TW442872B - Method for planarization of semiconductor device - Google Patents

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Description

442872 A7 B7 五、發明説明（1 ) <發明之货景:> 發明之範圍 .t 本發明係有關半等髁元件之平坦化方法•特別針對有 關當茌平坦化膜之熱蒸著過程（flow process)中，可防止 平坦化沈積曆之内所含有之撥雜不鈍物（dopants),發生沈 澱析出之現象者。 習見技術之說明 在半導髖元件中，在基板之上面，必需設置霣晶雅等 之主動基件，或如爾β且器等之被動基件，及多數層内部連 接構造。在形成主動基件與被動基件中，畲使該基板表面 發生凹凸不平。 由於在近年來半導艘元件的高密度與高度集合，半導 趙元件基板表面的不平已成為眾所注目的問題，且不只是 一個問題•其使得形成一高度精確细微圖樣更加困難。而 且内接庙或類似的構造也經常會發生·，為了解決這些問題 *將基板表面平坦化的技術也就成為必爾。 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 (请先閲讀背面之注意事項V :寫本頁) 習見者係Μ—例如氣化砂的絕緣材料層施加於此不均 匀表面·Μ利在未平坦化層的表面瑕成一更綑微的圖樣層 ，但是此二每:化矽曆僅有使结果所得之物體表面均等附著 而仍然在表面上造成凹凸不平的傾向。 因此，如此形成之不平坦表面上使用一般的轉印工程 ，要膨成更微细圖樣暦，是一種非常困難的事情。 為了形成平坦化曆，可在該不平坦之表面上覆蓋玻璃 物質，其可如下列。 -3 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ25>7公釐） 442872 經濟部中央標準局更工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（2) 例如SOG坡璃坊級膜（Spin on Glass Fill·)。
以及含有硼及/或磷等接雜不純物之玻瑀物質，如BPSG
I (棚隣砂酸鹽玻班.Boro Phospho Silicate Glass)、或 PSG(锁砂酸瘥玻璃，Phospho Silicate Glass)、BSG (硼 砂酸鹽玻瑰，Bo「o Silicate Glass) 〇 在如此的平坦化曆之中，含有硼及鱗之濟度為3 —5Wt %重霣比之BPSG層，可在大約400〜450^0低溫時被沈積在 半専賭元件之基板上，随即在800〜850Χ：高溫中進行熱蒸 著，立即隨即沈積·即可得到平坦的表面。在此過程中* 該BPSG内所含有之硼的湄度具有降低其熱蒸著（flow)溫度 之作用，層面之平坦化程度係與該BPSG内所含有之硼與磷 的漶度成比例，而該BPSG可消除如相I極與第一金属內接媒 之間所存在之凹凸不平，而將其填平。 利用習見之BPSG，使柵電極與第一金屬内接線間平坦 的方法，乃如第1圖所示，備有用Μ分離基件的場氣化物 2的砂化物晶板1之上面，以公開周知之方法，形成柵氧 化物膜3、栅電極4、及接合區域5。其後在柵電極4之 兩側面形成側壁隔板6，接著*利用化學斌相沈積法（CVD) 在矽晶板1上形成一如二氧砂之内水平絕緣層，其次， 為了填平由於場氧化物2，及柵®極4而發生之表面上的 凹凸不平，可應用等離子賭化學氣相沈積PECVE, Plasma enhanced chemical vapor deposition)或大氣壓力化學 無相沈積（APCVD, atmospheric pressure chemical vapor deposition)等方法。將一BPSG曆8 *形成在内水平絕緣 -4 — 本纸張尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -----ill·---裝------訂------^線 (祷先聞讀背面之注意事項一 /寫本頁) 442872 經濟部中央橾準局員工消費合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（3) 層7上。此時如上述說明*為得到更平坦的表面*較佳地 係將該BPSG8所含之硼、磷之濃度調整為3.5 —5重霣百分
• I 比° 然後將此表面已彩成BPSG層8之晶板1，装入溫度雄 持750 — 850¾之大氣胆擴敗爐（atucospheric diffusion faruace)内，缒鱭使擴散爐內之溫度羿高至800—850X：程 度，並將氮媒（心）注入擴散爐內。依此條件下進行熱退火 程序持續大約20—60分鐘，使該BPSG膜流動沈積而成為平 坦表面。其熱蒸著製程完成後，靜放擴散爐，使其內面溫 度降至650—*即可將晶板1自擴散爐搬出。 然後如第1圖所示在該上述已形成平坦化BPSG膜8於 表面的晶板1之上面，形成第2曆絕緣層，接下來Μ蝕刻 法（ETCHING),使第2層絕緣層的預定部份，BPSG膜8、及 第1層絕緣膜7等在下面之接合區域β處箱出而形成接觸 洞（CONTACT HOLE),然後製成金屬內接媒能夠與接合區域 5相接觸。 但為改菩BPSG層8之平坦化度，在該BPSG曆8内加強 摻入之不純物硼及磷原子•在經退火處理之熱蒸流動工程 時*因受高溫加熱關係硼及磷原子會向夕卜擴散。該棚、磷 原子因具有如上述之往外部突出之性質•將集結至BPSG曆 8之表面，此時集結在BPSG曆8表面遂成過飽和。此後， 將該晶板1搬出於大氣中時，該晶板1之表面將受溫度之 念刺變化及受大氣中濕氣的原因，集中在表面之硼、磷原 子*將Μ結晶形態析出在晶板1之表面上。依此形戎所析 —5 — 本紙伕尺度適用中國國家梯準（CNS) Α4規格（2丨〇Χ297公釐） -----..——,---裝------訂------^線 (請先閲讀背面之注意事項一 /寫本頁) 442872 經濟部中央榡準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（4 ) 出之結晶物，在半導體元件之製造中，不但會引起圖樣形 成時之结晶的缺陷，也會引發如集結顆粒（nutting)等之
I 圖樣缺陷。又，硼、磷原子結晶之缺陷也膨響BPSG曆8之 絕綠特性及平坦化特性。 <發明之總論> 本發明之主要目的，係為提供半導賊元件之平坦化方 法，其使用之BPSG曆經熱蒸流動程序後將該晶板從攘敗爐 搬出在常溫中時，能防止在該BPSG曆表面析出所接雜不肫 物之結晶，藉从此防範结晶缺陷之發生者。 本發明之另一目的•在提供一種可使沈積在BPSG曆上 材料層容易形成圖樣〇 為達成上述之目的，依本發明所提供之半導嫌元件之 平坦化方法》包含下列步躲為特徽： ⑴提供一半導骽基板•其上形成有一具有凹凸不平之 圖樣曆i ⑵在有發生凹凸不平之半導賭基板之上面，形成一内 水平絕緣凹凸曆； (¾在上述內水平絕緣層上部，形成一含有接雜不純物 之平坦化層； ⑷將上述平坦化曆中所含有之接雜不純物•使其擴散 » (5)對上述平坦化層·施行熱蒸流動（Flow)附著程序。 茲將本發明之較佳實施形態*其他目的與優點參照所 添附之圖樣，詳細說明如下。 一 6 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4現格（210X297公釐) ------------^------ΐτ------ (請先Μ讀背面之注意事項κ ;寫本X ) Μ濟部中央標準局貝工消费合作社印奴 442872 A7 _ _B7_ 五、發明説明（5 ) <圖式之簡單說明> 第1圖為銳明從來習見之半導艘元件平坦化方法所用
.I 之剖面圖。 自第2A-E画為說明依本發明之半等級元件之平坦化 方法所用之各步驟剖面圓。 <圖示中元件數字與名稱對照> 1 10 砂化物晶板 2 11 埸氧化膜 3 12 柵氧化膜 13 聚合砂 4 14 柵霣極 5 15 接合域 16 隔片 6 17 絕緣曆 7 18 BPSG 層 18Α 經過熱蒸流動所附著之BPSG曆 100 晶板 <較佳具賭實施例之說明:> 請參照第2A圖，茌矽晶板10上面預定部分利用之加热 成長，形成一場氧化物11。陲後.Μ厚度約100—200&之柵 氧化物12，乃利用蒸氣沈積方式沈積於砂晶板10之上部， 且一含有摻雜不純物之聚合砂層13，依化學氣相沈積方法 沈積在棚氧化物12之上都成龄。然後，侬公開周知之光蝕 刻（PHOTO-LITHOGRAPHY)方法，茌聚合砂層13之上部，形成 -7 - 本紙伕尺度適用t國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -----.------裝------訂------^線 (請先閱讀背面之注意事項V ,ί寫本頁) 442812 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 光罩画樣（PHOTO-MASK PATTERN) » (此項在圚示中未予顯 示），随即利用此光罩圈_，使聚合砂曆13及柵親化物12 完成圃樣化而形成柵爾極14。在該柵笛極14之兩邊夕卜露出 來之砂化物晶板10 , Μ離子注入法，形成雜質滲入區域15 ,並在該柵電極14之兩側墙面上形成用來形成具有低度港 雜洩極LDD構造之金氧半埸效懕電晶艘（M0SFET)之隔Η ( SPACER) 16,而隔片16係以公開周知之二氧化砂層之異方性 蝕刻法成形。 如第2BIH所示•如二氧化砂層之絕緣曆17 ,係以化學 氣相沈積（CVD)方式瑕成在整個結果物檐造（如第2A_所示 之表面上）。然後，將含有^雜物，例如一BPSG曆18，Μ APCVD方式依400-450r；溫度及大氣應條件沈横於絕緣層17 上部。又BPSG層18也可腥用PECVD方式形成。此項BPSG雇 18，係為改善提高其平坦化特性關係，較佳的係採用將硼 及磷離子以高濃成分含在其内之材科。 經過上述BPSG層18形成於晶板10之上的程序後，該BPSG 雇中所含有之摻雑不純物，痛迫其向夕卜擴散，因此將該晶 板10送入，維持650—750"〇溫度之低歷化學蒸無沈横LPCVD 反懕爐。LPCVD反懕爐内之壓力要維持10—lOOniTorr,時間 約為60分鐘，逍行實施第一熱退火步躲。在上述第一熱退 火工程中，如第2C_之表示，含在BPSG層18之如硼及琐之 摻雜不純物將從其表面擴散到BPSG層18之外部，而該BPSG 曆18表面之湄度，因受外部擴散之瞄係將會減少。此等被 擴散到外部之硼及鱗等之原子，係以唧筒抽吸（Pumping) —g 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) 格丨210 X 2S»7公釐） -----------^------iT------Γ0 (請先闐讀背面之注意事項-V寫本頁) 經濟部中央標準局一^工消费合作社印製 4428 7 2 A7 B7 五、發明説明（7 ) 程序從該反懕爐製備排出至反懕爐外面。 然後，為給BPSGJH18加工做熱蒸流動附著（FLOW)工程 r ，箱將LPCVD裝備之反應爐之溫度昇高至850—900*C,並使 反懕爐内維持氮氣大氣歷，Μ此條件將陔晶板10，經過20 一40分鐘之第二次熱退火工程。如此經過熱蒸之後*如第 2D圓所示，BPSG曆18被熱蒸流動工程處理後，該晶板10之 表面，可成平坦之表面，而且其接雜不鈍物的沈澱將不畲 發生。 參照第2Ε圃，為了在BPSG曆18表面形成純化保護廢19 之故，反應爐内乃注入一餌化二氣MxCm體，並以相同溫度 利用熱蒸流動附著程序，與熟氣化，S$BPSG雇上形成熱氣 化物。該鈍化保護膜19，係預防萬一因受溫度之急刻變化 ，設使有撥雜不純物在BPSG層析出時，也能夠Μ此純化保 護層19，在晶板10從反應爐移出時，阻止該摻雜不純物不 會跳出外面，Κ利防止發生结晶缺陷。 其後即將LPCVD裝備之反應爐溫度降下至680〜720 , 搬出晶板10。如此，第一退火程序、第二退火程序與純化 保護磨形成程序都在相同的反應爐中進行，不會有真空破 壞或中斷的情形。 依本發明之方法，含有撗雜不純物之氣化層，苜先將 該接雑不純物Μ所規定之溫度，迫其往夕卜面擴散，再以熱 蒸流動工序退火處理，使其平坦化，並可防止該播雜不純 物發生結晶析出。依此可防止结晶缺陷之問題，隨其後要 進行的圖樣成彩程序時，能使圖樣之形態，得随所意向希 -9 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） I---__--IL---裝------訂------^線— {請先閱讀背面之注意事項，''>,寫本頁) 4 2 A7 _B7_ 五、發明説明（8 ) 望之形態任意成形，且獲得優良的絕緣特性。 如上所述係依本發明特定之資施例經詳细之銳明’但 .} 如K不超出本說明軎記載之精神，對本發拐所作之種棰變 更與修正亦應仍在本策之申讅專利範圃内。 I —II---裝------訂------^線·!. (诗先閏讀背面之注意事項-.%.寫本頁) 經濟部中央榇牟局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨Ο X 2?7公釐）

Claims (1)

  1. 442872 A8 B8 C8 DS 六、申請專利範圍 1. 一種半導頒元件之平坦化方法，包含下列步驟： ⑴提供一半導體基板，其上形成有一具有凹凸不平之圈 ; 樣層； ⑵在有發生凹凸不平之半導腾基板之上面•形成一内水 平絕緣凹凸曆； ⑶在上述内水平絕緣層上部，形成一含有摻雜不純物之 平坦化曆i W將上述平坦化層中所含有之播雑不純物•使其擴敗； (5)對上述平坦化層，施行熱蒸流動（Flow)附著程序。 2. 如申請專利範画第1項之半辱體元件之平坦化方法，其 中平坦化靥為BPSG者。 3. 如申誧專利範睡第1項之半導體元件之平坦化方法*其 中，平坦化曆中所含有之接雜不純物，係以熱退火程序 使其擴散者。 4. 如申請專利範園第1項之半導趙元件之平坦化方法，其 中擴散步驟係在一650〜750TC之溫度及10—lOOmTorr之 應力，經50—70分鐘进行者。 經濟部中央榡率局員工消費合作社印製 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 5. 如申請專利範圃第1項之半導體元件之平坦化方法*所 述熱蒸流動附著程序時，係在850〜900TC之溫度，經25 一 35分鐘之處理者。 化如申請専利範圃第1項之半導體元件之平坦化方法，其 中所述步驟均在擴散與熱蒸流動附著同一反應爐中連續 施行，而無輿空中斷的情形。 Y.如申請專利範圃第6項之半導趙元件之平坦化方法，其 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 442872 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 中所述兩個步驟均在LPCVD反懕爐中進行者。 8. 如申請專利範画第1項之半導照元件之平坦化方法，其 更包括在平坦化之已熱蒸流動附著層之上形成一純化保 護層之步驟者。 9. 如申誧專利範圍第8項之半導埋元件之平坦化方法，所 述純化保護膜係Μ熱氣化程β彩成者。 10. 如申請專利範圍第8項之半等照元件之平坦化方法*形 成所述熱氧化程序，係在一&0瓶應下施行者。 11·如申請專利範画第8項之半導通元件之平坦化方法，其 中所有的所述擴散步驟，熱蒸流動附著步明ί » Μ及所述 純化保護膜彤成之步驟，均Μ同一反應爐連績施行者。 12.如申請專利範画第6項之半辱照元件之平坦化方法，其 中所述所有步驟均在LPCVD室中進行者。 ---------Ί 裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部4-央標芈局員工消費合作社印策 -12 - 本紙張尺度適用中國_家標準（CNS ) ΑΊ規格（210Χ297公釐）
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