絕緣層以及使用其的半導體器件的製造方法

2023-10-10 03:56:34 2

專利名稱：絕緣層以及使用其的半導體器件的製造方法
技術領域：
本公開內容涉及半導體製造技術，並且更具體涉及製造絕緣層的方法，其能夠防 止由於含磷絕緣層而導致的氮化物層損失，還涉及製造使用所述絕緣層的半導體器件的方 法。
背景技術：
隨著半導體器件變得更加高度集成，電路圖案尺寸/尺度減小，並且圖案之間的 深寬比增加。因此，間隙填充(gap-fill)工藝的容限減小。因此，採用具有適當回流特性 的絕緣層諸如硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)作為填充圖案之間間隙的層間介電層。如果對沉積 的BPSG層實施熱處理，那麼在BPSG層中產生回流。因此，可確保平坦性並且可移除層間缺 陷諸如空隙。 圖1是包括層間介電層的典型半導體器件的截面圖，圖2A和2B是解釋典型半導 體器件遇到的限制的截面圖。 參考圖l，在襯底101上布置多個柵極105，使得柵極105之間的間隙在單元區中 比在周邊區中小(SI < S2)，並且在柵極105的兩個側壁上形成柵極間隔物層106。沿著包 括柵極105的所得結構的表面布置氮化物層108，並且在氮化物層108上形成BPSG層107， 作為填充柵極105之間間隙的層間介電層。所述柵極具有其中依次形成柵極介電層102、柵 電極103和柵極硬掩模層104的堆疊結構。 氮化物層108防止包含於BPSG層107中的雜質(例如，磷(P)和硼(B))滲透進 入襯底101或柵極105，並保護下部結構。 然而，在用於移除在BPSG層107和階梯表面中的缺陷如空隙的回流熱處理中，由 BPSG層107導致氮化物層108的損失，因此劣化半導體器件的特性。這是由於BPSG層107 中的磷(P)與氣氛中的水(H20)反應，從而形成會蝕刻氮化物層108的磷酸。
而且，由於氮化物層108在單元區和周邊區中同時形成，所以氮化物層108在單元 區和在周邊區中具有相等的厚度，但是由於柵極105在單元區和周邊區中的間隙差異，所 以由於BPSG層107導致的氮化物層108的損失程度不同。由於在單元區中柵極105之間填 充的BPSG層107的量大於在周邊區的柵極105之間填充的BPSG層107的量，所以在周邊 區中形成的氮化物層108的損失量大於在單元區中形成的氮化物層108的損失量。因此， BPSG層107的回流熱處理之後保留的氮化物層108的厚度在單元區中大於在周邊區中(Tl > T2)。由於柵極105的間隙差異導致的氮化物層108的損失量差異了劣化半導體器件的 特性，以下將參考圖2A和2B對此進行詳細描述。 圖2A是說明其中BPSG層107的回流熱處理之後保留的氮化物層108的厚度適合
4於單元區的情況的截面圖。在此情況下，在周邊區中形成的氮化物層108過度損失。當氮 化物層108過度損失時，尤其是，當保留的氮化物層108的厚度小於55l時，包含於BPSG層 107中的雜質尤其是硼(B)滲透進入襯底101或柵極105，劣化半導體器件的特性。
圖2B是說明其中BPSG層107的回流熱處理之後保留的氮化物層108的厚度適合 於周邊區的情況的截面圖，即，在周邊區中保留的氮化物層108的厚度大於至少55l。在此 情況下，在單元區中保留的氮化物層108厚於實際所需的。因此，在形成用於著陸塞的接觸 孔109的工藝中，氮化物層108留在襯底101上，這會導致接觸未打開(contact-not-open) 現象。

發明內容
實施方案涉及提供製造絕緣層的方法，其能夠防止或抑制由於含磷絕緣層的存在 導致氮化物層損失和確保期望的回流特性，還涉及製造使用所述絕緣層的半導體器件的方 法。 實施方案涉及提供製造半導體器件的方法，其中由於層間介電層導致的氮化物層
的損失量在單元區和在周邊區中均一，而與柵極之間間隙的不同無關，由此防止在單元區
中的接觸未打開現象和防止包含於周邊區的層間介電層中的雜質滲透進入襯底或柵極。 根據所述公開主題的一個方面，提供一種製造絕緣層的方法，所述方法包括通過
使用矽源和磷源在氮化物層上形成絕緣層，其中所述絕緣層包括接觸氮化物層的第一絕緣
層和在所述第一絕緣層上形成的第二絕緣層，其中與第二絕緣層相比較，採用較高流量的
矽源和較低流量的磷源來形成第一絕緣層。 根據另一個方面，提供一種製造半導體器件的方法，所述方法包括在襯底上形成
多個圖案以在其間具有一定間隙；在包括圖案的所得結構上形成氮化物層。所述方面還包
括在氮化物層上形成具有均一厚度的第一絕緣層，和在所述第一絕緣層上形成填充所述
圖案之間間隙的第二絕緣層，其中使用矽源和磷源形成所述第一和第二絕緣層，與第二絕
緣層相比較，通過使用較高流量的矽源和較低流量的磷源來形成第一絕緣層。 根據所述公開主題的另一個方面，提供一種製造半導體器件的方法，所述方法包
括在限定單元區和周邊區的襯底上形成多個柵極，單元區中柵極之間的間隙小於周邊區
中柵極之間的間隙；在包括柵極的所得結構上形成氮化物層；和在所述氮化物層上形成具
有均一厚度的第一絕緣層，和在所述第一絕緣層上形成填充所述柵極之間間隙的第二絕緣
層。在此情況下，使用矽源和磷源形成第一和第二絕緣層，與第二絕緣層相比較，通過使用
較高流量的矽源和較低流量的磷源來形成第一絕緣層。 根據所述公開主題的又一個方面，提供一種製造半導體器件的方法，所述方法包 括在限定單元區和周邊區的襯底上形成多個柵極，單元區中柵極之間的間隙小於周邊區 中柵極之間的間隙；在包括柵極的所得結構上形成氮化物層；使用高於磷源流量的矽源流 量，在所述氮化物層上形成具有均一厚度的第一絕緣層，使得第一絕緣層具有第一百分比 範圍的矽比磷之比；使用低於磷流量的矽流量，在第一絕緣層上形成填充柵極之間間隙的 第二絕緣層，其中所述第二絕緣層具有第二百分比範圍的矽比磷之比；和實施第二絕緣層 的熱回流，使得其中在回流期間經由第一絕緣層損失的單元區的柵極之間的氮化物層的量 與在周邊區的柵極之間損失的氮化物層的量相匹配，從而使得當熱回流完成時單元區的柵
5極之間氮化物層的厚度與周邊區中柵極之間氮化物層的厚度基本相同。


圖1是包括層間介電層的典型半導體器件的截面圖。 圖2A和2B是說明典型半導體器件遇到的限制的截面圖。 圖3A 3D是說明根據一個實施方案製造半導體器件方法的截面圖。 圖4A 4E是說明根據另一個實施方案製造半導體器件方法的截面圖。 圖5是說明在沉積BPSG層的工藝中氮化物層的損失量相對於矽源流量的圖。 圖6是說明在沉積BPSG層的工藝期間氮化物層的損失量相對於層中磷含量的圖。 圖7是說明根據BPSG層回流熱處理之後保留的氮化物層厚度差異隨圖案間隙差
異而變化的圖。
具體實施例方式
通過實施方案的以下描述，所述公開主題的其它目的和優點會變得更好理解。
在附圖中，將層和區域的尺度進行放大以清楚地進行說明。也應該理解，當層(或 膜)稱為在另一層或襯底"上"時，其可以直接在其它層或襯底上，或也可存在中間層。此 外，應理解當層稱為在另一層"下"時，其可以直接在另一層下，也可存在一個或更多個中間 層。另外，也應理解當層稱為在兩層"之間"時，其可以是在所述兩層之間的僅有的層，或也 可存在一個或更多個中間層。 所公開的實施方案涉及一種製造絕緣層的方法，其能夠最優地防止或抑制由於含 磷層例如BPSG層的存在而導致氮化物層的損失，同時確保適當的回流特性，所述實施方案 還涉及製造使用所述絕緣層的半導體器件的方法。為此，當使用矽源和磷源在氮化物層上 形成絕緣層時，與在第一絕緣層上形成的第二絕緣層相比較，使用較高流量的矽源和較低 流量的磷源來形成接觸氮化物層的第一絕緣層。
[ —個實施方案] 圖3A 3D是說明根據一個實施方案製造半導體器件方法的截面圖。 參考圖3A，在其中形成預定結構的襯底11上形成具有一定間隙的多個圖案12。圖
案12可包括例如柵極、位線和金屬線。 在包括圖案12的所得結構上形成氮化物層13。氮化物層13防止在後續形成層間 介電層的工藝中包含於層間介電層的雜質進入襯底ll或圖案12。氮化物層13可由氮化矽 (Si3N4)形成。 可以考慮在後續形成層間介電層的工藝中層間介電層的間隙填充特性以及由於 層間介電層導致的氮化物層13的損失厚度來調整氮化物層13的沉積厚度。例如，氮化物 層13可形成為約60 約130A的厚度。 形成氮化物層13之前，在圖案12的兩個側壁上可形成間隔物層以在後續工藝中 保護圖案12的兩個側壁。 參考圖3B，通過使用矽源和磷源在氮化物層13上形成具有均一厚度的第一絕緣 層14。第一絕緣層14包含磷含量，通過其可防止氮化物層13在後續工藝中的損失。在此 情況下，考慮到將通過後續工藝形成的第二絕緣層的間隙填充特性，可形成小厚度的第一絕緣層14，例如150 25(L4。如果第一絕緣層14的厚度小於150^，由於包含於層間介電
層的雜質穿過第一絕緣層14，所以氮化物層13可能會損失。如果第一絕緣層14的厚度大
於250l，那麼第二絕緣層的間隙填充特性在後續形成第二絕緣層的工藝中可能會劣化。 使用矽源和磷源形成的第一絕緣層14可包括含磷氧化矽層，例如磷矽酸鹽玻璃 (PSG)層或硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)層。在此情況下，考慮到第一絕緣層14的層品質和回流 特性，可使用BPSG層形成第一絕緣層14。同時，含雜質的絕緣層例如BSG(硼矽酸鹽玻璃) 層、PSG層或BPSG層相對於不含雜質的絕緣層例如未摻雜的矽酸鹽玻璃(USG)具有優異的 層品質和回流特性。在含雜質的絕緣層中，含磷絕緣層(例如，PSG層或BPSG層)具有相對 優異的層品質，而含硼絕緣層(例如，BSG層或BPSG層)具有相對優異的回流特性。因此， 考慮能夠滿足高度集成半導體器件的層品質和回流特性二者需求的BPSG層作為絕緣層。 可使用可流動的氧化物層作為第一絕緣層14。可流動的氧化物層的例子可包括旋塗電介質 (SOD)層、旋塗玻璃(S0G)層、先進平坦化層(APL，advancedplanarization layer)和含氫 倍半矽氧烷(hydrogen silsesquioxane， HSQ)層。然而，可流動的氧化物層的層品質由於 多孔特性而不緻密，因此可流動的氧化物層可能易於損失。因此，可流動的氧化物層因而不 是BPSG層的最優替代。 以下將詳細描述使用BPSG層製造第一絕緣層14的方法。 將已經形成有氮化物層13的襯底11裝入腔室。將矽源、氧源、磷源以及硼源注入 腔室並彼此反應以形成第一絕緣層14。可分別使用原矽酸四乙酯(TE0S)氣體、氧(02)氣 體、磷酸三乙酯(TEP)氣體和硼酸三乙酯(TEB)氣體作為矽源、氧源、磷源和硼源。此外，可 使用各種已知的材料作為源材料。 調整沉積工藝之間的磷源和硼源的流量，使得在第一絕緣層14中的磷和硼的含 量為約2 約3. 5wt%，以防止氮化物層13的損失並確保層品質和回流特性。在此情況下， 包含於第一絕緣層14中的磷和硼的含量(或濃度)可彼此相同，或者磷含量可大於硼含 量。以此來降低回流熱處理中的熱處理溫度。 當包含於第一絕緣層14中的磷含量小於2wt %時，第一絕緣層14的層品質劣化並 因此難以有效地防止氮化物層13在後續工藝期間的損失。而且，當包含於第一絕緣層14 中的磷含量大於3. 5wt^時，氮化物層13可由於其中包含磷而損失。 此外，為了防止氮化物層13由於在形成第一絕緣層14的工藝中各反應之間和反 應之後保留的雜質源而導致的損失，以高流量供給矽源進入腔室來清除在腔室中保留的磷 源。例如，可以以約900 約2500mgm(毫克/分鐘)的流量供給矽源。這樣，如果在形成 第一絕緣層14的工藝中減小層中的磷和硼含量而以高流量供給矽源，那麼能夠防止雜質 尤其是磷的產生，這些雜質不參與沉積工藝之間的反應。此外，可防止當沉積工藝完成時磷 以沒有結合第一絕緣層14中的矽的不穩定狀態而保留。因此，可防止在沉積工藝和後續工 藝(尤其是熱處理)中通過磷和水的反應而產生磷酸。因此，由於第一絕緣層14的存在， 所以能夠防止氮化物層13的損失。 即使在第一絕緣層14中的磷含量(例如，約2 約3.5wt^)減小，第一絕緣層 14具有小的厚度(例如，約150 約250人)。因此，能夠防止在後續回流熱工藝期間包括 第一和第二絕緣層的層間介電層的回流特性的劣化。 參考塗3C，在第一絕緣層14上形成第二絕緣層15以填充圖案12之間的間隙。第二絕緣層15比第一絕緣層14具有更大的磷含量。第二絕緣層15用於提高包括第一和第 二絕緣層14和15的層間介電層16的回流特性。因此，第二絕緣層15可以形成為具有可 確保半導體器件需要的回流特性的磷含量。 第二絕緣層15和第一絕緣層14可由相同材料形成。因此，可通過使用矽源和磷 源由BPSG形成第二絕緣層15。在此情況下，與形成第一絕緣層14相比較，使用較低流量的 矽源和較高流量的磷源來形成第二絕緣層15。 S卩，第一絕緣層14相比於第二絕緣層15在 較高流量的矽源和較低流量的磷源下形成。 以下將更詳細地描述形成BPSG第二絕緣層15的工藝。 通過注入矽源、氧源、磷源和硼源並使它們反應，在與其中形成第一絕緣層14相 同的腔室中原位形成第二絕緣層15。在此情況下，通過控制矽源、磷源和硼源的流量，調整 第二絕緣層15中的磷含量和硼含量以及第二絕緣層15的間隙填充特性。TE0S氣體、氧氣、 TEP氣體和TEB氣體可分別用作矽源、氧源、磷源和硼源。 調整沉積工藝之間磷源和硼源的流量，使得在第二絕緣層15中的磷含量和硼含 量為約3. 5 6wt%，以確保包括第一和第二絕緣層14和15的層間介電層16的層品質和 回流特性。在此情況下，包含於第二絕緣層15中的磷含量和硼含量可彼此相同，或者磷含 量可大於硼含量。以此來降低回流熱處理中的熱處理溫度。 當包含於第二絕緣層15中的磷含量小於3. 5wt^時，第二絕緣層15的回流特性可 劣化或回流熱處理溫度可提高(例如，80(TC或更高)，因此導致雜質(例如，磷或硼)的熱 擴散。而且，當包含於第二絕緣層15中的磷含量大於6wt^時，雜質尤其是磷滲透進入第一 絕緣層14，由此導致氮化物層13的損失。 此外，為了提高第二絕緣層15的間隙填充特性，通過以低流量供給矽源進入腔室 以降低沉積速率。例如，可以以約500 約900mgm的流量供給矽源。此時，如果層中的磷 含量和硼含量高而以低流量供給矽源，那麼產生不參與反應的雜質(即，未反應的磷)。此 外，磷可以以沒有結合於第二絕緣層15中的矽的不穩定狀態保留。然而，第一絕緣層14用 作相對於氮化物層13的阻擋層。因此，能夠防止氮化物層13由於在沉積第二絕緣層15的 工藝中產生的未反應的磷和在第二絕緣層15中具有不穩定結合狀態的磷而損失。
同時，由於下部結構的階梯部分，第二絕緣層15的表面在形成第二絕緣層15的工 藝中可產生階梯。而且，由於圖案12的高的深寬比，在層中可產生缺陷諸如空隙。這些缺 陷和階梯表面由於在後續工藝中具有不利影響所以必須被移除。 如圖3D所示，實施用於回流層間介電層16的熱處理以移除層中的空隙和階梯表 面。所述熱處理可通過爐管熱處理和快速退火工藝在約750 約80(TC的溫度下實施。附 圖標記16A表示回流後層間介電層。 在所述回流熱處理中，進入第二絕緣層15中的磷和硼可由於熱擴散而滲透進入 氮化物層13。然而，比第二絕緣層15具有相對較小磷含量和硼含量的第一絕緣層14用作 阻擋層，以由此防止磷和硼滲透進入氮化物層13或圖案12。因此，由於第一絕緣層14，所 以能夠防止氮化物層13在層間介電層16A的回流熱處理中受到損失。而且，由於第二絕緣 層15，所以可確保回流特性。此外，由於第一絕緣層14，所以能夠防止半導體器件回流特性 劣化，由當層間介電層16A中的雜質尤其是硼滲透進入襯底11或圖案12時可導致所述劣 化。
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當在氮化物層13上形成含磷絕緣層時，通過使用比在第一絕緣層14上形成的第 二絕緣層15的更高流量的矽源和更低流量的磷源，形成接觸氮化物層13的第一絕緣層14。 因此，在所述工藝中，能夠防止由於含磷絕緣層導致的氮化物層13的損失，並且也能夠確 保包括第一和第二絕緣層14和15的層間介電層16A的回流特性和間隙填充特性。 [OO53][另一個實施方案] 圖4A 4E是說明根據另一個實施方案製造半導體器件方法的截面圖。
參考圖4A，在限定單元區和周邊區的襯底31上形成多個圖案35。在單元區中形 成的柵極35之間的間隙小於在周邊區中形成的柵極35之間的間隙。即，在單元區中的柵 極35布置得密集，而在周邊區中的柵極35布置得稀疏。 柵極35可具有柵極介電層32、柵電極33和柵極硬掩模層34的堆疊結構。
柵極介電層32可由氧化物例如二氧化矽(Si02)形成。用於柵極介電層32的二 氧化矽層可通過熱氧化工藝形成。 柵電極33可包括矽層、金屬層或其堆疊結構。所述矽層可由多晶矽(poly Si)或 矽鍺(SiGe)形成，金屬層可由鴇(W)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或矽化鴇(WSi)形成。
柵極硬掩模層34可由選自氧化物層、氮化物層、氧氮化物層及其堆疊結構中的一 種形成。 形成柵極35之前，可選擇性地蝕刻襯底31以形成凹陷圖案(未顯示)。凹陷圖案 可形成為選自以下中的一種矩形、多邊形、燈泡形、鰭形和鞍鰭形(saddle fin type)。
沿著包括柵極35的所得結構的表面形成具有一定厚度的絕緣層(未顯示)，並且 實施無掩模蝕刻工藝(blanket etching process)(例如回蝕工藝)以在柵極35的兩個側 壁上形成柵極間隔物層36。柵極間隔物層36在工藝過程中保護柵極35和將柵極35與在 後續工藝中將形成的著陸塞電隔離。 柵極間隔物層36可包括氧化物層和氮化物層的堆疊層(氧化物層/氮化物層或 者氧化物層/氮化物層/氧化物層)，或者單一的氮化物層。 在包括柵極35的所得結構上形成氮化物層37。氮化物層37防止包含於層間介電 層的雜質在後續形成層間介電層的工藝中進入襯底31或柵極35。氮化物層37可由氮化矽 (Si3N4)形成。 可以考慮在後續形成層間介電層的工藝中層間介電層的間隙填充特性以及由於 層間介電層導致的氮化物層37的損失厚度來調整氮化物層37的沉積厚度。例如，氮化物 層37可形成為約60 約130A的厚度。 參考圖4B，通過使用矽源和磷源在氮化物層37上形成具有均一厚度的第一絕緣 層38。第一絕緣層38包含磷含量，通過其可防止氮化物層37在本實施方案中涉及的工藝 中的損失。在此情況下，考慮到將通過後續工藝形成的第二絕緣層的間隙填充特性，可形成 小厚度的第一絕緣層38，例如150 250A。如果第一絕緣層38的厚度小於150A，那麼由 於包含於層間介電層的雜質穿過或滲透進入第一絕緣層38，所以氮化物層37可能損失。如 果第一絕緣層38的厚度大於250人，那麼第二絕緣層的間隙填充特性在後續形成第二絕緣 層的工藝中可能劣化。 使用矽源和磷源形成的第一絕緣層38可包括含磷氧化矽層，例如磷矽酸鹽玻璃 (PSG)層或硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)層。在此情況下，考慮到第一絕緣層38的層品質和回流特性，可使用BPSG層形成第一絕緣層38。同時，含雜質的絕緣層例如BSG層、PSG層或 BPSG層相對於不含雜質的絕緣層例如未摻雜的矽酸鹽玻璃(USG)具有優異的層品質和回 流特性。在含雜質的絕緣層中，含磷絕緣層(例如，PSG層或BPSG層)具有相對優異的層品 質，而含硼絕緣層(例如，BSG層或BPSG層)具有相對優異的回流特性。因此，考慮能夠滿 足高度集成半導體器件的層品質和回流特性二者需求的BPSG層作為絕緣層。此外，可使用 可流動的氧化物層作為第一絕緣層38。可流動的氧化物層的例子可包括旋塗電介質(SOD) 層、旋塗玻璃(SOG)層、先進平坦化層(APL)和含氫倍半矽氧烷(HSQ)層。然而，在某些情 況下，可流動的氧化物層的層品質由於多孔特性而不緻密，因此可流動的氧化物層可能易 於損失。因此，在這些情況下，可流動的氧化物層相比於BPSG層較不優選。
以下將詳細描述使用BPSG層製造第一絕緣層38的方法。 將已經形成有氮化物層37的襯底31裝入工藝腔室。將矽源、氧源、磷源以及硼源 注入腔室並彼此反應以形成第一絕緣層38。可分別使用原矽酸四乙酯(TE0S)氣體、氧(02) 氣、磷酸三乙酯(TEP)氣體和硼酸三乙酯(TEB)氣體作為矽源、氧源、磷源和硼源。作為替 代或者另外地，可使用各種已知的材料作為上述源材料。 在沉積工藝之間調整磷源和硼源的流量，使得在第一絕緣層38中的磷和硼的含 量為約2 約3. 5wt%，以防止氮化物層37的損失並確保層品質和回流特性。在此情況下， 包含於第一絕緣層38中的磷和硼的含量(或濃度)可彼此相同，或者磷含量可大於硼含 量。以此來降低回流熱處理中的熱處理溫度。 當包含於第一絕緣層38中的磷含量小於2wt^時，第一絕緣層38的層品質傾向於 劣化並因此難以有效地防止氮化物層37在後續工藝期間的損失。而且，當包含於第一絕緣 層38中的磷含量大於3. 5wt^時，氮化物層37可由於其中包含的磷而損失。
此外，為了防止氮化物層37由於在形成第一絕緣層38的工藝中各反應之間和反 應之後保留的雜質源導致的損失，以高流量供給矽源進入腔室來清除在腔室中保留的磷 源。例如，可以以約900 約2500mgm(毫克/分)的流量供給矽源。這樣，如果在形成第 一絕緣層38的工藝中層中磷和硼含量減小而矽源以高流量供給，那麼能夠防止雜質尤其 是磷的產生，這些雜質不參與沉積工藝之間的反應。此外，能夠防止當沉積工藝完成時磷以 沒有結合第一絕緣層38中的矽的不穩定狀態保留。因此，能夠防止在沉積工藝和後續工藝 (尤其是熱處理)中通過磷和水的反應而產生磷酸。因此，由於第一絕緣層38的存在，所以 能夠防止氮化物層37的損失。 即使在第一絕緣層38中的磷含量(例如，約2 約3. 5wt% )減小，但是第一絕緣 層38具有小的厚度(例如，約150 約250 AJ。因此，能夠防止在後續回流熱工藝期間 包括第一和第二絕緣層的層間介電層的回流特性的劣化。此外，由於第一絕緣層38形成為 具有在柵極35之間的間隙沒有被填充的小厚度，因此在單元區的柵極35之間形成的第一 絕緣層38的量等於在周邊區的柵極35之間形成的第一絕緣層38的量。因此，即使在形成 第一絕緣層38的工藝中損失一些氮化物層37，也可控制在單元區中氮化物層37的損失量 與在周邊區中氮化物層37的損失量相同。 因此，當形成第一絕緣層38的工藝完成時，單元區中氮化物層37的厚度(Tl)可 有效地等於周邊區中氮化物層37的厚度(T2) (Tl = T2)。 參考圖4C，在第一絕緣層38上形成第二絕緣層39以填充柵極35之間的間隙。第二絕緣層39比第一絕緣層38具有更大的磷含量。第二絕緣層39用於提高包括第一和第 二絕緣層38和39的層間介電層40的回流特性。因此，第二絕緣層39可形成為具有可確 保半導體器件所需的回流特性的磷含量。 第二絕緣層39和第一絕緣層38可由相同材料形成。因此，可通過使用矽源和磷 源由BPSG形成第二絕緣層39。在此情況下，與第一絕緣層38相比較，使用較低流量的矽源 和較高流量的磷源來形成第二絕緣層39。 S卩，第一絕緣層38相比於第二絕緣層39而言在 較高流量的矽源和較低流量的磷源下形成。 以下將更詳細地描述形成BPSG第二絕緣層39的工藝。 通過注入矽源、氧源、磷源和硼源並使它們反應，在與其中形成第一絕緣層38相 同的腔室中原位形成第二絕緣層39。在此情況下，通過控制矽源、磷源和硼源的流量，調整 第二絕緣層39中的磷含量和硼含量以及第二絕緣層39的間隙填充特性。TE0S氣體、氧氣、 TEP氣體和TEB氣體可分別用作矽源、氧源、磷源和硼源。 調整沉積工藝之間磷源和硼源的流量，使得在第二絕緣層39中的磷含量和硼含 量為約3. 5 6wt%，以確保包括第一和第二絕緣層38和39的層間介電層40的層品質和 回流特性。在此情況下，包含於第二絕緣層39中的磷含量和硼含量可彼此相同，或者磷含 量可大於硼含量。以此來降低回流熱處理中的熱處理溫度。 當包含於第二絕緣層39中的磷含量小於3. 5wt^時，第二絕緣層39的回流特性可 劣化或回流熱處理溫度可提高(例如，80(TC或更高)，因此導致雜質(例如，磷或硼)的熱 擴散。而且，當包含於第二絕緣層39中的磷含量大於6wt %時，雜質尤其是磷滲透進入第一 絕緣層38，由此導致氮化物層37的損失。 此外，為了提高第二絕緣層39的間隙填充特性，通過以低流量供給矽源進入腔室 來降低沉積速率。例如，可以以約500 約900mgm的流量供給矽源。這樣，如果層中磷含 量和硼含量高而矽源以低流量供給，那麼產生不參與反應的雜質(即，未反應的磷)。此外， 磷可以以沒有結合第二絕緣層39中的矽的不穩定狀態保留。然而，第一絕緣層38用作相 對於氮化物層37的阻擋層。因此，能夠防止氮化物層37由於在沉積第二絕緣層39的工藝 中產生的未反應的磷和在第二絕緣層39中具有不穩定結合狀態的磷而損失。
因此，當形成第二絕緣層39的工藝完成時，單元區中氮化物層37的厚度(Tl)可 有效地等於周邊區中氮化物層37的厚度(T2) (Tl = T2)。 同時，由於下部結構的階梯部分，在形成第二絕緣層39的工藝中第二絕緣層39的 表面可產生階梯。而且，由於圖案35的高的深寬比，在層中可產生缺陷諸如空隙。這些缺 陷和階梯表面由於在後續工藝中具有不利影響所以必須被移除。 如圖4D所示，實施用於回流層間介電層40的熱處理以移除層中的空穴和階梯表 面。所述熱處理可通過爐管熱處理或快速退火工藝在約750 約80(TC的溫度下實施。附 圖標記40A表示回流後的層間介電層。 在所述回流熱處理中，第二絕緣層39中的磷和硼可由於熱擴散而滲透進入氮化 物層37。然而，具有比第二絕緣層39相對較小磷含量和硼含量的第一絕緣層38用作阻擋 層，由此防止磷和硼滲透進入氮化物層37或柵極35。因此，由於第一絕緣層38，所以能夠 防止氮化物層37在層間介電層40A的回流熱處理中受到損失。而且，由於第二絕緣層39， 所以可確保回流特性。此外，由於第一絕緣層38，能夠防止半導體器件回流特性劣化，所述劣化由當層間介電層40A中的雜質尤其是硼滲透進入襯底31或柵極35時所導致。 因此，當回流熱處理完成時，單元區中氮化物層37的厚度(Tl)可有效地等於周邊
區中氮化物層37的厚度(T2) (Tl = T2)。 通過上述工藝，能夠防止當由於層間介電層40A導致周邊區的氮化物層37過度損 失時層間介電層40A中的雜質滲透進入襯底31或柵極35。而且，能夠防止在形成用於著陸 塞的接觸孔的工藝中，當氮化物層37在單元區中保留明顯超出所需時而產生的接觸未打 開現象。 雖然未顯示，但是在暴露柵極硬掩模34的條件下，熱處理之後可實施平坦化工 藝。以此提高在形成用於著陸塞的接觸孔的工藝中蝕刻容限。所述平坦化工藝可使用化學 機械拋光(CMP)來實施。 參考圖4E，選擇性地蝕刻單元區的層間介電層40A以形成暴露單元區的襯底31的 接觸孔41。形成用於著陸塞的接觸孔41，該著陸塞連接位線和存儲節點接觸塞。
當在氮化物層37上形成含磷絕緣層時，與在第一絕緣層38上形成的第二絕緣層 39相比較，通過使用較高流量矽源和較低流量磷源形成接觸氮化物層37的第一絕緣層38。 因此，在所述工藝中，能夠防止由於含磷絕緣層導致的氮化物層37的損失，並且也能夠確 保包括第一和第二絕緣層38和39的層間介電層40A的回流特性和間隙填充特性。
此外，當在氮化物層37上形成含磷絕緣層時，通過堆疊具有不同磷含量的第一和 第二絕緣層38和39的堆疊結構來形成含磷絕緣層，從而可防止氮化物層37的損失。因 此，當含磷絕緣層的回流熱處理完成時，在單元區中保留的氮化物層37的厚度和在周邊區 中保留的氮化物層37的厚度可相同。即，即使由於在柵極35之間不同的間隙導致在柵極 35之間填充的層間介電層40A的量不同，也能夠減小由不同間隙所導致的氮化物層37的 損失量差異。因此，能夠防止在單元區中形成接觸孔41的工藝中產生接觸未打開現象。而 且，能夠防止在周邊區中包含於層間介電層40A的雜質(尤其是硼)滲透進入襯底31或柵 極35。因此，初始氮化物層37的沉積厚度可減小，半導體器件的集成密度可提高。
[試驗結果] 圖5是說明在沉積BPSG層的工藝中氮化物層的損失量相對於矽源流量的圖。在 該試驗中，採用TEOS作為矽源。 由圖5可看出，當磷源和硼源的流量固定時，氮化物層的損失隨著矽源流量增加 而減小。這是由於矽源流量的增加，使得在腔室中保留的沒有參與反應的未反應磷源和硼 源的量減小。 圖6是說明在沉積BPSG層的工藝期間氮化物層的損失量相對於層中磷含量的圖。 使用流量為1150mgm的TEOS作為矽源。 由圖6可看出，當矽源流量固定時，氮化物層的損失隨著層中磷含量增加而增加。 這是由於磷含量的增加，即沉積工藝中磷源流量的增加使得在腔室中保留的沒有參與反應 的磷源的量增加，因此保留的磷源與水反應產生磷酸。 圖7是說明隨BPSG層回流熱處理之後圖案間隙差異而變化的保留氮化物層厚度 差異的圖。單元區中圖案之間的間隙小於周邊區中圖案之間的間隙，並且BPSG層沉積之前
的初始氮化物層的厚度為120人。 由圖7可看出，在具有不同的圖案之間間隙的單元區和周邊區中形成具有相同厚度的氮化物層之後，在BPSG層的沉積工藝中，隨著層中的磷含量增加，在圖案之間間隙大
的周邊區中形成的氮化物層的損失量大於在圖案之間間隙相對小的單元區中形成的氮化
物層的損失量。這是由於隨著圖案之間變得較大，圖案之間填充的BPSG層的量大。 根據實施方案，當在氮化物層上形成含磷絕緣層時，與在第一絕緣層上形成的第
二絕緣層相比較，使用較高流量的矽源和較低流量的磷源來形成接觸氮化物層的第一絕緣
層。因此，在工藝中，能夠防止由於含磷絕緣層導致氮化物層的損失，並且也能夠確保包括
第一和第二絕緣層的層間介電層的回流特性和間隙填充特性。 此外，當在氮化物層上形成含磷絕緣層時，通過堆疊具有不同磷含量的第一和第二絕緣層的堆疊結構來形成含磷絕緣層，從而可防止氮化物層的損失。因此，當含磷絕緣層的回流熱處理完成時，在單元區中保留的氮化物層的厚度和在周邊區中保留的氮化物層的厚度可相同。因此，能夠防止在單元區中形成接觸孔的工藝中產生接觸未打開現象。而且，能夠防止在周邊區中包含於層間介電層的雜質(尤其是硼)滲透進入襯底或柵極。因此，初始氮化物層的沉積厚度可減小，所以半導體器件的集成密度可提高。 雖然已經相當於示例性實施方案進行了上述描述，但是對於本領域技術人員顯而易見的是可做出各種變化和改變而沒有脫離由以下權利要求所限定的精神和範圍。
權利要求
一種製造絕緣層的方法，所述方法包括在氮化物層上形成第一絕緣層；在所述第一絕緣層上形成第二絕緣層，其中所述第一絕緣層使用矽源和磷源形成，所述第一絕緣層通過使用比用於形成所述第二絕緣層的更高流量的所述矽源和更低流量的所述磷源來形成。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括對所述第一和第二絕緣層實施回流熱處理。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層在共同的腔室中原位形 成。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第二絕緣層中的磷含量大於所述第一絕緣層 中的磷含量。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第一絕緣層的磷含量為約2 約3. 5wt^並 通過使用約900mgm 約2500mgm的所述矽源來形成。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中所述第二絕緣層的磷含量為約3. 5 約6wt^並 通過使用約500mgm 約900mgm的所述矽源來形成。
7. 根據權利要求l所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層包括硼磷矽酸鹽玻璃 (BPSG)層。
8. —種製造半導體器件的方法，所述方法包括 在襯底上形成多個圖案；在包括所述圖案的所得結構上形成氮化物層；禾口在所述氮化物層上形成具有均一厚度的第一絕緣層，和在所述第一絕緣層上形成填充 所述圖案之間間隙的第二絕緣層，其中所述第一和第二絕緣層使用矽源和磷源形成，所述第一絕緣層通過使用比用於形 成所述第二絕緣層的更高流量的所述矽源和更低流量的所述磷源來形成。
9. 根據權利要求8所述的方法，還包括對所述第一和第二絕緣層實施回流熱處理。
10. 根據權利要求8所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層在共同的腔室中原位形成。
11. 根據權利要求8所述的方法，其中所述第二絕緣層中的磷含量大於所述第一絕緣 層的磷含量。
12. 根據權利要求8所述的方法，其中所述第一絕緣層的磷含量為約2 約3. 5wt^並 通過使用約900mgm 約2500mgm的所述矽源來形成。
13. 根據權利要求8所述的方法，其中所述第二絕緣層的磷含量為約3.5 約6wt^並 通過使用約500mgm 約900mgm的所述矽源來形成。
14. 根據權利要求8所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層包括硼磷矽酸鹽玻璃 (BPSG)層。
15. 根據權利要求8所述的方法，其中所述圖案包括柵極、位線和金屬線。
16. —種製造半導體器件的方法，所述方法包括在限定單元區和周邊區的襯底上形成多個柵極，所述單元區中柵極之間的間隙小於所 述周邊區中柵極之間的間隙；在包括所述柵極的所得結構上形成氮化物層；禾口在所述氮化物層上形成第一絕緣層，和在所述第一絕緣層上形成填充所述柵極之間間 隙的第二絕緣層，其中所述第一和第二絕緣層通過使用矽源和磷源形成，所述第一絕緣層通過使用比用 於所述第二絕緣層的更高流量的所述矽源和更低流量的所述磷源來形成。
17. 根據權利要求16所述的方法，還包括對所述第一和第二絕緣層實施回流熱處理。
18. 根據權利要求16所述的方法，還包括選擇性地蝕刻所述第一和第二絕緣層以形成 暴露所述單元區的襯底的接觸孔。
19. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層在共同的腔室中原位形成。
20. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第二絕緣層中的磷含量大於所述第一絕緣 層的磷含量。
21. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第一絕緣層的磷含量為約2 約3. 5wt% 並通過使用約900mgm 約2500mgm的所述矽源來形成。
22. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第二絕緣層的磷含量為約3. 5 約6wt% 並通過使用約500mgm 約900mgm的所述矽源來形成。
23. 根據權利要求16所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層包括硼磷矽酸鹽玻璃 (BPSG)層。
24. —種製造半導體器件的方法，在限定單元區和周邊區的襯底上形成多個柵極，所述單元區中柵極之間的間隙小於所 述周邊區中柵極之間的間隙；在包括所述柵極的所得結構上形成氮化物層；使用高於磷源流量的矽源流量，在所述氮化物層上形成第一絕緣層； 使用低於磷流量的矽流量，在所述第一絕緣層上形成填充所述柵極之間間隙的第二絕 緣層；和實施所述第二絕緣層的熱回流，使得其中在所述回流期間經由所述第一絕緣層損失的 所述單元區的柵極之間的氮化物層的量調整為在所述周邊區的柵極之間損失的氮化物層 的量，從而使得當所述熱回流完成時所述單元區的柵極之間氮化物層的厚度和在所述周邊 區中柵極之間氮化物層的厚度基本相同。
25. 根據權利要求24所述的方法，其中所述第一絕緣層的磷含量為約2 約3. 5wt% 並通過使用約900mgm 約2500mgm的所述矽源來形成。
26. 根據權利要求24所述的方法，其中所述第二絕緣層的磷含量為約3. 5 約6wt% 並通過使用約500mgm 約900mgm的所述矽源來形成。
27. 根據權利要求24所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層由不同材料形成。
28. 根據權利要求24所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層由相似材料形成。
29. 根據權利要求24所述的方法，其中所述第一和第二絕緣層包括硼磷矽酸鹽玻璃 (BPSG)層。
全文摘要
本發明涉及製造絕緣層的方法以及製造使用該絕緣層的半導體器件的方法，製造絕緣層的方法包括使用矽源和磷源在氮化物層上形成絕緣層，其中所述絕緣層包括接觸接觸氮化物層的第一絕緣層和在所述第一絕緣層上形成的第二絕緣層，其中與所述第二絕緣層相比較，使用較高流量的矽源和較低流量的磷源來形成所述第一絕緣層。
文檔編號H01L21/336GK101752242SQ200910129470
公開日2010年6月23日 申請日期2009年3月20日 優先權日2008年12月16日
發明者尹良漢 申請人:海力士半導體有限公司