氧化硅薄膜制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氧化硅薄膜制備方法，包括：包括依次執(zhí)行氮化硅薄層形成處理和氧化硅薄層形成處理。其中，所述氮化硅薄層形成處理包括：第一步驟，用于以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷；第二步驟，利用惰性氣體對晶圓表面進行吹掃；第三步驟，在所述反應腔中通入氮氣和/或氨氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氮化。而且其中，所述氧化硅薄層形成處理包括第四步驟，用于在所述反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面的氮化硅薄層進行氧化以形成氧化硅薄層。
【專利說明】氧化硅薄膜制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種氧化硅薄膜制備方法?！颈尘凹夹g】
[0002]ALD (原子層沉積)工藝是由于其良好的臺階覆蓋性，被半導體行業(yè)廣泛使用。純粹的ALD沉積方式需要較高的溫度，而PEALD (離子體增強原子層沉積)依靠等離子體驅(qū)動反應進行，對溫度沒有很高的要求，同時所生長薄膜的質(zhì)量可以和高溫ALD媲美。
[0003]用PEALD方式生長氧化硅膜，是半導體行業(yè)比較常見的工藝。工藝流程如圖1所示:在步驟S10，以Ar為載氣通入氣態(tài)2Nte ( 一種氨基硅烷)，在此過程中2Nte會吸附在晶圓表面；在步驟S20，隨后用大流量N2進行吹掃，目的是去除表面多余的2Nte，只剩下一個分子層的厚度；在步驟S30，通入氧氣等離子體對晶圓表面的2Nte進行氧化，由此最終得到大約IA左右的氧化硅薄層。厚度的控制主要通過循環(huán)次數(shù)。通常溫度設定為400C，能夠得到高質(zhì)量的氧化硅薄膜。
[0004]但是，常規(guī)PEALD方式生長氧化硅的方法存在的問題是:對非晶碳這樣的還原性襯底有嚴重的氧化損傷。為了避免這種損傷，可以采用降低反應溫度(至50C左右)的方式。但是低溫制程生長的氧化硅質(zhì)量將明顯變差。所以在實際應用中往往是采取低溫-高溫的方式，也就是說現(xiàn)在低溫下生長氧化硅，然后在高溫下生長氧化硅薄膜。
[0005]但是，現(xiàn)有技術的這種改進方法由于涉及到機臺溫度的變化，執(zhí)行起來很復雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠以簡單方式避免高溫PEALD制程對還原性襯底的氧化損傷的氧化硅薄膜制備方法。
[0007]為了實現(xiàn)上述技術目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種氧化硅薄膜制備方法，包括依次執(zhí)行氮化硅薄層形成處理和氧化硅薄層形成處理；其中，所述氮化硅薄層形成處理包括:第一步驟，用于以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷；第二步驟，利用氮氣或其它惰性氣體對晶圓表面進行吹掃；第三步驟，在所述反應腔中通入氮氣或氨氣(也可以是兩者的混合物)等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氮化；而且其中，所述氧化硅薄層形成處理包括第四步驟，用于在所述反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面的氮化硅薄層進行氧化以形成氧化硅薄層。
[0008]優(yōu)選地，在所述氮化硅薄層形成處理中，所述第一步驟、所述第二步驟和所述第三步驟被依次循環(huán)執(zhí)行多次，以形成預定厚度的氮化硅薄層。
[0009]優(yōu)選地，所述氧化硅薄膜制備方法還包括在所述氧化硅薄層形成處理之后執(zhí)行下述步驟:以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷；利用氮氣或其它惰性氣體對晶圓表面進行吹掃；在所述反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氧化。
[0010]優(yōu)選地，所述氮化硅薄層的厚度優(yōu)選地介于20A-40A之間。[0011]優(yōu)選地，第一步驟中采用的惰性氣體為Ar氣，第二步驟中采用的惰性氣體為氮氣。
[0012]優(yōu)選地,所述氨基娃燒是氣態(tài)2Nte。
[0013]由此，本發(fā)明提出了一種用于制備氧化硅薄膜的PEALD沉積方法，能夠避免高溫PEALD制程對還原性襯底的氧化損傷，同時保持制成的氧化硅薄膜的高質(zhì)量和良好臺階覆蓋性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中:
[0015]圖1示意性地示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的氧化硅薄膜制備方法的流程圖。
[0016]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的流程圖。
[0017]圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的氮化硅薄層形成處理SlOO的流程圖。
[0018]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的氧化硅薄層形成處理S200的流程圖。
[0019]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細描述。
[0021]本發(fā)明提出一種用于制備氧化硅薄膜的PEALD沉積方法，主要步驟包括反應先驅(qū)物吸附、氮氣吹掃、氮氣等離子體處理，上述過程可經(jīng)過多次循環(huán)形成氮化硅薄層，然后再進行氧氣等離子處理將氮化硅薄層氧化。通過本發(fā)明提出的氧化硅薄膜沉積方法，能夠避免直接氧氣等離子處理對襯底的氧化損傷。下面具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0022]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的流程圖。
[0023]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法包括依次執(zhí)行氮化硅薄層形成處理SlOO和氧化硅薄層形成處理S200。
[0024]而且，圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的氮化硅薄層形成處理Sioo的流程圖。
[0025]如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的氮化硅薄層形成處理SlOO包括:
[0026]第一步驟SI，用于以惰性氣體(例如Ar氣)為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷(例如，氣態(tài)2Nte)，在此過程中諸如2Nte之類的氨基硅烷會吸附在晶圓表面；
[0027]第二步驟S2，利用惰性氣體(例如N2氣)對晶圓表面進行吹掃，目的是去除晶圓表面多余的諸如2Nte之類的氨基硅烷，使得晶圓表面只剩下一個分子層厚度的氨基硅烷；
[0028]第三步驟S3，通入氮氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氮化以形成氮化硅薄層。[0029]優(yōu)選地，在氮化硅薄層形成處理SlOO中，第一步驟S1、第二步驟S2和第三步驟S3被依次循環(huán)執(zhí)行多次，以形成期望厚度的氮化硅薄層。
[0030]圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的氧化硅薄層形成處理S200的流程圖。
[0031]如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法的氧化硅薄層形成處理S200包括:第四步驟S4，用于通入氧氣等離子體對晶圓表面的氮化硅薄層進行氧化以形成氧化硅薄層。
[0032]此后，如果形成的氧化硅薄層還未達到期望厚度，則可執(zhí)行如圖1所示的常規(guī)的PEALD氧化工藝流程，即，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的氧化硅薄膜制備方法可以進一步包括在氧化硅薄層形成處理S200之后執(zhí)行下述步驟:
[0033]用于以惰性氣體(例如Ar氣或其它適合的惰性氣體)為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷(例如，氣態(tài)2Nte)，在此過程中諸如2Nte之類的氨基硅烷會吸附在晶圓表面；
[0034]利用惰性氣體(例如N2氣或其它適合的惰性氣體)對晶圓表面進行吹掃，目的是去除晶圓表面多余的諸如2Nte之類的氨基硅烷，使得晶圓表面只剩下一個分子層厚度的氨基硅烷；
[0035]在反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面的氧基硅烷進行氮化。
[0036]同樣，可以通過上述步驟的循環(huán)次數(shù)來控制最終的氧化硅薄膜的厚度。
[0037]下面將具體描述本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式的具體示例以說明本發(fā)明的具體工藝過程，但是下述示例僅僅用于說明本發(fā)明的可能的一種實現(xiàn)過程和應用，而不是對本發(fā)明的限定。
[0038]例如需要在非晶碳結(jié)構上生長ALD氧化物薄膜，首先例如如圖3所示的方法沉積一層氮化硅薄層，厚度為30A(需要100次沉積循環(huán))，該過程的參數(shù)設置可以參考常規(guī)PEALD氧化硅沉積的工藝參數(shù)，但是需將氧氣等離子處理步驟里的O2換成N2。然后用O2等離子體進行處理，時間為30S左右，太短無法將氮化硅薄層完全氧化，太長會造成非晶碳結(jié)構的損傷(這樣非直接接觸的損傷即使有，損傷程度也不會太明顯)。最后再繼續(xù)用常規(guī)的PEALD氧化硅生長方式，直至氧化硅厚度達到目標值。上述所有步驟全部在一個工藝制程里。
[0039]常規(guī)PEALD氧化硅生長方式的參數(shù)設置可參考以下工藝參數(shù):
[0040]2Nte 流量:lmg/min,其載氣為 Ar (5000sccm)；
[0041]Purge 氣體 Ar (5000sccm)，時間為 Is ；
[0042]RF 為 2500W,時間 1.5s ；
[0043]等離子體處理02為4000sccm。
[0044]需要說明的是，氮化硅薄層的厚度不宜太厚，否則后續(xù)氧化工藝無法將其完全氧化為Si02。因此，所述氮化硅薄層的厚度優(yōu)選地介于20A-40A之間，例如30A。
[0045]本發(fā)明提出的PEALD氧化硅沉積方式，在PEALD沉積循環(huán)中，首先通過氮氣等離子體處理的方式在襯底表面形成氮化硅薄層。然后對所形成的氮化硅薄層進行氧氣等離子處理，將其氧化，形成氧化硅薄膜。由于襯底不會直接接觸氧氣等離子體，所以不會造成氧化損傷。通過上述方法形成一層Si02薄層之后，后面的氧化硅沉積可以用常規(guī)的PEALD方式沉積氧化硅。而且，上述所有的步驟都在同一個PEALD機臺上通過同一個制程實現(xiàn)，實現(xiàn)簡單。
[0046]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關系或者順序關系等。
[0047]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種氧化硅薄膜制備方法，其特征在于包括依次執(zhí)行氮化硅薄層形成處理和氧化硅薄層形成處理； 其中，所述氮化硅薄層形成處理包括: 第一步驟，用于以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷； 第二步驟，利用惰性氣體對晶圓表面進行吹掃； 第三步驟，在所述反應腔中通入氮氣和/或氨氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氮化； 而且其中，所述氧化硅薄層形成處理包括第四步驟，用于在所述反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面的氮化硅薄層進行氧化以形成氧化硅薄層。
2.根據(jù)權利要求1所述的氧化硅薄膜制備方法，其特征在于，在所述氮化硅薄層形成處理中，所述第一步驟、所述第二步驟和所述第三步驟被依次循環(huán)執(zhí)行多次，以形成預定厚度的氮化硅薄層。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的氧化硅薄膜制備方法，其特征在于還包括在所述氧化硅薄層形成處理之后執(zhí)行下述步驟: 以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷； 利用惰性氣體對晶圓表面進行吹掃； 在所述反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氧化。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的氧化硅薄膜制備方法，其特征在于，所述氮化硅薄層的厚度優(yōu)選地介于20A-40A之間。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的氧化硅薄膜制備方法，其特征在于，第一步驟中采用的惰性氣體為Ar氣，第二步驟中采用的惰性氣體為氮氣。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的氧化硅薄膜制備方法，其特征在于，所述氨基硅烷是氣態(tài)2Nte0
【文檔編號】C23C16/455GK103943465SQ201410192908
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權日:2014年5月8日
【發(fā)明者】雷通, 桑寧波 申請人:上海華力微電子有限公司