CN107464743A - 非晶硅薄膜成膜方法 - Google Patents

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刘善善
朱黎敏
朱兴旺
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Abstract

本发明公开了一种非晶硅薄膜成膜方法，包含：第1步，对覆盖有二氧化硅层的硅基板进行预热处理；第2步，对预热过的硅基板进行第一次等离子体处理；第3步，进行第一次非晶硅成膜；第4步，进行第二次等离子体处理；第5步，进行第二次非晶硅成膜。本发明所述的非晶硅薄膜成膜方法，能够有效的防止成膜时鼓包的存在，可以在使用微量掺杂元素的情况下获得较平坦化的非晶硅薄膜，同时该方法的可操作性较强，由于掺杂元素较少，又助于后续非晶硅薄膜的刻蚀残留改善。

Description

非晶硅薄膜成膜方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是指一种MEMS工艺过程中使用到的非晶硅薄膜成膜方法。
背景技术
微机电***(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，也叫做微电子机械***、微***、微机械等，是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。
微机电***是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的微型器件或***。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。MEMS侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面涵盖微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理、化学、机械学的各分支。MEMS是一个独立的智能***，可大批量生产，其***尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。常见的产品包括MEMS加速度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS光学传感器、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器、MEMS气体传感器等等以及它们的集成产品。
在MEMS工艺过程中，非晶硅是一种常用材料。非晶硅是硅的同素异形体形式，能够以薄膜形式沉积在各种基板上，为各种电子应用提供某些独特的功能。非晶硅被用在大规模生产的微机电***(MEMS)和纳米机电***(NEMS)、太阳能电池、微晶硅和微非晶硅、甚至对于各种基板上的滚压工艺技术都是有用的。常规的非晶硅成膜方法，是在玻璃基板上直接成膜，但这种方法容易形成鼓包。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种非晶硅薄膜成膜方法，形成高平坦度的无鼓包的非晶硅薄膜。
为解决上述问题，本发明所述的非晶硅薄膜成膜方法，包含如下的步骤：
第1步，对覆盖有二氧化硅层的硅基板进行预热处理；
第2步，对预热过的硅基板进行第一次等离子体处理；
第3步，进行第一次非晶硅成膜；
第4步，进行第二次等离子体处理；
第5步，进行第二次非晶硅成膜。
所述第2步中，采用Ar等离子体进行处理，防止硅氢键合影响非晶硅成膜。
所述氩气等离子体处理采用干法刻蚀中的等离子轰击方法，工艺温度为100～500℃，工艺压力为1～10torr,工艺时间为10～30s。
所述两次非晶硅成膜，最后总成膜厚度在1微米以上。
所述第4步中，采用氩气等离子体对非晶硅膜进行表面处理。
所述氩气等离子体处理采用干法刻蚀中的等离子轰击方法，工艺温度为100～500℃，工艺压力为1～10torr,工艺时间为10～30s。
本发明所述的非晶硅薄膜成膜方法，能够有效的防止成膜时鼓包的存在，可以在使用微量掺杂元素的情况下获得较平坦化的非晶硅薄膜，同时该方法的可操作性较强，由于掺杂元素较少，又助于后续非晶硅薄膜的刻蚀残留改善。
附图说明
图1～4是本发明工艺步骤图。
图5是本发明工艺流程图。
附图标记说明
1是硅衬底，2是二氧化硅层，3是非晶硅层。
具体实施方式
本发明所述的非晶硅薄膜成膜方法，最后总成膜厚度不小于1微米，包含如下的步骤：
第1步，对覆盖有二氧化硅层的硅基板进行预热处理。
第2步，对预热过的硅基板进行第一次等离子体处理。由于需要成膜1μm以上厚度的非晶硅，采用Ar等离子体进行处理，防止硅氢键合影响非晶硅成膜而产生鼓包。工艺温度为100～500℃，工艺压力为1～10torr,工艺时间为10～30s。
第3步，进行第一次非晶硅成膜。
第4步，进行第二次等离子体处理。工艺温度为100～500℃，工艺压力为1～10torr,工艺时间为10～30s。由于非晶结构当成膜厚度继续增加时依然会有鼓包产生，此时需要再次对成膜的非晶硅表面处理，用以防止鼓包的产生。
第5步，进行第二次非晶硅成膜，两次成膜后非晶硅膜层完成。
上述工艺防止非晶硅薄膜鼓包的原理是，在氧化硅表面的Si-O键会在空气中吸收空气的H2O形成-OH基团，形成氢键，具有范德华色散力和偶极-偶极引力，这些作用力严重影响非晶硅的成膜，从而导致成膜后的硅表面表现为鼓包出现。当等离子处理过以后，Si-OH键被破坏，成膜时就不会有鼓包产生。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种非晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：包含如下的步骤：
第1步，对覆盖有二氧化硅层的硅基板进行预热处理；
第2步，对预热过的硅基板进行第一次等离子体处理；
第3步，进行第一次非晶硅成膜；
第4步，进行第二次等离子体处理；
第5步，进行第二次非晶硅成膜。
2.如权利要求1所述的非晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述第2步中，采用氩气等离子体进行处理，防止硅氢键合影响非晶硅成膜。
3.如权利要求2所述的非晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述氩气等离子体处理采用干法刻蚀中的等离子轰击方法，工艺温度为100～500℃，工艺压力为1～10torr,工艺时间为10～30s。
4.如权利要求1所述的非晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述两次非晶硅成膜，最后总成膜厚度在1微米以上。
5.如权利要求1所述的非晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述第4步中，采用氩气等离子体对非晶硅膜进行表面处理。
6.如权利要求5所述的非晶硅薄膜成膜方法，其特征在于：所述氩气等离子体处理采用干法刻蚀中的等离子轰击方法，工艺温度为100～500℃，工艺压力为1～10torr,工艺时间为10～30s。
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