專利名稱：：電子回旋共振等離子體化學(xué)汽相淀積氮化硅薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于微電子
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及半導(dǎo)體集成電路制造，特別是一種涉及用于集成電路鈍化層的氮化硅薄膜的低溫等離子體化學(xué)氣相淀積方法。
背景技術(shù)：
：氮化硅材料是微細加工技術(shù)中廣泛應(yīng)用的介質(zhì)材料之一。氮化硅具有較高的介電常數(shù)和折射率，可以作為金屬-氧化物-半導(dǎo)體MOS器件的柵介質(zhì)或應(yīng)用于光學(xué)器件的研制或制造工藝中；同時氮化硅還具有較高的密度，能夠有效的阻擋外來雜質(zhì)的污染，在集成電路工藝中可以作為擴散阻擋層和器件鈍化層。集成電路中的氮化硅膜是使用公知技術(shù)如化學(xué)汽相淀積CVD形成的。在CVD工藝中，將給定成分和流量的反應(yīng)氣體和載氣通過氣路控制系統(tǒng)引入反應(yīng)室中。氣體分子向襯底輸運，并被吸附在襯底表面，經(jīng)過表面遷移和成膜化學(xué)反應(yīng)后在襯底上淀積薄膜，例如氮化硅。而反應(yīng)氣體副產(chǎn)物則被帶離襯底表面并最終被抽出反應(yīng)室。成膜化學(xué)反應(yīng)的驅(qū)動力通?？捎蓭追N方法來供給，例如熱、光、射頻、催化劑或等離子體。常規(guī)的CVD系統(tǒng)通常包括氣體源、氣路、氣體流量控制器、反應(yīng)室、溫度傳感器真空測量裝置、功率源、襯底偏壓、加熱和旋轉(zhuǎn)裝置等。已有的化學(xué)汽相淀方法主要有以下幾中1.低壓化學(xué)汽相淀積LPCVD方法。該方法常用于前端生產(chǎn)工藝的介電薄膜淀積中，它用硅烷SiH4和氨氣NH3為前驅(qū)氣體，在800'C90(TC溫度下可以制備性能優(yōu)良的氮化硅薄膜，但該工藝無法滿足集成電路后端工藝和某些光電器件和其他器件工藝中最高工藝溫度不超過450'C，即低于鋁的熔點，甚至更低的要求。同時，LPCVD制備氮化硅薄膜過程中過高的溫度會產(chǎn)生較高的應(yīng)力，可能引起由應(yīng)力導(dǎo)致的器件可靠性的退化，如介質(zhì)層剝落等現(xiàn)象。另外，高溫也會引起雜質(zhì)的二次擴散，從而影響對晶體管結(jié)深等參數(shù)的精確控制。以上這些方面都限制了LPCVD方法制備氮化硅膜的應(yīng)用。2.常規(guī)的等離子體增強化學(xué)汽相淀積PECVD方法。該方法在3(XrC40(TC溫度下制備氮化硅薄膜。但由于難以電離N2等不含氫的氮化源氣體，一般用SiH4和NH3作為前驅(qū)氣體，淀積的薄膜氫含量約9%30%，淀積速率較低，一般低于100nm/min，且界面態(tài)密度較高，容易引起器件性能和可靠性的退化。3.電子回旋共振ECR等離子體化學(xué)汽相淀積。該方法是CVD工藝的一種特殊情況，當(dāng)輸入的微波頻率等于電子回旋頻率時發(fā)生共振，微波能量耦合給電子，獲得能量的電子電離中性氣體分子形成等離子體放電，并使得等離子體中的高活性成分在襯底表面形成薄膜淀積。當(dāng)微波頻率為2.45乂109赫茲時，達到電子回旋共振的磁感應(yīng)強度B=0.0875特斯拉。ECR等離子體具有工作氣壓低、密度高、離化率高、大面積均勻、工藝設(shè)備簡單、可穩(wěn)定運行和參數(shù)易于控制等優(yōu)點，可以實現(xiàn)低溫高效無污染的表面處理，在薄膜淀積、等離子體刻蝕等IC制造工藝中有著巨大的應(yīng)用潛力，但由于現(xiàn)有ECR等離子體化學(xué)汽相淀積氮化硅鈍化膜常采用易離化的氨氣作為前驅(qū)氣體，淀積的薄膜含氫量較高，影響了薄膜的性能，而不含氫的氮化源氣體較難電離導(dǎo)致薄膜的淀積速率低,遠低于100nm/min;當(dāng)晶片面積增大，淀積均勻性和重復(fù)性難以保證；且ECR設(shè)備也多為電流線圈型磁場，耗能較高；目前ECR等離子體化學(xué)汽相淀積氮化硅薄膜工藝方法還有待改進。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種電子回旋共振等離子體化學(xué)汽相淀積氮化硅薄膜的方法，以克服現(xiàn)有氮化硅膜高溫制備、淀積速率低、大面積均勻性差和氫含量較高的缺陷，實現(xiàn)在集成電路工藝中生長氮化硅薄膜作為擴散阻擋層和器件鈍化層或應(yīng)用于某些光學(xué)器件制造工藝。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是利用電子回旋共振ECR等離子體化學(xué)汽相淀積設(shè)備ECRCVD在淀積室的襯底上形成氮化硅薄膜，具體工藝過程如下-將襯底清洗后放在工藝室中；對工藝室抽真空；設(shè)定工藝條件，即工藝室的壓力保持在0.1Pa5Pa;微波功率控制在600W2000W;淀積溫度控制在室溫300'C范圍；氣體總流量50300sccm;硅源氣體和氮化源氣體的流量比1:61:12;旋轉(zhuǎn)速率保持為60轉(zhuǎn)/分鐘。將硅源氣體與氮化源氣體相混合后通入工藝室中；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行電離分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜。本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，包括如下過程將襯底清洗后放在工藝室中；對工藝室抽真空；設(shè)定工藝條件，即工藝室的總壓力1Pa;微波功率1200W;淀積溫度.200°C;氣體總流量150sccm;硅源氣體和氮化源氣體的流量比1:8;旋轉(zhuǎn)速率保持為60轉(zhuǎn)/分鐘。將硅源氣體與氮化源氣體相混合后通入工藝室中；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行電離分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜。上述電子回旋共振等離子體化學(xué)汽相淀積氮化硅薄膜的方法，其中硅源氣體選為以95%的Ar氣作為載氣稀釋的SiH4;氮化源氣體選為N2。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明與已有LPCVD方法相比淀積溫度低，即可以在室溫下淀積氮化硅膜；(2)與已有PECVD和ECRCVD方法相比，本發(fā)明由于采用不含氫的Nz作為前驅(qū)氣體且采用600W以上的微波功率輸入使得SiH4氣體充分電離，因此淀積的氮化硅膜基本不含有氫，即氫含量在NEXUS750紅外光譜儀檢測靈敏度下無法檢出；(3)本發(fā)明淀積的氮化硅膜折射率和化學(xué)結(jié)構(gòu)接近于采用LPCVD方法淀積的氮化硅膜；(4)本發(fā)明的薄膜淀積速率可達140nm/min，均勻性和重復(fù)性優(yōu)于95%。以下借助附圖對本發(fā)明的目的和實施例作進一步詳細描述。圖1是本發(fā)明用于形成氮化硅膜的ECRCVD設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明使用的ECRCVD設(shè)備的氣路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的工藝流程圖4是本發(fā)明氮化硅薄膜的淀積速率隨微波功率的變化曲線圖；圖5是本發(fā)明氮化硅薄膜的淀積速率隨氣體流量比的變化曲線圖6是本發(fā)明氮化硅薄膜的折射率隨氣體流量比的變化曲線圖；圖7是本發(fā)明氮化硅薄膜的折射率隨微波功率的變化曲線圖8是本發(fā)明在不同溫度下淀積的氮化硅薄膜折射率隨氣體流量比的變化曲線圖；圖9是本發(fā)明氮化硅薄膜的化學(xué)成分隨微波功率和氣體流量比的變化曲線圖；圖10是本發(fā)明淀積的氮化硅薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和H含量紅外分析圖。具體實施例方式本發(fā)明的整個淀積過程在圖1所示的ECRCVD設(shè)備上完成。參照圖l，實現(xiàn)本發(fā)明方法的ECRCVD設(shè)備由微波功率源及傳輸系統(tǒng)21、ECR等離子體源22、工藝室23、自動傳片系統(tǒng)24、真空系統(tǒng)25、氣路系統(tǒng)26、微機控制系統(tǒng)27等部分組成。其中所述的微波功率源及傳輸系統(tǒng)21為ECR等離子體源22提供穩(wěn)定的微波能量，微波頻率為2.45乂109赫茲，微波功率在0到3千瓦的范圍內(nèi)可調(diào)可控。它由微波功率源201、環(huán)流器202、水負載203、功率計204、定向耦合器205、負載調(diào)配器206等部分構(gòu)成。微波功率源采用WY50002-1C型連續(xù)微波功率源。微波傳輸采用BJ—26矩形波導(dǎo)207，通過三銷釘調(diào)配器206及短路活塞208調(diào)節(jié)負載匹配及反射功率。微波傳輸回路包括一個波導(dǎo)一同軸變換器209，一個由外徑21mm的內(nèi)導(dǎo)體和內(nèi)徑49mm的外導(dǎo)體構(gòu)成的同軸波導(dǎo)管以45。角擴展成錐形管210，和一個由外徑304mm的內(nèi)導(dǎo)體和內(nèi)徑344mm的外導(dǎo)體構(gòu)成的同軸型共振腔211。2.45X109赫茲的微波經(jīng)傳輸回路引入到共振腔開口面附近的八1203陶瓷窗220上。該陶瓷窗厚13.3mm，直徑266mm，其下表面有一個O型橡膠密封圈221，兼作放電室真空密封。陶瓷窗上表面有分布式永磁磁鋼系統(tǒng)，該系統(tǒng)由無磁不銹鋼圓盤222、軟鐵屏蔽板223和Nd-Fe-B永磁磁鋼224組成。永磁磁鋼224鑲嵌在無磁不銹鋼上圓盤222上，其上由軟鐵屏蔽板223覆蓋。微波由陶瓷窗220的外緣向中心輸運，從而在放電室一側(cè)的陶瓷窗220表面形成均勻的表面波電場分布，在此電場和磁場的作用下，放電室內(nèi)形成了均勻大口徑ECR等離子體。所述的ECR等離子體源22為微波電子回旋共振等離子體源，該等離子體源的磁場為分布式永磁磁場。所述的工藝室23是進行薄膜淀積加工的腔體，其內(nèi)部包括工藝氣體環(huán)231、樣品臺232及其它附件等。工藝氣體環(huán)231內(nèi)側(cè)以3(T角間隔均勻分布的孔徑為0.5mm的氣孔；樣品臺232的最大加工尺寸為0)6英寸，同時提供凹槽容納2英寸、3英寸和4英寸的晶片，并提供工藝所需的溫度和機械支撐；反應(yīng)室水冷卻系統(tǒng)233使得陶瓷窗220保持在較低的溫度上；朗繆爾探針診斷系統(tǒng)234測量等離子體放電參數(shù)，并以石英板、石英筒和接地支架作為等離子體屏蔽以使等離子體局限于樣片周圍，圖l中未示出；襯底加熱系統(tǒng)235采用封閉電阻加熱方式對樣片加熱，采用熱電偶進行溫度測量，用計算機進行溫度的設(shè)定和控制溫度，控制范圍為室溫30(TC士rC精度；樣品臺旋轉(zhuǎn)升降系統(tǒng)236采用無磁連接方式，使得樣品臺勻速轉(zhuǎn)動，同時控制樣品臺在工藝室中的高度位置。在一個示范性實施例中，樣品臺高度被控制在距離陶瓷窗正下方3厘米到15厘米處，優(yōu)選為5厘米處，樣品臺旋轉(zhuǎn)速率為60轉(zhuǎn)每分鐘。所述的自動傳片系統(tǒng)24以美國Genmark公司生產(chǎn)的GB3型真空機械手為核心，可以在10'6帕的高真空狀態(tài)下工作，其徑向精度為0.05毫米，軸向精度為0.025毫米，角度精度為0.015°,末端轉(zhuǎn)移葉片長度為345.5毫米，最大行程580毫米，最大升高12.5毫米。完成淀積后，樣品臺中的承載臺升降組件由螺紋連接細桿和直徑約3英寸的托盤構(gòu)成，使得晶片由陶瓷窗下方7厘米處上升到陶瓷窗下方5厘米處;然后打開矩形閥241，轉(zhuǎn)移葉片以懸臂方式通過矩形閥241進入反應(yīng)室23，控制承載臺升降組件下降從而使得樣品臺上的晶片落在轉(zhuǎn)移葉片，即陶瓷窗下方5.2厘米處，裝載完畢后轉(zhuǎn)移葉片通過矩形閥241縮回自動傳片室24中，矩形閥241關(guān)閉。淀積前從自動傳片室中取新晶片放入工藝室的過程與此相反。所述的真空系統(tǒng)25為工藝室、氣路系統(tǒng)、傳片系統(tǒng)提供高的本底真空度、適當(dāng)?shù)某闅馑俾屎头磻?yīng)壓力，由渦輪分子泵252、無油真空泵254、全量程真空計256、板閥251、隔離閥255、電磁閥253、管路和傳片系統(tǒng)預(yù)真空室和氣路系統(tǒng)257組成，其本底真空度應(yīng)達到lX10—s帕，工藝動態(tài)真空在1X10^到10帕范圍內(nèi)。真空測量系統(tǒng)256采用熱偶規(guī)和電離規(guī)結(jié)合的方法測量反應(yīng)室的真空度，測量范圍為10—5帕到10帕。所述的氣路系統(tǒng)26完成工藝設(shè)備所需的工作氣體、反應(yīng)氣體和清洗氣體，如氮氣的輸入、測量和控制。氣路系統(tǒng)共設(shè)6路氣路，分別由反應(yīng)氣體源301、減壓閥302、壓力顯示310、電磁閥303、電磁305、電磁306、電磁308和電磁311、質(zhì)量流量控制器304、混氣罐307、清洗氣體源309和不銹鋼管路等部分組成，如圖2所示。薄膜淀積前，氣源301中的反應(yīng)氣體經(jīng)解壓閥302解壓后，由質(zhì)量流量計304控制進入混氣罐307中，氣路節(jié)點的壓力由壓力顯示器310讀出，此時電磁閥303和電磁3O5打開，電磁306、電磁311和電磁308關(guān)閉。淀積時打開電磁閥308即可。氣源309為清洗氣體源，打開電磁闊311并關(guān)閉其它氣源即可對氣路進行清洗。其它氣源及其相應(yīng)氣路與上述氣源301及其相應(yīng)氣路控制方式相同。所述的微機控制系統(tǒng)27采用上/下位機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制方式。由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制方式將控制任務(wù)分配給不同的控制單元，微機與控制單元通過RS485接口實現(xiàn)。上位機選用研華IPC-6811工業(yè)控制計算機，控制板采用RS-485接口板構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)軟件平臺采用Windows98，控制軟件采用VB開發(fā)的可視化圖形界面。本發(fā)明利用上述電子回旋共振等離子設(shè)備進行化學(xué)汽相淀積氮化硅薄膜的過程如圖3所示，根據(jù)設(shè)定參數(shù)的不同，本發(fā)明可列舉如下不同實施例實施例l本發(fā)明選用基片為0150mm的p(lOO)單晶硅片作為襯底。第一步，清洗襯底并放入工藝室。將硅片浸入4:1的H2SO4:H2O2溶液清洗10分鐘，溶液溫度為90'C;去離子水清洗5分鐘，包括6次循環(huán)；將硅片浸入5:1:1的H20:H202:HCI溶液中清洗10分鐘，溶液溫度為70°C;去離子水清洗5分鐘包括6次循環(huán)；將硅片浸泡在50:1的HF溶液中15到30秒；去離子水清洗5分鐘包括6次循環(huán)；氮氣氣氛保護下的旋轉(zhuǎn)甩干處理，即80秒去離子水清洗，120秒旋轉(zhuǎn)甩干。清洗后獲得表面被H鍵飽和的清潔硅表面。將清洗后的硅片放置在工藝室23內(nèi)的樣品臺232上。第二步，對工藝室抽真空。依次開啟無油真空泵和分子泵及相關(guān)閥門，對工藝室抽真空，使得本底真空度達到1.0X10'5Pa。第三步，分別設(shè)定工藝條件。1.襯底的溫度設(shè)定為室溫；2.氣體總流量為50sccm，氣體流量比為1:6;3.工藝室的壓力設(shè)定為0.1Pa;4.樣品臺旋轉(zhuǎn)速率為60轉(zhuǎn)每分鐘；5.微波功率為600W，微波放電時間為10秒。第四步，通入混合氣體。關(guān)閉混氣罐與工藝室連接處的電磁閥，分別打開各氣源通往混氣罐氣路分支上的電磁閥和流量計，使硅源氣體與氮化源氣體同時流入混氣罐中混合5秒以上后，將混合氣體通入在工藝室23中內(nèi)先將硅源氣體與氮化源氣體相混合。第五步，在襯底上淀積氮化硅膜。開啟旋轉(zhuǎn)控制，使襯底勻速轉(zhuǎn)動；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜，控制微波放電時間在IO秒可淀積出厚度為100埃的氮化硅膜。第六步，凈化工藝室。當(dāng)?shù)矸e完成后，關(guān)閉源氣體，通入氮氣對管道和工藝室23進行凈化。實施例2本發(fā)明選用基片為①150mm的p(100)單晶硅片作為襯底。第一步，清洗襯底并放入工藝室。將硅片浸入4:1的H2SO4:H2O2溶液清洗10分鐘，溶液溫度為90。C;去離子水清洗5分鐘，包括6次循環(huán)；將硅片浸入5:1:1的H20:H202:HCI溶液中清洗10分鐘，溶液溫度為7(TC;去離子水清洗5分鐘包括6次循環(huán)；將硅片浸泡在50:1的HF溶液中15到30秒；去離子水清洗5分鐘包括6次循環(huán)；氮氣氣氛保護下的旋轉(zhuǎn)甩干處理，即80秒去離子水清洗，120秒旋轉(zhuǎn)甩干。清洗后獲得表面被H鍵飽和的清潔硅表面。將清洗后的硅片放置在工藝室23內(nèi)的樣品臺232上。第二步，對工藝室抽真空。依次開啟無油真空泵和分子泵及相關(guān)閥門，對工藝室抽真空，使得本底真空度達到1.0Xl(T5Pa。第三步，分別設(shè)定工藝條件。1.襯底的溫度設(shè)定為300'C;2.氣體總流量為300sccm，氣體流量比為1:12;3.工藝室的壓力設(shè)定為5Pa;4.樣品臺旋轉(zhuǎn)速率為60轉(zhuǎn)每分鐘；5.微波功率為2000W，微波放電時間為10秒。第四步，通入混合氣體。關(guān)閉混氣罐與工藝室連接處的電磁閥，分別打開各氣源通往混氣罐氣路分支上的電磁閥和流量計，使硅源氣體與氮化源氣體同時流入混氣罐中混合5秒以上后，將混合氣體通入在工藝室23中內(nèi)先將硅源氣體與氮化源氣體相混合。第五步，在襯底上淀積氮化硅膜。開啟旋轉(zhuǎn)控制，使襯底勻速轉(zhuǎn)動；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜，控制微波放電時間在10秒可淀積出厚度為290埃的氮化硅膜。第六步，凈化工藝室。當(dāng)?shù)矸e完成后，關(guān)閉源氣體，通入氮氣對管道和工藝室23進行凈化。實施例3本發(fā)明選用基片為①10mm的石英片作為襯底。第一步，清洗襯底并放入工藝室。將石英片用丙酮潮聲清洗20分鐘；用去離子水清洗5分鐘包括6次循環(huán)；氮氣氣氛保護下的旋轉(zhuǎn)甩干處理，即80秒去離子水清洗，120秒旋轉(zhuǎn)甩干。將清洗后的石英片放置在工藝室23內(nèi)的樣品臺232上。第二步，對工藝室抽真空。依次開啟無油真空泵和分子泵及相關(guān)閥門，對工藝室抽真空，使得本底真空度達到1.0Xl(T5Pa。第三步，分別設(shè)定工藝條件。1.襯底的溫度設(shè)定為20(TC;2.氣體總流量為150sccm，氣體流量比為1:8;3.工藝室的壓力設(shè)定為1Pa;4.樣品臺旋轉(zhuǎn)速率為60轉(zhuǎn)每分鐘；5.微波功率為1200W,微波放電時間為10秒。第四步，通入混合氣體。關(guān)閉混氣罐與工藝室連接處的電磁閥，分別打開各氣源通往混氣罐氣路分支上的電磁閥和流量計，使硅源氣體與氮化源氣體同時流入混氣罐中混合5秒以上后，將混合氣體通入在工藝室23中內(nèi)先將硅源氣體與氮化源氣體相混合。第五步，在襯底上淀積氮化硅膜。開啟旋轉(zhuǎn)控制，使襯底勻速轉(zhuǎn)動；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜，控制微波放電時間在IO秒可淀積出厚度為150埃的氮化硅膜。第六步，凈化工藝室。當(dāng)?shù)矸e完成后，關(guān)閉源氣體，通入氮氣對管道和工藝室23進行凈化。實施例4本發(fā)明選用基片為①10mm的NaCl片作為襯底。第一步，清洗襯底并放入工藝室。將NaCl片用丙酮潮聲清洗20分鐘；氮氣氣氛保護下的旋轉(zhuǎn)120秒甩干處理。將清洗后的硅片放置在工藝室23內(nèi)的樣品臺232上。第二步，對工藝室抽真空。依次開啟無油真空泵和分子泵及相關(guān)閥門，對工藝室抽真空，使得本底真空度達到1.0Xl(T5Pa。第三步，分別設(shè)定工藝條件。1.襯底的溫度設(shè)定為8crc;2.氣體總流量為110sccm，氣體流量比為1:8;3.工藝室的壓力設(shè)定為1.5Pa;4.樣品臺旋轉(zhuǎn)速率為60轉(zhuǎn)每分鐘；5.微波功率為1200W，微波放電時間為10秒。第四步，通入混合氣體。關(guān)閉混氣罐與工藝室連接處的電磁閥，分別打開各氣源通往混氣罐氣路分支上的電磁閥和流量計，使硅源氣體與氮化源氣體同時流入混氣罐中混合5秒以上后，將混合氣體通入在工藝室23中內(nèi)先將硅源氣體與氮化源氣體相混合。第五步，在襯底上淀積氮化硅膜。開啟旋轉(zhuǎn)控制，使襯底勻速轉(zhuǎn)動；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜，控制微波放電時間在IO秒可淀積出厚度為130埃的氮化硅膜。第六步，凈化工藝室。當(dāng)?shù)矸e完成后，關(guān)閉源氣體，通入氮氣對管道和工藝室23進行凈化。本發(fā)明的性能可通過以下測試數(shù)據(jù)和曲線詳細說明。測試l改變微波功率，使之從650W增大到2000W，測量所淀積薄膜的厚度并與相應(yīng)的淀積時間相除得到如圖4所示淀積速率隨微波功率的變化關(guān)系曲線，從圖4中的1001線可見，隨著本發(fā)明微波功率的增大，薄膜淀積速率從110nm/min上升到140nm/min。測試2改變氣體流量比，使之從6增大到12，測量所淀積薄膜的厚度并與相應(yīng)的淀積時間相除得到如圖5所示淀積速率隨氣體流量比的變化關(guān)系曲線，從圖5中的1002線可見，隨著本發(fā)明氣體流量比的增大，薄膜淀積速率從60nm/min上升到95nm/min。測試3改變氣體流量比，使之從6增大到12，測量所淀積薄膜的折射率得到如圖6所示折射率隨氣體流量比的變化關(guān)系曲線，從圖6中的1003線可見，隨著本發(fā)明氣體流量比的增大，薄膜折射率從1.8上升到2.1。測試4改變微波功率，使之從650W增大到2000W，測量所淀積薄膜的折射率得到如圖7所示折射率隨微波功率的變化關(guān)系曲線，從圖7中的1004線可見，隨著本發(fā)明微波功率的增大，折射率從2.03降低到1.82。測試5改變工藝溫度，測試了不同氣體流量比條件下淀積的氮化硅薄膜的折射率如圖8所示。其中，1005線為8(TC下淀積氮化硅薄膜的折射率測試結(jié)果，1006線為室溫下淀積氮化硅薄膜的折射率測試結(jié)果?？梢?，隨著工藝溫度的增大，氮化硅薄膜的折射率上升。測試6改變微波功率，使之從650W增大到2000W，測量所淀積薄膜所含Si元素與N元素的比例得到如圖9所示薄膜Si/N比隨微波功率的變化關(guān)系曲線，從圖9中的1007線可見，隨著本發(fā)明微波功率的增大，薄膜Si/N比從0.78下降到0.72。測試7改變氣體流量比，使之從7增大到9，測量所淀積薄膜所含Si元素與N元素的比例得到如圖9所示薄膜Si/N比隨微波功率的變化關(guān)系曲線，從圖9中的1008線可見，隨著本發(fā)明微波功率的增大，薄膜Si/N比從0.73上升到0.79。測試8用NEXUS750紅外光譜儀，采用原樣直接檢測法分別對淀積氮化硅薄膜前后的硅片進行傅立葉變換紅外光譜分析如圖IO所示?？梢姡趦x器檢測靈敏度和檢測限內(nèi)，未檢測到明顯的2160cm"波數(shù)附近的Si-H和3340cm"波數(shù)附近的N-H鍵，因此所淀積的氮化硅薄膜幾乎不含氫元素。測試9使用AUTOEL-IV型橢圓儀分別測量出6英寸晶片上圓心、半徑處四點和1/2半徑處四點的薄膜的厚度。單片各點測量得到的氮化硅膜的厚度如表1所示。計算得到膜厚平均值為77.7納米，膜厚標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.9,薄膜片內(nèi)均勻性為95%。不同時間，以相同淀積條件重復(fù)淀積氮化硅薄膜三批，每天一批，每批五片，得到各片平均厚度如表2所示，計算得到重復(fù)性為95%。以上測試可見，用本發(fā)明方法可以在30(TC以下的低溫下淀積氮化硅薄膜，從測試l和測試2可見，薄膜淀積速率較高，從測試35可見，薄膜結(jié)構(gòu)和折射率可調(diào)且與高溫淀積工藝得到的結(jié)果接近，從測試6可見，薄膜幾乎不含氫，從測試7可見，6英寸硅圓片內(nèi)均勻性和重復(fù)性優(yōu)于95%，可滿足集成電路鈍化層材料性能的要求。表1氮化硅薄膜厚度片內(nèi)均勻性<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表2氮化硅薄膜淀積工藝重復(fù)性<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權(quán)利要求1.一種電子回旋共振等離子體化學(xué)汽相淀積氮化硅薄膜的方法，包括如下過程將襯底清洗后放在工藝室中；對工藝室抽真空；設(shè)定工藝條件，即工藝室的壓力保持在0.1Pa～5Pa；微波功率控制在600W～2000W；淀積溫度控制在室溫～300℃范圍；氣體總流量50～300sccm；硅源氣體和氮化源氣體的流量比1∶6～1∶12；旋轉(zhuǎn)速率保持為60轉(zhuǎn)/分鐘。將硅源氣體與氮化源氣體相混合后通入工藝室；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行電離分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜。2.—種電子回旋共振等離子體化學(xué)汽相淀積氮化硅薄膜的方法，包括如下過程將襯底清洗后放在工藝室中；對工藝室抽真空；設(shè)定工藝條件，即工藝室的總壓力1Pa;微波功率1200W;淀積溫度200°C;氣體總流量150sccm;硅源氣體和氮化源氣體的流量比1:8;旋轉(zhuǎn)速率保持為60轉(zhuǎn)/分鐘。將硅源氣體與氮化源氣體相混合后通入工藝室中；開啟微波源，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行電離分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求l、2所述的方法，其中硅源氣體選為以Ar氣作為載氣稀釋的SiH4;氮化源氣體選為N2。4.根據(jù)權(quán)利要求l、2所述的方法，其中將硅源氣體與氮化源氣體相混合的過程是關(guān)閉混氣罐與工藝室連接處的電磁閥；分別打開各氣源通往混氣罐氣路分支上的電磁閥和流量計，使硅源氣體與氮化源氣體同時流入混氣罐中混合5秒以上。5.根據(jù)權(quán)利要求l、2所述的方法，其中襯底材料選用6英寸硅圓片或者石英片或者NaCl晶體切片。全文摘要本發(fā)明公開一種用于集成電路鈍化層的氮化硅薄膜的低溫制造方法，該氮化硅薄膜生長在位于淀積室中的襯底上。其過程包括將襯底清洗后放在工藝室中；對工藝室抽真空并設(shè)定工藝條件；將硅源氣體與氮化源氣體先混合后通入工藝室，利用電子回旋共振效應(yīng)吸收的微波源能量對混合后的硅源氣體和氮化源氣體進行電離分解，并將電離分解后所產(chǎn)生的活性帶電粒子通過永磁磁場的作用輸運到襯底表面，在襯底上淀積氮化硅薄膜，該工藝條件是工藝室的壓力為0.1Pa～5Pa；微波功率為600W～2000W；淀積溫度為室溫～300℃范圍；氣體總流量為50～300sccm；硅源氣體和氮化源氣體的流量比為1∶6～1∶12；襯底旋轉(zhuǎn)速率為60轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明可在300℃以下低溫下高速均勻淀積6英寸的的低氫含量的氮化硅薄膜，作為集成電路鈍化層或光學(xué)器件材料。文檔編號C23C16/52GK101104925SQ200710018518公開日2008年1月16日申請日期2007年8月21日優(yōu)先權(quán)日2007年8月21日發(fā)明者付俊興,吳振宇,楊銀堂,柴常春,汪家友申請人:西安電子科技大學(xué)