專利名稱：低溫二氧化硅薄膜的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及ー種低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法。
背景技術(shù)：
目前，低溫ニ氧化硅薄膜被廣泛應(yīng)用于光阻上方的硬掩膜層。例如，在90nm、65nm或45nm的雙大馬士革(Dual Damascene)エ藝中，形成通孔(via)之后會(huì)在通孔中填充底部抗反射層(Bare)等類似填充物，然后再通過光刻刻蝕等エ藝形成溝槽(Trench)，此時(shí)作為硬掩膜層的ニ氧化硅必然選用低溫ニ氧化硅，以避免該硬掩膜層的沉積溫度過高影響下方的Barc等膜層的性質(zhì)。所述低溫ニ氧化硅是相對(duì)于普通的ニ氧化硅而言，普通的ニ氧化硅薄膜通常是采用400°C以上溫度進(jìn)行沉積的，而低溫ニ氧化硅薄膜通常是采用小于300°C的溫度進(jìn)行沉 積的。通常采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)エ藝，通入硅源(如SiH4)和氧源(如N2O)沉積低溫ニ氧化硅薄膜。然而，由于沉積低溫ニ氧化硅薄膜時(shí)的沉積溫度相對(duì)較低，一般為5(T300°C，導(dǎo)致沉積所形成的ニ氧化硅薄膜中含有大量的Si-H化學(xué)鍵，而當(dāng)該低溫ニ氧化硅薄膜暴露在大氣環(huán)境中吋，Si-H容易被氧化成Si-OH，Si-OH使得該氧化物薄膜更具有親水性而容易吸收大氣中的水汽，因此該低溫ニ氧化硅薄膜的性質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間的延長而逐漸變化，如厚度、應(yīng)力、折射率等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，以使該低溫ニ氧化硅薄膜達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而提高光刻エ藝中圖形的準(zhǔn)確度，提高關(guān)鍵尺寸的均勻度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，包括SI :利用SiH4和氧源沉積低溫ニ氧化硅薄膜，沉積溫度小于300°C ；S2 :采用含氧氣體對(duì)所述低溫ニ氧化硅薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，含氧氣體為
02、O3 或 N2O 氣體，02、O3 或 N2O 的流量在 100sccnT50000sccm 之間?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，反應(yīng)腔壓力在 2Torr^lOTorr 之間?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，麗功率在2000W 4000W 之間?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，反應(yīng)時(shí)間在20秒 120秒之間?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟SI中，氧源為N2O氣體?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟SI中，在PECVD腔室中沉積低溫ニ氧化硅薄膜。
可選的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟SI中，沉積溫度在500C 250°C之間?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述低溫ニ氧化硅薄膜的厚度為100A 800A?？蛇x的，在所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法中，所述低溫ニ氧化硅薄膜用作硬掩膜層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是在低溫ニ氧化硅薄膜沉積后，利用含氧氣體在反應(yīng)腔外產(chǎn)生等離子體(遠(yuǎn)程等離子體，remote plasma)后,通入反應(yīng)腔內(nèi)，對(duì)該低溫ニ氧化娃薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理，由于這種等離子體含有許多活性氧離子、氧原子、氧分子等等各種活性氧化粒子，會(huì)取代低溫ニ氧化硅中的Si-H鍵的氫而變?yōu)榉€(wěn)定的Si-O鍵，從而消除了低溫ニ氧化硅薄膜性質(zhì)隨著時(shí)間變化而變化的這ー特點(diǎn)，可使該低溫ニ氧化硅薄膜達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而提高了光刻エ藝中圖形的準(zhǔn)確度，提高了關(guān)鍵尺寸的均勻度。此外，相比于原 位等離子處理，在反應(yīng)腔外產(chǎn)生遠(yuǎn)程等離子體后將遠(yuǎn)程等離子體通入反應(yīng)腔室內(nèi)，可避免損壞反應(yīng)腔室內(nèi)的機(jī)臺(tái)部件，有利于延長機(jī)臺(tái)本身的壽命，并且對(duì)被處理的薄膜表面幾乎沒有任何損傷。


圖I為ニ氧化硅薄膜的厚度隨沉積后時(shí)間變化的曲線示意圖；圖2為ニ氧化硅薄膜的應(yīng)カ隨沉積后時(shí)間變化的曲線示意圖；圖3為ニ氧化硅薄膜的折射率隨沉積后時(shí)間變化的曲線示意圖；圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，低溫ニ氧化硅薄膜的性質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間的延長而逐漸變化，經(jīng)本申請(qǐng)發(fā)明人長期研究發(fā)現(xiàn)，這是由于沉積低溫ニ氧化硅薄膜時(shí)的沉積溫度相對(duì)較低，導(dǎo)致沉積所形成的ニ氧化硅薄膜中含有大量的Si-H化學(xué)鍵，而當(dāng)該低溫ニ氧化硅薄膜暴露在大氣環(huán)境中吋，Si-H容易被氧化成Si-OH，Si-OH使得該氧化物薄膜更具有親水性而容易吸收大氣中的水汽，因此該低溫ニ氧化硅薄膜的性質(zhì)會(huì)隨著時(shí)間的延長而逐漸變化，如厚度、應(yīng)力、折射率等。具體如圖I至圖3所示，其中，圖I為ニ氧化硅薄膜的厚度(Thickness)隨沉積后時(shí)間(Time after deposition)變化的曲線示意圖，圖2為ニ氧化娃薄膜的應(yīng)カ(Stress)隨沉積后時(shí)間(Time after deposition)變化的曲線示意圖，圖3為ニ氧化娃薄膜的折射率(Refractive Index)隨沉積后時(shí)間(Time after deposition)變化的曲線示意圖?？芍?，由于低溫ニ氧化硅薄膜中含有較多的Si-H鍵，薄膜的性質(zhì)隨著時(shí)間的變化而變化劇烈，尤其是在前5小時(shí)之內(nèi)，薄膜的厚度、應(yīng)カ以及折射率均有較大程度的變化。為此，本發(fā)明在低溫ニ氧化硅薄膜沉積后，繼續(xù)將晶圓留在腔內(nèi)，利用含氧氣體在反應(yīng)腔外產(chǎn)生等離子體(遠(yuǎn)程等離子體，remote plasma)后,通入反應(yīng)腔內(nèi)，對(duì)該低溫ニ氧化硅薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理(即表面去氫和鈍化處理)，由于這種等離子體含有許多活性氧離子、氧原子、氧分子等等各種活性氧化粒子，會(huì)取代低溫ニ氧化硅中的Si-H鍵的氫而變?yōu)榉€(wěn)定的Si-O鍵，從而使該低溫ニ氧化硅薄膜達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。詳細(xì)的，如圖4所示，本發(fā)明ー實(shí)施例的低溫ニ氧化硅薄膜包括如下步驟SI :利用SiH4和氧源沉積低溫ニ氧化硅薄膜；所述步驟SI中，可在PECVD腔室中沉積低溫ニ氧化硅薄膜，亦可利用其他常規(guī)的エ藝形成低溫ニ氧化硅薄膜。在較佳的實(shí)施例中，沉積溫度為50°C 250°C，利用SiH4作為硅源，利用N2O氣體作為氧源，也可通入氮?dú)饣驓鍤獾茸鳛檩d氣。沉積時(shí)間與低溫ニ氧化硅薄膜的厚度相關(guān)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可通過有限次實(shí)驗(yàn)獲知，此處不再贅述。S2 :采用含氧氣體對(duì)所述低溫ニ氧化硅薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理；所述步驟S2中，含氧氣體優(yōu)選為02、O3或N2O氣體，所述O2或O3或N2O的流量在100sccnT50000sccm之間，反應(yīng)腔室外的射頻功率(MW Power)在2000W 4000W之間，反應(yīng)腔室的壓カ例如在2Torr 10Torr之間。遠(yuǎn)程等離子體處理時(shí)間(反應(yīng)時(shí)間)與低溫ニ氧化硅 的厚度相關(guān)，若低溫ニ氧化硅薄膜的厚度越厚，相應(yīng)地遠(yuǎn)程等離子體處理的時(shí)間隨之増加，以確保將其內(nèi)的Si-H鍵的氫全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的Si-O鍵。本實(shí)施例中，所述低溫ニ氧化硅薄膜的厚度為丨00a\ 800A,遠(yuǎn)程等離子體的處理時(shí)間在20秒 120秒之間。綜上所述，在沉積低溫ニ氧化硅薄膜后，利用含氧氣體在反應(yīng)腔外產(chǎn)生等離子體(遠(yuǎn)程等離子體，remote plasma)后，通入反應(yīng)腔內(nèi)，對(duì)該低溫ニ氧化硅薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理，由于這種等離子體含有許多活性氧離子、氧原子、氧分子等等各種活性氧化粒子，會(huì)取代低溫ニ氧化硅中的Si-H鍵的氫而變?yōu)榉€(wěn)定的Si-O鍵，從而消除了低溫ニ氧化硅薄膜性質(zhì)隨著時(shí)間變化而變化的這ー特點(diǎn)，可使該低溫ニ氧化硅薄膜達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，消除低溫ニ氧化硅薄膜性質(zhì)隨時(shí)間變化而變化的特點(diǎn)，從而提高光刻エ藝中圖形的準(zhǔn)確度，并提高關(guān)鍵尺寸的均勻度。此外，相比于原位等離子處理，在反應(yīng)腔外產(chǎn)生遠(yuǎn)程等離子體后將遠(yuǎn)程等離子體通入反應(yīng)腔室內(nèi)，可避免損壞反應(yīng)腔室內(nèi)的機(jī)臺(tái)部件，有利于延長機(jī)臺(tái)本身的壽命，并且由于是遠(yuǎn)程等離子體處理，對(duì)被處理的薄膜表面幾乎沒有任何損傷。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，包括 51:利用SiH4和氧源沉積低溫ニ氧化硅薄膜，沉積溫度小于300°C ； 52:采用含氧氣體對(duì)所述低溫ニ氧化硅薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理。
2.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述含氧氣體為02、O3或N2O氣體，所述02、O3或N2O的流量在100sccnT50000sccm之間。
3.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步驟S2中，反應(yīng)腔壓力在2Torr IOTorr之間。
4.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步驟S2中，MW功率在2000W 4000W之間。
5.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步驟S2中，遠(yuǎn)程等離子體處理時(shí)間在20秒 120秒之間。
6.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步驟SI中，所述氧源為N2O氣體。
7.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步驟SI中，在PECVD腔室中沉積低溫ニ氧化硅薄膜。
8.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步驟SI中，沉積溫度在50°C 250°C之間。
9.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述低溫ニ氧化硅薄膜的厚度在IOOA 800A之間。
10.如權(quán)利要求I所述的低溫ニ氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述低溫ニ氧化硅薄膜用作硬掩膜層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫二氧化硅薄膜的形成方法，包括利用SiH4和氧源沉積低溫二氧化硅薄膜；以及采用含氧氣體對(duì)所述低溫二氧化硅薄膜進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體處理。本發(fā)明是在低溫二氧化硅薄膜沉積后，利用含氧氣體在反應(yīng)腔外產(chǎn)生等離子體后，通入反應(yīng)腔內(nèi)，由于這種等離子體含有許多活性氧離子、氧原子、氧分子等等各種活性氧化粒子，會(huì)取代低溫二氧化硅中的Si-H鍵的氫而變?yōu)榉€(wěn)定的Si-O鍵，從而消除了低溫二氧化硅薄膜性質(zhì)隨著時(shí)間變化而變化的這一特點(diǎn)，可使該低溫二氧化硅薄膜達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，提高光刻工藝中圖形的準(zhǔn)確度，并提高關(guān)鍵尺寸的均勻度。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK102832119SQ201210229100
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者張文廣, 陳玉文 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司