薄膜制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及形成復(fù)合膜的薄膜的制造方法，層疊薄膜時(shí)改善表面狀態(tài)的薄膜制造方法。本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，基板上制造不同薄膜的方法，包括：蒸鍍第1薄膜的步驟；蒸鍍第2薄膜的步驟；在蒸鍍所述第1薄膜和第2薄膜的步驟之后，向所述薄膜表面施加高頻電力而消除薄膜表面的不純物的步驟；在所述第1薄膜的表面上蒸鍍第2薄膜之前，利用熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，在第1薄膜的表面形成緩沖膜而減少表面能量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】薄膜制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及形成復(fù)合膜的薄膜的制造方法，層疊薄膜時(shí)改善表面狀態(tài)的薄膜制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，半導(dǎo)體元件的線(xiàn)寬變得細(xì)微化(IOOnm以下)，因半導(dǎo)體基板的大型化及薄膜疊層的細(xì)微化及多層化，需要均勻的復(fù)合膜涂布和高的階梯覆蓋(step coverage)特性。尤其，隨著半導(dǎo)體裝置的集成度增加而圖案的設(shè)計(jì)變小，元件的微細(xì)圖案之間的電氣性絕緣所需的復(fù)合膜蒸鍍技術(shù)受到重視。
[0003]例如，制作納米級(jí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Nanoscale M0SFET)而需具有小的線(xiàn)寬的線(xiàn)路圖案等，為了呈現(xiàn)這種線(xiàn)路圖案，利用硬掩膜等蝕刻線(xiàn)路圖案而呈現(xiàn)。但是，所述硬掩膜可使用基板上反復(fù)層疊氮化膜、TEOS (TetraEthOxySilane,正娃酸乙酯)氧化膜的復(fù)合膜。
[0004]圖1是圖示基板上反復(fù)層疊氮化膜、氧化膜的復(fù)合膜的制作過(guò)程的流程圖。
[0005]基板移動(dòng)并安置于基板處理裝置內(nèi)部的蒸鍍位置時(shí)(SlOl)，為補(bǔ)償因氣體注入導(dǎo)致的基板溫度的降低，需要穩(wěn)定化工藝溫度的時(shí)間(S102)。等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)所需的工藝溫度穩(wěn)定之后，注入用于蒸鍍氮化膜的工藝氣體，經(jīng)過(guò)壓力穩(wěn)定化時(shí)間后，根據(jù)利用高頻率或低頻率或雙重混合頻率電力方式的等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)，氮化膜被蒸鍍(S103a)。之后，為了消除被蒸鍍的氮化膜表面的不純物，通過(guò)施加高頻電力而處理薄膜表面(S104)過(guò)程后，通過(guò)排氣泵消除反應(yīng)腔室內(nèi)部的未反應(yīng)氣體，為了氧化膜蒸鍍(S103b)而反復(fù)進(jìn)行所述過(guò)程(S101、S102、S103、S104)。判斷是否反復(fù)所述過(guò)程而形成所需層數(shù)的復(fù)合膜(S105)，若已層疊所需層數(shù)的復(fù)合膜，基板處理裝置搬出基板到外部(S106)。
[0006]但是，現(xiàn)有的復(fù)合膜蒸鍍工藝的表面處理技術(shù)中，在蒸
[0007]鍍工藝之前通過(guò)高頻電力處理界面，或在蒸鍍工藝之后處理薄膜的界面的技術(shù)，被半導(dǎo)體工藝廣泛使用，也對(duì)根據(jù)氮化膜或氧化膜等薄膜種類(lèi)而使用于表面處理的氣體種類(lèi)和濃度進(jìn)行著多種研究。但是，問(wèn)題點(diǎn)在于，這種薄膜表面處理技術(shù)因高頻電力的強(qiáng)度強(qiáng)，增加了薄膜和薄膜之間或薄膜和平行板電極之間的表面能量及電荷，利用連續(xù)性工藝(In-Situ Process,原位處理)蒸鍍復(fù)合膜時(shí)，使薄膜的表面產(chǎn)生納米微粒(nanoparticle)，使薄膜表面狀態(tài)變差。
[0008]先行技術(shù)文獻(xiàn):韓國(guó)注冊(cè)專(zhuān)利10-0168197

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009](要解決的技術(shù)問(wèn)題)
[0010]本發(fā)明的技術(shù)課題是改善因施加高頻電力導(dǎo)致的薄膜的表面狀態(tài)。而且，本發(fā)明的技術(shù)課題是使得表面處理導(dǎo)致的納米微粒的產(chǎn)生最小化。而且，本發(fā)明的技術(shù)課題是提高薄膜表面處理的效率性，制造優(yōu)秀的復(fù)合膜。[0011](解決問(wèn)題的手段)
[0012]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，在基板上制造不同薄膜的方法，包括:蒸鍍第I薄膜的步驟；蒸鍍第2薄膜的步驟；在蒸鍍所述第I薄膜和第2薄膜的步驟之后，向所述薄膜表面施加高頻電力而消除薄膜表面的不純物的步驟；在所述第I薄膜的表面上蒸鍍第2薄膜之前，利用熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，在第I薄膜的表面形成緩沖膜而改善表面狀態(tài)。
[0013]而且，在基板上制造不同薄膜的方法，包括:蒸鍍第I薄膜的步驟；蒸鍍第2薄膜的步驟；在蒸鍍所述第I薄膜和第2薄膜的步驟之后，向所述薄膜表面施加高頻電力而消除薄膜表面的不純物的步驟；在所述第I薄膜的表面上蒸鍍第2薄膜之前，對(duì)第I薄膜的表面進(jìn)行放電處理而改善表面狀態(tài)。
[0014]在基板上制造不同薄膜的方法，包括:蒸鍍第I薄膜的步驟；蒸鍍第2薄膜的步驟；在蒸鍍所述第I薄膜和第2薄膜的步驟之后，向所述薄膜表面施加高頻電力而消除薄膜表面的不純物的步驟；在所述第I薄膜的表面上蒸鍍第2薄膜之前，對(duì)第I薄膜的表面進(jìn)行放電處理而消除殘留電荷之后，利用熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，在第I薄膜的表面形成緩沖膜而改善表面狀態(tài)。
[0015]所述第I薄膜及第2薄膜根據(jù)等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)而交互層疊，所述熱化學(xué)氣相沉積在比所述等離子化學(xué)氣相沉積更高的溫度條件下，蒸鍍薄膜。
[0016]所述熱化學(xué)氣相沉積在500 0C?600 0C之間的溫度條件下，蒸鍍薄膜。
[0017]所述第I薄膜為氮化膜，在1.5?3.5[Torr]壓力范圍內(nèi)，使用N23，000?15，000 [seem]，SiH450 ?350 [seem]，NH3200 ?I，000 [seem]，He2,000 ?5，000 [seem]的流量而進(jìn)行蒸鍍。
[0018]蒸鍍到所述第I薄膜的表面的緩沖膜，根據(jù)與所述第I薄膜工藝條件相同的工藝條件下，以3秒?5秒范圍內(nèi)，500?600°C之間的溫度條件下蒸鍍薄膜的熱化學(xué)氣相沉積而形成。
[0019]所述第2薄膜為氧化膜，在1.5?3.5[Torr]壓力范圍內(nèi)，使用TE0S150?350 [seem]，023，000 ?20，000 [seem]，He2，000 ?5，000 [seem]的流量而進(jìn)行蒸鍍。所述
緩沖膜形成為厚度的緩沖膜。
[0020](發(fā)明的效果)
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，通過(guò)減少薄膜的表面能量或消除薄膜表面的電荷，改善施加過(guò)高頻電力的薄膜的表面狀態(tài)。從而，因薄膜的表面狀態(tài)的改善，有效地減少反應(yīng)腔室內(nèi)部的未反應(yīng)氣體被吸附到薄膜。而且，能夠最小化薄膜表面的納米微粒的產(chǎn)生。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，提高了薄膜表面處理的效率性，能夠制造優(yōu)秀品質(zhì)的復(fù)合膜。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是圖示基板上反復(fù)層疊氮化膜、氧化膜的復(fù)合膜的制作過(guò)程的流程圖。
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法所利用的基板處理裝置的概略截面圖，化學(xué)氣相沉積(Chemical Vaper Deposition ；CVD)裝置,例如，等離子化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced CVD ；PECVD)的概略截面圖。
[0024]圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的復(fù)合膜制作工藝的圖。
[0025]圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的復(fù)合膜被蒸鍍的順序截面圖的圖。[0026]圖5是呈現(xiàn)相對(duì)于氮化膜平均基板粗糙度(SiN3average surface roughness)的TFT的移動(dòng)度的圖片。
[0027]圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的復(fù)合膜蒸鍍中根據(jù)時(shí)間的氣體流量的圖。
[0028]圖7呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜形成工藝時(shí)間的薄膜形成厚度。
[0029]圖8呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的初期薄膜形成厚度的氧化膜均勻度。
[0030]圖9呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的初期薄膜形成厚度的復(fù)合膜的粗糙度。
[0031]圖10是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的復(fù)合膜蒸鍍中根據(jù)時(shí)間的等離子頻率電力大小的圖。
[0032]圖11、12、13是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的多種層疊例的復(fù)合膜的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面，參照附圖，更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。但是，本發(fā)明并不限定于以下公開(kāi)的實(shí)施例，而呈現(xiàn)為互不相同的多種形態(tài)，本實(shí)施例只是為了本發(fā)明公開(kāi)完整，向具有一般知識(shí)的人完整地告知本發(fā)明的范疇而提供。附圖上的相同符號(hào)表示相同的要素。
[0034]圖2是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的制造方法所利用的基板處理裝置的概略截面圖，化學(xué)氣相沉積(Chemical Vaper Deposition ；CVD)裝置,例如，等離子化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced CVD ；PECVD)的概略截面圖。
[0035]參照?qǐng)D2，本發(fā)明所利用的PECVD裝置，包括:反應(yīng)腔室100，內(nèi)部具備反應(yīng)空間；基板支架110，具備于反應(yīng)腔室100內(nèi)部的下側(cè)，支撐基板10 ;氣體噴射工具120，具備于與基板支架110相對(duì)的反應(yīng)腔室100內(nèi)部的上側(cè)，噴射供應(yīng)氣體，如噴頭；第I蒸鍍?cè)垂?yīng)部130，向氣體噴射工具120供應(yīng)第I蒸鍍?cè)矗坏?蒸鍍?cè)垂?yīng)部140，蒸發(fā)第2蒸鍍?cè)床⒐?yīng)到氣體噴射工具120 ;等離子產(chǎn)生部150，激發(fā)蒸鍍?cè)础?br> [0036]反應(yīng)腔室100具備規(guī)定的反應(yīng)區(qū)域，并維持該區(qū)域的氣密。反應(yīng)腔室100包括:反應(yīng)部，包括大致圓形的平面部及從平面部向上延長(zhǎng)的側(cè)壁部并具有規(guī)定的空間；蓋子，大致為圓形，位于反應(yīng)部上，維持反應(yīng)腔室100的氣密。當(dāng)然，反應(yīng)部及蓋子可制作成圓形以外的多種形狀，例如，制作成其形狀對(duì)應(yīng)基板10的形狀。
[0037]基板支架110具備于反應(yīng)腔室100的下部，設(shè)置在與噴頭120相對(duì)的位置。基板支架110，為了安置流入反應(yīng)腔室100內(nèi)的基板10，可具備靜電吸盤(pán)等。而且，基板支架110大致可具備為圓形，或?qū)?yīng)基板10的形狀，制作成大于基板10。基板支架110的下部具備基板升降機(jī)111，使基板支架110升降?；迳禉C(jī)111，在基板10安置于基板支架110上之后，移動(dòng)基板支架110，使其鄰近氣體噴射工具120。而且，基板支架110的內(nèi)部安裝了加熱器(未圖示)。加熱器以規(guī)定溫度發(fā)熱而加熱基板10，使根據(jù)氣相的蒸鍍?cè)吹囊?guī)定的膜，例如蝕刻停止膜及層間絕緣膜容易地蒸鍍到基板10上。同時(shí)，基板支架110的內(nèi)部除了加熱器之外，還可具備冷卻管(未圖示)。冷卻管使制冷劑在基板支架110的內(nèi)部循環(huán)，冷熱通過(guò)基板支架110而傳達(dá)到基板10，控制基板10的溫度達(dá)到所需溫度。
[0038]氣體噴射工具120在反應(yīng)腔室100內(nèi)的上部，設(shè)置在與基板支架110相對(duì)的位置，把第I蒸鍍?cè)醇暗?蒸鍍?cè)磭娚涞椒磻?yīng)腔室100的下側(cè)。氣體噴射工具120的上部與第I蒸鍍?cè)垂?yīng)部130、第2蒸鍍?cè)垂?yīng)部140連接，下部形成多個(gè)噴射孔122，其向基板10噴射蒸鍍?cè)?。氣體噴射工具120大致制作成圓形，也可制作成基板10的形狀。而且，氣體噴射工具120可制作成與基板支架110相同的大小。
[0039]第I蒸鍍?cè)垂?yīng)部130保存基板上蒸鍍第I薄膜即氮化膜所需的源。為此，第I蒸鍍?cè)垂?yīng)部130包括:第I蒸鍍?cè)垂?yīng)管131，與氣體噴射工具120的上部連接，把第I蒸鍍?cè)垂?yīng)到氣體噴射工具120，作為腔室供應(yīng)管；第1-1蒸鍍?cè)?32和第1-2蒸鍍?cè)?34，保存第I蒸鍍?cè)础?br> [0040]第1-1蒸鍍?cè)?32和第1-2蒸鍍?cè)?34保存根據(jù)PECVD方式在基板上蒸鍍第I薄膜即氮化膜(SiN3或Si3N4或SiN:H)所使用的硅含有源及氮?dú)夂性?，例如SiH4及順3。因此，包括保存硅含有源(例如，SiH4)的第1-1蒸鍍?cè)?32，保存氮?dú)夂性?例如，NH3)的第1-2蒸鍍?cè)?34。而且，蒸鍍氮化膜時(shí)，可添加氦(He)、N2等其他源，為此，可另行構(gòu)成其他工藝源保存部136。
[0041]而且，第I蒸鍍?cè)垂?yīng)部130不向反應(yīng)腔室100供應(yīng)硅含有源(第1-1蒸鍍?cè)?，可向排氣泵160直接排出硅含有源。為此，分別具備第I蒸鍍?cè)幢霉?35，根據(jù)第I蒸鍍?cè)撮y門(mén)137的操作，向排氣泵160直接排出硅含有源的排氣供應(yīng)管。蒸鍍氮化膜時(shí)，為了氮化膜穩(wěn)定的凈化抽氣，一定時(shí)間內(nèi)，不把硅含有源或/及氮?dú)夂性垂?yīng)到反應(yīng)腔室100，而排出到排氣泵160。
[0042]第2蒸鍍?cè)垂?yīng)部140保存在基板上蒸鍍第2薄膜即氧化膜的源。為此，第2蒸鍍?cè)垂?yīng)部140，與氣體噴射工具120的上部連接而蒸發(fā)第2蒸鍍?cè)床⒐?yīng)到氣體噴射工具120。第2蒸鍍?cè)垂?yīng)部140包括:第2蒸鍍?cè)垂?yīng)管141，與腔室供應(yīng)管即第I蒸鍍?cè)垂?yīng)管131分離，把蒸發(fā)的第2蒸鍍?cè)垂?yīng)到氣體噴射工具120，作為腔室供應(yīng)管；蒸發(fā)器148，蒸發(fā)液狀源；第2-1蒸鍍?cè)?42，保存液狀源的第2蒸鍍?cè)幢４娌?；?_2蒸鍍?cè)?44，保存蒸發(fā)源即O2 ;氣化源保存部146，保存蒸發(fā)源。因此，保存到第2-1蒸鍍?cè)?42的液狀源，通過(guò)蒸發(fā)器148蒸發(fā)并通過(guò)腔室供應(yīng)管即第2蒸鍍?cè)垂?yīng)管141供應(yīng)到氣體噴射工具120而被噴射。這時(shí)，保存到氣化源保存部146的He氣體也傳達(dá)到蒸發(fā)器148。當(dāng)然，蒸發(fā)器148若只利用氣相的蒸發(fā)氣體(He)，也可以只設(shè)置在第2蒸鍍?cè)幢４娌總?cè)而蒸發(fā)液狀源。同時(shí)，第2蒸鍍?cè)幢４娌渴菫榱诵纬傻?薄膜，例如，硅氧化膜(SiO2)的主要源，保存TEOS及02。這種第2蒸鍍?cè)幢４娌靠蓞^(qū)分為第2-1蒸鍍?cè)?TE0S保存部)及第2-2蒸鍍?cè)?O2保存部)。
[0043]而且，第2蒸鍍?cè)垂?yīng)部140不把TEOS源(第2_1蒸鍍?cè)?和O2源(第2_2蒸鍍?cè)?供應(yīng)到反應(yīng)腔室，向排氣泵160直接排出TEOS源(第2-1蒸鍍?cè)?和O2源(第2-2蒸鍍?cè)?。為此，具備第2蒸鍍?cè)幢霉?43，根據(jù)第2蒸鍍?cè)撮y門(mén)145的操作，向排氣泵160直接排出TEOS源(第2-1蒸鍍?cè)?和O2源(第2-2蒸鍍?cè)?的排氣供應(yīng)管。氧化膜蒸鍍時(shí)，為了氧化膜的穩(wěn)定，蒸鍍初期的一定時(shí)間內(nèi)，不向反應(yīng)腔室提供蒸發(fā)的第2蒸鍍?cè)矗蚺艢獗门懦觥?br> [0044]等離子產(chǎn)生部150是為了利用等離子把第I蒸鍍?cè)醇暗?蒸鍍?cè)醇ぐl(fā)為等離子狀態(tài)而設(shè)置。等離子產(chǎn)生部150向反應(yīng)腔室100的基板上部的噴頭施加電力并嫁接到基板支撐板，通過(guò)基板的蒸鍍空間即反應(yīng)空間上利用RF而激發(fā)等離子的電容耦合等離子體(CCP ；Capacitively Coupled Plasma)方式驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的實(shí)施例說(shuō)明中以電容I禹合等離子體(CCP)方式為例,但并不限定于此,也可通過(guò)感應(yīng)稱(chēng)合等離子體(ICP:1nductively CoupledPlasma)方式呈現(xiàn)。[0045]圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的復(fù)合膜制作工藝的圖，圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的復(fù)合膜被蒸鍍的順序截面圖的圖。
[0046]下面說(shuō)明復(fù)合膜制作工藝說(shuō)明中反復(fù)進(jìn)行第I薄膜及第2薄膜的順次層疊而制作復(fù)合膜的工藝?yán)?。這時(shí)，第I薄膜以氮化膜，第2薄膜以氧化膜為例而說(shuō)明，但并不限定于此，其他成分的薄膜也可被適用為第I薄膜及第2薄膜。
[0047]參考圖2的基板處理裝置進(jìn)行說(shuō)明，首先，為進(jìn)行蒸鍍工藝，利用基板安置工具，把形成規(guī)定結(jié)構(gòu)的基板10移動(dòng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部的蒸鍍工藝上所需的位置而安置基板(S301)。即，把基板引導(dǎo)到反應(yīng)腔室內(nèi)，基板被安置到基板支架110上，基板升降機(jī)向上部升降而使基板支架110和氣體噴射工具120之間的間隔維持規(guī)定間隔。
[0048]基板被安置到基板處理裝置的蒸鍍位置后(S301)，為了補(bǔ)償氣體注入導(dǎo)致的基板溫度的降低，而需要穩(wěn)定化工藝溫度的溫度穩(wěn)定化時(shí)間(S302)。利用基板支架內(nèi)的加熱器，使基板10維持規(guī)定溫度，例如，300°C?400°C的等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝溫度，使反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力維持真空狀態(tài)。
[0049]穩(wěn)定化等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝溫度后，經(jīng)過(guò)注入蒸鍍氮化膜所需的工藝氣體的氮化膜蒸鍍過(guò)程(S303a)。所述氮化膜蒸鍍過(guò)程，通過(guò)腔室供應(yīng)管即第I蒸鍍?cè)垂?yīng)管131，把保存到第I蒸鍍?cè)幢４娌康牡贗蒸鍍?cè)?，例如?-1蒸鍍?cè)?32即硅含有源(SiH4)及第1-2蒸鍍?cè)?34即氮?dú)夂性?NH3)通過(guò)腔室供應(yīng)管即第I蒸鍍?cè)垂?yīng)管131，供應(yīng)到氣體噴射工具120，并通過(guò)氣體噴射工具噴射到基板10上。這時(shí)，為使所述第I蒸鍍?cè)垂?yīng)到反應(yīng)腔室，第I蒸鍍?cè)撮y門(mén)137開(kāi)放腔室供應(yīng)管即第I蒸鍍?cè)垂?yīng)管131，阻隔向排氣泵160的排氣供應(yīng)管即第I蒸鍍?cè)幢霉?35。
[0050]而且，根據(jù)第I蒸鍍?cè)吹牡贗薄膜即氮化膜被蒸鍍時(shí)，通過(guò)等離子產(chǎn)生部150產(chǎn)生等離子。以等離子為能量源，如圖4(a)所圖示，基板10上形成硅第I薄膜即氮化膜11。根據(jù)利用高頻率或低頻率或雙重混合頻率電力方式的等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)而蒸鍍氮化膜。如所述，蒸鍍氮化膜后，為了使表面平坦，經(jīng)過(guò)利用高頻電力的等離子，施加500?750[W]的高頻電力的過(guò)程(S304)。
[0051]具有所述表面處理過(guò)程的理由如下。氮化膜一般使用SiH4、NH3、N2、He等，利用300?400°C的等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)而蒸鍍，等離子濾氣所需的頻率電力(RFpower)高于非晶質(zhì)娃蒸鍍。這種條件下，蒸鍍的氮化膜會(huì)形成氮?dú)廨^多的氮化膜，這會(huì)降低廣品的品質(zhì)。
[0052]例如，為制作高像素薄膜而用于轉(zhuǎn)換元件的a_S1:H的移動(dòng)度非常重要。a_S1:H和氮化膜(SiN3)的界面狀態(tài)密度與移動(dòng)度有密切關(guān)系。氮化膜(SiN3)表面的粗糙度(roughness)對(duì)初期產(chǎn)生的a_S1:H層的特性產(chǎn)生影響，這直接對(duì)移動(dòng)度產(chǎn)生影響。圖5呈現(xiàn)相對(duì)于氮化膜平均基板粗糙度(SiN3average surface roughness)的移動(dòng)度。圖中氮化膜的表面粗糙度越小，移動(dòng)度會(huì)越大。因此，蒸鍍氮化膜后，需經(jīng)過(guò)平坦化表面粗糙度的表面處理過(guò)程。所述表面處理過(guò)程通過(guò)高頻電力而在蒸鍍工藝之前處理表面。表面處理之后，通過(guò)排氣泵消除反應(yīng)腔室內(nèi)部的未反應(yīng)氣體。
[0053]但是，所述高頻電力施加(S304)因高頻電力的強(qiáng)度較強(qiáng)，增加薄膜與薄膜之間或薄膜與平行板電極之間的電荷共振及表面能量，以連續(xù)性工藝(In-Situ Process)蒸鍍復(fù)合膜時(shí)，使薄膜的表面產(chǎn)生納米微粒(nano particle),導(dǎo)致薄膜的表面狀態(tài)變差。[0054]本發(fā)明的實(shí)施例經(jīng)過(guò)因這種高頻電力施加的表面處理過(guò)程后，為了防止薄膜的表面粘附納米微粒而使薄膜表面狀態(tài)變差，在蒸鍍第2薄膜即氧化膜之前，經(jīng)過(guò)改善第I薄膜即氮化膜的表面狀態(tài)的表面狀態(tài)改善過(guò)程(S305)。S卩，如圖4(b)所圖示，具有改善氮化膜表面狀態(tài)的結(jié)構(gòu)12a。因此，通過(guò)改善復(fù)合膜各層的表面狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)膜的平坦化(unroughness)并減少顆粒。本發(fā)明的實(shí)施例提議的改善所述表面狀態(tài)的方法大體分為以下三種方式。
[0055]一種是形成氮化膜后，形成氧化膜之前，在氮化膜上形成初期氧化膜即緩沖膜而減少表面能量，從而改善表面狀態(tài)的緩沖膜形成方式；另外一種是氮化膜形成之后，在氮化膜的表面進(jìn)行放電處理，消除殘留電荷而改善表面狀態(tài)的表面放電方式，其余一種是組合所述緩沖膜形成方式和表面放電方式的復(fù)合方式。對(duì)所述表面狀態(tài)改善方式的說(shuō)明，后面將詳細(xì)后述。
[0056]同時(shí)，經(jīng)過(guò)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例表面狀態(tài)改善過(guò)程后，為蒸鍍第2薄膜即氧化膜，反復(fù)進(jìn)行所述過(guò)程(S302、S303、S304、S305)。即，蒸鍍第I薄膜即氮化膜(S303a)之后，經(jīng)過(guò)高頻電力施加(S304)及表面狀態(tài)改善過(guò)程(S305)，經(jīng)過(guò)注入第2薄膜即氧化膜蒸鍍氣體的PECVD工藝溫度穩(wěn)定化時(shí)間后(S302)，經(jīng)過(guò)第2薄膜即氧化膜的蒸鍍(S303b)過(guò)程，如圖4(c)所圖示，蒸鍍氧化膜12。為了蒸鍍氧化膜，由第2蒸鍍?cè)垂?yīng)部140通過(guò)氣體噴射工具120，把第2蒸鍍?cè)垂?yīng)到反應(yīng)腔室100的內(nèi)部，即，把作為蒸發(fā)源的O2供應(yīng)到氣體噴射工具120，通過(guò)蒸發(fā)器148，蒸發(fā)作為液狀源的TE0S，通過(guò)腔室供應(yīng)管即第2蒸鍍?cè)垂?yīng)管141，供應(yīng)到氣體噴射工具120。這時(shí)，第2蒸鍍?cè)赐ㄟ^(guò)不同的供應(yīng)路徑供應(yīng)，首先，為了穩(wěn)定化而使首先第2蒸鍍?cè)垂?yīng)到排氣供應(yīng)管即第2蒸鍍?cè)幢霉?43，控制第2蒸鍍?cè)撮y門(mén)145而使其通過(guò)排氣泵排出。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定化的狀態(tài)下，控制第2蒸鍍?cè)撮y門(mén)145而使第2蒸鍍?cè)垂?yīng)到第2蒸鍍?cè)垂?yīng)管141，從而供應(yīng)到反應(yīng)腔室內(nèi)部。
[0057]而且，根據(jù)第2蒸鍍?cè)葱纬傻?薄膜即氧化膜的蒸鍍時(shí)，通過(guò)等離子產(chǎn)生部150產(chǎn)生等離子，在基板10上蒸鍍第2薄膜即氧化膜。根據(jù)利用高頻率或低頻率或雙重混合頻率電力方式的等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)，蒸鍍氧化膜。
[0058]完成所述氧化膜蒸鍍后，具有與氮化膜蒸鍍同樣的高頻電力施加(S304)及表面能量減少(S305)過(guò)程。這時(shí)，表面能量減少過(guò)程如所述說(shuō)明，大體分為緩沖膜形成方式和表面放電方式兩個(gè)方式，從而減少表面能量。所述過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，如圖4(d)所圖示，形成所需層數(shù)的復(fù)合膜，把基板搬出反應(yīng)腔室外部。
[0059]以下，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的薄膜的表面狀態(tài)的改善過(guò)程。
[0060]薄膜的表面狀態(tài)的改善方式如所述說(shuō)明，有緩沖膜形成方式、表面放電方式、及將這些組合的復(fù)合方式。
[0061]首先，參照?qǐng)D6說(shuō)明緩沖膜形成方式。圖6是圖示復(fù)合膜蒸鍍中根據(jù)時(shí)間的氣體流量的圖，能夠發(fā)現(xiàn)第I薄膜即氮化膜與第2薄膜即氧化膜之間已形成減少氮化膜的表面能量的緩沖膜。
[0062]氮化膜11和氧化膜12在300°C?400°C下，以等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)蒸鍍，完成第I薄膜即氮化膜11的蒸鍍后，根據(jù)PECVD形成氧化膜12之前，以大于所述等離子化學(xué)氣相沉積的溫度，進(jìn)行熱化學(xué)氣相沉積。即，使500?60(TC (優(yōu)選550°C)下通過(guò)熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)蒸發(fā)一定時(shí)間的TEOS和O2流動(dòng)。根據(jù)這種熱化學(xué)氣相沉積而在氮化膜表面形成5A~3θΑ厚度的初期氧化膜材質(zhì)的氧化緩沖膜13a，通過(guò)這種緩沖膜上的300°C~400°C的等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)，形成氧化膜12。
[0063]減少表面能量的最佳緩沖膜13的厚度為5A~30Λ，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，具有更小的厚度時(shí)，很難獲得減少表面能量的效果，相反，具有更大的厚度時(shí)，導(dǎo)致復(fù)合膜的最終膜表面狀態(tài)變差的結(jié)果。因此，需通過(guò)500~600°C的熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，形成5義~3θΑ厚
度的緩沖膜13，這種厚度根據(jù)熱化學(xué)氣相沉積環(huán)境下氣體流動(dòng)的時(shí)間控制所決定。
[0064]參照?qǐng)D6的擴(kuò)大圖及圖2的裝置框圖，進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，300°C~400°C環(huán)境下，使第I蒸鍍?cè)撮y門(mén)137向反應(yīng)腔室方向開(kāi)放，把N2、SiH4、NH3、He流到反應(yīng)腔室內(nèi)而形成氮化膜。
[0065]作為參考，氮化膜蒸鍍時(shí)工藝氣體總流量范圍對(duì)納米微粒(nano particle)的產(chǎn)生及薄膜的膜質(zhì)產(chǎn)生影響。根據(jù)各工藝氣體的各流量范圍的工藝氣體比率對(duì)薄膜的膜質(zhì)產(chǎn)生影響。而且工藝壓力對(duì)薄膜的蒸鍍(deposition)/比率(rate)、濕法蝕刻速率(WER ；ffetEtch Rate)產(chǎn)生影響,等離子RF功率對(duì)方位(D/R,Direction方向)、濕法蝕刻速率(WER)、翅曲(warpage)產(chǎn)生影響。
[0066]反映這些的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氮化膜蒸鍍工藝條件例示如下。
[0067]-工藝氣體總流量范圍:5，000~25，000[seem]
[0068]-工藝氣體各流量范圍:N2(3，000 ~15，000 [seem] )，SiH4 (50 ~350 [seem])，NH3 (200 ~l，000[sccm])，He (2，000 ~5，000 [seem])
[0069]-工藝壓力:1.5 ~3.5 [Torr]
[0070]-等離子RF 功率:150 ~750 [W]
[0071]使N2(3，000~15，000[seem]) ,SiH4(50 ~350[seem])，NH3(200 ~1,000[seem]),He (2,000~5，000[SCCm])流動(dòng)而完成氮化膜11的蒸鍍后，進(jìn)入為表面處理而施加高頻電力的步驟(treatment)后,關(guān)閉第I蒸鍍?cè)撮y門(mén)而不使SiH4流入反應(yīng)腔室100,只使N2, NH3,He流入反應(yīng)腔室，施加高頻電力而進(jìn)行表面處理。表面處理后，不使MV流入反應(yīng)腔室100，只使N2、He流入反應(yīng)腔室并凈化后，通過(guò)抽氣過(guò)程消除未反應(yīng)氣體。
[0072]完成所述表面處理及未反應(yīng)氣體消除后，為減少根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例表面處理產(chǎn)生的表面能量，具有形成初期氧化膜即緩沖膜 的時(shí)間。為此，使蒸發(fā)的TEOS和O2流動(dòng)，經(jīng)過(guò)維持熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)所需的500~600°C的溫度穩(wěn)定化時(shí)間。這種溫度穩(wěn)定化時(shí)間內(nèi)，使第2蒸鍍?cè)撮y門(mén)145向排氣泵160開(kāi)放，使O2和蒸發(fā)的液狀源TEOS不流入反應(yīng)腔室而流入排氣泵160。
[0073]經(jīng)過(guò)所述熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)所需的500~600°C溫度穩(wěn)定化時(shí)間后，使第2蒸鍍?cè)撮y門(mén)145向反應(yīng)腔室轉(zhuǎn)換開(kāi)放，使第2蒸鍍?cè)戳魅敕磻?yīng)腔室，形成氮化膜上形成初期氧化膜即氧化緩沖膜13a。這時(shí)，以5A~30?的厚度形成氧化緩沖膜13a而進(jìn)行
控制。這種緩沖膜通過(guò)根據(jù)提供的氣體流量及壓力條件及熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)溫度的時(shí)間控制而形成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作為第2蒸鍍?cè)?提供TE0S150[sccm], 023000[sccm],
He2000[sccm],共5150 [seem]時(shí),流3秒時(shí)形成5A厚度的緩沖膜。而且，最多流5秒時(shí),形成30A厚度的緩沖膜。[0074]作為參考，圖7、8、9、10是圖示以5厶~3θ?的厚度形成緩沖膜時(shí)，根據(jù)正確的工藝
條件的例示的圖。圖7呈現(xiàn)根據(jù)薄膜形成工藝時(shí)間的薄膜形成厚度，圖8呈現(xiàn)根據(jù)初期薄膜形成厚度的氧化膜均勻度，圖9呈現(xiàn)根據(jù)初期薄膜形成厚度的復(fù)合膜的粗糙度。參照?qǐng)D
9，即使復(fù)合膜的厚度從增加到16Α,反之，表面粗糙度的因素(factor)即表面粗糙度
(Roughness)從4.3nm變成4.0nm。且復(fù)合膜的厚度具有7.5A到32A的范圍時(shí)，表面粗糙度具有4.0nm~5.5nm范圍的值，從而改善表面粗糙度。
[0075]根據(jù)所述熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，初期氧化膜即緩沖膜以的厚
度形成后，經(jīng)過(guò)等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)所需的工藝溫度(V )穩(wěn)定化時(shí)間后，具有蒸鍍氧化膜的過(guò)程。
[0076]氧化膜蒸鍍工藝條件例示如下。
[0077]-工藝氣體總流量范圍:3，500~30，000[seem]
[0078]-工藝氣體 各流量范圍:O2(3，000 ~20，000 [seem])，TEOS (100 ~500 [seem])，He(500 ~7,000[seem])
[0079]-工藝壓力:1.5 ~3.5 [Torr]
[0080]-等離子RF 功率:150 ~750 [W]
[0081]同時(shí)，通過(guò)形成緩沖膜而減少所述表面能量的工藝，形成氧化膜后，同樣適用于氧化膜表面，初期氮化膜13B以500~600°C的熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)形成緩沖膜。
[0082]同時(shí)，如所述，為減少表面能量，可具有在氮化膜與氧化膜之間，或氧化膜與氮化膜之間具備緩沖膜的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的另一實(shí)施例為利用放電消除殘留電荷的方式。
[0083]以下，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的通過(guò)放電處理消除氮化膜(或氧化膜)的殘留電荷而改善表面狀態(tài)的過(guò)程。
[0084]對(duì)利用放電的表面能量減少，參照?qǐng)D10進(jìn)行說(shuō)明。圖10是圖示復(fù)合膜蒸鍍中根據(jù)時(shí)間的等離子頻率電力大小的圖，在氮化膜與氧化膜之間，為減少氮化膜的表面能量而進(jìn)行放電。
[0085]氮化膜11為300°C~400°C、150W~500W的頻率電力，以等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)進(jìn)行蒸鍍，氮化膜蒸鍍結(jié)束后，為消除氮化膜表面的不純物，施加500~750W的高頻電力(RF POWER)而進(jìn)行表面處理。完成氮化膜11蒸鍍后，根據(jù)PECVD形成氧化膜之前，為消除施加高頻電力的表面的殘留電荷，只使N2等的含氮?dú)怏w流動(dòng)，降低到小于等離子化學(xué)氣相沉積的頻率電力的頻率電力即10~55W而進(jìn)行放電(13a)。通過(guò)放電而減少電荷共振，有效地減少反應(yīng)腔室內(nèi)部的未反應(yīng)氣體被吸附到氮化膜的表面，改善氮化膜的表面狀態(tài)。
[0086]同樣，氧化膜12以300°C~400°C、150W~500W的頻率電力，通過(guò)等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)進(jìn)行蒸鍍，施加高頻電力進(jìn)行表面處理后，只使O2等含氧氣體流動(dòng)，以小于等離子化學(xué)氣相沉積的頻率電力的頻率電力進(jìn)行放電。即，把頻率電力降低到10~55W而放電(13b)。通過(guò)放電減少電荷共振，有效地減少反應(yīng)腔室內(nèi)部的未反應(yīng)氣體被吸附到氧化膜的表面，改善氧化膜的表面狀態(tài)。
[0087]同時(shí)，如所述說(shuō)明，形成復(fù)合膜的氮化膜和氧化膜的各層表面，為了減少根據(jù)表面處理的表面能量，形成圖6的初期膜即緩沖膜，或執(zhí)行圖10的放電處理。
[0088]此外，本發(fā)明的另一實(shí)施例，為改善表面狀態(tài)，可采取同時(shí)進(jìn)行緩沖膜的形成和放電處理的復(fù)合結(jié)構(gòu)。即，包括:蒸鍍第I薄膜的步驟；蒸鍍第2薄膜的步驟；所述第I薄膜和第2薄膜蒸鍍步驟后，把高頻電力施加到所述薄膜表面而消除薄膜表面不純物的步驟；在所述第I薄膜的表面蒸鍍第2薄膜之前，對(duì)第I薄膜的表面進(jìn)行放電處理而消除殘留電荷后，通過(guò)熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，在第I薄膜的表面形成緩沖膜并減少表面能量的過(guò)程。
[0089]同時(shí)，層疊雙重薄膜的復(fù)合層結(jié)構(gòu)中，各薄膜通過(guò)多種組合的表面處理而形成。例如,如圖11所圖示,氮化膜-> 緩沖膜-> 氧化膜-> 放電-> 氮化膜-> 緩沖膜-> 氧化膜->放電的順序?qū)崿F(xiàn)交替表面處理，而且，氮化膜表面被放電處理而且氧化膜表面形成為緩沖膜。
[0090]而且，如圖12所圖示，氮化膜_>緩沖膜_>氧化膜_>緩沖膜_>氮化膜_>放電_>氧化膜_>放電的形式完成表面處理。而且，如圖13所示，可呈現(xiàn)為放電處理和緩沖膜的形成在兩個(gè)薄膜之間依次同時(shí)進(jìn)行的復(fù)合結(jié)構(gòu)。此外，還可具有多種實(shí)施例。
[0091]參照附圖及前述的優(yōu)選實(shí)施例而說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限定于此，而受限于后述的專(zhuān)利要求范圍。因此，本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)具有一般知識(shí)的人能夠在不脫離專(zhuān)利權(quán)利要求范圍的技術(shù)思想的范圍內(nèi)，可對(duì)本發(fā)明實(shí)施多種變形及修正。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜制造方法，作為基板上制造不同薄膜的方法，包括: 蒸鍍第1薄膜的步驟； 蒸鍍第2薄膜的步驟； 在蒸鍍所述第1薄膜和第2薄膜的步驟之后，向所述薄膜表面施加高頻電力而消除薄膜表面的不純物的步驟； 在所述第1薄膜的表面上蒸鍍第2薄膜之前，利用熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，在第1薄膜的表面形成緩沖膜而改善表面狀態(tài)。
2.一種薄膜制造方法，作為基板上制造不同薄膜的方法，包括: 蒸鍍第1薄膜的步驟； 蒸鍍第2薄膜的步驟； 在蒸鍍所述第1薄膜和第2薄膜的步驟之后，向所述薄膜表面施加高頻電力而消除薄膜表面的不純物的步驟； 在所述第1薄膜的表面上蒸鍍第2薄膜之前，對(duì)第1薄膜的表面進(jìn)行放電處理而改善表面狀態(tài)。
3.一種薄膜制造方法，作為基板上制造不同薄膜的方法，包括: 蒸鍍第1薄膜的步驟； 蒸鍍第2薄膜的步驟； 在蒸鍍所述第1薄膜和第2薄膜的步驟之后，向所述薄膜表面施加高頻電力而消除薄膜表面的不純物的步驟； 在所述第1薄膜的表面上蒸鍍第2薄膜之前，對(duì)第1薄膜的表面進(jìn)行放電處理而消除殘留電荷之后，利用熱化學(xué)氣相沉積(Thermal-CVD)，在第1薄膜的表面形成緩沖膜而改善表面狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)所述的薄膜制造方法， 所述第1薄膜及第2薄膜根據(jù)等離子化學(xué)氣相沉積(PECVD)而交互層疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的薄膜制造方法， 所述熱化學(xué)氣相沉積在比所述等離子化學(xué)氣相沉積更高的溫度條件下，蒸鍍薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的薄膜制造方法， 所述熱化學(xué)氣相沉積在500°C~600°C之間的溫度條件下，蒸鍍薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的薄膜制造方法， 所述第1薄膜為氮化膜，在1.5~3.5[Torr]壓力范圍內(nèi)，使用N23，000~15，OOO [seem]，S1H450 ~350 [seem]，NH3200 ~1，000 [seem]，He2,000 ~5，000 [seem]的流量而進(jìn)行蒸鍍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的薄膜制造方法， 蒸鍍到所述第1薄膜的表面的緩沖膜，根據(jù)與所述第1薄膜工藝條件相同的工藝條件下，以3秒~5秒范圍內(nèi)，500~600°C之間的溫度條件下蒸鍍薄膜的熱化學(xué)氣相沉積而形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的薄膜制造方法， 所述第2薄膜為氧化膜，在1.5~3.5 [Torr]壓力范圍內(nèi)，使用TE0S150~350 [seem]，O23，000 ~20，000 [seem]，He2，000 ~5，000 [seem]的流量而進(jìn)行蒸鍍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的薄膜制造方法， 所述緩沖膜形成為5人厚 度的緩沖膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的薄膜制造方法， 所述放電處理，以低于等離子處理電力的電力進(jìn)行放電處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的薄膜制造方法， 所述放電處理，施加low~55W的頻率電力。
13.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的薄膜制造方法， 所述第I薄膜為氮化膜，第2薄膜為氧化膜時(shí)，所述第I薄膜的放電處理時(shí)，只流動(dòng)含氮?dú)怏w，所述第2薄膜的放電處理時(shí)，只流動(dòng)含氧氣體。
【文檔編號(hào)】H01L21/31GK103946961SQ201280056387
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月16日
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