绝缘层以及使用其的半导体器件的制造方法

专利名称：绝缘层以及使用其的半导体器件的制造方法
技术领域：
本公开内容涉及半导体制造技术，并且更具体涉及制造绝缘层的方法，其能够防 止由于含磷绝缘层而导致的氮化物层损失，还涉及制造使用所述绝缘层的半导体器件的方 法。
背景技术：
随着半导体器件变得更加高度集成，电路图案尺寸/尺度减小，并且图案之间的 深宽比增加。因此，间隙填充(gap-fill)工艺的容限减小。因此，采用具有适当回流特性 的绝缘层诸如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)作为填充图案之间间隙的层间介电层。如果对沉积 的BPSG层实施热处理，那么在BPSG层中产生回流。因此，可确保平坦性并且可移除层间缺 陷诸如空隙。 图1是包括层间介电层的典型半导体器件的截面图，图2A和2B是解释典型半导 体器件遇到的限制的截面图。 参考图l，在衬底101上布置多个栅极105，使得栅极105之间的间隙在单元区中 比在周边区中小(SI < S2)，并且在栅极105的两个侧壁上形成栅极间隔物层106。沿着包 括栅极105的所得结构的表面布置氮化物层108，并且在氮化物层108上形成BPSG层107， 作为填充栅极105之间间隙的层间介电层。所述栅极具有其中依次形成栅极介电层102、栅 电极103和栅极硬掩模层104的堆叠结构。 氮化物层108防止包含于BPSG层107中的杂质(例如，磷(P)和硼(B))渗透进 入衬底101或栅极105，并保护下部结构。 然而，在用于移除在BPSG层107和阶梯表面中的缺陷如空隙的回流热处理中，由 BPSG层107导致氮化物层108的损失，因此劣化半导体器件的特性。这是由于BPSG层107 中的磷(P)与气氛中的水(H20)反应，从而形成会蚀刻氮化物层108的磷酸。
而且，由于氮化物层108在单元区和周边区中同时形成，所以氮化物层108在单元 区和在周边区中具有相等的厚度，但是由于栅极105在单元区和周边区中的间隙差异，所 以由于BPSG层107导致的氮化物层108的损失程度不同。由于在单元区中栅极105之间填 充的BPSG层107的量大于在周边区的栅极105之间填充的BPSG层107的量，所以在周边 区中形成的氮化物层108的损失量大于在单元区中形成的氮化物层108的损失量。因此， BPSG层107的回流热处理之后保留的氮化物层108的厚度在单元区中大于在周边区中(Tl > T2)。由于栅极105的间隙差异导致的氮化物层108的损失量差异了劣化半导体器件的 特性，以下将参考图2A和2B对此进行详细描述。 图2A是说明其中BPSG层107的回流热处理之后保留的氮化物层108的厚度适合
4于单元区的情况的截面图。在此情况下，在周边区中形成的氮化物层108过度损失。当氮 化物层108过度损失时，尤其是，当保留的氮化物层108的厚度小于55l时，包含于BPSG层 107中的杂质尤其是硼(B)渗透进入衬底101或栅极105，劣化半导体器件的特性。
图2B是说明其中BPSG层107的回流热处理之后保留的氮化物层108的厚度适合 于周边区的情况的截面图，即，在周边区中保留的氮化物层108的厚度大于至少55l。在此 情况下，在单元区中保留的氮化物层108厚于实际所需的。因此，在形成用于着陆塞的接触 孔109的工艺中，氮化物层108留在衬底101上，这会导致接触未打开(contact-not-open) 现象。

发明内容
实施方案涉及提供制造绝缘层的方法，其能够防止或抑制由于含磷绝缘层的存在 导致氮化物层损失和确保期望的回流特性，还涉及制造使用所述绝缘层的半导体器件的方 法。 实施方案涉及提供制造半导体器件的方法，其中由于层间介电层导致的氮化物层
的损失量在单元区和在周边区中均一，而与栅极之间间隙的不同无关，由此防止在单元区
中的接触未打开现象和防止包含于周边区的层间介电层中的杂质渗透进入衬底或栅极。 根据所述公开主题的一个方面，提供一种制造绝缘层的方法，所述方法包括通过
使用硅源和磷源在氮化物层上形成绝缘层，其中所述绝缘层包括接触氮化物层的第一绝缘
层和在所述第一绝缘层上形成的第二绝缘层，其中与第二绝缘层相比较，采用较高流量的
硅源和较低流量的磷源来形成第一绝缘层。 根据另一个方面，提供一种制造半导体器件的方法，所述方法包括在衬底上形成
多个图案以在其间具有一定间隙；在包括图案的所得结构上形成氮化物层。所述方面还包
括在氮化物层上形成具有均一厚度的第一绝缘层，和在所述第一绝缘层上形成填充所述
图案之间间隙的第二绝缘层，其中使用硅源和磷源形成所述第一和第二绝缘层，与第二绝
缘层相比较，通过使用较高流量的硅源和较低流量的磷源来形成第一绝缘层。 根据所述公开主题的另一个方面，提供一种制造半导体器件的方法，所述方法包
括在限定单元区和周边区的衬底上形成多个栅极，单元区中栅极之间的间隙小于周边区
中栅极之间的间隙；在包括栅极的所得结构上形成氮化物层；和在所述氮化物层上形成具
有均一厚度的第一绝缘层，和在所述第一绝缘层上形成填充所述栅极之间间隙的第二绝缘
层。在此情况下，使用硅源和磷源形成第一和第二绝缘层，与第二绝缘层相比较，通过使用
较高流量的硅源和较低流量的磷源来形成第一绝缘层。 根据所述公开主题的又一个方面，提供一种制造半导体器件的方法，所述方法包 括在限定单元区和周边区的衬底上形成多个栅极，单元区中栅极之间的间隙小于周边区 中栅极之间的间隙；在包括栅极的所得结构上形成氮化物层；使用高于磷源流量的硅源流 量，在所述氮化物层上形成具有均一厚度的第一绝缘层，使得第一绝缘层具有第一百分比 范围的硅比磷之比；使用低于磷流量的硅流量，在第一绝缘层上形成填充栅极之间间隙的 第二绝缘层，其中所述第二绝缘层具有第二百分比范围的硅比磷之比；和实施第二绝缘层 的热回流，使得其中在回流期间经由第一绝缘层损失的单元区的栅极之间的氮化物层的量 与在周边区的栅极之间损失的氮化物层的量相匹配，从而使得当热回流完成时单元区的栅
5极之间氮化物层的厚度与周边区中栅极之间氮化物层的厚度基本相同。


图1是包括层间介电层的典型半导体器件的截面图。 图2A和2B是说明典型半导体器件遇到的限制的截面图。 图3A 3D是说明根据一个实施方案制造半导体器件方法的截面图。 图4A 4E是说明根据另一个实施方案制造半导体器件方法的截面图。 图5是说明在沉积BPSG层的工艺中氮化物层的损失量相对于硅源流量的图。 图6是说明在沉积BPSG层的工艺期间氮化物层的损失量相对于层中磷含量的图。 图7是说明根据BPSG层回流热处理之后保留的氮化物层厚度差异随图案间隙差
异而变化的图。
具体实施例方式
通过实施方案的以下描述，所述公开主题的其它目的和优点会变得更好理解。
在附图中，将层和区域的尺度进行放大以清楚地进行说明。也应该理解，当层(或 膜)称为在另一层或衬底"上"时，其可以直接在其它层或衬底上，或也可存在中间层。此 外，应理解当层称为在另一层"下"时，其可以直接在另一层下，也可存在一个或更多个中间 层。另外，也应理解当层称为在两层"之间"时，其可以是在所述两层之间的仅有的层，或也 可存在一个或更多个中间层。 所公开的实施方案涉及一种制造绝缘层的方法，其能够最优地防止或抑制由于含 磷层例如BPSG层的存在而导致氮化物层的损失，同时确保适当的回流特性，所述实施方案 还涉及制造使用所述绝缘层的半导体器件的方法。为此，当使用硅源和磷源在氮化物层上 形成绝缘层时，与在第一绝缘层上形成的第二绝缘层相比较，使用较高流量的硅源和较低 流量的磷源来形成接触氮化物层的第一绝缘层。
[ —个实施方案] 图3A 3D是说明根据一个实施方案制造半导体器件方法的截面图。 参考图3A，在其中形成预定结构的衬底11上形成具有一定间隙的多个图案12。图
案12可包括例如栅极、位线和金属线。 在包括图案12的所得结构上形成氮化物层13。氮化物层13防止在后续形成层间 介电层的工艺中包含于层间介电层的杂质进入衬底ll或图案12。氮化物层13可由氮化硅 (Si3N4)形成。 可以考虑在后续形成层间介电层的工艺中层间介电层的间隙填充特性以及由于 层间介电层导致的氮化物层13的损失厚度来调整氮化物层13的沉积厚度。例如，氮化物 层13可形成为约60 约130A的厚度。 形成氮化物层13之前，在图案12的两个侧壁上可形成间隔物层以在后续工艺中 保护图案12的两个侧壁。 参考图3B，通过使用硅源和磷源在氮化物层13上形成具有均一厚度的第一绝缘 层14。第一绝缘层14包含磷含量，通过其可防止氮化物层13在后续工艺中的损失。在此 情况下，考虑到将通过后续工艺形成的第二绝缘层的间隙填充特性，可形成小厚度的第一绝缘层14，例如150 25(L4。如果第一绝缘层14的厚度小于150^，由于包含于层间介电
层的杂质穿过第一绝缘层14，所以氮化物层13可能会损失。如果第一绝缘层14的厚度大
于250l，那么第二绝缘层的间隙填充特性在后续形成第二绝缘层的工艺中可能会劣化。 使用硅源和磷源形成的第一绝缘层14可包括含磷氧化硅层，例如磷硅酸盐玻璃 (PSG)层或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层。在此情况下，考虑到第一绝缘层14的层品质和回流 特性，可使用BPSG层形成第一绝缘层14。同时，含杂质的绝缘层例如BSG(硼硅酸盐玻璃) 层、PSG层或BPSG层相对于不含杂质的绝缘层例如未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)具有优异的 层品质和回流特性。在含杂质的绝缘层中，含磷绝缘层(例如，PSG层或BPSG层)具有相对 优异的层品质，而含硼绝缘层(例如，BSG层或BPSG层)具有相对优异的回流特性。因此， 考虑能够满足高度集成半导体器件的层品质和回流特性二者需求的BPSG层作为绝缘层。 可使用可流动的氧化物层作为第一绝缘层14。可流动的氧化物层的例子可包括旋涂电介质 (SOD)层、旋涂玻璃(S0G)层、先进平坦化层(APL，advancedplanarization layer)和含氢 倍半硅氧烷(hydrogen silsesquioxane， HSQ)层。然而，可流动的氧化物层的层品质由于 多孔特性而不致密，因此可流动的氧化物层可能易于损失。因此，可流动的氧化物层因而不 是BPSG层的最优替代。 以下将详细描述使用BPSG层制造第一绝缘层14的方法。 将已经形成有氮化物层13的衬底11装入腔室。将硅源、氧源、磷源以及硼源注入 腔室并彼此反应以形成第一绝缘层14。可分别使用原硅酸四乙酯(TE0S)气体、氧(02)气 体、磷酸三乙酯(TEP)气体和硼酸三乙酯(TEB)气体作为硅源、氧源、磷源和硼源。此外，可 使用各种已知的材料作为源材料。 调整沉积工艺之间的磷源和硼源的流量，使得在第一绝缘层14中的磷和硼的含 量为约2 约3. 5wt%，以防止氮化物层13的损失并确保层品质和回流特性。在此情况下， 包含于第一绝缘层14中的磷和硼的含量(或浓度)可彼此相同，或者磷含量可大于硼含 量。以此来降低回流热处理中的热处理温度。 当包含于第一绝缘层14中的磷含量小于2wt %时，第一绝缘层14的层品质劣化并 因此难以有效地防止氮化物层13在后续工艺期间的损失。而且，当包含于第一绝缘层14 中的磷含量大于3. 5wt^时，氮化物层13可由于其中包含磷而损失。 此外，为了防止氮化物层13由于在形成第一绝缘层14的工艺中各反应之间和反 应之后保留的杂质源而导致的损失，以高流量供给硅源进入腔室来清除在腔室中保留的磷 源。例如，可以以约900 约2500mgm(毫克/分钟)的流量供给硅源。这样，如果在形成 第一绝缘层14的工艺中减小层中的磷和硼含量而以高流量供给硅源，那么能够防止杂质 尤其是磷的产生，这些杂质不参与沉积工艺之间的反应。此外，可防止当沉积工艺完成时磷 以没有结合第一绝缘层14中的硅的不稳定状态而保留。因此，可防止在沉积工艺和后续工 艺(尤其是热处理)中通过磷和水的反应而产生磷酸。因此，由于第一绝缘层14的存在， 所以能够防止氮化物层13的损失。 即使在第一绝缘层14中的磷含量(例如，约2 约3.5wt^)减小，第一绝缘层 14具有小的厚度(例如，约150 约250人)。因此，能够防止在后续回流热工艺期间包括 第一和第二绝缘层的层间介电层的回流特性的劣化。 参考涂3C，在第一绝缘层14上形成第二绝缘层15以填充图案12之间的间隙。第二绝缘层15比第一绝缘层14具有更大的磷含量。第二绝缘层15用于提高包括第一和第 二绝缘层14和15的层间介电层16的回流特性。因此，第二绝缘层15可以形成为具有可 确保半导体器件需要的回流特性的磷含量。 第二绝缘层15和第一绝缘层14可由相同材料形成。因此，可通过使用硅源和磷 源由BPSG形成第二绝缘层15。在此情况下，与形成第一绝缘层14相比较，使用较低流量的 硅源和较高流量的磷源来形成第二绝缘层15。 S卩，第一绝缘层14相比于第二绝缘层15在 较高流量的硅源和较低流量的磷源下形成。 以下将更详细地描述形成BPSG第二绝缘层15的工艺。 通过注入硅源、氧源、磷源和硼源并使它们反应，在与其中形成第一绝缘层14相 同的腔室中原位形成第二绝缘层15。在此情况下，通过控制硅源、磷源和硼源的流量，调整 第二绝缘层15中的磷含量和硼含量以及第二绝缘层15的间隙填充特性。TE0S气体、氧气、 TEP气体和TEB气体可分别用作硅源、氧源、磷源和硼源。 调整沉积工艺之间磷源和硼源的流量，使得在第二绝缘层15中的磷含量和硼含 量为约3. 5 6wt%，以确保包括第一和第二绝缘层14和15的层间介电层16的层品质和 回流特性。在此情况下，包含于第二绝缘层15中的磷含量和硼含量可彼此相同，或者磷含 量可大于硼含量。以此来降低回流热处理中的热处理温度。 当包含于第二绝缘层15中的磷含量小于3. 5wt^时，第二绝缘层15的回流特性可 劣化或回流热处理温度可提高(例如，80(TC或更高)，因此导致杂质(例如，磷或硼)的热 扩散。而且，当包含于第二绝缘层15中的磷含量大于6wt^时，杂质尤其是磷渗透进入第一 绝缘层14，由此导致氮化物层13的损失。 此外，为了提高第二绝缘层15的间隙填充特性，通过以低流量供给硅源进入腔室 以降低沉积速率。例如，可以以约500 约900mgm的流量供给硅源。此时，如果层中的磷 含量和硼含量高而以低流量供给硅源，那么产生不参与反应的杂质(即，未反应的磷)。此 外，磷可以以没有结合于第二绝缘层15中的硅的不稳定状态保留。然而，第一绝缘层14用 作相对于氮化物层13的阻挡层。因此，能够防止氮化物层13由于在沉积第二绝缘层15的 工艺中产生的未反应的磷和在第二绝缘层15中具有不稳定结合状态的磷而损失。
同时，由于下部结构的阶梯部分，第二绝缘层15的表面在形成第二绝缘层15的工 艺中可产生阶梯。而且，由于图案12的高的深宽比，在层中可产生缺陷诸如空隙。这些缺 陷和阶梯表面由于在后续工艺中具有不利影响所以必须被移除。 如图3D所示，实施用于回流层间介电层16的热处理以移除层中的空隙和阶梯表 面。所述热处理可通过炉管热处理和快速退火工艺在约750 约80(TC的温度下实施。附 图标记16A表示回流后层间介电层。 在所述回流热处理中，进入第二绝缘层15中的磷和硼可由于热扩散而渗透进入 氮化物层13。然而，比第二绝缘层15具有相对较小磷含量和硼含量的第一绝缘层14用作 阻挡层，以由此防止磷和硼渗透进入氮化物层13或图案12。因此，由于第一绝缘层14，所 以能够防止氮化物层13在层间介电层16A的回流热处理中受到损失。而且，由于第二绝缘 层15，所以可确保回流特性。此外，由于第一绝缘层14，所以能够防止半导体器件回流特性 劣化，由当层间介电层16A中的杂质尤其是硼渗透进入衬底11或图案12时可导致所述劣 化。
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当在氮化物层13上形成含磷绝缘层时，通过使用比在第一绝缘层14上形成的第 二绝缘层15的更高流量的硅源和更低流量的磷源，形成接触氮化物层13的第一绝缘层14。 因此，在所述工艺中，能够防止由于含磷绝缘层导致的氮化物层13的损失，并且也能够确 保包括第一和第二绝缘层14和15的层间介电层16A的回流特性和间隙填充特性。 [OO53][另一个实施方案] 图4A 4E是说明根据另一个实施方案制造半导体器件方法的截面图。
参考图4A，在限定单元区和周边区的衬底31上形成多个图案35。在单元区中形 成的栅极35之间的间隙小于在周边区中形成的栅极35之间的间隙。即，在单元区中的栅 极35布置得密集，而在周边区中的栅极35布置得稀疏。 栅极35可具有栅极介电层32、栅电极33和栅极硬掩模层34的堆叠结构。
栅极介电层32可由氧化物例如二氧化硅(Si02)形成。用于栅极介电层32的二 氧化硅层可通过热氧化工艺形成。 栅电极33可包括硅层、金属层或其堆叠结构。所述硅层可由多晶硅(poly Si)或 硅锗(SiGe)形成，金属层可由鸨(W)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)或硅化鸨(WSi)形成。
栅极硬掩模层34可由选自氧化物层、氮化物层、氧氮化物层及其堆叠结构中的一 种形成。 形成栅极35之前，可选择性地蚀刻衬底31以形成凹陷图案(未显示)。凹陷图案 可形成为选自以下中的一种矩形、多边形、灯泡形、鳍形和鞍鳍形(saddle fin type)。
沿着包括栅极35的所得结构的表面形成具有一定厚度的绝缘层(未显示)，并且 实施无掩模蚀刻工艺(blanket etching process)(例如回蚀工艺)以在栅极35的两个侧 壁上形成栅极间隔物层36。栅极间隔物层36在工艺过程中保护栅极35和将栅极35与在 后续工艺中将形成的着陆塞电隔离。 栅极间隔物层36可包括氧化物层和氮化物层的堆叠层(氧化物层/氮化物层或 者氧化物层/氮化物层/氧化物层)，或者单一的氮化物层。 在包括栅极35的所得结构上形成氮化物层37。氮化物层37防止包含于层间介电 层的杂质在后续形成层间介电层的工艺中进入衬底31或栅极35。氮化物层37可由氮化硅 (Si3N4)形成。 可以考虑在后续形成层间介电层的工艺中层间介电层的间隙填充特性以及由于 层间介电层导致的氮化物层37的损失厚度来调整氮化物层37的沉积厚度。例如，氮化物 层37可形成为约60 约130A的厚度。 参考图4B，通过使用硅源和磷源在氮化物层37上形成具有均一厚度的第一绝缘 层38。第一绝缘层38包含磷含量，通过其可防止氮化物层37在本实施方案中涉及的工艺 中的损失。在此情况下，考虑到将通过后续工艺形成的第二绝缘层的间隙填充特性，可形成 小厚度的第一绝缘层38，例如150 250A。如果第一绝缘层38的厚度小于150A，那么由 于包含于层间介电层的杂质穿过或渗透进入第一绝缘层38，所以氮化物层37可能损失。如 果第一绝缘层38的厚度大于250人，那么第二绝缘层的间隙填充特性在后续形成第二绝缘 层的工艺中可能劣化。 使用硅源和磷源形成的第一绝缘层38可包括含磷氧化硅层，例如磷硅酸盐玻璃 (PSG)层或硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层。在此情况下，考虑到第一绝缘层38的层品质和回流特性，可使用BPSG层形成第一绝缘层38。同时，含杂质的绝缘层例如BSG层、PSG层或 BPSG层相对于不含杂质的绝缘层例如未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)具有优异的层品质和回 流特性。在含杂质的绝缘层中，含磷绝缘层(例如，PSG层或BPSG层)具有相对优异的层品 质，而含硼绝缘层(例如，BSG层或BPSG层)具有相对优异的回流特性。因此，考虑能够满 足高度集成半导体器件的层品质和回流特性二者需求的BPSG层作为绝缘层。此外，可使用 可流动的氧化物层作为第一绝缘层38。可流动的氧化物层的例子可包括旋涂电介质(SOD) 层、旋涂玻璃(SOG)层、先进平坦化层(APL)和含氢倍半硅氧烷(HSQ)层。然而，在某些情 况下，可流动的氧化物层的层品质由于多孔特性而不致密，因此可流动的氧化物层可能易 于损失。因此，在这些情况下，可流动的氧化物层相比于BPSG层较不优选。
以下将详细描述使用BPSG层制造第一绝缘层38的方法。 将已经形成有氮化物层37的衬底31装入工艺腔室。将硅源、氧源、磷源以及硼源 注入腔室并彼此反应以形成第一绝缘层38。可分别使用原硅酸四乙酯(TE0S)气体、氧(02) 气、磷酸三乙酯(TEP)气体和硼酸三乙酯(TEB)气体作为硅源、氧源、磷源和硼源。作为替 代或者另外地，可使用各种已知的材料作为上述源材料。 在沉积工艺之间调整磷源和硼源的流量，使得在第一绝缘层38中的磷和硼的含 量为约2 约3. 5wt%，以防止氮化物层37的损失并确保层品质和回流特性。在此情况下， 包含于第一绝缘层38中的磷和硼的含量(或浓度)可彼此相同，或者磷含量可大于硼含 量。以此来降低回流热处理中的热处理温度。 当包含于第一绝缘层38中的磷含量小于2wt^时，第一绝缘层38的层品质倾向于 劣化并因此难以有效地防止氮化物层37在后续工艺期间的损失。而且，当包含于第一绝缘 层38中的磷含量大于3. 5wt^时，氮化物层37可由于其中包含的磷而损失。
此外，为了防止氮化物层37由于在形成第一绝缘层38的工艺中各反应之间和反 应之后保留的杂质源导致的损失，以高流量供给硅源进入腔室来清除在腔室中保留的磷 源。例如，可以以约900 约2500mgm(毫克/分)的流量供给硅源。这样，如果在形成第 一绝缘层38的工艺中层中磷和硼含量减小而硅源以高流量供给，那么能够防止杂质尤其 是磷的产生，这些杂质不参与沉积工艺之间的反应。此外，能够防止当沉积工艺完成时磷以 没有结合第一绝缘层38中的硅的不稳定状态保留。因此，能够防止在沉积工艺和后续工艺 (尤其是热处理)中通过磷和水的反应而产生磷酸。因此，由于第一绝缘层38的存在，所以 能够防止氮化物层37的损失。 即使在第一绝缘层38中的磷含量(例如，约2 约3. 5wt% )减小，但是第一绝缘 层38具有小的厚度(例如，约150 约250 AJ。因此，能够防止在后续回流热工艺期间 包括第一和第二绝缘层的层间介电层的回流特性的劣化。此外，由于第一绝缘层38形成为 具有在栅极35之间的间隙没有被填充的小厚度，因此在单元区的栅极35之间形成的第一 绝缘层38的量等于在周边区的栅极35之间形成的第一绝缘层38的量。因此，即使在形成 第一绝缘层38的工艺中损失一些氮化物层37，也可控制在单元区中氮化物层37的损失量 与在周边区中氮化物层37的损失量相同。 因此，当形成第一绝缘层38的工艺完成时，单元区中氮化物层37的厚度(Tl)可 有效地等于周边区中氮化物层37的厚度(T2) (Tl = T2)。 参考图4C，在第一绝缘层38上形成第二绝缘层39以填充栅极35之间的间隙。第二绝缘层39比第一绝缘层38具有更大的磷含量。第二绝缘层39用于提高包括第一和第 二绝缘层38和39的层间介电层40的回流特性。因此，第二绝缘层39可形成为具有可确 保半导体器件所需的回流特性的磷含量。 第二绝缘层39和第一绝缘层38可由相同材料形成。因此，可通过使用硅源和磷 源由BPSG形成第二绝缘层39。在此情况下，与第一绝缘层38相比较，使用较低流量的硅源 和较高流量的磷源来形成第二绝缘层39。 S卩，第一绝缘层38相比于第二绝缘层39而言在 较高流量的硅源和较低流量的磷源下形成。 以下将更详细地描述形成BPSG第二绝缘层39的工艺。 通过注入硅源、氧源、磷源和硼源并使它们反应，在与其中形成第一绝缘层38相 同的腔室中原位形成第二绝缘层39。在此情况下，通过控制硅源、磷源和硼源的流量，调整 第二绝缘层39中的磷含量和硼含量以及第二绝缘层39的间隙填充特性。TE0S气体、氧气、 TEP气体和TEB气体可分别用作硅源、氧源、磷源和硼源。 调整沉积工艺之间磷源和硼源的流量，使得在第二绝缘层39中的磷含量和硼含 量为约3. 5 6wt%，以确保包括第一和第二绝缘层38和39的层间介电层40的层品质和 回流特性。在此情况下，包含于第二绝缘层39中的磷含量和硼含量可彼此相同，或者磷含 量可大于硼含量。以此来降低回流热处理中的热处理温度。 当包含于第二绝缘层39中的磷含量小于3. 5wt^时，第二绝缘层39的回流特性可 劣化或回流热处理温度可提高(例如，80(TC或更高)，因此导致杂质(例如，磷或硼)的热 扩散。而且，当包含于第二绝缘层39中的磷含量大于6wt %时，杂质尤其是磷渗透进入第一 绝缘层38，由此导致氮化物层37的损失。 此外，为了提高第二绝缘层39的间隙填充特性，通过以低流量供给硅源进入腔室 来降低沉积速率。例如，可以以约500 约900mgm的流量供给硅源。这样，如果层中磷含 量和硼含量高而硅源以低流量供给，那么产生不参与反应的杂质(即，未反应的磷)。此外， 磷可以以没有结合第二绝缘层39中的硅的不稳定状态保留。然而，第一绝缘层38用作相 对于氮化物层37的阻挡层。因此，能够防止氮化物层37由于在沉积第二绝缘层39的工艺 中产生的未反应的磷和在第二绝缘层39中具有不稳定结合状态的磷而损失。
因此，当形成第二绝缘层39的工艺完成时，单元区中氮化物层37的厚度(Tl)可 有效地等于周边区中氮化物层37的厚度(T2) (Tl = T2)。 同时，由于下部结构的阶梯部分，在形成第二绝缘层39的工艺中第二绝缘层39的 表面可产生阶梯。而且，由于图案35的高的深宽比，在层中可产生缺陷诸如空隙。这些缺 陷和阶梯表面由于在后续工艺中具有不利影响所以必须被移除。 如图4D所示，实施用于回流层间介电层40的热处理以移除层中的空穴和阶梯表 面。所述热处理可通过炉管热处理或快速退火工艺在约750 约80(TC的温度下实施。附 图标记40A表示回流后的层间介电层。 在所述回流热处理中，第二绝缘层39中的磷和硼可由于热扩散而渗透进入氮化 物层37。然而，具有比第二绝缘层39相对较小磷含量和硼含量的第一绝缘层38用作阻挡 层，由此防止磷和硼渗透进入氮化物层37或栅极35。因此，由于第一绝缘层38，所以能够 防止氮化物层37在层间介电层40A的回流热处理中受到损失。而且，由于第二绝缘层39， 所以可确保回流特性。此外，由于第一绝缘层38，能够防止半导体器件回流特性劣化，所述劣化由当层间介电层40A中的杂质尤其是硼渗透进入衬底31或栅极35时所导致。 因此，当回流热处理完成时，单元区中氮化物层37的厚度(Tl)可有效地等于周边
区中氮化物层37的厚度(T2) (Tl = T2)。 通过上述工艺，能够防止当由于层间介电层40A导致周边区的氮化物层37过度损 失时层间介电层40A中的杂质渗透进入衬底31或栅极35。而且，能够防止在形成用于着陆 塞的接触孔的工艺中，当氮化物层37在单元区中保留明显超出所需时而产生的接触未打 开现象。 虽然未显示，但是在暴露栅极硬掩模34的条件下，热处理之后可实施平坦化工 艺。以此提高在形成用于着陆塞的接触孔的工艺中蚀刻容限。所述平坦化工艺可使用化学 机械抛光(CMP)来实施。 参考图4E，选择性地蚀刻单元区的层间介电层40A以形成暴露单元区的衬底31的 接触孔41。形成用于着陆塞的接触孔41，该着陆塞连接位线和存储节点接触塞。
当在氮化物层37上形成含磷绝缘层时，与在第一绝缘层38上形成的第二绝缘层 39相比较，通过使用较高流量硅源和较低流量磷源形成接触氮化物层37的第一绝缘层38。 因此，在所述工艺中，能够防止由于含磷绝缘层导致的氮化物层37的损失，并且也能够确 保包括第一和第二绝缘层38和39的层间介电层40A的回流特性和间隙填充特性。
此外，当在氮化物层37上形成含磷绝缘层时，通过堆叠具有不同磷含量的第一和 第二绝缘层38和39的堆叠结构来形成含磷绝缘层，从而可防止氮化物层37的损失。因 此，当含磷绝缘层的回流热处理完成时，在单元区中保留的氮化物层37的厚度和在周边区 中保留的氮化物层37的厚度可相同。即，即使由于在栅极35之间不同的间隙导致在栅极 35之间填充的层间介电层40A的量不同，也能够减小由不同间隙所导致的氮化物层37的 损失量差异。因此，能够防止在单元区中形成接触孔41的工艺中产生接触未打开现象。而 且，能够防止在周边区中包含于层间介电层40A的杂质(尤其是硼)渗透进入衬底31或栅 极35。因此，初始氮化物层37的沉积厚度可减小，半导体器件的集成密度可提高。
[试验结果] 图5是说明在沉积BPSG层的工艺中氮化物层的损失量相对于硅源流量的图。在 该试验中，采用TEOS作为硅源。 由图5可看出，当磷源和硼源的流量固定时，氮化物层的损失随着硅源流量增加 而减小。这是由于硅源流量的增加，使得在腔室中保留的没有参与反应的未反应磷源和硼 源的量减小。 图6是说明在沉积BPSG层的工艺期间氮化物层的损失量相对于层中磷含量的图。 使用流量为1150mgm的TEOS作为硅源。 由图6可看出，当硅源流量固定时，氮化物层的损失随着层中磷含量增加而增加。 这是由于磷含量的增加，即沉积工艺中磷源流量的增加使得在腔室中保留的没有参与反应 的磷源的量增加，因此保留的磷源与水反应产生磷酸。 图7是说明随BPSG层回流热处理之后图案间隙差异而变化的保留氮化物层厚度 差异的图。单元区中图案之间的间隙小于周边区中图案之间的间隙，并且BPSG层沉积之前
的初始氮化物层的厚度为120人。 由图7可看出，在具有不同的图案之间间隙的单元区和周边区中形成具有相同厚度的氮化物层之后，在BPSG层的沉积工艺中，随着层中的磷含量增加，在图案之间间隙大
的周边区中形成的氮化物层的损失量大于在图案之间间隙相对小的单元区中形成的氮化
物层的损失量。这是由于随着图案之间变得较大，图案之间填充的BPSG层的量大。 根据实施方案，当在氮化物层上形成含磷绝缘层时，与在第一绝缘层上形成的第
二绝缘层相比较，使用较高流量的硅源和较低流量的磷源来形成接触氮化物层的第一绝缘
层。因此，在工艺中，能够防止由于含磷绝缘层导致氮化物层的损失，并且也能够确保包括
第一和第二绝缘层的层间介电层的回流特性和间隙填充特性。 此外，当在氮化物层上形成含磷绝缘层时，通过堆叠具有不同磷含量的第一和第二绝缘层的堆叠结构来形成含磷绝缘层，从而可防止氮化物层的损失。因此，当含磷绝缘层的回流热处理完成时，在单元区中保留的氮化物层的厚度和在周边区中保留的氮化物层的厚度可相同。因此，能够防止在单元区中形成接触孔的工艺中产生接触未打开现象。而且，能够防止在周边区中包含于层间介电层的杂质(尤其是硼)渗透进入衬底或栅极。因此，初始氮化物层的沉积厚度可减小，所以半导体器件的集成密度可提高。 虽然已经相当于示例性实施方案进行了上述描述，但是对于本领域技术人员显而易见的是可做出各种变化和改变而没有脱离由以下权利要求所限定的精神和范围。
权利要求
一种制造绝缘层的方法，所述方法包括在氮化物层上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成第二绝缘层，其中所述第一绝缘层使用硅源和磷源形成，所述第一绝缘层通过使用比用于形成所述第二绝缘层的更高流量的所述硅源和更低流量的所述磷源来形成。
2. 根据权利要求1所述的方法，还包括对所述第一和第二绝缘层实施回流热处理。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层在共同的腔室中原位形 成。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二绝缘层中的磷含量大于所述第一绝缘层 中的磷含量。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一绝缘层的磷含量为约2 约3. 5wt^并 通过使用约900mgm 约2500mgm的所述硅源来形成。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二绝缘层的磷含量为约3. 5 约6wt^并 通过使用约500mgm 约900mgm的所述硅源来形成。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层包括硼磷硅酸盐玻璃 (BPSG)层。
8. —种制造半导体器件的方法，所述方法包括 在衬底上形成多个图案；在包括所述图案的所得结构上形成氮化物层；禾口在所述氮化物层上形成具有均一厚度的第一绝缘层，和在所述第一绝缘层上形成填充 所述图案之间间隙的第二绝缘层，其中所述第一和第二绝缘层使用硅源和磷源形成，所述第一绝缘层通过使用比用于形 成所述第二绝缘层的更高流量的所述硅源和更低流量的所述磷源来形成。
9. 根据权利要求8所述的方法，还包括对所述第一和第二绝缘层实施回流热处理。
10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层在共同的腔室中原位形成。
11. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第二绝缘层中的磷含量大于所述第一绝缘 层的磷含量。
12. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第一绝缘层的磷含量为约2 约3. 5wt^并 通过使用约900mgm 约2500mgm的所述硅源来形成。
13. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第二绝缘层的磷含量为约3.5 约6wt^并 通过使用约500mgm 约900mgm的所述硅源来形成。
14. 根据权利要求8所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层包括硼磷硅酸盐玻璃 (BPSG)层。
15. 根据权利要求8所述的方法，其中所述图案包括栅极、位线和金属线。
16. —种制造半导体器件的方法，所述方法包括在限定单元区和周边区的衬底上形成多个栅极，所述单元区中栅极之间的间隙小于所 述周边区中栅极之间的间隙；在包括所述栅极的所得结构上形成氮化物层；禾口在所述氮化物层上形成第一绝缘层，和在所述第一绝缘层上形成填充所述栅极之间间 隙的第二绝缘层，其中所述第一和第二绝缘层通过使用硅源和磷源形成，所述第一绝缘层通过使用比用 于所述第二绝缘层的更高流量的所述硅源和更低流量的所述磷源来形成。
17. 根据权利要求16所述的方法，还包括对所述第一和第二绝缘层实施回流热处理。
18. 根据权利要求16所述的方法，还包括选择性地蚀刻所述第一和第二绝缘层以形成 暴露所述单元区的衬底的接触孔。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层在共同的腔室中原位形成。
20. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第二绝缘层中的磷含量大于所述第一绝缘 层的磷含量。
21. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第一绝缘层的磷含量为约2 约3. 5wt% 并通过使用约900mgm 约2500mgm的所述硅源来形成。
22. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第二绝缘层的磷含量为约3. 5 约6wt% 并通过使用约500mgm 约900mgm的所述硅源来形成。
23. 根据权利要求16所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层包括硼磷硅酸盐玻璃 (BPSG)层。
24. —种制造半导体器件的方法，在限定单元区和周边区的衬底上形成多个栅极，所述单元区中栅极之间的间隙小于所 述周边区中栅极之间的间隙；在包括所述栅极的所得结构上形成氮化物层；使用高于磷源流量的硅源流量，在所述氮化物层上形成第一绝缘层； 使用低于磷流量的硅流量，在所述第一绝缘层上形成填充所述栅极之间间隙的第二绝 缘层；和实施所述第二绝缘层的热回流，使得其中在所述回流期间经由所述第一绝缘层损失的 所述单元区的栅极之间的氮化物层的量调整为在所述周边区的栅极之间损失的氮化物层 的量，从而使得当所述热回流完成时所述单元区的栅极之间氮化物层的厚度和在所述周边 区中栅极之间氮化物层的厚度基本相同。
25. 根据权利要求24所述的方法，其中所述第一绝缘层的磷含量为约2 约3. 5wt% 并通过使用约900mgm 约2500mgm的所述硅源来形成。
26. 根据权利要求24所述的方法，其中所述第二绝缘层的磷含量为约3. 5 约6wt% 并通过使用约500mgm 约900mgm的所述硅源来形成。
27. 根据权利要求24所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层由不同材料形成。
28. 根据权利要求24所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层由相似材料形成。
29. 根据权利要求24所述的方法，其中所述第一和第二绝缘层包括硼磷硅酸盐玻璃 (BPSG)层。
全文摘要
本发明涉及制造绝缘层的方法以及制造使用该绝缘层的半导体器件的方法，制造绝缘层的方法包括使用硅源和磷源在氮化物层上形成绝缘层，其中所述绝缘层包括接触接触氮化物层的第一绝缘层和在所述第一绝缘层上形成的第二绝缘层，其中与所述第二绝缘层相比较，使用较高流量的硅源和较低流量的磷源来形成所述第一绝缘层。
文档编号H01L21/336GK101752242SQ200910129470
公开日2010年6月23日 申请日期2009年3月20日 优先权日2008年12月16日
发明者尹良汉 申请人:海力士半导体有限公司