标准片的制备方法 本发明是有涉及一种利用沉积高品质障碍膜(Barrier Film)在硅晶片的标准片上，用以维持标准片上的硼磷硅酸盐玻璃层(BPSG)或磷硅酸盐玻璃层(PSG)的磷杂质浓度稳定度。
由于集成电路高度集成化的结果，很容易造成半导体基板表面起伏不平的表面形貌(Severe Topography)，特别是在多层金属集成电路制作时，由于多层金属与绝缘层交互沉积、蚀刻，造成陡峭表面形貌将不可避免，表面形貌的形成会影响到后续的制作过程而产生不良的结果，例如：可能造成微影曝光的景深太深，而使光阻影像失真，亦可能造成蚀刻残渣(Residues)而产生金属线短路(short)等问题，目前解决起伏不平的表面形貌所使用的平坦化技术，有二氧化硅流整(flow)或偏压溅镀式二氧化硅(Bias Sputtered Silicon Dioxide)等方式，其中二氧化硅流整技术，是在二氧化硅中掺离硼磷杂质或磷杂质，然后以化学气相沉积(CVD；Chemical Vapor Deposition)法，在硅晶片上形成硼磷硅酸盐玻璃(BPSG；Boronphosphosilicate Glass)或磷硅酸盐玻璃(PSG；Phosphosilicate Glass)的绝缘层，借助此绝缘层在高温(约900℃-930℃)时可流动的性质，以达到表面形貌平坦化的效果，由此可知，当应用二氧化硅流整技术时，要有效达到表面形貌平坦化则必须维持BPSG或PSG杂质浓度的稳定，换句话说，若BPSG或PSG的杂质浓度不够稳定且会随时间而浓度下降则对平坦化过程不利；除此，为了有效控制在制作侧壁子(Side Wall Spacer)或其他不需要二氧化硅流整的制程时地蚀刻速率(Etch rate)，仍然需要要求BPSG或PSG的杂质浓度稳定。
有鉴于PBSG或PSG浓度的稳定性对高度集成化的集成电路表面形貌平坦化的重要性，一般是先制作成标准片，然后再进行BPSG或PSG的浓度量测。
传统的标准片制备如图1所示，其步骤如下：(a)先准备一硅晶片(wafer)；(b)再以化学气相沉积法(CVD；Chemical Vapor Deposition)沉积一层BPSG或PSG绝缘层在硅晶片(wafer)上，之后，放入高温炉中进行退火；(c)然后，将其标准片储放在氮气箱中，以避免BPSG或PSG的杂质浓度随时间下降。
由于传统标准片的制备，必须将标准片放在氮气箱中，用以维持BPSG或PSG薄膜的杂质浓度恒定，是不合经济效益的，且易造成人为失误而忘记放入氮气箱或不小心氧气、水汽跑入氮气箱内而破坏标准片(即，造成标准片上BPSG或PSG绝缘层的载子浓度下降)。即使不考虑人为失误，为使用标准片必定经常将标准片取出氮气箱，使其暴露于大气中，因此BPSG或PSG薄膜中杂质浓度下降乃无法避免。
为解决上述传统标准片的制备缺点，本发明提出了一种标准片制备方法，尤指一种利用高品质障碍膜(Barrier Film)沉积在标准片上，用以维持标准片上的BPSG或PSG杂质浓度的稳定性，而不须将标准片置放在氮气中，即，置放在一般空气中，亦能维持标准片的品质，用此方法制备标准片的好处如下：(1)拿取方便；(2)减少设备的使用，不须多一氮气箱；(3)在标准片上形成一保护膜，除了有利标准片上的BPSG或PSG的杂质浓度稳定外，另外，亦可阻止其它微粒子的污染；(4)更方便的标准片制备方法更有利商品竞争力。
有鉴于习用标准片制备的缺点，本发明乃提出一种新的标准片制备方法，可使得标准片不须储存在氮气箱中，可直接置放在空气中。
本发明的主要目的在于寻求更经济与更方便的标准片制备方法，其方法说明如下：(1)首先，准备一硅晶片；(2)然后，使用化学气相沉积法沉积BPSG或PSG在硅晶片上；(3)最后，利用电浆辅助CVD方法沉积Si3N4薄膜在BPSG或PSG膜上；使用以上方法，可完成新的标准片制备。
本发明的次要目的在于解决标准片制备的方法，其中以沉积Si3N4薄膜为其关键步骤，沉积Si3N4薄膜是利用电浆辅助化学气相沉积法，其使用条件说明如下：反应温度为300℃至500℃；反应压力为2至8托(torr)；反应气体包含有：四氢化硅(SiH4)气体、氨气(NH3)及氮气(N2)，其中各气体流量分别为20至60sccm、0至80sccm及1000至3000sccm等；反应气体的射频功率为100至500瓦(watts)；以及气体射入口至硅晶片的距离约为150至750mils(1mils＝1/1000英寸)。
本发明的另一目的在于应用标准片制备的方法，其中以沉积Si3N4薄膜的不同厚度为其关键运用手段，即，先在各个BPSG或PSG薄膜上沉积不同厚度的Si3N4薄膜，然后以XRF(X-ray Fluorescence Spectrometry)或FTIR(Fourier Transform Infrared Spectrometry)等仪器量测其BPSG或PSG薄膜中的硼杂质或磷杂质随着不同时间、不同Si3N4的薄膜厚度其下降的杂质浓度百分比，用已得到的数据作为其标准片的标准值，有利日后制作其它标准片的杂质浓度校对工作。
本发明的方法确能使标准片更具方便性及实用性，以下实施例的说明，仅用来说明本发明的方法，而非限定本发明的方法；本领域的普通技术人员，在本发明的精神及技术思想下作的种种变更及改良当属于本发明权利要求的保护范围内。
附图的简单说明如下：
图1A到图1C是现有的标准片制备的制程示意图；
图2A到图2C是本实施例的标准片制备过程示意图；
图3是本发明利用量测仪器对不同厚度障碍膜的BPSG/PSG杂质浓度量测说明图。
图4A是本发明实施例的标准片制备，其中磷杂质浓度随时间而变化的情形。
图4B是比较标准片上沉积有不同厚度的Si3N4障碍薄膜与其标准片中PSG磷杂质下降程度座标图。
图5A是本发明实施例的标准片制备，其中硼杂质浓度随时间而变化的情形。
图5B是比较标准片上沉积有不同厚度的Si3N4障碍薄膜与其标准片中BPSG硼杂质下降程度座标图。
图6是为在PSG中的磷杂质百分比浓度，对氢化磷(PH3)流量变化的座标图。
附图中图号的简单说明如下：
(1)硅晶片
(2)硼磷硅酸盐玻璃或磷硅酸盐玻璃
(3)四氮化三硅(Si3N4)薄膜或氮化硅薄膜
为了更进一步了解与认同本发明的目的、特征及功效，以下配合附图对本发明的优选实施例进行说明：
首先，请参照图2，如同传统式标准片的制备，首先我们提供一硅晶片1，如图2A所示；然后，应用化学气相沉积法在提供的硅晶片1上沉积硼磷硅酸盐玻璃(BPSG；Boronphosphosilicate Glass)薄膜2或磷硅酸盐玻璃(PSG；Phosphosilicate Glass)薄膜，如图2B所示；接下来，利用电浆辅助化学气相沉积法在硼磷硅酸盐玻璃膜(BPSG)2或磷硅酸盐玻璃(PSG)膜上沉积形成四氮化三硅(Si3N4)薄膜3或氮化硅(SiN)薄膜，如图2C所示，其中沉积四氮化三硅(Si3N4)薄膜3的反应条件说明如下：反应温度为300℃至500℃，反应压力为2至8托，反应气体及其气体流量分别为：四氢化硅气体，其气体流量为20至60sccm；氨气，其气体流量为0至80sccm；氮气，其气体流量为1000至3000sccm，反应气体的射频功率为100至500左右，另外，反应气体射入口至硅晶片1的距离约为150至750mils左右；由以上反应条件完成的四氮化三硅薄膜3沉积在BPSG或PSG薄膜上，其中四氮化三硅薄膜3厚度约为50埃()以上，另一种方式为沉积氮化硅(SiN)薄膜，其反应条件说明如下：反应温度为300℃至500℃，反应压力为2至8托，反应气体及其气体流量分别为：SiH4气体，其气体流量为20至60sccm；NH3气体，其气体流量为0至80sccm；N2气体，其气体流量为1000至3000sccm，反应气体的射频功率为100至500watts左右，另外，反应气体射入口至硅晶片1的距离约为150至750mils左右；由以上反应条件完成的SiN薄膜沉积在BPSG或PSG薄膜上，其中氮化硅薄膜厚度约为50埃以上。
图3，为本发明利用量测仪器对不同厚度障碍膜的BPSG/PSG杂质浓度量测，简单说明如下：本量测仪器的有效量测深度随氮化硅薄膜厚度增加而减小，因此对于厚度厚的障碍膜3，则对BPSG2/PSG杂质浓度量测的有效深度d1较浅，反之，对于厚度薄的障碍膜3，则对BPSG/PSG的杂质浓度量测的有效深度d2较深；故，测量出杂质浓度与时间函数曲线图，同一曲线(定障碍膜厚度)，可以比较出杂质浓度稳定性与否；但不同曲线(障碍膜厚度不同，)，则无法直接以量测值而比较出彼此间的浓度百分比。
请参照图4A，比较标准片上沉积有不同厚度的四氮化三硅薄膜3和标准片上未沉积Si3N4薄膜的磷杂质浓度随时间下降的变化关系图，图中横轴为时间轴(单位为小时)，(即表示标准片制作完成至量测的时间变化值)，纵轴为磷杂质浓度轴(单位任意)，(即表示磷硅酸盐玻璃薄膜中的磷杂质浓度变化值)，另外，图中不同标号的数据值分别表示障碍膜(如Si3N4)的不同厚度，例如：沉积在PSG薄膜上的Si3N4薄膜厚度分别为50埃、100埃、150埃、200埃、250埃或未沉积Si3N4薄膜(即Si3N4膜厚0埃等)，其中，图中的“○”标号代表沉积在PSG薄膜上的Si3N4膜厚50埃，“△”标号代表Si3N4膜厚100埃，“◆”标号代表Si3N4膜厚150埃“▲”标号代表Si3N4膜厚200埃，“□”标号代表Si3N4膜厚250埃，“●”标号代表Si3N4膜厚0埃，由图中可明显看出标准片最上层中若没有沉积Si3N4障碍膜，即Si3N4薄膜厚度为0埃时，置放在空气中的标准片随着时间的持续，标准片中PSG的磷杂质浓度会不断下降，相反的，若在标准片上沉积一层障碍膜，则磷杂质浓度即可非常稳定不会随时间变化而变化；请参考图4B，比较标准片上沉积有不同厚度的Si3N4障碍薄膜与其标准片中PSG的磷杂质下降程度座标图；由图中所示，其杂质浓度下降程度与障碍膜厚度的关系，几乎为一线性关系；即表示，当障碍膜越厚时，则对PSG的磷杂质浓度的有效量测深度较浅，故相对测得的浓度质愈小，反之，当障碍膜越薄时，则对PSG的磷杂质浓度的有效量测深度较深，故相对测得的浓度质愈大，且其关系式为一线性，故由图4A与4B中，可得出以下结论：
(1)由本发明沉积障碍膜的方法，可以保持标准片BPSG/PSG中杂质浓度的稳定性；且所沉积障碍膜的厚度对BPSG/PSG杂质浓度稳定性并非一项敏感因素；
(2)利用杂质浓度下降程度与障碍膜厚成一线性的关系做为日后标准参考数据；即，只要测得障碍膜厚度，即可对应出杂质浓度下降程度；可省去再次量测杂量浓度的时间及费用。
图5A是比较标准片上沉积有不同厚度四氮化三硅薄膜3和标准片上未沉积Si3N4薄膜的标准片中硼离子杂质浓度随时间下降而变化的关系图，其中，横轴为时间轴，单位为小时，纵轴为硼杂质浓度轴，单位任意，图中不同标号代表Si3N4薄膜的不同厚度，由图可看出，若在BPSG上没有沉积障碍膜(Si3N4)，则硼离子杂质浓度随着时间而逐渐下降，但沉积有Si3N4障碍膜的，其硼离子杂质浓度即可保持稳定；图5B是比较标准片上沉积有不同厚度的Si3N4障碍薄膜，与其标准片中BPSG的硼杂质下降程度座标图；其杂质浓度下降程度与障碍膜厚度的关系，几乎为一线性关系；故再次验证图4之所述，并且验证由图4得出的结论。
图6为在PSG中的磷杂质百分比浓度，对氢化磷(PH3)流量变化的座标图，图中“◆”标号代表标准片上无障碍膜；“◇”标号则代表标准片上有障碍膜，由图中可看出标准片上有无障碍膜时，其磷杂质百分比浓度对氢化磷的流量的关系，几乎均为一线性关系；当氢化磷流量愈大时，则相对磷杂质百分比浓度也愈大；除此，在标准片上无障碍膜和有障碍膜时，其两者之间的磷杂质百分比浓度与氢化磷的流量变化，几乎是差一个定值。