[发明专利]半导体器件成膜方法

说明书

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(W_XSi_Y)，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(SiO_XN_Y)、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。