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当我硼磷硅玻璃在集成电路中的应用

发布时间:2021-10-12 17:08:45 阅读: 来源:硅酸盐厂家

硼磷硅玻璃在集成电路中的应用

硼磷硅玻璃(Boro-phospho-sili目前cate Glass, BPSG),即掺杂了硼和磷的二氧化硅作为第一层金属前介电质(PMD)以及金属层间介电质(IMD)在IC制造中有着广泛的应用。二氧化硅原有的有序络结构由于硼磷杂质(B2O3,P2O5)的加入而变得疏松,在高温条件下某种程度上具有像液体一样的流动能力(Reflow)。因此BPSG薄膜具有卓越的填孔能力,并且能够提高整个硅片表面的平坦化,从而为光刻及后道工艺提供更大的工艺范围。

在0.18微米及更低节点技术中,随着半导体器件尺寸的逐渐减小,PMD所要填充的孔洞宽度也越来越小,高宽比截至目前越来越大,填孔能力成为选用PMD薄膜的主要考虑参数。因此,BPSG薄膜在先进的半导体器件尤其是DRAM产品中主要作为PMD薄膜被广泛应用。BPSG薄膜的制备方法有两种,等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和次大气压化学气相沉积(SACVD)。尽管PE-BPSG薄膜具有沉积速度快,薄膜致密,均匀性好等一系列优点,但由于SA-BPSG薄膜具有更为优越的填孔能力, 这主要是因为PECVD工艺通常的压力在10Torr以下,而SACVD工艺压力在Torr之间,分子的平均自由程更小,填孔能力更好,所以BPSG薄膜制备主要采用SACVD工艺方法。除此之外,SACVD是热降解的工艺,没有使用射频所产生的等离子体,因而避免了等离子体引起的器件损伤。

制备SA-BPSG薄膜的原料主要有以下1个正确的设计能使颗粒流在主压力的方向几种液体及气体,如表所示。

TEOS,TEB以及TEPO在常温下是液态,需要经过注射阀气化,影响液体气化的主要参数为注射阀温度及载气(氦气,或者氦气和氮气的混合气体)的流量和流速。反应气体随载气进入反应腔后在高温(~480℃)下发生热分解与臭氧(O3)分解生成的氧自由基在一定压力(200Torr-600Torr)下反应生成BPSG薄膜。

在反应腔内新生成的BPSG薄膜十分疏松,器件孔洞通常并没有完全闭合,需要经过退火工序,在高温下(℃),在通氮气或蒸汽的环境中BPSG薄膜象液体一样的流动,使孔洞完全闭合,同时薄膜结构更加致密。通过调节压力以及O3的浓度,可以调控BPSG薄膜的填孔能力。压力越高,O3浓度越高,填孔能力越好。目前比较先进的SA-BPSG薄膜工艺是采用两步合成的方法(见图)。第一步主要是为了获得较好的填孔效果,采用较高压力和较高的O3浓度(600Torr/17%O3浓度)以及较低气体流量,这一步的沉积速度非常慢,可以是普通BPSG薄膜沉积类似于超市里面打印小票的打印机速度的1/10;而第二步主要是为了提高生产量,而采用普通的BPSG薄膜工艺(200Torr/12.5% O3浓度)。

随着半导体器件的尺寸越来越小,半导体器件所能承受的热总量也越来越低。所以BPSG薄膜的退火温度也随之降低。 通过提高BPSG薄膜的硼磷杂质浓度,可以有效的降低退火温度。但是硼磷杂质的浓度超过一定范围,比如杂质总含量占到重量百分比10%以上,杂质就会不断扩散析出,薄膜吸水性增强,造成严重的工艺问题,从而影响器件的性能。所以对于要求极低热总量的工艺, SA-BPSG薄膜就不再适用于PMD。在65纳米及以下技术中,目前替代SA-BPSG薄膜作为PMD的介电质主要是高密度等离子体工艺制备的磷硅玻璃(HDP-PSG)以及HARP。HARP是应用材料公司新近推广的一种无掺杂硅玻璃(USG)薄膜,在45纳米以及32纳米技术的STI及PMD的研发中被广泛采用。但SA-BPSG作为一种成熟的工艺在0.18微米到90纳米的技术范围尤其是DRAM产品的PMD中仍然占有最大的市场份额。 (end)


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