半導體器件的制造方法和半導體器件的制造裝置的制作方法

專利名稱：半導體器件的制造方法和半導體器件的制造裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過蝕刻處理工序、co2等離子體處理工序等制造半導體器件的半導
體器件的制造方法和半導體器件的制造裝置。
背景技術：
以往，在半導體器件的制造工序中，通過執行對在半導體晶片等基板上形成的層 間絕緣膜等進行蝕刻的蝕刻工序、和通過使用氧等離子體或C02等離子體進行灰化處理來 除去在上述蝕刻工序中作為掩模使用的光致抗蝕劑層的灰化處理工序等一系列工序，來形 成規定的電路圖形。 另外，近年來，作為上述的層間絕緣膜，能夠使用與以往使用的SiOj莫相比介電 常數低的低介電常數絕緣膜(所謂Low-k膜)。作為這樣的低介電常數絕緣膜，一種包含 硅、碳、氧和氫的被稱為含碳的硅氧化膜等膜(以下稱為"SiCOH膜")受到了關注。由于該 SiC0H膜是相對S叫膜的比介電常數為4附近的膜，其比介電常數為2.7以下，并具有充分 的機械強度，所以作為層間絕緣膜是非常有效的膜。并且，也可以使用把SiCOH膜做成為多 孔質膜的p-SiCOH膜。 但是，上述的p-SiCOH膜等，在蝕刻工序和灰化處理工序中如果曝露在等離子體 中，則會受到損傷，導致吸濕性的上升和介電常數的上升等，由此會產生半導體器件的性能 下降和可靠性的降低等不良情況。關于造成這樣的損傷的原因，被認為是由于從低介電常 數絕緣膜中除去了碳，使介電常數上升，且使材料變得容易吸收并保持水分的緣故。
因此，公知有如下技術，在蝕刻工序和灰化處理工序之后，通過使低介電常數絕緣 膜與甲硅烷基化劑(例如TMSDMA(Dimethylaminotrimethylsilane))的蒸汽等接觸，進行 甲硅烷基化的甲硅烷基化處理，來修復低介電常數絕緣膜所受到的損傷(例如，參照專利 文獻1)。 專利文獻1 :日本特開2006-49798號公報 如上述那樣，在修復因蝕刻、灰化處理等使低介電常數絕緣膜受到損傷(吸濕性 的上升和介電常數的上升等)的情況下，例如，在通過使用了 CF4等蝕刻氣體的等離子體蝕 刻，對低介電常數絕緣膜進行蝕刻，并且在之后的蝕刻工序中對作為掩模使用的光致抗蝕 劑層，使用氧等離子體進行了灰化處理的情況下，通過上述那樣甲硅烷基化處理，可在一定 程度上修復損傷。 但是，在不使用氧等離子體，而使用C02等離子體進行了上述灰化處理工序的情況 下，即使實施甲硅烷基化處理，也存在著不能充分完成損傷的修復，使損傷的修復不充分的 問題。糾其原因，可推測是進行了使用氧等離子體的灰化處理的情況、和使用(A等離子體 進行了灰化處理的情況，低介電常數絕緣膜所受到的損傷不同。 S卩，在進行了使用氧等離子體的灰化處理的情況下，低介電常數絕緣膜所受到的 損傷主要是被氧化。而在使用(A等離子體進行了灰化處理的情況下，推測低介電常數絕 緣膜所受到的損傷不僅有氧化，而且在膜表面上形成了阻礙甲硅烷基化的皮膜(其組成部分中包含C、F、0等)。另外，在進行了使用C02等離子體的灰化處理的情況下，推測在蝕刻 時所使用的CF4等引起的F成分在膜中殘留或擴散，提高膜的極性，其結果引起吸濕，導致 介電常數上升。 另外，在進行了氧等離子體的蝕刻時，低介電常數絕緣膜所受到的損傷通過甲硅 烷基化處理可得到一定程度的修復，但由于氧等離子體的氧化力強，所以低介電常數絕緣 膜所受到的損傷不僅在其表面部分，而且還到達深層部，并且被氧化的部分密致化。因此， 希望使用氧化力更低的C02等離子體進行灰化處理，把低介電常數絕緣膜所受到的損傷限 制在表面附近。另外，關于上述那樣的起因于C02等離子體的損傷，不僅在C02等離子體灰 化處理時產生，而且在為了其他的目的，例如在等離子體蝕刻處理后進行用于除去所附著 的附著物的清潔等時，使用了 C02等離子體的情況下，與C02等離子體灰化處理的情況同樣， 也會產生的。

發明內容
本發明是針對上述以往的情況而提出的，其目的是提供一種半導體器件的制造方
法和半導體器件的制造裝置，能夠修復被曝露在co2等離子體中的低介電常數絕緣膜的吸
濕性的上升和介電常數的上升等損傷，使低介電常數絕緣膜形成良好的狀態，從而能夠實 現半導體器件中的性能提高和可靠性的提高。 本發明之1的半導體器件的制造方法，包括對在基板上形成的低介電常數絕緣膜 進行蝕刻的蝕刻處理工序、和在該蝕刻處理工序后把上述基板曝露在C02等離子體中的C02
等離子體處理工序，其特征在于，在上述co2等離子體處理工序后，進行對上述低介電常數
絕緣膜照射紫外線的紫外線處理工序。 本發明之2的半導體器件的制造方法的特征是，在本發明之1的半導體器件的制 造方法的基礎上，上述C02等離子體處理工序是用于除去在上述蝕刻處理工序中作為蝕刻 掩模使用的光致抗蝕劑層的C02等離子體灰化處理工序。 本發明之3的半導體器件的制造方法的特征是，在本發明之1的半導體器件的制 造方法的基礎上，上述C02等離子體處理工序是用于除去在上述蝕刻工序中產生的附著物 的清洗處理工序。 本發明之4的半導體器件的制造方法的特征是，在本發明之1 3的任意一種半 導體器件的制造方法的基礎上，在上述C02等離子體處理工序之后，進行使上述低介電常數 絕緣膜甲硅烷基化的甲硅烷基化處理工序。 本發明之5提供一種半導體器件的制造裝置，其特征在于，具有蝕刻處理機構，
其用于進行對在基板上形成的低介電常數絕緣膜實施蝕刻的蝕刻處理工序；C02等離子體
處理機構，其用于進行在該蝕刻處理工序后把上述基板曝露在C02等離子體中的C02等離子
體處理工序；紫外線處理機構，其用于在上述(A等離子體處理工序后，進行對上述低介電
常數絕緣膜照射紫外線的紫外線處理工序；和用于搬送上述基板的搬送機構。 本發明之6的半導體器件的制造裝置的特征是，在本發明之5的半導體器件的制
造裝置基礎上，還具有甲硅烷基化處理機構，其用于在上述紫外線處理工序之后，使上述低
介電常數絕緣膜甲硅烷基化的甲硅烷基化處理工序。 本發明之7的半導體器件的制造裝置的特征是，在本發明之6的半導體器件的制
5造裝置基礎上，上述甲硅烷基化處理機構和上述紫外線處理機構被設在同一處理室內，能 夠在同一處理室內實施紫外線處理工序和甲硅烷基化處理工序。 本發明之8的半導體器件的制造裝置的特征是，在本發明之7的半導體器件的制 造裝置基礎上，具有甲硅烷基化劑蒸汽供給機構，其用于向上述處理室內供給甲硅烷基化 劑的蒸汽；和氮氣供給機構，其與上述甲硅烷基化劑蒸汽供給機構相互獨立地用于向上述 處理室內供給氮氣。 本發明之9的半導體器件的制造裝置的特征是，在本發明之5 8中任意一種半 導體器件的制造裝置基礎上，上述搬送機構被設在真空處理室內，構成為在真空氣氛中搬 送上述基板。 本發明之IO提供一種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括在形成于基板 上的低介電常數絕緣膜的表面上形成具有規定的電路圖形的蝕刻掩模的工序；通過上述 蝕刻掩模蝕刻上述低介電常數絕緣膜，在該低介電常數絕緣膜中形成槽或孔的蝕刻處理工 序；在上述蝕刻處理工序之后，使用C02等離子體除去上述蝕刻掩模的C02等離子體處理工 序；和在上述(A等離子體處理工序之后，向上述低介電常數絕緣膜照射紫外線的紫外線處 理工序。 本發明之11的半導體器件的制造方法的特征是，在本發明之10的半導體器件的 制造方法基礎上，在上述紫外線處理工序之后，進行使上述低介電常數絕緣膜甲硅烷基化 的甲硅烷基化處理工序。 本發明之12的半導體器件的制造方法的特征是，在本發明之11的半導體器件的 制造方法基礎上，包括在上述甲硅烷基化處理工序之后，在上述槽或孔內填埋導電性金屬 的工序。 發明效果 根據本發明，可提供一種半導體器件的制造方法和半導體器件的制造裝置，能夠 修復被曝露在C02等離子體中的低介電常數絕緣膜的吸濕性的上升和介電常數的上升等損 傷，使低介電常數絕緣膜形成良好的狀態，從而能夠實現半導體器件的性能提高和可靠性 的提高。


圖1是示意地表示本發明的一個實施方式的半導體器件的制造裝置的結構的俯 視圖。 圖2是示意地表示圖1的半導體器件的制造裝置的紫外線處理單元的結構的剖面 圖。 圖3是示意地表示圖1的半導體器件的制造裝置的甲硅烷基化處理單元的結構的 剖面圖。 圖4是表示本發明的一個實施方式的半導體器件的制造方法的工序的流程圖。 圖5是用于說明圖4的工序中的晶片狀態的圖。 圖6是表示對晶片使用傅立葉變換紅外線分光光度計的分析結果的圖表。 圖7是表示低介電常數絕緣膜的介電常數的測定結果的圖表。 圖8是表示低介電常數絕緣膜的漏電流密度的測定結果的圖表。
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圖9是表示低介電常數絕緣膜的水分量的測定結果的圖表。 圖10是表示低介電常數絕緣膜的氟成分的量的測定結果的圖表。 圖11是示意地表示進行紫外線處理和甲硅烷基化處理的單元的結構的剖面圖。 圖12是形成單大馬士革構造的槽布線的工序的流程圖。 圖13是示意地表示按照圖12的工序形成的槽布線的形態變化的圖。 圖14是形成雙大馬士革構造的槽布線的工序的流程圖。 圖15是示意地表示按照圖14的工序形成的槽布線的形態變化的圖。 圖16是形成雙大馬士革構造的槽布線的工序的流程圖。 圖17是示意地表示按照圖16的工序形成的槽布線的形態變化的圖。 圖中51-蝕刻處理單元；52-灰化處理單元；53-紫外線處理單元；54-甲硅烷基
化處理單元；55-晶片搬送室；56、57_真空互鎖室；58-晶片搬入搬出室；62-晶片搬送室；
100-半導體器件的制造裝置。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發明的半導體器件的制造方法和半導體器件的制造裝置的 詳細，結合實施方式進行說明。 圖1是示意地表示本發明的一個實施方式的半導體器件的制造裝置100的結構的 俯視圖。半導體器件的制造裝置100具有用于對基板(在本實施方式中的是半導體晶片) 進行等離子體蝕刻處理的蝕刻處理單元51、進行使用C02等離子體的灰化處理的灰化處理 單元52、進行紫外線處理的紫外線處理單元53、和進行甲硅烷基化處理的甲硅烷基化處理 單元54，這些各個處理單元51 54分別與六邊形的晶片搬送室55的4個邊對應地設置。
另外，在晶片搬送室55的其他2邊分別設有真空互鎖室56、57。在這些真空互鎖 室56、57的相對晶片搬送室55的相反側設有晶片搬入搬出室58，在晶片搬入搬出室58的 相對真空互鎖室56、57的相反側設有用于安裝可收納晶片W的3個托架C的出入口 59、60、 61。 蝕刻處理單元51、灰化處理單元52、紫外線處理單元53、甲硅烷基化處理單元54 和真空互鎖室56、57，如該圖所示，通過門閥G與晶片搬送室55的各邊連接，通過開放各個 門閥G，使其與晶片搬送室55連通，通過關閉各個門閥G，阻斷與晶片搬送室55的連通。另 外，在真空互鎖室56、57的與晶片搬入搬出室58連接的部分也設有門閥G，通過開放這些門 閥G使真空互鎖室56、57與晶片搬入搬出室58連通，通過關閉這些門閥G，阻斷與晶片搬入 搬出室58的連通。 在晶片搬送室55內設有晶片搬送裝置62，用于對蝕刻處理單元51、灰化處理單元 52、紫外線處理單元53、甲硅烷基化處理單元54、和真空互鎖室56、57進行晶片W的搬入搬 出。該晶片搬送裝置62被配置在晶片搬送室55的大致中央。該晶片搬送裝置62在可旋 轉和伸縮的旋轉/伸縮部63的前端具有保持晶片W的2個托板64a、64b，這2個托板64a、 64b被相互朝向相反方向地安裝在旋轉/伸縮部63上。另外，在晶片搬送室55內，被保持 成規定的真空度。 在晶片搬入搬出室58的頂部設有未圖示的HEPA過濾器，通過了該HEPA過濾器的 清潔的空氣以下吹狀態被供給到晶片搬入搬出室58內，在大氣壓的清潔空氣氣氛中進行
7晶片W的搬入搬出。在晶片搬入搬出室58的托架C的安裝用的3個出入口 59、60、61分別
設有未圖示的閘門，在這些出入口 59、60、61上直接安裝收納了晶片W的、或空的托架C，在
安裝后，打開閘門，構成在防止外氣進入的同時與晶片搬入搬出室58連通的狀態。另外，在
晶片搬入搬出室58的側面設有校準室65，在校準室65中進行晶片W的校準。 在晶片搬入搬出室58內設有晶片搬送裝置66，用于進行晶片W相對托架C的搬
入搬出、和晶片W相對真空互鎖室56、57的搬入搬出。該晶片搬送裝置66具有多關節臂構
造，能夠沿著托架C的排列方向在導軌68上移動，把晶片W保持在其前端的機械手67上進
行搬送。晶片搬送裝置62、66的動作等、系統整體的控制是通過控制部69進行的。 上述各個處理單元中的蝕刻處理單元51和灰化處理單元52，由于是由例如通過
對設在處理室內的平行平板電極之間施加高頻電力，來產生等離子體的電容耦合型的公知
的等離子體處理裝置等構成，所以省略詳細的說明。 圖2是示意地表示上述的紫外線處理單元53的概略結構的縱剖面圖。紫外線處 理單元53具有收納晶片W的處理室31，在處理室31中，設有用于搬入搬出晶片W的開口 32。該開口 32通過上述的門閥G與晶片搬送室55連通。 在處理室31內設有在載置晶片W的同時能夠把晶片W加熱到規定的溫度的加熱 板33，在處理室31內的頂部，與該加熱板33對向地設有用于向晶片W照射紫外線的紫外線 燈34。另外，處理室31與用于將內部抽真空的排氣配管35、和用于向處理室31內供給氮 氣的氮氣供給配管36連接。由此，能夠在真空氣氛或氮氣氣氛中進行處理室31內的紫外 線照射。 圖3是示意地表示上述的甲硅烷基化處理單元54的概略構造的縱剖面圖。甲硅 烷基化處理單元54具有收納晶片W的處理室41，在處理室41內設有用于搬入搬出晶片W 的未圖示的開口 。用于搬入搬出該晶片W的開口通過上述的門閥G與晶片搬送室55連通。 在處理室41內設有加熱板42，構成為，從加熱板42周圍向處理室41內供給包含甲硅烷基 化劑、例如TMSDMA的蒸汽的氮氣。 圖3的甲硅烷基化處理單元54，雖然是把液體的TMSDMA利用汽化器43進行汽化， 然后混合在氮氣中，但也可以只向處理室41供給將TMSDMA汽化后的氣體(即TMSDMA蒸 汽)。如后述那樣，在向處理室41內供給TMSDMA時，由于處理室41內被保持為規定的真空 度，所以利用汽化器43與處理室41的壓力差，可容易地進行向處理室41的TMSDMA氣體的 導入。 加熱板42能夠在例如50°C 20(TC的范圍內進行溫度調節，在其表面上設有支撐 晶片W的銷44。由于不直接把晶片W載置在加熱板42上，所以可防止晶片W背面的污染。 在處理室41的頂部的大致中心部設有用于把被供給到處理室41內的包含TMSDMA的氮氣 排出的排氣口 47，該排氣口 47通過壓力調整裝置48，與真空泵49連接。
另外，甲硅烷基化處理單元54具有未圖示的水蒸汽供給機構，構成為能夠向處理 室41內供給包含規定濃度的水蒸汽的氮氣(或只是水蒸汽)。 當把在蝕刻處理和灰化處理中受到損傷，或成為了親水性表面的層間絕緣膜取出 到大氣中時，通過吸收水分而介電常數上升。在本實施方式的半導體制造裝置100中，在對 晶片W進行了蝕刻處理和灰化處理后，不曝露在大氣中，而通過在半導體制造裝置100內進 行損傷修復處理，可防止因吸收水分而造成的介電常數的上升。但是，在半導體制造裝置100中，蝕刻處理后的晶片W在從蝕刻處理單元51向甲硅烷基化處理單元54搬送的期間處 于真空氣氛下，因蝕刻而受到損傷的部分完全不會吸濕，因而存在著不容易發生甲硅烷基 化反應之虞。 因此，在甲硅烷基化處理單元54中，采用了能夠向處理室41內供給水蒸汽的構 造，特意地在損傷部分發生適度的吸濕反應，從而可容易地進行甲硅烷基化反應。另外，由 于如果過度進行吸濕反應，則反而會抑制甲硅烷基化反應的進行，所以為了不發生這樣的 反應抑制，必須控制水蒸汽的供給。 下面，對使用了上述半導體器件的制造裝置100的半導體器件的制造方法的實施 方式進行說明。圖4是表示本實施方式的半導體器件的制造方法的工序的流程圖，圖5是 示意地表示放大了按照圖4的工序進行處理的晶片的剖面狀態的說明圖。
如圖5(a)所示，通過涂敷或CVD等，在晶片W上的由硅等構成的底層70上形成低 介電常數絕緣膜(Low-k膜)71。并且，在該低介電常數絕緣膜71上形成光致抗蝕劑膜72， 光致抗蝕劑膜72通過曝光、顯影工序等，被做成具有規定的圖形的掩模。在該狀態下，把晶 片W搬入半導體器件的制造裝置100中。 在半導體器件的制造裝置100中，晶片W由晶片搬送室55內的晶片搬送裝置62首 先搬入到蝕刻處理單元51，在其中實施基于CF4等離子體等的蝕刻處理(圖4的工序1)。 通過該蝕刻處理，如圖5(b)所示那樣，把光致抗蝕劑膜72作為掩模，在低介電常數絕緣膜 71上形成貫通到底層70的通孔(或槽)73。這里，圖5(b)的符號71a表示經過等離子體 蝕刻在低介電常數絕緣膜71上產生的損傷部。 然后，晶片W由晶片搬送室55內的晶片搬送裝置62從蝕刻處理單元51被移送到 灰化處理單元52內。然后在該灰化處理單元52內進行基于C02等離子體的灰化處理(圖 4的工序2)。通過該灰化處理，如圖5(c)所示，除去在蝕刻處理時作為掩模使用的光致抗 蝕劑膜72。在該灰化處理工序中，在損傷部71a上也產生與蝕刻處理時不同的損傷。
然后，晶片W由晶片搬送室55內的晶片搬送裝置62，從灰化處理單元52被移送到 紫外線處理單元53內。然后，在該紫外線處理單元53內，如圖5(d)所示那樣，對晶片W(低 介電常數絕緣膜71)進行照射紫外線的紫外線處理(圖4的工序3)。基于該紫外線處理單 元53的紫外線處理，是通過一邊把晶片W加熱到例如35(TC左右， 一邊對晶片W的全體面 照射紫外線(UV)來進行。該紫外線處理即可以在真空氣氛中進行，也可以在氮氣氣氛中進 行。 然后，晶片W由晶片搬送室55內的晶片搬送裝置62從紫外線處理單元53移送到 甲硅烷基化處理單元54內。然后，在該甲硅烷基化處理單元54內，進行甲硅烷基化處理 (圖4的工序4)。基于該甲硅烷基化處理單元54的甲硅烷基化處理，如圖5(e)所示那樣， 通過把晶片W曝露在甲硅烷基化劑、例如TMSDMA的蒸汽等中來進行，甲硅烷基化處理的條 件，只要根據甲硅烷基化劑的種類進行選擇即可，例如可以在以下的范圍內適宜設定，汽化 器43的溫度室溫 50°C 、甲硅烷基化劑的流量0. 1 1. 0g/min、N2氣體(排放氣體)流
量1 10L/min、處理壓力666 95976Pa (5 720Torr)、加熱板42的溫度室溫 200。C等。 然后，在上述的甲硅烷基化處理后，晶片W由晶片搬送室55內的晶片搬送裝置62 移動到真空互鎖室56、57內，在真空互鎖室56、57內被減壓到常壓氣氛下。
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在上述的工序中，通過利用CF4等離子體等的蝕刻處理、和例如C02等離子體的灰 化處理，在低介電常數絕緣膜71上形成的通孔(或槽)73的側壁受到損傷。具體是，這樣 的損傷部與水分發生反應，成為通孔(或槽)73的側壁附近的甲基減少、氫氧基增加的狀 態，使介電常數上升。如果在通孔(或槽)73的側壁形成了這樣的損傷部的狀態下，使用金 屬材料填入通孔(或槽)73內，來形成布線，則布線間的寄生電容增大，由此而產生信號延 遲和布線相互間的絕緣性下降等問題。在圖5(b)、(c)中，雖然示意地表示了這樣的損傷部 71a，但損傷部71a與未受損傷的部分的交界，未象圖5(b)、 (c)所示那樣明確。
在本實施方式中，為了修復上述低介電常數絕緣膜71的損傷，進行基于紫外線單 元53的紫外線處理、和基于甲硅烷基化處理單元54的甲硅烷基化處理。而且，通過修復上 述的低介電常數絕緣膜71的損傷，可形成電特性優良的布線，從而可提高半導體器件的可 靠性。 另外，在上述的實施方式中，說明了使用把蝕刻處理單元51、灰化處理單元52、紫 外線處理單元53和甲硅烷基化處理單元54—體化的半導體器件的制造裝置100，用1臺裝 置進行一系列的工序的情況，但也可以分別使用獨立的裝置進行這樣的工序。另外，也可以 例如用1臺裝置只行蝕刻處理和灰化處理，使用各自獨立構成的紫外線處理裝置和甲硅烷 基化處理裝置進行紫外線處理和甲硅烷基化處理。 圖6是把根據上述實施方式進行了低介電常數絕緣膜的蝕刻處理、基于C02等離 子體的灰化處理、紫外線(UV)處理和甲硅烷基化處理的晶片與如以往那樣不進行紫外線 處理而進行低介電常數絕緣膜的蝕刻處理、基于C02等離子體的灰化處理、甲硅烷基化處 理的晶片的使用傅立葉變換紅外分光光度計進行分析的分析結果進行比較并表示該分析 結果的圖。如該圖所示，可看出，進行了紫外線處理的晶片在波數為950cm—1附近的SiOH 或SiF(圖中的1的部分)減少，在波數為1060cm—1附近的SiOH或SiF(圖中的2的部分) 增加。根據該結果，可推測出發生了縮合反應。另外，作為低介電常數絕緣膜，使用了多孔 MSQ(Methyl Silses Quioxane)。 另外，在本實施方式中，不僅有單純的縮合反應 Si-0H+Si-0H — Si-0-Si (硅氧烷骨架)+H20， 同時還發生 Si-F+SiOH — Si-0-Si+SiHF Si-F+Si-F — Si-0-Si+F2 等與縮合反應類似的反應，不僅低介電常數絕緣膜中的Si-0H成分減少，Si-F成
分同時也減少，通過大幅減少膜中的極化，可推測出低介電常數絕緣膜的特性被提高了。 圖7是按照從上到下的順序，表示了對在只進行了蝕刻處理和灰化處理的情況
下、在蝕刻處理和灰化處理后只進行了紫外線處理的情況下、在蝕刻處理和灰化處理后只
進行了甲硅烷基化處理(LKR)的情況下、和在蝕刻處理和灰化處理后進行了紫外線處理和
甲硅烷基化處理(LKR)的情況下的低介電常數絕緣膜進行了介電常數(k值)測定的測定
結果的圖。另外，進行蝕刻處理和灰化處理之前的低介電常數絕緣膜的介電常數為2.4左
右。另外，作為低介電常數絕緣膜，使用了多孔MSQ(Methyl SilsesQuioxane)。 如該圖所示，可確認出，在蝕刻處理和灰化處理后只進行了甲硅烷基化處理(LKR)
的情況下，低介電常數絕緣膜的介電常數雖然未降低，但通過進行紫外線處理，可降低低介電常數絕緣膜的介電常數。另外，在圖7所示的例(從上到下的第2個)，不進行甲硅烷基 化處理，而只通過進行紫外線處理，降低低介電常數絕緣膜的介電常數。但是，由于紫外線 處理基本上不是使膜質形成疏水化的反應，所以在之后的工序中使用了氟酸類溶液等的情 況下，通過紫外線處理而介電常數下降的部分被氟酸類溶液等溶解。因此，希望使膜表面的 疏水性成為高的狀態，因此，希望不僅進行紫外線處理，而且還進行甲硅烷基化處理(LKR)。
圖8是按照從上到下的順序，表示了對在只進行了蝕刻處理和灰化處理的情況 下、在蝕刻處理和灰化處理后只進行了紫外線處理的情況下、在蝕刻處理和灰化處理后只 進行了甲硅烷基化處理(LKR)的情況下、和在蝕刻處理和灰化處理后進行了紫外線處理和 甲硅烷基化處理(LKR)的情況下的漏電流密度進行了測定的測定結果的圖。另外，圖8中 的左側表示施加了 lMV/cm的電場的情況，右側表示施加了2MV/cm的電場的情況。另外，在 對形成在晶片全體面上的低介電常數絕緣膜進行了各個工序的處理后，在表面上通過濺射 而形成由鋁膜構成的電極，通過該電極在晶片表面和背面之間施加電壓，進行了漏電流密 度的測定和上述的介電常數的測定。另外，作為低介電常數絕緣膜，使用了多孔MSQ (Methyl SilsesQuioxane)。 如該圖所示，可確認在蝕刻處理和灰化處理后只進行了甲硅烷基化處理(LKR)的 情況下，雖然漏電流只稍微減少，但通過進行紫外線處理，可將漏電流減少1個數量級左 右。 另外，如果由于存在漏電流而造成流入電路中的電流值發生損耗，則會使消耗電 流增大。而且，漏電流流經的部位可能發生缺陷，有可能成為布線Cu向絕緣膜的擴散等，電 路隨時間老化的起點。并且，如果電流流入本來不應流入的電路中，則可能引起誤動作。基 于這些理由，希望減少漏電流。 圖9是按照從上到下的順序，表示了對在只進行了蝕刻處理和灰化處理的情況 下、在蝕刻處理和灰化處理后只進行了紫外線處理的情況下、在蝕刻處理和灰化處理后只 進行了甲硅烷基化處理(LKR)的情況下、和在蝕刻處理和灰化處理后進行了紫外線處理和 甲硅烷基化處理(LKR)的情況下的低介電常數絕緣膜的水分量，通過對使晶片W每秒升溫 rc時的釋放氣體進行基于質量分析(質量=18(H20))的測定所測定的結果的圖。另外， 作為低介電常數絕緣膜，使用了多孔MSQ(Methyl Silses Quioxane)。 如該圖所示，可確認在蝕刻處理和灰化處理后只進行了甲硅烷基化處理(LKR)的 情況下，雖然水分量只稍微減少，但通過進行紫外線處理，可將水分量減少到1/3左右。
另外，由于水分會使電荷的移動度上升，所以使布線間的漏電流增大。反之，吸濕 意味著包含電荷容易移動的膜構造。另外，由于水本身的介電常數非常高，所以使低介電常 數絕緣膜本身的介電常數上升。并且，由于水分是造成Cu等金屬布線氧化的主要原因，所 以，將使布線電阻上升，導致消耗電力增大。基于這些理由，希望減少低介電常數絕緣膜的 水分量。 圖10是按照從上到下的順序，表示了對在只進行了蝕刻處理和灰化處理的情況 下、在蝕刻處理和灰化處理后只進行了紫外線處理的情況下、在蝕刻處理和灰化處理后只 進行了甲硅烷基化處理(LKR)的情況下、和在蝕刻處理和灰化處理后進行了紫外線處理和 甲硅烷基化處理(LKR)的情況下的低介電常數絕緣膜的氟成分量，通過對使晶片W每秒升 溫rC時的釋放氣體進行基于質量分析(質量=19(F))的測定所測定的結果的圖。另外，作為低介電常數絕緣膜，使用了多孔MSQ(Methyl Silses Quioxane)。 如該圖所示，可確認在蝕刻處理和灰化處理后只進行了甲硅烷基化處理(LKR)的 情況下，雖然氟成分量未減少，但通過進行紫外線處理，可將氟成分量減少到2/3左右。
由于氟的電氣陰性度高，所以如果在低介電常數絕緣膜中殘留氟，則膜構造的極 性可能提高。因此，通過吸引水分，介電常數上升的可能性也高，使膜本身的介電常數上升 的可能性也高。而且，如果在低介電常數絕緣膜中殘留氟，則其借助大氣中或膜中的微量的 水等，隨時間變化會離子化，有可能會溶解低介電常數絕緣膜。基于這些理由，希望減少低 介電常數絕緣膜的氟成分。 圖11表示能夠在同一處理室內實施上述的紫外線處理和甲硅烷基化處理(LKR) 的紫外線處理單元53a的結構。該紫外線處理單元53a具有收納晶片W的處理室31，在處 理室31內設有用于搬入搬出晶片W的開口 32。該開口 32通過上述的門閥G與晶片搬送室 55連通。 在處理室31內，設有載置晶片W，同時能夠把晶片W加熱到規定溫度的加熱板33， 在處理室31內的頂部，與該加熱板33對向地設有用于向晶片W照射紫外線的紫外線燈34。 另外，處理室31內的頂部與用于向處理室31內供給氮氣的氮氣供給配管36連接，并且除 了氮氣供給配管36以外，處理室31內的頂部與用于向處理室31內供給甲硅烷基化劑(在 本實施方式中是TMSDMA)的蒸汽的TMSDMA蒸汽供給配管136。并且，處理室31還與用于對 內部抽真空的排氣配管35連接。 上述結構的紫外線處理單元53a能夠在真空氣氛或氮氣氣氛中進行處理室31內 的紫外線處理。并且通過在從氮氣氣體供給配管36導入氮氣的同時從TMSDMA蒸汽供給配 管136導入TMSDMA蒸汽，能夠在同一處理室31內連續進行氮氣與TMSDMA蒸汽的混合氣氛 中的甲硅烷基化處理(LKR)。 另外，由于氮氣供給配管36與TMSDMA蒸汽供給配管136相互獨立，所以，通過氮 氣供給配管36可迅速形成未混入TMSDMA蒸汽的高純度的氮氣氣氛，并且可迅速形成氮氣 和TMSDMA蒸汽的混合氣氛。由此，可縮短連續進行紫外線處理和甲硅烷基化處理(LKR)時 的處理時間。 下面，參照圖12、13，對在基于單大馬士革的布線工序中應用了本發明的實施方式 進行說明。圖12是形成單大馬士革構造的槽布線的工序的流程圖，圖13是示意地表示按 照圖12的工序形成的槽布線的形態變化的圖。 首先，準備好晶片W(未圖示晶片W本身)，該晶片W具有隔著阻擋金屬膜171形成 了下部布線(銅布線)172的絕緣膜170，并且在絕緣膜170的表面上，形成有例如SiN膜或 SiC膜等阻止膜173。然后，在該晶片W的阻止膜173上形成由低介電常數絕緣膜(例如多 孔MSQ等)構成的層間絕緣膜174(工序101、圖13(a))。 然后，在層間絕緣膜174上依次形成反射防止膜175a和抗蝕膜175b，進行曝光、顯 影處理，把抗蝕膜175b作為規定圖形的抗蝕掩模(工序102、圖13(b))。
然后，進行使用上述抗蝕掩模對層間絕緣膜174進行蝕刻的蝕刻處理，在層間絕 緣膜174中形成到達阻止膜173的通孔178a(工序103、圖13(c))。 然后，進行把反射防止膜175a和抗蝕膜175b通過灰化來除去的基于C02等離子體 的灰化處理(工序104、圖13(d))。另夕卜，在圖13(c)、圖13(d)中，符號179a表示損傷部。
12
然后，進行使通過上述的蝕刻處理和灰化處理而殘留在晶片W上的聚合物殘渣等 變性為水溶性的變性處理(工序105)，然后，進行除去變性的聚合物殘渣等的清洗處理(工 序106)。 這樣，通過蝕刻處理、灰化處理以及之后的水洗處理等，在層間絕緣膜174中形成 的通孔178a的側壁受到損傷。具體是，這樣的損傷部與水分發生反應，成為通孔178a的側 壁附近的甲基減少，氫氧基增加的狀態，使介電常數上升。由于如果在通孔178a的側壁形 成了這樣的損傷的狀態下，之后使用金屬材料填埋通孔178來形成槽布線，則布線間的寄 生電容增大，所以，將產生信號延遲和槽布線之間的絕緣性下降等問題。圖13(c)、圖13(d) 雖然示意地明確圖示了這樣的損傷部179a，但關于損傷部179a與未受損傷的部分的交界， 則如圖13(c)、圖13(d)所示那樣不明確。 然后，進行對上述的晶片W照射紫外線的紫外線處理(工序107)，然后進行甲硅烷 基化處理(工序108)。由此，層間絕緣膜174的損傷部179a其損傷得到了修復(圖13(e))。
然后，進行用于除去阻止膜173的蝕刻處理(工序109)，然后，進行用于除去蝕刻 殘渣的清洗處理(工序110、圖13(f))。 通過上述的蝕刻處理和清洗處理，在層間絕緣膜174中形成的通孔178a的側壁也 會受到損傷，而形成損傷部179b。因此，然后進行向晶片W照射紫外線的紫外線處理(工序 lll)，然后進行甲硅烷基化處理(工序112)。由此，層間絕緣膜174的損傷部179a其損傷 得到了修復(圖13(g))。這樣，即使在不進行基于(A等離子體的灰化處理等，而只進行了 層間絕緣膜174的蝕刻處理的情況下，為了修復損傷，也可以進行紫外線處理和甲硅烷基 化處理。而且，在這種情況下，也可以不進行紫外線處理而只進行甲硅烷基化處理。
然后，在通孔178a的內壁上形成阻擋金屬膜和Cu種子層(即種子鍍層)(工序 113)。然后，通過電解鍍在通孔178a中填埋銅等金屬176(工序114)。然后，通過對晶片W 實施熱處理，對被埋入通孔178a內的金屬176進行退火處理，然后進行基于CMP法的平坦 化處理(工序115、圖13(h))。 根據這樣的槽布線的形成方法，即使在通過蝕刻、灰化、清洗使形成在層間絕緣膜 174中的通孔178a的側壁受到了損傷的情況下，也能夠通過紫外線處理和甲硅烷基化處理 使該損傷部的損傷得到修復。由此，由于可形成電特性優良的槽布線，所以可提高半導體器 件的可靠性。 在上述說明中，說明了在完成了清洗處理后進行紫外線處理和甲硅烷基化處理的 情況，但在通過規定的處理，在層間絕緣膜174中產生了損傷的情況下或有可能產生損傷 的情況下，也可以在每次進行了該處理后進行紫外線處理和甲硅烷基化處理。例如希望在 清洗處理后，或取代清洗處理，在工序104的灰化處理后直接進行紫外線處理和甲硅烷基 化處理。 下面，參照圖14、15，對在形成在晶片W上的層間絕緣膜中形成槽布線的其他方法 進行說明。圖14是表示形成雙大馬士革構造的槽布線的工序的流程圖，圖15是示意地表 示按照圖14的工序形成的槽布線的形態變化的圖。 首先，準備好晶片W(未圖示晶片W本身)，該晶片W具有隔著阻擋金屬膜171形成 了下部布線(銅布線)172的絕緣膜170，并且在絕緣膜170的表面上，形成有例如SiN膜 或SiC膜等阻止膜173。在該晶片W的阻止膜173上形成由低介電常數絕緣膜(例如多孔
13MSQ等)構成的層間絕緣膜174(工序201、圖15(a))。 然后，在所形成的層間絕緣膜174上依次形成反射防止膜175a和抗蝕膜175b。然 后，以規定的圖形對抗蝕膜175b進行曝光、顯影，形成抗蝕掩模(工序202、圖15(b))。
然后，把抗蝕掩模175b作為蝕刻掩模進行蝕刻處理，形成到達阻止膜173的通孔 178a(工序203、圖15(c))。另外，在圖15(c)中，179a表示經過蝕刻處理而生成的損傷部。
然后，通過基于C02等離子體的灰化處理，除去抗蝕膜175b和反射防止膜175a(工 序204)，然后，進行除去在之前的蝕刻處理和灰化處理中生成的聚合物殘渣等的清洗處理 (工序205)。 然后，進行向晶片W照射紫外線的紫外線處理(工序206)，接下來進行甲硅烷基 化處理(工序207)，通過這些處理，使層間絕緣膜174的損傷部179a的損傷得到修復(圖 15(d))。 然后，在層間絕緣膜174的表面上形成保護膜181 (工序208)，在該保護膜181上 依次形成反射防止膜182a和抗蝕膜182b，以規定的圖形對抗蝕膜進行曝光、顯影，把抗蝕 膜182b做成規定圖形的抗蝕掩模(工序209、圖15(e))。另外，可通過旋涂規定的藥液來 形成保護膜181。另外，保護膜181不是必需的，也可以在層間絕緣膜174上直接形成反射 防止膜182a和抗蝕膜182b 。 然后，根據由抗蝕膜182b構成的抗蝕掩模進行蝕刻處理，從而在層間絕緣膜174 中形成溝槽178b (工序210、圖15 (f))，然后，通過基于C02等離子體的灰化處理，除去抗蝕 膜182b和反射防止膜182a(工序211)。圖15(f)中所示的符號179b是經過工序210的蝕 刻處理而產生的損傷部。 然后，進行除去在之前的蝕刻處理和灰化處理中生成的聚合物殘渣和保護膜181 等的清洗處理(工序212)。然后，進行向晶片W照射紫外線的紫外線處理(工序213)，接 下來進行甲硅烷基化處理(工序214)，通過這些處理，使層間絕緣膜174的損傷部179b的 損傷得到修復(圖15(g))。 接下來，進行用于除去阻止膜173的蝕刻處理和除去其殘渣的處理(工序215)。 然后進行向晶片W照射紫外線的紫外線處理(工序216)，接下來進行甲硅烷基化處理(工 序217)，通過這些處理，使在蝕刻處理等中形成在通孔178a和溝槽178b上的損傷部從其損 傷中得到修復(圖15(h))。該圖15(h)表示甲硅烷基化處理后的狀態。
然后，在通孔178a和溝槽178b的內壁上形成阻擋金屬膜和Cu種子層，然后，通過 電解鍍在通孔178a和溝槽178b中填埋銅等金屬176，形成導電柱，通過對晶片W實施熱處 理，對被埋入通孔178a和溝槽178b內的金屬176進行退火處理，并且進一步進行基于CMP 法的平坦化處理(工序218、圖15(i))。 下面，參照圖16、17，對在形成在晶片W上的層間絕緣膜中形成槽布線的另一其他 方法進行說明。圖16是表示形成雙大馬士革構造的槽布線的其他工序的流程圖，圖17是 示意地表示按照圖16的工序形成的槽布線的形態變化的圖。 首先，準備好晶片W(未圖示晶片W本身)，該晶片W具有隔著阻擋金屬膜171形成 了下部布線(銅布線)172的絕緣膜170，并且在絕緣膜170的表面上，形成有例如SiN膜或 SiC膜等阻止膜173。在該晶片W的阻止膜173上依次形成由低介電常數絕緣膜(例如多 孔質MSQ等)構成的層間絕緣膜174、硬掩模層186、反射防止膜187a和抗蝕膜187b，抗蝕膜187b以規定的圖形曝光、顯影，形成抗蝕劑掩模(工序301、圖17(a))。 然后，把抗蝕膜187b作為蝕刻掩模進行蝕刻處理(工序302)，對硬掩模層186實
施圖形化，然后，除去抗蝕膜187b和反射防止膜187a(工序303、圖17(b))。 然后，在硬掩模層186上依次形成反射防止膜188a和抗蝕膜188b，以規定的圖形
對抗蝕膜188b進行曝光、顯影，形成抗蝕掩模(工序304、圖17 (c))。 然后，使用由抗蝕膜188b構成的抗蝕掩模形成到達阻止膜173的通孔178a(工序 305、圖17(d))。然后，通過基于(A等離子體的灰化處理，除去抗蝕膜188b和反射防止膜 188a并且進一步進行聚合物殘渣等的除去/清洗處理(工序306、圖17(e))。
在上述工序306的灰化處理和聚合物殘渣等的除去/清洗處理后，在層間絕緣膜 174中產生了損傷部的情況下，也可以在其后進行紫外線處理和甲硅烷基化處理。
在完成了工序306后，由于成為露出了形成有規定圖形的硬掩模層186的狀態，所 以把硬掩模層186作為蝕刻掩模，進行蝕刻處理(工序307)，形成溝槽178b。此時，在層間 絕緣膜174上產生了損傷部的情況下，也可以立即進行紫外線處理和甲硅烷基化處理。
接下來，通過基于C02等離子體的灰化處理或藥液處理，除去硬掩模層186(工序 308、圖17(f))。例如，在該硬掩模層186的除去處理后進行紫外線處理和甲硅烷基化處理 (工序309)，由此，可以在工序308之前使在層間絕緣膜174上產生的損傷部的損傷得到修 復。另外，圖17(f)表示損傷修復后的狀態。 然后，在進行了用于除去阻止膜173的蝕刻處理和殘渣除去/清洗處理后(工序 310、圖17(g))，為了使經過該蝕刻處理等而形成在通孔178a和溝槽178b上的損傷部(未 圖示)從其損傷中得到修復，再次進行紫外線處理和甲硅烷基化處理(工序311)。
接下來，在通孔178a和溝槽178b的內壁上形成阻擋金屬膜和Cu種子層，然后，通 過電解鍍在通孔178a和溝槽178b中填埋銅等金屬176，形成導電柱，進一步通過對晶片W 實施熱處理，對被埋入通孔178a和溝槽178b內的金屬176進行退火處理，并進行基于CMP 法的平坦化處理(工序312、圖17(h))。 以上，結合各個實施方式，對本發明的詳細內容進行了說明，但很顯然，本發明不 限于上述的各個實施方式，可以有各種變形。
權利要求
一種半導體器件的制造方法，包括對在基板上形成的低介電常數絕緣膜進行蝕刻的蝕刻處理工序、和在該蝕刻處理工序后把上述基板曝露在CO2等離子體中的CO2等離子體處理工序，其特征在于，在上述CO2等離子體處理工序后，進行對上述低介電常數絕緣膜照射紫外線的紫外線處理工序。
2. 根據權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，上述C02等離子體處理工序是用于除去在上述蝕刻處理工序中作為蝕刻掩模使用的光 致抗蝕劑層的C02等離子體灰化處理工序。
3. 根據權利要求1所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，上述C02等離子體處理工序是用于除去在上述蝕刻工序中產生的附著物的清洗處理工序。
4. 根據權利要求1 3中任意一項所述的半導體器件的制造方法，其特征在于， 在上述C02等離子體處理工序之后，進行使上述低介電常數絕緣膜甲硅烷基化的甲硅烷基化處理工序。
5. —種半導體器件的制造裝置，其特征在于，具有蝕刻處理機構，其用于進行對在基板上形成的低介電常數絕緣膜實施蝕刻的蝕刻處理 工序；C02等離子體處理機構，其用于進行在該蝕刻處理工序后把上述基板曝露在C02等離子 體中的C02等離子體處理工序；紫外線處理機構，其用于在上述(A等離子體處理工序后，進行對上述低介電常數絕緣 膜照射紫外線的紫外線處理工序；禾口用于搬送上述基板的搬送機構。
6. 根據權利要求5所述的半導體器件的制造裝置，其特征在于，還具有甲硅烷基化處理機構，該甲硅烷基化處理機構用于在上述紫外線處理工序之 后，進行使上述低介電常數絕緣膜甲硅烷基化的甲硅烷基化處理工序。
7. 根據權利要求6所述的半導體器件的制造裝置，其特征在于，上述甲硅烷基化處理機構和上述紫外線處理機構被設在同一處理室內，能夠在同一處 理室內實施紫外線處理工序和甲硅烷基化處理工序。
8. 根據權利要求7所述的半導體器件的制造裝置，其特征在于，具有甲硅烷基化劑蒸汽供給機構，其用于向上述處理室內供給甲硅烷基化劑的蒸汽；和氮氣供給機構，其與上述甲硅烷基化劑蒸汽供給機構相互獨立，用于向上述處理室內 供給氮氣。
9. 根據權利要求5 8中任意一項所述的半導體器件的制造裝置，其特征在于， 上述搬送機構被設在真空處理室內，構成為在真空氣氛中搬送上述基板。
10. —種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括在形成于基板上的低介電常數絕緣膜的表面上形成具有規定的電路圖形的蝕刻掩模 的工序；通過上述蝕刻掩模蝕刻上述低介電常數絕緣膜，在該低介電常數絕緣膜中形成槽或孔的蝕刻處理工序；在上述蝕刻處理工序之后，使用C02等離子體除去上述蝕刻掩模的C02等離子體處理工 序；和在上述(A等離子體處理工序之后，向上述低介電常數絕緣膜照射紫外線的紫外線處理工序。
11. 根據權利要求io所述的半導體器件的制造方法，其特征在于，在上述紫外線處理工序之后，進行使上述低介電常數絕緣膜甲硅烷基化的甲硅烷基化 處理工序。
12. 根據權利要求11所述的半導體器件的制造方法，其特征在于， 包括在上述甲硅烷基化處理工序之后，在上述槽或孔內填埋導電性金屬的工序。
全文摘要
本發明提供一種半導體器件的制造方法以及半導體器件的制造裝置，能夠修復被曝露在CO2等離子體中的低介電常數絕緣膜的損傷，使低介電常數絕緣膜成為良好的狀態，從而可提高半導體器件的性能和可靠性。本發明的半導體器件的制造方法包括對在基板上形成的低介電常數絕緣膜進行蝕刻的蝕刻處理工序；在該蝕刻處理工序后把基板曝露在CO2等離子體中的CO2等離子體處理工序；和在CO2等離子體處理工序后，對低介電常數絕緣膜照射紫外線的紫外線處理工序。
文檔編號H01L21/3105GK101728320SQ200910206078
公開日2010年6月9日 申請日期2009年10月20日 優先權日2008年10月21日
發明者淺子龍一, 田原慈, 白石豪介 申請人:東京毅力科創株式會社