CN103178049A - 自对准接触孔绝缘层的结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自对准接触孔绝缘层的结构，主要由磷硅玻璃薄膜、硼磷硅玻璃薄膜和无掺杂硅玻璃薄膜三层氧化膜构成。本发明还公开了上述膜层结构的制备方法。本发明通过减小PSG薄膜的厚度，用相同厚度的沉积BPSG薄膜代替，大大减少了PSG生长过程中形成的花状外壳，从而降低了出现刻蚀停止的可能性，同时扩大了刻蚀工艺的窗口，降低了自对准接触孔刻蚀的工艺难度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及自对准接触孔刻蚀工艺中，绝缘层的氧化膜膜层结构，及该种膜层结构的制备方法。
背景技术
在自对准接触孔(self-aligned contact，SAC)刻蚀工艺中，为了省掉接触孔绝缘层中额外的SAC刻蚀阻挡层，以降低光刻的对准难度，缩小器件的尺寸，可以采用高浓度(磷的质量百分比为8～10％)的PSG(Phosphosilicate Glass，磷硅玻璃)薄膜和USG(无掺杂硅玻璃)薄膜组合，构成金属层与多晶硅之间的绝缘层(pre-metal dielectric，PMD)介质膜，同时使用特殊的刻蚀气体C2H2F4(四氟乙烷)，提高PSG对二氧化硅的刻蚀选择比，实现自对准接触孔刻蚀。
PSG薄膜的制备主要采用化学气相淀积(CVD)工艺。在制备高浓度的PSG时，由于CVD工艺特有的二次溅射，在多晶硅表面很容易形成低磷含量的壳，称为花状外壳(flowerpattern)，如图1所示。由于花状外壳1里的磷含量比较低，会引起SAC刻蚀速率下降，而且，如果花状外壳1过大过厚，减小了自对准接触孔4刻蚀的窗口，还会引起自对准接触孔4刻蚀停止现象，如图2所示，更不利于降低器件尺寸的设计要求，因此，有必要对绝缘层中的氧化膜膜层结构加以优化调整。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自对准接触孔绝缘层的结构，它可以增大自对准接触孔刻蚀工艺窗口。
为解决上述技术问题，本发明的自对准接触孔绝缘层的结构，包括有磷硅玻璃薄膜、硼磷硅玻璃薄膜和无掺杂硅玻璃薄膜三层氧化膜。
本发明要解决的另一技术问题是提供上述自对准接触孔绝缘层结构的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的自对准接触孔绝缘层结构的制备方法，包括以下步骤：
1)用高密度等离子体化学气相沉积方法，淀积一层磷硅玻璃薄膜；
2)用亚大气压化学气相沉积方法，在磷硅玻璃薄膜上淀积一层硼磷硅玻璃薄膜；
3)用亚大气压化学气相沉积方法，在硼磷硅玻璃薄膜上再淀积一层无掺杂硅玻璃薄膜。
本发明通过减小PSG薄膜的厚度，并用相同厚度的沉积BPSG薄膜取代减薄的PSG膜层结构，形成PSG-BPSG-USG 3层氧化膜结构的绝缘层，在保证PSG薄膜作为自对准通孔刻蚀阻挡层的特性未发生变化的前提下，大大减少甚至消除了PSG生长过程中形成的花状外壳，避免了因花状外壳处P浓度低而导致的刻蚀停止现象，并同时扩大了光刻对准的窗口，降低了自对准接触孔刻蚀的工艺难度。
附图说明
图1是在用CVD工艺制备PSG薄膜时，出现花状外壳示意图。
图2是自对准接触孔刻蚀过程中，因花状外壳过厚而导致刻蚀停止的示意图。
图3是本发明实施例中，在完成PSG薄膜淀积后的结构示意图。
图4是本发明实施例，自对准接触孔绝缘层的氧化膜膜层结构制作完成后的结构示意图。
图中附图标记说明如下：
1：花状外壳
2：栅极
3：栅极边墙
4：接触孔
5：PSG薄膜
6：BPSG薄膜
7：TEOS薄膜
具体实施方式
为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下：
本实施例的自对准接触孔绝缘层，如图4所示，由PSG薄膜5、BPSG(硼磷硅玻璃)薄膜6和TEOS(正硅酸乙酯)薄膜7三层氧化膜组成。该氧化膜膜层结构的具体形成工艺步骤如下：
步骤1，在完成栅极2和栅极边墙3的制作后，用高密度等离子体化学气相沉积的方法，淀积一层500～600埃米的PSG薄膜5，如图3所示。
淀积条件：气压为3～15毫托，功率为2000～3000瓦，反应气体为O2(氧气)、SiH4(硅烷)和PH3(磷烷)的混合气体，轰击气体为Ar(氩气)或He(氦气)，反应温度一般控制在400～600摄氏度。
由于淀积的PSG薄膜5的厚度很薄，因此，淀积过程中产生的花状外壳1会薄很多、窄很多，甚至会完全消失，这样，在后续进行接触孔刻蚀时，刻蚀工艺窗口就会变大，发生刻蚀停止的可能性就会小很多。
步骤2，用亚大气压化学气相沉积方法，将TEOS、TEPO(磷酸三乙酯)、TEB(硼酸三乙酯)这三种反应液体气化后，用He气载入通入机台中进行反应，在PSG薄膜5上淀积一层厚度为4200埃米的BPSG薄膜6。
淀积条件为：气压200～600托，反应温度控制在400～500摄氏度左右。
这层BPSG薄膜6用于代替所减少的那部分PSG(厚度大约4200埃米)，以保证在减薄PSG薄膜后，氧化膜绝缘层仍能具有良好的填孔能力。
步骤3，用亚大气压化学气相沉积方法，将TEOS反应液气化后，用He气载入通入机台中进行反应，在BPSG薄膜6上再成长一层2000埃米的TEOS薄膜7，完成自对准接触孔绝缘层氧化膜膜层结构的制作，如图4所示。
Claims (10)
1.一种自对准接触孔绝缘层结构，其特征在于，所述绝缘层包括有磷硅玻璃薄膜、硼磷硅玻璃薄膜和无掺杂硅玻璃薄膜三层氧化膜。
2.根据权利要求1所述的自对准接触孔绝缘层结构，其特征在于，所述磷硅玻璃薄膜的厚度为500～600埃米，所述硼磷硅玻璃薄膜的厚度为4200埃米。
3.根据权利要求2所述的自对准接触孔绝缘层结构，其特征在于，所述无掺杂硅玻璃薄膜的厚度为2000埃米。
4.根据权利要求3所述的自对准接触孔绝缘层结构，其特征在于，所述无掺杂硅玻璃薄膜为正硅酸乙酯膜。
5.权利要求1所述自对准接触孔绝缘层结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用高密度等离子体化学气相沉积方法，淀积一层磷硅玻璃薄膜；
2)用亚大气压化学气相沉积方法，在磷硅玻璃薄膜上淀积一层硼磷硅玻璃薄膜；
3)用亚大气压化学气相沉积方法，在硼磷硅玻璃薄膜上再淀积一层无掺杂硅玻璃薄膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述磷硅玻璃薄膜的厚度为500～600埃米，所述硼磷硅玻璃薄膜的厚度为4200埃米。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1)，淀积条件为：气压3～15毫托，功率2000～3000瓦，反应温度400～600摄氏度，反应气体为氧气、硅烷和磷烷的混合气体，轰击气体为氩气或氦气。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2)，淀积条件为：气压200～600托，反应温度400～500摄氏度，反应气体为气化后的正硅酸乙酯、磷酸三乙酯和硼酸三乙酯气体。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述无掺杂硅玻璃薄膜为正硅酸乙酯膜。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述无掺杂硅玻璃薄膜的厚度为2000埃米。
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