二氧化硅薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種二氧化硅薄膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)是一種先進(jìn)的制造技術(shù) 平臺。它是以半導(dǎo)體制造技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。在MEMS制造中，由于壓應(yīng)力薄膜易使得 MEMS結(jié)構(gòu)層發(fā)生形變甚至褶皺，造成器件失效，因此在MEMS制造過程中許多器件要求二氧 化硅薄膜具有一定的張應(yīng)力。但是常規(guī)工藝生長出來的二氧化硅薄膜一般呈現(xiàn)為壓應(yīng)力， 數(shù)值一般在-20~_300MPa之間。在MEMS制造中，雖然目前可以通過改變薄膜的制備條件 來獲得張應(yīng)力的二氧化硅薄膜，但是這種薄膜非常不穩(wěn)定，會(huì)在一段時(shí)間后緩慢恢復(fù)到壓 應(yīng)力，并且極易受到后續(xù)工藝溫度等因素的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 基于此，有必要針對上述問題，提供一種可以保持二氧化硅薄膜為張應(yīng)力的二氧 化硅薄膜的制備方法。
[0004] 一種二氧化硅薄膜的制備方法，包括步驟：提供襯底；在所述襯底表面利用等離 子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜；對所述具有張應(yīng)力的二氧化 硅薄膜進(jìn)行P型離子注入摻雜；對進(jìn)行P型離子注入摻雜后的具有張應(yīng)力二氧化硅薄膜進(jìn) 行退火。
[0005] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述襯底表面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法 形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜的步驟中的反應(yīng)氣體為硅烷和氧源。
[0006] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述襯底表面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法 形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜的步驟中反應(yīng)溫度為250~350攝氏度。
[0007] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述在所述襯底表面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法 形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜的步驟中反應(yīng)功率為0. 1~0. 5千瓦。
[0008] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述??圭燒的流量為0. 3~0. 5標(biāo)況毫升每分鐘。
[0009] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對所述具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入 摻雜的步驟中，所述P型離子的注入劑量為I X IO14~5Χ IO15每平方厘米。
[0010] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對所述具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入 摻雜的步驟中，所述P型離子的注入劑量為IX 1〇14~IX 1〇15每平方厘米。
[0011] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對所述具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入 摻雜的步驟中，所述P型離子注入能量為10~30千電子伏特。
[0012] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對進(jìn)行P型離子注入摻雜后的 具有張應(yīng)力二氧化硅薄膜進(jìn)行退火的步驟中，退火溫度為780~820攝氏度。
[0013] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對進(jìn)行P型離子注入摻雜后的具有張應(yīng)力二氧化硅薄 膜進(jìn)行退火的步驟中，退火時(shí)間為1~4小時(shí)。
[0014] 上述二氧化硅薄膜的制備方法，先利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有 張應(yīng)力的二氧化硅薄膜，并進(jìn)一步進(jìn)行P型離子注入摻雜以及退火，能夠獲得較為穩(wěn)定的 具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜，有效減緩二氧化硅薄膜由張應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力的趨勢，并使其 在一定時(shí)間內(nèi)保持為張應(yīng)力，從而避免出現(xiàn)由于壓應(yīng)力薄膜造成器件不平整等帶來的器件 失效的問題。
【附圖說明】
[0015] 圖1為一實(shí)施例中的二氧化硅薄膜的制備方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0017] 如圖1所示為一實(shí)施例中的二氧化硅薄膜的制備方法，包括以下步驟。
[0018] S110,提供襯底。
[0019] S120,在襯底表面形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜。
[0020] 在本實(shí)施例中，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積的方法形成具有張應(yīng)力的二氧化 硅薄膜。使用硅烷（SiH4)與氧源作為反應(yīng)氣體在襯底表面淀積形成具有張應(yīng)力的薄膜。 在本實(shí)施例中，氧源為一氧化二氮（N20,又稱笑氣）。具體地，將硅烷的流量控制在0. 3~ 0. 5sccm(標(biāo)況毫升每分鐘）。反應(yīng)溫度為250~350°C，反應(yīng)功率則為0. 1~0. 5KW。在本 實(shí)施例中，硅烷的流量為0. 4SCCm，淀積溫度控制為300°C，功率則為0. 27KW。通過調(diào)整硅烷 的流量以及淀積時(shí)的高頻來獲得具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜（PESiO2)。
[0021] S130,進(jìn)行P型離子注入摻雜。
[0022] 對S120中形成的具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入摻雜，以得到相對 穩(wěn)定的具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜。具體地，在進(jìn)行P型離子注入摻雜過程中，P型離子的 注入劑量為IX 1〇14~5X IO15Cm2，注入能量應(yīng)小于30KEV。在另一實(shí)施例中，P型離子的注 入劑量為2X10 14~5X1015cm2,注入能量為10~30KEV。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，P型離子 的注入劑量為IX 1〇14~IX l〇15cm2。在本實(shí)施例中，P型離子注入劑量為4X IO14Cm2，注入 能量為10KEV。通過進(jìn)行低能P型離子注入摻雜，可以使得制備的二氧化硅薄膜具有為理想 的張應(yīng)力。同時(shí)，注入能量不宜過低，否則注入機(jī)臺的束流將無法引出。
[0023] S140,退火。
[0024] 對進(jìn)行P型離子注入摻雜后的二氧化硅薄膜進(jìn)行退火。退火設(shè)備可以為高溫爐 管，可以為其他本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)知的其他高溫退火設(shè)備。具體地，退火溫度為780~ 820°C，退火時(shí)間為1~4h。在其他的實(shí)施例中，退火時(shí)間為0. 5~2h。在本實(shí)施例中，對二 氧化硅薄膜進(jìn)行退火的溫度為800°C，時(shí)間為2h，且置于氮?dú)猸h(huán)境中。通過進(jìn)行高溫退火， 可以使得制備得到的二氧化硅薄膜具有較高且相對穩(wěn)定的張應(yīng)力。
[0025] 為更好的對本方法的效果進(jìn)行說明，下面通過分片實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來對通過本方法制 備獲得的二氧化硅薄膜的性能做進(jìn)一步證明。表1中，代表執(zhí)行了該步驟，即#1為未 經(jīng)過步驟S130和S140制備得到的二氧化硅薄膜；#2為未經(jīng)過步驟S140制備得到的二氧 化硅薄膜；#3和#4均為采用本方法制備得到的二氧化硅薄膜；#5為僅執(zhí)行步驟S110、S120 以及S140得到的二氧化硅薄膜。由表1可知，#1和#2制備得到的二氧化硅薄膜的張應(yīng)力 在短期內(nèi)迅速變?yōu)閴簯?yīng)力。而#5則因未進(jìn)行步驟S130 (即未進(jìn)行低能P型離子注入摻雜） 使得退火后張應(yīng)力降低5MPA左右，且其張應(yīng)力隨著放置時(shí)間也減小得較快。而通過本方法 制備得到的#3和#4在退火后薄膜的張應(yīng)力提高了 5MPA左右，且在放置三周后雖然薄膜張 應(yīng)力有所減小，但是仍舊保持了較大張應(yīng)力。
[0026] 表1 :分片試驗(yàn)結(jié)果對比表
[0028] 上述二氧化硅薄膜的制備方法，先利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有 張應(yīng)力的二氧化硅薄膜，并進(jìn)一步進(jìn)行P型離子注入摻雜以及退火，能夠獲得較為穩(wěn)定的 具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜，有效減緩二氧化硅薄膜由張應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力的趨勢，并使其 在一定時(shí)間內(nèi)保持為張應(yīng)力，從而避免出現(xiàn)由于壓應(yīng)力薄膜造成器件由于不平整等帶來的 器件失效的問題。同時(shí)，通過等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄 膜，薄膜的生長時(shí)間縮短，生產(chǎn)效率提高，有利于大批量生產(chǎn)。并且，在二氧化硅薄膜的制備 過程中，薄膜為單面生長，有利于雙面工藝的制備。
[0029] 以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種二氧化硅薄膜的制備方法，包括步驟： 提供襯底； 在所述襯底表面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄 膜； 對所述具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入摻雜； 對進(jìn)行P型離子注入摻雜后的具有張應(yīng)力二氧化硅薄膜進(jìn)行退火。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述在所述襯底表 面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜的步驟中的反應(yīng) 氣體為硅烷和氧源。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述在所述襯底表 面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜的步驟中反應(yīng)溫 度為250~350攝氏度。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述在所述襯底表 面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜的步驟中反應(yīng)功 率為0. 1~0. 5千瓦。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述硅烷的流量為 0. 3~0. 5標(biāo)況毫升每分鐘。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述對所述具有 張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入摻雜的步驟中，所述P型離子的注入劑量為 1 X 1014~5 X 1015每平方厘米。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述對所述具有 張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入摻雜的步驟中，所述P型離子的注入劑量為 1X10 14~1X1015每平方厘米。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述對所述具有張 應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入摻雜的步驟中，所述P型離子注入能量為10~30 千電子伏特。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述對進(jìn)行P型離子 注入摻雜后的具有張應(yīng)力二氧化硅薄膜進(jìn)行退火的步驟中，退火溫度為780~820攝氏度。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化硅薄膜的制備方法，其特征在于，所述對進(jìn)行P型離 子注入摻雜后的具有張應(yīng)力二氧化硅薄膜進(jìn)行退火的步驟中，退火時(shí)間為1~4小時(shí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二氧化硅薄膜的制備方法，包括步驟：提供襯底；在所述襯底表面利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜；對所述具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜進(jìn)行P型離子注入摻雜；對進(jìn)行P型離子注入摻雜后的具有張應(yīng)力二氧化硅薄膜進(jìn)行退火。上述二氧化硅薄膜的制備方法，先利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積方法形成具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜，并進(jìn)一步進(jìn)行P型離子注入摻雜以及退火，能夠獲得較為穩(wěn)定的具有張應(yīng)力的二氧化硅薄膜，有效減緩二氧化硅薄膜由張應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力的趨勢，并使其在一定時(shí)間內(nèi)保持為張應(yīng)力，從而避免出現(xiàn)由于壓應(yīng)力薄膜造成器件不平整等帶來的器件失效的問題。
【IPC分類】B81C1/00, C23C16/40, C23C16/513, C23C16/56
【公開號】CN105621347
【申請?zhí)枴緾N201410607222
【發(fā)明人】周國平, 夏長奉
【申請人】無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2014年10月31日