TW201643269A - 電漿增強化學氣相沉積裝置及方法 - Google Patents
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Abstract
根據本發明，提供一種電漿增強化學氣相沉積(PE-CVD)裝置，該裝置包含：腔室，其包含圓周泵送通道；基板支撐件，其安置於該腔室內；一或多個氣體入口，其用於將氣體引入該腔室中；電漿產生設備，其用於在該腔室中產生電漿；以及上部件及下部件，該上部件及該下部件定位於該腔室中；其中：該上部件與該基板支撐件間隔開，以約束該電漿且界定第一圓周泵送間隙，且該上部件充當該圓周泵送通道之徑向向內壁；且該上部件及該下部件徑向間隔開，以界定第二圓周泵送間隙，該第二圓周泵送間隙充當至該圓周泵送通道之進口，其中該第二圓周泵送間隙比該第一圓周泵送間隙更寬。
Description
本發明係關於電漿增強化學氣相沉積(PE-CVD)裝置且係關於進行PE-CVD之方法。
PE-CVD為用於沉積各種材料之熟知技術。在半導體元件之產生中使用PE-CVD為熟知的。與處理半導體之其他方法一樣，在商業上有用的製程之實現中極重要因素為系統之產出量。降低產出量之主要問題為清潔製程。清潔製程係自PE-CVD製程腔室之內部表面移除沉積材料所必需的。進行清潔製程所費之時間或清潔製程之間的時間之減少將導致較高的產出量及較低的所有權成本(COO)。現代清潔製程具有在腔室之整個表面上均勻的清潔速率。然而，至少一些PE-CVD製程導致腔室之內部表面上的具有沉積厚度之不均勻分佈的沉積。氮化矽之沉積尤其在低沉積溫度下提供PE-CVD製程之實例，該PE-CVD製程產生沉積材料之高度不均勻的厚度分佈。
PE-CVD通常用以處理矽晶圓。典型的PE-CVD
單晶圓腔室系統設計方法論將限制系統中之氣體之傳導。進行此舉的意圖在於使系統之淨泵送流動沿徑向方向跨於晶圓。意圖在於跨於晶圓提供均勻沉積。大多數商用單晶圓PE-CVD系統使用陶瓷間隔件來調諧系統之地平面，影響電漿形狀，且達成氣體之此徑向傳導。圖1示出大體上在10處描繪的先前技術PE-CVD腔室之實例，該PE-CVD腔室包含腔室12，該腔室中安置有平台14。位於腔室12之頂部處的「噴淋頭」16用以將氣體引入腔室12中。使用如此項技術中熟知的電漿產生設備(未示出)來形成電漿。系統10進一步包含下陶瓷間隔件18及上陶瓷間隔件20。上陶瓷間隔件20及平台14界定相對小的第一間隙22。上陶瓷20及下陶瓷18界定相對小的第二間隙24，該相對小的第二間隙通向圓周泵送腔室26。圓周泵送腔室26處於與泵送埠氣體傳導連通中。泵送埠在圖1中未示出，但圖2示出泵送埠28及晶圓進入狹槽29。以下更詳細地描述圖2。泵送埠連接至排氣管線，該排氣管線包括適合的泵，以便使氣體自腔室排出，以維持腔室內的所要壓力。因此，氣體經由流動路徑自腔室排出，該流動路徑包含第一泵送間隙22、第二泵送間隙24及圓周泵送腔室26。第一泵送間隙22及第二泵送間隙24為相對小的，以便減少系統之氣體傳導，以使產生徑向流動。
本發明在本發明之實施例中至少一些中解決以上所述問題。具體而言，本發明在本發明之實施例中至少一些中減少與PE-CVD製程相關聯的清潔時間。此舉轉而可
引起改良之產出量及較低COO。
根據本發明之第一態樣，提供一種電漿增強化學氣相沉積(PE-CVD)裝置，該電漿增強化學氣相沉積裝置包含：腔室，其包含圓周泵送通道；基板支撐件，其安置於該腔室內；一或多個氣體入口，其用於將氣體引入該腔室中；電漿產生設備，其用於在該腔室中產生電漿；以及上部件及下部件，該上部件及該下部件定位於該腔室中；其中：該上部件與該基板支撐件間隔開，以約束該電漿且界定第一圓周泵送間隙，且該上部件充當該圓周泵送通道之徑向向內壁；且該上部件及該下部件徑向間隔開，以界定第二圓周泵送間隙，該第二圓周泵間隙充當至該圓周泵送通道之進口，其中該第二圓周泵送間隙比該第一圓周泵送間隙更寬。
下部件可與基板支撐件徑向間隔開，以界定輔助圓周泵送通道，該輔助圓周泵送通道安置於圓周泵送通道下方且與該圓周泵送通道徑向重疊。第一圓周泵送間隙可充當至輔助圓周泵送通道之進口。第二圓周泵送間隙可充當輔助圓周泵送通道之出口。
下部件可包含基底部分及壁，該壁自該基底部分直立。下部件之橫截面可為大體上L形。
下部件可為襯墊，該襯墊鄰接腔室之內壁之一部分。腔室之內壁可包含階梯，該襯墊定位於該階梯上。
上部件可包含壁，該壁向下懸垂至腔室中。上部件之壁可包含上部分及下部分。該上部分可比該下部分更厚。
下部件之壁可具有徑向向內面。上部件之壁可具有徑向向外面。下部件之壁之徑向向內面及上部件之壁之徑向向外面可經徑向間隔開，以界定第二圓周泵送間隙。
上部件之壁可充當圓周泵送通道之徑向向內壁。
上部件及下部件可各自由介電質材料形成。上部件及下部件可各自由陶瓷材料形成。
上部件及下部件可為環形的。通常，上部件及下部件各自提供為一件式佈置。然而，原則上可能在一個以上件中提供上部件及下部件中之一者或兩者。儘管較佳的是將上部件及下部件中之每一者作為單一結構定位在腔室中，但原則上上部件及下部件中之一者或兩者為多件式佈置係可能的，該等多件式佈置作為多個離散的、間隔開的結構定位在腔室中。
基板支撐件可具有上表面，當基板支撐件處於該基板支撐件之使用位置中時，該上表面界定水平面。圓周泵送通道之至少一部分可位於該水平面上方。
第二圓周泵送間隙可為第二圓周泵送間隙之至
少兩倍寬。
可以諸如噴淋頭的任何適合的形式提供氣體入口。技術讀者將容易想到許多其他佈置。
電漿產生設備可為任何適合的種類，諸如技術讀者所熟知的。適合的設備之實例為電容耦合式電漿產生設備。
根據本發明之第二態樣，提供一種用以處理基板之PE-CVD之方法，該方法包含以下步驟：提供根據本發明之第一態樣之裝置；將該基板定位於基板支撐件上；以及藉由進行PE-CVD來處理該基板，其中氣體係經由一或多個氣體入口引入腔室中，且氣體係經由流動路徑自該腔室移除，該流動路徑包含第一圓周泵送間隙及第二圓周泵送間隙以及圓周泵送通道。
氣體可以大於3000sccm，較佳地大於5000sccm，最佳地大於7000sccm之流動速率引入腔室中。
可進行PE-CVD以將氮化矽沉積至基板上。
替代地，可進行PE-CVD以將二氧化矽、氮氧化矽或非晶矽沉積至基板上。
已注意到，藉由本發明提供的較高氣體傳導可引起腔室與圓周泵送通道之間的減小的壓力差。在PE-CVD處理期間，圓周泵送通道中的壓力可在該腔室中的壓力之5%內，較佳地在4%內。
基板可為半導體基板。基板可為矽基板。通常，
矽基板為矽晶圓。
雖然以上已描述本發明，但本發明延伸至以上或以下描述、圖式或申請專利範圍內所闡述的特徵之任何發明性組合。例如，將關於本發明之第一態樣所述之任何特徵視為亦關於本發明之第二態樣加以揭示，且反之亦然。
10‧‧‧系統
12、32‧‧‧腔室
14‧‧‧平台
16、36‧‧‧噴淋頭
18‧‧‧下陶瓷間隔件
20‧‧‧上陶瓷間隔件
22‧‧‧第一間隙
24‧‧‧第二間隙
26‧‧‧圓周泵送腔室
27、44‧‧‧區域
28、46‧‧‧泵送埠
29‧‧‧晶圓進入狹槽
30‧‧‧PE-CVD裝置/裝置
32a‧‧‧第一階梯區段
32b‧‧‧第二階梯區段
34‧‧‧基板支撐件
38‧‧‧上部件
40‧‧‧下部件
42‧‧‧主圓周泵送通道/主圓周泵送腔室
48‧‧‧晶圓進入埠
50‧‧‧位置
52‧‧‧菱形符號
54‧‧‧正方形符號
56‧‧‧三角形符號
58‧‧‧X符號
現將參照隨附圖式來描述根據本發明之裝置及方法之實施例，在隨附圖式中：圖1為先前技術PE-CVD裝置的橫截面視圖；圖2示出圖1之裝置中的氮化矽沉積；圖3為本發明之PE-CVD裝置的橫截面視圖；圖4示出圖3之裝置中的氮化矽沉積；以及圖5為沉積厚度及厚度不均勻性相對於所處理的晶圓之數目的圖表。
圖3示出大體上在30處描繪的PE-CVD裝置，該PE-CVD裝置包含腔室32，該腔室中定位有基板支撐件34。基板支撐件34可為平台，半導體晶圓可定位於該平台上。通常，平台可在用於接收晶圓的降低位置與用於藉由PE-CVD處理晶圓的升高的使用位置之間移動。圖3示出處於升高的使用位置中的平台34。裝置30進一步包含噴淋頭36，該噴淋頭定位於腔室32之頂部。噴淋頭36包含多個氣體入口，該等多個氣體入口允許將所要氣體或氣體混合物
自氣體供應系統(未示出)引入腔室32中。通常，將氣體混合物供應至腔室32，該氣體混合物包含與一或多種載體氣體組合的一或多種製程氣體。使用電漿產生設備(未示出)在主腔室32中產生電漿。此導致藉由所要製程進行的材料於半導體晶圓上之沉積。技術讀者熟知PE-CVD製程及相關聯的電漿產生設備。在一實施例中，可使用電容耦合式電漿產生設備來實行圖3中所示之裝置30。裝置30進一步包含上部件38及下部件40。上部件38及下部件40各自呈陶瓷間隔件形式。
腔室32包含第一階梯區段32(a)及第二階梯區段32(b)。第一階梯區段32(a)接收下部件40，該下部件為具有L形橫截面的環形圈結構。第二階梯區段32(a)與上部件38組合而界定主圓周泵送通道42。
陶瓷上部件38及陶瓷下部件40可用於一或多個已知目的，諸如改變裝置之地平面、影響電漿形狀及保護裝置免受電漿之害。具體而言，上部件38具有環形形式且經定位以包圍晶圓及基板支撐件34之最上部分。此舉用以約束電漿。下部件40用以保護腔室32之壁免受電漿之害。另外，上部件38及下部件40界定流動路徑之部分，當氣體自腔室32排出時，該等氣體沿流動路徑之該部分流動。上部件38與基板支撐件34間隔開，以界定第一泵送間隙。流過第一泵送間隙的氣體隨後進入區域44，該區域可經描述為輔助泵送通道。輔助泵送通道藉由下部件40及晶圓支撐件34之側面區域來界定。下部件38之最上部分及上部件40
之最下部分界定第二泵送通道，該第二泵送通道通向主圓周泵送通道42。主圓周泵送腔室42處於與泵送埠46氣體傳導連通中。在圖4中示出泵送埠46，該圖亦示出晶圓進入埠48。泵送埠46連接至真空管線(未示出)，該真空管線包括適合的泵。真空管線可具有本質上習知的構造。
使用圖1之先前技術裝置及圖3中所示之本發明之裝置來進行實驗。在兩個腔室中沉積氮化矽。圖2示出使用先前技術裝置將氮化矽沉積在由符號X指示的區域27中。圖4示出使用本發明之裝置將氮化矽沉積於由符號X指示的位置50處。可看出，先前技術裝置引起氮化矽之高度非對稱沉積。相反，使用圖3之裝置，氮化矽之沉積在腔室各處散佈得均勻得多。此為在本發明之腔室上的氮化矽沉積之厚度降低的後果。比較而言，先前技術裝置引起沉積氮化矽之相對高的厚度之區域。使用先前技術裝置獲得的較厚沉積之後果在於需要較長的清潔時間來移除沉積材料。進行運行低溫「通孔露出」應用的實驗，以產生SiN/SiN/SiO堆疊。據發現，與先前技術裝置相比，本發明之裝置引起清潔時間自720秒減少至130秒。此將引起產出量之必然及實質改良。亦請注意，圖2中所示之非對稱沉積圖案之其他後果在於具有較薄沉積層之區域將經過度清潔。
亦進行實驗以使用一系列製程配方來研究本發明對氮化矽及氧化矽之PE-CVD沉積之膜性質及製程參數之效應。使用若干300mm直徑的矽晶圓基板來進行實驗。
表1示出重要的介電質膜性質。可看出，使用本發明獲得的膜之性質比使用先前技術裝置獲得的等效膜更加優越。事實上，使用先前技術裝置及本發明之裝置獲得的所量測性質贊同處於用於量測之相關誤差帶內。另外，已發現，在兩種裝置的情況下使用相同NF3清潔配方，終點信號(電漿中的激發自由基氟物種之光學量測)及DC偏壓信號分佈極其類似。另外，已發現，本發明之裝置對C3F8/O2清潔之電氣特性及光學特性亦無效應。
表2示出圖1之先前技術裝置及圖3之本發明之裝置之主腔室及圓周泵送腔室中的所量測壓力。可看出，先前技術裝置引起主腔室與圓周泵送腔室之間的顯著壓力差。此可自通向圓周泵送通道26的受限泵送間隙22、24的角度容易地合理說明。如以上所解釋，此為意欲減少氣體傳導以便達成跨於晶圓之徑向流動的審慎設計特徵。相反，本發明提供腔室與圓周泵送通道之間的大大減小的壓
力差。目前尚未確認跨於晶圓的流動是否為徑向的。在不希望受任何特定理論或臆測限制的情況下，咸信可自由間隔開的上部件38及下部件40界定的較大第二泵送間隙的角度來合理說明此狀況。亦為可能的是，輔助圓周泵送腔室44之流動路徑及/或體積發揮作用。請注意，儘管氣體傳導在本發明的情況下較高，但在PE-CVD製程期間，先前技術裝置及本發明之裝置之主腔室中的絕對壓力相同。此係藉由控制排氣管線上的節流閥來達成。
圖5示出用於使用圖3之裝置獲得的典型通孔露出SiN/SiO2堆疊之晶圓間(wafer to wafer)膜厚度。在連序晶圓之處理之間進行清潔。在圖5中，菱形符號52指代SiO2膜，正方形符號54指代氮化矽沉積膜，且三角形符號56指代整個堆疊之厚度。圖5亦示出整個堆疊之不均勻性。X符號58指代堆疊不均勻性資料。可看出，本發明之裝置引起極佳的膜性質。
咸信，本發明在結合具有高氣體流動速率之PE-CVD製程使用時提供尤其良好的結果。然而，本發明不限於高流動速率製程。由本發明提供的有利效應不應被視
為受限於所使用之精確製程配方。相反，咸信，本發明適用於廣泛的沉積配方，以提供廣泛的沉積材料，諸如氧化矽、氮氧化矽及非晶矽。
30‧‧‧PE-CVD裝置/裝置
32‧‧‧腔室
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44‧‧‧區域
Claims (18)
- 一種電漿增強化學氣相沉積(PE-CVD)裝置，其包含：一腔室，其包含一圓周泵送通道；一基板支撐件，其安置於該腔室內；一或多個氣體入口，其用於將氣體引入該腔室中；一電漿產生設備，其用於在該腔室中產生一電漿；以及一上部件及一下部件，該上部件及該下部件定位於該腔室中；其中：該上部件與該基板支撐件間隔開，以約束該電漿且界定一第一圓周泵送間隙，且該上部件充當該圓周泵送通道之一徑向向內壁；且該上部件及該下部件徑向間隔開，以界定一第二圓周泵送間隙，該第二圓周泵送間隙充當至該圓周泵送通道之一進口，其中該第二圓周泵送間隙比該第一圓周泵送間隙更寬。
- 如請求項1之PE-CVD裝置，其中該下部件與該基板支撐件徑向間隔開，以界定一輔助圓周泵送通道，該輔助圓周泵送通道安置於該圓周泵送通道下方且與該圓周泵送通道徑向重疊，其中該第一圓周泵送間隙充當至該輔助圓周泵送通道之一進口，且該圓周泵送間隙充當該輔助圓周泵送通道之一出口。
- 如請求項1或請求項2之PE-CVD裝置，其中該下部件包含一基底部分及一壁，該壁自該基底部分直立。
- 如請求項3之PE-CVD裝置，其中該下部件之橫截面為大體上L形。
- 如請求項1至4中之任一項之PE-CVD裝置，其中該下部件為一襯墊，該襯墊鄰接該腔室之一內壁之一部分。
- 如請求項1至5中之任一項之PE-CVD裝置，其中該上部件包含一壁，該壁向下懸垂至該腔室中。
- 如請求項6之PE-CVD裝置，其中該上部件之該壁包含一上部分及一下部分，其中該上部分比該下部分更厚。
- 如請求項1至7中之任一項之PE-CVD裝置，其中該上部件及該下部件各由一介電質材料形成。
- 如請求項8之PE-CVD裝置，其中該上部件及該下部件各由一陶瓷材料形成。
- 如請求項1至9中之任一項之PE-CVD裝置，其中該上部件及該下部件為環形的。
- 如請求項1至10中之任一項之PE-CVD裝置，其中該基板支撐件具有一上表面，當該基板支撐件處於該基板支撐件之使用位置中時，該上表面界定一水平面，且該圓周泵送腔室之至少一部分位於該水平面上方。
- 如請求項1至11中之任一項之PE-CVD裝置，其中該第二圓周泵送間隙為該第一圓周泵送間隙之至少兩倍寬。
- 一種進行PE-CVD以處理一基板的方法，該方法包含以下步驟： 提供如請求項1之一裝置；將一基板定位於該至少一基板支撐件上；以及藉由進行PE-CVD來處理該基板，其中氣體係經由該一或多個氣體入口引入該腔室中，且氣體係經由一流動路徑自該腔室移除，該流動路徑包含該第一圓周泵送間隙及該第二圓周泵送間隙以及該圓周泵送通道。
- 如請求項13之方法，其中氣體係以大於3000sccm，較佳地大於5000sccm，最佳地大於7000sccm之一流動速率引入該腔室中。
- 如請求項13或請求項14之方法，其中進行該PE-CVD以將氮化矽沉積至該基板上。
- 如請求項13或請求項14之方法，其中進行該PE-CVD以將二氧化矽、氮氧化矽或非晶矽沉積至該基板上。
- 如請求項13至16中之任一項之方法，在該PE-CVD處理期間，該圓周泵送通道中的壓力在該腔室中的壓力之5%內，較佳地在4%內。
- 如請求項13至17中之任一項之方法，其中該基板為諸如一矽基板之一半導體基板。
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