CN102534550B - 一种用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，包括：提供衬底；将所述衬底放入SACVD设备；在所述衬底上沉积二氧化硅薄膜；对所述二氧化硅薄膜进行去氢处理；重复上述沉积二氧化硅薄膜和去氢处理两个步骤，直至形成预定厚度的二氧化硅薄膜；取出衬底。本发明通过多次沉积和去氢处理的循环方式进行整个二氧化硅薄膜沉积过程，减少了二氧化硅薄膜中氢的含量，提高薄膜密度，改善了侧墙二氧化硅薄膜的性能。
Description
技术领域
本发明涉及微电子领域，特别是涉及一种二氧化硅薄膜的沉积方法。
背景技术
次大气压化学气相沉积(Sub Atmosphere Chemical Vapor Deposition，SACVD)是一种应用比较广泛的化学气相沉积技术，该技术利用臭氧以及四乙基硅甲烷(TEOS)作为反应起始气体，在一定的温度条件下(通常为300-500℃)进行热化学反应，由于其反应压力一般在50-600torr，略低于大气压，因此称之为次大气压化学气相沉积。
SACVD在反应过程中不需要借助等离子体解离反应气体，而是通过臭氧中的活性氧原子与TEOS中的硅反应生成二氧化硅，因此，由SACVD方法制备的二氧化硅薄膜在沉积过程中对衬底没有等离子体诱导损伤(Plasma Induced Damage，PID)，SACVD还具有比较好的阶梯覆盖能力以及均匀度。
正是由于上述SACVD具有沉积温度较低、较好的阶梯覆盖能力、没有等离子体轰击损伤等特点，在半导体制备过程中，尤其是比较先进的工艺中，作为晶体管的侧墙(Spacer)的二氧化硅通常采用SACVD方法制备。
如图1和图2所示，其为栅极侧墙的形成工艺中器件的剖面图。首先，在衬底1上形成栅极结构，所述栅极结构包括栅极氧化层4和多晶硅栅极5，接着在衬底1和栅极结构表面上依次形成二氧化硅层2和氮化硅层3，随后依次刻蚀氮化硅层3和二氧化硅层2，从而在栅极结构上形成栅极侧墙。其中，所述二氧化硅层2是作为氮化硅刻蚀步骤的刻蚀停止层，因而，要求侧墙二氧化硅薄膜2的质量较高，否则就需要用相对较厚的二氧化硅层；而该层厚度较厚时，又会对整个器件的尺寸产生影响，最终影响器件性能。
但是，现有技术中侧墙二氧化硅沉积方法的流程中，SACVD由于在沉积过程中温度相对炉管的热氧反应较低，并且没有等离子体的轰击作用，其薄膜中会含有一定量的氢(H)元素，薄膜的性能相对较差，例如具有较高的湿法蚀刻速率、密度较低、容易吸水、在一些对薄膜性能要求较高的制程中需要额外的热处理过程以增加薄膜的密度。如图3所示，是由SACVD方法制备的二氧化硅红外谱图，从图3中可以看到薄膜中确实含有大量的Si-OH键。
因此，如何减少二氧化硅薄膜中氢的含量，提高由SACVD方法制备的二氧化硅薄膜的性能是本领域技术人员亟待解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，减少二氧化硅薄膜中氢的含量，提高二氧化硅薄膜密度，改善侧墙二氧化硅薄膜的性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
S1：提供衬底；
S2：将所述衬底放入SACVD设备；
S3：在所述衬底上沉积二氧化硅薄膜；
S4：对所述二氧化硅薄膜进行去氢处理；
重复所述步骤S3至S4，直至形成预定厚度的二氧化硅薄膜；
S5：取出衬底。
在所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法中，所述的每次沉积二氧化硅薄膜的厚度范围为10埃至100埃。优选的，所述的每次沉积二氧化硅薄膜的厚度范围为20埃至30埃。
在所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法中，所述的去氢处理所采用的温度范围为300摄氏度至500摄氏度。
在所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法中，所述的去氢处理所采用的压力范围为10torr至700torr。
在所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法中，所述的去氢处理所采用的气体流量范围为10000sccm至20000sccm。
在所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法中，所述的去氢处理所采用的气体为含有活性氧原子的混合气体。优选的，所述的含有活性氧原子的混合气体主要含有臭氧。
在所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法中，所述的去氢处理的时间范围为5秒至50秒。优选的，所述的去氢处理的时间为10秒。
本发明采用的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，具有以下优点：
本发明先在衬底上沉积一层二氧化硅薄膜，然后对所述二氧化硅薄膜进行去氢处理，并重复上述步骤，通过多次沉积和去氢处理的循环方式进行整个二氧化硅沉积过程，与传统的SACVD方法制备的薄膜相比，提高了薄膜密度，改善了侧墙薄膜的性能。
进一步地，每次沉积二氧化硅薄膜的厚度为10埃至100埃，特别是20埃至30埃范围内，与去氢处理的厚度相吻合，从而达到去氢处理的最佳效果。在去氢处理的过程中，所采用的气体为含有活性氧原子的混合气体，其中主要含有臭氧，从而二氧化硅薄膜中的Si-OH键与活性氧原子发生反应生成二氧化硅与水蒸气，显著的减少了二氧化硅薄膜中氢的含量。
附图说明
图1～2为现有技术的侧墙二氧化硅的沉积方法中器件的剖面图；
图3为现有技术中由SACVD方法制备的二氧化硅红外谱图；
图4为本发明一实施例的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法流程图；
图5～8为本发明一实施例的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法中器件的剖面图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
如图4所示，本发明一实施例的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，包括下列步骤：
步骤S1，提供衬底1，本实施例中的衬底1可以为单纯的硅衬底，也可以为表面已形成半导体器件的硅衬底；
步骤S2，将衬底1放入SACVD设备；
步骤S3，如图5所示，在SACVD设备中，在衬底1沉积一层二氧化硅薄膜2，所沉积的二氧化硅薄膜2厚度范围优选为10埃至100埃，更优选的厚度范围为20埃至30埃，此时的厚度恰好与去氢处理能达到的厚度相吻合，从而达到去氢处理的最佳效果；
步骤S4，如图6所示，对上述二氧化硅薄膜2进行去氢处理，去氢处理所采用的温度范围为300摄氏度至500摄氏度，去氢处理所采用的压力范围为10torr至700torr，去氢处理所采用的气体流量范围为10000sccm至20000sccm，去氢处理所采用的气体为含有活性氧原子的混合气体，其中，含有活性氧原子的混合气体主要含有臭氧，去氢处理的时间范围为5秒至50秒，较佳的，去氢处理的时间为10秒；在去氢处理的过程中，二氧化硅薄膜中的Si-OH与活性氧原子发生反应生成二氧化硅与水蒸气，从而显著的减少了二氧化硅薄膜中氢的含量；
重复步骤S3和S4，如图7所示，在上述二氧化硅薄膜2上再沉积一层二氧化硅薄膜3，同样的，所沉积的该层二氧化硅薄膜3厚度范围为10埃至100埃，较佳的厚度范围为20埃至30埃，此时的厚度与去氢处理的厚度相吻合，从而达到去氢处理的最佳效果；如图8所示，对上述二氧化硅薄膜3也进行去氢处理，同样的，去氢处理中气体参数设置如同步骤S4。
通过重复所述步骤S3至S4，直至形成预定厚度的二氧化硅薄膜；
最后，取出衬底1，即完成侧墙二氧化硅的沉积过程。
需要说明的是，在图5至图8中，只是示意性的表示了二氧化硅薄膜的沉积过程，而并未对器件中公知的结构例如栅源漏极以及隔离器件等部分进行详细描述，但是本领域技术人员应是知晓的。
综上所述，本发明通过二氧化硅薄膜多次沉积和去氢处理的循环方式进行整个二氧化硅沉积过程，与传统的SACVD方法制备的薄膜相比，减少了二氧化硅薄膜中的氢含量，提高了薄膜密度，改善了侧墙的性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，包括：
S1：提供衬底；
S2：将所述衬底放入SACVD设备；
S3：在所述衬底上沉积二氧化硅薄膜；
S4：对所述二氧化硅薄膜进行去氢处理，所述的去氢处理所采用的气体为含有活性氧原子的混合气体；
重复所述步骤S3至S4，直至形成预定厚度的二氧化硅薄膜；
S5：取出衬底。
2.如权利要求1所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的每次沉积二氧化硅薄膜的厚度范围为10埃至100埃。
3.如权利要求2所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的每次沉积二氧化硅薄膜的厚度范围为20埃至30埃。
4.如权利要求1所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的去氢处理所采用的温度范围为300摄氏度至500摄氏度。
5.如权利要求1所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的去氢处理所采用的压力范围为10torr至700torr。
6.如权利要求1所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的去氢处理所采用的气体流量范围为10000sccm至20000sccm。
7.如权利要求1所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的含有活性氧原子的混合气体含有臭氧。
8.如权利要求1所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的去氢处理的时间范围为5秒至50秒。
9.如权利要求8所述的用于栅极侧墙的二氧化硅薄膜的沉积方法，其特征在于，所述的去氢处理的时间为10秒。
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