專利名稱：增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件制程中形成內(nèi)金屬介電(Inter-metalDielectric；IMD)層的方法，且特別是有關(guān)于在半導(dǎo)體元件制程中增強(qiáng)氟硅玻璃(Fluorinated Silicon Glass；FSG)層穩(wěn)定性的方法，其是在形成氟硅玻璃層后，藉由立即通入含氫氣體以及含氧氣體至處理室中，以從處理室中移除氟自由基及以反應(yīng)性氟為主的氣體。
背景技術(shù)：
在不同固態(tài)元件的制程中，需使用平坦的基材或半導(dǎo)體晶圓來制作集成電路。對(duì)半導(dǎo)體制造者而言，在集成電路制程的末端，晶圓上的功能性集成電路的最終數(shù)值或良率是最重要的，而且半導(dǎo)體制程的主要目標(biāo)就是增加晶圓上電路的良率。在封裝后，晶圓上電路需經(jīng)測(cè)試，其中非功能性晶粒是利用點(diǎn)墨步驟加以標(biāo)示，而晶圓上功能性晶粒則予以區(qū)分并販?zhǔn)?。集成電路制程人員藉由量產(chǎn)來增加晶圓上晶粒的良率。在直徑六時(shí)至十二時(shí)的單一晶圓上可形成超過1000個(gè)晶粒。
在半導(dǎo)體晶圓上可使用不同的制程步驟制造集成電路。這些步驟包括在硅晶圓基材上沉積導(dǎo)體層；利用標(biāo)準(zhǔn)的微影技術(shù)，形成具有預(yù)設(shè)的金屬內(nèi)連線圖案的光阻或其它光罩，例如氧化鈦或氧化硅；對(duì)晶圓基材施以干式蝕刻步驟以移除未覆蓋光罩的導(dǎo)體層，藉此在基材的導(dǎo)體層中蝕刻出光罩圖案；一般而言，利用反應(yīng)性電漿以及氯氣從基材移除或剝?nèi)ス庹謱?，藉此暴露出?dǎo)體內(nèi)連線層的上表面；以及對(duì)晶圓基材施加水及氮?dú)?，以冷卻并干燥晶圓基材。
以上概述的眾多制程步驟，漸增用于晶圓上形成復(fù)數(shù)個(gè)導(dǎo)體層及絕緣層以及圖案化此些層以形成電路。在制程步驟中，晶圓上功能性電路的最終艮率取決于適當(dāng)運(yùn)用每一層。接下來，適當(dāng)運(yùn)用此些層則取決于以經(jīng)濟(jì)及有效方式，在晶圓表面上均勻覆蓋材料。
當(dāng)集成電路尺寸減小，與電路中線路相關(guān)的延遲已變得越來越重要。為了縮減上述延遲，必需降低線路的電阻及/或每單位長(zhǎng)度內(nèi)金屬介電層的電容。然而，集成電路的線路寬度不斷縮減，致使線路材料本身的導(dǎo)電性已變得越來越重要。因此，鋁就逐漸地被銅取代。
同樣地，在半導(dǎo)體業(yè)的內(nèi)金屬介電層，傳統(tǒng)上已習(xí)用的二氧化硅，亦逐漸地被低介電常數(shù)的介電材料所取代。廣泛使用的低介電常數(shù)介電材料例如氟硅玻璃，其中氟硅玻璃的介電常數(shù)一般低于3.9。
兼具銅導(dǎo)線及氟硅玻璃的集成電路較廣泛使用，其中氟硅玻璃是作為內(nèi)金屬介電層。不過在銅內(nèi)連線中使用銅引發(fā)許多相關(guān)的問題，其一為銅易快速擴(kuò)散且銅在硅基材中會(huì)成為再接合中心的來源。目前已知有數(shù)種材料在室溫下可阻滯銅擴(kuò)散。然而，當(dāng)使用現(xiàn)有習(xí)知多層結(jié)構(gòu)時(shí)，由于上述這些材料難以覆蓋線路邊緣，材料作為抵抗銅擴(kuò)散的阻障。
利用鑲嵌(Damascene)導(dǎo)線技術(shù)已能解決導(dǎo)線覆蓋的問題。在鑲嵌導(dǎo)線結(jié)構(gòu)中，并非以支撐介質(zhì)覆蓋，而是在介質(zhì)中鑲?cè)胍粚印Ｒ虼?，并非沉積內(nèi)金屬介電層，然后在內(nèi)金屬介電層上再制作導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，反而在內(nèi)金屬介電層先形成溝渠(Trench)，然后在溝渠中填滿銅而形成銅導(dǎo)線。在溝渠內(nèi)沉積銅之前，先沿著溝渠壁形成阻障層(Barrier Layer)。
請(qǐng)參閱圖1，現(xiàn)有習(xí)知鑲嵌結(jié)構(gòu)10包括基材12，其中基材12上一般提供金屬導(dǎo)線20。在基材12及金屬導(dǎo)線20上沉積氟硅玻璃層14作為內(nèi)金屬介電層。介層窗(Via)開口16蝕穿氟硅玻璃層14以暴露出金屬導(dǎo)線20的表面。阻障層18是沉積于介層窗開口16的側(cè)壁及底部，之后銅鑲嵌物22是沉積在介層窗開口16中及阻障層18上，以形成銅導(dǎo)線。一般而言，進(jìn)行銅填充步驟是利用電化學(xué)電鍍技術(shù)過填滿介層窗開口16，之后再利用化學(xué)機(jī)械研磨(Chemical Mechanical Polishing；CMP)移除過量的銅。
一般而言，在基材上形成氟硅玻璃層14是在化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapor Deposition；CVD)處理室中，利用四氟化硅(SiF4)/四氫化硅(SiH4)氣體與氧化劑(Oxidizer)反應(yīng)，以形成氟硅玻璃(F-SiO)。同時(shí)在處理室中，對(duì)反應(yīng)氣體施加射頻電源(RF Power)以形成電漿。在主要沉積步驟之后，包含不同自由原子團(tuán)的離子化氣體，其中自由原子團(tuán)例如三氟化硅(SiF3*)、二氟化硅(SiF2*)、氟化硅(SiF*)、硅(Si*)、氫(H*)、氧(O*)及氟(F*)、還有未反應(yīng)的四氟化硅(SiF4)，都有可能殘留在處理室中。這些離子化氣體可能因含有含氟反應(yīng)性氣體及/或原子團(tuán)，較易化學(xué)性攻擊沉積的氟硅玻璃層及/或在沉積的氟硅玻璃層上形成缺陷，而且在后續(xù)步驟例如在晶圓原有的元件中形成金屬結(jié)構(gòu)時(shí)亦如此，結(jié)果導(dǎo)致元件的不穩(wěn)定。
此外，在氟硅玻璃層14中蝕刻介層窗開口16以及在化學(xué)機(jī)械研磨步驟之后段填充(Post-Filling)時(shí)，經(jīng)常暴露出氟硅玻璃層14。在上述處理過程中來自于不完全反應(yīng)及/或殘余的含氟氣體的氟離子，會(huì)零散地鍵結(jié)于氟硅玻璃層14。如此一來，從氟硅玻璃層14會(huì)釋放出高反應(yīng)性氟原子團(tuán)。上述氟原子團(tuán)不但容易與表面以及氟硅玻璃層14的側(cè)壁反應(yīng)，而且也容易與銅鑲嵌物22(在化學(xué)機(jī)械研磨步驟的例子中)及水氣反應(yīng)，導(dǎo)致出氣、氟硅玻璃層14內(nèi)形成缺陷結(jié)構(gòu)以及腐蝕銅鑲嵌物22。
承上所述，在基材上形成氟硅玻璃層后，亟需一種從制程反應(yīng)室以及氟硅玻璃層排除氟及含氟原子團(tuán)存在的臨場(chǎng)方法(In-Situ)。再者，在蝕刻步驟或化學(xué)機(jī)械研磨步驟之后，亟需一種從氟硅玻璃層除去氟離子的非臨場(chǎng)(Ex-Situ)方法。
由此可見，上述現(xiàn)有在基材上形成氟硅玻璃層的方法在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決在基材上形成氟硅玻璃層的方法存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，便成了當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。
有鑒于上述現(xiàn)有在基材上形成氟硅玻璃層的方法存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有在基材上形成氟硅玻璃層的方法，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有在基材上形成氟硅玻璃層的方法存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，所要解決的技術(shù)問題是使其提供一種增強(qiáng)氟硅玻璃層或薄膜的穩(wěn)定性的方法。
本發(fā)明的另一目的是在提供一種預(yù)防或降低由原子團(tuán)引起的缺陷造成氟硅玻璃層破壞的發(fā)生率的方法。
本發(fā)明的又一目的是在蝕刻步驟或化學(xué)機(jī)械研磨步驟后，提供一種增強(qiáng)氟硅玻璃薄膜的穩(wěn)定性的臨場(chǎng)方法。
本發(fā)明的又一目的是在蝕刻步驟或化學(xué)機(jī)械研磨步驟后，提供一種增強(qiáng)氟硅玻璃薄膜的穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法。
本發(fā)明的再一目的就是提供一種增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其是包括在形成氟硅玻璃層后、蝕刻步驟后或化學(xué)機(jī)械研磨步驟之后，利用氫化磷(PH3)處理氟硅玻璃層。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其特征在于其是以一臨場(chǎng)方式進(jìn)行，該增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法至少包含提供一基材；形成一氟硅玻璃層在該基材上；提供一含磷且含氫氣體；以及藉由使該氟硅玻璃層暴露在該含磷且含氫氣體中，以從該氟硅玻璃層移除復(fù)數(shù)個(gè)反應(yīng)性氟物質(zhì)并形成氧化磷薄膜在該氟硅玻璃層上。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其中所述的含磷及含氫氣體至少包含磷化氫。
前述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其更至少包含提供一氧化性化合物并使該氟硅玻璃層暴露在該氧化性化合物中。
前述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其中所述的氧化性化合物是選自于由氮氧化物、氧以及臭氧所組成的一族群。
前述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其中所述的含磷且含氮?dú)怏w至少包含三甲基磷。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法，其特征在于其是以一非臨場(chǎng)方式進(jìn)行，該增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法至少包含提供一基材，其中該基材上具有一氟硅玻璃層；在該氟硅玻璃層中蝕刻一介層窗開口；提供一含磷且含氫氣體；以及藉由使該氟硅玻璃層暴露在該含磷且含氫氣體中，以從該氟硅玻璃層移除復(fù)數(shù)個(gè)反應(yīng)性氟物質(zhì)并形成氧化磷薄膜在該氟硅玻璃層上。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其中所述的含磷且含氫氣體至少包含氫化磷。
前述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其中所述的含磷及含氮?dú)怏w至少包含三甲基磷。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法，其特征在于其是以一非臨場(chǎng)方式進(jìn)行，該增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法至少包含提供一基材，其中該基材上具有一氟硅玻璃層、在該氟硅玻璃層內(nèi)具有一介層窗開口以及在該介層窗開口中具有一金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)；平坦化該金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)；提供一含磷且含氫氣體；以及藉由使該氟硅玻璃層暴露在該含磷及含氮?dú)怏w中，以從該氟硅玻璃層移除復(fù)數(shù)個(gè)反應(yīng)性氟物質(zhì)并形成氧化磷薄膜在該氟硅玻璃層上。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其中所述的含磷且含氫氣體是選自于由氫化磷及三甲基磷所組成的一族群的一氣體。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下根據(jù)本發(fā)明的上述目的及優(yōu)點(diǎn)，提出一種增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法。在一實(shí)施例中，此方法為一臨場(chǎng)方法，一般而言，其是在基材上形成氟硅玻璃層后，在化學(xué)氣相沉積處理室中進(jìn)行。此方法包括基材上沉積氟硅玻璃層以及將含磷且含氫氣體導(dǎo)入處理室中，其中含磷且含氫氣體以氫化磷為較佳。氫化磷解離成反應(yīng)性氫物質(zhì)及反應(yīng)性磷物質(zhì)。反應(yīng)性氫物質(zhì)可清除氟化氫原子團(tuán)以產(chǎn)生氟化氫氣體，其中氟化氫氣體是從處理室排出。反應(yīng)性磷物質(zhì)與氧反應(yīng)后，在氟硅玻璃層上形成氧化磷(Phosphorous Oxide；PSG)薄膜。因此，在氟硅玻璃層上及其鄰近的溝渠側(cè)壁上，形成氧化物之類(PSG)的薄膜，且此薄膜將作為阻礙層以避免氟向外擴(kuò)散。另一方面，藉由吸收反應(yīng)室中的水氣及移動(dòng)的離子，氧化磷薄膜可避免氟硅玻璃層遭受以氟為主的原子團(tuán)攻擊及破壞。
在又一實(shí)施例中，此方法為一種穩(wěn)定氟硅玻璃層的非臨場(chǎng)方法，其是在蝕刻步驟之后。此方法包括在基材上提供氟硅玻璃層，在氟硅玻璃層內(nèi)蝕刻出介層窗開口，以及使氟硅玻璃層暴露在含磷且含氫氣體中，其中含磷且含氫氣體以氫化磷較佳，以形成除去氟原子團(tuán)的氫離子，并在暴露出的氟硅玻璃層上形成氧化磷薄膜。
再一實(shí)施例中，此方法為一種增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法，其是在化學(xué)機(jī)械研磨步驟之后。此方法包括在氟硅玻璃層內(nèi)提供金屬介層窗，利用化學(xué)機(jī)械研磨步驟處理此金屬介層窗，以及使氟硅玻璃層暴露在含磷且含氫氣體中，其中含磷且含氫氣體以氫化磷為較佳，以形成除去氟原子團(tuán)的氫離子，并在暴露出的氟硅玻璃層上形成氧化磷薄膜。
經(jīng)由上述可知，本發(fā)明是在基材上提供氟硅玻璃層，并利用例如氫化磷(Phosphine；PH3)的含磷且含碳?xì)怏w處理。此含磷且含氫氣體形成反應(yīng)性氫物質(zhì)以及反應(yīng)性磷物質(zhì)其中反應(yīng)性氫物質(zhì)來移除氟原子團(tuán)，而反應(yīng)性磷物質(zhì)則在此氟硅玻璃層上形成吸收水氣且吸收離子的氧化磷薄膜。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1、增強(qiáng)了氟硅玻璃層或薄膜的穩(wěn)定性。
2、預(yù)防或降低由原子團(tuán)引起的缺陷造成氟硅玻璃層破壞的發(fā)生率。
綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有在基材上形成氟硅玻璃層的方法具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1所示為具有氟硅玻璃層為內(nèi)金屬介電層的現(xiàn)有習(xí)知鑲嵌結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2A至圖2C所示為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的臨場(chǎng)方法的剖面圖，其沉積氟硅玻璃層在基材上，并使氟硅玻璃層暴露在氫化磷中。
圖3A及圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法的剖面圖，其是在氟硅玻璃層內(nèi)蝕刻出介層窗開口后，使氟硅玻璃層暴露在氫化磷中。
圖4A及圖4B所示為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法的剖面圖，其是利用化學(xué)機(jī)械研磨步驟處理金屬鑲嵌物后，接著使內(nèi)金屬介電層暴露在氫化磷中。
圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的臨場(chǎng)方法的制程時(shí)間曲線圖，其是顯示施加射頻電源的時(shí)機(jī)、反應(yīng)氣流以及在氟硅玻璃層形成過程中施加氫化磷中的相互關(guān)系。
圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的蝕刻后非臨場(chǎng)方法的流程圖，其概述進(jìn)行的序列制程步驟。
圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的化學(xué)機(jī)械研磨后非臨場(chǎng)方法的流程圖，其概述進(jìn)行的序列制程步驟。
1提供氟硅玻璃層在基材上1a提供金屬介層窗在氟硅玻璃層中2在氟硅玻璃層中蝕刻出介層窗開口2a利用化學(xué)機(jī)械研磨處理金屬介層窗3清潔介層窗開口3a使氟硅玻璃層暴露在氫化磷/一氧化二氮中
4使氟硅玻璃層暴露在氫化磷/一氧化二氮中10現(xiàn)有習(xí)知鑲嵌結(jié)構(gòu) 12基材14氟硅玻璃層16介層窗開口18阻障層20金屬導(dǎo)線22銅鑲嵌物 30基材32金屬導(dǎo)線 34氟硅玻璃層36含磷且含氫氣體38磷硅玻璃薄膜40基材 42金屬導(dǎo)線44氟硅玻璃層46光罩48光罩開口 50蝕刻劑52介層窗開口54含磷且含氫氣體56磷硅玻璃薄膜 60基材62金屬導(dǎo)線 64氟硅玻璃層65介層窗開口66金屬鑲嵌物68過量金屬 70含磷且含氫氣體72磷硅玻璃薄膜 74鑲嵌結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
本發(fā)明思忖一種在基材上形成氟硅玻璃層后增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的新穎臨場(chǎng)方法。此臨場(chǎng)方法一般是在化學(xué)氣相沉積處理室中進(jìn)行，且包括沉積氟硅玻璃層在基材上，以及在氟硅玻璃層沉積步驟后使氟硅玻璃層暴露在氫化磷中。氫化磷一般是連同氧化性化合物的氣體，其中此氧化性化合物，例如一氧化二氮(Nitrous Oxide；N2O)氧或臭氧，導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積處理室中。在處理室中發(fā)生氧化/還原反應(yīng)，其中源自氫化磷的反應(yīng)性氫物質(zhì)與氟自由基化合以形成氟化氫(HF)氣體，而源自氫化磷的反應(yīng)性磷物質(zhì)與氧化合以形成氧化磷的磷硅玻璃(Phosphosilicate Glass；PSG)薄膜在暴露出的氟硅玻璃層的表面。此磷硅玻璃薄膜形成吸收水氣及吸收離子的介質(zhì)，其可吸收并與防止以氟為主的原子團(tuán)穿透并破壞氟硅玻璃層。氟化氫可透過現(xiàn)有習(xí)知處理室真空幫浦排出處理室。因此，可去除或大幅減少反應(yīng)室中氟原子團(tuán)含量，從而穩(wěn)定氟硅玻璃層。此磷硅玻璃薄膜可留在氟硅玻璃層的表面以促進(jìn)位于其高階層例如氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)薄膜對(duì)氟硅玻璃層的黏著，或可作為應(yīng)力調(diào)整層。
根據(jù)下列反應(yīng)式，源自氫化磷的反應(yīng)性氫物質(zhì)中和氟化氫(SiF*)原子團(tuán)的一種可能機(jī)制涉及氫化磷與一氧化二氮(N2O)反應(yīng)形成水，且水與氟化氫(SiF*)原子團(tuán)反應(yīng)形成氟化氫及氫氧化硅
然后，根據(jù)下列反應(yīng)式，氫氧化硅與另外的氟化氫反應(yīng)，以形成另外的氟化氫及硅一氧一硅(Si-O-Si)的鍵結(jié)
本發(fā)明更進(jìn)一步思忖一種在蝕刻步驟后增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法。依據(jù)此非臨場(chǎng)方法，在基材上提供氟硅玻璃層。一般而言，利用含氟化合物，例如四氟化碳(CF4)、六氟化三碳(C3F6)或八氟化五碳(C5F8)，在氟硅玻璃層中蝕刻出介層窗開口，接著利用以氟為主的溶劑清洗磷硅玻璃薄膜層。在溶劑清洗步驟之后，氟硅玻璃層暴露之上表面、側(cè)壁以及底表面均暴露在磷化氫以及一氧化二氮(N2O)中，以在暴露的氟硅玻璃層上形成氫物質(zhì)以及磷硅玻璃薄膜，其中氫物質(zhì)可移除氟原子團(tuán)，而磷硅玻璃薄膜可吸收水氣且吸收離子。
在另一實(shí)施例中，此方法為一種在化學(xué)機(jī)械研磨步驟后增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法。依據(jù)此非臨場(chǎng)方法，在沉積在基材上的氟硅玻璃層中蝕刻出金屬介層窗。此金屬介層窗是經(jīng)化學(xué)機(jī)械研磨處理，以至于暴露出氟硅玻璃層的上表面。暴露的氟硅玻璃層經(jīng)磷化氫以及一氧化二氮(N2O)處理后，以在暴露的氟硅玻璃層上形成氫物質(zhì)以及磷硅玻璃薄膜，其中氫物質(zhì)可移除氟原子團(tuán)，而磷硅玻璃薄膜可吸收水氣且吸收離子。
請(qǐng)參閱圖2A至圖2C，在一般硅基材30上制造半導(dǎo)體集成電路元件時(shí)，首先形成金屬導(dǎo)線32在基材30上，其中金屬導(dǎo)線32是電性連接于相鄰的元件(圖未繪示)。上述步驟可利用所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者熟習(xí)的現(xiàn)有習(xí)知化學(xué)氣相沉積、微影(Photolithography)以及蝕刻(Etching)步驟來完成。依據(jù)本發(fā)明增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的臨場(chǎng)方法，氟硅玻璃層34沉積在基材30上，如圖2B所示，而后續(xù)在此氟硅玻璃層34上制造高階線路結(jié)構(gòu)(圖未繪示)時(shí)，氟硅玻璃層34作為介于金屬導(dǎo)線32與高階線路結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)金屬介電層。如圖2C所示，在氟硅玻璃層34沉積在基材30上且完成金屬導(dǎo)線32之后，隨即將氟硅玻璃層34暴露在含磷且含氫氣體36中，其中含磷且含氫氣體36是導(dǎo)入化學(xué)氣相沉積制程室中。此氣體36以磷化氫及一氧化二氮(N2O)為較佳。另一種方式，當(dāng)了解其他含磷氣體，例如三甲基磷(Tri-Methyl Phosphate)，可能連同含氫氣體，例如銨氣(Ammonia)或氫氣，一起導(dǎo)入制程室內(nèi)。
在沉積氟硅玻璃層34后，制程室仍殘留反應(yīng)性氟原子團(tuán)化合物。一般而言，依反應(yīng)優(yōu)先順序，這些化合物包括F*＞SiF*＞SiF2＞SiF3。因此，氫化磷經(jīng)離子化以形成反應(yīng)性磷物質(zhì)及反應(yīng)性氫物質(zhì)。此反應(yīng)性氫物質(zhì)與氟自由基化合以形成氟化氫(HF)氣體，其中氟化氫氣體是從制程室排出。反應(yīng)性氫物質(zhì)也與SiF*、SiF2、及SiF3中的氟原子團(tuán)反應(yīng)而形成另外的氟化氫及一氧化二硅(Si2O)，其中氟化氫及一氧化二硅是由處理室排出。反應(yīng)性磷物質(zhì)與氧反應(yīng)，以在氟硅玻璃層34表面形成氧化磷的磷硅玻璃(PSG)薄膜38。磷硅玻璃薄膜38的厚度一般以介于100埃(Angstroms)至500埃之間為較佳，而此磷硅玻璃薄膜38是作為吸收水氣且吸收離子的介質(zhì)，以避免水氣與移動(dòng)的離子滲入氟硅玻璃層34。因此，中和性氟原子團(tuán)的反應(yīng)性氫物質(zhì)以及吸收水氣且吸收離子的磷硅玻璃薄膜38穩(wěn)定氟硅玻璃層34，并避免或?qū)嵸|(zhì)上降低原子團(tuán)對(duì)氟硅玻璃層34引起的損壞。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的臨場(chǎng)方法的制程時(shí)間曲線圖，以描述射頻電源的施加以及氣流。因此，當(dāng)一氧化二氮(N2O)/氮?dú)?N2)先導(dǎo)入處理室時(shí)，處理室的射頻電源是關(guān)閉的狀態(tài)。N2O為氧化劑，而氮?dú)鈩t作為其載氣(Carrier)。處理室中的N2O/N2氣流一般是持續(xù)遍布整個(gè)沉積步驟中。為了開始沉積氟硅玻璃層34在基材30上(即圖5的“主要沉積”階段)，此氟硅玻璃層34的前驅(qū)氣體，即SiF4及SiH4，是以SiF4/SiH4混合氣體而導(dǎo)入制程室中。同時(shí)，打開處理室的射頻電源，藉此從處理室中的SiF4/SiH4前驅(qū)混合氣體而形成反應(yīng)性電漿。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D5，在完成氟硅玻璃層34上形成磷硅玻璃薄膜38的主要沉積階段之后，進(jìn)一步中止SiF4/SiH4前驅(qū)混合氣體流入處理室中。然而，在主要沉積步驟之后，射頻電源仍可維持短時(shí)間。因此，處理室內(nèi)SiF4/SiH4前驅(qū)混合氣體仍持續(xù)離子化反應(yīng)，而形成反應(yīng)性氟物質(zhì)。如此一來，PH3從主要沉積階段完成時(shí)導(dǎo)入處理室中，一直到關(guān)閉處理室內(nèi)的射頻電源。此時(shí)，PH3經(jīng)離子化而形成反應(yīng)性氫物質(zhì)，其中反應(yīng)性氫物質(zhì)與待清除的殘留氟原子團(tuán)化合而形成氟化氫以及反應(yīng)性磷物質(zhì)，其中反應(yīng)性磷物質(zhì)與氧化合而形成磷硅玻璃薄膜38在氟硅玻璃層34上。氟化氫氣體是利用現(xiàn)有習(xí)知型式的處理室排氣幫浦(Chamber Exhaust Pump)從處理室中排出。然后，進(jìn)行其他步驟以形成鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖未繪示)，其中鑲嵌結(jié)構(gòu)可具有例如在氟硅玻璃層34中蝕刻的介層窗開口(圖未繪示)以及沉積在介層窗開口中的金屬鑲嵌物(圖未繪示)。
根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的臨場(chǎng)方法，形成氟硅玻璃層34的制程條件一般是與形成磷硅玻璃薄膜38及中和反應(yīng)性氟原子團(tuán)的制程條件相同。上述制程條件包括射頻電源一般介于100瓦特(Watts)至3000瓦特之間；N2O/N2的流速一般介于100每分鐘立方公分(Standard CubicCentimeter Per Minute；sccm)至10000sccm之間；SiF4/SiH4的流速一般介于100sccm至1000sccm之間；以及PH3的流速一般介于100sccm至1000sccm之間。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D3A及圖3B，圖3A及圖3B為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法，其是先沉積氟硅玻璃層44在基材40上，其中在基材40上一般具有金屬導(dǎo)線42。氟硅玻璃層44沉積在基材40上可依據(jù)現(xiàn)有習(xí)知方法或迄今圖2A至圖2C及圖5圖所述的方法。為了預(yù)備在氟硅玻璃層44里蝕刻出介層窗開口52(圖3B)，一般可利用所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者熟知的微影技術(shù)，在氟硅玻璃層44上形成光阻層或具有光罩開口48的光罩46。然后，透過光罩開口48對(duì)氟硅玻璃層44施加蝕刻劑(Etchant)50，其中蝕刻劑50可為例如CF4、C3F6或C5F8的含氟化合物，以在氟硅玻璃層44中形成現(xiàn)有習(xí)知型式的介層窗開口52。接著，利用清洗用化合物(圖未繪示)，其中清洗用化合物為以氟為主的溶劑，藉此清洗磷硅玻璃層44暴露的表面，以自磷硅玻璃層44移除殘留的蝕刻劑粒子(圖未繪示)。
依據(jù)本發(fā)明的非臨場(chǎng)方法，其是對(duì)介層窗開口52的側(cè)壁及底表面以及氟硅玻璃層14的上表面，施加含磷且含氫氣體54，其中此含磷且含氫氣體54以氫化磷(PH3)較佳，但含磷氣體及含氫氣體兩者擇一亦可。上述步驟可于現(xiàn)有習(xí)知的化學(xué)氣相沉積制程室(圖未繪示)中進(jìn)行。此氣體54與N2O/N2混合氣體一起導(dǎo)入至制程室為較佳。然后，氣體54經(jīng)離子化而形成反應(yīng)性氫物質(zhì)，其中反應(yīng)性氫物質(zhì)與殘留在氟硅玻璃層44表面的殘留氟原子團(tuán)化合，而形成氟化氫以及反應(yīng)性磷物質(zhì)，而反應(yīng)性磷物質(zhì)與氧化合以形成磷硅玻璃薄膜56在氟硅玻璃層44暴露的表面。磷硅玻璃薄膜56的厚度以介于100埃至500埃之間為較佳。氟化氫氣體是利用排氣幫浦從處理室中排出。然后，進(jìn)行其他步驟以形成鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖未繪示)，其中鑲嵌結(jié)構(gòu)可具有例如沉積在介層窗開口52中的金屬鑲嵌物(圖未繪示)。
根據(jù)本發(fā)明的非臨場(chǎng)方法，形成磷硅玻璃薄膜56的制程條件一般是與中和反應(yīng)性氟原子團(tuán)的制程條件相同。上述制程條件包括射頻電源一般介于100瓦特至3000瓦特之間；N2O/N2的流速一般介于100sccm至10000sccm之間；以及PH3的流速一般介于100sccm至1000sccm之間。
接著，請(qǐng)參閱圖4A及圖4B，圖4A及圖4B為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的另一非臨場(chǎng)方法，其是先形成介層窗開口65在沉積在基材60上的氟硅玻璃層64中。此介層窗開口65可藉由先前形成在基材60上的金屬導(dǎo)線62相連接。氟硅玻璃層64的沉積可依據(jù)現(xiàn)有習(xí)知方法或迄今圖2A至圖2C及圖5所述的方法。再者，介層窗開口65的形成可依據(jù)現(xiàn)有習(xí)知方法或迄今圖3A至圖3C所述的方法。金屬鑲嵌物66的材質(zhì)一般為銅，一般可利用所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者熟知的電化學(xué)電鍍技術(shù)，將金屬鑲嵌物66沉積在介層窗開口65中。在沉積步驟之后，一般可藉由現(xiàn)有習(xí)知化學(xué)機(jī)械研磨步驟移除氟硅玻璃層64的上表面的過量金屬68。上述步驟暴露出氟硅玻璃層64的上表面，因此需要從氟硅玻璃層64暴露的表面移除反應(yīng)性氟原子團(tuán)以及含氟原子團(tuán)化合物。
所以，依據(jù)本發(fā)明的非臨場(chǎng)法，可對(duì)氟硅玻璃層64暴露的上表面施加含磷且含氫氣體70，其中含磷且含氫氣體70以氫化磷(PH3)為較佳。上述步驟可在現(xiàn)有習(xí)知的化學(xué)氣相沉積制程室(圖未繪示)中進(jìn)行。此氣體70與N2O/N2混合氣體一起導(dǎo)入至制程室為較佳。此氣體70經(jīng)離子化而形成反應(yīng)性氫物質(zhì)，其中反應(yīng)性氫物質(zhì)與殘留在氟硅玻璃層64表面的殘留氟原子團(tuán)化合，而形成氟化氫以及反應(yīng)性磷物質(zhì)，而反應(yīng)性磷物質(zhì)與氧化合以形成磷硅玻璃薄膜72于氟硅玻璃層64暴露的表面，其中磷硅玻璃薄膜72的厚度以介于100埃至200埃之間為較佳。氟化氫氣體是利用排氣幫浦從處理室中排出。之后，進(jìn)行其他步驟以完成鑲嵌結(jié)構(gòu)74，其中金屬鑲嵌物66為鑲嵌結(jié)構(gòu)74的一部份。
根據(jù)本發(fā)明的非臨場(chǎng)方法，形成磷硅玻璃層72的制程條件一般與中和反應(yīng)性氟原子團(tuán)的制程條件相同。上述制程條件包括射頻電源一般介于100瓦特至3000瓦特之間；N2O/N2的流速一般介于100sccm至10000sccm之間；以及PH3的流速一般介于100sccm至1000sccm之間。
圖6為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法的第一實(shí)施例的流程圖，其是概述進(jìn)行的序列制程步驟。在步驟1中，其提供氟硅玻璃層在基材上。在步驟2中，在氟硅玻璃層內(nèi)蝕刻出介層窗開口。在步驟3中，一般采用以氟為主的溶劑清洗介層窗開口。在步驟4中，氟硅玻璃層是暴露在含磷且含氫氣體中，其中含磷且含氫氣體以PH3及N2O為較佳。
圖7為根據(jù)本發(fā)明的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的非臨場(chǎng)方法的第二實(shí)施例的流程圖，其概述進(jìn)行的序列制程步驟。在步驟1a中，其提供金屬介層窗在基材上的氟硅玻璃層內(nèi)。在步驟2a中，在金屬介層窗施以化學(xué)機(jī)械磨蝕以移除介層窗的過量金屬。在步驟3a中，氟硅玻璃層暴露在含磷且含氫氣體中，其中含磷且含氫氣體以PH3及N2O為較佳。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其特征在于其是以一臨場(chǎng)方式進(jìn)行，該增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法至少包含提供一基材；形成一氟硅玻璃層在該基材上；提供一含磷且含氫氣體；以及藉由使該氟硅玻璃層暴露在該含磷且含氫氣體中，以從該氟硅玻璃層移除復(fù)數(shù)個(gè)反應(yīng)性氟物質(zhì)并形成氧化磷薄膜在該氟硅玻璃層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其特征在于其中所述的含磷及含氫氣體至少包含磷化氫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其特征在于其更至少包含提供一氧化性化合物并使該氟硅玻璃層暴露在該氧化性化合物中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其特征在于其中所述的氧化性化合物是選自于由氮氧化物、氧以及臭氧所組成的一族群。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其特征在于其中所述的含磷且含氮?dú)怏w至少包含三甲基磷。
6.一種增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法，其特征在于其是以一非臨場(chǎng)方式進(jìn)行，該增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法至少包含提供一基材，其中該基材上具有一氟硅玻璃層；在該氟硅玻璃層中蝕刻一介層窗開口；提供一含磷且含氫氣體；以及藉由使該氟硅玻璃層暴露在該含磷且含氫氣體中，以從該氟硅玻璃層移除復(fù)數(shù)個(gè)反應(yīng)性氟物質(zhì)并形成氧化磷薄膜在該氟硅玻璃層上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法，其特征在于其中所述的含磷且含氫氣體至少包含氫化磷。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法，其特征在于其中所述的含磷及含氮?dú)怏w至少包含三甲基磷。
9.一種增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法，其特征在于其是以一非臨場(chǎng)方式進(jìn)行，該增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法至少包含提供一基材，其中該基材上具有一氟硅玻璃層、在該氟硅玻璃層內(nèi)具有一介層窗開口以及在該介層窗開口中具有一金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)；平坦化該金屬鑲嵌結(jié)構(gòu)；提供一含磷且含氫氣體；以及藉由使該氟硅玻璃層暴露在該含磷及含氮?dú)怏w中，以從該氟硅玻璃層移除復(fù)數(shù)個(gè)反應(yīng)性氟物質(zhì)并形成氧化磷薄膜在該氟硅玻璃層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的增強(qiáng)氟硅玻璃層的方法，其特征在于其中所述的含磷且含氫氣體是選自于由氫化磷及三甲基磷所組成的一族群的一氣體。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種增強(qiáng)氟硅玻璃層穩(wěn)定性的方法，其是在基材上提供氟硅玻璃層，并利用例如氫化磷(Phosphine；PH
文檔編號(hào)C03C21/00GK1781865SQ20051007515
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2005年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月30日
發(fā)明者蔡正原, 周友華, 林志隆 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司