CN103871815A - 半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法。该半导体处理装置，包括一处理室、一基座及一喷头。基座位于处理室中并用以承载半导体晶圆。喷头用以供应处理气体至处理室。本发明同时还提供了一种处理半导体晶圆的方法。

Description

半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法

技术领域

本发明涉及半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法，特别是涉及一种用于改善半导体晶圆上材料沉积及/或浓度的均匀性的半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法。

背景技术

在制造可靠的集成电路时，一个重要的要素是均匀地处理半导体晶圆。若在处理步骤中施加至晶圆上的处理不均匀，整个晶圆上材料的沉积厚度或浓度（例如，硼(Boron)、磷(Phosphorus)、氮(Nitrogen)或其他掺杂物浓度）可能会产生不同。这些差异可能导致装置的缺陷或需要额外的处理步骤来矫正。举例来说，若沉积不均匀，可能需要进行较长或较侵略性的化学机械平坦化(chemical mechanical planarization,CMP)步骤。在其他例子中，若指定特定硼、氮、磷、氮或其他掺杂物浓度时，非均匀的浓度可能使晶圆某些位置无法运作，或成为不良品，导致较低的产量及较高的设备成本。随着半导体装置尺寸的减少、晶圆尺寸的增加及较高产量的需求，这些差异将成为一个重要的议题，因此期望能改善均匀性。

由此可见，上述现有的半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法在产品结构、制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品及方法又没有适切的结构及方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法,实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法存在的缺陷，而提供一种新的半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法，所要解决的技术问题是改善大尺寸晶圆的厚度均匀度，使镀膜从边缘至中心位置具有均匀的厚度分布，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种半导体处理装置包括一处理室、一基座及一喷头。基座位于处理室内并用以承载一半导体晶圆。喷头用以供应处理气体至处理室。喷头具有多个可调节的出口，用以供应一种或多种处理气体至处理室。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的半导体处理装置，其中该些可调节出口可个别调节。

前述的半导体处理装置，其中该些处理气体可个别调节。

前述的半导体处理装置，其中该喷头包括一出口群，该出口群的出口数少于该喷头的该些出口的总数，且该出口群可视为一组同时调节。

前述的半导体处理装置，还包括多个阀，连接于一处理供应线路及该喷头的该些出口之间，其中该些阀控制经由该些出口至该处理室的该些处理气体的供应。

前述的半导体处理装置，其中该些阀为可变阀，用以控制气体流量。

前述的半导体处理装置，其中该些出口包括至少一内出口以及位于该内出口周围的一外出口。

前述的半导体处理装置，其中当该处理气体通过该喷头的该些出口时，该基座可旋转。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种半导体处理装置包括一处理室、一基座及一喷头。基座位于处理室内并用以承载一半导体晶圆。喷头用以供应处理气体至处理室。当气体通过喷头时，基座可旋转。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的半导体处理装置，其中该基座能以不同的速度旋转。

前述的半导体处理装置，其中还包括一马达，该马达与该基座连接并用于旋转该基座。

前述的半导体处理装置，其中该马达为一可变速马达。

前述的半导体处理装置，其中该喷头包括多个可个别调节的出口，该些出口供应一种或多种该处理气体至该处理室。

前述的半导体处理装置，其中该些出口包括至少一内出口以及位于该内出口周围的一外出口。

本发明的目的及解决其技术问题另外再采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种半导体处理装置包括一处理室、一基座及一喷头。基座位于处理室内并用以承载一半导体晶圆。喷头用以供应处理气体至处理室。喷头具有多个可调节的出口，用以供应一个或多个处理气体至处理室。当气体通过喷头的出口时，基座可旋转。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的半导体处理装置，其中该些可调节的出口可个别调节。

前述的半导体处理装置，其中该些出口包括至少二个出口，设置为一内出口及位于该内出口周围的一外出口。

前述的半导体处理装置，还包括：多个可变阀，连接于一处理供应线路及该喷头的该些出口之间，其中该些可变阀调节处理气体经由该些出口至该处理室的总量，该基座能以不同的速度旋转。

本发明的目的及解决其技术问题另外还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种处理半导体晶圆的方法包括：提供一半导体晶圆于基座上；供应一处理气体至半导体晶圆，以施行一处理步骤；以及调节处理气体至半导体晶圆的供应，以改善处理步骤的均匀性。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的处理半导体晶圆的方法，其中调节步骤包括当该处理气体供应至该半导体晶圆时，旋转该基座。

前述的处理半导体晶圆的方法，其中供应该处理气体的步骤包括通过一喷头供应该处理气体，该喷头包括多个可调节的出口，用以供应该处理气体。

前述的处理半导体晶圆的方法，其中调节步骤包括调节该喷头的该些出口。

前述的处理半导体晶圆的方法，其中该些出口包括至少一内出口及位于该内出口周围的一外出口。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法至少具有下列优点及有益效果：本发明改善了大尺寸晶圆的厚度均匀度，使镀膜从边缘至中心位置具有均匀的厚度分布。

综上所述，本发明是有关于一种半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法。该半导体处理装置，包括一处理室、一基座及一喷头。基座位于处理室中并用以承载半导体晶圆。喷头用以供应处理气体至处理室。本发明同时还提供了一种处理半导体晶圆的方法。本发明在技术上有显着的进步，并具有明显的积极效果,诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一示范性处理室的内部的侧面透视示意图。

图2是本发明一示范性喷头的仰视图。

图3A是本发明一示范性沉积厚度的示意图。

图3B是本发明一示范性沉积厚度的示意图。

图4是本发明一示范性处理室的内部的侧面透视示意图。

图5是本发明一示范性喷头的仰视图。

图6是本发明一示范性喷头的仰视图及一示范性气流系统的方框图。

图7是本发明一示范性喷头的仰视图及一示范性气流系统的方框图。

图8是本发明一示范性处理系统的系统图。

图9是本发明一示范性处理系统的系统图。

图10是本发明一示范性校准处理的流程图。

10：处理室

12：喷头

14：基座

16：扩散器

20：半导体晶圆

100：处理装置

110：处理室

112：多喷头

114：旋转基座

122、122a、122b、122c、122d：出口

130a、130b、130c：同心区域

132：气体箱

134a、134b、134c、136a、136b、136c、138a、138b、138c：线路

140、158a、158b、158c：出口

150：控制器

151：记忆体

152a、152b、152c：供应阀

153：马达

154a、154b、154c：气体供应源

156a、156b、156c：供应阀

160：接合处

S1-S6：步骤

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的半导体处理装置及处理半导体晶圆的方法其具体实施方式、结构、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效获得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

请参阅图1所示,是本发明一示范性处理室的内部的侧面透视示意图。处理室10包括喷头12及基座14。喷头12运送处理气体（例如四乙基原硅酸盐(Tetraethyl orthosilicate,TEOS)、三乙基硼(Triethylborane,TEB)及磷酸三乙酯(TriEthylPhosphate,TEPO)混合物）至处理室10。如图2所示，图2是本发明一示范性喷头的仰视图。喷头12可具有扩散器16用以散布气体流。扩散器16是一个静态不可调节的装置，连接于单一控制的气体供应源，此气体供应源依序供应气体至喷头12。

一处理步骤中，基座14固定于处理室10中，并承载半导体晶圆20在固定的位置。在移动晶圆20至处理室10时，基座14是可移动的，但在半导体处理过程中基座保持静态且不移动。

图3A是本发明一示范性沉积厚度的示意图。其绘示了在处理室10内的沉积步骤后，整个晶圆沉积厚度的一范例。在此例子中，沉积步骤为氧化物沉积，例如是二氧化硅(SiO2)沉积。值得注意的是，在给定的半径下有多种不同厚度的氧化物。举例来说，在给定半径圆周的晶圆中，左下角附近氧化物的厚度比上部附近的厚度厚。

图3B是本发明一示范性沉积厚度的示意图。其绘示了从晶圆中心的不同径向距离的沉积厚度。在晶圆的边缘附近（图的右端），氧化物的平均厚度实质上大于晶圆中心附近（图的左端）氧化物的平均厚度。在晶圆中心至边缘之间的平均厚度是非均匀性的。此种中心至边缘之间的非均匀性已成为一个重要的问题，且由于现今半导体工艺使用较大尺寸的晶圆，比以往较小尺寸的晶圆更难以在小视窗中控制。从这些图中可以看出沉积厚度并不均匀且变化超过1000埃

因此，晶圆内（within wafer,WIW）的均匀性并不佳。

图4是本发明一示范性处理室的内部的侧面透视示意图。其绘示了处理装置100的一实施例，处理装置100可以改善沉积物或处理气体浓度的均匀性。处理装置100包括处理室110。处理室110包括多喷头112及旋转基座114。如图5所示，图5是本发明一示范性喷头的仰视图。多喷头112包括多个出口122a、122b、122c、122d…（统称出口122）。多个出口122用以提供处理气体更好的运送调节，从而控制铺在晶圆上的沉积物或浓度的均匀性。在处理步骤中旋转基座114可旋转。旋转基座114的旋转，使得铺在晶圆上的沉积物或浓度的均匀性能得到控制。在沉积过程中旋转晶圆，使给定半径圆周上的均匀性更佳。

可理解的是,一些实施例可包括多喷头112及旋转基座114其中之一。也就是说，一些实施例可包括多喷头112,一些实施例可包括旋转基座114,及一些实施例可包括多喷头112及旋转基座114两者。

出口数目及调节出口122的方式有多种。此些出口可被个别调节或以群来调节。举例来说，如图6所示，图6是本发明一示范性喷头的仰视图及一示范性气流系统的方框图。此些出口122可区分为同心区域130a、130b及130c。

同心区域130a、130b及130c使得晶圆边缘与中心之间处理气体的分布得以调整，同时保持相对简单更符合成本效益。结合能改善给定的径向距离均匀性的旋转基座，以及能改善不同半径上均匀性的同心圆配置，进而协同地改善整个晶圆的均匀性。

每个同心区域130a、130b及130c可个别供应处理气体，例如从气体箱132经由线路134a、134b、134c、136a、136b、136c、138a、138b及138c的四乙基原硅酸盐，三乙基硼及磷酸三乙酯。线路134a供应第一处理气体至区域130a，线路136b提供第二处理气体至区域130b，及线路138c供应第三处理气体至区域130c。在此方式中，各处理气体可在各同心区域130a、130b及130c中个别调节。在一些实施例中，处理气体可作为混合气体供应至此些同心区域130a、130b及130c，以减少调节阀所需数目。

请参阅图7所示，是本发明一示范性喷头的仰视图及一示范性气流系统的方框图。在一些实施例中，多喷头112的各出口140a...140s（统称出口140）可个别调节。为了简化，在出口140中仅绘示三个线路，但线路可个别连结至所有的出口140。

请参阅图8所示,是本发明一示范性处理系统的系统图。处理装置100可以控制器150控制,以便执行处理步骤。控制器150可包括记忆体151,用于存储校准信息及处理指令。控制器150可为特定用途的处理器/电脑，或为编程为执行控制功能的一般处理器。控制器也可为电脑可执行的指令，当藉由处理器执行时，使处理器执行控制器的功能。电脑可执行的指令可存储于一个或多个电脑可读媒体(computerreadable mediums，例如RAM、ROM等)的整体或部分。

控制器150连接至马达153,用以控制旋转基座114的旋转。控制器150连接至供应阀152a、152b及152c（统称供应阀152），用以分别调节来自气体供应源154a、154b及154c（统称气体供应源154）的气体的供应。控制器150连接至供应阀156a、156b及156c（统称供应阀156），用以分别控制多喷头112的出口158a、158b及158c（统称出口158）的气体供应。供应阀156a、156b及156c各包括一个阀，以个别调节一种供应气体。也就是说，若有三个气体供应源及三个多喷头的出口，供应阀156a、156b及156c包括9个阀。各区域中的各供应气体可独立控制，使得在工艺中的控制更佳。举例来说，可量测晶圆中与供应气体其中之一相关的元素浓度非理想的区域。操作此供应气体在晶圆上此区域，达成更佳的工艺控制。此些阀152、156及气体供应源154、出口158可提供不同的气体流或分开控制开/关。

请参阅图9所示，是本发明一示范性处理系统的系统图。源自气体供应源154a、154b、154c的线路在接合处160连通，用以供应混合气体至单一供应阀156a、156b及156c。接合处160可设计为用以混合供应气体的腔室，也可为一管道或其他结构。此外，此些供应气体在到达供应阀156之前，部分可在一处混合，而其他部分的则在另一处混合。

相比较于图8所绘示的处理装置，图9的处理装置具有较少的阀及较少的供应线路，提供了较简单及较低成本的配置及安装。当混合供应气体的同质性比起个别调节混合供应气体更为重要时，图9的处理装置更为适合。

图8及图9所绘示的实施例仅为示范性，其各种组合是可预期的。供应阀及供应线路实际的配置与数量是依据处理装置的特定设计目标。

图10是本发明一示范性校准处理的流程图。其叙述了处理装置100的校准方法。在步骤S1中，加载晶圆至处理装置100中，例如藉由定位基座114在操作位置，或藉由放置晶圆至基座114上。在步骤S2中，执行例如是沉积氧化物的处理步骤。在步骤S3中，量测上述处理步骤的均匀性。举例来说，当处理步骤是沉积时，可量测沉积的厚度。在步骤S4中，判断均匀性是否可接受。若否，则工艺前进至步骤S5。若是，则工艺前进至步骤S6。

在步骤S5中，处理步骤为调整。举例来说，可减少流经厚区域中的多喷头气流，可增加流至薄区域中的多喷头气流，以及可增加或降低旋转基座的旋转。然后继续实行步骤S1。

在步骤S6中，校准信息（例如，流经多喷头各区域的气流、旋转基座的旋转等）被储存并完成工艺。

校准信息储存后，可作为参考，以改善经由处理装置施行的处理工艺的均匀性。

上述半导体处理装置的示范性优点，包括改良一种应用于半导体晶圆上处理的浓度或厚度的均匀性。此半导体处理装置可用于沉积氧化物及其它薄膜（例如氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)等），以及调节处理工艺中硼(B)、磷(P)、氮(N)及其他掺杂物的浓度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (23)

1.一种半导体处理装置，其特征在于其包括：

一处理室；

一基座，位于该处理室内并用以承载一半导体晶圆；以及

一喷头，用以供应一处理气体至该处理室，该喷头具有多个可调节出口，用以供应一种或多种处理气体至该处理室。

2.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于其中该些可调节出口可个别调节。

3.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于其中该些处理气体可个别调节。

4.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于其中该喷头包括一出口群，该出口群的出口数少于该喷头的该些出口的总数，且该出口群可视为一组同时调节。

5.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于其还包括多个阀，连接于一处理供应线路及该喷头的该些出口之间，其中该些阀控制经由该些出口至该处理室的该些处理气体的供应。

6.根据权利要求5所述的半导体处理装置，其特征在于其中该些阀为可变阀，用以控制气体流量。

7.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于其中该些出口包括至少一内出口以及位于该内出口周围的一外出口。

8.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于其中当该处理气体通过该喷头的该些出口时，该基座可旋转。

9.一种半导体处理装置，其特征在于其包括：

一处理室；

一基座，位于该处理室内并用以承载一半导体晶圆；以及

一喷头，用以供应一处理气体至该处理室，其中当该处理气体通过该喷头时，该基座可旋转。

10.根据权利要求9所述的半导体处理装置，其特征在于其中该基座能以不同的速度旋转。

11.根据权利要求9所述的半导体处理装置，其特征在于其还包括一马达，该马达与该基座连接并用于旋转该基座。

12.根据权利要求11所述的半导体处理装置，其特征在于其中该马达为一可变速马达。

13.根据权利要求9所述的半导体处理装置，其特征在于其中该喷头包括多个可个别调节的出口，该些出口供应一种或多种该处理气体至该处理室。

14.根据权利要求13所述的半导体处理装置，其特征在于其中该些出口包括至少一内出口以及位于该内出口周围的一外出口。

15.一种半导体处理装置，其特征在于其包括：

一处理室；

一基座，位于该处理室内并用以承载一半导体晶圆；以及

一喷头，用以供应一处理气体至该处理室，该喷头具有多个可调节的出口，该些出口供应一种或多种该处理气体至该处理室，其中当该处理气体通过该喷头的该些出口时，该基座可旋转。

16.根据权利要求15所述的半导体处理装置，其特征在于其中该些可调节的出口可个别调节。

17.根据权利要求15所述的半导体处理装置，其特征在于其中该些出口包括至少二个出口，设置为一内出口及位于该内出口周围的一外出口。

18.根据权利要求15所述的半导体处理装置，其特征在于其还包括：

多个可变阀，连接于一处理供应线路及该喷头的该些出口之间，其中该些可变阀调节处理气体经由该些出口至该处理室的总量，该基座能以不同的速度旋转。

19.一种处理半导体晶圆的方法，其特征在于其包括以下步骤：

提供一半导体晶圆于一基座上；

供应一处理气体至该半导体晶圆，以实施一处理步骤；以及

调节该处理气体至该半导体晶圆的供应，以改善该处理步骤的均匀性。

20.根据权利要求19所述的处理半导体晶圆的方法，其特征在于其中调节步骤包括当该处理气体供应至该半导体晶圆时，旋转该基座。

21.根据权利要求19所述的处理半导体晶圆的方法，其特征在于其中供应该处理气体的步骤包括通过一喷头供应该处理气体，该喷头包括多个可调节的出口，用以供应该处理气体。

22.根据权利要求21所述的处理半导体晶圆的方法，其特征在于其中调节步骤包括调节该喷头的该些出口。

23.根据权利要求21所述的处理半导体晶圆的方法，其特征在于其中该些出口包括至少一内出口及位于该内出口周围的一外出口。

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