[發明專利]低溫二氧化硅薄膜的形成方法

無效

• 申請號: 201210229099.3
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102820220A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 張文廣;陳玉文
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/3105
• 分類號: H01L21/3105
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 陸花

技術領域

本發明涉及集成電路制造領域，特別涉及一種低溫二氧化硅薄膜的形成方法。

背景技術

目前，低溫二氧化硅薄膜被廣泛應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）工藝中，形成通孔（via）之后會在通孔中填充底部抗反射層（Barc）等類似填充物，然后再通過光刻刻蝕等工藝形成溝槽（Trench），因而此時作為硬掩膜層的二氧化硅必然選用低溫二氧化硅，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。

所述低溫二氧化硅是相對于普通的二氧化硅而言，普通的二氧化硅薄膜通常是采用400℃以上溫度進行沉積的，而低溫二氧化硅薄膜通常是采用小于300℃的溫度進行沉積的。通常采用等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）工藝，通入硅源（如SiH₄）和氧源（如N₂O）沉積低溫二氧化硅薄膜。然而，由于沉積低溫二氧化硅薄膜時的沉積溫度相對較低，一般為50~300℃，導致沉積所形成的二氧化硅薄膜中含有大量的Si-H化學鍵，而當該低溫二氧化硅薄膜暴露在大氣環境中時，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，因此該低溫二氧化硅薄膜的性質會隨著時間的延長而逐漸變化，如厚度、應力、折射率等。

發明內容

本發明提供一種低溫二氧化硅薄膜的形成方法，以使該低溫二氧化硅薄膜達到穩定狀態，從而提高光刻工藝中圖形的準確度，提高關鍵尺寸的均勻度。

為解決上述技術問題，本發明提供的低溫二氧化硅薄膜的形成方法，包括：

S1：利用SiH₄和氧源沉積低溫二氧化硅薄膜，沉積溫度小于300℃；

S2：采用含氧氣體對所述低溫二氧化硅薄膜進行遠程等離子體處理；

重復步驟S1和步驟S2，直至形成預定厚度的低溫二氧化硅薄膜。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，含氧氣體為O₂、O₃或N₂O氣體，O₂、O₃或N₂O的流量在100sccm~50000sccm之間。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，反應腔壓力在2Torr~10Torr之間。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，MW功率在2000W~4000W之間。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S2中，每次遠程等離子體處理時間在10秒~20秒之間。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S1中，氧源為N₂O氣體。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S1中，在PECVD腔室中沉積低溫二氧化硅薄膜。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S1中，沉積溫度在50℃~250℃之間。

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步驟S1中，每次沉積的低溫二氧化硅薄膜的厚度在

可選的，在所述的低溫二氧化硅薄膜的形成方法中，所述低溫二氧化硅薄膜用作硬掩膜層。

與現有技術相比，本發明是在低溫二氧化硅薄膜沉積后，利用含氧氣體在反應腔外產生等離子體（遠程等離子體，remote?plasma）后，通入反應腔內，對該低溫二氧化硅薄膜進行遠程等離子體處理，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，會取代低溫二氧化硅中的Si-H鍵的氫而變為穩定的Si-O鍵，這樣周而復始幾個循環達到預定厚度后結束，從而消除了低溫二氧化硅薄膜性質隨著時間變化而變化的這一特點，可使該低溫二氧化硅薄膜達到穩定狀態，從而提高了光刻工藝中圖形的準確度，提高了關鍵尺寸的均勻度。并且，相比于原位等離子處理，在反應腔外產生遠程等離子體后將遠程等離子體通入反應腔室內，可避免損壞反應腔室內的機臺部件，有利于延長機臺本身的壽命，并且由于是遠程等離子體處理，對被處理的薄膜表面幾乎沒有任何損傷。

附圖說明

圖1為二氧化硅薄膜的厚度隨沉積后時間變化的曲線示意圖；

圖2為二氧化硅薄膜的應力隨沉積后時間變化的曲線示意圖；

圖3為二氧化硅薄膜的折射率隨沉積后時間變化的曲線示意圖；