一种改善SiNx在GaAs晶圆上粘附性的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种半导体衬底表面处理方法。
【背景技术】
[0002]在半导体行业，在晶圆衬底上生长SiNx作为介质薄膜，用于半导体器件的钝化、隔离、电容介质等。而SiNx与衬底之间的粘附性是考量介质薄膜沉积质量的一个重要标准。通常做法是在薄膜沉积主工艺开始前通入惰性气体(例如氩气和氮气)辉光放电，利用等离子体轰击衬底表面，以达到清洁衬底表面的目的。然后，在薄膜沉积时通入SiH4、NH3、N2和He，利用氮等离子体轰击来增强S1-N键合力，利用He的亚稳态促进其他反应气体更完全的分解，从而增强薄膜的粘附力。
[0003]然而，在半导体激光芯片的制备工艺中，需要将沉积过SiNx薄膜的芯片解理成小的巴条，解理过程对SiNx薄膜与晶圆衬底的粘附力要求极为苛刻。申请人在实践中发现，在砷化镓(GaAs)衬底上生长SiNx作为介质薄膜，通过改变清洗过程中N2气体流量和辉光放电的功率，以及薄膜沉积过程中各气体的流量、配比、RF功率和衬底温度等工艺参数均无法达到满意的粘附效果，在解理工艺过程仍会出现薄膜翘起的现象，从而严重影响了产品的成品率和性能。
【发明内容】
[0004]为了解决传统工艺制备的SiNx薄膜在后续晶圆解理时薄膜翘起的问题，本发明提出了一种改善S i Nx在GaAs晶圆上粘附性的方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种改善SiNx在GaAs晶圆上粘附性的方法，包括以下步骤:
[0007]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0008]步骤二:向反应腔室内通入N2对腔室进行吹扫，之后再抽真空；
[0009]步骤三:通入N2和NH3，其中通入N2的流量范围为130?390sccm、NH3的流量范围为10?50sccm，N2和NH3的流量比范围为6:1?7:1 ；
[0010]步骤四:待腔室内压强稳定，射频点火，使N2和NH3形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗；
[0011 ]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0012]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。
[0013]在以上方案的基础上，本发明还对具体工艺参数作了如下重要优化:
[0014]步骤三中通入N2的流量为270sccm、NH3的流量为40sccm。
[0015]步骤四中射频功率为45-55W。
[0016]步骤四中射频保持时间为30s。
[0017]步骤三中通入N2和NH3使压强稳定持续Imin以上。
[0018]步骤二中通入N2的流量为500sccm。
[0019]本发明的技术效果如下:
[0020]主工艺开始前，在对晶圆表面进行等离子体预清洗时通入N2和活性较强的NH3，利用N2的等离子体对GaAs晶圆表面进行物理清洗，利用活性较强的NH3的等离子体与晶圆表面的氧化层进行化学反应露出新鲜的GaAs表面，在此基础上进行后续SiN薄膜的生长。该技术方案可以更有效地去除表面的沾污和氧化层，最大程度上改善SiNx薄膜与衬底之间的粘附性。
[0021]本发明还特别对工艺参数进行了优化，预清洗环节中NH3等参数的最佳配置有别于薄膜沉积环节，综合优化后的工艺能够完全避免解理过程中薄膜翘起的现象，从而提高了产品的成品率和性能。
【附图说明】
[0022]图1为解理芯片的膜层结构。图中，1-GaAs晶圆，2_SiNx薄膜，3_金属膜。
[0023]图2为改善前解理芯片照片(实施方案一)。
[0024]图3为改善后解理芯片照片(实施方案六)。
【具体实施方式】
[0025]实施方案一(对照组):
[0026]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0027]步骤二:向反应腔室内通入N2500sccm对腔室进行吹扫，再抽真空；
[0028]步骤三:通入预清洗的260sccm的N2，稳定Imin，打开射频功率50w，开始预清洗，持续 60s ；
[0029]步骤四:射频点火，使N2形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗，并保持一定时间；
[0030]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0031]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。
[0032]经实验，该方案的成品率(以薄膜翘起为考量)几乎为零。
[0033]实施方案二(对照组):
[0034]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0035]步骤二:向反应腔室内通入N2500sccm对腔室进行吹扫，再抽真空；
[0036]步骤三:通入预清洗的280sccm的N2和40sccm N20，稳定Imin，打开射频功率53w，开始预清洗，持续30s ；
[0037]步骤四:射频点火，使N2和N02形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗，并保持一定时间；
[0038]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0039]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。
[0040]经实验，该方案的成品率(以薄膜翘起为考量)为20%。
[0041 ] 实施方案三(对照组:预清洗阶段使用N2和NH3，通入流量参照薄膜生长主工艺的常规用量):
[0042]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0043]步骤二:向反应腔室内通入N2500sccm对腔室进行吹扫，再抽真空；
[0044]步骤三:通入预清洗的850sccm的N2和8sccm NH3，稳定Imin，打开射频功率60w，开始预清洗，持续30s;
[0045]步骤四:射频点火，使N2和NH3形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗，并保持一定时间；
[0046]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0047]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。
[0048]经实验，该方案的成品率(以薄膜翘起为考量)，在25%左右。可见，在预清洗环节使用N2和NH3的组合，如果按照常规的用量，效果与使用N2和N20的组合(实施方案二)并无实质差别。
[0049]实施方案四(本发明实施例):
[0050]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0051 ] 步骤二:向反应腔室内通入N2500sccm对腔室进行吹扫，再抽真空；
[0052]步骤三:通入预清洗的270sccm的N2和1sccm NH3，稳定Imin，打开射频功率50w，开始预清洗，持续30s ；
[0053]步骤四:射频点火，使N2和NH3形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗，并保持一定时间；
[0054]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0055]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。
[0056]经实验，该方案的成品率(以薄膜翘起为考量)有所提高，在50%左右。
[0057]实施方案五(本发明实施例):
[0058]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0059]步骤二:向反应腔室内通入N2500sccm对腔室进行吹扫，再抽真空；
[0060]步骤三:通入预清洗的180sccm的N2和30sccm NH3，稳定Imin，打开射频功率45w，开始预清洗，持续30s ；
[0061]步骤四:射频点火，使N2和NH3形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗，并保持一定时间；
[0062]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0063]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。
[0064]经实验，该方案的成品率(以薄膜翘起为考量)可以达到80%。
[0065]实施方案六(本发明最佳实施例):
[0066]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0067]步骤二:向反应腔室内通入N2500sccm对腔室进行吹扫，再抽真空；
[0068]步骤三:通入预清洗的270sccm的N2和40sccm NH3，稳定Imin，打开射频功率52w，开始预清洗，持续30s ；
[0069]步骤四:射频点火，使N2和NH3形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗，并保持一定时间；
[0070]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0071]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。[0072 ]经实验，该方案的成品率(以薄膜翘起为考量)可以达到100 %。
[0073]实施方案七(本发明实施例):
[0074]步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空；
[0075]步骤二:向反应腔室内通入N2500sccm对腔室进行吹扫，再抽真空；
[0076]步骤三:通入预清洗的350sccm的N2和50sccm NH3，稳定Imin，打开射频功率55w，开始预清洗，持续30s ；
[0077]步骤四:射频点火，使N2和NH3形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗，并保持一定时间；
[0078]步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫；
[0079]步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。
[0080]经实验，该方案的成品率(以薄膜翘起为考量)可以达到85%。
【主权项】
1.一种改善SiNx在GaAs晶圆上粘附性的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一:将GaAs晶圆放进PECVD反应腔室内，抽真空； 步骤二:向反应腔室内通入N2对腔室进行吹扫，之后再抽真空； 步骤三:通入N2和NH3，其中通入N2的流量范围为130?390sccm、NH3的流量范围为10?50sccm，N2和NH3的流量比范围为6:1?7:1 ； 步骤四:待腔室内压强稳定，射频点火，使N2和NH3形成等离子体分别对晶圆表面进行物理清洗和化学清洗； 步骤五:对腔室进行抽真空，并进行多次吹扫； 步骤六:通入SiH4、NH3、N2和He，稳压后射频点火，进行SiNx薄膜生长。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤三中通入N2的流量为270sccm、NH3的流量为40sccmo3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤四中射频功率为45-55W。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于:步骤四中射频保持时间为30s。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤三中通入N2和NH3使压强稳定持续Imin以上。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤二中通入N2的流量为500sccm。
【专利摘要】本发明提出了一种改善SiNx在GaAs晶圆上粘附性的方法。本发明在主工艺开始前，在对晶圆表面进行等离子体预清洗时通入N2和活性较强的NH3，利用N2的等离子体对GaAs晶圆表面进行物理清洗，利用活性较强的NH3的等离子体与晶圆表面的氧化层进行化学反应露出新鲜的GaAs表面，在此基础上进行后续SiN薄膜的生长。该技术方案可以更有效地去除表面的沾污和氧化层，最大程度上改善SiNx薄膜与衬底之间的粘附性。其中还特别对工艺参数进行了优化，预清洗环节中NH3等参数的最佳配置有别于薄膜沉积环节，综合优化后的工艺能够完全避免解理过程中薄膜翘起的现象，从而提高了产品的成品率和性能。
【IPC分类】H01L21/02
【公开号】CN105448668
【申请号】CN201511023964
【发明人】任占强, 宋克昌
【申请人】西安立芯光电科技有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年12月30日