半导体器件及其制造方法_4

文档序号:9204367阅读:来源:国知局
中,具有如下特征:在规定的定时添加包含氮的气体(N2、NH3等)ο其他的CVD条件为300?400°C的范围、压力为1.0?8.0Torr、高频功率为100W?500W的范围。如图15所示,在稳定的压力下,流通有机硅烷气体、氧(O2)气,同时施加功率。在CVD成长的后半阶段添加氨(NH3)气并慢慢地提高流量,在流量达到设定值后使其慢慢地下降,并归零。其后,切断有机硅烷气体、氧(O2)气,同时切断功率。通过实施像以上那样的氨(NH3)气的流动,能够使膜中的氮浓度呈现阶段状。通过这样的制法,能够在比第二层间绝缘膜INS2的表面深的位置形成第一电场缓和层ERl。通过将该制法也适用于第三层间绝缘膜INS3,能够在形成第三层间绝缘膜INS3时,在比第三层间绝缘膜INS3的表面深的位置形成第二电场缓和层ER2。对第二层间绝缘膜INS2以及第三层间绝缘膜INS3的表面实施氨等离子体处理的条件与实施方式I不同。由氨等离子体处理产生的第一损伤层DMl以及第二损伤层DM2的氮浓度最好比形成第二层间绝缘膜INS2以及第三层间绝缘膜INS3时的电场缓和层ER1、ER2的氮浓度小。例如期望在氨等离子体处理时添加氢气。
[0065]根据本实施方式2,能够实现与实施方式I的图6以及图13中所说明的构造相同的构造。但是,通过本实施方式2而得的图6的A — A部分以及图13的B — B部分的CN —强度(氮浓度)如图16所示。例如虽然以图6的A — A部分为例进行说明,但在图13的B — B部分也能得到同样的效果。与实施方式I的情况同样地,在第一电场缓和层ERl上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。
[0066]因为第一电场缓和层ERl在与第一损伤层DMl不同的工序中形成,所以能够减少第二层间绝缘膜INS2表面的因氨等离子体处理而引起的损伤,从而与实施方式I相比,能够提高相邻的第一配线MlW间的TDDB寿命。另外,容易控制第二层间绝缘膜INS2内的第一电场缓和层ERl的位置即氮浓度峰值。氮浓度在比第一绝缘性阻挡膜BRl与第二层间绝缘膜INS2的界面深的位置具有峰值是指,在此处介电常数变高,电场在第一绝缘性阻挡膜BRl与第二层间绝缘膜INS2的界面处不会集中。其结果,能够改善配线间TDDB。
[0067]图17是表示本实施方式2的、第二层间绝缘膜INS2的形成方法的变形例的气体流动的图。也能够适用于第三层间绝缘膜INS3。具有如下特征:代替添加氨气,而是使O2气的流量变化。如图17所示,在稳定的压力下,流通有机硅烷气、氧(O2)气,同时施加高频功率。在CVD成长的后半阶段,进一步慢慢地提高氧(O2)气流量,在氧气流量达到设定值后使其慢慢地下降,并返回原来的设定值。其后,流通有机硅烷气体、氧(O2)气并同时切断功率。通过实施像以上那样的流动,能够使膜中的氧浓度呈现阶段状。通过这样的制法,能够在比第二层间绝缘膜INS2的表面深的位置形成第一电场缓和层ER1。该制法也适用于第三层间绝缘膜INS3,其结果,能够形成具有实施方式I的图13的构造的半导体器件。但是,第一电场缓和层ERl由具有比第二层间绝缘膜INS2的氧浓度高的氧浓度的层构成,这一点与实施方式I不同。因为第一电场缓和层ERl的介电常数高于第二层间绝缘膜INS2的介电常数,所以在比第二层间绝缘膜INS2的表面深的位置,配置具有比第二层间绝缘膜INS2的介电常数高的介电常数的第一电场缓和层ER1,由此能够缓和相邻的第一配线MlW间的第二层间绝缘膜INS2表面的电场。其结果,能够提高相邻的第一配线MlW间的TDDB寿命。第一电场缓和层ERl的氧浓度峰值位置最好比第一配线MlW的厚度的1/2浅。第二电场缓和层ER2的氧浓度峰值位置也最好比第二配线M2W的厚度的1/2浅。
[0068](实施方式3)
[0069]本实施方式3是上述实施方式2的变形例,与实施方式2相比,第一电场缓和层ERl以及第二电场缓和层ER2的形成方法不同,其他的部分相同。在本实施方式3中,第一电场缓和层ERl在第二层间绝缘膜INS2的形成工序后形成,第二电场缓和层ER2在第三层间绝缘膜INS3形成后形成。即,在形成第二层间绝缘膜INS2后,在距离第二层间绝缘膜INS2的表面规定深度的位置实施氮离子注入,由此,在比第二层间绝缘膜INS2的表面深的位置形成第一电场缓和层ERl。在第三层间绝缘膜INS3中也能够适用同样的方法。
[0070]根据本实施方式3,能够实现与实施方式I的图6以及图13中说明的构造同样的构造。图18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呙子质谱仪(TOF - SIMS)测得的CN —强度(氮浓度)分布的图表。例如,在比第二层间绝缘膜INS2表面的第一损伤层DMl深的位置,存在具有比第一损伤层DMl的氮浓度高的氮浓度的第一电场缓和层ER1。在第一电场缓和层ERl内存在氮浓度的峰值部分。相比于实施方式2,具有氮元素的深度方向和浓度控制优异的优点。在图13的B — B部分也能得到同样的效果。
[0071](实施方式4)
[0072]本实施方式4是上述实施方式I的变形例,具有以下的不同点。首先,第一绝缘性阻挡膜BRl由第一辅助绝缘性阻挡膜BRll和第二辅助绝缘性阻挡膜BR12构成,第二绝缘性阻挡膜BR2由第一辅助绝缘性阻挡膜BR21和第二辅助绝缘性阻挡膜BR22构成。未形成第二层间绝缘膜INS2内的第一电场缓和层ERl以及第三电场缓和层INS3内的第二电场缓和层2。
[0073]图19是本实施方式4的半导体器件的主要部位截面构造。使用覆盖第一配线MlW的第一绝缘性阻挡膜BRl进行说明。第一绝缘性阻挡膜BRl由覆盖第一配线MlW的第一辅助绝缘性阻挡层BR11、和形成在第一辅助绝缘性阻挡层BRll上的第二辅助绝缘性阻挡层BR12构成。第二辅助绝缘性阻挡层BR12具有比第一辅助绝缘性阻挡层BRll的氮浓度高的氮浓度。特别地,第二辅助绝缘性阻挡层BR12具有比第一辅助绝缘性阻挡层BRll的下表面(与第一配线MlW的界面)处的氮浓度高的氮浓度。在图19中,为了便于理解而将第一辅助绝缘性阻挡层BRll和第二辅助绝缘性阻挡层BR12区分表示,但实际上两者是一体的。
[0074]图20是表示图19的A — A部分的基于飞行时间二次离子质谱仪(TOF — SIMS)测得的CN—强度(氮浓度)分布的图表。与下述界面处的氮浓度相比,该界面是指位于第一配线MlW间的第二层间绝缘膜INS2和在其上形成的第一绝缘性阻挡膜BRl的界面,远离界面的位置处的第一绝缘性阻挡膜BRl的氮浓度较高。即,在远离界面的位置上存在第二辅助绝缘性阻挡层BR12。第一绝缘性阻挡膜BRl的氮浓度随着远离第二层间绝缘膜INS2与在其上形成的第一绝缘性阻挡膜BRl的界面而增加。
[0075]第一绝缘性阻挡膜BRl例如使用SiCN膜。SiCN膜例如由CVD法形成,在温度为300?400°C的范围、压力为1.0?8.0Torr、高频功率为50W?1000W的范围的条件下使用。气体使用有机硅烷、SiH4、氨(NH3)、CO、CO2, N2O等。图21是使用有机硅烷气体和氨(NH3)气来形成构成第一绝缘性阻挡膜BRl的SiCN膜时的气体流动图。在稳定的压力下,流通有机硅烷气体、氨(NH3)气,同时施加功率。在CVD成长的最后阶段,使氨(NH3)气从原来的流量进一步慢慢地上升,在流量达到设定值后使其慢慢地下降,返回原来的设定值。其后,同时切断有机硅烷气体、氨(NH3)气以及功率。通过实施以上那样的氨(NH3)气的流动,能够使第一绝缘性阻挡膜BRl中的氮浓度呈阶段状。
[0076]和下述界面处的氮浓度相比,该界面是指位于第一配线MlW间的第二层间绝缘膜INS2与在其上形成的第一绝缘性阻挡膜BRl的界面,通过使远离界面的位置处的第一绝缘性阻挡膜BRl的氮浓度较高,能够使相邻的第一配线MlW间的TDDB寿命提高。这是因为,通过在远离界面的位置在第一绝缘性阻挡膜BRl中设置氮浓度高的区域,能够缓和界面部分处的相邻的第一配线MlW间的电场。
[0077]图22是表示图19的A — A部分的基于飞行时间二次离子质谱仪(TOF — SIMS)测得的CN—强度(氮浓度)分布的图表。是图20中说明的例子的变形例。在形成于第一辅助绝缘性阻挡层BRll上的第二辅助绝缘性阻挡层BR12内,存在具有氮浓度峰值的区域,对于氮浓度的峰值来说,期望是在距离第一绝缘性阻挡膜BRl的下表面5?40nm的范围内具有氮浓度峰值。第二绝缘性阻挡膜BR2也具有同样的
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