CN101015050B - 半导体器件的制备方法和用该方法制备的半导体器件 - Google Patents

半导体器件的制备方法和用该方法制备的半导体器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有足够低的介电常数和高机械强度的(具有夹层绝缘膜的)半导体器件。半导体器件的制备方法包括：在其上形成所需的元件区域的半导体基片表面上形成电介质薄膜的步骤，在所述电介质薄膜中围绕主要由Si-O键形成的骨架排列有多个孔；通过掩膜在电介质薄膜表面上图案化的步骤；和使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜的图案化的表面接触的步骤。

Description

半导体器件的制备方法和用该方法制备的半导体器件
技术领域
本发明涉及一种半导体器件制备方法以及用该方法制备的半导体器件，特别是涉及电介质薄膜中的处理损伤的恢复技术。
背景技术
为了实现半导体器件的高速度/低能耗，降低夹层绝缘膜的介电常数是非常重要的。为了降低介电常数，已经提出了多种建议。本发明人提出了一种将孔在其中规则排列的电介质薄膜(专利文件1)。
此外，作为电介质膜的改进方法，还提出了一种方法，其中使有机硅化合物与由Si-O键形成的电介质膜接触，从而在不使用金属催化剂的情况下进行热处理，以提高疏水性和机械强度(专利文件2)。
尽管如同这样的电介质薄膜具有高的孔比率并且能够降低介电常数，但是当它在半导体器件中实际使用时，必须进行多种处理。因此，即使可以形成具有高的孔比率和低的介电常数的电介质薄膜，由于孔比率高，在许多情况下，在随后的多种处理中，包括在图案化处理中，蚀刻残余物粘附在孔的内部，导致介电常数升高或者机械强度的下降。
例如，作为在半导体基片表面上形成配线结构的技术的一个实例，存在一种称作大马士革(damascene)法的技术。
下面将描述大马士革法的一个实例。
首先，如图27(a)所示，在其上形成元件区域的硅基片101的表面上，如图27(b)所示，形成膜厚度基本上为50nm的氮化硅(SiN)膜作为蚀刻阻止层102，并且如图27(c)所示，在其上形成多孔二氧化硅膜作为下(low)电介质薄膜103。
在形成层时，首先在通过将作为表面活性剂的阳离子性十六烷基三甲基溴化铵(CTAB：C16H33N+(CH3)3Br-)、作为二氧化硅衍生物的四乙氧基硅烷(TEOS)和作为酸催化剂的盐酸(HCl)溶解在H2O/醇的混合溶剂中获得的前体溶液中，浸渍其上形成第一配线层(附图中未显示)的基片并且在30至150℃范围内的温度保持1至120小时，从而由于水解和缩聚反应使二氧化硅衍生物聚合(初步交联步骤)以形成表面活性剂的周期性自附聚。取出基片，随后用水洗涤并且干燥，再随后在空气或氮气气氛中于400℃加热或煅烧3小时，以完成热解并且除去模具的表面活性剂，形成纯的中孔性二氧化硅薄膜。
将由此获得的电介质薄膜103图案化以形成接触孔。如图28(d)所示，形成有机树脂膜作为抗反射层104，随后涂布光致抗蚀剂R1。
接着，如图28(e)所示，采用照相平版印刷法将图案曝光，然后显影以形成抗蚀剂图案R1。
随后，如图29(f)所示，使用抗蚀剂图案R1作为掩膜，对电介质薄膜103进行蚀刻以形成配线槽。
之后，如图29(g)所示，灰化抗蚀剂图案R1和抗反射膜104以将其除去。
随后，如图30(h)所示，除去由于蚀刻在配线槽的侧壁上形成的CF沉积膜，接着用有机溶剂洗涤以除去损伤部分，从而清洁表面。
然后，在清洁的表面上，通过PVD(物理气相沉积)法、CVD(化学气相沉积)法或ALD(原子层沉积)法，形成作为扩散抑制阻挡膜105的氮化钽(TaN)膜、TaN/Ta层压膜、Ta膜或WN膜，随后形成作为用于镀铜的晶种膜(seed film)106的铜薄膜(图30(i))。
之后，如图31(j)所示，在铜晶种膜106上，通过电镀方法形成铜镀层作为配线层107。
最后，如图31(k)所示，通过使用CMP平整表面以抛光和除去多余的铜镀层和晶种膜106，接着在配线槽中形成配线层，最后，如图31(l)所示，形成SiN膜108作为盖膜。
当在形成晶种膜106之前形成阻挡层时，将其中铜镀层107和晶种膜(106)被抛光并除去的区域的阻挡层105也除去。
由此可以获得具有平坦表面的配线结构。
然而，实际中不能获得如所设计的介电常数，结果，在某些情况下导致产生泄漏电流，或者机械强度下降而不能用CMP进行充分的平整化。
从不同的实验结果，本发明人有如下发现。
即，即使当形成这种中孔性薄膜时，在膜刚刚形成后，具有作为具有足够高机械强度和低介电常数的电介质薄膜的有效特性，但是在半导体器件的实际生产中，必须进行多种处理，如蚀刻处理和抗蚀剂剥离处理，以图案化。在电介质薄膜的蚀刻处理和抗蚀剂的去除处理中，电介质薄膜都暴露于包括蚀刻气体的反应气氛中。
结果，认为，由于费力形成的并且具有高孔比率的多孔薄膜的孔比率下降，并且湿气易于粘附在其表面上，不能获得作为半导体器件的夹层绝缘膜的足够的特性。
由此，电介质薄膜103(图29(f))的蚀刻处理和剥离处理(图29(g)中的灰化处理)造成的损伤使电介质薄膜劣化。因此，电介质薄膜劣化，从而不能发挥其固有特性。
此外，电介质薄膜在成膜后的各种处理中容易遭受损伤，如在除去蚀刻残余物的有机洗涤(图30(h))和在CMP处理(图31(k))之后的损伤。因此，存在机械强度下降、剥离并且导致产生泄漏电流的问题。
尽管这种中孔性薄膜的孔比率高并且介电常数低，但是水等易于侵入孔的内部并且易于发生来自气相的污染。因此，当其作为夹层绝缘膜用于半导体器件的实际生产时，难以获得电常数和机械强度的如所设计的值。
专利文件1：JP-A-2003-17482
专利文件2：JP-A-2004-210579
发明内容
本发明所要解决的问题
如上所述，现有半导体制造方法的问题在于，既不能充分降低夹层绝缘膜的介电常数，又不能使机械强度足够高。
此外，当将半导体器件小型化而不限于如上所述的大马士革结构时，表面越来越被平整化；因此，在许多情况下，夹层绝缘膜等的绝缘膜的抗CMP性是必要条件。为了充分发挥抗CMP性，必须将所需的弹性模量和硬度进行组合。
本发明是考虑上述情形而进行的，旨在提供一种介电常数足够低并且机械强度高的半导体器件(拥有夹层绝缘膜)。
解决问题的方式
就此而论，本发明的半导体器件的制备方法包括：
在其上形成所需的元件区域的半导体基片表面上形成电介质薄膜的步骤，在所述电介质薄膜中围绕主要由Si-O键形成的骨架排列有多个孔；
通过掩膜在所述电介质薄膜表面上图案化的步骤；和
使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜的图案化的表面接触的步骤。
根据这种方法，由其中围绕主要由Si-O键形成的骨架排列有多个孔的电介质薄膜可以形成绝缘膜。因此，由于空气的介电常数低，可以极大地降低介电常数，并且对于由于孔产生的处理损伤，当使含有TMCTS、HMDS和TMCS分子中的至少一种的气体接触时，即使造成处理损伤，也可以获得优异的恢复性。结果，可以保持刚刚成膜后的绝缘膜的非常低的介电常数，从而可以获得机械强度高并且可靠性高的绝缘膜。
此外，由于在抗蚀剂灰化处理中造成的损伤也能够恢复，可以不采用硬质掩膜而采用抗蚀剂掩膜进行图案化步骤，从而实现低成本并且改善图案化的精确度。
当造成损伤时，产生诸如Si-CH3键→Si-OH键、Si-H键→Si-OH键和Si-O-Si键→2Si-OH键的变化，或者，一旦形成自由基之后，生成Si-OH键，或者由于配线形成方法，新形成吸附H2O的位点。
从而，导电特性、随时间的稳定性等显著下降。
就此而论，由于通过置换恢复处理中使用的室中的气体，可容易地实现用于恢复的处理，即恢复处理，其可使用性也优异。即，由损伤形成的Si-OH键通过恢复处理变化为Si-CH3键、Si-O-Si键或Si-H键。此外，当通过Si-H键或Si-OH键新形成Si-CH3键或Si-O-Si键时，导电特性和随时间的稳定性可以得到改善。
现在，作为可适用的电介质薄膜，可以列举多孔二氧化硅膜、沸石膜、HSQ膜、MSQ膜等。作为形成方法，不限于涂布和煅烧方法，还可以使用气相沉积法如CVD法等。例如，SiOC、SiOCH、SiCN和SiCO膜是根据需要用二氧化硅衍生物如TMCTS、HMDS、TMCS等给予疏水性而获得的膜。
用于恢复处理中的二氧化硅衍生物可以单独使用，或者多种二氧化硅衍生物连续、同时或交替组合使用。
此外，当在恢复处理中使用TMCTS时，不仅疏水性和导电特性得到改善，而且机械强度和界面粘合性也可以得到改善。
而且，恢复处理适宜是高浓度的，特别是超临界TMCTS恢复处理。在二氧化硅衍生物如HMDS、TMCS等的情况下也一样。
此外，TMCTS恢复处理也可适用于配线形成处理中的保护。
另外，除热退火外，恢复处理还可以是等离子体CVD处理。此外，当增加光辐照时，可以更加改善反应性并且可以提高恢复效果。
此外，由于可以进行低温下的形成，即使在将其用作集成电路的夹层绝缘膜时，也可以在不对底涂层有不利影响的情况下形成高可靠性的绝缘膜。由于可以在不施加500℃或更高的加热处理的情况下形成，即使使用铝配线时也可实施。
而且，由于可以供应前体溶液时随后进行煅烧，形成电介质薄膜，所以甚至对于微小区域也可以实施精确图案化。因此，可以改善电介质薄膜的可靠性。
此外，当控制前体溶液的浓度时，可以适当控制孔比率。因此，可以在具有非常好的可使用性的情况下形成具有所需介电常数的绝缘薄膜。
因此，可易于形成具有低电容的绝缘膜，可以降低寄生电容并且可以获得高速半导体器件。
现在，TMCTS的分子式(1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷((SiH(CH3))4O4)显示如下。
[化学式1]
此外，六甲基二硅氮烷((CH3)3SiNHSi(CH3)3)的分子式显示如下。
[化学式2]
另外，TMCS(三甲基氯硅烷((CH3)3SiCl)的分子式显示如下。
[化学式3]
Figure B200580029618XD00063
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，
图案化步骤包括：
在所述成膜步骤中获得的电介质薄膜表面上形成抗蚀剂掩膜的步骤；和
通过所述抗蚀剂掩膜蚀刻电介质薄膜的步骤。
根据所述方法，在包括产生损伤的步骤如灰化步骤等的同时，进行恢复处理。因此，可以在不形成硬质掩膜的情况下，通过使用抗蚀剂掩膜进行图案化步骤。结果，可以高转移精度地形成图案，并且制备所必需的步骤数也较少。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，
图案化步骤包括：
在所述的成膜步骤中获得的电介质薄膜表面上形成硬质掩膜的步骤；
通过所述硬质掩膜蚀刻所述的电介质薄膜的步骤；和
在所述蚀刻电介质薄膜步骤之前，剥离和除去用于使硬质掩膜图案化的抗蚀剂的步骤。
根据所述方法，尽管增加了步骤数，但是由于可以防止电介质薄膜直接接触抗蚀剂，因此可以防止电介质薄膜因为灰化而劣化。
此外，本发明半导体器件的制备方法还包括：
在所述的剥离和除去步骤之后并且蚀刻电介质薄膜步骤之前，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体接触的步骤。
另外，本发明半导体器件的制备方法还包括：
在所述蚀刻步骤之后，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜表面接触的步骤。
所述的硬质掩膜可以照原样用作器件的绝缘膜。或者可以被除去。当除去硬质掩膜时，即使在其除去后，当使气体接触除去了硬质掩膜的电介质薄膜表面时，也可以更加改善恢复性能。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，
所述的硬质掩膜是两层膜，并且
所述制备方法包括：
在位于下层侧上的硬质掩膜残留的状态下灰化抗蚀剂的步骤；和
通过使用位于上层侧上的硬质掩膜作为掩膜，蚀刻位于下层侧上的硬质掩膜的步骤。
根据所述方法，增加了步骤数。然而，可以确保防止抗蚀剂与电介质薄膜直接接触，从而可以防止电介质薄膜由于灰化而劣化。此外，当所述硬质掩膜由电介质薄膜制成时，可以在不除去硬质掩膜的情况下将其照原样用作绝缘膜。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，
所述的图案化步骤是形成用于形成配线的槽的步骤，并且
所述图案化步骤包括：
在所述槽中形成导电材料层的步骤；和
在所述形成导电材料层的步骤之前，
清洁其上形成用于形成配线的槽的电介质薄膜的表面的步骤，及
使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜的清洁的表面接触的步骤。
所述的清洁步骤意在除去蚀刻残余物如CF4等。除有机清洁外，还可以应用使用等离子体的干法进行清洁。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，
所述形成导电材料层的步骤包括：
在用于形成所述配线的槽中形成用于电镀的晶种层的步骤；
通过在所述晶种层上进行电镀形成镀层的步骤；和
通过CMP步骤除去所述电介质薄膜上的镀层和晶种层的步骤。
根据所述方法，可以形成可靠性高的大马士革结构。在形成晶种层之前，可以形成扩散阻挡层。这种方法在使用铜镀层的情况下更有效。
此外，本发明半导体器件的制备方法还包括：
在所述除去步骤之后，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜表面接触的步骤。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，
所述图案化步骤是形成用于形成接触的通孔的步骤，并且
所述图案化步骤包括：
在所述通孔中形成导电材料层的步骤；和
在所述形成导电材料层的步骤之前，
在其上形成所述通孔的电介质薄膜表面上进行有机清洁的步骤，及
使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与进行有机清洁的电介质薄膜表面接触的步骤。
本发明半导体器件的制备方法还包括：
在形成所述掩膜之前，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与形成的电介质薄膜的表面接触的步骤。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，
所述形成电介质薄膜的步骤包括：
产生前体溶液的步骤，所述前体溶液包含二氧化硅衍生物和表面活性剂，并且具有使所需的所述孔排列的组成比；
升高所述前体溶液的温度以开始交联反应的初步交联步骤；
将其中在初步交联步骤中开始交联反应的前体溶液供应到半导体基片表面上的步骤；和
煅烧与所述前体溶液接触的半导体基片，并且分解和除去所述表面活性剂的步骤。
另外，本发明半导体器件的制备方法还包括：
产生前体溶液的步骤，所述前体溶液包含二氧化硅衍生物和表面活性剂，并且具有使所需的所述孔排列的组成比；
将所述前体溶液供应到所术半导体基片表面上的步骤；
加热与所述前体溶液接触的半导体基片以开始交联反应的初步交联步骤；和
煅烧所述半导体基片，并且分解和除去所述表面活性剂的步骤。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，所述供应步骤是将半导体基片浸渍在所述前体溶液中的步骤。
另外，在本发明半导体器件的制备方法中，
所述供应步骤包括：
将所述半导体基片浸渍在所述前体溶液中并且以所需的速度将所述半导体基片拉拔出来的步骤。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，所述供应步骤是将所述前体溶液涂布在所述半导体基片上的步骤。
另外，在本发明半导体器件的制备方法中，所述供应步骤是将所述前体溶液滴落在所述半导体基片上并且旋转所述基片的旋转涂布步骤。
此外，在本发明半导体器件的制备方法中，所述前体溶液使所述孔周期性排列。备选地，所述孔可以是非周期性排列的。
另外，本发明的半导体器件包含：
使用上述方法形成的具有接触孔的电介质薄膜，和
填充在所述接触孔中的导电膜。
在本发明的半导体器件中，形成填充在形成在所述半导体基片表面上的所述电介质薄膜的接触孔中的导电膜以与所述半导体基片接触。
此外，在本发明的半导体器件中，所述电介质薄膜是多孔二氧化硅薄膜，并且形成在所述接触孔内部的铜薄膜构成配线层。
另外，在本发明的半导体器件中，所述多孔二氧化硅薄膜的厚度为0.05～2μm。
在本发明的半导体器件中，所述多孔二氧化硅薄膜含有具有立方结构的细孔，并且至少部分细孔是闭塞的。
此外，在本发明的半导体器件中，形成所述细孔以具有0.2～2.5nm的壁距离。
本发明的益处
根据本发明的方法，由于有恢复处理，可以提供高质量的绝缘膜。
附图简述
图1是显示本发明实施方案1的方法的流程图，
图2是显示本发明实施方案1的半导体器件制备方法的图，
图3是显示本发明实施方案1的半导体器件制备方法的图，
图4是显示本发明实施方案1的半导体器件制备方法的图，
图5是显示本发明实施方案1的半导体器件制备方法的图，
图6是显示本发明实施方案1的半导体器件制备方法的图，
图7是显示本发明实施方案中采用的恢复处理步骤的说明图，
图8是显示本发明实施方案中采用的方法种类的图，
图9是显示由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，
图10是由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，
图11是由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，
图12是由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，
图13是由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，
图14是由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，
图15是由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，，
图16是由本发明实施方案1中采用的恢复处理产生的益处的说明图，
图17是显示本发明实施方案2的半导体器件制备方法的图，
图18是显示本发明实施方案2的半导体器件制备方法的图，
图19是显示本发明实施方案2的半导体器件制备方法的图，
图20是显示本发明实施方案2的半导体器件制备方法的图，
图21是显示本发明实施方案2的半导体器件制备方法的图，
图22是显示本发明实施方案3的半导体器件制备方法的图，
图23是显示本发明实施方案3的半导体器件制备方法的图，
图24是显示本发明实施方案3的半导体器件制备方法的图，
图25是显示本发明实施方案3的半导体器件制备方法的图，
图26是显示本发明实施方案3的半导体器件制备方法的图，
图27是显示现有实例的半导体器件制备方法的图，
图28是显示现有实例的半导体器件制备方法的图，
图29是显示现有实例的半导体器件制备方法的图，
图30是显示现有实例的半导体器件制备方法的图，和
图31是显示现有实例的半导体器件制备方法的图。
参考数字和标记的描述：
101：硅基片
102：蚀刻阻止层
103：电介质薄膜
104：抗反射膜
105：扩散阻挡膜
106：晶种膜
107：铜镀膜
108：盖膜
201：氧化硅膜
202：氮化硅膜
301：碳化硅膜
实施本发明的最佳方式
下面将参考附图详细描述半导体器件的本发明制备方法的一个实施方案(实施方案1)。
作为本发明实施方案1，将要描述的是其中使用电介质薄膜作为半导体器件的夹层绝缘膜的单个大马士革配线结构的制备方法。
该方法，如图1的流程图和图2(a)至6(i)中的制备方法图所示，包括从由中孔性二氧化硅薄膜制成的电介质薄膜形成具有单个大马士革配线结构的夹层绝缘膜并且在每个处理中使其与TMCTS分子接触以恢复处理损伤的恢复处理步骤(步骤T106、T108、T110和T114)。
作为所述方法，除了在已有方法中对于每一处理增加用于恢复处理损伤的恢复处理步骤外，其它过程与图27至31中所示的单个大马士革配线结构的制备方法类似。
图7是此处使用的恢复方法的时间表。根据该时间表，在供应氮气N2的情况下，在15分钟内将温度从室温升高到400℃，随后在氮气流动的情况下保持400℃30分钟，然后停止供应氮气，再然后抽真空至0.4Pa以下并且保持20分钟，接着供应TMCTS/N2混合气体。在第一个30分钟以0.7g/min供应混合气体，在第二个60分钟以1.4g/min供应混合气体。此时，将压力设置在24kPa。
在氮气的第一供应步骤中，室中的残留气体被氮气置换，随后抽真空，再接着供应TMCTS/N2混合气体，以在TMCTS/N2混合气体流动的情况下进行恢复处理。
以下，将参考图1和图2(a)至6(l)的流程，描述实际的单个大马士革配线结构的形成方法。
首先，如图2(a)所示，在配置有元件区域的硅基片101表面上，如图2(b)所示，形成膜厚度基本上为50nm的氮化硅(SiN)膜作为蚀刻阻止层102，并且在其顶层上，如图2(c)所示，形成多孔二氧化硅膜作为具有低介电常数的电介质薄膜103(图1：S101和S102)。
在成膜时，与迄今已知的相同，在通过将作为表面活性剂的阳离子性十六烷基三甲基溴化铵(CTAB：C16H33N+(CH3)3Br-)、作为二氧化硅衍生物的四乙氧基硅烷(TEOS)和作为酸催化剂的盐酸(HCl)溶解在H2O/醇混合溶剂中获得的前体溶液中，浸渍其上配置有配线层(附图中未显示)的基片并且在30至150℃范围内的温度保持1至120小时，从而由于水解和缩聚反应使二氧化硅衍生物聚合(初步交联步骤)以形成表面活性剂的周期性自附聚。将基片拉拔出来后，洗涤并且干燥，随后在空气(氮气∶氧气＝4∶1)中于400℃加热并且煅烧3小时，以完成热解并且除去模具的表面活性剂，从而形成纯的中孔性二氧化硅薄膜作为电介质薄膜103。
此时，进行图7中描述的TMCTS处理以提高膜的等离子体抗性(图1：S103)。
由此，将获得的电介质薄膜103图案化以形成接触孔。如图3(d)所示，在形成有机树脂膜作为抗反射层104后，涂布光致抗蚀剂R1(图1：S104)。
接着，如图3(e)所示，用照相平版印刷法将图案曝光并且进行显影以形成抗蚀剂图案R1(图1：S105)。
其次，以抗蚀剂图案R1作为掩膜，蚀刻电介质薄膜103以形成配线槽T(图1：S106)。
然后，进行如图7所示的处理步骤，在包含因电介质薄膜蚀刻造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体，进行恢复处理以恢复槽的侧壁(图4(f)，图1：T107)。
随后，灰化抗蚀剂图案R1和抗反射膜104以将其除去(图1：A108)。
再次进行如图7所示的处理步骤，在包含因抗蚀剂图案R1灰化造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体以进行恢复处理(图4(g)：T109)。
随后，除去因蚀刻在配线槽侧壁上形成的CF沉积膜，使用有机溶剂进行洗涤以除去损伤，从而清洁表面(图1：S110)。
此外，进行如图7所示的处理步骤，在包含因有机溶剂清洁造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体，以进行赋予抗等离子体性处理(图5(h)，图1：T111)。
然后，在清洁的表面上，通过PVD、CVD等方法，形成作为扩散抑制阻挡膜105的氮化钽(TaN)和作为用于铜电镀的晶种膜106的铜薄膜(图5(i))(图1：S112)。
随后，如图6(j)所示，在铜晶种膜上，通过电镀方法形成铜镀层作为配线层107(图1：S113)。
最后，通过CMP平整表面以抛光和除去多余的铜镀层和晶种膜106(图1：S114)。
此外，进行如图7所示的处理步骤，以在包含因CMP造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体，从而进行恢复处理(图6(k)，图1：T115)。
最后，在配线槽中形成配线层，接着如图6(l)所示，形成作为盖膜的绝缘膜如SiN膜，再接着进行特性评价(图1：S116)。
因为由此可以获得基本上如所设计的介电常数，因此，可以获得寄生电容小，没有泄漏电流，可靠性高并且具有平坦表面的配线结构。
此外，当通过恢复处理恢复由各个处理造成的损伤时，可以不使用硬质掩膜而直接使用抗蚀剂图案，在充分保持特性的情况下，进行图案化。因此，可以获得更精确的图案化。
另外，由于可以获得机械强度足够高的电介质薄膜，因而可以进行CMP以进行充分平整。
下面，将要描述用于验证恢复处理的优点而进行的实验的结果。
图8是显示各个处理步骤的符号和处理之间的对应表。
首先，描述各个处理后的厚度变化的测量。
(膜厚度的变化)
如图9所示，作为参照的在图2(c)的步骤后的电介质薄膜103的膜厚度平均值为327nm，在所述的图2(c)的步骤中，在成膜后立即进行TMCTS处理。
作为灰化方法，可进行三种灰化处理，即，由图8中A1所示，CF4/O2灰化后进行O2灰化；如A2所示，CF4/O2灰化和如A3所示，O2灰化。在各个灰化处理后，实施如图7所示的采用TMCTS分子的恢复处理(T)。结果用A1+T，A2+T和A3+T表示。
结果发现，尽管由CF4/O2灰化处理(A1，A2)造成的膜厚度的下降基本上为10％，但是由A1+T和A2+T表示的恢复处理后的膜厚度只是略微增加。
此外，还发现，尽管在O2灰化处理(A3)中，膜厚度几乎不受损害，但是由A3+T表示的恢复处理后的膜厚度略微减小。
其次，还测量了有机清洁处理(WC)对膜厚度的影响。
由测量结果发现，尽管有机清洁处理对膜厚度几乎没有影响，但是由WC+T表示的恢复处理后的膜厚度略微减小。
此外，在用Ar/C5F8/O2的半蚀刻步骤中的处理后的状态中的膜厚度由HE表示，并且显示出膜厚度减小。然而，由HE+T表示的恢复处理后的膜厚度只是略微减小。
(折射率的变化)
其次，折射率的测量结果示于图10中。
如图10所示，作为参照的在图2(c)所示步骤后的电介质薄膜103的折射率为1.202，在所述的图2(c)所示步骤中，在成膜后立即进行TMCTS处理。
类似于灰化方法，可进行三种灰化处理，即，由图8中A1所示，CF4/O2灰化后进行O2灰化；如A2所示，CF4/O2灰化和如A3所示，O2灰化。在各个灰化步骤后，实施如图7所示的采用TMCTS分子的恢复处理(T)。结果用A1+T，A2+T和A3+T表示。
结果发现，尽管CF4/O2灰化处理(A1，A2)造成折射率下降，但是由A1+T和A2+T表示的恢复处理后的折射率却增加，即，由于包含TMCTS，膜密度增加。
此外，在O2灰化处理(A3)中，折射率相对于膜厚度增加。据认为这是因为疏水性的下降。由A3+T表示的恢复处理后的测量结果显示折射率进一步增加。
另外，还测量了有机清洁处理(WC)对折射率的影响。
结果，发现有机清洁处理或由WC+T表示随后进一步恢复处理均不引起折射率的变化。
此外，在用Ar/C5F8/O2的半蚀刻步骤中的处理后的状态中的折射率由标记HE表示。该状态下和由HE+T表示的恢复处理后均几乎不显示出折射率的变化。
(介电常数(k值)的变化)
其次，介电常数的测量结果示于图11中。
如图11所示，作为参照，在图2(c)所示步骤后的电介质薄膜103的介电常数在空气中为2.35，在氮气气氛中为2.19，其中在所述的图2(c)所示步骤中，在成膜后立即实施TMCTS处理。图11中的左侧表示在空气中的测量值，并且其中的右侧表示的氮气气氛中的测量值。
类似于灰化方法，可进行三种灰化处理，即，图8中如A1所示，CF4/O2灰化后进行O2灰化；如A2所示，CF4/O2灰化和如A3所示，O2灰化。在各个灰化处理后，进行如图7所示的采用TMCTS分子的恢复处理(T)。结果用A1+T，A2+T和A3+T表示。
k值，尽管在各个处理中劣化，但是由于恢复处理而得到极大的恢复。在有机清洁和半蚀刻中，k值通过恢复处理恢复到初始值或更低。
即，发现在介电常数的变化率如图12所示时，介电常数由于各个灰化处理(A1，A2，A3)的增加在9至28％范围内，由于有机清洁(WC)的增加为9％，并且由于HE的增加为4％。然而，在由A1+T，A2+T和A3+T表示的恢复处理之后，恢复范围为23至68％。
(面内分布)
其次，测量每个电介质薄膜的介电常数的面内分布，结果示于图13(a)和13(b)中。图13(a)显示了各个处理后的介电常数(k值)，图13(b)显示了恢复处理后的介电常数(k值)，并且图13(a)和13(b)中的水平轴表示离晶片中心的距离(mm)。
发现在各个处理后的k值的劣化方面，轴方向没有显著的相关性(面内分布)，并且在包括O2灰化的灰化处理A1和A3中，晶片边缘部分较少劣化。
(泄漏电流)
其次，测量每个电介质薄膜的泄漏电流，结果示于图14(a)和14(b)中。图14(a)显示了各个处理后的泄漏电流，图14(b)显示了恢复处理后的泄漏电流，并且图14(a)和14(b)中的水平轴表示电场(MV/cm)的大小。
在有机清洁的情况下，泄漏电流基本上相同，即，不劣化。然而，在灰化处理(A1，A2，A3)和HE处理中，泄漏电流增加。当如A1+T，A2+T和A3+T所示，向其进行恢复处理(T)时，发现大的恢复率。
(弹性模量，硬度)
其次，测量每个电介质薄膜的弹性模量和硬度，结果示于图15(a)和15(b)中。
在图15(a)和15(b)中，显示了各个处理和恢复处理后的弹性模量(E值)和硬度(H值)变化率的测量结果。图15(c)显示了各个测量数据。
(硬度、弹性模量和介电常数之间的关系)
其次，为了获得电介质薄膜的硬度、弹性模量和介电常数之间的关系，测量电介质薄膜的硬度、弹性模量和介电常数之间的关系，结果示于图16(a)和16(b)中。
在图16(b)中，k值小于对应于弹性模量和刚刚成膜后的电介质薄膜的k值的Ew＝17.5GPa直线的膜，即位于左侧的膜是改善的膜。如从附图明显可见，恢复处理后的都在左侧，并且发挥优异特性。
(实施方案2)
在实施方案1中，描述了这样一种半导体器件的制备方法，该方法包括以抗蚀剂图案作为掩膜，在夹层绝缘膜中形成槽的步骤。在本实施方案中，将描述通过使用具有双层结构的硬质掩膜形成槽的方法。类似地，在本实施方案中还将描述单个大马士革配线结构的制备方法。
所述方法与实施方案1中描述的类似，不同之处只在于，对于如图17(a)至21(n)所示制备方法图表，使用由氧化硅膜201和氮化硅膜202制成的双层结构掩膜作为硬质掩膜。在所述方法中，用由中孔性二氧化硅薄膜制成的电介质薄膜形成单个大马士革配线结构的夹层绝缘膜，并且各个方法包括与TMCTS分子接触以恢复处理损伤的恢复处理。
在所述实施方案中，由于使用双层结构硬质掩膜，所以将电介质薄膜暴露并且损伤的步骤是蚀刻电介质薄膜本身(图20(i))和蚀刻后的有机清洁步骤(图20(j))。因此，在所述实施方案中，在两个步骤之后，进行恢复处理。恢复处理是按照图7所示的时间表进行的。
以下，将参考图17(a)至21(n)描述使用双层结构硬质掩膜形成单个大马士革配线结构的方法。
首先，如图17(a)至17(c)所示，类似于实施方案1，其上形成元件区域的硅基片101表面上，形成膜厚度基本上为50nm的氮化硅(SiN)膜作为蚀刻阻止层102，随后在其上形成多孔二氧化硅膜作为具有低介电常数的电介质薄膜103。
随后，如图17(d)所示，通过CVD法形成氧化硅膜或SiOC膜201和氮化硅膜202，以形成双层结构硬质掩膜。
之后，类似地，如图18(e)所示，形成有机树脂膜作为抗反射膜104，接着涂布光致抗蚀剂R1。
随后，如图18(f)所示，类似于实施方案1，使用照相平版印刷法，进行图案曝光并且显影以形成抗蚀剂图案R1。
之后，如图19(g)所示，采用氧化硅膜201，即残留的第一层硬质掩膜，只将抗反射膜104和氮化硅膜202图案化。
随后，如图19(h)所示，采用残留的氧化硅膜201，通过O2灰化除去抗蚀剂图案R1。此时，电介质薄膜103不与O2等离子体接触；因此，几乎没有损伤。然而，在某些情况下，电介质薄膜103通过氧化硅膜201受到轻微损伤。因此，在灰化后进行如图7所示的恢复处理是适宜的。
之后，将下层侧上作为硬质掩膜的氧化硅膜201和电介质薄膜103连续蚀刻。接着，进行如图7所示的处理步骤，在包含因电介质薄膜蚀刻造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体，进行恢复处理以恢复槽的侧壁(图20(i))。
随后，除去因蚀刻在配线槽侧壁上形成的CF沉积膜，使用有机溶剂进行清洁步骤以除去损伤，从而清洁表面，再次进行如图7所示的处理步骤，在包含因有机溶剂洗涤造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体以进行恢复处理步骤(图20(j))。
其次，在清洁的表面上，通过PVD法或CVD法，形成作为扩散抑制阻挡膜105的氮化钽(TaN)，接着形成作为用于铜电镀的晶种膜106的铜薄膜(图20(k))。
此后的步骤与实施方案1类似，不同之处只在于：在电介质薄膜103的顶层上，以层叠形式保留有用作硬质掩膜的氧化硅膜201和氮化硅膜202。
在如此进行各个处理步骤之后，通过图21(l)至21(n)的步骤，在配线槽中形成配线层，最后是形成作为盖膜的绝缘膜如SiN膜，然后评价特性。
由此，可以获得基本上所设计的介电常数。因此，可以获得寄生电容小，没有泄漏电流，可靠性高并且具有平坦表面的配线结构。
在实施方案2中，使用具有双层结构的硬质掩膜；因此，处理损伤很小。
(实施方案3)
在实施方案2中，描述了半导体器件制备步骤，其包括在作为掩膜的具有双层结构的夹层绝缘膜中形成槽的步骤。在本实施方案中，将描述具有单层硬质掩膜的槽的形成。在该实施方案中，类似地，还将描述单个大马士革配线结构的制备方法。
所述方法与实施方案2所述的类似，不同之处仅在于，如图22(a)至26(n)中所示的制备方法图表，使用碳化硅膜301作为硬质掩膜。在所述方法中，用由中孔性二氧化硅薄膜制成的电介质薄膜形成具有单个大马士革配线结构的夹层绝缘膜，并且各个处理包括使电介质绝缘膜与TMCTS分子接触以恢复处理损伤的恢复处理步骤。
在所述实施方案中，使用单层结构硬质掩膜。因此，与使用双层结构硬质掩膜的情况相比，电介质薄膜在抗蚀剂图案的灰化步骤(图24(h))中暴露，导致造成损伤的步骤数的增加。结果，在抗蚀剂图案的灰化步骤之后，恢复处理步骤也变得是必需的。另外，之后，类似于实施方案2，造成损伤的步骤是电介质薄膜本身的蚀刻步骤(图25(j)和蚀刻后的有机清洁步骤(图25(k))，并且在这两个步骤之后，进行恢复处理步骤。此外，恢复步骤是根据图7所示的时间表进行的。
以下，参考图22(a)至26(n)，描述用单层结构硬质掩膜形成单个大马士革配线结构的方法。
首先，如图22(a)至22(c)所示，类似于实施方案1和2，其上形成元件区域的硅基片101表面上，形成膜厚度基本上为50nm的氮化硅(SiN)膜作为蚀刻阻止层102，随后在其上形成多孔二氧化硅膜作为具有低介电常数的电介质薄膜103。
随后，如图22(d)所示，通过CVD法形成碳化硅膜(SiC)301以形成单层结构硬质掩膜。作为硬质掩膜的材料，除SiC外，还可以使用SiOC、SiO等。
之后，类似地，如图23(e)所示，形成有机树脂膜作为抗反射膜104，接着涂布光致抗蚀剂R1。
随后，如图23(f)所示，类似于实施方案1和2，通过使用照相平版印刷法，进行图案曝光和显影步骤，形成抗蚀剂图案R1。
之后，如图24(g)所示，将作为掩膜的抗反射膜104和碳化硅膜301图案化。
随后，通过O2灰化除去抗蚀剂图案R1。此时，电介质薄膜表面由于O2等离子体而损伤，因此，在灰化后进行如图7所示的恢复处理是适宜的(图24(h))。
之后，将电介质薄膜103蚀刻。接着，进行如图7所示的处理步骤，以在包含因电介质薄膜蚀刻造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体，进行恢复处理以恢复槽的侧壁(图25(i))。
随后，除去因蚀刻处理在配线槽侧壁上沉积的CF沉积膜，使用有机溶剂进行洗涤以除去损伤，从而清洁表面，再次进行如图7所示的处理步骤，以在包含因有机溶剂清洁造成的损伤的表面上供应含有TMCTS分子的处理气体以进行恢复处理(图25(j))。
其次，在清洁的表面上，通过PVD法或CVD法，形成作为扩散抑制阻挡膜105的氮化钽(TaN)，接着形成作为用于铜电镀的晶种膜106的铜薄膜(图25(k))。
此后的步骤与实施方案1和2类似，不同之处只在于：(如图26(l)至26(n)所示)，在电介质薄膜103的顶层上，以层叠状态保留有用作硬质掩膜的碳化硅膜301。
在如此进行各个处理步骤之后，在配线槽中形成配线层，最后是形成作为盖膜的绝缘膜如SiN膜，然后评价特性。
由此，可以获得基本上如所设计的介电常数。因此，可以获得寄生电容足够小，没有泄漏电流，可靠性高并且具有平坦表面的配线结构。
在所述实施方案中，使用的是具有单层结构的硬质掩膜，因此，与具有双层结构硬质掩膜的硬质掩膜相比，处理损伤有一点大。然而，这些损伤能够通过恢复处理得到恢复。
前体溶液的组成不限于所述实施方案的前体溶液的组成。相对于100的溶剂，表面活性剂、二氧化硅衍生物和酸性氧化物的适宜含量分别为0.01至0.1、0.01至0.5和0至0.5。当使用具有这种组成的前体溶液时，可以形成具有圆柱形的孔的低介电常数绝缘膜。
此外，在所述实施方案中，使用阳离子性十六烷基三甲基溴化铵(CTAB：C16H33N+(CH3)3Br-)作为表面活性剂。然而，不用说，可以使用其它表面活性剂而不限于此。
然而，当使用碱金属离子如Na离子作为催化剂时，半导体材料劣化。因此，使用阳离子性表面活性剂和酸催化剂作为催化剂是适宜的。作为酸催化剂，除HCl外，还可以使用硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)、H4SO4等。备选地，可以使用非离子表面活性剂。
作为二氧化硅衍生物，可以适当使用硅烷氧化物如四甲氧基硅烷(TMOS)等而不限于TEOS。
此外，作为溶剂，使用混合溶剂，水/醇。然而，可以单独使用水。
另外，使用空气气氛作为烧结气氛。然而，可以使用减压气氛或者氮气气氛。使用由氮气和氢气的气体混合物组成的形成气体是适宜的。在这种情况下，由于耐湿性得到改善或者微观导电缺陷得到修补，因此可以减小泄漏电流。
此外，表面活性剂、二氧化硅衍生物、酸催化剂和溶剂的共混比率可以适当变化。
初步聚合步骤在以下条件下进行：温度范围为30至150℃，保持时间在1至120小时范围内。然而，适宜将温度设置在60至120℃范围内，并且更适宜设置为90℃。
此外，将烧结步骤设置在400℃和1小时。然而，可以将其设置在基本上在300至500℃的范围内并且持续1至5小时。将其设置在350至450℃范围内是适宜的。
在所述实施方案中，使用旋涂器用于涂布。然而，可以采用使用刷子进行涂布的刷涂法。
除多孔二氧化硅膜外，还可以对其它膜如沸石膜、HSQ膜、MSQ膜或者在需要时用二氧化硅衍生物如TMCTS、HMDS、TMCS等使其具有疏水性的膜，进行恢复处理。
可以将恢复处理应用于蚀刻处理如酸型、有机酸型、氯型、湿型、干型等蚀刻处理。
除了上述之外，在所述实施方案中，还描述了在单个大马士革配线结构中使用的夹层绝缘膜。不用说，本发明还可以应用于使用铝配线的多层配线结构。
此外，本发明中使用的电介质薄膜是主要由Si-O键组成并且可以部分含有有机元素的电介质薄膜。除了由Si-O键组成是指由其中一个Si原子上至少结合两个O原子并且通过O原子结合另外的Si原子的结构组成外，没有特别的限制。例如，硅原子上可以部分结合氢原子、卤素原子、烷基、苯基或含有它们的官能团。
电介质薄膜中Si与O的比率可以通过XPS元素分析加以证实，并且优选在0.5≤Si/O(原子比)≤1.0的范围内，其中Si的重量比优选为40重量％或更高。此外，Si-O键可以通过使用IR证实。作为普通的薄膜，可以列举由二氧化硅、氢化硅倍半氧烷、甲基硅倍半氧烷、氢化甲基硅倍半氧烷、二甲基硅氧烷等制成的薄膜。
此外，可以用熟知的表面活性剂，如包含甲基、氢基等的表面活性剂，预先处理本发明的电介质薄膜的表面。例如，还可以使用用六甲基二硅氮烷(HMDS)、三甲基甲硅烷基氯(TMSC)、单硅烷等处理的电介质薄膜。
本发明中使用的电介质薄膜优选具有中孔。此外，平均孔径优选在0.5至10nm范围内。当孔径在此范围内时，由于下述的处理，可以同时获得足够的机械强度和低介电常数。
通常，可以通过使用全自动气体吸附仪(商品名：Autosorb-3B，由Quantachrome Instruments制造)的3-样品系统测量薄膜的平均孔径。此时的测量中，氮吸附法在液氮温度(77K)下进行，比表面积可以通过BET法获得，并且孔分布可以通过BJH法获得。
本发明使用的电介质薄膜只要是上述的那些，则对其没有特别限制。这些电介质薄膜可以根据其制备方法分类。即，可以列举：(1)通过溶胶-凝胶法使烷氧基硅烷成膜，接着形成孔而获得的薄膜，(2)通过自组织二氧化硅溶胶和有机化合物，接着在成膜后除去有机化合物以形成孔，由此获得的薄膜，和(3)通过在基片表面上生长沸石晶体以赋予多孔性，由此获得的薄膜。
下面描述在所述制备方法中使用的电介质薄膜。
(1)通过溶胶-凝胶法使烷氧基硅烷成膜，接着形成孔而获得的薄膜
在该方法中，为了获得多孔薄膜，对其制备方法没有特别限制。然而，具体而言，可以如下面的实例中所示，制备多孔薄膜。
首先，制备用于成膜的涂布溶液。所述涂布溶液可以用以下方法获得：加入烷氧基硅烷和催化剂(它们分别为下述的组分)和水，并且在需要时加入溶剂，接着在0至70℃、优选30至50℃范围内的温度搅拌几分钟至5小时，优选1至3小时。首先，描述各个组分。
(烷氧基硅烷)
对电介质薄膜的制备中使用的烷氧基硅烷没有特别限制。其具体实例包括四烷氧基硅烷如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四异丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷等；三烷氧基氟硅烷如三甲氧基氟硅烷、三乙氧基氟硅烷、三异丙氧基氟硅烷、三丁氧基氟硅烷等；含氟烷氧基硅烷如CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH3)3、CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH3)3、CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH3)3、CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH3)3、(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2Si(OCH3)3、(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2Si(OCH3)3、(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2Si(OCH3)3、CF3(C6H4)CH2CH2Si(OCH3)3、CF3(CF2)3(C6H4)CH2CH2Si(OCH3)3、CF3(CF2)5(C6H4)CH2CH2Si(OCH3)3、CF3(CF2)7(C6H4)CH2CH2Si(CCH3)3、CF3(CF2)3CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(CF2)5CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(CF2)7CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(CF2)9CH2CH2SiCH3(OCH3)2、(CF3)2CF(CF2)4CH2CH2SiCH3(OCH3)2、(CF3)2CF(CF2)6CH2CH2SiCH3(OCH3)2、(CF3)2CF(CF2)8CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(C6H4)CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(CF2)3(C6H4)CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(CF2)5(C6H4)CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(CF2)7(C6H4)CH2CH2SiCH3(OCH3)2、CF3(CF2)3CH2CH2Si(OCH2CH3)3、CF3(CF2)5CH2CH2Si(OCH2CH3)3、CF3(CF2)7CH2CH2Si(OCH2CH3)3、CF3(CF2)9CH2CH2Si(OCH2CH3)3等；三烷氧基烷基硅烷如三甲氧基甲基硅烷、三乙氧基甲基硅烷、三甲氧基乙基硅烷、三乙氧基乙基硅烷、三甲氧基丙基硅烷、三乙氧基丙基硅烷等；三烷氧基芳基硅烷如三甲氧基苯基硅烷、三乙氧基苯基硅烷、三甲氧基氯苯基硅烷、三乙氧基氯苯基硅烷等；三烷氧基苯乙基硅烷如三甲氧基苯乙基硅烷、三乙氧基苯乙基硅烷等；和二烷氧基烷基硅烷如二甲氧基二甲基硅烷、二乙氧基二甲基硅烷等。它们当中，优选使用四乙氧基硅烷。
所述烷氧基硅烷可以单独使用或者其至少两种组合使用。
(催化剂)
作为用于制备涂布溶液的催化剂，可以使用选自酸催化剂或碱催化剂中的至少一种。
酸催化剂的实例包括无机酸和有机酸。无机酸的实例包括盐酸、硝酸、硫酸、氟酸、磷酸、硼酸、氢溴酸等。同时，有机酸的实例包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、草酸、马来酸、甲基丙二酸、己二酸、癸二酸、五倍子酸、丁酸、苯六甲酸、花生四烯酸、莽草酸、2-乙基己酸、油酸、硬脂酸、亚油酸、亚麻酸、水杨酸、苯甲酸、对氨基苯甲酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、甲酸、丙二酸、磺酸、邻苯二甲酸、富马酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸、富马酸、衣康酸、中康酸、柠康酸、苹果酸等。
碱催化剂的实例包括铵盐和含氮化合物。铵盐的实例包括氢氧化四甲基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、氢氧化四丁基铵等。含氮化合物的实例包括吡啶、吡咯、哌啶、1-甲基哌啶、2-甲基哌啶、3-甲基哌啶、4-甲基哌啶、哌嗪、1-甲基哌嗪、2-甲基哌嗪、1，4-二甲基哌嗪、吡咯烷、1-甲基吡咯烷、甲基吡啶、一乙醇胺、二乙醇胺、二甲基一乙醇胺、一甲基二乙醇胺、三乙醇胺、二氮杂双环辛烷、二氮杂双环壬烷、二氮杂双环十一碳烯、2-吡唑啉、3-吡咯啉、奎宁环、氨、甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、N，N-二甲胺、N，N-二乙胺、N，N-二丙胺、N，N-二丁胺、三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺等。
(溶剂)
可用于制备涂布溶液的溶剂的实例包括一元醇溶剂如甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、异戊醇、2-甲基丁醇、仲戊醇、叔戊醇、3-甲氧基丁醇、正己醇、2-甲基戊醇、仲己醇、2-乙基丁醇、仲庚醇、庚醇-3、正辛醇、2-乙基己醇、仲辛醇、正壬醇、2，6-二甲基庚醇-4、正癸醇、仲十一碳醇、三甲基壬醇、仲十四碳醇、仲十七碳醇、苯酚、环己醇、甲基环己醇、3，3，5-三甲基环己醇、苄醇、苯基·甲基甲醇、双丙酮醇、甲酚等；多元醇溶剂如1，2-亚乙基二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、戊二醇-2，4、2-甲基戊二醇-2，4、己二醇-2，5、庚二醇-2，4、2-乙基己二醇-1，3、二甘醇、二丙二醇、三甘醇、三丙二醇、甘油等；酮溶剂如丙酮、甲基乙基酮、甲基-正丙基酮、甲基-正丁基酮、二乙基酮、甲基-异丁基酮、甲基-正戊基酮、乙基-正丁基酮、甲基-正己基酮、二异丁基酮、三甲基壬酮、环己酮、2-己酮、甲基环己酮、2，4-戊二酮、丙酮基丙酮、双丙酮醇、苯乙酮、倍硫磷等；醚溶剂如乙醚、异丙醚、正丁醚、正己醚、2-乙基己醚、环氧乙烷、1，2-环氧丙烷、二氧戊环、4-甲基二氧戊环、二噁烷、二甲基二噁烷、乙二醇一甲醚、乙二醇一乙醚、乙二醇二乙醚、乙二醇一正丁醚、乙二醇一正己醚、乙二醇一苯醚、乙二醇单-2-乙基丁醚、乙二醇二丁醚、二甘醇一甲醚、二甘醇一乙醚、二甘醇二乙醚、二甘醇一正丁醚、二甘醇二正丁醚、二甘醇一正己醚、乙氧基三甘醇、四甘醇二正丁醚、丙二醇一甲醚、丙二醇一乙醚、丙二醇一丙醚、丙二醇一丁醚、二丙二醇一甲醚、二丙二醇一甲醚、三丙二醇一甲醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等；酯溶剂如碳酸二乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸仲丁酯、乙酸正戊酯、乙酸仲戊酯、乙酸-3-甲氧基丁酯、乙酸甲基戊酯、乙酸-2-乙基丁酯、乙酸-2-乙基己酯、乙酸苄酯、乙酸环己酯、乙酸甲基环己酯、乙酸正壬酯、乙酰乙酸甲酯、乙酰乙酸乙酯、乙二醇一甲醚乙酸酯、乙二醇一乙醚乙酸酯、二甘醇一甲醚乙酸酯、二甘醇一乙醚乙酸酯、二甘醇一正丁醚乙酸酯、丙二醇一甲醚乙酸酯、丙二醇一乙醚乙酸酯、丙二醇一丙醚乙酸酯、丙二醇一丁醚乙酸酯、二丙二醇一甲醚乙酸酯、二丙二醇一乙醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯、甲氧基三甘醇乙酸酯、丙酸乙酯、丙酸正丁酯、丙酸异戊酯、草酸二乙酯、草酸二正丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯、乳酸正戊酯、丙二酸二乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯等；和含氮溶剂如N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二乙基甲酰胺、乙酰胺、N-甲基乙酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基丙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等。
所述溶剂可以单独使用或者其至少两种组合使用。
加入各个组分的方法是任意的，并且对加入顺序没有特别限制。然而，优选将水分两次加入到烷氧基硅烷中，以控制烷氧基硅烷的水解和脱氢缩合。当水首次加入时，为了不完成水解和脱氢缩合，水与烷氧基硅烷的烷氧基的比率(摩尔比)可以在0.1至0.3范围内，并且优选在0.2至0.25范围内。当第二次加入水时，可以任意加入水。然而，优选将水与烷氧基硅烷的烷氧基的比率(摩尔比)设置在1至10范围内。第一次加入水和第二次加入水之间所需的时间没有特别限制，可以任意设置。只要能够促进反应，并且烷氧基硅烷与催化剂的摩尔比优选在1∶0.1至0.001摩尔比的范围内，催化剂的加入量可以在任意范围内。当使用溶剂进行稀释时，稀释比率在1至100倍范围内，优选在3至20倍范围内。
加入烷氧基硅烷、催化剂和水，并且在需要时加入溶剂，接着搅拌数分钟至5小时以获得涂布溶液。将涂布溶液涂布在基片上以获得电介质薄膜的前体。当改变所用的溶剂或烷氧基硅烷种类时，可以控制薄膜的多孔化条件。当采用干燥或煅烧，溶剂蒸发或者除去由水解产生的醇组分时，形成孔，从而可以获得电介质薄膜。
作为在基片上涂布的方法的实例，普通方法如旋涂法、流延涂法、浸渍涂法等。在旋涂法的情况下，将基片置于旋涂器中，样品滴落在基片上，并且以500至10,000rpm的速度旋转基片，从而可以获得具有均匀的膜厚度并且其表面光滑度优异的电介质薄膜。
当将溶剂或者烷氧基硅烷水解产生的醇组分进行干燥和煅烧以将其除去时，对干燥条件没有特别限制，只要能够蒸发溶剂或者醇组分，可以采用任何条件。对煅烧条件也没有特别限制，只要能够进一步促进根据煅烧而薄膜中的硅醇基团的缩合，可以采用任何条件。因此，煅烧可以在空气、惰性气体和真空中的任一种气氛下进行。然而，当薄膜中存在H或甲基时，要求煅烧温度为不使它们分解的温度。具体而言，煅烧适宜在氮气气氛中在250至450℃范围内的温度进行。
此外，还可以通过使用表面张力小的有机溶剂或者超临界流体除去溶剂和由烷氧基硅烷水解产生的醇组分。特别优选通过超临界流体进行除去，所述超临界流体在调节压力和温度时没有表面张力，因为薄膜的孔不破裂并且可以获得高孔隙率的膜。
在这种制备方法中，可以以自承载状态或者固定在基片上的状态获得电介质薄膜。可以通过薄膜的横截面TEM观察或者孔径分布的测量证实，获得的薄膜的孔具有在0.5至10nm范围内的平均孔径。此外，尽管根据制备方法而不同，薄膜的厚度基本上在0.05至2μm的范围内。
(2)通过采用溶胶-凝胶方法用烷氧基硅烷成膜时二氧化硅溶胶和有机化合物的自附聚并且在成膜后除去有机化合物而多孔化的薄膜
通过采用溶胶凝胶法由烷氧基硅烷成膜时二氧化硅溶胶和有机化合物的自附聚并且在成膜后除去有机化合物而获得的多孔薄膜可以从以下涂布溶液获得的，其中在薄膜(1)的制备中，在用烷氧基硅烷制备涂布溶液的过程中，例如，进一步加入有机化合物如表面活性剂作为孔形成剂(模具)。
作为上述表面活性剂，通常可以使用具有长链烷基和亲水基团的化合物。长链烷基优选为含有8至24个碳原子并且更优选含有12至18个碳原子的烷基。此外，亲水基团的实例包括季铵盐的基团、氨基、亚硝基、羟基、羧基等。这些当中，优选季铵盐的基团或羟基。
具体而言，作为这样的表面活性剂，可以优选使用由以下通式表示的烷基铵盐：
CnH2n+1(N(CH3)2(CH2)m)a(CH2)bN(CH3)2CLH2L+1X1+a
(式中，a为0至2之间的整数；b为0至4之间的整数；n为8至24之间的整数；m为0至12之间的整数；L为1至24之间的整数；并且X为卤素离子、HSO4 -或一价有机阴离子)。
由上述通式表示的表面活性剂在涂布溶液中形成胶束，从而规则排列。在本发明中，所述胶束充当模具以由通过烷氧基硅烷和表面活性剂的水解和脱氢缩合而获得的二氧化硅形成配合物。然后，通过除去模具的表面活性剂，可以制备具有规则排列的均匀孔的多孔电介质薄膜。
此外，作为表面活性剂，还可以使用具有聚环氧烷结构的化合物。聚环氧烷结构的实例包括聚环氧乙烷结构、聚环氧丙烷结构、聚四氢呋喃结构、聚环氧丁烷结构等。
具有聚环氧烷结构的化合物的具体实例具体地包括醚型化合物如聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯聚氧丁烯嵌段共聚物、聚氧乙烯聚氧丙烯烷基醚、聚乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚等；和醚酯型化合物如聚氧乙烯甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖脂肪酸酯、聚乙烯山梨糖醇脂肪酸酯、山梨聚糖脂肪酸酯、丙二醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯等。
在本发明中，表面活性剂可以单独使用或者其至少两种组合使用。
烷氧基硅烷、催化剂和水的加入比率与上述方法(1)相同。然而，基于烷氧基硅烷的摩尔比率，表面活性剂的加入量优选在0.002至0.6倍、更优选在0.005至0.15倍的范围内。表面活性剂可以以固体、液体和通过将表面活性剂溶解在溶剂中获得的溶液形式加入而不限于具体的某一种。
根据上述方法(2)，通过改变表面活性剂和烷氧基硅烷之间的组合，它们之间的摩尔比等，可以制备具有周期性孔结构如2D-六边形结构、3D-六边形结构、立方结构等的电介质薄膜。
为了获得这种电介质薄膜，类似于上述方法(1)，可以将根据上述方法获得的涂布溶液涂布在基片上，随后干燥，再随后煅烧或者用有机溶剂萃取以除去表面活性剂。可以通过薄膜的横截面TEM观察或者孔径分布的测量证实，由此获得的电介质薄膜的孔具有在1至10nm范围内的平均孔径。此外，当多孔薄膜具有周期性孔结构如2D-六边形结构、3D-六边形结构、立方结构等，通过X射线衍射法(CuKα)可以证实晶面间间距在1.3至13nm范围内的衍射峰。
当由此获得的电介质薄膜具有立方结构的孔，特别是具有在孔中的孔壁之间的间距为1至
Figure B200580029618XD00291
优选为2至的孔窄部时，孔窄部可以通过稍后描述的改性处理方法容易地闭塞，从而可以获得其中孔窄部至少部分闭塞的电介质薄膜。这种孔窄部的大小的测量可以由电子束结构分析证实。由此获得的电介质薄膜具有优异的疏水性。此外，当它用于半导体材料时，可以形成能够抑制阻挡层金属扩散的电介质薄膜。
除具有立方结构的电介质薄膜外，还可以在其中在孔中形成窄部的具有2D-六边形结构或3D-六边形结构的电介质薄膜中形成具有这种孔窄部的电介质薄膜。
例如，通过在表面活性剂和硅油存在下的烷氧基硅烷的部分水解和脱氢缩合，制备涂布溶液。在这种情况下，优选预先通过混合表面活性剂和硅油制备混合溶液，并且将得到的混合物加入到部分水解和脱氢缩合的烷氧基硅烷中。此处，术语“部分水解和脱氢缩合”是指在没有凝胶化的情况下将混合溶液流体化的状态。通常，当粘度超过105泊时，溶液视为被凝胶化。因此，所述溶液的粘度不大于上述粘度。
据认为，当以这种方式制备涂布溶液时，表面活性剂被在中心的硅油排列，从而形成胶束。然后，据认为，当将涂布溶液涂布在基片上，随后干燥，再随后煅烧，以除去表面活性剂时，被限制在胶束中心的硅油保持附着于电介质薄膜的孔内部表面的状态，从而形成上述窄部。
上述硅油包括但不具体限于，以聚二甲基硅氧烷作为主要成分的有机硅化合物。这种化合物的实例包括三甲基甲硅烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷，聚苯基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的共聚物，聚苯基甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的共聚物，聚-3，3，3-三氟丙基甲基硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的共聚物，聚环氧乙烷和聚二甲基硅氧烷的共聚物，聚环氧丙烷和聚二甲基硅氧烷的共聚物，聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚二甲基硅氧烷的共聚物，氢化物封端的聚二甲基硅氧烷，聚甲基氢化物硅氧烷和聚二甲基硅氧烷的共聚物，硅醇封端的聚二甲基硅氧烷等。
本发明中使用的硅油可以单独使用或者选自上述化合物中的至少两种组合使用。
基于100重量份的烷氧基硅烷，硅油的加入量优选在1至100重量份、更优选在5至50重量份的范围内。当将硅油的加入量设置在上述范围内时，可容易制备在孔中形成窄部的电介质薄膜。
在其中至少部分窄部闭塞的电介质薄膜中，如稍后所述，可以通过介电常数的测量和薄膜的横截面TEM观察证实孔窄部是闭塞的以及疏水性改善的事实。
(3)通过沸石在基片表面上的晶体生长进行多孔化的薄膜
还可以通过基片表面上的沸石的晶体生长获得多孔化的薄膜。其制备方法没有特别限制。然而，具体而言，例如可以列举以下方法。
(A)将含有通过二氧化硅源如烷氧基硅烷、胶体二氧化硅等的水热合成并且使用有机胺作为模具而获得的沸石微晶的涂布溶液涂布在基片上，接着干燥和煅烧以进行制备。
(B)向含有通过二氧化硅源如烷氧基硅烷、胶体二氧化硅等的水热合成并且使用有机胺作为模具而获得的沸石微晶的涂布溶液中加入表面活性剂，随后涂布在基片上，再随后干燥和煅烧以进行制备。
(C)在使用作为二氧化硅源的烷氧基硅烷、胶体二氧化硅等并且使用作为模具的有机胺的水热合成中，插入基片以在基片表面上生长沸石微晶，接着干燥和煅烧，以进行制备。
(D)将涂有硅胶的基片在含有有机胺的水蒸气中进行沸石结晶，接着干燥和煅烧，以进行制备(干凝胶转化)。
作为可用于上述制备的有机胺，可以列举：氢氧化四丙基铵、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丁基铵、氢氧化四戊基铵、三丙胺、三乙胺、三乙醇胺、哌啶、环己胺、新戊胺、异丙胺、叔丁胺、2-甲基吡啶、N，N’-二甲基苄胺、N，N-二乙基乙醇胺、二(正丁基)胺、二(正戊基)胺、二环己胺、N，N-二甲基乙醇胺、胆碱(cholin)、N，N-二甲基哌嗪、1，4-二氮杂双环(2，2，2)辛烷、N-甲基二乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-甲基哌啶、奎宁环、N，N’-二甲基-1，4-二氮杂双环(2，2，2)辛烷二氢氧化物、乙二胺、2-咪唑啉酮等。
由通过X射线衍射法(CuKα)获得的衍射峰，可以证实获得的电介质薄膜具有沸石结构。
工业适用性
如上所述，根据本发明，可易于获得可控性优异并且机械强度高的低介电常数绝缘膜。所述低介电常数绝缘膜还可适用于高速器件，包括各种使用硅的半导体器件和使用化合物半导体如HEMT的器件，高频器件如微波IC，MFMIS型高集成铁电存储器，微波传输线或使用膜载体等的多层配线基片。

Claims (21)

1.一种半导体器件的制备方法，该方法包括：
在其上形成所需的元件区域的半导体基片表面上形成电介质薄膜的步骤，在所述电介质薄膜中围绕主要由Si-O键形成的骨架排列有多个孔；
通过掩膜在所述电介质薄膜表面上图案化的步骤；和
使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜的图案化的表面接触的步骤，其中所述的图案化步骤包括：
在所述成膜步骤中获得的所述电介质薄膜表面上形成硬质掩膜的步骤；
通过所述硬质掩膜蚀刻所述电介质薄膜的步骤；和
在所述蚀刻电介质薄膜步骤之前，剥离和除去用于使硬质掩膜图案化的抗蚀剂的步骤；
在所述剥离和除去步骤之后并且所述蚀刻电介质薄膜步骤之前，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体接触的步骤。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，该方法还包括：
在所述蚀刻步骤之后，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜表面接触的步骤。
3.根据权利要求2所述的半导体器件的制备方法，
其中所述的硬质掩膜是两层膜，并且所述制备方法包括：
在位于下层侧上的硬质掩膜残留的状态下灰化抗蚀剂的步骤；和
通过使用位于上层侧上的硬质掩膜作为掩膜，蚀刻位于下层侧上的硬质掩膜的步骤。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，
其中所述的图案化步骤是形成用于形成配线的槽的步骤，并且
所述图案化步骤包括：
在所述槽中形成导电材料层的步骤；和
在所述形成导电材料层的步骤之前，
清洁其上形成用于形成所述配线的槽的所述电介质薄膜的表面的步骤，及
使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜的所述清洁的表面接触的步骤。
5.根据权利要求4所述的半导体器件的制备方法，
其中所述的形成导电材料层的步骤包括：
在所述用于形成配线的槽中形成用于电镀的晶种层的步骤；
通过在所述晶种层上进行电镀形成镀层的步骤；和
通过CMP步骤除去所述电介质薄膜上的所述镀层和所述晶种层的步骤。
6.根据权利要求5所述的半导体器件的制备方法，该方法还包括：
在所述除去步骤之后，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述电介质薄膜表面接触的步骤。
7.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，
其中所述的图案化步骤是形成用于形成接触的通孔的步骤，并且
所述图案化步骤包括：
在所述通孔中形成导电材料层的步骤；和
在所述形成导电材料层的步骤之前，
在其上形成所述通孔的所述电介质薄膜表面上进行所述有机清洁的步骤，及
使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与进行所述有机清洁的所述电介质薄膜表面接触的步骤。
8.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，该方法还包括：
在所述形成掩膜之前，使含有四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)和三甲基氯硅烷(TMCS)分子中的至少一种的气体与所述的形成的所述电介质薄膜表面接触的步骤。
9.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，
其中所述形成电介质薄膜的步骤包括：
产生前体溶液的步骤，所述前体溶液包含二氧化硅衍生物和表面活性剂，并且具有使所需的所述孔排列的组成比；
升高所述前体溶液的温度以开始交联反应的初步交联步骤；
将其中在所述初步交联步骤中开始交联反应的所述前体溶液供应到所述半导体基片表面上的步骤；和
煅烧与所述前体溶液接触的所述半导体基片，并且分解和除去所述表面活性剂的步骤。
10.根据权利要求1所述的半导体器件的制备方法，该方法还包括：
产生前体溶液的步骤，所述前体溶液包含二氧化硅衍生物和表面活性剂，并且具有使所需的所述孔排列的组成比；
将所述前体溶液供应到所述半导体基片表面上的步骤；
加热与所述前体溶液接触的所述半导体基片以开始交联反应的初步交联步骤；和
煅烧所述半导体基片，并且分解和除去所述表面活性剂的步骤。
11.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其中所述的供应步骤是将所述半导体基片浸渍在前体溶液中的步骤。
12.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其中所述的供应步骤包括：
将所述半导体基片浸渍在前体溶液中并且以所需的速度将所述半导体基片拉拔出来的步骤。
13.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其中所述的供应步骤是将所述前体溶液涂布在所述半导体基片上的步骤。
14.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法，其中所述的供应步骤是将所述前体溶液滴落在所述半导体基片上并且旋转所述基片的旋转涂布步骤。
15.根据权利要求8所述的半导体器件的制备方法，其中所述的前体溶液使所述的孔周期性排列。
16.一种半导体器件，其包含：
使用根据权利要求1所述的方法形成的具有接触孔的电介质薄膜，和
填充在所述接触孔中的导电膜。
17.根据权利要求16所述的半导体器件，其中形成填充在形成在所述半导体基片表面上的电介质薄膜的接触孔中的所述导电膜以与半导体基片接触。
18.根据权利要求17所述的半导体器件，其中所述的电介质薄膜是多孔二氧化硅薄膜，并且形成在所述接触孔内部的铜薄膜构成配线层。
19.根据权利要求18所述的半导体器件，其中所述的多孔二氧化硅薄膜的厚度为0.05～2μm。
20.根据权利要求18所述的半导体器件，其中所述的多孔二氧化硅薄膜含有具有立方结构的细孔，并且至少部分所述细孔是闭塞的。
21.根据权利要求20所述的半导体器件，其中形成所述细孔以具有0.2～2.5nm的壁距离。
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