專利名稱：有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn)生的氣泡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及半導(dǎo)體器件的制造方法，特別涉及有效控制含氟 硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn)生的氣泡的方法。
背景技術(shù)：
正如本行業(yè)技術(shù)人員公知的，半導(dǎo)體器件具有多層膜的疊層結(jié)構(gòu)，其 中包括多層金屬層和多層介質(zhì)層和保護(hù)層。其中的金屬層構(gòu)成半導(dǎo)體器件 中的金屬連接線。為了防止相鄰金屬層之間短路，在相鄰的金屬層之間層 間介質(zhì)層。通常用高密度等離子體淀積含氟硅酸鹽玻璃層形成層間介質(zhì) 層。但是，如果用高密度等離子體淀積形成含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層， 在隨后形成的合金保護(hù)層形成后，作為層間介質(zhì)層的含氟硅酸鹽玻璃層中 的氟離子從膜層中逸出，產(chǎn)生氣泡，如圖1中的電子顯微鏡照片所顯示的。 在含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層中的氣泡造成層間介質(zhì)層的性能損壞，層間 介質(zhì)層不能完全起到防止相鄰的金屬層短路的作用，造成半導(dǎo)體器件性能 下降甚至損壞。現(xiàn)有的含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成方法形成的含氟硅玻璃層間介質(zhì)層包括具有從下到上的等離子體加強(qiáng)型富硅的硅玻璃(PE-SR0)層(2)、 高密度等離子體淀積的含氟硅酸鹽玻璃層(HDP-FSG)層(3)和等離子體 加強(qiáng)型含氟硅酸鹽玻璃層(PE-FSG層)(4)三層結(jié)構(gòu)的最后的層間介質(zhì) 層(I)，和具有從下到上的高密度等離子體氧化層(HDP-Oxide)層(6)、 等離子體加強(qiáng)型富硅的硅玻璃(PE-SR0)層(7)和等離子體加強(qiáng)型氮化 硅(PE-SIN)層(8)三層結(jié)構(gòu)的最后的保護(hù)層(II)。在最后的層間介 質(zhì)層(I)與最后的保護(hù)層(n)之間形成氧化硅玻璃覆蓋層(CAP PE0X 層)(5)。為了防止隨后的合金保護(hù)層形成后在作為層間介質(zhì)層的含氟 硅酸鹽玻璃層中產(chǎn)生氣泡，提出本發(fā)明。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，提供一種有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn) 生的氣泡的方法。按照本發(fā)明的一個技術(shù)方案，有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn)生的氣泡的方法，形成具有從下到上的PE-SRO層(2) 、 HDP-FSG層(3) 和PE-FSG層(4)三層結(jié)構(gòu)的最后的層間介質(zhì)層(I);和具有從下到上 的HDP-SR0層(9) 、 HDP-0xide層(6) 、 PE-SR0層(7)和PE-SIN層(8) 等四層結(jié)構(gòu)的最后的保護(hù)層(III)，在最后的層間介質(zhì)層(I)與最后的 保護(hù)層(III)之間形成電容器等離子體加強(qiáng)型氧化硅(PE-0xide)介質(zhì) 層。也就是說，現(xiàn)有的保護(hù)層(II)形成之前先形成HDP-SR0層(9)， 該HDP-SR0層(9)具有更多的懸空鍵，能夠捕獲更多的氟離子。因此可 以防止含氟硅玻璃層間介質(zhì)層中的氟離子逸出造成半導(dǎo)體器件的性能下 降甚至損壞。因而提高了半導(dǎo)體器件的合格率。按照本發(fā)明的有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn)生的氣泡的 方法，包括以下步驟步驟1，在金屬層(l)上形成最后的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層之前， 首先在金屬層上形成電介質(zhì)反射率高的等離子體加強(qiáng)型富硅的硅玻璃 (PE-SR0)層(2) ， PE-SRO層的電介質(zhì)反射率范圍是1.48-1.52， PE-SR0層具有更多的懸空鍵來捕獲從含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層中逸出的氟離 子；步驟2，在PE-SR0層上，在更高淀積溫度(溫度范圍是330°C-370 °C )下用高密度等離子體淀積方法淀積含氟量低(氟含量范圍3. 7°/『4. 3%) 的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(HDP-FSG) (3)，防止氟離子逸出；步驟3，形成氟(F)濃度低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層PE -FSG 層(4)(氟含量范圍5%-5.6%)，以抑制氟離子逸出，和除去含氟硅酸 鹽玻璃層間介質(zhì)層上的氟離子，步驟1中形成的PE-SR0層(1)和步驟2 中形成的含氟量低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(3) (HDP-FSG)和步驟 3中形成的氟(F)濃度低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層PE - FSG (4)形 成最后的層間介質(zhì)層(I);步驟4，經(jīng)過了步驟1至步驟3形成了最后的層間介質(zhì)層(I)的半導(dǎo)體器件在氮?dú)?N2)等離子體中處理，形成氧化硅玻璃覆蓋層(CAP PEOX 層)(5)，以除去層間介質(zhì)層(I)表面上逸出的氟離子，CAPPEOX層(5) 越厚捕獲的氟離子越多(覆蓋層溫度為40(TC，厚度一般為2000埃)；步驟5在更高的溫度，例如370。C以上的溫度，例如400°C，通N20氣 體，處理時間大約20秒下進(jìn)行預(yù)熱處理，形成硅(Si)濃度更高的含氟 硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(6)，它能捕獲更多氟離子，以減少氟離子逸出；步驟6，在硅(Si)濃度更高的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層上形成 PE-SRO保護(hù)層(7);步驟7， PE-SRO保護(hù)層上形成PE-SIN保護(hù)層(8)，含氟硅酸鹽玻璃 層間介質(zhì)層(6)和PE-SRO保護(hù)層(7)和PE-SIN保護(hù)層(8)構(gòu)成最后 的保護(hù)層(n);其特征是，在步驟4與步驟5之間增加步驟8，在形成有CAP PEOX層 (5)的半導(dǎo)體器件上形成HDP-SRO層(9)，形成條件是溫度大約380 °C，通入氣體Ar， SiH4， 02，反應(yīng)時間大約4秒，HDP-SRO層(9)的厚 度600埃，反射率R1的范圍是1.46-1.48。


通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述可以更好地理解本發(fā)明目的和本發(fā)明 的優(yōu)點(diǎn)，附圖是說明書的一個組成部分，附圖與說明書的文字部分一起說 明本發(fā)明的原理和特征，附圖中顯示出代表本發(fā)明原理和特征的實(shí)施例。 全部附圖中相同的部分用相同的參考數(shù)字指示。附圖中-圖l是含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層的電子顯微鏡照片，顯示出含氟硅 酸鹽玻璃層間介質(zhì)層中氟離子逸出后形成的氣泡；圖2是含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層的掃描電子顯微鏡照片，顯示出含 氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層中氟離子逸出后形成的氣泡；和圖3是現(xiàn)有的含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成方法形成的含氟硅玻璃層間介質(zhì)層結(jié)構(gòu)的剖視圖；和圖4是顯示按照本發(fā)明的有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成方法形成的含氟硅玻璃層間介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)剖視圖。 附圖中參考數(shù)字指示的內(nèi)容說明I- 最后的層間介質(zhì)層，包括l-金屬層；2-PE-SRO層；3-HDP-FSG層； 4-CAP PE-Oxide;
II- 最后的保護(hù)層，包括6-含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層；7-PE-SRO 保護(hù)層；8-PE-SIN保護(hù)層)；
III- 最后的保護(hù)層，包括9-HDP-SR0層；6-含氟硅酸鹽玻璃層間介 質(zhì)層；7-PE-SRO保護(hù)層和PE-SIN保護(hù)層(8)。
5- CAP PEOX層。
具體實(shí)施例方式
按本發(fā)明的有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn)生的氣泡的方 法，形成具有三層結(jié)構(gòu)的最后的層間介質(zhì)層(I)和具有三層結(jié)構(gòu)的最后
的保護(hù)層(n)，在最后的層間介質(zhì)層(i)和最后的保護(hù)層(n)之間
形成電容器PE-Oxide介質(zhì)層，因此可以防止氟離子從含氟硅玻璃層間介
質(zhì)層逸出，防止半導(dǎo)體器件性能損壞，提高了半導(dǎo)體器件的產(chǎn)品合格率。
如圖3顯示的，從下到上順序包括
步驟1，在金屬層(l)上形成最后的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層之前，
首先在金屬層上形成電介質(zhì)反射率高的PE-SRO(等離子體加強(qiáng)型富硅的硅 玻璃)層(2) ， PE-SRO層(2)的電介質(zhì)反射率范圍是1.48-1.52， PE-SRO 層具有更多的懸空鍵來捕獲從含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層中逸出的氟離 子；
步驟2，在PE-SRO層上，在更高淀積溫度(Tl) (330°C-370°C)下 用高密度等離子體淀積方法淀積含氟量低(氟含量范圍是3.7%-4.3%) 的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(HDP-FSG) (3)，防止氟離子逸出；
步驟3，形成氟(F)濃度低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層PE - FSG 層(4)(氟含量范圍是5%-5.6%)，以抑制氟離子逸出，和除去含氟硅 酸鹽玻璃層間介質(zhì)層上的氟離子，步驟1中形成的PE-SRO層(1)和步驟 2中形成的含氟量低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(3) (HDP-FSG)和步 驟3中形成的氟(F)濃度低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層PE -FSG (4)
形成最后的層間介質(zhì)層(I);
步驟4，經(jīng)過了步驟1至步驟3形成了最后的層間介質(zhì)層(I)的半導(dǎo)體器件在氮?dú)?N2)等離子體中處理，形成氧化層硅玻璃覆蓋層(CAPPE0X 層)(5)，以除去層間介質(zhì)層(I)表面上逸出的氟離子，CAPPEOX層越 厚捕獲的氟離子越多(覆蓋層溫度為40(TC，厚度一般為2000埃)；
步驟5在更高的溫度(T3)，例如37(TC以上的溫度，例如，在400 "C的溫度下，通N20氣體，處理時間大約20秒進(jìn)行預(yù)熱處理，形成硅(Si) 濃度更高的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(6)，它能捕獲更多氟離子，以 減少氟離子逸出；
步驟6，在硅(Si)濃度更高的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層上形成 PE-SRO保護(hù)層(7);
步驟7， PE-SRO保護(hù)層上形成PE-SIN保護(hù)層(8)，含氟硅酸鹽玻璃 層間介質(zhì)層(6)和PE-SRO保護(hù)層(7)和PE-SIN保護(hù)層(8)構(gòu)成最后
的保護(hù)層(n);
其特征是，在步驟4與步驟5之間增加步驟8，在形成有CAPPEOX層 (5)的半導(dǎo)體器件上形成HDP-SRO層(9)，形成條件是溫度大約380 °C，通入氣體Ar， SiH4， 02，反應(yīng)時間大約4秒，HDP-SRO層(9)的厚 度600埃，Rl的范圍是1.46-1.48)。
以上詳細(xì)描述了按本發(fā)明的有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中 產(chǎn)生的氣泡的方法。但是本發(fā)明不限于本文中的詳細(xì)描述。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)了解，本發(fā)明能以其他的形式實(shí)施。因此，按本發(fā)明的全部技術(shù)方 案，所列舉的實(shí)施方式只是用于說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，并且，本 發(fā)明不局限于本文中描述的細(xì)節(jié)。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍由所附的權(quán)利要 求書界定。
權(quán)利要求
1、有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn)生的氣泡的方法，包括以下步驟步驟1，在金屬層(1)上形成最后的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層之前，首先在金屬層上形成電介質(zhì)反射率高的PE-SRO(等離子體加強(qiáng)型富硅的硅玻璃)層(2)，PE-SRO層具有更多的懸空鍵來捕獲從含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層中逸出的氟離子；步驟2，在PE-SRO層上，在更高淀積溫度(T1)下用高密度等離子體淀積方法淀積含氟量低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(HDP-FSG)(3)，防止氟離子逸出；步驟3，形成氟(F)濃度低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層PE-FSG層(4)，以抑制氟離子逸出，和除去含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層上的氟離子，步驟1中形成的PE-SRO層(1)和步驟2中形成的含氟量低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(3)(HDP-FSG)和步驟3中形成的氟(F)濃度低的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層PE-FSG(4)形成最后的層間介質(zhì)層(I)；步驟4，經(jīng)過了步驟1至步驟3形成了最后的層間介質(zhì)層(I)的半導(dǎo)體器件在氮?dú)?N2)等離子體中處理，形成氧化層硅玻璃覆蓋層(CAPPEOX層)(5)，以除去層間介質(zhì)層(I)表面上逸出的氟離子，CAP PEOX層越厚捕獲的氟離子越多；步驟5在更高的溫度(T3)，例如370℃以上的溫度，進(jìn)行預(yù)熱處理，形成硅(Si)濃度更高的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(6)，它能捕獲更多氟離子，以減少氟離子逸出；步驟6，在硅(Si)濃度更高的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層上形成PE-SRO保護(hù)層(7)；步驟7，PE-SRO保護(hù)層上形成PE-SIN保護(hù)層(8)，含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(6)和PE-SRO保護(hù)層(7)和PE-SIN保護(hù)層(8)構(gòu)成最后的保護(hù)層(II)；其特征是，在步驟4與步驟5之間增加步驟8，在形成有CAP PEOX層(5)的半導(dǎo)體器件上形成HDP-SRO層(9)，形成條件是溫度大約380℃，通入氣體Ar，SiH4，O2，反應(yīng)時間大約4秒，HDP-SRO層(9)的厚度是600埃，R1的范圍是1.46-1.48。
2、 按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，步驟1中形成的PE-SRO層(2) 的電介質(zhì)反射率范圍是1.48-1.52。
3、 按照權(quán)利要求l的方法，其特征是，步驟2中形成含氟硅酸鹽玻 璃層間介質(zhì)層(HDP-FSG) (3)的淀積溫度(Tl)范圍是330°C-370°C， 氟含量范圍是3.7%-4.3%。
4、 按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，步驟3中氟(F)濃度低的含 氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層PE - FSG層(4)中F離子的濃度范圍是 5%-5. 6%。
5、 按照權(quán)利要求l的方法，其特征是，步驟4中CAPPEOX層在處理 溫度(T2)，例如37(TC以上的溫度下進(jìn)行預(yù)熱處理，形成硅(Si)濃度 更高的含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(6)，處理?xiàng)l件是處理溫度T2: 400 °C，處理時間(t) : 20秒，含氟硅酸鹽玻璃層間介質(zhì)層(6)的厚度一 般為2000埃。
6、 按照權(quán)利要求l的方法，其特征是，步驟5在更高的溫度(T3)， 例如37(TC以上的溫度，進(jìn)行預(yù)熱處理，例如，在40(TC的溫度下，通&0 氣體，處理時間大約20秒。
7、 按照權(quán)利要求l的方法，其特征是，HDP-SRO層(9)的形成條件 是溫度大約380°C，通入氣體Ar， SiH4， 02，反應(yīng)時間大約4秒，厚 度600埃，Rl的范圍是1. 46-1. 48。
全文摘要
按本發(fā)明的有效控制含氟硅玻璃層間介質(zhì)層形成中產(chǎn)生的氣泡的方法，形成具有三層結(jié)構(gòu)的最后的層間介質(zhì)層(I)，和在形成具有三層結(jié)構(gòu)的最后的保護(hù)層(II)之前，在形成的電容器PE-Oxide介質(zhì)層上形成HDP-SRO層(9)，使現(xiàn)有的形成具有三層結(jié)構(gòu)的最后的保護(hù)層(II)變成增加了一層HDP-SRO層(9)的四層結(jié)構(gòu)的最后的保護(hù)層(III)，以防止氟離子從含氟硅玻璃層間介質(zhì)層中逸出，提高了產(chǎn)品合格率。
文檔編號C03C17/34GK101289284SQ20071003973
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者劉崇志, 俊 周, 李景倫, 陳建維 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司