专利名称：于一半导体晶片表面上沉积一薄膜的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造，尤其是一种于一半导体晶片表面上沉积一薄膜的方法，以于该半导体晶片表面上沉积形成一表面均匀度(uniformity)佳的薄膜。
目前较常用来于半导体晶片表面上形成二氧化硅薄膜的方法主要有三种(1)化学气相沉积法(chemical vapor deposition，CVD)，(2)热氧化法，以及(3)旋转涂布法。其中，CVD法又包括有SiH4-低压CVD(low-pressure CVD，LPCVD)、TEOS-LPCVD以及等离子增强CVD(plasma enhanced CVD，PECVD)等等类型。一般而言，利用CVD法所形成的二氧化硅薄膜具有较佳的阶梯覆盖能力。CVD法是利用化学反应的方式，在反应器内将反应物生成固态生成物，并沉积在晶片表面之一种薄膜沉积技术。经过数十年的发展，化学气相沉积已经成为目前的半导体制程中，是最基本也是最重要的技术之一。因为化学气相沉积是藉反应气体间的化学反应以生成所需的薄膜，故其产物的结晶性与理想配比皆较优于使用溅镀法所生成的薄膜。
然而当利用PECVD法形成薄膜时，其厚度均匀度(thicknessuniformity)极易受到温度影响而产生误差，进而降低后续各项制程的良率，尤其当该薄膜由具较大分子的物质所构成时，此一影响更是特别明显。针对此一缺失，业界通常利用调整气体流量(gas flow rate)、反应压力及喷气头间距(showerhead spacing)等参数进行补偿，以使所生成的薄膜具有较佳的厚度均匀度。惟使用此种补偿方式却会改变薄膜的性质(property)，导致产品功能受损，同时亦会缩限制程弹性(process window)。随着产品日益精密复杂，对于薄膜的厚度均匀度的要求亦日趋严格，因此，如何在不改变薄膜性质的前提下，增进薄膜的厚度均匀度，实为一刻不容缓的重要议题。
为达成上述目的，本发明的一种于一半导体晶片表面上沉积一薄膜的方法，在一半导体晶片表面可至少区分为一涵盖该半导体晶片中心的第一区域，以及一涵盖该半导体晶片边缘的第二区域，且该第一区域以及该第二区域之间存在一高度梯度。首先于该半导体晶片表面进行一同室(in-situ)钝气等离子处理(inert gas plasma treatment)步骤，以于该第一区域以及该第二区域之间形成一温度梯度，造成该半导体晶片表面上的该第一区域以及该第二区域之间产生一前驱物A沉积速度差异。接着于完成该钝气等离子处理制程后，立即于该半导体晶片表面进行一前驱物(precursor)A-化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)制程，以于该半导体晶片表面上沉积形成一表面平整的薄膜。
本发明的另一技术方案为一种于一半导体晶片表面上沉积一表面平整的薄膜的方法，该半导体晶片表面存在一高度梯度，该方法包含有下列步骤将该半导体晶片置于一气密反应室中；注入一钝气于该反应室中，并于该半导体晶片表面上于一预定压力下形成一钝气等离子，其中该钝气等离子于该半导体晶片表面形成一温度梯度；将该气密反应室抽真空；以及注入一含有前驱物A的反应气体于该气密反应室中，并于该半导体晶片表面进行一前驱物A-等离子加强化学气相沉积(PECVD)制程，以于该半导体晶片表面上沉积一表面均匀度佳的CVD薄膜；其中该温度梯度可改变前驱物A于该半导体晶片表面上的表面沉积速度，藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
由于本发明的制作方法是于该半导体晶片表面上的该第一区域以及该第二区域之间形成一温度梯度，以于该第一区域以及该第二区域之间产生一前驱物A沉积速度差异，因此可在不改变薄膜性质的前提下增进薄膜的厚度均匀度，消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。相对地在后续各项制程中，亦得以在不缩限制程弹性(process window)的情况下，消弭由薄膜厚度均匀度不佳所导致的各种问题，因而改善了产品良率并增加产品稳定度，进而提升产品竞争优势。
图1至图3为本发明于一半导体晶片表面上沉积一薄膜的方法示意图。
图示的符号说明30半导体晶片32第一区域34第二区域首先在低于2托耳(torr)的低压环境下，于半导体晶片30表面进行一同室(in-situ)钝气等离子处理(inert gas plasma treatment)制程，利用流量介于2500至5000标准立方公分每分钟(standard cubic centimetersper minute，sccm)的氨气等离子(NH3plasma)，配合0.5至1.5w/cm2的无线电功率(RF power)，以于第一区域32以及第二区域34之间形成一温度梯度，使第一区域32的表面温度低于第二区域34的表面温度。
于完成该钝气等离子处理制程后，立即于半导体晶片30表面进行一前驱物(precursor)A-等离子加强化学气相沉积(plasma enhanced chemicalvapor deposition，PECVD)制程，以于半导体晶片30表面上沉积形成一由一低介电常数(low k)材料所构成，且具有一均匀度低于1.3(±1σ)的平整表面的薄膜。其中该同室钝气等离子处理制程与该前驱物A-PECVD制程是于同一反应室(chamber)中进行，且前驱物A具备沉积反应速度随温度上升而下降的特点的物质，诸如四乙氧基硅烷(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)、三甲基硅烷(tri-methyl silane，3MS)、四甲基硅烷(tetra-methylsilane，4MS)与四甲基环四硅氧烷(tetra-methyl cyclo tetra-siloxane，TMCTS)等物质。由于第一区域32的表面温度低于第二区域34的表面温度，因此可于半导体晶片30表面上的第一区域32以及第二区域34之间产生一前驱物A沉积速度差异，使前驱物A在第一区域32的沉积速度高于在第二区域34的沉积速度，藉以消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
如图3所示，在本发明的另一实施例中，当半导体晶片30表面的第一区域32高于第二区域34，使半导体晶片30表面呈现一上凸(convex)曲线时，则在高于8托耳的高压环境下，于半导体晶片30表面进行一同室钝气等离子处理制程，以使第一区域32的表面温度高于第二区域34的表面温度。之后采用前述具备沉积反应速度随温度上升而下降的特点的前驱物A，立即于半导体晶片30表面进行该前驱物A-PECVD制程，以于半导体晶片30表面上沉积形成一具有一均匀度低于1.3(±1σ)的平整表面的薄膜。由于第一区域32的表面温度高于第二区域34的表面温度，因此前驱物A在第一区域32的沉积速度低于在第二区域34的沉积速度，故可藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
在本发明的另一实施例中，当半导体晶片30表面的第一区域32高于第二区域34，使半导体晶片30表面如图3所示呈现一上凸(convex)曲线时，亦可在低于2托耳的低压环境下，于半导体晶片30表面进行一同室钝气等离子处理制程，以使第一区域32的表面温度低于第二区域34的表面温度。之后采用一具备沉积反应速度随温度上升而增加的特点的前驱物A，如甲硅烷(silane，SiH4)，立即于半导体晶片30表面进行该前驱物A-PECVD制程，以于半导体晶片30表面上沉积形成一具有一均匀度低于1.3(±1σ)的平整表面的薄膜。由于第一区域32的表面温度低于第二区域34的表面温度，因此前驱物A在第一区域32的沉积速度低于在第二区域34的沉积速度，故可藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
在本发明的另一实施例中，当半导体晶片30表面的第一区域32低于第二区域34，使半导体晶片30表面如图2所示呈现一下凹(concave)曲线时，亦可在高于8托耳的高压环境下，于半导体晶片30表面进行一同室钝气等离子处理制程，以使第一区域32的表面温度高于第二区域34的表面温度。之后采用前述具备沉积反应速度随温度上升而增加的特点的前驱物A，立即于半导体晶片30表面进行该前驱物A-PECVD制程，以于半导体晶片30表面上沉积形成一具有一均匀度低于1.3(±1σ)的平整表面的薄膜。由于第一区域32的表面温度高于第二区域34的表面温度，因此前驱物A在第一区域32的沉积速度高于在第二区域34的沉积速度，故可藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
在本发明的另一实施例中该半导体晶片30表面存在一高度梯度，该方法包含有下列步骤将该半导体晶片30置于一气密反应室中；注入一钝气于该反应室中，并于该半导体晶片30表面上于一预定压力下形成一钝气等离子，其中该钝气等离子于该半导体晶片表面形成一温度梯度；将该气密反应室抽真空；以及注入一含有前驱物A的反应气体于该气密反应室中，并于该半导体晶片30表面进行一前驱物A-等离子加强化学气相沉积(PECVD)制程，以于该半导体晶片30表面上沉积一表面均匀度佳的CVD薄膜；其中该温度梯度可改变前驱物A于该半导体晶片30表面上的表面沉积速度，藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
该实施例中该高度梯度是由于该半导体晶片的中心水平高度向边缘高度递增所造成。该薄膜的表面均匀度低于1.3(±1σ)。该前驱物A的沉积速度随着温度上升而下降。该前驱物A包含有四乙氧基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或四甲基环四硅氧烷。该预定压力低于2托耳。
相较于习知利用调整气体流量(gas flow rate)、反应压力及喷气头间距(showerhead spacing)等参数进行补偿以改善薄膜的厚度均匀度的方法，本发明于半导体晶片30表面上的第一区域32以及第二区域34之间形成一温度梯度，以于第一区域32以及第二区域34之间产生一前驱物A沉积速度差异。因此可有效增进薄膜的厚度均匀度，消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题，同时不会缩限制程弹性(process window)，亦不会改变薄膜性质而导致产品功能受损。故种种由于薄膜厚度均匀度不佳而在后续各项制程中所导致的问题，亦得以完全消弭。因此产品良率可获得大幅改善，产品稳定度亦得以显著增加，进而提升产品竞争优势。
以上所述仅本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种于一半导体晶片表面上沉积一薄膜的方法，其特征是该半导体晶片表面可至少区分为一涵盖该半导体晶片中心的第一区域以及一涵盖该半导体晶片边缘的第二区域，且该第一区域以及该第二区域之间存在一高度梯度，该方法包含有下列步骤于该半导体晶片表面进行一同室钝气等离子处理步骤，以于该第一区域以及该第二区域之间形成一温度梯度；以及于完成该钝气等离子处理制程后，立即于该半导体晶片表面进行一前驱物A-化学气相沉积(CVD)制程，以于该半导体晶片表面上沉积形成一表面平整的薄膜；其中该温度梯度可于该半导体晶片表面上的该第一区域以及该第二区域之间产生一前驱物A沉积速度差异，藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是该CVD制程为一等离子加强化学气相沉积制程。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是该同室钝气等离子处理制程与该前驱物A-CVD制程是于同一反应室中进行。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是该薄膜的表面均匀度低于1.3(±1σ)。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是该薄膜由一低介电常数材料所构成。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是该前驱物A的沉积反应速度随温度上升而下降。
7.如权利要求6所述的方法，其特征是该前驱物A包含有四乙氧基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或四甲基环四硅氧烷。
8.如权利要求6所述的方法，其特征是该第一区域低于该第二区域，且在低于2托耳的低压环境下，进行该同室钝气等离子处理制程，以使该第一区域表面温度低于该第二区域表面温度。
9.如权利要求6所述的方法，其特征是该第一区域高度高于该第二区域，且在高于8托耳的高压环境下，进行该同室钝气等离子处理制程，以使该第一区域表面温度高于该第二区域表面温度。
10.如权利要求1所述的方法，其特征是该前驱物A的沉积速度随着温度上升而增加。
11.如权利要求10所述的方法，其特征是该前驱物A包含有甲硅烷。
12.如权利要求10所述的方法，其特征是该第一区域高度高于该第二区域，且在低于2托耳的低压环境下，进行该同室钝气等离子处理制程，以使该第一区域表面温度低于该第二区域表面温度。
13.如权利要求10所述的方法，其特征是该第一区域高度低于该第二区域，且在高于8托耳的高压环境下，进行该同室钝气等离子处理制程，以使该第一区域表面温度高于该第二区域表面温度。
14.一种于一半导体晶片表面上沉积一表面平整的薄膜的方法，其特征是该半导体晶片表面存在一高度梯度，该方法包含有下列步骤将该半导体晶片置于一气密反应室中；注入一钝气于该反应室中，并于该半导体晶片表面上于一预定压力下形成一钝气等离子，其特征是该钝气等离子于该半导体晶片表面形成一温度梯度；将该气密反应室抽真空；以及注入一含有前驱物A的反应气体于该气密反应室中，并于该半导体晶片表面进行一前驱物A-等离子加强化学气相沉积(PECVD)制程，以于该半导体晶片表面上沉积一表面均匀度佳的CVD薄膜；其中该温度梯度可改变前驱物A于该半导体晶片表面上的表面沉积速度，藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题。
15.如权利要求14所述的方法，其特征是该高度梯度是由于该半导体晶片的中心水平高度向边缘高度递增所造成。
16.如权利要求14所述的方法，其特征是该薄膜的表面均匀度低于1.3(±1σ)。
17.如权利要求14所述的方法，其特征是该前驱物A的沉积速度随着温度上升而下降。
18.如权利要求17所述的方法，其特征是该前驱物A包含有四乙氧基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷或四甲基环四硅氧烷。
19.如权利要求14所述的方法，其特征是该预定压力低于2托耳。
全文摘要
本发明为一种于一半导体晶片表面上沉积一薄膜的方法，该半导体晶片表面可至少区分为一涵盖该半导体晶片中心的第一区域以及一涵盖该半导体晶片边缘的第二区域，且该第一区域以及该第二区域之间存在一高度梯度；本发明的方法是先于该半导体晶片表面进行一同室钝气等离子处理步骤，以于该第一区域以及该第二区域之间形成一温度梯度，接着于完成该钝气等离子处理制程后，立即于该半导体晶片表面进行一前驱物A－化学气相沉积制程，以于该半导体晶片表面上沉积形成一表面平整的薄膜；其中该温度梯度可于该半导体晶片表面上的该第一区域以及该第二区域之间产生一前驱物A沉积速度差异，藉此消除由于该高度梯度所造成的薄膜表面均匀度不佳问题，因而改善了产品良率并增加产品稳定度，进而提升产品竞争优势。
文档编号H01L21/316GK1396636SQ0212470
公开日2003年2月12日 申请日期2002年6月21日 优先权日2001年6月21日
发明者杨能辉, 杨名声 申请人:联华电子股份有限公司