CN116759297B - 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法 - Google Patents

一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116759297B
CN116759297B CN202311061976.5A CN202311061976A CN116759297B CN 116759297 B CN116759297 B CN 116759297B CN 202311061976 A CN202311061976 A CN 202311061976A CN 116759297 B CN116759297 B CN 116759297B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
nitride film
silicon nitride
wafer
reaction chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311061976.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116759297A (zh
Inventor
周洁鹏
封拥军
宋维聪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Betone Semiconductor Energy Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Betone Semiconductor Energy Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Betone Semiconductor Energy Technology Co ltd filed Critical Shanghai Betone Semiconductor Energy Technology Co ltd
Priority to CN202311061976.5A priority Critical patent/CN116759297B/zh
Publication of CN116759297A publication Critical patent/CN116759297A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116759297B publication Critical patent/CN116759297B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02123—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon
    • H01L21/0217—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material containing silicon the material being a silicon nitride not containing oxygen, e.g. SixNy or SixByNz
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/34—Nitrides
    • C23C16/345—Silicon nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Formation Of Insulating Films (AREA)

Abstract

本发明公开了一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，通过在连续形成低温氮化硅薄膜的过程中对氛围气体氮气的温度进行控制，限定其初始氮气温度为20～25℃，并在检测到晶圆表面温度上升一定值后，通过对氮气进行冷却的方式下调氮气温度，形成的低温氛围气体通入真空反应腔室后可带走晶圆表面产生的热量，达到降低晶圆表面温度的作用，并且不影响反应气体的组分，使得薄膜稳定。由此可使设备的效率提高，更好的保护了器件。

Description

一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法
技术领域
本发明涉及低温氮化硅薄膜制备技术领域，特别涉及一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法。
背景技术
由于低温器件的需要，低于100℃的氮化硅薄膜工艺需要开发。现有做法是硅烷，氨气和氮气在等离子氛围下反应生成氮化硅，主要通过控制基座和整个腔体的温度来达到低温的反应，但是在实际生产过程中，随着反应次数的增加，晶圆的温度随着等离子反应会逐步升高，并且与基座的温度差异也会越来越大，甚至在一定反应次数时，晶圆的表面温度会超过100℃的上限温度。由此会造成晶圆表面镀膜差异，继而影响薄膜性能。
现有的降低晶圆表面温度的方法主要是通过在加热盘中通入一定温度混合液体来降低基座的温度，从而达到稳定晶圆表面温度的目的。该方法能一定程度上有效降低晶圆表面温度，但当连续反应次数过多后，降低晶圆表面温度的效果会明显变差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
本发明提供了一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，包括以下步骤：
S1、控制PECVD设备的真空反应腔室的温度为60～80 ℃，然后去除腔体杂质，并使真空反应腔室的上极板氟化形成氟化铝；
S2、向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气进行预处理；然后继续向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气，同时通入氮气，并控制射频功率为400～900 W，在腔体表面沉积氮化硅膜；
S3、将晶圆放入真空反应腔室内的基座上，向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气进行预处理；然后继续向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气，同时通入氮气，在晶圆表面沉积氮化硅薄膜；
S4、取出沉积了氮化硅薄膜的晶圆后，重复步骤S1～S3，进行下一次在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的制备；
其中，在第一次制备低温氮化硅薄膜时，步骤S2和S3中，所述通入氮气的温度为初始氮气温度，初始氮气温度为20～25℃；
当检测到第n次制备低温氮化硅薄膜的晶圆表面温度相比第一次制备低温氮化硅薄膜的晶圆表面温度升高大于等于设定值后，相应降低步骤S2和S3中通入氮气的温度。
优选地，所述降低步骤S2和S3中通入氮气的温度中，具体通入氮气温度的下降值采用以下公式计算得到：
a=（b-0.2095）/ 4.3822
其中，a为通入氮气温度的下降值，该下降值为摄氏温度的下降值；b为晶圆表面温度的升高值，该升高值为摄氏温度的升高值。
优选地，步骤S2和S3中，所述氮气的通入流量为5000～20000 sccm。
优选地，所述氮气的通入流量与含硅气体硅烷的通入流量比例为1:25。
优选地，步骤S1中，所述去除腔体杂质，并使真空反应腔室的上极板氟化形成氟化铝的具体步骤为：通入在腔室外部解离成氟离子的氟化氮气2000～6000 sccm和氩气 4000～12000 sccm，通入时间为30～60 s，并保持真空反应腔室内的压强为1～10 torr。
优选地，所述氟化氮气和氩气的通入比例为1:2。
优选地，步骤S2和步骤S3中，所述向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气进行预处理的具体步骤为：向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷200-800 sccm和氨气100-400 sccm，通入时间为5～10 s。
优选地，步骤S2和步骤S3中，所述含硅气体硅烷和氨气的通入比例为1:2。
优选地，步骤S2中，所述在腔体表面沉积氮化硅膜的步骤中，保持真空反应腔室内的压强为1～10 torr，通入含硅气体硅烷和氨气的流量与预处理的流量相同，沉积时间为10～20s，沉积的氮化硅膜的厚度为200～1000 A。
优选地，步骤S3中，所述在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的步骤中，保持真空反应腔室内的压强为1～10 torr，通入含硅气体硅烷和氨气的流量与预处理的流量相同，沉积时间为3～120 s，沉积的氮化硅膜的厚度为200～8000 A。
优选地，所述设定值为2℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1）本发明通过在连续形成低温氮化硅薄膜的过程中对氛围气体氮气的温度进行控制，限定其初始氮气温度为20～25℃，并在检测到晶圆表面温度上升一定值后，通过对氮气进行冷却的方式下调氮气温度，形成的低温氛围气体通入真空反应腔室后可带走晶圆表面产生的热量，达到降低晶圆表面温度的作用，并且不影响反应气体的组分，使得薄膜稳定。
2）本发明进一步通过特定方法精确下调通入的低温氛围气体氮气的具体温度值，可在连续生产低温氮化硅薄膜的过程中，使晶圆表面温度不再升高并且一直趋于稳定，由此可使设备的效率提高，更好的保护了器件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1显示为对比例1连续制备低温氮化硅薄膜的方法中，不同反应次数下测得的晶圆表面温度和基座温度变化结果；
图2显示为实施例1连续制备低温氮化硅薄膜的方法中，不同反应次数下测得的晶圆表面温度和基座温度变化结果；
图3显示为实施例2的不同条件下连续制备低温氮化硅薄膜的方法中，氮气温度降低值与晶圆表面温度降低值的线性关系。
实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器、机台和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
在本申请研究之前，现有的制备低温碳化硅薄膜的方法中，通常采用通入含硅气体硅烷和氨气作为反应源气体，并通入常温氮气进行沉积氮化硅薄膜，在进行连续生产过程中，随着反应次数的增加，晶圆表面温度会逐渐升高，与基座温度的差异会越来越大。由此需开发降低和稳定晶圆表面温度的方法，以使设备的效率提高，更好的保护了器件的电性。
为实现上述目的，本发明提供了一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，所述方法包括下步骤：
1. 以铝（Al）为腔壁的材料，铝Al 为低温基座的PECVD真空反应腔室，控制真空反应腔室的温度在60℃～80℃，且后续各步骤中也保持该温度不变，在该温度下均可实现低温氮化硅薄膜的制备；更优的温度范围控制在65～75℃的任意点值或小范围均可。该控制温度可以是60 ℃、61 ℃、62 ℃、62 ℃、63 ℃、64 ℃、65 ℃、66 ℃、67 ℃、68 ℃、69 ℃、70 ℃、71 ℃、72 ℃、73 ℃、74 ℃、75 ℃、76 ℃、77 ℃、78 ℃、79 ℃、80 ℃中的任意一个点值或任意两个点值之间的范围值，本发明不做特别的限制，其对最终制备的低温氮化硅薄膜的性能均影响不大。
2. 通入氟化氮气2000～6000 sccm（在腔室外部解离成氟离子后通入）和氩气4000～12000 sccm，通入时间为30～60 s，保持所述PECVD真空反应腔室内的压强为1～10torr的情况下，于所述环境下进行腔体杂质去除，并使真空反应腔室的上极板形成氟化铝；根据腔室大小，通入的氟化氮气的流量范围可以在2000～6000 sccm内进行任意调节，并根据氟化氮气与氩气的比例相应调整氩气的流量（这一步主要是在氟离子处理后，对上极板进行氟化，氟化氮（NF3）与氩气（AR）比例为1：2时，有效氟离子的浓度最佳。如果没有这一步，下面一个步骤的镀膜会有影响，吸附力会下降）。
3. 向所述PECVD真空反应腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）200～800 sccm和氨气（NH3）100～400 sccm，通入时间为5～10 s；然后在保持所述PECVD真空腔室内的压强为1～10 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）200～800 sccm和氨气（NH3）100～400sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）5000～20000 sccm，控制射频功率为400～900W，沉积时间为10～20 s，于所述真空腔体反应表面沉积氮化硅膜，厚度约为200～1000 A，主要起保护腔体的作用。其中，硅烷和氨气的通入流量可在前述各流量范围内进行调节，优选硅烷和氨气的流量比例为1:2；所述氮气的通入流量可在前述流量范围内进行调节，优选氮气与硅烷的流量比例为1:25，以保证压力稳定；
4. 然后在真空反应腔室的基座上放入基底（为12英寸晶圆），向所述PECVD真空腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）200～800 sccm和氨气（NH3）100～400 sccm，通入时间为5-10s；然后保持所述PECVD真空腔室内的压强为1～10torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）200～800 sccm和氨气（NH3）100～400 sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）5000～20000 sccm，控制射频功率为400～900 W，沉积时间为3～120 s，于所述12英寸晶圆表面沉积氮化硅薄膜，厚度约为200～8000 A。其中，硅烷和氨气的通入流量可在前述各流量范围内进行调节，优选硅烷和氨气的流量比例为1:2；所述氮气的通入流量可在前述流量范围内进行调节，优选氮气与硅烷的流量比例为1:25，以保证压力稳定；
5. 取出沉积了氮化硅薄膜的晶圆后，重复前述步骤1～4，进行下一次在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的制备，以此进行连续生产。
上述生产过程中，检测晶圆表面温度，第一次制备氮化硅薄膜测得的晶圆表面温度作为初始晶圆表面温度。第一次沉积氮化硅薄膜中，步骤3和4中控制通入氮气的温度为20～25℃，作为初始氮气温度。当检测到第n次制备低温氮化硅薄膜的晶圆表面温度相比初始晶圆表面温度升高大于等于设定值后，设定值优选为2℃，（如升高2℃、3℃、4℃或5℃等），通过冷却装置对氮气进行冷却来相应降低步骤S2和S3中通入氮气的温度。所述降低步骤S2和S3中通入氮气的温度中，具体通入氮气温度的下降值采用以下公式计算得到：
a=（b-0.2095）/ 4.3822
其中，a为通入氮气温度的下降值，该下降值为摄氏温度的下降值；b为晶圆表面温度的升高值，该升高值为摄氏温度的升高值。
实施例
下面将结合实施例及实验数据对本申请的形成低温氮化硅薄膜的方法进行详细说明。
对比例1
本对比例提供了一种连续形成低温氮化硅薄膜的方法，具体步骤如下：
1）以Al为腔壁的材料，Al 为低温基座的PECVD真空反应腔室，控制真空反应腔室的温度在80 ℃，且后续各步骤中也保持该温度不变；
2）通入氟化氮气4000 sccm（在腔室外部解离成氟离子后通入）和氩气8000 sccm，通入时间为40 s，保持所述PECVD真空反应腔室内的压强为5 torr的情况下，于所述环境下进行腔体杂质去除，并使真空反应腔室的上极板形成氟化铝；
3）向所述PECVD真空反应腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，通入时间为8 s；然后在保持所述PECVD真空腔室内的压强为5 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，并且通入未经冷却处理的氮气（N2，温度为约25 ℃）10000 sccm，控制射频功率为600 W，沉积时间为15 s，于所述真空腔体反应表面沉积氮化硅膜，厚度约为500A，主要起保护腔体的作用；
4）然后在真空反应腔室的基座上放入12英寸晶圆，向所述PECVD真空腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，通入时间为8 s；然后保持所述PECVD真空腔室内的压强为5 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，并且通入未经冷却处理的氮气（N2，温度为约25 ℃）10000 sccm，控制射频功率为600 W，沉积时间为50 s，于所述12英寸晶圆表面沉积氮化硅薄膜，厚度约为2000A。
5）取出沉积了氮化硅薄膜的晶圆后，重复前述步骤1～4，进行下一次在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的制备，以此进行连续生产。生产过程中，不调整通入氮气的温度，检测晶圆表面温度和基座温度，在反应第1次、第10次、第15次、第20次和第25次时测得的晶圆表面温度和基座温度的结果如图1所示。由图1可见，基座温度虽然一直稳定在80 ℃，但晶圆表面温度已从反应第1次的约95 ℃逐渐上升到反应第25次的100 ℃以上，且此时的晶圆表面温度已超过了其温度上限100 ℃。
实施例1
本实施例提供了一种连续形成低温氮化硅薄膜的方法，具体步骤如下：
1）以Al为腔壁的材料，Al 为低温基座的PECVD真空反应腔室，控制真空反应腔室的温度在80 ℃，且后续各步骤中也保持该温度不变；
2）通入氟化氮气4000 sccm（在腔室外部解离成氟离子后通入）和氩气8000 sccm，通入时间为40 s，保持所述PECVD真空反应腔室内的压强为5 torr的情况下，于所述环境下进行腔体杂质去除，并使真空反应腔室的上极板形成氟化铝；
3）向所述PECVD真空反应腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，通入时间为8 s；然后在保持所述PECVD真空腔室内的压强为5 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）10000 sccm，控制射频功率为600 W，沉积时间为15 s，于所述真空腔体反应表面沉积氮化硅膜，厚度约为500 A，主要起保护腔体的作用；
4）然后在真空反应腔室的基座上放入12英寸晶圆，向所述PECVD真空腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，通入时间为8 s；然后保持所述PECVD真空腔室内的压强为5 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）400 sccm和氨气（NH3）200 sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）10000 sccm，控制射频功率为600 W，沉积时间为50 s，于所述12英寸晶圆表面沉积氮化硅薄膜，厚度约为2000A。
5）取出沉积了氮化硅薄膜的晶圆后，重复前述步骤1～4，进行下一次在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的制备，以此进行连续生产。生产过程中，检测晶圆表面温度，第一次制备氮化硅薄膜测得的晶圆表面温度作为初始晶圆表面温度。第一次沉积氮化硅薄膜中，步骤3和4中控制通入氮气的温度为25℃，作为初始氮气温度。检测晶圆表面温度和基座温度，并在监测到第n次制备氮化硅薄膜时的晶圆表面温度相比初始晶圆表面温度升高2℃时，通过冷却装置相应降低第n次制备氮化硅薄膜时的通入氮气的温度。所述降低步骤S2和S3中通入氮气的温度中，具体通入氮气温度的下降值采用以下公式计算得到：
a=（b-0.2095）/ 4.3822
其中，a为通入氮气温度的下降值，该下降值为摄氏温度的下降值；b为晶圆表面温度的升高值，该升高值为摄氏温度的升高值。
在反应第1次、第10次、第15次、第20次和第25次（即制备氮化硅薄膜的次数）时测得的晶圆表面温度和基座温度的结果如图2所示。由图2可见，基座温度一直稳定在80℃，且晶圆表面温度也几乎一直稳定在90℃。与对比例1的方法相比，采用本实施例方法连续形成低温氮化硅薄膜中，晶圆表面温度明显下降，且反应25次后基本保持温度稳定。
实施例2
本实施例提供了一种连续形成低温氮化硅薄膜的方法，具体探讨了采用不同降低温度的氮气进行连续生产10次，晶圆表面温度变化与氮气温度变化之间的关系。具体步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于：每连续生产10次作为一个实验组，每一个实验组采用相同温度的氮气，共连续生产50次。另以采用氮气温度为25℃连续形成低温氮化硅薄膜的方法为对比实验组，分别在第10次、20次、30次、40次、50次测定晶圆表面温度。具体各组的实验条件如表1所示。
表1
表1中，实验组1相比对比实验组的晶圆表面温度降低值为实验组1测定的第10次晶圆表面温度减去对比实验组第10次制备低温氮化硅薄膜时的晶圆表面温度的差值，实验组2相比对比实验组的晶圆表面温度降低值为实验组2测定的第20次晶圆表面温度减去对比实验组第20次制备低温氮化硅薄膜时的晶圆表面温度的差值，以此类推。
以各实验组采用的氮气温度降低值（x）作为横坐标，晶圆表面温度降低值（y）为纵坐标，绘制相关性曲线，结果如图3所示，得到相关线性方程：y=4.3822x+0.2095。
由本实施例的测试结果可见，降低氮气温度后，可使晶圆表面温度呈线性下降。由此可根据该结果推知：当晶圆表面温度升高温度后，为降低晶圆表面温度，通过前述线性方程可相应获得氮气温度降低值，从而下调通入的氮气温度，达到降低晶圆表面温度的效果。
由此推导出具体通入氮气温度的下降值的公式为：
a=（b-0.2095）/ 4.3822
其中，a为通入氮气温度的下降值，该下降值为摄氏温度的下降值；b为晶圆表面温度升高值，该升高值为摄氏温度的升高值。
实施例3
本实施例提供了一种连续形成低温氮化硅薄膜的方法，具体步骤如下：
1）以Al为腔壁的材料，Al 为低温基座的PECVD真空反应腔室，控制真空反应腔室的温度在70 ℃，且后续各步骤中也保持该温度不变；
2）通入氟化氮气2000 sccm（在腔室外部解离成氟离子后通入）和氩气4000 sccm，通入时间为60 s，保持所述PECVD真空反应腔室内的压强为8 torr的情况下，于所述环境下进行腔体杂质去除，并使真空反应腔室的上极板形成氟化铝；
3）向所述PECVD真空反应腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）800 sccm和氨气（NH3）400 sccm，通入时间为5 s；然后在保持所述PECVD真空腔室内的压强为5 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）800 sccm和氨气（NH3）400 sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）20000 sccm，控制射频功率为900 W，沉积时间为10 s，于所述真空腔体反应表面沉积氮化硅膜，厚度约为600A，主要起保护腔体的作用；
4）然后在真空反应腔室的基座上放入12英寸晶圆，向所述PECVD真空腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）800 sccm和氨气（NH3）400 sccm，通入时间为5 s；然后保持所述PECVD真空腔室内的压强为5 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）800 sccm和氨气（NH3）400 sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）20000 sccm，控制射频功率为900 W，沉积时间为20 s，于所述12英寸晶圆表面沉积氮化硅薄膜，厚度约为500 A。
5）取出沉积了氮化硅薄膜的晶圆后，重复前述步骤1～4，进行下一次在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的制备，以此进行连续生产。生产过程中，检测晶圆表面温度，第一次制备氮化硅薄膜测得的晶圆表面温度作为初始晶圆表面温度。第一次沉积氮化硅薄膜中，步骤3和4中控制通入氮气的温度为23℃，作为初始氮气温度。检测晶圆表面温度和基座温度，并在监测到第n次制备氮化硅薄膜时的晶圆表面温度相比初始晶圆表面温度升高2℃时，通过冷却装置相应降低第n次制备氮化硅薄膜时的通入氮气的温度。具体通入氮气温度的下降值采用以下公式计算得到：
a=（b-0.2095）/ 4.3822
其中，a为通入氮气温度的下降值，该下降值为摄氏温度的下降值；b为晶圆表面温度升高值，该升高值为摄氏温度的升高值。
在反应 25 次后测得的晶圆表面温度均稳定在 80 ℃。
实施例4
本实施例提供了一种连续形成低温氮化硅薄膜的方法，具体步骤如下：
1）以Al为腔壁的材料，Al 为低温基座的PECVD真空反应腔室，控制真空反应腔室的温度在60 ℃，且后续各步骤中也保持该温度不变；
2）通入氟化氮气6000 sccm（在腔室外部解离成氟离子后通入）和氩气12000sccm，通入时间为30 s，保持所述PECVD真空反应腔室内的压强为3 torr的情况下，于所述环境下进行腔体杂质去除，并使真空反应腔室的上极板形成氟化铝；
3）向所述PECVD真空反应腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）200 sccm和氨气（NH3）100 sccm，通入时间为10 s；然后在保持所述PECVD真空腔室内的压强为3 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）200 sccm和氨气（NH3）100 sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）5000 sccm，控制射频功率为400 W，沉积时间为20 s，于所述真空腔体反应表面沉积氮化硅膜，厚度约为800 A，主要起保护腔体的作用；
4）然后在真空反应腔室的基座上放入12英寸晶圆，向所述PECVD真空腔室内通入含硅气体硅烷（SIH4）200 sccm和氨气（NH3）100 sccm，通入时间为10 s；然后保持所述PECVD真空腔室内的压强为3 torr的情况下，继续通入含硅气体硅烷（SIH4）200 sccm和氨气（NH3）100 sccm，并且通入由冷却装置输出的氮气（N2）5000 sccm，控制射频功率为400 W，沉积时间为100 s，于所述12英寸晶圆表面沉积氮化硅薄膜，厚度约为4000 A。
5）取出沉积了氮化硅薄膜的晶圆后，重复前述步骤1～4，进行下一次在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的制备，以此进行连续生产。生产过程中，检测晶圆表面温度，第一次制备氮化硅薄膜测得的晶圆表面温度作为初始晶圆表面温度。第一次沉积氮化硅薄膜中，步骤3和4中控制通入氮气的温度为22℃，作为初始氮气温度。检测晶圆表面温度和基座温度，并在监测到第n次制备氮化硅薄膜时的晶圆表面温度相比初始晶圆表面温度升高3℃时，通过冷却装置相应降低第n次制备氮化硅薄膜时的通入氮气的温度。具体通入氮气温度的下降值采用以下公式计算得到：
a=（b-0.2095）/ 4.3822
其中，a为通入氮气温度的下降值，该下降值为摄氏温度的下降值；b为晶圆表面温度的升高值，该升高值为摄氏温度的升高值。
在反应25次后测得的晶圆表面温度均稳定在70℃。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、控制PECVD设备的真空反应腔室的温度为60～80 ℃，然后去除腔体杂质，并使真空反应腔室的上极板氟化形成氟化铝；
S2、向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气进行预处理；然后继续向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气，同时通入氮气，并控制射频功率为400～900 W，在腔体表面沉积氮化硅膜；
S3、将晶圆放入真空反应腔室内的基座上，向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气进行预处理；然后继续向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气，同时通入氮气，在晶圆表面沉积氮化硅薄膜；
S4、取出沉积了氮化硅薄膜的晶圆后，重复步骤S1～S3，进行下一次在下一个晶圆表面沉积氮化硅薄膜的制备；
其中，在第一次制备低温氮化硅薄膜时，步骤S2和S3中，所述通入氮气的温度为初始氮气温度，初始氮气温度为20～25 ℃；
当检测到第n次制备低温氮化硅薄膜的晶圆表面温度相比第一次制备低温氮化硅薄膜的晶圆表面温度升高大于等于设定值后，相应降低步骤S2和S3中通入氮气的温度。
2.根据权利要求1所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，所述降低步骤S2和S3中通入氮气的温度中，具体通入氮气温度的下降值采用以下公式计算得到：
a=（b-0.2095）/ 4.3822
其中，a为通入氮气温度的下降值，该下降值为摄氏温度的下降值；b为晶圆表面温度的升高值，该升高值为摄氏温度的升高值。
3.根据权利要求1所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，步骤S2和S3中，所述氮气的通入流量为5000～20000 sccm。
4.根据权利要求3所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，所述氮气的通入流量与含硅气体硅烷的通入流量比例为1:25。
5.根据权利要求1所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，步骤S1中，所述去除腔体杂质，并使真空反应腔室的上极板氟化形成氟化铝的具体步骤为：通入在腔室外部解离成氟离子的氟化氮气2000～6000 sccm和氩气 4000～12000sccm，通入时间为30～60 s，并保持真空反应腔室内的压强为1～10 torr。
6.根据权利要求5所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，所述氟化氮气和氩气的通入比例为1:2。
7.根据权利要求1所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3中，所述向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷和氨气进行预处理的具体步骤为：向真空反应腔室内通入含硅气体硅烷200-800 sccm和氨气100-400 sccm，通入时间为5～10 s。
8.根据权利要求7所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3中，所述含硅气体硅烷和氨气的通入比例为1:2。
9.根据权利要求1所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，步骤S2中，所述在腔体表面沉积氮化硅膜的步骤中，保持真空反应腔室内的压强为1～10 torr，通入含硅气体硅烷和氨气的流量与预处理的流量相同，沉积时间为10～20 s，沉积的氮化硅膜的厚度为200～1000 A。
10.根据权利要求1所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，步骤S3中，所述在晶圆表面沉积氮化硅薄膜的步骤中，保持真空反应腔室内的压强为1～10 torr，通入含硅气体硅烷和氨气的流量与预处理的流量相同，沉积时间为3～120s，沉积的氮化硅膜的厚度为200～8000 A。
11.根据权利要求1所述的连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法，其特征在于，所述设定值为2℃。
CN202311061976.5A 2023-08-23 2023-08-23 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法 Active CN116759297B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311061976.5A CN116759297B (zh) 2023-08-23 2023-08-23 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311061976.5A CN116759297B (zh) 2023-08-23 2023-08-23 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116759297A CN116759297A (zh) 2023-09-15
CN116759297B true CN116759297B (zh) 2023-11-03

Family

ID=87948325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311061976.5A Active CN116759297B (zh) 2023-08-23 2023-08-23 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116759297B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10144628A (ja) * 1996-07-12 1998-05-29 Applied Materials Inc 薄膜の改良堆積法
CN102737977A (zh) * 2011-03-31 2012-10-17 东京毅力科创株式会社 等离子体氮化处理方法
CN105401134A (zh) * 2015-11-24 2016-03-16 湖南红太阳光电科技有限公司 Pecvd晶圆的温度调控装置
JP5940199B1 (ja) * 2015-06-26 2016-06-29 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
KR20200046623A (ko) * 2018-10-25 2020-05-07 한국세라믹기술원 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법
CN111584360A (zh) * 2019-02-18 2020-08-25 东京毅力科创株式会社 蚀刻方法
CN114005729A (zh) * 2021-09-17 2022-02-01 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种氮化物异质结材料表面原位生长SiN钝化膜的方法
TW202212626A (zh) * 2020-09-17 2022-04-01 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 化學氣相沉積裝置及基片溫度控制方法
CN114908331A (zh) * 2022-04-25 2022-08-16 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 无定形碳薄膜的沉积方法
CN114975113A (zh) * 2022-04-25 2022-08-30 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 形成氧化硅和氮化硅复合薄膜的方法
CN115527838A (zh) * 2022-10-21 2022-12-27 江苏天芯微半导体设备有限公司 一种等离子体处理工艺
CN116254518A (zh) * 2023-05-10 2023-06-13 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 氮化硅薄膜的制备方法
CN116497340A (zh) * 2023-06-21 2023-07-28 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 一种形成低温碳氧化硅薄膜的方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009003781A1 (de) * 2008-06-03 2009-12-10 Aixtron Ag Verfahren zum Abscheiden eines dünnschichtigen Polymers in einer Niederdruckgasphase

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10144628A (ja) * 1996-07-12 1998-05-29 Applied Materials Inc 薄膜の改良堆積法
CN102737977A (zh) * 2011-03-31 2012-10-17 东京毅力科创株式会社 等离子体氮化处理方法
JP5940199B1 (ja) * 2015-06-26 2016-06-29 株式会社日立国際電気 半導体装置の製造方法、基板処理装置およびプログラム
CN105401134A (zh) * 2015-11-24 2016-03-16 湖南红太阳光电科技有限公司 Pecvd晶圆的温度调控装置
KR20200046623A (ko) * 2018-10-25 2020-05-07 한국세라믹기술원 스텝업 전처리 방식을 이용한 α-Ga2O3 박막 제조 방법
CN111584360A (zh) * 2019-02-18 2020-08-25 东京毅力科创株式会社 蚀刻方法
TW202212626A (zh) * 2020-09-17 2022-04-01 大陸商中微半導體設備（上海）股份有限公司 化學氣相沉積裝置及基片溫度控制方法
CN114005729A (zh) * 2021-09-17 2022-02-01 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种氮化物异质结材料表面原位生长SiN钝化膜的方法
CN114908331A (zh) * 2022-04-25 2022-08-16 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 无定形碳薄膜的沉积方法
CN114975113A (zh) * 2022-04-25 2022-08-30 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 形成氧化硅和氮化硅复合薄膜的方法
CN115527838A (zh) * 2022-10-21 2022-12-27 江苏天芯微半导体设备有限公司 一种等离子体处理工艺
CN116254518A (zh) * 2023-05-10 2023-06-13 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 氮化硅薄膜的制备方法
CN116497340A (zh) * 2023-06-21 2023-07-28 上海陛通半导体能源科技股份有限公司 一种形成低温碳氧化硅薄膜的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116759297A (zh) 2023-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8337960B2 (en) Seasoning method for film-forming apparatus
US8178448B2 (en) Film formation method and apparatus for semiconductor process
KR20210094462A (ko) 전처리를 사용하여 실리콘 질화물 층을 증착하는 방법, 상기 방법을 사용하여 형성된 구조체, 및 상기 방법을 수행하기 위한 시스템
CN110218984B (zh) 薄膜沉积方法
US8080290B2 (en) Film formation method and apparatus for semiconductor process
JP2018533215A (ja) ＳｉＯおよびＳｉＮを含む流動性膜を堆積させる方法
KR100480500B1 (ko) 절연막의 저온 증착법
US20080003362A1 (en) Film formation apparatus and method for using the same
JP2008507130A (ja) ケイ素−窒素−含有膜の低温プラズマ化学蒸着法
WO2017123967A1 (en) Pecvd tungsten containing hardmask films and methods of making
CN110760818A (zh) 一种用原子层沉积技术生长氧化铝的工艺
CN116759297B (zh) 一种连续制备低温氮化硅薄膜中降低晶圆表面温度的方法
CN105070646B (zh) 一种低应力氮化硅薄膜的制备方法
CN116497340B (zh) 一种形成低温碳氧化硅薄膜的方法
JP2009164519A (ja) 低温ポリシリコン用保護膜の成膜方法、低温ポリシリコン用保護膜の成膜装置および低温ポリシリコンｔｆｔ
US20220238331A1 (en) Gapfill process using pulsed high-frequency radio-frequency (hfrf) plasma
US8658540B2 (en) Methods for low temperature conditioning of process chambers
JPH11150283A (ja) 多結晶シリコン薄膜の製造方法
CN113243039A (zh) 生长掺杂iv族材料的方法
CN117721441A (zh) 一种高应力氮化硅薄膜的形成方法
US20230142684A1 (en) Single Precursor Low-K Film Deposition and UV Cure for Advanced Technology Node
CN103556127A (zh) 一种气相沉积成膜设备的清洗方法
KR20010104261A (ko) 화학 증착을 개선하기 위한 챔버의 조절
US20210351035A1 (en) Selective Deposition Of Silicon Using Deposition-Treat-Etch Process
US20220108881A1 (en) Method and system for forming silicon nitride on a sidewall of a feature

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant