CN101403106A - 一种制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,包括如下步骤:步骤1、通入SiH4/Ar和N2O,利用PECVD方法,在待淀积一所需厚度SiO2层的材料表面淀积一SiO2薄膜,且所述SiO2薄膜的厚度小于所需厚度;步骤2、单独通入N2O,利用N2O在高频电场下产生的高能粒子对已淀积好的SiO2薄膜进行轰击;步骤3、通入SiH4/Ar和N2O,利用PECVD方法,在所述SiO2薄膜上继续淀积SiO2薄膜以使所淀积的SiO2薄膜总的厚度达到所需厚度。本发明的要点是:在采用PECVD系统淀积SiO2薄膜时,利用N2O产生的高能粒子打断SiO2薄膜中残留的Si-H键和N-H键,使H原子与O原子相结合并挥发出去,从而去除了导电的离子键,大大提高了SiO2薄膜的绝缘性。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造工艺技术领域,涉及一种高绝缘性薄膜的工艺方法,特别涉及一种利用N2O除去SiO2薄膜中导电原子的高绝缘性薄膜的工艺方法。
背景技术
为阻挡外界环境对芯片的侵害,稳定芯片的性能,现有技术常利用PECVD方法在芯片表面低温沉积一层薄膜。
等离子体化学汽相淀积(简称PECVD)技术,由于淀积温度低(<400℃),台阶覆盖性能好;生成的SiO2薄膜结构致密;针孔少;具有良好的抗钠、抗潮湿、抗腐蚀性等优点。故广泛地应用于半导体器件的表面钝化。
PECVD的原理为:在高频电场下,稀薄气体的电离,产生光子、电子、离子、受激分子和原子,构成等离子体的成份。电子和离子由于带电而在等离子体中不断旋转和运行,在电场中获得能量而被加速,变为高能粒子,上述高能粒子与反应气体分子、原子碰撞,使反应气体电离或激活成为化学性质十分活泼的活性基团,即等离子体分子、原子、离子或活性基团与周围环境温度相同,而其非平衡电子则由于质量很小,其平均温度可以比其它粒子大一至二个数量级,因此通常要在高温条件下才能实现的许多化学反应,由于非平衡电子具有较高的能量,就能在低温甚至室温下实现。如二氧化硅通常要在750℃以上才能生长,而用PECVD技术只要在200-300℃就能生长出质量较好的薄膜。在淀积等离子体二氧化硅时,表面反应将生成所需的薄膜。在表面反应中,高能粒子流碰击到被吸附在芯片表面上的反应气体,使反应气体获得能量,导致结合键破裂而成为活性物质,这些活性物质反应形成薄膜于晶片表面。
目前,在大量关于利用PECVD方法进行低温沉积SiO2薄膜的报道中,几乎都是采用SiH4/N2O或SiH4/O2混合气体作为源气体,一次性沉积SiO2薄膜。但是,当衬底温度小于300℃时,获得的SiO2薄膜中经常由于H和N的掺入而含有Si-H和N-H键,从而使得SiO2薄膜具有一定的导电性,损坏芯片,降低芯片性能。
请参阅图1,其为现有LED芯片结构示意图,所述LED芯片包括蓝宝石衬底1、N层2、P层3、N电极4、ITO层5、P电极6及SiO2薄膜7。从图1可知,SiO2薄膜覆盖在LED芯片的表面,同时接触P电极6与N电极4,因此,若SiO2薄膜具有一定的导电性,P电极6及N电极4容易通过SiO2薄膜7而漏电,对芯片造成损害,降低芯片性能。
因此,如何在低温时形成一具有高绝缘性的SiO2薄膜实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在低温条件下制造高绝缘性的SiO2薄膜的工艺方法。
本发明提供的工艺方法包括以下步骤:
步骤1、通入工艺气体,该气体包括SiH4/Ar和N2O,在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃的条件下,利用PECVD方法,在待淀积一所需厚度SiO2层的材料表面淀积一SiO2薄膜,且所述SiO2薄膜的厚度小于所需厚度;
步骤2、单独通入工艺气体N2O,并在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃条件下使所产生的N2O高能粒子对已淀积好的所述SiO2薄膜进行轰击;
步骤3、通入工艺气体SiH4/Ar和N2O,在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃的条件下,利用PECVD方法,在所述SiO2薄膜上继续淀积SiO2薄膜以使所淀积的SiO2薄膜总的厚度达到所需厚度。
步骤2的工艺条件还包括有:N2O流量50-600sccm,轰击时间为1-15Min。
步骤2中所述轰击时间优选为4-6Min,所述N2O流量为200-400sccm,所述RF功率优选为90-100W,所述压力优选为70-80Pa。
步骤3中所述压力优选为70-80Pa,所述RF功率优选为90-100W。
本发明的有益效果在于:在制作SiO2薄膜时,利用N2O产生的高能粒子打断掺入的Si-H和N-H键,使H原子与O原子相结合并挥发出去,从而去除了导电的离子键,大大提高了SiO2薄膜的绝缘性。
附图说明
图1为现有技术中LED芯片及表面低温沉积SiO2薄膜的结构剖面示意图。
图2为本发明的制造高绝缘性薄膜的工艺方法的流程图。
图3为LED芯片的I-V特性曲线图。
具体实施方式
实施例一
在本实施例中,以SiO2薄膜为例,对利用PECVD方法制造低温沉积高绝缘性薄膜的工艺方法加以说明。在本实施例中,采用的机台为Samco PD-220型PECVD,工艺气体是SiH4/Ar和N2O,其中SiH4/Ar表示为SiH4与Ar的混合气体。
请参阅图2,利用PECVD方法制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,包括以下步骤:
步骤1、通入工艺气体SiH4/Ar和N2O,在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃、淀积速率为的条件下,利用PECVD方法,在待淀积一所需厚度SiO2层的材料表面淀积一SiO2薄膜,且所述SiO2薄膜的厚度小于所需厚度;
步骤2、单独通入工艺气体N2O,利用N2O在高频电场下产生的高能粒子对已淀积好的SiO2薄膜,在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃、轰击时间为1-15Min条件下使所产生的N2O高能粒子对已淀积好的所述SiO2薄膜进行轰击,打断H键,使H原子与O原子结合挥发出去;
步骤3、通入工艺气体SiH4/Ar和N2O,在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃、淀积速率为的条件下,利用PECVD方法,在所述SiO2薄膜上继续淀积SiO2薄膜以使所淀积的SiO2薄膜总的厚度达到所需厚度。
本发明的原理如下:由于N2O的轰击,SiO2薄膜中常掺入的H键被打断,H原子与O原子相结合,挥发出去,从而去除了导电的离子键,就能在低温的情况下,制造出具有高绝缘性的薄膜。
通过以上改进,利用本发明方法制作SiO2薄膜时,利用N2O产生的高能粒子打断掺入的Si-H和N-H键,使H原子与O原子相结合并挥发出去,从而去除了导电的离子键,大大提高了SiO2薄膜的绝缘性。
实施例二
本实施例中,利用PECVD方法制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,包括以下步骤:
步骤2、单独通入N2O,利用N2O在高频电场下产生的高能粒子对已淀积好的SiO2薄膜,在N2O流量为200-400sccm、RF功率为90-100W、压力为70-80Pa、温度为200℃左右、轰击时间为4-6Min的工艺条件下进行轰击,打断H键,使H原子与O原子结合挥发出去;
步骤1至步骤3的温度为可为180℃-220℃,如196℃、211℃。
实施例三
本实施例中,利用PECVD方法制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,包括以下步骤:
步骤2、单独通入N2O,利用N2O在高频电场下产生的高能粒子对已淀积好的SiO2薄膜,在N2O流量为300sccm、RF功率为100W、压力为75Pa、温度为200℃、轰击时间为5Min的工艺条件下进行轰击,打断H键,使H原子与O原子结合挥发出去;
请参阅图3,根据LED的电压与电流的特定关系,SiO2薄膜导电只有在小电流驱动下才能表现出来,因此,为充分说明本发明所达到的技术效果,所以在小电流0.01mA驱动的条件下对LED芯片两端的电压进行测量,对比沉积SiO2薄膜前后电压差异,对比常规沉积SiO2薄膜方法与本发明沉积SiO2薄膜方法的SiO2薄膜电性差异。
表A所示为本次测量所用的常规LED芯片的常规沉积SiO2薄膜方法的工艺条件,表B所示为本此测量所用的本发明提供的LED芯片的本发明提供的沉积SiO2薄膜方法的工艺条件,表B中所示的工艺条件亦是本发明所提供的沉积SiO2薄膜方法的较佳工艺条件。
步骤1 | |
SiH4/Ar(sccm) | 80 |
N2O(sccm) | 480 |
压力(Pa) | 75 |
RF功率(w) | 95 |
轰击时间(s) | 222 |
温度(℃) | 200 |
表A-常规沉积SiO2薄膜方法的工艺条件
步骤1 | 步骤2 | 步骤3 | |
SiH4/Ar(sccm) | 80 | 80 | |
N2O(sccm) | 480 | 300 | 480 |
压力(Pa) | 75 | 75 | 75 |
RF功率(w) | 95 | 100 | 95 |
轰击时间(s) | 48 | 300 | 174 |
温度(℃) | 200 | 200 | 200 |
表B-本发明提供的沉积SiO2薄膜方法的工艺条件
表C所示为采用常规沉积SiO2薄膜方法的LED芯片与采用本发明提供的沉积SiO2薄膜方法的LED芯片在SiO2薄膜沉积前后的电压差对比,其中,A为常规沉积SiO2薄膜的方法,B为本发明提供的沉积SiO2薄膜的方法,VF1为沉积SiO2薄膜之前所测量的电压,VF2为沉积SiO2薄膜之后所测量的电压,沉积SiO2薄膜之前对LED芯片10、20、30、40在0.01mA的电流驱动下测量电压(什么的电压),之后样品10、20用常规沉积SiO2薄膜方法沉积SiO2,样品30、40用本发明沉积SiO2薄膜方法沉积SiO2,并再次在0.01mA的电流驱动下测量电压。数据如下表:
表C-采用常规沉积SiO2薄膜方法的LED芯片与采用本发明提供的沉积SiO2薄膜方法的LED芯片在SiO2薄膜沉积前后的电压差对比
从数据来看,采用常规沉积SiO2薄膜方法沉积的SiO2薄膜在SiO2薄膜沉积前后具有0.02-0.04左右的电压差,存在一定的漏电现象,而采用本发明提供的沉积SiO2薄膜方法沉积的SiO2薄膜在SiO2薄膜沉积前后电压差几乎为零,绝缘性明显提高。
由此可见,本发明提供的工艺方法可以有效增加SiO2薄膜的绝缘性,减少SiO2薄膜的漏电现象。
这里本发明的描述和应用是说明性的,并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的,对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是,在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下,本发明可以以其他形式、结构、布置、比例,以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下,可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。
Claims (6)
1、一种制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、通入工艺气体,该气体包括SiH4/Ar和N2O,在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃的条件下,利用PECVD方法,在待淀积一所需厚度SiO2层的材料表面,淀积一SiO2薄膜,且所述SiO2薄膜的厚度小于所需厚度;
步骤2、单独通入工艺气体N2O,并在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃条件下使所产生的N2O高能粒子对已淀积好的所述SiO2薄膜进行轰击;
步骤3、通入工艺气体SiH4/Ar和N2O,在RF功率为90-150W、压力为70-90Pa、温度为150℃-280℃的条件下,利用PECVD方法,在所述SiO2薄膜上继续淀积SiO2薄膜以使所淀积的SiO2薄膜总的厚度达到所需厚度。
3、如权利要求2所述的制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,其特征在于:所述SiO2薄膜的优选厚度为
5、根据权利要求1所述的制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,其特征在于,步骤2的工艺条件还包括:轰击时间为1-15Min,N2O流量为50-600sccm,所述RF功率优选为90-100W,所述压力优选为70-80Pa。
6、根据权利要求5所述的制造高绝缘性SiO2薄膜的工艺方法,其特征在于:所述轰击时间优选为4-6Min,所述N2O流量优选为200-400sccm。
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