专利名称：一种高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种高掺杂磷硅玻璃介质膜的制备方法。
背景技术：
介质膜在半导体制程中有着广泛的应用，常用的介电材料主要有非掺杂的硅玻璃 (即纯二氧化硅)、磷硅玻璃和硼磷硅玻璃。磷硅玻璃(Phosphosilicate Glass, PSG)是掺杂了磷的二氧化硅，与纯二氧化硅相比，磷硅玻璃薄膜的应力小，而且掺杂的磷还可以有效固定杂质离子，因此在IC中常被用于金属层与其下面的多晶硅之间的绝缘层(PMD)介质膜。磷硅玻璃薄膜的制备方法有多种，其中，高密度等离子体化学气相淀积(HDPCVD) 工艺以其卓越的填孔能力，稳定的淀积质量，可靠的电学特性等诸多优点，成为了磷硅玻璃制备工艺的主流。HDP CVD工艺的一个特点是，在淀积过程中，不同形貌(如台阶)处的淀积速率不一致，同时，离子溅射对磷、硅、氧具有选择性，这使得图形周围P的掺杂量不同， 从而最终形成花状外壳，如图1所示，并且这种花状外壳中的磷含量比壳外的体浓度低。为了降低光刻的对准难度，提高器件尺寸缩小的可行性，可以采用高掺杂HDP PSG (P的质量百分比大于7%)制程，并结合自对准接触孔(self-aligned contact, SAC)刻蚀工艺及高浓度PSG对二氧化硅高选择比刻蚀技术。磷硅玻璃的自对准刻蚀工艺一般分两步第一步为低选择比刻蚀，即对PSG和SiO2具有相近的刻蚀速率，而且对PSG/Si02，PSG/ Si及PSG/Si3N4的刻蚀选择比很小；第二步为高选择比刻蚀，即对PSG/Si02，PSG/Si及PSG/ Si3N4的刻蚀都具有很高的选择比。为了便于接触孔的顺利刻通，从第一步到第二步的转换点通常选在PSG花状外壳的底部起始点或以下位置。但是，目前HDP CVD工艺制备的磷硅玻璃，其花状外壳的底部起始点比较低(与衬底间的距离小于50nm)，这样，自对准刻蚀工艺两步的切换点也就很低，在低选择比刻蚀过程中就有可能接触到衬底硅，造成不必要的硅刻蚀，如图2所示，这会对器件造成损害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，它可以避免衬底硅因接触孔过刻蚀而受到损伤，且用该方法制备的磷硅玻璃薄膜具有优良的填孔性能和易于刻蚀的膜质结构。为解决上述技术问题，本发明的高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，包括以下步骤(1)利用现有工艺在硅衬底上形成栅氧化层、多晶硅栅极和侧墙；(2)做漏源注入及快速热退火，形成源、漏极；(3)采用亚常压化学气相淀积工艺，淀积一层磷硅玻璃薄膜；(4)采用高密度等离子体化学气相淀积工艺，再淀积一层磷硅玻璃薄膜；(5)采用自对准刻蚀工艺刻蚀出接触孔。
本发明通过SACVD和HDP CVD两步不同的淀积工艺制备高掺杂磷硅玻璃薄膜，利用SACVD PSG薄膜磷掺杂量均一的特点，提高了 HDP PSG花状外壳的底部起始点位置，从而增大了接触孔选择性刻蚀的工艺窗口，避免了衬底硅因过刻蚀而受到损伤，有效地维护了器件的性能。此外，与现有的制备方法相比，采用本发明的方法制备出的高掺杂PSG薄膜还具有更优良的填充性能和更易于刻蚀的膜质结构，可以满足130nm及以下金属前绝缘层的工艺需求。
图1是采用传统HPD CVD工艺形成的PSG结构示意图2是采用传统HPD CVD工艺导致SAC过刻蚀，损伤衬底硅的示意图
图3A至3E是本发明的制备方法的步骤示意图。
图中附图标记说明如下
1 硅衬底
2 栅氧化层
3 多晶硅栅极
4 侧墙
5 源、漏极
61 =HDP PSG薄膜主体
62 =HDP PSG薄膜花状外壳
6’ =SACVD PSG 薄膜
7 接触孔
具体实施例方式为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式，详述如下本发明提供了一种高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，该方法通过亚常压化学气相淀积工艺(SACVD)和高密度等离子体化学气相淀积工艺(HDP CVD)两步不同的淀积工艺生长高掺杂磷硅玻璃，具体步骤如下第1步，请配合参阅图3A，利用现有工艺在硅衬底1上生长一层栅氧化层2，并制备出多晶硅栅极3和侧墙4。第2步，请配合参阅图3B，在第1步的基础上，进行漏源注入及快速热退火处理，形成源、漏极5。第3步，请配合参阅图3C，采用SACVD工艺，以正硅酸四乙酯(TEOS)、三乙基磷酸酯(TEPO)、氧气(O2)和臭氧(O3)为反应源，淀积一层磷硅玻璃薄膜6’，淀积厚度范围为 100 1000A，掺杂的磷的质量百分比为7% 11%。第4步，请配合参阅图3D，采用HDP CVD工艺，以硅烷(SiH4)、氧气(O2)和磷化氢 (PH3)为原料，以氦气(He)或氩气(Ar)等惰性气体为辅助载气，再淀积一层磷硅玻璃薄膜 (包括薄膜主体61和花状外壳62)，淀积厚度视需要而定，一般为4000 10000 A，掺杂的磷的质量百分比为7% 11%。
第5步，请配合参阅图3E，采用自对准刻蚀工艺刻蚀出接触孔7。综上所述，本发明的高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，在淀积高掺杂HDP PSG薄膜之前，先淀积了一层SACVD PSG薄膜，由于SACVD PSG具有均一的磷掺杂量，不会形成相对低磷含量的外壳，因此，可以提高HDP PSG花状外壳底部起始点的位置，从而有利于后续接触孔的刻蚀。
权利要求
1.一种高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)利用现有工艺在硅衬底上形成栅氧化层、多晶硅栅极和侧墙；(2)做漏源注入及快速热退火，形成源、漏极；(3)采用亚常压化学气相淀积工艺，淀积一层磷硅玻璃薄膜；(4)采用高密度等离子体化学气相淀积工艺，再淀积一层磷硅玻璃薄膜；(5)采用自对准刻蚀工艺刻蚀出接触孔。
2.如权利要求1所述的高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，其特征在于所述步骤(3) 的淀积反应，以正硅酸四乙酯、三乙基磷酸酯、氧气和臭氧为反应源。
3.如权利要求1所述的高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，其特征在于所述步骤(3) 的淀积厚度为loo ιοοοΑ。
4.如权利要求1所述的高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，其特征在于所述步骤(4) 的淀积反应，以硅烷、氧气和磷化氢为反应源，以惰性气体为辅助载气。
5.如权利要求1所述的高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，其特征在于所述步骤(4) 的淀积厚度为4000 10000 L·
6.如权利要求1所述的高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，其特征在于所述磷硅玻璃薄膜中掺杂的磷的质量百分比为 11%。
全文摘要
本发明公开了一种高掺杂磷硅玻璃薄膜的制备方法，包括步骤在硅衬底上形成栅氧化层、多晶硅栅极和侧墙；漏源注入及快速热退火；淀积SACVD PSG薄膜；淀积HDP PSG薄膜；刻蚀接触孔。该方法可以避免衬底硅因接触孔过刻蚀而受到损伤，且用该方法制备的PSG薄膜具有优良的填孔性能和易于刻蚀的膜质结构。在制备时，先用SACVD淀积工艺生长一层PSG薄膜，然后再用HDP CVD淀积工艺生长高掺杂PSG薄膜，利用SACVD PSG薄膜磷掺杂量均一的特点，提高HDP PSG薄膜花状外壳底部起始点的位置，增大接触孔选择性刻蚀的工艺窗口，从而避免了衬底硅因过刻蚀而受到损伤，有效地维护了器件的性能。
文档编号H01L21/316GK102592992SQ201110008499
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者彭仕敏, 缪燕 申请人:上海华虹Nec电子有限公司