用於低溫cvd系統中的前驅物解離作用控制及氣體反應動力的獨立輻射氣體預熱法的製作方法

2023-06-01 00:34:26 1

專利名稱：用於低溫cvd系統中的前驅物解離作用控制及氣體反應動力的獨立輻射氣體預熱法的製作方法
技術領域：
本發明實施例大體上有關於半導體製造工藝中預熱氣體。更明確而言，是 有關用於半導體基板上沉積與蝕刻反應中預熱氣體，例如用於外延沉積工藝或 其它化學氣相沉積工藝中預熱氣體。
現有技術描述
含矽及/或含鍺薄膜的外延生長技術因為可應用於高階邏輯裝置與動態隨 機存取內存(DRAM)元件等新用途而已變得越來越重要。這些應用的關鍵條件 是較低溫工藝，使得元件特徵在製造過程中不會受損。較低溫工藝對於特徵尺 寸介於45至65納米且避免相鄰材料的擴散作用越顯關鍵的未來市場來說也很 重要。在外延生長含矽及/或鍺薄膜之前以及選擇性或毯覆式生長外延薄膜過 程中的基板清洗步驟也可能需要較低的工藝溫度。選擇性生長通常是指在表面 上具有一種以上材料的基板上生長薄膜，其中該薄膜選擇性地生長在基板的第 一種材料表面上，並且該薄膜極少或不生長在基板的第二種材料表面上。
在目前多種半導體應用中，都需要含矽及/或鍺的選擇性與毯覆式(無選擇 性)外延薄膜，以及經過應變後的此類外延薄膜，而這些外延薄膜是在低於約 70(TC的溫度下生長而成。此外，在形成外延薄膜之前，但希望能在約650°C 或更低的溫度下移除原生氧化物與烴類化合物，雖然當希望縮短移除時間時可 能採用較高的溫度。
較低溫的處理工藝不僅對於形成能正常運作的裝置來說很重要，還能避免 或減少亞穩態的應變層的鬆弛作用、幫助避免或減少摻雜物擴散，以及避免外 延膜結構中發生摻雜物分離的現象。低溫處理工藝(低熱預算處理工藝)能夠抑 制琢面(facet)的生成及短溝道效應，這對獲得高性能裝置來說是一項重要因 素。目前用來選擇性或毯覆式沉積摻雜或未摻雜含矽(Si)、鍺(Ge)、矽鍺與含 碳薄膜的技術典型是利用減壓化學氣相沉積法(CVD)來執行，減壓化學氣相沉 積又簡稱為RPCVD或低壓CVD(LPCVD)。典型減壓工藝，例如低於約200 託(Torr)的減壓工藝，是在高於約70(TC，且通常高於75(TC的溫度下執行，以 獲得可接受的薄膜生長速率。通常薄膜沉積的前驅化合物為含矽及/或鍺化合 物，例如矽垸(silanes)、鍺垸(germanes)及其衍生物或組合物等。對於選擇性沉 積工藝而言，這些前驅化合物通常與其它額外的試劑並用，作為示範，例如氯 氣(Cl2)、氯化氫(HC1，俗稱鹽酸)以及選用性的溴化氫(HBr)。含碳的矽垸前驅 物，例如甲基矽垸(CH3SiH3)，可作為摻雜劑。在另一範例中，亦可使用例如 二硼烷(B2H6)、砷化氫(AsH3)、磷化氫(PH3)等無機化合物作為摻雜劑。
在於基板上外延層的典型LPCVD工藝中，利用氣體分配組件將前驅物注 射到處理室的處理區域中，並且在處理區域中使用諸如紫外線及/或紅外線光 譜內的低波長輻射來照射前驅物，而在處理室內的基板表面上方激發前驅物。 還可借著產生等離子體來裂解反應物。並且通常會升高基板溫度來幫助吸附活 性物種及/或脫附工藝副產物，較佳能減小處理區域內的前驅物溫度與基板溫 度之間的差異，以使前驅物的激發作用(energization，或稱能量化作用)最適化， 且促進工藝中的沉積反應與脫附作用。
為了達到更有效率的裂解過程，較佳在將前驅物輸送至處理區域之前，先 預熱前驅物，以在基板上方達到更快更有效率的前驅物裂解反應。目前已有多 種預熱前驅物的方法，然而如何在基板表面上方激發前驅物之前，能夠使前驅 物穩定地維持在預熱溫度仍舊是一大挑戰。例如，雖然可在前驅物導入氣體分 配組件之前或之時使前驅物的溫度升高到所欲溫度，然而在前驅物流經氣體分 配組件及/或沿著流動路徑流至處理區域中的基板上方時，可能會因為熱損失 而降低前驅物的溫度。
因此，需要一種能夠讓前驅物的導入溫度和到達處理區的溫度之間的差異 減至最小的方法與設備，以及需要在氣體導入點處預熱前驅物的方法與設備， 其可在裂解前驅物之前使熱損失降至最低。

發明內容
本文中所述實施例有關於一種輸送處理氣體至處理室的處理區域中的方法與設備。
在一實施例中描述一種氣體分配組件。該氣體分配組件包含一主體、至少 一個非熱能能量源以及一冷卻劑來源，其中該主體具有至少一個入口，用以接 收來自至少兩個氣體源的前驅物氣體至多個氣室中，並且該非熱能能量源用以 提供能量給來自其中一個氣體源或該至少兩個氣體源的前驅物氣體以及提供 能量給每個氣室，而該冷卻劑來源則與該至少一個非熱能能量源相連通。每個 氣室中的非熱能能量受到獨立控制。
在另一實施例中則描述一種沉積設備。該沉積設備包含一處理室與一氣體 分配組件，該處理是具有一縱軸，以及該氣體分配組件連接至該處理室的一側
壁。該氣體分配組件包含多個氣室(plenum)，該多個氣室連接至一或多個氣體 源，且設置一非熱能能量源以提供能量給每個氣室，以及一可變功率源連接至 該非熱能能量源，其中該氣體分配組件提供流經處理室且垂直於處理室縱軸的 流動路徑。
在另一實施例中，描述輸送一已預熱前驅物氣體至處理室的處理區域中的 方法。該方法包括提供一前驅物氣體給一氣體分配組件並且該氣體分配組件與 該處理區域連通，在將氣體導入該氣體分配組件的導入點處利用非熱能能量來 加熱該前驅物氣體，以及沿著介在該導入點與處理區域之間的流動路經維持至 少一部分已供應給該前驅物氣體的熱量。
附圖簡要說明
為了更詳細地了解本發明上述特徵，參考附圖中所繪的數個實施例來描述 本發明更詳細的內容。然而須注意的是，附圖中所繪的僅僅是本發明的典型代 表性實施例，因此不應用來限制本發明範圍。本發明還具有其它等效實施例。


圖1為沉積室實施例的剖面圖2為圖1的沉積室的部分頂視圖3為氣體分配組件實施例的側視圖，
圖4為氣體分配組件另一實施例的等角視圖5為氣體分配組件另一實施例的等角視圖6為氣體分配組件又一實施例的等角視圖。
為了有利於理解，儘可能使用相同的元件符號來代表各圖中共同的相同元
8件。並且再於需特別說明的情況下，能理解一實施例中的元件可有利地應用於 另一實施例中。
具體描述 z
圖1為用於外延沉積工藝的沉積室100的剖面圖，沉積室100可以是 CENTURA⑧集成處理系統的一部分，該集成系統可以購自美國加州聖克拉拉 市的應用材料公司。沉積室100包含由能承受工藝的材料所形成的外殼結構 101，例如可由鋁或不鏽鋼所製成，如316L不鏽鋼。外殼結構101圈圍住處理 室100的各種功能元件，例如圈圍出石英腔130，該石英腔130包含上腔105 與下腔124，並且在該腔內具有一處理容積118。利用氣體分配組件150提供 反應性物種至石英腔130，以及藉由出口 138從處理容積118中移除處理副產 物，而該出口 138通常連通至一真空來源(未出示)。
基板支撐件117適用以接收傳送至處理容積118中的基板114。基板支撐 件117沿著沉積室100的縱軸102設置。基板支撐件可由陶瓷材料或塗覆有矽 材料(例如碳化矽)的石墨材料所製成，或是由具有工藝抗性的材料所製成。從 前驅反應物材料所形成的反應性物種供應至基板114的表面116，隨後從該表 面116上移除副產物。可利用輻射源來加熱基板114及/或處理容積118，例如 使用上燈模塊110A及下燈模塊1IOB。
在一實施例中，該上燈模塊110A與下燈模塊110B是紅外線(IR)燈。來自 燈模塊110A與110B的非熱能能量或輻射通過上石英腔105的上石英窗104， 以及通過下石英腔124的下石英部分103。如有需要，用於上石英腔105的冷 卻氣體可由入口 112進入並且由出口 U3離開。用於處理室100中的前驅反應 物材料、稀釋劑以及清洗與排空氣體可從氣體分配組件150進入並且從出口 138排出。
處理容積118中的低波長輻射是用來激發反應性物種、幫助反應物吸附作 用，以及有助於副產物離開基板114的表面116的脫附作用，且依據欲外延生 長的薄膜組成，該低波長輻射的波長範圍通常介於約0.8微米至約1.2微米之 間，例如介於約0.95微米至約1.05微米之間，並且與不同波長組合使用。在 另一實施例中，燈模塊110A與110B可能是紫外線光源(UV)。在一實施例中， 紫外線光源為準分子燈(excimer lamp)。在另一實施例中，在上石英腔105與結合使用紫外線光源與紅外線光源。與紅外 線光源並用的紫外線輻射光源的範例可在2004年6月10日所申請的美國專利 申請案10/866,471號中所找到，該案於2005年12月15號公開且其美國專利
發明者凱拉什·基蘭·帕塔雷, 埃羅爾·安東尼奧·桑切斯, 布賴恩·海斯·伯羅斯, 戴維·基思·卡爾森, 朱鄒明, 李曉衛, 傑弗裡·羅納德·坎貝爾, 薩瑟施·庫珀奧, 赫爾曼·迪尼斯, 霍華德·貝克福德 申請人:應用材料股份有限公司