TWI420574B - 非晶矽膜形成方法及非晶矽膜形成裝置 - Google Patents

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Description

非晶矽膜形成方法及非晶矽膜形成裝置 【相關專利申請案之交叉參照】
本申請案主張在日本專利局中，於2010年4月27日提出申請之日本專利申請案第2010-102405號和2011年3月1日提出申請之日本專利申請案第2011-044014號的權利，其公開內容在此全部引用以做為參考。
本發明係關於非晶矽膜形成方法與非晶矽膜形成裝置。
非晶矽被用來填滿半導體積體電路裝置之接觸孔或線路。專利文獻1和2，舉例來說，揭示形成非晶矽之方法。尤其，專利文獻2揭示藉由在溫度400℃到500℃下分解乙矽烷，以獲得有平坦表面之導電層之方法。
近來，隨著半導體積體電路裝置之微型化，填滿接觸孔或線路之要求變得更嚴格。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
(專利文獻1)　日本公開專利公報第sho 63-29954號
(專利文獻2)　日本公開專利公報第hei 1-217956號
然而，如果微型化接觸孔或線路被使用乙矽烷所形成之非晶矽所覆蓋，該形成的非晶矽於接觸孔處顯示出貧乏的覆蓋率，並出現大孔隙。出現在接觸孔或線路中之大孔隙，舉例來說，成為電阻值增加的因素之一。此外，大孔隙也是造成表面粗糙度之精度低的另一因素。
為了解決上述和/或其他問題，本發明提供一非晶矽膜形成方法和一非晶矽膜形成裝置，藉由改善表面粗糙度之精度，該方法與該裝置能應付接觸孔、線路或其類似物之微型化之發展。
根據本發明之一實施態樣，提供一非晶矽膜形成方法，以在基底上形成包含非晶矽膜之薄膜，該非晶矽膜形成方法包含：藉由加熱基底和流入胺基矽烷基氣體至該加熱之基底上，以在基底的表面上形成晶種層；及藉由加熱基底、供應不含胺基之矽烷基氣體於位在該加熱基底的表面上之晶種層、並熱分解該不含胺基之矽烷基氣體，以於晶種層上形成非晶矽膜。
根據本發明之另一實施態樣，提供一在基底上形成非晶矽膜之非晶矽膜形成裝置，該非晶矽膜形成裝置包含：一製程腔室，容納具有一基底之待處理物體，該非晶矽膜欲形成於該基底上；一製程氣體供應裝置，將被使用於製程中之氣體供應到製程腔室中；一加熱裝置，加熱容納在製程腔室中之待處理物體；一排氣器，抽空製程腔室之內部；及一控制器，控制製程氣體供應裝置、加熱裝置和排氣器，其中該控制器控制製程氣體供應裝置、加熱裝置和排氣器，以執行如上述根據本發明之實施態樣之晶種層之形成步驟與非晶矽膜之形成步驟。
本發明附加之目的與優點會記載於隨附的說明中，且從該說明中部分會更明顯，或能藉由本發明之實作而知曉。
藉由特別指出於下之方法與結合，本發明之目的與優點會被實現與達成。
本發明之一實施例，係基於上述之研究結果而達成，將參考隨附的圖示加以說明。在下面的說明中，實質上有相同功能與配置的組成元件，即用相同的參考數字表示，且只有必要時才會反覆的說明。
本發明的發明者認為，非晶矽膜之表面粗糙度可能和非晶矽膜的培養時間相關。換言之，發明者認為當培養時間增加，中心部分的尺寸很容易就變得不均等，因此，在中心部分形成後而開始沉積之非晶矽膜的表面粗糙度之精度也跟著受到影響。
然而，目前尚未有已知的技術得以減少非晶矽膜的培養時間。
本發明的發明者成功的減少非晶矽膜的培養時間，如下述說明。因此，本發明者更進一步成功的改善非晶矽膜之表面粗糙度的精度。
於此，藉由參考附加的圖以解釋本發明之示範的實施例，可以更詳細說明本發明。在圖中，同樣的參考數字即代表同樣的元件。
此外，本申請案中，名稱「非晶矽」不僅僅意指非晶矽，也意指奈米晶矽，其為尺寸從非晶質尺寸到奈米尺寸之晶粒的集合，可充分地實現揭示於本說明書之表面粗糙度之精度，並意指包含非晶矽與奈米晶矽之混合矽。
圖1係流程圖，顯示根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法之連續製程之範例，而圖2A到2C係斷面圖，概略地顯示樣品在連續製程中之狀態。
首先，半導體基板(如圖2A所顯示的矽基板1)上形成厚度約100nm的基底2之樣品(參考圖2A)，被傳送到薄膜形成裝置之製程腔室中。基底2的範例包含二氧化矽膜與氮化矽膜。
接著，如圖1和圖2B所顯示，晶種層3形成於基底2之表面上。本實施例中，藉由加熱基底2並流入胺基矽烷基氣體至該加熱之基底2之表面上(步驟1)，以於基底2之表面上形成晶種層3。
胺基矽烷基氣體的範例包含以下：丁胺基矽烷(BAS，butylaminosilane)、雙(叔丁胺基矽烷)(BTBAS，bis(tertiary butyl aminosilane))、二甲基胺基矽烷(DMAS，dimethyl aminosilane)、雙(二甲基胺基矽烷)(BDMAS，bis(dimethyl aminosilane))、三(二甲基胺基矽烷)(TDMAS，tris(dimethyl aminosilane))、二乙基胺基矽烷(DEAS，diethyl aminosilane)、雙(二乙基胺基矽烷)(BDEAS，bis(diethyl aminosilane))、二丙基胺基矽烷(DPAS，dipropyl aminosilane)、二異丙基胺基矽烷(DIPAS，diisopropyl aminosilane)及其類似物。本實施例中使用DIPAS。
步驟1之製程條件之範例為：DIPAS流量：500 sccm、製程時間：5 min、製程溫度：400℃、製程壓力：53.2 Pa(0.4 Torr)。步驟1中所提及的操作，於下文中稱之為預流(preflow)。
然後，如圖1和圖2C所顯示，非晶矽膜4形成於晶種層3上。
本實施例中，藉由加熱該基底2、供給不含胺基之矽烷基氣體至位在加熱基底2的表面上之晶種層3，和熱分解不含胺基之矽烷基氣體(步驟2)，以於晶種層3上形成非晶矽膜4。
不含胺基之矽烷基氣體的範例，可為包含以下至少一者之氣體：SiH2 、SiH4 、SiH6 、Si2 H4 、Si2 H6 、可表示為Sim H2m+2 的矽烷(在此，m為等於或大於3的自然數)，及可表示為Sin H2n 的矽烷(在此，n為等於或大於3的自然數)。
本實施例中使用甲矽烷(SiH4 )。
步驟2之製程條件之範例為：SiH4 流量：500 sccm、沉積時間：30 min/45min/60 min、製程溫度：500℃、製程壓力：53.2 Pa(0.4 Torr)。
如上所述，根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法，經過胺基矽烷基氣體流到基底2之表面上之預流後，非晶矽膜4形成於晶種層3上。
圖3和圖4顯示非晶矽膜4之沉積時間與厚度之關係。圖3顯示使用二氧化矽(SiO2 )膜為基底2之實例，而圖4顯示使用氮化矽(SiN)膜為基底2之實例。非晶矽膜4之厚度被量測於三種實例中：沉積時間為30分鐘的實例、沉積時間為45分鐘的實例和沉積時間為60分鐘的實例。
圖3和圖4中，線I和III表示有經預流之實例，而線II和IV表示未經預流之實例。線I到IV為直線，表示藉由使用最小平方法而線性逼近之三種薄膜量測厚度，而其方程式如下：
線I：y=17.572x-20.855　...(1)
線II：y=17.605x-34.929　...(2)
線III：y=18.011x-27.739　...(3)
線IV：y=18.091x-41.277　...(4)
如圖3和圖4所顯示，很清楚的，與未經預流的實例相比，有經預流的實例之非晶矽膜4之厚度有增加的傾向。
圖5和圖6顯示，當給予y=0的條件於實例中之方程式(1)到(4)時，線I到IV與沉積時間的交點，亦即，假設非晶矽膜之厚度為「0」。此外，圖5為圖3之A部分(用虛線指示處)之放大視圖，而圖6為圖4之B部分(用虛線指示處)之放大視圖。
如圖5所示，如果基底2為有經預流之二氧化矽膜，非晶矽膜4之沉積開始於製程起始後約1.2分鐘(x≒1.189)。相反的，如果基底2為未經預流之二氧化矽膜，非晶矽膜4之沉積開始於製程起始後約2分鐘(x≒1.984)。
此外，如圖6所示，如果基底2為有經預流之氮化矽膜，非晶矽膜4之沉積開始於製程起始後約1.5分鐘(x≒1.540)。相反的，如果基底2為未經預流之氮化矽膜，非晶矽膜4之沉積開始於製程起始後約2.3分鐘(x≒2.282)。
如上所述，藉由對基底2執行胺基矽烷基氣體之預流，在基底2為二氧化矽膜之實例中，培養時間可以從約2.0分鐘減少到約1.2分鐘，而在基底2為氮化矽膜之實例中，培養時間可以從約2.3分鐘減少到約1.5分鐘。
圖7A到圖8B顯示藉由使用掃描式電子顯微鏡(SEM)所作成之非晶矽膜表面之觀察結果。圖7A和7B顯示厚度為50nm之非晶矽膜之表面與橫剖面之二次電子影像，而圖8A和8B顯示厚度為100nm之非晶矽膜之表面與橫剖面之二次電子影像。SEM之加速電壓為5.0kV，而放大倍率為100,000X(X100k)。此外，該基底為二氧化矽膜。
如圖7A所示，與未經預流(圖7B)之實例相比，可清楚看出，在有經胺基矽烷基氣體之預流的實例中，該非晶矽膜之表面相對較光滑，因此顯示改善的表面粗糙度。
此外，如圖8A所示，從厚度為100nm的非晶矽膜也能觀察到同樣的效果，且與未經預流(圖8B)之實例相比，非晶矽膜之表面粗糙度也改善了。
如上所述，根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法，從SEM得到的表面影像中，用肉眼即可觀察到改善的表面粗糙度。
圖9顯示藉由使用原子力顯微鏡(AFM)所量測之非晶矽膜表面之中心線平均粗糙度(表面粗糙度)Ra。圖9所顯示之結果中，AFM之掃描尺寸設定為1μm，而AFM之掃描速率設定為1.993Hz。
如圖9所示，可觀察到，與未經預流之實例比較，有經胺基矽烷基氣體之預流的實例中，在薄膜厚度為50nm到100nm的範圍內，中心線平均粗糙度可被改善0.101nm到0.157nm。基於使用AFM量測之結果可以證明，與未經預流之實例比較，根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法對於改善中心線平均粗糙度(表面粗糙度)Ra非常有效果，尤其是具有小厚度之非晶矽膜之實例。舉例來說，在厚度為50nm之非晶矽膜之實例中，未經預流實例中之Ra為0.411nm。相對的，在有經預流之實例中，Ra為0.254nm，Ra被改善了0.157nm。此結果顯示，隨著半導體裝置之微型化繼續進展，舉例來說，根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法會更有效果。
圖10顯示由表面測試裝置所量測的非晶矽膜之表面之霧度(haze)。圖10所顯示之霧度為暗視野寬斜角(DWO，Dark Field Wide Oblique)模式下之霧度。
如圖10所示，可觀察到，與未經預流之實例比較，在有經胺基矽烷基氣體之預流的實例中，在薄膜厚度為50nm到100nm範圍內，霧度可改善約2.1 ppm。
基於使用SEM與AFM所提供的觀察與使用表面測試裝置所得到的量測結果，在根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法中，藉由於基底2的表面上執行胺基矽烷基氣體之預流、在基底2之表面上形成晶種層3、供應不含胺基之矽烷基氣體至晶種層上、和熱分解不含胺基之矽烷基氣體，可以形成具有高度精確之表面粗糙度(亦即小的表面粗糙度)之非晶矽膜4。
如圖11所示，這樣的非晶矽膜有益於填滿形成於包含基底2(舉例來說：二氧化矽膜或氮化矽膜)之介層絕緣膜內之接觸孔5，或是填滿形成於介層絕緣膜內之線路，例如：內部線路之凹槽。圖12A和圖12B為接觸部分6之放大視圖，該接觸部分6為在接觸孔5內，非晶矽膜4之表面互相接觸的部分。圖12A和圖12B相當於圖11之圓圈C(用虛線指示處)之內部之放大視圖。
在非晶矽膜4具有大的表面粗糙度的情況中，大孔隙7會形成於如圖12A所示之接觸部分6處。相反的，使用根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法所形成，且具有小的表面粗糙度之非晶矽膜4之情況中，形成於接觸部分6處之孔隙7是小的，如圖12B所示。如果孔隙7變小，埋設在接觸孔5中之非晶矽膜4之電阻值的增加可以被抑制。
此外，根據一習知相繼的薄膜形成方法，該薄膜形成方法被認為是形成具精细表面粗糙度之薄膜之方法，其並使用晶種層(該晶種層藉由使用乙矽烷氣體所形成)及非晶矽膜(該非晶矽膜藉由使用矽烷氣體所形成)，將該習知相繼的薄膜形成方法應用在精细的接觸孔上是有困難的，這是因為在接觸孔的上角落處會由於薄膜形成作用增強而造成覆蓋率之惡化(孔隙的形成)。
相反的，根據本發明之實施例，與上述之習知相繼的薄膜形成方法相比，不只薄膜之覆蓋率會增加，表面粗糙度也進一步被改善。
因此，根據本發明之一實施例，可藉由進一步改善非晶矽膜4之表面粗糙度之精度而提供一種非晶矽膜形成方法，其能應付半導體裝置中之接觸孔、線路或其類似物之微型化之發展。此外，根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法所形成之非晶矽膜，對填滿在介層絕緣膜內之接觸孔5或線路是很有用的。
接著，將說明用以實現根據上述實施例之非晶矽膜形成方法之薄膜形成裝置的範例。
圖13係斷面圖，概略地顯示能夠實現根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法之薄膜形成裝置之範例。
如圖13所示，薄膜形成裝置100包含製程腔室101，其形狀為底部開放且有頂篷之圓柱。舉例來說，整個製程腔室101由石英所組成。石英頂板102被裝備在製程腔室101的頂篷上。歧管103，由不鏽鋼鑄造而成，舉例來說，具有圓柱形形狀，且藉由像O型環的密封構件104而被連接到製程腔室101的開放底部。
歧管103支撐著製程腔室101的底部。石英晶舟105會由歧管103下方嵌入到製程腔室101中，多個(舉例來說，50到100)作為待處理物體之半導體基板(本實施例之矽基板1)可以多層的方式被架在石英晶舟105上。因此，待處理物體，如半導體基板(本實施例中其上預先沉積有二氧化矽膜做為基底之矽基板1)，容納於製程腔室101中。晶舟105有多個支柱106，以讓多個矽基板1可被形成於支柱106上之凹槽所支撐。
晶舟105經由石英保溫容器107被配置在工作台108上。工作台108被轉動軸110所支撐，舉例來說，該轉動軸110穿透用來打開或關閉歧管103之開放底部的不鏽鋼遮蓋裝置109。舉例來說，磁性流體軸封111被裝置於穿透遮蓋裝置109之轉動軸110之一部分，以牢固地密封轉動軸110和可轉動地支撐轉動軸110。密封構件112，如O型環，被設置在遮蓋裝置109之周圍部分和歧管103之底部之間。因此，製程腔室101的密封就被保持。轉動軸110被附接在橫桿113之前端，該橫桿113被像船升降機或其類似之升降機構(未顯示)所支撐。因此，晶舟105、遮蓋裝置109及其類似物被一起舉起，並被嵌入或拉出於製程腔室101。
薄膜形成裝置100包含將使用於製程中之氣體供應到製程腔室101中之製程氣體供應裝置114。
製程氣體供應裝置114包含胺基矽烷基氣體供應來源117與供應不含胺基之矽烷基氣體之來源118。
胺基矽烷基氣體供應來源117，透過流量控制器121a和開關閥122a被連接至分配噴嘴123。該分配噴嘴123為石英管並向內穿透歧管103之側壁，朝向上彎折並垂直地延伸。多個氣體噴出孔124以預先決定好的距離，互相間隔地形成於分配噴嘴123的垂直延伸部分。胺基矽烷基氣體由各個氣體噴出孔124，在水平方向上近乎均勻地朝向製程腔室101的內部噴出。
供應不含胺基之矽烷基氣體之來源118，透過流量控制器121b和開關閥122b被連接至分配噴嘴125。該分配噴嘴125為石英管並向內穿透歧管103之側壁，朝向上彎折並垂直地延伸。多個氣體噴出孔126以預先決定好的距離，互相間隔地形成於分配噴嘴125之垂直延伸部分。不含胺基之矽烷基氣體由各個氣體噴出孔126，在水平方向上近乎均勻地朝向製程腔室101的內部噴出。
用來抽空製程腔室101之內部的排氣口129被設置於製程腔室101之一部分，該部分在分配噴嘴123與125之對面。排氣口129藉著垂直切割製程腔室101之側壁而被設置為長且窄的。用以遮蓋排氣口129之具有U型橫剖面之排氣口遮蓋裝置130，被熔接在與排氣口129對應之製程腔室101的一部分。排氣口遮蓋裝置130沿著製程腔室101之側壁向上延伸，以致於氣體出口131被設定在製程腔室101的上方。包含真空幫浦或其類似物之排氣器132被連接到氣體出口131。排氣器132抽空製程腔室101之內部，以抽空使用於薄膜形成製程中之製程氣體及設定製程腔室101內之壓力於依據製程所需之製程壓力下。
桶狀加熱裝置133被設置以圍繞製程腔室101之外圍。加熱裝置133活化被供應於製程腔室101內之氣體，並加熱容納在製程腔室101中之待處理物體，例如：半導體基板(本實施例之矽基板1)。
控制器150，包含如微處理器(電腦)，控制薄膜形成裝置100的每個構件。使用者介面151被連接到控制器150，使用者介面151例如：操作者藉以執行指令輸入或其他類似命令以控制薄膜形成裝置100之鍵盤、視覺顯示薄膜形成裝置100的操作狀態之顯示器、或其類似物。
記憶裝置152被連接到控制器150。記憶裝置152包含控制程式，該控制程式用以實現在控制器150的控制下，執行於薄膜形成裝置100中之各種製程，或包含程式(即配方)，用以指示薄膜形成裝置100中的各個構件依據製程條件執行製程。舉例來說，該配方被儲存於位在記憶裝置152中之儲存媒體。該儲存媒體可能是硬碟或半導體記憶體，或者可能是可攜式媒體如CD-ROM、DVD、快閃記憶體或其類似物。或者，該配方可以由其他裝置適當地傳送而來，舉例來說，透過專屬線。若有需要，藉由依據來自使用者介面151之指示或其類似物來引用記憶裝置152中之配方，和依據控制器150中之配方而執行製程，薄膜形成裝置100要求之製程，得在控制器150的控制下被完成。
本實施例中，根據上述實施例之薄膜形成方法之製程，在控制器150的控制下被相繼地完成。
如圖13所顯示之薄膜形成裝置100可以履行根據上述實施例之薄膜形成方法。然而，根據本發明之薄膜形成裝置並不限於如圖13所顯示之批次式薄膜形成裝置，單一晶片式薄膜形成裝置也可被利用。
雖然本發明已具體的參照示範性實施例而揭露與描述，本發明並不限制於上述之實施例，在其中可作各種變化。
舉例來說，雖然本發明之上述實施例中已提供製程條件的詳細範例，製程條件並不限制於上述所提供之製程條件。
本發明之優點，也就是非晶矽膜之表面粗糙度之改善，乃藉由包含以下步驟之形成非晶矽膜4之製程所獲得：於基底2之表面執行胺基矽烷基氣體之預流、在基底2之表面上形成晶種層3、供應不含胺基之矽烷基氣體至晶種層3上，及熱分解不含胺基之矽烷基氣體。
因此，製程條件不限制於上面說明之有關上述實施例之詳細範例，並在不降低該優點下，可以根據矽基板1之尺寸之改變、製程腔室之容量變化，或其類似物而作修改。
此外，根據上述實施例之薄膜形成方法可以改善表面粗糙度(如中心線粗糙度Ra)約0.1nm之等級，也因此，根據上述實施例之薄膜形成方法適合用於製造半導體裝置之製程。
再者，如果晶種層3的厚度增加，非晶矽膜4的厚度增加，如此半導體裝置之微型化會惡化。此外，晶種層3是為了讓非晶矽中心部分均勻產生之層別。因此，晶種層之厚度可以小，更好地，可以是單原子層級的厚度。詳細地說，晶種層3之厚度可以從0.1nm到0.3nm。
此外，胺基矽烷基氣體可以是單價的胺基矽烷基氣體，如DIPAS。
此外，胺基矽烷會被吸附到基底2上，舉例來說，以代替被分解。舉例來說，DIPAS於溫度等於或大於450℃下會被熱分解。當胺基矽烷被熱分解時，包含碳(C)、氮(N)或其類似物之雜質會被混合到形成膜中。吸附胺基矽烷到基底2上以代替胺基矽烷之熱分解之優點，舉例來說，為避免形成膜混合到雜質。再者，如上面實施例所述，非晶矽膜4之厚度可以為50nm到100nm。然而，舉例來說，非晶矽膜4之厚度也可以是等於或小於50nm，或等於或大於100nm之範圍。
此外，在上述的實施例中，可表示為Sim H2m+2 之矽烷(在此，m為等於或大於3的自然數)，及可表示為Sin H2n 之矽烷(在此，n為等於或大於3的自然數)，即所謂的高階矽烷，被舉例說明為不含胺基之矽烷基氣體之範例。
舉例來說，作為高階矽烷，表示為Sim H2m+2 之矽烷(在此，m為等於或大於3的自然數)，可以是以下至少一種：三矽烷(trisilane)(Si3 H8 )、四矽烷(tetrasilane)(Si4 H10 )、五矽烷(pentasilane)(Si5 H12 )、六矽烷(hexasilane)(Si6 H14 )及七矽烷(heptasilane)(Si7 H16 )。
此外，舉例來說，表示為Sin H2n 之矽烷(在此，n為等於或大於3的自然數)，可以是以下至少一種：環三矽烷(cyclotrisilane)(Si3 H6 )、環四矽烷(cyclotetrasilane)(Si4 H8 )、環五矽烷(cyclopentasilane)(Si5 H10 )、環六矽烷(cyclohexasilane)(Si6 H12 )及環七矽烷(cycloheptasilane)(Si7 H14 )。
此外，在考慮使用胺基矽烷基氣體和不含胺基之矽烷基氣體(矽源)之組合的情況中，可使用甲矽烷(monosilane)(SiH4 )或乙矽烷(disilane)(SiH6 )，這些氣體很容易在接近胺基矽烷基氣體熱分解溫度之溫度下熱分解。
根據本發明之非晶矽膜形成方法和裝置，藉由改善表面粗糙度之精度，可以應付接觸孔、線路或其類似物之微型化之發展。
在不離開本發明之隨附申請專利範圍之精神與範圍內，可對本發明作各種形態或局部的變化。
1．．．矽基板
2．．．基底
3．．．晶種層
4．．．非晶矽膜
5．．．接觸孔
6．．．接觸部分
7．．．孔隙
100．．．薄膜形成裝置
101．．．製程腔室
102．．．石英頂板
103．．．歧管
104、112．．．密封構件
105．．．晶舟
106．．．支柱
107．．．石英保溫容器
108．．．工作台
109．．．遮蓋裝置
113‧‧‧橫桿
114‧‧‧製程氣體供應裝置
117‧‧‧胺基矽烷基氣體供應來源
118‧‧‧供應不含胺基之矽烷基氣體之來源
121a、121b‧‧‧流量控制器
122a、122b‧‧‧開關閥
123、125‧‧‧分配噴嘴
124、126‧‧‧噴出孔
129‧‧‧排氣口
130‧‧‧排氣口遮蓋裝置
131‧‧‧氣體出口
132‧‧‧排氣器
133‧‧‧加熱裝置
150‧‧‧控制器
151‧‧‧使用者介面
152‧‧‧記憶裝置
隨附之圖示，包含於說明書內且構成說明書的一部分，闡明本發明之實施例，且連同上文之一般說明與如上之實施例的詳細說明，得以解釋本發明之原理。
圖1係流程圖，顯示根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法之連續製程之範例；
圖2A~圖2C係斷面圖，概略地顯示樣品在連續製程中之狀態；
圖3係簡圖，顯示非晶矽膜之沉積時間與厚度之關係；
圖4係簡圖，顯示非晶矽膜之沉積時間與厚度之關係；
圖5係圖3之A部分(用虛線指示處)之放大視圖；
圖6係圖4之B部分(用虛線指示處)之放大視圖；
圖7A係用以替代圖之照片，顯示非晶矽膜之表面與橫剖面之二次電子影像；
圖7B係用以替代圖之照片，顯示非晶矽膜之表面與橫剖面之二次電子影像；
圖8A係用以替代圖之照片，顯示非晶矽膜之表面與橫剖面之二次電子影像；
圖8B係用以替代圖之照片，顯示非晶矽膜之表面與橫剖面之二次電子影像；
圖9係簡圖，顯示非晶矽膜之厚度與非晶矽膜的表面之中心線平均粗糙度Ra之關係；
圖10係簡圖，顯示非晶矽膜之厚度與非晶矽膜的表面之霧度之關係；
圖11係斷面圖，顯示形成於介層絕緣膜內之接觸孔的結構範例；
圖12A~圖12B係圖11之圓圈C(用虛線指示處)之放大視圖；及
圖13係斷面圖，概略地顯示能夠實現根據本發明之實施例之非晶矽膜形成方法之薄膜形成裝置之範例。
100．．．薄膜形成裝置
101．．．製程腔室
102．．．石英頂板
103．．．歧管
104、112．．．密封構件
105．．．晶舟
106．．．支柱
107．．．石英保溫容器
108．．．工作台
109．．．遮蓋裝置
110．．．轉動軸
111．．．磁性流體軸封
113．．．橫桿
114．．．製程氣體供應裝置
117．．．胺基矽烷基氣體供應來源
118．．．供應不含胺基之矽烷基氣體之來源
121a、121b．．．流量控制器
122a、122b．．．開關閥
123、125．．．分配噴嘴
124、126．．．噴出孔
129．．．排氣口
130．．．排氣口遮蓋裝置
131．．．氣體出口
132．．．排氣器
133．．．加熱裝置
150．．．控制器
151．．．使用者介面
152．．．記憶裝置

Claims (19)

  1. 一種非晶矽膜形成方法，用以在基底上形成包含非晶矽膜之薄膜，該非晶矽膜形成方法包含：(1)藉由加熱該基底和流入胺基矽烷基氣體至該加熱之基底上，以在該基底的表面上形成晶種層之步驟；及(2)藉由加熱該基底、供應不含胺基之矽烷基氣體至位在該加熱基底的表面上之該晶種層上、並熱分解該不含胺基之矽烷基氣體，以在該晶種層上形成非晶矽膜之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之非晶矽膜形成方法，其中，在形成該晶種層之步驟(1)中加熱該基底之溫度低於在形成非晶矽膜之步驟(2)中加熱該基底之溫度，且在形成該晶種層之步驟(1)中形成該晶種層之製程時間短於在形成非晶矽膜之步驟(2)中形成該非晶矽膜之製程時間。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之非晶矽膜形成方法，其中該晶種層之厚度為0.1nm到0.3nm。
  4. 如申請專利範圍第3項之非晶矽膜形成方法，其中該非晶矽膜之厚度為50nm到100nm。
  5. 如申請專利範圍第1、2或4項中任一項之非晶矽膜形成方法，其中該胺基矽烷基氣體挑選自包含以下至少一者之氣體：丁胺基矽烷(BAS，butylaminosilane)；雙(叔丁胺基矽烷)(BTBAS，bis(tertiary butyl aminosilane))；二甲基胺基矽烷(DMAS，dimethyl aminosilane)；雙(二甲基胺基矽烷)(BDMAS，bis(dimethyl aminosilane))；三(二甲基胺基矽烷)(TDMAS，tris(dimethyl aminosilane))；二乙基胺基矽烷(DEAS，diethyl aminosilane)；雙(二乙基胺基矽烷)(BDEAS，bis(diethyl aminosilane))；二丙基胺基矽烷(DPAS，dipropyl aminosilane)；及二異丙基胺基矽烷(DIPAS，diisopropyl aminosilane)，而該不含胺基之矽烷基氣體，挑選自包含以下至少一者之氣體：SiH4 ；Si2 H6 ；表示為Sim H2m+2 之矽烷，m在此為等於或大於3的自然數；及表示為Sin H2n 之矽烷，n在此為等於或大於3的自然數。
  6. 如申請專利範圍第1、2或4項中任一項之非晶矽膜形成方法，其中該胺基矽烷基氣體為：二異丙基胺基矽烷(DIPAS，diisopropyl aminosilane)，而該不含胺基之矽烷基氣體，挑選自包含以下至少一者之氣體：SiH4 ；及Si2 H6 。
  7. 如申請專利範圍第1、2或4項中任一項之非晶矽膜形成方法，其中該胺基矽烷基氣體挑選自包含以下至少一者之氣體：三(二甲基胺基矽烷)(TDMAS，tris(dimethyl aminosilane))；二乙基胺基矽烷(DEAS，diethyl aminosilane)， 而該不含胺基之矽烷基氣體，挑選自包含以下至少一者之氣體：SiH4 ；及Si2 H6 。
  8. 如申請專利範圍第5項之非晶矽膜形成方法，其中該表示為Sim H2m+2 之矽烷(m在此為等於或大於3的自然數)挑選自以下至少一者：三矽烷(trisilane)(Si3 H8 )；四矽烷(tetrasilane)(Si4 H10 )；五矽烷(pentasilane)(Si5 H12 )；六矽烷(hexasilane)(Si6 H14 )；及七矽烷(heptasilane)(Si7 H16 )，而該表示為Sin H2n 之矽烷(n在此為等於或大於3的自然數)挑選自以下至少一者：環三矽烷(cyclotrisilane)(Si3 H6 )；環四矽烷(cyclotetrasilane)(Si4 H8 )；環五矽烷(cyclopentasilane)(Si5 H10 )；環六矽烷(cyclohexasilane)(Si6 H12 )；及環七矽烷(cycloheptasilane)(Si7 H14 )。
  9. 如申請專利範圍第1、2或4項中任一項之非晶矽膜形成方法，其中，該晶種層之厚度為單原子層級的厚度。
  10. 如申請專利範圍第1、2或4項中任一項之非晶矽膜形成方法，其中，不使該胺基矽烷基氣體之胺基矽烷分解，而使其吸附到基底上。
  11. 如申請專利範圍第1、2或4項中任一項之非晶矽膜形成方法，其中，該基底包含二氧化矽膜與氮化矽膜。
  12. 如申請專利範圍第1、2或4項中任一項之非晶矽膜形成方法，其中該非晶矽膜形成方法被使用在製造半導體裝置之製程中。
  13. 如申請專利範圍第12項之非晶矽膜形成方法，其中該非晶矽膜被用來填滿該半導體裝置中之接觸孔和/或線路。
  14. 如申請專利範圍第8項之非晶矽膜形成方法，其中，該晶種層之厚度為單原子層級的厚度。
  15. 如申請專利範圍第8項之非晶矽膜形成方法，其中，不使該胺基矽烷基氣體之胺基矽烷分解，而使其吸附到基底上。
  16. 如申請專利範圍第8項之非晶矽膜形成方法，其中，該基底包含二氧化矽膜與氮化矽膜。
  17. 如申請專利範圍第8項之非晶矽膜形成方法，其中該非晶矽膜形成方法被使用在製造半導體裝置之製程中。
  18. 如申請專利範圍第17項之非晶矽膜形成方法，其中該非晶矽膜被用來填滿該半導體裝置中之接觸孔和/或線路。
  19. 一種非晶矽膜形成裝置，在基底上形成非晶矽膜，該非晶矽膜形成裝置包含：一製程腔室，容納具有一基底之待處理物體，該非晶矽膜欲形成於該基底上；一製程氣體供應裝置，將被使用於製程中之氣體供應到製程腔室中； 一加熱裝置，加熱容納在該製程腔室中之該待處理物體；一排氣器，抽空該製程腔室之內部；及一控制器，控制該製程氣體供應裝置、該加熱裝置和該排氣器，其中該控制器控制該製程氣體供應裝置、該加熱裝置和該排氣器，以執行如申請專利範圍第1項所述之形成該晶種層之步驟(1)與形成該非晶矽膜之步驟(2)。
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