PECVD淀积非晶硅薄膜的方法与流程

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种等离子体增强型化学气相淀积(pecvd)淀积非晶硅薄膜的方法。

背景技术：

非晶体硅材料被广泛运用在半导体的各个领域，当非晶硅被使用在金属后的工艺中时，需要使用温度较低的工艺以避免金属线的融化，pecvd淀积制备方法几乎是首选的方案。现有pecvd淀积非晶硅薄膜的方法的缺点是容易在对象晶圆通常为硅片的表面形成很多颗粒，即使经过高压纯水刷洗，硅片表面会留下薄膜剥落的凹坑，比正常的薄膜要偏薄，而且凹坑边缘有明显的薄膜分离，这些都对产品的良率产生影响。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种pecvd淀积非晶硅薄膜的方法，能减少颗粒的产生，提高非晶硅薄膜的质量以及提高产品良率。

为解决上述技术问题，本发明提供的pecvd淀积非晶硅薄膜的方法中，在进行非晶硅薄膜淀积步骤之前还包括预处理步骤；

所述非晶硅薄膜淀积步骤中将对象晶圆放置到工艺腔体中并采用pecvd工艺进行淀积形成非晶硅薄膜。

所述预处理步骤包括采用pecvd工艺在所述工艺腔体的内壁上淀积一层中间介质层的预淀积步骤。

所述非晶硅薄膜淀积步骤的过程中，所述非晶硅薄膜同时形成于所述对象衬底表面和所述工艺腔体的内壁的所述中间介质层表面；所述中间介质层和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力大于所述非晶硅薄膜和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力且所述中间介质层和所述非晶硅薄膜的黏附性和应力缓冲能力大于所述非晶硅薄膜和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力，通过所述中间介质层作为所述工艺腔体的内壁和内壁上的所述非晶硅薄膜间的缓冲层并防止所述工艺腔体的内壁上的所述非晶硅薄膜剥落。

进一步的改进是，所述预处理步骤中，在所述预淀积步骤之前还包括对所述工艺腔体进行清洗的预清洗步骤，所述预清洗步骤将所述工艺腔体的内壁上介质层都去除并露出所述工艺腔体的内壁表面。

进一步的改进是，所述预处理步骤分为批间预处理步骤和片间预处理步骤。

所述批间预处理步骤设置在一批需要连续作业的所述对象晶圆中的第一片所述对象晶圆的所述非晶硅薄膜淀积步骤之前。

所述片间预处理步骤设置在一批需要连续作业的所述对象晶圆中各所述对象晶圆的所述非晶硅薄膜淀积步骤之后。

进一步的改进是，所述批间预处理步骤包括依次进行的第一次预淀积步骤、第一次预清洗步骤和第二次预淀积步骤。

进一步的改进是，包括如下步骤：

步骤一、所述批间预处理步骤；包括如下依次进行的分步骤：

步骤11、进行第一次预淀积步骤。

步骤12、进行第一次预清洗步骤。

步骤13、进行第二次预淀积步骤。

步骤二、将一批需要连续作业的所述对象晶圆中的第一片所述对象晶圆放置到所述工艺腔体中进行所述非晶硅薄膜淀积步骤。

步骤三、所述片间预处理步骤，包括如下依次进行的分步骤：

步骤31、进行第二次预清洗步骤。

步骤32、进行第三次预淀积步骤。

步骤四、判断后续还无需要作业的所述对象晶圆，如果有则重复步骤二中的所述非晶硅薄膜淀积步骤和步骤三；如果无则结束淀积非晶硅薄膜作业。

进一步的改进是，所述中间介质层的材料为氧化硅。

进一步的改进是，pecvd工艺淀积所述中间介质层的工艺条件为：淀积温度300℃～450℃，压力为1torr～10torr，sih4流量100sccm～500sccm，n2o1000sccm～5000sccm，淀积时间10s～100s。

进一步的改进是，所述对象晶圆为硅片。

进一步的改进是，一批需要连续作业的所述对象晶圆放置在同一个晶圆承载盒(cassette)中。

本发明通过在进行非晶硅薄膜淀积步骤之前进行预处理步骤，且预处理步骤包括采用pecvd工艺在工艺腔体的内壁上淀积一层中间介质层如氧化硅的预淀积步骤，利用中间介质层和工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力大于非晶硅薄膜和工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力且中间介质层和非晶硅薄膜的黏附性和应力缓冲能力大于非晶硅薄膜和工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力的特点，实现了通过中间介质层作为工艺腔体的内壁和内壁上的非晶硅薄膜间的缓冲层并防止工艺腔体的内壁上的非晶硅薄膜剥落，并进而减少或消除由于非晶硅淀积过程中非晶硅由于在工艺腔体的内壁上的粘附不牢而剥落从而形成非晶硅薄膜剥落的颗粒数，最后能减少颗粒的产生，提高非晶硅薄膜的质量以及提高产品良率。

现有技术中，本领域技术人员的常规思维是在进行非晶硅薄膜淀积步骤之前的预处理步骤需要淀积一层非晶硅薄膜，且在预处理步骤的非晶硅薄膜淀积之前还需对工艺腔体的内壁进行清洗，从而通过在工艺腔体的内壁的非晶硅薄膜来防止工艺腔体的内壁的杂质缺陷对在对象晶圆表面形成的非晶硅薄膜的影响；而本发明方法中，突破了现有的本领域技术人员的常规思维，特定对预处理步骤中淀积的材料进行了设置，通过中间介质层的设计，能很好的减小或消除淀积过程中非晶硅在工艺腔体的内壁上的粘附不牢而剥落的缺陷，也即本发明通过对预处理步骤中淀积的材料进行设置即可实现，工艺简单且成本低。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有pecvd淀积非晶硅薄膜的方法的流程图；

图2是现有pecvd淀积非晶硅薄膜的方法中工艺腔体的内壁上形成的膜层结构图；

图3a是采用现有方法在对象晶圆表面形成非晶硅薄膜后的颗粒图；

图3b是是图3a中的颗粒形貌图；

图3c是图3a的对象晶圆表面采用高压纯水刷洗后的颗粒形貌图；

图4是本发明较佳实施例pecvd淀积非晶硅薄膜的方法的流程图；

图5是本发明较佳实施例pecvd淀积非晶硅薄膜的方法中工艺腔体的内壁上形成的膜层结构图；

图6是采用本发明较佳实施例方法在对象晶圆表面形成非晶硅薄膜后的颗粒图。

具体实施方式

由于本发明实施例方法是在突破本领域技术人员的常规思维的基础上形成的，本发明的技术问题的提出本身就具有创造性，故在详细介绍本发明实施例方法之前，先介绍一下现有方法：

如图1所示，是现有pecvd淀积非晶硅薄膜的方法的流程图；如图2所示，是现有pecvd淀积非晶硅薄膜的方法中工艺腔体201的内壁上形成的膜层结构图；现有pecvd淀积非晶硅薄膜的方法包括步骤：

非晶硅开始淀积作业之后的第一步即步骤一为进行批间预处理步骤，非晶硅开始淀积作业在图1中用标记104表示，批间预处理步骤如图1中的虚线框101所示，包括了3个分步骤，分步骤分别为：

步骤11、进行第一次预淀积步骤，该分步骤对应于标记101a所示的步骤即腔体预淀积非晶硅，第一次预淀积步骤中淀积的材料为和在对象晶圆上所需要淀积的非晶硅材料相同，即在第一次预淀积步骤中淀积的材料为非晶硅。现有常规思维中，预淀积步骤中淀积的材料由实际在对象晶圆上所需要淀积的材料相同，这样能避免在工艺腔中引入其它类型材料从而造成工艺腔的污染。

步骤12、进行第一次预清洗步骤，该分步骤对应于标记101b所示的步骤即腔体预清洗。所述预清洗步骤将工艺腔体201的内壁上非晶硅都去除并露出所述工艺腔体201的内壁表面，预清洗步骤能对工艺腔体201的内壁产生清洁作用并将杂质同时去除。在图2中显示了工艺腔体201的一部分侧壁的结构。

步骤13、进行第二次预淀积步骤，该分步骤对应于标记101c所示的步骤即腔体预淀积非晶硅。由于经过步骤12的预清洗步骤，步骤13中的预淀积的非晶硅的清洁度会好于步骤11中形成的非晶硅，步骤11中的非晶硅中可能存在本来就位于工艺腔体201的内壁的杂质污染。步骤13中形成的非晶硅在图2中用标记202标示，这样步骤13完成之后即正式进行对象晶圆的非晶硅淀积作业。

步骤二、将一批需要连续作业的所述对象晶圆中的第一片所述对象晶圆放置到所述工艺腔体201中进行所述非晶硅薄膜淀积步骤。步骤二对应于标记102所示的步骤即淀积非晶硅。

步骤二主要是用于在所述对象晶圆的表面淀积非晶硅，采用的工艺为pecvd。但是在淀积非晶硅的过程中，非晶硅不仅会成膜在所述对象晶圆的表面，同时也会成膜在工艺腔体201的内壁上，由于步骤13中在工艺腔体201的内壁的表面已经形成了一层预淀积的非晶硅薄膜202，故步骤二中在工艺腔体201的内壁上形成的非晶硅薄膜203会形成于非晶硅薄膜202的侧面表面，具体请如图2所示。

通常，在半导体集成电路制造中，晶圆如硅片是按批(lot)进行处理的，一个lot的晶圆放置在一个cassette中。而pecvd工艺对应的工艺腔体201为每次仅能处理一片的单晶圆工艺腔体，故一片对象晶圆的非晶硅薄膜淀积完成之后，需要将该对象晶圆从工艺腔体201中取出并放回当cassette中，之后再在cassette中取下一片未作业的对象晶圆到工艺腔体201中进行作业，从而实现连续作业，直至cassette中一批对象晶圆的作业都完成。现有工艺中，在一片对象晶圆的作业完成之后，下一片对象晶圆的作业之前还需进行如下的片间预处理步骤，具体请见下面的步骤三。

步骤三、所述片间预处理步骤，所述片间预处理步骤如图1中的虚线框103所示，包括如下依次进行的分步骤：

步骤31、进行第二次预清洗步骤，该分步骤对应于标记103a所示的步骤即腔体清洗。清洗步骤将工艺腔体201的内壁上非晶硅203和202都去除并露出所述工艺腔体201的内壁表面，预清洗步骤能对工艺腔体201的内壁产生清洁作用并将杂质同时去除。

步骤32、进行第三次预淀积步骤。该分步骤对应于标记103b所示的步骤即腔体预淀积非晶硅。步骤32中形成的非晶硅在图2中同样用标记202标示，这样步骤32完成之后即正式进行下一片的对象晶圆的非晶硅淀积作业。

步骤四、判断后续还无需要作业的所述对象晶圆，该判断步骤即图1中标记10对应的判断有无连线作业的硅片的步骤。如果有则重复步骤二中的所述非晶硅薄膜淀积步骤和步骤三；如果无则结束淀积非晶硅薄膜作业，结束淀积非晶硅薄膜作业在图1中用标记106表示。

上述现有方法中，批间预处理步骤和片间预处理步骤虽然能很好的防止工艺腔体墙壁即内壁上的杂质对非晶硅薄膜淀积的影响，但是测试结果发现在对象晶圆的表面上依然会形成大量的颗粒，如图3a所示，是采用现有方法在对象晶圆表面形成非晶硅薄膜后的颗粒图，图3a中的颗粒用标记204表示，可知颗粒的数量较多且在对象晶圆的周边增加密集。如图3b所示，是是图3a中的颗粒形貌图，图3b中的颗粒205是将图3a中的颗粒204进行倍数更高的显微镜如扫描电子显微镜(sem)进行观察后的照片，经过分析，申请人认为这些颗粒是在非晶硅淀积过程中从工艺腔体的内部上剥落下来的非晶硅薄膜，也即图2中的非晶硅薄膜203和202在非晶硅淀积过程中容易从工艺腔体201的内壁上剥落下来，从而造成图3a所示的密集的颗粒。

通常，在非晶硅薄膜淀积完成之后，还可以采用高压纯水刷洗的方法对对象晶圆的表面进行清洗，以去除对象晶圆表面的部分颗粒，如图3c所示，是图3a的对象晶圆表面采用高压纯水刷洗后的颗粒形貌图；可以看出，即使对应位置处的颗粒205被刷洗掉，在对象晶圆表面会留下薄膜剥落的凹坑，比正常的薄膜要偏薄，而且凹坑边缘有明显的薄膜分离。由此可知，即使对应颗粒205被刷洗掉，颗粒205存在位置处依然会有缺陷，这同样会对产品的质量和良率产生影响。

经分析，之所以在非晶硅薄膜淀积中产生工艺腔体201的内壁上非晶硅薄膜的剥落，原因为非晶硅的热膨胀系数及吸附力与工艺腔体墙壁材料不匹配，本发明实施例方法正是在认识到这一技术问题的基础上进行设计的。

本发明实施例pecvd淀积非晶硅薄膜的方法中，在进行非晶硅薄膜淀积步骤之前还包括预处理步骤；

所述非晶硅薄膜淀积步骤中将对象晶圆如硅片放置到工艺腔体中并采用pecvd工艺进行淀积形成非晶硅薄膜。

所述预处理步骤包括采用pecvd工艺在所述工艺腔体的内壁上淀积一层中间介质层的预淀积步骤。

所述非晶硅薄膜淀积步骤的过程中，所述非晶硅薄膜同时形成于所述对象衬底表面和所述工艺腔体的内壁的所述中间介质层表面；所述中间介质层和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力大于所述非晶硅薄膜和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力且所述中间介质层和所述非晶硅薄膜的黏附性和应力缓冲能力大于所述非晶硅薄膜和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力，通过所述中间介质层作为所述工艺腔体的内壁和内壁上的所述非晶硅薄膜间的缓冲层并防止所述工艺腔体的内壁上的所述非晶硅薄膜剥落。

所述预处理步骤中，在所述预淀积步骤之前还包括对所述工艺腔体进行清洗的预清洗步骤，所述预清洗步骤将所述工艺腔体的内壁上介质层都去除并露出所述工艺腔体的内壁表面。

所述预处理步骤分为批间预处理步骤和片间预处理步骤。

所述批间预处理步骤设置在一批需要连续作业的所述对象晶圆中的第一片所述对象晶圆的所述非晶硅薄膜淀积步骤之前。所述批间预处理步骤包括依次进行的第一次预淀积步骤、第一次预清洗步骤和第二次预淀积步骤。

所述片间预处理步骤设置在一批需要连续作业的所述对象晶圆中各所述对象晶圆的所述非晶硅薄膜淀积步骤之后。

如图4所示，是本发明较佳实施例pecvd淀积非晶硅薄膜的方法的流程图；如图5所示，是本发明较佳实施例pecvd淀积非晶硅薄膜的方法中工艺腔体的内壁上形成的膜层结构图；本发明较佳实施例pecvd淀积非晶硅薄膜的方法包括步骤：

非晶硅开始淀积作业之后的第一步即步骤一为进行批间预处理步骤，非晶硅开始淀积作业在图4中用标记4表示，批间预处理步骤如图4中的虚线框1所示，包括了3个分步骤，分步骤分别为：

步骤11、进行第一次预淀积步骤。该分步骤对应于标记1a所示的步骤即腔体预淀积氧化硅。由于氧化硅和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力大于所述非晶硅薄膜和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力且氧化硅和所述非晶硅薄膜的黏附性和应力缓冲能力大于所述非晶硅薄膜和所述工艺腔体的内壁的黏附性和应力缓冲能力，故本发明较佳实施例中，各预淀积步骤中形成的所述中间介质层都为氧化硅。

步骤12、进行第一次预清洗步骤。该分步骤对应于标记1b所示的步骤即腔体预清洗。所述预清洗步骤将工艺腔体201的内壁上氧化硅都去除并露出所述工艺腔体201的内壁表面，预清洗步骤能对工艺腔体201的内壁产生清洁作用并将杂质同时去除。在图5中显示了工艺腔体201的一部分侧壁的结构。

步骤13、进行第二次预淀积步骤。该分步骤对应于标记1c所示的步骤即腔体预淀积氧化硅。由于经过步骤12的预清洗步骤，步骤13中的预淀积的氧化硅的清洁度会好于步骤11中形成的氧化硅，步骤11中的氧化硅中可能存在本来就位于工艺腔体201的内壁的杂质污染。步骤13中形成的氧化硅在图5中用标记302标示，这样步骤13完成之后即正式进行对象晶圆的非晶硅淀积作业。

步骤二、将一批需要连续作业的所述对象晶圆中的第一片所述对象晶圆放置到所述工艺腔体201中进行所述非晶硅薄膜淀积步骤。步骤二对应于标记2所示的步骤即淀积非晶硅。

步骤二主要是用于在所述对象晶圆的表面淀积非晶硅，采用的工艺为pecvd。但是在淀积非晶硅的过程中，非晶硅不仅会成膜在所述对象晶圆的表面，同时也会成膜在工艺腔体201的内壁上，由于步骤13中在工艺腔体201的内壁的表面已经形成了一层预淀积的氧化硅302，故步骤二中在工艺腔体201的内壁上形成的非晶硅薄膜203会形成于氧化硅302的侧面表面，具体请如图5所示。

通常，在半导体集成电路制造中，晶圆如硅片是按批进行处理的，一批需要连续作业的所述对象晶圆放置在同一个cassette中。而pecvd工艺对应的工艺腔体201为每次仅能处理一片的单晶圆工艺腔体，故一片对象晶圆的非晶硅薄膜淀积完成之后，需要将该对象晶圆从工艺腔体201中取出并放回当cassette中，之后再在cassette中取下一片未作业的对象晶圆到工艺腔体201中进行作业，从而实现连续作业，直至cassette中一批对象晶圆的作业都完成。在一片对象晶圆的作业完成之后，下一片对象晶圆的作业之前还需进行如下的片间预处理步骤，具体请见下面的步骤三。

步骤三、所述片间预处理步骤，所述片间预处理步骤如图4中的虚线框3所示，包括如下依次进行的分步骤：

步骤31、进行第二次预清洗步骤。该分步骤对应于标记3a所示的步骤即腔体清洗。清洗步骤将工艺腔体201的内壁上非晶硅203和氧化硅302都去除并露出所述工艺腔体201的内壁表面，预清洗步骤能对工艺腔体201的内壁产生清洁作用并将杂质同时去除。

步骤32、进行第三次预淀积步骤。该分步骤对应于标记3b所示的步骤即腔体预淀积氧化硅。步骤32中形成的氧化硅在图5中同样用标记302标示，这样步骤32完成之后即正式进行下一片的对象晶圆的非晶硅淀积作业。

步骤四、判断后续还无需要作业的所述对象晶圆，如果有则重复步骤二中的所述非晶硅薄膜淀积步骤和步骤三；如果无则结束淀积非晶硅薄膜作业。

本发明较佳实施例方法中，步骤11，13和32对应的第一至第三次预淀积步骤的工艺条件都相同且都是采用pecvd工艺进行淀积，更优选择为，pecvd工艺淀积所述中间介质层的工艺条件为：淀积温度300℃～450℃，压力为1torr～10torr，sih4流量100sccm～500sccm，n2o1000sccm～5000sccm，淀积时间10s～100s。pecvd工艺中还会采用到高低射频，高射频的频率如13.56mhz，低射频的频率可以为几十khz，本发明较佳实施例方法中，高频率射频功率为100w～1000w，低频率射频功率为100w～1000w。

如图6是采用本发明较佳实施例方法在对象晶圆表面形成非晶硅薄膜后的颗粒图，可以看出本发明较佳实施例方法完成后对象晶圆表面表面的颗粒大大减少，基本上消除了由于非晶硅淀积过程中非晶硅薄膜从工艺腔体的内壁上剥落而形成的颗粒，图6中还显示了一些颗粒为由其它原因产生的，属于工艺可接收范围，由此可知，本发明较佳实施例方法能减少颗粒的产生，提高非晶硅薄膜的质量以及提高产品良率。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。