性。另外，可以減少開路失效和短路失效的出現(xiàn)，這些失效是由于布線和置于上述氟化非晶碳上面的層間膜的剝落而引起的。所以，可以顯著提高半導(dǎo)體器件制造的可靠性和成品率。
由于在不偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)情況下，本發(fā)明可以按多種形式來實(shí)施，因此本發(fā)明的實(shí)例是例示性的，不限制本發(fā)明，由于本發(fā)明的實(shí)質(zhì)限制在附屬權(quán)利要求書中，而不是在前面說明書中，因此本發(fā)明包括所有落入權(quán)利要求書所限定范圍的所有改變和類似情況。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟選擇腐蝕鋁布線；改造置于鋁布線下面的氧化膜的表面；形成有機(jī)層間膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，腐蝕鋁布線后，改造氧化膜的表面時(shí)，用含CF4的氣體進(jìn)行等離子體處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，腐蝕鋁布線后，改造氧化膜的表面時(shí)，用硅進(jìn)行離子注入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，有機(jī)層間膜由氟化非晶碳構(gòu)成。
5.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟選擇腐蝕形成在半導(dǎo)體襯底的絕緣膜上的金屬布線層；改造通過腐蝕所暴露的絕緣膜的表面；形成有機(jī)層間膜以覆蓋金屬布線層和絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，金屬布線層包含鋁布線層，而有機(jī)層間膜由氟化非晶碳構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，在腐蝕金屬布線層后用含CF4的氣體在絕緣膜的表面進(jìn)行等離子體處理，或者在形成由氟化非晶碳構(gòu)成的有機(jī)層間膜之前進(jìn)行硅離子注入，由此在絕緣膜的表面進(jìn)行表面改造。
8.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的絕緣膜上形成鋁布線層；用抗蝕劑作為掩模來干法刻蝕鋁布線層，其中抗蝕劑覆蓋在鋁布線層上并有圖形；用含CF4的氣體在由干法刻蝕所暴露的絕緣膜表面形成損傷層；剝落抗蝕劑；在半導(dǎo)體器件的整個(gè)表面形成氟化非晶碳膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，在干法刻蝕鋁布線層后，用硅進(jìn)行離子注入。
10.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括以下步驟用光刻工藝將覆蓋在鋁構(gòu)成的第一布線層上的光刻膠進(jìn)行構(gòu)圖，其中第一布線層形成在半導(dǎo)體襯底的層間絕緣膜上；用腐蝕氣體選擇腐蝕第一布線層；改造通過選擇腐蝕所暴露的層間絕緣膜的表面；用O2等離子體剝落光刻膠；用CVD方法形成氟化非晶碳層；形成穿過氟化非晶碳層的VIA孔；形成由鋁構(gòu)成的、并通過VIA孔與第一布線層連接的第二布線層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，用含CF4的氣體進(jìn)行等離子體處理，以在通過選擇腐蝕所暴露的層間絕緣膜的表面形成多孔損傷層，由此實(shí)現(xiàn)層間絕緣膜的表面改造。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，進(jìn)行硅的離子注入，以在通過選擇腐蝕所暴露的層間絕緣膜的表面形成損傷層，由此實(shí)現(xiàn)絕緣膜的表面改造。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，層間絕緣膜由BPSG構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征為，腐蝕氣體為含Cl2和N2的混合氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體器件的制造方法，還包括以下步驟構(gòu)圖第二布線層；形成由氮化硅構(gòu)成的覆蓋膜。
全文摘要
提供一種制造半導(dǎo)體器件的制造方法,所說器件包括層間絕緣膜,層間絕緣膜是形成在半導(dǎo)體襯底上的氧化膜或由BPSG構(gòu)成的膜。其中,用腐蝕氣體選擇腐蝕形成在層間絕緣膜上的鋁布線層。然后,將通過選擇腐蝕所暴露的層間絕緣膜的表面進(jìn)行表面改造。此后用CVD方法或其它方法形成氟化非晶碳層。根據(jù)改造表面的一個(gè)方法,在選擇腐蝕鋁布線層以后,將腐蝕氣體改為含CF
文檔編號(hào)H01L21/768GK1200564SQ98108918
公開日1998年12月2日 申請(qǐng)日期1998年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月23日
發(fā)明者小田典明 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社