[发明专利]一种无水泡的低应力氮化硅薄膜制作方法

说明书

本发明提供了一种无水泡的低应力氮化硅薄膜的制作方法，包括如下步骤：步骤1、使用CVD工艺在基底上淀积一层二氧化硅薄膜，作为中间层；步骤2.对步骤1得到二氧化硅薄膜进行快速退火处理；步骤3、继续在二氧化硅薄膜层上采用CVD工艺沉积一层氮化硅薄膜；步骤4、对氮化硅薄膜层进行紫外光刻，将所设计的薄膜图形转移到氮化硅层上；步骤5、在曝光显影过后对氮化硅薄膜层进行RIE即反应离子刻蚀，刻出氮化硅薄膜结构的形状，在氮化硅薄膜结构边缘刻蚀若干小孔，用于释放H₂；步骤6、刻出薄膜结构后对氮化硅薄膜进行快速退火，得到表面无水泡的低应力氮化硅薄膜。本发明方法既能够精确控制氮化硅薄膜应力，又能够保证薄膜的完整性。

技术领域

本发明属于硅微机械加工技术领域，具体涉及一种无水泡的低应力氮化硅薄膜制作方法。

背景技术

氮化硅薄膜广泛的应用于MEMS(微机电系统)器件中，比如MEMS麦克风、光伏器件等等。氮化硅薄膜具有高介电常数，高绝缘强度，漏电低，对水汽具有良好的阻挡能力，常用作钝化、隔离等薄膜材料，且易于实现大面积生长，制备成本较低。因此，氮化硅薄膜凭借着优良的机械性能和稳定性，在新兴的微机械加工工艺中是一种非常重要的材料。

氮化硅薄膜的沉积方法有很多，常用的有LPCVD、PECVD等，采用PECVD能在低温下生长出致密的，具有优良性能的氮化硅薄膜。PECVD法生长氮化硅薄膜利用非平衡等离子体具有很高能量这一重要特性，使得原先在通常条件下，需要在高温才能实现的许多化学反应，在低温下也能实现。

在许多MEMS器件中需要控制氮化硅薄膜的应力，而直接用CVD沉积的氮化硅薄膜在应力上很难实现低应力的需求，因此在本发明中采用氮化硅薄膜退火的方法，根据退火的温度不同，氮化硅薄膜的应力可以得到控制。但是，在退火过程中，氮化硅薄膜以及氮化硅薄膜下面的二氧化硅薄膜中存在的Si-H键会吸收能量断裂产生H2，随着H2的增加会导致有一部分累积在二氧化硅薄膜与氮化硅薄膜的交界处，那么累积的H₂过多就会使氮化硅薄膜脱离二氧化硅粘附层，形成水泡。而氮化硅薄膜鼓起水泡，导致氮化硅薄膜脱落。因此，如何在退火时既能够控制氮化硅薄膜的应力，又不能使氮化硅薄膜产生水泡是非常需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是要提供一种无水泡的低应力氮化硅薄膜的制作方法，由于氮化硅薄膜常用作隔离层和钝化层，所以不能够直接沉积在裸硅片上，因此，需要在氮化硅薄膜下面加一层二氧化硅，二氧化硅和氮化硅都采用CVD的技术沉积。故本发明要解决的问题就是既要通过退火控制二氧化硅和氮化硅薄膜的应力在一个比较低的情况下，又不能够让氮化硅薄膜产生水泡。

本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种无水泡的低应力氮化硅薄膜的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、使用化学气相沉积技术(CVD)在基底上淀积一层200～1000nm厚的二氧化硅薄膜，作为中间层；

步骤2.对步骤1得到二氧化硅薄膜进行快速退火处理；

步骤3、继续在二氧化硅薄膜层上采用CVD工艺沉积一层300～500nm氮化硅薄膜；

步骤4、对氮化硅薄膜层进行紫外光刻，将所设计的薄膜图形转移到氮化硅层上；

步骤5、在曝光显影过后对氮化硅薄膜层进行RIE即反应离子刻蚀，刻出氮化硅薄膜结构的形状，在氮化硅薄膜结构边缘刻蚀若干孔径为2～5um的小孔，小孔的数量和大小可根据需要和具体情况进行调整；

步骤6、刻出薄膜结构后对氮化硅薄膜进行快速退火，得到表面无水泡的低应力氮化硅薄膜。

所述步骤2和步骤6中快速退火过程采用快速退火炉RTP-500进行快速退火，RTP快速退火的退火温度为500-900℃，时间为30-300s。