CN102994974A - 一种厚氧化薄膜的制作方法 - Google Patents

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成鑫华
陈立鸣
李琳松
姚嫦娲
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Abstract

本发明公开了一种厚氧化薄膜的制作方法，该厚氧化薄膜的厚度为4-7微米，该方法包括如下步骤：第一步，采用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法交替沉积氧化薄膜；第二步，退火处理。本发明通过用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法的交替沉积，并辅助以退火处理调节两种膜质的刻蚀速率，实现了厚氧化膜的制作和满足器件要求的刻蚀形貌。

Description

一种厚氧化薄膜的制作方法
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造工艺，具体涉及一种半导体集成电路中薄膜的制备方法，尤其涉及一种厚氧化薄膜的制作方法。
背景技术
在半导体电子器件制造中，氧化膜(SiO2)由于其良好的致密性，绝缘性作为浅沟槽隔离(STI：Shallow Trench Isolation)，金属间绝缘(IMD：Inter-metalDielectric)和金属前绝缘(PMD：Pre-metal Dielectric)得到了广泛的应用。一般情况下，氧化膜和金属层(铝或铜)交替沉积，而且氧化膜的厚度不会大于1.5微米，这样就能很好的解决薄膜的应力问题，从而控制整个硅片的翘曲度，即硅片的曲率半径，不至于影响到后续的工艺处理。
氧化膜的制备方法通常由亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法来实现。亚常压化学气相沉积法制备的薄膜表现为拉应力，作为对应的结果，硅片的翘曲度就向上，曲率半径会向正的方向变化。但由于亚常压化学气相沉积法制备的薄膜暴露在空气中有吸水的特性，使得薄膜的应力从拉应力变为压应力，硅片的翘曲度就向下，曲率半径会向负的方向变化(如图1所示)；等离子辅助化学气相沉积法制备的薄膜由于引入了等离子体，薄膜的性能非常稳定，薄膜表现为压应力(如图2所示)。
由于器件的特殊要求，氧化膜的厚度为4微米到7微米。由于薄膜的应力和硅片的翘曲度的影响，用单一的亚常压化学气相沉积法或等离子辅助化学气相沉积法来完成整个薄膜的沉积，薄膜都有剥落的风险。因此，如何选用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法的交替沉积、并辅助以退火处理来得到厚氧化膜，并能很好的规避膜剥落风险就提上了议事日程。由于某些器件的特殊要求，氧化膜沉积后，还要对其进行刻蚀工艺，要得到可控的刻蚀形貌。这就要求两种薄膜有相匹配的刻蚀速率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种厚氧化薄膜的制作方法，通过用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法的交替沉积，并辅助以退火处理调节两种膜质的刻蚀速率，实现了厚氧化膜的制作和满足器件要求的刻蚀形貌。
为解决上述技术问题，本发明提供一种厚氧化薄膜的制作方法，该厚氧化薄膜的厚度为4-7微米，该方法包括如下步骤：
第一步，采用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法交替沉积氧化薄膜；
第二步，退火处理。
第一步中，将等离子辅助化学气相沉积法沉积的薄膜放在该厚氧化薄膜的最上面一层。
第一步中，采用亚常压化学气相沉积法单次沉积的薄膜厚度为0～3微米，采用等离子辅助化学气相沉积法单次沉积的薄膜厚度为0～3微米。
第二步中，所述退火处理为灯退火和/或炉管退火。
第二步中，所述退火处理的退火温度为570～900℃，优选720℃。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法的交替沉积，并辅助以退火处理调节两种膜质的刻蚀速率，实现了厚氧化膜的制作和满足器件要求的刻蚀形貌，如图6所示，采用本发明方法得到的厚氧化膜具有可控的硅片翘曲度和刻蚀形貌。
附图说明
图1是采用亚常压化学气相沉积法制备的薄膜的稳定性示意图；图1A是薄膜的应力示意图，图1B是薄膜的曲率半径示意图。
图2是采用等离子辅助化学气相沉积法制备的薄膜的稳定性示意图；图2A是薄膜的应力示意图，图2B是薄膜的曲率半径示意图。
图3是采用等离子辅助化学气相沉积法沉积薄膜的退火特性示意图；图3A是薄膜的应力示意图，图3B是薄膜的曲率半径示意图。
图4是采用亚常压化学气相沉积法沉积薄膜的退火特性示意图；图4A是薄膜的应力示意图，图4B是薄膜的曲率半径示意图。
图5是采用亚常压化学气相沉积法沉积的薄膜与采用等离子辅助化学气相沉积法沉积的薄膜该两种薄膜的刻蚀速率比较示意图。
图6是本发明采用退火处理和不采用退火处理的薄膜刻蚀形貌比较示意图；图6A是本发明采用退火处理后薄膜的刻蚀形貌示意图，图6B是未采用退火处理的薄膜刻蚀形貌示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种厚氧化薄膜的制作方法，该厚氧化薄膜的厚度为4-7微米，该方法包括如下步骤：
第一步，采用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法交替沉积氧化薄膜。可以先采用亚常压化学气相沉积法，也可以先采用等离子辅助化学气相沉积法，沉积次数取决于单次沉积的薄膜厚度及该厚氧化薄膜的总厚度；优选的，将等离子辅助化学气相沉积法沉积的薄膜放在该厚氧化薄膜的最上面一层(即最后采用等离子辅助化学气相沉积法沉积)。采用亚常压化学气相沉积法单次沉积的薄膜厚度为0～3微米，采用等离子辅助化学气相沉积法单次沉积的薄膜厚度为0～3微米。
第二步，退火处理。所述退火处理为灯退火和/或炉管退火。所述退火处理的退火温度为570～900℃，优选720℃。
具体实施方案如下描述所示：
1.由于亚常压化学气相沉积法制备的薄膜暴露在空气中，膜的应力和硅片的曲率半径有很大的变化，所以，在整个薄膜沉积的过程中，将等离子辅助化学气相沉积法沉积的薄膜放在最上面一层，以防止薄膜的吸水。
2.在特定项目开发中，由于前程膜的沉积，硅片的曲率半径为-65米左右，这就要求后续沉积的氧化膜的整体应力为拉应力，以此来改善硅片的曲率半径。
3.对等离子辅助化学气相沉积法沉积薄膜退火条件的温度实验显示，在670℃有一个温度拐点：在670℃以下时，薄膜的压应力有所减小，同时，曲率半径向正的方向变化；670℃以上时，薄膜的压应力有所增大，同时，曲率半径向负的方向变化(如图3所示)。
4.对亚常压化学气相沉积法沉积薄膜退火条件的温度实验显示，在低于退火温度820℃时，薄膜还是有一定的吸水性，即应力和硅片的曲率半径会随时间的增加而改变(如图4所示)；
5.对两种薄膜(采用亚常压化学气相沉积法沉积的薄膜和采用等离子辅助化学气相沉积法沉积的薄膜)的退火温度实验结果显示，在退火温度为720℃时，两种薄膜的刻蚀速率比较匹配(如图5所示)，因此，退火处理的退火温度优选720℃；
6.基于该工艺条件，即两种薄膜的交替沉积辅助以高温退火，得到的厚氧化膜具有可控的硅片翘曲度和刻蚀形貌(如图6所示)。

Claims (6)

1.一种厚氧化薄膜的制作方法，其特征在于，该厚氧化薄膜的厚度为4-7微米，该方法包括如下步骤：
第一步，采用亚常压化学气相沉积法和等离子辅助化学气相沉积法交替沉积氧化薄膜；
第二步，退火处理。
2.如权利要求1所述的厚氧化薄膜的制作方法，其特征在于，第一步中，将等离子辅助化学气相沉积法沉积的薄膜放在该厚氧化薄膜的最上面一层。
3.如权利要求1或2所述的厚氧化薄膜的制作方法，其特征在于，第一步中，采用亚常压化学气相沉积法单次沉积的薄膜厚度为0～3微米，采用等离子辅助化学气相沉积法单次沉积的薄膜厚度为0～3微米。
4.如权利要求1所述的厚氧化薄膜的制作方法，其特征在于，第二步中，所述退火处理为灯退火和/或炉管退火。
5.如权利要求1或4所述的厚氧化薄膜的制作方法，其特征在于，第二步中，所述退火处理的退火温度为570～900℃。
6.如权利要求5所述的厚氧化薄膜的制作方法，其特征在于，第二步中，所述退火处理的退火温度为720℃。
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