[发明专利]多孔质绝缘膜的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔质绝缘膜的形成方法，尤其涉及在具有以Cu为主成 分的镶嵌互连结构的半导体器件中能够使用的多孔质绝缘膜的形成方法。

背景技术

在硅半导体集成电路(LSI)中，关于导电材料，以前广泛使用铝 (Al)或Al合金。而后，随着LSI的制造方法的更精细图案化的发展， 为了互连的线阻抗的降低以及高可靠性，逐渐使用铜(Cu)作为导电材 料。由于Cu容易扩散到氧化硅膜中，所以在Cu互连的侧面以及底面上使 用防止Cu扩散的导电性阻挡金属膜，而在Cu互连的上表面可以使用绝缘 性阻挡膜。

随着近年的LSI的更精细图案化的发展，互连尺寸被进一步减小，产 生了互连线间电容增大的问题，从而发展到在层间绝缘膜中引入多孔质低 介电常数膜。这是因为，更精细的图案化以及通过在半导体器件中使用多 层互连结构所得到的层间绝缘膜的更低介电常数对于更高速度和更低功耗 的连接是有效的，由此实现更精细图案化和更低介电常数是令人期望的。

对于层间绝缘膜的低介电常数化，已经尝试了通过导入致孔剂 (porogen)再将其抽出来提高膜质的孔隙率以及导入碳氢化合物的技术。低 介电常数膜例如是HSQ(氢硅倍半氧烷，Hydrogen Silsesquioxane)膜、 CDO(掺碳氧化物，Carbon doped oxide)或有机膜等。而且，这些膜通过 旋转涂布法、化学气相沉积法等形成。日本专利文献特开2004-289105号 公报记载了使用等离子体增强CVD法形成多孔质绝缘膜的技术。日本专 利文献特表2002-526916号公报中记载了使用环状有机硅氧烷形成多孔质 绝缘膜的技术。

本发明人对现有技术有如下考虑。在使用特开2004-289105号公报中 记载的技术时，是原料单体在等离子体中分解、切断-再结合型的成膜方 法。因此，与原料单体结合的烃成分解吸附，从而导致相对介电常数不能 降低的问题。另外，在特表2002-526916号公报中记载的使用环状硅氧烷 原料单体的技术中，硅氧烷的环状结构成为骨架，实现2.6左右的相对介 电常数，而且在侧链上具有异丙基的硅氧烷导致位阻，如果通过在侧链上 具有乙烯基促进单体的加成反应，能够实现2.5左右的相对介电常数，但 是在膜强度方面存在问题。

而且，随着膜的低介电常数化的发展，膜的孔隙率上升，其结果会招 致膜强度的下降。随着所述的膜强度的下降，层间的粘合性也下降，从而 降低器件的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘膜的形成方法，该方法使用硅氧烷原 料单体形成绝缘膜，其能够以较高的成膜速度形成绝缘膜。而且，本发明 的目的还在于提供一种使用所述绝缘膜的形成方法而形成的绝缘膜以及具 有该绝缘膜的半导体器件。

本发明的第一方面提供一种绝缘膜形成方法，该方法利用具有环状有 机硅石结构的2种以上的原料气体的等离子体反应形成有机硅石膜，其 中，所述原料包括主骨架上具有3元SiO环状结构的原料和主骨架上具有 4元SiO环状结构的原料，并且这些原料的至少一种的侧链上具有至少一 个不饱和烃基。

本发明的第二方面提供一种绝缘膜形成方法，该方法利用至少一种具 有环状有机硅石结构的原料气体和至少一种具有直链状有机硅石结构的原 料气体的等离子体反应形成有机硅石膜，其中，具有环状有机硅石结构的 原料在主骨架上具有3元SiO环状结构，并且具有直链状有机硅石结构的 原料的元素组成比为H/C≥1.6、C/Si≥5、H/Si≥8，而且在这些原料中 的每一种的侧链上具有至少一个的不饱和烃基。

本发明的所述目的以及其他目的、特点以及优点，将参照附图并通过 以下的描述而得以了解。

附图说明

图1A是示出了现有的双镶嵌互连结构的截面图，图1B是示出了能使 有效相对介电常数进一步降低的互连结构的截面图。

图2A是示出了本发明方法中使用的多孔质绝缘膜的成膜装置的示意 图。

图2B是示出了图2A的成膜装置的一部分的示意图。

图3是关于本发明第1示例性实施方式和比较例1、2的k值-膜强度 的关系的图表。

图4是示出了第1示例性实施方式和比较例1和2的孔径尺寸及分布 的图表。

图5是示出了第1示例性实施方式中制造的膜的Si-O-Si键的FTIR光 谱测定结果的一例的图表。