TW201120235A - Batch CVD method and apparatus for semiconductor process - Google Patents

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TW201120235A TW099122857A TW99122857A TW201120235A TW 201120235 A TW201120235 A TW 201120235A TW 099122857 A TW099122857 A TW 099122857A TW 99122857 A TW99122857 A TW 99122857A TW 201120235 A TW201120235 A TW 201120235A
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Toshiyuki Ikeuchi
Masayuki Hasegawa
Toshihiko Takahashi
Keisuke Suzuki
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Description

201120235 六、發明說明： 申案ί fit專日利案第獅]71557號之優先權，其 t 年月 其部内容係以參考文獻之方式合併 【發明所屬之技術領域】 ^發明侧於-種批次CVD(化學氣她積)方法和設備 種用以在目標物(例如半導體晶圓)上形成產物膜之Ϊ j處理技術。本文所述之「轉體處理」包含各種處理，盆藉 ，在目標物上之預定圖案中形成半導體層、絕緣層和導電芦'、= 勿上製造半導體裝置或具有與半導體裝置相連接丄佈線 ;D(平=其，例如目標物為半導體晶圓或用於 D(千面顯不态，例如LCD(液晶顯示器))之玻璃基板。 【先前技術】 如主ίϊ造用以組成半導體積體電路之半導體裝置中，目標物(例 ΐίίΐ晶圓)會經過各種處理，例如薄膜形成、侧、氧化^ =重整。可在單基板式薄獅成設 ” G9福93射之觸和減式細‘^備2= ^膜=:請案公開號第2_嶋號中之設備)中執行此 H為概要展示f知批次CVD設備之結構圖。例如，當形 w之1曰將t ί ΐ ”地容納有目標物或半導體晶圓 曰曰圓舟4載入垂直式處理容器2中。將晶圓w夢由 =3周圍之加熱器6加熱到一預定溫度丄 ί、ί通^源氣體和反應性氣體(例如臭氧）。將這^氣體'， 氣/ SA 谷益2内部垂直延伸之分佈噴嘴8和10上的一些嘴 與8A和10A，通入處理容器2中。再者，藉由 办6 ίίίίίίΤΐί理内部空間經由形成在處^容器 - 氣口 2 -空排氣。在這些狀況下，在維持於預定慶力 201120235 下之處理容器2内部執行用以形成氧化石夕薄膜之處理。 半導體積體電路之增加微型化和整合的需求， 謹输織$，細敝照re 方4理方法。例如’有—種馳形成處理之CVD 接一 膜形成，同時間歇地通人來源氣體等等，以-層 Ϊ材:ΐίί層的方式重覆形成各具有原子或分子等級厚度 軸處則做勘(料層沉積< 非常) ’其允賴行一預定處理而不會將晶圓暴露在 當使甩如圖5所示之設備，使氧化石夕薄
t 10B
度’用以控14B以調整其閘闕開口 W L6 f示使用如圖5所示之設備，閘閥狀態與在其中以ALD 矽源氣體，使ί此源乳體切換閥8B設定為開啟以通入 之反應步驟T13中、，將W表面上。在如圖6⑼所示 反應性氣體或臭ί，使^fti換閥1GB設定為開啟以通入 相作用，因此形成si2 &氧晶圓表面上之石夕源氣體互 閥設定為開啟以從處理容T14中，將排氣 氣體或者是反應性氣體。°内補出耽體，且不通入石夕源 藉由執行-次循環，可形成具有原子或分子等級厚度之薄 201120235 膜。藉由分別重複此循環數次而形成之薄膜經層疊而形成具有預 定厚度之產物膜。在一個循環中，每一個吸附步驟T11和反應步 驟T13之時間長度為約60秒，且每一個排氣步驟T12和T14之時 間長度為約10秒。此批次CVD方法允許執行此處理而不會將晶 圓暴露在非常高之溫度下。然而，如以下所述，本案發明人已發 現此種批次CVD方法就一些關於薄膜品質、生產率、和來源氣體 消耗量之特性而言，尚有進步空間。 【發明内容】 本發明之一目的為提供一種批次CVD方法和設備，其具有關 於薄膜品質、生產率、和來源氣體消耗量之改善的特性。 依據本發明之第一態樣，提供一種半導體處理用之批次 CVD(化學氣相沉積)方法’用於批次cvd設備中’此設備包含垂 直式長處理容器，配置來容納複數個目標物；支座，配置來在處 理容器内部之垂直方向間隔地支托目標物；來源氣體供應系統， 配置來通入來源氣體至處理容器中，此來源氣體供應系統包含用 以調整來源氣體供應之來源氣體閥；反應性氣體供應系統，配置 來通入反應性氣體至處理容器中，此反應性氣體供應系統包含用 以調整反應性氣體供應之反應性氣體閥；以及排氣系統，配置來 從，理谷器内部排出氣體，此排氣系統包含用以調整排氣速率之 排氣閥，預設此方法以重複一循環複數次，用以層疊各次所形成
和机叫5又疋馮開啟而從處理容 虱體通入處理容器中，同時. 器内部排出氣體；接著，反 201120235 1驟_1用以造成反應性氣體與吸附於目標物上之來源氣體互相 ^、:藉，將來源氣體閥保持關閉而不將來源氣體通入處理容器 中二Τ 藉由1?反應性氣體閥設定為開啟而將反應性氣體通入處 i藉由將排氣閥設定為從預定開啟狀態逐漸減小其閘 j ϋ ”理容11内部排出氣體；以及接著，第二中間步驟， 部移除剩餘氣體’藉由將來源氣體閥和反應性 將來源氣體或者是反應性氣體通入處理容器 時之=氣閥之問闕開口度設定為大於在反應步驟結束 夺排，閥之閘閥開口度而從處理容器内部排出氣體。 第二態樣，提供—種電腦可讀儲存媒體，其包 Ϊα二二Ίτ之程式指令，#處理器執行程式指令時，程式 設備吨行如第—祕所敎抖體處理用 ’提供—種半導體處理用之批次 複數^長處理容11，配置來容納 Γ此氣Ϊ供應系統，配置來通人反應性氣體至處ΐίί 性氣體閥應系統包含用以調整反應性氣體供應之反鹿 ==;;=容=:氣體，此排氣 ίί備中控制部被預設來執行批方ΐ置 二厚===膜，且藉此在‘ 將來源氣體吸附至目桿物上，^=包έ :吸附步驟，用以 間設定為開啟然後再設定來源氣】來源氣，在第-期 =;藉由將反應性』==== =二i藉由二iT關閉而不從處理容； 者第中間步驟，用以從處理容器内部移除剩餘氣 201120235 將來職_和反應性氣體聽閉而不 或者疋反應性氣體通人處理容器中，同時藉 閥—、或” ，從處理容器内部排出氣體；接著，反應步驟， 性氣體與爾於目標物上之來職體互相反應 ^ 二 y保持關閉而不將來源氣體通入處理容器中，同 氣體閥設定為開啟而將反應性氣體通人處理容器中，3且葬: 内丨排出乳體，以及接者，第二中間步驟，用以從 移除剩餘氣體’藉由將來源氣體閥和反紐氣 ==口?設定為大於在反應步驟結束時之== 口度而從處理容器内部排出氣體。 本發明之額外的目的和優點將於以下敘述中提出’且i 由敘述看來應為顯而易知，或可由實施本發明而知悉 = 所特別指出之設備和組合當可了解和獲知本發明之目的和9優點。 【實施方式】 獲得以下之結果 在發展本發明之過程中’發明人業已研究有關對此種半 處理用之習知齡CVD方法及設備的問題。因此，本案發明人已 刖述參照圖5和6之方法為依據習知概念所安排，以致 吸附步驟T11巾通人雜氣料，較佳是在晶圓表面或之上形成 石夕源氣體流動’因為被·在日日日1]表社之㈣氣體的量會因此 而增加。由於此原因，在吸附步驟T11中(如圖6(Q所示），將真空 排氣系統14之排氣閥14B設定為部份程度的開啟，例如約3〇%之 閘閥開口度’以便於在-定程度上排域體而在晶圓表面或之上 形成石夕源氣體流動°在此情況中’由於絲源氣體奴為約1〇到 500 seem(每分鐘之標準立方公分)的流速，處理容器2内部之壓力 會逐漸且線性增加，如圖6(D)所示。 另-方面，在反應步驟T13中，將排氣閥14β設定為比上述之 201120235 吸附步驟Til更大的開口，例如約60%之閘閥開口度，以便於有效 地促使反應發生。在此情況中，由於將臭氧設定為約20 slm(每分 鐘^標^公升)的流速(其遠大於矽源氣體之流速），處理容器2内部 之壓力藉由臭氧供應會先瞬間增加並且呈飽和一段時間，然後會 逐1降低。再者’在排氣步驟T12和T14中，將排氣閥14B設定為 1〇〇%之閘閥開口度，以執行強制真空排氣，以便於從處理容器2 内部迅速地移除剩餘氣體。在所有步驟之整個期間皆保持真空泵 16的運作。 ’ 然而，依照上述之習知方法，將排氣閥14B設定為一定程度的 開啟以，持在吸附步驟T11期間之石夕源氣體流動。因此，矽源氣體 大量雜’制切職體價格P卩貴，而使運作成本變得相 畠而〇 再者，在反應步驟T13中，先將處理容器2内部壓力藉由臭氧 =應而增加至如圖6(D)所示之P1點，對臭氧來說此壓力極高，、 ，可輕易使臭氧去活化，同時喪失其活性。於是，由於不當之自、 乳，應’在晶圓之财部份上薄細彡齡充分地進行，但在晶g 部伤上則無法充分地進行，因此惡化薄膜厚度之平面均 1二特別是，當晶圓表面包含溝槽結構時，這會帶來顯著的負載 此3效應會AA地增加臭氧消耗量，同時會使晶圓中心 1刀之、旱極小。就這方面的對策可為設定處理容器2内部壓力 Ϊ ft應步驟T13中之壓力，但此對策並不可取，因為沉積速Ϊ θ Ik者壓力降低而大量的降低，因此降低生產率。 、 A 之結果所達狀本發明的實補將參照隨附之圖式 下敎述中，具有實質上相同之功能和配置的組ί 同=同^彡考數字所標示，且僅在需要時會做重複的敘述。 -備田展二^康本發明實施例之批*cvd設備的結構圖。此 j精由使用包含3DMAS(三-二甲胺基梦烧)之來源氣體(苴 與包含臭氧之反應性氣體(其為氧化氣體別'是‘ 和〇2之氣體混合物）:來形成薄膜或氧化石夕(Si〇2)膜。 3 如圖1所不’此薄膜形成設備2〇包含處理容器a，在其中處理 201120235 被界定來容納和處理健直方向間隔堆疊之複數個半導體晶 圓（目物）。處理容器22具有包含内管24和外管26(兩者皆為垂直 式長，)的雙f結構。内管24之形狀為具有鮮和開放之底部的圓 柱狀物，處理場23被界定於其中。外管26之形狀為具有頂罩和開 放之底部關柱狀物’且以介於⑽管間之—預定職來圍繞内 管24。内管24和外管26係以石英製成。 處理谷态22之直徑為(例如）約4〇〇到5〇〇 mm，用以容納直徑 300 _胃之晶圓W。處理容器22之内容量取決於欲載入其中之晶圓 w的數量，且被設定為(例如)約200公升以容納最多15〇個晶圓w。 外管26底部經由密封組件3〇(例如〇型環)氣密式地連接至由 (例如^不銹鋼製成之圓柱狀歧管28。外管26底部由歧管28支撐，同 時歧管28由基座板(圖中未示)支撐。歧管28包含由其内表面延伸之 環支撐件32，内管24底部被固定在環支撐件32上。由石英製成之 支托器或晶圓舟34被放置在處理容器22之内管24内部。 將晶圓舟34牙過歧管28底部向上和向下移動，因此將晶圓舟 34載入處理容器22之處理場23中或是從其中卸下。將一些目標物 或半導體晶圓W堆疊在晶圓舟34上。例如，在此實施例中，晶圓 舟34可在垂直方向依基本上固定之間隔來支托(例如)直徑3〇〇 _ 之約50到1〇〇個晶圓。 將晶圓舟34經由石英製成之隔熱圓柱件4〇放置在檯座42上。 檯座42由旋轉軸44(其穿過由(例如)石英或不銹鋼製成之蓋體36)所 支托，並用以打開/關上歧管28底埠。蓋體36中旋轉軸44穿過的部 份裝配有(例如)磁液軸封46 ’以便以氣體密封狀態將旋轉軸44可旋 轉地支撐住。將密封組件38(例如〇型環)插入蓋體36周圍和歧管28 底部之間，以便能將處理容器22内部保持密封。 將旋轉轴44連接在由升降機構48(例如晶舟升降機)支撐之器 臂50末端。升降機構48將晶圓舟34和蓋體36 —同向上和向下移 動。再者’當旋轉軸44由内建於器臂50之旋轉機構驅動時，會轉 動晶圓舟34，因此晶圓舟34上之晶圓亦會對延伸通過其中心之縱 軸做旋轉。然而，可將檯座42固定於蓋體36 ’以便不旋轉晶圓舟 201120235 34而處理晶圓w 將隔熱套管51配置在處理容n22關 ί Γί二用以加熱處理容器22内之環境與晶圓s S 性傻由奴線(其不會造成污染且具有良好之升溫和降溫特 控制加熱&、電偶(圖十未示)配置在處理容器22之内管24内部以 —將氣體供應部與歧㈣㈣連接以通人預 氣 當量的載體氣體(例如触)混合。然而，以下為了= 可為蘇右、ίΐίϊίί提及此等載體氣體。清除氣體或載體氣體 可為稀有乳體(例如Ar或He)，來取代ν2氣。 _ί、、主=別疋’來源氣體供應系統54、反應性氣體供應系統56、 和>月除氣體供應系統58分別包含氣體分佈喷嘴6()、64和68，其 個疋由從歧官28外部穿過其側壁然後轉彎並在内管24内部向上 延伸之石英管所形成(見圖1}。氣體分佈喷侧、64和68分別 孔60A、64A和68A ’每—組喷氣孔以預定間隔形成在 遍及日曰圓舟34上所有晶圓W之縱向(垂直方向)上。每一組喷氣孔 =、64A和68A依水平方向幾乎一致地輸送相對應之氣體，以便 根據需要而形成與晶圓舟34上之晶圓w成平行之氣流。 喷嘴60、64和68分別經由氣體供應管線(氣體通道)62 、66和 70 別與3^MAS氣、〇3氣和N2氣之氣體源54S、56S和58S連接。 氣體供應官線62、66和70分別裝配有流速控制器62八、66A和 70A(例如質流控制器），以及切換閥62B、66B和7〇B。依此配置， 可依控制之流速通入3DMAS氣、〇3氣和N2氣，並選擇性地通入和 停止。 12 201120235 師ί嘴6〇、64,68聚集在内管24内部之一側(雖然由於圖面空間 /丨/ 其圖1展不喷嘴68是配置在相對於其它喷嘴60和64之另一 Ϊ嘴6^624^具有細狀餘之職孔72，其形成在相對於 ΐΐ Ρ、Λ和之另一側上’且依垂直方向排列。依水平方向在 峡罐，糧歸繼24和外管％ ，管28有戦於其纽_管24和外找之間齡節蝴 之排。排氣口76細置以對處理容||22内部真空排氣之直 go統。A空排氣系統78具有與排氣口 76連接之排 疯^線80 )其裝配有用以從處理容器22内部真空排氣之 82 ’以及藉由改變關開口度糊整處理容器22内部壓力之^ 閥継。排氣閥麵不僅用以隨意調整間 二 全=狀態和完全關閉狀態之間做切換，以徹底結束^氣用/在疋 繼更包含由(例如)電腦形成之主控制部84，以控 薄膜厚度和欲形成之薄膜成分， 存其儲存部86中之處麵方，來執行以下所述之批 ΪΪ的關中，製程氣體流速與薄膜厚度和成分之 係亦被事先儲存為控制資料。因此，主控制部84可基 存之處理配朴控制資料’來鋪升降機 、 碟更碟u代表例為包含於儲存部86中 腳等等）、磁光碟_等等）、和半導體記憶域CD、 接著，將對執行於如圖！所示之設備中的 f巧動薄膜形成)進行說明。在此批次CVD方法Lt 薄膜，由ALD或MLD形成於半導體晶圓上。為達此目標，、將 石夕源氣體之3DMAS氣與作為氧化反應性氣體之臭氧㈣氣選性 容納J晶圓W之處理場23。鱗擇性供應用^交)替地g 稷數二人吸附步驟(吸附3DMAS氣體於晶圓w表面上 ^ (導致片臭氧氣與吸附於晶圓w表面上之3DMAS氣體皮1而 形成氧化㈣膜。制是，將薄膜形成處理與町操作-同^于。 13 201120235 當薄膜形成設備20被設定為待機狀態而沒有載入其中之半導 體曰^圓W時，將處理場23維持在低於製程溫度之溫度。當啟動處 理，i首先，將處於室溫之晶圓舟34(其支托一些(例如5〇個)半導 體晶圓^從下方載入處於預定溫度之處理場23(處理容器22處於' 熱壁狀態）中。然後’將處理容器22之底部開口由蓋體 ， 氣體密封處理容器22。 一接著，將處理場23真空排氣使處理場23處於預定製程壓力。 然後，•提高施加於加熱器52之功率以加熱處理場23到薄膜形成處 ^之製程溫度。將處理場23穩定於製程壓力和製程溫度之後，將 薄膜形成所需之預定製程氣體通入處理場23中。在此實施例中， 將3DMAS氣體和臭氧氣體健歡錢，分臟氣體供應系統54 和56·^噴嘴60和64通入處理場23中。然後，調整真空排氣系統％ 之排氣閥80B的閘閥開口度以控制處理容器22内部之壓力。 曰。從氣體分佈噴嘴60之喷氣孔60A通入3DMAS氣體，以形成與 晶圓舟上之晶圓臂成平行之氣體流。當通入3〇]^8氣體時， =>mas氣體會藉由加熱處理場23之溫度而被活化，且31)]^8氣體 分子與其由分解作用產生之分解產物的分子和原子會被吸附在晶 圓W上。 ，另一方面，從氣體分佈喷嘴64之喷氣孔64A通入臭氧氣體，以 形成與f曰，舟34上之晶圓W成平行之氣體流。當通入臭氧氣體 日=六'氧氣體會藉由加熱處理場23之溫度而被活化，且臭氧氣體 分子與其由分解作用產生之分解產物的分子和原子，會與衍生自 3DMAS氣體且吸附於晶圓w上的分解產物等等互相反應。'因此， 在晶上形成氧化矽薄膜。或者，當衍生自3DMAS氣體的分解 ，物等等，流到衍生自臭氧氣體且吸附於晶圓霄上的分解產物等 等上，，會產生相同的反應，因此在晶圓w上形成氧化矽薄膜。 、友，由從處理容器2内部排出氣體且不通入3DMAS氣體或者是 臭氧氣，，在上述之吸附步驟和反應步驟之間執行排氣步驟。.然 後’在每個排氣步驟中，若有需要，則將作為清除氣體之处氣^ 控制之流速從氣體供應系統58之噴嘴68通入。流經處理場23之氣 201120235 體成分經由通氣孔72而流入内管24和外管26之間的間隙74。然 後，藉由真空排氣系統78將這些氣體成分經由位於外管26底部之 排氣口 76而排出。 圖2展示使用如圖1所示之設備，閘閥狀態與在其中以ald來 形成氧化矽薄膜之處理容器内部壓力之間的關係。圖2(A)展示石夕 源氣體之切換閥62B的狀態；圖2(B)展示反應性氣體之切換閥66B 的狀態；圖2(C)展示真空排氣系統之排氣閥80B的狀態（閘閥開口 度）；以及圖2(D)展示處理容器内部之壓力。 如圖2所示’依據此實施例安排薄膜形成方法，使得依序包含 有吸附步驟T1、排氣步驟T2、反應步驟T3、和排氣步驟T4之循環 被重複數次。安排吸附步驟T1以設定矽源氣體之切換閥62B為開 啟，如圖2(A)所示，用以執行3DMAS氣體通入，以使衍生自此氣 體的分解產物等等吸附於晶圓W表面上。安排反應步驟T3以設定 反應性氣體之切換閥66B為開啟，如圖2(B)所示，用以執行臭氧氣 體通入，以導致此氣體與吸附於晶圓表面上的分解產物等等互才'目 ^應，以便於形成Si〇2薄膜。安排每個排氣步驟T2和T4以從處理 容器2内部排出氣體而不通入3DMAS氣體或者是臭氧氣體。在所 有步驟T1到T4之整個期間皆保持真空泵82的運作。 、^有原子或分子等級厚度的薄膜可藉由上述之一次循環而形 成。，由分別重複此循環數次而形成之薄膜被層疊，因此形成具 有預定厚度之產物膜^在一次循環中，每個吸附步驟打和反應步 驟丁3之時間長度為2到12〇秒，例如約6〇秒。每個排氣步驟丁2和T4 之時間長度為2到20秒，例如約1〇秒。可將排氣步驟丁2和丁4省略以 增進薄膜形成處理的生產率。 之切是^安排吸附步驟τι ’如圖2(a)所示，將石夕源氣體 〇 先在預疋期間伢設定為開啟，然後設定為關閉，以便 系、通入石夕源氣體。此時，如圖2(c)所*，將真空排氣 排氣閥細在整個吸附步驟間均保持關閉。此吸附步驟 14ΒΛ於^知f之吸附步驟T11，在吸附步驟T11中，將排氣閥 、駄閘閥開口度保持開啟以真空排氣，如圖6(c)所示。因 15 201120235 Λ 附步驟T1繼續進行，以致石夕源、氣體(犯购 3 1122内部科會糾，同時此㈣氣體被吸 :ί:=ίί:ί。在此情況中’即使矽源氣體的流速較低， θ促進夕源氣體在晶圓表面上之吸附作用。 ΛΑ"!將土述預火期間11之時間長度設定為吸附步驟T1之時間長声 $，50/〇，且較佳是為5至3〇% (例如，u等於相對於τι範圍^ ίίϊΤΐί 1、。再者，會浪費矽源氣體，因為矽源氣體在晶 附侧會飽和。此時將鶴氣體之流速奴為約10 s，。在吸附步驟Tlt，先將處理容器22内部壓力快 Ϊ厭ΐί Alt之切_62卿請時此壓力變為定值。此i 力為(例如)約667 Pa，雖然其取決於矽源氣體之流速。 牛驟吸附步驟Ή結束之後，開始第一排氣步驟T2。在此 购㈣，且糖紙m排賴趣設定為 理容1122㈣快速地翻剩餘氣體。_,此時 氣?，2氣通入以促進剩餘氣體之移除。在此排： y驟中，處理谷态22内部之壓力會快速降低(圖2(D))。 然後，反應步驟T3開始。在此步驟中，如圖2⑻所示 ，將反應性氣體之切換_B設找開啟以‘ °此時’如®2(Q崎’先贿錄㈣統之排 =声ΐίΐΐ啟，然後隨著反應步驟Τ3的進行逐漸減小其閘閥 H 應步驟Τ3有別於習知方法的反應步驟Τ13，在反應步 持Η啟真空排氣系統之排氣閥14Β依約6〇%之閘閥開口 ^保 持開啟，如圖6(C)所示。 面絲贱錄碰會躲_體歧附於晶圓表 面上之梦源碰互減應，目此形成賴 可在臭氧產生器(_㈣中由氧氣來產生上述之=氧^中 體積比混合在02氧體中，且此等ί體混^物 ί = 體。在反齡驟Τ3巾，在㈣氣步驟Τ2 後之弟i讀間t3，先將真雜氣紐之魏剛⑽縣完全開 16 201120235 啟、，然後立刻減小其閘閥開口度至一預定程度(例如50%)，且進一 步逐漸且線性地減小其閘閥開口度至另一預定程度(例如2〇%)。在 此情況中，將反應性氣體或臭氧之流逮設定為約2〇slm，其遠大於 上述之矽源氣體流速。 、 就習知方法而言，如圖6(D)所示之pi點所指出，快速的壓力 增加會出現且帶來顯著的負載效應。另一方面，安排依據本發明
例之方法的反應步驟丁3，以便將真空排氣系統之排氣閥8〇B 只在第一預定期間13設定為完全開啟，然後立刻減小其閘閥開口度 至約50%，且進一步逐漸減小其閘閥開口度。因此，防止處理容器 22内部壓力產生快速增加，並使此壓力幾乎為線性且逐漸地增 加，如圖2(D)所示。例如，在此反應步驟期間之最大壓力為約133 pa(l托爾）。 如上所述，安排反應步驟T3，以便先將真空排氣系統之排氣 閥麵設定為完全開啟’織逐漸減小其問關讀。在此情況 中了士曰加此壓力而不會造成顯著的負載效應，因為反應步驟T3 可以防止快速的壓力增加(例如P1點所示，其會帶來此等負載效 ，）。因此，會促進反應性氣體或臭氧與吸收於晶圓表面上之矽源 氣體的反應。換句話說’由於沒有高壓狀態，會防止臭氧被去活 化且延長其使用壽命。因此，會抑制此負载效應並且保持高沉積 速率。再者，可保持晶圓表面上之薄膜厚度的高平面均性，以 及增加生產率。 將_^述預定期間t3之時間長度設定為反應步驟T3之時間長度 的1至50/〇」且車父佳是為5至3〇% (例如，圮等於相對於丁^範圍内的2 至60秒）。若預定期間〇大於5〇%，處理容器22内部壓力的增加會 被過f抑制j因此阻礙臭氧反應並且沉積速率會變得不樂見的 低。吾人應當了解，在真空排氣系統之排氣閥80B操作中途出現的 5〇%和2〇%閘閥開口度(圖2(c))僅為範例。閘閥開口度之最佳值是 依照臭氧和销氣體之反應速轉決定。然而，在反齡驟τ3中， 閥咖之閘閥開°度的最大值設定為與用於排氣步 鄉〒之排乳閥_之閘閥開口度相同(例如100〇/〇)，且其最小值為 17 201120235 2%以上。 牛驟反f步驟T3結束之後’開始第二魏步㈣。在此 ^氣體’且將真空排氣系統之排氣閥娜設定為 處理容1122内部快速剩餘氣體。細，此時可 3 氧體以促_餘·之移除。在排氣步驟 薄膜r 谷=内部堡力會快速減低(圖2(D))。藉由這樣做，將 度之薄膜或氧化矽膜。 、傾而朕坪 ㈣^上^實ΐ;例中，排氣閥麵之閘閥開σ度包含完全開啟狀態 =閥開口度=100%)以及完全關閉狀態(閘間開口度=〇%)。然而， 貫際上使用之排氣閥80Β的閘閥開口度為90%以上處理22 氣傳導&乎與完全開啟狀態所獲得之排氣傳導相同而未^變 夕再者，虽閘閥開口度小於2%，對處理容器22的排氣傳導幾 乎與兀全關閉狀‘悲'所獲得之排氣傳導相同而未改變太多。因此， 在上述實施例中，排氣閥80Β的「完全開啟狀態」可替換為「9〇 閘閥開σ度」。再者，排氣閥觀的「完全關狀態」可 替換為「0至20%之閘閥開口度」。 再者，在上述貫施例中，如圖2(C)所示，將排氣閥8〇β只在反 應步驟Τ3中之預定期間t3設定為完全開啟。圖从和犯展示反應步 驟，兩個修正’其就真空排氣系統之排氣閥之閘闊開口度的改變 而淪。依據圖3A所示之修正’在預定期間t3中將閘閥開口度從〗〇〇% 線性改變至50%。依制3崎示之修正，在反齡驟期間將 閘閥開口度從100%線性改變至20〇/〇。這些關於關開口度改變的 修正亦僅為範例。 再者，可依曲線或梯狀線改變閘閥開口度，例如，逐步改變 開口度數次。了重點在於’在反應步驟丁3開始時將排氣閥8〇B之閘 閥開口度設定為較大，如此可防止處理容器22内部壓力在開始時 增加，因此不會造成負載效應。若有需要，反應步驟丁3可包含將 作為載體氣體之惰性氣體(例如N2氧或稀有氣體)與反應性氣體一 起通入。 18 201120235 保持麵時，先將來體供應系統54 由、士揭:㈣J^·定期間設定為開啟’然後立刻設定為關閉。藉 入?I哭Sti體(?如作為石夕職體之3D囊氧體)暫時通 各二二:在目標物上吸附來源氣體。在此反應步驟中’ 二，中時’先將真空排氣系統78之排氣閥_設定為 i(例如開口度，如此以導致反應性氣 體;繼',時及:顯生著 〈貫驗〉 為了評估依據上述實施例之批次CVD方法，進行以 5。，本案範例PEt，依據如圖2所示之方法在如則所示之設備 ί i在晶圓上形成氧化賴。在本案範例即中，使用3DMAS氧體 卞為石夕源氣體’以及制臭氧氧體(氧氣與1()%體積百分比之 的氣體混合物)作為反紐舰。·餘度設定為55(rc，而將製 程>1力(最大值)設定為1.2心將吸附步驟Ή之時間長度設定為不 同的值，但設妙源氣體之切換閥62B為開啟的預定期则則固定 為7#少。/另一方面，反應步驟T3之時間長度固定為7秒，且設定真 空排氣系統之排氣閥80Β為完全開啟之預定期間t3固定為2秒。使 用吸附步驟T1之時間長度作為改變在吸附步驟打中將矽源氣體之 切換閥62B設定為關閉之時間的參數，即保持時間H(=T1 _u)。 再者，在對照範例CE中，依據圖6所示之方法在圖丨所示之設 備中，除了3DMAS氧體流速和閘閥操作以外，依與本案範例1>£相 同之條件在晶圓上形成氧化石夕膜。特別是，在對照範例CE中，將 3DMAS氧體/瓜速3又疋為大於本案範例pE之流速的四倍，且將吸附 步驟之時間長度設定為30秒。 19 201120235 軸標此實驗之結果。在圖4中，橫轴標示保持時間，且縱 積速率1如圖4所示，於其#通人X克犯囊氧 太宏狄:、、;已'’呈現約每循環〇.13nm的沉積速率。另一方面， 輯著縣日销增加瞻_狀沉積速率，即使 為約伽、陆克之幸t小量的3DMAS氧體。在此情況中，當保持時間 ^、、V時’此沉積速率幾乎與對照範例CE之沉積速率相同。因 卩使將麵氣驗速舰為1/4，躺職持時間設 率:換即I獲得高於對照範例CE或與其幾乎相等的沉積速 p弓，可::ί，猎由依據本發明之實施例之方法來操作個別的閘 i目同減低來源氣體流速’同時維持與對照範例CE幾乎 ⑽ϊί ’使關案化晶®就上述之本絲WE和對照範例CE之 加以檢驗。「圖案化晶圓」意指「藉由形成部份之電路圖 ㈣上具有突出部和凹陷部之晶圓」。由於圖案化晶圓之氣 於平面晶圓’負載效應可顯著地發生。根據檢驗的結 ^對照齡仰在_化晶圓上的薄膜厚度呈現約±43%的平面 二性。本案範例PE則在圖案化晶圓上的薄膜厚度呈現約士3.8% 自性。因此’已發現可藉由絲本發明之實施例的方法 來增進在圖案化晶圓上之薄膜厚度的平面均勻性。 〈修正> 在上述實施例中，矽源氣體為3DMAS氧體。或者，矽源氣體 可選自於其它胺基矽烷有機氣體，例wBTBAS (二(三級丁胺基)矽 烧，bistertialbutylaminosilane)、4DMAS (四(二甲胺基)矽烧广、和 DIPAS(二異丙胺基石夕院，diisopropylaminosilane)。 在上述實施例中，反應性氣體為作為氧化氣體之臭氧氧體。 或者，反應性氣體可選自於其它氧化氣體，例如〇2、N2〇*n〇。 再者，如日本專利申請案公開號第2〇〇5_175441號所揭露，可使用 在133 Pa以下之低壓下所產生的氧自由基和羥自由基。 在上述貫施例中，氧化石夕薄膜藉由批次Cyj)方法來形成。或 者’本發明可被應用在用以形成其它薄膜(例如氮化矽(SiN)薄膜或 20 201120235 氮氧化石夕(SiON)薄膜)之批次cvd方法。當形成氮化石夕薄膜時，石夕 源氣體可為DCS (二氣發烧，dichloro silane)、HCD (六氯二石夕烧， hexachloro disilane)、或TCS (四氯矽烷，tetrachloro silane);且^應 性氣體可為NH3(例如）。當形成氮氧化矽薄膜時，矽源氣體可為g 基石夕炫有機氣體’且反應性氣體可為〇3、〇2、N2O、NO或(例 如）。 在上述實施例中，是在包含具有雙管結構之處理容器22的批 次處理设備中執行批次CVD方法。或者，本發明可應用在包含具 有單管結構之處理容器的批次處理設備中。 曾本文提及之作為目標物的半導體晶圓包含石夕基板和化合物半 f體基板，例如GaAs、SiC或GaN。再者，本發明可應用在其它目 標物^列如用於LCD裝置之玻璃基板或陶瓷基板。 >热悉本技藝者當可輕易思及額外的優點與修正。因此，本發 明就其較廣泛之態樣並未限制於本文所敘述和展示之特定細節以 施例。所以，在未偏離峨附之㈣專繼圍及其均 所定義之通常發明概念之精神或範疇下，可做各種的修正。 【圖式簡單說明】 $皮併入且構成本說明書之一部份的隨附圖示，說明本發明之 解般敘述與上述實制之詳細敘述，用以 ^ ^概要展示依據本發明實施例之批次cv〇S備的結構圖； 央展碰用如圖1所示之設備，關狀態與在其中以ALD 氧化矽薄膜之處理容器内部壓力之間的關係； 排翁Ρ^Α和3B展示反齡驟_個修正，其就真空排氣系統之 排氧閥之閘閥開口度的改變而論； 圖4展示與實施例相關之實驗的結果； _ 5概要展示習知批次CVD設備之結構圖；以及 來开® 5所示之賴’閘閥狀態與在其中以ALD "成氧化料膜之處理容H⑽壓力之間_係。 21 201120235 【主要元件符號說明】 2處理容器 4晶圓舟 6加熱器 8分佈喷嘴 8A喷氣孔 8B矽源氣體切換閥 10分佈喷嘴 10A喷氣孔 10B 反應性氣體切換閥 12排氣口 14真空排氣系統 14B排氣閥 16真空泵 20薄膜形成設備 22處理容器 23 處理場 24 内管 26 外管 28歧管 30 密封組件 32環支撐件 34晶圓舟 36蓋體 38 密封組件 40隔熱圓柱件 42檯座 44 旋轉軸 46 磁液軸封 201120235 48升降機構 50器臂 51隔熱套管 52加熱器 54來源氣體供應系統 54S 3DMAS5之氣體源 56反應性氣體供應系統 56S 〇3之氣體源 58 清除氣體供應系統 58S N2之氣體源 60氣體分佈喷嘴 60A噴氣孔 62 氣體供應管線 62A流速控制器 62B切換閥 64氣體分佈喷嘴 64A喷氣孔 66 氣體供應管線 66A流速控制器 66B 切換閥 68氣體分佈喷嘴 68A喷氣孔 70氣體供應管線 70A流速控制器 70B 切換閥 72通氣孔 74間隙 76排氣口 7S真空排氣系統 80排氣管線 201120235 80B排氣閥 82真空泵 84 主控制部 86儲存部 Η保持時間 W晶圓 Τ1 吸附步驟 Τ2排氣步驟 Τ3 反應步驟 Τ4排氣步驟 Τ11 吸附步驟 Ή2排氣步驟 ΊΓ13 反應步驟 Τ14排氣步驟 tl預定期間 t3預定期間

Claims (1)

  1. 201120235 七 1. 、申請專利範圍： =種半導齡_之批次CVD(化學氣概積)方法，用於一批 二人CVD設備中，該設備包含 一垂直式長處理容器，配置來容納複數個目標物； 支托^物配絲在輸容㈣㈣直方向上間隔地 —:來賴體供應系統，配置來通人-來聽體至該處理 來源氣體供應系統包含用以調整該來源氣體供 之一來源氣體閥； 性氣體供應系統’配置來通人—反應性氣體至該 性_供應系統包含用以調整該反應性 軋體供應^了反應性氣體閥；以及 褒备統’配置來從該處理容器内部排出氣體，該排 乳系統包含用以調整-排氣鱗之—排賴； 之薄複一娜複數次，用以層疊各次所形成 膜，該循標物上形成具有—預定厚度之一產物 時藉由將該來源氣體吸附至該目標物上，同 中；ilm亥反H’而將該來源氣體通入該處理容器 至該處理容iiV「且通人該反應性氣體 容器内部排i氣體；猎將該排氣閥保持關閉而不從該處理 餘氣2者藉由m’t ’用以從μ理容器内部移除剩 不將和？反應性氣體閥保持關閉而 時葬由蔣辞妯疋該反應性氣體通入該處理容器中，同 體广K 定相啟而從該處理容㈣部排出氣 目標S之;’用以造成該反應性氣體與吸附於該 之该為讀互相反應，藉由將該來職體閱保持 25 201120235 應性體通人該處理容11巾’同時藉由將該反 中，，又疋為開啟而將該反應性氣體通入該處理容哭 閘閥排氣閥設定為從i定開啟狀態逐漸減小其 句開二*而，該處理容器内部排出氣體；以及 餘氣ϊ考益二中間步驟，用以從該處理容器内部移除剩 二關閉而 η生f , L版必嘗疋孩反應性軋體通入该處理容器中，同 朗之關^ 口度設絲大於在該反應步驟結 、U排氧閥之閘閥開口度而從該處理容器内部排出氣 2. ^申請專利範圍s 1項所述之半導體處理用之批:欠CVD方 腺二所述之在該吸附步驟中將該排氣閥保持關閉係定義為 將邊排氣閥之閘閥開口度設定為〇至2〇/〇。 3·如申請專魏圍第1項所述之轉體處糊之批次CVD方 ί i其中該第一和第二中間步驟包含將一惰性氣體通入該處理 盗中。 4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理用之批次CVD方 士，其中該第一和第二中間步驟不包含將任何氣體通入該處理 容器中。 5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理用之批次Cvd方 法’其中該第一期間之長度係在該吸附步驟長度之1到5〇%的 範圍内。 6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理用之批次CVD方 法’其中在該反應步驟中之該排氣閥的該預定開啟狀態係由先 將該排氣閥在一第二期間保持在該預定開啟狀態而獲得。. 26 201120235 7.如申請專利範圍第6項所述之半導體處理用之批次CVD方 法，其中該第二期間之長度係在該反應步驟長度之丨到5〇% 範圍内。 8. 如申請專利範圍第6項所述之半導體處理用之批次CVD方 法，其中在該第二期間中之該排氣閥之該預定開啟狀態係與用 於該第一中間步驟中之該排氣閥之開啟狀態相同。 9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體處理用之批次CVD方 法，其中該反應步驟不包含將該排氣閥設定為關閉。 10. 如申請專利範圍第9項所述之半導體處理用之批次CVD方 法，其中在該反應步驟中之該排氣閥之閘閥開口度之最大值係 與，於該第-巾間步驟中之該排制之閘_ 口度_，且該 排氣閥之閘閥開口度之最小值係2%以上。 如申睛專利範圍第1項所述之半導體處理用之批次cvD方 去，其中該反應步驟不包含將該反應性氣體閥設定為關閉。 12’如申請專概g第1項所述之轉體處則之批次cyD方 ^，其中該吸附步驟之時間長度為2到12〇秒；該反應步驟之 時間長度為2到no秒；且每一健第一和第二中間步驟之時 間長度為2到20秒。 龜 13·如申請專利範圍第12項所述之半導體處·之批次CVD方 $ ’其中$第〆期間之時間長度為2到6G秒，其係在該吸附 步驟時間長度之1到50%的範圍内。 14.如申請專補圍第I2項所述之半導體處_之減CVD方 27 201120235 法’其$在該反應步射之該排賴之顧賴啟狀態係由先 氣閥在-第二綱保持在該預定開啟狀態而獲得，其中 ΐϊ一期間之時間長度為2到60秒，其係在該反應步驟時間 長度之1到50%的範圍内。 15, 如冑請專概圍第1項所叙半導麟理用之批次 CVD方 / ，，、中該產物膜係選自於由一氧化矽薄膜、一氮氧化矽薄 膜、和一氮化矽薄膜所構成之群組。 16. Ϊ申利範圍第15項所述之半導體處理用之批次CVD方 令該來源氣體包含一秒源氣體，選自於由三(二甲胺基） 俨二二ϊΐ 丁胺基)魏、四(二甲胺基)石夕燒、二異丙胺基石夕 A -fl钱、六氣二魏、和四氯魏所構成之群組。 巧利範圍第15項所述之半導體處理用之批二欠CVD方 _所==，_=自於由。3、。2,。*和 巧申=利範圍第i項所述之半導體處理用之批:欠CVD方 二之異構成之群組;且該反二:: CVD方Ϊ申明專利乾圍第1項所述之半導體處理用之批次 包含： 20· -種半導體處_之批次⑽(化學氣相沉積)設備， 28 201120235 -，直式長處理容器，配置來容納複數個目標物 一支座，配 支托該目標物 犯置來在該處理容n内部之垂直方向上間隔地 一。：來應系統，配置來通入-來源氣體至該處理 二來源氣it體供應系統包含用以調整議 處理統’配置來通入—反應性氣體至該 祕含⑽罐該反應性 議體’該排 二用以將該來源氣體吸附至該目標物上，同 ^該^氣制為關，而將該來; iiil容器：!；且藉由將該排氣閥保持關閉而不從 餘氣ΐ者二H間步驟，用以從該處理容器内部移除剩 來源氣體閥和該反應性氣體閥保持關閉而 日原氣體或者是該反應性氣體通入該處理容器中，同 ^猎由將該排賴設定為而從該處理容㈣部排出氣 曰揭ί著’—反應步驟’肋造成該反應性氣體與吸附於該 關心上之該來源氣體互相反應，藉由將該來源氣體閥保ί寺 ，閉而不將該來源氣體通人該處理容器中，同時藉 寺 %、性氣體閥設定糊啟而將該反應性氣體通人該處理以器 29 201120235 中，且藉由將該排氣閥設定為 閘間開口度而從該處理容器内部排啟狀f為漸減小其 餘氣2著藉處二内部移_ 氣體或者是;反應性氣體 =藉由將該排氣閥之—閘闊開口度設定為大於在該反應步驟 、、、吉束時之該排氣閥之閘閥開口度而從該處理容器内部排出氣 八 、圖式 30
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