CN104882361A - 氮化膜的制作方法及氮化膜的压缩应力控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用原子层沉积法而稳定地维持膜质并能够容易调整压缩应力的氮化膜制作方法，执行包括以下四个步骤的单位周期至少一次以上，从而在所述基板上形成具有压缩应力的氮化膜，所述四个步骤，包括：第1步骤，将源气体供应到基板上，所述源气体的至少一部分被吸附到所述基板上；第2步骤，将第1净化气体供应到基板上；第3步骤，将包含氮气(N2)的应力调整气体及包含氮气(N2)以外的氮成分(N)的反应气体，以等离子状态同时供应到所述基板上，从而在所述基板上形成单位沉积膜；及第4步骤，将第2净化气体供应到基板上。

Description

氮化膜的制作方法及氮化膜的压缩应力控制方法
技术领域
本发明涉及氮化膜的制作方法及其压缩应力控制方法，更详细地说，涉及利用原子层沉积法的氮化膜的制作及压缩应力控制方法。
背景技术
改善电子元件性能的方法包括：通过具有应力的氮化膜而改变已变形的上部或下部材料的电气特性的方法。例如，在CMOS设备的制作上，为了使晶体管的通道区域发生局部的晶格变形，可在PMOS区域上形成具有压缩应力(compressive stress)的氮化膜。这种情况下，需要将沉积的氮化物所生成的应力水准控制在规定范围内。但是，公开的氮化物制作方法的问题在于，在稳定地维持氮化物的膜质的同时，难以适当地控制氮化物的应力水准。
发明内容
(要解决的技术问题)
本发明是为了解决所述问题等多个问题，目的在于：供应一种既能维持良好膜质又具有规定的压缩应力的氮化膜的制作方法。但这种技术问题只是例示性的，本发明的范围并不受限于此。
(解决问题的手段)
供应用于解决所述问题的根据本发明的一观点的氮化膜的制作方法。根据所述氮化膜的制作方法，执行包括以下四个步骤的单位周期至少一次以上，从而在所述基板上形成具有压缩应力的氮化膜，所述四个步骤，包括：第1步骤，将源气体供应到基板上，所述源气体的至少一部分被吸附到所述基板上；第2步骤，将第1净化气体供应到基板上；第3步骤，将包含氮气(N2)的应力调整气体及包含氮气(N2)以外的氮成分(N)的反应气体，以等离子状态同时供应到所述基板上，从而在所述基板上形成单位沉积膜；及第4步骤，将第2净化气体供应到基板上。
根据所述氮化膜的制作方法，所述氮化膜的所需的压缩应力越大，则加大所述第3步骤中供应到所述基板上的所述氮气(N2)的量。
根据所述氮化膜的制作方法，所述应力调整气体包括氮气(N2)及非活性气体的混合气体。进而，所述第3步骤中所述氮化膜所需的压缩应力越大，则需提高对于供应到所述基板上的所述非活性气体的所述氮气(N2)的相对比率。
根据所述氮化膜的制作方法，所述非活性气体可包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。
所述氮化膜的制作方法，所述第3步骤中为了追加调整所述氮化膜的压缩应力，可调整为形成所述等离子而施加的电源的功率或频率。
根据所述氮化膜的制作方法，所述等离子可通过直流等离子(directplasma)方式或远程等离子(remote plasma)方式而形成。
根据所述氮化膜的制作方法，所述等离子可形成于所述基板上的喷头内，从而被供应到所述基板上。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体或所述第2净化气体可在所述第1步骤至所述第4步骤中被持续地供应。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个可以是氮气或非活性气体。或，所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个是由氮气及非活性气体形成的混合气体。进而，包含氮气(N2)的所述应力调整气体可以是与所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个属于由同种物质构成的气体。
根据所述氮化膜的制作方法，所述单位周期，还可包括：第5步骤，将第2应力调整气体以等离子状态供应到所述单位沉积膜上；及第6步骤，将第3净化气体供应到所述基板上。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第2应力调整气体可包括氮气(N2)，或所述第2应力调整气体可包括非活性气体与氮气(N2)的混合气体。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体、所述第2净化气体或所述第3净化气体可在所述第1步骤至所述第6步骤中被持续地供应。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个为氮气或非活性气体。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个为由氮气及非活性气体形成的混合气体。
根据所述氮化膜的制作方法，所述应力调整气体为与所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个属于由同种物质构成的气体。
根据所述氮化膜的制作方法，包含所述氮成分(N)的反应气体可包括氨(NH3)气体。
供应用于解决所述问题的根据本发明的另一观点的氮化膜的压缩应力控制方法。根据反复执行至少一次以上单位周期的原子层沉积法的氮化膜的制作，所述单位周期包括：将包含氮气(N2)的应力调整气体与包含所述氮气(N2)以外的氮成分(N)的反应气体，以等离子状态同时供应到基板上的步骤，所述氮化膜的所需的压缩应力越大，则控制成加大供应到所述基板上的所述氮气的量。
供应用于解决所述问题的根据本发明的又一观点的氮化膜的制作方法。根据所述氮化膜的制作方法，执行包括以下步骤的单位周期至少一次以上，从而在所述基板上形成具有压缩应力的氮化膜，所述步骤，包括：第1步骤，将源气体供应到基板上，所述源气体的至少一部分被吸附到所述基板上；第2步骤，将第1净化气体供应到基板上；第3步骤，将包含氮气(N2)的应力调整气体及包含氮气(N2)以外的氮成分(N)的反应气体，以等离子状态同时供应到所述基板上，从而在所述基板上形成单位沉积膜；第4步骤，将第2净化气体供应到基板上；及所述第1步骤之后、所述第2步骤之前，中断所述源气体的供应，比所述第1步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤。
根据所述氮化膜的制作方法，比所述第1步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤可通过中断所述源气体的供应并执行所述腔室内的抽吸而呈现。进而，所述抽吸可在所述单位周期内一直不断地进行。
根据所述氮化膜的制作方法，所述单位周期可包括：在所述第3步骤之后、所述第4步骤之前，中断所述应力调整气体及所述反应气体的供应并比所述第3步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤。
根据所述氮化膜的制作方法，比所述第3步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤可通过中断所述应力调整气体及所述反应气体的供应并执行所述腔室内的抽吸而呈现。进而，所述抽吸可在所述单位周期内一直不断地进行。
所述氮化膜的制作方法，所述氮化膜的所需的压缩应力越大，则加大所述第3步骤中供应到所述基板上的所述氮气(N2)的量。
根据所述氮化膜的制作方法，所述应力调整气体可包括非活性气体与氮气的混合气体。所述非活性气体可包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。进而，所述第3步骤中所述氮化膜所需的压缩应力越大，则需提高对于供应到所述基板上的所述非活性气体的所述氮气(N2)的相对比率。
所述氮化膜的制作方法，所述第3步骤中为了追加调整所述氮化膜的压缩应力，可调整为形成所述等离子而施加的电源的功率或频率。
根据所述氮化膜的制作方法，所述等离子可通过直流等离子(directplasma)方式或远程等离子(remote plasma)方式而形成。
根据所述氮化膜的制作方法，所述等离子可形成于所述基板上的喷头内，从而被供应到所述基板上。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体或所述第2净化气体可在所述第1步骤至所述第4步骤中被持续地供应。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个可以是氮气或非活性气体。或，所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个是由氮气及非活性气体形成的混合气体。进而，包含氮气(N2)的所述应力调整气体可以是与所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个属于由同种物质构成的气体。所述非活性气体可包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。
根据所述氮化膜的制作方法，所述单位周期，还可包括：第5步骤，将第2应力调整气体以等离子状态供应到所述单位沉积膜上；及第6步骤，将第3净化气体供应到所述基板上。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第2应力调整气体可包括氮气(N2)，或所述第2应力调整气体可包括非活性气体与氮气(N2)的混合气体。所述非活性气体可包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体、所述第2净化气体或所述第3净化气体可在所述第1步骤至所述第6步骤中被持续地供应。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个为氮气或非活性气体。所述非活性气体可包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。
根据所述氮化膜的制作方法，所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个为由氮气及非活性气体形成的混合气体。所述非活性气体可包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。
根据所述氮化膜的制作方法，所述应力调整气体为与所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个属于由同种物质构成的气体。
根据所述氮化膜的制作方法，包含所述氮成分(N)的反应气体可包括氨(NH3)气体。
(发明的效果)
根据如所述形成的本发明的部分实施例，能够供应一种稳定地维持氮化物的膜质的同时能够适当地控制氮化物的应力水准的氮化物的制作方法。当然，本发明的范围并不受限于这些效果。
附图说明
图1是图解根据本发明的一实施例的氮化膜的制作方法中原子层沉积法的单位周期的顺序图。
图2是根据本发明的一实施例的氮化膜的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。
图3是根据本发明的一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。
图4是图解根据本发明的另一实施例的氮化膜的变形的制作方法中单位周期的顺序图。
图5是根据本发明的另一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。
图6是根据本发明的另一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。
图7是图解根据本发明的又一实施例的氮化膜的制作方法中原子层沉积法的单位周期的顺序图。
图8是根据本发明的又一实施例的氮化膜的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。
图9是根据本发明的又一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。
图10是图解根据本发明的其他实施例的氮化膜的制作方法中原子层沉积法的单位周期的顺序图。
图11是图解通过根据本发明的部分实施例的氮化膜的制作方法呈现的氮化膜中根据氮气流量的压缩应力及湿式蚀刻速度比(WERR；Wet EtchRate Ratio)特性的曲线图。
图12是图解通过根据本发明的比较例的氮化膜的制作方法呈现的氮化膜中为了形成等离子而施加的根据电源功率的压缩应力及湿式蚀刻速度比(WERR)特性的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图例示性地说明本发明的多个实施例。
整个说明书中，涉及到膜、区域或基板等一个构成要素位于其他构成要素"之上"，可解释为所述一个构成要素直接接触所述其他构成要素"之上"，或存在其间介入的另外的构成要素。相反，涉及一个构成要素"直接在其他构成要素之上"，不存在其间介入的另外的构成要素。
下面，参照概略性图示的附图说明本发明的实施例。附图中，例如，根据制作技术及/或公差(tolerance)而能够预想到图示的形状的变形。因此，本发明思想的实施例不可解释为受限于本说明书中图示区域的特定形状，例如，应包括制作上导致的形状变化。并且，为了说明的便利及明确性，可能会夸张地图示附图中的各层的厚度或大小。相同的符号表示相同的要素。
本发明中涉及的非活性气体可表示稀有气体(rare gas)。稀有气体，具体地说，是氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中选择的至少一个气体。因此，本发明中涉及的非活性气体可包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。另外，本发明中涉及的非活性气体不包括氮或二氧化碳。
图1是图解根据本发明的一实施例的氮化膜的制作方法中原子层沉积法的单位周期的顺序图。
参照图1，根据本发明的一实施例的氮化膜的制作方法为通过执行包括第1步骤(S110)、第2步骤(S120)第3步骤(S130)及第4步骤(S140)的单位周期(S100)至少一次以上而在基板上形成具有压缩应力的氮化膜的方法。
所述氮化膜可理解为根据原子层沉积法(ALD；Atomic LayerDeposition)形成的氮化膜，所述原子层沉积法通过时分割方式或空间分割方式而将源气体、净化气体、反应气体等供应到基板上。本发明的技术思想可适用于按时间而非连续性地将源气体及反应气体等供应到设有基板的腔室内而呈现沉积的时分割方式，也可适用于基板依次移动到源气体及反应气体等以空间隔离并被连续供应的系统内而实现沉积的空间分割方式。
第1步骤(S110)中，通过将源气体供应到基板上而所述源气体的至少一部分可被吸附到所述基板上。所述基板可包括如半导体基板、导电体基板或绝缘体基板等，选择性地，在形成具有所述压缩应力的氮化膜之前，所述基板上也可事先形成任意的图案或层。所述吸附可包括原子层沉积法中公知的化学性吸附(Chemical Adsorption)。
所述源气体可根据所要形成的氮化膜的种类而被适当地选择。
例如，所要形成的氮化膜为硅胶氮化膜时，所述源气体可包括由硅烷、乙硅烷、四甲基硅烷(TMS)、三(二甲胺基)硅烷(TDMAS)、双叔丁基氨基硅烷(BTBAS)及二氯甲硅烷(DCS)形成的群中选择的至少一个。
并且，如所要形成的氮化膜为钛氮化膜时，所述源气体可包括由TDMAT(Tetrakis(dimethylamino)titanium-四(二甲氨基)钛)、TEMAT(Tetrakis(ethylmethylamino)titanium-四(乙基甲基氨基)钛)及TDETAT(Tetrakis(diethylamino)titanium-四(二乙氨基)钛)形成的群中选择的至少一个。
并且，如所要形成的氮化膜为钽氮化膜时，所述源气体可包括由Ta[N(CH3)2]5、Ta[N(C2H5)2]5、Ta(OC2H5)5及Ta(OCH3)5形成的群中选择的至少一个。
当然，上述的氮化膜及源气体的种类只是例示性的，本发明的技术思想并不受限于这种例示性的物质种类。
第2步骤(S120)中，可将第1净化气体供应到所述基板上。第1净化气体可从基板去除所述源气体中除了被吸附到所述基板上的部分之外的剩余的至少一部分。
即，第1步骤(S110)中，未被吸附到所述基板上的所述源气体可被第1净化气体清洗(purging)。所述第1净化气体可以是氮气，或非活性气体，或由氮气与非活性气体形成的混合气体。
第3步骤(S130)中，可将包含氮气(N2)的应力调整气体与包含所述氮气(N2)之外的氮成分(N)的反应气体以等离子状态同时供应到所述基板上，从而在所述基板上形成单位沉积膜。
作为构成所要形成所述单位沉积膜的氮化膜的薄膜，例如，反复执行单位周期(S100)N次(N为1以上的量的正数)而最终形成的所述氮化膜可由N个所述单位沉积膜构成。
所述应力调整气体是为了所述单位沉积膜的应力，即，最终调整氮化膜的应力而供应的气体，本发明人已确认了在第3步骤(S130)供应包含氮气(N2)的应力调整气体时能够有效控制氮化膜的应力。
例如，所述第3步骤中，通过调整供应到所述基板上的、构成所述应力调整气体的氮气(N2)的量而能够调整所述氮化膜的压缩应力的大小。具体地说，已确认了所述第3步骤中供应到所述基板上的、构成所述应力调整气体的氮气(N2)的量越大，能够呈现具有更大压缩应力的所述氮化膜。
氮气(N2)具有非极性共价键，以非极性共价键存在时具有稳定性，相反，如所述第3步骤(S130)中根据等离子而氮气(N2)被离子化为N2 +及/或N+等形态。这时，N2 +及/或N+的离子化能量非常大，为了以更稳定的形态存在，例如，所要形成的氮化膜为硅胶氮化膜时，会形成Si-N结合。这时，根据强大的离子化能量，与Si形成强的结合，具有强的压缩应力。
另外，包含氮成分(N)的反应气体与被吸附到所述基板上的所述源气体产生化学反应而呈现构成氮化膜的单位沉积膜。这里，构成所述反应气体的氮成分(N)表示除了构成所述应力调整气体的所述氮气(N2)之外的氮成分。例如，所述包含氮成分(N)的反应气体可包括氨(NH3)气体。
本发明涉及的等离子可通过直流等离子(direct plasma)方式或远程等离子(remote plasma)方式而形成。
举例来说，所述直流等离子方式包括：将所述反应气体及所述应力调整气体供应到电极与基板之间的处理空间并施加高频电力，从而所述反应气体及所述应力调整气体的等离子在腔室内部的所述处理空间直接形成的方式。
举例来说，所述远程等离子方式包括：在远程等离子发生器中激活所述反应气体及所述应力调整气体的等离子而使其流入腔室内部的方式，其优点在于，相比直流等离子，对电极等腔室内部部件的损伤较少，能够减少颗粒的产生。
除此之外，本发明涉及的等离子可形成于基板上的喷头内。这种情况下，举例来说，等离子状态的物质可通过喷头内形成的喷射孔而被供应到基板上的处理空间。
第4步骤(S140)中，可将第2净化气体供应到所述基板上。第2净化气体与被吸附到所述基板上的源气体产生物理及/或化学反应，能够从所述基板去除所述基板上残留的所述应力调整气体及所述反应气体的至少一部分。
即，第4步骤(S140)中，与被吸附到所述基板上的源气体产生物理及/或化学反应并残留在所述基板上的，所述应力调整气体及所述反应气体的至少一部分可被第2净化气体清洗(purging)。
所述第2净化气体为氮气，或非活性气体，或由氮气与非活性气体形成的混合气体。
本发明的技术思想涉及根据原子层沉积法而形成氮化膜的工艺中调整氮化膜的应力的方法，即至少执行一次以上的单位周期而在所述基板上形成具有压缩应力的氮化膜，其中单位周期包括将包含氮气(N2)的应力调整气体与包含所述氮气(N2)之外的氮成分(N)的反应气体以等离子状态同时供应到基板上的步骤，可通过调整所述氮气(N2)的量而控制所述压缩应力的大小。
图2是根据本发明的一实施例的氮化膜的制作方法中，从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。本实施例可参照图1的制作方法，因此，省略重复的说明。
参照图2，例如，第2步骤(S120)的第1净化气体及第4步骤(S140)中的第2净化气体中的至少一个可包括氮气(N2)。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体，应力调整气体可包括氮气(N2)。
参照图2，举另一例子，第2步骤(S120)的第1净化气体及第4步骤(S140)中的第2净化气体中的至少一个可包括非活性气体。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体，应力调整气体可包括氮气(N2)。
参照图2，又举另一例子，第2步骤(S120)的第1净化气体及第4步骤(S140)中的第2净化气体中的至少一个可以是包括氮气(N2)及非活性气体的混合气体。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体，应力调整气体可包括氮气(N2)及非活性气体。
另外，本发明人已确认了第3步骤(S130)的应力调整气体中对于非活性气体的氮气(N2)的相对比率越高，最终呈现的氮化膜的压缩应力越大，第3步骤(S130)的应力调整气体中对氮气(N2)的非活性气体的相对比率越高，最终呈现的氮化膜的压缩应力越小。
因此，若应力调整气体包括氮气(N2)及非活性气体，第3步骤(S130)中可通过调整对非活性气体的氮气(N2)的相对比率而容易精确控制氮化膜的压缩应力。
图3是根据本发明的一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。本制作方法可参照图2中说明的制作方法，因此，省略重复的说明。
参照图3，第2步骤(S120)中供应的第1净化气体或第4步骤(S140)中供应的第2净化气体可在第1步骤(S110)至第4步骤(S140)中被持续地供应。即，第1步骤(S110)中第1净化气体或第2净化气体被供应到基板上，第3步骤(S110)中第1净化气体或第2净化气体被供应到基板上。
第1步骤(S110)中供应的净化气体可起到源气体的载体作用，使源气体均匀地分散吸附到基板上。
相同地，第3步骤(S130)中供应的净化气体也可起到载体作用，使反应气体及应力调整气体均匀地分散吸附到基板上。
图4是图解根据本发明的另一实施例的氮化膜的变形的制作方法中单位周期的顺序图。本制作方法可参照图1中说明的制作方法，因此，省略重复的说明。
参照图4，单位周期(S100)，在第4步骤(S140)之后，还可包括：将第2应力调整气体以等离子状态供应到单位沉积膜上的第5步骤(S150)及将第3净化气体供应到所述基板上的第6步骤(S160)。这种情况下，为了便于区分第3步骤(S130)及第5步骤(S150)中的应力调整气体，把第3步骤(S130)的应力调整气体命名为第1应力调整气体，把第5步骤(S150)的应力调整气体命名为第2应力调整气体。
所述第2应力调整气体可包括氮气(N2)。例如，所述第2应力调整气体可光由氮气(N2)构成。
或，所述第2应力调整气体可包括非活性气体与氮气(N2)的混合气体。
第5步骤(S150)中，将所述第2应力调整气体以等离子状态供应到所述基板上，执行第1步骤(S110)至第4步骤(S140)而在已形成的所述单位沉积膜的膜质上更精确地呈现规定的应力分布。
区别在于，第3步骤(S130)中公开的氮气(N2)与反应气体一起同时供应到所述基板上，但第5步骤(S150)中公开的氮气(N2)是在清洗反应气体之后，与反应气体分开供应到所述基板上。
第6步骤(S160)中，可将第3净化气体供应到所述基板上。第3净化气体可从所述基板去除从第5步骤(S150)供应的氮气(N2)的至少一部分。
即，第6步骤(S160)中，从第5步骤(S150)供应的所述第2应力调整气体的至少一部分被第3净化气体清洗(purging)。所述第3净化气体为氮气，或非活性气体，或由氮气与非活性气体形成的混合气体。
上述的第5步骤(S150)及第6步骤(S160)，具体地说，可追加适用到图2及图3中公开的实施例，对此，参照图5及图6分别进行说明。
图5是根据本发明的另一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表，将上述的第5步骤(S150)及第6步骤(S160)追加适用到了图2中图示的实施例。本实施例可参照图1、图2及图4的制作方法，因此，省略重复的说明。
参照图5，例如，第2步骤(S120)的第1净化气体、第4步骤(S140)中的第2净化气体及第6步骤(S160)中的第3净化气体中的至少一个可包括氮气(N2)。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体。第3步骤(S130)及第5步骤(S150)中的应力调整气体可包括氮气(N2)或包括非活性气体与氮气(N2)的混合气体。
参照图5，举另一例子，第2步骤(S120)的第1净化气体、第4步骤(S140)中的第2净化气体及第6步骤(S160)中的第3净化气体中的至少一个可包括非活性气体。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体。第3步骤(S130)及第5步骤(S150)中的应力调整气体可包括氮气(N2)，非活性气体与氮气(N2)的混合气体。
参照图5，又举另一例子，第2步骤(S120)的第1净化气体、第4步骤(S140)中的第2净化气体及第6步骤(S160)中的第3净化气体中的至少一个可以是包括氮气(N2)与非活性气体的混合气体。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体。第3步骤(S130)及第5步骤(S150)中的应力调整气体可包括氮气(N2)或包括非活性气体与氮气(N2)的混合气体。
图6是根据本发明的另一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。本制作方法可参照图5中说明的制作方法，因此，省略重复的说明。
参照图6，第2步骤(S120)中供应的第1净化气体、第4步骤(S140)中供应的第2净化气体、或第6步骤(S160)中供应的第3净化气体可在第1步骤(S110)至第6步骤(S160)中被持续地供应。即，第1步骤(S110)、第3步骤(S130)或第5步骤(S150)中，第1净化气体、第2净化气体或第3净化气体可被供应到基板上。
第1步骤(S110)中供应的净化气体可起到源气体的载体作用，使源气体均匀地分散而吸附到基板上。第3步骤(S130)中供应的净化气体也可起到载体作用，使反应气体及第1应力调整气体均匀地分散吸附到基板上。第5步骤(S150)中供应的净化气体也可起到载体作用，使第2应力调整气体的等离子均匀地分散吸附到基板上。
图7是图解根据本发明的又一实施例的氮化膜的制作方法中原子层沉积法的单位周期的顺序图。本制作方法可参照图1中说明的制作方法，因此，省略重复的说明。
参照图7，根据本发明的又一实施例的氮化膜的制作方法，其特征在于：单位周期包括图1中图示的第1步骤(S110)、第2步骤(S120)、第3步骤(S130)及第4步骤(S140)；第1步骤(S110)之后、第2步骤(S120)之前，还包括：中断所述源气体的供应并比所述第1步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤(S115)。举例来说，所述步骤(S115)中的腔室内压力可比第1步骤(S110)中的腔室内压力低10％至90％。
通过将所述步骤(S115)加入第1步骤(S110)与第2步骤(S120)之间而能够更加有效地去除未吸附到基板上而残留的所述源气体的残留物，据此，能够使优秀的良质的氮化物沉积。尤其，若氮化物沉积的基板上的构造物为纵横比大的构造物，通过所述步骤(S115)的氮化物沉积覆盖率(stepcoverage)改善效果会更加凸显。
例如，所述步骤(S115)可通过中断所述源气体的供应并执行所述腔室内抽吸(pumping)而呈现。更具体地说，所述步骤(S115)可理解为未向腔室内供应源气体、反应气体、净化气体及后处理气体等的状态下仅执行抽吸的步骤。
另外，所述步骤(S115)中执行的抽吸可在所述单位周期一直不断地进行。例如，所述腔室内抽吸可在构成单位周期的第1步骤(S110)、步骤(S115)、第2步骤(S120)、第3步骤(S130)、第4步骤(S140)中继续执行。
图8是根据本发明的又一实施例的氮化膜的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。本实施例可参照图7的制作方法，因此，省略重复的说明。
首先，参照图8，反复执行至少一次以上包括第1步骤(S110)、仅执行抽吸的步骤(S115)、第2步骤(S120)、第3步骤(S130)、第4步骤(S140)的单位周期而呈现氮化膜。
步骤(S115)中执行的抽吸也可在第1步骤(S110)、第2步骤(S120)、第3步骤(S130)、第4步骤(S140)执行，但仅执行所述抽吸的步骤(S115)应理解为未向腔室内供应源气体、应力调整气体、反应气体、净化气体等的状态下只执行所述抽吸的步骤。
参照图8，例如，第2步骤(S120)的第1净化气体及第4步骤(S140)中的第2净化气体中的至少一个可包括氮气(N2)。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体，应力调整气体可包括氮气(N2)。
参照图8，举另一例子，第2步骤(S120)的第1净化气体及第4步骤(S140)中的第2净化气体中的至少一个可包括氩气体(Ar)等非活性气体。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体，应力调整气体可包括氮气(N2)。
参照图8，又举另一例子，第2步骤(S120)的第1净化气体及第4步骤(S140)中的第2净化气体中的至少一个可以是包括氮气(N2)及非活性气体的混合气体。第3步骤(S130)中的反应气体包括氨(NH3)气体，应力调整气体可包括氮气(N2)及非活性气体。
第3步骤(S130)的应力调整气体中，对于非活性气体的氮气(N2)的相对比率越高，最终呈现的氮化膜的压缩应力越大，第3步骤(S130)的应力调整气体中对于氮气(N2)的非活性气体的相对比率越高，最终呈现的氮化膜的压缩应力越小。
因此，应力调整气体若包括氮气(N2)及非活性气体，第3步骤(S130)中可通过调整对于非活性气体的氮气(N2)的相对比率而容易精确控制氮化膜的压缩应力。
图9是根据本发明的又一实施例的氮化膜的变形的制作方法中从左侧到右侧依次呈现基板在单位周期内按时间经过的一系列程序的图表。
参照图9，反复执行至少一次以上包括第1步骤(S110)、仅执行抽吸的步骤(S115)、第2步骤(S120)、第3步骤(S130)、第4步骤(S140)的单位周期而呈现氮化膜。对于仅执行抽吸的步骤(S115)的说明可参照图8，其涉及的内容实质上相同，因此省略相关说明。
参照图9，第2步骤(S120)中供应的第1净化气体或第4步骤(S140)中供应的第2净化气体可在第1步骤(S110)至第4步骤(S140)中被持续地供应。即，第1步骤(S110)中第1净化气体或第2净化气体被供应到基板上，第3步骤(S110)中第1净化气体或第2净化气体被供应到基板上。
第1步骤(S110)中供应的净化气体可起到源气体的载体作用，使源气体均匀地分散吸附到基板上。
相同地，第3步骤(S130)中供应的净化气体也可起到载体作用，使反应气体及应力调整气体均匀地分散吸附到基板上。
另外，根据本发明的变形实施例的氮化膜的制作方法可都包括图8中图示的执行至少一次以上第1单位周期的步骤及图9中图示的执行至少一次以上第2单位周期的步骤。可根据所需氮化膜的特性而适当地设计所述第1单位周期与所述第2单位周期的布置顺序及反复次数等。
图10是图解根据本发明的其他实施例的氮化膜的制作方法中原子层沉积法的单位周期的顺序图。本制作方法可参照图7中说明的制作方法，因此，省略重复的说明。即，本制作方法相比图7中说明的制作方法，区别在于增加了步骤(S135)，因此，其余步骤是重复的内容，因此省略对此的说明。
参照图10，第3步骤(S130)之后、第4步骤(S140)之前，包括：步骤(S135)，中断腔室内所述所述应力调整气体与所述反应气体的供应并维持比所述第3步骤更低的所述腔室内压力。举例来说，所述步骤(S135)中的腔室内压力可低于第3步骤(S130)中的腔室内压力10％至90％。
通过将所述步骤(S135)加入第3步骤(S130)与第4步骤(S140)之间而能够更加有效地去除未与吸附到基板上的源气体产生反应而残留的所述反应气体的残留物，据此，能够使优秀的良质的氮化物沉积。尤其，若氮化物沉积的基板上的构造物为纵横比大的构造物，通过所述步骤(S135)的氮化物沉积覆盖率(step coverage)改善效果会更加凸显。
例如，所述步骤(S135)可通过中断所述应力调整气体与所述反应气体的供应而执行所述腔室内抽吸(pumping)而呈现。更具体地说，所述步骤(S135)可理解为未在腔室内供应源气体、应力调整气体、反应气体、净化气体等的状态下仅执行抽吸的步骤。
另外，构成单位周期的步骤(S115)及步骤(S135)的相同点为在未向腔室内供应一切气体的状态下，只进行抽吸的步骤，而区别在于，根据所适用的具体工艺顺序，所述步骤(S115)是中断源气体的供应而抽吸腔室的步骤，所述步骤(S135)是应力调整气体及反应气体的供应被中断而抽吸腔室的步骤。
另外，腔室抽吸除了所述步骤(S135)之外，还可在所述单位周期内一直不断地执行。例如，所述腔室内的抽吸可在构成单位周期的第1步骤(S110)、上述的步骤(S115)、第2步骤(S120)、第3步骤(S130)、上述的步骤(S135)、第4步骤(S140)内继续执行。
另外，虽然附图中未另行图示，根据本发明的其他变形实施例的制作方法，图10中图示的用于形成氮化膜的单位周期，如图4中的说明，第4步骤(S140)之后，还可包括：将第2应力调整气体以等离子状态供应到单位沉积膜上的第5步骤(S150)及将第3净化气体供应到所述基板上的第6步骤(S160)。这种情况下，为了便于区分第3步骤(S130)及第5步骤(S150)中的应力调整气体，可将第3步骤(S130)的应力调整气体命名为第1应力调整气体，将第5步骤(S150)的应力调整气体命名为第2应力调整气体。
所述第2应力调整气体可包括氮气(N2)。例如，所述第2应力调整气体可仅由氮气(N2)构成。
或，所述第2应力调整气体可包括非活性气体与氮气(N2)的混合气体。
第5步骤(S150)中，将所述第2应力调整气体以等离子状态供应到所述基板上，从而执行第1步骤(S110)至第4步骤(S140)，在已形成的所述单位沉积膜的膜质上更精确地呈现规定的应力分布。
区别在于，第3步骤(S130)中公开的氮气(N2)与反应气体一起同时供应到所述基板上，但第5步骤(S150)中公开的氮气(N2)是在清洗反应气体之后，与反应气体分开供应到所述基板上。
第6步骤(S160)中，可将第3净化气体供应到所述基板上。第3净化气体可从所述基板去除从第5步骤(S150)供应的氮气(N2)的至少一部分。
即，第6步骤(S160)中，从第5步骤(S150)供应的所述第2应力调整气体的至少一部分被第3净化气体清洗(purging)。所述第3净化气体为氮气，或非活性气体，或由氮气与非活性气体形成的混合气体。
根据前述实施例，根据反复执行至少一次以上单位周期的原子层沉积法的氮化膜的制作，可供应氮化膜的压缩应力控制方法。例如，所述单位周期包括：将包含氮气(N2)的应力调整气体及包含所述氮气(N2)之外的氮成分(N)的反应气体以等离子状态同时供应到基板上的步骤，所述氮化膜的所需的压缩应力越大，则控制成加大供应到所述基板上的所述氮气的量，从而控制氮化膜的压缩应力。进而，所述单位周期还追加包括：形成单位沉积膜之后，将包含氮气(N2)的应力调整气体以等离子状态供应到基板上的步骤，从而有效控制氮化膜的压缩应力。
图11是图解通过根据本发明的部分实施例的氮化膜的制作方法呈现的氮化膜中根据氮气流量的压缩应力及湿式蚀刻速度比(WERR；Wet EtchRate Ratio)特性的曲线图，图12是图解通过根据本发明的比较例的氮化膜的制作方法呈现的氮化膜中为了形成等离子而施加的根据电源功率的压缩应力及湿式蚀刻速度比(WERR)特性的曲线图。
图11中公开的实施例相当于参照图4说明的制作氮化膜的情况，图12中公开的比较例相当于不供应包含氮气(N2)的应力调整气体而通过调整等离子的功率而制作具有压缩应力的氮化膜的情况。
图11及图12中左侧的纵轴呈现氮化膜的压缩应力大小，右侧的纵轴呈现表示氮化膜的膜质的湿式蚀刻速度比(WERR；Wet Etch Rate Ratio)。为了相互比较，图11的单位值A与图12的单位值A相同，图11的单位值B与图12的单位值B相同。图11及图12中使用的非活性气体为氩气体。
参照图11，由氮气(N2)与非活性气体构成的应力调整气体中对于非活性气体的氮气(N2)的相对比率越高(即，图11的横轴的值越大)，能够确认到最终呈现的氮化膜的压缩应力越大。
另外，根据本发明的实施例的氮化膜的制作方法中，即使氮化膜的压缩应力变大，呈现氮化膜的膜质的湿式蚀刻速度比(WERR)相对无太大变动。
与此相反，参照图12，不使用包含氮气(N2)的应力调整气体而形成氮化膜的本发明的比较例中，可通过增大等离子功率而增大氮化膜的压缩应力，同时，呈现氮化膜的膜质的湿式蚀刻速度比(WERR)相对无太大变动。
这表明，为了调整氮化膜的应力而在原子层沉积工艺的单位周期内能够调整用于形成等离子的电源的功率(或频率)，但这种情况下，因等离子的功率或频率导致的氮化膜膜质的变化相对较大。
与此相反，根据本发明的实施例，在原子层沉积工艺的单位周期内通过调整形成等离子时的氮气(N2)与非活性气体的混合比而能够调整氮化膜的应力，这种情况下，氮化膜的膜质与氮化膜的应力无关，相对维持同一水准。
进而，根据本发明的变形的实施例，用于调整氮化膜的应力的方法，原子层沉积工艺的单位周期内形成等离子时调整氮气(N2)的比例的同时，还可追加调整为形成所述等离子而施加的电源的频率或功率(也可称为等离子功率或频率)。根据这种变形的实施例，能够良好地维持氮化膜膜质的同时，还能更广泛地调整所述氮化膜的压缩应力范围。
例如，若需要氮化膜的压缩应力非常高，可调整等离子的频率或功率而沉积氮化膜，虽然氮化膜的表面会产生等离子损伤(plasma damage)，但若通过调整氮气(N2)流量的同时追加调整等离子的频率或功率而沉积氮化膜，氮化膜的表面不会产生等离子损伤而能够呈现非常高的压缩应力。
参考附图中图示的实施例而说明了本发明，但这只是例示性的，在本发明技术领域具有一般知识的人能够理解到由此可进行多种变形及均等的其他实施例。因此，本发明的真正技术保护范围应根据专利权利要求范围的技术思想而确定。

Claims (20)

1.一种氮化膜的制作方法，执行包括以下四个步骤的单位周期至少一次以上，从而在所述基板上形成具有压缩应力的氮化膜，
所述四个步骤，包括：
第1步骤，将源气体供应到基板上，所述源气体的至少一部分被吸附到所述基板上；
第2步骤，将第1净化气体供应到基板上；
第3步骤，将包含氮气(N2)的应力调整气体及包含氮气(N2)以外的氮成分(N)的反应气体，以等离子状态同时供应到所述基板上，从而在所述基板上形成单位沉积膜；及
第4步骤，将第2净化气体供应到基板上。
2.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述氮化膜的所需的压缩应力越大，则加大所述第3步骤中供应到所述基板上的所述氮气(N2)的量。
3.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述应力调整气体包括非活性气体及氮气(N2)的混合气体。
4.根据权利要求3所述的氮化膜的制作方法，
所述第3步骤中所述氮化膜所需的压缩应力越大，则需提高对于供应到所述基板上的所述非活性气体的所述氮气(N2)的相对比率。
5.根据权利要求3所述的氮化膜的制作方法，
所述非活性气体包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)及氡(Rn)中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述等离子通过直流等离子(direct plasma)方式或远程等离子(remoteplasma)方式而形成。
7.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述第1净化气体或所述第2净化气体在所述第1步骤至所述第4步骤中被持续地供应。
8.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个为氮气、非活性气体或由氮气及非活性气体形成的混合气体。
9.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述应力调整气体是与所述第1净化气体及所述第2净化气体中的至少一个属于由同种物质构成的气体。
10.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述单位周期，还包括：
第5步骤，将第2应力调整气体以等离子状态供应到所述单位沉积膜上；及
第6步骤，将第3净化气体供应到所述基板上。
11.根据权利要求10所述的氮化膜的制作方法，
所述第2应力调整气体包括氮气(N2)，或包括非活性气体与氮气(N2)的混合气体。
12.根据权利要求10所述的氮化膜的制作方法，
所述第1净化气体、所述第2净化气体或所述第3净化气体在所述第1步骤至所述第6步骤中被持续地供应。
13.根据权利要求10所述的氮化膜的制作方法，
所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个为氮气、非活性气体、或由氮气及非活性气体形成的混合气体。
14.根据权利要求10所述的氮化膜的制作方法，
所述第2应力调整气体为与所述第1净化气体、所述第2净化气体及所述第3净化气体中的至少一个属于由同种物质构成的气体。
15.根据权利要求1所述的氮化膜的制作方法，
所述单位周期，包括：
在所述第1步骤之后、所述第2步骤之前，中断所述源气体的供应并比所述第1步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤。
16.根据权利要求15所述的氮化膜的制作方法，
比所述第1步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤，通过中断所述源气体的供应并执行所述腔室内的抽吸而呈现。
17.根据权利要求16所述的氮化膜的制作方法，
所述抽吸可在所述单位周期内一直不断地进行。
18.根据权利要求15所述的氮化膜的制作方法，
所述单位周期，包括：
在所述第3步骤之后、所述第4步骤之前，中断所述应力调整气体及所述反应气体的供应并比所述第3步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤。
19.根据权利要求18所述的氮化膜的制作方法，
比所述第3步骤维持更低的所述腔室内压力的步骤，通过中断所述应力调整气体及所述反应气体的供应并执行所述腔室内的抽吸而呈现。
20.根据权利要求19所述的氮化膜的制作方法，
所述抽吸可在所述单位周期内一直不断地进行。
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