LPCVD氮化硅薄膜工艺研究

实验 采用 的设 备 是 Ｔ Ｅ Ｍ Ｏ公 司生 产 的 Ｈ Ｒ Ｃ
Ｔ ９０ ＭＸ ００型 水 平 式 Ｌ Ｃ Ｄ 炉 管 。这 种 水 平 式 ＰＶ Ｌ Ｃ Ｄ炉 管 的优 点 是有 良好 的经 济 性 ， 量 大 ， ＰＶ 产
均一 性好 和容纳大尺 寸 晶片 （ １０ ｍ） 能力 。 如 ５ｍ 的
摘
要
氮化硅薄膜在半导体器件制造、 薄膜加工、 Ｅ Ｓ中有着广泛的应用。利用低压化学气相 ＭＭ
淀积（ Ｐ Ｖ ） Ｌ Ｃ Ｄ 技术 ， ８０Ｃ温度下， 在 ０￣ 不同的工艺气体流量比生成的氮化硅 薄膜， 薄膜成份 中的硅 氮 其 比会 有不 同， 成薄膜 特性 也不 同。通 过 测试 氮化 硅 薄膜 在 缓 冲腐蚀 液 （ Ｏ 中的腐蚀 速 率 ， 造 Ｂ Ｅ） 来推 定
生 长 温 度 。然 而 ， 化 硅 可 以 用 中 温 （ ０ ￣ 氮 ８ ０Ｃ） Ｌ Ｃ Ｄ的方法或 者 低 温 （ ０ ￣ Ｐ Ｃ Ｄ法淀 积 。 ＰＶ ３ ０Ｃ） Ｅ Ｖ Ｌ Ｃ Ｄ法可获 得 完 全 的 化 学 组 成 Ｓ， 密 度 较 ＰＶ ｉＮ ，
高 ２ ９— ．ｇ ｃ 可提 供 一 个较 好 的掩 蔽层 ， ． ３ １／ ｍ ， 防
义。
释 的惰性 气 体 引入 反 应室 。实 验 中采 用 Ｓｌ Ｃ２ ｉ Ｉ 和Ｎ ， Ｈ 作为反 应气体 ，： 为惰 性气 体 ； Ｎ作 ２ 气体 物质 向衬底 方 向流动 ； ）
３ 衬底 吸收反应物 ； ） ４ 被 吸附的原子迁 移进行 成膜 化学反 应 ； ）
利用 氮化 的方 法 （ 氨 气 ） 长 氮化 硅 相 当 如 生 困难 ， 其主要 原 因是 生 长速率 太慢 ， 需要很 高 的 且
５ 反应 的气 体 副 产 品 被 排 出反 应 室 。驱 动 ）
反应 的能 量 有 几 种 方 法 提 供 （ 如 热 ， 子 ， 例 光 电
子 ） 热能最 常用 。 ，
气体 的化 学反 应生 成 的 固态 物 质不 仅在 （ 或
非常接近 于） 晶片表面 （ 异相反应 Ｈ ｔ ｏｅ ｅｕ － ｅ ｒｇｎｏｓｒ ｅ ｅ
第 ２ 卷第 ２ ８ 期 ２ １ ６月 ００年
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ＪＣ Ｉ ＨＥ ＮＧＤＩ ＡＮＬＵ Ｏ Ｔ ＮＧＸＵＮ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １２８ ２
Ｊ ｎ２ １ ｕ ．０ ０
Ｌ Ｃ Ｄ氮 化 硅 薄 膜 工 艺 研 究 ＰＶ
高 博
（ 中国兵器工 业第 ２４研 究所 １ 蚌埠 ２３４ ） ３０２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
于淀积温度低 ， 适合在制作完成 的器件上淀积最 后的保护层。其抗刮性 极佳 ， 适合作为防止水和
钠离 子扩散 至器件 的保 护 材 料 ， 里 只对 Ｌ Ｃ Ｄ 这 ＰＶ 制备 的氮化硅 薄膜 进行 研究 分析 。
为它只在 加热炉 里有选择性地发 生 ， 生成 的膜质量 好 。而同相反应 是不希望发生 的 ， 因为它 们形成 淀 积 物气相 团 ， 附着性不好 ， 导致 密度低 ， 缺陷多 。另 外， 同相反应 还消 耗反应 物 ， 降低 了淀 积速 率 。因
械保 护层 ， 别 是 塑 料 封 装 的 器 件 ；） 为 硅 选 特 ２作 择性 氧化 的掩 膜 ； ） 为 ＭＯ ３作 Ｓ器件 中 的栅 介 质 。 氮化硅介 电常数 高 ， 使 它 在层 间绝 缘应 用 上较 这
缺 乏 吸 引 力 ．ｊ 导 电层 间 产 生 了 较 大 的 电容 。 １为 、 ｉ 良好 的氮 化 硅 薄 膜 对 集 成 电路 制 造 有 着 重 要 意
氮化硅 所含 硅 氮成分 ， 寻找 出适合 生产 的最佳 工艺条件 。
关键 词
低 压化 学 气相 淀积 （ Ｐ Ｖ 氮化硅 Ｌ Ｃ Ｄ）
均 匀性
１ 引 言
氮化硅 膜是非 晶绝 缘物 质 ， Ｖ Ｓ 制作 中有 在 ＬＩ
三个 主要用 途 ：） 为集 成 电路 的最终 钝 化 和机 １作
此 ，Ｐ Ｖ Ｌ Ｃ Ｄ应用 的化 学反 应 的一 个重 要 特 征 是异
２ 工 艺 步骤
Ｌ Ｃ Ｄ工艺 生成 氮化 硅 的主要工 艺步骤 ： ＰＶ
相反应超过 同相反应 的程度 。Ｌ Ｃ Ｄ工艺 步骤 可 ＰＶ
总结 为气 相过程 和表 面过程两个 步骤 。
第８第 期 ２ ２ 卷
３ 实验及 数据分 析
榘威 躐 遒 蓦
变 化 时 ， 化 硅 薄 膜 成 份 也发 生 了细 微 的变 化 。 氮 由于缺 乏必 要 的设 备仪 器无法 直接测 出氮化 硅薄 膜 成份 ， 通过 采用 测试 Ｂ Ｅ腐蚀 氮化 硅速 率 的方 Ｏ
法 来推定 氮化硅 薄膜 的主要成 份 。国际公认 氮化
止水 和钠离 子 的扩 散 ， 于 覆 盖器 件 ，Ｅ Ｖ 用 Ｐ Ｃ Ｄ法 无法 获得正 确化学 组成 ， 密度 ２４—２ ８／ｍ ， ． ．ｇｃ 由
ａｔ ｎ ， ｃｏ ） 还会在气相 中（ ｉ 同相 反应 ，ｏ ｅｅｅｕ ｅ ｈ ｍ ｇｎｏ ｓｒ－ ａｔ ｎ 。Ｌ Ｃ Ｄ工 艺 希望 发 生 的是 异 相 反 应 ， ｃｏ） Ｐ Ｖ ｉ 因
初始 化一 安全设定一 升 温一 进 舟一前 清 洗一
泵 抽一检 漏一 稳定 一 淀积 （ 积时 间根 据 工 艺 规 淀
范要 求确定 ） 泵抽一后 清洗一 冲 氮一 出舟 。 一
其 中最 重要 的是 淀积 中 的气 体 反应 过程 ， 一 般 可概括 为以下步骤 ： １ 给定 组成 （ ） 和流 量 ） 的反 应 气 体 和 用来 稀
硅 薄 膜 在 Ｂ Ｅ腐 蚀 液 中 的腐 蚀 速 率 一 般 接 近 Ｏ
１． ｍ ｎ 以 １／ ｍ ｎ为 Ｓ３ ４ Ｂ Ｅ中 的基本 ０ ￣ ／ ｉ。 ０ｋ ｉ ／ ｉ 在 Ｏ Ｎ
主 要 缺 点 是 易 于 受 微 粒 污 染 ， 积 速 率 低。 淀
Ｌ Ｃ Ｄ氮 化硅 由 Ｓｌ Ｃ２和 Ｎ ３在 ７ ０— ０ ＇ ＰＶ ｉ２１ Ｈ ０ ８ ０１ ２ 间反 应生成 ， 整个反 应 的化 学反 应式 如下 ：