提高氮化硅耐腐蚀性的方法和半导体器件的制备方法与流程

本发明涉及一种半导体制作技术领域，特别是涉及提高氮化硅耐腐蚀性的方法和半导体器件的制备方法。

背景技术：

氮化硅是一种在半导体制作中常见的介电材料。在目前的半导体制作中，氮化硅主要是以低压化学气相沉积(low-pressurecvd，lpcvd)或等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhancedcvd，pecvd)所形成。但是在mems制作工艺中，需要沉积较厚的氮化硅层时，则选用等离子体增强化学气相沉积pecvd的方式来形成氮化硅层。但是，湿法刻蚀工艺时，pecvd氮化硅层的腐蚀速率快，缓冲氧化物刻蚀液(boe)等溶液比较容易沿着氮化硅层和其它膜层(低压化学气相沉积而成的氮化硅层lpsin或多晶硅层)的界面钻蚀进去，在界面处形成横向钻蚀。

技术实现要素：

基于此，有必要针对腐蚀速率快，在氮化硅截面容易形成横向钻蚀问题，提供一种在湿法刻蚀工艺中耐腐蚀性强，且能够减小氮化硅层界面的横像钻蚀现象的提高氮化硅耐腐蚀性的方法和半导体器件的制备方法。

一种提高氮化硅耐腐蚀性的方法，包括：

提供半导体基板；

在所述半导体基板上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层；所述氮化硅层是以氨气和硅烷为反应物沉积而成，所述硅烷与氨气的气体流量比值范围为3～6；

对所述氮化硅层进行退火处理；

对所述氮化硅层进行湿法刻蚀并腐蚀部分所述基板。

上述提高氮化硅耐腐蚀性的方法，包括：提供半导体基板；在所述半导体基板上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层；所述氮化硅层是以氨气和硅烷为反应物沉积而成，所述硅烷与氨气的气体流量比值范围为3～6；对所述氮化硅层图形化后进行退火处理。通过上述方法，氮化硅(pesin)的耐腐蚀性增强、氮化硅层与之相邻的膜层(lpsin层、多晶硅层或氧化层)的粘附性增强、同时也减小了氮化硅层在湿法刻蚀等工艺后界面的横向钻蚀尺寸。

在其中一个实施例中，所述氮化硅层的厚度为1微米～3微米。

在其中一个实施例中，所述退火处理的工艺为氮气退火或激光退火。

在其中一个实施例中，所述氮气退火的温度范围为400～800℃；所述氮气退火的持续时长范围为30分钟～120分钟。

在其中一个实施例中，所述湿法刻蚀的刻蚀溶液为缓冲氧化物刻蚀剂或氢氟酸。

此外，还提供一种半导体器件的制备方法，包括：

提供半导体基板；

在所述半导体基板上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层；所述氮化硅层是以氨气和硅烷为反应物沉积而成，所述硅烷与氨气的气体流量比值范围为3～6；

对所述氮化硅层进行干法刻蚀图形化；

对所述氮化硅层进行退火处理；

对所述氮化硅层结构进行湿法刻蚀并腐蚀部分所述基板。

在其中一个实施例中，所述氮化硅层的厚度为1微米～3微米。

在其中一个实施例中，所述退火处理的工艺为氮气退火或激光退火

在其中一个实施例中，所述氮气退火的温度范围为400～800℃；所述氮气退火的持续时长范围为30分钟～120分钟。

在其中一个实施例中，所述湿法刻蚀的刻蚀溶液为缓冲氧化物刻蚀剂或氢氟酸。

附图说明

图1为一个实施例中提高氮化硅耐腐蚀性的方法流程图；

图2为一个实施例中氮化硅层的剖视图；

图3为一个实施例中氮化硅层退火处理后的截面放大图；

图4为一个实施例中氮化硅层未退火处理后的截面放大图；

图5为另一个实施例中氮化硅层退火处理后的截面放大图；

图6为一个实施例中半导体器件的制备方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种降低氮化硅腐蚀速率的方法，包括：

步骤s110：提供半导体基板。

参考图2，提供半导体基板100，在一个实施例中，半导体基板包括依次层叠的硅衬底、氧化层(低压氮化硅层lpsin或多晶硅层)。当然，半导体基板还可能包含数层金属内连线或是数个电性上相互连接的半导体器件，如mos管、电阻、逻辑组件、mems麦克风背板底层结构等，为方便起见，半导体基板仅以标号100代表。

步骤s120：采用等离子体增强化学气相沉积法在所述半导体基板上沉积氮化硅层；所述氮化硅层是以氨气和硅烷为反应物沉积而成，所述硅烷与氨气的气体流量比值范围为3～6。

采用apply的p5000设备等离子体增强化学气相沉积(pecvd)在基板上沉积形成氮化硅层102。等离子体增强化学气相沉积(pecvd)，是在低真空的条件下，利用硅烷气体、氨气和氮气，通过射频电场而产生辉光放电形成等离子体，以增强化学反应，从而降低沉积温度，可在常温至400℃条件下，沉积氮化硅层102。其中，氮化硅层102是以氨气和硅烷为反应物沉积而成。

在一个实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积技术来制备氮化硅层时，通过的气体及其流量为：硅烷与氨气的气体流量比值为3：1。其他气体(如氮气等)的气体流量可根据实际需求来设定。

在一个实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积技术来制备氮化硅层时，通过的气体及其流量为：硅烷与氨气的气体流量比值为6：1。其他气体(如氮气等)的气体流量可根据实际需求来设定。

通过大量试验表明，硅化物中硅的含量越高，耐腐蚀性就越好，本发明实施例通过合理控制离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值，将硅烷和氨气的气体流量比值在控制在3：1～6：1之间，不但可以能降低氮化硅层102在酸中的腐蚀速率，提高氮化硅层102在酸中的耐腐蚀性，同时还可以减小氮化硅层102和多晶硅层等接触界面在酸中的横像钻蚀。

采用cf4/chf3或者sf6对氮化硅层102进行图形化干法刻蚀时，氮化硅层102的厚度d，参考图2，其厚度d大约在1μm～3μm之间。

步骤s130：对所述氮化硅层进行退火处理。

对图形化干法刻蚀后的氮化硅层102进行退火处理。其退火方式可以为氮气退火或激光退火。采用氮气退火工艺退火时，其退火温度的范围为400～800℃，退火持续时间为30分钟～120分钟。

在一个实施例中，氮化硅层102在进行有图形的干法刻蚀时，待图形刻蚀完成后，采用氮气退火的方式进行退火处理。升温前，向石英管退火炉内冲入纯度为99.999％的氮气并保持一段时间，将氮化硅层102置于石英舟上推入石英炉内，在氮气氛围下升温到420℃，保持30分钟，断开加热电源，氮化硅层102在石英炉内在无任何外加冷却措施的条件通过石英管退火炉自身散热冷却至室温。

在一个实施例中，氮化硅层102在进行有图形的湿法刻蚀时，待图形刻蚀完成后，采用氮气退火的方式进行退火处理。升温前，向石英管退火炉内冲入纯度为99.999％的氮气并保持一段时间，将氮化硅层102置于石英舟上推入石英炉内，在氮气氛围下升温到700℃，保持60分钟，断开加热电源，氮化硅层102在石英炉内在无任何外加冷却措施的条件通过石英管退火炉自身散热冷却至室温。在其他实施例中，可以根据实际需求选择合适的退火温度和退火持续时间，其中，退火温度的范围为400～800℃，退火持续时间为30分钟～120分钟。在其他实施例中，还可以将不同的退火温度、退火持续时间与步骤s120中所述硅烷与氨气的气体流量比值进行任意组合。

在一个实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积技术在基板上沉积氮化硅层102时，通过的气体及其流量为：硅烷与氨气的气体流量比值为5：1。氮化硅层102在进行有图形的湿法刻蚀时，待图形刻蚀完成后，采用氮气退火的方式进行退火处理。采用氮气退火的方式进行退火处理。升温前，向石英管退火炉内冲入纯度为99.999％的氮气并保持一段时间，将氮化硅层102置于石英舟上推入石英炉内，在氮气氛围下升温到750℃，保持100分钟，断开加热电源，氮化硅层102在石英炉内在无任何外加冷却措施的条件通过石英管退火炉自身散热冷却至室温。

步骤s140：对所述氮化硅层进行湿法刻蚀并腐蚀部分所述基板。

对退火处理后的氮化硅层进行湿法刻蚀，其湿法刻蚀的刻蚀溶液为缓冲氧化物刻蚀剂(bufferedoxideetchant，boe)或49％氢氟酸(hf)。对氮化硅层102进行湿法刻蚀时，将缓冲氧化物刻蚀剂或49％氢氟酸注入至干法刻蚀而成的图形中，缓冲氧化物刻蚀剂或49％氢氟酸会慢速或轻微腐蚀氮化硅层，并通过干法刻蚀的氮化硅图形孔径快速腐蚀掉基版100上的氧化层。具体地，对所述氮化硅层进行湿法刻蚀的时长范围为45～55分钟。

传统的离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为2：1，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂的腐蚀速率为89～100a/min之间。而在本发明实施例中，经过大量的试验统计得出，当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为3：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为48～58a/min之间；当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为4：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为32～36a/min之间；当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为5：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为12～16a/min之间；当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为5：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为8～10a/min之间。其中，1a＝0.1纳米(nm)＝10^-10m。

如图3所示，退火工艺处理后(在氮气氛围下升温到420℃，保持30分钟)的氮化硅层102在湿法刻蚀工艺后界面(氮化硅层与多晶硅之间的界面)的横向钻蚀减小到1.3um，而且经过退火处理后的氮化硅层102很难被胶带粘掉。而传统的不经过退火工艺处理的氮化硅层102在湿法刻蚀工艺后界面的横向钻蚀为1.8～2um，参考图4，而且不经过退火处理的氮化硅层102在湿法刻蚀等工艺后较容易被胶带粘掉，其粘附性差。

如图5所示，退火工艺处理后(在氮气氛围下升温到700℃，保持60分钟)的氮化硅层102在湿法刻蚀工艺后界面(氮化硅层102与多晶硅之间的界面)的横向钻蚀减小到0.3um，而且经过高温退火后氮化硅层很难被胶带粘掉。

通过上述方法制备的氮化硅层102，可以明显增强氮化硅层102与多晶硅层(或氧化层)等膜层的粘附性，并进一步减小氮化硅层102在湿法刻蚀等工艺后界面的横向钻蚀尺寸。氮化硅层102的耐腐蚀性增强、氮化硅层102与之相邻的膜层(lpsin、多晶硅层或氧化层)的粘附性增强、减小了氮化硅层102在湿法刻蚀等工艺后界面的横向钻蚀尺寸。

此外，还提供一种半导体器件的制备方法，在一个实施例中，半导体器件为mems麦克风背板，mems麦克风背板的制备方法，包括：

步骤s610：提供半导体基板。

提供半导体基板。在一个实施例中，半导体基板为叠层的半导体衬底、多晶硅层、低压氮化硅层。半导体基板还可以为半导体衬底、多晶硅层，半导体衬底还可以仅为半导体衬底。

步骤s620：在所述多晶硅层上采用等离子体增强化学气相沉积法沉积氮化硅层；所述氮化硅层是以氨气和硅烷为反应物沉积而成，所述硅烷与氨气的气体流量比值范围为3～6。

采用等离子体增强化学气相沉积(pecvd)在基板上沉积形成氮化硅层。等离子体增强化学气相沉积(pecvd)，是在低真空的条件下，利用硅烷气体、氨气和氮气，通过射频电场而产生辉光放电形成等离子体，以增强化学反应，从而降低沉积温度，可在常温至400℃条件下，沉积氮化硅层。其中，氮化硅层是以氨气和硅烷为反应物沉积而成。

在一个实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积技术来制备氮化硅层时，通过的气体及其流量为：硅烷与氨气的气体流量比值为3：1。其他气体(如氮气等)的气体流量可根据实际需求来设定。

在一个实施例中，采用等离子体增强化学气相沉积技术来制备氮化硅层时，通过的气体及其流量为：硅烷与氨气的气体流量比值为6：1。其他气体(如氮气等)的气体流量可根据实际需求来设定。

通过大量试验表明，硅化物中硅的含量越高，耐腐蚀性就越好，本发明实施例通过合理控制离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值，将硅烷和氨气的气体流量比值在控制在3：1～6：1之间，不但可以能降低氮化硅层在酸中的腐蚀速率，提高氮化硅层在酸中的耐腐蚀性，同时还可以减小氮化硅层和多晶硅层等接触界面在湿法刻蚀工艺中的横像钻蚀。

的氮化硅层的厚度大约在1μm～3μm之间。

步骤s630：对所述氮化硅层进行干法刻蚀图形化。

采用cf4/chf3或者sf6干法刻蚀氮化硅层，也即，采用干法刻蚀对氮化硅层进行图形化处理，在进行干法刻蚀的过程中需要使用光刻胶作为掩膜，进而在氮化硅层上刻蚀出通孔阵列，形成mems麦克风背板中的通孔。

步骤s640：对所述氮化硅层进行退火处理。

对干法刻蚀后形成目标图形的氮化硅进行退火处理。其退火方式可以为氮气退火或激光退火。采用氮气退火工艺退火时，其退火温度的范围为400～800℃，退火持续时间为30分钟～120分钟。

在一个实施例中，采用氮气退火的方式进行退火处理。升温前，向石英管退火炉内冲入纯度为99.999％的氮气并保持一段时间，将氮化硅层置于石英舟上推入石英炉内，在氮气氛围下升温到420℃，保持30分钟，断开加热电源，氮化硅层在石英炉内在无任何外加冷却措施的条件通过石英管退火炉自身散热冷却至室温。

在一个实施例中，采用氮气退火的方式进行退火处理。升温前，向石英管退火炉内冲入纯度为99.999％的氮气并保持一段时间，将氮化硅层置于石英舟上推入石英炉内，在氮气氛围下升温到700℃，保持60分钟，断开加热电源，氮化硅层在石英炉内在无任何外加冷却措施的条件通过石英管退火炉自身散热冷却至室温。在其他实施例中，可以根据实际需求选择合适的退火温度和退火持续时间，其中，退火温度的范围为400～800℃，退火持续时间为30分钟～120分钟。通过一段时间的退火处理，可以明显增强氮化硅层与多晶硅层(或氧化层)等膜层的粘附性，并进一步减小氮化硅层在湿法刻蚀等工艺后界面的横向钻蚀尺寸。

在其他实施例中，还可以将不同的退火温度、退火持续时间与步骤s620中所述硅烷与氨气的气体流量比值进行任意组合。

步骤s650：对所述氮化硅层结构进行湿法刻蚀并腐蚀部分所述基板。

对退火处理后的氮化硅层进行湿法刻蚀，其湿法刻蚀的刻蚀溶液为缓冲氧化物刻蚀剂或49％氢氟酸。对氮化硅层进行湿法刻蚀时，将缓冲氧化物刻蚀剂或49％氢氟酸注入至通孔阵列中，缓冲氧化物刻蚀剂或49％氢氟酸会慢速或轻微腐蚀氮化硅层，并腐蚀掉半导体基板上的氧化层。具体地，对所述氮化硅层进行湿法刻蚀的时长范围为45～55分钟。

传统的离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为2：1，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂的腐蚀速率为89～100a/min之间。而在本发明实施例中，经过大量的试验统计得出，当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为3：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为48～58a/min之间；当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为4：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为32～36a/min之间；当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为5：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为12～16a/min之间；当离子体增强化学气相沉积时硅烷与氨气的比值为5：1时，其形成的氮化硅层在缓冲氧化物刻蚀剂腐蚀50分钟的腐蚀速率为8～10a/min之间。其中，1a＝0.1纳米(nm)＝10^-10m。

经过退火处理后(在氮气氛围下升温到420℃，保持30分钟)氮化硅层在湿法刻蚀工艺后界面(氮化硅层与多晶硅之间的界面)的横向钻蚀减小到1.3um，而且经过退火处理后的氮化硅层很难被胶带粘掉。而传统的不经过退火工艺处理的氮化硅层在湿法刻蚀工艺后界面的横向钻蚀为1.8～2um，而且不经过退火处理的氮化硅层在湿法刻蚀等工艺后较容易被胶带粘掉，其粘附性差。

退火工艺处理后(在氮气氛围下升温到700℃，保持60分钟)氮化硅层在湿法刻蚀工艺后界面(氮化硅层与多晶硅之间的界面)的横向钻蚀减小到0.3um，而且经过高温退火后氮化硅层很难被胶带粘掉。

通过上述方法制备的氮化硅层，可以明显增强氮化硅层与多晶硅层(或氧化层)等膜层的粘附性，并进一步减小氮化硅层在湿法刻蚀等工艺后界面的横向钻蚀尺寸。氮化硅层的耐腐蚀性增强、氮化硅层与之相邻的膜层(低压氮化硅层、多晶硅层或氧化层)的粘附性增强、减小了氮化硅层在湿法刻蚀等工艺后界面的横向钻蚀尺寸。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。