TW484188B - Plasma CVD film forming device - Google Patents

Description

484188 五、發明說明（1) -— 本發明是有關於一種利用電漿（piasma)之氣相成長， 而在半導體基底上形成薄膜之裝置，且特別是有關於一種 半導體製程裝置’其特徵在於蓮蓬頭（showerhead)以及/ 或是基座（susceptor)的形狀。 第1圖係描繪傳統平行平板式（parallel —f lat—plate) 電漿化學氣相沉積法（plasma CVD)之膜形成裝置。傳統的 電漿化學氣相沉積法之膜形成裝置包括一真空反應室 (vacuum chamberM，一蓮蓬頭2直立地配置，且大體水平 於真空反應室，以及一基座3，大體平行地配置在真空反 應室1中，且面對蓮蓬頭。 ^ 、在反應室1中，一排氣孔5導向一真空幫浦（未繪出）， 用以作為反應室内部的真空排除裝置。 在蓮蓬頭2的底部，配置多數的細孔丨丨，用以使材料 射出’蓮蓬頭2亦、經由_冑線1〇連接至一材料氣體供應槽 6。用以控制材料氣體流量之一質流控制器（mass c〇ntr〇iier)8配置在管線上1〇。一射頻（RF)功率來源4， 電性連接至蓮蓬頭2，且作為電極之一面。 基座3通常為一鋁管，其中並埋入有一加埶裝置 (heater)14。基座3係以一支架12支撐，且可&轉例 m二旋轉結構。基座3亦接地13，且作為另一電 的表面’利用真空固定(取咖— 裝載且固定一半導體基底9。 傳：電漿化學’氣相沉積法之膜形成裝置描述如下。 百 利用真工幫浦將反應室1中的氣體從排氣孔5排

第4頁 五、發明說明（2) 出，較佳的情況係將反應室1維持在低壓。— 之- Ξ U ΐ!流控制器8控制從材料氣體供應槽6流出 佳产旦之t材料氣流於一較佳的流量，而將控制在較 =里之材枓氣體經由管線10移轉至蓮 在底部^數細孔u ’朝向半導體基底射出。 =量穩定後’在連接至射頻電源之蓮 3座3之間產生一射頻電場。上述提及在反應幻= 厂氧體遂離子化，而發生一電漿 、 而的缚膜遂形成在半導體基底上。 所 矽源氣體，例如矽甲烷（SiH4)、dm_dm〇s[(c 2例1如O^3,)2 ]以及TE()S ’氣源氣體’例如沾，氧化氣體， 體。乳乳，以及鈍氣，例如氬氣、氦氣均可作為材料氣 體的：！在2體9表面’膜的形式與品質係根據材料氣 定的机篁、溫度，射頻頻率形式以及電漿存在的平坦度而 的均導體基底上膜的平坦度，與反應區電漿密度 勺勻度息息相關。如第丨圖所示，在傳統的電

法之膜形成裝置中，基座3與蓮蓬頭2之間的距· 而j疋半導體基底9與蓮蓬頭2之間的距離係固定的。一般 «，在平行平板電漿化學氣相沉積法之膜形成裝置，產 在二平面電極（φ25〇ηιιη)間電場強度的分布，具有在中 曰最強，而沿著輻射狀往周圍遞減的性質。在〇2〇〇mm的

484188 五、發明說明（3) 半導體基底 是，圍繞在 邊的電場強 化。結果， 周的品質變 傳統的 射頻功率能 膜的品質與 是’若是混 問題會變得 解決具 度的問題係 有鑑於 化學氣相沉 在半導體基 本發明 積之臈形成 平坦且厚度 本發明 下’提供一 為達上 法之膜形成 一種電 底上形成—

之膜形成區域，電場強度的分布約為± 5%。於 半導體基底9中間的電場相對地較沿著半徑週 ，電漿強度也較高，而材料氣體也較為活性 中間形成的薄膜厚度較厚，使得膜在中間與四 成不一。 ㈣可藉由控制提供氣體的流量或混合比例、 而’當上述的參數改變，形成的 速率改k，造成製程的穩定度也降低。 合比例與材料氣體流量影響膜的品質時，^ 更加嚴重。 、' 足個 有較大直徑之半導體其# 重要的。 導體基底i幵;成之膜的平坦 二明的目的之一，就是在提供一種 厂之膜形成裝置，用以形成平坦水 底上形成具有均句厚度之膜。 犋，且 :【的就是在提供一種電漿化學 、置，用以在直徑超過3〇〇公釐 况 均勻之薄膜。 J巷履上形成 另目的’就是在低製造成本且簡县认★ 種電漿化學氣相沉積法之膜形成裝x。、采構 ::目的’本發明提供一種電漿化學氣 裝置，包括下列裝置： /、相况積 ^化學IU目沉積法膜之形成裝置 薄膜，包括U) 一真空反應室；（基

配置於上述真空反應室中· 一 底，直中《落^命甘ΐ 4頭，其中已裝載上述基 而至少有-表面係凹心作為電#且其表面互相面對’ 美贫Ϊ上ϊί一實施例中，⑽的表面係為沿著蓮蓬頭或 基座之一輻射狀的對稱表面。 /在另貫^例中’上述蓮蓬頭與基座之距離滿足下列 關係： fd^\ic-da\fdaxm /rf = 1% 〜100%

其中： fd係為上述蓮蓬頭表面面向基底的中心部位之一變形 比率， da係為在上述基底之外圍，蓮蓬頭與基座間之平均距 離， dc係為從上述基底之中心相等於仏之爭徑距離，蓮蓬 頭與基座之平均距離。 再者，在另一實施例中，上述蓮蓬頭與基座之距離滿 足下列關係：

" fd^W-dal\f da%x\^ jW ·= 1% ~ 100% 其中： fd’係為上述蓮蓬頭表面面向基底的中心部位之一變 形比率， da’係為在上述基底之外圍，蓮蓬頭與基座間之平均

第7頁 484188 炎、發明說明（5) 距離 dc’係為從上述基底之中心相等於da，之半徑距離，蓮 篷頭與基座之平均距離。 在一實施例中，蓮蓬頭與基座之間的距離變得越往中 心越大，而在中間時最大。 在上文中，變形比率fd與fd，係在獨立地或同時地在 1%-10 0%的範圍内。在一實施例中，變形比率為5%一35%。 ★變形比率fd或fd，可被決定，致使當在基底上形成一 薄膜時，其上之電場強度分布範圍平均。 在上文中，距離da或da，可以在3-300釐米之範圍内， 較佳係在5 -1 〇 〇釐米内。差值丨办一办|或丨也-也丨可以在 0· 3 —50釐米的範圍内，較佳為〇· 5-2〇釐米。 品=比率fd或fd，可以作為在基底上形成之薄膜厚度 作A ;句度的指#。此外’在基座與基底之間的距離dw可 較佳係〇· 1-5釐米。 固円 實施例中’基座所具有之直徑係足以支撐直徑為 底上屋水或大於300釐米之基底，因此薄膜可形成在一大基 -材基ί之其他條件可與習知相同。蓮蓬頭可提供 材枓氟體，包括從化學式SixOyC^H,之選出之—化人 ’其中X、y、Z、1與m獨立為0或整數，包括s σ 1(〇C2H5)4、（CH3)2Si(0CH3)2 與 c6H6。在材料氣體 蓮 锻例如氦氣或& # / 形 括 蓬頭與基座之m加入實施例t。射頻功率可加在 本發明更有關％ μ卜，基座更包括加熱器。 成(’;之’而在-基底上形成化學氣相沉積法之膜 ()在基座中举脊 ’專膜之方法。此方法可包 =境；（i i i )在蓮‘愈，f，（ 1 1 )控制真空反應室中的 基底上形成一薄膜。^ 土座之間施加能量；以及（i v)在 為讓本發明之 顯易懂’下文 ‘ 2目❸、特徵、和優點能更明 說明如下： 佳只靶例，並配合所附圖式，作詳細 圖式簡單說明： 第1圖係顯示一錄羽， 裂置； 電装化學氣相沉積法之膜形成 第2圖係顯示根據本發 ^ 電漿化學氣相沉積法 焉施例，具有蓮蓬頭之 第3a圖至第3eR裝置； w王乐dc圖係顯示根 %例； 康本發明之蓮蓬頭之不同實 第4圖係顯示根據本發明第一 & 沉積法之膜形成裝置； —貫施例之電漿化學氣相 第5圖係顯示根據本發明第一〜 沉積法之膜形成裝置； 〜貫施例之電漿化學氣相 第6圖係顯示根據在蓮蓬 深度與從電極中間之距離之關I、-表面形狀之差異，表面 第7圖係顯示電極中血加糸’以及 中之膜厚度之關係。 F的程度與半導體基底

發明說明（7) 實施例 ^發明係參照下列圖式 @第2圖所示為本發明之式如7: 第1圖中相同的枚缺主f第一實施例，相同的材料係以 漿化學氣相沉之膜V成根梦據番本發明第-實施例之-電 包括-真空反應室广一蓮蓬用：在一物體上形成- 反應室中， 連遠頭，配置於上述真空 反應室中之每过-土座3’大體平行於且面對上述在真空 在上述蓮蓬頭盥裝載上述物體。本實施例中顯示 最大。碩與基座間的距離越向中央越大，而在中心時 第1圖第』tur學氣相沉積法之膜形成裝置係與 相同的操作方:之電:：學/相沉積法之膜形成震置具有 面形狀盖；Li”明中，藉由改變電極的表 均句度。改善表面的電場分布，也改善了形成的膜的 面，2地是之底端包括一凹陷的放射狀表 的平而々，一射狀表面係定義，藉由在同樣平面之直線 面上旋轉一曲線所產生之一曲面。 、 某底9在2圖卜在蓮蓬頭2G，也就是上電極，與半導體 =間之距離’在中間點22時最大，而且沿著 外緣遂漸減小。 上電極21中間24之變形比率fd定義如下： fd = [ic —ύ?ύί|/da xlOO 为=1% 〜l〇〇% 484188 修正 月 曰 案號 89105Π41 五、發明說明（8) 其中： fd係上述面向半導體基底9之蓮蓬頭2〇表面的中心部 位2 4之一變形比率， da係為上述基底9之週邊位置23，蓮蓬頭20與基座v門 半導體之平均距離， θ dc係為上述半導體基底之中心μ相等於da之半徑距 離’蓮蓬頭2 0與基座3之平均距離。根據本發明之變形比 率fd為1%-1〇〇%，較佳係為5 —35%。變形比率fd根據提供的 反應氣體，混合比例，施加的射頻功率，及其他因素而 化，而選擇最適值。 、 ▲第3a圖至第3c圖係顯示上述提及本發明第一實施例 在第3a圖所示之第-變形例中’蓮蓬頭2()的底 2 =放射狀表面，其面向半導體基底丨的部分係主要地 ^中心24a突起凹陷。纟糾圖所示之第二變形例中 起：20b的底部大體以圓錐的形狀凹陷’而其 如第3。圖所示之第三變形例，蓮蓬頭2係部大 具有兩個凹陷部分，而中心24c接近平坦。 叼低邛 一因此，本發明蓮蓬頭20的結構並不一限於 不，蓮蓬頭20與基座3間之距離在中央最、。實靶例所 根據本發明之蓮蓬頭結構，其特、 >、、句話說， 部分係凹陷的，而此凹陷結才冓：係攄：半導體基底的 格、射頻功率，與其他膜形成的停頭與基座的規 第4圖係顯示本發明之第二實^選/ 一較適合的。 學氣相沉積法之膜形成裝置具有相 /、與傳統電漿化 相冋的刼作。但在第二實 4δ^+1〇〇

施例中，基座30的砉而—& h - 是下電極，與蓮蓬頭1二；：為上電極。基座30，也就 Θ %篓鉉M t /逢碩2間之距離，在中間點33時最大，而 且沿耆輻射狀往外鏠说、k 4 , u〜 私八 ππ π π # ^卜緣逐漸減小。半導體基底9與基座在复 週緣32早獨接觸，且 压你八 -C ,且了以例如為真空固定的方式固定住。 fdl-]ficl-dal\fdalx\〇Q 其中： 下電極30中間之變形比率fd，定義如下： 之基座30表面的中心部位 fd’係上述面向半導體基底9 之一變形比率， da係為上述半導體基底9之週 ， 基座30間之平均距離， 、連頭Z興 dc’係、為半導體基底之中心22相等於仏，之半徑距離， 連，頭20與基座3之平均距離。根據本發明之變形比率fd， 為1 j 1 0 0 /。，較佳係為5 — 3 5 %。變形比率f d，根據提供的反 應氣體，混合比例，施加的射頻功率，及其他因素而變 化，而選擇最適值。 在此必須注意的是，類似於第3圖所示，第一實施例 之變形同樣應用在本發明之基座3〇，換句話說，本發明基 座的結構並不限於第二實施例所示，蓮蓬頭與基座間之距 離在中央最大。 接著’第5圖係顯示本發明之第三實施例，其與傳統 電聚化學氣相沉積’法之膜形成裝置具有相同的操作。但在

484188 五、發明說明（10) 第三實施例中，蓮蓬頭20與基座30的表面21、31包括凹陷 的放射狀表面。蓮蓬頭20如第1實施例所示，具有相同的 ===凹陷的放射狀平面21，且其並作為上電極。如同於 一 K施例，基座3 〇包括一項中心凹陷的放射狀表面，基 ^30與蓮蓬頭間的距離在中心點33時最大，並且沿著 ，射狀往外緣逐漸縮減。半導體基底9與基座在其週緣“ 早獨接觸，且可以例如為真空固定的方式固定住。 根據本發明第三實施例之變形比率fd為卜1〇⑽，較 楹=-35%(另一實施例，fd = 1〇 — 35%)。變形比率^，根 /、的反應氣體，混合比例，施加的射頻功率，及其 素而變化，而選擇最適值。 、他因 實例 本發明之貫驗結果欽述如下。 實驗係在量測根據本發明第一實施例，兩種 逄碩所獲得的每一膜厚度的分布進行量 '的連 一玆％ 1 1丁里/則0第6圖顯示| =表面的形狀。蓮蓬頭底部的放射狀表面係以 T: 極的中心軸作為-旋轉轴，分別旋轉形狀a、b 轉 於是’造成電極間隔往放射狀的差異。 成。 實驗係在下列條件下進行： ~ 米 —在半導體基底的外圍電極之間的距離=1〇爱米 -蓮蓬頭a中心24凹陷表面的深度（凹陷的程度; 變形比率=11 % ^ 米 -蓮蓬頭b中心’24凹陷表面的深度（凹陷的 變形比率= 32% d ^ 484188 五、發明說明（11) -半導體基底的半徑（f) = 200釐米 〜 -下電極的溫度：=400 °c(752 T) -射頻功率的頻率= 13. 56 MHz -材料氣體= DM-DMOS，流量= 20sccm -材料氣體=氬氣，流量1〇sccm 材料氣體=乱氣，流量l〇sccm :定第7圖所示之實驗結果，在習知平行 :氣相沉積法之膜形成裝置中，當膜厚度 ' 電槳化 中央累積在半導體基底超過平均膜厚度約為6❶广 明之蓮蓬m蓮蓬頭中央累積在半導 ^ 厚u%。而沿著蓮蓬頭b中央累積在半導體 土底上的厚度反而較平均膜厚度薄約2· 。 從這些實驗結果可知，膜的均勻度可利 改：敫：：電極間的距離沿著半導體基底的中二變大，藉 以調正電水電場強度而使其強度得以均勻分布。 曰 此外，當在半導體基底上形成膜時，電極埶 向隨著減少電極間距的方向 …、7脹的方 圍電極放寬的方向改2相反地1著固定外 微小的轉折，《是用以提供反 J餘的應力，表面形狀 變。 杈供反應軋體一小孔的形狀等而改 習知難以控制方向上的改變她h 間的距離縮短，、沿著半導體美：疋、准持-定。若是電極 膜成長的厚产辦Μ & ^ _ 土底中心的電場強度變強，而 腺成负扪厚度增加，而使得膜的均 然而，根據本發明，夢生 又 - 曰由I k中間部位凹陷的褚構， 484188 五、發明說明（12) 由於電極僅沿加寬電極的方向 一 中央膜的均勻度更進一步改善p、，因此沿著半導體基底 本發明的效果 根據本發明電漿化學氣相、〜 例，而可以在半導體基底上形之膜形成裝置之實施 、：：積集度、南效能半導體元件的需求。 乂建 之4Γ;據本發明電浆化學氣相“法之膜形成壯 之只知例，可“得到較為均勻且 :=膘开乂成裝置 此外，根據本發明電漿化與2膜厚與品質。 之實施例，足以處理未來二=二/儿積法之膜形成裝置 面積上形成厚度均句=大直役的半導體基底，且在-大 内’當？： ϋϊΐί。：脫：本發明之精神和範圍 實施例揭露如上，然其並非…ΐ;:;發明已以較佳 第15頁

Claims (1)

1. 484188 六、申請專利範圍 置’用以在>一 1 · 一種電漿化學氣相沉積法之膜形成裝 基底上形成一薄膜，其包括： 一真空反應室； 一蓮蓬頭，配置在該真空反應室中；以及 一基座，大體平行且面對該真空反應室中之該蓮蓬 頭，而該基底係已裝載， ^ 且其表片互相 其中該蓮蓬頭與該基座用以作為電極， 面對，而至少有一表面凹陷。 2.如申請專利範圍第丨項所述之電锻化學氣相沉積法 之膜形成裝置，其中該凹陷表面係為一沿著該蓮蓬頭 基座之一輻射狀對稱表面。 ^ 3·如申請專利範圍第1項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜形成裝置，其中在該蓮蓬頭與該基座之間之一距離滿 足下關係· fd = ]fic-da\fdaxm 为=1% 〜1〇〇% 其中： f d係面向該基底之該蓮落涵主 比率 攻連逄頭表面的中心部位之一變形 均距離 係為該基底之週邊位置，_蓬頭與該基座間之平 d c係為從該基底之中}榮 頭與該基座之平均距離相專她之半徑距離，該蓮蓬 4.如申„月專利範圍第3項所述之電漿化學氣相沉積法

   484188 六、申請專利範圍 < 之膜形成裝置，其中在該蓮蓬頭與該基座之間之一距離更 滿足下關係： fdx^ \icl-dal\idalx\00 fd1^ 1°/〇~1〇〇% 其中： fd’係面向該基底之該基座表面的中心部位之一變形 比率， da’係在該基底之週邊位置，該蓮蓬頭與該基座間之 平均距離， dc’係為從該基底之中心相等於da’之半徑距離，該蓮 蓬頭與該基座之平均距離。 5 ·如申請專利範圍第3項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜形成裝置，其中變形比率^為5 — 35%。 6 ·如申請專利範圍第3項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜形成裝置，其中變形比率係決定於當在該基底上形成 一薄膜時’足以使該基底上之電場強度分布大體均勻。 I如申請專利範圍第3項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜形成裝置，其中距離da約為3- 300釐米。 8 ^如申請專利範圍第3項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜形成裳置，其中距離dc約為3· 3-350釐米。 如申請專利範圍第1項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜形成裝置，其中在該蓮蓬頭與該基座之間之一距離更 滿足下關係·· M = ]ficl-dal\/dalx\〇〇 ι〇/〇-!〇〇〇/〇

   Τ〇"+Ι〇δ Τ〇"+Ι〇δ 比率 六、申請專利範圍 其中： fd,係而a ，’、向該基底之該基座表面的中心部位之一變形 平均Ϊ離係為該蓮蓬頭與該基座間該基底之一週邊位置之 之丰Ϊ 為該蓮蓬頭與該基座從該基底之中心相等於da， 之牛k距離之平均距離。 之膜S’成利範圍第9項所述之電漿化學氣相沉積法 'Μ成裝置，其中變形比率^，為5一35〇/〇。 之膜申請專利範圍第9項所述之電漿化學氣相沉積法 」嚷=裝置，其中變形比率係決定於，當在該基底上形 1暝時，足以使該基底上之電場強度分布大體均勻。 申請專利範圍第9項所述之電漿化學氣相沉積法 、>成裝置’其中距離da，約為3_3〇〇釐米。 、 1 3.如申清專利範圍第9項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜形成襄置，其中距離dc，約為3.3_35〇釐米。積法 1 j·如申請專利範圍第1項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜升7成裂置，其中該蓮蓬頭提供一材料氣體，包括係選 自叮以S ΙΟ/ζΚ Hm表示之一化合物，其中X、y、z、1與^獨 立為0 或整數，包括si〇4、Si(〇c2H5)4、（CH3)2Si(〇CH3)2'與 c6h6。 1 5·如申請專利範圍第1項所述之電漿化學氣相沉積法 之膜^/成裝置’其.中在該基座與該基底之一距離係在〇· 1-10釐米的範圍内。 IHI mi 第18頁 六、申請專利範園 之膜形成裝申置“其利二圍漿化學氣相沉積法 釐米或以上之一基底。 之直仏係足以支撐直徑為300 之膜：成如裝申/專^ 座之間。中一射頻功率係施加在該蓮蓬頭與該基 之膜形成如/置靖專 1 利二圍第1項所述之電漿化學氣相沉積法 膜中該基座包括-加熱器。 之膜1开:膜的形成方法’以-電漿化學氣相沉積法 之膜形成裝置在一基底上形成，該裝置包括： 一真空反應室； 一連蓬頭，配置在該真空反應室中；以及 一基座’大體平行且面對該真空反應室中之該蓮蓬 頭，而該基底係已裝載， 其中該蓮蓬頭與該基座用以作為電極，且其表片互相 面對’而至少有一表面凹陷，該方法包括·· 在該基座中裝載一基底； 在該真空反應室中控制該環境； 在該蓮蓬頭與該基座之間施加能量；以及 在該基底上形成一薄膜。 2 0 ·如申請專利範圍第1 9項所述之方法，其中該凹陷 表面係為一沿著該蓮蓬頭或該基座之一輻射狀對稱表面。 21·如申請專利範圍第19項所述之方法，其中其中在 該蓮蓬頭與該基座之間之一距離滿足下關係·· 第19頁 484188

   fd"^-da\/daxm 为=m 〜100% 其中： fd係面向該基底之該蓮蓬頭表面的中心部位之一變形 da係為該基底之週邊位置，該蓮蓬頭與該基座 均距離， dc係為該蓮蓬頭與該基座從該基底之中心相等於如之 半徑距離之平均距離。 22·如申請專利範圍第19項所述之方法，其中在該蓮 蓬頭與該基座之間之一距離更滿足下關係： fd = \ί€ι-άα'\ίάαιχ\00 fdl= 1%^100°/〇 其中： f d’係面向該基底之該基座表面的中心部位之一變形 比率， da’係為該蓮蓬頭與該基座間該基底之週邊位置之平 均距離， dc’係為該蓮蓬頭與該基座從該基底之中心相等於da， 之半徑距離之平均距離。

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