有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法

摘要

按本发明的有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法，形成具有三层结构的最后的层间介质层(I)，和在形成具有三层结构的最后的保护层(II)之前，在形成的电容器PE－Oxide介质层上形成HDP－SRO层(9)，使现有的形成具有三层结构的最后的保护层(II)变成增加了一层HDP－SRO层(9)的四层结构的最后的保护层(III)，以防止氟离子从含氟硅玻璃层间介质层中逸出，提高了产品合格率。

说明书

技术领域

本发明总的涉及半导体器件的制造方法，特别涉及有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法。

背景技术

正如本行业技术人员公知的，半导体器件具有多层膜的叠层结构，其中包括多层金属层和多层介质层和保护层。其中的金属层构成半导体器件中的金属连接线。为了防止相邻金属层之间短路，在相邻的金属层之间层间介质层。通常用高密度等离子体淀积含氟硅酸盐玻璃层形成层间介质层。

但是，如果用高密度等离子体淀积形成含氟硅酸盐玻璃层间介质层，在随后形成的合金保护层形成后，作为层间介质层的含氟硅酸盐玻璃层中的氟离子从膜层中逸出，产生气泡，如图1中的电子显微镜照片所显示的。在含氟硅酸盐玻璃层间介质层中的气泡造成层间介质层的性能损坏，层间介质层不能完全起到防止相邻的金属层短路的作用，造成半导体器件性能下降甚至损坏。

现有的含氟硅玻璃层间介质层形成方法形成的含氟硅玻璃层间介质层包括：具有从下到上的等离子体加强型富硅的硅玻璃(PE-SRO)层(2)、高密度等离子体淀积的含氟硅酸盐玻璃层(HDP-FSG)层(3)和等离子体加强型含氟硅酸盐玻璃层(PE-FSG层)(4)三层结构的最后的层间介质层(I)，和具有从下到上的高密度等离子体氧化层(HDP-Oxide)层(6)、等离子体加强型富硅的硅玻璃(PE-SRO)层(7)和等离子体加强型氮化硅(PE-SIN)层(8)三层结构的最后的保护层(II)。在最后的层间介质层(I)与最后的保护层(II)之间形成氧化硅玻璃覆盖层(CAP PEOX层)(5)。为了防止随后的合金保护层形成后在作为层间介质层的含氟硅酸盐玻璃层中产生气泡，提出本发明。

发明内容

本发明的目的是，提供一种有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法。

按照本发明的一个技术方案，有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法，形成具有从下到上的PE-SRO层(2)、HDP-FSG层(3)和PE-FSG层(4)三层结构的最后的层间介质层(I)；和具有从下到上的HDP-SRO层(9)、HDP-Oxide层(6)、PE-SRO层(7)和PE-SIN层(8)等四层结构的最后的保护层(III)，在最后的层间介质层(I)与最后的保护层(III)之间形成电容器等离子体加强型氧化硅(PE-Oxide)介质层。也就是说，现有的保护层(II)形成之前先形成HDP-SRO层(9)，该HDP-SRO层(9)具有更多的悬空键，能够捕获更多的氟离子。因此可以防止含氟硅玻璃层间介质层中的氟离子逸出造成半导体器件的性能下降甚至损坏。因而提高了半导体器件的合格率。

按照本发明的有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法，包括以下步骤：

步骤1，在金属层(1)上形成最后的含氟硅酸盐玻璃层间介质层之前，首先在金属层上形成电介质反射率高的等离子体加强型富硅的硅玻璃(PE-SRO)层(2)，PE-SRO层的电介质反射率范围是1.48-1.52，PE-SRO层具有更多的悬空键来捕获从含氟硅酸盐玻璃层间介质层中逸出的氟离子；

步骤2，在PE-SRO层上，在更高淀积温度(温度范围是：330℃-370℃)下用高密度等离子体淀积方法淀积含氟量低(氟含量范围：3.7％-4.3％)的含氟硅酸盐玻璃层间介质层(HDP-FSG)(3)，防止氟离子逸出；

步骤3，形成氟(F)浓度低的含氟硅酸盐玻璃层间介质层PE-FSG层(4)(氟含量范围：5％-5.6％)，以抑制氟离子逸出，和除去含氟硅酸盐玻璃层间介质层上的氟离子，步骤1中形成的PE-SRO层(1)和步骤2中形成的含氟量低的含氟硅酸盐玻璃层间介质层(3)(HDP-FSG)和步骤3中形成的氟(F)浓度低的含氟硅酸盐玻璃层间介质层PE-FSG(4)形成最后的层间介质层(I)；

步骤4，经过了步骤1至步骤3形成了最后的层间介质层(I)的半导体器件在氮气(N₂)等离子体中处理，形成氧化硅玻璃覆盖层(CAP PEOX层)(5)，以除去层间介质层(I)表面上逸出的氟离子，CAP PEOX层(5)越厚捕获的氟离子越多(覆盖层温度为400℃，厚度一般为2000埃)；

步骤5在更高的温度，例如370℃以上的温度，例如400℃，通N20气体，处理时间大约20秒下进行预热处理，形成硅(Si)浓度更高的含氟硅酸盐玻璃层间介质层(6)，它能捕获更多氟离子，以减少氟离子逸出；

步骤6，在硅(Si)浓度更高的含氟硅酸盐玻璃层间介质层上形成PE-SRO保护层(7)；

步骤7，PE-SRO保护层上形成PE-SIN保护层(8)，含氟硅酸盐玻璃层间介质层(6)和PE-SRO保护层(7)和PE-SIN保护层(8)构成最后的保护层(II)；

其特征是，在步骤4与步骤5之间增加步骤8，在形成有CAP PEOX层(5)的半导体器件上形成HDP-SRO层(9)，形成条件是：温度大约380℃，通入气体Ar，SiH4，O2，反应时间大约4秒，HDP-SRO层(9)的厚度600埃，反射率R1的范围是1.46-1.48。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述可以更好地理解本发明目的和本发明的优点，附图是说明书的一个组成部分，附图与说明书的文字部分一起说明本发明的原理和特征，附图中显示出代表本发明原理和特征的实施例。全部附图中相同的部分用相同的参考数字指示。附图中：

图1是含氟硅酸盐玻璃层间介质层的电子显微镜照片，显示出含氟硅酸盐玻璃层间介质层中氟离子逸出后形成的气泡；

图2是含氟硅酸盐玻璃层间介质层的扫描电子显微镜照片，显示出含氟硅酸盐玻璃层间介质层中氟离子逸出后形成的气泡；和

图3是现有的含氟硅玻璃层间介质层形成方法形成的含氟硅玻璃层间介质层结构的剖视图；和

图4是显示按照本发明的有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成方法形成的含氟硅玻璃层间介质层的结构剖视图。

附图中参考数字指示的内容说明：

I-最后的层间介质层，包括：1-金属层；2-PE-SRO层；3-HDP-FSG层；4-CAP PE-Oxide；

II-最后的保护层，包括：6-含氟硅酸盐玻璃层间介质层；7-PE-SRO保护层；8-PE-SIN保护层)；

III-最后的保护层，包括：9-HDP-SRO层；6-含氟硅酸盐玻璃层间介质层；7-PE-SRO保护层和PE-SIN保护层(8)。

5-CAP PEOX层。

具体实施方式

按本发明的有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法，形成具有三层结构的最后的层间介质层(I)和具有三层结构的最后的保护层(II)，在最后的层间介质层(I)和最后的保护层(II)之间形成电容器PE-Oxide介质层，因此可以防止氟离子从含氟硅玻璃层间介质层逸出，防止半导体器件性能损坏，提高了半导体器件的产品合格率。如图3显示的，从下到上顺序包括：

步骤1，在金属层(1)上形成最后的含氟硅酸盐玻璃层间介质层之前，首先在金属层上形成电介质反射率高的PE-SRO(等离子体加强型富硅的硅玻璃)层(2)，PE-SRO层(2)的电介质反射率范围是1.48-1.52，PE-SRO层具有更多的悬空键来捕获从含氟硅酸盐玻璃层间介质层中逸出的氟离子；

步骤2，在PE-SRO层上，在更高淀积温度(T1)(330℃-370℃)下用高密度等离子体淀积方法淀积含氟量低(氟含量范围是：3.7％-4.3％)的含氟硅酸盐玻璃层间介质层(HDP-FSG)(3)，防止氟离子逸出；

步骤3，形成氟(F)浓度低的含氟硅酸盐玻璃层间介质层PE-FSG层(4)(氟含量范围是：5％-5.6％)，以抑制氟离子逸出，和除去含氟硅酸盐玻璃层间介质层上的氟离子，步骤1中形成的PE-SRO层(1)和步骤2中形成的含氟量低的含氟硅酸盐玻璃层间介质层(3)(HDP-FSG)和步骤3中形成的氟(F)浓度低的含氟硅酸盐玻璃层间介质层PE-FSG(4)形成最后的层间介质层(I)；

步骤4，经过了步骤1至步骤3形成了最后的层间介质层(I)的半导体器件在氮气(N₂)等离子体中处理，形成氧化层硅玻璃覆盖层(CAP PEOX层)(5)，以除去层间介质层(I)表面上逸出的氟离子，CAP PEOX层越厚捕获的氟离子越多(覆盖层温度为400℃，厚度一般为2000埃)；

步骤5在更高的温度(T3)，例如370℃以上的温度，例如，在400℃的温度下，通N₂O气体，处理时间大约20秒进行预热处理，形成硅(Si)浓度更高的含氟硅酸盐玻璃层间介质层(6)，它能捕获更多氟离子，以减少氟离子逸出；

步骤6，在硅(Si)浓度更高的含氟硅酸盐玻璃层间介质层上形成PE-SRO保护层(7)；

步骤7，PE-SRO保护层上形成PE-SIN保护层(8)，含氟硅酸盐玻璃层间介质层(6)和PE-SRO保护层(7)和PE-SIN保护层(8)构成最后的保护层(II)；

其特征是，在步骤4与步骤5之间增加步骤8，在形成有CAP PEOX层(5)的半导体器件上形成HDP-SRO层(9)，形成条件是：温度大约380℃，通入气体Ar，SiH4，O2，反应时间大约4秒，HDP-SRO层(9)的厚度600埃，R1的范围是1.46-1.48)。

以上详细描述了按本发明的有效控制含氟硅玻璃层间介质层形成中产生的气泡的方法。但是本发明不限于本文中的详细描述。本行业的技术人员应了解，本发明能以其他的形式实施。因此，按本发明的全部技术方案，所列举的实施方式只是用于说明本发明而不是限制本发明，并且，本发明不局限于本文中描述的细节。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书界定。