TW417171B - Growing system for uniformly growing thin film over semiconductor wafer through rotation and process used therein - Google Patents

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Description

^ 41717/ 五、發明說明（ο 發明之領域 ’ 本發明係關於半導體製造技術，尤有關於在半導體晶 圓上長成一層薄膜的長成系統和利用該一長成系統製造半 導體裝置的製程。 相關拮術之描述 當製造者在半導體晶圓上製造積體電路時，各種材料 被依序地長成在半導體晶圓上，而這些薄層被圖形成具有 接觸孔的層間絕緣層和電訊的導電線路。薄膜長成的技術 目標之一是在半導體晶圓上厚度的均勻度。 大氣壓力化學氣相沉積系統是典型薄膜長成設備的例 子之一。大氣壓力化學氣相沉積系統具有一個反應器，和 一個在反應器内的反應室。在反應室中具有一個輸送帶， 而半導體晶圊被放置在輸送帶上。在輸送帶下具有一個加 熱器，並且加熱在輸送帶上的半導體晶圓。當半導體晶圓 經過反應室時；一個氣體注入單元會注入反應氣體到半導 體晶圓。這些反應氣體會彼此反應並將材料沈積在半導體 晶圓上。 圖1為先前技術的大氣壓力化學氣相沉積系統系統。 一個輸送帶1被裝置在反應室2中，而半導體晶圓3 a / 3 b被 間隔地放在輸送帶1上。在這個輸送帶1下具有一個加熱 器，並且維持半導體晶圓在預設溫度。雖然沒有表示在圖 1中，一個適當的驅動機制被連結到輸送帶1 ，並且以箭頭 AR1所指示的方向移動半導體晶圓3a/3b。輸送帶1以單方 向移動，並且整個輸送帶1的表面以固定速度移動。因
五 '發明說明（2) 此，半導體晶圓3a/3b是靜止在輸送帶1上。 在輸送帶1上具有一個氣體注入單元4，而半導體晶圓 3a/3b經過氣體注入單元4之下。反應氣體由氣體注入單元 4被注入到半導體晶圓3a/3b，而反應生成物被長成在整 個半導體晶圓3a/3b的表面。 然而，製造者會面臨長成速率在半導體晶圓3a/3b的 上表面並不固定的問題。這是因為溫度和長成時間在半導 體晶圓3a/3 b上並不是完全固定的。雖然製造者可以改變 氣體注入的區域和氣體在輸送帶丨橫向的氣體流速，先前 技術的大氣壓力化學氣相沉積系統並不能達到在半導體晶 圓3a/3b上形成均勻薄膜的目的。 曰本發明專利公開公報第8 - 2 0 3 8 3 5號揭露一種大氣壓 力化學氣相沉積系統。這種先前技術的大氣壓力化學氣相 沉積系統包括一個沿著一個導槽前進的輸送帶和一個位於 輸送帶上方的氣體注入單元以注入反應氣體到由輸送帶所 輸送的半導體晶圓上。半導體晶圓並不是直接放在輸送帶 的上表面。多數之平盤被放在輸送帶上，並且每個平盤具 有轉盤和馬達以轉動這些轉盤◊半導體晶圓被個別的放在 轉盤上，並在輸送帶上旋轉。當半導體晶圓經過在氣體注 入單元下方的長成區時，馬達會個別地轉動這些旋轉平 台丨/和放置其上的半導體晶圓，並且薄膜被分別長成在半 體晶圓的表面。 、 這個日本專利公開公報宣稱由於旋轉薄膜厚道可以固 定。然而由於這些平盤是包含馬達和轉盤的複雜機械元
五、發明說明（3) 件，因此會在半導體晶圓周圍產生不利的環境。第一、這 些平盤無法讓在輸送帶下方的加熱器直接對半導體晶圓加 熱。加熱器加熱平盤，然後平盤將熱傳到半導體晶圓。結 果，半導體晶圓的溫度不同，而且半導體晶圓上的化學反 應會不穩定。此外，輸送帶上的平盤會成為反應氣體流動 的障礙物。為了讓長成速度固定，反應氣體的成份在整個 反應區的半導體晶圓上必須穩定。因此，輸送帶通常是適 當網目的網子，而網狀的輸送帶可以讓反應氣體流通。換 句話說，網狀的輸送帶可以讓反應氣體在反應區更新。如 果平盤被放置在輸送帶上，反應區的反應氣體會停滯而使 得反應氣體的成份變得不穩定。因此輸送帶上的平盤會擾 亂化學反應，而使得在半導體晶圓上的薄膜無法均勻長 成。 此外，因為馬達和轉盤會被加熱到高溫，而耐高溫的 馬達和轉盤必須以昂貴的耐高溫材料來製作。因此，先前 技術的大氣壓力化學氣相沉積系統是不可行的。 其他相關的先前技術被揭露在日本專利公開公報第 5 4 - 5 0 2 2 7號和日本專利公開公報第5 7 - 1 5 1 5 2 3號、第 3 - 1 2 3 0 2 5號和第8 - 1 6 2 4 1 6號。雖然本案發明人並不認為其 中所揭露的這些先前技術與本發明衝突，這些其中所揭露 的先前技術將描述如下。 曰本新型專利申請案第54-50227號揭露一個輸送裝 置用來將半導體晶圓輸送到下一階段。這個揭露在日本新 型專利申請案中的輸送裝置包括兩個橡膠皮帶平行衍伸以
第7頁 五、發明說明C4) 輸送半導體晶圓到下一處理系統的，而這兩個橡膠皮帶分 別獨立以不同速度驅動。眾所皆知，半導體晶圓具有一個 直邊稱為「定向切邊（orientation flat)」。一個摘測 器監視在這兩個橡膠皮帶上的半導體晶圓是否將這個直邊 對準預定方向，這兩個橡膠皮帶會以不同速度移動以旋轉 半導體晶圓直到對準預定方向。另一方面，當直邊對準預 定方向時，這兩個橡膠皮帶會以相同速度移動，而這先前 技術的輸送裝置會維持在這兩個橡膠皮帶上半導體晶圓的 狀態。 先前技術的輸送裝置會分別獨立地改變橡膠皮帶的移 動速度，而不同移動速度的橡膠皮帶會造成半導體晶圓旋 轉。然而，先前技術的輸送裝置是用來輸送由一個裝置到 下一裝置，而橡膠皮帶間的相對移動速度的改變是用來作 為狀態控制。換句話說，日本新型專利申請案並沒有揭示 在反應區中將所有半導體晶圓連續旋轉的部份。 曰本專利公開公報第5 7 - 1 5 1 5 2 3號揭露一個碟狀構件 的輸送裝置。揭露在本日本專利公開公報中的先前技術也 針對碟形零件的狀態控制。這先前技術的輸送裝置包括兩 個以不同速度前進的輸送帶和一個沿著前進輸送帶導引構 件。這碟形零件具有一個由碟形零件周圍輻射突出的突起 物，並被放置在這兩個前進的輸送帶上。 這兩個前進的輸送帶以不同速度移動，而相對速度造 成在這兩個輸送帶上的碟形零件旋轉。這突起物與導引構 件接觸時，在輸送帶上的碟形零件停止旋轉。最後，所有
Γ 41717 五、發明說明（5) 在輸送帶上的碟形零件被整理成相同狀態並到達輸送裝置 的終端。 雖然先前技術的輸送裝置可以旋轉碟形零件，旋轉是 為了達到狀態控制。此一日本專利公開公報並沒有揭示任 何半導體製程技術的應用。這可以清楚地了解是因為半導 體晶圓並沒有先前狀態控制所必須的突起物。 日本專利公開公報第3 - 1 2 3 0 2 5號揭露一個大氣壓力化 學氣相沉積系統。揭露於此一曰本專利公開公報的先前技 術的大氣壓力化學氣相沉積系統具有一個以加熱板彼此連 結而形成迴路的輸送帶。半導體晶圓被放置在加熱板上，< 並依序地通過在反應氣體注入器下的反應區。 當加熱板改變沿著迴路的移動方向時，加熱板本身會 旋轉，而在加熱板上的半導體晶圓也會旋轉。然而，反應 氣體注入器被放置在迴路的直線部份，因此不管是加熱板 或是半導體晶圓在反應氣體注入器下都不會旋轉。 曰本專利公開公報第8 - I 6 2 4 1 6號揭露一種大氣壓力化 學氣相沉積系統。這先前技術的大氣壓力化學氣相沉積系 統也針對經由在反應氣體注入器和在輸送帶上的半導體晶 圓的相對運動來達到固定長成的目的。 此日本專利公開公報具有兩種相對運動。第一種相對 運動是反應氣體注入器的相反運動。這反應氣體注入器以 （ 垂直輸送帶移動方向的相反方向運動。第二種相對運動是 旋轉在輸送帶上的半導體晶圓。此一曰本專利公開公報僅 揭示轉盤係設在成間隔形成於輸送帶上的孔中。此曰本專
第9頁 五、發明說明（6) 利公開公報並未揭示在孔中的轉盤如何轉動。然而’這些轉 盤可能會造成揭露在日本專利公開公報第8-203835號中之 先前技術的大氣壓力化學氣相沉積系統中固有之穩定的化 學反應處於不利環境。 在這種情形下，是不可能激發精熟於此技術的人去將 揭露在日本新型專利中請案第5 4 - 5 0 2 2 7號及日本專利公開 公報第5 7 - 1 5 1 5 2 3號的先前技術和揭露於日本專利公開公 報第8-162416號及第8-203835號的大氣壓力化學氣相沉積 系統之技術予以組合，因為對於反應氣體注入器和半導體 晶圓間之相對運動而言，經由姿態控制的劃一定向並非為 必須者° ' 發明概要 本發明的主要目的是提供一種長成系統，該長成系統 可以在穩定的環境下均勻地長成材料在半導體晶圓上。 本發明的另一個重要目的是提供在長成系統中所使用 的製程。 為了達到這些目的，本發明提出以不同速度移動輸送 帶來旋轉半導體晶圓的方法。 根據本發明的另一個方向，是一種製程具有長成材料 於晶圓上包括步驟a)將每一片晶圓放置在多數之以不同速 度移動的輸送構件，b)傳送每一片到目的地，並造成在多 （ 數之輸送構件上的該每一片晶圓旋轉，c)並且長成材料在 該每一片晶圓上當多數之輸送構件旋轉該每一片晶圓時。 圖示的簡單說明
第10頁 五、發明說明α) 長成系統和製程的特徵和優點在接下來配合圖形的說 明將更為清楚明瞭。 圖1是先前技術的大氣壓力化學氣相沉積系統的立體 圖； 圖2是根據本發明的大氣壓力化學氣相沉積系統的立 體圖；而 圖3是在輸送帶上旋轉的半導體晶圓配合圖1大氣壓力 化學氣相沉積系統的示意圖。 符號之說明 1〜輸送帶 < 2〜反應室 3a/3b-半導體晶圓 4 ~氣體注入單元 1 反應器 1 1 a ~反應室 1 2 a至1 2g〜輸送帶 1 2 h〜驅動機構 1 3〜應器體注入器 1 3 a〜反應氣體源 1 3 b，注入單元 1 3 c〜氣體輸送管 （ 13d〜開口 1 4 ~加熱器 14a〜加熱產生單元
第11頁 五、發明說明（8) 1 4 b ~電力源 - 15a/15b~半導體晶圓 較佳實施例之說明 參照圖2的圖形’可以實行本發明的大氣壓力化學氣 相沉積系統具有一個反應器1 1 ，和在反應器1 1中的—個反 應室11a。在反應室11a的反應區在下面將進一步描述。 大氣壓力化學氣相沉積系統還具有一個輸送帶12、一 個反應氣體注入器13和一個加熱器14 β反應氣體注入器13 會注入反應氣體到輸送帶12 ’並在輸送帶12的上方形成反 應區°反應氣體會在反應區中產生預定材料。這預定材斜f 可以疋一種半導艘、導電材料或是介電材料，例如二氧化 碎’填梦酸鹽玻璃或是删碟碎酸鹽破璃。 半導體晶圓15a/15b被放置在輪送帶12上，而輸送帶 1 2會輸送半導體晶圓1 5 a / I 5 b經由反應區到終端。加熱器 1 4被放置在輸送帶〗2之下，並經由輸送帶丨2將熱輻射到半 導體晶圓15a/15b。當半導體晶圓i5a/1 5b升到目標溫度 後’在反應區中進行化學反應。當半導體晶圓]5a/丨5b經 過反應區時’預定材料會被沈積到半導體晶圓i 5 a /丨5 b 上’並且長成一層在半導體晶圓15a/15b上。 輸送帶12包含多數之由適當網目所構成的輸送帶 （ 12a/12b/12c/12c/12e/12f/12g 和一個驅動輸送帶i2a 到 12g的驅動機構12h。輸送帶12a到I2g會形成一個迴路，並 且由驅動軸桿連接（沒有表示在圖中）。驅動機構12h以不
第12頁 4 1 7 i 7 ! 五、發明說明（9) 同的速度旋轉輸送帶12a到I2g ’所以輸送帶i2a到i2g會以 不同的速度Va、Vb、Vc、Vd、Ve、Vf和Vg移動。在本例 中’驅動機構12h會使得輸送帶 12a/12b/12c/12c/12e/12f/12g 的速度為 Va>Vb>Vc>Vd>Ve>Vf>Vg。因此，驅動機構i2h會造成輸送 帶1 2 a到1 2 g間有相對速度’而輸送帶1 2 a到1 2 g間的相對速 度會使得在輸送帶12a到12g上的半導體晶圓i5a/i5b產生 旋轉R如囷3。在本例中’輸送帶I2h會以順時鐘方向轉轉 動半導體晶圓15a/15b。半導鱧晶圓15a/15b被由P1移到P2 和P3到P4 ’並且經由旋轉R改變在輸送帶丨2a到;[2g上的狀 態。半導趙晶圓15a/15b在反應區中會被旋轉，並將預定 ' 材料均勻地長成在半導體晶圓15 a/15b上。 回到圖2 ’反應氣體注入器13包含一個反應氣體源i3a 和一個注入單元13b。反應氣體源〗3a經由氣體輸送管i3c 連接到注入單元13b ’而一個開口13d位於注入單元13b的 下面。開口13d呈橫向延伸，並且比半導體晶圓15a/l5b的 寬度退寬。反應氣體由開口 13d向下注入，並在半導趙晶 圓15a/15b的上方形成反應區。注入的反應氣艘經過網狀 輸送帶12a到12g，並且更新的反應氣體隨時會形成反應 區。 · 即使在不同反應區的次反應區中反應條件也會不同，（ 旋轉的半導體晶圓15a/15b會將整個表面暴露在次反應區 中，而長成速率是半導體晶圊15a/15b整個表面的平均 值。結果，預定材料層在整個表面的厚度是相同的。
第13頁 41717( 五、發明說明（ίο) 加熱器14包括一個置於輸送帶12a到12g下方的加熱產 生單元14a和連接到加熱產生單元14a的一個電力源14b。 電力源14b供應加熱產生單元14a能量，而加熱產生單元 14a會經由網狀輸送帶12a到12g將熱輻射出去。結果，半 導體晶圓1 5 a / 1 5 b可以確定加溫到目標溫度。 在操作時，半導體晶圓丨5a/1 5b間隔地放置在輸送帶 12a到12g上’並且經由反應區傳送到輸送帶i2a到12g的終 端。加熱產生單元14a會加熱半導體晶圓1 5a/1 5b到目標溫 度，而注入單元13b會輸送新鮮的反應氣體到反應區。當 半導體晶圓15a/15b被輸送往終端時，輸送帶i2a到12g會 由於相對速率的關係而造成半導體晶圓15a/15b旋轉R，而 在次反應區中旋轉的半導體晶圓15a/15b會均勻地將整個 表面暴露在反應生成物或是預定材料。結果，預定材料的 長成速率被平均’而預定材料以均勻厚度長成在半導體晶 圓15 a/15 b 上。 在本例中’反應氣體注入器1 3作為一種長成裝置，而 輸送帶1 2 a到1 2 g為多數之輸送構件。驅動機構丨2 h相當於 控制器。 如前面所述’輸送帶12a到I2g以不同的速度va到Vg移 動，並造成半導艘晶圓15a/15b在反應區中旋轉。結果， 得到平均的長成速率’而預定材料以均勻厚度長成在半導 體晶圓15a/15b上。 ， 相對速度是由驅動機構12h所造成的，而且在輸送帶 12a到12g上沒有任何會阻礙熱和氣體流動的東西。因此，
第14頁 417 1 7
五、發明說明（11) _ 在反應區中的反應條件會相卷 先前技術更準確地長成到目，而預定材料層可以比 而且，驅動機構12h並沒"有Α /為 和標準機構元件便可以作為媒又势L而一個標準馬達 構12h會比先前技術的平盤更經 。因此，驅動機 雖然本發明的一個特別 對於熟於此技術的人任何不偏2 描述，但是 改變與變更都是可行的。 發月精神和範圍的各種 舉例來說’驅動機構可以以心私从余 快輸送帶的移動速度以旋轉半導體2 =實施例不同次序加 本發明也可以應用到另一種長&系統。 為了以不同速度駆動輸送帶，驅動機構可以讓 輸送帶具有個別的電動馬達以控制雷動民、去加 速度。此外，驅動機構也可以只有一個電動馬達配合不 齒數的齒輪。齒輪和與電動馬達驅動的輪軸固定在一起， 而驅動力會經由鏈條傳送到與輪軸固定的輸送帶。 在上述的實施例中，這七個輸送帶被平行排列。輸送 帶的數目可以依據半導體晶圓的尺寸和輸送帶12的可用空 間來改變。

Claims (1)

  1. 41717( 六、申請專利範圍 1. 一個長成系統具有·· ' 一長成裝置（13)，形成一長成區以便長成一種材料於 半導體晶圓（15a/15b)上； 多數之輸送構件（12a/12b/12c/12d/12e/12f/12/g)， 穿過該長成區，並輸送這些晶圓（15a/15b)經由該長成區 製一目的地；和 一控制器（12h) ’連接到多數之移動構件以移動該多 數之輸送構件， 其特徵為： 該控制器（12h)會控制該多數之輸送構件以彼此不同 的移動速度（Va/Vb/Vc/Vd/Ve/Vf/Vg))，以便在將該晶圓 (15a /15b)輸送穿過該長成區時，使該多數之輸送構件 (12a-12g)上之各該晶圓旋轉。 2. 如專利申請範圍第1項之長i系統，其中該移動 速度（Va-Vg)會由在多數之輸送構件一邊的一個（12g)逐 增加速度到該多數之輸送構件的另一邊的另一個（12a) ·。 3. 如專利申請範圍第2項之，更具有—個 加熱器（14)，以加熱該晶圓（i5a/i5b)到該長成區中適人 長成的目標溫度。 4. 如專利申請範圍第3項之，其中該材 在該長成區中是經由反應材料之間的化學反應來長成·。 5. 如專利申請範圍第4項之長成t統，其中該反 材料是以氣相供應到長成區中。 嗯 6. 如專利申請範圍第5項之長i系蜱，其中該反應
    六、申請專利範園 材料會在約略為大氣壓力下彼此反應。 7.如專利申請範圍第6項之長成系統’ 裝置具有一個注入器單元（13b)，位於 '二該長成 (12a-l2g)和以氣相注入該反應材料到該 件 以形成該長成區。 夕數之輸送構件 8·如專利申請範圍第7項之長成系統，其中該吝叙 之輸送構件（1 2a-l 2g)被形成網狀以便該反應材料;r二= 3^ 〇 9. 如專利申請範圍第8項之長成系統，其中該多數 之輸送構件dh] 2g)可容許來自配置於其下的該加熱 (14)之熱輻射穿過。 、 10. 如專利申請範圍第9項之長成系統，其中該控制 器（1 2h)位於在該加熱器和該晶圓間加熱區之外的一個位 置。 11，如專利申請範圍第6項之長成糸統，其中該晶圓 (15a/15b)係由一層半導體材料形成。 —種用以在晶園（15a/il5b)上長成材料之製程， 具有下列步驟： a)將每一片該富圓（153/151〇放置在多數之輸送構件 (12a-12g)上並以不同速度移動； b )輪送每一片該晶圓（1 5 a / 1 5 b)到目的地並造成在多 數之輸送構件上的各該晶圓產生旋轉以）；及 ¢)當該多數之輸送構件（12a-12g)旋轉各該晶圓 (15a/15b)時，在各該晶圓上長成該材料。
    第17頁 « 417 17/) 六、申請專利範圍 13·如專利申請範圍第12項之t穩，其中該多數之輸 送構件（12a-12g)由在該多數之輸送構件的一邊的一個 (12g) 逐漸增加速度到該輸送構件另一邊的另一個 (12a)。、 14. 如專利申請範圍第12項之其中該材料是藉 由該步驟c)反應氣體間的化學反應被長成。 15. 如專利申請範圍第14項之製程厂其中該反應氣體 在約略馬大氣壓力下彼此反應。 16. 如專利申請範圍第14項之製程，其中更具有加熱 該晶圓（15a/15b)到適合該步驟b)和該步驟c)間之化學反 應之目標溫度的步驟。 17·如專利申請範圍第12項之φ畲，其中該晶圓是由 半導體材料所形成。 1 8 . —種表面處〇场，具有： 一表面處理裝置（13)，用以處理晶圓（15a/15b)的表 面； 多數之輸送構件（12a/12b/12c/12d/12e/12f)，穿過 該表面處理裝置，並輸送該晶片經由該表面處理裝置到目 的地；和 一控制器（1 2 h )，連到到該多數之移動構件，其特徵 為 該控制器（1 2h)控制該多數之輸送構件，使其以彼此 不同速度移動，以便讓在該多數之輸送構件上的每一片該 晶圓在輸送經由該表面處理裝置時產生旋轉。
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