[发明专利]氮化硅薄膜的制造方法

说明书

技术领域

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

SIN（SiN_x，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。

通常SIN薄膜的应力控制在100~200MPa。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。

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。

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。

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。

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。

特别地，在NOVELLUS C1机台上沉积SIN薄膜时，通常都要在低温（350℃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

基于此，有必要提供一种在350℃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。

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300~350sccm、通入氨气的速率为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。

在其中一个实施例中，所述环境温度为300℃。

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1000sccm；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。

在其中一个实施例中，所述稀释气体为氮气。

在其中一个实施例中，通入氮气的速率为1000sccm。

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。

附图说明

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造方法对应的压力-应力折线图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。