CN100446195C - 改善氟硅玻璃填隙性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善氟硅玻璃填隙性的方法，该方法包括：在淀积时，气体的流量为：45sccm＜Ar＜85sccm，95sccm＜O2＜150sccm，35sccm＜SiH4＜55sccm，20sccm＜SiF4＜35sccm；压力小于3.5mTorr，淀积速率大于3200/min。本发明的改善氟硅玻璃填隙性的方法使氟硅玻璃可以满足深宽比达到3.8的填隙要求，且金属线边角无明显过刻蚀，实现了无隙填充。

Description

改善氟硅玻璃填隙性的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺方法，尤其涉及一种改善FSG填隙性的方法。
背景技术
高密度等离子化学气相淀积(High Density Plasma Chemical vaporDeposition，HDP CVD)在20世纪90年代中期被硅片工厂广泛使用。它的主要优点是可以在300-400℃较低的淀积温度下，制备出能够填充高深宽比间隙的膜。HDP CVD可以用来制作金属层间绝缘层(Inter-Metal-Dielectric，IMD)，浅槽隔离(shallow trench isolation，STI)以及金属前绝缘层(Pre-Metal-Dielectric，PMD)的淀积。
HDP CVD工艺在小尺寸器件应用中的主要挑战是间隙填充(图1)。要尽量避免在填充间隙的绝缘介质中产生空洞，首先因为这会影响其电学特性和长期可靠性，空洞是高应力区域，会陷落潮气和可溶物，导致腐蚀或者高真空条件下的跑气。其次，化学机械抛光(CMP)也要求填充间隙的绝缘介质具有较好的一致性，以免在CMP过程中将顶部的介质层磨掉，一些空洞会变成沟槽，在淀积金属后，这些沟槽会导致开路。
随着0.35μm技术的到来，HDP-USG作为介质层在IMD填隙应用中得到了广泛的发展。但是随着线宽的不断减小，为了加快信号传播速度，降低功率损耗，需要新的低介电材料取代USG。于是，氟硅玻璃(FluorinatedSilicate Glass，FSG)取代了二氧化硅(SiO2)被广泛应用于后道工艺中。在采用以铝(Al)作为互连金属的工艺中，通常采用高密度等离子化学气相淀积的方式来制各FSG。HDP CVD的主要原理是通过淀积和刻蚀同步作用，使得FSG填满金属间隙并且没有空洞(void)。如果淀积速率过快，会造成间隙没有完全填充而形成空洞(图2)。如果刻蚀速率过快，金属的边角就会出现过刻蚀现象(图3)，从而导致介质膜的金属沾污，造成金属导线之间的失效。HDP方法淀积的氟硅玻璃由于具有良好的填空性以及3.5的K值，更加广泛地被应用于小于0.25μm的工艺中。
通常来说，对于应用FSG的0.18μm工艺，深宽比一般在3.0左右。但在实际应用中，某些特殊产品工艺需要较高的深宽比，因此需要优化现有工艺，增强FSG的填隙能力，使之能够满足产品要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种改善FSG填隙性的方法，该方法使FSG可以满足深宽比大于3.2的填隙要求，且金属线的边角没有出现明显的过刻蚀。
为了解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现：
一种改善氟硅玻璃填隙性的方法，包括如下步骤：在高密度等离子化学气相淀积时，气体的流量为：45sccm＜Ar＜85sccm，95sccm＜O2＜150sccm，35sccm＜SiH4＜55sccm，20sccm＜SiF4＜35sccm；压力小于3.5mTorr，淀积速率大于3200
Figure C20061003030600041
/min。
本发明的改善FSG(氟硅玻璃)填隙性的方法，通过优化FSG填隙过程中所有气体的参数，使FSG可以满足深宽比达到3.8的填隙要求，且金属线边角没有出现明显的过刻蚀，实现了无隙填充。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是现有高密度等离子化学气相淀积空洞的形成示意图；
图2是现有高密度等离子化学气相淀积空洞的示意图；
图3是现有高密度等离子化学气相淀积边角过刻蚀的示意图；
图4是本发明深宽比为3.8的FSG填隙后的0.22/0.24断面示意图；
图5是本发明深宽比为3.8的FSG填隙后的1.0/0.24断面示意图；
图6是本发明深宽比为3.8的FSG填隙后的0.22/50断面示意图。
具体实施方式
本发明改善FSG(氟硅玻璃)填隙性的方法包括如下步骤：在淀积时，改变全部气体的流量为：45sccm＜Ar(氩气)＜85sccm，95sccm＜O2(氧气)＜150sccm，35sccm＜SiH4(硅烷)＜55sccm，20sccm＜SiF4(四氟化硅)＜35sccm；压力小于3.5mTorr(毫托)，淀积速率大于3200
Figure C20061003030600051
/min(埃/分钟)。
经本发明方法制备FSG后，还需检测验证优化的结果，优化项目包括：填隙性为无隙、金属线边角无过刻蚀、以及氟浓度为：F％＜4.3％。
采用高密度等离子化学气相淀积(HDP CVD)的方式来制备FSG，影响FSG填隙有些主要参数。对于硅烷(SiH4)和氧气(O2)反应淀积的二氧化硅(SiO2)来说，主要参数包括：偏置射频(bias power)，氩气(Ar)，O2，反应压力，SiH4等。其中Ar的作用是通过溅射作用移除淀积物质，降低压力可以减少平均自由程，即减少碰撞并使等离子体获得好的方向性。本发明不单纯改变某个参数，而是系统优化所有的气体参数，从而实现无隙填充、金属线边角无过刻蚀。
实施例1
采用本发明改善FSC填隙性的方法来制备FSG，在淀积时，把氩气(Ar)的流量设为60sccm、氧气(O2)的流量设为120sccm、硅烷(SiH4)的流量设为45sccm、四氟化硅(SiF4)的流量设为30sccm，同时把压力降低至3.25mTorr，并维持淀积速率为3300
Figure C20061003030600061
/min。待同步进行的淀积和刻蚀完成，通过断面照片等方式检测证明FSG的填隙效果，图4即是深宽比为3.8的FSG填隙后的0.22/0.24(铝线/间隙)断面示意图，该图显示FSG填隙后无空隙，无边角过刻蚀；图5为深宽比为3.8的FSG填隙后的1.0/0.24(铝线/间隙)断面示意图，同样，图5表明FSG填隙后无空隙，无边角过刻蚀；图6所示为深宽比为3.8的FSG填隙后的0.22/50(铝线/间隙)面示意图，由图6也可看出FSG填隙后无空隙，无边角过刻蚀。
实施例2
采用本发明改善FSG填隙性的方法来制备FSG，在淀积时，把氩气(Ar)的流量设为80sccm、氧气(O2)的流量设为145sccm、硅烷(SiH4)的流量设为50sccm、四氟化硅(SiF4)的流量设为32sccm，同时把压力降低至3.2mTOrr，并维持淀积速率为3350
Figure C20061003030600062
/min。待同步进行的淀积和刻蚀完成，通过断面照片等方式检测证明FSG的填隙效果。断面照片及其显示的FSG的填隙效果同实施例1。
实施例3
采用本发明改善FSG填隙性的方法来制备FSG，在淀积时，把氩气(Ar)的流量设为50sccm、氧气(O2)的流量设为100sccm、硅烷(SiH4)的流量设为40sccm、四氟化硅(SiF4)的流量设为23sccm，同时把压力降低至3.3mTorr，并维持淀积速率为3250
Figure C20061003030600071
/min。待同步进行的淀积和刻蚀完成，通过断面照片等方式检测证明FSG的填隙效果。断面照片及其显示的FSG的填隙效果同实施例1。

Claims (2)

1.一种改善氟硅玻璃填隙性的方法，其特征在于，包括如下步骤：在高密度等离子化学气相淀积时，气体的流量为：45sccm＜Ar＜85sccm，95sccm＜O2＜150sccm，35sccm＜SiH4＜55sccm，20sccm＜SiF4＜35sccm；压力小于3.5mTorr，淀积速率大于
Figure C2006100303060002C1
/min。
2.如权利要求1所述的改善氟硅玻璃填隙性的方法，其特征在于，所述高密度等离子化学气相淀积时，气体的流量：Ar为60sccm，O2为120sccm，SiH4为45sccm，SiF4为30sccm。
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