CN103943465B - 氧化硅薄膜制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氧化硅薄膜制备方法，包括：包括依次执行氮化硅薄层形成处理和氧化硅薄层形成处理。其中，所述氮化硅薄层形成处理包括：第一步骤，用于以惰性气体为载气在载有晶圆的反应腔中通入氨基硅烷；第二步骤，利用惰性气体对晶圆表面进行吹扫；第三步骤，在所述反应腔中通入氮气和/或氨气等离子体对晶圆表面的氨基硅烷进行氮化。而且其中，所述氧化硅薄层形成处理包括第四步骤，用于在所述反应腔中通入氧气等离子体对晶圆表面的氮化硅薄层进行氧化以形成氧化硅薄层。

Description

氧化硅薄膜制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种氧化硅薄膜制备方法。
背景技术
ALD(原子层沉积)工艺是由于其良好的台阶覆盖性，被半导体行业广泛使用。纯粹的ALD沉积方式需要较高的温度，而PEALD(离子体增强原子层沉积)依靠等离子体驱动反应进行，对温度没有很高的要求，同时所生长薄膜的质量可以和高温ALD媲美。
用PEALD方式生长氧化硅膜，是半导体行业比较常见的工艺。工艺流程如图1所示：在步骤S10，以Ar为载气通入气态2Nte(一种氨基硅烷)，在此过程中2Nte会吸附在晶圆表面；在步骤S20，随后用大流量N2进行吹扫，目的是去除表面多余的2Nte，只剩下一个分子层的厚度；在步骤S30，通入氧气等离子体对晶圆表面的2Nte进行氧化，由此最终得到大约1A左右的氧化硅薄层。厚度的控制主要通过循环次数。通常温度设定为400C，能够得到高质量的氧化硅薄膜。
但是，常规PEALD方式生长氧化硅的方法存在的问题是：对非晶碳这样的还原性衬底有严重的氧化损伤。为了避免这种损伤，可以采用降低反应温度(至50C左右)的方式。但是低温制程生长的氧化硅质量将明显变差。所以在实际应用中往往是采取低温-高温的方式，也就是说现在低温下生长氧化硅，然后在高温下生长氧化硅薄膜。
但是，现有技术的这种改进方法由于涉及到机台温度的变化，执行起来很复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够以简单方式避免高温PEALD制程对还原性衬底的氧化损伤的氧化硅薄膜制备方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种氧化硅薄膜制备方法，包括依次执行氮化硅薄层形成处理和氧化硅薄层形成处理；其中，所述氮化硅薄层形成处理包括：第一步骤，用于以惰性气体为载气在载有晶圆的反应腔中通入氨基硅烷；第二步骤，利用氮气或其它惰性气体对晶圆表面进行吹扫；第三步骤，在所述反应腔中通入氮气或氨气(也可以是两者的混合物)等离子体对晶圆表面的氨基硅烷进行氮化；而且其中，所述氧化硅薄层形成处理包括第四步骤，用于在所述反应腔中通入氧气等离子体对晶圆表面的氮化硅薄层进行氧化以形成氧化硅薄层。
优选地，在所述氮化硅薄层形成处理中，所述第一步骤、所述第二步骤和所述第三步骤被依次循环执行多次，以形成预定厚度的氮化硅薄层。
优选地，所述氧化硅薄膜制备方法还包括在所述氧化硅薄层形成处理之后执行下述步骤：以惰性气体为载气在载有晶圆的反应腔中通入氨基硅烷；利用氮气或其它惰性气体对晶圆表面进行吹扫；在所述反应腔中通入氧气等离子体对晶圆表面的氨基硅烷进行氧化。
优选地，所述氮化硅薄层的厚度优选地介于20A-40A之间。
优选地，第一步骤中采用的惰性气体为Ar气，第二步骤中采用的惰性气体为氮气。
优选地，所述氨基硅烷是气态2Nte。
由此，本发明提出了一种用于制备氧化硅薄膜的PEALD沉积方法，能够避免高温PEALD制程对还原性衬底的氧化损伤，同时保持制成的氧化硅薄膜的高质量和良好台阶覆盖性。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据现有技术的氧化硅薄膜制备方法的流程图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的流程图。
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的氮化硅薄层形成处理S100的流程图。
图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的氧化硅薄层形成处理S200的流程图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
本发明提出一种用于制备氧化硅薄膜的PEALD沉积方法，主要步骤包括反应先驱物吸附、氮气吹扫、氮气等离子体处理，上述过程可经过多次循环形成氮化硅薄层，然后再进行氧气等离子处理将氮化硅薄层氧化。通过本发明提出的氧化硅薄膜沉积方法，能够避免直接氧气等离子处理对衬底的氧化损伤。下面具体描述本发明的优选实施例。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的流程图。
如图2所示，根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法包括依次执行氮化硅薄层形成处理S100和氧化硅薄层形成处理S200。
而且，图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的氮化硅薄层形成处理S100的流程图。
如图3所示，根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的氮化硅薄层形成处理S100包括：
第一步骤S1，用于以惰性气体(例如Ar气)为载气在载有晶圆的反应腔中通入氨基硅烷(例如，气态2Nte)，在此过程中诸如2Nte之类的氨基硅烷会吸附在晶圆表面；
第二步骤S2，利用惰性气体(例如N2气)对晶圆表面进行吹扫，目的是去除晶圆表面多余的诸如2Nte之类的氨基硅烷，使得晶圆表面只剩下一个分子层厚度的氨基硅烷；
第三步骤S3，通入氮气等离子体对晶圆表面的氨基硅烷进行氮化以形成氮化硅薄层。
优选地，在氮化硅薄层形成处理S100中，第一步骤S1、第二步骤S2和第三步骤S3被依次循环执行多次，以形成期望厚度的氮化硅薄层。
图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的氧化硅薄层形成处理S200的流程图。
如图4所示，根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法的氧化硅薄层形成处理S200包括：第四步骤S4，用于通入氧气等离子体对晶圆表面的氮化硅薄层进行氧化以形成氧化硅薄层。
此后，如果形成的氧化硅薄层还未达到期望厚度，则可执行如图1所示的常规的PEALD氧化工艺流程，即，根据本发明优选实施例的氧化硅薄膜制备方法可以进一步包括在氧化硅薄层形成处理S200之后执行下述步骤：
用于以惰性气体(例如Ar气或其它适合的惰性气体)为载气在载有晶圆的反应腔中通入氨基硅烷(例如，气态2Nte)，在此过程中诸如2Nte之类的氨基硅烷会吸附在晶圆表面；
利用惰性气体(例如N2气或其它适合的惰性气体)对晶圆表面进行吹扫，目的是去除晶圆表面多余的诸如2Nte之类的氨基硅烷，使得晶圆表面只剩下一个分子层厚度的氨基硅烷；
在反应腔中通入氧气等离子体对晶圆表面的氧基硅烷进行氮化。
同样，可以通过上述步骤的循环次数来控制最终的氧化硅薄膜的厚度。
下面将具体描述本发明的一个优选实施方式的具体示例以说明本发明的具体工艺过程，但是下述示例仅仅用于说明本发明的可能的一种实现过程和应用，而不是对本发明的限定。
例如需要在非晶碳结构上生长ALD氧化物薄膜，首先例如如图3所示的方法沉积一层氮化硅薄层，厚度为30A(需要100次沉积循环)，该过程的参数设置可以参考常规PEALD氧化硅沉积的工艺参数，但是需将氧气等离子处理步骤里的O2换成N2。然后用O2等离子体进行处理，时间为30S左右，太短无法将氮化硅薄层完全氧化，太长会造成非晶碳结构的损伤(这样非直接接触的损伤即使有，损伤程度也不会太明显)。最后再继续用常规的PEALD氧化硅生长方式，直至氧化硅厚度达到目标值。上述所有步骤全部在一个工艺制程里。
常规PEALD氧化硅生长方式的参数设置可参考以下工艺参数：
2Nte流量：1mg/min,其载气为Ar(5000sccm)；
Purge气体Ar(5000sccm)，时间为1s；
RF为2500W，时间1.5s；
等离子体处理O2为4000sccm。
需要说明的是，氮化硅薄层的厚度不宜太厚，否则后续氧化工艺无法将其完全氧化为SiO2。因此，所述氮化硅薄层的厚度优选地介于20A-40A之间，例如30A。
本发明提出的PEALD氧化硅沉积方式，在PEALD沉积循环中，首先通过氮气等离子体处理的方式在衬底表面形成氮化硅薄层。然后对所形成的氮化硅薄层进行氧气等离子处理，将其氧化，形成氧化硅薄膜。由于衬底不会直接接触氧气等离子体，所以不会造成氧化损伤。通过上述方法形成一层SiO2薄层之后，后面的氧化硅沉积可以用常规的PEALD方式沉积氧化硅。而且，上述所有的步骤都在同一个PEALD机台上通过同一个制程实现，实现简单。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (4)

1.一种氧化硅薄膜制备方法，其特征在于包括依次执行氮化硅薄层形成处理和氧化硅薄层形成处理；
其中，所述氮化硅薄层形成处理包括：
第一步骤，用于以惰性气体为载气在载有晶圆的反应腔中通入氨基硅烷；
第二步骤，利用惰性气体对晶圆表面进行吹扫；
第三步骤，在所述反应腔中通入氮气和/或氨气等离子体对晶圆表面的氨基硅烷进行氮化；
而且其中，所述氧化硅薄层形成处理包括第四步骤，用于在所述反应腔中通入氧气等离子体对晶圆表面的氮化硅薄层进行氧化以形成氧化硅薄层；
在所述氧化硅薄层形成处理之后执行下述步骤：
以惰性气体为载气在载有晶圆的反应腔中通入氨基硅烷；
利用惰性气体对晶圆表面进行吹扫；
在所述反应腔中通入氧气等离子体对晶圆表面的氨基硅烷进行氧化。
2.根据权利要求1所述的氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，在所述氮化硅薄层形成处理中，所述第一步骤、所述第二步骤和所述第三步骤被依次循环执行多次，以形成预定厚度的氮化硅薄层。
3.根据权利要求2所述的氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，所述氮化硅薄层的厚度介于之间。
4.根据权利要求2所述的氧化硅薄膜制备方法，其特征在于，第一步骤中采用的惰性气体为Ar气，第二步骤中采用的惰性气体为氮气。
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