[发明专利]采用13.56MHz射频功率源淀积氮化硅薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体薄膜制备技术领域，特别涉及一种采用13.56MHz射频功率源淀积低应力氮化硅薄膜的方法。

背景技术

微机械系统(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)是一种新兴的微制造工艺，主要利用材料的机械性能制作器件，如传感器，微马达，微开关等。

氮化硅薄膜是一种物理和化学性能都十分优良的介质薄膜，具有良好的绝缘性、稳定性，较高的抗氧化、抗腐蚀能力以及优异的杂质离子和水汽的掩蔽能力等优点，在半导体器件和集成电路中常作为最终保护层、表面钝化层等使用。同时，氮化硅薄膜还具有高硬度，高杨氏模量，良好的抗疲劳强度、抗折断能力和耐磨能力等优良的力学和机械性能，在MEMS系统中应用也非常广泛，常用于制作探针、悬臂梁等结构部件。

氮化硅薄膜的制备方法有很多，但其中大多如低压化学气相淀积(LPCVD)方法，需要700℃以上的高温过程，对于必须避免高温的器件不能满足要求，并且反应速度也较慢。等离子体增强化学气相淀积(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)具有淀积温度低(＜400℃)，淀积速度快，重复性和均匀性好，薄膜缺陷密度较低等优点而得到了大量应用。

目前，过高的应力是氮化硅薄膜制备过程中的突出问题，超过一定厚度的氮化硅薄膜经常出现龟裂现象。而在MEMS系统的悬臂梁结构中，因为没有支撑，对薄膜中的应力要求更加严格，否则结构将会断裂或卷曲，导致结构失效。因此，低应力甚至零应力的氮化硅薄膜的制备非常重要。

PECVD淀积低应力氮化硅薄膜最常用的方法是使用双频射频源。一般认为，高于4MHz的射频源淀积的氮化硅薄膜通常表现为张应力，低于4MHz的射频源淀积的薄膜表现为压应力。两个频率交替淀积，通过时间控制最终淀积出低应力甚至零应力的薄膜。但是这种方法要求设备具有两套射频源，花费较高。而且，很多情况下，悬臂梁结构是由氮化硅薄膜和其他材料组合而成，需要对应力的大小进行微调，使用两套射频源的方法参数复杂，不易控制。

MEMS系统中，悬臂梁结构的释放经常需要腐蚀去除牺牲层，因此要求氮化硅薄膜有良好的抗腐蚀性能。如对于最常用的二氧化硅牺牲层，要求氮化硅有很好的抗HF性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采用13.56MHz射频功率源淀积低应力氮化硅薄膜的方法，只使用一般的PECVD设备都配备的13.56MHz射频功率源，淀积出低应力的氮化硅薄膜。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种采用13.56MHz射频功率源淀积氮化硅薄膜的方法，该方法包括：

步骤1：对样品进行清洗并预热；

步骤2：在样品上淀积氮化硅薄膜；

步骤3：对淀积有氮化硅薄膜的样品进行退火。

上述方案中，所述步骤1具体包括：对样品进行清洗并用氮气吹干，放入等离子体增强化学气相淀积PECVD真空室，预热5分钟，使样品升温至300℃并保持稳定，同时去除样品中残留的水汽。

上述方案中，所述样品为Si片或石英片；对于Si片，对样品进行清洗采用标准RCA清洗工艺，具体清洗步骤是：使用3号液H₂SO₄∶H₂O₂＝5∶1，90℃以上煮20分钟，去离子水清洗5分钟，然后使用1号液NH₃H₂O∶H₂O₂∶H₂O＝1∶2∶5，80℃煮5分钟，去离子水清洗5分钟，再使用2号液HCl∶H₂O₂∶H₂O＝1∶2∶7，80℃煮10分钟，去离子水清洗5分钟，最后使用体积比为10％的HF水溶液浸泡，去离子水清洗10分钟；对于石英片，对样品进行清洗的具体清洗步骤是：丙酮超声清洗5分钟，无水乙醇超声清洗3分钟，去离子水超声清洗5分钟。