TW531802B - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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TW531802B
TW531802B TW090117337A TW90117337A TW531802B TW 531802 B TW531802 B TW 531802B TW 090117337 A TW090117337 A TW 090117337A TW 90117337 A TW90117337 A TW 90117337A TW 531802 B TW531802 B TW 531802B
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Taiwan
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film
insulating film
semiconductor device
protective layer
forming gas
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TW090117337A
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English (en)
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Taizo Oku
Junichi Aoki
Youichi Yamamoto
Takashi Koromokawa
Kazuo Maeda
Original Assignee
Canon Sales Co Ltd
Semiconductor Process Lab Co
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Description

531802
本發明係關於一種半導體裝置及半、首 法，詳而言之，係關於一種形成内含低2體裝置製造方 緣膜（coating insulating fiim)之-1電#數的塗佈絕 (interlayer insulating fi im )。 内層絕緣層 【習知技術說明】 近年來，隨著半導體積體電路高集 ^ 加’使用了具有低介電常數的内層絕緣、&及向密度的增 構。在此情況下，平坦性優異且具有、彳θ的多層線路結 塗佈絕緣膜係經常作為内層絕緣^使|的相對介電常數的 關於具有低相對介電常數的塗 可以在成膜表面藉由旋轉塗佈的方的形成方法， 物的塗佈流體（coating liqui(n $ ^ 3矽的無機化合 塗佈流體，並接著藉由加熱= = = 然而上述塗佈絕緣膜含有大量的水氣，並：以产 $吸，性Uygr〇sc〇Picity)，而且塗佈絕緣膜-身二ς 又也是相當的低。因為上述塗佈絕緣膜對化學氣相沉穑 (CVD )膜或金屬線路層的黏著性（adhesiveness )相者 差’所以會有造成膜的剝落的疑慮。 田 為了彌補上述塗佈絕緣膜的缺點，通常會使用含s丨和 N或含Si和C的蓋層（cap layer )(上保護層）和襯層 (liner layer)(下保護層）的結構來包覆上述塗佈絕
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此内戶^缘声二層線路的半導體裝置包括内層絕緣層，而 m ,彡m且由含Si和N或含 6 1和C的下保鑊js、令此奶μ ^ 保護層依序堆4曰而成相和含以^或含Si#〇C的上 = = M因為上述含S 1 的絕緣膜具有高相對介電常 内層絕緣層具有較高的介電常數，即使是使 車乂溥的下保護層和上保護層亦然。 雖然士述含Si和C的上下保護層的介電常數比含^ 、上下保濩層低，但要有效抑制含s i和6的上下保護層之 漏電流的增加是相當困難的。 此外’不可能說，介於塗佈絕緣膜及含§丨和N或含si 和C的上下上保護層間的黏附性良好，因此對水氣等的阻 障特性並不完美。 、 另一方面’亦有場合係在使用電漿增強化學氣相沉積 法\以下將稱為PE — CVD法）的塗佈絕緣膜之下表面和上表 =形成下保護層和上保護層。當使用含s丨扎和Ν2〇的氣體、 含SiH4和Ο?的氣體、或含TE〇s*〇2的氣體作為成膜氣體 (film-forming gas)，以改善黏著性時，使pe-CVD法能 在相對低的溫度範圍下成膜。 然而’在其他的上下保護層中，對於何塗佈絕緣膜的 Ιέ著性和機械強度不夠的原因，以及使用氧化反應力強的 氣體的原因，有以下的問題存在。 (I )在塗佈絕緣膜及下上保護層之間的界面會有塗
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佈絕緣膜的剝落。 因 裝 (11 )在製程期間， 為可視為強化架構的制 置中層狀結構會被破壞 特別是CMP (化學機械研磨）， 止之下保護層的破壞，使半導體 (m 成膜氣體 加。 士形成上保護層日寺，使用具有高氧化 由於塗佈絕緣膜的氧化，導钤 μ力的 不狀π乳化，ν致了介電常數的增 【發明概要】 本發明的 法，在由塗佈 護層所構成的 或者是在由塗 保護層所構成 f i 1 m )，可使 達到較低的介 性、及極佳平 本發明的 方法，可以改 以及改善保護 本發明戶斤 在本發g月 保護層，用以 體包括選自由
目的係 絕緣膜 覆蓋絕 佈絕緣 的内層 所形成 電常數 坦度的 另一目 善介於 層本身 達到的 中，藉 覆蓋上 具 Si-H 在於提供一 和覆蓋於塗 緣層（c 〇 v e 膜和覆蓋於 絕緣層（i n 的覆蓋絕緣 、較完全的 能力。 的係在於提 保護層及塗 物理上的機 優點將說明 由電漿化第 述之塗佈絕 鍵的烧氧基 半導體裝置和其製造方 佈絕緣膜的上下表面的保 r insulating film)， 塗佈絕緣膜的上下表面的 ter layer insulating 層或内層絕緣層具整體可 水氣或漏電流等阻障特 供一半導體裝置和其製造 佈絕緣膜之間的黏著性， 械強度。 如下。 一成膜氣體以反應形成一 緣膜，其中，第一成膜氣 化合物（alkoxy
531802 五、發明說明（4) compound)和具Si—η鍵的矽氧烷 群中其中—者，以及選自由〇2、Nj / n〇Xane)所組成的族 組成的族群中其中一者的含氡氣體。2、C0、C〇2和所 根據本發明的發明人所做的實 -成臈氣體而反應形成的含石夕絕緣臈由電襞化第 良好的黏著性，且與氮化石夕膜—樣稠㉟m邑=具有 水性，且膜中僅含少量的水氣。 並〃有較佳之抗 且有，本發明的電裝CVD絕緣膜對塗佈絕緣膜 性’且密度亦和氮化矽膜相同。因此，· 明=漿CVD絕緣膜形成且覆蓋塗佈絕緣膜並與其接田 =如本發明的結構’所得到的覆蓋絕緣層對從外部進 入塗佈絕緣膜的水氣和自塗佈絕緣膜内部流至外部的水氣 具有更完全的阻障特性，且具有優異的平坦性。 ” 同時’除了上述的特徵外，本發明的電，CVE)絕緣膜 具較氮化石夕膜更低的相對介電常數。由本發明的電漿CVD 絕緣膜所製造的保護層，係形成在塗佈絕緣膜的上下表面 至少一者’其中塗佈絕緣膜係做為主覆蓋絕緣層（ma i η cover insulating film)或主内層絕緣層（main interlayer insulating film)，且具有較低的相對介電 常數。所得到的覆蓋絕緣層或内層絕緣層對進入塗佈絕緣 膜的水氣和自塗佈絕緣膜流出的水氣具有更完全的阻障特 性’對漏電流等也具有阻障特性，且整體可達到低的介電 常數。 在此方式下’根據本發明，所得到的覆蓋絕緣層或内
2060-4203-Pf.ptd 第9頁 531802 五、發明說明（5) 層絕緣層其整體可達到低的介電常數，具有對進入塗佈絕 緣膜的水氣和自塗佈絕緣膜流出的水氣具有更完全的阻障 特性，對漏電流等也具有阻障特性，並具有優異的平坦 性0 本發明的含石夕絕緣膜在波數2270〜2350 cm-1的紅外光 内具有一吸收峰’密度為2·25〜2.40g/cm3，且相對介電常 數的範圍為3. 3〜4. 3。 根據本發明之發明人的實驗，發現具有這些特徵的含 矽絕緣膜具有高度的機械強度，且較緻密，並有優異的抗 水性^其膜中更如同氮化矽膜般僅含少量的水氣，以及具 有較氮化矽膜低的相對介電常數。此外，更發現含矽絕緣 膜對塗佈絕緣膜具有良好的黏著性。 因 等的保 來防止 而 間的内 含矽絕 矽絕緣 具 黏著性 避免例 結構時 護層， 線路的 且，在 層絕緣 緣膜製 膜製成 有上述 ’並且 如膜剝 亦然。 果具有上述 則可藉由阻 腐餘，而導 基板上提供 層。内層絕 成的下保護 的上保護層 特性的含石夕 具有兩度的 離等的破壞 ΠΜ Ί 工 擋進入 線之間 上下導 緣層係 層、主 所疊層 絕緣膜 機械強 ’即使 含矽絕 的水氣 的寄生線，以 依序由 絕緣膜 構成。 對塗佈 度。因 自外施 緣膜作為 滲透至半 電容可降 及插在上 下而上由 、和由本 絕緣膜具 此，層狀 加機械撞 覆蓋導線 導體裝置 低。 下導線之 本發明之 發明之含 有良好的 結構可以 擊至層狀 …有上述特性的含矽絕緣膜較緻密 因此，可以避免
531802 五、發明說明（6) 在含石夕絕緣膜内的水氣，流至含石夕絕緣膜的周邊部分。 【圖示說明】 的電=Γ為根據本發明第一實施例之成膜方法所使用 的電漿CVD成膜裝置之側視圖。 =2=至第2E圖係為解釋根據本發明第一實施例利用 絕緣膜的特性之樣品的結構剖面 圓，以及比較樣品的結構之剖面圖。 的樣Γ，Α:ίί31 圖係根據本發明第二實施例使用第2α圖 表。7 、法形成的絕緣膜之密度的測試結果的圖 第4圖係根據本發明第-者 利用成膜法形# μ & / 只例使用第2Α圖的樣品， 〜用风勝法形成的含矽絕緣 結果的圖表。 臊之水乳含置及抗水性的測試 第5 Α圖係根據本發明筮一 利用成膜法形成的含矽絕=:貫鉍例使用第2A圖的樣品， 果的圖表。 、’、、之紅外線吸收強度的測試結 第5B圖係使用第2A圖的 線吸收強度的測試結果沾A 軏樣叩之3矽絕緣膜的紅外 不^的萌線表0 第6圖係根據本發 _ — 利用成膜方法形成的含砂第奶一/施例使用第2B圖的樣品， 表。 、、、巴緣膜的抗水性的測試結果的圖 第7圖係根據本於 _ 利用成膜方法形成的&含一貝施例使用第2B圖的樣品， 各夕、、、邑緣膜以壓力鍋測試抗水性的測 531802 五 發明說明（7) 試結果的圖表。 第8圖係根據本發 一 利用成膜方法形成的人弟一貫施例使用第2C圖的樣品， 測試結果的圖表。、 夕"巴緣膜對塗佈絕緣層的黏著性的 第9圖係根據本發 ^ 熱循環而產生之缺乐一貫施例使用第2D圖的樣品因 ,第丨〇圖係根據；速率測試結果的圖形。 含矽絕緣膜的銅的阻:4第一實施例利用成膜方法形成的 第11Α至11Ε圖係二Ξϊ的測試結果的圖形。 製造，法的剖面圖。χ本發明第三實施例半導體裝置的 製造= 的至:係根據本發明第四實施例半導體裝置的 法的=係根據本發明第五實施例半導體裳置的製造方 符號說明】 電漿CVD成膜裝置：1(π 成膜氣體供應部份：1 〇 1 β 排出管：4 開關閥·· 5 下電極（第二電極）：3 低頻率電源供應器：8 基板：2 0 支管：9 b〜9 f 成膜部分：1〇1Α 反應室：1 排出裝置：6 上電極（第一電極）：2 高頻率電源供應器：7 導管：9a 加熱器：1 2 流速控制裝置：Ua〜Ue 第12頁 2060-4203-Pf.ptd 531802 ^----—-- 五、發明說明（8) 開關裝置：10b〜10k、10a、101〜10η、10p 電極：4 5 石夕基板：4 1 BPSG膜：43 無機塗佈絕緣膜：44a 有機塗佈絕緣膜：44b 塗佈絕緣層（主絕緣膜）：44c PE-CVD TEOS Si02 膜：51a PE-CVD SiH4 Si02 膜：52a PE-CVD TEOS Si02 膜·· 51b〜51e PE-CVD SiN 膜：53 PE-CVD TMS Si02 膜·· 42a〜42e 主基板：2 2 導線：24、29、34 保護 g : 23 ' 25 ' 27、30、32 ' 35 塗佈絕緣膜：2 6、3 1、3 6 第一介層窗開口 ： 2 8 第二介層窗開口 ：33 ΡΕ-CVD TMS Si02 膜：37、38、37a 阻障絕緣膜：38、35、30、32 導線：63a 〜63d、66a 〜66c、69a 〜69d、72a 〜72d 保護層·· 62、65、68、71 内層絕緣層：64、67、70 覆蓋絕緣層：73 基板：6 1
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【實施例的說明】 本發明的實施例將配合圖式說明如下 第一實施例 第1圖係為根據本發明第一實施例之成膜方法所使用 的電漿CVD成膜裝置101之側視圖。 用 該電聚CVD成膜裝置101包括一成膜部分⑻八和成膜氣 ，供應部份101B，其中成瞑部分1〇1A係指藉電漿氣體在基 反20上形成含矽絕緣膜的位置，而成膜氣體供應部份ι〇ΐβ 係由成膜氣體構成之複數氣體供應源。 如第1圖中所示，該成膜部分101A具有一可以降低壓 力的反應至1，且該反應室1係藉由一排出管4連接至一排 出裝置6。在該排出管4的中間提供一開關閥5用以控制該 反應室1及該排出裝置6之間的開和關。在該反應室丨提供 :壓力測量裝置（例如真空計（Vacuum Gauge))(未繪 不）用以監測該反應室1之壓力。 >在違反應室1中提供一對上電極2 (第一電極）及面對 面汉置的下電極3 (第二電極）。將用以供應高頻率電力 (頻率13· 56MHz )的高頻率電源供應器（無線電頻率之交 流電供應器（RF power supply) )^7連接至上電極2，並 ，用以供應低頻率電力（頻率380Z)的低頻率電源供應 器8連接至下電極3。藉由從該等電源供應器7、8供應電源 至上電極2及下電極3而將成膜氣體電聚化。該上電極2、 該下電極3、以及該等電源供應器7、8構成了將成膜氣體
2060-4203-Pf.ptd 第14頁 531802 五、發明說明（ίο) 電漿化的電漿產生裝置。 就電漿產生裝置而言，例如有藉由平行板型的第一及 第二電極2、3來產生電漿的裝置，該藉由ECR (電子迴旋 共振）方法用以產生電漿的裝置，藉由從天線的高頻率電 源照射用以產成螺旋電漿裝置等。 該上電極2亦作為成膜氣體分配器（nim f〇rming gas distributor)。複數個通孔係形成在該上電極2上， 且該等通孔的開口部分係在該上電極2對面的表層上以作 為成膜氣體釋放部分。該成膜氣體的釋放部分等係藉由一 導管9a連接至成膜氣體供應部分1〇1B。同樣地，在此情況 下，亦可於上電極2上提供一加熱器（未繪示）。這是因 為如果該上電極2在成膜期間被加熱至接近丨π時，可避 免使成膜氣體的反應產物形成之顆粒停滯在上電極2。 上電極3亦作為基板2〇的負載台（l〇ading table)， t在負載台上提供一用以加熱該基板2〇的加熱器i2。 提供具Si-H鍵的烷氡基化合物和具。 種的氣體供應源。 规』7乳；主夕 化人氣體供應部分1G1B ’係提供具鍵的烧氧基 ，曰物ulk〇xy compound)的供應源、具si_H鍵的 和Μ所組成的族群中氧由M⑶、⑶2 供應源。 任3乳氣體、I供應源、以及N2 至於作為本發明成腺翕辦 或具Si-H鍵的矽氧烷，可利 ：；ι-Η鍵的烷氧基化合物 了利用如下的典型例子：
531802 五、發明說明（11) (I )具Si-H鍵的烧氧基化合物： TMS ( t r imethoxysi 1 ane ； SiH(0CH3)3 ) (Π )具Si-H鍵的秒氧烧： TMDSO ( te tr ame thy 1 d i s i 1 oxane ；(CH3) 2HSi-〇 —SiH(CH3)2) 這些氣體係藉由支管9b至9f以及一連通該支管9b至9f 的導管9a適當的提供至成膜部分101A的反應室1。流速控 制裝置11a至lie以及用以控制該等支管9b至9f的開或關的 開關裝置10b至1 Ok係提供在該等支管9b至9f的中間。一用 以控制該導管9 a開或關的開關裝置1 〇 a係提供在該導管9 a 的中間。而且’為了藉的流動來吹氣洗淨（pUrge )支 官9b至9e的殘留氣體，提供用以控制支管9f (連接至&氣 體供應源）和其餘之支管9b至9e之間的開或關的開關裝置 至10η和10p氣吹氣洗淨除了支管91)至96的殘留氣 體外’還有導管9a和反應室1的殘留氣體。 根據上述之成膜裝置1 〇 1，提供具Si—H鍵的烷氧基化 合物和具Si-Η鍵的矽氧烷至少一種的氣體供應源，以及提 供含氧氣體的氣體供應源，而且亦提供用以電漿化成膜氣 體的電漿產生裝置2、3、7和8。 含Si、0、C和Η的絕緣膜可利用電漿CVD法使用上述上 電聚CVD設備來形成。因此，如以下之第二實施例所述， 可形成低介電常數、水氣含量少、緻密且抗水性強的絕緣 膜。而且，此絕緣膜對有機塗佈絕緣膜或無機塗佈絕緣膜 具有好的黏著性，且具有較高的能力來避免銅的擴散。
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特別是’用以提供高頻和低頻的電力之電源 和8分別連接至平行板型的第一和第二電極2和3''。^、為/ 以藉由分別供應具有高頻和低頻的電力至電極2和3而可 電漿。因此，在此方法中形成的絕緣膜具有緻密性。 【第二貫施例】 本發明的發明人對利用上述電漿CV])設備所 石夕絕緣膜做了一些實驗，並解釋如下。 、s 首先，利用已知的平板型電漿CVD設備做為 漿CVD設備。下電極3亦做為基板的支擇，且 的加熱器1 2建構於下電極3中。 …丞极 (樣品的形成） 圖係顯示本發明的氧化㈣（含石夕絕緣 膜）的樣口口之剖面圖。 :所示’樣品S1具有氧化矽膜（意指含矽絕緣 膜，此後稱為PE-CVD TMS Si02膜〃）42a，A係利用 PE-CVD法使用含三甲M其功p “ ^ ”你〜用
—T 乳基矽烷（trimethoxysi iane ; TMS ^ ,, 〇rQ1 ^ / 7暴扳41上形成。為了比較，在此提供比 車父樣。口CS1和比較樣品CS2，其中比較樣品csi 膜（此後稱為、'PE —rvD ΤΡης c· η 时// 、^ m / Sl02 膜）5la，其係利用 砧 3四甲氧基矽烷（tetraethoxysi lane ; 〆膜氣體於矽基板41上形成；比較樣品以2具有 ^ 用 PE-後稱為、'PE-CVD SiH4 Si〇2 膜）52a，其係 ’使用石夕甲垸（monos i lane ; Si H4 )的成膜氣
第17頁 531802 五、發明說明（13) 體於矽基板41上形成。 如苐2E圖所示’樣品S1A係進一步在PE-CVD TMS SiO 膜42&上形成電極45，在樣品31中，？£-(^0了1^310膜2 42a係形成於石夕基板41上。利用銀探針做為電極45，2銀探 針和PE-CVD TMS Si02膜42a的接觸面積為0 0230 cm2。 如第2B圖所示，樣品S2和S3的形成，係為依序於矽美 板41上形成具有莫耳百分比7 mol%的磷且膜厚約5〇〇ηπι的'
BPSG 膜43 和ΡΕ-CVD TMS Si02 膜42b。在樣品S2 中，ΡΕ-CVD
TMS Si02膜421)的厚度係設定為ι〇〇ηιη ;在樣品S3中， PE-CVD TMS Si02膜421)的厚度係設定為2〇〇nm。為了比 較’在此提供比較樣品CS3、比較樣品CS4和比較樣品 CS5，其中比較樣品CS3係以厚度2〇〇nm的PE-CVD TE0S 3%膜5113替代PE-CVD TMS Si〇2m42b，比較樣品CS4係以 厚度 20 0nm 的 PE-CVD SiH4 8102膜511)替代 PE-CVD TMS Si02 膜42b，比較樣品cs5係為利用由電漿CVD法使用含Si H4、 NH3和％的成膜軋體所形成厚度2〇 〇nm的氮化石夕膜（此後稱 為、、PE-CVD SiN 膜〃）53 替代PE-CVD TMS Si02 膜421)。
如第2C圖所示，樣品S4和S5的形成，係為依序於矽基 板41上形成低介電常數的絕緣膜或和ρε-CVD TMS SiO^膜4 2c。在樣品S4中，無機塗佈絕緣膜44a係做為低介 ^吊數的絕緣膜；在樣品S5中，有機塗佈絕緣膜b係做 ^低；I電书數的絕緣膜。為了比較，在此提供比較樣品 比較樣品CS7 ’其中比較樣品CSM"CS7係利用PE — CVD 31〇2膜51〇替代PE —CVD TMS Si〇2膜42c。在比較樣品
531802 五、發明說明（14) CS6中，無機塗佈絕緣膜44a係做為低介電常數的絕緣膜； 在比較樣品CS7中，有機塗佈絕緣膜44b係做為低介電常數 的絕緣膜。
無機塗佈絕緣膜例如是由塗佈流體，例如HSQ (產品 名稱，係由Dow Corning Co·，Ltd·所製造）、MSQ (產品 名稱）、R7 (產品名稱，Hi tachi Chemical Co·，Ltd·所 製造）專’所塗佈形成的絕緣膜。具有一或更少的碳之化 合物是此塗佈流體中的組成化合物。有機塗佈絕緣膜例如 疋由塗佈流體’例如FLARE (產品名稱，係由Allied Signal Co·，Ltd·所製造）、SiLK (產品名稱，係由D〇w Chemical Co·，Ltd·所製造）等，所塗佈形成的絕緣膜。 具有二或更多的碳之化合物是此塗佈流體中的組成化合 物0 如第2D圖所示’樣品S6的形成，係為依序於石夕基板41 上形成厚度約150nm的PE-CVD TMS Si02膜（下保護層） 4 2 d、厚度約2 0 0 nm的塗佈絕緣層（主絕緣膜）4 4c、和厚 度約20 0nm的PE-CVD TMS Si02膜（上保護層）42e。此塗 佈絕緣層（主絕緣膜）44c的製造係由旋塗一塗佈流體 (FOx (商品名）），其製造方式為將HSq (hydr〇gen silsesquioxane)溶解於溶劑中，然後在氮氣下分別在 1 5 0、2 0 0和3 5 0 C下將此塗佈流體烘烤一分鐘，之後將其 在氣氣下在400 °C下固化50分鐘。為了比較，在此提供= 較樣品CS8和比較樣品CS9 ’其中比較樣品CS8係利用 PE - CVD TEOS Si02^ld 替代 PE 一 CVD m Si〇2 膜似做為下 531802 五、發明說明（15) 保護層，其中比較樣品CS9係利用PE-CVD TEOS Si02膜51(1 和51e替代PE-CVD TMS 8丨02膜42(1和42e做為上保護2層和下 保護層。 樣品S1至S6的PE-CVD TMS Si02膜42d至42e係藉由使 用上述的電漿C V D設備根據下列的成膜條件來形成。 成膜氣體：tms+n2o TMS氣體的流速：1 〇〇 seem N2 0氣體的流速：3 0 0 〇 seem 氣體壓力：0. 7 Torr 電漿化條件 施加至上電極2的電力密度·· 〇· 3 W/cm2 (頻率 13.56 MHz ) 施加至下電極3的電力密度：〇· 3 W/cm2 (頻率 380 kHz ) 在此成膜裝置中，這些電力密度分別與施加至電 極的電力7 5 0 W相關。 基板溫度· 3 0 0〜4 0 0 成膜厚度：t nm 上述電漿CVD裝置ιοί亦用來形成比較樣品CSi的 PE-CVD TE0S 8102膜51&，比較樣品CS2 的PE-CVD SiH4 31〇2膜52&，比較樣品 CS3、CS4、CS6 〜CS9 的 PE-CVD TEOS Si02 膜 51b 〜51e，比較樣品 CS5 的 PE-CVD SiN 膜 53。 上述形成的PE-CVD TMS Si02M42a〜42e之特性解釋如 下0
531802 五、發明說明（16) (I )基本特性 上述成膜條件的成膜速度約為i 60〜170 nm/min。 而且’形成的PE-CVD TMS Si02膜的折射率約為 1· 477〜1· 48，膜應力為—250 Mpa 或3· 0 X 109 dyne/cm2。利 用波長為6338埃之He-Ne雷射的橢圓偏光儀 (ellipSOmeter )來測量折射率。而且，利用光槓桿 (opt i lever )雷射掃描系統來測量膜應力。 而且’膜厚度（t)為5 00 nm，且PE-CVD TMS 3102膜 的相對介電常數為3· 9。利用樣品ci A做為解釋相對介電常 數的例子。 根據藉由疊置頻率為1MHz的小訊號至施加於樣品SI A 之石夕基板41和電極45之間的DC電壓（V )而得到的結果， 計算而得相對的介電常數，而且測量隨DC電壓（V )的改 變而造成的電容量（C)的改變。 (Π )膜中碳和氮的濃度 利用樣品S1，藉由歐傑電子光譜分析法（auger electron spectroscopy method ; AES method)來測量 PE-CVD TMS Si02膜42a中的碳和氮的濃度。 根據測量的結果，碳的濃度為丨· 〇原子％，且氮的濃度 為2. 1原子％。 (皿）膜的密度 利用樣品S1 ’藉由X光干涉法（X一ray interference method)或重量測量法（weight measuring meth〇d)來 測量PE-CVD TMS Si02膜428的膜密度。
2060-4203-Pf.ptd 第21頁 531802 五、發明說明（17) 為了比較’並以熱Si〇2膜、比較樣品CSi的pE_CVD TE0S 81〇2膜51&和比較樣品CS2 的 pE —CVD Sii Si〇2 膜 52a 替代PE-CVD TMS S%獏42a，並進行相同的實驗。 如第3A圖和第3B圖所示，發現pE_CVD TMS Si〇2膜42a 比其他絕緣膜有較同的膜密度（2 33) 〇 (IV )膜的水氣含量 利用樣品S1 ’在沈積的膜形成之後，以及將其在空氣 中放置二星期之後，藉由熱脫附質譜（thermal desorption mass spectr〇scopy ;TDS)法，即刻測量兩 者的水氣含量。TDS法係為加熱樣品然後測量自樣品中放 射出的分子之方法。為了做比較，對比較樣品CS1的 PE-CVD TEOS Si02膜51a進行相同的實驗。 藉由TDS分析設備將樣品自室溫加熱至8〇〇並進行實 驗’然後定篁自樣品得到的水氣含量。 第4圖係顯示實驗結果的圖表。在第4圖中，縱座標以 線性刻度表示水氣的含量（wt% )，橫座標以線性刻度表 示溫度（°C )。 根據在沈積的膜形成之後即刻測量的結果，當溫度自 室溫上升至8 00 °C時，PE-CVD TMS Si02膜42&的水氣含量 為O.llwt%，而PE-CVD TEOS Si02膜51a的水氣含量為 0· 49wt%。此外，根據放置二星期之後的結果，pE —CVD TMS Si02膜42a的水氣含量僅上升+ 〇·2〜〇.3wt%，因此水氣 量幾乎沒改變。 如上所述，與PE-CVD TE0S 3102膜51&相較，發現在
2060-4203-Pf.ptd 第22頁 531802 五、發明說明（18) PE - CVD TMS Si 02膜 42a 中的結構水（structural water) (因成膜氣體和膜的結構而於膜形成之後即存於膜中的水 氣含里）和物理吸附水（phySicai adsorption water) (物理吸收和吸附進來的水氣）相當少。 (V ) FT-IR吸收強度 藉由 FT - IR 分析法（Fourier Transform Infrared analysis method)對樣品si所做的實驗結果如第5A圖所 示。同樣地，比較樣品CS1和CS2的實驗結果如第5B圖所 示。 第5 A圖的縱座標以線性刻度（任意單位）表示吸收強籲 度’杈座標以線性刻度表示波數（c m-i )。第5 B圖的情況 與此相同。 如第5A圖所示，在2 270〜235 0 cnr1有紅外光吸收強度 的吸收峰。相較之下，第5B圖中並未發現比較樣品以1和 CS2有此吸收峰。 (VI )抗水性 利用樣品S2和S3，如第2B圖所示，藉由高壓加濕測試 (high pressure humidifying test )(壓力鍋測試； pressure-cooker test)來測試PE_CVD TMS Si〇2 膜 42a 的 抗水性。為了比較，將相同的實驗應用至以pE_CVD TE〇s φ 3叫膜511)替代PE-CVD TMS 8丨02膜4213的比較樣品CS3，以 及以PE-CVD SiN膜53替代的比較樣品以5。 尚壓加濕測試的條件如下。離開時間係為一參數。
溫度· 1 21 C
531802 五、發明說明（19) 壓力：2 · 0 a t m 濕度：1 00 % R· Τ·(室溫） 在高壓加濕測試後，藉由估計P = 0鍵的含量來估計抗 水性。為了估計Ρ = 0鍵在BPSG膜43的含量，因此藉FT-IR分 析法測量P = 0吸收係數。如果水氣進入BPSG膜43，則膜内 的P = 0鍵會與水氣反應而被破壞。在此例子中，如果用於 覆蓋BPSG膜43的PE-CVDTMSSi02膜42b具有高的抗水性， 則水氣不會通過此膜，因此BPSG膜43内的P = 0鍵不會被破 壞。結果，可以說，如果P = 〇吸收係數的時間依存變化 (time dependent change )變小，貝"充水性變高〇 第6圖係表示在高壓加濕測試後絕緣膜的磷含量之時 間依存變化關係圖。縱座標以線性刻度（任意單位）表示 P = 〇吸收係數，橫座標以線性刻度表示離開時間（Η ;小時 根據第6圖顯示的結果，發現在樣品S2和S3兩者離開 150小時之後，依然沒改變，其p = 〇吸收係數自起始的p = 〇 吸收係數幾乎沒有改變，且無關於pE-CVD TMS Si〇2膜42b 的厚度’就像是比較樣品CS5的PE-CVD SiN膜53，即 PE-CVD TMS 8102膜421)的抗水性與pe-cVD SiN 膜53 相同。 ，且’當使用樣品S3和比較樣品CS3和CS4時，則藉由 另一高壓加濕測試來試驗其抗水性。 高壓加濕測試的條件與上述的相同。 結0果如第7圖所示。第7圖的縱座標以線性刻度表示抗 水性（％ ) ’橫座標以線性刻度表示離開時間（η (小時）
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第24頁 531802 五、發明說明（20) )。樣品S3和比較樣品CS3和CS4係做為參數。 如上所述’在高壓加濕測試後藉由估算測試的絕緣膜 内之P = 0鍵的含量來估計抗水性。以離開之前的p = 〇吸收係 數為基礎’即假設為1 〇 〇，計算在高壓加濕測試之後所得 的P = 0吸收係數而推得如第7圖的抗水性。 如第7圖所示，發現樣品S3的抗水性為97. 4% ( 100H )，其超過比較樣品CS3和CS4。 (W )膜的漏電流 形成如第2E圖所示之試驗的樣品s 1A。即，根據本發 明’在樣品S1中於膜厚度（t )為20 0nm的PE-CVD TMS si〇2膜42a上形成電極45。 藉由施加電壓於矽基板41和電極4 5之間而量測流穿矽 基板41和電極45的漏電流。矽基板41接地，且施加負電壓 至電極45。 根據此結果，做為單一實體的PE-CVD TMS Si02膜42a 在電場強度5 MV/cm下的漏電流的級數為i〇-8 A/cm2，而且 崩潰電壓的電場約為1〇 MV/cm。 (Μ )膜的黏著性 利用樣品S4和S5來試驗本發明之PE-CVD TMS 3丨02膜 42c和置於下方之低介電常數絕緣膜44a和44b之間的黏著 性。而且’對準備在成膜之前受到表面處理的樣品和未受 到表面處理的樣品，進行相同的試驗。在成膜之前利用 N2、NHS、&等的電漿進行表面處理，用以使形成的膜表面 再形成。
531802 五、發明說明（21) 為了比較，利用PE-CVD TE0S 3叫膜51〇替代PE-CVD TMS Si〇2膜42c，並利用無機塗佈絕緣膜44a (比較樣品 CS6 )和有機塗佈絕緣膜44b (比較樣品CS7 )做為低介 常數絕緣膜，並進行相同的試驗。 就用於測試膜的黏著性之測試而言，可使用在晶圓的 正個表面進行使用膠帶的剝離測試（peel test)和 化學機械研磨（chemical mechanical p〇lishing ;c 的剝離測試。 」 根據試驗的結果，不論成膜之前的表面處理的存在盥 =欲PE-CVD TMS Si〇2膜42c對無機塗佈絕緣膜44 機、 緣綱均具有好的黏著性。相反地，整體來二機 ΤΜς ς.π 〇S Sl〇2膜51C的黏著性之程度係不如PE-CVD 4膜42c。於是，表面處理施加於成膜之前與否， =口見出黏著性的差異。t即’在成膜之前歷經表面處 樣抑之黏著性大於未歷經表面處理的樣品。 的 (K)因熱循環所造成的缺陷產生速率 樣品S6和比較樣品CS“。CS9，係用來 =缺陷產生速率。分別將樣品密封 ：:、： = 的條件如下所述。循環數目係做為參數。 ”、、循裱 高溫（停滯時間）·· 150 t (20分鐘） 低溫（停滯時間）：—55它（2〇分鐘）
循環數目：100、20 0、300、500 C 缺陷係定義為已產生膜的剝離或 結果顯示於第9圖。第9圖的縱座標以線性以J二J 531802 五、發明說明（22) 生速率（％)，橫庙姆圭一、 至右為樣品S6和比表不 的型態。樣品的型態由左 卩代主 車父樣品C S 8和C S 9。以長條圖指干的八 區域表示在一特定据# ^ π 口扣不的分隔 區域表示100。口"·^數目的缺陷部份’晝水平線的分隔 2〇〇。。下的缺陷部、ΐ部份，晝垂直線的分隔區域表示 陷部份，❿白色的八陪旦「斜f的分隔區域表示3GG °c下的缺 _、刀隔區域表不500C下的缺陷部份。 為上用本發明的氧化石夕膜做 ^ \ gpi3J〇3〇C〇〇C ^ ^ 即使在3 0 0 C和5 0 0 C的缺陷產哇柹 ^2d /Λν,0 ^tb # ^CS8 ^ ^ ^ ^ ^ ^' 乎祀Λ Λ層’從100°c至5 00 °c之產生的缺陷幾 子、句勻，且缺陷產生速率約為全部的25%。在比較 CS9中利用本發明的氧化矽膜42d和42e做為上保護層和; 保護層，缺陷自100。〇至5〇(rc產生。尤其，3〇(rc和5〇()。〇 的缺陷產生速率上升，且缺陷產生速率約為全部的53%。 (X )對銅（Cu )的阻障特性之實驗 (a) TDDB (time dependent dielectric breakdown )測試 當電壓施加至樣品時，TDDB測試測量發生介電崩、、主 所需的時間。 @ 依序堆疊本發明的PE-CVD TMS 3丨02膜和銅膜於石夕 基底上，來準備測試的樣品。為了比較，將相同的測試鹿 用至利用PE-CVD TEOS Si02 膜替代PE-CVD TMS Si02 膜的；^ 。’且於銅膜和PE —CVD TEOS Si02膜之間***TiN膜。’ 口口
531802 五、發明說明（23) 根據測試的結果，在電場強度8 MV/cm下得到1 〇 X 1 05秒的崩潰壽命。 相較之下’在利用PE-CVD TEOS Si02膜的樣品中， 電％強度為8 Μ V / c m得到崩潰壽命的級數為1 〇 X 1 〇5秒。意 即利用PE-CVD TMS Si〇2膜的樣品之崩潰壽命幾乎六倍大 於利用PE-CVD TEOS Si〇2膜的樣品。 在***TiN膜於銅膜和PE —CVD te〇S Si02M之間的 樣品中’在電場強度7· 5 MV/cm下得到10 x 1〇5秒的崩潰壽 命。
口 如上所述’可以說，利用PE-CVD TMS Si02膜的樣 品具有的崩潰壽命幾乎六倍大於利用pE —CVD TE〇s Si02膜
的樣品’且具有對銅的阻障特性，即其等同或多於T i N 膜。 (b )抗熱性實驗 如第10圖所示’藉由堆疊本發明之厚度125nm的 PE-CVD TMS Si〇2膜和銅膜在矽基板上（未繪示）且互相 接觸，來準備測試的樣品。 ^ 以成膜後（如第10圖的點線）樣品在470 °C下經預 ^日守間的加工後（三種型式，即丨小時（鏈式雙破折線 m 业^小時（實線）、和1 5小時（點-破折線）即刻獲得1 狀悲、為基礎，藉由測I p p p V η T M Q Q · Π IK# r3n 、曲ώ： 匕 两只J — TMS Si02膜内銅濃度的分 佈狀悲來進行試驗。 的 第1 0圖顯示試驗 縱座標以對數刻度表 的結果之圖表。在第10圖中，左邊 示銅濃度和碎濃度（cm-3 )。橫座 ^318〇2 發明說明（24) 二以線性刻度表示自PE-CVD TMS Si02膜面對柄胺沾生二 剛量um) 。 2犋面對銅膜的表面 如第1G圖所示，在成膜後即刻獲得的分佈 障特^言之，發現PE-CVDTMSSi〇2膜對銅擁有足夠的阻 )做為IS係具有Η鍵的院氧基化合物（例如TMS 氣烷:成臈瑕*體中的含矽氣體。但亦可利用具Si-H鍵的矽 選自由rT二以上係利用M做為含氧氣體。但亦可利用 由〇2、N〇2、C0、c〇2和Μ所組成的族群中任_者。 此外，如果將選自由扎和Ν2所組成的族群中者 + ϋ至上述的成膜氣體中，則可以進一步提高密度。 【弟二實施例】 例之解釋根據本發明的第三實施 ，导體裝置及其製造方法。 剖面ί U E圖係根據本發明的第三實施例之半導體裝置的 姑99 t本ΐ明的含矽絕緣膜所構的主保護層23形成於主基 。在主保護層23上形成三層導線24、29和34，在上 ΐ:Ϊ的導線之間***内層絕緣層。這些内層絕緣層 和32所構ί層25和^、主保護層26和31、以及上保護層27 菸明的人6下保濩層2 5和3 0以及上保護層2 7和3 2係由本 "、3矽絕緣膜所製成。保護層3 5係由本發明的含矽絕 531802 五、發明說明（25) ' 、^，成，且在最上層的導線3 4上覆蓋一層絕緣膜3 6。 絕緣】„3、25、27、30、32和35之本發明的含石夕 峰，穷产氕0〜2350 crl的紅外光内具有-吸收 3. 3〜4. 3。 g/cm且祁釕，丨電常數的範圍為 做為：以導線或絕緣膜形成於其上的發基板或主基板 石夕絕ID發二的發明人所做的實驗，具有上述特性的含 較緻密，、並且古*、27、3〇、32和35具有高的機械強度，且 石夕膜一樣Π:佳的抗水性’在膜内的水氣含量與氣化 m '樣夕。再者，含矽絕緣膜23、25、27、30、32和35 對塗佈絕緣膜有良好的黏著性。 3 0 32和35 24、2因9此3’4Ϊ用ί有上述特性的含矽絕緣膜來覆蓋導線 進來的水It 免導線24、29和34的腐钱，以及防止 電容。、；； ，而且可降低導線24、29和34之間的寄生 23、ί者2’7使3用Λ有么？性的含彻膜彻 36的上表面和下表面和3可5避塗= 緣膜26、”和 及完全防止水氣流出至、和:的腐… 外圍，防止進來的水氣；Π3、25、27、30、32和35的 之間的寄生電容。 透，而且可降低導線24、29和34 再者，因為且右μ、+、& 3〇、32和35對塗佈：绫2 含矽絕緣膜23、25、27、 、緣膜2 6、3 1和3 6有良好的黏著性，且
2060-4203-Pf.ptd 第30頁 531802 五、發明說明（26) 具有高的機械強度，因此可避免使層狀結構被破壞，例如 膜的剝離等，即使此層狀結構自外遭受機械撞擊時亦然。 第1 1 A圖和第1 1 E圖係為剖面圖，其係顯示本發明第三 實施例之半導體裝置的製造方法。TMS + N20係做為主保護 層、下保護層、上保護層和保護層的成膜氣體，其係形成 在塗佈絕緣膜的上下表面的至少任一表面上。 首先，如第11A圖所示，利用電漿CVD法，使用 TMS + NJ做為成膜氣體，以於矽基板（主基板）22上形成 由PE-CVD TMS Si02膜製成的主絕緣膜23。 為了形成PE-CVD TMS Si02膜（主絕緣膜）23，首先 將矽基板22載入如第1圖所示之電漿成膜裝置1〇1的反應室 1内’然後利用基板支托物3將其固定。然後，將石夕基板22 加熱至維持在35 0 °C。將TMS和\0氣體導入電漿成膜裝置 1〇1的反應室1中，且其流速分別為1〇〇%(：111和3〇〇〇3(^111， 壓力維持在0· 7torr。然後，將頻率380 kHz的電力〇. 3 W 施加至下電極3，且將頻率13.56 MHz的電力〇.3 W施加至 上電極2。 因此’ TMS和被電漿:化。當此條件維持一預定時間 時’形成厚度約20 0nm的PE-CVD TMS 8丨02膜23。根據實 驗，形成的PE-CVD TMS Si〇2膜23具有約3· 9的相對介電常 數（在頻率1MHz下測量），以及1〇_8 A/cm2的漏電流（在5 MV/cm的電場強度下）。 然後’在主保護23上形成第一導線24。藉由電漿CVD 法’在其上形成由PE-CVD TMS Si〇2膜製成之厚度約5〇〇ηιη
2060-4203-Pf.ptd 第31頁 531802 五、發明說明（27) 的第一阻障絕緣層（下保護層）25，其條件相 成上述之PE-CVD TMS 3丨02膜23的成膜條件。 、用於形 上述第一阻障絕緣層25具有約3· 9的相對介雷#奴 (在頻率1MHz下測量），以及10-8 A/cm2的漏電产吊數^ ΜV/cm的電場強度下）。 < (在5 在此情況下，如果第一導線24係由銅導線所 TaN膜做為對主保護層23的銅阻障層，且賤鑛开< _ (雖然未顯示）係形成於主保護層23第一導線$4之、鋼。膜 如第11B圖所示，藉由旋塗法利用含矽無機化人s ° 含矽有機化合物的塗佈流體，形成具有低的相 σ 5 且膜厚約500〜looo nm的第一塗佈絕緣膜26。第一—吊么 緣膜26構成主絕緣膜。這些元件構成基板2〇。 ’、絕 含矽無機化合物的塗佈流體用於形成含 緣膜（解釋^二實施例之樣品形丨‘)'、機=系巴 含矽有機化合物的塗佈流體用於形成含矽有機塗佈 緣膜。 如第lie圖所示，藉由電tCVD法，在第一塗佈絕緣膜 26上形成由PE_CVD TMS Si〇2膜製成之厚度約5〇_的第二、 阻卩早絕緣層（上保護層）2 7，其條件相同於用於形成上述 之PE-CVD TMS 3丨02膜23的成膜條件。 在第二阻障絕緣層2 7上形成光阻膜（未顯示）。如第 11D圖所示，藉由將光阻膜圖案化以在介層窗開口形成區 域的光阻膜中形成開口部。藉由反應離子蝕刻（reactive ion etching ; RIE )使用電漿化的Cf4 —CHf3混合氣體，蝕
531802 五、發明說明（28) 刻及移除第二阻障絕緣層27，其中混合氣體的組成比例係 依第二阻障絕緣層27的蝕刻製程所使用的氣體而改變。因 此，形成開口部，且開口部的底部暴露出第一阻障絕緣層 25。除了CF4-CHF3外，cf4 —CHf3混合氣體的濃度還可藉由^ 加Ar + 02等來調整。 之後，將光阻膜灰化。 藉由反應離子 |虫刻（reactive i〇rl etching ;RIE) 使用電水化的C F4 - C H 混合氣體，經由第二阻障絕緣層2 7 和第一塗佈絕緣膜26的開口部，蝕刻及移除第一阻障絕緣 層25，其中混合氣體的組成比例與蝕刻第二阻障絕緣層u 因此，形成第一介層窗開口，且其底；暴 == 時’第一導線24具有對抗上述第-阻 蝕刻氣體的蝕刻阻抗。結果，第-導線24並 影響…情況下，如果第一導線24的表 刻步驟=的灰化步驟和第—阻障絕緣層25的# 精：暴露至氫電浆而將氧化膜移除，其中 冤水係以還原軋體（例如ΝΗ )、惰 或其他類似此性質者）來稀釋3。…體（例如α「ν2 膜。ΐϊ移：：：：力並在！ 一介層窗開口28中填入導電 電膜與第-導線24連二導線⑼’以經由導 完全由鋼所製成，則在介声口由如果第二導線29係 27上提供由阻障 曰1 28中和第二阻障絕緣層 的銅膜所組成的底層導電膜，並）和利用濺鍍所形成 膜並在其上沈積由銅所製成的
2〇60-4203-pf.ptd 第33頁 531802 五、發明說明（29) 導電重覆第1U圖至第11D圖所示的步驟，&序形成第 二障絕緣膜（下保護層）3Q、S二塗佈絕緣膜31和第四 ==膜（上保護層）32，其中第三阻障絕緣膜3〇係由 CVD TMS Si〇2膜所製成，且厚度約5〇nm，第二塗佈絕 緣膜31具有低介電常數，且臈厚度約為5〇〇〜1〇〇〇 _，其 係利用如第1 1 B圖之塗佈方法的相同材質和條件形成於第 二阻障絕緣膜30上，第四阻障絕緣膜32係由pE —CVD TMS S i 〇2膜所製成，且厚度約5 〇 n m。在第四阻障絕緣膜3 2、 第二塗佈絕緣膜31和第三阻障絕緣膜3〇中形成穿透的第二 =層窗開口33。在第四阻障絕緣膜32上形成經由第二介層 窗開口33而與第二導線29連接的第三導線34。 藉由本發明的電漿CVD法形成PE-CVD TMS Si02膜所製 ^且厚度約5 Onm的第五阻障絕緣膜（下保護層）35，以覆 蓋第二導線3 4。之後，利用如第11 β圖之相同材質和條 件在第五阻障絕緣膜3 5上形成具低介電常數和膜厚約 500〜1〇〇〇 nm的第三塗佈絕緣膜36。 如上所述，完成連接至第一導線24的第二導線29以及 連接至第二導線29的第三導線34。 根據第三實施例，具有低介電常數的第一塗佈絕緣膜 26之上下表面，係以*pe — cvd TMS Si〇2膜所製成的第一 阻障絕緣膜25和由PE-CVD TMS Si02膜所製成的第二阻障 絕緣膜27來覆蓋。同樣地，具有低介電常數的第二塗佈絕 緣膜31之上下表面，係以由PE_CVD TMS Si〇2膜所製成的 第三阻障絕緣膜30和由ΡΕ-CVD TMS Si02膜所製成的第四
2060-4203-Pf.ptd 第34頁 531802 五、發明說明（30) 阻障絕緣膜32來覆蓋。 順便一提，如第二實施例的實驗处
PE-CVD TMS 的抗水性，在膜内含有少量的水氣。 /、° Ϊ 的水二'被=至L塗Γϊί膜26和第二塗佈絕緣膜31 ΪΪ1 ΐ 水氣原先即存在第-塗佈絕 、、彖膜26和弟二塗佈絕緣膜31中，則 言师、、、巴 -塗佈絕緣膜26和第二塗佈絕緣膜31二:【避=出：第 一塗佈絕緣膜26和第二塗佈絕緣膜3丨的 第 對介電常數之改變的現象，得以被抑制;水里而把成的相 再者，ΡΕ-CVD TMS Si02膜具有盥翁儿 密度，但有較小的相對介電常數，此：夕膜相同的緻 ^«PE-CVD TMS i〇 層，則此内層絕緣層可以有較小的相H文常為數内層絕緣 25和i其^果PE_CVD罵SiQ2臈做為第—阻障絕緣膜 下上ί:ν:緣膜27用以分別保護第-塗佈絕緣⑽的 具有較小的相對介 η接α 内層、、、邑緣層可以
Si02_A笛Λ J吊數。同樣地，利用PE-CVD TMS 別二緣膜3°和第四阻障絕緣膜32用以分 膜3〇的下上表面，則由這些膜所構的 再層可以具有較小的相對介電常數。 部分可八5Π i 線24、第二導線29和第三導線34的周邊 絕緣I刀7: 膜23和第一阻障絕緣膜25、第二阻障 第一阻卩早絕緣膜30、以及第四阻障絕緣膜32和 第35頁 2060-4203-Pf.ptd 531802
五、發明說明（31) 第五阻障絕緣膜3 5所包覆。 的水氣而避免第一導線24、 Ί虫0 >此’可以藉由完全鎖住進入 第〜導線2 9和第三導線3 4的腐 尤其，因為主絕緣膜23亦由λAADT? pm田本發明的PE-CVD TMSS i 〇2膜所形成，故第一導線24的姘亡从„加八_ 乂 J所有外圍部份可為PE-CVD 因此’可以藉由完全鎖住水 TMS Si 02膜所保護 而避免第一導線24的腐蝕 氣的滲透 法所 藉由 膜， 氣體 在上述第三實施例中，利用 形成的PE-CVD TMS Si〇2 膜， 在含氧的環境中加熱而於氣 可做為主絕緣膜2 3。再者， 所形成的NSG膜或BPSG膜等， 由本發明的電漿增強CVD 做為主保護層2 3。而， 化矽基板22所形的熱氧化 藉由CVD法使用無機含石夕 可做為主絕緣膜23。
【第四實施例】 以下將配合第12A〜12E圖解 例之，導體裝置及其製造方法。 第1 2 D圖係根據本發明的 剖面圖。 釋根據本發明的第四實施 四實施例之半導體裝置的 興第 實施例不同的是，在第
介層窗開口 33側壁的殘留物係層窗開口 Si〇2膜37和38，而且/楚:為本發明的PE-CVD TMS 口 33中未暴露屮 一介層窗開口 28和第二介層窗 接著，解釋來成、、佈絕緣膜26和第二塗佈絕緣膜3 係為剖面圖，j： ^ s§上述結構的方法。第1 2Λ圖至第1 2 其係顯示本發明第四實施例之半導體裝J
531802 五、發明說明（32) 製造方法。TMS + NJ係做為除了下和上保護層之外的側壁 保護層的成膜氣體。 為了形成上述結構，如第12A圖，在第nc圖所示的步 驟後形成第一介層窗開口 28。如第丨2B圖所示，在第二阻 障絕緣膜27上形成本發明之厚度約為5〇㈣的冗乂” TMS Si〇2膜，以覆蓋第一介層窗開口28。如第12(：圖所示， 藉由非等向钕刻來蝕刻PE-CVD TMS Si02膜37&，以在第一 介層窗開口28的側壁留下pE_CVD TMS Si〇2膜（側壁保護 層）37 〇
如第12D圖，形成由銅或鋁所製成的第二導線29，以 經由導電膜連接至第一導線24。藉由重覆上述的步驟，以 形成由第一覆蓋絕緣膜2 1和第三和第四阻障絕緣膜3 〇和 3 2、穿透内層絕緣層的第二介層窗開口 3 3、第六阻障絕緣 膜38、第三導線34、第五阻障絕緣膜35和第三塗佈絕緣膜 36所構成的内層絕緣層，其中厚度約為5〇·的第三和第四 阻障絶緣膜3 0和3 2係用來覆蓋第二塗佈絕緣膜3丨的下上表 面’其中第六阻障絕緣膜38係由厚度約50 nm的pe-CVD TMS Si Ο?膜來覆蓋第二介層窗開口 33的側壁，其中第三導 線巧經由第二介層窗開口33連接至第二導線Μ其中^五 阻障絕緣膜35係由厚度約50 nm的pe-cVD TMS SiO膜來覆 蓋第三導線34。 2 、 ★ 根據第四貫施例，内含第一介層窗開口 2 8和第二介層 窗開口 33的第一塗佈絕緣膜26和第二塗佈絕緣膜31，係完 全由 PE-CVD TMS Si〇^25、27、37 和 30、23、38 所保
531802 五、發明說明（33) 護。因此，進入第一塗佈絕緣膜2 6和第二塗佈絕緣膜3 1的 水氣，以及自第一塗佈絕緣膜2 6和第二塗佈絕緣膜3 1流出 至外圍部份的水氣，兩者均可完全被緊緊地鎖住。 因此，可以避免内層絕緣層的相對介電常數之時間依 存變化，以及在内層絕緣層上或下的上下導線2 4、2 9和3 4 的腐#。 【第五實施例】
第1 3圖係根據本發明的第五實施例之半導體裝置的剖 面圖，其及製造方法。 此半導體裝置具有四組疊層結構相疊的外形。一組疊 層結構包括一保護層、位於保護層上之一導線群（wirin^ group )、以及一内層絕緣層、或覆蓋導線群之覆蓋絕緣 膜(cover insulating film) 〇 此半導體裝置具有導線63a〜63d的第 換言之 1 N^ u “ υ υ u W 矛一守綠 =、導線66a〜66c的第二導線群、導線69&〜69d :E=線〇7LaT的第四導線群，分別位於由本發明 68 上為了 :成的第一至第四保護層62、65、
符號會偶爾省略間化解釋’在下面的描述中代表導線群1
將各別的導線雜·丨、,W
64、67、70和覆蓋絕覆盍絕緣膜所製成的内層絕緣 線群往上的方向依序覆蓋。以自導線63a〜63d的第一 H
構成第至第四保護層62、65、68、71__CVD
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S^〇2膜，在波數2270〜235 0 cnrl的紅外光内具有一吸收 3·3，〜Γ3度為2·25〜2.4G ⑽3，且相對介電常數的範圍為 如上所述，根據第五實施例，本發明的保護芦π、 6 8、7 1係放置於相鄰的導線群之間。 曰 二V1具有緻密性’且有極佳抗水性。從 穿：：功：’ ΐ!，、具有阻擋進入的水氣滲透和漏電流的 可以避免ΐ後】:據本發明第五實施例的半導體裝置 了 υ導線腐蝕，且可以抑制導線群之間的漏電流。
7“ ίί ’形成保護層65、68、71與内層絕緣層64、67、 和覆盍絕緣層73接觸。當構成每一保護層62、65、⑼、 ，PE-CVD Si02膜對構成每—内層絕緣層64、6卜7〇和 塗：絕緣膜具有良好的黏著性，根據本發 明的第五貫施例之半導體裝置可以避免膜剝離。 —再者，畲塗佈絕緣膜做為内層絕緣層64、6 7、70和覆 盒絕緣膜73時，可以得到内層絕緣層64…、7〇和平坦度 極佳的覆蓋絕緣膜73。 以下將解釋製造方法。
如第13圖所不，在基板61上形成由pE-CVD tms sih =厚度為2 0 0 n m所構成的第一保護層（第一阻障絕緣膜） 主二f此情況下，半導體基板本身或在半導體基板上形成 主絶緣膜和導線所形成而得到的結構可視為基板61。 在第一保護層62上形成導線63a〜63d的第一導線群。 著在第-導線群上覆蓋與第三和第四實施例相同材質
531802 五、發明說明（35) 和利用相同的成膜方法的第一塗佈絕緣膜6 4。 法 保護 形成 導線群 接著，在第一塗佈絕緣膜64上形成應用本發明之 所形成厚度約50 nm之第二PE-CVD TMS Si〇2^^第二$ 層（第二阻障絕緣膜）6 5。之後，在第二保護層65 : 覆蓋與第三和第四實施例相同材質和利用相同的成膜上 的第二塗佈絕緣膜67。 、方法 第二導線66a〜66c的第二導線群。接著，在第 接著，藉由重覆兩次上述PE-CVD TMS Si〇2膜的形、 步驟、導線的形成步驟和塗佈絕緣膜的形成步驟，在_ 塗佈絕緣膜6 7上依序形成第三保護層（第三阻障絕緣膜f 68、導線6 9a〜69d的第三導線群、第三塗佈絕緣膜7〇、'第 四保護層（第四阻障絕緣膜）71、導線72a〜72c的第四導 線群、和第四塗佈絕緣膜73，其中第三保護層6 8為厚度約 5 0 nm的PE-CVD TMS Si02膜，其中第四保護層71為厚度約 50 nm 的PE-CVD TMS Si02 膜。 因此，可以形成包含多層（例如四層）導線群 63a〜63d、66a〜66c、69a〜69d、72a〜72c且由塗佈絕緣膜 64、67、70和保護層65、68、71所絕緣和分隔的半導體積 體電路裝置。 如上所述，根據第五實施例，在導線群63a〜63d、 66a〜66c、69a〜69d、72a〜72c之間***保護層65、68、 7卜 意即，當塗佈絕緣膜64、6 7、7 0做為主内層絕緣層 時，可以得到平坦度極佳的内層絕緣層。
2060-4203-Pf.ptd 第40頁 531802 五、發明說明（36) 而且，保護層65、68、71具緻密性和抗水性，故其具 有避免進入的水氣滲透和避免漏電流的流動之功能。因 此，由於可以避免水氣的進入，故可以抑制導線群 63 a〜63d、66 a〜6 6c、69a〜69d、7 2a〜72c的腐触和導線群 63a〜63d、66a〜66c、69a〜69d、72a〜72c之間的漏電流。 如上所述，以實施例為基礎對本發明做詳細的^釋， 但本發明的範圍並不限於上述實施例的例子。在不遠離本 =明的主旨下，上述實施例的變化亦包含在本發明=範圍 根據本發明’在基板上形成塗佈絕緣膜 後，形成由含矽絕緣膜製成且用於覆蓋塗佈絕緣膜的 層，其形成方法係藉由將成膜氣體電漿化以進反 鍵的烷氧基化合物或具有Si-h鍵的；氧烷 一體 2 ,、。°一2°所心 護層之本發明的含石夕絕緣膜’在波數 2270〜2 350 cnr的紅外光内具有一吸收峰，宓 40 g/Cm3，且相對介電常數的範圍為3. 3〜4. 。又，. 絕緣^^ Γ的方法形成具有上述特性的保護層，對塗你 f，極佳的抗水性，且膜内的；有=的緻密 的内層絕緣層具有阻播全部水氣自則得到 以及阻擋水氣流至外面的阻障特性，塗佈絕緣膜、 且具有極佳的平坦 2060-4203-Pf.ptd 第41頁 531802 五、發明說明（37) 度。 而且，上述的保護層除了上述的特柹外，還具有低於 氮化矽膜的相對介電常數。因此，利用本發明的阻障絕緣 膜來覆蓋於塗佈絕緣膜的下上表面，以做為導線層之間的 主内層絕緣層，所得到的内層絕緣層對進入/進出塗佈絕 緣膜的水氣，具有較完全的阻障特性、對漏電流的阻障特 性等，且亦達到整體的低介電常數。 具有上述特性的含矽絕緣臈對塗緣 黏著性，且具有高機械強度。因此， 眠昇有良好的 如膜剝離等的破壞，即使自外施 θ狀、、、"構可以避免例
亦然。 機械撞擊至層狀結構時
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Claims (1)

  1. 531802
    1、· 一種半導體装置的製造方法，包括下列步驟： 準備一基板，其中該基板的一表面具有藉由塗佈一選 自由§石夕無機化合物和含石夕有機化合物其中一者之塗佈流 體所形成之一塗佈絕緣膜； 藉由電衆化一第一成膜氣體以反應形成一保護層，用 以覆蓋該塗佈絕緣膜； 其中該第一成膜氣體包括選自由具Si—Η鍵的烷氧基化 合物（alkoxy compound)和具Si-η鍵的石夕氧烧 (si l〇xane )所組成的族群中其中一者，以及選自由〇 、 心〇、N〇2、CO、C〇2和HJ所組成的族群中其中一者的含氧氣 體。 、 2·如申請專利第1項所述之半導體裝置的製造方法， 其中該第一成膜氣體更包括選自由&和％所組成的族群 中。 3·如申請專利第1項所述之半導體裝置的製造方法， 其中構成該第一成膜氣體之具有Si-Η鍵的烧氧基化合物為 SiH(〇CH3)3 (簡稱TMS )。 4·如申請專利第1項所述之半導體裝置的製造方法， 其中構成該第一成膜氣體之具有si-Η鍵的烷氧基化合物為 (CH3)2HSi - 0-SiH(CH3)2 (簡稱TMDS0)。 5·如申請專利第1項所述之半導體裝置的製造方法， 其中提供一平行板型的一第^電極和一第二電極做為電聚 化該成膜氣體的裝置，且當形成一薄膜時，施加頻率為7 1 MHz或以上之高頻電力至該第一電極，且施加頻率為
    2060-4203-Pf,Ptd 第 43 頁 531802 六、申請專利範圍 ^ 10OkHz至1 MHz之低頻電力至該第二電極，其中該基板已裝 載。 、 6·如申請專利第1項所述之半導體裝置的製造方法， 其中該基板具有藉由電漿化一第二成膜氣體反應而形成的 一第一導線和用以覆蓋該第一導線的一保護層， 其中該第二成膜氣體包括選自由具有Si鍵的烷氧基 化合物和具有S i鍵的矽氧烷所組成的族群中之任一者, 以及選自由〇2、N2〇、N02、CO、C02和1120所組成的族群中之 任一含氧氣體。 7·如申請專利第6項所述之半導體裝置的製造方法， 其中遠第二成膜氣體包括選自由N2和&所組成的族群中之 任一者。 8·如申請專利第6項所述之半導體裝置的製造方法， 其中構成該第二成膜氣體之具有Si-Η鍵的烧氧基化合物為 SiH(0CH3)3 (簡稱TMS )。 9·如申請專利第6項所述之半導體裝置的製造方法， 其中構成該第二成膜氣體之具有Si-H鍵的烷氧基化合物為 (CH3)2HSi-〇 —SiH(CH3)2 (簡稱TMDS0)。 10·如申請專利第6項所述之半導體裝置的製造方 法，其中提供一平行板型的一第一電極和一第二電極做為 電漿化該成膜氣體的裝置，且當形成一薄膜時，施加頻率 為1MHz或以上之高頻電力至該第一電極’且施加頻率為 10OkHz至1 MHz之低頻電力至該第二電極，其中該基板已裂 載0
    531802 ~、申請專利範圍 ---- 11.如申請專利第6項所述之半導體裝置的 去，其中在形成該保護岸 I蓋該1# 後，更包括下列步驟佈絕緣膜的步驟之 和用該ί:絕緣膜的該保護層、該塗佈絕緣膜 和用以覆盍該弟了導線的該保護層中形成一開口部；以及 形成一第二導線，並藉由該開口部連接該第一導線。 12·如申請專利第11項所述之半導體裝置的製造方 去’其中在形成該第二導線的步驟之後，更包括下列+ 驟： y 藉由電漿化一第二成膜氣體反應而形成用以覆蓋該第 二導線的一保護層， 其中該第三成膜氣體包括選自由具有Si-Η鍵的烷氧基 化合物和具有S i - Η鍵的石夕氧炫所組成的族群中之任一者， 以及選自由〇2、Ν2 0、Ν 02 ' C 0、C02和Η2 0所組成的族群中之 你一含氧氣體。 13. 如申請專利第12項所述之半導體裝置的製造方 法，其中該第三成膜氣體包括選自由Ν2和Η2所組成的族群 中之任一者。 14. 如申請專利第1 2項所述之半導體裝置的製造方 法，其中構成該第三成膜氣體之具有Η鍵的炫氧基化合 物為SiH(0CH3)3 (簡稱TMS )。 15如申請專利第12項所述之半導體裝置的製造方 法，其中構成該第三成膜氣體之具有^_11鍵的烷氧基化合 物為（CH3)2HSi-〇-SiH(CH3)2 (簡稱TMDS0 )
    531802
    16·如申請專利第12項所述之半導體裝置的製造方 法，其中提供一平行板型的一第一電極和一第二電極做 電漿化該成膜氣體的裝i，且當形成一薄膜時，施加頻: 為1 MHz或以上之南頻電力至該第一電極，且施加頻率為 100kHz至1MHz之低頻電力至該第二電極，其中該基板已 W· 一種半導體裝置，包括： (1 ) 一基板，具有 、、 （a ) —塗佈絕緣膜，位於該基板之一表面，該
    $佈絕緣膜係包含一選自由含矽無機化合物和含矽有機化 0物所組成的族群之任一者；以及 ^ ( 11 ) 一保護層，用以覆蓋該塗佈絕緣膜且與該塗 佈絕緣膜接觸， 其中用以覆蓋該塗佈絕緣膜之該保護層係為一含矽絕 緣膜 5亥含石夕絕緣膜在波數2 2 7 0〜2 3 5 0 c nr1的紅外光内具 有吸收峰，密度為2·25〜2.40 g/cm3，且相對介電常數 的範園為3. 3〜4. 3。 18· 第一導線 保護層，
    如申請專利第17項所述之半導體裝置，更包括一 和用以覆蓋該第一導線且與該第一導線接觸的一 提供於該基板的一表面上， 其中用以覆蓋該第一導線之該保護層係為一含石夕絕緣 f ’該含矽絕緣膜在波數22 70〜2 350 cur1的紅外光内具有 一吸收峰，密度為2·25〜2·4〇 g/cm3，且相對介 範圍為3. 3〜4.3。
    2060-4203-pf>ptd 第46頁 531802 六、申請專利範圍 19. 如申請專利第1 8項所述之半導體裝置，更包括一 第二導線在一内層絕緣層上，其中該内層絕緣層包含用以 覆蓋該第一導線之該保護層、用以覆蓋該第一導線之保護 層上之該塗佈絕緣膜、以及用以覆蓋該塗佈絕緣膜之該保 護層。 20. 如申請專利第1 9項所述之半導體裝置，更包括一 開口部形成在該内層絕緣層中，以及一側壁保護層在該開 口部的一側壁上， 其中該第二導線藉由該開口部連接該第一導線，且該 側壁保護層係為一含矽絕緣膜，該含矽絕緣膜在波數 2270〜2350 cur1的紅外光内具有一吸收峰，密度為2. 25〜2. 40 g/cm3，且相對介電常數的範圍為3. 3〜4. 3。
    2060-4203-Pf.ptd 第47頁
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