CN102487057B - 金属前介质层及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属前介质层，包括介质层、位于介质层上的保护层，还包括位于介质层和保护层之间的过渡层，所述过渡层与介质层、保护层之间附着力大于介质层和保护层之间的附着力。一种金属前介质层的制造方法，提供衬底；在衬底上形成介质层；在介质层上形成过渡层；在过渡层上形成保护层，所述过渡层与介质层、保护层之间附着力大于介质层和保护层之间的附着力。所述过渡层的性质与介质层的性质接近，使层间附着力较大，从而提高了金属前介质层的质量。

Description

金属前介质层及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属前介质层及其制造方法。
背景技术
随着集成电路向超大规模集成电路发展，集成电路内部的电路密度越来越大，所包含的元件数量也越来越多。在半导体集成电路中，金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)晶体管是其中最为重要的元件之一，随着半导体集成电路的进一步发展，半导体元件的尺寸也随之减小，MOS晶体管的工艺也有许多的改进。
现有的MOS晶体管工艺是在半导体衬底上形成栅极结构，在栅极结构相对两侧的衬底中形成轻掺杂漏极结构(Lightly Doped Drain，LDD)，接着在栅极结构侧壁形成侧墙，并以包括侧墙的栅极结构为掩膜，进行离子注入步骤，在半导体衬底中形成源区和漏区。
现有的半导体工艺中，为了在MOS晶体管上形成连接插塞，还包括在在栅极、源区、漏区上形成蚀刻停止层，以及位于所述蚀刻停止层上的金属前介质层；图形化所述金属前介质层，形成露出所述蚀刻停止层的开口；向所述开口中填充金属材料，以形成连接MOS晶体管与其他器件的连接插塞。
现有技术中，通常采用双层的介质层构成的金属前介质层作为金属介质层，参考图1，示出了现有技术介质层结一实施例的示意图。所述金属前介质层包括：硅磷酸盐玻璃(Phosphate-doped Silicon Glass，PSG)层101、位于硅磷酸盐玻璃层101上的正硅酸乙酯(TEOS)105，其中硅磷酸盐玻璃层101采用高密度等离子体化学气相沉积法形成，所述硅磷酸盐玻璃层101中包括磷离子103；所述正硅酸乙酯105采用等离子体增强化学气相沉积法(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)形成，受等离子体的损伤较小。
然而，硅磷酸盐玻璃层101和正硅酸乙酯105交界面的附着力较弱，钛或氮化钛等材料会渗透至硅磷酸盐玻璃层101和正硅酸乙酯105的界面，从而使金属前介质层的质量较低。
此外，如图2所示，所述硅磷酸盐玻璃层101中的磷离子103会扩散至正硅酸乙酯105中，并且所述磷离子103会聚集在硅磷酸盐玻璃层101和正硅酸乙酯105交界面处，这会使所述金属前介质层在湿法蚀刻中，交界面处的蚀刻速率较快，从而难以控制蚀刻量。
在公告号为CN101202226C的中国专利中就公开了一种金属前介质层的技术方案，但是没有解决上述问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种高质量的金属前介质层及其制造方法。为解决上述问题，一种金属前介质层，包括介质层、位于介质层上的保护层，其特征在于，还包括位于介质层和保护层之间的过渡层，所述过渡层与介质层、保护层之间附着力大于介质层和保护层之间的附着力。
所述介质层为硅磷酸盐玻璃层、所述保护层为二氧化硅层，所述过渡层为无掺杂二氧化硅层。
所述无掺杂二氧化硅层的厚度大于
Figure BDA0000036060670000021
所述硅磷酸盐玻璃层的厚度在
Figure BDA0000036060670000022
的范围内。
所述二氧化硅层的厚度在
Figure BDA0000036060670000023
的范围内。
相应地，本发明还提供一种金属前介质层的制造方法，提供衬底；在衬底上形成介质层；在介质层上形成过渡层；在过渡层上形成保护层，所述过渡层与介质层、保护层之间附着力大于介质层和保护层之间的附着力。
所述介质层为硅磷酸盐玻璃层，所述在衬底上形成介质层的步骤包括：向高密度等离子体化学气相沉积设备中通入磷化氢，以形成硅磷酸盐玻璃层。
所述硅磷酸盐玻璃层中磷的掺入浓度为3.5％～6％。
所述过渡层为无掺杂二氧化硅层，所述在介质层上形成过渡层的步骤包括：在同一反应腔室内，停止向高密度等离子体化学气相沉积设备中通入磷化氢，以形成无掺杂二氧化硅层。
形成无掺杂二氧化硅层的步骤包括：向高密度等离子体化学气相沉积设备中通入流量比例大于3∶1的氧气和甲烷。
所述保护层为二氧化硅层，在过渡层上形成保护层的步骤包括：通过等离子增强化学气相沉积方法或者次常压化学气相沉积方法形成二氧化硅层。
所述保护层为二氧化硅层，在过渡层上形成保护层的步骤包括：通过正硅酸乙酯或者甲烷形成二氧化硅层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.所述过渡层的性质与介质层的性质接近，使层间附着力较大，从而提高了金属前介质层的质量；
2.由于过渡层较厚，磷离子的可扩散区域较大，从而不会造成磷离子聚集现象；
3.过渡层与介质层均采用高密度等离子体化学气相沉积设备形成，可在同一个反应腔室完成薄膜沉积，无需更换设备，制造方法较为简单。
附图说明
图1至图2是现有技术金属前介质层一实施例的示意图；
图3是本发明金属前介质层制造方法一实施例的示意图；
图4是本发明金属前介质层制造方法一实施方式的流程示意图；
图5至图7是本发明互连结构制造方法形成的互连结构一实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术所述，包括双层介质层的金属前介质层中，介质层之间的附着力较弱，从而影响了金属前介质层的质量。
针对上述问题，本发明提供一种金属前介质层，所述金属前介质层包括：介质层、位于介质层上的保护层，所述金属前介质层还包括位于介质层和保护层之间的过渡层，所述过渡层的性质处于介质层和保护层之间。
本发明中，所述过渡层的性质与介质层的性质接近，过渡层和介质层之间的附着力、过渡层和保护层之间的附着力均较大，从而可以避免其他材料向层间交界面的渗透，进而提高了金属前介质层的质量。
参考图3，示出了本发明金属前介质层一实施例的示意图。所述金属前介质层包括硅磷酸盐玻璃层201、位于硅磷酸盐玻璃层201上的无掺杂二氧化硅(Undoped Silcion Glass，USG)层205以及位于无掺杂二氧化硅层205上的二氧化硅层207，其中，
所述无掺杂二氧化硅层205用作硅磷酸盐玻璃层201和二氧化硅层207之间的过渡层，由于无掺杂二氧化硅层205与硅磷酸盐玻璃层201两者的化学键键长较为接近，所以无掺杂二氧化硅层205与硅磷酸盐玻璃层201之间的附着力大于硅磷酸盐玻璃层201与二氧化硅层207之间的附着力，同时，由于无掺杂二氧化硅层205与二氧化硅层207的区别在于是否进行了掺杂，特性较为接近，所以无掺杂二氧化硅层205与二氧化硅层207之间的附着力同样较大，大于硅磷酸盐玻璃层201与二氧化硅层207之间的附着力，从而使整个金属前介质层的质量较高。
具体地，所述硅磷酸盐玻璃层201的厚度在
Figure BDA0000036060670000051
的范围内，所述二氧化硅层207的厚度在
Figure BDA0000036060670000052
的范围内，所述硅磷酸盐玻璃层201中有大量磷离子203，为了避免产生磷离子203聚集现象，所述无掺杂二氧化硅层205的厚度需大于
Figure BDA0000036060670000053
这样磷离子203会扩散至作为过渡层的无掺杂二氧化硅层205中(如图3所示)，同时由于过渡层较厚，磷离子203的可扩散区域较大，从而不会造成磷离子203聚集。
参考图4，示出了本发明金属前介质层制造方法一实施方式的流程示意图，具体地，所述制造方法包括以下步骤：
步骤S1，提供衬底；
步骤S2，在衬底上形成介质层；
步骤S3，在介质层上形成过渡层；
步骤S4，在过渡层上形成保护层。
下面结合附图对上述各步骤做进一步描述。
参考图5至参考图7，示出了本发明金属前介质层制造方法形成的一互连结构实施例的示意图。本实施例中，以位于MOS管上的用作金属前介质层的金属前介质层为例，为了使附图更将清楚、简洁，附图中省略了衬底以及衬底上的MOS管。
执行步骤S1，提供衬底，所述衬底可以是单晶硅或硅锗；也可以是绝缘体上硅(Silicon on insulator，SOI)，所述衬底上形成有多个NMOS管、PMOS管，具体地，所述MOS管包括位于衬底上的栅极，所述栅极为多晶硅栅极；所述MOS管还包括形成于所述栅极侧壁上的侧墙，形成于栅极下方衬底上的源区、漏区，在衬底上形成MOS管的使用的材料和工艺与现有技术相同，在此不再赘述。
参考图5，执行步骤S2，在MOS管上形成金属前介质层之前，还包括在栅极、源区和漏区上形成蚀刻停止层(图5中未示出)。
所述介质层为硅磷酸盐玻璃层201，可以通过高密度等离子体化学气相沉积法，在蚀刻停止层上形成硅磷酸盐玻璃层201。具体地，向高密度等离子体化学气相沉积设备中通入反应气体磷化氢，以形成硅磷酸盐玻璃层201，所述硅磷酸盐玻璃层201中磷的掺入浓度为3.5％～6％；本实施例中，为了能够完全覆盖MOS管，较佳地，所述硅磷酸盐玻璃层201的厚度在
Figure BDA0000036060670000061
的范围内。
参考图6，执行步骤S3，本实施例中，所述过渡层为无掺杂二氧化硅层205，可以采用高密度等离子体化学气相沉积法，在硅磷酸盐玻璃层201上形成无掺杂二氧化硅层205。
具体地，在形成硅磷酸盐玻璃层201的同一个反应腔室内，停止向反应腔室内通入磷化氢(磷化氢用于掺入磷)的反应气体，向反应腔室内通入的反应气体包括氧气和甲烷(还包括氦气等，在此不一一列举)，以形成无掺杂二氧化硅层205。
具体地，采用高密度等离子体化学气相沉积设备沉积无掺杂二氧化硅层205的条件包括：向反应腔室内通入氧气和甲烷的流量比例需大于3∶1；高密度等离子体化学气相沉积设备中顶部射频信号的功率为3000～4000W，设备侧面的射频信号的功率为5000～6000W，偏置射频信号的功率为1000～2000W；沉积温度为400～480℃；
需要说明的是，通过测量沉积时间可以确定无掺杂二氧化硅层205的沉积厚度，本实施例中，整个沉积时间需大于30s，以形成厚度大于的无掺杂二氧化硅层205。
参考图7，执行步骤S4，所述保护层的材料为二氧化硅。可以通过等离子增强化学气相沉积方法或者次常压化学气相沉积(Sub AtmosphericChemical Vapor Deposition，SACVD)方法形成二氧化硅层207。
具体地，可以通过正硅酸乙酯或者甲烷形成二氧化硅层207。较佳地，所述二氧化硅层207的厚度在
Figure BDA0000036060670000072
的范围内，以有效保护介质层不受等离子体的损坏。
至此完成了金属前介质层的制造过程。
由于在本实施例中，所述金属前介质层用于金属前介质层，后续还包括图形化所述金属前介质层等的步骤，在这些步骤中使用的材料和工艺与现有技术相同，在此不再赘述。
本发明金属前介质层的制造方法中，由于无掺杂二氧化硅层与硅磷酸盐玻璃层、二氧化硅层的特性均较为接近，所以无掺杂二氧化硅层与硅磷酸盐玻璃层之间、无掺杂二氧化硅层与二氧化硅层之间的附着力均较大，从而使整个金属前介质层的质量较高。
此外，无掺杂二氧化硅层的厚度较厚，硅磷酸盐玻璃层中的磷离子的可扩散区域较大，从而不会造成磷离子聚集。
更进一步地，本发明金属前介质层的制造方法中，过渡层与介质层均采用高密度等离子体化学气相沉积设备形成，无需更换沉积设备，也无需添加新的工艺步骤即可，制造成本较低，制造方法较为简单。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种金属前介质层，包括介质层、位于介质层上的保护层，其特征在于，还包括位于介质层和保护层之间的过渡层，所述过渡层与介质层、保护层之间附着力大于介质层和保护层之间的附着力；所述介质层为硅磷酸盐玻璃层，所述保护层为二氧化硅层，所述过渡层为厚度大于
Figure FDA0000380161880000011
的无掺杂二氧化硅层。
2.如权利要求1所述的金属前介质层，其特征在于，所述硅磷酸盐玻璃层的厚度在的范围内。
3.如权利要求1所述的金属前介质层，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度在
Figure FDA0000380161880000013
的范围内。
4.一种金属前介质层的制造方法，其特征在于，提供衬底；在衬底上形成介质层；在介质层上形成过渡层；在过渡层上形成保护层，所述过渡层与介质层、保护层之间附着力大于介质层和保护层之间的附着力；其中，所述介质层为硅磷酸盐玻璃层，所述保护层为二氧化硅层，所述过渡层为厚度大于
Figure FDA0000380161880000014
的无掺杂二氧化硅层。
5.如权利要求4所述的金属前介质层的制造方法，其特征在于，所述在衬底上形成介质层的步骤包括：向高密度等离子体化学气相沉积设备中通入磷化氢，以形成硅磷酸盐玻璃层。
6.如权利要求5所述的金属前介质层的制造方法，其特征在于，所述硅磷酸盐玻璃层中磷的掺入浓度为3.5%～6%。
7.如权利要求5所述的金属前介质层的制造方法，其特征在于，所述在介质层上形成过渡层的步骤包括：在同一反应腔室内，停止向高密度等离子体化学气相沉积设备中通入磷化氢，以形成无掺杂二氧化硅层。
8.如权利要求7所述的金属前介质层的制造方法，其特征在于，形成无掺杂二氧化硅层的步骤包括：向高密度等离子体化学气相沉积设备中通入流量比例大于3：1的氧气和甲烷。
9.如权利要求4所述的金属前介质层的制造方法，其特征在于，在过渡层上形成保护层的步骤包括：通过等离子增强化学气相沉积方法或者次常压化学气相沉积方法形成二氧化硅层。
10.如权利要求4所述的金属前介质层的制造方法，其特征在于，在过渡层上形成保护层的步骤包括：通过正硅酸乙酯或者甲烷形成二氧化硅层。
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