CN103646916B - 改善hdp psg工艺的方法及金属沉积前的介电质层制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改善HDP？PSG工艺的方法及金属沉积前的介电质层制造方法。所述改善HDP？PSG工艺的方法包括：执行清洗，以去除腔室中的累积薄膜；进行预沉积，以形成特定的腔室气氛，并且，在预沉积之后实施氢气钝化处理,使腔室达到H原子饱状态；依次针对多个晶圆执行高密度等离子体淀积以淀积磷硅玻璃层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种改善HDPPSG工艺的方法。
背景技术
当晶体管器件结构完成之后，进入后段铜工艺之前，需要一层PMD（Pre-MetalDielectric金属沉积前的介电质）淀积层，将晶体管表面高低不平的栅与源漏区填充并将表面磨平，为后段铜工艺的平整化奠定基础。在以线宽130纳米/110纳米的工艺流程中，HDP（高密度等离子体）PSG（磷硅玻璃）工艺往往成为金属沉积前的介电质层的制程核心。HDP工艺本身特点具有优良的填孔性，PSG薄膜常用于金属沉积前的介电质层的制造，主要因为PSG中的磷具有一定的吸杂作用，可以有效控制晶体管器件的杂质含量，保证器件的工作范围和稳定性。
但是,当使用Lam供应商的SPEED机台做HDPPSG工艺时，由于其复杂性，实际中工艺压力会有一个上升趋势，从而造成PSG薄膜的磷含量有一个下降趋势。这种工艺的趋势不利于制程的在线控制和产品的性能稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够改善HDPPSG工艺的方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明的第一方面，提供了一种改善HDPPSG工艺的方法，其包括：
第一步骤：执行清洗，以去除腔室中的累积薄膜；
第二步骤：进行预沉积，以形成特定的腔室气氛，并且，在预沉积之后实施氢气钝化处理,使腔室达到H原子饱状态；
第三步骤：依次针对多个晶圆执行高密度等离子体淀积以淀积磷硅玻璃层。
优选地，利用NF3气体去除腔室中的累积薄膜。
优选地，第二步骤中，氢气钝化处理包括：在腔室内通入氢气和氧气，并利用高频射频功率对氢气进行辐射，从而产生H原子，使腔室达到H原子饱状态。
优选地，在氢气钝化处理中，H2流量为1000-1500sccm,O2流量为300-500sccm,射频功率为2000-3000瓦，工艺时间为20-50秒。
优选地，所述多个晶圆的个数优选地介于4个至20个之间。
根据本发明的第二方面，提供了一种金属沉积前的介电质层制造方法，其包括：
首先，在形成有器件结构的硅片表面淀积一个层间电介质阻挡氮化物层；
随后，执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层；
此后，利用化学机械研磨对磷硅玻璃进行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃层；
此后，执行正硅酸乙酯覆盖层淀积；
最后，执行接触孔光刻、刻蚀以形成通孔；
其中，执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层的处理包括根据本发明的第一方面所述的改善HDPPSG工艺的方法。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1至图5示意性地示出了形成金属沉积前的介电质层的主要步骤。
图6示意性地示出了根据现有技术工艺的磷含量曲线。
图7示意性地示出了根据本发明实施例的改善HDPPSG工艺的方法的流程图。
图8示意性地示出了根据本发明实施例工艺的磷含量曲线。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
在详细描述根据本发明的改善HDPPSG工艺的方法之前，首先简要描述形成金属沉积前的介电质层的主要步骤。在半导体加工制造过程中，金属沉积前的介电质层是为了在器件上形成有吸杂功能的平坦化介质层，为后段的金属连线铺垫基础。
具体地，图1至图5示意性地示出了形成金属沉积前的介电质层的主要步骤。如图1至图5所示，形成金属沉积前的介电质层的主要步骤包括：
首先，在形成有器件结构的硅片表面淀积一个层间电介质阻挡氮化物层10；
随后，执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层20（即，HDPPSG工艺）；
此后，利用化学机械研磨对磷硅玻璃进行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃层21；
此后，执行正硅酸乙酯覆盖层30淀积；
最后，执行接触孔光刻、刻蚀以形成通孔40。
而且，在现有技术中，对于执行高密度等离子体淀积以淀积磷硅玻璃层20（即，HDPPSG工艺）的步骤，一般在实际工艺制程中，在使用LAMSPEED型号的机台的HDPPSG工艺中，一般为N（N=4至20）片硅片淀积后做一次清洗（shutdownclean），然后以此循环。
即，在在现有技术中，对于执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层20的步骤，可依次执行下述步骤：
执行清洗，以去除腔室中的累积薄膜；
进行预沉积，具体地，为了使腔室的工艺气氛近可能接近淀积气氛，利用预沉积步骤营造一个与淀积相似的腔室气氛，从而减少工艺的首片效应；
依次针对多个晶圆执行高密度等离子体淀积以淀积磷硅玻璃层；
此后，处理回到最初的执行清洗的步骤，并以此循环下去，直到处理完所有需要沉积磷硅玻璃层的晶圆。
但是，收集N片硅片的工艺淀积的设备参数,发现工艺气压会呈上升趋势。HDPPSG工艺监控结果显示：随硅片数的增加，膜厚、磷含量相应的呈下降趋势；图6示意性地示出了根据现有技术工艺的磷含量曲线，其中纵坐标为磷含量，横坐标为硅片数。这种呈下降趋势的薄膜磷含量，不仅会给后续的化学机械研磨处理带来不可控性，还会影响产品的稳定性。
鉴于上述问题，发明人有利地发现，工艺气压呈上升趋势的机理分析为：怀疑是H原子有析出造成压力的变化。因为H原子很小，泵的排气很难抽走H原子。而H原子的来源主要是反应气体中的PH3（磷烷）。
进一步地，通过冷泵的保养机理可以间接论证上述推断：冷泵（cryopump）是用吸附方式达到更到的真空度。但是冷泵过了一段使用时间需要“再生（re-generation）”，原因就是当冷泵吸附了一定量的H原子后，由于H原子很难被抽走，所以会降低冷泵的吸附能力，所以需要用加热的方式将H原子排走，这就是冷泵再生。
发明人有利地提出：既然推断出是由于H原子析出的原因，那么在预沉积的环节上增加一步“氢气钝化（H2passivation）”,即在淀积前，事先用H2与射频RF功率的方式分解H，使腔室中的H原子实现达到饱和，从而稳定工艺中的气压，也就可以稳定了磷硅玻璃薄膜磷含量。
图7示意性地示出了根据本发明实施例的改善HDPPSG工艺的方法的流程图。
如图7所示，根据本发明实施例的改善HDPPSG工艺的方法包括：
第一步骤S1：执行清洗，以去除腔室中的累积薄膜；例如，可利用NF3气体去除腔室中的累积薄膜；
第二步骤S2：进行预沉积，以形成特定的腔室气氛；由此，使腔室的工艺气氛近可能接近淀积气氛，利用预沉积步骤营造一个与淀积相似的腔室气氛，从而减少工艺的首片效应；并且，在预沉积之后实施氢气钝化处理,使腔室达到H原子饱状态，这样可以实现分压的作用从而稳定后续淀积磷硅玻璃层的工艺压力。
优选地，氢气钝化处理包括：在腔室内通入氢气和氧气，并利用高频射频功率对氢气进行辐射，从而产生H原子，使腔室达到H原子饱状态。由此，使得H原子在后续的整个工艺过程中都处于饱和状态。其中，少量的氧气是为了帮助氢气离化。
进一步优选地，第二步骤S2中，H2流量为1000-1500sccm,O2流量为300-500sccm,射频功率为2000-3000瓦，工艺时间为20-50秒。氢气钝化处理的实施提高了HDPPSG工艺的稳定性，改善了产品的良率。显然，本发明不限于上述具体参数，包括一定范围内的参数调整；上述具体参数仅仅是优选的工艺条件，以实现最佳的工艺效果。
第三步骤S3：依次针对多个晶圆执行高密度等离子体淀积以淀积磷硅玻璃层；所述多个晶圆的个数优选地介于4个至20个之间；
此后，处理回到最初的执行清洗的步骤，并以此循环下去，直到处理完所有需要沉积磷硅玻璃层的晶圆。
图8示意性地示出了根据本发明实施例工艺的磷含量曲线，其中纵坐标为磷含量，横坐标为硅片数。通过与现有技术的图6对比，可以看出，在现有技术中，如图6所示，量产时随着硅片数的增加，磷含量呈显著下降趋势，第一片硅片与第十片硅片间，磷含量差有0.12%之多；
采用本发明实施例的效果，可以从图8看出，量产时随着硅片数的增加，磷含量虽然也随硅片数增加而下降，但是下降趋势相对变缓，第一片硅片与第十片硅片间，磷含量差不足0.09%；
虽然磷含量有所提高，但是磷含量的绝对值可以通过调节PH3流量来调节使之中心化，而稳定性却是工艺参数所无法调节的。本发明通过实施氢气钝化技术，在稳定HDPPSG工艺压力的同时，也优化了HDPPSG工艺中的磷含量稳定性问题。
由此，解决PMD工艺中使用LAMSPEED机台做HDPPSG淀积工艺，由于H的析出造成淀积过程中，工艺压力逐渐上升，造成PSG薄膜磷含量逐渐下降的问题，从而改善制程的在线可控性和产品良率。
根据本发明的另一优选实施例，本发明还提供了一种金属沉积前的介电质层制造方法，包括：
首先，在形成有器件结构的硅片表面淀积一个层间电介质阻挡氮化物层10；
随后，执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层20（即，HDPPSG工艺）；
此后，利用化学机械研磨对磷硅玻璃进行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃层21；
此后，执行正硅酸乙酯覆盖层30淀积；
最后，执行接触孔光刻、刻蚀以形成通孔；
其中，执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层的处理包括图7所示的根据本发明实施例的改善HDPPSG工艺的方法的流程。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种改善HDPPSG工艺的方法，其特征在于包括：
第一步骤：执行清洗，以去除腔室中的累积薄膜；
第二步骤：进行预沉积，以形成与淀积相似的腔室气氛，并且，在预沉积之后实施氢气钝化处理,使腔室达到H原子饱状态；
第三步骤：依次针对多个晶圆执行高密度等离子体淀积以淀积磷硅玻璃层。
2.根据权利要求1所述的改善HDPPSG工艺的方法，其特征在于，利用NF3气体去除腔室中的累积薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的改善HDPPSG工艺的方法，其特征在于，第二步骤中，氢气钝化处理包括：在腔室内通入氢气和氧气，并利用高频射频功率对氢气进行辐射，从而产生H原子，使腔室达到H原子饱状态。
4.根据权利要求3所述的改善HDPPSG工艺的方法，其特征在于，在氢气钝化处理中，H2流量为1000-1500sccm,O2流量为300-500sccm,射频功率为2000-3000瓦，工艺时间为20-50秒。
5.根据权利要求1或2所述的改善HDPPSG工艺的方法，其特征在于，所述多个晶圆的个数优选地介于4个至20个之间。
6.一种金属沉积前的介电质层制造方法，其特征在于包括：
首先，在形成有器件结构的硅片表面淀积一个层间电介质阻挡氮化物层；
随后，执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层；
此后，利用化学机械研磨对磷硅玻璃进行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃层；
此后，执行正硅酸乙酯覆盖层淀积；
最后，执行接触孔光刻、刻蚀以形成通孔；
其中，执行高密度等离子体以淀积磷硅玻璃层的处理包括根据权利要求1至5之一所述的改善HDPPSG工艺的方法。
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