TW386267B

TW386267B - A high temperature, high flow rate chemical vapor deposition apparatus and related methods

Info

Publication number: TW386267B
Application number: TW087101003A
Authority: TW
Inventors: Jun Zhao; Lee Luo; Xiao-Liang Jin; Jia-Xiang Wang; Talex Sajoto
Original assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1998-01-26
Publication date: 2000-04-01
Also published as: EP0855735A3; JPH10298767A; KR19980071011A; EP0855735A2

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（）一發明领域：本發明與一種半導體製程有關，特別是關於在具有腐触性電漿環境下溫度約略高於4〇〇之，狀態形成薄膜之方法與設備。發明背景： ...Ί 以某一較佳實施例而言，本發明澍於在溫度上升至約 625°C或更高溫時形成含鈕薄膜，像是鈦、氮化鈦、與二矽酸鈦（titanium disiliane)是相當有用的》這些薄膜可用於將導電層圖案化，用以作為金屬層間栓塞、作為擴散阻障層、黏著層、與作為金屬矽化反應之犧牲層。此外，以另一較佳實施例而I，本發明可以用於沉積其他型態之金屬薄膜、與基材材料混合、以及對基材材料做熱回火處理。於現今製作半導體元件之主要步驟為形成不同之膜層於基材上，這些膜層包括，介電層、金屬層等。如大家所熟知，這些膜層可以利用化學氣相沉積方式沉積，或者以物理氣相方式沉積。於傳統之熱化學氣相沉積製程中，反應氣體係被供應至基材表面，此表面被加熱產生化學反應並且於表面形成所要之薄膜。於傳統電漿化學氣相沉積製程中，一受控之電漿用以形成解離與/或以能量反應方式形成之樣品進而形成所要之薄膜。一般而言，於熱製程戈電漿反應製程可以經由控制一個或數個下列條件參數·项度、電漿密度、反應氣體流量速率、功率頻率、功率大】等級、反應室之物理幾何形狀、以及其他條件。於一標準第4頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210'〆297公釐） ---------衣— I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 —___________B7 五、發明説明（） '—' 之物理氣相沉積系統，一濺鍍靶（target)連接於負電壓供應端（直流電或射頻）而基座承載面向濺鍍靶之”端可以是處於接地、懸浮、偏壓、加熱、冷卻、或這些狀態之組人。 —氣體、例如氬氣，被導入此物理氣相沉積系統，並維持壓力範圍約數毫托（mtorr)至lOOmtorr間以提供一起始輿維持成長之電荷解離之材料。當此一成長之電荷解離開始之後’正離子會撞擊濺鐘乾並使得把材上之原子因動量轉換而被移出。這些靶材上之原子會陸績沉積並形成薄膜於底材上。自從半導禮元件於數十年前問世以來，半導體元件之幾何尺寸已快速縮小。自此以後，積體電路一般都遵循兩年為一週期之尺寸減半的規律（通常稱為M〇〇re‘s定律）’亦即意味著於晶片上元件數目會較兩年前多一倍。現今晶圓廢所生產之元件尺寸為0.5微米甚至是0.35微米大小’而且未來晶圓廠將會投入更小尺寸元件之量產。當元件之尺寸日益縮小且積極度增加後，原先未引起重视之 '•果題便彳于越來越重要。例如.，具有高積極度之元件會擁有南之特徵（例如，〇·35微米大小之元件其值約為6:1)(之定義為兩相鄰階梯之高度-間隔比）》具有高之特徵，例如，空隙，就需要適當填充—沉積層。對於生產這些高積極度元件之設備的要求亦越來越嚴格5傳統之基材製程系統已經不符合上述之需求。另外’當考慮元件設計因素之後，用於製作上述元件所需之材料所沉積之薄膜其基材製程系統需要更先進之更好之 _____ 第3頁 I紙張尺度適財國國家標準（CNS) M規f(-2iQ χ 297^^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· A7 B7 經濟部中央標準扃貝工消费合作社印搫五·、發明説明（製程容許度。舉例說，使用鈦已經越來越不符合積體電路製私°於製作半導體元件上’鈦具有許多吸引人之特質，敛· "T以作為層與層間’例如，一.金键結整廣（g〇丨d b〇nding pad)與一半導體之擴散阻障層，避免其中一層之原子遷移至下一層。另外，鈦亦可以作為兩層膜層間之粘著層，例如，矽與鋁之間之黏著。更可以利用鈦與矽反應形成金屬矽化物用以強化歐姆接點之形成。但是―般型式用於沉積鈦金屬薄膜之沉積系統，通常是鈦濺鍍沉積系統已經不適用於製作高製程需求元件之生產。特別提到，濺鍍易造成疋件損壞進而影響其功能，而鈦濺鍍系統基於本生會發生 shadowing effects因此無法於高之空隙上形成均句且覆蓋良好之膜層。與濺鍍系統相反的，一電漿增強型化學氣相沉積系統（PECVD)將更適於形成鈦薄膜於具有高空隙之基材上。如眾所週知的，電漿，事實上是離子與氣體分子混合之物質，可由外加能量產生，例如，以射頻能量將製程氣體於沉積反應室中以適當之條件控制，像是反應室内之壓力、溫度、射頻功率等等.電漿會達到其起始密度以形成自我維持狀態（self-substing)，如大家所熟知的電離氣團。這一射頻能量於製程氣體以及由分子中形成離子樣品中提昇分子之能量㈣。W能量纟分子與離子化之樣品都比製程氣體更具有反應性，因此更易於形成所要之薄膜。更明嘹的說，電漿亦可以增進反應樣品跨越基材表面之移動力’如鈇膜之形成並且具有良好之間隙填補能力。第6頁本紙張尺度通用中國國家標準.（CNS.,) Μ規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（但是，傳統之PECVD系統，其使用欽加熱器可能會造成一些特定製程之限制，例如，利用Ticl4形成一鈦薄膜。此外如鋁腐蝕（alUminum c〇rr〇si〇n)、溫度之限制、不需要之薄膜沉積、以及製程效率等問題，這些問題會於以傳統之P E C V D系統沉積飲薄膜時發生a以一特.別之製程做說明，TiCU’於常溫下為液體，其攜帶氣體像是氦氣，當其通入這些液體會废生氣泡，並且有很大之機會將這些氣泡攜帶入沉積反應室中。諸如此一欽PECVD製程需要將基材加溫至600°C以達到沉積速率約為i 〇〇埃/分鐘，如此會導致晶圓良率下降。但是，當TiCU反應形成鈦薄膜時，氯會釋放至反應室内，特別需要提及的是，此一電裝會增強鈦膜之沉積，形成之氯原子與離子會腐蝕鋁製加熱 $以及反應室其他部价。此一侵蝕鋁之現象亦會造成製程中元件之金屬汙染之問題。除此之外，利用含有鋁製加熱器之PECVD系統有溫度小於480。(：下操作之限制，如此亦限制了薄膜之沉積速率。鋁是一種不合適於高溫下操作之加熱器材料’因為一旦溫度高於480 °C鋁加熱器將會敕化’有可能造成對加熱器損害。另外的問題是，當鋁加熱器於溫度高於480°C下並於電漿環境下使用，於如此之環境下，銘可能會後向錢鍍（backsputter)因而汗染基材及反應室。更甚至，鋁加熱器於溫度低於480°C之製程，於某些化學反應下會有無法相容之效應發生（例如，利用TiCl4 反應形成鈦薄膜之製程）。化學樣品，例如氯氣，於乾淨乾燥之製程亦會腐蝕鋁製加熱器。於溫度高於480°C時，第7頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閑讀背面之注意事項再填寫本頁}

經濟部中央標準局員工消費合作社印装 A7 ，__ __B7_^_ 五、發明説明（） ~~~~ 相較於低溫情況下這些化學物將更易腐蝕鋁製加熱器，因此減少加熱器之操作壽命_，也增加更換加熱器之頻率。更換加熱器費用昂貴，不僅室加熱器本身之價格，亦包括沉積機台因無加熱器無法量產產品所造成之損失。於上述乾燥乾淨之製程中’ 一假晶圓（dummy wafer)經常被放置於銘加熱器上以抑制製程中對加熱器之腐蝕。但是，放置取出假晶圓（dummy wafer)浪費時間而且減少晶圓之產量。並且，某些假晶圓（dummy wafer)相當昂貴又需要週期性的置換，如此將增加整個維護費用。除了對銀，遽蝕、造成加熱器軟化、溫度之限制，尚有其他之諸如於一 PECVD系統做金屬沉積，時產生不要之金屬沉積以及相關製程效率之問題。這些問題大部分都發生在高溫時’但有些沉積會發生於低溫下，甚至於電漿環境下。不要之金屬沉積會產生多重問題，像是不平坦沉積、形成弧度 '以及造成反應室内操作元件性能變差甚至造成元件產生缺陷。除了於反應室之内壁以及底面會發生上述沉積，不要之金屬沉積也會形成在不導電部份上，例如陶资顆粒於沉積反應室或是反應室排氣口路徑上，而造成其具有導電性。這些不要之導電金屬沉積會干擾形成電離之形狀，造成基材上不平坦之薄膜沉積。更甚至，鈦會形成於部份之加熱器上、氣髏或是真空開口上而限制氣體之流 1 或是於機械操作界面間形成過小之空間。不需要之沉積物形成於反應室之底部或是於加熱器之上造成薄片或小顆粒物掉落至基材上而於基材上形成第8頁本紙張又度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公f ) ' 1 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

A7 ___B7 五、發明説明（） " 缺陷’會導致生產良率降低。基於這一理由及其它因素，反應室因而需要週期性的以乾清洗方式清理，此種清洗方式無須打開反應室，並具預保養清洗功能，但至少需要拆卸部份之反應室並清洗沉積物，而清理反應宣有好幾種方式。”乾”清理方式為使用反應氣體或電漿樣品來蝕刻形成於反應室上不要之沉積物，或是以物理方法利用電聚作為撞擊物-將這些沉積物敲落或變鬆，然後在由系統排出。” 濕”清理方式可以提供作為”乾，，清理方式之頦外或附加之清理。”濕”清理方式需要拆卸部份之反應室並以有機溶劑清洗反應室。接著，反應室必須重新組裝而且會耗費很長之沉積循環直到再度形成同樣狀態之膜層《大部份程序都須要使:允基系統停止線上生產，這是不符效率及經濟利益 j 而濕清洗方式通常會較乾清洗更降低產能。因此，有必要提供一種有效率之乾清洗方法以減低濕清洗之次數，而使更多晶圓能於兩次清洗間之間隔生產出來。同時也希望減+ 應室内不必沉積物壘積之面積。於某些沉積製程中，符別經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 ---------— (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 是金屬沉積，例如，鎢或鈦，其清洗反應室所需時間是影響晶圓產能之重要因素。雖然陶瓷加熱器已被提出供作為替代於溫度高於气約為400°C操作之沉積系統中的鋁加熱器，但是製造陶资加熱器以及於沉積系統中使用陶瓷加熱器依然存在許多挑戰。陶瓷加熱器可以用於電漿環境中以及具腐蝕性電鞭環境中，例如’於沉積鈦之PECVD系統製程中之含氣之第9頁本紙張尺度適用ϋ國¥標準（CNS ) A4規格（2；!OX2917公藶) 一〜 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（）樣品。陶瓷加熱器一般具有一電性加熱元件位於陶瓷加熱器主體内，由氧化鋁（Al2〇3)或是氮化鋁（A1N)所製，當^ 將熱由加熱元件傳輸至基材時，這些材質可以保護加熱元件使其免於暴露於腐姓環境中。一般陶瓷較金屬硬且易脆，這些性質都造成陶瓷難以機械加工，因今其需要簡單之機械設計。基於上述性質使陶瓷於反覆之^溫度梯度下會造成熱裂現象。亦可能在相變點附近由陶4加熱器與組成材質不同之熱膨脹係數造成不同熱澎漲而引發龜裂現象，即使加入由相同材質之陶瓷製作元件亦是一種挑戰，因為許多合成方法以及組合元件用於組成金屬部分，例如，焊接、鎖固、銅焊與繞線，這些欲組合於陶瓷上將是非常困難的》由以上所陳述之改進方法、系統以及設備對於高溫下 (至少為400C)具有腐姓性環境中進行高效率之電漿增強式（plasma-enhanced)薄膜}凡積是必須的。以最理想情況下’這些改良之方法會與設備需要最少之反應室清洗次數並增加晶圓之產量。特別是，達些用於製作具有高深寬比之元件系統與方法應該被設計成對製程相容之相應製程條件。發明目的及概述：本發明之主要目的為提供一種在電漿增強式化學氣相沉積反應室於高溫（溫度約略高於400。〇之狀態）環境下形成薄膜之方法與設備。第10頁. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇'〆297公f ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨參衣. -訂經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 _ 五、發明説明（）本發明之另一目的為提供一加熱模組適合於溫度高於400°C且具有腐蚀性之電漿環境下使用。本發明之再一目的為提供一熱阻氣門（thermal ehock)，可容許加熱模組將溫度加熱至高於400°C。其中本發明之其中一較佳實施例為一電漿增強式化學氣相沉積系統用以由四氯化鈦蒸氣與氫氣反應沉積一鈥薄膜。根據上述實施例，本發明提供一用以製作基材之設備，此一設備包括一反應室、一氣體傳輸系統、一控_制系統，包含一處理器與一記憶體、一加熱基座、一電漿系.統、與一真空系統。氣體傳輸系統包含多種氣體源，其中最少有一個是供給一含有金屬與氫氣之製程氣體。加熱基座能於含氯電漿環境下將基材加熱至溫度至少為400°C ;而且加熱基座也包含一射頻平面位於基材下方。根據另一較佳實施例，本發明提供一加熱模组適合於溫度高於400°C且具有腐蝕性之電漿環境下使用。這一加熱模组包含一穿孔金屬板之射頻電極；一金屬絲加熱元件；與一陶瓷加熱基座，基座包含一陶瓷主體及一陶瓷凸緣狀固定樁與陶瓷主體連結。陶瓷主體具有一上表面用以支撐一基材、一陶瓷凸緣狀固定樁具有一下表面。射頻電極位於陶瓷主體内下方與其上表面相距一第一距離，加熱元件設置於陶瓷主體内位於射頻電極下方與其相距一第二距離。陶瓷凸緣狀固定樁因此被形成第一凹進處、第二凹進處、與第三凹進處。加熱模組亦包含一第一導體用以第11頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（連接射頻電極，其中第一導體經由凸緣狀固定捲之底面裝設入第一凹進處與ώ出部；以及一第二導體和第三導體用以連接加熱電極’其中第二與第三導體經由凸緣狀固定樁之底面裝設入第二凹進處、第三凹進處與凸出部。根據另一較佳實施例’本發明提供一熱阻氣門 (thermal choke)於一加熱模組與一金屬支撐輪間，其中加熱模組可容忍溫度加熱至400°C以上且加熱模組包本一具有第一熱阻（thermal resistivity)之底部支撐。熱阻氣門 (thermal choke)包含一連結板（web)，連結板包括一第一部份至少與部分之底部支撐接觸，一第二部分與至少與部分之金屬支撐軸接觸，一第三部分裝設於第—部份與第二部分之間。第三部分充分地與第—及第二部分垂直用以將底部支撐由金屬支撐抽分開。連結板具有一第二熱阻 (thermal resistivity)且大於第一熱阻。第一部分具有與底部支撐充分對應之一第一直徑，第-激么a丄弟一邵分具有一與金屬支撐軸充分對應之第二直徑，第三部分具 n刀具有小於第一直徑與第二直徑之第三直徑。根據再一較佳實施例，本發明扭址月紅供—結合器包含一具有一向上開口之袋狀下半部组成战用以承接一陶瓷凸緣狀固定樁、與被安全地環繞於凸緣之厭豕疋壓力臂可以維持一環形壓力超過一第一溫度選擇範圍。此—結合器亦包含一可以移動及接觸下半部組成之區域的， %叩向上夾具，其中此區域包括懸臂式墊圏裝設於凸緣與向上衣狀承接上。當向上夾具接觸到下半部組成時’懸臂式墊蛩圈供應一可壓縮力於凸緣第12頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本賓)

A7 B7 五、發明説明（上超過一第二溫度選擇範圍。根據再一較佳實施例’本發明提供一製程用以沉積一膜層於位於反應室内加熱器上之基材上。此—製程包含將加熱器加熱至至少溫度為40(rc&上’反應室内之壓力維持約為1-10托（tern) ’然後通入一反應氣體與一製程氣體至反應罜内施加以一射頻能量用以在基材附近形成電漿。裝程氣體包含-金屬與—自t，且反應氣體對製程氣體之流量比約小於250:1。根據更進步之較佳實施例，本發明提供一製程用以清洗沉基於基材表面上不要之沉積物，其製程反應室具有將溫度加熱至高於400°C以卜士此山 , Λ1 门水刊以上々能力。此一製程包含維持一位於反應室内之加熱器於一第一溫度約&胃C，維持反應室内之壓力約為、公刀、勺為0·1-10托（torr)，通入一氯氣以清洗反應室表面不要之沉積物。這些以及其他本發明之較佳實施例連同其優點及特徵將於後續之文字及圖示中詳加描述。圖式簡單說明：經濟部中央標準局員Η消費合作社印掣 •---------€丨- <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第1A圖為本發明中一較佳實施例之沉積系統之方塊圖，包含沉積反應室一簡化之截面圖。第圖顯示本發明位於使用者與可以控制沉積系統之處理器間之介面之示意圖。第2圖為本發明中一簡化之沉積反應室之截面圖第3圖為本發明中一簡化、且切面與氣體流向平行，其中第13肓本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇χ297公漤）經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（）氣流流經晶圓至排氣口之截面目。第4A-4E圖顯示位於加熱樓板與陶受㈣間流速限制環之不同實施例示意圖。第5圖顯示本發明中妗制舲 ^ _ 肀控制軟體 < 分級控制結構之方塊圖。第6圖顯示本發明中瞎宁陶瓷基座與金屬支撐軸連結之截面圖。第7A圖顯示本發明+ β 發明中加熱模組簡易之爆炸圖。第7Β圖顯示本發明中仏於加熱模組内之射頻（RF)平板之上視圖0 . 第7C圖顯示本發明 ^ 中位於加熱模組内之平面金屬絲加熱元件之部份簡化之上视圖。第8圖顯示本發明中且古_令、八有览封長陶瓷支撐軸用以淨化氣體之陶瓷基座之截面圖。第9圖顯示本發明中符 … 於加熱模組中之加熱器與射頻平面詳細電性連接之簡化截面圖。第10圖顯示本發明贫月中包含一加熱阻氣門結合器與夹具之結合器之簡化截面圖。第11圖顯示本發明中加熱阻氣門結合器之簡化等比第12圖顯示本發明中關於支撐轴、加熱阻氣門結合器、與加熱模组.間之連接關係爆炸圖。第13圖顯示本發明中基座螺絲與上蓋插栓之簡化戴面圖。第14圖顯示本發明中位於加熱模組内由底部供能射頻平第14頁本紙張尺賴财目·辟(CNSM^F(ll〇x297^t (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

第第第經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 A7 ----- B7 五、發明説明（） --- 面之簡化示意圖。 15圖顯示本發明中-簡化之射頻系統示意圖。圖顯不本發明中内蓋模組之簡化爆炸圖。 16B圖顯乐太& 發明中清洗頭與熱交換通道之平行截面圖。第17圖顯示本發^ ^ ^ 發月中所製作之元件外觀之簡化截面圖。弟 18圖顯示太益^ η 發月中所製作之元件中接觸窗外觀之簡化一 _截_面圖。第1 9圖顯不本發明中一較隹實施例之製程序列流程圖。第20顯示本發明中對加熱基座上溫度均勻性之測試結果。及第21圖顯$ —鈥膜層沉積速率對四氣化鈦（TiCl4)蒸氣壓力之曲線圖且其蒸氣壓力比低於其他類似沉積條件。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

!_號對照說明： 3 ' 3A-D_指令由控制線 4 電槳系統 5 射頻（RF)能量供應器 6 液體熱交換系統 10 化學氣相沉積（CVD)系統 11 幫浦室主體 30 反應室 32 基座 33 加熱模組 34 晶圓盒 36 晶圓 38 起重插銷 39 垂直移動之起重環 40 喷頭 42 氣體分配孔第15頁本紙垠尺度適用中國國家橾準（CNS ) A4规格（210X297公釐）發明説明（ L1 經濟部中央標準局員工消費合作社印m 44 中央氣體入口 45 進氣覆蓋板 46 流速限制環 4 8 第一碟形空間 5〇陴氣門開孔 51 阻礙平面之通道 5 2 絕緣體 53 反應室頂部襯墊模组 54 第二碟形空間 56 開口 58 製程區域 60 幫浦室 61 通道 62 阻礙平面 64 陶瓷環 65 外頂部之壁架 66 蓋緣 70 幫浦室滾筒蓋 72 幫浦宣壁襯墊 73 徑向門 74 排氣孔 75 轴向門 76 高壓幫浦 78 隔絕閥 79 熱交換通路 80 排氣〇 83 .遏止閾 84 徑向朝外氣流 85 處理器 86 記憶體 88 真空系統 89 氣體供應系統 90 氣體供應面板 91A-C 氣體、液體、或固體源 92A- C 氣體管路 93a CRT監視器 93b 光筆 101 頂部平面 102A 晶圓檯起插銷孔 102B 多重晶圓檯起插銷孔 102C 檯起插銷孔 103 RF平面 104B 熱電偶孔 105 第二氮化鋁（A1N)平面 106A RF饋入孔 107 加熱元件第16頁本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） ____________31— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂- -々、 '! 五 '發明説明（ A7 B7 經濟、那中央標準局員工消費合作社印裴 108 110 115 117 119 121 123 124 A 125 127 129 131 133 135 136 137 140 141 143 147 149 152 154 158 第三氮化銘（A1N)平面1〇9 加熱元件底層氮化紹（A1N)加熱樁 112 熱接觸點加熱支架 RF支架鉬加熱元件_電極支撐軸加熱阻氣門結合器 116 加熱電極 118 RF電極 120A、120B RF 電極盒 122 結合器 124 向上之夾具 124B 向上夾具兩個c形等份下輪緣上凹槽壓力臂拉緊螺絲薄連結板 126 128 130 132 134 擁有螺紋之暗管凹槽面切口壓力鬆弛裂鏠進出孔 (讀先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 向上夾具之外部對準承口加熱阻氣門結合器外部對準邊緣懸臂塾圈 139加熱樁邊緣内具有螺致之鎳對準插销軸環矽土熱絕緣器低處支架陶瓷襯墊栓塞接合處鋁-不鏽鋼轉換器螺絲 142 螺絲 145A-C與146 拾塞 14 8 低處端點蓋 151 襯塾接合處 153 進氣管 156 鎳棒 159 遮蓋栓塞第17頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（2]〇χ297公釐 A7 B7 逄濟部中夬標準局員工消費合作社印装五、發明説明（） 170 内蓋模組 172 氣體阻滯平面 173 氣體盒 175 氣體通道 176 氣體輸入多歧管 177 氣體輸出多歧管 178 導管 202 加熱組成 204 反應室 205 噴頭 206 RF平面 207 RF產生器 208 匹配網路 209 RF饋入口 ' 210 RF供應線 212 加熱器線 213 雜散電容 215 滤波器 216 加熱器電源 217 交流電源 218 加熱器饋入口 219 高頻RF系統 220 低頻RF系統 221 高通濾波器 222 高頻RF產生器 223 低通濾波器 224通路濾波器 22 6 高通分流濾波器 22 7A 、227B 鎢環 228 匹配網路 229 穿孔 23 1 加熱護罩 233 後折 246 限制環 264 陶瓷襯塑* 265 壁架 33 1 耐火珍加熱覆蓋 346 流量限制環 364 陶瓷環襯藝 366 空隙 43 1 加熱罩 446 限制環 451 孔 454 對準平面 470 熱電偶 646 限制環 647 突起部 648 錐形底部 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ΙΓ .

丁 I 1 ________ -511AW 第18頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公盤）五發明説明（ A7 B7 雲$處翁蒙龙審霉祖.Ϊ 764 陶瓷襯墊 746 限制環 771 C-環夾 773 0-環 775 0-環 803 RF平面 805 短支撐軸端 808 絕緣插塞 809 端點蓋 8 10Α 、810Β 、 810C 、 810D 〇形環密封 821 陶瓷支撐軸 826 C-環夾 833 熱模組 853 淨化管線 855 铜焊接點 856 支架桿 858 線圈 859 RF電極 870 熱電偶 900 積體電路 903 ' 906 NMOS 與 PM0S 電晶體 912 源極區域 915 汲極區域 918 閘極區域 920 LOCOS場氧化層 921 介電層 924 接點 926 介層窗 928 > 929 内金屬介電層 930 平坦之保護層 940、 942 、 944 、 946 金屬層 950 氧化層 952 基材 954 接觸窗 956 鈦層 958 氮化鈥層 960 鋁金屬層發明詳細說明： I. CVD反應系統第19頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2丨0X297公t) 請先間讀背 ki 意事 4 4 頁訂線經濟部中央標準扃貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） Α·二化學氣相rCVD)及廄恶夕綠觀 ( 本發明之實施例與一種半導體製程有關，特別是關於在具有腐飯性電漿環境下溫度约略高於400°C之狀態形成薄膜之方法與設備。當然，這一如以下所描述之系統、方法與設備，除了鈦薄膜外可以用於沉積其他薄膜像是氮化鶴、或是其他薄膜，這些薄膜可以用來形成金屬層、黏著層、界電層拾、或是其他膜層。參考第1 A圖，化學氣相沉積（CVD)系統10包含反應室30 ’可以容納由一氣體供應系統89經由氣體管路 92A-C(其他管路目前並未顯示）。一真空系統88用來使反應室内維持一特殊壓力值並移走氣體副產物以及使反應室内氣體乾盡。一射頻（RF)能量供應器5提供射頻能量至反應皇fe供電漿增強式（Plasnia-.enh_anced)製程.之能量。一液體熱交換系統6利用液體熱交換媒介，例如，水或是水 -乙二醇混合液，將熱由反應室帶走並使反應室特定部位維持一合適之溫度使製程穩定。一處理器85依照儲存於記憶體86之指令由控制線3、3A_D(只有部分顯示而已）控制反應室與副系統的操作。處理器8 5執行系統控制軟體。一電腦程式儲存於連择至處理器8 5之記憶體8 6中。通常較合適之記憶體8 6 可以是一硬碟機，但是亦可以是其他種類之記憶體。除了硬碟機（即記憶體86)外，CVD設備10以一較佳實施例而 .言包含一軟碟機與一讀卡機（card rack)。處理器85於系統控制軟體控制下運作，其包含一組指令指示時序、氣體混第20頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 --------- - B7 _ 五、發明説明（) -〜合、氣體流量、反應室壓力、反應室溫度、射頻能級加熱基座位置、加熱器溫度與其他製程特別製程參數。其他電腦程式像是儲存於其他記憶體包含’例如，一軟碟或是其他電版程式產品插入一磁碟機或其他合適之驅動器，也可以用來操作處理碍85。系統控制軟體將如下詳述，讀卡機包含一單一主機板之電腦，類比與數位輸入/輸出卡，介面以及步進馬達控制卡。CVD設備10之不同部分遵守Versa Modular EUropean(VME)標準，此標準定出主機板、card cage、與連接器尺寸與型號。這一 VMe標準亦定出遇有一 16-bit data bus 與 24-bit address bus 之 bus structure。位於使用者與處理器85 .間之介面為一 CRT監視器 93a和一光筆93b，如第1B圖所示為一監控系統與cVD 設備10之簡圖，圖中描繪出多重反應室中之一反應室。

I CVD設備10較適於放置於主機單元95，包括提供電力、垂直與其他對設備10之相關支援功能。標準之主機單元與實施例中所描述之CVD設備10相容之型號像是由 Applied Material 公司所提供之 precisi〇n 5000tm 與

Centura 5200TM系統。這一多重反應室系統具有將晶圓由不同反應室間傳輸而不會破壞真空之功能，且不至使晶圓暴露於系統外部水氣或其他污染下。此一多重反應室之優點之一為個別不同之反應室可以於製程中用於不同用途上。舉例說’其中某一反應室用作金屬沉積，另一反應室則可以用於作快速熱處理，而另外之反應室則可以用以沉積一抗反射層。這些製程可以順利進行而不至於被中斷， — 第21頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（ 210X297公釐） ---- ί許先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製五、 Α7 Β7 濟一: 中： Μ 工. 消費' 合作: 社- 印製發明説明（）因此可以避免晶圓因轉換機台過程遭到污染。夸較佳實施例而言’監視器93a使用之數目為兩個，其中一個固定於潔淨.室牆上給操作員.使用，另一個放置於牆壁後方給支援技術員使用。兩台監視器93a同時顯示相同之資訊，但是只使用一隻光筆93b。光筆93a具有一光感應器位於筆尖，用以偵測由陰極射線管CRT所放射之光線。操作員可以經由光筆93b之筆尖觸壓螢幕上之指定區域並壓下筆尖上之接鈕而選出特定螢幕或功能^此一接觸區域改變其顏色，或是顯示一新的選單或螢幕，作光筆與顯示螢幕間之確認通訊◊當然，其他裝置像是鍵盤、滑氣、或其他通訊裝置可以取代光筆93b或附加於光筆93b上與處理器85作通訊。參考第1A圖，氣體供應系統89包含氣體供應面板9〇與氣體、液體、或固體源91 A-C(如有需要亦可增加其數目）其所含之氣體、液體（像是TiCU)、或固體（像是Tii3)可以依照製程需求或是特殊應用而變化.。一般來說，對每一製程氣體之供應線均包括一可以自動或手動關閉製程氣體流量之停止閥（未顯示），以及一測量流經每一供應線的氣體或液體流量之質量流控制器（未顯示）。而製程氣體或是攜帶氣體，例如，四氯化鈦蒸氣、氦氣、氬氣、與氮氣或是其他摻雜或反應源供應至反應室30之速率亦受一溫度基準液體（temperature-based liqiuid)或是氣體質量流控制器（MFCs)或是閥門之控制。當然’其他製程氣體以及物質亦可以用作沉積或清洗源。以一實施例而言，製程氣體或 __________9,— ^--I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -会丨· 第22頁本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公t ) 經濟、那中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___ B7 五、發明説明（） ' ~ — 是攜帶氣體，供應至反應室30之速率亦受控於恩力基準 (pressure-based)之固定開口（aperture)或可調開口。當有毒氣體（例如臭氧或函化氣體）於製程中使用，以傳統之配置’數個停止閥會裝設於每一氣體供應線上.β氣體供應面板90擁有一混合系統，接收來自沉積系統與由供應源 91A-C之攜帶氣體（或是汽化液體）經由供應線92A_C，用以混合與輸送至一位於一進氣覆蓋板45内之中央氣體入口 44。以一特別之實施例而言，此一混合系統、多重輸入至混合系統、與由混合系統至中央氣體入口 44之多重輸出至混合系統均可以由媒或線與銘平板材質製作。當一液體源被使用，可以有許多方式利用CVD系統中之液體源將外來氣體導入。其中一種方式為限制及加熱液體於一次使用量’使蒸氣壓提供一穩定蒸氣流。這-- 次用量通常不完全是液醴，而是具有一”head space”位於液體上方，作為蒸氣儲存室。因為蒸氣壓與液體之溫度有關’對液體源作精準之溫度控制是非常重要的。一質量流控制器（MFC)可以用來控制外來氣體輸出至反應室。其他利用液體源導入外來氣體之方式為使攜帶氣體，像是氦氣通液體過產生泡沫》攜帶氣體提供一壓力超過液體而使蒸氣凝結於反應室中。此液體可以由溫度控制以維持一固定分壓。而欲加熱液體使其溫度高過一次用量所在環境之溫度，維持此一恆溫之只有使用加熱器。如以上所討論’一質量流控制器（MFC)可以用以控制反應室中攜帶氣體/蒸氣之混合。而上述之質量流控制器（MFC)，其第23頁本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) ------，訂------ 經濟部^央橾革局—工消費合作社印製 A7 五、發明説明（操作是基於利用熱質轉換原理與對一特定氣體校正，一壓力較準裝置可以用以控制外來氣體輸出至反應室内。這一裝置是-個縫隙、或是一小孔，扮演扼阻氣流之角色，因而允許維持-高壓於小孔之一端。經由控制反應室（輸出）壓力、噴氣口氣流量、與液體溫度，一固定孔可以維持一大於液體之壓力，因此-固定蒸氣壓集中於外來氣體。這 -技術可以具有不同變化’一額外之氣體源，像是氬氣，提供相對小體積氣體至位於液體上之”head space，，可以被用以維持’’head pressure”無論其他之變化，例如，液體壓力。這些加壓氣體可以與質量流控制器（MFC)或是位於輸出源上之小孔結合。另一較佳實施例，一氣體混合系統可以包含一液體喷入系統，用作由一汽化液體源供應一外來氣體進入反應室内。一液體喷入系統汽化一定數量之液體至一攜帶氣體流中。因為這一型態之系統並不依賴液體蒸氣壓力來操作，液體不需要被加熱。一液體噴氣系統於某些例子中，像是提供較大之反應液體控制體積與噴水口相比，而這此液體被導入氣體混合系統中。液體加熱交換系統6傳送液體至反應器3〇之不同元件於高溫製程期間維持這些元件一合適之溫度，系統6作用為對不同元件降低溫度，用以減少不必要之沉積形成於這些元件上。如第1A圖所示，位於氣體饋入覆蓋面板45 内之熱交換通路79允許熱交換液體循環經過氣體馈入覆蓋面板45 ’因此可以維持氣體饋入覆蓋面板45與附近元第24·頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公簸） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、經濟部中央襟準局員工消費合作杜印裝發明説明（）件之溫度。液體熱交換系統6包括連接頭（未顯示），提供液體（例如水）經由一熱交換液體多接頭用以輸送液體至氣體分配系統包括面板40。一水流偵測器偵測流經一熱交換至封閉模組間之水流。 ' 第2圖為本發明中一簡化之沉積反應室3〇之截面圖。一熱阻加熱基座32於晶圓盒34中支撐晶圓3卜基座 32可以於製程位置間垂直移動（如第2圖所示），而一低裝載位置則使用一自動調整之起重機，其詳細描述如商業設計用可參考美國專利第08/738,24〇號（Le〇nid SelyutU a" JunZhao,一九九六年十月25日）其標題為” SeifAiigning Lift Mechanism”。位於基座内之起重插銷38是可以滑動的，但是藉由其頂端一圓錐形頭防止其掉落。其下端可被一垂直移動之起重環39接合因此可以被舉起高過基座表面。當基座32位於低裝載位置時，一自動機械手臂配合一起重插銷與起重環將晶圓經由開口 5 6送進或送出反應室30，而此一開口為真空密封的以避免透過開口 56進入或外洩至反應室。起重插銷38舉起一插入之晶圓並帶離開機械手臂，然後基座升起將晶圓帶離起重插銷並送至位於基座上半平面晶圓盒中。一合適之自動機械傳送模組，其詳細描述如商業設計用可參考美國專利第4,951，6〇1號 (Maydan)。經過使用自行對準之起重機制，基座32因此可以更進一步將晶圓36升至製程位置，這位置相當接近氣禮分配面板40。I程氣體經由位於氣體馈入覆蓋板45内之中第25頁 ΜΛ張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公t ) (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -Q. 五、 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製發明説明（） ' 夹進氣44被噴入反應器30至一碟形空間48並由位於阻礙平面（baffle plate) 62之通道51進入一第二碟形空間54 及噴頭40。喷頭40包括複數個孔或通道42用以將氣體噴入製程區域58。如箭頭所指’製程氣體由位於噴頭40内之孔洞42喷入位於噴頭與基座間之製程區域58，也在晶圓36之表面反應。製程氣體之反應副產物接著沿徑向越過晶圓3 6之邊緣與一流逮限制環46(將於以下詳述），當基座位於製程位置時’其裝設於基座32之上半週邊。製程氣體流經一形成於底部環狀隔絕52與反應室頂部襯墊模組53間之阻氣門開孔50進入幫浦室60内。一但進入幫浦室60，廢氣將會環繞製程反應室之周界並由真空幫浦82使其消散。 t浦室60透過排氣孔74與高壓幫浦76連接。如以下所詳述’排氣孔74限制位於幫浦室與高壓幫浦間之氣流。閥門74驅使廢氣通過排氣口 80至真空幫浦内。遏止閥83 係由系統控制器根據儲存於記憶體内之壓力控制程式所制’它的原理是經由比較一來自壓力感應器所量得之訊號’例如壓力計’與一儲存於記憶體内或是由控制程式所產生之值。環形幫浦室6(^ 滾筒蓋70、一幫浦陶瓷幫浦室襯墊是之侧邊通常是由陶瓷環64、一幫浦室室壁襯墊72、與一絕緣體52所定義。眾所熟知的，商業上之設計可以參見美國專利第5,366,58^號。幫浦室滾筒蓋70被裝設於幫浦室 60面向蓋緣66且與筒蓋形狀相符。幫浦室壁襯墊72裝設第26頁本纸張尺度適用巾標準（CNS ) A4規格（21〇χ29子公楚） f琦先閲讀背面之¾意事If再嗔寫本蒽」 .I - I I— I - -- : I -- - : I - n -- - I I I ·、-*τI m HI ml n ^ 1 n 經濟部t.央揉準局員工消費合作社印裝 A7 _ B? ______—--一·*" ： . "" 一 -------------------- 五、發^^明（）於S潘室60面向幫浦室主體1 1。襯墊之材質輕適合為金屬·:，像是鋁’可以被加工為珠狀以增加對不同膜層之黏著力。幫浦室滾筒蓋70與幫浦室壁襯鲁72之形狀剛好形成一齡幫浦室滾筒蓋70係以複數個插銷75固定於蓋緣66 並、:#管浦室滾筒蓋70與蓋緣6 6作電性速接。.但是，幫浦室纖墊72是被支撐於形成在陶资環64外頂部之壁架65 上w且精確形成具有一直徑，使徑向門Ή形成於幫浦室壁^ 7 2與幫浦室主體1 1間，且軸向門7 5形成於幫浦室赚筲蓋與幫浦室壁襯墊之間。阻氣門孔50是一完整環形…形成於絕緣體52與氣流限制環46間° 陣氣門孔50具有一較製程區域中喷頭40與晶圓3(5 間雜度足夠小之寬度，且小於圓周幫浦室之最小尺寸。阻氣m 50之寬度製作成足夠小，而其長度則盡量長，使其灘操作壓力與氣流時造成足夠之空氣動力上之阻力，使經康租氣門孔50之壓降大於經過晶圖或環繞環形幫浦室圓馨之壓降。實際上，一般非典型之I®·氣門孔50無法提供著夠之空氣阻力以至於由晶圓中央至幫浦室内部之壓降覆超過位於幫浦室内之圓周壓降之壓縮排氣口經由蘗'生一空氣動力阻力執行一類似於阻氣口之功能，產生一翁手恆定壓力圍繞於環形幫浦室60。馬達與光學感應器用以移動及決定可動機械模組之位1，例如，遏止閥8 3與基座3 2。風箱接觸到基座3之底與反應室主體11形成一可移動之氣體封閉物環繞於基Ϊ。基座升降系統、馬達、閥門、包含一光學細微電漿第27頁本紙浪尺度遽I中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇x297公釐） ij·»» (A IV-'·m vf (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂--- ϋ I---- --- - -- - ----- A7 --_____ B7 五、發明説明（）系統4之電漿系統（可以提供反應室潔淨能力）、以及其他系統部分均被控制器85經由控制線3與3A-D控制。第3圖是一簡化’部分區域取截面之基座32、襯塾7〇與72、絕緣體52、環64、與幫浦室6〇之預視圖。這一圖顯示製程氣體於喷頭40朝向晶圓36流出嘴口 42之流量，接著由徑向朝外氣流84經晶圓36。因此，氣流會朝上偏轉至限制環46頂端然後進入幫浦室60中。於幫浦室6〇内’氣流沿著圓周路徑86至真空幫浦。利用引導製程氣體與副產物至排氣系統，繁浦室6〇與其元件被設計成使不要之薄膜沉積物減至最低量。減低不必要之沉積物.之一種方法為利用通入淨化之氣想至重要部位’何如陶瓷部分與加熱器邊緣，另一種方法為設計一種排氣系統以引導反應氣體流遠離重要區域。本發明會以其他方式產生不要之沉積物於基座與反應室其他部位^特別地，本發明利用流量限制環46來減低位於基座到反應室底部間之氣流β根據本發明這一實施例’本發明所沉積鈦較傳統方法而言其所用之四氯化鈥具經濟部中夬標隼局員工消費合作社印製 I - I II -- I 1 ! m n m H ,ιτ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) # @ >虎速。舉例說，當由 tetrakis-dimethylamido-titanium 沉積一氫化鈦層，一鈦沉積製程可能需要氣體流速約j 5 公升/分鐘’例如，一相似之PECVD系統可能需要氣體流速約為5公升/分鐘。於不同之實施例中，限制環覆蓋住部分基座之邊緣與頂部，以至於有沉積物形成於環上。於另一實施例中，氣流限制環也可能作為一邊緣或陰影環，利用輕微延伸至晶圓邊緣以保護晶圓邊緣避免被沉積。更有 _____ 第：28頁本紙張尺度賴中國國家標华（CNS ) A4規格（21〇χ297公後）一'— '~~'

五、發明説明（經濟部中央標準局員工消費合作社印製利地，氣流限制環減低可能發生於高流速-沉積製程中不要吸積物芝量。反應室蓋66可以輕易搬開以利於清、使限制環可以被取出並清洗。而泥量限制環46也形成一具有陶瓷環64 戸：與：述之阻氣門與排氣口相似。通道61形成於限制衣與陶聳環64之間。位於反應室中晶圓座之上與基座下空間之間氣體之流通，可經由改變通道6丨控制。农興寬而流量限制環46可以由多種材質製成，視其特殊製程與相關沉積及清洗所用化學物質有關。此一環之材質必須與製程所含化學反應物相容。另一考量之因素是之環之^ 膨脹係數，可以經由材料選擇使基座邊緣或晶圓邊緣熱損增加減少。於電漿增強化學氣相沉積製程中，一導電環可以影響電浆之形狀或是造成反應室其他元件或晶圓變形。於-適於鈥沉積製程之實施例巾，流^限制環钭是由所製成’因為這些材質具有相對低的熱膨服係數並且不♦電。彡另一較佳實施例+，於含欽層之沉積製程中流量限制環可以由^製成，因為不會污染。參考第1Α圖’於製程中流量限制環粍是被基座η 所支揮。當基座降《以裝卸晶圓時，限制環則置於壁架 69以M 晶圓置製程位置時，會將流量限制環舉起。根據鈦製程於本發明中反應^ 所用之氣壓，重力；^握住位於基座上之晶圓與限制環至第4A-4E圖顯示本發明不同之實施例，不同之特徵顯第29頁本紙張尺度適用中國國家標準（〇、5)八4規格（210乂 297公楚） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁}

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 ____;_ 五、發明説明（) 示於第4A-4E圖可以根據不同實施例分開或個別利用，第 4A圖顯示一實施例，限制環746充分地填滿位於加熱模組33與陶瓷襯墊764間之空隙。第4B圖顯示另一較佳實施例’其中加熱護罩23 1覆蓋於加熱模組33之邊緣。以這一實施例之另一觀點，陶瓷襯墊264具有一壁架265當基座降低時用以接收限制環246»與第4B圖所顯示相反，第4C圖顯示另一實施例，其中陶瓷環襯墊364較厚且更朝加熱模組之邊緣延伸，因此可以減少加熱模組與陶资襯墊間之空隙366。流量限制環346佔據空隙之額外空間，並延伸覆蓋加熱模組33與耐火矽加熱覆蓋331。如第4C 圖之限制環346内徑也钓略延伸至晶圓盒邊緣以保護位於晶圓盒外之基座邊緣，因此可以降低沉積物沉積於基座邊緣。第4D圖顯示一實施例’其中限制環446之内徑與晶圓36之外徑重疊。淨化氣體之通道可以與限制環446組成一體以利位於加熱模組33下方之淨化氣體藉由對流傳熱至晶圓36邊緣。與第4D圖相似之實施例，第4E圖顯示一實施例，其中限制環646之内徑延伸至與晶圓36之外邊緣重疊作為一邊緣環或遮蔽環，如同流量限制環之功能。限制環646内徑之距離延伸之至與晶圓36之外緣重疊，可以有多種不同實施例。此外，限制環646可以是多重環’例如三個，突起部647(相對地可以放置增加穩定性）可以提供一空間位於晶圓/基座與限制環646使環之其他部分不會接觸加熱基座32。相對地，突起部647亦可以由一環形突起替代，用以提供晶圓基座與限制環646間之办 _ 第30頁本紙張尺度制中賴家縣（CNS ) A4規格（2獻297公费) "' ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標隼局員工消費合作社印裝 A7 B7 五、發明説明（）間。因此’限制環646不會因為接觸加熱基座而導.致過熱，故可以減低限制環646上之沉積發生。本實施例之另一外貌為限制環646之錐形底部部分648，其可以繁助位於基座32與反應室襯墊間264之限制環之教準與對位。每一錐形突起648之錐形邊亦保護基座32與襯墊264避免其因對位時的衝擊而破損。於某些實施例中，只有部分一邊或是兩邊可以被作成錐形。流量限制環根據如第4A-4E圖之特殊實施例，也可以降低反應室之總體積，也因此減低反.應室内需要清洗之區域面積與反應氣體停留時間《更進一步，氣流限制環亦將低氣體經由製程區進入至反應室中位於反應室底部基座下方之體積内之可能性，因而可以降低在此區域内不必要沉積物之數量而提高乾清洗之效率。如前面所討論的一些CVD設備之外觀是相當一般的示範CVD反應室，其詳細描述可以參閱美國專利第 08/3 48,723號。其他CVD設備1〇之外觀將會於往後之敎述作詳細說明。 B. 系統控制用以沉積薄膜與清洗反應室之製程可以經由處理器 8 5執行電腦程式而被實施。電腦程式碼可以以任何方便之電版可以讀之程式語言’例如，68000組合語言、C、C + +、 Pascal、Fortran、或其他語言。合適之程式碼利用一般之文字編輯器被輸入一單一檔案或多重檔案，且被儲存或被 ______第 31 頁本紙張尺度適财關家鮮（CNS ) A4^ ( 210X 297公兹)~ ' n K .111 ^^^1· mu i n (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-----線經濟部中央標準局員工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（） ~——- 實施於一可使用電腦媒體，例如，電腦記憶體系統。如果輸入碼是一高階語言，這些碼是經過編譯，而且這些編譯過之編譯碼接著與預編視窗庫程序（prec〇mpiied Wh扎Μ library routines)之目的碼連結。為了執行這些連結之目的S 碼，系統使用者由CPU讀取並執行這些碼去實行於程式中確認之分派工作，調用這些目的碼，使電腦系統將這^碼載入記憶體中。第5圖為根據特殊實施例，電腦程式16〇，系統控制軟體分層控制結構之方塊圖，利用一光筆介面，一使用者輸入一製程設定號碼與製程反應室號碼至位於crt監視器中一相對應之選單或螢幕的製程選擇副程序161。這坻製程設定係由必須實施之特殊製程預先決定之製程參數設定’是經由預先定義之設定數字所確認。製程選擇副程式161確認⑴所要之製程反應室，與（ii)需要用操作製程反應室以執行所要製程之製程參數設定。用以執行一特殊製程之...相.關製程條件，例如，製程氣體組成與流速、溫度、墨力、電漿條件如高低頻RF功率等級與頻率大小、冷卻氣體之壓力、與反應室壁之溫度，製程選擇副程式161控制何種型態之製程（沉積、晶圓清洗、反應室清洗、反應室偏轉、回流）於一特定時間於反應室内執行。於某些實施例中’可能不只一個製程選擇副程式》製程參數以配方之形式提供給使用者，並且可以利用光筆/CRT顯示器介面輸入。用以監技製程之訊號是利用系統控制器之類比輸入 ___ 第 32 頁本纸張尺度適'^國票準（CNS ) A4規格（21〇χ297公爱） * -—' --------φ-裝------訂-----J線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（板與數位輸入板所提供，用以控制银炉、刺& ^ <訊號被輸出至 CVD系統10之類比輸出板與數位輸出板上。 -製程音續器副程式162包含程式碼用以由製程選擇副程式161接受確認製程反應室與製程參數，並用以控制不同製程反應室之操作。數個使用者可以輪入製程設定數字與製程反應室數字，或一單一使用者可以輸入多組製程設定數字與製程反應室數字，故音績副程式162操作確所需程序選擇製程之時間。音績副程式162包含程式碼以執行下列步驟（i)監控製程反應室之操作以決定反應室是否正被使用，（ii)決定何種製程於使用中之反應室被實施’與（iii)基於製程反應室之可利用性.與製程型態執行想得到的製程。傳統監控製程反應室之方法可以被使用，例如’輪流檢測。當製程時序安排被執行，音續副程式162 可以被設計成具有考慮使用中製程反應室之狀態與所要得到之製程條件比較，或是每一特定使用輸入請求，，階段’或是任何’系統程式師欲包含決定時序安排優先順序之其他相關因子。 —旦音績副程式1 62決定哪一個製程反應室與製程設疋組合下一步將被執行’音續副程式16 2利用略過特別製程而至一反應室管理副程式163a-c設定變數以開始執行製程設定。其中上述反應室管理副程式163a_c於製程反應室30中根據音續副程式1 62之製程設定控制多重製程分派任務。例如，反應室管理副程式163b包含程式碼用以控制位於製程反應室内之CVD操作。反應室管理副程式第33頁 --------裝------訂--------.. ^'涨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製本纸張尺度通用中國國家標準（（：阳）从規格（210'/ 297公漦） A7 B7 經著部中央標準局員工消費合作社印製五、發明説明（ 1 63b也控制不同反應室組成副程式，上述副程式控制需要實施之選擇製程設定之反應室組成的操作*反應室組成副程式由定位副程式（positing subroutine)164，製程氣體控制副程式165，壓力控制副程式166，加熱控制副程式 167，與電漿控制副程式1 68所組成。根據cvd反應室特殊之配置，某些實施例包括所有上述之副程式，而某些只包括部分之副程式。對於熟知該項技藝者將很容易了解其他反應室控制副程式可以根據於製程反應室3 〇内操作何種製程而包含進來。於操作上，反應室管理副程式163b 選擇性地安排時序或呼叫對應於被執行之特殊製程設定之製程組成副程式。反應室管理副程式i 63b安排製程组成副程式之時序與音績副程式162安排執行何種製程反應室30與製程設定之時序非常相像，標準上，反應室管理副程式163b包含監控不同反應室組成，基於設定之製程參數決定哪一個組成需要被操作，以及初始執行一反應室組成副程式以回應監控與決定步驟。關於操作特定反應室部分之副程式將於第5圖描述。基材疋位副程式1 64包含程式碼用以控制反應室用來裝載基材至基座上32之部分與，選擇性地將基材升至位於反應至内適當之高度以控制基材與噴頭4〇之間隔。當一基材被裝載至製程反應室30中，加熱模組33被降低以承接晶圓盒内34之基材，然後再將其升至適當高度。於操作過程中，基材定位副程式164控制基座32相對應於由反應至管理副程式160b傳送之支撐高度相關製程參數設定第34·頁 --------攀—裝-------訂--^----線 C #先聞讀背面之注意事碩再填寫本貰) A7 -------B7__ 五、發明説明（） ~ 之移動。製程氣體控制副程式丨6 5具有控制製程氣體組成與流迷之程式碼。製程氣體控制副程式1 65控制安全停止閥開 /關位置’並且可以控制質量流控制器跳上/下以得到所要之氣體流速》製程氣體控制副程式1 65可以被反應室管理副程式所調用，如同所有反應室部分副程式，並從反應室管理副程式接收關於氣體流速等副程式製程參數。一般而言，製程氣體控制副程式165是由打開氣體供應線與重複地⑴讀取所需質量流控制器，（ii)比較所讀取之流速數據與由反應室管理副程式l63b所接收之流速，及（iu)當有需要時調整氣體供應線之氣體流速。更進一步，製程氣體控制副程式163包括下列步驟用以監控氣體流速是否操過安全標準，並且啟動安全關閉閥門，當偵測到處於不安全之狀態時。製程氣體控制副程式165亦控制乾淨氣體與沉積氣體之氣體組成與流速，這與選擇之製程有關。另外之實施例可以包含超過一個製程氣體控制副程式，每一副程式控制一特定型態之製程或特定之氣體供應線。經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ----------Φ·裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於某些製程中，通入之氣體例如氮氣或氬氣於反應製程氣體被導入之前流入反應室内以穩定反應室内之壓力。對於這些製程，製程氣體控制副程式被編程包括通入氣體至反應室30内持續—段時間以穩定反應室内之壓力，以及如上文所描述之後續步騾。此外，當一製程氣體由一液體則身被汽化，例如四氯化鈦，製程氣體控制副程式165可以被寫成包含以下步驟使一輸送氣體經由上述位 __ 第35頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格717^^7公H-：----—-- A 7 _— -- 五、發明説明（） -- 於泡沫模組内之液體前身產生氣泡，例如㈣導入-攜帶氣體，例如氦氣，至一液體射入系統。當一發泡機被用於此一形式 > 制# l ^ ,θ s, & 飞之^程上，為Τ 到一想要之製程氣體流速’製程氣體控制副程式165調節輸送氣體之流速、於發泡機内（壓力、以及溫度。如上所討論’製程所需要 I 氣體流速以製程 A AJ v ：- _l> '4* y* 衣租参數（万式被傳运至製程氣體控制副程式165。更進一步’製程氣體控制副程式165包含步驟利用存取-包含有某一給定製程氣體流速之必須值儲存表’以得到所需之輸送氣體流速、發泡室壓力、溫度。一旦這些所需值被得到，輸送氣禮流速、發泡室恩力、溫度就會被監控，並且與所需之值做比較並據以作調整β 壓力控制副程式166包含程式碼用以控制反應室内 304壓力，其方式為調節位於反應室排氣系統中節流閥之孔徑大小而達到調整壓力之目的β節流閥中孔徑尺寸大小被設定以控制反應室内之壓力至一要求之等級與總製程氣體流量、反應室大小、以及排氣系統幫浦設定點壓力 (set_P〇int pressure)有關。當壓力控制副程式166被調用，所要求或標的之壓力等級會由反應室管理副程式ι63當作經濟部中央標準局員工消资合作社印*°表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一參數而被接收。壓力控制副程式166利用讀取一個或一個以上連接至反應室之壓力計之讀數，量得位於反應室内之壓力值，將所量到之壓力值與標的壓力（target pressure) 值相比’經由儲存壓力表得到相對應於標的壓力pID(正比、積分、微分）值，並據以調整節流閥對應之PID值。而壓力控制副程式1 66也可以被窝成能開或關節流閥至一第36頁本紙張尺廋诚川中國闽家標準（（:NS ) Λ4规格（2iOX 297公t ) 羥濟部中央標隼局®C.X.消費合作社印製 A7 〜----—_________B7__ 五、發明説明（） ' ~ 特定孔徑大小’進而調節位於反應室内30之幫浦容量達到一所需之等級。加熱控制副程式167包含程式碼用以控制使用於加熱基座上之加熱元件1 〇7之溫度β加熱控制.副程式1 67亦被反應管理副程式調用，並且用以接收一標的（target)、或設定點（set-point)溫度參數.加熱控制副程式利用測量位於加熱基座32的熱電偶之電壓輸出，然後與將所量得之溫度與設定點溫度相比較，.增加或減少電流供應.至加熱元件以得到設定點溫度》此一溫度是經由所量到之電壓值，然後利用一儲存轉換表而轉換出溫度值，或是利用一四階多項式計算而得出溫度值。當一個戾入迴圈（embedded loop) 用於加熱基座32上，加熱控制副程式167逐漸控制一具有向上/下斜率之電流供應至迴圈中。此外，一内建、不安全之模式可以被包含至一安全順從偵測程序，且可以關閉加熱單元之運作，如果製程反應室沒有被妥當的設定。一另外關於加熱控制之方法可以利用一斜率控制運算（ramp control algorithm)達成，此方法被描述於美國專利第 08/746657 System and Method for Controling the

Temperature of a Vapor Deposition Apparatus” ° 於另一較佳實施例中，加熱元件電阻可以當作一個選擇對象去使用熱電偶，因此可將熱電偶之電位自加熱模組消除。將一特別加熱元件之電阻對溫度之特性表示出來，並測量於一操作電下流出加熱元件之電流，加熱元件於操作.期間之溫度就可以被決定。最好一具有.溫度感應之第37頁本紙張尺度適州中國因家標淖（（、艰）六4規格（2丨〇'/297公釐） --------ι_β^.-- (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟邮中央標隼局Μ工消资合作社印製 A7 ^______ __—— &、發明説明（）測試晶圓可以被用來校正加熱元件溫度與晶圓表面之溫度》於一操作電流下測量電壓亦可以提供相似之訊息。在其他例子中，控制器能於熱電偶電壓輸出之場所使用加熱器元件之電壓-電流數據。一電漿控制副程式168包含程式碼用以設定應用於反應室30製程電極與加熱模組32之低頻與高頻RF功率等級，並用以設定使用之低頻與高頻RF頻率。與前面所介紹之反應室元件副程式相似，電漿控制副程式16 8被反應室管理副程式163b調用。對於包含遙控的電漿產生器 4，電漿控制副程式168亦包括用以控制遙控電漿產生器之程式碼。 C. 陶瓷加埶槿組第6圖為加熱基座與軸簡化之截面圖，基座32包含加熱模組33。基座32可以由至少耐溫至400°C或更高溫，且於具腐蝕性電漿環境下運作之材質所製成。舉例而言，於某些環境下，不鏽鋼、，’HastelloyTM”合金、”HaynesTM” 合金、或是陶瓷可以作為製成材質。根據一特殊實施例，一陶瓷加熱器可以提供一由金屬製造類似加熱器相比較低熱質》如此允許由一溫度控制器於功率改變上具有較快之反應時間。因為其儲存較少之能量，一陶瓷加熱器較快冷卻，例如，當反應室需要維修或重新組裝時，這一性質就相當重要》在某些應用上，此一特性可以使陶瓷加熱器於製程期間（亦即，晶圓運送轉第38頁 '^紙張尺度適州中ΐ固家標淨(CNS ) Λ4規格（210'/297公楚）" --------β裝------1Τ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局貞工消费合作杜印製 A7 s—------—_ _ B7 五、發明説明（) — 換、或改變氣體流量及壓力）能快速反應至一熱轉換狀態。第7A圖係本發明一特殊實施例中簡化之加熱模组33 爆炸圖。頂部平面101為陶瓷材料，以一較佳實施例而言為氮化銘（A1N)，它被製造包含晶圓盒於上平面上，連同贿圓檯起插銷孔102A深約0.29英吋。RF平面103裝設於頂部平面ιοί上並包含多重晶圓檯起插銷孔1〇2Ββ最少二個檯起插銷與相對應數目之插銷孔配合使用。第7Β 圖為RF平面1〇3之上視圖，顯示晶圓檯起插銷孔1〇2Β 與穿孔229之位置。rf平面1〇3可以以任何適宜之導電材質製造，其RF場生成、組合製程之導電功率需求、及 RF平面與陶瓷平面相對熱膨脹係數需一致。於此一較佳實施例中’ RF平面1〇3係由鉬薄片座架約5密爾（mil)厚且穿孔直徑90rail孔與孔之間隔由中心算起為2〇〇πιί^ rF 平面103具有一外徑約較晶圓之直徑大〇_2英吋。這些孔係由電腦輔助（CAD)雷射或CNC(computer-numeHc control)雷射形成；化學蝕刻’包括微影蝕刻技術、電子放電加工（EDM)、或其他合適之技術。鎢或其他耐高溫金屬可以用以製作RF平面》鉬與鎢相較更適合，例如，因為麵之熱膨脹係數較接近氮化鋁（Α1Ν)之熱膨脹係數。此外’麵也較易延展、更能抵抗反應室内之腐蝕環境，且較鎮更容易製成薄片。其中氮化鋁（Α1Ν)之熱膨脹係數約為 5.5x10 6/°c，與鉬之熱膨脹係數5.55 _xl0-6/°c非常接近，而鎢之熱膨脹係數為5.6x1 (T6/°C。第39頁本紙張尺度顧中 ( (，NS ) ( 210X297公f ) ---- ----------.tT (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經滴部中央標^-局貞工消贽合作社印$·' ΑΊ _______ Β7 五、發明説明（一、 ~" "" 於RF平面103上之穿孔可以讓頂部氮化鋁（A1N)平面直接結合第二氮化鋁（A1N)平面，避免陶瓷-金屬結合。於陶竞平面I 03中穿孔直徑及孔之間的間距選擇為最佳化，滿足内部-陶资.（iner-ceramic)結合過程（將於下文討論）之平衡需求並使其具有厌!：場均勻性。提供足夠之穿孔區域以達到一可靠之内部-陶瓷結合是相當重要的。如前述之較佳實施例所描述之等效區域，可以經由減少穿孔數目及增加其直徑，或經由増加穿孔數目及減少其直徑而達到。 RF平面1〇3之厚度是依據製作RF平面之材質與内部-陶资結合過程而定，使得RF平面之熱膨脹不致使位於穿孔區域内之内部-陶瓷結合產生裂縫β根據一特殊較佳實施例，以麵製成之RF平面其厚度上限约為1 5mil，下限约為 3mil。此厚度範圍提供合適之低電阻建立一均勻電場在rf 功率操作等級。於許多應用領域上，一穿孔薄片較一金屬網為佳，因為於薄片内之局部，，熱點（hot spots)，’會造成局部高電阻，這些高電阻可以擴散出薄片外。但是，當線串所跨過之點與薄片相比有較差之熱傳導性質而使其沿著線串傳熱，於金屬網中相同熱點（h〇t spots)頃向於加熱個別之線串β這樣通常會造成金屬網線串過熱，損壞金屬網線串且降低RF 金屬網電極之操作壽命、此外這些過熱或損壞之金屬線串會使得RF電場不均勻。一穿孔薄片有自我限制損害之能力，且提供一較佳之RF電場形式。使用薄片之另一優點為當金屬網線之尺寸增加時，網線間之空隙亦增大，因而 __ 第40頁 I紙張尺度—㈣.⑥幻㈣（⑶^ ^ —— -- I— n n n n n I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部t央標準局Μ工消费合作社印製 A7 1" 1 — "^1·" ......_ 五、發明説明（）限制了網線之有.效薄片電阻（sheet resistivity)。舉例說，鋇薄片約4-5mil厚具有薄片電阻約等於一鉬金屬網線其網線峰值-峰值間厚度遠大於5mil之之最小薄片電阻。另外，一由薄片座架製作之RF電極較一金屬網線電極平坦，因此容許一較薄之陶瓷層位於晶圓與RF電極間並且於沉積期間容許更均勻之電漿増強處理（plasma_ehhanced treatment) »在一個特殊實施例中，RF平面1〇3與晶圓間之距離應小於50mil其範圍約在38_42mil之間。於其他實施例中，這一間距可以有所變化，參考第7A圖’第二氮化鋁（Ain)平面105將RF平面 1 〇3與加熱元件1 07隔絕。加熱元件〗〇7是由鉗所製成，但是其他類似之材質，例如鎢亦可以被使用。加熱元件是由韵薄片座架利用雷射切割約5 mil厚，包括電腦輔助 (CAD)雷射或 CNC(comp.uter-nuineric control)雷射、化學蚀刻’包括微影蝕刻技術、電子放電加工（EDM)、或其他合適之技衡。第7C圖為簡化之加熱元件丨〇7之上視圖。加熱元件107厚度之選擇最好應該位於如前述之陶.瓷模.組製程之約束條件内。如習知該項技藝著所熟知，加熱模組之寬度與厚度應選擇與電壓供應能力相配合，使加熱元件達到適當之功率輸出，並提供合適之内部加熱空間使陶資 -陶瓷結合。例如’一 5mil厚之加熱元件約90mil寬325 英对長將增加約2.25-3.25歐姆（〇hm)之電阻，於室溫下可以升高约4千瓦（kilowatts)之熱《詳細計算加熱元件電阻改變量是否超過其操作範圍是非常重要的，舉例說，當溫 ___ 第41貰本紙張尺度適财了2Κ)χ 297&^-)- - 一 - --------β裝------訂 (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（）度由室溫升高至700°C，鉬加熱元件之電阻增加為原來之 4.3 倍。加熱元件更適合於加熱元件平面内内切割成正弦圖案，如第7C圖所示，正弦圖案較簡單弧形為佳因為具有正弦圖案之孤形於製作過程中較易對準。目前流量改變之方向就如同每一個後折23 3於相鄰近弧形元件之方向上，因此將會減少使加熱元件電流所產生之磁場，影響到電漿之特性而造成一不均勻沉積。一類似之抵銷磁場現象亦發生於位於孤形内之正弦曲線管間。製作加熱元件，相較於使用線圈使其免於薄片衝擊，且提供具有高表面積對截面積比。如此將提供一加熱元件與晶圓相比其熱傳熱更有效率，在一較低元件溫度下較一相似線圈設計可以提供一加熱元件相同熱量至一晶圓上。如此會降低加熱元件破損，因此延長加熱元件之壽命》此外，加熱元件107之寬度可以根據所需求之熱曲線而設計、或内部元件間格可以利用調整CNC雷射程式調整元件密度而改變。這樣亦可以產生一較好之溫度均勻性之加熱模組，或產生一特別之溫度曲線。請再參考一第7A圖，第二氮化鋁（A1N)平面105具有RF饋入孔1 〇6A與熱電偶孔104B，此外還有四個檯起插銷孔1 02C。於第6圖接近加熱元件中心，加熱元件1 07 提供檯起插銷孔、RF饋入，與熱電偶470路徑。於加熱元件107的每一端均有熱接觸點112，如第7C圖所示。第三氮化鋁（A1N)平面108裝設於加熱元件1〇7’底層109 第42頁 __ 本紙張尺度適川中國囤家標绛（CNS ) Λ4規輅（210X297公釐） -------丨—φ裝------1T (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 -~—————-- _— —_ 五、發明説明（）一' 間並與氮化铭（A1N)加熱樁11〇接觸。底層丨〇9於壓力結合過程如何被形成將於下文討論。以一較佳實施例而言，最終之堆線約為0.546英吋厚，使加熱器具有低熱質。依照設計之限制或特殊之應用，整個模組可以被加長或變短’使其具有較大或較小之外徑。以一實施例而言，一厚度約2.25英吋可以提供足夠之空間位於加熱樁11〇上之邊緣與底部平面間以安裝一連結夾具與一熔合二氧化矽護罩° 一較薄的加熱護罩或夾具可以容許一較短之加熱樁β 較短之加熱樁可以減低陶瓷加熱模組之熱梯度，也因此結合器不會干擾基座下降。於一較佳實施例而言，頂部氮化鋁（Α1Ν)平面1〇1，第二氮化鋁（Α1Ν)平面1〇5，第三氮化鋁（Α1Ν)平面108係由熱壓（hot-pressed)氮化鋁（Α1Ν)所形成。這些平面為接地平板並且互相平行，如果有必要可以接地以連接加熱器與RF 平面電極。對準孔（未顯示）係由頂部氮化鋁（A1N)平面 101、弟二氛化銘（A1N)平面105、與第三氮化銘（A1N)平面經濟部中央標隼局貝工消费合作社印製 ----------®·^.—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Μ 1 08沿著台汽插銷孔之中心線鑽通。頂部氮化鋁（A1N)平面 101、第一氮化銘（A1N)平面105、第三氮化銘（A1N)平面 108、與氮化銘（A1N)加熱樁均利用sand or bead blasted將其表面加以粗糙化^ RF平面l〇3利用一氮化鋁（AiN)膠帶將其緊貼於頂部氮化鋁（A1N)平面101上。而氮化鋁（A1N) 膠帶被放置於RF平面103上’係由相同之氮化鋁（Ain) 材質座架鑄成，用以形成熱壓氮化鋁（A1N)平面與一有機結合劑，其中RF平面.1 03是被裝設於頂部氮化鋁（A1N) 第43貫本紙張尺度適州中國 1^0$^(CNS)A#jy^(21〇X25^i^ ) ~ ：經满部中央標隼"負工消f合作d印製 A7 B7 五、發明説明（) ' :—~ 平面101上。氮化铭（Am)膠帶約l〇-20mil厚，可以使用一層或兩層，形成一薄且均勻之氮化鋁（A1N)層於rF平面 103上。氮化鋁（A1N)膠帶也可以黏貼於模板上，例如”MylerTM”模板，使對準孔於黏貼氮化鋁（A1N)膠帶於rf 平面103之前可以被清潔。第二氮化鋁（A1N)平面1〇5接著被裝設於頂部氮化鋁（A1N)平面1〇1、RF平面1〇3、與氣化鋁（A1N)膠帶黏貼成之組合體上《接著，加熱元件ι〇7 被放置於第二氮化銘（A1N)平面1〇5上並用氛化叙（Ain)膠帶黏貼，同樣的RF平面1〇3與氮化鋁（Ain)平面ι〇1亦以類似方法結合。第三氬化鋁（A1N)平面接著被裝設於 layed-up加熱元件上（未顯示）。對準插銷可由石墨製成，經由對準孔被放置以幫助頂部氮化鋁（A1N)平面1〇1、RF 平面103、弟一氣化銘（A1N)平面，105、加熱元件1〇7、與第三氮化鋁（A1N)平面1〇8之對準。加熱器與rf電極被裝設於事先接地之位置（將於下文做更詳細之說明）^頂部氮化鋁（A1N)平面101、RF平面1〇3、氮化鋁（A1N)膠帶、第二氮化鋁（A1N)平面105、加熱元件1〇7、氮化鋁（A1N)膠帶、與第三氮化鋁（A1N)平面1〇8之堆疊接著被裝設於一壓力結合（pressure-bounding)沖模中使頂部氮化鋁（A1N) 平面101位於沖模的一端，使第三氮化鋁（A1N)平面1〇8 露出於沖模之另一端。壓力結合（pressure-bounding)沖模 (未顯示）提供一空洞以容納前述之平面堆疊。壓力結合 (pressure-bounding)沖模可以由石墨製成且能夠限制上述平面堆疊之邊界使足夠之單邊壓力被提供，且大約與疊之第44賀本紙張尺度適州中國囤家標卑（CNS ) Λ4%格（210X29?公釐）裝-- (請先閲讀背面之注意事項#填寫本頁)

.1T A7 B7 經漓部中央標準局員工消费合作社印裝五、發明説明（主平面正交。接著一層氮化鋁（A1N)粉末被用於第三平面 108露出平面（未顯示）上，且由石墨製成之一第一壓力結合（pressure-bounding)平面，被置於這一氮化鋁（A1N)粉末層上。第一壓力結合（pressure-bounding)平面上有一孔約為加熱樁110之尺寸大小，可以穿過加熱樁110。一第二壓^結合（pressure-bounding)平面被裝設於第一壓力結合 (pressure-bounding)平面與加熱樁 11〇上。一水壓機提供壓力約25 OOpsi於第二壓力結合 (prkssure-bounding)平面與壓力結合（presSure-bounding) 沖模間。同時，堆疊平面與加熱樁110被加熱至1700 °c。這些條件被維持約30-90分鐘，最佳實施例為60分鐘。於此一狀態下，氮化鋁（Α1Ν)膠帶變成塑膠而且流動充滿於RF平面103内之穿孔與及加熱元件1〇7之内部元件 (inter-element)空間，且與氮化鋁（Α1Ν)平板結合在一起* 於壓力結合（pressure-bounding)期間，氮化鋁（A1N)膠帶緻密至原先厚度的一半。此外，先前用作第三氮化鋁（A1N) 平板之氮化鋁（A1N)粉末變成塑膠，形成底層1〇9，並使由第一壓力結合（pressure-bounding)平面.將壓力更均句地分布於第二氮化|g(AlN)平板108上。於壓力結合（pressure-bounding)之後，其他操作，包括研磨與鑽孔，可以修正陶瓷元件之形狀。例如，對準孔可以被鑽成插銷檯起孔而加熱樁可以被研磨在其較低部位形成一輪緣。數组壓力結合（pressure.bonding)沖模、堆昼平板、與壓力結合（pressure_bonding)平板可以被同一壓力排列，因第45頁本紙張尺度適闲中國四家標卑（CNS〉Λ4規格（210X297公釐） ---------嘴： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂發明説明（) 此數組可以同時形成。對於一給定之壓力大小，一較短之加熱组件總高度將容許一相當多數目之類似加熱組件於 —單一操作被以壓力結合（pressure bounding)方式组合β 因而’具有較短加熱樁之加熱器設計與較長之加熱樁相比，較短加熱樁容許一相當多數目之類似加熱組件被以圣力結合（pressure bounding)方式組合。除了更堅固外，^ 有較短加熱樁之陶瓷加熱器也比具有較長陶瓷軸之陶瓷加熱器更容易且能更有效.率地被製造出來。於另一較佳實施例中，一第一氮化鋁（A1N)平板之副組件、一 RF平面、一第二氮化鋁（A1N)平板、一加熱元件' 與一第三氮化鋁（A1N)平板可以如上文所描述般以壓力結合方式結合在一起，但不包含加熱樁。加熱樁可以隨後以一分開之操作，將其裝設於上述副組件上。如果針對特殊需求，加熱樁是較長的，則將於下文中詳述。於再一較佳實施例中’如第8圖所示，一陶瓷支撐軸 82 1可以被裝設於加熱模組上。這樣可以消除熱阻氣門之需求，因為支撐軸的底部相當的冷，且容許〇形環密封 81〇A、81〇B、810C、810D來密封支撐軸之底部。提供一短支撐軸端805(由良好之熱導髏製成，像是鋁）並提供熱交換通路’可以讓水或其他液體流過，而更進一步將〇形環冷卻。此外，一冷卻板可以被連接於軸端8〇5以提供冷卻。0形環封皮810A封住陶瓷支撐軸821至軸端8〇5。〇形環封皮81 0B形成一環形封皮封住負載彈簧、未遮罩之熱電偶87〇 , 0形環封皮810C封住RF電極859。類似之第46頁

五、發明説明（ A7 B7 經濟部中央標隼局员.1.消费合作社印*')4 〇形環封皮（未顯示）封住加熱元件電極（未顯示），〇形環封皮810D封住”VespelTM„插塞8〇6到軸端8〇5。 RF支架桿856延伸過陶瓷支撐軸82丨的低緣，以至於線圈858可能被RF支架桿856或RF電極859折敏。於一較佳實施例中，RF支撐桿856、RF電極859、與線圈 858均由鎳所製成。線圏858提供張力缓衝，降低於組裝或熱循環期間加熱模組833或銅焊接點損壞之機會。類似之線圈（未顯示）連接加熱棒（未顯示）與相對應知加熱電極 (未顯示ρ雖然RF支架桿856、未遮罩之熱電偶87〇、與加熱器支架桿（未顯示）都是剛性的，一絕緣插塞8〇8，像是’’VespelTM”插塞，可以提供電絕緣避免線圏短路。c•環夾82671 ’與每一電極一起使用，以避免底部電極被拉進拉出。填點蓋809可以被支撐軸末端拴住並壓緊〇形環 810B-D » 熱電偶870延伸出加熱元件8〇7外，正好位於平面803下方。熱電偶870位於加熱元件g〇7與基材之·空間，更進一步位於加熱模組之熱質内之空間内為一淺熱電偶’可以提供更好之熱控制。淨化管線853可以容許陶瓷支撐軸821利用淨化氣體，如氮氣、氬氣、或其他氣體於高於反應室壓力下加壓。淨化氣體保護位於支撐軸内部之元件，像是避免銅焊接點 855氧化或腐蝕，特別是升溫時。銅焊接點855連接RF 平面803與RF支架桿856，其材質可以是銷或是鎢。類似之鋼焊接點可以連接加熱元件與加熱支架桿。增壓陶瓷請先閱之注意事項裝訂本紙依尺度適用中國囚家標毕（.CNS ) Λ4現格 (210X 297公釐）五、發明説明（ A7 B7 經滴部中央標準局員工消费合作杜印裂

支撐軸821也壓制位於陶瓷支撐軸821與其他元件間Rpi 起弧形變化。如上述’淨化管線853可以混合一拉π… 鋼（aluminum-to-stainless)鋼轉換854。銅焊接點也可以被内部共溶合金結合，如下文所述。第9圖為一簡化之部分加熱模組33截面圖，類示_ 電性連接至平面與加熱元件之一實施例《於加熱樁内有四個孔與加熱模組之主平面正交。這些孔當中其中有兩個包含加熱支架115。第三孔包含RF支架〗17,第四孔包含熱電偶模組（第6囷470’未於第9圖中顯示）》熱電偶模組是一雙重覆蓋之熱電偶，熱電偶是由彈簧支撐所以它是被壓縮頂住為於氮化招（A1N)平面.101内暗管之頂部，且提供一用以加熱控制之訊號。鉬加熱元件電極U9與尺卩電極118分別較平面堆疊與壓力結合（pressure-b〇unding)先被裝設於加熱電極116盒與RF電極盒120A、120B内。 RF電極盒120A、120B較加熱電極116與RF電極大只是為了描述方便。於壓力結合（pressure-bounding)過程後金屬電極於最裡面與周圍之陶瓷物質接觸，鉬於壓力結合 (pressure-bounding)狀態下會變得易延展《同樣地，於壓力結合（pressure-bounding)期間，鉬RF電極1 1 8基本上焊接至銷RF平面，如同加熱電極Η 9與加熱元件1〇7之連接。雖然電極如圖示被做成一單片，但是可以理解的是類似之電極可以是由多層薄片做成。更進一步，電極之形狀亦可以改變。例如，最妤RF電極11 8延伸至加熱元件1 〇7 外’但是也可以稍微短一點，所以鎳支架桿117延伸至RF 第48頁本紙張尺度適用中國因家標命（CNS) Λ视格（210χ 297公釐請先聞讀背之注項 $ 裝訂 A7 B7 五、發明説明（平面103附近。請閱 ik 背面之注意事項再· ,1. 『裝頁訂於壓力結合過程後’孔被鑽透過加熱樁11〇與其他裝設於RF電極上之陶瓷物質，使鉬電極暴露出來。錄加熱支架桿115與錄RF支架桿117被反向鑽孔以承接鶏戾條 227A、227B。具有鎢嵌條227A、227B之鎳加熱支架桿115 與鎳RF支架桿117接著分別被插入加熱電極119與rf 電極中。於一實施例中’鎢環228 A與228B可以較插入加熱桿115與RF桿117之前先被裝置入鑽孔中，如第9圖所顯示，位於桿115與117間之接點，電極119與118基本上是位於同一平面且位於加熱元件1〇7同一邊與尺^·平面1〇3反方向’但是不一定需要這樣限制。但是將錄-紐相變自RF平面1 〇3移開以避免熱應變發生於RF平面上。經#-部中央標羋局貝工消费合作社印製整個組成接著被加熱至一足夠溫度以形成融化共溶晶體。如果純鎳與純鉬被使用，一鎳-鉬共熔晶體將會於溫度1315。〇下形成；但是，如果商用之錄200被使用的話’一多成分之共熔晶體將會於溫度略小於1315°C下形成。只要能形成一小塊共熔晶體’製程所花時間將會保持最少。於製程溫度下1 〇分鐘已足夠結合鎳與鉬組成β鎳_ 銷系統是特別設計的，因為其共熔晶體絕佳之抗腐蝕性，其性質類似”HaynesTM 242”合金’處於鹵素環境下與在一般沉積環境下能保有相同特性。鎢崁條227A與227B提供一鷄來源’限制鎳-鉬共熔晶體之延伸，因為鎢部分溶進熔化之鎳-翱共熔晶體且基本上使合金固化。鎢環228 A、 228B ’如果出現將會更限制鎳-鉬共溶晶體相之延伸。特本紙張尺度中_家麵（（:NS ) Λ4規格（2mx 297公鐘） A7 B7 五、發明説明（別是，他們會形成熔化鎳棒之燈芯，並使接點脫落。 D. 埶阻氣門與結合器把+據一特別實施例’加熱模組3 3 ’如第6 .圖所示，利用結合器122結合支撐軸121。結合器122，是由不錄鋼或其他相似金屬所製作，用以確保陶瓷加熱器結合至金屬軸。第10圖顯示一簡化之結合器122截面圖，其包含加熱阻氣門結合器123與兩片向上之夾具124。第11圖顯示 —簡化之加熱阻氣門結合器123等體積圖，第1〇圖之底部。加熱阻氣門結合器之低輪緣125上擁有螺紋之暗管 126’所以結合器可以被旋上支撐軸。上凹槽127可以容納加熱樁邊緣，其裝設於凹槽面128,被向上夾具保護（第 10圖之124)，且被壓力臂129環形支撐。參考第1〇圖，上凹槽127具有一對準平面（見第11圖454)對應到一位於加熱樁邊緣圓周上之平面。當然，上凹槽127應與加熱捲邊緣之形狀相對應’而且其亦可以利用他對準機制β向上夾具124包含兩個C形等份124Α、124Β，於連結於加熱阻耽門結合器之它們是沿著加熱樓邊緣被連結在一請閱背之注項本頁裝訂經濟部中央標隼局8工消贽合作社印？表起。切口 13 0是被切割成與凹槽面未切割之細線相反拉緊螺絲m 壓力臂129拉戈在一起以支撑輪絲[於加熱樁上。依據有與切口 1 3 0類似形狀之間隔器可以被插入切口 1 3 〇内以支撐壓力臂129並減低流經切口丨3〇之氣流量。成對之恩力黎弛裂缝132被製作於壓力臂129上以增加由拉緊螺絲^ 所造成之應力供應造成之可利用應變（strajn)，並容許壓力 128同一平面，留下一所以由拉緊螺絲1 3 1將第50頁本紙張尺度適川中囪围家標卒（（:NS ) Λ4現格（210乂 297公漦經濟部中央標皁局βχ消费合作社印？表條件下較原先長度低。這一薄連結板 A7 B7 發明説明（) 臂繼續提供環形壓力作為夾具，由金屬製成，比陶瓷加熱樁邊緣更易膨脹。於此一較佳實施例中，顯示出四對鬆弛裂缝132，但是這個數目可以根據所設計夾具之不同材質而被調整。根據一特殊實施例，约0.3英吋之壓力臂，於一英吋内鬆弛裂缝1 32被切割成约4〇mil寬。鬆弛裂缝j 32 之端點可以被製成圓形或環形以降低應力集中，且可以改進製造能力。如第10圖所示，加熱阻氣門結合器123被製成具有一薄連結板133位於上凹槽ι27與下輪緣125間。這一薄連結板，其厚度範圍約為2(M〇〇jnil厚，於释加實施例中，較隹厚度約40-60mil，其作用為當作加熱縝成與支撐軸間熱阻之通道。連結板之有效長度約為0.64.0英吋，其高度於垂直連結板部分之變化範圍約為0.2-0,5英吋。於實施例中顯示，當加熱組成之操作溫度约為6251時，約有 25瓦之功率於加熱組成與之撐軸間流動，其端點溫度约為 50C。其他關於結合器122之較佳實施例可以使用於較高之溫度下，當其具_連結板133之總長度以一給定之厚度長，或是於一給定長度下其厚度被降 133必須是剛性且夠薄使能提供足夠熱阻。使用結合器1 容許”熱浮”於支撐軸上，因此可以允許一較為寬範圍之支撐軸材料選擇，並於維持一定溫度均勻性條件下，可以降低輸送至加熱元件之功率。因為由加熱器流經底座且流向支撐軸之熱流越少，於加熱導管上形成冷點之機會就愈少因此可以改進晶圓之溫度均勻性。也第S1頁本紙張尺度適川中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐）

A7 __；_ B7 _____ 五、發明説明（） ' 因此’使用結合器122降低陶瓷間之熱梯度，可以降低產生裂纹，因此增加之使用壽命。使用結合器122也可以形成一較短且較緊密之，因此較容易製造β 向上爽具124被連結於具有夾緊螺絲之加熱阻氣門結合器123上，經由孔451位於向上夾具124與位於加熱陡氣門結合器上之孔452被配置。孔45 1係一位於向上夾具 124之暗孔^低輪緣125具有一進出孔〗34，較夾緊螺綿大’可以容許其由下組裝。相反地，進出孔134可以被位於低輪緣125之螺紋孔平衡，但亦可以是同轴的如果螺疑孔足夠大可以容許向上夾具螺絲進出的話。根據某些實袍例，位於向上夾具之外部對準承口 135裝設於加熱阻氣門結合器外部對準邊緣136上以形成一沿著夾具外徑相對平滑之平面。於一較佳實施例中，位於向上夾具之外部承口 13 5可以被裝設或懸吊於加熱阻氣門結合器12 3上半緣，像是向上夾具之外徑係較加熱阻氣門結合器123之外徑稱大。懸臂墊圈137是由部分之向上夹具124所製成，並經由孔451用螺絲旋緊裝配於向上夾具124上，且位於加熱阻氣門結合器123之孔452提供一擠壓力至加熱樁輪緣上以確保其固定位於熱阻之向上凹槽上β於一特殊實施例中，懸臂墊圏137約為l〇_20mil厚，且具有鬆弛裂缝138，鬆弛裂縫1 3 8被切割成使合適之壓力維持於陶瓷加熱樁。第12圖係一簡化♦體積爆炸圖，顯示向上夾具124 夾住位於加熱阻氣門結合器上之向上凹槽127内加熱樁邊緣139 ’加熱樁邊緣139係由支撐軸121所支撐。於另一 __ 第52頁本紙張人度適川中國囤家插準（CNS ) Λ4規格（210X297公釐）五、發明説明（ A7 B7 經濟部中央樣準扃tsx消费合作社印製較佳實施例中，可以置入一陶瓷間隔子於金屬加熱器與支撐軸之間以提供金屬加熱器與支撐軸間之電絕緣° 一加熱阻氣門結合器可以於陶瓷間隔子之一端或兩端被使用’並降低熱流由一元件流經另一元件。 E. 加熱器基座組成參考第6圖，基座32將於下文中詳細描述。基座之功能為將晶圓搬至位於真空反應室内30之製程位置上並於製程期間加熱晶圓。雖然此處所描述之加熱器基座於製程操作溫度為40(TC或大於400t至约為750°C及更高溫時特別有用，但是加熱器基座於低溫下操作亦同樣有效。於開始時，應該注意基座32可以依照用途而做修改，或是直接裝設較前述PRCVD反應室更多不同種類之製程反應室内。例如，加熱/脫離組成40可以被使用於其他CVD 反應室》另外之特徵將有助於與支撐軸間之熱絕緣。熔化之矽土（silica)加熱罩431可以降低底部之熱損β加熱罩可以降低不必要之沉積形成於加熱器表面且可以容易分開清洗’因此可以延長加熱器之使用時間。如上述所討論，以及第4Α-4Ε圖’加熱罩可以做成各種樣式。以一較佳實施例而言，淨化氣體被供應至加熱罩與底板之間，接著流經流量限制環與間以降低晶圓邊緣之沉積。加熱罩43卜由矽土所製，包括—盤狀之片具有一内徑可以容納基座之加熱樁。加熱罩431具有最少兩個孔配請先閱讀背 ι& 之注 %： !裝頁訂第S3頁本紙張尺度適W中國國家標聲（CNS ) Λ4規格（210x 297公您） A7 B7 弧形變化之生弧形變化五、發明説明（置於位於其底部表面内徑上，所以加熱罩431可以利用於軸環141内具有螺紋之鎳對準插銷14〇裝至定位。軸環i4i 係由鋁製成利用螺絲142與支撐軸121連結。熔化之矽土熱絕緣器143利用直接放置於之底部表面下方之方式，更進一步降低由到支撐軸間之輻射熱損。熱絕緣器143包含兩個半圓狀之薄片。因為它是由之底部、加熱樁、支撐軸與向上夾具所束缚，矽土熱絕緣器143亦可以由減少反應至禮積與幫浦時間之方式降低熱損。於一較佳實施例中，支撐軸12ι由栓塞144、145A-C 與146所填滿每—個栓塞均有四値孔對應到加熱樁上的四個孔由於^真滿支撑轴内所有空間，固禮栓塞可以降低RF 可能性，而於中空之支撐軸將有很大可能會產。熔化之矽土栓塞144會降低熱傳導，陶瓷栓塞145A-C& 146不僅可以提供插入/抽出熱電偶之指引也提供電極間之絕緣。與中空支撐軸相比，栓塞更進一步降低製程中所要達到操作壓力之背浦體積。固體栓塞不僅$ 低JULff時間，也減少於壓力循環中體積的^變，因此降低反應室輿支撐軸間污染物與腐蝕性物質傳輸量。最上面之熔化的珍土栓塞提供33與陶免栓塞支撐軸121間更進一步之熱絕緣。栓塞M5A-C與146可以由熔化之矽土、陶资、或高分子材料製作，選擇何種材料端視其最高之操作溫度而定。於此一較佳實施例中，拴塞i45A_c與146 係由鋁基（alimumn-based)陶瓷材料製作而成。於另一較佳實施例中，检塞M5A.C肖146可”—單—長栓塞所取本紙裱尺度適州中國國家標準（CN、S ) Λ4規格（2丨0X297公釐） --------Φ裝------'T----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經鴻部中央標準局員工消资合作社印裝經满部中央標準局員工消费合作社印繁 A7. B7 一_ 丨 I—一- . — ----- - - - -___ 五、發明説明（）代，或是改變其數目；或是以高電阻之陶瓷製成。低處支架147可以由”VespelTM”製成。低處端點蓋148係由，，DelrinTM，’製成。低處支架147與低處端點蓋148具有通道可以容納位於支撐軸内之配線。C-環夾771，用於每一個電極，其作用為保護底部需極被拉進拉出。此外，一 0-環773封住支撐軸121、低處支架147、之端點，而〇· 環77 5(用於每一個電極上）提供位於低處支架147、低處端點蓋148間之密封。因此’於某些實施例中，支撐軸可以經由引入淨化氣體而被氣趙束缚（gas-tight)。陶瓷襯墊149對加熱線圏150與RF供應器提供避免被腐蚀之額外保護，並降低其弧形變化，特別是因為襯塾接合處151被栓塞接合處152所補償。陶瓷襯墊149於每一配線、淨氣管、與電熱偶通遒均可以由一長櫬墊所取代。淨化氣體可以從一進氣管153被供應、或以真空拉出。進氣管153是由鋁所製作並焊接至一鋁製支撐軸ι21上。鋁-不鏽鋼轉換器154接上一不鏽鋼氣體線裝配（gas Hne fitUng)155至銘進氣管上。轉換器一般被限制在支撐軸之内徑並必須緊密結合。鎳棒156由加熱組成33之加熱樁突出，其長度可以做變化，如第丨八圖、第2圖與第6圖所示。鎳棒被切短使33易於製作、栓塞組成145A_C.絕緣器144易於製作於3^上。於某些實施例中，鎳棒156延伸至加熱樁外約 2 5英吋。加熱器供應線15〇被結合至具有皺折連接【Η 之鎳棒156上。鎳棒156之長度決定皺折連接157位於合 _ 第55頁 ^紙張尺度適州中國丨荀家5^(_ CNS ) Λ4規格（210X297.公釐--- (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) I II 1 1^1 lmlf · -i I 抑衣 I I I I I I 訂經肩部中央標隼局資工消f合作社印裝 kl ^_____ B7__ 五、發明説明（）處。加熱器供應線可以盤繞於陶瓷襯墊149内於裝配及高溫熱循環期間提供張力鬆弛。RF功率供應線與加熱器供應線以類似方式盤繞’所有於基座内之電線均被盤繞捆起’但是可以被輪流使用。盤繞之電線提供超過所需之電線用量，且減少加熱器損壞《如果沒有使用這些盤繞線圈，使其黎弛錄棒擴_張所造成之張力，則錄棒可能擴張至基座之頂部.陶资面板而損壞基座。更進一步，使用盤繞線圈可以避免因為外部連接器插入所引起向上之外力造成基座損壞。第1 3圖顯示螺絲1 5 8結合支撐抽與加熱阻氣門結合器123與向上夾具124相關聯之截面圖。覆蓋栓塞或外罩 1 5 9 ’於螺絲1 5 8被旋緊後被接著旋進，用以保護螺絲15 8 免於被腐蝕。遮蓋栓塞159係由與支撐軸相類似之金屬所製成’於此一例子中是用鋁合金製成《支撐軸與遮蓋栓塞 159最好應該用相同材質，因為相同材質具有相同膨脹係數’可以減低使用不同材質金屬造成電流反應的風險。第13圖中顯示形成一對準壁架136於具有向上央具 124之加熱阻氣門結合器123，使得外部準承口 135與加熱阻氣門結合器123形成一平面從支撐軸之内表面分離。這一間隙避免支撐軸121與結合器122之接觸。這一間隙也應該大到能得知熱膨脹係數之不同，並且提供熱絕緣以使由加熱樁邊緣1 3 9至支撐軸1 2 1之熱損降至最低。於實施例中，加熱阻氣門結合器123沒有壁架136且向上失具具有一比加熱阻氣門結合器12 3較大之外徑，使承.口 1 3 5 第56頁以張尺度適i巾翻家標導（；S ) “格（210X297公優)' 一 ~ ---------Θ裝------1T------. J------ (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} 經漓部中央標準局員工消费合作社印裝 A7 —_ 87_____ 上、發明説明（）能與加熱阻氣門結合器123般緣吻合，支撐軸之内表面可以倍加工造成一空間結合器122由支撐軸121分離。 F RF供應系銃第14圖為一簡化之RF功率供應系統，包括一加熱組成202與支撐軸202之簡化截面圖。於圖中顯示，反應室 204與噴頭205均接地，且RF平面206係接上電源。於另一較佳實施例中，當RF平面接地時喷頭205可以接上電源’或是接至RF平面與喷頭之電源是可以被”分裂”，也就是說，相對於接地之反應室204，兩者均可接上rf 電源。於再一較佳實施例中，當一不同頻率被供應至 RF平面上時’一 RF頻率可以供應至喷頭20 5上。如第14 圖所產生的稱為，，底部加電壓（bottom powered)，，電聚。而若是面板接上電源且RF平面接地，其所產生之電漿稱為” 頂部加電壓（t〇p p0wered)’，電漿。此外電漿系統也可以加入一直流偏壓於RF平面206與喷頭205之間，使薄膜之沉積與特徵最優化。 RF平面206裝設於202之内’位於晶圓36下方，如第圖所示產生器207經由匹配網路208供應RF 能量至RF平面206。一 RF饋入口 209將RF供應線210 與反應室隔絕。加熱器饋入口 218’可以與RJ?饋入口 209 相同或不同，將加熱器線212與反應室2〇4隔絕。一些RF 此量來自rf.平面206與加熱器線212造過雜散電容213 做電容性的耦合及RF供應線210與加熱器線2 1 2透過雜 __ 第57頁張尺度'家標 CNS ) M規格（21〇χ297公楚_) ~~'~~~- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) n n n ΙΪ I n n i nn n 經漓部中夾標準局員工消費合作社印裝 A7 ----：__ B7 五、發明説明（）散電容214做電容性的耦合。因此，RF饋入口 2〇9與加熱器饋入口 218均為高電壓饋入口，以維持厌1?電壓產生。位於支撐軸203内之栓塞，可以由固體陶瓷、多孔陶瓷、或熔化之矽土，如前文所描述，於RF供應線21〇與加熱器線212間提供直流絕緣。由於濾波器盡可能的靠近支撐轴之底部’遽波器215阻滯了與加熱器線212耦合之RF 能量’要不然這個RF能量會產生輻射犛對系統元件，例如控制器’造成射頻（radi〇-frequency)干擾或電磁干擾。據波器215於RF頻率下對加熱器供應線21〇提供一高阻抗’且是最佳化所以濾波器21 5於沉積系統操作頻率下具有高阻抗’於加熱器電源216供電之頻率下具有低阻抗，此頻率約為60Hz。加熱器電源2 1 6是由交流電源217供應電源。濾波器2 1 5提供保護加熱器電源2 1 6之功能，包括降低電子雜訊與干擾，並維持反應室内RF能量。由濾波器2 1 5提供之高阻抗至rf能量也使rf能量由產生器轉換至電漿變得更有效率。一具有低阻抗之濾波器於射頻下可以分流有效RF能量至加熱器電源21 6，所以電漿不會被分流。RF產生器207可以在頻率約為100kHz至500kHz 範圍下操作，較佳實施例约為400kHz，或是在1 3..56MHz 下操作。第1 5圖為本發明所使用之兩種不同之RF系統，每一系統提供不同頻率。於此一較佳實施例中，高頻RF系統 219於一與由低頻RF系統220至RF平面206(亦即， 100-500kHz)供應低頻電源相比（其頻率）較高頻率供應電第58頁本纸張尺度適;11中國國家標卑（CNS ) 乂4規格（210X 297公釐） ' ' ~~~~ (請先閲請背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標本局員工消費合作社印" A7 _____ B7__ 五、發明説明（) — 源至喷頭205，亦即，13.56MHz »高頻RF系統219包含一高通濾波器221，其允許高頻功率由高頻rf產生器222 流至喰頭205’同時阻滯低頻rf能量進入高頻rf產生器 222。低通濾波器223提供一低頻能量至接地之通路，因此使得喷頭205於低頻時扮演接地電極至rf平面2〇6 β 低通遽波器224 ’其允許rf能量由低頻rf產生器225流至RF平面206 ’同時阻滯高頻rf能量進入低頻RF產生器225。高通分流濾波器226提供一高頻rf能量接地之通路，所以RF平面206於高頻時可以作為一接地電極至噴頭205。根據其他實施例中，高頻RF頻率可以被供應至RF平面206同時低頻RF頻率可以被供應至噴頭2〇5。於此一例子中，高頻RF系統219與低頻RF系統22〇必須被調換。匹配網路227與228可以被加入於每一 RF產生器與其相對應通路濾波器（thr0Ugh filter)間以改善由產生器到其負載之功率轉換。匹配網路227與228可以分別由通路滤波器（through filter)224與221整合。 G. 氣體分配系铱第16A圖顯示一簡化內蓋模組17〇爆炸圖。内蓋模組包括氣體盒173、氣體阻滯平面172、氣體分配平面 4〇、陶资絕緣環52、與反應室蓋66，具有密封元件像是〇-環配置於内蓋模組170之不同元件上。内蓋模组17〇也包^-氣體饋入盒173,蓋住氣體通道175，氣體通道由 -氣體輸入多歧管176延伸至一位於氣體輸出多歧管⑺ ______ 第59頁 $5尺度適财( ί 210χΊ^ϋ1 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) * nn nn nfff · ------訂-----

五、經濟部中央標莘局員工消贽合作社印製發明説明（）之混合區域◎氣體通道175輸送氣體至一混合區域，此一混合區域於輸送至入口管44之前先將氣體混合。於某些實施如中，氣體饋入盒173、氣體輸入多歧管176、與氣體輸出多歧管177是由鎳或由含有鎳之鋁板製成。對於電漿製程’氣體饋入盒173也使得供應高電壓RF功率至氣體饋入盒173不會造成氣體電離且不會形成氣體沉積於氣體分配系統上《—典型的氣體饋入盒可以在美國專利第 4,872,947號說明書上找到。氣體阻滯平面172為一般之圓盤形成氣體饋入盒173 疋下表面。氣體阻滯平面172包含複數個氣體散佈孔用以漿氣體散佈至形成於氣體阻滯平面172與喷頭4〇間之空間（54，第2囷）中》另一空間（48，第2圖）位於氣體饋入 ·«· 173内靠近軋體阻滞平面172之方向，與.噴頭4〇相反方向上。氣體阻滯平面172材質之選擇必須與製程一致，例如，銘可以適於低溫無腐蝕環境下使用，含鎳金屬適合於高溫含氣之環境下使用。氣體阻滯平面172内之散佈孔其直徑通常约為10-40mil。當然，熟知該項技藝者可以包含一較佳實施例。如第16A圖，於噴頭40内之氣體分配孔^其尺寸大小與分布將依照製程不同需求而變化。例#，氣體分配孔 42可以均句分配以提供均句氣體分布於晶圓上。另外，如果有需要的話氣體分配孔42可以是不均句間隔與分布。氣體分配孔42其直徑範園通常約為5_1〇〇mn，較佳之範圍為卜此外’喷頭40 一般由銘合金製成，陽極第60頁本紙張尺度適ffl中國囤家標潭（CNS ) Λ4規格（210X297公麓） (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

j 五 ____^^_ 【-1-- ί部中央標$呈消费合作社印装 A7

電鍍或其他表面處理（像是鍍鈦、鍍矽之碳化物、或電鍍鎳）可能需要用以保護喷頭於含氯樣品之蒸發溫度下免於破腐蚀°於此一例子中，氣體分配孔42最初製作時應該使其直徑大小於表面處理後為所需之大小。另外喷頭4〇可以由抗腐蝕材質之導電金屬，像是媒、鈦、或是石墨，環些材質與可以做表面處理。氣體分配孔42最好被設計成能促進沉積於晶圓上之均勻性。分配孔也被設計成能避免於面板之外（底部）表面形成沉積物，特別是，避免軟沉積物形成於表面，因為其可能於製程之後剝落並掉落於晶固上。於一典型之實施例中，孔陣列一般是位於分配孔42 之同心環。相鄰環間之間距大約相同，於每一環内孔與孔間之間隔大約相同更詳盡之描述可以參考美國專利第 4,872,947號說明書。第16A圖顯示一陶瓷絕緣環52，可以使内蓋模组與内蓋環做電性隔絕。如此可以允許RF功率供應至内蓋模組，而不供應至内蓋環，所以汉!？場主要由内蓋環組成，特別是噴頭40 ’散發至接地rf電極。絕緣環52也容許偏壓，例如直流偏壓，被供應至喷頭4〇而與任何連接至反應室主體或蓋環之偏壓無關。内蓋環組成170係由一夾棒夾在一起，夹棒壓住氣體輸入多歧管1 76的頂端將内蓋模組固定於反應室蓋& 上。虛.線顯示氣體積入盒.173如何套入噴頭40，喷頭4〇套入絕緣環52，絕緣環再套入反應室蓋66。〇_環形成位於遠些内蓋模組間形成氣密（gas_tight)密封。第61頁本紙張尺度適州中國國家摞準（CNS ) Λ4規格（2丨0X297公釐） _________ <1 — - n ----I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中决標隼扃賀工消費合作社印製· A7 —---—B7 五、發明説明（）晶圓之溫度一般利用3 3維持高於最小沉積溫度，所以製程氣體將在晶圓表面一起反應並形成一沉積層。特別是’於一特別實施例中，一電流直接流經導線i 5 〇至加熱元件107以加熱晶圓至一溫度範圍約2〇〇_8〇〇»c。於一較佳實施例中’溫度被加熱器控制副程式167控制至如上述之溫度範圍。於此一製程期間，内蓋模组17〇由不同來源接收熱，包括氣體通道、加熱半導體晶圓、與晶圓加熱源。為了維持内蓋模組1 70之元件低於最小沉積溫度，且因而避免氣體反應及沉積於這些元件上’ 一熱交換液趙被導入熱交換通道（位於第16A圖顯示），形成於氣體饋入盒in 與噴頭40内。如第16B圖所示，噴頭40具有一熱交換通路203用以降低噴頭之溫度，噴頭可以倍加熱至與加熱器基座溫度相近’約為400°C或更高。偏壓連接熱交換通道 203至位於氣禮饋入盒173内之熱交換通道。利用降低嘴頭溫度可以使氣體分配孔42上不要之沉積物與易黏物減至最他。 H. 排氣系統參考第1A圖，一閥門組成（節流閥系統）包含一隔絕閥78與一節流閥83沿著放電管線178配置用以控制流經幫浦通道60之氣體流速。於製程反應室30内之壓力被電容壓力計監控且被具有節流閥82之導管178利用變化氣流流經導管之截面積所控制。以一較佳實施利而言，處理器85由顯示反應室内壓力指數之壓力計接收訊號。處理第62頁紙張尺ϋ用中囤ΐ家標準ICNS ) Μ規格（21〇Χ 297公釐) ~~~' '~~'^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央樣率扃i工消费合作社印裝 A7 B7 ................. _ 五、發明説明（）器85比較測量之壓力值與由操作員起始設定之壓力值做比較，然後決定要維持反應室内壓力時，節流閥所需要之調整量。處理器85依賴一個調整訊號去驅動馬達，麻達可以調整節流閥至一個相對應之設定壓力值。合適之節流間可以參考美國專利第08/6718^號“Impr〇ved Appratus and Method for Controlling Process Charnber pressure”。但是’製程中需要高氣體流速’例如用四氣化鈦（Tic〗4)沉積鈥，排軋系統之容量必須增加。這包括增加排氣口 8 〇之截面積’並增加放電管路178與節流閥之直徑。於一較佳實施例中’為了容納氣流量約15升/分鐘，於反應室整力約5t〇rr下，排氣口 80直徑由1.5英吋増加至約2英吋。於相同實施例中，節流閥與放電管路皇徑也是由15英对增加至約2英吋。這些直徑可以由不同氣體流量決定其大小〇隔絕閥78可以用來由真空幫浦82隔絕反應室30, 利用幫浦作用以降低反應室内壓力。如第1A圖所視，隔絕閥78，與節流閥83也可以用來校正CVD設備10之質量流控制器。與一些製程中，液體源是汽化妁，接著利用攜帶氣體將其輸送至製程反應室。質量流控制器被用以監控氣體或液體進入反應室30之流速《於質量流控制器校正期間，隔絕閥78限制或阻絕氣流流至節流閥83使反應室内壓力增加至最大，因此就完成校正· 如上所描述之C V D系統，並不應限制本發明之範圍。典型之CVD系統10為一單一晶圓真空反應室系統。但第63頁 _本紙張尺度適川中標_7"CNS]A4规格（2ΰ>Χ所公釐) '~~~ ---- n n ---n n n If I n {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標隼局員工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（）是，其他CVD系統為多個晶圓反應室系統。這些均不適合作為限制發明範圍之理由，也就是說，本發明不同之觀點可以用於不同之製程反應室，例如蝕刻反應室，擴散反應至♦。如上所描述之各個不同系統..，例如設計上之變化，加熱器設計、RF功率連結、軟體操作與結構，運用於軟體副程式特殊之運算，氣體進氣管線與閥門配置方式等均可以做各種變化。更進一步，如上文所述，於特定實施例所定之特殊尺寸，而當然另外其他實施例亦可能有其他不同尺寸大小。此外，本發明一些實施例可以於用其他基材處理設備，包括CVD裝備，像是電子迴旋共振 (electron cyclotron resonance)電漿 CVD 裝置，感應耦合 RF高密度電漿CVD裝置。用以形成膜層之方法，像是鈦層’不必限制任何特殊設備或任何激發電漿之方法。 11.迴.·用CVD反廨器系統之高溫多畲击驟製葙 A. &_麼結構班，m 第1 7圖描述本發明一簡化之積體電路9〇〇截面圖。如圖示，積體電路900包括NM0S與PM〇s電晶體9〇3與 906,兩者被一 L0C0S場氧化層92〇，或其他方式電性隔絕》同樣地，當電晶體9〇3與9〇6均為pM〇s電晶體或 NM0S電晶體時，可以被一淺溝渠方式電性隔絕。每一個電晶體903與906均包括一源極區域912、一汲極區域915 與一閘極區域91 8。具有金屬層間連接之介電層921將電晶體9〇3與 __ 第糾頁本紙張尺度通用中ΐ囤象標冷((7NS ) Λ4規格（2丨〇 X 297公釐） ——----—..... (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 經濟部中央標隼局貝工消费合作社印裂五、發明説明（） 906金屬層隔開，且電晶體間係由接點924通連。金屬層 940是四個金屬層940、942、944、與946的其中之一，位於積體電路900内。每一個金屬層94〇、942、944、與 946分別由内金屬介電層927、928、與929所分開。相鄰金屬層間被介層窗926連接。沉積於金屬層946上為平坦之保護層930。CVD設備10可以備用來沉積薄膜，例如金屬廣940、942、944、或946。這些膜層由多重副膜層組成’例如鈥膜層底下有鋁膜廣、金膜層、鉑膜層、或鱗膜層等》CVD設備10也可以用來沉積源見結構中的連線接點924或栓塞。第18圖為典型之接觸窗截構截面圖（像是第17圖之接觸窗924或·介層窗926)*如第18囷所示，一氧化廣950, 一般而言是二氧化矽’被沈基於基材952上其厚度約為 1 μιη ’其結晶面為單晶或複晶β氧化層95〇可以作為金屬沉積前之介電層或作為一内層介電層，但是必須提供金屬層與金屬層之間一電性接觸，其方式為利用蝕刻氧化層 950形成接觸窗954,然後以金屬，像是銘填塞接觸窗。但是’於較先進之積體電路上，接觸窗954非常窄，通常小於〇·35μηι且具有深寬比約為6:1或更大。填充這樣的洞是非常困難的，但是有一些標準步驟已經被開發出來，接觸窗954首先均勻地沉積—鈦層956、接著沉積一層氮化鈥層958於欽層上。然後再沉積一銘金屬$ ，通常是以物理氣相沉積方式沉積形成，以填滿接觸窗954並提供電性内連線至上一層。鈦金屬層956提供底部矽基材與 _____ 第65頁 •本紙張尺度適用中國园Λ4規格 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印袈五、發明説明（ : = 作為黏著層，也可以與底層W應形 2姆接觸。氮化鈦層958減層結合良好，且銘層96〇與氮化欽層接觸良搞接加a + 好使铝層可以填滿接觸窗954而不會形洞氮化漱層956可以作為一阻障層避免銘96〇與珍反應形成漏電。於介層窗結構中，基材952包含一銘平面，因此欽層952可以不需要。即錢與氮錢之導電性不像鋁-樣好’但是於薄膜中它們仍可提供足夠之導電性，作為艮好之電性接觸°於本發明之較佳實施财，可以使用况積欽層956作為電性接觸，另__較佳實施例中，沉積氮化鈦層958作為電性接觸。第17圏之積體電路9〇〇輿第u圖之接觸窗結構只是為了描述方便。以一個熟知該項技藝者而言，此一方法也可以用來製作其他積體電路’例如微處理器、特殊應用電路、記憶體元件或其他元件。更進一步，本發明可以應甩於PMOS、NMOS、CMOS、雙載子電晶髗、或BiCM〇s元件等。雖然沉積金屬之應用於上文中被討論，本發明也可以應用在其他方面，像是内金屬沉積或摻雜薄膜沉積等。特別提到的是’此製程可以被有效應用於許多其他形式之金屬CVD製程也可以應用於介電質CVD與其他電漿應用上。 B. 典型製程第19圓顯示典型製程之流程，此一製程可以被用於上述電漿增強式CVD(PECVD)系統沉積像是鈦薄膜於基第66頁本紙張尺度適州中國&家標淨（CNS ) Λ4規格（2丨0'〆29?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

ΑΊ Β7 經濟部中央標嗥局貞工消费合作社印製. 五、發明说明（材上。此一典塑之製程，利用電漿增強式化學氣相沉積 (PECVD)方式，以最少200埃/分鐘之逯率，最高400埃/ 分鐘之速率利用一汽化液態四氣化鈦反應源來形成鈦膜，而其他製程只能以1〇〇埃/分鐘之逮率來沉積鈦膜。我們確信可以由輸送液體系統控制、乾氣體清洗製程、與抗腐蝕、耐高溫反應室元件’例如面板、加熱器等增加沉積速率》增加沉積速率將容許每一晶圓製程時間縮短，因而提高產能。利用陶瓷加熱元件可以較一般CVD系統加熱元件達到更高溫度。一典型之基材製程系統適於這些製程為 TixZ 系統，由 Applied Materials，Inc. of Santa Clara， California.提供。用於這一製程之製程氣體與外來氣體之流速約為類似系統的3倍，例如，由有機來源之氮化鈦沉積系統，像是 t“rakis-dimethylamido_titanium。排氣口 80 與節流閥 83，如第1A圖所示已經較先前之PECVD系統具有類似反應室體積增加其截面區域。如上所述，喷頭40與阻滯平面52均被製成可以容納更多氣流量。此外，因為由四氣化鈦(TiCl4)沉積鈦會產生氣氣、氯離子' 與鹽酸等副產物，以一較佳實施例而言，阻滯平面52由鎳所製，噴頭 40由陽極電鍍之鋁所製。更進一步，因為高溫反應，噴頭 40包含液體熱交換通路81，此熱交換通路可以降低噴頭上之沉積且可以間少含氯樣品對喷頭之腐蝕，特別是在電漿環境下β於這些製程中，晶圓之溫度係保持固定且節流閥是全開的。因為節流閥不受壓力讀數的控制’反應室壓第 671· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公漤） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ο -1Τ nn tm nn · A7 B7 經濟部中央標隼局負工.消费合作社印奴 i、發明説明（力是由反應氣體、外來氣體、與淨化氣體的流入量；這些氣體反應結合或分解之速率、與幫浦能力及其他因子所設定》反應室恩力範園於沉積期間可以為卜10torr，於特殊實施例中最好之範圍约4.5-5t〇rr。製程的第一步為設定溫度（step 1008)。於此步驟期間’反應g是由不具腐蝕性之氣體加壓，例如氬氣、加壓至尚於沉積發生時之壓力。這樣可以利用淨化氣體對位於反應室内义孔洞或中空之空間預先充氣，特別是加熱基座之内部。這—淨化氣體接著被排氣，於一特殊實施例（步驟1〇〇9)’當反應宣壓力被降低至沉積壓力约為4.5torr，因此可以降低具腐蝕性製程氣體之侵擾#這一製程於最佳實施例中，可以於溫度約為400-750eC，最佳之溫度約為 625°C。於步驟1008 ’製程溫度最初被設定為635°C，接著曰a圓被裝載入反應室中。此一起始溫度被設定高於製程氣體之溫纟’原因是當製程氣體開始流動時，製程氣體會冷卻加熱器與晶圓。最初加熱晶圓高於製程程溫度，會造成較短之晶®週期時間並可以減低#通人製程氣禮後，加熱器力率“加用以補償所之製程溫度所造成加熱元件與加熱氣表面熱梯度自然之升高而對加熱器造成之熱衝擊。於裝載入晶圓約1 5种播tiK JOL ML· 秒後，當淨化氣體，例如氬氣被流入反應室（步驟1009)，况 ) 血度被設定至操作溫度，以一實施例而約625.C β當起私4 起=¾流允許加熱器之熱容量能計入由氣流開始流動所引起含起又冷卻量，同時降低加熱器之設本紙張尺度適州中酬家標卑（CNS)八4規^717^^~ --------10------、訂 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) Α7 Β7 經濟部中央標率局员工消费合作社印$!. 五、發明説明（）定溫度（步驟1009)。於此一狀態下，與操作溫度之溫度偏移量會降低，且只需要較少之加熱器功率需要被傳存製加熱器以達到此一操作溫度。例如，如果設定點溫度於氣體開始流動時為625/C (需要約最大加熱器功率的5〇%去維持），加熱器功率控制器可以供應1〇0%之最大功率製加熱元件以維持溫度約625 °C。如果最初設定點溫度約為635 °C，於氣體開始流動時約為625»c，接著加熱器功率控制器可以只需要約65%之最大功率以維持加熱器至625它，因此可以降低位於加熱器元件與加熱器表面之熱梯度。正確之功率數量可以隨著加熱器熱容量、功率控制器型態、與氣流量而改變。合適之淨化氣體流速範圍約為50〇_3〇〇〇sccm，對一個具有約5.5公升之反應室而言，最佳實施例為 lOOOsccm。於這段期間，晶圓被固定於離噴頭約55〇mii 之距離’且反應室於完全打開節流閥之方式被抽氣至约 4.5t〇rr。於製程其餘時間，節流閥被固定打開，但是於一開-循環（open-loop)或一閉-循環（(：1〇“_1〇〇1))改變期間（由壓力感應器讀數控制）可以被部分開啟。可以被理解的是，較大或較小之流速可以適用於較大或較小之反應室。於一較佳實施例中，淨化氣體經由—通風口進入反應室内，使得位於反應室下半部分（低於流量限制環之部分）充滿淨化氣體，以減低不必要沉積於此一區域内。一電漿氣醴’像是氬氣，經由噴頭同時被導入反應室内，流速約為 l〇〇〇-l〇00〇SCCm，以較佳實施例而言’約為5〇〇〇secm(步本紙張尺度適州中國i家樣冷.（cns了ϋ格_ 第69頁 (2!0X297公釐）衣-- (請先閲讀背面之注意事項再填本頁} -訂雒满部中央搮準扃負工消费合作社印裝 A7 B7____ --—· -—— -- 五、發明説明（）驟1009)。於適當之電漿能量下，電浆氣體很容易被形成電漿。具有反應氣體與外來氣體之電漿氣體混合物，容易由反應氣體及外來氣體形成一電漿。同時，一反應氣體，像是氫氣，被打開至一起始流速（步驟1〇〇9)。_反應耽體降低用來分解外來氣體以形成所需薄膜之能量，並利用轉換一部份氣成為氯化氫（HC1)來降低沉積副產物之腐蚀性β 反應氣體流速是以階梯方式增加（或是斜坡方式增加）自起始流速至最後流速。一旦造成一次同時打開全部開關使反應氣體最後流速相當高且不當地冷卻晶圓，上述以階梯方式增加之反應氣體流速方式會降低對加熱器之熱衝擊。這一階梯或以斜坡方式開始之氣體流速對氣體，例如，氫氣特別重要，由於這些氣體具有相當高的熱傳特性*於某些實施例中，反應氣體之最初流速約為11 %的最終流速，此一狀態維持约5秒。於下一步騾，反應氣醴流量增加至最終流速的32%(步驟1011)。於大約5秒的等待後，反應氣體流量增加至约為最終流速的53%，然後打開外來氣體（步驟1012)。於較佳實施例中，反應氣體：外來氣體之氣體流量比約為2 5 0 1。於一較佳實施例中，外來氣體包含.氦氣，經過一倍加熱至60°c之四氯化鈦（TiCl4)液體源後它會被氣泡化。於液面上之總壓力為氦氣壓力與蒸氣壓之合。於溫度約6〇°C加熱液態四氯化鈦（TiCl4)會使其蒸氣壓約為 60t〇rr 〇氮氣流經液體泡沫源之流速被設定至約為 200sccm。這一由四氯化鈦（TiC〖4)蒸氣與氦氣最終组合氣 ___；_ 一第 70 頁紙張尺度適川中國囤^標淨（規格（2]0/297公釐） — :"· (請先閲婧背面之注意事項再填寫本頁) f: 訂 A7 _______ 五、發明説明（）經濟部中央標隼局員工消費合作杜印製 -11 - I I— -I ...... - -1 nn nm ml In i --9J (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 流，其流經過質量流控制器（由四氯化鈦（TiCl4)蒸氣所校正）之相對應流速约為58sccm。熟知該項技藝者可以知道質量流控制器（MFCs)可以用特定之氣髏校正，且改變氦氣氣泡壓力與氦氣·加-TiCU-蒸氣輸出壓力之相對壓力，這將會改變四氯化鈦（TiCU)蒸氣於外來氣體内之濃度，即使 MFC繼續控制”流量”為58 seem»更進一步，加熱四氯化鈇（TiCU)至高溫不僅造成高蒸氣塵，於一給定之，’流量，，也改變四氯化鈇（TiCU)蒸氣於外來氣體内之濃度β選擇氣氣壓力、輸出源壓力、與四氣化鈦（TiCU)溫度以產生一穩定之四氣化欽（TiCU)蒸氣輸送是必要的，穩定之四氯化鈥 (TiCl4)蒸氣輸送可.以提高薄膜沉積速率。位於反應室與真空幫浦間之節流閥是被固定開啟，以提供最大排氣能力。於一特殊實施例中’於上述流速之條件下，反應室之最終壓力約為4-5torr。於給定之排氣能力下，四氯化鈥（TiC⑺ 蒸氣與氩氣之相對流量被選擇至使於此條件下形成之欽膜層最佳化。一較大之排氯能力可以容許一較高之總氣體流速’因此一較大量之四氯化鈦（TiCU)蒸氣可以被輸送至沉積反應室内β同樣的，於具有固定排氣能力之系統中增加氫氣相對於四氯化鈦（TiCU)蒸氣之流量可以降低四氯化鈦（TiCl4)蒸氣輸送至反應室之數量。當選擇一個溫度基準（temperature-based)之MFC控制器，一壓力基準（pressure-based)之控制系統可以被使用。壓力基準（pressure-based)之控制器包括壓力調整器、固定開口（fixed-aperture)控制器、與可變開口（variable- 第71頁本紙依尺度適;11中國^家標淖（CNS ) Λ4規格（2丨0Χ 297‘1 ) — 經淌部中央標隼扃資工肩费合作社印繁 A7 __；___ —___ B7_ 五、發明説明（） aperture)控制器。簡化之固定開口控制系統可以適用於蒸氣’例如四氯化鈦（TiCU)，可能於MFC控制器内濃縮/或阻塞’因而擾亂其熱感應機制。例如，一 2.92mil之開口被裝設於一四氯化献（TiCl4)液體源與沉積反應室之間可以維持一穩定之四氣化鈦（TiC14)蒸氣供應至反應室内。於其他實施例中’開孔範圍可以為25-40mil以達到高沉積速率。於此一較佳實施例中’利用調整具有壓力控制器之節處閥’反應室可以.維持在壓力約為4.5tori^如果液體源倍加熱至約60°C且氦氣以流速為400sccm經過液體後被氣泡化’於開口輸出壓力約為4.5t〇rr狀態下，開口於液體來源上維持一穩定壓力約為11 〇torr。合適之蒸氣流速可以到無須利用一氣泡氣體，特別是當液體來源被加熱至一足以維持一穩定沉積速率時。接著，反應氣體被設定其最終流速約為9500sccm(步驟1013)，於晶圓被移動至製程位.置前，持續約5秒，晶圓之製程位置離喷頭嘴約400mil(步驟1〇14)。這一步驟持續約5.秒讓氣流穩定接著RF功率被打開（步驟 RF頻率約為300-450kHz ’較佳實施例為400kHz，功率等級约為200-2000瓦，以較佳實施例而言為7·〇〇瓦，這些條件’包含使用氬氣，建立一穩定之電漿無須額外裝置，例如一非常高壓之電源或火花產生器，去引燃產生電離。另一實施例可以利用一較高頻之RF電源，於頻率 1 3.56MHz下操作。這一 RF電源可以輪流此用或加於低功率RF電源上。一鈦膜將以200埃/分鐘之沉積速率形成於第72頁 1 _____ ______ 本紙張尺度適則，辭標學（（:NS ) Λ4規格（210X 297公楚1 "一一'—* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -訂經滴部中央標準局負工消费合作社印製 A7 ._________B7_________ 五、發明説明（）晶圓上。維持這些製程條件約1 00秒將形成約300埃厚的鈦膜層。於薄膜被沉積之後，外來氣體與反應氣體被關閉（步驟10 1 6)。電漿功率於2秒内被降至一低功率等級（約為沉積時功率等級之43%)，於2秒内再度被降至約為沉積時功率等級的20%，接著於2秒内被降至約為沉積時功率等級的7%(步驟1019)，在這個之後RF功率被關閉（步驟 i 02 0)。於這段期間，節流閥依然是開啟的。加熱器被降低以減少反應室較冷牆壁，特別是面板與内蓋所造成之熱損•電漿淨化序列可以減少大量粒子形成於反應室及不同反應室元件上。電漿功率、電漿氣體、與淨化氣體接著被關閉’且反應室於卸下製程晶圓之前（步驟1010)被抽氣 (pumped down)(步驟1021)。於晶圓被移走之後，下一片晶圓被裝載之前（步驟1〇23)溫度被先設定為約635。(：（步驟1 022)。雖然内部摻雜電漿淨化系統被描述成三步驟製 < 程’但是這些製程可以以較少或較多之步驟執行，或者可以以連續斜坡下降至—常數或變化速率之RF功率。除了電漿淨化清洗完成於每一晶圓沉積之後，增加之清洗製程可以避免晶圓被污染。於一定數量隻晶圓沉雞製程之後’一乾清洗過程被週期性地執行於反應室。根據本發明，於清洗製程中反應室内沒有晶圓。這個乾清洗製程可以每隔一”χ”晶圓被執行，以較佳實施利而言最好為1 25個晶圓。於一特殊實施例中，乾清洗製程可以每隔3_5 個曰日圓被執行。保持乾清洗製程有效率室合理的，所以其 _______ 第73頁本紙張尺心請巾 ®>WSTcNS ( 210X 297^^ ) ；-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 經濟'郅中央榡準局®C工消费合作社印製五、發明説明（對整個系統晶圓輸出沒有嚴重的影響。一典型之乾清洗製程將於下文中詳細描述》請再度參考第19圖，反應室正值於乾清洗（步鄹 1 024) ’如果有X(例如X=3)個晶圓已經被處理。首先加熱器被移往更遠離噴頭，其距離約為700mil(步驟1〇25)，JL 溫度維持在製程溫度625C。反應室維持一清洗整力約為〇.l-10torr’以較佳實施利而言為約5torr’於特殊實施例而言约為0.6torr。這使由加熱器到噴頭之熱流最小，因此使喷頭相對於加熱器會較冷》反應室被淨化氣體，例如氬氣’於壓力約在5-1 5torr之間清洗，於特殊實施例中，約為15torr(步踢1026)’接著抽氣至約〇.6t〇rr(步驟ι〇27)β .在高於抽氣塾力.或沉積恩力下進.行清洗，加熱基座會充滿氬氣’氬氣逐漸地向外流以避免製程氣體滲透進加熱器或基座。氣氣接著以流速為200sccm之迷率流進反應室，除了氬氣外（步驟1028) ’均會處進電漿形成。接著，一電装於功率約為400瓦被點燃（步驟1029)。這—狀態持續約8〇秒’於适一段時間含氣樣品會反應形成不想要之沉積物，而氬氣會由反應室元件上轟擊這些沉積物。由沉機制程產生的不想要之沉積物一般其硬度均超過反應室内最堅硬的70件，也就是，加熱器的頂部平面未被晶圓或一流量限制環所遮蓋之部分。利用將加熱器自噴頭移開，上述之條件可以保證所有反應室内元件可以得到有效清洗，而不至於過度蝕刻這些元件，尤其是噴頭。於電漿清洗之後，氣氣被關閉而電漿功率被降至約5〇瓦，用來進行—約5秒 —_______________ 第 74貫本紙張尺庶州中國囤象標準（CNS ) Λ4现格（210x 297公瘦_ ) I - i - I - I — m I n It I n 一请先關讀背面之法意事項存填寫本頁) 經濟部中央標芈局負工消费合作社印皱 A7 "~ —;___— B7 五、發明説明（~~ -- 疋電漿淨化（步驟1〇3〇)。溫度接著被預先設定為635°C (步驟1〇31)準備處理X個晶圓，隨後裝載下一片晶圓進入反應至（步驟103 2) ’然後反應室被抽氣约15秒。當然，”濕 ^洗或預防維修清洗（發生於每百片至千片製程晶圓間）可以利用打開反應室上蓋清洗反應室内步同部位。於晶圓沉積時間空檔期間實施定期乾清洗製程，將使廷些預防維修清洗的頻率最小，通常可以節省大量時間°更進一步說，乾清洗製程提供乾淨的反應室與製程，可以使沉積速率更快更有效率。 ΠΙ· 測試結果·靱測哥實驗已經被實施於開發沉積製程與設備用來快速沉積具有良好填充特性之鈦膜層、或其他膜層。這些實驗於 '几積系統上（由Applied Materials, Inc.所製造）被實施’這一系統擁有一抗熱（resistive丨y_heated)陶瓷加熱組成由一個200-mm厚之晶圓所限制《實驗條件一般約略選擇與沉積一鈦膜層於晶圓上之條件相似，除了以下所描述之外均與前面所描述之特殊實施例而定。第20圖為一圖表顯示於2〇〇-mm厚之晶圓1002上，當晶圓於一抗熱（resistively-heated)氮化鋁（A1N)加熱組成上被加熱至設定溫度约625°C其溫度分布之均勻性，其中反應室壓力約為5torr，噴頭與晶圓！〇〇2間之間距約為 400mil。如第20圖所示，溫度於晶圓1〇〇2上不同參考點之間其值由最小552_6°C(參考點1004)變化至最大565.8 第75頁本紙張尺廋適州中國因家標4M CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） -------—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部中央標準局貞工消费合作.社印裝 A7 ____B7____ 五、發明説明（） °C (1006) ’溫度偏差為13.2°c。溫度之均勻性可以由下列方程式所定義：溫度=±(△溫度/(2χ溫度））xl〇〇%，其中溫度是以°C表示。利用這一方程式，整個晶圓之溫度均勻性為±1.2%。本發明之陶瓷加熱器顯示一良好均勻之加熱_能__力_。 . 第21圖為一囷形顯示嵌膜·層沉積速率對外來氣體中四氣化鈦蒸氣濃度之關係囷，其製程條件與前面所描述氣氣經過一液態四氣化鈦源產生氣泡之條件相似。蒸氣壓比為四氣化鈦蒸氣壓對液醴源上之總壓力的比值，包含由氣泡所產生之氦氣壓力。對兩個沉積來說’液體源維持在溫度為60°C，產生四氣化鈦蒸氣壓约為60torr。每一個沉積大約於相同反應室壓力下操作，利用相同固定開口 (fixed-aperture)孔來控制液體面上之總壓力约為 1 20torP氦氣氣泡之流量被改變以產生不同四氣化鈦蒸氣壓比。如第12圖所示，將蒸氣壓力比值提高兩倍，沉積速率也提高兩倍。雖然於這個區域所出現的關係是線性的，但是於整個蒸氣壓比值範圍關係就不一定是線性的。更進一步，控制蒸氣壓比值可以由其他元件完成，例如控制四氯化鈦液體源之溫度（也就相當於控制其蒸氣壓）。例如’升高液體源之溫度至701可以產生四氯化鈦蒸氣壓力约90torr。給定一固定氦氣泡流速，然後升高液體源之溫第76頁本紙張尺度適中國國家標绛（CNS 丁Λ4規格（210X297公釐〉 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -r. -訂 A7 B7 五、發明説明（度可以增加蒸氣壓比值，因此增加輸送至沉積反應室内四氣化鈦之數量。如上所述，増加壓力控制系統上開口之直徑’也可以增加壓力比，並因此增加輸送至沉積反應室内四氣化鈦之數量。於一較佳實施例中，開口之直徑範圍為 25-40mi卜例如，增加開口之直徑由大約29mil至约35mil 可以使沉積速率由200埃/分鐘增加至400埃/分鐘。改變沉積變數’例如反應室恩力或晶圓溫度可以產生不同沉積速率。利用壓力基準（pressure-based)控制外來氣體輸出至反應室（像是氣泡由一蒸發液體源提供一外來氣體，然後經過一開口輸送至反應室）於沉積製程中形成沉積速率控制良好，具有高穩定性與可靠性。如上所做之描述，是為了更加詳細說明本發明而不是去限制本發明的範圍。對於熟知該項技藝者，本文所描述的許多實施例均相當顯而易見的。例如’本發明主要以鈦製程做描述，但是並非將範圍限制僅可以用於鈦製程。例如，根據其他實施例，形成之薄膜可以是氮化鈦、矽化鈦（Utanium silicide)、其他金屬薄膜、摻雜薄膜、介電質薄膜、或其他薄I如其他例子，於特殊實施例所用之電名為氬氣，但是其他氣體例如，BCh或ciF3也可以於其他實施例中作為電漿。當然，如上所討論之相同化學氣相沉積設備亦可以於溫度低於4〇〇β(：，或是高於625乞下進行沉積薄膜。同樣，除了前面所提及之特殊實施例用來製作反應室不同組成元件之材質外，亦可以利用其他材質’ 例如，面板可以由錄、石墨、或其他金屬所製。此外，本 --I----I IJ I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

•1T 經滴部中央樣準局貝工消货合作祍印製本紙張題制巾目因家標準i CNS ) 第77頁 210x297公釐） A7 B7 i、發明説明（發明不同之特性也可以用於其他應用領域。综觀上述，當知本創作具實用性、新穎性與進步符合專利要件，爰依法提出新型專利申請。熟習此技術者將明瞭依本發明的在一高溫具腐蚀性電漿環境下進行淨化之方法與設備能被做成各式變化而不陣離本發月的精神。因此.，本發明涵蓋落在所附的申請專利範圍裡的各式變化與它們的等效取代。本發明以一較佳實施例說明如上，而熟悉此領域技藝者在不脫離本發明之精神範固内當可作些許更動潤飾。其專利保護範固更當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。 ,---------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經满部中央標隼局員工消费合作社印製第78頁本紙張尺度適川中國囤家榡辛( 〔、奶）/\4規格（210><.297公釐）

Claims

A8 B8 CS D8 六、申請專利範圍 1. 一種基材製程設備，其至少包含：一反應室，其具有一反應室體積；一氣體傳輸系統，其包含多種氣體源，該氣體源供給一含有金屬與函素之製程氣體’該氣體傳輸系統以一流率導引該製程氣體以使用於前述反應室中；一加熱基座，其具有一表面用以支撐一基材，該加熱基座包含一加熱模組於含氯電漿環境下，能容忍溫度加熱至400¾以上；以及一電漿系統，其包含一射頻（RF)產生器與一射頻平面（RF plane)，該射頻平面設於前述該加熱基座之該表面下方。 2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中前述之射頻平面設於該表面下方少於200密爾（mil)。 3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中前述之射頻平面設於諒平面下方少於50密爾（mil) 9 4. 如申請專利範圍第1項所述之設備’其中前述之射頻平面包含細。 5. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中前述之射頻平面具有一區域概略延伸於前述支撐基材之表面下方。第79頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（训以们公董）請先閲 Λ 之注意事項再訂經濟部申央標準局員工消費合作社印製模經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第丨項所述之設備，其中前述之製程氣體包含一金屬的南化物。 7. 如申請專利範圍第6項所述之設備，其中前述之製程氣體包含四氣化鈦。 8. 如申請專利範圍第丨項所述之設備，其中前述之知熱模组.包含陶免。 9·如申請專利範圍第7項所述之5又備，其中前述之加熱模組包含氮化鋁或三氧化二鋁（Ah〇3)。 10.如申請專利範圍第8項所述之設備’其中前述之加熱基座更包含一熱阻氣門（thermal choke)，設於前述加熱組與一金屬支撐軸之間。 11.如_請專利範圍第1 0项所述之設備，其更包含—栓塞設於前述支撐軸，該栓，塞為一實質上固體材料，具有穿孔’以提供通道給工作中之電線圏穿過或是傳輸氣體至前述支#轴’其中該栓塞取代該支撐軸之一内部體積以減少射頻電弧之危險。 12·如申請專利範圍第10項所述之設備，其中該栓塞包含一上溶化砂土栓塞，該上溶化矽土栓塞提供前逑加熱模本紙張尺度適用中國國家標卒（CNS ) A4規格（210X29<7公嫠） (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁)

經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 ' . .. "^11 ’一· 六、申請專利範圍組與前述金屬支撐軸之間熱阻隔。 1 3 ·如申請專利範圍第12項所述之設備，其更包含：至少一包含陶瓷之下栓塞，其排列成—直線且與前述上栓塞相連接，以使該下栓塞具有與前述上栓塞之穿孔共轴之共軸孔，以及一陶瓷：套筒襯塾設於前述下栓塞之共抽孔與前述上栓塞之穿孔内，如此該套筒襯墊束缚住在前述上及下栓塞之間的一接點，該陶瓷套筒襯墊藉此減少氣體傳輸於前述反應室與前述電線圏之間，或減少在前述穿孔中之氣體。 14. 如申請專利範圍第13項所述之設備，其中該下栓塞實質延伸至前述支撐軸之全長。 15. 如申請專利範圍第12項所述之設備，其中一高電阻之填充材料設於前述支撐軸内，以陶瓷套筒襯墊穿過該填充材料以使電線圈通過或傳輸淨化氣體。 1 6 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其更包含一真空系統連接至前述反應室，該真空系統可控制該反應室之廢氣排出，藉由控制前述氣體傳輸系統’以控制前述流率大於每分鐘兩倍於前述反應室之體積’該反應室維持一低於lOtorr的壓力β _ 第 81 育____ __ 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 BS C8 D8 _ 六、申請專利範圍 17. 如申請專利範圍第8項所述之設備，其更包含一電線連接至前述加熱基座之一電極，當前述加熱基座被加熱或是當前述設備被裝配或拆除時，該電線被捲成線圈以提供應力解除。 18. 如中請專利範圍第8項所述之設備，其更包含一輻射熱護罩設於至少在前述加熱模組之下方’前述輻射熱護罩以溶化矽土所製。 19·如申請專利範圍第Μ項所述之設備’其中前述之輻射熱護罩更包含一邊緣沿前述加熱模組之側邊設置。 20.如申請專利範圍第1項所述之設備’其中前述加熱模組可將前述之溫度加熱提补至約625°C。 21.如申請專利範圍第2〇項所述之設備’其中前述之鹵化電漿種類包括一氯化種類。 22.如申請專利範圍第.丨〇項所述之設備，其中前述加熱基座具有一短輪緣捲。 23 .如申請專利範圍第22項所述之設備’其中前述之加熱模組包含一具有一第一熱阻（thermal resistivity)之底部支撐，且前述熱阻氣門（thermal choke)包含：第82頁 ___ 本紙張尺度適用t國國家榇準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 -線j. 經濟部中央標率局員工消费合作社印製 A8 BS C8 一^ _________ 08 、申請專利範圍 —連結板（web)，該連結板包括： ―第一部份與至少部分之前述底部支撐接觸， ~~第二部分與至少部分之前述金屬支撐軸接觸，以及一第三部分裝設於前述第一部份與第二部分之 ^該第二部分充分地與前述第一及第二部分垂直，用又使前述底部支撐與前述金屬支撐軸分開；而且其中前述連結板具有—第二熱阻（thermal resistivity) 於則述第_熱阻’且其中前述第一部分具有與前述底部支撐充分對應之一第一直徑，前述第二部分具有一與，述金屬支撐軸充分對應之第二直徑，而前述連結板之第二部分具有一小於前述第一直徑與第二直徑之第三直徑。 24 ·如申請專利範圍第23項所述之設備，其中前述加熱組件之底部支撐包含陶瓷，且前述金屬支撐軸包含鋁，而其中前述熱阻氣門包含一含鉻或含鎳金屬，且其中前述工連結板具有一有效長度範圍為約〇 6_1〇英吋，厚度範圍為約20-100密爾（mii)厚，以及一連結板高介於約 200-240mil 〇 25.如中請專利範圍第24項所述之設備，其中前述之熱阻氣門更包含一下輪緣’接合至前述連接板之第二部份，該下輪緣包含多個孔用以將前述熱阻氣門检合或螺合第83頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?T 缘- ABCD 六、申請專利範圍至前述金屬支撐軸。

(請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 熱阻氣門結合器，其用以將一具有一輪緣樁之一陶瓷加熱器與一金屬支撐軸連接，該加熱阻氣門結合器包含：一下部份，其具有一第一凹槽，該第一凹槽用以結合前述金屬支撐軸；一上部份’其具有一第二凹槽，該第二凹槽用以結合前述輪緣樁，該第二凹槽包含壓力臂用以緊固前述輪緣樁’該壓力臂包含孔洞，經該孔洞可設置一連接器，該壓力臂可對前述輪緣樁施加一環形壓力超過一選定溫度範圍；一金屬連結板，接合於前述上部份與前述下部份之間，該連結板以一缝隙與前述壓力臂部份地分離；一上夾具，其具有一懸臂墊圈，可施加一壓力於前述輪緣樁超過前述選定溫度範圍，該上夾具可將該輪緣樁緊固於前述上部份，經濟部中央標隼局員工消費合作社印— '其中該壓力臂及該懸臂墊圈包含至少一應力鬆弛縫隙以避免將前述輪緣樁壓破碎。 27.如申請專利範圍第26項所述之加熱阻氣門結合器，其中前述之金屬支撐軸係與前述下部份如同一單一元件般一體成型。第84頁本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐）