包括绝缘膜的半导体器件及其制造方法

1.半导体器件的制造方法，包括以下步骤：
在半导体衬底上形成第1绝缘膜；
在所述第1绝缘膜上形成第2绝缘膜；
在杂质至少到达所述第2绝缘膜与所述第1绝缘膜之间的界面的条件 下把杂质引入所述第2绝缘膜； 其中，所述第2绝缘膜包括至少含1％的碳的氧化硅膜。
2.按权利要求1的半导体器件制造方法，还包括在所述第2绝缘膜上 形成第3绝缘膜的步骤。
3.按权利要求1的半导体器件的制造方法，其中，杂质引入是在穿过 所述界面的杂质量至少是2×1013原子/cm2和不大于1018原子/cm2的条件下 进行的。
4.按权利要求1的半导体器件的制造方法，其中，所述第2绝缘膜包 括无机旋涂玻璃膜。
5.按权利要求1的半导体器件的制造方法，其中，所述第1绝缘膜包 括其吸湿性小于所述第2绝缘膜的吸湿性的膜。
6.按权利要求1的半导体器件的制造方法，其中，所述杂质是用离子 注入法引入的。
7.按权利要求1的半导体器件的制造方法，其中，所述杂质是硼离子 和氩离子中之任一种。
8.制造半导体器件的方法，包括以下步骤：
半导体衬底上形成金属互连层；
在所述金属互连层上形成第1绝缘膜，
所述第1绝缘膜上形成第2绝缘膜；
在杂质至少穿过所述第1与第2绝缘膜之间的界面并到达所述金属互连 层的条件下把杂质引入所述第2绝缘膜，
其中，所述第2绝缘膜包括至少含1％的碳的氧化硅膜。
9.按权利要求8的半导体器件的制造方法，还包括在所述第2绝缘膜 上形成第3绝缘膜的步骤。
10.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述金属互连层 包括主互连层和在其上形成的钛层。
11.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述金属互连层 包括钛层。
12.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述金属互连层 包括主互连层，所述主互连层上形成的钛层，和所述钛层上形成的氮化钛 层。
13.按权利要求11的半导体器件的制造方法，其中，所述主互连层包 括铝和铝合金之任一种。
14.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述杂质引入是 在穿过界面的杂质量至少是2×1013原子/cm2和不大于2×1018原子/cm2的 条件下进行的。
15.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述第2绝缘膜 包括无机旋涂玻璃膜。
16.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述第1绝缘膜 包括其吸湿性低于所述第2绝缘膜的吸湿性的膜。
17.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述杂质是用离 子注入引入的杂质。
18.按权利要求8的半导体器件的制造方法，其中，所述杂质是硼离 子和氩离子之任一种。
19.半导体器件，包括：
在半导体衬底上形成的第1绝缘膜，
在所述第1绝缘膜上形成的第2绝缘膜，
其中，杂质引入第1和第2绝缘膜中，在所述第1和第2绝缘膜之间 的界面上的杂质连续分布，
其中，引入所述第1绝缘膜的杂质量至少是2×1013原子/cm2，其中， 所述绝缘膜包括至少含1％的碳的氧化硅膜。

发明领域\n本发明涉及半导体器件及其制造方法。特别涉及包括绝缘膜的半导体器 件及其制造方法。\n背景技术\n过去几年中，为了提高半导体集成电路器件的集成密度，主要致力于减 小互连尺寸和采用多层布线技术。为了获得互连的多层结构，在每个互连层 之间设置层间绝缘膜。如果这些层间绝缘膜的表面不平，则在层间绝缘膜上 形成的互连会产生台阶式部分，因而，会造成连接断开的缺陷。因此，层间 绝缘膜的表面(器件表面)应尽可能地平。使器件表面变平的技术叫做平面 化。这种平面化技术对于减小尺寸和提供多层互连变得很重要。\n平面化中，SOG(旋涂玻璃)膜是通用的现有层间绝缘膜。近来，在平 面化技术中利用层间绝膜的材料流动性的优点的发展特别引人著目。\n“SOG”是主要用把硅化合物溶解于有机溶剂中制成溶液，并用该溶液 制成二氧化硅膜的通用术语。\nSOG膜的形成中，首先，把溶于有机溶剂中的硅化物制成的溶液滴在 旋转的衬底上。用该旋转涂敷溶液，减小衬底上相当于互连的台阶式部分。 更具体地说，衬底上的凹坑部分形成厚的涂层，在凸起部分形成薄的涂层。 结果，使溶液涂敷表面变平。\n之后，进行热处理，使有机溶剂挥发掉。而且，进行聚合处理，在表面 上生成平的SOG膜。\nSOG膜通常分为无机SOG膜和有机SOG膜，无机SOG膜在硅化物中 不含任何有机物，通常用以下通式<1>表示，有机SOG膜在硅化物中含有机 物，用以下通式<2>表示。\n[SiO2]n                                        ...(1)\n[RXSiOY]n                                     ...(2) 式中n，x，y：均是整数；R2是烷基或芳基。\n无机SOG膜含大量的潮气和羟基。它比用CVD(化学气相流积)形成 的氧化硅膜更容易碎。其缺点是，当无机SOG膜的厚度大于0.5μm时，在 热处理中容易产生破裂。\n相反，有机SOG膜在热处理中不会出现破裂，膜厚能做到约0.5-1μm。 因此，用有机SOG膜能形成较厚的层间绝缘膜。这就是说，即使在衬底上 有大的台阶式部分也能充分平面化。\n如上所述，无机和有机SOG膜均有优异的平面化特性。但是，含有大 量潮气和羟基的无机SOG膜不利于金属互连，并会导致电性能变坏和出现 腐蚀作用。\n在有机SOG膜中似乎有相同的缺陷。这是因为，尽管与无机SOG膜相 比，所含的潮气和羟基量较小，但有机SOG膜还是含有一定量的潮气和羟 基。\n为克服采用SOG膜作层间绝缘膜时的这种缺陷。采用例如CVD法形成 的如氧化硅膜的绝缘膜，使该绝缘膜位于SOG膜的上面或下面，除隔离潮 气和羟基外，还有良好的绝缘特性和机构强度。\n但是，这种氧化硅膜与SOG膜之间的粘接性差。其缺点是，在制成之 后或制造过程之中两种膜会相互剥离。这种剥离会造成绝缘特性变坏。使器 件的可靠性变坏。\n发明内容\n本发明的目的是，提供一种半导体器件，它能提高上下绝缘膜之间的粘 接强度。\n本发明的另一个目的是，提供一种制造方法。它能容易地制造半导体器 件，提高上下绝缘膜之间的粘接强度。\n本发明还有一个目的是，提供制造半导体器件的制造方法，它能降低位 于绝缘膜下的金属互连层的互连电阻。\n按本发明一个方案的半导体器件的制造方法，包括以下工艺步骤。首 先，在半导体衬底上形成至少有上下层的2层结构的绝缘膜。在杂质到达至 少是上下绝缘膜之间的界面的条件下把杂质引入上层绝缘膜。由此提高上下 绝缘膜之间的粘接强度。把离子注入上层绝缘膜，能使上层绝缘膜的特性改 变。能减少绝缘膜中含的潮气和羟基。而且，使绝缘膜的吸湿性变得更小。\n按本发明另一方案的半导体器件制造方法，包括以下工艺步骤。首先， 在半导体衬底上形成第一绝缘膜。在第一绝缘膜上形成第二绝缘膜。在杂质 至少到达第一与第二绝缘膜之间的界面的条件下，把有动能的杂质引入第二 绝缘膜。因此，能提高第一与第二绝缘膜之间的粘接强度。把杂质引入第二 绝缘膜，能改变第二绝缘膜。能减少引入第二绝缘膜的潮气和羟基。而且， 第二绝缘膜的吸湿性变得更小。按上述结构，在第二绝缘膜上形成第三绝缘 膜最好在穿过界面的杂质量至少是2×1013原子/cm2和不大于2×1018原子 /cm2的条件下，引入杂质。第二绝缘膜能包含氧化硅膜，该氧化硅膜至少含 1％的碳，有机聚合物，或无机SOG膜。第一绝缘膜最好包括其吸湿性低于 第二绝缘膜的吸湿性的膜。而且，最好用离子注入有动能的杂质。而且，杂 质最好是硼或氩气离子。\n按本发明另一方案的半导体器件的制造方法，包括以下工艺步骤。首 先，在半导体衬底上形成的金属互连层上形成至少有上下层的两层结构的绝 缘膜。在杂质穿过上下绝缘膜之间的界面并到达金属互连层的条件下把杂质 引入上绝缘膜。把杂质注入上绝缘膜使其达到金属互连层。能减小金属互连 层的互连电阻。其优点是，能制成更薄的金属互连层。\n按本发明再一方案的半导体器件制造方法，包括以下步骤。首先，在半 导体衬底上形成金属互连层。在金属互连层上形成第一绝缘膜。第一绝缘膜 上形成第二绝缘膜。在杂质穿过第二与第一绝缘膜之间的界面并到达金属互 连层的条件下，把有动能的杂质引入第二绝缘膜。在杂质到达金属互连层的 条件下把有动能的杂质引入第二绝缘膜，能减小金属互连层的互连电阻。结 果，能制成更薄的金属互连层。这有利于微制造。在第二绝缘膜上形成第三 绝缘膜。金属互连层能包括钛层。而且，金属互连层可以有包括主互连层和 在其上形成的钛层的双层结构。而且，金属互连层可以有包括主互连层，在 主互连层上形成的钛层和在钛层上形成的氮化钛层的结构。主互连层最好包 括铝或铝合金的简单物质。最好在穿过界面层的杂质数量至少是2×1013原 子/cm2和不大于2×1018原子/cm2的条件下引入杂质。第二绝缘膜可包括任 何氧化硅膜，该氧化硅膜至少含1％的碳，有机聚合物或无机SOG膜。第一 绝缘膜最好包括其吸湿性低于第二绝缘膜的吸湿性的膜。而且，最好用离子 注入法引入有动能的杂质。杂质最好是硼离子或氩离子。\n按本发明另一方案的半导体器件，包括：半导体衬底上形成的第一绝缘 膜，第一绝缘膜上形成的第二绝缘膜。杂质引入第一和第二绝缘膜。在第一 与第二绝缘膜之间的界面的杂质分布是连续的。引入第一绝缘膜的杂质量是 2×1013原子/cm2。使第一和第二绝缘膜的杂质分布连续，并设定引入第一绝 缘膜的杂质量至少是2×1013原子/cm2，能提高第一与第二绝缘膜之间的粘 接强度。第二绝缘膜最好包括含至少1％的碳的氧化硅膜。\n通过以下结合附图对本发明的详细说明，将会更好地理解本发明的上述 目的，其它目的，特征，本发明的方案及优点。\n附图说明\n图1至6是用于说明按本发明第1实施例的制造方法的半导体器件的剖 视图；\n图7至21是说明本发明实施例的特征曲线图；\n图22至24是说明按本发明第2实施例的制造方法的半导体器件剖视 图；\n图25至29是说明本发明实施例的特性曲线图。\n具体实施方式\n以下将结合附图说明本发明的实施例。\n第一实施例\n以下将说明按本发明第1实施例的半导体器件的制造方法。\n第1步骤至第6步骤。\n如图1所示，按第1步骤，在(100)P型或n型)单晶硅衬底1上形成 厚度约为10nm的栅氧化膜2。在栅氧化膜2上形成厚度约为200nm的栅极 3。用栅氧化膜2和栅极3作掩膜，用离子注入法把n型(或P型)杂质掺 入单晶硅衬底。结果，以自对准方式形成源-漏区4，制成MOS晶体管。\n用CVD法在器件上形成氧化硅膜21之后，在位于源漏区4上的氧化硅 膜21的区域形成接触孔22。\n之后，用溅射法，在包括接触孔22的里边的整个器件上沉积铝合金 (Al-Si(1％)-Cu(0.5％))膜。进行各向异性腐蚀，获得规定的铝合金膜圆形， 形成源-漏电极(源-漏互连)10。\n在图2所示的第2步骤，用等离子CVD在整个器件上形成厚度约为 500nm的氧化硅膜5。该等离子CVD中用的气体包含甲硅烷和一氧化亚氮 (SiH4+N2O)，甲硅烷氧(SiH4)TEOS(四-乙氧基硅烷)和氧(TEOS+O2) 等。膜生长温度是300-900℃。\n图3所示的步骤3中，在氧化硅膜5上形成有机SOG膜6。有机SOG 膜6有[CH3Si(OH)3]的组份，膜厚约为600nm。按下述方法形成有机SOG膜 6。首先，把以乙醇为基的有上述组份的硅化合物的溶液(例如，IPA+丙酮) 滴到单晶硅衬底1上，并使单晶硅片1按2300rpm的速度旋转20秒。因此， 把以乙醇为基的溶液涂敷在单晶硅衬底1上。这里，为了单晶硅衬底1上的 涂层表面均匀，在相应于单晶硅衬底1的台阶式部分的凹坑部分的涂层厚， 在凸起部分涂层薄。结果，以乙醇为基的溶液涂层表面变得平坦。\n之后，在100℃热处理1分钟，在200℃处理1分钟，300℃处理1分钟， 22℃处理1分钟，300℃中30分钟，在氮气氛中按以上顺序进行热处理。由 此，使乙醇类溶剂挥发掉，并进行聚合处理。结果，形成有平坦表面的厚度 为300nm的有机SOG膜。把该涂敷热处理的工艺重复一次以上，制成厚度 为600nm的有机SOG膜6。该有机SOG膜6是含至少1％的碳的氧化硅膜。\n之后，用离子注入法、在加速能为140kev，杂质剂量为1×1015原子/cm2 的条件下，把硼离子(B+)掺入有机SOG膜6中。设定的条件应使穿过有 机SOG膜6与氧化硅膜5之间的界面的硼离子数至少是每单位面积为2× 1013原子/cm2和不大于2×1018原子/cm2。\n把离子注入有机SOG膜6，使有机SOG膜中的有机物分解。而且，使 膜中所含的湿气和羟基减少。硼离子的注入量应使离子穿过有机SOG膜6 与氧化硅膜5的界面，并提高有机SOG膜6和氧化硅膜5之间的粘接强度。\n结果，使有机SOG膜变成无有机物和少量潮气或羟基并与绝缘膜有很 高粘接强度的SOG膜(以下称作“改性SOG膜”)。\n图4所示的第4步骤中，用等离子CVD在改性SOG膜7上形成厚度为 200nm的氧化硅膜8。氧化硅膜8的形成条件与氧化硅膜5的条件相同。\n图5所示的第5步骤中，用四氟化碳(CF4)和氢气的混合气体为腐蚀 气体，进行各向异性腐蚀，在氧化硅膜5中，改性SOG膜7和源-漏区4上 的氧化硅膜8中形成通孔9。\n图6所示的第6步骤中，用惰性气体例如氩(Ar)气进行溅射腐蚀以清 洁通孔9的内部。以后，用磁控溅射，在通孔9中和氧化硅膜8上顺序形成 厚度为500nm的Al合金膜(Al-Si(1％)-Cu(0.5％))，厚度为50nm的Ti膜和 厚度为20nm的TiN膜。\n按常规光刻技术和干腐蚀技术RIE等涂光刻胶(未画)、曝光、和腐蚀。 按预定结构对Al合金膜、Ti膜和TiN膜构图。由此，构成上层金属互连23。\n按本发明第1实施例，在MCS晶体管上形成由氧化硅膜5，改性SOG 膜7和氧化硅膜8构成的3层结构的层间绝缘膜11。由于有改性SOG膜7， 因而构成3较厚的层间绝缘膜11。结果，即使在单晶硅衬底1上有大的台阶 式部分也能实现充分的平面化。\n采用氧化硅膜5与8之间夹有改性SOG膜7的夹层结构，能使整个层 间绝缘膜11进一步提高绝缘性和机械强度。\n按本发明第1实施例，由于有机SOG膜6经过离子注入，如上所述， 使杂质按预定的总浓度(单位面积的杂质数)穿过氧化硅膜5与有机SOG 膜6之间的界面，因此，改性SOG膜7不容易从氧化硅膜5剥离。\n表1中列出在氧化硅膜5上形成有厚度约为600nm的SOG膜的测试器 件<1>中SOG膜6和氧化硅膜5之间的粘接强度在抗拉强度测试仪中测得各 种结果。\n表1 条件 膜剥离率 有机SOG膜 100％ 低压氧等离子工艺 100％ 改性SOG膜(注入Ar离子) 0％ 改性SOG膜(注入B离子) 0％\n表1中条件相当于SOG膜用的条件。低压氧等离子工艺是指有机SOG 膜暴露在氧等离子中。在与本实施例的条件相同的条件下形成改性SOG膜。\n用改性SOG膜作SOG膜，使其与下层的氧化硅膜5的粘接强提高，防 止膜剥离。\n图7展示出与上述表1所列器件相同的测试器件<1>中的SOG在不同条 件下注入硼离子(B+)时的粘接强度。杂质剂量设定为恒定的1×1015原子 /cm2，加速能变为20，60，100和140kev。图中标记“UNIMPLANTED”是 指膜未经离子注入。即膜是有机SOG膜。\n由于未经离子注入的膜，在SOG膜与氧化硅膜7之间的粘接性差。膜 容易剥离。反之，经过离子注入的膜有较高的粘接强度。因此，加速能变得 更大。特别是对至少为60keV的加速能，能获得大于200kgf/cm2的粘接强度。 粘接强度的这种提高认为是由于离子到达SOG膜与氧化硅膜5之间的界 面，因而使界面上的元素混合和重新组合的结果。\n图8展示出SOG膜和位于下面的等离子TEOS膜5中的硼(B)杂质分 布图。从图8中可看到在SOG膜中的硼杂质浓度分布和等离子TEOS氧化 膜中的硼杂质浓度分布是连续的。这是因为用离子注入法把杂质注入SOG 膜中。因此，使硼离子穿过SOG膜与下面的等离子TEOS氧化膜5之间的 界面。同样，注入氩(Ar)离子时。如图9所示，在SOG膜与下面的等离 子TEOS氧化膜之间的界面形成连续的杂质分布。 图10展示穿过SOG膜与氧化硅膜5之间的界面每单位面积的硼离子数与粘 接强度之间关系的测试结果。从图10可看到，当穿过界面每单位面积的硼 离子数超过2×1013原子/厘米2时，SOG膜与氧化硅膜5之间的粘接强度急 剧增大使膜剥离发生率大大减小。因此，为了有效地防止SOG膜从氧化硅 膜5剥离，最好把穿过SOG膜与氧化硅膜5之间界面单位面积的硼离子数 设至少为2×1013原子/cm2。当穿过界面每单位面积的硼离子超过2×1018原 子/cm2时，溅射效应大到能除去表面的程度。因此，最好把穿过界面的单位 面积的硼离子数设定为小于2×1018原子/cm2。\n在上述测试器件<1>中，为了把穿过界面单位面积的硼离子数设定为大 于2×1013原子/cm2，则要求杂质剂量为1×1015原子/cm2的加速能至少是 60kev。\n图11展示出所加的能量和粘接强度与不同的硼离子注入能量，硼剂 量、硼离子注入处的SOG膜厚和氩离子剂量之间的关系。这里“所加的能 量”是指加到离子注入深度区的每单位体积的能量。从图11可见到，当所 加的能量大于103ev/nm3时，SOG膜与氧化硅膜5之间的粘接强度急剧增大， 而使膜剥离发生率极小。但是，为了有效地防止SOG膜以氧化硅膜5剥离。 最好把所加的能量设定为至少103ev/nm3。还能看到，如图11所示，即使用 氩离子注入代替硼(B)离子注入，也能提高粘接强度。\n下表2列出了对具有在SOG膜上形成的厚度为600nm的氧化硅膜8的 测试器件(2)中。氧化硅膜8与SOG膜之间的粘接强度用抗拉强度测试仪 测定的结果。\n表2 条件 膜剥离率 有机SOG膜 60％ 低压氧等离子工艺 0％ 改性的SOG膜(Ar离子注入) 0％ 改性的SOG膜(B离子注入) 0％\n上述条件是指用于SOG膜的条件。低压氧等离子方法是指有机SOG膜 曝露在氧等离子中。在氧化硅膜8形成之前进行离子注入。\n从表2中看出，当用改性SOG膜作SOG膜时，上层氧化硅膜8与改性 SOG膜之间的粘接强度增大，以防止膜剥离。\n图12展示出与用上述测试器件(2)进行的图7所示试验相同的试验结 果。从图12可看出，没经离子注入的膜有200-500kgf/cm2的低粘接强度。 界面处的膜容易剥离。反之，经过离子注入的膜有700kgf/cm2的高粘接强 度，这是与加速能无关的测试极限。这种粘接强度提高被认为是SOG膜的 整体表面的有机物分解变成无机物的结果。因而，SOG膜的无机物部分与也 是无机物的氧化硅膜8之间的粘接变得更强。\n要指出的是，在本实施例中，在离子注入有机SOG膜6之前，而不是 之后，淀积氧化硅膜8，以构成改性SOG膜7。通常，用等离子CVD法形 成的氧化硅膜本身的吸湿性比有机SOG膜的吸湿性小，而且，有优异的防 水性。给氧化硅膜注入离子的步骤能使吸湿量稍稍变大。但是，该吸湿量明 显低于有机SOG膜的吸湿量。由于在氧化硅膜5上存在低吸湿性和优异防 水性的改性SOG膜7，因此位于改性SOG膜7之下的氧化硅膜5的稍高的 吸湿量不会出现大问题。但是，氧化硅膜8的吸湿性应尽可能小，因为，位 于改性SOG膜7上的氧化硅膜8的潮气会给位于其上的金属互连层23起不 利的作用。在本实施例中，用有机SOG膜6离子注入后形成氧化硅膜8的 方法来防止氧化硅膜8的吸湿性增大。\n而且，由于改性SOG膜7不含有机物。因此，在用四氟化碳和氢气的 混合气体构成的气氛中进行腐蚀，以形成通孔9。因而，如果用光刻胶作该 腐蚀工艺中的掩模，将不会被腐蚀气体浸入。因而被光刻胶掩蔽的改性SOG 膜7不会被腐蚀。因而，能精确构成亚微米结构的通孔9。\n由于改性SOG膜7不含有机物。因此，改性SOG膜7的腐蚀速度等于 其下的氧化硅膜5和其上的氧化硅膜8的腐蚀速度。在除去用作腐蚀掩模的 光刻胶的灰化工艺中改性SOG膜7不会变成吸湿性膜。\n在改性SOG膜7中不会出破裂。而且，在通孔9的形成过程中不会产 生凹槽。因而，能用充分利用上金属互连层23填充通孔9。\n改性SOG膜7还有优异的抗氧等离体特性。如图13所示，为了评估改 性SOG膜7的膜厚减小，当有机SOG膜6中注入氮离子而形成的改性SOG 膜7暴露在氧等离子体中时，其膜厚变化，用此作为抗氧等离体的指标。在 加速能为140kev和剂量为1×1015原子/cm2的条件下注入离子。\n当有机SOG膜经氧等离体(O2等离子体)处理时，其膜厚比有机SOG 膜6的最初膜厚(未经处理时的膜厚)减少16％。当改性SOG膜经氧等离 子体(注入Ar+离子后O2等离子体处理)处理时，与最初的改性SOG膜7 (Ar+注入)的膜厚相比，处理后的膜厚几乎没减小。但是，与有机SOG膜 6的膜厚相比，改性SOG膜7的膜厚减小25％。\n由以上结果能看出，改性SOG膜7有优异的抗氧等离子体特性。而且， 由于离子注入引起的膜厚减小大于膜暴露于氧等离体中引起的膜厚减小，因 此认为离子注入时膜的密度较大。\n由于改性SOG膜7的优异抗氧等离子体特性。因而，能用包含以氧为 基的气体作构成通孔9用的腐蚀气体。这就是说，增大了腐蚀气体的选择种 类范围。而且，有高灰化效率的以氧为基的气体能用于以光刻胶作腐蚀掩模 的灰化处理工艺中。\n图14展示出用TDS(热清致脱附/谱分析法)评估有机SOG膜(未处 理的，未离子注入的(UNIMPLANTED))和改性SOG膜7(离子注入的；Ar+ 离子注入(IMPLANTED))经热处理30分钟的结果。在加速能为140kev和 剂量为1×1015原子/cm2的条件下进行离子注入。\n图14表示脱吸附的H2O量(m/e＝18)。从图14可看出，改性SOG膜 7脱附H2O的量(m/e＝18)小。这就是说，给有机SOG膜注入离子能获得 改性SOG膜7。使有机SOG膜中的湿气和羟基减少。\n图15展示出有机SOG膜6(未处理UNTREATCD)中，经过氧等离体 处理(O2等离子体)过的有机SOG膜6中和放在与有机SOG膜6和改性 SOG膜7的脱湿性相关的清洁层间中的大气中的改性SOG膜7(Ar+)中的 湿气评估结果。各层膜中的湿气量用FT-2R法(付里叶变换红外光谱分析法 测得的红外消除吸附气体气谱中(3500cm-1附近)的O-H基的总浓度表示。 在加速能为140kev和剂量为1×1015原子/cm2的条件进行离子注入。\n发现不仅在处理前后湿气增多。而且，当有机SOG膜6在氧等离子体 中暴露一天之后湿气也增多。反之改性SOG膜7经离子注入后湿气不增多。 而且，甚至放在清洁房间里的大气下时改性SOG膜7的湿气增加量也小于 有机SOG膜6的湿气增加。这就是该改性SOG膜7的吸湿率小于有机膜6 的吸湿率。\n为了评估改性SOG膜7和有机SOG膜6的透湿率，图16展示出进行 加压蒸煮试验(PCT)的结果。该PCT是在饱和温度环境中在2个大气压力 下和120℃进行本实施例的潮湿试验。获得了有机SOG膜6中O-H的清除 吸收气体(在350cm-1)附近峰值的总浓度并画出用FT-IR方法的整个PCT 时间的曲线。\n制成离子注入只改性表面的样品(Ar+20kev)并与整个膜改性的样品 (Ar+140kev)和没改性的样品(有机SOG膜6：未处理的)对比。没改性 的有机SOG膜6经PCT后，在3500cm-1附近的O-H基的吸收强度明显增大。 改性SOG膜7中，3500cm-1附近OH基的吸收强度增加量少。只有表面改性 的膜样品和全部改性的膜样品的吸收强度增大量基本相等。\n从上述结果中了解到，用离子注入法能制成透潮率受到抑制的膜层。\n图17-21展示出用测试器件(3)进行的各种试验结果，如图1-4所示， 测试器件(3)中是在NMOS晶体管上形成氧化硅膜8/有机SOG膜6(改性 SOG膜7)/氧化硅膜5构成的层间绝缘膜。该测试器件(3)中，给有机SOG 膜6注入氩离子(Ar+)形成改性SOG膜7。注入氩离子与注入硼离子能取 得相同的优点。以下将说明各种试验中每个试验的内容。\n图17展示出NMOS晶体管的热载流子寿命与漏电压的关系。这里把热 载流子寿命称为Gm(跨导)降低到预定比率前的时间周期。从图17发现， 用改性SOG膜(特别是加速能为140kev)的器件的热载流子寿命用未经离 子注入的有机SOG膜的器件的热载流子寿命增长约2个数量级。\n图18和19展示出加速试验(在200℃的温度下给测试器件(3)的晶体 管加5伏电压2小时)前后的阀值电压Vt。图18示出加速试验前的阀值电 压Vt，图19示出加速试验后的阀值电压Vt。\n从图18看出，加速试验前用未经离子注入的有机SOG膜的器件和用改 性SOG膜7的器件的阀值电压几乎均无变化。\n图19中，用未经离子注入的有机SOG膜的器件的阀值电压Vt明显变 化，而用改性SOG膜7(特别是有加速能140kev)的器件的阀值电压几乎 不变，与相长度无关。这就是说，用改性SOG膜7的器件中，在长时间周 期中的MOS晶体管的阀值电压特性稳定。\n图20展示出与图19相同的加速试验前后的Gm值变化。参见图20，用 未经离子注入的有机SOG膜的器件在加速试验前后Gm有大的变化。而用 改性SOG膜的器件(特别是有加速能140kev的器件)无论栅长如何，其 Gm几乎不变。该结果表明，在长时间周期中MOS晶体管的Gm稳定。\n图17-20所示结果表明，包括在加速能为20kev的条件下形成的改性 SOG膜的器件与包括用加速能140kev形成的改性SOG膜的器件相比，对前 者的改进效果比对后者的效果小。其原因可能是，加速能(注入能)与有机 SOG膜7的改性部分深度成正的校正关系，如图21所示。当加速能是20kev 时，有机SOG膜6只是表面(约50nm)改性。\n本发明第1实施例中，给有机SOG膜注入杂质，只有有机SOG膜6注 入了离子的部分变成改性SOG膜7。因此，包含在膜中的湿气和羟基量能减 少。而且膜变成吸湿性较低的膜。而且，能提高改性SOG膜7与氧化硅膜5 和8之间的粘发性强度。结果，能获得高可靠的层间绝缘膜。\n第2实施例\n第2实施例与第1实施例只是源-漏电极结构(源-漏互连)不同。第2 实施例中，将只说明有关的元件。\n第2实施例的源-漏电极包括位于称作阻挡层金属的铝金属膜TiN/Ti层 膜，位于铝合金膜上的TiN/Ti层膜叫做抗反射膜(帽盖金属)\n以下将说明具体的制造工艺，第1步骤(与图1所示第1实施例的制造 工艺相当，如图22所示，用磁控溅射法顺序形成膜厚为50nm的Ti膜51， 膜厚为100nm的TiN膜52，膜厚为600nm的铝合金膜(Al-Si(1％)-Cu(0.5％)) 53，膜厚为20nm的Ti膜54和膜厚为100nm的TiN膜55，以形成源-漏电 极。\n参见图23，这些层膜经各向异性腐蚀形成要求的图形。因此，形成源- 漏电极50。要指出的是，图22和23中省却了图1所示的栅氧化膜2，栅电 极2，源漏区4，氧化硅膜21和接触孔22。\n图24中示出图23制造步骤之后的制造方法，与第1实施例的3步骤相 同，形成氧化硅膜5和有机SOG膜6之后，在140kev加速能和1×1015原 子/cm2剂量的条件下，给有机SOG膜6注入硼离子。\n在上述条件下进行离子注入，硼离子不仅到达氧化硅膜5，还到达Ti膜54，由于硼离子引入了Ti膜54，在Ti膜54中形成了TiB2化合物相，由 此减小了互连电阻。\n下表3列出以Ti为基的各种材料的电阻率。\n表3 材料 TiB2 Ti TiN TiC 电阻率(μΩ·Cm) 25 76 100 150\n按本发明第2实施例，给Ti膜54引入杂质硼(B)，除了有第1实施 例的优点外，还能减小电阻。因此，Ti膜54本身的厚度能做得更薄。这就 是说，能减小整个源-漏极50的厚度。这种情况下，与没引入离子的Ti膜有 相同的接触电阻和抗电迁移特性。\n因此，能改进半导体器件的微制造和集成密度。而且，由于用更薄的互 连层能减小互连之间的寄生容量，因而本发明有助于加快工作速度。\n图25-29中示出支持上述第1和第2实施例的优点的数据。\n图25展示出离子(B或Ar)注入有机SOG膜时膜的密度增长率(Δ密 度)与离子注入的总淀积能(即，为离子化用的淀积能)之间的关系。从图 25可看出，膜密度的增长率按总淀积能的的增长比例增长。当总淀积能超过 1×104ev/nm3时达到饱和。即使加速能变化或离子种类不同，该关系也基本 不变。\n图26示出各种离子(B，As，Ar或F)注入有机SOG膜时，膜中C-H基的分解量(ΔC-H)与离子注入的总淀积能(为离子化用的淀积能)的离 子化(相对于电子中止功率)之间的关系。从图26可看出，C-H基的分解 量按淀积能的增加成比例增大。当淀积能超过1×103ev/nm2时达到饱和。离 子类型不同时该关系几乎不变。\n图27展示出当硼离子注入有机SOG膜时，LN(-LN(1-P))与测试 点的累积频率的膜硬度(动态硬度)之间的关系。参见图27，与离子注入的 膜(未注入离子的SOG膜，图中虚线所示)相比，注入了离子的膜(注入 了离子的SOG膜，图中实线所示)的硬度与用等离子CVD法形成的氧化硅 膜(PETEOS：图中点划线所示)的硬度基本相等。\n图28展示出硼离子注入有机SOG膜时，介电常数与剂量值的关系。用上 述实施例中的有机SOG膜(B种：图中虚线所示)和组份为[CH3SiO3/4]的 有机SOG膜(A种：图中实线所示)。从图28中可以看出，A种膜的介电 常数被抑制。\n图29示出第2实施例中，当硼离子穿过有SOG膜注入Ti膜时，作为 评估Ti膜的防电迁移的指标的Ti膜累积损坏与连接断开时间(损坏时地间) 之间的关系。从图29可看出，注入了离子的膜(已注入离子)与未经离子 注入的膜(没注入离子)的主要特性相同。\n本发明不限于上述实施例，用以下措施也能获得相同的优点。\n(1)用聚酰亚胺或聚酰亚胺与硅氧烷的化合物代替有机SOG膜6。\n(2)用除等离子CVD以外的其它方法形成的氧化硅膜作氧化硅膜5和 8。例如，可用大气CVD，低压CVD，ECR等离子CVD，光激励CVD， TEOS-CVD，PCV法。用大气CVD法时，所用气体是单硅烷加氧(SiH4+O2)。 膜生长温度不超过400℃。低压CVD用的气体是单硅烷和氧化氮 (SiH4+N2O)。膜生长温度不超过900℃。\n(3)用除了有阻隔湿气和羟基特性外，还有高的机械强度的其它绝缘 膜，如氮化硅膜和硅酸盐玻璃膜，来代替氧化硅膜5和8。可用任何方法， 如CVD和PCD法形成这些膜。\n(4)除用铝之外，还可用其它导电材料，如铜合金，金，银，硅化物， 难熔金属、掺杂的多晶硅，氮化钛(TiN)和钨化钛(TiW)及其叠层构成 源-漏电极，上层金属互连23和铝合金膜53。\n(5)改性SOG膜7能进行热处理。这种情况下，改性SOG膜7中的 悬空键数量较少，因此，能一步减小吸湿率和透湿率。\n(6)有机SOG膜6的组份可用上述通式(2)所表示的组份代替。\n(7)有机SOG膜6的组份可用上述通式(1)所示组份，用离子注入 无机SOG膜代替。这种情况下，无机SOG膜中的湿气和羟基量能减小。\n(8)能把改性SOG膜7用作保护膜。这种情况下，能获得优异的钝化 膜，因而能对器件进行可靠的机械和化学保护。\n(9)上述实施例中，尽管用硼离子作为杂质引入有机SOG膜6中，只 要能对有机SOG膜6改性，任何离子均可使用。\n具体地说，有较小质量的氩离子，硼离子，氮离子等均适用。特别是硼 离子最合适，从以下所述的其它离子可希望有充分的作用。\n能用除氩气以外的其它惰性气体离子，如氦气离子，氖离子，氪离子， 氙离子和氡离子，由于惰性气体不与有机SOG膜反应，因此，离子注入不 会出现有害的影响。\n除硼和氮及其化合物离子之外，第IIIb，IVb Vb，VIb和VIIb族中的单个元 素离子均可用。特别是，氧、铝、硫、氟、镓、锗、砷、硒、溴、锑、碘、 铟、锡、碲、铅和铋的单一元素离子及其化合物离子最合适。特别是，金属 元素离子对经过离子注入的有机SOG膜能把其介电常数压到很小值。\n而且，第IVa，Va族的单一元素离子及其化合物离子也能用。特别是， 钛、钒、铌、铪和钽的单一元素离子及其化合物离子较适用。由于IVa和 Va族元素的氧化物的介电常数高，经过离子注入的有机SOG膜6的介电常 数会增大。但是，除要求有低介电常数的层间绝缘膜之外。在其它的应用中 没有特别的问题。\n上述的多种离子可组合使用。这时，用各种离子的协合作用能进一步获 得更优异的效果。\n(10)上述实施例中，离子注入有机SOG膜6中。本发明不限于引入 离子，原子，分子或颗粒。本发明中，它们通称作“杂质”。\n(11)溅射不限于磁控溅射，二极管溅射，射频溅射，四极管溅射等均 可以用。\n(12)可以不用惰性气体进行溅射腐蚀。例如，能采用用反应气体如 CCl4，SF6的反应离子来腐蚀(RIBE，也叫做反应离子研磨)。\n(13)可省去氧化硅膜8。\n尽管已详细说明和展示出本发明，应清楚地知道，所作的说明和实例并 不是对发明的限制，只有所附权利要求书才限定了本发明的实质和范围。