TWI387667B - 用於自化學氣相蝕刻處理室移除副產物沉積的原位處理室清潔製程 - Google Patents

用於自化學氣相蝕刻處理室移除副產物沉積的原位處理室清潔製程 Download PDF

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Description

用於自化學氣相蝕刻處理室移除副產物沉積的原位處理室清潔製程
本發明係廣泛地關於一種半導體處理設備。更特定地，本發明之實施例係有關於一種用於半導體製作與CVD系統之原位(in situ)乾式清潔的化學氣相沈積(CVD)系統。
當基板表面暴露在氧氣下時，通常會形成原生氧化物(native oxide)。若基板表面在蝕刻過程中被污染，亦會產生原生氧化物。尤其在處理金氧半場效電晶體(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor,MOSFET)結構時，原生氧化矽膜會形成在暴露的含矽層上。氧化矽膜為電性絕緣，且因為該膜層造成高電性接觸電阻，所以並不希望其形成在接觸電極或內連線電性通路的界面處。在MOSEFT結構中，電極與內連線通路處包含矽化物膜層，此係利用沈積耐火金屬於裸矽上並退火此層以產生金屬矽化物層。位於基板與金屬界面處之原生氧化矽膜因為會阻礙可形成金屬矽化物之擴散化學反應，所以會減少矽化物層的組成均勻性。上述結果會造成較低的基板產率以及由於電性接觸處過熱而增加不良率。原生氧化矽膜亦妨礙了隨後欲沈積在基板上的其他CVD層或濺鍍層之附著。
濺鍍蝕刻、乾式蝕刻以及利用氫氟酸(HF)與去離子水之濕式蝕刻製程已盡力減少在大型特徵或具有深寬比小於約4：1之小型特徵上的污染物。然而，利用上述方法時，並無法有效地移除原生氧化膜或者會導入不想要的殘留物。同樣地，若可成功將蝕刻溶液滲入具有上述大小的特徵圖案中，但當蝕刻完成後，卻更難從特徵處移除濕式蝕刻溶液。
近來移除原生氧化膜之方法係為形成含氟/矽鹽類於基板表面上，該鹽類可在後續步驟中利用熱退火加以移除。在此方法中，係利用含氟氣體與氧化矽表面反應而形成鹽類的薄層。鹽類接著被加熱至足夠高溫以將鹽類分解成揮發性副產物，此副產物可由處理反應室中移除。通常藉由熱力加成作用(thermal addition)或電漿能量(plasma energy)以形成反應性含氟氣體。鹽類經常在冷卻基板表面的降溫過程中形成。通常利用將基板由基板在其中冷卻之冷卻室中傳送至基板在其中加熱之分開的退火室或高溫爐中以達成先冷卻後加熱的程序。
基於各種理由，反應性的氟處理程序並非較佳程序。因為傳送晶圓所花費的時間使得晶圓產量大幅減小。再者，傳送過程中晶圓非常容易受氧化或其他污染所影響。此外，因為需要兩個分開的反應室以完成氧化物之移除過程，因此經營者的成本變成兩倍。因此對於一種能夠在單一反應室中(即，原位(in－situ))產生遠端電漿、加熱、冷卻以及進行單一乾式蝕刻製程的處理反應室存在著需求。
當反應室的氣體分配盤加熱至大約180℃且製程氣體導入反應室之製程區域中時，晶圓基座係冷卻至大約35℃且製程化學品在沿著基座表面處形成沈積物。通常係仰賴濕式清潔方式來清潔反應室以移除這些沈積物，然而濕式清潔方式需要時間與人力打開反應室並以人工清潔這些反應室。或者，通常試圖加熱一般用於冷卻基座的流體，但是這樣的加熱方式需要二至三天的時間以加熱反應室和清潔室。由此可知從處理反應室中移除沈積物與殘留物是耗費成本且需要一些處理時間。
本發明提供一種用於處理基板之處理反應室。在一個態樣中，反應室包含反應室主體與支持組件，此支持組件至少部分設置在反應室主體內且用於支撐基板於其上。反應室更包含蓋組件，其設置在反應室主體之上表面上。蓋組件係與遠端電漿區域流體連通，且遠端電漿區域具有U型截面以產生電漿。利用柱狀電極(cylindrical electrode)與杯狀接地(cup－shaped)以定義遠端電漿區域。其中RF功率源係連接至柱狀電極上。
本發明提供一種用於清潔處理反應室之方法與設備，此方法包含阻隔冷卻流體流進位於處理反應室之支持構件內的通道中；升高支持構件至距離氣體分配盤約0.1英吋以內；加熱氣體分配盤；以及導入熱傳導性氣體通過氣體分配盤而進入處理反應室中。
本發明提供一種清潔用於任意數量之基板處理技術之處理反應室的方法與設備。此反應室對於進行電漿輔助乾式蝕刻製程特別有用，此製程需要對基板表面加熱與冷卻而不需要打破真空。例如，此處理反應室特別適合於用來移除基板表面上之氧化物與其他污染物的量產型前段製程之(FEOL)清潔反應室。
在此所使用的「基板表面(substrate surface)」係指製程可在上面進行的任意基板表面。舉例來說，基板表面可包含矽、氧化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵(gallium arsenide)、玻璃、藍寶石(sapphire)與任何其他材料，例如金屬、金屬氮化物、金屬合金以及其他導電材料，所使用之材料係視應用而定。基板表面亦可包含介電材料，例如二氧化矽、有機矽酸鹽(organosilicates)與碳摻雜氧化矽(carbon doped silicon oxides)。基板本身未受限於任何大小或形狀。在一個態樣中，「基板(substrate)」係指直徑約200毫米或300毫米的圓形晶圓。在另一個態樣中，「基板」係指任何多邊形、方形、矩形、曲形或其他非圓形工件，例如用於製作平面顯示器的玻璃基板。
第1A圖顯示處理反應室100之部分剖面圖。在一個實施例中，處理反應室100包含反應室主體112、蓋組件200與支持組件300。蓋組件200係設置在反應室主體112之上端，且支持組件300係至少部分設置在反應室主體112中。處理反應室100與相關硬體較佳由一種或多種製程相容材料所形成，例如鋁、氧化鋁、鍍鎳鋁、鍍鎳鋁6061－T6、不銹鋼、以及上述之組合與合金等。
反應室主體112包含縫閥開口160，其形成在主體之側壁上，以提供進出處理反應室100內部之存取口。縫閥開口160係選擇性地打開與關閉以利用晶圓固持機械手臂(wafer handling robot)(未顯示)進出反應室主體112之內部。晶圓固持機械手臂係為此技藝人士所熟知的技術，且任何機械手臂皆可使用。舉例來說，示範性機械傳送組件已闡述於共同受讓之美國專利號4951601中，其名稱為「Multi－chamber Integrated Process System」，此案係於1990年8月28日獲證，在此係以參考方式併入該案之完整內容。在一個實施例中，透過縫閥開口160以將晶圓傳輸進出處理反應室100而進入鄰近傳送室以及/或負載閉鎖室或其他在群集工具(cluster tool)中的其他反應室中。可連接至處理反應室100之一種群集工具係闡述於在1993年2月16日獲證之共同受讓的美國專利號5186718中，其名稱為「Staged－Vacuum Wafer Processing System and Method」，在此係以參考方式併入上述案件之內容。
在一個或多個實施例中，反應室主體112包含通道113形成於其中，並有熱傳送流體在通道間流動。熱傳送流體可為加熱流體或冷卻劑，且可用以在製程與基板傳送過程中控制反應室主體112之溫度。反應室主體112之溫度係為避免氣體或副產物凝結在反應室壁上之重要因素。範例之熱傳送流體包含水、乙二醇、或上述之混合物。示範性熱傳送流體亦可包含氮氣。
反應室主體112可進一步包含襯墊133，其包圍著支持組件300。襯墊133係較佳地為可移除式，以進行維修與清潔。襯墊133可由金屬所形成，例如鋁或陶瓷材料。然而，襯墊133可為任何製程相容之材料所製成。襯墊133可加以噴珠處理(bead blasted)以增加任何沈積其上之材料的附著性，藉此避免任何會導致處理反應室100污染之材料的剝落。在一個或多個實施例中，襯墊133包含一個或多個孔洞135與一個抽氣通道129形成其中，此抽氣通道可與真空系統流體連通。孔洞135提供氣體進入抽氣通道129之流動路徑，此抽氣通道為處理反應室100內之氣體提供出口。
真空系統可以包含真空幫浦125與節流閥127，以調節通過處理反應室100之氣體流。真空幫浦125係耦接至設置在反應室主體112之真空端口(vacuum port)131上，且因此可與形成在襯墊133中之抽氣通道129流體連通。「氣體」可指單種氣體或多種氣體，除非特別註明，否則「氣體」可指一種或多種前驅物、反應劑、催化劑、載體、清除物、清潔物、或上述之組合、以及任何被導入反應室主體112之其他流體。
進一步探討襯墊133，第1B圖顯示一襯墊133實施例之放大圖。在此實施例中，襯墊133包含上層部分133A與下層部分133B。與設置在反應室主體112側壁上的縫閥開口160對準之孔洞133C係形成於襯墊133內，以使基板可進出反應室主體112。通常，抽氣通道129係形成在上層部分133A中。上層部分133A亦包含一個或多個孔洞135形成於其間，以提供氣體進入抽氣通道129之通路或流動路徑。
參照第1A圖與第1B圖，孔洞135使得抽氣通道129可與反應室主體112內之製程區140流體連通。製程區140係由蓋組件200之下表面與支持組件300之上表面所定義出，且為襯墊133所包圍。孔洞135可具有均勻的大小且平均地分隔設置在襯墊133周圍。然而，任何數量、位置、大小或形狀之孔洞皆可以使用，且每個上述之設計參數可視氣體通過基板接收表面時所需的流動型態而定，此部分將於後文中闡述。此外，設置孔洞135之大小、數量與位置以使離開處理反應室100的氣體達到均勻流動。再者，設置孔洞之大小與位置以提供快速或高容量抽氣，以加速氣體由反應室100內快速排出。舉例來說，接近真空端口131附近之孔洞135的數量與大小可小於距離真空端口131較遠之孔洞135之大小。
繼續參照第1A圖與第1B圖，襯墊133之下層部分133B內部包含流動路徑或真空通道129A。真空通道129A係與上述之真空系統流體連通。真空通道129A透過形成在襯墊133外徑中的凹處(recess)或端口129B而亦與抽氣通道129流體連通。通常，兩個氣體端口129B(圖式中僅顯示一個)係形成在介於襯墊133之上層部分133A與下層部分133B間的外徑上。氣體端口129B提供介於抽氣通道129與真空通道129A之間的流動路徑。每個端口129B之大小與位置係取決於設計的情況，且由所需膜層之化學計量、待形成元件之幾何型態、處理反應室100之體積容量以及與其耦接之真空系統容量所決定。通常，端口129B係與另一個端口相對設置或在襯墊133之外徑周圍上相距180度分隔設置。
在操作上，離開處理反應室100之一種或多種氣體可流經貫穿形成於襯墊133之上層部分133A的孔洞135，而進入抽氣通道129中。接著，氣體在抽氣通道129內流動並流經端口129B而進入真空通道129A。氣體離開真空通道129A並經由真空端口131而進入真空幫浦125。
在此更深入探討蓋組件200，第2A圖顯示示範性蓋組件200之放大剖面圖，其可設置在第1A圖所示之反應室主體112的上端。參照第1A圖與第2A圖，蓋組件200包含一些元件，該些元件係一個堆疊在另一個之頂部，如第1A圖所示。在一個或多個實施例中，蓋組件200包含蓋緣(lid rim)210、氣體輸送組件220與頂板(top plate)250。氣體輸送組件220係連接至蓋緣210之上表面，且可與蓋緣之間有最小熱接觸。蓋組件200之該些元件係較佳地由具有高熱傳導與低熱阻之材料所構成，例如具有高度磨光表面(highly finished surface)的鋁合金。較佳地，元件之熱阻(therm alresistance)係小於約5x10－ 4 m2 K/W。蓋緣210被設計成可支撐該些用來構成蓋組件200之元件的重量，且蓋緣係透過鉸接組件(hinge assembly)(未顯示)而連接至反應室主體112之上表面，以提供能接觸內部反應室元件(例如支持組件300)之通路。
參照第2B圖與第2C圖，氣體輸送組件220可包含分配盤或噴頭225。第2B圖顯示範例氣體分配盤225之其中一個實施例的放大概要圖，以及第2C圖顯示部分剖面圖。在一個或多個實施例中，分配盤225係大致為圓盤狀且包含複數個孔洞225A或通路(passagways)。以使氣體分配於其間，藉此提供氣體在基板表面上的均勻散佈。
參照第2A圖、第2B圖與第2C圖，分配盤225更包含環狀安裝凸緣(annular mounting flange)222形成在分配盤的邊緣，且其大小適合安置在蓋緣210上。因此，分配盤225與蓋組件200之間有最小接觸。較佳地，O型環(o－ring)種類之密封墊224(例如，人造橡膠O型環)係至少部分設置在環狀安裝凸緣222上以確保其與蓋緣210之液密(fluid－tight)接觸。
氣體輸送組件220可進一步包含阻隔物組件(blocker assembly)230設置在接近分配盤225處。阻隔物組件230使氣體均勻分布在分配盤225的背側。較佳地，阻隔物組件230係由鋁合金所製成，且為可移除式地連接在分配盤225上，以確保良好的熱接觸。例如，利用螺栓(bolt)221或類似固定器可將阻隔物組件230連接至分配盤225上。較佳地，阻隔物組件230與蓋緣210之間無熱接觸，如第2A圖所示。
在一個或多個實施例中，阻隔物組件230包含一第一阻隔板(blocker plate)233，其安裝至第二阻隔板235。第二阻隔板235包含一通道259形成於其間。較佳地，通道259係貫穿設置在第二阻隔板235之中央，使得通道259與第一腔室(cavity)或體積261流體連通，其中該體積261係由頂板250之下表面與第二阻隔板235之上表面所定義出。通道259亦與第二腔室或體積262流體連通，其中體積262係由第二阻隔板235之下表面與第一阻隔板233之上表面所定義出。通道259亦與第三腔室或體積263流體連通，其中體積263係由第一阻隔板233之下表面與分配盤225之上表面所定義。通道259係連接至氣體入口223上。氣體入口223之第一端係連接至頂板250上。雖然圖式中未顯示，不過氣體入口223之第二端係連接至一個或多個上游氣體源以及/或其他氣體輸送元件上，例如氣體混合器。
第一阻隔板233包含複數個通路233A形成其中，通路係用於使氣體由通道259散佈至氣體分配盤225上。雖然通路233A在圖式中顯示為環形或圓形，不過通路233A也可為方形、矩形、或任何其他形狀。通路233A之大小可加以調整且位於阻隔板233之附近，以在基板表面上提供可控制且均勻的流體分佈。如上所述，第一阻隔板233可從第二阻隔板235與分配盤225上輕易移除，以利這些元件之清潔與替換。
在使用上，一種或多種製程氣體係透過氣體入口223而被導入氣體輸送組件220中。製程氣體流入第一體積261中，且經過第二阻隔板235之通道259而進入第二體積262中。製程氣體係接著被輸配經過第一阻隔板233之開孔233A而進入第三體積263中，且進一步被輸配經過分配盤225之開孔225A，直到氣體到達設置在反應室主體112內之基板的暴露表面上。
氣體供給面板(未顯示)通常係用以提供一種或多種氣體至處理反應室100中。視一種或多種在反應室100中進行的製程而決定所使用之特定的一種或多種氣體。實例的氣體可以包含，但不限於，一種或多種前驅物、反應劑、催化劑、載體、清除物、清潔物或任何上述之混合物或組合。通常，一種或多種導入處理反應室100中的氣體係流經入口223而進入蓋組件200中，且通過氣體輸送組件220而進入反應室主體112中。以電子方式操作的閥門以及/或流體控制機構(未顯示)可用以控制氣體由氣體供給進入處理反應室100之流動。視製程情況，可輸配任何數量之氣體至處理反應室100中，且氣體可在處理反應室100中混合或進入處理反應室100以前混合，例如於氣體混合器(未顯示)中先混合。
仍參照第1A圖與第2A圖，蓋組件200可更包含電極240以於蓋組件200內產生反應性物種(reactive species)之電漿。在實施例中，電極240係位於頂板250上且與其電性絕緣。例如，隔離物填料環(isolator filler ring)241可設置在電極240之下層部分周圍，用於分隔電極240與頂板250，如第2A圖所示。環狀隔離物242亦可設置在隔離物填料環241之外表面周圍。環狀絕緣體(annular insulator)243接著可設置在電極240上層部分之周圍，使得電極240係與頂板250以及蓋組件200之其他所有元件絕緣。每個環241、242、243可由氧化鋁或任何其他絕緣、製程相容之材料所製成。
在一個或多個實施例中，電極240係耦接至功率源(未顯示)上，而氣體輸送組件220係接地(即，氣體輸送組件220作為電極)。因此，一種或多種氣體之電漿可在介於電極240(第一電極)與氣體輸送組件220(第二電極)之間的體積261、262以及/或263中產生。例如，電漿可在電極240與阻隔物組件230之間被激發並維持。二者擇一地，若沒有阻隔物組件230存在時，電漿可在電極240與分配盤225之間被激發並維持。在另外的實施例中，電漿被良好的侷限或維持在蓋組件200中。因此，因為沒有活性電漿與設置在反應室主體112內之基板直接接觸，所以電漿係為「遠端電漿(remote plasma)」。也因為電漿有效地與基板表面相隔，所以可避免電漿對基板之損傷。
任何可活化氣體成為反應性物種以及可維持反應性物種之電漿的功率源皆可加以利用。例如，以射頻(RF)、直流電(DC)或微波(MW)為主之功率放電技術可加以利用。此活化作用亦可利用以熱為主之技術、氣體崩潰技術、高密度光源(如，紫外光能量)、或暴露在X射線源下而產生。二者擇一地，可利用遠端活化源－例如遠端電漿產生器－以產生反應性物種之電漿，此電漿係接著輸配至反應室100中。範例的遠端電漿產生器係可於，例如，MKS Instruments公司與Advanced Energy Industries公司所購得。較佳地，RF功率供給係耦接至電極240上。
參照第2A圖，可視製程氣體與處理反應室100中所進行的操作而決定是否加熱氣體輸送組件220。在一個實施例中，諸如電阻式加熱器等加熱元件270可耦接至分配盤225上。在實施例中，加熱元件270係為管狀構件且係壓固於分配盤225之上表面內，詳細圖示係繪示於第2B圖與第2C圖中。
參照第2B圖與第2C圖，分配盤225之上表面包含具有寬度稍微小於加熱元件270之外徑的溝槽(groove)或凹陷通道(recessed channel)，如此可利用干涉配合(interference fit)而將加熱元件270固定在溝槽內。因為包含配盤225與阻隔物組件230在內之輸送組件220的每個元件之間彼此導電性耦合，所以加熱元件270可調節氣體輸送組件220之溫度。連接至分配盤225上之熱電耦(thermocouple)272有助於調節溫度。熱電耦272可用於回饋迴路以控制從功率供給施加至加熱元件270上的電流，並使得氣體輸送組件220之溫度可加以維持或控制在需求溫度或在需求溫度範圍內。因為，如上所述，氣體輸送組件220與蓋組件200之其他元件間有最小熱接觸，而就使得熱傳導受到限制，所以容易控制氣體輸送組件220的溫度。
在一個或多個實施例中，蓋組件200可包含一個或多個流體通道202形成其間，可使熱傳送媒介在流體通道內流動以控制氣體輸送組件220之溫度。在一個實施例中，流體通道202可形成在蓋緣210內，如第2A圖所示。或者，流體通道202可形成在蓋組件200之任何元件內以提供均勻之熱傳至氣體輸送組件220上。視反應室100內的製程需求，流體通道202可包含加熱或冷卻媒介以控制氣體輸送組件220之溫度。可使用任何熱傳送媒介，例如氮氣、水、乙二醇(ethylene glycol)或上述之混合物。
在一個或多個實施例中，可利用一個或多個熱燈管(未顯示)以加熱氣體輸送組件220。通常，熱燈管係安置在分配盤225之上表面附近以利用輻射加熱分配盤225。
第3A圖顯示範例的支持組件300之部分剖面圖。支持組件300可至少部分設置在反應室主體112內。支持組件300可包含支持構件310以支撐在反應室主體112內進行製程之基板(此圖中未顯示)。支持構件310可透過軸(shaft)314而連接至升降機構(lift mechanism)330上，其中軸係延伸貫穿形成於反應室主體112之底表面上的中央開口114。升降機構330透過風箱(bellows)333可彈性地焊接至反應室主體112上，風箱避免軸314附近發生真空漏損。升降機構330可使支持構件310在反應室主體112內中進行製程位置、升高清潔位置以及下層傳送位置之間的垂直移動。傳送位置係稍微低於形成在反應室主體112之側壁上的縫閥160開口。
第3B圖顯示第3A圖之支持構件300之放大的部分剖面圖。在一個或多個實施例中，支持構件310具有一個平坦、圓形的表面或實質平坦、圓形的表面，用以支撐待處理基板於其上。支持構件310係較佳地由鋁所構成。支持構件310可包含一尤其他材料所製成之可移除式頂板311(例如矽或陶瓷材料)以降低基板之背側污染。
在一個或多個實施例中，支持構件310或頂板311可包含複數個延伸部(extensions)或突起(dimples)311A位於頂板的上表面上。在第3B圖中，突起311A係顯示於頂板311的上表面上。若不需要頂板311時，此突起311A可安排在支持構件310的上表面上。突起311A可為基板之下表面與支持組件300(即，支持構件310或頂板311)之支持表面間提供最小接觸。
在一個或多個實施例中，利用真空夾盤(vacuum chuck)以將基板(未顯示)固定在支持組件300上。頂板311可包含複數個開孔312，此開孔與形成在支持構件310中之一個或多個凹槽316流體連通。透過設置在軸314內之真空導管(vacuum conduit)313以及支持構件310，凹槽316係與真空幫浦(未顯示)流體連通。在某些條件下，真空導管313可用以供給淨化氣體至支持構件310的表面上，以在基板未設置於支持構件310上時可防止在支持構件表面上的沈積。真空導管313亦可在製程過程中傳送淨化氣體以避免反應性氣體或副產物接觸基板之背側。
在一個或多個實施例中，利用靜電夾盤(electrostatic chuck)以將基板固定在支持構件310上。在一個或多個實施例中，藉由諸如習知夾環等機械夾鉗(clamp)(未顯示)，可將基板支撐於支持構件310上。
靜電夾盤通常包含至少一環繞一電極(未顯示)的介電材料，該電極位於支持構件310之上表面上或成為支持構件310整體的一部份。夾盤之介電部分係使夾盤電極與基板以及與支持組件300之剩餘部分電性隔離。
在一個或多個實施例中，夾盤介電之周長可稍微小於基板之周長圍。換句話說，基板會稍微突出夾盤介電之周長，使得即使位於夾盤上之基板偏離中心位置時，夾盤介電仍會完全被基板所覆蓋。基板完全覆蓋夾盤介電可確保基板能保護夾盤不會暴露在反應室主體112內之可能具腐蝕性或傷害性的物質下。
操作靜電夾盤之電壓可由個別的「夾盤(chuck)」功率供給(未顯示)所供應。夾盤功率供給的一輸出端係連接至夾盤電極上。另一個輸出端通常連接至電性地線上，但是另一種選擇為可以連接至支持組件300之金屬主體部分。在操作時，置放基板以與介電部分接觸，以及施用一直流電流電壓於該電極上以產生靜電吸引力或偏壓以將基板吸附於支持構件310之上表面上。
仍參照第3A圖與第3B圖，支持構件310可包含一個或多個孔(bores)323形成於其間以容納升降插稍325。每個升降插稍325通常由陶瓷或含陶瓷之材料所構成，且係用於基板固持與傳輸上。每個升降插稍325為可抽取式地設置在孔323內。在一個態樣中，孔323之內側係鋪設陶瓷套管(ceramic sleeve)以有助於輕易地抽取升降插稍325。藉由與設置在反應室主體112內之環狀升降環(annular lift ring)320嚙合，升降插稍325可在其各自的孔323中移動。升降環320係可移動，而當升降環320位於上層位置時，升降插稍325之上表面可位於支持構件310之基板支持表面上方。相反地，當升降環320位於下層位置時，升降插稍325之上表面係位於支持構件310之基板支持表面下方。因此，當升降環320由下層位置移動至上層位置時，每個升降插稍325之一部份係穿過其各自在支持構件310內的孔323。
當啟動時，升降插稍325推著基板之下表面，並將基板抬升離開支持構件310。相反地，可關閉升降插稍325以降低基板，藉此將基板安置於支持構件310上。升降插稍325可包含放大的上端或圓錐形頭以防止插稍325從支持構件310處掉落。亦可利用其他此技藝之人士所熟知的插稍設計。
在一個實施例中，一個或多個升降插稍325包含塗層或貼附物設置於其上，塗層或貼附物由不滑的或具高度摩擦力之材料所製成，以避免在插稍上的基板發生滑動。較佳的材料係為高溫、不會刮壞或傷害基板背側的聚合物材料，因為刮壞基板背側會造成在處理反應室100內的污染。較佳地，塗層或貼附物可為從DuPont所購得之KALREZT M 塗層。
為了驅動升降插稍320，通常使用一種啟動器(actuator)，例如習知氣壓缸(pneumatic cylinder)或步進馬達(stepper motor)(未顯示)。步進馬達或氣壓缸驅動升降環320以向上或向下的位置移動，進而驅動該用來抬升或降低基板的升降插稍325。在一個特定的實施例中，利用三個升降插稍325(未顯示於此圖中)可將基板(未顯示)支撐在支持構件310上，此三個升降插稍係大約以120度角度分開設置並於升降環320處突出。
參照第3A圖，支持組件300可包含邊環(edge ring)305設置在支持構件310附近。邊環305可由各種材料所構成，例如是陶瓷、石英、鋁以及尤其是不銹鋼。在一個或多個實施例中，邊環305係為環狀構件，其用以覆蓋支持構件310之外部周圍且可避免支持構件310受到沈積。邊環305可位於支持構件310上或在附近，以在支持構件310之外徑與邊環305之內徑之間形成環狀淨化氣體通道334。環狀淨化氣體通道334可與貫穿形成在支持構件310與軸314內的淨化氣體導管335流體連通。較佳地，淨化氣體導管335係與淨化氣體供給(未顯示)流體連通以提供淨化氣體至淨化氣體通道334中。任何合適的淨化氣體(例如，氮氣、氬氣或氦氣)皆可單獨使用或組合使用。在操作上，淨化氣體通過導管335而進入淨化氣體通道334中，且到達設置在支持構件310上之基板的邊緣附近。因此，結合使用邊環305與淨化氣體可以避免在基板邊緣以及/或背側之沈積。
參照第3A圖與第3B圖，利用循環通過流體通道360內的流體可控制支持組件300之溫度，其中流體通道360係包埋於支持構件310之主體內。在一個或多個實施例中，流體通道360與熱傳送導管361係流體連通，該熱傳送導管貫穿設置於支持組件300之軸314內。較佳地，流體通道360係位於支持構件310之附近以提供均勻之熱傳至支持構件310的基板接收表面。流體通道360與熱傳送導管361可傳輸該熱傳送流體以加熱或冷卻支持構件310。此外，可限制循環通過流體通道360之流體以防止流體冷卻並因此幫助頂板311維持熱的狀態。此種熱狀態的維持對於清潔製程是較佳的狀況。可使用任何合適的熱傳送流體，例如水、氮氣、乙二醇或上述之混合物。支持組件300可進一步包含嵌入式熱電耦(embedded thermocouple)(未顯示)以監控支持構件310之支持表面的溫度。舉例來說，來自熱電耦的訊號可用於回饋迴路(feedback loop)中以控制在流體通道360中循環之流體的溫度或流速。
參照第3A圖，支持構件310可在反應室主體112內垂直移動，如此一來支持構件310與蓋組件200之間的距離可加以控制。感測器(未顯示)可提供關於支持構件310在反應室100內之位置的資訊。用於支持構件310之升降機構的實例係闡述於1999年9月14日發證予Selyutin等人之美國專利號5951776中，此案之名稱為「Self－Aligning Lift Mechanism」，在此係以參考方式併入上述案件之全文。
在操作上，支持構件310可升高至接近蓋組件200的附近以控制該待處理基板之溫度。而可透過分配盤225所發射的輻射加熱基板，而分配盤係由加熱元件270所控制。或者，利用由升降環320啟動之升降插稍325，亦可將基板升高離開支持構件310並接近已加熱的蓋組件200的附近。
在超過使用期限後或到達預定維修之時間時，處理反應室100之某些元件(包含上述元件)可定期地檢修、更換或清潔。這些元件通常為許多零組件，該等零組件統稱為「製程套件」(process kit)。製程套件之示範性元件可以包含，但不限於，例如噴頭225、頂板311、邊環305、襯墊133與升降插稍325。任何一個或多個元件通常係從反應室100中移開且定期或根據需求基準而加以清潔或更換。
第4A圖顯示另一個示範性蓋組件400的部分剖面圖。蓋組件400包含至少兩個堆疊的元件以形成電漿體積或腔室(cavity)於元件之間。在一個或多個實施例中，蓋組件400包含第一電極410(「上電極」)垂直設置於第二電極450(「下電極」)上方，在上述二者之間定義出電漿體積或腔室425。第一電極410係連接至功率源415，例如，RF功率供給－上，以及第二電極450係接地，上述方式可在二個電極410、450之間形成電容。
在一個或多個實施例中，蓋組件400包含一個或多個氣體入口412(在此僅顯示一個)，其至少部分形成於第一電極410之上段413內。一種或多種製程氣體係透過一個或多個氣體入口412而進入蓋組件400中。該一個或多個氣體入口412之第一端係與電漿腔室425流體連通，而第二端係連接至一個或多個上游氣體源以及/或其他氣體輸送元件上，例如，接在氣體混合器上。該一或多個氣體入口412之第一端可在擴大部份(expanding section)420之內徑430的最上端處開口朝向電漿腔室425，如第4A圖所示。同樣地，一個或多個氣體入口412之第一端可在擴大部份420之內徑430的任何高度距離上開口朝向電漿腔室425。雖然未顯示，不過兩個氣體入口412可設置在擴大部份420之相對側以產生渦漩流(swirling flow)方式或「渦流」(vortex)進入擴大部份420處，此有助於在電漿腔室425內混合氣體。關於流動方式(flow pattern)與氣體入口設置之詳細說明係闡述於2001年12月21日申請之美國專利申請號20030079686中，在此係以參考方式併入該案的完整內容。
在一個或多個實施例中，第一電極410具有可容納電漿腔室425之擴大部份420。如第4A圖所示，擴大部份420係與氣體入口412流體連通，正如上所述。在一個或多個實施例中，擴大部份420係為具有內表面或內徑430之環狀構件，該內表面或內徑係由其上層部分420A往其下層部分420B漸增。就其本身而論，第一電極410與第二電極450之間的距離係可變動。該變動之距離有助於控制在電漿腔室425內產生之電漿的形成與穩定。
在一個或多個實施例中，擴大部份420的形狀類似圓錐體或「漏斗」(funnel)，如第4A圖與第4B圖所示。第 4B圖顯示第4A圖之上電極的放大概要局部剖面圖。在一個或多個實施例中，擴大部份420之內表面430從擴大部份420的上層部分420A往擴大部份的下層部分420B逐漸傾斜。內徑430之斜率或角度可視製程需求以及/或製程限制而改變。擴大部份420之長度或高度亦可視特定的製程需求以及/或製程限制而改變。在一個或多個實施例中，內徑430之斜率、或擴大部份420之高度、或上述之二者可視製程所需的電漿體積而改變。例如，內徑430之斜率可為至少1：1、或至少1.5：1、或至少2：1、或至少3：1、或至少4：1、或至少5：1或至少10：1。在一個或多個實施例中，內徑430之斜率可由最低2：1至最高20：1的範圍內變動。
雖然圖式中未顯示，但是在一個或多個實施例中，擴大部份420可為彎曲形或弧形。例如，擴大部份420之內表面430可具有彎曲或弧形之凸面或凹面形狀。在一個或多個實施例中，擴大部份420之內表面430可具有複數片段，該等片段之形狀可為傾斜、一端較尖細、凸面或凹面。
如上所指出，由於第一電極410具有逐漸增加的內表面430，因此第一電極410的擴大部份420改變第一電極410與第二電極450之間的垂直距離。變動的距離係與電漿腔室425內的功率大小直接相關。不希望受限於特定理論，兩個電極410、450之間距離的變動可找到使電將本身維持在電漿腔室425的某些部分時(若未遍及整個電漿腔室425時)所需之功率大小。在電漿腔室425內的電漿因此 與壓力之相關性不大，此容許電漿產生並維持在較寬的操作窗口(operating window)內。就其本身而論，一種具有較高重複性與可靠性之電漿可形成於蓋組件400內。
第一電極體410可由任何製程相容材料所形成，例如鋁、氧化鋁(anodized aluminum)、鍍鎳鋁、鍍鎳鋁6061-T6、不銹鋼、以及上述之組合與合金等。在一個或多個實施例中，整個或部分的第一電極410係以鎳金屬包覆以減少不需要的微粒形成。較佳地，至少擴大部份420之內表面430係鍍上鎳金屬。
第二電極450可包含一個或多個堆疊的平板。當需要兩個或更多個之平板時，平板彼此之間應為電性連接。每個平板應包含複數個孔洞或氣體通道以使一種或多種來自電漿腔室425之氣體流過。
參照第4B圖，蓋組件400可進一步包含隔離環(isolator ring)440以使第一電極410與第二電極450之間電性隔離。隔離環440可由氧化鋁或任何其他可絕緣且製程相容之材料所製成。較佳地，隔離環440包圍或實質包圍至少上述之擴大部份420，如第4B圖所示。
參照第4A圖之特定實施例，第二電極450包含頂板460、分配盤470與阻隔板480。頂板460、分配盤470與阻隔板480係堆疊在一起且設置在蓋緣490上，該蓋緣係與反應室主體112連接，如第4B圖所示。如同此技藝之人士所熟知，鉸接組件(hinge assembly)(未顯示)可將蓋緣490連接至反應室主體112上。蓋緣490可包含嵌入式通道(channel或passage)492以容納熱傳送媒介。視製程之需求而定，熱傳送媒介可用於加熱、冷卻、或同時進行加熱與冷卻。範例的熱傳送媒介係陳述於前文中。
在一個或多個實施例中，頂板460包含複數個形成在電漿腔室425下方的氣體通道或孔洞465，以使來自電漿腔室425之氣體流經頂板。在一個或多個實施例中，頂板460可包含凹陷部分462，其用以容納至少一部份的第一電極410。在一個或多個實施例中，孔洞465係貫穿位於凹陷部分462下方之頂板460的截面。頂板460之凹陷部分462可如第4A圖所示般的為階梯狀(stair stepped)，以在其間提供較佳的密封接合(sealed fit)。此外，頂板460之外徑可加以設計，安裝或放置在分配盤470之外徑上，如第4A圖所示。諸如人造橡膠O型環463等O型環(o－ring)種類之密封墊(seal)係至少部分設置在頂板460之凹陷部分462內以確保其與第一電極410之間的液密(fluid－tight)接觸。同樣地，O型環密封墊466可在頂板460之外徑與分配盤470之間提供液密接觸。
在一個或多個實施例中，分配盤470係與上述參照第2A圖至第2C圖所述的分配盤225相同。特別地，分配盤470為實質上圓盤狀且包含複數個孔洞475或通路以輸配氣體流經其間。孔洞475之大小可加以調整且位於分配盤470之附近以提供可控制且均勻的流體分佈於具有待處理基板設置其中的反應室主體112上。
分配盤470亦可包含環狀安裝凸緣(annular mounting flange)472形成於分配盤的外徑上。安裝凸緣472之大小可加以調整以安置於蓋緣490之上表面上。諸如人造橡膠O型環等O型環種類的密封墊係至少部分設置在環狀安裝凸緣472內以確保其與蓋緣490之液密接觸。
在一個或多個實施例中，分配盤470包含一個或多個嵌入式通道(channel或passage)474，用於容納加熱器或加熱流體以控制蓋組件400之溫度。同樣地，對於上述蓋組件200，電阻式加熱元件可置入通道474內以加熱分配盤470。熱電耦可連接至分配盤470上以調節分配盤之溫度。熱電耦可用於回饋迴路中以控制施加於加熱元件上的電流，如上所述。
或者，熱傳送媒介可通過通道474。視反應室112內的製程需求，若有需要時，一個或多個流體通道474可包含冷卻媒介，以使分配盤470之溫度獲得較佳控制。如上所述，可使用任何熱傳送媒介，例如氮氣、水、乙二醇或上述之混合物。
在一個或多個實施例中，係利用一個或多個熱燈管(未顯示)以加熱蓋組件400。通常，熱燈管係安置在分配盤470之上表面附近以利用輻射加熱包含分配盤470之蓋組件400的元件。
阻隔板480係為選擇性使用的元件，且可設置在頂板460與分配盤470之間。較佳地，阻隔板480係為可移除式地安裝於頂板460之下表面上。阻隔板480應該與頂板460有良好之熱接觸和電性接觸。在一個或多個實施例中，利用螺栓(bolt)221或類似固定器可將阻隔板480連接至頂板460上。阻隔板480亦可被釘穿或以螺絲方式固定在頂板460之外徑上。
阻隔版480包含複數個孔洞485以提供複數個由頂板460至分配盤470之氣體通道。孔洞485之大小可加以調整且位於阻隔板480之附近以提供可控制且均勻的流體分佈於分配盤470上。
第4C圖顯示具有蓋組件400設置其上之反應室主體112的部分剖面圖。較佳地，擴大部份420係位於支持組件300上方的中央處，如第4C圖所示。將電漿侷限在電漿腔室425內以及該侷限電漿位於中央的位置可提供均勻且重複性的分解氣體分佈至反應室主體112中。較佳地，離開電漿體積425之氣體流經頂板460之孔洞465而到達阻隔板480之上表面處。阻隔板480之孔洞485係輸配氣體至分配盤470的背側，於分配盤背側處的氣體被進一步輸配通過分配盤470的孔洞475，爾後該等氣體方接觸位於反應室主體112的基板。
一般相信，將電漿侷限在置中的電漿腔室425中以及介於第一電極410與第二電極450之間的可變距離可在蓋組件400內產生穩定且可靠之電漿。
為了簡化與便於說明，以下將敘述一種藉由氨氣(NH3 )與三氟化氮(NF3 )氣體混合物在處理反應室100中移除氧化矽之示範性乾式蝕刻製程。相信該處理反應室100可藉著使電漿處理、基板加熱與冷卻及退火製程皆在單一製程環境中進行而對任何乾式蝕刻製程皆有利。
參照第1圖，乾式蝕刻製程的第一個步驟係為置放諸如半導體基板等基板(未顯示)於處理反應室100中。通常透過縫閥開口160而將基板置放於反應室主體112內，且設置在支持構件310的上表面上。基板係夾固於支持構件310之上表面上，且邊緣淨化氣體(edge purge)係通過通道334。較佳地，利用通過開孔312與凹槽316汲取真空以將基板夾固於支持構件310之上表面上，其中開孔與凹槽係透過導管313而與真空幫浦流體連通。若支持構件尚未位於製程位置上，則接著將支持構件310升高至反應室主體112內的製程位置上。反應室主體112係較佳地維持在介於50℃與80℃之間，較佳地在大約65℃。利用使熱傳送媒介通過流體通道113即可維持反應室主體112之溫度。
利用使熱傳送媒介或冷卻劑通過形成在支持組件300內的流體通道360，即可將基板冷卻至低於65℃，例如介於15℃與50℃之間。在一個實施例中，將基板的溫度維持低於室溫。在另一個實施例中，將基板的溫度維持在介於22℃與40℃度之間。通常，支持構件310係維持低於大約22℃以達到上述指定之基板所需溫度。為了冷卻支持構件310，冷卻劑係通過流體通道360。較佳地，可具有持續流動的冷卻劑以對支持構件310的溫度有較佳控制。冷卻劑的組成較佳為50體積%之乙二醇與50體積%之水。當然，只要基板可維持在所需溫度，可利用任何體積百分率的水與乙二醇。
氨氣與三氟化氮氣體接著被導入反應室100中以形成清潔氣體之混合物。導入反應室之每種氣體的含量係可變動且可加以調整以顧及待移除氧化層之厚度、待清潔基板之型態、電漿之體積容量、反應室主體112之體積容量、以及耦接至反應室主體112之真空系統的能力。在一個態樣中，添加氣體以提供具有氨氣與三氟化氮之分子比率為至少1：1之氣體混合物。在另一個態樣中，氣體混合物之分子比率為至少大約3：1(氨氣比三氟化氮)。較佳地，導入氨氣比三氟化氮之分子比率由5：1至30：1的氣體至反應室100中。較佳地，氣體混合物之分子比率(氨氣比三氟化氮)係由大約5：1至大約10：1。氣體混合物之分子比率(氨氣比三氟化氮)亦可落在大約10：1至大約20：1。
淨化氣體或載氣亦可添加至氣體混合物中。任何合適的淨化氣體/載氣可加以使用，例如氬氣、氦氣、氫氣、氮氣或上述之組合。通常，整體之氣體混合物中氨氣與三氟化氮約0.05體積%至約20體積%。剩下則為載氣。在一個實施例中，於導入反應性氣體之前，首先導入淨化氣體或載氣進入反應室主體112中以穩定反應室主體112內的壓力。
在反應室主體112內的操作壓力可加以改變。通常，該壓力維持在介於約500毫托與約30托之間。較佳地，該壓力維持在介於約1托與約10托之間。更佳地，在反應室主體112內的操作壓力維持在介於約3托與約6托之間。
由大約5瓦(Watts)至大約600瓦(Watts)之RF功率係施加至電極240上以激發位於氣體輸送組件220之體積261、262與263內的氣體混合物之電漿。較佳地，RF功率係小於100瓦。更佳地，功率施加時的頻率係相當低，例如小於100千赫(kHz)。較佳地，頻率係在大約50千赫至大約90千赫的範圍內。
電漿能量將氨氣與三氟化氮氣體分解成反應性物種，此等物種結合在一起以形成氣相之高度反應性的氟化銨(ammonium fluoride,NH4 F)化合物以及/或氟化氫銨(ammonium hydrogen fluoride,NH4 F．HF)。上述分子接著通過分配盤225的開孔225A而流經氣體輸送組件220以與待清潔基板表面反應。在一個實施例中，首先導入載氣至反應室100中；產生載氣之電漿；接著添加反應性氣體、氨氣與三氟化氮至電漿中。
不希望受限於特定理論，一般相信蝕刻氣體、氟化銨以及/或氟化氫銨係與氧化矽表面反應以形成六氟矽酸銨(ammonium hexafluorosilicate,(NH4 )2 SiF6 )、氨與水的產物。氨與水在製程條件時為蒸氣且可利用真空幫浦125而加以移除。特別地，在氣體經由真空端口131離開反應室100而進入真空幫浦125之前，揮發性氣體流經形成在襯墊133上的孔洞135而進入抽氣通道129。六氟矽酸銨薄膜則留在基板表面。此反應機制可概述成下列反應式：NF3 ＋NH3 → NH4 F＋NH4 F．HF＋N2 6NH4 F＋SiO2 → (NH4 )2 SiF6 ＋H2 O (NH4 )2 SiF6 ＋熱(heat) → NH3 ＋HF＋SiF4
在薄膜形成於基板表面上之後，具有基板支撐於其上的支持構件310係被升高至非常接近熱分配盤225的退火位置上。來自分配盤225的輻射熱應足以將六氟矽酸銨薄膜分解或昇華成揮發性四氟化矽(SiF4 )、氨與氟化氫產物。利用上述之真空幫浦125以由反應室100中移除揮發性產物。通常，使用75℃或更高的溫度以有效地昇華與移除基板上之薄膜。較佳地，可使用100℃或更高的溫度，例如介於約115℃與約200℃之間的溫度。
將六氟矽酸銨薄膜分解成揮發性成分的熱能量係由分配盤225對流傳導或輻射所提供。如上所述，加熱元件270直接連接至分配盤225上，並啟動該加熱元件將該分配盤225以及與該加熱元件熱接觸之元件加熱至介於75℃至250℃的溫度。在一個態樣中，分配盤225係加熱至介於100℃與150℃的溫度間，例如大約120℃。
可用各種方式以達成升高基板的動作。例如，升降機構330可朝向分配盤225下表面的方向升高支持構件310。在升降步驟過程中，基板係固定在支持構件310上，例如藉由上述的真空夾盤或靜電夾盤。或者，透過升降環320升高升降插稍325，可將基板抬升離開支持構件310並置於非常接近熱分配盤225處。
具有薄膜於其上之基板的上表面與分配盤225之間的距離並非關鍵因素，那只是在一般實驗上需要處理的事情。熟習此技藝人士能輕易決定可有效氣化薄膜且不會傷害下層基板之所需間隔。然而，一般相信，介於大約0.254毫米(10密爾)與5.08毫米(200密爾)之間的間距係為上述之有效距離。
一旦將薄膜由基板上移除，反應室即被清洗與排空。利用降低基板至傳送位置、使基板離開夾盤(de－chucking)以及傳送基板通過縫閥開口160，清潔的基板可由反應室主體112中移除。
在每處理大約1000片基板之後，反應室主體需要加以清潔。藉由抬升該支持構件310至升高的位置上可進行反應室主體112的清潔製程。升高的位置為介於支持構件310與分配盤之間大約0.100英吋或更小的距離。利用來自分配盤225之熱輻射、或利用電阻式加熱支持構件、或供應熱流體至支持構件310的流體通道內，可加熱支持構件310。較佳地，進入冷卻流體通道的流體入口係受阻隔。
導入具有高熱傳導的氣體(例如，氫氣、氦氣、與氬氣的混合物)通過氣體分配盤225。加熱該支持構件310有助於解離或昇華水與六氟矽酸銨((NH4 )2 SiF6 )薄膜成揮發性四氟化矽(SiF4 )、氨與氟化氫產物。利用上述之真空幫浦125以由反應室100中移除揮發性產物。此外，可產生電漿以進一步幫助清潔。當氣化沈積物流經排放系統時，電漿可避免諸如氧化矽等副產物發生重組。
通常，使用100℃或更高的溫度以有效地昇華與移除反應室中的沈積物。可在大約一個小時內達到大約100℃的溫度，以及可在大約3個小時內達到140℃的溫度。較佳地，可利用100℃或更高的溫度，例如介於大約115℃與約200℃之間的溫度。當打開阻隔的流體入口以導入冷卻流體返回系統而完成清潔製程時，可使支持構件310在大約半小時內達到大約35℃的溫度。
阻隔通往支持構件310的流體入口會在支持構件310的上層部分與支持構件的底座之間產生溫度梯度。最接近氣體分配盤之支持構件310的溫度可達到大約140℃，而支持構件310之底座可相當穩定地維持在大約周圍環境的溫度。
具有薄膜於其上之基板的上表面與分配盤225之間的距離係加以選定以有效地氣化薄膜而不會傷害下層基板。視製程的條件可選定介於大約0.254毫米(10密爾)與5.08毫米(200密爾)之間的間隔距離。
系統控制器(未顯示)可用以調節處理反應室100之運作。系統控制器可在儲存於電腦硬碟中的電腦程式的控制下而運作。舉例來說，電腦程式能夠支配製程程序與時序、氣體之混合、反應室壓力、RF功率大小、基座位置、縫閥開啟與關閉、晶圓冷卻以及特定製程的其他參數。介於使用者與系統控制器之間的界面可透過CRT監視器與光筆(未顯示)而形成。在一個較佳的實施例中係使用兩個監視器；一個內建於清潔室牆壁上以供操作者使用；而另一個監視器則位於牆壁後以供維修技術員使用。較佳的情況為兩個監視器可同時顯示相同資訊，但是只有一枝光筆可作用。在尖端處有光感測器的光筆可偵測由CRT顯示器發射的光。為了選定特定螢幕或功能，操作者可以碰觸顯示器螢幕的指定區域並按下光筆上的按鈕。顯示器螢幕一般係利用改變其顯示狀態以確認在光筆與觸控區域之間的聯繫，顯示狀態的改變例如是反白(highlight)或顏色、或顯示新的選單或螢幕等。
利用在系統控制器上運作的電腦程式產品以執行各種製程。電腦程式碼可以任何習知電腦可讀的程式語言所撰寫，例如68000組合語言、C、C＋＋、或Pascal。利用習知的文字編輯器，可輸入合適的程式碼至單一檔案或多個檔案中，以及儲存或嵌入於電腦可使用的媒介中，例如電腦的記憶體系統。若輸入的程式碼文字為高階語言，則程式碼可加以編譯，且產生的編譯程式碼接著係與預編譯之函式庫常式的目的碼(object code)連結。系統使用者調用目的碼以執行連結之已編譯目的碼，此動作造成電腦系統下載程式碼於記憶體中，而CPU由記憶體中讀取並執行程式碼以完成程式中指定的任務。
第5A圖至第5H圖係為利用本發明中所述之乾式蝕刻製程與處理反應室100以形成主動式電子元件(例如，MOSFET結構500)之製作程序的截面概要圖。參照第5A圖至第5H圖，範例的MOSFET結構可形成於半導體材料上，例如矽或砷化鎵結構525。較佳地，結構525為具有<100>結晶方向以及直徑為150毫米(6英吋)、200毫米(8英吋)或300毫米(12英吋)之矽晶圓。通常，MOSFET結構包含下列之組合：(i)介電層，例如二氧化矽、有機矽酸鹽(organosilicate)、碳摻雜氧化矽、磷矽酸鹽玻璃(phosphosilicate glass,PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass,BPSG)、氮化矽或上述之組合；(ii)半導體層，例如摻雜多晶矽、與n型或p型摻雜單晶矽；以及(iii)由金屬層或金屬矽化物(metal silicide)形成的電性接觸與內連線，例如鎢(tungsten)、鎢矽化物(tungsten silicide)、鈦(titanium)、鈦矽化物(titanium silicide)、鈷矽化物(cobalt silicide)、鎳矽化物(nickel silicide)或上述之組合。
參照第5A圖，藉由形成電性絕緣結構以開始製作主動式電子元件，此結構可使主動式元件與其他元件電性絕緣。數種電性絕緣結構係闡述於由S.M.Sze撰寫、McGraw－Hill出版社在1988年出版之第二版的VLSITechnology一書中的第11章，並納入此處以供參考。有個說法為具有厚度大約2000埃的場氧化層(field oxide layer)(未顯示)係首先成長在整個基板525上，以及該氧化層之部分係被移除以形成可包圍住暴露區域的場氧化阻障層545A、545B，其中該裝置的電子主動式元件係形成於該暴露區域中。暴露區域係經熱氧化作用以形成具有厚度由大約50埃至大約300埃的薄閘極氧化層550。接著沈積、圖案化以及蝕刻多晶矽層以產生閘電極555。多晶矽閘電極555之表面可再次氧化以形成絕緣介電層560，所產生的結構係繪示於第5A圖中。
參照第5B圖，接著利用合適的摻雜物原子摻雜合適區域以形成源極與汲極570A、570B。例如，在p型基板525上，係使用包含砷或磷的n型摻雜物物種。通常，藉由離子佈植機執行摻雜步驟，此摻雜可以包含，例如具有能量約30至80千電子伏特(Kev)且濃度約為1013 原子/平方公分(atoms/cm2 )的磷(31 P)、或具有能量約10至100千電子伏特(Kev)而劑量大約由1015 至1017 原子/平方公分(atoms/cm2 )的砷(75 As)。在佈植製程之後，例如，藉由在快速熱處理(rapid thermal processing,RTP))設備中加熱基板而將摻雜物驅入基板525中。之後，在習知的剝除製程中將覆蓋源極與汲極區570A、570B之氧化層550剝除以移除任何因佈植製程而產生在氧化層中的雜質，而上述步驟產生的結構係繪示於第8B圖中。
參照第5C圖與第5D圖，藉由使用二氫化矽(SiH2 )、氯氣(Cl2 )以及氨氣(NH3 )之低壓化學氣相沈積(LPCVD)以沈積氮化矽層575於閘電極555與基板525之表面上。使用反應性離子蝕刻(RIE)技術蝕刻氮化矽層575以形成氮化物間隙壁(nitride spacers)580於閘電極555之側壁上，如第5D圖所示。間隙壁580係使形成在閘極555之頂表面上的矽化物層與沈積在源極570A與汲極570B上的其他矽化物層電性隔離。應先聲明的是，電性絕緣之側壁間隙壁580與上層可由其他材料製作而成，例如氧化矽。用於形成側壁間隙壁580之氧化矽層通常係由溫度在大約600℃至大約1000℃範圍內的四乙氧基矽烷(teraethoxysilane,TEOS)進料氣體並搭配CVD或PECVD製程沈積而成。
參照第5E圖，在製程前後將矽表面暴露至大氣環境中會產生原生氧化矽層585於暴露的矽表面上。在閘極555、源極570A、與汲極570B上形成導電金屬矽化物接觸之前，就必須先移除原生氧化矽層585，以改進所形成之金屬矽化物的合金化反應(alloying reaction)與導電性。原生氧化矽層585會增加半導體材料的電阻，而對後續沈積之矽層與金屬層的矽化反應(silicidation reaction)有不利的影響。因此，在形成用於內部連線主動式電子元件之金屬矽化物接觸或導體之前，必須利用乾式蝕刻製程移除原生氧化矽層585。乾式蝕刻製程移除原生氧化矽層585以暴露源極570A、汲極570B與閘電極555之頂表面，如第5F圖所示。
之後，如第5G圖所示，PVD濺鍍製程係用以沈積一層金屬層590。接著用傳統爐管退火(furnace annealing)來退火金屬與矽層，以形成金屬矽化物的區域，其中金屬層590在此區域中與矽接觸。通常，退火製程是在分開的製程系統中進行。因此，保護用的覆蓋層(cap layer)(未顯示)可沈積在金屬層590上。覆蓋層通常為氮化物材料且可包含一種或多種材料，其選自由氮化鈦(titanium nitride)、氮化鎢(tungsten nitride)、氮化鉭(tantalum nitride)、氮化鉿(hafnium nitride)、與氮化矽所組成之群。覆蓋層可利用任何沈積製程而加以沈積，較佳地係利用PVD製程。
接下來，如同第5I圖所示般，沈積巨量金屬(bulk metal)以作為巨量填充535。巨量金屬可為鎢或一些其他金屬。
退火通常涉及在氮氣的環境中加熱基板500至介於600℃與800℃之間的溫度約30分鐘。或者，利用快速熱退火製程以形成金屬矽化物595，在此製程中係將該結構500快速加熱至大約1000℃並維持大約30秒。合適的導電金屬包含鈷、鈦、鎳、鎢、鉑與任何具有低接觸電阻且可在多晶矽與單晶矽上形成可靠金屬矽化物接觸的其他金屬。
金屬層590之未反應部分可藉由使用王水(aqua regia)(鹽酸與硝酸)的濕式蝕刻而加以移除，而不損及金屬矽化物595、間隙壁580或場氧化物545A、545B，而能在閘極555、源極570A、與汲極570B上留下自我對準的金屬矽化物接觸595，如第5H圖所示。之後，可沈積包含諸如氧化矽、BPSG、或PSG等絕緣覆蓋層(insulating cover layer)於電極結構上。在CVD反應室中利用化學氣相沈積的方法可沈積絕緣覆蓋層，在反應室中，該材料由低壓或大氣壓之進料氣體所凝聚而成，有關上述製程的實例係闡述於1996年3月19日獲證之共同受讓的美國專利號5500249中，在此係以參考方式併入上述案件之內容。之後，結構500在玻璃轉換溫度下進行退火以形成平滑的平坦化表面。
在一個或多個實施例中，處理反應室100可整合至多製程平台中，例如EnduraT M 平台，此平台可由位於加州聖塔克拉拉之Applied Material公司購得。上述之製程平台能夠進行數種製程操作而不需打破真空。EnduraT M 平台之詳細說明係闡述於1999年11月30日申請之共同受讓的美國專利申請號09/451628中，該案名稱為「Integrated Modular Processing Platform」，在此係以參考方式併入該案之內容。
第6圖係為範例的多反應室(multi－chamber)製程系統600之概要上視圖。系統600可包含一個或多個負載閉鎖室602、604，用以傳送基板進出系統600。通常，因為系統600處於真空環境，負載閉鎖室602、604可對導入系統600之基板「抽氣(pump down)」。第一機械手臂610可在負載閉鎖室602、604以及第一組之一個或多個基板處理反應室612、614、616、618(圖式中顯示四個反應室)之間傳送基板。每個處理反應室612、614、616、618可加以裝配以執行一些基板製程操作，該製程操作包含本文中所述的乾式蝕刻製程以及循環層沈積(cyclical layer deposition,CLD)、原子層沈積(ALD)、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)、蝕刻、預清潔、除氣(degas)、定位與其他基板製程。
第一機械手臂610亦可傳送基板進出一個或多個傳送反應室622、624。傳送反應室622、624可用以維持超高真空條件，而允許在系統600內部傳送基板。第二機械手臂630可在傳送室622、624以及第二組之一個或多個處理反應室632、634、636、638之間傳送基板。類似處理反應室612、614、616、618，每個處理反應室632、634、636、638可加以裝配以執行各種基板製程操作，包含本文中所述的乾式蝕刻製程以及循環層沈積(cyclical layer deposition,CLD)、原子層沈積(ALD)、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)、蝕刻、預清潔、除氣(degas)、定位等等。若系統600不需要執行特定製程時，任何的基板處理反應室612、614、616、618、632、634、636、638可由系統600中移除。
用於形成第5A圖至第5H圖之MOSFET結構的示範性多製程系統600可以包含兩個上述處理反應室100、兩個用來沈積金屬500的物理氣相沈積室以及兩個用來沈積選用性的覆蓋層(未顯示)的物理氣相沈積室。第6圖中顯示之處理反應室612、614、616、618、632、634、636、638中的任何一者代表PVD反應室以及/或處理反應室100。
雖然上述的製程程序係與形成MOSFET元件相關，但是本文中所述的乾式蝕刻製程亦可用以形成具有其他金屬矽化物層(例如，鎢、鉭、鉬之矽化物)的半導體結構與元件。清潔製程亦可在沈積不同金屬層之前使用，該金屬層包含，例如，鋁、銅、鈷、鎳、矽、鈦、鈀、鉿、硼、鎢、鉭、或上述之混合物。
第7圖顯示製程反應室700實施例之部分剖面圖。在此實施例中，處理反應室700包含設置在反應室主體712上端之蓋組件701，以及至少部分設置在反應室主體712中的支持組件710。處理反應室亦包含遠端電漿產生器740，其具有U型截面之遠端電極(remote electrode)，此部分將在第8圖中進一步闡述。反應室700與相關硬體較佳由一種或多種製程相容材料所形成，例如鋁、氧化鋁(anodized aluminum)、鍍鎳鋁、鍍鎳鋁6061－T6、不銹鋼、以及上述之組合與合金等。
支持組件710係至少部分設置在反應室主體712內。支持組件710係利用以風箱733圍住的軸(未顯示)來升高與降低。反應室主體712包含縫閥760，其形成在反應室的側壁上以提供進出反應室700內部之存取口。縫閥760係選擇性地打開與關閉以利用晶圓固持機械手臂(未顯示)進出反應室主體712的內部。晶圓固持機械手臂係為此技藝之人士所熟知的技術，且任何合適的機械手臂皆可加以利用。在一個實施例中，透過縫閥開口760以將晶圓傳輸進出處理反應室700並進入鄰近的傳送室以及/或負載閉鎖室(未顯示)或其他在群集工具(cluster tool)中的反應室中。示範性的群集工具包含，但不限於，PRODUCERT M 、CENTURAT M 、ENDURAT M 、與ENDURASLT M 平台，上述平台皆可在位於加州聖塔克拉拉之Applied Material公司購得。
反應室主體亦包含通道(未顯示)形成於其中，用以使熱傳送流體在其間流動。熱傳送流體可為加熱流體或冷卻劑且可用以在製程與基板傳送過程中控制反應室主體712之溫度。反應室主體712之溫度係為避免氣體或副產物凝結在反應室壁上之重要因素。範例之熱傳送流體包含水、乙二醇、或上述之混合物。範例的熱傳送流體亦可包含氮氣。
反應室主體712進一步包含襯墊733，其包圍支持組件710且為可移除式元件以供維修與清潔。襯墊733較佳由金屬所製成，例如鋁或陶瓷材料。然而，任何製程相容材料皆可使用。襯墊733可加以噴珠處理以增加任何沈積其上之材料的附著性，藉此避免任何會導致處理反應室700污染之材料的剝落。襯墊733通常包含一個或多個孔洞735與一抽氣通道729形成於其中，此抽氣通道可與真空系統流體連通。孔洞提供氣體進入抽氣通道729之流動路徑，以及該抽氣通道提供貫穿襯墊733之流動路徑，使得氣體可離開反應室700。
真空系統包含真空幫浦(未顯示)與節流閥(未顯示)，以調節在反應室700內的氣體流動。真空幫浦耦接至設置在反應室主體712上之真空端口(未顯示)，且與形成在襯墊733中之抽氣通道729流體連通。利用節流閥來選擇性地隔離真空幫浦與反應室主體712，以調節在反應室700內的氣體流動。「氣體」與「複數種氣體」可互換使用，除非特別註明，否則「氣體」可指一種或多種前驅物、反應劑、催化劑、載體、淨化物、清潔物、或上述之組合、以及任何被導入反應室主體712內的其他流體。
蓋組件701包含數個元件，其中一元件係堆疊在另一個元件的頂部。例如，蓋組件701包含蓋緣711、氣體輸送組件720與頂板750。蓋緣711被設計成可支撐構成蓋組件701之元件的重量，且蓋緣係透過鉸接組件(hinge assembly)(未顯示)而連接至反應室主體712之上表面上，以提供對反應室內部零件的存取。氣體輸送組件720係連接至蓋緣711之上表面且可與蓋緣之間有最小熱接觸。蓋組件701之零件係較佳地由具有高熱傳導與低熱阻之材料所構成，例如具有高度磨光表面(highly finished surface)的鋁合金。較佳地，零件的熱組係小於大約5x10－ 4 m2 K/W。
進一步考慮氣體輸送組件720，氣體輸送組件720包含氣體分配盤或噴頭。氣體供給面板(未顯示)通常用以提供一種或多種氣體至反應室700中。視反應室700中所進行的一種或多種製程而決定所使用之特定的一種或多種氣體。舉例來說，典型的氣體包含一種或多種前驅物、反應劑、催化劑、載體、淨化物、清潔物或任何上述之混合物或組合。通常，一種或多種氣體被導入反應室700且進入蓋組件701中，並接著經過氣體輸送組件720而進入反應室主體712中。以電子方式操作的閥門以及/或流體控制機構(未顯示)可用以控制由氣體供給進入反應室700之氣體流動。
在一個態樣中，氣體由氣體盒(gas box)(未顯示)輸送至反應室700中，該氣體線路在反應室中分成兩條獨立的氣體線路，以如上所述般地將氣體進料至反應室主體712中。視製程而定，任何數量的氣體可以此方式輸配且可在反應室700中或在輸配至反應室700前進行混合。
仍參照第7圖，蓋組件可進一步包含電極740以產生反應性物種之電漿於蓋組件701內。在此實施例中，電極740係安置於頂板750上且與其電性隔離。例如，隔離物填料環(未顯示)可設置在電極740之下層部分附近，用於分隔電極740與頂板750。環狀隔離物(未顯示)係設置在隔離物填料環之下層部分附近且位於頂板750的上表面上，如第1圖所示。環狀隔離物(未顯示)接著設置在電極740上層部分之周圍，使得電極740係與蓋組件701之其他所有零件電性隔離。每個環－隔離物填料環與環狀絕緣體－可由氧化鋁或任何其他絕緣、製程相容之材料所製成。
電極740係耦接至功率源(未顯示)上，而氣體輸送組件720係接地。因此，一種或多種製程氣體之電漿可在介於電極740與氣體輸送組件720之間的體積中被激發。在由阻隔板所形成的體積內亦可容納電漿。若阻隔板組件不存在時，電漿可在介於電極740與氣體輸送組件720之間被激發並維持。在另外的實施例中，電漿係良好的侷限或維持在蓋組件701中。
任何可活化氣體成為反應性物種以及可維持反應性物種之電漿的功率源皆可加以利用。例如，以射頻(RF)、直流電(DC)或微波(MW)為主之功率放電技術可加以利用。此活化作用亦可利用以熱為主之技術、氣體崩潰技術、高密度光源(如，紫外光能量)、或暴露在X射線源下而產生。二者擇一地，可利用諸如遠端電漿產生器等遠端活化源以產生反應性物種之電漿，並接著輸配此電漿至反應室700中。範例的遠端電漿產生器係可於，例如，MKS Instruments公司與Advanced Energy Industries公司所購得。較佳地，RF功率供給係耦接至電極740上。
視製程氣體與欲於處理反應室700中所進行的操作來決定是否加熱氣體輸送組件720。在一個實施例中，諸如電阻式加熱器等加熱元件770可耦接至氣體輸送組件720上。在一實施例中，加熱元件770為管狀構件並被壓固於氣體輸送組件720之上表面內。氣體輸送組件720之上表面包含具有寬度稍微小於加熱元件770之外徑的溝槽或凹陷通道，使得可利用干涉配合(interference fit)而將加熱元件770固定在溝槽內。
因為包含氣體輸送組件720與阻隔物組件在內等輸送組件720之每個零件之間係彼此導電性耦合，所以加熱元件770可調節氣體輸送組件720之溫度。此處理反應室之額外說明係闡述於2005年2月22日申請之美國專利申請號11/063645中，在此係以參考方式併入該案之內容。
第8圖繪示遠端電漿產生器840之元件。入口841供給氣體至產生器840中。絕緣體842將電極843與接地844絕緣。反應室845提供一個區域予電漿進行激發並流向閥門846。閥門係與混合區域流體連通，其中該混合區域係連結至額外的氣體供給848。電漿與氣體可由閥門846流至蓋組件。U型電極843與反應室845具有幾何特性(geometerial properties)，並可依比率加以定義。例如，電極表面積與反應室體積之比率係高於該些被覆蓋在圓柱形或矩形反應室內且具有類似尺寸(例如電極與反應室之高度與寬度)的習知柱形、球形或矩形電極。再者，使用U型電極時的電極表面積與反應室壁表面積之比率係高於使用該些被覆蓋在圓柱形或矩形反應室內且具有類似尺寸(例如電極與反應室之高度與寬度)的習知柱形、球形或矩形電極。
在超過使用期限後或到達預定維修之時間時，可定期地檢修、更換或清潔處理反應室700之某些上述元件。這些元件通常為許多零組件，該等零組件統稱為「製程套件」。更特定地，製程套件的元件範例可以包含，但不限於，例如氣體輸送組件720、頂板(未顯示)、邊環(未顯示)、襯墊733與升降插稍(未顯示)。任何一個或多個元件係通常從反應室700中移開且定期或根據需求基準而加以清潔或更換。
還有，處理反應室700可整合至多重製程平台中，例如EnduraT M 平台，此平台可由位於加州聖塔克拉拉之Applied Material公司購得。上述之製程平台能夠進行數種製程操作而不需打破真空。EnduraT M 平台的詳細說明係闡述於共同受讓之美國專利號6588509中，在此係以參考方式併入此專利之內容。
為了簡化與便於說明，以下將敘述藉由氨氣(NH3 )與三氟化氮(NF3 )氣體混合物在處理反應室700中移除氧化矽的另一種示範性乾式蝕刻製程。相信該處理反應室700可藉著使電漿處理、基板加熱與冷卻及退火製程皆在單一製程環境中進行而對任何乾式蝕刻製程皆有利。
參照第7圖，乾式蝕刻製程的第一個步驟係為置放基板(未顯示)於反應室700中，例如該基板可以是半導體基板。基板通常透過縫閥760而置放於反應室主體712內，且設置在支持構件710的上表面上。基板被夾固於支持構件710之上表面上。較佳地，利用透過開孔與凹槽汲取真空以將基板夾固於支持構件710之上表面上，其中開孔與凹槽係透與真空幫浦流體連通。若支持構件尚未位於製程位置上，則需將支持構件710升高至反應室主體712內的製程位置上。反應室主體712溫度較佳地維持在介於約50℃與約80℃之間，更佳地大約65℃。藉由使熱傳送媒介通過反應室主體712之室壁以維持反應室主體712的溫度。
利用使熱傳送媒介或冷卻劑通過形成在支持組件710內的流體通道(未顯示)，將基板冷卻至低於65℃，例如介於約15℃與約50℃之間。在一實施例中，將基板的溫度維持低於室溫。在另一個實施例中，基板維持在介於約22℃與約40℃的溫度之間。通常，支持構件710係維持低於大約22℃，以達到上述指定之基板所需溫度。冷卻劑通過在支持構件710中的流體通道，以冷卻支持構件710。較佳地，可具有持續流動的冷卻劑以對支持構件710的溫度有較佳控制。冷卻劑的組成較佳地為50體積%之乙二醇與50體積%之水。當然，只要基板可維持在所需溫度，可利用任何體積濃度百分率的水與乙二醇。
氨氣與三氟化氮氣體接著被導入反應室700中以形成清潔氣體混合物。導入反應室之每種氣體的含量係可變動且可加以調整以顧及待移除氧化層之厚度、待清潔基板之型態、電漿之體積容量、反應室主體712之體積容量、以及耦接至反應室712之真空系統的能力。在一個態樣中，添加氣體以提供具有氨氣與三氟化氮之分子比率為至少1：1之氣體混合物。在另一個態樣中，氣體混合物之分子比率至少為大約3：1(氨氣比三氟化氮)。較佳地，導入至反應室700中之該等氣體的分子比率介於約5：1(氨氣比三氟化氮)至大約30：1之間。更佳地，氣體混合物之分子比率係由大約5：1(氨氣比三氟化氮)至大約10：1之間。氣體混合物之分子比率亦可介於大約10：1(氨氣比三氟化氮)與大約20：1之間。
淨化氣體或載氣亦可添加至氣體混合物中。任何合適的淨化氣體/載氣可加以使用，例如氬氣、氦氣、氫氣、氮氣或上述氣體之混合物。通常，在整體氣體混合物中氨氣與三氟化氮體積約佔0.05體積%至約20體積%。剩下則為載氣。在一個實施例中，於導入反應性氣體之前，首先導入淨化氣體或載氣進入反應室主體712中以穩定反應室主體712內的壓力。
在反應室主體712內的操作壓力可加以改變。通常，該壓力維持在介於約100毫托至約30托之間。較佳地，該壓力維持在介於約200托與約5托之間。
由大約5瓦至大約600瓦之RF功率係施加至電極840上以激發位於氣體輸送組件720內的氣體混合物之電漿。較佳地，RF功率係小於約100瓦。更佳地，功率施加時的頻率係相當低，例如小於約200千赫。
電漿能量將氨氣與三氟化氮氣體解離成反應性物種，此等反應性物種結合在一起以形成氣相之高度反應性的氟化銨(ammonium fluoride,NH4 F)化合物以及/或氟化氫銨(ammonium hydrogen fluoride,NH4 F．HF)。上述分子接著通過開孔(未顯示)而流經氣體輸送組件720以與待清潔的基板表面反應。在一個實施例中，首先導入載氣至反應室700中；產生載氣之電漿；接著添加反應性氣體、氨氣與三氟化氮至電漿中。
不希望受限於特定理論，一般相信蝕刻氣體、氟化銨(NH4 F)以及/或氟化氫銨(NH4 F．HF)係與氧化矽表面反應以形成六氟矽酸銨(ammonium hexafluorosilicate,(NH4 )2 SiF6 )、氨與水的產物。氨與水在製程條件時為蒸氣且可藉由真空幫浦而從反應室700中移除。更明確而言，揮發性氣體流經形成在襯墊733上的孔洞735而進入抽氣通道729，爾後氣體經由真空端口(未顯示)離開反應室700而進入真空幫浦。六氟矽酸銨薄膜則留在基板表面。反應機制可概述成下列反應式：NF3 ＋NH3 → NH4 F＋NH4 F．HF＋N2 6NH4 F＋SiO2 → (NH4 )2 SiF6 ＋H2 O (NH4 )2 SiF6 ＋熱(heat) → NH3 ＋HF＋SiF4
在薄膜形成於基板表面上之後，具有基板支撐於其上的支持構件710係被升高至非常接近熱的氣體輸送組件720的退火位置上。來自氣體輸送組件720之輻射熱需足以將六氟矽酸銨薄膜分解或昇華成揮發性四氟化矽(SiF4 )、氨與氟化氫產物。隨後，利用上述之真空幫浦移除反應室700中的揮發性產物。
將六氟矽酸銨薄膜分解成揮發性成分的熱能量係由氣體輸送組件720對流傳導或輻射所提供。其上具有薄膜的基板上表面與氣體輸送組件720之間的距離並非關鍵因素而只是一般常規實驗上的事情。熟習此技藝人士能輕易決定可有效氣化薄膜且不會傷害下層基板所需間距。然而，一般相信，介於大約0.254毫米(10密爾)與5.08毫米(200密爾)之間的間隔係為有效間距。
一旦將薄膜由基板上移除，反應室即被清洗與排空。利用降低基板至傳送位置、使基板離開夾盤(de－chucking)以及傳送基板通過縫閥760，使已清潔的基板可由反應室中移除。
控制器(未顯示)可調節反應室之操作。系統控制器可在儲存於電腦硬碟中的電腦程式的控制下而運作。電腦程式能夠支配一特定製程的製程程序與時序、氣體之混合、反應室壓力、RF功率大小、基座位置、縫閥開啟與關閉、晶圓冷卻以及其他參數。介於使用者與系統控制器之間的界面較佳地係透過CRT監視器與光筆(未顯示)而形成。在一個較佳的實施例中係使用兩個監視器；一個係內建於清潔室牆壁上以供操作者使用；而另一個監視器則位於牆壁後以供維修技術員使用。
為了對前述討論有更佳的瞭解，係提供以下非限制性(non－limiting)實例。雖然此實例與特定的實施例相關，但是不應以任何特定態樣解讀此實例而限制本發明。
實例
在蝕刻過程中，導入2 sccm的三氟化氮(NF3 )、10 sccm的氨氣與2500 sccm的氬氣之氣體混合物進入反應室中。使用100瓦之功率以激發氣體混合物之電漿。底部的淨化氣體為1500 sccm的氬氣，以及邊緣的淨化氣體為50 sccm的氬氣。反應室壓力係維持在約6托，且基板溫度約為22℃。基板的蝕刻時間為120秒。
在後續的退火過程中，間距為750密爾且蓋組件的溫度為120℃。基板的退火時間大約為60秒。大約50埃的材料係由基板表面上移除。沒有發現退火的影響。膜沈積速率係約每秒鐘0.46埃(28埃/分鐘)。在蝕刻50埃的材料時，所觀察到的蝕刻均勻性係大約為5%。
本清潔方式的優點包含不需要額外的製程設備且不需要開啟反應室以進行濕式清潔。本製程不會有濕式清潔所需的持續監控或人力密集、時間延遲等。也就是，使用升高的基座搭配阻隔冷卻流體入口所需的清潔時間大約為5小時，相較之下，加熱該基座冷卻流體之清潔系統則需要二天至三天的時間。
除非另外指出，否則所有表示組成的數量、特性、反應條件以及使用於說明書與專利範圍中之數字係為幫助瞭解所用的近似數值。這些近似數值係根據該些試圖由本發明來得到的想要特性以及測量誤差而來，且至少應該按照回報之有效數字的數植以及利用一般取整數的方式(rounding techniques)來解讀。再者，任何在本文中所表達的數量，包含溫度、壓力、間距、莫耳比、流速等等，可進一步最佳化以達到所需的蝕刻選擇性以及微粒表現。
雖然前文已闡述本發明之具體實施例，在不悖離本發明之基本精神與範圍下，當可設計出本發明之其他具體實施例，且本發明之範圍係由後附之申請專利範圍所界定。
100．．．處理反應室
112．．．反應室主體
200．．．蓋組件
300．．．支持組件
160．．．縫閥
133．．．襯墊
129．．．抽氣通道
135．．．孔洞
131．．．真空端口
125．．．真空幫浦
127‧‧‧節流閥
113‧‧‧通道
140‧‧‧製程區
210‧‧‧蓋緣
220‧‧‧氣體輸送組件
225‧‧‧氣體分配盤
222‧‧‧環狀安裝凸緣
223‧‧‧氣體入口
233‧‧‧阻隔板
240‧‧‧電極
242‧‧‧環狀隔離物
243‧‧‧環狀絕緣體
272‧‧‧熱電耦
250‧‧‧頂板
270‧‧‧加熱元件
300‧‧‧支持組件
305‧‧‧邊環
310‧‧‧支持構件
311‧‧‧頂板
313‧‧‧真空導管
314‧‧‧軸
320‧‧‧升降環
325‧‧‧升降插稍
333‧‧‧風箱
335‧‧‧淨化氣體導管
360‧‧‧流體通道
400‧‧‧蓋組件
420‧‧‧擴大部份
410‧‧‧第一電極
440‧‧‧隔離環
465‧‧‧孔洞
475‧‧‧孔洞
480‧‧‧阻隔板
490‧‧‧蓋緣
500‧‧‧基板
550‧‧‧氧化層
555‧‧‧閘電極
560‧‧‧絕緣介電層
570A、570B‧‧‧源極與汲極
580‧‧‧間隔物
602、604‧‧‧負載閉鎖室
640‧‧‧第一機械手臂
701‧‧‧蓋組件
710‧‧‧支持構件
712‧‧‧反應室主體
720‧‧‧氣體輸送組件
711‧‧‧蓋緣
729‧‧‧抽氣通道
760．．．縫閥
750．．．頂板
770．．．加熱元件
841．．．入口
840．．．遠端電漿產生器
842．．．絕緣體
844．．．地線
845．．．反應室
本發明以上所列舉之特徵，已在上述之說明文字中輔以圖式做更詳細與更特定之闡述。然而需聲明的是本發明附加之圖式僅為代表性實施例，並非用以限定本發明之範圍，其他等效之實施例仍應包含在本發明之範圍中。
第1A圖顯示用於加熱、冷卻與蝕刻之處理反應室100的部分剖面圖；第1B圖顯示設置在第1A圖處理反應室中之示範性襯墊的放大概要圖；第2A圖顯示示範性蓋組件之放大剖面圖，此蓋組件可設置在第1A圖所示之反應室主體的上端；第2B圖與第2C圖顯示第2A圖中氣體分配盤之放大概要圖；第3A圖顯示示範性支持組件之部分剖面圖，此支持組件係至少部分設置在第1A圖之反應室主體112內；第3B圖顯示第3A圖之示範性支持構件300之放大的部分剖面圖；第4A圖顯示另一個示範性蓋組件400的概要剖面圖；第4B圖顯示第4A圖之上電極之放大概要、部分剖面圖；第4C圖顯示利用第4A圖之蓋組件400的示範性處理反應室100之部分剖面圖；第5A圖至第5I圖係用於形成示範性主動電子元件－例如，MOSFET結構－之製作程序的截面概要圖；第6圖係用以進行多重處理運作之多反應室(multi－chamber)處理系統之概要圖；第7圖為具有遠端電漿產生器之處理反應室100的一可供選擇實施例之部分剖面圖；第8圖為遠端電漿產生器之剖面圖。
100．．．處理反應室
131．．．真空端口
112．．．反應室主體
125．．．真空幫浦
200．．．蓋組件
140．．．製程區
300．．．支持組件
210．．．蓋緣
160．．．縫閥
220．．．氣體輸送組件
133．．．襯墊
225．．．氣體分配盤
129．．．抽氣通道
135．．．孔洞

Claims (40)

  1. 一種用於處理一基板之處理反應室，包含：一反應室主體，定義一製程區域；一支持組件，至少部分設置在該反應室主體內，且適於支撐在該製程區域內之一基板；以及一電漿源，其具有一柱狀電極(cylindrical electrode)以及一接地電極，該等電極定義出與該製程區域連通之一電漿區域，其中該柱狀電極具有一內側擴大部份安置該電漿區域，其中該擴大部份係一環狀構件，其具有一內徑自一上層部分往一下層部分逐漸增加。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之反應室，其中該接地電極係一杯狀(cup-shaped)電極，其與該柱狀電極分隔設置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之反應室，其中該柱狀電極係耦接至一射頻源、一微波源、一直流電源或一交流電源。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之反應室，其中該柱狀電極係耦接至一射頻源。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之反應室，其中該接地電極之表面積係大於該柱狀電極之表面積。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之反應室，其中該接地電極係位於該柱狀電極之下方。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之反應室，更包含一或多個流體通道，用於使一熱傳送媒介流動通過該支持組件，且進入該等流體通道的至少一流體入口能受到阻擋。
  8. 一種用於處理一基板之處理反應室，包含：一反應室主體，定義一製程區域；一支持組件，至少部分設置在該反應室主體內，且適於支撐在該製程區域內之一基板；以及一遠端電漿源，其具有一柱狀電極以及一接地電極，該等電極定義出與該製程區域連通之一遠端電漿區域，其中該柱狀電極具有一內側擴大部份安置該電漿區域，其中該擴大部份係一環狀構件，其具有一內徑自一上層部分往一下層部分逐漸增加。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之反應室，更包含一或多個流體通道，用於使一熱傳送媒介流動通過該支持組件，其中該等流體通道能受到阻擋。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之反應室，其中該接地電極 係一杯狀電極，其與該柱狀電極分隔設置。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之反應室，其中該柱狀電極係耦接至一射頻源、一微波源、一直流電源或一交流電源。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之反應室，其中該柱狀電極係耦接至一射頻源。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之反應室，其中該接地電極之表面積係大於該柱狀電極之表面積。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之反應室，其中該接地電極係位於該柱狀電極之下方。
  15. 一種用於處理一基板之處理反應室，包含：一反應室主體，定義一製程區域；一支持組件，至少部分設置在該反應室主體內，且適於支撐在該製程區域內之一基板；以及一柱狀電極以及一杯狀電極，該等電極定義出與該製程區域連通之一電漿區域，其中該柱狀電極具有一內側擴大部份安置該電漿區域，其中該擴大部份係一環狀構件，其具有一內徑自一上層部分往一下層部分逐漸增 加。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之反應室，更包含一或多個流體通道，用於使一熱傳送媒介流動通過該支持組件，其中進入該等流體通道的一入口能受到阻擋。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之反應室，其中該電漿源係一遠端電漿源。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之反應室，其中該柱狀電極係耦接至一射頻源、一微波源、一直流電源或一交流電源。
  19. 如申請專利範圍第15項所述之反應室，其中該杯狀電極之表面積係大於該柱狀電極之表面積。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之反應室，其中該杯狀電極係位於該柱狀電極之下方。
  21. 一種用於清潔如申請專利範圍第1項所述之處理反應室之方法，包含：阻擋冷卻流體至一通道的流動，該通道位於一處理反應室內之一支持構件中； 升高該支持構件，使其距離一氣體分配盤0.1英吋以內；加熱該氣體分配盤；以及導入一熱傳導氣體通過該氣體分配盤進入該處理反應室中。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含在該處理反應室中點燃一電漿。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之方法，更包含導入一熱流體至該通道中。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該氣體分配盤被加熱達100℃至180℃。
  25. 如申請專利範圍第21項所述之方法，其中該支持構件被加熱達35℃至140℃。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該支持構件在1個小時內被加熱達100℃。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之方法，其中該支持構件在3個小時內被加熱達140℃。
  28. 如專利範圍第21項之方法，其中該傳導氣體包含氫氣、氦氣或氬氣。
  29. 一種用於清潔如申請專利範圍第1項所述之處理反應室之方法，包含：升高位在一處理反應室內之一支持構件，使其距離一氣體分配盤0.1英吋以內；加熱該氣體分配盤達100℃至180℃；以及導入一熱傳導氣體通過該氣體分配盤進入該處理反應室中。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之方法，更包含阻擋一冷卻流體流至該支持構件中之一通道。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之方法，更包含導入一熱流體至該通道中。
  32. 如申請專利範圍第29項所述之方法，更包含點燃一電漿至該處理反應室中。
  33. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該支持構件被加熱達35℃至140℃。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中該支持構件在1個小時內被加熱達100℃。
  35. 如申請專利範圍第33項所述之方法，其中該支持構件在3個小時內被加熱達140℃。
  36. 如專利範圍第29項之方法，其中該傳導氣體包含氫氣、氦氣或氬氣。
  37. 一種用於清潔如申請專利範圍第1項所述之處理反應室之方法，包含：阻擋一冷卻流體流至位於一處理反應室內之一支持構件中的一通道；將與一處理反應室連通之一氣體分配盤加熱達100℃至180℃；以及導入一熱傳導氣體通過該氣體分配盤進入該處理反應室中。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之方法，其中該支持構件被加熱達35℃至140℃。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之方法，其中該支持構件 在3個小時內被加熱達140℃。
  40. 如專利範圍第37項之方法，其中該傳導氣體包含氫氣、氦氣或氬氣。
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