[发明专利]旋涂玻璃组合物及其在半导体生产中形成氧化硅层的方法

说明书

发明背景

1、发明领域

本发明涉及一种用于半导体生产工艺中形成氧化硅层的旋涂玻璃组合物(SOG)，并涉及由其制备的半导体器件，以及用其形成氧化硅层的方法。更具体地说，本发明涉及一种含全氢化聚硅氮烷的旋涂玻璃组合物，和其在形成半导体器件上氧化硅层的用途。

2、已有技术的描述

半导体器件设计近来得到快速发展。尤其，这种进展要求半导体器件具有高速运行功能和巨大存储容量。为满足这些要求，高密度、高可靠性及快响应的半导体器件正在发展之中。

集成电路一般都是将大量活性器件成型在单板上，生产过程中每一器件成型和绝缘之后，进行进行某些部件的电连接，实现其所需电路功能。例如，金属氧化物半导体(MOS)及双极VLSI和ULSI器件都具有其中互连大量器件的多水平互连结构。在这样的多水平互连结构中，顶层外形通常随层数增加而越来越不规则和平整。

例如，一般对两层或多层半导体晶片成型按下述方法。在半导体晶片上成型若干氧化物层，一层多晶硅导电层及一层第一金属丝层。然后在所得结构上成型第一绝缘层。然后，构成一通路孔，用于提供到第二金属层的电路通路。此时，第一绝缘层不平，因为在第一绝缘层的下层不平。在将第二金属层直接成型在第一绝缘层之上时，由于铺在其下的绝缘层凸起或裂隙，第二金属层会断裂。此外，如果金属层的沉积状态不佳，还会降低半导体器件的屈服限。因此，为抵消晶片畸变外形的影响，在形成多水平金属互连结构构成通路孔或第二金属层之前，一般要对绝缘层进行平整化。

现已发展了各种平整化绝缘层的方法。这些方法包括利用反流特性良好的硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)层，或SOG层和化学机械抛光法(CMP)。一般BPSG广泛用于作为绝缘层材料，填充金属丝间的间隙。但是，沉积BPSG有一些问题，因为它主要取决于对所用设备确定的特定沉积参数。而且，在过程中所用气体昂贵和有剧毒。

此外，对于生产具有256或以上兆位的VLSI，随着堆积密度增加和设计准则减少，利用BPSG作为绝缘层填充金属丝间的间隙，由于出现空隙和桥而降低了屈服极限。而且，在以后的成型过程中，刻蚀阻断层可能会遭损坏。因此，已有技术一般都采取反流方法和昂贵的CMP方法，来解决这些问题。

已知由SOG形成的绝缘层是通过简单涂布法进行生产的。这种方法产生平面的绝缘层。例如，US 5,310,720(信(Shin)等人的观点)披露一种形成氧化硅层的方法。形成一层聚硅氮烷层，接着在氧气氛中加热该聚硅氮烷层，使之转化为氧化硅层。US 5,976,618(Shunichi Fukuyama等人观点)披露一种其中沉积无机SOG，然后实施两步热处理的方法，使SOG层转化为氧化硅层。

聚硅氮烷基SOG的基本骨架结构是由Si-N、Si-H及N-H键组成。通过在含氧及水的气氛下进行焙烧，使Si-N键转化为Si-O键(或用SiO取代)。实行简单旋涂及简单硬化，使SOG层转化为氧化硅层。因此，它是一种经济的方法。

但是，不是所有的Si-N键都被转化为Si-O键(参见例如JP公开，平(Hei)11-145286)。因此，与诸如用BPSG层或TEOS层形成的纯氧化硅层相比，该氧化硅层具有不同的绝缘性及电特性。为此，许多工艺都已避免采用常规的SOG层并接着将其转化为氧化硅绝缘层的方法。此外，由于SOG是通过旋涂方法沉积的，其所形成的氧化硅层的厚度不足。这就使诸如栅电极及金属丝的半导体层覆盖不充分。

发明概述

因此，本发明实施方案的一个特征在于，提供一种旋涂(spin-on)玻璃组合物，用于对堆积密度高及纵横比大的半导体器件中密集间隔的金属丝间隙进行充填。本发明又一个特征在于，提供一种旋涂玻璃组合物，充填基片上的间隙或光滑表面的不连续部分，而不需进行机械平整。本发明还有一特征在于，提供一种旋涂玻璃组合物，基本具有与用化学蒸汽沉积法(CVD)形成的半导体器件氧化物层相同的特征。本发明另一特征是，提供一种在生产半导体工艺中用上述旋涂玻璃组合物形成氧化物层的方法。

按照本发明的这些和其它特征，这里提供了一种旋涂玻璃组合物及用其通式为-(SiH₂NH)_n-的含全氢化聚硅氮烷制备的器件，通式中n表示一个正整数，其量为约总组合物重的10-30％重，其中全氢化聚硅氮烷的重均分子量在约4,000-8,000范围，分子量分布在约3.0-4.0的范围。本发明旋涂玻璃组合物还包含一种量按组合物总重量计在约70-90％重的溶剂。