專利名稱：薄膜的熱處理方法及熱處理裝置、化學氣相沉積裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體制造領(lǐng)域，特別是涉及一種薄膜的熱處理方法及熱處理裝置；另外，本發(fā)明還涉及一種化學氣相沉積裝置。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路(UltraLarge Scale Integrated Circuit,ULSIC)時代，隨著半導體工藝復(fù)雜程度的增加，在半導體襯底上沉積符合物理、機械、化學、電學等特性的薄膜變得越來越重要。所謂薄膜，是指一種生長在半導體襯底上的固體物質(zhì)，它的某一維尺寸(通常是指厚度)遠遠小于另外兩維上的尺寸。所述薄膜可以是導體、絕緣物質(zhì)或者半導體材料，例如它可以是二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、多晶硅及金屬等等。在半導體襯底上沉積薄膜的工藝有多種，化學氣相沉積(Chemical VaporDeposition,CVD)工藝是一種常見的沉積工藝。而化學氣相沉積工藝又可劃分為常壓化學氣相沉積(APCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、高密度等離子體增強化學氣相沉 積(HDPCVD)等幾種工藝。利用化學氣相沉積(CVD)工藝在半導體襯底上沉積薄膜時，為了避免薄膜會結(jié)晶以致其性能不佳，通常會選擇低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝形成所述薄膜。沉積完所需厚度的薄膜后，薄膜中通常會存在許多缺陷，因此會再對其進行一次快速退火(Rapid Thermal Annealing,RTA)處理。經(jīng)過快速退火處理后的薄膜的某些性能有所改善，但同時退火處理有可能會使薄膜結(jié)晶，以致薄膜的性能大大降低。特別的，所述薄膜可以是高K介電層(這里的K用于衡量一種材料的存儲電荷的能力)。隨著半導體集成電路的集成度越來越高，集成電路中組成器件的尺寸越來越小，尤其是當半導體工藝進入到45納米以后，傳統(tǒng)的晶體管面臨著越來越多無法克服的技術(shù)問題，如柵極介電層的EOT (Equivalent Oxide Thickness,等效氧化層厚度)無法進一步縮小，溝道漏電流等。因此，經(jīng)過不斷探索后人們研發(fā)了一種新型晶體管，這種晶體管結(jié)構(gòu)中包括高K介電層與金屬柵極構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)。因此，高K介電層的性能變得越來越重要。利用低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝在半導體襯底上沉積所需厚度的高K介電層后，人們發(fā)現(xiàn)形成的高K介電層存在許多缺陷，如氧空位、懸掛鍵、不飽和鍵等。當所述缺陷密度較大時，高K介電層內(nèi)部會形成電流通路，以致高K介電層會產(chǎn)生漏電流的現(xiàn)象。類似的，沉積完高K介電層后，現(xiàn)有技術(shù)中常用的做法是對其進行快速退火處理，以改善高K介電層的性能。但是退火處理有可能會使高K介電層結(jié)晶，以致高K介電層的性能大大降低，如結(jié)晶會影響高K介電層的電阻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是:利用低壓化學氣相沉積工藝沉積完薄膜后，對其進行的退火處理會使薄膜結(jié)晶，影響薄膜的性能。為解決上述上述問題，本發(fā)明提供了一種薄膜的熱處理方法，所述薄膜是利用低壓化學氣相沉積工藝形成，所述熱處理方法包括:向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體，所述氣體與所述薄膜發(fā)生反應(yīng)?？蛇x的，所述薄膜是經(jīng)過兩次或兩次以上低壓化學氣相沉積工藝形成，每次利用低壓化學氣相沉積工藝形成預(yù)定厚度的薄膜之后，對所述薄膜進行所述熱處理?？蛇x的，所述薄膜的材質(zhì)為高K介電層?？蛇x的，所述熱處理溫度為25°C 600°C?？蛇x的，所述熱處理時間為5s 100s?？蛇x的，進行所述熱處理時紫外光的波長為Inm 200nm?？蛇x的，所述氣體包括4、D2中的至少一種?？蛇x的，所述氣體還包括02、％、順3、勵、％0中的至少一種。另外，本發(fā)明還提供了一種薄膜熱處理裝置，其包括:處理腔室，其設(shè)置有氣體導入口 ；適于對所述處理腔室進行加熱的加熱裝置；設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)的基座；

設(shè)置在所述基座上方的適于吸附半導體襯底的吸附裝置； 設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)的紫外光光源?？蛇x的，紫外光的波長為Inm 200nm。同時，本發(fā)明還提供了一種化學氣相沉積裝置，其包括處理腔室、設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)的紫外光光源。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:對薄膜進行的熱處理能修復(fù)薄膜中的缺陷，且不會造成薄膜結(jié)晶，提高了薄膜的性能。


圖1是本發(fā)明中薄膜熱處理方法的示意圖。
具體實施例方式如前所述，本發(fā)明要解決的問題是:利用低壓化學氣相沉積工藝沉積完薄膜后，對其進行的退火處理會使薄膜結(jié)晶，影響薄膜的性能。為解決上述問題，本發(fā)明在沉積完薄膜后，向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體，通入的氣體在紫外光(UV)的作用下具有足夠的活化能并能與薄膜發(fā)生反應(yīng)，以修復(fù)薄膜中的缺陷，且通過控制熱處理工藝參數(shù)，如紫外光的波長、熱處理溫度、熱處理時間、反應(yīng)氣體等，使熱處理后的薄膜不會結(jié)晶，從而提高薄膜的性能。作為本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，可使薄膜由多次(兩次或兩次以上)沉積工藝形成，并且每次沉積工藝之后均對其進行熱處理，這樣形成的薄膜性能更佳。下面結(jié)合附圖，通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的可實施方式的一部分，而不是其全部。根據(jù)這些實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下可獲得的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明的保護范圍。
如圖1所示，提供半導體襯底100，利用低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝在半導體襯底100上沉積預(yù)定厚度的薄膜200。然后，對薄膜200進行熱處理，所述熱處理步驟包括:向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光(UV)下的處理腔室(未圖示)中通入氣體300，在紫外光的作用下氣體300具有足夠的活化能以與薄膜200發(fā)生反應(yīng)，以修復(fù)薄膜200中的缺陷。這里的所謂氣體300與薄膜200發(fā)生反應(yīng)是指氣體300填補薄膜200中的空位、懸掛鍵、不飽和鍵等缺陷，從而使薄膜200中的缺陷得以修復(fù)。作為本發(fā)明的一個優(yōu)選技術(shù)方案，薄膜200可利用多次(兩次或兩次以上)低壓化學氣相沉積工藝形成，每次沉積完預(yù)定厚度的薄膜后，即對薄膜進行所述熱處理，這樣，獲得的薄膜200性能更佳。假定薄膜200是利用兩次低壓化學氣相沉積工藝形成，則薄膜200的熱處理過程為:如圖1所示，在半導體襯底100上沉積預(yù)定厚度的第一層薄膜200a，對第一層薄膜200a進行熱處理，其包括:向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體300，氣體300與第一層薄膜200a發(fā)生反應(yīng)，以修復(fù)第一層薄膜200a中的缺陷；然后在第一層薄膜200a上沉積第二層薄膜200b，對第二層薄膜200b進行熱處理，其包括:向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體300，氣體300與第二層薄膜200b發(fā)生反應(yīng)，以修復(fù)第二層薄膜200b中的缺陷。當然，薄膜200也可利用兩次以上的沉積工藝形成，沉積的次數(shù)及每次沉積的厚度可根據(jù)制造周期、制造成本、薄膜得以修復(fù)的程度等因素確定。對薄膜200進行所述熱處理時，熱處理的效果與一些工藝參數(shù)緊密相關(guān)，如熱處理溫度、紫外光的波長、熱處理時間、氣體的種類等等。具體的，這些參數(shù)需根據(jù)薄膜200的材質(zhì)設(shè)定。薄膜200可以是很多種常見的、能利用低壓化學氣相沉積工藝形成的材料，它可以是導體、絕緣物質(zhì)或者半導 體材料。在本發(fā)明的實施例中，以高K介電層為例。繼續(xù)參圖1所示，提供半導體襯底100，利用低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝在半導體襯底100上沉積預(yù)定厚度的高K介電層200，沉積溫度可為200°C 500°C，高K介電層200的厚度可為10 A 50 A。然后，對高K介電層200進行熱處理，所述熱處理步驟包括:向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光(UV)下的處理腔室(未圖示)中通入氣體300，在紫外光的作用下氣體300具有足夠的活化能與高K介電層200發(fā)生反應(yīng)，以修復(fù)高K介電層200中的缺陷。這里的所謂氣體300與高K介電層200發(fā)生反應(yīng)是指氣體300填補高K介電層200中的氧空位、懸掛鍵、不飽和鍵等缺陷，從而使高K介電層中的缺陷得以修復(fù)。具體的，進行所述熱處理時，熱處理溫度優(yōu)選為25°C 600°C，熱處理時間優(yōu)選為5s 100s，紫外光的波長為Inm 200nm。氣體300可包括H2、D2(D為H的一種同位素，即為氘)中的至少一種。但考慮到純H2是一種危險的氣體，因此，氣體300還可包括02、N2、NH3> NO、N2O中的至少一種。同上所述，高K介電層200也可利用多次(兩次或兩次以上)低壓化學氣相沉積工藝形成，每次沉積完預(yù)定厚度的高K介電層200后，即對高K介電層200進行所述熱處理，這樣，獲得的高K介電層200性能更佳。假定高K介電層200是利用兩次低壓化學氣相沉積工藝形成，則高K介電層200的熱處理過程為:繼續(xù)參圖1所示，在半導體襯底100上沉積預(yù)定厚度的第一層高K介電層200a，對第一層高K介電層200a進行熱處理，其包括:向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體300，氣體300與第一層高K介電層200a發(fā)生反應(yīng)，以修復(fù)第一層高K介電層200a中的缺陷；然后在第一層高K介電層200a上沉積第二層高K介電層200b，對第二層高K介電層200b進行熱處理，其包括:向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體300，氣體300與第二層高K介電層200b發(fā)生反應(yīng)，以修復(fù)第二層高K介電層200b中的缺陷。當然，高K介電層也可利用兩次以上的沉積工藝形成，沉積的次數(shù)及每次沉積的厚度可根據(jù)制造周期、制造成本、高K介電層得以修復(fù)的程度等因素確定。另外，本發(fā)明還提供了一種薄膜熱處理裝置(未圖示)，其包括:處理腔室，處理腔室上設(shè)置有氣體導入口 ；適于對處理腔室進行加熱的加熱裝置；設(shè)置在處理腔室內(nèi)的基座；設(shè)置在基座上方的適于吸附半導體襯底的吸附裝置，該吸附裝置可以是靜電吸盤(ESC)等；置于處理腔室內(nèi)的紫外光光源。在半導體襯底上沉積薄膜之后，將形成有薄膜的半導體襯底置于處理腔室中的位于基座上方的吸附裝置上，然后就可對薄膜進行熱處理了，即利用加熱裝置對處理腔室進行加熱，當加熱至預(yù)定溫度后，向處理腔室的氣體導入口中通入反應(yīng)氣體，并開啟紫外光光源，在紫外光的作用下氣體能與薄膜發(fā)生反應(yīng)并修復(fù)薄膜中的缺陷。特別的，當紫外光光源的波長設(shè)置為Inm 200nm時，此熱處理裝置可專門用于對高K介電層進行熱處理。當然，熱處理裝置中的紫外光光源優(yōu)選為可替換的光源，如紫外燈等，并且紫外光光源的波長可也為其它波長，以對其它材質(zhì)的薄膜進行熱處理。本發(fā)明還提供了一種化學氣相沉積裝置，它包括處理腔室、設(shè)置在處理腔室內(nèi)的紫外光光源。現(xiàn)有的化學氣相沉積裝置中也會包括:處理腔室，處理腔室上設(shè)置有氣體導入口，以便在半導體襯底上沉積薄膜；適于對處理腔室進行加熱的加熱裝置；設(shè)置在處理腔室內(nèi)的基座；設(shè)置在基座上方的適于吸附半導體襯底的吸附裝置，如靜電吸盤(ESC)等。由此可看出，當在現(xiàn)有的化學氣相沉積裝置中增設(shè)紫外光光源之后，此化學氣相沉積裝置不僅可用于在半導體襯底上沉積薄膜，沉積完薄膜之后還可對其進行熱處理，以修復(fù)薄膜中的缺陷。而且，當薄膜是經(jīng)過多次沉積工藝形成時，該裝置可以大大減少熱處理的時間。
上述通過實施例的說明，應(yīng)能使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并能夠再現(xiàn)和使用本發(fā)明。本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本文中所述的原理可以在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下對上述實施例作各種變更和修改是顯而易見的。因此，本發(fā)明不應(yīng)被理解為限制于本文所示的上述實施例，其保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書來界定。
權(quán)利要求
1.一種薄膜的熱處理方法，其特征在于，所述薄膜是利用低壓化學氣相沉積工藝形成，所述熱處理方法包括: 向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體，所述氣體與所述薄膜發(fā)生反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于，所述薄膜是經(jīng)過兩次或兩次以上低壓化學氣相沉積工藝形成，每次利用低壓化學氣相沉積工藝形成預(yù)定厚度的薄膜之后，對所述薄膜進行所述熱處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱處理方法，其特征在于，所述薄膜的材質(zhì)為高K介電層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于，所述熱處理溫度為25°C 600°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于，所述熱處理時間為5s 100s。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于，進行所述熱處理時紫外光的波長為 Inm 200nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱處理方法，其特征在于，所述氣體包括H2、D2*的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱處理方法，其特征在于，所述氣體還包括02、N2、NH3、N0、N20中的至少一種。
9.一種薄膜熱 處理裝置，其特征在于，其包括: 處理腔室，其設(shè)置有氣體導入口 ； 適于對所述處理腔室進行加熱的加熱裝置； 設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)的基座； 設(shè)置在所述基座上方的適于吸附半導體襯底的吸附裝置； 設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)的紫外光光源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱處理裝置，其特征在于，紫外光的波長為Inm 200nm。
11.一種化學氣相沉積裝置，其特征在于，其包括處理腔室、設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)的紫外光光源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種薄膜的熱處理方法及熱處理裝置、化學氣相沉積裝置，利用低壓化學氣相沉積工藝沉積預(yù)定厚度的薄膜之后，對薄膜進行所述熱處理，其包括以下步驟向具有預(yù)設(shè)溫度、暴露于紫外光下的處理腔室中通入氣體，氣體與薄膜發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明中的熱處理方法能修復(fù)薄膜中的缺陷，且不會造成薄膜結(jié)晶，提高了薄膜的性能。
文檔編號C23C16/56GK103184438SQ20111045628
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者林靜 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司