專(zhuān)利名稱(chēng)：薄膜覆蓋層的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種薄膜覆蓋層的形成方法。
技術(shù)背景所謂薄膜，是指一種在襯底上生長(zhǎng)的薄固體物質(zhì)；薄膜淀積是指任何在 襯底上淀積一層膜的工藝。薄膜淀積的方法有化學(xué)氣相淀積(CVD， Chemical Vapor Deposition)法和物理氣相淀積(PVD， Physical Vapor Deposition)法 兩大類(lèi)。其中，化學(xué)氣相淀積是含有薄膜所需的原子或分子的化學(xué)物質(zhì)在反 應(yīng)室內(nèi)混合并在氣態(tài)下發(fā)生反應(yīng)，其原子或分子淀積在晶片表面聚集，形成 薄膜的過(guò)程。通?？煞譃槌篊VD (APCVD)、亞常壓CVD(SACVD)、低壓 CVD(LPCVD)、 等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)和高密度等離子體 CVD(HDPCVD)等幾大類(lèi)?；瘜W(xué)氣相淀積因其工藝較為簡(jiǎn)單、不需高真空、便 于制備復(fù)合產(chǎn)物、淀積速率高，以及淀積的各種薄膜具有良好的階梯覆蓋性 能等優(yōu)點(diǎn)在半導(dǎo)體器件的制造中被廣泛使用。在超大規(guī)模集成電路(ULSI)制造工藝中，隨著特征圖形尺寸減小到亞 微米級(jí)，芯片制造工藝對(duì)低缺陷密度的要求越來(lái)越迫切，對(duì)淀積薄膜的質(zhì)量 要求也越來(lái)越高，其厚度的均勻性不僅會(huì)影響到下步工藝的正常進(jìn)行，也會(huì) 影響到器件的電性能和機(jī)械性能，并進(jìn)而影響到器件的成品率及產(chǎn)量?；瘜W(xué)氣相淀積過(guò)程很復(fù)雜，有許多可能會(huì)影響淀積的因素必須考慮，如 反應(yīng)室內(nèi)的壓力、晶片的溫度、氣體的流動(dòng)速率、氣體的化學(xué)成份、 一種氣 體相對(duì)于另 一種氣體的比率，以及其它反應(yīng)室外的因素也可能會(huì)影響反應(yīng)的 進(jìn)行。因而，要生長(zhǎng)得到高質(zhì)量的淀積薄膜，就需要全面考慮可能影響到薄 膜質(zhì)量的各個(gè)因素。但實(shí)際上在硅片制造工藝中，前面工藝中的某些因素會(huì)帶入下步工藝， 故而一步工藝的最終結(jié)果是否正常，不僅僅取決于本步的工藝過(guò)程，還會(huì)受 到前面工藝的影響。對(duì)于薄膜淀積工藝，也常因前面的工藝，如刻蝕的一些 因素，影響到最終所淀積的薄膜質(zhì)量。因此，在對(duì)淀積形成的薄膜質(zhì)量進(jìn)行 分析時(shí)，不能只單純地考慮本步化學(xué)氣相淀積過(guò)程對(duì)其的影響，還要考慮到 淀積前的工藝對(duì)淀積形成的薄膜的質(zhì)量的影響。
圖1A和1B為采用現(xiàn)有技術(shù)的薄膜覆蓋層的形成方法的示意圖。圖1A為薄 膜淀積前的器件剖面圖，如圖1A所示，對(duì)硅襯底101上生長(zhǎng)的多晶硅層102進(jìn) 行刻蝕形成溝槽103，然后對(duì)硅片進(jìn)行濕法清洗，但因溝槽底部不易清洗到， 即使加長(zhǎng)清洗時(shí)間，仍易在溝槽角落處殘留部分刻蝕后殘留物微粒104。這些 殘留物微粒一般都很小，甚至不能由缺陷檢測(cè)工具檢測(cè)得出，但其在隨后進(jìn) 行的二氧化硅薄膜淀積過(guò)程中，會(huì)成為淀積的成核點(diǎn)或催化劑，影響到淀積 的正常進(jìn)行。圖1B為表面淀積二氧化硅薄膜后的器件剖面圖，如圖1B所示， 凡是硅片表面存在殘留物104的地方，均形成了凸起105,即顆粒缺陷，這些 顆粒缺陷會(huì)影響到后續(xù)工藝的進(jìn)行，對(duì)器件的性能極為不利，將導(dǎo)致生產(chǎn)的 成品率大大降低。申請(qǐng)?zhí)枮镃N02814855.X的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了 一種在襯底上形成摻硼和磷 的二氧化硅層(BPSG)的方法，該方法將硅源、氧源、硼源和磷源提供到反 應(yīng)腔室中，在襯底上形成了BPSG層，并提高了生成的BPSG薄膜對(duì)間隙的填 充能力。但是該專(zhuān)利方法中，未考慮到前步刻蝕工藝對(duì)后步淀積工藝的影響， 對(duì)于可能形成的表面凸起缺陷沒(méi)有采取任何措施。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種薄膜覆蓋層的形成方法，在淀積薄膜前，增加一步將 刻蝕后的殘留物灰化去除的處理步驟，能夠改善現(xiàn)有淀積薄膜后易出現(xiàn)凸起 缺陷的問(wèn)題。本發(fā)明提供的一種薄膜覆蓋層的形成方法，包括步驟 在襯底的材料層上覆蓋掩膜層，并圖案化所述掩膜層； 利用所述掩膜層刻蝕所述材料層，在所述材料層中形成溝槽； 對(duì)刻蝕后的材料層進(jìn)行濕法清洗； 去除清洗后溝槽內(nèi)殘留的刻蝕殘留物； 在所述材料層上淀積薄膜覆蓋層。其中，所述材料層為多晶硅層、單晶硅層或介質(zhì)層。其中，所述刻蝕的刻蝕氣體中包含氟化硫或氟化碳。其中，所述薄膜覆蓋層是硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃 或無(wú)摻雜硅玻璃中的 一種。其中，所述薄膜覆蓋層的淀積由亞常壓化學(xué)氣相淀積方法實(shí)現(xiàn)，所述淀
積薄膜覆蓋層的反應(yīng)氣體包括正硅酸乙酯和臭氧。其中，利用氧氣等離子體去除所述刻蝕殘留物；產(chǎn)生所述氧氣等離子體 的射頻功率在400到800W之間，處理溫度在300到500°C之間，處理時(shí)反 應(yīng)室的壓力在4到6Torr之間，氧氣流量在3000到6000sccm之間，處理時(shí)間 在30秒到300秒之間。與現(xiàn)有4支術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的薄膜覆蓋層的形成方法，在對(duì)刻蝕材料層形成的溝槽進(jìn)行清洗 后，對(duì)溝槽內(nèi)所殘留的刻蝕殘留物進(jìn)行了氧氣等離子體灰化處理，使溝槽內(nèi) 的殘留物與氧離子發(fā)生反應(yīng)，形成揮發(fā)性產(chǎn)物，離開(kāi)硅片表面，確保了淀積 前硅片表面的清潔度，改善了現(xiàn)有淀積薄膜后易出現(xiàn)凸起缺陷的問(wèn)題，形成 了高質(zhì)量的薄膜層，提高了生產(chǎn)的產(chǎn)量和產(chǎn)品的成品率。


圖1A和1B為采用現(xiàn)有技術(shù)的薄膜覆蓋層的形成方法的示意圖； 圖2A至2D為采用本發(fā)明的薄膜覆蓋層的形成方法的示意圖； 圖3為本發(fā)明的薄膜覆蓋層的形成方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
#文詳細(xì)的說(shuō)明。在硅片制造工藝中，常需要在硅片刻蝕形成溝槽后，再淀積薄膜層填充 該溝槽。而在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，刻蝕溝槽后淀積的薄膜上往往會(huì)出現(xiàn)大面積的凸 起，形成顆粒缺陷，導(dǎo)致器件性能的下降或損壞。實(shí)驗(yàn)分析表明，這是因?yàn)?在刻蝕溝槽后，硅片表面會(huì)殘留部分殘留物，雖然大部分的殘留物會(huì)在隨后 進(jìn)行的濕法清洗步驟中被去除，但對(duì)于溝槽底部不易清洗到的地方，仍易殘 留下部分殘留物微粒，正是這些殘留物微粒導(dǎo)致了后面薄膜淀積結(jié)果的不正 常，并最終對(duì)器件性能造成了不可彌補(bǔ)的影響。本發(fā)明的薄膜覆蓋層的形成方法，在進(jìn)行薄膜淀積前增加了對(duì)硅片進(jìn)行 氧氣等離子體灰化處理的步驟，將清洗時(shí)不易去除的殘留物的灰化去除，最 終形成了高質(zhì)量的淀積薄膜層。圖2A至2D為采用了本發(fā)明的薄膜覆蓋層的形成方法的示意圖。結(jié)合圖 2A至2D對(duì)本發(fā)明的第一具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的第一具體實(shí)施例是在刻蝕多晶硅形成溝槽后，淀積形成摻硼的二氧化硅薄膜層(BSG )。本實(shí)施例中，先利用SF6作為刻蝕反應(yīng)氣體刻蝕多 晶硅，形成多晶硅溝槽；然后，再利用亞常壓CVD (SACVD)，采用反應(yīng)溫 度較低的正硅酸乙酯(TEOS， Si(C2H50)4)和臭氧(03)反應(yīng)氣體生長(zhǎng)具有 較合適的抗拉應(yīng)變特性的硼硅玻璃(BSG )層。采用這種方法淀積的BSG薄膜， 不僅有較好的填充間隙的能力，而且生長(zhǎng)溫度較低， 一般在400°C左右，對(duì) 提高器件的性能有利。圖2A是刻蝕多晶硅形成溝槽后的器件剖面示意圖。如圖2A所示，在襯底 201上覆蓋多晶硅層202和氮化硅層203，再刻蝕形成多晶硅溝槽204。其具體 實(shí)現(xiàn)方法為先在氮化硅層上覆蓋光刻膠，并利用光刻進(jìn)行圖形化處理，接 著利用光刻膠作為掩膜對(duì)表面的氮化硅層進(jìn)行刻蝕，將圖形轉(zhuǎn)移到氮化硅薄 膜上，接下來(lái)將表面殘留的光刻膠去除，再利用已圖形化的氮化硅作為硬掩 膜，刻蝕形成多晶硅溝槽204。由于刻蝕多晶硅時(shí)常用的刻蝕氣體中含有SF6， 刻蝕后會(huì)在硅片表面殘留下部分硫化物。理想情況下，經(jīng)過(guò)刻蝕后進(jìn)行的濕 法清洗后，應(yīng)將硅片表面的所有殘留物去除干凈，而實(shí)際上，即使經(jīng)過(guò)了濕 法清洗步驟，但因溝槽底部不易清洗，在溝槽角落處仍易殘留下部分刻蝕后 的硫化物微粒205。這些殘留微粒一般都很小，甚至可以逃過(guò)正常的鏡檢進(jìn)入 后面的工藝流程。對(duì)于后面利用亞常壓CVD(SACVD)進(jìn)行的，反應(yīng)氣體為 TE0S和03的BSG薄膜淀積，這些殘留的硫化物微粒會(huì)成為催化劑，表現(xiàn)為凡 是硅片表面存在辟u(mài)化物205的地方，BSG薄膜的生長(zhǎng)速率都會(huì)較快，在該處會(huì) 形成凸起，即顆粒缺陷。這些顆粒缺陷對(duì)器件的性能極為不利，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn) 的成品率大大降低。為防止此類(lèi)缺陷的產(chǎn)生，本發(fā)明在淀積薄膜前對(duì)硅片表 面進(jìn)行了氧氣等離子體處理。圖2B是進(jìn)行氧氣等離子體灰化處理的示意圖。如圖2B所示，對(duì)薄膜淀 積前的硅片進(jìn)行氧氣等離子體灰化處理206。本發(fā)明中的氧氣等離子體灰化處 理的工作原理是利用微波或射頻(RF)，在電場(chǎng)作用下獲得加速動(dòng)能的帶電粒 子，該電子與氧氣分子碰撞使其電離，將氧分子分解為氧原子或氧離子，該 氧原子或氧離子與溝槽角落處殘留的硫化物微粒發(fā)生反應(yīng)，生成了揮發(fā)性的 S02等產(chǎn)物，并被真空系統(tǒng)抽走，實(shí)現(xiàn)對(duì)清洗中不易去除的溝槽內(nèi)的殘留硫化 物微粒的去除。本實(shí)施例中，氧氣等離子體處理是利用等離子體灰化設(shè)備完成。
等離子體處理時(shí)所用的條件為射頻功率在400到800W之間，如為600W; 處理溫度在300到500。C之間，如為400°C;處理過(guò)程中的腔室壓力在4到 6Torr之間，如為5Torr;處理中氧氣流量在3000到6000sccm之間，如為 4500sccm;處理所需時(shí)間在30秒到300秒之間，如為60秒。圖2C是氧氣等離子體灰化處理后的器件剖面示意圖。如圖2C所示，經(jīng) 過(guò)氧氣等離子體灰化處理后，原來(lái)在多晶硅溝槽的角落處殘留的硫化物微粒 不復(fù)存在，實(shí)現(xiàn)了濕法清洗中不易去除的溝槽內(nèi)殘留物的去除，確保了下一 步淀積工藝的正常進(jìn)行。圖2D是BSG薄膜淀積后的器件剖面示意圖。如圖2D所示，經(jīng)過(guò)等離子 處理后的硅片，在隨后的利用亞常壓CVD進(jìn)行的BSG薄膜的淀積后，形成 了均勻 一致的BSG薄膜207。本實(shí)施例中，所淀積的BSG薄膜的厚度在2000 到5000A之間，如為2500A。本實(shí)施例中，對(duì)于未經(jīng)過(guò)預(yù)處理的硅片進(jìn)行淀積時(shí)，約有30%批的硅片 表面有30- 80%的管芯上形成了凸起缺陷，其尺寸在0.5jim左右，這些缺陷 就是因?yàn)閱渭兊臐穹ㄇ逑床襟E不能確保將溝槽內(nèi)殘留的刻蝕后硫化物完全去 除干凈而引起的。采用本發(fā)明的薄膜覆蓋層的形成方法后，薄膜淀積后的每 片的缺陷數(shù)由原來(lái)的40000個(gè)降至了 300個(gè)，缺陷數(shù)下降了 99.3%,大大提高 了生產(chǎn)的產(chǎn)量及成品率。圖3為本發(fā)明的薄膜覆蓋層的形成方法的流程圖。結(jié)合圖3對(duì)本發(fā)明的 第二具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的第二具體實(shí)施例是在刻蝕形成硅槽后， 淀積未摻雜的氧化硅(USG)介質(zhì)層。首先在硅襯底上覆蓋光刻膠掩膜，并對(duì)其進(jìn)行圖形化處理(S301)。然后，對(duì)圖形化了的硅襯底進(jìn)行干法刻蝕形成硅槽(S302)。本步刻蝕所 用的刻蝕氣體一般包含氟化碳，如CF4。硅槽刻蝕后在硅片表面會(huì)殘留下一些 碳化物。接著，對(duì)硅片進(jìn)行去膠、濕法清洗(S303 )。理想情況下，本步驟應(yīng)將硅 片表面的所有殘留物去除干凈，而實(shí)際上，即使經(jīng)過(guò)了濕法清洗步驟，在溝 槽角落處仍易殘留下部分碳化物微粒。這些殘留聚合物微粒一般都很小，甚 至可以逃過(guò)正常的鏡檢進(jìn)入后面的工藝流程。但是對(duì)于隨后進(jìn)行的未摻雜的 二氧化硅層的淀積工藝，這些殘留物微粒會(huì)成為淀積的成核點(diǎn)，直接導(dǎo)致淀積形成的薄膜表面產(chǎn)生大量顆粒缺陷。其原因在于，薄膜淀積過(guò)程一般認(rèn)為可以分為三個(gè)不同的階段第一步 晶核形成，是薄膜進(jìn)一步生長(zhǎng)的基礎(chǔ)；第二步島生長(zhǎng)，是依靠表面的遷移率 和晶核密度來(lái)生長(zhǎng)的；第三步形成連續(xù)的膜，各個(gè)島匯集合并就形成了固態(tài) 的薄膜層。本實(shí)施例中，硅槽內(nèi)存有部分刻蝕后殘留的碳化物微粒，這些微 粒在隨后進(jìn)行的淀積中，會(huì)作為硅片表面上已有的成核點(diǎn)存在，圍繞該點(diǎn)的 氧化硅會(huì)具有較快的淀積速率，最后在硅片表面就會(huì)形成一個(gè)凸起，即顆粒 缺陷。為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，本發(fā)明的薄膜淀積前的預(yù)處理方法，對(duì)刻蝕后、 淀積前的硅片進(jìn)行去除殘留的刻蝕殘留物的處理(S304)。本實(shí)施例中是利用 PECVD進(jìn)行氧化硅的淀積，故而可利用PECVD，在淀積前進(jìn)行氧氣等離子 體處理。處理時(shí)設(shè)置的各項(xiàng)參數(shù)為射頻功率在400到800W之間，如為500W; 處理溫度在300到500°C之間，如為450°C;處理過(guò)程中的腔室壓力在4到 6Torr之間，如為5Torr;處理時(shí)氧氣流量在3000到6000sccm之間，如為 5000sccm;處理時(shí)間在30秒到300秒之間，如為100秒。經(jīng)過(guò)這一氧氣等離子體處理過(guò)程，原本在硅槽內(nèi)殘留的碳化物，會(huì)與氧 離子發(fā)生反應(yīng)，生成揮發(fā)性的C02氣體，離開(kāi)硅片表面，也就達(dá)到了將硅片 上的碳化物徹底去除的目的。再接著，進(jìn)行氧化硅的淀積(S305 ),利用PECVD設(shè)備在經(jīng)過(guò)處理后的 硅片表面淀積形成了均勻 一致的氧化硅薄膜。上述實(shí)施例中是刻蝕多晶硅和單晶硅材料層形成溝槽；在本發(fā)明的其它 實(shí)施例中還可以是刻蝕氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等介質(zhì)層形成溝槽。上述實(shí)施例中所淀積的是BSG和USG薄膜；在本發(fā)明的其它實(shí)施例中 還可以是磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氟硅玻璃(FSG)薄膜或 氮化硅薄膜。上述實(shí)施例中的氧氣等離子體處理是由等離子體灰化設(shè)備或PECVD設(shè) 備完成；在本發(fā)明的其它實(shí)施例中還可以在淀積前利用其它具有射頻源的設(shè) 備，如SACVD設(shè)備完成。上述實(shí)施例中的薄膜覆蓋層的形成方法是在刻蝕完一層材料后，進(jìn)行薄 膜淀積前進(jìn)行的；在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，還可以是在分別刻蝕多層材料 之后，進(jìn)行薄膜淀積之前，再一起進(jìn)行氧氣等離子體處理， 一次性將刻蝕后 的殘留物去除。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和 修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、 一種薄膜覆蓋層的形成方法，其特征在于，包括步驟 在襯底的材料層上覆蓋掩膜層，并圖案化所述掩膜層；利用所述掩膜層刻蝕所述材料層，在所述材料層中形成溝槽； 對(duì)刻蝕后的材料層進(jìn)行濕法清洗； 去除清洗后溝槽內(nèi)殘留的刻蝕殘留物； 在所述材料層上淀積薄膜覆蓋層。
2、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述材料層為多晶硅層、 單晶硅層或介質(zhì)層。
3、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述掩膜層為氮化硅層。
4、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述刻蝕的刻蝕氣體中 包含氟化^5克或氟化碳。
5、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述薄膜覆蓋層是硼硅 玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃或無(wú)摻雜硅玻璃中的一種。
6、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述薄膜覆蓋層的淀積 由亞常壓化學(xué)氣相淀積方法實(shí)現(xiàn)。
7、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于所述淀積薄膜覆蓋層的 反應(yīng)氣體包括正硅酸乙酯和臭氧。
8、 如權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于利用氧氣等離子體去除 所述刻蝕殘留物。
9、 如權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于產(chǎn)生所述氧氣等離子體 的射頻功率為400到800W。
10、 如權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于所述氧氣等離子體處 理溫度在300到500°C之間。
11、 如權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于所述氧氣等離子體處 理中反應(yīng)室的壓力在4到6Torr之間。
12.如權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于所述氧氣等離子體處 理中氧氣流量在3000到6000sccm之間。
13、 如權(quán)利要求8所述的形成方法，其特征在于所述氧氣等離子體處 理的時(shí)間在30秒到300秒之間。
全文摘要
公開(kāi)了一種薄膜覆蓋層的形成方法，該方法在襯底的材料層上覆蓋掩膜層，并圖案化所述掩膜層；利用所述掩膜層刻蝕所述材料層，在所述材料層中形成溝槽；對(duì)刻蝕后的材料層進(jìn)行濕法清洗；去除清洗后溝槽內(nèi)殘留的刻蝕殘留物；在所述材料層上淀積薄膜覆蓋層。采用本發(fā)明的方法可形成高質(zhì)量的淀積薄膜，提高了生產(chǎn)的產(chǎn)量和產(chǎn)品的成品率。
文檔編號(hào)H01L21/316GK101123171SQ20061003002
公開(kāi)日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者劉松妍, 張子瑩, 徐根保 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司