TWI518780B - 半導體製程用薄膜形成方法與裝置 - Google Patents

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Description

半導體製程用薄膜形成方法與裝置
本發明係關於一種用於在諸如半導體晶圓之目標基板上形成絕緣薄膜之半導體製程用薄膜形成方法及裝置。本文中所使用之術語"半導體製程"包括經執行以藉由在諸如半導體晶圓或用於FPD(平板顯示器)(例如，LCD(液晶顯示器))之玻璃基板之目標基板上以預定圖案來形成半導體層、絕緣層及導電層而製造半導體設備或在該目標基板上具有連接至半導體設備之佈線層、電極及其類似者的結構之各種種類之製程。
在製造用於構成半導體積體電路之半導體設備過程中，諸如半導體晶圓之目標基板經受諸如薄膜形成、蝕刻、氧化、擴散、重新形成、退火及天然氧化薄膜移除的各種製程。US 2006/0224618 A1揭示一種在(所謂分批式)垂直熱處理裝置中執行的此類半導體處理方法。根據此方法，首先將半導體晶圓自晶圓盒傳送至垂直晶圓載舟上且在垂直方向上以特定間隔支撐於晶圓載舟上。晶圓盒可儲存(例如)25個晶圓，而晶圓載舟可支撐30至150個晶圓。接著，將晶圓載舟自下方載入製程容器中，且該製程容器為氣密性封閉的。接著，執行預定熱製程，同時控制諸如製程氣體流動速率、製程壓力及製程溫度之製程條件。
為了改良半導體積體電路之效能，改良用於半導體設備中之絕緣薄膜之特性係重要的。半導體設備包括由諸如SiO2 、PSG(磷矽玻璃)、P－SiO(藉由電漿CVD形成)、P－SiN(藉由電漿CVD形成)及SOG(旋塗式玻璃)、Si3 N4 (氮化矽)之材料製成的絕緣薄膜。特定言之，廣泛使用氮化矽薄膜，因為與氧化矽薄膜相比，氮化矽薄膜具有更好的絕緣特徵，且氮化矽薄膜可充分用作蝕刻擋止薄膜或層間絕緣薄膜。另外，出於相同原因，有時使用摻雜有硼之氮化碳薄膜。
已知用於藉由熱CVD(化學氣相沈積)在半導體晶圓之表面上形成氮化矽薄膜的若干方法。在此熱CVD中，將諸如單矽烷(SiH4 )、二氯矽烷(DCS：SiH2 Cl2 )、六氯二矽烷(HCD：Si2 Cl6 )或雙第三丁基胺基矽烷(BTBAS：SiH2 (NH(C4 H9 )2 )之矽烷族氣體用作矽源氣體。舉例而言，使用SiH2 Cl2 ＋NH3 (參見US 5,874,368 A)或Si2 Cl6 ＋NH3 之氣體組合藉由熱CVD來形成氮化矽薄膜。另外，亦提議一種用於以諸如硼(B)之雜質來摻雜氮化矽薄膜以減小介電常數之方法。
近年來，由於半導體積體電路之小型化以及整合需求的增加，需要緩和半導體設備在製造步驟中的熱歷程，藉此改良設備之特徵。對於垂直處理裝置而言，亦需要根據上述需求來改良半導體處理方法。舉例而言，存在一種用於薄膜形成製程之CVD(化學氣相沈積)方法，該方法在間歇地供應源氣體等等的同時執行薄膜形成以一個接著一個或若干個接著若干個地重複形成各自具有原子或分子級厚度之層(例如，日本專利申請KOKAI公開案第2－93071號及第6－45255號及US 6,165,916 A)。一般而言，此薄膜形成方法被稱為ALD(原子層沈積)，其允許在不將晶圓暴露於非常高之溫度的情況下執行預定製程。
舉例而言，在將二氯矽烷(DCS)及NH3 分別作為矽烷族氣體及氮化氣體來供應以形成氮化矽薄膜(SiN)之情況下，如下執行製程。具體言之，將DCS及NH3 氣體交替地且間歇地供應至製程容器中，且在其間插入有淨化(purge)期間。當供應NH3 氣體時，施加RF(射頻)以在製程容器內產生電漿以促進氮化反應。更具體言之，當將DCS供應至製程容器中時，具有一個分子或更大之厚度的DCS層被吸附至晶圓之表面上。在淨化期間移除多餘DCS。接著，供應NH3 ，且電漿得以產生，藉此執行低溫氮化以形成氮化矽薄膜。重複此等順序步驟以完成具有預定厚度之薄膜。
當形成如上所述之彼等中的一者的絕緣薄膜且接著在該絕緣薄膜上形成另一薄膜時，諸如有機物及微粒之污染物可能已黏著至絕緣薄膜之表面。因此，需要時，執行清潔製程以移除污染物。在此清潔製程中，將半導體晶圓浸入諸如稀氫氟酸之清潔溶液中以對絕緣薄膜之表面執行蝕刻。因此，將絕緣薄膜之表面蝕刻非常少的量，藉此移除污染物。
在(例如)約760℃之較高製程溫度下藉由CVD來形成此絕緣薄膜的情況下，在清潔製程期間絕緣薄膜之蝕刻速率很小。因此，絕緣薄膜不會因為清潔被過多蝕刻，且因此在對薄膜厚度具有高度可控制性之情況下執行清潔製程。然而，在存在作為下部層之具有低耐熱性之薄膜之情況下，在高溫下之熱CVD製程不適合
另一方面，在(例如)約400℃之較低製程溫度下藉由ALD薄膜形成來形成此絕緣薄膜之情況下，在清潔製程期間之絕緣薄膜之蝕刻速率相對大。因此，絕緣薄膜可能會因為清潔被過多蝕刻，且因此清潔製程引起薄膜厚度之較低可控制性。
另外，氮化矽薄膜可用作蝕刻擋止薄膜或層間絕緣薄膜。在此情況下，氮化矽薄膜之蝕刻速率必須很低。然而，習知薄膜形成方法不能滿足此要求。
本發明之一目標為提供一種形成一絕緣薄膜之方法及裝置，其在薄膜形成過程中可使用相對低的製程溫度，且在一清潔製程期間使該薄膜被蝕刻少量，使得可在對薄膜厚度具有高可控制性之情況下執行該清潔製程，同時允許該薄膜充分用作一蝕刻擋止膜或層間絕緣薄膜。應注意，本發明為US 7,125,812 B2及US 2006/205231 A1中揭示的發明之修改。
根據本發明之第一態樣，提供一種用於在製程場中藉由CVD在目標基板上形成絕緣薄膜之半導體製程用薄膜形成方法，該製程場經組態以選擇性地被供應有含有矽烷族氣體之第一製程氣體、含有氮化氣體或氮氧化氣體之第二製程氣體、含有含硼氣體之第三製程氣體及含有碳氫化物氣體之第四製程氣體，該方法經配置以執行複數個循環以層疊分別由該等循環形成之薄膜，藉此形成具有一預定厚度之該絕緣薄膜，該等循環中的每一者交替地包含：第一步驟，其供應該第一製程氣體及一先前氣體至該製程場，同時停止供應該第二製程氣體及一後續氣體至該製程場，該先前氣體為該第三製程氣體與該第四製程氣體中的一者，該後續氣體為該第三製程氣體與該第四製程氣體中的另一者；第二步驟，其供應該後續氣體至該製程場，同時停止供應該第二製程氣體及該先前氣體至該製程場；及第三步驟，其供應該第二製程氣體至該製程場，同時停止供應該第一製程氣體至該製程場。
根據本發明之第二態樣，提供一種半導體製程用薄膜形成裝置，其包含：製程容器，其具有經組態以容納目標基板之製程場；支撐部件，其經組態以支撐該製程場內部之該目標基板；加熱器，其經組態以加熱該製程場內部之該目標基板；排氣系統，其經組態以自該製程場排出氣體；第一製程氣體供應線路，其經組態以將含有矽烷族氣體之第一製程氣體供應至該製程場；第二製程氣體供應線路，其經組態以將含有氮化氣體或氮氧化氣體之第二製程氣體供應至該製程場；第三製程氣體供應線路，其經組態以將含有含硼氣體之第三製程氣體供應至該製程場；第四製程氣體供應線路，其經組態以將含有碳氫化物氣體之第四製程氣體供應至該製程場；及控制構件，其經組態以控制該裝置之運作，其中，為了藉由CVD在該目標基板上形成絕緣薄膜，該控制構件執行複數個循環以層疊分別由該等循環形成之薄膜，藉此形成具有一預定厚度之該絕緣薄膜，該等循環中的每一者交替地包含：第一步驟，其供應該第一製程氣體及一先前氣體至該製程場，同時停止供應該第二製程氣體及一後續氣體至該製程場，該先前氣體為該第三製程氣體及該第四製程氣體中的一者，該後續氣體為該第三製程氣體及該第四製程氣體中的另一者；第二步驟，其供應該後續氣體至該製程場，同時停止供應該第二製程氣體及該先前氣體至該製程場；及第三步驟，其供應該第二製程氣體至該製程場，同時停止供應該第一製程氣體至該製程場。
根據本發明之一第三態樣，提供一種含有用於在處理器上執行之程式指令之電腦可讀媒體，其用於一在製程場中藉由CVD在目標基板上形成一絕緣薄膜之半導體製程用薄膜形成裝置，該製程場經組態以被選擇性地供應有含有矽烷族氣體之第一製程氣體、含有氮化氣體或氮氧化氣體之第二製程氣體、含有含硼氣體之第三製程氣體及含有碳氫化物氣體之第四製程氣體，其中該等程式指令在以該處理器執行時，使該薄膜形成裝置實施一薄膜形成方法，該薄膜形成方法經配置以執行複數個循環以層疊分別由該等循環形成之薄膜，藉此形成具有一預定厚度之該絕緣薄膜，該等循環中的每一者交替地包含：第一步驟，其供應該第一製程氣體及一先前氣體至該製程場，同時停止供應該第二製程氣體及一後續氣體至該製程場，該先前氣體為該第三製程氣體與該第四製程氣體中的一者，該後續氣體為該第三製程氣體與該第四製程氣體中的另一者；第二步驟，其供應該後續氣體至該製程場，同時停止供應該第二製程氣體及該先前氣體至該製程場；及第三步驟，其供應該第二製程氣體至該製程場，同時停止供應該第一製程氣體至該製程場。
本發明之額外目標及優勢將在接下來的描述中加以闡明，且自該描述將顯而易見本發明之額外目標及優勢之部分，或者可藉由本發明之實踐而獲悉本發明之額外目標及優勢。可藉由在下文特別指出之手段及組合實現且獲得本發明之目標及優勢。
現將參看附圖來描述本發明之實施例。在以下描述中，具有實質上相同功能及配置的構成元件由相同參考數字表示，且僅在必要時進行重複描述。
圖1為展示根據本發明之一實施例之薄膜形成裝置(垂直CVD裝置)之截面圖。圖2為展示圖1中所示之裝置之部分之截面平面圖。薄膜形成裝置2具有一製程場，其經組態以選擇性地被供應有一含有作為矽烷族氣體之二氯矽烷(DCS)氣體之第一製程氣體、一含有作為氮化氣體之氨(NH3 )氣之第二製程氣體、一含有作為含硼氣體之BCl3 氣體之第三製程氣體，及一含有作為碳氫化物氣體之C2 H4 氣體(乙烯氣體)之第四製程氣體。薄膜形成裝置2經組態以在製程場中藉由CVD在目標基板上形成含有碳之絕緣薄膜。
裝置2包括具有一頂及一開放底部之成形為圓柱形管柱的製程容器4，在該製程容器4中界定一製程場5以容納及處理在垂直方向上以特定間隔堆疊之複數個半導體晶圓(目標基板)。製程容器4之整體由(例如)石英製成。製程容器4之頂部具備一石英頂板6以氣密性地密封頂部。製程容器4之底部經由一密封部件10(諸如，O形環)連接至一圓柱形歧管8。製程容器可整體由一圓柱形石英管柱形成，而無單獨形成之歧管8。
歧管8由(例如)不鏽鋼製成且支撐製程容器4之底部。經由歧管8之底部埠向上及向下移動由石英製成之晶圓載舟12，使得將晶圓載舟12載入至製程容器4內及將晶圓載舟12自製程容器4缷載。將若干目標基板或半導體晶圓W堆疊於晶圓載舟12上。舉例而言，在此實施例中，晶圓載舟12具有支柱12A，其可支撐在垂直方向上基本上規則地間隔之具有300 mm之直徑的(例如)約50至100個晶圓。
經由以石英製成之熱絕緣圓柱14將晶圓載舟12置放於台16上。台16由一旋轉軸20支撐，該旋轉軸20穿透由(例如)不鏽鋼製成之蓋18且用於打開/關閉歧管8之底部埠。
蓋18之被旋轉軸20穿透的部分具備(例如)磁性流體密封件22，使得旋轉軸20以氣密性密封狀態經可旋轉地支撐。將諸如O形環之密封部件24插入於蓋18之周邊與歧管8之底部之間，使得可將製程容器4之內部保持為密封的。
旋轉軸20附著於由諸如載舟升降機之升降機構25支撐的臂26之遠端處。升降機構25將晶圓載舟12及蓋18整體地上下移動。台16可固定至蓋18，使得在並不旋轉晶圓載舟12之情況下處理晶圓W。
氣體供應構件連接至歧管8之側面以將預定製程氣體供應至製程容器4內之製程場5。具體言之，氣體供應構件包括一第二製程氣體供應線路28、一第一製程氣體供應線路30、一第三製程氣體供應線路32、一第四製程氣體供應線路34及一淨化氣體供應線路36。第一製程氣體供應線路30經配置以供應一含有矽烷族氣體(諸如，DCS(二氯矽烷)氣體)之第一製程氣體。第二製程氣體供應線路28經配置以供應一含有氮化氣體(諸如，氨(NH3 )氣)之第二製程氣體。第三製程氣體供應線路32經配置以供應一含有含硼氣體(摻雜氣體)(諸如，BCl3 氣體)之第三製程氣體。第四製程氣體供應線路34經配置以供應一含有碳氫化物氣體(諸如，C2 H4 氣體(乙烯氣體))之第四製程氣體。淨化氣體供應線路36經配置以供應一惰性氣體(諸如，N2 氣體)作為淨化氣體。需要時，將第一製程氣體至第四製程氣體中的每一者與合適量之載氣混合。然而，為了解釋之簡單起見，下文將不提到此載氣。
更具體言之，第二製程氣體28、第一製程氣體30、第三製程氣體32及第四製程氣體供應線路34分別包括氣體分配噴嘴38、40、42及44，其中的每一者由自外部穿透歧管8之側壁且接著轉向且向上延伸的石英管形成(參見圖1)。氣體分配噴嘴38、40、42及44分別具有複數個氣體噴孔38A、40A、42A及44A，每一組孔在縱向方向(垂直方向)上以預定間隔越過晶圓載舟12上之所有晶圓W而形成。氣體噴孔38A、40A、42A及44A中的每一者幾乎均一地在水平方向上傳遞對應製程氣體，使得形成與晶圓載舟12上之晶圓W平行的氣流。淨化氣體供應線路36包括一短氣體噴嘴46，其自外部穿透歧管8之側壁。
噴嘴38、40、42、44及46分別經由氣體供應管線(氣體通道)48、50、52、54及56分別連接至NH3 氣體、DCS氣體、BCl3 氣體、C2 H4 氣體及N2 氣體之氣體源28S、30S、32S、34S及36S。氣體供應管線48、50、52、54及56分別具備開關閥48A、50A、52A、54A及56A及諸如質量流量控制器之流動速率控制器48B、50B、52B、54B及56B。藉由此配置，可以經控制之流動速率來供應NH3 氣體、DCS氣體、BCl3 氣體、C2 H4 氣體及N2 氣體。
一氣體激發構件66在垂直方向上形成於製程容器4之側壁處。在製程容器4之與氣體激發構件66相對的側上，一用於真空排出內部大氣的長且細之排氣埠68藉由在(例如)垂直方向上切割製程容器4之側壁而形成。
具體言之，氣體激發構件66具有一藉由在垂直方向上切割製程容器4之一預定寬度之側壁而形成之垂直方向上長且細之開口70。開口70覆蓋有藉由焊接而氣密性地連接至製程容器4之外表面的石英蓋72。蓋72具有一具凹入橫截面之垂直方向上長且細之形狀，使得其自製程容器4向外突出。
藉由此配置，氣體激發構件66經形成使得其自製程容器4之側壁向外突出且在另一側上被朝向製程容器4之內部打開。換言之，氣體激發構件66之內部空間與製程容器4內之製程場5連通。開口70具有一足以在垂直方向上覆蓋晶圓載舟12上之所有晶圓W之垂直長度。
一對長且細之電極74配置於蓋72之相對外表面上且在縱向方向(垂直方向)上相互面對。電極74經由饋線78連接至用於電漿產生之RF(射頻)電源76。將例如13.56 MHz之RF電壓施加至電極74以形成RF電場，用於在電極74之間激發電漿。RF電壓之頻率不限於13.56 MHz，且可將其設定於另一頻率，例如，400 kHz。
在低於晶圓載舟12上之最低晶圓W之位置處在製程容器4之徑向方向上向外彎曲第二製程氣體之氣體分配噴嘴38。接著，氣體分配噴嘴38在氣體激發構件66中之最深位置(距製程容器4之中心的最遠位置)處垂直延伸。亦如圖2中所示，將氣體分配噴嘴38自夾置於該對電極74之間的區域(RF電場幾乎最強處之位置)(亦即，實際產生主電漿之電漿產生區域PS)向外分離。使含有NH3 氣體之第二製程氣體自氣體分配噴嘴38之氣體噴孔38A朝向電漿產生區域PS噴射。接著，在電漿產生區域PS中激發(分解或活化)第二製程氣體，且將第二製程氣體以此狀態供應至晶圓載舟12上之晶圓W上。
由(例如)石英製成之絕緣保護層80附著於蓋72之外表面上且覆蓋蓋72之外表面。一冷卻機構(未圖示)配置於絕緣保護層80中且包含分別面對電極74之冷卻劑通道。冷卻劑通道供應有冷卻劑(諸如，冷卻的氮氣)以冷卻電極74。絕緣保護層80覆蓋有一配置於外表面上之屏蔽(未圖示)以防止RF洩漏。
在氣體激發構件66之開口70附近及外部的位置處，配置第一製程氣體、第三製程氣體及第四製程氣體之氣體分配噴嘴40、42及44。具體言之，氣體分配噴嘴40及42在開口70之外部的一側上向上延伸(在製程容器4內)，及氣體分配噴嘴44在另一側上向上延伸以面對氣體分配噴嘴40及42。含有DCS氣體之第一製程氣體、含有BCl3 氣體之第三製程氣體及含有C2 H4 氣體之第四製程氣體分別自氣體分配噴嘴40、42及44之氣體噴孔40A、42A及44A朝向製程容器4之中心噴出。
另一方面，與氣體激發構件66相對形成之排氣埠68覆蓋有一排氣埠覆蓋部件82。排氣埠覆蓋部件82由具有U形截面之石英形成，且藉由焊接而附著。排氣覆蓋部件82沿著製程容器4之側壁向上延伸，且在製程容器4之頂部具有一氣體出口84。氣體出口84連接至一包括一真空泵等等之真空排氣系統GE。
製程容器4由加熱器86包圍，該加熱器86用於加熱製程容器4內之大氣及晶圓W。一熱電偶(未圖示)配置於製程容器4中之排氣埠68附近以控制加熱器86。
薄膜形成裝置2進一步包括一由(例如)電腦形成之主控制構件60，以控制整個裝置。主控制構件60可根據預先儲存於其記憶體212中之關於(例如)待形成之薄膜的薄膜厚度及組合物的薄膜形成製程之製程配方來控制下文所描述之薄膜形成製程。在記憶體212中，亦預先將製程氣體流動速率與薄膜之厚度及組合物之間的關係儲存為控制資料。因此，主控制構件60可基於所儲存之製程配方及控制資料來控制升降機構25、氣體供應線路28、30、32、34及36、排氣系統GE、氣體激發構件66、加熱器86等等。
接下來，將給出在圖1中所示之裝置中執行的薄膜形成方法(所謂的ALD(原子層沈積)薄膜形成)之解釋。在此薄膜形成方法中，藉由CVD將SiBCN(摻雜有硼之氮碳化矽)之絕緣薄膜形成於半導體晶圓上。為了達成此，將一含有作為矽烷族氣體之二氯矽烷(DCS)氣體之第一製程氣體、一含有作為氮化氣體之氨(NH3 )氣之第二製程氣體、一含有作為含硼氣體之BCl3 氣體之第三製程氣體及一含有作為碳氫化物氣體之C2 H4 氣體(乙烯氣體)之第四製程氣體選擇性地供應至容納晶圓W之製程場5內。具體言之，與下列操作一起執行薄膜形成製程。
首先，將支撐具有300 mm之直徑的若干(例如，50至100個)晶圓的在室溫下之晶圓載舟12載入至在預定溫度下加熱之製程容器4中，且氣密性地關閉製程容器4。接著，將製程容器4之內部真空排氣且將其保持於預定製程壓力下，且將晶圓溫度增加至用於薄膜形成之製程溫度。此時，裝置處於等待狀態中，直至溫度變得穩定。接著，在使晶圓載舟12旋轉的同時，以經控制之流動速率自各別氣體分配噴嘴40、38、42及44間歇地供應第一製程氣體至第四製程氣體。
分別自氣體分配噴嘴40、42及44之氣體噴孔40A、42A及44A供應含有DCS氣體之第一製程氣體、含有BCl3 氣體之第三製程氣體及含有C2 H4 氣體之第四製程氣體以形成與晶圓載舟12上之晶圓W平行之氣流。在被供應的同時，DCS氣體、BCl3 氣體及C2 H4 氣體之分子及由其分解產生之分解產物之分子及原子吸附於晶圓W上。
另一方面，自氣體分配噴嘴38之氣體噴孔38A供應含有NH3 氣體之第二製程氣體以形成與晶圓載舟12上之晶圓W平行之氣流。當第二製程氣體穿過在該對電極74之間的電漿產生區域PS時，第二製程氣體被選擇性地激發且部分轉變為電漿。此時，舉例而言，生成諸如N＊ 、NH＊ 、NH2 ＊ 、及NH3 ＊ 之自由基(活性物質)(符號[＊ ]表示其為自由基)。自由基自氣體激發構件66之開口70朝向製程容器4之中心流出，且以層流狀態供應至在晶圓W之間的間隙中。
自由基與吸附於晶圓W之表面上的DCS氣體及C2 H4 氣體之分子反應，使得在晶圓W上形成一薄膜。另外，此時，將由BCl3 氣體之分解產生之B原子帶入至薄膜內，因此形成摻雜有作為雜質之硼之SiBCN薄膜。另外，當DCS氣體、BCl3 氣體及C2 H4 氣體流動至吸附於晶圓W之表面上的自由基上時，引起相同反應，因此在晶圓W上形成一摻雜有硼之SiBCN薄膜。
<第一實施例>
圖3為根據本發明之第一實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加的時序圖。如圖3中所示，根據此實施例之薄膜形成方法經配置以交替地重複第一步驟T1至第五步驟T5。將包含第一步驟T1至第五步驟T5之循環重複若干次，且將由各別循環形成之SiBCN薄膜層疊，藉此達成具有目標厚度之SiBCN薄膜。
具體言之，第一步驟T1經配置以執行第一製程氣體(在圖3中表示為DCS)及第三製程氣體(在圖3中表示為BCl3 )至製程場5之供應，同時停止第二製程氣體(在圖3中表示為NH3 )及第四製程氣體(在圖3中表示為C2 H4 )至製程場5之供應。第二步驟T2經配置以執行第四製程氣體至製程場5之供應，同時停止第一製程氣體、第二製程氣體及第三製程氣體至製程場5之供應。第三步驟T3經配置以停止第一製程氣體、第二製程氣體、第三製程氣體及第四製程氣體至製程場5之供應。第四步驟T4經配置以執行第二製程氣體至製程場5之供應，同時停止第一製程氣體、第三製程氣體及第四製程氣體至製程場5之供應。另外，在第四步驟T4之中途，將RF電源76設定於ON狀態以藉由氣體激發構件66將第二製程氣體轉變為電漿，使得在子步驟T4b期間將活性狀態下之第二製程氣體供應至製程場5。第五步驟T5經配置以停止第一製程氣體、第二製程氣體、第三製程氣體及第四製程氣體至製程場5之供應。
在第四步驟T4中，在預定時間△t過去後開啟RF電源76，以藉由氣體激發構件66將第二製程氣體轉變為電漿，使得在子步驟T4b期間將活性狀態下之第二製程氣體供應至製程場5。將預定時間△t定義為必需用於使NH3 氣體之流動速率穩定之時間，其設定為(例如)約5秒。然而，第二製程氣體可在第二製程氣體之整個供應期間藉由氣體激發構件66而轉變為電漿。由於在第二製程氣體之流動速率穩定後開啟RF電源以產生電漿，所以晶圓W中自由基濃度的均一性(垂直方向上的均一性)得以改良。
第三步驟T3及第五步驟T5中的每一者用作淨化步驟以移除製程容器4內之殘氣。術語"淨化(purge)"意謂移除製程容器4內的殘氣，係藉由將製程容器4之內部真空排氣，同時將諸如N2 氣體之惰性氣體供應至製程容器4內，或者藉由在停止供應所有氣體之同時將製程容器4之內部真空排氣。在此方面，第三步驟T3及第五步驟T5可經配置使得第一半僅利用真空排氣且第二半利用真空排氣及惰性氣體供應。另外，第一步驟T1、第二步驟T2及第四步驟T4可經配置以停止將製程容器4之內部真空排氣，同時供應第一製程氣體至第四製程氣體中的每一者。然而，在與將製程容器4真空排氣一起執行第一製程氣體至第四製程氣體中的每一者之供應的情況下，可在第一步驟T1至第五步驟T5的整個過程中不斷地將製程容器4之內部真空排氣。
在圖3中，將第一步驟T1設定為處於約1至20秒之範圍內，且例如為約10秒。將第二步驟T2設定為處於約1至20秒之範圍內，且例如為約10秒。將第三步驟T3設定為處於約5至15秒之範圍內，且例如為約10秒。將第四步驟T4設定為處於約1至30秒之範圍內，且例如為約20秒。將子步驟T4b設定為處於約1至25秒之範圍內，且例如為約10秒。將第五步驟T5設定為處於約5至15秒之範圍內，且例如約10秒。一般而言，藉由第一步驟T1至第五步驟T5之一次循環獲得之薄膜厚度為約0.11 nm至0.13 nm。因此，舉例而言，在目標薄膜厚度為70 nm之情況下，重複循環約600次。然而，此等時間及厚度值僅為實例且因此並非為限制性的。
如上所述，交替執行同時供應第一製程氣體及第三製程氣體之步驟T1(接著為供應第四製程氣體之步驟T2)及單供應含有NH3 氣體之第二製程氣體並包括以電漿激發氣體的期間之步驟T4，其間分別插入淨化步驟T3及T5。此舉使得有可能大大地減小待形成之SiBCN薄膜的介電常數，且大大地改良薄膜在乾式蝕刻中之耐蝕刻性。吾人認為此情況歸因於下列原因而引起。具體言之，一般而言，在氮化矽(SiN)薄膜摻雜有硼之情況下，其耐蝕刻性受到惡化。然而，如在第一實施例中，在供應第二製程氣體時由電漿激發第二製程氣體之情況下，含有N自由基之自由基(活性物質)得以產生且促進薄膜之氮化。因此，在薄膜中，Si－H鍵之數目減小而具有高耐蝕刻性之Si－N鍵之數目增加。因此，大大地改良了薄膜之耐蝕刻性。
如上所述，當形成薄膜時，將諸如C2 H4 氣體之碳氫化物氣體供應至製程腔室8內，使得使形成於晶圓表面上之氮化矽薄膜含有碳組份。在此情況下，雖然薄膜形成溫度設定為(例如)550℃，其低於(例如)760℃之習知薄膜形成溫度，但有可能減小薄膜相對於在對薄膜之表面執行之清潔製程或蝕刻製程中使用的稀氫氟酸之蝕刻速率。結果，薄膜不會因為清潔被過多蝕刻，且因此在對薄膜厚度具有高度可控制性之情況下執行清潔製程。另外，薄膜可充分地充當蝕刻擋止薄膜或層間絕緣薄膜。
此外，如上所述，該第三與第五步驟T3與T5在執行製程氣體供應的第一步驟與第二步驟及第四步驟之間停止製程氣體供應，並作為改善薄膜品質之期間。在此等期間中的每一者之前剛形成的SiBCN薄膜之表面，於此期間獲得改善，從而改良膜品質。因此，SiBCN薄膜之蝕刻率得以進一步減小。吾人認為原子級的重新形成製程之效應如下。具體言之，當含有碳原子之SiBCN薄膜形成時，得自DCS氣體之Cl原子中的一些未經解吸附而是在活性狀態下鍵結至此薄膜之最上表面。在停止DCS氣體之供應之期間T3及T5當中，得自C2 H4 氣體及NH3 氣體之C原子及N原子取代薄膜之最上表面上之Cl原子，且減少薄膜中之Cl組份，藉此減小蝕刻速率。
特定言之，在使用C2 H4 氣體之情況下，帶入薄膜內之C原子的數目得以增加，藉此進一步減小蝕刻速率。另外，在將碳添加至氮化硼薄膜之情況下，薄膜形成速率與未添加碳之情況相比增加約20%至30%。吾人認為此歸因於如此添加之碳促進至晶圓表面上之硼吸附之效應。
薄膜形成製程之製程條件如下。將DCS氣體之流動速率設定為處於50至2,000 sccm(每分鐘標準立方公分)之範圍內，例如為1,000 sccm(1 slm(每分鐘標準公升))。將NH3 氣體之流動速率設定為處於500至5,000 sccm之範圍內，例如為1,000 sccm。將BCl3 氣體之流動速率設定為處於1至15 sccm之範圍內，例如為4 sccm。將C2 H4 氣體之流動速率設定為處於200至2,000 sccm之範圍內，例如為500 sccm。將C2 H4 氣體之流動速率設定為不大於DCS氣體之流動速率的三倍。此係因為，若用作碳氫化物氣體之C2 H4 氣體之流動速率過高，則薄膜品質被不良地急劇降低。
製程溫度低於普通CVD製程，且設定為處於300℃至700℃之範圍內，且較佳為550℃至630℃之範圍。若製程溫度低於300℃，則基本上無薄膜被沈積，因為幾乎未引起任何反應。若製程溫度高於700℃，則沈積低品質CVD薄膜，且現有薄膜(諸如，金屬薄膜)經受熱損失。
將製程壓力設定於處於13 Pa(0.1 Torr)至1,330 Pa(10 Torr)之範圍內，且較佳為40 Pa(0.3 Torr)至266 Pa(2 Torr)之範圍。舉例而言，在第一及第二步驟(吸附步驟)T1及T2期間，將製程壓力設定為1 Torr，及在第四步驟(使用電漿之氮化步驟)T4期間，將製程壓力設定為0.3 Torr。若製程壓力低於13 Pa，則薄膜形成速率變得低於實際位準。在製程壓力不超過1,330 Pa之情況下，晶圓W上之反應模式主要為吸附反應，且因此可以高的薄膜形成速率來穩定地沈積高品質薄膜，藉此達到良好結果。然而，若製程壓力超過1,330 Pa，則反應模式自吸附反應轉變為蒸汽相反應，其接著在晶圓W上變得占主要地位。此為不良的，因為基板間均一性及薄膜之平坦均一性受到惡化，且歸因於蒸汽相反應之粒子之數目突然增加。
<第二實施例>
圖4為根據本發明之第二實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖。如圖4中所示，根據此實施例之薄膜形成方法亦經配置以交替地重複第一步驟T11至第五步驟T15。將包含第一步驟T11至第五步驟T15的循環重複若干次，且將由各別循環形成之SiBCN薄膜層疊，藉此達成具有目標厚度之SiBCN薄膜。
具體言之，在第二實施例中，第一步驟T11、第三步驟T13、第四步驟T14及第五步驟T15經設定以分別具有與第一實施例之第一步驟T1、第三步驟T3、第四步驟T4及第五步驟T5完全相同的配置。然而，與第一實施例之第二步驟T2不同，第二步驟T12經配置以執行第一製程氣體(在圖4中表示為DCS)及第四製程氣體(在圖4中表示為C2 H4 )至製程場5之供應，同時停止第二製程氣體(在圖4中表示為NH3 )及第三製程氣體(在圖4中表示為BCl3 )至製程場5之供應。然而，第二實施例可使用與上述第一實施例之製程條件相同的製程條件。
根據第二實施例，由於同時供應C2 H4 氣體及DCS氣體，所以當將得自C2 H4 氣體之碳與Si混合時，碳吸附於晶圓表面上。在此情況下，Si與碳相互鍵結且藉此抑制在供應第二製程氣體以執行氮化之第四步驟T14中的碳解離。另外，由於如此形成之氮化矽薄膜含有碳組份，所以第二實施例提供與在第一實施例中相同的效應。具體言之，在此情況下，即使薄膜形成溫度設定為(例如)550℃，其低於(例如)760℃之習知薄膜形成溫度，亦有可能減小薄膜相對於在對薄膜之表面執行之清潔製程或蝕刻製程中使用的稀氫氟酸之蝕刻速率。結果，薄膜不會因為清潔被過多蝕刻，且因此在對薄膜厚度具有高度可控制性之情況下執行清潔製程。另外，薄膜可充分地充當蝕刻擋止膜或層間絕緣薄膜。
<第三實施例>
圖5為根據本發明之第三實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖。如圖5中所示，根據此實施例之薄膜形成方法亦經配置以交替地重複第一步驟T21至第五步驟T25。將包含第一步驟T21至第五步驟T25之循環重複若干次，且將由各別循環形成之SiBCN薄膜層疊，藉此達成具有目標厚度之SiBCN薄膜。
具體言之，在第三實施例中，第三步驟T23、第四步驟T24及第五步驟T25經設定以分別具有與第一實施例之第三步驟T3、第四步驟T4及第五步驟T5完全相同的配置。然而，如與第一實施例之第一步驟T1及第二步驟T2比較，第一步驟T21及第二步驟T22經配置使得使第三製程氣體(在圖5中表示為BCl3 )與第四製程氣體(在圖5中表示為C2 H4 )之供應次序相反。第一步驟T21經配置以執行第一製程氣體(在圖5中表示為DCS)及第四製程氣體至製程場5之供應，同時停止第二製程氣體(在圖5中表示為NH3 )與第三製程氣體至製程場5之供應。第二步驟T22經配置以執行第三製程氣體至製程場5之供應，同時停止第一製程氣體、第二製程氣體及第四製程氣體至製程場5之供應。然而，第三實施例可使用與上述第一實施例之製程條件相同的製程條件。
根據第三實施例，由於如此形成之氮化矽薄膜含有碳組份，所以第三實施例提供與在第一實施例中相同的效應。具體言之，在此情況下，即使薄膜形成溫度設定為(例如)550℃，其低於(例如)760℃之習知薄膜形成溫度，亦有可能減小薄膜相對於在對薄膜之表面執行之清潔製程或蝕刻製程中使用的稀氫氟酸之蝕刻速率。結果，薄膜不會因為清潔被過多蝕刻，且因此在對薄膜厚度具有高度可控制性之情況下執行清潔製程。另外，薄膜可充分地充當蝕刻擋止膜或層間絕緣薄膜。
<第四實施例>
圖6為根據本發明之第四實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖。如圖6中所示，根據此實施例之薄膜形成方法亦經配置以交替地重複第一步驟T31至第五步驟T35。將包含第一步驟T31至第五步驟T35的循環重複若干次，且將由各別循環形成之SiBCN薄膜層疊，藉此達成具有目標厚度之SiBCN薄膜。
具體言之，在第四實施例中，第一步驟T31、第三步驟T32、第四步驟T34及第五步驟T35經設定以分別具有與第三實施例之第一步驟T21、第三步驟T23、第四步驟T24及第五步驟T25完全相同的配置。然而，與第三實施例之第二步驟T22不同，第二步驟T32經配置以執行第一製程氣體(在圖6中表示為DCS)及第三製程氣體(在圖6中表示為BCl3 )至製程場5之供應，同時停止第二製程氣體(在圖6中表示為NH3 )及第四製程氣體(在圖6中表示為C2 H4 )至製程場5之供應。然而，第四實施例可使用與上述第一實施例之製程條件相同的製程條件。
根據第四實施例，由於在第一步驟T31中同時供應C2 H4 氣體及DCS氣體，且接著在第二步驟T32中同時供應BCl3 氣體及DCS氣體，所以Si/C層及SiB層分別形成於層疊薄膜中的每一者中的下側及上側上。在此情況下，如與第二實施例相比，有可能進一步抑制在供應第二製程氣體以執行氮化之第四步驟T34中的碳解離。另外，由於如此形成之氮化矽薄膜含有碳組份，所以第四實施例提供與在第一實施例中相同的效應。具體言之，在此情況下，即使薄膜形成溫度設定為(例如)550℃，其低於(例如)760℃之習知薄膜形成溫度，亦有可能減小薄膜相對於在對薄膜之表面執行之清潔製程或蝕刻製程中使用的稀氫氟酸之蝕刻速率。結果，薄膜不會因為清潔被過多蝕刻，且因此在對薄膜厚度具有高度可控制性之情況下執行清潔製程。另外，薄膜可充分地充當蝕刻擋止膜或層間絕緣薄膜。
<實驗1>
使用圖1中所示之裝置，根據第一實施例、第二實施例及第四實施例之薄膜形成方法中的一者形成SiBCN薄膜，且接著檢查如此形成之薄膜。為了比較，根據US 2006/205231 A1中揭示之一種薄膜形成方法形成SiBCN薄膜，及根據習知薄膜形成方法形成SiN薄膜，且接著檢查如此形成之薄膜中的每一者。在此實驗中，上述製程條件用作薄膜形成製程之參考，而將薄膜形成溫度設定為550℃，且將含有1%稀氫氟酸之溶液用作蝕刻溶液。
圖7為根據本發明之比較實例(揭示於US 2006/205231 A1中)之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖。在此情況下，交替執行同時供應第一製程氣體(在圖7中表示為DCS)、第三製程氣體(在圖7中表示為BCl3 )及第四製程氣體(在圖7中表示為C2 H4 )之步驟及僅供應第二製程氣體(在圖7中表示為NH3 )且包括以電漿激發氣體的期間之步驟，其間分別插入淨化步驟。
圖8為展示關於分別根據第一實施例、第二實施例及第四實施例之三個當前實例PE1、PE2及PE4及根據US 2006/205231 A1之方法的比較實例CE1及根據習知方法的比較實例CE2之薄膜之蝕刻速率的檢查結果之圖表。比較實例CE2(SiN薄膜(不含有碳))表現出0.499 nm/min之蝕刻速率，且由習知方法形成的不含有碳之SiBN薄膜表現出約1.7 nm/min之較高蝕刻速率(圖8中未展示)。另一方面，比較實例CE1(SiBCN薄膜)表現出0.580 nm/min之蝕刻速率，亦即，其低於1.7 nm/min，此歸因於薄膜中含有碳。三個當前實例PE1、PE2及PE4(SiBCN薄膜)分別表現出0.491 nm/min、0.438 nm/min及0.373 nm/min之蝕刻速率，其仍低於比較實例CE1(SiBCN薄膜)之0.580 nm/min及比較實例CE2(SiN薄膜(不含有碳))之0.499 nm/min。
如上所述，與根據US 2006/205231 A1之方法的比較實例CE1相比，分別根據第一實施例、第二實施例及第四實施例之三個當前實例PE1、PE2及PE4表現出改良的蝕刻速率。可將此結果之原因認為如下。具體言之，當將含有氨(NH3 )氣之第二製程氣體供應至吸附於晶圓W上之氮化物組份時，碳自晶圓解離。然而，根據此等實施例之配置可減少待在此步驟期間解離之碳的量，使得形成薄膜中之碳含量變高。
<第一實施例至第四實施例之共同事項>
如上所述，根據第一實施例至第四實施例之方法中的每一者根據一製程程式在主控制構件60之控制下執行。圖9為示意性地展示主控制構件60之結構之方塊圖。主控制構件60包括一CPU 210，其連接至一儲存構件212、一輸入構件214及一輸出構件216。儲存構件212儲存製程程式及製程配方。輸入構件214包括與操作者互動之輸入設備，諸如，鍵盤、指標設備及儲存媒體驅動機。輸出構件216輸出用於控制處理裝置之組件的控制信號。圖9亦展示以可移除狀態附著至電腦之儲存媒體218。
可將根據第一實施例至第四實施例之方法中的每一者作為用於在處理器上執行之程式指令而寫入至待應用至半導體處理裝置之一或多個電腦可讀儲存媒體中。或者，此種類之程式指令可藉由一或多個通信媒體來加以傳輸且藉此應用至半導體處理裝置。該或該等儲存媒體之實例為磁碟(軟性碟、硬碟(其之代表為包括於儲存構件212中之硬碟)等)、光碟(CD、DVD等)、磁光碟(MO等)及半導體記憶體。一用於控制半導體處理裝置之操作的電腦讀取儲存於該或該等儲存媒體中之程式指令，且在處理器上執行該等程式指令，藉此如上所述執行一對應方法。
在上述實施例中，舉例而言，將用於產生薄膜形成裝置2之電漿的激發構件66與製程容器4整體地組合。或者，可將激發構件66相對於製程容器4單獨配置，使得在製程容器4外部激發NH3 氣體(所謂的遠端電漿)，且接著將激發之NH3 氣體供應至製程容器4內。另外，可供應未經活化之NH3 氣體，但在此情況下，需要在某種程度上增加製程溫度以補償歸因於未使用電漿之能量減少。
在上述實施例中，舉例而言，第一製程氣體含有作為矽烷族氣體之DCS氣體。在此方面，矽烷族氣體可為選自由二氯矽烷(DCS)、六氯二矽烷(HCD)、單矽烷(SiH4 )、二矽烷(Si2 Cl6 )、六甲基－二矽氮烷(HMDS)、四氯矽烷(TCS)、二矽烷基胺(DSA)、三矽烷基胺(TSA)、雙第三丁基胺基矽烷(BTBAS)組成之群中的一或多個氣體。
在上述實施例中，第二製程氣體含有氮化氣體，其可為NH3 氣體或N2 氣體。在將本發明應用於基於氮氧化矽之薄膜之形成的情況下，可使用氮氧化氣體(諸如，氧化二氮(N2 O)或氧化氮(NO))代替氮化氣體。在此情況下，待形成之薄膜為基於含有氧(O)之氮氧化矽之薄膜。
在上述實施例中，舉例而言，第三製程氣體含有作為含硼氣體之BCl3 。在此方面，含硼氣體可為選自由BCl3 、B2 H6 、BF3 及B(CH3 )3 組成之群的一或多個氣體。
在上述實施例中，舉例而言，第四製程氣體含有作為碳氫化物氣體之乙烯氣體。在此方面，碳氫化物氣體可為選自由乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷及丁烷組成之群中的一或多個氣體。
目標基板不限於半導體晶圓，且目標基板可為另一基板，諸如，LCD基板或玻璃基板。
對於熟習此項技術者而言，將易於瞭解額外優勢及修改。因此，本發明在其較廣泛態樣中並不限於本文中展示且描述之具體細節及代表性實施例。因此，在不背離如由隨附申請專利範圍及其等效內容所界定之總體發明性概念的精神或範疇之情況下可進行各種修改。
2．．．薄膜形成裝置
4．．．製程容器
5．．．製程場
6．．．石英頂板
8．．．歧管
10．．．密封部件
12．．．晶圓載舟
12A．．．支柱
14．．．熱絕緣圓柱
16．．．台
18．．．蓋
20．．．旋轉軸
22．．．磁性流體密封件
24．．．密封部件
25．．．升降機構
26．．．臂
28．．．第二製程氣體供應線路
28S．．．氣體源
30．．．第一製程氣體供應線路
30S．．．氣體源
32．．．第三製程氣體供應線路
32S．．．氣體源
34．．．第四製程氣體供應線路
34S．．．氣體源
36．．．淨化氣體供應線路
36S．．．氣體源
38．．．氣體分配噴嘴
38A．．．氣體噴孔
40．．．氣體分配噴嘴
40A．．．氣體噴孔
42．．．氣體分配噴嘴
42A．．．氣體噴孔
44．．．氣體分配噴嘴
44A．．．氣體噴孔
46．．．短氣體噴嘴
48．．．氣體供應管線
48A．．．開關閥
48B．．．流動速率控制器
50．．．氣體供應管線
50A．．．開關閥
50B．．．流動速率控制器
52．．．氣體供應管線
52A．．．開關閥
52B．．．流動速率控制器
54．．．氣體供應管線
54A．．．開關閥
54B．．．流動速率控制器
56．．．氣體供應管線
56A．．．開關閥
56B．．．流動速率控制器
60．．．主控制構件
66．．．氣體激發構件
68．．．排氣埠
70．．．開口
72．．．石英蓋
74．．．電極
76．．．RF(射頻)電源
78．．．饋線
80．．．絕緣保護層
82．．．排氣埠覆蓋部件
84．．．氣體出口
86．．．加熱器
210．．．CPU
212．．．儲存構件
214．．．輸入構件
216．．．輸出構件
218．．．儲存媒體
CE1．．．比較實例
CE2．．．比較實例
GE．．．真空排氣系統
PE1．．．當前實例
PE2．．．當前實例
PE4．．．當前實例
PS．．．電漿產生區域
T1．．．第一實施例之第一步驟
T2．．．第一實施例之第二步驟
T3．．．第一實施例之第三步驟
T4．．．第一實施例之第四步驟
T4b．．．子步驟
T5．．．第一實施例之第五步驟
T11．．．第二實施例之第一步驟
T12．．．第二實施例之第二步驟
T13．．．第二實施例之第三步驟
T14．．．第二實施例之第四步驟
T15．．．第二實施例之第五步驟
T21．．．第三實施例之第一步驟
T22．．．第三實施例之第二步驟
T23．．．第三實施例之第三步驟
T24．．．第三實施例之第四步驟
T25．．．第三實施例之第五步驟
T31．．．第四實施例之第一步驟
T32．．．第四實施例之第二步驟
T33．．．第四實施例之第三步驟
T34．．．第四實施例之第四步驟
T35．．．第四實施例之第五步驟
W．．．半導體晶圓
△t．．．預定時間
圖1為展示根據本發明之一實施例之薄膜形成裝置(垂直CVD裝置)之截面圖；圖2為展示圖1中所示之裝置之部分之截面平面圖；圖3(A)至圖3(E)為根據本發明之第一實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖；圖4(A)至圖4(E)為根據本發明之第二實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖；圖5(A)至圖5(E)為根據本發明之第三實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖；圖6(A)至圖6(E)為根據本發明之第四實施例之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖；圖7(A)至圖7(E)為根據本發明之比較實例(揭示於US 2006/205231 A1中)之薄膜形成方法的氣體供應及RF(射頻)施加之時序圖；圖8為展示關於分別根據第一實施例、第二實施例及第四實施例之三個當前實例PE1、PE2及PE4及兩個比較實例CE1及CE2之薄膜之蝕刻速率的檢查結果之圖表；及圖9為示意性地展示主控制構件之結構的方塊圖。
2．．．薄膜形成裝置
4．．．製程容器
5．．．製程場
6．．．石英頂板
8．．．歧管
10．．．密封部件
12．．．晶圓載舟
12A．．．支柱
14．．．熱絕緣圓柱
16．．．台
18．．．蓋
20．．．旋轉軸
22．．．磁性流體密封件
24．．．密封部件
25．．．升降機構
26．．．臂
28．．．第二製程氣體供應線路
28S．．．氣體源
30．．．第一製程氣體供應線路
30S．．．氣體源
32．．．第三製程氣體供應線路
32S．．．氣體源
34．．．第四製程氣體供應線路
34S．．．氣體源
36．．．淨化氣體供應線路
36S．．．氣體源
38．．．氣體分配噴嘴
38A．．．氣體噴孔
40．．．氣體分配噴嘴
40A．．．氣體噴孔
42．．．氣體分配噴嘴
44．．．氣體分配噴嘴
46．．．短氣體噴嘴
48．．．氣體供應管線
48A．．．開關閥
48B．．．流動速率控制器
50．．．氣體供應管線
50A．．．開關閥
50B．．．流動速率控制器
52．．．氣體供應管線
52A．．．開關閥
52B．．．流動速率控制器
54．．．氣體供應管線
54A．．．開關閥
54B．．．流動速率控制器
56．．．氣體供應管線
56A．．．開關閥
56B．．．流動速率控制器
60．．．主控制構件
66．．．氣體激發構件
68．．．排氣埠
70．．．開口
72．．．石英蓋
74．．．電極
76．．．RF(射頻)電源
78．．．饋線
80．．．絕緣保護層
82．．．排氣埠覆蓋部件
84．．．氣體出口
86．．．加熱器
212．．．儲存構件
GE．．．真空排氣系統
W．．．半導體晶圓

Claims (20)

  1. 一種在製程場中藉由CVD在目標基板上形成摻雜有硼之氮碳化矽(SiBCN)之絕緣薄膜之半導體製程用薄膜形成方法，該製程場經組態以選擇性地被供應有矽源氣體、氮化氣體、含硼氣體及碳氫化物氣體，該方法經配置以執行複數個循環，以層疊分別由該等循環所形成之薄膜，藉此形成具有一預定厚度之該絕緣薄膜，該等循環中的每一者交替地包含：吸附步驟，其在不供應該氮化氣體至該製程場之情況下，供應該矽源氣體、該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場，藉此在該目標基板之表面上形成吸附層，該吸附層包含來自吸附步驟中供應之氣體之成分；第一淨化(purge)步驟，其不供應上述矽源氣體、氮化氣體、含硼氣體及碳氫化物氣體至該製程場而自該製程場排出氣體；氮化步驟，其在不供應該矽源氣體、該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場之情況下，供應該氮化氣體至該製程場；及第二淨化步驟，其不供應該矽源氣體、該氮化氣體、該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場而自該製程場排出氣體；其中，該吸附步驟依時序包含：在不供應該碳氫化物氣體至該製程場之情況下供應該含硼氣體至該製程場之硼供應期間，及在不供應該含硼氣體至該製程場之情況 下供應該碳氫化物氣體至該製程場之碳供應期間；藉此避免同時供應該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場。
  2. 如請求項1之方法，其中該硼供應期間及該碳供應期間中之一者經配置以供應該矽源氣體至該製程場，另一者經配置以不供應該矽源氣體至該製程場。
  3. 如請求項1之方法，其中該硼供應期間及該碳供應期間皆經配置以供應該矽源氣體至該製程場。
  4. 如請求項1之方法，其中該硼供應期間及該碳供應期間為連續，以使該含硼氣體及該碳氫化物氣體中之一先前氣體之供應停止與該含硼氣體及該碳氫化物氣體中之另一後續氣體之供應開始基本上同時發生。
  5. 如請求項1之方法，其中該等循環中的每一者經配置以在該吸附步驟、該第一淨化步驟、該氮化步驟及該第二淨化步驟之過程中連續自該製程場排出氣體。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一淨化步驟與該第二淨化步驟之每一者包含一供應一淨化氣體至該製程場之期間。
  7. 如請求項1之方法，其中該氮化步驟包含一激發期間，其在藉由一激發機構來激發該氮化氣體時，將該氮化氣體供應至該製程場。
  8. 如請求項7之方法，其中該氮化步驟在該激發期間之前進而包含一將該氮化氣體供應至該製程場但不藉由該激發機構來激發該氮化氣體之期間。
  9. 如請求項1之方法，其中該吸附步驟及該氮化步驟中的每一者經配置以將該製程場之溫度設定為300℃至700℃。
  10. 如請求項1之方法，其中該吸附步驟及該氮化步驟中的每一者經配置以將該製程場之壓力設定為13Pa(0.1Torr)至13,300Pa(100Torr)。
  11. 如請求項1之方法，其中該矽源氣體含有選自由二氯矽烷、六氯二矽烷、單矽烷、二矽烷、六甲基二矽氮烷、四氯矽烷、二矽烷基胺、三矽烷基胺及雙第三丁基胺基矽烷所組成之群的至少一種氣體；且該氮化氣體為氨氣。
  12. 如請求項11之方法，其中該含硼氣體含有選自由BCl3、B2H6、BF3及B(CH3)3所組成之群的至少一種氣體。
  13. 如請求項11之方法，其中該碳氫化物氣體含有選自由乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷及丁烷所組成之群的至少一種氣體。
  14. 如請求項1之方法，其中該製程場經組態以容納在一垂直方向上被以特定間隔支撐於一支撐部件上之複數個目標基板。
  15. 如請求項1之方法，其中該硼供應期間在該碳供應期間之後。
  16. 如請求項1之方法，其中該氮化氣體為氨氣，且該碳氫化物為乙烯氣體。
  17. 如請求項1之方法，其中該含硼氣體為BCl3氣體。
  18. 一種在製程場中藉由CVD在目標基板上形成摻雜有硼之氮碳化矽(SiBCN)之絕緣薄膜之半導體製程用薄膜形成方法，該製程場經組態以選擇性地被供應有矽源氣體、氮化氣體、含硼氣體及碳氫化物氣體，該方法經配置以執行複數個循環，以層疊分別由該等循環所形成之薄膜，藉此形成具有一預定厚度之該絕緣薄膜，該等循環中的每一者交替地包含：吸附步驟，其在不供應該氮化氣體至該製程場之情況下，供應該矽源氣體、該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場，藉此在該目標基板之表面上形成吸附層，該吸附層包含來自吸附步驟中供應之氣體之成分；第一淨化步驟，其不供應該矽源氣體、該氮化氣體、該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場而自該製程場排出氣體；氮化步驟，其在不供應該矽源氣體、該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場之情況下，供應該氮化氣體至該製程場；及第二淨化步驟，其不供應該矽源氣體、該氮化氣體、該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場而自該製程場排出氣體；其中，該吸附步驟包含在整個該吸附步驟連續供應該矽源氣體至該製程場；且在時序上依序包含在不供應該含硼氣體至該製程場之情況下供應該碳氫化物氣體自該製程場之該碳供應期間，及在不供應該碳氫化物氣體至 該製程場之情況下供應該含硼氣體之硼供應期間，藉以避免同時供應該含硼氣體及該碳氫化物氣體至該製程場。
  19. 如請求項18之方法，其中該氮化步驟包含一激發期間，其在藉由一激發機構來激發該氮化氣體時，將該氮化氣體供應至該製程場。
  20. 如請求項18之方法，其中該吸附步驟及該氮化步驟中的每一者經配置以將該製程場之溫度設定為300℃至700℃，且壓力設定為13Pa(0.1Torr)至13,300Pa(100Torr)。
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