CN103215565B - Cvd共形真空/抽吸引导设计 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及CVD共形真空/抽吸引导设计和用于引导室内的气流的引导元件。引导元件包括结构、一个或多个入口、出口和传输区。一个或多个入口形成在结构的第一侧上。入口具有根据去除速率选择的入口尺寸，以减轻室内的气流变化。出口位于与结构的第一侧相对的结构的第二侧上。出口具有根据去除速率选择的出口尺寸。传输区在结构内，并将入口耦合或连接至出口。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及CVD共形真空/抽吸引导设计。
背景技术
半导体器件制造是用于创建日常电气和电子设备中存在的集成电路的工艺。制造工艺是光刻和化学处理步骤的多步骤序列，期间在由半导体材料组成的晶圆上逐渐创建电子电路。
各种处理步骤分为若干种类，包括沉积、去除、图案化和修改电气性能（即，掺杂）。化学汽相沉积（CVD）是用于执行沉积处理步骤的多种常用工艺中的一种。通常，CVD工艺涉及使晶圆或衬底暴露给一个或多个挥发性前体，其在晶圆表面反应和/或分解以产生沉积层。CVD工艺常用于半导体制造，以形成多晶硅层、二氧化硅层和氮化硅层。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于引导室内的气流的引导元件，包括：结构；一个或多个入口，形成在结构的第一侧上，入口具有根据去除速率选择的入口尺寸以减轻气流变化；出口，形成在结构的第二侧上，并具有根据去除速率选择的出口尺寸；以及传输区，在结构内，并连接至入口和出口。
优选地，结构的形状是圆形。
优选地，额外根据相对于室出口端的位置来选择入口尺寸。
优选地，出口尺寸约等于室出口端尺寸。
优选地，引导元件还包括围绕出口的密封件。
优选地，根据沉积速率选择去除速率。
优选地，结构的形状是圆盘。
根据本发明的第二方面，提供了一种半导体工艺系统，包括：室，具有出口端；喷头，位于室的顶部，喷头被配置为分散工艺气体；加热器，在室内位于喷头的下方，加热器被配置为产生所选温度；以及引导元件，在室内并覆盖出口端，其中，引导元件减轻室内的气流变化。
优选地，加热器支撑晶圆。
优选地，系统还包括形成在晶圆上方的等离子体。
优选地，等离子体以横跨晶圆的顶面基本均匀的速率在晶圆上沉积材料，其中，共形膜形成在晶圆的上方。
优选地，系统还包括连接至出口端的泵和连接至泵的洗涤器，其中，泵被配置为从室中去除副产品，并且洗涤器处理副产品。
优选地，引导元件包括入口、出口以及和连接至入口和出口的传输区。
优选地，入口包括多个圆形开口。
优选地，入口包括具有可变宽度的单个开口。
优选地，出口与出口端相对应。
优选地，喷头被进一步配置为分散清洗气体。
根据本发明的第三方面，提供了一种引导工艺室内的气流的方法，包括：提供具有出口端的室；配置引导元件；将引导元件定位为接近出口端；以及通过引导元件来引导室内的气流，以减轻气流变化。
优选地，配置引导元件包括：在引导元件的第一侧上形成一个或多个入口，一个或多个入口被形成为具有根据与出口的相对位置而选择的入口尺寸；以及根据所选气体去除速率在引导元件的第二侧上形成出口，第二侧与第一侧相对。
优选地，该方法还包括：根据气流在室内利用等离子体执行化学汽相沉积工艺，以在半导体器件上形成基本共形的膜。
附图说明
图1是示出CVD工艺的截面图。
图2是使用不具有引导元件的室经由CVD工艺沉积非均匀膜的实例。
图3是示出本公开实施例的CVD工艺系统的截面图。
图4是根据本公开实施例形成的均匀膜的实例。
图5A是示出根据本公开实施例的引导元件的俯视图。
图5B是示出根据本公开实施例的引导元件的仰视图。
图6是示出根据本公开实施例的引导室内气流的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图进行本文的描述，其中，类似的参考标号一般用于表示相似的元件，并且各种结构并不一定按比例绘制。在以下描述中，为了说明的目的，陈述了许多具体细节以便于理解。然而，本领域的技术人员应该明白，本文描述的一个或多个方面可以使用较少的这些具体细节来实现。在其他情况下，以框图形式示出公知结构和器件以便于理解。
许多半导体制造工艺涉及使用泵从室中抽吸蒸汽或材料。以特定的速率或流速将蒸汽或材料抽送到洗涤器（scrubber）或其他位置。泵根据出口点的定位或者各个位置相对于出口点的位置和关系以变化的速率从室内的各个位置抽吸蒸汽或材料。结果，半导体工艺均匀性可能受变化速率的影响。
使用泵从室中抽吸材料的半导体工艺的一个实例是化学汽相沉积（CVD）。使用室并且半导体器件或晶圆被暴露给蒸汽形式的前体。前体与半导体器件的表面发生反应，并沉积和形成材料层来作为膜。针对半导体器件，泵以变化的速率抽吸蒸汽，这导致变化的膜厚或非共形膜。
本公开包括连接至室出口位置的环或引导装置，以引导或利于室内更加均匀的流速。结果，获得更均匀的制造结果。
图1是示出CVD工艺系统100的截面图。系统100利用等离子体104和RF频率，以在晶圆或半导体器件102上沉积材料。
系统100包括晶圆102、等离子体104、喷头106、室130、加热器108、副产品出口位置或端口110、工艺气体112、清洗气体114、泵116和洗涤器118。
晶圆102用于通过多个处理步骤制造半导体器件。晶圆102具有由半导体材料（诸如硅）组成的衬底或主体。晶圆102可划分为一系列管芯或者配置有一系列管芯。晶圆102包括大尺寸晶圆，诸如440mm直径大小的晶圆。较大的晶圆更容易受到可变或非均匀沉积膜轮廓的影响。
等离子体104是气体，其包括很大比例的电离原子或分子。等离子体104通常通过在存在工艺气体112的情况下在电极之间施加电场来生成。在该实例中，电极是喷头106和加热器108。工艺气体112填充喷头106和加热器108之间的空隙或空间。在一个实例中，电场是基于RF或AC频率的电场。在另一实例中，电场是DC场。
工艺气体112通过外部泵（未示出）或类似机构来提供。工艺气体112经由喷头106流入电极之间的空间，其中，喷头106包括一系列用于充分散播工艺气体112的出口。工艺气体112可包括适当的前体气体，诸如处于适当压力的二氯甲硅烷或硅烷和氧前体。工艺气体112在室130内流动，最终作为副产品在副产品出口位置110处排出。泵116以选定的去除速率从室内抽吸副产品或者对副产品抽真空。然后，副产品可被传送至洗涤器118用于清洗和/或去除。出口位置110通常但不是必须远离中心进行定位。
等离子体104在晶圆102的表面的上方或之上沉积所选材料。所选材料根据等离子体104和电场的特性来形成膜。膜包括源自等离子体104的沉积材料。在一个实例中，沉积材料是等离子沉积氮化硅。等离子体104的特性至少部分地取决于所选择的去除速率。然而，出口位置引起晶圆102周围的变化流速，导致膜的变化沉积速率和非均匀沉积。
在晶圆102上形成膜之后，清洗气体114用于去除来自工艺气体112的任何分子或原子以及去除来自室130的任何其他残留材料。清洗气体114流经喷头106，经过室130，并在出口位置110排出。再一次，出口位置110引起清洗气体114的变化流速，这会导致室内一些部分不能进行可接受的清洗，并且还会导致污染物出现或沉积在晶圆102上。
应该理解，针对晶圆的变化流速和变化沉积速率导致膜的非均匀沉积。通常，较快的流速出现在晶圆102最靠近出口位置110的区域或部分。结果，晶圆102最靠近出口位置110的部分处的沉积速率趋于较低。这导致靠近出口位置110的部分具有较薄的膜。
图2是利用图1的系统100沉积的非均匀膜的实例。在该实例中，晶圆200包括衬底或器件202。衬底202可具有各种形成在其上和其中的层和/或半导体结构。此外，通过利用诸如上述系统100的系统来在器件202上形成非均匀CVD层204。非均匀层204还可以指具有倾斜的膜轮廓。变化流速导致变化的沉积速率，这导致非均匀的厚度或轮廓。结果，会大大降低产品产量和器件操作性。
图3是示出本公开实施例的CVD工艺系统300的截面图。系统300使用等离子体304和电场，以在晶圆或半导体器件302上沉积材料。此外，该系统中加入引导元件或装置以管理或控制气流。引导元件利于共形气流，从而减轻沉积膜的厚度变化、不对称轮廓和/或倾斜轮廓。
系统300包括晶圆302、等离子体304、喷头306、室330、加热器308、引导元件320、副产品出口位置或端口310、工艺气体312、清洗气体314、泵316和洗涤器318。
晶圆302用于通过多个处理步骤来制造半导体器件。晶圆可以处于制造工艺的多个步骤中的一个步骤。晶圆302具有包括半导体材料（诸如硅）的衬底或主体。晶圆302可被划分为一系列管芯或者配置有一系列管芯。晶圆302包括较大尺寸的晶圆，诸如440mm直径大小的晶圆。较大的晶圆更容易受到可变或非均匀沉积膜轮廓的影响。
加热器308根据工艺配方支撑晶圆302并提供热能。在一个实例中，加热器308提供热能以满足目标温度。
等离子体304是气体，其包括很大比例的电离原子或分子。等离子体304通常通过在存在工艺气体312的情况下在电极之间施加电场来生成。在该实例中，电极是喷头306和加热器308。工艺气体312填充喷头306和加热器308之间的空隙或空间。在一个实例中，电场是基于RF或AC频率的电场。在另一个实例中，电场是DC场。
工艺气体312由外部泵（未示出）或类似机构来提供。工艺气体312经由喷头306流入电极之间的空间，其中，喷头306包括一系列用于充分散播工艺气体312的出口。工艺气体312可包括适当的前体气体，诸如处于适当压力的二氯甲硅烷或硅烷和氧前体。工艺气体312在室330内流动，最终作为副产品从副产品出口位置310处排出。泵316以选定的去除速率从室内抽吸副产品或者对副产品抽真空。然后，副产品可被转送至洗涤器318用于清洗和/或去除。出口位置或端口310通常但不是必须远离中心进行定位。
引导元件320连接至端口310。在一个实例中，引导元件320的至少一部分覆盖端口，并且密封机构防止气流进入端口310，除非通过引导元件320。引导元件320具有出口326，其中，出口326与端口310相互作用并将气体传送至端口310。限定出口326的大小以控制并提供针对端口310的充足流量。在一个实例中，根据所选择的去除流速和工艺气体312中使用的材料来限定出口326的大小。
引导元件320还包括多个入口322和324，来自室330的气体可从入口进入引导元件。入口322和324具有选定的大小或开口，以减轻室330内和晶圆302周围的变化气体流速。在一个实例中，入口322和324具有至少部分根据所选去除流速和工艺气体312中使用的材料来选择的大小或开口。在另一实例中，入口322和324具有可根据工艺配方、室结构、去除速率等调整的入口大小。缝隙（aperture）或可移动部件可用于调整入口大小。
引导元件320由适当的材料组成。在一个实例中，选择材料以减轻与工艺气体312、清洗气体314和/或其他通常用于CVD系统的气体和材料的相互作用。
在该实例中，引导元件320是一般的环状。然而，应该理解，可选实施例可包括其他形状。此外，引导元件包括传输区328或空间，其利于将气体从入口322和324传送至出口326。
引导元件320可移动地安装在室330中。因此，可以为了其他目的而去除引导元件320，包括但不限于用于其他室、清洗、调整或修改元件320等。
等离子体304在晶圆302的表面的上方或之上沉积所选材料。所选材料根据等离子体304和电场的特性以及相对于晶圆302的流速来形成膜。膜包括源自等离子体304的沉积材料。在一个实例中，沉积材料是等离子沉积氮化硅。等离子体304的特性至少部分地取决于端口310的所选去除速率。引导元件减轻或防止晶圆302周围的流速变化，这使得横跨晶圆302产生膜更加均匀的沉积速率和更加均匀的沉积。
在晶圆302上形成膜之后，清洗气体314用于去除来自工艺气体312的任何分子或原子以及去除来自室330的任何其他残留材料。清洗气体314流经喷头306，经过室330，并在出口位置310离开。再一次，引导元件320减轻清洗气体314的流速变化，这使得更加均匀地清洗晶圆302和室330。由于引导元件320，获得室330内可接受的清洗，与不具有引导元件的一些沉积系统相比，较少污染物出现或沉积在晶圆302上。与没有使用引导元件的CVD系统相比，提高了清洗效率。
应该理解，引导元件320使得相对于晶圆产生更加均匀的流速和更加均匀的沉积速率。这产生膜基本共形的沉积，特别是与系统100和其他省略引导元件的系统相比时。
还应该理解，可的实施例可以使用引导元件（诸如元件320），用于除CVD或沉积工艺之外的其他半导体制造工艺。引导元件可用于使用室和/或气流的系统。
图4是根据本公开实施例形成的均匀膜的实例。在该实例中，晶圆400包括衬底或器件402。晶圆400具有适当的直径值。在一个实例中，直径超过400mm。衬底402可具有形成在其上和/或其中的各种层和/或半导体结构。此外，通过使用诸如上述系统300的系统，在器件402上形成基本均匀或共形的CVD层404。由于引导元件而产生的均匀气体流速使得横跨晶圆400产生均匀的沉积速率。因此，层404形成有基本均匀的厚度。
图5A和图5B示出了根据本公开实施例的引导元件520的俯视图和仰视图。为了帮助理解，引导元件520被示出具有特定的配置和形状。然而，应该理解，其他实施例可包括各种形状和配置，仍然可减轻室内的变化气流。
图5A是示出根据本公开实施例的引导元件520的俯视图。引导元件520包括多个圆形入口530。入口530具有可变大小以选择性地将气流引导进入引导元件520。例如，入口534具有相对较小的直径以限制或减慢气流，而入口532具有相对较大的直径以增加或增强气流。通常，最小的入口534位于室的出口端附近，而较大或最大的入口532距离室的出口端最远来进行定位。其他出口具有所选择的可变大小以引导室内的气流。
尽管入口530以圆形示出，但应该理解，可选实施例可使用其他形状。此外，还应该理解，可选实施例可采用在引导元件520周围伸展的单个入口，并包括可变宽度以选择性地引导气体流出室。
此外，入口530可包括缝隙或类似部件以允许按需调整入口大小。因此，可通过改变入口大小来应对工艺配方的变化等。
图5B是示出根据本公开实施例的引导元件520的仰视图。引导元件520包括单个出路或出口536。出口536具有被选择以产生或供应期望的流出室的排出气流的形状。在该实例中，以圆形示出出口536，然而，应该理解可以考虑可选形状。
通常定位出口536以使其与室的出口端匹配或对应。在一个实例中，在出口536周围以及在引导元件520和室的多个部分之间存在密封。
引导元件520还在其中包括传输区538，以将气体从入口530传送至出口536。传输区538的大小为540，以容纳流出室的气体。
图6是示出根据本公开实施例的引导室内气流的方法600的流程图。方法600减轻整个室内的气流变化。在一个实例中，方法600减轻气流变化，使得产生更加均匀的沉积速率以及更加均匀或共形沉积膜。
方法开始于块602，其中，提供具有出口端的室。室通常用于半导体制造。在一个实例中，室用于使用等离子体的化学汽相沉积工艺。出口端被配置为从室中去除气体和/或副产品。室可以包括附加部件，诸如加热器、用于散播气体的喷头、用于供应工艺气体的入口线、用于供应清洗气体的第二入口线、用于施加电场的电连接等。
在块604中，提供引导元件。引导元件被配置为引导室内的气流。一个或多个入口形成在引导元件的第一侧上。一个或多个入口具有根据与出口端的相对位置而选择的入口尺寸。通常，与出口端越近，入口尺寸越小。出口形成在引导元件的第二侧上。出口被形成为具有根据所选气体去除速率选择的出口尺寸。第二侧与第一侧相对。
在块606中，在室内定位引导元件。引导元件通常被定位为接近或覆盖出口。密封或类似机制可用于确保离开室的气体或材料经由引导元件和出口端而排出。
在块608中，引导元件引导室内的气流。引导元件的配置减轻室内的气体流速的变化。结果，半导体工艺（诸如等离子增强化学汽相沉积工艺）横跨晶圆表面以基本均匀的沉积速率进行操作。因此，可以在半导体器件上形成基本共形的膜或层。
在块610中，可以根据室设计、工艺配方等来调整引导元件的配置。例如，可以根据工艺配方（诸如沉积速率、所使用工艺气体的类型、电场的类型或大小、晶圆的大小等）来调整入口尺寸。此外，引导元件可被室内的第二引导元件替换，以应对工艺配方的变化和/或室的变化。此外，可以从工艺室中去除引导元件以在另一室中用于清洗等。
在一个实施例中，本公开包括用于引导室内气流的引导元件。引导元件包括结构、一个或多个入口、出口和传输区。一个或多个入口形成在结构的第一侧上。入口具有根据去除速率选择的入口尺寸，以减轻室内的气流变化。出口在与结构的第一侧相对的结构的第二侧上。出口具有根据去除速率选择的出口尺寸。传输区在结构内并将入口耦合或连接至出口。
在本公开的另一个实施例中，公开了半导体工艺系统。该系统包括室、喷头、加热器和引导元件。室包括用于去除气体和/或副产品的出口端。喷头位于室内部的顶部，并被配置为分散气体，诸如工艺气体和/或清洗气体。加热器位于室内并在喷头的下方。加热器被配置为产生所选温度。引导元件位于室内并覆盖出口端。引导元件减轻室内的气流变化。引导元件包括入口、出口和结构内的传输区。传输区连接至入口和出口。
在本公开的又一实施例中，公开了引导工艺室内的气流的方法。提供具有出口端的室。出口端允许去除气体和/或副产品。配置引导元件。在一个实例中，一个或多个入口形成在引导元件的第一侧上。一个或多个入口具有根据与出口端的相对位置选择的入口尺寸。出口形成在引导元件的第二侧上。出口被形成为具有根据所选气体去除速率选择的出口尺寸。第二侧与第一侧相对。在室内定位引导元件以接近或覆盖出口端。引导元件引导室内的气流以减轻气流变化。
应该理解，虽然整个文档参考本文所描述方法的讨论方面中的示例性结构（例如，图1至图5B中出现的结构，同时讨论图6中阐述的方法），但是不通过所描述的相应结构来限制这些方法。相反，方法（和结构）被认为是互相独立的，并且能独立且不考虑图中所述任何特定方面来实施。
此外，基于对说明书和附图的阅读和/或理解，本领域技术人员可以进行等效更改和/或修改。本公开包括所有这些修改和变更，并且通常不限于此。例如，尽管这里提供的附图示出并描述具有特定的掺杂类型，但应该理解，本领域普通技术人员可以采用可选的掺杂类型。
此外，虽然仅参照多种实施中的一种公开了特定特征或方面，但这样的特征或方面可以根据期望与其他实施的一个或多个其他特征和/或方面结合。此外，本文在一定程度上使用术语“包括”、“具有”、“带有”和/或其变体，这些术语用于在含义上表示包括，如“包括”。并且，“示例性”仅仅意味着实例，而不是最好的。还应该理解，为了简单和易于理解目的，本文描述的特征、层和/或元件被示出具有特定尺寸和/或相对于彼此的定向，但实际尺寸和/或定向可以与本文所示的大不相同。
Claims (15)
1.一种用于引导室内的气流的引导元件，所述引导元件包括：
结构；
一个或多个入口，形成在所述结构的第一侧上，所述入口具有根据去除速率选择的入口尺寸以减轻气流变化；
一个出口，形成在所述结构的第二侧上，并具有根据所述去除速率选择的出口尺寸，其中，所述第二侧位于所述结构的底部上；以及
传输区，在所述结构内，并连接至所述入口和所述出口，
其中，所述出口与室出口端匹配或对应，
并且其中，所述出口直接位于所述一个或多个入口中的一个的下方，所述出口和所述入口之间为直线型路径，
所述引导元件还包括围绕所述出口的密封件，所述引导元件的至少一部分覆盖所述室出口端，并且所述出口的尺寸小于所述室出口端的尺寸。
2.根据权利要求1所述的引导元件，其中，所述结构的形状是圆形。
3.根据权利要求1所述的引导元件，其中，额外根据相对于所述室出口端的位置来选择所述入口尺寸。
4.根据权利要求1所述的引导元件，其中，根据沉积速率选择所述去除速率。
5.根据权利要求1所述的引导元件，其中，所述结构的形状是圆盘。
6.一种半导体工艺系统，包括：
室，具有出口端；
喷头，位于所述室的顶部，所述喷头被配置为分散工艺气体；
加热器，在所述室内位于所述喷头的下方，所述加热器被配置为产生所选温度；以及
引导元件，包括：
结构；
一个或多个入口，形成在所述结构的第一侧上，所述入口具有根据去除速率选择的入口尺寸以减轻气流变化；
一个出口，形成在所述结构的第二侧上，并具有根据所述去除速率选择的出口尺寸，其中，所述第二侧位于所述结构的底部上；以及
传输区，在所述结构内，并连接至所述入口和所述出口，
其中，所述出口与所述出口端匹配或对应，
并且其中，所述出口直接位于所述一个或多个入口中的一个的下方，所述出口和所述入口之间为直线型路径，
其中，所述引导元件在所述室内并覆盖所述出口端，其中，所述引导元件减轻所述室内的气流变化，
所述引导元件还包括围绕所述出口的密封件，所述引导元件的至少一部分覆盖所述出口端，并且所述出口的尺寸小于所述出口端的尺寸。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述加热器支撑晶圆。
8.根据权利要求7所述的系统，还包括形成在所述晶圆上方的等离子体。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述等离子体以横跨所述晶圆的顶面均匀的速率在所述晶圆上沉积材料，其中，共形膜形成在所述晶圆的上方。
10.根据权利要求6所述的系统，还包括连接至所述出口端的泵和连接至所述泵的洗涤器，其中，所述泵被配置为从所述室中去除副产品，并且所述洗涤器处理所述副产品。
11.根据权利要求6所述的系统，其中，所述入口包括多个圆形开口。
12.根据权利要求6所述的系统，其中，所述入口包括具有可变宽度的单个开口。
13.根据权利要求6所述的系统，其中，所述喷头被进一步配置为分散清洗气体。
14.一种引导工艺室内的气流的方法，所述方法包括：
提供具有出口端的室；
配置引导元件；
将所述引导元件定位为接近所述出口端；以及
通过所述引导元件来引导所述室内的气流，以减轻气流变化，
其中，所述引导元件包括：
结构；
一个或多个入口，形成在所述结构的第一侧上，所述入口具有根据去除速率选择的入口尺寸以减轻气流变化；
一个出口，形成在所述结构的第二侧上，并具有根据所述去除速率选择的出口尺寸，其中，所述第二侧位于所述结构的底部上；以及
传输区，在所述结构内，并连接至所述入口和所述出口，
其中，所述出口与所述出口端匹配或对应，
并且其中，所述出口直接位于所述一个或多个入口中的一个的下方，所述出口和所述入口之间为直线型路径，
所述引导元件还包括围绕所述出口的密封件，所述引导元件的至少一部分覆盖所述出口端，并且所述出口的尺寸小于所述出口端的尺寸。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：根据气流在所述室内利用等离子体执行化学汽相沉积工艺，以在半导体器件上形成共形的膜。
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