原位羥化系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本文描述用于使用氨和水蒸氣的基材表面的羥化的系統(tǒng)與方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】原位羥化系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例大體上關(guān)于用以在基材的表面上產(chǎn)生羥基的系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種工業(yè)(包括半導(dǎo)體處理、擴(kuò)散阻障涂層與用于磁性讀/寫(xiě)頭的電介質(zhì))中，薄膜在基材表面上的沉積是重要的工藝。在半導(dǎo)體工業(yè)中，小型化可涉及薄膜沉積的原子水平控制，以在高深寬比結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生共形涂層。一種用于薄膜沉積而具有原子層控制和共形沉積的方法是原子層沉積(ALD), ALD利用依序的自我限制表面反應(yīng)來(lái)形成具有被精確控制在?；騿螌铀降木_厚度的多個(gè)層。大部分的ALD工藝是基于二元反應(yīng)順序，二元反應(yīng)順序沉積二元化合物膜。這兩個(gè)表面反應(yīng)中的每一個(gè)依序地發(fā)生，并且由于這兩個(gè)表面反應(yīng)是自我限制的，可沉積具有原子水平控制的薄膜。由于表面反應(yīng)是依序的，兩個(gè)氣相反應(yīng)物不會(huì)接觸，并且會(huì)形成且沉積顆粒的可能氣相反應(yīng)是受到限制的。表面反應(yīng)的自我限制本質(zhì)亦容許反應(yīng)在每個(gè)反應(yīng)循環(huán)期間能被驅(qū)動(dòng)至完成，而造成了連續(xù)且無(wú)針孔的膜。
[0003]已經(jīng)使用ALD來(lái)在基材表面上沉積金屬與金屬化合物。Al2O3沉積是典型ALD工藝的實(shí)例，說(shuō)明了 ALD的依序且自我限制反應(yīng)的特征。傳統(tǒng)上，Al2O3ALD使用三甲基鋁(TMA，常稱(chēng)為反應(yīng)“A”或“A”前驅(qū)物)與H2O (常稱(chēng)為反應(yīng)“B”或“B”前驅(qū)物)。在二元反應(yīng)的步驟A中，羥表面物種和氣相TMA反應(yīng)，以在氣相中產(chǎn)生表面受限的AlOAl (CH3)2與CH4。此反應(yīng)是藉由表面上的多個(gè)反應(yīng)位置而被自我限制。在二元反應(yīng)的步驟B中，表面受限化合物的AlCH3和氣相H2O反應(yīng)，以產(chǎn)生束縛于表面的AlOH和氣相的CH4。此反應(yīng)是藉由表面受限的AlOAl (CH3) 2上的有限多個(gè)可用的反應(yīng)位置而被自我限制。后續(xù)的A與B的循環(huán)、在反應(yīng)之間與在反應(yīng)循環(huán)之間凈化氣相反應(yīng)產(chǎn)物與未反應(yīng)的氣相前驅(qū)物造成以基本上線性方式的Al2O3生長(zhǎng)而獲得期望的膜厚度。
[0004]然而，許多ALD反應(yīng)需要反應(yīng)性“柄狀物(handle) ”的存在以使ALD前驅(qū)物和基材表面反應(yīng)。一種增加此類(lèi)反應(yīng)性的方式是藉由將-OH(羥)基添加到基材表面。一種先前已知的羥化的方法涉及將基材沉浸在含有液體氨和水的浴中。此工藝使界面層表面富含有-0H，但具有當(dāng)晶圓從浴被傳送到處理腔室以用于膜形成時(shí)使所述晶圓暴露于大氣的缺點(diǎn)。對(duì)于一些膜，諸如高_(dá)k介電膜(例如氧化鉿)，暴露于空氣會(huì)劣化包含有介電膜的器件的滯后現(xiàn)象(hysteresis)。氨與水的混合形成氫氧化銨，氫氧化銨是具有腐蝕性且會(huì)降解許多金屬的強(qiáng)堿。因此，由于預(yù)期的金屬部件的降解，涉及氨與水的混合的工藝尚未在處理腔室中被執(zhí)行。
[0005]所以，存在提供能改善可取得的基材表面的羥化工藝的方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種羥化基材表面的系統(tǒng)。在此方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)包括:腔室主體，所述腔室主體具有腔室壁、腔室板與腔室蓋，所述腔室壁、所述腔室板與所述腔室蓋界定腔室工藝區(qū)域；晶圓支撐件；一個(gè)或更多個(gè)注射器，所述一個(gè)或更多個(gè)注射器將胺類(lèi)與氫氧化物輸送至所述腔室工藝區(qū)域；壓力控制閥，所述壓力控制閥控制所述腔室工藝區(qū)域中的壓力；控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包含胺類(lèi)流量控制器、氫氧化物流量控制器與用以改變氫氧化物的分壓的控制器，其中所述胺類(lèi)流量控制器與所述氫氧化物流量控制器控制胺類(lèi)與氫氧化物流動(dòng)到所述腔室工藝區(qū)域內(nèi)的流量，以使所述基材的表面同時(shí)地暴露于氫氧化物與胺類(lèi)，而提供經(jīng)羥化的基材表面；以及傳送閥，所述傳送閥在所述腔室主體上并位于工藝區(qū)域與傳送腔室之間，所述傳送閥允許在受控壓力下將基材移動(dòng)到傳送腔室，并防止所述經(jīng)羥化的基材對(duì)于外界空氣的暴露。
[0007]根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，胺類(lèi)選自氨、吡啶、聯(lián)胺、烷基胺與芳香基胺。在一些實(shí)施例中，氫氧化物是水蒸氣。
[0008]根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，所述腔室主體、所述晶圓支撐件與所述一個(gè)或更多個(gè)注射器包含可抵抗由氫氧化銨造成的降解的材料，所述材料選自不銹鋼、石英與聚四氟乙烯的一個(gè)或更多者。
[0009]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括排放系統(tǒng)，所述排放系統(tǒng)從所述腔室工藝區(qū)域移除氣體。在特定實(shí)施例中，所述排放系統(tǒng)包括隔離閥、節(jié)流閥與泵。
[0010]一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例提供所述系統(tǒng)還包括凈化氣體系統(tǒng)，所述凈化氣體系統(tǒng)包括凈化氣體注射器，所述凈化氣體注射器連接到凈化氣體供應(yīng)以將凈化氣體輸送到所述腔室工藝區(qū)域。
[0011]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述水蒸氣供應(yīng)包括液體水源與加熱元件。在進(jìn)一步實(shí)施例中，水蒸氣是藉由加熱所述液體水以形成蒸氣來(lái)產(chǎn)生。替代實(shí)施例提供所述水蒸氣供應(yīng)包括液體水源與氣體源，所述氣體源連接到所述水源以透過(guò)水將氣體起泡而形成水蒸氣。在另一實(shí)施例中，所述水蒸氣供應(yīng)包含液體水與霧化器。
[0012]根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，所述系統(tǒng)還包括溫度控制器。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述溫度控制器和加熱系統(tǒng)連通以維持鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處的溫度，以致胺類(lèi)與氫氧化物不會(huì)在鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處反應(yīng)，且胺類(lèi)與氫氧化物會(huì)在鄰近所述晶圓支撐件上的基材處反應(yīng)。在特定實(shí)施例中，所述加熱系統(tǒng)包含加熱元件與熱元件，所述加熱元件鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處以升高鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處的溫度，所述熱元件用以升高與降低鄰近所述腔室板處的溫度。
[0013]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括升降機(jī)構(gòu)，所述升降機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)，以將所述基材降低到所述晶圓支撐件上并將所述基材升高離開(kāi)所述晶圓支撐件。根據(jù)特定實(shí)施例，所述升降機(jī)構(gòu)包含周邊框架，所述周邊框架和電機(jī)嚙合以升高與降低所述框架。
[0014]本發(fā)明的另一方面關(guān)于一種羥化基材表面的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含:腔室主體，所述腔室主體具有腔室壁、腔室板與腔室蓋，所述腔室壁、所述腔室板與所述腔室蓋界定腔室工藝區(qū)域；晶圓支撐件；一個(gè)或更多個(gè)注射器，所述一個(gè)或更多個(gè)注射器將胺類(lèi)與氫氧化物輸送至所述腔室工藝區(qū)域；壓力控制閥，所述壓力控制閥控制所述腔室工藝區(qū)域中的壓力；傳送閥，所述傳送閥在所述腔室主體上并位于所述工藝區(qū)域與傳送腔室之間，所述傳送閥允許在受控壓力下將基材移動(dòng)到傳送腔室；以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包含胺類(lèi)流量控制器、氫氧化物流量控制器與CPU，所述CPU發(fā)送信號(hào)到所述壓力控制閥、所述胺類(lèi)流量控制器以及所述氫氧化物流量控制器且接收來(lái)自所述壓力控制閥、所述胺類(lèi)流量控制器以及所述氫氧化物流量控制器的信號(hào)，以控制胺類(lèi)與氫氧化物流動(dòng)到所述腔室工藝區(qū)域內(nèi)的流量且用以控制所述腔室工藝區(qū)域中的氫氧化物的分壓，其中所述控制系統(tǒng)還包括非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有被儲(chǔ)存在所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一組機(jī)器可執(zhí)行指令，所述一組機(jī)器可執(zhí)行指令當(dāng)被所述CPU執(zhí)行時(shí)能使所述系統(tǒng)執(zhí)行一種方法，所述方法包括以下步驟:使所述基材的表面同時(shí)地暴露于氫氧化物與胺類(lèi)而提供經(jīng)羥化的基材。
[0015]根據(jù)此方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，胺類(lèi)選自氨、吡啶、聯(lián)胺、烷基胺與芳香基胺。在一些實(shí)施例中，氫氧化物是水蒸氣。
[0016]在此方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括所述傳送腔室與沉積腔室，所述沉積腔室在負(fù)載閉鎖條件下和所述傳送腔室連通。在進(jìn)一步實(shí)施例中，所述控制系統(tǒng)還包括非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有被儲(chǔ)存在所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一組機(jī)器可執(zhí)行指令，所述一組機(jī)器可執(zhí)行指令當(dāng)被所述CPU執(zhí)行時(shí)能使所述系統(tǒng)執(zhí)行一種方法，所述方法包括以下步驟:使所述基材的表面同時(shí)地暴露于氫氧化物與胺類(lèi)而提供經(jīng)羥化的基材；將所述經(jīng)羥化的基材從所述羥化腔室移動(dòng)到所述傳送腔室；將所述經(jīng)羥化的基材從所述傳送腔室移動(dòng)到沉積腔室；及在所述經(jīng)羥化的基材上沉積膜。
[0017]本發(fā)明的又一方面提供一種使用系統(tǒng)而在基材的表面上形成介電膜的方法，所述系統(tǒng)包含羥化腔室、傳送腔室與沉積腔室。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，所述方法包括以下步驟:控制胺類(lèi)與氫氧化物流動(dòng)到所述羥化腔室的工藝區(qū)域內(nèi)的流量，以將所述基材的所述表面同時(shí)地暴露于氫氧化物與胺類(lèi)，而提供經(jīng)羥化的基材表面；控制所述處理腔室內(nèi)的壓力；在負(fù)載閉鎖條件下將所述經(jīng)羥化的基材從所述羥化腔室移動(dòng)到所述傳送腔室且到所述沉積腔室；及在所述經(jīng)羥化的基材上沉積介電膜。
[0018]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括以下步驟:控制所述工藝區(qū)域中的溫度分布，以致胺類(lèi)與氫氧化物會(huì)在鄰近所述基材處反應(yīng)，且胺類(lèi)與氫氧化物不會(huì)在所述工藝區(qū)域的其他部分中反應(yīng)。在特定實(shí)施例中，所述膜藉由原子層沉積工藝來(lái)沉積。
[0019]本發(fā)明的另一方面提供一種用以處理基材的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括:熱氧化物形成腔室；羥化腔室；傳送腔室；及沉積腔室。所述羥化腔室可以是上述方面的一者。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，所述沉積腔室在所述經(jīng)羥化的基材上沉積高-k介電膜。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述傳送腔室可在兩個(gè)或更多個(gè)腔室之間傳送基材，而不會(huì)使所述基材暴露于外界空氣。
[0020]上述說(shuō)明已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特定特征與技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能了解可輕易地將所揭示的特定實(shí)施例作為基礎(chǔ)來(lái)修改或設(shè)計(jì)落入本發(fā)明范疇內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)或工藝。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員亦應(yīng)能了解此類(lèi)等效結(jié)構(gòu)不脫離所附權(quán)利要求中所公開(kāi)的本發(fā)明的精神與范疇。
[0021]附圖簡(jiǎn)述
[0022]可藉由參考本發(fā)明的實(shí)施例來(lái)獲得詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征的方式以及如上所概述的本發(fā)明的更具體描述，本發(fā)明的一些實(shí)施例在附圖中示出。但是應(yīng)了解，附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此附圖不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的范疇的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可允許其他等效實(shí)施例。[0023]圖1A圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的裝置的工藝區(qū)域的側(cè)剖視圖；
[0024]圖1B圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的裝置的工藝區(qū)域的頂剖視圖；
[0025]圖2圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)的示意圖；以及
[0026]圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的群集工具系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在此描述的各種實(shí)施例提供用于基材表面的羥化而不會(huì)暴露于空氣的方法與裝置，藉此避免含有介電膜的器件的滯后現(xiàn)象的劣化。本發(fā)明的實(shí)施例關(guān)于工藝與裝置的提供，所述工藝與裝置可在腔室的工藝區(qū)域中實(shí)現(xiàn)，所述工藝區(qū)域避免使基材暴露于外界空氣。
[0028]如在此所使用，“基材表面”指任何基材或被形成在基材上的材料表面，其中在制造工藝期間在所述材料表面上執(zhí)行膜處理。例如，取決于應(yīng)用，上面可執(zhí)行處理的基材表面包括諸如硅、氧化硅、應(yīng)變硅、絕緣體上硅(SOI)、碳摻雜氧化硅、氮化硅、摻雜硅、鍺、砷化鍺、玻璃、藍(lán)寶石的材料，以及諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金與其他導(dǎo)電材料的任何其他材料?；谋砻嫔系淖枵蠈印⒔饘倩蚪饘俚锇ㄢ?、氮化鈦、氮化鎢、鉭與氮化鉭、鋁、銅或?qū)τ谠圃焓怯杏玫娜魏纹渌麑?dǎo)體或?qū)щ娀蚍菍?dǎo)電的阻障層?；目删哂懈鞣N尺寸，諸如200mm或300mm直徑的晶圓以及矩形或方形面板。本發(fā)明的實(shí)施例在基材上是有用的基材包括但不限于半導(dǎo)體晶圓(諸如結(jié)晶硅(例如硅〈100〉或硅〈111?、氧化硅、應(yīng)變硅、鍺化硅、摻雜或未摻雜多晶硅、摻雜或未摻雜硅晶圓)、II1-V材料(諸如GaAs、GaN、InP等)與圖案化或未圖案化晶圓。基材可被暴露于預(yù)處理工藝，以研磨、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火和/或烘烤基材表面。
[0029]因此，本發(fā)明的一個(gè)方面關(guān)于制備基材的一種方法，以用于介電膜在基材的表面上的形成，所述方法包括以 下步驟:將基材設(shè)置在處理腔室中且使氫氧化物(諸如水蒸氣)與胺類(lèi)(諸如氨)流動(dòng)到處理腔室內(nèi)。水蒸氣與氨被流動(dòng)成使得基材的表面同時(shí)地被暴露于水蒸氣與氨。在真空條件下(即在降低的壓力下)執(zhí)行此方法而不使基材暴露于外界空氣。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，惰性氣體(諸如氮)可存在于羥化腔室中。
[0030]盡管特定地提及水蒸氣與氨，但應(yīng)了解本發(fā)明涵蓋其他氫氧化物與胺類(lèi)源的使用。例如，適當(dāng)?shù)臍溲趸锇ㄋc過(guò)氧化氫。適當(dāng)?shù)陌奉?lèi)的實(shí)例包括氨、吡啶、聯(lián)胺、烷基胺與芳香基胺。
[0031]水蒸氣與氨在基材的表面處反應(yīng)以提供氫氧化銨，氫氧化銨接著和基材的表面反應(yīng)以提供經(jīng)羥化的基材。在特定實(shí)施例中，在羥化之前，基材表面未經(jīng)鹵化。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，僅被添加到基材或膜的表面的官能性是羥官能性。
[0032]根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，在羥化所述表面之后，基材經(jīng)受進(jìn)一步的處理。此進(jìn)一步的處理可在和羥化腔室相同的腔室中被執(zhí)行，或可在一個(gè)或更多個(gè)不同的處理腔室中被執(zhí)行。在一個(gè)實(shí)施例中，經(jīng)羥化的基材從羥化腔室被移動(dòng)到不同的第二腔室以進(jìn)行進(jìn)一步的處理。經(jīng)羥化的基材可從羥化腔室直接地被移動(dòng)到不同的處理腔室，或者經(jīng)羥化的基材可從羥化腔室被移動(dòng)到一個(gè)或更多個(gè)傳送腔室且接著被移動(dòng)到期望的不同的處理腔室。
[0033]根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，經(jīng)羥化的基材持續(xù)地處于真空或“負(fù)載閉鎖(loadlock) ”條件下,且在從一個(gè)腔室被移動(dòng)到下一個(gè)腔室時(shí)沒(méi)有被暴露于外界空氣。傳送腔室因此處于真空下且在真空壓力下“被抽低壓力(pumped down) ”。惰性氣體可存在于處理腔室或傳送腔室中。在一些實(shí)施例中，惰性氣體作為凈化氣體，以在羥化所述基材表面之后移除一些或全部的反應(yīng)物。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，凈化氣體在羥化腔室的出口處被注射，以避免反應(yīng)物從羥化腔室移動(dòng)到傳送腔室和/或處理腔室。因此，惰性氣體的流動(dòng)在腔室的出口處形成簾幕。
[0034]其他處理腔室可包括但不限于沉積腔室與蝕刻腔室。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，藉由諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)的沉積工藝將膜沉積在經(jīng)羥化的基材上。在特定實(shí)施例中，經(jīng)由原子層沉積工藝將膜沉積在基材上。
[0035]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，具有高介電常數(shù)(k)的膜被沉積在經(jīng)羥化的基材上。可用以制造高-k柵極電介質(zhì)的材料包括但不限于:氧化鉿、氧化鑭、氧化鑭鋁、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釔與氧化鋁。在一些實(shí)施例中，高_(dá)k介電膜包含鉿。因此，本發(fā)明的一方面關(guān)于在基材的表面上形成介電膜的一種方法。形成介電膜的所述方法可包括以下步驟:控制氨與水蒸氣進(jìn)入到羥化腔室的工藝區(qū)域內(nèi)的流量，以使基材表面同時(shí)地暴露于水蒸氣與氨，而提供經(jīng)羥化的基材表面。所述方法還可包括以下步驟:控制處理腔室內(nèi)的壓力，并在負(fù)載閉鎖條件下將經(jīng)羥化的基材從羥化腔室移動(dòng)到傳送腔室且到沉積腔室。最后，所述方法包括以下步驟:在經(jīng)羥化的基材上沉積膜(諸如介電膜)。
[0036]根據(jù)此方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，所述方法還包括以下步驟:控制工藝區(qū)域中的溫度分布，以致氨與水在鄰近基材處反應(yīng)，但氨與水不會(huì)在工藝區(qū)域的其他部分中(諸如鄰近腔室蓋或腔室壁處)反應(yīng)。在特定實(shí)施例中，經(jīng)由原子層沉積工藝來(lái)沉積所述膜。
[0037]因此，本發(fā)明的另一方面關(guān)于用于基材羥化的裝置，以執(zhí)行根據(jù)任何上述的實(shí)施例的工藝。一個(gè)實(shí)施例關(guān)于裝置，所述裝置包含腔室主體、晶圓支撐件、升降機(jī)構(gòu)與一個(gè)或更多個(gè)注射器。此裝置提供水蒸氣與氨到基材表面的供應(yīng)，水蒸氣與氨會(huì)反應(yīng)而形成氫氧化銨，氫氧化銨進(jìn)而會(huì)羥化所述基材的表面。
[0038]由于水蒸氣與氨會(huì)反應(yīng)而形成氫氧化銨，所以腔室工藝區(qū)域?qū)⒕哂懈g性環(huán)境。所以，在潤(rùn)濕路徑中的所有部件應(yīng)包含可抵抗由氫氧化銨造成的降解的材料。因此，被利用在半導(dǎo)體處理腔室中的典型材料(諸如鋁)不適用于作為會(huì)被暴露于腐蝕性環(huán)境的部件。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，腔室主體、晶圓支撐件與一個(gè)或更多個(gè)注射器包括可抵抗由氫氧化銨造成的降解的材料。在進(jìn)一步實(shí)施例中，升降機(jī)構(gòu)亦包含可抵抗由氫氧化銨造成的降解的材料。
[0039]可使用能提供對(duì)氫氧化銨的期望抵抗性的許多材料。例如，不銹鋼、石英與聚四氟乙烯可用于裝置中的各種部件。在特定實(shí)施例中，裝置部件的一個(gè)或更多個(gè)部件包括不銹鋼。
[0040]腔室主體具有腔室壁、腔室板與腔室蓋。腔室壁、腔室板與腔室蓋界定腔室工藝區(qū)域，腔室工藝區(qū)域是羥化反應(yīng)發(fā)生的區(qū)域。一個(gè)或更多個(gè)注射器將氨與水蒸氣散布在腔室工藝區(qū)域內(nèi)，氨與水蒸氣反應(yīng)而形成氫氧化銨。氫氧化銨接著和基材的表面反應(yīng)以提供經(jīng)羥化的基材。
[0041]圖1A圖示出根據(jù)本發(fā)明的此方面的腔室主體100的實(shí)施例的側(cè)剖視圖。腔室主體100包含腔室蓋101、腔室壁102與腔室板103，所述部件界定腔室工藝區(qū)域104。圖1A和圖1B所圖示的裝置顯示腔室壁102是界定工藝區(qū)域的單一壁，且所述壁剖面大體上為圓形。然而，應(yīng)了解工藝區(qū)域104可以是用于處理基材的任何適當(dāng)形狀，并且界定工藝區(qū)域的腔室壁102可包含多個(gè)不連續(xù)的壁元件。腔室蓋101形成工藝區(qū)域104的頂邊界。腔室蓋101可被開(kāi)啟或可移除，以促進(jìn)工藝區(qū)域的清潔和維護(hù)。在所圖示的實(shí)施例中，腔室蓋101包括用以將腔室蓋101從腔室壁101舉升的柄115?？山逵扇魏芜m當(dāng)?shù)姆绞?諸如固定螺栓、夾持件等)將腔室蓋101固持住。在其他實(shí)施例中，可藉由樞轉(zhuǎn)件(未圖示)將腔室蓋裝設(shè)到腔室壁101，或者可諸如藉由垂直或水平的縮回機(jī)構(gòu)(未圖示)將蓋和腔室壁101可移動(dòng)地關(guān)聯(lián)。升降機(jī)構(gòu)105升高與降低基材，并且用以移動(dòng)基材而使基材經(jīng)由開(kāi)口 106進(jìn)出腔室工藝區(qū)域104。狹縫閥插件107可將裝置連接到另一腔室。狹縫閥插件107可包括用于凈化氣體的注射器，以避免當(dāng)基材被移動(dòng)進(jìn)出裝置時(shí)反應(yīng)物氣體會(huì)離開(kāi)腔室工藝區(qū)域104。
[0042]裝置亦包括周邊框架109，周邊框架109最佳地被圖示在圖1B中。周邊框架109和升降機(jī)構(gòu)105嚙合，升降機(jī)構(gòu)105可以是伺服電機(jī)或用以在工藝區(qū)域104中上下移動(dòng)周邊框架109以升高或降低基材的任何其他合適裝置。在所圖示的實(shí)施例中，升降機(jī)構(gòu)包括桿117，桿117和周邊框架109的一部分接觸。
[0043]圖1B圖示出工藝區(qū)域的頂剖視圖。陶瓷球108被固定到腔室板103。陶瓷球108可藉由各種方式(諸如接合、粘附、壓嵌等)被固定到板。在所圖示的實(shí)施例中，陶瓷球被壓嵌到腔室板103中的孔洞內(nèi)。陶瓷球108提供被裝載到工藝區(qū)域104內(nèi)且到腔室板103上的基材的支距(offset)。因此，已經(jīng)被裝載到工藝區(qū)域104內(nèi)且安置在陶瓷球108上的基材不會(huì)和腔室板103直接地接觸。這樣可方便基材被裝載到工藝區(qū)域104與從工藝區(qū)域104被移除。如上所討論，周邊框架109藉由桿117和升降機(jī)構(gòu)105可操作地嚙合，以容許周邊框架109將基材降低到陶瓷球108上。指件(finger) 110繞著框架109的周邊而隔開(kāi)，并且從框架109向內(nèi)地指向。當(dāng)基材安置在陶瓷球108上時(shí)，注射器111使氨與水蒸氣散布越過(guò)基材的表面。
[0044]在所圖示的實(shí)施例中，陶瓷球的功能是作為腔室工藝區(qū)域內(nèi)的晶圓支撐件。此晶圓支撐件在腔室板上方在工藝區(qū)域內(nèi)將基材升高，并且腔室工藝區(qū)域中的基材安置在所述晶圓支撐件上。這樣可避免基材的背面和腔室板直接地接觸?；呐c腔室板之間的直接接觸會(huì)造成來(lái)自腔室板的基材背側(cè)金屬污染。在特定實(shí)施例中，基材和腔室板之間不存在有直接接觸。應(yīng)了解晶圓支撐件不限于陶瓷球。在其他實(shí)施例中，晶圓支撐件可包含升降銷(xiāo)、間隙物(standoff)或任何其他適當(dāng)?shù)脑?br> [0045]因此，晶圓支撐件可包括大體上能將腔室板與基材之間的接觸予以最小化的任何構(gòu)造。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，晶圓支撐件包括陶瓷支撐件(諸如多個(gè)陶瓷球)。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，所述陶瓷球被嵌設(shè)在腔室板中?；陌仓迷谒銮虻捻敳可锨也粫?huì)和下方的腔室板接觸。因此，僅和基材形成多個(gè)點(diǎn)接觸，而不是基材直接地放置在腔室板的頂部上。根據(jù)特定實(shí)施例，陶瓷支撐件包含氮化硅。
[0046]根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，裝置還包括加熱系統(tǒng)(未圖示)，以維持鄰近腔室壁和/或腔室蓋處的溫度，而使氨與水不會(huì)在鄰近腔室壁和/或腔室蓋處反應(yīng)，但會(huì)在鄰近晶圓支撐件上的基材處反應(yīng)。在特定實(shí)施例中，此加熱系統(tǒng)加熱腔室壁和/或腔室蓋，以有助于避免反應(yīng)物和壁102或蓋101反應(yīng)。因此，腔室壁和/或腔室蓋可鄰近加熱元件。例如，腔室壁102可具有被嵌設(shè)在腔室壁內(nèi)的電阻式加熱元件，以加熱腔室壁102。替代地，或除了電阻式加熱元件以外，輻射加熱元件(諸如燈)可被提供在工藝區(qū)域104內(nèi)或鄰近工藝區(qū)域104處，以加熱腔室壁102與蓋101。
[0047]特定實(shí)施例提供腔室板103被加熱或被冷卻。腔室板103的溫度可被調(diào)整以在基材表面處實(shí)現(xiàn)期望相對(duì)濕度。根據(jù)特定實(shí)施例，腔室工藝區(qū)域104的溫度被維持在約20°C到約60°C的范圍中。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，基材表面處的溫度為約25°C或低于約25°C，以促進(jìn)基材的羥化。因此，特定實(shí)施例提供腔室板和/或晶圓支撐件鄰近熱元件119，以升高與降低鄰近腔室板處的溫度，而在待羥化的基材的表面處造成局部的溫度改變。熱元件119可以是任何適當(dāng)?shù)臏囟茸兓铱稍O(shè)置在鄰近腔室處或腔室內(nèi)的各種位置中。熱元件119的適當(dāng)實(shí)例包括但不限于輻射加熱器(例如燈與激光器)、電阻式加熱器、液體受控?zé)峤粨Q器及冷卻與加熱板。冷卻與加熱板可包括一個(gè)或更多個(gè)流體通道，液體或氣體流動(dòng)通過(guò)所述流體通道以冷卻或加熱所述板。在特定實(shí)施例中，腔室板和冷卻元件呈熱接觸。
[0048]一個(gè)或更多個(gè)注射器111經(jīng)配置以連接到氨供應(yīng)和水蒸氣供應(yīng)(未圖示)。氨與水可從相同的注射器被散布，或者可使用多個(gè)注射器以避免在抵達(dá)腔室工藝區(qū)域之前混合。任何適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)構(gòu)造可用以散布氨與水蒸氣，包括橫向流動(dòng)(cross flow)或頂部向下流動(dòng)(top-down flow)。注射器111可包括用以將反應(yīng)物散布在腔室工藝區(qū)域內(nèi)的任何裝置，包括噴頭或擋板。
[0049]耦接到周邊框架109的升降機(jī)構(gòu)105用以將基材從晶圓支撐件升高與降低，并且可利用任何機(jī)械裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。除了將基材從晶圓支撐件升高與降低，升降機(jī)構(gòu)105亦可經(jīng)由腔室106中的開(kāi)口將基材運(yùn)送進(jìn)出腔室工藝區(qū)域104。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，升降機(jī)構(gòu)105包括周邊框架109，并且當(dāng)升降機(jī)構(gòu)升高或降低基材時(shí)，基材可安置在周邊框架109上。在特定實(shí)施例中，周邊框架109和電機(jī)可操作地嚙合，以升高與降低框架。
[0050]根據(jù)特定實(shí)施例，周邊框架109至少部分周邊地環(huán)繞基材。在所圖示的實(shí)施例中，周邊框架是圓的一部分。在所圖示的實(shí)施例中，周邊框架為約270°，然而本發(fā)明不限于此構(gòu)造，并且周邊框架109可以是全圓、半圓(180° )或適于升高與降低基材(諸如半導(dǎo)體晶圓)的任何其他構(gòu)造。在特定實(shí)施例中，周邊框架109包含繞著周邊框架而隔開(kāi)的多個(gè)向內(nèi)指向的指件110。在圖1B所圖示的實(shí)施例中，圖上顯示三個(gè)指件110。然而，可提供更多或更少個(gè)指件110。
[0051]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，升降機(jī)構(gòu)可含有間隙物，間隙物能將基材與周邊框架109之間的接觸予以最小化。在特定實(shí)施例中，類(lèi)似腔室板103，間隙物可包含多個(gè)陶瓷間隙物121，陶瓷間隙物121從周邊框架109的上表面突出以使陶瓷間隙物121和基材的點(diǎn)接觸成為可能。在特定實(shí)施例中，陶瓷間隙物121被嵌設(shè)在所述多個(gè)向內(nèi)指向的指件110中。在特定實(shí)施例中，陶瓷間隙物121包含氮化硅。
[0052]裝置亦可包含傳送閥107，傳送閥107位在腔室的側(cè)壁中。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，傳送閥107是狹縫閥。狹縫閥107可以是開(kāi)口，基材可經(jīng)由所述開(kāi)口進(jìn)入與離開(kāi)羥化腔室工藝區(qū)域104。狹縫閥107可包括門(mén)(未圖示)且可被配置以連接到另一腔室(諸如傳送腔室或鄰近的處理腔室)。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，狹縫閥插件包含凈化氣體注射器(未圖示)，凈化氣體注射器用以避免當(dāng)狹縫閥處于開(kāi)啟位置時(shí)反應(yīng)物氣體會(huì)離開(kāi)羥化腔室且進(jìn)入鄰近的腔室，并且避免外界空氣會(huì)進(jìn)入工藝區(qū)域104。任何適當(dāng)?shù)亩栊詺怏w可作為凈化氣體，包括氮。
[0053]本發(fā)明的另一方面關(guān)于羥化基材表面的系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，此系統(tǒng)包括腔室主體100，腔室主體100包括如上參照?qǐng)D1A和圖1B所述的基材支撐件、氨供應(yīng)、水蒸氣供應(yīng)以及一個(gè)或更多個(gè)注射器。在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)亦可包括壓力控制閥以控制腔室工藝區(qū)域中的壓力。系統(tǒng)還可包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)腔室工藝區(qū)域中的壓力以及氨與水蒸氣進(jìn)入到腔室主體內(nèi)的流量?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)物的壓力與流量，以致基材的表面同時(shí)地被暴露于水蒸氣與氨，而提供經(jīng)羥化的基材表面。在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括傳送閥，以在受控壓力下將基材從工藝區(qū)域移動(dòng)到傳送腔室，而避免經(jīng)羥化的基材暴露于外界空氣。
[0054]圖2圖示出根據(jù)本發(fā)明的此方面的一個(gè)實(shí)施例。腔室主體包括腔室蓋201、腔室壁202與腔室板203。腔室蓋201、腔室壁202與腔室板203界定腔室工藝區(qū)域224，羥化反應(yīng)在腔室工藝區(qū)域224處在基材表面上發(fā)生。升降機(jī)構(gòu)214升高與降低基材，因而基材可藉由自動(dòng)機(jī)械葉片或其他適當(dāng)?shù)膫魉蜋C(jī)制被移動(dòng)進(jìn)出腔室工藝區(qū)域。
[0055]胺類(lèi)源(例如氨氣)由氨供應(yīng)206提供，而經(jīng)由氨導(dǎo)管225被輸送到工藝區(qū)域224內(nèi)，其中氨導(dǎo)管225可以是任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)管(諸如管路或通道)以透過(guò)注射器221在適當(dāng)流速下將氨輸送到工藝區(qū)域224。氨供應(yīng)可以是氨氣的汽缸或氨產(chǎn)生系統(tǒng)以產(chǎn)生氨氣。氨氣流動(dòng)到腔室的流量由氨閥209與氨流量控制器212來(lái)調(diào)節(jié)，氨閥209與氨流量控制器212能和腔室控制器204連通。流量控制器212可以是質(zhì)量流量或體積流量控制器。氫氧化物源(例如水蒸氣)由水蒸氣供應(yīng)207提供，而經(jīng)由導(dǎo)管227透過(guò)注射器221被輸送到工藝區(qū)域224。水蒸氣的流量是由水閥210與水流量控制器213來(lái)調(diào)節(jié)，水流量控制器213可以是質(zhì)量流量或體積流量控制器。閥210與流量控制器213可與腔室控制器204連通。如圖2所圖示，氨與水蒸氣可經(jīng)由不同的導(dǎo)管225與227分別地被輸送到腔室。然而，在將氣體引導(dǎo)到腔室內(nèi)之前將氨與水蒸氣混合且在單一導(dǎo)管中輸送氨與水蒸氣落入本發(fā)明的范疇內(nèi)。
[0056]惰性氣體供應(yīng)208可用以經(jīng)由惰性氣體導(dǎo)管229提供惰性氣體(諸如凈化氣體)作為凈化氣體，以經(jīng)由排放系統(tǒng)218從腔室主體移除反應(yīng)物和/或副產(chǎn)物。此外，藉由將惰性氣體和氨供應(yīng)或水蒸氣供應(yīng)的一個(gè)或兩者混合，惰性氣體可作為用以將反應(yīng)物輸送到腔室內(nèi)的載體氣體。若惰性氣體作為載體氣體，則惰性氣體導(dǎo)管包括適當(dāng)?shù)幕ミB件(未圖示)以將惰性氣體導(dǎo)管229和氨氣體導(dǎo)管225和/或水蒸氣導(dǎo)管227中的一個(gè)或兩者連接。適當(dāng)?shù)幕ミB件包括閥和/或流量控制器(未圖示)，閥和/或流量控制器將與腔室控制器204連通。惰性氣體閥211調(diào)節(jié)惰性氣體流動(dòng)到腔室主體的流量。流量控制器233亦可用以調(diào)節(jié)惰性氣體流動(dòng)到腔室內(nèi)的流量。
[0057]溫度控制器205可控制系統(tǒng)的各種加熱與冷卻元件(諸如用于水蒸氣系統(tǒng)207、腔室蓋201與腔室壁202的加熱元件，或者是用于腔室板203的加熱和/或冷卻元件)。
[0058]排放系統(tǒng)218從腔室主體移除氣體。當(dāng)羥化工藝完成時(shí)，與排放線217流體連通的泵228從工藝區(qū)域224移除過(guò)量的羥化工藝的反應(yīng)物與副產(chǎn)物，其中排放線217經(jīng)由排放導(dǎo)管231連接到腔室。隔離閥216可用以將腔室主體和泵228隔離。節(jié)流閥215可用以調(diào)節(jié)腔室主體中的壓力，以達(dá)到工藝區(qū)域224中期望的相對(duì)濕度。因此，應(yīng)理解可調(diào)節(jié)或改變壓力和/或溫度以控制水的分壓，而提供工藝區(qū)域中期望的相對(duì)濕度且羥化所述基材。相對(duì)濕度指的是在特定溫度下水分壓對(duì)于水飽和壓力的百分比。在特定實(shí)施例中，在基材溫度下，水的蒸氣壓是飽和蒸氣壓的20%。在其他特定實(shí)施例中，在基材溫度下，水的飽和蒸氣壓是飽和蒸氣壓的40%、60%或80%。
[0059]腔室主體、注射器、晶圓支撐件與升降機(jī)構(gòu)可具有任何上述用于羥化裝置的特征。
[0060]如上所述，氨與水會(huì)反應(yīng)以形成氫氧化銨，氫氧化銨是腐蝕性環(huán)境。因此，根據(jù)特定實(shí)施例，被暴露于氫氧化銨的部件應(yīng)該包含可抵抗降解的材料。此類(lèi)材料包括但不限于不銹鋼、石英與聚四氟乙烯。
[0061]水蒸氣供應(yīng)提供待用于羥化的水蒸氣，且可包括能將水蒸氣輸送到腔室工藝區(qū)域以在基材表面上實(shí)現(xiàn)羥化反應(yīng)的任何系統(tǒng)?？山逵伤魵猱a(chǎn)生系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生水蒸氣或可在另一源處產(chǎn)生水蒸氣，并且將水蒸氣提供到系統(tǒng)。根據(jù)特定實(shí)施例，水蒸氣是藉由水安瓶來(lái)制造，其中水安瓶被起泡(bubbled)或被蒸氣吸入(vapor drawn)。因此,特定實(shí)施例提供水蒸氣供應(yīng)包含液體水源與氣體源，氣體源連接到水源以透過(guò)水將氣體起泡而形成水蒸氣。
[0062]替代地，可藉由將水予以霧化或蒸氣化來(lái)制造水蒸氣。在特定實(shí)施例中，系統(tǒng)包含容納水的容器與倚賴(lài)文氏管效應(yīng)(Venturi effect)的水霧化器(諸如氣霧器或噴嘴)。在其他實(shí)施例中，水蒸氣供應(yīng)包含液體水源與加熱元件(諸如由皮迪爾控制器(Peltiercontroller)控制且和腔室控制器204連通的一個(gè)或更多個(gè)皮迪爾裝置)。在又一實(shí)施例中，可藉由使用氫與氧氣的單元來(lái)產(chǎn)生水蒸氣。
[0063]在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)的各種元件(諸如氨流量控制器212、水蒸氣流量控制器213、溫度控制器205與皮迪爾控制器)是由腔室控制器204來(lái)控制，腔室控制器204提供系統(tǒng)的I/O控制。因此，腔室控制器204可包括CPU234、存儲(chǔ)器235與1/0236，所述CPU234、存儲(chǔ)器235與1/0236以有線或無(wú)線方式和各種控制器連通。CPU234發(fā)送信號(hào)到氨流量控制器212與水蒸氣控制器213并接收來(lái)自氨流量控制器212與水蒸氣控制器213的信號(hào)，以控制氨與水蒸氣流動(dòng)到注射器221的流量。CPU234亦發(fā)送信號(hào)到節(jié)流閥215并接收來(lái)自節(jié)流閥215的信號(hào)，以控制腔室工藝區(qū)域中的壓力，因而節(jié)流閥215作為用于系統(tǒng)的壓力控制閥而操作。CPU234亦可和隔離閥216與泵228連通，以進(jìn)一步控制來(lái)自腔室的廢氣的流量。
[0064]CPU可以是用在工業(yè)設(shè)備以控制各種腔室和子處理器的任何形式的計(jì)算機(jī)處理器之一。因此，CPU可耦接到存儲(chǔ)器235，存儲(chǔ)器235可以是可輕易取得的存儲(chǔ)器的一個(gè)或更多者，諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、快閃存儲(chǔ)器、光盤(pán)、軟盤(pán)、硬盤(pán)或任何其他形式的本地或遠(yuǎn)端的數(shù)字儲(chǔ)存器。支持電路(未圖示)可耦接到CPU而以傳統(tǒng)方式支持CPU。這些電路包括高速緩存、電源、時(shí)鐘電路、輸入/輸出電路、子系統(tǒng)與諸如此類(lèi)者。CPU234與存儲(chǔ)器235耦接到適當(dāng)?shù)腎/O電路236，以和系統(tǒng)的各種控制器連通。
[0065]控制系統(tǒng)還可包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有一組機(jī)器可執(zhí)行指令。所述指令在被CPU執(zhí)行時(shí)能使系統(tǒng)執(zhí)行任何上述的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，指令關(guān)于一種方法，所述方法包括以下步驟:將基材的表面同時(shí)地暴露于水蒸氣與氨以提供經(jīng)羥化的基材。在另一實(shí)施例中，指令關(guān)于一種方法，所述方法包括以下步驟:將基材的表面同時(shí)地暴露于水蒸氣與氨以提供經(jīng)羥化的基材；將經(jīng)羥化的基材從羥化腔室移動(dòng)到傳送腔室；將經(jīng)羥化的基材從傳送腔室移動(dòng)到沉積腔室；及在經(jīng)羥化的基材上沉積膜。
[0066]羥化系統(tǒng)還可包括除了羥化腔室以外的其他腔室。所述腔室可包括傳送腔室與額外的處理腔室(諸如沉積腔室與蝕刻腔室)。所述腔室可在“群集工具系統(tǒng)”中互連。[0067]大體上，群集工具是模塊化系統(tǒng)，所述模塊化系統(tǒng)包括執(zhí)行各種功能的多個(gè)腔室，所述功能包括基材中心尋找與定向、去氣、退火、沉積和/或蝕刻。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，群集工具包括被配置以執(zhí)行本發(fā)明羥化工藝的至少羥化腔室。群集工具的所述多個(gè)腔室被安裝到中心傳送腔室，中心傳送腔室容納適于在所述腔室之間傳送基材的自動(dòng)機(jī)械裝置。典型地，傳送腔室被維持在真空條件下且提供用于將基材從一個(gè)腔室傳送到另一腔室和/或負(fù)載閉鎖腔室的中間級(jí)，其中負(fù)載閉鎖腔室設(shè)置在群集工具的前端處?？蛇m于本發(fā)明的兩個(gè)已知的群集工具是Centura?與Endura?,所述群集工具皆可從美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司取得。一個(gè)此類(lèi)分級(jí)的真空基材處理系統(tǒng)的細(xì)節(jié)被揭示在1993年2月16日頒予Tepman等人且發(fā)明名稱(chēng)為“Staged-Vacuum Wafer ProcessingSystem and Method(分級(jí)的真空晶圓處理系統(tǒng)和方法)”的美國(guó)專(zhuān)利第5，186，718號(hào)中。然而，可為了執(zhí)行如在此所述的工藝的特定步驟之目的而改變確切的腔室配置和組合。
[0068]圖3圖示可結(jié)合本發(fā)明的方面而被使用的群集工具或多腔室處理系統(tǒng)310的示例。處理系統(tǒng)310可包括一個(gè)或更多個(gè)負(fù)載閉鎖腔室312、314以用于將基材傳送進(jìn)出系統(tǒng)310。典型地，由于系統(tǒng)310處于真空下，負(fù)載閉鎖腔室312、314可將被引進(jìn)到系統(tǒng)310內(nèi)的基材予以“抽低壓力(pump down)”。第一自動(dòng)機(jī)械裝置320可負(fù)載閉鎖腔室312、314與第一組的一個(gè)或更多個(gè)基材處理腔室332、334、336、338之間傳送基材，各個(gè)處理腔室332、334、336、338可被配置以執(zhí)行許多基材處理操作。例如，處理腔室332可以是被設(shè)計(jì)用以執(zhí)行蝕刻工藝的蝕刻處理器，并且處理腔室334可以是用以執(zhí)行ALD或CVD的沉積反應(yīng)腔室或被設(shè)計(jì)用以在基材上形成熱氧化物層的快速熱處理(RTP)或RadOx?腔室。處理腔室336、338亦可被配置以進(jìn)一步提供例如循環(huán)層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù)清潔、化學(xué)清潔、熱處理(諸如RTP)、等離子體氮化、去氣、定向、羥化與其他基材工藝。
[0069]第一自動(dòng)機(jī)械裝置320亦可將基材傳送到一個(gè)或更多個(gè)傳送腔室342、344或從一個(gè)或更多個(gè)傳送腔室342、344傳送基材。傳送腔室342、344可用以維持真空條件，同時(shí)容許基材在系統(tǒng)310內(nèi)被傳送。第二自動(dòng)機(jī)械裝置350可在傳送腔室342、344與第二組的一個(gè)或更多個(gè)處理腔室362、364、366、368之間傳送基材。類(lèi)似處理腔室332、334、336、338，處理腔室362、364、366、368可被配置以執(zhí)行各種基材處理操作，包括除了循環(huán)層沉積(CLD)以外的蝕刻工藝、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、外延沉積、蝕刻、預(yù)清潔、化學(xué)清潔、熱處理(諸如RTP/RadOx? )、等離子體氮化、去氣與定向?；奶幚砬皇?32、334、336、338、362、364、366、368中的任一個(gè)在不需要的情況下可從系統(tǒng)310被移除。
[0070]藉由在群集工具上的腔室中執(zhí)行此工藝，可避免基材表面受到大氣雜質(zhì)污染，并且同時(shí)可維持來(lái)自濕式化學(xué)處理的增加成核的優(yōu)點(diǎn)。
[0071]美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司提供基材處理腔室，所述基材處理腔室包括稱(chēng)為RadOx?的工藝以形成用于CMOS晶體管柵極的薄二氧化硅層。RadOx?工藝通過(guò)燈來(lái)加熱基材且將氫與氧注射到處理腔室內(nèi)。當(dāng)所述氣體撞擊基材的表面時(shí)，所述氣體形成自由基。自由基比中性物種更富有反應(yīng)性，從而提供了比蒸汽工藝(稱(chēng)為原位蒸汽產(chǎn)生(ISSG)的氧化物生長(zhǎng))能所能取得的層生長(zhǎng)速率更快速的層生長(zhǎng)速率。[0072]適當(dāng)?shù)奈g刻或清潔腔室可被配置以用于濕式或干式蝕刻、反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)或諸如此類(lèi)者。示范性蝕刻腔室包括SICONI? Producer?或Carina?腔室，所述腔室亦可從美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司取得。一個(gè)非限制的示范性干式蝕刻工藝可包括氨(NH3)或三氟化氮(NF3)氣體，或和遠(yuǎn)端等離子體混合的無(wú)水氟化氫(HF)氣體混合物，所述氣體在低溫下(例如約30°C)凝結(jié)在SiO2上且反應(yīng)而形成能在中等溫度下(例如> 100°C )升華的化合物以蝕刻Si02。此類(lèi)示范性蝕刻工藝可隨著時(shí)間逐漸縮減且最后飽和到不再有進(jìn)一步蝕刻發(fā)生的程度，除非化合物的部分被移除(例如藉由上述的升華工藝)?？墒褂蒙鲜鰴C(jī)構(gòu)和/或藉由按時(shí)蝕刻工藝(例如預(yù)定時(shí)段內(nèi)的蝕刻)來(lái)控制蝕刻工藝。示范性濕式蝕刻工藝可包括氟化氫(HF)或諸如此類(lèi)者。示范性等離子體或遠(yuǎn)端等離子體蝕刻工藝可包括一個(gè)或更多個(gè)蝕刻劑，諸如四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、六氟化硫(SF6)、氫(H2)或諸如此類(lèi)者，并且可在具有或不具有加熱夾盤(pán)下被執(zhí)行。
[0073]在特定實(shí)施例中，執(zhí)行一種工藝，所述工藝包括第一步驟，其中自動(dòng)機(jī)械裝置320將基材從負(fù)載閉鎖腔室312、314的一個(gè)移動(dòng)到干式蝕刻或清潔腔室(例如SIC0NI?腔室)。在干式蝕刻或清潔工藝之后，在第二步驟中可將基材移動(dòng)回到負(fù)載閉鎖腔室312、314內(nèi)或直接地被傳送到快速熱處理腔室或RadOx?腔室以進(jìn)行熱處理。接著，在第三步驟中，自動(dòng)機(jī)械裝置320可將基材移動(dòng)到負(fù)載閉鎖腔室312、314的一者或直接地移動(dòng)到羥化腔室。替代地，在第三步驟中，可將基材移動(dòng)至RTP或RadOx?腔室之后的干式清潔或蝕刻腔室，或移動(dòng)到沉積腔室以形成中_k電介質(zhì)。在第三步驟中的羥化腔室、RTP/RadOx?腔室中的處理、或中_k電介質(zhì)的沉積之后，第四步驟可涉及中_k電介質(zhì)或高_(dá)k電介質(zhì)的沉積。第五步驟可包括高-k電介質(zhì)的沉積或在第四步驟中所形成的高_(dá)k電介質(zhì)的等離子體氮化或RTP或羥化。第六與第七步驟可包括在RTP/RadOx?中的處理與等離子體氮化或額外介電層(諸如中_k電介質(zhì)或高-k電介質(zhì))的形成。
[0074]在群集工具中所執(zhí)行的工藝的特定實(shí)施例中，第一步驟涉及干式蝕刻/清潔，第二步驟包括在RTP腔室中的處理，第三步驟包括在干式蝕刻/清潔腔室中的處理，第四步驟涉及如在此所述的在羥化腔室中的處理，且第五步驟涉及高_(dá)k電介質(zhì)的沉積。
[0075]適當(dāng)?shù)母達(dá)k介電材料的實(shí)例包括氧化鉿、氧化鑭、氧化鑭鋁、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、氧化鉭、氧化釔與氧化鋁?？山逵梢灾T如硅和/或鍺的元素來(lái)?yè)诫s高_(dá)k電介質(zhì)而提供中_k電介質(zhì)。
[0076]控制器353可以是能用在工業(yè)設(shè)備以控制各種子處理器和子控制器的任何形式的一般目的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。大體上，控制器353包括中央處理單元(CPU) 354，CPU354和存儲(chǔ)器355以及輸入/輸出(1/0)電路356以及其他共用的部件連通。
[0077]本說(shuō)明書(shū)中所提及的“一個(gè)實(shí)施例”、“特定實(shí)施例”、“一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意指關(guān)于所述實(shí)施例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，諸如“在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中”、“在特定實(shí)施例中”、“在一個(gè)實(shí)施例中”或“在實(shí)施例中”的短語(yǔ)在本說(shuō)明書(shū)的各處的出現(xiàn)不必然指代本發(fā)明的同一實(shí)施例。此夕卜，特定特征、結(jié)構(gòu)、材料或特性在一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例中可以任何適當(dāng)?shù)姆绞奖唤Y(jié)合。上述方法的描述順序不應(yīng)該被視為會(huì)構(gòu)成限制，并且方法可不依順序或以省略或添加的方式來(lái)使用所描述的操作。[0078]應(yīng)了解上述說(shuō)明是為了說(shuō)明之用且不會(huì)構(gòu)成限制。許多其他實(shí)施例對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在參閱上述說(shuō)明后是明顯的。所以，應(yīng)該參照所附權(quán)利要求書(shū)以及所附權(quán)利要求書(shū)所賦予的等價(jià)物的全部范圍來(lái)決定本發(fā)明的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種輕化基材表面的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 腔室主體，所述腔室主體具有腔室壁、腔室板與腔室蓋，所述腔室壁、所述腔室板與所述腔室蓋界定腔室工藝區(qū)域； 晶圓支撐件； 一個(gè)或更多個(gè)注射器，所述一個(gè)或更多個(gè)注射器將胺類(lèi)與氫氧化物輸送至所述腔室工藝區(qū)域； 壓力控制閥，所述壓力控制閥控制所述腔室工藝區(qū)域中的壓力； 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括胺類(lèi)流量控制器、氫氧化物流量控制器以及改變氫氧化物的分壓的控制器，其中所述胺類(lèi)流量控制器與所述氫氧化物流量控制器控制胺類(lèi)與氫氧化物流動(dòng)到所述腔室工藝區(qū)域內(nèi)的流量，以使所述基材的所述表面同時(shí)地暴露于所述氫氧化物與所述胺類(lèi)，而提供經(jīng)羥化的基材表面；以及 傳送閥，所述傳送閥在所述腔室主體上并位于所述工藝區(qū)域與傳送腔室之間，所述傳送閥允許在受控壓力下將所述基材移動(dòng)到所述傳送腔室，并避免所述經(jīng)羥化的基材暴露于外界空氣。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述胺類(lèi)選自氨、吡啶、聯(lián)胺、烷基胺與芳香基胺。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述氫氧化物包括水蒸氣。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述腔室主體、所述晶圓支撐件與所述一個(gè)或更多個(gè)注射器包括可抵抗由氫氧·化銨造成的降解的材料，所述材料選自不銹鋼、石英與聚四氟乙烯中的一個(gè)或更多者。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括排放系統(tǒng)，所述排放系統(tǒng)包括隔離閥、節(jié)流閥以及泵。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括凈化氣體系統(tǒng)，所述凈化氣體系統(tǒng)包括凈化氣體注射器，所述凈化氣體注射器連接到凈化氣體供應(yīng)以將凈化氣體輸送到所述腔室工藝區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括溫度控制器，所述溫度控制器和加熱系統(tǒng)連通以維持鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處的溫度，以致所述胺類(lèi)與所述氫氧化物不會(huì)在鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處反應(yīng)，且所述胺類(lèi)與所述氫氧化物會(huì)在鄰近所述晶圓支撐件上的基材處反應(yīng)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述加熱系統(tǒng)包括加熱元件與熱元件，所述加熱元件鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處以升高鄰近所述腔室蓋與所述腔室壁處的所述溫度，所述熱元件用以升高與降低鄰近所述腔室板處的所述溫度。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括升降機(jī)構(gòu)，所述升降機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述處理腔室內(nèi)，以將所述基材降低到所述晶圓支撐件上并將所述基材升高離開(kāi)所述晶圓支撐件。
10.一種輕化基材表面的系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括: 腔室主體，所述腔室主體具有腔室壁、腔室板與腔室蓋，所述腔室壁、所述腔室板與所述腔室蓋界定腔室工藝區(qū)域； 晶圓支撐件； 一個(gè)或更多個(gè)注射器，所述一個(gè)或更多個(gè)注射器將胺類(lèi)與氫氧化物輸送至所述腔室工藝區(qū)域； 壓力控制閥，所述壓力控制閥控制所述腔室工藝區(qū)域中的壓力； 傳送閥，所述傳送閥在所述腔室主體上并位于所述工藝區(qū)域與傳送腔室之間，所述傳送閥允許在受控壓力下將所述基材移動(dòng)到所述傳送腔室；以及 控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括胺類(lèi)流量控制器、氫氧化物流量控制器與CPU，所述CPU發(fā)送信號(hào)到所述壓力控制閥、所述胺類(lèi)流量控制器以及所述氫氧化物流量控制器且接收來(lái)自所述壓力控制閥、所述胺類(lèi)流量控制器以及所述氫氧化物流量控制器的信號(hào)，以控制胺類(lèi)與氫氧化物流動(dòng)到所述腔室工藝區(qū)域內(nèi)的所述流量且用以控制所述腔室工藝區(qū)域中的所述氫氧化物的分壓，其中所述控制系統(tǒng)還包括非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有被儲(chǔ)存在所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一組機(jī)器可執(zhí)行指令，所述一組機(jī)器可執(zhí)行指令當(dāng)被所述CPU執(zhí)行時(shí)能使所述系統(tǒng)執(zhí)行方法，所述方法包括使所述基材的表面同時(shí)地暴露于氫氧化物與胺類(lèi)而提供經(jīng)羥化的基材。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述胺類(lèi)選自氨、吡啶、聯(lián)胺、烷基胺與芳香基胺。
12.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述氫氧化物包括水蒸氣。
13.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括所述傳送腔室和沉積腔室，所述沉積腔室在負(fù)載閉鎖條件下與所述傳送腔室連通。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)還包括非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有被儲(chǔ)存在所述非瞬態(tài)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一組機(jī)器可執(zhí)行指令，所述一組機(jī)器可執(zhí)行指令當(dāng)被所述CPU執(zhí)行時(shí)能使所述系統(tǒng)執(zhí)行方法，所述方法包括以下步驟: 使所述基材的表面同時(shí)地暴露`于氫氧化物與胺類(lèi)而提供經(jīng)羥化的基材； 將所述經(jīng)羥化的基材從所述羥化腔室移動(dòng)到所述傳送腔室； 將所述經(jīng)羥化的基材從所述傳送腔室移動(dòng)到沉積腔室；以及 在所述經(jīng)羥化的基材上沉積膜。
15.一種用以處理基材的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 熱氧化物形成腔室； 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)； 傳送腔室；以及 沉積腔室，所述沉積腔室用以在所述經(jīng)羥化的基材上沉積高-k介電膜。
【文檔編號(hào)】H01L21/205GK103443905SQ201280011866
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月4日
【發(fā)明者】K·崔, T·E·薩托, E·烏略亞 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司