TW487989B - Method of forming a silicon oxide layer - Google Patents
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487989 五、發明說明α) 發明之領域 本發明提供一種於一半導體晶片上製作一矽氧層的方 法,用來減少氣化氫(HC 1 )之生成,以避免進行高溫氧化 (HTO)製程之機台受到酸氣侵蝕。 背景說明 在半導體製程中,由於二氧化矽具有適當的介電常數 並與矽表面具有良好的結合能力,因此其應用十分廣泛, 一般用來作為閘極氧化膜(g a t e ο X i d e )、區域隔離氧化層 (local oxidation of silicon, LOCOS)或場氧 4 匕層 (field oxide)、層間介電層(interlayer dielectric)以 及塾氧化層(pad oxide)等等。而隨著半導體元件以及製 程的微小化,對二氧化矽薄膜的品質要求也更為嚴格。 目前較常用來於半導體晶片表面上形成二氧化矽薄膜 的方法主要有三種:(1 )化學氣相沈積法,(2 )高溫氧化法 (high temperature oxidation,HT0),以及(3)旋轉塗佈 法。其中又以高溫氧化法所生成之二氧化矽薄膜的電性以 及物性最佳。而習知的熱氧化法依反應爐以及昇溫模式的 不同又可區分為快速熱氧化法(rapid thermal oxidation,RT0)以及爐管氧化法(furnace oxidation), 此處係針對爐管氧化法進行討論。業界習知以爐管氧化法
第4頁 487989 五、發明說明(2) 生成二氧化矽薄膜之技術,係使用反應莫耳(mo 1 e )數比約 為1 : 2,流速比小於1 : 2之二氣石夕烧(d i c h 1 〇 r 〇 s i 1 a n e, DCS, S i H 2C 1 2)以及氧化亞氮(nitrous oxide, N20)作為反 應氣體,在定溫定壓定體積的條件下,進行一 HTO製程, 其主反應式如下:
SiH2Cl2+2N20 一 Si02 +2 N2 + 2 HC1(1) 在實際操作中,二氣矽烷以及氧化亞氮的流速,通常 分別設定為1 6 5標準立方公分/分鐘(standard cubic centimeter per minute, seem)以及 3 0 0 s c c in ?並使用氮 氣平衡爐管内的壓力,使之為0.4 5托耳(Torr)。 然而,當二氯s夕燒受熱時,亦將產生一副反應,生成 氯化氫(H C 1 ),其反應式如下:
SiH2Cl 2 — SiHCl + HC1 (2) 由於在定溫定壓下,氣體莫耳數與體積呈正比,因此 習知技術在主、副反應所產生之副.產物氯化氫的總量為 3 1 5 s c cm 〇 此外,由於在主、副反應中皆會生成的氣化氫具有高 腐蝕性,易造成對HT0製程之機台的鏽蝕與傷害;且隨著
第5頁 487989 五、發明說明(3) 產品日益精密複雜,對於二氧化矽薄膜之均勻度及沉積速 度的要求亦日趨嚴格,因此,如何於增進二氧化矽薄膜之 均勻度及沉積速度的同時,降低氣化氫的生成量,實為一 刻不谷緩的重要議題。 發明概述 因此本發明之主要目的在於提供一種製作矽氧層的方 法’用來減少氣化氫(hydrochloric acid, HC1 )之生成, 以解決上述習知製作方法中南溫氧化(high temperature o x i d a t i ο η, Η T 0 )製程之機台受到酸氣侵蝕的問題。 在本發明的最佳實施例中,該石夕氧層之製作,係於一 半導體晶片上使用反應莫耳(m ο 1 e )數比約為1 ·· 2,流速比 大於 2 : 1之二氣矽烷(dichlorosi lane, DCS,SiH2Ci 2)以及 氧化亞氮(nitrous oxide,N20)作為反應氣體,進行一高 溫氧 4匕(high temperature oxidation, HT0)製程,以於 該半導體晶片表面形成該由二乳化石夕(silicon dioxide) 構成之矽氧層。 由於本發明之製作方法可以先以物理方式在該半導體 晶片表面形成一富含二氣石夕烧的表面(DCS-rich s u r f a c e ),因此之後氧化亞氮再與佈滿該表面上之二氯石夕 烷分子反應以形成之二氧化矽,便可輕易附著於該半導體
487989 五、發明說明(4) 晶片表面,因而可在減少氣化氫生成量的同時,增加二氧 化矽之沉積速率與均勻度,進而減緩進行該HTO製程之機 台受到酸氣侵蝕,並同時提昇產品品質。 發明之詳細說明 有異於業界習知以爐管氧化法生成二氧化矽薄膜之技 術,本發明所提供之於一半導體晶片上製作一矽氧層的方 法係改採反應莫耳(mo 1 e )數比約為1 : 2,流速比大於2 : 1之 二氣石夕恍(dichlorosilane, DCS, SiH2Cl 2)以及氧化亞氮 (η 1 t r 〇 U s ο X i d e, N 2〇 )作為反應氣體,在定溫定壓定體積 的條件下,進行一高溫氧化(h i g h t e m p e r a t u r e o x i d a t i ο η, Η T 0 )製程,以於該半導體晶片表面形成該石夕 氧層,其主、副反應式(1 )與(2 )分別如下: S i H 2C1 2 + 2 N 20 — Si02 +2 N2 + 2 HC1(1) S i H 2C 1 2 — SiHCl + HC1 (2) 在實際操作中,二氯矽烷以及氧化亞氮的流速,係分 別設定為8 0標準立方公分/分鐘(standard cubic centimeter per minute, seem)以及 2 0 seem ?並使用氮氣 平衡爐管内的壓力,使之為0. 36托耳(Torr)。在定溫定壓 下,氣體莫耳數與體積呈正比,則由在主、副反應所產生 之副產物氯化氫(HC1 )的總量為90sccin,遠低於習知技術
487989 五、發明說明(5) 中3 1 5 s c c m的生成量,因此得以大幅降低對Η T 0製程之機台 所造成的鐘钱與傷害。 此外,由於在本發明製作方法中二氣石夕烧有較高之濃 度,故可先以物理方式吸附在該半導體晶片表面,形成一 富含二氯石夕烧的表面(DCS-rich surface)。之後氧化亞氮 再與佈滿該富含二氣矽烷的表面上之二氣矽烷分子反應以 形成二氧化矽,而同時形成之副產物氣化氫以及氮氣,則 再由擴散方式離開該半導體晶片表面,其反應機制如下圖 所示。 相對而言,在習知技術中氧化亞氮有較高之濃度,所 以會先以物理方式吸附在該半導體晶片表面,形成一富含 氧化亞氮的表面(N 20 - r i c h s u r f a c e )。之後二氯石夕院再 與佈滿該富含氧化亞氮的表面上之氧化亞氮分子反應以形 成二氧化矽時,由於分子碰撞角度不佳,造成所生成之二 氧化矽不易附著於該半導體晶片表面,而遭到抽氣裝置抽 離。因此雖然在本發明製作方法中,二氣矽烷與氧化亞氮 之每分鐘進料量低於習知技術中之進料量,但本發明製作 方法中二氧化矽之沉積速率與均勻度反而將較優於習知技 術,更能夠符合產品要求。 以上所述僅本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專 利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明專利之涵蓋
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第9頁 487989 圖式簡單說明
象 第ίο頁
Claims (1)
- 487989 六、申請專利範圍 1. 一種於一半導體晶片上製作一矽氧層的方法,該方法 包含有下列步驟: 使用二氯石夕烧(dichlorosilane,SiH2Cl 2)以及氧化亞 氮(nitrous oxide,N20)作為反應氣體,進行一高溫氧化 (high temperature oxidation, HT0)製程,以於該半導 體晶片表面形成該矽氧層; 其中該二氯矽烷以及該氧化亞氮之氣體流速比大於 2. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該二氯矽烷以及該氧化亞氮之反應莫耳(m ο 1 e )數比約為1 : 2。 3. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該矽氧層係由二 氧化 δ夕(s i 1 i c ο n d i ο X i d e )構成。 4. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該方法係用來減 少氯化氫(hydrochloric acid, HC1)之生成,以避免進行 該HT0製程之機台受到酸氣侵蝕。 5. —種增加一半導體晶片上之一石夕氧層沉積速率與均勻 度的方法,該方法包含有下列步驟: 象 使用二氣碎烧(S i H 2C 1 2)以及氧化亞氣(N 2〇 )作為反應 氣體,以於該半導體晶片表面形成該矽氧層; 其中該二氣矽烷以及該氧化亞氮之反應莫耳(m ο 1 e )數第11頁 487989 六、申請專利範圍 比約為1 : 2,而其氣體流速比大於2 : 1。 6. 如申請專利範圍第5項之方法,其中該矽氧層係利用 一高溫氧化(HTO)製程形成。 7. 如申請專利範圍第5項之方法,其中該方法係用來減 少氯化氫(HC1 )之生成,以避免進行該HTO製程之機台受到 酸氣侵#。 8. 如申請專利範圍第5項之方法,其中該矽氧層係由二第12頁
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