TWI282116B - Method for creating silicon dioxide film - Google Patents

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1282116 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明所屬之技術領域 本發明係相關於在矽基板上生成二氧化矽之厚膜之方 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 法。 先前技術 在使用於以光電資訊通訊處理技術爲主要對象之軟體 光電技術、把對以人類和環境而言易於使用之光顯示輸出 入等之光電之利用做爲目標之人性化光電技術和進行新光 源之極限性實現和尖端光量測利用技術之開發之硬體光電 技術等之領域之元件，於矽基板上使用形成厚膜之二氧化 矽膜材料。 例如光電積體元件之光電導波線路係在矽基板上之二 氧化矽膜之中埋入光電導波線路電路圖案而形成。此場合 之二氧化矽膜之厚度，如果將中心層做成與所連接之光纖 略同之尺寸，至少需要10幾//m以上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以在矽基板上生成二氧化矽膜之典型的方法有熟知之 直接加熱氧化法。直接加熱氧化法係直接加熱氧化矽基板 之表面生成二氧化矽膜，所產生之膜厚在薄膜之場合雖與 氧化時間成正比，但因爲此氧化反應通過所生成之氧化膜 而被進行，所以厚膜之場合之膜厚比例於氧化時間之1 /2 成比例在生成上花費時間。因而，形成10幾//m〜100/im 多之厚膜之二氧化矽層實質上係困難的。 本申請人爲了解決上述問題，開發由多矽疊積之二氧 化矽膜之生成方法（特願2000 — 342893「二氧化矽膜生成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5- 1282116 A7 B7 i、發明説明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 方法和光電導波線路生成方法」）。此方法在矽基板上沉 積多晶矽，加熱氧化處理此而生成二氧化矽膜，在所生成 之二氧化矽膜上沉積且加熱氧化處理新的多晶矽而生成二 氧化矽膜，藉由此往復操作形成希望之膜厚之二氧化矽層 〇 但是在上述之由多晶矽沉積之二氧化矽膜之生成有如 下應改善之缺點。 (1 )二氧化矽之表面粗糙度： 由多晶矽沉積所生成之二氧化矽膜之表面粗糙度比較 粗。因而，例如在此表面沉積生成光電導波線路中心層用 之二氧化矽膜之場合，境界面粗糙面存在而形成光之散射 主因有光損失變大之可能性。因而在必要之場合，爲了改 善表面粗糙度在中心層生成前進行二氧化矽之表面之平面 加工。 (2 )生產性： 經濟部智慧財產局S工消費合作社印製 由多晶矽沉積之厚膜之生成在大量之晶圓形成二氧化 矽膜是很合適的。但是，在形成例如1 〇 // m之膜，使用由 直接加熱氧化之方法是快速的，但那也要幾天的時間。而 且，採用典型的矽膜沉積方法之減壓氣體沉積法之場合， 減壓程度大的生產設備變得有必要。因而，對來自顧客之 二氧化砂膜形成之種種要求、交貨時間和生產量之大小等 可適當對應之生產體制是眾所盼望的。 發明內容 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -6 - 1282116 A7 B7 五、發明説明（3) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明鑑於上述事實，技術之目標係提供在矽基板上 ’藉由往復沉積矽層加熱氧化處理此生成二氧化矽膜之步 驟生成既定厚度之二氧化矽膜，且可適當選擇所生成之二 氧化矽之表面粗度和沉積矽膜之成長速度等之二氧化矽膜 之生成方法。 以解決上述技術目標之二氧化矽膜之生成方法而言， 若根據本發明係提供一種二氧化矽之生成方法，其特徵係 包含在矽基板上或在藉由加熱氧化處理所形成在該矽基板 上之二沉積氧化矽膜上沉積多晶矽、磊晶矽或非結晶矽之 任何一種形成矽膜之沉積步驟和加熱氧化處理該矽膜順利 完成二氧化矽膜之加熱氧化步驟，複數次往復進行該沉積 步驟和加熱氧化步驟。 圖式之簡單說明 第1圖係顯示依據本發明之二氧化矽膜之生成方法之 步驟之說明圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【圖號簡單說明】 2 矽基板 4 二氧化矽膜 6 矽膜 8 二氧化矽膜 發明之實施例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1282116 A7 B7 五、發明説明（4 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 因而’矽膜的沉積方法藉由選擇或組合多晶矽沉積、 嘉晶砂或非結晶矽之任一種，可適當地變更所生成之二氧 矽膜之表面粗度和成長速度等。 每一次該沉積步驟之矽膜之厚度爲5 // m以下。 以下’針對根據本發明之二氧化矽膜之生成方法，以 膜厚1 5 // m之二氧化矽膜之生成爲例按照順序更詳細說明 〇 (1 )矽基板的加熱氧化： 在電爐加熱氧化如第1 ( a )圖所示之矽基板2，如第1 (b )圖所示在矽基板2之表面生成二氧化矽膜4。在此加 熱氧化，使用例如由水蒸氣之濕式氧化方法。濕式氧化可 在較矽基板2之熔點141(TC遠爲低之溫度l〇8〇t之溫度， 或以不需要高壓之處理進行。在此加熱氧化步驟，形成例 如2 //之膜厚之二氧化矽膜。 (2 )沉積步驟 經濟部智慈財產局员工消費合作社印製 如第1(c)圖所示，在上述之二氧化矽膜4上，藉由 眾所皆知之化學氣體沉積法（CVD )使多晶矽、磊晶砂或 非結晶矽沉積，生成矽膜6。以化學氣體沉積法而言，使用 典型的減壓氣體沉積法。對於此多晶矽、磊晶矽或非結曰曰曰 矽之選擇，乃至於減壓氣體沉積法於後敘述。在此步驟， 生成例如1 A m之膜厚之矽沉積膜。爲了在下面之加熱氧化 步驟可加快氧化速度此膜厚最好是5 # m以下。 (3 )加熱氧化步驟 與上述之「（ 1 )矽基板之加熱氧化」同樣，如第1 ( d 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -8 - 1282116 A7 B7 五、發明説明（5 ) )圖，在電爐加熱氧化處理矽膜6，在最初之二氧化矽膜上 生成同性質之二氧化矽膜8。上述之1 // m之矽膜6藉由以 加熱氧化之體積膨脹形成3 // m之膜厚之二氧化矽膜8。 (4 )沉積步驟與加熱氧化步驟之往復 如第1 ( e )和（f)圖所示，往復上述之「沉積步驟」 和「加熱氧化步驟」形成既定之二氧化矽膜之膜厚T 1 5 // m 。1 5 // m之膜厚T藉由5次往復完成沉積步驟和加熱氧化 步驟被形成。亦即， 基板之加熱氧化2//m+ (3//m x4次）+ (l//m X 1 次）=1 5 // m 最後之l//m之膜厚藉由加熱氧化3//m之矽膜而生成 〇 (5 )由減壓氣體沉積法之矽沉積z 針對由減壓氣體沉積法之多晶矽、磊晶矽或非結晶矽 之沉積，參照顯示由本發明人之實驗結果之一例之表1說 明。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .参· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 【表1】 多晶矽 嘉晶石夕 非結晶矽 單矽烷（SiH4) 100%、 20%、 100%、 80 cc/min 1,200 cc/min 80 cc/min 溫度 570〇C 1，000〇C 520〇C 壓力 100 Pa 5,320 Pa 100 Pa 膜成長速度 0.0020 β m /min 1.06 // m /min 0 0013 β m /min 表面粗度(RMS) 20.5 0.15 0.4〜0.7 nm 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -9 - 1282116 A7 B7 五、發明説明（6 ) (5 — 1 )多晶矽沉積 若由多晶矽沉積，可如下生成多結晶之矽膜。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以單桂院氣體（SiHU) 1〇〇% ，80cc/min，570 °C， lOOPa ( 0.75T〇rr )之條件， 可得膜成長速度0.0〇2〇//m/min，加熱氧化處理後之 表面粗度RMS爲20.5m。 (5 - 2 )磊晶矽沉積： 若由磊晶矽沉積，可如下生成由矽取向成長之矽單結 晶之膜。 以單硅烷氣體（SiH4) 20% ，1 200cc/min，lOOOt， 5 3 20Pa ( 40T〇rr)之條件， 可得膜成長速度1.06// m/min，加熱氧化處理後之表 面粗度RMS爲0.15nm。 (5 — 3 )非結晶石夕沉積 若由非結晶矽沉積，可如下生成由非結晶化之膜。 以單桂院氣體（SiHU) 1〇〇% ，80cc / min，520 °C， lOOPa ( 0.75Torr )之條件， 經濟部智慧財產笱員工消費合作社印製 可得膜成長速度0.0013/zm/min，加熱氧化處理後之 表面粗度RMS爲0.4〜0.7m。又，可形成比較大的面積。 因而，在生成既定之厚度T(15//m)之二氧化矽膜之 過程中於使二氧化矽膜之表面粗度必須良好之場合，在矽 之沉積選擇磊晶矽或非結晶矽較好。在使矽膜成長速度快 速之方面，選擇磊晶矽較好。又，磊晶矽之場合，減壓程 度小裝置比較簡單。因此，可進行較大面積之矽沉積。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10- 1282116 A7 B7 i、發明説明（7 ) 針對上述之二氧化矽膜之生成方法之作用說明。 (1 )二氧化矽膜之表面粗度，膜成長速度： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 若由磊晶矽沉積或非結晶矽沉積可改善多晶矽沉積之 問題之二氧化矽膜之表面粗度。亦即，表面粗度（RMS ) 對多晶矽之場合之2 〇 . 5 nm，大幅改善爲磊晶矽之場合係 〇. 1 5nm，非結晶矽之場合係0.4〜〇.7nm。又矽膜成長速度 爲晶晶砂之場合係1. 〇 6 // m / m i η，對多晶砂之場合之 0.0020 μ m/ min大幅改善。因而，若由磊晶矽沉積，可加 速膜成長時間。 (2 )生產性： 按照多量生產、少量生產、可利用之設備、要求交貨 期、被要求之表面品質和形成面積大小等，於砂沉積，適 當地選擇多晶矽、磊晶矽或非結晶矽之任何一個，於矽基 板上可形成厚膜之二氧化矽膜。 (3 )矽沉積之組合： 又，在厚膜之二氧化矽膜的形成過程中，因應需要在 矽沉積，可適當地組合多晶矽、磊晶矽或非結晶矽而使用 經濟部智慈財產局員工消費合作社印製 〇 若由依照本發明所構成之二氧化矽膜之生成方法，藉 由在矽基板上，往復沉積矽層加熱氧化處理此生成二氧化 矽膜之步驟生成既定之二氧化矽膜，且可適當地選擇所生 成之二氧化矽膜之表面粗度和沉積之矽膜之成長速度等。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 -

Claims (1)

1282116 B8 C8 D8 六、申請專利範圍1 1 . 一種二氧化矽膜之生成方法，係在矽基板上生成預 定厚度之二氧化矽膜之方法，其特徵係： 包含在該矽基板上或藉由加熱氧化處理在該矽基板上 所形成之二氧化砂膜上，複數次往復沉積多晶砂、嘉晶石夕 或非結晶矽之任何之一形成矽膜之步驟和加熱氧化處理該 矽膜完成二氧化矽膜之步驟； 複數次往復完成該沉積步驟和加熱氧化步驟。 2.如申請專利範圍第1項所記載之二氧化矽層之生成 方法，其中，該沉積步驟每一次之矽膜之厚度係5 # m以下 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）