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TWI426577B - 用於製造一半導體裝置的方法 - Google Patents

用於製造一半導體裝置的方法 Download PDF

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TWI426577B
TWI426577B TW097141050A TW97141050A TWI426577B TW I426577 B TWI426577 B TW I426577B TW 097141050 A TW097141050 A TW 097141050A TW 97141050 A TW97141050 A TW 97141050A TW I426577 B TWI426577 B TW I426577B
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chamber
substrate
temperature
plasma
heating unit
Prior art date
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TW097141050A
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TW201003815A (en
Inventor
Cheol Hoon Yang
Kyu Jin Choi
Yong Han Jeon
Euy Kyu Lee
Tae Wan Lee
Original Assignee
Jusung Eng Co Ltd
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Publication date
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Description

用於製造一半導體裝置的方法
本發明係關於一種用於製造一半導體裝置之設備，且更特定言之，係關於一種能夠使用彼此獨立操作之複數個能量源同時執行蝕刻及沈積製程的半導體裝置製造設備。
一般而言，在高於大約700℃之一較高溫度下執行製造一半導體裝置之製程。處理溫度在製造該半導體裝置之製程中充當一非常重要之因素。具體地說，生長一半導體薄膜之製程中之溫度成為調整該薄膜之生長厚度以及該薄膜之生長特性之一分量。
在一習知之半導體裝置製造設備中，在安置一基板之一基板安置單元內安置一熱線，其中該熱線充當一熱源。接著，將該基板安置單元加熱至一較高溫度，且因此藉由該基板安置單元之上部加熱該基板。藉由將一處理氣體供應至該經加熱基板之一表面上來在該基板上生長薄膜。然而，在此情況下，難以均勻地加熱基板。當將該處理氣體供應至一腔室中時，該腔室之內部溫度由具有較低溫度之處理氣體局部改變，且該腔室中之溫度變化使得基板表面處之溫度不均勻。因此，最近，已引入一種基板處理設備，其藉由用安置在腔室之反應空間外部之一加熱單元加熱該腔室中之一反應空間來最小化溫度變化。
然而，在用於生長半導體薄膜之習知半導體裝置製造設備之情況下，由於在裝載至腔室中之基板之表面上形成薄膜，因而必須在形成薄膜之前從基板表面移除外來物質。因此，使用一單獨清潔設備移除基板表面上之外來物質，且接著將經清潔之基板轉移至腔室中以進而形成薄膜。但在將經清潔之基板從該清潔設備轉移至腔室中期間，在基板表面上形成一淺原生氧化物層，且因此基板上所形成之薄膜之品質受該原生氧化物層破壞。
為了移除該原生氧化物層，習知半導體裝置製造設備採用藉由增加腔室內之加熱溫度來燃燒基板上之原生氧化物層的方法。結果，基板受到熱損壞。
為了克服以上缺點，本發明提供一種半導體裝置製造設備，其藉由使用電漿移除一基板之一表面上之一原生氧化物層且使用安置在腔室上方及下方之加熱源均勻加熱該腔室中之一反應空間來形成一薄膜，使得有可能在該基板上形成具有良好品質之薄膜，以最小化該基板之熱損壞，且最小化一電漿產生單元與一加熱單元之間的熱或電干擾。
根據本發明之一態樣，提供一種用於製造一半導體裝置之設備，其包含：一腔室，其包含一反應空間；一基板安置單元，其經組態以在該腔室內安置一基板；一第一加熱單元，其經組態以用光學方式加熱該反應空間且安置在該腔室下方；一第二加熱單元，其經組態以藉由電阻性加熱來加熱該反應空間且安置在該腔室上方；及一電漿產生單元，其經組態以在該反應空間中產生電漿。
該第一加熱單元可包含一燈加熱器，且該第二加熱單元包含一熱線。
該第一加熱單元可進一步包含經組態以向該燈加熱器供應電力之一電源區段及以電學方式連接該電源區段與該燈加熱器之一電源線，該第二加熱單元可進一步包含具有一反射塗覆處理底部之一內部板、覆蓋該內部板之一外部蓋及安置在該內部板與該外部蓋之間的一中心板，其中在該中心板與該內部板之間安置該熱線，且在該電源線與該電漿產生單元之間進一步安置一低頻濾波器。
該腔室可包含一腔室本體、安置在該腔室本體之一下部處的一透光底板及安置在該腔室本體之一上部處的一頂板，且該電漿產生單元可包含安置在該第二加熱單元與該腔室之頂板之間的一區域中之至少一個天線及經組態以向該天線提供高頻電力之一高頻電力區段，其中該頂板具有一透光部分及一不透光部分，且該不透光部分形成在該頂板之對應於該天線之一區域中。
該腔室可包含其中具有一內部空間或具有從外側向內側塌陷之一凹入凹槽之一腔室本體、安置在該腔室本體之一下部處的一透光底板及安置在該腔室本體之一上部處的一頂板，且該電漿產生單元可包含安置在該內部空間或該凹入凹槽中之至少一個天線及經組態以向該天線提供高頻電力之一高頻電力區段。
根據本發明之另一態樣，提供一種使用一半導體裝置製造設備製造一半導體裝置之方法，該半導體裝置製造設備包含具有上面安置一基板之一基板安置單元之一腔室、分別安置在該腔室下方及上方之一第一加熱單元及一第二加熱單元以及安置在該腔室之一上部處的一電漿產生單元，該方法包括：使用該第一加熱單元及該第二加熱單元中之至少一者將該腔室之一反應空間加熱至一第一溫度；使用電漿及一清潔氣體清潔該基板之一表面；使用該第一加熱單元及該第二加熱單元將該腔室之反應空間加熱至一第二溫度，其中該第二溫度高於該第一溫度；使用一沈積氣體及一蝕刻氣體在該基板上沈積一半導體膜；停止該沈積氣體及該蝕刻氣體之供應且冷卻該腔室；及將該基板卸載至該腔室之外部。
該第一溫度可為使用電漿移除該基板之表面上之一原生氧化物層的一處理溫度，且在大約200℃至大約600℃之一範圍內，並且該第二溫度可為沈積該薄膜之一處理溫度，且在大約300℃至大約1000℃之一範圍內。
清潔該基板之表面可包含：在將該清潔氣體注射至該腔室之反應空間之後使用該電漿產生單元在該反應空間中產生該電漿，或在該反應空間中產生該電漿之後將該清潔氣體注射至該反應空間；及停止該電漿之產生及該清潔氣體之注射。
可藉由將高頻電力供應至一天線來產生該電漿，該天線以纏繞該腔室之形式安置在該腔室上方。
當在該基板上沈積半導體膜時，可交替地將用於沈積該半導體膜之沈積氣體及用於蝕刻該半導體膜之蝕刻氣體供應至該腔室之反應空間，或可同時將該沈積氣體及該蝕刻氣體供應至該反應空間。
可在供應該沈積氣體及該蝕刻氣體中之至少一者期間使用該電漿產生單元在該反應空間中產生電漿。
可藉由改變該第一加熱單元之溫度且同時固定該第二加熱單元之溫度來改變該腔室之反應空間之溫度。
藉由參看附隨圖式詳細描述本發明之較佳實施例將更容易明白本發明之以上及其它特徵及優點。
下文參看附隨圖式詳細描述本發明之較佳實施例。然而，本發明不限於本文描述之實施例，而是可以多種方式修改，且提供該等實施例僅以全面描述本發明並向熟習此項技術者告知本發明之態樣。在該等圖式中相同參考標號指示相同組件。
圖1說明根據本發明第一實施例之一半導體裝置製造設備的橫截面圖。圖2說明根據本發明第一實施例之一第一加熱單元的平面圖。圖3說明根據本發明第一實施例之一腔室之一上部的橫截面圖。圖4A至6B為說明根據本發明第一實施例之修改的半導體裝置製造設備之局部部分的橫截面圖。
參看圖1至3，根據本發明第一實施例之半導體裝置製造設備包含其中具有一反應空間之一腔室100、用於將一基板10安置在該腔室100中之一基板安置單元200、安置在該腔室100下方以加熱該反應空間之一第一加熱單元300、安置在該腔室100上方以加熱該反應空間之一第二加熱單元400及用於在該反應空間中產生電漿之一電漿產生單元500。
該腔室100包含形成一內部空間之一腔室本體110、一底板120及一頂板130。
該腔室本體110經製造成一圓柱形形狀，但不限於此。該腔室本體110可形成為一多邊形形狀。腔室本體110之一部分或全部較佳地由金屬材料形成。在此實施例中，腔室本體110係使用諸如鋁或不鏽鋼之材料形成。本文中，腔室本體110充當腔室100之內部空間之側壁。儘管未圖示，但腔室本體110之給定部分可包含供該基板進入及離開腔室100之一基板閘道，及用於向反應空間供應一反應氣體之一氣體供應設備(未圖示)的一末端連接單元。
該頂板130充當該反應空間與安置在腔室100上方之一能量源之間的一介電板。在此實施例中，頂板130經形成為一圓頂形狀，但其不限於此。頂板130可形成為一閥形狀。頂板130可用一透光板製成。亦即，頂板130可由石英製成。因此，從腔室100之反應空間朝頂板130傳輸之輻射熱穿透頂板130，且穿透之輻射熱由安置在頂板130上方之一第二加熱單元反射。接著，反射之輻射熱再次穿透頂板130且傳輸至腔室100之反應空間中。另外，頂板130可由陶瓷材料製成。
儘管未圖示，但腔室100可包含一壓力調節單元、一壓力測量單元及各種用於檢查腔室100內部之單元。此外，可安置一觀看埠以從腔室100外部觀看該反應空間。
該基板10安置在腔室100之反應空間中。此處，提供該基板安置單元200以將該基板10安置在該反應空間中。
該基板安置單元200包含上面安置基板10之一基座210，及用於使該基座210上下移動之一基座驅動單元220。
基座210經形成為與基板10之形狀大致上相同之一板形狀。而且，用具有極佳熱傳導性之材料製成該基座210係有效的。將該基座210製成為包含至少一個基板安置區域係有效的。因此，至少一個基板10可安置在基座210上。
該基座驅動單元220包含連接至反應空間中之基座210且延伸至反應空間外部之一驅動軸221，及用於使該驅動軸221上下移動進而允許基座210上下移動之一驅動區段222。此處，該驅動軸221穿透腔室100之底板120。為此目的，腔室100之底板120可包含一穿透凹槽。在此實施例中，將一台階用作該驅動區段222。此處，該台階可包含一馬達。基座210可由驅動區段222旋轉。儘管未圖示，但根據此實施例之基板安置單元200可進一步包含複數個起模針(lift pin)，以幫助該基板10之裝載與卸載。
在此實施例中，第一加熱單元300及第二加熱單元400分別安置在腔室100之下方及上方，以加熱腔室100之反應空間及基板10。
亦即，藉由將熱源安置在腔室100之上方及下方，有可能最小化由於某些組件而引起之熱偏差，改良腔室100內部之熱均勻性，且在製造半導體裝置時均勻地維持腔室100之溫度。此外，有可能以較高速度加熱及冷卻腔室100之內部，且因此簡化製造半導體裝置之製程。
該第一加熱單元300係安置在腔室100下方，以向腔室100供應熱能。
如上所述，藉由在腔室100之外部(即，反應空間之外部)安置主加熱單元，有可能基本上防止由於加熱單元之損壞引起的金屬污染。同時，習知設備包含安置在腔室100內之加熱單元、諸如Mo、Fe或Ni之金屬零件及諸如SiC或石墨之加熱元件。因此，加熱單元之金屬零件受到供應至腔室中之處理氣體(例如，Cl2 或HCl)之蝕刻，使得發生金屬污染。然而，若加熱單元如此實施例中所述安置在腔室100外部，則可防止由於金屬零件引起之污染。
在此實施例中，將一光學熱源用作該第一加熱單元300。因此，腔室100由從該光學熱源(即，第一加熱單元300)發射之輻射熱加熱。此處，加熱該腔室100意味著加熱該腔室100之反應空間及安置在反應空間中之基板10。
如圖2所示，該第一加熱單元300包含至少一個燈加熱器310、用於向該燈加熱器310提供電力之一電源區段320及電連接該電源區段320與該燈加熱器310之一電源線330。
該燈加熱器310安置在腔室100之底板120下方。燈加熱器310可製成為呈圓形帶形狀。當使用複數個燈加熱器時，該等燈加熱器具有彼此不同之直徑及彼此一致之中心且該等一致中心與該底板120之一中心一致係有效的。當然，該等燈加熱器之中心可彼此不一致。亦即，將底板120劃分為複數個區域且該等燈加熱器310中之每一者可安置在底板120之該複數個區域中之一相應一者中。此外，燈加熱器310可製成為一線形狀而非圓形帶形狀。
在此實施例中，至少一個燈加熱器310安置在用石英製成之底板120下方，且因此來自燈加熱器310之輻射熱穿透底板120進入腔室100之反應空間中。如前文所提及，底板120之僅鄰近於燈加熱器310之一區域可用石英製成。
電源區段320向至少一個燈加熱器310供應電力。此處，一個電源區段同時向該複數個燈加熱器提供電力。在另一實施例中，複數個電源區段可獨立地向該複數個燈加熱器提供電力。因此，有可能局部調節該腔室100之內部溫度。
在此實施例中，提供用於電連接該電源區段320與該燈加熱器310之電源線330。
此處，電源線330包含一電力線331及覆蓋該電力線331之一低頻濾波器332，即一高頻截止濾波器。該電力線331之一個末端連接至該電源區段320，且另一末端連接至燈加熱器310之一電極端子。
在此實施例中，用阻擋具有大於約100kHz之較高頻率之電流的低頻濾波器332纏繞電力線331係有效的。此實施例進一步包含電漿產生單元500。藉由向該電漿產生單元500供應在數百kHz至數百MHz範圍內之一較高頻率而產生電漿。此時，在藉由用於產生電漿之較高頻率經由電力線331供應至燈加熱器310之電力中可能出現一問題。舉例而言，可能引起諸如電流及電壓變化量之不均勻性之問題。因此，燈加熱器310之輻射能量(即，輻射熱)可能不均勻。因此，如上所述，使用保護該電力線331之低頻濾波器332，進而將供應至燈加熱器310之電力變化抑制在極限值係有效的。同時，低頻濾波器332可安置在該電漿產生單元500與該電力線331之間的一區域中。
在另一實施例中，較高頻率可能影響燈加熱器310之操作。因此，用透光低頻濾波器纏繞燈加熱器310係更有效的。低頻濾波器可形成為一閥形狀，且僅當藉由較高頻率供應電漿時選擇性安置在燈加熱器310及腔室100之底板120處。
該第二加熱單元400安置在腔室100上方且向腔室100供應熱能。使用一鐘形罩結構用於該第二加熱單元400係有效的。在此實施例中，將一電熱源用作第二加熱單元400，但其不限於此。一光學熱源可用作第二加熱單元400。
藉由將該熱源安置在腔室100上方，有可能均勻地加熱該腔室100之內部且防止穿過腔室100之上部而損失熱量。第二加熱單元400可安置在基板10上方以向基板10直接供應熱能。藉由使用具有電熱源之第二加熱單元400向基板10提供熱量，有可能防止基板10受快速熱量變化之損壞，其中提供至基板10之熱量之溫度未快速改變。此處，電熱源可包含一電阻性加熱源。
參看圖3，第二加熱單元400包含一內部安全板410、一外部蓋420、安置在該內部安全板410與該外部蓋420之間的一中心板430、安置在該外部蓋420與該中心板430之間的一冷卻線440及安置在該中心板430與該內部安全板410之間的一熱線450。
內部安全板410經形成為一杯形狀且覆蓋該頂板130。亦即，該內部安全板410經製成為呈底部打開之矩形盒。在內部安全板410之底部(即，對應於腔室100之頂板130之一側)上提供反射性塗層係有效的。因此，穿過腔室100之頂板130傳輸之輻射熱係由反射性塗層反射並重新傳輸至腔室100之反應空間。因而，可減少輻射熱之損失。在此實施例中，沿著內部安全板410之一圓周安置該熱線450。亦即，熱線450均勻地安置在該內部安全板410與該中心板430之間的一空間中。因此，內部安全板410由熱線450加熱，且內部安全板410之熱量傳輸至腔室100之頂板130，進而加熱腔室100之上部。因此，較佳的係用具有極佳熱傳導性之材料形成內部安全板410。儘管未圖示，但第二加熱單元400可進一步包含用於向該熱線450提供電能之一能量供應區段。
該中心板430安置在熱線450之外部。此處，中心板430覆蓋熱線450以防止熱量逃逸至外部。為此目的，中心板430可進一步包含位於其中之一熱絕緣體，但其不限於此。可將一熱絕緣體用作該中心板430。因而，有可能防止熱線450之熱量向第二加熱單元400之上部逃逸。
該冷卻線440安置在中心板430上，其具有熱絕緣功能以冷卻該中心板430之上部並防止具有較高溫度之熱量逃逸而因此損壞外部裝置。冷卻線440可安置在中心板430內。
外部蓋420藉由覆蓋冷卻線440而保護冷卻線440。
在此實施例中，熱線450安置在具有矩形盒形狀之內部安全板410之上壁及側壁上，但其不限於此。熱線450可局部安置在內部安全板410之上壁或側壁上。此外，將內部安全板410劃分為複數個區域，且彼此獨立操作之複數個熱線可安置在內部安全板410之該複數個區域中之一相應一者中。因而，有可能局部調節腔室100之上部之溫度，且因此增強加熱效率。
此實施例包含用於腔室100之反應空間中之電漿產生的電漿產生單元500。
因此，半導體裝置製造設備可同時執行針對高溫處理之製程及使用電漿之製程。亦即，為了製造半導體裝置，將第一加熱單元300之熱能用作一第一能量源；將第二加熱單元400之熱能用作一第二能量源；且將電漿產生單元500之電漿用作一第三能量源。如上所述，根據此實施例之半導體裝置製造設備使用各種能量源來製作半導體膜及裝置。
在此實施例中，使用電漿能量移除基板上之原生氧化物層，且接著在基板上形成薄膜，其中使用兩個熱能源移除該原生氧化物層。習知設備藉由如上所述在高於大約900℃之較高溫度下使用H2 氣體執行烘焙製程來移除原生氧化物層。在此情況下，發生熱負擔。然而，當為瞭解決上述問題而在低於大約800℃之溫度下執行H2 烘焙製程時，可能會增加處理時間。在此實施例中，有可能藉由使用電漿能量執行一清潔(即，蝕刻)製程來在低於大約700℃之溫度下移除原生氧化物層，且因此減少清潔時間。電漿能量可用於沈積一薄膜之製程及清潔製程。
該電漿產生設備500能夠使用各種技術產生電漿，包含一電容性耦合電漿(CCP)及一電感性耦合電漿(ICP)。將相對於該ICP描述此實施例。根據此實施例，當使用ICP而非其它技術(例如，CCP)時可防止由於電漿引起之損壞。在CCP之情況下，腔室100可受到離子轟擊之損壞，因為在腔室100之供應射頻(RF)電力所穿過之頂板130的方向上增加護皮電壓。因此，此實施例採用ICP，其離子損壞小於CCP之離子損壞。
參看圖3，電漿產生單元500包含一天線510及用於向該天線510供應高頻電力之一高頻電力區段520。
該天線510安置在腔室100之頂板130上方。如圖3說明，當頂板130具有一圓頂形狀時，將該天線510安置在圓頂之邊緣(即，鄰近於腔室本體110之區域處)係有效的。參看圖3，天線510經形成為纏繞該頂板130兩次，但其不限於此。天線510可纏繞頂板130兩次以上或少於兩次。
此處，天線510可使用一線圈，且複數個線圈可串聯或並聯連接。該線圈使用由銅或導電金屬形成之一管型部件。此外，為了有效地使用高頻RF電力，線圈之表面可塗覆有具有高導電性之材料，諸如銀。另外，為了防止線圈被氧化，可在線圈之表面上執行諸如Ni塗覆之抗氧化塗覆製程。天線510可容易受到由第一加熱單元300及第二加熱單元400產生之具有較高溫度之熱量的損壞。因此，可藉由在線圈內形成冷卻流體流動經過之路徑來抑制線圈之溫度升高。
該高頻電力區段520向天線510提供較高頻率以在腔室100之反應空間中產生電漿。此處，高頻電力區段520使用在大約100kHz至大約100MHz範圍內之高頻RF電力。當然，高頻電力區段520可使用具有10%容差之大約13.56MHz之RF電力。可根據腔室100中之基板10之大小來改變高頻RF電力。舉例而言，相對於直徑為200mm之基板10使用在大約500W至大約1000W範圍內之RF電力係有效的。此處，高頻電力區段520向天線520持續提供高頻RF電力達一特定時期，但其不限於此。可根據需要規則地或不規則地提供高頻RF電力達該特定時期。
該高頻電力區段520之一部分穿透該第二加熱單元400，且連接至安置在該第二加熱單元400與該腔室100之間的一空間中之天線510。為此目的，第二加熱單元400在其上部包含一給定穿透凹槽460，該高頻電力區段520之一電線穿過其中。此處，使用內部填充有熱絕緣材料以防止熱損失之一穿透凹槽係有效的。
腔室100接地。基板安置單元200藉由一單獨構件接地。若藉由高頻電力區段520將具有大於給定電平之值的高頻電力供應至該天線510，則在腔室100內產生電漿。電漿可根據腔室100之反應空間中之內部氣體種類及壓力而具有各種類型。
此處，將該天線510與該第二加熱單元400之金屬零件之間的一距離維持為大於該天線510與產生電漿之區域之間的一距離係有效的。因而，有可能防止在天線510與金屬零件之間產生感應電場且因此防止電弧及電力損失。
電漿產生單元500不限於上文描述，且可具有其各種修改。在根據此實施例之半導體裝置製造設備中，藉由分別安置在腔室100下方及上方之第一加熱單元300及第二加熱單元400將腔室100加熱至較高溫度。因此，安置在鄰近於腔室之頂板130之一區域中的電漿產生單元500之天線510可容易由於熱量而變形或損壞。因此，較佳的係使天線510熱絕緣。
參看圖4A及4B，一屏蔽板610安置在腔室100之頂板130與天線510之間的區域中，其中該屏蔽板610屏蔽穿過腔室100之頂板130傳輸之輻射熱。如圖4A所示，該屏蔽板610可形成為對應於纏繞該頂板130若干次之所有天線510的單板類型。參看圖4B，屏蔽板610可形成為單獨屏蔽該等天線510中之每一者。因而，有可能藉由將輻射熱屏蔽於第一加熱單元300而減少直接供應至天線510之熱能。
參看圖5，屏蔽板610係安置在頂板130之鄰近於天線510之部分的表面上，進而屏蔽輻射熱。
參看圖6A及6B，屏蔽板610係形成為頂板130之鄰近於天線510之部分，進而屏蔽直接供應至天線510之輻射熱，其中圖6A及6B中所說明之屏蔽板610由能夠屏蔽輻射熱之材料所形成。為此目的，將頂板130劃分為一中心區域及一邊緣區域。接著，對應於天線510之邊緣區域宜由能夠屏蔽輻射熱之材料所形成，且中心區域由透光材料所形成。如圖6所示，頂板130之邊緣區域可具有安置天線510之特定凹槽。
陶瓷可用作在第一實施例之修改中使用之用於屏蔽輻射熱的材料，但其不限於此。輻射熱屏蔽材料可包含具有低透光性之絕緣材料。亦即，使用諸如非透明石英或不透明石英之不透光材料係有效的。
本發明不限於上述實施例。下文中，將參看相關圖式描述本發明之另一實施例。為解釋之簡單起見將省略對下文將描述之實施例與上述實施例之間的重疊的描述。與以下實施例相關之技術亦適用於上述實施例。
圖7說明根據本發明第二實施例之一半導體裝置製造設備的橫截面圖。
參看圖7，該半導體裝置製造設備包含一腔室100、一基板安置單元200、一第一加熱單元300及一電漿產生單元500。亦即，此實施例未包含一第二加熱單元300。
使用該腔室100之由不透光材料形成且包含塗覆於其內表面上之一反射膜之一頂板130係有效的。因而，第一加熱單元300之輻射熱可由反射膜反射，且因此再次傳輸至腔室100之反應空間而不會穿過頂板130發射至外部。腔室100之頂板130及底板120可形成為一圓頂形狀以增強熱平衡。
該電漿產生單元500之一天線510安置在該頂板130之一邊緣區域附近。此處，可使天線510熱穩定，因為頂板130將天線510屏蔽於腔室100中之輻射熱。
本發明不限於上述實施例。下文中，將參看相關圖式描述本發明之又一實施例。為解釋之簡單起見將省略對下文將描述之實施例與上述實施例之間的重疊的描述。與以下實施例相關之技術亦適用於上述實施例。
圖8說明根據本發明第三實施例之一半導體裝置製造設備的橫截面圖。
參看圖8，該半導體裝置製造設備包含一腔室100、一基板安置單元200、一第一加熱單元300及一第二加熱單元400，以及包含安置在該腔室100內之一天線510之一電漿產生單元500。
該電漿產生單元500包含安置在該腔室100之一腔室本體110內之天線510，及連接至天線510以向天線510供應高頻電力之一高頻電力區段520。
該腔室本體110在其上部處包含一中空內部空間。該中空空間經形成為沿著腔室本體110之一圓周具有一圓形帶形狀，但其不限於此。腔室本體110之一部分可形成為從外部向內部塌陷之一凹入凹槽。天線510安置在內部空間中且在腔室本體110之凹入凹槽上。因而，有可能藉由改變天線510之位置而防止第一加熱單元300之輻射熱直接傳輸至天線510，且藉由使第二加熱單元400與天線510分離某一距離而防止使天線510熱變形。儘管未圖示，但在腔室本體110之鄰近於天線510之一區域中可形成一冷卻流體路徑，進而冷卻腔室本體110之安置天線510之一部分，使得可防止天線510之熱變形。此處，腔室本體110之一部分或全部可由絕緣材料形成。
可使用上述半導體裝置製造設備形成各種半導體膜。
下文中，將描述一種形成半導體膜之方法。
首先，使用第一加熱單元300及第二加熱單元400將該腔室100之溫度維持在用於電漿蝕刻的蝕刻溫度。接著，將基板10安置在腔室100中之基板安置單元200上。此處，可在將基板10安置在基板安置單元200上之後加熱腔室100。電漿產生單元500在腔室100之反應空間內產生電漿，且接著將蝕刻氣體注射至反應空間中，進而移除基板10之表面上之原生氧化物層。在移除原生氧化物層之後，停止電漿產生，且第一加熱單元300及第二加熱單元400將腔室100重新加熱至用於沈積半導體膜之溫度。隨後，將半導體沈積氣體及蝕刻氣體交替地注射至腔室100中，進而沈積半導體膜。若需要，則可僅使用半導體沈積氣體來形成半導體膜。在沈積半導體膜之後，冷卻腔室100且接著將基板10卸載至腔室100外部。
下文將詳細解釋所述形成半導體膜之方法。
使用第一加熱單元300及第二加熱單元400加熱腔室100之內部。將第二加熱單元400之溫度維持在大約200℃至大約600℃之範圍內係有效的。亦即，第二加熱單元400之溫度固定。在此實施例中，較佳的係第二加熱單元400之溫度固定在大約450℃至大約550℃之範圍內。藉由將第二加熱單元400之溫度維持在上述範圍內，有可能防止直接提供至基板10之熱能之顯著變化。較佳的係使用第一加熱單元300將腔室100之溫度維持在可蝕刻氧化物層之範圍內。將用於氧化物蝕刻之溫度保持在大約200℃至大約600℃之範圍內係有效的。有可能去活第二加熱單元400。藉由將氧化物蝕刻溫度調節至上述範圍，可使蝕刻效率最佳化，且有可能減少給予基板10之過量熱負擔。
接著，將基板10安置在腔室100中之基板安置單元200上。使用電漿產生單元500產生電漿，同時將用於蝕刻氧化物之氣體注射至反應空間，使得該氧化物蝕刻氣體經改變為一電漿狀態。基板10之表面上之原生氧化物層及雜質藉由處於電漿狀態之氧化物蝕刻氣體而移除。氧化物蝕刻氣體可包含基於F及/或基於Cl之氣體，諸如Cl2 、HCl、ClF3 或SF6 。藉由使用電漿之蝕刻製程蝕刻基板10之表面之一部分，可增強將形成之薄膜之組合性質。
在移除基板10之表面上之原生氧化物層之後，停止電漿產生；阻斷氧化物蝕刻氣體之注射；且將腔室100排氣。接著，將第一加熱單元300加熱至具有高於氧化物蝕刻溫度等級之等級之沈積溫度。將沈積溫度保持在大約300℃至大約1000℃之範圍內係有效的。在第二加熱單元400被去活之情況下，可在第一加熱單元300之溫度正上升之同時激活第二加熱單元400。此時，有可能將激活之第二加熱單元400之溫度維持在大約200℃至大約600℃之範圍內。
接著，提供一矽源氣體以沈積一矽外延層。該矽源氣體可包含SiH4 、Si2 H6 或DCS。若需要不沈積氧化物層或氮化物層之選擇性，則可藉由交替地供應矽源氣體及蝕刻氣體來沈積該矽外延層。同時，可藉由同時供應矽源氣體及蝕刻氣體來沈積矽外延層。
在完成矽外延層之沈積之後，將第一加熱單元300之溫度降低至大約200℃至大約600℃之範圍。接著，將安置在基板安置單元200上之基板10卸載至腔室100之外部。
根據此實施例，使用電漿移除基板表面上之原生氧化物層之製程及在基板上形成半導體膜之製程可在一個單一腔室中執行。
在以上描述中，電漿產生單元僅用於移除基板表面上之原生氧化物層之製程，但其不限於此。電漿產生單元可用於沈積半導體膜之製程。因此，可在第一加熱單元及第二加熱單元之設定溫度的大約10%至大約50%之範圍下之溫度處沈積薄膜。這意味著能夠降低第一加熱單元之燈加熱器之加熱溫度。
首先，藉由第一加熱單元300及第二加熱單元400將腔室100之溫度維持在用於電漿蝕刻之溫度。接著，將基板10安置在腔室100中之基板安置單元200上。同時，可在安置基板10之後加熱腔室100。隨後，電漿產生單元500在腔室100之反應空間內產生電漿，且接著將蝕刻氣體注射至反應空間中，進而移除基板10之表面上之原生氧化物層。在移除原生氧化物層之後，停止電漿產生，且第一加熱單元300及第二加熱單元400將腔室100重新加熱至用於沈積半導體膜之溫度。隨後，將半導體沈積氣體及蝕刻氣體交替地注射至腔室100中，進而沈積半導體膜。若需要，則可僅使用半導體沈積氣體來形成半導體膜。在沈積半導體膜之後，冷卻腔室100，且接著將基板10卸載至腔室100外部。
另外，在使用根據本發明實施例之設備沈積薄膜之方法中，當沈積薄膜時在腔室100中產生電漿。
亦即，將基板10安置在腔室100中之基板安置單元200上。接著，藉由第一加熱單元300及/或第二加熱單元400將腔室100加熱至一第一溫度。該第一溫度為藉由電漿移除基板10之表面上之原生氧化物層所在的處理溫度。
接著，藉由電漿產生單元500在腔室100之反應空間中產生電漿。將用於清潔之第一氣體注射至腔室100中，進而移除基板10之表面上之原生氧化物層。
隨後，停止電漿產生，且排出未反應之第一氣體。藉由第一加熱單元300及第二加熱單元400將腔室100加熱至一第二溫度。該第二溫度為使用電漿在基板10之表面上沈積薄膜所在之溫度，且較佳高於第一溫度。接著，在腔室100之反應空間中再次產生電漿，且執行沈積製程以在基板10之表面上沈積薄膜。在沈積製程中，藉由向腔室100之反應空間交替地供應沈積氣體及蝕刻氣體而在基板10之表面上形成薄膜。此時，藉由在反應空間中產生之電漿改良沈積氣體與蝕刻氣體之反應性，且因此有可能減少形成半導體薄膜所需之時間且改良薄膜之品質。
同時，可在供應沈積氣體及蝕刻氣體中之至少一者期間產生電漿。舉例而言，可在供應沈積氣體期間產生電漿，且可在供應蝕刻氣體期間停止電漿之產生。因而，可改良沈積氣體之反應性。
儘管上述描述著重於移除基板之表面上之原生氧化物層的製程，但其不限於此，且本發明設備可用於移除氮化物層之製程。
如上所述，由於本發明設備包含安置在腔室下方之光學加熱單元及安置在腔室上方之電加熱單元，因此可均勻加熱腔室內部。
此外，由於本發明設備使用安置在腔室上方之電漿產生單元來產生電漿，因此基於加熱之沈積製程及基於電漿之蝕刻製程可在一個單一腔室中同時執行。
根據本發明，藉由採用低頻濾波器及輻射熱屏蔽板，有可能最小化光學加熱單元之燈加熱器與電漿產生單元之天線之間的干擾。
儘管已結合本發明之示範性實施例描述了本發明，但熟習此項技術者將瞭解，可在不脫離本發明之範圍及精神之情況下對其做出各種修改及改變。
10．．．基板
100．．．腔室
110．．．腔室本體
120．．．底板
130．．．頂板
200．．．基板安置單元
210．．．基座
220．．．基座驅動單元
221．．．驅動軸
222．．．驅動區段
300．．．第一加熱單元
310．．．燈加熱器
320．．．電源區段
330．．．電源線
331．．．電力線
332．．．低頻濾波器
400．．．第二加熱單元
410．．．內部安全板
420．．．外部蓋
430．．．中心板
440．．．冷卻線
450．．．熱線
460．．．穿透凹槽
500．．．電漿產生單元
510．．．天線
520．．．高頻電力區段
610．．．屏蔽板
圖1說明根據本發明第一實施例之一半導體裝置製造設備的橫截面圖；
圖2說明根據本發明第一實施例之一第一加熱單元的平面圖；
圖3說明根據本發明第一實施例之一腔室之一上部的橫截面圖；
圖4A至6B為說明根據本發明第一實施例之修改的半導體裝置製造設備之局部零件的橫截面圖；
圖7說明根據本發明第二實施例之一半導體裝置製造設備的橫截面圖；及
圖8說明根據本發明第三實施例之一半導體裝置製造設備的橫截面圖。
10．．．基板
100．．．腔室
110．．．腔室本體
120．．．底板
130．．．頂板
200．．．基板安置單元
210．．．基座
220．．．基座驅動單元
221．．．驅動軸
222．．．驅動區段
300．．．第一加熱單元
310．．．燈加熱器
320．．．電源區段
330．．．電源線
331．．．電力線
332．．．低頻濾波器
400．．．第二加熱單元
500．．．電漿產生單元
510．．．天線
520．．．高頻電力區段

Claims (7)

  1. 一種使用一半導體裝置製造設備製造一半導體裝置之方法，該半導體裝置製造設備包含具有上面安置一基板之一基板安置單元之一腔室、分別安置在該腔室下方與上方之一第一加熱單元與一第二加熱單元，以及安置在該腔室之一上部處之一電漿產生單元，該方法包括：使用該第一加熱單元及該第二加熱單元中之至少一者將該腔室之一反應空間加熱至一第一溫度；使用電漿及一清潔氣體移除該基板之一表面上之一原生氧化物層；使用該第一加熱單元及該第二加熱單元將該腔室之該反應空間加熱至一第二溫度，其中該第二溫度高於該第一溫度；使用一沈積氣體及一蝕刻氣體在該基板上沈積一半導體膜；停止該沈積氣體及該蝕刻氣體之供應，且冷卻該腔室；及將該基板卸載至該腔室之外部。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一溫度為使用該電漿移除該基板之該表面上之一原生氧化物層所在之一處理溫度，且在大約200℃至大約600℃之一範圍內，並且該第二溫度為沈積該薄膜所在之一處理溫度，且在大約300℃至大約1000℃之一範圍內。
  3. 如請求項1之方法，其中清潔該基板之該表面包括： 在將該清潔氣體注射至該腔室之該反應空間之後，使用該電漿產生單元在該反應空間中產生該電漿，或者在該反應空間中產生該電漿之後，將該清潔氣體注射至該反應空間；及停止該電漿之該產生及該清潔氣體之該注射。
  4. 如請求項3之方法，其中藉由將高頻電力供應至一天線來產生該電漿，該天線以纏繞該腔室之形式安置在該腔室上方。
  5. 如請求項1之方法，其中當在該基板上沈積該半導體膜時，交替地將用於該半導體膜之該沈積之該沈積氣體及用於該半導體膜之該蝕刻之該蝕刻氣體供應至該腔室之該反應空間，或同時將該沈積氣體及該蝕刻氣體供應至該反應空間。
  6. 如請求項5之方法，其中在供應該沈積氣體及該蝕刻氣體中之至少一者期間，使用該電漿產生單元在該反應空間中產生該電漿。
  7. 如請求項1之方法，其中藉由改變該第一加熱單元之一溫度且同時固定該第二加熱單元之一溫度來改變該腔室之該反應空間之一溫度。
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