使用等离子体制造半导体器件的设备和方法技术

公开了一种用于半导体器件的设备及相关制造方法。使用等离子体发生器，将等离子源转变为等离子体。然后在由保护层形成的等离子球囊中俘获等离子体粒子，以及将该等离子体粒子引入处理室，一旦它们从等离子球囊释放，使用该等离子体粒子在半导体衬底上形成材料层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及一种用于制造半导体器件的设备和方法。更具体地，本专利技术的实施例涉及一种。本申请要求2005年10月4日申请的韩国专利申请号2005-0092964的权益，在此将其主题全部引入作为参考。
技术介绍
半导体器件的当前发展是以增加组件密度、增大器件集成度和提高运行速度为特点。这些趋势要求精确地形成越来越小的结构、组件和特定区域(此后，共同地和/或分开地称为半导体器件的“元件”)。通常，通过应用制造工序的复杂顺序来完成这种元件的制造。制造工序的一种共同类型涉及将离子(例如，导电杂质)选择性地注入半导体衬底的限定区中。通常使用选自III族或IV族的元素作为注入离子。其他制造工序包括用于在半导体衬底上形成材料膜的薄膜淀积工序、用于构图一个或多个材料膜的刻蚀工序、用于平整半导体衬底表面的化学机械抛光(CMP)工序、用于有选择地除去半导体衬底上的材料和/或杂质的晶片清洗工序等。在半导体器件的制造过程中，在特别采用的处理设备中可以重复地使用这些工序类型。许多制造工序使用等离子体以获得良好的效果。例如等离子体已被用于各种干法刻蚀工序(例如，各向异性刻蚀工序)，以有选择地在材料薄膜中形成图形，以及用于除去光刻胶层的某些灰化工序中，等等。等离子体包括处于高能状态的一种或多种气体。该高能状态使组成的气体离子化。亦即，对封闭气体施加充分的能量，导致气体原子之间产生大量高能量碰撞。这些碰撞从碰撞原子释放出电子，由此电离该气体。与主要由电中性原子组成的简单热气体不同，等离子体由带电粒子(例如，由气体的离子化形成的带正电“离子”和带负电“电子”)构成。通过对等离子体施加电场，感应相应的磁场，并且可以产生带电粒子定向流动。实际上，施加的电场形成能引导离子和电子流动的局部电荷分开装置。因此，尽管该电磁场具有非常复杂的机械(例如，给予方向)性能，但是它们的总体效果可以被精确地控制。图1A和1B示意性地示出了使用等离子体的示例性干法刻蚀工序。首先参考图1A，在底层10如半导体衬底上形成将通过干法刻蚀工序构图的目标层12。光刻胶图形14有选择地露出目标层12。在容纳工件的处理室中形成等离子体。在本实例中假定氧(O)等离子体包括带正电的O+离子、带负电的电子和中性的O*原子团。在该等离子体内可以使用氩(Ar)离子，以破坏天然氧分子(O2)的离子键。现在参考图1B，一旦形成氧等离子体，对底层10施加负电压。响应于该施加的偏压，等离子体内的带正电的粒子被吸向目标层12。在目标层12的露出部分内，这些带正电的粒子的碰撞和所导致的吸收，产生刻蚀现象。实际上，带正电的粒子导致与目标层12离子碰撞和起化学反应。目标层12露出部分的物质转变产生可以被容易地除去的挥发性副产物。该类型的等离子刻蚀工序具有许多优点，包括仅需要施加较低的等离子电压和很好的材料选择性。同时，可以在较低的温度下进行等离子体刻蚀，这防止半导体衬底的退化。图2和图3示出了两个示例性栅氧化层的边缘区外形。图2所示的栅氧化层使用热能来形成，而图3所示的栅氧化层使用等离子来形成。参考图2，使用热氧化工序在硅衬底20的有源区上形成栅氧化层(Gox)24，该有源区被使用浅沟槽隔离(STI)技术形成隔离区22限定。此后，在栅氧化层24上形成用作栅电极的多晶硅层26。在使用热能在硅层上形成氧化层的过程中，氧化层的生长速率相对于其表面取向而变化。因此，在垂直于硅衬底20的方向上所得的氧化层较薄，因为该方向上的生长面被限于一个硅原子和两个氧原子之间的键。结果，在隔离区22的边缘上形成的部分栅氧化层24非常薄，且显示出差的台阶覆盖度(参见，图2中的“A”区)。该不均匀的栅氧化层厚度和差的台阶覆盖度导致所构成的半导体器件的电性能退化和引入该半导体器件的主机装置的可靠性降低。因为这些问题，在常规半导体器件的制造中，热氧化工序很大程度上被放弃，以利于等离子体氧化工序。参考图3，使用氧等离子体工序，在硅衬底30的有源区上形成栅氧化层34，该有源区被使用浅沟槽隔离(STI)技术形成隔离区32限定。此后，在栅氧化层34上形成用作栅电极的多晶硅层36该等离子体形成的氧化物层34生长在底下的硅衬底30上，与其表面取向无关。因此，通过使用高反应性的氧原子团减轻与氧化硅层和硅层(例如，弱的Si-Si键、拉紧的Si-O键以及Si悬挂键)相关的界面缺陷，由此提高所得的氧化物层的质量。(参见，图3的“B”区)。因此，栅氧化层34形成更均匀的和具有更好台阶覆盖度，特别在隔离区32的边缘部分上。相对于该背景，还应该注意可以使用分批量技术或单晶片技术来制造半导体器件。这些不同的制造技术涉及不同的处理设备类型。在其处理室内处理装载到公共晶片舟的多个晶片的分批式设备的明显优势在于半导体器件的批量制造。但是，批处理对某些工序不是很适用，如用于在光刻工序过程中从晶片除去光刻胶的工序。相反，单晶片型设备通常用于在处理室内的加热卡盘上装载的单个晶片上执行处理。单晶体型设备的缺点在于其生产量，但是很适用于在高集成晶片上需要工序应用的均匀性的处理。在执行等离子体氧化工序中，如参考图3描述的工序，该等离子体粒子(例如，氧原子团)的有效寿命较短(即，在此期间该等离子体粒子能与目标层起化学反应的时间)。因此，使用等离子体在半导体衬底上淀积氧化层(例如，栅氧化层)时，必须使用单晶片型设备。以此方式，当使用上述示例性等离子体形成氧化层时，氧原子团“恢复”(例如，修复)形成氧化物层时在下层中固有的晶体缺陷。因此，基于等离子体处理形成非常优质的栅氧化层。不幸地，因为在等离子体中的带电粒子的短寿命，这些积极的效果通常仅限于单晶片型设备。对单晶片型设备的这种限制不利地影响形成半导体器件的整个制造过程的生产率。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种使用基于等离子体的工序制造半导体器件的方法和设备，该工序能够提供非常优质的材料层和具有改进的可靠性的半导体器件。因此，在一个实施例中，本专利技术提供一种用于制造半导体器件的设备，包括等离子体发生器，用于将等离子源转变为包括等离子体粒子的等离子体，等离子体俘获部分，用于接收该等离子体和俘获由保护层形成的等离子球囊(capsule)中的等离子体粒子，以及处理室，用于接收该等离子球囊。在相关方面，该等离子源可以包括氧气、氩气和氢气的至少一种；该等离子体发生器可以使用射频(RF)或微波能量将等离子源转变为等离子体；以及保护层可以包括由H2O或N2形成的气泡。本专利技术的实施例可以容易地用于分批型处理设备或单晶片型处理设备。在另一实施例中，本专利技术提供一种用于在半导体衬底上形成氧化层的设备，包括等离子体发生器，用于将等离子源转变为包括原子团和带电粒子的等离子、等离子体俘获部分，用于接收该等离子体并俘获由保护层形成的等离子球囊中的原子团和等离子体粒子、以及处理室，用于接收该等离子球囊，释放原子团，以及通过原子团氧化工序，使用该释放的原子团，在半导体衬底上形成氧化层。在另一实施例中，该专利技术提供一种用于在半导体衬底上形成材料层的方法，该方法包括将等离子源转变为包括等离子体粒子的等离子体、俘获由保护层形成的等离子球囊中的等离子体粒子、将该等离子球囊注入处理室中，并使用等离子球囊之间的碰撞能量使该等离子球囊破裂，以重新激活在该等离子球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造半导体器件的设备，包括：等离子体发生器，用于将等离子源转变为包括等离子体粒子的等离子体；等离子体俘获部分，用于接收该等离子体并俘获由保护层形成的等离子球囊中的等离子体粒子；和用于接收该等离子球囊的处理室。

【技术特征摘要】
KR 2005-10-4 10-2005-00929641.一种用于制造半导体器件的设备，包括等离子体发生器，用于将等离子源转变为包括等离子体粒子的等离子体；等离子体俘获部分，用于接收该等离子体并俘获由保护层形成的等离子球囊中的等离子体粒子；和用于接收该等离子球囊的处理室。2.根据权利要求1的设备，其中该等离子源包括氧气和氩气，或包括氧气和氢气。3.根据权利要求1的设备，其中该等离子体发生器使用射频(RF)或微波能量将等离子源转变为等离子体。4.根据权利要求1的设备，其中保护层包括由H2O或N2形成的气泡。5.根据权利要求1的设备，其中处理室是分批型处理设备或单晶片型处理设备。6.一种用于在半导体衬底上形成氧化层的设备，包括等离子体发生器，用于将等离子源转变为包括原子团和带电粒子的等离子体；等离子体俘获部分，用于接收该等离子体和俘获由保护层形成的等离子球囊中的原子团和等离子体粒子；以及处理室，用于接收该等离子球囊，释放原子团，以及通过使用释放的原子团的原子团氧化工序，在半导体衬底上形成氧化层。7.根据权利要求6的设备，其中该等离子源包括氧气和氩气，或包...

【专利技术属性】
技术研发人员：金俊锡，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]