氮化硅薄膜的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開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、氨氣以及氮?dú)?，以生成并沉積形成氮化硅薄膜的步驟，其中通入硅烷的速率為300~350sccm、通入氨氣的速率為1000sccm、通入氮?dú)獾乃俾蕿?000sccm；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)時間為4~6s。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)力氮化硅薄膜的場合。
【專利說明】氮化硅薄膜的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]SIN (SiNx，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。
[0003]通常SIN薄膜的應(yīng)力控制在10(T200MPa。在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)或其他特殊 工藝淀積SIN薄膜時，則需要更低應(yīng)力的SIN薄膜，例如0±50MPa。
[0004]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300nm薄膜就會開裂，甚
至脫落。
[0005]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。
[0006]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，通過調(diào)節(jié)高頻源和低頻源的功率比，使兩個功率源交替工作， 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。
[0007]但是在一些機(jī)臺中，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，都無法進(jìn)一步將應(yīng)力降低到特定的要求。
[0008]特別地，在N0VELLUS Cl機(jī)臺上沉積SIN薄膜時，通常都要在低溫(350°C以下)條 件下進(jìn)行，此時單靠調(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】

[0009]基于此，有必要提供一種在350°C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。
[0010]一種氮化硅薄膜的制造方法，包括在350°C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30(T350SCCm、通入氨 氣的速率為IOOOsccm ;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)時間為4?6s。
[0011]在其中一個實(shí)施例中，所述環(huán)境溫度為300°C。
[0012]在其中一個實(shí)施例中，通入硅烷的速率為340sccm、通入氨氣的速率為IOOOsccm ； 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)時間為5s。
[0013]在其中一個實(shí)施例中，所述稀釋氣體為氮?dú)狻?br> [0014]在其中一個實(shí)施例中，通入氮?dú)獾乃俾蕿閘OOOsccm。[0015]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)力氮化硅薄膜的場合。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為一種PECVD淀積機(jī)臺的結(jié)構(gòu)簡圖；
[0017]圖2為一實(shí)施例的氮化硅薄膜制造方法對應(yīng)的壓力-應(yīng)力折線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對氮化硅薄膜的制造方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0019]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。
[0020]如圖1所示,是一種PECVD淀積機(jī)臺的結(jié)構(gòu)簡圖。該淀積機(jī)臺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。
[0021]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。
[0022]通過進(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)?N2)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。
[0023]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。
[0024]氣壓控制器140以及溫度調(diào)節(jié)器150分別對反應(yīng)腔110的氣壓和溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和 控制。
[0025]根據(jù)實(shí)驗(yàn)及理論，PECVD工藝的SIN應(yīng)力跟工藝條件如溫度、氣體流量、反應(yīng)壓力 等有著密切的關(guān)系，反映在淀積的膜本身的物理參量上為膜的含H量、折射率、Si/N比以及 致密性等。
[0026]本實(shí)施例中，要求在350 °C，特別地，是在300°C的低溫條件下，生成應(yīng)力為 ±50MPa以內(nèi)的氮化硅薄膜。由于在低溫條件下SiH4的反應(yīng)活性下降得比NH3更為厲害， 相比以往的高溫反應(yīng)條件，參數(shù)的調(diào)節(jié)方向變得難以預(yù)測。
[0027]本實(shí)施例以N0VELLUS Cl機(jī)臺為例，給出在低溫條件下生成上述低應(yīng)力的氮化硅 薄膜的較佳參數(shù)范圍以及優(yōu)選參數(shù)。
[0028]具體是:
[0029]通入硅烷的速率為30(T350sccm、通入氨氣的速率為lOOOsccm、通入氮?dú)獾乃俾?為 IOOOsccm ；
[0030]高頻源功率為0.15?0.30KW,低頻源功率為0.15?0.30KW ；
[0031 ] 反應(yīng)壓力為2.3?2.6Torr ；
[0032]反應(yīng)持續(xù)時間為4?6s。
[0033]其中sccm是半導(dǎo)體工藝中的常用單位，意為標(biāo)況毫升每分，即常溫常壓下每分鐘的毫升數(shù)，是氣體通入的速率單位。Torr是氣壓單位，即毫米萊柱。每Torr為1.33MPa,
2.3?2.6Torr 即為 3.06?3.46MPa。
[0034]優(yōu)選地:
[0035]通入硅烷的速率為340sccm、通入氨氣的速率為lOOOsccm、通入氮?dú)獾乃俾蕿?IOOOsccm ；
[0036]高頻源功率為0.18KW、低頻源功率為0.25KW ；
[0037]反應(yīng)壓力為2.0Torr ；
[0038]反應(yīng)持續(xù)時間為5s。
[0039]參考圖2，是在通入硅烷的速率為340sccm、通入氨氣的速率為lOOOsccm、通入氮 氣的速率為lOOOsccm ;高頻源功率為0.18KW、低頻源功率為0.25KW時的壓力-應(yīng)力折線圖。
[0040]可以看到在反應(yīng)壓力為2.3?2.6T0rr時，所得到的氮化硅薄膜的應(yīng)力較小，在
2.6Torr時達(dá)到最小,而超過2.6Torr之后會迅速增大。
[0041]雖然通過考察SIN薄膜應(yīng)力單獨(dú)與溫度、氣體流量、反應(yīng)壓力以及高低頻功率比 的關(guān)系，可以了解調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)時的應(yīng)力變化的大致趨勢，然而具體到機(jī)臺中時，其菜單的 調(diào)節(jié)可能受到各種因素的影響。多種因素相互作用將會使得工藝條件的選取變得難以預(yù) 測，而且在調(diào)節(jié)中，應(yīng)力變化趨勢還可能出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，這會使得應(yīng)力難以達(dá)到要求。
[0042]上述實(shí)施例中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 化硅薄膜的場合。
[0043]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種氮化硅薄膜的制造方法，包括在350°C以下的環(huán)境溫度中通入硅烷、氨氣和稀 釋氣體，以生成并沉積形成氮化硅薄膜的步驟，其特征在于，通入硅烷的速率為30(T350sccm、通入氨氣的速率為IOOOsccm ；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?2.0Torr ；反應(yīng)持續(xù)時間為4?6s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述環(huán)境溫度為 300。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，通入硅烷的速率為340sccm、通入氨氣的速率為IOOOsccm ；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)時間為5s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述稀釋氣 體為氮?dú)狻?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，通入氮?dú)獾乃俾蕿?1000sccmo
【文檔編號】H01L21/205GK103578937SQ201210266307
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月30日
【發(fā)明者】李展信 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司