CN101027756A - 通过在晶片上进行化学气相沉积的热氧化物形成装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的装置，该装置具有腔体，该腔体包括反应气体流入的气体流入线，用于喷射所接收到的反应气体的喷头，安装有晶片的加热器，用于支撑加热器的加热器支撑部件和用于排放反应气体的真空口。所述装置还包括：同气体流入线相连以向腔体提供TEOS气体的TEOS气体存储单元；用于控制TEOS气体存储单元内的TEOS气体的控制器，以在需要时提供预定量的TEOS气体同时保持气体的预定温度；用于蒸发TEOS气体存储单元所提供的TEOS气体以使其不低于预定温度的蒸发器；同蒸发器出口相连的载气存储单元，以与所蒸发的TEOS气体一道向腔体提供惰性气体；以及同腔体入口相连以提供第二反应气体O2的第二反应气体存储单元。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的装置和方法，尤其涉及一种利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的装置和方法，其中在沉积热氧化膜的过程中提供制造热氧化膜的装置以及利用TEOS气体沉积热氧化膜的条件，该过程中在梯级差异形成的状态下图案区域必须具有相同厚度，从而图案区域的厚度在所有步骤中均一致，在所述的所有步骤中装置高度集成并且使用金属线。
背景技术
一般地，在半导体基底上形成图案区域例如装置隔离阻障、夹层绝缘膜、导电膜、以及触点来实现半导体装置。
装置隔离阻障由氧化膜构成，该氧化膜通过局部氧化硅(LOCOS)的方法形成或者利用具有隔离物(spacers)的离子植入掩膜的沟槽装置隔离方法形成。夹层绝缘膜由硅氧化膜如磷硅玻璃(PSG)、硼磷化硅玻璃(BPSG)和不掺杂硅的玻璃(USG)或氮化物薄膜如SixNy构成。导电膜和触点由传导性多晶硅、硅化物或金属构成。
形成氧化膜的最重要因素是反应源气体和设备。钟形炉一般用来形成氧化膜。但是，需要高温和较长时间，并且形成于氧化膜下面的金属线因为过度暴露于热量下而发生改变，以致电子特性恶化和所植入的杂质重新扩散，热氧化膜的厚度因为同一晶片的局部气压差或者在大量的晶片生产过程中不同晶片间的局部气压差而变得不均匀。因此，在制造晶体管的隔离物工艺中产生不同的阈值电压，从而劣化装置的电子特性。
特别的，当利用硅烷(SiH4)或二氯化硅气体(SiH2Cl2)或N2O气体作为反应源气体形成热氧化膜时，需要高温，尤其，在利用硅烷的工艺中，因图案形表面积的影响，热氧化膜的沉积厚度变得不一致。
为解决上述问题，根据利用TEOS气体来沉积热氧化膜的方法，使用钟形炉。但是，形成热氧化膜时使用的源气体浓度由于大量生产晶片而变得不一致，因此氧化膜的厚度差在同一晶片的不同部分之间以及各晶片之间产生。所以，随着高集成性的执行，工艺再现性劣化并且脆弱性增加。
在使用TEOS气体的等离子增强CVD类型情况下，绝缘层普遍用于电极线之间。在等离子工艺中，可利用FR功率密度在300-500℃的低温下来实现沉积。但是，氧化膜的沉积过程中，在梯级差异形成的情况下图案厚度必须一致，沉积特性(如负载效应和阶梯覆盖)效率受图案劣化的影响，因此不能应用上述工艺条件。
同样，采用TEOS气体和臭氧气体的低温氧化膜形成工艺被普遍使用。低温氧化膜工艺在低温300-500C下完成，该工艺条件与在等离子增强CVD类型中一样，不能被应用于在梯级差异形成的情况下图案厚度必需一致的氧化膜沉积工艺，因为沉积特征(例如负载效应和阶梯覆盖)效率劣化。
发明内容
根据本发明，提供了一种将TEOS气体和单腔体制造装置用于半导体装置隔离工艺中以便在半导体基底上沉积热氧化膜的技术。
因此，本发明的目的是提供一种采用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的装置和方法，其中在沉积热氧化膜的过程中提供制造热氧化膜的装置和利用TEOS气体沉积热氧化膜的条件，在该过程中，需要受图案影响的沉积条件(例如负载效应和阶梯覆盖)效率，并且在梯级差异形成的情况下图案区域的厚度必须一致，从而在装置高度集成和使用金属线的所有过程中图案区域厚度一致。
为达到上述目的，本发明提供了一种使用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的装置，该装置具有腔体，该腔体包括反应气体流入的气体流入线，用于喷射所接收到的反应气体的喷头，安装有晶片的加热器，用于支撑加热器的加热器支撑部件和用于排放反应气体的真空口。所述装置还包括：TEOS气体存储单元，其同气体流入线相连以向腔体内提供TEOS气体；用于控制TEOS气体存储单元内TEOS气体的控制器，以在需求时提供预定量的TEOS气体同时保持气体预定的温度；用于蒸发TEOS气体存储单元所提供的TEOS气体以使其不低于预定温度的蒸发器；同蒸发器出口相连的载气存储单元，以同所蒸发的TEOS气体一道向腔体提供惰性气体；同腔体入口相连的第二反应气体存储单元，以提供第二反应气体O2。
按照本发明，在沉积热氧化膜的工艺中提供制造热氧化膜的装置和利用TEOS气体沉积热氧化膜的条件，其中在形成梯级差异的情况下，图案区域必须具有一致的厚度，以使在设备高度集成和使用金属线的所有过程中，图案区域厚度一致。
附图说明
本发明的目的和优点根据下文结合附图对优选实施例的描述将变得明显和更易于理解，其中：
图1是本发明的腔体结构的示意图；
图2是本发明的装置结构图；
图3是沉积速率随着TEOS气体流量变化的关系曲线图；
图4是沉积速率随着腔体压力变化的关系曲线图；
图5是氧化膜的沉积速率随着工艺温度变化的关系曲线图；
图6是当液态TEOS气体在蒸发器内蒸发时，沉积速率随着作为载体的氦气的浓度变化的关系曲线图；
图7是氧化膜的沉积速率随着距离变化的关系曲线图；
具体实施方式
下文将参照附图描述本发明的优选实施例。
图1是本发明的腔体结构示意图。图2是本发明的装置结构图。图3是沉积速率随着TEOS气体流量变化的关系曲线图。图4是沉积速率随着腔体压力变化的关系曲线图。图5是氧化膜的沉积速率随着工艺温度变化的关系曲线图。参考数字100表示本发明的热氧化膜沉积装置。
如图1和图2所示，单腔体热氧化膜沉积装置具有腔体1，该腔体包括：反应气体流入的气体流入线2；用于喷射所接收到的反应气体的喷头3；安装有晶片5的加热器4；用于支撑加热器4的加热器支撑单元6；以及用于排放反应气体的真空口7。所述的单腔体热氧化膜沉积装置还包括：与气体流入线2相连以将TEOS气体供至腔体1的TEOS气体存储单元110；用于控制TEOS气体存储单元110内所存储的TEOS气体的控制器120，以在需要时提供预定量的TEOS气体同时按预定温度保存气体；用于蒸发TEOS气体存储单元110所提供的TEOS气体以使其不低于预定温度的蒸发器130；载气存储单元140，其同蒸发器130的排出口相连以同所蒸发的TEOS气体一道向腔体1提供惰性气体；以及同腔体1的排出口相连以提供第二反应气体O2的第二反应气体存储单元150。
气体存储单元是具有阀门的罐，其运行由控制器120控制。
控制器120控制装置的运行，其通过能确定气体供给次数和量以及气体温度的控制板、和按所确定的值操作控制板的具有逻辑电路结构的控制装置来实现。
蒸发器130蒸发液体物质以具有预定温度。
为了均量供给蒸发器130所蒸发的气体，提供存储在载气存储单元140内的惰性气体He，N，或Ar，同时确定蒸发气体的分压力。
存储在第二反应气体存储单元150内的O2同TEOS气体的副产品碳反应，而碳是形成CO2的有机组分，因此可防止劣化电子特性和增加膜压力的碳污染。
当使用TEOS气体形成热氧化膜时，反应速度和沉积特性(例如负载效应和阶梯覆盖)由第一反应气体TEOS气体的流量，惰性载气的流量，工艺温度及工艺压力决定。按照本发明，合适的工艺条件从上述条件中选出，其将在下文中被描述。
在为了将热氧化膜沉积于晶片上而确定提供给单一腔体的第一反应气体及惰性载气的流量、工艺温度、和工艺压力的过程中，TEOS气体作为第一反应气体被用来形成热氧化膜，氦气作为载气被使用，其决定所蒸发气体的分压力以均量供给所蒸发的气体，并且用作第二反应气体的O2同TEOS气体的副产品碳反应形成CO2，以防止劣化电子特性和增加膜压力的碳污染。上述的气体都被喷射至腔体1内，从而热氧化膜能够通过高温分解形成。
液态TEOS的量为100至10000mg，同时被蒸发的TEOS的量为10至1000SCCM。
作为载气的氦气体量为100至5000SCCM。
作为第二反应气体的O2的量为0至500SCCM。
同样，工艺温度即腔体1内的高温分解温度为600-750℃，同时工艺压力即腔体1内的压力为5-200Torr。
喷头3和晶片5之间的距离为10-30mm。
当腔体1内的加热器温度，喷头和晶片间的距离，反应气体的压力和反应腔体内的压力按上面描述的确定后，负载效应、阶梯覆盖和氧化膜的沉积速率通过反应气体的流量和流量速率得以改进。
根据本发明，He用作载气。但是，N也可用作载气，同时载气的量为100至5000SCCM。Ar也可用作载气，同时载气的量为100至5000SCCM。
在下文中将描述随条件变化的反应状态。
在普通的化学气相沉积的情况下，当反应源气体的分压力增加时，薄膜的沉积速率增加，并且增加量取决于其它固定的条件。
首先，图3示出了随着TEOS气体流量变化的沉积速率。当形成氧化膜所需的TEOS气体流量增加时，薄膜的沉积速率如图3的曲线所示地线性增加。
图4示出了在反应源气体的量固定的情况下，沉积速率随着腔体压力变化的关系。随着工艺压力增加，沉积速率增加。当沉积压力增加时，形成一种副产品，因此就必须防止粒子产生并且必须确定合适的压力。
图5说明了氧化膜的沉积速率随着工艺温度变化的关系。当工艺温度增加时，氧化膜的沉积速率增加，其中氧化膜沉积速率是决定沉积膜物理特性的主要工艺因素。
图6示出了沉积速率随着氦气量变化的关系，其中液态TEOS被蒸发器蒸发的同时氦气用作载气。被蒸发器蒸发的液态TEOS同载气一道流向反应腔体。当载气浓度增加时，氧化膜的沉积速度降低。
载气的量不少于预定的水平，同时考虑TEOS气体的流量来决定。
最后，图7示出了在单腔体CVD沉积方法中，沉积速率随着晶片5与喷头3之间距离的变化的关系。随着晶片5和喷头3之间的距离增加，沉积速率增加。这是因为随着喷头3和晶片5之间的距离增加，反应气体的分布增加。
Claims (12)
1.一种利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的装置，该装置具有一个腔体，该腔体包括反应气体流入的气体流入线，用于喷射所接收到的反应气体的喷头，安装有晶片的加热器，用于支撑加热器的加热器支撑单元和用于排放反应气体的真空口，所述装置包括：同气体流入线相连以将TEOS气体提供给腔体的TEOS气体存储单元；用于控制存储在TEOS气体存储单元内的TEOS气体的控制器，当需要时按预定的量提供TEOS气体同时按预定的温度保存气体；用于蒸发TEOS气体存储单元所提供的TEOS气体以使其不低于预定温度的蒸发器；同蒸发器出口相连的载气存储单元，以与所蒸发的TEOS气体一道向腔体提供惰性气体；以及同腔体入口相连的第二反应气体存储单元，以提供第二反应气体O2。
2.根据权利要求1所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的装置，其特征在于，所述控制器对所述装置运行的控制通过确定气体供应次数和量以及气体温度的控制板、以及按所确定的值来操作控制板的具备逻辑电路结构的控制装置来完成。
3.一种利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其中，在确定第一反应气体的流量和供至单腔体的惰性气体的流量、工艺温度以及用以在晶片上沉积热氧化膜的工艺压力的过程中，TEOS气体被用作第一反应气体来形成氧化膜，氦气体被用作载气，其决定所蒸发气体的分压力以便均量提供所蒸发的气体，以及O2作为第二反应气体，其同TEOS气体的副产品碳反应以形成CO2从而防止劣化电子特性和增加膜压力的碳污染，这样上述被气体喷射至腔体内以通过高温分解形成热氧化膜。
4.根据权利要求3所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，液态TEOS的量为100至10000mg，所蒸发的TEOS气体的量为10至1000SCCM。
5.根据权利要求3所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，作为载气的氦气体的量为100至5000SCCM。
6.根据权利要求3所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，氮用作载气。
7.根据权利要求6所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，所述氮气量为100至5000SCCM。
8.根据权利要求3所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，所述氩气用作载气。
9.根据权利要求8所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，所述氩气的量为100至5000SCCM。
10.根据权利要求3所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，工艺温度即所述腔体内的高温分解温度为600至750℃。
11.根据权利要求3所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，工艺压力即所述腔体内的压力为5至200Torr。
12.根据权利要求3所述的利用单腔体化学气相沉积在半导体基底上沉积热氧化膜的方法，其特征在于，所述喷头和所述晶片之间的距离为10至30mm。
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