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1、等离子增强型化学气相沉积条件对氮化硅薄膜性能的影响李新贝,张方辉,牟强(陕西科技大学电气与电子工程学院,陕西咸阳712081)[摘要]等离子增强型化学气相沉积(PECVD)氮化硅技术是目前半导体器件在合金化后低温生长氮化硅的唯一方法。研究了由进口PECVD设备制备的氮化硅薄膜性质与沉积条件的关系,测定了生成膜的各种物理化学性能,详细探讨了各种沉积参数对薄膜性能的影响,提出了沉积优质氮化硅薄膜的工艺条件。[关键词]等离子增强型化学气相沉积;氮化硅;薄膜性能[中图分类号]TG144.445[文献标识码]A[文章编号]1001-1560(2006)07-0012-050引言沉积氮化硅薄膜,射频源频率
2、是标准频率13.56MHz,使用SiH42NH3(Ar)气体系统,典型条件为:氮化硅薄膜是一种物理、化学性能十分优良的沉积温度330℃;射频功率100～200W;满载装片介质膜,具有高的致密性、高的介电常数、良好的绝量20.32cm硅片8片;工作气压200Pa;气体流量+缘性能和优异的抗Na能力等,因此广泛应用于集比R[SiH4(mL/min)/NH3(mL/min)]=1/10,成电路的最后保护膜、耐磨抗蚀涂层、表面钝化、层根据工作气压调整SiH4、NH3及保护气体Ar流量,间绝缘、介质电容等。氮化硅膜已用于制作新功一般情况下NH3过饱和,根据折射率调整SiH4流能、多功能、高可靠性的器件,
3、其特性在很大程度上量。试验选用单面抛光的P型硅片(100)晶面作[1]依赖于薄膜的制作条件。等离子增强化学气相衬底,薄膜沉积时对单晶硅片晶向电阻率无要求,沉积(简称PECVD)具有沉积温度低(<400℃)、抛光后的硅片从抛光机上卸下不必使其干燥,然后沉积膜针孔密度小、均匀性好、台阶覆盖性好等优经过以下处理:(1)用去离子水冲洗10min;(2)在点。PECVD氮化硅薄膜技术已在半导体器件、集120℃的V(H2SO4)zV(H2O2)=3z1溶液中浸成电路的研制、芯片的钝化膜和多层布线间介质膜泡10min;(3)用去离子水冲洗3min;(4)常温下[2]制作中得到广泛应用,并发展成为大规模和超在
4、V(HF)zV(H2O)=5z1000溶液中浸泡4大规模集成电路(LSI和VLSI)工艺的重要组成部min;(5)用去离子水冲洗10min;(6)在热氩气流分。随沉积生长条件的不同,薄膜特性差别很大,中干燥。有必要对氮化硅膜的性质与沉积条件进行全面的研究。2结果与讨论本工作系统地研究了PECVD沉积条件对氮化硅薄膜的结构、密度、折射率、介电常数、化学稳定2.1温度对氮化硅薄膜的影响性、电阻率及绝缘耐压性能等的影响。为了提高生成膜的质量,需要对衬底加温。这样可使成膜在到达衬底后具有一定的表面迁移能1试验力,在位能最低的位置结合到衬底上去,使所形成试验采用美国ASM公司的双层PECVD设备薄膜内应
5、力较小,结构致密,具有良好的钝化性[3]能。衬底温度一般在250～350℃,这样能保证薄膜既在HF或BHF中有足够低的刻蚀速率和较[收稿日期]20060225[基金项目]国家自然科学基金资助项目(No.低的本征应力,又具有良好的热稳定性和抗裂能20476054)力。衬底温度低于200℃沉积生成的薄膜本征应12等离子增强型化学气相沉积条件对氮化硅薄膜性能的影响力大且为张应力,不容易沉积;而高于400℃时氮表2频率对氮化硅薄膜性质的影响化硅薄膜生长不均匀,容易龟裂。衬底温度与射频编频率/SiH4/沉积速率/均匀密度/折射率号MHzNH(nm·min-1)性/%(g·cm-3)功率及SiH、NH流量
6、有关,后三者提高,则衬底温343[4]J10.100.7717.521.8591.22.506度也要相应提高,但一般选在300℃;折射率是J20.101.0019.081.8771.72.336薄膜结构和致密性的综合反映,等离子体中的反应J30.101.5026.501.9380.92.369相当复杂,生成膜的性质受多种因素的影响,因此,J413.560.7718.981.8490.41.872J513.561.0020.561.8860.31.961折射率是检验成膜质量的一个重要指标。J613.561.5024.002.0060.41.863温度对沉积速率的影响较小,但对氮化硅薄膜的物化性质
7、影响很大;温度升高时,薄膜的密度和射频功率是PEVCD最重要的工艺参数之一,折射率直线上升,在缓冲HF中的腐蚀速率呈指数在工作中射频功率一般在确定为最佳工艺条件后式下降,同时会提高衬底表面原子的活性和迁移就不再改变,以保证生产的重复性。当射频功率较率,使衬底表面反应增强,过剩的硅原子减少,膜的小时,气体尚不能充分电离,激活效率低,反应物浓含H量降低,Si/N比下降,改进了化学组分。表1度小,薄膜针
