專利名稱：制造絕緣層和半導(dǎo)體器件的方法及由此形成的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件的絕緣層，特別涉及絕緣層如硼磷硅酸鹽(BPSG)層的形成。
用于形成該層的CVD工藝特性不僅影響目標層，而且對預(yù)先形成的下層和任何后來待形成的上層都有影響。因此，當形成目標層時，鑒于下層和待形成的上層的工藝特性，應(yīng)該充分考慮化學(xué)和物理特性。
通過向氧化物材料中摻雜磷得到的磷硅酸鹽玻璃(PSG)層和通過向氧化物材料中摻雜硼和磷得到的硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)層是用做保護表面或電絕緣導(dǎo)電層的絕緣層的原始層類型。這主要是由于這些層的優(yōu)異階梯覆蓋性。而且，PSG和BPSG層產(chǎn)生堿性離子，同時用做阻擋濕氣的擴散壁，并且用于形成該層的工藝可以很容易地在低溫狀態(tài)下進行。
然而，采用PSG和BPSG層也有缺點。由于這些層呈現(xiàn)流動性并在回流工藝期間用做擴散壁，因此這些層還用做向下層輸送濕氣的中間層。相應(yīng)地，在層由能被濕氣損壞的材料構(gòu)成或襯底由硅構(gòu)成的情況下，濕氣的傳送可能會引起嚴重的問題。因此，在形成PSG或BPSG層時，必須充分考慮使?jié)駳獾挠绊懡抵磷钚〉姆椒ā?br> 用于最小化濕氣的影響而形成PSG和BPSG絕緣層的方法的例子在美國專利US4,668,973(授予Dawson等人)、日本專利公開No.昭59-222945、日本專利公開No.平1-122139和日本專利公開No.平8-17926中公開了。
在美國專利US4,668,973中，PSG層是通過在襯底上形成氮化硅層之后在氮化硅層上摻雜7％或更少的磷形成的。因而，盡管PSG層已經(jīng)被回流，氮化硅層也可以防止?jié)駳鉂B入襯底。另外，即使在PSG層上形成窗口，由于襯底借助氮化硅層而沒有直接暴露，因此還可以防止襯底被氧化。
在日本專利公開No.昭59-222945中，在襯底上形成氮化硅層，然后在氮化硅層上形成BPSG層。氮化硅層可防止?jié)駳鉂B入甚至BPSG層已經(jīng)被回流的襯底中。因此防止了因襯底直接暴露而被氧化。
在日本專利公開No.平1-122139中，連續(xù)在襯底和柵極上形成氮化硅層，然后形成含有硼的PSG層。氮化硅層用于防止?jié)駳鉂B入甚至PSG層已經(jīng)被回流的襯底或柵極中。
在日本專利公開No.平8-17926中，在多晶硅層上形成氧化硅層，然后在氧化硅層上形成BPSG層。因此，即使BPSG已經(jīng)被回流，該氧化硅層也可防止?jié)駳鉂B入多晶硅層或襯底。
通過這種方式，當形成PSG層或BPSG層時，通過在下層氮化硅層上形成PSG或BPSG層，可以使?jié)駳庥绊懽钚』?。而且，氮化硅層可防止下層或襯底被刻蝕損傷，例如在構(gòu)圖一部分絕緣層并刻蝕形成窗口時。
當制造具有由微小窗口或柵極形成的升高區(qū)域和凹入?yún)^(qū)域的半導(dǎo)體器件時，必須充分考慮將BPSG絕緣層流入和/或填充到窗口的凹入?yún)^(qū)域或柵極中和/或上。因此，采用使用原硅酸四乙酯(TEOS)、硼酸三乙酯(TEB)、磷酸三乙酯(TEPO)、氧氣和臭氧氣體的化學(xué)汽相淀積形成BPSG層。
如上所述，首先形成氮化硅層，然后形成BPSG層，以便防止由于濕氣的滲入和刻蝕造成的損傷并獲得充分的填充特性。
BPSG層如下形成。首先，采用氧氣體制備容易形成BPSG層的氧化氣氛。采用TEOS和氧氣在氮化硅刻蝕停止層上形成第一籽晶層之后，采用TEB、TEPO、TEOS和氧氣在第一籽晶層上形成第二籽晶層。第一和第二籽晶層的構(gòu)成決定添加到BPSG層中的硼和磷的量。接著，采用TEB、TEPO、TEOS和臭氧氣體在包括第一和第二籽晶層的刻蝕停止層上形成BPSG層。此時，由于用TEPO形成第二籽晶層，因此BPSG層形成有相對大量的磷。
然后利用氮氣回流BPSG層，以使BPSG層的表面平面化，同時盡力用升高區(qū)域和凹入?yún)^(qū)域當中的BPSG絕緣層充分填充凹入?yún)^(qū)域。
然而，如果在利用氮的該回流工藝期間BPSG層不具有充分的流動性，則BPSG層將不會充分地流入和/或填充到窗口的凹入?yún)^(qū)域或柵極中和/或上，因而，產(chǎn)生空隙。因此，有時采用氧氣和氫氣代替氮氣以回流BPSG層，以便最小化空隙的產(chǎn)生。
然而，當BPSG層已經(jīng)利用氧氣和氫氣回流時，BPSG層下面的刻蝕停止層的厚度減小了。這是因為由確定該層中磷量的磷酸三乙酯(TEPO)與氧氣和氫氣之間的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了磷酸H3PO4，并且在進行回流時磷酸腐蝕了該刻蝕停止層。
基于在回流工藝之前和之后的刻蝕停止層的透射電子顯微(TEM)分析，發(fā)現(xiàn)刻蝕停止層的厚度在采用氧和氫氣回流BPSG層之后減小了30％。而且，基于俄歇電子能譜分析技術(shù)(AES)分析，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成刻蝕停止層的氧化材材料在回流之后比回流之前增加了約0.2倍。這樣，確信通過回流工藝和由此進行的氧化工序可減小刻蝕停止層的厚度。
因而，當在回流之后刻蝕BPSG層形成具有窗口的BPSG層圖形時，刻蝕停止層不能適當?shù)乜刂瓶涛g工藝。因而，露出刻蝕停止層下面的襯底，或者甚至刻蝕襯底本身。在需要精細圖形如自對準接觸的半導(dǎo)體器件制造工藝中，刻蝕停止層厚度的減小可防止產(chǎn)生在柵極之間的充分肩狀物邊界。
相比之下，由于BPSG層不具有足夠的流動性，即使采用含有相對大量硼的BPSG層而不是采用含有相對大量磷的PSG層時，BPSG層也不會被填充到凹入?yún)^(qū)域中，并且產(chǎn)生空隙。而且，由于BPSG層具有各向同性刻蝕特性，因此形成的刻蝕窗口比預(yù)定臨界尺寸CD大。因此，在填充窗口的后續(xù)工藝中，窗口沒有被充分填充并產(chǎn)生空隙。這是因為形成的窗口具有大于預(yù)定CD的尺寸，然而，用CD進行窗口的填充只是參考而已。
如上所述，由于不能控制添加到BPSG層中的磷和硼的量，下層刻蝕停止層的厚度減小了，或者刻蝕停止層具有各向同性刻蝕特性，由此降低了半導(dǎo)體器件制造方法的可靠性。
介紹通過精確控制磷和硼的量而基本上沒有特性改變的BPSG層的制造方法的專利申請由某發(fā)明人(并且具有共同代理人)在2001年3月8日以序列號09/800892向美國專利局提出申請，題目為“絕緣層、半導(dǎo)體器件及其制造方法”。
根據(jù)在該｀892專利申請中公開的方法，即使利用氫氣和氧氣回流BPSG層，刻蝕停止層的厚度的減小被最小化，并且通過適當控制BPSG層中的磷和硼的量實現(xiàn)了充分填充效果和各向異性刻蝕特性。


圖1是表示具有通過相似但是不連續(xù)的裝置制造的共同部件的實驗BPSG層的曲線。除了一個例子之外，進行BPSG層的回流之后，刻蝕停止層的厚度減小范圍從約25埃到約45埃?，F(xiàn)正在努力希望通過用于進行化學(xué)汽相淀積工藝的相似但不連續(xù)的裝置進一步提高刻蝕停止層厚度減小的再現(xiàn)性。
本發(fā)明的另一目的是提供一種半導(dǎo)體器件和制造包括具有影響下層的基本上相同特性的絕緣層的半導(dǎo)體器件的方法，并且與用于制造絕緣層的特定裝置無關(guān)。
為實現(xiàn)這些和其它目的，本發(fā)明提供制造絕緣層的方法，包括首先在處理室內(nèi)產(chǎn)生處理氣氛，然后在處理內(nèi)的襯底上形成流體絕緣層。
處理氣氛是通過以下步驟產(chǎn)生的(a)以氧化氣體流量流入氧化氣體，用于形成氧化氣氛，(b)以第一載氣流量流入第一載氣，(c)以第二載氣流量流入第二載氣，第二載氣流量大于第一載氣流量。
在定位在處理室中的襯底上通過以下步驟形成流體絕緣層(d)以氧化氣體流量流入氧化氣體，(e)以第一載氣流量流入第一載氣，同時載有以第一雜質(zhì)流量流入的包括硼的第一雜質(zhì)，(f)以第二載氣流量流入第二載氣，同時載有以第二雜質(zhì)流量流入的包括磷的第二雜質(zhì)，第二載氣流量大于第一載氣流量，和(g)以硅源流量流入硅源材料。
氧化氣體選自由氧氣、臭氧氣體及其混合氣體構(gòu)成的組的一種，第一載氣是氮氣，第二載氣是氦氣，硅源材料是原硅酸四乙酯(TEOS)，第一雜質(zhì)是選自由硼酸三乙酯(TEB)、硼酸三甲酯(TMB)、及其混合物構(gòu)成的組中的一種，第二雜質(zhì)是選自由磷酸三乙酯(TEPO)、磷酸三甲酯(TMPO)及其混合物構(gòu)成的組中的一種。
對于處理氣氛，氧化氣體流量、第一載氣流量和第二載氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1，優(yōu)選第二載氣流量至少為4,000sccm。
對于流體絕緣層，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量、硅源流量、第一雜質(zhì)流量和第二雜質(zhì)流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，優(yōu)選第二載氣流量至少為4,000sccm。流體絕緣層可以在其形成之后被回流。
可以在形成流體絕緣層之前在襯底上形成刻蝕停止層，并且可以在刻蝕停止層和流體絕緣層之間置入非摻雜流體絕緣層。
對于非摻雜流體絕緣層，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量和硅源流量之比約為2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25，優(yōu)選第二載氣流量至少為4,000sccm。
在另一方案中，本發(fā)明提供包括襯底的半導(dǎo)體器件，襯底包括形成在其上部的柵極、及形成在柵極兩側(cè)的下部的源和漏。
在襯底和柵極上連續(xù)形成絕緣層，該絕緣層是如下形成的(a)以氧化氣體流量流入氧化氣體，(b)以第一載氣流量流入第一載氣，同時載有以第一雜質(zhì)流量流入的包括硼的第一雜質(zhì)，(c)以第二載氣流量流入第二載氣，同時載有以第二雜質(zhì)流量流入的包括磷的第二雜質(zhì)，(d)以硅源流量流入硅源材料。
對于絕緣層成分，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量、硅源流量、第一雜質(zhì)流量和第二雜質(zhì)流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，并且其中第二載氣的流量優(yōu)選至少為4,000sccm。
氧化氣體選自由氧氣、臭氧氣體及其混合氣體構(gòu)成的組中的一種，第一載氣是氮氣，第二載氣是氦氣，硅源材料是原硅酸四乙酯(TEOS)，第一雜質(zhì)是選自由硼酸三乙酯(TEB)、硼酸三甲酯TMB)、及其混合物構(gòu)成的組中的一種，第二雜質(zhì)是選自由磷酸三乙酯(TEPO)、磷酸三甲酯(TMPO)及其混合物構(gòu)成的組中的一種。
半導(dǎo)體器件還可以具有形成在襯底上并位于絕緣層下面的刻蝕停止層。此外，半導(dǎo)體器件還可以包括介于刻蝕停止層和絕緣層之間的非摻雜絕緣層。
對于非摻雜絕緣層成分，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量和硅源流量之比約為2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25。
根據(jù)本發(fā)明，確信通過多個類似裝置可以再現(xiàn)絕緣層的特性。而且，在進行自對準接觸工藝時和形成設(shè)計規(guī)則為0.15μm或更小的精細圖形時，可以采用該絕緣層。
圖1是表示在用常規(guī)方法制造的BPSG層回流之后刻蝕停止層的厚度減小的曲線；圖2A-2C是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例制造絕緣層的方法截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例用于制造絕緣層的裝置的側(cè)視剖面圖；圖4是在圖3所示的裝置中反應(yīng)氣體的混合工藝的示意圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施例對用于制造絕緣層的處理氣體和材料分類的曲線；圖6A-6D是根據(jù)本發(fā)明第二實施例制造絕緣層的方法的截面圖；圖7是對用于制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的絕緣層提供的處理氣體和材料分類的曲線；圖8A-8D是根據(jù)本發(fā)明第三實施例制造絕緣層的方法的截面圖；圖9和10是表示根據(jù)載氣的流量刻蝕停止層的厚度減小的曲線；圖11A-11E是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例制造絕緣層的方法的截面圖；圖12A-12E是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖；和圖13是根據(jù)本發(fā)明的第六實施例制造的半導(dǎo)體器件的截面圖。
圖2A-2C是用于說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例制造絕緣層的方法的截面圖。通常，在圖2A中，提供硅襯底20。然后在襯底20上形成BPSG層，作為流體絕緣層22，如圖2B所示。在圖2C中，在高溫下同時輸送氧氣和氫氣回流BPSG層22，以平面化表面并形成平面化BPSG層22a。將在后面給出絕緣層和工藝特性的詳細說明。
圖3是用于制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的絕緣層的裝置的側(cè)視剖面圖。
參見圖3，處理室30含有支撐襯底20的工作臺200。在工作臺200內(nèi)，提供加熱部件(未示出)，以便在形成絕緣層期間加熱襯底20。此外，常規(guī)提升部件與工作臺200連通，以便在形成絕緣層期間向上和向下移動襯底20。由于襯底和處理氣體之間的間隙影響絕緣層22的均勻性，因此對于每個工藝步驟都要精確控制襯底20的上下定位。
氣體輸送管210a和210b為每個工藝步驟輸送反應(yīng)氣體，并在氣體輸送管210a和210b的端部提供氣體混合室220，用于混合由此輸送的反應(yīng)氣體。
圖4是圖3中所示的反應(yīng)氣體混合室220的示意圖。參見圖4，氣體混合室220與氣體輸送管210a和210b連接。首先將反應(yīng)氣體輸送到氣體混合室220并在氣體混合室220混合，之后被輸送到處理室30。
再參見圖3，安裝板230，用于將氣體混合室220提供的反應(yīng)氣體均勻輸送到處理室30中的襯底20上。板230含有通孔或孔，用于通過該孔向襯底20均勻提供混合氣體。
現(xiàn)在將更詳細地介紹利用圖3的淀積裝置制造絕緣層22的方法。此外，圖5的曲線表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例在制造絕緣層期間提供的處理氣體和材料。
參照圖3和圖5，襯底20設(shè)置在處理室30中。然后，向處理室30內(nèi)提供含有流量為約4500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣的混合氣體，以便在處理室30內(nèi)產(chǎn)生或形成氣體氣氛。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1，并且氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
在該處理期間，其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持在約500密耳(1密耳＝25μm)。形成氣體氣氛是保證待形成在襯底20上的流體絕緣層22的均勻性的第一步。
將形成氣體氣氛的該步驟控制在不超過五秒的時間周期內(nèi)。如果氣體氣氛的形成進行超過給定時間周期(例如，超過5秒)，認為將產(chǎn)生處理錯誤。
形成氣體氣氛之后，將氧氣流量增加到約9500sccm，而氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)保持不變，并且這些氣體都經(jīng)過混合室220被輸送到處理室30。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
然后利用與處理室30相連的排氣系統(tǒng)(未示出)在處理室30中形成處理增壓氣氛。在處理室30中形成增壓氣氛的該步驟在一定時間周期內(nèi)被控制在預(yù)定壓力。最大控制時間是60秒，最小壓力為160乇。如果在處理室30中形成的增壓氣氛進行超過60秒或下降到160乇以下，則判定會產(chǎn)生處理錯誤。其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持為約500密耳。此外，處理室30中的溫度保持在約480℃。
形成增壓氣氛之后，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)，并提供到處理室30，然后停止排氣處理，以便穩(wěn)定處理增壓氣氛。將該穩(wěn)定步驟控制在不超過15秒的時間周期內(nèi)。如果穩(wěn)定氣氛的形成進行超過15秒，則被判斷是處理錯誤。其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，而處理室30中的溫度保持在約480℃。
完成形成氣體氣氛、形成增壓氣氛和穩(wěn)定的各步驟之后，開始形成BPSG絕緣層的步驟。
在形成BPSG絕緣層的步驟期間，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)并提供到處理室30。此外，向處理室30中提供流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)、流量為約170sccm的硼酸三乙酯(TEB)、流量為約55sccm的磷酸三乙酯(TEPO)。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量、TEOS流量、TEB流量和TEPO流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
結(jié)果是，在處理室30中的襯底20上形成作為流體絕緣層22的BPSG層。此時，將BPSG層的形成控制在不超過15秒的時間周期內(nèi)。如果BPSG層的形成進行超過15秒，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，而處理室30中的溫度保持在約480℃。此外，控制處理以形成厚度為約8000-約10000埃的BPSG層22。
這里，當形成BPSG層時，優(yōu)選用原硅酸四乙酯(TEOS)做硅源材料，硼酸三乙酯(TEB)可用做硼源材料。TEOS和TEB可以在不產(chǎn)生任何副產(chǎn)品的情況下混合，并且混合物是熱穩(wěn)定的，使TEB作為很好的硼源材料?；蛘?，硼酸三乙酯(TEB)和硼酸三甲酯(TMB)的混合物可用做硼源材料。氮氣可用做硼源材料的載氣，并控制硼源材料的濃度。
TEOS是用于通過化學(xué)汽相淀積法形成流體絕緣層的最佳硅源材料。TEOS產(chǎn)生比硅烷小的顆粒并在操縱特性上更有利。
當形成BPSG層時，磷酸三乙酯(TEPO)可以用做磷源材料，并且與磷化氫(PH3)相比是最佳的磷源材料?；蛘?，磷酸三乙酯(TEPO)和磷酸三甲酯(TMPO)的混合物也可用做磷源材料。氦氣用做磷源材料的載氣。并控制磷源材料的濃度。
注意在每個步驟中，氧氣具有最大流量，氦氣的流量比氮氣的流量高。
可以通過控制作為硼源的TEB和作為磷源的TEPO的流量來形成包括約5.5％重量硼和約3.0％重量磷的BPSG層。
作為流體絕緣層22的BPSG層的制造工藝的再現(xiàn)性可以通過控制載氣、氮氣和氦氣的流量來充分實現(xiàn)。即，在利用具有相同部件的多個類似裝置制造BPSG層時，可以得到具有基本上相同特性的BPSG層。
在高溫下同時輸送氧氣和氫氣回流該流體絕緣層22(如圖2C所示)，以平面化流體絕緣層的表面，形成平面化BPSG層22a。相應(yīng)地，通過實施上述工藝可以充分實現(xiàn)作為流體絕緣層22的BPSG層的再現(xiàn)性。
圖6A-6D是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例制造絕緣層的方法的截面圖。圖7是對為根據(jù)本發(fā)明第二實施例制造絕緣層提供的處理氣體和材料分類的曲線。對于制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的絕緣層，采用具有與圖3和4中所示的相同部件的裝置。
參見圖6A，將襯底60設(shè)置在處理室30中。然后，向處理室30內(nèi)提供流量為約4500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣，以便在處理室30內(nèi)產(chǎn)生或形成氣體氣氛。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1，并且氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
將形成氣體氣氛的該步驟控制在不超過五秒的時間周期內(nèi)。如果氣體氣氛的形成進行五秒或更長，認為將產(chǎn)生處理錯誤。在該處理期間，其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持約500密耳。
形成氣體氣氛之后，氧氣流量增加到約9500sccm，而氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)保持不變，并且所有這些氣體都提供給處理室30。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
然后利用與處理室30相連的排氣系統(tǒng)(未示出)在處理室30中形成處理增壓氣氛。在處理室30中形成增壓氣氛的該步驟在一定時間周期內(nèi)被控制在預(yù)定壓力。最大控制時間是60秒，最小壓力為160乇。如果在處理室30中形成的增壓氣氛進行超過60秒或下降到160乇以下，則判定會產(chǎn)生處理錯誤。其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持為約500密耳。此外，處理室30中的溫度保持在約480℃。
形成增壓氣氛之后，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)，并提供給處理室30，然后停止排氣處理，以便穩(wěn)定化處理增壓氣氛。該穩(wěn)定化步驟在不超過15秒的時間周期內(nèi)被控制。如果穩(wěn)定化氣氛的形成進行超過15秒，則被認為是處理錯誤。其上設(shè)置襯底60的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，而處理室30中的溫度保持在約480℃。
參照圖6B，完成形成氣體氣氛、形成增壓氣氛和穩(wěn)定化的步驟之后，在襯底60上形成下部流體絕緣層64。下部流體絕緣層64不摻雜并在圖3和4的裝置中按如下條件形成。
流量為約9500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣提供給處理室30。此外，向處理室30輸送流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)，作為硅源，在襯底60上形成非摻雜下部流體絕緣層64。換言之，氧氣流量、氮氣流量、氦氣流量和TEOS流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
將形成非摻雜下部流體絕緣層64的該步驟控制在不超過3秒的時間周期內(nèi)，如果該步驟進行3秒或更長，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底60的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳。此外，處理室30中的溫度保持在約480℃。另外，控制該處理220密耳以形成厚度為約30-約50埃的下部流體絕緣層64。
參見圖6C，在非摻雜下部流體絕緣層64上形成上部流體絕緣層62。為形成上部流體絕緣層62，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)并提供給處理室30。此外，給處理室30提供流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)、流量為約170sccm的硼酸三乙酯(TEB)和流量為約55sccm的磷酸三乙酯(TEPO)。換言之，氧氣流量、氮氣流量、氦氣流量、TEOS流量、TEB流量和TEPO流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
結(jié)果是，在非摻雜下部流體絕緣層64上形成作為上部流體絕緣層62的BPSG層。此時，控制上部流體絕緣層62的形成時間周期不超過15秒。如果上部流體絕緣層62的形成進行15秒以上，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底60的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，并且處理室30中的溫度保持在約480℃。另外，控制該處理220密耳以形成厚度為約8000-約10000埃的上部流體絕緣層62。
這里，氧氣、氮氣、氦氣、原硅酸四乙酯(TEOS)、硼酸三乙酯(TEB)和磷酸三乙酯(TEPO)的功能和反應(yīng)與第一實施例中所述的基本上相同。此外，分別對于硼酸三乙酯和磷酸三乙酯，即TMB和TMPO的替代物也是相同的。注意在每個步驟中，氧氣具有最高流量，氦氣的流量比氮氣的流量高。
在第二實施例中，非摻雜下部流體絕緣層64用做緩沖層并使BPSG層特性的任何改變最小化。
通過控制作為硼源輸送的硼酸三乙酯(TEB)和作為磷源輸送的磷酸三乙酯(TEPO)的流量，可以形成包含約5.5％重量硼和約3.0％重量磷的BPSG層(上部流體絕緣層62)。通過控制載氣、氮氣和氦氣的流量可以充分實現(xiàn)作為流體絕緣層62的BPSG層的制造工藝的再現(xiàn)性。因而，在利用具有相同部件的多個類似裝置制造上部流體絕緣層62時，可以得到具有基本上相同特性的上部流體絕緣層62。
參見圖6D，在高溫下同時輸送氧氣和氫氣回流上部流體絕緣層62，以便平面化表面和形成平面化BPSG層62a。此時，在利用具有相同部件的多個類似裝置制造上部流體絕緣層62時，可得到在進行回流處理之后具有相同特性變化的上部流體絕緣層62。因而，通過進行上述工藝可充分實現(xiàn)作為上部流體絕緣層62的BPSG層的再現(xiàn)性。
圖8A-8D是用于說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例制造絕緣層的方法的截面圖。
在圖8A中，提供由硅材料制成的襯底80。在圖8B中，在襯底80上形成刻蝕停止層84?？涛g停止層84可防止襯底80被后來的刻蝕處理損傷。此外，刻蝕停止層84還防止在后來構(gòu)圖處理期間露出的襯底被氧化。還可以防止產(chǎn)生的潮氣透過流體絕緣層并滲入襯底。該潮氣是在回流流體絕緣層時產(chǎn)生的?？涛g停止層84形成至約60-150埃厚，并且一般由通過化學(xué)汽相淀積法形成的氮化硅構(gòu)成。
參見圖8C，在刻蝕停止層84上形成作為流體絕緣層82的BPSG層。形成BPSG層的工藝將在下面詳細說明，并且與第一實施例的流體絕緣層22的說明相似。
首先，將其上形成刻蝕停止層84的襯底80設(shè)置在處理室30中。然后，向處理室30內(nèi)提供流量為約4500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣，以便在處理室30內(nèi)產(chǎn)生或形成氣體氣氛。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1，并且氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
在該處理期間，其上設(shè)置襯底80的工作臺200和板230之間的距離保持約500密耳。氣體氣氛的形成是保證要在刻蝕停止層84上形成的流體絕緣層82的均勻性的第一步。
將形成氣體氣氛的該步驟控制在不超過五秒的時間周期內(nèi)。如果氣體氣氛的形成進行五秒或更長，認為將產(chǎn)生處理錯誤。
形成氣體氣氛之后，氧氣流量增加到約9500sccm，而氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)保持不變，并且所有這些氣體都提供給處理室30。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
然后利用與處理室30相連的排氣系統(tǒng)(未示出)在處理室30中形成處理增壓氣氛。在處理室30中形成增壓氣氛的該步驟在一定時間周期內(nèi)被控制在預(yù)定壓力。最大控制時間是60秒，最小壓力為160乇。如果在處理室30中形成的增壓氣氛進行超過60秒或下降到160乇以下，則判定會產(chǎn)生處理錯誤。其上設(shè)置襯底80的工作臺200和板230之間的距離保持為約500密耳。此外，處理室30中的溫度保持在約480℃。
形成增壓氣氛之后，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)，并提供給處理室30，然后停止排氣處理，以便穩(wěn)定化處理增壓氣氛。將該穩(wěn)定化步驟控制在不超過15秒的時間周期內(nèi)。如果穩(wěn)定化氣氛的形成進行超過15秒，則被認為是處理錯誤。其上設(shè)置襯底80的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，而處理室30中的溫度保持在約480℃。
完成形成氣體氣氛、形成增壓氣氛和穩(wěn)定化的步驟之后，可以開始形成流體絕緣層82的步驟。
在形成流體絕緣層的步驟期間，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)并提供給處理室30。此外，將流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)、流量為約170sccm的硼酸三乙酯(TEB)和流量為約55sccm的磷酸三乙酯(TEPO)提供給處理室30。換言之，氧氣流量、氮氣流量、氦氣流量、TEOS流量、TEB流量和TEPO流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
結(jié)果是，在處理室30中在刻蝕停止層84上形成作為流體絕緣層82的BPSG層。此時，控制流體絕緣層82的形成時間周期不超過15秒。如果流體絕緣層82的形成進行15秒以上，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底80的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，并且處理室30中的溫度保持在約480℃。另外，控制該處理以形成厚度為約8000-約10000埃的流體絕緣層82。
在根據(jù)第三實施例形成絕緣層82期間提供的氣體和材料的類別具有與第一實施例基本上相同的性質(zhì)。這里，氧氣、氮氣、氦氣、原硅酸四乙酯(TEOS)、硼酸三乙酯(TEB)和磷酸三乙酯(TEPO)的功能和反應(yīng)基本上與第一實施例所述的相同。此外，分別對于硼酸三乙酯和磷酸三乙酯，即TMB和TMPO的替代物也是相同的。注意，在每個步驟中，氧氣具有最高流量，氦氣的流量比氮氣的流量高。
通過控制作為硼源輸送的硼酸三乙酯和作為磷源輸送的磷酸三乙酯的流量可以形成含有約5.5％重量硼和3.0％重量磷的流體絕緣層82。通過控制載氣、氮氣和氦氣的流量可以充分實現(xiàn)作為流體絕緣層82的BPSG層的制造工藝的再現(xiàn)性。即，在利用具有相同部件的多個類似裝置制造BPSG層時，可獲得具有基本上相同特性的BPSG層。
參見圖8D，在高溫下同時輸送氧氣和氫氣回流該流體絕緣層82以平面化表面，形成平面化BPSG層82a。因而，當利用具有相同部件的多個類似裝置制造BPSG層時，可得到在回流工藝之后具有基本上相同特性的BPSG層。相應(yīng)地，通過進行上述工藝可以充分實現(xiàn)作為流體絕緣層82的BPSG層的再現(xiàn)性。
圖9和10是表示在根據(jù)本發(fā)明第三實施例進行回流工藝之后參照載氣的各種流量的刻蝕停止層的厚度減小的曲線。
圖9中的曲線是在改變作為用于控制磷濃度的載氣的氦氣的流量時，同時提供作為用于控制硼濃度的流量為2000sccm的載氣的氮氣，通過確定刻蝕停止層的厚度的減小來獲得的。刻蝕停止層的厚度的減小是通過在進行BPSG層的回流之前和之后測量刻蝕停止層的厚度確定的，并且兩次測量值之間的差值示于圖9中。BPSG層是通過利用具有相同部件的兩個分立但等效的裝置進行與第三實施例中所述相同的工藝形成的。
在圖9中，由符號“■”表示的曲線對應(yīng)于利用裝置#1形成BPSG層的情況，由符號“●”表示的曲線對應(yīng)于利用裝置#2形成BPSG層的情況。參照圖9，通過改變作為控制磷濃度的載氣的氦氣的流量，同時提供流量為2000sccm的作為控制硼濃度的載氣的氮氣，可以看到，刻蝕停止層的厚度的減小根據(jù)使用的特殊裝置而偏離，這是不希望的結(jié)果。
圖10中的曲線是在改變作為控制磷濃度的載氣的氦氣的流量，同時提供流量為3000sccm的作為控制硼濃度的載氣的氮氣，通過確定刻蝕停止層厚度的減小得到的?？涛g停止層厚度的減小是在通過進行BPSG層的回流之前和之后測量刻蝕停止層的厚度確定的，如前所述，并且兩次測量值之間的差值示于圖10中。BPSG層是通過利用具有相同部件的兩個分立但等效裝置進行與第三實施例中所述相同的工藝形成的。
圖10中，由符號“■”表示的曲線對應(yīng)于利用裝置#1形成BPSG層的情況，由符號“●”表示的曲線對應(yīng)于利用裝置#2形成BPSG層的情況。參照圖10，通過改變作為控制磷濃度的載氣的氦氣的流量，同時提供流量為3000sccm的作為控制硼濃度的載氣的氮氣，可以看到，刻蝕停止層的厚度的減小仍然根據(jù)使用的特殊裝置而偏離，只是在氦氣的流量為約4000sccm時，觀察到刻蝕停止層的厚度沒有偏離。還應(yīng)當注意，當氦氣的流量為2000sccm時，刻蝕停止層的厚度正好稍微減小。
如圖10確認的，可以實現(xiàn)具有基本上相同特性的BPSG層，即使利用不同裝置，只要氮氣流量為3000sccm和氦氣流量為2000sccm或4000sccm即可。因而，可以充分實現(xiàn)制造BPSG層的再現(xiàn)性。
雖然圖10表示的是利用第三實施例的工藝形成的BPSG層，但是當?shù)獨饩哂?000sccm的流量和氦氣具有2000sccm或4000sccm的流量時，在進行第一和第二實施例時同樣可獲得具有基本上相同特性的BPSG層。因此，利用所有上述實施例，可以獲得具有充分好的填充效果和各向同性刻蝕特性的流體絕緣層。在進行回流之后，流體絕緣層下面的刻蝕停止層的厚度的減小在幾埃()范圍內(nèi)。此外，利用具有相同部件的分離但類似裝置可以有利地形成具有基本上相同特性的流體絕緣層。
圖11A-11E是用于說明根據(jù)本發(fā)明第四實施例制造絕緣層的方法的截面圖。
參見圖11A，提供由硅材料制成的襯底110。在圖11B中，在襯底110上形成刻蝕停止層113?？涛g停止層113形成至約60-150埃的厚度，并且一般是由通過化學(xué)汽相淀積法形成的氮化硅構(gòu)成的。
根據(jù)本發(fā)明第四實施例的絕緣層的制造工藝是利用具有與圖3和4相同的部件的裝置進行的。參見圖11C，將其上形成刻蝕停止層113的襯底110設(shè)置在處理室30中。然后，向處理室30內(nèi)提供流量為約4500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣，由此在處理室30內(nèi)形成氣體氣氛。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1，并且氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
將形成氣體氣氛的該步驟控制在不超過五秒的時間周期內(nèi)。如果氣體氣氛的形成進行五秒或更長，認為是處理錯誤。在該處理期間，其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持約500密耳。
形成氣體氣氛之后，氧氣流量增加到約9500sccm，而氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)保持不變，并且所有這些氣體都提供給處理室30。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
然后利用與處理室30相連的排氣系統(tǒng)(未示出)在處理室30中形成處理增壓氣氛。在處理室30中形成增壓氣氛的該步驟在一定時間周期內(nèi)被控制在預(yù)定壓力。最大控制時間是60秒，最小壓力為160乇。如果在處理室30中形成增壓氣氛進行超過60秒或下降到160乇以下，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持為約500密耳。此外，處理室30中的溫度保持在約480℃。
形成增壓氣氛之后，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)，并提供給處理室30，然后停止排氣處理，以便穩(wěn)定化處理增壓氣氛。該穩(wěn)定化步驟被控制在不超過15秒的時間周期內(nèi)。如果穩(wěn)定化氣氛的形成進行超過15秒，則被認為是處理錯誤。其上設(shè)置襯底20的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，而處理室30中的溫度保持在約480℃。
完成形成氣體氣氛、形成增壓氣氛和穩(wěn)定化的步驟之后，在刻蝕停止層113上形成流體絕緣層115。流體絕緣層115不被摻雜并在圖3和4的裝置中按如下條件形成。
給處理室30提供流量為約9500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣。此外，向處理室30提供流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)，作為硅源，并且在刻蝕停止層113上形成非摻雜流體絕緣層115。換言之，氧氣流量、氮氣流量、氦氣流量和TEOS流量之比為2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15∶0.25，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
將形成非摻雜流體絕緣層115的該步驟控制在不超過3秒的時間周期內(nèi)，如果該步驟進行3秒或更長時間，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底110的工作臺200和板230之間的距離保持約220密耳。此外，處理室30內(nèi)的溫度保持在約480℃。另外，控制該處理220密耳以形成厚度為約30-約50埃的非摻雜流體絕緣層115。
參見圖11D，根據(jù)下列工藝在非摻雜流體絕緣層115上形成BPSG層112。在形成BPSG層112的該步驟期間，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)，并提供給處理室30。此外，向處理室30提供流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)、流量為約170sccm的硼酸三乙酯(TEB)和流量為約55sccm的磷酸三乙酯(TEPO)。換言之，氧氣流量、氮氣流量、氦氣流量、TEOS流量、TEB流量和TEPO流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
結(jié)果是，在處理室30中在非摻雜流體絕緣層115上形成BPSG層112。此時，控制BPSG層112的形成時間周期不超過15秒。如果BPSG層112的形成進行15秒以上，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底110的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，并且處理室30中的溫度保持在約480℃。另外，控制該處理220密耳以形成厚度為約8000-約10000埃的BPSG層112。
在根據(jù)第四實施例形成BPSG層112期間提供的氣體和材料的類別具有與第一實施例基本上相同的構(gòu)成。這里，氧氣、氮氣、氦氣、原硅酸四乙酯(TEOS)、硼酸三乙酯(TEB)和磷酸三乙酯(TEPO)的功能和反應(yīng)基本上與第一實施例所述的相同。此外，分別對于硼酸三乙酯和磷酸三乙酯，即TMB和TMPO的替代物也是相同的。注意，在每個步驟中，氧氣具有最高流量，氦氣的流量比氮氣的流量高。
參見圖11E，在高溫下同時輸送氧氣和氫氣回流BPSG層112，以平面化表面，形成平面化BPSG層112a。因而，當利用具有相同部件的多個分離但類似裝置制造BPSG層時，可得到在回流工藝之后具有基本上相同特性的BPSG層。相應(yīng)地，通過進行上述工藝可以充分實現(xiàn)BPSG層的再現(xiàn)性。
通過上述實施例制造的絕緣層可適用于具有0.15μm或以下設(shè)計規(guī)則的半導(dǎo)體器件。即，該BPSG層可用做用于制造自對準接觸孔或用于制造中間絕緣層如金屬間絕緣層(IMD)或?qū)娱g絕緣層(ILD)等的流體絕緣層。
圖12A-12E是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第五實施例制造半導(dǎo)體器件的方法的截面圖。
參見圖12A，在其上已形成源和漏122的襯底120上形成柵極124。源和漏122是通過向襯底120摻雜雜質(zhì)形成的，柵極124是通過依次形成多晶硅層和硅化鎢層并進行常規(guī)光刻工藝形成的。
參見圖12B，在襯底120和柵極124上形成由氮化硅構(gòu)成的刻蝕停止層126。刻蝕停止層126是通過化學(xué)汽相淀積法形成至厚度為約60-150埃。該氮化硅層防止襯底120被后來的刻蝕工藝損傷，并防止由于露出襯底120而使襯底120被氧化。而且，刻蝕停止層126可防止在回流工藝期間潮氣滲入襯底120。
參見圖12C，在刻蝕停止層126上形成BPSG層128，作為流體絕緣層。此時，形成的BPSG層128包括約5.5％重量的硼和約3.0％重量的磷。BPSG層128的厚度為約9500埃。
下面將詳細介紹作為流體絕緣層的BPSG層128的制造工藝。該流體絕緣層是利用具有與圖3和4相同的部件的裝置形成的。
首先，在處理室30中設(shè)置其上已形成刻蝕停止層126的襯底120。然后，向處理室30內(nèi)提供流量為約4500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣，由此在處理室30內(nèi)產(chǎn)生或形成氣體氣氛。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1，并且氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
在該處理期間，其上設(shè)置襯底120的工作臺200和板230之間的距離保持約500密耳。形成氣體氣氛是保證待形成在刻蝕停止層126上的流體絕緣層的均勻性的第一步。
將形成氣體氣氛的該步驟控制在不超過五秒的時間周期內(nèi)。如果氣體氣氛的形成進行五秒或更長，認為是處理錯誤。
形成氣體氣氛之后，氧氣流量增加到約9500sccm，而氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)保持不變，并且所有這些氣體都提供給處理室30。換言之，氧氣流量、氮氣流量和氦氣流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
然后利用與處理室30相連的排氣系統(tǒng)(未示出)在處理室30中形成處理增壓氣氛。在處理室30中形成增壓氣氛的該步驟在一定時間周期內(nèi)被控制在預(yù)定壓力。最大控制時間是60秒，最小壓力為160乇。如果在處理室30中形成增壓氣氛進行超過60秒或下降到160乇以下，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底120的工作臺200和板230之間的距離保持為約500密耳。此外，處理室30中的溫度保持在約480℃。
形成增壓氣氛之后，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)，并提供給處理室30，然后停止排氣處理，以便穩(wěn)定化處理增壓氣氛。將該穩(wěn)定化步驟控制在不超過15秒的時間周期內(nèi)。如果穩(wěn)定化氣氛的形成進行超過15秒，則被認為是處理錯誤。其上設(shè)置襯底120的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，而處理室30中的溫度保持在約480℃。
完成形成氣體氣氛、形成增壓氣氛和穩(wěn)定化的步驟之后，可以開始形成流體絕緣層的步驟。
在形成流體絕緣層的步驟期間，保持氧氣流量(約9500sccm)、氮氣流量(約3000sccm)和氦氣流量(約4000sccm)并提供給處理室30。此外，向處理室30提供流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)、流量為約170sccm的硼酸三乙酯(TEB)和流量為約55sccm的磷酸三乙酯(TEPO)。換言之，氧氣流量、氮氣流量、氦氣流量、TEOS流量、TEB流量和TEPO流量之比為2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15∶0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
結(jié)果是，在處理室30中在刻蝕停止層126上形成BPSG層128，作為流體絕緣層。此時，控制BPSG層128的形成時間周期不超過15秒。如果BPSG層128的形成進行15秒以上，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底120的工作臺200和板230之間的距離保持為約220密耳，并且處理室30中的溫度保持在約480℃。另外，控制該處理以形成厚度為約9500埃的BPSG層128。
在根據(jù)本實施例形成BPSG層128期間提供的氣體和材料的類別具有與第一實施例基本上相同的構(gòu)成。這里，氧氣、氮氣、氦氣、原硅酸四乙酯(TEOS)、硼酸三乙酯(TEB)和磷酸三乙酯(TEPO)的功能和反應(yīng)基本上與第一實施例所述的相同。此外，分別對于硼酸三乙酯和磷酸三乙酯，即TMB和TMPO的替代物也是相同的。注意，在每個步驟中，氧氣具有最高流量，氦氣的流量比氮氣的流量高。
通過控制作為硼源輸送的硼酸三乙酯和作為磷源輸送的磷酸三乙酯的流量，可以形成包括約5.5％重量硼和約3.0％重量磷的BPSG層128。通過控制載氣、氮氣和氦氣的流量可充分實現(xiàn)BPSG層128的制造工藝的再現(xiàn)性。即，在利用具有相同部件的多個裝置制造BPSG層時，可以獲得具有基本上相同特性的BPSG層。
參見圖12D，在約850℃的高溫下，同時輸送氧氣和氫氣回流BPSG層128。然后，BPSG層128的表面被平面化以形成平面化BPSG層128a，并且BPSG層充分流入形成在柵極124之間的凹入部分中。獲得這個效果是因為BPSG層包括約5.5％重量的硼和約3.0％重量的磷。因而，可以實現(xiàn)足夠的填充效果并防止下部刻蝕停止層126的厚度的任何明顯減小。
此外，如上所述，BPSG層128優(yōu)選是利用流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣作為載氣制造的。因而，在利用具有相同部件的多個分離裝置制造BPSG層128時，可獲得基本相同的處理特性，由此保證BPSG層128的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
參見圖12E，通過進行自對準接觸工藝，形成具有孔130的圖形132?？?30是利用在BPSG層128上進行的常規(guī)光刻和腐蝕技術(shù)并利用包括CFx(其中C是碳，F(xiàn)是氟，x是正數(shù))的刻蝕氣體形成的?？涛g是通過利用BPSG層128和下部刻蝕停止層126的刻蝕選擇性進行的。由于在刻蝕停止層上幾乎沒有觀察到厚度改變，因此可以有利地實現(xiàn)刻蝕停止功能。此外，由于刻蝕停止層126，在進行自對準接觸工藝期間可實現(xiàn)足夠的肩部邊緣(shoulder margin)。因而，在利用例如用于填充孔130的金屬層進行后序處理時，可以用金屬層充分填充孔130。
如上所述，由于近來形成的半導(dǎo)體器件包括由柵極124形成的微小升高和凹入部分，因此滿意填充形成在柵極1245之間的凹入部分之間的絕緣層不是一項容易的任務(wù)。因而，利用具有足夠流動性的流體絕緣層填充柵極之間的凹入部分。該升高和凹入部分不限于形成在柵極124之間的那些部分，也包括由包括窗口的圖形形成的任何部分。
圖13是用于說明利用本發(fā)明第六實施例制造的半導(dǎo)體器件的截面圖。在本例中，在形成刻蝕停止層之后進行形成非摻雜流體絕緣層的附加步驟。在這種情況下，在刻蝕停止層上形成非摻雜流體絕緣層，并且在非摻雜流體絕緣層上形成BPSG層。
更具體地說，參見圖13，形成刻蝕停止層126和形成處理氣氛。然后，形成非摻雜流體絕緣層127和形成其內(nèi)摻雜磷和硼的BPSG層。
非摻雜流體絕緣層是利用以下工藝形成的。形成處理氣氛之后，給處理室30提供流量為約9500sccm的氧氣、流量為約3000sccm的氮氣和流量為約4000sccm的氦氣。此外，向處理室30提供流量為約800sccm的原硅酸四乙酯(TEOS)，作為硅源，并且在刻蝕停止層126上形成非摻雜流體絕緣層127。換言之，氧氣流量、氮氣流量、氦氣流量和TEOS流量的比約為2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15∶0.25，而氦氣流量優(yōu)選為4000sccm。
將形成非摻雜流體絕緣層127的該步驟控制在不超過3秒的時間周期內(nèi)，如果該步驟進行3秒或更長時間，則判定是處理錯誤。其上設(shè)置襯底120的工作臺200和板230之間的距離保持約220密耳。此外，處理室30內(nèi)的溫度保持在約480℃。另外，控制該處理220密耳以形成厚度為約30-約50埃的非摻雜流體絕緣層127。非摻雜流體絕緣層127用做緩沖層，如前所述。
如上所述，通過控制其中包含的硼和磷的量形成具有足夠流動性的絕緣層，可以最小化由于回流工藝引起的任何層特性改變。而且，可以最小化由流體絕緣層的回流工藝引起的下部刻蝕停止層的厚度的減小，并且通過相同工藝可實現(xiàn)足夠的填充效果和各向同性效果。此外，在形成流體絕緣層期間通過控制載氣的流量可充分實現(xiàn)利用類似裝置的工藝再現(xiàn)性。因而，不管使用怎樣的分離裝置，都可以制造具有基本相同特性的流體絕緣層。
因此，根據(jù)本發(fā)明，由于回流工藝造成的特性改變被最小化，并實現(xiàn)了利用類似裝置的流體絕緣層的再現(xiàn)性，因而得到改進的半導(dǎo)體器件性能。此外，由于利用沒有首先形成籽晶層的工藝形成流體絕緣層，因此制造工藝簡化，由此提高生產(chǎn)效率。
上面已經(jīng)參照上述實施例詳細介紹了本發(fā)明，但是在不脫離由所附權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的實際精神和范圍的情況下可以采用各種改型、替換結(jié)構(gòu)和等效形式。
權(quán)利要求
1.一種制造絕緣層的方法，包括通過(a)以氧化氣體流量流入用于形成氧化氣氛的氧化氣體，(b)以第一載氣流量流入第一載氣，和(c)以第二載氣流量流入第二載氣，其中第二載氣流量高于第一載氣流量，由此在處理室中產(chǎn)生用于形成流體絕緣層的處理氣氛；和通過(d)以氧化氣體流量流入氧化氣體，(e)以第一載氣流量流入第一載氣，同時載有以第一雜質(zhì)流量流入的包括硼的第一雜質(zhì)，(f)以第二載氣流量流入第二載氣，同時載有以第二雜質(zhì)流量流入的包括磷的第二雜質(zhì)，第二載氣流量高于第一載氣流量，和(g)以硅源流量流入硅源材料，由此在設(shè)置在處理室中的襯底上形成流體絕緣層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中在該產(chǎn)生和形成步驟期間，氧化氣體選自由氧氣、臭氧氣體和其混合氣體構(gòu)成的組中的一種，第一載氣是氮氣，第二載氣是氦氣，硅源材料是原硅酸四乙酯，第一雜質(zhì)是選自由硼酸三乙酯、硼酸三甲酯及其混合物構(gòu)成的組中的一種，第二雜質(zhì)是選自由磷酸三乙酯、磷酸三甲酯及其混合物構(gòu)成的組中的的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中用于形成處理氣氛時，氧化氣體流量、第一載氣流量和第二載氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造絕緣層的方法，其中第二載氣流量至少為4000sccm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中對于形成流體絕緣層時，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量、硅源流量、第一雜質(zhì)流量和第二雜質(zhì)流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造絕緣層的方法，其中第二載氣流量至少為4000sccm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中還包括在形成流體絕緣層之前在襯底上形成刻蝕停止層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中在形成流體絕緣層之前，還包括在襯底上形成非摻雜流體絕緣層，并且對于形成非摻雜流體絕緣層時，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量和硅源流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造絕緣層的方法，其中第二載氣流量至少為4000sccm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造絕緣層的方法，其中非摻雜流體絕緣層是在約三秒內(nèi)形成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中還包括在形成流體絕緣層之后回流該流體絕緣層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中在處理室中產(chǎn)生處理氣氛包括使氧化氣體、第一載氣和第二載氣以約1.00-1.25∶0.70-0.95∶1的流量比流入處理室中；利用與處理室連通的排氣系統(tǒng)，同時使氧化氣體、第一載氣和第二載氣以約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1的流量比流入處理室中，在處理室中形成增壓氣氛；和使通過以約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1的流量比流入處理室中的氧化氣體、第一載氣和第二載氣而在處理室中形成的增壓氣氛穩(wěn)定化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的制造絕緣層的方法，其中流入氣體持續(xù)少于5秒，形成增壓氣氛在至少160乇的壓力下持續(xù)少于60秒，并且穩(wěn)定化持續(xù)少于15秒。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造絕緣層的方法，其中流體絕緣層是在15秒內(nèi)形成的。
15.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在設(shè)置在處理室中的襯底上形成刻蝕停止層；通過(a)以氧化氣體流量流入用于形成氧化氣氛的氧化氣體，(b)以第一載氣流量流入第一載氣和(c)以第二載氣流量流入第二載氣，其中第二載氣流量高于第一載氣流量，由此在處理室中產(chǎn)生用于形成流體絕緣層的處理氣氛；和通過(d)以氧化氣體流量流入氧化氣體，(e)以第一載氣流量流入第一載氣，同時載有以第一雜質(zhì)流量流入的包括硼的第一雜質(zhì)，(f)以第二載氣流量流入第二載氣，同時載有以第二雜質(zhì)流量流入的包括磷的第二雜質(zhì)，第二載氣流量高于第一載氣流量，和(g)以硅源流量流入硅源材料，由此在刻蝕停止層上形成流體絕緣層；利用氧氣和氫氣回流該流體絕緣層以平面化流體絕緣層的上表面，并用流體絕緣層填充襯底上的凹入部分；和通過刻蝕流體絕緣層的預(yù)定部分，在流體絕緣層上形成具有窗口的圖形，用于露出刻蝕停止層的表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中刻蝕停止層包括氮化硅并形成為約60-150挨的厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中氧化氣體是選自由氧氣、臭氧氣體和其混合氣體構(gòu)成的組中的一種，第一載氣是氮氣，第二載氣是氦氣，并且氧化氣體流量、第一載氣流量和第二載氣流量之比為約1.00-2.50∶0.70-0.95∶1。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第二載氣流量至少為4000sccm。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在處理室中產(chǎn)生處理氣氛包括使氧化氣體、第一載氣和第二載氣以約1.00-1.25∶0.70-0.95∶1的流量比流入處理室中；利用與處理室連通的排氣系統(tǒng)，同時使氧化氣體、第一載氣和第二載氣以約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1的流量比流入處理室中，在處理室中形成增壓氣氛；和使通過以約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1的流量比流入處理室中的氧化氣體、第一載氣和第二載氣而在處理室中形成增壓氣氛穩(wěn)定化。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中流入氣體持續(xù)少于5秒，形成增壓氣氛在至少160乇的壓力下持續(xù)少于60秒，并且穩(wěn)定化持續(xù)少于15秒。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在該產(chǎn)生和形成步驟期間，氧化氣體是選自由氧氣、臭氧氣體和其混合氣體構(gòu)成的組中的一種，第一載氣是氮氣，第二載氣是氦氣，硅源材料是原硅酸四乙酯，第一雜質(zhì)是選自由硼酸三乙酯、硼酸三甲酯及其混合物構(gòu)成的組中的一種，第二雜質(zhì)是選自由磷酸三乙酯、磷酸三甲酯及其混合物構(gòu)成的組中的的一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中對于形成流體絕緣層時，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量、硅源流量、第一雜質(zhì)流量和第二雜質(zhì)流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第二載氣流量至少為4000sccm。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中流體絕緣層在15秒內(nèi)形成為約8000-10000埃的厚度。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中通過利用包括CFx的刻蝕氣體刻蝕流體絕緣層，形成具有窗口的圖形。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在形成流體絕緣層之前，還包括在襯底上形成非摻雜流體絕緣層，并且對于形成非摻雜流體絕緣層時，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量和硅源流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中第二載氣流量至少為4000sccm。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中非摻雜流體絕緣層是在5秒內(nèi)形成為約30-50埃的厚度。
29.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，具有形成在襯底上部的柵極、形成在所述襯底的兩側(cè)的下部的源和漏；和連續(xù)形成在襯底和柵極上的絕緣層，該絕緣層是通過以下步驟形成的(a)以氧化氣體流量流入氧化氣體，(b)以第一載氣流量流入第一載氣，同時載有以第一雜質(zhì)流量流入的包括硼的第一雜質(zhì)，和(c)以第二載氣流量流入第二載氣，同時載有以第二雜質(zhì)流量流入的包括磷的第二雜質(zhì)，和(d)以硅源流量流入硅源材料，其中對于絕緣層的成分，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量、硅源流量、第一雜質(zhì)流量和第二雜質(zhì)流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25∶0.040-0.045∶0.013-0.014，并且第二載氣流量至少為4000sccm。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體器件，其中氧化氣體是選自由氧氣、臭氧氣體和其混合氣體構(gòu)成的組中的一種，第一載氣是氮氣，第二載氣是氦氣，硅源材料是原硅酸四乙酯，第一雜質(zhì)是選自由硼酸三乙酯、硼酸三甲酯及其混合物構(gòu)成的組中的一種，第二雜質(zhì)是選自由磷酸三乙酯、磷酸三甲酯及其混合物構(gòu)成的組中的的一種。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體器件，還包括在襯底上和絕緣層下面形成的刻蝕停止層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體器件，還包括介于刻蝕停止層和絕緣層之間的非摻雜絕緣層。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的半導(dǎo)體器件，其中對于非摻雜絕緣層的成分，氧化氣體流量、第一載氣流量、第二載氣流量和硅源流量之比為約2.00-2.50∶0.70-0.95∶1∶0.15-0.25。
全文摘要
一種制造絕緣層的方法保證了利用類似制造裝置的再現(xiàn)性。該絕緣層是通過以下步驟在襯底上形成的:(a)以氧化氣體流量流入氧化氣體,(b)以第一載氣流量流入第一載氣,同時載有以第一雜質(zhì)流量流入的包括硼的第一雜質(zhì),和(c)以第二載氣流量流入第二載氣,同時載有以第二雜質(zhì)流量流入的包括磷的第二雜質(zhì),和(d)以硅源流量流入硅源材料。第二載氣流量高于第一載氣流量。
文檔編號H01L21/316GK1381875SQ0210569
公開日2002年11月27日 申請日期2002年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月19日
發(fā)明者鄭佑讚, 田真鎬, 林全植, 李鐘昇 申請人:三星電子株式會社