半导体器件及其制造方法_3

文档序号:9204367阅读:来源:国知局
。也可以在NH3气中添加N2气。通过氨等离子体处理,能够除去在CMP处理中在构成第一配线MlW的第一铜膜CUl的表面形成的氧化膜(CuO),并能够将第二层间绝缘膜INS2的表面改性(例如,掩埋悬挂键(dangling bond))。因此,能够提高在接下来的工序中形成的第一绝缘性阻挡膜BRl与第一配线MlW的粘接性(贴紧性)。然而,由于第二层间绝缘膜INS2由Low — k膜构成,所以通过该氨等离子体处理,在第二层间绝缘膜INS2的表面上形成第一损伤层DM1。第一损伤层DMl形成在从第二层间绝缘膜INS2的表面至深度4nm的范围内。第一损伤层DMl是构成第二层间绝缘膜INS2的SiCOH膜被氮化而成的膜。在本实施方式中,通过氨等离子体处理,在第一损伤层DMl的下部形成第一电场缓和层ERl。第一电场缓和层ERl也是构成第二层间绝缘膜INS2的SiCOH膜被氮化而成的膜。即,第一损伤层DMl和第一电场缓和层ERl是氮浓度高于第二层间绝缘膜INS2的区域。在图5中,为便于理解而将第一损伤层DMl和第一电场缓和层ERl区分表不,但实际上两者是一体的。
[0053]图6是对第一绝缘性阻挡膜BRl的形成工序进行说明的图。以覆盖通过氨等离子体处理而被除去了氧化膜(CuO)的第一配线MlW表面以及第二层间绝缘膜INS2表面的方式,形成由绝缘膜形成的第一绝缘性阻挡膜BRl。
[0054]图7是表示假定图6的A — A部分的基于TOF — SIMS的CN —强度(氮浓度)分布的图表。是通过TOF - SIMS法对从第一绝缘性阻挡膜BRl到第二层间绝缘膜INS2的规定深度为止进行分析的结果,使用CN—强度表示氮浓度。第二层间绝缘膜INS2的深度方向上的氮浓度在深于表面的位置具有浓度峰值。浓度峰值位于距离第二层间绝缘膜INS2的表面5nm?20nm的范围。第二层间绝缘膜INS2的表面部分(O?4nm)为第一损伤层DM1,具有比表面部分的氮浓度高的氮浓度的区域为第一电场缓和层ER1。在第一电场缓和层ERl中存在氮浓度逐渐增加的区域、氮浓度的峰值区域以及氮浓度逐渐减少的区域。第一电场缓和层ERl的氮浓度高于第一损伤层DMl的氮浓度。换句话说,第一电场缓和层ERl的介电常数高于第一损伤层DMl的介电常数。这样,在相邻的第一配线MlW之间,在比第二层间绝缘膜INS2的表面(上表面)深的位置设有介电常数比表面的介电常数高的区域(层),由此能够缓和第二层间绝缘膜INS2表面上的电场。其结果,能够提高相邻的第一配线MlW间的TDDB特性(寿命)。若第一电场缓和层ERl距离第二层间绝缘膜INS2表面过远则电场缓和效果减少,因此第一电场缓和层ERl的氮浓度峰值位置最好比第一配线MlW的厚度的1/2浅。
[0055]图8是对第三层间绝缘膜INS3、第二绝缘膜INS31以及第二接触孔VG2的形成工序进行说明的图。在第一绝缘性阻挡膜BRl上依次形成第三层间绝缘膜INS3、第二绝缘膜INS31。第三层间绝缘膜INS3以及第二绝缘膜INS31由与第二层间绝缘膜INS2以及第一绝缘膜INS21相同的膜构成。接下来,在第二绝缘膜INS31上形成由具有与第二接触孔VG2对应的开口的绝缘膜形成的第二抗蚀膜PR2。如图8所示,将该第二抗蚀膜PR2用作掩膜,对第二绝缘膜INS31、第三层间绝缘膜INS3实施干法刻蚀,来形成第二接触孔VG2。在第一绝缘性阻挡膜BRl上停止蚀刻。因此,在第二接触孔VG2的底部残留有第一绝缘性阻挡膜BRl0
[0056]接下来,图9是对用于形成第二配线槽WG2的由绝缘膜形成的第4抗蚀膜PR4的形成工序说明的图。在除去第二抗蚀膜PR2后,在第二接触孔VG2内以及第二绝缘膜INS31上形成第三抗蚀膜PR3。在第三抗蚀膜PR3上形成第三绝缘膜INS32以及由绝缘膜形成的防反射膜BARC。第三绝缘膜INS32由氧化硅膜形成,通过低温CVD法形成。接下来,在防反射膜BARC上形成具有与第二配线槽WG2对应的开口的第4抗蚀膜PR4。
[0057]图10是对形成第二配线槽WG2的工序进行说明的图。以第4抗蚀膜PR4为掩膜,对第二绝缘膜INS31以及第三层间绝缘膜INS3实施干法刻蚀,形成第二配线槽WG2。此时,同时除去在第三抗蚀膜PR3之上形成的第三绝缘膜INS32、防反射膜BARC以及第4抗蚀膜PR4,如图10所示,在第二配线槽WG2的周围以及第二接触孔VG2内残留第三抗蚀膜PR3。
[0058]图11是对除去第一阻挡膜BRl的工序进行说明的图。首先,除去残留在第二配线槽WG2的周围以及第二接触孔VG2内的第三抗蚀膜PR3,其后,为了去掉BRl的开口部,通过实施整面蚀刻,如图11所示,使第一配线MlW的表面露出。在该整面蚀刻的工序中,第二绝缘膜INS31也被蚀刻而变薄。
[0059]图12是对形成第二配线M2W的工序进行说明的图。在第二接触孔VG2以及第二配线槽WG2内,依次形成作为导电性膜的第二导电性阻隔膜CBR2以及作为导电性膜的第二铜膜⑶2后,对第二铜膜⑶2的表面实施CMP处理。而且,仅在第二接触孔VG2内以及第二配线槽WG2内选择性地残留第二导电性阻隔膜CBR2以及第二铜膜⑶2,以形成第二配线M2W。在该CMP处理中,也除去第二绝缘膜INS31,使第三层间绝缘膜INS3的表面露出,由此,第二配线M2W之间通过Low - k绝缘膜电分离,从而能够降低第二配线M2W间的电容。
[0060]图13是说明氨等离子体处理的工序和第二绝缘性阻挡膜BR2的形成工序的图。对第二配线M2W以及第三层间绝缘膜INS3的表面实施含有氨(NH3)气的等离子体处理。氨等离子体处理的条件与第一配线MlW的情况相同。通过该氨等离子体处理,在第三层间绝缘膜INS3的表面形成第二损伤层DM2。第二损伤层DM2形成在从第三层间绝缘膜INS3表面至深度4nm的范围内。第二损伤层DM2是构成第三层间绝缘膜INS3的SiCOH膜被氮化而成的膜。在本实施方式中,通过氨等离子体处理,在第二损伤层DM2的下部形成第二电场缓和层ER2。第二电场缓和层ER2也是构成第三层间绝缘膜INS3的SiCOH膜被氮化而成的膜。即,第二损伤层DM2和第二电场缓和层ER2是氮浓度高于第三层间绝缘膜INS3的区域。在图13中,为了便于理解而将第二损伤层DM2和第二电场缓和层ER2区分表示,但实际上两者是一体的。接下来,以覆盖第三层间绝缘膜INS3以及第二配线M2W的方式形成由绝缘膜形成的第二绝缘性阻挡膜BR2,得到图13的构造。图13的B — B部分的氮浓度分布与图7所示的图表相同。第二电场缓和层ER2由与第一电场缓和层ERl同样的构成形成,因此第二电场缓和层ER2起到与第一电场缓和层ERl同样的效果。因为冗长而省略重复的说明,能够理解为在图7的说明段落的记述中将第二层间绝缘膜INS2换为第三层间绝缘膜INS3、第一损伤层DMl换为第二损伤层DM2、第一电场缓和层ERl换为第二电场缓和层ER2、第一配线MlW换为第二配线M2W。
[0061]图14是说明本实施方式的效果的图表。图14表示构成层间绝缘膜的SiCOH膜的内部与表面的CN —强度比(氮浓度比)、和TDDB寿命之间的关系。若CN —强度比为I以上,则TDDB寿命提高一个数量级以上。即,通过在层间绝缘膜的内部设置氮浓度比表面的氮浓度高的层,TDDB寿命提高一个数量级以上。换句话说,通过设置氮浓度比第一损伤层DMl的氮浓度高的第一电场缓和层ERl,相邻的第一配线MlW间的TDDB寿命提高一个数量级以上。同样地,通过设置第二电场缓和层ER2,相邻的第二配线M2W间的TDDB寿命提高一个数量级以上。
[0062](实施方式2)
[0063]本实施方式2是上述实施方式I的变形例,与实施方式I相比,第一电场缓和层ERl以及第二电场缓和层ER2的形成方法和氨等离子体处理的条件不同,其他部分相同。在本实施方式2中,第一电场缓和层ERl在第二层间绝缘膜INS2的形成工序中形成,第二电场缓和层ER2在第三层间绝缘膜INS3的形成中形成。因此,通过氨等离子体处理工序形成第一损伤层DMl以及第二损伤层DM2,但不形成第一电场缓和层ERl以及第二电场缓和层ER2。图15是表示第二层间绝缘膜INS2以及第三层间绝缘膜INS3形成时的气体流动的图,图16是表不图6的A — A部分以及图13的B — B部分的基于飞行时间二次尚子质谱仪(T0F - SIMS)测得的CN —强度(氮浓度)分布的图表。
[0064]构成第二层间绝缘膜INS2的SiCOH膜通过使用了有机硅烷气体(3MS:三甲基硅烷,4MS:四甲基硅烷,IMS:单甲基硅烷,2MS:二甲基硅烷)以及氧化气体(02、N2O, CO、CO2等)的CVD法形成。在本实施方式2
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