專利名稱：用于降低氮化物消耗的聚集體介電層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于例如電路結(jié)構(gòu)的鈍化或介電層。
背景介電層或膜在電路結(jié)構(gòu)中用于不同器件之間和在例如存在于許多集成電路結(jié)構(gòu)的多級互連體系中用于不同級導體之間的電絕緣。例如，微處理器可在基材如半導體基材上具有5個或更多級的互連。
在多級互連體系或結(jié)構(gòu)中，各介電層或膜之間可以存在明顯差異。例如，預金屬介電(PMD)層或膜通常在基材或器件基底(如，在其中和/或其上包含活性器件的基材)、或其它的局部互連級材料、和第一互連級(如，金屬1)之間使用。PMD層或膜通?？稍诒冉饘匍g介電層的可能溫度更高的溫度下沉積(和致密，如果需要)。另外，PMD膜可在超過700℃的溫度下流動和回流以促進間隙填充。因為將互連結(jié)構(gòu)引入到基材上，引入介電層或膜時的最大溫度往往下降，因為金屬互連往往在超過400℃的溫度下(例如在鋁或銅的熔化溫度下)熔化。
PMD層或膜以兩種方式絕緣集成電路結(jié)構(gòu)中的器件。它從互連層將器件電絕緣，以及它將器件物理隔離污染源如活動離子(例如，來自后處理和操作)?；顒与x子如鈉和鉀往往降低基本的器件特性如晶體管器件的閾值電壓。
隨著器件密度在電路結(jié)構(gòu)或基材上的增加，PMD層或膜達到無空隙的間隙填充的能力變得日益重要。例如，在亞0.25微米(μm)器件中，在PMD工藝中填充間隙的一個標準是0.1微米(μm)且縱橫比為5∶1。
硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)-二氧化硅(SiO2)是一種熟知用于PMD層或膜的材料。BPSG通常包含約2-6％重量的硼和磷。BPSG通常使用化學蒸氣沉積(CVD)在400-700℃下沉積，然后在700-1000℃下退火(回流)。一般來說，BPSG中的磷用作可能擴散至器件(如，晶體管)的任何活動離子的吸收劑，而硼提供良好的空隙，這是因為它往往在回流退火之后軟化該層。
在已有技術(shù)集成電路結(jié)構(gòu)的典型制造工藝中，薄層氮化硅(Si3N4)作為起始介電層或膜引入到基材上，然后是例如BPSG層或膜。除了其鈍化性能，氮化硅還在一種情況下在平面化隨后引入的PMD層或膜如BPSG層或膜時用作蝕刻光闌。
如上所述，PMD層或膜的間隙填充隨著密度的增加而日益重要。BPSG層或膜的間隙填充性能通過在800℃以上退火而優(yōu)化。高溫退火往往增加BPSG的回流能力。但高溫退火和回流工藝的一個缺陷在于，BPSG材料往往消耗來自下方氮化硅層或膜的氮。氮化物消耗往往降低氮化硅材料的絕緣性能。即，需要一種在磷存在下進行熱處理的同時控制含氮層或膜的氮消耗的方法。
本發(fā)明的綜述在一個實施方案中，一種方法包括，在電路基材上形成在包含氮的第一介電層和包含磷的第二介電層之間具有隔絕層的聚集體。在該實施方案中，該方法還包括，在形成聚集體之后，熱處理該電路基材。實施本文所述方法的合適引入點是在PMD層或膜中，其中電路基材包括器件基底和至少一金屬層且所述聚集體在所述器件基底和所述至少一金屬層之間引入。合適的隔絕層包括介電材料，尤其是硅酸鹽如硼硅酸鹽玻璃(BSG)或未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)。氮化硅膜和BPSG材料之間的例如BSG或USG薄膜往往在回流(熱退火)BPSG時降低消耗。
在另一實施方案中，本發(fā)明涉及一種裝置。一方面，該裝置包括電路基材以及在包含氮的第一介電層和包含磷的第二介電層之間具有隔絕層的聚集體。一個例子是作為PMD層或膜的聚集體，它具有在氮化硅層和BPSG層之間的介電材料如BSG或USG隔絕層作為PMD膜的聚集體。
根據(jù)圖和本文所給出的詳細描述，顯然得出其它的特點、實施方案、和益處。
附圖的簡要描述本發(fā)明通過實施例而不是通過限定其中類似參考數(shù)字表示類似元件的附圖進行說明。應(yīng)該注意，在本公開內(nèi)容中所參考的“一個”實施方案并不必要為相同的實施方案，而且是指至少一個實施方案。


圖1示意地說明包括在其上和其中按照本發(fā)明一個實施方案形成的器件的集成電路基材的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。
圖2給出了在按照本發(fā)明一個實施方案引入包括含氮介電層和隔絕層的聚集體層或膜的一部分之后的圖1結(jié)構(gòu)。
圖3給出了在按照本發(fā)明一個實施方案引入和平面化包含磷的介電膜之后的圖2結(jié)構(gòu)。
圖4給出了在平面化介電膜上引入互連結(jié)構(gòu)之后的圖3結(jié)構(gòu)。
詳細描述作為實現(xiàn)聚集體和包括該聚集體的裝置的一種方法的一個實施方案，描述了一種適用作集成電路結(jié)構(gòu)的介電或鈍化層的聚集體。
在一個實施方案中，公開了一種方法，包括，在電路基材上形成一種在包含氮的第一介電層和包含磷的第二介電層之間具有隔絕層的聚集體；并在形成該聚集體之后，對電路基材進行熱處理。作為PMD層，聚集體的一個例子是用于將氮化硅層或膜從硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層或膜分離出來的介電材料如硼硅酸鹽玻璃(BSG)或未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)的隔絕層或膜。這樣，隔絕層或膜降低或盡量降低一般在BPSG層或膜和氮化硅層或膜之間，尤其是在熱回流過程中出現(xiàn)的氮消耗。
在以下敘述中，描述了一種聚集體。可以理解，詞語聚集體包括在電路基材上引入或形成的多個層或膜。在這種意義上，本文所述的聚集體包括或可認為是“層”，例如所述的PMD層或金屬間層。
參考附圖，圖1示意地給出了具有在其上和其中形成的器件的集成電路基材的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D。具體地說，結(jié)構(gòu)100包括基材102，例如一種包括N-型晶體管器件105和P-型晶體管器件115的半導體基材。晶體管器件105和115相互分離并在由淺溝隔離(STI)結(jié)構(gòu)150確定的活性器件區(qū)域中形成。N-型晶體管器件105包括在基材102的表面上(通常在門電介質(zhì)上)形成的柵電極110和在基材102中形成的連接或擴散區(qū)130。晶體管器件115包括在基材102的表面上形成的柵電極120和在基材102中形成的連接或擴散區(qū)140。
隨著集成電路結(jié)構(gòu)的器件密度的增加，晶體管器件之間的定位作用一般下降，因為在基材(如，芯片)上的給定面積中引入了更多的器件。即，器件的電絕緣變得更加困難。因此，一旦器件在例如圖1所示的結(jié)構(gòu)上形成，將PMD層或膜引入該結(jié)構(gòu)的表面上以便隔離單個的晶體管器件以及與這些器件形成電連接的互連結(jié)構(gòu)。在其它性能中，PMD層應(yīng)該具有充足的間隙填充性能以填充間隙，如晶體管器件之間的間隙160。
圖2給出了在將含氮介電材料如氮化硅(Si3N4)薄膜引入到基材102的表面108上之后的圖1結(jié)構(gòu)。關(guān)于此，含氮層或膜170分別適當?shù)匾氲交?02的表面108上和柵電極110和120上。含氮層或膜170用作介電或鈍化層以及用于形成貫穿隨后引入的介電材料的開口的蝕刻光闌，這在以下段落澄明。氮化硅一般被認為具有太高的介電常數(shù)，因此不適用作全PMD層。因此，在其中選擇氮化硅作為含氮層或膜170的實施方案中，氮化硅通過例如化學蒸氣沉積(CVD)而引入，成為用作蝕刻光闌的例如約20-200埃左右的薄膜。
圖2還給出了在將隔絕層或膜180合適地引入到含氮層或膜170上之后的圖1結(jié)構(gòu)。在一個實施方案中，隔絕層或膜180選擇為一種不會在隨后熱處理或退火過程中消耗含氮層或膜170中的氮的材料。另一方面，隔絕層或膜180選擇為一種具有能夠在現(xiàn)有技術(shù)器件密度下達到合適間隙填充標準的性能的材料。
適用于隔絕層或膜180的材料包括(但不限于)不含磷的介電材料。據(jù)信在回流或熱處理過程中，磷消耗氮。通過加入沒有磷的隔絕層或膜，可以控制在隨后熱處理過程中的氮消耗。隔絕層或膜180的代表性材料包括(但不限于)硼硅酸鹽玻璃(BSG)和未摻雜的硅酸鹽玻璃(USG)。BSG或USG都可作為例如低于約1000μm的薄膜而引入(其中隨后施用的層或膜是BPSG)。一種引入這些BSG或USG薄膜的方式是通過CVD工藝并在約30秒左右進行快速熱處理(RTP)。
圖3給出了在將含磷層或膜190引入到結(jié)構(gòu)上之后的圖2結(jié)構(gòu)。在一個實施方案中，含磷層或膜190是一種因其間隙填充性能而被選擇的介電材料，尤其在本文中，該材料構(gòu)成PMD層的一部分。磷的吸收性能也是需要的。一種適用于含磷層或膜190的材料是硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)。在一個實施方案中，對于現(xiàn)有技術(shù)集成電路結(jié)構(gòu)，含磷層或膜190合適地沉積至例如大于約2000埃的厚度。典型的引入技術(shù)是CVD。
為了提高PMD層(在圖3中表示為含氮層或膜170、隔絕層或膜180和含磷層或膜190)的間隙填充性能，結(jié)構(gòu)100可在引入PMD層之后進行熱處理或退火。在用于BPSG的RTP工藝中，在水蒸氣或氮氣的存在下，合適的退火或熱處理溫度大于700℃，例如830℃。
據(jù)信，在大于700℃下的退火或熱處理往往使含磷層或膜190中的磷活動。一方面，隔絕層或膜180還據(jù)信有效地減慢磷至含氮層或膜170中的氮的路徑。通過減慢該路徑，消耗較少的氮。關(guān)于此，含氮層或膜170的絕緣性能不會因氮消耗而消失。
圖1-3給出了PMD層或膜，它是含氮層或膜170、隔絕層或膜180和含磷層或膜190的一種聚集體?？梢岳斫?，聚集體的各層可保持為單個層，或尤其在隨后將這些材料暴露進行熱處理之后，以一種添加或反應(yīng)性方式結(jié)合。
圖4給出了在平面化含磷層或膜190以及形成和填充分別通向單個晶體管器件105和115的擴散或連接區(qū)的通道或開口之后的圖3結(jié)構(gòu)。在一個實施方案中，BPSG的含磷層或膜190的平面化通過本領(lǐng)域所稱的拋光(如，化學-機械拋光)而實現(xiàn)。通過例如用本領(lǐng)域已知的蝕刻化學進行蝕刻，通道或開口貫穿含磷層或膜190、隔絕層或膜180和含氮層或膜170而形成。在這方面，隔絕層或膜180的材料選擇可使得單個的蝕刻化學過程可用于形成貫穿含磷層或膜190以及隔絕層或膜180兩者的開口。另外，可以采用干蝕刻。
在PMD層中形成開口或通道之后，這些開口或通道可被導電材料填充。常規(guī)途徑是沿著開口或通道的側(cè)壁引入鈦粘附層，然后還是沿著側(cè)壁引入氮化鈦隔絕層。其余的開口或通道隨后用鎢填充。隨后引入例如鋁或銅材料(包括鋁或銅的合金)的互連210并在導電通道或開口之上在PMD層的表面195上構(gòu)圖。互連210的引入和構(gòu)圖可通過本領(lǐng)域已知的方式實現(xiàn)。
在以上段落中，描述了一種適用作PMD層的聚集體。在以PMD層描述的該聚集體中，含磷介電材料(如，BPSG)常結(jié)合含氮材料(如，Si3N4)使用。隔絕層或膜的存在往往降低一般在熱處理過程中出現(xiàn)在直接放置的含磷和含氮材料之間的氮消耗。但要理解，例如所述的聚集體可用于其中涉及在磷存在下的氮消耗的各種場合。這些場合包括(但不限于)金屬間介電層或膜。
在以上的詳細描述中，根據(jù)特定實施方案描述了一種方法和裝置。但顯然可以對其進行各種改進和變化而不背離在權(quán)利要求書中給出的本發(fā)明的較寬主旨和范圍。例如，在以上詳細描述中，根據(jù)集成電路結(jié)構(gòu)描述了該方法和裝置。這些結(jié)構(gòu)包括(但不限于)電學和光學結(jié)構(gòu)?？稍谄渖闲纬删奂w的基材可因此包括(但不限于)半導體、陶瓷、和玻璃基材或半導體、陶瓷和/或玻璃基材的組合。因此，說明書和附圖要看作說明性而非限定性的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在基材上形成一種具有在包含氮的第一介電層和包含磷的第二介電層之間的隔絕層的聚集體；和在形成所述聚集體之后，熱處理該基材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基材包括器件基底和至少一金屬層，且所述聚集體的引入包括在所述器件基底和所述至少一金屬層之間引入所述聚集體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基材包括非平面表面，且所述聚集體的引入包括直接在所述非平面表面上引入所述聚集體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述基材包括至少一個溝槽，且所述聚集體的引入包括在所述至少一個溝槽中引入所述聚集體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一介電層包含氮化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述隔絕層包含介電材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述隔絕層包含硼。
8.一種方法，包括在基材之上，直接在包含氮的第一介電層上引入隔絕層；直接在所述隔絕層上引入包含磷的第二介電層；和熱處理所述基材。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述基材包括器件基底和至少一金屬層，且所述第一介電層的引入包括在所述器件基底和所述至少一金屬層之間引入所述第一介電層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述基材包括非平面表面，且所述聚集體的引入包括直接在所述非平面表面上引入所述聚集體。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述基材包括至少一個溝槽，且所述聚集體的引入包括在所述至少一個溝槽中引入所述聚集體。
12.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述隔絕層包含介電材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述隔絕層包含硼。
14.一種裝置，包括基材；和具有在包含氮的第一介電材料和包含磷的第二介電材料之間的隔絕材料的聚集體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，其中所述基材包括器件基底和至少一金屬材料，且所述聚集體位于所述器件基底和所述至少一金屬材料之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的裝置，其中所述第一介電材料包含氮化硅。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的裝置，其中所述隔絕材料包含介電材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的裝置，其中所述隔絕材料包含硼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種方法,包括,在基材上形成在包含氮的第一介電層和包含磷的第二介電層之間具有隔絕層的聚集體,并在形成該聚集體之后,熱處理該基材。本發(fā)明公開了包括基材和在該基材上形成的聚集體的裝置,該聚集體包括在包含氮的第一介電層和包含磷的第二介電層之間的隔絕層。
文檔編號H01L21/314GK1372303SQ0210475
公開日2002年10月2日 申請日期2002年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月19日
發(fā)明者K·M·穆凱, S·察恩狄嵐 申請人:應(yīng)用材料有限公司