装有包括多孔结构电介质薄膜的半导体器件及其制造方法技术

在半导体基片上装有多孔ＭＳＱ薄膜１４，并在多孔ＭＳＱ薄膜１４的顶部形成非多孔ＨＳＱ薄膜１７。共同使用含有Ｓｉ，Ｏ和Ｃ的相同的薄膜材料形成多孔ＭＳＱ薄膜１４和非多孔ＭＳＱ薄膜１７。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种装有包括多孔结构电介质薄膜的半导体器件，并涉及其制作方法。
技术介绍
作为关于需要微型化的半导体集成电路设计规则的引入结果，内连延迟已经成为明显的问题。为力图解决这种问题，近来已积极地在研究一种在层间电介质薄膜中使用多孔的结构来得到较低的介电常数。与对层间电介质的材料选择结合在一起，在降低介电常数技术方面，多孔结构的使用构成了关键因素。但是，做成多孔结构的电介质薄膜常常造成与上面或下面邻接层的不充分粘结。除此之外，通常，做成多孔结构的电介质薄膜缺乏机械强度，所以易于导致裂开或剥离。尤其是，在内连线形成的CMP(化学机械抛光)工艺的过程中，当在多孔薄膜上施加负载时，多孔薄膜往往会受到损伤。有鉴于这些问题，已提出在多孔薄膜上做一层由易于加工的SiO2做成的保护层的技术(J.C.Lin等人的“CVDBarriers for Cu with Ultra Low-kIntegration and Relicbility”刊出于Proc.IEEE 2002 International Interconnects，2002.6.3)。上面的文献描述一种示于附图说明图1的内连结构。在这内连结构中，在内连电介质薄膜12中隐埋着下内连线11，在它上面形成有由SiCN构成的铜扩散阻挡层13，具有多孔结构的低介电常数薄膜40和由SiCN构成的保护层。在这多层中，形成了由阻挡层金属和铜薄层20构成的上内连线，和通路塞。但是，这样一种结构并不能在低介电常数薄膜40和由SiCN构成的保护层18之间的充分粘合，所以，经常在这些层的交界面上发生剥离。除此之外，包含在上面薄层中的、具有高介电常数的材料，往往渗透进多孔薄膜的细孔，从而增加多孔薄膜的介电常数。
技术实现思路
有鉴于前面的问题，本专利技术的目的是要对源自使用多孔电介质薄膜来的，薄膜间的不充分粘合，电介质薄膜机械特性的退化及其制作工艺的复杂等提供解决方案，尽管通过多孔电介质薄膜的引进减小了内连电容。根据本专利技术提供一种半导体器件，它包括半导体基片；以及基本上由相接触的多孔薄膜和非多孔薄膜构成又形在半导体基片上的电介质薄膜；而多孔薄膜和非多孔薄膜基本上是相同的结构。在这半导体器件中，由于构成多孔薄膜的化合物和构成非多孔薄膜的化合物基本上具有相同的结构，所以提高了多孔薄膜和非多孔薄膜的亲和力且获得了优良的粘合性。结果，消除了按常规观察到的在多孔薄膜和邻接薄膜间不充分粘合的问题并得到高度可靠的半导体器件。上述化合物通常是聚合物，且虽然它们可以有不同的聚合程度，但是较佳的是它们应有相同的基本结构。较佳的是，多孔薄膜和非多孔薄膜这两种薄膜都是由有机化合物，尤其是一种有机硅化合物，构成的有机薄膜。使用这样一些材料可稳定地提高这些薄膜的亲和力，导致薄膜间有改善的粘合性。根据本专利技术提供一种半导体器件，它包括半导体基片；以及基本上由相邻的多孔薄膜和非多孔薄膜构成，又形成在半导体基片上的电介质薄膜，而多孔薄膜和非多孔薄膜都含有Si，O和C。在这半导体器件中，由于多孔薄膜和非多孔薄膜都含有Si，O和C，所以提高了薄膜的亲和力且获得了优良的粘合性。构成各个薄膜的材料或者是相同的，或者是不同的，而这两种情况都只要是有相同的基本结构，则可进一步提高薄膜的亲和力，且达到显著改善粘合性的目的。含有Si，O和C的薄膜例子包括诸如MSQ或MHSQ的涂层薄膜和诸如SiOC薄膜的由CVD形成的薄膜。在第一和第二半导体器件器件中，可把非多孔薄膜或是配置在多孔薄膜的上面或在其下面。当把非多孔薄膜形成在多孔薄膜上时，前者为后者作为保护者之用，在诸如CMP或沉积工艺的处理过程中有效地防止损伤多孔薄膜。而且，在这些半导体器件中，较佳的是，要把多孔薄膜和非多孔薄膜构筑得使在介电常数上的差不大于1。结果，即使当非多孔薄膜的材料已渗透进多孔薄膜的细孔时，还是可以抑制住多孔薄膜介电常数的增加。根据本专利技术，提供一种半导体器件，它包括半导体基片；以及具有基本上均匀的结构包括多孔部分的电介质薄膜；而多孔部分的电介质薄膜；而多孔部分的细孔以相对较低的密度分布在电介质薄膜的至少或是上表面的附近或是下表面的附近。换句话说，在电介质薄膜上和/或下表面附近的细孔密度低于电介质内部细孔的密度。由于细孔以相对较低的密度分布在电介质薄膜上表面和/或下表面附近，所以，这种电介质薄膜多亏在它的内部的细孔而有低的介电常数，而由于在它的上表面和/或它的下表面附近的细孔是以相对较低的密分布的，所以为邻接薄膜提供优良的粘合性。从而显著地提高了半导体器件的可靠性。在这半导体器件中，也可能在靠近电介质薄膜的上表面和/或下表面的部分形成非多孔结构。结果，进一步加强了与邻接薄膜的粘合力。而且，可以有效地抑制由于邻接到电介质薄膜的薄膜材料渗透引起的电介质薄膜介电常数的增加。在电介质薄膜中的细孔能按所需要的密度分布。例如，在细孔比较稀地分布在远离半导体基片的电介质薄膜上部的情况下，则电介质薄膜上部可用作保护层，而电介质薄膜可有低介电常数和稳定的结构这两者。另外，通过使细孔有这样的分布，使得细孔在远离半导体基片的电介质薄膜中部有较密的分布而在电介质薄膜上部有比较稀的分布，则会进一步加强与邻接薄膜和电介质薄膜的上、下表面的粘合力而电介质薄膜仍保持低的介电常数。在前面的半导体器件中，也可能在电介质薄膜中做金属内连线，使得金属内连线的上表面与电介质薄膜的上表面对准在同一平地。假若这样，在金属内连线的形成过程中，在电介质薄膜的上表面上施加了一些负载。例如，当通过CMP工艺形成金属互连线时，电介质薄膜与构成金属内连线的金属薄膜一起不可避免地被抛光。为此原因，电介质薄膜表面需要有一个加强的机械强度，而根据本专利技术的电介质薄膜表面具有较低的细孔密度，所以，在对付CMP工艺上比通常的多孔薄膜明显地有较大的阻力。在上面的半导体器件中可用CVD形成电介质薄膜。由于用CVD形成电介质薄膜的多孔部分和非多孔部分这两者，可进一步保证在这两个部分间的粘合力。而且，在不需要从沉积室取出的情况下，可以通过整体过程形成整个多层，所以也提高了质量上的稳定性。根据本专利技术，提供一种制作半导体器件的方法，它包括以下诸步骤通过形成多孔薄膜并在其上形成具有与多孔薄膜基本上相同结构的非多孔薄膜，在半导体基片上形成电介质薄层；有选择地除去部分电介质薄膜以形成凹槽，形成金属薄层为了堵塞这凹槽，以及对金属层或者进行抛光或者进行向后腐蚀到不露出多孔薄膜的程度，以除去形成在凹槽外的金属薄膜。根据本制造方法，由于多孔薄膜和非多孔薄膜具有基本上相同的结构，所以提高了多孔薄膜和非多孔薄膜的亲和力并获得了优良的粘合性。同样，由于在不露出多孔薄膜的情况下在金属薄层上进行抛光或后向腐蚀，所以可在不损伤电介质薄膜质量的情况下在凹槽中形成金属薄层。根据本专利技术，提供一种制作半导器件的方法，它包括以下的诸步骤通过形成含有Si，O和C的多孔薄膜并在其上形成含有Si，O，C的非多孔薄膜，在半导体基片上形成电介质薄膜；有选择地除去部分电介质薄膜以形成凹槽；形成金属薄层为了堵塞这凹槽；以及对金属层或者进行抛光或者进行向后腐蚀不露出多孔薄膜的程度，以除去形成在凹槽外的金属薄膜。根据这个制作半导体器件的方法，由于多孔薄膜和非多孔薄膜这两者都含有Si，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，包括：半导体基片，以及电介质薄膜，它包括相接触的多孔薄膜和非多孔薄膜，又形成在所述半导体基片上；其中所述多孔薄膜和非多孔薄膜基本上是相同的结构。

【技术特征摘要】
JP 2002-9-30 2002-287672;JP 2003-8-29 2003-3078071.一种半导体器件，其特征在于，包括半导体基片，以及电介质薄膜，它包括相接触的多孔薄膜和非多孔薄膜，又形成在所述半导体基片上；其中所述多孔薄膜和非多孔薄膜基本上是相同的结构。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述非多孔薄膜配置在所述多孔薄膜的顶部。3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述电介质薄膜由CVD形成。4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，包含在多孔部分的细孔平均直径不小于1nm。5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述细孔以相对较低的密度分布在所述电介质薄膜上表面的附近。6.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述金属内连线装在所述电介质薄膜中，使得所述金属内连线的上表面和所述电介质薄膜的上表面对准在同一平面上。7.一种半导体器件，其特征在于，包括半导体基片；以及电介质薄膜，它包括相接触的多孔薄膜和非多孔薄膜，又形成在所述半导体基片上；其中所述多孔薄膜和所述非多孔薄膜这两者含有Si，O和C。8.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述非多孔薄膜配置在所述多孔薄膜的顶部。9.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述电介质薄膜由CVD形成。10.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，包含在多孔部分地细孔平均直径不小于1nm。11.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述细孔以相对较低的密度分布在所述电介质薄膜上表面的附近。12.如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于，所述金属内连线装在所述电介质薄膜中，使得所述金属内连线的上表面和所述电介质薄膜的上表面对准在同一平地上。13.一种半导体器件，其特征在于，包括半导体基片；以及电介质薄膜，它具有包括多孔部分的基本上均匀的结构；其中，在所述多孔部分的细孔以相对较低的密度，或是分布在所述电介质薄膜上表面的附近或是在下表面的附近。14.如权利要求13所述的半导体器件，其特征在于，所述细孔以相对较低的密度分布在所述电介质薄膜上表面的附近。15.如权利要求13所述的半导体器件，其特征在于，所述金属内连线装在所述电介质薄膜中，使得所述金属内连线的上表面和所述电介质薄膜的上表面对准在同一平地上。16.一种制作半导体器件的方法，其特征在于，包括的诸步骤为在半导体基片上通过形成多孔薄膜并在其上面形成具有与所述多孔薄膜有基本上相同结构的非多孔薄膜来形成电介质薄膜，有选择地除去部分所述电介质薄膜以形成凹槽；形成金属薄层以填塞所述凹槽；以及或是进行所述金属薄层的抛光或者进行所述金属薄层的后向腐蚀到不露出所述多孔薄膜的程度以除去在凹槽外形成的所述金属薄层。17.如权利要求16所述方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：小出辰彦，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]