[发明专利]氮化硅薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体工艺，特别是涉及一种半导体器件制备过程中氮化硅薄膜的制备方法。

背景技术

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。

氮化硅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。

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。

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。

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

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。

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0.15~0.30 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0~5%。

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。

在其中一个实施例中，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。

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。

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，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1000 sccm。

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。

附图说明

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

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。

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。