专利名称：用于制造半导体装置的方法
技术领域：
本发明涉及制造半导体装置的方法。更特别地，本发明涉及形成有机硅酸盐玻璃(Organosilicate Glass，OSG)的方法，该有机硅酸盐玻璃可以被用来作为包含铜线的装置中的夹层绝缘层。
背景技术：
钨(W)、铝(A1)和/或铝合金通常被用来作为在半导体装置中形成金属线的金属。然而，正在进行很多研究，以用铜(Cu)代替在半导体装置中用于金属布线的钨和铝，因为铜有相对低的电阻率，而且，因为当用于这样的应用时(也就是在半导体装置中的金属布线)，铜提供了高可靠性。
然而，不像钨和铝，铜的缺点在于，很难在半导体装置中通过反应式离子蚀刻形成线。因此，为了把铜作为用于金属线的金属，夹层绝缘层被选择性地蚀刻以形成通孔和槽，然后通孔和槽用铜填充。这样的工艺被称作双镶嵌工艺。
当装置使用铜作为金属线，具有低介电常数的材料被用来作为铜线层间的绝缘材料。有机硅酸盐玻璃(OSG)是这种具有低介电常数的材料的一个实例。OSG通常由氧(O)替换SiO2中的碳(C)得到的SiOC制成。
当装置的线宽小于10nm时，确信OSG具有特别的优势。根据一种方法，OSG可以通过电浆辅助化学气相沉积(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)或旋涂玻璃(Spin-on-glass，SOG)方法形成。在该种情况下，用于OSG沉积的源材料包含过多的碳和氢。因此，合成的OSG趋向于包含过多的杂质，有时可能会出现问题。
所以，希望得到用于形成OSG的改进和/或提高的方法。
在发明背景部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解。因此，除非明确表示相反，不应该把其作为该信息可以形成现有技术或对于本领域技术人员来说在该国家已知的其他信息的确认或任何形式的建议。
发明内容
本发明提供了一种形成OSG的方法，该方法是新颖的并具有提供高质量、低介电常数的绝缘层而不引入过多的杂质的优势。
根据本发明的实施例，典型的用于制造半导体装置的方法包括在半导体衬底上方的结构上形成下部布线层，在下部布线层和结构上形成具有折射率为0.45-1.55的富含硅的氧化物层，将碳和氧注入富含硅的氧化物层，以及热处理已被注入的富含硅的氧化物层以形成有机硅酸盐玻璃层。
富含硅的氧化物层通过电浆辅助化学气相沉积可以具有1,000-10,000的厚度。
热处理可以在400-600℃的温度和/或在包含O2气体、N2气体和惰性气体的环境中依次完成。
在形成富含硅的氧化物层之前，在下部布线层和结构上可以形成阻挡层。阻挡层可能包含具有通过电浆辅助化学气相沉积或金属有机化学气相沉积形成厚度为10-3,000的SiC。
下部布线层可以包含铜、铝和/或铝合金。
形成有机硅酸盐玻璃层后，可以应用(双)镶嵌工艺，即，通过选择性地蚀刻有机硅酸盐玻璃层形成通孔和/或槽，以及将铜注入通孔和/或槽。
图1A到图1C是示出了根据本发明的实施例的用于制造半导体装置的方法的截面图。
具体实施例方式
以下结合附图描述本发明的实施例。
图1A到图1C是示出了根据本发明实施例的用于制造半导体装置的方法的截面图。
首先，如图1A所述，下部布线层(lower wire layer)20在包含半导体衬底的结构10上形成。
在这种情况下，结构10可能包括诸如晶体管的装置，该结构包括在半导体衬底上形成的栅氧化层和栅电极，以及在衬底上形成的源极和漏极区域。另外，可能还包括在独立装置之上形成的下的绝缘层。
下部布线层20可以包含金属材料，例如铜、铝、或铝合金。尽管没有在图1A中显示，当下部布线层20包含或基本上由铝或铝合金组成时，其可以被设计为希望得到的宽度。当下部布线层20包含或基本上由铜构成时，蚀刻入结构10中的装置上的下绝缘层中的槽可以被设计为希望得到的宽度。
随后，在下部布线层20上形成阻挡层(a barrier layer)30。在下部布线层20(或结构10中的下绝缘层)已被设计成所需宽度后，在半导体衬底的下部布线层20和结构10上可形成阻挡层30。
阻挡层30通常加强随后形成的富含硅的氧化物(SRO)层40与下部布线层20之间的附着力，并且通常防止杂质的运动(或相反作为杂质从SRO层40向下部布线层20杂质的扩散，反之亦然)。在本发明中不需要这样的阻挡层30，并且应该明白根据情况其被有选择地形成。
阻挡层30可以包含或基本上由SiC材料组成。例如，SiC可以由PECVD或金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical VaporDeposition，MOCVD；例如从例如三甲基硅烷[(CH3)3SiH]的有机硅前体中)形成，并且具有10-3,000的厚度。
随后，如图1B所示，在阻挡层30上形成具有折射率为0.45-1.55的富含硅的氧化物(SRO)层40。SRO层40的折射率取决于Si的含量，因此，Si的含量足以使SRO层的折射率达到0.45-1.55。SRO层40可以由PECVD形成和/或具有1,000-10,000的厚度。
随后，将碳和氧源材料注入SRO层40，其中通常来自结构10之上的碳和氧源材料可以还包含硅、氮和/或氢(例如，CO、CO2、蚁酸、甲酰胺、甲醛、甲醇、HOCN、硅氰酸盐、硅异氰酸盐等)。然而，优选地，为了减少或使杂质最小化，用不包含氮和/或氢源(特别是氢)的碳和氧源材料(例如CO2)注入SRO层40。其后，热处理已被注入的SRO层40。
碳和氧源材料的离子注入的完成如下。首先，C和O离子(例如来自CO2)被注入到SRO层40，被注入的C和O离子与由于离子注入导致的SRO层40的断裂的键相结合。有些情况下，SRO的O原子由被注入的C离子替换，而在其它情况下，注入的C离子简单地与SRO的不完全结合的Si原子结合(例如，注入的C补充与不具有四个Si-O键的Si原子结合的O原子)。在任意一种情况下，元素O(来自注入的O离子或在SRO中的被替代/补充的O原子)与SRO的Si原子或离子结合(例如，Si+)以形成Si-O键(例如，SiO2)，因此形成通常没有氢杂质的包含或基本上由SiOC组成的OSG层40’(参考图1C)。
此外，铜的流动离子可由Si原子或离子(例如，Si+)和/或C原子或离子(例如，C+)捕获，并且Si(例如，Si+)消除了双镶嵌工艺中蚀刻时可能由氟引起的损坏，因此提供了通过特性增强的优点。
优选地，在400-600℃的温度对已被注入的SRO层40进行热处理。在优选实施例中，热处理依次在包含O2气体、N2气体和惰性或不活跃气体的环境中发生(例如，在包含或基本包含O2气体的第一环境中，然后在包含或基本上由N2气体组成的第二环境中，然后在包含或基本上由诸如He、Ne、Ar或Xe的惰性或不活跃气体组成的第三环境中)。第一和/或第二环境可能还包含或基本上由不活跃气体(例如He、Ne、Ar或Xe)组成。
随后，如图1C所示，完成镶嵌工艺。也就是，OSG层40’与阻挡层30被选择性地蚀刻以形成通孔100(和/或槽，图1C中未显示)，并且用铜50填充线孔100。
如上所述，根据本发明的实施例，由新颖的工艺形成具有低介电常数的OSG，例如，通过将CO2注入SRO层并热处理已被注入的SRO层。另外，因为OSG是通过在SRO层注入诸如CO2的碳和氧源材料形成的，与使用包含相对较大量的碳和任意数量的氢(例如，环状硅氧烷)的传统方法相比，由本发明形成的OSC最低限度地包含不希望得到的杂质并体现出高质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于制造半导体装置的方法，包括在半导体衬底上方的结构上形成下部布线层；在所述下部布线层和所述结构上形成具有折射率为0.45-1.55的富含硅的氧化物层；将来自碳和氧源材料的碳和氧注入所述富含硅的氧化物层；以及热处理所述已被注入的富含硅的氧化物层以形成有机硅酸盐玻璃层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳和氧源材料不含氢。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳和氧源材料基本由CO2构成。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述富含硅的氧化物层包括通过电浆辅助化学气相沉积，沉积所述富含硅的氧化物层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理在400-600℃的温度完成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理在包含O2气体、N2气体、和惰性或不活跃气体的环境中依次完成。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述热处理在包含O2气体、N2气体、和惰性或不活跃气体的环境中依次完成。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述热处理依次在包含O2气体、N2气体、和惰性或不活跃气体的环境中完成。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括在形成所述富含硅的氧化物层之前，在所述下部布线层和所述结构上形成阻挡层。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括在形成所述富含硅的氧化物层之前，在所述下部布线层和所述结构上形成阻挡层。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括在形成所述富含硅的氧化物层之前，在所述下部布线层和所述结构上形成阻挡层。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述阻挡层包含SiC。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述阻挡层包含SiC。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述阻挡层包含SiC。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括，在形成所述富含硅的氧化物层之前，在所述下部布线层和所述结构上形成包含SiC的阻挡层，其中形成所述富含硅的氧化物层包含通过电浆辅助化学气相沉积，沉积所述富含硅的氧化物层；以及所述热处理包含依次在包含O2气体、N2气体、和惰性或不活跃气体的环境中将包含所述衬底的室加热到400-600℃的温度。
16.一种用于制造半导体装置的方法，包括在半导体衬底上方的结构上形成下部布线层；在所述下部布线层和所述结构上形成具有折射率为0.45-1.55的富含硅的氧化物层；将CO2注入所述富含硅的氧化物层；以及热处理所述已被注入的富含硅的氧化物层以形成有机硅酸盐玻璃层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，热处理在400-600℃的温度完成。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，热处理在包含O2气体、N2气体、和惰性或不活跃气体的气体中依次完成。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括，在形成所述富含硅的氧化物层之前，在所述下部布线层和所述结构上形成阻挡层。
20.一种用于制造半导体装置的方法，包括在半导体衬底上方的下部布线层和结构上形成具有折射率为0.45-1.55的富含硅的氧化物层；将来自不包含氢的源材料的碳和氧注入所述富含硅的氧化物层；以及热处理所述已被注入的富含硅的氧化物层以形成有机硅酸盐玻璃层。
全文摘要
通过一种方法制造半导体装置时，可以不引入过多的杂质得到高质量电介质层，该方法包括在半导体衬底上的结构上形成下部布线层，在该下部布线层和该结构上形成具有折射率为0.45－1.55的富含硅的氧化物层，将碳和氧(例如，CO
文档编号H01L21/768GK1702841SQ20051006909
公开日2005年11月30日 申请日期2005年5月10日 优先权日2004年5月11日
发明者李载晳 申请人:东部亚南半导体株式会社