沉积氮化硅的方法和设备技术

本发明专利技术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(N

Method and equipment for depositing silicon nitride

【技术实现步骤摘要】
沉积氮化硅的方法和设备
本专利技术涉及沉积氮化硅的方法。更具体地，本专利技术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。本专利技术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。
技术介绍
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(revealapplication)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。
技术实现思路
本专利技术在本专利技术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。本专利技术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。根据本专利技术的第一方面，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HFRF功率和LFRF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LFRF功率或减少至少90％的LFRF功率，使得通过PECVD将氮化硅沉积到衬底上。已经发现，在施加HFRF功率和LFRF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LFRF功率(与HFRF功率结合)有助于形成更稳定的等离子体体系。在施加HFRF功率和LFRF功率一定时段后，立即引入硅烷前体，其中，该一定时段足以维持等离子体的稳定。该一定时段可以是至少2秒，优选至少3秒。在施加LFRF功率至少2秒的时段后立即引入硅烷有助于使等离子体完全稳定，并从而消除不希望的富硅颗粒的形成。在可能施加LFRF功率小于约15秒，优选小于约10秒，更优选约5秒的时段后，立即进行将硅烷引入到腔室中的步骤。施加LFRF功率小于约15秒，优选约5秒的时段有助于减少处理时间并增加衬底产量。可以在从将硅烷前体引入腔室中起约10秒，优选小于约5秒，并且更优选小于约2秒内，去除LFRF功率或减少至少90％的LFRF功率。优选地，在硅烷前体持续形成等离子体的一部分之后，立即或片刻之后去除LFRF功率。例如，一旦硅烷前体的流量达到期望的流量就可以将LFRF功率去除或减少至少90％。将硅烷前体引入到腔室会暂时破坏等离子体的稳定。当使等离子体重新稳定时，可以进行去除或减少LFRF功率的步骤。在不损害所沉积的氮化硅膜性能的情况下，可以优化去除或减少LFRF功率的步骤，以最大限度地使等离子体稳定。优选地，在维持等离子体的同时，将LFRF功率减小至少95％，更优选地减小至少99％，并且最优选地减少100％。即，最优选的是在维持等离子体的同时，完全去除LFRF功率。可将HFRF功率施加到PECVD设备的进气口。进气口可以是喷头。可将LFRF功率施加到PECVD设备的进气口或衬底支撑件。高频(HF)功率和低频(LF)功率是射频(RF)功率。HFRF功率的频率可以大于2MHz，并且优选地为约13.56MHz。LFRF功率的频率可以为300kHz至500kHz，优选350kHz至400kHz，并且更优选约360kHz至380kHz。例如，当处理300mm直径的衬底时，LFRF功率的频率可具有500W至1200W的功率。所施加的HFRF功率与氮化硅沉积速率相关。优选地，氮化硅沉积速率为约0.2μm/min至0.6μm/min。500W至1200W的HFRF功率可适合于实现该优选的沉积速率。超过1200W的HFRF功率可能引发不希望的气相副反应，从而可能会形成不期望的微观颗粒沉积物。在施加高频(HF)RF功率和低频(LF)RF功率来维持腔室中的等离子体的步骤期间，低频(LF)RF功率可具有100W至300W的功率。在该范围内的LFRF功率可有利于完全消除富硅颗粒的形成，而不会损害所沉积的氮化硅膜的品质。硅烷前体可以是SiH4。替代性地，硅烷前体可以是具有通式SinH2n+2的高级硅烷，其中n＝2至5。从实用的观点来看，优选使用SiH4。该方法进一步可包括将H2引入腔室中的步骤。可以在任何合适的时间将H2引入腔室中。例如，可以在引入氮气(N2)前体或硅烷前体的同时将H2引入腔室中。该方法可以在低于250℃，优选低于200℃的温度下进行。该方法可以在高于80℃的温度下进行。该方法进一步可包括以下步骤：将惰性气体引入腔室中；并且在引入氮气(N2)前体之前，产生等离子体；其中惰性气体优选为氩气或氦气。惰性气体可以是运载气体。惰性气体可以是气体混合物。惰性气体可以在任何合适的时间，诸如在引入氮气(N2)的同时引入到腔室中。惰性气体可以促进等离子体的产生。根据本专利技术的第二方面，提供了一种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，该设备包括：腔室；设置在腔室内的衬底支撑件；用于将气体引入腔室中的进气系统；高频(HF)RF功率供应器，该高频(HF)RF功率供应器配置为向进气系统施加HFRF功率；低频(LF)RF功率供应器，该低频(LF)RF功率供应器配置为向进气系统或衬底支撑件之一施加LFRF功率；至进气系统的氮气(N2)前体源；至进气系统的硅烷前体源；以及控制器；其中，在施加HFRF功率和LFRF功率的同时，在使用中，控制器将硅烷前体导引入腔室中，使得硅烷前体能够在腔室中持续形成的等离子体的一部分，并且随后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积氮化硅的方法，所述方法包括以下步骤：/n提供一种PECVD设备，所述PECVD设备包括腔室和设置在所述腔室内的衬底支撑件；/n将衬底设置在所述衬底支撑件上；/n将氮气(N

【技术特征摘要】
20180817 GB 1813467.61.一种通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)沉积氮化硅的方法，所述方法包括以下步骤：
提供一种PECVD设备，所述PECVD设备包括腔室和设置在所述腔室内的衬底支撑件；
将衬底设置在所述衬底支撑件上；
将氮气(N2)前体引入到所述腔室中；
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；
在施加所述HFRF功率和所述LFRF功率的同时，将硅烷前体引入到所述腔室中，使得所述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，去除所述LFRF功率或减小至少90％的所述LFRF功率，使得通过PECVD将氮化硅沉积到所述衬底上。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，在施加所述HFRF功率和所述LFRF功率一定时段后，立即引入所述硅烷前体，其中，所述一定时段足以维持所述等离子体的稳定。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述一定时段为至少2秒，并且优选至少3秒。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在施加所述LFRF功率小于约15秒，优选小于约10秒，更优选约5秒的时段后，立即进行将所述硅烷前体引入所述腔室中的步骤。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在从将所述硅烷前体引入所述腔室中起约10秒，优选小于约5秒，并且更优选小于约2秒内，去除所述LFRF功率。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述HFRF功率施加到所述PECVD设备的进气口。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述进气口是喷头。


8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，将所述LFRF功率施加到所述PECVD设备的所述进气口或所述衬底支撑件。


9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述HFRF功率的频率大于2MHz，并且优选地为约13.56MHz。


10.根据前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯瑟琳·克鲁克，史蒂夫·伯吉斯，
申请(专利权)人：SPTS科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB