TWI577823B - 矽膜之成膜方法及成膜裝置 - Google Patents

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Description

矽膜之成膜方法及成膜裝置 【關連出願文獻】
本發明係根據2012年12月27日提出申請的日本專利申請第2012-285702號之優先權，而將該日本申請案的所有內容，作為參考文獻並引用至此。
本發明係關於一種矽膜的成膜方法及成膜裝置。
矽(例如非晶矽)被使用於半導體積體電路裝置之接觸孔、線路的填埋，及用以形成元件或構造的薄膜材料。以往，作為該非晶矽的成膜方法中，具有下述形成該非晶矽膜的方法：使單矽烷在400~600℃熱分解而形成非晶矽膜的方法、二矽烷則是在400~500℃分解、三矽烷係在350~450℃分解、四矽烷係在300~400℃分解。
然而，若以非晶矽填入朝向細微化邁進的接觸孔及配線，成膜後的非晶矽在接觸孔部的表面覆蓋率較差，並產生大的孔隙(Void)。若在接觸孔或線內產生較大的孔隙，則成為例如，引起電阻值增大的主要原因之一。而非晶矽膜的表面粗糙度之精度不良，亦為其主要原因。
於是，為了改善非晶矽膜的表面粗糙度的精度，此處揭示了一種非晶矽膜之成膜方法，係在形成非晶矽膜之前，將胺基矽烷系氣體供給至基底層表面上，而在基底層表面上預先形成晶種層。
然而，近年來，在要求改善矽膜(例如非晶矽膜)的表面粗糙度之精度的同時，對於使其更加薄化的要求，亦越來越嚴苛。
上述的成膜方法中，雖可達成改善表面粗糙度之精度的目的，但考慮到更加薄膜化之要求的情況，則具有下述問題：在2nm等級左右容易產生孔洞，而使得2nm等級以下的薄膜化變得更加困難。
本發明提供一種矽膜之成膜方法及成膜裝置，可對於更加薄化的要求有所對應，並可改善表面粗糙度之精度。
本發明之第1態樣之矽膜之成膜方法，係在基底層上形成含有矽膜的膜，包含：(1)加熱該基底層，並將胺基矽烷系氣體供給至該經加熱的基底層表面上，以在該基底層表面上形成晶種層的步驟；(2)加熱該基底層，將不含胺基的矽烷系氣體供給至該經加熱的基底層表面之晶種層上，以在該晶種層上形成矽膜的步驟；該步驟(1)所使用的該胺基矽烷系氣體，係該胺基矽烷系氣體之分子式中含有兩個矽以上者。
本發明之第2態樣的成膜裝置，係使矽膜形成於基底層上之成膜裝置，包含：處理室，收納具有基底層的被處理體，該基底層上形成有該矽膜；處理氣體供給機構，將用於處理的氣體供給至該處理室內；加熱裝置，將收納於該處理室內的該被處理體加熱；排氣機構，使該處理室內排氣；及 控制器，控制該處理氣體供給機構、該加熱裝置及該排氣機構；該控制器，係以進行上述第1態樣之步驟(1)及步驟(2)的方式，控制該處理氣體供給機構、該加熱裝置及該排氣機構。
1‧‧‧矽基板
2‧‧‧晶種層
3‧‧‧矽膜
100‧‧‧成膜裝置
101‧‧‧處理室
102‧‧‧頂板
103‧‧‧分流室
104‧‧‧密封構件
105‧‧‧晶圓載具
106‧‧‧支柱
107‧‧‧保溫筒
108‧‧‧平台
109‧‧‧蓋部
110‧‧‧旋轉軸
111‧‧‧磁性流體密封構件
112‧‧‧密封構件
113‧‧‧手臂
114‧‧‧處理氣體供給機構
115‧‧‧惰性氣體供給機構
117a‧‧‧胺基矽烷系氣體供給源
117b‧‧‧矽烷系氣體供給源
120‧‧‧惰性氣體供給源
121a~121c‧‧‧流量控制器
122a~122c‧‧‧開閉閥
123a~123b‧‧‧分散噴嘴
124‧‧‧氣體吐出孔
128‧‧‧噴嘴
129‧‧‧排氣口
130‧‧‧排氣口蓋
131‧‧‧氣體出口
132‧‧‧排氣機構
133‧‧‧加熱裝置
150‧‧‧控制器
151‧‧‧使用者介面
152‧‧‧儲存部
S1、S2‧‧‧步驟
添附的圖式係本發明之實施態樣，其作為本說明書的一部分，藉由該等圖式、上述一般說明及後述實施態樣的詳細說明，一同說明本發明之概念。
【圖1】係顯示本發明之第1實施態樣的矽膜之成膜方法其程序之一例的流程圖。
【圖2】(A)~(C)係概略顯示半導體基板在程序中之狀態的剖面圖。
【圖3】係顯示處理時間與矽膜之膜厚的關係圖。
【圖4】係顯示因為晶種層成長，而使膜厚增加之態樣的剖面圖。
【圖5】係顯示堆積時間與矽膜之膜厚的關係圖。
【圖6】係顯示縮短成膜時間之膜厚的態樣的剖面圖。
【圖7】係代替圖式的影像，其顯示矽膜表面之二次電子影像。
【圖8】係顯示堆積時間與矽膜之膜厚的關係圖。
【圖9】係概略顯示可進行本發明之第1實施態樣的矽膜之成膜方法的成膜裝置之一例的剖面圖。
以下，參照圖式說明本發明之實施態樣。以下的詳細說明中，為了能充分理解本發明，敘述許多具體細節。然而，顯而易見地，即使沒有這樣的詳細說明，本領域技術人員亦可實現本發明。而在其他的例中，為了避免使各種實施態樣難以理解，故並未詳盡表示為人所知的方法、順序、系統及構成要件。又，所有圖式中，對於共通的部分，皆附上共通的參照符號。
(第1實施態樣) <說明書中的定義>
本說明書中，記載為非晶矽的情況，並非僅意指非晶矽，該用語的定義，係包含可達到本說明書所揭示的表面粗糙度之精度的奈米結晶矽(其中包括了非晶至奈米尺寸的晶粒)，以及上述非晶矽與上述奈米結晶矽混合存在的矽。
另外，本說明書中，將1Torr定義成133Pa。
<成膜方法>
圖1係顯示本發明之第1實施態樣的矽膜之成膜方法其程序之一例的流程圖，圖2A~圖2C係概略顯示半導體基板在程序中之狀態的剖面圖。
首先，將如圖2A所示的半導體基板，例如，矽基板1，搬入成膜裝置的處理室。本例中，形成有矽膜的基底層，為矽基板1，或是成長於矽基板1表面的自然氧化膜(圖中未顯示)。其他的實施態樣中，基底層可為含矽之物質，例如，矽膜(包含矽基板)，亦可為氧化矽膜(包含自然氧化膜、熱氧化膜及化學氣相沉積膜)，亦可為氮化矽膜。其他的實施態樣中，亦可為含矽之物質以外的金屬膜。
接著，如圖1及圖2B所示，於矽基板(基底層)1的表面上，形成晶種層2。本例中，將矽基板(基底層)1加熱，並對經加熱的矽基板1的表面，供給分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體。藉此，於矽基板(基底層)1的表面上形成晶種層2(步驟S1)。
作為分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體，可舉例如：以((R1R2)N)nSiXH2X+2-n-m(R3)m...(A)，或是((R1R2)N)nSiXH2X-n-m(R3)m...(B)之化學式所表示的矽的胺基化合物；其中，上述(A)及上述(B)式中， n為胺基的數量，係1~6的自然數；m為烷基的數量，係0或1~5中的任一自然數；R1、R2、R3=CH3、C2H5、C3H7，R1=R2=R3，或是亦可不同，且亦可為R3=Cl；X為2以上的自然數。
接著，可將包含上述(A)式及上述(B)式所表示的矽的胺基化合物中之至少一種的氣體，選擇為步驟S1中的處理氣體。
作為上述(A)式所表示的矽的胺基化合物，可舉例如：二異丙胺基二矽烷(Si2H5N(iPr)2)、二異丙胺基三矽烷(Si3H7N(iPr)2)、二異丙胺基二氯矽烷(Si2H4ClN(iPr)2)、二異丙胺基三氯矽烷(Si3H6ClN(iPr)2)等。
另外，作為上述(B)式所表示的矽的胺基化合物，可舉例如：二異丙胺基環二矽烷(Si2H3N(iPr)2)、二異丙胺基環三矽烷(Si3H5N(iPr)2)、二異丙胺基二氯環二矽烷(Si2H2ClN(iPr)2)、二異丙胺基二氯環三矽烷(Si3H4ClN(iPr)2)等。
本例中，使用以上述(A)式所表示的二異丙胺基二矽烷(DIPADS)。
步驟S1中的處理條件的一例如下所述：DIPADS流量：200sccm
處理時間：1分鐘
處理溫度：350℃
處理壓力：133Pa(1Torr)。
接著，如圖1及圖2C所示，於晶種層2上形成矽膜3。本例中，加熱 矽基板(基底層)1，並對晶種層2的表面(其形成於經加熱的矽基板1之表面)，供給不含胺基的矽烷系氣體。藉此，在晶種層2上形成矽膜3(步驟S2)。又，本例中矽膜3為非晶矽膜。
作為不含胺基的矽烷系氣體的例，可舉例如：以SiXH2X+2(其中，X為1以上的自然數)...(C)，或是SiXH2X(其中，X為1以上的自然數)...(D)的化學式所表示的矽的氫化物。
接著，可將包含上述(C)式及上述(D)式所表示的矽的氫化物中至少一種的氣體，選為步驟S2中的處理氣體(矽原料氣體)。
作為上述(C)式所表示的矽的氫化物，可舉例如：單矽烷(SiH4)、二矽烷(Si2H6)、三矽烷(Si3H8)、四矽烷(Si4H10)、五矽烷(Si5H12)、六矽烷(Si6H14)、七矽烷(Si7H16)。
另外，作為上述(D)式所表示的矽的氫化物，可舉例如：環矽烷(SiH2)、環二矽烷(Si2H4)、環三矽烷(Si3H6)、環四矽烷(Si4H8)、環五矽烷(Si5H10)、環六矽烷(Si6H12)、環七矽烷(Si7H14)。
然而，考量到將分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體，與不含 胺基的矽烷系氣體組合的情況，宜為易於在使分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體熱分解之溫度附近，進行熱分解的單矽烷(SiH4)、二矽烷(Si2H6)。
本例中，使用上述(C)式所表示的Si2H6。
步驟S2中的處理條件的一例如下所述：
Si2H6流量；300sccm
堆積時間：40分鐘
堆積溫度：400℃
堆積壓力：133Pa(1Torr)。
如此，根據第1實施態樣的矽膜之成膜方法，將分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體供給至經加熱的矽基板(基底層)1的表面，而形成晶種層2之後，將不含胺基的矽烷系氣體供給至形成於經加熱的矽基板1之表面的晶種層2上，並藉由使該不含胺基的矽烷系氣體進行例如熱分解，而在晶種層2上形成矽膜3(例如非晶的矽膜3)。
首先，第1實施態樣的矽膜3的優點，係藉由分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體形成晶種層2，並使不含胺基的矽烷系氣體熱分解，以在該晶種層2上形成矽膜3。因此，與未形成晶種層2，僅使不含胺基的矽烷系氣體熱分解而形成之矽膜相比，可縮短矽膜3的成膜時間，並改善非晶矽膜3的表面粗糙度。非晶矽膜的表面粗糙度，與非晶矽膜的成膜時間有關。亦即，成膜時間越長，核的尺寸越容易不平均，而對於在成核之後開始堆積的非晶矽膜的表面粗糙度之精度有所影響。因此，非晶矽膜的成膜時間越短，則越能改善非晶矽膜的表面粗糙度之精度。
<晶種層形成時的處理溫度與成膜時間的關係>
更進一步，第1實施態樣中，以矽膜3的更加薄化為目標。因此，更考量到晶種層2形成時的處理溫度。亦即，對於藉由形成晶種層2而使成膜時間縮短的效果，與處理溫度的關係進行研究。
為了使矽膜3更加薄化，亦必須使形成於其下的晶種層2之厚度，極接近單原子層等級。此處推論，若處理溫度，在因為形成晶種層2而有效地縮短成膜時間的溫度帶中，且在晶種層2開始化學氣相沉積成長的臨界溫度以下，則晶種層2的厚度可接近單原子層。
圖3係顯示處理時間與矽膜之膜厚的關係圖。
將下述條件作為步驟S1、S2的處理條件，而得到圖3所示的結果。
(步驟S1)
DIPADS流量：200sccm
處理時間：分別以1分鐘及10分鐘測定2次
處理溫度：400℃、375℃、350℃、300℃、275℃
處理壓力：133Pa(1Torr)
(步驟S2)
Si2H6流量：300sccm
堆積時間：40分鐘
堆積溫度：400℃
堆積壓力：133Pa(1Torr)。
(1)步驟S1：處理溫度400℃，處理時間1分鐘、10分鐘
在處理時間1分鐘與10分鐘之間，觀測到矽膜3的膜厚增加約4nm(參照圖中標記□之處)。
(2)步驟S1：處理溫度375℃，處理時間1分鐘、10分鐘
在處理時間1分鐘與10分鐘之間，觀測到矽膜3的膜厚增加約2.2nm(參照圖中標記△之處)。
(3)步驟S1：處理溫度350℃，處理時間1分鐘、10分鐘
在處理時間1分鐘與10分鐘之間，觀測到約0.7nm的矽膜3的膜厚增加(參照圖中標記▽處)。
(4)步驟S1：處理溫度300℃，處理時間1分鐘、10分鐘
在處理時間1分鐘與10分鐘之間，觀測到矽膜3的膜厚增加約0.5nm(參照圖中標記◇之處)。
(5)步驟S1：處理溫度275℃，處理時間1分鐘，10分鐘
在處理時間1分鐘與10分鐘之間，未觀測到矽膜3的膜厚增加(參照圖中標記●之處)。
如此，在使用DIPADS作為處理氣體的情況下，處理溫度275℃中，未觀測到矽膜3的膜厚增加，從此點來看，可認為是矽基板1的表面上未形成晶種層2。另外，處理溫度300℃中，觀測到矽膜3的膜厚增加，從此點來看，可認為是在處理溫度300℃附近，開始形成晶種層2。簡單來說，若如圖4所示，假設矽膜3的膜厚並不會因為晶種層2的有無而有所改變，則可將觀測到新產生的晶種層2的部分，視為矽膜3的膜厚增加。
更進一步，若試著將處理溫度300℃與350℃相比，在350℃的情況中，矽膜3的膜厚增加。亦即，相較於處理溫度300℃，於處理溫度為350℃的情況中，矽膜3的成膜時間縮短。詳細而言，如圖5所示，若成膜時間Tinc縮短，則矽膜3開始堆積的時間提早。因此，若以相同堆積時間進行堆積，則成膜時間Tinc較短的一方，其進行堆積的時間較長。因此，如圖6所示，堆積時間較長的一方，矽膜3的膜厚增加。從此點來看，可認為是膜厚在處理溫度350℃之下增加的量，多於膜厚在處理溫度300℃之下增加的量，故處理溫度350℃中的成膜時間，比處理溫度300℃中的成膜時間更短。此情況亦可適用於處理溫度為375℃、400℃的情況。
從該等的結果來看，在以矽膜3的更加薄化為目標的情況中，步驟S1的處理溫度宜為300~350℃。處理溫度為375~400℃，雖亦可藉由縮短矽 膜3的堆積(即步驟S2的堆積)時間，而謀求矽膜3的更加薄化，但如圖3所示的結果所明確顯示，即使是步驟S1的處理時間為1分鐘的情況，在處理溫度300~350℃與375~400℃之間，亦產生了0.5~1nm的膜厚差。從此點來看，在以矽膜3的更加薄化為目標的情況中，步驟S1的處理溫度宜為300℃以上350℃以下。
<矽膜3的表面觀察>
接著，說明使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察矽膜3的表面的結果。
圖7係顯示以影像代替圖式，其為矽膜表面的二次電子影像。
圖7中，顯示了對步驟S1使用下述兩種用以形成晶種層2的處理氣體進行觀察的結果：
(1)分子式中僅含一個矽的胺基矽烷系氣體
(2)分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體。
作為分子式中僅含一個矽的胺基矽烷系氣體，可使用二異丙胺基矽烷(DIPAS：SiH3N(iPr)2)，而作為分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體，可使用二異丙胺基二矽烷(DIPADS：Si2H5N(iPr)2)。
將以下的條件作為步驟S1、S2的處理條件，而得到圖7所示的結果。
<(1)分子式中僅含一個矽的胺基矽烷系氣體>
此情況的處理條件如下所述。
(步驟S1)
DIPAS流量：200sccm
處理時間：1分鐘
處理溫度：400℃
處理壓力：133Pa(1Torr)
(步驟S2)
Si2H6流量：300sccm
堆積時間：12.0、14.4、20.9、24.2分鐘
堆積溫度：400℃
堆積壓力：133Pa(1Torr)。
<(2)分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體>
此情況的處理條件如下所述。
(步驟S1)
DIPADS流量：200sccm
處理時間：1分鐘
處理溫度：350℃
處理壓力：133Pa(1Torr)
(步驟S2)
Si2H6流量：300sccm
堆積時間：12.0、16.6、19.7、22.6分鐘
堆積溫度：400℃
堆積壓力：133Pa(ITorr)。
如圖7所示，步驟S1的處理氣體為(1)DIPAS的情況中，若步驟S2中的堆積時間縮短，形成之矽膜3的膜厚減少，則在孔洞(Pinhole)中產生膜厚為2nm等級的矽膜3。
對於這樣的結果，在如同第1實施態樣地以(2)DIPADS作為步驟S1之處理氣體的情況中，即使矽膜3的膜厚成為2nm等級，亦未觀測到其產生於孔洞(Pinhole)之中，而在膜厚為1nm等級時，稍微產生於孔中，進而可改善矽膜3的形成處理。
<矽膜3的成膜時間>
更進一步，從圖7所示的結果，可得知根據第1實施態樣，可更加縮短矽膜3的成膜時間。
圖8係顯示堆積時間與矽膜之膜厚的關係圖。
圖8中，以横軸為堆積時間，縱軸為矽膜3的膜厚，將圖7所示的結果製成圖表。如圖8所示，◇所表示的DIPADS，其成膜時間Tinc(DIPADS：線I)，相較於●所表示的DIPAS的成膜時間Tinc(DIPAS：線II)，具有縮短的傾向。
亦即，若使步驟S1中的處理氣體為分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體(例如DIPADS)，則亦可更加縮短形成於其上之矽膜3的成膜時間。
根據可將矽膜3的成膜時間更加縮短的第1實施態樣，與使用僅包含一個矽的胺基矽烷系氣體之情況相比，具有「可更加改善非晶矽膜之表面粗糙度的精度」優點。
如此，根據第1實施態樣的矽膜之成膜方法，可得到對於更加薄化的要求有所對應，且亦可改善表面粗糙度之精度的矽膜之成膜方法。
(第2實施態樣)
接著，以可實施本發明之第1實施態樣的矽膜之成膜方法的成膜裝置作為本發明之第2實施態樣，並進行說明。
<成膜裝置>
圖9係概略顯示本發明之第2實施態樣的成膜裝置的一例的剖面圖。
如圖9所示，成膜裝置100，具有下端開口的處理室101，其為有頂的圓筒狀。處理室101的整體，例如，係以石英所形成。處理室101內的頂部，設有石英製的頂板102。處理室101的下端開口部，例如，透過O型環等的密封構件104，與不銹鋼製的圓筒狀分流室103連結。
分流室103支持處理室101的下端。石英製晶圓載具105，可從分流室 103的下方，插入處理室內；該石英製晶圓載具105，可多段載置複數片(例如50~100片)的作為被處理體之半導體基板(本例中為矽基板1)。藉此將矽基板1收納於處理室101內。晶圓載具105具有複數支柱106，並成為以形成於支柱106的溝，支持複數片矽基板1的態樣。
晶圓載具105，透過石英製的保溫筒107載至於平台108上。平台108，被支持於旋轉軸110上，其貫通使分流室103的下端開口部開閉之例如不銹鋼製的蓋部109。旋轉軸110的貫通部上，設有例如，磁性流體密封構件111，其可氣密地密封旋轉軸110，並以可旋轉的方式支持旋轉軸110。蓋部109的邊緣部分與分流室103的下端部之間，插設有例如，以O型環所構成的密封構件112。藉此可保持處理室101內的密封性。旋轉軸110，安裝於例如，手臂113的前端，而該手臂113被載具升降器等的升降機構(圖中未顯示)所支持。藉此，晶圓載具105及蓋部109等，可一起升降，而插入或離開處理室101內。
成膜裝置100，具有：處理氣體供給機構114，對處理室101內供給用於處理的氣體；及惰性氣體供給機構115，對處理室101內供給惰性氣體。
本例的處理氣體供給機構114，包含分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體供給源117a(以下簡稱為胺基矽烷系氣體供給源117a)，及不含胺基的矽烷系氣體供給源117b(以下簡稱為矽烷系氣體供給源117b)。另外，惰性氣體供給機構115，包含惰性氣體供給源120。分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體的一例為DIPADS，不含胺基的矽烷系氣體的一例為Si2H6。惰性氣體的一例為氮氣。惰性氣體則使用為吹淨氣體等。
胺基矽烷系氣體供給源117a，透過流量控制器121a及開閉閥122a，與分散噴嘴123a連接。同樣地，矽烷系氣體供給源117b，透過流量控制器121b及開閉閥122b，與分散噴嘴123b連接。
分散噴嘴123a、123b由石英管所構成，其往內側貫通分流室103的側 壁，並往上彎曲且垂直延伸。分散噴嘴123a、123b的垂直部分，以隔著既定間隔的方式，形成有複數氣體吐出孔124。藉此，可從氣體吐出孔124，在水平方向，朝向處理室101內，大致均勻地吐出各氣體。
惰性氣體供給源120，透過流量控制器121c及開閉閥122c，與噴嘴128連接。噴嘴128，貫通分流室103的側壁，並從其前端，在水平方向上朝向處理室101內吐出惰性氣體。
處理室101內，與分散噴嘴123a、123b相反側的部分，設有使處理室101內排氣的排氣口129。排氣口129，係藉由在上下方向上切除處理室101的側壁，而形成細長狀。與處理室101的排氣口129對應的部分，以熔接的方式，安裝有排氣口蓋130，其覆蓋排氣口129，且剖面形成狀。排氣口蓋130，沿著處理室101的側壁往上延伸，而在處理室101的上方，規制出氣體出口131。氣體出口131，與包含真空泵等的排氣機構132連接。排氣機構132，藉由使處理室101內排氣，使得用於處理之處理氣體的排氣，及處理室101內的壓力成為與處理對應的處理壓力。
處理室101的外周，設有筒體狀的加熱裝置133。加熱裝置133，在使供給至處理室101內的氣體活化的同時，將處理室101所收納的被處理體(本例中為矽基板1)加熱。
成膜裝置100的各部的控制，係藉由例如微處理器(電腦)所構成的控制器150進行。控制器150與使用者介面151連接，其係由操作者為了管理成膜裝置100，而進行輸入指令之操作等的觸控面板，及顯示成膜裝置100之運作狀況的面板等所構成。
控制部150與儲存部152連接。儲存部152儲存有：控制程式，用以在控制部150的控制之下，實現以成膜裝置100所進行的各種處理；及程式、即配方，與處理條件對應，使成膜裝置100的各構成部進行處理。配方，儲存於例如，儲存部152中的記憶媒體。記憶媒體，可為硬碟或半導 體記憶體，亦可為CD-ROM、DVD、快閃記憶體等的移動式裝置。另外，亦可從其他裝置，例如透過專用線路，適當地傳送配方。相應於需求，在來自使用者介面151的指示等之下，從儲存部152讀出配方，而控制部150根據所讀出的配方進行處理。成膜裝置100，在控制部150的控制之下，進行預期的處理。
本例中，在控制部150的控制之下，依序進行依照上述第1實施態樣之矽膜形成法的成膜處理。
藉由使用如圖9所示的成膜裝置100，可以一台成膜裝置實施上述第1實施態樣的矽膜之成膜方法。
另外，成膜裝置並不限於圖9所示的批次式，亦可為單片式的成膜裝置。
以上，雖依照實施態樣說明本發明，但本發明並不限於上述實施態樣，可進行各種變化。
例如，上述實施態樣中，雖具體例示了處理條件，但處理條件並不限於上述具體的例示。例如，可藉由具備下述構成，來改善矽膜3(例如非晶矽膜)的表面粗糙度：對經加熱的矽基板(基底層)1的表面，供給分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體，以在基底層的表面上形成晶種層2。之後，將不含胺基的矽烷系氣體供給至晶種層2上，並使不含胺基的矽烷系氣體，進行例如熱分解，藉此在晶種層2上形成矽膜3(例如非晶矽膜3)。
因此，處理條件，並不限於上述實施態樣所記載的具體例示，在不損及上述優點的情況下，矽基板1的大小當然可對應處理室101的容積變化等，而進行變更。
另外，上述實施態樣中所記載的成膜方法，可達成「矽膜3的更加薄 化，且更加改善矽膜3的表面粗糙度」之目的。因此，上述實施態樣所記載的成膜方法，可應用於朝向細微化邁進的電子製品之製造方法，例如，半導體裝置的製造製程，或平面顯示器的製造製程。
另外，若晶種層2變厚，則如上所述，包含晶種層2的矽膜3其膜厚增加。另外，晶種層2使矽核均勻產生。因此，晶種層2的厚度宜較薄。較佳的態樣，宜為單原子層等級的厚度。具體而言，晶種層2的厚度，宜為0.1nm以上0.3nm以下。
又，在上述實施態樣中，步驟S1的處理溫度為300℃，處理時間1分鐘、10分鐘的情況中，矽膜3的厚度大約增加0.5nm，亦可說是最大形成0.5nm的晶種層2。然而，若處理時間比10分鐘更短，則晶種層2的厚度可為0.1nm以上0.3nm以下。
另外，宜在不使分子式中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體分解的情況下，例如，將其吸附於矽基板(基底層)1上。例如，DIPADS在350℃以上的溫度熱分解。若胺基矽烷熱分解，則形成的膜中可能混入碳(C)、氮(N)等雜質。藉由不使胺基矽烷分解，而使其例如吸附於矽基板(基底層)1上，可得到「抑制形成的膜中混入雜質的情形」的這樣的優點。
另外，如上述實施態樣所說明地，以「使矽膜3更加薄化為目標」的觀點來看，晶種層2及矽膜3的總膜厚宜為2nm以下的有限值的厚度。
然而，如上所述，根據第1及第2實施態樣的矽膜形成法，具有「更加改善成膜時間，而其結果可使表面粗糙度的精度進一步提升」的優點。因此，亦適用於矽膜3之膜厚較厚的情況。例如，可使用於一般半導體裝置的製造中所使用的50nm以上100nm以下的矽膜3，亦可使用於膜厚比其更薄的，例如2nm以上50nm以下之範圍的厚度。
根據本發明，可提供一種矽膜之成膜方法及成膜裝置，期可對應更加薄化的要求，且改善表面粗糙度之精度。
另外，本發明只要在不脫離主旨的範圍內，可進行各種變化。
S1、S2‧‧‧步驟

Claims (9)

  1. 一種矽膜之成膜方法，係在基底層上形成含有矽膜的膜，包含：加熱該基底層，並將胺基矽烷系氣體供給至該經加熱的基底層表面上，以在該基底層表面上形成晶種層的步驟；加熱該基底層，將不含胺基的矽烷系氣體供給至該經加熱的基底層表面之晶種層上，以在該晶種層上形成矽膜的步驟；形成該晶種層之步驟所使用的該胺基矽烷系氣體的分子中，含有兩個以上的矽；該胺基矽烷系氣體的分子中含有兩個矽以上的胺基矽烷系氣體，可選自包含以下式所表示之矽的胺基化合物中至少一種的氣體：((R1R2)N)nSiXH2X-n-m(R3)m...(B)；其中，該(B)式中，n為胺基的數量，係1~6的自然數；m為烷基的數量，係0或1~5中的任一自然數；R1、R2、R3=CH3、C2H5、C3H7，R1=R2=R3，或是亦可不同，且亦可為R3=Cl；X為2以上的自然數；該(B)式所表示的胺基矽烷系氣體為：二異丙胺基環二矽烷(Si2H3N(iPr)2)、二異丙胺基環三矽烷(Si3H5N(iPr)2)、二異丙胺基二氯環二矽烷(Si2H2ClN(iPr)2)、二異丙胺基二氯環三矽烷(Si3H4ClN(iPr)2)。
  2. 如申請專利範圍第1項之矽膜之成膜方法，其中，該晶種層形成步驟中的該基底層的加熱溫度，低於矽膜形成步驟中的該基底層的加熱溫度；該晶種層形成步驟中，形成該晶種層的處理時間，比該矽膜形成步驟中，形成該矽膜的處理時間更短。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之矽膜之成膜方法，其中，該晶種層形成步驟中，該基底層的加熱溫度為300℃以上350℃以下。
  4. 如申請專利範圍第3項之矽膜之成膜方法，其中，該晶種層為單原子吸附層。
  5. 如申請專利範圍第4項之矽膜之成膜方法，其中，該晶種層及該矽膜的總膜厚，為2nm等級以下的有限值。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之矽膜之成膜方法，其中，該不含胺基的矽烷系氣體，係選自於包含以下式所表示的矽的氫化物中之至少一種的氣體：SiXH2X+2(其中，X為1以上的自然數)...(C)，或是SiXH2X(其中，X為1以上的自然數)...(D)。
  7. 如申請專利範圍第6項之矽膜之成膜方法，其中，以該(C)式所表示的矽的氫化物，係選自於下述化合物中至少一種：單矽烷(SiH4)、二矽烷(Si2H6)、三矽烷(Si3H8)、四矽烷(Si4H10)、五矽烷(Si5H12)、六矽烷(Si6H14)、七矽烷(Si7H16)。
  8. 如申請專利範圍第6項之矽膜之成膜方法，其中，以該(D)式所表示的矽的氫化物，係選自於下述化合物中至少一種：環矽烷(SiH2)、環二矽烷(Si2H4)、環三矽烷(Si3H6)、 環四矽烷(Si4H8)、環五矽烷(Si5H10)、環六矽烷(Si6H12)、環七矽烷(Si7H14)。
  9. 一種成膜裝置，可使矽膜形成於基底層上，包含：處理室，收納具有基底層的被處理體，該基底層上形成有該矽膜；處理氣體供給機構，將用於處理的氣體供給至該處理室內；加熱裝置，將收納於該處理室內的該被處理體加熱；排氣機構，使該處理室內排氣；及控制器，控制該處理氣體供給機構、該加熱裝置及該排氣機構，以進行申請專利範圍第1項之矽膜之成膜方法。
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