一种薄膜形成方法及原子层沉积装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用原子层沉积方法来形成含有氮化硅膜的薄膜的方法以及用于其的原子层沉积装置。
【背景技术】
[0002]通常，半导体基板或玻璃等基片上沉积一定厚度的薄膜的方法包括:利用类似溅射(sputtering)的物理冲突的物理气相沉积法PVD (physical vapor deposit1n);利用化学反应的化学气相沉积法CVD (chemical vapor deposit1n)等。最近，半导体元件的设计规定(design rule)正不断被细化，要求微细图案的薄膜，且形成薄膜的区域段差增加。因此，由于该趋势，因此可非常均匀地形成原子层厚度的微细图案。
[0003]由于ALD工艺是利用源物质的沉积气体中所含有的气体分子之间的化学反应，因此，与通常的化学气相沉积方法相似。但是，不同的是，通常的CVD工艺将多个沉积气体同时注入到处理室中从而将发生的反应生成物沉积在基板上，而ALD工艺是将含有一个源物质的气体注入到处理室中，从而将经源物质之间的化学反应的生成物沉积在基板的表面上，具有差异性。该ALD工艺具有优异的阶段覆盖特性，具有可形成杂质含量较低的纯薄膜的优点，因此当前备受瞩目。
[0004]另一方面，现有的ALD工艺，使用反应性较弱的源物质或是温度较低时，薄膜的质量可能会下降。例如，在形成氮化硅膜(Si3N4)时，利用现有的低压化学气相沉积工艺，在600°C以上的高温中形成薄膜，但是由于半导体元件的微细化以及工艺的低温化等，在执行特定的工艺中，不可能使用上述温度，并且需要在较低的温度下执行工艺。但是，在低温下，可能无法形成氮化硅膜或薄膜的质量急剧下降。此外，由于较低的反应，较难利用ALD工艺来形成氮化硅膜。
【发明内容】
[0005]技术目的
[0006]根据本发明的实施例，提供一种在低温中形成高质量的氮化硅膜的方法以及用于其的原子层沉积装置。
[0007]本发明解决的技术目的并不仅局限于如上所述的课题，通过以下记载本领域的技术人员也可清楚地理解没有提及的其它课题。
[0008]技术方案
[0009]为了实现上述的本发明的目的，根据本发明的实施例提供一种薄膜形成方法，包括:使用含有硅的硅前驱体物质作为源气体；使用经等离子活化的氮气作为反应气体；使用氮气作为净化气体，并且按照源气体、净化气体、反应气体、净化气体的顺序来有序地提供气体，形成氮化硅膜。
[0010]根据一个实施例，可使用硅烷胺(Silylamine)类物质作为源气体。在此，源气体，以胺基为中心周围配置有3个硅原子(Si)，且3个硅原子(Si)中的至少一个含有一个以上的胺基，且胺基中可以是含有一个以上的乙基(C2H5)或甲基(CH3)的结构。例如，源气体可使用双[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺、双[(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]胺中的任何一种物质。
[0011]根据一个实施例，在形成氮化硅膜(Si3N4)中，在200-350°C下进行。此外，源气体、反应气体和净化气体被连续地喷射。
[0012]另一方面，为了实现上述的本发明的目的，根据本发明的实施例提供一种原子层沉积装置，包括:处理室；基板支撑部，被构造在处理室的内部，并且安装有多个基板；气体喷射部，被构造在处理室的内部并在基板支撑部的上部，并且将源气体、反应气体和净化气体喷射在多个基板上，并且各气体被连续喷射，其中，使用含有硅的硅前驱体物质作为所述源气体，使用经等离子活化的氮气作为反应气体，使用氮气作为净化气体，按照源气体、净化气体、反应气体和净化气体的顺序来有序地提供气体，从而形成氮化硅膜(Si3N4)。
[0013]根据一个实施例，使用硅烷胺(Silylamine)类物质作为源气体。在此，源气体以胺基为中心周围配有3个硅原子(Si)，3个硅原子(Si)中的至少一个含有一个以上的胺基，胺基中可以是含有一个以上的乙基(C2H5)或甲基(CH3)的结构。例如，源气体可使用双[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺、双[(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]胺中的任何一种物质。
[0014]根据一个实施例，气体喷射部中具有使反应气体经等离子被活化的等离子发生部。例如，等离子发生部可通过远程等离子(remote plasma)方式、电容親合等离子(Capacitively coupled plasma, CCP)方式和电感親合等离子(inductively coupledplasma，ICP)方式中的任何一种方式来执行等离子化。
[0015]技术效果
[0016]本发明的多个实施例可具有以下说明的一个以上的效果。
[0017]如上所述，根据本发明的实施例，可使用经等离子活化的氮气，在低温下形成高质量的氮化娃膜(Si3N4)。
[0018]此外，可在半间歇方式的原子层沉积装置中形成氮化硅膜。
[0019]此外，可提高工艺速度(Through-put) ο
【附图说明】
[0020]图1是根据本发明的一个实施例的原子层沉积装置的示意图。
[0021]图2是示出双[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺的分子结构的示图，图3是双[(二乙氨基)三甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺的分子结构的示图。
[0022]图4是根据本发明的实施例的薄膜形成方法中，根据净化气体种类的每个周期的生长速率GPC (Growth Rate per Cycle)和湿法腐蚀速率WER(Wet Etch Rate)相比较的图表。
[0023]图5是根据本发明的实施例的薄膜形成方法中，根据反应气体种类的GPC和WER相比较的图表。
[0024]图6是根据本发明的实施例的薄膜形成方法中，根据源气体种类的GPC、WER和均等度(Unif.)相比较的图表。
【具体实施方式】
[0025]以下，通过示例性附图对本发明的一部分实施例进行详细说明。各附图的结构要素中添加有符号，应注意的是，相同的结构要素就算被表示在其它附图中也具有相同的符号。此外，在说明本发明的实施例时，当相关的已知结构或功能的详细说明被判断为妨碍本发明实施例的理解时，该详细说明被省略。
[0026]此外，在说明本发明的实施例的结构要素时，可使用第1、第2、A、B、(a)、(b)等用语。该用语仅用于区别与该结构要素不同的结构要素，相关结构要素的本质、次序或顺序并不因该用语而受到限制。当记载为一些结构要素与其他结构要素“连接”、“结合”或“接入”时，虽然可理解为该结构要素与其它结构要素直接连接或接入，但也可理解为其它结构要素被“连接”、“结合”、或“接入”在各结构要素之间。
[0027]以下，参照图1至图6，针对根据本发明的实施例的原子层沉积装置10和利用其的薄膜形成方法进行详细说明。
[0028]根据本发明的实施例的薄膜形成方法，其利用原子层沉积工艺来形成氮化硅膜(Si3N4)。首先，针对用于形成根据本实施例的薄膜的原子层沉积装置10的一个例子进行说明。根据本实施例的原子层沉积装置10可使用半间歇方式(sem1-batch type)，针对多个基板I同时执行沉积工艺。
[0029]在本实施例中，作为沉积对象的基板I可以是娃晶片(silicon wafer)。但是，本发明的对象并不局限于硅晶片，基板I也可以是类似于液晶显示、等离子显示板的作为显示装置的含有玻璃的透明基板。此外，基板I的形状和大小并不局限于附图，其也可以是圆形和方形等实质性的多种形状和大小。
[0030]图1是根据本发明的一个实施例的原子层沉积装置10的示意图。
[0031]参照图1，原子层沉积装置10包括以下结构:处理室11 ;基板支撑部12，安装有多个基板I ;气体喷射部13，用来将气体喷射在基板I上。此外，用于构成原子层沉积装置10的处理室11、基板支撑部12以及气体喷射部13等的详细技术结构可通过已知的技术被理解，在此省略详细的说明，仅对主要结构要素进行简单地说明。
[0032]气体喷射部13将源气体、反应气体以及净化气体喷射至处理室11内部，并且被划分出喷射有各气体的多个区域。例如，气体喷射部13可包括4个区域:喷射有源气体的区域(以下称“源区域”)、喷射有反应气体的区域(以下称“反应区域”)以及配置在上述两个区域之间的2个喷射有净化气体的区域(以下称“第I净化区域和第2净化区域”)。但是，本发明并不仅局限于附图，气体喷射部13不仅具有4个区域，还可被划分成更多的区域。
[0033]此外，气体喷射部13中具备等离子发生部14，使反应气体经等离子被活化。例如，等离子发生部14被构造在气体喷射部13中的反应区域中，或被构造在流入反应区域的反应气体的流路上。此外，等离子发生部14可以以远程等离子(remote plasma)方式使反应气体发生等离子化，或通过电容親合等离子(Capacitively coupled plasma, CCP)方式在处理室11内部发生等离子化，或通过电感親合等离子(inductively coupled plasma, I CP)方式来发生等尚子化。
[0034]基板支撑部12，构造在基板I的表面旋转，同时按顺序地通过源区域、第I净化区域、反应区域、第I净化区域，其中，多个基板I以水平和放射状被安装在基板支撑部12上并且随着基板支撑部12的自转。此外，如上所述，随着基板I的旋转，基板I上源气体的原料物质和反应气体的原料物质互相反应，从而形成薄膜。
[0035]源气体使用硅烷胺(Silylamine)类的硅前驱体，且反应气体使用经等离子被活化的氮气，此外净化气体使用氮气，从而在低温中可形成高品质的氮化硅膜(Si3N4)。具体地，源气体具有以下结构:以胺基为中心周围配有3个硅原子(Si)，3个硅原子(Si)与中心的胺基连接，且硅原子(Si)中的至少一个含有一个以上的胺基，且胺基中含有一个以上的乙基(C2H5)或甲基(CH3)。例如，源气体可包括双[(二甲氨基)甲基硅烷基](三甲基硅烷基)胺、双[(二乙氨基)三甲基硅