Pecvd设备与工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文所述实施例是关于在基板上进行等离子体沉积的工艺和设备。更特定言之， 本文所述实施例是关于等离子体沉积工艺和设备，用以形成组成与厚度极均匀的层。
【背景技术】
[0002] 过去五十年来，半导体产业已根据摩耳定律（Moore' s Law)成长。摩耳定律粗略 认为集成电路上的晶体管数量约每两年会增加一倍。此公式的固有限制为，晶体管密度是 二维拓展，且在某些时候，物理上将限制装置可多小。
[0003] 近来，制造业者已开发工艺使装置结构扩展成第三维，以提升处理能力。此类装置 的特色通常是有大量材料层相继沉积于基板上。在一些情况下，会形成超过100层。相继 形成这么多层时，各层的不均匀性将相乘，以致产生无法使用的结构。目前的层形成工艺和 设备通常会造成不适合三维结构的不均匀性。故需要新工艺和设备来形成极均匀层至基板 上。
【发明内容】
[0004] 本文所述实施例提供处理基板的方法，方法包括把基板放到等离子体处理腔室内 的基板支撑件上、提供沉积前驱物至处理腔室、由沉积前驱物形成等离子体、由等离子体沉 积层至基板上、利用包含改变接地路径阻抗的工艺，调整等离子体的密度分布，及通过施加 第一能通量至基板的第一部分和第二能通量至基板的第二部分，以调整基板的温度分布， 其中第一部分不同于第二部分，第一能通量不同于第二能通量。
[0005] 本文亦描述处理基板的方法，方法包括把基板放到等离子体处理腔室内的基板支 撑件上、提供沉积前驱物至处理腔室、由沉积前驱物形成等离子体、由等离子体沉积层至基 板上、分析自基板上数个位置反射的光，以监测基板上数个位置的层沉积速率，及依据反射 光分析结果，利用包含改变第一接地路径阻抗的工艺，调整等离子体的密度分布。
[0006] 本文尚描述处理基板的方法，方法包括把基板放到等离子体处理腔室内的基板支 撑件上、提供沉积前驱物至处理腔室、由沉积前驱物形成等离子体、由等离子体沉积层至基 板上、分析自基板上数个位置反射的光，以监测基板上数个位置的层沉积速率，及依据反射 光分析结果，施加第一能通量至基板的第一部分和第二能通量至基板的第二部分，以调整 基板的温度分布，其中第一部分不同于第二部分，第一能通量不同于第二能通量。
【附图说明】
[0007] 图1是概述根据一实施例的方法的流程图。
[0008] 图2是概述根据另一实施例的方法的流程图。
[0009] 图3是根据一实施例的设备的截面示意图。
[0010] 图4是根据另一实施例的设备的截面示意图。
[0011] 图5A是根据又一实施例的设备的截面示意图。
[0012] 图5B是根据再一实施例的设备的截面示意图。
[0013] 图6是根据另一实施例的设备的截面示意图。
[0014] 图7是根据另一实施例的设备的示意性俯视图。
[0015] 图8A是具多区加热器的基板支撑件的截面示意图，基板支撑件可配合本文所述 其他设备和方法使用。
[0016]图8B是具附加特征结构的基板支撑件的截面示意图。
[0017] 图8C是腔室的截面示意图，腔室具有图8B所述的多区基板支撑件。
[0018] 图9A是根据一实施例的室盖组件的截面示意图，室盖组件具有光学量测装置。
[0019] 图9B是图9A的光学量测装置的细部图。
[0020] 图10A是根据一实施例、具准直仪的盖组件的等角视图。
[0021] 图10B是根据一实施例的准直仪的截面示意图。
[0022] 图10C是根据另一实施例、具准直仪的盖组件的等角视图。
[0023] 图11是根据一实施例、利用原位量测的导电气体分配器的仰视图。
[0024] 图12是概述根据一实施例的确定层厚度的方法的流程图。
[0025] 图13是概述根据另一实施例的确定层厚度的方法的流程图。
[0026] 图14A - 14D是示出在图案化基板上沉积500A氮化硅层期间、在少数所选择的波 长下的时序反射数据的图表。
[0027] 图15是示出在三个相继层的沉积期间、在210nm下收集的反射数据的时序拟合的 图表。
[0028] 图16A - 16D是示出来自堆迭沉积的所选层的反射数据的频谱拟合的图表。
[0029] 图17A和17B是示出与使用透射电子显微镜的厚度测量相比的层厚度测量的图 表。
[0030] 图18是示出厚度数据相对于时间的拟合的图表。
【具体实施方式】
[0031] 通过控制气流均匀性、处理腔室表面间的温度均匀性、基板的温度分布和基板表 面不同位置的等离子体密度分布，可在等离子体工艺中形成极均匀、高品质的装置层至基 板上。可一起调整等离子体密度分布和温度分布，使基板表面各处达到期望的沉积速率分 布。可调整腔室表面的温度均匀性，以提供均匀的反应物种浓度，及控制及/或最小化在腔 室表面上的沉积。
[0032] 图1流程图概述于基板上形成厚度与组成均匀的层的方法100。在步骤102中，把 基板放到化学气相沉积（CVD)腔室内的基板支撑件上。
[0033] 在步骤104中，建立基板内温度分布。此达成方式为以不同速率加热基板的不同 部分，例如使用分区加热器。可使用二区加热器，各区间的温度偏差为约_50°C至约+50°C。 视待沉积材料而定，基板温度可为约300°C至约800°C，例如约400°C至约650°C。
[0034] 在步骤106中，选择及控制面板温度。面板是室盖的表面，该表面接触处理环境且 面向基板支撑件。控制面板温度可提升面板附近的腔室处理区的温度均匀性，进而于反应 气体混合物离开面板而进入处理区时，改善反应气体混合物的组成均匀性。使加热元件热 耦合至面板，可以控制面板温度。此达成方式为让加热元件直接接触面板或经由另一构件 传导。面板温度可为约100°C至约300°C。
[0035] 在步骤108中，经由温度控制面板提供前驱物气体混合物至腔室。气体混合物可 为任何适合的CVD前驱物混合物，例如硅（多晶硅或非晶硅）、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅前 驱物混合物。可包括掺质前驱物，例如硼化合物、磷化合物及/或砷化合物。以下流率范围 是应用到300毫米（mm)基板尺寸用的腔室。适当尺度化后可用于其他基板尺寸用的腔室。 可以约2〇 SCCm(标准公升每分钟）至约2000SCCm的流率提供硅前驱物（例如硅烷）。可以 约20mgm (毫克每分钟）至约5000mgm的流率提供四乙氧基硅烷（TE0S)。可以约lOOOsccm 至约20000sccm的流率提供氧前驱物，例如N 20、02、03、H20、C0或C02。可以约200sccm至 约50000 SCCm的流率提供氮前驱物，例如N2、N20、见13或H 2N2或上述物质的取代变体或前述 氮物种的任一混合物。可包括碳前驱物，例如烃（例如甲烷），以将碳加入层中。可以约 20sccm至约3000sccm之间的流率提供掺质前驱物，例如三甲基硼烷（TMB)、二硼烷（B 2H6)、 三氢化磷（PH3)、砷化氢（AsH3)和取代三氢化磷与砷化氢或上述物质混合物。掺质前驱物 可由载气承载或以稀释气体稀释，例如氦气、氩气、氮气或氢气或上述物质的任一混合物， 以约500sccm至约30000sccm之间的流率流动。在腔室内建立约0. 5托耳至约10托耳之 间的操作压力。面板与基板的间距为约200密耳（千分之一英寸）至1100密耳之间。
[0036] 在步骤110中，在腔室中，由前驱物气体混合物形成等离子体。等离子体可由电容 或感应手段形成，且可通过使射频（RF)功率耦合至前驱物气体混合物而激发。RF功率可为 具高频分量与低频分量的双频RF功率。RF功率通常是以约50瓦（W)至约1500W间的功率 电平施加，此可为全高频RF功率，例如频率为约13. 56兆赫（MHz)，或可为高频功率与低频 功率混合物，例如频率为约300千赫（kHz)。
[0037] 在步骤112中，偏压耦接至腔室侧壁的电极及/或耦接至基板支撑件的电极，以调 整等离子体密度分布。各电极一般经控制以提供选定的电流阻抗流过电极。共振调谐电路 通常耦接至各电极及接地，共振调谐电路的部件经选定而具至少一可变部件，如此可动态 调整阻抗，以维持目标电流。流过各电极的电流可控制为约0安培（A)至约30A之间的值 或约1A至约30A之间的值。
[0038] 在步骤114中，由等离子体形成层至基板上。视前驱物组成而定，层可为硅层（例 如多晶硅、微晶硅或非晶硅层且可经掺杂）、氧化硅层（可经掺杂）、氮氧化硅层（可经掺 杂）、碳化硅层（可经掺杂）、碳氧化硅层（可经掺杂）、氮碳化硅层（可经掺杂）、氮氧碳化 硅层（可经掺杂）或氮化硅层（可经掺杂）。亦可选择适当前驱物和流率来沉积其他层，例 如不含硅层。
[0039] 形成层的厚度均匀性通常为2%或更佳。在一方面中，沉积层的厚度不会偏离平均 值2%以上。在另一方面中，层厚度的标准差不超过约2%。此厚度均匀性能在单一腔室中 以单一连续工艺形成多层，例如高达150层，同时保持实质平面、层状且平行的堆迭结构。
[0040] 通过控制暴露于等离子体的腔室表面的温度，可进一步加强均匀性。当腔室表面 容许热浮动时，将会产生热点与冷点，以致不受控制地影响等离子体密度和反应性。如上所 述，可利用电阻式加热器或热流体，加热喷淋头的面板，热流体可置于导管内而通过部分面 板或是直接接触或热接触面板。导管可设置穿过面板的边缘部分，以免干扰面板的气流功 能。加热面板边缘部分有助于降低面板边缘部分变成腔室内的散热体的倾向。
[0041] 亦可加热室壁达类似效果。加热暴露于等离子体的腔室表面亦可减少在腔室表面 沉积、凝结及/或逆向升华、减低腔室清洗频率，及增加每次清洗的平均周期。高温表面亦 促进密集沉积，因而较不会产生掉到基板上的微粒。具电阻式加热器及/或热流体的热控 制导管可设置穿过室壁，以达成热控制室壁的目的。所有表面的温度可由控制器控制。
[0042]图2流程图概述于基板上形成厚度与组成均匀的层的方法200。除量测部件外，方 法200在许多方面类似图1的方法100。在步骤202中，把基板放到CVD腔室内的基板支撑 件上。
[0043]在步骤204中，通过用光照射腔室内的基板，及测量基板所反射的光谱，来检测基 板的基线反射率。用于原位测量基板反射率的示例性设备将描述如下。从入射光的光谱分 析取得作为波长函数的导向基板的光的强度。从反射光的光谱分析取得作为波长函数的自 基板反射的光的强度。计算作为波长函数的反射光强度与入射光强度的比率，并储存供后 续处理。具电子存储器的电子计算装置可用于分析光谱数据。
[0044] 在步骤206中，建立基板中的温度分布，此实质如同上述步骤104。在步骤208中， 设定面板的温度，此如同上述步骤106。在步骤210中，使前驱物流入CVD腔室，此如同上述 步骤108。在步骤212中，在CVD腔室中形成等离子体，此如同上述步骤110。在步骤214 中，调整及选择等离子体密度分布，此如同上述步骤112。在步骤216中，由等离子体沉积层 至基板上，此实质如同上述步骤114。
[0045]在步骤218中，检测沉积层的厚度均匀性，同时沉积层来进行调整，以控制厚度均 匀性。进行沉积时，监测自基板反射的光，反射光中的变化用于确定厚度。一般会监测基板 上的多个位置，以确定不同位置的厚度变化。进行沉积时，比较不同位置的厚度数据，以确 定厚度均匀性。由反射光确定厚度的设备和算法将进一步详述于后。
[0046] 在步骤220中，依据在步骤218中从反射光分析确定的厚度均匀性，调整腔室参 数，腔室参数会影响基板各处的沉积分布。进行沉积层时，调整等离子体密度分布、基板温 度分布和气体流率的至少一者，以控制厚度均匀性。用于调整基板温度分