CN1755898A - 氮化硅膜的沉积制造方法及沉积系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在晶片上沉积氮化硅膜的制造方法。首先提供一化学气相沉积系统，其包括管状炉管、连接至该炉管的基座部位的至少BTBAS供应管线、连接至炉管上端的出口管线、衔接BTBAS供应管线与出口管线的旁通管线，以及衔接出口管线的真空泵，其中旁通管线呈切断关闭状态；将一批次的晶片放置于炉管内的内管体中；在内管体中通入含氮气体；经由BTBAS供应管线于该内管体中通入前驱物BTBAS气体，且真空泵维持内管体中的压力在0.1Torr至3Torr的低压范围；于内管体中进行氮化硅膜沉积反应，以于晶片表面上沉积氮化硅膜；当氮化硅膜沉积反应结束，随即将BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启旁通管线；以及移出该批次的晶片。
Description
技术领域
本发明涉及氮化硅膜的低压化学气相沉积(LPCVD)领域，特别是涉及一种改良的用以沉积BTBAS(bis t-ButylaminoSilane)氮化硅膜的制造方法及其系统。
背景技术
如本领域技术人员所知，半导体元件以许多道的工艺步骤形成，其中即包含氮化硅膜的低压化学气相沉积(LPCVD)工艺。现有的LPCVD氮化硅膜通常在温度为750℃下藉由在高温中的二氯硅烷(dichlorosilane，DCS)与氨气反应沉积而成。然而，随着元件尺寸的缩小，当前述的LPCVD氮化硅膜沉积应用在牵涉栅极以与门极侧壁子的形成时，工艺温度即需要进一步地降低。
目前已知有使用有机前驱物(organic precursor)如BTBAS(bist-ButylaminoSilane)使得前述的LPCVD氮化硅膜沉积制造方法得以在较低温的环境下进行。现有使用BTBAS作为前驱物的氮化硅膜沉积工艺使用SiH2(t-BuNH)2分子与氨气，并伴随其它载气，如氮气等，在温度约为475℃至650℃之间的条件下进行之。然而，前述的使用BTBAS作为前驱物的氮化硅膜沉积工艺却会导致晶片上严重的微粒问题。
虽然BTBAS氮化硅膜的沉积能够在较低温下进行，然而使用BTBAS作为前驱物所沉积的氮化硅膜与DCS氮化硅膜相比却具有较高的应力(intrinsicfilm stress)。而沉积较高应力的氮化硅膜即表示LPCVD炉管需要更频繁的清洗，藉此避免炉管壁面的颗粒掉落到晶片上，造成微粒问题。通常，现有LPCVD炉管壁面在累积沉积膜厚到约20至40微米时即需要进行清洗。但由于使用BTBAS作为前驱物所沉积的氮化硅膜的应力较高，BTBAS炉管却必须在累积沉积膜厚到达0.25至0.35微米时即需要进行清洗。
举例而言，目前清洗LPCVD氮化硅炉管的作法是先进行冷却，然后将LPCVD氮化硅炉管内的石英管移出，然后以氢氟酸湿蚀刻方式清洗炉管。前述的氢氟酸湿蚀刻方式通常需要8至24小时的设备停机时间。倘若停机时间超过两天，产能往往会因此受到严重的影响。
由上可知，在该领域中确实需要有可以解决前述的微粒问题的技术方案，使得在沉积前述的BTBAS氮化硅膜时，能兼顾设备的停机时间。此外，该领域中亦确实需要一种改良的用以沉积BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系统。
发明内容
本发明的主要目的即在于提供一种改良的用以沉积BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系统，以解决现有的问题。
根据本发明的优选实施例，本发明提供一种于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，包含的步骤有：提供一化学气相沉积(CVD)系统，其包括一管状炉管、连接至该炉管的基座部位的至少一BTBAS(bis t-ButylaminoSilane)供应管线、一连接至该炉管上端的出口管线、一衔接该BTBAS供应管线与该出口管线的旁通管线，以及一衔接该出口管线的真空泵，其中该旁通管线呈切断关闭状态；将一批次的晶片放置于该炉管内的内管体中；于该内管体中通入含氮气体；经由该BTBAS供应管线于该内管体中通入前驱物BTBAS气体，且该真空泵维持该内管体中的压力在0.1 Torr至3 Torr的低压范围；于该内管体中进行一氮化硅膜沉积反应，以于该晶片表面上沉积氮化硅膜；当该氮化硅膜沉积反应结束，随即将该BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启该旁通管线；以及移出该批次的晶片。
本发明亦揭露一种用于晶片上进行氮化硅膜沉积反应的炉管式化学气相沉积系统，包括一炉管，包括一内管体，可用以容纳一批次的晶片；至少一连接至该炉管的基座部位的BTBAS供应管线；一连接至该炉管上端的出口管线；衔接该BTBAS供应管线与该出口管线的旁通管线；以及一衔接该出口管线的真空泵，其中该旁通管线呈切断关闭状态，而当该氮化硅膜沉积反应结束，随即将该BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启该旁通管线。
本发明的优点之一为藉由在当该氮化硅膜沉积反应结束，随即将该BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启该旁通管线的作法，即得以利用该真空泵将残留在该BTBAS供应管线中的前驱物BTBAS气体经由该旁通管线抽出，避免该前驱物BTBAS气体继续进入到该炉管中，并因此改善微粒问题。
为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。然而附图仅供参考与辅助说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1绘示的是根据本发明优选实施例用来于晶片表面上沉积BTBAS氮化硅膜的LPCVD系统的示意图。
图2绘示的是依据本发明优选实施例的重要步骤流程示意图。简单符号说明
10 LPCVD系统 12 炉管
14 舱体 16 基座部位
18 内管体 20 晶片
32 BTBAS供应管线 34 管线
36 管线 38 出口管线
39 冷却水系统 40 真空泵
52 BTBAS供应源 54 蒸发器
62 控制阀 70 旁通管线
72 控制阀 90 控制单元
102 步骤 104 步骤
106 步骤 108 步骤
110 步骤
116 计量表 118 监控单元
具体实施方式
本发明涉及BTBAS氮化硅膜的LPCVD沉积方法以及经改良的用以于半导体晶片上沉积该氮化硅膜的LPCVD系统。如前所述，现有LPCVD氮化硅膜沉积方法会导致严重的微粒问题，且由于该微粒问题在该领域中仍未获得解决，因此使芯片制造业者需付出冗长的设备停机时间以及产能的降低等昂贵代价。为此，本发明提供一种便宜且有效的方法及LPCVD系统，以减轻或改善前述的微粒问题。本发明的优点即是可以改善冗长的设备停机时间以及产能的降低问题。以下即藉由图式说明本发明的优选实施例。
请参照图1，其绘示的是根据本发明优选实施例用来于晶片表面上沉积BTBAS氮化硅膜的LPCVD系统10的示意图。LPCVD系统10用以进行BTBAS氮化硅膜沉积制造方法，其特别适合应用在金氧半导体晶体管的栅极侧壁子低温形成工艺。如图1所示，LPCVD系统10包括有一管状的炉管12，其具有一舱体14、一进气底部16，以及一安置于舱体14内的内管体18。首先，将一批次的半导体晶片20放置于内管体18中，其中前述批次的半导体晶片20可以置于一晶舟(图未示)中。而前述的内管体18可以为石英等材料所构成。
接着，将工艺气体，包括如BTBAS等前驱物、氨气、如氮气等载气分别经由管线32、34及36通入内管体18进行反应。前述的管线32、34及36通常以特定管件固接至炉管12的基座部位16。且，前述的BTBAS供应管线32与一BTBAS供应单元或BTBAS供应源52相通。前驱物BTBAS原先在前述的BTBAS供应源52为液态，且优选被预热至约80℃，接着被预热的前驱物BTBAS再利用例如氦气等惰性气体吹泡至BTBAS供应管线32中，并再藉由安装在管线32上的蒸发器54蒸发至130℃至150℃左右的蒸汽态。本领域技术人员应理解为了维持前驱物BTBAS在管线32中保持蒸汽态，可以另在管在线缠绕加热带(图未示)等方式。此外，本领域的技术人员应理解图式中炉管12的基座部位16是简化的表示，其它管件、计量表116以及分析仪器，或者现场监控单元118等也可以安装合并在本发明炉管12的基座部位16中。
前述注入内管体18进行反应的工艺气体以及反应副产物经由出口管线38被排放出炉管12。出口管线38设于炉管的较上端位置，以符合气流方向，且出口管线38与一真空泵40衔接，使真空泵40可以在氮化硅膜沉积过程中维持炉管12内的真空度。此外，在出口管线38上可以有一冷却水系统39，藉以将从炉管12经由出口管线38排出的高温混合气体降温，以达到保护真空泵40的目的。
本发明LPCVD系统10的重要特征在于将BTBAS供应管线32以及出口管线38之间刻意安插一段旁通管线70，可将BTBAS供应管线32以及出口管线38互通。在BTBAS供应管线32上另加设有一控制阀62，而旁通管线70上设有一控制阀72，其中控制阀62尽量越靠近炉管12的基座部位16越好。且，控制阀62以及72可以联机到控制单元90，而受其控制开启或关闭状态。控制单元90另外可以联机到炉管12的基座部位16以控制反应参数、工艺气体的流量或联机到真空泵40。
在氮化硅膜进行CVD沉积期间，前述的控制阀62在开启状态，而前述的控制阀72在关闭状态，如此使得前驱物BTBAS气体可以直接通入炉管12内部。然而，当氮化硅膜沉积工艺结束，控制阀62随即关闭，禁止前驱物BTBAS气体继续进入到炉管12内部，而控制阀72立即开启。藉此作法，仍残留在BTBAS供应管线32中的前驱物BTBAS气体将不会后续的现场管壁清洗工艺中进入到炉管12内部而粘附于炉管壁面上，而是以真空泵40将仍残留在BTBAS供应管线32中的前驱物BTBAS气体经由旁通管线70抽出，如此将可以使微粒问题获得明显的改善。针对前述的现场管壁清洗工艺，采用如ClF3/N2，NF3/N2等清洗气体通入炉管12及内管体18，但不限于此。前述的清洗气体可以产生氟离子，并与CVD残留物反应以达到清洗炉管12及内管体18的目的。当然，在进行前述的现场管壁清洗工艺之前，整批次的半导体晶片20会先被移出炉管12。
请参照图2，同时参考图1。图2绘示的是依据本发明优选实施例的重要步骤流程示意图。如图2所示，首先进行步骤102，将一批次的半导体晶片20放置于炉管12的内管体18中。接着进行步骤104，保持控制阀62开启，而关闭控制阀72，并进行LPCVD氮化硅膜沉积工艺。此阶段，前述于内管体18中所进行的LPCVD氮化硅膜沉积工艺包括温度介于450℃～600℃；压力介于0.1～3.0Torr；前驱物BTBAS气体的流量约为25～500sccm；以及氨气流量介于50～1000sccm。接着进行步骤106，当预定厚度的氮化硅膜沉积在晶片20表面上之后，前述的LPCVD氮化硅膜沉积工艺随即终止。此时，控制阀62随即关闭，而控制阀72立即开启。接着，步骤108，以真空泵40将仍残留在BTBAS供应管线32中的前驱物BTBAS气体经由旁通管线70抽出。接着，进行步骤110，进行现场管壁清洗工艺，并将清洗气体通入内管体18中。
综上所述，本发明用以沉积BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系统至少可以归纳出以下的优点以及好处：
(1)由于微粒问题明显改善，使得设备清洗维修间隔以及虚设晶片的循环期可以被延长。
(2)针对光刻工艺，其工艺宽裕窗口将较为宽松，而由于微粒问题导致的金属导线断线问题也可以被解决，因此提升了工艺成品率。
(3)本发明用以沉积BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系统可以使前驱物BTBAS氮化硅膜技术还可以有效地被延伸应用在下一世代产品的制造领域中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (15)
1.一种在晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，包括：
提供一化学气相沉积(CVD)系统，其包括一管状炉管、连接至该炉管的基座部位的BTBAS供应管线、一连接至该炉管上端的出口管线、一衔接该BTBAS供应管线与该出口管线的旁通管线，以及一衔接该出口管线的真空泵，其中该旁通管线呈切断关闭状态；
将一批次的晶片放置于该炉管内的内管体中；
于该内管体中通入含氮气体；
经由该BTBAS供应管线于该内管体中通入前驱物BTBAS气体，且该真空泵维持该内管体中的压力在0.1Torr至3Torr的低压范围；
于该内管体中进行一氮化硅膜沉积反应，以于该晶片表面上沉积氮化硅膜；
当该氮化硅膜沉积反应结束，随即将该BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启该旁通管线；以及
移出该批次的晶片。
2、如权利要求1所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中在移出该批次的晶片之后，该制造方法还包括：于该内管体中通入清洗气体。
3、如权利要求2所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中该清洗气体包括ClF3。
4、如权利要求2所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中该清洗气体包括NF3。
5、如权利要求1所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中藉由在当该氮化硅膜沉积反应结束，随即将该BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启该旁通管线的作法，即得以利用该真空泵将残留在该BTBAS供应管线中的前驱物BTBAS气体经由该旁通管线抽出，并因此改善微粒问题。
6、如权利要求1所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中该含氮气体包括氨气。
7、如权利要求1所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中该氮化硅膜沉积反应在约450～600℃的温度下进行。
8、如权利要求1所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中该前驱物BTBAS气体的流量约为25～500sccm。
9、如权利要求1所述的于晶片上沉积氮化硅膜的制造方法，其中该含氮气体的流量约为50～1000sccm。
10、一种用于晶片上进行氮化硅膜沉积反应的炉管式化学气相沉积系统，包括：
一炉管，包括一内管体，可用以容纳一批次的晶片；
至少一连接至该炉管的基座部位的BTBAS供应管线；
一连接至该炉管上端的出口管线；
衔接该BTBAS供应管线与该出口管线的旁通管线；以及
一衔接该出口管线的真空泵，其中该旁通管线呈切断关闭状态，而当该氮化硅膜沉积反应结束，随即将该BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启该旁通管线。
11、如权利要求10所述的用于晶片上进行氮化硅膜沉积反应的炉管式化学气相沉积系统，其中该内管体由石英构成。
12、如权利要求10所述的用于晶片上进行氮化硅膜沉积反应的炉管式化学气相沉积系统，其中进行氮化硅膜沉积反应时，该真空泵维持该内管体中的压力在0.1Torr至3Torr的低压范围
13、如权利要求10所述的用于晶片上进行氮化硅膜沉积反应的炉管式化学气相沉积系统，其中该氮化硅膜沉积反应在约450～600℃的温度下进行。
14、如权利要求10所述的用于晶片上进行氮化硅膜沉积反应的炉管式化学气相沉积系统，其中该旁通管线由一控制阀切断关闭。
15、如权利要求10所述的用于晶片上进行氮化硅膜沉积反应的炉管式化学气相沉积系统，其中藉由在当该氮化硅膜沉积反应结束，随即将该BTBAS供应管线切断关闭，并立即开启该旁通管线的作法，即得以利用该真空泵将残留在该BTBAS供应管线中的前驱物BTBAS气体经由该旁通管线抽出，避免该前驱物BTBAS气体继续进入到该炉管中，并因此改善微粒问题。
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| CN 200410011800 CN1755898A (zh) | 2004-09-29 | 2004-09-29 | 氮化硅膜的沉积制造方法及沉积系统 |
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| CN112349631A (zh) * | 2020-11-04 | 2021-02-09 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种输气管道、半导体机台 |
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