專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬前介質(zhì)層形成方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬前介質(zhì)層形成方 法及其結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
金屬前介質(zhì)層(Pre-Metal Dielectric, PMD )作為器件和互連金屬層間 的隔離層以及使器件免受雜質(zhì)粒子污染的保護(hù)層，其膜層沉積效果的好壞直 接影響器件的性能。
隨著半導(dǎo)體器件尺寸的逐漸減小，PMD層沉積時(shí)所要填充的線(xiàn)縫寬度也越 來(lái)越小，深寬比越來(lái)越大，填孔能力成為PMD層沉積工藝的優(yōu)化目標(biāo)。現(xiàn)有工 藝中通常選用高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)和次大氣壓化學(xué)氣相 沉積(SACVD)工藝形成PMD層，所用PMD層材料包括^旦不限于磷硅玻璃(PSG ) 及硼磷硅玻璃(BPSG)。實(shí)踐表明，HDP-PMD薄膜具有沉積速度快、薄膜致 密以及均勻性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。但為保證HDP-PMD薄膜的沉積效果，必需嚴(yán) 格控制其沉積-刻蝕速率比。
考慮到，HDPCVD工藝反應(yīng)室內(nèi)壓力在10mTorr(毫托，千分之一毫米汞柱) 以下，而傳統(tǒng)的SACVD工藝反應(yīng)室內(nèi)壓力在200-600Torr之間，相比而言，分 子的平均自由程更小，填孔能力更強(qiáng)，導(dǎo)致SA-PMD薄膜表現(xiàn)出更為優(yōu)越的填 孔能力，除此之外，傳統(tǒng)的SACVD采用熱降解的工藝，沒(méi)有使用射頻產(chǎn)生的等 離子體，還可避免等離子體引起的器件損傷。但隨著集成電路臨界尺寸進(jìn)入 65納米甚至更小尺寸后，對(duì)PMD層的沉積工藝，傳統(tǒng)的SA-PMD也無(wú)能為力。
近來(lái)，伴隨著器件密集程度和工藝復(fù)雜程度的不斷增加，由膜層應(yīng)力引 發(fā)的器件性能受損的比例逐漸增高，導(dǎo)致膜層應(yīng)力問(wèn)題日漸引起業(yè)界的重視。 如何提供一種既能保證PMD層填孔質(zhì)量、又能改善由膜層應(yīng)力引發(fā)的器件性能 受損狀況的PMD沉積方法，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。
申請(qǐng)?zhí)枮?3151024. 8的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中提供的一種多沉積步驟的高密度 等離子體化學(xué)氣相沉積方法，該方法通過(guò)至少二次高密度等離子體化學(xué)氣相 沉積步驟，且保證每一沉積步驟的沉積-刻蝕速率比(D/S值)不同，其第一 D/S值范圍為7-20,第二D/S值范圍為2. 5--8，以在帶有線(xiàn)縫的半導(dǎo)體基底上沉 積薄膜并無(wú)孔洞地填充該線(xiàn)縫。
然而，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用該方法雖可解決線(xiàn)縫填充問(wèn)題，但無(wú)法解 決膜層應(yīng)力問(wèn)題。
專(zhuān)利號(hào)為CN1242466C的中國(guó)專(zhuān)利中提供了一種降低淺溝槽隔離側(cè)壁氧化 層應(yīng)力與侵蝕的方法，該方法至少包括下列步驟提供一底材，所述底材具 有一的第一介電層于及一覆蓋所述第一介電層的第二介電層；形成一溝槽進(jìn) 入所述底材；形成一側(cè)壁氧化層于所述溝槽的側(cè)壁與底部；以一介電材料填 滿(mǎn)所述溝槽；及執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程以再氧化所述側(cè)壁氧化層，所述現(xiàn) 場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程至少包括引入氧與氫氧根.。
顯然，該方法雖提供了可減小膜層應(yīng)力的技術(shù)提示，但卻無(wú)法解決線(xiàn)縫 填充問(wèn)題。同時(shí)，所述技術(shù)提示與上述可解決填充間隙問(wèn)題的技術(shù)方案的簡(jiǎn) 單組合，即在多沉積步驟的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積后，再執(zhí)行一現(xiàn)場(chǎng) 蒸汽發(fā)生制程，理論上可提供既能保證線(xiàn)縫填充質(zhì)量、又能減小膜層應(yīng)力的 膜層沉積方法，但卻不適用于PMD沉積工藝，因?yàn)樗霈F(xiàn)場(chǎng)蒸汽發(fā)生制程所需 溫度為700-1200攝氏度，如此高溫會(huì)對(duì)已形成的器件的性能造成不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種金屬前介質(zhì)層形成方法，用以形成無(wú)沉積孔洞產(chǎn)生且
通過(guò)改變器件內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)以改善器件性能的PMD層；本發(fā)明還提供了一種金
屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部無(wú)孔洞產(chǎn)生。
本發(fā)明提供的一種金屬前介質(zhì)層形成方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成金屬前介質(zhì)層沉積基底；
在所述沉積基底上利用第一 CVD方法沉積第一金屬前介質(zhì)層； 在所述第一金屬前介質(zhì)層上利用第二 CVD方法沉積第二金屬前介質(zhì)層。 所述第一 CVD方法為HARP SACVD;所述HARP SACVD設(shè)備型號(hào)為AMAT Producer SE;所述第一金屬前介質(zhì)層材料為無(wú)摻雜玻璃；所述第一金屬前介 質(zhì)層厚度范圍為10 ~ 100納米;所述第二CVD方法包括但不限于傳統(tǒng)的SACVD、 PECVD及HDPCVD工藝中的一種；所述第二金屬前介質(zhì)層材料包括但不限于二 氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃或具有低介電常數(shù)材 料中的一種或其組合。所述具有低介電常數(shù)材料包括但不限于黑鉆石或 coral。
本發(fā)明提供的一種金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，所述金屬前介質(zhì)層內(nèi)無(wú)沉積孔洞
產(chǎn)生，所述金屬前介質(zhì)層包含順此沉積的第 一金屬前介質(zhì)層及第二金屬前介 質(zhì)層。
所述第 一金屬前介質(zhì)層材料為無(wú)摻雜玻璃:所述第 一金屬前介質(zhì)層厚度范
圍為10-100納米；所述第二金屬前介質(zhì)層材料包括但不限于二氧化硅、磷
硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃或具有低介電常數(shù)材料中的一種 或其組合。
本發(fā)明提供的一種膜層形成方法，包括
在半導(dǎo)體襯底上形成膜層沉積基底；
在所述沉積基底上利用第一 CVD方法沉積第一膜層；
在所述第一膜層上利用第二CVD方法沉積第二膜層。
所述第一 CVD方法為HARP SACVD;所述HARP SACVD設(shè)備型號(hào)為扁AT Producer SE;所述第一膜層材料為無(wú)摻雜玻璃；所述第一膜層厚度范圍為10 ~ 100納米；所述第二CVD方法包括但不限于傳統(tǒng)的SACVD、 PECVD及HDPCVD工 藝中的一種；所述第二膜層材料包括但不限于二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、
硼磷硅玻璃、氟硅玻璃或具有低介電常數(shù)材料中的一種或其組合。
本發(fā)明提供的一種膜層結(jié)構(gòu)，所述膜層內(nèi)無(wú)沉積孔洞產(chǎn)生，所述膜層包
含順此沉積的第 一膜層及第二膜層。
所述第一膜層材料為無(wú)摻雜玻璃；所述第一膜層厚度范圍為10-100納
米；所述第二膜層材料包括但不限于二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅
玻璃、氟硅玻璃或具有低介電常數(shù)材料中的一種或其組合。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合的方法，可 形成無(wú)孔洞的PMD層，進(jìn)而增強(qiáng)器件的可靠性；
2. 利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合代替HARP SACVD，可在形成無(wú)孔洞的PMD層的同時(shí)，將產(chǎn)能提高高于一倍；
3. 通過(guò)采用USG和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)替代現(xiàn)有的由復(fù)合介質(zhì) 材料構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)孔洞的PMD層沉積；通過(guò)采用USG和復(fù)合介質(zhì) 材料組成的雙層結(jié)構(gòu)替代由USG構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，可有效防止制程中Na (鈉) 離子的擴(kuò)散；
4. 首先利用HARP SACVD形成USG層，繼而利用HDPCVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝 形成復(fù)合介質(zhì)材料層，形成USG和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，所述利用 HARP SACVD形成的USG層可作為后續(xù)HDPCVD或PECVD等等離子體沉積工藝的阻 擋層，有利于減少后續(xù)等離子體沉積工藝造成的器件損傷；
5. 應(yīng)用HARP SACVD形成的膜層的應(yīng)力為拉應(yīng)力，而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD 或PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的膜層的應(yīng)力為壓應(yīng)力，兩種應(yīng)力類(lèi)型相反，總體表 現(xiàn)為采用USG層和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)綜合了對(duì)器件的總體應(yīng)力影 響，有利于器件性能的改善；
6. 通過(guò)控制應(yīng)用HARP SACVD形成的膜層的厚度與應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或 PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的膜層的厚度的比值，可靈活調(diào)整沉積后PMD層內(nèi)的膜 層應(yīng)力值；
7. 利用HARPSACVD工藝沉積第一介質(zhì)層，以降低后續(xù)制程的線(xiàn)縫深寬比， 繼而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝沉積第二介質(zhì)層，以完成介質(zhì)層 的沉積，可保證后續(xù)工藝與現(xiàn)有工藝相同，使得可將為實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化而對(duì)現(xiàn) 有工藝進(jìn)行的改變降至最低，降低研發(fā)成本。


圖1A ~ 1C為說(shuō)明本發(fā)明第一實(shí)施例的沉積PMD層的流程示意圖2A 2C為說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的沉積STI層的流程示意圖3A~ 3C為說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施例的單鑲嵌制程中沉積介質(zhì)層的流程示 意圖。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描遲應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員 的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述 公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn) 為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定
目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí) 施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于具
在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下列說(shuō)明 和權(quán)利要求書(shū)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常 簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí) 施例的目的。
在本文件中，術(shù)語(yǔ)"線(xiàn)縫，，表示芯片內(nèi)同層材料圖形間的隔離區(qū)域，并可與術(shù)語(yǔ)"縫隙"或"間隙，，互換；術(shù)語(yǔ)"孔洞，，表示線(xiàn)縫填充后形成的材 料內(nèi)的隔離區(qū)域，并可與術(shù)語(yǔ)"空洞"或"空隙"互換。
應(yīng)用本發(fā)明提供的方法形成無(wú)沉積孔洞產(chǎn)生且通過(guò)改變器件內(nèi)應(yīng)力狀態(tài) 以改善器件性能的金屬前介質(zhì)層的步驟包括在半導(dǎo)體襯底上形成金屬前介 質(zhì)層沉積基底；在所述沉積基底上利用第一 CVD方法沉積第一金屬前介質(zhì)層； 在所述第一金屬前介質(zhì)層上利用第二 CVD方法沉積第二金屬前介質(zhì)層。
圖1A ~ 1C為說(shuō)明本發(fā)明第 一 實(shí)施例的沉積PMD層的流程示意圖，如圖所 示，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法填充金屬前介質(zhì)層的具體步驟包括
首先，如圖1A所示，在半導(dǎo)體襯底10上形成金屬前介質(zhì)層沉積基底20。
所述沉積基底包含器件區(qū)和非器件區(qū)，柵極結(jié)構(gòu)30形成于所述器件區(qū)表 面，所述柵極結(jié)構(gòu)間具有線(xiàn)縫40。所述柵極結(jié)構(gòu)30包含柵極33、環(huán)繞柵極的 側(cè)墻32以及覆蓋所述柵極和側(cè)墻的阻擋層31。所述柵極結(jié)構(gòu)30還包含柵氧化 層13。
所述柵極優(yōu)選地由多晶硅構(gòu)成，或由多晶硅與金屬硅化物等材料組合而 成；所述金屬硅化物包含硅化鉤(WSi)或硅化鈦(TiSi2)等材料中的一種； 所述側(cè)墻材料優(yōu)選地由二氧化硅(Si02)構(gòu)成；所述側(cè)墻利用沉積-反刻工藝 形成；所述沉積工藝選用化學(xué)氣相淀積；所述刻蝕工藝選為等離子體刻蝕。 所述阻擋層材料優(yōu)選地由氮化硅(Si3N4)構(gòu)成；所述阻擋層利用化學(xué)氣相淀 積工藝形成。
所述柵極結(jié)構(gòu)的形成方法可采用任何傳統(tǒng)的方法，涉及的技術(shù)方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此不再贅述。
其次，在所迷沉積基底20上利用第一CVD方法沉積第一金屬前介質(zhì)層50。 所述第一CVD方法選用具有良好的線(xiàn)縫填充能力的CVD方法。對(duì)于臨界尺寸為65nm或更小工藝節(jié)點(diǎn)的CVD制程，所述第一CVD方法選用HARP SACVD ( high
aspect ratio process Sub-Atmospherical CVD ); 所述第一金屬前介質(zhì)層 材料為無(wú)摻雜玻璃(Un-D叩ed Silicate Glass, USG );所述形成第一金屬 前介質(zhì)層材料包含第 一反應(yīng)氣體及第二反應(yīng)氣體，所述第 一反應(yīng)氣體包含硅 烷(SiH4)或正硅酸乙酯(TEOS， Si (C2H504))中的一種，所述第二反應(yīng)氣體包
含氧氣(02)或臭氧(03)中的一種。
通常，利用HARP SACVD沉積PMD層的方法包含兩個(gè)步驟所述第一步驟中 采用較高的氣體壓力和較高的所述第二反應(yīng)氣體濃度以及較低的第 一反應(yīng)氣 體流量，以保證所述基底內(nèi)線(xiàn)縫的填充效果；所述第二步驟中采用現(xiàn)行的膜 層沉積工藝，以提高產(chǎn)能。
作為示例，所述第一反應(yīng)氣體選用TEOS，所述第二反應(yīng)氣體選用03時(shí)，所 述第一步驟中氣體壓力可為500 - 600Torr,所述03的濃度范圍為10°/。 ~ 20%，所 述TEOS流量范圍為100 ~ 1000 mgm (毫克/分鐘)，優(yōu)選為400 ~ 600 mgm; 所述第二步驟中氣體壓力可為100 200Torr，所述03的濃度范圍為5°/。 ~ 15%， 所述TEOS流量范圍為1000 ~ 10000 mgm(毫克/分鐘)，優(yōu)選為4000 ~ 6000 mgm。
所述第一步驟中HARP SACVD的沉積速率范圍為10-20nm/min，所述第二 步驟中HARP SACVD的沉積速率范圍為150 200nm/min。
所述HARP SACVD設(shè)備型號(hào)為AMAT Producer SE。
然而，此HARP SACVD雖然具有優(yōu)越的填孔能力，但其產(chǎn)能較低，只約為應(yīng) 用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝產(chǎn)能的一半，若完全應(yīng)用HARP SACVD替 代現(xiàn)有的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD沉積PMD層，將嚴(yán)重影響產(chǎn)能的輸出。
本發(fā)明方法的主體思想即是利用HARP SACVD填充所述線(xiàn)縫中具有高深寬 比的區(qū)域，繼而利用現(xiàn)有的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD工藝完成線(xiàn)縫的填 充。利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合的方法，形成 無(wú)孔洞的PMD層，進(jìn)而增強(qiáng)器件的可靠性。
所述第一金屬前介質(zhì)層厚度根據(jù)工藝要求及生產(chǎn)條件確定。所述第一金 屬前介質(zhì)層厚度至少需保證沉積所述第一金屬前介質(zhì)層后，所述PMD層內(nèi)具有 一定深寬比的線(xiàn)縫可利用現(xiàn)行工藝進(jìn)行無(wú)孔洞填充。
作為本發(fā)明的實(shí)施例，若所述線(xiàn)縫深寬比為7: 1,且所述現(xiàn)行工藝為 HDPCVD時(shí)，如杲現(xiàn)有技術(shù)中HDPCVD可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)縫無(wú)孔洞填充的深寬比小于或等 于3: 1,則所述第一金屬前介質(zhì)層厚度至少為所述線(xiàn)縫深度的七分之四，所 述線(xiàn)縫深度為300nm時(shí)，所述第一金屬前介質(zhì)層厚度可大于或等于180nm。
所述利用HDPCVD、 SACVD或PECVD等工藝形成膜層的方法可采用任何傳統(tǒng) 的方法，涉及的技術(shù)方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此 不再贅述。
顯然，上述示例中，線(xiàn)縫深寬比及線(xiàn)縫深度為便于說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí) 施方式而做出的特殊選擇，不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明方法實(shí)施方式的限定，本領(lǐng)域 技術(shù)人員對(duì)此作出的任意合理的修改及等同變換不影響本發(fā)明方法的實(shí)施， 且應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
生產(chǎn)實(shí)踐中，所述第一金屬前介質(zhì)層厚度范圍為10-100ntn，優(yōu)選為80~ 100腿。
利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合代替HARP SACVD，可在形成無(wú)孔洞的PMD層的同時(shí)，將產(chǎn)能提高高于一倍。
最后，在所述第一金屬前介質(zhì)層50上利用第二CVD方法形成第二金屬前介 質(zhì)層60。
所述第二CVD方法包括但不限于傳統(tǒng)的SACVD、 PECVD及HDPCVD。
所述第二金屬前介質(zhì)層材料包括但不限于未摻雜的二氧化硅(Si(U 、磷 硅玻璃(phosphosilicate glass, PSG )、硼硅玻璃(borosi 1 icate ， BSG )、 硼磷硅玻璃(borophosphosilicate ， BPSG)、氟硅玻璃(FSG)或具有低介 電常數(shù)材料中的一種或其組合。所述具有低介電常數(shù)材料包括但不限于黑鉆 石(Black Diamond, BD)或coral等。所述復(fù)合材料包含對(duì)USG摻雜形成的材 料以及不同摻雜的USG組合而成的材料。
所述第二金屬前介質(zhì)層厚度值與所述第一金屬前介質(zhì)層厚度值之和為符 合產(chǎn)品要求的PMD層厚度值。
通常，USG利用SACVD、 PECVD或HDPCVD的工藝生成；BPSG及FSG則通過(guò)SACVD 的方式生成，PSG則利用PECVD或HDPCVD的方式生成；所述具有低介電常數(shù)材 料利用PECVD的方式生成。
應(yīng)力的產(chǎn)生通常是因?yàn)閮煞N物質(zhì)在溫度改變后的收縮比不同造成的。 HARP SACVD、傳統(tǒng)的SACVD、 HDP以及PECVD都是在400-500攝氏度的條件下在 沉積基底上順次沉積第一金屬前介質(zhì)層及第二金屬前介質(zhì)層，為描述方便，
將原沉積基底稱(chēng)為第 一沉積基底，將沉積第 一金屬前介質(zhì)層后的沉積基底稱(chēng) 為第二沉積基底。
沉積第一金屬前介質(zhì)層時(shí)，當(dāng)所述第一金屬前介質(zhì)層和所述第一沉積基 底的溫度降到常溫后，由于所述第 一金屬前介質(zhì)層材料與所述第 一沉積基底 的收縮比不同，在所述第 一金屬前介質(zhì)層和所述第 一沉積基底的內(nèi)部均產(chǎn)生應(yīng)力。
當(dāng)所述第 一金屬前介質(zhì)層材料的收縮比大于所述第 一沉積基底的收縮比
時(shí)，所述第一沉積基底內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(compressive),在所述第一金 屬前介質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生相反的拉應(yīng)力(tensile);反之則會(huì)在所述第一沉積基 底內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而在所述第一金屬前介質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。
同理，在所述第二沉積基底上沉積第二金屬前介質(zhì)層時(shí)，當(dāng)所述第二金 屬前介質(zhì)層和所述第二沉積基底的溫度降到常溫后，由于所述第二金屬前介 質(zhì)層材料與所述第二沉積基底的收縮比不同，在所述第二金屬前介質(zhì)層和所 述第二沉積基底的內(nèi)部均產(chǎn)生應(yīng)力。
當(dāng)所述第二金屬前介質(zhì)層材料的收縮比大于所述第二沉積基底的收縮比 時(shí)，所述第二沉積基底內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(compressive)，在所述第二金 屬前介質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生相反的拉應(yīng)力(tensile);反之則會(huì)在所述第二沉積基 底內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力，而在所述第二金屬前介-質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。
通常，利用PECVD和HDPCVD生成的膜層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(約-200MPa); 而利用傳統(tǒng)的SACVD形成的膜層，會(huì)產(chǎn)生絞低的壓應(yīng)力(小于-100MPa);而利 用HARP SACVD生成的膜層，則具有拉應(yīng)力(約+200MPa)。
所述利用HARP SACVD沉積的膜層之所以會(huì)具有與利用現(xiàn)行工藝形成沉積的膜層性質(zhì)相反的應(yīng)力，是因?yàn)槔肏AR:3 SACVD沉積的膜層保留了較多的氫 鍵，繼而在冷卻的過(guò)程中，膜層內(nèi)部的氫鍵因?yàn)椴环€(wěn)定而發(fā)生相互作用生成 氫氣分子并析出，這種附加反應(yīng)會(huì)使膜層產(chǎn)生一定的體積收縮。此收縮與膜 層內(nèi)因?yàn)闇夭町a(chǎn)生的收縮疊加在一起，使得所述第一金屬前介質(zhì)層因溫度降 低產(chǎn)生的收縮大于所述第一沉積基底的收縮，于是便會(huì)在所述第一金屬前介 質(zhì)層中產(chǎn)生拉應(yīng)力，在所述第一沉積基底中產(chǎn)生壓應(yīng)力；而后續(xù)工藝中應(yīng)用 HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的所述第二金屬前介質(zhì)層中產(chǎn)生壓應(yīng) 力，在所述第二沉積基底中產(chǎn)生拉應(yīng)力；總體表現(xiàn)為采用HARP SACVD與HDPCVD、SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝組成的復(fù)合工藝綜合了對(duì)器件的總體應(yīng)力影響，有
利于器件性能的改善。
應(yīng)用HARP SACVD形成的膜層的應(yīng)力為拉應(yīng)力，而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或 PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的膜層的應(yīng)力為壓應(yīng)力，兩種應(yīng)力類(lèi)型相反，總體表現(xiàn) 為采用USG層和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)減小了沉積后PMD層內(nèi)的膜層應(yīng)力。
顯然，所述膜層具有的應(yīng)力值與所述膜層厚度有關(guān)。進(jìn)而，通過(guò)控制應(yīng) 用HARP SACVD沉積的所述第一金屬前介質(zhì)層的厚度與應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或 PECVD等傳統(tǒng)工藝沉積的所述第二金屬前介質(zhì)層的厚度的比值，可靈活調(diào)整沉 積后PMD層內(nèi)的膜層應(yīng)力值。
此外，利用HARP SACVD工藝沉積第一金屬前介質(zhì)層，以降低基底內(nèi)后續(xù) 制程的線(xiàn)縫深寬比，繼而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝沉積第二金 屬前介質(zhì)層，以完成金屬前介質(zhì)層的沉積，可保證后續(xù)工藝與現(xiàn)有工藝相同，
如圖1C所示，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法形成的所述金屬前介質(zhì)層具有雙層 結(jié)構(gòu)。所述金屬前介質(zhì)層包含所述第一金屬前介質(zhì)層50及所述第二金屬前介 質(zhì)層60。所述第一金屬前介質(zhì)層材料為USG，所述第一金屬前介質(zhì)層厚度范圍 為10~100納米；所述第二金屬前介質(zhì)層材料為PSG、 BSG、 BPSG、 FSG及具有 低介電常數(shù)材料等常用層間介質(zhì)材料中一種或其組合。
通過(guò)采用USG和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)替代現(xiàn)有的由復(fù)合介質(zhì)材 料構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)孔洞的PMD層沉積；通過(guò)采用USG和復(fù)合介質(zhì)材 料組成的雙層結(jié)構(gòu)替代由USG構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，可有效防止制程中Na (鈉)離 子的擴(kuò)散。
首先利用HARP SACVD形成USG層，繼而利用HDPCVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝形 成復(fù)合介質(zhì)材料層，形成USG和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，所述利用 HARP SACVD形成的USG層可作為后續(xù)HDPCVD或PECVD等等離子體沉積工藝的阻 擋層，有利于減少后續(xù)等離子體沉積工藝造成的器件損傷。
顯然，本發(fā)明方法不僅限于上述實(shí)施方式，作為本發(fā)明的第二實(shí)施例，
善器件性能:淺溝槽隔離(STI)物填i的步驟包括在i導(dǎo)體襯底上形成一 溝槽；形成一側(cè)壁氧化層于所述溝槽的側(cè)壁與底部；在所述溝槽內(nèi)利用第一 CVD方法沉積第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上利用第二CVD方法沉積第二介 質(zhì)層。
圖2A ~ 2C為說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的沉積STI層的流程示意圖，如圖所 示，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行淺溝槽隔離物填充的具體步驟包括
首先，如圖2A所示，在半導(dǎo)體襯底上形成沉積基底20,即在半導(dǎo)體襯底 10上形成一溝槽70，并形成一側(cè)壁氧化層71于所述溝槽70的側(cè)壁與底部。
成隔離氧化層及阻擋層的步驟。所述隔離氧化層材料為二氧化硅；所述阻擋 層材料為氮化硅。
所述形成溝槽及側(cè)壁氧化層的方法可采用任何傳統(tǒng)的方法，涉及的技術(shù) 方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的紅:成部分，在此不再贅述。
其次，如圖2B所示，在所述溝槽70內(nèi)利用第一CVD方法沉積第一介質(zhì)層51。
所述第一CVD方法選用具有良好的溝槽填充能力的CVD方法。對(duì)于臨界尺 寸為65nm或更小工藝節(jié)點(diǎn)的CVD制程，所述第一CVD方法選用HARP SACVD (high aspect ratio process Sub-Atmospherical CVD ); 所述第一介質(zhì)層材料為 無(wú)摻雜玻璃(Un-Doped Silicate Glass. USG );所述形成第一介質(zhì)層的材 料包含第一反應(yīng)氣體及第二反應(yīng)氣體，所述第一反應(yīng)氣體包含硅烷(SiH4)或 正硅酸乙酯(TEOS， Si(CA04))中的一種，所述第二反應(yīng)氣體包含氧氣(02) 或臭氧(03)中的一種。
通常，利用HARP SACVD填充STI的方法包含兩個(gè)步驟所述第一步驟中采 用較高的氣體壓力和較高的所述第二反應(yīng)氣體濃度以及較低的第 一反應(yīng)氣體 流量，以保證所述基底內(nèi)線(xiàn)縫的填充效果；所述第二步驟中采用現(xiàn)行的膜層 沉積工藝，以提高產(chǎn)能。
作為示例，所述第一反應(yīng)氣體選用TEOS,所述第二反應(yīng)氣體選用03時(shí)，所 述第一步驟中氣體壓力可為500 - 600Torr,所述03的濃度范圍為10% ~ 20°/。，所 述TEOS流量范圍為100~ 1000 mgm (毫克/分鐘)，優(yōu)選為200 5Q0 mgm; 所述第二步驟中氣體壓力可為100 - 200Torr，所述03的濃度范圍為5% ~ 15%， 所述TEOS流量范圍為1000 ~ 10000 mgm(毫克/分鐘)，優(yōu)選為2000 ~ 5000 mgm。
所述第一步驟中HARP SACVD的沉積速率范圍為10 20nm/min,所述第二 步驟中HARP SACVD的沉積速率范圍為15 0 ~ 2 0Onm/min。
所述HARP SACVD"i殳備型號(hào)為AMAT Producer SE。
然而，此HARP SACVD雖然具有優(yōu)越的填孔能力，^f旦其產(chǎn)能4交j氐，只約為應(yīng) 用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝產(chǎn)能的一半，若完全應(yīng)用HARP SACVD替 代現(xiàn)有的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD填充STI，將嚴(yán)重影響產(chǎn)能的輸出。
本發(fā)明方法的主體思想即是利用HARP SACVD填充所述溝槽中具有高深寬 比的區(qū)域，繼而利用現(xiàn)有的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD工藝完成溝槽的填 充。利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合的方法,形成 無(wú)孔洞的STI填充，進(jìn)而增強(qiáng)器件的可靠性。
所述第一介質(zhì)層厚度根據(jù)工藝要求及生產(chǎn)條件確定。所述第一介質(zhì)層厚 度至少需保證沉積所述第一介質(zhì)層后，所迷具有一定深寬比的STI可利用現(xiàn)行 工藝進(jìn)行無(wú)孔洞填充。
作為本發(fā)明的實(shí)施例，若所述溝槽的深寬比為7: 1，且所述現(xiàn)行工藝為 HDPCVD時(shí)，如果現(xiàn)有技術(shù)中HDPCVD可實(shí)現(xiàn)溝槽無(wú)孔洞填充的深寬比小于或等 于3: 1,則所述第一金屬前介質(zhì)層厚度至少為所述縫隙深度的七分之四，所 述溝槽深度為300腿時(shí)，所述第一金屬前介質(zhì)層厚度可大于或等于180nm。
所述利用HDPCVD、 SACVD或PECVD等工藝形成膜層的方法可采用任何傳統(tǒng) 的方法，涉及的技術(shù)方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此 不再贅述。
顯然，上述示例中，溝槽深寬比及溝槽深度為便于說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí) 施方式而做出的特殊選擇，不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明方法實(shí)施方式的限定，本領(lǐng)域 技術(shù)人員對(duì)此作出的任意合理的修改及等同變換不影響本發(fā)明方法的實(shí)施， 且應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
生產(chǎn)實(shí)踐中，所述第一介質(zhì)層厚度范圍為10 100nm，優(yōu)選為80 100nm。
利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合代替HARP SACVD,可在填充無(wú)孔洞的STI的同時(shí)，將產(chǎn)能提高高于一倍。
最后，如圖2C所示，在所述第一介質(zhì)層51上利用第二CVD方法形成第二介 質(zhì)層61。
所述第二CVD方法包括但不限于傳統(tǒng)的SACVD、 PECVD及HDPCVD。 所述第二介質(zhì)層材料為未摻雜的二氧化硅(Si02)。 所述第二介質(zhì)層厚度值與所述第一》、質(zhì)層厚度值之和為符合產(chǎn)品要求的 STI厚度值。
通常，USG利用SACVD、 PECVD或HDPCVD的工藝生成。
HARP SACVD、傳統(tǒng)的SACVD、 HDP以及PECVD都是在400-500攝氏度的條件下在
沉積基底上順次沉積第一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層，為描述方便，將原沉積基底 稱(chēng)為第 一沉積基底，將沉積第一介質(zhì)層后的沉積基底稱(chēng)為第二沉積基底。
沉積第一介質(zhì)層時(shí)，當(dāng)所述第一介質(zhì)層和所述第一沉積基底的溫度降到 常溫后，由于所述第一介質(zhì)層材料與所述第一沉積基底的收縮比不同，在所 述第一介質(zhì)層和所述第一沉積基底的內(nèi)部均產(chǎn)生應(yīng)力。
當(dāng)所述第 一介質(zhì)層材料的收縮比大于所述第 一沉積基底的收縮比時(shí)，所 述第一沉積基底內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(compressive),在所述第一介質(zhì)層內(nèi) 部產(chǎn)生相反的拉應(yīng)力(tensile);反之則會(huì)在所述第一沉積基底內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng) 力，而在所述第一介質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。
同理，在所述第二沉積基底上沉積第二介質(zhì)層時(shí)，當(dāng)所述第二介質(zhì)層和 所述第二沉積基底的溫度降到常溫后，由于所述第二介質(zhì)層材料與所述第二 沉積基底的收縮比不同，在所述第二介質(zhì)層和所述第二沉積基底的內(nèi)部均產(chǎn) 生應(yīng)力。
當(dāng)所述第二介質(zhì)層材料的收縮比大于所述第二沉積基底的收縮比時(shí)，所 述第二沉積基底內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(compressive)，在所述第二介質(zhì)層內(nèi) 部產(chǎn)生相反的拉應(yīng)力(tensile);反之則會(huì)在所述第二沉積基底內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng) 力，而在所述第二介質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。
通常，利用PECVD和HDPCVD生成的膜層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(約-200MPa); 而利用傳統(tǒng)的SACVD形成的膜層，會(huì)產(chǎn)生較低的壓應(yīng)力(小于-lOOMPa);而利 用HARP SACVD生成的膜層,則具有拉應(yīng)力(約+200MPa)。
所述利用HARP SACVD沉積的膜層之所以會(huì)具有與利用現(xiàn)行工藝形成沉積 的膜層性質(zhì)相反的應(yīng)力，是因?yàn)槔肏ARP SACVD沉積的膜層保留了較多的氫 鍵，繼而在冷卻的過(guò)程中，膜層內(nèi)部的氫鍵因?yàn)椴环€(wěn)定而發(fā)生相互作用生成 氫氣分子并析出，這種附加反應(yīng)會(huì)使膜層產(chǎn)生一定的體積收縮。此收縮與膜 層內(nèi)因?yàn)闇夭町a(chǎn)生的收縮疊加在一起，使得所述第一介質(zhì)層因溫度降低產(chǎn)生 的收縮大于所述第一沉積基底的收縮，于是便會(huì)在所述第一介質(zhì)層中產(chǎn)生拉 應(yīng)力，在所述第一沉積基底中產(chǎn)生壓應(yīng)力；而后續(xù)工藝中應(yīng)用HDPCVD、 SACVD 或PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的所述第二介質(zhì)層中產(chǎn)生壓應(yīng)力，在所述第二沉積基 底中產(chǎn)生拉應(yīng)力；總體表現(xiàn)為采用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳
統(tǒng)工藝組成的復(fù)合工藝綜合了對(duì)器件的總體應(yīng)力影響，有利于器件性能的改善。
應(yīng)用HARP SACVD形成的膜層的應(yīng)力為拉應(yīng)力，而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或 PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的膜層的應(yīng)力為壓應(yīng)力，兩種應(yīng)力類(lèi)型相反，總體表現(xiàn) 為采用USG層和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)減小了沉積后PMD層內(nèi)的膜層應(yīng)力。
顯然，所述膜層具有的應(yīng)力值與所述膜層厚度有關(guān)。進(jìn)而，通過(guò)控制應(yīng) 用HARP SACVD沉積的所述第一介質(zhì)層的厚度與應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或PECVD等 傳統(tǒng)工藝沉積的所述第二介質(zhì)層的厚度的比值，可靈活調(diào)整填充后STI內(nèi)的膜 層應(yīng)力值。
此外，利用HARP SACVD工藝沉積第一介質(zhì)層，以降低后續(xù)制程的溝槽深 寬比，繼而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝沉積第二介質(zhì)層，以完成 STI的填充，可保證后續(xù)工藝與現(xiàn)有工藝相同，使得可將為實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化而對(duì) 現(xiàn)有工藝進(jìn)行的改變降至最低，降低研發(fā)成本。
作為本發(fā)明方法的第三實(shí)施例，應(yīng)用本發(fā)明4是供的方法形成無(wú)沉積孔洞 產(chǎn)生且通過(guò)改變器件內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)以改善器件性能的單鑲嵌制程中沉積介質(zhì)層 的步驟包括在半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層沉積基底；在所述沉積基底上利用 第一 CVD方法沉積第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層上利用第二 CVD方法沉積 第二介質(zhì)層。
圖3A ~ 3C為說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施例的單鑲嵌制程中沉積介質(zhì)層的流程示 意圖，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法沉積單鑲嵌制程中介質(zhì)層的具體步驟包括
首先，如圖3A所示，在半導(dǎo)體襯底上形成沉積基底20,即在前層介質(zhì)層 8 O表面形成介質(zhì)層沉積基底。
所述基底包含填充區(qū)81和非填充區(qū)82,所述填充區(qū)用以填充介質(zhì)層；所 述非填充區(qū)內(nèi)充滿(mǎn)金屬連線(xiàn)。
所述形成沉積基底的方法可采用任何傳統(tǒng)的方法，涉及的技術(shù)方案在任 何情況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此不再贅述。
其次，如圖3B所示，在所述沉積基底上利用第一CVD方法沉積第一介質(zhì)層52。
所述第一CVD方法選用具有良好的線(xiàn)縫填充能力的CVD方法。對(duì)于臨界尺 寸為65mn或更小工藝節(jié)點(diǎn)的CVD制程，所述第一CVD方法選用HARP SACVD ( high
aspect ratio process Sub-Atmospherical CVD ); 所述第一介質(zhì)層材料為 無(wú)摻雜玻璃(Un-Doped Silicate Glass, USG);所述形成第一介質(zhì)層材料 包含第一反應(yīng)氣體及第二反應(yīng)氣體，所述第一反應(yīng)氣體包含硅烷(SiH4)或正 硅酸乙酯(TEOS, Si (C2H504))中的一種，所述第二反應(yīng)氣體包含氧氣(02)或 臭氧(03)中的一種。
通常，利用HARP SACVD填充線(xiàn)縫的方法包含兩個(gè)步驟所述第一步驟中 采用較高的氣體壓力和較高的所述第二反應(yīng)氣體濃度以及較低的第 一反應(yīng)氣 體流量，以保證所述基底內(nèi)線(xiàn)縫的填充效果；所述第二步驟中采用現(xiàn)行的膜 層沉積工藝，以提高產(chǎn)能。
作為示例，所述第一反應(yīng)氣體選用TEOS,所述第二反應(yīng)氣體選用03時(shí)，所 述第一步驟中氣體壓力可為500 600Torr:,所述03的濃度范圍為10% ~ 20°/。，所 述TEOS流量范圍為100 ~ 1000 mgm (毫克/分鐘)，優(yōu)選為100~ 300 mgm; 所述第二步驟中氣體壓力可為100 200Torr，所述03的濃度范圍為5% ~ 15%, 所述TEOS流量范圍為1000 ~ 10000 mgm(毫克/分鐘)，優(yōu)選為IOOO ~ 3000 mgm。
所述第一步驟中HARP SACVD的沉積速率范圍為10 20nm/min,所述第二 步驟中HARP SACVD的沉積速率范圍為15Q 200nm/min。
所述HARP SACVDi殳備型號(hào)為AMAT Producer SE。
然而，此HARP SACVD雖然具有優(yōu)越的填孔能力，但其產(chǎn)能較低，只約為應(yīng) 用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝產(chǎn)能的一半，若完全應(yīng)用HARP SACVD替 代現(xiàn)有的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD填充線(xiàn)縫，將嚴(yán)重影響產(chǎn)能的輸出。
本發(fā)明方法的主體思想即是利用HARP SACVD填充所述線(xiàn)縫中具有高深寬 比的區(qū)域，繼而利用現(xiàn)有的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD工藝完成線(xiàn)縫的填 充。利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合的方法,形成 無(wú)孔洞的線(xiàn)縫填充，進(jìn)而增強(qiáng)器件的可靠性。
所述第一介質(zhì)層厚度根據(jù)工藝要求及生產(chǎn)條件確定。所述第一介質(zhì)層厚 度至少需保證沉積所述第一介質(zhì)層后，所述具有一定深寬比的線(xiàn)縫可利用現(xiàn) 行工藝進(jìn)行無(wú)孔洞填充。
作為本發(fā)明的實(shí)施例，若所述線(xiàn)縫深寬比為7: 1，且所述現(xiàn)行工藝為 HDPCVD時(shí)，如果現(xiàn)有技術(shù)中HDPCVD可實(shí)現(xiàn)線(xiàn)縫無(wú)孔洞填充的深寬比小于或等 于3: 1，則所述第一介質(zhì)層厚度至少為所述線(xiàn)縫深度的七分之四，所述線(xiàn)縫 深度為300nm時(shí)，所述第一介質(zhì)層厚度可大于或等于180nm。
所述利用HDPCVD、 SACVD或PECVD等工藝形成膜層的方法可采用任何傳統(tǒng) 的方法，涉及的技術(shù)方案在任何情況下均未被視作本發(fā)明的組成部分，在此 不再贅述。
顯然，上述示例中，線(xiàn)縫深寬比及線(xiàn)縫深度為便于說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí) 施方式而做出的特殊選擇，不應(yīng)作為對(duì)本發(fā)明方法實(shí)施方式的限定，本領(lǐng)域 技術(shù)人員對(duì)此作出的任意合理的修改及等同變換不影響本發(fā)明方法的實(shí)施， 且應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
生產(chǎn)實(shí)踐中，所述第一介質(zhì)層厚度范圍為10 100nm，優(yōu)選為80 100nm。
利用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝結(jié)合代替HARP SACVD，可在形成無(wú)孔洞的線(xiàn)縫填充的同時(shí)，將產(chǎn)能提高高于一倍。
最后，如圖3C所示，在所述第一介質(zhì)層52上利用第二CVD方法形成第二介 質(zhì)層62。
所述第二CVD方法包括但不限于傳統(tǒng)的SACVD、 PECVD及HDPCVD。
所述第二介質(zhì)層材料包括但不限于未摻雜的二氧化硅(Si(U 、磷硅玻璃 (phosphosilicate glass, PSG )、硼珪玻璃(borosi 1 icate , BSG )、硼 磷硅玻璃(borophosphosilicate , BPSG )、氟硅玻璃(FSG )或具有低介電 常數(shù)材料中的一種或其組合。所述具有低介電常數(shù)材料包括但不限于黑鉆石 或coral。所述復(fù)合材料包含對(duì)USG摻雜形成的材料以及不同摻雜的USG組合而 成的材料。
所述第二介質(zhì)層厚度值與所述第 一介質(zhì)層厚度值之和為符合產(chǎn)品要求的 介質(zhì)層厚度值。
通常，USG利用SACVD、PECVD或HDPCVD的工藝生成；BPSG及FSG則通過(guò)SACVD 的方式生成，PSG則利用PECVD或HDPCVD的方式生成；所述具有低介電常數(shù)材 料利用PECVD的方式生成。
應(yīng)力的產(chǎn)生通常是因?yàn)閮煞N物質(zhì)在溫度改變后的收縮比不同造成的。 HARP SACVD、傳統(tǒng)的SACVD、 HDP以及PECVD都是在400-500攝氏度的條件下在 沉積基底上順次沉積第一介質(zhì)層及第二介質(zhì)層，為描述方便，將原沉積基底 稱(chēng)為第一沉積基底，將沉積第一介質(zhì)層后的沉積基底稱(chēng)為第二沉積基底。
沉積第一介質(zhì)層時(shí)，當(dāng)所述第一介質(zhì)層和所述第一沉積基底的溫度降到 常溫后，由于所述第一介質(zhì)層材料與所述第一沉積基底的收縮比不同，在所 述第 一介質(zhì)層和所述第 一沉積基底的內(nèi)部均產(chǎn)生應(yīng)力。
當(dāng)所述第 一介質(zhì)層材料的收縮比大于所述第 一沉積基底的收縮比時(shí)，所
述第一沉積基底內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(compressive)，在所述第一介質(zhì)層內(nèi) 部產(chǎn)生相反的拉應(yīng)力(tensile);反之則會(huì)在所述第一沉積基底內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng) 力，而在所述第一介質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。
同理，在所述第二沉積基底上沉積第二介質(zhì)層時(shí)，當(dāng)所述第二介質(zhì)層和 所述第二沉積基底的溫度降到常溫后，由于所述第二介質(zhì)層材料與所述第二 沉積基底的收縮比不同，在所述第二介質(zhì)層和所述第二沉積基底的內(nèi)部均產(chǎn) 生應(yīng)力。
當(dāng)所述第二介質(zhì)層材料的收縮比大于所述第二沉積基底的收縮比時(shí)，所 述第二沉積基底內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(compressive),在所述第二介質(zhì)層內(nèi) 部產(chǎn)生相反的拉應(yīng)力(tensile);反之則會(huì)在所述第二沉積基底內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng) 力，而在所述第二介質(zhì)層內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力。
通常，利用PECVD和HDPCVD生成的膜層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生壓應(yīng)力(約-200MPa); 而利用傳統(tǒng)的SACVD形成的膜層，會(huì)產(chǎn)生較低的壓應(yīng)力(小于-100MPa);而利 用HARP SACVD生成的膜層，則具有拉應(yīng)力(約+200MPa)。
所述利用HARP SACVD沉積的膜層之所以會(huì)具有與利用現(xiàn)行工藝形成沉積 的膜層性質(zhì)相反的應(yīng)力，是因?yàn)槔肏ARI' SACVD沉積的膜層保留了較多的氫 鍵，繼而在冷卻的過(guò)程中，膜層內(nèi)部的氬鍵因?yàn)椴环€(wěn)定而發(fā)生相互作用生成 氫氣分子并析出，這種附加反應(yīng)會(huì)使膜層產(chǎn)生一定的體積收縮。此收縮與膜 層內(nèi)因?yàn)闇夭町a(chǎn)生的收縮疊加在一起，使得所述第一介質(zhì)層因溫度降低產(chǎn)生 的收縮大于所述第一沉積基底的收縮，于是便會(huì)在所述第一介質(zhì)層中產(chǎn)生拉 應(yīng)力，在所述第一沉積基底中產(chǎn)生壓應(yīng)力；而后續(xù)工藝中應(yīng)用HDPCVD、 SACVD 或PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的所述第二介質(zhì)層中產(chǎn)生壓應(yīng)力，在所述第二沉積基 底中產(chǎn)生拉應(yīng)力；總體表現(xiàn)為采用HARP SACVD與HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳 統(tǒng)工藝組成的復(fù)合工藝綜合了對(duì)器件的總體應(yīng)力影響，有利于器件性能的改 善。
應(yīng)用HARP SACVD形成的膜層的應(yīng)力為拉應(yīng)力，而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或 PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的膜層的應(yīng)力為壓應(yīng)力，兩種應(yīng)力類(lèi)型相反，總體表現(xiàn) 為采用USG層和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)減小了沉積后PMD層內(nèi)的膜層應(yīng)力。
顯然，所述膜層具有的應(yīng)力值與所迷膜層厚度有關(guān)。進(jìn)而，通過(guò)控制應(yīng)
用HARP SACVD沉積的所述第一介質(zhì)層的厚度與應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或PECVD等 傳統(tǒng)工藝沉積的所述第二介質(zhì)層的厚度的比值，可靈活調(diào)整填充介質(zhì)層內(nèi)的 膜層應(yīng)力值。
此外，利用HARP SACVD工藝沉積第一介質(zhì)層，以降低后續(xù)制程的線(xiàn)縫深 寬比，繼而應(yīng)用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝沉積第二介質(zhì)層，以完成 介質(zhì)層的填充，可保證后續(xù)工藝與現(xiàn)有工藝相同，使得為實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化而對(duì) 現(xiàn)有工藝進(jìn)行的改變降至最低，降低研發(fā)成本。
如圖3C所示，應(yīng)用本發(fā)明提供的方法形成的所述介質(zhì)層具有雙層結(jié)構(gòu)。 所述介質(zhì)層包含所述第一介質(zhì)層及所述第二介質(zhì)層。所述第一介質(zhì)層材料為 USG,所述第一介質(zhì)層范圍為10 lOOmn;所述第二介質(zhì)層材料為PSG、 BSG、 BPSG、 FSG及具有低介電常數(shù)材料等常用層間介質(zhì)材料中一種或其組合。
通過(guò)采用USG和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)替代現(xiàn)有的由復(fù)合介質(zhì)材 料構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)孔洞的線(xiàn)縫填充。
首先利用HARP SACVD形成USG層，繼而利用HDPCVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝形 成復(fù)合介質(zhì)材料層，形成USG和復(fù)合介質(zhì)材料組成的雙層結(jié)構(gòu)時(shí)，所述利用 HARP SACVD形成的USG層可作為后續(xù)HDPCVD或PECVD等等離子體沉積工藝的阻 擋層，有利于減少后續(xù)等離子體沉積工藝造成的器件損傷。
盡管通過(guò)在此的實(shí)施例描述說(shuō)明了本發(fā)明，和盡管已經(jīng)足夠詳細(xì)地描述 了實(shí)施例，申請(qǐng)人不希望以任何方式將權(quán)利要求書(shū)的范圍限制在這種細(xì)節(jié)上。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)另外的優(yōu)勢(shì)和改進(jìn)是顯而易見(jiàn)的。因此，在較寬范 圍的本發(fā)明不限于表示和描述的特定細(xì)節(jié)、表達(dá)的設(shè)備和方法和說(shuō)明性例子。 因此，可以偏離這些細(xì)節(jié)而不脫離申請(qǐng)人總的發(fā)明概念的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種金屬前介質(zhì)層形成方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成金屬前介質(zhì)層沉積基底；在所述沉積基底上利用第一CVD方法沉積第一金屬前介質(zhì)層；在所述第一金屬前介質(zhì)層上利用第二CVD方法沉積第二金屬前介質(zhì)層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述第 一CVD方法為HARP SACVD。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述HARP SACVD設(shè)備型號(hào)為AMAT Producer SE。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于 所述第一金屬前介質(zhì)層材料為無(wú)摻雜玻璃。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述第 一金屬前介質(zhì)層厚度范圍為10-100納米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述第 二CVD方法包括但不限于傳統(tǒng)的SACVD、 PECVD及HDPCVD工藝中的一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所 述第二金屬前介質(zhì)層材料包括但不限于二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼 磷硅玻璃、氟硅玻璃或具有低介電常數(shù)材料中的一種或其組合。
8. —種金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，所述金屬前介質(zhì)層內(nèi)無(wú)沉積孔洞產(chǎn)生，所述 金屬前介質(zhì)層包含順此沉積的第一金屬前介質(zhì)層及第二金屬前介質(zhì)層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一金 屬前介質(zhì)層材料為無(wú)摻雜玻璃。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第 一金屬前介質(zhì)層厚度范圍為10 ~ 100納米。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二金 屬前介質(zhì)層材料包括但不限于二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、 氟硅玻璃或具有低介電常數(shù)材料中的一種或其組合。
12. —種膜層形成方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成膜層沉積基底； 在所述沉積基底上利用第一 CVD方法沉積第一膜層； 在所述第一膜層上利用第二 CVD方法沉積第二膜層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述 第一CVD方法為HARP SACVD。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述 HARP SACVDi殳備型號(hào)為AMAT Producer S'E。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或13或14所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征 在于所述第一膜層材料為無(wú)摻雜玻璃。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述 第一膜層厚度范圍為10 ~ 100納米。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于所述 第二 CVD方法包括但不限于傳統(tǒng)的SACVD、 PECVD及HDPCVD工藝中的一種。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12或17所述的金屬前介質(zhì)層形成方法，其特征在于 所述第二膜層材料包括但不限于二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻 璃、氟硅玻璃或具有低介電常數(shù)材料中的一種或其組合。
19. 一種膜層結(jié)構(gòu)，所述膜層內(nèi)無(wú)沉積孔洞產(chǎn)生，所述膜層包含順此沉積 的第一膜層及第二膜層。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一 膜層材料為無(wú)摻雜玻璃。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 第一膜層厚度范圍為10-100納米。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的金屬前介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二 膜層材料包括但不限于二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅 玻璃或具有低介電常數(shù)材料中的一種或其組合。
全文摘要
一種金屬前介質(zhì)層形成方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成金屬前介質(zhì)層沉積基底；在所述沉積基底上利用第一CVD方法沉積第一金屬前介質(zhì)層；在所述第一金屬前介質(zhì)層上利用第二CVD方法沉積第二金屬前介質(zhì)層?？尚纬蔁o(wú)沉積孔洞產(chǎn)生且通過(guò)改變器件內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)以改善器件性能的金屬前介質(zhì)層，利用HARP SACVD工藝沉積第一介質(zhì)層，以降低后續(xù)制程的線(xiàn)縫深寬比，繼而應(yīng)用HDPCVD、SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝沉積第二介質(zhì)層，以完成介質(zhì)層的沉積，可保證后續(xù)工藝與現(xiàn)有工藝相同，使得可將為實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化而對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行的改變降至最低，降低研發(fā)成本。
文檔編號(hào)H01L21/31GK101197272SQ20061011916
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者明 蔡, 鄭春生 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司