发明名称 半导体晶圆高温处理系统及方法
摘要 本发明提供用于高温(至少约500至800℃)处理半导体晶圆之一些系统、方法和装置。本发明之诸系统、方法和装置可让多道处理程序步骤在原地非中断式地于同一腔室内执行,而缩短总处理时间并确保对高纵横比元件有高品质处理过程。在同一腔室内执行多道处理程序步骤的作法亦可提高对制程参数之控制性,并减少元件损伤。特别地,本发明可提供高温沈积、加热及有清洁等动作,供形成具有厚度均匀性、良好间隙充填能力、高密度、低含水量、及其他期望特性的一些介电薄膜。
申请公布号 TW408363 申请公布日期 2000.10.11
申请号 TW086116806 申请日期 1997.11.11
申请人 应用材料股份有限公司 发明人 维斯瓦伦.希佛拉玛克里辛纳;艾力.岳;约拿旦.法兰克;夏利昆;盖瑞.枫;赛瑞尼法斯.纳曼尼;伊尔文.希尔维斯崔
分类号 H01L21/02 主分类号 H01L21/02
代理机构 代理人 恽轶群 台北巿南京东路三段二四八号七楼;康伟言 台北巿南京东路三段二四八号七楼
主权项 1.一种在真空腔室内处理加热器上之基体的方法,该真空腔室处在介于大约10至760torr之间的一个压力下,该方法包含有下列步骤:将一或多种处理气体引入该真空腔室内;于该真空腔室内沈积一层介电层在该基体上;以及在该真空腔室内把该加热器加热至高于大约500℃的一个温度。2.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤系在该沈积步骤期间施行。3.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤系在该沈积步骤之后施行。4.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤系把该加热器加热至高于大约600℃的一个温度。5.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤系把该加热器加热至高于大约700℃的一个温度。6.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤系把该加热器加热至高于大约800℃的一个温度。7.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该介电层系被沈积而覆于该基体上,且其中该基体包括有具大于大约2.5:1之纵横比的一些形貌体。8.如申请专利范围第7项所述之方法,其中该介电层系均匀者。9.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该加热步骤使该介电层再熔回流。10.如申请专利范围第1项所述之方法.,其中该加热步骤使一些掺杂剂自该介电层扩散进入该基体内。11.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该介电层具有低含水量。12.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该沈积步骤系为在无电浆之状况下施行的一种热程序。13.如申请专利范围第1项所述之方法,其更包含有从该真空腔室内之一个表面上蚀刻掉残余物的步骤。14.如申请专利范围第13项所述之方法,其中该蚀刻步骤把该等残余物自该表面上清除,而该表面包含该基体。15.如申请专利范围第13项所述之方法,其中该蚀刻步骤把该等残余物自该表面上清除,而该表面包含该真空腔室之一些表面。16.如申请专利范围第13项所述之方法,其中该蚀刻步骤系在该引入步骤与该沈积步骤之前施行。17.如申请专利范围第16项所述之方法,其更包含有于该真空腔室内沈积一层第二介电层于该基体上的步骤,该第二沈积步骤系于该第一沈积步骤之后施行。18.如申请专利范围第1项所述之方法,其中该真空腔室系为一种单一晶圆腔室。19.一种在真空腔室内处理加热器上之基体的方法,包含有下列步骤:于该真空腔室内维持一个介于大约10至760torr之间的一个压力;将一或多种处理气体引入该真空腔室内;以及于该真空腔室内沈积一层介电层在该基体上,该加热器被加热至高于大约500℃的一个温度。20.如申请专利范围第19项所述之方法,其中该沈积步骤系在该真空腔室内于高于大约600℃的一个温度下进行。21.如申请专利范围第19项所述之方法,其中该沈积步骤系在该真空腔室内于高于大约700℃的一个温度下进行。22.一种积体电路元件制造装置,包含有:容装一组处理腔室之一套包封体,该处理腔室包括有用以使一些处理气体流入该处理腔室的一个入口、用以使被用过的处理气体自该处理腔室排出的一个出口、用以把该处理腔室维持在介于大约10至760torr之间的一个选定压力下的一组真空系统、以及一个基体支 表面,该包封体界定出大致围住该基体支 表面的一个内部表面;其中该基体支 表面和该包封体之该内部表面的至少一个主要部分,系由可抗拒因该等处理气体在高于大约500℃之一些温度下之化学性质而生之沈积或攻击作用的一种材料所构成。23.如申请专利范围第22项所述之装置,其中该基体支 表面包括有可被加热达到高于大约500℃之一些温度的一个加热器元件。24.如申请专利范围第22项所述之装置,其中该基体支 表面包括有可被加热达到高于大约650℃之一些温度的一个加热器元件。25.如申请专利范围第22项所述之装置,其中该材料包含有陶瓷。26.如申请专利范围第22项所述之装置,其中该内部表面之至少一个主要部分包括有大致邻近该基体支 表面之一些边缘的一个处理腔室内衬。27.如申请专利范围第22项所述之装置,其更包含有耦接于该入口的一组远距电浆系统,该远距电装系统提供包含一种清洁气体的一些处理气体。28.如申请专利范围第27项所述之装置,其中该具内衬之通道系加衬有可抗拒该清洁气体之化学性质所生之沈积或攻击作用的一种材料。29.如申请专利范围第27项所述之装置,其中该清洁气体包括有氟,而该材料系可抗拒该氟在超过500℃之一个温度下所生之蚀刻作用。30.一种基体处理系统,包含有:一组处理腔室,该处理腔室包括有一些内壁与一个陶瓷内衬,该陶瓷内衬构成该等内壁之至少一部分的衬里;一组真空系统,被组配来在该处理腔室内维持一个选定压力;一组气体输送系统,被组配来输送一些选定之反应性气体到该处理腔室,该气体输送系统包括有一组沈积供应系统与一组双输入盒,该组双输入盒具有一个第一输入与一个第二输入,该气体输送系统系被组配来在某一选定时间透过该组双输入盒之一个选定输入将该等选定反应性气体引入该处理腔室内,且该沈积供应系统系被组配来在一些第一反应性气体为该等被选定反应性气体时把该等第一反应性气体从该第一输入输送到该处理腔室;一组远距微波电浆系统,被组配来产生一些第二反应性气体并在该等第二反应性气体为该等被选定反应性气体时将该等第二反应性气体从该第二输入输送到该处理腔室;一组加热系统,其系被组配来加热该处理腔室,该加热系统包括有用以放置一块基体的一个加热器,该加热器包含有一个陶瓷外部,且该加热器可加热达到至少大约500℃;一组控制器,被组配来控制该气体输送系统、该远距微波电浆系统、该加热系统、与该真空系统;以及耦接于该控制器的一组记忆体,其包含有一种电脑可读取媒体,该媒体具有编入其内而用以指挥该基体处理系统之运作的一套电脑可读取程式,该套电脑可读取程式包括有:一组第一组电脑指令,用以控制该气体输送系统于一段第一时间周期内从该第一输入引入一些第一反应性气体进入该处理腔室以供沈积一层介电层,其中该第一组电脑指令包括有:一组第一副组电脑指令,用以控制该真空系统而在该处理腔室内维持介于大约10至760torr之间的一个压力;以及一组第二剖组电脑指令,用以控制该加热系统而在该第一时间周期内将该加热器加热达到介于大约200至650℃之间的一个选定温度;以及一组第二组电脑指令,用以控制该气体输送系统于一段第二时间周期内从该第二输入引入该等第二反应性气体进入该处理腔室,其中该第二组电脑指令包括有:一组第三副组电脑指令,用以控制该远距微波电浆系统而在该第二时间周期内提供该等第二反应性气体进入该处理腔室;以及一组第四剖组电脑指令,用以控制该真空系统而在该第二时间周期内于该处理腔室中维持落于一个预定压力范围内的一个压力。31.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中该电脑可读取程式更包含有:一组第三组电脑指令,用以控制该气体输送系统于一段第三时间周期内不引入反应性气体到该处理腔室内,而于该第三时间周期内执行一道加热步骤,其中该第三组电脑指令包括有:一组第五副组电脑指令,用以控制该真空系统而于该处理腔室中维持介于大约10至760torr之间的一个压力;以及一组第六剖组电脑指令,用以控制该加热系统于该段第三时间周期内把该加热器加热达到介于大约750至850℃之间的一个选定温度。32.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中该等第一反应性气体包括有TEOS与O3,以沈积出包含有氧化矽的该介电层。33.如申请专利范围第32项所述之基体处理系统,其中该等第一反应性气体亦包括有一些掺杂剂,且其中该氧化矽系为一种经掺杂之氧化矽。34.如申请专利范围第33项所述之基体处理系统,其中该等掺杂剂包含有磷,且其中该掺杂氧化矽系为PSG。35.如申请专利范围第34项所述之基体处理系统,其中该等掺杂剂系取自TEPO。36.如申请专利范围第33项所述之基体处理系统,其中该等掺杂剂包含有硼,且其中该掺杂氧化矽系为BSG。37.如申请专利范围第33项所述之基体处理系统,其中该等掺杂剂系取自TEB。38.如申请专利范围第33项所述之基体处理系统,其中该等掺杂剂包含有磷与硼,且其中该掺杂氧化矽系为BPSG。39.如申请专利范围第38项所述之基体处理系统,其中某些该等掺杂剂系取自TEPO。40.如申请专利范围第38项所述之基体处理系统,其中该等掺杂剂中之其它部分系取自TEB。41.如申请专利范围第32项所述之基体处理系统,其中该等第一反应性气体亦包括有从由氮、氮、与氩所组成之组群中所选出的一种承载气体。42.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中该陶瓷外部系以从由氮化铝与氧化铝所组成之组群中所选出的一种材料构成。43.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中:该处理腔室亦包括有具有一条通道的一个外壁,该通道具有靠近该外壁底部的一个第一开口以及在该外壁顶部处的一个第二开口,该通道具有可防止因该等第二反应性气体之化学性质而生之不期望的沈积或攻击作用之一个内衬,且该第二开口系耦接于该第二输入;以及其中该远距微波电浆系统系在该处理腔室内耦接到该通道之该第一开口,而使得该等第二反应性气体通经该通道并经由该第二开口进入该气体输送系统之该双输入盒。44.如申请专利范围第43项所述之基体处理系统,其中该内衬系以PTFE构成。45.如申请专利范围第43项所述之基体处理系统,其中该等第二反应性气体包括有NF3以提供氟。46.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中该等第二反应性气体系用以在该处理腔室内把一些不希望有的氧化物从该基体之一个表面上蚀刻掉,且该第二时间周期系在该第一时间周期之前。47.如申请专利范围第46项所述之基体处理系统,其中该等第二反应性气体包括有氟。48.如申请专利范围第47项所述之基体处理系统,其中该等第二反应性气体包含有NF3。49.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中该等第二反应性气体系用以清理该处理腔室,且该第二时间周期系在该第一时间周期之后。50.如申请专利范围第49项所述之基体处理系统,其中该等第二反应性气体包括有氟。51.如申请专利范围第50项所述之基体处理系统,其中该等第二反应性气体包含有NF3。52.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中该处理腔室系为一套多腔室系统的一部分。53.如申请专利范围第49项所述之基体处理系统,其中该预定压力范围系为大约1至2torr。54.如申请专利范围第30项所述之基体处理系统,其中该气体输送系统更包括有位在该第二输入之前的一个闸阀,该闸阀系选择性地开启及关闭。图式简单说明:第一图A系为依据本发明构成之一套CVD装置的一幅垂直剖视图;第一图B系为一组多腔室系统中之系统监视器与CVD装置10的一幅简图;第一图C绘示出该CVD装置10相对于设于一个洁净室内之一块气体供应面板80之状况的一幅概示图;第一图D系为依据一组特定实施例构成之系统控制软体电脑程式150之阶层式控制结构的一幅示意方块图;第一图E系为一套例示性加热器控制次常式的一幅流程方块图;第二图系为依据本发明构成之CVD装置10之一组较佳实施例的一幅分解图;第三图系为沿第二图中之线3-3取得之部分概示垂直剖视图;第四图系为第二图之该装置之一个半导体处理腔室的一幅放大剖视图;第五图系为供第二图之该装置用之一套气经散布系统的一幅分解图;第六图A系为CVD装置10之一组盖总成的一幅部分切除顶视图,其中示出气体散布系统之多个部分;第六图B与第六图C分别绘示出供CVD装置10用且结合有供清洁气体用之一条旁通导管之一组替换性盖总成的前视剖面图与顶视图;第七图A与第七图B系分别为依据本发明之一组实施例构成之一个腔室内衬的侧视剖面图和底视图;第八图系为第三图沿其线8-8取得的一幅部分概示剖视图,其绘示出在第二图之该CVD装置10之排气系统中的抽泵通道与气体流动型式;第九图系为依据本发明之一组实施例构成之一套加热器/举昇总成的一幅部分概示垂直剖视图;第十图系为第九图之该加热器/举昇总成之一底部部分的一幅放大剖视图;第十一图系为第九图之该总成依据本发明之一组实施例构成之一套台座/加热器的侧视剖面图;第十二图系为该台座/加热器的一幅底视图,其中绘示出一个加热器线圈;第十三图系为第九图之该加热器/举昇总成的一幅分解图;第十四图系为第十图之该台座/加热器内之诸电气连接结构之一的一幅放大图;第十五图A与第十五图B分别绘示出在该台座/加热器内用于收纳一个热电偶的一个孔、和该热电偶;第十六图系为依据本发明之一组实施例用以清洁晶圆及/或该加工处理腔室之一套远距微波电浆系统的一幅简图;第十七图A至第十七图D系为依据本发明之一组实施例构成之一套清洁程序终点检测系统的数幅概示图;第十八图系为依据本发明之一组实施例制造之一个半导体元件的一幅简化剖视图;第十九图A至第十九图E系为本发明之方法与装置用于超浅源极/汲极接面的一组例示性应用例的数幅简化剖视图;第二十图A至第二十图G系为本发明之方法与装置用于超浅槽沟隔杂结构的另一组例示性应用例的数幅简化剖视图;第二十一图绘示出NF3流量和以依据本发明之一组特定实施例构成之远距徵波电浆系统55提供而能产生最佳清洁速率的微波饱和功率之间的关系;第二十二图A至第二十二图C系为绘示出一些置验结果的数幅图表,此等实验结果显示出利用依据本发明之一组实施例所制附盖BSG薄膜形成之一些超浅接面之掺杂剂分布轮廓;第二十三图A至第二十三图F系为绘示出一些进一步实验结果的数幅图表,此等进一步实验结果显示出利用依据本发明之另一组实施例所制不同附盖BSG薄膜形成之一些超浅接面的掺杂剂分布轮廓与薄片电阻系数;第二十四图A系为展示依据本发明之一组特定实施例于600℃下所沈积之一些PSG薄膜之沈积时间隙充填能力的一幅显微照片;第二十四图B系为第二十四图A所示结构之一部段的一幅简化图;第二十五图绘示出依据本发明之一组特定实施例在一些例示性加工处理条件下于大约600℃下所沈积之一层PSG薄膜的FTIR频谱;第二十六图A与第二十六图B系为展示一些TEOS/O3USG薄膜之相对间隙充填能力的两幅显微照片,此等薄膜系依据本发明之一组特定实施例在以大约1050℃之温度加热及随后施予湿蚀刻处理之后,分别于大约400℃与大约550℃之温度下所沈积而成者;第二十七图系为展示一层USG薄膜之间隙充填能力的一幅显微照片,此薄膜系依据本发明之一组特定实施例在以大约1000℃之温度加热及随后施予湿蚀刻处理之后,于大约550℃之温度下所沈积而成者;以及第二十八图绘示出依据本发明之一组特定实施例在一些例示性加工处理条件下于大约550℃下所沈积之一层USG薄膜的FTIR频谱。
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