CN104538286A - 降低以及调节薄膜表面能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种降低以及调节薄膜表面能的方法，通过在一具有介电层的半导体衬底上沉积一层SRO薄膜，并对其进行等离子处理后进行光阻的涂覆；在通过水接触角测试法建立SRO薄膜的折射率与表面能的关系来调节SRO薄膜折射率进而调整表面能，使其保证SRO薄膜原有特性不变的前提下降低其表面能以增加SRO薄膜与光阻之间的粘附性，避免发生光阻翘曲和脱落，并通过对沉积反应参数的调整进而实现不同工艺对不同表面能的需求，且在一定程度上该技术方案也极大的提高了产品的生产质量和生产效率。

Description

降低以及调节薄膜表面能的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种降低以及调节薄膜表面能的方法。
背景技术
化学气相沉积法(Chemical vapor deposition，简称CVD)是半导体工业中应用最为广泛的沉积多种材料的技术之一。目前，我们使用化学气相沉积法来制备富硅二氧化硅(Silicon rich oxide，简称SRO)薄膜，SRO薄膜主要作为自对准金属硅化物的阻挡层(Salicide block，简称SAB)，且应用于65nm及以上的闪存芯片工艺中。
SRO薄膜作为SAB层最大的优点是其特殊的薄膜特性能够保护器件免受游离电荷的损伤，由于SRO薄膜的硅含量高于普通的二氧化硅薄膜，所以可以提供更多的空键去捕捉和束缚游离的电荷，如图1所示，当然可以精确地通过控制化学气相沉积法中的反应参数，如气体流量、压力、功率、反应间距等来调节SRO薄膜的Si、O组成和比例。
SAB层形成后，通过光阻来定义金属硅化物的形成区域，然而由于衬底10上的SRO薄膜11和光阻12的极性不同(SRO亲水，光阻疏水)，所以SAB层和光阻层之间的粘附性不好会容易造成光阻的翘曲和脱落。光阻翘曲和脱落区域的SRO薄膜11会因为失去其保护而被蚀刻掉，从而导致不该有的区域有金属硅化物13生成，这样金属硅化物的实际形成区域就和设计要求不符，即由图2变成图3所示的结构，从而影响晶圆的良率。
然而导致SRO薄膜与光阻之间粘附性不佳的主要因为SRO薄膜的表面能较高，对于表面其主要原理是：若液相没有任何改变,固相的表面能越高，固液两相的界面张力也越高，两相界面就越不稳定，粘附性也越差。其中，影响表面能的主要因素包括有温度、分子或原子内部的空间排列、折射率以及湿法刻蚀的速率等；如薄膜的折射率越高表明含有的空键越多，同时湿法刻蚀具有与折射率相同的增长趋势。
对于SRO薄膜与光阻之间的粘附性关系可以通过光阻表面的张力γL、SRO薄膜的表面能γs、两者界面间的张力γsL表示：其中，ψ表示SRO薄膜与光阻之间的粘附匹配系数。
因此，为保证SRO薄膜与光阻之间具有良好的粘附性即使ψ降低，必须降低SRO薄膜的表面能γs。传统方法是增加SRO薄膜和光阻两道制程间的等待时间和增加粘附的处理时间。一方面当两道制程间的等待时间为0.5小时之后，光阻仍然翘曲和脱落，即使增加两道制程间的等待时间也无法避免该现象的发生，而且还会降低产品的生产效率，另一方面增加粘附的处理时间即使可以提高SRO薄膜与光阻的粘附性，但是其作用效果是有限的，无法提高产品的良率和可靠性。
因此探索并建立一种新方法来保证SRO薄膜在原有特性不变得前提下降低其表面能以增加SRO薄膜与光阻之间的粘附性，避免发生光阻翘曲和脱落日益成为本领域技术人员的研究方向。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种降低以及调节薄膜表面能的方法，以解决现有技术中因无法满足SRO薄膜与光阻之间的粘附性而导致光阻翘曲和脱落的缺陷。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种降低薄膜表面能的方法，其中，所述方法包括：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底的上表面覆盖一层介电层；
于所述介电层的上表面沉积一SRO薄膜；
对所述SRO薄膜的上表面进行等离子处理后，于所述SRO薄膜上涂覆光阻。
较佳的，上述的降低薄膜表面能的方法，其中，采用化学气相沉积法沉积所述SRO薄膜。
较佳的，上述的降低薄膜表面能的方法，其中，所述等离子为一氧化二氮等离子。
一种调节薄膜表面能的方法，其中，所述方法包括：
步骤S1、提供一半导体衬底，所述半导体衬底的上表面覆盖一层介电层；
步骤S2、于所述介电层的上表面沉积具有第一折射率的SRO薄膜，之后对所述SRO薄膜进行等离子处理；
步骤S3、采用水接触角测试法获取所述SRO薄膜上与所述第一折射率对应的第一接触角；
步骤S4、多次依次重复步骤S1～S3，以获取若干SRO薄膜的折射率及每个折射率所对应的接触角；
步骤S5、统计每个折射率以及该折射率所对应的接触角，以建立所述SRO薄膜的折射率与表面能的相关关系；
其中，通过所述相关关系来调节所述SRO薄膜折射率进而调整SRO薄膜的表面能。
较佳的，上述的调节薄膜表面能的方法，其中，任意两所述SRO薄膜之间的折射率均不相同。
较佳的，上述的调节薄膜表面能的方法，其中，采用化学气相沉积法沉积所述SRO薄膜。
较佳的，上述的调节薄膜表面能的方法，其中，通过控制化学气相沉积的反应参数改变所述SRO薄膜的折射率。
较佳的，上述的调节薄膜表面能的方法，其中，所述化学气相沉积的反应参数包括：气体流量、压力、反应功率以及反应间距。
较佳的，上述的调节薄膜表面能的方法，其中，所述等离子为一氧化二氮等离子。
较佳的，上述的调节薄膜表面能的方法，其中，所述SRO薄膜的折射率与表面能的相关关系为：
所述SRO薄膜的折射率越高，则接触角越小，表面能越高；
所述SRO薄膜的折射率越低，则接触角越大，表面能越低。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明公开的一种降低以及调节薄膜表面能的方法，一方面在一具有介电层的半导体衬底上沉积一层SRO薄膜，并对其进行等离子处理后进行光阻的涂覆；另一方面改变沉积SRO薄膜中沉积反应参数来调节SRO薄膜的折射率，并通过水接触角测试法测试出与SRO薄膜的折射率对应的接触角，并根据所建立的SRO薄膜的折射率与表面能的关系来调节SRO薄膜折射率进而调整表面能。本发明的技术方案可在保证SRO薄膜原有特性不变的前提下降低其表面能以增加SRO薄膜与光阻之间的粘附性，避免发生光阻翘曲和脱落，并通过对沉积反应参数的调整进而实现对不同工艺对不同表面能的需求，且在一定程度上该技术方案极大的提高了产品的生产质量和生产效率。
具体附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是现有技术中SRO薄膜中硅与空键的结构示意图；
图2和图3是现有技术中SRO薄膜与光阻粘附结构示意图；
图4是本发明实施例中SRO薄膜表面处理结构示意图；
图5是本发明实施中晶圆控片分批实验的缺陷检测示意图；
图6是本发明实施例中SRO薄膜中硅与空键的结构示意图；
图7是本发明实施例中接触角示意图；
图8是本发明实施例中SRO薄膜的折射率与表面能的坐标结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想是用一氧化二氮等离子处理SRO薄膜的表面降低其表面能，并通过水接触角测试法建立SRO薄膜的折射率与表面能的关系，并通过调节沉积的反应参数改变SRO薄膜的折射率进而调节SRO薄膜的的表面能。
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
为保证SRO薄膜原有特性不变得前提下降低其表面能以增加SRO薄膜与光阻之间的粘附性，避免发生光阻翘曲和脱落，本发明提供了一种降低薄膜表面能的方法。
首先，提供一个半导体衬底1，该半导体衬底1的上表面覆盖一层介电层2；然后通过化学气相沉积法在该介电层2的上表面沉积一层SRO薄膜3，此时的SRO薄膜3的表面能较高，在后续进行光阻层(图中未示出)的覆盖工艺时导致SRO薄膜与光阻之间的粘附性较差，因此最后还需要对该SRO薄膜的上表面进行一氧化二氮的等离子处理，形成一处理层4，如图4所示。
另外，本领域技术人员通过晶圆控片分批实验来验证通过本发明方法达到的SRO薄膜与光阻之间的粘附性效果，其中第1批晶圆和第2批晶圆的表面的SRO薄膜经过一氧化二氮的等离子处理，第3、4、5、6等批晶圆表面的SRO薄膜未经过一氧化二氮的等离子处理。本领域技术人员通过缺陷检测设备对上述若干批晶圆进行缺陷扫描并进行数据统计，如下表一所示。
表一：晶圆控片分批实验数据
其中第1、2两批晶圆对应的光阻发生翘曲和脱落的缺陷与其他批次晶圆对应的光阻发生翘曲和脱落的缺陷相比，其缺陷数量明显降低，如图5所示(其中A表示等离子处理后的晶圆，B、C表示未等离子处理的晶圆，且只表示出部分晶圆)，其中白色区域代表缺陷数量。
因此，经一氧化二氮等离子处理的SRO薄膜可以降低SRO薄膜中空键的含量，进而降低表面能，如图6所示。进而降低其表面能，以便于后续增加SRO薄膜与光阻之间的粘附性，减少发生光阻的翘曲和脱落，保证后续金属硅化物的实际形成区域和设计要求相符合。
本发明还提供一种调节薄膜表面能的方法，具体的包括如下步骤：
步骤S1、提供一半导体衬底，该半导体衬底的上表面覆盖有一层介电层；
步骤S2、在上述介电层的上表面通过化学气相沉积法沉积一层具有第一折射率的SRO薄膜，之后对该SRO薄膜的上表面进行一氧化二氮的等离子处理。
在本发明的实施例中，其中化学气相沉积的反应参数可以改变，其参数具体包括有气体流量、压力、反应功率以及反应间距；相应参数的改变可以调节SRO薄膜的折射率，并且可根据实际工艺需求增大或降低SRO薄膜的折射率。
步骤S3、采用水接触角测试法获取SRO薄膜上与第一折射率对应的第一接触角；水接触角测试法主要是通过滴水在SRO薄膜的上表面，进而在水滴持续在SRO薄膜上表面一设定时间(未达到本发明目的，后续进行测量时保证设定时间相同)上进行触角测量仪对接触角的测量。
其中，接触角(Contact Angle)可以通过水触角测量仪进行测量，其是表征表面能的主要参量，接触角越小，则表面能越高。
另外，接触角指空气、水滴、SRO薄膜三相交点处所作的空气—水滴液界面的切线与SRO薄膜—水滴交界线之间的夹角α，且为锐角夹角，如图7所示。
步骤S4、多次依次重复步骤S1～S3，在该过程中改变化学气相沉积的反应参数即气体流量、压力、反应功率以及反应间距，以获取若干SRO薄膜的折射率及每个折射率所对应的接触角，其中任意两SRO薄膜之间的折射率均不相同。
通过上述步骤实验，可以得出若干组SRO薄膜的折射率与其对应的接触角的具体数据，以便于建立两者之间的关系。
步骤S5、统计每个折射率以及该折射率所对应的接触角，建立SRO薄膜的折射率与表面能(或者接触角)的相关关系，本领域技术人员可以根据该相关关系，通过改变SRO薄膜的折射率进而可以调整SRO薄膜的表面能。
如图8所示，其中在同一时间范围内，RI++高于RI--，但对应的接触角较小。
因此，SRO薄膜的折射率越高，则接触角越小，表面能越高；SRO薄膜的折射率越低，则接触角越大，表面能越低。因此若需要降低SRO薄膜的表面能至适当大小可以调节化学气相沉积的反应参数降低SRO薄膜的折射率来实现。
综上所述，本发明公开的一种降低以及调节薄膜表面能的方法，一方面在一具有介电层的半导体衬底上沉积一层SRO薄膜，并对其进行等离子处理后进行光阻的涂覆；另一方面改变沉积SRO薄膜中沉积反应参数来调节SRO薄膜的折射率，并通过水接触角测试法测试出与SRO薄膜的折射率对应的接触角，并根据所建立的SRO薄膜的折射率与表面能的关系来调节SRO薄膜折射率进而调整表面能。本发明的技术方案可在保证SRO薄膜原有特性不变的前提下降低其表面能以增加SRO薄膜与光阻之间的粘附性，避免发生光阻翘曲和脱落，并通过对沉积反应参数的调整进而实现对不同工艺对不同表面能的需求，且在一定程度上该技术方案极大的提高了产品的生产质量和生产效率。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，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方法和技术内容对本发明技术方案做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，这并不影响本发明的实质内容。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 (10)

1.一种降低薄膜表面能的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底的上表面覆盖一层介电层；
于所述介电层的上表面沉积一SRO薄膜；
对所述SRO薄膜的上表面进行等离子处理后，于所述SRO薄膜上涂覆光阻。
2.如权利要求1所述的降低薄膜表面能的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法沉积所述SRO薄膜。
3.如权利要求1所述的降低薄膜表面能的方法，其特征在于，所述等离子为一氧化二氮等离子。
4.一种调节薄膜表面能的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1、提供一半导体衬底，所述半导体衬底的上表面覆盖一层介电层；
步骤S2、于所述介电层的上表面沉积具有第一折射率的SRO薄膜，之后对所述SRO薄膜进行等离子处理；
步骤S3、采用水接触角测试法获取所述SRO薄膜上与所述第一折射率对应的第一接触角；
步骤S4、多次依次重复步骤S1～S3，以获取若干SRO薄膜的折射率及每个折射率所对应的接触角；
步骤S5、统计每个折射率以及该折射率所对应的接触角，以建立所述SRO薄膜的折射率与表面能的相关关系；
其中，通过所述相关关系来调节所述SRO薄膜折射率进而调整SRO薄膜的表面能。
5.如权利要求4所述的调节薄膜表面能的方法，其特征在于，任意两所述SRO薄膜之间的折射率均不相同。
6.如权利要求4所述的调节薄膜表面能的方法，其特征在于，采用化学气相沉积法沉积所述SRO薄膜。
7.如权利要求6所述的调节薄膜表面能的方法，其特征在于，通过控制化学气相沉积的反应参数改变所述SRO薄膜的折射率。
8.如权利要求7所述的调节薄膜表面能的方法，其特征在于，所述化学气相沉积的反应参数包括：气体流量、压力、反应功率以及反应间距。
9.如权利要求4所述的调节薄膜表面能的方法，其特征在于，所述等离子为一氧化二氮等离子。
10.如权利要求4所述的调节薄膜表面能的方法，其特征在于，所述SRO薄膜的折射率与表面能的相关关系为：
所述SRO薄膜的折射率越高，则接触角越小，表面能越高；
所述SRO薄膜的折射率越低，则接触角越大，表面能越低。
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