在衬底表面形成膜的方法、设备及形成的膜与流程

1.本技术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、设备及形成的膜。


背景技术：

2.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。


技术实现要素：

3.本技术至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本技术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。
4.为了实现上述目的，本技术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：
5.将前驱体气化成前体蒸气；
6.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。
7.本技术第二方面提供了一种在衬底表面形成膜的设备，包括：
8.气化装置，用于将前体气化成前驱体蒸气；
9.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；
10.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
11.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，而并不认为是对本技术的限制。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：
12.图1为本技术一些实施例在衬底表面形成膜的设备的局部结构示意图；
13.图2为本技术与现有技术在衬底表面形成膜厚度分布情况对比图；
14.图3为本技术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
15.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。
16.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。
17.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”。
18.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。
19.本技术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：
20.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。
21.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。
22.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。
23.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。
24.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。
25.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。
26.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、nb2o5、al2o3和sio2中的任一种成分或多种成分的组合。
27.如图1所示，本技术另一方面的实施例涉及一种在衬底表面形成膜的设备100，包括：
28.气化装置10，用于将前驱体气化成前驱体蒸气；具体地，气化装置10可以选自：气化器、起泡器或烘烤器中的任一种。
29.沉积腔室(图内未示),其内设置有衬底，用于接收前驱体蒸气，并将前驱体蒸气沉积在衬底上；
30.流量控制阀门11，位于气化装置10与沉积腔室之间，前驱体蒸气经由流量控制阀门11流入沉积腔室，用于调节前驱体蒸气的供气流量，并在气化装置向沉积腔室输送前驱体蒸气之前，先关闭2秒钟后再打开。
31.流量控制阀门11为三通阀门，流量控制阀门11的输入端与气化装置10相连；
32.喷嘴12，与沉积腔室连通，流量控制阀门11的第一输出端与喷嘴12相连；
33.气泵13，与流量控制阀门11的第二输出端相连；
34.排气装置14，与气泵13相连。
35.此外，该设备还可以包括单腔式、集群式、炉管式以及翻转式(图内未示)，由于其未涉及发明点，所以本实施例在此不做赘述。
36.本技术实施例中的设备和方法可用于输送原子层沉积蒸气，以通过薄膜沉积材料的方式而制造dram、flash(平面、3d nand)和lcd等半导体装置。设备100可以辅助蚀刻和沉积变得均匀，从而改善膜的品质。尽管在原子层沉积工艺的背景下对所述设备进行描述，但是所述设备可以应用在其他沉积工艺。
37.进一步地，通过本技术实施例的设备和方法制造的半导体装置可以使用在各种芯片中。
38.更进一步地，具有上述半导体装置的芯片可以用于各种电子设备中，具体地，该电子设备可以是智能电话、计算机、平板电脑、可穿戴智能设备、人工智能设备、移动电源等。
39.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为
了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
40.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。