[发明专利]一种氧化物薄膜的制备方法

说明书

本发明公开一种氧化物薄膜的制备方法，包括：将待沉积薄膜的晶圆放入反应腔室的基座上；向反应腔室内通入氩气和氧气的混合气体，对靶材施加直流功率和射频功率，使该混合气体形成等离子体，该等离子体轰击靶材，以在晶圆上形成氧化物薄膜；停止对靶材施加功率，向反应腔室内通入氩气、氧气和氮气的混合气体，对基座施加射频功率，使该混合气体形成等离子体，该等离子体轰击氧化物薄膜，以形成氮氧化物薄层；继续向反应腔室内通入氩气、氧气和氮气的混合气体，对靶材施加直流功率和射频功率，继续对基座施加射频功率，使该混合气体形成等离子体，该等离子体轰击靶材和氮氧化物薄层，以在氮氧化物薄层上形成氮氧化物薄膜。

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，更具体地，涉及一种氧化物薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，超大规模集成电路技术发展迅速，器件特征尺寸在不断缩小，器件密度不断增大，金属化互连所带来的RC迟滞已经成为阻碍超高密度集成电路效能及速度的关键因素。因此，减少RC互连延迟成是近年来半导体行业的主攻方向。在集成电路制造中，金属线通常嵌入在具有低介电常数的层间电介质（ILD）材料之中。在大马士革互连工艺中，蚀刻停止层通常沉积在单独的ILD层和金属线上，并且用于IC制造工艺的图案化制作，以保护位于这些层下面的材料在图案化期间不被蚀刻，同时蚀刻停止层通常不会被完全去除，并且作为较厚的ILD层之间的薄膜保留在最终制造的半导体器件中。

氧化铝因其良好的工艺兼容性逐渐被用作蚀刻停止层。通常采用CVD方法制备氧化铝薄膜，但是其薄膜杂质多、密度小且工艺成本高。与CVD工艺相比，脉冲磁控溅射技术制备的氧化铝薄膜因其良好的薄膜均匀性、杂质少、密度大等优势成为集成电路金属化制程中最常用的物理气相沉积方法（PVD）之一。然而传统PVD方法制备非导电氧化物薄膜时的工艺窗口小，局限性日益突出，如沉积速率低、蚀刻不均匀及频繁的电弧异常放电引起颗粒缺陷对后续工艺集成造成了很大的困难。因此，迫切需要寻找一种新薄膜的制备方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种氧化物薄膜的制备方法，解决在工艺过程中沉积速率低、颗粒缺陷，表面粗糙度大，薄膜密度低的问题，所述制备方法包括：

步骤1：将待沉积薄膜的晶圆放入反应腔室的基座上；

步骤2：向所述反应腔室内通入氩气和氧气的混合气体，对靶材施加直流功率和射频功率，使该混合气体形成等离子体，该等离子体轰击所述靶材，以在所述晶圆上形成氧化物薄膜；

步骤3：停止对所述靶材施加功率，向所述反应腔室内通入氩气、氧气和氮气的混合气体，对所述基座施加射频功率，使该混合气体形成等离子体，该等离子体轰击所述氧化物薄膜，以形成氮氧化物薄层；

步骤4：继续向所述反应腔室内通入氩气、氧气和氮气的混合气体，对所述靶材施加直流功率和射频功率，继续对所述基座施加射频功率，使该混合气体形成等离子体，该等离子体轰击所述靶材和所述步骤3形成的所述氮氧化物薄层，以在所述氮氧化物薄层上形成氮氧化物薄膜。

可选方案中，所述步骤1中的工艺条件为：所述反应腔室的真空度小于5E-6Torr；所述基座的温度为250℃~350℃。

可选方案中，在所述步骤2中和/或所述步骤3中，氩气的流量小于500sccm，氧气的流量小于500sccm，其中氩气的流量大于氧气的流量。

可选方案中，在所述步骤2中，对所述靶材施加的直流功率小于10000W，对所述靶材施加的射频功率小于3000W，其中射频功率与直流功率的比值为2~4。

可选方案中，在所述步骤2中，对所述靶材施加的直流功率为100~200W，对所述靶材施加的射频功率为300~600W，其中射频功率与直流功率的比值为3。

可选方案中，在所述步骤4中，对所述靶材施加的直流功率小于10000W，对所述靶材施加的射频功率小于3000W，其中直流功率与射频功率的比值为2~7。