[發(fā)明專利]用于改良瞬時(shí)相沉積的氣體分配系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580040815.1
• 申請(qǐng)日: 2005-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN101065513A
• 公開（公告）日: 2007-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇達(dá)哈爾·貢德哈利卡;羅伯特·鄧肯;塞瑪可·薩力米恩;穆罕姆德·M·拉希德;哈瑞·S·懷特賽爾;布魯諾·杰弗里昂;帕德曼那泊罕·克里希納拉杰;魯?shù)婪颉す沤軤?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 應(yīng)用材料股份有限公司
• 主分類號(hào): C23C16/00
• 分類號(hào): C23C16/00;H01L21/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 陸嘉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大致是有關(guān)于半導(dǎo)體工藝，且更明確而言，是關(guān)于，例如用于化學(xué)氣相沉積處理室的改良的氣體分配系統(tǒng)，以提供改良的瞬時(shí)相沉積。

背景技術(shù)

制造現(xiàn)今半導(dǎo)體元件的主要步驟之一是通過氣體的化學(xué)反應(yīng)在半導(dǎo)體基材上形成薄層。此種沉積工藝一般稱為化學(xué)氣相沉積(CVD)。傳統(tǒng)熱化學(xué)氣相沉積工藝是將反應(yīng)性氣體供應(yīng)至基材表面，以于該處發(fā)生熱誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)而形成所欲薄層。另一方面，等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)則可通過射頻能量(RF)的應(yīng)用，促進(jìn)反應(yīng)性氣體在靠近基材表面反應(yīng)區(qū)作激發(fā)及/或分解，用以形成等離子體。等離子體中高反應(yīng)性的物種可產(chǎn)生發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的所需能量，因此與傳統(tǒng)熱CVD工藝相比降低了CVD工藝需要的溫度。而高密度等離子體(HDP)CVD技術(shù)更進(jìn)一步彰顯了此等優(yōu)點(diǎn)，因致密的等離子體是在低真空壓力下形成，故使得等離子體物種更具反應(yīng)性。「高密度」可由字面上了解其表示具有等于或高于1011離子/立方公分的離子密度。

利用HDP-CVD技術(shù)的特定應(yīng)用包括淺溝渠隔離(STI)、前金屬介電質(zhì)(PMD)應(yīng)用以及中間金屬介電質(zhì)(IMD)應(yīng)用。然而此等多樣應(yīng)用中的沉積特性會(huì)因具不同組成物的鄰接層間的擴(kuò)散而有所影響，擴(kuò)散會(huì)影響所得層結(jié)構(gòu)的特定所欲特性。為避免此種擴(kuò)散，業(yè)界所采用的解決方式之一包括沉積額外的中間阻障層(intermediate?barrier?layer)。例如，當(dāng)于IMD應(yīng)用中沉積經(jīng)摻雜的硅氧化物時(shí)，擴(kuò)散至金屬的摻雜物會(huì)在氧化物/金屬介面處形成不樂見的化學(xué)物種，使得氧化物及金屬間的黏著力變差。在沉積摻雜硅氧化物層之前在金屬上沉積富含硅的襯墊層可避免摻雜物擴(kuò)散。阻障層的使用對(duì)于結(jié)構(gòu)黏著性的改善有相當(dāng)大的幫助。在許多應(yīng)用中，形成特定結(jié)構(gòu)時(shí)沉積阻障層幾已成為例行步驟。例如，在利用HDP-CVD的氟化硅玻璃應(yīng)用中，富含硅的氧化物襯墊層常沉積摻雜氟的硅氧化物層之前形成在基材上。

在HDP-CVD反應(yīng)器中沉積初始沉積層或襯墊層是避免等離子體傷害的關(guān)鍵要素。然而由于初始沉積瞬時(shí)相的不均勻氣體分配，達(dá)到均勻襯墊層確有難度。目前沉積均勻襯墊層的一種方法是利用低壓轟擊，亦即處理室中的氣體混合物中不含等離子體。于混合步驟期間，基材是在不使用等離子體下作冷卻，用以降低襯墊層的沉積溫度。襯墊層先趨物氣體通常包括氧氣及硅源氣體(例如硅烷)，也可能為含氟氣體(例如四氟化硅)。預(yù)混合步驟后的等離子體轟擊可通過低壓轟擊的處理方式進(jìn)行，例如描述于1999年12月23日所申請(qǐng)，目前正審查中，且共同讓予本申請(qǐng)受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/470,819號(hào)，其標(biāo)題為「LOW?PRESSURE?STRIKE?INHDP-CVD?CHAMBER」。等離子體起始期間，使用低壓轟擊可避免等離子體的不穩(wěn)定，否則會(huì)造成薄膜品質(zhì)的不一致。

另一方面，現(xiàn)已觀察到在HDP-CVD反應(yīng)器中盡可能升高沉積溫度為一種關(guān)鍵的縫隙填充法。然而通過低壓轟擊降低沉積溫度的方式將使縫隙填充品質(zhì)劣化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的所述實(shí)施例關(guān)于氣體分配系統(tǒng)，其在氣體最初由氣體分配系統(tǒng)流至工藝處理室時(shí)的瞬時(shí)相期間，可使氣體以較為均勻的方式分配至工藝處理室。于特定實(shí)施例中，氣體分配系統(tǒng)可結(jié)合外通道及內(nèi)通道間的不同孔洞尺寸。經(jīng)由氣體入口流至外通道的氣體會(huì)接著經(jīng)過不同尺寸的孔洞至內(nèi)通道。當(dāng)沿外通道測(cè)量時(shí)，孔洞尺寸是隨孔洞及氣體入口間的距離增加。以此方式，氣體會(huì)更均勻的流至內(nèi)氣體通道，因?yàn)閮?nèi)氣體通道是流通地耦接至數(shù)個(gè)設(shè)于處理室四周的氣體出口，以將氣體引入處理室。外通道及內(nèi)通道是以圓形氣體環(huán)方式設(shè)于工藝處理室四周。在進(jìn)行低壓轟擊法后，氣體分配系統(tǒng)可用以沉積均勻襯墊層而無須降低初始沉積溫度，用以確保沉積的品質(zhì)，包括良好的縫隙填充特性。

依據(jù)本發(fā)明的一態(tài)樣中，氣體分配系統(tǒng)包括一氣體環(huán)，其具有一外表面及一內(nèi)表面；以及一氣體入口，設(shè)在氣體環(huán)的外表面處。氣體入口可流通地與第一通道耦接，該第一通道設(shè)于氣體環(huán)的外表面及內(nèi)表面之間。數(shù)個(gè)氣體出口則分布在氣體環(huán)的整個(gè)內(nèi)表面，其并流通地與設(shè)于氣體環(huán)的外表面及內(nèi)表面間的第二通道相耦接。數(shù)個(gè)孔洞則可流通地耦接在第一通道及第二通道之間。數(shù)個(gè)孔洞則與氣體入口相隔若干距離，且在沿第一通道測(cè)量時(shí)，其尺寸隨著距氣體入口的距離而變化，以使孔洞尺寸在沿著第一通道測(cè)量時(shí)隨著孔洞及氣體入口間的距離而增加。