氮化硅制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化硅制造方法，包括：步骤c1，通入氨气和氮气并预稳定；步骤c2，通入硅烷；步骤c3，射频点火；步骤c4，沉积氮化硅；步骤c5，氮气等离子体处理氮化硅。依照本发明专利技术的张应力氮化硅制造方法，采用氮气等离子轰击来增强Si-N键合力从而提高薄膜密度，提高了张应力氮化硅的抗酸性，使其能适用于集成在双应变衬层后栅工艺中，有效提高了器件的性能和可靠性。

Method for producing silicon nitride

The invention discloses a method for manufacturing silicon nitride, which comprises the following steps: C1, NH3 and N2 and pre stability; step C2, the silane; step C3, RF ignition; step C4, deposition of silicon nitride; step C5, the nitrogen plasma treatment of silicon nitride. According to the invention, the tensile stress of silicon nitride manufacturing method, using nitrogen plasma bombardment to enhance the bonding force of Si-N so as to improve the film density, improve the tensile stress of silicon nitride acid resistance, so that it can be applied to integrated in the double liner after strain gate process, effectively improve the performance and reliability of the devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件制造方法，特别是涉及一种具有张应力的应变氮化硅制造方法。
技术介绍
当器件物理栅长持续缩减时，若试图使得器件仍然能保持良好的性能，则载流子迁移率增强技术对于CMOS等比例缩小是至关重要的。应变硅技术通过仅增强载流子迁移率而提高了器件的开关速度，成为当前研究的热点。近期在高性能逻辑技术中，广泛采用了共轴工艺应变硅。已研发了通过在器件结构上的张应力氮化物盖层来引入沟道应变，从而增强NMOS载流子迁移率。同样地，可以在器件结构上形成压应力氮化物盖层以增强PMOS载流子迁移率。采用上述的现有工艺技术，对于NMOS而言在氮化硅薄膜中产生了由上述工艺诱导得到的高达约1.4GPa的张应力，而对于PMOS而言则产生了高达约3.0GPa的压应力。上述双应变衬层集成工艺不仅需要高的氮化硅应变，而且当使用后栅工艺时也需要薄膜具有良好的密度以及抗酸性(例如对于稀释氢氟酸dHF，特别是当后栅工艺去除假栅极及其垫氧化层时，腐蚀用的酸可能会使得应力层具有较大的、乃至不可接受的损伤，严重影响了器件的性能)。下表1是各种常见材料在dHF下的腐蚀速率对比。表1由此可见，在同样的腐蚀条件下，张应力氮化硅在dHF中刻蚀速率明显超过压应力氮化硅以及热氧化物，使得在后栅工艺的双应变衬层中难以集成采用张应力氮化硅。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服上述困难，提供一种能有效增强张应力氮化硅薄膜密度和应力的制造方法。本专利技术提供了一种氮化硅制造方法，包括：步骤c1，通入氨气和氮气并预稳定；步骤c2，通入硅烷；步骤c3，射频点火；步骤c4，沉积氮化硅；步骤c5，氮气等离子体处理氮化硅。其中，循环地重复执行步骤c1至步骤c5。其中，循环次数为20次。其中，在每个步骤c4之后均执行步骤c5。其中，步骤c1至步骤c5执行过程中腔内压力稳定控制在6T。其中，步骤c1中，氨气流量为80sccm，氮气流量为4000sccm，通气时间为10s。其中，步骤c2中，在保持步骤c1的流量同时，通入硅烷流量为20sccm，通气时间5s。其中，步骤c3中，在保持步骤c1和步骤c2的流量同时，激发射频，开启高频RF，设定为40W，时间为5s。其中，步骤c4中，在保持步骤c3的条件下，沉积时间为1.5s，沉积膜厚为其中，步骤c5中，关闭氨气和硅烷，持续通入氮气，开启高频RF40W，激发氮等离子体轰击氮化硅薄膜。其中，步骤c1之前进一步包括：步骤a，清洁以及调适腔体；步骤b，装载晶片。其中，步骤a耗时120s，步骤b耗时5s。其中，步骤c5之后进一步包括：关掉低频RF和反应气体，通入氮气直至常压，取出晶片。其中，腔体内温度为200～550℃。其中，RF低频为106～188KHZ，高频为13.56MHz。其中，腔体内本底真空度小于等于30mT。其中，采用双频容性耦合等离子体平行板式PECVD设备。依照本专利技术的张应力氮化硅制造方法，采用氮气等离子轰击来增强Si-N键合力从而提高薄膜密度，提高了张应力氮化硅的抗酸性，使其能适用于集成在双应变衬层后栅工艺中，有效提高了器件的性能和可靠性。附图说明以下参照附图来详细说明本专利技术的技术方案，其中：图1为依照本专利技术的方法的示意流程图。具体实施方式以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本专利技术技术方案的特征及其技术效果，公开了能有效增强张应力氮化硅薄膜密度和应力的制造方法。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种器件结构或工艺步骤。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构或工艺步骤的空间、次序或层级关系。在本专利技术的一个实施例中，沉积张应力氮化硅薄膜的方法是采用PECVD工艺，采用的设备是双频容性耦合等离子体平行板式PECVD设备。除此之外，本专利技术的其他实施例也可以采用其他设备和沉积方法，例如PECVD(不同的板式或者不同的耦合方式)、HDPCVD、MBE、ALD等设备，只要方法中包含了本专利技术所述的氮气等离子轰击的步骤即可。在本专利技术一个实施例中，PECVD设备腔体中温度控制在约200～550℃并优选400℃，射频(RF)低频控制为约106～188KHz并优选158KHz，高频控制为约13.56MHz。设备腔体采用分子泵、离子泵等设备抽真空，本底的理想值接近于0(腔内本底气压约为0)，实际中依照抽真空设备的能力，优选地使得本底真空度小于等于30mT。图1所示为依照本专利技术一个实施例的工艺方法流程图，值得注意的是，图中所示各个步骤除了“沉积”和“氮气处理”步骤是必须的之外，其余各个步骤均是优选的，并且这些步骤之间的先后顺序以及重复次数也可以是任选的。步骤a，清洁以及调适(season)腔体。通入氮气、或Ar气等惰性气体，并可加入含氟的化合物(例如碳氟基气体(如CF4、CH2F2、CH3F、CHF3)、XeF等)以增强清洁能力，吹扫腔体，去除腔体内以及腔体壁上残留的前次反应产物。通入清洁气体之后，可以适当提高温度以促进清洁能力，并且优选地保持一定时间以调适腔体，使得腔体内部各处达到均衡(温度、压力等参数分布均匀)。步骤a的持续时间例如为约120s。步骤b，装载晶片。打开设备腔室的门，操纵机械手或其他夹持装置，将单个晶片或者多个晶片(平行放置在晶片盒或类似固定装置中)传送至腔体中并且固定。步骤b的持续时间约为5s。步骤c1，通入第一反应气体并且预先稳定。打开第一阀门，通入作为氮元素来源的第一反应气体，以及打开第三阀门通入氮气(N2)。在本专利技术一个实施例中，第一反应气体是NH3。通入N2和NH3气体的时间约为10s。N2与NH3气体流量分别是约80sccm的N2以及约4000sccm的NH3。通入气体并不立即通入硅元素来源的第二气体，而是保持一段时间，使得第一反应气体和氮气在腔体内扩散均匀化，使得腔体内的压力稳定保持在约6T。步骤c2，通入第二反应气体。在保持步骤c1的通入第一气体的流量的同时，打开第二阀门，通入作为硅元素来源的第二反应气体，例如是硅烷(SiH4)。第二气体的流量约为20sccm，时间例如是5s，并使得腔体内压力稳定保持在6T。步骤c3，射频(RF)点火。在保持步骤c1和c2的反应气体的流量以及使得腔体内压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化硅制造方法，包括：步骤c1，通入氨气和氮气并预稳定；步骤c2，通入硅烷；步骤c3，射频点火；步骤c4，沉积氮化硅；步骤c5，氮气等离子体处理氮化硅。

【技术特征摘要】
1.一种氮化硅制造方法，包括：
步骤c1，通入氨气和氮气并预稳定；
步骤c2，通入硅烷；
步骤c3，射频点火；
步骤c4，沉积氮化硅；
步骤c5，氮气等离子体处理氮化硅。
2.如权利要求1的氮化硅制造方法，其中，循环地重复执行步骤c1至
步骤c5。
3.如权利要求2的氮化硅制造方法，其中，循环次数为20次。
4.如权利要求2的氮化硅制造方法，其中，在每个步骤c4之后均执行
步骤c5。
5.如权利要求1的氮化硅制造方法，其中，步骤c1至步骤c5执行过程
中腔内压力稳定控制在6T。
6.如权利要求1的氮化硅制造方法，其中，步骤c1中，氨气流量为
80sccm，氮气流量为4000sccm，通气时间为10s。
7.如权利要求6的氮化硅制造方法，其中，步骤c2中，在保持步骤c1
的流量同时，通入硅烷流量为20sccm，通气时间5s。
8.如权利要求7的氮化硅制造方法，其中，步骤c3中，在保持步骤c1
和步骤c2的流量同时，激发射频，开启高频RF，设定为40W，时间为
5s。
9.如权利要求8的氮化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂磊，秦长亮，李俊峰，赵超，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11