专利名称：用于低温cvd系统中的前驱物解离作用控制及气体反应动力的独立辐射气体预热法的制作方法
技术领域：
本发明实施例大体上有关于半导体制造工艺中预热气体。更明确而言，是 有关用于半导体基板上沉积与蚀刻反应中预热气体，例如用于外延沉积工艺或 其它化学气相沉积工艺中预热气体。
现有技术描述
含硅及/或含锗薄膜的外延生长技术因为可应用于高阶逻辑装置与动态随 机存取内存(DRAM)元件等新用途而已变得越来越重要。这些应用的关键条件 是较低温工艺，使得元件特征在制造过程中不会受损。较低温工艺对于特征尺 寸介于45至65纳米且避免相邻材料的扩散作用越显关键的未来市场来说也很 重要。在外延生长含硅及/或锗薄膜之前以及选择性或毯覆式生长外延薄膜过 程中的基板清洗步骤也可能需要较低的工艺温度。选择性生长通常是指在表面 上具有一种以上材料的基板上生长薄膜，其中该薄膜选择性地生长在基板的第 一种材料表面上，并且该薄膜极少或不生长在基板的第二种材料表面上。
在目前多种半导体应用中，都需要含硅及/或锗的选择性与毯覆式(无选择 性)外延薄膜，以及经过应变后的此类外延薄膜，而这些外延薄膜是在低于约 70(TC的温度下生长而成。此外，在形成外延薄膜之前，但希望能在约650°C 或更低的温度下移除原生氧化物与烃类化合物，虽然当希望縮短移除时间时可 能采用较高的温度。
较低温的处理工艺不仅对于形成能正常运作的装置来说很重要，还能避免 或减少亚稳态的应变层的松弛作用、帮助避免或减少掺杂物扩散，以及避免外 延膜结构中发生掺杂物分离的现象。低温处理工艺(低热预算处理工艺)能够抑 制琢面(facet)的生成及短沟道效应，这对获得高性能装置来说是一项重要因 素。目前用来选择性或毯覆式沉积掺杂或未掺杂含硅(Si)、锗(Ge)、硅锗与含 碳薄膜的技术典型是利用减压化学气相沉积法(CVD)来执行，减压化学气相沉 积又简称为RPCVD或低压CVD(LPCVD)。典型减压工艺，例如低于约200 托(Torr)的减压工艺，是在高于约70(TC，且通常高于75(TC的温度下执行，以 获得可接受的薄膜生长速率。通常薄膜沉积的前驱化合物为含硅及/或锗化合 物，例如硅垸(silanes)、锗垸(germanes)及其衍生物或组合物等。对于选择性沉 积工艺而言，这些前驱化合物通常与其它额外的试剂并用，作为示范，例如氯 气(Cl2)、氯化氢(HC1，俗称盐酸)以及选用性的溴化氢(HBr)。含碳的硅垸前驱 物，例如甲基硅垸(CH3SiH3)，可作为掺杂剂。在另一范例中，亦可使用例如 二硼烷(B2H6)、砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)等无机化合物作为掺杂剂。
在于基板上外延层的典型LPCVD工艺中，利用气体分配组件将前驱物注 射到处理室的处理区域中，并且在处理区域中使用诸如紫外线及/或红外线光 谱内的低波长辐射来照射前驱物，而在处理室内的基板表面上方激发前驱物。 还可借着产生等离子体来裂解反应物。并且通常会升高基板温度来帮助吸附活 性物种及/或脱附工艺副产物，较佳能减小处理区域内的前驱物温度与基板温 度之间的差异，以使前驱物的激发作用(energization，或称能量化作用)最适化， 且促进工艺中的沉积反应与脱附作用。
为了达到更有效率的裂解过程，较佳在将前驱物输送至处理区域之前，先 预热前驱物，以在基板上方达到更快更有效率的前驱物裂解反应。目前已有多 种预热前驱物的方法，然而如何在基板表面上方激发前驱物之前，能够使前驱 物稳定地维持在预热温度仍旧是一大挑战。例如，虽然可在前驱物导入气体分 配组件之前或之时使前驱物的温度升高到所欲温度，然而在前驱物流经气体分 配组件及/或沿着流动路径流至处理区域中的基板上方时，可能会因为热损失 而降低前驱物的温度。
因此，需要一种能够让前驱物的导入温度和到达处理区的温度之间的差异 减至最小的方法与设备，以及需要在气体导入点处预热前驱物的方法与设备， 其可在裂解前驱物之前使热损失降至最低。
发明内容
本文中所述实施例有关于一种输送处理气体至处理室的处理区域中的方法与设备。
在一实施例中描述一种气体分配组件。该气体分配组件包含一主体、至少 一个非热能能量源以及一冷却剂来源，其中该主体具有至少一个入口，用以接 收来自至少两个气体源的前驱物气体至多个气室中，并且该非热能能量源用以 提供能量给来自其中一个气体源或该至少两个气体源的前驱物气体以及提供 能量给每个气室，而该冷却剂来源则与该至少一个非热能能量源相连通。每个 气室中的非热能能量受到独立控制。
在另一实施例中则描述一种沉积设备。该沉积设备包含一处理室与一气体 分配组件，该处理是具有一纵轴，以及该气体分配组件连接至该处理室的一侧
壁。该气体分配组件包含多个气室(plenum)，该多个气室连接至一或多个气体 源，且设置一非热能能量源以提供能量给每个气室，以及一可变功率源连接至 该非热能能量源，其中该气体分配组件提供流经处理室且垂直于处理室纵轴的 流动路径。
在另一实施例中，描述输送一已预热前驱物气体至处理室的处理区域中的 方法。该方法包括提供一前驱物气体给一气体分配组件并且该气体分配组件与 该处理区域连通，在将气体导入该气体分配组件的导入点处利用非热能能量来 加热该前驱物气体，以及沿着介在该导入点与处理区域之间的流动路经维持至 少一部分已供应给该前驱物气体的热量。
附图简要说明
为了更详细地了解本发明上述特征，参考附图中所绘的数个实施例来描述 本发明更详细的内容。然而须注意的是，附图中所绘的仅仅是本发明的典型代 表性实施例，因此不应用来限制本发明范围。本发明还具有其它等效实施例。
图1为沉积室实施例的剖面图2为图1的沉积室的部分顶视图3为气体分配组件实施例的侧视图，
图4为气体分配组件另一实施例的等角视图5为气体分配组件另一实施例的等角视图6为气体分配组件又一实施例的等角视图。
为了有利于理解，尽可能使用相同的元件符号来代表各图中共同的相同元
8件。并且再于需特别说明的情况下，能理解一实施例中的元件可有利地应用于 另一实施例中。
具体描述 z
图1为用于外延沉积工艺的沉积室100的剖面图，沉积室100可以是 CENTURA⑧集成处理系统的一部分，该集成系统可以购自美国加州圣克拉拉 市的应用材料公司。沉积室100包含由能承受工艺的材料所形成的外壳结构 101，例如可由铝或不锈钢所制成，如316L不锈钢。外壳结构101圈围住处理 室100的各种功能元件，例如圈围出石英腔130，该石英腔130包含上腔105 与下腔124，并且在该腔内具有一处理容积118。利用气体分配组件150提供 反应性物种至石英腔130，以及藉由出口 138从处理容积118中移除处理副产 物，而该出口 138通常连通至一真空来源(未出示)。
基板支撑件117适用以接收传送至处理容积118中的基板114。基板支撑 件117沿着沉积室100的纵轴102设置。基板支撑件可由陶瓷材料或涂覆有硅 材料(例如碳化硅)的石墨材料所制成，或是由具有工艺抗性的材料所制成。从 前驱反应物材料所形成的反应性物种供应至基板114的表面116，随后从该表 面116上移除副产物。可利用辐射源来加热基板114及/或处理容积118，例如 使用上灯模块110A及下灯模块1IOB。
在一实施例中，该上灯模块110A与下灯模块110B是红外线(IR)灯。来自 灯模块110A与110B的非热能能量或辐射通过上石英腔105的上石英窗104， 以及通过下石英腔124的下石英部分103。如有需要，用于上石英腔105的冷 却气体可由入口 112进入并且由出口 U3离开。用于处理室100中的前驱反应 物材料、稀释剂以及清洗与排空气体可从气体分配组件150进入并且从出口 138排出。
处理容积118中的低波长辐射是用来激发反应性物种、帮助反应物吸附作 用，以及有助于副产物离开基板114的表面116的脱附作用，且依据欲外延生 长的薄膜组成，该低波长辐射的波长范围通常介于约0.8微米至约1.2微米之 间，例如介于约0.95微米至约1.05微米之间，并且与不同波长组合使用。在 另一实施例中，灯模块110A与110B可能是紫外线光源(UV)。在一实施例中， 紫外线光源为准分子灯(excimer lamp)。在另一实施例中，在上石英腔105与结合使用紫外线光源与红外线光源。与红外 线光源并用的紫外线辐射光源的范例可在2004年6月10日所申请的美国专利 申请案10/866,471号中所找到，该案于2005年12月15号公开且其美国专利
发明者凯拉什·基兰·帕塔雷, 埃罗尔·安东尼奥·桑切斯, 布赖恩·海斯·伯罗斯, 戴维·基思·卡尔森, 朱邹明, 李晓卫, 杰弗里·罗纳德·坎贝尔, 萨瑟施·库珀奥, 赫尔曼·迪尼斯, 霍华德·贝克福德 申请人:应用材料股份有限公司