專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置，更具體地，涉及高度可靠的銅布 線結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
通常，已經(jīng)廣泛地將鋁(A1)或Al合金用作半導(dǎo)體裝置的布
線材料，并已經(jīng)廣泛地將二氧化硅(Si02)用作半導(dǎo)體裝置的中間層絕緣
膜材料。然而，隨著半導(dǎo)體裝置微細(xì)化和高速化推進(jìn)，為了改善布線 中所產(chǎn)生的信號輸送延遲，已經(jīng)普及將展示出更低電阻的銅(Cu)用作布 線材料且已經(jīng)普及將具有更低介電常數(shù)的低介電常數(shù)膜用于絕緣膜。 正常地，當(dāng)形成Cu布線時(shí)，使用金屬鑲嵌法，因?yàn)橥ㄟ^干法蝕刻難以 對Cu進(jìn)行加工。就所述金屬鑲嵌法而言，在半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣 膜中形成溝槽，將Cu嵌入所述溝槽中，將所述布線溝槽中的Cu之外 的過量Cu研磨以形成Cu布線。此外，當(dāng)將Cu用作布線材料時(shí)，為 了防止Cu擴(kuò)散入絕緣膜中并為了防止腐蝕Cu，必須在Cu的周圍提供 阻擋層。下文中，將通過參考附圖對目前使用的典型的Cu布線制造方 法進(jìn)行描述。圖37A顯示了下層布線，在所述下層布線上形成了上層布 線。通過使用與下述上層相同的方法也能夠形成該部分。在其上形成 絕緣膜lb(圖37B)，然后利用平版印刷術(shù)和各向異性蝕刻在所述絕緣膜 中形成布線溝槽和布線孔(圖37C)。隨后，形成阻擋膜2b，并嵌入Cu 3b(圖37D)，所述阻擋膜2b為半導(dǎo)體膜。然后，通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP) 將所述布線溝槽或布線孔之外過量Cu和半導(dǎo)體阻擋膜除去(圖37E)， 并形成作為絕緣體的阻擋膜4b以產(chǎn)生Cu布線結(jié)構(gòu)，其中由作為導(dǎo)體 的阻擋金屬層來覆蓋底面和側(cè)面并由作為絕緣膜的阻擋層來覆蓋頂面(圖37F)。作為用于覆蓋Cu布線表面的阻擋絕緣膜，使用氮化硅 (SiN)、硅碳氮化物(SiCN)等。然而，那些物質(zhì)的相對介電常數(shù)通常高 達(dá)5.0以上，使得所述布線的有效介電常數(shù)降低。這使得難以對在所述 布線上產(chǎn)生的信號輸送延遲進(jìn)行改善。為了降低所述布線的有效介電 常數(shù)，已經(jīng)對施加具有更低相對介電常數(shù)的膜作為阻擋絕緣膜進(jìn)行了 研究。專利文獻(xiàn)1公開了一種關(guān)于SiCN膜的技術(shù)，通過控制原料氣和 成膜條件，將所述SiCN膜的介電常數(shù)降至約4.0，同時(shí)保持了耐Cu 擴(kuò)散性。此外，作為降低所述阻擋膜介電常數(shù)的方法，專利文獻(xiàn)2公 開了一種技術(shù)，其利用含氧的氣體和具有Si-H鍵的烷氧基化合物或具 有Si-H鍵的硅氧垸作為成膜氣體，通過進(jìn)行等離子反應(yīng)，形成了具有 Cu阻擋特性且相對介電常數(shù)為3.4 4.3的絕緣膜。在那種情況下，Cu擴(kuò)散防止效果不足或者與Cu的粘合性 能不足。因此，存在這樣一個(gè)關(guān)于可靠性的問題，即耐電遷移(EM)性 劣化使得布線易于切斷。而且，當(dāng)利用含氧(O)的成膜氣體在Cu上形 成低介電常數(shù)膜時(shí)，存在這樣一個(gè)問題，即可靠性變得極度劣化，因 為在成膜時(shí)Cu的表面被氧化。專利文獻(xiàn)l:日本未審査專利公布2004-289105 專利文獻(xiàn)2:日本未審査專利公布2002-164429然而，在使用專利文獻(xiàn)1中所述的技術(shù)時(shí)，僅能夠?qū)⑾鄬?介電常數(shù)降至約4.0。因此，為了進(jìn)一步降低相對介電常數(shù)，提出了諸 如膜密度降低、耐Cu擴(kuò)散性劣化、與Cu的粘合性能劣化等的問題。 此外，還存在這樣一個(gè)因可靠性而產(chǎn)生的問題，即耐電遷移(EM)性劣 化使得布線變得易于切斷。同時(shí)，當(dāng)使用專利文獻(xiàn)2中所述的技術(shù)時(shí)， 在Cu上直接成膜時(shí)，在成膜的同時(shí)Cu的表面也被氧化，因?yàn)槌赡?體包含氧。這使得布線中易于產(chǎn)生斷口 ，因?yàn)槟虴M性和應(yīng)力遷移(SM)發(fā)生了劣化。本發(fā)明的目的是提供半導(dǎo)體裝置及其制造方法，在所述半
導(dǎo)體裝置中，布線可靠性的劣化能夠受到抑制且降低了布線的相對介
電常數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置為具有含銅 布線的半導(dǎo)體裝置，其中含銅布線覆蓋有阻擋絕緣膜；且所述阻擋 絕緣膜包含有機(jī)二氧化硅組分，所述有機(jī)二氧化硅包含不飽和烴和無 定形碳。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置制造方法為用于制造具有含銅布 線的半導(dǎo)體裝置的方法。所述方法由有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜 覆蓋含銅布線，所述有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)包含不飽和烴和無定形碳。利用本發(fā)明，可降低布線間的電容而不會劣化含銅布線的 可靠性。因此，可實(shí)現(xiàn)高速且低功率消耗的LSI。
具體實(shí)施例方式下文中，將通過參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1、圖10、圖11、圖14、圖15和圖18所示，根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置具有含銅布線作為基本結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體裝 置中，含銅布線(3a、 3b、 16、 23、 30、 43a、 43b)由阻擋絕緣膜(4a、 4b、 5a、 5b、 17、 18、 24、 25、 45、 46)覆蓋，所述阻擋絕緣膜包含呈有機(jī) 二氧化硅結(jié)構(gòu)的組分，所述有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)包含不飽和烴和無定形 碳。
為了制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的半導(dǎo)體裝置，含銅布線由 阻擋絕緣膜覆蓋，所述阻擋絕緣膜包含呈有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的組分， 所述有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)包含不飽和烴和無定形碳。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，選擇包含不飽和烴和無定形碳的 有機(jī)二氧化硅作為用于形成阻擋絕緣膜的化合物，已經(jīng)證明，有機(jī)二
氧化硅具有耐Cu擴(kuò)散性且其相對介電常數(shù)小于3.5。含銅布線由所述 有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜覆蓋。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，含銅布線由阻擋絕緣膜覆蓋。因 此，可提高含銅布線的可靠性而不會劣化所述含銅布線的特性?？梢孕纬蓡螌咏Y(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜來覆蓋含銅布線。接下來，將根據(jù)具體例子對根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行 更加詳細(xì)的說明。首先，例如本說明書中的絕緣膜為使布線材料絕緣/分離的 膜(層間絕緣膜)。關(guān)于低介電常數(shù)絕緣膜，為了降低連接半導(dǎo)體元件的 多層布線之間的電容，使用其相對介電常數(shù)低于硅氧化物膜的介電常 數(shù)(相對介電常數(shù)4.5)的材料。特別地，作為穿孔絕緣膜的實(shí)例，存在 如下材料通過使得硅氧化物膜具有多孔性而使其相對介電常數(shù)降低 的材料；HSQ(氫硅倍半氧垸)膜；通過使得SiOCH、 SiOC(例如黑色金 剛石TM、 CORALTM、 AuroraTM)等多孔而降低其相對介電常數(shù)的材 料等。期望進(jìn)一步降低這類膜的介電常數(shù)。此外，金屬布線材料是指Cu作為主要成分的材料。也就 是，它是指含銅布線的原料。為了提高金屬布線材料的可靠性，在由 Cu構(gòu)成的元件中可包含除了 Cu之外的金屬元素，或者，可在銅的頂面、側(cè)面等上形成除了 Cll之外的金屬元素。此外，金屬鑲嵌布線是指例如通過在先前形成的層間絕緣
膜的溝槽中嵌入金屬布線材料、并通過CMP除去所述溝槽內(nèi)部金屬之 外過量金屬而形成的嵌入布線。當(dāng)利用Cu形成金屬鑲嵌布線時(shí)，通常 使用這樣的布線結(jié)構(gòu)，其中Cu布線的側(cè)面和外周由阻擋金屬覆蓋，并 且Cu布線的頂面由絕緣阻擋膜覆蓋。此外，使用CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)法以平坦化在多層布線形 成工藝期間所產(chǎn)生的晶片表面上的不平坦，所述方法在向晶片表面施 加研磨器的同時(shí)通過將所述表面與旋轉(zhuǎn)的研磨墊接觸來研磨所述不平 坦。當(dāng)通過金屬鑲嵌法形成布線時(shí)，特別使用所述CMP法以通過在將 金屬嵌入布線溝槽或通孔之后除去過量金屬部分而獲得平坦布線表 面。此外，關(guān)于阻擋金屬，使用用于覆蓋布線的側(cè)面和底面的 具有阻擋特性的導(dǎo)電膜來防止構(gòu)成布線的金屬元素?cái)U(kuò)散入層間絕緣膜 和下層中。例如，當(dāng)利用Cu作為主要成分的金屬元素制備布線時(shí)，使 用具有高熔點(diǎn)的金屬如鉭(Ta);氮化鉭(TaN);氮化鈦(TiN);和鎢碳氮 化物(WCN);這些物質(zhì)的氮化物等；或這些物質(zhì)的層壓膜。此外，半導(dǎo)體襯底為在其上形成半導(dǎo)體裝置的襯底，且其 不僅包括在單晶硅襯底上形成的這種類型的襯底，而且包括諸如 SOI(絕緣體上硅)襯底、TFT(薄膜晶體管)和液晶制造襯底的襯底。此外，當(dāng)因?qū)娱g絕緣膜的介電常數(shù)低而強(qiáng)度降低使得難以 直接進(jìn)行CMP時(shí)，使用硬掩模來通過在層間絕緣膜上層壓進(jìn)行保護(hù)。而且，在半導(dǎo)體元件的最上層上形成鈍化膜，用其保護(hù)所 述半導(dǎo)體元件免受外部的水等傷害。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，使用通過等離子CVD法形成的硅氧化物氮化物膜(SiON)、聚酰亞胺膜等。此外，使用如下操作的等離子CVD法以在襯底上形成連 續(xù)膜例如連續(xù)向減壓下的反應(yīng)室供應(yīng)氣體原料以利用等離子體能量
激發(fā)模件并進(jìn)行氣相反應(yīng)、襯底表面反應(yīng)等。作為PVD法，可使用普通濺射法。然而，為了提高嵌入特 性、提高膜品質(zhì)以及在晶片表面內(nèi)獲得均勻的厚度，使用高度定向的 濺射法如長/慢濺射法、對準(zhǔn)濺射法、離子化濺射法等。當(dāng)濺射合金時(shí)， 通過包含在靶金屬中的主要成分之外的金屬的量小于溶解度極限，能 夠?qū)⑿纬傻慕饘倌ば纬珊辖鹉?。在本發(fā)明的實(shí)施方案中，當(dāng)在形成金 屬鑲嵌Cu布線時(shí)形成Cu籽晶層和阻擋金屬層時(shí)，主要使用PVD法。此外，當(dāng)通過如下操作形成改性層和膜時(shí)，使用利用氣體 簇離子的表面重整法或成膜法通過在將原料氣從噴嘴注射入真空中 時(shí)所產(chǎn)生的絕熱膨脹形成幾百個(gè)至幾千個(gè)原子和分子的聚集體；通過 施加電子使其電離；以及使其加速以具有向靶照射所需的能量。在這 種方法中，每個(gè)原子的能量小。因此，除了能夠產(chǎn)生薄的重整層并降 低表面缺陷之外，所述方法的特征在于，其在成膜時(shí)能夠不需要超薄 膜的膜厚度控制且不需要加熱襯底。
實(shí)施例1接下來，將對利用雙層結(jié)構(gòu)中形成的阻擋絕緣膜來覆蓋含 銅布線的情況進(jìn)行描述，作為實(shí)施例l。如圖1所示，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置中，在 雙層結(jié)構(gòu)中形成阻擋絕緣膜，所述雙層結(jié)構(gòu)具有用于覆蓋含銅布線3a、 3b表面的內(nèi)部阻擋絕緣膜4a、 4b和層壓在所述內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b 上的外層阻擋絕緣膜5a、 5b。含銅布線3a和3b由在所述兩層結(jié)構(gòu)中 形成的阻擋絕緣膜4a、 4b、 5a和5b覆蓋。
圖1所示的布線結(jié)構(gòu)顯示了一種多層布線結(jié)構(gòu)，其中在下 絕緣膜la和上絕緣膜lb上分別形成含銅布線3a和3b，并將一部分含 銅布線3a和一部分含銅布線3b進(jìn)行連接。然而，布線結(jié)構(gòu)不僅限于圖 l所示的多層布線結(jié)構(gòu)。在圖1所示的實(shí)施例1中，內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b覆蓋含 銅布線3a、 3b的表面，以利用內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b(氧化防止層)來 抑制含銅布線3a、 3b表面的氧化。在所述內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b上層 壓外層阻擋絕緣膜5a、 5b。圖1所示的阻擋絕緣膜包含不飽和烴和無 定形碳的組分，因?yàn)樗鐾鈱幼钃踅^緣膜5a、 5b由有機(jī)二氧化硅形成， 而所述有機(jī)二氧化硅包含不飽和烴和無定形碳。而且，期望內(nèi)層絕緣 膜4a和4b為不含氧的層。在形成具有Cu耐擴(kuò)散特性且相對介電常數(shù)低于3.5的外層 阻擋絕緣膜5a、 5b的過程中，必須抑制含銅布線3a和3b表面的氧化， 因?yàn)樵诔赡怏w中包含O，所述外層阻擋絕緣膜5a、 5b呈包含不飽和 烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)。因此，在實(shí)施例1中，在含銅布 線3a、 3b的表面上形成內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b作為氧化防止層，其后 形成外層阻擋絕緣膜5a、 5b。期望用SiN、 SiCN或SiC形成所述內(nèi)層 阻擋絕緣膜4a、 4b。此外，期望所述內(nèi)層阻擋絕緣膜4a和4b的膜厚 度為5nm以下。這是因?yàn)橥ㄟ^形成膜厚度極薄的內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b，能夠?qū)⒄麄€(gè)阻擋絕緣膜的膜厚度控制得薄，這可降低布線的有效 介電常數(shù)并改善布線信號的延遲。所述內(nèi)層阻擋絕緣膜4a和4b的最小 膜厚度隨著諸如制造工藝中的條件和含銅布線材料的因素而存在多種 變化，因此不能籠統(tǒng)地指定膜厚度。可以任意地設(shè)定膜厚度，只要其 為能夠防止所述含銅布線表面氧化的值。接下來，將通過參考圖2來描述制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1 的半導(dǎo)體裝置的方法。
首先，在絕緣膜la中形成溝槽，并在所述溝槽內(nèi)壁上形成 阻擋金屬膜2a(圖2A)。所述阻擋金屬膜2a用于防止后述含銅布線3a、 3b的擴(kuò)散，且可根據(jù)需要在所述溝槽內(nèi)壁上形成所述阻擋金屬膜2a。然后，通過嵌入到絕緣膜la溝槽內(nèi)部來形成含銅金屬膜， 以形成含銅布線膜3a。然后，在絕緣膜la上沉積內(nèi)層阻擋絕緣膜4a， 并在所述內(nèi)層阻擋絕緣膜4a上堆疊外層絕緣膜5a以利用所述內(nèi)層阻擋 絕緣膜4a和外層阻擋絕緣膜5a來覆蓋含銅布線3a的表面(圖2A)。形 成內(nèi)層阻擋絕緣膜4a作為阻擋絕緣膜，所述絕緣膜通過例如使用等離 子CVD利用SiN、 SiCN或SiC來制備。然后，在所述外層阻擋絕緣膜5a上沉積絕緣膜lb(圖2A)。 其后，通過進(jìn)行平板印刷和各向異性蝕刻，在絕緣膜lb中形成布線溝 槽lc并在所述絕緣膜lb上形成布線孔ld，所述布線孔ld到達(dá)下含銅 布線3a(圖2C)。隨后，在絕緣膜lb的布線溝槽lc和布線孔ld中形成阻擋 金屬膜2b，然后將含銅金屬膜嵌入所述絕緣膜lb的布線溝槽lc和布 線孔ld中，以形成含銅布線3b(圖2D)。當(dāng)利用含銅金屬膜在絕緣膜 la、 lb上形成含銅布線3a、 3b時(shí)，使用粒狀型材料用于含銅金屬膜。 因此，對粒狀型材料施加熱處理以形成含銅布線3a和3b。將熱處理溫 度設(shè)定為200。C 400。C，并將其時(shí)間設(shè)定為30秒 1小時(shí)。此外，經(jīng) 由所述阻擋金屬膜2b，將在上絕緣膜lb的布線孔ld中形成的含銅布 線3b電連接到下絕緣膜la的一部分含銅布線3a。由此，下含銅布線 3a和上含銅布線3b處于導(dǎo)電狀態(tài)。隨后，通過使用研磨技術(shù)如CMP除去布線溝槽和布線孔 之外的那些多余的含銅布線3b和金屬阻擋金屬膜2b(圖2E)。
然后，通過使用等離子CVD法，例如在所述絕緣膜lb上 沉積由SiN、 SiCN或SiC制成的內(nèi)層阻擋絕緣膜4b(圖2F)。隨后，也 通過使用等離子CVD法在所述內(nèi)層阻擋絕緣膜4b上形成外層阻擋絕 緣膜5b(圖2G)。在圖2中，描述了在雙層結(jié)構(gòu)中形成含銅布線3a和3b的 情況。然而，通過重復(fù)圖2B 圖2G所示的處理可形成超過兩層的含 銅布線結(jié)構(gòu)。此外，在上述說明中，使用同時(shí)形成布線溝槽和布線孔 的雙重金屬鑲嵌方法。然而，當(dāng)通過使用單重金屬鑲嵌法形成布線層 時(shí)，也使用相同方法。接下來，將通過參考圖3描述用于形成外層阻擋絕緣膜3a 和3b的具體方法。圖3顯示了用于形成外層阻擋絕緣膜3a和3b的裝 置的示意圖。在圖3中，儲存器101為供應(yīng)形成外層阻擋絕緣膜3a和 3b的單體原料的容器。原料壓出部分102用于施加壓力以將儲存器101 中的原料發(fā)送出來，使用He作為加壓氣體。載氣供應(yīng)部分103供應(yīng)載 體He，所述載體He用于輸送單體原料。液體質(zhì)量流量計(jì)104控制供 應(yīng)的原料的流量。氣體質(zhì)量流量計(jì)105控制作為載氣的He的流量。蒸 發(fā)器106蒸發(fā)由儲存器101所供應(yīng)的單體原料。反應(yīng)器107為使用蒸 發(fā)的單體材料通過化學(xué)氣相沉積而形成外層阻擋絕緣膜3a和3b的容器。作為單體原料，使用例如下式l所示結(jié)構(gòu)中的材料。
<formula>formula see original document page 16</formula>
0咖CH3 (式d
RF電源109提供動力以將蒸發(fā)的單體原料和載氣(He)制成等離子體。襯底108為靶，通過化學(xué)氣相沉積在所述襯底上形成膜。排氣泵IIO將引入到反應(yīng)器107中的原料氣和載氣排出。
下面將描述通過使用圖3所示的裝置來形成外層阻擋絕緣 膜5a和5b的方法。
利用源自原料壓出部分102的He氣從儲存器101發(fā)送單 體原料，并通過液體質(zhì)量流量計(jì)104控制其流量。同時(shí)，從載氣供應(yīng) 部分103供應(yīng)He氣，并通過氣體質(zhì)量流量計(jì)105控制其流量。所述單 體原料和作為載氣的He剛好在蒸發(fā)器106之前混合，并供應(yīng)至蒸發(fā)器 106。
在蒸發(fā)器106內(nèi)部存在熱的加熱器部件(未示出)，在所述 加熱器部件處蒸發(fā)液態(tài)單體原料，并將其供應(yīng)至反應(yīng)器107內(nèi)。在所 述反應(yīng)器107內(nèi)，利用13.56 MHz的高頻將蒸發(fā)的單體材料和載氣制 成等離子體，并利用化學(xué)氣相沉積在襯底109上形成圖2所示的外層 阻擋絕緣膜5a、 5b。
當(dāng)形成外層阻擋絕緣膜5a、 5b時(shí)，所述單體原料的流量優(yōu) 選為0.5 2g/分鐘。更優(yōu)選其為0.8 1.5g/分鐘。作為載氣的He的流 量為100 1000 sccm。更優(yōu)選其為200 500 sccm。反應(yīng)器107內(nèi)的壓 力為200 Pa 533 Pa。更優(yōu)選其為266 Pa 400 Pa。 RF電源的輸出為 50 800 W。更優(yōu)選其為100 500 W。
圖4顯示了通過在外層阻擋絕緣膜5a和5b上進(jìn)行的拉曼 (Raman)光譜分析而得到的評價(jià)結(jié)果，所述外層阻擋絕緣膜5a和5b是 通過使用式(l)所示的單體作為原料，利用上述方法形成的。
從圖4中能夠看出，當(dāng)視為橫軸的拉曼位移為1200 1700 cm"時(shí)，存在雙鍵和烴的寬峰P1、 P2和峰P3，所述烴可能是因?yàn)闊o定形碳而產(chǎn)生的。無定形碳的峰P1和P2在1400 cm"和1600 cm"附近。 通常，認(rèn)為產(chǎn)生在1400 cm"附近的峰Pl是因?yàn)镾p2結(jié)構(gòu)的碳，且產(chǎn) 生在1600 cm"附近的峰P2是因?yàn)镾p3結(jié)構(gòu)的碳。如上所述，根據(jù)通 過進(jìn)行拉曼光譜分析而得到的圖4所示的結(jié)果證實(shí)，通過使用由式(l) 所示的單體作為原料而形成的外層阻擋絕緣膜5a和5b包含無定形碳和 不飽和烴。
圖5顯示了通過使用式(l)所示的單體作為原料而形成的外 層阻擋絕緣膜5a和5b的耐Cu擴(kuò)散性。
通過在400 nm膜厚度的硅襯底上形成外層阻擋絕緣膜5a 和5b、用Cu對所述外層阻擋絕緣膜進(jìn)行鍍敷、然后在35(TC下進(jìn)行熱 處理七小時(shí)之后，利用SIMS(次級離子質(zhì)譜)來測量深度方向上Cu分 布，對所述外層阻擋絕緣膜5a、 5b的耐Cu擴(kuò)散性進(jìn)行了評價(jià)。進(jìn)行 SIMS分析以檢査熱處理之前和之后在深度方向上Cu分布，所述熱處 理為通過從硅襯底面進(jìn)行濺射以防止表面上的Cu與初級離子一起植 入。
圖5A為熱處理之前在深度方向上的分布曲線，圖5B為熱 處理之后在深度方向上的分布曲線。根據(jù)圖5所示的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在熱 處理之前和之后，Cu在深度方向上的分布沒有變化且通過使用式(l)所 示單體形成的外層阻擋絕緣膜5a、 5b展示了高耐Cu擴(kuò)散性。此外， 測量的含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的外層阻擋絕緣膜 5a和5b的相對介電常數(shù)為3.1。
此外還發(fā)現(xiàn)，所述外層阻擋絕緣膜5a、 5b展示了高膜強(qiáng)度， 且相對于內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b具有高粘合性能。圖6顯示了測量結(jié) 果，其中所述外層阻擋絕緣膜5a、 5b展示了高膜強(qiáng)度。在形成500 nm 膜厚度的外層阻擋絕緣膜5a、 5b之后，通過使用納米壓痕儀測量所述 外層阻擋絕緣膜的膜強(qiáng)度，來進(jìn)行所述測量。圖6同時(shí)顯示了典型的SiOCH膜的膜強(qiáng)度和K值，能夠看出，根據(jù)實(shí)施例1的外層阻擋絕緣膜5a、 5b的膜強(qiáng)度展示了高達(dá)25GPa的值。
接下來，圖7展示了外層阻擋絕緣膜5a和5b的粘合強(qiáng)度 的評價(jià)結(jié)果。通過使用m-ELT進(jìn)行了所述評價(jià)，以評價(jià)在SSiCN上形 成膜之后的粘合性。圖7同時(shí)顯示了典型的SiOCH膜的粘合強(qiáng)度和K 值，能夠看出，根據(jù)實(shí)施例1的外層阻擋絕緣膜5a、 5b的粘合強(qiáng)度展 示了高達(dá)0.22 MPa'ml/2的值。
如上所述，根據(jù)實(shí)施例1的外層阻擋絕緣膜不僅展示了高 耐Cu擴(kuò)散性，而且展示了高膜強(qiáng)度和高粘合性。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置中，在具有用于覆蓋 含銅布線3a、 3b的表面的內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b和在所述內(nèi)層阻擋絕 緣膜4a、 4b上堆疊的外層阻擋絕緣膜5a、 5b的雙層結(jié)構(gòu)中形成了阻擋 絕緣膜，且所述雙層結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜4a和4b覆蓋所述含銅布線3a、 3b。因此，當(dāng)形成外層阻擋絕緣膜時(shí)，所述內(nèi)層阻擋絕緣膜用作抑制 含銅布線表面氧化的緩沖層。因此，伴有在含不飽和烴和無定形碳的 有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)中的外層阻擋絕緣膜展示了耐Cu擴(kuò)散性以及其相對 介電常數(shù)小于3.5的事實(shí)，其能夠降低布線的有效介電常數(shù)。因此，能 夠改善布線信號延遲。
此外，就實(shí)施例l而言，證實(shí)了在含不飽和烴和無定形碳 的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)中的外層阻擋絕緣膜展示了耐Cu擴(kuò)散性且其相對 介電常數(shù)小于3.5。因此，所述內(nèi)層阻擋絕緣膜可簡單用作防止含銅布 線表面氧化的緩沖層。因此，能夠?qū)⑺鰞?nèi)層阻擋絕緣膜的膜厚度設(shè) 定得盡量薄，例如為5nm以下，其處于能夠抑制含銅布線表面氧化的 范圍內(nèi)。這可盡可能地降低含銅布線所占的體積。實(shí)施例2
接下來，作為實(shí)施例2，描述了一種情況，其中使用SiN、 SiCN或SiC作為內(nèi)層阻擋絕緣膜，并使用具有內(nèi)層阻擋絕緣膜和外層 阻擋絕緣膜的雙層結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜。
圖8顯示了截面圖，所述截面圖以根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的 半導(dǎo)體裝置制造方法的制造步驟的順序圖示。首先，在硅襯底(未示出) 上形成300 nm的Si02膜(絕緣膜)l 1 ，并在所述Si02膜11上形成30 nm 厚的SiCN膜12作為蝕刻終止層。隨后，通過等離子CVD法在SiCN 膜12上形成80nm厚、相對介電常數(shù)為2.55的多孔SiOCH膜13，其 將成為第一布線的布線間絕緣膜。其后，也通過等離子CVD法在所述 SiOCH膜13上形成120nm厚的Si02膜14，作為覆蓋所述多孔低介電 常數(shù)膜表面的硬掩模(圖8A)。
通過平版印刷和干法蝕刻在所述堆疊絕緣膜中形成布線溝 槽lc(圖8B)。其后，通過離子濺射在所述襯底的整個(gè)表面上形成40 nm 的TaN膜和Ta膜以及Cu薄膜的阻擋金屬膜15，并以所述Cu膜作為 電極通過電鍍將Cu 16嵌入布線溝槽1內(nèi)部(圖8C)。
然后，在氮?dú)鈿夥罩杏?5(TC下進(jìn)行熱處理三十分鐘以用 于生長Cu粒子之后，通過CMP除去各層中多余的Cu、 Ta、 TaN。另 外，進(jìn)行修整直至SiOj莫14的膜厚度變?yōu)榧s30 nm，利用剩余的Cu 16 在布線溝槽lc內(nèi)部形成第一布線(含銅布線)16(圖8D)。
接下來，通過等離子CVD法在襯底的整個(gè)表面上形成5nm 膜厚度的SiN(內(nèi)層阻擋絕緣膜)17(圖8E)。其后，使用異丙基乙烯基二 甲氧基硅烷作為原料，通過等離子CVD法在SiN膜17上形成25 nm 厚的外層阻擋絕緣膜18，所述外層阻擋絕緣膜18在具有耐Cu擴(kuò)散性 的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)中(圖8F)。此時(shí)，在用于形成外層阻擋絕緣膜18 的成膜氣體中包含氧氣。然而，由Cu制成的第一布線16的表面由作 為內(nèi)層阻擋絕緣膜的SiN膜17來覆蓋，使得能夠抑制第一布線16表
此外，作為通孔布線層間絕緣膜，通過等離子CVD法形 成100nm、相對介電常數(shù)為2.8的多孔SiOCH膜19。然后，作為第二 布線層中的布線間絕緣膜，通過等離子CVD法形成110nm、相對介電 常數(shù)為2.25的多孔SiOCH膜20，并通過等離子CVD法形成120 nm 的Si02膜21，作為硬掩模(圖8G)。
使用外層阻擋絕緣膜18作為蝕刻終止層，通過平版印刷和 各向異性干法蝕刻依次除去一部分Si02膜21、 一部分多孔SiOCH膜 20以及一部分多孔SiOCH膜19，以在第一布線層和第二布線層之間形 成通孔le(圖8H)。外層阻擋絕緣膜18和通孔布線層間絕緣膜19兩者 都為有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)(SiOCH)。然而，C/Si的組成比不同，使得能夠 確保進(jìn)行干法蝕刻時(shí)的選擇比。
連續(xù)地，通過平版印刷和各向異性干法蝕刻除去一部分硬 掩模21和一部分布線間絕緣膜20，以形成第二布線層的布線溝槽lc。 同時(shí)，除去所述通孔底部中的外層阻擋絕緣膜18和內(nèi)層阻擋絕緣膜 17(圖81)。通過使用有機(jī)剝離劑除去通孔和溝槽中的蝕刻殘余物以及暴 露在通孔底部中的Cu表面上的CuO、 Cu20。
然后，通過與形成第一布線層情況相同的步驟，利用離子 濺射法形成40 nm的Cu膜和其中依次堆疊TaN膜和Ta膜的阻擋金屬 膜22，以覆蓋第二布線的布線溝槽的內(nèi)表面和第一布線層與第二布線 層之間通孔的內(nèi)表面，并使用形成的膜作為種子電極，通過電鍍來嵌 入Cu23(圖8J)。
然后，如同形成第一布線層中的情況，在氮?dú)鈿夥罩杏?50 匸下進(jìn)行熱處理30分鐘以生長Cu粒子。其后，除去各層中多余的Cu、 Ta、 TaN。另夕卜，進(jìn)行修整直至Si02硬掩模的膜厚度變?yōu)榧s30 nm，以形成第二布線(含銅布線)23(圖8K)。
接下來，如同形成第一布線中的情況，通過等離子CVD 法，在整個(gè)表面上形成5 nm厚的SiN(內(nèi)層阻擋絕緣膜)24，作為第一 阻擋絕緣膜(圖81)。其后，使用異丙基乙烯基二甲氧基硅烷作為原料， 通過等離子CVD法，在內(nèi)層阻擋絕緣膜24上形成具有耐Cu擴(kuò)散性的 有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)中厚度為25 nm的外層阻擋絕緣膜25(圖8M)。此外， 形成Si02膜26作為覆蓋膜(圖8N)。
在通過平板印刷和蝕刻而在覆蓋膜26中將相對于第二布 線的接合部分開口之后，通過濺射依次沉積Ti、 TiN和Al。通過平版 印刷和蝕刻將Al/TiN/Ti堆疊膜加工成墊圖案以用于測量電性。
圖9為上述實(shí)施例2所示結(jié)構(gòu)的有效介電常數(shù)與通用結(jié)構(gòu) 的有效介電常數(shù)之間比較的圖。與通常使用的SiCN二30nm的阻擋絕緣 膜結(jié)構(gòu)相比，能夠看出，通過使用堆疊型阻擋絕緣膜結(jié)構(gòu)將有效介電 常數(shù)降低4.5%,所述結(jié)構(gòu)使用25 nm膜厚度的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)作為 外層阻擋絕緣膜并使用5nm膜厚度的SiN膜作為內(nèi)層阻擋絕緣膜，如 實(shí)施例2中所述。
盡管使用SiN作為內(nèi)層阻擋絕緣膜，但是當(dāng)使用SiCN或 SiC代替SiN時(shí)，也證實(shí)有效介電常數(shù)以與圖9中相同的方式降低。從 圖9能夠看出，在使用SiCN膜作為內(nèi)層阻擋絕緣膜的堆疊型內(nèi)層和外 層阻擋絕緣膜情況(有機(jī)二氧化硅/SiCN)下，所述有效介電常數(shù)能夠降 低約6.2%。實(shí)施例3接下來，將描述含銅布線具有改性層或金屬帽(cap)的情況，作為 實(shí)施例3。
如圖10所示，實(shí)施例3具有包含大量雜質(zhì)的改性層6a、 6b，其在含銅布線3a、 3b表面上形成。作為選擇，如圖11所示，實(shí)施 例3具有在含銅布線3a、 3b表面上形成的金屬帽層7a、 7b。
在圖IO所示的情況下，在絕緣膜la中形成由阻擋金屬2a 覆蓋的含銅布線3a，在含銅布線3a頂部上堆疊Cu表面改性層6a，并 在Cu表面改性層6a上進(jìn)一步堆疊含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧 化硅組分的阻擋絕緣膜5a。此外，在所述阻擋絕緣膜5a上堆疊絕緣膜 lb，在所述絕緣膜lb中形成由阻擋金屬2b覆蓋的含銅布線3b，在含 銅布線3b頂部上堆疊Cu表面改性層6b，并在Cu表面改性層6b上進(jìn) 一步堆疊含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅組分的阻擋絕緣膜 5b。
在圖10的情況中，將由SiOCH制成的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu) 的化合物用于阻擋絕緣膜5a和5b。此外，盡管在圖IO中在兩步(上部 的步驟和下部的步驟)中形成了含銅布線3a和3b,但是含銅布線的堆 疊層數(shù)目不僅限于如圖IO所示情況中的"2"。
在圖11所示的情況中，在絕緣膜la中形成由阻擋金屬2a 覆蓋的含銅布線3a，在含銅布線3a表面上堆疊金屬帽層7a，并在金屬 帽層7a上進(jìn)一步堆疊含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅組分的阻 擋絕緣膜5a。此外，在阻擋絕緣膜5a上堆疊絕緣膜lb，在絕緣膜lb 中形成由阻擋金屬2b覆蓋的含銅布線3b，在含銅布線3b表面上堆疊 金屬帽層7b，并在金屬帽層7b上進(jìn)一步堆疊含不飽和烴和無定形碳的 有機(jī)二氧化硅組分的阻擋絕緣膜5b。
在圖11的情況中，將由SiOCH制成的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu) 的化合物用于阻擋絕緣膜5a和5b。此外，盡管在圖11中在兩步(上部 的步驟和下部的步驟)中形成了含銅布線3a和3b，但是含銅布線的堆 疊層數(shù)目不僅限于如圖ll所示情況中的"2"。
如上所述，在Cu表面上形成具有耐氧化性的改性層(圖10) 或金屬帽層(圖11)，作為用于抑制含銅布線表面氧化的氧化防止層，所 述氧化是由在形成具有耐Cu擴(kuò)散性的有機(jī)二氧化硅膜時(shí)在成膜氣體中 包含的O引起的，并在其上形成具有耐Cu擴(kuò)散性的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu) 的阻擋絕緣膜5a和5b。
接下來，通過參考圖12，將對圖IO所示的半導(dǎo)體裝置， 即在含銅布線上形成具有耐氧化性的改性層的情況進(jìn)行說明。
在圖12A中，在絕緣膜la中形成由阻擋金屬2a覆蓋的含 銅布線3a，在所述含銅布線3a表面上形成Cu表面改性層6a，并在所 述Cu表面改性層6a上形成阻擋絕緣膜5a。通過與圖12b中和其后所 述的相同方法形成圖12A中所述的結(jié)構(gòu)。
首先，在阻擋絕緣膜5a上形成絕緣膜lb(圖12B)，其后進(jìn) 行平版印刷和各向異性蝕刻以在絕緣膜中形成布線溝槽lc和布線孔 ld(圖12C)。然后，在布線溝槽lc和布線孔ld的內(nèi)壁上形成阻擋金屬 膜2b，并在將嵌入到所述布線溝槽lc和布線孔ld內(nèi)部的阻擋金屬絕 緣膜2b上沉積Cu 3b(圖12D)。隨后，進(jìn)行熱處理以生長Cu粒子。將 所述熱處理的溫度設(shè)定為200°C 400°C，并將其時(shí)間設(shè)定為30秒 1 小時(shí)。
然后，通過使用諸如CMP的研磨技術(shù)，除去多余的Cu和 阻擋金屬(圖12E)。接下來，通過將襯底溫度設(shè)定在20(TC 35(TC內(nèi)， 在真空室內(nèi)將SiH4氣照射到表面上，以在含銅布線lb表面上形成 CuSi。隨后，在同一個(gè)室內(nèi)照射NH3等離子體，以在含銅布線3b表面 上形成由CuSiN制成的表面改性層6b(圖12F)。其后，通過實(shí)施例1 中所述的等離子CVD法，形成具有耐Cu擴(kuò)散性和相對介電常數(shù)小于 3.5的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜6b(圖12G)。通過重復(fù)圖12B 12G，能夠形成更上側(cè)的布線層。此外，在上述說明中，使用同時(shí)形成 布線溝槽和布線孔的雙重金屬鑲嵌法。然而，當(dāng)通過使用單重金屬鑲 嵌法形成布線層時(shí)，也使用相同的方法。
接下來，通過參考圖13，將對圖11所示的半導(dǎo)體裝置即在含銅布線上形成金屬帽層的情況進(jìn)行說明。
在圖13A中，在絕緣膜la中形成由阻擋金屬2a覆蓋的含 銅布線3a，在含銅布線3a頂部上形成金屬帽層6a，并在金屬帽層6a 上形成阻擋絕緣膜5a。通過與圖13B中和其后所述方法相同的方法來 形成圖13A中所述的結(jié)構(gòu)。
首先，在阻擋絕緣膜5a上形成絕緣膜lb(圖13B)，其后進(jìn) 行平版印刷和各向異性蝕刻以在絕緣膜中形成布線溝槽lc和布線孔 ld(圖13C)。然后，在布線溝槽lc和布線孔ld的內(nèi)壁上形成阻擋金屬 膜2b，并在將嵌入到所述布線溝槽lc和布線孔ld內(nèi)部的阻擋金屬絕 緣膜2b上沉積Cu 3b(圖13D)。隨后，進(jìn)行熱處理以生長Cu粒子。將 所述熱處理的溫度設(shè)定為200°C 400°C，并將其時(shí)間設(shè)定為30秒 1 小時(shí)。接下來，通過使用諸如CMP的研磨技術(shù)除去多余的Cu和阻擋 金屬，以形成含銅布線3b(圖13E)。然后，通過使用無電鍍法在所述含 銅布線3b表面上選擇性地形成例如CoWP的金屬帽層7b(圖13F)。
其后，通過實(shí)施例1中所述的等離子CVD法，形成具有 耐Cu擴(kuò)散性和相對介電常數(shù)小于3.5的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣 膜7b(圖13G)。通過重復(fù)圖13B 13G，能夠形成更上側(cè)布線層。金屬 帽層通過無電鍍法形成，并且除了利用CoWP之外，它可利用CoWB、 CoSnP、 CoSnB、 NiB或NiMoB來形成。此外，在上述說明中，使用 同時(shí)形成布線溝槽和布線孔的雙重金屬鑲嵌法。然而，當(dāng)通過使用單 重金屬鑲嵌法形成布線層時(shí)，也使用相同的方法。
在本發(fā)明的實(shí)施例3中， 性層或金屬帽層6a、 6b覆蓋。因此， 阻止含銅布線3a、 3b表面被氧化。含銅布線3a、 3b的表面由表面改 在形成阻擋絕緣膜7a、 7b時(shí)，可
此外，就實(shí)施例3而言，當(dāng)存在在含銅布線3a、 3b表面上 形成的具有耐氧化性的表面改性層或金屬帽層7a、7b時(shí)，不必使用SiN、 SiCn等的內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b。就實(shí)施例3而言，使用有機(jī)二氧化 硅結(jié)構(gòu)的30 nm膜厚度、相對介電常數(shù)為3.1的阻擋絕緣膜7a、 7b， 與通常使用的SiCN膜為30nm厚的阻擋絕緣膜結(jié)構(gòu)的情況相比，能夠 將有效相對介電常數(shù)降低7.6%。
接下來，將描述在由含銅布線3a、 3b表面上形成的表面改 性層或金屬帽層上形成阻擋絕緣膜的情況，作為實(shí)施例4。實(shí)施例4
在實(shí)施例4中，提供具有耐氧化性的改性層6a、 6b(圖14) 或金屬帽層6a、 6b(圖15)，作為氧化防止層以抑制含銅布線表面的氧 化，所述氧化由在形成具有耐Cu擴(kuò)散性的有機(jī)二氧化硅膜(阻擋絕緣 膜)時(shí)成膜氣體中所包含的O引起，在其上提供由SiN、 SiCN或SiC制 成的膜厚度小于5nm的內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b，并在其上進(jìn)一步形成 具有耐Cu擴(kuò)散性的有機(jī)二氧化硅膜，作為阻擋絕緣膜5a和5b。
接下來，通過參考圖16，將描述圖14所示的半導(dǎo)體裝置， 尤其是布線結(jié)構(gòu)。圖16顯示了在含銅布線3a、 3b表面上形成具有耐氧 化性的改性層6a、 6b的情況。
在圖16A中，在絕緣膜la中形成由阻擋金屬2a覆蓋的含 銅布線3a，在含銅布線3a頂部上堆疊Cu表面改性層6a，并在所述Cu 表面改性層6a上形成內(nèi)層阻擋絕緣膜5a。通過與圖16B中和其后所述 相同的方法形成圖16A所示的結(jié)構(gòu)。
首先，在阻擋絕緣膜la上形成絕緣膜lb(圖16B)，其后進(jìn) 行平版印刷和各向異性蝕刻以在絕緣膜中形成布線溝槽lc和布線孔 ld(圖16C)。然后，在布線溝槽lc和布線孔ld的內(nèi)壁上形成阻擋金屬 膜2b，并在將嵌入到所述布線溝槽lc和布線孔ld內(nèi)部的阻擋金屬絕 緣膜2b上沉積Cu 3b(圖16D)。隨后，進(jìn)行熱處理以生長Cu粒子。將 所述熱處理的溫度設(shè)定為200°C 400°C，并將其時(shí)間設(shè)定為30秒 1 小時(shí)。然后，通過使用諸如CMP的研磨技術(shù)除去多余的Cu和阻擋金 屬以形成含銅布線3b(圖16E)。
接下來，通過將襯底溫度設(shè)定在20(TC 35(rC內(nèi)，在真空 室內(nèi)將SiH4氣照射到表面上，以在含銅布線3b表面上形成CuSi。此 外，在相同室內(nèi)，照射等離子體，以形成由CuSiN制成的表面改性層 6b(圖16F)。隨后，在相同室內(nèi)，通過等離子CVD法形成由SiN、 SiCN 或SiC制成的內(nèi)層阻擋絕緣膜4b(圖16G)。其后，通過實(shí)施例1中所述 的等離子CVD法，在內(nèi)層阻擋絕緣膜4b上形成具有耐Cu擴(kuò)散性和相 對介電常數(shù)小于3.5的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的外層阻擋絕緣膜5b(圖 16H)。通過重復(fù)圖16B 16H，能夠形成更上側(cè)布線層。此外，在上述 說明中，使用同時(shí)形成布線溝槽和布線孔的雙重金屬鑲嵌法。然而， 當(dāng)通過使用單重金屬鑲嵌法形成布線層時(shí)，也使用相同的方法。
使用例如SiH4氣和N2氣或NH3氣的復(fù)合氣體簇離子束， 使得可共同進(jìn)行用于在含銅布線3b表面上形成改性層6b的加工(圖 16F)和用于形成內(nèi)層阻擋絕緣膜4b的加工(圖16G)。更具體地，將復(fù) 合氣體簇離子束照射在晶片表面上，以形成改性層6a、 6b和含銅布線 3a、 3b表面上的內(nèi)層阻擋膜4a、 4b。當(dāng)照射到含銅布線3a、 3b上的氣 體簇離子束的照射時(shí)間短時(shí)，在幾nm深度的極淺部分中形成CuSiN 的改性層6a、 6b。這是因?yàn)榇爻叽绱螅沟眉词辜铀俣饶芰扛?，每個(gè) 原子的能量也通常為5eV以下。因此，離子束難以植入到深度方向中。 當(dāng)以這種狀態(tài)連續(xù)進(jìn)行照射時(shí)，在含銅布線3a、 3b表面上不僅形成改性層6a、 6b，而且形成SiN的內(nèi)層阻擋絕緣膜4a、 4b。通過改變加速 度電壓和襯底溫度，能夠控制改性層6a和6b的厚度。
接下來，通過參考圖17，將描述圖15所示的半導(dǎo)體裝置， 尤其是布線結(jié)構(gòu)。圖17顯示了在含銅布線3a、 3b表面上形成具有耐氧 化性的金屬帽層6a、 6b的情況。
在圖17A中，在絕緣膜la中形成由阻擋金屬2a覆蓋的含 銅布線3a，在含銅布線3a表面上形成金屬帽層6a，并在所述金屬帽層 6a上形成內(nèi)層阻擋絕緣膜5a。通過與圖17B中和其后所述相同的方法， 形成圖17A中所述的結(jié)構(gòu)。
首先，在阻擋絕緣膜la上形成絕緣膜lb(圖17B)，其后進(jìn) 行平版印刷和各向異性蝕刻以在絕緣膜中形成布線溝槽lc和布線孔 ld(圖17C)。然后，在布線溝槽lc和布線孔ld的內(nèi)壁上形成阻擋金屬 膜2b，并在將嵌入到所述布線溝槽lc和布線孔ld內(nèi)部的阻擋金屬絕 緣膜2b上沉積Cu 3b(圖17D)。隨后，進(jìn)行熱處理以生長Cu粒子。將 所述熱處理的溫度設(shè)定為200°C 400°C，并將其時(shí)間設(shè)定為30秒 1 小時(shí)。然后，通過使用諸如CMP的研磨技術(shù)除去多余的Cu和阻擋金 屬，以形成含銅布線3b(圖17E)。
然后，通過使用無電鍍法，在所述含銅布線3b表面上選擇 性地形成例如CoWP的金屬帽層7b(圖17F)。隨后，通過等離子CVD 法，在金屬帽層7b上形成由SiN、 SiCN或SiN制成的內(nèi)層阻擋絕緣膜 4b(圖17G)。其后，通過實(shí)施例1中所述的等離子CVD法，在金屬帽 層7b上形成具有耐Cu擴(kuò)散性和相對介電常數(shù)小于3.5的有機(jī)二氧化硅 結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜5b(圖17H)。通過重復(fù)圖17B 17H，能夠形成更上 側(cè)布線層。通過無電鍍法，利用CoWP形成金屬帽層7a、 7b。然而， 所述金屬帽層7a、 7b也可利用CoWB、 CoSnP、 CoSnB、 NiB或NiMoB 形成。此外，在上述說明中，使用同時(shí)形成布線溝槽和布線孔的雙重金屬鑲嵌法。然而，當(dāng)通過使用單重金屬鑲嵌法形成布線層時(shí)，也使 用相同的方法。實(shí)施例5
圖18顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的含銅布線的截面圖。如 圖18所示，在實(shí)施例5中，在絕緣膜41中形成由阻擋金屬42a覆蓋的 含銅布線43a，在含銅布線43a表面上形成改性層44a，在改性層44a 上形成阻擋絕緣膜45a，并在阻擋絕緣膜45a上形成通孔絕緣膜46和 溝道絕緣膜47。此外，在溝道絕緣膜47中形成由阻擋金屬42b覆蓋的 含銅布線43b，并通過通孔絕緣膜46的通孔將一部分含銅布線43b電 連接到下層含銅布線43a上。此外，在上層含銅布線43b表面上形成改 性層44b，并在改性層44a上形成阻擋絕緣膜45b。
在實(shí)施例5中，改性層44a、 44b用作氧化防止層以抑制含 銅布線43a、 43b表面的氧化，所述氧化是由在形成具有耐Cu擴(kuò)散性 的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜45a、 45b時(shí)在成膜氣體中包含的O 引起的。然后，在所述具有耐氧化性的改性層44a、 44b上形成具有耐 Cu擴(kuò)散性的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜45a、 45b。
接下來，通過參考圖19，將對用于制造圖18所示實(shí)施例5 布線結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行描述。圖19顯示了含銅布線30的放大狀態(tài)，其 對應(yīng)含銅布線43a和43b。在進(jìn)行CMP之后，在含銅布線30表面上形 成極薄的氧化物膜CuOx31(圖19A)。
在所述CuOx 31上施加防蝕劑32，以防止進(jìn)一步氧化(圖 19B)。然后，在形成具有耐氧化性的改性層之前，在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行 熱處理，以除去防蝕劑32(圖19C)。此時(shí)，極薄的氧化物膜CuOx 31 未被除去而是殘留在含銅布線30的表面上(圖19C)。其后，在同一個(gè) 室內(nèi)通過等離子CVD法形成由SiN、 SiCN或SiC制成的阻擋絕緣膜 33(圖19D)。
通過在形成阻擋絕緣膜33時(shí)將含銅布線30的表面暴露于 SiH4氣中，Si開始從含銅布線30表面向內(nèi)部擴(kuò)散。然而，CuOx31的 存在阻礙了Si擴(kuò)散，且Si累積在含銅布線30表面附近。因此，形成 精細(xì)的氧擴(kuò)散阻擋膜33，而不會明顯增加布線電阻，因此能夠提高耐 氧化性(圖19D)。更優(yōu)選地，可利用NH3等離子體對氧擴(kuò)散阻擋膜33 進(jìn)行脫氧，并可在含銅布線30表面上形成由Cu-Si-N制成的具有高耐 氧化性的改性層34(圖19C)。
此外，通過在N2氣氛中進(jìn)行熱處理之后，利用NH3等離 子體進(jìn)行表面處理以對CuOx 31脫氧的同時(shí)，在最外表面上形成氮化 物可提高耐氧化性。而且，通過在N2氣氛中進(jìn)行熱處理之后將表面暴 露于SiH4氣中，然后利用NH3等離子體來封端Cu活性位，可提高耐 氧化性。作為選擇，通過在N2氣氛中進(jìn)行熱處理之后將表面暴露于SiH4 和NH3的混合氣中以脫氧/除去最外表面上的CuOx層并通過同時(shí)向Cu 表面添加Si，可形成改性層。
而且，通過照射復(fù)合氣體簇離子的步驟，可形成具有高耐 氧化性的改性層，所述復(fù)合氣體簇離子包含SiH4以及選自NH3、 N2、 CH3、 C2H2和C2H4中的至少一種。
通過使用等離子CVD法，在具有高耐氧化性的改性層上 形成阻擋絕緣膜，所述絕緣膜以上述方式形成。下文中，通過參考圖 20A，將對形成上層布線的步驟進(jìn)行描述。在圖20A中，在絕緣膜41 中形成了由阻擋金屬42a覆蓋的含銅布線43a，并在所述含銅布線43a 表面上形成了改性層44a和阻擋絕緣膜45a。
在所述阻擋絕緣膜45上依次形成了通孔絕緣膜46、溝道 絕緣膜47和硬掩模48(圖21B)。可使用單獨(dú)裝置分別形成那些膜，或 者使用同一個(gè)室，連續(xù)形成所述阻擋絕緣膜45a、通孔絕緣膜46、溝道絕緣膜47和硬掩模48。
圖34為顯示用于形成本發(fā)明實(shí)施例5的阻擋絕緣膜45a、 通孔絕緣膜46、溝道絕緣膜47和硬掩模48的等離子CVD裝置的實(shí)例 的示意圖。圖34所示的等離子CVD裝置250具有反應(yīng)室210、氣體供 應(yīng)部件220、真空泵230以及高頻電源240。所述氣體供應(yīng)部件220通 過氣體供應(yīng)管道222連接到反應(yīng)室210，并且真空泵230通過氣體排出 管道236連接到反應(yīng)室210，所述氣體排出管道236在其中部布置有閥 門232和冷卻汽水閥(cooling trap)234。此外，高頻電源240通過高頻 電纜244連接到反應(yīng)室210,所述高頻電纜244在其中部布置有匹配箱 242。
在所述反應(yīng)室210內(nèi)部，將襯底加熱部件203(保持/加熱成 膜元件201)和噴淋頭(用作連接到氣體供應(yīng)管道222 —端的氣體噴出部 件)彼此相對設(shè)置。將地線207連接到襯底加熱部件203，并將高頻電 纜244連接到噴淋頭205。因此，通過借助于氣體供應(yīng)管道222將原料 氣等從氣體供應(yīng)部件220供應(yīng)至噴淋頭205，并通過將由高頻電源240 產(chǎn)生的高頻電在通過位于高頻電纜244中部的匹配箱242轉(zhuǎn)換成預(yù)定 頻率之后供應(yīng)至噴淋頭205，能夠?qū)⒁r底加熱部件203和噴淋頭205之 間的空間內(nèi)的氣體制成等離子體。
將在其中部布置有流量控制器224和閥門226的清潔氣體 供應(yīng)管道228連接到氣體供應(yīng)管道222。通過在閥門232和冷卻汽水閥 234之間區(qū)域內(nèi)從氣體排出管道236分岔來提供排泄管238。優(yōu)選通過 在氣體供應(yīng)部件222周圍提供加熱器(未示出)來加熱氣體供應(yīng)管道 222，以防止各種氣體在輸送過程中變成液體。類似地，也優(yōu)選通過在 反應(yīng)室210周圍提供加熱器(未示出)來加熱反應(yīng)室210。
圖35顯示了氣體供應(yīng)部件220的內(nèi)部。汽化控制單元VU1 和VU2具有儲存液體有機(jī)硅氧烷材料301、 303的原料罐302;借助于加壓氣體供應(yīng)管道304向原料罐302內(nèi)部供應(yīng)加壓氣體的加壓氣體 供應(yīng)裝置306;其一端插入原料罐302內(nèi)部的原料輸送管道308;在原 料輸送管道308中部提供的液體流量控制部件310;以及布置在原料輸 送管道308另一末端側(cè)的汽化部件312。上述液體流量控制部件310具 有兩個(gè)閥310a、 310b，以及布置在閥310a和310b之間的液體流量控 制器310c。上述汽化部件具有在前述原料輸送管道308另一末端側(cè)上 提供的閥312a，和連接到前述原料輸送管道308另一末端的汽化器 312b。
此外，各個(gè)汽化控制單元VU1和VU2具有用于載氣或 稀釋氣的氣體供應(yīng)罐314(下文中稱為"載氣供應(yīng)罐")；和液體流量控 制部件310和汽化部件312之間提供以將載氣供應(yīng)罐314中的載氣或 稀釋氣供應(yīng)至原料化合物輸送管道308的管道316。在管道316中部提 供氣體流量控制部件318，所述氣體流量控制部件318具有兩個(gè)閥318a、 318b以及布置在兩個(gè)閥318a、 318b之間的氣體流量控制器318c。在汽 化控制單元VU1中，當(dāng)借助于加壓氣體供應(yīng)管道304將加壓氣體從加 壓氣體供應(yīng)裝置306供應(yīng)至原料罐302內(nèi)部時(shí)，原料罐302的內(nèi)部壓 力升高。因此，借助于原料輸送管道308將原料罐302內(nèi)液體形式的 第一有機(jī)硅氧垸原料301向汽化部件312輸送，并在途中與載氣或稀 釋氣混合，以到達(dá)汽化部件312。已經(jīng)到達(dá)汽化部件312的液體有機(jī)硅 氧垸原料301因?yàn)槠考?12的導(dǎo)入部件處壓力的降低和由加熱器 (未示出)施加的熱而汽化。
類似地，在汽化控制單元VU2中，當(dāng)借助于加壓氣體供應(yīng) 管道304將加壓氣體從加壓氣體供應(yīng)裝置306供應(yīng)至原料罐302內(nèi)部 時(shí)，原料罐302的內(nèi)部壓力升高。因此，借助于原料輸送管道308將 原料罐302內(nèi)液體形式的第二有機(jī)硅氧垸原料302向汽化部件312輸 送，并在途中與載氣或稀釋氣混合，以到達(dá)汽化部件312。已經(jīng)到達(dá)汽 化部件312的液體環(huán)狀有機(jī)硅氧垸原料301因?yàn)槠考?12的導(dǎo)入 部件處壓力的降低和由加熱器(未示出)施加的熱而汽化。
此外，還可向汽化控制單元VU1的原料罐302內(nèi)部引入兩 種以上的有機(jī)二氧化硅材料，并在汽化控制單元VU1的汽化部件312 中同時(shí)汽化該材料，而不使用汽化控制單元VU2。
為了平穩(wěn)地在各個(gè)汽化器312b中進(jìn)行汽化，優(yōu)選在液體流 量控制部件310的閥門310c的下游側(cè)上的原料化合物輸送管道308的 周圍提供加熱器，并加熱原料化合物輸送管道308。類似地，為了防止 各種氣體變成液體，優(yōu)選在各個(gè)氣體排出管道320、 352和混合器340 的周圍提供加熱器，以加熱那些氣體中的每一種。
作為通過使用等離子CVD裝置250而形成有機(jī)硅膜的方 法，將成膜元件201如半導(dǎo)體襯底放置在襯底加熱部件203上，并在 打開閥232的同時(shí)啟動真空泵230以將反應(yīng)室210內(nèi)部的初始真空度 變?yōu)閹讉€(gè)托。從反應(yīng)室210排出的氣體中的水分通過冷卻汽水閥234 除去。然后，將原料氣(氣態(tài)環(huán)狀有機(jī)硅氧烷氣體)與載氣或稀釋氣一起 從氣體供應(yīng)部件220供應(yīng)至反應(yīng)室210。同時(shí)，啟動高頻電源240和匹 配箱242以向反應(yīng)室210供應(yīng)預(yù)定頻率的高頻電。
此時(shí)，通過對應(yīng)的流量控制部件318對各種氣體的流量進(jìn) 行控制，以在混合器340中生成預(yù)定組成的混合氣，并將其供應(yīng)至反 應(yīng)室210。優(yōu)選將反應(yīng)室210中原料氣的分壓適當(dāng)?shù)剡x定在約13 400 Pa的范圍內(nèi)。此外，優(yōu)選通過控制真空泵230的操作，將成膜時(shí)反應(yīng) 室210中的氣壓設(shè)定在約133 1333 Pa的范圍內(nèi)。通過使用襯底加熱 部件3來加熱成膜元件1，能夠?qū)⒊赡r(shí)成膜元件201的表面溫度適當(dāng) 設(shè)定在100 400。C的范圍內(nèi)。更具體地，表面溫度優(yōu)選在250 35(TC 的范圍內(nèi)。如上所述，根據(jù)所使用化合物原料的種類，在供應(yīng)原料氣 之前，將所述化合物原料供應(yīng)至反應(yīng)室210。
當(dāng)在這種條件下成膜時(shí)，作為原料氣的環(huán)狀有機(jī)硅氧烷原料的分子被等離子體激發(fā)，且呈活化狀態(tài)的分子到達(dá)成膜元件201的 表面，以在那里形成絕緣膜。當(dāng)絕緣膜包括具有不飽和鍵的基團(tuán)時(shí)， 所述被等離子體激發(fā)而活化的有機(jī)硅化合物分子到達(dá)成膜元件1的表 面并接收進(jìn)一步來自襯底加熱部件3的熱能。因此，基團(tuán)中的不飽和 鍵打開，分子間的熱聚合推進(jìn)，由此生長絕緣膜。
為了清潔反應(yīng)室210，可使用氣體如三氟化氮(NF3)、六氟化硫(SF6)、四氟甲烷(CF4)、六氟乙烷(C2F6)等?？梢愿鶕?jù)需要將那些氣體與氧氣、臭氧氣體等混合而用作混合氣。借助于清潔氣體供應(yīng)管道 228將清潔氣體供應(yīng)至反應(yīng)室210。如同成膜中的情況，在噴淋頭205 和襯底加熱部件3之間施加高頻電以誘導(dǎo)用于進(jìn)行反應(yīng)室210清潔的 等離子體。使用通過使用遠(yuǎn)程等離子體等而預(yù)先使其處于等離子體狀 態(tài)的清潔氣體也是有效的。
在該實(shí)施例中，通過使用儲存在汽化控制單元VU1的原料 罐302內(nèi)的具有式2所示的環(huán)狀有機(jī)硅氧垸結(jié)構(gòu)的原料，和儲存在汽 化控制單元VU2的原料罐302內(nèi)的具有式4所示的直鏈有機(jī)硅氧烷結(jié) 構(gòu)的原料，來形成膜。[化學(xué)式2]<formula>formula see original document page 34</formula>
<formula>formula see original document page 34</formula>7 、
其后，進(jìn)行平版印刷和各向異性蝕刻以在絕緣膜46和47 中形成布線溝槽lc和布線孔ld(圖20C)。然后，在布線溝槽lc和布線 孔ld的內(nèi)壁上形成阻擋金屬42b，并在將嵌入到布線溝槽lc和布線孔 ld內(nèi)部的阻擋金屬絕緣膜42b上沉積Cu 43b(圖20D)。隨后，進(jìn)行熱 處理以生長Cu顆粒。將熱處理溫度設(shè)定為200°C 400°C，并將其時(shí)間 設(shè)定為30秒 1小時(shí)。然后，通過使用研磨技術(shù)如CMP來除去多余的 Cu和阻擋金屬以形成含銅布線43b，然后在所述含銅布線43b表面上 形成具有高耐氧化性的改性層44b，并在其上形成阻擋絕緣膜45a(圖 20E)。
接下來，將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的半導(dǎo)體裝置。 圖21顯示了通過在含銅布線和CuOx上施加防蝕劑32之后而在N2氣 氛中進(jìn)行熱處理并通過對殘留在表面上的防蝕劑32的殘留狀態(tài)進(jìn)行熱 沉積分析而得到的質(zhì)量數(shù)78的光譜。圖22A顯示了在N2氣氛中進(jìn)行 熱處理之前的狀態(tài)，圖22B顯示了從在N2氣氛中進(jìn)行熱處理10秒之 后的結(jié)果。圖22A中在250。C點(diǎn)附近處觀察到的峰是由于防蝕劑32產(chǎn) 生的，能夠看出，當(dāng)在N2氣氛中的熱處理在25(TC以上進(jìn)行時(shí)，能夠 除去防蝕劑。圖22顯示了在25(TC點(diǎn)附近處的峰面積相對于熱處理時(shí) 間的曲線，這表明了在真空下進(jìn)行熱處理的情況相對于在N2氣氛中的 情況。在N2氣氛中，可通過進(jìn)行熱處理IO秒以上來除去防蝕劑，而 在真空下即使進(jìn)行熱處理60秒也不可能除去防蝕劑。因此，證實(shí)了N2氣氛熱處理的優(yōu)勢。
圖23顯示了在N2氣氛中進(jìn)行熱處理、照射SiH4、進(jìn)行 NH3等離子處理以在含銅布線表面上形成具有耐氧化性的改性層、然后 將高溫狀態(tài)的襯底暴露于空氣中以進(jìn)行強(qiáng)制氧化之后，薄層電阻隨 SiH4流量而變化的曲線。
當(dāng)通過在N2氣氛中的熱處理來除去防蝕劑時(shí)，極薄的CuOx膜殘留在含銅布線的最外表面上。這可抑制Si因照射SiH4而擴(kuò) 散到含銅布線內(nèi)部。認(rèn)為因此能夠抑制膜層電阻因照射SiH4而顯著增 大。同時(shí)，通過NH3等離子處理，將在含銅布線表面上累積的Si原子制成氮化物，并形成高耐氧化性的改性層。從而，能夠抑制氧擴(kuò)散入含銅布線內(nèi)部。圖24顯示了在距同一試樣表面5 nm深度處通過X射 線光電子光譜分析而得到的氧濃度結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果能夠看出，SiH4 照射抑制氧的擴(kuò)散。從SiH4流量為25 sccm的點(diǎn)處能夠證實(shí)這種效果， 能夠看出，在100 sccm以上的點(diǎn)處，完全抑制了氧化。如上所述，這 種表面處理可形成具有高耐Cu氧化性的改性層，而含銅布線的薄層電 阻僅小幅增加。
如上所述，通過照射SiH4形成了具有耐氧化性的改性層。 通過使用SiH4和NHb的混合氣，也可以在表面上形成含Cu、 Si、 N的 具有耐氧化性的改性層。
通過使用實(shí)施例5所示的方法，在以上述方式形成的具有 高耐氧化性的改性層上形成了阻擋絕緣膜。圖25顯示了通孔絕緣膜中 Cu的擴(kuò)散，其通過使用次級離子質(zhì)譜分析(SIMS分析)法而測得，所進(jìn) 行的SIMS法是關(guān)于以上述方式形成的阻擋絕緣膜的Cu擴(kuò)散阻擋特 性。經(jīng)證實(shí)，如同正常使用的SiCN阻擋的情況，抑制了Cu擴(kuò)散。此 外，圖26為顯示了以上述方式形成的阻擋絕緣膜的電流-電壓特性曲 線。經(jīng)證實(shí)，與正常SiCN阻擋的情況相比，泄漏電流更低且耐壓更高。
此外，在同一個(gè)室內(nèi)連續(xù)形成了第二阻擋絕緣膜45a、通 孔絕緣膜46、溝道絕緣膜47和硬掩模48?？赏ㄟ^變換等離子聚合的 成膜條件，使用一種單體，在同一個(gè)室內(nèi)形成所述第二阻擋絕緣膜45a、 通孔絕緣膜46、溝道絕緣膜47和硬掩模48。作為選擇，可通過變換 兩種以上單體的比例來形成所述第二絕緣膜45a、通孔絕緣膜46、溝道 絕緣膜47和硬掩模48。
使用具有式5所示的直鏈有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料來形成
阻擋絕緣膜45a。MeO —Si —CH
'CH3
(式5)將圖35所示VU1側(cè)的原料罐302內(nèi)的原料單體通過從加壓氣體供應(yīng)裝置306供應(yīng)的He氣壓出，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入汽化部件312。引入到汽化部件312的原料單體優(yōu)選為0.1 g/分鐘 10g/分鐘，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2g/分鐘以下。將原料單體在汽化部件中汽化，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入反應(yīng)室210。載氣供應(yīng)量優(yōu)選為50 sccm 5000 sccm，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2000 sccm以下。在反應(yīng)室210中，通過由高頻電源240供應(yīng)的13.56 MHz的高頻，利用等離子聚合反應(yīng)形成膜。由所述高頻電源240所供應(yīng)的功率優(yōu)選為2000 W以下，更優(yōu)選為1000 W以下。此外，成膜時(shí)反應(yīng)室210內(nèi)的壓力優(yōu)選為133 1333 Pa。通過使用具有式3所示的環(huán)狀有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料和具有式5所示的直鏈有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料，形成通孔絕緣膜46。
CH3
、0
、乂 、CH3
(式3)通過由加壓氣體供應(yīng)裝置306供應(yīng)的He氣，將圖35所示VU1側(cè)原料罐302內(nèi)由式5所示的原料單體壓出，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入汽化部件312。導(dǎo)入到汽化部件312的原料單體優(yōu)選為0.1 g/分鐘 10g/分鐘，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2g/分鐘以下。將原料單體在汽化部件312中汽化，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入混合器340。載氣供應(yīng)量優(yōu)選為50 sccm 5000 secm，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2000 sccm以下。同時(shí)，通過由加壓氣體供應(yīng)裝置306供應(yīng)的He氣，將VU2側(cè)原料罐302內(nèi)由式3所示的原料單體壓出，并將其與載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入汽化部件312中。引入到汽化部件312中的原料單體優(yōu)選為0.1 g/分鐘 10g/分鐘，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2g/分鐘以下。將原料單體在汽化部件312中汽化，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入混合器340。導(dǎo)入到混合器340中的式5所示原料單體與式3所示原料單體的混合比為1:9 9:1。將流經(jīng)混合器340之后汽化的原料單體和載氣導(dǎo)入反應(yīng)室210。在反應(yīng)室210內(nèi)，通過由高頻電源240供應(yīng)的13.56MHz的高頻，利用等離子聚合反應(yīng)形成膜。由高頻電源240供應(yīng)的功率優(yōu)選為2000 W以下，更優(yōu)選為1000 W以下。此外，成膜時(shí)反應(yīng)室210內(nèi)的壓力優(yōu)選為133 1333 Pa。使用具有式3所示的直鏈有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料來形成溝道絕緣膜47。通過由加壓氣體供應(yīng)裝置306供應(yīng)的He氣，將圖35所示VU2側(cè)原料罐302內(nèi)的原料單體壓出，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入汽化部件312中。導(dǎo)入汽化部件312中的原料單體優(yōu)選為0.1 g/分鐘 10g/分鐘，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2g/分鐘以下。將原料單體在汽化部件312中汽化，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入反應(yīng)室210中。載氣供應(yīng)量優(yōu)選為50 sccm 5000scc，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2000 sccm以下。在反應(yīng)室210內(nèi)，通過由高頻電源240供應(yīng)的13.56 MHz的高頻，利用等離子聚合反應(yīng)形成膜。由所述高頻電源240供應(yīng)的功率優(yōu)選為2000 W以下，更優(yōu)選為1000 W以下。此外，在成膜時(shí)反應(yīng)室210內(nèi)的壓力優(yōu)選為133 1333 Pa。
使用具有式5所示直鏈有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料來形成硬
掩模48。通過由加壓氣體供應(yīng)裝置306供應(yīng)的He氣，將圖35所示VU1側(cè)原料罐302內(nèi)的原料單體壓出，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入汽化部件312。導(dǎo)入汽化部件312的原料單體優(yōu)選為0.1g/分鐘 10g/分鐘，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2g/分鐘以下。將原料單體在汽化部件312中汽化，并將其與由載氣供應(yīng)罐306供應(yīng)的He氣一起導(dǎo)入反應(yīng)室210。載氣供應(yīng)量優(yōu)選為50 sccm 5000 sccm，包括兩個(gè)端值，更優(yōu)選為2000 sccm以下。在反應(yīng)室210中，通過由高頻電源240供應(yīng)的13.56 MHz的高頻，利用等離子聚合反應(yīng)形成膜。由所述高頻電源240供應(yīng)的功率優(yōu)選為2000 W以下，更優(yōu)選為1000 W以下。此外，在成膜時(shí)反應(yīng)室210內(nèi)的壓力優(yōu)選為133 1333 Pa。在同一個(gè)室內(nèi)，通過連續(xù)進(jìn)行用于阻擋絕緣膜45a、通孔絕緣膜46、溝道絕緣膜47和硬掩模48的兩個(gè)以上連續(xù)步驟來形成膜。作為選擇，可通過使用不同成膜裝置來形成那些膜。圖27顯示了通過使用X射線光電子光譜對元素分布進(jìn)行的深度方向上的分析結(jié)果。通過以這種方式在同一個(gè)室內(nèi)連續(xù)形成阻擋絕緣膜45a、通孔絕緣膜46、溝道絕緣膜47和硬掩模48，能夠減少待提供裝置的數(shù)量并預(yù)計(jì)提高產(chǎn)量。因此，可削減成本。通過圖16所示步驟制造了具有上層和下層的雙層Cu布線(含銅布線)構(gòu)型的半導(dǎo)體裝置，所述裝置呈以上述方式形成的堆疊絕緣膜結(jié)構(gòu)。比較例1
作為比較例1，通過使用典型的SiCN膜(k-4.9)作為阻擋絕緣膜，如圖36制造具有上層和下層的雙層含銅布線構(gòu)型的半導(dǎo)體裝置。使用相對介電常數(shù)為2.8的SiOCH膜作為通孔絕緣膜，并且使用相對介電常數(shù)為3.1的SiOCH膜作為硬掩模。作為溝道絕緣膜，使用相對介電常數(shù)為2.45的膜，所述膜利用具有與上述實(shí)施例5的溝道絕緣膜相同環(huán)狀有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料制成。形成各種膜，所述膜與上述實(shí)施
例5的各種膜具有相同厚度，并在相互不同的室內(nèi)形成各種膜。
比較例2
作為比較例2，通過使用典型的SiCN膜(]^4.9)作為阻擋絕緣膜，如圖36制造了具有上層和下層的雙層含銅布線構(gòu)型的半導(dǎo)體裝置。通過相同方法在同一個(gè)室內(nèi)并使用與上述實(shí)施例5相同的材料，連續(xù)形成了阻擋絕緣膜之外的膜，即通孔絕緣膜*=2.5)、溝道絕緣膜*=2.45)和硬掩模(1^=3.1)，所述膜具有相同厚度。圖36所示的表顯示了用于實(shí)施例5、比較例1和比較例2中的絕緣膜的膜特性。圖28為顯示實(shí)施例4的布線結(jié)構(gòu)中阻擋絕緣膜和通孔絕緣膜之間界面的粘合強(qiáng)度相對于通孔絕緣膜有效介電常數(shù)的圖。該圖中的參考式與圖36的表所示的那些式相對應(yīng)。證實(shí)了，即使通孔的有效介電常數(shù)低，實(shí)施例5所示結(jié)構(gòu)與比較例1的通孔(SiOCH)和阻擋(SiCN)的界面中的粘合性相比，也顯示了更高的粘合強(qiáng)度。此外證實(shí)，即使當(dāng)在作為典型阻擋的SiCN上形成通孔或溝道絕緣膜時(shí)，在此情況下通過插入用作阻擋絕緣膜的膜也能夠提高界面中的粘合性。如上所述，此處使用的阻擋絕緣膜除了具有Cu擴(kuò)散防止效果外，還具有提高粘合性的效果。圖29顯示了實(shí)施例5和比較例1中制造的布線結(jié)構(gòu)截面電子顯微鏡照片，所述布線結(jié)構(gòu)通過在干法蝕刻通孔和溝槽之后施加稀氫氟酸而進(jìn)行處理。就使用比較例1的通孔絕緣膜的結(jié)構(gòu)而言，能夠觀察到通過稀氫氟酸處理而對通孔周圍的通孔絕緣膜造成蝕刻的狀況。這是因?yàn)樵谔幚砥陂g使用氧等離子體進(jìn)行抗蝕劑灰化，受氧等離子體的影響(所謂的低k灰化損傷)，通孔絕緣膜中的C被釋放出來并轉(zhuǎn)化損傷而言，關(guān)注有效介電常數(shù)的升高以及對可靠性的影響。同時(shí)，就實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)而言，在絕緣膜中未觀察到灰化
損傷的侵蝕。實(shí)施例5將富集C的膜用于通孔絕緣膜(圖36所示的表)，因此認(rèn)為對氧等離子體具有高耐性。圖30為顯示80nm^通孔的通孔電阻分布(成品率)的圖，所述通孔得自于根據(jù)實(shí)施例5、比較例1和比較例2制造的75兆個(gè)通孔鏈圖案。所有結(jié)構(gòu)都得到了約2Q的通孔電阻電阻并且實(shí)現(xiàn)卯％以上的成品率。圖31為對根據(jù)實(shí)施例5、比較例1和比較例2制造的雙層布線結(jié)構(gòu)中不同層之間電容進(jìn)行比較的圖。就實(shí)施例5的布線結(jié)構(gòu)而言，相對于比較例l，觀察到不同層之間的電容降低了 11.7%,同時(shí)相對于比較例2降低了 6.3%。認(rèn)為這是因?yàn)橥捉^緣膜的介電常數(shù)(從]^=2.8至1^=2.5)和阻擋絕緣膜的介電常數(shù)(從1^=4.9至]^=3.1)降低的影響，以 及將具有高耐灰化損傷性能的膜用于通孔絕緣膜的影響。圖32為顯示根據(jù)實(shí)施例5、比較例1和比較例2制造的布線結(jié)構(gòu)的鄰近布線之間(IOO nm的空間)電流-電壓特性的圖。在那些結(jié)構(gòu)中，關(guān)于I-V特性沒有明顯不同，且介電擊穿場為約6 MV/cm。因此證實(shí)，獲得了充分的絕緣特性。圖33為顯示對根據(jù)實(shí)施例5、比較例1和比較例2制造的雙層布線結(jié)構(gòu)中80 nn^通孔耐電遷移性而進(jìn)行的試驗(yàn)的結(jié)果的圖。具體地，在35(TC的溫度和6MA/cn^電流密度條件下進(jìn)行試驗(yàn)。所述圖顯示了累積失效概率分布，同時(shí)以電阻升高率超過3%的時(shí)間作為失效時(shí)間。與比較例的試樣相比，證實(shí)了實(shí)施例試樣的壽命長且失效時(shí)間的變動更小。還證實(shí)了相比于其中累積失效概率變?yōu)?.1%的壽命(TO.l)，實(shí)施例試樣的耐電遷移性為5倍以上。
盡管通過參考實(shí)施例(和實(shí)施方案)對本發(fā)明進(jìn)行了描述，
但是本發(fā)明不僅限于上述那些實(shí)施例(和實(shí)施方案)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)⒍喾N變體應(yīng)用于本發(fā)明范圍內(nèi)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)中。本申請主張基于2006年12月22日提交的JP 2006-345433和2007年7月18日提交的JP 2007-186482的優(yōu)先權(quán)，且其公開內(nèi)容通過參考以完整的形式并入到本文中。
圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖2為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體裝置制造方法的制造步
驟順序的截面圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成膜裝置的示意圖，其形成由低介電
常數(shù)有機(jī)二氧化硅制成的外層阻擋絕緣膜。
圖4為顯示在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的由低介電常數(shù)有機(jī)二氧化硅制
成的外層阻擋絕緣膜上進(jìn)行的拉曼光譜分析結(jié)果的圖5顯示了描述本發(fā)明實(shí)施例的效果(耐Cu擴(kuò)散性)的圖6顯示了描述本發(fā)明實(shí)施例的效果(膜強(qiáng)度)的圖7顯示了描述本發(fā)明實(shí)施例的效果(膜粘合強(qiáng)度)的圖8顯示了說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體裝置的制造方法中
制造步驟順序的截面圖。
圖9顯示了用于描述本發(fā)明實(shí)施例2的效果(有效介電常數(shù))的圖10為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體裝置的截面圖11為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體裝置的截面圖12顯示了說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法的
截面圖13顯示了說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體裝置的制造方法的截面圖14為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖15為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖16顯示了說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的半導(dǎo)體裝置的制造方法的截面圖n顯示了說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例4的半導(dǎo)體裝置的制造方法的
截面圖18為顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的半導(dǎo)體裝置的截面圖；圖19顯示了說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法的截面圖20顯示了說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的半導(dǎo)體裝置的制造方法的截面圖21顯示了關(guān)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5在N2氣氛中進(jìn)行熱處理之前和之后防蝕劑殘留量的熱解吸分析譜圖。
圖22為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的防蝕劑殘留量相對于熱處理時(shí)間的圖23為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的薄層電阻相對于SiH4流量變化的圖24為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的距表面5 nm深度處氧氣存在
比相對于SiH4流量的圖25為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5布線結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜的Cu擴(kuò)散阻擋特性的圖26為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5布線結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜的電流-電壓特性的圖27為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5布線結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜中元素分布實(shí)例的圖28為顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的布線結(jié)構(gòu)中阻擋絕緣膜和通孔絕緣膜之間界面的粘合強(qiáng)度的圖29顯示了實(shí)施例5和比較例1中制造的布線結(jié)構(gòu)截面的電子顯微鏡照片，所述布線結(jié)構(gòu)通過在干法蝕刻通孔和溝槽之后施加稀氫氟酸而進(jìn)行處理；
圖30為顯示80 nn^通孔的通孔電阻分布(成品率)的圖，所述通孔得自于根據(jù)實(shí)施例5、比較例l和比較例2制造的75兆個(gè)通孔鏈圖案;圖31為顯示根據(jù)實(shí)施例5、比較例1和比較例2制造的雙層布線結(jié)構(gòu)中不同層之間電容分布的圖32為顯示根據(jù)實(shí)施例5、比較例1和比較例2制造的布線結(jié)構(gòu)
的鄰近布線之間(100 nm的空間)電流-電壓特性的圖33為顯示由于根據(jù)實(shí)施例5、比較例1和比較例2制造的布線
結(jié)構(gòu)中80 nn^通孔的電遷移引起的失效時(shí)間分布的圖；圖34為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的成膜裝置的示意圖；圖35為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例5的成膜裝置的示意圖；圖36為顯示用于實(shí)施例5、比較例1和比較例2中的絕緣膜的膜
特性的表；及
圖37顯示了說明根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的半導(dǎo)體裝置制造步驟的截面圖。
附圖標(biāo)記
la 絕緣膜lb絕緣膜
2a阻擋金屬
2b阻擋金屬
3aCu或Cu合金
3bCu或Cu合金
4a阻擋絕緣膜
4b阻擋絕緣膜
5a由有機(jī)二氧化硅(SiOCH構(gòu)型)制成的阻擋絕緣膜
5b由有機(jī)二氧化硅(SiOCH構(gòu)型)制成的阻擋絕緣膜
Cu表面改性層
6bCu表面改性層
金屬帽層
7b金屬帽層
11絕緣膜
12蝕刻停止膜
13布線間絕緣膜24阻擋絕緣膜(下層)
25阻擋絕緣膜(上層)
26覆蓋絕緣膜
101儲存器
102原料壓出部件
103載氣供應(yīng)部件
104液體質(zhì)量流量計(jì)
105氣體質(zhì)量流量計(jì)
106汽化器
107反應(yīng)器
108RF電源
109襯底
110排出泵
201成膜元件
203襯底加熱部件
205噴淋頭
207地線
210反應(yīng)室
220氣體供應(yīng)部件
222氣體供應(yīng)管道
224流量控制器
226閥
228清潔氣體供應(yīng)管道
230真空泵
232閥
234冷卻汽水閥
236氣體排出管道
238排泄管
240高頻電源
242匹配箱244 高頻電纜
250 等離子CVD裝置
301、 303有機(jī)硅氧烷原料
302原料罐
304加壓氣體供應(yīng)管道
306加壓氣體供應(yīng)裝置
308原料輸送管道
310液體流量控制部件
310a、310b 閥
310c液體流量控制器
312汽化部件
312a閥
312b汽化器
314載氣供應(yīng)罐
316管道
318氣體流量控制部件
318a、318b 閥
318c氣體流量控制器
320氣體排出管道
340混合
352氣體排出管道
權(quán)利要求
1.具有含銅布線的半導(dǎo)體裝置，其中所述含銅布線被阻擋絕緣膜覆蓋；以及所述阻擋絕緣膜包括含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅組分。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其中-所述阻擋絕緣膜具有單層結(jié)構(gòu)；以及所述阻擋絕緣膜由含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅形成。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述阻擋絕緣膜具有由覆蓋所述含銅布線的表面的內(nèi)層阻擋絕緣 膜和在所述內(nèi)層阻擋絕緣膜上堆疊的外層阻擋絕緣膜構(gòu)成的雙層結(jié) 構(gòu)；所述內(nèi)層阻擋絕緣膜為抑制所述含銅布線的表面氧化的氧化防止 層；以及所述阻擋絕緣膜由含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅形成。
4. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述內(nèi)層阻擋絕緣膜為 不含氧的層。
5. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu) 中包含的無定形碳兼有Sp2結(jié)構(gòu)和Sp3結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述內(nèi)層阻擋絕緣膜為 SiN、 SiCN或SiC。
7. 如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述內(nèi)層阻擋絕緣膜的 膜厚度小于5nm。
8. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述含銅布線包含作為 主要成分的銅，并在其表面上具有包含大量雜質(zhì)元素的改性層或金屬 帽層。
9. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述改性層包含選自如 下的至少一種硅(Si)、氮(N)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鉻(Cr)、鈷(Co)、 鉤(W)、鋁(A1)、錫(Sn)、錳(Mn)、鎂(Mg)和銀(Ag)。
10. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述改性層為CuSiN、 CuSi或CuN。
11. 如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述金屬帽層為 CoWP、 CoWB、 CoSnP、 CoSnB、廳或NiMoB。
12. 具有含銅布線的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括 用有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜覆蓋所述含銅布線，所述有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)包含不飽和烴和無定形碳。
13. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述含銅 布線的表面直接被所述阻擋絕緣膜覆蓋。
14. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括:用內(nèi)層阻擋絕緣膜覆蓋所述含銅布線的表面，所述內(nèi)層阻擋絕緣膜抑制所述表面的氧化；然后用外層阻擋絕緣膜覆蓋所述內(nèi)層阻擋絕緣膜，所述外層阻擋 絕緣膜具有包含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)。
15. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括: 在形成半導(dǎo)體元件的襯底上的絕緣膜上形成溝槽、孔或由溝槽和孔構(gòu)成的復(fù)合開口部；通過將含銅金屬膜嵌入到所述溝槽、孔或復(fù)合開口部而形成含銅 金屬膜；通過研磨來除去并平坦化多余的含銅金屬膜，以形成含銅布線；以及用所述有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的阻擋絕緣膜覆蓋所述含銅布線，所述 有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)包含不飽和烴和無定形碳。
16. 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中所述含銅布線的表面直接被所述阻擋絕緣膜覆蓋。
17. 如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括用內(nèi)層阻擋絕緣膜覆蓋所述含銅布線的表面，所述內(nèi)層阻擋絕緣膜抑制所述表面的氧化；然后用外層阻擋絕緣膜覆蓋所述內(nèi)層阻擋絕緣膜，所述外層阻擋 絕緣膜具有含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)。
18.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括在所述溝槽、孔或復(fù)合開口部的內(nèi)壁上形成用于防止銅擴(kuò)散的阻擋金屬膜；以及在所述阻擋金屬膜上形成所述含銅金屬膜。
19. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過使用 化合物的等離子反應(yīng)來形成有機(jī)二氧化硅膜，所述化合物具有直鏈有 機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)，并在側(cè)鏈中具有至少一種不飽和烴。
20. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過使用 原料形成有機(jī)二氧化硅膜，所述原料具有下式1所示的結(jié)構(gòu)。<formula>formula see original document page 5</formula>
21. 如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括:在形成所述阻擋絕緣膜之后，形成選自通孔層間絕緣膜、溝道層間絕 緣膜和硬掩模中的至少兩種。
22. 如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過等離 子聚合技術(shù)形成所述阻擋絕緣膜、通孔層間絕緣膜、溝道層間絕緣膜 和硬掩模。
23. 如權(quán)利要求22所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中使用選自 具有直鏈有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料和具有環(huán)狀有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原 料中的至少一種作為所述等離子聚合的原料。
24. 如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，作為所 述具有環(huán)狀有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料，使用具有下式2所示結(jié)構(gòu)的化 合物，其中R1和R2為不飽和碳化合物或飽和碳化合物。
25.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，作為所 述具有環(huán)狀有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料，使用具有下式3所示結(jié)構(gòu)的化 合物。<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 6</formula>
26.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，作為所 述具有環(huán)狀有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料，使用具有下式4所示結(jié)構(gòu)的化 合物，其中R5為不飽和碳化合物，R6、 R7、 R8為飽和碳化合物，R5 為乙烯基或芳基，R6、 R7、 R8為甲基、乙基、丙基、異丙基或丁基。<formula>formula see original document page 6</formula>
27.如權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中，作為具 有直鏈有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)的原料，使用具有下式5所示結(jié)構(gòu)的化合物。
28. 如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過等離 子CVD法或通過含選自Si、 N和C中的至少一種的復(fù)合氣體簇離子的 照射來形成SiN、 SiCN或SiC的內(nèi)層阻擋絕緣膜。
29. 如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中使用含 SiHU和選自NH3、 N2、 CH4、 C2H2或C2H4中的至少一種組分的氣體組 分作為所述復(fù)合氣體簇離子的原料氣體。MeO —Si — CHI XCH3 OMe(式5)
30. 如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中形成膜厚 度小于5 nm的所述內(nèi)層阻擋絕緣膜。
31. 如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述方法包括: 在所述含銅布線的表面上形成具有耐氧化性的改性層或金屬帽層。
32. 如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過使用 SiH4的氣體處理、使用NH3的等離子處理、使用SiH4和NH3的等離子 處理或使用SiH4和選自NH3、 N2、 CH4、 (^2112和<:2114中的至少一種的 復(fù)合氣體簇離子照射，形成所述改性層或所述金屬帽層。
33. 如權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中在同一個(gè) 室內(nèi)連續(xù)形成所述銅表面上的改性層和所述阻擋絕緣膜。
34. 如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中通過無電 鍍法形成CoWP、 CoWB、 CoSnP、 CoSnB、 NiB或NiMoB的金屬帽層。
全文摘要
本發(fā)明旨在抑制布線可靠性的劣化并降低布線的有效介電常數(shù)。具體公開了一種半導(dǎo)體裝置，其中含銅布線覆蓋有阻擋絕緣膜，所述阻擋絕緣膜包括含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅組分。即，所述含銅布線被阻擋絕緣膜覆蓋，所述阻擋絕緣膜具有含不飽和烴和無定形碳的有機(jī)二氧化硅結(jié)構(gòu)。因此，降低了布線間的電容而不會劣化所述含銅布線的可靠性，從而實(shí)現(xiàn)了具有低功率消耗的高速LSI。
文檔編號H01L23/522GK101569003SQ20078004780
公開日2009年10月28日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者伊藤文則, 山本博規(guī), 林喜宏, 植木誠, 福本能之 申請人:日本電氣株式會社