專利名稱：層疊介質(zhì)層的形成方法和金屬前介質(zhì)層的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種層疊介質(zhì)層的形成方法 和一種金屬前介質(zhì)層的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著對超大規(guī)模集成電路高集成度和高性能的需求逐漸增加，半導體技
術(shù)向著65nm甚至更小特征尺寸的技術(shù)節(jié)點發(fā)展，當器件尺寸不斷的等比例縮 小，也要求薄膜沉積的填隙能力(Gap-fill ability)有進一步的提升。
半導體制造過程中，通常在經(jīng)前端工藝制造的基底上沉積介質(zhì)層，為獲 得可靠的器件性能，該介質(zhì)層需要將基底上半導體結(jié)構(gòu)的縫隙(包括柵極間 隔、淺溝槽隔離、接觸孔或通孔等)填滿不留孔洞，也就是說，介質(zhì)層沉積 的方法要具有較高的填隙能力。傳統(tǒng)的工藝 一般采用高密度等離子體化學氣 相沉積法(HDPCVD)和亞大氣壓化學氣相沉積法(SACVD)形成介質(zhì)層， 但是隨著集成電路特征尺寸的持續(xù)減小，半導體結(jié)構(gòu)的縫隙的深寬比(aspect ratio)也越來越大，向著又深又細的高深寬比發(fā)展。為滿足對填隙能力提升的 需求，業(yè)界進行了大量的新技術(shù)研發(fā)。
專利CN1320158C提供的一種多沉積步驟的高密度等離子體化學氣相沉 積方法，該方法通過至少二次高密度等離子體化學氣相沉積步驟，且保證每 一沉積步驟的沉積-刻蝕速率比(D/S值)不同，其第一步驟D/S值范圍為7-20, 第二步驟D/S值范圍為2.5-8，通過第一步驟的高D/S值填充，先P爭低縫隙的 深寬比，而后第二步驟低D/S值高效填充，從而在帶有縫隙的半導體基底上 沉積薄膜并無孔洞地填充該線縫。
然而，實際生產(chǎn)過程中，普遍通過膜層的應力來調(diào)節(jié)源漏區(qū)的載流子遷 移率，而改善器件的性能，例如，在NMOS的源漏區(qū)上沉積具有拉應力的金 屬前介質(zhì)膜層(Pre-Metal Dielectric, PMD)能夠提高電子遷移率，但是，高 密度等離子體化學氣相沉積法沉積的膜層 一 般具有壓應力，不利于提高 NMOS器件的性能，因此應用上述多沉積步驟的高密度等離子體化學氣相沉 積方法雖可解決縫隙填充問題，但無法解決膜層應力問題。目前，高深寬比-亞大氣壓化學氣相沉積法(High Aspect Ratio Process Sub-Atmospherical CVD, HARP SACVD )提供了具有較高填隙能力的先進工 藝，另一現(xiàn)有^^支術(shù)在制作金屬前介質(zhì)層過程中，先利用HARP SACVD工藝形 成第一介質(zhì)層，如無摻雜玻璃(USG),填充縫隙中具有高深寬比的區(qū)域，繼 而利用高產(chǎn)能的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD工藝形成第二介質(zhì)層， 如磷硅玻璃(PSG)，完成縫隙的填充，從而形成第一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層疊 加的金屬前介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)。該技術(shù)的優(yōu)點為由于HARP-SACVD工藝沉積的 膜層都具有拉應力，而后續(xù)工藝中應用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng) 工藝形成第二介質(zhì)層中具有壓應力，通過調(diào)節(jié)兩層介質(zhì)的厚度比值，可靈活 調(diào)整沉積后金屬前介質(zhì)層內(nèi)的應力，可以獲得期望的應力值。
然而問題在于，上述構(gòu)成金屬前介質(zhì)層的第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層采用 不同的設(shè)備制造，在實際工藝流程中，由HARP SACVD工藝沉積的第一介質(zhì) 層比較疏松，而且表層具有較多的Si-H懸掛鍵，暴露于空氣中，被氧化成為 Si-OH鍵，使得膜層易于吸收潮氣，逐漸失去膜層內(nèi)的拉應力，導致整個金屬 前介質(zhì)層的應力值不能滿足設(shè)計要求，從而無法獲得期望應力狀態(tài)，使器件 性能提高。
同樣的，在形成其他層疊介質(zhì)層時，由于第一介質(zhì)層較疏松或者表層具 有較多的Si-H懸掛鍵，也會存在類似的吸潮氣導致應力狀態(tài)變化，從而不能 達到設(shè)計的應力要求的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種層疊介質(zhì)層的制造方法，能夠恢復并保持 層疊介質(zhì)層中第一介質(zhì)層的應力,以獲得期望的層疊介質(zhì)層應力狀態(tài)。
本發(fā)明解決的另 一 問題是提供一種金屬前介質(zhì)層的制造方法，能夠恢復 并保持由層疊介質(zhì)層構(gòu)成的金屬前介質(zhì)層中第一介質(zhì)層的應力，以獲得期望 的金屬前介質(zhì)層應力狀態(tài)。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種層疊介質(zhì)層的形成方法，包括 提供具有半導體結(jié)構(gòu)的基底；
5在所述基底上形成第一介質(zhì)層；
對所述第一介質(zhì)層進行去潮氣處理；
在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層。
優(yōu)選的，所述的去潮氣處理采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層。
所述產(chǎn)生高密度等離子體的氣體包括含氧的第 一氣體和/或用于稀釋的第 二氣體。
所述第一氣體包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種的組合。
所述第二氣體包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的組合。
可選的，所述的去潮氣處理采用紫外線在含氧氣氛下照射第一介質(zhì)層。
所述含氧氣氛包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種的組合。
所述去潮氣處理還包括在半導體基底的背面采用氣流冷卻處理。
所述用于冷卻處理的氣流包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的 組合。
去潮氣處理后原位或者非原位在所述第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點
在形成層疊介質(zhì)層的第二介質(zhì)層之前，對第一介質(zhì)層進行去潮氣處理， 使得第一介質(zhì)層內(nèi)吸收的潮氣蒸發(fā)，而且使得膜層表面更加致密和穩(wěn)定，從 而恢復并保持第一介質(zhì)層的應力，獲得期望的層疊介質(zhì)層的應力狀態(tài)。
對于采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層的去潮氣處理方法， 一方面， 氦氣、氬氣、氮氣等稀釋氣體離化率較高，其產(chǎn)生的高密度等離子體對第一 介質(zhì)層表面的轟擊，主要貢獻為將等離子的動能轉(zhuǎn)化為膜層的內(nèi)能，產(chǎn)生的 熱效應使潮氣蒸發(fā)；另一方面，氧氣、臭氧、 一氧化二氮等含氧氣體產(chǎn)生的 等離子體，也能有一定的熱效應，但其更主要的貢獻在于，電離出氧離子能 夠?qū)⒌谝唤橘|(zhì)層表面的Si-H鍵轉(zhuǎn)化成Si-0鍵，使得膜層表面更加致密和穩(wěn)定， 不易吸潮氣。因此，經(jīng)過高密度等離子體轟擊后的第一介質(zhì)層，隨著潮氣的 去除，其內(nèi)在的拉應力也逐漸恢復。對于在含氧氣氛下用紫外線照射第一介質(zhì)層的去潮氣處理方法， 一方面， 紫外線照射將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使第一介質(zhì)層中的潮氣蒸發(fā)，另一方面，在
紫外線的照射下含氧氣氛能夠?qū)⒌谝唤橘|(zhì)層表面的Si-H鍵轉(zhuǎn)化為Si-O鍵，形 成致密且穩(wěn)定的表層，不易吸入潮氣，從而使第一介質(zhì)層恢復并保持內(nèi)在的 拉應力。
在形成層疊介質(zhì)層的第二介質(zhì)層之前對第 一介質(zhì)層進行去潮氣處理，不 僅可以使第一介質(zhì)層具有拉應力，有利于提高NMOS有源區(qū)的電子遷移率， 而且與后續(xù)工藝中應用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的具有 壓應力的第二介質(zhì)層組合構(gòu)成層疊介質(zhì)層，通過調(diào)節(jié)兩層介質(zhì)的厚度比值， 可靈活調(diào)整沉積后PMD層內(nèi)應力，獲得期望的應力狀態(tài)。
此外，在去潮氣處理的同時，在半導體襯底的背面采用氦氣、氬氣或氮 氣等氣流對襯底進行冷卻，能夠有效避免對器件熱穩(wěn)定性的影響。
相應的，本發(fā)明還提供了一種金屬前介質(zhì)層的形成方法，所述金屬前介 質(zhì)層包括第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層，所述方法包括
提供金屬前介質(zhì)層形成的半導體基底；
在所述基底上形成第一介質(zhì)層；
對所述第一介質(zhì)層進行去潮氣處理；
在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層和第 二介質(zhì)層構(gòu)成金屬前介質(zhì)層。
所述的去潮氣處理采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層或者采用紫外線 在含氧氣氛中照射第一介質(zhì)層。 一
所述去潮氣處理還包括在半導體基底的背面采用氣流冷卻處理。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點
在形成金屬前介質(zhì)層中的第二介質(zhì)層之前，對第 一介質(zhì)層進行去潮氣處 理，使得第一介質(zhì)層內(nèi)吸收的潮氣蒸發(fā)，而且使得膜層表面更加致密和穩(wěn)定， 從而恢復并保持第一介質(zhì)層的應力，獲得期望的層疊介質(zhì)層的應力狀態(tài)。對于采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層的去潮氣處理方法， 一方面， 氦氣、氬氣、氮氣等稀釋氣體離化率較高，其產(chǎn)生的高密度等離子體對第一 介質(zhì)層表面的轟擊，主要貢獻為將等離子的動能轉(zhuǎn)化為膜層的內(nèi)能，產(chǎn)生的
熱效應使潮氣蒸發(fā)；另一方面，氧氣、臭氧、 一氧化二氮等含氧氣體產(chǎn)生的 等離子體，也能有一定的熱效應，但其更主要的貢獻在于，電離出氧離子能 夠?qū)⒌谝唤橘|(zhì)層表面的Si-H鍵轉(zhuǎn)化成Si-O鍵，使得第一介質(zhì)層表面更加致密 和穩(wěn)定，不易吸潮氣。因此，經(jīng)過高密度等離子體轟擊后的第一介質(zhì)層，隨 著潮氣的去除，其內(nèi)在的拉應力也逐漸恢復。
對于在含氧氣氛下用紫外線照射第一介質(zhì)層的去潮氣處理方法， 一方面， 紫外線照射將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使第一介質(zhì)層中的潮氣蒸發(fā)，另一方面，在 紫外線的照射下含氧氣氛能夠?qū)⒌谝唤橘|(zhì)層表面的Si-H鍵轉(zhuǎn)化為Si-O鍵，形 成致密且穩(wěn)定的表層，不易吸入潮氣，從而使第一介質(zhì)層恢復并保持內(nèi)在的 拉應力。
此外，在去潮氣處理的同時，在半導體襯底的背面采用氦氣、氬氣或氮 氣等氣流對襯底進行冷卻，能夠有效避免對器件熱穩(wěn)定性的影響。
通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及 其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同 的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的 主旨。
圖1至圖3為本發(fā)明的層疊介質(zhì)層的形成方法的示意圖； 圖4至圖8為本發(fā)明實施例一中金屬前介質(zhì)層形成方法的示意圖； 圖9和圖IO為本發(fā)明實施例一中第一介質(zhì)層應力隨時間的變化曲線圖； 圖11為本發(fā)明實施例二中金屬前介質(zhì)層形成方法的示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明 易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā) 明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施 的限制。
其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便 于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意 圖只是實例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應包 含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
本發(fā)明所述的層疊介質(zhì)層的形成方法包括
提供具有半導體結(jié)構(gòu)的基底；
在所述基底上形成第一介質(zhì)層；
對所述第一介質(zhì)層進行去潮氣處理；
在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層。
所述的去潮氣處理采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層。
所述產(chǎn)生高密度等離子體的氣體包括含氧的第 一氣體和/或用于稀釋的第 二氣體。
所述第一氣體包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種的組合。
所述第二氣體包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的組合。
所述的去潮氣處理采用紫外線在含氧氣氛下照射第一介質(zhì)層。
所述含氧氣氛包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種的組合。
所述去潮氣處理還包括在半導體基底的背面采用氣流冷卻處理。
所述用于冷卻處理的氣流包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的 組合。
所述去潮氣處理后原位或者非原位在第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層。 本發(fā)明所述的金屬前介質(zhì)層的形成方法包括
9提供金屬前介質(zhì)層形成的半導體基底； 在所述基底上形成第一介質(zhì)層； 對所述第 一介質(zhì)層進行去潮氣處理；
在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層和第 二介質(zhì)層構(gòu)成金屬前介質(zhì)層。
所述的去潮氣處理采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層或者采用紫外線 在含氧氣氛中照射第一介質(zhì)層。
所述去潮氣處理還包括在半導體基底的背面采用氣流冷卻處理。
圖1至圖3為本發(fā)明所述層疊介質(zhì)層的形成方法的示意圖。該方法包括
如圖1所示，提供具有半導體結(jié)構(gòu)的基底100,該基底上包括但不限于半 導體器件層，或者開有溝槽或通孔的金屬間介質(zhì)層。
在所述基底100上形成第一介質(zhì)層110,所述第一介質(zhì)層110采用高深寬 比-亞大氣壓化學氣相沉積法(HARPSACVD)形成；所述第一介質(zhì)層110的 材料包括但不限于無摻雜玻璃(Un-Doped Silicate Glass, USG)，所述第一介 質(zhì)層110由硅前驅(qū)物及含氧氣體反應形成。所述硅前驅(qū)物包括但不限于硅烷 (SiH4)或正硅酸乙酯(TEOS ， Si(C2H504))中的 一種，所述含氧氣體包括但不 限于氧氣(02)或臭氧(03)中的一種。
如圖2所示，對所述第一介質(zhì)層110進行去潮氣處理，所述去潮氣處理 采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層110或者紫外線在含氧氣氛中照射第一 介質(zhì)層110的方法。
其中，產(chǎn)生高密度等離子體的氣體包括含氧的第一氣體和/或用于稀釋的 第二氣體，所述第一氣體包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種 的組合，所述第二氣體包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的組合。 高密度等離子體由射頻或者微波激勵源激發(fā)第一氣體和/或用于稀釋的第二氣 體產(chǎn)生。
去潮氣處理時，在半導體基底的背面采用氦氣、氬氣或氮氣等氣流對基底進行冷卻。
如圖3所示，在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層110，上形成第二介質(zhì)層120, 所述第二介質(zhì)層120的形成方法包括K旦不限于HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的 SACVD工藝中的一種。所述第二介質(zhì)層材料包括但不限于未摻雜的二氧化硅 (USG)、磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(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 ,(美國Novellus 公司low隱k產(chǎn) 品)o
在下述實施例一中，結(jié)合金屬前介質(zhì)層(PMD)的制造過程詳細說明本 發(fā)明所述的層疊介質(zhì)層的形成方法。
實施例一
圖4至圖8為本實施例所述金屬前介質(zhì)層形成方法的示意圖。所述的金 屬前介質(zhì)層為第一介質(zhì)層和第一介質(zhì)層上的第二介質(zhì)層組成的層疊介質(zhì)層。 其中，第一介質(zhì)層采用具有良好的縫隙填充能力的CVD工藝，尤其對于65nm 或其以下制程，選用HARP SACVD工藝形成；而第二介質(zhì)層采用產(chǎn)能相對較 高的HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD等工藝形成。
之所以采用層疊介質(zhì)層形成金屬前介質(zhì)層，是因為隨著特征尺寸的減小， 縫隙的深寬比也越來越大，HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD等工藝已經(jīng) 不能滿足填充深寬比大于7: 1的縫隙的要求，而HARP SACVD工藝具有卓 越的填隙能力，能夠4艮好填充65nm及更小線寬制程中深寬比大于7: 1的縫 隙，但是其產(chǎn)能較低，只約為應用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝 產(chǎn)能的一半，若完全應用HARP SACVD替代現(xiàn)有的HDPCVD、 PECVD或傳 統(tǒng)的SACVD工藝沉積PMD層，將嚴重影響生產(chǎn)效率。
因此業(yè)內(nèi)提出了利用HARP SACVD工藝形成第一介質(zhì)層，以填充縫隙中 具有高深寬比的區(qū)域，繼而利用HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD工藝形 成第二介質(zhì)層，從而完成整個縫隙的填充。這種層疊介質(zhì)層不僅能夠形成無 孔洞的PMD層，而且能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)PMD層的應力狀態(tài)，改善器件性能。首先，如圖4所示，提供一具有有源區(qū)的半導體襯底200,在所述襯底 200上形成柵極201和環(huán)繞柵極的側(cè)墻203，所述柵極之間具有縫隙209。
所述柵極201由多晶硅構(gòu)成，或由多晶硅與金屬硅化物等材料組合成復合 柵；所述金屬硅化物包括硅化鎢(WSi)、硅化鈦(TiSi2)、硅化鎳(NiSi)、 硅化鈷(CoSi2)等材料中的一種，對于65nm或其以下制程，優(yōu)選的硅化物為 硅化鎳。
所述側(cè)墻203的材料為二氧化硅(Si02),利用沉積-反刻工藝形成，即先 采用化學氣相沉積法在已形成柵極的襯底上形成二氧化硅層，然后利用各向 異性干法刻蝕工藝，反刻掉部分二氧化硅，同時保留側(cè)墻部分的二氧化硅。
如圖5所示，在已具有4冊才及201和環(huán)繞#冊*1的側(cè)墻203的襯底上形成阻擋層 205，該阻擋層205將襯底200上的有源區(qū)保護起來，使之與隨后形成的介質(zhì)層 隔離，同時也可作為后續(xù)工藝刻蝕接觸孔時的停止層。所述阻擋層205優(yōu)選的 材料為氮化硅(Si3N4)，利用化學氣相淀積法形成。
如圖6所示，在阻擋層205上形成第一介質(zhì)層210,以填充縫隙中具有高 深寬比的區(qū)域。所述第一介質(zhì)層210采用填縫能力較強的HARP SACVD工藝 形成，所采用HARP SACVD設(shè)備型號為AMAT Producer SE,所述第一介質(zhì) 層210的材料包括但不限于無摻雜玻璃(USG )，由硅前驅(qū)物及含氧氣體反應 形成，所述硅前驅(qū)物包括但不限于硅烷(SiH4)或正硅酸乙酯(TEOS)中的一 種，所述含氧氣體包括但不限于氧氣(o2)或臭氧(o3)中的一種。
通常HARP SACVD工藝形成的第一介質(zhì)層具有拉應力，該拉應力有利于 提高NMOS有源區(qū)的電子遷移率，改善器件性能。但是，由HARP SACVD 工藝沉積的第一介質(zhì)層比較疏松，而且表層具有較多的Si-H懸掛鍵，由于后 續(xù)的第二介質(zhì)層采用不同的工藝制造，在實際工藝流程中，晶片暴露于空氣 中，膜層易于吸收潮氣，逐漸失去膜層內(nèi)的拉應力。圖9為第一介質(zhì)層的內(nèi) 應力隨暴露于空氣中的時間變化的曲線圖，內(nèi)應力由KLA-Tencor />司的F5x 型應力測試儀器測試，可見，隨著時間的增加，第一介質(zhì)層的內(nèi)應力逐漸減 小。因此，在形成第二介質(zhì)層之前必須將第一介質(zhì)層中的潮氣去除。
如圖7所示，采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層210,進行去潮氣處理。
12所述的高密度等離子體由射頻或者微波激勵源激發(fā)產(chǎn)生；產(chǎn)生所述高密度等
離子體的氣體包括含氧的第一氣體和/或稀釋的第二氣體，所述第一氣體包括
氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種的組合；所述第二氣體包括氦 氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的組合。
作為示例，所述高密度等離子體的由兩個射頻源生成，第一激勵源功率 為2000W至6000W，第二激勵源的功率為4000W至8000W;生成所述高密 度等離子體的氣體為氧氣和氬氣，氧氣的流量為100sccm至300sccm,氬氣的 流量為100sccm至300sccm，高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層210表面的時間 至少為80s。
上述示例中， 一方面，氦氣、氬氣、氮氣等稀釋氣體離化率較高，其產(chǎn) 生的高密度等離子體對第一介質(zhì)層210表面的進行轟擊，主要貢獻為將等離 子的動能轉(zhuǎn)化為膜層的內(nèi)能，產(chǎn)生的熱效應使潮氣蒸發(fā)；另一方面，氧氣、 臭氧、 一氧化二氮等含氧氣體產(chǎn)生的等離子體，也能有一定的熱效應，但其 更主要的貢獻在于，電離出氧離子能夠?qū)⒌谝唤橘|(zhì)層210表面的不穩(wěn)定的Si-H 鍵轉(zhuǎn)化成Si-O鍵，使得膜層表面更加致密和穩(wěn)定，不易吸潮氣。因此，經(jīng)過 高密度等離子體轟擊后的第一介質(zhì)層，隨著潮氣的去除，其內(nèi)在的拉應力也 逐漸恢復。圖10為第一介質(zhì)層的內(nèi)應力隨高密度等離子體轟擊時間變化的曲 線圖，其中內(nèi)應力由KLA-Tencor公司的F5x型應力測試儀器測試，可見， 隨著等離子轟擊的時間的增加，第一介質(zhì)層中的內(nèi)應力也逐漸增大，處理一 定時間之后應力值維持到一定的水平，表明潮氣已經(jīng)完全去除。這樣不僅可 以使第一介質(zhì)層保持拉應力，有利于提高NMOS有源區(qū)的電子遷移率，而且 與后續(xù)工藝中應用HDPCVD、 SACVD或PECVD等傳統(tǒng)工藝形成的具有壓應 力的第二介質(zhì)層組合構(gòu)成層疊介質(zhì)層，通過調(diào)節(jié)兩層介質(zhì)的厚度比值，可靈
活調(diào)整沉積后PMD層內(nèi)應力，獲得期望的應力狀態(tài)。
另夕卜，對于65nm或其以下制程，硅化鎳是常用的歐姆接觸和復合柵極材 料。不同于傳統(tǒng)的金屬硅化物，硅化鎳的熔點較低，因此，為使所述高密度 等離子體轟擊第一介質(zhì)層210產(chǎn)生的熱效應不影響下層的硅化鎳的熱穩(wěn)定性，在去潮氣處理的同時，在半導體襯底的背面采用氣流冷卻，保持襯底的溫度
低于40(TC,用于冷卻處理的氣流包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種 的組合。
如圖8所示，在經(jīng)過高密度等離子體處理后的第一介質(zhì)層210，上原位或 者非原位形成第二介質(zhì)層220并平坦化，以形成由層疊介質(zhì)層構(gòu)成的PMD層。 所述第二金屬前介質(zhì)層220的材料包括但不限于未摻雜的二氧化硅(USG )、 磷硅玻璃(PSG)、硼硅玻璃(BSG)、硼磷硅玻璃(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(BlackDiamond, BD)或coraP1。所述第二介質(zhì)層220的形成 方法包括4旦不限于HDPCVD、 PECVD或傳統(tǒng)的SACVD工藝。
通常，USG利用SACVD、 PECVD或HDPCVD工藝生成，BPSG及FSG 則通過傳統(tǒng)的SACVD工藝生成，PSG則利用PECVD或HDPCVD工藝生成， 所述具有低介電常數(shù)材料利用PECVD工藝生成。
為減少工藝步驟，可在去潮氣處理原位形成第二介質(zhì)層220。例如，經(jīng)過 高密度等離子體去潮氣處理第一介質(zhì)層210，以后，在同一設(shè)備中采用 HDPCVD工藝原位沉積第二介質(zhì)層220磷硅玻璃(PSG )。
以上實施例中去潮氣處理采用高密度等離子體轟擊的方法，實際上，采 用紫外線在含氧氣氛下照射第一介質(zhì)層也能夠起到去潮氣的效果，在以下實 施例中詳述。
實施例二
在本實施例中所述金屬前介質(zhì)層的形成方法，與實施例一的差別在于， 對第一介質(zhì)層的去潮氣處理采用在含氧氣氛中紫外線照射的方法。
如圖ll所示，通過前端工藝在一具有有源區(qū)的半導體襯底400上形成柵 極401和環(huán)繞4冊極的側(cè)墻403,并形成阻擋層405,然后在阻擋層405上采用 HARP SACVD工藝形成第一介質(zhì)層410。上述柵極401、側(cè)墻403、阻擋層 405和第一介質(zhì)層410所采用的工藝、材料等與實施例一相同，在此不再贅述。形成第二介質(zhì)層之前，在含氧氣氛中用紫外線照射第一介質(zhì)層410，進行 去潮氣處理。所述含氧氣氛包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩 種的組合。紫外線照射將光能轉(zhuǎn)化為熱能，使第一介質(zhì)層410中的潮氣蒸發(fā)， 同時在紫外線的照射下含氧氣氛能夠?qū)⒌谝唤橘|(zhì)層表面的Si-H鍵轉(zhuǎn)化為Si-0 鍵，形成致密且穩(wěn)定的表層，不易吸入潮氣，從而使第一介質(zhì)層恢復并保持 內(nèi)在的^i應力。
對于65nm或其以下制程，硅化鎳是常用的歐姆接觸和復合柵極材料，不 同于傳統(tǒng)的金屬硅化物，硅化鎳的熔點較低，因此，為使所述紫外線照射第 一介質(zhì)層410產(chǎn)生的熱效應不影響下層的硅化鎳的熱穩(wěn)定性，在去潮氣處理 的同時，在半導體襯底的背面采用氣流冷卻，保持襯底的溫度低于400。C,用 于冷卻處理的氣流包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的組合。
最后，在經(jīng)過含氧氣氛中紫外線照射第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層并平 坦化，以形成層疊介質(zhì)層構(gòu)成的PMD層，所述第二介質(zhì)層采用的工藝、材料 等與實施例一相同，在此不再贅述。
上述實施例一和實施例二結(jié)合金屬前介質(zhì)層的制造過程詳述了本發(fā)明所 述的層疊介質(zhì)層的形成方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員應該容易推知，所述的層疊介 質(zhì)層形成方法還可應用于淺溝槽隔離(STI)或者通孔(Via)的填充工藝中， 也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的，同樣屬于本發(fā)明的保護范圍。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上 的限制。所述層疊介質(zhì)層的形成方法中，對第一介質(zhì)層的去潮氣處理采用了 高密度等離子體轟擊或者含氧氣氛下紫外線照射的方法，事實上，其它能夠 提供熱能并氧化第一介質(zhì)層的表面Si-H鍵的方法也在本發(fā)明的保護范圍之 內(nèi)。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何 熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上 述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或 修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，
均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，包括提供具有半導體結(jié)構(gòu)的基底；在所述基底上形成第一介質(zhì)層；對所述第一介質(zhì)層進行去潮氣處理；在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述的 去潮氣處理采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述產(chǎn) 生高密度等離子體的氣體包括含氧的第 一氣體和/或用于稀釋的第二氣體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述第 一氣體包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種的組合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述第 二氣體包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的組合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述的 去潮氣處理采用紫外線在含氧氣氛下照射第一介質(zhì)層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述含 氧氣氛包括氧氣、臭氧、 一氧化二氮中的一種或至少兩種的組合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在 于，所述去潮氣處理還包括在半導體基底的背面采用氣流冷卻處理。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述用 于冷卻處理的氣流包括氦氣、氬氣、氮氣中的一種或至少兩種的組合。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或6任一項所述的層疊介質(zhì)層的形成方法，其特 征在于，去潮氣處理后原位或者非原位在第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層。
11、 一種金屬前介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所述方法包括 提供金屬前介質(zhì)層形成的半導體基底；在所述基底上形成第一介質(zhì)層； 對所述第一介質(zhì)層進行去潮氣處理；在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層和第 二介質(zhì)層構(gòu)成金屬前介質(zhì)層。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬前介質(zhì)層的形成方法，其特征在于，所 述的去潮氣處理采用高密度等離子體轟擊第一介質(zhì)層或者采用紫外線在含氧 氣氛中照射第一介質(zhì)層。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的金屬前介質(zhì)層的形成方法，其特征在 于，所述去潮氣處理還包括在半導體基底的背面采用氣流冷卻處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種層疊介質(zhì)層的形成方法，包括提供具有半導體結(jié)構(gòu)的基底；在所述基底上形成第一介質(zhì)層；對所述第一介質(zhì)層進行去潮氣處理；在去潮氣處理后的第一介質(zhì)層上形成第二介質(zhì)層。同時還公開了一種金屬前介質(zhì)層的形成方法。采用本發(fā)明所述的方法能夠恢復并保持層疊介質(zhì)層中第一介質(zhì)層的應力，以獲得期望的層疊介質(zhì)層應力狀態(tài)。
文檔編號H01L21/31GK101593690SQ200810113990
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者強 徐, 鄭春生 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司