[发明专利]沉积氮化硅的方法和设备

说明书

本发明提供了一种通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积氮化硅的方法，该方法包括以下步骤：提供一种PECVD设备，所述PECVD设备包括腔室和设置在该腔室内的衬底支撑件；将衬底设置在该衬底支撑件上；将氮气(N₂)前体引入到该腔室中；施加高频(HF)RF功率和低频(LF)RF功率以在该腔室中持续产生等离子体；在施加所述HF RF功率和所述LF RF功率的同时，将硅烷前体引入到该腔室中，使得该硅烷前体持续形成所述等离子体的一部分；以及随后，在继续维持所述等离子体的同时，去除LF RF功率或减少至少90％的LF RF功率，使得通过PECVD将氮化硅沉积到衬底上。本发明还涉及用于将氮化硅沉积到衬底上的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备。

技术领域

本发明涉及沉积氮化硅的方法。更具体地，本发明涉及通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)将氮化硅沉积到衬底上的方法。本发明还涉及用于将氮化硅沉积到衬底上的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备。

背景技术

使用低温等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺生产的氮化硅膜已应用在半导体和微电子工业中。例如，这种氮化硅膜可以用作薄层以在低温下通过显示应用程序(reveal application)来控制晶片应力和/或晶片弯曲。必要的是，使这些氮化硅膜具有优异的电性能，同时保持低的热预算。已知的工艺通常使用具有高沉积速率(0.2μm/min至0.6μm/min)的低温PECVD工艺来达到氮化硅膜的期望性能。

然而，据观察，在这种低温PECVD工艺期间形成了不希望的富硅颗粒。图1A和图1B是由聚焦离子束(FIB)切取的缺陷的SEM图像，示出了在通过PECVD沉积氮化硅期间在衬底的表面上形成的富硅颗粒的示例。这些颗粒也可能会粘结在一起而在衬底的表面上形成颗粒簇(如图2和图3所示)。图4示出了当通过低温PECVD沉积氮化硅时，所形成的直径为3μm至10μm的颗粒在整个衬底的表面上的分布。这些颗粒可能会影响所得膜的电学和热学性质。此外，这些颗粒能够导致衬底形貌的不规则，这是不期望的。期望的是，在通过PECVD沉积氮化硅期间，特别是在低温PECVD期间消除这些颗粒的形成。

为了控制富硅颗粒的存在，已知的方法涉及沉积连续的氮化硅薄层。从而使得在富硅颗粒在粘附到衬底的表面之前便将其抽离。然而，这种方法耗时且成本高。

发明内容

本发明在本发明实施方式的至少一些实施方式中，寻求解决上述问题、期望和需要中的一些。本发明在实施方式的至少一些实施方式中提供了一种用于基本上消除在通过PECVD沉积氮化硅期间形成的不希望的富硅颗粒的形成的方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积氮化硅的方法，该方法包括以下步骤：

提供一种PECVD设备，该PECVD设备包括腔室和设置在腔室内的衬底支撑件；

将衬底设置在衬底支撑件上；

将氮气(N₂)前体引入到腔室中；

施加高频(HF)RF功率和低频(LF)RF功率以在所述腔室中持续产生等离子体；

在施加HF RF功率和LF RF功率的同时，将硅烷前体引入到腔室中，使得硅烷前体持续形成等离子体的一部分；以及

随后，在继续维持等离子体的同时，去除LF RF功率或减少至少90％的LF RF功率，使得通过PECVD将氮化硅沉积到衬底上。

已经发现，在施加HF RF功率和LF RF功率这两者的同时，将硅烷前体引入腔室中会减少在沉积氮化硅的PECVD工艺期间形成的不希望的富硅颗粒的存在(prevalence)。不希望受任何理论或猜想的束缚，据信，额外的LF RF功率(与HF RF功率结合)有助于形成更稳定的等离子体体系。