[发明专利]低温回流介电－氟化硼磷硅玻璃

说明书

本发明涉及到半导体电子元件及其制造方法，更确切地说是涉及到用作半导体晶片上的基本上无空洞的窄达0.10μm且形状比高达6∶1的层的改进的硼磷硅玻璃，以及包括低于目前建议的制造要求的大约750℃的回流温度下制作玻璃层的方法。

在半导体电子元件的制造中，必须将元件包封在玻璃中，或用玻璃作为层间介电膜。通常，玻璃层是用化学汽相淀积(CVD)方法制作在晶片表面上的SiO₂层。由于工业界不断增长的要求，对更精细的电路图形和更高的电路密度的需求使得必须开发改进的玻璃层来使半导体表面在制造工艺中层化。特别关心的是半导体衬底表面的不均匀性，在电路密度和高精度电路图形进一步提高时，变得更为关键。

早期在半导体晶片上制作玻璃层，SiO₂层被用作玻璃材料。借助于将诸如硼和/或磷之类的掺杂剂加入到玻璃中，改进了这些氧化物玻璃层，这种掺杂剂降低了熔点并使得有可能对层进行重新加热以软化玻璃，使之回流，以在半导体器件上产生平坦的表面。然而，随着电路密度和对精细电路图形的需求的增加，已经认识到，制备和加工氧化物玻璃膜以填充半导体器件表面上的更为细小的间隙而不在氧化物玻璃层中留下空洞或气泡，是很重要的。

硼磷硅玻璃(BPSG)目前被用作层间介电层，且必须提供窄达0.10μm且形状比高达6∶1的无空洞的结构填充。为了满足这一要求，通常在其约为800-850℃的玻璃转变温度范围内，在淀积之后使BPSG层回流。玻璃转变温度是玻璃的一个重要性质，而为了工艺效率和避免制造工艺中温度对半导体晶片的损伤作用，非常希望回流温度尽可能低。

通常借助于在载气中和在汽相中，使原硅酸四乙酯(TEOS)、磷酸三甲酯(TMP)或磷化氢(PH₃)和硼酸三甲酯(TMB)或硼酸三乙酯(TEB)在有氧且最好有少量臭氧存在的情况下进行反应而制造硼和磷掺杂的氧化硅层(BPSG)。此工艺可以在等离子体弧光工艺中，或在具有臭氧的大气压力下(350-600℃)，或用较高温度(例如700-850℃)下的减压工序来进行。通常，较高压力的工艺使用低温工序，例如在400-600℃温度于50-760乇(具有臭氧)下和350-480℃温度于1-10乇下，用反应剂的共同氧化来淀积BPSG。作为变通，可以采用诸如约为0.5-5乇的低压的高温淀积工艺，此工艺在约为700-850℃的温度范围内执行。

广义地说，为了提供窄达0.10μm且形状比高达6∶1的无空洞结构填充，非常希望BPSG在制造工艺中具有低的粘度。借助于提高回流温度，即淀积的玻璃开始流动的温度，通常也称为玻璃转化温度，可以降低BPSG的粘度。借助于提高硼和磷在BPSG中的掺杂剂浓度，也可以降低粘度。此外，玻璃的填充行为是表面张力的函数。掺氟提高了表面张力，从而降低粘度并增强了较低温度下的填充特性。

然而，半导体器件的热聚集被限制在大约800℃下30分钟。因此，对于许多制造情况，回流温度的提高是不可取的。同样，由于过高的掺杂剂浓度在淀积之后导致硼酸或磷酸硼的表面晶体生长，故B₂O₃和P₂O₅的掺杂剂浓度被限制在大约5％重量比。由于后续光刻、反应离子刻蚀(RIE)和化学机械抛光(CMP)工艺中的制造和集成问题，表面晶体是不可取的。

在这方面已经授权了许多专利来努力改进BPSG膜。美国专利4791005、4845054、5094984、5104482、5180692、5286681和5354387说明了在半导体衬底上制作BPSG膜的方法。

在欧洲公开号0562625中，公开了可以用诸如包括氟的卤原子之类的非桥键组分来取代BPSG膜的氧原子。这击破了硅原子之间的氧桥键，导致介电膜粘度降低。典型的是用氟取代BPSG膜中的部分氧，从而将介电膜的流动温度降低到约为850℃。

考虑到现有技术的问题和缺陷，因此，本发明的目的是提供一种在诸如半导体晶片之类的衬底上制作硼磷硅玻璃的改进了的方法，此玻璃具有改进了的间隙填充性能和低的回流温度。

本发明的另一个目的是提供一种诸如半导体晶片之类的其上具有硼磷硅玻璃层的衬底，此玻璃具有改进了的间隙填充性能和低的回流温度。

本发明的又一目的是提供一种具有增强的间隙填充能力的硼磷硅玻璃，以提供窄达0.10μm且形状比高达6∶1的无空洞结构填充。

本发明的其它目的和优点将从说明书得到了解。