专利名称：半导体器件制造方法和衬底加工方法及设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及包括衬底加工的半导体器件制造方法和衬底加工方法及设备，更具体而言，本公开涉及在衬底上形成硅(Si)膜。
背景技术：
作为制造半导体器件的工艺之一，已引入如下工艺在2Xnm尺度或更小尺寸 NAND闪存中应用具有硅膜的浮栅(TO)结构、或具有用作纵向晶体管沟道的硅膜的太比特单元阵列晶体管(TCAT)和可缩减比特成本(Bit-Cost Salable，缩写为BICS)以避免邻近单元之间的干扰和比特成本降低。不幸的是，在上述结构中应用硅膜的过程中，难于控制所述硅膜的表面粗糙度 (以均方根(RMS)来计量)，使得难于维持高的载流子迁移率。此外，如果使用上述结构作为半导体器件的一部分，可能不能实现所述半导体器件的全部性能，导致吞吐量降低。另一方面，在日本专利特许公开申请案第1995-249600号中，在形成硅膜后，通过使用研磨料对所述硅膜的表面抛光执行所述硅膜的平坦化。然而，在所述硅膜表面的抛光过程中，污染物或颗粒可透入所述衬底和形成于该衬底上的硅膜，导致所述衬底质量的恶化或包括所述衬底的半导体器件性能恶化。
发明内容
为了解决上面背景技术的问题，本公开在一些实施方式中提供半导体器件制造方法、改进衬底质量和所述半导体器件性能的衬底处理方法和设备。依据本公开的一个实施方式，半导体器件制造方法包括在衬底上形成硅膜；在所述衬底上供应氧化种子；在所述硅膜上执行热处理；将所述硅膜的表面层改变为氧化硅膜；以及去除所述氧化硅膜。依据本公开的另一实施方式，提供了衬底处理设备，该衬底处理设备包括加工衬底的加工室；含硅气体供应系统，该含硅气体供应系统配置成至少供应含硅气体进入所述加工室；含氧气体供应系统，该含氧气体供应系统配置成至少供应含氧气体进入所述加工室；含卤素气体供应系统，该含卤素气体供应系统配置成至少供应含卤素气体进入所述加工室；以及控制器，该控制器配置成控制所述含硅气体供应系统以至少供应含硅气体进入所述加工室从而在所述衬底上形成所述硅膜，控制所述含氧气体供应系统以供应所述含氧气体进入所述加工室从而在所述硅膜上执行热处理并从而将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜，以及控制所述含卤素气体供应系统以供应含卤素气体进入所述加工室从而去除所述氧化硅膜。
依据本公开的另一实施方式，提供了衬底加工方法，该衬底加工方法包括在衬底上形成硅膜；在所述衬底上供应氧化种子，在所述硅膜上执行热处理，以及将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜；以及去除所述氧化硅膜。
图1是显示了依据本公开第一实施方式的半导体制造设备10的配置的透视图。图2是示意性侧部正视图，该侧部正视图显示了依据本公开第一实施方式的半导体制造设备10中的加工炉202和分别控制半导体制造设备10的各部件的配置。图3是显示了依据本公开第一实施方式的在各工艺中分别形成的衬底状态的示意性截面图。图4是显示了在样品形成方法的各工艺中分别形成的衬底状态的示意性截面图。图5显示了依据所述第一实施方式形成的膜表面粗糙度与样品膜表面粗糙度的比较结果。图6显示了无定形硅膜中在各膜厚值处测量的表面内的均勻性和膜厚值之间的关系。
具体实施例方式现针对说明书附图描述本公开的第一实施方式。图1是显示了半导体制造设备10 的配置的透视图，半导体制造设备10用作依据本公开的第一示例性实施方式的衬底加工设备。半导体制造设备10是分批式垂直热处理设备，半导体制造设备10可包括壳体12，所述设备的主要部件安装于壳体12内。在半导体制造设备10中，布置有晶圆盒(衬底容器， 下文中称为容器)16，晶圆盒16用作在其中容纳由硅(Si)、碳化硅(SiC)或类似物制成的晶圆(用作衬底)200的晶圆载体。布置在壳体12前侧的是容器台18，容器台18承载容器16。举例而言，容器16可于其中容纳25片晶圆200，并以合上容器16盖子的状态置于容器台18上。容器载件20布置于壳体12内的前侧与容器台18相对的位置。容器架22、容器开具24和衬底数量检测部件沈布置于容器载件20附近。容器架22布置于容器开具M上方并配置成保持装载于其上的多个容器16。衬底数量检测部件沈邻近容器开具M布置。 容器载件20运作以在容器台18、容器架22和容器开具M之间运送容器16。容器开具对运作以打开容器16的盖子，衬底数量检测部件沈运作以当容器盖子打开时检测装载于容器16内晶圆200的数量。衬底转移部件观和充当衬底支撑件的晶舟217布置于壳体12内部。衬底转移部件观配备有臂部(镊子)32，并且通过使用驱动机构(图中未示)衬底转移部件观可转动并可垂直地移动。举例而言，臂部32运作以拾取5片晶圆200，并且操作臂部32以在晶舟 217和放置在容器开具M的相同位置处的容器16之间转移晶圆200。图2是示意性侧面正视图，该侧面正视图显示了在本公开的示例性实施方式中使用的衬底加工设备中的加工炉202的配置。如图2中所示，加工炉202包括加热器206作为加热机构。举例而言，加热器206 形成为管形并通过加热器基座支撑来垂直设置，所示加热器基座用作支撑盘(图中未示)。
在加热器206内部，运行为反应管的加工管203与加热器206同心地布置。加工管 203可包括作为内部反应管的内管204和作为外部反应管的外管205，外管205安装于内管 204的外侧。内管204可由耐热材料形成，并可形成为上端和下端打开的管形，所述耐热材料诸如石英(Si02)、碳化硅(SiC)或类似物。在管形内管204的中空部中，形成加工室201， 加工室201构造为容纳处于水平的晶圆(用作衬底)200，使得晶圆200由晶舟217水平地堆叠，这部分将在后面描述。外管206可由耐热材料形成，并可形成为上端闭合下端打开的管形，所述耐热材料诸如石英(SiO2)、碳化硅(SiC)或类似物。外管205相对于内管204同心形成，外管205的内径大于内管204的外径。在外管205下方，多支管209相对于外管205同心地布置。举例而言，多支管209 可由不锈钢或类似物形成，并可形成为上端打开和下端打开的管形。多支管209与内管204 和外管205接合以支撑内管204和外管205。此外，0环220a置于多支管209和外管205之间用作密封件。多支管209由加热器基座(图中未示)支撑，使得垂直地设置加工管203。 加工管203和多支管209构成反应容器。利用管嘴230a、230b、230c和230d作为气体引入部件，并将管嘴230a、230b、 230c和230d连接至多支管209，使得它们与加工室201连通。气体供应管23h、232b、 232c和232d分别连接至管嘴230a、230b、230c和230d。含硅气体供应源300a、含氧气体供应源300b、含卤素气体供应源300c以及惰性气体供应源300d分别通过质量流控制器 (MFC)Mla、241b、Mlc和Mld (充当气体流速控制器)并分别通过阀门310a、310b、310c和 310d(充当开关装置)分别连接至气体供应管23h、232b、232c和232d的上游侧，气体供应管23^i、232b、232c和232d的上游侧位于与各自的管嘴230a、230b、230c和230d的连接侧相对的一侧。气体流速控制部件235电连接至MFC 241a.241b.241c和241d(如图2中 C所示)，并且气体流速控制部件235配置成控制所供应的气体的流速并在期望时间维持期望值。举例而言，供应硅烷(SiH4)作为含硅气体的管嘴230a可由石英(举例而言)制成并安装至多支管209以通过多支管209。至少一个管嘴230a可安装在多支管209上，并安装在与加热器206相对的位置下方且与多支管209相对的位置，从而供应含硅气体进入加工室201。管嘴230a连接至气体供应管23加。气体供应管23 通过质量流控制器Mla 和阀门310a连接至含硅气体供应源300a，含硅气体供应源300a供应含硅气体，例如硅烷 (SiH4)气体，质量流控制器Mla充当流速控制器(流速控制装置)。这种布置允许对含硅气体状况的控制，所述含硅气体状况例如供应流速、浓度和待供应进入加工室201的硅烷气体的分压强。大体上，含硅气体供应源300a、阀门310a、质量流控制器Mia、气体供应管 232a和管嘴230a构成了作为气体供应系统的含硅气体供应系统。举例而言，供应氧气(O2)作为含氧气体的管嘴230b可由石英(举例而言)制成， 并安装至多支管209以通过多支管209。至少一个管嘴230b可安装在多支管209上，并安装在与加热器206相对的位置下方且与多支管209相对的位置，从而供应含氧气体进入工作室201。管嘴230b连接至气体供应管232b。气体供应管232b通过质量流控制器Mlb和阀门310b连接至含氧气体供应源300b，含氧气体供应源300b供应含氧气体，例如氧气，质量流控制器Mlb充当流速控制器(流速控制装置)。这种布置允许对含氧气体的状况的控制，所述含氧气体的状况例如供应流速、浓度和待供应进入加工室301的氧气的分压强。大体上，含氧气体供应源300b、阀门310b、质量流控制器Mlb、气体供应管232b和管嘴230b 构成了充当气体供应源的含氧气体供应系统。举例而言，供应三氟化氮(NF3)作为含卤素气体的管嘴230c可由石英(举例而言) 制成，并安装至多支管209以通过多支管209。至少一个管嘴230c可安装在多支管209上， 并安装在与加热器206相对的位置下方且与多支管209相对的位置，从而供应含卤素气体进入工作室201。管嘴230c连接至气体供应管232c。气体供应管232c通过质量流控制器 241c和阀门310c连接至含卤素气体供应源300c，含卤素气体供应源300c供应含卤素气体，例如三氟化氮(NF3)气体，质量流控制器Mlc充当流速控制器(流速控制装置)。这种布置允许对含卤素气体的状况的控制，所述含卤素气体的状况例如供应流速、浓度和待供应进入加工室301的三氟化氮的分压强。大体上，含卤素体供应源300c、阀门310c、质量流控制器Mlc、气体供应管232c和管嘴230c构成了充当气体供应源的含卤素气体供应系统。举例而言，供应氮气(N2)作为惰性气体的管嘴230d可由石英(举例而言)制成， 并安装至多支管209以通过多支管209。至少一个管嘴230d可安装在多支管209上，并安装在与加热器206相对的位置下方且与多支管209相对的位置，从而供应惰性气体进入工作室201。管嘴230d连接至气体供应管232d。气体供应管232d通过质量流控制器Mld 和阀门310d连接至惰性气体供应源300d，惰性气体供应源300d供应惰性气体，例如氮气， 质量流控制器Mld充当流速控制器(流速控制装置)。这种布置允许对惰性气体的状况的控制，所述惰性气体的状况例如供应流速、浓度和待供应进入加工室301的分压强。大体上，惰性气体供应源300d、阀门310d、质量流控制器Mid、气体供应管232d和管嘴230d构成了充当气体供应源的惰性气体供应系统。气体流速控制部件235电连接至阀门310a、310b、310c和310d和质量流控制器 Mla、241b、Mlc和Mld(如图2中C所示)从而控制在期望时间的期望的气体供应量、气体供应起始、气体供应终止等。此外，虽然在上面说明的实施方式中，管嘴230a、230b、230c和230d安装在与多支管209相对的位置，但是本公开并不限制于此。举例而言，在其他实施方式中，管嘴230a、 230b,230c和230d中至少一个可安装在与加热器208相对的位置，从而使得在晶圆加工区域供应含硅气体、含氧气体、含卤素气体或惰性气体成为可能。举例而言，可应用形成为L 形的一个或多个管嘴以将气体供应位置延伸至所述晶圆加工区域，使得气体可从一个或多个位置供应至所述晶圆附近。管嘴可安装在与多支管209或加热器206相对的任一位置。此外，虽然在本实施方式中已说明硅烷气体作为含硅气体的一个例子，但是本公开并不限制于此。举例而言，在其他实施方式中，所述含硅气体可包括高阶硅烷气体、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)气体、三氯甲硅烷(SiHCl3)气体、四氯甲硅烷(SiCl4)气体或它们的任意组合，所述高阶硅烷气体例如乙硅烷(Si2H6)、丙硅烷(Si3H8)等。此外，虽然在本实施方式中已说明氧气(O2)作为含氧气体的一个例子，但是本公开不限制于此。举例而言，在其他实施方式中，所述含氧气体可包括臭氧(O3)气体等。此外，虽然在本实施方式中已说明三氟化氮(NF3)作为含卤素气体的一个例子，但是本公开不限制于此。举例而言，在其他实施方式中，所述含卤素气体可包括氟(F)或氯 (Cl)，例如三氟化氯(ClF3)气体、氟气(F2)气体等或它们的任意组合。此外，虽然在本实施方式中已说明氮气(N2)作为惰性气体的一个例子，但是本公开不限制于此。举例而言，在其他实施方式中，所述惰性气体可包括诸如氦气(He)气体、氖气(Ne)气体、氩气(Ar)其他等的稀有气体或氮气气体和稀有气体的组合。抽空加工室201内气体的排气管231布置在多支管209上。排气管231布置于管状空间250的下端部分，使得排气管231与管状空间250连通，管状空间250由内管204和外管205之间的空隙形成。诸如真空泵等的真空排气设备246通过压强传感器M5 (用作压强探测器)和压强调整设备242连接至排气管231的下游侧，所述下游侧相对于连接至多支管209的一侧。真空排气设备246配置成在加工室201中创建真空，使得加工室201 中的压强维持在期望的压强。压强控制部件236电连接至压强调整设备242和压强传感器 M5 (如图2中B所示)。压强控制部件236配置成基于由压强传感器245检测到的压强信息在期望时间控制压强调整设备M2以调整加工室201中压强从而维持在期望的压强。密封帽219布置于多支管209的下方以用作炉开盖，该炉开盖在多支管209的下开口中创建气密密封。在垂直方向上，密封盖219的顶面紧靠多支管209的下端部。密封盖219可由金属材料制成，例如不锈钢等，并且密封盖219可以是盘状。用作密封件的0环 220b布置于密封盖219的上表面上，0环220b的顶面紧靠多支管209的下端。转动晶舟 217的转动机构2M安装于密封盖219的一侧上，所述一侧是加工室201的相对侧。转动机构254的转动轴255穿过密封盖219并连接至晶舟217，这将在后面描述。转动轴255的转动促使晶舟217的转动，引起晶圆200转动。使用作为升起机构的晶舟升降机115可升起密封盖219，所述升起机构垂直地布置于加工管203的外部，使得晶舟217可转移进入或转移出加工室201。驱动控制部件237电连接至转动机构邪4和晶舟升降机115(如图2中A 所示)以控制它们在期望的时间执行期望的操作。用作衬底支撑物的晶舟217可由耐热材料制成，所述耐热材料例如石英、碳化硅等，并且晶舟217构造为保持多个晶圆200，使得多个晶圆200水平地堆叠，使它们的中心以一致的布置排列成行。此外，为了加热器206和多支管209之间的热绝缘，多个圆盘形的绝热板216 (用作热绝缘件)水平地堆叠于晶舟217的下部，绝热板216可由诸如石英、碳化硅等的热绝缘材料制成。在加工管203内部布置温度传感器263作为温度探测器。温度控制部件238电连接至加热器206和温度传感器沈3 (如图2中D所示)。温度控制部件238基于由温度传感器沈3检测到的温度信息在期望的时间控制加热器206和温度传感器沈3以调整供应给加热器206的功率，使得加工室201内的温度具有期望的温度分布。气体流速控制部件235、压强控制部件236、驱动控制部件237和温度控制部件238 还可构成工作部件和输入输出部件，并电连接至主控制部件239，主控制部件239整体控制所述衬底加工设备。气体流速控制部件235、压强控制部件236、驱动控制部件237、温度控制部件238和主控制部件239组成控制器M0。下面是对使用化学气相沉积(CVD)在晶圆200上形成薄膜的方法的描述。制造半导体器件的一个实施方式使用具有上述配置的加工炉202。在下面的论述中，应注意，构成衬底加工设备的各部件的工作由控制器240控制。如图2所示，当多个晶圆200装载进晶舟217(晶圆加载操作)时，保持所述多个晶圆200的晶舟217由晶舟升降机115抬起并随后运送进入加工室201 (装载晶舟操作)。 在这种情形下，密封帽219通过0环220b在多支管209的下端部上气密地密封。
7
使用真空排气设备246抽空加工室201的内部，这样加工室201内部的压强维持在期望的压强(真空程度)。在这种情形下，通过压强传感器245测量加工室201内部的压强，并将该压强反馈给压强调整设备对2。基于测量到的数据，压强调整设备242调整加工室201内的压强。此外，加热器206加热加工室201的内部，使得该内部的温度维持在期望的温度。在这种情形下，通过温度传感器263测量加工室201内部的温度，并将该温度反馈给加热器206。基于所测量到的温度，调整供应给加热器206的功率，使得加工室201内的温度具有期望的温度分布。接着，转动机构2M转动晶舟217导致晶圆200转动。之后，如图2所示，举例而言，含硅气体供应源300a供应用作加工气体的含硅气体。所供应的含硅气体提供至质量流控制器(MFC) 241a，在该质量流控制器Mla处控制含硅气体的流速以维持含硅气体流速在期望的级别。提供如此控制的含硅气体通过气体供应管23 进入加工室201。所提供的含硅气体在加工室201内向上流动，并从上端开口排出进入管状空间250，继而通过排出管231排出。当含硅气体通过加工室201内部时，含硅气体与晶圆200的表面接触。这导致热CVD反应，热CVD反应允许膜沉积，例如晶圆200上的硅膜。在过了预定时间段之后，由惰性气体供应源300d供应的惰性气体提供至质量流控制器(MFC)241d，质量流控制器(MFC) Mld控制所述惰性气体的流速以维持在期望的级别。加工室201内的气氛被取代为所述惰性气体，并且其中的气压恢复至大气压强。之后，晶舟升降机115降低密封盖219，使得多支管209的下端打开。随后，由晶舟217保持的加工后的晶圆200移出多支管209的下端至加工管203的外部(晶舟卸载操作)。加工后晶圆200随后卸出晶舟217(晶圆卸载操作)。下面是对依据本公开的第一实施方式的膜形成方法的详细描述。可使用上述的半导体制造设备10在制造半导体器件的工艺之一中形成期望的膜。图3是显示依据本公开第一实施方式在各工艺中形成的衬底状态的示意性截面图。如图3所示，在所述第一实施方式中，执行膜形成工艺以在用作衬底的晶圆200上形成硅膜，随后进行改变工艺，所述改变工艺将氧化种子供应至所述硅膜，加热所述硅膜，将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜。最后，执行去除工艺以去除氧化硅膜。这些工艺允许所述硅膜经受热处理，从而将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜。因此，可能的是，形成具有薄厚度的硅膜并使用改变的氧化硅膜作为盖膜，从而抑制可能伴随所述热处理的所述硅膜表面上的硅迁移。这允许形成具有小的表面粗糙度的硅膜，例如多晶硅膜(多晶膜)。下面将对此进行详细描述。在后面的内容中，将更详细地说明依据所述第一实施方式的前述工艺。<膜形成工艺>举例而言，下面描述在由硅或类似物制成的晶圆200(用作衬底)上形成无定形硅膜710的膜形成工艺。优选地，至少含硅气体可引入加工室201，并且，举例而言，使用CVD 方法在晶圆200上可形成无定形硅膜710，无定形硅膜710的厚度范围是大于等于15nm至小于等于80nm。在其他实施方式中，通过前述工艺，在晶圆200上可形成氧化硅膜，并随后在所述氧化硅膜上可形成无定形硅膜710。举例而言，这增强了无定形硅膜710和所述氧化硅膜之间的黏着，降低最终生成的半导体器件的性能恶化并且还防止吞吐量恶化。
此外，含硅气体的例子可包括硅烷(SiH4)气体、乙硅烷(Si2H6)气体等。此外，通过将乙硅烷气体引入至晶圆200上以形成由硅制成的种子层710a，随后供应硅烷气体至种子层710a上以在其上形成硅层710b，可形成无定形硅膜710。通过供应乙硅烷气体至晶圆200上形成的种子层710a允许晶核在用作衬底的晶圆200上均勻地形成。随后供应至种子层710a上的硅烷气体促使所述晶核的生长均勻地形成于晶圆200上， 从而均勻地形成硅层710b。换言之，形成于晶圆200上的例如无定形硅膜710之类的所述硅膜包括种子层710a和硅层710b，从而改善了表面内的膜厚均勻性。晶圆200在加工室201内部加工的工艺条件的一个例子，也即通过供应乙硅烷气体至晶圆200上在晶圆200上形成种子层710a，可包括下列条件工艺温度范围大于等于390°C至小于等于480°C工艺压强范围大于等于401 至小于等于120Pa乙硅烷气体供应流速范围大于等于50SCCm至小于等于500sCCm通过将各工艺条件维持在各自范围内的恒定等级，在晶圆200上形成了由硅制成的硅层710b。此外，晶圆200在加工室201内部加工的工艺条件的一个例子，也即在种子层710a 上形成硅层710b，可包括下列条件工艺温度范围大于等于490°C至小于等于540°C工艺压强范围大于等于401 至小于等于200Pa硅烷气体供应流速范围大于等于500SCCm至小于等2000sCCm通过将各工艺条件维持在各自范围内的恒定等级，在种子层710a上形成硅层710b。上述的膜形成工艺允许在晶圆200上形成具有小的表面粗糙度的无定形硅膜 710。此外，由硅制成的种子层710a可形成为具有Inm或更厚的膜厚。可以理解，当无定形硅膜710的厚度是15nm时，该15nm包括种子层710a (通过供应乙硅烷气体形成)的厚度Inm和硅层710b (通过供应硅烷气体形成)的厚度13nm，确保高的台阶覆盖率是可能的，例如95%的台阶覆盖率。这允许将本实施方式应用于下一代存储器，例如3维存储器 (3D存储器)。此外，虽然在上面的描述中，已说明使用乙硅烷气体和硅烷气体形成无定形硅膜 710的膜形成条件，但是本公开不限于此。举例而言，在其他实施方式中，使用任一种含硅气体、任一种其他的含硅气体或它们的组合可形成无定形硅膜710。此外，虽然在上面的描述中，已说明使用CVD方法执行膜形成工艺，但是本发明不限于此。举例而言，在其他实施方式中，可使用原子层沉积(ALD)方法。<改变工艺>随后，通过供应氧化种子至例如无定形硅膜710的所述硅膜，加热所述硅膜经受氧化，并将所述硅膜的表面层改变为氧化硅膜，来执行改变工艺。举例而言，供应氧气(O2)进入加工室201作为氧化种子，随后，例如无定形硅膜 710的硅膜经受热处理，将所述硅膜的表面层改变为氧化硅膜。通过改变工艺形成的无定形硅膜710可优选地形成为具有2至50nm的膜厚范围。同样地，通过将氧化种子供应至无定形硅膜710的表面层，将无定形硅膜710的表面层改变成氧化硅膜720，而例如无定形硅膜710的硅膜通过热处理变成多晶硅膜730。此外，在这种情形下，可形成多晶硅膜730，多晶硅膜730的厚度小于无定形硅膜710的厚度。此外，通过改变工艺形成的氧化硅膜720可充当盖膜，通过该盖膜，在通过热处理将无定形硅膜710改变成多晶硅膜730的期间，其抑制了在形成于所述晶圆上的硅膜和氧化硅膜720之间界面上驻留的硅的迁移，所述形成于所述晶圆上的硅膜具体而言是多晶硅膜730。具体而言，因为抑制了驻留在多晶硅膜730的表面层上的硅的迁移，所以通过下面详细叙述的后续去除工艺暴露出的多晶硅膜730的表面粗糙度(以RMS来计量)可以是小的。在加工室201内加工晶圆200的工艺条件的一个例子可包括下列条件工艺温度范围大于等于700°C至小于等于950°C工艺压强范围大于等于1001 至小于等于100，OOOPa氧气气体供应流速范围大于等于4SCCm至小于等IOsccm通过将各工艺条件维持在各自范围内的恒定等级，由供应至无定形硅膜710的表面层的氧化种子将无定形硅膜710的表面层改变成氧化硅膜720，而例如无定形硅膜710的硅膜通过热处理变成多晶硅膜730。在氧化种子供应至无定形硅膜710上的时候，无定形硅膜710的表面层由供应至其上的氧化种子改变成氧化硅膜720，无定形硅膜710随后经受热处理从而变成多晶硅膜 730。在这种情形下，由所述氧化种子改变成的氧化硅膜720可充当盖膜，该盖膜抑制了界面上驻留的硅的迁移，所述界面位于热处理以形成多晶硅730的硅膜和氧化硅膜720 之间。此外，由于无定形硅710的表面层改变成氧化硅膜720，多晶硅膜730可形成为具有薄的厚度。换言之，可控制诸如改变工艺中供应的氧化种子的量、加工室201中的压强(工艺压强)或温度等的工艺条件，所述氧化种子例如氧气气体。这允许控制改变成氧化硅膜 720的量，也即改变成的氧化硅膜720的膜厚，从而控制多晶硅730的膜厚。此外，尽管在上面的实施方式中，氧化气体被说明为氧化种子，但是优选地，在改变工艺中，氧化气体和氢气可彼此独立地供应进入加工室201。这导致即使当由硅制成的晶圆200上存在多于一个的平面方向时，也高速执行初始的氧化反应，这可显著地降低依赖于硅中平面方向的氧化速度的差异，从而均勻地执行改变工艺。然而，本实施方式不限于此，本实施方式可使用其他方法，所述其他方法采用诸如H2O气体的含氧气体。〈去除工艺〉然后，执行用于去除在所述改变工艺期间形成的氧化硅膜720的去除工艺。通过所述去除工艺，去除氧化硅膜720以暴露多晶硅膜730。举例而言，至少供应三氟化氮(NF3)进入加工室201以使用干法刻蚀去除氧化硅膜720。在这种情形下，氧化硅膜720与三氟化氮气体反应，使得驻留在氧化硅膜720中的硅与三氟化氮气体中所含的氟结合，从而形成含硅氟的化合物(SixFy，χ和y是整数)，而驻留在氧化硅膜720中的氧与三氟化氮气体中的氮结合，从而形成含氮氧的化合物(Ν0ζ，ζ是整数)。含有上述化合物的气体从加工室201中排出，从而去除氧化硅膜720。因此，获得具有小的表面粗糙度的多晶硅膜730是可能的，多晶硅膜730通过上述的改变工艺形成于晶圆200上。
在本实施方式中，使用三氟化氮(NF3)气体，但是本实施方式不限于此。在其他实施方式中，可使用含有氟或氯的含卤素气体，上述含卤素气体诸如三氟化氯(ClF3)气体、氟气(F2)等。此外，通过将晶圆200卸载出半导体制造设备10，并随后通过利用其他设备使用化学湿法刻蚀来取代使用上述的干法刻蚀，可执行氧化硅膜730的去除。优选地，在上述湿法刻蚀中可使用稀氢氟酸溶液以去除氧化硅膜720，从而形成具有小的平面粗糙度的多晶硅膜730，所述稀氢氟酸稀释成例如的浓度。在这个实施方式中描述了用作化学制品的稀氢氟酸溶液，但是本实施方式不限于此。在其他实施方式中，可使用其他的含卤素溶液。 此外，可使用稀释成较高浓度的溶液。在完成上述一系列工艺之后，暂停供应加工气体进入所述加工室，随后供应来自惰性气体供应源的惰性气体至加工室201，使得加工室201内的气氛替换成惰性气体，并且其中的压强恢复至大气压强。之后，通过升降电机122降低密封盖219，使得多支管209的下端打开。由晶舟217 保持的加工后的晶圆200随后从多支管209的下端卸载出加工室201 (晶舟卸载操作)。晶舟217在预定位置处于待用状态，直至由晶舟217保持的所有加工后的晶圆200冷却。随后，如果处于待命状态中的晶舟217中的晶圆200冷却到预定温度，则晶舟217中的晶圆 200由衬底转移部件观拾取并随后运送至空的容器16以在容纳于其中，容器16位于容器开具M处。之后，容器载件20运送含有晶圆200的容器16进入容器架22或容器台18。 从而，半导体制造设备10中的一系列操作完成。< 比较 >下面将由上述方法形成的多晶硅膜730与样品膜比较，所述样品膜也即在晶圆 200上形成的多晶硅膜750。给出对样品膜的形成方法的描述。图4是膜的示意性横截面图，所述膜由各样品形成工艺形成。首先通过在晶圆200上形成无定形硅710，随后热处理所述无定形硅膜710 并将无定形硅膜710改变成多晶硅膜750，来形成所述样品膜。此外，在形成样品膜中使用的无定形硅膜710形成方法与在上述第一实施方式中使用的无定形硅膜710形成方法相同。下面给出所述热处理中的工艺条件。当样品膜750形成于加工室201内时，无定形硅膜710经受热处理的工艺条件的一个例子可包括下列条件工艺温度范围大于等于650°C至小于等于950°C工艺压强范围大于等于5，OOOPa至小于等于1，000, OOOPa氮气供应流速范围大于等于500SCCm至小于等于2，OOOsccm通过将各工艺条件维持在各自范围内的恒定等级，无定形硅膜710经受热处理。在一些实施方式中，所述热处理所需的温度和时间段可基于适于待热处理的衬底的条件进行调整。图5显示了依据第一实施方式形成的膜的表面粗糙度和多晶硅膜750(样品膜) 的表面粗糙度的比较结果。在两种情形中，具有15nm至SOnm厚的多晶硅膜形成于晶圆200 上。然而，在两个膜中，表面粗糙度(以RMS来计量)显著不同。所述比较显示，尽管用作样品膜的多晶硅膜750的表面粗糙度(以RMS来计量)具有0. 62nm的量值，依据第一实施方式形成的多晶硅膜730具有0. 33nm的适当量值的表面粗糙度。这种差异的原因是驻留
11在无定形硅表面的硅在样品膜热加工期间迁移。另一方面，在所述第一实施方式中，无定形硅膜730经受热处理以置换成多晶硅膜730，而无定形硅膜710的表面层通过供应至无定形硅膜710的表面的氧化种子改变成氧化硅膜720。这允许所形成的氧化硅膜720充当盖膜，阻止驻留在界面处的硅迁移，所述界面位于构成所述多晶硅膜的硅膜和氧化硅膜720 之间，所述硅膜具体而言是多晶硅膜730，所述迁移由热处理导致。此外，在所述去除工艺后暴露的多晶硅膜730可形成为具有小的表面粗糙度。图6显示了测量到的无定形硅中膜厚值和在各膜厚值处测量到的表面内均勻性之间的关系。在图6中，水平轴描绘膜形成时间(分钟)，而左侧垂直轴描绘所形成的无定形硅的膜厚值，右侧垂直轴描绘在晶圆200上形成的无定形硅膜中各膜厚值处的表面内均勻性(％)。如图6所示，所述无定形硅膜的表面内均勻性随着膜厚降低而大幅度地恶化。 因此，预期随着半导体器件规模降低，通过仅使用无定形硅膜形成工艺不可能获得平坦表面，从而使得将所述工艺应用至半导体器件变得困难。依据本公开的第一实施方式，可形成具有小的表面粗糙度的多晶硅膜730，这在应用至减小规模的半导体器件是有利的，所述半导体器件要求具有小的膜厚的硅膜。在制造半导体器件的加工期间，可能的是，均勻地形成硅膜并提高多晶硅膜730和在多晶硅膜上形成的膜之间的粘附性。此外，依据本公开，以稳定方式制造具有较好性能的半导体器件是可能的。所述实施方式可至少具有下列效果(1)可形成具有小的表面粗糙度的多晶硅膜；(2)通过控制氧化种子供应状况，可控制待形成的多晶硅膜的膜厚；(3)关于第(1)项， 在膜形成工艺中，通过使用种子层来形成具有小的表面粗糙度和较好的表面内均勻性的多晶硅是可能的，所述种子层由乙硅烷气体形成的硅和硅烷气体形成的硅层制成；(4)关于第(1)项，在半导体器件制造工艺中，均勻地形成由硅制成的绝缘膜是可能的；( 关于第 (1)项，如果所述实施方式应用至诸如具有大的宽高比的沟槽之类的结构中时，获得较好的台阶覆盖率是可能的；(6)关于第(1)项，提高多晶硅膜和形成于所述多晶硅膜上的膜之间的粘附性是可能的；以及(7)以稳定的方式制造具有较好性能的半导体器件从而获得吞吐量提高是可能的。此外，在前述的实施方式中，通过一个半导体制造设备10执行了一系列膜形成工艺，但是所述膜形成工艺不限于此，使用用于各工艺的加工设备可执行所述膜形成工艺。类似地，本公开不限于批式设备，本公开也可应用于单晶圆类型设备。此外，尽管本公开已说明了多晶硅膜的形成，本公开还可应用至其他外延和CVD 膜，例如氮化硅膜等。下面，将额外地申明本公开的优选方面。本公开的第一方面可提供半导体器件制造方法，该半导体器件制造方法包括在衬底上形成硅膜；将氧化种子供应至所述衬底上，在所述硅膜上执行热处理；改变所述硅膜的表面层为氧化硅膜；以及去除所述氧化硅膜。本公开的第二方面提供衬底加工设备，该衬底加工设备包括加工衬底的加工室； 配置成至少供应含硅气体进入所述加工室的含硅气体供应系统；配置成至少供应含氧气体进入所述加工室的含氧气体供应系统；配置成至少供应含卤素气体进入所述加工室的含卤素气体供应系统；以及控制器，该控制器配置成控制所述含硅气体供应系统至少供应含硅气体进入所述加工室从而在所述衬底上形成所述硅膜，控制含氧气体供应系统供应含氧气体进入所述加工室从而在所述硅膜上执行热处理并将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜， 以及控制所述含卤素气体系统供应含卤素气体进入所述加工室从而去除所述氧化硅膜。本公开的第三方面提供衬底加工方法，该衬底加工方法包括在衬底上形成硅膜； 将氧化种子供应至所述衬底上；在所述硅膜上执行热处理；将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜；以及去除所述氧化硅膜。依据所述第一方面的形成膜的工艺可包括供应乙硅烷气体进入所述加工室以在所述衬底上形成由硅制成的种子层，并随后供应硅烷气体进入所述加工室以在所述种子层上形成硅膜。依据所述第一方面的形成膜的工艺可包括供应乙硅烷气体进入所述加工室以在所述衬底上形成由硅制成的种子层，随后停止供应乙硅烷气体进入所述加工室，并随后供应硅烷气体进入所述加工室以在所述种子层上形成硅膜。在依据上述方面的形成膜的工艺中，种子层的膜厚度可以在Inm或者更高的范围内。依据上述方面的去除工艺可包括供应含卤素气体至所述衬底上以去除所述氧化硅膜。依据本公开，在一些实施方式中，通过降低处理期间衬底恶化量来提高衬底质量和半导体器件性能是可能的。尽管已描述了一些实施方式，但是这些实施方式仅以示例性呈现，并且这些实施方式无意于限制本公开的范围。实际上，本文中所描述的新颖方法和设备可体现为多种其他形式；此外，在不偏离本公开精神的前提下，可作出对本文描述的实施方式的各种省略、 替换和改变。所附的权利要求书及其等同权利要求意于覆盖处于本公开范围和精神内的形式或修改。
权利要求
1.一种半导体器件制造方法，包括 在衬底上形成硅膜；通过供应氧化种子至所述衬底上，并在所述硅膜上执行热处理来将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜；以及去除所述氧化硅膜。
2.根据权利要求1的方法，其中将所述硅膜的表面层改变成所述氧化硅膜包括改变所述硅膜的不是氧化硅膜的其他区域。
3.根据权利要求2的方法，其中在所述衬底上形成硅膜中形成的硅膜是无定形硅膜， 并且在改变所述硅膜的表面层之后，所述硅膜的不是氧化硅膜的其他区域从无定形硅膜改变成多晶硅膜。
4.根据权利要求1的方法，其中在相同的加工室内执行所述改变和所述去除。
5.根据权利要求4的方法，其中，所述去除还包括通过供应含卤素气体进入所述加工室来去除所述氧化硅膜。
6.根据权利要求1的方法，其中在不同室中执行所述去除和所述改变。
7.根据权利要求6的方法，其中所述去除还包括通过基于化学的湿法刻蚀去除所述氧化硅膜。
8.根据权利要求1的方法，其中所述形成还包括供应乙硅烷气体进入所述加工室以在所述衬底上形成由硅制成的种子层，并供应硅烷气体进入所述加工室以在所述种子层上形成硅膜。
9.根据权利要求8的方法，其中在形成所述种子层中供应所述乙硅烷气体，而在所述种子层上形成所述硅膜中供应所述硅烷气体。
10.根据权利要求1的方法，其中所述改变包括当工艺压强落入大于等于100 至小于等于100，OOOPa的范围内时，供应氧化种子至所述硅膜上。
11.一种衬底加工设备，包括 加工衬底的加工室；配置成至少供应含硅气体进入所述加工室的含硅气体供应系统； 配置成至少供应含氧气体进入所述加工室的含氧气体供应系统； 配置成至少供应含卤素气体进入所述加工室的含卤素气体供应系统；以及控制器，该控制器配置成控制含硅气体供应系统至少供应含硅气体进入所述加工室从而在所述衬底上形成硅膜；控制含氧气体供应系统供应含氧气体进入所述加工室从而在所述硅膜上执行热处理并将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜，以及控制所述含商素气体系统供应含商素气体进入所述加工室从而去除所述氧化硅膜。
12.一种衬底加工方法，包括 在衬底上形成硅膜；通过供应氧化种子至所述衬底上并在所述硅膜上执行热处理来将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜；以及去除所述氧化硅膜。
全文摘要
本发明提供半导体器件制造方法和衬底加工方法及设备。本文描述的实施方式涉及改善衬底质量和半导体器件性能，这由污染物或颗粒渗入具有硅膜的衬底所导致，所述硅膜形成于所述衬底上，所述实施方式还涉及形成具有小的表面粗糙度的硅膜。提供了一种半导体器件制造方法，该方法包括在衬底上形成硅膜，供应氧化种子至所述衬底上，在所述硅膜上执行热处理，将所述硅膜的表面层改变成氧化硅膜，以及去除所述氧化硅膜。
文档编号H01L21/20GK102194660SQ201110048450
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月23日 优先权日2010年2月24日
发明者汤浅和宏, 王杰, 笠原修, 西田圭吾 申请人:株式会社日立国际电气