環狀薄膜的沉積方法
2023-06-10 20:17:26 2
專利名稱：環狀薄膜的沉積方法
技術領域：
本發明涉及一種環狀薄膜的沉積方法，更具體地，涉及一種形成含矽絕緣膜的環狀薄膜的沉積方法。
背景技術：
近年來，隨著半導體工業的發展和用戶的需求，電子設備具有更加高集成化和高性能化，因此作為電子設備的核心組件的半導體器件也需要高集成化和高性能化。然而，很難實現高集成化的半導體器件的精細結構。
例如，為實現精細結構需要更薄的絕緣膜，但是如果形成的絕緣膜為薄的厚度，則膜性能如絕緣特性退化。此外，越來越難以形成具有薄的厚度的同時獲得優異的階梯覆蓋 (step coverage)的薄膜。發明內容
發明要解決的課題
本發明的目的在於解決上述現有問題，並提供一種具有優異的膜性能和階梯覆蓋的絕緣膜的沉積方法。更具體地，本發明提供一種具有優異的膜性能和階梯覆蓋的環狀薄膜的沉積方法。
通過下面的詳細描述和附圖，將更加清楚地理解本發明的其它目的。
解決課題的方法
根據本發明的一個實施例，提供了一 種環狀薄膜的沉積方法，該方法包括在所述基底上形成矽薄膜的步驟，其通過重複將矽前體注入到裝載了基底的腔室內部而在所述基底上沉積矽的步驟而進行、和從所述腔室內部除去未反應的矽前體和反應副產物的第一清洗步驟；和通過在腔室內部形成等離子體氣氛，將所述矽薄膜形成為含矽絕緣膜的步驟。
形成含矽絕緣膜的步驟可包括注入選自02、03、N2和NH3的一種或多種反應氣體。
所述含矽絕緣膜可以是氧化矽膜或四氮化三矽膜。
所述形成含矽絕緣膜的步驟可以包括通過注入選自Ar、He、Kr和Xe的一種或多種點火氣體(ignition gas)而形成等離子體氣氛。
所述點火氣體可以以lOOsccm至3000SCCm的流速注入，且所述反應氣體可以以 IOsccm至500sccm的流速注入。
所述形成絕緣膜的步驟可以使用O2或O3作為點火氣體而形成等離子體氣氛。
該方法還包括在形成絕緣膜的步驟之後用於從腔室內部除去反應副產物的第二清洗步驟，其中，可以重複進行所述沉積矽薄膜的步驟、所述形成含矽絕緣膜的步驟和所述第二清洗步驟。
所述沉積矽薄膜的步驟可以重複進行所述矽沉積步驟和所述第一清洗步驟三次至十次。
所述沉積娃薄膜的步驟也可以在保持所述腔室內部壓力為O. 05Torr至IOTorr的同時進行。
所述形成絕緣膜的步驟也可以在保持腔室內的壓力為O. 05Torr至IOTorr的同時進行。
形成矽薄膜的步驟可以形成由無定形矽或具有多晶性的多晶矽而形成的矽薄膜。
發明效果
本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法可以形成具有優異的膜性能和階梯覆蓋的含矽絕緣膜(例如氧化矽層或四氮化三矽層)。
另外，可以縮短從矽薄膜形成含矽絕緣膜的處理時間。
因此，為了實現高集成化的半導體器件，可以形成具有薄厚度的絕緣膜，而且由於絕緣膜具有優異的階梯覆蓋，因此可以實現精細結構。另外，由於絕緣膜具有優異的膜性能，因此能滿足高集成化的半導體器件所需的性能。
圖1是流程圖，其表示本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法。
圖2是剖視圖，其示意性表示半導體製造裝置，該半導體製造裝置用於進行本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法。
圖3是表示本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法的圖解。
圖4a至4c是剖視圖,其表示本發明一個實施例的沉積娃的步驟。
圖5是剖視圖，其表示本發明一個實施例的形成含矽的矽薄膜的狀況。
圖6a是剖視圖，其表示本發明一個實施例的從矽薄膜形成含矽絕緣膜的步驟。
圖6b是剖視圖，其表示本發明一個實施例的進行第二清洗步驟的狀況。
圖7是剖視圖，其表示本發明另一個實施例的形成含矽絕緣膜的狀況。
具體實施方式
在下文中，參照附圖來更詳細地說明根據本發明的發明構思的實施例。然而，本發明的發明構思的實施例可以各種形式進行修改，並且本發明的範圍和精神不應受限於以下描述的實施例。提供了根據本發明的發明構思的實施方案，使得本領域的技術人員可以更完全地理解本發明。在附圖中，相同的附圖標記是指相同的元件。此外，在附圖中的各種元件和區域被示意性地示出了。因此，本發明並不限於在附圖中示出的相對大小或間隔。
圖1是流程圖，其表示本發明實施例的環狀薄膜的沉積方法。參照圖1，將基底裝載在半導體製造裝置的腔室內部(S100)。在上述腔室內部裝載的基底上形成矽薄膜 (S200),為形成矽薄膜重複進行矽沉積步驟S210和第一清洗步驟S220。
為了沉積矽，可以將矽(Si)前體注入到上述腔室內部，由此將矽沉積在基底上 (S210)。將矽沉積在基底上之後，進行除去未反應的矽前體和反應副產物的第一清洗步驟 (S220)。然後，通過重複矽沉積步驟S210和第一清洗步驟S220，由此在基底上形成矽薄膜 (S230)。
例如，可以重複矽沉積步驟S210和第一清洗步驟S220三次至十次。在每個矽沉積步驟S210中，可以在上述基底上形成一層或多層矽原子層。因此，如果重複進行矽沉積步驟S210和第一清洗步驟S220，則可以在基底上形成由無定形矽或具有多晶性的多晶矽而形成的矽薄膜(S230)。無定形矽或具有多晶性的矽薄膜可以具有幾埃或幾十埃(Λ )的厚度。
隨後，將在上述基底上形成的矽薄膜形成為含矽絕緣膜(S300)。例如，含矽絕緣膜可以是氧化矽膜或四氮化三矽膜。
為了從矽薄膜形成含矽絕緣膜，可將反應氣體注入腔室內以在腔室內形成等離子體氣氛。例如，反應氣體可以是選自02、03、N2和NH3的一種或多種氣體。
如果含矽絕緣膜是氧化矽膜，則反應氣體可以是含氧原子的氣體，例如O2或03。如果含矽絕緣膜是四氮化三矽膜，反應氣體可以是含氮原子的氣體，例如N2或冊13。
為了將矽薄膜形成為含矽絕緣膜例如氧化矽膜，可以通過將02或03用作點火氣體在腔室內部形成等離子體氣氛。
為了將矽薄膜形成為含矽絕緣膜例如四氮化三矽膜，可以通過將N2或NH3用作點火氣體在腔室中形成等離子體氣氛。
隨後，可以進行從腔室內部除去反應副產物和反應氣體或點火氣體的第二清洗步驟(S400)。
為了獲得具有所需厚度的含矽絕緣膜，根據需要可以重複進行形成矽薄膜的步驟 S200、形成含矽絕緣膜的步驟S300和第二清洗步驟S400 (S500)。
當形成具有所需厚度的含矽絕緣膜時，基底可以從腔室中卸載(S900 )。
圖2是剖視圖，其示意性表示半導體製造裝置，該半導體製造裝置用於進行本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法。如圖2所示，形成了將反應氣體引入到半導體製造裝置10的腔室11內的導入部12。經由導入部12導入的反應氣體可以通過噴頭13噴射至腔室11內部。
作為沉積對象的基底100置於卡盤14上，該卡盤14被卡盤支座16支撐。如果必要的話，卡盤14可以向基底100施加熱,使得基底100具有規定溫度。通過半導體製造裝置IO進行沉積，此後，通過排出部分17來排出。
此外，為了形成等離子體氣氛，半導體製造裝置10可包括等離子體產生部18。
圖3是表示本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法的圖解。如圖3所示，反覆進行矽(Si)前體的注入和清洗(purge)。在反覆進行矽前體的注入和清洗之後，形成等離子體氣氛。在已形成等離子體氣氛的狀態下，可根據需要注入反應氣體。
因此，從反覆進行矽前體的注入和清洗到形成等離子體氣氛的步驟為止作為一個周期進行。即，在通過反覆進行矽前體的注入和清洗來形成矽薄膜之後，通過形成等離子體氣氛來形成含矽絕緣膜，其作為一個周期進行。
因此，環狀薄膜的沉積方法可以通過重複進行矽前體的注入和清洗，並通過重複進行矽薄膜的形成和絕緣膜的形成步驟而進行。
本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法將基於上述說明書並參照圖4a至圖7 進行逐步地具體描述。在圖4a至圖7的下述說明中，可以根據需要使用圖1至圖3的附圖T 己 O
圖4a至圖4c是剖視圖,其表示本發明一個實施例的沉積娃的步驟。圖4a是剖視圖，其表示本發明一個實施例的注入矽前體的步驟。
如圖4a所示，矽前體50被注入到裝載了基底100的腔室11內。例如，基底100可以包括半導體基底如矽或化合物半導體晶片。另外，基底100可以包括不同於半導體的基底材料如玻璃、金屬、陶瓷和石英等。
矽前體50例如可以是氨基矽烷如雙乙基甲基氨基矽烷(BEMAS， bisethy lmethy laminosi lane)、雙二甲基氨基娃燒(BDMAS, bisdimethy laminosi lane)、 BEDAS、四乙基甲基氨基娃燒(TEMAS, tetrakisethymethylaminosilane)、四二甲基氨基娃燒(TDMAS, tetrakisidimethylaminosi lane)和 TEDAS 或氯基娃燒如六氯乙娃燒(HCD， hexachlorinedisilan);含娃和氫的娃燒基前體。
為了使基底100與矽前體50反應，基底100可以維持在50°C至600°C的溫度。此外，裝載了基底100的腔室11內部的壓力可以維持在O. 05Torr至lOTorr。
圖4b是剖視圖，其表示本發明一個實施例的將矽沉積在基底上的狀況。如圖4b 所示，通過矽前體50的一部分與基底100反應，在基底100上沉積矽原子，因此可以形成矽層112。矽層112可以由一層或多層矽原子層形成。
矽前體50可以在與基底100反應之後，形成副產物52。此外，矽前體50中的其它部分可以以未與基板100反應的未反應狀態殘留。
圖4c是剖視圖，其表示進行本發明一個實施例的第一清洗步驟的狀況。如圖4c 所示，在基底100上形成矽層112，然後進行從腔室11內部除去未反應狀態的殘留矽前體 50和反應副產物52的清洗。從腔室11內部除去殘留的矽前體50和反應副產物52的清洗 (purge)步驟可稱為第一清洗步驟。
在第一清洗步驟中，基底100可以維持在50°C至600°C的溫度。此外，裝載了基底 100的腔室11內部的壓力可以維持在0. 05Torr至lOTorr。S卩，在沉積矽層112的步驟和第一清洗步驟中，可以將基底100的溫度和腔室11內的壓力保持一定。
圖5是剖視圖，其表示本發明一個實施例的沉積矽薄膜的狀況。如圖5所示，通過重複進行圖4a至4c的步驟，將多層矽層112、114和116沉積在基底100上，從而形成由無定形矽或具有多晶性的多晶矽形成的矽薄膜110。
矽薄膜110可以具有幾埃或幾十埃(A >的厚度。沉積矽層112的步驟和上述第一清洗步驟可以重複進行三次至十次，使得矽薄膜Iio包括三至十個矽層112、114和116。
由此，如果將矽薄膜110形成為多層矽層112，則矽薄膜110可以具有優異的膜性能和階梯覆蓋(step coverage)ο
圖6a是剖視圖，其表示本發明一個實施例的從矽薄膜形成含矽絕緣膜的步驟。如圖6a所示，將等離子體施加到形成了矽薄膜110的基底100上。即，在裝載了基底100的腔室11內部形成等離子體氣氛。為了形成等離子體氣氛，也可使用電感耦合等離子體(ICP， Inductively Coupled Plasma)、電容稱合等離子體(CCP, Capacitively Coupled Plasma) 或微波(MW，Microwave)等離子體。在這個時候,為了形成等離子體氣氛,可以施加100W至 3kff的功率。
為了形成等離子體氣氛，可以注入例如選自Ar、He、Kr和Xe的一種或多種點火氣體(ignition gas)和例如選自02、03、N2和NH3的一種或多種反應氣體60。在這種情況下, 點火氣體可以以IOOsccm至3000sccm的流速注入。
另外，為了形成等離子體氣氛，可以注入選自02、03、隊和冊13的一種或多種反應氣體60。在這種情況下，反應氣體起到點火氣體的作用，因此可以不注入單獨的點火氣體。
例如，當含氧原子的氣體如O2或O3用作反應氣體60時，矽薄膜110可以與反應氣體60中所包含的氧原子反應，從而形成氧化矽薄膜。此外，當含氮原子的氣體如N2或NH3 用作反應氣體60時，矽薄膜110可以與反應氣體60中所包含的氮原子反應，從而形成四氮化三矽膜。
為了在等離子體氣氛中將矽薄膜110轉變為後述的含矽絕緣膜如氧化矽膜或四氮化三矽膜，裝載了基底100的腔室11的壓力可以維持在O. 05Torr至lOTorr。
圖6b是剖視圖，其表示本發明一個實施例的進行含矽第二清洗步驟的狀況。如圖 6a和6b所示，通過進行除去殘留的反應氣體60和反應副產物的第二清洗步驟，可以形成含矽絕緣膜120a。含矽絕緣膜120a例如可以是氧化矽膜或四氮化三矽膜。
如果將上述含矽絕緣膜120a如氧化矽膜或四氮化三矽膜在等離子體氣氛中形成，則可以獲得優異的膜性能。具體地，即使形成的含矽絕緣膜120a具有薄的厚度，含矽絕緣膜120a也可以具有優異的膜性能。
另外，如上所述，由於矽薄膜110具有優異的膜性能和階梯覆蓋，因此含矽絕緣膜 120a也可以具有優異的膜性能和階梯覆蓋。具體地，由於含矽絕緣膜120a在等離子體氣氛中形成，因此含矽絕緣膜120a可以具有更優異的膜性能。
從腔室11內部除去未反應狀態的殘留反應氣體60或反應副產物的清洗步驟可稱為第二清洗步驟。
圖7是剖視圖，其表示本發明另一個實施例的形成含矽絕緣膜的狀況。如圖7所示，通過重複進行圖4a至6b中說明的步驟，可以形成包括多層含矽絕緣膜120a、120b的絕緣膜120。
當將圖6a所示的矽薄膜110形成為含矽絕緣膜120a時，矽薄膜110從暴露的表面轉變為絕緣膜。因此，如果矽薄膜110是厚的，則用於與矽薄膜反應的氧或氮必須穿過在矽薄膜表面上形成的絕緣膜。因此，絕緣膜的形成速度隨著矽薄膜110的厚度變厚而變得緩慢。
當欲形成的絕緣膜120相對厚時，如果在形成相對薄的矽薄膜之後通過重複進行形成含矽絕緣膜的過程，則與從相對厚的矽薄膜一次性形成絕緣膜的過程相比，可以縮短處理時間。
因此，考慮處理時間和含矽絕緣膜的所需厚度，可以確定重複圖4a至圖6B說明的步驟的次數。
此外，本發明的絕緣膜120表示為包括兩層含矽絕緣膜120a、120b，但絕緣膜120可以包括三層以上含矽絕緣膜。
本發明已經通過優選實施例詳細地進行了說明，但本發明可以以其他實施例實施。因此，下述權利要求的精神和範圍並不限於優選實施例。
由於本發明在不脫離其精神或基本特徵的情況下可以幾種形式具體化，應理解為上述實施方案並不限於任何上述的細節，除非另有規定，而是應該在所附的權利要求中所定義的其精神和範圍內廣泛地解釋，並且因此在權利要求的邊界和範圍內或這些邊界和範圍的等同物內的所有變化和修改旨在被所附的權利要求書保護。
產業上的可利用性
本發明可適用於如沉積過程的各種各樣的半導體製造工藝中。
權利要求
1.一種環狀薄膜的沉積方法，該方法包括 在基底上形成矽薄膜的步驟，其通過重複將矽前體注入到裝載了所述基底的腔室內部而在所述基底上沉積矽的步驟、和從所述腔室內部除去未反應的矽前體和反應副產物的第一清洗步驟而進行； 通過在腔室內部形成等離子體氣氛，將所述矽薄膜形成為含矽絕緣膜的步驟。
2.權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述形成含矽絕緣膜的步驟包括注入一種或多種選自02、03、N2和NH3的反應氣體。
3.權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述含矽絕緣膜是氧化矽膜或四氮化三矽膜。
4.權利要求2所述的方法，其特徵在於， 形成所述絕緣膜的步驟包括通過注入一種或多種選自Ar、He、Kr和Xe的點火氣體而形成等離子體氣氛。
5.權利要求4所述的方法，其特徵在於， 所述點火氣體以100sccm至3000sccm的流速注入，且所述反應氣體以10sccm至500sccm的流速注入。
6.權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述形成絕緣膜的步驟包括使用O2或O3作為點火氣體而形成等離子體氣氛。
7.權利要求1所述的方法，其特徵在於， 還包括在所述形成含矽絕緣膜的步驟之後用於從腔室內部除去反應副產物的第二清洗步驟，其中， 重複進行所述形成矽薄膜的步驟、所述形成絕緣膜的步驟和所述第二清洗步驟。
8.權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述形成矽薄膜的步驟通過重複進行所述矽沉積步驟和所述第一清洗步驟三次至十次而進行。
9.權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述形成矽薄膜的步驟在保持腔室內部壓力為O. 05Torr至IOTorr的同時進行。
10.權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述形成絕緣膜的步驟在保持腔室內部壓力為O. 05Torr至IOTorr的同時進行。
11.權利要求1所述的方法，其特徵在於， 所述形成矽薄膜的步驟形成由無定形矽或具有多晶性的多晶矽形成的矽薄膜。
全文摘要
本發明提供一種具有優異的膜性能和階梯覆蓋的環狀薄膜的沉積方法。本發明一個實施例的環狀薄膜的沉積方法包括在所述基底上形成矽薄膜的步驟，其通過重複將矽前體注入到裝載了基底的腔室內部而在所述基底上沉積矽的步驟、和從所述腔室內部除去未反應的矽前體和反應副產物的第一清洗步驟；通過在腔室內部形成等離子體氣氛，將所述矽薄膜形成為含矽絕緣膜的步驟。
文檔編號H01L21/31GK103026472SQ201180036357
公開日2013年4月3日 申請日期2011年8月1日 優先權日2010年8月2日
發明者金海元, 禹相浩 申請人:株式會社Eugene科技