TW202020207A - 用於形成薄膜的方法 - Google Patents

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Abstract

根據本發明的一具體例，一種用於形成一薄膜的方法包括將一要被加工之物體裝載至一腔室中，且於將該要被加工之物體的溫度控制為400℃或以下時，供應矽來源氣體和氧化氣體至該腔室中以在該要被加工之物體的表面上形成矽氧化物膜，其中該氧化氣體係在被供應入該腔室之前被加熱至一超過400℃的溫度。

Description

用於形成薄膜的方法
發明領域 本揭露內容係有關於一種用於形成一薄膜的方法，且更明確地，係有關於一種能夠在低溫下形成一薄膜的方法。
發明背景 近年來，對於在低溫下形成之薄膜一直有需求，且在400℃或以下之極低溫下形成之薄膜已被研究。特別地，本發明係要提供一種用於形成一薄膜的加工法，該加工法相較於習知技藝能改進一薄膜的平均粗糙度。
發明概要 本揭露內容提供一種能夠在低溫下形成一薄膜的方法。
本揭露內容也提供一種用於形成一薄膜的方法，該方法能夠改進一薄膜的表面粗糙度。
本發明的其他目的將藉由下列詳細說明和附帶圖式而變得更清晰。
依照本發明的一示範性具體例，所提供者為一種用於形成一薄膜的方法，該方法包括將一要被加工之物體裝載至一腔室中，且於將該要被加工之物體的溫度控制為400℃或以下時，供應矽來源氣體和氧化氣體至該腔室中以在該要被加工之物體的表面上形成矽氧化物膜，其中該氧化氣體係在被供應入該腔室之前被加熱至一超過400℃的溫度。
該氧化氣體能以一經熱解狀態供應至該腔室中，其所處溫度低於該要被加工之物體的溫度。
該氧化氣體可被加熱至700-900℃中之一溫度。
該氧化氣體可為N2 O或O2 ，且其供應至該腔室中的流率可為3000-7000 SCCM。
該矽來源氣體可為矽烷或二矽烷，且其供應至該腔室中的流率可為50-100 SCCM。
該腔室內側的壓力可為25-150托(Torr)。
該方法可進一步包括一於該矽氧化物膜的一上部(upper portion)上形成一上薄膜(upper thin film)的步驟，其中該上薄膜可為一經摻雜有硼(B)的無定形矽薄膜(amorphous silicon thin film)、一未經摻雜的無定形矽薄膜、及一經摻雜有磷(P)的無定形矽薄膜中之任一者。
該矽氧化物膜可為3Å厚。
該方法可進一步包括一在形成該矽氧化物膜之前形成一底層(underlayer)，然後於該底層的一上部上形成該矽氧化物膜的步驟，其中該底層可為熱氧化物膜、矽氮化物膜、及無定形碳膜中之任一者。
依照本發明的另一示範性具體例，一種用於形成一薄膜的裝置包括：一腔室，其具有一與外側相阻隔的內部空間，且其中一加工法被執行於其之該內部空間中；一基座(susceptor)，其被安裝於該腔室內用以讓一要被加工之物體放置於其上且具有一內建加熱器；一種矽來源氣體供應器，其中貯存矽來源氣體；一種氧化氣體來源供應器，其中貯存氧化氣體；一載體氣體供應器，其中貯存載體氣體；一種矽來源供應線，其連接於該矽來源氣體供應器以供應該矽來源氣體至該腔室中；一載體氣體供應線，其連接於該載體氣體供應器以供應該載體氣體至該腔室中；一主供應線，其以連接至該腔室的狀態連接於該矽來源供應線和該載體氣體供應線；一種氧化氣體供應線，其連接於要連接至該氧化氣體來源供應器之該主供應線且供應該氧化氣體至該腔室中；及一種氧化氣體加熱器，其被安裝於該氧化氣體供應線中以加熱該氧化氣體至一超過400℃的溫度。
較佳實施例之詳細說明 以下，本發明之較佳具體例將參照附帶之圖1至圖11來更詳細地描述。本發明之具體例可被修改成各種形式，且本發明之範疇不應被理解為限於下述具體例。本具體例係提供以向熟習本發明所屬技藝者更充分地描述本發明。據此，顯示於圖中的各個元件之形狀可能經誇大以突顯一較清晰的說明。
圖1為示意性地顯示根據本發明之一具體例的一薄膜形成裝置之視圖。用於形成一薄膜的該裝置具有與外側相阻隔的一腔室，且一基座係被安裝於該腔室內，該基座上供放置要被加工之物體(或基材)。一薄膜係形成在處於被放置於該基座上之狀態的該要被加工之物體的表面上，且該基座可透過一內建加熱器加熱該要被加工之物體至一所需加工溫度。
作為矽來源(Si來源)氣體，矽烷或二矽烷可依需求選擇性地使用(或者其他矽來源氣體為可用的)，而作為載體氣體，氮氣(N2 )可被使用。一種矽來源氣體供應器及一載體氣體供應器可連接於一連接至該腔室的主供應線並一起供應至該腔室。
作為氧化氣體，氧化氮(N2 O)、氧氣(O2 )或H2O可被使用。一種氧化氣體供應器可被連接於一連接至該腔室的供應線並供應至該腔室。在此時，一種線加熱器可被安裝在該供應線上，且該氧化氣體能以透過該線加熱器加熱至一所需加工溫度之狀態供應至該腔室。因為該線加熱器係已知於本技藝中，其詳細說明將被省略。
當透過圖1來描述一種用於形成矽氧化物膜的方法時，要被加工之物體係以被放置於所述腔室內之所述基座上的狀態被控制為處在一所需加工溫度/壓力下。該加工溫度可透過安裝於該基座中的加熱器來控制，而該加工壓力可透過連接至該腔室的一種排氣線/泵(未顯示)來控制。該加工溫度可為400℃或以下。
其後，所述矽來源氣體及所述載體氣體係透過所述主供應線來供應，而所述氧化氣體係透過所述供應線來供應。在此時，該矽來源氣體及該載體氣體係以室溫供應，但該氧化氣體係以透過所述線加熱器加熱的狀態來供應。
因為該線加熱器加熱該氧化氣體至一高於熱解溫度的溫度，該氧化氣體係以一經熱解狀態供應至所述腔室中。然而，因為該氧化氣體係在供應入該腔室前自然冷卻且該腔室採用冷壁法，供應入該腔室之該氧化氣體的溫度可為低於100℃。然而，該氧化氣體仍是要在一經熱解狀態下，以便對於形成所述矽氧化物膜沒有影響。此外，當該氧化氣體的溫度高於所述要被加工之物體(或基材)的溫度時，形成於該要被加工之物體上的一底層可能被影響。因此，該氧化氣體的溫度應低於該要被加工之物體的溫度(例如，400℃)。以此方式，即使該要被加工之物體的溫度為400℃或以下，所述矽氧化物膜可被形成。
圖2及圖3為顯示當氧化氣體被加熱且供應時與當氧化氣體不被加熱且供應時，根據一要被加工之物體的溫度之薄膜形成速率的圖表。如圖2中所示，當所述腔室內側的溫度(或該要被加工之物體的溫度)為300-400℃，當所述氧化氣體被供應而未被加熱時，所述矽氧化物膜係完全不形成。另一方面，當所述氧化氣體係透過所述線加熱器加熱且供應時，即使當該要被加工之物體的溫度為400℃或以下，所述矽氧化物膜係被形成，且即使在300℃下，薄膜形成速率(D/R)為1.57。因此，可見的是即使當所述矽氧化物膜的加工溫度(或該要被加工之物體的溫度)被降低至300℃，所述矽氧化物膜係被形成。特別地，可見的是薄膜形成速率大致依照該加工溫度線性地增加。
此外，如圖3中所示，當該要被加工之物體的溫度為300-350℃，當所述氧化氣體被供應而未被加熱時，所述矽氧化物膜係完全不形成。另一方面，當所述氧化氣體係透過所述線加熱器加熱且供應時，即使當該要被加工之物體的溫度為400℃或以下，所述矽氧化物膜係被形成。在矽烷(SiH4 )的事例中，在300℃下之薄膜形成速率(D/R)為0.07，而在二矽烷(Si2 H6 )的事例中，在310℃下之薄膜形成速率(D/R)為1.66。因此，可見的是即使當所述矽氧化物膜的加工溫度(或該要被加工之物體的溫度)被降低至低於350℃，所述矽氧化物膜係被形成。特別地，可見的是薄膜形成速率大致依照該加工溫度線性地增加。
圖4為顯示就相同底層而言，一薄膜之平均粗糙度的圖表。當有1000Å的熱氧化物膜隨著所述底層聚積，而接著3Å的矽氧化物膜(LTO)係以所述氧化氣體被加熱且供應之上述方式於低於400℃下聚積，且各種上膜係形成於其上時，可見的是該等上膜之平均粗糙度係顯著地改進。
明確地，在一低溫經摻雜有硼的無定形矽膜係於300℃下聚積於所述底層的一上部上的事例中，當所述矽氧化物膜(LTO)聚積時，平均粗糙度從1.011改進至0.475。此外，在一未經摻雜的無定形矽膜係於500℃下聚積於所述底層的一上部上的事例中，當所述矽氧化物膜(LTO)聚積時，平均粗糙度從0.536改進至0.244。此外，在一經摻雜有磷的無定形矽膜係於500℃下聚積於所述底層的一上部上的事例中，當所述矽氧化物膜(LTO)聚積時，平均粗糙度從0.589改進至0.255。
圖5為顯示就各種底層而言，一薄膜之平均粗糙度的圖表。就各種底層而言，當3Å的矽氧化物膜(LTO)係以所述氧化氣體被加熱且供應之上述方式於低於400℃下聚積，且一低溫經摻雜有硼的無定形矽膜係於300℃下形成於其上時，可見的是一上部膜之平均粗糙度係顯著地改進。
明確地，在該低溫經摻雜有硼的無定形矽膜係聚積於一要被加工之無薄膜裸物體的一上部上的事例中，當所述矽氧化物膜(LTO)聚積時，平均粗糙度從0.978改進至0.442。此外，在該低溫經摻雜有硼的無定形矽膜係聚積於1000Å的熱氧化物膜的一上部上的事例中，當所述矽氧化物膜(LTO)聚積時，平均粗糙度從1.011改進至0.475。此外，在該經摻雜有硼的無定形矽膜係聚積於底層為500Å的含氮膜的一上部上的事例中，當所述矽氧化物膜(LTO)聚積時，平均粗糙度從0.809改進至0.733。此外，在一低溫經摻雜有硼的矽膜係聚積於200Å的無定形碳膜(ACL)的一上部上的事例中，當所述矽氧化物膜(LTO)聚積時，平均粗糙度從0.826改進至0.631。
圖6為顯示依照矽氧化物膜的厚度，一薄膜之平均粗糙度的圖表。如圖6中所示，當所述低溫經摻雜有硼的無定形矽膜係聚積於一要被加工之無薄膜裸物體的一上部上時，可見的是隨著所述矽氧化物膜(LTO)的厚度增加，平均粗糙度被改進。
圖7為顯示依照所述加工溫度(或一要被加工之物體的溫度)，一薄膜之平均粗糙度的圖表。如圖7中所示，當所述低溫經摻雜有硼的無定形矽膜係聚積於一要被加工之無薄膜裸物體的一上部上時，平均粗糙度依照所述加工溫度(或一要被加工之物體的溫度)而不同。明確地，在所述加工溫度(或一要被加工之物體的溫度)為300℃的事例中，當所述3Å的矽氧化物膜(LTO)係使用二矽烷形成時，平均粗糙度從0.978改進至0.442。此外，在所述加工溫度(或一要被加工之物體的溫度)為600℃的事例中，當所述8Å的矽氧化物膜(LTO)係使用二矽烷形成時，平均粗糙度被改進至0.534，而在所述加工溫度(或一要被加工之物體的溫度)為600℃的事例中，當所述8Å的矽氧化物膜(LTO)係使用單矽烷形成時，平均粗糙度被改進至0.493。
圖8為顯示就各種要被加工之物體的溫度之根據氧化氣體的加熱溫度之薄膜形成速率的圖表。如圖8中所示，當所述氧化氣體被加熱至900℃並供應時，可見的是依照所述加工溫度(或所述要被加工之物體的溫度)的薄膜形成速率是增加的。此外，當所述加工溫度為400℃時，可見的是薄膜形成速率隨著所述氧化氣體的加熱溫度減少而減少。此被認為是由於當所述氧化氣體的加熱溫度減少時，該氧化氣體的熱解程度減少。
圖9為顯示依照氧化氣體的流率之薄膜形成速率的圖表。如圖9中所示，當所述氧化氣體的流率為低於6000 SCCM時，薄膜形成速率是極小的。因此，較佳的是所述氧化氣體的流率為6000 SCCM或以上。
圖10為顯示依照加工壓力之薄膜形成速率的圖表。如圖10中所示，當所述腔室內側的加工壓力為50-100托時，薄膜形成速率是高的。因此，較佳的是所述加工壓力為50-100托，但所述加工壓力可依所需為25至150托。
圖11為顯示依照矽來源氣體的流率之薄膜形成速率的圖表。如圖11中所示，當二矽烷的流率為低於70 SCCM時，薄膜形成速率是極小的。因此，較佳的是二矽烷的流率為70-100 SCCM。
同時，在本具體例中，氧化氣體被加熱且供應以形成矽氧化物膜。然而，以一類似的方式，氮化氣體(例如，NH3 )可被加熱且供應以形成矽氮化物膜。
根據本發明之一具體例，一薄膜可在一為400℃或以下之溫度下形成。
此外，一薄膜之表面粗糙度可被降低至低於1.0。
雖然本發明已參照特定具體例來描述，本發明係不受其限制。因此，將輕易地被熟習本技藝者瞭解的是可對其作出各種修改與變化而未背離所附申請專利範圍定義之本發明的精神與範疇。
圖1為示意性地顯示根據本發明之一具體例的一薄膜形成裝置之視圖；
圖2及圖3為顯示當氧化氣體被加熱且供應時與當氧化氣體不被加熱且供應時，根據一要被加工之物體的溫度之薄膜形成速率的圖表；
圖4為顯示就相同底層而言，一薄膜之平均粗糙度的圖表；
圖5為顯示就各種底層而言，一薄膜之平均粗糙度的圖表；
圖6為顯示依照矽氧化物膜的厚度，一薄膜之平均粗糙度的圖表；
圖7為顯示依照一要被加工之物體的溫度，一薄膜之平均粗糙度的圖表；
圖8為顯示就各種要被加工之物體的溫度之根據氧化氣體的加熱溫度之薄膜形成速率的圖表；
圖9為顯示依照氧化氣體的流率之薄膜形成速率的圖表；
圖10為顯示依照加工壓力之薄膜形成速率的圖表；及
圖11為顯示依照矽來源氣體的流率之薄膜形成速率的圖表。
(無)

Claims (10)

  1. 一種用於形成一薄膜的方法，該方法包含： 裝載一要被加工之物體至一腔室中，且 於將該要被加工之物體的溫度控制為400℃或以下時，供應矽來源氣體和氧化氣體至該腔室中以在該要被加工之物體的表面上形成矽氧化物膜， 其中該氧化氣體係在被供應入該腔室之前被加熱至一超過400℃的溫度。
  2. 如請求項1之方法，其中該氧化氣體係以一經熱解狀態供應至該腔室中，其所處溫度低於該要被加工之物體的溫度。
  3. 如請求項1之方法，其中該氧化氣體係被加熱至700-900℃中之一溫度。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該氧化氣體為N2 O或O2 ，且其供應至該腔室中的流率為3000-7000 SCCM。
  5. 如請求項1或2之方法，其中該矽來源氣體為矽烷或二矽烷，且其供應至該腔室中的流率為50-100 SCCM。
  6. 如請求項1或2之方法，其中該腔室內側的壓力為25-150托。
  7. 如請求項1之方法，其進一步包含於該矽氧化物膜的一上部上形成一上薄膜，其中該上薄膜為一經摻雜有硼(B)的無定形矽薄膜、一未經摻雜的無定形矽薄膜、及一經摻雜有磷(P)的無定形矽薄膜中之任一者。
  8. 如請求項7之方法，其中該矽氧化物膜為3Å厚。
  9. 如請求項1之方法，其進一步包含在形成該矽氧化物膜之前形成一底層，然後於該底層的一上部上形成該矽氧化物膜，其中該底層為熱氧化物膜、矽氮化物膜、及無定形碳膜中之任一者。
  10. 一種用於形成一薄膜的裝置，該裝置包含： 一腔室，其具有一與外側相阻隔的內部空間，且其中一加工法被執行於其之該內部空間中； 一基座，其被安裝於該腔室內用以讓一要被加工之物體放置於其上且具有一內建加熱器； 一種矽來源氣體供應器，其中貯存矽來源氣體； 一種氧化氣體來源供應器，其中貯存氧化氣體； 一載體氣體供應器，其中貯存載體氣體； 一種矽來源供應線，其連接於該矽來源氣體供應器以供應該矽來源氣體至該腔室中； 一載體氣體供應線，其連接於該載體氣體供應器以供應該載體氣體至該腔室中； 一主供應線，其以連接至該腔室的狀態連接於該矽來源供應線和該載體氣體供應線； 一種氧化氣體供應線，其連接於要連接至該氧化氣體來源供應器之該主供應線且供應該氧化氣體至該腔室中；及 一種氧化氣體加熱器，其被安裝於該氧化氣體供應線中以加熱該氧化氣體至一超過400℃的溫度。
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