利用issg退火技术实现沉积二氧化硅薄膜平坦化 planarizing deposited sio2 thin films using issg annealing technology.pdfVIP

第27卷第10期 半导体学报 V01．27No．10 2006年10月 CHINESEJOURNALoFSEMICONDUCToRS 0ct．，2006 利用ISSG退火技术实现沉积二氧化硅薄膜平坦化 陶 凯1’2’3’干 孙震海1’2’3孙 凌1’2’3 郭国超2 (1中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050) (2中国上海宏力半导体制造有限公司，上海201203) (3中国科学院研究生院，北京100039) steam 摘要：利用现场水汽生成(in·situgeneration，IssG)退火这种新型的低压快速氧化热退火技术，在对沉积二 氧化硅薄膜热退火的同时进行补偿氧化生长，最终实现了沉积二氧化硅薄膜的平坦化．实验数据表明，IssG退火 补偿生长后整个晶圆表面的薄膜厚度波动(最大值与最小值之差)从O．76nm降到了O．16nm，49点厚度值的标准 偏差从O．25nm降到了O．04nm．同时，薄膜的隧穿场强增加到4．3MV／cm，硅氧界面与传统的氧气快速退火工艺 相比更为良好．实验结果为二氧化硅薄膜平坦化提供了新的思路，对实际生产具有重要意义． 关键词：ISSG退火；低压化学气相沉积；薄膜平坦化 PACC：7755；8160；7360H 中图分类号：TN305．5文献标识码：A 文章编号：0253．4177(2006)10．1785一04 备[6]．它采用掺入痕量氢气的氧气作为反应气氛，在 1 引言 高温下氢会与氧产生类似于燃烧的化学反应，生成 大量的气相活性自由基(其中主要是原子氧)[7]．不 二氧化硅薄膜在大规模集成电路制造中有着极 同于传统的常压氧化退火技术，ISSG退火工艺的反 其广泛的应用，它既可以作为Mos(metal．oxide．应压强通常在667～2000Pa之间．从化学动力学的 semiconductor)晶体管的栅氧材料，也可以充当集观点来看，反应气压的变化在改变化学反应速率的 成器件之间的绝缘介质．在非挥发性半导体存储器 同时也将改变对腔内化学反应发生区域的限制，从 中，它还常被用作隧穿介质．实际工业生产中，为了 而会导致晶圆表面(只占据反应腔内特定空间)气相 减少硅氧界面界面态(interfacestate)和热预算 活性自由基(原子氧)浓度分布的变化．正是这一特 (thermal budget)，隧穿二氧化硅薄膜通常利用低 点，使得IsSG氧化退火时可以做到可控补偿生长． 压化学气相沉积法(10w chemical pressure vapor 本文在对ISSG补偿生长特性进行充分研究的 deposition，LPCVD)制备[1。．然而在利用炉管进行 基础上，首次报道了如何利用薄膜沉积后的ISSG 薄膜沉积的过程中，由于反应气体是顺着炉壁进入 退火工艺来进行薄膜平坦化，并对反应机理进行了 反应腔的，因此晶圆边缘部分的反应气体浓度总是 分析讨论． 高于晶圆中心部分，最终造成了晶圆表面薄膜从晶 圆边缘向晶圆中心逐渐减薄．数据显示(参见图5)， 2 ISSG退火补偿生长特性 当沉积二氧化硅薄膜15nm时，晶圆边缘部分的薄 CenturaXE+5200 膜往往比中心部分厚1nm．隧穿二氧化硅薄膜厚度 利用应用材料公司的RTP 的这一差