TWI559429B - 半導體處理裝置及處理半導體晶圓的方法 - Google Patents

Description

半導體處理裝置及處理半導體晶圓的方法

本發明是有關於半導體處理裝置及處理半導體晶圓的方法，特別是指用於改善半導體晶圓上材料沉積及/或濃度之均勻性的方法及裝置。

於製造可靠的積體電路時，一個重要的要素是均勻地處理半導體晶圓。若在處理步驟中施加至晶圓上的處理不均勻，整個晶圓上材料之沉積厚度或濃度(例如，硼(Boron)、磷(Phosphorus)、氮(Nitrogen)或其他摻雜物濃度)可能會產生不同。這些差異可能導致裝置的缺陷或需要額外的處理步驟來矯正。舉例來說，若沉積不均勻，可能需要進行較長或較侵略性的化學機械平坦化(chemical mechanical planarization,CMP)步驟。在其他例子中，若指定特定硼、氮、磷、氮或其他摻雜物濃度時，非均勻的濃度可能使晶圓某些位置無法運作，或成為不良品，導致較低的產量及較高的設備成本。隨著半導體裝置尺寸的減少、晶圓尺寸的增加及較高產量的需求，這些差異將成為一個重要的議題，因此期望能改善均勻性。

根據一實施例，一種半導體處理裝置包括一處理室、一基座及一噴頭。基座位於處理室內並用以承載一半導體 晶圓。噴頭用以供應處理氣體至處理室。噴頭具有多數個可調節的出口，用以供應一個或多個處理氣體至處理室。

根據另一實施例，一種半導體處理裝置包括一處理室、一基座及一噴頭。基座於處理室內並用以承載一半導體晶圓。噴頭用以供應處理氣體至處理室。當氣體通過噴頭的出口時，基座係可旋轉。

根據又一實施例，一種半導體處理裝置包括一處理室、一基座及一噴頭。基座於處理室內並用以承載一半導體晶圓。噴頭用以供應處理氣體至處理室。噴頭具有多數個可調節的出口，用以供應一個或多個處理氣體至處理室。當氣體通過噴頭的出口時，基座係可旋轉。

根據再一實施例，一種用於處理半導體晶圓的方法包括：提供一半導體晶圓於基座上；供應一處理氣體至半導體晶圓，以施行一處理步驟；以及調節處理氣體至半導體晶圓的供應，以改善處理步驟的均勻性。

請參照第1圖，處理室10包括噴頭12及基座14。噴頭12運送處理氣體(例如四乙基原矽酸鹽(Tetraethyl orthosilicate,TEOS)、三乙基硼(Triethylborane,TEB)及磷酸三乙酯(TriEthylPhosphate,TEPO)混合物)至處理室10。如第2圖所繪示，噴頭12可具有擴散器16用以散佈氣體流。擴散器16是一個靜態不可調節的裝置，連接於單一控制的氣體供應，此氣體供應依序供應氣體至噴頭12。

一處理步驟中，基座14固定於處理室10中，並承載 半導體晶圓20於固定的位置。在移動晶圓20於處理室10時，基座14是可移動的，但於半導體處理過程中基座保持靜態且不移動。

第3A圖繪示在處理室10內的沉積步驟後，整個晶圓沉積厚度的一範例。在此例子中，沉積步驟為氧化物沉積，例如是二氧化矽(SiO₂)沉積。值得注意的是，在給定的半徑下有數種不同厚度的氧化物。舉例來說，在給定半徑圓周的晶圓中，左下角附近氧化物的厚度比上部附近的厚度厚。

第3B圖繪示從晶圓中心之不同徑向距離的沉積厚度。在晶圓的邊緣附近(圖的右端)，氧化物的平均厚度實質上大於晶圓中心附近(圖的左端)氧化物的平均厚度。於晶圓中心至邊緣之間的平均厚度係非均勻性。此種中心至邊緣之間的非均勻性係成為一個重要的問題，且由於現今半導體製程使用較大尺寸的晶圓，比以往較小尺寸的晶圓更難以於小視窗中控制。從這些圖中可以看出沉積厚度並不均勻且變化超過1000埃(Å)。因此，晶圓內(within wafer,WIW)的均勻性並不佳。

第4圖繪示處理裝置100之一實施例，處理裝置100改善沉積物或處理氣體濃度的均勻性。處理裝置100包括處理室110。處理室110包括多噴頭112及旋轉基座114。如第5圖所繪示，多噴頭112包括多個出口122a、122b、122c、122d…(統稱出口122)。多個出口122用以提供處理氣體更好的運送調節，從而控制舖於晶圓上的沉積物或濃度的均勻性。於處理步驟中旋轉基座114係可旋轉。旋 轉基座114的旋轉，使得鋪於晶圓上的沉積物或濃度的均勻性能控制。在沉積過程中旋轉晶圓，使給定半徑圓周上之均勻性更佳。

可理解的是，一些實施例可包括多噴頭112及旋轉基座114其中之一。也就是說，一些實施例可包括多噴頭112，一些實施例可包括旋轉基座114，及一些實施例可包括多噴頭112及旋轉基座114兩者。

出口數目及調節出口122的方式有數種。此些出口可被個別調節或以群來調節。舉例來說，如第6圖所繪示，此些出口122可區分為同心區域130a、130b及130c。

同心區130a、130b及130c使得晶圓邊緣與中心之間處理氣體的分佈得以調整，同時保持相對簡單更符合成本效益。結合能改善給定的徑向距離均勻性的旋轉基座，以及能改善不同半徑上均勻性的同心圓配置，進而協同地改善整個晶圓的均勻性。

每個區域130a、130b及130c可個別供應處理氣體，例如從氣體箱132經由線路134a、134b、134c、136a、136b、136c、138a、138b及138c的四乙基原矽酸鹽，三乙基硼及磷酸三乙酯。線路134a、134b及134c供應第一處理氣體至區域130a，線路136a、136b及136c提供第二處理氣體至區域130b，及線路138a、138b及138c供應第三處理氣體至區域130c。在此方式中，各處理氣體可於各區域130a、130b及130c中個別調節。在一些實施例中，處理氣體可作為混合氣體供應至此些區域130a、130b及130c，以減少調節閥所需數目。

請參照第7圖，在一些實施例中，多噴頭112的各出口140a-140s可個別調節。為了簡化，在出口140a-140s中僅繪示三個線路，但線路可個別連結至所有的出口140a-140s。

請參照第8圖，處理裝置100可以控制器150控制，以便執行處理步驟。控制器150可包括記憶體151，用於存儲校準訊息及處理指令。控制器150可為特定用途之處理器/電腦，或為編程為執行控制功能的一般處理器。控制器亦可為電腦可執行之指令，當藉由處理器執行時，使處理器執行控制器的功能。電腦可執行之指令可存儲於一個或多個電腦可讀媒體(computer readable mediums，例如RAM、ROM等)的整體或部分。

控制器150連接至馬達153，用以控制旋轉基座114的旋轉。控制器150連接至供應閥152a、152b及152c，用以分別調節來自氣體供應源154a、154b及154c之氣體的供應。控制器150連接至供應閥156a、156b及156c，用以分別控制多噴頭112之出口158a、158b及158c的氣體供應。供應閥156a、156b及156c各包括一個閥，以個別調節一種供應氣體。也就是說，若有三個氣體供應源及三個多噴頭的出口，氣體供應源154a、154b及154c包括9個閥。各區域中的各供應氣體可獨立控制，使得於製程中的控制更佳。舉例來說，可量測晶圓中與供應氣體其中之一相關之元素濃度非理想的區域。操作此供應氣體於晶圓上此區域，達成更佳的製程控制。此些閥152a、152b、152c、154a、154b、154c、156a、156b、156c、158a、158b 及158c可提供不同的氣體流或分開控制開/關。

請參照第9圖，源自氣體供應源154a、154b、154c的線路於接合處160連通，用以供應混合氣體至單一供應閥156a、156b及156c。接合處160可設計為用以混合供應氣體的腔室，亦可為一管道或其他結構。此外，此些供應氣體在到達供應閥156a、156b及156c之前，部份可於一處混合，而其他部份的則於另一處混合。

相較於第8圖所繪示之處理裝置，第9圖之處理裝置具有較少的閥及較少的供應線路，提供了較簡單及較低成本的配置及安裝。當混合供應氣體的同質性比起個別調節混合供應氣體更為重要時，第9圖之處理裝置更為適合。

第8圖及第9圖所繪示的實施例僅為示範性，其各種組合是可預期的。供應閥及供應線路實際的配置與數量係依據處理裝置之特定設計目標。

第10圖敘述處理裝置100的校準方法。在步驟S1中，加載晶圓至處理裝置100中，例如藉由定位基座114於操作位置，或藉由放置晶圓至基座114上。在步驟S2中，執行例如是沉積氧化物的處理步驟。在步驟S3中，量測上述處理步驟的均勻性。舉例來說，當處理步驟是沉積時，可量測沉積的厚度。在步驟S4中，判斷均勻性是否可接受。若否，則製程前進至步驟S5。若是，則製程前進至步驟S6。

在步驟S5中，處理步驟為調整。舉例來說，可減少流經厚區域中的多噴頭氣流，可增加流至薄區域中的多噴頭氣流，以及可增加或降低旋轉基座的旋轉。然後接續實 行步驟S1。

在步驟S6中，校準資訊(例如，流經多噴頭各區域的氣流、旋轉基座的旋轉等)被儲存並完成製程。

校準資訊儲存後，可作為參考，以改善經由處理裝置施行之處理製程的均勻性。

上述半導體處理裝置的示範性優點，包括改良一種應用於半導體晶圓上處理之濃度或厚度的均勻性。此半導體處理裝置可用於沉積氧化物及其它薄膜(例如氮化矽(SiN)、二氧化矽(SiO₂)等)，以及調節處理製程中硼(B)、磷(P)、氮(N)及其他摻雜物的濃度。

儘管依據本發明所揭露之原則的各種實施例已描述如上，但要明白的是此些實施例僅為本發明之範例，並非用以限制本發明。因此，本發明之廣度與範圍不該被任何上述的實施例所限制，只依據本發明申請專利範圍以及其所揭露發佈之相等物所定義。此外，上述優點與特徵係於實施例中所描述，不該為了達到上述任一或全部的優點，而限制公布之申請專利範圍的應用於特定製程與結構。

此外，此處之分類標題係用以提供內容組織上的提示。這些標題並非用以限定可能據此揭露書而核發的請求項所載之發明，或是用以對其作特徵化。具體地舉例來說，雖然標題有關於「技術領域」，如此，請求項不應受限於此標題下所採用以描述所謂技術領域之語言。此外，在「先前技術」一節所描述之一項技術不應被認定為承認該項技術是為本發明之先前技術。至於「發明內容」一節不應被當作是被核發的請求項所載之發明的一種特徵化 描述。此外，本揭露書中任何以單數方式提及的「發明」不應被用來爭辯在揭露書中僅有之新穎性之唯一觀點。由本揭露書所核發之多個請求項的特徵可解釋為多個發明，並且此些請求項可作為藉此所保護之此(些)發明及其均等物之定義。在所有的情況下，此些請求項的範圍應就其本身而言來考量，並可參考本揭露書為之，但其所提出的標題不應被用作限制之條件。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧處理室

12‧‧‧噴頭

14‧‧‧基座

16‧‧‧擴散器

20‧‧‧半導體晶圓

100‧‧‧處理裝置

110‧‧‧處理室

112‧‧‧多噴頭

114‧‧‧旋轉基座

122、122a、122b、122c、122d‧‧‧出口

130a、130b、130c‧‧‧同心區域

132‧‧‧氣體箱

134a、134b、134c、136a、136b、136c、138a、138b、138c‧‧‧線路

140a-140s、158a、158b、158c‧‧‧出口

150‧‧‧控制器

151‧‧‧記憶體

152a、152b、152c‧‧‧供應閥

153‧‧‧馬達

154a、154b、154c‧‧‧氣體供應源

156a、156b、156c‧‧‧供應閥

160‧‧‧接合處

S1-S6‧‧‧步驟

第1圖為一示範性處理室之內部的側面透視圖。

第2圖為一示範性噴頭的底視圖。

第3A圖為一示範性沉積厚度的示意圖。

第3B圖為一示範性沉積厚度的圖表。

第4圖為一示範性處理室之內部的側面透視圖。

第5圖為一示範性噴頭的底視圖。

第6圖為一示範性噴頭的底視圖及一示範性氣流系統的方塊圖。

第7圖為一示範性噴頭的底視圖及一示範性氣流系統的方塊圖。

第8圖為一示範性處理系統的系統圖。

第9圖為一示範性處理系統的系統圖。

第10圖為一示範性校準處理的流程圖。

100‧‧‧處理裝置

110‧‧‧處理室

112‧‧‧多噴頭

114‧‧‧旋轉基座

Claims (21)

1. 一種半導體處理裝置，包括：一處理室；一基座，位於該處理室內並用以承載一半導體晶圓；以及一噴頭，用以供應一處理氣體至該處理室，該噴頭具有複數個出口，用以供應至少一處理氣體至該處理室，該些出口被個別調節，且該些出口係相互鄰接。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理裝置，其中該至少一處理氣體之數量係為複數個，並且被個別調節。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理裝置，更包括複數個閥，該些閥連接於一處理供應線路及該噴頭之該些出口之間，其中該些閥控制經由該些出口至該處理室的該處理氣體的供應。
4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體處理裝置，其中該些閥為可變閥，用以控制該處理氣體的流量。
5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理裝置，其中該些出口包括至少一內出口以及位於該內出口周圍的一外出口。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理裝置，其中當該處理氣體通過該噴頭之該些出口時，該基座係被旋轉。
7. 一種半導體處理裝置，包括：一處理室； 一基座，位於該處理室內並用以承載一半導體晶圓；以及一噴頭，用以供應一處理氣體至該處理室，該噴頭具有複數個出口，用該些出口以供應至少一處理氣體至該處理室，至少二個該些出口組成一出口群，該出口群位於該噴頭之中心，於該出口群中，該些出口之數量少於該噴頭中該些出口的總數，且該出口群中的該些出口係被同時調節。
8. 一種半導體沉積裝置，包括：一處理室；一基座，位於該處理室內並用以承載一半導體晶圓；以及一噴頭，用以供應至少一處理氣體至該處理室，其中當該處理氣體通過該噴頭時，該基座係被旋轉。
9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體沉積裝置，其中該基座以不同的速度旋轉。
10. 如申請專利範圍第8項所述之半導體沉積裝置，更包括一馬達，該馬達與該基座連結並用於旋轉該基座。
11. 如申請專利範圍第10項所述之半導體沉積裝置，其中該馬達為一可變速馬達。
12. 如申請專利範圍第8項所述之半導體沉積裝置，其中該噴頭包括複數個出口，該些出口被個別調節，該些出口供應一種或多種該處理氣體至該處理室。
13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體沉積裝置，其中該些出口包括至少一內出口以及位於該內出口周 圍的一外出口。
14. 一種半導體沉積裝置，包括：一處理室；一基座，位於該處理室內並用以承載一半導體晶圓；以及一噴頭，用以供應一處理氣體至該處理室，該噴頭具有複數個出口，該些出口供應該處理氣體至該處理室，其中當該處理氣體流通該噴頭之該些出口時，該基座係被旋轉。
15. 如申請專利範圍第14項所述之半導體沉積裝置，其中該些可調節的出口被個別調節。
16. 如申請專利範圍第14項所述之半導體沉積裝置，其中該些出口之數量係為兩個以上，該些出口包括一內出口及位於該內出口周圍的一外出口。
17. 如申請專利範圍第14項所述之半導體沉積裝置，更包括：複數個可變閥，連接於一處理供應線路及該噴頭之該些出口之間，其中該些可變閥調節該處理氣體經由該些出口至該處理室的總量，該基座以不同的速度旋轉。
18. 一種處理半導體晶圓的方法，包括：提供一半導體晶圓於一基座上；供應一處理氣體至該半導體晶圓，以實施一處理步驟；以及以複數個出口調節該處理氣體至該半導體晶圓的供應，以改善該處理步驟的均勻性，該些出口被個別調 節，且該些出口係相互鄰接。
19. 如申請專利範圍第18項所述之處理半導體晶圓的方法，其中調節之步驟包括當該處理氣體供應至該半導體晶圓時，旋轉該基座。
20. 如申請專利範圍第18項所述之處理半導體晶圓的方法，其中供應該處理氣體的步驟包括透過一噴頭供應該處理氣體，該噴頭包括該些出口，用以供應該處理氣體。
21. 如申請專利範圍第20項所述之處理半導體晶圓的方法，其中該些出口包括至少一內出口及位於該內出口周圍之一外出口。