提高圆片均匀性的方法及层间介质技术

本发明专利技术公开了一种提高圆片均匀性的方法，包括：在半导体器件层之上形成磷硅酸盐玻璃（ＰＳＧ）层；在所述磷硅酸盐玻璃层上形成未掺杂的硅酸盐玻璃（ＵＳＧ）层；对所述ＵＳＧ层进行化学机械抛光处理。使用本发明专利技术确保了使用ＰＳＧ层提高半导体集成电路可靠性，并通过使用Ｐ捕获游离的金属离子来抑制这些金属离子对金属氧化物半导体（ＭＯＳ）器件阈值电压的影响的同时，使用ＵＳＧ层稳定了化学机械抛光（ＣＭＰ）处理时层间介质的移除速率，从而提高了ＣＭＰ工艺的可控性及ＣＭＰ处理后圆片的均匀性，还提高了圆片上各芯片电学特性的均匀性。

Method for improving wafer uniformity and interlayer dielectric

The invention discloses a method for improving the uniformity of wafer, comprising: forming a phosphosilicate glass in the semiconductor layer (PSG layer); the formation of undoped silicate glass in the phosphosilicate glass layer (USG layer); on the USG layer for chemical mechanical polishing processing. The invention ensures that the use of PSG layer to improve semiconductor integrated circuit reliability, and through the use of P to capture free metal ions to suppress these metal ions on metal oxide semiconductor (MOS) influence the threshold voltage of the device at the same time, the stability of the chemical mechanical polishing layer using USG (CMP) removal rate between layers of media processing, thus to improve the controllability and CMP CMP process after wafer uniformity, but also improves the uniformity of the electrical properties of the chip on the wafer.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路制作
，具体涉及一种提高对层间介质(ILD, Inter-layer dielectric)层进行化学机械抛光(CMP, Chemical Mechanical Polishing )处理之后圆片的均勾性的方法及层间介质。
技术介绍
在制作半导体集成电路时，半导体器件层形成之后，需要在半导体器件 层之上形成ILD，然后才能在ILD层上形成布线层。由于使用磷烷(PH3)及硅烷(PH3)等形成的磷硅酸盐玻璃(PSG， phosphorus Silicate Glass )作为ILD层时，掺有P的PSG所引入的磷离子可 以捕获游离的金属离子，例如Na离子，从而可以阻止这些离子向半导体器 件层的扩散，从而提高半导体集成电路的使用寿命，即提高半导体集成电路 的可靠性，并且抑制这些金属离子对金属氧化物半导体(MOS, Metal Oxide Semiconductor)器件的阈值电压的影响。同时，铜价格便宜，且制造工艺简 单，因此通常使用铜作为布线层的导体。而PSG中所含的P离子具有捕获 离子的功能，可以阻止铜(Cu)互连线中铜离子向半导体器件层的扩散，从 而提高半导体器件的可靠性。综上原因，目前通常使用PSG作为ILD层。图1为现有技术中使用PSG作为ILD层的圆片的局部剖视图。如图1 所示，由于半导体器件层具有台阶结构，局部均勻性差，因此在半导体器件 层之上生长的层间介质也具有台阶结构，使形成ILD层之后圆片的局部均匀 性差。为了提高制作布线层之前圆片的局部均匀性，从而使得制作布线层时尽 可能将布线图形完整准确地复制到圓片上，需要对生长ILD层之后的圆片进行CMP工艺处理。图2为现有技术中对圓片的ILD层进行CMP工艺处理 后的局部剖视图。如图2所示，CMP工艺处理削除了 ILD层的台阶，提高 了 CMP处理之后圆片的局部均匀性。但是由于PSG材料较软，且其中P的浓度及PSG层的厚度都会影响 CMP处理时PSG材料的移除速率，从而在对圓片进行CMP工艺处理时， 很难均匀地控制整个圓片上ILD层各部分的移除速率，使得CMP工艺处理 的可控性差，从而使得CMP工艺处理之后圆片的整体均匀性变差。图3A和图3B分别为现有技术中对圓片的ILD层进行CMP工艺处理之 前和处理之后的统计过程控制(SPC, Statistical Process Control)测试图。 如图3A和图3B所示，对不同日期以相同的工艺条件进行处理的多个圓片 的均匀性进行了统计，其中小方框对应的纵轴的值为圆片的厚度，同一圓片 对应纵轴的最大值和最小值之间的差值表征圆片的均匀性，差值较大说明圆 片的均匀性较差，差值较小说明圆片的均匀性较好。从图3A中可以看出， 在对圆片的ILD层进行CMP工艺处理之前，圓片的厚度位于7700埃左右 至8300埃左右，各圆片的厚度最大值与最小值的差值大约为500埃左右， 而从图3B中可以看出，在对圆片的ILD层进行CMP工艺处理之后，大部 分圆片的厚度最大值与最小值之间的差值超过了 800埃， 一些圓片的厚度甚 至超出了所允许的最大值(4400埃)与最小值(3600埃)的范围，即对圓 片的ILD层进行CMP工艺处理之后，圆片最大值和最小值之间的差值增大， 说明在CMP工艺处理之后，圓片的整体均匀性变差。在对圓片进行CMP处理之后制作布线层时，圓片的整体均匀性不好会 造成圓片上器件层各芯片同一点之上的ILD层厚度不均匀，后续从器件层各 芯片的同 一点引出到布线层的导线长度也就不均匀，使得从布线层到器件层 各芯片同 一点的导线电阻不同，导致同 一 圓片上各芯片的电学特性不一致。 同时，在制作布线层时，首先需要对形成在ILD层之上的光刻胶进行曝光， 如果圆片的整体均匀性不好，会使曝光时，圆片的各个位置聚焦不一致，从 而在圓片各个位置形成的互连线宽度不一致，也会使得圆片上各芯片的电学5特性不一致。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的第一个目的在于提供一种提高圓片均匀性的方法，提 高化学才儿械抛光处理后圆片的整体均匀性。本专利技术的另一目的在于提供一种层间介质，提高化学机械抛光处理后圓片 的整体均匀性。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一种提高圓片均匀性的方法，包括在半导体器件层之上形成磷硅酸盐 玻璃PSG层；在所述PSG层上形成未掺杂的硅酸盐玻璃USG层；对所述 USG层进行化学机械抛光CMP处理。丰i佳地，所述USG层的厚度为5000埃。所述PSG层的厚度为3000埃。较佳地，所述在PSG层上形成USG层为利用等离子体增强化学气相沉 积PECVD或高密度等离子体HDP沉积或次常压化学气相沉积SACVD方法， 在所述PSG层上形成USG层。所述在PSG层上形成USG层时，所使用的高频电压、低频电压和偏压分 别为4000W、 6000W和1800W;所使用的氧气、氦气、石圭烷和側边硅烷的流量 分另'J为370sccm、 130sccm、 130sccm和41sccm。较佳地，进行化学机械抛光处理后的USG层的厚度为1000埃。 一种半导体器件层与布线层之间的层间介质，包括形成在半导体器件层上的磷硅酸盐玻璃PSG层；以及在所述PSG层上，经化学机械抛光CMP处理 的未掺杂的硅酸盐玻璃USG层。所述PSG层的厚度为3000埃。所述在PSG层上，经化学机械抛光处理的 USG层的厚度为1000埃。其中，所述USG层为使用等离子体增强化学气相沉积PECVD或高密度等 离子体HDP沉积或次常压化学气相沉积SACVD方法所形成的USG层。与现有技术相比，本专利技术所提供的技术方案，在半导体器件层之上形成PSG层之后，在PSG层上形成未掺杂的硅酸盐玻璃(USG， Undoped Silicate Glass)层，并对USG层进行CMP工艺处理，从而在保证使用PSG层提高 半导体器件可靠性，并抑制游离金属离子对MOS器件阈值电压的影响的同 时，利用USG层稳定了 CMP工艺处理时ILD层的移除速率，提高了 CMP 工艺处理的可控性，从而提高了 CMP处理后圓片的均匀性，从而提高了圆 片上各芯片的电学特性的 一 致性。附图说明图1为现有技术中使用PSG作为ILD层的圆片的局部剖视图； 图2为现有技术中使用CMP工艺对圓片的ILD层进行CMP工艺处理 后的局部剖视图3A和图3B分别为现有技术中对圆片的ILD层进行CMP工艺处理之 前和处理之后的SPC测试图4至图6为本专利技术中对层间介质进行处理的工艺流程图。具体实施例方式本专利技术提供的提高圓片均匀性的方法，首先在半导体器件层之上形成 PSG层；然后在PSG层上形成USG层；并对USG层进行化学机械抛光处 理。其中，PSG及在PSG层之上经化学机械抛光处理的USG层构成本专利技术 的层间介质。图4至图6为本专利技术中对层间介质进行处理的工艺流程图。下面结合附 图4至图6及具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。步骤a:首先在形成的半导体器件层上制作厚度大约为3000埃的第一 ILD层，即PSG层，如图4所示。该层的形成方法及形成时的工艺条件与 现有技术相同，在此不再赘述。步骤b:在步骤a形成的PSG层上形成厚度大约为5000埃的USG层， 如图5所示。7为了提高生产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高圆片均匀性的方法，其特征在于，该方法包括：　在半导体器件层之上形成磷硅酸盐玻璃ＰＳＧ层；　在所述ＰＳＧ层上形成未掺杂的硅酸盐玻璃ＵＳＧ层；　对所述ＵＳＧ层进行化学机械抛光ＣＭＰ处理。

【技术特征摘要】
1、一种提高圆片均匀性的方法，其特征在于，该方法包括在半导体器件层之上形成磷硅酸盐玻璃PSG层；在所述PSG层上形成未掺杂的硅酸盐玻璃USG层；对所述USG层进行化学机械抛光CMP处理。2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述USG层的厚度为5000埃。3、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述在PSG层上形成USG层为利用等离子体增强化学气相沉积PECVD或高密度等离子体HDP沉积或次 常压化学气相沉积SACVD方法，在所述PSG层上形成USG层。4、 如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述在PSG层上形成USG 层时，所使用的高频电压、低频电压和偏压分别为4000W、 6000W和1800W; 所使用的氧气、氦气、石圭烷和侧边硅烷的流量分别为370sccm、 130sccm、 130sccm 和41...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，郑春生，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]