改善hdp psg工藝的方法及金屬沉積前的介電質(zhì)層制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種改善HDP?PSG工藝的方法及金屬沉積前的介電質(zhì)層制造方法。所述改善HDP?PSG工藝的方法包括：執(zhí)行清洗，以去除腔室中的累積薄膜；進行預沉積，以形成特定的腔室氣氛，并且，在預沉積之后實施氫氣鈍化處理,使腔室達到H原子飽狀態(tài)；依次針對多個晶圓執(zhí)行高密度等離子體淀積以淀積磷硅玻璃層。
【專利說明】改善HDP PSG工藝的方法及金屬沉積前的介電質(zhì)層制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種改善HDP PSG工藝的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當晶體管器件結(jié)構(gòu)完成之后，進入后段銅工藝之前，需要一層PMD (Pre-MetalDielectric金屬沉積前的介電質(zhì))淀積層，將晶體管表面高低不平的柵與源漏區(qū)填充并將表面磨平，為后段銅工藝的平整化奠定基礎(chǔ)。在以線寬130納米/110納米的工藝流程中，HDP (高密度等離子體)PSG (磷硅玻璃)工藝往往成為金屬沉積前的介電質(zhì)層的制程核心。HDP工藝本身特點具有優(yōu)良的填孔性，PSG薄膜常用于金屬沉積前的介電質(zhì)層的制造，主要因為PSG中的磷具有一定的吸雜作用，可以有效控制晶體管器件的雜質(zhì)含量，保證器件的工作范圍和穩(wěn)定性。
[0003]但是，當使用Lam供應商的SPEED機臺做HDP PSG工藝時，由于其復雜性，實際中工藝壓力會有一個上升趨勢，從而造成PSG薄膜的磷含量有一個下降趨勢。這種工藝的趨勢不利于制程的在線控制和產(chǎn)品的性能穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠改善HDP PSG工藝的方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了 一種改善HDP PSG工藝的方法，其包括:
[0006]第一步驟:執(zhí)行清洗，以去除腔室中的累積薄膜；
[0007]第二步驟:進行預沉積，以形成特定的腔室氣氛，并且，在預沉積之后實施氫氣鈍化處理，使腔室達到H原子飽狀態(tài)；
[0008]第三步驟:依次針對多個晶圓執(zhí)行高密度等離子體淀積以淀積磷硅玻璃層。
[0009]優(yōu)選地，利用NF3氣體去除腔室中的累積薄膜。
[0010]優(yōu)選地，第二步驟中，氫氣鈍化處理包括:在腔室內(nèi)通入氫氣和氧氣，并利用高頻射頻功率對氫氣進行輻射，從而產(chǎn)生H原子，使腔室達到H原子飽狀態(tài)。
[0011]優(yōu)選地，在氫氣鈍化處理中，H2流量為1000-1500sccm，O2流量為300-500sccm，射頻功率為2000-3000瓦，工藝時間為20-50秒。
[0012]優(yōu)選地，所述多個晶圓的個數(shù)優(yōu)選地介于4個至20個之間。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種金屬沉積前的介電質(zhì)層制造方法，其包括:
[0014]首先，在形成有器件結(jié)構(gòu)的硅片表面淀積一個層間電介質(zhì)阻擋氮化物層；
[0015]隨后，執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層；
[0016]此后，利用化學機械研磨對磷硅玻璃進行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃層；
[0017]此后,執(zhí)行正娃酸乙酯覆蓋層淀積；
[0018]最后，執(zhí)行接觸孔光刻、刻蝕以形成通孔；
[0019]其中，執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層的處理包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的改善HDP PSG工藝的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中:
[0021]圖1至圖5示意性地示出了形成金屬沉積前的介電質(zhì)層的主要步驟。
[0022]圖6示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)工藝的磷含量曲線。
[0023]圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的改善HDP PSG工藝的方法的流程圖。
[0024]圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例工藝的磷含量曲線。
[0025]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細描述。
[0027]在詳細描述根據(jù)本發(fā)明的改善HDP PSG工藝的方法之前，首先簡要描述形成金屬沉積前的介電質(zhì)層的主要步驟。在半導體加工制造過程中，金屬沉積前的介電質(zhì)層是為了在器件上形成有吸雜功能的平坦化介質(zhì)層，為后段的金屬連線鋪墊基礎(chǔ)。
[0028]具體地，圖1至圖5示意性地示出了形成金屬沉積前的介電質(zhì)層的主要步驟。如圖1至圖5所示，形成金屬沉積前的介電質(zhì)層的主要步驟包括:
[0029]首先，在形成有器件結(jié)構(gòu)的硅片表面淀積一個層間電介質(zhì)阻擋氮化物層10 ；
[0030]隨后，執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層20 (BP, HDP PSG工藝)；
[0031]此后，利用化學機械研磨對磷硅玻璃進行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃層21 ；
[0032]此后，執(zhí)行正硅酸乙酯覆蓋層30淀積；
[0033]最后，執(zhí)行接觸孔光刻、刻蝕以形成通孔40。
[0034]而且，在現(xiàn)有技術(shù)中，對于執(zhí)行高密度等離子體淀積以淀積磷硅玻璃層20 (B卩，HDPPSG工藝)的步驟，一般在實際工藝制程中，在使用LAM SPEED型號的機臺的HDP PSG工藝中，一般為N (N=4至20)片娃片淀積后做一次清洗(shutdown clean),然后以此循環(huán)。
[0035]即，在在現(xiàn)有技術(shù)中，對于執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層20的步驟，可依次執(zhí)行下述步驟:
[0036]執(zhí)行清洗，以去除腔室中的累積薄膜；
[0037]進行預沉積，具體地，為了使腔室的工藝氣氛近可能接近淀積氣氛，利用預沉積步驟營造一個與淀積相似的腔室氣氛，從而減少工藝的首片效應；
[0038]依次針對多個晶圓執(zhí)行高密度等離子體淀積以淀積磷硅玻璃層；[0039]此后，處理回到最初的執(zhí)行清洗的步驟，并以此循環(huán)下去，直到處理完所有需要沉積磷娃玻璃層的晶圓。
[0040]但是，收集N片硅片的工藝淀積的設(shè)備參數(shù)，發(fā)現(xiàn)工藝氣壓會呈上升趨勢。HDPPSG工藝監(jiān)控結(jié)果顯示:隨硅片數(shù)的增加，膜厚、磷含量相應的呈下降趨勢；圖6示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)工藝的磷含量曲線，其中縱坐標為磷含量，橫坐標為硅片數(shù)。這種呈下降趨勢的薄膜磷含量，不僅會給后續(xù)的化學機械研磨處理帶來不可控性，還會影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
[0041]鑒于上述問題，發(fā)明人有利地發(fā)現(xiàn)，工藝氣壓呈上升趨勢的機理分析為:懷疑是H原子有析出造成壓力的變化。因為H原子很小，泵的排氣很難抽走H原子。而H原子的來源主要是反應氣體中的PH3 (磷烷)。
[0042]進一步地,通過冷泵的保養(yǎng)機理可以間接論證上述推斷:冷泵(cryo pump)是用吸附方式達到更到的真空度。但是冷泵過了一段使用時間需要“再生(re-generation)”，原因就是當冷泵吸附了一定量的H原子后，由于H原子很難被抽走，所以會降低冷泵的吸附能力，所以需要用加熱的方式將H原子排走，這就是冷泵再生。
[0043]發(fā)明人有利地提出:既然推斷出是由于H原子析出的原因，那么在預沉積的環(huán)節(jié)上增加一步“氫氣鈍化(H2paSSiVation)”，即在淀積前，事先用H2與射頻RF功率的方式分解H，使腔室中的H原子實現(xiàn)達到飽和，從而穩(wěn)定工藝中的氣壓，也就可以穩(wěn)定了磷硅玻璃
薄膜磷含量。
[0044]圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的改善HDP PSG工藝的方法的流程圖。
[0045]如圖7所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的改善HDP PSG工藝的方法包括:
[0046]第一步驟S1:執(zhí)行清洗，以去除腔室中的累積薄膜；例如，可利用NF3氣體去除腔室中的累積薄膜；
[0047]第二步驟S2:進行預沉積，以形成特定的腔室氣氛；由此，使腔室的工藝氣氛近可能接近淀積氣氛，利用預沉積步驟營造一個與淀積相似的腔室氣氛，從而減少工藝的首片效應；并且，在預沉積之后實施氫氣鈍化處理，使腔室達到H原子飽狀態(tài)，這樣可以實現(xiàn)分壓的作用從而穩(wěn)定后續(xù)淀積磷硅玻璃層的工藝壓力。
[0048]優(yōu)選地，氫氣鈍化處理包括:在腔室內(nèi)通入氫氣和氧氣，并利用高頻射頻功率對氫氣進行輻射，從而產(chǎn)生H原子，使腔室達到H原子飽狀態(tài)。由此，使得H原子在后續(xù)的整個工藝過程中都處于飽和狀態(tài)。其中，少量的氧氣是為了幫助氫氣離化。
[0049]進一步優(yōu)選地，第二步驟S2中，H2流量為1000-1500sccm, O2流量為300_500sccm，射頻功率為2000-3000瓦，工藝時間為20-50秒。氫氣鈍化處理的實施提高了 HDP PSG工藝的穩(wěn)定性，改善了產(chǎn)品的良率。顯然，本發(fā)明不限于上述具體參數(shù)，包括一定范圍內(nèi)的參數(shù)調(diào)整；上述具體參數(shù)僅僅是優(yōu)選的工藝條件，以實現(xiàn)最佳的工藝效果。
[0050]第三步驟S3:依次針對多個晶圓執(zhí)行高密度等離子體淀積以淀積磷硅玻璃層；所述多個晶圓的個數(shù)優(yōu)選地介于4個至20個之間；
[0051]此后，處理回到最初的執(zhí)行清洗的步驟，并以此循環(huán)下去，直到處理完所有需要沉積磷娃玻璃層的晶圓。
[0052]圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例工藝的磷含量曲線，其中縱坐標為磷含量，橫坐標為硅片數(shù)。通過與現(xiàn)有技術(shù)的圖6對比，可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖6所示，量產(chǎn)時隨著硅片數(shù)的增加，磷含量呈顯著下降趨勢，第一片硅片與第十片硅片間，磷含量差有0.12%之多；
[0053]采用本發(fā)明實施例的效果，可以從圖8看出，量產(chǎn)時隨著硅片數(shù)的增加，磷含量雖然也隨硅片數(shù)增加而下降，但是下降趨勢相對變緩，第一片硅片與第十片硅片間，磷含量差不足0.09% ；
[0054]雖然磷含量有所提高，但是磷含量的絕對值可以通過調(diào)節(jié)PH3流量來調(diào)節(jié)使之中心化，而穩(wěn)定性卻是工藝參數(shù)所無法調(diào)節(jié)的。本發(fā)明通過實施氫氣鈍化技術(shù)，在穩(wěn)定HDPPSG工藝壓力的同時，也優(yōu)化了 HDP PSG工藝中的磷含量穩(wěn)定性問題。
[0055]由此，解決PMD工藝中使用LAM SPEED機臺做HDP PSG淀積工藝，由于H的析出造成淀積過程中，工藝壓力逐漸上升，造成PSG薄膜磷含量逐漸下降的問題，從而改善制程的在線可控性和產(chǎn)品良率。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，本發(fā)明還提供了一種金屬沉積前的介電質(zhì)層制造方法，包括:
[0057]首先，在形成有器件結(jié)構(gòu)的硅片表面淀積一個層間電介質(zhì)阻擋氮化物層10 ；
[0058]隨后，執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層20 (BP, HDP PSG工藝)；
[0059]此后，利用化學機械研磨對磷硅玻璃進行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃層21 ；
[0060]此后，執(zhí)行正硅酸乙酯覆蓋層30淀積；
[0061]最后，執(zhí)行接觸孔光刻、刻蝕以形成通孔；
[0062]其中，執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層的處理包括圖7所示的根據(jù)本發(fā)明實施例的改善HDP PSG工藝的方法的流程。
[0063]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。
[0064]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，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，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，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】
1.一種改善HDP PSG工藝的方法，其特征在于包括: 第一步驟:執(zhí)行清洗，以去除腔室中的累積薄膜； 第二步驟:進行預沉積，以形成特定的腔室氣氛，并且，在預沉積之后實施氫氣鈍化處理，使腔室達到H原子飽狀態(tài)； 第三步驟:依次針對多個晶圓執(zhí)行高密度等離子體淀積以淀積磷硅玻璃層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善HDPPSG工藝的方法，其特征在于，利用NF3氣體去除腔室中的累積薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善HDPPSG工藝的方法，其特征在于，第二步驟中，氫氣鈍化處理包括:在腔室內(nèi)通入氫氣和氧氣，并利用高頻射頻功率對氫氣進行輻射，從而產(chǎn)生H原子，使腔室達到H原子飽狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改善HDPPSG工藝的方法，其特征在于，在氫氣鈍化處理中，H2流量為1000-1500sccm, O2流量為300-500sccm,射頻功率為2000-3000瓦，工藝時間為20-50 秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改善HDPPSG工藝的方法，其特征在于，所述多個晶圓的個數(shù)優(yōu)選地介于4個至20個之間。
6.一種金屬沉積前的介電質(zhì)層制造方法，其特征在于包括: 首先，在形成有器件結(jié)構(gòu)的硅片表面淀積一個層間電介質(zhì)阻擋氮化物層； 隨后，執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層； 此后，利用化學機械研磨對磷硅玻璃進行平坦化，以形成表面平坦的磷硅玻璃層； 此后，執(zhí)行正硅酸乙酯覆蓋層淀積； 最后，執(zhí)行接觸孔光刻、刻蝕以形成通孔； 其中，執(zhí)行高密度等離子體以淀積磷硅玻璃層的處理包括根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的改善HDP PSG工藝的方法。
【文檔編號】H01L21/316GK103646916SQ201310625737
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】顧梅梅, 侯多源, 陳建維, 張旭升 申請人:上海華力微電子有限公司