專利名稱：旋涂玻璃組合物及其在半導體生產(chǎn)中形成氧化硅層的方法
背景技術：
1、發(fā)明領域本發(fā)明涉及一種用于半導體生產(chǎn)工藝中形成氧化硅層的旋涂玻璃組合物(SOG)，并涉及由其制備的半導體器件，以及用其形成氧化硅層的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種含全氫化聚硅氮烷的旋涂玻璃組合物，和其在形成半導體器件上氧化硅層的用途。
2、已有技術的描述半導體器件設計近來得到快速發(fā)展。尤其，這種進展要求半導體器件具有高速運行功能和巨大存儲容量。為滿足這些要求，高密度、高可靠性及快響應的半導體器件正在發(fā)展之中。
集成電路一般都是將大量活性器件成型在單板上，生產(chǎn)過程中每一器件成型和絕緣之后，進行進行某些部件的電連接，實現(xiàn)其所需電路功能。例如，金屬氧化物半導體(MOS)及雙極VLSI和ULSI器件都具有其中互連大量器件的多水平互連結構。在這樣的多水平互連結構中，頂層外形通常隨層數(shù)增加而越來越不規(guī)則和平整。
例如，一般對兩層或多層半導體晶片成型按下述方法。在半導體晶片上成型若干氧化物層，一層多晶硅導電層及一層第一金屬絲層。然后在所得結構上成型第一絕緣層。然后，構成一通路孔，用于提供到第二金屬層的電路通路。此時，第一絕緣層不平，因為在第一絕緣層的下層不平。在將第二金屬層直接成型在第一絕緣層之上時，由于鋪在其下的絕緣層凸起或裂隙，第二金屬層會斷裂。此外，如果金屬層的沉積狀態(tài)不佳，還會降低半導體器件的屈服限。因此，為抵消晶片畸變外形的影響，在形成多水平金屬互連結構構成通路孔或第二金屬層之前，一般要對絕緣層進行平整化。
現(xiàn)已發(fā)展了各種平整化絕緣層的方法。這些方法包括利用反流特性良好的硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層，或SOG層和化學機械拋光法(CMP)。一般BPSG廣泛用于作為絕緣層材料，填充金屬絲間的間隙。但是，沉積BPSG有一些問題，因為它主要取決于對所用設備確定的特定沉積參數(shù)。而且，在過程中所用氣體昂貴和有劇毒。
此外，對于生產(chǎn)具有256或以上兆位的VLSI，隨著堆積密度增加和設計準則減少，利用BPSG作為絕緣層填充金屬絲間的間隙，由于出現(xiàn)空隙和橋而降低了屈服極限。而且，在以后的成型過程中，刻蝕阻斷層可能會遭損壞。因此，已有技術一般都采取反流方法和昂貴的CMP方法，來解決這些問題。
已知由SOG形成的絕緣層是通過簡單涂布法進行生產(chǎn)的。這種方法產(chǎn)生平面的絕緣層。例如，US 5,310,720(信(Shin)等人的觀點)披露一種形成氧化硅層的方法。形成一層聚硅氮烷層，接著在氧氣氛中加熱該聚硅氮烷層，使之轉化為氧化硅層。US 5,976,618(Shunichi Fukuyama等人觀點)披露一種其中沉積無機SOG，然后實施兩步熱處理的方法，使SOG層轉化為氧化硅層。
聚硅氮烷基SOG的基本骨架結構是由Si-N、Si-H及N-H鍵組成。通過在含氧及水的氣氛下進行焙燒，使Si-N鍵轉化為Si-O鍵(或用SiO取代)。實行簡單旋涂及簡單硬化，使SOG層轉化為氧化硅層。因此，它是一種經(jīng)濟的方法。
但是，不是所有的Si-N鍵都被轉化為Si-O鍵(參見例如JP公開，平(Hei)11-145286)。因此，與諸如用BPSG層或TEOS層形成的純氧化硅層相比，該氧化硅層具有不同的絕緣性及電特性。為此，許多工藝都已避免采用常規(guī)的SOG層并接著將其轉化為氧化硅絕緣層的方法。此外，由于SOG是通過旋涂方法沉積的，其所形成的氧化硅層的厚度不足。這就使諸如柵電極及金屬絲的半導體層覆蓋不充分。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明實施方案的一個特征在于，提供一種旋涂(spin-on)玻璃組合物，用于對堆積密度高及縱橫比大的半導體器件中密集間隔的金屬絲間隙進行充填。本發(fā)明又一個特征在于，提供一種旋涂玻璃組合物，充填基片上的間隙或光滑表面的不連續(xù)部分，而不需進行機械平整。本發(fā)明還有一特征在于，提供一種旋涂玻璃組合物，基本具有與用化學蒸汽沉積法(CVD)形成的半導體器件氧化物層相同的特征。本發(fā)明另一特征是，提供一種在生產(chǎn)半導體工藝中用上述旋涂玻璃組合物形成氧化物層的方法。
按照本發(fā)明的這些和其它特征，這里提供了一種旋涂玻璃組合物及用其通式為-(SiH2NH)n-的含全氫化聚硅氮烷制備的器件，通式中n表示一個正整數(shù)，其量為約總組合物重的10-30％重，其中全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約4,000-8,000范圍，分子量分布在約3.0-4.0的范圍。本發(fā)明旋涂玻璃組合物還包含一種量按組合物總重量計在約70-90％重的溶劑。
按照本發(fā)明的另一特點，還提供一種在有梯級部分及表面不連續(xù)部分的半導體基片上形成氧化硅層的方法。該方法要求將含通式-(SIH2NH)n-的全氫化聚硅氮烷化合物的旋涂玻璃組合物涂布于半導體器件上，通式中n表示正整數(shù)，其中全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約4,000-8,000范圍，分子量分布在約3.0-4.0的范圍，從而形成一平面的SOG(旋涂玻璃)層。最后，對該SOG層進行硬化，形成平面的氧化硅層。本發(fā)明還包括一種由前述方法制成的半導體器件。
按照本發(fā)明各個實施方案，利用一種SOG組合物完全覆蓋在縱橫比約5∶1至10∶1或有其它表面不連續(xù)部分的半導體層上，可形成一種基本無空隙的均勻氧化硅層。
附圖簡述參照如下附圖并通過對優(yōu)選實施方案的詳細描述，本發(fā)明的上述優(yōu)點及特點均會顯得更為清楚。


圖1是說明本發(fā)明SOG組合物的粘度與剪切速率的關系圖；圖2A-2K是說明按照本發(fā)明一個實施方案生產(chǎn)半導體過程中形成氧化硅層方法的橫截剖面圖。
圖3為說明在SOG層預焙燒之后測定層的光吸收率的傅立葉變換紅外光譜圖(FT-IR)。
圖4為說明在SOG層主焙燒之后檢測氧化硅層光吸收率的FT-IR圖。
圖5A-5G為說明按照本發(fā)明實施方案氧化硅層的刻蝕比及用傳統(tǒng)CVD方法形成氧化硅層的刻蝕比圖。
說明性實施方案的描述韓國專利申請2000-23448,2000年5月2日提交，標題為“旋涂玻璃組合物及在半導體生產(chǎn)過程中利用其形成氧化硅層的方法”，其全部在此用以參考。現(xiàn)參照附圖對本發(fā)明更詳細地加以說明。
凡講到在另一材料、結構或薄層上成型、或沉積或覆蓋一種材料、薄層或結構時，則另一層、材料或結構均可為交錯的。
本發(fā)明旋涂玻璃組合物含其通式為-(SiH2NH)n-的全氫化聚硅氮烷，通式中n表示正整數(shù)，重均分子量在約4,000-8,000范圍，分子量分布在約3.0-4.0的范圍。本文通篇描述中術語“分子量分布”代表重均分子量與數(shù)均分子量之比。
制備聚硅氮烷的方法是眾所周知的。通過鹵硅烷與路易斯堿的反應生成一種絡合物，再使該絡合物與氨反應，是制備聚硅氮烷的一種典型方法。聚硅氮烷也可通過下述方法制備(ⅰ)使鹵化硅如SiCl4或SiH2Cl2與胺反應；(ⅱ)利用堿金屬鹵化物催化劑將硅氮烷轉化為聚硅氮烷；及(ⅲ)利用過渡金屬化合物與胺化合物由硅烷進行脫氫，或其它方法。
US 5,494,978(授予Yasuo Shinizu等人)披露了一種利用無機聚硅氮烷制備數(shù)均分子量100-100,000的消泡后聚硅氮烷的方法。US 5,905,130(授予Hirohiko Nakahara等人)披露一種在堿催化劑存在下由聚胺基硅烷化合物與聚氫化含氮化合物的反應，或在堿性固體氧化物催化劑存在下通過聚氫化硅酮化合物與聚氫化含氮化合物的反應，來制備聚硅氮烷的方法。US 5,436,398(授予Yasuo Shimizu等人)披露了一種制備數(shù)均分子量達約1,120的全氫化聚硅氮烷的方法。US 4,937,304(授予Ayama等人)及US 4,950,381(授予Takeuchi等人)披露了幾種可按所需分子量制備聚硅氮烷的方法。前述各文獻所披露的方法均在此全文引為參考。
在本發(fā)明中所用全氫化聚硅氮烷均可按上述任一種方法來制備，而無限制。為了用于本發(fā)明的實施方案中，由上述方法所制備的全氫化聚硅氮烷優(yōu)選按其分子量加以分餾。當重均分子量低于4,000時，除氣量會增加，并會使全氫化聚硅氮烷過快地轉化為氧化硅，以致由于分子量低而產(chǎn)生裂隙。另一方面，當重均分子量超過8,000時，SOG溶液粘度會增加，而破壞由此形成的SOG層的均勻性。因此用于本發(fā)明的聚硅氮烷的重均分子量優(yōu)選在4,000-8,000的范圍。更具體地說，在形成SOG層用于充填溝漕(間隙)時，聚硅氮烷的重均分子量為6,000-8,000，優(yōu)選在6,500-7,000；當形成SOG層用于平整化柵電極時，聚硅氮烷的重均分子量為4,000-6,000，優(yōu)選在4,500-5,000；當形成SOG層用于平整化金屬圖案時，聚硅氮烷的重均分子量為4,500-7,500。
此外，在聚硅氮烷的分子量分布低于3.0時，即重均分子量與數(shù)均分子量之比低于3.0時，全氫化聚硅氮烷的分餾效率和分餾聚硅氮烷的收率低。另一方面，當聚硅氮烷的分子量分布超過4.0，所轉化的氧化硅層不會均勻。因此，本發(fā)明可用的全氫化聚硅氮烷的分子量散優(yōu)選在3.0-4.0的范圍，不過可能會有超出此范圍利用組合物的條件。
SOG組合物優(yōu)選為將前述全氫化聚硅氮烷溶解于溶劑中而制備的SOG溶液，優(yōu)選將其溶于有機溶劑中。任何各種有機溶劑或其它溶劑均可用于本發(fā)明中而無限制。適用溶劑優(yōu)選包括芳烴溶劑，如二甲苯，或醚溶劑，如二丁基醚。在SOG溶液中全氫化聚硅氮烷的數(shù)量超過30％重時，會使但也非必然會使全氫化聚硅氮烷不穩(wěn)定性增大，溶液壽命會縮短，并形成裂隙。在SOG溶液中全氫化聚硅氮烷的數(shù)量低于10％重時，會使但也非必然會使全氫化聚硅氮烷變得難于控制SOG溶液層的厚度。因此，SOG溶液中全氫化聚硅氮烷的數(shù)量按組合物總量計優(yōu)選在1-30％的范圍內(nèi)，更優(yōu)選其數(shù)量在18-25％重的范圍。SOG溶液中的溶劑量按組合物總量計應在70-90％重的范圍也是優(yōu)選的，在75-82％重的范圍更優(yōu)選。
SOG組合物與底層如氮化硅層的接觸角優(yōu)選不超過4°。接觸角超過4°時，SOG組合物與底層的粘著會不充分。
在涂布和硬化過程中為使表面均勻，該SOG溶液在預定的剪切速率下的粘度優(yōu)選在1-10mPa·s范圍，更優(yōu)選在1-8mPa·s范圍。圖1為說明SOG溶液粘度與剪切速率間的關系圖。在圖1中，縱軸表示粘度Pa·s，橫軸表示剪切速率(1/秒)。在剪切速率為54-420(1/秒)時，按照本發(fā)明SOG溶液的粘度優(yōu)選在1-10mPa·s范圍，如圖1所示。從圖1還可看出，剪切速率在10-1000(1/秒)的范圍時，SOG組合物的粘度可在約1-10mPa·s的范圍。
該SOG溶液可視情況需要而定包括至少一種選自硼、氟、磷、砷、碳、氧，及其混合物的雜質。當該SOG溶液包括這些雜質中至少一種選自硼、氟、磷、砷、碳、氧，及其混合物的雜質時，由SOG溶液轉化成的氧化硅層就包括該種雜質材料，而該層就會具有類似于常規(guī)硅酸硼玻璃層(BSG)、BPSG層、磷硅酸鹽玻璃層(PSG)等的特征。當SOG溶液中包括至少一種碳及/或氧作為雜質時，就可促進SOG轉化為氧化硅層。
優(yōu)選用旋涂法將SOG溶液涂布在有梯級部分的半導體基片上，如導線圖案。這種方法特別適用于構成平面SOG層。
在半導體基片上的梯級部分可由導體圖案構成。例如，導體金屬絲的圖案，諸如柵電極圖案或位線，構成基片內(nèi)表面上的梯級部分。兩導體圖案間距不受限制。但一般在間距超過1μm時，適宜于采用由BPSG形成氧化物層的常規(guī)方法，但是，例如當間距達到0.04μm時，利用本發(fā)明SOG溶液方法則會使充填空隙的可能性更大。因此，本發(fā)明方法優(yōu)選用于間隙在約0.04-1μm的半導體基片上。
本發(fā)明各實施方案的方法也均可用于低縱橫比的導體圖案間隙(此處縱橫比代表間隙深度對間隙間距之比)。但縱橫比在約5∶1-10∶1的圖案優(yōu)選用于本發(fā)明各實施方案中。
一般，在半導體基片上均可形成其中構成密集導體圖案的致密間隙，諸如包括柵電極在內(nèi)的存儲陣列區(qū)。此外，在半導體基片上也可形成幾乎無導體圖案的全梯級部分，諸如周邊電路區(qū)。本發(fā)明可以用于具有縱橫比約5∶1至10∶1的密集間距的間隙和縱橫比約1∶1或以下幾乎無間距的梯級部分的半導體基片上。
梯級部分也由半導體基片上突起/凹漕部分造成。尤其通過本發(fā)明方法可形成氧化物層，使有凹漕及突起的半導體基片中梯級部分上形成薄層。用這種方法形成的氧化物層可用于生產(chǎn)有淺漕絕緣結構(STI)的絕緣區(qū)。而且，梯級部分是由絕緣層上形成的金屬絲造成。也就是說，可利用由本發(fā)明方法形成的氧化硅層作為絕緣夾層，使絕緣層上形成的金屬絲絕緣。
有利的是，由上述方法形成的SOG層可借此將其轉化為有平表面的氧化硅層而加以硬化。硬化步驟通過預焙燒及主焙燒進行。根據(jù)在此的披露，本領域技術人員是能夠進行該SOG層的硬化，并將其轉化為平表面的氧化硅層。
優(yōu)選在溫度約100-500℃的范圍內(nèi)進行預焙燒約1-5分鐘。預焙燒溫度低于100℃，有機溶劑仍然可能保留在薄層中，而不能完全被脫出。另一方面，預焙燒溫度超過500℃，可能會使某一深度或以下的聚硅氮烷在以后的主焙燒步驟中不能被完全轉化為氧化硅，而表面部分卻會被迅速轉化為能產(chǎn)生裂隙的氧化硅，從而引起后續(xù)氧化硅層的不均勻。
預焙燒進行不足1分鐘，有機溶劑仍然保留在薄層中，而未被完全脫出。另一方面，預焙燒進行5分鐘以上，會發(fā)生SOG層表面部分轉化為氧化硅的過程，從而甚至在有機溶劑被完全脫出時形成局部裂隙。因此，預焙燒優(yōu)選在100-500℃下進行約1-5分鐘，更優(yōu)選在100-400℃內(nèi)進行約2-3分鐘。
與預焙燒相比，主焙燒優(yōu)選在更高溫下進行更長的時間。全氫化聚硅氮烷基SOG的基本骨架包括Si-N鍵。這些Si-N鍵可通過在含氧氣及水的氣氛下焙燒(或轉化為)用Si-O鍵加以取代。按照傳統(tǒng)方法采用前述旋涂玻璃組合物，不是所有的Si-N鍵會變成由Si-O所取代的，因此，有些Si-N鍵仍然保留在涂布SOG溶液并進行焙燒之后的Si-O層中。但按照本發(fā)明的方法，在涂布SOG溶液，形成SOG層及實施硬化之后，就不會保留Si-N鍵。因此，由本發(fā)明各實施方案所形成的氧化硅層基本上具有相同于由常規(guī)CVD法所形成的純氧化硅層的特性。
主焙燒優(yōu)選在約400-1200℃溫度范圍內(nèi)進行。主焙燒溫度在400℃以下進行時，硬化會不充分，仍然保留某些Si-N鍵，從而破壞了氧化物層的特性。另一方面，當主焙燒溫度超過1200℃時，由此形成的氧化硅層的平面性會下降，或產(chǎn)生裂隙。因此，主焙燒優(yōu)選在約400-1200℃溫度范圍進行，更優(yōu)選在約400-1000℃溫度范圍進行。
此外，主焙燒優(yōu)選進行約10-180分鐘的時間。主焙燒時間少于10分鐘，SOG層不能充分被轉化為氧化硅層。另一方面，主焙燒時間超過180分鐘，由此形成的氧化硅層應力增加。因此，主焙燒優(yōu)選進行約10-180分鐘范圍，更優(yōu)選在約30-120分鐘的范圍。
主焙燒優(yōu)選在氧化氣氛中，或在適宜于將Si-N鍵轉化為Si-O鍵的惰性氣氛中進行。例如，主焙燒方法的適宜環(huán)境包括氧氣氛、含水蒸汽的氣氛、包含氧與水蒸汽混合物的氣氛、包含氮氣的氣氛，及或這些氣氛的混合物。包含水蒸汽的氣氛是優(yōu)選的，其優(yōu)選包含約1.2％-86％重的水。
可根據(jù)其對底層結構的影響來確定主焙燒溫度。例如，當?shù)讓咏Y構包括對半導體基片上部進行部分刻蝕所形成的溝漕和在形成SOG層用于充填這些溝漕的時侯，硬化過程中主焙燒優(yōu)選溫度在約900-1000℃的范圍。當?shù)讓咏Y構包括許多在半導體基片上構成的柵電極和在形成SOG層用于完全覆蓋柵電極時，主焙燒優(yōu)選溫度范圍在約600-900℃。當?shù)讓咏Y構包括沉積在半導體基片上的絕緣層構成的許多金屬絲圖案并在形成SOG層完全覆金屬絲圖案時，主焙燒過程優(yōu)選溫度范圍在約400-450℃。本領域技術人員利用在此所提供的提示，能夠確定主焙燒適宜溫度范圍。因此本說明書所提出的參數(shù)具體范圍并非對本發(fā)明的限制。
SOG組合物的涂布一般都構成厚度在約4,000-6,500埃范圍的氧化硅層。在涂布該SOG組合物之前，可在導體圖案上部或側面形成厚度約200-600埃的氮化硅層，作為刻蝕終止層。
應當注意的是，采用本發(fā)明SOG組合物所生產(chǎn)(形成氧化硅層的方法)的半導體器件可用于充填溝漕、平整柵電極及/或金屬圖案。但是，本發(fā)明SOG組合物可用于僅充填溝漕，而傳統(tǒng)的SOG組合物或方法可用于平整柵電極及金屬圖案，或二者的組合。換句話說，有可能，但也未必，利用本發(fā)明SOG組合物充填半導體單件中的溝漕，平整柵電極及/或金屬圖案。
現(xiàn)參照下述非限制性實施例對本發(fā)明內(nèi)容加以說明。
實施例SOG組合物的制備分餾市售全氫化聚硅氮烷，獲得重均分子量4,500-7,000和分子量分布3.0-4.0的全氫化聚硅氮烷。將分餾后的全氫化聚硅氮烷溶解于二甲苯中，獲得全氫化聚硅氮烷，其濃度按該組合物總重量計為22-25％重的SOG組合物。SOG組合物對氮化硅底層的接觸角為4°或以下。
SOG組合物的粘度按其剪切速率的變化加以確定。粘度特性示于圖1中。圖1是說明SOG溶液隨剪切速率的變化圖?？v軸表示粘度Pa·s，橫軸表示剪切速率(1/秒)。從圖1可看出，在剪切速率10-1000(1/秒)的范圍，更優(yōu)選剪切速率為54-420(1/秒)下，SOG溶液優(yōu)選具有均勻的粘度，在約1-10mPa·s的范圍。
氧化物層的形成圖2A-2K為橫截面圖，說明按照本發(fā)明一組實施方案在半導體生產(chǎn)過程中形成氧化硅層的方法。參照圖2A，圖2A提供由半導體材料如硅(Si)形成的p-型基片10。經(jīng)在基片上對絕緣區(qū)的刻蝕而形成溝漕12。溝漕12深度約4600埃，寬度約1250埃。在形成溝漕12的基片10上，涂布由上述方法制備的重均分子量6,000-8,000含全氫化聚硅氮烷的SOG溶液，至厚度約6,000-7,000埃，形成第一SOG層13。
參照圖2B，在約100-500℃下預焙燒該第一SOG層1-5分鐘，然后于900-1000℃下進行主焙燒30分鐘，使第一SOG層13轉化為第一氧化硅層13a。與此同時，在水含量約86％重的水蒸汽氣氛下進行焙燒。參照圖2C，采用CMP方法對氧化硅層13a進行拋光，直至該半導體基片的上表面暴露，形成其溝漕12內(nèi)部用二氧化硅14充填過的器件絕緣區(qū)。
參照圖2D，將n-型雜質諸如磷(P)離子摻到構成半導體基片10存儲單元區(qū)(存儲單元陣列區(qū))中，形成n-型半導體區(qū)20。此外，將諸如硼(B)離子的p型雜質摻到存儲單元陣列區(qū)及部分周邊電路區(qū)中，形成P-型井30。最后，將諸如磷(P)離子的n-型雜質加進周邊電路區(qū)的其余區(qū)中，形成n-型井40。
接著，將控制閾電壓的諸如氟化硼(BF2)的雜質摻至p-型井30及n-型井40中。此后，用氟基清潔液清洗p-型井30及n-型井40的各表面部分。然后對該半導體基片10進行濕氧化，在p-型井30及n-型井40每一表面上形成柵氧化物層16。與此同時，也對溝漕12內(nèi)的基片部分進行部分氧化，形成連續(xù)柵氧化物層16。柵氧化物層16的厚度為約40-200埃。
參照圖2E，在基片10上形成其中充填溝漕12的氧化硅14作為場氧化物的多晶硅層，和柵氧化層16。多晶硅層厚度為約500-4,000埃，是采用低壓化學蒸汽沉積法(LPCVD)，沉積摻有n-型雜質如磷離子(P)的多晶硅，而形成的。然后，通過濺射法在多晶硅層上沉積硅化鎢及鎢，形成各自厚度約1000-2000埃的硅化鎢層和鎢層。然后在鎢層上沉積氮化硅層。采用LPCVD法，或等離子增強化學蒸汽沉積法(PECVD)，形成氮化硅層，達到厚度約500-2000埃。本領域技術人員采用這里所給予的方法，能夠形成各層。
然后在氮化硅層上構成一層光阻膜，并用一罩選擇地使光阻薄膜暴光。接著對光阻膜進行顯影，形成用于構成柵電極光阻圖案22。再對氮化硅層、鎢層、氮化鎢層及多晶硅層一個一個地利用光阻圖案作為光刻罩進行光刻蝕，分別形成由多晶硅圖案24a、硅化鎢圖案24b、鎢圖案24c、及氮化硅圖案24d組成的柵電極24Ga、24Gb、24Gc及24GWL。柵電極24Ga及字線24GWL是在存儲單元陣列區(qū)上形成的，柵電極24Gb及24Gc是在周邊電路區(qū)形成的。
生產(chǎn)在存儲單元陣列區(qū)上形成的柵電極24Ga及24GWL，要使柵電極間的間隙處在0.4-1μm的范圍?？v寬比，即柵電極24Ga及24GWLd的深度對間隙寬度比，在約5∶1-10∶1的范圍，由此形成了密集的梯級部分。另一方面，在周邊電路區(qū)形成的柵電極24Gb及24Gc的縱寬比在1∶1以下，由此形成了全梯級部分。
參照圖2F，光阻圖案是被移去了的。在圖2G中，在n-型井40的柵電極24Gc兩側，將p-型雜質諸如硼離子摻至n-型井20中，形成摻p-型雜質區(qū)25。另外，在p-型井30中在柵電極24Gb兩側，將n-型雜質諸如磷離子摻進p-型井30中，形成摻n-型雜質區(qū)27。在p-型井20中在柵電極24Ga兩側形成摻n-型雜質區(qū)26。
參照圖2-G，在半導體基片10上用化學蒸汽沉積法沉積氮化硅，形成氮化硅層32，其厚度約200-600埃。接著，用光阻膜覆蓋存儲單元陣列區(qū)上的氮化硅層32，對周邊電路區(qū)上的氮化硅層32進行各向異性的光刻蝕，形成周邊電路區(qū)的柵電極24Gb和24Gc側壁上的墊片32a。
接著，將p-型雜質諸如硼離子摻進周邊電路區(qū)的n-型井20中，形成摻p+-型雜質區(qū)(源，漏極區(qū))。此外，將n-型雜質諸如砷(As)離子摻進周邊電路區(qū)的p-型井30中，形成摻n+-型雜質區(qū)(源，漏極區(qū))。
參看圖2H，將SOG溶液涂布在半導體基片10上，形成第二SOG層50。采用旋涂法形成第二SOG層50，其晶片旋轉速度約500-2500rpm。全氫化聚硅氮烷的重均分子量為4,000-6,000。第二SOG層50的厚度在約7,500-8,200埃。第二SOG層50完全覆蓋了柵電極24Ga、24Gb、24Gc及24GWL。接著，在溫度約100-500℃范圍內(nèi)預焙燒該第二SOG層約1-5分鐘，然后，在溫度約600-900℃的范圍對其進行主焙燒約10-180分鐘。進行焙燒在至少選自下述一種氣氛中進行氧氣氛、水蒸汽氣氛、含氧和水蒸汽的混合物氣氛、氮氣氣氛、或其混合物的氣氛。在水蒸汽氣氛中進行焙燒時，氣氛中水含量控制在1.2-86％重的范圍。
在進行硬化過程中，在第二SOG層中的Si-N鍵被Si-O鍵取代，使第二SOG層50轉化為氧化硅層50a。在此過程中，第二氧化硅層50a的厚度降低約為第二SOG層50厚度的19-20％。如圖2I所示。
參看圖2J，用普通濺射法，將金屬如鋁、鎢等沉積在第二氧化硅層50a上，形成厚度約5,000埃的金屬層。采用照相平版法繪制金屬層，形成金屬圖案52，其寬約6600埃，間隙約8400埃。接著，采用旋涂SOG溶液的方法，形成其內(nèi)含重均分子量4500-7500的全氫化聚硅氮烷、厚度約3800-4500埃并完覆蓋金屬圖案52的第三SOG層54。
參照圖2J及2K，在溫度約100-500℃范圍內(nèi)預焙燒第三SOG層約1-5分鐘，然后，在溫度約400-450℃范圍內(nèi)對其進行主焙燒約10-180分鐘。主焙燒在水蒸汽氣氛中進行。通過硬化過程用Si-O鍵取代第三SOG層54中的Si-N鍵，并按照本發(fā)明的一個重要方面，使該第三SOG層54轉化為具有基本平表面的第三氧化硅層54a。
采用常規(guī)的方法生產(chǎn)半導體器件。本領域技術人員是能夠采用本發(fā)明各種實施方案中的SOG組合物及方法生產(chǎn)半導體器件的。
氧化硅層的光吸收度參照圖2A-2K，用上述方法在半導體基片上形成一層氧化物層。在其上有許多金屬絲層的縱橫比在5∶1-10∶1及金屬絲間隙在0.04-1μm范圍的半導體基片上，形成氧化物層。形成其厚度約400埃的氮化硅層，以覆蓋該許多金屬絲層及半導體基片。
將包括全氫化聚硅氮烷的SOG溶液旋涂在半導體基片上，形成厚度約7582埃的第二SOG層。此時，控制旋轉速度至約1000rpm。
在150℃下預焙燒此第二SOG層3分鐘。預焙燒后，用FT-IR法測定SOG層的光吸收度。本領域技術人員能利用FT-IR法確定SOG層的光吸收度。圖3為說明對SOG層預焙燒后所得薄層的光吸收度圖。如圖3所示，顯示了預焙燒后某些波長區(qū)有代表N-H、Si-H、Si-N等鍵的光吸收峰。與此同時，應力值為約3.63×108(達因/平方厘米)，是用應力計進行檢測的。
預焙燒后，再于700℃下對該SOG層再次進行焙燒(主焙燒)30分鐘，使SOG層轉化為氧化硅層。圖4為說明主焙燒后檢測氧化硅層光吸收度的FT-IR圖。如圖4所示，說明預焙燒后，仍然保留對應于僅有Si-O鍵波長區(qū)的波峰。此時，應力值為-1.22×108(達因/平方厘米)。由圖4，可以看出，在SOG層中的Si-N鍵都被轉化為Si-O鍵。因此，該SOG層完全被轉化為氧化硅層。
此外，在有許多金屬絲圖案的半導體基片上未見金屬絲層有空隙。多金屬絲圖案的縱橫比在約5∶1-10∶1范圍，間隙在約0.04-1μm范圍。
檢測氧化硅的刻蝕速率A、利用SOG形成氧化硅層將SOG溶液涂布在裸晶片上，形成SOG層。用旋涂方法涂布本發(fā)明的SOG溶液，其中基片旋轉速度為1000rpm。沉積SOG層至厚度7500-8200埃。接著，在150℃下預焙燒SOG層3分鐘，然后于700℃下對其進行主焙燒30分鐘。主焙燒在水蒸汽氣氛下進行，水蒸汽在該氣氛中的含量在約1.2-86％的范圍。在此硬化過程中，用Si-O鍵來轉化SOG層中的Si-N鍵，使SOG層轉化為氧化硅層。由此形成氧化硅層厚度為約6400埃。
B、由CVD法形成氧化物層在裸晶片上，用硅烷氣及氧作為源氣，氬氣作為載氣，形成一種高密度等離子體(HDP)CVD-氧化物層，作為標準。由此形成的CVD-氧化物層的厚度約6,000埃。
C、測定濕刻蝕速率對由本發(fā)明方法形成的氧化硅層和由CVD法形成的CVD氧化物層分別進行刻蝕。采用相同的刻蝕溶液，在恒定時期內(nèi)分別進行刻蝕，按不變時間間隔測定刻蝕速率。所得結果示于圖5A-5F中。
圖5A為說明在1分鐘間隔內(nèi)對用本發(fā)明方法形成的氧化物層和對由CVD法形成的氧化物層所測定的刻蝕速率曲線。濕刻蝕是在室溫(25℃)下用蒸餾水稀釋包括氟化銨的緩沖刻蝕溶液所獲得的溶液(蒸餾水中稀釋的NH4F及HF)中進行的。
圖5B為說明在1分鐘間隔內(nèi)對用本發(fā)明方法形成的氧化物層和由CVD法形成的氧化物層所測定的刻蝕速率的曲線。濕刻蝕是在室溫(25℃)下在稀釋氫氟酸的水溶液(DI∶HF=100∶1)中進行的。
圖5C為說明在10分鐘間隔內(nèi)對用本發(fā)明方法形成的氧化物層和由CVD法形成的氧化物層所測定的刻蝕速率的曲線。濕刻蝕是70℃下在NH4OH∶H2O2∶H2O的混合刻蝕溶液中進行的。
圖5D為說明在10分鐘間隔內(nèi)對用本發(fā)明方法形成的氧化物層和由CVD法形成的氧化物層所測定的刻蝕速率的曲線。濕刻蝕是165℃下在磷酸中進行的。
圖5E為說明在10分鐘間隔內(nèi)對用本發(fā)明方法形成的氧化物層和由CVD法形成的氧化物層所測定的刻蝕速率的曲線。濕刻蝕是130℃下在6∶1比例的H2SO4∶H2O2混合刻蝕溶液中進行的。
圖5F為說明在10分鐘間隔內(nèi)對用本發(fā)明方法形成的氧化物層和由CVD法形成的氧化物層所測定的刻蝕速率的曲線。濕刻蝕是50℃下在0.25∶1∶5比例的NH4OH∶H2O2∶H2O的混合刻蝕溶液進行的。
D、干刻蝕速率的測定將用本發(fā)明方法所形成的氧化物層和由CVD法所形成的氧化物層送入同一室中，利用同樣的刻蝕氣重復測定刻蝕速率。室內(nèi)壓力控制在30毫乇(mTorr)及室輸出功率為1700瓦。所用刻蝕氣體為C5F8∶C4F8∶O2∶Ar，速率分別為8、4、6及500秒立方厘米(sccm)。所測定的刻蝕速率如圖5G中圖形所示。
由圖5A-5G可以看出，用本發(fā)明所形成的氧化硅層進行濕及干刻蝕的速率十分接近于用CVD法所形成的氧化物層的濕及干刻蝕速率。因此，按照本發(fā)明用SOG層形成的平整化層或中間絕緣層具有與常規(guī)CDV法的氧化物層一樣的性質。
通過本發(fā)明人的重復試驗，在具有多層金屬絲層、縱橫比范圍約5∶1-10∶1及間隙范圍約在0.04-1μm范圍的半導體基片上，可以形成無間隙的氧化硅層。利用本發(fā)明SOG組合物可以形成這樣的氧化硅層。按照本發(fā)明，利用本發(fā)明SOG，可以形成具有256兆位器件所要求的平面度的無空隙氧化硅層。
盡管參照具體優(yōu)選實施例詳細描述了本發(fā)明的實施方案，但在不偏離本發(fā)明的實質及范圍下，仍可采用各種改進方案或另外的結構及對等的內(nèi)容。
權利要求
1.一種旋涂玻璃組合物，用于在半導體生產(chǎn)中形成氧化硅層，所述組合物包括按總組合物重計約為10-30％重的化合物通式為-(SiH2NH)n-的全氫化聚硅氮烷，通式中n表示一個正整數(shù)，其中全氫化聚硅氮烷的重均分子量約4,000-8,000，分子量分布約3.0-4.0；和按組合物總重量計為約70-90％重的溶劑。
2.按照權利要求1的旋涂玻璃組合物，其中當形成氧化硅層用于填充溝漕時，全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約6,000-8,000范圍。
3.按照權利要求1的旋涂玻璃組合物，其中當形成氧化硅層用于平整化柵電極時，全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約4,000-6,000范圍。
4.按照權利要求1的旋涂玻璃組合物，其中當形成氧化硅層用于平整化金屬圖案時，全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約4,500-7,500范圍。
5.按照權利要求1的旋涂玻璃組合物，其中全氫化聚硅氮烷含量按組合物總重量計為約18-25％重，溶劑含量按組合物總重量計為約75-82％重。
6.按照權利要求1的旋涂玻璃組合物，其中該組合物在剪切速率為54-420(1/秒)范圍內(nèi)具有約1-10mPa·s的均勻粘度。
7.按照權利要求1的旋涂玻璃組合物，其中該組合物相對其上涂布該組合物的底層的接觸角不超過4°。
8.按照權利要求1的旋涂玻璃組合物，其中該組合物還包括至少一種選自硼、氟、磷、砷、碳、氧，及其混合物的雜質。
9.按照權利要求1的該旋涂玻璃組合物，其中溶劑選自二甲苯或二丁基醚。
10.一種形成氧化硅層的方法，包括提供具有梯級部分的半導體基片；將含有化合物通式為-(SIH2NH)n-的全氫化聚硅氮烷的旋涂玻璃組合物涂布于該半導體器基片上，通式中n表示一個正整數(shù)，全氫化聚硅氮烷的重均分子量約4,000-8,000，分子量分布約3.0-4.0的，對該SOG層進行硬化，形成平表面的氧化硅層。
11.按照權利要求10的方法，其中對SOG層進行硬化包括在溫度約100-500℃的范圍內(nèi)進行第一段時間的預焙燒；和在溫度約400-1200℃的范圍內(nèi)進行第二段時間的主焙燒。
12.按照權利要求11的方法，其中主焙燒是在包括一種或多種選自氧、水蒸汽、氧與水蒸汽混合物、氮、或其混合物的氣氛下進行約10-180分鐘。
13.按照權利要求10的方法，其中該旋涂玻璃組合物，在54-420(1/秒)范圍的剪切速率下，具有約1-10mPa·s的均勻粘度。
14.按照權利要求10的方法，其中該氧化硅層的厚度在約4,000-6,5000A范圍。
15.按照權利要求10的方法，其中梯級部分是用至少兩種導體圖案形成的。
16.按照權利要求15的方法，其中至少兩種導體圖案間的間距為約0.04-1μm。
17.按照權利要求15的方法，其中在至少兩種導體圖案間梯級部分的縱橫比在約5∶1-10∶1的范圍。
18.按照權利要求15的方法，其中梯級部分的縱橫比在約5∶1-10∶1的范圍，和全梯級部分的縱橫比在約1∶1以下。
19.按照權利要求15的方法，其中至少兩種導體圖案是選自半導體器件的柵電極和金屬絲圖案。
20.按照權利要求10的方法，還包括在涂布旋涂玻璃組合物之前，在半導體基片上形成厚度約在200-600埃的氮化硅層。
21.按照權利要求20的方法，其中該旋涂玻璃溶液相對氮化硅層的接觸角不超過約4°。
22.按照權利要求10的方法，其中該旋涂玻璃組合物還包括至少一種選自硼、氟、磷、砷、碳、氧，及其混合物的雜質材料。
23.按照權利要求10的方法，其中梯級部分的形成按下述方法進行部分刻蝕半導體基片的上部，形成溝漕；和形成氧化硅層，通過；在該基片上涂布SOG組合物充填該溝漕，并形成SOG層；和硬化該SOG層，通過在溫度約100-500℃進行第一段時間的預焙燒；和在溫度約400-1000℃進行第二段時間的主焙燒。
24.按照權利要求23方法，其中SOG組合物的全氫化聚硅氮烷重均分子量在約6000-8000范圍。
25.按照權利要求10的方法，其中梯級部分形成通過在半導體基片上形成多個柵電極；并形成氧化硅層，通過將SOG組合物涂布在該基片上，完全覆蓋多個柵電極，并形成SOG層；和硬化該SOG層，通過在溫度約100-500℃范圍內(nèi)進行第一段時間的預焙燒；和在溫度約600-900℃范圍內(nèi)進行第二段時間的主焙燒。
26.按照權利要求25方法，其中SOG組合物的全氫化聚硅氮烷重均分子量在約4000-6000范圍。
27.按照權利要求10的方法，其中梯級部分形成通過在半導體基片上形成絕緣層；和在絕緣層上形成多個金屬絲圖案；并形成氧化硅層，通過在該基片上涂布SOG組合物，完全覆蓋該金屬絲圖案，從而形成SOG層；和硬化該SOG層，通過在溫度約100-500℃范圍內(nèi)進行第一段時間的預焙燒；和在溫度約400-450℃范圍內(nèi)進行第二段時間的主焙燒。
28.按照權利要求27方法，其中SOG組合物的全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約4500-7500的范圍。
29.一種半導體器件，具有至少一層不經(jīng)拋光處理而形成的平整化平面層，該至少一層平面層包括按照權利要求1的組合物。
30.按照權利要求29的半導體器件，其中當形成氧化硅層用于填充溝漕時，該全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約6000-8000的范圍。
31.按照權利要求29的半導體器件，其中當形成氧化硅層用于平整化柵電極時，該全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約4000-6000的范圍。
32.按照權利要求29的半導體器件，其中當形成氧化硅層用于平整化金屬圖案時，全氫化聚硅氮烷的重均分子量在約4500-7500的范圍。
33.按照權利要求29的半導體器件，其中溶劑包括二甲苯和二丁基醚中的一種。
34.按照權利要求29的半導體器件，其中該混合物包括按組合物總重量計為約18-25％重的全氫化聚硅氮烷和約75-82％重的溶劑。
35.按照權利要求29的半導體器件，其中該混合物的粘度約1-10mPa·s，和剪切速率約54-420(1/秒)。
36.按照權利要求29的半導體器件，其中該混合物相對其上沉積該混合物的底層的接觸角不超過4°。
37.按照權利要求29的半導體器件，其中該混合物包括至少一種選自硼、氟、磷、砷、碳、氧，及其組合的雜質。
全文摘要
公開了一種旋涂玻璃組合物(SOG)及利用該SOG組合物形成氧化硅層的方法。該方法包括在表面不連續(xù)的半導體基片上涂布一種含有通式為－(SiH
文檔編號H01L21/3105GK1322009SQ0013484
公開日2001年11月14日 申請日期2000年11月30日 優(yōu)先權日2000年5月2日
發(fā)明者李禎浩, 崔晶植, 金弘基, 李東峻, 姜大源, 全相文 申請人:三星電子株式會社