專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有低介電常數(shù)絕緣膜的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
半導(dǎo)體裝置隨著它的微型化與高速化、它的配線結(jié)構(gòu)已正由單層結(jié)構(gòu)移向多層結(jié)構(gòu)。當(dāng)前正在開發(fā)和/或生產(chǎn)具有5層以上金屬配線的半導(dǎo)體裝置。但是，伴隨微型化、高速化與多層化的步線，起因于配線與配線之間的寄生電容(稱作配線間寄上電容)與配線電阻的信號傳輸延遲便成了問題。信號傳輸延遲一般能以配線間寄生電容與配線電阻之積(CR時(shí)間常數(shù))表示。
已采取過種種方法來回避信號傳輸延遲。例如為了減小配線電阻，已在研究從先前沿用的鋁線改用電阻更低的Cu線。過去進(jìn)行的金屬配線的形成方法是通過干刻蝕處理來加工金屬膜的方法。但通過干刻蝕來加工Cu膜在當(dāng)前情況下十分困難。因此，Cu配線的形成方法采用的是金屬鑲嵌(damascene)工藝。
另一方面，為了降低配線間寄生電容，正在探討使用來自氧化硅(SiO2)膜、由CVD法制得的SiOF膜、由旋涂法制得的所謂SOG(玻璃Spin On Glass)膜或是有機(jī)樹脂(聚合物)膜等低介電常數(shù)層間膜。
一般地說，SiOF膜的比介電常數(shù)據(jù)稱可以減小到約3.3。但從SiOF膜的性質(zhì)(例如吸濕性)的穩(wěn)定性方面考慮，比介電常數(shù)較上述值更低的SiOF膜實(shí)用上有困難。此外，迄今使用的SiO2膜的比介電常數(shù)為3.9。
與上述情形相反，涂布法形成的低介電常數(shù)絕緣膜的比介電常數(shù)可以降至約2.0，目前正廣泛研究中。一般的說，涂布膜的形成方法大致具有以下三段工序(1)將薄膜材料(清漆)下滴到半導(dǎo)體基片上，通過回轉(zhuǎn)半導(dǎo)體基片將薄膜材料均勻涂布到半導(dǎo)體基片的表面上；(2)將此半導(dǎo)體基片置于熱板上作梯度式加熱(例如按1分鐘100℃，再按1分鐘200℃)；(3)由電爐焙燒此薄膜材料。
低介電常數(shù)絕緣膜的膜密度低，因而其機(jī)械強(qiáng)度比先有的SiO2膜低，它由于機(jī)械強(qiáng)度低，抗開裂性也就低。因此，一般地說，以硅氧烷(Si-O)鍵為主骨架的低介電常數(shù)絕緣膜當(dāng)膜厚達(dá)約1μM以上時(shí)，就成為不能經(jīng)受自身應(yīng)力的膜。結(jié)果，低介電常數(shù)絕緣膜中就會產(chǎn)生稱作為開裂的龜裂。
上述開裂的發(fā)展已知會為水加速。但是，在低介電常數(shù)絕緣膜形成后的一切環(huán)境中是極其難以廉價(jià)地從事用于抑制水份的管理。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括在包含半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成以硅氧烷鍵為主骨架的低介電常數(shù)絕緣膜；在上述低介電常數(shù)絕緣膜中浸透界面活性劑；將上述界面活性劑浸透的前述低介電常數(shù)絕緣膜置于能暴露于水中的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)定的工序。
根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的半導(dǎo)體裝置的制造方法包括在包含半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成以硅氧烷鍵為主骨架的低介電常數(shù)絕緣膜；在上述低介電常數(shù)絕緣膜上形成被研磨膜；使上述低介電常數(shù)絕緣膜的表面一部分暴露，由CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)法研磨上述被研磨膜，從上述低介電常數(shù)絕緣膜的已暴露表面將界面活性劑浸透到此低介電常數(shù)絕緣膜中。
圖1A～1G是示明本發(fā)明第一實(shí)施例的多層配線結(jié)構(gòu)的制造工序的剖面圖。
圖2A～2E是示明既有的多層配線結(jié)構(gòu)的制造工序的剖面圖。
圖3A～3B用于說明低介電常數(shù)絕緣膜開裂的發(fā)展因水份而加速的機(jī)理。
圖4A～4E是示明本發(fā)明第二實(shí)施例的多層配線結(jié)構(gòu)的制造工序的剖面圖。
下面參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
(第1實(shí)施例)
圖1A～1G是示明本發(fā)明第一實(shí)施例的多層配線結(jié)構(gòu)的制造工序的剖面圖。這里為簡化說明是以2層的多層配線結(jié)構(gòu)的情形進(jìn)行描述，但在實(shí)際的工藝中，例如可以成為5層、6層的多層配線結(jié)構(gòu)。
圖1A示明包含半導(dǎo)體基片與第1層配線層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖中1為MOS晶體管等元件(未圖示)集成的硅基片，2為第1層的層間絕緣膜，3為埋入層間絕緣膜2內(nèi)形成的第一層的金屬配線。
第一層的金屬配線3例如是由后述的雙金屬鑲嵌工藝形成的Cu配線。在Cu配線的情形，需要形成圖中未示明的阻擋層金屬膜。金屬配線3也可采用A1配線。A1配線例如由所謂的2步回流法形式。此時(shí)需形成圖中未示明的襯里膜。此外，金屬配線3也可以所謂的單金屬鑲嵌配線。
其次如圖1B所示，在埋入有金屬配線3形成的第一層間絕緣膜2(底膜)之上，由旋涂法按1.5μm厚度形成作為第二層層間絕緣膜的以硅氧烷(Si-O)鍵為主骨架的低介電常數(shù)絕緣膜4(比介質(zhì)常數(shù)在3.3之下)。從圖1往后，為簡明起見略去基片1。
在此將聚甲基硅氧烷膜用作低介電常數(shù)絕緣膜4，它的成膜方法如下所示。將聚甲基硅氧烷的原料清漆滴下到底膜上，再回轉(zhuǎn)硅基片1使原料清漆均勻涂布到基片1的表面上，然后將上述原料清漆于420℃下焙燒。已確認(rèn)這樣制得的低介電常數(shù)絕緣膜(聚甲基硅氧烷膜)4的比介電常數(shù)為2.8。
再如圖1C所示，將界面活性劑5浸透到低介電常數(shù)絕緣膜4中。低介電常數(shù)絕緣膜4中存在許多稱作微孔的孔，這些微孔部分為界面活性劑為界面活性劑浸透。陽離子系的聚氧乙烯烷基胺用作界面活性劑，通過在含有它的水溶液中浸漬硅基片，使界面活性劑5浸透到低介電常數(shù)絕緣膜4中。低介電常數(shù)絕緣膜4是比SiO2膜有更多孔的多孔質(zhì)絕緣膜。因此界面活性劑易浸透到低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜4中。
再如圖1D所示，用光刻法以及干刻蝕使配線溝與層間的配線作電連接和到達(dá)金屬配線3的孔形成低介電常數(shù)絕緣膜4。圖中由標(biāo)號6表示配線溝與孔的結(jié)合。
低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜4中浸透著界面活性劑5。因此提高了上述光刻法中所用消反射膜(未圖示)與上述干刻蝕中所用光刻膠(未圖示)的涂布性能。
再如圖1E所示，為了能埋入配線溝與孔5的內(nèi)部，可以按照周知的方面全面地形成TaN膜、Ta膜與Cu膜的疊層膜。Cu膜是金屬配線立體的金屬膜，例如由電鍍法形成。通過預(yù)先形成薄的Cu膜作為底層可以形成形狀良好的Cu膜。
再如圖1F所示，通過CMP法除去配線溝外部不要的Cu膜與阻擋層金屬膜。
最后如圖1G所示，通過350℃的熱處理除去浸透到低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜4中的界面活性劑。
圖2A～2E是示明既有的多層配線結(jié)構(gòu)的制造工序的剖面圖。其中與圖1A～1G相對應(yīng)的部分附以與圖1A～1G相同的標(biāo)號，略去其詳細(xì)說明。
如圖2A～2D所示，用既有的方法不將界面活性劑浸透到低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜4中來形成厚1.5μm的低介電常數(shù)絕緣膜4，然后如圖2E所示，由CMP法除去配線溝外部的積層膜7。
通過此時(shí)的CMP法，如圖2F所示，由于有研磨下的疊層膜7的屑和磨料的固體粒子等，會給機(jī)械強(qiáng)度弱的低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜4帶來稱作劃痕8的損傷。
在CMP法中，由于低介電常數(shù)膜暴露于水中，會發(fā)展因劃痕引起的稱作開裂的龜裂。在本說明書中，所謂水包含于漿等磨液中的水之類的液相水(具有有限體積的水)與空氣中的水之類的氣相水。
本發(fā)明人等對于界面活性劑未浸透和已浸透等情形，分別研究了環(huán)境中的水份(絕對濕度)與低介電常數(shù)絕緣膜(膜厚1.5μm)的損傷與開裂發(fā)展速度的關(guān)系。結(jié)果示明于下表1。
如表1所示，在沒有界面活性劑浸透的情形(既有的方法)，可知隨著水份的增加，開裂的發(fā)展速度增大。與此相反，在有界面活性劑浸透的情形(本實(shí)施例)，可知不論在何種濕度環(huán)境下都能抑制開裂的裂紋傳播。已知在水份中也同樣會促進(jìn)上述開裂的發(fā)展，看來這會是開裂發(fā)展的原因。
圖3A～3B中示明了水加速開裂發(fā)展的機(jī)理。在低介電常數(shù)絕緣膜上有使其自身縮小(收縮)的稱作為張力的應(yīng)力作用。大氣中的水份與低介電常數(shù)膜中的Si-O-Si鍵合(硅氧烷鍵合)引起了水解反應(yīng)。結(jié)果形成了Si-OH+Si-OH鍵合，將原來的Si-O-Si鍵截?cái)喑蓛蓚€(gè)。這種截?cái)喾磻?yīng)由于大氣中的水分連鎖地引起。通過這種連鎖反應(yīng)促進(jìn)了開裂的發(fā)展。然后，在開裂發(fā)展時(shí)，低介電常數(shù)絕緣膜被零碎地分?jǐn)?，分?jǐn)嗟牡徒殡姵?shù)絕緣膜收縮，緩解了作用于其自身的應(yīng)力。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，通過將界面活性劑浸透到低介電常數(shù)絕緣膜4中可以防止水的吸收。界面活性劑的用費(fèi)則遠(yuǎn)低于既有的為降低水份所需的管理費(fèi)。因此，根據(jù)本實(shí)施例，能廉價(jià)地抑制由于水造成的低介電常數(shù)絕緣膜4開裂的發(fā)展。
(第2實(shí)施例)圖4A～4E是示明本發(fā)明第二實(shí)施例的多層配線結(jié)構(gòu)的制造工序的剖面圖，其中與圖1A～1G相應(yīng)的部分附以圖1A～1G中的相同標(biāo)號而略去其詳細(xì)說明。
本實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同之處是在疊層膜7的CMP過程中將界面活性劑浸透到低介電常數(shù)絕緣膜4中。
具體地說，在CMP用的稱作粉漿的研磨用試劑中混合以界面活性劑(例如陽離子系的聚氧乙烯烷基胺)，如圖4D所示，在對疊層膜7進(jìn)行CMP，低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜4的表面的一部分露出時(shí)，粉漿中的界面活性劑5便由此露出的表面浸透到低介電常數(shù)絕緣膜4中。結(jié)果降低了膜4的吸濕性而能抑制其中開裂的發(fā)展。
上面對本發(fā)明的實(shí)施例作了說明，但本發(fā)明則不局限于這些實(shí)施例。例如上面雖然是就應(yīng)用涂布法形成的聚甲基硅氧烷膜作為低介電常數(shù)層間膜進(jìn)行說明，但也可采用由CVD法形成的含有機(jī)組份的SiO2，含氫的SiO2膜(例如hydrogensilsesquioxone膜、甲基氫基硅氧烷膜)等其他的低介電常數(shù)絕緣膜。
再有，在上述本實(shí)施例中，作為界面活性劑5雖然采用了陽離子系的聚氧乙烯烷基胺，但也可采用其他的界面活性劑如7-羥基-5-甲基-1，3，4-三嗪、十二烷基苯磺酸鉀、聚氧乙烯烷基胺、馬來酸、喹啉酸、1，2-乙二胺、十六烷基三甲基氯化銨或是4-氨基-1，2，4-三唑，而能求得相同的效果。這就是說，可以使用在不影響粉漿范圍內(nèi)的種種界面活性劑。
此外，上述實(shí)施例是就根據(jù)本發(fā)明抑制半導(dǎo)體制造工藝中吸收水的情形，具體是對適用于圖1P的圖案化工序、圖1F的CMP工序進(jìn)行說明，但本發(fā)明也可適用于半導(dǎo)體的其他處理，例如可適用用于制造途中半導(dǎo)體裝置的運(yùn)算工序或保管工序中。
具體地說，在圖1F的CMP工序后將基片從CMP裝置移送到后工序的處理裝置中的輸送工序中，或是在圖1F的CMP工序后不直接進(jìn)行后工序而是將硅基片置入保持一定期間的保管工序中，同樣能有效地防止水的吸收。又，本發(fā)明也可適用于上述制造工序、輸送工序與保管工序中的至少兩個(gè)工序。
內(nèi)行的人將能很快地理解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與改型。因此，本發(fā)明在其更廣的方面是不局限于這里圖示和描述的具體細(xì)節(jié)與作為代表的實(shí)施例的。因此，在不脫離后附權(quán)利要求書及其等效內(nèi)容所確定的普遍發(fā)明原理的精神或范圍內(nèi)是可以作出種種改型的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在包含半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成硅氧烷鍵為主骨架的低介電常數(shù)絕緣膜；在上述低介電常數(shù)絕緣膜中浸透界面活性劑；將上述界面活性劑浸透的前述低介電常數(shù)絕緣膜置于能暴露于水中的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)定的工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中上述預(yù)定的工序是半導(dǎo)體裝置的制造工序、在制造過程中半導(dǎo)體裝置的輸送工序和在制造過程中半導(dǎo)體裝置的保管工序之中的至少一道工序。
3.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括在包含半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成以硅氧烷鍵為主骨架的低介電常數(shù)絕緣膜；在上述低介電常數(shù)絕緣膜上形成被研磨膜；對所述被研磨膜進(jìn)行CMP處理研磨，使所述低介電常數(shù)絕緣膜的表面一部分露出，從上述低介電常數(shù)絕緣膜的已暴露表面將界面活性劑浸透到此低介電常數(shù)絕緣膜中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在由CMP法研磨前述被研磨膜時(shí)，使所述界面活性劑預(yù)含于所用的粉漿中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中還包括將浸透了前述界面活性劑的所述低介電常數(shù)絕緣膜在能暴露于水中的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)定工序。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過涂布法與CVD法二者中的一種成膜方法形成前述低介電常數(shù)絕緣膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過涂布法與CVD法二者中的一種成膜方法形成前述低介電常數(shù)絕緣膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過涂布法與CVD法二者中的一種成膜方法形成前述低介電常數(shù)絕緣膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述低介電常數(shù)絕緣膜是具有多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)以SiO2為主要組份的絕緣膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述低介電常數(shù)絕緣膜是具有多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)以SiO2為主要組份的絕緣膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述低介電常數(shù)絕緣膜是具有多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)以SiO2為主要組份的絕緣膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述低介電常數(shù)絕緣膜的比介電常數(shù)≤3.3。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述低介電常數(shù)絕緣膜的比介電常數(shù)≤3.3。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述低介電常數(shù)絕緣膜的比介電常數(shù)≤3.3。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中還包括在前述所定工序后除去浸透于上述低介電常數(shù)絕緣膜中的上述界面活性劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中還包括除去浸透于上述低介電常數(shù)絕緣膜中的所述界面活性劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中還包括除去浸透于上述低介電常數(shù)絕緣膜中的所述界面活性劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述界面活性劑是從聚氧乙烯烷基胺、7-羥基-5-甲基-1，3，4，-三嗪、十二烷基苯磺酸鉀、聚氧乙烯烷基胺、馬來酸、喹啉酸、1，2-乙二胺、十六烷基三甲基氯化銨或是4-氨基-1，2，4-三唑之中選取其中之一。
19.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述界面活性劑是從聚氧乙烯烷基胺、7-羥基-5-甲基-1，3，4，-三嗪、十二烷基苯磺酸鉀、聚氧乙烯烷基胺、馬來酸、喹啉酸、1，2-乙二胺、十六烷基三甲基氯化銨或是4-氨基-1，2，4-三唑之中選取其中之一。
20.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述界面活性劑是從聚氧乙烯烷基胺、7-羥基-5-甲基-1，3，4，-三嗪、十二烷基苯磺酸鉀、聚氧乙烯烷基胺、馬來酸、喹啉酸、1，2-乙二胺、十六烷基三甲基氯化銨或是4-氨基-1，2，4-三唑之中選取其中之一。
全文摘要
在含有半導(dǎo)體基片的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成以硅氧烷鍵為主骨架的低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜。此低介質(zhì)常數(shù)絕緣膜中以界面活性劑浸透。使此為所述界面活性劑浸透的上述低介電常數(shù)絕緣膜在能暴露于水的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)定的工序。
文檔編號H01L21/316GK1348207SQ0114093
公開日2002年5月8日 申請日期2001年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者宮島秀史, 山田展英, 早坂伸夫, 倉嶋延行 申請人:株式會社東芝