硅膜的成膜方法以及成膜裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種硅膜的成膜方法以及成膜裝置，所述成膜方法在基底上形成包含硅膜的膜，其具備：將該基底加熱，在加熱了的基底表面上供給氨基硅烷系氣體，在基底表面上形成晶種層的工序；以及，將基底加熱，在加熱了的基底表面的晶種層上供給不含氨基的硅烷系氣體，在晶種層上形成硅膜的工序，前述晶種層的形成工序所使用的氨基硅烷系氣體的分子中包含2個以上的硅。
【專利說明】硅膜的成膜方法以及成膜裝置
[0001]相關(guān)申請文獻
[0002]該申請要求基于2012年12月27日申請的日本特許申請第2012-285702號的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，將該日本申請的全部內(nèi)容作為參考文獻援引至此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及硅膜的成膜方法以及成膜裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]用于半導(dǎo)體集成電路裝置的接觸孔或線的嵌入、形成元件或結(jié)構(gòu)的薄膜使用硅、例如非晶硅。以往，作為該非晶硅的成膜方法，有如下方法:將甲硅烷以400~600°C進行熱分解，從而形成非晶硅膜的方法；以及，將乙硅烷以400~500°C進行分解、將丙硅烷以350~450°C進行分解、將丁硅烷以300~400°C進行分解，從而形成該非晶硅膜的方法。
[0005]但是，若要利用非晶硅來嵌入微細化得以推進的接觸孔、線，則成膜后的非晶硅在接觸孔部的覆蓋差、產(chǎn)生大的空隙(Void)。接觸孔、線內(nèi)產(chǎn)生大的孔隙時，會成為引起例如電阻值增大的因素之一。非晶硅膜的表面粗糙度的精度差也是出于該因素。
[0006]因而，公開了如下的非晶硅膜的成膜方法:為了改善非晶硅膜的表面粗糙度的精度，在形成非晶硅膜之前在基底表面上供給氨基硅烷系氣體，在基底表面上預(yù)先形成晶種層。

【發(fā)明內(nèi)容】

_7] 發(fā)明要解決的問題
[0008]但是，近來，在尋求改善硅膜、例如非晶硅膜的表面粗糙度的精度的同時，進一步的薄膜化的要求也更加嚴格。
[0009]在上述的成膜方法中，實現(xiàn)了改善表面粗糙度的精度這一目的，但考慮到進一步薄膜化的要求時，存在以下情況:在2nm數(shù)量級附近容易產(chǎn)生針孔，從而難以進行2nm數(shù)量級以下的薄膜化。
[0010]本發(fā)明提供硅膜的成膜方法以及成膜裝置，所述硅膜的成膜方法即使對于進一步薄膜化的要求也能夠應(yīng)對，且還能夠改善表面粗糙度的精度。
[0011]用于解決問題的方案
[0012]本發(fā)明的第一方式所述的娃膜的成膜方法是在基底上形成包含娃膜的膜的成膜方法，其具備:(I)將前述基底加熱，在前述加熱了的基底表面上供給氨基硅烷系氣體，在iu述基底表面上形成晶種層的工序；以及(2)將如述基底加熱，在如述加熱了的基底表面的晶種層上供給不含氨基的硅烷系氣體，在前述晶種層上形成硅膜的工序，在前述工序(I)所使用的前述氨基硅烷系氣體為該氨基硅烷系氣體的分子中包含2個以上硅的氣體。
[0013]本發(fā)明的第二方式所述的成膜裝置為在基底上形成硅膜的成膜裝置，其具備:處理室，其用于容納具有基底的被處理體，所述基底要形成前述硅膜；處理氣體供給機構(gòu)，其用于向前述處理室內(nèi)供給進行處理所要使用的氣體；加熱裝置，其用于加熱容納于前述處理室內(nèi)的前述被處理體；排氣機構(gòu)，其用于將前述處理室內(nèi)進行排氣；以及，控制器，其用于控制前述處理氣體供給機構(gòu)、前述加熱裝置以及前述排氣機構(gòu)，前述控制器控制前述處理氣體供給機構(gòu)、前述加熱裝置以及前述排氣機構(gòu)，用以實施前述的工序(1)和工序(2 )。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]所附附圖作為本說明書的一部分而引入，示出本申請的實施方式，與上述概述和下述的實施方式的具體內(nèi)容共同說明本申請的概念。
[0015]圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式所述的硅膜的成膜方法的順序的一例的流程圖。
[0016]圖2是概略性地示出順序中的半導(dǎo)體基板的狀態(tài)的剖面圖。
[0017]圖3是示出處理時間與硅膜的膜厚的關(guān)系的圖。
[0018]圖4是示出由晶種層生長帶來的膜厚增加的狀況的剖面圖。
[0019]圖5是示出沉積時間與硅膜的膜厚的關(guān)系的圖。
[0020]圖6是示出由孵育時間的縮短引起的膜厚的狀況的剖面圖。
[0021]圖7是示出硅膜的表面的二次電子圖像的附圖代用照片。
[0022]圖8是示出沉積時間與硅膜的膜厚的關(guān)系的圖。
[0023]圖9是概略性地示出能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的第一實施方式所述的硅膜的成膜方法的成膜裝置的一例的剖面圖。
【具體實施方式】
[0024]以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。在下述的詳細說明中，為了能夠充分地理解本申請，提供了多個具體例子。然而，即使沒有這些詳細說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員也能夠?qū)崿F(xiàn)本申請是顯而易見的。在其它例子中，為了避免各實施方式晦澀難懂，因此并未詳細示出公知的方法、步驟、系統(tǒng)、構(gòu)成要素。需要說明的是，所有附圖中，相同的部分附帶相同的參照標記。
[0025](第一實施方式)
[0026]<說明書中的定義>
[0027]在本說明書中記載為非晶硅的情況下，將其定義為包括能夠?qū)崿F(xiàn)本說明書中公開的表面粗糙度的精度的、非晶形~納米尺寸的晶粒聚集而成的納米結(jié)晶硅以及上述非晶硅與上述納米結(jié)晶硅混合存在的硅這些全部情況的術(shù)語，而非僅僅是指代非晶硅的術(shù)語。
[0028]另外，在本說明書中，將1Torr定義為133Pa。
[0029]〈成膜方法〉
[0030]圖1是示出本發(fā)明的第一實施方式所述的硅膜的成膜方法的順序的一例的流程圖，圖2的A~圖2的C是概略性地示出順序中的半導(dǎo)體基板的狀態(tài)的剖面圖。
[0031]首先，將圖2的A所示的半導(dǎo)體基板、例如硅基板I送入成膜裝置的處理室中。在本例中，要形成硅膜的基底為硅基板1、或者在硅基板I表面生長的自然氧化膜(未圖示)。在其它實施方式中，基底為包含硅的物質(zhì)，例如可以是硅膜(包含硅基板)，也可以是硅氧化膜(包含自然氧化膜、熱氧化膜以及CVD膜)，還可以是硅氮化膜。在其它實施方式中，還可以是除了包含硅的物質(zhì)以外的金屬膜。
[0032]接著，如圖1和圖2的B所不,在娃基板(基底)I的表面上形成晶種層2。在本例中，將硅基板(基底)I加熱，在加熱了的硅基板I的表面流通在分子中包含2個以上硅的氨基硅烷系氣體。由此，在娃基板(基底)I的表面上形成晶種層2 (步驟SI)。
[0033]作為分子中包含2個以上娃的氨基硅烷系氣體的例子,可列舉出用下式表不的娃的氨基化合物，所述式為:
[0034]((RlR2)N)nSixH2X + 2_n_m (R3)m...(A)、或者
[0035]((RlR2)N)nSixH2X_n_m (R3)m- (B),
[0036]其中，上述(A)和上述(B)式中，
[0037]η為氨基數(shù)且為I~6的自然數(shù)；
[0038]m為烷基數(shù)且為O和I~5的自然數(shù)；
[0039]Rl、R2=CH3、C2H5, C3H7 ；
[0040]R3=CH3、C2H5, C3H7, Cl ；
[0041]R1=R2=R3或者也可以不相同；
[0042]X為2以上的自然數(shù)。
[0043]而且，可以將包含至少一種用上述(A)式和上述(B)式表示的硅的氨基化合物的氣體選作步驟SI中的處理氣體。
[0044]作為用上述(A)式表示的硅的氨基化合物的例子，可列舉出:
[0045]二異丙基氨基乙硅烷(Si2H5N (iPr)2)、
[0046]二異丙基氨基丙硅烷(Si3H7N (iPr)2)、
[0047]二異丙基氨基二氯硅烷(Si2H4ClN (iPr)2)、
[0048]二異丙基氨基三氯硅烷(Si3H6ClN (iPr)2)等。
[0049]另外，作為用上述(B)式表示的硅的氨基化合物的例子，可列舉出
[0050]二異丙基氨基環(huán)乙硅烷(Si2H3N (iPr)2)、
[0051]二異丙基氨基環(huán)丙硅烷(Si3H5N (iPr)2)、
[0052]二異丙基氨基二氯環(huán)乙硅烷(Si2H2ClN (iPr)2)、
[0053]二異丙基氨基二氯環(huán)丙硅烷(Si3H4ClN (iPr)2)等。
[0054]在本例中，使用了用上述(A)式表示的二異丙基氨基乙硅烷(DIPADS)。
[0055]步驟SI中的處理條件的一例為:
[0056]
DIPADS 流量: 200sccrn
處理時間:1分鐘
處 理溫度:350°C
處理壓力.133Pa (ITorr)ο
[0057]接著，如圖1和圖2的C所示，在晶種層2上形成硅膜3。在本例中，將硅基板(基底)1加熱，在加熱了的硅基板I的表面所形成的晶種層2的表面供給不含氨基的硅烷系氣體。由此，在晶種層2上形成硅膜3 (步驟S2)。需要說明的是，在本例中，硅膜3為非晶硅膜。
[0058]作為不含氨基的硅烷系氣體的例子，可列舉出用下式表示的硅的氫化物，所述式為:
[0059]SixH2x+ 2 (其中，X為I以上的自然數(shù))...(C)、或者
[0060]SixH2x (其中，X為I以上的自然數(shù))…(D)。
[0061]而且，可以將包含至少一種用上述(C)式和上述(D)式表示的硅的氫化物的氣體選作步驟S2中的處理氣體(硅原料氣體)。
[0062]作為用上述(C)式表示的硅的氫化物的例子，可列舉出:
[0063]甲硅烷(SiH4)、
[0064]乙硅烷(Si2H6)、
[0065]丙硅烷(Si3H8)、
[0066]丁硅烷(Si4H10 )、
[0067]戊硅烷(Si5H12)、
[0068]己硅烷(Si6H14)、
[0069]庚硅烷(Si7H16)15
[0070]另外，作為用上述(D)式表示的硅的氫化物的例子，可列舉出:
[0071]環(huán)硅烷(SiH2)、
[0072]環(huán)乙硅烷(Si2H4)、
[0073]環(huán)丙硅烷(Si3H6)、
[0074]環(huán)丁硅烷(Si4H8)、
[0075]環(huán)戊硅烷(Si5H10)、
[0076]環(huán)己硅烷(Si6H12)、
[0077]環(huán)庚硅烷(Si7H14X
[0078]其中，考慮到分子中包含2個以上娃的氨基硅烷系氣體與不含氨基的硅烷系氣體的組合時，優(yōu)選的是，在分子中包含2個以上硅的氨基硅烷系氣體發(fā)生熱分解的溫度附近容易發(fā)生熱分解的甲硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2H6X
[0079]在本例中，使用了用上述(C)式表示的Si2H6。
[0080]步驟S2中的處理條件的一例為:
[0081]
【權(quán)利要求】
1.一種娃膜的成膜方法，其為在基底上形成包含娃膜的膜的成膜方法，具備: 將所述基底加熱，在所述加熱了的基底表面上供給氨基硅烷系氣體，在所述基底表面上形成晶種層的工序；以及 將所述基底加熱，在所述加熱了的基底表面的晶種層上供給不含氨基的硅烷系氣體，在所述晶種層上形成硅膜的工序， 所述形成晶種層的工序所使用的所述氨基硅烷系氣體的分子中包含2個以上的硅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的成膜方法，其特征在于，所述分子中包含2個以上硅的氨基硅烷系氣體選自包含至少一種用下式表示的硅的氨基化合物的氣體，所述式為:
((RlR2)N)nSixH2X + 2_n_m (R3)m...(A)、或者
((RlR2)N)nSixH2X_n_m (R3)m- (B), 其中，所述(A)和所述(B)式中， η為氨基數(shù)且為I~6的自然數(shù)； m為烷基數(shù)且為O和I~5的自然數(shù)；
Rl、R2=CH3、C2H5'C3H7 ；
R3=CH3、C2H5、C3H7、C1 ； R1=R2=R3或者也可以不相同； X為2以上的自然數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的成膜方法，其中，使所述形成晶種層的工序中的所述基底的加熱溫度低于所述形成硅膜的工序中的所述基底的加熱溫度， 使所述形成晶種層的工序中的形成所述晶種層的處理時間短于所述形成硅膜的工序中的形成所述硅膜的處理時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅膜的成膜方法，其中，將所述形成晶種層的工序中的所述基底的加熱溫度設(shè)為300°C以上且350°C以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的硅膜的成膜方法，其中，所述晶種層為單原子吸附層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的成膜方法，其中，所述晶種層和所述硅膜的總膜厚為2nm數(shù)量級以下的有限值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅膜的成膜方法，其中，所述不含氨基的硅烷系氣體選自包含至少一種用下式表示的硅的氫化物的氣體，所述式為:
SixH2x+ 2...(C)、或者
SixH2x...CD), 其中，式(C)中，X為I以上的自然數(shù)；式(D)中，X為1以上的自然數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的娃膜的成膜方法,其中,所述用(C)式表不的娃的氫化物選自以下物質(zhì)中的至少一種，所述物質(zhì)為: 甲硅烷即SiH4、 乙硅烷即Si2H6' 丙硅烷即Si3H8'
丁硅烷即Si4H10^ 戊硅烷即Si5H12、 己硅烷即Si6H14^庚硅烷即Si7H16。
9.一種成膜裝置，其為在基底上形成硅膜的成膜裝置，其具備: 處理室，其用于容納具有基底的被處理體，所述基底要形成所述硅膜； 處理氣體供給機構(gòu)，其用于向所述處理室內(nèi)供給進行處理所要使用的氣體； 加熱裝置，其用于加熱容納于所述處理室內(nèi)的所述被處理體； 排氣機構(gòu)，其用于將所述處理室內(nèi)進行排氣；以及 控制器，其用于控制所述 處理氣體供給機構(gòu)、所述加熱裝置以及所述排氣機構(gòu)，用以實施權(quán)利要求1所述的成膜方法。
【文檔編號】C23C16/24GK103898472SQ201310741893
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】大部智行, 宮原孝廣, 永田朋幸 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社