半导体器件的制造方法技术

公开了一种制造半导体器件的方法，包括制备具有含碳和氢的第一绝缘膜（１０２）和铜布线（１０４）的工件，以及通过对冷却的工件使用等离子体还原在铜布线表面上形成的氧化物（１０４ａ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
随着半导体器件，例如半导体集成电路，越来越精细，由于布线阻抗和线间电容产生的信号传播延迟成为严重的问题。因此，降低布线阻抗和线间电容越来越重要。为了减小布线阻抗，已经提出使用较低电阻系数的铜布线。为了减小线间电容，已经提出使用具有较低介电常数的层间绝缘膜。通常，在层间绝缘膜中用铜填充沟槽形成的镶嵌布线用作铜布线。至少含有碳和氢的低介电常数绝缘膜通常用作层间绝缘膜。此外，通常在铜布线和层间绝缘膜上通过等离子体CVD形成停止层绝缘膜。停止层绝缘膜的作用是防止在铜布线中的铜扩散到上层。当蚀刻在上面形成的层间绝缘膜时，停止层绝缘膜还作为蚀刻停止层。当使用如上所述的铜布线时，存在铜布线的表面在空气中氧化的问题。当在铜布线的表面形成铜氧化层时，降低了停止层绝缘膜与铜布线之间的附着力，对半导体器件的特性或可靠性产生不利影响。为了防止这种情况，在形成停止层绝缘膜之前，必须还原在铜布线的表面上形成的铜氧化物。通过等离子体处理进行还原。由于停止层绝缘膜是通过用加热衬底的等离子体CVD形成的，所以等离子体还原处理也可以在用加热衬底形成停止层绝缘膜的处理室中进行。但是，当在加热状态下进行等离子体还原处理时，在低介电常数绝缘膜(层间绝缘膜)中含有的有机成分在等离子体气氛中被活性氢分解，并作为气体，例如，CH4，释放出。因此，OH基引入低介电常数绝缘膜的表面，从而形成具有高潮湿吸收性的所谓的损害层。结果，出现了以下问题例如，损害层增加了布线之间的泄漏电流。US2001/0003064A1提出了一种方法，在低于在铜布线层上形成CVD绝缘膜的膜形成温度的温度下进行去掉铜布线表面上的铜氧化层的等离子体处理，以防止由于铜布线表面上的迁移引起的铜的凝聚。但是，根据该申请，当进行等离子体处理时，只是简单地将衬底从加热支撑台上升起。由于该原因，不能充分降低在等离子体处理中的衬底温度。因此，难以防止上述损害层的形成，或防止由于损害层的形成引起的半导体器件的特性或可靠性的降低。如上所述，从抑制由于布线电阻和线间电容引起的信号传播延迟的观点提出了使用铜布线和低介电常数绝缘膜。但是，常规技术存在着在用于去掉在铜布线的表面上的铜氧化层的等离子体还原工艺中在低介电常数绝缘膜的表面上形成损害层，以及由于损害层引起布线之间的泄漏电流增加，导致半导体器件的特性和可靠性显著下降的问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方案，提供一种，包括制备具有含碳和氢的第一绝缘膜和铜布线的工件；以及通过对冷却的工件使用等离子体还原在铜布线表面上形成的氧化物。附图说明图1示出了根据本专利技术的实施例制造半导体器件的装置结构的示意图。图2到4示出了根据本专利技术的实施例制造半导体器件的步骤的示意剖面图。图5示出了根据本专利技术的实施例制造半导体器件的方法的流程图。具体实施例方式下面参考附图介绍本专利技术的实施例。图1示出了用在实施例中的装置(制造半导体器件的装置)结构的示意图。装置包括预处理单元(第一处理单元)10、膜形成单元(第二处理单元)20和传送单元30。预处理单元10通过等离子体的方式对铜布线的表面进行还原处理，去掉在铜布线表面上形成的铜氧化层。预处理单元10包括处理室11、气体引入口12、排气口13、气体扩散盘14(也作为上电极)、支撑台15(也作为下电极)、冷却机构16和高频电源17。气体引入口12连接到气体扩散盘14。通过气体引入口12引入的气体通过气体扩散盘14补充到处理室11中。在支撑台15中提供冷却机构16，冷却液通过冷却机构16循环。冷却机构16冷却支撑台15，并且冷却作为工件放在支撑台15上的衬底(半导体晶片)100。高频电源17为气体扩散盘(上电极)14提供高频功率。高频功率在处理室11中产生等离子体，从而去掉在衬底100上提供的铜布线表面上的铜氧化层。膜形成单元20用来在经过预处理单元10的等离子体还原处理的衬底100上形成停止层绝缘膜(稍后介绍)。膜形成单元20包括处理室21、气体引入口22、排气口23、气体扩散盘24(也作为上电极)、支撑台25(也作为下电极)、加热机构26和高频电源27。气体引入口22连接到气体扩散盘24。通过气体引入口22引入的气体通过气体扩散盘24补充到处理室21中。在支撑台25中提供加热机构(电阻加热机构)26。加热机构26加热支撑台25，并且加热放在支撑台25上的衬底(半导体晶片)100。高频电源27为气体扩散盘(上电极)24提供高频功率。高频功率在处理室21中产生等离子体，从而在衬底100上形成停止层绝缘膜。传送单元30放在预处理单元10和膜形成单元20之间。衬底100通过在传送室31中提供的传送机构32从预处理单元10传送到膜形成单元20。在传送室31中的空气通过排气口33排出，从而衬底100可以从预处理单元10传送到膜形成单元20，而不会暴露在空气中。可以打开和关闭的阀门41作为处理室11与传送室31之间的间隔，可以打开和关闭的阀门42作为处理室21与传送室31之间的间隔。下面将介绍使用在图1所示的上述装置制造半导体器件的方法。图2到4示出了根据本专利技术的实施例的制造方法的示意剖面图。图5示出了制造方法的流程图。首先，如图2所示，制备作为工件的衬底100(S1)。衬底100包括半导体衬底101、作为层间绝缘膜的低介电常数绝缘膜(第一绝缘膜)102、阻挡金属膜103和铜布线104。实际上，在半导体衬底101上形成半导体元件，例如，MIS晶体管。可以在半导体衬底101与低介电常数绝缘膜102之间形成另一个绝缘膜、布线等。如图2所示，低介电常数绝缘膜102和铜布线104的表面是完全暴露的。由于在空气中铜容易氧化，所以在铜布线104的表面上形成铜氧化层104a。含有至少碳和氢的绝缘膜用作低介电常数绝缘膜102。在本实施例中，含有硅、氧、碳和氢的绝缘膜(下文中称作SiCO:H膜)用作低介电常数绝缘膜102。例如，使用有机硅烷气体(烷基硅烷气体)和O2气体作为源气体，通过等离子体CVD方式形成的有机绝缘膜可以用作低介电常数绝缘膜102。通过将甲基引入正常的氧化硅膜(SiO2膜)形成该低介电常数绝缘膜。膜的相对介电常数为大约2.2到3.0，明显小于正常SiO2膜(大约3.9)。镶嵌布线用作铜布线104。通过用铜填充在低介电常数绝缘膜102中形成的沟槽形成镶嵌布线。然后，如图3所示，通过等离子体还原工艺去掉在铜布线104的表面上形成的铜氧化层104a。下面详细介绍该步骤。首先，衬底100传送到预处理单元10的处理室11中，并放在支撑台15上(S2)。用在支撑台15中提供的冷却机构16冷却放在支撑台15上的衬底100(S3)。在本实施例中，冷却温度设为-50℃。可以在放置衬底100之前或之后，预先用冷却机构16冷却支撑台15。为了减少制造时间，最好在放置衬底100之前冷却支撑台15。在处理室11抽真空后，NH3气体和N2气体通过气体引入口12引入处理室11。NH3气体和N2气体的流速分别为500sccm和5000sccm。在处理室11的压力调节为5Torr。高频电源17以13.56MHz为处理室11提供200W的高频功率，并且用等离子体进行20秒的还原处理。该处理还原在铜布线104的表面上形成的铜氧化层104a(S4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，特征在于包括：制备具有含碳和氢的第一绝缘膜和铜布线的工件；以及通过对冷却的工件使用等离子体，还原在铜布线表面上形成的氧化物。

【技术特征摘要】
JP 2003-10-27 366118/20031.一种半导体器件的制造方法，特征在于包括制备具有含碳和氢的第一绝缘膜和铜布线的工件；以及通过对冷却的工件使用等离子体，还原在铜布线表面上形成的氧化物。2.根据权利要求1的方法，特征在于还包括在还原氧化物之后，在第一绝缘膜和铜布线上形成第二绝缘膜。3.根据权利要求2的方法，特征在于用加热的工件形成第二绝缘膜。4.根据权利要求3的方法，特征在于在第一处理单元中还原氧化物，在不同于第一处理单元的第二处理单元中形成第二绝缘膜。5.根据权利要求4的方法，特征在于还包括在还原氧化物之后，将工件从第一处理单元传送到第二处理单元，而不将工件暴露在空气中。6.根据权利要求5的方法，特征在于通过位于第一处理单元与第二处理单元之间的传送单元将工件从第一处理单元传送到第二处理单元。7.根据权利要求4的方法，特征在于在还原氧化物中，通过在第一处理单元中提供的支撑工件的第一支撑部分冷却工件。8.根据权利要求7的方法，特征在于在支撑工件之前预先冷却第一支撑部...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫岛秀史，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]