[发明专利]一种等离子体增强式化学气相沉积处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种等离子体增强式化学气相沉积处理方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，为了设置分立器件和集成电路，需要在晶圆的衬底上沉积不同种类的薄膜。在沉积薄膜的方法中，等离子体增强式化学气相沉积(PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是一种常用的方法，该方法利用能量增强化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)反应，得到在晶圆衬底上的薄膜。

图1示出了PEVCD方法的现有装置示意图，该装置为一个PECVD反应炉100。该PECVD反应炉100由圆锥形玻璃或铝构成，上下两端均以铝板封口。圆柱形筒内部有上下两块平行铝板当作电极，上电极101接射频电能，下电极102接地。两电极间的射频电压将产生等离子体放电。晶圆130设置在加热基座120上(中间为下电极102)，可以通过位于加热基座120上的加热器对晶圆130进行加热，反应气体由上电极101周围的进气孔110流入反应炉100内，反应炉100下部接抽气泵(图中未示出)，待反应结束后将反应炉100内的气体从气孔111抽出。

在图1中只是列举出了有一个半导体晶圆130的例子，而实际上，在对晶圆130进行PECVD时，可以不限制晶圆的个数，多个晶圆也可以同时平铺在加热基座120上，进行PECVD反应，分别得到多个晶圆的衬底上薄膜。

图2为现有技术中的PECVD方法流程图，待处理晶圆130的表面为衬底，该衬底可以为硅、或铜、或二氧化硅(SiO₂)、或氟掺杂SiO₂、或碳掺 杂SiO₂、或以上材料的混合物。该方法的具体步骤为：

步骤201、将待处理的晶圆130放到反应炉100中的加热基座120上，开始对该晶圆130进行PECVD处理。

步骤202、对该晶圆130进行稳定化处理。

在该步骤中，并不开启反应炉100的射频电能，只是向反应炉100中通入前驱气体，例如三氢化氮(NH₃)、氧化氮(N₂O)和氮气(N₂)等，该步骤大约持续10秒钟，通过这个步骤，在反应炉100内形成了均匀而稳定的前驱气体氛围，也可以使待处理的晶圆130表面和其周围的前驱气体有了充分而均匀的接触。

步骤203、对该晶圆130进行沉积处理。

在该步骤中，打开射频电能，继续通入前驱气体，同时通入反应气体，如四氢化硅(S_iH₄)、三甲基硅烷、四甲基硅烷等。射频电能开启，使得反应炉100中产生等离子体。反应气体在等离子体能量和热能的综合作用下，发生离子化，所生成的S_i悬挂键和生成的氧离子、氮离子、氢离子等不饱和基团发生反应，生成了氮化硅(S_iN)、SiO₂或氢氧化硅(S_iON)等沉积层，沉积在晶圆的衬底表面上，形成S_iN、SiO₂或S_iON等薄膜。

步骤204、对已经生成薄膜的该晶圆130进行氢去除处理。

在该步骤中，打开射频电能，通入含氮的反应气体，使得反应炉100中产生离子体。反应气体在等离子体能量和热能的综合作用下，发生离子化，所生成的N离子和反应炉100中的H离子反应，即采用N离子去轰击具有H离子的化合物，使具有H离子的化合物的H离子键断裂，从而去除反应炉100中的氢含量。

为了使晶圆衬底上的薄膜厚度符合要求，常常需要多次重复步骤202～步骤204，如需要达到的薄膜厚度为450埃，由于每一次只能沉积薄膜的厚度为30埃左右，为了增加薄膜厚度，所以需要重复执行步骤202～步骤204十五次。

步骤205、对最终生成薄膜的该晶圆130进行净化处理。

在该步骤中，关闭反应炉100中的射频电能，停止前驱气体和反应气体的通入，采用抽气的方式将反应炉100中的所有气体抽走，这个步骤可以去除该晶圆130衬底上的薄膜表面的游离态的氢。

步骤206、对已经生成薄膜的该晶圆130从反应炉100中取出。

该步骤完成对该晶圆衬底上的薄膜沉积。

步骤207、对反应炉100进行抽气。

在该步骤中，用抽气泵再次将反应炉100中的剩余气体抽出反应炉100，保证反应炉100洁净。