[发明专利]低应力低氢型LPCVD氮化硅

说明书

在所描述的示例中，一种微电子器件(102)包含高性能氮化硅层，此氮化硅层的化学计量在2原子百分比(at％)内，具有低应力为600MPa到1000MPa，并且具有小于5原子百分比的低氢含量，由LPCVD工艺形成。LPCVD工艺使用氨气NH3和二氯甲硅烷DCS气体，其比率为4比6，压力为150毫托至250毫托，并且温度为800℃至820℃。

技术领域

本发明通常涉及微电子器件，且更具体地，涉及在微电子器件中的氮化硅层。

背景技术

在微电子器件中，期望形成化学计量的氮化硅层，其同时具有低于1000兆帕(MPa)的低应力(stress)和小于5原子百分比(at％)的低氢含量。这种薄膜将用于各种微电子应用中。通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)形成的氮化硅薄膜可具有低应力但是具有15at％以上的高氢含量，其能引起可靠性问题和差的抗蚀刻性。通过低压化学气相沉积(LPCVD)形成的薄膜具有低氢气含量但是具有1000MPa以上的高应力，其能引起器件性能问题。

发明内容

在描述的示例中，微电子器件包含高性能氮化硅层，其化学计量在2原子百分比(at％)以内，具有600MPa至1000MPa的低应力，并且具有小于5at％的低氢含量。通过LPCVD工艺形成高性能氮化硅层。LPCVD工艺使用氨气和二氯甲硅烷气体，其比率为4比6，压力为150毫托至250毫托，且温度为800℃至820℃。

附图说明

图1描述在微电子器件上形成高性能氮化硅的示例过程中的LPCVD炉(furnace)，并且图1A为在图1的炉内的微电子器件上形成的氮化硅层的扩展视图。

图2是具有高性能氮化硅层的示例半导体器件的横截面图。

图3A和图3B是图2的半导体器件的横截面图，在形成的关键阶段中描述的。

图4是具有高性能氮化硅层的示例集成电路的横截面图。

图5A和图5B是图4的集成电路的横截面图，在制造的关键阶段中描述的。

图6A和图6B是具有高性能氮化硅层的示例微机电系统(MEMS)器件的横截面图，在制造的关键阶段中描述的。

具体实施方式

附图不按照比率绘制。一些动作(act)可能以不同的顺序发生和/或与其他的动作或事件同时发生。并非所有说明的动作或事件都需要根据示例实施例来实现方法。

通过LPCVD工艺形成高性能氮化硅层，其化学计量在2原子百分比以内，具有600MPa到1000MPa的低应力，并且具有小于5原子百分比的低氢含量。LPCVD工艺使用氨气和二氯甲硅烷气体，其比率为4比6，压力为150毫托到250毫托，且温度为800℃到820℃。没有预期通过公开的工艺条件提供化学计量、低应力和低氢含量的组合，而该组合在LPCVD工艺研究中发现。针对本公开的目的，化学计量的氮化硅具有3:4的硅：氮的原子比。

图1描述在微电子器件上形成高性能氮化硅的示例过程中的LPCVD炉。LPCVD炉100包含(hold)在舟(boat)104中的衬底(例如半导体晶片)上的微电子器件102。舟104包含在LPCVD炉100的反应室106中。通过放置在反应室106周围的LPCVD炉100的加热元件108加热反应室106至800℃到820℃的温度。以4：6的比率将氨气(NH₃)和二氯甲硅烷(DCS)气体引进到反应室106。在反应室106内部的压力通过排气系统110(例如包括排气泵和可调节排气阀的结合)维持在150毫托到250毫托。如图1A的扩展视图中所示，通过氨气中的氮与二氯甲硅烷中的硅的反应，在微电子器件102上形成高性能氮化硅层112。高性能氮化硅层112的形成继续进行，直到达到所需厚度。随后，停止氨气和二氯甲硅烷的气流，并且从LPCVD炉100中提取微电子器件102。