[發(fā)明專利]半導(dǎo)體晶圓制造中金屬間介質(zhì)填充方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710094087.3
• 申請(qǐng)日: 2007-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN101393868A
• 公開（公告）日: 2009-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 甄永泰;張慧君;陳建維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/316
• 分類號(hào): H01L21/316;H01L21/768
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 周 赤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶圓制造工藝，尤其涉及一種半導(dǎo)體晶圓制造中金屬間電介質(zhì)(IMD)的填充方法。

背景技術(shù)

在傳統(tǒng)的0.25um以上半導(dǎo)體晶圓制造工藝中，一般都是只單純采用O3TEOS?SACVD(Sub-Atmospheric?Chemical?Vapor?Deposition，次大氣壓化學(xué)氣相沉積)的方法來實(shí)現(xiàn)后段IMD(Inter?Metal?Dielectric，金屬間電介質(zhì))的填充。這種方法雖然考慮到了對(duì)IMD填充能力的要求，但卻忽視了SACVD所沉積出的二氧化硅絕緣薄膜102與其頂層及底層PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)所沉積出的二氧化硅絕緣薄膜101、103之間的匹配問題，從而導(dǎo)致在SACVD所沉積出二氧化硅電介質(zhì)102和PECVD所沉積出的二氧化硅電介質(zhì)101、103之間遺留下了孔洞(voids)104，相關(guān)金屬間介質(zhì)(即上述兩種二氧化硅絕緣膜)的填充結(jié)構(gòu)如圖1所示。這主要是由于SACVD?O3TEOS所沉積出的二氧化硅薄膜102和PECVD所沉積出的二氧化硅薄膜101、103之間的應(yīng)力不匹配所造成的，因?yàn)橐话鉙ACVD所沉積出的二氧化硅薄膜102的應(yīng)力為張應(yīng)力，而PECVD所沉積出的二氧化硅薄膜101、103的應(yīng)力為壓應(yīng)力。因此，由于這種兩種二氧化硅薄膜間應(yīng)力不匹配，造成其交界面處易被撕裂從而產(chǎn)生孔洞104(這些孔洞104可通過電子顯微鏡觀察到)，進(jìn)而影響了整個(gè)金屬間介質(zhì)填充結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，而且由于這種填充結(jié)構(gòu)上的不完整可能在后續(xù)CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)工藝中造成研磨液殘留、過腐蝕等一系列嚴(yán)重問題，因此最終很可能會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失去電性或可靠性大打折扣。

而且，通過實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，即使用張應(yīng)力較小的O3TEOS?SACVD薄膜(沉積4000A厚度后測(cè)量)一次沉積完成O3TEOS?SAVCD二氧化硅薄膜102，也有很大幾率在SACVD102和PECVD二氧化硅薄膜101、103的交界處產(chǎn)生孔洞104，而且此時(shí)的IMD填充能力將受到很大限制。因此，對(duì)于這種現(xiàn)象可給出如下定性解釋，即在進(jìn)行金屬間介質(zhì)填充時(shí)，如果O3TEOS?SACVD二氧化硅薄膜102的一次成膜厚度達(dá)到4000A或以上，則即使成膜應(yīng)力較小，但由于連續(xù)成膜，所以在整個(gè)塊體薄膜內(nèi)部應(yīng)力將完全累積到薄膜表面釋放，這樣就在SACVD二氧化硅薄膜102和PECVD二氧化硅薄膜101、103的交界面處形成了很強(qiáng)大的相互作用力，從而致使將較為疏松的SACVD二氧化硅薄膜扯斷，形成孔洞104。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種半導(dǎo)體晶圓制造中金屬間介質(zhì)填充方法，可在滿足對(duì)IMD填充能力要求的同時(shí)，還可消除SACVD所沉積出的二氧化硅薄膜與PECVD沉積出的二氧化硅薄膜之間所形成的孔洞。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體晶圓制造中金屬間介質(zhì)填充方法，包括以下步驟：

(1)通過反應(yīng)腔體，在底層PECVD二氧化硅薄膜(301)上沉積第一SACVD二氧化硅過渡層(302)；

(2)在所述反應(yīng)腔體內(nèi)不破真空的情況下，在所述第一二氧化硅過渡層(302)上，沉積SACVD二氧化硅主沉積層(303)；

(3)在所述反應(yīng)腔體內(nèi)不破真空情況下，在所述SACVD二氧化硅主沉積層(303)上，再沉積一層第二SACVD二氧化硅過渡層(304)；

(4)在所述第二SACVD二氧化硅過渡層(304)上，使用PECVD方法，淀積頂層PECVD二氧化硅薄膜(305)；

其中，所述第一SACVD二氧化硅過渡層(302)和第二SACVD二氧化硅過渡層(304)的張應(yīng)力和厚度均小于所述SACVD二氧化硅主沉積層(303)的張應(yīng)力和厚度，且所述SACVD二氧化硅主沉積層(303)厚度在1500～3000范圍內(nèi)。

其中，在所述步驟(1)中，所沉積的第一SACVD二氧化硅過渡層(302)的張應(yīng)力控制在150Mpa～250Mpa范圍內(nèi)，且厚度在500～1200范圍內(nèi)。

在所述步驟(2)中，在沉積所述SACVD二氧化硅主沉積層(303)時(shí)，應(yīng)根據(jù)金屬間溝道的高寬比增大所述反應(yīng)腔內(nèi)部的壓力，以得到張應(yīng)力在350Mpa～450Mpa的范圍內(nèi)、厚度在1500～3000范圍內(nèi)的SACVD二氧化硅主沉積層(303)。