专利名称：一种等离子体增强式化学气相沉积处理方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种等离子体增强式化学气相沉 积处理方法。
背景技术：
在半导体制造工艺中，为了设置分立器件和集成电路，需要在晶圓的衬 底上沉积不同种类的薄膜。在沉积薄膜的方法中，等离子体增强式化学气相
沉积(PECVD， Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition )是一种常用的 方法，该方法利用能量增强化学气相沉积(CVD， Chemical Vapor Deposition) 反应，得到在晶圓衬底上的薄膜。
图1示出了 PEVCD方法的现有装置示意图，该装置为一个PECVD反 应炉100。该PECVD反应炉100由圆锥形玻璃或铝构成，上下两端均以铝 板封口。圆柱形筒内部有上下两块平行铝板当作电极，上电极101接射频电 能，下电极102接地。两电极间的射频电压将产生等离子体放电。晶圆130 设置在加热基座120上(中间为下电极102)，可以通过位于加热基座120 上的加热器对晶圆130进行加热，反应气体由上电极101周围的进气孔110 流入反应炉100内，反应炉100下部接抽气泵(图中未示出)，待反应结束 后将反应炉100内的气体从气孔111抽出。
在图1中只是列举出了有一个半导体晶圓130的例子，而实际上，在对 晶圆130进行PECVD时，可以不限制晶圆的个数，多个晶圆也可以同时平 铺在加热基座120上，进行PECVD反应，分别得到多个晶圆的衬底上薄膜。
图2为现有技术中的PECVD方法流程图，待处理晶圓130的表面为衬 底，该村底可以为硅、或铜、或二氧化硅(Si02)、或氟掺杂SiQ2、或碳掺杂Si02、或以上材料的混合物。该方法的具体步骤为
步骤201、将待处理的晶圓130放到反应炉100中的加热基座120上， 开始对该晶圓130进行PECVD处理。
步骤202、对该晶圓130进行稳定化处理。
在该步骤中，并不开启反应炉100的射频电能，只是向反应炉100中通 入前驱气体，例如三氢化氮(NH3)、氧化氮(N20)和氮气(N2)等，该 步骤大约持续IO秒钟，通过这个步骤，在反应炉100内形成了均匀而稳定 的前驱气体氛围，也可以使待处理的晶圓130表面和其周围的前驱气体有了 充分而均匀的4矣触。
步骤203、对该晶圓130进行沉积处理。
在该步骤中，打开射频电能，继续通入前驱气体，同时通入反应气体， 如四氢化硅(SiHj 、三曱基硅烷、四曱基硅烷等。射频电能开启，使得反 应炉IOO中产生等离子体。反应气体在等离子体能量和热能的综合作用下， 发生离子化，所生成的Si悬挂键和生成的氧离子、氮离子、氢离子等不饱和 基团发生反应，生成了氮化硅(SjN) 、 Si02或氢氧化硅(SjON)等沉积层， 沉积在晶圆的衬底表面上，形成SiN、 Si02或SjON等薄膜。
步骤204、对已经生成薄膜的该晶圓130进行氢去除处理。
在该步骤中，打开射频电能，通入含氮的反应气体，使得反应炉100中 产生离子体。反应气体在等离子体能量和热能的综合作用下，发生离子化， 所生成的N离子和反应炉100中的H离子反应，即采用N离子去轰击具有 H离子的化合物，使具有H离子的化合物的H离子键断裂，从而去除反应 炉100中的氢含量。
为了使晶圓衬底上的薄膜厚度符合要求，常常需要多次重复步骤202 -步骤204，如需要达到的薄膜厚度为450埃，由于每一次只能沉积薄膜的厚 度为30埃左右，为了增加薄膜厚度，所以需要重复执行步骤202 步骤204 十五次。
步骤205、对最终生成薄膜的该晶圆130进行净化处理。在该步骤中，关闭反应炉ioo中的射频电能，停止前驱气体和反应气体
的通入，采用抽气的方式将反应炉100中的所有气体抽走，这个步骤可以去 除该晶圓130衬底上的薄膜表面的游离态的氢。
步骤206、对已经生成薄膜的该晶圆130从反应炉100中取出。
该步骤完成对该晶圓衬底上的薄膜沉积。
步骤207、对反应炉IOO进行抽气。
在该步骤中，用抽气泵再次将反应炉100中的剩余气体抽出反应炉100， 保证反应炉100洁净。
在沉积晶圓衬底上的薄膜时，反应炉100中的氢含量会影响所得到薄膜 的张应力，而晶圓衬底上的薄膜张应力又和最终用晶圆制造的IC的电迁移 率(Mobility)特性息息相关，IC的电迁移率和IC的驱动电流成正比。也 就是说，在晶圆衬底上沉积同等薄膜厚度的情况下，反应炉IOO中的氢含量 越多，包括每次沉积时晶圆衬底上薄膜表面的氢含量，最终沉积得到的晶圆 衬底上的薄膜张应力越小，最终用晶圓制造的IC的Mobility特性越差，导 致最终用晶圓制造的IC的驱动电流性能也越差。因此，如何去除反应炉100 中的氢气含量，特别是每次沉积时晶圓衬底上薄膜表面的氢含量成为了亟待 解决的问题。
根据图2所述的过程可以得知，目前采用步骤204进行反应炉100中的 氬去除，及采用步骤205对晶圆的衬底上薄膜表面的氢去除。但是，这种方 法无法每次在沉积晶圆衬底上的薄膜时，即步骤202-204,去除晶圆衬底 上的薄膜表面的，也就是反应炉100中的游离状态的氢，从而影响了最终得 到的晶圆衬底上薄膜的张应力不够，导致最终用晶圆制造的IC的的Mobility 特性降低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种等离子体增强式化学气相沉积处理方法，该 方法能够在每次沉积晶圆的衬底上薄膜时，去除薄膜表面的氩含量，从而使
5得最终得到的晶圓衬底上薄膜的张应力增大。
根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的
一种等离子体增强式化学气相沉积处理方法，对晶圆衬底依次进行第一 稳定化处理、沉积处理、氢去除处理、第一净化处理和起片处理后，得到晶 圓衬底上的薄膜，该方法还包括
在沉积处理和氢去除处理之间进行第二净化处理。
所述在进行第二净化处理之后，在进行氢去除处理之前，该方法还包括
进行第二稳定化处理。
所述第二净化处理为采用抽气的方式将放置晶圆的反应炉中的所有气 体抽走，去除该晶圆衬底上的薄膜表面的游离态的氢。
所述第二稳定化处理为向放置晶圓的反应炉中通入前驱气体。
所述依次进行的沉积处理、第二净化处理、第二稳定化处理及氢去除处 理，根据所述得到晶圆衬底上的薄膜厚度，重复执行。
所述晶圓衬底为硅、或铜、或二氧化硅Si02、或氟掺杂Si02、或碳掺 杂Si02、或以上材料的混合物。
从上述方案可以看出，本发明提供的方法在每次沉积晶圓衬底上的薄膜 过程中，增加了净化处理过程，从而在每次沉积晶圆的衬底上薄膜时，去除 薄膜表面的氢含量，从而使得最终得到的晶圆衬底上薄膜的张应力增大，提 高最终用晶圆制造的IC的Mobility特性。
图1为PEVCD方法的现有装置示意图； 图2为现有技术中的PECVD方法流程图3为反应炉100中的氢含量和得到晶圆衬底上的薄膜张应力之间的关 系示意图4为本发明提供的PECVD方法流程图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举具体实施 例并参照附图，对本发明进行进一步详细的说明。
如图3所示，图3为反应炉100中的氢含量和得到晶圓衬底上的薄膜张 应力之间的关系示意图，其中，横坐标为晶圓村底上的薄膜张应力数值(单 位为MPa)，纵坐标为对应的反应炉100中的相对氢含量(单位为％ )，这 是一个相对值，并不是十分准确。从图3中可以看出，对于同一厚度的晶圓 衬底上的薄膜，在进行沉积薄膜过程中，反应炉100中的氢含量越少，得到 晶圓衬底上的薄膜的张应力越大。因此，对于沉积同一厚度的晶圆衬底上的 薄膜时，如何减小反应炉100中的氢含量，从而使最终得到的晶圆衬底上的 薄膜的张应力提高，是解决问题的关键所在。
本发明就是采用在每次沉积晶圓村底上的薄膜过程中，增加净化处理步 骤，从而在每次沉积晶圓的衬底上薄膜时，去除薄膜表面的氢气，从而使得 最终得到的晶圆衬底上薄膜的张应力增大，提高最终用晶圆制造的IC的的 电迁移率特性。
本发明提供的方法仍然采用图l所示的反应炉100进行说明。
图4为本发明提供的PECVD方法流程图，待处理晶圆130的表面为衬 底，该衬底可以为硅、或铜、或二氧化硅(SiOj 、或氟掺杂Si02、或碳掺 杂Si02、或以上材料的混合物。该方法的具体步骤为
步骤401、将待处理的晶圓130放到反应炉100中的加热基座120上， 开始对该晶圆130进行PECVD处理。
步骤402、对该晶圆130进行稳定化处理。
在该步骤中，并不开启反应炉100的射频电能，只是向反应炉100中通 入前驱气体，例如NH3、 N20和N2等，该步骤大约持续10秒钟，通过这个 步骤，在反应炉100内形成了均匀而稳定的前驱气体氛围，也可以使待处理 的晶圆130表面和其周围的前驱气体有了充分而均匀的接触。步骤403、对该晶圓130进行沉积处理。
在该步骤中，打开射频电能，继续通入前驱气体，同时通入反应气体， 如SjH4、三曱基硅烷、四曱基硅烷等。射频电能开启，使得反应炉100中产 生等离子体。反应气体在等离子体能量和热能的综合作用下，发生离子化， 所生成的Si悬挂键和生成的氧离子、氮离子、氢离子等不饱和基团发生反应， 生成了 SjN、 SiON等沉积层，沉积在晶圆的衬底表面上，形成SjN、 Si02或 SiON等薄膜。
步骤404、对已经生成薄膜的该晶圓130进行净化处理。 在该步骤中，关闭反应炉IOO中的射频电能，停止前驱气体和反应气体 的通入，采用抽气的方式将反应炉IOO中的气体，这个步骤可以去除该晶圆 130衬底上的薄膜表面的游离态的氢，也就是将反应炉100中的游离态的氢 去除。
该步骤也同时可以对反应炉100中的其他气体抽气，净化了反应炉100。 步骤405、对已经生成薄膜的该晶圆130进行稳定化处理。 在该步骤中，由于在步骤304进行了抽气处理，导致反应炉100中的气 压变低，所以无法形成均匀而稳定的前驱气体氛围，无法使已经生成薄膜的 该晶圆130和其周围的前驱气体有充分而均匀的接触。因此，需要按照步骤 402的方法重新进行稳定化处理后，才能在该环境下对具有氢离子的化合物 进行去氢处理。
步骤406、对已经生成薄膜的该晶圆130进行氢去除处理。 在该步骤中，打开射频电能，通入含氮的反应气体，使得反应炉100中 产生离子体。反应气体在等离子体能量和热能的综合作用下，发生离子化， 所生成的N离子和反应炉100中的H离子反应，即采用N离子轰击具有H 离子的化合物，使具有H离子的化合物的H离子键断裂，从而进一步去除 反应炉100中的氢含量。
为了使晶圆衬底上的薄膜厚度符合要求，常常需要多次重复步骤402~ 步骤406，如需要达到的薄膜厚度为450埃，由于每一次只能沉积薄膜的厚度为30埃左右，为了增加薄膜厚度，所以需要重复执行步骤402 步骤406 十五次。
步骤407、对已经生成薄膜的该晶圓130进行净化处理。
在该步骤中，关闭反应炉IOO中的射频电能，停止前驱气体和反应气体 的通入，采用抽气的方式将反应炉IOO中的剩余气体抽走，这个步骤去除了 该晶圆130衬底上的薄膜表面的氬气。
步骤408、对已经生成薄膜的该晶圓130从反应炉100中取出。
该步骤完成对该晶圓衬底上的薄膜沉积。
步骤409、对反应炉100进行抽气。
在该步骤中，用抽气泵再次将反应炉100中的剩余气体抽出反应炉100， 保证反应炉100洁净。
从图4可以看出，本发明在每一次对晶圆衬底上的薄膜沉积时，增加了 净化步骤，从而消除了该薄膜表面上的氢含量，即在沉积晶圆衬底上的薄膜 过程中使反应炉100中的氢含量进一步减少，使得最终得到的晶圆衬底上的 薄膜张应力增大，提高最终用晶圓制造的IC的的电迁移特性。
为了验证本发明提供的方法效果，分别采用图2所述的方法以及图4所 述的方法对晶圆衬底上的薄膜沉积过程重复15次，沉积生成450埃左右厚 度的晶圆衬底上的薄膜，得到的结果如表一所示
厚度(埃)张应力(Gpa)
图2所述的方法4571105
图4所述的方法4381211
表 1
在对晶圓村底上的薄膜沉积过程都重复15次的情况下，由于图4所述 的方法每次薄膜沉积过程都进行净化处理，抽吸了反应炉IOO中的气体，最 终得到的薄膜厚度比采用现有技术图2所述的方法最终得到的薄膜厚度小， 可以看出，在相同的时间内，采用图4所述的方法得到的晶圆衬底上的薄膜
9厚度小于采用图2所述的方法得到的晶圆衬底上的薄膜厚度。这也是每次薄 膜沉积过程都进行净化处理，减少反应炉100的氢含量带来的效果。但是， 即使在最终得到的薄膜厚度小的情况下，本发明图4所述方法得到的晶圆衬 底上的薄膜的张应力也高于现有图2所述方法得到的晶圓衬底上的薄膜的 张应力，从而提高了最终用晶圆制造的IC的电迁移率。
因此，可以推出，在沉积得到相同厚度的晶圆衬底上的薄膜时，采用图 4所述的方法得到的晶园衬底上的薄膜的张应力远远大于现有图2所述方法 得到的晶圆衬底上的薄膜的张应力。这样就保证了沉积相同厚度的晶圓衬底 上的薄膜时，采用图4的方法比采用图2所示的方法得到的晶圆，制造IC 的电迁移率高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种等离子体增强式化学气相沉积处理方法，对晶圆衬底依次进行第一稳定化处理、沉积处理、氢去除处理、第一净化处理和起片处理后，得到晶圆衬底上的薄膜，其特征在于，该方法还包括在沉积处理和氢去除处理之间进行第二净化处理。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在进行第二净化处理 之后，在进行氢去除处理之前，该方法还包括进行第二稳定化处理。
3、 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二净化处理为 采用抽气的方式将放置晶圆的反应炉中的所有气体抽走，去除该晶圆衬底上 的薄膜表面的游离态的氢。
4、 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二稳定化处理为向 放置晶圆的反应炉中通入前驱气体。
5、 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依次进行的沉积处理、 第二净化处理、第二稳定化处理及氢去除处理，根据所述得到晶圆衬底上的 薄膜厚度，重复执行。
6、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述晶圓衬底为硅、或铜、 或二氧化硅Si02、或氟掺杂Si02、或碳掺杂Si02、或以上材料的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种等离子体增强式化学气相沉积处理方法，对晶圆衬底依次进行稳定化处理、沉积处理、氢去除处理、净化处理和起片处理后，得到晶圆衬底上的薄膜，该方法还包括在沉积处理和氢去除处理之间进行净化处理。本发明提供的方法在每次沉积晶圆的衬底上薄膜时，去除薄膜表面的氢含量，从而使得最终得到的晶圆衬底上薄膜的张应力增大。
文档编号C23C16/513GK101671817SQ20081022211
公开日2010年3月17日 申请日期2008年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者强 徐, 明 蔡 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司