氮化硅薄膜的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种氮化硅薄膜的制造方法，包括在350℃以下的环境温度中通入硅烷、氨气以及氮气，以生成并沉积形成氮化硅薄膜的步骤，其中通入硅烷的速率为300~350sccm、通入氨气的速率为1000sccm、通入氮气的速率为1000sccm；高频源功率为0.15~0.30KW，低频源功率为0.15~0.30KW；反应压力为2.3~2.6Torr；反应持续时间为4~6s。上述氮化硅薄膜的制造方法给出了低温条件下生成低应力氮化硅薄膜的较佳参数范围以及优选的参数，实现了低温条件下的低应力氮化硅薄膜的制造，能够更好地满足需要低应力氮化硅薄膜的场合。
【专利说明】氮化硅薄膜的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体工艺，特别是涉及一种氮化硅薄膜的制造方法。
【背景技术】
[0002]SIN (SiNx，氮化硅)薄膜具有高介电常数、高绝缘强度和漏电低等优良的性能，广 泛应用于微电子工艺中作为钝化、隔离和电容介质等。另外SIN膜还具有优良的机械性能 和良好的稳定性。
[0003]通常SIN薄膜的应力控制在10(T200MPa。在微电子机械系统(MEMS)或其他特殊 工艺淀积SIN薄膜时，则需要更低应力的SIN薄膜，例如0±50MPa。
[0004]多数化学气相沉积(CVD)方法所制得的SIN膜都存在机械应力较大的问题，尤其 是低压化学气相沉积(LPVD)，SIN膜厚只能淀积300nm左右，超过300nm薄膜就会开裂，甚
至脱落。
[0005]等离子增强化学气相淀积(PECVD) SIN薄膜的应力情况较LPVD好一些，但是受各 种工艺条件的影响较大。影响的因素包括温度、气体流量比以及反应压力等。
[0006]传统的消除PECVD工艺的SIN膜应力的方法是采用两套频率不同的功率源来消除 应力差异。高频源频率约几十MHz，低频源约几十到几百KHz。因为低频等离子产生压缩应 力，高频等离子产生张应力，通过调节高频源和低频源的功率比，使两个功率源交替工作， 可以使压缩应力和张应力相互抵消，从而减小或消除应力。
[0007]但是在一些机台中，在其他某些工艺条件要满足特定要求的情况下，单纯通过调 节高频源和低频源的功率比例不能很好地减小应力，即不论将高频源和低频源的功率调节 成何种比例，都无法进一步将应力降低到特定的要求。
[0008]特别地，在N0VELLUS Cl机台上沉积SIN薄膜时，通常都要在低温(350°C以下)条 件下进行，此时单靠调节高低频功率源的功率的做法已经不能满足要求。
【发明内容】
[0009]基于此，有必要提供一种在350°C以下的低温条件下制造±50MPa以内应力的氮 化硅薄膜的制造方法。
[0010]一种氮化硅薄膜的制造方法，包括在350°C以下的环境温度中通入硅烷、氨气以及 稀释气体，以生成并沉积形成氮化硅薄膜的步骤，通入硅烷的速率为30(T350SCCm、通入氨 气的速率为IOOOsccm ;高频源功率为0.15?0.30KW，低频源功率为0.15?0.30KW ;反应压力 为2.3?2.6Torr ;反应持续时间为4?6s。
[0011]在其中一个实施例中，所述环境温度为300°C。
[0012]在其中一个实施例中，通入硅烷的速率为340sccm、通入氨气的速率为IOOOsccm ； 高频源功率为0.18KW、低频源功率为0.25KW ;反应压力为2.6Torr ;反应持续时间为5s。
[0013]在其中一个实施例中，所述稀释气体为氮气。
[0014]在其中一个实施例中，通入氮气的速率为lOOOsccm。[0015]上述氮化硅薄膜的制造方法给出了低温条件下生成低应力氮化硅薄膜的较佳参 数范围以及优选的参数，实现了低温条件下的低应力氮化硅薄膜的制造，能够更好地满足 需要低应力氮化硅薄膜的场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为一种PECVD淀积机台的结构简图；
[0017]图2为一实施例的氮化硅薄膜制造方法对应的压力-应力折线图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和实施例对氮化硅薄膜的制造方法进行进一步说明。
[0019]本实施例的氮化硅薄膜的制造方法基于等离子增强化学气相沉积(PECVD)，在 PECVD的工艺中，涉及对温度、气体流量、反应压力以及功率源的高频功率和低频功率的调 控，使得氮化硅薄膜具有较低的应力，本实施例中，是使氮化硅薄膜具有±50MPa的低应 力。
[0020]如图1所示,是一种PECVD淀积机台的结构简图。该淀积机台10包括反应腔110、 进气管道120、功率源130、气压控制器140以及温度调节器150等等。
[0021]待处理的晶圆20放置在基底30上并一起置于反应腔110中。通过温度、气压和 功率调节，在反应腔110中形成氮化硅生成的环境。
[0022]通过进气管道120可通入各种反应气体，具体在本实施例中，反应气体包括硅烷 (SiH4)和氨气(NH3),并且采用氮气(N2)作为稀释气体。图1中的进气管道120为示意图， 实际上的进气管道应该至少包括上述三种气体的通气管道和气体混合腔体等。
[0023]功率源130采用一定比例的高频功率和低频功率生成等离子体。
[0024]气压控制器140以及温度调节器150分别对反应腔110的气压和温度进行调节和 控制。
[0025]根据实验及理论，PECVD工艺的SIN应力跟工艺条件如温度、气体流量、反应压力 等有着密切的关系，反映在淀积的膜本身的物理参量上为膜的含H量、折射率、Si/N比以及 致密性等。
[0026]本实施例中，要求在350 °C，特别地，是在300°C的低温条件下，生成应力为 ±50MPa以内的氮化硅薄膜。由于在低温条件下SiH4的反应活性下降得比NH3更为厉害， 相比以往的高温反应条件，参数的调节方向变得难以预测。
[0027]本实施例以N0VELLUS Cl机台为例，给出在低温条件下生成上述低应力的氮化硅 薄膜的较佳参数范围以及优选参数。
[0028]具体是:
[0029]通入硅烷的速率为30(T350sccm、通入氨气的速率为lOOOsccm、通入氮气的速率 为 IOOOsccm ；
[0030]高频源功率为0.15?0.30KW,低频源功率为0.15?0.30KW ；
[0031 ] 反应压力为2.3?2.6Torr ；
[0032]反应持续时间为4?6s。
[0033]其中sccm是半导体工艺中的常用单位，意为标况毫升每分，即常温常压下每分钟的毫升数，是气体通入的速率单位。Torr是气压单位，即毫米萊柱。每Torr为1.33MPa,
2.3?2.6Torr 即为 3.06?3.46MPa。
[0034]优选地:
[0035]通入硅烷的速率为340sccm、通入氨气的速率为lOOOsccm、通入氮气的速率为 IOOOsccm ；
[0036]高频源功率为0.18KW、低频源功率为0.25KW ；
[0037]反应压力为2.0Torr ；
[0038]反应持续时间为5s。
[0039]参考图2，是在通入硅烷的速率为340sccm、通入氨气的速率为lOOOsccm、通入氮 气的速率为lOOOsccm ;高频源功率为0.18KW、低频源功率为0.25KW时的压力-应力折线图。
[0040]可以看到在反应压力为2.3?2.6T0rr时，所得到的氮化硅薄膜的应力较小，在
2.6Torr时达到最小,而超过2.6Torr之后会迅速增大。
[0041]虽然通过考察SIN薄膜应力单独与温度、气体流量、反应压力以及高低频功率比 的关系，可以了解调节各项参数时的应力变化的大致趋势，然而具体到机台中时，其菜单的 调节可能受到各种因素的影响。多种因素相互作用将会使得工艺条件的选取变得难以预 测，而且在调节中，应力变化趋势还可能出现反转，这会使得应力难以达到要求。
[0042]上述实施例中给出了低温条件下生成低应力氮化硅薄膜的较佳参数范围以及优 选的参数，实现了低温条件下的低应力氮化硅薄膜的制造，能够更好地满足需要低应力氮 化硅薄膜的场合。
[0043]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种氮化硅薄膜的制造方法，包括在350°C以下的环境温度中通入硅烷、氨气和稀 释气体，以生成并沉积形成氮化硅薄膜的步骤，其特征在于，通入硅烷的速率为30(T350sccm、通入氨气的速率为IOOOsccm ；高频源功率为0.15?0.30KW，低频源功率为0.15?0.30KW ；反应压力为2.3?2.0Torr ；反应持续时间为4?6s。
2.根据权利要求1所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述环境温度为 300。。。
3.根据权利要求1所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，通入硅烷的速率为340sccm、通入氨气的速率为IOOOsccm ；高频源功率为0.18KW、低频源功率为0.25KW ；反应压力为2.6Torr ；反应持续时间为5s。
4.根据权利要求1至3任一项所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，所述稀释气 体为氮气。
5.根据权利要求4所述的氮化硅薄膜的制造方法，其特征在于，通入氮气的速率为 1000sccmo
【文档编号】H01L21/205GK103578937SQ201210266307
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月30日 优先权日:2012年7月30日
【发明者】李展信 申请人:无锡华润上华半导体有限公司