[发明专利]低应力氮化硅薄膜的成长方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体用膜材料的制备，尤其涉及一种低应力氮化硅薄膜的成长方法，属于半导体器件加工领域。

背景技术

氮化硅薄膜具有许多优良特性，如对可动离子(Na⁺)的阻挡能力强、结构致密、针孔密度小、呈疏水性、化学稳定性好、介电常数大等，是一种在半导体、微电子学和微机电系统(MEMS)领域广泛应用的膜材料。当氮化硅薄膜应用于MEMS加工领域，其薄膜应力在表面微机械加工技术中十分重要，过高的应力会导致MEMS结构的翘曲、断裂。

现有氮化硅薄膜的加工工艺主要通过在高温沉积条件下调节淀积温度和DCS(二氯硅烷)/NH₃比例两个主要参数来实现生长低应力氮化硅薄膜，现有工艺通常采用的沉积温度一般在800～850℃，DCS/NH₃比例为约0.75。当采用上述现有工艺进行沉积时，其生长温度高、对低压力化学气相沉积法(LPCVD)所用炉管的损害大、耗能高、且应力减小的效果有限，其沉积所得的氮化硅薄膜的应力通常大于1GPa。在LPCVD系统中，工艺温度高对设备损害大，且能耗高，通过提高反应温度来制备低应力膜，可调温度区间小，应力减小效果有限，因此在实际应用中采用温度来调节stress的方法不适用于规模生产。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种低应力氮化硅薄膜的成长方法，该方法在低温成膜的前提下，采用调整反应气体DCS与NH₃的体积比来生成低应力氮化硅薄膜，该薄膜应力低于1GPa且符合MEMS产品的结构需求。

本发明的技术方案是：

一种低应力氮化硅薄膜的成长方法，包括采用等离子体增强化学气相沉积的步骤，该步骤中包括(1)在反应腔体内提供半导体衬底；(2)调整反应腔体内的沉积温度和调整反应腔体内的反应压力，该反应温度为750～800℃，该反应压力为150～250mT；(3)在反应腔体内通入反应气体DCS和NH₃，DCS与NH₃ 的体积比为6～0.8，在所述半导体衬底上沉积氮化硅薄膜。

其进一步的技术方案是：

选择DCS与NH₃的气体体积比时，根据氮化硅薄膜最终的应力要求，在DSC与NH₃的体积比例为6-0.8的区间内选择对应的比例，在此区间内当氮化硅薄膜的应力要求越小，则选取的比例值越接近6。

沉积所得氮化硅薄膜的应力小于1GPa且大于150MPa。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明所述方法在低温成膜时，选择合适的沉积温度750～800℃，合适的反应压力150～250mT，调整参与反应的反应气体DCS与NH₃的体积比来生成低应力氮化硅薄膜，该薄膜应力低于1GPa且大于150MPa，同时符合MEMS产品的结构需求，该方法薄膜的生产温度低，对低压力化学气相沉积法(LPCVD)所用炉管的损害小、耗能低、且应力减小的效果明显，适用于规划化生产。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明具体实施例中所述三因素三水平正交实验的实验结果图；

图2是本发明具体实施例中DCS/NH₃比例与沉积所得氮化硅薄膜应力对应关系图。

具体实施方式

下面结合附图1附图2及具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。