专利名称：伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法
技术领域：
本发明涉及一种伴随介电层形成阻挡层的半导体制程方法，尤其涉及一种利用同一高密度等离子体化学气相沉积设备，而在形成一介电层过程中，先形成一阻挡层的半导体制造方法。
在逻辑元件的半导体制造技术中，一般在多晶硅栅极及硅化金属层形成后，会在元件上形成一阻挡层，接着，在阻挡层之上形成一介电层。
如上所述，现有的阻挡层通常利用等离子体加强化学气相沉积(PECVD)法来形成，而介电层通常利用高密度等离子体加强化学气相沉积(HDPCVD)法来形成。
如
图1所示，在现有技术的半导体制造技术中，必须将形成栅极11的晶片1送至一PECVD设备中，利用氢化硅(SiH4)与一氧化二氮(N2O)或氢化硅(SiH4)、氨气(NH3)与氮气(N2)来进行PECVD，以形成以氧化硅(SixOy)或氮化硅(SixNy)为材料的阻挡层12，以便获得一形成阻挡层12的晶片1，如图2所示。
接着，将形成阻挡层12的晶片1送至一HDPCVD设备中，利用氢化硅与氧气(O2)或氢化硅、氧气与氢化磷(PH3)或氢化硅、氧气、氢化磷与含硼化合物来进行HDPCVD的制程，以形成以无掺杂硅玻璃(Undoped Silicate Glass，USG)或磷硅玻璃(Phosphosilicate Glass，PSG)或硼磷硅玻璃(Borophosphosilicate Glass，BPSG)为材料，来获得一形成介电层13的晶片1，如图3所示。
如上所述，在现有技术半导体制造技术中，阻挡层与介电层的形成必须利用一PECVD设备与一HDPCVD设备分别进行，所以在上述半导体制造过程中，必须有一PECVD设备与一HDPCVD设备的固定成本。另外，在完成形成阻挡层12后，必须将形成有阻挡层12的晶片1从PECVD设备传送至HDPCVD设备，其所耗费的时间也是半导体制造的成本。上述的成本将反映在产品价格上，因而造成产品的市场竞争力低。因此，若能使用一CVD设备来形成阻挡层与介电层，如此将可减少购买CVD设备的固定成本与半导体制造的时间成本。
另外，在形成阻挡层12时，由于晶片1上的栅极11非常多且非常靠近，所以容易在栅极11间的阻挡层12中形成许多孔洞(void)14，由于这些孔洞(void)14的存在可能造成半导体元件的短路，所以会降低半导体元件的可靠性(reliability)。
如上所述，在半导体制造技术中，如何在制造过程中减少CVD设备种类的使用，以缩短制造时间，进而节省半导体制造的成本，以及如何减少阻挡层的孔洞以确保半导体元件的品质，实乃半导体制造技术急待改进的课题。
发明概要针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够利用同一CVD设备进行阻挡层与介电层的形成，以减少购买CVD设备的固定成本、与制造半导体的时间成本的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法。
本发明的另一目的是提供一种能够利用一般的高密度等离子体(HDP)对阻挡层的轰击，而能有效率地打开阻挡层上的孔洞的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法。
如上所述，本发明的特征在于利用同一CVD设备，先在没有偏压的条件下形成阻挡层，然后在施加偏压的条件下形成介电层，以减少CVD设备的使用，而且在阻挡层的分子排列尚未紧密的情况下，利用形成介电层的高密度等离子体便能有效地打开阻挡层上的孔洞。
为达上述的目的，本发明提供一种伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其利用在一高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)设备，以便于一晶片上形成多晶硅栅极与硅化金属层制程后，而在同一沉积设备中，使一阻挡层伴随介电层而形成于晶片上，其方法是先在未施加偏向高频电压状态下，使用一反应气体混合物在一晶片上形成一阻挡层，然后在施加偏向高频电压状态下，使用反应气体混合物在形成有阻挡层的晶片上形成一介电层。
由于依本发明的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法只需使用一HDPCVD设备，所以能够减少购买PECVD设备的固定成本；另外，因为只在一HDPCVD设备上进行阻挡层与介电层的化学气相沉积，所以能够减少半导体制造的时间。
另外，由于依本发明的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法是在阻挡层形成后，立即进行介电层的化学气相沉积，所以在此形成的高密度等离子体能够有效率地打开阻挡层上所有的孔洞。
以下结合附图来描述本发明的优选实施例。附图中图1至图3为示意图，显示现有技术中形成阻挡层与介电层的半导体晶片的局部剖面图；以及图4至图5为示意图，显示依本发明优选实施例的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法的半导体晶片的局部剖面图。
附图标号说明1晶片(局部)11栅极12阻挡层13介电层14孔洞2晶片(局部)22阻挡层23介电层以下将参照相关图示说明本发明优选实施例的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中，为说明上的便利，在本实施例中，部分相同元件的符号沿用上述符号。
请参照图4与图5所示，本发明优选实施例的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法的步骤是在未施加高频偏压状态下，使用一反应气体混合物而在一晶片上形成一阻挡层；以及在施加高频偏压状态下，使用该反应气体混合物，而在形成有阻挡层的该晶片上形成一介电层。
其中，阻挡层的形成方式是例如，使用氢化硅与氧作为反应气体混合物，当反应时间为3秒至8秒、反应温度为摄氏400度至600度、反应气体流量为氢化硅150±100sccm与氧215±100sccm、反应压力为4至8mTorr时，在形成栅极11的晶片2上形成一多硅基氧化物(silicon rich oxide，SRO)材质的阻挡层22。
又，介电层的形成方式是使用上述的反应气体混合物进行施加高频偏压的高密度等离子体化学气相沉积而在阻挡层22上形成一介电层23。例如，继续输入氢化硅与氧气作为反应气体混合物，其反应时间调整为20秒至50秒，而反应温度调整为摄氏600度至700、反应气体流量调整为氢化硅150±100sccm与氧气375±150sccm、反应压力调整为4至7mTorr，并且提供偏向高频电压为1000V至4000V，其沉积/溅射比(D/S Ratio)为2.0至8.0，因而在阻挡层22上形成一无掺杂硅玻璃材质的介电层23。
同时，因为阻挡层22尚处于高温状态，所以只要利用氢化硅与氧气形成的高密度等离子体便能够有效率地打开阻挡层22中的孔洞。
综上所述，由于本发明的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法可供一晶片上形成多晶硅栅极与硅化金属层后，利用同一高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)设备而分别形成一阻挡层及一介电层，因此，无须如现有技术那样分别以一PECVD设备及一HDPCVD设备来分别形成，所以，可减少添购PECVD设备的成本。
此外，由于本发明的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法在可形成阻挡层后立即利用氢化硅与氧气形成的高密度等离子体来打开阻挡层22中的孔洞，因此，即使于阻挡层形成时出现孔洞，也可在介电层形成时，藉由等离子体作用而将其打开，因此，可确保半导体元件的品质。
以上所述的依本发明优选实施例仅为举例性而非限制性，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神与范畴下，所进行的等效变化与修饰均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，至少包括步骤在未施加偏向高频电压状态下，使用一反应气体混合物在一晶片上形成一阻挡层；以及在施加偏向高频电压状态下，使用该反应气体混合物，在该阻挡层上形成一介电层。
2.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述反应气体混合物为氢化硅与氧气的混合物，由该反应气体混合物所形成于该晶片上的阻挡层为一多硅基氧化物层。
3.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物形成该阻挡层时的反应时间为3秒至8秒。
4.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物形成该阻挡层时的反应温度为摄氏400度至600度。
5.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述反应气体混合物形成该阻挡层时的反应压力为4至8mTorr。
6.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的介电层是利用一高密度等离子体化学气相沉积方式形成。
7.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的介电层为一无掺杂玻璃层(Undoped Silicate Glass，USG)。
8.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物形成该介电层时的反应时间为20秒至50秒。
9.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物该介电层时的反应温度为摄氏600度至700度。
10.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物形成该介电层时的反应压力为4至7mTorr。
11.如权利要求1所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物形成该介电层时，所施加的偏向高频电压为1000V～4000V，其沉积/溅射比为2.0至8.0。
12.如权利要求2所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物在形成该阻挡层时的反应气体流量为氢化硅(SiH4)为150±100sccm、氧气(O2)为215±100sccm。
13.如权利要求7所述的伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法，其中上述的反应气体混合物在形成该介电层时的反应气体流量为氢化硅为150±100sccm、氧气为375±150sccm。
全文摘要
一种伴随介电层形成阻挡层的半导体制造方法,利用在一高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)设备,以便在一晶片上进行多晶硅栅极与硅化金属层工艺后,于同一沉积设备中,使一阻挡层伴随介电层而形成于晶片上,其步骤包括:在未施加偏向高频电压状态下,使用一反应气体混合物而在一晶片上形成一阻挡层;以及在施加偏向高频电压状态下,使用该反应气体混合物,在形成有阻挡层的该晶片上形成一介电层。
文档编号H01L21/02GK1380687SQ01116579
公开日2002年11月20日 申请日期2001年4月16日 优先权日2001年4月16日
发明者林平伟, 姜兆声, 游曜声 申请人:矽统科技股份有限公司