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半導體裝置及半導體制造裝置的制作方法

文檔序號:6850021閱讀:172來源:國知局
專利名稱:半導體裝置及半導體制造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種半導體裝置及半導體制造裝置,特別涉及一種具備通過CVD法(Chemical Vapor Deposition化學汽相沉積法)形成的含有硼及磷等雜質(zhì)的絕緣膜的半導體裝置及該半導體裝置的制造裝置,其中,上述絕緣膜構(gòu)成在半導體襯底上形成的晶體管、電阻及電容等元件與在其上方形成的金屬布線之間的間隔。
背景技術(shù)
在微處理器及存儲器等半導體裝置中,隨著集成度的提高,各元件的尺寸越來越小,其結(jié)果,使各元件之間的間隔也變得越來越窄。一般,在半導體裝置中,在形成在半導體襯底上的晶體管等存在的區(qū)域、與在其上方形成的布線層之間,形成有絕緣膜層。特別將在晶體管與布線層之間的區(qū)域形成的膜稱為PMD(Pre Metal Dielectric)膜,PMD膜為一般含有硼或者磷等雜質(zhì)的絕緣膜。該PMD膜,作為對形成在半導體襯底上的元件之間進行掩埋的膜發(fā)揮作用。
隨著元件的細微化發(fā)展,必須通過PMD膜掩埋的元件之間間隔的細微化也在發(fā)展,這成為在元件之間發(fā)生掩埋不良的原因。為了使形成在半導體襯底上的活性化區(qū)域(例如,源極/漏極區(qū)域)與布線之間電接觸,必須要在PMD膜形成通孔,但是如果發(fā)生元件之間掩埋不良的話,則產(chǎn)生例如通孔沒有到達半導體襯底,蝕刻在中途結(jié)束的蝕刻停止現(xiàn)象等,對形成通孔時的蝕刻產(chǎn)生不良影響。
以消除元件之間掩埋不良為目的,至今為止提出了各種通過提高PMD膜的流動性,來使向元件之間掩埋PMD膜的掩埋特性變好的半導體裝置的制造方法(例如,參照專利文獻1)。例如,提出了通過使在PMD膜中含有的硼或者磷等雜質(zhì)在膜中的含有量增加,來使PMD膜的流動性提高的方法。并且,作為PMD膜的成膜條件,例如,提出了通過采用大于或等于5.32×104pa(400Torr)的壓力條件、或者高于或等于500℃的晶片溫度條件,來使PMD膜的流動性提高的方法。并且,提出了在將PMD膜成膜后的熱處理工序中,通過用高于或等于850℃的溫度進行熱處理,來使PMD膜的流動性提高的方法。雖然通過分別單獨實施這些以往的各半導體裝置的制造方法,也會使向元件之間進行掩埋的掩埋特性較好,但是通過并用各半導體裝置的制造方法,會使向元件之間進行掩埋的掩埋特性變得更好。
專利文獻1日本特開2000-150637號公報不過,雖然通過采用上述以往的半導體裝置的制造方法之后,提高了向元件之間進行掩埋的掩埋特性,有可能繼續(xù)使用至今為止使用的半導體制造裝置,但是由于半導體裝置的制造工序上的制約,有時不能采用這些以往的各種方法。例如,成膜溫度的高溫化、或者熱處理工序中的高溫化,給晶體管的活性化區(qū)域中的雜質(zhì)濃度造成影響,帶來半導體裝置的特性惡化。并且,由于使在PMD膜中含有的雜質(zhì)在膜中的含有濃度增加,會導致雜質(zhì)沉淀的問題,因此不能使含有濃度增加太多。
并且,雖然對半導體裝置的特性沒有影響,但是由于在上述高壓條件下的PMD膜的成膜,與成膜率是折衷(trade-off)的關(guān)系,因此導致生產(chǎn)量的降低。所以,生產(chǎn)能力低下,導致CoO(經(jīng)營成本)的上升。
并且,在元件與元件之間的間隔為小于或等于100nm的130nm之后的技術(shù)節(jié)點(Technology Node)時,即使采用上述以往的各半導體裝置的制造方法,也不能繼續(xù)使用至今為止使用的半導體制造裝置。
如上所述,即使在采用將含有硼或者磷等雜質(zhì)的PMD膜成膜的以往任一半導體裝置的制造方法時,都能夠改善(變好)向元件之間進行掩埋的掩埋特性,但是另一方面,會產(chǎn)生晶體管特性等電氣特性的惡化、或者半導體制造裝置的生產(chǎn)能力的低下等不良影響。因此,在以往的半導體裝置的制造方法及以往的半導體制造裝置中,存在沒有充分發(fā)揮晶體管特性或者半導體制造裝置的生產(chǎn)能力等性能的問題。

發(fā)明內(nèi)容
如上所鑒,本發(fā)明的目的在于提供一種具備向形成在半導體襯底上的元件之間進行掩埋時的掩埋特性良好的層間絕緣膜的半導體裝置、以及將向形成在半導體襯底上的元件之間進行掩埋時擁有良好的掩埋特性的層間絕緣膜形成出來的半導體制造裝置。
為了達到上述目的,本案發(fā)明者們進行了各種各樣的研究。雖然,眾所周知,一般,當使用含有硼或者磷等雜質(zhì)的絕緣膜作為PMD膜時,向元件之間掩埋PMD膜的掩埋特性,與PMD膜中的雜質(zhì)濃度、PMD膜成膜時的晶片溫度、或者PMD膜成膜時的壓力有關(guān),通過使PMD膜中的雜質(zhì)濃度為高濃度、使PMD膜成膜時的晶片溫度為高溫、或者使PMD膜成膜時的壓力為高壓,能夠改善向元件之間掩埋PMD膜的掩埋特性,但是本案發(fā)明者們獲得了以下的認識。也就是說,得知通過讓用以形成PMD膜的材料氣體、和半導體襯底表面的反應(yīng)性降低,來提高成膜時的PMD膜的流動性。具體地說,得知通過讓材料氣體和半導體襯底表面的反應(yīng)性降低,也就是說,通過大量地產(chǎn)生未反應(yīng)的材料氣體,使PMD膜中含有大量未反應(yīng)的材料氣體,由于不會有成膜中的膜流動性被破壞的現(xiàn)象,因此實現(xiàn)了向元件之間掩埋PMD膜時的良好的掩埋特性。并且,在PMD膜成膜后,為了更進一步地改善掩埋特性,在由氮、氧或者它們的混合氣體構(gòu)成的大氣環(huán)境中進行熱處理,本案發(fā)明者們得知,在本熱處理中,通過讓PMD膜中存在未反應(yīng)的材料氣體,也能夠?qū)崿F(xiàn)向元件之間掩埋PMD膜時的良好的掩埋特性。
本發(fā)明基于上述認識,具體地說,本發(fā)明所涉及的半導體裝置,為包括在半導體襯底上形成的多個元件、和在半導體襯底上形成的用以掩埋多個元件之間的層間絕緣膜的半導體裝置,其特征在于層間絕緣膜中的雜質(zhì)濃度,在膜的厚度方向不均勻。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導體裝置,由于層間絕緣膜中的雜質(zhì)濃度,在膜的厚度方向不均勻,也就是說,由于具有濃度坡度,因此意味著在成膜時產(chǎn)生未反應(yīng)的材料氣體,在膜中含有未反應(yīng)的材料氣體。所以,在成膜時、且其后的熱處理中,層間絕緣膜自身的流動性沒有被破壞,因此能夠?qū)崿F(xiàn)具備在向元件之間掩埋PMD膜時擁有良好的掩埋特性的層間絕緣膜的半導體裝置。并且,由于流動性沒有被破壞,因此層間絕緣膜的平坦性也較佳,所以能夠縮短為了緩和高低平面的差異而進行的層間絕緣膜形成后的CMP(Chemical Mechanical Polishing化學機械研磨)的處理時間,能夠使CMP裝置的生產(chǎn)能力提高。
在本發(fā)明所涉及的半導體裝置中,最好層間絕緣膜含有硼及磷中的至少一種作為雜質(zhì)。
這樣一來,由于提高了成膜中的層間絕緣膜自身的流動性,因此提高了向元件之間掩埋層間絕緣膜的掩埋特性。
在本發(fā)明所涉及的半導體裝置中,最好層間絕緣膜的位于半導體襯底的附近區(qū)域中的雜質(zhì)濃度,比層間絕緣膜中的平均雜質(zhì)濃度高。
根據(jù)此結(jié)構(gòu),由于更進一步地提高了成膜初期的層間絕緣膜自身的流動性,因此能夠?qū)崿F(xiàn)具備向元件之間掩埋PMD膜時擁有更好的掩埋特性的層間絕緣膜的半導體裝置。
在本發(fā)明所涉及的半導體裝置中,最好層間絕緣膜的位于半導體襯底的附近區(qū)域中的雜質(zhì)濃度,在比平均雜質(zhì)濃度高于10%或等于10%、且不超過比平均雜質(zhì)濃度高20%的范圍。
根據(jù)此結(jié)構(gòu),能夠確實地實現(xiàn)在向元件之間掩埋PMD膜時擁有良好的掩埋特性的層間絕緣膜。
本發(fā)明所涉及的半導體制造裝置,是向內(nèi)部保持有具備多個元件的半導體襯底的室內(nèi),導入多種材料氣體,形成用以掩埋多個元件之間的層間絕緣膜的半導體制造裝置,其特征在于,包括控制多種材料氣體的流量的流量控制機構(gòu);以及監(jiān)視多種材料氣體的流量、或者層間絕緣膜成膜時的室內(nèi)大氣環(huán)境的監(jiān)視機構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導體制造裝置,能夠通過流量控制機構(gòu)及監(jiān)視機構(gòu),使在成膜時產(chǎn)生未反應(yīng)的材料氣體,使膜中含有未反應(yīng)的材料氣體。所以,在成膜時、且其后的熱處理中,層間絕緣膜自身的流動性沒有被破壞,因此能夠?qū)崿F(xiàn)可制造具備向元件之間掩埋PMD膜時擁有良好的掩埋特性的層間絕緣膜的半導體裝置的半導體制造裝置。并且,由于本發(fā)明所涉及的半導體制造裝置是能夠依然利用到此為止的半導體制造裝置的結(jié)構(gòu),因此能夠在不必追加更多投資的情況下,繼續(xù)使用半導體制造系統(tǒng)。并且,由于流動性沒有被破壞,因此層間絕緣膜的平坦性也較佳,所以能夠縮短為了緩和整個高低平面的差異而進行的層間絕緣膜形成后的CMP的處理時間,能夠使CMP裝置的生產(chǎn)能力提高。
在本發(fā)明所涉及的半導體制造裝置中,最好監(jiān)視室內(nèi)大氣環(huán)境的監(jiān)視機構(gòu),是殘留氣體分析裝置(RGA)。
在本發(fā)明所涉及的半導體制造裝置中,最好還包括通過監(jiān)視機構(gòu)所監(jiān)視的多種材料氣體流量的變化、或者通過監(jiān)視機構(gòu)所監(jiān)視的室內(nèi)大氣環(huán)境的變化,當與所希望的層間絕緣膜的雜質(zhì)濃度分布不一致時,停止形成層間絕緣膜的工序停止機構(gòu)。
(發(fā)明的效果)根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導體裝置,由于層間絕緣膜中的雜質(zhì)濃度,在膜的厚度方向不均勻,也就是說,由于具有濃度坡度,因此意味著在成膜時產(chǎn)生未反應(yīng)的材料氣體,使膜中含有未反應(yīng)的材料氣體。所以,在成膜時、且其后的熱處理中,層間絕緣膜自身的流動性沒有被破壞,因此能夠?qū)崿F(xiàn)具備向元件之間掩埋PMD膜時擁有良好的掩埋特性的層間絕緣膜的半導體裝置。并且,由于流動性沒有被破壞,因此層間絕緣膜的平坦性也較佳,所以能夠縮短為了緩和整個高低平面的差異而進行的層間絕緣膜形成后的CMP(Chemical Mechanical Polishing化學機械研磨)的處理時間,能夠提高CMP裝置的生產(chǎn)能力。并且,根據(jù)本發(fā)明所涉及的半導體制造裝置,能夠依然使用到此為止的半導體制造裝置,且能夠在不必追加更多投資的情況下,繼續(xù)使用半導體制造系統(tǒng)。
附圖的簡單說明

圖1為表示本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置的結(jié)構(gòu)的要部剖面圖。
圖2為本發(fā)明的一實施例中的PMD膜的掩埋特性評價用TEG的剖面SEM照片。
圖3作為本發(fā)明的一實施例的比較,為表示以往的PMD膜的掩埋特性評價用TEG的剖面SEM照片。
圖4為表示將本發(fā)明的一實施例中的PMD膜成膜時,在膜中含有硼及磷的濃度分布的SIMS評價結(jié)果的特性圖。
圖5作為本發(fā)明的一實施例的比較,為表示以往的將PMD膜成膜時,在膜中含有硼及磷的濃度分布的SIMS評價結(jié)果的特性圖。
圖6為表示本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體制造裝置的結(jié)構(gòu)的概念圖。
圖7為本發(fā)明的一實施例的PMD膜的成膜條件中的時間和氣體流量的關(guān)系圖。
(符號的說明)1-半導體襯底;1a、1b、1c-溝部;2-多晶硅膜;3-氮化鈦(TiN)膜;4-鎢(W)膜;5-氮化鈦(TiN)膜;6-氮化硅(SiN)膜;7-SiON膜;8-氧化防止膜;9-氮化硅膜;10A、10B-PMD膜(BPSG膜);101-半導體襯底(晶片);102-成膜室;103-加熱臺(susceptor);104-節(jié)流閥(throttle valve);105-主閥;106-真空泵;107-淋浴頭;108-氣體配管;109-閥;110-質(zhì)量流量(流量控制機構(gòu));111-記錄系統(tǒng)(監(jiān)視機構(gòu));112-殘留氣體分析裝置(RGA)。
具體實施例方式
以下,參照附圖對本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置及半導體制造裝置加以說明。
首先,參照圖1~圖5對本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置加以說明。
圖1表示本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置的結(jié)構(gòu)的要部剖面圖。
如圖1所示,在由硅形成的半導體襯底1中的元件形成區(qū)域上,形成有將多晶硅膜(電極)2、氮化鈦(TiN)膜3、鎢(W)膜4、氮化鈦(TiN)膜5、氮化硅(SiN)膜6、及SiON膜7從下向上依次層疊的層疊柵極電極,在彼此相鄰的層疊柵極電極間存在有溝部1a。并且,在半導體襯底1上,沿著溝部1a的側(cè)壁部、底部及層疊柵極電極的上面,形成有擁有溝部1b的氧化防止膜8,在該氧化防止膜8的上面,沿著溝部1b的側(cè)壁部及底部,形成有擁有溝部1c的氮化硅膜9,作為隔離(spacer)膜。并且,在氮化硅膜9上,形成有用以掩埋溝部1c的由BPSG(Boron-Phosphoresce SilicateGlass)膜構(gòu)成的PMD膜10A,作為層間絕緣膜。另外,在PMD膜10A的上面,形成有金屬布線層,無圖示。
在本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置中,具有如下特征向?qū)盈B柵極電極之間掩埋上述PMD膜10A的掩埋特性較好。以下,對本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A加以具體說明。
首先,為了評價本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A的掩埋特性,利用PMD膜10A的掩埋特性評價用TEG進行了評價。并且,為了與本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A的掩埋特性的評價進行比較,同時也進行了使用以往的PMD膜10B(參照圖3)的掩埋特性評價用TEG的評價。
圖2為圖1所示的PMD膜10A的掩埋特性評價用TEG的剖面SEM照片,具體地說,為到PMD膜10A成膜為止的評價用TEG的剖面SEM照片。另外,本評價用TEG,是模仿晶體管的柵極結(jié)構(gòu)形成的,該結(jié)構(gòu)為多金屬柵極結(jié)構(gòu)。并且,圖3為以往的PMD膜10B的掩埋特性評價用TEG的剖面SEM照片,由于除了本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A、和以往的PMD膜10B的不同之處以外,圖3與圖2相同,因此對該相同部分標注同一符號,不再對它們進行說明。
圖2所示的PMD膜10A的掩埋特性評價用TEG具有如下結(jié)構(gòu)。也就是說,在由硅形成的半導體襯底1的元件形成區(qū)域上,形成有將膜厚70nm的多晶硅膜(電極)2、膜厚15nm的氮化鈦(TiN)膜3、膜厚100nm的鎢(W)膜4、膜厚15nm的氮化鈦(TiN)膜5、膜厚100nm的氮化硅(SiN)膜6、及膜厚50nm的SiON膜7從下向上依次層疊的層疊柵極電極,在彼此相鄰的層疊柵極電極間形成有溝部1a。另外,層疊柵極電極的形成,是通過在半導體襯底1上,從下向上依次沉積多晶硅膜2、氮化鈦膜3、鎢膜4、氮化鈦膜5、氮化硅膜6、及SiON膜7,然后,進行抗蝕圖案化及干蝕刻形成的,由于抗蝕圖案化及干蝕刻與本發(fā)明的特征無關(guān),因此在此省略說明。
并且,在半導體襯底1上,為了防止構(gòu)成層疊柵極電極的鎢膜4的氧化,沿著溝部1a的側(cè)壁部、底部及層疊柵極電極的上面,形成有擁有溝部1b的膜厚20nm左右的氧化防止膜8。這里,由于下述PMD膜10A的成膜是通過LP-CVD法進行的,因此為了防止構(gòu)成層疊柵極電極的鎢膜4被氧化,形成有氧化防止膜8。該氧化防止膜8能夠用400℃或者比400℃更低的成膜溫度成膜,同時,被成膜為覆蓋度較好的膜。
并且,在氧化防止膜8的上面,沿著溝部1b的側(cè)壁部及底部,形成有膜厚40nm的氮化硅膜9,作為SAC(SelfAlign Contact)用的隔離膜。這里,之所以將氮化硅膜9作為SAC用的隔離膜形成,是因為近年隨著技術(shù)節(jié)點的發(fā)展,正在采用SAC結(jié)構(gòu)之故。
并且,在氮化硅膜9的上面,通過LP-CVD法,形成有用以掩埋溝部1c的由BPSG(Boron-Phosphoresce Silicate Glass)膜構(gòu)成的PMD膜10A,作為層間絕緣膜。
在具有上述結(jié)構(gòu)的評價用TEG中,PMD膜10A的掩埋尺寸(深度)大約為70nm,縫隙間隔大約為60nm。并且,在將PMD膜10A成膜后,為了使PMD膜10A的掩埋特性改善,在氮、氧或者氫的大氣環(huán)境中進行退火處理。并且,在觀察圖2所示的剖面SEM照片前,例如,利用BHF(buffered hydrofluoric acid)溶液(HF∶NH4F=1∶10),進行10秒的濕蝕刻處理,作為為了確認空穴的產(chǎn)生情況而專門進行的處理。另外,一般在PMD膜10A的上面形成有金屬布線層。
比較圖2和圖3,很明顯地得知本發(fā)明的一實施例中的由BPSG膜構(gòu)成的PMD膜10A,與以往的PMD膜10B相比,在向溝部1c進行掩埋時的掩埋特性方面較好。并且,在以往的PMD膜10B中形成有空穴11,如圖3所明確示出的。
并且,為了明確本發(fā)明的一實施例中的由BPSG膜構(gòu)成的PMD膜10A的特征,對PMD膜10A的深度方向的雜質(zhì)濃度分布進行了評價。
圖4為表示在本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A成膜時的硼濃度分布及磷濃度分布的SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)評價結(jié)果的特性圖。圖5作為與本發(fā)明的比較,為表示以往的PMD膜10B成膜時的硼濃度分布及磷濃度分布的SIMS評價結(jié)果的特性圖。
如圖4及圖5所明確示出的,在本發(fā)明的一實施例的PMD膜10A中含有的成膜時的總雜質(zhì)量、與在以往的PMD膜10B中含有的成膜時的總雜質(zhì)量,幾乎沒有什么不同,可以說是相同的。并且,在SIMS評價前,從通過FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)分析測定硼及磷的雜質(zhì)量的結(jié)果中,也沒能發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A、與以往的PMD膜10B之間有明顯的差別。也就是說,通過FT-IR所評價的硼及磷的濃度,在本發(fā)明的一實施例的PMD膜10A、及以往的PMD膜10B的任一膜中,也為4.5wt%及6.0wt%。
但是,發(fā)現(xiàn)了在本發(fā)明的一實施例中的掩埋特性較好的由BPSG膜構(gòu)成的PMD膜10A中含有的硼濃度分布及磷濃度分布的顯著特征,如圖4及圖5所明確示出的。也就是說,在本發(fā)明的一實施例的PMD膜10A中含有的硼及磷的濃度,如圖4所示,在膜的厚度方向不均勻,并且,在成膜初期時的膜(在PMD膜10A的相當于半導體襯底1(基體(Bulk))附近的區(qū)域中的膜)中含有的硼及磷的濃度,與PMD膜10A表面附近區(qū)域的濃度及PMD膜10A的中間區(qū)域的濃度相比,較高(參照圖4中的4a)。具體地說,在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的硼及磷的濃度,在比平均雜質(zhì)濃度高于10%或者等于10%、且不超過比平均雜質(zhì)濃度高20%的范圍。
如上所述,本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A的特征在于在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的雜質(zhì)濃度,與在PMD膜10A中的表面附近區(qū)域及中間區(qū)域中含有的雜質(zhì)濃度相比,具有更高的濃度分布。象這樣,在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的硼及磷的濃度較高的現(xiàn)象,也就是說,意味著在成膜中大量地產(chǎn)生未反應(yīng)的材料氣體,成膜中的PMD膜10A自身的流動性沒有被破壞(順便提一下,以后再對PMD膜10A的成膜方法加以說明)。所以,即使在成膜時或者其后的熱處理中,都充分地確保了流動性,因此能夠?qū)崿F(xiàn)向溝部1c掩埋時擁有良好的掩埋特性的PMD膜10A。而在以往的成膜初期的PMD膜10B中,卻沒有發(fā)現(xiàn)PMD膜10A那樣的特征(參照圖5中的5a)。并且,由于流動性沒有被破壞,因此PMD膜10A的平坦性也較好,所以能夠縮短為了緩和整個高低平面的差異而進行的PMD膜10A形成后的CMP(Chemical Mechanical Polishing化學機械研磨)的處理時間,能夠提高CMP裝置的生產(chǎn)能力。
其次,對本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體裝置的制造方法、及在該制造方法中所用的半導體制造裝置,也就是,在本發(fā)明的一實施例的PMD膜10A的成膜中所用的半導體制造裝置加以說明。
圖6為表示本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體制造裝置的結(jié)構(gòu)的要部剖面圖。具體地說,為表示用于實施圖1所示的半導體裝置的制造方法的CVD裝置的結(jié)構(gòu)的要部剖面圖。
如圖6所示,在內(nèi)部保持有形成PMD膜10A的晶片(半導體襯底)101的室102中,設(shè)置有具備用以加熱晶片101的機構(gòu)的加熱臺103。這里,作為將晶片101加熱的方式,無論是采用在加熱臺103內(nèi)設(shè)置加熱器的結(jié)構(gòu)的電阻加熱方式,還是用燈光將加熱臺103或者晶片101直接加熱的結(jié)構(gòu)的燈光加熱方式中的任一加熱方式,對本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A的成膜均沒有影響。
這里,在室102內(nèi)裝載了晶片101后,用加熱臺103將晶片101加熱到所希望的晶片溫度。這里,雖然將晶片101加熱時的室102內(nèi)的大氣環(huán)境,無論是真空或者大氣中的任一大氣環(huán)境,都沒有關(guān)系,但是由于PMD膜10A的成膜,是在1.33×104~7.98×104Pa(100~600Torr)的范圍的準常壓區(qū)域下進行的,因此最好對晶片101的加熱在成膜壓力區(qū)域下進行。并且,最好對晶片101加熱的溫度為高于或等于400℃。所以,本實施例中的圖1及圖2所示的PMD膜10A的成膜,是在晶片溫度為450℃,成膜壓力為2.66×104Pa(200Torr)的條件下進行的。
并且,由于PMD膜10A的成膜是在準常壓區(qū)域下進行的,因此在室102設(shè)置有用于進行壓力控制的節(jié)流閥104、主閥105、及真空泵106,它們均通過真空配管連接。另外,節(jié)流閥104用于控制PMD膜10A成膜時的壓力,節(jié)流閥存在有各種方式的節(jié)流閥,無論使用何種方式的節(jié)流閥都沒有關(guān)系。
并且,在室102,設(shè)置有用以向晶片101上均勻提供材料氣體的淋浴頭107。在淋浴頭107,設(shè)置有用以提供材料氣體的材料氣體配管108,在該材料氣體配管108的上流側(cè),設(shè)置有用以停止提供材料氣體的閥109,并且,在閥109的上流側(cè),設(shè)置有用以控制材料氣體的流量的質(zhì)量流量110(流量控制機構(gòu))。在質(zhì)量流量110的旁邊,設(shè)置有用以停止提供材料氣體的閥109。雖然閥109與本發(fā)明的特征沒有直接關(guān)系,但是其被有效地利用在由材料氣體產(chǎn)生的粒子的低減化方面、材料氣體提供的穩(wěn)定化方面以及被有效地作為成為安全對策的一環(huán)的應(yīng)急斷流閥利用。
并且,在圖6中,雖然只示出了3個系統(tǒng)的材料供給用的質(zhì)量流量110,但是可以根據(jù)所需的材料氣體的種類,增設(shè)質(zhì)量流量110的系統(tǒng)。并且,在本發(fā)明的一實施例中,由于質(zhì)量流量110的控制性及應(yīng)對性成為重要的要因,因此在質(zhì)量流量110,設(shè)置有用于監(jiān)視實際流量、控制信號以及表示閥109的開關(guān)信號的記錄系統(tǒng)(數(shù)據(jù)記錄器)111(監(jiān)視機構(gòu))。藉此方法,由于能夠以單片晶片的形式進行狀態(tài)的管理,因此能夠在早期察覺異常成膜,能夠選出異常成膜的晶片,同時,能夠在早期檢測出半導體制造裝置的異常。用與設(shè)置記錄系統(tǒng)111的目的相同的目的,在室102,設(shè)置有用于將室102內(nèi)的氣體分壓進行監(jiān)視的殘留氣體分析裝置(RGAResidualGas Analyzers)112(監(jiān)視機構(gòu))。所以,由于能夠控制成膜初期時的室102內(nèi)的大氣環(huán)境,因此通過將該控制信息反饋到質(zhì)量流量110,能夠控制PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中的雜質(zhì)濃度,使其變高。
并且,設(shè)置有如下機構(gòu)當為了使成膜中的PMD膜的雜質(zhì)濃度成為所希望的值而設(shè)定的雜質(zhì)濃度分布、和通過監(jiān)視機構(gòu)(記錄系統(tǒng)111、殘留氣體分析裝置112)所監(jiān)視的實際流量的變化或者室102內(nèi)的大氣環(huán)境變化不一致時,停止材料氣體等的供給,停止成膜工序的機構(gòu)。也就是說,若由質(zhì)量流量110判定為不一致的話,則閥109成為關(guān)閉狀態(tài),流量成為零。這樣一來,成膜工序就被停止。
另外,由于上述記錄系統(tǒng)111及殘留氣體分析裝置112,是為了控制在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的雜質(zhì)濃度而設(shè)置的,因此是為了控制在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的雜質(zhì)濃度所必需的結(jié)構(gòu)要素,但是當質(zhì)量流量110性能好,成膜程序的應(yīng)對時間及控制性極佳時,有時不一定要設(shè)置記錄系統(tǒng)111及殘留氣體分析裝置112的監(jiān)視機構(gòu)。但是,今后,隨著晶片101的大口徑發(fā)展,當以單片晶片的形式進行管理成為必須時,設(shè)置記錄系統(tǒng)111及殘留氣體分析裝置112的監(jiān)視機構(gòu)也會成為必須。
其次,對本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A,具體地說,對以使位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的雜質(zhì)濃度較高為目的,而將PMD膜10A成膜的方法加以說明。
圖7為表示用以將本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A成膜的材料氣體流量的模式圖。另外,在圖7中,橫軸為時間,縱軸為各材料氣體的流量。
首先,在第1步驟(step1)中,使晶片101設(shè)置在室102內(nèi),然后,將晶片101加熱到所希望的晶片溫度。并且,在第1步驟中,向室102內(nèi)導入為了使室102內(nèi)具有所希望的壓力而被控制的材料氣體,例如,用5×10-1l/min(500sccm)的流量向室102內(nèi)流入為了使壓力成為2.66×104Pa(200Torr)而被控制的TEOS氣體。并且,在被加熱的晶片102達到所希望的晶片溫度即450℃之后,繼續(xù)執(zhí)行第2步驟。
其次,在第2步驟(step2)中,為了向膜中摻入作為雜質(zhì)的硼,用1.6×10-1l/min(160sccm)的流量向室102內(nèi)流入TEB氣體。但是,這里,為了使在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的硼濃度,高于在PMD膜10A的表面附近區(qū)域或者中間區(qū)域含有的硼濃度,在流入TEB氣體的同時,控制TEB氣體的質(zhì)量流動,以使其成為發(fā)生過量(overshoot)的氣體流動。并且,在第2步驟中流入TEB氣體,在后述的第3步驟(step3)中初次流入TEPO氣體及O3氣體的理由,是考慮到TEB氣體的質(zhì)量流動的控制性較差,且當在第3步驟中流入TEPO氣體和O3氣體時,由于為摻雜劑(dopant)的硼與TEPO氣體及TEOS氣體發(fā)生反應(yīng),在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的硼濃度變低,因此在流入TEPO氣體及O3氣體之前流入TEB氣體。具體地說,第2步驟所需的時間,還被室102的大小以及導入的各氣體的流量左右,但是大約需要20sec左右。
其次,在第3步驟中,向室102內(nèi)流入TEPO氣體(流量1×10-1l/min(100sccm)左右)、和為氧化劑的O3氣體(流量5l/min(5000sccm))。這里,有關(guān)TEPO氣體,也因與上述TEB氣體一樣的理由,在流入TEPO氣體的同時,控制TEPO氣體的質(zhì)量流動,以使其成為發(fā)生過量的氣體流動。而由于O3氣體為氧化劑,因此不必使其象TEPO氣體那樣發(fā)生過量。其次,在第4步驟(step4)中,為了能夠獲得所希望的膜厚,調(diào)整第4步驟所需的時間,保持第3步驟中穩(wěn)定的氣體流量。
最后,在第5步驟(step5)中,為了使晶片101處于能夠從室102內(nèi)取出的狀態(tài),從室102內(nèi)除去TEB氣體、TEOS氣體及TEPO氣體。
如上所述,由于為了使在PMD膜10A中含有的硼及磷的濃度為所希望的濃度,必須要對TEB氣體、TEOS氣體、TEPO氣體及O3氣體的流量值進行控制,因此使用代表性數(shù)值加以說明。并且,本發(fā)明的一實施例中的PMD膜10A所具有的雜質(zhì)濃度是,硼為4.0wt%,磷為6.0wt%。此時,為了實現(xiàn)圖4所示的雜質(zhì)濃度分布,當進行PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域的成膜時,必須要過量地提供TEB氣體及TEPO氣體。所以,在進行PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域的成膜時,大量地產(chǎn)生未反應(yīng)的材料氣體,在膜中含有許多未反應(yīng)的材料氣體,因此在成膜時,沒有膜的流動性被破壞的現(xiàn)象。其結(jié)果,能夠?qū)崿F(xiàn)向溝部1c掩埋時擁有較好的掩埋特性的PMD膜10A。并且,由于流動性沒有被破壞,因此PMD膜10A的平坦性也較佳,所以能夠縮短為了緩和整個高低平面的差異而進行的PMD膜10A形成后的CMP(ChemicalMechanical Polishing化學機械研磨)的處理時間,能夠提高CMP裝置的生產(chǎn)能力。
并且,在PMD膜10A的位于半導體襯底1的附近區(qū)域中含有的雜質(zhì)是否具有所希望的雜質(zhì)濃度分布的評價,一般是在執(zhí)行了上述全部步驟,PMD膜10A形成后的狀態(tài)下且不被破壞的情況下,通過線內(nèi)檢查進行的,沒有除此之外的評價方法。但是,本發(fā)明的一實施例所涉及的半導體制造裝置,由于具備記錄系統(tǒng)111及殘留氣體分析裝置112,因此由記錄系統(tǒng)111檢測出表示質(zhì)量流動110的實際流量,同時由殘留氣體分析裝置112分析出室102內(nèi)的成膜大氣環(huán)境,能夠明確地評價出PMD膜10A是否具有所希望的濃度分布。另外,近年,由于質(zhì)量流動110的數(shù)碼化,有時能夠?qū)①|(zhì)量流動110的信息直接裝入控制系統(tǒng),因此在這種情況下不必專門設(shè)置本實施例中的記錄系統(tǒng)111。
如上所述,當向元件之間掩埋由BPSG膜構(gòu)成的PMD膜時,為了實現(xiàn)良好的掩埋特性,關(guān)鍵要使在PMD膜的位于半導體襯底的附近區(qū)域中含有的雜質(zhì)濃度,高于在PMD膜的表面附近區(qū)域或者中間區(qū)域中含有的雜質(zhì)濃度。
(工業(yè)上的利用可能性)本發(fā)明所涉及的半導體裝置及其制造裝置,適用于向隨著半導體裝置的細微化發(fā)展而具有高縱橫尺寸比(aspect)的溝部(凹部)掩埋絕緣膜的情況。
權(quán)利要求
1.一種半導體裝置,其包括在半導體襯底上形成的多個元件、和在上述半導體襯底上形成的用以掩埋上述多個元件之間的層間絕緣膜,其特征在于上述層間絕緣膜中的雜質(zhì)濃度,在膜的厚度方向不均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體裝置,其特征在于上述層間絕緣膜,含有硼及磷中的至少一種作為雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的半導體裝置,其特征在于上述層間絕緣膜的位于上述半導體襯底附近的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度,高于上述層間絕緣膜中的平均雜質(zhì)濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導體裝置,其特征在于上述層間絕緣膜的位于上述半導體襯底附近的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度,在比上述平均雜質(zhì)濃度高出10%或高出更多,且不超過比上述平均雜質(zhì)濃度高20%的范圍。
5.一種半導體制造裝置,向內(nèi)部保持有具備多個元件的半導體襯底的室內(nèi),導入多種材料氣體,形成用以掩埋上述多個元件之間的層間絕緣膜,其特征在于包括控制上述多種材料氣體的流量的流量控制機構(gòu);以及對上述多種材料氣體的流量、或者上述層間絕緣膜的成膜時的上述室內(nèi)的大氣環(huán)境進行監(jiān)視的監(jiān)視機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體制造裝置,其特征在于監(jiān)視上述室內(nèi)的大氣環(huán)境的上述監(jiān)視機構(gòu),是殘留氣體分析裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體制造裝置,其特征在于還包括由上述監(jiān)視機構(gòu)監(jiān)視的上述多種材料氣體的流量的變化、或者由上述監(jiān)視機構(gòu)監(jiān)視的上述室內(nèi)的大氣環(huán)境的變化,與所希望的上述層間絕緣膜的雜質(zhì)濃度分布不一致時,停止上述層間絕緣膜的形成的工序停止機構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種具備將形成在半導體襯底上的元件之間進行掩埋時的掩埋特性良好的層間絕緣膜的半導體裝置。是包括在半導體襯底(1)上形成的層疊柵極電極(1~7)、和在半導體襯底(1)上形成的掩埋層疊柵極電極(1~7)之間的層間絕緣膜(10A)的半導體裝置,層間絕緣膜(10A)中的雜質(zhì)濃度在膜的厚度方向上不均勻。
文檔編號H01L21/768GK1674237SQ200510059020
公開日2005年9月28日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月26日
發(fā)明者高森益教 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
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