专利名称：用于降低氮化物消耗的聚集体介电层的制作方法
技术领域：
本发明的领域本发明涉及用于例如电路结构的钝化或介电层。
背景介电层或膜在电路结构中用于不同器件之间和在例如存在于许多集成电路结构的多级互连体系中用于不同级导体之间的电绝缘。例如，微处理器可在基材如半导体基材上具有5个或更多级的互连。
在多级互连体系或结构中，各介电层或膜之间可以存在明显差异。例如，预金属介电(PMD)层或膜通常在基材或器件基底(如，在其中和/或其上包含活性器件的基材)、或其它的局部互连级材料、和第一互连级(如，金属1)之间使用。PMD层或膜通常可在比金属间介电层的可能温度更高的温度下沉积(和致密，如果需要)。另外，PMD膜可在超过700℃的温度下流动和回流以促进间隙填充。因为将互连结构引入到基材上，引入介电层或膜时的最大温度往往下降，因为金属互连往往在超过400℃的温度下(例如在铝或铜的熔化温度下)熔化。
PMD层或膜以两种方式绝缘集成电路结构中的器件。它从互连层将器件电绝缘，以及它将器件物理隔离污染源如活动离子(例如，来自后处理和操作)。活动离子如钠和钾往往降低基本的器件特性如晶体管器件的阈值电压。
随着器件密度在电路结构或基材上的增加，PMD层或膜达到无空隙的间隙填充的能力变得日益重要。例如，在亚0.25微米(μm)器件中，在PMD工艺中填充间隙的一个标准是0.1微米(μm)且纵横比为5∶1。
硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)-二氧化硅(SiO2)是一种熟知用于PMD层或膜的材料。BPSG通常包含约2-6％重量的硼和磷。BPSG通常使用化学蒸气沉积(CVD)在400-700℃下沉积，然后在700-1000℃下退火(回流)。一般来说，BPSG中的磷用作可能扩散至器件(如，晶体管)的任何活动离子的吸收剂，而硼提供良好的空隙，这是因为它往往在回流退火之后软化该层。
在已有技术集成电路结构的典型制造工艺中，薄层氮化硅(Si3N4)作为起始介电层或膜引入到基材上，然后是例如BPSG层或膜。除了其钝化性能，氮化硅还在一种情况下在平面化随后引入的PMD层或膜如BPSG层或膜时用作蚀刻光阑。
如上所述，PMD层或膜的间隙填充随着密度的增加而日益重要。BPSG层或膜的间隙填充性能通过在800℃以上退火而优化。高温退火往往增加BPSG的回流能力。但高温退火和回流工艺的一个缺陷在于，BPSG材料往往消耗来自下方氮化硅层或膜的氮。氮化物消耗往往降低氮化硅材料的绝缘性能。即，需要一种在磷存在下进行热处理的同时控制含氮层或膜的氮消耗的方法。
本发明的综述在一个实施方案中，一种方法包括，在电路基材上形成在包含氮的第一介电层和包含磷的第二介电层之间具有隔绝层的聚集体。在该实施方案中，该方法还包括，在形成聚集体之后，热处理该电路基材。实施本文所述方法的合适引入点是在PMD层或膜中，其中电路基材包括器件基底和至少一金属层且所述聚集体在所述器件基底和所述至少一金属层之间引入。合适的隔绝层包括介电材料，尤其是硅酸盐如硼硅酸盐玻璃(BSG)或未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)。氮化硅膜和BPSG材料之间的例如BSG或USG薄膜往往在回流(热退火)BPSG时降低消耗。
在另一实施方案中，本发明涉及一种装置。一方面，该装置包括电路基材以及在包含氮的第一介电层和包含磷的第二介电层之间具有隔绝层的聚集体。一个例子是作为PMD层或膜的聚集体，它具有在氮化硅层和BPSG层之间的介电材料如BSG或USG隔绝层作为PMD膜的聚集体。
根据图和本文所给出的详细描述，显然得出其它的特点、实施方案、和益处。
附图的简要描述本发明通过实施例而不是通过限定其中类似参考数字表示类似元件的附图进行说明。应该注意，在本公开内容中所参考的“一个”实施方案并不必要为相同的实施方案，而且是指至少一个实施方案。
图1示意地说明包括在其上和其中按照本发明一个实施方案形成的器件的集成电路基材的一部分的横截面侧视图。
图2给出了在按照本发明一个实施方案引入包括含氮介电层和隔绝层的聚集体层或膜的一部分之后的图1结构。
图3给出了在按照本发明一个实施方案引入和平面化包含磷的介电膜之后的图2结构。
图4给出了在平面化介电膜上引入互连结构之后的图3结构。
详细描述作为实现聚集体和包括该聚集体的装置的一种方法的一个实施方案，描述了一种适用作集成电路结构的介电或钝化层的聚集体。
在一个实施方案中，公开了一种方法，包括，在电路基材上形成一种在包含氮的第一介电层和包含磷的第二介电层之间具有隔绝层的聚集体；并在形成该聚集体之后，对电路基材进行热处理。作为PMD层，聚集体的一个例子是用于将氮化硅层或膜从硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层或膜分离出来的介电材料如硼硅酸盐玻璃(BSG)或未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)的隔绝层或膜。这样，隔绝层或膜降低或尽量降低一般在BPSG层或膜和氮化硅层或膜之间，尤其是在热回流过程中出现的氮消耗。
在以下叙述中，描述了一种聚集体。可以理解，词语聚集体包括在电路基材上引入或形成的多个层或膜。在这种意义上，本文所述的聚集体包括或可认为是“层”，例如所述的PMD层或金属间层。
参考附图，图1示意地给出了具有在其上和其中形成的器件的集成电路基材的一部分的横截面侧视图。具体地说，结构100包括基材102，例如一种包括N-型晶体管器件105和P-型晶体管器件115的半导体基材。晶体管器件105和115相互分离并在由浅沟隔离(STI)结构150确定的活性器件区域中形成。N-型晶体管器件105包括在基材102的表面上(通常在门电介质上)形成的栅电极110和在基材102中形成的连接或扩散区130。晶体管器件115包括在基材102的表面上形成的栅电极120和在基材102中形成的连接或扩散区140。
随着集成电路结构的器件密度的增加，晶体管器件之间的定位作用一般下降，因为在基材(如，芯片)上的给定面积中引入了更多的器件。即，器件的电绝缘变得更加困难。因此，一旦器件在例如图1所示的结构上形成，将PMD层或膜引入该结构的表面上以便隔离单个的晶体管器件以及与这些器件形成电连接的互连结构。在其它性能中，PMD层应该具有充足的间隙填充性能以填充间隙，如晶体管器件之间的间隙160。
图2给出了在将含氮介电材料如氮化硅(Si3N4)薄膜引入到基材102的表面108上之后的图1结构。关于此，含氮层或膜170分别适当地引入到基材102的表面108上和栅电极110和120上。含氮层或膜170用作介电或钝化层以及用于形成贯穿随后引入的介电材料的开口的蚀刻光阑，这在以下段落澄明。氮化硅一般被认为具有太高的介电常数，因此不适用作全PMD层。因此，在其中选择氮化硅作为含氮层或膜170的实施方案中，氮化硅通过例如化学蒸气沉积(CVD)而引入，成为用作蚀刻光阑的例如约20-200埃左右的薄膜。
图2还给出了在将隔绝层或膜180合适地引入到含氮层或膜170上之后的图1结构。在一个实施方案中，隔绝层或膜180选择为一种不会在随后热处理或退火过程中消耗含氮层或膜170中的氮的材料。另一方面，隔绝层或膜180选择为一种具有能够在现有技术器件密度下达到合适间隙填充标准的性能的材料。
适用于隔绝层或膜180的材料包括(但不限于)不含磷的介电材料。据信在回流或热处理过程中，磷消耗氮。通过加入没有磷的隔绝层或膜，可以控制在随后热处理过程中的氮消耗。隔绝层或膜180的代表性材料包括(但不限于)硼硅酸盐玻璃(BSG)和未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)。BSG或USG都可作为例如低于约1000μm的薄膜而引入(其中随后施用的层或膜是BPSG)。一种引入这些BSG或USG薄膜的方式是通过CVD工艺并在约30秒左右进行快速热处理(RTP)。
图3给出了在将含磷层或膜190引入到结构上之后的图2结构。在一个实施方案中，含磷层或膜190是一种因其间隙填充性能而被选择的介电材料，尤其在本文中，该材料构成PMD层的一部分。磷的吸收性能也是需要的。一种适用于含磷层或膜190的材料是硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)。在一个实施方案中，对于现有技术集成电路结构，含磷层或膜190合适地沉积至例如大于约2000埃的厚度。典型的引入技术是CVD。
为了提高PMD层(在图3中表示为含氮层或膜170、隔绝层或膜180和含磷层或膜190)的间隙填充性能，结构100可在引入PMD层之后进行热处理或退火。在用于BPSG的RTP工艺中，在水蒸气或氮气的存在下，合适的退火或热处理温度大于700℃，例如830℃。
据信，在大于700℃下的退火或热处理往往使含磷层或膜190中的磷活动。一方面，隔绝层或膜180还据信有效地减慢磷至含氮层或膜170中的氮的路径。通过减慢该路径，消耗较少的氮。关于此，含氮层或膜170的绝缘性能不会因氮消耗而消失。
图1-3给出了PMD层或膜，它是含氮层或膜170、隔绝层或膜180和含磷层或膜190的一种聚集体。可以理解，聚集体的各层可保持为单个层，或尤其在随后将这些材料暴露进行热处理之后，以一种添加或反应性方式结合。
图4给出了在平面化含磷层或膜190以及形成和填充分别通向单个晶体管器件105和115的扩散或连接区的通道或开口之后的图3结构。在一个实施方案中，BPSG的含磷层或膜190的平面化通过本领域所称的抛光(如，化学-机械抛光)而实现。通过例如用本领域已知的蚀刻化学进行蚀刻，通道或开口贯穿含磷层或膜190、隔绝层或膜180和含氮层或膜170而形成。在这方面，隔绝层或膜180的材料选择可使得单个的蚀刻化学过程可用于形成贯穿含磷层或膜190以及隔绝层或膜180两者的开口。另外，可以采用干蚀刻。
在PMD层中形成开口或通道之后，这些开口或通道可被导电材料填充。常规途径是沿着开口或通道的侧壁引入钛粘附层，然后还是沿着侧壁引入氮化钛隔绝层。其余的开口或通道随后用钨填充。随后引入例如铝或铜材料(包括铝或铜的合金)的互连210并在导电通道或开口之上在PMD层的表面195上构图。互连210的引入和构图可通过本领域已知的方式实现。
在以上段落中，描述了一种适用作PMD层的聚集体。在以PMD层描述的该聚集体中，含磷介电材料(如，BPSG)常结合含氮材料(如，Si3N4)使用。隔绝层或膜的存在往往降低一般在热处理过程中出现在直接放置的含磷和含氮材料之间的氮消耗。但要理解，例如所述的聚集体可用于其中涉及在磷存在下的氮消耗的各种场合。这些场合包括(但不限于)金属间介电层或膜。
在以上的详细描述中，根据特定实施方案描述了一种方法和装置。但显然可以对其进行各种改进和变化而不背离在权利要求书中给出的本发明的较宽主旨和范围。例如，在以上详细描述中，根据集成电路结构描述了该方法和装置。这些结构包括(但不限于)电学和光学结构。可在其上形成聚集体的基材可因此包括(但不限于)半导体、陶瓷、和玻璃基材或半导体、陶瓷和/或玻璃基材的组合。因此，说明书和附图要看作说明性而非限定性的。
权利要求
1.一种方法，包括在基材上形成一种具有在包含氮的第一介电层和包含磷的第二介电层之间的隔绝层的聚集体；和在形成所述聚集体之后，热处理该基材。
2.根据权利要求1的方法，其中所述基材包括器件基底和至少一金属层，且所述聚集体的引入包括在所述器件基底和所述至少一金属层之间引入所述聚集体。
3.根据权利要求1的方法，其中所述基材包括非平面表面，且所述聚集体的引入包括直接在所述非平面表面上引入所述聚集体。
4.根据权利要求1的方法，其中所述基材包括至少一个沟槽，且所述聚集体的引入包括在所述至少一个沟槽中引入所述聚集体。
5.根据权利要求1的方法，其中所述第一介电层包含氮化硅。
6.根据权利要求5的方法，其中所述隔绝层包含介电材料。
7.根据权利要求6的方法，其中所述隔绝层包含硼。
8.一种方法，包括在基材之上，直接在包含氮的第一介电层上引入隔绝层；直接在所述隔绝层上引入包含磷的第二介电层；和热处理所述基材。
9.根据权利要求8的方法，其中所述基材包括器件基底和至少一金属层，且所述第一介电层的引入包括在所述器件基底和所述至少一金属层之间引入所述第一介电层。
10.根据权利要求8的方法，其中所述基材包括非平面表面，且所述聚集体的引入包括直接在所述非平面表面上引入所述聚集体。
11.根据权利要求8的方法，其中所述基材包括至少一个沟槽，且所述聚集体的引入包括在所述至少一个沟槽中引入所述聚集体。
12.根据权利要求4的方法，其中所述隔绝层包含介电材料。
13.根据权利要求5的方法，其中所述隔绝层包含硼。
14.一种装置，包括基材；和具有在包含氮的第一介电材料和包含磷的第二介电材料之间的隔绝材料的聚集体。
15.根据权利要求14的装置，其中所述基材包括器件基底和至少一金属材料，且所述聚集体位于所述器件基底和所述至少一金属材料之间。
16.根据权利要求15的装置，其中所述第一介电材料包含氮化硅。
17.根据权利要求16的装置，其中所述隔绝材料包含介电材料。
18.根据权利要求17的装置，其中所述隔绝材料包含硼。
全文摘要
本发明公开了一种方法,包括,在基材上形成在包含氮的第一介电层和包含磷的第二介电层之间具有隔绝层的聚集体,并在形成该聚集体之后,热处理该基材。本发明公开了包括基材和在该基材上形成的聚集体的装置,该聚集体包括在包含氮的第一介电层和包含磷的第二介电层之间的隔绝层。
文档编号H01L21/314GK1372303SQ0210475
公开日2002年10月2日 申请日期2002年2月10日 优先权日2001年2月19日
发明者K·M·穆凯, S·察恩狄岚 申请人:应用材料有限公司