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1、(10)申请公布号 CN 102623325 A (43)申请公布日 2012.08.01 C N 1 0 2 6 2 3 3 2 5 A *CN102623325A* (21)申请号 201210081403.4 (22)申请日 2012.03.23 H01L 21/3065(2006.01) H01L 21/768(2006.01) (71)申请人上海华力微电子有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园 区高斯路497号 (72)发明人郑春生 张文广 陈玉文 (74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务 所(普通合伙) 31237 代理人陆花 (54) 发明名称 HARP膜的。
2、处理方法及金属前介质层制造方法 (57) 摘要 本发明公开了一种HARP膜的处理方法，先采 用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子 体处理，使HARP膜处于较高的拉应力状体，然后 再采用含氧气体对所述HARP膜进行第二次等离 子体处理，在HARP膜表面形成一层相对致密的氧 化物，对外部的水汽起到比较好的隔绝作用，可以 有效地提高HARP膜的稳定性，进而获得稳定且处 于较高拉应力状态的HARP膜。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 1/1页 2 1.一种。
3、HARP膜的处理方法，其特征在于，包括： 采用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子体处理；以及 采用含氧气体对所述HARP膜进行第二次等离子体处理。 2.如权利要求1所述的HARP膜的处理方法，其特征在于，所述第一次等离子体处理在 PECVD或HDPCVD腔室内进行，加热器温度在300500之间，反应压力在110Torr之 间，所述氮气或惰性气体的流量在100010000sccm之间，HFRF功率在503000W之间， 反应时间在5600秒之间。 3.如权利要求1所述的HARP膜的处理方法，其特征在于，所述第二次等离子体处理在 PECVD或HDPCVD腔室内进行，所述含氧气体为O 2 或。
4、O 3 ，加热器温度在300500之间，反 应压力在110Torr之间，所述O 2 或O 3 的流量在100010000sccm之间，HFRF功率在 503000W之间，反应时间在5600秒之间。 4.如权利要求1所述的HARP膜的处理方法，其特征在于，所述第一次等离子体处理和 第二次等离子处理在同一腔室内进行。 5.如权利要求1所述的HARP膜的处理方法，其特征在于，所述第一次等离子体处理和 第二次等离子处理在不同的腔室内进行。 6.一种金属前介质层制造方法，其特征在于，包括： 提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有器件层； 在半导体衬底上依次沉积张应力氮化硅层、HARP膜、PETEOS氧。
5、化硅层； 进行化学机械研磨工艺，直至暴露出所述HARP膜的表面； 采用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子体处理；以及 采用含氧气体对所述HARP膜进行第二次等离子体处理。 7.如权利要求8所述的金属前介质层制造方法，其特征在于，所述第一次等离子体处 理在PECVD或HDPCVD腔室内进行，加热器温度在300500之间，反应压力在110Torr 之间，氮气或惰性气体的流量在100010000sccm之间，HFRF功率在503000W之间，反 应时间在5600秒之间。 8.如权利要求6所述的金属前介质层制造方法，其特征在于，所述第二次等离子体处 理在PECVD或HDPCVD腔室内进行，所述。
6、含氧气体为O 2 或O 3 ，加热器温度在300500之 间，反应压力在110Torr之间，所述O 2 或O 3 的流量在100010000sccm之间，HFRF功 率在503000W之间，反应时间在5600秒之间。 9.权利要求6所述的金属前介质层制造方法，其特征在于，所述第一次等离子体处理 和第二次等离子处理在同一腔室内进行。 10.权利要求6所述的金属前介质层制造方法，其特征在于，所述第一次等离子体处理 和第二次等离子处理在不同的腔室内进行。 权 利 要 求 书CN 102623325 A 1/4页 3 HARP 膜的处理方法及金属前介质层制造方法 技术领域 0001 本发明涉及集成电路。
7、制造领域，特别涉及一种HARP膜的处理方法及金属前介质 层(PMD)制造方法。 背景技术 0002 进入45纳米技术节点之后，高纵深比工艺(High Aspect Ratio Process，简称 HARP)大规模应用于浅沟槽隔离(Silicon Trench Isolation，简称STI)和金属前介质 (Pre-Metal Dielectric，简称PMD)结构的空隙填充工艺中。该技术不但能满足技术节点 空隙填充的需求，而且因为其内在拉应力的作用，对NMOS器件性能也有很好的促进作用。 0003 但是采用HARP工艺沉积得到的HARP film也有其缺点，比如说因为采用TEOS作为 反应物。
8、而且反应不完全而留存很多活性键结构等，当材料暴露在开放环境中时，非常容易 造成材料性质的改变，比如应力会随着时间的增加因为吸收水汽而降低很多，如图1所示。 因此这些结构需要在集成工艺中采取办法加以消除，以获得性质稳定的介电质。在实际操 作中，针对STI集成工艺，采用了高温的热处理工艺来消除这些不稳定结构；但是针对PMD 集成工艺，因为前工艺NiSi的引入，使高温的后续热处理不可能继续被采用。 0004 在2006年度，Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers 的文章“Pre-Metal Dielectric Stress E。
9、ngineering by a Novel Plasma Treatment andIntegration Scheme for nMOS Performance Improvement”中，提出了一种改进工艺， 其是对HARP膜进行氮气等离子(N 2 -plasma)、氧气等离子(O 2 -plasma)或者臭氧等离子 (O 3 -plasma)处理，如图2和图3所示，提高介电质内部的应力(Stress)，并且提高NMOS的 I on Gain最高达10。然而，上述HARP膜处理方法存在以下问题：单纯N 2 的等离子体处理 后HARP膜的应力随着时间的变化而逐渐降低，材料仍然会在较短时间内因。
10、为吸水而降低 内部应力；而单纯的O 2 或O 3 等离子体处理后，材料的应力非常稳定，不会随着时间的变化而 变化，但是其改善HARP膜的应力的效果却不及使用氮气进行处理的效果好。 发明内容 0005 本发明提供一种HARP膜的处理方法，能够使HARP膜的处于较高的拉应力状态，且 不会随着时间的变化而变化。 0006 为解决上述技术问题，本发明提供一种HARP膜的处理方法，包括： 0007 采用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子体处理；以及 0008 采用含氧气体对所述HARP膜进行第二次等离子体处理。 0009 可选的，在所述的HARP膜的处理方法中，所述第一次等离子体处理在PECVD。
11、或 HDPCVD腔室内进行，加热器温度在300500之间，反应压力在110Torr之间，所述氮 气或惰性气体的流量在100010000sccm之间，HFRF功率在503000W之间，反应时间 在5600秒之间。 0010 可选的，在所述的HARP膜的处理方法中，所述第二次等离子体处理在PECVD或 说 明 书CN 102623325 A 2/4页 4 HDPCVD腔室内进行，含氧气体为O 2 或O 3 ，加热器温度在300500之间，反应压力在1 10Torr之间，所述O 2 或O 3 的流量在100010000sccm之间，HFRF功率在503000W之 间，反应时间在5600秒之间。 00。
12、11 可选的，在所述的HARP膜的处理方法中，所述第一次等离子体处理和第二次等离 子处理在同一腔室内进行。 0012 可选的，在所述的HARP膜的处理方法中，所述第一次等离子体处理和第二次等离 子处理在不同的腔室内进行。 0013 本发明还提供一种金属前介质层制造方法，包括： 0014 提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有器件层； 0015 在半导体衬底上依次沉积张应力氮化硅层、HARP膜、PETEOS氧化硅层； 0016 进行化学机械研磨工艺，直至暴露出所述HARP膜的表面； 0017 采用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子体处理；以及 0018 采用含氧气体对所述HARP膜进行。
13、第二次等离子体处理。 0019 可选的，在所述的金属前介质层制造方法中，所述第一次等离子体处理在PECVD 或HDPCVD腔室内进行，加热器温度在300500之间，反应压力在110Torr之间，氮气 或惰性气体的流量在100010000sccm之间，HFRF功率在503000W之间，反应时间在 5600秒之间。 0020 可选的，在所述的金属前介质层制造方法中，所述第二次等离子体处理在PECVD 或HDPCVD腔室内进行，含氧气体为O 2 或O 3 ，加热器温度在300500之间，反应压力在 110Torr之间，所述O 2 或O 3 的流量在100010000sccm之间，HFRF功率在503。
14、000W 之间，反应时间在5600秒之间。 0021 可选的，在所述的金属前介质层制造方法中，所述第一次等离子体处理和第二次 等离子处理在同一腔室内进行。 0022 可选的，在所述的金属前介质层制造方法中，所述第一次等离子体处理和第二次 等离子处理在不同的腔室内进行。 0023 与现有技术相比，本发明先采用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子体 处理，使HARP膜处于较高的拉应力状体，然后再采用含氧气体对所述HARP膜进行第二次等 离子体处理，在HARP膜表面形成一层相对致密的氧化物，对外部的水汽起到比较好的隔绝 作用，可以有效地提高HARP膜的稳定性，进而获得稳定且处于较高拉应力状态的。
15、HARP膜。 附图说明 0024 图1为HARP膜的应力随时间变化的曲线示意图； 0025 图2为不同等离子体对HARP膜应力的影响； 0026 图3为NMOS和PMOS器件在不同等离子体情况下的Ion gain的示意图； 0027 图4为N 2 等离子体处理后HARP膜内部应力随时间变化的曲线； 0028 图5为本发明一实施例的金属前介质层制造方法的流程示意图； 0029 图6A6E为本发明实施例的金属前介质层制造方法中器件的剖面示意图。 具体实施方式 说 明 书CN 102623325 A 3/4页 5 0030 在背景技术中已经提及，单纯N 2 的等离子体处理后HARP膜的应力随着时间的。
16、变 化而逐渐降低，如图4所示，这是因为N 2 等离子体处理并没有从根本上彻底改变内部结构， 材料仍然会在较短时间内因为吸水而降低内部应力。为此，本发明先采用氮气或惰性气体 对HARP膜进行第一次等离子体处理，使HARP膜处于较高的拉应力状体，然后再采用含氧气 体对所述HARP膜进行第二次等离子体处理，在HARP膜表面形成一层相对致密的氧化物，对 外部的水汽起到比较好的隔绝作用，可以有效地提高HARP膜的稳定性，进而获得稳定且处 于较高拉应力状态的HARP膜。 0031 其中，第一次等离子体处理和第二次等离子处理可以在同一腔室内进行；或者，也 可根据腔室的使用情况安排在不同的腔室内进行。 003。
17、2 下面对本发明一实施例的金属前介质层制造方法作详细的说明。 0033 如图5所示，所述金属前介质层制造方法，包括以下步骤： 0034 S1：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有器件层； 0035 如图6A所示，所述半导体衬底100上形成有栅极101，所述栅极101两侧形成有栅 极间隙层(spacer)102，所述半导体衬底100中形成有源漏极(未示出)。所述半导体衬底 100的材质可以为单晶硅、多晶硅、无定形硅、硅锗化合物或绝缘体上硅(SOI)中的一种，在 半导体衬底100中可以形成掺杂区，例如对于PMOS晶体管的半导体衬底中形成硼掺杂的P 阱区。当然，所述半导体衬底100中还形成有隔离。
18、结构，用以通过隔离结构进行隔离，较佳 的隔离结构为浅沟槽隔离(STI)。由于本发明的重点为金属前介质层的形成和处理过程，因 此对于其它公知的部分不作详细描述，但是本领域技术人员应是知晓的。 0036 S2：在半导体衬底上依次沉积张应力氮化硅层(Tensile Si 3 N 4 )、HARP膜、等离子 增强四乙氧基硅烷基氧化硅层(PETEOS oxide)； 0037 如图6B所示，在半导体衬底100、栅极101以及栅极间隙层102上依次沉积张应力 氮化硅层110、HARP膜120、PETEOS氧化硅层130。可知，采用HARP工艺沉积得到的HARP 膜不但能满足技术节点空隙填充的需求，而且因为。
19、其内在拉应力的作用，对NMOS器件性能 也有很好的促进作用；然而，因为采用TEOS作为反应物而且反应不完全而留存很多活性键 结构等，当材料暴露在开放环境中时，非常容易造成材料性质的改变，比如应力会随着时间 的增加因为吸收水汽而降低很多，因此这些结构需要在集成工艺中采取办法加以消除，以 获得性质稳定的介电质。 0038 S3：进行化学机械研磨工艺，直至暴露出所述HARP膜的表面； 0039 如图6C所示，当暴露出所述栅极101上方的HARP膜的表面时，即可停止化学机械 研磨(CMP)工艺。 0040 S4：采用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子体处理； 0041 如图6D所示，本实施例中。
20、，所述第一次等离子体处理210可以在PECVD或HDPCVD 腔室内进行，加热器温度在300500之间，反应压力在110Torr之间，所述氮气或惰 性气体的流量在100010000sccm之间，HFRF(高频射频)功率在503000W之间，反应 时间在5600秒之间。特别的，由于氮气成本相对较低，因而本步骤中优选采用氮气来进 行等离子处理，当然，惰性气体(如氦气等)也可实现本发明的目的。 0042 S5：采用含氧气体对所述HARP膜进行第二次等离子体处理； 0043 如图6E所示，本实施例中，所述第二次等离子体处理220可以在PECVD或HDPCVD 说 明 书CN 102623325 A 4。
21、/4页 6 腔室内进行，所述含氧气体例如为O 2 或O 3 ，加热器温度在300500之间，反应压力在1 10Torr之间，所述O 2 或O 3 的流量在100010000sccm之间，HFRF(高频射频)功率在50 3000W之间，反应时间在5600秒之间。 0044 经本申请发明人反复实验证明，采用上述方法处理HARP膜，所述HARP膜的应力可 以从200MPa左右提高到400500MPa之间，有效地提高了HARPfilm的稳定性，相应地可 有效提高NMOS的电性能。 0045 综上所述，本发明先采用氮气或惰性气体对HARP膜进行第一次等离子体处理，使 HARP膜处于较高的拉应力状体，然后。
22、再采用含氧气体对所述HARP膜进行第二次等离子体 处理，在HARP膜表面形成一层相对致密的氧化物，对外部的水汽起到比较好的隔绝作用， 可以有效地提高HARP膜的稳定性，进而获得稳定且处于较高拉应力状态的HARP膜。 0046 显然，本领域的技术人员可以对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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。 说 明 书CN 102623325 A 1/5页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102623325 A 2/5页 8 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102623325 A 3/5页 9 图5 图6A 说 明 书 附 图CN 102623325 A 4/5页 10 图6B 图6C 说 明 书 附 图CN 102623325 A 10 5/5页 11 图6D 图6E 说 明 书 附 图CN 102623325 A 11 。