专利名称：半导体器件成膜方法
技术领域：
本发明涉及一种用于半导体器件的薄膜，特别是一种为半导体器件生成薄膜的改进方法，该方法采用乙硅烷进行化学气相淀积，可以改进淀积速度和薄膜的分步覆盖，尽管薄膜是在低温下淀积的。
通常，制造半导体器件的方法主要包括生成薄膜和在薄膜上形成图案。用来制造半导体器件的薄膜根据需要可分为绝缘薄膜、电介质薄膜、导电薄膜、平面薄膜和钝化薄膜等。用来制作电介质薄膜的最常用的材料是氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)，用于制作导电薄膜的材料是多晶硅和硅化钨(WXSiY)，用来制作绝缘薄膜的材料是氧化硅(SiO2)和磷硅玻璃(PSG)，用来制作平面薄膜的材料是磷硅玻璃(PSG)和硼磷硅玻璃(BPSG)，而氮化硅则是用来制作防护薄膜的。
淀积薄膜的方法有物理淀积、真空淀积、化学气相淀积(CVD)和溅射等，其中化学气相淀积是最常用的方法。用化学气相淀积方法生成薄膜，就是在基片上形成材料气体，基片上或气体中产生的粒子散布在基片的表面上。最常用的化学气相淀积设备有常压化学气相淀积(APCVD)设备、低压化学气相淀积(LPCVD)设备和等离子体增强化学气相淀积(PECVD或等离子体淀积)设备。
首先，适用常压化学气相淀积(APCVD)设备的常压化学气相淀积方法最初是用于为偶极器件生成多晶硅层而发展的，它在低温、大气压760乇条件下对多晶硅(SiH4)热分解，淀积成多晶硅薄膜。常压化学气相淀积设备在低温下进行化学气相淀积，淀积速度快，但分步覆盖不均匀，而且经过气态反应，粒子的杂质高。常压化学气相淀积是最常用的化学气相淀积技术，主要用于氧化硅(SiO2)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、或多晶硅外延淀积。
与常压化学气相淀积相比，适用低压化学气相淀积设备的低压化学气相淀积(LPCVD)方法改进了分步覆盖，而且薄膜的厚度均匀，但是，这种方法的淀积速度慢，从而降低了大规模生产能力，而且要求在高温下加工。低压化学气相淀积方法用来制作多晶硅、氧化硅(SiO2)、硅氧氮化物(SiOXNY)、磷硅玻璃(PSG)、或硼磷硅玻璃(BPSG)淀积。为了改进低压化学气相淀积设备需在高温下工作的缺点，现在已经研制成等离子体增强化学气相淀积(PECVD)设备。等离子体增强化学气相淀积设备采用一种能量来使材料气体以及热产生反应加速度，从而避免了需在高温下加工的缺点。适用等离子体增强化学气相淀积设备的等离子体增强化学气相淀积方法是在低温下工作，在减压(大约10-100帕)的反应室内放电以产生反应加速度，从而释放等离子体并激励气态分子使其进入激活状态。最常用的等离子体化学气相淀积方法是对一个平行板型电极采用高频来产生等离子体。用这种方法产生等离子体的频率范围是在50千赫至15.56兆赫之间。由于等离子体增强化学气相淀积是在比较低的温度下工作，并且淀积速度快，因此是各种淀积方法中使用最为广泛的一种。
在制作诸如氧化膜、多晶硅膜、硅化钨膜、磷硅玻璃(PSG)膜，以及硼磷硅玻璃(BPSG)膜等时，通常采用多晶硅(SiH4)或原硅酸四乙酯(TEOS)作为材料气体。表1给出每一种化学气相淀积设备所采用的淀积条件，即材料气体、温度和压力。表2给出依据表1所列条件淀积成形的每种薄膜的分步覆盖和淀积速度。也就是说，为了生成一种常规的氧化膜，无论是那一种化学气相淀积设备，都可以采用原硅酸四乙酯和O2、原硅酸四乙酯和O3、多晶硅和氧化氮、或多晶硅和O2作为材料气体。表1中示出了每种化学气相淀积设备所采用的温度和压力。即，用低压化学气相淀积设备时，薄膜是大约在1.0乇、430至800℃下淀积的，而用等离子体增强化学气相淀积设备时，薄膜是在3.0乇、低于450℃下淀积的。同样，用常压化学气相淀积设备时是在大气压下、温度低于450℃条件下淀积的。
另外，采用二氯硅烷(SiH2Cl2)和NH3，或多晶硅和NH3来淀积氮化膜。做这种膜时，用低压化学气相淀积设备，温度为700℃，压力为0.4乇，而用等离子体增强化学气相淀积设备时，温度低于450℃，压力低于3.0乇。
为了生成磷硅玻璃或硼磷硅玻璃膜(平面膜)，原硅酸四乙酯，O2或O3，以及磷化氢或四甲基原亚磷酯(TMOP)；原硅酸四乙酯，O2或O3，乙硼烷或四甲基原硼酯(TMOB)，以及磷化氢或四甲基原亚磷酯均可分别用作材料气体。用低压化学气相淀积设备时，淀积条件是压力为1.0至4.0乇，温度为610至700℃，而用等离子体增强化学气相淀积设备的淀积条件是温度约低于450℃，压力低于3.0乇，用常压化学气相淀积设备的淀积条件是温度低于450℃。下面表1和表2中的气体一栏中的括号()内的气体可取代括号外的气体。即书写成O2(O3)的情况，O3可以取代O2。
然而，应用常规方法生成薄膜时，即使用表1中所列的方法和条件生成薄膜，薄膜淀积速度低，分步覆盖也低，如表2中所示。
为此，本发明的目的在于提供一种生成半导体器件薄膜的方法，它采乙硅烷作为材料气体而不是多晶硅或原硅酸四乙酯，从而能够改进薄膜的淀积速度和分步覆盖。
表1
从下文的描述可明显看出本发明的其它优点、目的和特征。
从下文的详细描述和附图将会对本发明有更充分的了解。附图仅是为了举例说明目的，对本发明没有限制性。
图1是半导体基片的纵剖视图，显示分步覆盖情况。
表3列出根据本发明采用每一种工艺设备为一种半导体器件生成薄膜的条件，表4为根据表3所列条件获得的每一种薄膜的淀积速度和分步覆盖情表2
况。从表4中可以看到如图1中所示的分步覆盖情况。即，在半导体基片1上形成了一个绝缘薄膜2，将绝缘薄膜2腐蚀掉预定的面积形成一个腔体3。这时，薄膜4固定在腔体3一侧壁上的那部份的厚度称作A，而薄膜4在绝缘薄膜2的上表面的那部份的厚度称作B，则分步覆盖的公式为A/B×100=分步覆盖(％)。亦即，当A和B具有相同厚度时，分步覆盖为100％，而较高的分步覆盖更适合于高集成度的半导体器件。
下面将描述根据本发明采用每一种工艺设备生成薄膜的条件。
首先，描述使用低压化学气相淀积设备生成薄膜的这种方法的条件。
即，根据下述条件生成氧化膜(SiO2)。
表3
反应室内的温度范围为500至850℃，压力范围为0.1至9乇。乙硅烷(Si2H6)，即主材料气体，以10至400sccm的速度流进反应室，而氧化氮则是以100至10000sccm流入反应室(这里，sccm系指标准cm3/min)。此时，比较理想的温度和压力范围分别是650至800℃和0.3至5乇。在上述条件下淀积成的氧化膜，其淀积速度为15至500埃/分，分步覆盖为95％。
表4
用另一种方法生成氧化膜时，反应室内的温度和压力范围分别为300至700℃和0.1至9乇。乙硅烷(Si2H6)以10至500sccm流入反应室，而O2则以20至1000sccm流入反应室。这时，比较理想的温度和压力范围分别为300至550℃和0.1至5乇。在上述条件下淀积成的氧化膜，其淀积速度为15至1000埃/分，分步覆盖为90％。
使用多晶硅和N2O，或多晶硅和O2作为材料气体的常规方法，其淀积速度分别为低于10埃/分和约为100埃/分，本发明使用乙硅烷和N2O，或乙硅烷和O2作为材料气体的低压化学气相淀积，表明其淀积速度比上述常规方法的有很大的提高。此外，用本发明的方法生成氧化膜的分步覆盖超过90％，而使用多晶硅和O2的常规方法的分步覆盖约为60％。另外，尽管本发明采用的化学气相淀积是在低温下生成薄膜，但其分步覆盖仍然能得到改进。
根据下述条件生成氮化膜(Si3N4)。
反应室内的温度范围为350至800℃，压力范围为0.1至9乇。乙硅烷(Si2H6)以5至500sccm的速度流入反应室，NH3以15至1000sccm的速度流入反应室。此时，比较理想的温度和压力范围分别是400至800℃和0.3至5乇。当氮化膜在上述条件下淀积成形时，其淀积速度范围为5至500埃/分，分步覆盖超过95％。采用二氯硅烷(SiH2Cl2)和NH3淀积氮化膜的常规方法，反应室内的温度为700℃，压力为0.4乇。这种方法的淀积速度为30埃/分。使用本发明的方法生成氮化膜，反应室内的温度可从700℃降至350℃，而薄膜的淀积速度反而还能得到很大的提高，尽管是在低温下淀积，本发明的分步覆盖也不会有很大的下降。
在下述条件下生成氧氮化膜(SiOXNY)。
反应室内的温度范围为350至800℃，压力范围为0.1至9乇。采用乙硅烷和NH3，或采用乙硅烷和N2进行淀积。此时，比较理想的温度和压力范围分别是400至800℃和0.3至5乇。
在下述条件下淀积硼磷硅玻璃膜，即平面膜。
反应室内的温度范围为350至800℃，压力范围为0.1至9乇。乙硅烷以50至800sccm的速度流入反应室，四甲基原亚磷酯(TMOP)或磷化氢(PH3)以150至2400sccm的速度流入反应室，四甲基原硼酯(TMOB)或乙硼烷(B2H6)以15至200sccm的速度流入反应室，而O2以15至400sccm的速度流入反应室，从而生成硼磷硅玻璃膜。用本发明的方法依据上述条件获取硼磷硅玻璃膜的淀积速度为50至9000埃/分，这与用原硅酸四乙酯和O2或O3、磷化氢(PH3)或四甲基原亚磷酯、以及乙硼烷或四甲基原硼酯以常规方法获得硼磷硅玻璃膜的淀积速度200埃/分相比，有很大改进。另外，用本发明方法淀积硼磷硅玻璃膜的分步覆盖为90％，而用常规方法淀积的分步覆盖为80％。虽然硼磷硅玻璃膜是在低温下淀积的，但是薄膜的质量和增长率都得到了改进。
磷硅玻璃膜是在反应室内的温度和压力分别为200至700℃和0.1至9乇的条件下淀积的。乙硅烷、以及四甲基原亚磷酯(磷化氢)和O2分别以50至800sccm和以15至500sccm的速度流入反应室的。这时，根据本发明的方法淀积磷硅玻璃膜比较理想的压力范围是0.3至5乇。在上述条件下，磷硅玻璃膜的淀积速度为50至6000埃/分，而分步覆盖超过90％。
广泛用于金氧半导体存储器的选通电极的硅化钨(WXSiY)膜，采用乙硅烷和氟化钨时，其淀积温度和压力范围分别为200至650℃和0.1至9乇。这样生成的硅化钨膜，其电阻比用多晶硅和氟化钨的常规方法淀积的硅化钨膜的电阻低，而分步覆盖则比后者高。另外，采用本发明的方法获得的硅化钨膜的晶粒大。
第二，叙述使用等离子体增强化学气相淀积设备生成薄膜的条件。
氧化膜(SiO2)是在下述条件下生成的。反应室内的温度和压力范围分别为150至750℃和0.1至9乇，乙硅烷和N2O分别以50至500sccm和100至5000sccm的速度流入反应室。此时，比较理想的压力范围是0.2至5.3乇。氧化膜的淀积速度为50至9000埃/分，分步覆盖为90％，均比用常规方法淀积的氧化膜的提高了许多，用常规方法淀积的氧化膜的淀积速度为3000至8000埃/分，分步覆盖低于60％。
其次，氮化膜(Si3N4)的淀积压力范围为0.1至9乇，温度范围为150至750℃。乙硅烷以10至500sccm的速度流入反应室，氨(NH3)以15至2000sccm的速度流入反应室。此时，比较理想的压力范围为0.1至5.5乇。根据本发明的方法，氧化膜的淀积速度为50至9000埃/分，分步覆盖超过95％，两者均比常规方法用多晶硅和NH3生成氮化膜的高。
氧氮化膜(SiOXNY)的淀积压力为0.1至9乇。反应室内的温度范围为150至750℃，乙硅烷和氨(NH3)均流入反应室。
硼磷硅玻璃膜在下述条件下淀积。
反应室内的温度范围和压力范围分别为250至800℃和0.1至9乇。乙硅烷以70至1000sccm的速度流入反应室，四甲基原亚磷酯(TMOP)或磷化氢(PH3)以150至3000sccm、四甲基原硼酯(TMOB)或乙硼烷(B2H6)以15至300sccm、O2以15至500sccm的速度流入反应室，从而形成硼磷硅玻璃膜。根据本发明的方法用上述条件获得的硼磷硅玻璃膜的淀积速度为50至9000埃/分，比用原硅酸四乙酯，O2或O3，磷化氢或四甲基原亚磷酯，以及乙硼烷或四甲基原硼酯以常规方法获得的硼磷硅玻璃膜的淀积速度提高了许多，常规方法的淀积速度为3000至5000埃/分。根据本发明的方法，硼磷硅玻璃膜的分步覆盖超过90％，而用常规方法获得的硼磷硅玻璃膜的分步覆盖约为75％。
磷硅玻璃膜的淀积压力范围为0.1至9乇。反应室内的温度范围为150至700℃，四甲基原亚磷酯或磷化氢，以及O2分别以50至1000sccm和15至500sccm的速度流入反应室。此时，根据本发明的方法，磷硅玻璃膜的淀积速度为50至9000埃/分，分步覆盖超过90％。
最后，描述使用常压化学气相淀积设备生成薄膜的条件。
氧化膜(SiO2)是在大气压力，200至650℃条件下淀积成形的，乙硅烷和O2流入反应室。这时，使用本发明的方法生成氧化膜的淀积速度范围为500至5000埃/分，分步覆盖超过80％，比使用常规方法生成氧化膜的60％分步覆盖提高了许多。
硼磷硅玻璃膜在大气压力，200至650℃条件下淀积，乙硅烷、四甲基原亚磷酯或磷化氢、四甲基原硼酯或乙硼烷、以及O2，分别流入反应室。这时，按照本发明的方法，硼磷硅玻璃膜的淀积速度范围为500至5000埃/分之间，分步覆盖超过90％，均比使用常规方法生成硼磷硅玻璃膜的高。
磷硅玻璃膜在大气压力，200至650℃条件下淀积，乙硅烷、四甲基原亚磷酯或磷化氢、以及O2流入反应室。这时，按照本发明的方法磷硅玻璃膜的分步覆盖超过90％，比使用常规方法的提高许多。
从表3和表4中所列数据可以看出，按照本发明的方法用乙硅烷进行化学气相淀积成膜，薄膜的淀积速度和分步覆盖都得到了改进，这是因为乙硅烷的化合结构的稳定性低于硅烷(SiH4)的，在低温下易于散布，从而具有快速气体散布率，因此薄膜淀积速度快。
如上所述，按照本发明的方法，采用乙硅烷进行化学气相淀积来生成半导体器件用的薄膜，可以改进薄膜的淀积速度和分步覆盖，从而提高半导体器件的生产率和可靠性。
虽然这里介绍的本发明的实施例目的在于说明本发明，但是本领域的技术人员在不超出本发明权利要求中所列范围和精神的情况下，可以作各种改进、补充和更换。
权利要求
1，一种加工方法，即将半导体基片放进一个化学气相淀积设备的反应室内，反应室保持在预定的压力和温度，从而在半导体基片上生成薄膜，一种采用乙硅烷作为主要材料气体的为半导体器件成膜的方法。
2，根据权利要求1所述的方法，其中，薄膜是指氧化膜、氮化膜、氧氮化膜、硼磷硅玻璃(BPSG)膜、磷硅玻璃(PSG)膜以及硅化钨膜中的一种。
3，根据权利要求2所述的方法，其中，一种生成氧化膜的方法是采用乙硅烷和氧化氮(N2O)，适用化学气相淀积(CVD)设备。
4，根据权利要求3所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是低压化学气相淀积(LPCVD)设备，反应室内的温度范围为500至800℃，压力范围为0.1至9乇。
5，根据权利要求3所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是等离子体增强气相淀积(PCVD)设备，反应室内的温度范围为150至750℃，压力范围为0.1至9乇。
6，根据权利要求2所述的方法，其中，生成氧化膜的方法是采用乙硅烷和氧(O2)，适用化学气相淀积(CVD)设备。
7，根据权利要求6所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是低压化学气相淀积(LPCVD)设备，反应室内的温度范围为300至700℃，压力范围为0.1至9乇。
8，根据权利要求6所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是常压化学气相淀积(APCVD)设备，反应室内的温度范围为200至650℃，压力为大气压。
9，根据权利要求2所述的方法，其中，生成氮化膜的方法采用乙硅烷和氨(NH3)，适用化学气相淀积(CVD)设备。
10，根据权利要求9所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是低压化学气相淀积(LPCVD)设备，反应室内的温度范围为350至800℃，压力范围为0.1至9乇。
11，根据权利要求9所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是等离子体化学气相淀积(PCVD)设备，反应室内的温度范围为150至750℃，压力范围为0.1至9乇。
12，根据权利要求2所述的方法，其中，生成氧氮化膜的方法采用乙硅烷、氨(NH3)以及氧化氮(N2O)，适用化学气相淀积(CVD)设备。
13，根据权利要求12所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是低压化学气相淀积(LPCVD)设备。反应室内的温度范围为350至800℃，压力范围为0.1至9乇。
14，根据权利要求12所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是等离子体化学气相淀积(PCVD)设备，反应室内的温度范围为150至750℃，压力范围为0.1至9乇。
15，根据权利要求2所述的方法，其中，生成硼磷硅玻璃膜的方法采用乙硅烷、磷化氢(PH3)、氧(O2)、以及四甲基原硼酯，或采用乙硅烷、四甲基原亚磷酯、O2、以及四甲基原硼酯，适用化学气相淀积(CVD)设备。
16，根据权利要求15所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是低压化学气相淀积(LPCVD)设备，反应室内的温度范围为250至800℃，压力范围为0.1至9乇。
17，根据权利要求15所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是等离子体化学气相淀积(PCVD)设备，反应室内的温度范围为150至750℃，压力范围为0.1至9乇。
18，根据权利要求15所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是常压化学气相淀积(APCVD)设备，反应室内的温度范围为200至650℃，压力为大气压。
19，根据权利要求2所述的方法，其中，生成磷硅玻璃膜的方法是采用乙硅烷、氧(O2)、以及磷化氢(PH3)，或采用乙硅烷、氧(O2)、以及四甲基原亚磷酯，适用化学气相淀积(CVD)设备。
20，根据权利要求19所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是低压化学气相淀积(LPCVD)设备，反应室内的温度范围为200至700℃，压力范围为0.1至9乇。
21，根据权利要求19所述的方法，其中，化学气相淀积设备是等离子体化学气相淀积(PCVD)设备，反应室内的温度范围为150至750℃，压力范围为0.1至9乇。
22，根据权利要求19所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是常压化学气相淀积(APCVD)设备，反应室内的温度范围为200至650℃，压力为大气压。
23，根据权利要求2所述的方法，其中，生成硅化钨膜的方法采用乙硅烷和氟化钨(WF6)，适用化学气相淀积(CVD)设备。
24，根据权利要求23所述的方法，其中，所述的化学气相淀积设备是低压化学气相淀积(LPCVD)设备，反应室内的温度范围为200至650℃，压力范围为0.1至9乇。
全文摘要
本发明公开了一种为半导体器件成膜的方法,采用乙硅烷(Si
文档编号H01L21/314GK1226079SQ9810052
公开日1999年8月18日 申请日期1998年2月12日 优先权日1998年2月12日
发明者黄喆周 申请人:黄喆周