最小化teos氧化物膜沉積期間接縫效應的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及最小化TEOS氧化物膜沉積期間接縫效應的方法和裝置。一種最小化在半導體襯底等離子體處理裝置中的半導體襯底上進行的溝槽填充工藝期間沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應的方法，該方法包括將半導體襯底支撐在半導體襯底等離子體處理裝置的真空室中的基座上。使包括TEOS、氧化劑和氬氣的工藝氣體流動通過噴頭組件的面板進入真空室的處理區域中。RF能量將所述工藝氣體激勵成等離子體，其中TEOS氧化物膜被沉積在半導體襯底上以便填充其至少一個溝槽。所述氬氣以足以增大所述等離子體的電子密度的量供給，使得朝向半導體襯底的中央的TEOS氧化物膜的沉積速度增大，以及在至少一個溝槽中所沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應減小。
【專利說明】
最小化TEOS氧化物膜沉積期間接縫效應的方法和裝置
技術領域
本發明所公開的實施方式涉及用于在半導體襯底處理過程中在半導體襯底上沉積電介質膜的方法和裝置，并且更具體地涉及最小化在TEOS氧化物膜沉積期間接縫效應的方法和裝置。
【背景技術】
[0001 ] TEOS(三-乙氧基-有機-硅酸鹽)是一種含硅化合物，其在室溫下為液體。例如，代替硅烷，TEOS在許多應用中被使用以在襯底上沉積電介質膜。因為由TEOS化學氣相沉積工藝沉積的二氧化娃(或“TE0S氧化物”)膜具有良好的共形性，所以TEOS被用于其中需要共形性的應用中。TEOS氧化物通常由等離子體增強沉積化學氣相沉積(PECVD)工藝進行沉積。
[0002]基于TEOS的PECVD工藝通常涉及將襯底暴露于包括TEOS和如氧或臭氧之類的氧化劑的工藝氣體。在半導體襯底處理的溝槽填充工藝過程中TEOS氧化物沉積可能導致不均勻沉積和臺階覆蓋的形成，從而由于沉積在溝槽的側壁上的沉積材料的懸垂可導致在所沉積的膜中形成空隙和/或接縫(即接縫效應)。因此，人們期望具有用于沉積TEOS氧化物膜的高沉積速率、高純度的工藝，其中如接縫效應之類缺陷被最小化。

【發明內容】

[0003]本發明公開的是一種最小化在半導體襯底等離子體處理裝置中的半導體襯底上進行溝槽填充工藝期間沉積的TEOS氧化膜的接縫效應的方法。該方法包括將半導體襯底支撐在半導體襯底等離子體處理裝置的真空室中的基座上，其中所述半導體襯底包括在其上表面的至少一個溝槽。使包括TE0S、氧化劑和氬氣的工藝氣體流動通過半導體襯底等離子體處理裝置的噴頭組件的面板到達真空室的在半導體襯底的上表面的上方的處理區域內。利用至少一個RF產生器將RF能量供給到真空室的處理區域，以將工藝氣體激發成等離子體，其中TEOS氧化物膜被沉積在半導體襯底的上表面上，以便填充所述至少一個溝槽，其中所述氬氣以足以增大等離子體的電子密度的量被供給，使得朝向半導體襯底的中央的TEOS氧化物膜的沉積速率增大，而在所述至少一個溝槽中沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應減小。
[0004]本發明還公開了半導體襯底等離子體處理裝置的噴頭組件。該噴頭組件包括:面板，所述面板包括下壁和從下壁的外周向上延伸的環形外壁;和背板，其中所述背板的外周焊接在背板的向上延伸的環形壁上，使得在面板的下壁和背板之間形成腔。面板的下壁包括延伸通過其中的至少6000個氣體噴射孔，其中至少6000個氣體噴射孔在空間上布置在面板的下壁中，使得工藝氣體輸送到所述腔并通過所述至少6000個氣體噴射孔噴射，從而最小化在TEOS氧化物溝槽填充操作期間在半導體襯底的至少一個溝槽中沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應。
【附圖說明】
[0005]圖1示出了可操作以執行如本發明所公開的沉積TEOS氧化物膜的方法的半導體襯底處理裝置的示意圖。
[0006]圖2A示出了現有技術的在半導體襯底的DRAM單元特征上執行的TEOS氧化物沉積工藝的結果。
[0007]圖2B示出了根據本發明所公開的一種實施方式執行的半導體襯底的DRAM單元特征上的TEOS氧化物沉積工藝的結果。
[0008]圖3A示出了作為現有技術的在半導體襯底的DRAM單元特征上的TEOS氧化物沉積工藝的結果的形成的接縫的角度。
[0009]圖3B示出了作為根據本發明所公開的一種實施方式執行的在半導體襯底的DRAM單元特征上的TEOS氧化物沉積工藝的結果的形成的接縫的角度。
[0010]圖4A和圖4B示出了根據本發明所公開的一種實施方式所述的半導體襯底等離子體處理裝置的噴頭組件的一種實施方式
[0011]圖5A示出了根據本發明所公開的一種實施方式的半導體襯底等離子體處理裝置的噴頭組件的面板的一種實施方式，圖5B示出了圖5A的細節J的放大圖。
【具體實施方式】
[0012]在下面的詳細描述中闡述了示例性的實施方式，以提供對公開的裝置和方法的理解。然而，對本領域的技術人員而言，顯而易見的是，示例性的實施方式可以在沒有這些具體細節的情況下實施或通過使用替代的元件或方法來實施。在其他實例中，沒有具體說明公知的處理、過程和/或組件，以免不必要地模糊本公開的實施方式的方面。附圖中的類似標號表示類似的元件。如本文所用的術語“約”是指± 10%。
[0013]三乙氧基有機硅酸鹽(“TE0S”)是一種含硅化合物，TEOS在室溫下為液體，并在許多應用中被使用以在半導體襯底等離子體處理裝置中在半導體襯底上沉積TEOS氧化物膜。TEOS通常代替硅烷用于需要良好的共形性的應用中，例如，當半導體襯底表面含有凹陷特征或其它不規則性結構時。
[0014]使用TE0S(也稱為TEOS氧化物膜或TEOS膜)沉積的二氧化硅膜可使用含有TEOS和氧化劑(通常為氧氣或臭氧)的工藝氣體通過等離子體增強化學氣相沉積工藝或等離子體增強原子層沉積工藝來沉積。
[0015]本發明所公開方法的實施方式可以在等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)反應器中來實施，或者可替換地在等離子體增強原子層沉積(PEALD)反應器中來實施。這樣的反應器可采取許多不同的形式。該裝置可以包括一個或多個真空室(室)或“反應器”(有時包括多個站)，每個真空室或“反應器”可容納一個或多個半導體襯底，并適合用于半導體襯底的等離子體處理。一個或多個室將半導體襯底保持在確定的位置或多個位置(在該位置內運動或沒有運動，運動例如旋轉、振動或其他攪動)。在一種實施方式中，在處理過程中經受沉積處理的半導體襯底從反應器室內的一個站運輸到另一個站。例如，如果期望在半導體襯底的上表面上沉積2000埃的膜，那么在根據本發明所公開的實施方式所述的四個站中的每個在半導體襯底的上表面上可以沉積500埃的膜。替代地，TEOS氧化物膜沉積可以全部在單個站進行或可以在任何數目的站沉積總膜厚的任何部分。
[0016]在處理期間，每個半導體襯底由基座(S卩，半導體襯底支架)、靜電卡盤，和/或其它襯底保持裝置保持在適當的位置。對于其中半導體襯底被加熱的某些操作，襯底支架或基座可以包括如加熱板之類的加熱器。
[0017]圖1提供了描繪布置用于實施如本發明所公開的實施方式的各種反應器組件的簡單框圖。如圖所示，半導體襯底等離子體處理裝置300包括真空室324，真空室324包圍反應器的其它部件并用于容納由電容器型系統所產生的等離子體，電容器型系統包括與接地加熱器塊320結合工作的噴頭組件314。至少一個RF產生器可操作地供給RF能量到在真空室324中的半導體襯底316的上表面上方的處理區域中，以將供給到真空室324的處理區域中的工藝氣體激勵成等離子體，使得等離子體沉積工藝可在真空室324中進行。例如，高頻RF產生器302和低頻RF產生器304中的每一個可以連接到匹配網絡306，匹配網絡306連接到噴頭組件314，使得RF能量可被提供給真空室324中的半導體襯底316上方的處理區域。通過匹配網絡306供給到真空室324的內部的RF能量的功率和頻率足以從工藝氣體產生等離子體。在一種實施方式中，高頻RF產生器302在約2-60MHZ的頻率下工作，在優選的實施方式中，高頻RF產生器302在約13.56MHz的頻率下工作。在一種實施方式中，高頻RF產生器302的功率為約1100W至1700W。在一種實施方式中，低頻RF產生器304在約50至800kHz、優選約300至500kHz的頻率下工作，而低頻RF產生器304的功率為約1550至2400W。
[0018]在反應器中，半導體襯底基座318支撐半導體襯底316。基座可包括卡盤、叉、或升降銷以在沉積和/或等離子體處理工藝期間和中間保持和輸送半導體襯底。卡盤可以是靜電卡盤、機械卡盤、真空卡盤，或如可用于工業和/或研究用途的各種其它類型的卡盤。用于包括靜電卡盤的基座的升降銷組件的細節可在共同轉讓的美國專利N0.8，840，754中得到，其全部內容通過引用并入本文中。
[0019]使工藝氣體經由入口 312和噴頭組件314引入真空室324。多個源氣體管線310可以連接到加熱的歧管308。可以預先混合或不預先混合氣體。適當的閥門和質量流量控制機構被用來確保在等離子體沉積期間輸送適當的氣體。當化學前體以液體形式(如液體TE0S)輸送時，液體流控制機構(諸如液體前體傳輸系統341和液體供給管線301)可用于控制所供給的液體前體的流率，其中由液體前體輸送系統341供給的液體在其輸送至加熱的歧管或在加熱的歧管308中和在加熱的歧管308中與其他工藝氣體混合的過程中被加熱到其汽化點以上，其中包括汽化的液體前體(如汽化的TEOS)的工藝氣體通過噴頭組件314被供給到真空室324，隨后在真空室324中進行等離子體沉積。液體前體(如液體TE0S)在汽化之前的流率對應于被輸送到真空室中的隨后汽化的前體的量。用于沉積裝置的液體前體輸送系統的細節可在共同轉讓的美國專利N0.8，017，527中得到，其全部內容通過引用并入本文。
[0020]工藝氣體可經由出口 322離開真空室324。真空栗326(例如，一個或兩個階段機械干式栗和/或渦輪分子栗)可以通過閉環控制的流動限制裝置(如節流閥或鐘擺閥)將工藝氣體吸引出真空室324并保持真空室324內的適當的低壓強。優選地，在TEOS氧化物膜沉積期間，在真空室324中的壓強被維持在約3-5托，或約4托。
[0021 ] 如上所述，針對基于液體的PECVD和/或PEALD工藝要考慮的問題之一是在溝槽填充工藝中不均勻的沉積和/或臺階覆蓋的形成，溝槽填充工藝如形成TEOS氧化物層100的TEOS氧化物沉積工藝。例如，如圖2A所示，現有技術的TEOS氧化物沉積工藝在半導體襯底50的DRAM單元特征的填充有TEOS氧化物層100的TEOS氧化物材料的溝槽102的側壁103上產生TEOS氧化物材料的嚴重“過懸垂”沉積。嚴重“過懸垂”導致“尖牙(Fang)”形部105的形成，并在例如DRAM單元結構中的TEOS氧化物層100的TEOS氧化物材料中形成尖銳的接縫拐角104，其中隨后的處理(諸如濕法清潔工藝)可能會導致空隙、裂紋和器件失靈。
[0022]本發明公開的方法和裝置的實施方式最小化在溝槽填充工藝(例如在形成半導體襯底的DRAM單元特征的過程中的溝槽填充工藝)過程中TEOS氧化物沉積的接縫效應。例如，圖2B示出了在半導體襯底250上已經執行溝槽填充工藝和濕法清潔工藝之后，已經在根據本文所公開的裝置上根據本文所公開的實施方式處理的經處理的半導體襯底250。如圖2B所示，由于TEOS氧化物層200的所沉積的TEOS氧化物材料的接縫效應已經被最小化并且在所沉積的TEOS氧化物層200的材料中未形成“尖牙”形，因此半導體襯底250的DRAM單元結構不具有尖銳的接縫拐角。沉積的TEOS氧化物層200的厚度為約23500埃，如圖2B所示，沉積的TEOS氧化物層200在整個單元特征是均勻的，并且接縫效應減小(最小化)(即，接縫角度減小，接縫角度會充當裂紋擴展和空隙形成的成核點)。
[0023]在一種實施方式中，沉積TEOS氧化物的方法包括提供半導體襯底到半導體襯底等離子體處理裝置(例如PECVD或PEALD裝置)的真空室中。半導體襯底優選是具有直徑為至少約300毫米的半導體晶片。TEOS氧化物膜的應用的實例描述如下。然后，包括蒸氣形式的TE0S(TE0S氣體)、氧化劑、氦氣和氬氣的工藝氣體被引入到真空室中。氧化劑的例子可以包括氧和臭氧。工藝氣體也可包括一種或多種摻雜劑氣體，一種或多種摻雜劑氣體包括二氧化碳。TEOS氧化物膜然后可以通過高沉積速率的PECVD或PEALD反應在襯底表面上進行沉積。
[0024]初始的沉積速率優選為至少約7000埃/分鐘。在一種實施方式中，初始的沉積速率為至少約8000埃/分鐘、約9000埃/分鐘、9500埃/分鐘、9700埃/分鐘和10000埃/分鐘。隨著襯底上的膜的積累，沉積速率增大；對于在其上已累積厚層膜的襯底，沉積速率可以是約20000-30000埃/分鐘。為了以高的沉積速率沉積膜，液體TEOS和氧化劑(以氣態形式)流率高。例如，汽化之前的液體TEOS的流率的范圍可以為約11-17毫升/分鐘。在具體的實施方式中，汽化之前的液體TEOS的流率可以是至少約13毫升/分鐘、14毫升/分鐘，或15毫升/分。優選地，汽化之前的液體TEOS的流率為約14毫升/分。氧化劑可以是O2或臭氧，其中氧化劑優選為02。氧化劑的流率的范圍可以為約15200sccm-23000sccm，或在具體的實施方式中為約18000-20000sccm，優選為 19000sccm。
[0025]根據多種實施方式，氦氣流率的范圍為約1000-5000sccm，和約3，000-5，OOOsccm，或在某些實施方式中為約3500_4500sccm，優選為約4000sccm。工藝氣體混合物中氦氣的加入增大朝向半導體襯底的上表面上方的處理區域的外周的等離子體中的電子的數量(即，電子密度)和等離子體密度，以便增大TEOS氧化物在處理期間朝向半導體襯底的外周的沉積速率。加入氦氣至工藝氣體混合物的進一步有益效果在共同轉讓的美國專利N0.7，923，376中得到討論，其全部內容通過引用并入本文。
[0026]根據多種實施方式，氬氣流率的范圍為約2000至6000sccm，或約3000至5000sccm。如果在工藝氣體混合物中的氬氣增大了朝向半導體襯底的上表面上方的處理區域的中央的等離子體中的電子的數量(即，電子密度)和等離子體密度，從而增大在處理過程中TEOS氧化物朝向半導體襯底的中央的沉積速率。因此，通過控制在工藝氣體混合物中的氬氣和氦氣的各自流率，可以控制在半導體襯底的整個上表面的TEOS氧化物膜的沉積速率，以使得在半導體的上表面中形成的溝槽中沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應可以被最小化。
[0027]在真空室中的工藝氣體的總流率和其它條件可以尤其根據RF功率、室壓強、襯底表面溫度、以及襯底的尺寸的不同而變化。上述流率是針對300mm的半導體晶片的；本領域技術人員會理解，可以針對在200mm或450mm尺寸的襯底或更大的襯底(例如用于平板設備的襯底)上高沉積速率的PECVD的TEOS氧化物來調節流率。襯底溫度為約300 °C至550 °C，優選為約375°C，其中在整個襯底上溫度不均勻性優選小于2°C。
[0028]PECVD TEOS氧化物膜的應用可包括溝槽填充操作、層間電介質、電介質間隙填充、柵極電介質、阻擋層和覆蓋層。如上所述，當在不使用氬氣的PECVD工藝中工藝氣體包含氬氣時，用TEOS沉積的氧化硅膜具有改善的共形性和臺階覆蓋性。此外，本發明公開的方法的實施方式可結合其他工藝；例如，PECVD TEOS間隙填充工藝可交替進行濺射蝕刻步驟與TEOS氧化物沉積。
[0029]反應物氣體的相對流率以及RF功率可取決于沉積膜的期望的特性。例如，在某些應用中，需要拉伸膜。蝕刻選擇性由膜應力控制。因此，可以控制膜應力以針對給定的應用設定蝕刻選擇性。優選地，沉積的膜可具有介于約O至150MPa之間的拉伸膜應力；在某些實施方式中為至少50MPa。
[0030]在多種實施方式中，例如，在溝槽填充應用中，期望的膜具有高的壓縮膜應力。優選地，所得到的膜可以具有介于約150至400兆帕之間的壓縮膜應力。
[0031]圖3A示出了在汽化之前的液體TEOS流率為14毫升/分鐘的、氦流率為lOOOsccm和O2流率為15000SCCm的在半導體襯底上的TEOS氧化物膜的現有技術的沉積溝槽填充工藝的一種實施方式。在沉積過程中，真空室保持在約2.4托，高頻RF產生器在約250W下供電，低頻RF產生器在約2220W下供電。如圖3A所示，存在接縫效應，其中沉積的TEOS氧化物膜具有約60度的接縫角度，在半導體襯底上已經執行濕式清潔工藝之后在沉積的材料中形成裂縫。
[0032]根據本發明所公開的方法的一個優選的實施方式，并如圖3B所示，隨著沉積的材料的接縫角度已經減小到約55度，接縫效應已經被最小化。在本實施方式中，在已經進行濕法清洗工藝之后，在沉積的材料中沒有形成裂紋。為了實現接縫效應的最小化，等離子體沉積工藝包括液體TEOS在被汽化之前約14毫升/分鐘的流率，約4000SCCm的氦氣流率，3000sccm的氬氣流率，和19000sccm的O2流率。在沉積過程中，真空室保持在約4托，高頻RF產生器在約1400W下供電，低頻RF產生器在約1950W下供電。
[0033]圖4A和4B示出了可根據本發明所公開的方法的實施方式使用的噴頭組件314的一種實施方式。噴頭組件314包括桿404、背板406和面板410。面板410優選地包括下壁421和從下壁421的外周向上延伸的環形壁422。下壁421包括等離子體暴露表面424。面板410的等離子體暴露表面424的直徑可以稍大于在面板410的等離子體暴露表面424下方的被支撐的半導體襯底的直徑，優選為半導體襯底的直徑的約100%至125%。例如，對于300mm( 12英寸)直徑的半導體襯底，面板410的等離子體暴露表面424的直徑可為約13至15英寸。
[0034]面板410的下壁421和背板406可各自具有約0.125至0.5英寸的厚度，或者約0.25英寸至0.5英寸的厚度，或約0.25英寸至0.375英寸的厚度。優選地，面板410的下壁421的厚度為0.375英寸，使得在面板410的整個等離子體暴露表面424上形成最小的熱梯度。面板410可以由鋁或鋁合金，陽極化鋁或被涂覆的鋁，或者被配制成耐高溫度、耐化學制劑和耐等離子體的其他金屬制成。背板406可以由鋁或鋁合金，陽極化鋁或被涂覆的鋁，或者被配制成耐高溫度、耐化學制劑和/或耐等離子體的其他金屬制成。
[0035]在一種實施方式中，背板406的厚度為約0.5英寸，并且面板410的下壁421的厚度為約0.375英寸。背板406與面板410的向上延伸的環形壁422配合，使得在面板410的下壁421和背板406之間形成腔408。優選地，背板406被焊接到面板410的向上延伸的環形壁422，以便將面板410整體地耦接至背板406上。在一種替代實施方式中，螺釘可被用來將面板410可拆卸地耦接到背板406上。
[0036]桿404從噴頭組件314的背板406向上延伸。在一種實施方式中，桿404的下端可以被焊接到背板406 ο反應物氣體通過桿404中的氣體入口通道402引入，流過背板406，并進入背板406和面板410之間的腔408。設置在腔408中的擋板412均勻地分布氣體在整個腔408中，擋板412可以通過在擋板中的螺紋嵌件或螺紋孔(未示出)和若干螺絲連接到背板406上，或者可替換地，擋板412可以被焊接到背板406上。
[0037]腔408的容積由背板406和面板410之間的間隙限定。間隙可為約0.5至I英寸，優選約0.75英寸。為了在間隙中保持均勻的氣流，間隙的尺寸可以利用位于背板406和面板410之間的若干柱440在多個位置(例如3、6或多達10個位置)而保持恒定。優選地，面板410包括其中一體形成的柱440，背板406包括被配置成當背板406被耦接到面板410時接收柱440的上端的對應的開口 441。優選地，柱440的上端被焊接到背板406。面板410包括氣體噴射孔444(參照圖5A)，使得輸送到噴頭組件314的腔408中的工藝氣體可通過氣體噴射孔444被噴射到半導體襯底上方的處理區域，并且如TEOS氧化物膜之類的材料也可以沉積在位于噴頭組件314的面板410的下壁421的等離子暴露表面424下方的半導體襯底的上表面上。
[0038]圖5A示出了根據本發明所公開的實施方式的噴頭組件314(參見圖4)的面板410的下壁421的等離子體暴露表面424的一種實施方式。圖5B示出了圖5A的細節J的放大圖。如圖5A所示，面板410包括多個氣體噴射孔或開口 444，其每一個延伸通過面板410的下壁421的厚度，使得工藝氣體可以通過面板410供給(噴射)。氣體噴射孔444在空間上被布置在面板410的下壁421，使得當根據本發明公開的方法的一種實施方式處理半導體襯底時，均勻的沉積可在半導體襯底的整個上表面實現。在一種實施方式中，至少6000個氣體噴射孔444在空間上被布置在所述面板410的下壁中，使得工藝氣體被輸送到腔408(見圖4B)并通過至少6000個氣體噴射孔444噴射，從而最小化在TEOS氧化物溝槽填充操作期間在半導體襯底的至少一個溝槽中沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應。
[0039]氣體噴射孔444可以進行機械加工、研磨或鉆孔。每個氣體噴射孔444的直徑可為約0.01至0.5英寸，優選的直徑為約0.04英寸。可替代地，氣體噴射孔444可包括較小直徑的孔和較大直徑的孔。在一種實施方式中，氣體噴射孔444中的一些可具有不同的尺寸。例如，面板可以包括可選的中央氣體噴射孔444a(參照圖5B)，其中中央氣體噴射孔444b的直徑大于、等于或小于其余的氣體噴射孔444的直徑。在一種實施方式中，在成排的同心的氣體噴射孔中的氣體噴射孔444中的每個具有相同的直徑，或者替代地在成排的同心的氣體噴射孔444中的氣體噴射孔444的直徑大于或小于相鄰的成排的同心的氣體噴射孔。在一種優選的實施方式中，面板410包括中央氣體噴射孔444a，其中中央氣體噴射孔444a的直徑為約
0.02英寸，而圍繞中央氣體噴射孔444a的其余的氣體噴射孔444中的每個的直徑為約0.04英寸。
[0040]氣體噴射孔444的排列和氣體噴射孔444(包括可選的中央氣體噴射孔444a)中的每個的各自直徑控制通過面板410供給的工藝氣體的分配，由此控制在半導體襯底的整個上表面流動的工藝氣體的組分的停留時間。在一種實施方式中，面板410包括至少約6000個氣體噴射孔444。氣體噴射孔444被布置在圍繞面板410的中心的成排的同心孔中，其中優選地，在每個成排的同心的氣體噴射孔中的相鄰的氣體噴射孔444之間的距離圍繞面板410的中心等距間隔開。
[0041 ]優選地，面板410包括中央氣體噴射孔444a(參照圖5B)和圍繞中央氣體噴射孔444a的多個成排的同心的氣體噴射孔444。在一種實施方式中，面板410不包括中央氣體噴射孔444a。
[0042]在一種實施方式中，如圖5A所示，面板410包括圍繞可選中央氣體噴射孔444a(參照圖5B)的45個成排的同心的氣體噴射孔444，其中第一成排的同心孔具有位于離面板410的中心約0.1-0.2英寸的徑向距離處的9個氣體噴射孔，第二成排的同心孔具有位于離面板410的中心約0.2-0.3英寸的徑向距離處的16個氣體噴射孔，第三成排的同心孔具有位于離面板410的中心約0.4-0.5英寸的徑向距離處的21個氣體噴射孔，第四成排的同心孔具有位于離面板410的中心約0.5-0.6英寸的徑向距離處的27個氣體噴射孔，第五成排的同心孔具有位于離面板410的中心約0.6-0.7英寸的徑向距離處的34個氣體噴射孔，第六成排的同心孔具有位于離面板410的中心約0.7-0.8英寸的徑向距離處的44個氣體噴射孔，第七成排的同心孔具有位于離面板410的中心約0.9-1英寸的徑向距離處的49個氣體噴射孔;第八成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1-1.1英寸的徑向距離處的56個氣體噴射孔，第九成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1.1-1.2英寸的徑向距離處的62個氣體噴射孔，第十成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1.25-1.35英寸的徑向距離處的70個氣體噴射孔，第十一成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1.4-1.5英寸的徑向距離處的83個氣體噴射孔，第十二成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1.5-1.6英寸的徑向距離處的86個氣體噴射孔，第十三成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1.7-1.8英寸的徑向距離處的95個氣體噴射孔，第十四成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1.8-1.9英寸的徑向距離處的97個氣體噴射孔，第十五成排的同心孔具有位于離面板410的中心約1.9-2英寸的徑向距離處的107個氣體噴射孔，第十六成排的同心孔具有位于離面板410的中心約
2.05-2.15英寸的徑向距離處的118個氣體噴射孔，第十七成排的同心孔具有位于離面板410的中心約2.2-2.3英寸的徑向距離處的116個氣體噴射孔，第十八成排的同心孔具有位于離面板410的中心約2.3-2.4英寸的徑向距離處的127個氣體噴射孔，第十九成排的同心孔具有位于離面板410的中心約2.4-2.5英寸的徑向距離處的127個氣體噴射孔，第二十成排的同心孔具有離面板410的中心約2.55-2.65英寸的徑向距離處的139個氣體噴射孔，第二十一成排的同心孔具有位于離面板410的中心約2.7-2.8英寸的徑向距離處的159個氣體噴射孔，第二十二成排的同心孔具有位于離面板410的中心約2.8-2.9英寸的徑向距離處的162個氣體噴射孔，在第二十三成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3-3.1英寸的徑向距離處的165個氣體噴射孔，第二十四成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3.1-
3.2英寸的徑向距離處的171個氣體噴射孔，第二十五成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3.2-3.3英寸的徑向距離處的170個氣體噴射孔，第二十六成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3.35-3.45英寸的徑向距離處的178個氣體噴射孔，第二十七成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3.5-3.6英寸的徑向距離處的186個氣體噴射孔，第二十八成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3.6-3.7英寸的徑向距離處的185個氣體噴射孔，第二十九成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3.75-3.85英寸的徑向距離處的195個氣體噴射孔，第三十成排的同心孔具有位于離面板410的中心約3.9-4英寸的徑向距離處的195個氣體噴射孔，第三十一成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4-4.1英寸的徑向距離處的200個氣體噴射孔，第三十二成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4.15-4.25英寸的徑向距離處的202個氣體噴射孔，第三十三成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4.3-4.4英寸的徑向距離處的205個氣體噴射孔，第三十四成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4.4-4.5英寸的徑向距離處的210個氣體噴射孔，第三十五成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4.5-4.6英寸的徑向距離處的214個氣體噴射孔，第三十六成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4.7-4.8英寸的徑向距離處的215個氣體噴射孔，第三十七成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4.8-4.9英寸的徑向距離處的212個氣體噴射孔，在第三十八成排的同心孔具有位于離面板410的中心約4.9-5英寸的徑向距離處的212個氣體噴射孔，第三十九成排的同心孔具有位于離面板410的中心約5.1-
5.2英寸的徑向距離處的214個氣體噴射孔，第四十成排的同心孔具有位于離面板410的中心約5.2-5.3英寸的徑向距離處的212個氣體噴射孔，第四十一成排的同心孔具有位于離面板410的中心約5.3-5.4英寸的徑向距離處的210個氣體噴射孔，第四十二成排的同心孔具有位于離面板410的中心約5.45-5.55英寸的徑向距離處的198個氣體噴射孔，第四十三成排的同心孔具有位于離面板410的中心約5.6-5.7英寸的徑向距離處的160個氣體噴射孔，第四十四成排的同心孔具有位于離面板410的中心約5.7-5.8英寸的徑向距離處的160個氣體噴射孔，以及第四十五成排的同心孔具有位于離面板410的中心約5.85-5.95英寸的徑向距離處的140個氣體噴射孔。優選地，每一成排的同心的氣體噴射孔的氣體噴射孔444圍繞面板410的中心等距離地間隔開(S卩，在每一成排的同心的氣體噴射孔中的相鄰氣體噴射孔之間的距離是大致相同的)。
[0043]返回參照圖1，半導體襯底等離子體處理裝置300包括控制器162，控制器162可以與電子設備集成，以用于控制如本文所公開的半導體襯底等離子體處理裝置300的實施方式所述的操作和用于執行如本文所公開的方法的實施方式。電子器件可以被稱為“控制器”，其可以控制系統或子系統的各種組件或子零件。
[0044]寬泛地講，控制器可以被定義為接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數字信號處理器(DSP)、被定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個或多個微處理器或執行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨設置的形式(或程序文件)傳輸到控制器的指令，該設置定義用于在半導體晶片或系統上或針對半導體晶片或系統執行特定處理的操作參數。在一些實施方式中，操作參數可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方(recipe)的一部分。
[0045]在一些實現方式中，控制器162可以是與系統集成、耦接或者說是通過網絡連接系統或它們的組合的計算機的一部分或者與該計算機耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是可以允許遠程訪問晶片處理的fab主機系統的全部或一部分。計算機可以啟用對系統的遠程訪問以監測制造操作的當前進程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的趨勢或性能標準，改變當前處理的參數，設置處理步驟以跟隨當前的處理或者開始新的工藝。在一些實例中，遠程計算機(例如，服務器)可以通過網絡給系統提供工藝配方，網絡可以包括本地網絡或互聯網。遠程計算機可以包括允許輸入或編程參數和/或設置的用戶界面，該參數和/或設置然后從遠程計算機傳輸到系統。在一些實例中，控制器接收數據形式的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執行的每個處理步驟的參數。應當理解，參數可以針對將要執行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，控制器162可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網絡連接在一起并且朝著共同的目標(例如，本發明所提供的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實例可以是與結合以控制室內工藝的一個或多個遠程集成電路(例如，在平臺水平(即，處理模塊)或作為遠程計算機的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。
[0046]如上所述，根據半導體襯底等離子體處理裝置300將要執行的一個或多個工藝步驟，其控制器162可以與一個或多個其他的工具電路或模塊、其他工具組件、組合工具、其他工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個工廠中的工具、主機、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運的材料搬運中使用的工具通信。優選地，非臨時性計算機機器可讀介質包括用于控制半導體襯底等離子體處理裝置300的程序指令。
[0047]在一種實施方式中，最小化在半導體襯底等離子體處理裝置中的半導體襯底上執行的溝槽填充工藝期間沉積的TEOS氧化膜的接縫效應的方法包括將半導體襯底支撐在半導體襯底等離子體處理裝置的真空室中的基座上，其中所述半導體襯底包括在其上表面上的至少一個溝槽。包括TE0S、氧化劑和氬氣的工藝氣體通過半導體襯底等離子體處理裝置的噴頭組件的面板流入真空室半導體襯底的上表面上方的處理區域。RF能量利用至少一個RF產生器被供給到真空室的處理區域中，以將工藝氣體激發成等離子體，其中TEOS氧化物膜沉積在半導體襯底的上表面上，以填充其至少一個溝槽，其中氬氣以足以增大等離子體中的電子密度的量被供給，使得TEOS氧化物膜朝向半導體襯底的中央的沉積速率增大，以及在至少一個溝槽中沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應減小。
[0048]優選地，工藝氣體還包括氦氣，其中氦氣以足以增大等離子體中的電子密度的流率被供給到真空室，使得TEOS氧化物膜朝向半導體襯底的外周的沉積速率增大，以及在至少一個溝槽中沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應減小。
[0049]在一種實施方式中，利用在約1100至1700W下被供電的高頻RF產生器將RF能量供給到真空室的處理區域，并利用在約1550至2400W下被供電的低頻RF產生器供給RF能量到真空室的處理區域，并且在處理過程中所述真空室維持在約3-5托或約4托的壓強，其中TEOS氧化物膜優選沉積到約1000埃至30000埃的厚度。
[0050]本文公開的實施方式已經參考優選實施方式進行了描述。然而，對本領域技術人員而言，顯而易見的是，在不脫離本發明的構思的情況下，以與上述方式不同的特定的形式實現本發明是可能的。優選的實施方式是說明性的，并不應以任何方式被認為是限制性的。
【主權項】
1.一種最小化在半導體襯底等離子體處理裝置中的半導體襯底上進行的溝槽填充工藝期間沉積的TEOS氧化物膜的接縫效應的方法，所述方法包括: 將半導體襯底支撐在所述半導體襯底等離子體處理裝置的真空室中的基座上，其中所述半導體襯底包括在其上表面中的至少一個溝槽； 使包括TE0S、氧化劑和氬氣的工藝氣體流動通過所述半導體襯底等離子體處理裝置的噴頭組件的面板進入所述真空室的在所述半導體襯底的所述上表面上方的處理區域中； 利用至少一個RF產生器供給RF能量到所述真空室的所述處理區域以將所述工藝氣體激勵成等離子體;以及 在所述半導體襯底的所述上表面上沉積TEOS氧化物膜以填充所述至少一個溝槽，其中所述氬氣以足以增大所述等離子體的電子密度的量被供給，使得朝向所述半導體襯底的中央的所述TEOS氧化物膜的沉積速度增大，以及在所述至少一個溝槽中所沉積的所述TEOS氧化物膜的所述接縫效應減小。2.如權利要求1所述的方法，其中所述氬氣以約2000至6000sccm、約3000至5000sccm、或約4000 s ccm的流率供給到所述真空室。3.如權利要求1所述的方法，其中所述工藝氣體還包括氦氣，其中所述氦氣以足以增大所述等離子體中的所述電子密度的流率供給到所述真空室中，以使得朝向所述半導體襯底的外圍的所述TEOS氧化物膜的所述沉積速率增大以及在所述至少一個溝槽中所沉積的所述TEOS氧化物膜的所述接縫效應減小。4.如權利要求3所述的方法，其中所述氦氣以約3000至5000sccm、約3500-4500sccm、或約4000 s ccm的流率供給到所述真空室。5.如權利要求1所述的方法，其中所述氧化劑是02或臭氧，所述氧化劑以約15000sccm-23000sccm，約18000-20000sccm，或約19000sccm的流率被供給到所述真空室。6.如權利要求1所述的方法，其中利用至少一個RF產生器供給RF能量到所述真空室的所述處理區域包括利用在約1100胃至1700胃下被供電的高頻RF產生器供給約2至60MHz的頻率的RF能量到所述真空室的所述處理區域中以及利用在約1550至2400W下被供電的低頻RF產生器供給約50至800kHz的頻率的RF能量到所述真空室的所述處理區域中。7.如權利要求1所述的方法，其中所述真空室被保持在約3-5托或約4托的壓強下。8.如權利要求1所述的方法，其還包括使液體TEOS以約11-17毫升/分鐘或約14毫升/分鐘的流率流動至加熱的歧管，該加熱的歧管能操作以汽化所述液體TEOS，其中所述加熱的歧管與所述噴頭組件流體連通，使得所汽化的所述TEOS能流動通過所述噴頭組件的所述面板到達所述半導體襯底上方的所述處理區域。9.如權利要求1所述的方法，其中，所述TEOS氧化物膜被沉積至約1000埃至30000埃的厚度。10.如權利要求3所述的方法，其中液體TEOS在汽化之前的流率為約14毫升/分鐘，所述氦氣的流率為約4000sccm，所述氬氣的流率為約3000sccm，所述02的流率為約19000sccmo11.如權利要求10所述的方法，其中所述高頻RF產生器的功率為約1400W，所述低頻RF產生器的功率為約1950W，并維持所述真空室中的所述壓強在約4托。12.如權利要求1所述的方法，其中所產生的所述TEOS氧化物膜的拉伸膜應力為約O至150Mpa。13.如權利要求1所述的方法，其中所產生的所述TEOS氧化物膜的壓縮膜應力為介于150-400Mpa之間。14.一種根據權利要求1所述的方法處理的半導體襯底。15.一種半導體襯底等離子體處理裝置的噴頭組件，該噴頭組件包括: 面板，其包括下壁和從所述下壁的外周向上延伸的環形外壁;和 背板，其中所述面板的向上延伸的所述環形壁被焊接到背板的外周，使得在所述面板的所述下壁和所述背板之間形成腔； 其中，所述面板的所述下壁包括延伸穿過其中的至少6000個氣體噴射孔，其中所述至少6000個氣體噴射孔在空間上布置在所述面板的所述下壁，使得所述工藝氣體通過所述至少6000個氣體噴射孔輸送，從而最小化在TEOS氧化物溝槽填充操作期間沉積在半導體襯底中的至少一個溝槽內的TEOS氧化物膜的接縫效應。16.如權利要求15所述的噴頭組件，其中所述面板的所述下壁包括任選的中央氣體噴射孔和圍繞所述任選的中央孔的45個成排的同心的氣體噴射孔，其中第一成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約0.1-0.2英寸的徑向距離處的9個氣體噴射孔，第二成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約0.2-0.3英寸的徑向距離處的16個氣體噴射孔，第三成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約0.4-0.5英寸的徑向距離處的21個氣體噴射孔，第四成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約0.5-0.6英寸的徑向距離處的27個氣體噴射孔，第五成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約0.6-0.7英寸的徑向距離處的34個氣體噴射孔，第六成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約0.7-0.8英寸的徑向距離處的44個氣體噴射孔，第七成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約0.9-1英寸的徑向距離處的49個氣體噴射孔，第八成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1-1.1英寸的徑向距離處的56個氣體噴射孔，第九成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1.1-1.2英寸的徑向距離處的62個氣體噴射孔，第十成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1.25-1.35英寸的徑向距離處的70個氣體噴射孔，第十一成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1.4-1.5英寸的徑向距離處的83個氣體噴射孔，第十二成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1.5-1.6英寸的徑向距離處的86個氣體噴射孔，第十三成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1.7-1.8英寸的徑向距離處的95個氣體噴射孔，第十四成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1.8-1.9英寸的徑向距離處的97個氣體噴射孔，第十五成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約1.9-2英寸的徑向距離處的107個氣體噴射孔，第十六成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約2.05-2.15英寸的徑向距離處的118個氣體噴射孔，第十七成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約2.2-2.3英寸的徑向距離處的116個氣體噴射孔，第十八成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約2.3-2.4英寸的徑向距離處的127個氣體噴射孔，第十九成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約2.4-2.5英寸的徑向距離處的127個氣體噴射孔，第二十成排的同心孔具有離所述面板410的所述中心約2.55-2.65英寸的徑向距離處的139個氣體噴射孔，第二十一成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約2.7-2.8英寸的徑向距離處的159個氣體噴射孔，第二十二成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約2.8-2.9英寸的徑向距離處的162個氣體噴射孔，在第二十三成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3-3.1英寸的徑向距離處的165個氣體噴射孔，第二十四成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3.1-3.2英寸的徑向距離處的171個氣體噴射孔，第二十五成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3.2-3.3英寸的徑向距離處的170個氣體噴射孔，第二十六成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3.35-3.45英寸的徑向距離處的178個氣體噴射孔，第二十七成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3.5-3.6英寸的徑向距離處的186個氣體噴射孔，第二十八成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3.6-3.7英寸的徑向距離處的185個氣體噴射孔，第二十九成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3.75-3.85英寸的徑向距離處的195個氣體噴射孔，第三十成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約3.9-4英寸的徑向距離處的195個氣體噴射孔，第三十一成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4-4.1英寸的徑向距離處的200個氣體噴射孔，第三十二成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4.15-4.25英寸的徑向距離處的202個氣體噴射孔，第三十三成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4.3-4.4英寸的徑向距離處的205個氣體噴射孔，第三十四成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4.4-4.5英寸的徑向距離處的210個氣體噴射孔，第三十五成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4.5-4.6英寸的徑向距離處的214個氣體噴射孔，第三十六成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4.7-4.8英寸的徑向距離處的215個氣體噴射孔，第三十七成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4.8-4.9英寸的徑向距離處的212個氣體噴射孔，在第三十八成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約4.9-5英寸的徑向距離處的212個氣體噴射孔，第三十九成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約5.1-5.2英寸的徑向距離處的214個氣體噴射孔，第四十成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約5.2-5.3英寸的徑向距離處的212個氣體噴射孔，第四十一成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約5.3-5.4英寸的徑向距離處的210個氣體噴射孔，第四十二成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約5.45-5.55英寸的徑向距離處的198個氣體噴射孔，第四十三成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約5.6-5.7英寸的徑向距離處的160個氣體噴射孔，第四十四成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約5.7-5.8英寸的徑向距離處的160個氣體噴射孔，以及第四十五成排的同心孔具有位于離所述面板410的所述中心約5.85-5.95英寸的徑向距離處的140個氣體噴射孔。17.如權利要求15所述的噴頭組件，其中 (a)所述面板包括任選的中央氣體噴射孔，所述中央氣體噴射孔的所述直徑大于、等于或小于其余的氣體噴射孔的直徑;和/或 (b)所述成排的同心的氣體噴射孔中的氣體噴射孔中的每個具有相同的直徑或在成排的同心的氣體噴射孔中的所述氣體噴射孔具有比相鄰的成排的同心的氣體噴射孔的直徑大或小的直徑。18.如權利要求15所述的噴頭組件，其中 (a)所述面板包括在所述腔中從所述面板的所述下壁向上延伸的多個柱，其中所述柱的上端被焊接在所述背板的相應的開口中，所述柱的所述上端位于所述相應的開口中； (b)桿從所述噴頭組件的所述背板向上延伸；以及 (C)擋板設置在所述噴頭組件的所述腔中，其中所述擋板能操作以將供給到所述噴頭組件的工藝氣體均勻地分布在整個所述腔中。19.一種半導體襯底等離子體處理裝置，其包括權利要求15所述的噴頭組件，其中所述半導體襯底等離子體處理裝置是等離子體增強化學氣相沉積裝置或等離子體增強的原子層沉積裝置。20.如權利要求19的所述半導體襯底等離子體處理裝置，其還包括控制器和機器可讀介質，該機器可讀介質包括用于控制所述半導體襯底等離子體處理裝置的程序指令。
【文檔編號】H01L21/31GK105938792SQ201610127551
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月7日
【發明人】阿魯爾·N·達斯
【申請人】朗姆研究公司