專利名稱：具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有多層布線的半導(dǎo)體裝置的制造方法，且，尤其是涉及一種形成于布線層之間形成的絕緣膜的介電常數(shù)減少的半導(dǎo)體器件的制造方法。
近年來，已經(jīng)實現(xiàn)了帶精細結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體集成電路的進展。這種進展在帶有多層線結(jié)構(gòu)的邏輯電路的半導(dǎo)體集成電路的領(lǐng)域中，具有重要意義。由于金屬布線層之間的間隔是微小尺寸，布線電容的增加引起了電信號迅速的減少且由于串音的發(fā)生而造成的次品，即在噪聲方面，一些信號影響了另外一些信號的現(xiàn)象。由于這些，已經(jīng)對減少布線層之間形成的絕緣膜的介電常數(shù)進行了研究。
例如，在相關(guān)社會學(xué)術(shù)預(yù)印本第2版，P654，在第43期應(yīng)用物理通訊中有關(guān)于氫硅氧烷(HSQ)的介電常數(shù)的評價(26a-N-6“氫硅氧烷(HSQ)的介電常數(shù)的評價”)。在預(yù)印本的描述中，通過在減少壓力的條件下固化而形成的無機的SOG(在玻璃上旋涂)膜的特定的介電常數(shù)為2．7。然而，當(dāng)進行氧等離子體處理時，特定的介電常數(shù)提高到3．9。這是由于，如預(yù)印本中所描述的，由于在O2等離子體處理的膜中產(chǎn)生了硅-羥鍵，因此在HSQ膜中的水含量增加了。
盡管在上述預(yù)印本中沒有描述 半導(dǎo)體器件的制作過程，但應(yīng)認為按照常規(guī)的過程制作上述半導(dǎo)體。將解釋用多層布線制作半導(dǎo)體器件的常規(guī)過程。

圖1A至1F顯示了按順序制作半導(dǎo)體器件的常用方法的剖視圖。
制作半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法如圖1A所示，在硅基片(圖中未顯示)上首先形成具有約500毫微米的厚度的一第一氧化硅膜101。接著，在第一氧化硅膜101上有選擇地形成一第一鋁基金屬布線層102。然后，通過操作和退火，在第一氧化硅膜101上形成一具有約400毫微米厚度的一HSQ膜103作為低介電常數(shù)膜。此時，第一鋁基金屬布線層102的上表面涂布有HSQ膜103。在HSQ膜103上連續(xù)形成具有厚度約1400毫微米的厚度的一第二氧化硅膜104。然后，為了形成平滑的表面，通過化學(xué)機械拋光(CMP)將第二氧化硅膜104減少到約700毫微米薄。在那之后，向第二氧化硅膜104施加抗光蝕劑105。施加的抗光蝕劑105曝光并顯影，以使它具有了規(guī)定的圖形。
接下來，如圖1B顯示，使用含有碳氟化合物氣體對第二氧化硅膜104和HSQ膜103進行蝕刻且使用抗光蝕劑105作為掩膜。因此，在抗光蝕劑105的開口下形成延伸至第一鋁基金屬布線層102的一接觸孔104a。
在那之后，進行O2等離子體處理。此時，與接觸孔104a相通的HSQ膜103暴露于O2等離子體，因此在與接觸孔104a相通的HSQ膜103的表面產(chǎn)生硅一羥鍵。然后，如圖1C所示，通過剝脫溶液去除抗光蝕劑105。此時，由于與接觸孔104a相通的HSQ膜103的表面暴露于剝脫溶液，在表面上形成具有比剩余部分的水含量高的變濕部分106。
然后，如圖1D所示，在整個表面上形成作為阻擋金屬膜的氮化鈦膜107。通過敷層化學(xué)汽相淀積(CVD)方法在氮化鈦膜107上形成鎢膜108。在這種情況下，在接觸孔104a內(nèi)有時形成空隙109。
如圖1E中顯示，通過鎢腐蝕基底法去除形成在第二氧化硅膜104上的鎢膜108和氮化鈦膜107，因此只有形成在接觸孔104a內(nèi)部的鎢膜108和氮化鈦107留下未被除去。
如圖1F所示，在整個表面上形成一第二鋁基金屬布線層110。
已確定用這種常規(guī)的方法產(chǎn)生的半導(dǎo)體器件具有高的結(jié)電阻且在接觸孔104a內(nèi)產(chǎn)生了連接失效。
接下來，將闡述裝有通路一布線層的半導(dǎo)體器件的常規(guī)制作方法。圖2A至2F是顯示了按順序制作半導(dǎo)體器件的常規(guī)的方法。首先，如圖2A中顯示在硅基片(圖中未顯示)上形成許多基極層(圖中未顯示)且在基極層的上部形成具有約100毫微米厚度的氮化硅膜111。然后，通過操作和退火，在氮化硅膜111上形成具有約500毫微米厚度的HSQ膜112。在HSQ膜112上形成約100毫微米厚度的氧化硅膜113作為蓋膜。
接著，如圖2B所示，向氧化硅膜113施加抗光蝕劑膜114，然后，將它曝光并顯影以使它具有一預(yù)定的圖形。
在那之后，如圖2C中顯示，使用含碳氟化合物氣體對氧化硅膜113和HSQ膜112進行刻蝕且利用抗光蝕劑114作為掩膜。接下來，在抗光蝕劑114的開口之下形成延伸至氮化硅膜的通路112a。
然后，進行O2等離子體處理。此時，與通路112a相通的HSQ膜112的表面變性且趨向變濕。然后，如圖2D所示，用剝脫溶液去除抗光蝕劑114。此時，由于與通路112a相通的HSQ膜112的表面暴露于剝脫溶液，在表面上形成的變濕的部分115其水含量要高于剩余部分的水含量。
然后，如圖2E中所示，用金屬有機物化學(xué)氣相淀積(MOCVD)法在整個表面上形成具有約50毫微米厚度的鈦膜116作為阻擋金屬膜，隨后的步驟是通過化學(xué)汽相淀積(CVD)法在整個表面形成具有約500毫微米厚度的銅膜117。
如圖2F所示，用化學(xué)機械拋光(CMP)處理去除在氧化硅膜113上形成的銅膜117和鈦膜116，因此只有形成在通路112a內(nèi)的銅膜117和鈦膜116留下未被去除。
測得以這種方式制備的半導(dǎo)體裝置的通路布線層之間的電容。結(jié)果，測得的電容和利用普通等離子體氧化膜形成的制備的半導(dǎo)體器件的電容相同。應(yīng)認為這是由于O2等離子體處理的結(jié)果。
有時采用除HSQ膜外的一種低介電常數(shù)的膜。在半導(dǎo)體世界月刊，(1997)2月P82-84中題目為“由于碳氟化合物膜可以制備低介電常數(shù)可獲得刻蝕性能的改進，但仍存在氧等離子體的難題”的文章中描述了使用碳氟化合物作為低介電常數(shù)的膜的例子。在此已有技術(shù)中，使用由環(huán)氟樹脂和硅氧烷聚合物組成的具有介電常數(shù)為2．5或更少的碳氟化合物膜形成通孔。圖3A至圖3D顯示了按順序制作半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的剖視圖。首先，如圖3A中所示，在硅基片上(圖中未顯示)首先形成氧化硅膜121。然后，在第一氧化硅膜121上有選擇形成鋁基金屬布線層122。在整個表面上形成由氧化硅膜組成的襯膜123。接著，在襯膜123上形成氟樹脂膜124，且在氟樹脂124上形成第二氧化硅膜125。然后，向氟樹脂膜124的表面施用抗光蝕劑126，隨后進行曝光和顯影以完成抗光蝕劑126的圖案形成。
接著，如圖3B所示，使用抗光蝕劑126作為掩膜對第二氧化硅膜125，氟樹脂膜124和襯膜123進行刻蝕。結(jié)果，在抗光蝕劑126的開口下形成延伸至第一鋁基金屬布線層122的通孔124a。
然后，進行O2等離子處理。此時，與通孔124a相通的氟樹脂膜124的表面暴露于等離子體。另外，如圖3C所示，也通過剝脫溶液去除抗光蝕劑126。在這種情況，通過腐蝕使通孔124a的側(cè)壁形成象弓形似的形狀。
盡管沒有對在上述步驟之后的剩余步驟進行描述，可以預(yù)料將進行以下的步驟。如圖3D所示，在整個表面上形成氮化鈦膜129作為阻擋金屬膜及作為插塞的第二鋁基金屬布線層127。然而，由于氟樹脂膜124的腐蝕，在第二鋁基金屬布線層127內(nèi)可能形成空隙128。
通過腐蝕使通孔124a的側(cè)壁形成象弓一樣形狀的原因是氟樹脂膜124暴露于O2等離子體且隨后膜中的碳和氧起反應(yīng)以產(chǎn)生引起氟樹脂膜124分解的二氧化碳氣體。
如上所示，假如使用具有低介電常數(shù)的膜，僅可以獲得介電常數(shù)的不充分的減少。而且，仍然沒有解決在金屬層中形成空隙的難題。
本發(fā)明的目的在于提供一種制備具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，它可以減少布線層之間的電容并阻止在如接觸孔的開口處的結(jié)電阻的增加。
按照本發(fā)明的一種方式，提供一種制備具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，它包含在半導(dǎo)體基片上形成具有介電常數(shù)低于氧化硅膜的介電常數(shù)的一第一絕緣膜。該方法包含在第一絕緣膜上形成一金屬膜或一第二絕緣膜的步驟，金屬膜圖案成形或形成規(guī)定形狀的第二絕緣膜的步驟及使用金屬膜或第二絕緣膜作為掩膜在第一絕緣膜上形成一開口的步驟。具有吸濕度并在氧等離子體處理中變形并暴露于剝脫溶液的第二絕緣膜等于和少于氧化硅膜的吸濕度。
在本發(fā)明中，即使抗光蝕劑用于金屬膜或第二絕緣膜的圖案形成，進行氧等離子體處理且向施用剝脫溶液以剝脫抗光蝕劑，第一絕緣膜一點沒有暴露于氧等離子體和剝脫溶液。因此防止了由第一絕緣膜的吸濕性所引起的介電常數(shù)的升高且有效地減少了布線層之間的電容?？勺柚沽说谝唤^緣膜的變形。另外，在開口內(nèi)沒有形成空隙，因此阻止了結(jié)電阻的增加。
圖1A至1F是一種按順序制備半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的剖視圖。
圖2A至2F是另一種按順序制備半導(dǎo)體器件的常規(guī)方法的剖視圖。
圖3A至3D是按順序制備半導(dǎo)體器件的又一種常規(guī)方法的剖視圖。
圖4A至4F是本發(fā)明的第一實施例的按順序制備半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
圖5A至5F是本發(fā)明的第二實施例的按順序制備半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
圖6A至6E是本發(fā)明第三實施列的按順序制備半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
圖7A至7E是本發(fā)明的第四實施例的按順序制備半導(dǎo)體器件的剖視圖。
圖8A至8F是本發(fā)明的第五實施例的按順序制備半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
圖9A至9I是本發(fā)明的第六實施例的按順序制備半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
現(xiàn)在參照附圖，對應(yīng)本發(fā)明的實施例來詳細說明一種半導(dǎo)體器件的制造方法。圖4A至4F顯示了按本發(fā)明的第一實施例的按順序制備半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
在本實施例中，如圖4A所示，在硅基片上(圖中未顯示)形成具有厚度約500毫微米的一第一氧化硅膜1。在第一氧化硅膜1上有選擇地形成一第一鋁基金屬布線層2。通過操作和退火在第一氧化硅膜1上形成具有厚度約400毫微米的HSQ膜3作為介電常數(shù)低于氧化硅膜的介電常數(shù)的膜。此時，第一鋁基金屬布線層2的上表面涂布有HSQ膜3。在HSQ膜3上形成具有厚度如約1，400毫微米的一第二氧化硅膜4。然后，為了形成光滑的表面，通過CMP將第二氧化硅膜4的厚度減少到薄如約700毫微米。然后通過噴鍍在第二氧化硅膜4上形成具有厚度約100毫微米的硅化鎢膜5。此后，向硅化鎢膜5施用抗光蝕劑6。施用的抗光蝕劑6曝光并顯影以使它具有規(guī)定的圖案。
接下來，如圖4B所示使用抗光蝕劑6作為掩膜通過含有氯的氣體對硅化鎢膜5進行刻蝕。這使得硅化鎢膜5的開口5a形成于抗光蝕劑6的開口之下。然后，進行O2等離子體處理且抗光蝕劑暴露于剝脫溶液因此它被去除。
之后，使用硅化鎢膜5作為掩膜使用碳氟化合物氣體對第二氧化硅膜4和HSQ膜3進行刻蝕。在這種情況下，產(chǎn)生了揮發(fā)的六氟化鎢氣體或四氟化硅氣體，硅化鎢膜5的分解受到了限制。因此，如圖4c所示，在硅化鎢膜5的開口5a下面形成延伸至第一鋁基金屬布線層2的接觸孔4a。
然后，如圖4D所示，在整個表面上形成具有厚度如約50毫微米的氮化鈦膜7作為阻擋金屬膜而碳化鎢膜5仍保留。在氮化鈦膜7上連續(xù)形成具有如約500毫微米厚度的鎢膜8。
接下來，如圖4E所示，用金屬CMP(化學(xué)機械拋光)去除形成于第二氧化硅膜4上的鎢膜8，氮化鈦膜7及硅化鎢膜5。因此，只有在接觸孔4a內(nèi)部形成的鎢膜8和氮化鈦膜7留下未被去除。
如圖4F所示，在整個表面上形成第二鋁基金屬布線層9。此后，重復(fù)如上的相同處理以完成具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制作。
在此實施例中，當(dāng)進O2等離子體處理時，通過氧氣等離子體處理水含量趨于增高的HSQ膜3沒有暴露。因此避免了任何結(jié)電阻的增加且可以避免了由增加的水含量引起的HSQ膜3的介電常數(shù)的增加。
接下來，將解釋本發(fā)明的第二實施例，圖5A至5F顯示了按本發(fā)明的第二實施例的按順序制作半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
在本實施例中，如圖5A所示，在半導(dǎo)體基片(圖中未顯示)上形成下層絕緣膜11。通過操作和退火，在下層絕緣膜11上形成其介電常數(shù)低于氧化硅膜的介電常數(shù)的HSQ膜12作為夾層絕緣膜。在HSQ膜12上按這種順序沉積具有厚度如約100毫微米的氮化硅膜13和具有厚度如約400毫微米的氧化硅膜14。應(yīng)該注意到具有吸濕度并在氧等離子體處理中變形并暴露于剝脫溶液的氮化硅膜等于或低于氧化硅膜的吸濕度。然后，在氧化硅膜14上沉積抗光蝕劑15且抗光蝕劑15經(jīng)受光刻，其中在抗光蝕劑上形成通路布線圖形。
接著，如圖5B所示，使用八氟四碳(C4F8)氣體，一氧化碳氣體，和氬氣并使用抗刻蝕劑15作為掩膜，通過活性離子刻蝕(RIE)對氧化硅膜進行刻蝕。在這種情況下，氮化硅膜13和氧化硅膜14的刻蝕速率的優(yōu)選比率，也就是SiN∶SiO2設(shè)定為1∶20，因此氮化硅膜起著刻蝕阻止劑的作用。因此，形成了具有約400毫微米濃度的布線通路14a。
接著，進行氧氣等離子處理且，如圖5c所示，使用有機溶劑去除抗光蝕劑15。此時，HSQ膜12被氧化硅膜13所保護。
如圖5D所示，使用三氟甲烷(CHF3)氣體通過活性離子刻蝕(RIE)以相同的刻蝕速率對氧化硅膜14、氮化硅膜13及HSQ膜12進行深刻蝕。全部去除氧化硅膜14且同時在HSQ膜12上形成具有深度，如，約400毫微米的通路12a。
可通過以下方法進行用以形成通路12a的刻蝕。首先，氧化硅膜14和氮化硅膜13幾乎以相同的刻蝕速率刻蝕，直至氮化硅膜13穿透。然后，以比氮化硅膜13的刻蝕速率大的刻蝕速率對氧化硅膜14進行刻蝕。在這種情況下，由于HSQ膜12的刻蝕速率和氧化硅膜14相同，利用已形成圖案的氧化硅膜13作為硬掩膜對HSQ膜12進行刻蝕。當(dāng)沒有HSQ膜而形成相對于氮化硅膜14具有高選擇比率的層絕緣膜作為低介電常數(shù)的膜，形成的氮化硅膜14形成具有這樣厚度的膜以可通過在氮化硅膜13上形成的圖案徹底地去除這種膜。這種措施使其有可能通過活性離子刻蝕(RIE)對氮化硅膜13和HSQ膜12進行更加準(zhǔn)確的圖案形成。
接著，如圖5E所示，在整個表面上通過噴鍍沉積具有厚度如20毫微米的鈦膜16作為阻擋金屬膜。接著，在鈦膜16上通過噴鍍沉積具有厚度如800毫微米的鋁膜17作為布線金屬膜。
然后，如圖5F所示，通過化學(xué)機械拋光(CMP)去除形成在氮化硅膜13上的鋁膜17和鈦膜16，而僅在通路12a內(nèi)留下這些膜16、17未被除去。
在本實施例中，由于通過氧氣等離子體處理，其水含量趨于增高的HSQ膜12在氧氣等離子體處理中沒有暴露，避免了隨著水含量的增加的介電常數(shù)的升高。
同時，在本實施例中，氮化硅膜13用作絕緣膜，具有吸濕度且在氧等離子體處理中變形并暴露于剝脫溶液的絕緣膜相同或少于氧化硅膜的吸濕度。特別優(yōu)選的氮化硅膜是等離子體氮化硅膜?？梢詫⒌入x子氧化硅膜或等離子氧氮化硅膜可以用作這樣一種絕緣膜。
接著，將解釋本發(fā)明的第三實施例。圖6A至6E顯示了按本發(fā)明的第三實施例的按順序制作半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。在本實施例中，如圖6A所示，在半導(dǎo)體基片(圖中未顯示)上形成具有厚度為0．1微米厚度的一第一氧化硅膜21。通過操作和退火，在第一氧化硅膜21上形成具有厚度為0．4微米且介電常數(shù)低于氧化硅膜介電常數(shù)的HSQ膜22。在HSQ膜22上沉積具有厚度如0．05微米的一第二氧化硅膜23。另外，在第二氧化硅膜23上沉積具有厚度如0．05微米的W(鎢)膜24。接著，將抗光蝕劑25施于鎢膜24，且抗光蝕劑25經(jīng)受光刻，其中在抗光蝕劑上形成通路布線圖案。
接著，如圖6B所示，使用抗光蝕劑25作為掩膜通過干法刻蝕使鎢膜24形成圖形。此后，通過O2等離子體的拋光處理和使用有機堿溶液的處理，抗光蝕劑25脫落。此時，也去除了干法刻蝕的殘留物。在這個脫落處理中，由于HSQ膜22的表面涂布有第二氧化硅膜23，因此未被損壞。
如圖6C所示，使用鎢膜24作為掩膜在氧化膜干法刻蝕條件下，對第二氧化硅膜23和HSQ膜22進行刻蝕，直至第一氧化硅膜21曝光。這允許鑲嵌法形成通路22a。這時鑲嵌法包含在規(guī)定區(qū)域形成有一孔或一通路的絕緣膜的形成步驟及在孔或通路中安裝布線層的步驟。
接著，如圖6D所示，在整個表面上形成具有厚度如0．05微米的氮化鈦膜26作為阻擋金屬膜。接著，在氮化鈦膜26上沉積銅膜27作為金屬布線膜。
如圖6E所示，通過CMP(化學(xué)機械拋光)去除在第二氧化硅膜23上形成的氮化鈦膜26和鎢膜24，因此，只有通路22a內(nèi)形成的銅膜27和氮化鈦膜26留下來被去除。
另外，在本實施例中，由于O2等離子體處理水含量趨于增加的HSQ膜22在氧氣等離子體處理中沒有暴露，避免了隨著水含量的增加的介電常數(shù)的增加。
同時，在本發(fā)明中，解釋了使用CVD法，噴鍍法，和利用噴鍍或CVD法的鍍法用于引晶技術(shù)等等的用于埋藏銅膜27和氮化鈦膜26的方法，在這些方法中，最先優(yōu)選具有較高涂布性能和埋入性能的CVD(化學(xué)汽相淀積)法。在使用噴鍍方法時，需要在高溫回流。
而且，可以選擇氮化硅膜用作基膜而不是第一氧化硅膜21。在這種情況下，對氧化硅和氮化硅膜之間具有高選擇性干法刻蝕條件下，進行刻蝕。在較高的控制條件下在它到達基膜之前終止刻蝕。
作為第二氧化硅膜23，等離子體氧化硅膜其具有減少的水含量，且優(yōu)選使用高密度等離子體，如ECR法而形成。
另外，給出曝光的例子用以使抗光蝕劑25曝光以形成圖形，例如，I-線或G-線暴露于激發(fā)物激光，例如氟化氪(KrF)，氟化氬(ArF)對EB(電子束)曝光，且對X-射線曝光。
可以形成氮化鈦(TiN)膜或鈦膜替代鎢膜24。
接著，將解釋本發(fā)明的第四實施例。盡管在第一實施例中使用硅化鎢(WSi)膜且在第三實施例中使用鎢膜作為掩膜用以在HSQ膜上形成接觸孔或通路，可以使用氮化鈦(TiN)作為掩膜。應(yīng)該注意到，當(dāng)使用硅化鎢膜或鎢膜沒有產(chǎn)生刻蝕沉積，但當(dāng)使用氮化鈦膜(TiN)時，趨于產(chǎn)生一些刻蝕沉積。這個實施例達到了避免這種缺點的目的。圖7A至7E是按本發(fā)明第四實施例中按順序制作半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
在本實施例中，如圖7A所示，在半導(dǎo)體基片上(圖中未顯示)形成第一氧化硅膜31。通過操作和退火在第一氧化硅膜31上形成其介電常數(shù)低于氧化硅膜的一HSQ膜32。在HSQ膜32上沉積第二氧化硅膜33。另外，在第二氧化硅膜33上沉積氮化鈦(TiN)膜34且連續(xù)在氮化鈦(TiN)膜34上形成具有厚度如0．05微米的第三氧化硅膜38，在這種情況下，第三氧化硅膜38的膜的厚度最好設(shè)計成第二氧化硅膜33和HSQ膜32的厚度的總和。將抗光蝕劑35施于第三氧化硅膜38并經(jīng)受光刻其中在抗光蝕劑上通過形成圖形而形成通路一布線圖形。
接著，如圖7B所述，使用氟-型刻蝕氣體和抗光蝕劑35作為掩膜，使第三氧化硅膜38形成圖形。另外，使用氯-型刻蝕氣體并使用抗光蝕劑35作為掩膜使氮化鈦(TiN)膜34形成圖形。此后，通過O2等離子體處理等使抗光蝕劑35脫落。此時，由于HSQ膜32表面涂布有第二氧化硅33而未受到損壞。
如圖7C所示，通過含氟刻蝕氣體去除第三氧化硅膜38。此時，對刻蝕到第一氧化硅膜31程度的第二氧化硅膜33和HSQ膜32曝光。鑲嵌法形成通路32a。在本實施例中，當(dāng)對HSQ膜32刻蝕時，將氧化鈦膜34用作掩膜。然而，由于沒有直接對氮化鈦(TiN)膜34進行刻蝕，干法刻蝕沒有產(chǎn)生沉積。
接下來的生產(chǎn)步驟和第三實施例中相同。尤其是，如圖7D所示，在整個表面上沉積氮化鈦(TiN)膜并接著沉積銅膜37。
如圖7E所示，通過CMP(化學(xué)機械拋光)去除形成于第二氧化硅膜33上的銅膜37，氮化鈦(TiN)膜36，及氮化鈦(TiN)膜34，因此只有形成于通路32a內(nèi)部的銅膜37和氮化鈦膜36保留而未被去除。因此完成了鑲嵌布線。
接下去，將解釋本發(fā)明的第五實施例，在本實施例中，通過單一鑲嵌法形成一布線層且通過雙鑲嵌法形成另一個或更多個布線層。圖8A至8F顯示了接本發(fā)明第五實施例的按順序制備半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
在本實施例中，如圖8A所示，與在第三實施例中相同的方式在半導(dǎo)體基片(圖中未顯示)上形成第一氧化硅膜41，HSQ膜42，第二氧化硅膜43，一氮化鈦(TiN)膜46及一銅膜47。
接下來，如圖8B所示，通過操作和退火，在整個表面上形成介電常數(shù)低于氧化硅膜介電常數(shù)的具有如1．2微米厚度的夾層HSQ膜49。在夾層HSQ膜49上沉積具有厚度如0．05微米的第三氧化硅膜50并接著沉積具有厚度如0．05微米的鎢膜51。向鎢膜51施加第一抗光蝕劑52且在第一抗光蝕劑52上形成具有直徑如約0．3微米的塞孔的圖形。接著使用成形的第一抗光蝕劑52作為掩膜，制作鎢膜51的布線圖形。第一抗光蝕劑52脫落且通過O2等離子體處理等去除。使用鎢膜51作為掩膜對第三氧化硅膜50和層間HSQ膜49進行干法刻蝕以達到層間HSQ49刻蝕至0．7微米深度的程度，因此，形成了塞孔49a。
如圖8C所示，具有寬度為0．6微米的布線圖形的第二抗光蝕劑53形成于塞孔49a之上且在鎢膜51上形成它的附近區(qū)域。
接下來，如圖8D所示，使含有氯的刻蝕氣體并使用第二抗光蝕劑53作為掩膜制作鎢膜51的布線圖案。第三氧化硅膜50和夾層HSQ膜49連續(xù)干法刻蝕，用作掩膜，鎢膜51具有放大的開口直至夾層HSQ膜49刻蝕到0．5微米的深度。此時，已形成的塞孔49a加深并延伸至銅膜47。通過O2等離子體處理去除第二抗光蝕劑53。
如圖8E所示，在整個表面形成氮化鈦(TiN)膜54用作阻擋金屬膜且在氮化鈦膜54上形成了將作為金屬布線膜的銅膜55。
如圖8F所示，通過CMP去除在第三氧化硅膜50上的銅膜55，氮化鈦(TiN)膜54和鎢膜51，因此完成了雙鑲嵌布線結(jié)構(gòu)。
在本實施例中，盡管下布線層是銅布線層，它可以是鋁-布線層。在這種情況下，可獲得容易的精細處理且可通過干法刻蝕對鋁膜制作布線圖案。在對作為下層的鋁布線層進行處理之后，施用夾層HSQ膜帶來了平整的表面。特別是，這減少了CMP步驟。
接著，將解釋本發(fā)明的第六實施例。圖9A至9I顯示了按照本發(fā)明第六實施例按順序制作半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。在本實施例中，如圖9A所示，與和第三實施例相同的方式在半導(dǎo)體基片(未顯示)上形成第一氧化硅膜61，HSQ膜62，第二氧化硅膜63，氮化鈦(TiN)膜66和銅膜67。
接著，如圖9 B所示，施用具有介電常數(shù)低于氧化硅膜的HSQ膜，并退火且多次重復(fù)這個步驟。因此，在整個表面上形成具有厚度如1．2微米的HSQ膜69。然后在夾層HSQ膜69上沉積具有厚度為0．05微米的第三氧化硅膜70。在第三氧化硅膜70上進一步沉積具有厚度為0．05微米的氮化鈦(TiN)膜71。接著，在氮化鈦(TiN)膜71上沉積具有厚度如0．05微米的第四氧化硅膜76。
在這種情況下，第四氧化硅膜76的膜厚度，最好設(shè)計為第三氧化硅膜70和夾層HSQ膜69的總和。此后，向第四氧化硅膜76的表面施用第一抗光蝕劑77且在第一抗光蝕劑77形成具有直徑如0．3微米的塞孔的圖形。然后，使用形成圖案的第一抗光蝕劑77作為掩膜對第四氧化硅膜76制作布線圖案以達到使第四氧化硅膜76刻蝕至達0．7微米的深度的程序。此形成微孔76a。于是，第一抗光蝕劑77脫落且由O2等離子體處理等去除它。
如圖9C所示，其中具有如0．6微米寬度的布線圖形的第二抗光蝕劑78形成于微孔76a之上且在第四氧化硅膜76上形成它的附近區(qū)域。
接著，如圖9D所示，使用含氟刻蝕氣體和并使用第二抗光蝕劑78作為掩膜以對第四氧化硅膜76制作布線圖形。此時，已形成的微孔76a更加深并延伸至氮化鈦(TiN)膜71。另外，使用含氯氣體對氮化鈦膜71干法刻蝕并使用具有放大開口部分的第四氧化硅膜作掩膜。于是由O2等離子體處理等去除第二抗光蝕劑78。
如圖9E所示，使用含氟氣體并使用形成圖形的氮化鈦膜71作掩膜，連續(xù)對第三氧化硅膜70和夾層HSQ膜69進行干法刻蝕，直至層間HSQ膜69刻蝕達到0．7微米的厚度。形成這樣塞孔69a。
如圖9F所示，使用含氯氣體并使用第四氧化硅膜76作為掩膜對氮化鈦(TiN)膜進行刻蝕并制作布線圖形。
然后，如圖9G所示，使用含氟氣體對第三氧化硅膜70和夾層HSQ膜69進行刻蝕直至HSQ層膜69刻蝕至0．5微米的深度。此時，去除了第四氧化膜76，且同時，具有反向凸形狀延伸至銅膜67的通路轉(zhuǎn)移至夾層HSQ膜69，因此塞孔69a被加深。
接下來，如圖9H所示，在整個表面形成氮化鈦(TiN)膜74作為阻擋膜且在氮化鈦(TiN)膜74上形成將成為金屬布線膜的銅膜75。
如圖9I所示，通過CMP去除形成在第三氧化硅膜70上的形成銅膜75，氮化鈦(TiN)膜74和氮化鈦(TiN)膜71。完成了雙鑲嵌布線結(jié)構(gòu)。
以上的實施例中，都使用具有介電常數(shù)低于氧化硅膜的介電常數(shù)的HSQ膜。除上述膜之處，可以使用未端具有Si-H或Si-CH3的鍵合基團的多孔膜，如有機旋涂玻璃(SOG)有機膜，氟樹脂膜，非晶形氟化碳膜及聚酰亞胺膜及類似物等。
可以直接在具有低介電常數(shù)的膜上形成用于掩蔽的金屬膜。
沒有對用于布線層的金屬材料或?qū)β袢虢饘俨牧献魅魏蜗拗魄冶景l(fā)明的任何影響與這些材料無關(guān)。當(dāng)使用銅膜時，沉積氮化鈦(TiN)膜作為銅膜的基極層，通過噴鍍，CVD，或電鍍使銅膜覆以薄膜，然后去除沉積在規(guī)定區(qū)域的銅膜和氮化鈦(TiN)膜。
在使用鋁型膜情況下，如使用鋁膜，鋁-銅合金膜或鋁-硅-銅合金膜下，優(yōu)選鈦膜用作阻擋膜。
另外，用作掩膜的金屬膜的例子包括硅化鎢(WSi)膜，鎢膜，鈦膜，氮化鈦(TiN)膜和鋁膜及類似物等等。
用于去除這些金屬的方法不限于CMP，但可使用逆刻蝕法。
權(quán)利要求
1.一種制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，它包含如下步驟在半導(dǎo)體基片上形成具有其介電常數(shù)低于氧化硅膜的介電常數(shù)的第一絕緣膜；在所說的第一絕緣膜上形成第二絕緣膜，具有吸濕度且在氧等離子體處理中變形并暴露于剝脫溶液的第二絕緣膜相同或少于氧化硅膜的吸濕度；對所說的第二絕緣膜制作形成規(guī)定的形狀；且使用所說的第二絕緣膜作為掩膜在所說的第一絕緣膜上形成開口。
2.一種制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，它包含如下步驟在半導(dǎo)體基片上形成介電常數(shù)比氧化硅膜的介電常數(shù)小的一絕緣膜；在所說的絕緣膜上形成金屬膜；將所說的金屬膜制成規(guī)定形狀；使用所說的金屬膜作為掩膜，在所說的絕緣膜中形成開口。
3.按照權(quán)利要求1所說的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于進一步包含有在對所說的第一絕緣膜制作布線圖案的步驟之后，在所說的開口中埋入導(dǎo)電膜的步驟。
4.按照權(quán)利要求2所說的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，它進一步包含有在對所說的絕緣膜制作布線圖案的步驟之后，在所說的開口埋入導(dǎo)電膜的步驟。
5.按照權(quán)利要求1所說的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中所說的第一絕緣膜是從由氫硅氧烷，有機玻璃上涂布的有機物，氟樹脂，非晶形氟化碳和聚酰亞胺中組成的組中選取的絕緣材料而形成的。
6.按照權(quán)利要求1所說的具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，其中所說的第一絕緣膜是由末端具有Si-H或Si-CH3鍵合基團的多孔膜形成的。
7.按照權(quán)利要求2所說的具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，其中所說的絕緣膜是從氫硅氧烷，在玻璃上涂層的有機物，氟樹脂，非晶形氟化膜和聚酰亞胺組成的組中選取的絕緣材料形成的。
8.按照權(quán)利要求2所說的具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，其中所說的絕緣膜是終端為Si-H或Si-CH3的鍵合基團的多孔膜形成的。
9.按權(quán)利要求1所說的具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，其中所說的第二絕緣膜是從由等離子體氮化硅，等離子體氧化硅及等離子體氧氮化硅組成的組中選取的絕緣材料而形成的。
10.按權(quán)利要求2所說的具有多層布線半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，其中所說的金屬膜是從由硅化鎢，鎢，鈦，氮化鈦及鋁組成的組中選取的金屬而形成的。
11.按照權(quán)利要求2所述的具有多層布線半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，其進一步包含的步驟有在形成所說的絕緣膜的所說的步驟和形成所說的金屬膜的所說的步驟之間，所說的絕緣膜上形成氧化硅膜；且在對所說的金屬膜制作布線圖案的步驟和在所說的絕緣膜上形成所說的開口的所說的步驟之間使用所說的金屬膜作為掩膜對氧化硅膜制作布線圖案。
12.按權(quán)利要求3所說的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中埋入所說的導(dǎo)電膜包含的步驟有在所說的開口的側(cè)壁和底部上形成阻擋金屬膜。在所說的阻擋金屬膜上形成一金屬布線膜。
13.按權(quán)利要求4所說的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中埋入所說的導(dǎo)電膜的所說的步驟包含在所說的開口的側(cè)壁和底部形成阻擋金屬膜；且在所說的阻擋金屬膜上形成金屬布線膜。
14.按照權(quán)利要求12所說的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中所說的阻擋金屬膜是氮化鈦膜。
15.按照權(quán)利要求13所述的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中所說的阻擋金屬膜是氮化鈦(TiN)膜。
16.按照權(quán)利要求12所述的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中所說的金屬布線膜是從由銅，鋁，和鋁合金組成的組中選取的金屬形成的。
17.按照權(quán)利要求13所述的制造具有多層布線的半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于，其中所說的金屬布線膜是從由銅，鋁和鋁合金組成的組中選取的金屬形成所說的金屬布線膜。
18.按照權(quán)利要求2所述的具有多層布線的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，在形成所說的開口的所說步驟之后，進一步包含步驟有在整個表面上形成導(dǎo)電膜；且去除所說的金屬膜和一部分所說的導(dǎo)電膜并選擇只留下在所說的開口內(nèi)部的所說的導(dǎo)電膜。
全文摘要
在半導(dǎo)體基片上形成其介電常數(shù)低于氧化硅膜的第一絕緣膜。接著,在第一絕緣膜上形成的具有吸濕度且在氧氣等離子體處理中變形并對暴露在剝脫溶液中的金屬膜或第二絕緣膜相同或少于氧化硅膜中的吸濕度。然后,將金屬膜或第二絕緣制作成規(guī)定圖形。使用金屬膜或第二絕緣膜作為掩膜在第一絕緣膜中形成一開口。
文檔編號H01L21/033GK1204142SQ9810266
公開日1999年1月6日 申請日期1998年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月27日
發(fā)明者宇佐美達矢, 青木秀充, 土屋泰章, 山崎進也 申請人:日本電氣株式會社