制作掺氟的硼磷硅玻璃的方法技术

用低压ＣＶＤ工艺在器件上制作掺氟硼磷硅玻璃（Ｆ－ＢＰＳＧ）的装置和方法。Ｆ－ＢＰＳＧ玻璃在具有窄达０．１０μｍ的间隙和６∶１的形状比的结构的衬底上，表现为基本上无空洞和无颗粒的层。反应剂气体包括由硼和磷掺杂剂、氧、以及ＴＥＯＳ和ＦＴＥＳ的混合物组成的源。在约为７５０－８５０℃的温度和１－３乇的压力下淀积。最好于相似的条件下退火，以进一步整平Ｆ－ＢＰＳＧ表面。还提供了Ｆ－ＢＰＳＧ玻璃和其上有掺氟ＢＰＳＧ层的半导体晶片。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到半导体电子元件及其制造方法，更确切地说是涉及到用作半导体晶片上的基本上无空洞的窄达0.10μm且形状比高达6∶1的层的改进的硼磷硅玻璃，以及包括低于目前建议的制造要求的大约750℃的回流温度下制作玻璃层的方法。在半导体电子元件的制造中，必须将元件包封在玻璃中，或用玻璃作为层间介电膜。通常，玻璃层是用化学汽相淀积(CVD)方法制作在晶片表面上的SiO2层。由于工业界不断增长的要求，对更精细的电路图形和更高的电路密度的需求使得必须开发改进的玻璃层来使半导体表面在制造工艺中层化。特别关心的是半导体衬底表面的不均匀性，在电路密度和高精度电路图形进一步提高时，变得更为关键。早期在半导体晶片上制作玻璃层，SiO2层被用作玻璃材料。借助于将诸如硼和/或磷之类的掺杂剂加入到玻璃中，改进了这些氧化物玻璃层，这种掺杂剂降低了熔点并使得有可能对层进行重新加热以软化玻璃，使之回流，以在半导体器件上产生平坦的表面。然而，随着电路密度和对精细电路图形的需求的增加，已经认识到，制备和加工氧化物玻璃膜以填充半导体器件表面上的更为细小的间隙而不在氧化物玻璃层中留下空洞或气泡，是很重要的。硼磷硅玻璃(BPSG)目前被用作层间介电层，且必须提供窄达0.10μm且形状比高达6∶1的无空洞的结构填充。为了满足这一要求，通常在其约为800-850℃的玻璃转变温度范围内，在淀积之后使BPSG层回流。玻璃转变温度是玻璃的一个重要性质，而为了工艺效率和避免制造工艺中温度对半导体晶片的损伤作用，非常希望回流温度尽可能低。通常借助于在载气中和在汽相中，使原硅酸四乙酯(TEOS)、磷酸三甲酯(TMP)或磷化氢(PH3)和硼酸三甲酯(TMB)或硼酸三乙酯(TEB)在有氧且最好有少量臭氧存在的情况下进行反应而制造硼和磷掺杂的氧化硅层(BPSG)。此工艺可以在等离子体弧光工艺中，或在具有臭氧的大气压力下(350-600℃)，或用较高温度(例如700-850℃)下的减压工序来进行。通常，较高压力的工艺使用低温工序，例如在400-600℃温度于50-760乇(具有臭氧)下和350-480℃温度于1-10乇下，用反应剂的共同氧化来淀积BPSG。作为变通，可以采用诸如约为0.5-5乇的低压的高温淀积工艺，此工艺在约为700-850℃的温度范围内执行。广义地说，为了提供窄达0.10μm且形状比高达6∶1的无空洞结构填充，非常希望BPSG在制造工艺中具有低的粘度。借助于提高回流温度，即淀积的玻璃开始流动的温度，通常也称为玻璃转化温度，可以降低BPSG的粘度。借助于提高硼和磷在BPSG中的掺杂剂浓度，也可以降低粘度。此外，玻璃的填充行为是表面张力的函数。掺氟提高了表面张力，从而降低粘度并增强了较低温度下的填充特性。然而，半导体器件的热聚集被限制在大约800℃下30分钟。因此，对于许多制造情况，回流温度的提高是不可取的。同样，由于过高的掺杂剂浓度在淀积之后导致硼酸或磷酸硼的表面晶体生长，故B2O3和P2O5的掺杂剂浓度被限制在大约5％重量比。由于后续光刻、反应离子刻蚀(RIE)和化学机械抛光(CMP)工艺中的制造和集成问题，表面晶体是不可取的。在这方面已经授权了许多专利来努力改进BPSG膜。美国专利4791005、4845054、5094984、5104482、5180692、5286681和5354387说明了在半导体衬底上制作BPSG膜的方法。在欧洲公开号0562625中，公开了可以用诸如包括氟的卤原子之类的非桥键组分来取代BPSG膜的氧原子。这击破了硅原子之间的氧桥键，导致介电膜粘度降低。典型的是用氟取代BPSG膜中的部分氧，从而将介电膜的流动温度降低到约为850℃。考虑到现有技术的问题和缺陷，因此，本专利技术的目的是提供一种在诸如半导体晶片之类的衬底上制作硼磷硅玻璃的改进了的方法，此玻璃具有改进了的间隙填充性能和低的回流温度。本专利技术的另一个目的是提供一种诸如半导体晶片之类的其上具有硼磷硅玻璃层的衬底，此玻璃具有改进了的间隙填充性能和低的回流温度。本专利技术的又一目的是提供一种具有增强的间隙填充能力的硼磷硅玻璃，以提供窄达0.10μm且形状比高达6∶1的无空洞结构填充。本专利技术的其它目的和优点将从说明书得到了解。在本专利技术中达到了对本
熟练人员而言将是显而易见的上述和其它目的和优点，本专利技术的第一种情况是在低压化学汽相淀积室中，在诸如半导体晶片之类的衬底上制作增强的掺氟的硼磷硅玻璃(BPSG)的方法，它包含下列步骤在低压化学汽相淀积室中，使由TEOS、诸如FTES(氟三乙氧基硅烷)的含氟的烷氧基硅烷、诸如TEB或TMB和PH3之类的硼和磷掺杂剂、和氧源组成的气态源，在大约650-850℃，最好是720-780℃的温度，和大约0.5-5乇，最好是1-3乇的压力下，进行混合和反应；在淀积室中的半导体衬底上淀积一层掺氟的BPSG；以及在低于大约800℃，最好低于大约750℃的温度下，回流层叠的半导体器件例如10-20分钟有效时间以整平淀积的层。在本专利技术的最佳情况下，本方法采用氟源对TEOS的重量比约为0.25∶1-3∶1，最好是0.5∶1-2∶1的由氟源和TEOS组成的气态混合物。在另一个最佳实施例中，反应温度约为720-780℃，而反应压力约为1-3乇。在半导体器件上制作掺氟的BPSG的最佳方法是在包含圆形反应室的装置中，其中多个器件水平地等距离排列在反应室中并旋转，气态反应剂进行反应。在本专利技术的极佳情况下，采用交替的分段气流方法，其中由硼组分(例如TEB)、TEOS、氧源(例如O2)、载气(例如N2)和氟源(例如FTES)组成的气态混合物被混合并送入反应室周边处的交替的入口，而含磷掺杂剂组分(例如PH3)、氧源(例如O2)和载气(例如N2)的气态混合物被送入另一些交替的入口。在本专利技术的又一种情况下，装置被用来在诸如半导体晶片之类的衬底上制作增强的氟掺杂硼磷硅玻璃，该装置包含低压圆形化学汽相淀积室，它具有气体入口装置和将衬底支持在反应室中的支持装置，最好还具有旋转衬底支持装置的装置；用来向入口装置馈送由原硅酸四乙酯、含氟的烷氧基硅烷、硼和磷掺杂剂以及氧源组成的气态源的装置；且其中各气体在反应室中反应并在衬底上淀积氟掺杂的硼磷硅玻璃层。在本专利技术的再一种情况下，用本专利技术的方法和装置来制作其上具有氟掺杂的BPSG(F-BPSG)层的半导体晶片。在所附权利要求中详细描述了本专利技术的新颖特点和元件特性。附图仅仅是为了说明的目的，故未按比例绘出。但参照结合附图的详细描述，可最好地理解本专利技术本身的组织和操作方法，在这些附图中附图说明图1是层叠有本专利技术BPSG膜的半导体器件的侧视剖面图。图2是层叠有现有技术的含有空洞的BPSG膜的半导体器件的侧视剖面图。图3是层叠有现有技术的含有表面晶体的BPSG膜的半导体器件的侧视剖面图。图4是本专利技术用来在多个半导体晶片衬底上淀积BPSG膜的反应室装置的俯视图。在描述本专利技术的最佳实施例时，将参考图1-4，其中相同的参考号表示本专利技术的相同的元件。图中本专利技术的各个元件不一定按比例绘出。根据本专利技术，含氟的BPSG绝缘平整层(以下称为F-BPSG)制作在半导体晶片和其它电子元件衬底的表面上。此F-BPSG层的特征是基本上没有空洞和表面晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在低压化学汽相淀积室中，在半导体晶片上制作掺氟的硼磷硅玻璃（Ｆ－ＢＰＳＧ）的方法，它包含下列步骤：在低压化学汽相淀积室中，于大约６５０－８５０℃的温度和大约０．５－５乇的压力下，混合并反应由ＴＥＯＳ、氟烷氧基硅烷、硼和磷掺杂剂以及氧 源组成的气态源；在反应室中淀积的半导体衬底上，淀积掺氟的ＢＰＳＧ层；以及在低于大约８００℃的温度下，使层叠的半导体器件回流一段有效的时间以整平淀积的层。

【技术特征摘要】
1.一种在低压化学汽相淀积室中，在半导体晶片上制作掺氟的硼磷硅玻璃(F-BPSG)的方法，它包含下列步骤在低压化学汽相淀积室中，于大约650-850℃的温度和大约0.5-5乇的压力下，混合并反应由TEOS、氟烷氧基硅烷、硼和磷掺杂剂以及氧源组成的气态源；在反应室中淀积的半导体衬底上，淀积掺氟的BPSG层；以及在低于大约800℃的温度下，使层叠的半导体器件回流一段有效的时间以整平淀积的层。2.权利要求1的方法，其中氟烷氧基硅烷对原硅酸四乙酯的重量比约为0.25∶1-3∶1。3.权利要求2的方法，其中氟烷氧基硅烷是氟三乙氧基硅烷。4.权利要求3的方法，其中反应温度约为720-780℃，而压力约为1-3乇。5.权利要求4的方法，其中硼源是硼酸三乙酯或硼酸三甲酯，而磷源是磷化氢。6.权利要求1的方法，其中二个分立的气态注入流被混合并反应，第一流含有磷源、氧和载气，而第二流含有硼源、原硅酸四乙酯、含氟的烷氧基硅烷、氧和载气。7.权利要求6的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马库斯基尔绍夫，阿什马查克拉瓦蒂，马西斯伊尔格，凯文A迈克金利，桑V恩古恩，迈克尔J沙皮罗，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，西门子公司，兰姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]