专利名称：低温光化学气相淀积二氧化硅、氮化硅薄膜技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低温、低压、无高能离子损伤的淀积二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)薄膜的光CVD技术。
光化学气相淀积(光-CVD)的原理是利用紫外光的光子能量使反应气体分子分解，通过光化学反应生成二氧化硅，氮化硅等介质分子，由于物理吸附和化学吸附淀积在半导体材料的衬底上。该二氧化硅(SiO2)，氮化硅(SiN)薄膜可用作半导体器件低温钝化、低温介质隔离、及离子注入的低温掩膜等。目前，国外已有关于光CVD技术及其装置的报导，如WO-8705-055(系美国休斯航空公司us4.371.587专利)，但该项专利所述的技术存在着沉积薄膜的质量全面特性差，如介电强度小，腐蚀速度大，附着力小及应力大等不足。
本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提出能在低温条件下淀积优质SiO2及SiN薄膜的技术。
实现本发明目的技术方案是用紫外汞敏化原理分解反应气体，在低于200℃条件下，通过硅烷(SiH4)-笑气(N2O)及硅烷(SiH4)-氨气(NH3)混合气体的光化学反应分别淀积SiO2，SiN薄膜，淀积反应式为
其中SiH4、N2O、NH3为原料气体，Hg(汞)为光敏化剂，hν为紫外光源(低压汞灯)253.7nm波长的能量。
本发明的淀积工艺条件SiO2淀积温度100-200℃淀积压力40-60Pa气体流量SiH4(高纯，浓度5%，充氮)500ml/minN2O(高纯)750ml/minSiN淀积温度150-200℃淀积压力40-60Pa气体流量SiH4(高纯，浓度5%，充氮)500ml/minNH3(电子纯)780ml/min实现本发明工艺条件所用的设备是PVD-270-1型光CVD设备，是由国内西安电子科技大学与新化无线电设备厂联合生产的。
本发明的工艺过程将半导体芯片放在样品台上;关闭反应室抽真空至0.1Pa，同时加热衬底到所需设定温度;放入反应气体(其流量预值设定)，并用尾气调节淀积压力;接通低压汞灯进行光照;向反应室放入高纯氮气，待与大气压平衡后打开反应室，取片;测量淀积薄膜的主要特性即用激光椭偏仪测量淀积薄膜厚度、折射率、厚度均匀性;用1∶10的氢氟酸(HF)溶液腐蚀薄膜，测量腐蚀速率。
本发明的淀积薄膜特性淀积薄膜 SiO2SiN折射率 1.45-1.47 1.8-2.2密度(g/cm3) 2.0-2.2 2.0-2.4介电常数 3.9 5介电强度(MV/cm) ＞8 ＞5针孔密度(1500 .个/cm2) ＜10 ＜10附着力(107Pa) ＞6.3 ＞0.5应力(108Pa) ＜1.54 ＜6腐蚀速率( /S) ＜30 ＜50成份 SiO2SixNyOz
以下给出本发明的附图
和实施例图示是本发明的气路图。几种反应气体分别经过各自的高效过滤器(1)过滤后进入相应的质量流量控制器(2)，再汇集到混合器(3)混合，而后携带汞光敏化剂进入反应室(4)，开启光照进行光化学气相淀积反应。反应过程中产生的粉尘由高效粒子扑集器(5)扑集，剩余气体由真空泵(6)排出室外。为了降低淀积工艺成本，本发明在使用工业氨气时，通过气路系统中的冷阱(7)冻结氨气中微量水分，以提高氮化硅薄膜的质量。
本发明的工艺条件适合于一切半导体器件，以下仅列举两个实施例。
例1，用SiO2、SiN双层膜钝化硅大功率晶体管(3DD102)，其工艺条件为淀积SiO2淀积温度150℃淀积压力50Pa气体流量SiH4(高纯，浓度5%，充氮)500ml/minN2O(高纯)750ml/min在其上淀积SiN淀积温度200℃淀积压力50Pa气体流量SiH4(高纯，浓度5%，充氮)500ml/minNH3(电子纯)780ml/min.
例2，用SiO2钝化HgCdTe探测器，其工艺条件为淀积温度100℃淀积压力40Pa气体流量SiH4(高纯，浓度5%充氮)500ml/minN2O(高纯)750ml/min.
本发明具有如下优点淀积薄膜的质量全面特性好。如介电强度，腐蚀速率，附着力及应力均超过美国与日本的同类技术，单片淀积均匀性，片间淀积均匀性及最大淀积速率等淀积参数也优于美国和日本。具体特性和参数的对照如下表所示
光CVD二氧化硅和氮化硅的淀积参数、薄膜特性对比
参考文献[1]"Solid State Technology"，Vol.25，No.12，December 1982，pp.29-30.M&E，1985，No.12.
权利要求
1.一种低温光化学气相淀积二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)薄膜的技术，是采用紫外光汞敏化原理分解反应气体，在低温条件下通过混合气体的光化学反应分别淀积二氧化硅(SiO2)及氮化硅(SiN)薄膜，其特征在于a.淀积SiO2，SiN薄膜的工艺条件分别为SiO2淀积温度100-200℃淀积压力40-60 Pa气体流量SiH4(高纯，浓度5%，充氮)500ml/min，N2O(高纯)750ml/minSiN淀积温度150-200℃淀积压力40-50Pa气体流量SiH4(高纯，浓度5%，充氮)500ml/minNH3(电子纯)780ml/minb.淀积SiO2及SiN薄膜的工艺过程是先将半导体芯片放在样品台上，再关闭反应室，抽真空至0.1Pa，同时加热衬底到所需设定温度，然后接通低压汞灯进行光照，最后向反应室放入高纯氮气，待与大气压平衡后打开反应室取片，测量淀积薄膜的主要特性。
2.根据权利要求1所述的技术，其特征在于进入反应室的各路气体首先要分别经过各自的高效过滤器后，再进入相应的质量流量控制器，然后各路气体同时进入混合器混合，而后携带汞光敏化剂进入反应室。
全文摘要
本发明涉及一种光化学气相淀积(光CVD)技术。该技术采用紫外光汞敏化原理分解反应气体，在低于200℃条件下，通过硅烷(SiH用本发明在低温条件下淀积的SiO2、SiN介质膜可对半导体器件进行表面钝化，介质隔离和扩散掩蔽。
文档编号C23C16/40GK1055014SQ90101490
公开日1991年10月2日 申请日期1990年3月17日 优先权日1990年3月17日
发明者孙建成 申请人:西安电子科技大学