在衬底表面形成膜的方法、设备及形成的膜技术

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种在衬底表面形成膜的方法，包括以下步骤：将前驱体气化成前驱体蒸气；在前驱体蒸气输送至沉积腔室内的过程中，通过先压缩再膨胀提高前驱体蒸气的供气流量，以在沉积腔室的衬底表面形成厚度均匀的膜。提高了前驱体蒸气的供气流量，这样可以将前驱体蒸气输送到衬底中心以及沉积腔室的顶部区域，避免衬底中心前驱体蒸气供应不足，从而在沉积腔室的衬底表面形成厚度均匀的膜。均匀的膜。均匀的膜。

【技术实现步骤摘要】
在衬底表面形成膜的方法、设备及形成的膜


[0001]本申请涉及半导体
，具体涉及一种在衬底表面形成膜的方法、设备及形成的膜。

技术介绍

[0002]在具有传统炉管(Conventional furnace)结构的原子层沉积(Atomic Layer Deposition,ALD)工艺中，在向沉积腔室内进料时，位于蒸发设备后端与其连通的三通阀一直处于开启的状态，由于前驱体的高粘性，这样无法将足够的料引入到衬底中心，导致衬底上膜的中心和边缘之间厚度分布不均匀，进而影响膜(例如介电膜)的电特性，导致漏电流的问题。

技术实现思路

[0003]本申请至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本申请提出一种在衬底表面形成膜的方法、设备及形成的膜，解决了衬底上膜的中心和边缘之间厚度分布不均匀的问题。
[0004]为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种在衬底表面形成膜的方法，包括以下步骤：
[0005]将前驱体气化成前体蒸气；
[0006]在所述前体蒸气输送至沉积腔室内的过程中，通过先压缩再膨胀提高所述前体蒸气的供气流量，以在所述沉积腔室的衬底表面形成厚度均匀的膜。
[0007]本申请第二方面提供了一种在衬底表面形成膜的设备，包括：
[0008]气化装置，用于将前体气化成前驱体蒸气；
[0009]沉积腔室,其内设置有衬底，用于接收所述前驱体蒸气，并将所述前驱体蒸气沉积在所述衬底上；
[0010]流量控制阀门，位于所述气化装置与沉积腔室之间，所述前驱体蒸气经由所述流量控制阀门流入所述沉积腔室，用于调节所述前驱体蒸气的供气流量，并在所述气化器向所述沉积腔室输送前驱体蒸气的过程中，先关闭一段时间后再打开。
附图说明
[0011]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0012]图1为本申请一些实施例在衬底表面形成膜的设备的局部结构示意图；
[0013]图2为本申请与现有技术在衬底表面形成膜厚度分布情况对比图；
[0014]图3为本申请一些实施例在衬底表面形成膜在不同位置的电容量分布图。
具体实施方式
[0015]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0016]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0017]在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
[0018]可在半导体装置的生产过程中形成膜(例如介电膜、半导体膜、绝缘膜和金属膜)。形成膜的工艺包括原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)。根据所述沉积工艺，将工艺材料置于原子层沉积蒸气的环境中，例如有机金属化合物。吸附在材料上的原子层沉积蒸气通过暴露于光能或热能而分解。因此可以在所述材料的表面上形成膜(例如半导体膜、介电膜、或金属膜)。原子层沉积工艺的关键元件之一包括蒸发设备，其将液体前驱体蒸发成化学气相沉积蒸气的形式，并将原子层沉积蒸气输送到原子层沉积腔室。当原子层沉积蒸气与在原子层沉积腔室中加热的衬底接触时，原子层沉积蒸气在衬底上发生反应并形成膜。
[0019]本申请一方面的实施例涉及一种在衬底表面形成膜的方法，包括以下步骤：
[0020]提供一衬底，将该衬底放置于沉积腔室内。在本实施例中，该衬底优选为半导体衬底，例如可以是体硅半导体衬底、绝缘体上硅(SOI)半导体衬底、锗半导体衬底、绝缘体上锗(GOI)半导体衬底、硅锗半导体衬底、III
‑
V族化合物半导体衬底或通过执行选择性外延生长(SEG)获得的外延薄膜半导体衬底。
[0021]当半导体衬底是硅基半导体衬底时，半导体衬底可以包括例如与氧离子不结合的悬挂键合硅原子。晶体管的工作特性可以通过氢退火工艺来稳定，通过氢退火工艺，氢原子与半导体衬底的悬挂键合硅原子结合。在这种情况下，氢原子可以容易地与硅原子分离，但是硼可以增加硅原子和氢原子之间的结合能。因此，可以改善电容器的可变保持时间或电荷保持时间。
[0022]接着，将前驱体放置在气化装置内加热气化成前驱体蒸气，气化装置可以选自气化器、起泡器或烘烤器中的任一种。在本实施例中，气化装置选自气化器。
[0023]接着，将前驱体蒸气输送至沉积腔室内，在此过程中，关闭向沉积腔室内输送前驱体蒸气的开关，维持一段时间后再打开，具体地，如图2、3所示，与一直打开开关相比，本实施例中的前驱体蒸气在开关关闭和打开期间，前驱体蒸气被压缩和发生膨胀，提高了前驱体蒸气的供气流量，这样可以将前驱体蒸气输送到衬底中心以及沉积腔室的顶部区域，避免衬底中心前驱体蒸气供应不足，从而在沉积腔室的衬底表面形成厚度均匀的膜(如图2所示)，因此改善了膜的电特性(如图3所示)，比如介电常数、漏电流等问题。在本实施例中，使
用气化装置将前驱体气化成前驱体蒸气，气化装置与沉积腔室之间设置有流量控制阀门，前驱体蒸气经由流量控制阀门流入沉积腔室，关闭流量控制阀门2秒钟后再将其打开，从而提高前驱体蒸气的供气流量。
[0024]值得一提的是，流量控制阀门的关闭时间也可以是1秒、3秒等等，本实施例在此不做限定，本领域技术人员可以根据需要灵活选择。
[0025]此外，前驱体蒸气可以以原子层沉积的方式沉积在衬底上而形成膜。但是本实施例在此不做限定，前驱体蒸气也可以以例如常压化学气相沉积(atmospheric pressure CVD)、低压化学气相沉积(low
‑
pressure CVD)、超高真空化学气相沉积(ultrahigh vacuum CVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma
‑
enhanced CVD)、原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)、和金属有机化学气相沉积(metallo
‑
organic CVD)的方式沉积在衬底上。
[0026]通过上述方法在衬底上形成的膜可以是介电膜，其中心和边缘的厚度分布均匀，具体地，膜的材质选自：HfO2、ZrO2、TiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在衬底表面形成膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：将前驱体气化成前驱体蒸气；在所述前驱体蒸气输送至沉积腔室内的过程中，通过先压缩再膨胀提高所述前驱体蒸气的供气流量，以在所述沉积腔室的衬底表面形成厚度均匀的膜。2.根据权利要求1所述的在衬底表面形成膜的方法，其特征在于，提高所述前驱体蒸气的供气流量的步骤包括：关闭向所述沉积腔室内输送前驱体蒸气的开关，维持一段时间后再打开。3.根据权利要求2所述的在衬底表面形成膜的方法，其特征在于，使用气化装置将前驱体气化成前驱体蒸气，所述气化装置与所述沉积腔室之间设置有流量控制阀门，所述前驱体蒸气经由所述流量控制阀门流入所述沉积腔室，关闭流量控制阀门一段时间后再将其打开，以提高所述前驱体蒸气的供气流量。4.根据权利要求3所述的在衬底表面形成膜的方法，其特征在于，所述时间为1
‑
3秒。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的在衬底表面形成膜的方法，其特征在于，所述前驱体蒸气以原子层沉积的方式形成在所述衬底上。6.根据权利要求5所述的膜，其特征在于，所述膜的材质选自：HfO2、ZrO2、TiO2、Nb2...

【专利技术属性】
技术研发人员：安重镒，金成基，项金娟，李亭亭，刘青，
申请(专利权)人：真芯北京半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：