低温二氧化硅薄膜的形成方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102820221 A (43)申请公布日 2012.12.12 C N 1 0 2 8 2 0 2 2 1 A *CN102820221A* (21)申请号 201210228986.9 (22)申请日 2012.07.03 H01L 21/316(2006.01) H01L 21/3105(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 低温二氧化硅薄膜的形。

2、成方法 (57) 摘要 本发明公开了一种低温二氧化硅薄膜的形成 方法，包括：利用SiH 4 和氧源沉积低温二氧化硅 薄膜，沉积温度小于300；以及采用含氧气体对 所述低温二氧化硅薄膜进行原位等离子体处理。 本发明是在低温二氧化硅薄膜沉积后，将含氧气 体通入反应腔内，在反应腔内直接产生等离子体， 由于这种等离子体含有许多活性氧离子、氧原子、 氧分子等等各种活性氧化粒子，会取代低温二氧 化硅中的Si-H键的氢而变为稳定的Si-O键，从而 消除了低温二氧化硅薄膜性质随着时间变化而变 化的这一特点，可使该低温二氧化硅薄膜达到稳 定状态，提高光刻工艺中图形的准确度，并提高关 键尺寸的均匀度。 (51)I。

3、nt.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2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 3 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，包括： S1：利用SiH 4 和氧源沉积低温二氧化硅薄膜，沉积温度小于300； S2：采用含氧气体对所述低温二氧化硅薄膜进行原位等离子体处理。 2.如权利要求1所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步骤S2中，所 述含氧气体为O 2 、O 3 或N 2 O气体，所述O 2 、O 3 或N 2 O的流量在100sccm50000sccm之间。 3.如权利要求1所述。

4、的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步骤S2中，反 应腔压力在2Torr10Torr之间。 4.如权利要求1所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步骤S2中，射 频功率在50W1000W之间。 5.如权利要求1所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步骤S2中，原 位等离子体处理时间在20秒120秒之间。 6.如权利要求1所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步骤S1中，所 述氧源为N 2 O气体。 7.如权利要求1所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步骤S1中，在 PECVD反应腔中沉积低温二氧化硅薄膜。 8.如权利要求1所述的低温二。

5、氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述步骤S1中，沉 积温度在50250之间。 9.如权利要求1所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述低温二氧化 硅薄膜的厚度在之间。 10.如权利要求1所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法，其特征在于，所述低温二氧化 硅薄膜用作硬掩膜层。 权 利 要 求 书CN 102820221 A 1/3页 3 低温二氧化硅薄膜的形成方法 技术领域 0001 本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种低温二氧化硅薄膜的形成方法。 背景技术 0002 目前，低温二氧化硅薄膜被广泛应用于光阻上方的硬掩膜层。例如，在90nm、65nm 或45nm的双大马士革（Dual D。

6、amascene）工艺中，形成通孔（via）之后会在通孔中填充底部 抗反射层（Barc）等类似填充物，然后再通过光刻和刻蚀等工艺形成沟槽（Trench），此时作 为硬掩膜层的二氧化硅必然选用低温二氧化硅，以避免该硬掩膜层的沉积温度过高影响下 方的Barc等膜层的性质。 0003 所述低温二氧化硅是相对于普通的二氧化硅而言，普通的二氧化硅薄膜通常是采 用400以上温度进行沉积的，而低温二氧化硅薄膜通常是采用小于300的温度进行沉 积的。通常采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺，通入硅源（如SiH 4 ）和氧源（如 N 2 O）沉积低温二氧化硅薄膜。然而，由于沉积低温二氧化硅薄膜时的沉积。

7、温度相对较低，一 般为50300，导致沉积所形成的二氧化硅薄膜中含有大量的Si-H化学键，而当该低温二 氧化硅薄膜暴露在大气环境中时，Si-H容易被氧化成Si-OH，Si-OH使得该氧化物薄膜更具 有亲水性而容易吸收大气中的水汽，因此该低温二氧化硅薄膜的性质会随着时间的延长而 逐渐变化，如厚度、应力、折射率等。 发明内容 0004 本发明提供一种低温二氧化硅薄膜的形成方法，以使该低温二氧化硅薄膜达到稳 定状态，从而提高光刻工艺中图形的准确度，提高关键尺寸的均匀度。 0005 为解决上述技术问题，本发明提供的低温二氧化硅薄膜的形成方法，包括： 0006 S1：利用SiH 4 和氧源沉积低温二氧化。

8、硅薄膜，沉积温度小于300； 0007 S2：采用含氧气体对所述低温二氧化硅薄膜进行原位等离子体处理。 0008 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步骤S2中，含氧气体为 O 2 、O 3 或N 2 O气体，O 2 、O 3 或N 2 O的流量在100sccm50000sccm之间。 0009 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步骤S2中，反应腔压力 在2Torr10Torr之间。 0010 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步骤S2中，射频功率在 50W1000W之间。 0011 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步骤S2中，原。

9、位等离子 体处理时间在20秒120秒之间。 0012 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步骤S1中，氧源为N 2 O气 体。 0013 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步骤S1中，在PECVD反应 腔中沉积低温二氧化硅薄膜。 说 明 书CN 102820221 A 2/3页 4 0014 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述步骤S1中，沉积温度在 50250之间。 0015 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述低温二氧化硅薄膜的厚 度为 0016 可选的，在所述的低温二氧化硅薄膜的形成方法中，所述低温二氧化硅薄膜用作 硬掩膜层。 0。

10、017 与现有技术相比，本发明是在低温二氧化硅薄膜沉积后，继续将晶圆留在反应腔 内，并将含氧气体通入反应腔内，在反应腔内直接产生等离子体（原位等离子体），对该低温 二氧化硅薄膜进行原位等离子体处理，由于这种等离子体含有许多活性氧离子、氧原子、氧 分子等等各种活性氧化粒子，会取代低温二氧化硅中的Si-H键的氢而变为稳定的Si-O键， 从而消除了低温二氧化硅薄膜性质随着时间变化而变化的这一特点，可使该低温二氧化硅 薄膜达到稳定状态，从而提高了光刻工艺中图形的准确度，提高了关键尺寸的均匀度。 附图说明 0018 图1为二氧化硅薄膜的厚度随沉积后时间变化的曲线示意图； 0019 图2为二氧化硅薄膜的应。

11、力随沉积后时间变化的曲线示意图； 0020 图3为二氧化硅薄膜的折射率随沉积后时间变化的曲线示意图； 0021 图4为本发明一实施例的低温二氧化硅薄膜的形成方法的流程示意图。 具体实施方式 0022 在背景技术中已经提及，低温二氧化硅薄膜的性质会随着时间的延长而逐渐变 化，经本申请发明人长期研究发现，这是由于沉积低温二氧化硅薄膜时的沉积温度相对较 低，导致沉积所形成的二氧化硅薄膜中含有大量的Si-H化学键，而当该低温二氧化硅薄膜 暴露在大气环境中时，Si-H容易被氧化成Si-OH，Si-OH使得该氧化物薄膜更具有亲水性而 容易吸收大气中的水汽，因此该低温二氧化硅薄膜的性质会随着时间的延长而逐渐。

12、变化， 如厚度、应力、折射率等。 0023 具体如图1至图3所示，其中，图1为二氧化硅薄膜的厚度（Thickness）随沉积后 时间（Time after deposition）变化的曲线示意图，图2为二氧化硅薄膜的应力（Stress） 随沉积后时间（Time after deposition）变化的曲线示意图，图3为二氧化硅薄膜的折射 率（Refractive Index）随沉积后时间（Timeafter deposition）变化的曲线示意图。可知， 由于低温二氧化硅薄膜中含有较多的Si-H键，薄膜的性质随着时间的变化而变化剧烈，尤 其是在前5小时之内，薄膜的厚度、应力以及折射率均有较大程。

13、度的变化。 0024 为此，本发明在低温二氧化硅薄膜沉积后，继续将晶圆留在腔内，将含氧气体通入 反应腔内，在反应腔内直接产生等离子体（原位等离子体），对该低温二氧化硅薄膜进行原 位等离子体处理（即表面去氢和钝化处理），由于这种等离子体含有许多活性氧离子、氧原 子、氧分子等等各种活性氧化粒子，会取代低温二氧化硅中的Si-H键的氢而变为稳定的 Si-O键，从而使该低温二氧化硅薄膜达到稳定状态。 0025 详细的，如图4所示，本发明一实施例的低温二氧化硅薄膜包括如下步骤： 0026 S1：利用SiH 4 和氧源沉积低温二氧化硅薄膜； 说 明 书CN 102820221 A 3/3页 5 0027 所。

14、述步骤S1中，可在PECVD反应腔中沉积低温二氧化硅薄膜，亦可利用其他常规 的工艺形成低温二氧化硅薄膜。在较佳的实施例中，沉积温度为50250，利用SiH 4 作 为硅来源（硅源），利用N 2 O气体作为氧来源（氧源），也可通入氮气或氩气等作为载气，沉积 时间与低温二氧化硅薄膜的厚度相关，本领域技术人员可通过有限次实验获知，此处不再 赘述。 0028 S2：采用含氧气体对所述低温二氧化硅薄膜进行原位等离子体处理； 0029 所述步骤S2中，含氧气体优选为O 2 、O 3 或N 2 O气体，反应腔室的压力在 2Torr10Torr之间，所述O 2 或O 3 或N 2 O的流量在100sccm50。

15、000sccm之间，射频（RF）功率 在50W1000W之间。当然，原位等离子体处理时间（反应时间）是与低温二氧化硅的厚度相 关，若低温二氧化硅薄膜的厚度越厚，相应地原位等离子体处理的时间随之增加，以确保将 其内的Si-H键的氢全部转变为稳定的Si-O键。本实施例中，所述低温二氧化硅薄膜的厚 度为原位等离子体的处理时间在20秒120秒之间。 0030 综上所述，本发明在沉积低温二氧化硅薄膜后，将含氧气体通入反应腔内，对该低 温二氧化硅薄膜进行等离子体处理，由于这种等离子体含有许多活性氧离子、氧原子、氧分 子等等各种活性氧化粒子，会取代低温二氧化硅中的Si-H键的氢而变为稳定的Si-O键，从 而消除了低温二氧化硅薄膜性质随着时间变化而变化的这一特点，可使该低温二氧化硅薄 膜达到稳定状态，消除低温二氧化硅薄膜性质随时间变化而变化的特点，从而提高光刻工 艺中图形的准确度，提高关键尺寸的均匀度。 0031 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 102820221 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102820221 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102820221 A 。