專利名稱：半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法，具體地說，本發(fā)明涉及能夠在硼·亞磷·硅酸鹽玻璃沉積之后進行表面處理時克服硼元素及亞磷的濃度限制并防止因硫酸汽化引起的侵蝕的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜形成方法。
一般在大規(guī)模集成(VLSI)電路的制造過程中，最好以低于1100℃的溫度進行亞磷或者硅酸鹽玻璃的回流處理，其原因是如果高于這個溫度的話將使結(jié)合部的雜質(zhì)擴散情況發(fā)生變化。此外，還為了不使MOS門電路的酸化膜在高溫(900℃)工藝中暴露出來。但是，人們希望具有流動性的玻璃能夠容易地覆蓋住基板上比較陡峭的落差。另外，由于硼元素亞磷硅酸鹽(B2O3-P2O5-SiO2)玻璃形成了同樣的三種成份的酸化膜系統(tǒng)，700℃左右的較低的玻璃流動溫度通過在硅酸鹽玻璃中添加雜質(zhì)乙硼烷(B2H6)來達到。
BPSG流取決于膜的成份，流的溫度、流動時間以及BPSG流周圍的霧氣。有報告說，硼元素的濃度每增加1%重量百分比，流溫度將減少40℃。一般情況下，亞磷的濃度超過5%重量百分比時，再增加亞磷濃度的話將不會使BPSG的溫度進一步減小。硼元素的濃度范圍取決于膜的穩(wěn)定性。亦即，含有5%重量百分比以上的BPSG膜的吸收性非常強，有趨于不穩(wěn)定的傾向。因此，在使用中，在使用后必須馬上進行后面的積層工藝。另外，在通常的爐處理步驟中，用比原有溫度高的100-175℃進行30秒的快速退火，就能生成均勻的BPSG流。流體環(huán)路周圍的霧氣對流體也施加額外的影響。使用蒸汽代替氮氣用作包圍氣體時，要求可達到最低限度的溫度低至70℃。
除了上述的低溫流動性之外，BPSG(或者叫亞磷·硅酸鹽玻璃)還吸付羥離子，顯示出較低的應(yīng)力。有時，因摻雜的緣故BPSG對于硅而言是不希望的摻雜源，借助于硼元素的高濃度增加亞磷的向外擴散。
由于BPSG具有上述特征，因此，最好它常被用于使用臭氧和有機物的常壓CVD中。由NEC研究開發(fā)中心于1987年7月出版的第94期“VLSIDevelopment(VLSI開發(fā))”雜志中由Y.IKEDA，Y.NUMASAWA及M.SAKAMOTO所寫的“Ozone/OrganicSourceAPCVDforULSIReflowGlassFilms”(用于ULSI軟溶玻璃膜的臭氧/有機源APCVD)”一文中就示出的這樣的例子。
直至今天，在BPSG用作層間絕緣膜時，由于元件的尺寸已達亞微米級，BPSG流的熱沖擊將造成接合破壞，因此，必須引入BPSG的低溫回流處理。在上面提到的文獻中，利用了BPSG的沉積后續(xù)處理進行硫酸汽化及BPSG回流，從而使層間絕緣層平坦化。圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝流程圖。圖2A是將形成導(dǎo)電線1的圖形。圖2B是表示在上述的導(dǎo)電線1之上進行BPSG2沉積的示意圖，在高濃度(硼元素濃度在4-10%重量百分比以上，亞磷濃度在4-10%重量百分比以上)BPSG沉積之后不是進行表面處理，而是進行硫酸汽化，之后再進行BPSG回流。
但是，最后人們發(fā)現(xiàn)有些元件(如64MDRAM中)需要850℃以上的低溫BPSG流。BPSG中的硼元素和亞磷的最外層電子數(shù)與硅離子不同，硼的電子配置數(shù)將從3變成4。而亞磷的最外層電子配置數(shù)將從5變?yōu)?。與此同時將造成氧離子匱乏或者過剩，造成原子間的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造變?nèi)酰瑥亩谷邳c降低。硼元素及亞磷的濃度增加越多，原子間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將變得越弱，融點就越低。此外，在硼元素及亞磷的濃度很高時進行BPSG膜沉積的話，將因硫酸蒸汽產(chǎn)生際濕損傷，在膜中會生成裂縫。即使放置在大氣中，也會與大氣中的水分發(fā)生反應(yīng)而形成裂縫，這樣原先使用BPSG所期望達到的目標(biāo)就不會達到。
本發(fā)明就是為了解決上述問題而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種能在BPSG沉積后進行表面處理時遮斷與硫酸蒸汽及大氣中的原子進行的反應(yīng)、防止來自外部的沖擊的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜形成方法。
另外，本發(fā)明還提供一種通過防止具有高濃度的硼元素和亞磷的BPSG的沖擊避免BPSG的裂縫和破裂，在低溫下也能進行良好的回流的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法。
本發(fā)明提供的用于實現(xiàn)上述目的的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法包括下列步驟在準(zhǔn)備好的基板上沉積含有高濃度的硼元素及亞磷的SiO2，SiNx，Al2O3等金屬氧化物型絕緣膜。
在上面的沉積絕緣膜的表面使用等離子體進行表面處理，以及在等離子表面處理后再在低溫下進行回流處理。
另外，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法的特征還在于將N2O，O2及O3構(gòu)成的氣體組中的一種用作上述表面處理中使用的等離子氣源。
下面，我們參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的最佳實施例。附圖中，

圖1.是根據(jù)本發(fā)明的工藝流程而形成的基板截面圖。
圖2.是根據(jù)先有技術(shù)中的工藝流程而形成的基板截面圖。
圖3-4.根據(jù)本發(fā)明進行表面處理后的SEM截面圖。
圖5.根據(jù)先有技術(shù)進行表面處理的SEM截面圖。
在各圖中，1表示導(dǎo)電線，2表示硼亞磷·硅酸鹽玻璃(BPSG)，3表示等離子。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的每一步驟的半導(dǎo)體裝置截面圖。圖1A為導(dǎo)電線1形成后的狀況，圖1B表示在上述的導(dǎo)電線1上沉積了BPSG2之后的狀況。在進行高濃度BPSG(硼元素的濃度在4至15%重量百分比之上，亞磷的濃度在4-75%重量百分比之上)之后，再進行如圖1C的示的表面處理。此時的表面處理使用等離子3。
在本發(fā)明中，使用通過O3-四乙基原硅酸脂(O3-TEOS)形成的BPSG，沉積條件為四乙基原硅酸脂3SLM，三甲基硼酸40mg，三甲基亞磷酸1.5SLE，O3濃度5%，O3+O2流7.5SLM，溫度為420℃。
根據(jù)上述條件，在聚合硅圖案上做成三塊分別沉積有6000A的O3-四乙基原硅酸脂的BPSG的試驗料。對一塊進行N2O等離子處理、對另一塊進行N2+NH3等離子處理，對剩下的一塊根據(jù)常規(guī)方法(除了進行表面處理之外與圖1中的實施例相同)制成試驗料后，將這三塊試驗料在同樣的條件下進行硫酸汽化，并在850℃的N2中進行30分鐘的回流。
試驗結(jié)果時，在高濃度BPSG沉積內(nèi)進行N2O等離子體處理的試驗料完全不受硫酸蒸汽的侵蝕，回流特性也很好(如圖3所示)。
另一方面，經(jīng)N2+NH3等離子處理的試驗料在一定程度上受硫酸蒸汽的侵蝕，回流特性也不太好(見圖4)。但是，按常規(guī)方法形成的高濃度BPSG由于硫酸蒸汽的侵蝕而產(chǎn)生了大量的裂縫(見圖5)。
在上面所提到的圖3至圖5中，圖3A、4A及圖5A為通過SEM取得的表示圖案的圖3C、4C及5C的側(cè)截面圖，圖3B、4B和5B為圖3A、4A和5A的局部放大圖。
本實施例中的等離子處理條件為溫度200℃，RF(射頻)功率為150W，對作為等離子氣源的N2O和N2+NH3分別進行了5分鐘的處理。將等離子條件改變，即使將等離子氣源換成O3及O2等其他氣體，也可以得到同樣的特性。這樣，通過對BPSG膜表面上存在的不穩(wěn)定自由B2O3利用N2O或者O2等離子進行了處理，變成了穩(wěn)定的B-O-Si構(gòu)造，形成了新的SiOx膜。
在800℃的N2霧氣下進行30分鐘的回流條件下作光譜比較的話，可以看出;高濃度BPSG沉積之后進行表面處理后再進行硫酸汽化時，硼元素及亞磷的光譜與沉積狀態(tài)自身相同，而不進行表面處理時的硼元素的光譜值比峰值顯著減少。
于是，通過在BPSG沉積內(nèi)進行表面處理，可以防止因從外部吸收水分而產(chǎn)生的侵蝕，防止硼元素向外擴散，即使在850℃以下，回流特性也非常優(yōu)異。這樣就解決了諸如伴隨著高溫處理的熱沖擊造成結(jié)合破壞這樣的問題。
綜上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，因硼元素濃度增加造成的硫酸蒸汽及來自外部的侵蝕非常顯著，因而必須對硼元素及亞磷的濃度增加加以限制。但根據(jù)本發(fā)明，可以減輕高濃度BPSG的侵蝕，使BPSG的熔點降低，從而能實現(xiàn)高濃度化的低溫回流。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法，其特征在于下列步驟在形成元件的半導(dǎo)體基板上沉積含有高濃度的硼元素及亞磷的絕緣膜，在上面的沉積絕緣膜的表面使用等離子體進行表面處理，以及在等離子表面處理后再在低溫下進行回流處理。
2.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法，其特征在于上述的硼元素濃度為4-15%重量百分比。
3.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法，其特征在于上述的亞磷濃度為4-15%重量百分比。
4.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法，其特征在于將N2，O2及O3等含有氧元素的氣體中的一種用作上述表面處理中使用的等離子氣源。
5.如權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣層的形成方法，其特征在于上述的絕緣膜由SiO2，Al2O3，SiNx中的任意一種構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法，其特征在于上述的回流工藝的溫度為850℃以下。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的層間絕緣膜的形成方法，其特征在于在上述低溫回流工藝之前通過濕式洗凈來清洗絕緣層的表面。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于通過遮斷與硫酸蒸汽及大氣中的原子之間的反應(yīng)，減輕來自外部的沖擊，防止高濃度BPSG的破壞，從而提供一種在低溫下良好的半導(dǎo)體裝置的絕緣膜形成方法。本發(fā)明包括下面的步驟在形成元件的半導(dǎo)體基板上沉積含有高濃度的硼素及亞磷的絕緣膜的步驟，在上述的沉積絕緣膜的表面使用等離子進行表面處理的步驟，以及在低溫下進行回流處理的步驟。
文檔編號H01L21/768GK1073551SQ9211253
公開日1993年6月23日 申請日期1992年10月29日 優(yōu)先權(quán)日1991年10月30日
發(fā)明者金昶圭, 洪昌基, 鄭佑仁, 安容徹 申請人:三星電子株式會社