气体分配喷头制造技术

一种用于半导体制造工艺的气体分配喷头，其具有面板（３１６），该面板具有细长狭缝或通道形式的气体出口（３１８Ｂ）。按照本发明专利技术的实施例，细长气体出口的使用显著减少沉积材料的不期望的斑点形成（ｓｐｏｔｔｉｎｇ）和条纹形成（ｓｔｒｅａｋｉｎｇ），其中喷头和晶片近距离间隔开。也公开了具有面板的喷头，而面板具有锥形轮廓，以减小在面板到晶片近间距下沉积材料的边缘厚度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

按照本专利技术的实施例一般涉及用于制造半导体器件的方法和装置，具体地涉及高温沉积工艺中采用的气体分配喷头。
技术介绍
高温化学气相沉积(CVD)工艺广泛应用于半导体工业。图1A显示用于执行传统的高温化学气相沉积装置的简化剖视图。为了说明的目的，图1A-本申请的另一个图没有按比例显示。装置100包括晶片支撑结构104，其设置在沉积腔室105内。在衬底加工过程中，晶片102可设置在支撑结构104上面。气体分配喷头106定位在晶片102的上方，且和晶片102以间隙(gap)Y分开。对具体的应用，间隙Y的大小可通过调整晶片支撑结构104相对于喷头106的高度来控制。例如，在传统的未搀杂硅玻璃(USG)材料的沉积中，间隙Y可约大于300密耳。气体分配喷头106包括工艺气体入口108，其与具有孔口(apertures)112的阻滞板(blocker plate)110间有流体传输。气体分配面板114定位在阻滞板110的下游。面板114从阻滞板110接收工艺气流，并将气体经孔(hole)116输送到晶片102。作为工艺气体流动的结果，沉积材料层118形成于晶片102上。图1B显示图1A中传统气体分配面板114透视仰视图。面板114的孔116分布于面板表面上。图1B只显示孔116在面板上分布的一个例子，面板上的孔可有许多其它的布置。再参考图1A，阻滞板110的作用是粗略地分配进入的工艺气流120于面板114的入口侧114a。面板114再分配气流以产生一致的，精细分配的气流，使晶片102暴露在该气流下。暴露于细分配的处理气流的结果是在晶片102上形成高质量的沉积材料层118。显示于图1A-1B的传统高温沉积装置在半导体晶片表面上产生结构是有效的。由高温CVD形成的一种类型的结构是浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)。图2显示晶片200放大的横截面图，该晶片200具有半导体结构202，如有源晶体管。临近有源半导体器件202与另一个器件由STI结构204电绝缘，该STI结构204包括注有介电材料，如未搀杂的硅玻璃(USG)的沟槽。STI结构是通过掩模和蚀刻晶片暴露区域形成的，从而产生沟槽。掩模然后被除去，且应用高温工艺，沉积USG于晶片上，包括在沟槽内。沉积于沟槽外部的USG随后可通过蚀刻或化学机械抛光(CMP)而除去，以显露出最终的STI结构。示于图1A-1B中的传统装置已成功应用于为STI和其它应用在高温时沉积材料，如USG。然而，期望对高温沉积装置的设计进行改进。例如，通过使喷头距晶片更近而获得更快的沉积速率是公知的。更快的沉积速率将提高沉积装置的产量，因此使得经营者能够更快地收回购买和维护设备的成本。然而，晶片相对于喷头隔的更近可导致沉积的材料显示出不均匀的形貌，看起来就是在晶片上形成斑点和条纹。以近的晶片对喷头距离沉积的材料的形貌可反应孔在面板上位置。图3A-3B是说明按照本专利技术实施例材料沉积的结果的照片。图3A是显示具有USG膜的晶片的照片，该膜是用传统的喷头沉积的，该喷头面板到晶片间距为75密耳。图3A中的晶片显示有明显的斑点和条纹。图3B是显示具有USG膜的晶片的照片，该USG膜是用传统的喷头沉积的，该喷头面板到晶片间距为50密耳。图3B中的晶片比图3A中的晶片显示出的斑点和条纹更明显。因此，期望获得允许在紧邻衬底表面处施加处理气体的方法和结构。
技术实现思路
半导体制造应用的气体分配喷头(gas distribution showerhead)包括具有气体出口(gas outlet port)的面板(face plate)，该气体出口的形式为细长狭缝和通道，而不是独立的孔。按照本专利技术的实施例，使用细长气体出口显著减少沉积材料的不期望的斑点和条纹的出现，其中喷头与晶片近距离间隔开。也公开了为减小沉积材料的边缘厚度的具有锥形轮廓的喷头。用于形成材料于半导体晶片上的装置的实施例包括由腔壁形成的处理腔室、处理气体源(gas supply)和定位在处理腔室内且被构造以接收半导体晶片的晶片支撑件。气体分配喷头位于晶片支撑件上方，并与气体分配喷头分隔开，气体分配喷头包括具有入口部分的面板，该入口部分包括孔，其与面板出口部分的细长狭缝输送气流，细长狭缝的长度至少是面板厚度的两倍。按照本专利技术的实施例的气体分配面板的实施例包括具有一定厚度的面板主体。构造面板的入口部分以接收处理气流，该入口部分包括具有一定宽度的孔口。构造面板的出口部分以传送加工气流至半导体晶片，该出口部分包括细长狭缝，其与孔口进行气流传送，该细长狭缝的长度至少为面板主体厚度的两倍。用于形成材料于半导体晶片上的装置，该装置包括由腔壁形成的处理腔室、处理气体源和晶片支撑件，该晶片支撑件定位在加工腔室内，且被构造以接收半导体晶片。气体分配喷头在晶片支撑件上方且包括锥形面板，该锥形面板临近晶片支撑件，该锥形面板边缘显示出相对于面板中心的厚度减小的厚度，以便沉积于晶片上的材料显示出从中心到边缘一致的厚度，该晶片和晶片支撑件接触。在半导体制造工艺中分配气体的方法包括将气体从气体源流到气体分配面板的入口部分(inlet portion)，该气体分配面板具有孔，而该孔有一定的宽度，和将气体从该孔通过气体分配面板的出口部分的细长狭缝流到半导体晶片的表面，该细长狭缝的长度至少为气体分配面板的厚度的两倍。本专利技术的这些和其它的实施例，及其特征和某些潜在的优点将在下面结合说明书和附图详细说明。附图说明图1A是简化的传统高温沉积系统的剖视图。图1B是图1A中系统的气体分配喷头的面板透视仰视图。图2显示传统浅沟槽隔离结构的剖视图。图3A显示具有USG膜的晶片的照片，该膜是用传统喷头在面板到晶片间距为75密耳的条件下沉积的。图3B显示具有USG膜的晶片的照片，该膜是用传统喷头在面板到晶片间距为50密耳的条件下沉积的。图4A是按照本专利技术的一个实施例简化的高温沉积系统的剖视图。图4B是面板的一个实施例的俯视图，该面板用于按照本专利技术的气体分配喷头。图4C是面板的一个实施例的底视图，该面板用于按照本专利技术的气体分配喷头。图4D是图4A-4B中的面板放大的剖视图。图5A是显示具有USG膜的晶片的照片，该膜是用按照本专利技术实施例的喷头在面板到晶片间距为75密耳的条件下沉积的。图5B是显示具有USG膜的晶片的照片，该膜是用按照本专利技术实施例的喷头在面板到晶片间距为50密耳的条件下沉积的。图6A是具有孔和细长狭缝的复合面板的平面图。图6B是显示具有USG膜的晶片的照片，该膜是用具有复合孔/狭缝(composite hole/slot)结构的喷头在面板到晶片间距为75密耳的条件下沉积的。图6C是显示具有USG膜的晶片的照片，该膜是用具有复合孔/狭缝结构的喷头在面板到晶片间距为50密耳的条件下沉积的。图7A-7D是显示按照本专利技术可替换的实施例的面板的简化的平面图，该实施例的面板具有不同形式的细长狭缝。图8绘出对于在不同温度和压力下的USG沉积中，沉积速率与面板到晶片间距之间关系的曲线图。图9绘出沉积速率与较大范围的面板到晶片间距之间关系的曲线图。图10绘出对于USG沉积工艺在不同温度和压力下，膜收缩百分数和湿蚀刻选择性与面板到晶片间距之间关系图。图11A和11B显示浅沟槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在半导体晶片上形成材料的装置，该装置包括：由腔壁形成的处理腔室；定位在所述处理腔室内的晶片支撑件，构造所述晶片支撑件以接收半导体晶片；处理气体源；和气体分配喷头，其在所述晶片支撑件上方并且与所述晶片支 撑件分开，所述气体分配喷头包括具有入口部分的面板，该入口部分包括孔，其与所述面板的出口部分的细长狭缝进行流体传输。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K亚纳基拉曼，NK英格尔，Z袁，SE贾诺拉基斯，
申请(专利权)人：应用材料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]