一種薄膜形成方法及原子層沉積裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用原子層沉積方法來形成含有氮化硅膜的薄膜的方法以及用于其的原子層沉積裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，半導(dǎo)體基板或玻璃等基片上沉積一定厚度的薄膜的方法包括:利用類似濺射(sputtering)的物理沖突的物理氣相沉積法PVD (physical vapor deposit1n);利用化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)氣相沉積法CVD (chemical vapor deposit1n)等。最近，半導(dǎo)體元件的設(shè)計規(guī)定(design rule)正不斷被細(xì)化，要求微細(xì)圖案的薄膜，且形成薄膜的區(qū)域段差增加。因此，由于該趨勢，因此可非常均勻地形成原子層厚度的微細(xì)圖案。
[0003]由于ALD工藝是利用源物質(zhì)的沉積氣體中所含有的氣體分子之間的化學(xué)反應(yīng)，因此，與通常的化學(xué)氣相沉積方法相似。但是，不同的是，通常的CVD工藝將多個沉積氣體同時注入到處理室中從而將發(fā)生的反應(yīng)生成物沉積在基板上，而ALD工藝是將含有一個源物質(zhì)的氣體注入到處理室中，從而將經(jīng)源物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)的生成物沉積在基板的表面上，具有差異性。該ALD工藝具有優(yōu)異的階段覆蓋特性，具有可形成雜質(zhì)含量較低的純薄膜的優(yōu)點，因此當(dāng)前備受矚目。
[0004]另一方面，現(xiàn)有的ALD工藝，使用反應(yīng)性較弱的源物質(zhì)或是溫度較低時，薄膜的質(zhì)量可能會下降。例如，在形成氮化硅膜(Si3N4)時，利用現(xiàn)有的低壓化學(xué)氣相沉積工藝，在600°C以上的高溫中形成薄膜，但是由于半導(dǎo)體元件的微細(xì)化以及工藝的低溫化等，在執(zhí)行特定的工藝中，不可能使用上述溫度，并且需要在較低的溫度下執(zhí)行工藝。但是，在低溫下，可能無法形成氮化硅膜或薄膜的質(zhì)量急劇下降。此外，由于較低的反應(yīng)，較難利用ALD工藝來形成氮化硅膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)目的
[0006]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種在低溫中形成高質(zhì)量的氮化硅膜的方法以及用于其的原子層沉積裝置。
[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)目的并不僅局限于如上所述的課題，通過以下記載本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可清楚地理解沒有提及的其它課題。
[0008]技術(shù)方案
[0009]為了實現(xiàn)上述的本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的實施例提供一種薄膜形成方法，包括:使用含有硅的硅前驅(qū)體物質(zhì)作為源氣體；使用經(jīng)等離子活化的氮氣作為反應(yīng)氣體；使用氮氣作為凈化氣體，并且按照源氣體、凈化氣體、反應(yīng)氣體、凈化氣體的順序來有序地提供氣體，形成氮化硅膜。
[0010]根據(jù)一個實施例，可使用硅烷胺(Silylamine)類物質(zhì)作為源氣體。在此，源氣體，以胺基為中心周圍配置有3個硅原子(Si)，且3個硅原子(Si)中的至少一個含有一個以上的胺基，且胺基中可以是含有一個以上的乙基(C2H5)或甲基(CH3)的結(jié)構(gòu)。例如，源氣體可使用雙[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺、雙[(二乙氨基)三甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺和三[(二乙氨基)三甲基硅烷基]胺中的任何一種物質(zhì)。
[0011]根據(jù)一個實施例，在形成氮化硅膜(Si3N4)中，在200-350°C下進(jìn)行。此外，源氣體、反應(yīng)氣體和凈化氣體被連續(xù)地噴射。
[0012]另一方面，為了實現(xiàn)上述的本發(fā)明的目的，根據(jù)本發(fā)明的實施例提供一種原子層沉積裝置，包括:處理室；基板支撐部，被構(gòu)造在處理室的內(nèi)部，并且安裝有多個基板；氣體噴射部，被構(gòu)造在處理室的內(nèi)部并在基板支撐部的上部，并且將源氣體、反應(yīng)氣體和凈化氣體噴射在多個基板上，并且各氣體被連續(xù)噴射，其中，使用含有硅的硅前驅(qū)體物質(zhì)作為所述源氣體，使用經(jīng)等離子活化的氮氣作為反應(yīng)氣體，使用氮氣作為凈化氣體，按照源氣體、凈化氣體、反應(yīng)氣體和凈化氣體的順序來有序地提供氣體，從而形成氮化硅膜(Si3N4)。
[0013]根據(jù)一個實施例，使用硅烷胺(Silylamine)類物質(zhì)作為源氣體。在此，源氣體以胺基為中心周圍配有3個硅原子(Si)，3個硅原子(Si)中的至少一個含有一個以上的胺基，胺基中可以是含有一個以上的乙基(C2H5)或甲基(CH3)的結(jié)構(gòu)。例如，源氣體可使用雙[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺、雙[(二乙氨基)三甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺和三[(二乙氨基)三甲基硅烷基]胺中的任何一種物質(zhì)。
[0014]根據(jù)一個實施例，氣體噴射部中具有使反應(yīng)氣體經(jīng)等離子被活化的等離子發(fā)生部。例如，等離子發(fā)生部可通過遠(yuǎn)程等離子(remote plasma)方式、電容親合等離子(Capacitively coupled plasma, CCP)方式和電感親合等離子(inductively coupledplasma，ICP)方式中的任何一種方式來執(zhí)行等離子化。
[0015]技術(shù)效果
[0016]本發(fā)明的多個實施例可具有以下說明的一個以上的效果。
[0017]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可使用經(jīng)等離子活化的氮氣，在低溫下形成高質(zhì)量的氮化娃膜(Si3N4)。
[0018]此外，可在半間歇方式的原子層沉積裝置中形成氮化硅膜。
[0019]此外，可提高工藝速度(Through-put) ο
【附圖說明】
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的原子層沉積裝置的示意圖。
[0021]圖2是示出雙[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺的分子結(jié)構(gòu)的示圖，圖3是雙[(二乙氨基)三甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺的分子結(jié)構(gòu)的示圖。
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄膜形成方法中，根據(jù)凈化氣體種類的每個周期的生長速率GPC (Growth Rate per Cycle)和濕法腐蝕速率WER(Wet Etch Rate)相比較的圖表。
[0023]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄膜形成方法中，根據(jù)反應(yīng)氣體種類的GPC和WER相比較的圖表。
[0024]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄膜形成方法中，根據(jù)源氣體種類的GPC、WER和均等度(Unif.)相比較的圖表。
【具體實施方式】
[0025]以下，通過示例性附圖對本發(fā)明的一部分實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。各附圖的結(jié)構(gòu)要素中添加有符號，應(yīng)注意的是，相同的結(jié)構(gòu)要素就算被表示在其它附圖中也具有相同的符號。此外，在說明本發(fā)明的實施例時，當(dāng)相關(guān)的已知結(jié)構(gòu)或功能的詳細(xì)說明被判斷為妨礙本發(fā)明實施例的理解時，該詳細(xì)說明被省略。
[0026]此外，在說明本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)要素時，可使用第1、第2、A、B、(a)、(b)等用語。該用語僅用于區(qū)別與該結(jié)構(gòu)要素不同的結(jié)構(gòu)要素，相關(guān)結(jié)構(gòu)要素的本質(zhì)、次序或順序并不因該用語而受到限制。當(dāng)記載為一些結(jié)構(gòu)要素與其他結(jié)構(gòu)要素“連接”、“結(jié)合”或“接入”時，雖然可理解為該結(jié)構(gòu)要素與其它結(jié)構(gòu)要素直接連接或接入，但也可理解為其它結(jié)構(gòu)要素被“連接”、“結(jié)合”、或“接入”在各結(jié)構(gòu)要素之間。
[0027]以下，參照圖1至圖6，針對根據(jù)本發(fā)明的實施例的原子層沉積裝置10和利用其的薄膜形成方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實施例的薄膜形成方法，其利用原子層沉積工藝來形成氮化硅膜(Si3N4)。首先，針對用于形成根據(jù)本實施例的薄膜的原子層沉積裝置10的一個例子進(jìn)行說明。根據(jù)本實施例的原子層沉積裝置10可使用半間歇方式(sem1-batch type)，針對多個基板I同時執(zhí)行沉積工藝。
[0029]在本實施例中，作為沉積對象的基板I可以是娃晶片(silicon wafer)。但是，本發(fā)明的對象并不局限于硅晶片，基板I也可以是類似于液晶顯示、等離子顯示板的作為顯示裝置的含有玻璃的透明基板。此外，基板I的形狀和大小并不局限于附圖，其也可以是圓形和方形等實質(zhì)性的多種形狀和大小。
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的原子層沉積裝置10的示意圖。
[0031]參照圖1，原子層沉積裝置10包括以下結(jié)構(gòu):處理室11 ;基板支撐部12，安裝有多個基板I ;氣體噴射部13，用來將氣體噴射在基板I上。此外，用于構(gòu)成原子層沉積裝置10的處理室11、基板支撐部12以及氣體噴射部13等的詳細(xì)技術(shù)結(jié)構(gòu)可通過已知的技術(shù)被理解，在此省略詳細(xì)的說明，僅對主要結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行簡單地說明。
[0032]氣體噴射部13將源氣體、反應(yīng)氣體以及凈化氣體噴射至處理室11內(nèi)部，并且被劃分出噴射有各氣體的多個區(qū)域。例如，氣體噴射部13可包括4個區(qū)域:噴射有源氣體的區(qū)域(以下稱“源區(qū)域”)、噴射有反應(yīng)氣體的區(qū)域(以下稱“反應(yīng)區(qū)域”)以及配置在上述兩個區(qū)域之間的2個噴射有凈化氣體的區(qū)域(以下稱“第I凈化區(qū)域和第2凈化區(qū)域”)。但是，本發(fā)明并不僅局限于附圖，氣體噴射部13不僅具有4個區(qū)域，還可被劃分成更多的區(qū)域。
[0033]此外，氣體噴射部13中具備等離子發(fā)生部14，使反應(yīng)氣體經(jīng)等離子被活化。例如，等離子發(fā)生部14被構(gòu)造在氣體噴射部13中的反應(yīng)區(qū)域中，或被構(gòu)造在流入反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)氣體的流路上。此外，等離子發(fā)生部14可以以遠(yuǎn)程等離子(remote plasma)方式使反應(yīng)氣體發(fā)生等離子化，或通過電容親合等離子(Capacitively coupled plasma, CCP)方式在處理室11內(nèi)部發(fā)生等離子化，或通過電感親合等離子(inductively coupled plasma, I CP)方式來發(fā)生等尚子化。
[0034]基板支撐部12，構(gòu)造在基板I的表面旋轉(zhuǎn)，同時按順序地通過源區(qū)域、第I凈化區(qū)域、反應(yīng)區(qū)域、第I凈化區(qū)域，其中，多個基板I以水平和放射狀被安裝在基板支撐部12上并且隨著基板支撐部12的自轉(zhuǎn)。此外，如上所述，隨著基板I的旋轉(zhuǎn)，基板I上源氣體的原料物質(zhì)和反應(yīng)氣體的原料物質(zhì)互相反應(yīng)，從而形成薄膜。
[0035]源氣體使用硅烷胺(Silylamine)類的硅前驅(qū)體，且反應(yīng)氣體使用經(jīng)等離子被活化的氮氣，此外凈化氣體使用氮氣，從而在低溫中可形成高品質(zhì)的氮化硅膜(Si3N4)。具體地，源氣體具有以下結(jié)構(gòu):以胺基為中心周圍配有3個硅原子(Si)，3個硅原子(Si)與中心的胺基連接，且硅原子(Si)中的至少一個含有一個以上的胺基，且胺基中含有一個以上的乙基(C2H5)或甲基(CH3)。例如，源氣體可包括雙[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺、雙[(二乙氨基)三甲基硅