[发明专利]高密度等离子体化学气相淀积方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种高密度等离子体化学气相淀积方法。

背景技术

随着集成电路特征尺寸向65纳米乃至更精细的结构发展，对缝隙(Seam)的填充，特别是对具有高深宽比的缝隙的填充提出了更高的要求，部分器件中缝隙的深宽比达到了4∶1甚至更高，这对填充工艺而言是个巨大的挑战。

高密度等离子体化学气相沉积(HDPCVD)由于可在较低沉积温度下，制备出能够填充具有高深宽比(定义为缝隙的深度和宽度的比值)缝隙的膜，而在当前的实际生产中有广泛应用。

通常，HDPCVD反应室内除反应气体外，还需适当地通入缓冲气体，用以稀释反应气体的浓度，从而增加淀积反应的均匀性。现行的缓冲气体通常为氦气(He)或氩气(Ar)，随着集成电路器件密集程度的增加，淀积的膜越来越薄，导致为获得均匀的淀积效果，对反应的均匀程度要求越来越高，即要求缓冲气体的粒子尺寸越来越小。因此，当集成电路器件的特征尺寸降至90纳米以下后，通常采用氦气(He)和氢气(H₂)的混合气体作为缓冲气体。

然而，实际生产发现，应用氦气(He)和氢气(H₂)的混合气体作为缓冲气体时，在淀积薄膜表面易形成淀积粒子，对此淀积粒子进行成分分析后，可知，此淀积粒子与淀积薄膜材料相同，由此，此淀积粒子通常被认为是淀积反应在硅片表面上方较高区域发生而造成的，即淀积材料在形成淀积物颗粒后才落入淀积薄膜内，形成淀积薄膜微粒缺陷。此微粒缺陷在后续清洗过程或研磨过程中可能被去除，继而在淀积薄膜表面形成空洞或针孔。

此空洞或针孔对集成电路器件可能造成的影响包括：位于浅沟槽隔离区中的空洞或针孔，若在后续过程中有导电材料微粒落入，易引发浅沟槽隔离区隔离失效，继而增加浅沟槽隔离区漏电流，严重时甚至引发集成电路器件失效；层间介质层中的空洞或针孔，易引发通孔间互连，继而影响集成电路器件电气性能。由此，如何抑制HDPCVD过程中表面微粒的产生成为本领域技术人员亟待解决的问题。

申请号为“200310122688.2”和“01110196.2”的中国专利申请中均提供了一种减少微粒的方法，前者用以减少低压化学气相淀积过程中的微粒物质污染；后者用以减少等离子体刻蚀工艺所致的微粒物质污染。两种方法都是通过及时抽离反应副产物，避免其掉落在晶片表面，以减少晶片表面微粒的产生，而并没有从根本上抑制反应物微粒的生成。

考虑到，应用现行工艺，只是在改变通入反应室中的缓冲气体成分后，才产生了表面微粒缺陷，而缓冲气体成分的改变只是将原有的氦气(He)变更为氦气(He)和氢气(H₂)的混合气体，又由于氢气具有相对较高的活性，因此，对氢气的通入过程及通入时间进行控制将对HDPCVD反应的进行产生重要影响。由此，通过控制氢气的通入过程及通入时间以改善HDPCVD反应的均匀性，成为抑制HDPCVD微粒缺陷的产生的工艺改进的一个指导方向。

发明内容

本发明提供了一种高密度等离子体化学气相淀积方法，可在淀积过程中抑制微粒缺陷的产生，进而改善集成电路电性能。

本发明提供的一种高密度等离子体化学气相淀积方法，通过向反应室中通入淀积气体进行淀积反应；所述淀积气体包括第一反应气体、第二反应气体、氦气及氢气，所述第二反应气体及氦气在淀积反应开始之前已通入所述反应室中；所述氢气在所述第一反应气体之后通入反应室。

所述第一反应气体包含硅烷、硅烷与磷化氢组成的混合气体或硅烷与氟化硅组成的混合气体；所述第二反应气体包含臭氧、氧气、一氧化二氮、二氧化碳等气体材料中的一种或其组合；所述反应室内氦气和氢气的浓度比范围为1∶2～2∶1；所述反应室内氦气和氢气的浓度比为4∶3；所述氢气与所述第一反应气体通入反应室的间隔时间小于或等于所述淀积反应持续时间的十分之一；所述氢气与所述第一反应气体通入反应室的间隔时间小于或等于5秒；所述氢气与所述第一反应气体同时通入反应室；所述氢气在通入反应室后的初始阶段流量逐步增加；所述氢气流量逐步增加过程持续的时间小于或等于所述淀积反应持续时间的十分之一；所述氢气流量逐步增加过程持续的时间小于或等于3秒。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.通过控制氢气的通入时间，即将氢气的通入时间控制在第一反应气体通入之后，继而控制反应进程，抑制了微粒缺陷的产生；

2.通过控制氢气的通入过程，即控制氢气使其缓慢通入，使得反应室可平稳地补充缓冲气体，使淀积反应过程可进行得更为均匀；