[發明專利]降低HDPCVD缺陷的方法

有效

• 申請號: 201110187767.6
• 申請日: 2011-07-06
• 公開（公告）號: CN102867773A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 孟令款
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，特別地，涉及一種降低HDPCVD工藝沉積薄膜所產生的缺陷或顆粒(Defect)的方法。

背景技術

在超大規模集成電路制造(ULSI)領域，HDPCVD(High?Density?Plasma?CVD，高密度等離子體化學氣相沉積)技術被廣泛地應用于淺溝槽隔離(STI)的填充，這是由于HDPCVD能夠填充0.3um及以下的間距及深寬比(AR，aspect?ratio)為2∶1或以上的溝槽。另外HDPCVD還具有低的熱預算及較高的生產吞吐率，因此，被廣泛用于集成電路制造中。

HDPCVD采用高密度等離子體技術進行溝槽的填充，它不同于普通的增強型的等離子體氣相沉積技術(PECVD)。一般地，HDPCVD有兩個功率系統，分別是產生等離子體的源功率和用于起濺射(sputtering，也可認為是刻蝕)轟擊作用的偏置功率，這使得HDPCVD能夠對等離子體的密度與能量分別進行控制。隨著等離子體的產生，當施加偏置功率后，濺射和沉積同時發生，其中，濺射過程有助于使溝槽的開口處有效打開，不至于提前封死，而沉積過程在溝槽中則是自下而上進行，這一點與傳統的PECVD沉積相同。濺射與沉積的結合，使得HDPCVD的填充孔洞的能力更強。由于這些優點，從深亞微米以來，HDPCVD一直是STI溝槽填充的必備技術。

根據摩爾定律，隨著器件尺寸的持續縮小，對技術及設備能力提出了越來越高的要求。因此，盡管HDPCVD技術已逐漸趨于成熟并在大規模集成電路制造中得到了廣泛應用，但是，在具體的薄膜制備過程中仍然有一些問題需要提升及改進，諸如HDPCVD制備后的薄膜平坦化，填充不完全導致的孔洞及缺陷或顆粒(以下亦單稱“缺陷”)等。

在上述問題中，尤其以缺陷或顆粒的影響最為重要，它對最終的良率有直接的影響。由于STI主要用于器件間的隔離，如果有一些大的缺陷和/或顆粒產生，一方面會導致溝槽中產生空洞(void)，而空洞將會導致器件隔離的嚴重失效；另一方面，一些表面缺陷或顆粒如果在隨后的清洗工藝中沒有完全去除，在CMP平坦化過程中，它們將會導致晶圓表面出現劃痕(scratch)，而顆粒、粘污以及互連金屬將會填充進入這些空洞和劃痕中，誘使器件間出現高的漏電流路徑，使得器件失效，良率降低。這些隨機出現的缺陷或者顆粒也使得半導體設備機臺的可利用率降低，增加了不必要的停機檢查時間，及更多的調試時間和高昂的成本。

一直以來，針對這個問題，相當多的專利提出了不同的解決方法用以降低缺陷帶來的影響。U.S?6,165,854，U.S?6,146,971，U.S6,153,479和U.S6,146,974提出了通過形成熱氧化襯層來提高缺陷水平的方法。然而，這些方法都需要增加額外的工藝步驟，并且降低了生產的吞吐率。另外，還可以通過周期性的停機檢查和維護，采用濕法清洗腔體內部各個零部件，降低潛在的顆粒影響。然而，這種方法會大大降低設備的運行效率，造成極大的生產壓力。

因此，根據ULSI對HDPCVD技術良率提升提出的進一步需求，本發明提出了一種有效的缺陷或顆粒控制方法，從而大大降低了HDPCVD工藝沉積過程中產生的缺陷或顆粒數量。

發明內容

本發明提供一種降低HDPCVD缺陷的方法，其中，包括：

在腔體中通入工藝所需的沉積反應氣體，采用HDPCVD方法沉積預定厚度的電介質薄膜；

當沉積設定片數的晶圓時或腔體內壁上的薄膜積累到設定限制時，沉積工藝停止，啟動干法清洗工藝以清洗整個腔體；

通入干法清洗氣體，進行腔體的干法清洗工藝，該干法清洗工藝包括原位刻蝕、遠程等離子體刻蝕和低壓遠程等離子體刻蝕，其中，原位刻蝕包括一個終點偵測系統；

在完成上述干法清洗工藝之后，腔體重新執行新一輪的沉積循環工藝。

根據上述降低HDPCVD缺陷的方法，其中，所述腔體為以感應耦合等離子體(ICP)或回旋共振等離子體(ECR)或以等離子體技術為基礎制造的其他沉積設備。

根據上述降低HDPCVD缺陷的方法，其中，所述電介質薄膜為不摻雜或者摻雜的絕緣材料；優選地，所述不摻雜的絕緣材料為不摻雜的SiO2，所述摻雜的絕緣材料為摻F的SiO2即氟硅玻璃(FSG)或摻P的SiO2即磷硅玻璃(PSG)或摻B和P的SiO2即硼磷硅玻璃(BPSG)等。

根據上述降低HDPCVD缺陷的方法，其中，所述電介質薄膜可用于器件隔離的淺溝槽隔離結構(STI)填充，或者作為金屬前電介質層(PMD)，或者作為金屬間電介質層(IMD)。