專利名稱：一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導體集成電路制造中的半導體器件領(lǐng)域，特別涉及一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法。
背景技術(shù)：
隨著CMOS技術(shù)按摩爾定律而高速發(fā)展，當器件的關(guān)鍵尺寸已縮小至90nm之下以后，沉積PMD通常需要采用高密度等離子體化學氣相沉積(HDP CVD)形成。該方法是同時進行沉積和蝕刻，其需要較高的等離子體密度以及較大功率的射頻電源，通常所用的射頻功率為5000瓦以上。中國專利CN01110119披露一種可改善高密度等離子體化學氣相沉積法所成形的金屬層間介電層均勻度控制不佳的情況的制造方法，首先是在制作有多個內(nèi)連導線的半導體基底上，共形形成一均勻性與附著性佳的薄PE-TE0S。而后，以高密度等離子體化學氣相法于第一氧化層上形成第二氧化層，并填入那些內(nèi)連導線間的間隙。最后，再以等離子體增強化學氣相沉積法于第二氧化層上形成第三氧化層。根據(jù)本發(fā)明的方法，不僅可達到極佳的間隙填充效果，可改善介電層品質(zhì)不佳的情形。中國專利CN200480027564涉及在半導體基底中填充縫隙的方法。在反應室中提供基底和含有至少一種重氫化合物的氣體混合物。使該氣體混合物反應而通過同時進行的層沉積和蝕刻在基底上形成材料層。該材料層填充縫隙，使得縫隙內(nèi)的材料是基本上沒有間隙的。本發(fā)明包括提供改善沉積速率均勻性的方法。材料在至少一種選自D2、hd、DT、T2 和TH的氣體的存在條件下沉積在表面上。在沉積期間凈沉積速率橫跨表面具有的偏差程度在其他方面基本上相同的條件下相對于使用吐沉積發(fā)生的偏差程度獲得了可測得的改
口 ο中國專利CN03109044提供一種具有雙層保護層的鑲嵌金屬內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，包含有一半導體晶片；一介電層設于該半導體晶片上，該介電層內(nèi)形成有一鑲嵌凹洞；一銅金屬導線，設于該鑲嵌凹洞內(nèi)，該銅金屬導線具有一經(jīng)過CMP研磨過的上表面，使該上表面約與該介電層齊平；以及一雙層保護層，包括一 HDPCVD氮化硅層以及一摻雜碳化硅(doped silicon carbide)上層覆于該銅金屬導線的上表面。該銅金屬導線層的該上表面是在CMP 研磨后，以氫氣等離子體或氨氣(ammonia)等離子體預處理。該高密度等離子體化學氣相沉積氮化硅層是利用在350°C下的高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)法沉積而成。利用HDP方法在形成PMD時，由于其等離子體密度高、功率大以及生長的時間長， 在實際生產(chǎn)過程中，會造成對柵極氧化層的損傷，使其漏電流增加，器件的可靠性下降。為了降低沉積前金屬介電質(zhì)層時等離子體對柵極氧化層的損傷，可采用雙層前金屬層沉積法，其中第一層為HDP方法沉積的PSG (磷硅玻璃)，第二層為等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)沉積的SiO2，其中HDP PSG中的P主要用來捕獲游離于器件中的金屬離子。然而這兩種不同性質(zhì)的薄膜在其界面粘結(jié)的不好，在后續(xù)的加工步驟過程中，容易產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，本發(fā)明在HDP PSG沉積完成以后，利用含氧的等離子體對PSG表面進行鈍化處理，降低了其上表面的P含量，使得該層薄膜的性質(zhì)更加接近與二氧化硅，從而增加了該層薄膜上表面同后續(xù)PECVD 二氧化硅下表面的粘結(jié)性能，非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明提出的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，該工藝步驟如下
1)提供具有N/PM0S的襯底；
2)在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；
3)在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層；
4)對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理；
5)在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層；
6)對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度； 本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進一步實現(xiàn)
所述第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為2-8%，厚度為800 2000A。所述沉積第一前金屬介電質(zhì)層的溫度小于500°C。所述第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為 3000 10000A，沉積溫度為300 5000C0所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理時，含氧等離子體為下列氣體之一 03，O2 或者 n2O。所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，處理時間范圍在20 40s之間。所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，含氧氣體的流量范圍為 20 50sccmo所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，氬氣的流量范圍為100 200sccmo所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，下部射頻電功率范圍為 3000 5000W。所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，中部射頻電功率范圍為 1000 2000W。所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，上部射頻電功率范圍為 2000 4000W。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，詳細說明如下。
圖1為本發(fā)明的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法的流程圖；
具體實施例方式
為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，詳細說明如下。本發(fā)明的不同實施例將詳述如下，以實施本發(fā)明的不同的技術(shù)特征，可理解的是， 以下所述的特定實施例的單元和配置用以簡化本發(fā)明，其僅為范例而不限制本發(fā)明的范圍。實施例1
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 2%，厚度為900A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O2 (流量為20sccm)和Ar (流量為150sccm) 下部射頻電功率為3000W 中部射頻電功率為1500W 上部射頻電功率為2000W 處理時間為20秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為3000A，沉積溫度為300°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例2
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 5%，厚度為1500A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O2 (流量為30sccm)和Ar (流量為150sccm) 下部射頻電功率為4500W 中部射頻電功率為1800W 上部射頻電功率為3000W 處理時間為30秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為5000A，沉積溫度為400°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例3
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 6%，厚度為800A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O2 (流量為40sccm)和Ar (流量為200sccm)下部射頻電功率為5000W 中部射頻電功率為1500W 上部射頻電功率為4000W 處理時間為35秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為8000A，沉積溫度為450°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例4
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 8%，厚度為2000A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O2 (流量為50sccm)和Ar (流量為200sccm) 下部射頻電功率為5000W 中部射頻電功率為2000W 上部射頻電功率為2000W 處理時間為40秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為10000A，沉積溫度為 5000C ；最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例5
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 2%，厚度為900A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O3 (流量為20sccm)和Ar (流量為150sccm) 下部射頻電功率為3000W 中部射頻電功率為1500W 上部射頻電功率為2000W 處理時間為20秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為3000A，沉積溫度為300°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例6
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 5%，厚度為1500A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O3 (流量為30sccm)和Ar (流量為150sccm)
6下部射頻電功率為4500W 中部射頻電功率為1800W 上部射頻電功率為3000W 處理時間為30秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為5000A，沉積溫度為400°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例7
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 6%，厚度為800A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O3 (流量為40sccm)和Ar (流量為200sccm) 下部射頻電功率為5000W 中部射頻電功率為1500W 上部射頻電功率為4000W 處理時間為35秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為8000A，沉積溫度為450°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例8
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 8%，厚度為2000A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下 通入O3 (流量為50sccm)和Ar (流量為200sccm) 下部射頻電功率為5000W 中部射頻電功率為2000W 上部射頻電功率為2000W 處理時間為40秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為10000A，沉積溫度為 5000C ；最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例9
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 2%，厚度為900A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下
通入N2O (流量為20sccm)和Ar (流量為150sccm)
7下部射頻電功率為3000W 中部射頻電功率為1500W 上部射頻電功率為2000W 處理時間為20秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為3000A，沉積溫度為300°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例10
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 5%，厚度為1500A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下
通入N2O (流量為30sccm)和Ar (流量為150sccm) 下部射頻電功率為4500W 中部射頻電功率為1800W 上部射頻電功率為3000W 處理時間為30秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為5000A，沉積溫度為400°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例11
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 6%，厚度為800A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下
通入N2O (流量為40sccm)和Ar (流量為200sccm) 下部射頻電功率為5000W 中部射頻電功率為1500W 上部射頻電功率為4000W 處理時間為35秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為8000A，沉積溫度為450°C; 最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。實施例12
首先提供具有N/PM0S的襯底，再在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；然后在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層，第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為 8%，厚度為2000A ；對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理； 等離子體處理的條件如下
通入N2O (流量為50sccm)和Ar (流量為200sccm)下部射頻電功率為5000W 中部射頻電功率為2000W 上部射頻電功率為2000W 處理時間為40秒
完成等離子體處理后，在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層，第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為10000A，沉積溫度為 5000C ；最后對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。本發(fā)明的目的在于提供一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，本發(fā)明在HDP PSG沉積完成以后，利用含氧的等離子體對PSG表面進行鈍化處理，降低了其上表面的P含量，使得該層薄膜的性質(zhì)更加接近與二氧化硅，從而增加了該層薄膜上表面同后續(xù)PECVD 二氧化硅下表面的粘結(jié)性能，非常適于實用。通過說明，給出了具體實施方式
的特定結(jié)構(gòu)的典型實施例。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實施例，然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容， 都應認為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于該工藝步驟如下1)提供具有N/PM0S的襯底；2)在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；3)在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層；4)對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理；5)在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層；6)對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述第一前金屬介電質(zhì)層為HDP PSG，其中磷濃度的含量為2-8%，厚度為800 2000A。
3.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述沉積第一前金屬介電質(zhì)層的溫度小于500°C。
4.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述第二前金屬介電質(zhì)層為由PECVD方法沉積的不含磷二氧化硅薄膜，厚度為3000 10000A， 沉積溫度為300 500°C。
5.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理時，含氧等離子體為下列氣體之一 03，O2或者隊0。
6.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，處理時間范圍在20 40s之間。
7.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，含氧氣體的流量范圍為20 50sCCm。
8.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，氬氣的流量范圍為100 200sCCm。
9.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，下部射頻電功率范圍為3000 5000W。
10.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，中部射頻電功率范圍為1000 2000W。
11.如權(quán)利要求1所述的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，其特征在于所述對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧等離子體處理，上部射頻電功率范圍為2000 4000W。
全文摘要
本發(fā)明提出的一種減少雙層前金屬介電質(zhì)層開裂的方法，該工藝步驟如下1)提供具有N/PMOS的襯底；2)在襯底上沉積氮化硅蝕刻阻擋層；3)在氮化硅蝕刻阻擋層上沉積第一前金屬介電質(zhì)層；4)對第一前金屬介電質(zhì)層進行含氧的等離子體處理；5)在第一前金屬介電質(zhì)層上沉積第二前金屬介電質(zhì)層；6)對第二前金屬介電質(zhì)層進行化學機械研磨以達到設計要求厚度。本發(fā)明在HDPPSG沉積完成以后，利用含氧的等離子體對PSG表面進行鈍化處理，降低了其上表面的P含量，使得該層薄膜的性質(zhì)更加接近與二氧化硅，從而增加了該層薄膜上表面同后續(xù)PECVD二氧化硅下表面的粘結(jié)性能，非常適于實用。
文檔編號H01L21/3105GK102446745SQ20111030973
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者徐強, 鄭春生, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司