一種改善SiNx在GaAs晶圓上粘附性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體襯底表面處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體行業(yè)，在晶圓襯底上生長(zhǎng)SiNx作為介質(zhì)薄膜，用于半導(dǎo)體器件的鈍化、隔離、電容介質(zhì)等。而SiNx與襯底之間的粘附性是考量介質(zhì)薄膜沉積質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。通常做法是在薄膜沉積主工藝開始前通入惰性氣體(例如氬氣和氮?dú)?輝光放電，利用等離子體轟擊襯底表面，以達(dá)到清潔襯底表面的目的。然后，在薄膜沉積時(shí)通入SiH4、NH3、N2和He，利用氮等離子體轟擊來(lái)增強(qiáng)S1-N鍵合力，利用He的亞穩(wěn)態(tài)促進(jìn)其他反應(yīng)氣體更完全的分解，從而增強(qiáng)薄膜的粘附力。
[0003]然而，在半導(dǎo)體激光芯片的制備工藝中，需要將沉積過(guò)SiNx薄膜的芯片解理成小的巴條，解理過(guò)程對(duì)SiNx薄膜與晶圓襯底的粘附力要求極為苛刻。申請(qǐng)人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在砷化鎵(GaAs)襯底上生長(zhǎng)SiNx作為介質(zhì)薄膜，通過(guò)改變清洗過(guò)程中N2氣體流量和輝光放電的功率，以及薄膜沉積過(guò)程中各氣體的流量、配比、RF功率和襯底溫度等工藝參數(shù)均無(wú)法達(dá)到滿意的粘附效果，在解理工藝過(guò)程仍會(huì)出現(xiàn)薄膜翹起的現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的成品率和性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決傳統(tǒng)工藝制備的SiNx薄膜在后續(xù)晶圓解理時(shí)薄膜翹起的問題，本發(fā)明提出了一種改善S i Nx在GaAs晶圓上粘附性的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種改善SiNx在GaAs晶圓上粘附性的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0008]步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，之后再抽真空；
[0009]步驟三:通入N2和NH3，其中通入N2的流量范圍為130?390sccm、NH3的流量范圍為10?50sccm，N2和NH3的流量比范圍為6:1?7:1 ；
[0010]步驟四:待腔室內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定，射頻點(diǎn)火，使N2和NH3形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗；
[0011 ]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0012]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。
[0013]在以上方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還對(duì)具體工藝參數(shù)作了如下重要優(yōu)化:
[0014]步驟三中通入N2的流量為270sccm、NH3的流量為40sccm。
[0015]步驟四中射頻功率為45-55W。
[0016]步驟四中射頻保持時(shí)間為30s。
[0017]步驟三中通入N2和NH3使壓強(qiáng)穩(wěn)定持續(xù)Imin以上。
[0018]步驟二中通入N2的流量為500sccm。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0020]主工藝開始前，在對(duì)晶圓表面進(jìn)行等離子體預(yù)清洗時(shí)通入N2和活性較強(qiáng)的NH3，利用N2的等離子體對(duì)GaAs晶圓表面進(jìn)行物理清洗，利用活性較強(qiáng)的NH3的等離子體與晶圓表面的氧化層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)露出新鮮的GaAs表面，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)SiN薄膜的生長(zhǎng)。該技術(shù)方案可以更有效地去除表面的沾污和氧化層，最大程度上改善SiNx薄膜與襯底之間的粘附性。
[0021]本發(fā)明還特別對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，預(yù)清洗環(huán)節(jié)中NH3等參數(shù)的最佳配置有別于薄膜沉積環(huán)節(jié)，綜合優(yōu)化后的工藝能夠完全避免解理過(guò)程中薄膜翹起的現(xiàn)象，從而提高了產(chǎn)品的成品率和性能。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為解理芯片的膜層結(jié)構(gòu)。圖中，1-GaAs晶圓，2_SiNx薄膜，3_金屬膜。
[0023]圖2為改善前解理芯片照片(實(shí)施方案一)。
[0024]圖3為改善后解理芯片照片(實(shí)施方案六)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施方案一(對(duì)照組):
[0026]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0027]步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2500sccm對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，再抽真空；
[0028]步驟三:通入預(yù)清洗的260sccm的N2，穩(wěn)定Imin，打開射頻功率50w，開始預(yù)清洗，持續(xù) 60s ；
[0029]步驟四:射頻點(diǎn)火，使N2形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，并保持一定時(shí)間；
[0030]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0031]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。
[0032]經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該方案的成品率(以薄膜翹起為考量)幾乎為零。
[0033]實(shí)施方案二(對(duì)照組):
[0034]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0035]步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2500sccm對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，再抽真空；
[0036]步驟三:通入預(yù)清洗的280sccm的N2和40sccm N20，穩(wěn)定Imin，打開射頻功率53w，開始預(yù)清洗，持續(xù)30s ；
[0037]步驟四:射頻點(diǎn)火，使N2和N02形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，并保持一定時(shí)間；
[0038]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0039]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。
[0040]經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該方案的成品率(以薄膜翹起為考量)為20%。
[0041 ] 實(shí)施方案三(對(duì)照組:預(yù)清洗階段使用N2和NH3，通入流量參照薄膜生長(zhǎng)主工藝的常規(guī)用量):
[0042]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0043]步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2500sccm對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，再抽真空；
[0044]步驟三:通入預(yù)清洗的850sccm的N2和8sccm NH3，穩(wěn)定Imin，打開射頻功率60w，開始預(yù)清洗，持續(xù)30s;
[0045]步驟四:射頻點(diǎn)火，使N2和NH3形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，并保持一定時(shí)間；
[0046]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0047]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。
[0048]經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該方案的成品率(以薄膜翹起為考量)，在25%左右?？梢?，在預(yù)清洗環(huán)節(jié)使用N2和NH3的組合，如果按照常規(guī)的用量，效果與使用N2和N20的組合(實(shí)施方案二)并無(wú)實(shí)質(zhì)差別。
[0049]實(shí)施方案四(本發(fā)明實(shí)施例):
[0050]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0051 ] 步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2500sccm對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，再抽真空；
[0052]步驟三:通入預(yù)清洗的270sccm的N2和1sccm NH3，穩(wěn)定Imin，打開射頻功率50w，開始預(yù)清洗，持續(xù)30s ；
[0053]步驟四:射頻點(diǎn)火，使N2和NH3形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，并保持一定時(shí)間；
[0054]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0055]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。
[0056]經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該方案的成品率(以薄膜翹起為考量)有所提高，在50%左右。
[0057]實(shí)施方案五(本發(fā)明實(shí)施例):
[0058]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0059]步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2500sccm對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，再抽真空；
[0060]步驟三:通入預(yù)清洗的180sccm的N2和30sccm NH3，穩(wěn)定Imin，打開射頻功率45w，開始預(yù)清洗，持續(xù)30s ；
[0061]步驟四:射頻點(diǎn)火，使N2和NH3形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，并保持一定時(shí)間；
[0062]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0063]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。
[0064]經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該方案的成品率(以薄膜翹起為考量)可以達(dá)到80%。
[0065]實(shí)施方案六(本發(fā)明最佳實(shí)施例):
[0066]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0067]步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2500sccm對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，再抽真空；
[0068]步驟三:通入預(yù)清洗的270sccm的N2和40sccm NH3，穩(wěn)定Imin，打開射頻功率52w，開始預(yù)清洗，持續(xù)30s ；
[0069]步驟四:射頻點(diǎn)火，使N2和NH3形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，并保持一定時(shí)間；
[0070]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0071]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。[0072 ]經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該方案的成品率(以薄膜翹起為考量)可以達(dá)到100 %。
[0073]實(shí)施方案七(本發(fā)明實(shí)施例):
[0074]步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空；
[0075]步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2500sccm對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，再抽真空；
[0076]步驟三:通入預(yù)清洗的350sccm的N2和50sccm NH3，穩(wěn)定Imin，打開射頻功率55w，開始預(yù)清洗，持續(xù)30s ；
[0077]步驟四:射頻點(diǎn)火，使N2和NH3形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗，并保持一定時(shí)間；
[0078]步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃；
[0079]步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。
[0080]經(jīng)實(shí)驗(yàn)，該方案的成品率(以薄膜翹起為考量)可以達(dá)到85%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改善SiNx在GaAs晶圓上粘附性的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一:將GaAs晶圓放進(jìn)PECVD反應(yīng)腔室內(nèi)，抽真空； 步驟二:向反應(yīng)腔室內(nèi)通入N2對(duì)腔室進(jìn)行吹掃，之后再抽真空； 步驟三:通入N2和NH3，其中通入N2的流量范圍為130?390sccm、NH3的流量范圍為10?50sccm，N2和NH3的流量比范圍為6:1?7:1 ； 步驟四:待腔室內(nèi)壓強(qiáng)穩(wěn)定，射頻點(diǎn)火，使N2和NH3形成等離子體分別對(duì)晶圓表面進(jìn)行物理清洗和化學(xué)清洗； 步驟五:對(duì)腔室進(jìn)行抽真空，并進(jìn)行多次吹掃； 步驟六:通入SiH4、NH3、N2和He，穩(wěn)壓后射頻點(diǎn)火，進(jìn)行SiNx薄膜生長(zhǎng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟三中通入N2的流量為270sccm、NH3的流量為40sccmo3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟四中射頻功率為45-55W。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:步驟四中射頻保持時(shí)間為30s。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟三中通入N2和NH3使壓強(qiáng)穩(wěn)定持續(xù)Imin以上。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟二中通入N2的流量為500sccm。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種改善SiNx在GaAs晶圓上粘附性的方法。本發(fā)明在主工藝開始前，在對(duì)晶圓表面進(jìn)行等離子體預(yù)清洗時(shí)通入N2和活性較強(qiáng)的NH3，利用N2的等離子體對(duì)GaAs晶圓表面進(jìn)行物理清洗，利用活性較強(qiáng)的NH3的等離子體與晶圓表面的氧化層進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)露出新鮮的GaAs表面，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)SiN薄膜的生長(zhǎng)。該技術(shù)方案可以更有效地去除表面的沾污和氧化層，最大程度上改善SiNx薄膜與襯底之間的粘附性。其中還特別對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，預(yù)清洗環(huán)節(jié)中NH3等參數(shù)的最佳配置有別于薄膜沉積環(huán)節(jié)，綜合優(yōu)化后的工藝能夠完全避免解理過(guò)程中薄膜翹起的現(xiàn)象，從而提高了產(chǎn)品的成品率和性能。
【IPC分類】H01L21/02
【公開號(hào)】CN105448668
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511023964
【發(fā)明人】任占強(qiáng), 宋克昌
【申請(qǐng)人】西安立芯光電科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年12月30日