TW557479B - Plasma CVD apparatus - Google Patents
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Description
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玫、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【發明之技術領域】 本發明係有關於電漿CVD (化學氣相沉積）裝置，其係使 用於形成非晶矽太陽電池、薄膜電晶體、光感應器等各種 半導體裝置的薄膜，且能夠抑制形成薄膜時的氫還原惡 化。 【先前技術】 自先前以來，在半導體裝置的製造步驟中，使用電漿 C VD裝置，其係利用電漿氣相激發，為了於半導體晶圓上 形成絕緣膜等的薄膜之用此電漿CVD裝置係供給原料氣 體於半導體晶圓上，此原料氣體具備構成薄膜之元素，且 根據氣相或半導體晶圓表面上的化學反應，形成所希望的 薄膜。在讓氣體分子激發中，使用電漿放電。 圖4係顯示之前的電漿CVD裝置的構成圖在此圖中，反 應容器1 0内部呈真空狀態，係為了於1 2吋徑的半導體晶圓 1 9上形成絕緣膜在反應容器1 0的内側面上設置：喷嘴1 1， 其係為了放出氬氣體之用者；噴嘴1 2，其係為了放出氧氣 體之用者；喷嘴1 3，其係為了放出作為前述原料氣體之矽 烧氣體之用者。 射頻電極14先設置於反應容器10的上面，再連接高頻電 源1 5此射頻電極1 4係為了讓高頻電場產生之用，此高頻電 場係為了蒸鍍矽氧化物到半導體晶圓19上，如圖5(a)中所 顯示，於前述蒸鍍時，為了覆蓋形成的線路1 9 a在半導體 晶圓1 9上，須形成絕緣膜1 9b但是，在此時點上，於線路 557479
⑺ 1 9 a的間隙中，絕緣膜1 9 b並沒達到完全。在圖5 ( a)中，射 頻輸入是由射頻電極1 4來作高頻輸入。又，射頻電極1 4的 射頻功率為例如3kW。 支撐台1 6先行配置於反應容器1 0的内部，並由靜電力來 支撐半導體晶圓1 9。偏壓電極1 7為了與射頻電極1 4相對， 先行埋設於支撐台1 6上，並且連接至高頻電源1 8。 前述的偏壓電極1 7係為外加偏壓之用，此外加偏壓係為 了引進離子化的氬陽離子至半導體晶圓19上。前述之離子 化的氬陽離子係在蝕刻絕緣膜1 9b，此絕緣膜1 9b係堆積於 線路1 9 a的上面角落部分。隨之，在此時，一般為了開口 於線路1 9 a的間隙上面，往線路1 9 a間的間隙的絕緣膜1 9 b 的蒸鍍可能變得無間隙在圖5 (b)中，低頻輸入是由偏壓電 極1 7來作偏壓輸入。偏壓電極1 7的偏壓功率為例如1 kW。 在前述構成中，為了從圖6所示的「B」、「C」、及「E」 來了解，從噴嘴1 1、噴嘴1 2、及噴嘴1 3中，一般會放出氬 氣體、氧氣體、及矽烷氣體到反應容器1 〇内。同樣地，射 頻電極1 4及偏壓電極1 7上，一般連接著高頻電源1 5及高頻 電源1 8。亦即，為了從圖6所示的「A」及「D」來了解， 會是射頻輸入（高頻輸入）及低頻輸入（偏壓輸入）的狀態隨 之，在反應容器1 0内，藉由射頻輸入來作蒸鍍，及藉由低 頻輸入來作濺鍍同時地在進行。 亦即，如圖5(b)所示，隨著蒸鍍具備矽烷的絕緣膜19b 到半導體晶圓1 9的表面，引進氬陽離子到半導體晶圓1 9側 上來進行減：鑛。藉由此滅鍵，隨著削除多餘的絕緣膜1 9 b， 557479
(3) 在線路1 9 a的間隙裡普及著絕緣膜1 9 b。 【發明所欲解決之課題】 另夕卜，如同前述，在之前的電漿CVD裝置中，藉由圖4 中表示的偏壓電極17的偏壓外加，引進就陽離子至半導體 晶圓1 9上但是同時在偏壓外加時，存在反應容器1 0内的氫 也引進到半導體晶圓19上。圖7(a)係表示偏壓關閉時的元 素質量數和電流值（引進量）的關係。圖7(b)元素質量數等 於2時係對應至氫分子。 為了從這些圖來了解，在偏壓關閉時及偏壓開啟時，在 半導體晶圓1 9上引進之氫數量急增。此時，在半導體晶圓 1 9上會產生氫還原惡化，對於裝置特性會出現不良影響。 特別在半導體晶圓1 9是強介電體材料時，如圖8所示，在 半導體晶圓19(半導體裝置）上，P(極化）-V(外加電壓）特 性為惡化。亦即，在形成薄膜前，對於完美形成薄膜前磁 滯迴路3 0來描繪，在形成薄膜後，描繪零散形成薄膜後磁 滯迴路3 1。 本發明之目的在於提供一種電漿CVD裝置，此電漿CVD 裝置係鑒於前述來形成，並能夠抑制於半導體晶圓上形成 薄膜時的氫還原惡化。 【課題之解決手段】 為達成前述目的，關於申請專利範圍第1項之發明，其 特徵為具備：反應容器，其係用以在半導體晶片上形成薄 膜者；高頻偏壓手段，其係針對前記半導體晶圓施加濺鍍 用之南頻偏壓者，南頻偏壓控制手段*其係控制前述南頻 557479
(4) 偏壓的開關者；氣體供給手段，其係供給前述至少包含氫 的氣體至前述反應容器内者；及氣體供給控制手段，其係 以前述高頻偏壓控制方法的控制邏輯及反向的控制邏輯 來控制前述氣體供給的開關者。 如根據本發明，在停止包含氫之氣體的供給期間，為了 藉由高頻偏壓來進行濺鍍，引進原來不需要的氫到半導體 晶圓上之比例驟減，且能夠抑制在半導體晶圓上形成薄膜 時的氫還原惡化。 又，關於申請專利範圍第2項之發明，於申請專利範圍 第1項中所記載的電漿CVD裝置，其特徵為前述高頻偏壓 控制手段，其係根據高頻偏壓控制訊號來進行控制，此高 頻偏壓控制訊號係於一定時間間隔裡重複開及關狀態；而 前述氣體供給控制手段，係根據與前述高頻偏壓控制訊號 有反轉（反相）關係的氣體供給控制訊號來進行控制。 如根據本發明，在停止包含氫之氣體的供給期間，為了 藉由高頻偏壓來進行濺鍍，引進原來不需要的氫到半導體 晶圓上之比例驟減，且能夠抑制在半導體晶圓上形成薄膜 時的氫還原惡化。 又，關於申請專利範圍第3項之發明，於申請專利範圍 第2項中所記載的電漿CVD裝置，其特徵為具備調整手 段，其係在調整前述高頻偏壓控制訊號、前述氣體供給控 制訊號的切換週期，及能率比者。 如根據本發明，因為持續在調整高頻偏壓控制訊號、氣 體供給控制訊號的切換週期，及能率比，所以能夠根據半 557479
(5) 導體晶圓的狀態來周密地控制蒸鍍時間及濺鍍時間。 【發明之實施形態】 以下，參照圖示來詳細說明關於本發明的電漿CVD裝置 的一個實施形態。
圖1係顯示關於本發明的一個實施形態的構成。在此圖 中，在對應到圖4的各部分係附上同樣之符號。在圖1中， 新設置了流量控制器1 〇 〇、流量控制器1 〇 1、切換元件1 〇 2、 控制電路1 0 3。 流量控制器1 0 〇係根據從控制電路1 〇 3來的氧氣體流量 控制訊號Sl(參照圖2(b))，來作從噴嘴12放出的氧氣體流 量之開關於圖2 (b)中顯示的氧氣體流量控制訊號S 1，在一 定時間會重複開、關。
流量控制器1 〇 1係根據從控制電路1 〇 3來的矽烷氣體流 量控制訊號S2(參照圖2(c))，來作從噴嘴13放出的矽烷氣 體流量之開關。於圖2(c)中顯示的矽烷氣體流量控制訊號 S 2，會先同步於氧氣體流量控制訊號S 1，並且在一定時間 會重複開、關。 切換元件1 0 2係先行插入介於偏壓電極1 7及高頻電源1 8 間，並根據從控制電路1 〇 3來的偏壓控制訊號S 3 (參照圖 2(d))，來控制開、關。圖2(d)所顯示的偏壓控制訊號S3係 與氧氣體流量控制訊號Sl(參照圖2(b))及矽烷氣體流量控 制訊號S2(參照圖2(c))有著反轉關係。控制電路103係在輸 出前述的氧氣體流量控制訊號S 1、矽烷氣體流量控制訊號 S 2及偏壓控制訊號S 3，並且進行流量控制及偏壓控制於前 -10- 557479 ⑹ 述構成中。 為了從圖2(a)中所顯示的「B」來了解，從噴嘴1 1 一般會 放出氬氣體至反應容器1 〇内。同樣地，於射頻電極1 4上， 為了從圖2 (a)中所顯示的「A」來了解，高頻電源1 5 —般 會連接上。 圖2(b)〜圖2(c)所顯示的時刻(例如20秒）之間，氧氣 體流量控制訊號S 1及矽烷氣體流量控制訊號S 2為開。隨 之，在此時，從噴嘴12及噴嘴13會放出氧氣體及矽烷氣體 至反應容器1 0内。據此，包含矽烷之絕緣膜.會蒸鍍至半導 體晶圓1 9的表面。 另一方面，於圖2(d)所顯示的時刻卜〜!^之間，偏壓控制 訊號S 3為關。隨之，在此時，因為由於偏壓電極1 7設偏壓 為關，所以不進行濺鍍。 其次的時刻t丨〜t2之間，氧氣體流量控制訊號S 1及矽烷氣 體流量控制訊號S 2因為從開變為關，從喷嘴1 2及喷嘴1 3停 止放出氧氣體及矽烷氣體。隨之，在此時，絕緣膜不會蒸 鍍至半導體晶圓19上。 另一方面，時刻ti〜t2之間，偏壓控制訊號S3從關變為開 隨之，在此時，因為由於偏壓電極1 7設偏壓為開，所以 進行濺鍍，此濺鍍為引進氬陽離子至半導體晶圓1 9上。再 者，於此時，因為不供給包含氫的矽烷氣體等至反應容器 1 0内，所以抑制了不需要的氫引進至半導體晶圓1 9上。之 後，前述的蒸鍍及濺鍍於一定時間間隔會交互重複。 圖3係顯示於一個實施形態中的半導體晶圓1 9的P-V特 557479
性。為了從此圖來了解，在形成薄膜前及形成薄膜後，任 一都可，描繪完美的形成薄膜前磁滯迴路2 0 0及形成薄膜 後磁滯迴路2 0 1。這表示於一個實施形態中引進至半導體 晶圓1 9的氫之數量驟減。 如以上之說明，根據一個實施形態，在停止包含氫之矽 烷氣體的供給期間，為了藉由偏壓來進行濺鍍，引進原來 不需要的氫到半導體晶圓1 9上之比例驟減，且能夠抑制在 半導體晶圓1 9上形成薄膜時的氫還原惡化。 再者，於一個實施形態中，藉由控制電路1 0 3，即使能 夠持續調整氧氣體流量控制訊號S 1、矽烷氣體流量控制訊 號S 2、偏壓控制訊號S 3的切換頻率及能率比亦可。於此 時，能夠根據半導體晶圓的狀態來周密地控制蒸鍍時間及 濺鍍時間。又，在一個實施形態中，說明了關於控制氧氣 體放出之開關的例子，理想上氧氣本身因為不包含氫氣， 所以即使持續地放出亦可。 【發明之效果】 如同以上說明，若根據關於申請專利範圍第1、2項之發 明，可奏效在停止包含氫之氣體的供給期間，為了藉由高 頻偏壓來進行濺鍍，引進原來不需要的氫到半導體晶圓上 之比例驟減，且能夠抑制在半導體晶圓上形成薄膜時的氫 還原惡化。 又，若根據關於申請專利範圍第3項之發明，因為持續 在調整高頻偏壓控制訊號、氣體供給控制訊號的切換週 期，及能率比，所以能夠根據半導體晶片的狀態來奏效周 557479
⑻ 密地控制蒸鍍時間及濺鍍時間。 【圖式之簡要說明】 圖1係顯示關於本發明的一個實施型態中之構成。 圖2 ( a) - 2 ( d)為時序圖，此時序圖係在說明於同一個實施 形態的各種氣體輸出、射頻輸入、及低頻輸入。 圖3係顯示於同一個實施形態的P - V特性。 圖4係顯示之前的電漿CVD裝置的構成。
圖5(a)、5(b)係在說明於之前的電漿CVD裝置的形成薄 膜情形。 圖6為時序圖，此時序圖係在說明於之前的電漿CVD裝 置的各種氣體輸出、射頻輸入、及低頻輸入。 圖7(a)、7(b)係在說明於之前的電漿CVD裝置的問題點。 圖8係顯示於之前的電漿CVD裝置的P-V特性。 【圖式代表符號說明】 17 偏壓電極，
18 南頻電源^ 19 半導體晶圓， 100 流量控制器， 101 流量控制器， 102 切換元件， 103 控制電路。 -13 -
Claims (1)
- 557479 拾、申請專利範圍 1 . 一種電漿CVD裝置，其特徵為具備：反應容器，其係用 以在半導體晶圓上形成薄膜者； 高頻偏壓手段，其係對前述半導體晶圓施加濺鍍用之 高頻偏壓者； 高頻偏壓控制手段，其係控制前述高頻偏壓的開關 者； 氣體供給手段，其係供給前述至少包含氫的氣體至前 述反應容器内者； 及氣體供給控制手段，其係以前述高頻偏壓控制手段 的控制邏輯及反向的控制邏輯來控制前述氣體供給的 開關者。 2. 如申請專利範圍第1項之電漿CVD裝置，其中前述高頻 偏壓控制手段係根據高頻偏壓控制訊號來進行控制，此 高頻偏壓控制訊號係於一定時間間隔裡重複開及關狀 態；而前述氣體供給控制手段，係根據對前述高頻偏壓 控制訊號有反轉（反相）關係的氣體供給控制訊號來進 行控制。 3. 如申請專利範圍第2項之電漿CVD裝置，其中具備調整 手段，其係在調整前述高頻偏壓控制訊號、前述氣體供 給控制訊號的切換週期，及能率比者。
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2002025606A JP3836032B2 (ja) | 2002-02-01 | 2002-02-01 | プラズマｃｖｄ装置 |
Publications (1)
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