[发明专利]HARP膜的处理方法及金属前介质层制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，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

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。

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。

在2006年度，Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers的文章“Pre-Metal Dielectric Stress Engineering 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(N₂-plasma)、氧气等离子(O₂-plasma)或者臭氧等离子(O₃-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N₂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为吸水而降低内部应力；而单纯的O₂或O₃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

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。

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：

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。

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或HDPCVD腔室内进行，加热器温度在300～500℃之间，反应压力在1～10Torr之间，所述氮气或惰性气体的流量在1000～10000sccm之间，HFRF功率在50～3000W之间，反应时间在5～600秒之间。

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HDPCVD腔室内进行，含氧气体为O₂或O₃，加热器温度在300～500℃之间，反应压力在1～10Torr之间，所述O₂或O₃的流量在1000～10000sccm之间，HFRF功率在50～3000W之间，反应时间在5～600秒之间。

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。

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。

本发明还提供一种金属前介质层制造方法，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。