氮化硅薄膜的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种氮化硅薄膜的制备方法，包括在350℃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，高频源功率为0.15~0.30kW，低频源功率为0.15~0.30kW。上述氮化硅薄膜的制备方法给出了低温条件下生成高折射率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高折射率氮化硅薄膜的制造，能够更好地满足需要高折射率氮化硅薄膜的场合。
【专利说明】氮化硅薄膜的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体工艺，特别是涉及一种半导体器件制备过程中氮化硅薄膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]在半导体器件制备过程中，通常需要在晶片上形成各种各样的薄膜，其中，最常见的一种薄膜即为氮化硅(SiNx)层。氮化硅具有高介电常数、高绝缘强度和漏电低等优良的性能，在现有技术的半导体器件中，氮化硅层有各种用途，如用做扩散阻挡层、钝化层、ONO结构中的存储层等。然而，不同用途的氮化硅层，其特性需求也不同，业界通常用氮化硅层的折射率(RI)来反映不同氮化硅层的应力特性。
[0003]氮化娃层通常采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)的方式形成。在沉积形成氮化硅层的过程中，硅烷(SiH4)、氨气(NH3)以及氮气(N2)等反应气体经过气体注入管从沉积炉(furnace)的底部进入沉积炉管(tube)内，并且与放在晶舟上的晶片发生化学反应，从而形成氮化硅层。然而，半导体器件制备过程中，如果要获得不同折射率的氮化硅层，就需要改变氮化硅沉积过程的工艺参数(如温度，硅烷、氨气和氮气的比例)，因此，现有技术制备不同折射率的氮化硅层的方法工作复杂、周期长、成本高。 [0004]进一步的，在沉积形成氮化硅层的过程中，氮化硅层也会形成在沉积炉管和晶舟上，因此，需要对沉积炉进行定期维护。当在同一沉积炉中形成不同折射率的氮化硅层时，由于不同折射率的氮化硅层的应力也不同，沉积在沉积炉管和晶舟上的不同折射率的氮化硅层会因应力不匹配而容易脱落，导致晶片上形成颗粒物，增加了晶片的报废几率，从而缩短了沉积炉定期维护的周期。
[0005]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，只会增加SIH4和降低NH3和N2来实现折射率大于2.0,但这样往往会造成:薄膜的均匀性变差；通常350度以下，即使不断降低NH3和N2，NH3和N2的流量降到极限也有可能折射率不能达到 2.0。
[0006]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，此时单靠调节硅烷、氨气和氮气的比例的做法已经不能满足要求。
【发明内容】
[0007]基于此，有必要提供一种在低温条件下制造高折射率的氮化硅薄膜的制备方法。
[0008]一种氮化硅薄膜的制备方法，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，高频源功率为0.15^0.30 KW，低频源功率为0.15~0.30 KW，低频源功率所占功率的比率为O~5%。
[0009]在其中一个实施例中，所述高频源功率为0.18 KW、低频源功率为0.25 KW。
[0010]在其中一个实施例中，所述通入硅烷的速率为30(T350 sccm，通入氨气的速率为1000 sccm，反应压力为2.3~2.6 Torr，反应持续时间为4飞S。[0011]在其中一个实施例中，所述通入硅烷的速率为340 sccm，反应压力为2.6 Torr，反应持续时间为5 S。
[0012]在其中一个实施例中，所述环境温度为300°C。
[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1000 sccm。
[0015]上述氮化硅薄膜的制备方法给出了低温条件下生成高折射率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高折射率氮化硅薄膜的制造，能够更好地满足需要高折射率氮化硅薄膜的场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图； 图1为一种PECVD淀积机台的结构简图；
图2为一实施例的氮化硅薄膜制备方法对应的低频源功率所占比率与折射率折线图。【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和实施例对氮化硅薄膜的制备方法进行进一步说明。
[0018]本实施例的氮化硅薄膜的制备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高的折射率，本实施例中，是使氮化硅薄膜具有2.0以上的折射率。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]根据实验及理论，PECVD工艺的SiN折射率跟工艺条件如温度、气体流量、反应压力以及高频功率和低频功率的比率有着密切的关系，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。
[0025]本实施例中，要求在350°C，特别地，是在300°C的低温条件下，生成折射率在2.0以上的氮化硅薄膜。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。[0026]本实施例以NOVELLUS Cl机台为例，给出在低温条件下生成上述高折射率的氮化娃薄膜的较佳参数范围以及优选参数。
[0027]具体是:通入硅烷的速率为300~350 sccm、通入氨气的速率为1000 sccm、通入氮气的速率为1000 sccm ;高频源功率为0.15~0.30 KW，低频源功率为0.15~0.30 KW，低频功率所占比率为0-5% ;反应压力为2.3^2.6 Torr ;反应持续时间为4飞S。
[0028]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,
2.3~2.6 Torr 即为 3.06~3.46MPa。
[0029]优选地:高频源功率为0.18 KW、低频源功率为0.25 Kff ;通入硅烷的速率为340sccm、通入氨气的速率为1000 sccm、通入氮气的速率为1000 sccm ;反应压力为2.6 Torr ；
反应持续时间为5 S。 [0030]参考图2，是在通入硅烷的速率为340 sccm、通入氨气的速率为1000 sccm、通入氮气的速率为1000 sccm ;高频源功率为0.18 KW、低频源功率为0.25 Kff时的低频源功率所占比率与折射率折线图。
[0031]可以看到在低频源功率所占比率为0-5%时，所得到的氮化硅薄膜的折射率高于
2.0，在0%时达到最高，而低于5%之后会满足折射率超过2.0的场合要求。
[0032]虽然通过考察SiN薄膜折射率单独与温度、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折射率变化的大致趋势，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，折射率变化趋势还可能出现反转，这会使得折射率难以达到要求。
[0033]上述实施例中给出了低温条件下生成高折射率的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高折射率的氮化硅薄膜的制造，能够更好地满足需要高折射率氮化硅薄膜的场合。
[0034]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。
[0035]本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
[0036]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0037]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种氮化娃薄膜的制备方法，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，高频源功率为0.15^0.30 Kff,低频源功率为0.15~0.30 KW，低频源功率所占功率的比率为O~5%。
2.根据权利要求1所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述高频源功率为.0.18 KW、低频源功率为0.25 Kffo
3.根据权利要求2所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述通入硅烷的速率为300~350 sccm，通入氨气的速率为1000 sccm，反应压力为2.3~2.6 Torr，反应持续时间为4~6 S。
4.根据权利要求3所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述通入硅烷的速率为340 sccm，反应压力为2.6 Torr，反应持续时间为5 S。
5.根据权利要求1所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述环境温度为.300℃。
6.根据权利要求1至5任一项所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，所述稀释气体为氮气。
7.根据权利要求6所述的氮化硅薄膜的制备方法，其特征在于，通入氮气的速率为.1000 Sccm0
【文档编号】C23C16/44GK103924212SQ201310008431
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月10日 优先权日:2013年1月10日
【发明者】李展信 申请人:无锡华润上华半导体有限公司