一种防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法

摘要

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法。本发明提出一种防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，通过在磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜上淀积一层无定形碳薄膜，从而隔绝磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜与外界水汽等因素的反应，从而阻止了其吸水受潮现象的发生，可以使制造好的磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃膜可以长时间地得以保存；而当制备有磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜的晶圆需要进行下一步出货时，只需要用普通的等离子体灰化和湿法清洗即可去除此无定形碳薄膜，不仅能减少晶片报废的可能性，增大产品的良率和节约工艺成本，且工艺简单易操作。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路的制造领域，尤其涉及一种防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法。

背景技术

磷硅酸盐玻璃（phospho-silicate-glass，简称PSG）是一种掺磷（P）的SiO₂玻璃。其掺入的P主要为了捕捉可移动的金属阳离子（主要为Na⁺）和降低回流温度。一般P的含量加入越多，其回流效果就越好。

但是，因为PSG要求的回流温度很高（一般在1000℃左右），而高温处理容易引起杂质浓度再扩散和硅片的变形，且P的含量会影响膜（film）的稳定性和可靠性，P加的越多，越容易吸水。因此出现了掺硼（B）的硼磷硅酸盐玻璃（boro-phospho-silicate-glass，简称BPSG）来代替PSG，其中B的作用是降低回流温度，同时掺入的B可降低掺入P的量，以减少上述风险。

一般在温度条件为400~450℃，通过采用SiH₄、O₂、PH₃和B₂H等进行等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ，简称PECVD）和次大气压化学气相沉积（Sub-Atmospheric pressure Chemical Vapor Deposition ，简称SACVD）工艺来制备BPSG。由于BPSG与PSG一样，在高温下的流动性较好，广泛用作为半导体芯片表面平坦性好的层间绝缘膜，尤其是在0.18um~0.35um的逻辑工艺中大量使用，而在一些硅氧化物氮化物氧化物半导体（Silicon Oxide Nitride Oxide Semiconductor，简称SONOS）工艺中，已经应用到0.13um工艺上；而在动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，简称DRAM）和静态随机存储器（Static Random Access Memory，简称SRAM）器件中，甚至用到了90nm工艺上。

在BPSG中，B和P各占4%时，其回流温度能降至700~850℃；其中，P含量的降低可减小PSG膜中吸潮后生成H₃PO₄对Al的腐蚀，且又改善了台阶梯度；但是，掺入太多的B也会带来不利影响，导致元件缺陷。

由于，在BPSG或PSG薄膜（film）中的P元素主要是以P₂O₅形式存在，即含有大量5价的磷，而较高的掺杂度会导致膜质疏松，低温的CVD制程有太多悬挂键由H⁺离子或OH^-离子来饱和，使薄膜易吸湿与P₂O₅形成腐蚀性的H₃PO₄（P₂O₅ + H₂O→ H₃PO₄）；而在退火（Anneal）之后，由于H⁺或OH^-离子析出，Si-H和Si-OH悬挂键会变少，使得薄膜的吸湿性得到改善，膜层也就更稳定一些。

图1-2是本发明背景技术中BPSG薄膜在退火工艺前后傅立叶转换红外线光谱(FTIR)的表征图；其中，横轴表示波长（wavenumber），纵轴表示吸收率（absorbance），曲线a表示退火后的光谱，曲线b表示退火前的光谱，曲线c表示退火前的光谱，曲线d表示退火后的光谱。如图1-2所示，在退火（annealed）羟基和P₂O₅都发生了很大的变化，即同一个薄膜（same film）在回流之后，P₂O₅的峰比沉积时强很多，这是因为OH键（羟基）的振动模式在退火（Anneal）之后大幅度降低。

图3是本发明背景技术中BPSG/PSG膜沉积后曲翘（warpage）变化与存储时间的关系图；其中，横轴表示沉积后的时间，纵轴表示曲翘，曲线e表示BPSG的曲翘（warpage）随存储时间的变化趋势，曲线f表示PSG的曲翘（warpage）随时间的变化趋势。如图3所示，曲翘（warpage）随着沉积保存时间的延长BPSG/PSG更容易吸水（hydroscopic），所以BPSG/PSG膜沉积以后的保存是很关键的。

图4是本发明背景技术中目前BPSG/PSG工艺流程图；如图4所示，目前的控制方法主要采取：① 对于产品（Product wafer），从BPSG/PSG膜沉积（dep） 到退火（Anneal）的时间是6~10小时(Q time)，若超过了该时间段没有什么返工（re-work）的办法，只有尽快进行退火工艺（anneal），之后尽快进行下一步工艺，这样就会造成产品良率的降低。②对于控片(monitor wafer)来讲，因为薄膜（film）不稳定，沉积好以后，需要在三小时之内量测相应的参数（如厚度，浓度，应力等等），若超过三小时的膜则不能用于机台性能的评估，只能重新沉积，这样就会造成控片的浪费，增大工艺成本。

发明内容

本发明公开了一种防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，包括以下步骤：

步骤S1：在一硅衬底上沉积磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜；

步骤S2：沉积无定形碳薄膜覆盖所述磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜的上表面，以防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜在保存时吸水受潮；

步骤S3：确认后续工艺准备好后，进行下一步工艺前，去除所述无定形碳薄膜。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，所述硅衬底为光监控晶圆或产品晶圆。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，所述硅衬底为光监控晶圆时，去除所述无定形碳薄膜后，进行晶圆参数的测量。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，所述晶圆参数包含为晶圆厚度、浓度和应力。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，所述硅衬底为产品晶圆时，在进行下一步工艺前，对该产品晶圆进行高温回流工艺。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，步骤S2中采用等离子体增强化学气相沉积工艺沉积所述无定形碳薄膜。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，所述无定形碳薄膜的厚度为200A-1000A。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，所述等离子体增强化学气相沉积工艺的温度为300℃-500℃。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，步骤S3中依次采用等离子体灰化工艺和清洗工艺去除所述无定形碳薄膜。

上述的防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，其中，所述清洗工艺为湿法清洗工艺。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，通过在磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜上淀积一层无定形碳薄膜，从而隔绝磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃（BPSG/PSG）薄膜与外界水汽等因素的反应，从而阻止了BPSG/PSG薄膜吸水受潮现象的发生，可以使制造好的BPSG/PSG膜可以长时间地得以保存；而当制备有BPSG/PSG薄膜的晶圆需要进行下一步出货时，只需要用普通的等离子体灰化和湿法清洗即可去除此无定形碳薄膜，不仅能减少晶片报废的可能性，增大产品的良率和节约工艺成本，且工艺简单易操作。

附图说明

图1-2是本发明背景技术中BPSG薄膜在退火工艺前后傅立叶转换红外线光谱(FTIR)的表征图；

图3是本发明背景技术中BPSG/PSG膜沉积后曲翘变化与存储时间的关系图；

图4是本发明背景技术中目前BPSG/PSG工艺流程图；

图5是本发明防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法的工艺流程图；

图6-8是本发明防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法的结构流程示意图。

具体实施方式  

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

图4是本发明背景技术中目前BPSG/PSG工艺流程图；

图5是本发明防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法的工艺流程图；

图6-8是本发明防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法的结构流程示意图。

如图4-8所示，首先，在硅衬底（Si sub）1上沉积磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃（BPSG/PSG）薄膜2；之后，在300-500℃的温度条件下，采用等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ，简称PECVD）工艺，沉积厚度为200-1000A的无定形碳（amorphous carbon）薄膜3，以覆盖磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜2的上表面；其中，硅衬底1为产品晶圆（product wafer）或光监控晶圆（monitor wafer）。

在后续的晶圆保存工艺中，由于无定形碳具有很强的稳定性，该无定形碳薄膜3能隔绝磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜2与外界的水汽等进行反应，使得存储时间增长，从而能有效的避免磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜2由于长时间（产品晶圆的Q time大于6-10个小时，光监控晶圆的Q time大于3个小时）保存吸水受潮造成的晶圆受损。

在确定后续工艺准备好之后，依次采取传统的等离子灰化工艺和湿法清洗工艺去除该无定形碳薄膜3，以进行后续的工艺步骤。

若硅衬底1为光监控晶圆时，在去除无定形碳薄膜3之后，即可进行晶圆参数的测量，如晶圆厚度、浓度和应力等参数的测量。若硅衬底1为产品晶圆，则在进行下一步工艺步骤前，对该产品晶圆进行高温回流工艺。

如在90nm DRAM的工艺中，在BPSG沉积之后，在BPSG的上表面采用PECVD沉积200-1000A厚度的无定形碳薄膜，能够使得晶圆能进行长时间的保存（大于10个小时），且不会发生吸水受潮现象，为后续工艺步骤的准备提供充足的时间，当后续工艺步骤准备完，可以采用等离子体灰化工艺（plasma ashing）和湿法清洗（wet clean）工艺去除该无定形碳薄膜。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种防止磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃薄膜吸水的方法，通过在BPSG/PSG薄膜上淀积一层无定形碳薄膜，从而BPSG/PSG薄膜与外界水汽等因素的反应，从而阻止了BPSG/PSG薄膜吸水受潮现象的发生，可以使制造好的BPSG/PSG膜可以长时间地得以保存；而当制备有BPSG/PSG薄膜的晶圆需要进行下一步出货时，只需要用普通的等离子体灰化和湿法清洗即可去除此无定形碳薄膜，不仅能减少晶片报废的可能性，增大产品的良率和节约工艺成本，且工艺简单易操作。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。