[發明專利]金屬前介質層形成方法及其結構

有效

• 申請號: 200610119164.1
• 申請日: 2006-12-05
• 公開（公告）號: CN101197272A
• 公開（公告）日: 2008-06-11
• 發明（設計）人: 鄭春生;蔡明
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/31
• 分類號: H01L21/31;H01L21/00;H01L23/532;H01L23/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及集成電路制造技術領域，特別涉及一種金屬前介質層形成方法及其結構。

背景技術

金屬前介質層(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粒子污染的保護層，其膜層沉積效果的好壞直接影響器件的性能。

隨著半導體器件尺寸的逐漸減小，PMD層沉積時所要填充的線縫寬度也越來越小，深寬比越來越大，填孔能力成為PMD層沉積工藝的優化目標?，F有工藝中通常選用高密度等離子體化學氣相沉積(HDPCVD)和次大氣壓化學氣相沉積(SACVD)工藝形成PMD層，所用PMD層材料包括但不限于磷硅玻璃(PSG)及硼磷硅玻璃(BPSG)。實踐表明，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點。但為保證HDP-PMD薄膜的沉積效果，必需嚴格控制其沉積-刻蝕速率比。

考慮到，HDPCVD工藝反應室內壓力在10mTorr(毫托，千分之一毫米汞柱)以下，而傳統的SACVD工藝反應室內壓力在200-600Torr之間，相比而言，分子的平均自由程更小，填孔能力更強，導致SA-PMD薄膜表現出更為優越的填孔能力，除此之外，傳統的SACVD采用熱降解的工藝，沒有使用射頻產生的等離子體，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入65納米甚至更小尺寸后，對PMD層的沉積工藝，傳統的SA-PMD也無能為力。

近來，伴隨著器件密集程度和工藝復雜程度的不斷增加，由膜層應力引發的器件性能受損的比例逐漸增高，導致膜層應力問題日漸引起業界的重視。如何提供一種既能保證PMD層填孔質量、又能改善由膜層應力引發的器件性能受損狀況的PMD沉積方法，成為本領域技術人員亟待解決的問題。

申請號為03151024.8的中國專利申請中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D/S值范圍為7-20，第二D/S值范圍為2.5-8，以在帶有線縫的半導體基底上沉積薄膜并無孔洞地填充該線縫。

然而，實際生產過程中，應用該方法雖可解決線縫填充問題，但無法解決膜層應力問題。

專利號為CN1242466C的中國專利中提供了一種降低淺溝槽隔離側壁氧化層應力與侵蝕的方法，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；形成一溝槽進入所述底材；形成一側壁氧化層于所述溝槽的側壁與底部；以一介電材料填滿所述溝槽；及執行一現場蒸汽發生制程以再氧化所述側壁氧化層，所述現場蒸汽發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力的技術提示，但卻無法解決線縫填充問題。同時，所述技術提示與上述可解決填充間隙問題的技術方案的簡單組合，即在多沉積步驟的高密度等離子體化學氣相沉積后，再執行一現場蒸汽發生制程，理論上可提供既能保證線縫填充質量、又能減小膜層應力的膜層沉積方法，但卻不適用于PMD沉積工藝，因為所述現場蒸汽發生制程所需溫度為700-1200攝氏度，如此高溫會對已形成的器件的性能造成不良影響。

發明內容

本發明提供了一種金屬前介質層形成方法，用以形成無沉積孔洞產生且通過改變器件內應力狀態以改善器件性能的PMD層；本發明還提供了一種金屬前介質層結構，其內部無孔洞產生。

本發明提供的一種金屬前介質層形成方法，包括：

在半導體襯底上形成金屬前介質層沉積基底；

在所述沉積基底上利用第一CVD方法沉積第一金屬前介質層；

在所述第一金屬前介質層上利用第二CVD方法沉積第二金屬前介質層。

所述第一CVD方法為HARP?SACVD；所述HARP?SACVD設備型號為AMATProducer?SE；所述第一金屬前介質層材料為無摻雜玻璃；所述第一金屬前介質層厚度范圍為10～100納米；所述第二CVD方法包括但不限于傳統的SACVD、PECVD及HDPCVD工藝中的一種；所述第二金屬前介質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材料中的一種或其組合。所述具有低介電常數材料包括但不限于黑鉆石或coral。

本發明提供的一種金屬前介質層結構，所述金屬前介質層內無沉積孔洞產生，所述金屬前介質層包含順此沉積的第一金屬前介質層及第二金屬前介質層。