專利名稱：改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，尤其涉及一種高密度等離子體化學(xué)氣相淀 積(HDP CVD)方法，具體涉及一種改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法。
背景技術(shù)：
亞常壓化學(xué)氣相淀積的硼磷硅玻璃薄膜(SACVD BPSG)被廣泛應(yīng)用于金屬淀積之 前，作為金屬層與其下面的多晶硅之間的絕緣層PMD(pre-metal dielectric).其中，P可 以吸收堿性離子，B可以降低BPSG薄膜的玻璃化溫度，使其能在較低溫度下回流平坦化。然 而隨著特征尺寸的不斷減小，SACVD BPSG填孔性能不能滿足要求，即填孔過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)空 洞，這樣在后續(xù)接觸孔(contact)填充過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致其間的短路。高密度等離子體化學(xué)氣相淀積(HDP CVD)具有同步淀積和刻蝕功能，因此具有良 好的填孔性能。在其淀積SiA的過(guò)程中加入PH3氣體，就可以生成含有P2O5的二氧化硅薄 膜，稱為磷硅玻璃(PSG)。在SiO2中加入P2O5可以減小膜應(yīng)力，還可以有效固定雜質(zhì)離子。 所以HDP PSG被用于小尺寸器件的金屬層與其下面的多晶硅之間的絕緣層。此外HDP PSG 結(jié)合CMP (chemical-mechanical planarization，化學(xué)機(jī)械拋光)平坦化技術(shù)，就不需要高 溫回流步驟，可以減低成本。同時(shí)，采用高濃度(8-10% )HDP PSG，結(jié)合SAC (self-aligned contact,自對(duì)準(zhǔn)接觸孔)工藝及高濃度PSG對(duì)二氧化硅高選擇比刻蝕技術(shù)，可以不需要SAC 刻蝕阻擋層，這樣就降低了光刻的對(duì)準(zhǔn)難度，從而大幅度提高了器件尺寸縮小的可行性。由于HDP CVD工藝特有的二次濺射，在淀積高濃度的PSG薄膜8時(shí)，會(huì)在溝道表面 形成低P含量的殼，被稱為flower pattern，如圖1。而通常在使用HDP技術(shù)填充縱寬比高、 小尺寸溝道結(jié)構(gòu)(0. 25微米以下)時(shí)，為避免填孔過(guò)程中出現(xiàn)空洞，需使用高功率的射頻偏 壓以提高等離子體物理轟擊刻蝕速率來(lái)獲得較高的刻蝕能力，從而提高填孔性能，但同時(shí) 高的射頻偏壓增加了轟擊強(qiáng)度，也會(huì)導(dǎo)致二次濺射加重，也就增加了 flowerpattern的寬 度，如圖1所示。由于flower pattern里的P含量低，導(dǎo)致SAC刻蝕速率下降，如果flower pattern過(guò)大，則會(huì)引起刻蝕停止現(xiàn)象，接觸孔9無(wú)法刻通，如圖2所示。因此更先進(jìn)的PSG 制程需要對(duì)其填孔性及flower pattern同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，該方 法在傳統(tǒng)HDP CVD工藝中引入刻蝕氣體，提升其刻蝕能力，保證在小功率的射頻偏壓下實(shí)現(xiàn) 無(wú)空洞填充，同時(shí)減弱淀積過(guò)程中的二次濺射，以此降低PSG flower pattern的寬度，更有 利于相應(yīng)的自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃 形貌的方法，包括如下步驟(1)在硅襯底上形成柵電極；
(2)LDD注入，在柵電極側(cè)壁形成側(cè)墻；(3)源漏注入及快速熱退火；(4)采用高密度等離子體化學(xué)氣相淀積工藝淀積磷硅玻璃薄膜，在此過(guò)程中引入 刻蝕氣體與磷硅玻璃反應(yīng)；(5)自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。步驟中，所述引入的刻蝕氣體為任何能與二氧化硅反應(yīng)的氣體，并且生成物 皆為氣體。所述的刻蝕氣體為HF，F(xiàn)2或NF3。所述引入的刻蝕氣體以如下兩種方式參與反 應(yīng)A.與磷硅玻璃的反應(yīng)源氣體同時(shí)通入機(jī)臺(tái)腔體，以邊生長(zhǎng)邊刻蝕的方式淀積磷硅 玻璃薄膜；所述磷硅玻璃的反應(yīng)源氣體為SiH4或A ；或者B.通過(guò)改變刻蝕氣體的流量，按首先進(jìn)行磷硅玻璃生長(zhǎng)，然后再進(jìn)行刻蝕氣體刻 蝕反復(fù)多步間歇式淀積磷硅玻璃薄膜。所述刻蝕氣體與磷硅玻璃反應(yīng)，減薄了溝道側(cè)壁的膜厚，實(shí)現(xiàn)磷硅玻璃薄膜從底 部逐漸往上生長(zhǎng)。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果在傳統(tǒng)HDP CVD工藝中引入刻蝕氣 體后，在射頻偏壓的選擇性濺射刻蝕及刻蝕氣體的化學(xué)反應(yīng)各向同性刻蝕共同作用下，有 效減薄了溝道側(cè)壁的膜厚，降低HDP PSG的填孔難度，實(shí)現(xiàn)HDP PSG從底部逐漸往上生長(zhǎng)， 從而可在小功率射頻偏壓下滿足無(wú)空洞填充，同時(shí)減弱淀積過(guò)程中的二次濺射，降低了因 二次濺射在磷硅玻璃表面形成的低P含量的殼(PSG flower pattern)的寬度，改善了高密 度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌，更有利于相應(yīng)的自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。


圖1是采用傳統(tǒng)HDP CVD工藝形成的PSG flower pattern的示意圖；圖2是采用傳統(tǒng)HDP CVD工藝導(dǎo)致SAC刻蝕停止的示意圖；圖3-圖7是本發(fā)明方法的流程示意圖；其中，圖3是本發(fā)明的多晶硅柵電極形成后的示意圖；圖4是本發(fā)明的多晶硅柵電極的側(cè)墻形成后的示意圖；圖5是本發(fā)明的源，漏極形成后的示意圖；圖6是本發(fā)明的磷硅玻璃生長(zhǎng)方式示意圖；圖7是本發(fā)明完成后的磷硅玻璃薄膜形貌示意圖。其中，1為硅襯底，2為柵氧化層，3為多晶硅層，4為氮化硅層，5為側(cè)墻，6為源極， 7為漏極，8為PSG薄膜，9為接觸孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖3-圖7所示，本發(fā)明一種高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌方 法，具體包括如下步驟第一步，在硅襯底1上形成柵電極，采用常規(guī)的工藝方法，一般是首先在硅襯底1 上沉積柵氧化層2，然后在柵氧化層2上淀積多晶硅層3，再在多晶硅層3上淀積氮化硅層4，多晶硅光刻和刻蝕，形成多晶硅柵電極，見(jiàn)圖3 ；第二步，LDD(Light Doped Drain，輕摻雜的源漏區(qū))注入，然后在柵電極側(cè)壁形成 側(cè)墻5，形成側(cè)墻5采用常規(guī)的化學(xué)汽相淀積工藝制備氮化硅，然后采用干法刻蝕，形成氮 化硅側(cè)墻5，如圖4;第三步，源漏注入及快速熱退火；這步首先采用光刻定義源漏的圖形，然后用離子 注入工藝將雜質(zhì)離子注入到硅襯底1對(duì)應(yīng)的源漏注入?yún)^(qū)域，形成源極6和漏極7，如圖5 ；第四步，如圖6和圖7所示，采用HDP-CVD(高密度等離子體化學(xué)氣相淀積)工藝 淀積磷硅玻璃PMD層，即圖6中的PSG薄膜8 ；在該步驟中引入刻蝕氣體，以提高其刻蝕能 力，該引入的刻蝕氣體為任何能與二氧化硅反應(yīng)的氣體，并且生成物皆為氣體，如HF，F(xiàn)2，NF3 等。引入的刻蝕氣體可以有兩種方式參與反應(yīng)(1)與PSG的反應(yīng)源氣體(例如5讓4或02) 同時(shí)通入機(jī)臺(tái)腔體，以邊生長(zhǎng)邊刻蝕的方式淀積PSG薄膜8 ； (2)通過(guò)改變刻蝕氣體的流量 (流量為0-50sCCm)，按磷硅玻璃生長(zhǎng)(刻蝕氣體關(guān)閉)一刻蝕(刻蝕氣體打開(kāi))反復(fù)多步 間歇式淀積PSG薄膜8?？涛g氣體可與PSG反應(yīng)，有效減薄了溝道側(cè)壁的膜厚，降低HDP PSG 的填孔難度，實(shí)現(xiàn)HDP PSG從底部逐漸往上生長(zhǎng)，從而可在小功率射頻偏壓下滿足無(wú)空洞填 充，同時(shí)減小了 PSG flower pattern的寬度。由于HDP的選擇性物理濺射，使得溝道底部 的淀積速率比側(cè)壁快。在HDP PSG淀積過(guò)程中加入刻蝕氣體，如HF，F(xiàn)2，NF3等，可使各向同 性消耗PSG，這樣就能削弱溝道側(cè)壁PSG的淀積，避免過(guò)早結(jié)合出現(xiàn)空洞，實(shí)現(xiàn)溝道內(nèi)的PSG 從底部向上生長(zhǎng)(如圖6所示)，這樣就可在小功率射頻偏壓下滿足無(wú)空洞填充，從而有效 減小了 PSG flower pattern的寬度，如圖7所示。第五步，后續(xù)工藝包括自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。填充小尺寸溝道結(jié)構(gòu)時(shí)，為提高HDP PSG的填孔性，在傳統(tǒng)HDP CVD工藝中引入 刻蝕氣體，以在射頻偏壓的選擇性濺射刻蝕及刻蝕氣體的化學(xué)反應(yīng)各向同性刻蝕共同作用 下，削弱溝道側(cè)壁PSG的淀積，避免過(guò)早結(jié)合出現(xiàn)空洞，實(shí)現(xiàn)溝道內(nèi)的PSG從底部向上生長(zhǎng)， 使得HDP在小功率的射頻偏壓下就可以無(wú)空洞填充，同時(shí)減弱了淀積過(guò)程中的二次濺射， PSG flower pattern的寬度得到控制，更有利于相應(yīng)的自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。
權(quán)利要求
1.一種改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，其特征是包括如 下步驟(1)在硅襯底上形成柵電極；(2)LDD注入，在柵電極側(cè)壁形成側(cè)墻；(3)源漏注入及快速熱退火；(4)采用高密度等離子體化學(xué)氣相淀積工藝淀積磷硅玻璃薄膜，在此過(guò)程中引入刻蝕 氣體與磷硅玻璃反應(yīng)；(5)自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，其 特征在于，步驟中，所述引入的刻蝕氣體為任何能與二氧化硅反應(yīng)的氣體，并且生成物 皆為氣體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方 法，其特征在于，步驟(4)中，所述的刻蝕氣體為HF，F(xiàn)2或NF3。
4.如權(quán)利要求1所述的改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，其 特征在于，步驟中，所述引入的刻蝕氣體以如下兩種方式參與反應(yīng)A.與磷硅玻璃的反應(yīng)源氣體同時(shí)通入機(jī)臺(tái)腔體，以邊生長(zhǎng)邊刻蝕的方式淀積磷硅玻璃 薄膜；或者B.通過(guò)改變刻蝕氣體的流量，按首先進(jìn)行磷硅玻璃生長(zhǎng)，然后再進(jìn)行刻蝕氣體刻蝕反 復(fù)多步間歇式淀積磷硅玻璃薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，其 特征在于，方式A中，所述磷硅玻璃的反應(yīng)源氣體為5讓4或02。
6.如權(quán)利要求4所述的改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，其 特征在于，方式B中，所述刻蝕氣體的流量為0-50sCCm。
7.如權(quán)利要求1所述的改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，其 特征在于，步驟中，所述刻蝕氣體與磷硅玻璃反應(yīng)，減薄了溝道側(cè)壁的膜厚，實(shí)現(xiàn)磷硅 玻璃薄膜從底部逐漸往上生長(zhǎng)，從而可在小功率射頻偏壓下滿足無(wú)空洞填充，也減弱了淀 積過(guò)程中的二次濺射，以此降低因二次濺射在磷硅玻璃表面形成的低P含量的殼的寬度， 改善了磷硅玻璃薄膜的形貌。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改善高密度等離子體化學(xué)氣相淀積的磷硅玻璃形貌的方法，包括如下步驟(1)在硅襯底上形成柵電極；(2)LDD注入，在柵電極側(cè)壁形成側(cè)墻；(3)源漏注入及快速熱退火；(4)采用高密度等離子體化學(xué)氣相淀積工藝淀積磷硅玻璃薄膜，在此過(guò)程中引入刻蝕氣體與磷硅玻璃反應(yīng)；(5)自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。該方法在傳統(tǒng)HDP CVD工藝中引入刻蝕氣體，提升其刻蝕能力，保證在小功率的射頻偏壓下實(shí)現(xiàn)無(wú)空洞填充，同時(shí)減小淀積過(guò)程中的二次濺射，以此降低因二次濺射在磷硅玻璃表面形成的低P含量的殼(flower pattern)的寬度，改善了磷硅玻璃薄膜的形貌，更有利于相應(yīng)的自對(duì)準(zhǔn)接觸孔刻蝕。
文檔編號(hào)H01L21/316GK102082091SQ200910201880
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2009年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月30日
發(fā)明者彭仕敏, 謝烜 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司