專利名稱：具有形成在電容器上的可流動絕緣層的半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種半導(dǎo)體裝置，尤其是關(guān)于具有電容器上的絕緣層的半導(dǎo)體裝置，及其制造方法。
背景技術(shù)：
就如廣為人知的，半導(dǎo)體存儲器裝置集成的微型化和大型化的趨勢已被大大地要求，以確保包含在動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)單元中的電容器有足夠的電容值。為了得到足夠的電容值，介電材料是通過堆疊氧化鋁(Al2O3)和氧化鉿(HfO2)形成，或電容器的上電極和下電極是通過使用金屬，如氮化鈦(TiN)形成。
因此，在電容器上方形成絕緣層的案例中，絕緣層基本上應(yīng)透過低溫處理形成，以防止電容器的下層劣化，例如金屬氧化，介電材料特性的劣化，和擴散。
此外，DRAM裝置被分成其中形成電容器的單元區(qū)域和不形成電容器的外圍電路區(qū)域。形成在單元區(qū)域的電容器應(yīng)該具有較高的高度，以確保電容值。因此，在單元區(qū)域和外圍電路區(qū)域之間的邊界，會產(chǎn)生至少10,000的高度差。
因此，需要采用能夠通過低溫處理形成的絕緣材料和克服高度差，從而使能在電容器上的絕緣層的平坦化處理。
圖1A到圖1B為在制造DRAM裝置的順序處理中，用以在電容器上方形成絕緣層的傳統(tǒng)方法的橫截面圖。尤其，圖1A為傳統(tǒng)形成的電容器，而圖1B為傳統(tǒng)形成在電容器上的絕緣層。
參照圖1A，多個電容器C被形成在提供底絕緣層11、接觸塞12和蝕刻停止層13的襯底結(jié)構(gòu)上。每一個電容器C都包含要接觸對應(yīng)的接觸塞12且具有圓柱形的下電極14，覆蓋下電極14的介電層15，和形成在介電層15上的上電極16。電容器C典型是形成在DRAM單元區(qū)域，而非形成在外圍電路區(qū)域。因此，在單元區(qū)域和外圍電路區(qū)域之間的邊界，存在有至少10,000的高度差。
參照圖1B，使用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)法形成的未摻雜的硅酸鹽玻璃層(USG)，被用作頂絕緣層D。對于使用PECVD法形成的基于USG的頂絕緣層D，會因先期沉積階段的底部薄層17而產(chǎn)生接縫。該接縫會連續(xù)產(chǎn)生，通過中期沉積階段的中間薄層18，到達(dá)最后沉積階段的頂部薄層19。此接縫的產(chǎn)生是因為在單元區(qū)域和外圍電路區(qū)域之間的邊界的高度差。
接著，圖1C為傳統(tǒng)形成在電容器上的絕緣層的橫截面圖，其中絕緣層被平坦化，然后清洗。尤其在此圖式中，說明有關(guān)用以在電容器上形成絕緣層中的傳統(tǒng)方法的問題。
如圖所示，通過PECVD法形成的基于未摻雜的硅酸鹽玻璃層(USG)絕緣層D，透過化學(xué)機械拋光(CMP)處理或回蝕刻處理平坦化，然后清洗干凈。此外，圖中有一形成在產(chǎn)生接縫的區(qū)域的空腔20。
此空腔在后續(xù)的金屬相互連接線形成處理期間會引發(fā)蝕刻殘留物的產(chǎn)生，然后蝕刻殘留物會變成在金屬相互連接線之間形成橋的原因。
另一方面，為了要移除絕緣層D的空腔20，可以使用具有良好平坦化和臺階覆蓋特性的高密度等離子體-化學(xué)氣相沉積(HDP-CVD)法，形成絕緣層D。但是，HDP-CVD法的沉積機制是重復(fù)蝕刻和沉積的步驟，因此，會有在構(gòu)成電容器的底層產(chǎn)生等離子體傷害的缺點。
再者，絕緣層D可以采用具有良好平坦化特性的臭氧-原硅酸四乙酯(ozone-tetraethylorthosilicate，O3-TEOS)。但是，若增加臭氧(O3)的濃度，以沉積厚度超過20,000的厚層，則O3-TEOS取決于顯示上和下電極氧化的底層。
在使用能夠回流(reflow)的硼磷硅酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)的情形下，因為當(dāng)作絕緣層D的BPSG摻有硼(B)和磷(P)，所以基本上要采用高溫?zé)崽幚?，以?00℃的溫度下回流BPSG。因此，不適合使用BPSG來執(zhí)行低溫處理。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是要提供一種具有通過執(zhí)行低溫處理，形成在電容器上，有良好平坦化特性，但不會使包含電容器的底層特性劣化的可流動絕緣層的半導(dǎo)體裝置，及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，包含形成在襯底預(yù)定部分之上的電容器；通過堆疊可流動絕緣層和未摻雜的硅酸鹽玻璃層，形成在含有襯底和電容器的結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上的絕緣層；和形成在絕緣層上的金屬相互連接線。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含下列步驟在襯底的預(yù)定部分之上形成電容器；通過在含有襯底和電容器的結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上，堆疊可流動絕緣層和未摻雜的硅酸鹽玻璃層，形成絕緣層；和在絕緣層上形成金屬相互連接線。


根據(jù)下面參照相關(guān)附圖的較佳實施例的說明，本發(fā)明上述的和其他的目的與特征將會變得更清楚，其中圖1A和圖1B為用以在動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)裝置的電容器上，形成絕緣層的傳統(tǒng)方法的橫截面圖；圖1C為當(dāng)執(zhí)行用以在電容器上形成絕緣層的傳統(tǒng)方法時，所發(fā)生的問題的橫截面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例，在電容器上形成絕緣層的橫截面圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明第二實施例，在電容器上形成絕緣層的橫截面圖；及圖4為根據(jù)本發(fā)明第三實施例，在電容器上形成絕緣層的橫截面圖。
具體實施例方式
下面，將根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，參照附圖詳細(xì)說明具有在電容器上的可流動絕緣層的半導(dǎo)體裝置，及其制造方法。
圖2到圖4為各種襯底結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其中絕緣層是根據(jù)本發(fā)明的第一到第三實施例形成在電容器上。
首先，圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的襯底結(jié)構(gòu)范例。
如圖所示，許多電容器C形成在提供第一絕緣層201，接觸塞202和蝕刻停止層203的襯底上。每一個電容器C都包含與接觸塞202接觸且具有圓柱形形狀的下電極204，覆蓋下電極204的介電層205，和形成在介電層205上的上電極206。電容器C是形成在典型的DRAM單元區(qū)域中，而非形成在外圍區(qū)域中。因此，在單元區(qū)域和外圍區(qū)域之間的邊界，存在至少約10,000的高度差。
接著，在電容器C上形成可流動絕緣層210，其在沉積可流動絕緣層210時，通過具有可流動性，不會在高度差很大的區(qū)域域產(chǎn)生接縫。
尤其，可流動絕緣層210可以通過采用旋涂介電(SOD)法形成，其中可以旋轉(zhuǎn)速度約為60rpm到10000rprn的襯底上涂布液體源，如氫倍半硅氧烷(hydrogen silsesquioxane，HSQ)或甲基倍半硅氧烷(methylsilsesquioxane，MSQ)。此外，可流動絕緣層210也可以使用采用反應(yīng)源，如四氫化硅(SiH4)和過氧化氫(H2O2)的低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)法形成。尤其是使用反應(yīng)源，如SiH4和H2O2的LPCVD法，是在小于約100Torr的壓力下，在約-10℃到約40℃的溫度，即放置晶圓的平板的溫度的范圍下，形成可流動絕緣層210。LPCVD是一種方法，其是因為在沉積處理時，在薄層中所含的反應(yīng)劑具有很高的可流動性，所以沉積的薄膜相當(dāng)?shù)仄教埂?br> 在上述的沉積處理之后，接著執(zhí)行熱處理，以完全形成可流動絕緣層210。在此，熱處理是為了移除存在在已沉積的可流動絕緣層210內(nèi)部的雜質(zhì)或水份，及密化可流動絕緣層210。熱處理是通過爐管熱處理和快速熱處理其中之一，在氧氣(O2)、臭氧(O3)、氮氣(N2)、一氧化二氮(N2O)、或氫氣(H2)和氧氣(O2)的混合氣體的氣氛中進(jìn)行。爐管熱處理要在約200℃到約650℃的溫度范圍下執(zhí)行超過約5分鐘?？焖贌崽幚硪诟哂诩s300℃的溫度下執(zhí)行超過約1秒。
如上所示，此種型式的可流動絕緣層210，可以施以低溫處理，且具有良好的平坦化特性。因此，可流動絕緣層210可以非常有用的方式，用以當(dāng)作高度集成的和微型化半導(dǎo)體裝置的層間絕緣層，即當(dāng)作電容器上的絕緣層。
基于未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)的絕緣層220，通過執(zhí)行等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)法，形成在可流動絕緣層210之上。因為可流動絕緣層210已經(jīng)減少襯底的高度差，所以不會在使用PECVD法形成的基于USG的絕緣層220中產(chǎn)生接縫。使用PECVD法形成的基于USG的絕緣層220，具有快速沉積速度和層穩(wěn)定性的良好特性。
若單元區(qū)域和外圍區(qū)域之間的高度差大于約10,000，則可以形成厚度范圍從約500到約1,000的可流動絕緣層210，和厚度為約200到約30,000的基于USG的絕緣層220。下面，將形成在電容器C上的可流動絕緣層210和基于USG的絕緣層220稱為第二絕緣層，在圖2中以″D″表示。
接著，通過蝕刻或拋光已沉積的第二絕緣層D，上述的結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)被平坦化。在上述的平坦化處理之后，第二絕緣層D最好具有范圍從約500到約5,000的剩余厚度。因為有可流動絕緣層210，所以不會產(chǎn)生接縫，因此在結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)被平坦化之后，不會在第二絕緣層D上形成圖1C所示應(yīng)用傳統(tǒng)方法時典型會產(chǎn)生的空腔。
各種不同的方法都可用于平坦化襯底結(jié)構(gòu)的方法。例如，可以采用先選擇性濕蝕刻位于具有高高度差的區(qū)域，即電容器的上部的第二絕緣層D的預(yù)定厚度，于是可以減少高度差，然后將化學(xué)機械拋光(CMP)處理應(yīng)用到襯底結(jié)構(gòu)，用以平坦化。
圖3為另一典型襯底結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其中絕緣層是根據(jù)本發(fā)明第二實施例形成在電容器上。
參照圖3，許多電容器C形成在提供第一絕緣層30、接觸塞302和蝕刻停止層303的襯底上。每一個電容器C都包含接觸對應(yīng)的接觸塞302且具有圓柱形形狀的下電極304，覆蓋下電極304的介電層305，和形成在介電層305上的上電極306。電容器C是形成在典型的DRAM單元區(qū)域中，而非形成在外圍區(qū)域中，因此，在單元區(qū)域和外圍區(qū)域之間的邊界，展現(xiàn)至少約10,000的高度差。
接著，通過PECVD法，在電容器C上，形成基于USG的絕緣層310。此時，基于USG的絕緣層310的沉積厚度應(yīng)該小于高度差。當(dāng)基于USG的絕緣層是在很大的高度差的狀態(tài)下，通過執(zhí)行PECVD法，形成在電容器上時，會有接縫產(chǎn)生。但是，根據(jù)第二實施例，基于USG的絕緣層310以相對減少的厚度形成，因此接縫的深度沒有很深。
其次，在基于USG的絕緣層310上形成可流動絕緣層320。此時，在外圍區(qū)域的可流動絕緣層320的高度高于電容器。即使由于基于USG的絕緣層310的形成而產(chǎn)生一點點接縫，但是在可流動絕緣層320形成之后，就不會有接縫產(chǎn)生。
如第一實施例的說明，可以使用當(dāng)襯底結(jié)構(gòu)以約60rpm到約1,000rpm的速度旋轉(zhuǎn)時，用液體源，如HSQ或MSQ，涂布襯底結(jié)構(gòu)的旋涂介電(SOD)法，形成可流動絕緣層320。此外，也可以使用采用反應(yīng)源，如SiH4和H2O2的LPCVD法形成可流動絕緣層320。
可流動絕緣層320的形成是要經(jīng)歷過沉積處理和熱處理。在沉積處理之后，執(zhí)行熱處理，以移除存在在已沉積的絕緣層320內(nèi)部的雜質(zhì)或水份，然后密化可流動絕緣層320。熱處理是使用爐管熱處理和快速熱處理，在O2、O3、N2、N2或H2和O2的混合氣體的氣氛中進(jìn)行。爐管熱處理要在約200℃到約650℃的溫度范圍下執(zhí)行超過約5分鐘?？焖贌崽幚硪诟哂诩s300℃的溫度下執(zhí)行超過約1秒。下面，將可流動絕緣層320和基于USG的絕緣層310稱為第二絕緣層，在圖3中以″D″表示。
接著，通過蝕刻或拋光已沉積的第二絕緣層D，平坦化結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)。在此，用以平坦化襯底結(jié)構(gòu)的方法和第一實施例所采用的方法相同。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，也可以不需要此平坦化步驟。
圖4為襯底結(jié)構(gòu)的橫截面圖，其中絕緣層是根據(jù)本發(fā)明第三實施例形成在電容器上。
參照圖4，多數(shù)電容器C形成在提供第一絕緣層401、接觸塞401和蝕刻停止層403的襯底上。每一個電容器C都包含接觸對應(yīng)的接觸塞402且具有圓柱形形狀的下電極404，覆蓋下電極404的介電層405，和形成在介電層405上的上電極406。電容器C是形成在典型的DRAM單元區(qū)域中，而非形成在外圍區(qū)域中，從而在單元區(qū)域和外圍區(qū)域之間的邊界，展現(xiàn)至少10,000的高度差。
接著，使用PECVD法，在提供多個電容器C的襯底上，形成基于USG的絕緣層410。此時，形成的基于USG的絕緣層的厚度比單元區(qū)域和外圍區(qū)域之間的高度差更厚。然后，透過蝕刻處理和/或拋光處理，基于USG的絕緣層410被平坦化。此時，當(dāng)以傳統(tǒng)方法形成上述基于USG的絕緣層410時，會產(chǎn)生接縫，其在平坦化處理之后還會造成空腔的形成。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，可流動絕緣層420所形成足以埋藏空腔和平坦化結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)的厚度，即厚度范圍從約200到約5,000。下面，將可流動絕緣層420和基于USG的絕緣層410稱為第二絕緣層，在圖4中以″D″表示。
因為有可流動絕緣層420的形成，所以不僅可以移除產(chǎn)生在基于USG的絕緣層410表面上的空腔，還可以移除缺陷，如平坦化處理，像化學(xué)機械拋光(CMP)處理期間所產(chǎn)生的刮痕。換言之，由于空腔所造成的橋的形成，和為了在第二絕緣層D上形成金屬相互連接線而造成的缺陷，這些問題都可以解決。
如先前的實施例，可以采用反應(yīng)源，如SiH4和H2O2的SOD法或LPCVD法，形成可流動絕緣層420。此外，可流動絕緣層420的形成也可通過沉積處理和熱處理完成。
根據(jù)本發(fā)明，形成在單元區(qū)域的電容器具有很高的高度，以確保在高度集成和微型化的裝置如DRAM中，有很高的電容值，因此展現(xiàn)在單元區(qū)域和外圍區(qū)域之間有很大的高度差，而且在電容器上形成具有良好層穩(wěn)定性的基于USG的絕緣層，及具有低溫處理容許量和良好平坦化特性的可流動絕緣層。結(jié)果，可以防止包含電容器的底層，在低溫處理期間劣化，及可以防止在平坦化處理期間，在后續(xù)的金屬相互連接線之間形成橋。結(jié)果，有增加高度集成半導(dǎo)體裝置產(chǎn)量的效果。
本申請書包含在2004年5月31日向韓國專利局提交的韓國專利申請第KR2004-0039228號的相關(guān)內(nèi)容，此處將所有的內(nèi)容都納入?yún)⒖肌?br> 本發(fā)明已對于特定較佳實施例詳細(xì)說明，那些熟悉本項技術(shù)人士所做的各種不同的變化例和修正例，明顯將不脫離本發(fā)明在后面的權(quán)利要求所界定的精神和范圍。
主要裝置符號說明11底絕緣層12，202，302，402 接觸塞13，203，303，403 蝕刻停止層14，204，304，404 下電極15，205，305，405 介電層16，206，306，406 上電極17底部薄層18中間薄層19頂部薄層20空腔201，301，401 第一絕緣層210，320，420 可流動絕緣層220，310，410 基于USG的絕緣層D 第二絕緣層
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包含形成在襯底的預(yù)定部分之上的電容器；通過在包括襯底和電容器的結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上堆疊可流動絕緣層和未摻雜的硅酸鹽玻璃層而形成的絕緣層；及形成在絕緣層上的金屬相互連接線。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中可流動絕緣層是形成在結(jié)果結(jié)構(gòu)上，而未摻雜的硅酸鹽玻璃層則形成在可流動絕緣層上。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中未摻雜的硅酸鹽玻璃層是形成在包括電容器的結(jié)果結(jié)構(gòu)上，而可流動絕緣層則形成在未摻雜的硅酸鹽玻璃層上。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中可流動絕緣層是通過采用將液體源材料涂布在旋轉(zhuǎn)的襯底上，隨后襯底再施以熱處理的旋涂介電法得到。
5.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中可流動絕緣層是通過采用將液體源材料涂布在旋轉(zhuǎn)的襯底上，隨后再施以熱處理的旋涂介電法得到。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置，其中可流動絕緣層是通過使用如四氫化硅(SiH4)和過氧化氫(H2O2)的反應(yīng)源的低壓化學(xué)氣相沉積法得到。
7.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置，其中可流動絕緣層是通過使用如四氫化硅(SiH4)和過氧化氫(H2O2)的反應(yīng)源的低壓化學(xué)氣相沉積法得到。
8.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其中液體源材料是氫倍半硅氧烷(HSQ)和甲基倍半硅氧烷(MSQ)其中之一。
9.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置，其中液體源材料是HSQ和MSQ其中之一。
10.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包含下列步驟在襯底的預(yù)定部分之上形成電容器；通過在包括襯底和電容器的結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上堆疊可流動絕緣層和未摻雜的硅酸鹽玻璃層，形成絕緣層；及在絕緣層上形成金屬互連接線。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中形成絕緣層的步驟包含下列步驟在結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上形成厚度小于電容器的高度的可流動絕緣層；通過執(zhí)行等離子體增強化學(xué)氣相沉積法，在可流動絕緣層上形成未摻雜的硅酸鹽玻璃層；及平坦化未摻雜的硅酸鹽玻璃層和可流動絕緣層。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中形成絕緣層的步驟包含下列步驟通過執(zhí)行等離子體增強化學(xué)氣相沉積法，在結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上形成厚度小于電容器的高度的未摻雜的硅酸鹽玻璃層；在未摻雜的硅酸鹽玻璃層上，形成可流動絕緣層；及平坦化未摻雜的硅酸鹽玻璃層和可流動絕緣層。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中形成絕緣層的步驟包含下列步驟通過執(zhí)行等離子體增強化學(xué)氣相沉積法，在結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上形成厚度大于電容器的高度的未摻雜的硅酸鹽玻璃層；平坦化未摻雜的硅酸鹽玻璃層；及在已平坦化的未摻雜的硅酸鹽玻璃層上形成可流動絕緣層。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中形成可流動絕緣層的步驟包含下列步驟用選擇自氫倍半硅氧烷(HSQ)和甲基倍半硅氧烷(MSQ)的液體源材料，通過旋轉(zhuǎn)襯底，以薄層形式涂布在襯底上；及對涂布的薄層執(zhí)行熱處理。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中形成可流動絕緣層的步驟包含下列步驟通過使用四氫化硅(SiH4)和過氧化氫(H2O2)的反應(yīng)源的低壓化學(xué)氣相沉積法，沉積薄層；及對薄層執(zhí)行熱處理過程。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中熱處理是通過采用爐熱處理過程和快速熱處理過程其中之一，在選擇自由氧氣(O2)、臭氧(O3)、氮氣(N2)、一氧化二氮(N2O)及氫氣(H2)和氧氣(O2)的混合氣體所組成的組的氣氛中進(jìn)行。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其中平坦化處理是通過蝕刻處理和拋光處理其中之一執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種具有形成在電容器上的可流動絕緣層的半導(dǎo)體裝置，及其制造方法。尤其，該半導(dǎo)體裝置包含形成在襯底預(yù)定部分之上的電容器；通過在包括襯底和電容器的結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上堆疊可流動絕緣層和未摻雜的硅酸鹽玻璃層形成的絕緣層；和形成在絕緣層上的金屬相互連接線。該方法包含下列步驟在襯底的預(yù)定部分之上形成電容器；通過在包括襯底和電容器的結(jié)果襯底結(jié)構(gòu)上，堆疊可流動絕緣層和未摻雜硅酸鹽玻璃層，形成絕緣層；和在絕緣層上形成金屬相互連接線。
文檔編號H01L23/532GK1705129SQ20041010349
公開日2005年12月7日 申請日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月31日
發(fā)明者安尚太, 辛東善, 宋錫杓, 辛鐘漢 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司