專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于半導(dǎo)體裝置的制造，特別有關(guān)于含氟介電膜的形成。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置的制造是通過沉積及圖案化一層或多層導(dǎo)電層、絕緣層及半導(dǎo)體層以形成集成電路，一些集成電路具有多層互連層，現(xiàn)有技術(shù)中，介于金屬層間的介電層稱為內(nèi)金屬介電層(inter-metal dielectrics，IMD)，使用多層互連層可以使每一晶圓生產(chǎn)更多晶片。
半導(dǎo)體裝置尺寸的微縮，其傳播延遲或阻容延遲(RCdelay)等問題更為嚴(yán)重，為了降低延遲，半導(dǎo)體工業(yè)中趨于使用低介電常數(shù)(k)材料，其作為互連層間的絕緣層以降低導(dǎo)線間電容。
一種使用于半導(dǎo)體制造中的低介電常數(shù)材料稱為含氟硅石玻璃(fluorine containing silica glass，F(xiàn)SG，以下簡(jiǎn)稱FSG)，含氟介電膜是通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)沉積硅氟氧化物(FxSiOy)或碳摻雜硅氟氧化物或其它雜質(zhì)摻雜硅氟氧化物，F(xiàn)S G具有約3.8或較低的介電常數(shù)k，其值的大小視氟的數(shù)量而定，其介電常數(shù)較二氧化硅(SiO2)的k值為低；通過添加四氟化硅(SiF4)至制程氣體環(huán)境中，以等離子加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積法(plasma enhanced CVD，PECVD)或高密度等離子化學(xué)氣相沉積法(high density plasma CVD，HDP-CVD)，沉積二氧化硅以形成FSG介電膜；至于碳摻雜硅氟氧化物，可添加如一氧化碳或二氧化碳的含碳?xì)怏w。
通過增加SiF4的流動(dòng)率，更多的氟將被混入FSG介電膜中，氟濃度愈高則k值愈小，然而，最多約6％的氟可以混入FS G介電膜中(亦即與Si發(fā)生鍵結(jié))，因?yàn)楦叩臐舛葘?dǎo)致氟在反應(yīng)式離子蝕刻(RIE)時(shí)逸散出來，自FSG氧化物逸散出來的氟在銅互連層系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生問題，例如氟容易侵害銅互連層的鉭基襯墊層(Ta-based liner)，產(chǎn)生揮發(fā)性TaF2，以及導(dǎo)致低介電常數(shù)(low-k)介電膜及鉭基襯墊層間的粘著度喪失，具有高濃度氟的FSG介電膜是不穩(wěn)定的，在沉積一覆蓋層或一金屬層之后，以及鈍化及金屬化合金處理之后，會(huì)產(chǎn)生氣泡。
現(xiàn)有技術(shù)中有另一個(gè)問題，F(xiàn)SG介電膜具有高于5％孔洞(定義為5％+，以便后續(xù)描述)的多孔洞特性，將導(dǎo)致FSG介電膜的不穩(wěn)定性；例如現(xiàn)有技術(shù)中，在攝氏溫度約21至75度時(shí)使用50∶1氫氟酸或100∶1氫氟酸的條件下，比較多孔洞FSG介電膜及熱氧化薄膜的蝕刻率，結(jié)果5％+多孔洞FSG介電膜的蝕刻率約為熱氧化薄膜的20倍；例如，5％+多孔洞FSG介電膜對(duì)于50∶1氫氟酸具有約800埃/分的蝕刻率，然而相同情況下的熱氧化薄膜具有約是40埃/分的蝕刻率；在半導(dǎo)體裝置中使用現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜將導(dǎo)致金屬短路或金屬橋接，及金屬間高漏電流，以及應(yīng)力遷移故障。
因此相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，需要一種改良的FSG介電膜，其使用在銅及其它金屬互連層系統(tǒng)時(shí)，可以兼容于其它裝置零件以及具有穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，可以解決或回避上述及其它問題，及獲得技術(shù)上的益處；選擇適當(dāng)?shù)某练e參數(shù)使其在半導(dǎo)體晶圓(以下簡(jiǎn)稱晶圓)上沉積一較少孔洞FSG介電膜，該FSG介電膜具有較少的游離氟。
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，包含一基底；以及一含氟介電膜，覆蓋該基底，其中該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，其蝕刻率約小于一熱氧化硅的15倍。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，該含氟介電膜是包含約25％或較少的自由氟離子。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，在使用100∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率約小于300埃/分，或者在使用50∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率約小于700埃/分。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，該含氟介電膜是包含約1000個(gè)/秒(counts/second)或較少的一氮濃度。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，該含氟介電膜是包含約3.8或較小的一介電常數(shù)。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，更包含一第一擴(kuò)散阻障層，其沉積于該基底及該含氟介電膜之間。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，更包含至少一條導(dǎo)線，其設(shè)置于該含氟介電膜內(nèi)。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置，更包含一第二擴(kuò)散阻障層，其設(shè)置于該含氟介電膜及該至少一條導(dǎo)線間。
本發(fā)明的另提供一種半導(dǎo)體裝置，包含一基底；一裝置，形成于該基底內(nèi)；一含氟介電膜，覆蓋該基底，其中該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，在攝氏溫度約21至75度時(shí)，使用100∶1氫氟酸，其蝕刻率約小于300埃/分，以及該含氟介電膜具有約3.8或較小的一介電常數(shù)；以及一至少一條導(dǎo)線，設(shè)置于該含氟介電膜內(nèi)。
本發(fā)明又提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含提供一基底；以及形成一含氟介電膜，覆蓋該基底，其中該含氟介電膜是包含約25％或較少的游離氟。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，其蝕刻率約小于一熱氧化硅的15倍。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，更包含蝕刻該含氟介電膜，其中蝕刻該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，在使用100∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率約小于300埃/分，或者在使用50∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率約小于700埃/分。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，形成該含氟介電膜是包含約1000個(gè)/秒(counts/second)或較少的一氮濃度。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該含氟介電膜是具有約3.8或較小的一介電常數(shù)。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，形成該含氟介電膜是包含放置該基底至一沉積反應(yīng)室內(nèi)，以及導(dǎo)入一四氟化硅及一硅甲烷；其中該四氟化硅比該硅甲烷的反應(yīng)比率是約等于或小于2.5。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該沉積反應(yīng)室中的壓力是約等于或小于3托爾。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，該沉積反應(yīng)室中的射頻功率是約為500至5000瓦。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，更包含于形成該含氟介電膜之前，形成一第一擴(kuò)散阻障層以覆蓋該基底。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，更包含形成至少一條導(dǎo)線，其中該至少一條導(dǎo)線是設(shè)置于該含氟介電膜內(nèi)。
本發(fā)明所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，更包含形成一第二擴(kuò)散阻障層以覆蓋該含氟介電膜。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是包含在半導(dǎo)體裝置內(nèi)提供一含氟介電層以作為一介電材料層，該含氟介電層具有較少的游離氟，兼容于在新型互連層系統(tǒng)中所使用的導(dǎo)電材料，且該含氟介電層具有較少孔洞，使其更穩(wěn)定，以及改善現(xiàn)有技術(shù)中FSG介電膜的品質(zhì)，使用此含氟介電膜的半導(dǎo)體裝置可以改善電性功能，例如降低介層窗的接觸電阻值(Rc-Via)。


圖1a是依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，一包含有新型較少游離氟FSG介電膜的半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖；圖1b是圖1a中所示阻障層的一更詳細(xì)示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，另一包含有較少游離氟FSG介電膜的半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖；圖3是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜及依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜的傅立葉紅外線(FTIR)光譜測(cè)試結(jié)果；圖4a、圖4b是顯示在一偏壓及溫度范圍內(nèi)，現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜及依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜的熱吸附光譜儀(TDS)測(cè)試結(jié)果；圖5是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜及依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜之間，二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)的測(cè)試結(jié)果比較。
具體實(shí)施例方式
以下將詳細(xì)討論本發(fā)明的較佳實(shí)施例制作及使用。然而其相關(guān)認(rèn)知，本發(fā)明提供許多具應(yīng)用價(jià)值，以及在特定背景下可廣泛多變將之具體化的發(fā)明概念。所討論的特定實(shí)施例僅是本發(fā)明的制造及使用特定方法的例證，勿因此而局限本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例，亦即在半導(dǎo)體基底或元件上形成較少游離氟的FSG介電膜，本發(fā)明的實(shí)施例也可應(yīng)用于其它使用介電材料的技術(shù)。
在現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜中發(fā)現(xiàn)高比例游離氟，其未與硅發(fā)生化學(xué)鍵結(jié)，例如現(xiàn)有技術(shù)中FSG介電膜可能含有大約高于30％的游離氟，一般以游離態(tài)(F-)存在，使FSG介電膜具有許多孔洞，約大于5％，半導(dǎo)體裝置中作為介電材料的現(xiàn)有技術(shù)多孔FSG介電膜不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致金屬間的短路，蝕刻制程中的不可預(yù)測(cè)性，及裝置故障。
依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，形成一含氟介電膜具有較少的游離氟，此較少游離氟的含氟介電膜較現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜更為穩(wěn)定，以及具有較少孔洞，依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例形成的含氟介電膜最好包含約25％或較少的游離氟，其明顯低于現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜的游離氟含量，在一較佳實(shí)施例中，含氟介電膜是包含約20％或較少游離氟。
下文將討論在較佳實(shí)施例中，含較少游離氟含氟介電膜的沉積參數(shù)。參照?qǐng)D1a，提供一基底102，基底102可能包含一半導(dǎo)體元件，以及通過絕緣層覆蓋的硅或其它半導(dǎo)體材料，其中基底102也可能包含其它主動(dòng)零件或電路104，例如基底102可包含氧化硅或單晶硅，基底102可能包含其它導(dǎo)電層或其它如晶體管、二極管等半導(dǎo)體零件，復(fù)合半導(dǎo)體如GaAs、InP、Si/Ge或SiC等，有可能取代硅。
如圖1a所示，可形成一非必須的第一擴(kuò)散阻障層106于基底102的上表面，例如，應(yīng)用此第一擴(kuò)散阻障層106以防止或減少較少游離氟含氟介電膜108的雜質(zhì)擴(kuò)散至基底102，也防止或減少基底102的雜質(zhì)擴(kuò)散至較少游離氟含氟介電膜108。
在一較佳實(shí)施例中，第一擴(kuò)散阻障層106最好包含一介電層或絕緣材料，第一擴(kuò)散阻障層106可包括含氮材料，例如氮化硅，氮氧化硅，含碳氮化硅，氮化鉭，氮化鈦或氮化鎢等，第一擴(kuò)散阻障層106亦可包含含碳材料，例如碳化硅(SiC)，含碳氧化硅(如SiOC)，含碳氮化硅(如SiCN)等，或者，非必須的第一擴(kuò)散阻障層106可能包含其它絕緣材料或先前提過絕緣材料的組合，此非必須的第一擴(kuò)散阻障層106最好包含約600?；蜉^少的一厚度，但也可以包含其它尺寸，在一些應(yīng)用中并不需要第一擴(kuò)散阻障層106。
將基底102置入一沉積反應(yīng)室中，其中導(dǎo)入反應(yīng)氣體及環(huán)境氣體，以形成一較少游離氟含氟介電膜108直接覆蓋基底102的上表面，如果使用一第一擴(kuò)散阻障層106的話，則形成的較少游離氟含氟介電膜108直接覆蓋第一擴(kuò)散阻障層106的上表面。較少游離氟的含氟介電膜108在此也稱為含較少游離氟的含氟硅石玻璃(FSG)介電膜108或含氟介電膜108，在此這些術(shù)語可互換使用。一反應(yīng)氣體是包含四氟化硅(SiF4)硅甲烷(SiH4)，最好以約2.5或較小的比例導(dǎo)入反應(yīng)室內(nèi)，以形成較少游離氟的含氟介電膜108，在一實(shí)施例中，四氟化硅(SiF4)硅甲烷(SiH4)以約1.6或較少的比例沉積。沉積制程中沉積反應(yīng)室內(nèi)的壓力最好大約3托爾(Torr)或更低，在一實(shí)施例中，沉積壓力約為1.2托爾。施于沉積反應(yīng)室的射頻(radio frequency，RF)功率最好約500至5000瓦(watt)，所形成的較少游離氟的FSG介電膜108最好包含約2000至15000埃的厚度，但也可以包含其它尺寸。
較少游離氟的FSG介電膜108可通過等離子加強(qiáng)式化學(xué)氣相沉積法或高密度等離子化學(xué)氣相沉積法沉積，也可使用其它沉積法，沉積制程中沉積反應(yīng)室內(nèi)的環(huán)境氣體可包含N2O，其流率約為5000到15000標(biāo)準(zhǔn)立方公分/分鐘(sccm)，沉積制程中亦可導(dǎo)入其它氣體至沉積反應(yīng)室內(nèi)，例如氧基氣體(oxygen basedgas)或含氧氣體如N2O、NO、NO2、CO、O3、O2或CO2其中任何一種，也可使用其它含氧氣體。
以下將討論本發(fā)明實(shí)施例中所形成較少游離氟的FSG介電膜108的一些材料特性。較少游離氟的FSG介電膜108最好在攝氏溫度約21至75度時(shí)，以100∶1氫氟酸(例如H2O與HF的體積比等于100∶1)進(jìn)行約小于300埃/分鐘蝕刻率的濕式蝕刻，或以50∶1氫氟酸進(jìn)行約小于700埃/分鐘蝕刻率的濕式蝕刻。與上述的條件相同，較少游離氟的FSG介電膜108的濕式蝕刻率約小于熱氧化硅的15倍，最好約6至10倍。例如，在氫氟酸中，較少游離氟的FSG介電膜108的濕式蝕刻率約小于熱氧化硅的15倍，假如熱氧化硅的濕式蝕刻率為40埃/分鐘，則含較少游離氟的FS G介電膜108的濕式蝕刻率最好為600埃/分鐘，以及在另一實(shí)施例中，在與熱氧化硅蝕刻制程的相同情況下，較少游離氟的FSG介電膜108的濕式蝕刻率最好為240至600埃/分鐘。
在一實(shí)施例中，較少游離氟的FSG介電膜108最好具有一較低氮濃度，例如約1000個(gè)/秒(count/second)或較少。在一實(shí)施例中，較少游離氟的FSG介電膜108最好具有約3.8或較低的介電常數(shù)。在一實(shí)施例中，較少游離氟的FSG介電膜108最好具有一低出氣率，例如在攝氏溫度約25至400度時(shí)，反應(yīng)室具有約小于1×10-4毫托爾(mTorr)的基準(zhǔn)壓力(例如在真空環(huán)境中)，使用一熱脫吸附光譜儀(thermal desrption spectrometer，TDS)測(cè)量方法，其氟的分壓約小于5×10-8托爾，測(cè)量到的氟分壓與樣品及薄膜厚度強(qiáng)烈相關(guān)，在此例中，在一300mm基底上較少游離氟的FSG介電膜108的厚度約5000埃。依據(jù)本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，較少游離氟的FSG介電膜108的孔洞約5％或更少，低孔洞率可改善較少游離氟的FSG介電膜108的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
如圖1a所示，沉積較少游離氟的FSG介電膜108之后，圖案化較少游離氟的FSG介電膜108，例如使用一鑲嵌制程，定義至少一條導(dǎo)線116的圖案，可使用微影技術(shù)以圖案化較少游離氟的FSG介電膜108，例如，沉積一光致抗蝕劑(圖中未示)以覆蓋較少游離氟的FSG介電膜108，以及使用一微影掩膜圖案化此光致抗蝕劑，移除不需要的部分光致抗蝕劑，留下的光致抗蝕劑作為掩膜以蝕刻較少游離氟的FSG介電膜108，然后可以自較少游離氟的FSG介電膜108上剝除或移除光致抗蝕劑，或者也可以使用例如電子束微影技術(shù)(electron beam lithography，EBL)或其它直接蝕刻的方法，直接蝕刻較少游離氟的FSG介電膜108。
可在圖案化較少游離氟的FSG介電膜108之前或之后，預(yù)先處理本發(fā)明的較少游離氟的FSG介電膜108，以達(dá)穩(wěn)定的介電性值，如介電常數(shù)及折射率等。例如，一表面處理是包含等離子處理，在酸性或堿性環(huán)境中清洗，熱處里，含氮環(huán)境處理，含氫環(huán)境處理或上述處理的組合，或者，可不做處理也可使用其它形式的表面處理。
如圖1a所示，圖案化較少游離氟的FSG介電膜108之后，可沉積或形成一非必須的第二擴(kuò)散阻障層112以覆蓋較少游離氟的FSG介電膜108，第二擴(kuò)散阻障層112用以防止或減少較少游離氟含氟介電膜108的雜質(zhì)擴(kuò)散至一稍后沉積的導(dǎo)電材料114，也防止或減少導(dǎo)電材料114的雜質(zhì)擴(kuò)散至較少游離氟含氟介電膜108或基底102，例如當(dāng)導(dǎo)電材料114包含銅時(shí)，使用此第二擴(kuò)散阻障層112特別有益，因?yàn)殂~容易擴(kuò)散至一些如FSG介電膜的材料中。
第二擴(kuò)散阻障層112最好包含一導(dǎo)電材料，或者也可包含一絕緣材料；第二擴(kuò)散阻障層112可包括含氮材料，例如氮化硅，氮氧化硅，含碳氮化硅，氮化鉭物，氮化鈦物，氮化鎢等；第二擴(kuò)散阻障層112亦可包含含碳材料，例如碳化硅(SiC)，含碳氧化硅(如SiOC)，含碳氮化硅(如SiCN)等；第二擴(kuò)散阻障層112亦可包含耐火金屬材料，例如鉭，氮化鉭(TaN)，鈦或氮化鈦(TiN)；或者第二擴(kuò)散阻障層112亦可包含其它絕緣材料或包含上述材料的組合；此第二擴(kuò)散阻障層112最好包含約600?；蜉^少的一厚度，但也可以包含其它尺寸，在一些應(yīng)用中并不需要第二擴(kuò)散阻障層112。
如圖1a所示，沉積一導(dǎo)電材料114以覆蓋較少游離氟含氟介電膜108或第二擴(kuò)散阻障層112，此導(dǎo)電材料114最好包含如銅，鋁，銀，鎢，其組合物或其它的導(dǎo)電材料，例如，導(dǎo)電材料114可以任何適合的導(dǎo)電材料形成，包含金屬氮化物、金屬合金、銅、銅合金、鋁、鋁合金及其組合物。
如圖1a所示，在導(dǎo)電材料114沉積制程之后，在較少游離氟含氟介電膜108的上表面可能有非必要的導(dǎo)電材料114殘留(圖中未示)，其可以使用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)或蝕刻制程，將非必要的導(dǎo)電材料114自較少游離氟含氟介電膜108上表面移除，使至少一條導(dǎo)線116可在較少游離氟含氟介電膜108內(nèi)形成，此至少一條導(dǎo)線116可包含多條形成于內(nèi)金屬介電層的第一導(dǎo)線116(圖中未示)。
圖1b是顯示圖1a中阻障層106、112較詳細(xì)的剖面示意圖。第一擴(kuò)散阻障層106包含一第一厚度d1，第二擴(kuò)散阻障層112包含一第二厚度d2。在一實(shí)施例中，第一阻障層106具有一氟擴(kuò)散深度，其深度最好約為第一厚度d1的2/3，且該氟擴(kuò)散深度鄰接于較少游離氟含氟介電膜108，氟擴(kuò)散深度內(nèi)的氟的濃度是包含約64％或較少的氟；在此實(shí)施例中，第一阻障層106的側(cè)邊是鄰接于基底102的上表面，其最好具有1/3 d1或較大厚度的0％氟濃度。
同樣，在一實(shí)施例中，第二阻障層112具有一氟擴(kuò)散深度，其深度最好約為第二厚度d2的2/3，且該氟擴(kuò)散深度鄰接于較少游離氟含氟介電膜108，氟擴(kuò)散深度內(nèi)的氟的濃度是包含約64％或較少的氟；在此實(shí)施例中，第二阻障層112的側(cè)邊是鄰接于導(dǎo)電材料114，其最好具有1/3d2或較大厚度的0％氟濃度。
如圖1a所示，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，形成一半導(dǎo)體裝置100，在較少游離氟含氟介電膜108之內(nèi)形成至少一條導(dǎo)線116，是繪出一單鑲嵌結(jié)構(gòu)及其制造方法。
圖2是顯示本發(fā)明的一實(shí)施例，包含雙鑲嵌金屬化結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置200的剖面示意圖。如圖1a，使用類似參考號(hào)以標(biāo)定不同裝置，為避免重復(fù)，圖2的參考號(hào)在此將不再詳細(xì)介紹。跟圖1a有相同材料性質(zhì)的材料層最好使用類似材料x02、x04、x06等，其中x＝1表示圖1a，x＝2表示圖2。例如，在圖1a描述較少游離氟含氟介電膜108所用的較佳材料，材料性質(zhì)及形成方法，圖2的較少游離氟含氟介電膜208a、208b最好也使用。
在此實(shí)施例中，沉積一非必須的第一擴(kuò)散阻障層206a以覆蓋基底202，形成一較少游離氟FSG介電膜208a以覆蓋此非必須的第一擴(kuò)散阻障層206a，沉積另一非必須的第一擴(kuò)散阻障層206b以覆蓋較少游離氟FSG介電膜208a，以及形成一較少游離氟FSG介電膜208b以覆蓋此非必須的第一擴(kuò)散阻障層206b。
使用一雙鑲嵌制程以圖形化較少游離氟FSG介電膜208a、208b及非必須的第一擴(kuò)散阻障層206a、206b(如果有用到的話)。例如，可以使用一第一掩膜(圖中未示)以圖形化較少游離氟FS G介電膜208b及非必須的第一擴(kuò)散阻障層206b，其具有至少一條導(dǎo)線216的圖案，以及一第二掩膜(圖中未示)以圖形化較少游離氟FSG介電膜208a及非必須的第一擴(kuò)散阻障層206a，其具有至少一介層窗218的圖案；或者可以先使用此第二掩膜以圖形化較少游離氟FSG介電膜208a、208b及非必須的第一擴(kuò)散阻障層206a、206b，其具有至少一介層窗218的圖案，然后使用此第一掩膜以圖形化較少游離氟FSG介電膜208b及非必須的第一擴(kuò)散阻障層206b，其具有至少一條導(dǎo)線216的圖案。
如圖2所示，然后沉積一導(dǎo)電材料214以覆蓋此雙鑲嵌圖案化的材料206a、206b、208a、208b上沉積，以及自較少游離氟FSG介電膜208b的上表面移除非必要的導(dǎo)電材料214，留下至少一條導(dǎo)線216及至少一介層窗218，其形成于擴(kuò)散阻障層206a、206b及較少游離氟FSG介電膜208a、208b之內(nèi)。
圖3、圖4a、圖4b及圖5是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜及依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b的不同參數(shù)測(cè)試結(jié)果比較。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜及依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b進(jìn)行以下分析傅立葉紅外線光譜術(shù)(Fourier Transform InfraredSpectroscopy，F(xiàn)TIR)分析(圖3)、熱脫附光譜儀(ThermalDesorption Spectrometer，TDS)比較(圖4a、圖4b)、二次離子質(zhì)譜儀(Secondary Ion Mass Spectrometer，SIMS)比較(圖5)、薄膜孔洞檢驗(yàn)、濕式蝕刻率及電性。在這些測(cè)試中，其中較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b較現(xiàn)有技術(shù)薄膜具有較佳性能。
圖3是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜(曲線332)，及依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b(曲線330)的傅立葉紅外線(FTIR)光譜測(cè)試結(jié)果。FTIR量測(cè)紅外線強(qiáng)度與光波長(zhǎng)(或波數(shù))的對(duì)應(yīng)關(guān)系，紅外光譜術(shù)(infraredspectroscopy)可測(cè)得樣品的化學(xué)官能基的震動(dòng)特性，當(dāng)紅外光和材料作用時(shí)，化學(xué)鍵會(huì)伸展、收縮和彎曲，因此化學(xué)官能基傾向于吸收特定波數(shù)范圍的紅外線輻射，而與分子的其它結(jié)構(gòu)無關(guān)。
圖3是顯示本發(fā)明的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b較現(xiàn)有技術(shù)薄膜具有一較明顯的氟化氫尖峰(SiF peak)，其指出本發(fā)明的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b具有較純的SiF鍵結(jié)及較少的游離氟，表1是比較現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜及依據(jù)本發(fā)明的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b的游離氟比例％，在表1中游離氟比例％的計(jì)算是減去X光熒光分光計(jì)(X-ray fluorescence spectrometry，XRF)，XRF用以偵測(cè)與硅鍵結(jié)的氟和不與硅鍵結(jié)的氟換言之，XRF可用以偵測(cè)薄膜的氟的全部濃度。
表1

在表1中XRF＝鍵結(jié)的氟+未鍵結(jié)的氟FTIR＝鍵結(jié)的F游離氟＝未鍵結(jié)的氟＝XRF-FTIR游離氟％是未與硅鍵結(jié)的氟原子的比例％。游離氟％一般為離子態(tài)(F-)。
圖4a是顯示在一偏壓及溫度范圍內(nèi)，現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜的熱脫附光譜儀(TDS)測(cè)試結(jié)果，圖4b是顯示在相同偏壓及溫度范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b的熱脫附光譜儀(TDS)測(cè)試結(jié)果。當(dāng)溫度高于攝氏200度時(shí)，TDS資料顯示，現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜較本發(fā)明的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b釋放出更多的氟出氣率，圖4a及圖4b中的測(cè)試結(jié)果，亦指出本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b較現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜更為穩(wěn)定。請(qǐng)注意在圖4a及圖4b中，“AMU”是代表原子質(zhì)量單位(atomic mass unit)。
圖5是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的FSG介電膜及依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜108、208a或208b之間，二次離子質(zhì)譜儀(SIMS)的測(cè)試結(jié)果比較。新型較少游離氟FSG介電膜108、208a或208b是顯示出一低氮及游離氟粒子數(shù)，其通過使用一低四氟化硅(SiF4)硅甲烷(SiH4)比率及一低N2O流率，沉積此較少游離氟FSG介電膜108、208a或208b而得到。在圖5中，“14N133Cs”是指氮，“19F133Cs”是指氟。
在圖5的曲線334、336可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜含高氮原子數(shù)及高游離氟離子。在圖5的曲線338、340可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的較少游離氟的FSG介電膜108、208a或208b含低氮原子數(shù)及低游離氟離子。
在與熱氧化硅相同的蝕刻條件下，本發(fā)明的較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b的濕式蝕刻測(cè)試結(jié)果顯示較慢的蝕刻率。一般上，本發(fā)明的FSG介電膜108、208a及208b與傳統(tǒng)FSG介電膜的蝕刻率比值約0.4至0.7。現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜的干式蝕刻率測(cè)試結(jié)果，與本發(fā)明的實(shí)施例的較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b的干式蝕刻測(cè)試結(jié)果比較，是顯示類似濕式蝕刻測(cè)試的趨勢(shì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b的濕式蝕刻率及干式蝕刻率均較低，其有利于在生產(chǎn)制程中易于控制介電膜108、208a及208b的蝕刻。蝕刻測(cè)試結(jié)果指出較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b較現(xiàn)有技術(shù)的介電膜稠密及堅(jiān)固，其可以解決現(xiàn)有技術(shù)中FS G介電膜孔洞太多的問題。
相較于現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜，依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的較少游離氟FSG介電膜108、208a及208b具有較收斂的Rc-Via效能。(Rc-Via是一介層窗的電阻值，其單位為歐姆ohm)在本發(fā)明的實(shí)施例中，已描述關(guān)于形成導(dǎo)線的鑲嵌法。然而可使用一減式蝕刻制程，在較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b中形成導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，例如可沉積一導(dǎo)電材料以覆蓋基底，然后使用微影技術(shù)圖形化導(dǎo)電材料使其在導(dǎo)電材料中形成導(dǎo)線，然后沉積較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b以覆蓋圖案化的導(dǎo)線材料，然后自導(dǎo)線上移除非必要的較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b，例如在一減式蝕刻制程中，也可以使用阻障層以形成導(dǎo)線。
本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是包含提供一較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b，其在半導(dǎo)體裝置中作為介電材料層，此較少游離氟的FSG介電膜108、208a及208b的孔洞較少，較為穩(wěn)定，以及改善現(xiàn)有技術(shù)FSG介電膜的薄膜品質(zhì)。
以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何熟悉本項(xiàng)技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號(hào)的簡(jiǎn)單說明如下半導(dǎo)體裝置100、200基底102、202電路104、204第一擴(kuò)散阻障層106、206a另一擴(kuò)散阻障層206b較少游離氟的含氟介電膜108、208a、208b第二擴(kuò)散阻障層112、212導(dǎo)線材料114、214導(dǎo)線116、216
第一厚度d1第二厚度d2氟擴(kuò)散深度2/3d1、2/3d2。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，所述半導(dǎo)體裝置包含一基底；以及一含氟介電膜，覆蓋該基底，其特征在于該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，其蝕刻率小于一熱氧化硅的15倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該含氟介電膜是包含25％或較少的自由氟離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，在使用100∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率小于300埃/分，或者在使用50∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率小于700埃/分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該含氟介電膜是包含1000個(gè)/秒或較少的一氮濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于該含氟介電膜是包含3.8或較小的一介電常數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于更包含一第一擴(kuò)散阻障層，其沉積于該基底及該含氟介電膜之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于更包含至少一條導(dǎo)線，其設(shè)置于該含氟介電膜內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于更包含一第二擴(kuò)散阻障層，其設(shè)置于該含氟介電膜及該至少一條導(dǎo)線間。
9.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法包含提供一基底；以及形成一含氟介電膜，覆蓋該基底，其特征在于該含氟介電膜是包含25％或較少的游離氟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，其蝕刻率小于一熱氧化硅的15倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于更包含蝕刻該含氟介電膜，其中蝕刻該含氟介電膜是包含一使用氫氟酸的濕式蝕刻率，在使用100∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率小于300埃/分，或者在使用50∶1氫氟酸時(shí)，其蝕刻率小于700埃/分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成該含氟介電膜是包含1000個(gè)/秒或較少的一氮濃度。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該含氟介電膜是具有3.8或較小的一介電常數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于形成該含氟介電膜是包含放置該基底至一沉積反應(yīng)室內(nèi)，以及導(dǎo)入一四氟化硅及一硅甲烷；其中該四氟化硅比該硅甲烷的反應(yīng)比率是等于或小于2.5。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該沉積反應(yīng)室中的壓力是等于或小于3托爾。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于該沉積反應(yīng)室中的射頻功率是為500至5000瓦。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于更包含于形成該含氟介電膜之前，形成一第一擴(kuò)散阻障層以覆蓋該基底。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于更包含形成至少一條導(dǎo)線，其中該至少一條導(dǎo)線是設(shè)置于該含氟介電膜內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于更包含形成一第二擴(kuò)散阻障層以覆蓋該含氟介電膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。所述半導(dǎo)體裝置的制造方法，是包含在一基底上形成一含氟介電膜，該含氟介電膜是包含約25％或較少的游離氟，具有約5％或較少的孔洞及約3.8或較小的一介電常數(shù)；沉積一第一擴(kuò)散阻障層于一基底及該含氟介電膜之間；沉積一第二擴(kuò)散阻障層于該含氟介電膜及導(dǎo)線之間。此膜的形成方式如下在一沉積反應(yīng)室中的壓力約等于或小于3托爾，及射頻功率約為500至5000瓦的條件下，導(dǎo)入一四氟化硅及硅甲烷的氣體，其中四氟化硅比硅甲烷的反應(yīng)比率約等于或小于2.5，以形成此含氟介電膜。本發(fā)明改善FSG介電膜的品質(zhì)，使用此含氟介電膜的半導(dǎo)體裝置可以改善電性功能。
文檔編號(hào)H01L21/311GK1725452SQ20051008586
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月20日
發(fā)明者呂伯雄, 莊學(xué)理, 蔡瑛修, 楊淑婷, 楊正輝, 馮忠銘, 吳斯安, 劉滄宇, 陳明德 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司