專利名稱：用于制造半導(dǎo)體裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造半導(dǎo)體裝置的方法。更特別地，本發(fā)明涉及形成有機(jī)硅酸鹽玻璃(Organosilicate Glass，OSG)的方法，該有機(jī)硅酸鹽玻璃可以被用來作為包含銅線的裝置中的夾層絕緣層。
背景技術(shù)：
鎢(W)、鋁(A1)和/或鋁合金通常被用來作為在半導(dǎo)體裝置中形成金屬線的金屬。然而，正在進(jìn)行很多研究，以用銅(Cu)代替在半導(dǎo)體裝置中用于金屬布線的鎢和鋁，因?yàn)殂~有相對(duì)低的電阻率，而且，因?yàn)楫?dāng)用于這樣的應(yīng)用時(shí)(也就是在半導(dǎo)體裝置中的金屬布線)，銅提供了高可靠性。
然而，不像鎢和鋁，銅的缺點(diǎn)在于，很難在半導(dǎo)體裝置中通過反應(yīng)式離子蝕刻形成線。因此，為了把銅作為用于金屬線的金屬，夾層絕緣層被選擇性地蝕刻以形成通孔和槽，然后通孔和槽用銅填充。這樣的工藝被稱作雙鑲嵌工藝。
當(dāng)裝置使用銅作為金屬線，具有低介電常數(shù)的材料被用來作為銅線層間的絕緣材料。有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)是這種具有低介電常數(shù)的材料的一個(gè)實(shí)例。OSG通常由氧(O)替換SiO2中的碳(C)得到的SiOC制成。
當(dāng)裝置的線寬小于10nm時(shí)，確信OSG具有特別的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)一種方法，OSG可以通過電漿輔助化學(xué)氣相沉積(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)或旋涂玻璃(Spin-on-glass，SOG)方法形成。在該種情況下，用于OSG沉積的源材料包含過多的碳和氫。因此，合成的OSG趨向于包含過多的雜質(zhì)，有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)問題。
所以，希望得到用于形成OSG的改進(jìn)和/或提高的方法。
在發(fā)明背景部分公開的信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解。因此，除非明確表示相反，不應(yīng)該把其作為該信息可以形成現(xiàn)有技術(shù)或?qū)τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員來說在該國(guó)家已知的其他信息的確認(rèn)或任何形式的建議。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種形成OSG的方法，該方法是新穎的并具有提供高質(zhì)量、低介電常數(shù)的絕緣層而不引入過多的雜質(zhì)的優(yōu)勢(shì)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，典型的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法包括在半導(dǎo)體襯底上方的結(jié)構(gòu)上形成下部布線層，在下部布線層和結(jié)構(gòu)上形成具有折射率為0.45-1.55的富含硅的氧化物層，將碳和氧注入富含硅的氧化物層，以及熱處理已被注入的富含硅的氧化物層以形成有機(jī)硅酸鹽玻璃層。
富含硅的氧化物層通過電漿輔助化學(xué)氣相沉積可以具有1,000-10,000的厚度。
熱處理可以在400-600℃的溫度和/或在包含O2氣體、N2氣體和惰性氣體的環(huán)境中依次完成。
在形成富含硅的氧化物層之前，在下部布線層和結(jié)構(gòu)上可以形成阻擋層。阻擋層可能包含具有通過電漿輔助化學(xué)氣相沉積或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積形成厚度為10-3,000的SiC。
下部布線層可以包含銅、鋁和/或鋁合金。
形成有機(jī)硅酸鹽玻璃層后，可以應(yīng)用(雙)鑲嵌工藝，即，通過選擇性地蝕刻有機(jī)硅酸鹽玻璃層形成通孔和/或槽，以及將銅注入通孔和/或槽。


圖1A到圖1C是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1A到圖1C是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的方法的截面圖。
首先，如圖1A所述，下部布線層(lower wire layer)20在包含半導(dǎo)體襯底的結(jié)構(gòu)10上形成。
在這種情況下，結(jié)構(gòu)10可能包括諸如晶體管的裝置，該結(jié)構(gòu)包括在半導(dǎo)體襯底上形成的柵氧化層和柵電極，以及在襯底上形成的源極和漏極區(qū)域。另外，可能還包括在獨(dú)立裝置之上形成的下的絕緣層。
下部布線層20可以包含金屬材料，例如銅、鋁、或鋁合金。盡管沒有在圖1A中顯示，當(dāng)下部布線層20包含或基本上由鋁或鋁合金組成時(shí)，其可以被設(shè)計(jì)為希望得到的寬度。當(dāng)下部布線層20包含或基本上由銅構(gòu)成時(shí)，蝕刻入結(jié)構(gòu)10中的裝置上的下絕緣層中的槽可以被設(shè)計(jì)為希望得到的寬度。
隨后，在下部布線層20上形成阻擋層(a barrier layer)30。在下部布線層20(或結(jié)構(gòu)10中的下絕緣層)已被設(shè)計(jì)成所需寬度后，在半導(dǎo)體襯底的下部布線層20和結(jié)構(gòu)10上可形成阻擋層30。
阻擋層30通常加強(qiáng)隨后形成的富含硅的氧化物(SRO)層40與下部布線層20之間的附著力，并且通常防止雜質(zhì)的運(yùn)動(dòng)(或相反作為雜質(zhì)從SRO層40向下部布線層20雜質(zhì)的擴(kuò)散，反之亦然)。在本發(fā)明中不需要這樣的阻擋層30，并且應(yīng)該明白根據(jù)情況其被有選擇地形成。
阻擋層30可以包含或基本上由SiC材料組成。例如，SiC可以由PECVD或金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(Metal Organic Chemical VaporDeposition，MOCVD；例如從例如三甲基硅烷[(CH3)3SiH]的有機(jī)硅前體中)形成，并且具有10-3,000的厚度。
隨后，如圖1B所示，在阻擋層30上形成具有折射率為0.45-1.55的富含硅的氧化物(SRO)層40。SRO層40的折射率取決于Si的含量，因此，Si的含量足以使SRO層的折射率達(dá)到0.45-1.55。SRO層40可以由PECVD形成和/或具有1,000-10,000的厚度。
隨后，將碳和氧源材料注入SRO層40，其中通常來自結(jié)構(gòu)10之上的碳和氧源材料可以還包含硅、氮和/或氫(例如，CO、CO2、蟻酸、甲酰胺、甲醛、甲醇、HOCN、硅氰酸鹽、硅異氰酸鹽等)。然而，優(yōu)選地，為了減少或使雜質(zhì)最小化，用不包含氮和/或氫源(特別是氫)的碳和氧源材料(例如CO2)注入SRO層40。其后，熱處理已被注入的SRO層40。
碳和氧源材料的離子注入的完成如下。首先，C和O離子(例如來自CO2)被注入到SRO層40，被注入的C和O離子與由于離子注入導(dǎo)致的SRO層40的斷裂的鍵相結(jié)合。有些情況下，SRO的O原子由被注入的C離子替換，而在其它情況下，注入的C離子簡(jiǎn)單地與SRO的不完全結(jié)合的Si原子結(jié)合(例如，注入的C補(bǔ)充與不具有四個(gè)Si-O鍵的Si原子結(jié)合的O原子)。在任意一種情況下，元素O(來自注入的O離子或在SRO中的被替代/補(bǔ)充的O原子)與SRO的Si原子或離子結(jié)合(例如，Si+)以形成Si-O鍵(例如，SiO2)，因此形成通常沒有氫雜質(zhì)的包含或基本上由SiOC組成的OSG層40’(參考圖1C)。
此外，銅的流動(dòng)離子可由Si原子或離子(例如，Si+)和/或C原子或離子(例如，C+)捕獲，并且Si(例如，Si+)消除了雙鑲嵌工藝中蝕刻時(shí)可能由氟引起的損壞，因此提供了通過特性增強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選地，在400-600℃的溫度對(duì)已被注入的SRO層40進(jìn)行熱處理。在優(yōu)選實(shí)施例中，熱處理依次在包含O2氣體、N2氣體和惰性或不活躍氣體的環(huán)境中發(fā)生(例如，在包含或基本包含O2氣體的第一環(huán)境中，然后在包含或基本上由N2氣體組成的第二環(huán)境中，然后在包含或基本上由諸如He、Ne、Ar或Xe的惰性或不活躍氣體組成的第三環(huán)境中)。第一和/或第二環(huán)境可能還包含或基本上由不活躍氣體(例如He、Ne、Ar或Xe)組成。
隨后，如圖1C所示，完成鑲嵌工藝。也就是，OSG層40’與阻擋層30被選擇性地蝕刻以形成通孔100(和/或槽，圖1C中未顯示)，并且用銅50填充線孔100。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由新穎的工藝形成具有低介電常數(shù)的OSG，例如，通過將CO2注入SRO層并熱處理已被注入的SRO層。另外，因?yàn)镺SG是通過在SRO層注入諸如CO2的碳和氧源材料形成的，與使用包含相對(duì)較大量的碳和任意數(shù)量的氫(例如，環(huán)狀硅氧烷)的傳統(tǒng)方法相比，由本發(fā)明形成的OSC最低限度地包含不希望得到的雜質(zhì)并體現(xiàn)出高質(zhì)量。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上方的結(jié)構(gòu)上形成下部布線層；在所述下部布線層和所述結(jié)構(gòu)上形成具有折射率為0.45-1.55的富含硅的氧化物層；將來自碳和氧源材料的碳和氧注入所述富含硅的氧化物層；以及熱處理所述已被注入的富含硅的氧化物層以形成有機(jī)硅酸鹽玻璃層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述碳和氧源材料不含氫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述碳和氧源材料基本由CO2構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成所述富含硅的氧化物層包括通過電漿輔助化學(xué)氣相沉積，沉積所述富含硅的氧化物層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理在400-600℃的溫度完成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述熱處理在包含O2氣體、N2氣體、和惰性或不活躍氣體的環(huán)境中依次完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述熱處理在包含O2氣體、N2氣體、和惰性或不活躍氣體的環(huán)境中依次完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述熱處理依次在包含O2氣體、N2氣體、和惰性或不活躍氣體的環(huán)境中完成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括在形成所述富含硅的氧化物層之前，在所述下部布線層和所述結(jié)構(gòu)上形成阻擋層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括在形成所述富含硅的氧化物層之前，在所述下部布線層和所述結(jié)構(gòu)上形成阻擋層。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括在形成所述富含硅的氧化物層之前，在所述下部布線層和所述結(jié)構(gòu)上形成阻擋層。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述阻擋層包含SiC。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述阻擋層包含SiC。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述阻擋層包含SiC。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括，在形成所述富含硅的氧化物層之前，在所述下部布線層和所述結(jié)構(gòu)上形成包含SiC的阻擋層，其中形成所述富含硅的氧化物層包含通過電漿輔助化學(xué)氣相沉積，沉積所述富含硅的氧化物層；以及所述熱處理包含依次在包含O2氣體、N2氣體、和惰性或不活躍氣體的環(huán)境中將包含所述襯底的室加熱到400-600℃的溫度。
16.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上方的結(jié)構(gòu)上形成下部布線層；在所述下部布線層和所述結(jié)構(gòu)上形成具有折射率為0.45-1.55的富含硅的氧化物層；將CO2注入所述富含硅的氧化物層；以及熱處理所述已被注入的富含硅的氧化物層以形成有機(jī)硅酸鹽玻璃層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，熱處理在400-600℃的溫度完成。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，熱處理在包含O2氣體、N2氣體、和惰性或不活躍氣體的氣體中依次完成。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括，在形成所述富含硅的氧化物層之前，在所述下部布線層和所述結(jié)構(gòu)上形成阻擋層。
20.一種用于制造半導(dǎo)體裝置的方法，包括在半導(dǎo)體襯底上方的下部布線層和結(jié)構(gòu)上形成具有折射率為0.45-1.55的富含硅的氧化物層；將來自不包含氫的源材料的碳和氧注入所述富含硅的氧化物層；以及熱處理所述已被注入的富含硅的氧化物層以形成有機(jī)硅酸鹽玻璃層。
全文摘要
通過一種方法制造半導(dǎo)體裝置時(shí)，可以不引入過多的雜質(zhì)得到高質(zhì)量電介質(zhì)層，該方法包括在半導(dǎo)體襯底上的結(jié)構(gòu)上形成下部布線層，在該下部布線層和該結(jié)構(gòu)上形成具有折射率為0.45－1.55的富含硅的氧化物層，將碳和氧(例如，CO
文檔編號(hào)H01L21/768GK1702841SQ20051006909
公開日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2005年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月11日
發(fā)明者李載晳 申請(qǐng)人:東部亞南半導(dǎo)體株式會(huì)社