专利名称：氮化硅层的形成方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜的形成方法，特别是涉及一种利用具有多孔式气体注入器的沉积炉管以形成氮化硅层的氮化硅层的形成方法。
背景技术：
在晶圆上形成薄膜有许多可采取的方式，其中一种方法是为化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)。化学气相沉积是将反应气体输送至高温炉内，并且使反应气体与置于炉内的晶圆产生化学反应，以在晶圆表面沉积一层薄膜。化学气相沉积制程所使用的沉积炉管包括有水平式沉积炉管与直立式沉积炉管。其中直立式沉积炉管的反应器是以直立的方式配置，且由于其所需的整体体积较小，因此在使用上有逐渐取代水平式沉积炉管的趋势。
以氮化硅层的沉积来说，当利用直立式沉积炉管来进行时，二氯硅烷(Dichlorosilane，SiH2Cl2)、氨气(NH3)等反应气体会藉由气体注入管从沉积炉管的底部分别进入沉积炉管内，并且共同与放置在晶舟(Boat)上的各个晶圆产生化学反应，以在晶圆表面形成氮化硅层。然而，由于这些反应气体是仅能从沉积炉管的底部进入沉积炉管，因此反应气体，特别是反应所需比例较低的反应气体，无法充分到达沉积炉管的顶部，而导致一个晶舟上的各个晶圆之间的沉积均匀性不佳。以微机电系统(MEMS)中的氮化硅层来说，沉积此氮化硅层所需的反应气体一般是为二氯硅烷与氨气，而且由于微机电系统(MEMS)对于氮化硅层有低应力的需求，因此所使用的二氯硅烷的流量一般会大于氨气的流量，以形成多硅氮化硅层。不过，在沉积氮化硅层的过程中，由于流量较小的氨气无法充分到达沉积炉管的顶部，因此会使得一个晶舟上的各个晶圆之间其上的氮化硅层，沉积均匀性不佳。换言之，即使晶舟上的各个位置皆放置有晶圆，仍只有位于晶舟部分区域的晶圆才可形成低应力的氮化硅层，因此一次沉积制程的晶圆的产量会受到影响。
另一方面，在微机电系统(MEMS)中，由于所需形成的氮化硅层的厚度一般都介于7000埃至10000埃之间，较一般元件中的氮化硅层为厚。因此在微机电系统元件中，若无法形成低应力的氮化硅层，相较于一般元件中的氮化硅层，将更易剥离，进而造成元件失效的问题。举例来说，一个位于喷墨头上的微集成电路元件，其是藉由虹吸现象来吸取墨水匣中的墨水。然而，若此以氮化硅层为腔壁的集成电路元件，其氮化硅层因应力过大而剥离时，会使得集成电路元件无法再吸取墨水，而造成喷墨头无法再使用的问题。因此，对于微机电系统元件来说，其对于低应力的要求更甚于一般元件。但是如此一来，一个晶舟内能达到微机电系统的低应力标准的晶圆数将更为减少，从而量产微机电系统元件将更加困难。
由此可见，上述现有的氮化硅层的形成方法在形成方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决氮化硅层的形成方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法又没有适切的形成方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的氮化硅层的形成方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及其专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的氮化硅层的形成方法，能够改进一般现有的氮化硅层的形成方法，使其更具有实用性。经过不断研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的氮化硅层的形成方法存在的缺陷，而提供一种新的氮化硅层的形成方法，所要解决的技术问题是使其可以解决在微机电系统元件的制程中，晶圆量产不易的问题，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的另一目的在于，提供一种氮化硅层的形成方法，所要解决的技术问题是使其可以解决现有习知方法在一个晶舟上，各个晶圆之间的沉积均匀性不佳的问题，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种氮化硅层的形成方法，适用于微机电系统(MEMS)元件的制程，包括以下步骤提供一沉积炉管，该沉积炉管包括一外管；一晶舟，配置在该外管的内部，用以承载多数个晶圆；一气体注入器，位于该外管与该晶舟之间；以及一气体均匀注入装置，位于该外管与该晶舟之间，而且由该气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布于该沉积炉管内；以及将一含硅气体源藉由该气体注入器输送至该沉积炉管内，并且将混合有一载气的一含氮气体源藉由该气体均匀注入装置输送至沉积炉管内，以在该些晶圆表面沉积一氮化硅层，其中该含硅气体源的流量是大于含氮气体源的流量。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的气体注入器包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的气体均匀注入装置包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的多孔式气体注入器具有5个以上的气体输出孔。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的含硅气体源与该含氮气体源的流量比是至少大于3∶1。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的含硅气体源包括二氯硅烷(Dichlorosilane，SiH2Cl2)。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的含氮气体源包括氨气(NH3)。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的载气与该含氮气体源的混合比例是介于1∶1至10∶1之间。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的载气包括氮气。
前述的氮化硅层的形成方法，其中在形成该氮化硅层的过程中，该沉积炉管内的压力是介于0.1torr至1torr之间。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种氮化硅层的形成方法，其包括以下步骤提供一沉积炉管，该沉积炉管包括一外管；一晶舟，配置在该外管的内部，用以承载多数个晶圆；一气体注入器，位于该外管与该晶舟之间；以及一气体均匀注入装置，位于该外管与该晶舟之间，而且由该气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布于该沉积炉管内；以及将一第一反应气体源藉由该气体注入器输送至该沉积炉管内，并且将一第二反应气体源藉由该气体均匀注入装置输送至该沉积炉管内，以在该些晶圆表面沉积一氮化硅层，其中该第一反应气体源的流量是大于该第二反应气体源的流量。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的气体注入器包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的气体均匀注入装置包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的多孔式气体注入器具有5个以上的气体输出孔。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的第一反应气体源是为一含硅气体源与一含氮气体源其中之一，且该第二反应气体源是为其中之另一。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的含硅气体源包括二氯硅烷。
前述的氮化硅层的形成方法，其中所述的含氮气体源包括氨气。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下本发明提出一种氮化硅层的形成方法，此形成方法适用于微机电系统元件的制程，此形成方法是先提供一沉积炉管(Deposition Furnace)，此沉积炉管包括一外管(Outer Tube)、一晶舟(Boat)、一气体注入器(GasInjector)与一气体均匀注入装置(Gas Uniform Injection Apparatus)。其中晶舟配置在外管内部，用以承载多数个晶圆。此外，气体注入器位于外管与晶舟之间。另外，气体均匀注入装置位于外管与晶舟之间，而且由此气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布在沉积炉管内。其中此气体均匀注入装置例如是多孔式气体注入器(Multi-Apertures Gas Injector)沿着晶舟的延伸方向延伸。接着，将含硅气体源藉由气体注入器输送至沉积炉管内，并且将混合有载气的含氮气体源藉由气体均匀注入装置输送至沉积炉管内，以在晶圆表面沉积氮化硅层，其中上述的含硅气体源的流量是大于含氮气体源的流量。
在上述制程中，由于此气体均匀注入装置可以使流量较小的含氮气体源均匀分布于沉积炉管内。因此在沉积氮化硅层时，沉积炉管内的各个区域的含硅气体源与含氮气体源的混合比例是具有一致性。于是，可在晶舟内的各个晶圆表面形成厚度较厚，且应力较低的氮化硅层，以符合微机电系统元件的需求。
本发明提出另一种氮化硅层的形成方法，此形成方法是先提供一沉积炉管，此沉积炉管包括一外管、一晶舟、一气体注入器与一气体均匀注入装置。其中晶舟配置在外管内部，用以承载多数个晶圆。此外，气体注入器位于外管与晶舟之间。另外，气体均匀注入装置位于外管与晶舟之间，而且由此气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布在沉积炉管内。其中此气体均匀注入装置例如是多孔式气体注入器，沿着晶舟的延伸方向延伸。接着，将第一反应气体源藉由气体注入器输送至沉积炉管内，并且将第二反应气体源藉由气体均匀注入装置输送至沉积炉管内，以在晶圆表面沉积氮化硅层，其中上述的第一反应气体源的流量是大于第二反应气体源的流量。
在上述制程中，由于此气体均匀注入装置可以使流量较小的第二反应气体源均匀分布于沉积炉管内。因此在沉积氮化硅层时，沉积炉管内的各个区域的第一反应气体源与第二反应气体源的混合比例具有一致性。于是，可以使得晶舟内的各个晶圆之间具有良好的沉积均匀性。
经由上述可知，本发明氮化硅层的形成方法，是先提供沉积炉管，且此沉积炉管包括外管、晶舟、气体注入器与气体均匀注入装置。其中晶舟配置在外管内部，用以承载多数个晶圆。此外，气体注入器位于外管与晶舟之间。另外，气体均匀注入装置位于外管与晶舟之间，而且由此气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布于沉积炉管内。接着，将含硅气体源藉由气体注入器输送至沉积炉管内，并且将混合有载气的含氮气体源藉由气体均匀注入装置输送至沉积炉管内，以在晶圆表面沉积氮化硅层。
借由上述技术方案，本发明氮化硅层的形成方法至少具有下列优点1、由于本发明的气体均匀注入装置可以使得流量相对较小的第二反应气体源均匀分布于沉积炉管内，因此在沉积氮化硅层时，沉积炉管内的各个区域的第一反应气体源与第二反应气体源的混合比例是具有一致性。于是，可以使得晶舟内的各个晶圆之间具有良好的沉积均匀性。
2、由于利用本发明的方法可以使得晶舟底部至顶部的晶圆其上所形成的氮化硅层，其膜厚具有一致性，因此可以提高一次沉积制程的晶圆产量。
3、对于微机电系统元件来说，由于本发明的气体均匀注入装置可以使流量较小的含氮气体源均匀分布于沉积炉管内。因此在沉积氮化硅层时，沉积炉管内的各个区域的含硅气体源与含氮气体源的混合比例是具有一致性。于是，可在晶舟内的各个晶圆表面形成厚度较厚，且应力较低的氮化硅层，以符合微机电系统元件的需求。
综上所述，本发明氮化硅层的形成方法，可解决在微机电系统元件的制程中晶圆量产不易的问题，还可解决习知方法在一个晶舟上各个晶圆之间的沉积均匀性不佳的问题。其具有上述诸多优点及实用价值，并在同类方法中未见有类似设计公开发表或使用而确属创新，其不论在方法上或功能上皆有较大改进，在技术上有较大进步，并产生了好用及实用的效果，从而更加适于实用，具有产业广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1是依照本发明一较佳实施例的一种直立式沉积炉管的剖面示意图。
100沉积炉管 102外管104内管 106晶舟108气体注入器110多孔式气体注入器112气体出口端114晶舟基座116晶圆 118、122气体输入部120气体输出部124延伸部126气体输出孔130底部基座具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的氮化硅层的形成方法其具体实施方式
、形成方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，是本发明一较佳实施例的一种直立式沉积炉管的剖面示意图。
本发明的氮化硅层的形成方法，是首先提供如图1所示的直立式沉积炉管100。此沉积炉管100包括有外管102、内管104、晶舟106、气体注入器108与气体均匀注入装置。其中气体均匀注入装置例如是多孔式气体注入器110或是可以使得所输出的气体均匀分布于沉积炉管100内的其他合适的气体注入装置。
上述外管102的内壁是定义出一个沉积反应室，其材质例如是石英。而且，外管102上更包括具有气体出口端112，此气体出口端112是与泵(图中未示)连接，用以将沉积反应所产生的副产物或未反应的反应气体抽出反应室。另外，内管104是配置于与外管102内，其材质例如是石英。此外，晶舟106是配置内管104的内部，且位于晶舟基座114之上，用以承载多数个晶圆116。
另外，该气体注入器108是由气体输入部118与气体输出部120所构成。其中气体输入部118经由底部基座130与气体输出部120连接。而气体输出部120位于内管104与晶舟106之间，以将反应气体输出至沉积炉管100内。
此外，多孔式气体注入器110是由气体输入部122与延伸部124所构成，且延伸部124上是具有多数个气体输出孔126。其中气体输入部122经由底部基座130与延伸部124连接。而延伸部124位于内管104与晶舟106之间，并且沿着晶舟106的延伸方向延伸，其例如是朝上延伸。此外，延伸部124上的气体输出孔126，可使反应气体均匀分布于沉积炉管100内。特别是，延伸部124的长度以及其上的气体输出孔126的数目并无特别的限制，亦即只要能使所输入的反应气体均匀分布于沉积炉管100内即可。在一较佳实施例中，气体输出孔126的数目是大于5个以上。
接着，将第一反应气体源藉由该气体注入器108输送至沉积炉管100内，并且将第二反应气体源藉由多孔式气体注入器110输送至沉积炉管100内，以在晶圆116表面形成氮化硅层。其中，上述的第一反应气体源的流量是大于第二反应气体源的流量。在一较佳实施例中，第一反应气体源例如是含氮气体源，且第二反应气体源例如是含硅气体源，因此所形成的氮化硅层是为多氮(Nitrogen-Rich)氮化硅层。在另一较佳实施例中，第一反应气体源例如是含硅气体源，且第二反应气体源例如是含氮气体源，所形成的氮化硅层是为多硅(Silicon-Rich)氮化硅层。其中上述的含硅气体源例如是二氯硅烷或是其他合适的含硅的气体，而上述的含氮气体源例如是氨气或是其他合适的含氮的气体。
此外，在另一实施例中，气体注入器108也可以是类似图1所示的多孔式气体注入器110，其是由气体输入部与延伸部所构成，且延伸部上是具有多数个气体输出孔。
由于上述的多孔式气体注入器110上具有多数个气体输出孔126，因此流量较小的第二反应气体源能均匀分布于沉积炉管100内，进而使得第一反应气体源与第二反应气体源的混合比例于沉积炉管100内的各个区域具有一致性。如此一来，自晶舟106底部至顶部的晶圆116表面都可形成膜厚度一致的氮化硅层。
此外，以微机电系统(MEMS)元件的制程来说，为了符合其对氮化硅层的低应力的要求，是以形成多硅氮化硅层为佳。在一较佳实施例中，上述的含硅气体源例如是二氯硅烷，且含氮气体源例如是氨气，而且此二氯硅烷与氨气的流量比例如是至少大于3∶1，其中二氯硅烷单位时间的流量例如是450ml，且氨气单位时间的流量例如是90ml。由于在氮化硅层的形成过程中，多孔式气体注入器110上具有多数个气体输出孔126，因此流量较小的含氮气体源能均匀分布于沉积炉管100内，进而使得含硅气体源与含氮气体源的混合比例于沉积炉管100内的各个区域具有一致性。如此一来，自晶舟106底部至顶部的晶圆116表面都可形成膜厚一致且具有低应力的氮化硅层。此外，流量较低的含氮气体源是混合有载气，用以携带并稀释此含氮气体源。在一较佳实施例中，载气与含氮气体源的混合比例例如是介于1∶1至10∶1之间，其中此载气例如是氮气或是其他合适的气体，而含氮气体源例如是氨气或是其他合适的含氮的气体。
特别值得一提的是，若用以稀释含氮气体源的载气与含氮气体源的混合比例是介于1∶1至10∶1之间，且在形成氮化硅层的过程中，沉积炉管100内的压力是介于0.1torr至1torr之间，则利用上述这些制程条件可以使得晶舟106上的100片以上的晶圆其上的氮化硅层皆具有低应力，而且各个晶圆之间亦具有良好的沉积均匀性。除此之外，利用上述的方法更可形成厚度大于3000埃以上的氮化硅层，以符合微机电系统元件的需求。因此，本发明的氮化硅层的形成方法亦适用于量产微机电系统元件。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种氮化硅层的形成方法，适用于微机电系统(MEMS)元件的制程，特征在于该形成方法包括以下步骤提供一沉积炉管，该沉积炉管包括一外管；一晶舟，配置在该外管的内部，用以承载多数个晶圆；一气体注入器，位于该外管与该晶舟之间；及一气体均匀注入装置，位于该外管与该晶舟之间，而且由该气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布于该沉积炉管内；以及将一含硅气体源藉由该气体注入器输送至该沉积炉管内，并且将混合有一载气的一含氮气体源藉由该气体均匀注入装置输送至该沉积炉管内，以在该些晶圆表面沉积一氮化硅层，其中该含硅气体源的流量是大于该含氮气体源的流量。
2.根据权利要求1所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的气体注入器包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
3.根据权利要求1所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的气体均匀注入装置包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
4.根据权利要求3所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的多孔式气体注入器具有5个以上的气体输出孔。
5.根据权利要求1所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的含硅气体源与该含氮气体源的流量比是至少大于3∶1。
6.根据权利要求5所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的含硅气体源包括二氯硅烷(Dichlorosilane，SiH2Cl2)。
7.根据权利要求5所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的含氮气体源包括氨气(NH3)。
8.根据权利要求1所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的载气与该含氮气体源的混合比例是介于1∶1至10∶1之间。
9.根据权利要求8所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的载气包括氮气。
10.根据权利要求8所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中在形成该氮化硅层的过程中，该沉积炉管内的压力是介于0.1torr至1torr之间。
11.一种氮化硅层的形成方法，其特征在于该形成方法包括以下步骤提供一沉积炉管，该沉积炉管包括一外管；一晶舟，配置在该外管的内部，用以承载多数个晶圆；一气体注入器，位于该外管与该晶舟之间；及一气体均匀注入装置，位于该外管与该晶舟之间，而且由该气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布于该沉积炉管内；以及将一第一反应气体源藉由该气体注入器输送至该沉积炉管内，并且将一第二反应气体源藉由该气体均匀注入装置输送至该沉积炉管内，以在该些晶圆表面沉积一氮化硅层，其中该第一反应气体源的流量是大于该第二反应气体源的流量。
12.根据权利要求11所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的气体注入器包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
13.根据权利要求11所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的气体均匀注入装置包括一多孔式气体注入器，且该多孔式气体注入器沿着该晶舟的延伸方向延伸。
14.根据权利要求13所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的多孔式气体注入器具有5个以上的气体输出孔。
15.根据权利要求11所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的第一反应气体源是为一含硅气体源与一含氮气体源其中之一，且该第二反应气体源是为其中之另一。
16.根据权利要求15所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的含硅气体源包括二氯硅烷。
17.根据权利要求15所述的氮化硅层的形成方法，其特征在于其中所述的含氮气体源包括氨气。
全文摘要
本发明是关于一种氮化硅层的形成方法，该形成方法是先提供沉积炉管，且此沉积炉管包括外管、晶舟、气体注入器与气体均匀注入装置。其中晶舟配置在外管内部，用以承载多数个晶圆。此外，气体注入器位于外管与晶舟之间。另外，气体均匀注入装置位于外管与晶舟之间，而且由此气体均匀注入装置所输出的气体会均匀分布于沉积炉管内。接着，将含硅气体源藉由气体注入器输送至沉积炉管内，并且将混合有载气的含氮气体源藉由气体均匀注入装置输送至沉积炉管内，以在晶圆表面沉积氮化硅层。
文档编号C23C16/34GK1706984SQ20041004296
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月4日 优先权日2004年6月4日
发明者王庆堂, 廖晋熥, 苏耿晖, 邱煌昇, 王明信 申请人:旺宏电子股份有限公司