层间绝缘膜、布线结构以及它们的制造方法技术

提供一种低介电常数且不会产生CFx、SiF4等气体的、稳定的半导体装置的层间绝缘膜和具备该层间绝缘膜的布线结构。在具备形成在基底层上的绝缘膜的层间绝缘膜中，所述层间绝缘膜的有效介电常数为3以下。布线结构具备层间绝缘膜和形成在层间绝缘膜上的接触孔以及被填充在所述接触孔内的金属。所述绝缘膜具备形成在所述基底层上表面被氮化的碳氟膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体元件、半导体芯片搭载基板、布线基板等的多层布线结构，特别 是层间绝缘膜的构造，另外，还涉及具有该多层布线结构的半导体装置、布线基板、以及包 含它们的电子装置。再者，本专利技术还涉及该多层布线结构的制造方法，以及具有该多层布线 结构的半导体装置、布线基板、以及包含它们的电子装置的制造方法。
技术介绍
至今为止，为了对半导体基板上等的多层布线结构中的布线层间进行绝缘，形成 有层间绝缘膜。在这种多层布线结构中，布线间的寄生容量及布线电阻导致的信号延迟问题变得 越来越不可忽视，逐渐要求采用具有低介电常数(Low-k)的层间绝缘膜。作为这种层间绝缘膜，碳氟膜(以下称为CFx膜”)由于具有极低的介电常数，可 以降低布线间的寄生容量，因此受到瞩目。但CFx膜对水非常弱，密着性也差。所以，虽然 CF膜被形成在SiCN层、Si3N4或者SiO2层等的基底层上，但CF膜的底面及表面(即，膜形 成的开始和结束)上存在问题。至今为止，如特许文献1所示，CFx膜通过等离子体处理装置进行成膜，采用的是氟 碳气体(称为CFx气体，例如C5F8气体)。如特许文献2所示，该CFx气体原本是用于蚀刻的气体，当等离子体处理温度高 时，会出现下地层受到蚀刻而产生氟化硅(SiF4)气体的问题。另外，还存在水分、CFx, SiF4等的气体从成膜后的CF膜上脱离后成为污染源的问题。从特许文献3可知，通过在队气氛中400°C 500°C温度下，对成膜后的CFx膜进 行退火，成膜后的脱气少。再者，作为基底金属，在硅半导体上形成氧化膜、氮化膜、氧氮化膜等时，在采用稀 有气体的等离子体处理中，采用单一的稀有气体进行处理。在采用单一气体的情况下，等离 子体对后处理造成的损伤小，因此可以采用与电子碰撞截面大的、等离子体的电子温度低 的氪(Kr)气和氙(Xe)气(例如参考特许文献4)。特许文献1 特开2002-220668号公报特许文献2 特开2002-16050号公报特许文献3 特开平11_16四62号公报特许文献4 特开2002-261091号公报
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于，提供一种低介电常数且不会产生CFX、SiF4等气体 的、稳定的半导体装置等的层间绝缘膜。另外，本专利技术的另一个目的在于，提供一种低介电常数且不会产生CFX、SiF4等气 体的、稳定的半导体装置等的层间绝缘膜的制造方法。另外，本专利技术的再另一个目的在于，提供一种具备低介电常数且不会产生CFx、SiF4 等气体的、稳定的半导体装置等的层间绝缘膜的布线结构。另外，本专利技术的其他目的在于，提供一种具备低介电常数且不会产生CFX、SiF4等 气体的、稳定的半导体装置等的层间绝缘膜的布线结构的制造方法。另外，本专利技术的再另一个目的在于，提供一种所述制造层间绝缘膜和所述布线结 构的方法。根据本专利技术的一种方式，可以获得一种层间绝缘膜，是具备形成于基底层上的绝 缘膜的层间绝缘膜，其特征在于，有效介电常数为3以下。在此，在本专利技术的一种方式中，优选为在所述层间绝缘膜中，所述绝缘膜具备形 成在所述基底层上的第1碳氟膜；形成在所述第1碳氟膜上的具有比所述第1碳氟膜更低 的介电常数的第2碳氟膜。另外，在所述层间绝缘膜中，所述第1碳氟膜的厚度优选为5 10nm，所述第2碳 氟膜的厚度优选为观0 500nm。另外，优选为所述第1及第2碳氟膜分别是低介电常数 膜。特别是所述第2碳氟膜的介电常数优选为1. 5 2. 5。再者，所述基底层优选包含形成 在基体上的SiCN层、氮化硅(Si3N4)层、SiCO层以及SiO2层中的至少一种。特别是设置所 述第1碳氟膜是为了防止与所述基底层反应而生成氟碳气体。另外，所述第1碳氟膜可以通过CVD法形成，该CVD法中采用Xe气或Kr气体产生 的等离子体，所述第2碳氟膜可以通过CVD法形成，该CVD法中采用Ar气产生的等离子体。另外，优选为对所述第2碳氟膜的表面进行氮化，所述表面的氮化膜的厚度为1 5nm,优选为2 3nm。再者，也可以具备由形成在所述绝缘膜上的Si3N4、SiCN以及SiCO中的至少一种构 成的膜。另外，根据本专利技术的另外一种方式，可以获得一种成膜方法，是采用氟碳气体和两 种以上的不同稀有气体，在基底层上形成碳氟膜的方法，其特征在于，具备通过采用Ar气 以外的稀有气体产生的等离子体，在所述基底层上形成第1碳氟膜的第1工序；和采用Ar 气产生的等离子体，在所述第1碳氟膜上形成第2碳氟膜的第2工序。在此，在本专利技术的另外一种方式的所述成膜方法中，优选为将所述第1碳氟膜的 成膜厚度为5 lOnm，在其上形成厚度为观0 500nm的第2碳氟膜。特别优选为所述第 2碳氟膜的介电常数低于第1碳氟膜。另外，优选为所述基底层包含形成在基体上的SiCN层、Si3N4层、SW2层以及SiCO 层中的至少一种。所述第1工序采用的稀有气体优选为气体。再者，也可以向所述稀有气体中加入氮化性气体及氧化性气体中的至少一种，通 入作为反应性气体的SiH4气体，形成由Si3N4或SiCN以及SiCO中的至少一种构成的膜。另外，根据本专利技术的另外其他的方式，可以获得一种多层布线结构的制造方法，是半导体装置等的多层布线结构的制造方法，其特征在于，具备形成作为层间绝缘膜的至少 一部分的碳氟膜的工序；和对该碳氟膜进行退火处理的工序；和对所述碳氟膜的表面进行 氮化的工序。在本专利技术中，所述退火工序优选为不暴露在大气中，而在惰性气体中进行。另外， 所述氮化工序优选为在采用Ar气及队气的等离子体中或者在采用队气的等离子体中进 行。此时，后者的情况下，优选在200°C以上进行，更优为在300 400°C进行。再者，优选为在所述退火工序前或工序后，设置用稀有气体等离子体对所述碳氟 膜的表面进行照射的工序。另外，根据本专利技术的其他的一种方式，可以获得一种布线机构，是具备具有形成 在基底层上的绝缘膜的层间绝缘膜；形成在所述层间绝缘膜上的接触孔；填充在所述接触 孔内的金属的布线结构，其特征在于，所述层间绝缘膜的有效介电常数为3以下。在此，在本专利技术的其他的一种方式中，优选为所述填充在所述接触孔内的金属包 含铜，在所述层间绝缘膜和所述铜之间存在至少包含镍的氟化物层的阻挡层。所述镍的氟 化物例如可以是二氟化镍，但并不限定于此。该镍的氟化物，可以通过MOCVD法形成，或者 在通过PVD (Physical Vapor D印osition)法成膜后对镍进行氟化处理而成。所述层间绝 缘膜优选为碳氟膜。另外，优选为所述绝缘膜具备形成在所述基底层上的第1碳氟膜；形成在所述第 1碳氟膜上的介电常数低于第1碳氟膜的第2碳氟膜。所述第1碳氟膜的厚度优选为5 IOnm,所述第2碳氟膜的厚度优选为280 500nm。特别是所述第2碳氟膜的介电常数优选 为1. 5 2. 5。另外，优选为所述基底层包含SiCN层、Si3N4层以及S^2层中的至少一种。 在此，设置所述第1碳氟膜的目的在于，防止因与所述基底层的反应而生成氟化硅气体。再者，优选具备包含形成在所述碳氟膜上的Si3N4或SiCN以及SiCO中的至少一种 的膜。优选在所述第2碳氟膜的表面部分上具有受到氮化处理的膜。另外，根据本专利技术的另外其他的一种方式，可以获得一种布线结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电子装置，其具有多层布线结构，其特征在于，作为所述多层布线结构的层间绝缘膜，至少具备形成在基底层上，表面被氮化的碳氟膜。

【技术特征摘要】
2005.06.20 JP 2005-1795911.一种电子装置，其具有多层布线结构，其特征在于，作为所述多层布线结构的层间绝 缘膜，至少具备形成在基底层上，表面被氮化的碳氟膜。2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述基底层包含SiCN层、Si3N4层、 SiCO层以及SW2层中的至少一种。3.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，还具备形成在所述碳氟膜上的Si3N4 层、SiCN层以及SiCO层中的至少一种。4.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述碳氟膜采用使用稀有气体而产 生的等离子体CVD形成。5.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述表面被氮化的部分的厚度为1 5nm06.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述表面被氮化的部分的厚度为2 3nm07.一种电子装置，其具有多层布线结构，其特征在于，所述多层布线结构的层间绝缘膜 具有表面被氮化的碳氟膜和接触孔，在所述接触孔内填充有至少包含铜的金属，在所述接 触孔的侧面在所述碳氟膜和所述金属之间设有阻挡层。8.根据权利要求7所述的电子装置，其特征在于，所述阻挡层至少含有镍的氟化物层。9.一种电子装置的制造方法，是具有多层布线结构的电子装置的制造方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：大见忠弘，
申请(专利权)人：国立大学法人东北大学，财团法人国际科学振兴财团，
类型：发明
国别省市：JP