層間絕緣膜、布線結構以及它們的制造方法

專利名稱：層間絕緣膜、布線結構以及它們的制造方法
技術領域：
本發明涉及半導體元件、半導體芯片搭載基板、布線基板等的多層布線結構，特別 是層間絕緣膜的構造，另外，還涉及具有該多層布線結構的半導體裝置、布線基板、以及包 含它們的電子裝置。再者，本發明還涉及該多層布線結構的制造方法，以及具有該多層布線 結構的半導體裝置、布線基板、以及包含它們的電子裝置的制造方法。
背景技術：
至今為止，為了對半導體基板上等的多層布線結構中的布線層間進行絕緣，形成 有層間絕緣膜。在這種多層布線結構中，布線間的寄生容量及布線電阻導致的信號延遲問題變得 越來越不可忽視，逐漸要求采用具有低介電常數(Low-k)的層間絕緣膜。作為這種層間絕緣膜，碳氟膜(以下稱為"CFx膜”)由于具有極低的介電常數，可 以降低布線間的寄生容量，因此受到矚目。但CFx膜對水非常弱，密著性也差。所以，雖然 CF膜被形成在SiCN層、Si3N4或者SiO2層等的基底層上，但CF膜的底面及表面(即，膜形 成的開始和結束)上存在問題。至今為止，如特許文獻1所示，CFx膜通過等離子體處理裝置進行成膜，采用的是氟 碳氣體(稱為CFx氣體，例如C5F8氣體)。如特許文獻2所示，該CFx氣體原本是用于蝕刻的氣體，當等離子體處理溫度高 時，會出現下地層受到蝕刻而產生氟化硅(SiF4)氣體的問題。另外，還存在水分、CFx, SiF4等的氣體從成膜后的CF膜上脫離后成為污染源的問題。從特許文獻3可知，通過在隊氣氛中400°C 500°C溫度下，對成膜后的CFx膜進 行退火，成膜后的脫氣少。再者，作為基底金屬，在硅半導體上形成氧化膜、氮化膜、氧氮化膜等時，在采用稀 有氣體的等離子體處理中，采用單一的稀有氣體進行處理。在采用單一氣體的情況下，等離 子體對后處理造成的損傷小，因此可以采用與電子碰撞截面大的、等離子體的電子溫度低 的氪(Kr)氣和氙(Xe)氣(例如參考特許文獻4)。特許文獻1 特開2002-220668號公報特許文獻2 特開2002-16050號公報特許文獻3 特開平11_16四62號公報特許文獻4 特開2002-261091號公報

發明內容
因此，本發明的一個目的在于，提供一種低介電常數且不會產生CFX、SiF4等氣體 的、穩定的半導體裝置等的層間絕緣膜。另外，本發明的另一個目的在于，提供一種低介電常數且不會產生CFX、SiF4等氣 體的、穩定的半導體裝置等的層間絕緣膜的制造方法。另外，本發明的再另一個目的在于，提供一種具備低介電常數且不會產生CFx、SiF4 等氣體的、穩定的半導體裝置等的層間絕緣膜的布線結構。另外，本發明的其他目的在于，提供一種具備低介電常數且不會產生CFX、SiF4等 氣體的、穩定的半導體裝置等的層間絕緣膜的布線結構的制造方法。另外，本發明的再另一個目的在于，提供一種所述制造層間絕緣膜和所述布線結 構的方法。根據本發明的一種方式，可以獲得一種層間絕緣膜，是具備形成于基底層上的絕 緣膜的層間絕緣膜，其特征在于，有效介電常數為3以下。在此，在本發明的一種方式中，優選為在所述層間絕緣膜中，所述絕緣膜具備形 成在所述基底層上的第1碳氟膜；形成在所述第1碳氟膜上的具有比所述第1碳氟膜更低 的介電常數的第2碳氟膜。另外，在所述層間絕緣膜中，所述第1碳氟膜的厚度優選為5 10nm，所述第2碳 氟膜的厚度優選為觀0 500nm。另外，優選為所述第1及第2碳氟膜分別是低介電常數 膜。特別是所述第2碳氟膜的介電常數優選為1. 5 2. 5。再者，所述基底層優選包含形成 在基體上的SiCN層、氮化硅(Si3N4)層、SiCO層以及SiO2層中的至少一種。特別是設置所 述第1碳氟膜是為了防止與所述基底層反應而生成氟碳氣體。另外，所述第1碳氟膜可以通過CVD法形成，該CVD法中采用Xe氣或Kr氣體產生 的等離子體，所述第2碳氟膜可以通過CVD法形成，該CVD法中采用Ar氣產生的等離子體。另外，優選為對所述第2碳氟膜的表面進行氮化，所述表面的氮化膜的厚度為1 5nm,優選為2 3nm。再者，也可以具備由形成在所述絕緣膜上的Si3N4、SiCN以及SiCO中的至少一種構 成的膜。另外，根據本發明的另外一種方式，可以獲得一種成膜方法，是采用氟碳氣體和兩 種以上的不同稀有氣體，在基底層上形成碳氟膜的方法，其特征在于，具備通過采用Ar氣 以外的稀有氣體產生的等離子體，在所述基底層上形成第1碳氟膜的第1工序；和采用Ar 氣產生的等離子體，在所述第1碳氟膜上形成第2碳氟膜的第2工序。在此，在本發明的另外一種方式的所述成膜方法中，優選為將所述第1碳氟膜的 成膜厚度為5 lOnm，在其上形成厚度為觀0 500nm的第2碳氟膜。特別優選為所述第 2碳氟膜的介電常數低于第1碳氟膜。另外，優選為所述基底層包含形成在基體上的SiCN層、Si3N4層、SW2層以及SiCO 層中的至少一種。所述第1工序采用的稀有氣體優選為氣體。再者，也可以向所述稀有氣體中加入氮化性氣體及氧化性氣體中的至少一種，通 入作為反應性氣體的SiH4氣體，形成由Si3N4或SiCN以及SiCO中的至少一種構成的膜。另外，根據本發明的另外其他的方式，可以獲得一種多層布線結構的制造方法，是半導體裝置等的多層布線結構的制造方法，其特征在于，具備形成作為層間絕緣膜的至少 一部分的碳氟膜的工序；和對該碳氟膜進行退火處理的工序；和對所述碳氟膜的表面進行 氮化的工序。在本發明中，所述退火工序優選為不暴露在大氣中，而在惰性氣體中進行。另外， 所述氮化工序優選為在采用Ar氣及隊氣的等離子體中或者在采用隊氣的等離子體中進 行。此時，后者的情況下，優選在200°C以上進行，更優為在300 400°C進行。再者，優選為在所述退火工序前或工序后，設置用稀有氣體等離子體對所述碳氟 膜的表面進行照射的工序。另外，根據本發明的其他的一種方式，可以獲得一種布線機構，是具備具有形成 在基底層上的絕緣膜的層間絕緣膜；形成在所述層間絕緣膜上的接觸孔；填充在所述接觸 孔內的金屬的布線結構，其特征在于，所述層間絕緣膜的有效介電常數為3以下。在此，在本發明的其他的一種方式中，優選為所述填充在所述接觸孔內的金屬包 含銅，在所述層間絕緣膜和所述銅之間存在至少包含鎳的氟化物層的阻擋層。所述鎳的氟 化物例如可以是二氟化鎳，但并不限定于此。該鎳的氟化物，可以通過MOCVD法形成，或者 在通過PVD (Physical Vapor D印osition)法成膜后對鎳進行氟化處理而成。所述層間絕 緣膜優選為碳氟膜。另外，優選為所述絕緣膜具備形成在所述基底層上的第1碳氟膜；形成在所述第 1碳氟膜上的介電常數低于第1碳氟膜的第2碳氟膜。所述第1碳氟膜的厚度優選為5 IOnm,所述第2碳氟膜的厚度優選為280 500nm。特別是所述第2碳氟膜的介電常數優選 為1. 5 2. 5。另外，優選為所述基底層包含SiCN層、Si3N4層以及S^2層中的至少一種。 在此，設置所述第1碳氟膜的目的在于，防止因與所述基底層的反應而生成氟化硅氣體。再者，優選具備包含形成在所述碳氟膜上的Si3N4或SiCN以及SiCO中的至少一種 的膜。優選在所述第2碳氟膜的表面部分上具有受到氮化處理的膜。另外，根據本發明的另外其他的一種方式，可以獲得一種布線結構的制造方法，其 特征在于，具備采用氟碳氣體和等離子體的電子溫度低于Ar的稀有氣體，在基底層上形 成第1碳氟膜的工序；通過采用Ar氣所產生的等離子體，在所述第1碳氟膜上形成第2碳 氟膜的工序。在此，優選為所述第1碳氟膜的膜厚度被形成為5 10nm，所述第2碳氟膜的膜厚 被形成為觀0 500nm。另外，優選為所述第1及第2碳氟膜的介電常數低，特別優選將第 2碳氟膜的介電常數調整為1. 5 2. 5。另外，優選為所述基底層包含形成在基體上的SiCN層、Si3N4層、SiCO層以及SW2 層中的至少一種。所述第1工序采用的稀有氣體優選為氣。另外，也可以向所述稀有氣體中加入氮化性氣體及氧化性氣體中的至少一種，通 入作為反應性氣體的SiH4氣體，形成由Si3N4或SiCN以及SiCO中的至少一種構成的膜。另 外，優選為對所述第2碳氟膜的表面進行氮化處理。另外，在本發明的另外其他的一種方式中，優選為除了具備所述第1工序、所述第2 工序之外，還具備在所述碳氟膜上形成接觸孔的工序和向所述接觸孔中填充金屬的工序。另 外，優選為再具備形成阻擋層的工序，該阻擋層用于防止填充到所述接觸孔中的金屬的擴散。再者，根據本發明的其他方式，還可以獲得一種清洗方法，其特征在于，使減壓后的腔內產生等離子體，在設置于所述腔內的基板上形成碳氟膜后，在所述腔內通過氫氣和 氧氣的混合氣體生成等離子體，對所述腔內壁進行清洗。根據本發明，可以提供一種具備低介電常數且不會產生CFX、SiF4等氣體的、穩定 的半導體裝置等的層間絕緣膜及其制造方法。另外，根據本發明，可以提供一種具備所述層間絕緣膜的布線結構及其制造方法。再者，根據本發明，通過采用Xe氣或Kr氣的等離子體CVD處理，形成碳氟膜，不僅 可以減少SiF類氣體的脫氣，還可以防止碳氟膜的剝離。而且，以采用Ar氣的等離子體中 的CVD處理形成碳氟膜的主體部分，可以降低碳氟膜的有效介電常數。另外，根據本發明，通過對碳氟膜的表面進行氮化，不僅可以大幅降低脫氣，而且 還具有能夠防止碳氟膜上形成的絕緣膜剝離的效果。另外，根據本發明，通過在通孔或接觸孔內面上設置二氟化鎳的阻擋層，可以防止 孔內的Cu擴散到阻擋層。


圖1是表示根據現有技術的半導體裝置的層間絕緣膜構造的圖。圖2是表示根據本發明的實施例的布線結構的圖。圖3是表示用于圖2的布線結構的層間絕緣膜的構造的概略截面圖。圖4是表示根據本發明的實施例的等離子體處理裝置的概略截面圖。圖5是表示Ar等離子體、Kr等離子體、Xe等離子體的淋浴盤，和與電極之間的距 離，和與電子密度(ev)的關系的圖。圖6是表示脫氣測量實驗裝置的概略構成的圖。圖7是表示SiFx脫氣的基底依存性的圖，(a)表示在Si基底上形成的CFx膜(CFx/ Si) ； (b)表示在SiO2基底上形成的CFx膜(CFx/Si02) ； (c)表示在Si3N4基底上形成的CFx 膜(CFx/Si3N4)。圖8是表示SiF類氣體量的溫度依存性的圖。圖9是表示SiF4光譜的經時變化的圖。圖10是表示SiF類脫氣量的溫度依存性的圖，(a)、(b)分別表示在Ar中成膜和 在^中成膜時的脫氣量的溫度依存性。圖11是表示以Si為基底時的SiFx氣體量的溫度依存性的圖。圖12是表示SiFx類脫氣量的溫度依存性的圖，(a)表示在C5F8/ Xe26. 6Pa (200mTorr)下進行5秒處理和在C5F8/Xe26. 6Pa (200mTorr)條件處理后，退火后 在6Pa(200mTorr)下進行5秒處理后的CFx膜的脫氣量；(b)表示啟動Xe等離子體 處理，導入C5F8進行處理工藝(5秒)，停止導入C5F8，停止Xe等離子體處理后，進行3分鐘 AiVC5F8工藝處理，5秒Ar+N2處理后從CFx膜產生的脫氣量。圖13是表示以Si為基底時的SiFx脫氣量的溫度依存性的圖。圖14是表示在Si基底上形成120nm的CFx膜，其TDS游離氣體光譜的圖。圖15是表示在SW2基底層上形成的CF膜的退火后的CFx脫氣量的溫度依存性的 圖。圖16是表示同樣在SW2基底層上形成的CF膜的CF膜退火后的脫水量的溫度依存性的圖。圖17是表示采用圖5的裝置的Ar/N2等離子體處理后的氟碳氣體脫氣特性和熱 脫附譜(TDS)測量結果的圖。圖18是表示在Ar等離子體處理中導入C5F8，在等離子體處理中停止導入，停止Ar 等離子體處理時的CFx類脫氣量的溫度依存性的圖，(a)表示CFx脫氣的相對強度和時間的 關系；(b)表示脫水的H2O濃度(ppb/cm2)與時間的關系。圖19是表示CFx膜的脫氣量的退火溫度依存性的圖，(a)表示CF類氣體的脫氣 量；(b) H2O氣體的脫氣量。圖20是表示因CFx膜的放置時間的差異造成的各種游離氣體的光譜的圖，(a)表 示400°C退火后在大氣中放置12小時后的測量結果；(b)表示不進行退火在大氣中放置48 小時后的測量結果。圖21是表示Si類脫氣量的溫度依存性的圖，(a)表示CFx脫氣的溫度依存性；(b) 表示脫水的溫度依存性。圖22是表示表面氮化效果的圖，(a)、(b)分別表示退火后進行5秒Ar/N2等離子 體處理時的CFx脫氣效果和脫水效果。圖23是表示與圖17相同，對形成了 CFx膜的試料進行退火后，照射了 Ar/N2等 離子體的試料的化學分析光電子能譜(ESCA :Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)的測量結果。圖M是表示CFx膜脫氣量的成膜條件依存性的圖，(a)表示CF類脫氣；(b)H20類 脫氣。圖25是表示成膜400nm的CFx膜，進行退火后的Ar/N2等離子體處理時的脫氣結 果，(a)表示一般條件即無氮化的情況，(b)表示進行氮化的情況，可知通過進行Arz^2的氮 化處理，脫氣量減少。圖沈是表示在形成于Si基底上的CFx膜上，通過In-Situ形成的SiCN膜(SiCN/ CFx)的游離氣體TDS光譜的圖。圖27是表示將在200°C下成膜的CFx膜，在350°C下進行退火時的CF類的脫氣量 的溫度依存性的圖。圖28是表示表示將在200V下成膜后，在350°C下退火后，再在200V下通過Ar/ N2等離子體對表面進行氮化處理時的脫氣量的溫度依存性的圖。圖四是表示在350°C下在Si基板上形成CFx膜，不進行退火時的脫氣量的圖。圖30是表示在350°C下在Si基板上形成CFx膜，在350°C下進行退火后，在200°C 下通過Arz^2等離子體進行表面氮化處理時的脫氣量的圖。圖31是表示在400°C下在Si基板上形成CFx膜，不進行退火時的脫氣量的圖。圖32是表示表示在400°C下在Si基板上形成CFx膜，不進行退火，在400°C下時 通過Ar/隊等離子體進行表面氮化處理的脫氣量的圖。圖33的(a)及(b)是分別表示NiF2膜的形成方法及用于對比的Ni膜的形成方 法的圖。圖34的(a)及(b)是分別表示Ni膜及NiF2膜的組成的曲線圖。圖35的(a)及(b)是表示成膜50nm的Ni作為阻擋金屬層，在其上形成Cu膜時的退火前后的狀況圖。圖36的(a)及(b)是表示成膜50nm的NiF2膜作為阻擋(金屬)層時的退火前 后的Cu及Ni等的擴散圖。圖37是表示NiF2成膜后的厚度方向的元素分析結果圖。圖38是表示在NiF2層上形成Cu層后的金屬組織結構的截面SEM照片，右側的照 片是左側照片的部分擴大。圖39的(a)及(b)是表示成膜IOnm的NiF2膜作為阻擋層的樣品的相互擴散評 估結果的曲線圖，(a)是表示相互擴散試驗前(350°C退火前)的圖；(b)是表示相互擴散試 驗后(350°C退火后)的圖。符號說明
1阻擋間隙層(Barrier gap)
2第1層間絕緣膜
2aCFJ
2bCFJ
3第1粘接層
4第2層間絕緣膜
5第2粘接層
6 1硬質掩膜
7 通孔(Via Hole)
8電極
9 ―丨嘈
10布線結構
11布線導體(Cu)
12天線
13氣體導入管
14娃晶圓
21絕緣體板
22下段淋浴盤
23上段淋浴盤
24處理室
26導入管
30脫氣測量裝置
31處理室
32放電電極
33配管
34、35配管
36a,36b 配管
37a,37b真空泵
38排氣管
39箭頭40加熱爐41加熱用電熱器42光離子檢測器44質量流量控制器45箭頭46試料47導入配管48配管51閥52排氣管53閥54閥56配管57質量流量控制器58質量流量控制器59箭頭61可變容量控制閥62a、62b質量流量計
63箭頭64箭頭65配管66箭頭71阻擋間隙層72 SiOC膜
73 PAR (低介電常數Si層)
74硬質掩膜100布線結構
102等離子體處理裝置
103脫氣測量系統
具體實施例方式對本發明的實施例進行說明前，為了易于理解本發明，參考圖1對現有技術的半 導體裝置的層間絕緣膜構造進行說明。參考圖1，在現有技術的半導體裝置中，在形成有多個半導體元件的半導體基板 (未圖示)上設置的層間絕緣膜構造(僅表示布線層間的連接部分的1處)100具備由碳 化硅(SiC)等構成的阻擋間隙層71、形成在阻擋間隙層71上的含碳氧化硅(SiOC)膜72、 設在該SiOC膜72上的通(VIA)孔7、設在PAR(低介電常數硅(Si)層73)上的槽9、覆蓋 這些的由氧化硅(SiO2)構成的硬質掩膜74。在通孔7中填充有Cu等金屬，形成電極或布線8，另外在它們的上端在槽9內填充有Cu等金屬，形成有布線11。以下，參考附圖對本發明的實施例進行說明。如圖2所示，在本發明的實施例的半導體裝置中，形成有多個半導體元件的半導 體基板(未圖示)上設置的多層布線結構(僅表示布線層間的連接部分的1處)10，在由碳 氮化硅(SiCN)構成的阻擋間隙層1之上，形成有由碳氟膜(以下稱為CFx膜)構成的第1 層間絕緣膜2。貫通第1層間絕緣膜2和阻擋間隙層1形成通孔7。在該通孔7中形成有由Cu構 成的電極或者布線8。再者，在第1層間絕緣膜2上，經由SiCN構成的第1粘接層3，形成 由碳氟膜構成的第2層間絕緣膜4。再者，在第2層間絕緣膜4上，經由經由SiCN構成的第 2粘接層5，形成由氧化硅(SiO2)構成的硬質掩膜6。另外，從硬質掩膜6到層間絕緣膜2為止設有槽9，在該槽9中埋入由Cu構成的布 線導體11。此處，阻擋間隙層1及第1和第2粘接層3、5的介電常數為4. 0，但作為阻擋間隙 層1，也可以采用k小于2. 5的炭化氫，以及作為粘接層也可以采用更薄的、k = 3. 0的SiCO膜。另外，層間絕緣膜2、4由k = 2.0的碳氟(CFx)膜構成，但也可以由k = 1. 7左右 的碳氟膜形成。另外，作為硬質掩膜6采用k = 4. 0的SW2膜，但也可以采用k小于3. 0的SiCO膜。參考圖3，可知在由SiCN層構成的基底層1上，通過Xe等離子體分解C5F8氣體， CVD形成薄的CFx膜加，在其上氬(Ar)等離子體分解C5F8氣體，CVD形成厚的CFx膜2b。再者，成膜CFx膜2b后或退火后，通過向Ar氣等離子體中導入N2氣體生成的氮自 由基對CFx膜2b的表面進行氮化處理，降低CFx膜的脫氣。因此，可以消除膜的剝離，能夠 將介電常數控制在1. 7 2. 2的范圍內。參考圖4，可知微波自徑向線縫隙天線(RLSA) 12透過其下的絕緣體板21和淋浴盤 23，被放射到等離子體生成領域。該徑向線縫隙天線(RLSA) 21經絕緣體板被設置在等離子 體處理裝置102的上部上。使Xe氣或Ar氣經氣體導入管13均勻地從上段淋浴盤23吹向 等離子體生成領域，在被放射到該處的微波的作用下，等離子體受到激發。在微波激發等離子體處理裝置的擴散等離子體領域上，設有下段淋浴盤22。在此，如果將Xe、Kr或Ar氣，經導入管13導入到上段淋浴盤23，將SiH4氣體從導 入管沈導入到下段淋浴盤22，即可在基板例如晶圓14的表面上形成硅(SiO2)膜。另外，如果自上段淋浴盤23通入Kr Je或Ar氣，自下段淋浴盤22通入CxFy (C5F8、 C4F8),可以形成碳氟膜。為了進行氧化或氮化處理，只要將氧氣或隊/吐或NH3氣體從上段淋浴盤23通入 即可；氧氮化工藝的場合，只要將02/順3或02作20、02/而氣體等氧化性氣體和氮化性氣體的 混合氣體從上段淋浴盤23通入即可。被處理物的基板(例如晶圓)14被設置在處理室M內等離子體被擴散后直接照 射的位置上，被等離子體激發的氧自由基等氧化。此時，即使在處理室M內，也優選將被處 理物設置在等離子體被擴散的空間內，而非等離子體被激發的空間內。
另外，處理室31內的排氣，經未圖示的排氣孔，通過排氣管道，從通向小型泵的任 何一個流入口，被分別導向小型泵。如圖5所示，當淋浴盤和電極間的距離變為30mm以上時，電子溫度變得大致恒定， 按Ar、Kr、Xe的順序，電子溫度變低。以上的任何一種情況下，與Ar相比，Kr、Xe氣的電子溫度低時，與電子的碰撞界面 小，離子化能量也小，因此微波被照射到Xe (或Kr)氣時，等離子體的電子溫度變低，不僅可 以抑制在成膜中對形成的各種膜造成的損傷，也可以抑制C5F8氣體的蝕刻作用。參考圖6，可知脫氣測量系統103具備脫氣測量裝置30和光離子測量裝置。在光離子測量裝置的加熱爐40內部配置有樣品46。作為載氣的Ar，被質量流量 控制器44調整到IOOsccm的流量，如箭頭45所示，經導入配管47，導入到加熱爐40中。在加熱爐40中設有加熱用電熱器41和光離子檢測器42。從試料46游離出的氣 體，經設在閥53上的配管48被導入到脫氣測量裝置30的內部。此外，配管48上分叉有用 于排氣的排氣管52，該排氣管52設有閥51。在脫氣測量裝置30上設有放電電極32。另外，脫氣測量裝置30內部的氣體，與分 別設有真空泵37a、37b的配管36a、36b連通，該配管36a、36b合流后變為排氣管38，該氣體 沿箭頭39所示方向排出。另一方面，在脫氣測量裝置30內部及與其相鄰的設有放電電極 32的位置上，分別設有配管34及35，配管34經可變容量控制閥61及質量流量控制器62a， 如箭頭63所示，以eOOsccm的流量進行排氣。另一方面，配管35經質量流量控制器62b，沿 箭頭64所示方向以550sCCm流量進行排氣，兩個配管34、35合流后變為配管65，沿箭頭66 所示方向進行排氣。在長度方向上與脫氣測量裝置30的配管34部位相同的、而外周不同的位置上連 接有配管33，如箭頭59所示，該配管33設有為了以ISLM導入Ar氣的質量流量控制器58。 另外，在比配管48的排氣用配管52更下游一側上設有閥53，再在下游一側上經閥M連接 有配管56，該配管56設有為了以500sCCm導入Ar氣的質量流量控制器57。配管48被連 接在與設有脫氣測量裝置30的排氣用配管35的部位在長度方向上的相同位置，而在外周 方向上的不同位置上。接著，對本發明的實施方式的CFx成膜工藝進行詳細說明。如圖3所示，在本發明的實施方式的CFx成膜工藝中，采用圖4所示的裝置，首先 通過采用SiH4/C2H4/N2或&等的等離子體處理形成SiCN或SiCO的基底層。此外，也可以 采用有機硅烷替代硅烷氣體(SiH4)/乙烯(C2H4)。其次，用氟碳氣體作為反應氣體，通過Xe等離子體在該基底層1上形成厚度為 5 IOnm的、薄的第ICFx膜加。在此，作為反應氣體的氟碳氣體，可以采用用一般式CnF2n(但，η為2 8的整 數)，或者用CnF2n_2 (η為2 8的整數)表示的不飽和脂肪族氟化物，但優選采用用一般 式C5F8表示的碳氟化合物，該碳氟化合物包括八氟戊炔(Octafluoropentyne)、八氟戊 二烯(Octafluoropentadiene)、八氟環戊烯(Octafluorocyclopentene)、八氟甲基丁二 M (Octafluoromethylbutadiene)、7V氣甲基丁塊(Octafluoromethylbutyne)、包含氣環 丙稀(Fluorocyclopropene)或氟環丙燒(Fluorocyclopropane)的氟化碳、包含氟環丁烯 (Fluorocyclobutene)或氟環丁燒(Fluorocyclobutane)的氟化碳等。
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將Xe氣切換為Ar氣，通過用C5F8氣體作為反應性氣體的Ar等離子體，再在其上 形成厚度為380 500nm的第2CFX膜2b。通過Ar氣的等離子體進行成膜時，CFx膜的介電 常數變低，因此可以將CFx膜2的介電常數調低到1. 7 2. 2。在基板上形成碳氟膜后，可以在腔內通過氫和氧的混合氣體生成等離子體，對所 述腔內壁進行清洗。再者，成膜后或者退火后，通過Arz^2等離子體或者隊等離子體對CFx膜進行表面 氮化。由此可以減少CFx膜的脫氣。優選為在成膜后表面氮化前進行退火。在本說明書中，退火處理時無需將基板暴 露在大氣中，既可以在等離子體腔內進行處理，也可以通過其他的退火處理裝置進行。不管 在何種情況下，均采用惰性氣體氣氛，壓力可以是大氣壓，但優選在ITorr左右的減壓條件 下進行。另外，如后所述，優選在退火前或退火后，用Ar等離子體對碳氟膜進行照射。對圖2的布線結構的制造方法進行說明。如圖2所示，以阻擋間隙層1作為基底 層，形成圖3所示的第1層間絕緣膜2。通過對該第1層間絕緣膜2進行蝕刻，形成通孔7。 其次，在該通孔7的內壁上，通過PCD法對鎳進行成膜，或者通過對鎳進行氟化處理，或通過 MOCVD法直接形成鎳的氟化物膜，優選為二氟化鎳(用NiF2表示)膜，作為防止電極金屬向 層間絕緣膜擴散的阻擋層。其次，同樣形成SiCN層或含碳氧化硅(SiCN)層，作為由粘接層構成的基底層3，與 圖3所示相同，在其上形成由第1及第2CFX膜構成的層間絕緣膜4。在該層間絕緣膜4上， 再形成作為粘接用基底層3的SiCN層或SiCO層，在該基底層3上，形成作為硬質掩膜6的 SiO2 或 SiCO 層。在此，SiO2層將Ar和仏的混合氣體從圖4所示的等離子體處理裝置102的上段 淋浴盤23導入，將SiH4氣體從下段淋浴盤22導入即可。另外，SiCO層與所述的相同。其次，通過蝕刻形成槽9，在槽9的內壁面上形成未圖示的NiFJl擋層，向該槽9 中填充金屬Cu形成布線導體11，完成布線結構10。在此，對將硅化合物作為基底層1，在其上形成CFx膜時的SiFx氣體的脫除進行說 明。SiFx氣體通過在Si、SiO2, Si3N4等的層與CFx膜的界面上發生的反應而生成。下述表1所示為脫除氣體的電離電勢。如表1所示，可知SiFx的電離電勢按SiF、 SiF3、SiF2, SiF4的順序依次變高。[表1]
權利要求
1.一種電子裝置，其具有多層布線結構，其特征在于，作為所述多層布線結構的層間絕 緣膜，至少具備形成在基底層上，表面被氮化的碳氟膜。
2.根據權利要求1所述的電子裝置，其特征在于，所述基底層包含SiCN層、Si3N4層、 SiCO層以及SW2層中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的電子裝置，其特征在于，還具備形成在所述碳氟膜上的Si3N4 層、SiCN層以及SiCO層中的至少一種。
4.根據權利要求1所述的電子裝置，其特征在于，所述碳氟膜采用使用稀有氣體而產 生的等離子體CVD形成。
5.根據權利要求1所述的電子裝置，其特征在于，所述表面被氮化的部分的厚度為1 5nm0
6.根據權利要求1所述的電子裝置，其特征在于，所述表面被氮化的部分的厚度為2 3nm0
7.一種電子裝置，其具有多層布線結構，其特征在于，所述多層布線結構的層間絕緣膜 具有表面被氮化的碳氟膜和接觸孔，在所述接觸孔內填充有至少包含銅的金屬，在所述接 觸孔的側面在所述碳氟膜和所述金屬之間設有阻擋層。
8.根據權利要求7所述的電子裝置，其特征在于，所述阻擋層至少含有鎳的氟化物層。
9.一種電子裝置的制造方法，是具有多層布線結構的電子裝置的制造方法，其特征在 于，具有采用氟碳氣體和稀有氣體在基底層上形成碳氟膜的工序和對所述碳氟膜的表面進 行氮化的工序。
10.根據權利要求9所述的電子裝置的制造方法，其特征在于，所述基底層包含SiCN 層、Si3N4層、SiO2層以及SiCO層中的至少一種。
11.根據權利要求9所述的電子裝置的制造方法，其特征在于，在形成所述碳氟膜的工 序之后，具有在腔內通過氫和氧的混合氣體產生等離子體對所述腔內壁進行清洗的工序。
12.一種電子裝置的制造方法，是具有多層布線結構的電子裝置的制造方法，其特征在 于，具有作為層間絕緣膜的至少一部分形成碳氟膜的工序；對所述碳氟膜的表面進行氮化 的工序。
13.根據權利要求12所述的電子裝置的制造方法，其特征在于，所述氮化在包含N2氣 體的等離子體中進行。
14.根據權利要求12所述的電子裝置的制造方法，其特征在于，具有用稀有氣體等離 子體對所述碳氟膜的表面進行照射的工序。
15.根據權利要求12所述的電子裝置的制造方法，其特征在于，具備在所述碳氟膜上 形成接觸孔的工序；向所述接觸孔中填充金屬的工序。
16.根據權利要求12所述的電子裝置的制造方法，其特征在于，具備在所述碳氟膜上 形成接觸孔的工序；向所述接觸孔中填充至少包含銅的導電材料的工序；為了防止所述銅 的擴散而在所述接觸孔的側面上形成阻擋層的工序。
全文摘要
提供一種低介電常數且不會產生CFx、SiF4等氣體的、穩定的半導體裝置的層間絕緣膜和具備該層間絕緣膜的布線結構。在具備形成在基底層上的絕緣膜的層間絕緣膜中，所述層間絕緣膜的有效介電常數為3以下。布線結構具備層間絕緣膜和形成在層間絕緣膜上的接觸孔以及被填充在所述接觸孔內的金屬。所述絕緣膜具備形成在所述基底層上表面被氮化的碳氟膜。
文檔編號H01L21/768GK102148217SQ20101062187
公開日2011年8月10日 申請日期2006年6月20日 優先權日2005年6月20日
發明者大見忠弘 申請人:國立大學法人東北大學, 財團法人國際科學振興財團