CN102800569B - 基于硅烷的二氧化硅膜形成方法以及半导体器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于硅烷的二氧化硅膜形成方法以及半导体器件制造方法。根据本发明的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法包括：第一步骤：将晶圆放入在反应腔中；第二步骤：通过第一管路通入气体SiH4，通入第二管路通入气体N2O；第三步骤：启动射频能量；第四步骤：关闭第一管路中气体SiH4；第五步骤：在关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量；其中，在所述第五步骤中在关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量的延迟时间为5秒。本发明优化后的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，彻底消除了晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒，有效解决产品中的晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒问题，提高了产品的良率。

Description

基于硅烷的二氧化硅膜形成方法以及半导体器件制造方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，此外，本发明还涉及一种采用了该基于硅烷的二氧化硅膜形成方法的半导体器件制造方法。
背景技术
随着半导体加工制造技术的飞速发展,当前超大规模集成电路特征尺寸从90nm向65nm、45nm乃至32nm以下发展时，工艺过程中产生的小尺寸的缺陷都会对产品的可靠性和良率产生重要影响，如何降低小尺寸的缺陷将是一个重大挑战。在目前的半导体制造业中，主流的二氧化硅（SiO2）薄膜是应用材料（Applied Material）和诺发公司（Novellus）开发的基于硅烷的硅烷（Silane-Based）氧化物有薄膜；PECVD（Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积）法是利用辉光放电的物理作用来激活化学汽相淀积反应，从而使得许多高温下才能进行的反应在较低温度下实现。这种兼备物理汽相淀积和化学汽相淀积特性的新型制膜方法制备纳米级SiO2薄膜时，可使衬底处于较低工作温度下（~400°C）完成。
反应方程式：SiH4+2N2O-->SiO2+2H2+2N2
目前产品使用诺发公司（Novellus）开发的BKM基于硅烷的氧化物薄膜（工艺条件“PosA 0.5s,LLwt 3s,LCdl 5s”）作为晶栅的硬掩膜层，当特征尺寸到65nm级别时遭遇了晶圆边缘（wafer edge）特殊图形的团聚物颗粒（clusterparticle）（Size：0.1um~0.3um）问题。
因此，希望能够提供一种能够消除晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒问题、提高工艺的稳定性、改善产品的良率的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法。
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，提供一种能够消除晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒问题、提高工艺的稳定性、改善产品的良率的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法、以及采用了该基于硅烷的二氧化硅膜形成方法的半导体器件制造方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种基于硅烷的二氧化硅膜形成方法包括：第一步骤：将晶圆放入在反应腔中；第二步骤：通过第一管路通入气体SiH4，通入第二管路通入气体N2O；第三步骤：启动射频能量；第四步骤：关闭第一管路中气体SiH4；第五步骤：在关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量；其中，在所述第五步骤中在关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量的延迟时间为5秒。
优选地，在上述基于硅烷的二氧化硅膜形成方法中，气体SiH4与气体N2O的反应方程式：SiH4+2N2O-->SiO2+2H2+2N2。
优选地，在上述基于硅烷的二氧化硅膜形成方法还包括：第六步骤：薄膜沉积完成后等待。
优选地，在上述基于硅烷的二氧化硅膜形成方法还包括：第七步骤S7：等待之后将晶圆从反应腔传送出负载锁定。
根据本发明的第二方面，提供了一种采用了根据本发明的第一方面所述的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法的半导体器件制造方法。
基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺中参数“关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量的延迟时间”用于控制在第一管路中的特殊气体SiH4关闭后射频能量关闭的延迟，现有技术开发的基于硅烷的二氧化硅膜形成程式中该参数默认的设置是0.5sec，本发明通过延长关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量的延迟时间，可以让腔体中残留的第一管路中的特殊气体SiH4充分反应，以减少腔体中悬浮的颗粒掉到晶圆上的可能性，由此，优化后的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，彻底消除了晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒，有效解决产品中的晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒问题，提高了产品的良率。
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示意性地示出了基于硅烷的二氧化硅膜形成方法的流程图。
图2示意性地示出了本发明的实验结果。
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。
发明人有利地发现通过将0.5s的“第一管路A气体关闭到RF关闭的延迟时间”优化到5s，从而可以有效地消除晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒问题、提高工艺的稳定性、改善产品的良率。
下面将具体描述本发明的原理。
图1示意性地示出了基于硅烷的二氧化硅膜形成方法的流程图。
如图1所示，基于硅烷的二氧化硅膜形成方法包括：
第一步骤S1：将晶圆放入在反应腔中；
第二步骤S2：通过第一管路A通入气体SiH4，通入第二管路B通入气体N2O；气体SiH4与气体N2O的反应方程式：SiH4+2N2O-->SiO2+2H2+2N2;
第三步骤S3：启动射频（RF）能量；由此，开始反应以进行薄膜沉积；
第四步骤S4：关闭第一管路A中气体SiH4；
第五步骤S5：在关闭第一管路A中气体SiH4之后关闭射频能量；
第六步骤S6：薄膜沉积完成后等待；
第七步骤S7：等待之后将晶圆从反应腔传送出负载锁定。
基于目前的Novellus的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺为例，其中使用控片硅片（Bare wafer），对比了以下4种实验结果：
实验1：现有条件的基于硅烷的二氧化硅膜工艺，即工艺条件“PosA 0.5s,LLwt 3s,LCdl 5s”
实验2：工艺条件“PosA 5s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
实验3：工艺条件“PosA 5s,LLwt 5s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
实验4：工艺条件“PosA 5s,LLwt 5s,LCdl 10s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
其中：PosA(Manifold gas OFF to RF OFF delay)表示第一管路A中气体SiH4关闭到射频能量关闭的延迟时间；即，PosA表示第五步骤S5中在关闭第一管路A中气体SiH4之后关闭射频能量的延迟时间。
LLwt(Load lock wait after deposition sequence sec)表示薄膜沉积完成后等待从腔体传送出负载锁定（Load lock）的时间；
LCdl(Line charge delay time to stabilize Manifold A and B gasafter Soak)表示浸渍（Soak）之后第一管路A（气体SiH4）和第二管路B（气体N2O）气体稳定的时间。
以上4种实验结果表明：实验2的“PosA 5s”工艺条件可以彻底消除现有工艺条件下产生的晶圆边缘的团聚物颗粒；并且实验2的“PosA 5s”工艺条件与实验3的“PosA 5s,LLwt 5s”工艺条件以及实验4的工艺条件“PosA 5s,LLwt5s,LCdl 10s”可以取得一致的实验结果。充分地说明实验2的“PosA 5s”工艺条件是消除晶圆边缘的团聚物颗粒的主因。
针对实验2的“PosA 5s”工艺条件的改善效果，设计了以下7种实验来确认PosA的最佳的工艺窗口：
Slot1：现有条件的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺，即工艺条件“PosA0.5s,LLwt 3s,LCdl 5s”
Slot2：工艺条件“PosA 1s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
Slot3：工艺条件“PosA 2s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
Slot4：工艺条件“PosA 3s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
Slot5：工艺条件“PosA 4s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
Slot22：工艺条件“PosA 5s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
Slot24：工艺条件“PosA 8s”的基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺
图2示意性地示出了本发明的实验结果。
实验结果表明：
实验中对工艺程式中的参数“PosA”的优化是消除晶圆边缘的团聚物颗粒的主因。PosA工艺窗口的实验表明：工艺条件“PosA 5s”可以获得与工艺条件“PosA 8s”一致的改善效果，充分说明工艺条件“PosA 5s”是最佳的条件设置。
基于硅烷的二氧化硅膜形成工艺中PosA参数用于控制在第一管路A中的特殊气体SiH4关闭后RF关闭的延迟，诺发公司（Novell us）开发的BKM基于硅烷的二氧化硅膜形成程式中PosA参数默认的设置是0.5sec，通过延长PosA可以让腔体中残留的第一管路A中的特殊气体SiH4充分反应，以减少腔体中悬浮的颗粒掉到晶圆上的可能性，基于分组实验DOE的结果，在PosA=5sec的条件下获得最优化的结果。
采用“PosA 5s”优化条件的基于硅烷的二氧化硅膜用于控片硅片和产品，通过SP2和在线产品的实时缺陷监控，均表明优化后的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，彻底消除了晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒，有效解决产品中的晶圆边缘特殊图形的团聚物颗粒问题，提高了产品的良率。
根据本发明的另一优选实施例，本发明还提供了一种采用了上述基于硅烷的二氧化硅膜形成方法的半导体器件制造方法。
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 (3)

1.一种基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，其特征在于包括：
第一步骤：将晶圆放入在反应腔中；
第二步骤：通过第一管路通入气体SiH4，通过第二管路通入气体N2O；
第三步骤：启动射频能量；
第四步骤：关闭第一管路中气体SiH4；
第五步骤：在关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量；
其中，在所述第五步骤中在关闭第一管路中气体SiH4之后关闭射频能量的延迟时间为5秒；
第六步骤：薄膜沉积完成后等待；
第七步骤：等待之后将晶圆从反应腔传送出负载锁定。
2.根据权利要求1所述的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，其特征在于，气体SiH4与气体N2O的反应方程式：SiH4+2N2O-->SiO2+2H2+2N2。
3.一种半导体器件制造方法，其特征在于采用了根据权利要求1至2之一所述基于硅烷的二氧化硅膜形成方法。
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