TW461107B - Method for producing borophosphosilicate glass (BPSG) film with moisture resistance - Google Patents

Description

461107 五、發明說明（1) 發明背景 發明之頜铋. 本發明係關於一種用於半導體裝置中之硼磷矽玻璃膜 的製造方法’特別是關於具有優異之抗水氣性的硼磷矽玻 璃膜的製造方法。 相關技術之描沭 硼磷石夕玻璃（borophosphosilicate glass, BPSG)被 廣泛使用在半導體裝置中，因為BPSG比起一般的絕緣材 料，其具有較低的回流（r e f 1 〇 w )溫度，而常被用來平坦化 半導體裝置中的梯狀表面（stepped surfaces)。但是， BPSG有吸收水氣的現象，當半導體裝置只以BpSG膜來覆蓋 時’此BPSG膜會吸收空氣中的水氣，其吸收水氣的速度則 取決於空氣中的溫度及蒸氣壓，吸收水氣後的βρ%膜易形 成硼或磷化合物的結晶’在BPSG膜表面形成結晶性的微粒 (particle)，造成後續微影及蝕刻製程的問題，導致良率 下降。 習知上解決BPSG膜之易吸水性的方法，_„般都在B p S G 膜製程的最後步驟中，於BPSG膜上形成一層薄的蓋層（cap layer) ’以增加BPSG膜本身的抗水氣性。圖ία與iB即顯示 習用之BPSG膜及蓋層的形成方法。如圖ία所示.，首先，在 半導體裝置之梯狀表面的上方沈積一BPSG膜11。接著，再 於此BPSG膜11上形成一蓋層12，如圖ΐβ所示。 在許多美國專利中曾揭露上述蓋層的形成方法。例 如，在美國專利第5, 094, 984號公報中，Liu等人揭露一種

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五、發明說明（2) 利用蓋層減少BPSG膜吸收水氣的方法。此方法為先在真空 中形成一BPSG膜’接著在不破真空之下，立刻在此Βρ%膜 上形成一層薄的蓋層，其材料為未添加摻質的氧化矽層或 氮化矽層。 曰 又，在美國專利第5, 166, 101號公報中，Ue等人揭露 、一種形成BPSG蓋層的方法。以化學氣相沈積法（CVD)在晶 片上形成一BPSG膜之後，再於此BPSG膜之上形成一BpsG蓋 層。此BPSG蓋層係以電漿協助（piasma assisted)cvj)法所 开>成’其具有無吸濕性的（non-hygroscopic)表面。以傅 立葉轉換紅外線光譜儀檢測可知，在此BPSG蓋層形成數天 後，仍無觀測到其吸收水氣的現象。 +在美國專利第5,以6, 556號公報中，Yang亦揭露一種 蓋層的使用。此蓋層的材料為低摻質濃度的硼磷矽玻璃 (low-doped BPSG)，其中硼的含量為3_4重量百分比 %)、碌的含直為2-4重量百分比（wt %)。此βρ%筌展宙你 阻障層’以在沈積BPSG層後到BPSG層回火時之間的^時門 中，將霞層的吸水氣量減至最小。吟之間的時間 如上所述，一般常被用來形成蓋層的材料為低摻質濃 度的硼磷矽玻璃。除此之外，未添加摻質的矽玻璃 (non-doped silicate glass，NSG)也是習用的蓋層材 料。但是，本發明的發明人發現藉由蓋層所產生的曰抗水氣 效果仍不足夠。例如，使用NSG膜來作為蓋層 只处 BPSG膜具有約三天的抗水氣效果。說明如下。 他 首先，以溫度480 t及下述之沈積條件形成一厚度約

第5頁 461107 五、發明說明（3) 800 0埃的BPSG膜：正矽酸四乙酯 (tetraethylorthosilicate，TE0S)流速500 每分鐘標準毫 升（standard c. c. per minute, seem) ;03 與〇2 流速5000 seem ;硼酸三曱酯（trimethyl borate，TMB)流速 100 3(：〇111;及磷酸三曱酯（1：1^11161;1^1卩11〇5?1^16，了祕015)流速50 seem。之後，以下述之沈積條件在溫度480 °C下，於BPSG 膜上形成一厚度約為100至150埃的NSG蓋層：TE0S流速5 00 seem ;及03與02 流速5000 seem。 接著’利用傅立葉轉換紅外線光譜儀（FT-IR光譜儀） 來分析此NSG蓋層的表面，以得到其表面是否吸收水氣的 相關資料。所得資料如圖2所示。NSG蓋層所吸收的水氣將 進行化學反應彬成Si-0H基與H20基，前者將在波數 (wavenumber)3605-365Oenr1範圍内產生吸收峰、後者則在 波數3340-3390CHT1範圍内產生吸收峰。如圖2之FT-IR光譜 圖所示’在波數3200-3700cm_1範圍内的吸收峰已開始升 高’此表示具有NSG蓋層的BPSG膜放置在一溫濕度控制良 好之無塵室三天後即有吸收水氣的現象。此外，以光學顯 微鏡觀察亦發現’在晶片表面有吸附細小水滴的現象發 生。由此可知’此習用之NSG蓋層並無法提供BPSG膜足夠 長時間的水氣隔絕效果。 發明之目的與概要 本發明之目的在於解決BPSG膜之水氣隔絕效果不佳的 問題。依照本發明之技術，BPSG膜的水氣隔絕效果可以持

第6頁 461107 五、發明說明（4) 續較長的時間’俾能使B p s G膜不需如習知技術般立刻進行 回火’而使製程更具彈性，且可以提供可靠性更好的製 程。 本發明所提供之一種具抗水氣性之爛墙石夕玻璃膜的製 ie方法’包含以下各步驟：沈積一爛磷梦玻璃膜；與使前 述爛磷矽玻璃膜的表面暴露在氮氣電漿中2〇秒以上的時 間 其中使用7〇〇_1〇〇〇瓦的射頻功率（radio frequency power) ° 在本發明的實施態樣中，此製造方法所形成之硼磷矽 玻璃膜具有硼濃度為介於4至5.5重量百分比之間、磷濃度 為介於5. 5至7重量百分比之間。 此外’本發明人發現在使用氮氣電漿處理該硼罐矽玻 璃膜的表面後，會在該表面形成一包含氮化物（3ί〇χΝγ)的 薄層’此薄層能阻止水氣的侵入。 本發明之上述及其他目的、優點和特色由以下較佳實 施例之詳細說明中並參考圖式當可更加明白，其中： 圖1A與1B為顯示習用之肿別膜及蓋層的橫剖面圖； 圖2為顯示具有NSG蓋層的BPSG膜的FT-IR光譜圖； 圖3A與3B為顯示本發明之具抗水氣性的bpsg膜的製造 步驟的橫剖面圖； 圖4為顯示本發明之BPSG膜的FT-IR光譜圖。

第7頁 461107 五、發明說明（5) 符號說明 11 BPSG 膜 12蓋層 31 BPSG膜 32氮氣電漿 較佳實施例之詳細銳.明 依照本發明，具抗水氣性之BPSG膜的製造方法並不採 用習用之形成蓋層的方法，而是在BPSG膜形成後，直接對 其進行表面處理以改善BPSG膜的水氣隔絕效果。 圖3A與3B為顯示本發明之具抗水氣性的BpsG膜的製造 步驟。如圖3A所示，在半導體裝置之梯狀表面的上方沈積 一BPSG膜31。此BPSG膜31係以下述之沈積條件所形成： TE0S 流速500 seem ; 〇3 與〇2 流速5000 seem ;TMB 流速 100 seem ; TMOP流速50 seem ;及溫度480 °C。所形成的硼磷矽 玻璃膜具有硼濃度為介於4至5.5重量百分比之間、及磷濃 度為介於5.5至7重量百分比之間。 之後’將BPSG膜31暴露在氮氣電漿32中，如圖3B所 示，持續約20秒以上的時間，其中使用7004 〇〇〇瓦的射頻 功率。在本發明的較佳實施例中，以氮氣電漿32處理卯別 膜31所使用的最佳條件是在9〇〇瓦的射頻功率下進行 的處理時間。 办 接著，利用FT-IR光譜儀來分析本發明的叩別膜的 面，以得到其表面是否吸收水氣的相關資料。如在「相關

? 46 1 1 07 五、發明說明（6) 技術之描述」中所述’ BPSG膜所吸收的水氣將進行化學反 應形成Si-OH基與H2〇基’而將分別在FT-IR光譜圖中之波 數在36 0 5-36 5 0〇111-1範圍、與波數在3340-3390〇111-1範圍内產 生吸收峰。圖4即顯示其分析所得資料。如圖4所示，本發 明之經氮氣電漿處理的B P S G膜放置在一溫濕度控制良好之 無塵室達十天後仍無觀測到有吸收水氣的現象，亦即在波 數3200-3700CIT1範圍内的吸收峰在十天後仍未開始升高。 又’以光學顯微鏡觀察亦無如使用習知NSG蓋層之BPSG 膜’在晶片表面有吸附細小水滴的現象。由此可知，本發 明之BPSG膜可以提供長時間的水氣隔絕效果。 此外’本發明人亦發現此水氣隔絕效果係來自於氮氣 電聚處理該蝴磷矽玻璃膜的表面後，會在該表面形成一薄 層。此薄層的厚度約為數十埃，其成份包含氮化物 (S 1 0XNY) ’因而能阻抗水氣的侵入。 在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體的實施例僅 二了易於說明’而並非將本發明狹義地限制於該實施例， 不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，可作 種種變化實施。

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Claims (1)

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   I· 一種具抗水氣性之硼碟矽玻璃膜的製造方法，包含以 下各步驟： 沈積一蝴鱗石夕玻璃膜；與 將該蝴填石夕玻璃膜的表面暴露在氮氣電漿中2〇秒以 的時間’其中使用700-1 000瓦的射頻功率。 2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該硼 玻璃膜具有硼濃度為介於4至5·5重量百分比之間。 3. 如申請專利範圍第丨項所述之製造方法，其中該硼 玻璃膜具有磷濃度為介於5.5至7重量百分比之間。 夕 4.如申請專利範圍第i項所述之製造方法，其中將該硼磷 矽玻璃膜的表面暴露在氮氣電漿中2〇_6〇秒的時間。 5.如申請專利範圍第！項所述之製造方法，其中使用氮氣 電漿f理該硼磷矽坡璃膜的表面後，在該表面上將形成一 包含氮化物（SiOxNY)的薄層而阻止水氣的侵入。

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