[發(fā)明專利]低應(yīng)力低氫型LPCVD氮化硅

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680028363.3
• 申請日: 2016-05-09
• 公開（公告）號: CN107533974B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: N·S·德拉斯
• 申請（專利權(quán)）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H01L21/318
• 分類號: H01L21/318;C23C16/34;H05K3/02
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙志剛;趙蓉民

在所描述的示例中，一種微電子器件(102)包含高性能氮化硅層，此氮化硅層的化學(xué)計量在2原子百分比(at％)內(nèi)，具有低應(yīng)力為600MPa到1000MPa，并且具有小于5原子百分比的低氫含量，由LPCVD工藝形成。LPCVD工藝使用氨氣NH3和二氯甲硅烷DCS氣體，其比率為4比6，壓力為150毫托至250毫托，并且溫度為800℃至820℃。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及微電子器件，且更具體地，涉及在微電子器件中的氮化硅層。

背景技術(shù)

在微電子器件中，期望形成化學(xué)計量的氮化硅層，其同時具有低于1000兆帕(MPa)的低應(yīng)力(stress)和小于5原子百分比(at％)的低氫含量。這種薄膜將用于各種微電子應(yīng)用中。通過等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)形成的氮化硅薄膜可具有低應(yīng)力但是具有15at％以上的高氫含量，其能引起可靠性問題和差的抗蝕刻性。通過低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)形成的薄膜具有低氫氣含量但是具有1000MPa以上的高應(yīng)力，其能引起器件性能問題。

發(fā)明內(nèi)容

在描述的示例中，微電子器件包含高性能氮化硅層，其化學(xué)計量在2原子百分比(at％)以內(nèi)，具有600MPa至1000MPa的低應(yīng)力，并且具有小于5at％的低氫含量。通過LPCVD工藝形成高性能氮化硅層。LPCVD工藝使用氨氣和二氯甲硅烷氣體，其比率為4比6，壓力為150毫托至250毫托，且溫度為800℃至820℃。

附圖說明

圖1描述在微電子器件上形成高性能氮化硅的示例過程中的LPCVD爐(furnace)，并且圖1A為在圖1的爐內(nèi)的微電子器件上形成的氮化硅層的擴展視圖。

圖2是具有高性能氮化硅層的示例半導(dǎo)體器件的橫截面圖。

圖3A和圖3B是圖2的半導(dǎo)體器件的橫截面圖，在形成的關(guān)鍵階段中描述的。

圖4是具有高性能氮化硅層的示例集成電路的橫截面圖。

圖5A和圖5B是圖4的集成電路的橫截面圖，在制造的關(guān)鍵階段中描述的。

圖6A和圖6B是具有高性能氮化硅層的示例微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的橫截面圖，在制造的關(guān)鍵階段中描述的。

具體實施方式

附圖不按照比率繪制。一些動作(act)可能以不同的順序發(fā)生和/或與其他的動作或事件同時發(fā)生。并非所有說明的動作或事件都需要根據(jù)示例實施例來實現(xiàn)方法。

通過LPCVD工藝形成高性能氮化硅層，其化學(xué)計量在2原子百分比以內(nèi)，具有600MPa到1000MPa的低應(yīng)力，并且具有小于5原子百分比的低氫含量。LPCVD工藝使用氨氣和二氯甲硅烷氣體，其比率為4比6，壓力為150毫托到250毫托，且溫度為800℃到820℃。沒有預(yù)期通過公開的工藝條件提供化學(xué)計量、低應(yīng)力和低氫含量的組合，而該組合在LPCVD工藝研究中發(fā)現(xiàn)。針對本公開的目的，化學(xué)計量的氮化硅具有3:4的硅：氮的原子比。

圖1描述在微電子器件上形成高性能氮化硅的示例過程中的LPCVD爐。LPCVD爐100包含(hold)在舟(boat)104中的襯底(例如半導(dǎo)體晶片)上的微電子器件102。舟104包含在LPCVD爐100的反應(yīng)室106中。通過放置在反應(yīng)室106周圍的LPCVD爐100的加熱元件108加熱反應(yīng)室106至800℃到820℃的溫度。以4：6的比率將氨氣(NH₃)和二氯甲硅烷(DCS)氣體引進(jìn)到反應(yīng)室106。在反應(yīng)室106內(nèi)部的壓力通過排氣系統(tǒng)110(例如包括排氣泵和可調(diào)節(jié)排氣閥的結(jié)合)維持在150毫托到250毫托。如圖1A的擴展視圖中所示，通過氨氣中的氮與二氯甲硅烷中的硅的反應(yīng)，在微電子器件102上形成高性能氮化硅層112。高性能氮化硅層112的形成繼續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到所需厚度。隨后，停止氨氣和二氯甲硅烷的氣流，并且從LPCVD爐100中提取微電子器件102。