[發(fā)明專利]氮化硅薄膜的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210266307.7
• 申請(qǐng)日: 2012-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103578937A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李展信
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無(wú)錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/205
• 分類號(hào): H01L21/205;H01L21/318
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 鄧云鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體工藝，特別是涉及一種氮化硅薄膜的制造方法。

背景技術(shù)

SIN（SiN_x，氮化硅）薄膜具有高介電常數(shù)、高絕緣強(qiáng)度和漏電低等優(yōu)良的性能，廣泛應(yīng)用于微電子工藝中作為鈍化、隔離和電容介質(zhì)等。另外SIN膜還具有優(yōu)良的機(jī)械性能和良好的穩(wěn)定性。

通常SIN薄膜的應(yīng)力控制在100~200MPa。在微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）或其他特殊工藝淀積SIN薄膜時(shí)，則需要更低應(yīng)力的SIN薄膜，例如0±50MPa。

多數(shù)化學(xué)氣相沉積（CVD）方法所制得的SIN膜都存在機(jī)械應(yīng)力較大的問(wèn)題，尤其是低壓化學(xué)氣相沉積（LPVD），SIN膜厚只能淀積300nm左右，超過(guò)300nm薄膜就會(huì)開(kāi)裂，甚至脫落。

等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（PECVD）SIN薄膜的應(yīng)力情況較LPVD好一些，但是受各種工藝條件的影響較大。影響的因素包括溫度、氣體流量比以及反應(yīng)壓力等。

傳統(tǒng)的消除PECVD工藝的SIN膜應(yīng)力的方法是采用兩套頻率不同的功率源來(lái)消除應(yīng)力差異。高頻源頻率約幾十MHz，低頻源約幾十到幾百KHz。因?yàn)榈皖l等離子產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，高頻等離子產(chǎn)生張應(yīng)力，通過(guò)調(diào)節(jié)高頻源和低頻源的功率比，使兩個(gè)功率源交替工作，可以使壓縮應(yīng)力和張應(yīng)力相互抵消，從而減小或消除應(yīng)力。

但是在一些機(jī)臺(tái)中，在其他某些工藝條件要滿足特定要求的情況下，單純通過(guò)調(diào)節(jié)高頻源和低頻源的功率比例不能很好地減小應(yīng)力，即不論將高頻源和低頻源的功率調(diào)節(jié)成何種比例，都無(wú)法進(jìn)一步將應(yīng)力降低到特定的要求。

特別地，在NOVELLUS?C1機(jī)臺(tái)上沉積SIN薄膜時(shí)，通常都要在低溫（350℃以下）條件下進(jìn)行，此時(shí)單靠調(diào)節(jié)高低頻功率源的功率的做法已經(jīng)不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要提供一種在350℃以下的低溫條件下制造±50MPa以內(nèi)應(yīng)力的氮化硅薄膜的制造方法。

一種氮化硅薄膜的制造方法，包括在350℃以下的環(huán)境溫度中通入硅烷、氨氣以及稀釋氣體，以生成并沉積形成氮化硅薄膜的步驟，通入硅烷的速率為300~350sccm、通入氨氣的速率為1000sccm；高頻源功率為0.15~0.30KW，低頻源功率為0.15~0.30KW；反應(yīng)壓力為2.3~2.6Torr；反應(yīng)持續(xù)時(shí)間為4~6s。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述環(huán)境溫度為300℃。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，通入硅烷的速率為340sccm、通入氨氣的速率為1000sccm；高頻源功率為0.18KW、低頻源功率為0.25KW；反應(yīng)壓力為2.6Torr；反應(yīng)持續(xù)時(shí)間為5s。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述稀釋氣體為氮?dú)狻?!-- SIPO -->

在其中一個(gè)實(shí)施例中，通入氮?dú)獾乃俾蕿?000sccm。

上述氮化硅薄膜的制造方法給出了低溫條件下生成低應(yīng)力氮化硅薄膜的較佳參數(shù)范圍以及優(yōu)選的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了低溫條件下的低應(yīng)力氮化硅薄膜的制造，能夠更好地滿足需要低應(yīng)力氮化硅薄膜的場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

圖1為一種PECVD淀積機(jī)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2為一實(shí)施例的氮化硅薄膜制造方法對(duì)應(yīng)的壓力-應(yīng)力折線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)氮化硅薄膜的制造方法進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例的氮化硅薄膜的制造方法基于等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD），在PECVD的工藝中，涉及對(duì)溫度、氣體流量、反應(yīng)壓力以及功率源的高頻功率和低頻功率的調(diào)控，使得氮化硅薄膜具有較低的應(yīng)力，本實(shí)施例中，是使氮化硅薄膜具有±50MPa的低應(yīng)力。

如圖1所示，是一種PECVD淀積機(jī)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。該淀積機(jī)臺(tái)10包括反應(yīng)腔110、進(jìn)氣管道120、功率源130、氣壓控制器140以及溫度調(diào)節(jié)器150等等。

待處理的晶圓20放置在基底30上并一起置于反應(yīng)腔110中。通過(guò)溫度、氣壓和功率調(diào)節(jié)，在反應(yīng)腔110中形成氮化硅生成的環(huán)境。

通過(guò)進(jìn)氣管道120可通入各種反應(yīng)氣體，具體在本實(shí)施例中，反應(yīng)氣體包括硅烷（SiH₄）和氨氣（NH₃），并且采用氮?dú)猓∟₂）作為稀釋氣體。圖1中的進(jìn)氣管道120為示意圖，實(shí)際上的進(jìn)氣管道應(yīng)該至少包括上述三種氣體的通氣管道和氣體混合腔體等。

功率源130采用一定比例的高頻功率和低頻功率生成等離子體。

氣壓控制器140以及溫度調(diào)節(jié)器150分別對(duì)反應(yīng)腔110的氣壓和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。