專利名稱：淀積氧化硅于大面積基板上的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將一種淀積氧化硅于大面積基板上的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管(TFT)傳統(tǒng)上是被制作在大面積玻璃基板或平板上以使用在監(jiān)視器、平板顯示器、太陽(yáng)能電池、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、移動(dòng)電話、或類似物上。許多TFT制造商利用大面積基板來(lái)制造尺寸超過(guò)550mm乘650mm的TFT，以符合更大平板的需求?？梢灶A(yù)見的是，未來(lái)尺寸將超過(guò)4平方米。
TFT是在一集群式設(shè)備中通過(guò)設(shè)在一中央傳輸腔周圍的真空反應(yīng)腔中進(jìn)行的包括非晶形硅、經(jīng)過(guò)摻雜的及未經(jīng)過(guò)摻雜的氧化硅、氮化硅及類似物的不同膜層的連續(xù)淀積來(lái)制成的。TFT通常包括兩層玻璃板，其間夾了一層液晶物質(zhì)。這兩片玻璃板中的至少一片包括了至少一層設(shè)置于其上的導(dǎo)電膜，該導(dǎo)電膜層是連接至一電源供應(yīng)器。從該電源供應(yīng)器供應(yīng)至該導(dǎo)電膜層的電力會(huì)改變?cè)撘壕镔|(zhì)的方向，產(chǎn)生一圖案，如在顯示器上所見到的文字或圖像。一經(jīng)常被用來(lái)制造平板的制程為等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)。
等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積通常用來(lái)在一基板上，如一平板或半導(dǎo)體晶片上淀積薄膜。等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積通常是通過(guò)將一前體氣體導(dǎo)入到一容納了該基板的真空腔中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該前體氣體典型地被引導(dǎo)通過(guò)一位于靠近該真空腔頂端的分配板。在該腔中的前體氣體通過(guò)從一或多個(gè)連接至該腔的射頻RF來(lái)源施加RF功率至該腔而被充能(即，受激)用以形成一等離子。該受激發(fā)的氣體起反應(yīng)以形成一層物質(zhì)于該基板的表面上，該基板是位于一溫度被控制的基板支撐件上。在基板承載一層低溫多晶硅的應(yīng)用中，該基板支撐件可被加熱超過(guò)400℃。在該反應(yīng)期間產(chǎn)生的揮發(fā)性副產(chǎn)物經(jīng)過(guò)一排氣系統(tǒng)從該反應(yīng)腔中抽出。
在淀積薄膜，特別是由四乙氧基硅烷TEOS前體形成氧化硅薄膜中的阻礙之一為在大面積基板的表面上淀積一預(yù)定厚度需要很長(zhǎng)的時(shí)間。尤其是，因?yàn)橹瞥虤怏w無(wú)法以符合商業(yè)應(yīng)用的淀積速率提供至該腔，因而淀積速率緩慢。例如，適合用在化學(xué)氣相淀積CVD制程中用來(lái)將液體TEOS氣化為TEOS氣體的常用氣化器的局限在約10克/分鐘，因而在典型的制程中將淀積速率限制在約1500埃/分鐘至最大為2500埃/分鐘。缺乏可以提供高體積流制程氣體(即，超過(guò)15克/分鐘)的產(chǎn)生器成為將氧化硅淀積到下一代的大面積基板上的商業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)主要障礙。
又，TEOS氣化器，如使用在許多大面積基板CVD應(yīng)用中的常規(guī)TEOS氣泡機(jī)，也有在這些應(yīng)用的操作的上端產(chǎn)生液滴和包含液滴的傾向，這使速率限制在約10克/分鐘。進(jìn)入到反應(yīng)腔中的液滴會(huì)污染基板及/或?qū)е轮瞥套兓?。由于大面積基板的尺寸使得在材料及制程成本上需要相當(dāng)?shù)耐顿Y，所以由于液滴或不適當(dāng)?shù)那绑w氣體產(chǎn)生的過(guò)多缺陷是無(wú)法接受的。又，進(jìn)入到反應(yīng)腔中的氣體含有液滴會(huì)導(dǎo)致真空降壓時(shí)間拖長(zhǎng)。例如，常規(guī)的大面積基板CVD系統(tǒng)用常規(guī)產(chǎn)生5克/分鐘TEOS的氣化器的真空降壓時(shí)間約需時(shí)23-30秒，用常規(guī)產(chǎn)生10克/分鐘TEOS的氣化器的真空降壓時(shí)間約需時(shí)30-34秒。最小化真空降壓時(shí)間將直接導(dǎo)致基板產(chǎn)量的提高，因此極其必要。
所以，需要一種能夠產(chǎn)生以至少2000埃/分鐘的速率淀積電介質(zhì)在大面積基板上的TEOS氣體(其它的前體或制程氣體)的方法及設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種用來(lái)以至少每分鐘3000埃()的速率來(lái)將一電介質(zhì)淀積到一至少約0.35平方米的大面積基板上的方法及設(shè)備。在一實(shí)施例中，該電介質(zhì)為氧化硅。還提供一種大面積基板，其具有一層通過(guò)每分鐘超過(guò)3000埃的淀積速率淀積于其上的電介質(zhì)層，和一種制造該大面積基板的反應(yīng)腔。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一適合使用在半導(dǎo)體制程中的氣化器模塊。在一實(shí)施例中，該氣化器包括一第一導(dǎo)熱板，其具有一至少0.125英寸的厚度且被設(shè)置成與一第二導(dǎo)熱板相對(duì)以限定一氣化器組件。在該第一導(dǎo)熱板上至少部分地形成若干個(gè)溝槽而且被該第二導(dǎo)熱板所覆蓋。在該氣化器組件的兩端形成一第一通道口和一第二通道口而且通過(guò)溝槽彼此流體連接。


通過(guò)參照

和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明以上簡(jiǎn)要說(shuō)明的本發(fā)明。然而，應(yīng)注意的是，附圖中所示僅說(shuō)明本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明范圍的限制，對(duì)于本發(fā)明還可有其他等效的實(shí)施例。
圖1是包括本發(fā)明的氣化器模塊的一個(gè)實(shí)施例的大面積基板制程系統(tǒng)的剖面圖；圖2是圖1中包括了本發(fā)明的氣化器模塊的一個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)腔的剖面圖；圖3A是本發(fā)明的氣化器模塊的一實(shí)施例的剖面圖；圖3B是包括在圖3A的氣化器模塊中的氣化器的剖面圖；及圖4是使用了圖3A的氣化器模塊的一制程實(shí)施例的流程圖。
為了便于了解，相同的標(biāo)號(hào)用來(lái)標(biāo)示各圖中的相同組件。
附圖標(biāo)記說(shuō)明100 系統(tǒng)102 傳輸腔104 反應(yīng)腔 104’ 加熱室106 裝載腔 108 工廠界面110 界面機(jī)械手 112 傳輸機(jī)械手114 氣體輸送系統(tǒng)140 基板206 腔壁208 底部210 蓋組件 212 制程空間214 抽吸空間280 氣化器模塊218 氣體分配板 220 內(nèi)側(cè)222 電源230 電源232 加熱組件238 基板支撐組件242 桿 246 風(fēng)箱
248 遮蔽框 250 升舉銷260 支撐表面272 TEOS源274 氦氣源 276 氣化器輸入管路278 載運(yùn)氣體管路280 氣化器284 氧氣源 286 等離子氣體管路288 氣化器輸出管路 290 限流器302 TEOS源 304 氦氣源306 氣化器輸入管路 308 載運(yùn)氣體管路310 氣化器 312 加熱器314 氧氣供應(yīng)316 等離子氣體管路318 氣化器輸出管路 320 容器322 分隔件 324 通路326 導(dǎo)管330 氣化器340 流量控制器 342 散熱器346 風(fēng)扇352 本體(第一導(dǎo)熱板)354 罩蓋(第二導(dǎo)熱板)356 入口通道口(第一通道口)358 出口通道口(第二通道口) 360 通道362 溝槽370 入口側(cè)(第一側(cè))372 出口側(cè)(第二側(cè))400 方法(等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積電介質(zhì)于大面積基板)402 基板置于反應(yīng)腔內(nèi)的支撐件上406 加熱基板406 制程氣體導(dǎo)入反應(yīng)腔408 以每分鐘約3000到至少約3500埃的速率在基板上淀積氧化硅具體實(shí)施方式
圖1是用于以超過(guò)3000埃()/分鐘以及達(dá)到和超過(guò)14000埃/分鐘的速率將電介質(zhì)淀積到大面積基板上的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)100的實(shí)施例的俯視剖面圖。典型地，大面積基板是指(其一面)具有面積大于或等于0.35平方米的基板。該系統(tǒng)100一般包括一中央傳輸腔102，其具有若干個(gè)反應(yīng)腔104與其相連接。任意地，其中的一個(gè)反應(yīng)腔104可以是一加熱腔104’。至少一裝載腔106連接在該傳輸腔102與一工廠界面108之間以方便工廠界面108與反應(yīng)腔104之間基材140的傳遞(有兩個(gè)被示出)。該系統(tǒng)100還包括一設(shè)置在工廠界面108內(nèi)的一界面機(jī)械手110及一設(shè)置在該傳輸腔102內(nèi)的傳輸機(jī)械手112，用以使基板能夠被傳送通過(guò)該裝載腔106和在該系統(tǒng)100周圍的反應(yīng)腔。一種可采用的受益于本發(fā)明的大面積基板制程系統(tǒng)是由位于美國(guó)加州Santa Clara市的Applied Material公司的分公司AKT公司所制造的AKT-5500等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)系統(tǒng)。
每個(gè)反應(yīng)腔104都用來(lái)處理一大面積基板，而且典型地具有至少約360公升的體積。每個(gè)反應(yīng)腔104典型地連接至各自的氣體輸送系統(tǒng)114。該氣體輸送系統(tǒng)114向反應(yīng)腔提供制程氣體。每個(gè)氣體輸送系統(tǒng)114可以構(gòu)成為提供一種或多種氣體至其對(duì)應(yīng)的反應(yīng)腔104。在圖1所示的實(shí)施例中，至少一氣體輸送系統(tǒng)114用來(lái)提供一制程氣體或由一液體前體以大于約1160sccm的速率所產(chǎn)生的前體氣體(如，每分鐘至少10到至少100克的TEOS)。
圖2顯示圖1中有一實(shí)施例的氣體輸送系統(tǒng)114與其相連接的反應(yīng)腔104的剖面圖。該反應(yīng)腔104具有腔壁206，一底部208，及一蓋組件210，它們共同限定了一制程空間212。制程空間212典型地可通過(guò)一設(shè)在腔壁206上的通道口(未示出)使基板140方便進(jìn)出該反應(yīng)腔104。腔壁206及底部208典型地是用一單一的鋁塊或其它能夠與制程化學(xué)物兼容的整塊材料制造的。該蓋組件210包括一抽吸空間214，其將該制程空間212連接至一排氣口(其包括不同的抽吸構(gòu)件，未示出)。
該蓋組件210被該腔壁206所支撐而且可被取下以維修該反應(yīng)腔104。該蓋組件210一般是由鋁所制成而且還包括熱傳遞流體通道用以讓熱傳遞流體流經(jīng)蓋組件來(lái)調(diào)節(jié)該蓋組件210的溫度。
一分配板218連接至該蓋組件210的內(nèi)側(cè)220。該分配板218典型地是用鋁制造而且包括一有孔區(qū)域，由該氣體輸送系統(tǒng)114所供應(yīng)的制程氣體及其它氣體可經(jīng)過(guò)該有孔區(qū)域被送到位于該基板支撐件238上的該基板140。該分配板218的有孔區(qū)域構(gòu)成為以可使材料更為均勻地淀積到基板140上的方式分配制程氣體，。
一經(jīng)過(guò)加熱的基板支撐組件238設(shè)置在該反應(yīng)腔104的中央。該支撐組件238在制程期間支撐著該基板140。該支撐組件238具有若干個(gè)升舉銷250，其可活動(dòng)地穿設(shè)于其上。操作這些升舉銷250以使其從支撐表面260突出，因此將該基板用與該支撐組件238間隔開來(lái)的方式來(lái)放置，以方便用傳輸機(jī)械手112來(lái)傳送基板。
一真空通道(未示出)被設(shè)置成穿過(guò)該支撐組件238而且用來(lái)施加一真空于該基板140與該支撐組件238之間，用以在制程期間將基板140固定在該支撐組件238上。加熱組件232，如一設(shè)置在該支撐組件238內(nèi)的電極，連接至一電源230，其將該支撐組件238及位于其上的基板140加熱至一預(yù)定的溫度。典型地，該加熱組件232將基板140保持在一約150℃到至少約460℃的均勻溫度。
另外，該支撐組件238支撐一限制遮蔽框248。該遮蔽框248構(gòu)成為可覆蓋基材140的邊緣而且典型地是用陶瓷制成。該遮蔽框248可防止在基板140及支撐組件238邊緣處的淀積，使得該基板不會(huì)粘到該支撐組件238上。任意地，一沖洗氣體供應(yīng)至該遮蔽框248與該支撐組件238之間以輔助防止在基板邊緣處的淀積。
該支撐組件238由一桿242連接至一升降系統(tǒng)(未示出)，其將該支撐組件238移動(dòng)于一升高的位置(如所示)與一降低的位置之間。一風(fēng)箱246提供該制程空間212與反應(yīng)腔104外部的大氣之間一真空密封，同時(shí)方便該支撐組件238的運(yùn)動(dòng)。另外，該桿242為該支撐組件238與該系統(tǒng)100的其它構(gòu)件之間的電子導(dǎo)線，真空及氣體供應(yīng)線路提供一導(dǎo)管。
支撐組件238一般接地，由一電源222供應(yīng)至該分配板218(或位于該腔的蓋組件內(nèi)或靠近蓋組件的其它電極)的RF功率可將該制程空間212內(nèi)位于該支撐組件238與該分配板218之間的氣體激發(fā)。通常具有介于數(shù)Hz至13Hz或更高的頻率的該RF功率以提供適合該基板表面積的功率。在一實(shí)施例中，該電源222包括一雙頻源其提供一低于2MHz(最好是約200至500kHz)的低頻功率及一高于13MHz(最好是約13.56MHz)的高頻功率。例如，頻率可以是固定的或是可變的。對(duì)于一個(gè)550毫米乘650毫米的基板而言，低頻功率約0.3至2kW而高頻功率約為1至約5kW。一般該功率需要隨著基板尺寸的減小或加大而相應(yīng)減小或增加。
該氣體輸送系統(tǒng)114包括一四乙氧基硅烷(TEOS)源272，一氦氣源274，及一氣化器模塊280，其通過(guò)一氣化器輸出管路288連接至該反應(yīng)腔反應(yīng)腔104。該TEOS源272包括管線，閥，流量控制器及類似物，用來(lái)通過(guò)一氣化器輸入管路276輸送控制量的液體TEOS至該氣化器模塊280，該管路介于該TEOS源272與該氣化器模塊280之間。
該氦氣源274包括管線，閥，流量控制器及類似物，用來(lái)輸送控制量的氦氣。該氦氣可在制程中通過(guò)將氦氣從該氦氣源274經(jīng)過(guò)該氣化器輸入管路276繞到該氣化器模塊280而被用作為一沖洗氣體。該氦氣也可被用作為一載運(yùn)氣體用來(lái)將氦氣從該氦氣源274繞經(jīng)一與該氣化器輸出管路288相連接的載運(yùn)氣體管路278而將該TEOS運(yùn)送到反應(yīng)腔104內(nèi)。
圖3A顯示該氣化器模塊280的一示意圖。該氣化器模塊為一容器320，其包括了一液體流量控制器340及一氣化器330。該容器320還包括一絕緣分隔件322，將該流量控制器340與該氣化器330熱隔離。一導(dǎo)管326穿過(guò)一形成在該絕緣分隔件322上的通路324將該流量控制器340連接至該氣化器330。該容器320及該絕緣分隔件322可用適宜的材料制成。在所示的實(shí)施例中，該容器320是用不銹鋼制造而該絕緣分隔件322是用硅橡膠制成的。
該流量控制器340經(jīng)由氣化器輸入管路276連接至該TEOS源272而且經(jīng)由該導(dǎo)管326連接至該氣化器330。一散熱器342被安裝在該流量控制器340的底部。一風(fēng)扇346被設(shè)置在鄰近該散熱器342處而且被安排成將空氣吹送通過(guò)該散熱器342，通過(guò)將該流量控制器保持在約室溫的溫度，或約25℃。該流量控制器340可以是能夠控制液體流量的任何裝置，如一質(zhì)量或體積流量計(jì)。一適宜的流量控制器為由位于美國(guó)賓州Hatfield市的Porter Industrial Company所制造的一質(zhì)量流量計(jì)，型號(hào)2000PI。通過(guò)將該流量控制器340與該氣化器330熱隔絕開來(lái)，該流量控制器340的溫度可更容易被保持在一預(yù)定的數(shù)值，流量控制器340在該溫度所提供的讀數(shù)是在一已知的精確度及偏差值之內(nèi)，因而可對(duì)前體的產(chǎn)生有更為精確的控制。
氣化器330經(jīng)由氣化器輸出管路288連接至該反應(yīng)腔104及經(jīng)由導(dǎo)管326連接至該流量控制器342。至少一加熱器312被連接至該氣化器模塊280并加熱該TEOS以便于液體TEOS氣化成為氣相。雖然圖中加熱器312連接至氣化器330，但其也可被設(shè)置在導(dǎo)管326內(nèi)或與導(dǎo)管連接，或被設(shè)置在氣化器330內(nèi)。
圖3B顯示氣化器330的一實(shí)施例的分解圖。在一實(shí)施例中，該氣化器330包括一導(dǎo)熱本體352其用一導(dǎo)熱罩354加以密封。該本體352具有若干個(gè)橫向通道360及縱向溝槽362形成于其一側(cè)上。該本體352用不與制程用化學(xué)物起反應(yīng)的材料制成且具有足夠的厚度以在這些通道360及溝槽362的制造期間保持其平坦度以及可讓氣化器330在約90℃或更高的溫度下操作。該本體352可用不銹鋼來(lái)制造，其具有至少約0.125英寸的厚度。發(fā)現(xiàn)一約0.1英寸厚或更薄的不銹鋼本體其TEOS氣化性能不佳，因?yàn)樵谳敵鲋杏懈咭后w含量而不適合用在低缺陷淀積上，因?yàn)楸倔w352在溝槽的形成期間太過(guò)撓曲及/或易于纏繞，使得介于本體352與罩子354之間的間隙會(huì)在其橫越該本體352期間變化，通過(guò)讓液體/氣體可以流到溝槽362外而避免完全氣化。
橫向的通道360為與流經(jīng)該氣化器330的方向垂直。通道360中的一個(gè)通道被設(shè)置在靠近氣化器330的入口側(cè)370且經(jīng)由一至少部分地穿過(guò)該本體352的入口通道口356(第一通道口)連接至該導(dǎo)管326。通道360中的一第二個(gè)通道被設(shè)置在靠近該氣化器330的一出口側(cè)372且經(jīng)由至少部分地穿過(guò)該本體352的出口通道口358(第二通道口)(在圖3B中被部分遮蔽)連接至氣化器輸出管路288。
這些若干個(gè)縱向溝槽362形成在該本體352上且與流經(jīng)該氣化器330的方向平行并與這些通道360互相流動(dòng)地連接。溝槽362比通道360淺而且經(jīng)過(guò)加工以保持所需的平坦性，讓分流的TEOS流能夠流經(jīng)相鄰的溝槽362來(lái)確保完全的氣化。由溝槽362的化學(xué)刻蝕所產(chǎn)生的熱會(huì)圍繞該本體，因此阻止在溝槽362內(nèi)的液流的隔離，將會(huì)妨礙TEOS的完全氣化。液流的混合會(huì)導(dǎo)致氣化性能不佳且會(huì)有過(guò)多的液滴產(chǎn)生，這對(duì)于大面積基板制程而言是無(wú)法接受的。該罩子354被固定到該本體352上，因此迫使流體流經(jīng)氣化器330使其只在若干個(gè)通道360及若干個(gè)溝槽362內(nèi)流動(dòng)。
溝槽362構(gòu)成為具有足夠的表面積用以確保至少每分鐘約10克至約100克的TEOS完全氣化。在一實(shí)施例中，至少有45個(gè)溝槽362形成在本體352上。每一溝槽362都具有約0.007英寸的深度及約0.015英寸的寬度。
本體352及罩子354被至少一設(shè)置成與該本體352及/或罩子354相接觸的加熱器312所加熱用以對(duì)流經(jīng)通道360及溝槽362的TEOS加熱至約90℃至約150℃的溫度，最好是120℃。進(jìn)入到氣化器的液體TEOS被加熱并強(qiáng)迫流經(jīng)溝槽362以產(chǎn)生TEOS氣體。
當(dāng)TEOS完全氣化時(shí)，該真空降壓時(shí)間即可被縮短。例如，使用氣化器330的大面積基板CVD系統(tǒng)在產(chǎn)生5克/分鐘TEOS時(shí)其降壓時(shí)間約為15秒，而產(chǎn)生10克/分鐘TEOS的氣化器則需時(shí)約18秒，常規(guī)的氣化器的降壓時(shí)間約在21至34秒之間。因此，氣化器330顯示進(jìn)入到反應(yīng)腔中的液體百分比的減少，因而與常規(guī)的系統(tǒng)比較起來(lái)能夠縮短循環(huán)時(shí)間并提高基板產(chǎn)量。
此外，該氣化器輸出的穩(wěn)定時(shí)間及壓力穩(wěn)定性都可以比常規(guī)的氣化器改進(jìn)許多。例如，本發(fā)明的氣化器在產(chǎn)生每分鐘10克的TEOS時(shí)具有一約10秒鐘的穩(wěn)定時(shí)間(即，到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出的時(shí)間)，常規(guī)的氣化器則需時(shí)約20-45秒的時(shí)間。本發(fā)明的氣化器的壓力穩(wěn)定性在產(chǎn)生每分鐘10克的TEOS時(shí)約為±2.82百分比，常規(guī)的氣化器的壓力穩(wěn)定性則為±6.09百分比。
回到圖2，一限流器290被設(shè)置在該氣化器輸出管路288內(nèi)并介于氣化器330與反應(yīng)104之間。該限流器290構(gòu)成為可提供足夠的背壓給氣化器330，使得氣化液體的膨脹速度不會(huì)快到在完全氣化之前就跑到氣化器330外。又，該限流器290可提供一穩(wěn)定的被氣化的TEOS流，其可提高均勻且可重復(fù)的制程。在一實(shí)施例中，該限流器290具有一約0.187至約0.140英寸的孔口。
為了要防止被氣化的TEOS在到達(dá)反應(yīng)腔104之前即凝結(jié)，氣化器輸出管路288及載運(yùn)氣體管路278被加熱。這可防止被氣化的TEOS在運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)該氣化器輸出管路288時(shí)或在與一較冷且沒有被加熱的載運(yùn)氣體混合時(shí)冷卻下來(lái)。管路278、288可通過(guò)纏繞上加熱帶，施加接觸式加熱器，讓熱傳遞導(dǎo)管經(jīng)過(guò)等方式來(lái)加熱。該氣化的TEOS或TEOS/載運(yùn)氣體混合物流經(jīng)氣化器輸出管路288到達(dá)該反應(yīng)腔104。氣化器模塊280與加熱的管路288、278的此組合將可容許被氣化的TEOS以超過(guò)每分鐘10克的速率被輸送。在另一實(shí)施例中，氣化器模塊280可構(gòu)成為可以每分鐘至少20克的速率，最高超過(guò)每分鐘100克的速率來(lái)輸送。可以有較大容量氣化器的該氣化器模塊280的性質(zhì)之一為可增加形成在該氣化器模塊280上的溝槽362的數(shù)目。
氧氣從一氧氣源284被提供至該反應(yīng)腔，該氧氣源通過(guò)一等離子氣體管路286連接至該反應(yīng)腔。該氧氣與TEOS氣體混合且在該反應(yīng)腔104中被激發(fā)以形成一等離子。該TEOS在等離子中解離并淀積氧化硅層于一位于該反應(yīng)腔104內(nèi)的基板的表面上。
典型地，一遠(yuǎn)程等離子源(未示出)連接至該反應(yīng)腔104并在完成多個(gè)制程循環(huán)之后被用來(lái)清潔該腔。該反應(yīng)腔可在每一循環(huán)之后或在一預(yù)定的循環(huán)次數(shù)之后被清潔以使該腔內(nèi)保持所需要的潔凈度，同時(shí)可將昂貴的停機(jī)時(shí)間及由污染導(dǎo)致的缺陷減至最小。
圖4顯示一電介質(zhì)等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積于大面積基板上的方法400的流程圖。在步驟402，參照?qǐng)D2-3，基板140被導(dǎo)入到該反應(yīng)腔104且被放在該反應(yīng)腔104內(nèi)的基板支撐組件238上。該基板140被真空壓力固持住且其周邊被遮蔽框248所覆蓋。
在步驟404，基板140被加熱組件232加熱至約350℃至約440℃之間的溫度。典型地，該反應(yīng)腔104的腔壁206被冷卻用以將反應(yīng)腔104的溫度保持在約90℃至約150℃之間。
制程氣體在步驟406被導(dǎo)入反應(yīng)腔104。在一實(shí)施例中，該TEOS是以約1160至約11600sccm的流率從TEOS源272供應(yīng)至該氣化器330。氣化器330及氣化器輸出管284被保持在約90℃至約150℃的溫度，最好是120℃的溫度。流經(jīng)該被加熱的氣化器的TEOS被氣化且TEOS氣體流出該氣化器輸出管284進(jìn)入到反應(yīng)腔104。
流經(jīng)該氣化器輸出管288的TEOS氣體是經(jīng)由蓋組件210進(jìn)入該反應(yīng)腔104。從該氧氣源284流經(jīng)等離子氣體管路286的氧氣被同步地經(jīng)由蓋組件210被導(dǎo)入該反應(yīng)腔104。該氧氣的流率約為2000至約15000sccm。該TEOS與氧氣混合并經(jīng)由該氣體分配板218進(jìn)入到制程空間212。
在步驟408，通過(guò)從該電源222施加約5000W的RF能量至該氣體分配板218，一等離子由該TEOS與氧氣的混合物形成在該反應(yīng)腔104的制程空間212內(nèi)。該TEOS在該等離子中解離并當(dāng)以約1160sccm的速率流入TEOS時(shí)，可在大面積基板的外露表面上約3000到至少3500埃/分鐘的速率淀積的方式淀積氧化硅層于該基板的表面上，該大面積基板指基板的一表面積具有至少約0.357平方米的面積。在約11600sccm的TEOS流率下可得到約14000埃/分鐘的淀積率。
在一實(shí)施例中，基板140被加熱組件232加熱至約440℃的溫度。TEOS從TEOS源272以至少約每分鐘10克的流率被供應(yīng)至該氣化器。該氣化器被保持在約120℃的溫度。流經(jīng)該被加熱的氣化器的TEOS被氣化并流出該氣化器輸出管288進(jìn)入到該反應(yīng)腔104。該氣化器輸出管288被加熱至約120℃的溫度用以防止TEOS氣體在進(jìn)入反應(yīng)腔反應(yīng)腔104之前凝結(jié)。
流經(jīng)該氣化器輸出管288的TEOS氣體是經(jīng)由蓋組件210進(jìn)入該反應(yīng)腔104。從該氧氣源284流經(jīng)等離子氣體管路286的氧氣被同步地經(jīng)由蓋組件210導(dǎo)入該反應(yīng)腔104，該氧氣的流率約為2000sccm。該TEOS與氧氣混合并經(jīng)由該氣體分配板218進(jìn)入到制程空間212。通過(guò)從該電源222施加約5000W的RF能量至該氣體分配板218，一等離子從該TEOS與氧氣的混合物形成在該反應(yīng)腔104的制程空間212內(nèi)且在約3000到至少4000埃/分鐘的流率下使氧化硅層淀積在該基板上。
利用方法400淀積的該氧化硅材料并不只是在比常規(guī)的制程快許多的速率下被淀積，該氧化硅層還表現(xiàn)出堅(jiān)實(shí)的物理特性。例如，該被淀積的氧化硅具有一范圍在-2.68至3.03之間的應(yīng)力；從約1.45到約1.47的折射率；及一從每分鐘1250至約3100埃的濕式刻蝕率，所有這些特性比常規(guī)的用較慢速率淀積的材料的特性要好許多。
雖然以上所述是關(guān)于本發(fā)明的較佳實(shí)施例的，但本發(fā)明的其它及進(jìn)一步的實(shí)施例也可在不偏離本發(fā)明的基本范圍下被實(shí)施，本發(fā)明的范圍是由以下的權(quán)利要求確定的。
權(quán)利要求
1.一種淀積電介質(zhì)于大面積基板上的方法，其至少包括如下步驟將一具有至少0.375平方米表面積的基板置于反應(yīng)腔內(nèi)的基板支撐組件上；加熱所述基板；在大于約730sccm的流率下將至少一前體氣體流入所述反應(yīng)腔內(nèi)；由至少所述前體氣體形成等離子于所述反應(yīng)腔內(nèi)；及在每分鐘大于約3000埃()到至少約4000埃的速率下淀積一電介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，加熱所述基板的步驟進(jìn)一步包括將所述基板加熱至約350℃至約440℃之間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀積一電介質(zhì)的步驟進(jìn)一步包括淀積氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將至少一前體氣體流入的步驟進(jìn)一步包括將TEOS流入與所述反應(yīng)腔相連接的一氣化器中；將所述氣化器加熱至一介于約90℃至約150℃之間的溫度，用以產(chǎn)生所述前體氣體；及將得到的氣體流入所述反應(yīng)腔內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述前體氣體的流率是在每分鐘約20克至約100克的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述前體氣體的流率至少約2320sccm。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括將位于所述氣化器與所述反應(yīng)腔之間的所述前體氣體保持在一高于約90℃的溫度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，位于所述氣化器與所述反應(yīng)腔之間的所述前體氣體的溫度是約90℃至約150℃。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括在進(jìn)入所述氣化器之前先將氦氣與TEOS混合。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的電介質(zhì)是以每分鐘至少約3500埃到至少約1000埃的速率被淀積的。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，流入至少一前體氣體的步驟進(jìn)一步包括將所述前體氣體與氧氣混合。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，與所述的前體氣體相混合的氧氣是以約2000sccm至約15000sccm的速率被供應(yīng)的。
13.一種氣化器模塊，其至少包括一液體流量控制器；一溫度控制器，其與所述流量控制器合作用以將所述流量控制器保持在一預(yù)定的溫度；及一氣化器，其具有一與所述流量控制器相連接的入口及一出口其被設(shè)計(jì)來(lái)將一氣態(tài)的前體流至一半導(dǎo)體反應(yīng)腔內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的氣化器模塊，進(jìn)一步包括一熱絕緣構(gòu)件，其被設(shè)置在該氣化器與該流量控制器之間。
15.如權(quán)利要求14所述的氣化器模塊，其特征在于，所述的絕緣構(gòu)件至少部分是由硅橡膠所制成。
16.如權(quán)利要求14所述的氣化器模塊，進(jìn)一步包括一容器，其容納所述氣化器及流量控制器。
17.如權(quán)利要求13所述的氣化器模塊，其特征在于，所述的氣化器被加熱至一范圍在約90℃至約150℃的溫度且所述流量控制器被保持在約25℃。
18.如權(quán)利要求13所述的氣化器模塊，進(jìn)一步包括一散熱器，其連接至所述流量控制器。
19.如權(quán)利要求18所述的氣化器模塊，進(jìn)一步包括一風(fēng)扇，其設(shè)置在靠近所述散熱器處并與所述散熱器合作來(lái)冷卻所述流量控制器。
20.如權(quán)利要求13所述的氣化器模塊，其特征在于，所述的氣化器進(jìn)步包括一第一導(dǎo)熱板，其具有一至少0.125英寸的厚度且具有一第一側(cè)；一第二導(dǎo)熱板，其連接至所述第一導(dǎo)熱板的第一側(cè)上，用以界定所述氣化器；及若干個(gè)溝槽，其至少部分被形成在所述第一導(dǎo)熱板上且被所述第二導(dǎo)熱板覆蓋并連接所述氣化器的入口及出口。
21.如權(quán)利要求13所述的氣化器模塊，進(jìn)一步包括一限流器，其連接至所述出口且具有一約0.14至約0.187英寸的孔口。
22.一種適合使用在半導(dǎo)體制程中的氣化器模塊，其至少包括一第一導(dǎo)熱板，其具有一至少0.125英寸的厚度且具有一第一側(cè)；一第二導(dǎo)熱板，其連接至所述第一導(dǎo)熱板的第一側(cè)上，用以界定所述氣化器；若干個(gè)溝槽，其至少部分被形成在所述第一導(dǎo)熱板上且被所述第二導(dǎo)熱板覆蓋；一第一通道口，其形成在所述氣化器組件的第一端上；及一第二通道口，其形成在所述氣化器的第二端上且通過(guò)所述溝槽與所述第一通道口成流體連通。
23.如權(quán)利要求22所述的氣化器模塊，進(jìn)一步包括一限流器其連接至所述第二通道口且具有一約0.14至約0.187英寸的孔口。
24.如權(quán)利要求22所述的氣化器模塊，其特征在于，所述的溝槽經(jīng)過(guò)加工且具有足夠的表面積用以在被加熱至約90℃至約150℃之間的溫度時(shí)可每分鐘氣化至少20克的TEOS。
25.如權(quán)利要求22所述的氣化器模塊，其特征在于，所述的溝槽是對(duì)稱的且具有足夠的表面積用以在被加熱至約90℃至約150℃之間的溫度時(shí)可每分鐘氣化至少100克的TEOS。
全文摘要
提供一種用來(lái)以至少每分鐘3000埃()的速率將一電介質(zhì)淀積到一至少約0.35平方米的大面積基板上的方法及設(shè)備。在一實(shí)施例中，該電介質(zhì)為氧化硅。也提供一種大面積基板，其具有一層電介質(zhì)被淀積于其上，該電介質(zhì)層是利用一可達(dá)到每分鐘超過(guò)3000埃的淀積速率來(lái)進(jìn)行淀積，也提供一種制造該大面積基板的反應(yīng)腔。
文檔編號(hào)C23C16/448GK1759476SQ200480006772
公開日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2004年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者桑賈伊·D·亞達(dá)夫, 上泉元, 溫德爾·T·布倫尼格 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司