專利名稱：基于硅烷的二氧化硅膜形成方法以及半導體器件制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法，此外，本發(fā)明還涉及ー種采用了該基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法的半導體器件制造方法。
背景技術：
隨著半導體加工制造技術的飛速發(fā)展，當前超大規(guī)模集成電路特征尺寸從90nm向65nm、45nm乃至32nm以下發(fā)展時，エ藝過程中產(chǎn)生的小尺寸的缺陷都會對產(chǎn)品的可靠性和良率產(chǎn)生重要影響，如何降低小尺寸的缺陷將是ー個重大挑戰(zhàn)。在目前的半導體制造業(yè)中，主流的ニ氧化娃(Si02)薄膜是應用材料(Applied Material)和諾發(fā)公司(Novellus)開發(fā)的基于娃燒的娃燒(Silane-Based)氧化物有薄膜；PECVD(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition,等離子體增強化學氣相沉積)法是利用輝光放電的物理作用來激活化 學汽相淀積反應，從而使得許多高溫下才能進行的反應在較低溫度下實現(xiàn)。這種兼?zhèn)湮锢砥嗟矸e和化學汽相淀積特性的新型制膜方法制備納米級Si02薄膜時，可使襯底處于較低工作溫度下( 400° C)完成。反應方程式SiH4+2N20—>Si02+2H2+2N2目前產(chǎn)品使用諾發(fā)公司(Novellus)開發(fā)的BKM基于硅烷的氧化物薄膜(エ藝條件"PosA 0. 5s, LLwt 3s, LCdl 5s”)作為晶柵的硬掩膜層，當特征尺寸到65nm級別時遭遇了晶圓邊緣(wafer edge)特殊圖形的團聚物顆粒(cluster particle) (Size :0. lunTO. 3um)問題。因此，希望能夠提供一種能夠消除晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒問題、提高工藝的穩(wěn)定性、改善產(chǎn)品的良率的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠消除晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒問題、提高工藝的穩(wěn)定性、改善產(chǎn)品的良率的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法、以及采用了該基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法的半導體器件制造方法。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種基于娃燒的ニ氧化娃膜形成方法包括第一步驟將晶圓放入在反應腔中；第ニ步驟通過第一管路通入氣體SiH4，通入第二管路通入氣體N2O ;第三步驟啟動射頻能量；第四步驟關閉第一管路中氣體SiH4 ;第五步驟在關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量；其中，在所述第五步驟中在關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量的延遲時間為5秒。優(yōu)選地,在上述基于娃燒的ニ氧化娃膜形成方法中，氣體SiH4與氣體N2O的反應方程式SiH4+2N20—>Si02+2H2+2N2。優(yōu)選地，在上述基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法還包括第六步驟薄膜沉積完成后等待。優(yōu)選地，在上述基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法還包括第七步驟S7 :等待之后將晶圓從反應腔傳送出負載鎖定。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種采用了根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法的半導體器件制造方法。基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝中參數(shù)“關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量的延遲時間”用于控制在第一管路中的特殊氣體SiH4關閉后射頻能量關閉的延遲，現(xiàn)有技術開發(fā)的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成程式中該參數(shù)默認的設置是0.5sec，本發(fā)明通過延長關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量的延遲時間，可以讓腔體中殘留的第一管路中的特殊氣體SiH4充分反應，以減少腔體中懸浮的顆粒掉到晶圓上的可能性，由此，優(yōu)化后的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法，徹底消除了晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒，有效解決產(chǎn)品中的晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒問題，提高了產(chǎn)品的良率。
結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中圖I示意性地示出了基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法的流程圖。圖2示意性地示出了本發(fā)明的實驗結果。需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進行詳細描述。發(fā)明人有利地發(fā)現(xiàn)通過將0. 5s的“第一管路A氣體關閉到RF關閉的延遲時間”優(yōu)化到5s，從而可以有效地消除晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒問題、提高工藝的穩(wěn)定性、改
善產(chǎn)品的良率。下面將具體描述本發(fā)明的原理。圖I示意性地示出了基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法的流程圖。如圖I所示，基于硅烷的ニ氧化硅膜形成方法包括第一步驟SI :將晶圓放入在反應腔中；第二步驟S2 :通過第一管路A通入氣體SiH4,通入第二管路B通入氣體N2O ;氣體SiH4 與氣體 N2O 的反應方程式SiH4+2N20—>Si02+2H2+2N2;第三步驟S3 :啟動射頻(RF)能量；由此，開始反應以進行薄膜沉積；第四步驟S4 :關閉第一管路A中氣體SiH4 ；第五步驟S5 :在關閉第一管路A中氣體SiH4之后關閉射頻能量；第六步驟S6 :薄膜沉積完成后等待；第七步驟S7 :等待之后將晶圓從反應腔傳送出負載鎖定?；谀壳暗腘ovellus的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝為例，其中使用控片硅片(Bare wafer),對比了以下4種實驗結果實驗I :現(xiàn)有條件的基于硅烷的ニ氧化硅膜エ藝，即エ藝條件“PosA 0. 5s, LLwt3s, LCdl 5s”實驗2 :エ藝條件“PosA 5s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝實驗3 :エ藝條件“PosA 5s, LLwt 5s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝實驗4 :エ藝條件“PosA 5s, LLwt 5s, LCdl 10s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝其中PosA(Manifold gas OFF to RF OFF delay)表不第一管路 A 中氣體 SiH4 關閉到射頻能量關閉的延遲時間；即，PosA表示第五步驟S5中在關閉第一管路A中氣體SiH4之后關閉射頻能量的延遲時間。
LLwt (Load lock wait after deposition sequence sec)表不薄膜沉積完成后等待從腔體傳送出負載鎖定(Load lock)的時間；LCdl (Line charge delay time to stabilize Manifold A and B gas afterSoak)表不浸潰(Soak)之后第一管路A (氣體SiH4)和第二管路B (氣體N2O)氣體穩(wěn)定的時間。以上4種實驗結果表明實驗2的“PosA 5s”エ藝條件可以徹底消除現(xiàn)有エ藝條件下產(chǎn)生的晶圓邊緣的團聚物顆粒；并且實驗2的“ PosA 5s”エ藝條件與實驗3的“ PosA5s, LLwt 5s”エ藝條件以及實驗4的エ藝條件“PosA 5s, LLwt5s, LCdl 10s”可以取得一致的實驗結果。充分地說明實驗2的“PosA 5s”エ藝條件是消除晶圓邊緣的團聚物顆粒的主因。針對實驗2的“PosA 5s”エ藝條件的改善效果，設計了以下7種實驗來確認PosA的最佳的エ藝窗ロSlotl :現(xiàn)有條件的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝，即エ藝條件“PosAO. 5s, LLwt3s, LCdl 5s”Slot2 :エ藝條件“PosA Is”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝Slot3 :エ藝條件“PosA 2s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝Slot4 :エ藝條件“PosA 3s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝Slot5 :エ藝條件“PosA 4s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝Slot22 :エ藝條件“PosA 5s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝Slot24 :エ藝條件“PosA 8s”的基于硅烷的ニ氧化硅膜形成エ藝圖2示意性地示出了本發(fā)明的實驗結果。實驗結果表明實驗中對エ藝程式中的參數(shù)“ PosA”的優(yōu)化是消除晶圓邊緣的團聚物顆粒的主因。PosAエ藝窗ロ的實驗表明エ藝條件“PosA 5s”可以獲得與エ藝條件“PosA 8s” 一致的改善效果，充分說明エ藝條件“ PosA 5s”是最佳的條件設置?；诠柰榈磨搜趸枘ば纬丧ㄋ囍蠵osA參數(shù)用于控制在第一管路A中的特殊氣體SiH4關閉后RF關閉的延遲，諾發(fā)公司(Novell us)開發(fā)的BKM基于硅烷的ニ氧化硅膜形成程式中PosA參數(shù)默認的設置是0. 5sec,通過延長PosA可以讓腔體中殘留的第一管路A中的特殊氣體SiH4充分反應，以減少腔體中懸浮的顆粒掉到晶圓上的可能性，基于分組實驗DOE的結果,在PosA=5sec的條件下獲得最優(yōu)化的結果。采用“PosA 5s”優(yōu)化條件的基于硅烷的二氧化硅膜用于控片硅片和產(chǎn)品，通過SP2和在線產(chǎn)品的實時缺陷監(jiān)控，均表明優(yōu)化后的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，徹底消除了晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒，有效解決產(chǎn)品中的晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒問題，提聞了廣品的良率。根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，本發(fā)明還提供了一種采用了上述基于硅烷的二氧化硅膜形成方法的半導體器件制造方法。可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質(zhì)對 以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種基于娃燒的二氧化娃膜形成方法，其特征在于包括 第一步驟將晶圓放入在反應腔中； 第二步驟通過第一管路通入氣體SiH4，通入第二管路通入氣體N2O ； 第三步驟啟動射頻能量； 第四步驟關閉第一管路中氣體SiH4 ； 第五步驟在關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量； 其中，在所述第五步驟中在關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量的延遲時間為5秒。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于娃燒的二氧化娃膜形成方法，其特征在于，氣體SiH4與氣體 N2O 的反應方程式SiH4+2N20—>Si02+2H2+2N2。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，其特征在于還包括第六步驟薄膜沉積完成后等待。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，其特征在于還包括第七步驟S7 :等待之后將晶圓從反應腔傳送出負載鎖定。
5.一種半導體器件制造方法，其特征在于采用了根據(jù)權利要求I至4之一所述基于硅烷的二氧化硅膜形成方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于硅烷的二氧化硅膜形成方法以及半導體器件制造方法。根據(jù)本發(fā)明的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法包括第一步驟將晶圓放入在反應腔中；第二步驟通過第一管路通入氣體SiH4，通入第二管路通入氣體N2O；第三步驟啟動射頻能量；第四步驟關閉第一管路中氣體SiH4；第五步驟在關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量；其中，在所述第五步驟中在關閉第一管路中氣體SiH4之后關閉射頻能量的延遲時間為5秒。本發(fā)明優(yōu)化后的基于硅烷的二氧化硅膜形成方法，徹底消除了晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒，有效解決產(chǎn)品中的晶圓邊緣特殊圖形的團聚物顆粒問題，提高了產(chǎn)品的良率。
文檔編號H01L21/033GK102800569SQ20121033551
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者易義軍, 陳建維, 張旭升 申請人:上海華力微電子有限公司