用於具流動性的介電質的製造設備及工藝的製作方法

2023-11-11 14:14:37

專利名稱：用於具流動性的介電質的製造設備及工藝的製作方法
技術領域：
本發明有關於和沉積、圖樣化與處理膜層與塗層時所用的設備、工藝與材料相關的工藝技術方案，其代表性的實例包括(但不限於)與半導體及介電質材料與組件、矽基晶圓與平面顯示器(如TFT)相關的應用。
背景技術：
已知的半導體工藝系統包含了一或多工藝腔室以及用以在腔室間移動基材的裝置。可利用機械手臂在腔室間運輸基材，上述機械手臂可延伸以拾起基材、可收回且之後再度延伸以將該基材放置於一不同的目標腔室中。圖1為基材工藝腔室的概要圖式。每一腔室具有一臺座軸105與臺座110或以某種均等的方式來支承欲處裡的基材115。臺座可以是一種位於工藝腔室中的加熱板，其可用以加熱基材。在機械手臂進行放下基材與拾起基材的動作之間，可利用一種機械、差壓或靜電式的裝置將上述基材保持於臺座上。在機械手臂操作的過程中，通常可使用升降銷來抬升晶圓。通常會在腔室中進行一或多種半導體製造的工藝步驟，例如退火基材或沉積或蝕刻基材上的膜層。在某些工藝步驟中，可將介電質膜層沉積成複雜的布局型態。已發展出多種技術來沉積出具有較窄間隙的介電質，上述技術包含多種化學氣相沉積技術的變形，這些變形有時會使用到等離子體技術。可利用高密度等離子體化學氣相沉積(High-density plasma chemical vapor exposition，簡稱HDP-CVD)來填充許多幾何形狀，這是因為進入介電質的反應物的撞擊軌跡通常呈垂直方向，且在同一時間又會進行濺鍍作用。然而，在某些非常狹窄的間隙中會持續地出現空洞，此乃(至少部分)由於在最初撞擊之後欠缺流動性所造成的。在沉積之後，將材料回流可以填充上述空洞，但是假若該介電質(如Si02)具有較高的回流溫度，則回流的步驟亦可能會耗去晶圓工藝的熱預算中很大的一部分熱能。已知可利用具流動性的材料例如旋塗式玻璃(spin-on glass，簡稱S0G)來填充某些HPD-CVD工藝無法完全填充的間隙，其原理是此類材料的表面流動性較高。以液體的形式來施覆S0G，並在塗覆後將其固化以移除溶劑，藉以將該材料轉變為固態的玻璃膜層。 當SOG的黏度較低時，可提升其孔隙填充(填隙)與平面化的能力。不幸的是，在固化過程中，低黏度的材料能會收縮。顯著的膜層收縮會造成高膜層應力以及脫層的問題，對於較厚的膜層而言，上述問題更形嚴重。當要在基材表面上進行沉積時，分開兩種組成分的輸送路徑能夠產生具流動性的膜層。圖1所示的基材工藝系統具有獨立的輸送信道125與135。可經由一通道來輸送有機矽烷前體，並經由另一通道來輸送氧化前體。上述氧化前體可受到一遠程等離子體145的激發。和利用常見輸送路徑的替代性工藝相比之下，上述兩種組成分的混合區域120較靠近基材115。由於膜層生長(而非澆注)於基材表面上，使得降低黏性所需的有機組成分會在工藝中蒸發，因而能夠降低和固化步驟相關的收縮問題。利用此種方法來生長膜層限制了可供所吸收物種保持流動性的時間，此一限制可能導致膜層沉積的不均勻。可利用折流板140，以便更均勻地分散反應區域中的前體。利用高表面移動性材料能改善填隙能力與沉積均勻度，且高表面移動性與高有機物含量相關。在沉積步驟後，可能還留存某些有機物，且可運用固化步驟。可利用內嵌於臺座中的電阻加熱器來提高臺座110與基材115的溫度，以進行固化步驟。

發明內容
本說明書揭露的具體實施例包含基材工藝系統，其具有一工藝腔室以及至少部分配置於該腔室中的一基材支承組件。利用不同的路徑，將兩種氣體(或兩種氣體混合物的組合)輸送至基材工藝腔室。可將一工藝氣體輸送至工藝腔室中，在第一等離子體區域中的等離子體中激發該工藝氣體，並使其通過一噴頭而進入一第二等離子體區域中，使其於該處和一含矽氣體互動並於一基材的表面上形成一膜層。可在第一等離子體區域或第二等離子體區域任一者之中引發一等離子體。將工藝氣體引入工藝腔室中的時候，可任意選擇工藝氣體的配置方位，並經由工藝腔室上方(上等離子體電極)的位置引入工藝氣體。噴頭形成了中等離子體電極，而工藝腔室的底部和/或臺座形成了下電極。可選擇中電極使其實質上與上電極或下電極相匹配，因而可決定等離子體的位置。在沉積過程中，可利用上電極與中電極在第一等離子體區域中引發一等離子體。可選擇中電極的電位，使其實質上與上電極相符，因而可於第二等離子體區域中產生等離子體。第二等離子體區域中的等離子體有助於固化所沉積膜層，且亦可用以清潔腔室。在清潔工藝中，存在於第二等離子體區域中的氣體可含有氟。在所揭露的具體實施例中，工藝氣體含有氧、氫和/或氮(如，氧氣(O2)、臭氧 (O3)、一氧化二氮(N2O)、氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氨(NH3) ,NxHy包含聯氨(N2H4)、矽烷， 二矽烷、TSA、DSA...等等)，且當此氣體通過噴頭後，會和被引入第二等離子體區域中的含矽前體(如，矽烷、二矽烷、TSA、DSA、TEOS, OMCTS, TMDS0...等等)結合。這些反應物的組合物會在基材上形成一膜層。上述膜層可以是氧化矽、氮化矽、氧摻雜碳化矽(silicon oxycarbide)或氮氧化娃(silicon oxynitride)。在所揭露的額外具體實施例中，可引入一處理氣體(如，氧氣(O2)、臭氧(O3)、N20、 NO、NO2, NxHy包含N2H4、H2、N2、NH3與水蒸氣)。可由工藝腔室上方引入此處理氣體，並於第一等離子體區域中激發之。或者是，可在該氣體進入第一等離子體區域之前，利用一遠程等離子體激發之。此氣體對於膜層生長並無顯著貢獻，但在膜層生長的過程之中或之後，上述氣體可降低膜層中的氫、碳與氟含量。氫與氮基團會誘使生長中薄膜內不良成分的含量降低。處理氣體受激發而產生的衍生物對於膜層的幫助在於其會消耗成長中晶格內的碳與其它原子，因而可降低在固化過程中發生的收縮現象以及後續造成的膜層應力問題。在進一步的具體實施例中，先利用遠程等離子體或第一等離子體區域中的等離子體來激發處理氣體，並在經過腔室維護程序(清潔和/或乾燥(season))後，將所激發的工藝氣體經由噴頭輸送至第二等離子體區域中，以移除工藝腔室內部空間中殘留的氟。
可利用多種不同的頻率來激發上述兩種等離子體，但一般而言，所用的頻率屬於射頻(radio frequency，簡稱RF)的範圍。上述等離子體可以經由感應或電容耦合。可利用流動的水或其它冷卻劑在設置於腔室部件(包含噴頭)中的通道內流動，以冷卻所有的腔室部件。可由下文實施方式中的說明部分地了解本發明的額外具體實施例與特徵；且本發明所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀了本說明書或由所揭露的具體實施例的實際操作中，可以想見本發明的其它額外具體實施例與特徵。可利用本說明書中所述的工具手段、 組合與方法，而實踐或得到所示具體實施例的特徵與優點。


可經由參照本說明書所述的實施方式與附隨圖式進一步理解所示具體實施例的本質與優點。圖1為概要圖式，其闡明了先前技術中一沉積腔室內的工藝區域，在該腔室中可利用獨立的氧化前體與有機矽烷前體來成長一膜層。圖2為根據所揭示具體實施例具有多個分區等離子體產生區域的工藝腔室的透視圖。圖3A為根據所揭示具體實施例的電開關的電路概要圖式。圖3B為根據所揭示具體實施例的電開關的電路概要圖式。圖4A為根據所揭示具體實施例具有多個分區等離子體產生區域的工藝腔室的剖面圖。圖4B為根據所揭示具體實施例具有多個分區等離子體產生區域的工藝腔室的剖面圖。圖5為根據所揭示具體實施例的氣體入口與第一等離子體區域的特寫透視圖。圖6A為根據所揭示具體實施例，用於工藝腔室的雙重來源蓋板的透視圖。圖6B為根據所揭示具體實施例，用於工藝腔室的雙重來源蓋板的剖面圖。圖7A為根據所揭示具體實施例，用於工藝腔室的雙重來源蓋板的剖面圖。圖7B為根據所揭示具體實施例，用於工藝腔室的噴頭的下方圖式。圖8為根據所揭示具體實施例的基材工藝系統。圖9為根據所揭示具體實施例的基材工藝腔室。圖10為根據所揭示具體實施例的沉積工藝的流程頭。圖11為根據所揭示具體實施例的膜層固化工藝的流程圖。圖12為根據所揭示具體實施例的腔室清潔工藝的流程圖。在附隨圖式中，可能會以相同的組件符號來標示相似的組件和/或特徵結構。在本說明書中提及組件符號時，相關敘述適用於任一種具有相同組件符號的相似組件。
具體實施例方式所揭示的具體實施例包含基材工藝系統，其具有一工藝腔室以及至少部分配置於該腔室中的一基材支承組件。利用不同的路徑，將至少兩種氣體(或兩種氣體混合物的組合)輸送至基材工藝腔室。可將一工藝氣體輸送至工藝腔室中，在一等離子體中激發該工藝氣體，並使其通過一噴頭而進入一第二等離子體區域中，使其於該處和一含矽氣體互動並於一基材的表面上形成一膜層。可在第一等離子體區域或第二等離子體區域任一者之中引發一等離子體。圖2為具有多個分區等離子體產生區域的工藝腔室的透視圖，上述分區等離子體產生區域可保持多種氣體前體之間的隔離。可通過氣體入口組件225，將含有氧、氫和/或氮(如，氧氣(O2)、臭氧(O3)、N2O、NO、NO2、NH3、NxHy 包含 N2H4、矽烷、二矽烷、TSA、DSA...等等)的工藝氣體引入第一等離子體區域215中。第一等離子體區域215可含有由上述工藝氣體所形成的一等離子體。亦可在上述工藝氣體進入第一等離子體區域215之前，先在遠程等離子體系統(remote plasma system，簡稱RPS) 220中激發該工藝氣體。在第一等離子體區域215下方有噴頭210，其是一種多孔的間隔件(此處稱為噴頭)，此一間隔件介於第一等離子體區域215與第二等離子體區域242之間。在具體實施例中，可經由在蓋板204 與噴頭210 (其亦可具傳導性)之間施加AC功率(例如RF功率)，以在第一等離子體區域 215中產生等離子體。為了要在第一等離子體區域中形成等離子體，可將電性絕緣環205設置於蓋板 204與噴頭210之間，以使得可將RF功率施加於蓋板204與噴頭210之間。電性絕緣環205 可由陶瓷材料製成，且可具有高崩潰電壓，以避免其發出放電火花。第二等離子體區域242可通過噴頭210中的孔洞而接收來自第一等離子體區域 215的已激發氣體。第二等離子體區域242亦可經過由工藝腔室200的一側壁235延伸出來的管230來接收氣體和/或蒸氣。來自第一等離子體區域215的氣體和來自管230的氣體會在第二等離子體區域242中混合，以加工基材255。相較於圖1所示的已知方法(僅利用PRS 145與折流板140)，在第一等離子體區域215中引發等離子體以激發工藝氣體，會使得流入基材工藝區域(第二等離子體區域242)中的激發物種分布較為均勻。在所揭露的具體實施例中，第二等離子體區域242中不含等離子體。上述加工基材255可包含當以設置於第二等離子體區域242中的臺座265來支承基材時，在基材255的表面上形成一膜層。工藝腔室200的側壁235可含有氣體分配通道， 其可將氣體分配至管230。在具體實施例中，由氣體分配通道經過管230與每一管230末端的開孔和/或沿著管230縱長配置的開口，以分配含矽前體。應注意，可利用折流板(圖中未繪示，但與圖1所示的折流板140相似)來打斷由氣體入口 225進入第一等離子體區域215的氣體，其目的在於更均勻地將氣體分配於第一等離子體區域215中。在某些揭示的具體實施例中，上述工藝氣體為氧化前體(其可含有氧氣(O2)、臭氧(O3)...等等)，且當其流經噴頭中的孔洞之後，上述工藝氣體可和以較為直接的方式引入第二等離子體區域的含矽前體(如，矽烷、二矽烷、TSA、DSA、TEOS, OMCTS, TMDSO...等等)結合。可利用上述反應物的組合以在基材255上形成氧化矽(SiO2)膜層。 在某些具體實施例中，上述工藝氣體含有氮(NH3、NxHy包含N2H4、TSA、DSA、N20、N0、N02...等等)，當此種工藝氣體與含矽前體結合時，可用以形成氮化矽、氮氧化矽或一低K介電質。在所揭露的具體實施例中，亦可配置一基材工藝系統，使得可經由在噴頭210與臺座265之間施加一 RF功率，而在第二等離子體區域242中引發等離子體。當腔室中存在基材255時，可將RF功率施加於噴頭210與基材255之間。噴頭210與腔室主體280之間設有絕緣間隔件240，這使得可將噴頭210保持在與基材255不同的電位。臺座265可由臺座軸270所支承。可經由狹縫閥275將基材255輸送至工藝腔室200，且在將基材255向下放置到臺座265之前，可由升降銷260來支承基材255。在上述說明中，經由在平行的板子上施加RF功率，而在第一等離子體區域215與第二等離子體區域242中產生等離子體。在替代性的具體實施例中，可感應地產生上述兩種等離子體或其中之一，在此種情形中，上述兩種板子可以不具傳導性。可將傳導線圈嵌埋於兩個電性絕緣板之中和/或圍繞該區域的工藝腔室的電性絕緣壁之中。不論等離子體是電容耦合等離子體(capacitively coupled plasma，簡稱CCP)或感應耦合等離子體 (inductively coupled plasma，簡稱ICP)，對於腔室暴露於等離子體的部分，可利用流動的水流經該部分中的冷卻流體通道，以冷卻此部分。在所揭露的具體實施例中，可利用水來冷卻噴頭210、蓋板204與腔室壁205。當利用感應耦合等離子體時，腔室可(更輕易地) 同時和第一等離子體區域與第二等離子體區域中的等離子體一起作用。上述能力有助於加速腔室清潔。圖3A-B為電開關300的電路概要圖，電開關300可在第一等離子體區域或第二等離子體區域中產生等離子體。在圖3A與圖3B中，電開關300是一種修改後的雙極雙向 (double-pole double-throw，簡稱DPDT)開關。電開關300可處於兩個位置其中之一。圖 3A中繪示了第一位置，而圖3B中繪示了第二位置。圖面左方的兩個接線為連接至工藝腔室的電力輸入接線302、304，而圖面右方的兩個接線310、312為連接至工藝腔室上的組件的輸出接線。電開關300的位置可物理上鄰近或位於工藝腔室上，但也可以位於遠離工藝腔室處。可手動或自動地操作電開關300。自動操作可能涉及使用一或多繼電器以改變兩個接點306、308的狀態。在所示的此一具體實施例中，將標準DPDT開關修改後而得到電開關300，其中上述兩個接點306、308的每一者僅能接觸一個電力輸出接線312，且僅可由一個接點306來接觸剩餘的輸出接線。第一位置(圖3A)使得可在第一等離子體區域中產生等離子體，且在第二等離子體區域中產生的等離子體很少或不會產生等離子體。在大多數的基材工藝系統中，腔室主體、臺座與基材(如果有的話)通常處於接地電位。在所揭露的具體實施例中，不論電開關 300的位置為何，臺座都處於接地端335。圖3A顯示的開關位置可施加RF功率325至蓋板 370，並將噴頭375接地(335，換句話說，施加0伏特至噴頭)。此種開關位置可對應於在基材表面沉積膜層的步驟。第二位置(圖3B)可得可在第二等離子體區域中產生等離子體。圖3B繪示的開關位置可施加RF功率325至噴頭375，且使得蓋板370成為浮接。電性浮接的蓋板370會使得在第一等離子體區域中沒有或僅有少量等離子體。在所揭露的具體實施例中，此種開關位置可對應於在沉積後對膜層進行處理或對應於腔室清潔程序。在圖3A與圖3B中，皆繪示了兩個阻抗匹配電路360、365以及蓋板370與噴頭375 的方位，上述阻抗匹配電路適用於來自RF源的一或多AC頻率輸出。阻抗匹配電路360、365 可經由降低傳回RF源的反射功率，而降低RF功率源的功率需求。同樣地，在所揭示的某些具體實施例中，上述頻率可以是射頻頻譜以外的頻率。圖4A-B為根據所揭示具體實施例具有多個分區等離子體產生區域的工藝腔室的剖面圖。在膜層沉積(氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或氧摻雜碳化矽)的過程中，可經由氣體入口組件405使得工藝氣體流入第一等離子體區域415中。可在工藝氣體進入第一等離子體區域415之前，在遠程等離子體系統(RPS) 400中激發上述工藝氣體。根據所揭示具體實施例，繪示了蓋板412與噴頭425。圖4A繪示的蓋板412上施加了 AC電壓源，且噴頭處於接地狀態，這和圖3A中電開關處於第一位置的狀態一致。絕緣環420放置於蓋板412與噴頭425之間，使得可在第一等離子體區域中產生電容耦合等離子體(CCP)。可經由自工藝腔室的側壁435延伸的管430將含矽前體流入第二等離子體區域 433中。由工藝氣體衍生的經激發物種可流經噴頭425中的孔洞，並與流過第二等離子體區域433的含矽前體反應。在不同的具體實施例中，噴頭425中的孔洞的直徑可小於12mm，可介於0. 25mm至8mm之間，且可介於0. 5mm至6mm之間。噴頭的厚度可以有很大的差異，但上述孔洞的直徑的長度可約略等於或小於孔洞的直徑，以增加由第二等離子體區域433中的工藝氣體衍生的經激發物種的密度。由於開關的位置(圖3A)，在第二等離子體區域433 中不會出現等離子體或僅有少量等離子體。由工藝氣體衍生的激發物種與含矽前體會在基材上方的區域中結合，且有時會在基材上結合，以於基材上形成具流動性的膜層。隨著膜層逐漸生長，較新近加入的材料比起下方的材料具有較高的流動性。隨著有機成分的蒸發，會使得其流動性降低。採用此種技術，可以利用具流動性的膜層來填充間隙，而不會產生先前技術中沉積完成後有機成分密度較高的現象。可利用固化步驟，以進一步降低或移除所沉積膜層中的有機成分。僅在第一等離子體區域415中激發工藝氣體或和遠程等離子體系統(RPS)結合來激發工藝氣體具有多種優點。由於第一等離子體區域415中的等離子體，可提升第二等離子體區域433中由工藝氣體衍生的經激發物種的濃度。此種濃度的增加可能是由於可第一等離子體區域415中等離子體的位置所造成的。第二等離子體區域433 (和遠程等離子體系統(RPS)400相較的下)更接近第一等離子體區域415，因此能夠讓經激發物種因為和其它氣體分子、腔室壁與噴頭表面碰撞而離開激發態的時間變短。在第二等離子體區域433中，由工藝氣體衍生的經激發物種的濃度的均勻性亦有所提升。這可能是因為第一等離子體區域415的形狀更類似第二等離子體區域433的形狀。對於遠程等離子體系統(RPS) 400中的經激發物種而言，要流經鄰近噴頭425邊緣的孔洞(相較於鄰近噴頭425中心的孔洞)必須移動較遠的距離。上述較遠的距離會導致中經激發物種的激發程度下降，舉例來說，這可能會使得在鄰近基材邊緣處的膜層生長率降低。 在第一等離子體區域415中激發工藝氣體可能可以減低上述變異。除了上述工藝氣體與含矽前體的外，可以在不同的時間點基於不同的目的而引入其它氣體。可引入一處理氣體，以便由腔室壁、基材、所沉積膜層和或沉積中的膜層中移除不需要的物種。上述處理氣體可包含至少一種下述氣體H2、H2/N2混合物、NH3、NH4oh、O3、O2、 H2O2與水蒸氣。可先在等離子體中激發上述處理氣體，之後再使用該處理氣體，以便降低或移除所沉積膜層中的有機成分。在其它所揭示的具體實施例中，處理氣體可以不經等離子體激發。當處理氣體包含水蒸氣時，可利用質量流量計(mass flow meter，簡稱MFM)與注入閥或可商業取得的水蒸氣產生器來完成運輸。圖4B為第二等離子體區域433中具有等離子體的工藝腔室的剖面圖，此一狀態與圖3B所示的開關位置一致。在第二等離子體區域433中，可利用等離子體來激發經由從工藝腔室的側壁435延伸的管430輸送的處理氣體。由於開關的位置(圖3B)在第一等離子體區域415中不含或僅有少量的等離子體。由處理氣體衍生的經激發物種可和基材455上的膜層反應，並移除已沉積膜層中的有機化合物層。在本說明書中，此一工藝步驟可稱為處理或固化膜層。在某些所揭示的具體實施例中，第二等離子體區域433中的管430包含絕緣材料， 例如氮化鋁或氧化鋁。絕緣材料可降低在某些基材工藝腔室架構中會出現的放電火花。亦可通過氣體入口組件405將處理氣體引入第一等離子體區域415。在所揭露的具體實施例中，可僅通過氣體入口組件405來引入處理氣體，或和流經由第二等離子體區域433的側壁435延伸的管430的處理氣體流結合。處理氣體先流經第一等離子體區域 415，之後可通過過噴頭430，以處理所沉積膜層，可於第一等離子體區域415中的等離子體中或者是第二等離子體區域433中的等離子體中激發上述處理氣體。除了處理或固化基材455之外，可使處理氣體流入存有等離子體的第二等離子體區域433中，以清潔第二等離子體區域433的內部空間表面(如，側壁435、噴頭425、臺座 465與管430)。相似地，可使處理氣體流入存有等離子體的第一等離子體區域415中，以清潔第一等離子體區域415的內部空間表面(如，蓋板412、側壁420與噴頭425)。在所揭露的具體實施例中，可在第二等離子體區域維護程序(清潔和/或乾燥)之後，使處理氣體流入第二等離子體區域433 (存有等離子體)中，以移除第二等離子體區域433的內部空間中殘留的氟。在一獨立的程序或在同一程序中的一獨立步驟(可能是依序進行)中，在第一等離子體區域維護程序(清潔和/或乾燥)之後，使處理氣體流入第一等離子體區域415 (存有等離子體)中，以移除第一等離子體區域415的內部空間中殘留的氟。一般而言，上述兩個區域可能同時需要清潔或乾燥，且可在繼續基材工藝之前，依序利用處理氣體來處理每一區域。在工藝步驟中，上述處理氣體工藝所用的處理氣體與沉積步驟中所用的氣體不同。亦可在沉積過程中，使用處理氣體來移除生長中膜層中的有機成分。圖5為氣體入口組件503與第一等離子體區域515的特寫透視圖。圖中繪示的氣體入口組件503更詳細地呈現了兩個獨立的氣流通道505、510。在一具體實施例中，工藝氣體經由外通道505流入第一等離子體區域515中。上述工藝氣體可能經過或未經RPS500所激發。處理氣體可經由內通道510流入第一等離子體區域515中，處理氣體不會經過RPS 500激發。可將外信道 505與內信道510排置成多種物理上的配置(如，在所揭露的具體實施例中，RPS激發的氣體可流經內通道)，而使得上述兩個通道中僅有一個會流經RPS 500。工藝氣體與處理氣體兩者都可在第一等離子體區域515中的等離子體中被激發， 且接著經由噴頭520中的孔洞而流入第二等離子體區域中。處理氣體的目的是可在沉積過程中移除膜層中不需要的成分(通常是有機成分)。在圖5所示的實際組態中，來自內通道 510的氣體對於膜層生長可能沒有顯著的貢獻，但其可用於排除生長中膜層內的氟、氫氣和 /或碳°圖6A與圖6B分別以透視圖和剖面圖闡明了根據所揭示具體實施例用於工藝腔室的一腔室上組件。氣體入口組件601將氣體引入第一等離子體區域611中。在氣體入口組件601內可看到兩個獨立的氣體供應通道。第一通道602所攜帶的氣體會通過遠程等離子體系統RPS 600，而第二通道603則繞過了 RPS 600。在所揭露的具體實施例中，第一通道602可以輸送工藝氣體，而第二通道603可用以輸送處理氣體。如圖所示，蓋板605與噴頭615之間有一絕緣環610其使得可在蓋板605相對於噴頭615之間施加AC電壓。基材工藝腔室625的側壁中繪示了氣體分配通道，有多個管徑向朝內地設置於上述體分配通道上。在圖6A-B中並未繪示上述多個管。在本具體實施例中，圖6A-B的噴頭615的厚度大於該些孔洞的最小直徑617。為了將由第一等離子體區域611穿透至第二等離子體區域630的經激發物種保持在顯著的濃度，可在穿越噴頭615的一部分區域中形成較大的孔洞619，以限制該些孔洞的最小直徑 617的長度618。在所揭露的具體實施例中，該些孔洞的最小直徑617的長度可和該些孔洞 617的直徑為相同或更小的數量級。圖7A繪示了根據所揭示具體實施例可用於工藝腔室的雙重來源蓋板的另一剖面圖。氣體入口組件701可將氣體引入第一等離子體區域711中。在氣體入口組件701中可看見兩個獨立的氣體供應通道。第一通道702攜帶的氣體會經過遠程等離子體系統RPS 700，而第二通道703會繞過RPS 700。在所揭露的具體實施例中，第一通道702可用以攜帶工藝氣體，而第二通道703可用以攜帶處理氣體。如圖所示，蓋板705與噴頭715之間有一絕緣環710其使得可在蓋板705相對於噴頭715之間施加AC電壓。圖7A的噴頭715具有與圖6A_B相似的貫通孔，以允許氣體(例如工藝氣體)的經激發衍生物由第一等離子體區域711移動到第二等離子體區域730中。噴頭715亦具有一或多中空容積751可供一蒸氣或氣體(例如含矽前體)天填充於其中並穿過小孔755而進入第二等離子體區域730 (而非第一等離子體區域711)中。可利用中空容積751與小孔 755來取代用以將含矽前體引入第二等離子體區域730中的多個管。在所揭示的具體實施例中，噴頭715的厚度大於該些貫通孔的最小直徑的長度。為了將由第一等離子體區域711 穿透至第二等離子體區域730的經激發物種保持在顯著的濃度，可在穿越噴頭715的一部分區域中形成較大的孔洞719，以限制該些貫通孔的最小直徑717的長度718。在所揭露的具體實施例中，該些貫通孔的最小直徑717的長度可和該些貫通孔717的直徑為相同或更小的數量級。在具體實施例中，貫通孔的數目可介於約60至約2000個之間。這些貫通孔可以有各種外形，但以圓形最容易製造。在所揭露的具體實施例中，貫通孔的最小直徑可介於約 0. 5mm至約20mm之間，或介於約Imm至約6mm之間。貫通孔的剖面形狀亦有多種選擇，上述形狀可以是圓錐形、圓柱型或上述兩種形狀的組合。在不同的具體實施例中，用以將氣體引入第二等離子體區域730的小孔755的數目可介於約100至約5000個之間，或約500至約 2000個之間。上述小孔的直徑可介於約0. Imm至約2mm之間。圖7B繪示了根據所揭示具體實施例可用於工藝腔室的噴頭715的下方圖式。噴頭 715對應於圖7A所示的噴頭。在噴頭715的下方，貫通孔719的內直徑(inner-diameter， 簡稱ID)較大；而在噴頭715的上方，貫通孔719的ID較小。小孔755實質上均勻地分散於整個噴頭表面，甚至介於該些貫通孔719之間，這有利於提供比其它所述具體實施例更為均勻的混合效果。例示基材工藝系統可將沉積系統的具體實施例整合到較大的生產系統中以製造集成電路晶片。圖8 繪示了根據所揭示具體實施例的可用以沉積、烘烤與固化的腔室系統800。在圖式中，一對前開式晶圓盒自動加載裝置(front opening unified pods，簡稱FOUPs) 802可供應基材 (如，直徑為300mm的晶圓)，機械手臂804接收該基材，且該基材在被放入晶圓工藝腔室808a-f之前會被放入低壓保存區806。可利用第二機械手臂810將基材晶圓在保存區806 與工藝腔室808a-f間來回輸送。工藝腔室808a_f可包含一或多系統組件以便在基材晶圓上沉積、退火、固化和 /或蝕刻一具流動性的介電質膜層。在一種配置中，可利用兩對工藝腔室(如，808c-d及 808e-f)以在基材上沉積具流動性的介電質材料，且可利用第三對工藝腔室(如，808a-b) 來退火所沉積的介電質。在另一種配置中，可以利用同樣的兩對工藝腔室(如，808c-d及 808e-f)以在基材進行具流動性的介電質膜層的沉積與退火兩種步驟，而可利用第三對腔室(如，808a-b)來對所沉積的膜層進行UV或電子光束固化。在又一種配置中，可利用上述三對腔室(如，808a-f)在基材上沉積與固化具流動性的介電質膜層。在又另一種配置中， 可利用兩對工藝腔室(如，808c-d及808e-f)來進行該具流動性的介電質的沉積與UV或電子光束固化兩種步驟，且可利用第三對工藝腔室(如，808a-b)來退火介電質膜層。當可理解，系統800亦涵蓋了其它用於具流動性的介電質膜層的沉積、退火與固化腔室配置方式。此外，可將工藝腔室808a_f中的一或多個腔室配置為溼式工藝腔室。這些工藝腔室包含在含有溼氣的大氣條件下加熱該具流動性的介電質膜層。因此，系統800的具體實施例系統800可包含溼式工藝腔室808a-b與退火工藝腔室808c_d以在所沉積的介電質膜層上進行溼式與乾式退火兩種工藝。圖9為根據所揭示具體實施例的基材工藝腔室950。遠程等離子體系統(RPS) 948 可處理一氣體，該氣體可流經氣體入口組件954。更明確地說，氣體可經由通道956而進入第一等離子體區域983中。在第一等離子體區域983下方有一多孔間隔件(一噴頭)952， 其可在第一等離子體區域983與噴頭952下方的第二等離子體區域985之間保持某種物理上的間隔。噴頭能夠避免存在於第一等離子體區域983中的等離子體直接激發第二等離子體區域985中的氣體，但仍可使得經激發物種能夠由第一等離子體區域983進入第二等離子體區域985中。噴頭952設置於朝向基材工藝腔室950的第二等離子體區域985的內部空間徑向突起的側壁噴嘴(或管)953上方。噴頭952可通過穿過板厚度的多個孔洞來分散該些前體。舉例來說，噴頭952可具有約10至10000個孔洞(如，200個孔洞)。在所示的具體實施例中，噴頭952可分散含有氧、氫和/或氮的工藝氣體或上述工藝氣體受到第一等離子體區域983中的等離子體激發後的衍生物。在具體實施例中，工藝氣體可包含以下一或更多種氣體氧氣(O2)、臭氧(O3)、N2O, NO、NO2, NH3> NxHy 包含 N2H4、矽烷、二矽烷、TSA 及 DSA。管953的末端(最接近第二等離子體區域985之中心處)可具有孔洞和/或孔洞可環繞或沿著管953的長度而散布。可利用這些孔洞將含矽前體引入第二等離子體區域中。當經由噴頭952中的孔洞到達第二等離子體區域985中的工藝氣體及其經激發的衍生物和經由管953到達第二等離子體區域985中的含矽前體結合後，可在第二等離子體區域 985中由臺座986支承的基材上產生一膜層。上方入口 954可具有二或更多獨立的前體(如，氣體)流動通道956與958，以避免二或更多種前體在進入噴頭952上方的第一等離子體區域983之前發生混合與反應。第一流動通道956可具有一環狀外形，其圍繞著入口 954的中央。可將此通道耦合至可產生反應性前體的遠程等離子體系統(RPS)948，上述反應性前體可向下流過通道956並進入噴頭952上方的第一等離子體區域983中。第二流動通道958可以是圓柱形的，且可用以將第二前體流入第一等離子體區域983中。此流動通道攜帶的前體和/或載體氣體源會繞過一反應性物種產生單元。之後，將上述第一與第二前體混合併經由板952中的孔洞流入第二等離子體區域中。可利用噴頭952與上方入口 954將工藝氣體輸送至基材工藝腔室950中的第二等離子體區域985。舉例來說，第一流動通道956可輸送一工藝氣體，其包含一或多原子氧 (處於接地或電激發狀態中)、氧氣(O2)、臭氧(O3)、N2O、NO、NO2、NH3、NxHy包含N2H4、矽烷、二矽烷、TSA及DSA。上述工藝氣體亦可包含載體氣體例如氦氣、氬氣、氮氣(N2)等等。第二通道958亦可輸送工藝氣體、載體氣體和/或處理氣體(其可用以從生長中或已沉積膜層中移除不要的成分)。對於電容耦合等離子體(CCP)，可將電絕緣體976 (如，陶瓷環)設置於噴頭與工藝腔室的傳導性上方部分982之間，以便可在其間施加一電壓差。利用電絕緣體976可確保 RF功率能夠在第一等離子體區域983的側壁中產生等離子體。相似地，亦可在噴頭952與臺座986 (圖9中未繪示)之間設置陶瓷環，以使得可在第二等離子體區域985中產生等離子體。陶瓷環可設置於管953的上方或下方，其實際位置取決於管953的垂直位置以及陶瓷環是否含有可能導致放電火花的金屬成分。可在噴頭上方的第一等離子體區域983中引發等離子體，或可在噴頭與側壁噴嘴 953下方的第二等離子體區域985中引發等離子體。在沉積過程中，可將AC電壓(通常落於射頻範圍中)施加於工藝腔室的傳導性上方部分982與噴頭952之間，以在第一等離子體區域983中引發等離子體。當開啟下等離子體985以固化膜層或清潔鄰近第二等離子體區域985的內部空間表面時，使上等離子體處於低功率或無功率的狀態中。將AC電壓施加於噴頭952與臺座986 (或腔室下部)之間，以在第二等離子體區域985中形成等離子體。在本說明書中，處於「激發態」的氣體指該氣體中至少部分氣體分子處于振動激發、解離和/或離子化狀態中。一氣體可以是二或更多種氣體的組合。所揭示的具體實施例包含了與沉積、蝕刻、固化和/或清潔工藝相關的方法。圖10 為根據所揭示具體實施例的沉積工藝的流程圖。利用至少分隔成兩個間隔的基材工藝腔室來實施此處所述的方法。上述基材工藝腔室可具有第一等離子體區域與第二等離子體區域。第一等離子體區域與第二等離子體區域兩個區域內，都可用以引發等離子體。圖10中所述的工藝一開始將基材輸送至基材工藝腔室中(步驟1005)。將基材放置於第二等離子體區域，之後工藝氣體可流入(步驟1010)第一等離子體區域中。亦可將工藝氣體引入第一等離子體區域或第二等離子體區域其中之一(未顯示此步驟)。之後可於第一等離子體區域中引發等離子體可(步驟1015)但不會在第二等離子體區域中引發等離子體。使含矽前體流入第二等離子體區域(1020)中。可調整上述步驟1010、1015與 1020的時機與順序，而不致悖離本發明的精神。一旦引發了等離子體且前體開始流入，會在基材上生長一膜層(1025)。當膜層生長(1025)達一預定厚度或一預定時間之後，可停止 (1030)等離子體與氣體的流動，且可由基材工藝腔室移除(1035)基材。在移除基材之前， 可利用下文所述的工藝來固化該膜層。圖11為根據所揭示具體實施例的膜層固化工藝的流程圖。此步驟開始(1100)的時間可以緊接在圖10所示的移除(1035)基材之前。此一工藝的開始(1100)也可以是將一基材移動到工藝腔室的第二等離子體區域中的時候。在此種情形中，上述基材可能先在另一工藝腔室中經過加工。可將處理氣體(可能是上文所述的氣體)流入(1110)第一等離子體區域中，並在第一等離子體區域中引發(1115)等離子體(同樣地，可調整其時機/ 順序)。之後可移除(1125)膜層中不需要的成分。在某些所示的具體實施例中，上述不需要的成分為有機成分，且上述工藝涉及固化或硬化(112 基材上的膜層。在此一工藝中， 膜層可能會收縮。停止(1130)氣體的流動與等離子體，且之後可將基材移出(113 基材工藝腔室。圖12繪示根據所揭示具體實施例的腔室清潔工藝的流程圖。此工藝的開始 (1200)可發生於腔室清潔或乾燥之後，上述情形通常發生於預防維護(preventative maintenance，簡稱PM)程序之後或可能是未經計劃的事件。由於基材工藝腔室具有兩個間隔，因此無法同時在第一等離子體區域與第二等離子體區域中供應等離子體，因此可能需要依序的工藝來清潔上述二區域。使處理氣體(可能是上文所述的氣體)流入(1210)第一等離子體區域中，並在第一等離子體區域中引發(1215)等離子體(同樣地，可以調整時機/順序)。清潔(122 第一等離子體區域中的內部空間表面，而後停止(1230)處理氣體的流動與等離子體。在第二等離子體區域重複以上工藝。使處理氣體流入(123 第二等離子體區域中，並在其中引發(IMO)等離子體。清潔(1M5) 二等離子體區域的內部空間表面，而後停止(1250)處理氣體的流動與等離子體。在異常檢修與維護程序中，可進行內部空間表面清潔程序以移除基材工藝腔室的內部空間表面的氟以及其它殘留的汙染物。上文已揭露了多個具體實施例，本發明所述技術領域中具有通常知識者當可想見，可利用各種修改、替代性的建構與均等物，而不致背離所揭示的具體實施例的精神。此外，此處並未描述多種已知的工藝與組件，以免不必要地模糊本發明。因此，不應將上述實施方式視為對本發明範圍的限制。針對此處提出的所有數值範圍，當可理解亦已具體揭露了在上限值與下限值之間每一中間數值(至下限值單位十分之一)，除非上下文清楚地為相反的表示。上述數值範圍涵蓋了在所述數值中的較小範圍或所述範圍中的中間數值以及任何其它所述的數值或中間數值。上述較小範圍中可獨立地包含或排除其上限值與下限值；且在每一範圍中，上、下限值其中之一、二者或皆未包含於該較小範圍中的情形，亦為本發明所涵括，上述情形以所述範圍中任何明確排除的限值為限。當所述範圍包含限值其中之一或二者時，排除上述所包含的限值其中之一或二者的範圍，亦為本發明所涵括。在本說明書與附隨申請專利範圍中，單數型的「一」與「該」包含數個型的情形，除非上下文另有清楚相反的指示。因此，舉例來說，當提及「一工藝」時，可包含多個此種工藝； 且當提及「該馬達」時，可包含一或多各馬達與已知技藝人士所知的均等物。此外，在本說明書與下文的權利要求書中，「包含」、「包含」、「包括」等詞彙與其動詞變化形式的本意在指明所述特徵、事物、組件或步驟的存在，單其並未排除可存有或加入一或多其它特徵、事物組件、步驟、動作或群組等的情形。
權利要求
1.一種基材工藝系統，包含一工藝腔室，其具有一內部空間，能用以保持一內腔壓與一外腔壓不同； 一遠程等離子體系統，其可操作以在該工藝腔室的該內部空間之外產生一等離子體； 一第一工藝氣體通道，其可操作以將一第一工藝氣體由該遠程等離子體系統輸送至該工藝腔室的該內部空間；以及一第二工藝氣體通道，其可操作以輸送未經該遠程等離子體系統處裡的一第二工藝氣體；其中該第二工藝氣體通道具有一末端，該未端開口朝向該工藝腔室的該內部空間，且該末端至少部分由該第一工藝氣體通道所圍繞。
2.如權利要求1項所述的基材工藝系統，其中該第一工藝氣體通道的一末端部分具有一環狀外形。
3.如權利要求1項所述的基材工藝系統，其中該第二工藝氣體通道的一末端部分具有一圓柱狀外形。
4.如權利要求1項所述的基材工藝系統，其中該第二工藝氣體通道的該末端同心地設置於該第一工藝氣體通道之內。
5.如權利要求1項所述的基材工藝系統，其中當該第一與第二工藝氣體離開該第一與第二信道時，在一種實質上平行的方向中流動。
6.如權利要求1項所述的基材工藝系統，其中該第一與第二工藝氣體通道開口朝向該工藝腔室的該內部空間中位於一噴頭上遊的位置，其中該噴頭將該工藝腔室的該內部空間區分成第一與第二等離子體區域。
7.一種基材工藝系統，包含一工藝腔室，其具有一內部空間能用以保持一內腔壓，其中該內腔壓可與一外腔壓不同；一第一傳導表面，其位於該工藝腔室中； 一第二傳導表面，其位於該工藝腔室中；以及一噴頭，其設置於該第一傳導表面與該第二傳導表面之間，以界定一第一等離子體區域及一第二等離子體區域，其中該第一等離子體區域配置於該噴頭與該第一傳導表面之間； 該第二等離子體區域配置於該噴頭與該第二傳導表面之間；該噴頭包含一導電性材料且與該第一傳導表面電性絕緣，除非利用一電開關形成一電性連接；以及該噴頭與該第二傳導表面電性絕緣，除非利用一電開關形成一電性連接。
8.如權利要求7項所述的基材工藝系統，更包含一氣體處置系統，該氣體處置系統包含一第一通道，其傳導一工藝氣體； 一第二通道，其傳導一處理氣體；以及一遠程等離子體系統(RPS)，其激發該工藝氣體。
9.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中該噴頭所處的一電位與該第一傳導表面相似，使得該第一等離子體區域中不含等離子體或僅有少量等離子體。
10.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中該噴頭所處的一電位與該第二傳導表面相似，使得該第二等離子體區域中不含等離子體或僅有少量等離子體。
11.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中該電開關係位於該工藝腔室的外部。
12.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中該第二傳導表面保持於一接地端且該電開關具有至少兩種可能位置，其中該電開關的一第一位置將一射頻功率源連接至該第一傳導表面，並將一接地端連接至該噴頭，以在該第一等離子體區域中產生一第一等離子體；該電開關的一第二位置連接該射頻功率。
13.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中利用射頻(RF)功率源，來產生該第一等離子體區域與該第二等離子體區域中的等離子體。
14.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中在任何時間點上，在該兩個等離子體區域其中之一中產生一等離子體。
15.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中該基材工藝系統包含一泵取系統，該泵取系統耦接至該工藝腔室，且可操作以移除該工藝腔室中的材料。
16.如權利要求7項所述的基材工藝系統，其中該系統包含一遠程等離子體系統，其位於該工藝腔室外部且流體耦接至該第一等離子體區域，其中該遠程等離子體系統用以將一氣體供應至該第一等離子體區域，該氣體包含處於一激發態中的多個反應物。
17.一種經區分為獨立等離子體區域的工藝腔室，該工藝腔室包含一間隔件，其將該工藝腔室劃分為一第一等離子體區域與一第二等離子體區域，其中該些區域的每一者可操作以包含獨立的等離子體；位於該該間隔件中的多個孔洞，其允許氣體由該第一等離子體區域穿透進入該第二等離子體區域；以及一基材臺座，其佔據該第二等離子體區域的一部分。
18.如權利要求17項所述的工藝腔室，其中該第一等離子體區域與該第二等離子體區域中的多個等離子體經由感應耦合。
19.如權利要求17項所述的工藝腔室，其中該第一等離子體區域與該第二等離子體區域中的多個等離子體經由電容耦合。
20.如權利要求17項所述的工藝腔室，其中該工藝腔室耦接至一控制器，該控制器可操作以執行一程序，以在該第一等離子體區域中產生一第一等離子體，以作為一介電質沉積工藝的一部分；以及當停止該第一等離子體之後，於該第二等離子體區域中產生一第二等離子體，以作為一固化或清潔工藝的一部分。
21.如權利要求17項所述的工藝腔室，其中該工藝腔室包含一氣體入口，以供應一工藝氣體至該第一等離子體區域。
22.如權利要求21項所述的工藝腔室，其中該氣體入口耦接至一遠程等離子體系統， 該遠程等離子體系統可操作以供應處於一激發態的一工藝氣體至該第一等離子體區域。
23.如權利要求21項所述的工藝腔室，其中該氣體入口流體耦接至一流體供應系統， 該流體供應系統可操作以供應一工藝氣體予該工藝腔室，該工藝氣體包含選自以下至少一者的氣體O2、O3、N2O、NO、NO2、NH3、NH4OH, NxHy、矽烷、二矽烷、TSA、DSA、H2、N2、H2O2 與水蒸氣。
24.如權利要求17項所述的工藝腔室，其中該工藝腔室包含一或多噴嘴，其設置於該第二等離子體區域的該基材臺座上方，且可操作以輸送一工藝氣體至該第二等離子體區域。
25.如權利要求24項所述的工藝腔室，其中該一或多噴嘴流體耦接至一流體供應系統，該流體供應系統可操作以供應一含碳與矽的前體至該工藝腔室。
全文摘要
在此揭露多種基材工藝系統，此系統可包含一工藝腔室，其具有一內部空間，該內部空間可將內腔壓與外腔壓保持不同。上述系統亦可包含遠程等離子體系統，其可操作以在工藝腔室的內部空間之外產生等離子體。此外，上述系統可包含一第一工藝氣體通道，其可操作以將第一工藝氣體由遠程等離子體系統輸送至工藝腔室內部空間中；以及一第二工藝氣體通道，其可操作以輸送未經遠程等離子體系統處裡的第二工藝氣體。上述第二工藝氣體通道具有一末端，其開口朝向上述工藝腔室的內部空間中，且該末端至少部分由該第一工藝氣體通道所圍繞。
文檔編號H01L21/3065GK102204415SQ200980117582
公開日2011年9月28日 申請日期2009年4月22日 優先權日2008年5月9日
發明者D·盧博米爾斯基, J·G·楊, Q·梁 申請人:應用材料股份有限公司