TW389963B - Method of depositing uniform dielectric layers - Google Patents

Description

經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 A7 B7 · · 五、發明説明（/) 本案係為一種沉積均勻介電層之方法，尤指應用於半 導體製程中沉積均勻介電層之方法。 在半導體製程中，介電層之成長方法可以沉積方法或 以如熱氧化法等非沆積方法進行。關於介電層之沉積，已 發展出許多種沉積方法，如早期的蒸鍍到現今常用之物理 氣相沉積（PVD)或化學氣相沉積法（CVD)，其中尤以化學 氣相沉積法最為普遍。以目前常用之介電層沉積製程而 言，主要將CVD沉積法區分為常壓CVD(APCVD)、次 常壓CVD (SACVD)、低壓CVD (LPCVD)與電漿加強 CVD(PECVD)，而所使用之含矽反應氣體來源主要為矽 烷（SiH4)或四乙基鄰矽酸鹽（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate » TEOS ) 〇 以利用TEOS作Si〇2介電層之LPCVD沉積為例，其 因階梯覆蓋性（step coverage)佳而廣泛用於半導趙製程 中，然而，卻因所需之反應溫度頗高（650〜750°〇而漸為 可於400°C下進行乏PECVD沉硪取代。另一方面，在利 用TEOS進行之APCVD沉積程序中，通常可通入臭氧以 使反應可於低至550°C之溫度下進行。 然而，在傳統使用TEOS之PECVD沉積程序後，因 過程中受離子撞擊所產生之表面電荷殘留，而導致後續使 用TEOS並通入臭氧之APCVD或SACVD的介電層沉積程 序中，產生沉積速率不均勻，而造成沉積於晶片上之介電 層厚度將隨距晶片圓心之距離有所差異，而導致後續製程 2 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) A4规格（2丨0乂297公|^7 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) ,,τ A7 B7 五、發明説明（厶） 之困難。而如何改善此習用方法之缺失，即為本案之主要 目的0 本案係為一種沉積均勻介電層之方法，其係應用於半 導體製程中沉積均句介電層之方法，其包含下列步驟： (a )提供一基板；（b )以一電漿加強化學氣相沉積法 (PECVD)沉積一第一介電薄膜材料於該基板上；（c ) 通入氧電漿（Oxygen plasma)以去除該基板表面電荷分 布不均之現象；以及（d )以一化學氣相沉積法（CVD) 沉積一第二介電薄膜材料，以得致於該基板上均勻厚度之 一介電層。 根據上述構想’形成均勻介電層之方法中該基板係為 其上具有多晶矽閘極結構之矽基板。 根據上述構想，形成均勻介電層之方法中該電漿加強 化學氣相沉積法係以四乙基鄰矽酸鹽（Tetra_Ethyl_ Ortho-Silicate，TEOS )為反應氣體來源，用以沉積該 第一介電薄膜材料於該基板上。· 根據上述構想，形成均勻介電層之方法中該第一介電 薄膜材料係為二氧化矽。 經濟部中央橾準局属工消费合作社印製 ----------ί.-- (請先聞讀背面之注$項再填寫本贫) 根據上述構想，該步驟（c)所通入氧電漿之壓力範園 為3〜14 torr,而較佳為8.2 torr。 根據上述構想，該步螺（d)所使用之化學氣相沉積法 係選自加入臭氧之常壓化學氣相沉積法與加入臭氧之次常 壓化學氣相沉積法中之一。其中該步驟（d)之化學氣相沉 積法係以四乙基鄰.珍酸里.（Tetra-Ethyl-Ortho- 本紙張尺逍用中固國家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（孑）

Silicate，TEOS )為反應氣體來源，用以沉積該第二介 電薄膜材料於該基板上。 根據上述構想，該第二介電薄膜材料係為二氧化矽。 本案得藉由下列闽式及詳細説明，俾得一更深入之了 解： 第一圖:係經本發明方法處理後所得介電層與擬模傳 統沉積方法所得介電層以表面電祛分析儀所測得之氪化啻 荷分佈比較圖(橫座標為距晶片蘭心之距錐），其中基板 與電漿出口距離為280mils，曲線A為壓力8·2Τογ;·下所 形成，曲線B則為壓力ITorr下所形成。 第二圖：係經本發明方法處理後所得介電層與擬模傳 統沉積方法所得介電層以表面電荷分析儀所測得之氧化電 荷分佈比較圖，其中基板與電漿出口距離為780mils，曲 線C為壓力8.2Torr下所形成，曲線D則為壓力ITorr下 所形成。 在金氧半導體元件等单導體製程中，常以 PECVD/TEOS沉積程序再加上通入臭氧之 APCVD/TEOS或SACVD/TEOS沉積程序以進行如二氧 化矽介電層之沉積。然而，熟習此技藝之人士已知， 03/TE0S程序之厚度均勻性與其下PE/TEOS層習習相 關。而如前所述，PE/TEOS程序後所殘留之電荷會使沉 積於晶片上之介電層厚度隨距晶片圓心之距離有所差異， 如圖1與圖2中之模擬曲線B與D所示,其中圖1為基板與電 漿出口距離為280mils之環境條件所形成之殘留電荷分 4 本紙張尺度逋用中國國家揉率（CNS > A4规格（210X297公釐） (請先H讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央榡準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（4) 佈，曲線A為壓力8.2Torr下所形成，曲線B則為壓力 ITorr下所形成。而圏2為基板與電聚出〇距離為 780mils之環境條件所形成之殘留電荷分佈，弗線c為麼 力8.2Torr下所形成，曲線D則為壓》1T〇rr下所形成。 因此，本案提供一種沉積均勻介電層之方法， 半導體製程中可包含下列步驟： <應用、 (a )提供一基板； (b )以一電漿加強化學氣相沉積法（PEcvd 積 一第一介電薄膜材料於該基板上； (C )通入氧電漿（〇Xygen piasma)以去除該基板 表面電荷分布不均之現象；以及 ' (d )以一化學氣相沉積法（CVD)沉積〜第二介電 薄膜材料，以得致於該基板上均勻厚度之一介電層 在一可與前述習知技藝相較之實施例中，令所提供之 基板為一矽基板，所欲沉積之介電層為二氧化;，所使用 之反應氣禮來源為四乙基鄰矽酸鹽（丁6&&-£化丫1-〇1^11〇-Silicate，TEOS )，則只要在PE/TEOS程序後通入壓力 基1約3〜14 torr，較佳8.2 torr之氧電漿以清除殘留電荷 分佈不均的現象，便可使後續〇3/TEOS程序之厚度均勻 性獲致改善。當然，上述之沉積中所選用之電漿亦可以 N2〇電漿或N2電漿等為之。 請再參閲圖1與囷2，由其中分別與致模傳統沉積方法 Μ得介電層之電荷分佈曲線8輿0祚此舫> 本紙張尺度適用中國國家橾準{ CNS ) A4规格（210X297公釐） (请先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 訂 .W· 389963 五、發明説明（夂） 知，本案已大幅改善殘留之電荷分席不均之狀況，而達成 改善習用技術缺失之目的。 本案得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾， 然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。 圖式簡單說明： 第一囷：其係為經本發明方法處理後所得介電層與模擬傳 統方法所得介電層之氧化電荷分佈比較圖。 第二圖：其係為另一環境條件下經本發明方法處理後所得 介電層與模擬傳統方法所得介電層之氧化電荷分佈比較 圖。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. A8SC8D8 389963 — 六、申請專利範圍 種沉積均勻介電層之方法，其係應用於半導體製程中 >儿積岣勻介電層之方法，其包含下列步驟： (a )提供一基板； (b )以一電漿加強化學氣相沉積法（PECvD)沉積 一第一介電薄膜材料於該基板上； (Ο通入氧電聚（Oxygen plasma)以去除該基板 表面電荷分布不均之現象；以及 (d )以一化學氣相沉積法（CVD)沉積一第二介電 薄膜材料，以得致於該基板上均勻厚度之一介電層。 2·如申請專利範圍第1項所述之沉積均勻介電層之方法， /、中該基板係為其上具有多晶碎閘極結構之石夕基板。 3·如申請專利範圍第1項所述之沉積均勻介電層之方法， 其中該步驟（b)之電漿加強化學氣相沉積法係以四乙基鄰 5夕酸鹽（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate，TEOS )為反應氣體 來源’用以沉積該第一介電薄膜材料於該基板上。 4.如申請專利範圍第3項所述之沉積均勻介電層之方法， 其中該第一介電薄膜材料係 5·如申請專利範圍第i項所勻介電層之方法， 其中該步驟（c)所通入氧電漿之壓力範圍為3〜14 t〇rr。 6.如申請專利範圍第5項所述之沉積均勻介電層之方法， 其中該步驟（c)所通入氧電漿之壓力較佳為8.2 torr。 7 ·如申清專利範圍第1項所述之沉積均勻介電層之方法， 其中該步驟（d)所使用之化學氣相沉積法係選自加入臭氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） I 11 I---------裝--------訂------11 ·線 (諳先《讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製

   A8 B8 C8 D8 389963 六、申請專利範圍 之常壓化學I[相沉積法與加人臭氧之次常壓化學氣相沉積 法申之一。 8. 如申請專利範圍第7項所述之沉積均勻介電層之方法， 其中該步驟（d)之化學氣相沉積法係以四乙基鄰石夕酸鹽 (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate，TEOS )為反應氣體來源， 用以沉積該第二介電薄膜材料於該基板上。 9. 如申清專利範圍第8項所述之沉積均勻介電層之方法， 其中該第二介電薄膜材料係為二氧化矽。 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — II ^ i — — — — — — (請先閱讀背面之注意事項爯填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公羞）