專利名稱：填充介電質(zhì)間隙的制程室的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于填充介電質(zhì)間隙的制程室。
技術(shù)背景集成電路的芯片制造商是持續(xù)增加各個芯片上的電路組件的密度，因 此填充用以分隔該些組件的間隙變得更具挑戰(zhàn)性。電路組件密度的增加是 使得相鄰組件之間的寬度必要性地變短。當該些間隙的寬度的縮減較其高度來得快速時，高度相對于寬度的比例(已知為深寬比；aspect ratio )是成比例地增加。相對于淺及寬的間隙(即，低深寬比間隙)，較不易在高 且窄的間隙(即，高深寬比間隙)中填充均一的介電材料膜層。填充高深寬比間隙常見的難處在于空隙(void)的形成。在高深寬比 間隙中，填充間隙的介電材料是傾向于以較快的速率沉積在間隙的頂端附 近，因此，通常在完全填充間隙之前，介電材料會封閉住間隙的頂端而產(chǎn) 生空隙。即使間隙的頂端并未提早被封閉，在間隙的側(cè)壁上的介電膜層的 不均勻生長速率會造成在間隙填充的中間處產(chǎn)生脆弱的接縫，而這些接縫 接著會造成不利于組件的實質(zhì)完整性及介電特性的裂痕。用于避免在間隙填充介電層中形成空隙及脆弱接縫的一技術(shù)是于較低 的沉積速率下填充間隙。較低的沉積速率提供介電物質(zhì)更多的時間來重新 分布于間隙的內(nèi)表面，以降低過度的頂部生長機會。較低的沉積速率亦可 能是與介電層沉積同時進行的增強的蝕刻或濺鍍操作的結(jié)果。舉例來說， 在間隙的頂端角落的H DPCVD介電材料的蝕刻速率大于在間隙側(cè)壁及底 部部分的材料的蝕刻速率。此會增加間隙頂端仍然為開啟狀態(tài)的機會，因 此間隙的側(cè)壁及底部可完全填充有介電材料。然而，降低介電材料的沉積速率亦會造成完成沉積的時間較長。較長 的沉積時間則會使得通過沉積室處理基材晶片的速率，進而導(dǎo)致制程室的 效率降低。另 一個用于避免形成空隙及脆弱接縫的一技術(shù)為增進用于填充間隙的 介電材料的可流動性。具可流動性的介電材料可輕易地隨著側(cè)壁往下移動， 并且填充位于間隙中央處的空隙(通常稱的為使空隙「愈合」)。氧化硅 介電材料通常藉由增加介電材料中的羥基基團濃度而變得更具流動性。然 而，對于在將該些基團加入氧化物并自其移除而不會對介電材料的最終品 質(zhì)造成不良影響上仍具有挑戰(zhàn)。因此，需要一種以無空隙介電膜層填充短寬度及高深寬比的間隙的改 良系統(tǒng)及方法。該些及其它問題是由本發(fā)明的系統(tǒng)及方法而可解決。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實施例是包括一種用于自介電前驅(qū)物的等離子而在基材上形成介電層的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 一沉積室； 一基材座，位于沉積室中以支 托基材；以及一遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是用以產(chǎn)生包括一或多個反應(yīng)性自 由基的一介電前驅(qū)物。該系統(tǒng)更包括一前驅(qū)物分配系統(tǒng)，其包括至少一頂 端入口以及數(shù)個側(cè)邊入口，用以將介電前驅(qū)物導(dǎo)入沉積室中。頂端入口可 設(shè)置于基材座上方，側(cè)邊入口是徑向分布于基材座的周圍。反應(yīng)性自由基 前驅(qū)物通過頂端入口而供應(yīng)至沉積室。亦可包括一原位(in-situ)等離子 產(chǎn)生系統(tǒng)，以在沉積室中由供應(yīng)至沉積室的介電前驅(qū)物而產(chǎn)生等離子。本發(fā)明的實施例亦包括一種用以在基材上形成二氧化硅層的額外系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一沉積室以及一位于沉積室中以支托基材的基材座，其中 在氧化硅層形成的過程中，基材座會使基材旋轉(zhuǎn)。該系統(tǒng)更包括一遠程等 離子產(chǎn)生系統(tǒng)，其是耦接至沉積室，其中該等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生原 子氧前驅(qū)物。該系統(tǒng)又更包括一前驅(qū)物分配系統(tǒng)，其具有(i)至少一頂 端入口，其是設(shè)置于基材座上方，且原子氧前驅(qū)物通過頂端入口而供應(yīng)至 沉積室；以及(ii) lt個側(cè)邊入口 ，用以將一或多個含硅前驅(qū)物供應(yīng)至沉積 室，其中側(cè)邊入口是徑向分布于基材座的周圍。本發(fā)明的實施例更包括一種用于自介電前驅(qū)物的等離子而在基材上形 成介電層的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 一沉積室，包括由一半透明材料制成的頂 側(cè)； 一基材座，位于沉積室中以支托基材；以及一遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至沉積室，其中等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括一反應(yīng)性自由基的 一介電前驅(qū)物。該系統(tǒng)更包括一照射加熱系統(tǒng)，是用以加熱基材，加熱系 統(tǒng)包括至少 一光源，其中由光源所發(fā)射出的至少部分光線在到達基材之前， 是行經(jīng)沉積室的頂側(cè)。另外，該系統(tǒng)可包括一前驅(qū)物分配系統(tǒng)，其具有至 少一頂端入口以及數(shù)個側(cè)邊入口 ，用以將介電前驅(qū)物導(dǎo)入沉積室中。頂端 入口是耦接至沉積室的頂側(cè)并位于基材座的上方。側(cè)邊入口是徑向分布于 基材座的周圍。反應(yīng)性自由基前驅(qū)物通過頂端入口而供應(yīng)至沉積室。本發(fā)明的實施例又更包括 一 種用于自介電前驅(qū)物的等離子而在基材上形成介電層的額外系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 一沉積室； 一基材座，位于沉積室 中以支托基材；以及一遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至沉積室，其中等離 子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括一或多個反應(yīng)性自由基的第一介電前驅(qū)物。該 系統(tǒng)更包括一前驅(qū)物分配系統(tǒng)，其包括一設(shè)置于基材座上方的雙通道噴灑 頭，該噴灑頭包括一面板，且面板是具有一第一組開孔及一第二組開孔， 反應(yīng)性自由基前驅(qū)物是通過第一組開孔而進入沉積室中，第二介電前驅(qū)物 則通過第二組開孔而進入沉積室中，且該些前驅(qū)物在進入沉積室之前并未 混合。本發(fā)明的實施例亦可包括一種用于自介電前驅(qū)物的等離子而在基材上 形成介電層的額外系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 一沉積室； 一基材座，位于沉積室 中以支托基材；以及一遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至沉積室。等離子產(chǎn) 生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括一反應(yīng)性自由基的介電前驅(qū)物。該系統(tǒng)可更包括一 前驅(qū)物分配系統(tǒng)，其包括至少一頂端入口、 一穿孔板及數(shù)個側(cè)邊入口，而 用以將介電前驅(qū)物導(dǎo)入沉積室。穿孔板是設(shè)置于頂端入口及側(cè)邊入口之間， 而側(cè)邊入口是徑向分布于基材座的周圍。反應(yīng)性自由基前驅(qū)物是穿過穿孔 板中的數(shù)個開孔而分布于沉積室中。另外，亦可利用一原位等離子產(chǎn)生系 統(tǒng)，以在沉積室中由供應(yīng)至沉積室的介電前驅(qū)物而產(chǎn)生等離子。本發(fā)明的實施例可再包括一種用于在基材上形成介電層的系統(tǒng)。該系 統(tǒng)包括 一沉積室； 一基材座，位于沉積室中以支托基材；以及一遠程等 離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至沉積室。等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括一反應(yīng) 性自由基的第一介電前驅(qū)物。該系統(tǒng)可更包括一前驅(qū)物分配系統(tǒng)，其包括數(shù)個側(cè)邊噴嘴，以將額外的介電前驅(qū)物導(dǎo)入沉積室中。側(cè)邊噴嘴可徑向設(shè) 置于基材座的周圍，且各個噴嘴可具有數(shù)個側(cè)壁開孔，則額外的介電前驅(qū) 物可通過該些開孔而進入沉積室中并與第 一 介電前驅(qū)物混合。本發(fā)明的實施例可另包括一種用于在基材上形成介電層的額外系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括 一沉積室； 一基材座，位于沉積室中以支托基材；以及一遠 程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至沉積室。等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括一 反應(yīng)性自由基的第 一介電前驅(qū)物。該系統(tǒng)亦包括一前驅(qū)物分配系統(tǒng)，其具 有一徑向前驅(qū)物歧管，是用以將額外的介電前驅(qū)物導(dǎo)入沉積室中。該歧管 可包括數(shù)個徑向分布的導(dǎo)管，其是設(shè)置于基材座上方并沿著基材座周圍而 軸向?qū)R。該些導(dǎo)管可包括數(shù)個側(cè)壁開孔，額外的介電前驅(qū)物則通過該些 開孔而進入沉積室中以與第 一 介電前驅(qū)物混合。其它的實施例及特征是部分在下方的說明中提出，且部分是對于熟悉 此項技藝人士在閱讀本發(fā)明之后為明顯的，或是可藉由實施本發(fā)明而習(xí)得。 本發(fā)明的特征及優(yōu)點是藉由本說明書中所述的手段、組合及方法而了解并 獲得。


圖1,繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的制程系統(tǒng)的簡要示意圖；圖2A ，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范性制程系統(tǒng)的剖面視圖；圖2B,繪示根據(jù)本發(fā)明的另 一 實施例的示范性制程系統(tǒng)的剖面視圖；圖2C,繪示圖2B所示的制程系統(tǒng)的另一剖面視圖；圖2D,繪示沉積室的一部分的剖面視圖，其根據(jù)本發(fā)明的實施例而包括在抽氣襯墊中的壓力均等通道及開孔，以降低不對稱的壓力效應(yīng)； 圖3A-3C，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的制程系統(tǒng)中的頂板的配置； 圖3D，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的制程系統(tǒng)中的頂端入口及穿孔板的配置；圖3E，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的含氧前驅(qū)物及含硅前驅(qū)物在制程系 統(tǒng)中的前驅(qū)物流動分布，該制程系統(tǒng)包括穿孔頂板；圖4A,繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的制程系統(tǒng)中的側(cè)邊噴嘴的配置；圖4B，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有覆蓋端及沿著噴嘴管的長度的數(shù)個開孔的側(cè)邊噴嘴的另 一 配置；圖4C,繪示流經(jīng)覆蓋住的側(cè)邊噴嘴的前驅(qū)物的剖面視圖，該噴嘴如同圖4B所示的噴嘴；圖4D，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的單部件前驅(qū)物分配歧管的設(shè)計；圖4E，繪示圖4D中所示的前驅(qū)物分配歧管的部分放大視圖；圖5A-5B,繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的制程系統(tǒng)的剖面視圖，其具有徑向同中心配置的照射加熱組件；圖5C-5 D ，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的制程系統(tǒng)的剖面視圖，其具有平行配置的數(shù)個照射加熱組件；圖5E-5F,繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的制程系統(tǒng)的剖面視圖，其具有雙槽配置的照射加熱組件；圖6 ，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的沉積、烘烤及硬化腔室的配置；圖7A，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴灑頭的剖面視圖，其具有獨立的氣流通道；圖7B,繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴灑頭的剖面視圖，其具有獨立的 氣流通道及等離子區(qū)域；圖8A,繪示噴灑頭的部分剖面視圖，其中制程氣體通過獨立通道而提 供，噴灑頭并包括在面板中的同中心孔洞；圖8B，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的具有同中心孔洞的面板表面；圖8C，繪示噴灑頭的另一部分剖面視圖，其中制程氣體通過形成于面 板中的獨立且平行的通道而提供；以及圖8D，繪示根據(jù)本發(fā)明的實施例的部分噴灑頭的剖面視圖，其使氣體 由噴灑頭的邊緣流向中央處。主要組件符號說明100,102,104,106,108,110,112,200,206,250 系統(tǒng) 201 沉積室 202 晶片/基材204 基材座 208 噴嘴道214導(dǎo)管216圓蓋218馬達220軸桿222照射系統(tǒng)252板253噴嘴254入口256,258通道260開孔262頂蓋264晶片/基材266基材座268圓蓋270沉積室272軸桿274襯墊276升舉銷278閥門280沉積室282通道284開孔286基材座288晶片302頂端部分304前驅(qū)物306前驅(qū)物308管線310a~b(穿孔)板312開孔314入口316穿孔板318,320通道322單元324開孔350系統(tǒng)352,354前驅(qū)物356穿孔(頂)板358開孔360噴嘴362開孔364晶片/基材404,404噴嘴406氣體環(huán)410噴嘴412開孔414氣體環(huán)416通道418前驅(qū)物420噴嘴422開孔450歧管452, 452a--b,458 導(dǎo)管454,456,460 環(huán)462開孔500照射系統(tǒng)502燈504圓蓋506基材508槽510窗512燈514槽516燈518槽600系統(tǒng)602FOOPs604,610機械手臂606容設(shè)區(qū)608a~f處理系統(tǒng)/處理室700噴灑頭(系統(tǒng))702,704入口706面板708區(qū)域710氣體室712沉積室/沉積區(qū)域714,716開孔718面板間隙722晶片/基材724基材座726,728等離子802面板804,806開孔808,810開孔812區(qū)域具體實施方式
所述的系統(tǒng)是用以將可流動的CVD介電膜層沉積在基材上，且該些膜 層可用于STI、 IMD、 ！LD、 OCS及其它應(yīng)用上。系統(tǒng)是包括一反應(yīng)性物種 產(chǎn)生系統(tǒng)，其提供反應(yīng)性自由基物種至沉積室，而該些物種則與其它沉積 前驅(qū)物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以在基材的沉積表面上形成可流動的介電膜層。舉 例來說，系統(tǒng)可藉由遠程等離子源的激發(fā)態(tài)氧及有機硅烷型前驅(qū)物而在基 材上形成一層。此系統(tǒng)亦可包括基材溫度控制系統(tǒng)，其可在沉積過程中加 熱及冷卻基材。舉例來說，可流動的氧化物膜層可在低溫下(例如小于100 。C )沉積于基材表面，且上述的低溫是藉由在沉積過程中冷卻基材而維持 的。在膜層沉積之后，溫度控制系統(tǒng)可加熱基材以進行退火。所述的系統(tǒng)可更包括一基材移動及定位系統(tǒng)，以在沉積過程中旋轉(zhuǎn)基 材，并且使基材朝向或遠離前驅(qū)物分配系統(tǒng)(例如用于在沉積室中分配 前驅(qū)物的噴嘴及/或噴灑頭)移動?；牡男D(zhuǎn)是用于使可流動的氧化物膜層在基材表面上更均勻地分布，其是類似旋轉(zhuǎn)涂覆(spin-on)技術(shù)?；?的移動是用以改變膜層的沉積速率，其是藉由改變基材沉積表面與前驅(qū)物 進入沉積室的入口之間的距離。系統(tǒng)可更包括一基材照射系統(tǒng)，其可利用光來照射沉積膜層。實施例 包括以UV光來照射表面以使沉積的膜層硬化，以及照射基材而使其溫度 升高(例如在快速熱退火型制程中)。r圖1」是提供系統(tǒng)100的組件如何整合于本發(fā)明的實施例中的簡要 示意圖。系統(tǒng)100包括一沉積系統(tǒng)102,而前驅(qū)物是在該沉積系統(tǒng)102中 進行化學(xué)反應(yīng)，并于沉積室的基材晶片上形成可流動的介電膜層。沉積系 統(tǒng)102可包括線圈及/或電極，其是于沉積室內(nèi)提供射頻功率以產(chǎn)生等離 子。等離子可增進前驅(qū)物的反應(yīng)速率，并進而可增加可流動的介電材料在 基材上的沉積速率。當可流動的氧化物沉積之后，基材移動及定位系統(tǒng)104是可用于旋轉(zhuǎn) 基材，以將基材的不同部分以更均一的方式暴露于前驅(qū)物流中，此使得前 驅(qū)物中的物種的質(zhì)傳更為均一，亦使得低黏性的膜層在基材的沉積表面上 散布的更廣。定位系統(tǒng)104可包括或可耦合至一可旋轉(zhuǎn)及可垂直移動的基 材座。系統(tǒng)100可包括一基材溫度控制系統(tǒng)106，其是操作以使基材的溫度升高及降低。溫度控制系統(tǒng)106可耦合至基材座，并通過直接接觸或是基材與基材座之間的其它熱耦合方式而將熱傳送至基材或是自基材傳送出。溫度控制系統(tǒng)106可利用循環(huán)流體(例如水)及/或電性材料(例如電阻加熱絲)以控制基材溫度，其中電性材料是藉由使電流通過該材料而提供熱 此用于形成可流動介電膜層的前驅(qū)物是由一前驅(qū)物分配系統(tǒng)108提供。 分配系統(tǒng)108的實例包括隔板及噴嘴系統(tǒng)，其是使來自沉積系統(tǒng)102中的 沉積室的頂部及側(cè)邊的前驅(qū)物流出。實例亦包括具有數(shù)個開孔的噴灑頭， 前驅(qū)物氣體通過該些開孔而分配進入沉積室中。于另一實例中，系統(tǒng)108 可包括一氣體環(huán)(不具有噴嘴)，其具有數(shù)個開孔，而前驅(qū)物氣體則通過 該些開孔流入沉積室中。分配系統(tǒng)108可設(shè)置以使二或多種前驅(qū)物獨立流入沉積室中。在上述 配置中，至少 一對前驅(qū)物并不彼此接觸，直到該些前驅(qū)物離開分配系統(tǒng)時 才進行混合，并在沉積室中反應(yīng)。舉例來說，反應(yīng)性物種產(chǎn)生系統(tǒng)11 0可 產(chǎn)生高反應(yīng)性的物種(例如原子氧)，其在流出分配系統(tǒng)108并進入沉積系統(tǒng)102之前并不與其它前驅(qū)物(例如含硅前驅(qū)物)反應(yīng)。用于系統(tǒng)100中的前驅(qū)物可包括用以形成可流動的介電氧化物膜層的 前驅(qū)物。氧化物膜層前驅(qū)物可包括一反應(yīng)性物種前驅(qū)物(例如自由基原子 氧)，以及其它氧化前驅(qū)物，例如分子氧(02)、臭氧(03)、水蒸氣、 過氧化氫(H202)以及氮的氧化物(例如1\120、 N02等)等。氧化物膜層 前驅(qū)物亦包括含硅前驅(qū)物，例如有機硅烷化合物，包括TMOS、 TriMOS、 TEOS、 OMCTS、 HMDS、 TMCTR、 TMCTS、 OMTS、 TMS及HMDSO 等。含硅前驅(qū)物亦包括不含有碳的硅化合物，例如硅烷(SiH4)。若沉積 的氧化物膜層為一摻雜的氧化物膜層，則亦可使用的摻質(zhì)(dopant)前驅(qū) 物例如為TEB、 TMB、 B2H6、 TEPO、 PH3、 P2H6ATMP，以及其它硼及 磷摻質(zhì)。若膜層為氮化硅或氮氧化硅介電層，則可使用含氮前驅(qū)物，例如 氛、BTBAS、 TDMAT、 DBEAS及DADBS等。4十對部分的膜層沉積，貝'J 可使用卣素以例如做為催化劑。該些鹵素前驅(qū)物可包括鹵素氯化物(HCI) 及氯硅烷(例如乙基氯硅烷；chloroethylsilane)。亦可使用其它的酸化合 物，例如有機酸(例如曱酸)。所有的該些前驅(qū)物可藉由載氣而傳輸通過 分配系統(tǒng)108及沉積系統(tǒng)102，其中載氣包括氦氣、氬氣、氮氣(N2)及 氫氣(H2)等。系統(tǒng)100亦可包括基材照射系統(tǒng)112，其可烘烤沉積于基材表面的可 流動介電材料及/或使其硬化。照射系統(tǒng)112包括一或多個燈，其可發(fā)射出 UV光并藉由使介電材料中的硅烷醇(silanol )分解成氧化硅及水而(例如) 使膜層硬化。照射系統(tǒng)112亦可包括加熱燈，其是用以烘烤(即，退火) 可流動膜層，而自膜層中移除水蒸氣及揮發(fā)性物種，并使其變得更稠密?，F(xiàn)請參照「圖2A」，是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范性處理系統(tǒng) 200的剖面圖。系統(tǒng)200包括沉積室201,前驅(qū)物是于沉積室201中產(chǎn)生 化學(xué)反應(yīng)并使可流動介電膜層沉積在基材晶片202上。晶片202 (例如直徑為200 mm、 300 mm、 400 mm的半導(dǎo)體基材晶片)是耦合至可旋轉(zhuǎn)的 基材座204，該基材座204亦可垂直移動而使晶片202靠近或更加遠離上 方的前驅(qū)物分配系統(tǒng)206。基材座204亦可使晶片202在約1 rpm ~ 2000 rpm的轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn)(例如約10 rpm ~ 120 rpm )。基材座204亦可使晶片 202垂直移動而與前驅(qū)物分配系統(tǒng)206的側(cè)邊噴嘴208相距約0.5 mm ~ 100 mm。前驅(qū)物分配系統(tǒng)206包括數(shù)個徑向分布的側(cè)邊噴嘴208，且各噴嘴208 具有二種不同長度的一。在另一實施例中(圖中未示)，是不具有噴嘴，而使一開孔環(huán)分布在沉積室的壁上，前驅(qū)物則流經(jīng)該些開孔而進入腔室。分配系統(tǒng)206亦可包括一 圓錐形的頂板210,其可以與基材座204的 中央為共軸設(shè)置。流體通道212可行經(jīng)頂板210的中央，并與來自頂板210 的外部導(dǎo)引表面提供的前驅(qū)物或載氣的成分不同。頂板210的外部表面是圍繞有導(dǎo)管214，導(dǎo)管214是導(dǎo)引設(shè)置于沉積 室201上方的反應(yīng)性物種產(chǎn)生系統(tǒng)(圖中未示)所提供的反應(yīng)性前驅(qū)物。 導(dǎo)管214可以為圓形直管，并在頂板210的外部表面具有一端開孔，而另 一端則耦合至反應(yīng)性物種產(chǎn)生系統(tǒng)。反應(yīng)性物種產(chǎn)生系統(tǒng)可以為一遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)(RPS)，其藉由 將較穩(wěn)定的起始物質(zhì)暴露于等離子而產(chǎn)生反應(yīng)性物種。舉例來說，起始物 質(zhì)可以為包括分子氧(或臭氧)的混合物。將起始物質(zhì)暴露于來自RPS的 等離子會造成一部分的分子氧解離成原子氧，此高反應(yīng)性的自由基物種會 在較低溫下(例如低于10(TC )與有機硅前驅(qū)物(例如OMCTS)產(chǎn)生化 學(xué)反應(yīng)，以在基材表面上形成可流動介電物質(zhì)。由于反應(yīng)性物種產(chǎn)生系統(tǒng) 所產(chǎn)生的反應(yīng)性物種即使在室溫下也會與其它沉積前驅(qū)物之間具有高反應(yīng) 性，因此反應(yīng)性物種在與其它沉積前驅(qū)物混合之前，必須在分離的氣體混 合物導(dǎo)管214中(往下)傳送，并藉由頂板210而分散進入沉積室201中。系統(tǒng)200亦可包括RF線圈(圖中未示)，其是纏繞于沉積室201的 圓蓋216周圍。該些線圈可以在沉積室201中產(chǎn)生感應(yīng)耦合等離子，以進 一步增加反應(yīng)性物種前驅(qū)物與其它前驅(qū)物之間的反應(yīng)性，而將流體介電膜 層沉積在基材上。舉例來說，含有反應(yīng)性原子氧的氣流通過頂板210而散布至腔室中，來自通道212及/或一或多個側(cè)邊噴嘴208的有機硅前驅(qū)物則可導(dǎo)入由RF線圈于基材202上方所形成的等離子中。即使在低溫下，原 子氧與有機硅前驅(qū)物會快速反應(yīng)，以在基材表面形成高度可流動的介電膜層。基材表面本身可以藉由基材座204而旋轉(zhuǎn)，以增進沉積膜層的均一性。 旋轉(zhuǎn)平面是平行于晶片沉積表面的平面，或上述二平面為部分未對準。若 該些平面并未對準，基材座204的旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生搖擺現(xiàn)象，因而在沉積表面 上方的空間產(chǎn)生流體擾流。在部分情況下，此擾流亦可增進沉積于基材表 面的介電膜層的均一性。基材座204亦可包括凹槽及/或其它結(jié)構(gòu)，以提供 一靜電吸座而在基材座204移動時，使晶片保持定位。腔室中的典型沉積 壓力是介于0.05托(Torr) ~約200托(總腔室壓力)(例如1托)，而 使得真空吸座能夠?qū)⒕S持定位?；淖?04的旋轉(zhuǎn)可由馬達218所致動，馬達218位于沉積室201 的下方，并旋轉(zhuǎn)耦合至用以支撐基材座204的軸桿220。軸桿220亦可包 括內(nèi)部通道(圖中未示)，其是將來自沉積室下方的冷卻/加熱系統(tǒng)(圖中 未示)的冷卻流體及/或電線輸送至基材座204。該些通道是由基材座204 的中央延伸至周圍，以提供上方的基材晶片202均一的冷卻及/或加熱。該 些通道亦可經(jīng)過設(shè)計，而使得在軸桿220及基材座204旋轉(zhuǎn)及/或移動時仍 可操作。舉例來說，可操作冷卻系統(tǒng)而使基材晶片202在基材座204旋轉(zhuǎn) 且沉積可流動氧化物膜層的過程中維持在低于100 。C的溫度下。系統(tǒng)200可更包括一照射系統(tǒng)222，其是設(shè)置于圓蓋216上方。照射 系統(tǒng)222的燈可照射下方的基材202，以對基材202上的沉積膜層進行烘 烤或退火。亦可以在沉積過程中激活燈，以增進膜層前驅(qū)物或是沉積膜層 中的反應(yīng)。至少圓蓋216的頂端是由半透明的材料制成，以傳送來自燈的 部分光線。r圖2B」是顯示示范性處理系統(tǒng)250的另 一 實施例，其中穿孔板252 是設(shè)置于側(cè)邊噴嘴253上方，并分散來自頂端入口 254的前驅(qū)物。穿孔板 252通過數(shù)個穿設(shè)于板厚度的開孔260而分散前驅(qū)物。板252可例如具有 約10 2000個開孔(例如200個開孔)。在所示的實施例中，穿孔板252可分散氧化氣體，例如原子氧及/或其它含氧氣體，例如TMOS或OMCTS。在所示配置中，氧化氣體是導(dǎo)入沉積室中而位于含硅前驅(qū)物上方，而該些 含硅前驅(qū)物是導(dǎo)入而位于沉積基材上方。頂端入口 254可具有二或多個獨立前驅(qū)物(例如氣體)流動通道256 、 258，藉以確保二或多個前驅(qū)物在進入穿孔板252上方的空間之前不會進 行混合及反應(yīng)。第一流動通道256為環(huán)形并圍繞于入口 254的中央，此通 道256可耦合至上方的反應(yīng)性物種產(chǎn)生單元(圖中未示)，且此單元會產(chǎn) 生反應(yīng)性物種前驅(qū)物，該前驅(qū)物則往下流經(jīng)通道256而進入穿孔板252上 方的空間。第二流動通道258可為圓柱形，其是用以使第二前驅(qū)物流至穿 孔板252上方的空間，而此流動通道258是起始于使前驅(qū)物及/或載氣繞過 反應(yīng)性物種產(chǎn)生單元。第一及第二前驅(qū)物接著進行混合，并流經(jīng)板252中 的開孔260而至下方的沉積室。穿孔板252及頂端入口 254可用于將氧化前驅(qū)物傳送至沉積室270內(nèi) 的下方空間。舉例來說，第一流動通道256可傳送氧化前驅(qū)物，其包括原 子氧(于基態(tài)或是激發(fā)態(tài))、分子氧(02) 、 N20、 NO、 N02及/或臭氧 (03)的一或多者。氧化前驅(qū)物亦可包括載氣，例如氦氣、氬氣、氮氣(Nb) 等。第二通道258亦可傳送氧化前驅(qū)物、載氣及/或額外氣體(例如氨氣； NH3)。系統(tǒng)250可設(shè)置以將沉積室的不同部位加熱至不同溫度。舉例來說， 一第一加熱器區(qū)域可使頂蓋262及穿孔板252加熱至約70°C ~約300。C(例如約160 。C ),第二加熱器區(qū)域則可將基材晶片264及基材座266上 方的沉積室側(cè)壁加熱至與第一加熱器區(qū)域相同或不同(例如高于300°C ) 的溫度。系統(tǒng)250亦可包括位于基材晶片264及基材座266下方的第三加 熱器區(qū)域，而使其溫度與第 一及/或第二加熱器區(qū)域為相同或不同的溫度(例如約70°C ~約120°C )。另外，基材座266可包括設(shè)置于基材座軸桿 272內(nèi)的加熱及/冷卻導(dǎo)管(圖中未示)，以將基材座266及基材264的溫度設(shè)定在約-4crc ~約20crc的下(例如約iocrc ~約i60°c、小于約100。C、約4(TC等)。在處理過程中，晶片264可藉由升舉銷276而升舉離 開基材座266,并位于狹縫閥門278的周圍。系統(tǒng)250可額外包括一抽氣襯墊274 (即，壓力均等通道，其是用以補償抽氣端口的非對稱位置)，其在晶片邊緣及/或晶片邊緣周圍的圓柱形表面及/或晶片邊緣周圍的圓錐形表面的充氣部(plenum )中包括多個開孔。 該些開孔可如同襯墊274所示而為圓形，或可以為不同的形狀，例如狹縫 (圖中未示)。該些開孔可例如具有約0.125英寸~ 0.5英寸的直徑。當基 材進行處理時，抽氣襯墊274可位于基材晶片264的上方或下方，且亦可 位于狹縫閥門278的上方。r圖2C」是顯示r圖2B」的處理系統(tǒng)250的另一剖面視圖?！笀D2C J 是繪示系統(tǒng)250的部分尺寸，包括主腔室內(nèi)壁直徑是介于約10英寸~約 18英寸(例如約15英寸)。其亦顯示基材晶片264與側(cè)邊噴嘴之間的距 離是介于約0.5英寸~約8英寸(例如約5.1英寸)。另外，基材晶片264 與穿孔板252之間的距離是介于約0.75英寸~約12英寸(例如約6.2英 寸)。再者，基材晶片264與圓蓋268的頂端內(nèi)表面之間的距離是介于約 1英寸~約16英寸(例如約7.8英寸)?！笀D2D」是顯示部分沉積室280的剖面視圖，其是包括一壓力均等 通道282以及位于抽氣襯墊中的開孔284。在所示的配置中，通道282及 開孔284可位于上方噴灑頭、頂板及/或側(cè)邊噴嘴的下方，并與基材座286 及晶片288位于同高度，或是在其上方。通道282及開孔284可降低腔室中的非對稱壓力效應(yīng)，而該效應(yīng)是由 抽氣端口的不對稱位置所致，其會在沉積室280中產(chǎn)生一壓力梯度。舉例 來說，在基材座286及/或基材晶片288下方的壓力梯度可造成基材座286 及晶片288傾斜，并導(dǎo)致介電膜層沉積的不規(guī)則性。通道282及抽氣襯墊 開孔284可降低沉積室280中的壓力梯度，并協(xié)助穩(wěn)定基材座286及晶片 288于沉積過程中的位置。r圖3A」顯示r圖2A」中的前驅(qū)物分配系統(tǒng)206的頂端部分302的 實施例視圖，其是包括通道212，通道212是往下形成于頂板210的中央 處，且頂板210的上部是圍繞有導(dǎo)管214。 r圖3A」顯示反應(yīng)性物種前驅(qū) 物304是往下流經(jīng)導(dǎo)管214并位于頂板210的外表面上方。當反應(yīng)性物種 前驅(qū)物304到達最接近沉積室的頂板210的圓錐形端時，其會徑向分散進入腔室，并在腔室中與第二前驅(qū)物306進行第一次的接觸。第二前驅(qū)物306可以為一有機硅烷前驅(qū)物，并且亦可包括一載氣。有 機硅烷前驅(qū)物可包括一或多種化合物，例如TMOS、 TriMOS、 TEOS、 QMCTS、 HMDS、 TMCTR、 TMCTS、 OMTS、 TMS及HMDSO等。載氣可包括一或多種氣體，例如氮氣(N2)、氫氣(H2)、氦氣及氬氣等。 前驅(qū)物是由連接至前驅(qū)物供應(yīng)管線308的來源(圖中未示)所供應(yīng)，而該 供應(yīng)管線308亦連接至通道212。第二前驅(qū)物306是往下流經(jīng)中央通道 212，而不會暴露于在頂板210的外部表面流動的反應(yīng)性物種前驅(qū)物304。 當?shù)诙膀?qū)物306離開頂板210的底部而進入沉積室時，其首次與反應(yīng)性 物種前驅(qū)物304以及由側(cè)邊噴嘴208所供應(yīng)的額外前驅(qū)物物質(zhì)反應(yīng)。往下流經(jīng)導(dǎo)管214的反應(yīng)性物種前驅(qū)物304是于一反應(yīng)性物種產(chǎn)生單 元(圖中未示)中產(chǎn)生，例如RPS單元。RPS單元可產(chǎn)生適合于形成反 應(yīng)性物種的等離子狀態(tài)。由于RPS單元中的等離子位于沉積室中的等離子 的遠程，因此可針對各成分而使用不同的等離子狀態(tài)。舉例來說，在RPS 單元中用于自氧前驅(qū)物(例如02、 03、 N20等)形成原子氧自由基的等離 子狀態(tài)(例如RF功率、RF頻率、壓力、溫度、載氣分壓等)可不同于原 子氧與一或多個含硅前驅(qū)物(例如TMOS、 TriMOS、 OMCTS )進行反應(yīng) 且在下方基材上形成可流動介電膜層的沉積室中的等離子狀態(tài)。r圖3A」顯示雙通道的頂板，其是設(shè)計以使第一及第二前驅(qū)物在到達 沉積室之前皆為彼此獨立流動。本發(fā)明的實施例亦包括三或多種前驅(qū)物可 獨立流至腔室的配置。舉例來說，該配置可包括行經(jīng)頂板210的二或多個 獨立通道(如同通道212)，各個通道可運送前驅(qū)物，并且使其在到達沉 積室之前為彼此獨立流動。另一實例可包括一單一通道頂板210，其不具 有穿過其中心的通道。在該些實施例中，第二前驅(qū)物306由側(cè)邊噴嘴208 進入沉積室，并且與藉由頂板210所徑向分配至腔室中的反應(yīng)性前驅(qū)物 304進行反應(yīng)?！笀D3B及3C」是顯示頂板210的其它實施例。在「圖3B及3C J中， 通道212是開啟而進入由穿孔板310a ~ b界定在其底側(cè)的圓錐形空間中。 前驅(qū)物則通過穿孔板310a~ b的開孔312而離開此空間。r圖3B及3C J是顯示側(cè)壁及底部穿孔板310a~ b之間的角度如何改變，且該些圖式亦說明外部圓錐狀表面(當前驅(qū)物在進入沉積室時是流動于其上)的形狀的變 化。r圖3D J是顯示頂端入口 314及穿孔板316的配置，而穿孔板316 是用以替代頂板以自沉積室的頂端分配前驅(qū)物。在所示的實施例中，頂端 入口 314是具有二或多個獨立的前驅(qū)物流動通道318、 320,其是用以防 止二或多個前驅(qū)物在進入穿孔板316上方的空間之前發(fā)生混合。第一流動 通道318可為環(huán)狀，并圍繞于入口 314中心的周圍，此通道318亦可耦合 至上方的反應(yīng)性物種產(chǎn)生單元322，該單元322是產(chǎn)生反應(yīng)性物種前驅(qū)物， 并使其往下流經(jīng)通道318而進入穿孔板316上方的空間。第二流動通道320 可為圓柱狀，并用以使第二前驅(qū)物流至穿孔板316上方的空間，此流動通 道320是起始于使前驅(qū)物及/或載氣繞過反應(yīng)性物種產(chǎn)生單元322。第一及 第二前驅(qū)物接著進行混合，并流經(jīng)穿孔板316中的開孔324而至下方的沉 積室。r圖3E」是顯示含氧前驅(qū)物352及含硅前驅(qū)物354在制程系統(tǒng)350 中的前驅(qū)物流動分配情形，而制程系統(tǒng)350根據(jù)本發(fā)明的實施例而包括有 一穿孔(頂)板356。如同「圖3D」，遠程等離子系統(tǒng)(圖中未示)是產(chǎn) 生一含氧氣體(例如自由基原子氧)，其是導(dǎo)引穿過沉積室的頂端而進入 穿孔板356上方的空間。反應(yīng)性氧物種接著流經(jīng)穿孔板356的開孔358而 往下進入腔室的一區(qū)域，另外，含硅前驅(qū)物354 (例如有機硅烷及/或硅烷 醇前驅(qū)物)則藉由側(cè)邊噴嘴360而進入腔室中。r圖3E」所示的側(cè)邊噴嘴360在其延伸進入沉積室的末端是被覆蓋住(capped )。含硅前驅(qū)物354通過形成在噴嘴導(dǎo)管的側(cè)壁的數(shù)個開孔362 而離開側(cè)邊噴嘴360。該些開孔362是形成于面向基材晶片364的部分噴 嘴側(cè)壁，以將含硅前驅(qū)物354導(dǎo)向晶片。該些開孔362可為共直線對齊(co-linearly aligned ),以在同一方向?qū)б膀?qū)物354的流動，或者是， 該些開孔362可沿著側(cè)壁而形成在不同的徑向位置，以在相對于下方晶片 的不同角度下導(dǎo)引前驅(qū)物的流動。覆蓋的側(cè)邊噴嘴360的實施例包括直徑 為約8密爾(mils ) ~約200密爾(例如約20密爾~約80密爾)的開孔362,且開孔362之間的間隔是介于約40密爾~約2英寸(例如約0.25 英寸~約1英寸)。開孔362的數(shù)目可相對于開孔362之間的間隔及/或側(cè) 邊噴嘴的長度而有所不同。r圖4A」是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例而在制程系統(tǒng)中的側(cè)邊噴嘴的配 置的上視圖。在所示的實施例中，側(cè)邊噴嘴是以三個噴嘴為一組而徑向分 布于沉積室的周圍，其中中央噴嘴402是較相鄰的二噴嘴404而更進一步 延伸至腔室中。十六組噴嘴(三個為一組)是均勻分布于沉積室的周圍， 故總共為四十八個側(cè)邊噴嘴。其它實施例是包括介于約十二 ~八十個的噴 嘴總數(shù)。噴嘴402、 404位于基材晶片的沉積表面上方而與其間隔設(shè)置?；?與噴嘴之間的間隔是例如介于約1 mm ~約80 mm (例如介于約10 mm ~ 30mm之間)。噴嘴402、 404與基材之間的距離在沉積過程中是可改變 (例如在沉積過程中，晶片可垂直移動、旋轉(zhuǎn)及/或搖動)。噴嘴402、 404可設(shè)置在相同平面，或是不同的噴嘴組可位于不同的 平面。噴嘴402、 404可使其中線(centerline)定位而平行于晶片的沉積 表面，或其可相對于基材表面而向上或向下傾斜。不同組的噴嘴402、 404 可相對于晶片而定位在不同的角度。噴嘴402、 404是具有一延伸進入腔室的末端以及耦合至環(huán)狀氣體環(huán) 406的內(nèi)徑表面的一近端，其中氣體環(huán)406是供應(yīng)前驅(qū)物至噴嘴。氣體環(huán) 406的內(nèi)徑是例如介于約10英寸~約22英寸(例如約14" ~約18"、約 15"等)。在部分配置中，較長噴嘴402的末端可延伸超過下方基材的周圍， 并進入基材內(nèi)部上方的空間，但較短噴嘴404的末端則并未到達基材的周 圍。在r圖4A」所示的實施例中，較短噴嘴404的末端是延伸至直徑12" (即，300 mm)的基材晶片的周圍，而較長噴嘴402的末端則在沉積表 面的內(nèi)部上方延伸額外的4英寸。氣體環(huán)406是具有一或多個內(nèi)部通道(例如2~4個通道)，其是提 供前驅(qū)物至噴嘴402、 404。針對單一通道的氣體環(huán)，內(nèi)部通道可提供前驅(qū) 物至所有的側(cè)邊噴嘴402、 404。針對雙通道的氣體環(huán)，第一通道可提供前 驅(qū)物至較長噴嘴402，而第二通道則提供前驅(qū)物至較短噴嘴404。各個通道中的反應(yīng)性沉積前驅(qū)物(例如有機硅烷前驅(qū)物的種類)及/或載氣的分壓與流速可一見沉積酉己方(deposition recipe)而為相同或不同?！笀D4B」是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例而在制程系統(tǒng)中的被覆蓋住的側(cè) 邊噴嘴410。相似于「圖3E」中的側(cè)邊噴嘴360,噴嘴410是在其延伸進 入沉積室的末端而被覆蓋住。流經(jīng)噴嘴410的前驅(qū)物通過形成于噴嘴導(dǎo)管 的側(cè)壁的數(shù)個開孔412而離開。該些開孔412是形成于面向基材晶片(圖 中未示)的部分噴嘴側(cè)壁，以將前驅(qū)物導(dǎo)向晶片。該些開孔412可為共直 線對齊(co-linearly aligned)，以在同一方向?qū)б膀?qū)物的流動，或者是， 該些開孔412可沿著側(cè)壁而形成在不同的徑向位置，以在相對于下方晶片 的不同角度下導(dǎo)引前驅(qū)物的流動。噴嘴410可由環(huán)狀氣體環(huán)414供應(yīng)，而噴嘴410的近端是耦接至氣體 環(huán)414。氣體環(huán)414可具有單一氣流通道(圖中未示)，以將前驅(qū)物供應(yīng) 至所有噴嘴410，或是氣體環(huán)414具有數(shù)個氣流通道，以供應(yīng)二或多組噴 嘴410。舉例來說，在雙通道氣體環(huán)設(shè)計中，第一通道是供應(yīng)第一前驅(qū)物 (例如第一有機硅烷前驅(qū)物)至第一組噴嘴410 (例如「圖4B」中的較 長噴嘴組)，以及第二通道是供應(yīng)第二前驅(qū)物(例如第二有機硅烷前驅(qū) 物)至第二組噴嘴410 (例如「圖4B J中的較短噴嘴組)?！笀D4C」是顯示流經(jīng)側(cè)邊噴嘴420 (如同「圖4B」中所示的噴嘴) 的前驅(qū)物的剖面視圖。前驅(qū)物418 (例如來自蒸氣輸送系統(tǒng)的載氣中的有 機硅烷蒸氣前驅(qū)物)是由耦接至側(cè)邊噴嘴420的近端的前驅(qū)物流動通道 416供應(yīng)。前驅(qū)物418流經(jīng)噴嘴導(dǎo)管的中央，并通過側(cè)壁的開孔422而離 開。在所示的噴嘴配置中，開孔422是往下對齊而將前驅(qū)物418導(dǎo)向下方 的晶片基材(圖中未示)。開孔422的直徑介于約8密爾~約200密爾(例 如約20密爾~約80密爾)，且開孔422之間的間隔是介于約40密爾~ 約2英寸(例如約0.25英寸~約1英寸)。開孔422的數(shù)目是可相對于 開孔之間的間隔及/或側(cè)邊噴嘴420的長度而改變。本發(fā)明的實施例亦可包括單一部件的徑向前驅(qū)物歧管，其是用于取代 如r圖4B」所示的徑向側(cè)邊噴嘴組。前驅(qū)物歧管450 (亦可稱的為噴灑頭) 的實施例是顯示于「圖4D」。歧管450包括數(shù)個矩形導(dǎo)管452,其是徑向分布于外部前驅(qū)物環(huán)454的周圍。導(dǎo)管452的近端可耦接至外部環(huán)454, 而導(dǎo)管452的末端則耦接至內(nèi)部環(huán)456。內(nèi)部環(huán)456亦可耦接至數(shù)個內(nèi)部 導(dǎo)管458的近端，而導(dǎo)管458的末端則耦接至中央環(huán)460。外部前驅(qū)物環(huán)454中的一或多個前驅(qū)物通道(圖中未示)是供應(yīng)前驅(qū) 物(例如一或多個有機硅前驅(qū)物)至矩形導(dǎo)管452。前驅(qū)物經(jīng)過形成于導(dǎo) 管側(cè)邊的數(shù)個開孔462而離開導(dǎo)管452。開孔462的直徑介于約8密爾~ 約200密爾(例如約20密爾~約80密爾)，且開孔462之間的間隔是介 于約40密爾~約2英寸(例如約0.25英寸~約1英寸)。開孔462的數(shù) 目是可相對于開孔462之間的間隔及/或?qū)Ч?52的長度而改變。r圖4E」是顯示r圖4D」中前驅(qū)物分配歧管的放大部分。在所示實 施例中，徑向分布的導(dǎo)管452a~ b是包括其長度延伸至內(nèi)部環(huán)456的第一 組導(dǎo)管452a,以及其長度延伸超過內(nèi)部環(huán)456而至中央環(huán)460的第二組 導(dǎo)管452b。第一及第二組導(dǎo)管452可提供有不同的前驅(qū)物混合物。如上所述，沉積系統(tǒng)的實施例亦可包括照射系統(tǒng)，而使沉積于基材上 的可流動介電膜層硬化及/或加熱的?！傅?A及5B圖」是顯示此種照射 系統(tǒng)500的實施例，其包括設(shè)置于半透明圓蓋504上方的同中心環(huán)狀燈502 組。燈502是凹設(shè)于反射槽508中，而其位于燈側(cè)的表面具有一反射性涂 層，其可將燈所發(fā)射的光線導(dǎo)向基材506。燈502的總數(shù)可為單一個燈至 例如高達10個燈。燈502可包括用于硬化制程的UV發(fā)射燈及/或用于退火制程的IR發(fā) 射燈。舉例來說，燈502可以為囟素鎢絲燈，其可具有水平燈絲(即，定 位而垂直于燈泡的對稱軸的燈絲)、垂直燈絲(即，定位而平行于燈泡的 對稱軸的燈絲)及/或圓形燈絲。在反射槽508中的不同燈502可具有不同 的燈絲配置。來自燈502的光線是傳送穿過圓蓋504而至基材沉積表面上。至少一 部分的圓蓋504包括一可穿透光的窗510,其是允許UV及/或熱照射進入 沉積室。窗510可例如由石英、熔融二氧化硅、氮氧化鋁或其它適合的半 透明物質(zhì)制成。如「第5A 5F圖」所示，窗510可以為環(huán)形并覆蓋圓蓋 504的頂部，且其直徑是例如為約8" ~約22"(例如約14")。窗510的中央可包括一內(nèi)部開孔，其允許導(dǎo)管穿過其中而進入沉積室的頂端。內(nèi)部開 孔的直徑是例如為約0.5" ~約4"(例如直徑為約1")。r圖5C及5D」是顯示具有管狀燈泡的燈512的另一配置，其是以平 直形狀取代環(huán)狀。平直燈512是平行對齊，并凹設(shè)于反射槽514中，而反 射槽514是設(shè)置于圓蓋504的透明窗510上方。反射槽514可為環(huán)狀且可 符合上方窗510的直徑。燈512的一端是可延伸超過槽514的周圍。在窗 510中央的各側(cè)的燈512數(shù)目可相同，并可使用約4或更多個燈(例如約 4~ 10個燈)?！笀D5E及5FJ是顯示照射系統(tǒng)的另一配置，其是具有設(shè)置于窗510 周圍的相對側(cè)的二大型燈516。大型燈516可彼此平行對齊，或以小于平 行的角度對齊。燈516亦可凹設(shè)于反射槽518中，該反射槽518是有助于將一部分的燈光線導(dǎo)向沉積室中的基材。r圖5A~ 5F」中所示的照射系統(tǒng)的實施例可在可流動的介電膜層沉積 于基材表面上的過程中或之后，用于照射可流動的介電膜層。其亦可在沉 積步驟之間(例如脈沖退火)照射基材。在膜層沉積的過程中，晶片是設(shè) 置于溫控基材座上。晶片溫度可例如設(shè)定于約-40。C ~約20CTC (例如約40 。C)。當基材于一烘烤制程(即，退火)中被照射，晶片的溫度可升高至 高達約1000°C。在此高溫退火的過程中，基材座上的升舉銷可將基材升舉 離開基材座。此可預(yù)防基材座變成散熱片(hot sink),而允許基材溫度以 高速升高(例如高達約10(TC/秒)。沉積系統(tǒng)的實施例可合并入大型制造系統(tǒng)中以生產(chǎn)集成電路芯片。 r圖6」是顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的沉積、烘烤及硬化腔室的系統(tǒng)600。 在此圖中， 一對FOOPs 602是供應(yīng)基材晶片(例如直徑300 mm的晶片)， 而晶片是由機械手臂604所接收，并在將其置入晶片處理系統(tǒng)608a~f的 一之前，先將其置入低壓容設(shè)區(qū)606。第二機械手臂610可用于將基材晶 片由容設(shè)區(qū)606傳送至處理室608a~f中，并再傳送回來。處理室608a~f可包括一或多個可對于在基材晶片上的可流動介電膜 層進行沉積、退火、硬化及/或蝕刻處理的一或多個系統(tǒng)組件。此一配置中， 二對處理室(例如608c d及608e f)是用于在基材上沉積可流動介電材料，而第三對的處理室(例如608a~b )則用于使沉積的介電材料進行退火。 在另一配置中，相同的二對處理室(例如608c d及608e f)可用于在基 材上沉積可流動介電膜層，并對其進行退火，而第三對的處理室(例如 608a b)則可用于使沉積膜層進行UV或電子束(E-beam )硬化。在另 一配置中，三對處理室(例如608a f)可設(shè)置以在基材上沉積可流動介電 膜層并使其硬化。又另一配置中，二對處理室(例如608c~d及608e~f) 可用于沉積可流動介電材料并使其進行UV或電子束硬化，而第三對的處 理室(例如608a b)則可用于對介電膜層進行退火。亦可了解，針對可流 動介電膜層的沉積、退火及硬化腔室的其它配置亦為可預(yù)期的(根據(jù)系統(tǒng) 600)。另外， 一或多個處理室608a~f可設(shè)置以作為濕式處理室。該些處理室 包括在一包含水分的空氣中加熱可流動的介電膜層。因此，系統(tǒng)600的實 施例可包括濕式處理室608a~b以及退火處理室608c~d，以在沉積的介電 膜層上進行濕式及干式退火處理。噴灑頭設(shè)計根據(jù)本發(fā)明的氣體輸送及等離子產(chǎn)生系統(tǒng)的實施例包括噴灑頭，以將 前驅(qū)物分配至沉積室中。該些噴灑頭是經(jīng)設(shè)計而使得二或多個前驅(qū)物可獨 立流經(jīng)噴灑頭，以在沉積室內(nèi)混合之前不會彼此接觸。噴灑頭可經(jīng)設(shè)計而 使得等離子可獨立產(chǎn)生于面板后方以及沉積室中。獨立產(chǎn)生于噴灑頭的隔 板與面板之間的等離子可用于形成反應(yīng)性前驅(qū)物物種，并且可藉由在接近 面板處激發(fā)清潔物種而增進噴灑頭清潔處理的效率。關(guān)于設(shè)計以將二或多 個前驅(qū)物獨立流入沉積區(qū)域的噴灑頭的額外細節(jié)是描述于美國專利申請序 號第11/040,712號的申請案中，其發(fā)明人為Jung等人，申請日為2005 年1月22日，發(fā)明名稱為「 MIXING ENERGIZED AND NON-ENERGIZED GASES FOR SILICON NITRIDE DEPOSITION (用于氮化硅沉積的激發(fā) 態(tài)及非激發(fā)態(tài)氣體的混合)」，是將其整體并入以做為參考。現(xiàn)請參閱r圖7A」，是顯示噴灑頭系統(tǒng)700的簡要剖面視圖。噴灑頭 700是設(shè)置而具有二前驅(qū)物入口 702、 704。第一前驅(qū)物入口 702是與噴灑頭700的中心為共軸設(shè)置，且往下通過噴灑頭700中央并接著橫向通過面板706后側(cè)而界定出第一前驅(qū)物的流動通道。第一前驅(qū)物是通過面板的所 選開孔而離開噴灑頭并進入沉積室中。第二前驅(qū)物入口 704是設(shè)置以使第二前驅(qū)物流動于第一前驅(qū)物入口 702的周圍，并進入氣體室(gasbox) 710與面板706之間的區(qū)域708。 第二前驅(qū)物則在到達沉積室712之前，接著由區(qū)域708流經(jīng)面板706的所 選開口。如r圖7AJ所示，面板706具有二組開孔第一組開孔714是 提供區(qū)域708與沉積區(qū)域712之間的流體連通；第二組開孔716則提供第 一入口 702、面板間隙718及沉積區(qū)域712之間的流體連通。面板706可以為雙通道面板，并用以第 一 及第二前驅(qū)物在離開噴灑 頭并進入沉積室之前保持分開。舉例來說，第一前驅(qū)物在經(jīng)過開孔716離 開噴灑頭之前，會在面板間隙718的開孔714周圍移動，而例如圓柱狀口 的阻障物是包圍住開孔714，以防止第一前驅(qū)物經(jīng)過該些開孔而離開。同 樣的，流動穿過開孔714的第二前驅(qū)物則無法跨越面板間隙718而自第二 開孔716進入沉積區(qū)域。當前驅(qū)物離開其各自的開孔組時，其可在基材晶片722及基材座724 上方的沉積區(qū)域712進行混合。面板706及基材座724可形成電極，以在 基材722上方的沉積區(qū)域712中產(chǎn)生電容耦合等離子726。系統(tǒng)700亦可設(shè)置在面板706后方的區(qū)域708的后方以產(chǎn)生第二等離 子728。如「圖7B」所示，等離子是可藉由在氣體室710及面板706之 間施加一 RF電場而產(chǎn)生，而氣體室710及面板706是形成等離子的電極。 此等離子可由來自第二前驅(qū)物入口 704而流入?yún)^(qū)域708的第二前驅(qū)物所形 成。第二等離子728可用以由第二前驅(qū)物混合物中的一或多個前驅(qū)物來產(chǎn) 生反應(yīng)性物種。舉例來說，第二前驅(qū)物包括含氧來源，其在等離子728中 形成自由基原子氧物種。反應(yīng)性原子氧接著流經(jīng)面板開孔714而進入沉積 區(qū)域，且在此處與第一前驅(qū)物物質(zhì)(例如有機硅烷前驅(qū)物)混合并產(chǎn)生反 應(yīng)。于「圖7B」中，面板706可作為第二等離子728及在沉積區(qū)域中的 第一等離子726的電極。雙區(qū)域等離子系統(tǒng)可利用同步等離子以在面板706后面產(chǎn)生前驅(qū)物反應(yīng)性物種，并且以該等離子726中的其它前驅(qū)物增 進該物種的反應(yīng)性。另外，等離子728可用于激發(fā)清潔前驅(qū)物，而使其與 存在于噴灑頭開孔中的物質(zhì)之間的反應(yīng)性更高。另外，在噴灑頭而非沉積 區(qū)域中產(chǎn)生反應(yīng)性物種可降低活化的清潔物種與沉積室壁之間不期望存在 的反應(yīng)數(shù)。舉例來說，在面板706后方產(chǎn)生的較活化的氟物種在其離開并 進入沉積室之前會先進行反應(yīng)，而該氟物種會移動至沉積室的鋁組件并形 成不欲其存在的AIF3。r圖8A及8C」是顯示在面板802中的第一及第二組開孔804、 806 的二種配置，二前驅(qū)物混合物通過該些開孔804、 806而在到達沉積區(qū)域 之前為獨立流動?！笀D8A」是顯示同中心開孔設(shè)計的剖面視圖，其中第一 組開孔804是使第一前驅(qū)物通過平直導(dǎo)管，而第二組開孔806則使第二前 驅(qū)物通過圍繞第 一 開孔的同中心環(huán)開口 。第 一 及第二前驅(qū)物在面板后方是 彼此分隔開來，并在離開開孔804、 806之后而在沉積區(qū)域中首次進行混 合及反應(yīng)。r圖8B」為面板802的部分視圖，其顯示形成于面板表面的第一及第 二開孔804、' 806的數(shù)組。第二環(huán)狀開孔806是由最外側(cè)面板層及界定第 一開孔804的管狀壁之間的間隙所形成。在「圖8B」所示的實施例中，環(huán) 狀間隙開孔806是在中央開孔804壁的周圍約0.003"的處，而中央開孔 804的直徑為約0.028"。當然，亦可采用其它的第一及第二開孔的尺寸。 第二前驅(qū)物通過該些環(huán)狀開孔806并圍繞在由中央開孔804離開的前驅(qū)物 的周圍?！笀D8C」是顯示平行開孔設(shè)計的剖面視圖，其中第一組開孔808仍 產(chǎn)生一第一前驅(qū)物的平直導(dǎo)管，而平行且鄰近設(shè)置的第二組開孔810則提 供第二前驅(qū)物的獨立流動通道。兩組開孔是彼此分隔開，故第一及第二前 驅(qū)物在其離開噴灑頭而進入反應(yīng)區(qū)域之前不會進行混合及反應(yīng)。離開開孔810的第二前驅(qū)物可由噴灑頭的邊緣區(qū)域流至中央，如「圖 8D」所示。形成于第二前驅(qū)物來源及開孔810之間的通道是與由區(qū)域812 流經(jīng)開孔808而進入沉積區(qū)域的第一前驅(qū)物為流體分隔。第二前驅(qū)物可由 形成于噴灑頭內(nèi)及/或周圍的 一或多個流體通道提供。當說明書中提供有 一數(shù)值范圍時，應(yīng)了解此范圍中的最高及最低限值 之間的各個(介于其間的)數(shù)值(除非文中特別指出，數(shù)值是至最低限值 單位的十分之一)亦被揭露。在所述范圍中的各個較小范圍，或是介于所 述范圍中的數(shù)值以及在所述范圍中的其它述及或界于其中的數(shù)值亦包含在 本發(fā)明的范圍中。該些較小范圍的較高或較低限值可獨立地包括在該范圍 內(nèi)或排除至該范圍外，且較小范圍內(nèi)包括二限值或其中的 一 限值或不包括 該些限值的各范圍亦包含在本發(fā)明的范圍中，其條件為所述范圍的任何特 定排除限值。所述的范圍包括限值的一個或兩個、將一或二個該些限值排 除的范圍皆包括在本發(fā)明中。在權(quán)利要求中，除非內(nèi)文有清楚指出，則單數(shù)形式「一個(a、 an及 the)」亦包括數(shù)個指示對象。因此，舉例來說，「一個制程」包括數(shù)個此 種制程，而「這個噴嘴」包括一或多個噴嘴，或是熟習(xí)此技藝的人士所知 的等效物。另外，說明及所附權(quán)利要求中所使用的「包括」或「包含」 一詞是用 以說明所述特征、事物、組件或步驟的存在，但并非用以排除一或多個其 它特征、事物、組件或步驟的存在及附加。惟本發(fā)明雖以較佳實施例說明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟習(xí)此技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，仍 應(yīng)屬本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種用于自介電前驅(qū)物的等離子而在基材上形成介電層的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括沉積室；基材座，位于該沉積室中以支托該基材；遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至該沉積室，其中該等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括反應(yīng)性自由基的介電前驅(qū)物；前驅(qū)物分配系統(tǒng)，包括至少一頂端入口以及數(shù)個側(cè)邊入口，用以將該些介電前驅(qū)物導(dǎo)入該沉積室中，其中該頂端入口位于該基材座的上方，該些側(cè)邊入口是徑向分布于該基材座的周圍，且其中該反應(yīng)性自由基前驅(qū)物通過該頂端入口而供應(yīng)至該沉積室；以及原位(in-situ)等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，該產(chǎn)生系統(tǒng)在該沉積室中由供應(yīng)至該沉積室的該些介電前驅(qū)物而產(chǎn)生等離子。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該基材為200 mm或300 mm的晶片。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該基材包括硅、鍺或砷化鎵。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在形成該介電層的過程中，該基材 座是旋轉(zhuǎn)該基材。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在形成該介電層的過程中，該基材 座可升高及降低以調(diào)整該基材相對于該頂端入口及該些側(cè)邊入口的位置。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在形成該介電層的過程中，該基材 座可同時旋轉(zhuǎn)并升高及降低。
7，如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括基材座溫度控制系統(tǒng)， 以控制該基材座的溫度。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中該溫度控制系統(tǒng)是將該基材座的溫度維持在約-40。C ~約200°C。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該頂端入口為噴嘴，該噴嘴包括第 一導(dǎo)管以及第二導(dǎo)管，該第一導(dǎo)管將該反應(yīng)性自由基前驅(qū)物由該遠程等離 子產(chǎn)生系統(tǒng)運送至該沉積室，該第二導(dǎo)管則將額外的介電前驅(qū)物由前驅(qū)物 來源運送至該沉積室，其中該第一及第二導(dǎo)管中的該些前驅(qū)物在離開該頂 端入口之前為彼此分離。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中該第一及第二導(dǎo)管的至少一部分 在該噴嘴中為同中心對齊。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中該第二導(dǎo)管是與該噴嘴的中心 軸為共同對齊(co-aligned)。
12. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該頂端入口為噴嘴，其包括隔板 以分散進入該沉積室的該反應(yīng)性自由基前驅(qū)物。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中該隔板具有喇叭狀圓形端，其 使該反應(yīng)性自由基前驅(qū)物以徑向往外方向而由該噴嘴導(dǎo)引出。
14. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該些側(cè)邊入口包括約12~約80 個徑向分布于該基材座周圍的噴嘴。
15. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該些側(cè)邊入口包括數(shù)個側(cè)邊噴嘴， 且其中該些噴嘴的至少二個是具有不同長度。
16. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中該些側(cè)邊入口包括第一噴嘴組以 及第二噴嘴組，其中各個該些噴嘴組是提供不同的介電前驅(qū)物至該沉積室。
17. —種用于在硅基材上形成二氧化硅層的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 沉積室；基材座，位于該沉積室中以支托該基材，其中在形成該氧化硅層的過程中，該基材座是旋轉(zhuǎn)該基材；遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至該沉積室，其中該等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生原子氧前驅(qū)物；以及 前驅(qū)物分配系統(tǒng)，包括至少一頂端入口，其中該頂端入口位于該基材座的上方，且其中該原 子氧前驅(qū)物通過該頂端入口而供應(yīng)至該沉積室；以及數(shù)個側(cè)邊入口，用以將或多個含硅前驅(qū)物導(dǎo)引至該沉積室，其中該些 側(cè)邊入口是徑向分布于該基材座的周圍。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)更包括原位等離子產(chǎn)生 系統(tǒng)，該產(chǎn)生系統(tǒng)在該沉積室中由供應(yīng)至該沉積室的該原子氧前驅(qū)物及該 含硅前驅(qū)物而產(chǎn)生等離子。
19. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中該些側(cè)邊入口包括第一噴嘴組 及第二噴嘴組，該第一噴嘴組是供應(yīng)第一含硅前驅(qū)物至該沉積室，而該第 二噴嘴組是供應(yīng)不同于該第一含硅前驅(qū)物的第二含硅前驅(qū)物。
20. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中該第一噴嘴組的長度是不同于 該第二噴嘴組的長度。
21. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中該第一及第二含硅前驅(qū)物是選 自由硅烷、二甲基硅烷、三曱基硅烷、四曱基硅烷、二乙基硅烷、四曱基正硅酸鹽(TMOS )、四乙基正硅酸鹽(TEOS )、八曱基三硅氧(OMTS )、 八曱基環(huán)四硅氧(OMCTS)、四曱基環(huán)四硅氧(TOMCATS) 、 二曱基二 曱氧基硅烷(DMDMOS) 、 二乙基曱基硅烷(DEMS)、曱基三乙氧基硅 烷(MTES)、苯基二曱基硅烷及苯基硅烷所組成的群組。
22. 如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中該些側(cè)邊入口包括一或多個額 外噴嘴，其供應(yīng)至少一不同于該第一及第二含硅前驅(qū)物的額外含硅氣體。
23. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)包括含氧前驅(qū)物，該前 驅(qū)物是供應(yīng)至該遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)以產(chǎn)生該原子氧前驅(qū)物，其中該含氧 前驅(qū)物是選自由分子氧、臭氧及二氧化氮所組成的群組。
24. —種用于自介電前驅(qū)物的等離子而在基材上形成介電層的系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括沉積室；基材座，位于該沉積室中以支托該基材；遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至該沉積室，其中該等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是 用以產(chǎn)生包括反應(yīng)性自由基的介電前驅(qū)物；前驅(qū)物分配系統(tǒng)，包括至少一頂端入口、穿孔才反及l(fā)t個側(cè)邊入口 ，而 用以將該些介電前驅(qū)物導(dǎo)入該沉積室，其中該穿孔板是設(shè)置于該頂端入口 及該些側(cè)邊入口之間，該些側(cè)邊入口是徑向分布于該基材座的周圍，且其 中該反應(yīng)性自由基前驅(qū)物是穿過該穿孔板中的數(shù)個開孔而分布于該沉積室 中；以及原位等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，該產(chǎn)生系統(tǒng)在該沉積室中由供應(yīng)至該沉積室的 該些介電前驅(qū)物而產(chǎn)生等離子。
25. —種用于在基材上形成介電層的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 沉積室；基材座，位于該沉積室中以支托該基材；遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，是耦合至該沉積室，其中該等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括反應(yīng)性自由基的第一介電前驅(qū)物；以及前驅(qū)物分配系統(tǒng)，包括徑向前驅(qū)物歧管，用以將額外的介電前驅(qū)物導(dǎo) 引至該沉積室，其中該歧管包括數(shù)個徑向分布的導(dǎo)管，該些導(dǎo)管位于該基 材座上方并沿著該基材座周圍而軸向?qū)R，且其中各個該些導(dǎo)管是包括數(shù) 個側(cè)壁開孔，該些額外的介電前驅(qū)物是通過該些側(cè)壁開孔而進入該沉積室 中，并與該第一介電前驅(qū)物混合。
26. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中形成于各個該些導(dǎo)管中的該些 側(cè)壁開孔是具有沿著該些導(dǎo)管長度的共直線對齊(collinear alignment)。
27. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中該些側(cè)壁開孔將該些額外的介 電前驅(qū)物的流動導(dǎo)引朝向下方的該基材。
28. 如權(quán)利要求25所迷的系統(tǒng)，其中該徑向前驅(qū)物歧管包括外部環(huán) 狀前驅(qū)物環(huán)以及內(nèi)部環(huán)狀前驅(qū)物環(huán)，其中該外部及內(nèi)部環(huán)是同中心對齊， 且其中該些導(dǎo)管的至少其中之一具有耦接至該外部環(huán)的近端，以及耦接至 該內(nèi)部環(huán)的末端。
29. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中該徑向前驅(qū)物歧管包括至少一 導(dǎo)管，且該導(dǎo)管具有耦接至該外部環(huán)的近端，以及延伸穿過該內(nèi)部環(huán)的末端。
30. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中該徑向前驅(qū)物歧管是設(shè)置于一 頂端入口及穿孔板的下方，該第 一 介電前驅(qū)物在與該些額外的介電前驅(qū)物 混合之前，是通過該頂端入口及該穿孔板。
全文摘要
本發(fā)明是揭露一種用于自介電前驅(qū)物的等離子而在基材上形成介電層的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一沉積室；一位于沉積室中以支托基材的基材座；以及一耦合至沉積室的遠程等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，其中該等離子產(chǎn)生系統(tǒng)是用以產(chǎn)生包括一或多種反應(yīng)性自由基的一介電前驅(qū)物。該系統(tǒng)更包括一照射加熱系統(tǒng)以加熱基材，該加熱系統(tǒng)包括至少一光源，其中由光源所發(fā)射出的至少部分光線在到達基材之前，是行經(jīng)沉積室的頂側(cè)。該系統(tǒng)亦包括一前驅(qū)物分配系統(tǒng)，以將反應(yīng)性自由基前驅(qū)物及額外的介電前驅(qū)物導(dǎo)入沉積室中。亦可包括一原位(in-situ)等離子產(chǎn)生系統(tǒng)，以在沉積室中由供應(yīng)至沉積室的介電前驅(qū)物而產(chǎn)生等離子。
文檔編號H01L21/76GK101326629SQ200780000644
公開日2008年12月17日 申請日期2007年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30日
發(fā)明者D·盧波米芮基, E·伊哈, K·N·查克, Q·梁, S·帕克 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司