CN101033541A - 含硅薄膜的形成方法与减少微粒数目的方法 - Google Patents

Abstract

一种含硅薄膜的形成方法，此方法是将衬底置于反应室，然后于反应室中导入一含硅气体，以进行化学气相沉积工艺，而于衬底上形成含硅薄膜，其中，至少控制反应室上内壁的温度低于50℃。

Description

含硅薄膜的形成方法与减少微粒数目的方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜的形成方法，尤其涉及一种含硅薄膜的形成方法与减少微粒数目的方法。

背景技术

化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)是一种利用化学反应的方式，在反应室内使反应物生成固态的产物，并沉积于衬底表面的一种薄膜沉积技术。近年来，化学气相沉积法已然成为半导体工艺中，最重要且主要的薄膜沉积工具，凡是半导体元件所需制备的薄膜，不论是导体、半导体、或是介电材料，都可藉由化学气相沉积法来进行制备。

而在整个半导体工艺，许多常用的材料，不论是导体、半导体或是介电材料，均与“硅”这个元素，脱离不了关系。既然如此，为了以化学气相沉积法来形成以上这些材料，势必需要使用含硅的反应气体作为硅来源。其中，最常使用、应用最广泛的含硅气体就属于硅烷(silane)。

然而，由于以硅甲烷为硅来源的工艺需要较高的温度，且其所形成的含硅薄膜的均匀性(uniformity)较差。当半导体进入深亚微米(deep sub-micron)工艺，必须更进一步降低反应温度，以达到调降工艺热预算(thermal budget)的目的时，一种能够在较低的反应温度之下进行解离的含硅气体如乙硅烷(disilane)或丙硅烷(trisilane)便逐渐取代硅甲烷的使用。再者，乙硅烷(disilane)这类含硅气体还兼具有增加沉积薄膜均匀性的优点。

但是，乙硅烷、丙硅烷这类含硅气体在温度较低的情况下容易于化学气相反应室中发生气相成核的反应而产生微粒。这些微粒不但会造成沉积薄膜的均匀性变差，导致薄膜的品质下降，同时也容易附着在反应室内壁成为污染源。尤其现今的半导体工艺已进入纳米级工艺，对于微粒污染的容忍度更低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种含硅薄膜的形成方法，可以减轻含硅气体在反应室中发生气相成核的现象，进而获得品质较好的薄膜。

本发明的另一目的是提供一种减少微粒数目的方法，适用于一含硅薄膜的工艺中，以减少含硅气体在反应室中发生气相成核的机率，从而提升薄膜品质与反应室的洁净度。

本发明提出一种含硅薄膜的形成方法，此方法是先将一衬底置于一反应室，然后于反应室中导入一含硅气体，以进行化学气相沉积工艺，于衬底上形成含硅薄膜，其中，至少控制反应室上内壁的温度低于50℃。

上述含硅薄膜的形成方法中，含硅气体例如是包括乙硅烷或丙硅烷。

上述含硅薄膜的形成方法中，还可控制反应室其他内壁的温度也低于50℃。其中，控制反应室上内壁(与其他内壁)的温度低于50℃的方法例如是控制反应室的冷却装置的温度低于50℃。

上述含硅薄膜的形成方法中，含硅薄膜例如是包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮碳化硅薄膜、多晶硅薄膜与含硅金属薄膜其中之一。

上述含硅薄膜的形成方法的化学气相沉积工艺中，还可同时导入氨气、氧气及氟化物中至少一者为反应气体。

上述含硅薄膜的形成方法中，衬底可以其下方的加热器加热，此加热器的温度例如是控制在600℃至750℃之间。

上述含硅薄膜的形成方法中，化学气相沉积工艺例如是常压化学气相沉积工艺、低压化学气相沉积工艺、等离子体增强型化学气相沉积工艺或高密度等离子体化学气相沉积工艺。

本发明提出的含硅薄膜的形成方法，是降低反应室内壁的温度，而可以减少气相成核的发生机率，降低微粒的数目，以获得品质更好的薄膜，并增加反应室的洁净度。再者，当上述含硅气体为乙硅烷或丙硅烷等反应性高于硅烷的含硅气体时，含硅薄膜的均匀度较佳。

本发明提出一种减少微粒数目的方法，适用于一含硅薄膜的工艺中，此含硅薄膜是于反应室中导入含硅气体，进行化学气相沉积工艺而形成。此方法例如是于化学气相沉积工艺中，至少控制反应室上内壁的温度低于50℃。

上述减少微粒数目的方法中，含硅气体例如是包括乙硅烷或丙硅烷。

上述减少微粒数目的方法中，含硅薄膜例如是包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮碳化硅薄膜、多晶硅薄膜与含硅金属薄膜其中之一。

上述减少微粒数目的方法中，还可控制反应室的其他内壁的温度也低于50℃。

上述减少微粒数目的方法中，控制反应室上内壁的温度低于50℃的方法例如是控制反应室的冷却装置的温度低于50℃。

上述减少微粒数目的方法中，于化学气相沉积工艺中，还可同时导入氨气、氧气及氟化物中至少一者为反应气体。

上述减少微粒数目的方法中，化学气相沉积工艺例如是常压化学气相沉积工艺、低压化学气相沉积工艺、等离子体增强型化学气相沉积工艺或高密度等离子体化学气相沉积工艺。

本发明提出的减少微粒数目的方法，是在含硅薄膜的沉积工艺中降低反应室内壁温度，以减少所能提供给含硅气体的能量，使气相成核的发生机率下降，进而降低微粒的数目。因此，不但可以获得品质更好的薄膜，也可以增加反应室的洁净度。再者，当上述含硅气体为乙硅烷或丙硅烷等反应性高于硅烷的含硅气体时，含硅薄膜的均匀度较佳。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是绘示本发明一实施例的一种含硅薄膜的形成方法的步骤流程图；

图2是绘示本发明一实施例的反应室的剖面示意图。

主要元件符号说明

110、120：步骤

200：反应室

210：冷却装置

220：喷气头

220a：喷气孔

230：基座

240：衬底

250：加热器

具体实施方式

图1是绘示本发明的含硅薄膜的形成方法的步骤流程图，此方法所产生的微粒数目很少。以下实施例特别辅以图2的反应室剖面示意图，使本发明能够获得充分的理解。

请参照图1与图2，反应室200例如是包括冷却装置210、喷气头220、基座230与加热器250。冷却装置210例如是设置于反应室200上内壁，或是围绕着整个反应室的内壁而设置，冷却装置210例如是提供有冷却水或其他冷却流体而达到冷却的功能，且例如是包括位于反应室内壁中流有冷却流体的管道。喷气头220例如是具有多个喷气孔220a的平板(faceplate)。加热器250设置于基座230下方，用以提供衬底240表面产生化学反应所需要的能量。当然，反应室220还可以设置其他构件，而为说明方便起见，仅绘示前述的几种构件。另外，值得一提的是，图2绘示的反应室220为单一晶片式(single wafer)的设计，但本发明也可以适用于整批式(batch type)设计的反应室。

本发明实施例的含硅薄膜的形成方法是将衬底240置于反应室200中(步骤110)，其例如是将衬底240置于反应室200的基座230上。衬底240的材质例如是硅衬底、绝缘层上覆硅衬底、陶瓷材料、玻璃、塑胶(如聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS))、碳化硅、单晶材料、石英、类钻石碳(DLC)、砷化镓和金属氧化物。衬底240上例如是已形成有膜层或元件(未绘示)。

然后，于反应室220中导入一含硅气体，以进行化学气相沉积工艺，于衬底240上形成含硅薄膜，其中，至少控制反应室220上内壁的温度低于50℃(步骤120)。含硅气体是经由喷气头220分散至衬底240表面，衬底240则以其下的加热器250加热至所需温度，以引发含硅气体的化学反应。反应室220上内壁的温度例如是藉由冷却装置210中的冷却水的温度来控制。冷却装置210中的冷却水(或其他冷却流体)的温度例如是控制在低于50℃，较佳例如是低于30℃。若冷却装置210是围绕着反应室220而设置，则控制冷却装置210的温度，即可控制反应室220上、侧、下内壁的温度。

上述的化学气相沉积工艺可以是常压化学气相沉积工艺(APCVD)、低压化学气相沉积工艺(LPCVD)、等离子体增强型化学气相沉积工艺(PECVD)、等离子体辅助型化学气相沉积工艺(PACVD)或高密度等离子体化学气相沉积工艺(HDPCVD)，但不限于此。当然，依照薄膜的种类不同，应用的化学气相沉积工艺种类也会不同。

反应室200中所导入的含硅气体例如是乙硅烷、丙硅烷等，由于这类含硅气体可以在较低的温度解离，因此得以降低工艺的热预算。

本发明所形成的含硅薄膜可以是氧化硅薄膜(包括BSG、PSG、BPSG、FSG)、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮碳化硅薄膜、多晶硅薄膜与含硅金属薄膜如硅化钨薄膜。因此，反应室中除了含硅气体之外，还可以依照欲形成的含硅薄膜种类导入氧气、氨气及氟化物中至少任一成分为反应气体。

基座230下方设置的加热器250的温度例如是控制于600～750℃之间。当然，加热器250的温度也需视所形成的薄膜种类而不同。

以氮化硅薄膜为例，其例如是以乙硅烷与氨气为反应气体。虽然乙硅烷可以在较低温度下解离，但由于氨气需要于高温下才能解离而反应生成氮化硅薄膜，因此加热器250的温度无法调降，需要控制在例如700℃左右。如此一来，当冷却装置210的温度为70℃时，喷气头220的温度约200℃，容易使得乙硅烷在通过喷气头220之前就发生气相成核的现象，不但会降低薄膜的均匀度，也容易使微粒附着于反应室壁。因此，本发明将冷却装置210的温度控制在50℃之下，亦即降低对接近反应室壁的含硅气体所提供的能量，而可减少乙硅烷气体发生气相成核的机率，如此不但能够大幅减少微粒的产生，也可以提高反应室的洁净度。

综上所述，本发明实施例的形成含硅薄膜的方法，可利用乙硅烷或丙硅烷等气体为硅来源，以形成均匀度较佳的含硅薄膜；又降低反应室壁的温度，使喷气头上方的温度下降，减少所能提供给含硅气体的能量，以改善乙硅烷这类含硅气体容易产生气相成核的问题，降低微粒形成的机率。如此一来，不但可以制作出均匀度更好、品质更佳的含硅薄膜，也可以提高反应室的洁净度，减少反应室的清洗频率，进而提高工艺品质，降低制造成本。

虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (15)

1.一种含硅薄膜的形成方法，该方法包括：

将一衬底置于一反应室中；以及

于该反应室中导入一含硅气体，以进行一化学气相沉积工艺，于该衬底上形成该含硅薄膜，其中，至少控制该反应室上内壁的温度低于50℃。

2.如权利要求1所述的含硅薄膜的形成方法，其中该含硅气体包括乙硅烷或丙硅烷。

3.如权利要求1所述的含硅薄膜的形成方法，还包括控制该反应室的其他内壁的温度低于50℃。

4.如权利要求1所述的含硅薄膜的形成方法，其中控制该反应室上内壁的温度低于50℃的方法包括：控制该反应室的一冷却装置的温度低于50℃。

5.如权利要求1所述的含硅薄膜的形成方法，其中该含硅薄膜包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮碳化硅薄膜、多晶硅薄膜与含硅金属薄膜其中之一。

6.如权利要求1所述的含硅薄膜的形成方法，其中于该化学气相沉积工艺中，还包括导入氨气、氧气及氟化物中至少一者为反应气体。

7.如权利要求1所述的含硅薄膜的形成方法，其中该衬底是以其下方的一加热器加热，且该加热器的温度控制在600℃至750℃之间。

8.如权利要求1所述的含硅薄膜的形成方法，其中该化学气相沉积工艺包括一常压化学气相沉积工艺、一低压化学气相沉积工艺、一等离子体增强型化学气相沉积工艺或一高密度等离子体化学气相沉积工艺。

9.一种减少微粒数目的方法，适用于形成一含硅薄膜的步骤中，该含硅薄膜是于一反应室中导入一含硅气体，进行一化学气相沉积工艺而形成，该方法包括：

于该化学气相沉积工艺中，至少控制该反应室上内壁的温度低于50℃。

10.如权利要求9所述的减少微粒数目的方法，其中该含硅气体包括乙硅烷或丙硅烷。

11.如权利要求9所述的减少微粒数目的方法，还包括控制该反应室的其他内壁的温度低于50℃。

12.如权利要求9所述的减少微粒数目的方法，其中控制该反应室上内壁的温度低于50℃的方法包括：控制该反应室的一冷却装置的温度低于50℃。

13.如权利要求9所述的减少微粒数目的方法，其中该含硅薄膜包括氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、氮碳化硅薄膜、多晶硅薄膜与含硅金属薄膜其中之一。

14.如权利要求9所述的减少微粒数目的方法，还包括导入氨气、氧气及氟化物中至少一者为反应气体。

15.如权利要求9所述的减少微粒数目的方法，其中该化学气相沉积工艺包括一常压化学气相沉积工艺、一低压化学气相沉积工艺、一等离子体增强型化学气相沉积工艺与一高密度等离子体化学气相沉积工艺。

Images