[发明专利]磷硅玻璃生长工艺及磷硅玻璃

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造的介质膜生长工艺以及一种半导体工艺的介质膜，特别涉及一种磷硅玻璃的生长工艺以及按照这种生长工艺生长成的磷硅玻璃。

背景技术

介质膜在半导体工艺中起着广泛的应用，在二氧化硅中掺入磷形成磷硅玻璃可以减小膜应力，改善膜的完整性、降低缺陷密度。另外，磷硅玻璃还具有固定杂质离子的作用。磷硅玻璃是一种常见的介质膜，采用高密度等离子体化学汽相淀积工艺制备的磷硅玻璃具有很好的填孔性能。当磷的浓度大于6％时，由于高密度等离子体化学汽相淀积工艺过程中离子溅射对磷、硅和氧具有选择性，从而在图形上形成花状外壳，如图1所示，衬底1上的2为生长磷硅玻璃之前的图形，磷硅玻璃薄膜4的花状外壳3的底部与硅衬底1之间的距离H很小，H一般小于30nm。并且这种花状外壳磷硅玻璃中的磷含量比体磷硅玻璃中的体浓度低。

目前，制备磷硅玻璃过程中，由于溅射能量和密度过大，溅射偏压功率/硅片面积约为10W/cm²，氧气/(硅烷+磷烷)的摩尔比约为2.5，使得磷硅玻璃花状外壳的底部起点与衬底的距离小于30nm。

如图2所示，在磷硅玻璃两步法自对准刻蚀工艺一般包括两个步骤：1、在10区域进行低选择比刻蚀，该低选择比刻蚀对刻蚀磷硅玻璃和非掺杂二氧化硅具有相近的刻蚀速率，而且它的磷硅玻璃/硅以及磷硅玻璃/Si₃N₄的选择性比很小；2、在30区域进行高选择比刻蚀，该高选择比刻蚀B的磷硅玻璃/非掺杂二氧化硅、磷硅玻璃/硅以及磷硅玻璃/Si₃N₄的选择性很高。低选择比刻蚀到高选择比刻蚀的切换点20需要低于磷硅玻璃花状外壳底部起点或磷硅玻璃花状外壳，才能使高选择比刻蚀将接触孔顺利的开到底部。当磷硅玻璃花状外壳底部起点很低时，低选择比刻蚀到高选择比刻蚀的切换点就很低，从而使得低选择比刻蚀过程中刻到硅的风险加大，工艺窗口缩小，不利于工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种磷硅玻璃生长工艺提高磷硅玻璃花状外壳底部的起点，利用上述方法，本发明还提供一种花状外壳的底部起点与衬底的距离大于40nm的磷硅玻璃。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，采用高密度等离子体化学汽相淀积生长磷硅玻璃，在磷硅玻璃沉积过程中，溅射偏压功率与硅片面积的比率范围在2至6W/cm²之间，氧气的摩尔量比硅烷与磷烷摩尔量的和的范围在1.5至2之间。

根据上述技术方案中的磷硅玻璃工艺生长的磷硅玻璃，其磷硅玻璃花状外壳的底部起点与衬底的距离大于40nm。

本发明通过选择适当的溅射偏压和氧气流量来降低溅射能量和溅射密度，减少图形之间开始形成磷硅玻璃花状外壳的速度，从而提高磷硅玻璃花状外壳底部起点，扩大了选择性刻蚀的工艺窗口。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：

图1为已有技术的磷硅玻璃花状外壳示意图；

图2为磷硅玻璃的两步法自对准刻蚀切换点示意图；

图3为本发明的磷硅玻璃花状外壳示意图。

图中附图标记分别是1为已有技术中磷硅玻璃的衬底，2为已有技术中生长磷硅玻璃之前的图形，3为已有技术中磷硅玻璃的花状外壳，4为已有技术中磷硅玻璃薄膜主体，10为磷硅玻璃两步法自对准刻蚀低选择比刻蚀区域，30为磷硅玻璃两步法自对准刻蚀高选择比刻蚀区域，20为磷硅玻璃两步法自对准刻蚀中从低蚀低选择比过渡到高选择比的切换点，100本发明中磷硅玻璃的衬底，200为本发明中生长磷硅玻璃之前的图形，300为本发明中磷硅玻璃的花状外壳，400为本发明中磷硅玻璃薄膜主体。

具体实施方式

发明人研究发现磷硅玻璃花状外壳的形成是由于高密度等离子体化学汽相淀积工艺过程中离子溅射对磷、硅和氧具有选择性造成的，即对磷的溅射率比对硅和氧的溅射率要大，而在具有一定角度的侧面受到的溅射作用比在平坦处的溅射作用大，因此在图形的侧壁会形成磷的含量较少的磷硅玻璃花状外壳。