CN102485951B - 金属前层层间介质氧化物的淀积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属前层层间介质氧化物的淀积方法，包括以下步骤：应用高密度等离子体化学气相淀积的方法，在成型由多晶硅栅的衬底表面淀积一层磷掺杂第一层间介质层；对已经淀积的所述第一层间介质层进行富氧等离子体处理，使其中的磷离子形成磷氧键；应用等离子体增强化学气相淀积或者准常压化学气相淀积的方法淀积一层第二层间介质层，该第二层间介质层与所述第一层间介质层共同构成金属前层层间介质氧化物。本发明的金属前层层间介质氧化物的淀积方法，通过对HDPCVD方法淀积的层间介质进行富氧等离子体处理，使游离磷离子由于形成稳定的磷氧键，避免了在后续的化学处理工序中由于掺杂浓度过高而导致的界面过腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及一种淀积方法，具体涉及一种金属前层层间介质氧化物的淀积方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，金属前层层间介质充当了第一层金属与硅之间的介质材料。第一层金属与硅之间的金属前层层间介质(Pre-metal Dielectric)的制作工艺包括以下的步骤：金属前层层间介质氧化物淀积，利用化学气相淀积方法在硅片衬底表面淀积一层充当介质材料的氧化物；氧化物磨抛，用化学机械抛光方法(CMP)磨抛氧化物；金属前层层间介质刻蚀，将用来淀积金属的沟槽刻蚀在金属前层层间介质氧化物上；金属材料的淀积，在所述沟槽中淀积上金属(一般为氮化钛TiN)。
层间介质氧化物的淀积方法一般采用化学气相淀积(CVD)的方法，具体又包括等离子体增强化学气相淀积(PECVD)，准常压化学气相淀积(SACVD)以及高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)。PECVD一般在真空腔中进行，当源气体流过气体主机的淀积中部时就会产生等离子体。SACVD一般在准常压下进行。而HDPCVD是通过等离子体在低压下以高密度混合气体的形式直接接触到反应腔中硅片的表面，其优点是可在相对低的淀积温度下，制备出能够填充高深宽比间隙的膜。但是HDPCVD的缺点是高密度的等离子体对器件容易造成等离子损伤，破坏器件的可靠性以及稳定性。
为了平衡HDPCVD带来的等离子体损害以及更好的利用HDPCVD优秀的填隙能力，现有技术中有一种HDPCVD与PECVD相结合的层间介质氧化物的淀积方法，具体的说，如图1-3所示，该方法包括：应用HDPCVD的方法淀积一部分磷掺杂层间介质103，并保证淀积的该部分层间介质的高度高于多晶硅栅102，如图1所示，该多晶硅栅102包括内部的多晶硅以及其外面的氮化硅保护层；然后再应用PECVD的方法淀积完成剩余部分的层间介质104。上述方法的缺点在于：下层的HDPCVD方法淀积的第一层间介质103与上层的PECVD方法淀积的第二层间介质104之间的接合部位105容易受到酸的损害。具体的说是因为，由于HDPCVD方法淀积的第一层间介质103中含有磷离子，如图2所示，而PECVD方法淀积的第二层间介质104中则不含磷离子，这就导致下层的磷离子趋向于向上层扩散，进而积累在上下两种方法淀积的层间介质的接合部位105，如图3所示。由于高磷掺杂浓度的薄膜的酸刻蚀速度相对比较快，在对层间介质进行刻蚀以得到淀积金属的沟槽101(该沟槽101的位置在后续工艺中将淀积为金属，例如氮化钛)的过程中，酸性化学材料在上述接合部位105的腐蚀速率要大于其他的部位，于是在上下两层层间介质的接合部位105腐蚀出裂缝。进而在后续的金属淀积步骤中，在上述的裂缝处填充上金属材料，这种现象是很危险的，严重时会导致不同沟槽中的金属的非正常短接。
采用HDPCVD与SACVD(准常压化学气相淀积，减压化学气相淀积)相结合的层间介质氧化物的淀积方法同样存在上述技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术中的技术问题，提供一种通过在进行PECVD或者SACVD方法淀积金属前层层间介质氧化物前，对应用HDPCVD方法淀积的层间介质氧化物进行富氧等离子体处理，使薄膜中游离的磷离子形成稳定的磷氧键，而不向以PECVD或者SACVD方法淀积的另外一层层间介质氧化物中扩散，进而避免了不同淀积方法淀积层间介质氧化物的结合部位在后续的化学处理工序中被过腐蚀的，一种金属前层层间介质氧化物的淀积方法。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种金属前层层间介质氧化物的淀积方法，包括以下步骤：
应用高密度等离子体化学气相淀积的方法，在成型有多晶硅栅的衬底表面淀积一层磷掺杂第一层间介质层，该第一层间介质的最低高度高于所述多晶硅栅；
对已经淀积的所述第一层间介质层进行富氧等离子体处理，使其中的磷离子形成磷氧键；
应用等离子体增强化学气相淀积或者准常压化学气相淀积的方法淀积一层第二层间介质层，该第二层间介质层与所述第一层间介质层共同构成金属前层层间介质氧化物。
优选的，所述高密度等离子体化学气相淀积的方法淀积的磷掺杂所述第一层间介质层中磷的含量为3.5-6％(重量百分比)。
优选的，所述第一层间介质层的高度为80-200纳米。
优选的，所述富氧等离子体处理为利用O2气体，或者O3气体，或者O2和O3的混合气体解离产生的等离子体进行的处理。
优选的，所述富氧等离子体处理的处理温度为400-480摄氏度。
优选的，所述富氧等离子体处理的处理时间为100-200秒。
优选的，所述富氧等离子体处理的O2或者O3气体的流量为大于5000立方厘米/分钟。
本发明的金属前层层间介质氧化物的淀积方法具有以下的有益效果：
本发明的金属前层层间介质氧化物的淀积方法，通过在进行等离子体增强化学气相淀积PECVD或者准常压化学气相淀积SACVD方法淀积层间介质氧化物前，对高密度等离子体化学气相淀积HDPCVD方法淀积的层间介质氧化物进行富氧等离子体处理，使磷离子由于形成稳定的磷氧键，而不向以PECVD或者SACVD方法淀积的另外一层层间介质中扩散，避免了在后续的化学处理工序中由于掺杂浓度过高而导致的界面过腐蚀。
附图说明
图1是现有技术中利用HDPCVD与PECVD或者SACVD相结合的金属前层层间介质氧化物的淀积方法淀积出的层间介质的结构示意图；
图2是现有技术中利用HDPCVD与PECVD或者SACVD相结合的金属前层层间介质氧化物的淀积方法淀积出的层间介质的分子结构示意图；
图3是现有技术中利用HDPCVD与PECVD或者SACVD相结合的金属前层层间介质氧化物的淀积方法淀积出的层间介质的另外一张分子结构示意图；
图4是利用本发明的金属前层层间介质氧化物的淀积方法淀积出的层间介质的分子结构示意图。
具体实施方式
本发明的金属前层层间介质氧化物的淀积方法，通过在进行等离子体增强化学气相淀积PECVD或者准常压化学气相淀积SACVD方法淀积层间介质氧化物前，对高密度等离子体化学气相淀积HDPCVD方法淀积的层间介质氧化物进行富氧等离子体处理，使磷离子由于形成稳定的磷氧键，而不向以PECVD方法淀积的另外一层层间介质氧化物中扩散，进而避免了该结合部位在后续的化学处理工序中被过腐蚀的。
为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
实施例1
图4显示了本发明的一种金属前层层间介质氧化物的淀积方法。
在成型第一层金属之前，已经成型有多晶硅栅的硅片衬底需要进行包括以下处理步骤：在成型有多晶硅栅的硅片上进行金属前层层间介质氧化物的淀积，即利用化学气相淀积方法在硅片表面淀积一层充当介质材料的氧化物(硅氧化物)；氧化物磨抛，用化学机械抛光方法(CMP)磨抛氧化物；金属前层层间介质刻蚀，将用来淀积金属的沟槽刻蚀在金属前层层间介质氧化物上。
其中，金属前层层间介质氧化物的淀积方法一般采用化学气相淀积(CVD)的方法，具体又包括等离子体增强化学气相淀积(PECVD)，准常压化学气相淀积(SACVD)以及高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD)。PECVD一般在真空腔中进行，当源气体流过气体主机的淀积中部时就会产生等离子体。SACVD与PECVD的淀积效果相近。但是，HDPCVD是通过等离子体在低压下以高密度混合气体的形式直接接触到反应腔中硅片衬底的表面，其优点是可在相对低的淀积温度下，制备出能够填充高深宽比间隙的膜。但是HDPCVD的缺点是高密度的等离子体对器件容易造成等离子损伤，破坏器件的可靠性以及稳定性。
为了填充高深宽比间隙，同时减少高密度混合气体对硅片造成损害，本发明的金属前层层间介质的淀积方法具体包括以下步骤：
首先，应用HDPCVD的方法，在成型有多晶硅栅的硅片表面淀积一层磷掺杂第一层间介质层201，该第一层间介质层201的高度为80-200纳米(nm)，高于硅片上的多晶硅栅，该层第一层间介质层201中的磷离子的含量为3.5-6％(重量百分比)。
然后，对已经淀积的所述第一层间介质层201进行富氧等离子体处理，使其中的磷离子形成磷氧键，从而使得磷元素固定在所述第一层间介质层201内部；具体的说所述富氧等离子体处理为利用对O2或者O3气体，或者O2和O3的混合气体进行解离，产生的等离子体对所述第一层间介质层201进行的处理。所述富氧等离子体处理的处理温度为400-480摄氏度，处理时间为100-200秒，O2或者O3气体，或者O2和O3的混合气体的流量为大于5000立方厘米/分钟(sccm)。
最后，应用PECVD或者SACVD的方法淀积完成一层第二层间介质层202，该第二层间介质层202与所述第一层间介质层201共同构成金属前层层间介质氧化物。
本发明的金属前层层间介质氧化物的淀积方法，通过在进行PECVD或者SACVD方法淀积层间介质氧化物前，对HDPCVD方法淀积的层间介质氧化物进行富氧等离子体处理，使磷离子由于形成稳定的磷氧键，而不向以PECVD或者SACVD方法淀积的另外一层层间介质氧化物中扩散，避免了在后续的化学处理工序中由于掺杂浓度过高而导致的界面过腐蚀。其中，所述后续的化学处理工序是指，金属前层层间介质刻蚀，以在后续工艺淀积金属形成导线的刻蚀步骤，该步骤中包括需要用酸性化学材料腐蚀层间介质氧化物的化学处理工序。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种金属前层层间介质氧化物的淀积方法，其特征在于，包括以下步骤：
应用高密度等离子体化学气相淀积的方法，在成型有多晶硅栅的衬底表面淀积一层磷掺杂第一层间介质层，该第一层间介质层的最低高度高于所述多晶硅栅；
对已经淀积的所述第一层间介质层进行富氧等离子体处理，使其中的磷离子形成磷氧键；
应用等离子体增强化学气相淀积或者准常压化学气相淀积的方法淀积一层第二层间介质层，该第二层间介质层与所述第一层间介质层共同构成金属前层层间介质氧化物。
2.根据权利要求1所述的淀积方法，其特征在于，所述高密度等离子体化学气相淀积的方法淀积的磷掺杂所述第一层间介质层中磷的含量为3.5-6％(重量百分比)。
3.根据权利要求1所述的淀积方法，其特征在于，所述第一层间介质层的高度为80-200纳米。
4.根据权利要求1至3任一所述的淀积方法，其特征在于，所述富氧等离子体处理为利用O2气体，或者O3气体，或者O2和O3的混合气体解离产生的等离子体进行的处理。
5.根据权利要求4所述的淀积方法，其特征在于，所述富氧等离子体处理的处理温度为400-480摄氏度。
6.根据权利要求4所述的淀积方法，其特征在于，所述富氧等离子体处理的处理时间为100-200秒。
7.根据权利要求4所述的淀积方法，其特征在于，所述富氧等离子体处理的O2或者O3气体的流量为大于5000立方厘米/分钟。
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