TWI650440B - 用於製造半導體之機構、系統及方法 - Google Patents

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TWI650440B TW105126274A TW105126274A TWI650440B TW I650440 B TWI650440 B TW I650440B TW 105126274 A TW105126274 A TW 105126274A TW 105126274 A TW105126274 A TW 105126274A TW I650440 B TWI650440 B TW I650440B
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鄭培仁
李資良
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Abstract

本揭露之實施例提供之半導體製造機構包含製程腔、晶圓座、第一化學物輸送機構，及第二化學物輸送機構。其中晶圓座配置於製程腔內，且晶圓座操作於固定晶圓並以中心軸為圓心旋轉複數個晶圓。第一化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第一化學物至製程腔內的第一反應區。第二化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第二化學物至製程腔內的第二反應區。第二化學物輸送機構包含邊緣化學物注入器及徑向化學物注入器。

Description

用於製造半導體之機構、系統及方法
本揭露係關於一種半導體之製造機構以及製造方法。
半導體積體電路(integrated circuit；IC)工業歷經了指數性的成長。積體電路材料及設計的技術發展已創造了數代積體電路，每一代皆有比上一代更小且更複雜之電路。積體電路的演化的過程中，功能密度(如每個晶片內的互連接元件之數量)不斷提升，而元件尺寸(如製程所能製造出的最小組件)則不斷縮小。尺寸縮小的製程一般提供了生產效率的提升以及減少相關的浪費。尺寸的縮小亦增加了製程及生產的複雜性，因此，相應的積體電路的製程及製造需要被發展。以一個例子來說，原子層沉積(atomic layer deposition；ALD)製程應用於製造薄膜。原子層沉積技術以調控的沉積製造薄膜，但具有沉積速度慢以及降低產量之缺點。空間原子層沉積(spatial atomic layer deposition；SALD)係用於在調控沉積薄膜時亦增加沉積速率。然而， 有效的空間原子層沉積仍具有其他問題，如薄膜均勻度衰退並降低薄膜品質。因此，提供一種可有效地去除上述缺點之空間原子層沉積是需要的。
本揭露之一實施例提供半導體生產機構。此機構包含製程腔、晶圓座、第一化學物輸送機構，及第二化學物輸送機構。其中晶圓座配置於製程腔內，且晶圓座操作於固定晶圓並以中心軸為圓心旋轉複數個晶圓。第一化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第一化學物至製程腔內的第一反應區。第二化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第二化學物至製程腔內的第二反應區。第二化學物輸送機構包含邊緣化學物注入器及徑向化學物注入器。
本揭露之另一實施例提供半導體製造系統。半導體製造系統包含負載鎖定模組、輸送模組、複數個空間原子層沉積模組、晶圓座、第一化學物輸送機構，及第二化學物輸送機構。負載鎖定模組用於載入及卸載複數個晶圓。輸送模組與負載鎖定模組連接。複數個空間原子層沉積模組與輸送模組連接，各空間原子層沉積模組包含一製程腔。晶圓座配置於製程腔內，晶圓座操作於操作於固定晶圓並以中心軸為圓心旋轉複數個晶圓。第一化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第一化學物至製程腔內的第一反應區。第二化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第二化學物至製程腔內的第二反應區。第二化學物輸送機構包含邊緣化學物注入器 及徑向化學物注入器。
本揭露之又一實施例提供一種方法。此方法包含載入複數個晶圓至空間原子層沉積模組。對空間原子層沉積模組內之晶圓執行沉積製程。然後，將複數個晶圓自空間原子層沉積模組中卸載。空間原子層沉積模組包含製程腔、晶圓座、第一化學物輸送機構，及第二化學物輸送機構。其中晶圓座配置於製程腔內，且晶圓座操作於固定晶圓並以中心軸為圓心旋轉複數個晶圓。第一化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第一化學物至製程腔內的第一反應區。第二化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第二化學物至製程腔內的第二反應區。第二化學物輸送機構包含邊緣化學物注入器及徑向化學物注入器。
100‧‧‧空間原子層沉積模組
102‧‧‧製程腔
102A‧‧‧上部
102B‧‧‧下部
104‧‧‧封閉空間
106‧‧‧晶圓座
108‧‧‧晶圓
108A‧‧‧前表面
108B‧‧‧背表面
110‧‧‧中心軸
112‧‧‧化學物供輸機構
114、120‧‧‧反應區
116‧‧‧氣緣機構
122、124、126、138、142、146、152、154‧‧‧化學物注入器
128‧‧‧輸送管
128A、128B‧‧‧端部
130‧‧‧開口
132、134、136、148、150‧‧‧排出機構
134Z、136Z‧‧‧清淨區
140‧‧‧預反應區
144‧‧‧後反應區
200‧‧‧空間原子層沉積系統
202‧‧‧載入埠
204‧‧‧載入裝置
206‧‧‧晶圓座
208、214‧‧‧機械手臂
210‧‧‧負載鎖定腔
211‧‧‧負載鎖定模組
212‧‧‧輸送模組
216‧‧‧開口
300‧‧‧方法
302、304、306、306A、306B、308、310‧‧‧操作
閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本揭露之多個樣態。應注意，根據業界中的標準做法，多個特徵並非按比例繪製。事實上，多個特徵之尺寸可任意增加或減少以利於討論的清晰性。
第1圖為本揭露之部分實施例之空間原子層沉積模組之截面示意圖。
第2、3、4、6、7及8圖為本揭露之實施例之第1圖之空間原子層沉積模組之上視示意圖。
第5A圖為本揭露之實施例之第1圖之空間原子層沉積模組之化學物注射器之示意圖。
第5B圖為本揭露之實施例之第1圖之空間原子層沉積模組之化學物注射器之示意圖。
第9圖為本揭露之實施例之具有第1圖之空間原子層沉積模組之空間原子層沉積系統的方塊圖。
第10圖為本揭露之部分實施例之使用第9圖之空間原子層沉積系統之方法的流程圖。
以下揭露提供眾多不同的實施例或範例，用於實施本案提供的主要內容之不同特徵。下文描述一特定範例之組件及配置以簡化本揭露。當然，此範例僅為示意性，且並不擬定限制。舉例而言，以下描述「第一特徵形成在第二特徵之上方或之上」，於實施例中可包括第一特徵與第二特徵直接接觸，且亦可包括在第一特徵與第二特徵之間形成額外特徵使得第一特徵及第二特徵無直接接觸。此外，本揭露可在各範例中重複使用元件符號及/或字母。此重複之目的在於簡化及釐清，且其自身並不規定所討論的各實施例及/或配置之間的關係。
此外，空間相對術語，諸如「下方(beneath)」、「以下(below)」、「下部(lower)」、「上方(above)」、「上部(upper)」等等在本文中用於簡化描述，以描述如附圖中所圖示的一個元件或特徵結構與另一元件或特徵結構 的關係。除了描繪圖示之方位外，空間相對術語也包含元件在使用中或操作下之不同方位。此設備可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他方位上)，而本案中使用之空間相對描述詞可相應地進行解釋。
第1圖為本揭露之部分實施例之空間原子層沉積模組100的截面示意圖。第2圖為本揭露之部分實施例之空間原子層沉積模組100之部分上視示意圖。空間原子層沉積模組100包含製程腔102。製程腔102包含連接在一起之上部102A及下部102B，並界定了介於上部102A及下部102B之間的封閉空間104。空間原子層沉積模組100包含晶圓座106，晶圓座106設計用以固定一個或多個半導體晶圓108。於一範例中，晶圓之數目為六個。於部分實施例中，晶圓座106可包含真空吸盤(vacuum chuck)以固定半導體晶圓108。晶圓座106更包含機械結構，並以中心軸110為圓心進行旋轉。中心軸110垂直於固定在晶圓座106上的半導體晶圓108且穿過晶圓座106的中心。於部分實施例中，晶圓座106包含結合在一起的旋轉結構及馬達，用以旋轉晶圓座106。當晶圓座106旋轉時，固定於晶圓座106上的半導體晶圓108隨著晶圓座106一起移動。
於部分實施例中，半導體晶圓108為矽晶圓。於部分實施例中，半導體晶圓108可包含元素半導體，諸如晶體結構之鍺；化合物半導體，諸如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦，及/或銻化銦，或上述之組合。於更多實施例中，半導體材料膜可磊晶生長於矽晶圓上。於 部分其他實施例中，晶圓108可為異質材料(如碳化矽)之半導體晶圓或其他材料之晶圓(如玻璃基板)。
半導體晶圓108具有彼此相對之前表面108A及背表面108B。一個或多個積體電路形成、部分形成，或將被形成於半導體晶圓108之前表面108A。因此，半導體晶圓108之前表面108A可包含圖案化之材料層或欲圖案化之材料層。例如，前表面108A可包含多個隔離結構(如淺溝槽絕緣特徵)、多個摻雜特徵(如摻雜井，或摻雜之源/汲極特徵)、多個元件(如電晶體)、多個導電特徵(如電極、電線及/或內連接結構之導孔)、封裝材料層(如銲墊及/或鈍化層)，或上述之組合。在一個完整製造之半導體晶圓，上述之材料層及圖案皆位於半導體晶圓108之前表面108A。在本範例中，半導體晶圓108仍在製造中，上述材料層之部分子集合位於前表面108A上。中心軸110垂直於半導體晶圓108之前表面108A及半導體晶圓108之背表面108B，其中背表面108B固定於晶圓座106或晶圓座106之前表面。即便晶圓之前表面108A可經圖案化並具有高低起伏之輪廓，但整體而言前表面108A仍然與背表面108B平行。
第3圖為空間原子層沉積模組100之部分上視示意圖。製程腔102亦繪製於第3圖中。空間原子層沉積模組100包含多個經過設計及配置之特徵，以界定不同的反應區。因此，各個固定於晶圓座106上的晶圓108在晶圓座106旋轉完整一圈時，經過各個反應區並完成一反應迴圈。於部分實施例中，製程腔102之上視圖為圓形且半徑大於晶圓 108之直徑。於部分實施例中，製程腔102之半徑範圍約70cm至80cm。
第4圖為本揭露之部分實施例之空間原子層沉積模組100之部分上視示意圖。空間原子層沉積模組100包含第一化學物輸送機構112，用於提供第一化學物至第一反應區114，亦可稱為前驅物吸附區。於部分實施例中，第一化學物輸送機構112包含配置於製程腔102之上部102A的上噴頭，以輸送第一化學物至第一反應區114內的晶圓座106。於部分實施例中，上噴頭的配置使得第一化學物傳輸至晶圓108的方向垂直於固定於晶圓座106上的晶圓108之前表面108A。於部分描述之範例中，第一化學物包含二氯矽烷(SiH2Cl2或DCS)、六氯乙矽烷(Si2Cl6或HCD)、二丁基胺硅烷(BTBAS或C8H22N2Si)、三甲基鋁((Al2(CH3)6或TMA))，或根據所欲形成的薄膜而使用其他適合之化學物。
其他特徵配置於進一步維持第一反應區114。於部分實施例中，配置氣緣機構116於第一反應區114的兩側，以避免第一化學物擴散且將第一反應區114與其他反應區隔離。氣緣機構116耦接至鈍氣(如氮或氬)源並提供鈍氣，形成氣牆以維持並隔離第一反應區114。當晶圓108位於第一反應區114時，第一化學物沉積(或被吸附)於晶圓108的前表面108A。
空間原子層沉積模組100提供第二化學物至第二反應區120，亦可稱為反應處理區。在本實施例中，第二 化學物輸送機構包含配置於製程腔102之邊緣的邊緣化學物注入器122，更包含位於不同方向之徑向化學物注入器124。特別地，徑向化學物注入器124係沿著第二反應區120一側之半徑的方向。邊緣化學物注入器122及徑向化學物注入器124皆為細長狀且長度方向皆經過適當的定位。此處製程腔102之邊緣是指相對於半徑方向之製程腔102的周長部分。半徑方向是指自製程腔102之邊緣到中心軸110的方向。徑向化學物注入器124的方位可稍微偏移開對應之半徑的方向，對於優化或調控化學物的均勻性以及沉積的均勻性提供自由調整的空間。例如，長度方向所定位之方向跟對應之半徑方向之夾角小於15度。
徑向化學物注入器124實質上跨越製程腔102的邊緣至中心軸110。於部分實施例中，跨越的範圍為半徑R的至少80%或至少90%。
兩個化學物注入器配置於兩不同方向。第二化學物透過邊緣化學物注入器122及徑向化學物注入器124，分別從兩方向輸入至第二反應區120，如第4圖所示。
化學物注入器配置於將第二化學物輸入至第二反應區120。於部分描述的範例中，第二化學物包含氨(NH3)、氬(Ar)、氮(N2)、氫(H2)、氦(He)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)、臭氧(O3)、水(H2O)、過氧化氫(H2O2)、硼前驅物，或根據所欲形成之膜使用適合之化學物。當晶圓108位於第二反應區120時，第二化學物被輸入至晶圓108並進一步與預先吸附的第一化學物反應以在晶圓108上形 成膜狀的原子層，且完成一迴圈。
第5A圖為本揭露之部分實施例之化學物注入器126的示意圖。化學物注入器126為邊緣化學物注入器122及徑向化學物注入器124的範例。化學物注入器126包含輸送管128，輸送管128具有一端部128A及另一端部128B。端部128A耦接至提供第二化學物的化學物源，而端部128B為密封。輸送管128設計具有複數個開口130，開口130之大小、位置及配置皆設計於有效地及均勻地注入第二化學物至第二反應區120。於部分範例中，化學物注入器126的長度範圍約300mm至600mm。開口130之直徑範圍約介於0.2mm至1.2mm。開口130之數量約介於10至200。
請參照回第4圖，邊緣化學物注入器122及徑向化學物注入器124與製程腔102結合，因此兩者皆高於晶圓座106之晶圓108，如高於晶圓108之相對高度範圍約介於2mm至10mm。空間原子層沉積模組100更包含其他獨立的機構以維持並隔離不同反應區。例如，多個排出機構132、134、136，諸如幫浦，配置於製程腔102的不同位置。因此，擴散至目標區域之化學物將會被排出並可避免擴散至其他區域。於第4圖之範例中，在第一反應區114中，排出機構132配置於製程腔102之邊緣。在此案例中，第一化學物自第一化學物輸送機構112輸送至第一反應區114的晶圓108中，且當第一化學物與第一反應區114的邊緣反應時將會透過排出機構132排出。排出機構134及136配置於第二反應區的兩側，以排出擴散至第二反應區120外的第二化學 物。排出機構將前一反應區的化學物質清淨並為下一階段的化學物提供清理過的晶圓表面。排出機構提供對應的清淨區，如清淨區134Z及136Z。伴隨著配置的化學物注入器，第二反應區內之第二化學物可具有更均勻的分布，也因此具有更均勻的化學物反應速率、均勻的薄膜厚度，以及薄膜品質。
空間原子層沉積模組100可進一步包含其他特徵及其他反應區。第6圖為本揭露之部分實施例之空間原子層沉積模組100的上視示意圖。空間原子層沉積模組100更包含另一徑向化學物注入器138，徑向化學物注入器138配置於第二反應區120的另一側。徑向化學物注入器138在設計、結構以及尺度等方面實質上皆類似於化學物注入器124。徑向化學物注入器138亦放射地配置於製程腔102的邊緣至中心軸110且位於第二反應區120之另一側。在本實施例中，徑向化學物注入器124及138對稱設置在第二反應區之兩側，形成一中心角。此外，化學物注入器122、124及138配置圍繞成一三角形，如同第二反應區120之輪廓。於部分實施例中，邊緣化學物注入器122可彎曲以匹配製程腔102的側壁。例如，邊緣化學物注入器122彎曲成弧度，如第5B圖所示之化學物注入器126。因此，化學物注入器122、124及138將第二反應區120圍繞成一圓扇形。
因此，三個化學物注入器配置於不同方向且實質上圍繞著第二反應區120，藉此在第二反應區120內維持更均勻且高壓力的第二化學物，而僅有少數第二化學物擴散 至外部。故此，沉積速率及薄膜品質皆提升。
第7圖為本揭露之部份其他實施例之空間原子層沉積模組100的上視示意圖。空間原子層沉積模組100更包含預反應區140用於第二化學物之初始沉積。預反應區140的功能可有許多層面，諸如預置化學物環境並清淨第一化學物。在預反應區140中，配置邊緣化學物注入器142以提供第二化學物。邊緣化學物注入器142可類似於邊緣化學物注入器122(如不同實施例之直線狀或彎曲狀)。邊緣化學物注入器142之長度可不同於(如：較短)邊緣化學物注入器122之長度，取決於沉積效率、擴散及其他區域的清淨效果。由於第二反應區120內的第二化學物維持著較高且均勻的密度，且第二化學物極不易擴散出第二反應區120，邊緣化學物注入器122可設計有較短長度，而邊緣化學物注入器142可設計有較長長度。因此，預反應區140增大，晶圓座106之轉數增加進而總產量也增加。邊緣化學物注入器142亦連接於一個提供第二化學物的化學物源。
請繼續參照第7圖，空間原子層沉積模組100更包含後反應區144，用於第二化學物的後沉積。後反應區144的功能可有許多層面，諸如完成第二反應區120內的化學反應。在後反應區144中，配置邊緣化學物注入器146以提供第二化學物。配置邊緣化學物注入器146在結構上可類似於其他配置邊緣化學物注入器，比如說在設計、結構及尺寸方面皆等同於配置邊緣化學物注入器142。配置邊緣化學物注入器146亦連接於一個提供第二化學物的化學物源。
請繼續參照第7圖，空間原子層沉積模組100更包含其他隔離機構，諸如配置於預反應區140及氣緣機構116間的排出機構148，以用於進一步的清淨及隔離功能。在部分範例中，空間原子層沉積模組100更包含配置於後反應區144及氣緣機構116間排出機構150，以用於進一步的清淨及隔離功能。
第8圖為本揭露之部份其他實施例之空間原子層沉積模組100的上視示意圖。空間原子層沉積模組100更包含一個或多個內部化學物注入器。內部化學物注入器位於製程腔的中心或靠近製程腔的中心，且位於晶圓座106之晶圓108的上方以額外提供來自不同方向之第二化學物。在部分範例中，配置第一內部化學物注入器152於中心以提供第二化學物至後反應區144，第一內部化學物注入器152注入第二化學物之方向與邊緣化學物注入器146注入第二化學物之方向相反。於部分範例中，第一內部化學物注入器152配置於面向邊緣化學物注入器146且與邊緣化學物注入器146平行。第一內部化學物注入器152在結構上可類似於其他化學物注入器，如相同於第5A圖之化學物注入器126但具有不同長度及不同設計參數，如長度、開口之數量，及/或開口之直徑。第一內部化學物注入器152亦連接於一個提供第二化學物的化學物源。
於部分範例中，第二內部化學物注入器154額外地或替代地配置於中心以提供第二化學物至預反應區140。第二內部化學物注入器154注入第二化學物之方向與 化學物注入器142注入第二化學物之方向相反。於部分範例中，第二內部化學物注入器154配置於面向化學物注入器142且與化學物注入器142平行。第二內部化學物注入器154在結構及大小上可類似於第一內部化學物注入器152。第二內部化學物注入器154亦連接於一個提供第二化學物的化學物源。
空間原子層沉積模組100可進一步包含其他成分，諸如連接於各化學物注入器的閥以控制各反應區內之各氣體流量及氣體壓力。或者，全部的化學物注入器連接至相同的第二化學物源，而結合一個主閥以控制流入至所有化學物注入器的氣體。於部分範例中，第二反應區120可以具有接近10托的化學物偏壓。於部分範例中，空間原子層沉積模組100包含另一閥，配置於第一化學物輸送機構112及連接第一化學物輸送機構112的第一化學物源之間以控制第一反應區114內的流速以及氣體壓力。例如，第一反應區114之第一化學物的偏壓控制於接近2托。
數種配置及設計已於上述討論。額外的成分及特徵可進一步添加至空間原子層沉積模組100中。在不脫離本案之精神及範疇之下，可使用其他替代方案。例如，徑向化學物注入器124(或138)可配置於沿著往中心軸110之半徑的方向。或者徑向化學物注入器124(或138)可配置於遠離往中心軸110之半徑的方向，例如與對應之半徑方向具有15度之夾角。在其他範例中，一個或多個加熱器可配置於製程腔102內，例如嵌入至晶圓座106內以在沉積期間產生 熱效應。於部分實施例中，空間原子層沉積模組100亦包含配置於製程腔102內的介電質板並連接至電源以在第二反應區120內產生電漿。例如，徑向化學物注入器124與介電質板平行。
第9圖為本揭露之實施例之空間原子層沉積系統200的方塊圖。空間原子層沉積系統200包含一個或多個空間原子層沉積模組100組裝於一集束型工具。於描述的實施例中，空間原子層沉積系統200包含二個適當配置及組裝的空間原子層沉積模組100。
空間原子層沉積系統200包含一個或多個載入埠202，載入埠202用於載入或卸載晶圓至空間原子層沉積系統200。於本實施例中，藉由使用晶圓容器，如前開式晶圓傳送盒(front opening unified pods；FOUPs)，晶圓得以批量載入或卸載。
空間原子層沉積系統200可包含載入裝置204(或前端單元)以支承、操作及傳輸晶圓。例如，載入裝置204包含一個或多個晶圓座206以支承及/或定位一個或多個晶圓。於其他範例中，載入裝置204包含一個或多個機械手臂208以搬移晶圓，如將晶圓搬移至空間原子層沉積模組100或負載鎖定腔210(或負載鎖定單元)。機械手臂208配置於載入埠202及負載鎖定腔210之間以在其間提供適當的晶圓輸送。例如，每個晶圓透過機械手臂208從載入埠202或晶圓座206輸送至其中一個負載鎖定腔210，或藉由機械手臂208輸送回載入埠202。於部分實施例中，空間原子層 沉積系統200可進一步包含其他組成，諸如一個或多個配置及設計於不同功能的負載鎖定腔210，諸如預定位或預處理。預處理可包含除氣、預熱或其他功能。例如，複數個負載鎖定腔210可分別設計及配置於不同預處理功能。於部分範例中，晶圓在其中一個負載鎖定腔210中定位、除氣/及或預熱，為接下來的空間原子層沉積製程提供準備。空間原子層沉積系統200可有不同配置。例如，位於中間的負載鎖定腔210可作為輸送晶圓的通道。於其他範例中，空間原子層沉積系統200更包含結合的真空模組以提供真空環境至各區域，如空間原子層沉積模組100。載入埠202、載入裝置204及負載鎖定腔210合併稱為負載鎖定模組211。
空間原子層沉積系統200可進一步包含輸送模組212，用於在空間原子層沉積模組100及負載鎖定腔210間輸送晶圓。於部分實施例中，輸送模組212更包含一個或多個用於輸送晶圓的機械手臂214。輸送模組212分別具有連接至空間原子層沉積模組100的開口216(或：門)。
第10圖為本揭露之部分實施例之至早一個或多個半導體晶圓108之方法300(特別是透過空間原子層沉積技術沉積薄膜)的流程圖。方法300於第9圖中的空間原子層沉積系統200執行。方法300將搭配第9圖、第10圖及其他圖式作說明。
方法300包含操作302，操作302透過載入埠202載入一個或多個晶圓至空間原子層沉積系統200。例如，一批或多批晶圓(如位於前開式晶圓傳送盒的晶圓)，在 一個或多個步驟(諸如載入、除氣、預熱、定位，或上述之組合)間，透過載入埠202輸送至空間原子層沉積系統200。
方法300包含操作304，操作304透過機械手臂214並經過開口216將一個或多個晶圓輸送至空間原子層沉積模組100。例如，機械手臂214依序將六個晶圓輸送至每個空間原子層沉積模組100。於其他範例中，輸送模組212可包含一個或多個機械手臂214以同時將晶圓分別輸送至空間原子層沉積模組100。特別地，在本實施例中，六個晶圓108被輸送至空間原子層沉積模組100的晶圓座106上，且配置為前表面108A朝上，如第1圖所示。
方法300繼續進行至操作306，操作306對其中一空間原子層沉積模組100之晶圓108執行沉積製程。操作306及後續之操作以一個空間原子層沉積模組100及一晶圓進行描述。然而，如上述提及，多個晶圓(如六個晶圓)可在多個空間原子層沉積模組100之一內進行處理且多個空間原子層沉積模組100可平行運作。在本實施例中，在操作306期間，在各個晶圓108之前表面108A上沉積薄膜。
在沉積製程期間，空間原子層沉積系統200的多個組成及單元合併且協同運作。相應地，操作306包含多個子操作。特別地，操作306包含子操作306A及子操作306B。子操作306A用於沉積第一化學物，而子操作306B用於沉積第二化學物。
操作306可進一步包含其他子操作，諸如旋轉晶圓座106。在本實施例之操作306中，晶圓座106固定晶 圓108並沿著中心軸110旋轉晶圓108，如以順時針方向旋轉。操作306之此子操作持續整個沉積製程。各晶圓108依序經過各區域，如第一反應區114及第二反應區120。在其他範例中，各晶圓108將依序經過第一反應區114、預反應區140、第二反應區120，及後反應區144。此外，晶圓108自一反應區移動至另一反應區時，將會經過多個隔離區(如各氣緣機構116之氣緣及各排出機構之清淨區)。如描述之範例，在第一反應區114內，第一化學物被傳輸至晶圓108並附著於晶圓108的前表面108A。在第二反應區120中，第二化學物被傳輸至晶圓108並與附著在前表面108A上之第一化學物進行反應，藉此在晶圓108的前表面108A上沉積薄膜。晶圓座106旋轉一圈即完成一沉積製程。一圈形成一原子層。操作306可依據所需要的薄膜厚度持續旋轉。特別地，當晶圓108位於第二反應區120中，伴隨著邊緣化學物注入器122及徑向化學物注入器124(或額外之徑向化學物注入器138)，輸送至第二反應區120的第二化學物具有更均勻的分布及高密度，依此增加了沉積速率以及提升沉積品質。由於第二化學物實質上維持並控制了第二反應區120，清淨區及清淨時間可實質上減少，因此提高了總產量並降低製造成本。
當操作306完成了空間原子層沉積模組100內之晶圓108的沉積製程後，方法300繼續進行至操作308，操作308透過機械手臂214將晶圓108輸送至負載鎖定腔210。此操作類似於操作304，但與操作304相反。例如， 複數個晶圓，依序或平行地透過機械手臂214，從空間原子層沉積模組100輸送至負載鎖定腔210。
方法300可進一步包含操作310，操作310透過載入埠202，自空間原子層沉積系統200卸載晶圓。方法300可在上述操作之前、期間，或之後包含其他步驟。例如，在操作310之後，晶圓可被傳輸至其他用於後續製造之製造工具，如光微影製程。
空間原子層沉積系統200及方法300可具有其他實施方式或替代方案。例如，即便方法300描述透過空間原子層沉積技術在晶圓上形成薄膜，同樣的製程可用於製造多種薄膜，諸如閘極介電層、閘極電極層、封端層、阻障層、蝕刻停止層，或用於電容器的介電層。
本揭露提供空間原子層沉積系統及應用其之方法。藉由應用本揭露之空間原子層沉積系統，可提升空間原子層沉積之沉積速率及品質。空間原子層沉積系統包含第二反應區，第二反應區配置有二或三個化學物注入器，其中化學物注入器之配置方位沿著晶圓座之邊緣或半徑方向(或近似半徑之方向)。
本揭露之實施例提供了現有技術所不具有的優勢，然需了解其他實施方式可具有不同優勢，非所有優勢皆需在此討論，且任何實施方式並不具有某些特定優勢。部分實施例可具有多個優點。藉應用本揭露之空間原子層沉積系統及方法，提高了沉積速率及薄膜品質。其他優點可包含如較短的清淨時間、較低的生產成本及較高的總生產量。
因此，本揭露之一實施例提供半導體生產機構。此機構包含製程腔、晶圓座、第一化學物輸送機構，及第二化學物輸送機構。其中晶圓座配置於製程腔內，且晶圓座操作於固定晶圓並以中心軸為圓心旋轉複數個晶圓。第一化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第一化學物至製程腔內的第一反應區。第二化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第二化學物至製程腔內的第二反應區。第二化學物輸送機構包含邊緣化學物注入器及徑向化學物注入器。
本揭露之另一實施例提供半導體製造系統。半導體製造系統包含負載鎖定模組、輸送模組、複數個空間原子層沉積模組、晶圓座、第一化學物輸送機構，及第二化學物輸送機構。負載鎖定模組用於載入及卸載複數個晶圓。輸送模組與負載鎖定模組連接。複數個空間原子層沉積模組與輸送模組連接，各空間原子層沉積模組包含一製程腔。晶圓座配置於製程腔內，晶圓座操作於操作於固定晶圓並以中心軸為圓心旋轉複數個晶圓。第一化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第一化學物至製程腔內的第一反應區。第二化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第二化學物至製程腔內的第二反應區。第二化學物輸送機構包含邊緣化學物注入器及徑向化學物注入器。
本揭露之又一實施例提供一種方法。此方法包含載入複數個晶圓至空間原子層沉積模組。對空間原子層沉積模組內之晶圓執行沉積製程。然後，將複數個晶圓自空間原子層沉積模組中卸載。空間原子層沉積模組包含製程腔、 晶圓座、第一化學物輸送機構，及第二化學物輸送機構。其中晶圓座配置於製程腔內，且晶圓座操作於固定晶圓並以中心軸為圓心旋轉複數個晶圓。第一化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第一化學物至製程腔內的第一反應區。第二化學物輸送機構配置於製程腔內以提供第二化學物至製程腔內的第二反應區。第二化學物輸送機構包含邊緣化學物注入器及徑向化學物注入器。
上文概述了若干實施例的特徵，以便本領域熟習此項技藝者可更好地理解本揭示案的態樣。本領域熟習此項技藝者應當瞭解到他們可容易地使用本揭示案作為基礎來設計或者修改其他製程及結構，以實行相同目的及/或實現相同優勢的。本領域熟習此項技藝者亦應當瞭解到，此類等效構造不脫離本揭示案的精神及範疇，以及在不脫離本揭示案的精神及範疇的情況下，其可對本文進行各種改變、取代及變更。

Claims (10)

  1. 一種半導體製造機構，包含：一製程腔；一晶圓座，配置於該製程腔內，該晶圓座操作於固定複數個晶圓，並以該製程腔之一中心軸為圓心旋轉該些晶圓；一第一化學物輸送機構，配置於該製程腔內以提供一第一化學物至該製程腔內之一第一反應區內；以及一第二化學物輸送機構，配置於該製程腔內以提供一第二化學物至該製程腔內之一第二反應區內，其中該第二化學物輸送機構包含一邊緣化學物注入器及一第一徑向化學物注入器，該邊緣化學物注入器及該第一徑向化學物注入器之長度方向分別實質上沿著該製程腔之一周長方向及一半徑方向配置，並界定出該第二反應區。
  2. 如請求項1所述之半導體製造機構，更包含一第二徑向化學物注入器，配置於包圍該第二反應區。
  3. 如請求項1所述之半導體製造機構，更包含一預反應邊緣化學物注入器，配置並設計於提供該第二化學物至該第二反應區之一側的一預反應區。
  4. 如請求項3所述之半導體製造機構，更包含一後反應邊緣化學物注入器，配置並設計於提供該第二化學物至該第二反應區之另一側的一後反應區。
  5. 如請求項4所述之半導體製造機構，更包含一第一排出機構，配置於提供第一清淨區，其中該第一清淨區位於該預反應區及該第二反應區之間。
  6. 如請求項5所述之半導體製造機構，更包含一第二排出機構，配置於提供一第二清淨區，其中該第二清淨區位於該後反應區及該第二反應區之間。
  7. 如請求項1所述之半導體製造機構，更包含一氣緣機構，用於提供位於該第一反應區之一側的一第一氣緣區，以及位於該第一反應區之另一側的一第二氣緣區。
  8. 如請求項7所述之半導體製造機構，更包含一排出機構，配置於第一反應區之邊緣，其中該第一化學物輸送機構包含一噴頭，配置於輸送該第一化學物，且輸送之方向為垂直該晶圓座之方向。
  9. 一種半導體製造系統，包含一負載鎖定模組，用於載入及卸載複數個晶圓；一輸送模組，與該負載鎖定模組連接；以及複數個空間原子層沉積模組，與該輸送模組連接，其中各該些空間原子層沉積模組包含：一製程腔；一晶圓座，配置於該製程腔內，該晶圓座操作於固定複數個晶圓，並以該製程腔之一中心軸為圓心旋轉該些晶圓；一第一化學物輸送機構，配置於該製程腔內以提供一第一化學物至該製程腔內之一第一反應區內；以及一第二化學物輸送機構，配置於該製程腔內以提供一第二化學物至該製程腔內之一第二反應區內，其中該第二化學物輸送機構包含一邊緣化學物注入器及一第一徑向化學物注入器，該邊緣化學物注入器及該第一徑向化學物注入器之長度方向分別實質上沿著該製程腔之一周長方向及一半徑方向配置，並界定出該第二反應區。
  10. 一種半導體製造方法，包含載入複數個晶圓至一空間原子層沉積模組；對該空間原子層沉積模組內之該些晶圓執行一沉積製程；以及將該空間原子層沉積模組內之該些晶圓卸載，其中該空間原子層沉積模組包含：一製程腔；一晶圓座，配置於該製程腔內，該晶圓座操作於固定複數個晶圓，並以該製程腔之一中心軸為圓心旋轉該些晶圓；一第一化學物輸送機構，配置於該製程腔內以提供一第一化學物至該製程腔內之一第一反應區內；以及一第二化學物輸送機構，配置於該製程腔內以提供一第二化學物至該製程腔內之一第二反應區內，其中該第二化學物輸送機構包含一邊緣化學物注入器及一第一徑向化學物注入器，該邊緣化學物注入器及該第一徑向化學物注入器之長度方向分別實質上沿著該製程腔之一周長方向及一半徑方向配置，並界定出該第二反應區。
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