專利名稱：氮化硅膜的沉積制造方法及沉積系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及氮化硅膜的低壓化學氣相沉積(LPCVD)領域，特別是涉及一種改良的用以沉積BTBAS(bis t-ButylaminoSilane)氮化硅膜的制造方法及其系統。
背景技術：
如本領域技術人員所知，半導體元件以許多道的工藝步驟形成，其中即包含氮化硅膜的低壓化學氣相沉積(LPCVD)工藝。現有的LPCVD氮化硅膜通常在溫度為750℃下藉由在高溫中的二氯硅烷(dichlorosilane，DCS)與氨氣反應沉積而成。然而，隨著元件尺寸的縮小，當前述的LPCVD氮化硅膜沉積應用在牽涉柵極以與門極側壁子的形成時，工藝溫度即需要進一步地降低。
目前已知有使用有機前驅物(organic precursor)如BTBAS(bist-ButylaminoSilane)使得前述的LPCVD氮化硅膜沉積制造方法得以在較低溫的環境下進行。現有使用BTBAS作為前驅物的氮化硅膜沉積工藝使用SiH2(t-BuNH)2分子與氨氣，并伴隨其它載氣，如氮氣等，在溫度約為475℃至650℃之間的條件下進行之。然而，前述的使用BTBAS作為前驅物的氮化硅膜沉積工藝卻會導致晶片上嚴重的微粒問題。
雖然BTBAS氮化硅膜的沉積能夠在較低溫下進行，然而使用BTBAS作為前驅物所沉積的氮化硅膜與DCS氮化硅膜相比卻具有較高的應力(intrinsicfilm stress)。而沉積較高應力的氮化硅膜即表示LPCVD爐管需要更頻繁的清洗，藉此避免爐管壁面的顆粒掉落到晶片上，造成微粒問題。通常，現有LPCVD爐管壁面在累積沉積膜厚到約20至40微米時即需要進行清洗。但由于使用BTBAS作為前驅物所沉積的氮化硅膜的應力較高，BTBAS爐管卻必須在累積沉積膜厚到達0.25至0.35微米時即需要進行清洗。
舉例而言，目前清洗LPCVD氮化硅爐管的作法是先進行冷卻，然后將LPCVD氮化硅爐管內的石英管移出，然后以氫氟酸濕蝕刻方式清洗爐管。前述的氫氟酸濕蝕刻方式通常需要8至24小時的設備停機時間。倘若停機時間超過兩天，產能往往會因此受到嚴重的影響。
由上可知，在該領域中確實需要有可以解決前述的微粒問題的技術方案，使得在沉積前述的BTBAS氮化硅膜時，能兼顧設備的停機時間。此外，該領域中亦確實需要一種改良的用以沉積BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系統。
發明內容
本發明的主要目的即在于提供一種改良的用以沉積BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系統，以解決現有的問題。
根據本發明的優選實施例，本發明提供一種于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，包含的步驟有提供一化學氣相沉積(CVD)系統，其包括一管狀爐管、連接至該爐管的基座部位的至少一BTBAS(bis t-ButylaminoSilane)供應管線、一連接至該爐管上端的出口管線、一銜接該BTBAS供應管線與該出口管線的旁通管線，以及一銜接該出口管線的真空泵，其中該旁通管線呈切斷關閉狀態；將一批次的晶片放置于該爐管內的內管體中；于該內管體中通入含氮氣體；經由該BTBAS供應管線于該內管體中通入前驅物BTBAS氣體，且該真空泵維持該內管體中的壓力在0.1 Torr至3 Torr的低壓范圍；于該內管體中進行一氮化硅膜沉積反應，以于該晶片表面上沉積氮化硅膜；當該氮化硅膜沉積反應結束，隨即將該BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟該旁通管線；以及移出該批次的晶片。
本發明亦揭露一種用于晶片上進行氮化硅膜沉積反應的爐管式化學氣相沉積系統，包括一爐管，包括一內管體，可用以容納一批次的晶片；至少一連接至該爐管的基座部位的BTBAS供應管線；一連接至該爐管上端的出口管線；銜接該BTBAS供應管線與該出口管線的旁通管線；以及一銜接該出口管線的真空泵，其中該旁通管線呈切斷關閉狀態，而當該氮化硅膜沉積反應結束，隨即將該BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟該旁通管線。
本發明的優點之一為藉由在當該氮化硅膜沉積反應結束，隨即將該BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟該旁通管線的作法，即得以利用該真空泵將殘留在該BTBAS供應管線中的前驅物BTBAS氣體經由該旁通管線抽出，避免該前驅物BTBAS氣體繼續進入到該爐管中，并因此改善微粒問題。
為了更進一步了解本發明的特征及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖。然而附圖僅供參考與輔助說明用，并非用來對本發明加以限制。
圖1繪示的是根據本發明優選實施例用來于晶片表面上沉積BTBAS氮化硅膜的LPCVD系統的示意圖。
圖2繪示的是依據本發明優選實施例的重要步驟流程示意圖。簡單符號說明10 LPCVD系統12 爐管14 艙體 16 基座部位18 內管體 20 晶片32 BTBAS供應管線34 管線36 管線 38 出口管線39 冷卻水系統 40 真空泵52 BTBAS供應源 54 蒸發器62 控制閥 70 旁通管線72 控制閥 90 控制單元102 步驟 104 步驟106 步驟 108 步驟110 步驟116 計量表 118 監控單元具體實施方式
本發明涉及BTBAS氮化硅膜的LPCVD沉積方法以及經改良的用以于半導體晶片上沉積該氮化硅膜的LPCVD系統。如前所述，現有LPCVD氮化硅膜沉積方法會導致嚴重的微粒問題，且由于該微粒問題在該領域中仍未獲得解決，因此使芯片制造業者需付出冗長的設備停機時間以及產能的降低等昂貴代價。為此，本發明提供一種便宜且有效的方法及LPCVD系統，以減輕或改善前述的微粒問題。本發明的優點即是可以改善冗長的設備停機時間以及產能的降低問題。以下即藉由圖式說明本發明的優選實施例。
請參照圖1，其繪示的是根據本發明優選實施例用來于晶片表面上沉積BTBAS氮化硅膜的LPCVD系統10的示意圖。LPCVD系統10用以進行BTBAS氮化硅膜沉積制造方法，其特別適合應用在金氧半導體晶體管的柵極側壁子低溫形成工藝。如圖1所示，LPCVD系統10包括有一管狀的爐管12，其具有一艙體14、一進氣底部16，以及一安置于艙體14內的內管體18。首先，將一批次的半導體晶片20放置于內管體18中，其中前述批次的半導體晶片20可以置于一晶舟(圖未示)中。而前述的內管體18可以為石英等材料所構成。
接著，將工藝氣體，包括如BTBAS等前驅物、氨氣、如氮氣等載氣分別經由管線32、34及36通入內管體18進行反應。前述的管線32、34及36通常以特定管件固接至爐管12的基座部位16。且，前述的BTBAS供應管線32與一BTBAS供應單元或BTBAS供應源52相通。前驅物BTBAS原先在前述的BTBAS供應源52為液態，且優選被預熱至約80℃，接著被預熱的前驅物BTBAS再利用例如氦氣等惰性氣體吹泡至BTBAS供應管線32中，并再藉由安裝在管線32上的蒸發器54蒸發至130℃至150℃左右的蒸汽態。本領域技術人員應理解為了維持前驅物BTBAS在管線32中保持蒸汽態，可以另在管在線纏繞加熱帶(圖未示)等方式。此外，本領域的技術人員應理解圖式中爐管12的基座部位16是簡化的表示，其它管件、計量表116以及分析儀器，或者現場監控單元118等也可以安裝合并在本發明爐管12的基座部位16中。
前述注入內管體18進行反應的工藝氣體以及反應副產物經由出口管線38被排放出爐管12。出口管線38設于爐管的較上端位置，以符合氣流方向，且出口管線38與一真空泵40銜接，使真空泵40可以在氮化硅膜沉積過程中維持爐管12內的真空度。此外，在出口管線38上可以有一冷卻水系統39，藉以將從爐管12經由出口管線38排出的高溫混合氣體降溫，以達到保護真空泵40的目的。
本發明LPCVD系統10的重要特征在于將BTBAS供應管線32以及出口管線38之間刻意安插一段旁通管線70，可將BTBAS供應管線32以及出口管線38互通。在BTBAS供應管線32上另加設有一控制閥62，而旁通管線70上設有一控制閥72，其中控制閥62盡量越靠近爐管12的基座部位16越好。且，控制閥62以及72可以聯機到控制單元90，而受其控制開啟或關閉狀態。控制單元90另外可以聯機到爐管12的基座部位16以控制反應參數、工藝氣體的流量或聯機到真空泵40。
在氮化硅膜進行CVD沉積期間，前述的控制閥62在開啟狀態，而前述的控制閥72在關閉狀態，如此使得前驅物BTBAS氣體可以直接通入爐管12內部。然而，當氮化硅膜沉積工藝結束，控制閥62隨即關閉，禁止前驅物BTBAS氣體繼續進入到爐管12內部，而控制閥72立即開啟。藉此作法，仍殘留在BTBAS供應管線32中的前驅物BTBAS氣體將不會后續的現場管壁清洗工藝中進入到爐管12內部而粘附于爐管壁面上，而是以真空泵40將仍殘留在BTBAS供應管線32中的前驅物BTBAS氣體經由旁通管線70抽出，如此將可以使微粒問題獲得明顯的改善。針對前述的現場管壁清洗工藝，采用如ClF3/N2，NF3/N2等清洗氣體通入爐管12及內管體18，但不限于此。前述的清洗氣體可以產生氟離子，并與CVD殘留物反應以達到清洗爐管12及內管體18的目的。當然，在進行前述的現場管壁清洗工藝之前，整批次的半導體晶片20會先被移出爐管12。
請參照圖2，同時參考圖1。圖2繪示的是依據本發明優選實施例的重要步驟流程示意圖。如圖2所示，首先進行步驟102，將一批次的半導體晶片20放置于爐管12的內管體18中。接著進行步驟104，保持控制閥62開啟，而關閉控制閥72，并進行LPCVD氮化硅膜沉積工藝。此階段，前述于內管體18中所進行的LPCVD氮化硅膜沉積工藝包括溫度介于450℃～600℃；壓力介于0.1～3.0Torr；前驅物BTBAS氣體的流量約為25～500sccm；以及氨氣流量介于50～1000sccm。接著進行步驟106，當預定厚度的氮化硅膜沉積在晶片20表面上之后，前述的LPCVD氮化硅膜沉積工藝隨即終止。此時，控制閥62隨即關閉，而控制閥72立即開啟。接著，步驟108，以真空泵40將仍殘留在BTBAS供應管線32中的前驅物BTBAS氣體經由旁通管線70抽出。接著，進行步驟110，進行現場管壁清洗工藝，并將清洗氣體通入內管體18中。
綜上所述，本發明用以沉積BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系統至少可以歸納出以下的優點以及好處(1)由于微粒問題明顯改善，使得設備清洗維修間隔以及虛設晶片的循環期可以被延長。
(2)針對光刻工藝，其工藝寬裕窗口將較為寬松，而由于微粒問題導致的金屬導線斷線問題也可以被解決，因此提升了工藝成品率。
(3)本發明用以沉積BTBAS氮化硅膜的制造方法及其系統可以使前驅物BTBAS氮化硅膜技術還可以有效地被延伸應用在下一世代產品的制造領域中。
以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種在晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，包括提供一化學氣相沉積(CVD)系統，其包括一管狀爐管、連接至該爐管的基座部位的BTBAS供應管線、一連接至該爐管上端的出口管線、一銜接該BTBAS供應管線與該出口管線的旁通管線，以及一銜接該出口管線的真空泵，其中該旁通管線呈切斷關閉狀態；將一批次的晶片放置于該爐管內的內管體中；于該內管體中通入含氮氣體；經由該BTBAS供應管線于該內管體中通入前驅物BTBAS氣體，且該真空泵維持該內管體中的壓力在0.1Torr至3Torr的低壓范圍；于該內管體中進行一氮化硅膜沉積反應，以于該晶片表面上沉積氮化硅膜；當該氮化硅膜沉積反應結束，隨即將該BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟該旁通管線；以及移出該批次的晶片。
2.如權利要求1所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中在移出該批次的晶片之后，該制造方法還包括于該內管體中通入清洗氣體。
3.如權利要求2所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中該清洗氣體包括ClF3。
4.如權利要求2所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中該清洗氣體包括NF3。
5.如權利要求1所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中藉由在當該氮化硅膜沉積反應結束，隨即將該BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟該旁通管線的作法，即得以利用該真空泵將殘留在該BTBAS供應管線中的前驅物BTBAS氣體經由該旁通管線抽出，并因此改善微粒問題。
6.如權利要求1所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中該含氮氣體包括氨氣。
7.如權利要求1所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中該氮化硅膜沉積反應在約450～600℃的溫度下進行。
8.如權利要求1所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中該前驅物BTBAS氣體的流量約為25～500sccm。
9.如權利要求1所述的于晶片上沉積氮化硅膜的制造方法，其中該含氮氣體的流量約為50～1000sccm。
10.一種用于晶片上進行氮化硅膜沉積反應的爐管式化學氣相沉積系統，包括一爐管，包括一內管體，可用以容納一批次的晶片；至少一連接至該爐管的基座部位的BTBAS供應管線；一連接至該爐管上端的出口管線；銜接該BTBAS供應管線與該出口管線的旁通管線；以及一銜接該出口管線的真空泵，其中該旁通管線呈切斷關閉狀態，而當該氮化硅膜沉積反應結束，隨即將該BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟該旁通管線。
11.如權利要求10所述的用于晶片上進行氮化硅膜沉積反應的爐管式化學氣相沉積系統，其中該內管體由石英構成。
12.如權利要求10所述的用于晶片上進行氮化硅膜沉積反應的爐管式化學氣相沉積系統，其中進行氮化硅膜沉積反應時，該真空泵維持該內管體中的壓力在0.1Torr至3Torr的低壓范圍
13.如權利要求10所述的用于晶片上進行氮化硅膜沉積反應的爐管式化學氣相沉積系統，其中該氮化硅膜沉積反應在約450～600℃的溫度下進行。
14.如權利要求10所述的用于晶片上進行氮化硅膜沉積反應的爐管式化學氣相沉積系統，其中該旁通管線由一控制閥切斷關閉。
15.如權利要求10所述的用于晶片上進行氮化硅膜沉積反應的爐管式化學氣相沉積系統，其中藉由在當該氮化硅膜沉積反應結束，隨即將該BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟該旁通管線的作法，即得以利用該真空泵將殘留在該BTBAS供應管線中的前驅物BTBAS氣體經由該旁通管線抽出，避免該前驅物BTBAS氣體繼續進入到該爐管中，并因此改善微粒問題。
全文摘要
本發明提供一種在晶片上沉積氮化硅膜的制造方法。首先提供一化學氣相沉積系統，其包括管狀爐管、連接至該爐管的基座部位的至少BTBAS供應管線、連接至爐管上端的出口管線、銜接BTBAS供應管線與出口管線的旁通管線，以及銜接出口管線的真空泵，其中旁通管線呈切斷關閉狀態；將一批次的晶片放置于爐管內的內管體中；在內管體中通入含氮氣體；經由BTBAS供應管線于該內管體中通入前驅物BTBAS氣體，且真空泵維持內管體中的壓力在0.1Torr至3Torr的低壓范圍；于內管體中進行氮化硅膜沉積反應，以于晶片表面上沉積氮化硅膜；當氮化硅膜沉積反應結束，隨即將BTBAS供應管線切斷關閉，并立即開啟旁通管線；以及移出該批次的晶片。
文檔編號C23C16/34GK1755898SQ200410011800
公開日2006年4月5日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者王俞仁, 顏英偉, 張皓翔, 蕭才富 申請人:聯華電子股份有限公司