专利名称：沉积方法与半导体器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种沉积方法及一种半导体器件，特别涉及一种用于形成绝缘膜的沉积方法及上面形成有绝缘膜的半导体器件，该绝缘膜覆盖主要由铜膜制成的布线并具有低介电常数。
背景技术：
近年来，随着半导体集成电路器件的更高集成度和更高密度，要求更高的数据传输速度，并且需要具有小RC延迟时间的多层布线结构。为了获得这种多层布线结构，主要由电阻小的铜制成的布线用作导线，并且具有低介电常数的绝缘膜(以下称为低介电常数绝缘膜)用作覆盖主要由铜制成的布线的阻挡绝缘膜和/或阻挡绝缘膜上的主绝缘膜。
通过涂敷法的沉积方法和通过等离子体增强CVD法的沉积方法为公知的形成低介电常数绝缘膜的沉积方法。尽管由等离子体增强CVD法沉积的绝缘膜比由涂敷法沉积的绝缘膜具有更大的相对介电常数，但等离子体增强CVD法沉积的绝缘膜具有更高的机械强度和更小的含水量，从而人们坚持不懈地对通过等离子体增强CVD法得到低介电常数绝缘膜的沉积方法进行研究和开发。
专利文献1、2和3等描述了通过等离子体增强CVD法得到低介电常数绝缘膜如阻挡绝缘膜和阻挡绝缘膜上的主绝缘膜的沉积方法。
日本专利公开No.2002-164346公告[专利文献2]日本专利公开No.2002-252228公告[专利文献3]日本专利公开No.2002-164429公告但是，近年来，由于需要更高的驱动频率和数据传输速度并且布线图案变得更微小，从而需要形成具有均匀的更低相对介电常数的中间层绝缘膜。例如，当驱动频率超过GHz并且布线图案的尺寸为65nm或更小时，有必要使相对介电常数为2.6或更小，优选为2.4或更小。在这种情况下，在保持防止铜扩散的功能的同时，有必要进一步减小覆盖铜的阻挡绝缘膜的相对介电常数。此外，需要具有低相对介电常数但高机械强度的膜。
发明内容
在本发明中，目的是提供一种沉积方法和半导体器件，能够改善机械强度，改善其吸湿特性，及在阻挡绝缘膜和/或其上面的主绝缘膜中获得更低的相对介电常数，尤其对于阻挡绝缘膜，能够在保持防止铜扩散的功能的同时进一步降低相对介电常数。
根据发明人进行的实验，在一种方法(即，将具有含硅有机化合物作为主要组成气体的沉积气体或者具有含硅有机化合物和氧化气体作为主要组成气体的沉积气体转换成等离子体，以沉积低介电常数绝缘膜)中，当仅使用具有甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷作为含硅有机化合物进行沉积时，则导致仅获得这样的绝缘膜，其虽然具有低介电常数，但具有白色浑浊，低机械强度及高吸湿特性。另一方面，发明人发现当将具有甲基和甲氧基至少二者之一的链硅氧烷或者有机硅烷添加到具有甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷时，尽管相对介电常数相应于其添加量而升高，但白色浑浊不再出现。因此，这说明，通过调节链硅氧烷或者有机硅烷相对于环硅氧烷的流速，能够改善机械强度、提高吸湿特性及保持低相对介电常数。此外，也说明该膜也具有防止铜扩散功能。特别地，这说明，使用含有甲氧基的硅氧烷或有机硅烷可有效提高机械强度。
在本发明中，使用气体混合物(其具有包括甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷和包括甲基和甲氧基至少二者之一的链硅氧烷)作为主要组成气体的沉积气体，通过等离子体增强CVD法进行沉积。可替换地，使用气体混合物(其具有包括甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷和包括甲基和甲氧基至少二者之一的有机硅烷)作为主要组成气体的沉积气体，通过等离子体增强CVD法进行沉积。可替换地，使用沉积气体(其中进一步添加氧化气体例如H2O到气体混合物中)，通过等离子体增强CVD法进行沉积。
这样可防止待形成的绝缘膜(成膜)产生白色浑浊(turbidity)，并保持高机械强度，并且进一步促使改善成膜的吸湿特性并将成膜的相对介电常数降低为2.6或更低。此外，可以使得绝缘膜额外具有防止铜扩散功能。
在这种情况下，通过添加甲醇或乙醇到上述气体混合中，CH3、C2H5等被引入到成膜中，以进一步降低相对介电常数，并通过由于OH基引起的氧化增强了成膜中的桥接(bridge)反应，以进一步增加成膜的机械强度。
此外，通过将惰性气体作为稀释气体添加到上述沉积气体中，能够防止沉积气体迅速反应并且能够防止气相反应。这可以防止成膜的机械强度或黏附强度下降，并且也防止粒子的产生。注意由于添加太多的惰性气体导致更高的相对介电常数，因此优选添加适量的惰性气体。
在这种情况下，这种沉积方法可用于形成铜布线等的半导体器件。并且具有上述特性的绝缘膜可用于作为覆盖铜布线等的阻挡绝缘膜(barrierinsulating film)、作为直接覆盖铜布线等的绝缘膜、或作为形成在阻挡绝缘膜(其覆盖铜布线等)上的主绝缘膜(primary insulating film)。并且，上述绝缘膜或者阻挡绝缘膜及主绝缘膜用来作为构成布线中间层绝缘膜(wiringinterlayer insulating film)或者掩埋布线绝缘膜(wiring buried insulating film)的绝缘膜。从而改善半导体的高速特性。
图1为示出了本发明第一实施例的沉积方法中采用的等离子体增强CVD沉积装置的结构侧视图。
图2为示出了本发明第一实施例的沉积方法中采用的沉积气体的组成气体的混合的表格。
图3A、3B、3C为示出了考虑通过本发明第一实施例的沉积方法在沉积条件I下形成的绝缘膜，相对介电常数、电介质击穿场及沉积速率关于HMDSO流速的关系图。
图4A、4B、4C为示出了对于通过本发明第一实施例的沉积方法在沉积条件I下形成的绝缘膜，相对介电常数、电介质击穿场及沉积速率关于HMDSO流速的关系图。
图5A、5B、5C为示出了对于通过本发明第一实施例的沉积方法在沉积条件I下形成的绝缘膜，相对介电常数、电介质击穿场及沉积速率关于气压的关系图。
图6A、6B、6C为示出了考虑通过本发明第一实施例的沉积方法在沉积条件I下形成的绝缘膜，相对介电常数、电介质击穿场及沉积速率关于所施加功率的关系图。
图7A、7B、7C为示出了对于通过本发明第一实施例的沉积方法在沉积条件II下形成的绝缘膜，相对介电常数、电介质击穿场及沉积速率关于H2O流速的关系图。
图8A、8B、8C为示出了对于通过本发明第一实施例的沉积方法在沉积条件II下形成的绝缘膜，相对介电常数、电介质击穿场及沉积速率关于气压的关系图。
图9A-9G为示出了本发明第二实施例的半导体器件及其制造方法的剖面图。
图10为示出了本发明第三实施例的半导体器件及其制造方法的剖面图。
图11为示出了本发明第四实施例的半导体器件及其制造方法的剖面图。
具体实施例方式
下面，参考
本发明的实施例。
(第一实施例)图1为示出了根据本发明该实施例的沉积方法中采用的平行板(parallelplate)型等离子体沉积装置101的结构侧视图。
平行板型等离子体增强CVD沉积装置101由沉积部分101A和沉积气体供应部分101B构成，沉积部分101A为在衬底21上通过等离子体气体进行沉积而形成绝缘膜的场所，沉积气体供应部分101B具有组成沉积气体的多种气体供应源。
如图1所示，沉积部分101A包括其中的压力可降低的反应室(chamber)1，这里，反应室1通过排气管4连接至排气单元6。控制反应室1和排放单元6之间的连通/不连通的开/关阀5设置在排放管4的中途。反应室1设置有压力测量装置，例如真空计(未示出)，用以监测反应室1内部的压力。
反应室1设置有一对彼此相对的上电极(第一电极)2和下电极(第二电极)3。供应13.56MHz频率的高频电的高频电源(RF电源)7连接至上电极2，而供应380kHz频率的低频电的低频电源8连接至下电极3。电源7、8供电至上电极2和下电极3，因此沉积气体被转化为等离子体。上电极2、下电极3和电源7、8构成了将沉积气体转化成等离子体的等离子体产生装置。
上电极2起到沉积气体分配器的作用。在上电极2上形成有多个通孔，通孔在与下电极3相反表面上的开口为沉积气体的释放口(引入口)。沉积气体等的释放口通过管道9a连接至沉积气体供应部件101B。存在根据环境在上电极2选择设置加热器(未示出)的情况。加热器用于在沉积期间将上电极2加热到约100℃至200℃的温度，以防止由沉积气体等的反应产物构成的粒子黏附在上电极2上。
下电极3用作进行沉积的衬底21的固定台，并且设置有加热器12，加热器12在固定台上加热进行沉积的衬底21。
沉积气体供应部分101B设置有环硅氧烷(第一含硅有机化合物)的供应源，其具有甲基和甲氧基至少二者之一；链硅氧烷(第二含硅有机化合物)的供应源，其具有甲基和甲氧基至少二者之一；有机硅烷的供应源，其中甲基和甲氧基至少二者之一具有键合硅(bonded silicon)；由H2O、O2、N2O和CO2中任一种构成的氧化气体的供应源；例如甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)等醇类的供应源；稀释气体的供应源；以及氮气(N2)供应源。
因而，气体通过分支管道(9b至9h)和管道9a供应到反应室1中，其中所有的分支管道(9b至9h)连接至管道9a。用于控制分支管道(9b至9h)的连通/不连通的流速调整装置(11a至11g)和开/关装置(10b至10o)安装在分支管道(9b至9h)的中途，并且用于开/关管道9a的开/关装置10a安装在管道9a的中途。
此外，为了通过循环N2气来清除分支管道(9b至9g)中的残余气体，安装了开/关装置(10p至10u)，用于控制连接至N2气体供应源的分支管道9h与其他分支管道(9b至9g)之间的连通/不连通。注意，N2气不仅清除分支管道(9b至9b)中的残余气体，也清除在管道9a和反应室1中的残余气体。此外，还存在N2气用作稀释气体的情况。
根据上述沉积装置101，其包括环硅氧烷供应源，链硅氧烷供应源，有机硅烷的供应源，氧化气体供应源，醇类供应源；稀释气体供应源，也包括将沉积气体转换成等离子体的等离子体产生装置(2、3、7、8)。
通过这种结构，可以形成阻挡绝缘膜或者低介电常数绝缘膜，它们的机械强度被提高，吸湿特性被改善，且相对介电常数降到2.6或更低，同时保持防止铜扩散的功能，如以下实例所示。
然后，存在用于通过平行板型的上电极2和下电极3产生等离子体的装置，例如为等离子体体产生装置。上电极2和下电极3分别与电源(7、8)连接，电源(7、8)分别供应具有高、低两个频率的电源至上电极2和下电极3。因此，具有高、低两个频率的电源被分别应用到各个电极(2、3)，从而能够产生等离子体。其中，通过应用低频电源形成的绝缘膜至少更致密。通过应用高频电源的绝缘膜至少具有更低的相对介电常数。
接下来，以下气体可被用作本发明中采用的相关沉积气体的代表实例，其为第一含硅有机化合物，其具有环硅氧烷及甲基和甲氧基至少二者之一；第二含硅有机化合物，其具有直链硅氧烷键及甲基和甲氧基至少二者之一；有机硅烷，其具有甲基和甲氧基至少二者之一；氧化气体；醇类；以及稀释气体。
(i)第一含硅有机化合物，其具有环硅氧烷及甲基和甲氧基至少二者之一。
以下为环硅氧烷的实例。
八甲基环四硅氧烷(OMCTS((OH3)2)4Si4O4) 四甲基环四硅氧烷(TMCTS((CH3H)4Si4O4)) 四甲氧基四甲基环四硅氧烷(TMTMCTS((OCH3)(CH3))4Si4O4)
(ii)第二含硅有机化合物，其具有直链硅氧烷键及甲基和甲氧基至少二者之一。
以下为链硅氧烷的实例。
六甲基二硅氧烷(HMDSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)3) 二甲氧基四甲基二硅氧烷(DMTMDSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2(OCH3)) 八甲基三硅氧烷(OMTSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)2-O-Si(CH3)3) 二甲氧基六甲基三硅氧烷(DMHMTSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2-O-Si(OCH3)(CH3)2)
六甲氧基二甲基三硅氧烷(HMDMTSO(OCH3)2(CH3)Si-O-Si(OCH3)2-O-Si(OCH3)2(CH3)) 四甲基二氟二硅氧烷(TMDFDSOF(CH3)2Si-O-SiF(CH3)2) 二甲氧基二甲基二氟二硅氧烷(DMDMFDSOF(OCH3)(CH3)Si-O-SiF(CH3)(OCH3)) 五甲基一氟二硅氧烷(PMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(CH3)2)
二甲氧基三甲基一氟二硅氧烷(DMTMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(OCH3)2) 三甲基三氟二硅氧烷(TMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(CH3)) 一甲氧基二甲基三氟二硅氧烷((MMDMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(OCH3)) 二甲基四氟二硅氧烷(DMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(CH3)) 一甲氧基一甲基四氟二硅氧烷(MMMMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(OCH3)) (iii)有机硅烷，其具有甲基和甲氧基至少二者之一一甲基硅烷(SiH3(CH3))， 二甲基硅烷(SiH2(CH3)2)， 三甲基硅烷(SiH(CH3)3)， 四甲基硅烷(Si(CH3)4)，
一甲基三甲氧基硅烷(Si(CH3)(OCH3)3)， 二甲基二甲氧基硅烷(Si(CH3)2(OCH3)2)，或者 三甲基一甲氧基硅烷(Si(CH3)3(OCH3)) (iv)氧化气体氧气(O2)水(H2O)一氧化氮(N2O)二氧化碳气体(CO2)(v)醇类甲醇(CH3OH)乙醇(C2H5OH)注意醇类在室温或通过加热蒸发，并且在气态下应用。
(vi)稀释气体氦(He)
氩(Ar)氮气(N2)下面将描述采用上述气体的重要性。
根据本发明的发明人进行的实验，在通过将沉积气体(该沉积气体包含由含硅有机化合物或者由含硅有机化合物和氧化气体构成的主要组成气体)转换成等离子体的低介电常数绝缘膜沉积方法中，说明了下列各项。
具体来说，当通过仅采用具有甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷作为含硅有机化合物进行沉积时，会导致仅形成虽然相对介电常数低但呈现白色浑浊，机械强度低以及吸湿特性高的绝缘膜。另一方面，当具有甲基和甲氧基至少二者之一的链硅氧烷或者有机硅烷被添加到具有甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷时，尽管相应于其添加量相对介电常数升高，但白色浑浊不再出现。
在进行几次这样的实验之后，就可以明确当调节添加到环硅氧烷的链硅氧烷或有机硅烷的量时，就可以促使机械强度提高，吸湿特性改善，并保持低相对介电常数。此外，也可明确这会促使给成膜提供防止铜扩散的功能。
特别是明确，采用含有甲基的硅氧烷或者有机硅烷对于改善机械强度是有效的。
此外，可明确含氟(F)化合物的采用导致相对介电的进一步降低以及机械强度的进一步提高。
在这种情况下，在成膜中引入CH3、C2H5等，通过进一步添加甲醇或者乙醇至上述混合气体来进一步降低相对介电常数，通过借助OH基(羟基)的氧化，可增强成膜中的桥接(bridge)反应，从而进一步提高机械强度。
此外，惰性气体的添加引起对沉积气体迅速反应的防止，从而对气相反应进行防止。如果气相反应发生，则成膜的膜质量严重退化。例如，成膜的机械强度或者黏附强度退化。此外，导致不期望的粒子产生。通过防止气相反应就能够防止这些问题。注意，由于添加太多的惰性气体导致更高的相对介电常数，优选添加适量的惰性气体。
接下来，将参考图2说明沉积气体中组成气体的混合。可能的混合方式如下。每种混合方式为一种沉积气体，并且可用于本发明中。
(1-a)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物
(1-b)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物/醇类(2-a)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物/稀释气体(2-b)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物/稀释气体/醇类(3-a)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物/氧化气体(3-b)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物/氧化气体/醇类(4-a)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物/氧化气体/稀释气体(4-b)第一含硅有机化合物/第二含硅有机化合物/氧化气体/稀释气体/醇类(5-a)第一含硅有机化合物/有机硅烷(5-b)第一含硅有机化合物/有机硅烷/醇类(6-a)第一含硅有机化合物/有机硅烷/稀释气体(6-b)第一含硅有机化合物/有机硅烷/稀释气体/醇类(7-a)第一含硅有机化合物/有机硅烷/氧化气体(7-b)第一含硅有机化合物/有机硅烷/氧化气体/醇类(8-a)第一含硅有机化合物/有机硅烷/氧化气体/稀释气体(8-b)第一含硅有机化合物/有机硅烷/氧化气体/稀释气体/醇类接下来，说明本发明的发明人进行的沉积实验。
在以下沉积条件I下通过等离子体增强CVD(PECVD)在Si衬底上沉积硅氧化膜。沉积气体归入上述4-a的混合。具体来说，OMCTS被用作第一含硅有机化合物，HMDSO被用作第二含硅有机化合物，H2O被用作氧化气体，而He被用作稀释气体。
在沉积中，采用1分钟30秒作为从气体引入至沉积开始(等离子体激发)置换反应室内的气体所需的时间(稳定期间)，并且上电极2被加热到100℃，以防止反应产物黏附到上电极2上。
沉积条件I沉积气体OMCTS流速75sccmHMDSO流速75sccmH2O流速500sccmHe流速100sccm
气压1.7Torr等离子体激发条件上电极(第一电极)高频电源(频率13.56MHz)562W(约等于0.6W/cm2)下电极(第二电极)低频电源(380KHz)0W衬底加热温度350℃图3A至3C示出了当除了HMDSO流速之外沉积条件固定为沉积条件I所示，并且HMDSO流速在20至80sccm范围内变化时的数据获取结果。此外，图4A至4C示出了当除了H2O流速之外沉积条件固定为沉积条件I所示，并且H2O流速在200至1000sccm范围内变化时的数据获取结果。此外，图5A至5C示出了当除了气压之外沉积条件固定为沉积条件I所示，并且气压在1.0至2.0Torr范围内变化时的数据获取结果。另外，图6A至6C示出了当除了高频电源(频率13.56MHz)之外沉积条件固定为沉积条件I所示，并且高频电源(频率13.56MHz)在350至650W范围内变化时的数据获取结果。
(i)沉积气体的HMDSO流速与Si衬底上形成的绝缘膜的相对介电常数、电介质击穿场、沉积速率之间的关系。
(a)沉积气体的HMDSO流速与成膜的相对介电常数之间的关系图3A为示出了沉积气体的HMDSO流速与成膜的相对介电常数和折射率之间的关系图。纵坐标的左轴代表以线性刻度表示的成膜的相对介电常数，纵坐标的右轴代表以线性刻度表示的成膜的折射率，而横坐标轴代表以线性刻度表示的HMDSO流速(sccm)。
根据图3A，成膜的相对介电常数随HMDSO流速的变化而逐渐增加。当HMDSO流速为20sccm时，相对介电常数约为2.25，在HMDSO流速为30sccm时，相对介电常数变为约2.55，之后近似保持恒定值，并且在HMSO流速为80sccm时变为约2.55。
在HMDSO流速从20sccm至80sccm的总测量范围内，可获得2.6或更低的相对介电常数的低值。
注意，折射率作为成膜的密度标志。折射率越高，则膜越致密。相同条件应用于以下各项，并省略其说明。
(b)沉积气体的HMDSO流速和成膜的电介质击穿场图3B为示出了沉积气体的HMDSO流速与成膜的电介质击穿场之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的电介质击穿场(MV/cm)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的HMDSO流速(sccm)。
根据图3B，电介质击穿场随HMDSO流速的变化逐渐增加，并且在HMDSO流速从20至80sccm的总测量范围内变为5MV/cm或者更大。这说明，该膜具有作为阻挡绝缘膜的足够的电介质击穿电压。
(c)沉积气体的HMDSO流速和成膜的沉积速率之间的关系图3C为示出了沉积气体的HMDSO流速与成膜的沉积速率之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的沉积速率(nm/min)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的HMDSO流速(sccm)。
根据图3C，沉积速率随HMDSO流速的增加成反比下降。沉积速率在HMDSO流速为20sccm时约为700nm/min，而在流速为80sccm时约为70nm/min。还发现，实际的水平(预测约为300nm/min)为小的HMDSO流速。
(ii)沉积气体的H2O流速与Si衬底上形成的绝缘膜的相对介电常数、电介质击穿场、沉积速率之间的关系。
(a)沉积气体的H2O流速与成膜的相对介电常数之间的关系图4A为示出了沉积气体的H2O流速与成膜的相对介电常数和折射率之间的关系图。纵坐标的左轴代表以线性刻度表示的成膜的相对介电常数，纵坐标的右轴代表以线性刻度表示的成膜的折射率，而横坐标轴代表以线性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根据图4A，成膜的相对介电常数随H2O流速的变化而逐渐降低。当H2O流速为200sccm时，相对介电常数约为2.65，在H2O流速为1000sccm时，相对介电常数变为约2.55。在H2O流速从约500sccm至1000sccm的范围内，可获得2.6或更低的相对介电常数的低值。
(b)沉积气体的H2O流速与成膜的电介质击穿场之间的关系图4B为示出了沉积气体的H2O流速与成膜的电介质击穿场之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的电介质击穿场(MV/cm)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的H2O流速(sccm)。待测量绝缘膜形成在铜膜上，并且通过使用铜膜作为一个电极来测量电介质击穿场。相同条件应用到电介质击穿场的以下测量中。
根据图4B，电场随H2O流速的变化逐渐增加，并且在H2O流速从200至1000sccm的总测量范围内变为5MV/cm或者更大。这说明膜具有作为阻挡绝缘膜的足够的电介质击穿电压。这表明绝缘膜具有足够的防止铜扩散的功能。
(c)沉积气体的H2O流速与成膜的沉积速率之间的关系图4C为示出了沉积气体的H2O流速与成膜的沉积速率之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的沉积速率(nm/min)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根据图4C，沉积速率显示出正比于H2O流速的增加的充分单调增加。沉积速率在H2O流速为200sccm时约为30nm/min，而在流速为1000sccm时约为500nm/min。还发现实际水平是在为大的H2O流速。
(iii)沉积气体的气压与成膜的相对介电常数、电介质击穿场以及沉积速率之间的关系。
(a)沉积气体的气压与Si衬底上形成的绝缘膜的相对介电常数之间的关系图5A为示出了沉积气体的气压与成膜的相对介电常数和折射率之间的关系图。纵坐标的左轴代表以线性刻度表示的成膜的相对介电常数，纵坐标的右轴代表以线性刻度表示的成膜的折射率，而横坐标轴代表以线性刻度表示的气压(Torr)。
根据图5A，成膜的相对介电常数的变化相对于气压的改变是小的，并且成膜的相对介电常数随气压的增加成反比逐渐下降。当气压为1.0Torr时，成膜的相对介电常数为2.6，当气压为2.0Torr时，相对介电常数为2.4。
正如所述，在气压从1.0至2.0的总测量范围内，可获得2.6或更低的相对介电常数的低值。
(b)沉积气体的气压和成膜的电介质击穿场之间的关系图5B为示出了沉积气体的气压与成膜的电介质击穿场之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的电介质击穿场(MV/cm)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的气压(Torr)。
根据图5B，成膜的电介质击穿场的变化相对于气压的改变是小的，并且成膜的电介质击穿场随气压的增加成反比逐渐下降。成膜的电介质击穿场在气压为1.0Torr时为6MV/cm，在气压为2.0Torr时约为5.2MV/cm。
如上所述，在气压从1.0至2.0Torr的总测量范围内，电场变为5MV/cm或更大。这说明了具有作为阻挡绝缘膜的足够的电介质击穿场。
(c)沉积气体的气压与成膜的沉积速率之间的关系图5C为示出了沉积气体的气压与成膜的沉积速率之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的沉积速率(nm/min)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的气压(Torr)。
根据图5C，沉积速率随气压的增加成比例增加。沉积速率在气压为1.0Torr时为100nm/min，而在气压为2.0Torr时为290nm/min。这些值作为实际水平可能有些太低。
(iv)应用到沉积气体的高频功率(频率13.56MHz)与在Si衬底上形成的绝缘膜的相对介电常数、电介质击穿场以及沉积速率之间的关系。
(a)高频功率(频率13.56MHz)与成膜的相对介电常数之间的关系图6A为示出了将沉积气体转换成等离子体的高频功率与成膜的相对介电常数和折射率之间的关系图。纵坐标的左轴代表以线性刻度表示的成膜的相对介电常数，纵坐标的右轴代表以线性刻度表示的成膜的折射率，而横坐标轴代表以线性刻度表示的高频功率(W)。注意340mmφ的电极被用作应用高频电源的电极。
根据图6A，成膜的相对介电常数的变化关于高频功率的改变是小的，并且成膜的相对介电常数随高频功率的增加成比例逐渐减少。当高频功率为340W时，成膜的相对介电常数为2.65，当高频功率为700W时，相对介电常数为2.5。在450W至700W的范围内，获得2.6或更低的相对介电常数的低值。
(b)高频功率(频率13.56MHz)与成膜的电介质击穿场之间的关系图6B为示出了高频功率与成膜的电介质击穿场之间的关系图。纵坐标轴代表以线性刻度表示的成膜的电介质击穿场(MV/cm)，而横坐标轴代表以线性刻度表示的气压(Torr)。
根据图6B，成膜的电介质击穿场的变化相对于高频功率的改变基本上是固定的。成膜的电介质击穿场约为5.5至6MV/cm。
如上所述，在高频功率从340W至700W的总测量范围内，电场变为5MV/cm或更大。这说明膜具有作为阻挡绝缘膜的足够的电介质击穿场。
(c)高频功率(频率13.56MHz)与成膜的沉积速率之间的关系。
图6C为示出了高频功率与成膜的沉积速率之间的关系图。纵坐标轴代表以线性刻度表示的膜的沉积速率(nm/min)，而横坐标轴代表以线性刻度表示的高频功率(W)。
根据图6C，沉积速率随高频功率的增加基本上成比例增加。沉积速率在高频功率为340W时为40nm/min，而在高频功率为1000sccm时为330nm/cm。
接下来，在以下沉积条件II下通过等离子体增强CVD(PECVD)在Si衬底上沉积硅氧化膜。在沉积气体中，具有甲氧基的链硅氧烷DMTMDSO用作第二含硅有机化合物。沉积实验结果如下所示。
沉积条件II沉积气体OMCTS流速75sccmHMTMDSO流速75sccmH2O流速500sccmHe流速100sccm气压1.7Torr等离子体激发条件上电极(第一电极)高频电源(频率13.56MHz)562W(约等于0.6W/cm2)下电极(第二电极)低频电源(380KHz)0W衬底加热条件350℃图7A至图7C示出了除了H2O流速固定之外沉积条件如沉积条件II并且H2O流速在200至100sccm范围内变化时的数据获取结果。此外，图8A至图8C示出了除了气压固定之外沉积条件如沉积条件II并且气压在1.0至2.0Torr范围内变化时的数据获取结果。
(v)沉积气体的H2O流速和Si衬底上形成的绝缘膜的相对介电常数、电介质击穿场及沉积速率之间的关系。
(a)沉积气体的H2O流速与成膜的相对介电常数之间的关系图7A为示出了沉积气体的H2O流速与成膜的相对介电常数和折射率之间的关系图。纵坐标的左轴代表以线性刻度表示的成膜的相对介电常数，纵坐标的右轴代表以线性刻度表示的成膜的折射率，而横坐标轴代表以线性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根据图7A，成膜的相对介电常数随H2O流速的变化而逐渐降低。当H2O流速为200sccm时，相对介电常数约为2.7，在H2O流速为1000sccm时，相对介电常数变为约2.5。在H2O流速从约300sccm至1000sccm的范围内，可获得2.6或更低的相对介电常数的低值。
(b)沉积气体的H2O流速与成膜的电介质击穿场之间的关系图7B为示出了沉积气体的H2O流速与成膜的电介质击穿场之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的电介质击穿场(MV/cm)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根据图7B，在H2O流速从200至1000sccm的总测量范围内获得6MV/cm的基本恒定值。这说明该膜具有作为阻挡绝缘膜的足够电介质击穿电压。
(c)沉积气体的H2O流速与成膜的沉积速率之间的关系图7C为示出了沉积气体的H2O流速与成膜的沉积速率之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的沉积速率(nm/min)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的H2O流速(sccm)。
根据图7C，沉积速率随H2O流速的增加基本上成比例增加。沉积速率在H2O流速为200sccm时约为40nm/min，而在流速为1000sccm时约为520nm/min。还发现实际水平为大H2O流速。
(vi)沉积气体的气压与成膜的相对介电常数、电介质击穿场以及沉积速率之间的关系。
(a)沉积气体的气压与成膜的相对介电常数之间的关系图8A为示出了沉积气体的气压与成膜的相对介电常数和折射率之间的关系图。纵坐标的左轴代表以线性刻度表示的成膜的相对介电常数，纵坐标的右轴代表以线性刻度表示的成膜的折射率，而横坐标轴代表以线性刻度表示的气压(Torr)。
根据图8A，成膜的相对介电常数的变化相对于气压的改变是小的，并且成膜的相对介电常数随气压的增加成比例逐渐下降。当气压为1.0Torr时成膜的相对介电常数为2.7，当气压为2.0Torr时相对介电常数为2.6或更小。在气压从1.6到2.0Torr的范围内获得2.6或更低的相对介电常数的低值。
(b)沉积气体的气压和成膜的电介质击穿场之间的关系图8B为示出了沉积气体的气压与成膜的电介质击穿场之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的电介质击穿场(MV/cm)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的气压(Torr)。
根据图8B，成膜的电介质击穿场随气压的增加基本上成反比逐渐减小。成膜的电介质击穿场在气压为1.0Torr时为6.2MV/cm，而在气压为2.0Torr时约为5.2MV/cm。如上所述，在气压从1.0至2.0Torr的总测量范围内电场获得5MV/cm。这说明膜具有作为阻挡绝缘膜的足够的电介质击穿场。
(c)沉积气体的气压与成膜的沉积速率之间的关系图8C为示出了沉积气体的气压与成膜的沉积速率之间的关系图。纵坐标轴显示以线性刻度表示的成膜的沉积速率(nm/min)，而横坐标轴显示以线性刻度表示的气压(Torr)。
根据图8C，成膜的沉积速率随气压的增加基本上成比例增加。沉积速率在气压为1.0Torr时为100nm/min，而在气压为2.0Torr时约为340nm/min。
(d)其他在沉积条件II下的的沉积中，不像在沉积条件I下的沉积，含有甲氧基的DMTMDSO用作第二含硅化合物，从而成膜的机械强度可得到进一步提高。这被认为是甲氧基中的氧作用引起的。
如上所述，根据第一实施例，使用沉积气体(其含有具有甲基的OMCTS(环硅氧烷)、具有甲基的HMDSO或者具有甲氧基的DMTMDSO(链硅氧烷))作为含硅化合物的通过等离子体增强CVD法进行沉积，因此能够防止形成的绝缘膜有白色浑浊以提高机械强度，能够改善吸湿特性，以及能够保持2.6或更低的相对介电常数。
以上基于第一实施例详细说明了本发明，但本发明的范围不限于在上述实施例中具体示出的实例，并且在不脱离本发明要旨的范围内上述实施例的改型被合并在本发明的范围内。
例如，在第一实施例中，第二含硅化合物的流速与第一含硅化合物的流速之比设置为1∶1，但该比例可以适当改变。在这种情况下，当使比例更小时，第一含硅化合物的比例相对增加，并且因此相对介电常数变小，但白色浑浊出现。相反，当使其更大时，第二含硅化合物的比相对增加，并且因此白色浑浊不会出现且机械强度增加，但相对介电常数变得更大。因此，优选将比例设置为防止上述问题出现的适当范围。
此外，具有在第一实施例中所述的硅氧烷键或者甲基硅氧烷(SiHn(CH3)4-nn＝0，1，2，3)的其他化合物可以用来替代在第一实施例中采用的HMDSO和DMTMDSO。由此第一实施例示出了具有硅氧烷键和甲基硅氧烷的其他化合物的实例，在此省略。
此外，沉积气体可以是含有甲醇(CH3OH)或乙醇(C2H5OH)的气体。
另外，含有氩(Ar)或氮(N)的惰性气体可以代替氦(He)作为稀释气体添加到沉积气体。
(第二实施例)接下来，参考图9A至9G描述第二实施例的半导体器件及制造该器件的方法。
图9G为通过根据本发明第二实施例制造半导体器件的方法所制造的半导体器件的剖面图。
如图9G所示，该半导体器件具有双重嵌入(damascene)结构。该器件由掩埋下层布线(38a、38b)的掩埋下层布线绝缘膜34、掩埋上层布线(55a、55b)的掩埋上层布线绝缘膜45以及夹在二者之间的布线中间层绝缘膜42构成，它们叠置在衬底31上。在布线中间层绝缘膜42中，掩埋用以连接下层布线(38a、38b)与上层布线(55a、55b)的连接导体(54a、54b)。下层布线(38a、38b)、连接导体(54a、54b)及布线(55a、55b)主要由铜膜制成。掩埋下层布线绝缘膜34由主绝缘膜和其上面的阻挡绝缘膜构成，布线中间层绝缘膜42由下层阻挡绝缘膜、主绝缘膜及上层阻挡绝缘膜构成，而掩埋上层布线绝缘膜45由主绝缘膜及其上面的阻挡绝缘膜构成。
在本实施例中，对于掩埋下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45的各个主绝缘膜的沉积，采用沉积条件I。
在制造半导体器件的方法中，首先，衬底31被载入沉积装置101的反应室1中，并被固定在衬底台(substrate holder)3上。随后，衬底31被加热并保持在350℃温度。然后，如图9A所示，OMCTS、HMDSO、H2O及He分别以75sccm、75sccm、500sccm、100sccm的流速被引入到图1所示的等离子体沉积装置101的反应室1中，并且压力保持在1.7Torr。随后，频率为13.56MHz的562W(等于约0.6W/cm2)高频功率被应用到上电极2。在这种情况下，380KHz的低频电源未被应用到下电极3。
因此，OMCTS、HMDSO、H2O及He被转换成等离子体。这种状态保持预定时间期间，以在衬底(进行沉积的衬底)31上形成由约1μm厚的SiOCH膜制成的主绝缘膜32，其构成掩埋下层布线绝缘膜34。注意SiOCH膜为含有Si、O、C及H的绝缘膜。
随后，通过等离子体增强方法，在主绝缘膜32上形成构成掩埋下层布线绝缘膜34的阻挡绝缘膜33。作为阻挡绝缘膜33，典型采用通过其他沉积条件沉积的氧化硅膜，并且也可以采用氮氧化硅膜或氮化硅膜。这些膜的相对介电常数略高，但是防止的铜扩散功能和机械强度很高。相同的条件被应用于以下将要沉积的阻挡绝缘膜。
接下来，如图9B所示，在已经蚀刻掩埋下层布线绝缘膜34以形成下层布线槽(34a、34b)之后，在下层布线槽(34a、34b)的内表面上形成作为铜扩散防止膜的TaN膜，如图9C所示。然后，在通过溅射方法于TaN表面上形成铜籽晶(seed)层(未示出)之后，通过电镀方法掩埋铜膜。随后，通过CMP方法(化学机械抛光方法)抛光从布线槽(34a、34b)突出的铜膜和TaN膜，以使其表面平坦化。因此，形成主要由铜膜制成的下层布线(38a、38b)，其由铜膜(37a、37b)及TaN膜(36a、36b)构成。
接下来，如图9D所示，在图9C所示的下掩埋布线绝缘膜34上形成布线中间层绝缘膜42和掩埋布线绝缘膜45。下面将描述其细节。
具体来说，为了形成布线中间层绝缘膜42，首先，图9C所示的衬底31被载入到沉积装置101的反应室1中，并被固定在衬底台3上。随后，衬底31被加热并保持在350℃温度。沉积气体被引入到反应室1中，以将气体转换成等离子体，促使发生反应，以形成膜厚约为100nm的阻挡绝缘膜39，其接触下层布线(38a、38b)并覆盖下层布线(38a、38b)和下层布线掩埋绝缘膜34。
接下来，在与图9A的主绝缘膜32的沉积条件相同的沉积条件下，在阻挡绝缘膜39上形成膜厚约为500nm、由SiOCH膜制成的主绝缘膜40。随后，通过等离子体增强CVD法在主绝缘膜40上形成膜厚约为1000nm的阻挡绝缘膜41。
通过以上工艺，形成由阻挡绝缘膜39、主绝缘膜40及阻挡绝缘膜41构成的布线中间层绝缘膜42。
接下来，在布线中间层绝缘膜42上形成掩埋上层布线绝缘膜45。具体来说，为了形成掩埋上层布线绝缘膜45，在与图9A主绝缘膜32的沉积条件相同的沉积条件下，在阻挡绝缘膜41上形成由SiOCH膜制成的主绝缘膜43，其具有低介电常数，且膜厚约为500nm。然后，通过等离子体增强CVD法在主绝缘膜43上形成膜厚约为100nm的阻挡绝缘膜44。
通过以上工艺，形成由主绝缘膜43及阻挡绝缘膜44构成的掩埋上层布线绝缘膜45。
接下来，将描述通过公知的双重嵌入方法形成主要由铜膜制成的连接导体和上层布线的方法。
首先，如图9E所示，通过曝光方法在阻挡绝缘膜44(其构成掩埋上层布线绝缘膜45)上形成抗蚀膜46，该抗蚀膜46在下层布线(38a，38b)上方具有开口(46a，46b)。随后，通过开口(46a，46b)，按顺序蚀刻阻挡绝缘膜44、主绝缘膜43、阻挡绝缘膜41及主绝缘膜40，以形成延伸到阻挡绝缘膜39的开口(47a，47b)。
接下来，如图9F所示，在去除抗蚀膜46之后，通过曝光方法在阻挡绝缘膜44(其构成掩埋上层布线绝缘膜45)上形成具有开口(48a，48b)的新抗蚀膜48。抗蚀膜48的开口(48a，48b)形成为具有比开口(47a，47b)更宽的开口宽度，并且将开口(47a，47b)包含在其内部。随后，通过开口(48a，48b)按顺序蚀刻在开口(48a，48b)中开口(47a，47b)周围露出的阻挡绝缘膜44和主绝缘膜43。当蚀刻阻挡绝缘膜44时，在开口(47a，47b)底部露出的阻挡绝缘膜39(在图9E的工艺已形成)也被蚀刻，且铜膜(37a、37b)(其构成下层布线(38a，38b))出现在开口(47a，47b)的底部。注意，图中的附图标记50a和50b表示具有与开口(47a，47b)相同形状和尺寸的开口。因此，形成具有宽开口宽度并穿透掩埋上层布线绝缘膜45的开口(上层布线槽)(49a、49b)，以及具有窄开口宽度并与开口(49a、49b)连接且穿透布线中间层绝缘膜42的开口(布线连接孔)(51a、51b)。
接下来，如图9G所示，在布线连接孔(51a、51b)的内表面和上层布线槽(49a、49b)上形成TaN膜作为铜扩散防止膜。然后，在通过溅射方法于TaN膜表面上形成铜籽晶层(未示出)之后，通过电镀方法掩埋铜膜。随后，通过CMP方法抛光从上层布线槽(49a、49b)突出的铜膜和TaN膜，以使其表面平坦化。因此，形成连接导体(54a、54b)和上层布线(55a、55b)，它们由铜膜(53a、53b)和TaN膜(52a、52b)构成。因此，下层布线(38a，38b)经连接导体(54a、54b)与上层布线(55a、55b)相连。
接下来，在整个表面上形成阻挡绝缘膜56。因此，完成半导体器件。
如上所述，根据第二实施例，在制造半导体器件的方法中，形成掩埋下层布线绝缘膜34(其中掩埋下层布线(38a、38b))、掩埋上层布线绝缘膜45其中掩埋上层布线(55a、55b)及从而被夹入的布线中间层绝缘膜42，使用包括气体混合物的沉积气体，通过等离子体增强CVD法沉积掩埋下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45的各个主绝缘膜(32、40、43)，在气体混合物中混合了具有甲基的OMCTS(环硅氧烷)及具有甲基的HMDSO(链硅氧烷)，并且H2O(氧化气体)和He(稀释气体)被进一步添加到气体混合物中。
因此，可以防止形成的主绝缘膜(32、40、43)有白色浑浊，提高机械强度，改善主绝缘膜(32、40、43)的吸收特性，并保持主绝缘膜(32、40、43)的相对介电常数降低为2.6或更低。从而改善半导体器件的高速特性。
此外，通过在上述沉积气体中添加惰性气体作为稀释气体，能够防止沉积气体的迅速反应并防止气相反应。这能够防止成膜的机械强度和黏附强度的降低，并且防止粒子的产生。注意由于添加太多的惰性气体会导致相对介电常数增加，因此优选添加适量的惰性气体。
以上基于第二实施例详细说明了本发明，但本发明的范围不限于在上述实施例中具体示出的实例，并且在不脱离本发明要旨的范围内上述实施例的改型被合并在本发明的范围内。
例如，沉积气体I用作主绝缘膜(32、40、43)的沉积条件，也可以使用沉积条件II或者在第一实施例中研究过的其他沉积条件。
(第三实施例)图10为第三实施例的半导体器件的剖面图。
在图10中，于图9G相比，不同点为掩埋下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45分别不包括阻挡绝缘膜33、39、41、44，并且分别仅由主绝缘膜(61、62、63)构成。注意，图10中由与图9A至9G中的附图标记相同的附图标记表示的部件具有与图9A至9G中的部件相同的功能，或者表示与图9A至9G相同的部件。
接下来，说明制造第三实施例的半导体器件的方法。
图12所示的第三实施例的半导体器件具有这样的结构，其中图9G所示的半导体器件的掩埋下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45阻挡绝缘膜已分别去除。因此，在制造第三实施例的半导体器件的方法中，省去从第二实施例的制造方法中的阻挡绝缘膜的沉积工艺。在这种情况下，第二实施例的沉积条件I或沉积条件II，或者在第一实施例中研究过的其他沉积条件可以用作绝缘膜(61、61、63)的沉积条件。但是，要求绝缘膜(61、61、63)的各个膜厚为掩埋下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45所需要的膜厚。
如上所述，根据第三实施例，在制造半导体器件的方法中，为了形成掩埋下层布线绝缘膜34(其中掩埋下层布线(38a，38b))、掩埋上层布线绝缘膜45(其中掩埋上层布线(55a、55b))及夹在二者中间的布线中间层绝缘膜42，使用含有气体混合物的沉积气体作为含硅有机化合物，通过等离子体增强CVD法分别沉积构成掩埋下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45的单层绝缘膜(61、62、63)，其中，在该气体混合物中混合了具有甲基的环硅氧烷及具有甲基的链硅氧烷或有机硅烷。
因此，与第一实施例类似，可以防止形成的主绝缘膜(61、62、63)有白色浑浊以提高机械强度，改善成膜的吸收特性，并保持主绝缘膜(61、62、63)的相对介电常数降低为2.6或更低。因此，能够提高半导体器件的高速特性。此外，由于形成的绝缘膜(61、62、63)具有防止铜扩散的功能，因此他们是具有低介电常数的主绝缘膜，并且也作为对于铜的阻挡绝缘膜。
因此，仅能够获得单层绝缘膜(61、62、63)作为掩埋下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45，并且因此可以省略阻挡绝缘膜的沉积。因此，能够简化制造工艺。
(第四实施例)图11为第四实施例的半导体器件的剖面图。注意图11中由与图9A至9G中的附图标记相同的附图标记表示的部件具有与图9A至9G中的部件相同的功能，或者表示与图9A至9G相同的部件。
第四实施例的半导体器件具有与图9G所示第二实施例的半导体器件相同的层叠结构。具体来说，半导体器件具有图11所示的双重嵌入结构，并且该双重嵌入结构由衬底31上的掩埋下层布线绝缘膜34(其中掩埋下层布线(38a，38b))、掩埋上层布线绝缘膜45(其中掩埋上层布线(55a、55b))及被夹在二者之间的布线中间层绝缘膜42构成，其中掩埋用于连接下层布线(38a、38b)与上层布线(55a、55b)的连接导体(54a、54b)。下层布线(38a、38b)、连接导体(54a、54b)及上层布线(55a、55b)主要由铜膜制成。掩埋下层布线绝缘膜34由主绝缘膜64和其上面的阻挡绝缘膜65构成，布线中间层绝缘膜42由下层阻挡绝缘膜66、主绝缘膜67及上层阻挡绝缘膜68构成，以及掩埋上层布线绝缘膜45由主绝缘膜69及其上面的阻挡绝缘膜70构成。
另一方面，在制造第四实施例的半导体器件中，不同于第二实施例的是，沉积条件I、本实施例的沉积条件II或在第一实施例中研究过的其他沉积条件用于分别属于下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45的各个阻挡绝缘膜(65、66、68、70、71)的沉积。在这种情况下，具有更低的相对介电常数的绝缘膜能用作主绝缘膜(64、67、69)。例如，可使用多孔绝缘膜或涂层绝缘膜，该多孔绝缘膜通过CVD法的一系列沉积工艺和例如加热的后处理(post-treatment)来形成(此时，成膜转换成多孔的)，该涂层绝缘膜通过涂敷法来形成。
如上所述，在制造半导体器件的方法中，为了形成掩埋下层布线绝缘膜34、掩埋上层布线绝缘膜45及被夹在二者中间的布线中间层绝缘膜42，使用含有气体混合物的沉积气体作为含硅有机化合物，通过等离子体增强CVD法沉积构成下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45的各个阻挡绝缘膜(65、66、68、70、71)，其中，在该气体混合物中混合了具有甲基的环硅氧烷及具有甲基的链硅氧烷或有机硅烷。
因此，如在第一实施例中所述，可以保持相对介电常数为2.6或更低，同时使得构成下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45的各个阻挡绝缘膜(65、66、68、70、71)具有防止铜扩散的功能。因此，通过使用具有甚至更低的相对介电常数的绝缘膜作为主绝缘膜，主绝缘膜能够导致进一步减小下层布线绝缘膜34、布线中间层绝缘膜42及掩埋上层布线绝缘膜45的相对介电常数。因此，可以改善半导体器件的高速特性。
以上基于第四实施例详细说明了本发明，但本发明的范围不限于在上述实施例中具体示出的实例，并且在不脱离本发明要旨的范围内上述实施例的改型被合并在本发明的范围内。
根据本发明，使用具有气体混合物(其中将具有甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷与具有甲基和甲氧基至少二者之一的链硅氧烷混合)作为主要组成气体的沉积气体，具有气体混合物(其中将具有甲基和甲氧基至少二者之一的环硅氧烷与具有甲基和甲氧基至少二者之一的有机硅烷混合)作为主要组成气体的沉积气体，或者氧化气体例如H2O被添加到气体混合物中的沉积气体，通过等离子体增强CVD法进行沉积，可以防止形成的绝缘膜有白色浑浊以提高机械强度，改善吸收特性，并保持相对介电常数为2.6或更低，同时保持防止铜扩散的功能。
这种沉积方法可用于形成有铜布线等的半导体器件上，并且具有上述特性的绝缘膜可用于作为覆盖铜布线等的阻挡绝缘膜，作为直接覆盖铜布线等的绝缘膜，或者作为在阻挡绝缘膜(其覆盖铜布线等)上的主绝缘膜。此外，可以使用上述绝缘膜、阻挡绝缘膜及主绝缘膜作为构成布线中间层绝缘膜或者掩埋布线绝缘膜的绝缘膜。
通过这种方法，半导体器件能够跟随超过GHz的驱动频率和65nm或更小尺寸的布线图案，而不会降低半导体器件的特性。
权利要求
1.一种沉积方法，其中，沉积气体被转换成等离子体，并促使发生反应，以形成具有低介电常数的绝缘膜，其中，所述沉积气体的主要组成气体包括第一含硅化合物，其具有环硅氧烷键，及甲基和甲氧基至少二者之一；以及第二含硅有机化合物，其具有链硅氧烷键，及甲基和甲氧基至少二者之一。
2.根据权利要求1所述的沉积方法，其中，除了该第一含硅化合物及该第二含硅有机化合物之外，所述主要组成气体包括由H2O、O2、N2O及CO2之一构成的氧化气体。
3.根据权利要求1所述的沉积方法，其中，除了该第一含硅化合物及该第二含硅有机化合物之外，所述主要组成气体包括醇类。
4.根据权利要求1所述的沉积方法，其中，除了该第一含硅化合物及该第二含硅有机化合物之外，所述主要组成气体包括由H2O、O2、N2O及CO2之一构成的氧化气体及醇类。
5.根据权利要求1所述的沉积方法，其中，所述第一含硅有机化合物为以下任一个八甲基环四硅氧烷(OMCTS((OH3)2)4Si4O4)， 四甲基环四硅氧烷(TMCTS((CH3H)4Si4O4))，及 四甲氧基四甲基环四硅氧烷(TMTMCTS((OCH3)(CH3))4Si4O4)。
6.根据权利要求1所述的沉积方法，其中，所述第二含硅有机化合物为以下任一个六甲基二硅氧烷(HMDSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)3)， 二甲氧基四甲基二硅氧烷(DMTMDSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2(OCH3))， 八甲基三硅氧烷(OMTSO(CH3)3Si-O-Si(CH3)2-O-Si(CH3)3)， 二甲氧基六甲基三硅氧烷(DMHMTSO(OCH3)(CH3)2Si-O-Si(CH3)2-O-Si(OCH3)(CH3)2)， 六甲氧基二甲基三硅氧烷(HMDMTSO(OCH3)2(CH3)Si-O-Si(OCH3)2-O-Si(OCH3)2(CH3))， 四甲基二氟二硅氧烷(TMDFDSOF(CH3)2Si-O-SiF(CH3)2) 二甲氧基二甲基二氟二硅氧烷(DMDMFDSOF(OCH3)(CH3)Si-O-SiF(CH3)(OCH3))， 五甲基一氟二硅氧烷(PMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(CH3)2)， 二甲氧基三甲基一氟二硅氧烷(DMTMMFDSO(CH3)3Si-O-SiF(OCH3)2)， 三甲基三氟二硅氧烷(TMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(CH3))， 一甲氧基二甲基三氟二硅氧烷((MMDMTFDSOF(CH3)2Si-O-SiF2(CH3))， 二甲基四氟二硅氧烷(DMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(CH3))，及 一甲氧基一甲基四氟二硅氧烷(MMMMTFDSOF2(CH3)Si-O-SiF2(OCH3))。
7.一种制造半导体器件的方法，其中，绝缘膜形成在被掩埋的主要由铜膜制成的布线上，其中，所述绝缘膜由具有低介电常数的绝缘膜构成，该绝缘膜通过权利要求1的沉积方法沉积。
8.根据权利要求7所述的制造半导体器件的方法，其中，所述绝缘膜为阻挡绝缘膜，用以接触主要由铜膜制成的所述布线。
9.根据权利要求7所述的制造半导体器件的方法，其中，所述绝缘膜为主绝缘膜，该主绝缘膜经阻挡绝缘膜在主要由铜膜制成的所述布线的上方形成。
10.根据权利要求7所述的制造半导体器件的方法，其中，所述绝缘膜构成布线中间层绝缘膜，该布线中间层绝缘膜被主要由铜膜制成的布线夹在中间。
11.一种沉积方法，其中，沉积气体被转换成等离子体，并促使发生反应，以形成具有低介电常数的绝缘膜，其中，所述沉积气体的主要组成气体包括第一含硅化合物，其具有环硅氧烷键，以及甲基和甲氧基至少二者之一；以及有机硅烷，其中甲基和甲氧基至少二者之一与硅键合。
12.根据权利要求11所述的沉积方法，其中，除了所述第一含硅化合物及所述有机硅烷之外，所述主要组成气体包括由H2O、O2、N2O及CO2之一构成的氧化气体。
13.根据权利要求11所述的沉积方法，其中，所述有机硅烷是以下任一个一甲基硅烷(SiH3(CH3))， 二甲基硅烷(SiH2(CH3)2)， 三甲基硅烷(SiH(CH3)3)， 四甲基硅烷(Si(CH3)4)， 一甲基三甲氧基硅烷(Si(CH3)(OCH3)3)， 二甲基二甲氧基硅烷(Si(CH3)2(OCH3)2)，及 三甲基一甲氧基硅烷(Si(CH3)3(OCH3))。
14.根据权利要求11所述的沉积方法，其中，所述第一含硅有机化合物为以下任一个八甲基环四硅氧烷(OMCTS((OH3)2)4Si4O4))， 四甲基环四硅氧烷(TMCTS((CH3H)4Si4O4))，及 四甲氧基四甲基环四硅氧烷(TMTMCTS((OCH3)(CH3)4Si4O4)。
15.一种制造半导体器件的方法，其中，绝缘膜形成在被掩埋的主要由铜膜制成的布线上，其中，所述绝缘膜由具有低介电常数的绝缘膜构成，该绝缘膜通过权利要求11的沉积方法沉积。
16.根据权利要求15所述的制造半导体器件的方法，其中，所述绝缘膜为阻挡绝缘膜，用以接触主要由铜膜制成的所述布线。
17.根据权利要求15所述的制造半导体器件的方法，其中所述绝缘膜为主绝缘膜，该主绝缘膜经阻挡绝缘膜在主要由铜膜制成的所述布线的上方形成。
18.根据权利要求15所述的制造半导体器件的方法，其中，所述绝缘膜构成布线中间层绝缘膜，该布线中间层绝缘膜被主要由铜膜制成的布线夹在中间。
全文摘要
本发明涉及一种沉积方法，其中绝缘膜覆盖主要由铜膜制成的布线，并具有低介电常数。在沉积气体被转换成等离子体并促使反应发生以形成具有低介电常数的绝缘膜的沉积方法中，其组成为该沉积气体具有第一含硅化合物及第二含硅有机化合物作为主要组成气体，该第一含硅化合物具有环硅氧烷键以及甲基和甲氧基至少二者之一，而该第二含硅有机化合物具有直链硅氧烷键及甲基和甲氧基至少二者之一。
文档编号C23C16/50GK1677625SQ20051006252
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月30日 优先权日2004年3月31日
发明者盐谷喜美, 下田春夫, 前田和夫 申请人:半导体工程研究所股份有限公司