[发明专利]形成半导体器件中金属间绝缘层的方法

说明书

本发明涉及制造半导体器件的方法，更具体地说，涉及在具有多级结构的金属互连的半导体器件中形成金属间绝缘层的方法。

随着半导体器件集成度的提高，要求具有多层的金属互连的半导体器件。在制造半导体器件中，每层的金属线之间的间隔以及两层之间的间隔应该用例如氧化物或氮化物之类的介电材料的金属间的绝缘层绝缘。对高质量的金属间绝缘层的要求是：抗水能力；对金属互连的高附着性；以及均匀的台阶复盖。目前一直使用例如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)，旋涂玻璃(spin-on-glass)(SOG)以及四乙基原硅酸盐(TEOS)这些介电材料作为金属间绝缘层。

当使用BPSG作为金属间绝缘层时，需要一种附加的回流处理。

因而，存在在层的内部预定位置形成空隙的问题。同时，当使用SOG作为绝缘层时，则由于湿气的透入而引起金属互连的腐蚀。其原因是因为层本身具有大量湿气并且它和金属层的附着性也差。

除上述材料之外，还提出了使用TEOS膜作为绝缘层的方法。该方法使四乙基原硅酸盐(TEOS)气体和O₃气体进行反应形成TEOS膜。

这种方法容易充满金属线之间的间隔，因为TEOS膜提高了表面反应的效果，但是形成的TEOS膜包括大量的湿气而且层本身可以直接从空气中吸收湿气。存在于湿气中的氢原子团穿过金属互连的表面，引起所形成的层的应力改变。如果这一改变是严重的，则在预定厚度所形成的层发生断裂。

因而，本发明的目的在于提供一种用来在半导体器件中形成金属之间绝缘层的方法，其不仅具有优良的附着性和均匀的台阶覆盖，而且能避免由于湿气的透入而引起空隙。

为实现本发明的目的，一种形成半导体器件中金属间绝缘层的方法，包括在半导体衬底上形成金属互连的步骤，还包括如下步骤：在化学蒸汽淀积炉中使第一量的四乙基原硅酸盐气体和第一量的O₃气发生反应形成第一厚度的第一绝缘层，该厚度能够完全地充满金属互连之间的间隔；以及在第一绝缘层上，在同一炉中使第二量的四乙基原硅酸盐气体和第二量的O₃气发生反应形成第二厚度的第二绝缘层，其中，第二量的四乙基原硅酸盐气体少于第一量的四乙基原硅酸盐气体，第二量的O₃气基本上等于第一量的O₃气。

最好是，第一量的O₃为3.0至5.0mol wt％，第一量的TEOS为1.0至2.0slpm，并且淀积温度为360至420℃。此外，最好是第二量的四乙基原硅酸盐气体小于0.5slpm。

最好第一绝缘层的厚度为6000或较高，第二绝缘层的厚度最好为1000或小于1000。

图1是为测量形成的TEOS膜的物理性能而进行的实验结果表。旨在寻找形成第一绝缘层的最合适的条件。

图2是膜厚度随淀积时间而改变的曲线，其形成温度为390℃,TEOS气体的供应量为1.3slpm,O₃的浓度为130g/m³。

图3是表示淀积的膜的淀积速率的曲线，此时的TEOS气体的供应量固定在1.3slpm，而O₃的浓度按形成温度而改变。

图4是TEOS膜的淀积速率随TEOS气体的供应量而改变的曲线。

图5是半导体器件的SEM显微图，其中按照本发明的实施例形成有金属间绝缘层。

下面说明本发明的最佳实施例，但这并不构成对本发明构思的限制。

本发明的用于绝缘金属互连的绝缘层被分成两部分。换句话说，具有用来完全充满一层的金属互连中金属线之间的间隔的第一绝缘层以及用来覆盖金属互连和第一绝缘层的第二绝缘层。两层具有不同的性能，取决于各自的形成方法。

下面更详细地说明本发明。

首先在半导体衬底上通过淀积以及形成金属图形形成金属互连。

然后，通过化学蒸汽淀积方法使TEOS气体和O₃气体发生反应，按顺序形成第一第二绝缘层。

TEOS气体是形成绝缘层的原料之一。所述第一绝缘层是这样形成：用浓度为3.0至5.0mol wt％的O₃形成温度为360至420℃,TEOS浓度为1.0至2.0slpm。最好这样形成第一绝缘层，使其完全充满在一层的金属互连中金属线之间的间隔，从而提高或保持半导体器件的性能。在本实施例中，第一绝缘层的厚度为6000。