專利名稱：一種改進(jìn)的金屬前介質(zhì)層的構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種改進(jìn)的金屬前介質(zhì)層的構(gòu)造方法。
背景技術(shù)：
高縱深比工藝(HARP，High Aspect Ratio Process)被廣泛應(yīng)用于小尺寸的前金屬介質(zhì)(PMD,Pre-Metal Dielectric)溝槽填充過程中。HARP形成的氧化物介質(zhì)層具有良好的溝槽填充能力以及薄膜質(zhì)量，但令人遺憾的是，該氧化物介質(zhì)層對(duì)于生長(zhǎng)襯底的敏感性很高?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)小尺寸的金屬前介質(zhì)的構(gòu)造方法如圖1所示，包括如下步驟步驟101 制成一個(gè)具有如下結(jié)構(gòu)的硅片，該硅片包括一硅襯底，硅襯底上表面具有多晶硅柵極，多晶硅柵極兩側(cè)有源極區(qū)和漏極區(qū)；步驟102 在該硅片上表面沉積氮化硅層作為接觸蝕刻停止層(ESL，Etch Stop Layer)；步驟103 用紫外線對(duì)所述氮化硅層表面進(jìn)行照射，用以提高氮化硅層的拉伸應(yīng)力；步驟104:采用HARP工藝在所述氮化硅層的上表面淀積氧化硅膜作為PMD。這一步驟是采用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法，在CVD反應(yīng)室內(nèi)通入四乙基原硅酸(TE0S， Tetraethyl Orthosilicate)氣體和臭氧(O3)的混合氣體，正常情況下，較低的淀積速度和較高的03/TE0S比值將獲得較高的溝槽填充能力。HARP PMD工藝包括兩步第一步淀積氧化硅至完成硅片表面的溝槽填充；第二步是進(jìn)一步增加氧化硅膜的厚度，形成平整的氧化硅膜表面，以便于后續(xù)工藝的處理。具有高拉伸應(yīng)力的氮化硅能夠提高電子的遷移率，這對(duì)于小尺寸器件的電學(xué)表現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。同時(shí)，高拉伸應(yīng)力氮化硅作為金屬前絕緣層(PMD)蝕刻停止層也起著很重要的作用。然而，采用掃描電子顯微鏡觀察上述工藝后得到的硅片發(fā)現(xiàn)，淀積到氮化硅表面的氧化硅膜的質(zhì)量+分糟糕氧化硅膜表面出現(xiàn)嚴(yán)重的高低起伏的現(xiàn)象；并且，在氧化硅膜與氮化硅層之間還出現(xiàn)“空洞”的現(xiàn)象。這說明，現(xiàn)有技術(shù)的小尺寸金屬前介質(zhì)的構(gòu)造方法中，在高拉伸應(yīng)力氮化硅層表面采用HARP工藝淀積的氧化硅層的平坦度及溝槽填充能力相對(duì)于淀積到普通拉伸應(yīng)力的氮化硅層表面的氧化硅膜都有大幅度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的金屬前介質(zhì)層的構(gòu)造方法，可以極大改善采用HARP工藝淀積的金屬前介質(zhì)層的質(zhì)量及溝槽填充能力。本發(fā)明實(shí)施例提出了一種改進(jìn)的金屬前介質(zhì)層的構(gòu)造方法，包括如下步驟
制成一個(gè)包括硅襯底的硅片，硅襯底上表面具有多晶硅柵極，多晶硅柵極兩側(cè)有源極區(qū)和漏極區(qū)；在該硅片上表面沉積接觸蝕刻停止層；用紫外線對(duì)所述氮化硅層表面進(jìn)行照射，進(jìn)一步提高氮化硅層的拉伸應(yīng)力；向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入富含氫元素的氣體等離子體，持續(xù)時(shí)間為Tl ；向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入含有硅的先驅(qū)物氣體，持續(xù)時(shí)間為T2 ；在所述氮化硅層的上表面淀積金屬前介質(zhì)層。較佳地，所述接觸蝕刻停止層為具有拉伸應(yīng)力的氮化硅薄膜。較佳地，所述金屬前介質(zhì)層為氧化硅膜。較佳地，淀積金屬前介質(zhì)層采用的工藝為高縱深比HARP工藝。較佳地，所述富含氫元素的氣體為氨氣NH3。較佳地，向所述反應(yīng)室內(nèi)通入氨氣的流量為5000sccm至20000sccm。較佳地，所述T1為20秒至40秒。較佳地，在向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入富含氫元素的氣體等離子體的過程中，硅片所在反應(yīng)室的溫度保持在400攝氏度至480攝氏度，壓強(qiáng)為1托至7托。較佳地，所述含有硅的先驅(qū)物氣體為四乙基原硅酸TEOS蒸氣。較佳地，所述TEOS蒸氣的流量為0. 2克至0. 6克/分鐘。較佳地，所述T2為10秒至20秒。較佳地，所述向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入含有硅的先驅(qū)物氣體的過程中，硅片所在反應(yīng)室的溫度保持在400攝氏度至480攝氏度，壓強(qiáng)為300托至600托，載氣的流量為 IOOOsccm 至 6000sccm。從以上技術(shù)方案可以看出，采用富含氫元素的氣體等離子體對(duì)硅片表面進(jìn)行處理，雖然使得氮化硅層表面的氫原子含量增加，但并未降低氮化硅層界面的拉伸應(yīng)力。用掃描電子顯微鏡觀察本發(fā)明實(shí)施例工藝處理得到的硅片表面發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，氧化硅膜的平坦度大大增加，并且并未觀測(cè)到明顯的空洞，表明溝槽填充能力也大大增強(qiáng)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的金屬前介質(zhì)的構(gòu)造方法示意圖；圖2為富含氫的氮化硅層界面粘附TEOS分子的示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的金屬前介質(zhì)的構(gòu)造方法示意圖。
具體實(shí)施例方式發(fā)明人經(jīng)過研究分析發(fā)現(xiàn)，采用紫外線照射氮化硅層之后，氮化硅層表面的氫原子基本被完全消除。這樣一來，先驅(qū)物TEOS分子很難通過形成H鍵粘附在氮化硅表面上， 因此通過CVD形成的氧化硅也很難與氮化硅表面緊密貼合，這是影響溝槽填充能力的重要原因。本發(fā)明方案主要從以下兩個(gè)方面來提高氧化硅膜的質(zhì)量第一方面是提高氮化硅界面的親水性；第二方面是提高TEOS的成核能力。對(duì)于第一方面，本發(fā)明采用富含氫的氣體形成的等離子體對(duì)氮化硅表面進(jìn)行處理，以提高氮化硅表面的親水性(極性)。處理后的氮化硅層表面如圖2所示，氮化硅層201 的界面處的氮原子(N)與硅原子(Si)通過Si-H鍵結(jié)合。氮原子處于不飽和狀態(tài)，因此可以捕獲氫原子(H)形成N-H鍵。TEOS分子202的形態(tài)是一個(gè)硅原子(Si)通過Si-O鍵連接四個(gè)氧原子(0)，而每個(gè)氧原子又連接一個(gè)乙基(Et)。所述氧原子的電負(fù)性很強(qiáng)，而氮化硅表面捕獲的氫原子的電子被氮原子強(qiáng)烈吸引，因此該氫原子具有較強(qiáng)的電正性。因此所述氫原子和氧原子在正負(fù)相吸的作用下，使得TEOS分子被粘附在氮化硅層的表面。對(duì)于第二方面，本發(fā)明對(duì)淀積氧化硅的工藝進(jìn)行改進(jìn)，首先向反應(yīng)室內(nèi)通入TEOS 蒸氣，保證有足夠多的先驅(qū)物TEOS分子被均勻地粘附在氮化硅表面；然后再向反應(yīng)室內(nèi)添加臭氧或氦氣等，進(jìn)行氧化硅的淀積過程。本發(fā)明實(shí)施例提出的金屬前介質(zhì)層的構(gòu)造方法如圖3所示，包括如下步驟步驟301 制成一個(gè)具有如下結(jié)構(gòu)的硅片，該硅片包括一硅襯底，硅襯底上表面具有多晶硅柵極，多晶硅柵極兩側(cè)有源極區(qū)和漏極區(qū)。步驟302 在該硅片上表面沉積拉伸應(yīng)力的氮化硅薄膜作為接觸蝕刻停止層。步驟303 用紫外線對(duì)所述氮化硅層表面進(jìn)行照射，進(jìn)一步提高氮化硅層的拉伸應(yīng)力；步驟304 向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入氨氣(NH3)等離子體。氨氣電離形成游離態(tài)的氫，被氮化硅層表面捕獲，使得氮化硅層表面的親水性大大增強(qiáng)。本發(fā)明實(shí)施例采用的氨氣的流量是5000SCCm至20000sCCm，持續(xù)時(shí)間是20秒至 40秒。硅片所在反應(yīng)室的溫度保持在400攝氏度至480攝氏度，壓強(qiáng)為1托至7托。在其他替代方案中，可以采用氫氣或其他富含氫元素的氣體來代替氨氣。步驟305 先驅(qū)物鍵和過程。向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入含有硅的先驅(qū)物氣體。較佳地，所述含有硅的先驅(qū)物氣體為四乙基原硅酸TEOS蒸氣，流量為0. 2克至0. 6 克/分鐘。TEOS蒸氣被載氣(通常為氮?dú)?從反應(yīng)室入口區(qū)域帶到硅片表面，使TEOS分子充分粘附在具有較高親水性的氮化硅層表面。該過程的持續(xù)時(shí)間為10秒至20秒。硅片所在反應(yīng)室的溫度保持在400攝氏度至480攝氏度，壓強(qiáng)為300托至600托。載氣的流量為 IOOOsccm 至 6000sccm。步驟306 采用HARP工藝在所述氮化硅層的上表面淀積氧化硅膜作為PMD。該步驟與圖1中的步驟104相同。其中，步驟304的處理，雖然使得氮化硅層表面的氫原子含量增加，但并未降低氮化硅層界面的拉伸應(yīng)力。用掃描電子顯微鏡觀察本發(fā)明實(shí)施例工藝處理得到的硅片表面發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，氧化硅膜的平坦度大大增加，并且并未觀測(cè)到明顯的空洞，表明溝槽填充能力也大大增強(qiáng)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的金屬前介質(zhì)層的構(gòu)造方法，其特征在于，包括如下步驟制成一個(gè)包括硅襯底的硅片，硅襯底上表面具有多晶硅柵極，多晶硅柵極兩側(cè)有源極區(qū)和漏極區(qū)；在該硅片上表面沉積接觸蝕刻停止層；用紫外線對(duì)所述氮化硅層表面進(jìn)行照射，進(jìn)一步提高氮化硅層的拉伸應(yīng)力； 向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入富含氫元素的氣體等離子體，持續(xù)時(shí)間為Tl ； 向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入含有硅的先驅(qū)物氣體，持續(xù)時(shí)間為T2 ； 在所述氮化硅層的上表面淀積金屬前介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接觸蝕刻停止層為具有拉伸應(yīng)力的氮化硅薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬前介質(zhì)層為氧化硅膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，淀積金屬前介質(zhì)層采用的工藝為高縱深比HARP工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述富含氫元素的氣體為氨氣NH3。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，向所述反應(yīng)室內(nèi)通入氨氣的流量為 5000sccm 至 20000sccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述Tl為20秒至40秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入富含氫元素的氣體等離子體的過程中，硅片所在反應(yīng)室的溫度保持在400攝氏度至480攝氏度，壓強(qiáng)為1托至7托。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述含有硅的先驅(qū)物氣體為四乙基原硅酸TEOS蒸氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述TEOS蒸氣的流量為0.2克至0. 6克/分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述T2為10秒至20秒。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入含有硅的先驅(qū)物氣體的過程中，硅片所在反應(yīng)室的溫度保持在400攝氏度至480攝氏度，壓強(qiáng)為 300托至600托，載氣的流量為IOOOsccm至6000sccm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的金屬前介質(zhì)層的構(gòu)造方法，包括如下步驟制成一個(gè)包括硅襯底的硅片，硅襯底上表面具有多晶硅柵極，多晶硅柵極兩側(cè)有源極區(qū)和漏極區(qū)；在該硅片上表面沉積接觸蝕刻停止層；用紫外線對(duì)所述氮化硅層表面進(jìn)行照射，進(jìn)一步提高氮化硅層的拉伸應(yīng)力；向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入富含氫元素的氣體等離子體，持續(xù)時(shí)間為T1；向硅片所在的反應(yīng)室內(nèi)通入含有硅的先驅(qū)物氣體，持續(xù)時(shí)間為T2；在所述氮化硅層的上表面淀積金屬前介質(zhì)層。本發(fā)明方案可以提高金屬前介質(zhì)層的平坦度以及溝槽填充能力。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK102386087SQ20101027261
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者李敏 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司