[发明专利]金属前介质层形成方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种金属前介质层形成方法及其结构。

背景技术

金属前介质层(Pre-Metal Dielectric，PMD)作为器件和互连金属层间的隔离层以及使器件免受杂质粒子污染的保护层，其膜层沉积效果的好坏直接影响器件的性能。

随着半导体器件尺寸的逐渐减小，PMD层沉积时所要填充的线缝宽度也越来越小，深宽比越来越大，填孔能力成为PMD层沉积工艺的优化目标。现有工艺中通常选用高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)和次大气压化学气相沉积(SACVD)工艺形成PMD层，所用PMD层材料包括但不限于磷硅玻璃(PSG)及硼磷硅玻璃(BPSG)。实践表明，HDP-PMD薄膜具有沉积速度快、薄膜致密以及均匀性好等一系列优点。但为保证HDP-PMD薄膜的沉积效果，必需严格控制其沉积-刻蚀速率比。

考虑到，HDPCVD工艺反应室内压力在10mTorr(毫托，千分之一毫米汞柱)以下，而传统的SACVD工艺反应室内压力在200-600Torr之间，相比而言，分子的平均自由程更小，填孔能力更强，导致SA-PMD薄膜表现出更为优越的填孔能力，除此之外，传统的SACVD采用热降解的工艺，没有使用射频产生的等离子体，还可避免等离子体引起的器件损伤。但随着集成电路临界尺寸进入65纳米甚至更小尺寸后，对PMD层的沉积工艺，传统的SA-PMD也无能为力。

近来，伴随着器件密集程度和工艺复杂程度的不断增加，由膜层应力引发的器件性能受损的比例逐渐增高，导致膜层应力问题日渐引起业界的重视。如何提供一种既能保证PMD层填孔质量、又能改善由膜层应力引发的器件性能受损状况的PMD沉积方法，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

申请号为03151024.8的中国专利申请中提供的一种多沉积步骤的高密度等离子体化学气相沉积方法，该方法通过至少二次高密度等离子体化学气相沉积步骤，且保证每一沉积步骤的沉积-刻蚀速率比(D/S值)不同，其第一D/S值范围为7-20，第二D/S值范围为2.5-8，以在带有线缝的半导体基底上沉积薄膜并无孔洞地填充该线缝。

然而，实际生产过程中，应用该方法虽可解决线缝填充问题，但无法解决膜层应力问题。

专利号为CN1242466C的中国专利中提供了一种降低浅沟槽隔离侧壁氧化层应力与侵蚀的方法，该方法至少包括下列步骤：提供一底材，所述底材具有一的第一介电层于及一覆盖所述第一介电层的第二介电层；形成一沟槽进入所述底材；形成一侧壁氧化层于所述沟槽的侧壁与底部；以一介电材料填满所述沟槽；及执行一现场蒸汽发生制程以再氧化所述侧壁氧化层，所述现场蒸汽发生制程至少包括引入氧与氢氧根。

显然，该方法虽提供了可减小膜层应力的技术提示，但却无法解决线缝填充问题。同时，所述技术提示与上述可解决填充间隙问题的技术方案的简单组合，即在多沉积步骤的高密度等离子体化学气相沉积后，再执行一现场蒸汽发生制程，理论上可提供既能保证线缝填充质量、又能减小膜层应力的膜层沉积方法，但却不适用于PMD沉积工艺，因为所述现场蒸汽发生制程所需温度为700-1200摄氏度，如此高温会对已形成的器件的性能造成不良影响。

发明内容

本发明提供了一种金属前介质层形成方法，用以形成无沉积孔洞产生且通过改变器件内应力状态以改善器件性能的PMD层；本发明还提供了一种金属前介质层结构，其内部无孔洞产生。

本发明提供的一种金属前介质层形成方法，包括：

在半导体衬底上形成金属前介质层沉积基底；

在所述沉积基底上利用第一CVD方法沉积第一金属前介质层；

在所述第一金属前介质层上利用第二CVD方法沉积第二金属前介质层。

所述第一CVD方法为HARP SACVD；所述HARP SACVD设备型号为AMATProducer SE；所述第一金属前介质层材料为无掺杂玻璃；所述第一金属前介质层厚度范围为10～100纳米；所述第二CVD方法包括但不限于传统的SACVD、PECVD及HDPCVD工艺中的一种；所述第二金属前介质层材料包括但不限于二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃或具有低介电常数材料中的一种或其组合。所述具有低介电常数材料包括但不限于黑钻石或coral。

本发明提供的一种金属前介质层结构，所述金属前介质层内无沉积孔洞产生，所述金属前介质层包含顺此沉积的第一金属前介质层及第二金属前介质层。