多区域电阻加热器制造技术

本发明专利技术涉及多区域电阻加热器，本发明专利技术的一实施例提出了一种整合式沉积系统，其能汽化低蒸汽压力的液体前驱物并输送该蒸汽至一处理区，以制造先进的集成电路。该整合式沉积系统包括一已加热的排除系统、一远端等离子体产生装置、一处理室、一液体配送系统与一电脑控制模块，且该些装置共同创造出一种具商业可行性与生产价值的利用低蒸汽压前驱物来沉积高效介电材料（ｈｉｇｈ?ｃａｐａｃｉｔｙ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍａｔｅｒｉａｌ）的系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是有关于一种用于处理室的加热装置，特别是用于化学气相沉积室的加热装置。
技术介绍
化学气相沉积法(chemical vapor exposition，CVD)是为一种在一基材上沉积各 种薄膜的常用方法，并被广泛地用于半导体集成电路制造中，例如用来处理半导体晶圆以 形成独立的集成电路元件。在典型的CVD制程中，是将一或多个晶圆置于一沉积或反应室 中，并将一反应气体引入该腔室内，并于一加热表面上进行分解与与反应，而在该(些)晶 圆上形成一薄膜。目前现行有多种单晶圆(single-wafer)或多晶圆(multi-wafer)CVD反应室。多 晶圆反应室通常具有多个用来固持晶圆的垂直炉，例如可持有25个或更多个晶圆。对于 用来沉积四氮化三硅(Si3N4)或多晶硅(polysilicon)的低压CVD而言，如0. 25-2. O托耳 (torr)，通常一多晶圆室的沉积时间可能约数小时。例如，在一多晶圆室中，视沉积厚度的 不同，四氮化三硅在约介于700°C至800°C的温度下需要4至5小时的沉积时间。第二型CVD反应室是为单晶圆室。在该室中，晶圆是由一平台(stage)或承载器 (susceptor)来支撑。在反应过程中，可旋转该承载器。对于四氮化三硅的低压化学气相沉 积制程(LPCVD)而言，例如，可在700°C至800°C的温度下持续制程两分钟来制造出适当的 膜层厚度。通常用于CVD系统中的加热系统有两种电阻式加热系统，是利用一个于现在该 晶圆位置的电阻加热元件；以及辐射式加热系统，是利用通常设置在该反应室外的一辐射 加热元件，如一或多个灯。在一单晶圆反应室中的电阻式加热系统多常会将该电阻加热元 件直接安装在用来支撑晶圆的平台或承载器中。此种方式可使在沉积过程中的反应能大致 集中发生在该晶圆处。位于用来支撑一晶圆的平台或承载器中且使用一加热元件的单晶圆式电阻加热 系统通常为一导电材料的薄层，例如形成于该承载器主体的单一平面中的钼(molybdenum， Mo)材料的薄螺旋层(thin coiled layer，约2密耳(mil))。此种设计可能被称为一种「单 区域电阻加热器(single-zone resistiveheater)」，该「区域(zone)」是指在该平台或承 载器主体中一单一平面内的加热元件位置。在CVD反应中使用的电阻加热器通常具有接近 550°C的温度相容性(compatibility)。若处于更高温度时，则电阻加热器可能出现温度不 一致的问题。造成温度不一致的其中一个原因是，电阻加热器(特别是平台或承载器的边 缘处)中的热损失会随着温度的升高而增加。单区域电阻加热器通常不具有补偿整个平台 或承载器中的热损失差异的能力。而一反应室中的压力亦可能改变单区域电阻加热器的温度稳定性。此外为了提供必要的温度，该电阻加热器元件需经得起反应室中包括高温与各种化学物质等各种化学环境的考验。在现有单区域电阻加热器的相容性的解决方法是以氮化 铝(aluminun nitrile,AlN)来形成承载器，并将该加热元件形成于承载器内部。辐射加热系统通常将多个灯安置在反应室内的抗热性保护玻璃或石英的后方。当通过该些灯加热整个反应室时，会在反应室内部各处发生化学气相沉积反应。辐射或灯加热系统提供了产生高反应室温度的优点，并且相较于电阻加热系统来说，辐射或灯加热系统提供更好的温度控制。然而，由于使用如灯等辐射加热系统是安置于 反应室外，而当反应室壁涂布有化学物质、其他材料或使用于反应室中的反应产物时，则对 于控制反应室内部温度会变得较为困难。因此，当反应室中所使用的材料沉积在其玻璃或 石英上时，则可能会造成加热效率下降并影响制程产能。 因此，使用辐射加热系统的反应室必须经常加以清洗。一种常用的清洁剂是三氟化氮(NF3)。在四氮化三硅的CVD制程中，可能发生，如在石英窗等反应室内部的室壁或其 他组件上生成四氮化三硅的反应产物。以诸如三氟化氮等清洁剂自反应室中清除四氮化三 硅，并不容易。并且清洗温度通常必须极高，以分解三氟化氮并提供足够的热能量来清除四 氮化三硅。当清洗温度高时，三氟化氮亦会攻击室中的其他组件，例如承载器。使用远端等 离子体来激活(energize)三氟化氮可能降低该清洗温度，但被活化的三氟化氮物种(特别 是自由基(radical))将可能攻击石英部分。因此，目前并无有效清洗辐射加热基础的反应 室的方法。由于不容易以三氟化氮来清洗反应室壁，因此四氮化三硅材料会累积在反应室 中，并缩短反应室的寿命。在LPCVD反应中，温度的一致性通常很重要。与CVD制程相关的表面反应通常通 过一反应速率为R的热活化现象来展示，其方程式如下R = R0C其中Rtl为频率因子(frequency factor)，Ea为以电子伏特(eV)来表示的活化能 (activation energy)，以及T为凯氏温度(degrees Kelvin)。根据此方程式，该表面反应 速率会随着温度的上升而升高。在如进行四氮化三硅沉积的LPCVD制程中，活化能(Ea)通 常很高，像是0.9至1.3电子伏特。因此，为了在整个晶圆表面上能得到一均勻厚度，需严 密控制整个晶圆表面的温度一致性，例如较佳是将温度控制约在750°C 士2. 5°C或更小的 温度偏差范围之内。当反应室洁净时，即使在高温下(如750°C )，现有单晶圆辐射加热系统提供可接 受的温度一致性。然当材料累积在该室壁上时，将不易使温度均勻一致。同样不易使用一单区域电阻加热器来使整个晶圆获得均勻的高温(如700至 750°C)。如前述所提及得，在高温下，承载器整个表面上的热损失并不一致。单区域加热器 无法补偿如从承载器中心向其边缘处逐渐增加的热损失。因此，如何达成温度均勻一致是 一个令人困扰的问题。如上所述的单区域电阻加热器及750°C温度的另一个问题是该些与局部加温有关 的问题。在高温下，单区域加热器是借着将高密度功率供应至位于一局部区域上的加热元 件而表现出集中的局部加热作用。因此，温度一致性受到影响。单区域电阻加热器的第三个 问题是该加热元件制造过程中的各种变数可能造成导致温度不一致的加热元件性能变动。再者，在高温操作下，由于自电源末端将高功率密度供应至加热元件，而使得单区域加热器具有较短的寿命。又再者，现有电阻加热器与提供该种加热器的反应室供应了有限的动态温 度测量。一般而言，是借着一个通常安置在承载器表面下方某一点中间的热电偶 (thermocouple)，方能提供动态温度测量。温度测量(如借着热电偶)可能提供承载器中心 温度的精确测量，但无法提供任何有关承载器边缘温度的资讯。能使用一种可从反应室外 一有利位置看到反应室内部温度的热像仪(thermalcamera)，但该仪器通常仅能提供反应 室内部温度的静态资讯。任何与调整制程方法有关的反应室压力变化亦可能参与反应室内 部反应温度的控制。因此，单区域电阻加热系统通常限制在一特定压力与温度下使用。不 论是改变反应室温度或其压力均可能对温度一致性造成负面影响。因此，此种单区域加热 系统不适用于该温制程。目前需要一种反应室与一种能与高温操作制程相容的反应室的加热系统，如像是 用于700 V或更高温度的制程下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，其包含：一平台，包括一主体及一用以支撑一晶圆的表面区域；一传动轴，耦合至该平台；一第一加热元件，沿第一轴心布置于该平台的主体的一第一平面中；以及一第二加热元件，沿第二轴心布置于该平台的主体的一第二平面中，该第二平面较该第一平面距离该平台表面更远，其中该第二轴心从与该主体的第一平面实质平行的一平面上偏离该第一轴心。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：H霍，崔安青，袁晓雄，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]