半导体器件制造方法技术

在用ＳｉＯＦ膜作为层间绝缘膜的具有多层金属化结构的半导体器件中，就层间绝缘膜而言，将同一层内布线间隙部分中的ＳｉＯＦ膜（１１、１６）的氟浓度设置为高于上、下层布线（８、１５、１５、２０）之间ＳｉＯＦ膜（１２、１７）的氟浓度。（*该技术在2019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，尤其涉及容纳多条相互并列的布线并用SiOF作为绝缘膜的半导体器件、有多层金属化和用SiOF作为层间绝缘膜的半导体器件及这些半导体器件的制造方法。随着半导体器件的集成度和微型结构设计的提高，存在着布线间距减小而导线的寄生电容(称为布线电容)增加的趋势。为降低布线电容，用较低介电常数的材料作为层间绝缘膜。在这些材料中，SiOF是无机材料中的一种有特定的很低介电常数、用等离子CVD方法形成的绝缘材料。参照附图说明图1和图2至图4，将对用SiOF作为层间绝缘膜的半导体器件进行描述。图1表示的是常规半导体器件的横截面视图，图2至图4表示的是图1所示半导体器件制造方法的横截面视图。图中表示的是三层金属化结构的情况。如图1所示，在第一层布线8内的导线间隙部分中和在第一层布线8的上部设置有由SiOF形成的层间绝缘膜12，在第二层布线15内的导线间隙部分中和在第二层布线15的上部也设置有由SiOF形成的层间绝缘膜17，在第二层布线15上部的层间绝缘膜17的厚度设置为0.6至1.0微米。现在参照图2至图4对常规半导体器件制造方法进行描述。首先如图2所示，在半导体基片3上形成扩散层1和单元隔离区域2，在扩散层1和元件隔离区域2上生长第一层间绝缘膜4。然后依次形成金属阻挡层5A、铝层6A和氮化钛层7A，此后，留下所希望的图形以形成第一层布线8，并且SiOF膜11在第一层布线8上形成。接着如图3所示，平整化SiOF膜11形成平整的SiOF膜9。然后如图4所示，在第一层布线8上的SiOF膜9内有选择地形成通孔13，以形成第二层间绝缘膜12，在通孔13中形成钨栓塞14，并依次形成金属阻挡层5B、铝层6B和氮化钛层7B。此后留下所要的图形以形成第二层布线15。接着如图1所示，形成具有通孔18的第三层间绝缘膜17，在通孔18中形成钨栓塞14，并依次形成金属阻挡层5C、铝层6C和氮化钛层7C，此后留下所希望的图形以形成第三层布线20，然后形成覆盖膜21，从而实现图1所示的最终结构。在这样构成的半导体器件中，当把构成层间绝缘膜的SiOF中的氟浓度设置为低于5％的原子含量(5atm％)时，不能获得任何降低介电常数的效果。因此布线电容增加，导致电路操作速度降低和功率消耗增加。另外，如果将形成层间绝缘膜的SiOF中的氟浓度设置为高于或等于5％的原子含量时，易于发生层间绝缘膜或布线的分离，并且产量下降。即难以设置常规半导体器件氟浓度的最佳值。本专利技术是鉴于常规半导体器件的上述问题而提出的，并根据本专利技术第一个方面的具有相互并列多条布线并使用SiOF绝缘膜的半导体器件，其特征在于对于绝缘膜，将布线间隙部分中的SiOF绝缘膜中的氟浓度设置得比布线上的SiOF绝缘膜中的氟浓度高。进一步说，根据本专利技术第二个方面的具有多层金属化布线结构的半导体器件，即具有多个层布线、使用SiOF层间绝缘膜的半导体器件，其特征在于对于层间绝缘膜，将布线间隙部分中的SiOF层间绝缘膜中的氟浓度设置得比布线上的SiOF层间绝缘膜中的氟浓度高。根据本专利技术第三个方面的半导体器件制造方法的特征在于包括在同一平面上形成多条布线的步骤；在已形成多条布线的平面上形成第一SiOF绝缘膜、并除去多条布线上表面的第一绝缘膜的步骤；在至少是第一绝缘层中掺入氟的步骤；以及在第一绝缘层上形成第二SiOF绝缘层的步骤。根据本专利技术第四个方面的半导体器件制造方法的特征在于包括在同一平面上形成多条布线的步骤；在已形成多条布线的平面上形成第一SiOF绝缘膜、并在至少是第一绝缘膜中掺入氟的步骤；除去多条导线上表面第一绝缘膜的步骤；以及在第一绝缘膜上形成第二SiOF绝缘层的步骤。本专利技术能实现降低布线电容和防止层间绝缘膜与导线分离。图1是说明常规半导体器件的横截面图；图2是说明常规半导体器件制造工艺的横截面图；图3是说明常规半导体器件制造工艺的横截面图；图4是说明常规半导体器件制造工艺的横截面图；图5是说明根据本专利技术第一实施例的半导体器件的横截面图；图6是说明根据本专利技术第一实施例制造工艺的横截面图；图7是说明根据本专利技术第一实施例制造工艺的横截面图；图8是说明根据本专利技术第一实施例制造工艺的横截面图；图9是说明根据本专利技术第一实施例制造工艺的横截面图；图10是展示本专利技术第一实施例效果的试验结果示意图；图11是说明根据本专利技术第二实施例制造工艺的横截面图；图12是说明根据本专利技术第二实施例制造工艺的横截面图；图13是说明根据本专利技术第二实施例制造工艺的横截面图；图14是说明根据本专利技术第二实施例制造工艺的横截面图；以下参考附图将对本专利技术优选实施例进行描述。(第一实施例)参考图5将对本专利技术第一实施例进行描述。图5是说明根据本专利技术第一实施例的半导体器件的横截面图。在图5中，用BPSG或类似的材料形成的厚度约为0.8微米的第一层间绝缘膜14设置在具有扩散层区域1和元件隔离区域2的半导体衬底3上，第一层布线8设置在第一层间绝缘膜4上面，第一层间绝缘膜4中形成接触开口部分，通过接触开口部分扩散层区域1和第一层布线8互相连接，在图1的说明中省略了该接触开口。高氟浓度的SiOF膜11设置在第一层布线8的布线间隙部分中，低氟浓度的SiOF层间绝缘膜12设置在SiOF膜11和第一层布线8的上面，在第一层布线8上面的层间绝缘膜12的厚度设置为0.6-1.0微米，第一通孔13在低氟浓度的SiOF膜12中有选择地形成，第二层布线15存在于包含第一通孔13的区域中。高氟浓度的SiOF膜16设置在第二层布线15的布线间隙部分中，低氟浓度的SiOF层间绝缘膜17存在于SiOF膜16和第二层布线15的上面，在第二层布线15上面的层间绝缘膜17的厚度设置为0.6-1.0微米，第二通孔18在低氟浓度的SiOF层间绝缘膜17中有选择地形成，第三层布线20存在于包含第二通孔18的区域中。此外，由SiOF或类似的材料形成的厚度为0.3微米的覆盖膜21在第三层布线20上层形成，以便覆盖整个表面。第一层布线8、第二层布线15和第三层布线20各层按从下层向上的顺序包括厚约30nm的钛膜和厚约100nm的氮化钛膜构成的金属阻挡层5A、5B、5C；厚约0.5微米的铝层6A、6B、6C；厚约30nm的氮化钛膜7A、7B、7C。将低氟浓度的SiOF层间绝缘膜12、17的氟浓度设置为低于5％的原子含量，将SiOF膜11、16的氟浓度设置为5％的原子含量或更高些。为防止布线与氟直接接触造成布线腐蚀，可以在低氟浓度SiOF膜12和作为SiOF膜12上层布线的第二层布线15之间、和在低氟浓度SiOF膜17和作为SiOF膜17的上层布线的第三层布线20之间，形成0.1至0.3微米厚度的等离子氧化膜，图5省略了等离子氧化膜的说明。在此实施例中，SiOF膜11、16和SiOF膜12、17依次各为本专利技术层间绝缘膜的第一SiOF膜和第二SiOF膜。此实施例说明了三层布线结构，但是也适用于一层布线结构、两层布线结构或者四层或者更多层的布线结构。下面参考图6至图9将对本专利技术半导体器件的制造方法进行说明。图6至图9是表明制造工艺的横截面图。首先如图6所示，在半导体衬底3上形成扩散层区域1和元件隔离区域2，接着在其上形成用BPSG或类似的材料形成的厚度约为1.2微米的第一层间绝缘膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体器件，其具有多条并列布线和与布线接触的ＳｉＯＦ绝缘膜，其特征在于在布线间隙部分的ＳｉＯＦ绝缘膜的氟浓度高于布线上的ＳｉＯＦ绝缘膜的氟浓度。

【技术特征摘要】
JP 1998-4-3 091538/981．半导体器件，其具有多条并列布线和与布线接触的SiOF绝缘膜，其特征在于在布线间隙部分的SiOF绝缘膜的氟浓度高于布线上的SiOF绝缘膜的氟浓度。2．如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于在布线间隙部分上的SiOF绝缘膜包括第一SiOF膜和在第一SiOF膜上形成的第二SiOF膜，布线上的SiOF膜包括第二SiOF膜，第一SiOF膜的氟浓度高于第二SiOF膜的氟浓度。3．如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于将布线间隙中央部分的第一SiOF膜的厚度设置为布线厚度的1/3到1倍。4．如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于将第一SiOF膜的氟浓度设置为大于等于5atom％，将第二SiOF膜的氟浓度设置为小于5atom％。5．半导体器件，其具有多个层布线、各层布线有多条相互并列的布线和SiOF层间绝缘膜，其特征在于在布线间隙部分的SiOF层间绝缘膜的氟浓度设置为高于在布线上的SiOF层间绝缘膜的氟浓度。6．如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于在布线间隙部分上的SiOF层间绝缘膜包括第一SiOF膜和在第一SiOF膜之上形成的第二SiOF膜，在布线上的SiOF层间绝缘膜包括第二SiOF膜，第一SiOF膜的氟浓度高于第二SiOF膜的氟浓度。7．如权利要求6所述的半导体器件，其特征在于将布线间隙部分中央的第一SiOF绝缘膜的厚度设置在布线...

【专利技术属性】
技术研发人员：小田典明，今井清隆，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]