半导体处理的方法和装置的制作方法

专利名称：半导体处理的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明实施例大致关于集成电子元件制程系统，其是利用多个沉积制 程模组执行数道制程序列。
背景技术：
半导体元件是通过由处理多处理室制程系统(例如集成工具)中的基材 而形成。 一般希望多处理室是于封闭环境中彼此连通，因可减少化学及微 粒污染，并避免基材暴露于所述处理室间的空气下所可能产生的额外电源 消耗。所述处理室是以坚硬壁面、窗口、密封阀以及其他设备分隔，以保 护其余的制程系统，且所述处理室彼此可通过由密封阀及机械臂存取，以 将基材传送于所述处理室之间。经控制的制程环境包括主机、压力控制系 统、基材传送机械臂、负载锁定室以及多制程处理室。于经控制的环境中 进行制程可减少缺陷并改善元件良率。
图1 (习知技术)绘示用于半导体基材制程的多制程处理室平台的概要
图，其是由加州圣塔克拉拉市应用材料公司所制造且上市的CENTURA 制程工具。图2绘示用于半导体基材制程的另一多制程处理室平台的概要 图，是由加州圣塔克拉拉市应用材料公司所制造且上市的ENDURA 制程 工具。此等工具适于使用单一、双或多叶片机械臂，以将基材传送于处理 室之间。前述分段式真空(staged-vacuum)基材制程系统描述于美国专利第 5,186,718号，于1993年2月16日颁发，标题为「 Staged-Vacuum Substrate Processing System and Method J乙文中，其全文合并于此以 供参考。所述处理室的确切配置及结合可应实施制造制程的特定步骤而作 变动。
图1(习知技术)所示的制程工具100包含数个制程处理室114A-D、传 送处理室110、检修室116A-B以及一对负载锁定处理室106A-B。为传送 基材于所述处理室之间，传送处理室110更包括一机械式传送机构113。
传送机构113具有一对基材传送叶片113A,分别接附于延伸臂113B的末 端。所述叶片113A是用于将各个基材送至所述制程处理室或送出。于操 作中，所述基材传送叶片的一个(例如传送机构113的叶片113A)会自所述 负载锁定处理室(例如处理室106A-B)的一个取得基材W，并将基材W载 送至所述处理室114A-D的第一制程站，例如物理气相沉积(PVD)处理室。 若处理室中有基材，机械臂会等待制程完成且以叶片113A将经处理基材 由处理室移出，并以第二叶片(未示出)送入新基材。 一旦基材经处理，其 可接着移至第二制程站。对每个动作来说，传送机构113通常具有一载送 基材的叶片，以及一空置以进行基材交换的叶片。传送机构113会在各处 理室中等待直至完成交换。
一旦制程于所述制程处理室中完成，传送机构113会将基材W由最后 制程处理室移出，并将基材W送至负载锁定处理室106A-B内的卡匣。即 基材由所述负载锁定处理室106A-B移动至工厂接口 104。通常是操作工 厂接口 104以于大气压力清洁环境下将所述基材传送于容器装填器 105A-D以及负载锁定处理室106A-B之间。工厂接口 104中的清洁环境通 常经由空气过滤处理提供，例如HEPA过滤。工厂接口 104也可包括基材 指向器/准直器(未示出)，用以在制程前适当校准基材。工厂接口 104中设 有至少一基材机械臂，例如机械臂108A-B,以将所述基材传送于工厂接口 104内的不同位置/处所之间，以及传送至与其连通知其他位置。机械臂 108A-B也可配置以由工厂接口 104第一端沿封围件104内的轨道系统移 动至第二端。
图2(习知技术)中的制程工具200包括如四个制程处理室232,234,236 及238、 一内传送处理室258、 一预清洁处理室222、 一冷却处理室224、 一最初传送处理室206、基材指向器及除气处理室218及216、以及一对 负栽锁定处理室202及204。最初传送处理室206相对于所述负载锁定处 理室202及204、基材指向器及除气处理室216及218、预清洁处理室222 及冷却处理室224设于中心处。为于此等处理室中进行基材传送，最初传 送处理室206设有第一机械臂传送机构210,例如单一叶片机械臂(Single Blade Robot, SBR)。所述基材通常由储存器运送至制程工具200中的卡匣
(未示出)，位于所述负载锁定处理室202或204的一个内。单一叶片机械 臂210每次一片由卡匣传送至四个处理室212，214,216及218的任一个中。 一般而言，特定基材是先置于基材指向器及所述除气处理室216及218的 一个中，接着移至预清洁处理室212。冷却处理室214通常直到基材已于 制程处理室232,234,236及238内作处理后才使用。各个基材是承载于该 单一叶片机械臂210的一对延伸臂末端的基材传送叶片上。传送操作是由 微处理器控制器所控制。
内传送处理室258由四个制程处理室232,234,236及238以及预清洁 处理室222及冷却处理室224围绕并由所述处理室作存取。为进行所述处 理室中的传送，内传送处理室258设有第二传送机构230，例如双叶片机 械臂(Dual Blade Robot, DBR)。该双叶片机械臂230具有一对基材传送叶 片，接附至一对延伸臂的末端。于操作中，双叶片机械臂230的基材传送 叶片的一个会自预清洁处理室222取得基材，并载送至第一制程站，例如 物理气相沉积处理室232。若处理室已有基材，双叶片机械臂230会等到 制程完才作基材交换，亦即，以一叶片将经处理基材由处理室移出，并以 第二叶片送入新基材。 一旦基材经处理(即，基材上有物理气相沉积材料)， 基材会接着移至第二制程站如此进行。对每一动作而言，双叶片机械臂230 通常有一叶片载送基材，而一叶片空置以进行基材交换。双叶片机械臂230 会于各处理室处等待直至交换完成。
一旦制程处理室内的制程完成，传送机构230会将基材由制程处理室 移出，并运送至冷却处理室222。基材接着利用最初传送处理室206内的 第一机械传送机构210由冷却处理室移出。最后，基材置于所述负载锁定 处理室202或204的一个内的卡匣中，完成集成工具内的基材制造制程。
基材制造制程效率是由两相关因素测量，即元件良率及业者成本。此 等因素直接影响电子元件的生产成本以及元件制造商的竟争力。虽受许多 因素影响，但业者成本最受系统及处理室产量、或每小时利用制程序列处 理基材的数目所影响。制程序列为元件制造步骤的结合，其是于集成工具 中的一或多个制程处理室中完成。若集成工具中的基材产量并不受限于机 械臂可利用性，长的元件制造步骤便会影响制程序列的产量，增加业者成
本并可能使制程序列不切实际。
集成工具是利用数个适于实施半导体元件制造制程的单一基材制程处
理室。 一般习知制造制程(例如PVD处理室或CVD处理室)的系统产量每 小时可沉积处理约30至60片的基材。两到四个具有典型预制程步骤及后 制程步骤两者的制程处理室有约1至2分钟的最大制程时间。最大制程步 骤时间会依据平行制程或系统中多余处理室的数目而改变。
较小半导体元件的主要优点在于改善元件处理速度，并降低元件所产 生的热。半导体元件尺寸缩减会使制程变异容忍度缩减。为符合此等较严 的制程要求，业界已发展出新的制程，但仍需要较多的时间来完成。例如， 有些原子层沉积制程需要处理室制程时间约10至200分钟以于基材表面 上沉积高质量层，使基材制程序列产量处于每小时约0.3至约6片基材的 等级。当受迫使用较慢制程以改善元件效能时，会因较慢基材产量而增加 制造成本。虽然集成制程工具可以增加较多的处理室以符合所欲产量，但 此法会增加工具的制程处理室或工具的数目而变的不切实际，因通常很难 不明显增加集成制程工具尺寸、或操作所述工具的员工，而此乃基材制造 制程最为昂贵的部分。
会影响元件效能变异及再现性的因素的一为排列时间(queue time)。排 列时间是指基材在第 一制程于基材上完成后、且第二制程必须于基材上完 成以避免降低元件效能之前暴露于大气或其他污染物的时间。若基材暴露 于大气或其他污染物来源的时间较可接受的排列时间为长，则元件效能可 能会因第一及第二层间接口的污染物而降低。因此，包括暴露基材至大气 或其他污染源的制程序列必须控制或最小化基材暴露于此等来源的时间， 以避免元件效能变异。同样的，有用的电子元件制造制程必须能在基材制 程序列中产生一致且可再现的制程结果、具最小化污染且也可提供可接受 的产量。
高介电常数材料(例如金属氧化物)为基材上形成薄膜的类型之一。目 前于基材上形成金属氧化物薄膜的问题包括形成金属氧化物薄膜的高表面 粗糙度、高结晶度及/或成核性较差。
因此，业界亟需可形成高介电常数材料于基材上的改良制程与设备。业界对于可处理基材以符合所欲元件表现目标并增加系统产量的方法与设 备也仍有需求。

发明内容
本发明大致上是提供在两个或多个制程工具中，基板的集成处理的方 法及设备，各制程工具具有至少一传送处理室，该传送处理室含数个外壁， 其中至少一中间处理室连接该制程工具，且其中集成的制程工具具有至少 五个制程处理室，接附至该传送处理室的壁面。本发明大致上亦提供一种 在至少五个制程处理室中，沉积高介电常数薄膜的方法与集成处理工具， 其中该五个制程处理室是位于第一及第二制程工具上，而第一及第二制程 工具则由 一 或多个中间处理室连接。


本发明此等特征、实施态样及优点在参照前文图示、权利要求及附加 图示后将可更清楚理解。然而，应可理解的是，附加图示仅为本发明典型 实施例的例示，故不应视为范围的限制，本发明也涵盖其他等效实施例。
图1(习知技术)为习知制程工具的概要图示。
图2(习知技术)为另一习知制程工具的概要图示。
图3为集成制程工具实施例的概要图示。
图4为集成制程工具另一实施例的概要图示。
图5为基材制程序列实施例的流程图。
图6为基材制程序列另一实施例的流程图。
图7为基材制程序列另一实施例的流程图。
图8为基材制程序列另 一 实施例的流程图。
图9为基材制程序列另一实施例的流程图。
图10为基材制程序列另 一 实施例的流程图。
图11为基材制程序列另一实施例的流程图。
图12为基材结构实施例的截面图。
图13为集成工具另一实施例的概要图。
图14为集成工具另一实施例的概要图。
图15为集成工具另一实施例的概要图。
主要元件符号说明
100 制程工具
105A-D 容器装填器
108A-B 机械臂
113 传送机构
200 制程工具
206 最初传送处理室
212,214,216,218处理室
218基材指向器
224 冷却处理室
232,234,236,238制程处理室
300 集成制程工具
306A-B 负载锁定室
310 内处理室
313 机械臂
400 集成制程工具
403A，403B 区域
408A,408B 中间处理室
414A-G 制程处理室
415 机械臂
1203 壁面
1211 栅极介电层
1213 掩膜层
1215 源极及漏极延伸部
1303 绝缘氧化物
1308 场绝缘区域
104 工厂接口 106A-B 负载锁定处理室 110 传送处理室 114A-D 处理室 202,204 负载锁定处理室 210 单一叶片机械臂 216 除气处理室 222 预清洁处理室 230 双叶片机械臂 258 内传送处理室 301A，301B 制程工具 308A，30犯中间处理室 314A-F 制程处理室 315 机械臂 401 前端环境 406A 负载锁定室 410 内处理室 413 机械臂 1202 箱型氧化物 1208 硅锗或硅碳 1212 导电性栅极电极层 1214 额外层 1302 平面层 1305 主动区域 1400 集成制程工具1515 机械臂
1500 集成制程工具 1508 控制处理室 1513 机械臂
1414A-H 制程处理室 1413 机械臂
1402 系统控制器 1408 控制处理室
1406 A-B 负载锁定处理室 1410 内处理室 1416A-D 检修处理室 1415 机械臂 1501负载锁定室 1510 内处理室 1514A-I制程处理室 1516A-D 检修处理室
具体实施例方式
本发明关于集成制程工具，通过由结合两或多个制程工具以实施延伸 的制程序列。
图1及图2提供目前已存在的制程工具实施例，其中制程处理室的实 际配置及结合可作替换以实施特定制造制程步骤。然而，制程处理室的总 数目受限于许多因素，包括内处理室用于连接可交换制程处理室的内表面 积。亦即，内处理室尺寸须选择以平衡可交换制程处理室的设置、节省占 地面积以及配置机械臂以延伸到处理室内部部分以及负载锁定处理室内。 同样的，检修处理室可接附至内处理室的外表面积。
具五或更多个制程处理室的集成制程工具
图3为集成制程工具300结合两制程工具301A、 301B的实施例的概 要图。系统控制器302控制两制程工具301A、 301B。内处理室310具有 由中间处理室308A、 308B连接的两区域301A、 301B,且具有额外外表 面积以连接额外制程处理室。此形状有利于沿区域301B外部置放检修处 理室以及两负载锁定室306A-B。此形状也可提供额外制程处理室，甚至是 六个制程处理室314A-F。内处理室310两区域301A、 301B是由中间处 理室308A、 308B连接，以利机械臂315及机械臂313间的交流。中间处 理室308A、 308B可服务数个处理室，例如退火处理室。
制程工具
图4为集成制程工具400的替代实施例的概要图。工具长度可增加， 但其宽度需与较小系统相容，例如标准ENDURATM工具。因此，内表面积 及内处理室410的内体积大于标准ENDURATM工具。较大外表面积可使 检修处理室及一负载锁定室406A沿集成制程工具400外表面置放。所述 基材经由前端环境401引入制程工具400。大的外表面积也提供数处位置 予额外的制程处理室414A-G,亦即七个制程处理室。内处理室410的两 区域403A、 403B是由中间处理室408A、 408B连接，以利机械臂415及 机械臂413之间的连通。中间处理室408A、 408B可为检修处理室。负载 锁定室406A可为一上方及下方负载锁定室，例如美国专利第5,961,269 号案中所述的上方及下方负载锁定处理室，其全文合并于此以供参考。
对图3及图4两实施例而言，系统控制器302,402、检修处理室以及 制程处理室314A-H,414A-I的置放可作选择以达最佳机械臂存取、热交换 或其他要素的最佳化。制程处理室数目也可如图3实施例由四个调整至六 个，及如图4由四个调整至七个制程处理室。控制器参数可为较大集成制 程工具实施例作调整。净化气体流率、气体输送系统以及排气系统可为较 大的内处理室作变化，以顾及整个较大的集成制程工具体积。
负载锁定处理室
负载锁定室可提供前端环境与下一传送处理室间的真空接口。于图3 的实施例中，是设置两负载锁定室306A、 306B以通过由交替与传送处理 室301B及前端环境320连通的方式增加产量。因此，虽然一负载锁定室 与传送处理室连通，第二负载锁定室仍可与前端环境连通。于一实施例中， 负载锁定室为批次型负载锁定室，其可自工厂接口接收两或多片基材、维 持基材同时密封处理室，并接着排空置够低真空位准以将基材传送至传送 处理室。较佳而言，该批次负载锁定室一次可维持25至50片基材。于一 实施例中，负载锁定室可适于在集成工具中完成制程后冷却基材。于一实 施例中，维持于负载锁定室内的所述基材可通过由习知方式冷却，由气体 源入口 (未示出)流动气体至排气口 (未示出)，其中气体源入口及排气口两者 是安装于负载锁定室中。于另一实施例中，负载锁定室可与负载锁定卡匣
配合，包括数个可被冷却的传热板(未示出)。所述传热板可插入卡匣中所 述基材之间，以使所述传热板及基材间留有间隙。于此实施例中，所述传 热板可辐射地冷却基材，通过以均匀加热或冷却基材以避免基材的受损或 扭曲。于另一实施例中，所述传热板会接触基材的一表面以通过由将热导 离其表面的方式冷却基材。
于一实施例中，集成工具适于在、或接近大气压力(例如760托耳)下 处理基材，故因此不需负载锁定室作为工厂接口及传送处理室之间的中间 处理室。于此实施例中，工厂接口机械臂会将基材W直接传送至机械臂、 或工厂接口机械臂可将基材W传送至通道处理室(未示出)，其等都可取代 负载锁定室，以使机械臂及工厂接口机械臂交换基材。传送处理室可持续 以惰性气体净化，以最小化氧气、水的分压及/或传送处理室、安装定位的 制程处理室以及检修处理室中的其他污染物。可使用的惰性气体包括如氩 气、氮气或氦气。
检修处理室
检修处理室308A、 B或408A、 B适用于度量、除气、定向、冷却及
其他制程。度量处理室可提供薄膜厚度测量或组成物分析。基材可于检修 处理室中调整方向及/或利用检修处理室中安装的红外线灯作除气。于发明 一态样中，预清洁制程步骤可于检修处理室中的基材上完成，以移除任何 表面污染物。检修处理室可与任何制程处理室交换。
制程处理室
于发明一态样中， 一或多个单一基材制程处理室可为快速热退火处理 室，其可在实施批次沉积步骤前或后退火基材。快速热退火制程可利用快
速热退火处理室以及相关制程硬体实施，其等皆由加州圣塔克拉拉市应用 材料公司所上市。于发明另一实施态样中， 一或多个单一基材制程处理室 可为化学气相沉积处理室。此种化学气相沉积处理室的范例包括加州圣塔 克拉拉市应用材料公司上市的DXZTM处理室、Ultima HDP-CVDTM处理室 以及PRECISION 500(f处理室。于发明另一实施态样中， 一或多个单一
基材制程处理室可为物理气相沉积处理室。前述物理气相沉积处理室包括
加州圣塔克拉拉应用材料公司上市的EnduraTM物理气相沉积处理室。于发 明另一实施态样中， 一或多个单一基材制程处理室可为DPN处理室。前述 DPN制程处理室的范例包括加州圣塔克拉拉市应用材料公司所上市的 DPN Centura 处理室。于发明另一态样中， 一或多个单一基材制程处理 室可为制程/基材度量处理室。于制程/基材中完成的制程可包括、但不限于 微粒测量技术、残余气体分析技术、XRF技术以及用于测量薄膜厚度及/ 或薄膜组成物的技术，例如椭面技术。
高介电常数薄膜沉积
图5-11为用于沉积高介电常数(高k值)的制程的制程流程图。此等制 程每一个均需在重新安置基材至额外集成工具前存取三个以上的制程处理 室。更多处理室则用于切分所述处理室间的基材制程时间。高k值薄膜沉 积在一集成工具中使用多个制程处理室(与存取所述处理室进行多个制程 步骤)时可被改善。较大制程工具可以较小延迟时间促进存取制程处理室， 并于所述工具间传送期间减少暴露于化学物。
图5绘示沉积高k值薄膜，首先于步骤501沉积基底氧化物。基底氧 化物可利用制程处理室中的原位蒸汽产生(ln Situ Steam Generation, ISSG)进行沉积。继而，步骤502是将经沉积的氧化物施以去耦合的等离 子硝化。去耦合等离子硝化可于两制程处理室中实施，以加速硝化制程。 步骤503可进行退火步骤。退火步骤可为快速热退火，且可实施于一制程 处理室中。其后，步骤504为一多晶硅沉积步骤。步骤504可能需要两制 程处理室。
图6为沉积高k值薄膜的制程的替代实施例。步骤601是利用任一数 目制程沉积高k值薄膜，例如可实施于一或两个制程处理室中的原子层沉 积。步骤602为退火步骤，其为可于一制程处理室中实施的快速热退火。 步骤603为可实施于两制程处理室中的去耦合等离子硝化。步骤604为可 实施于制程处理室中的另一退火步骤。步骤605为原子层沉积步骤，其可 实施于一或两个制程处理室中。
图7为用于沉积高k值薄膜的制程的另一实施例。步骤701可通过由 如利用 一制程处理室中进行原子层沉积来沉积硅。步骤702是于一制程处 理室中利用原位蒸汽产生(ISSG)沉积氧化物。步骤703是于两制程处理室 中利用去耦合的等离子硝化。步骤704为实施于一制程处理室中的退火步 骤。步骤705为于一或两个制程处理室中的原子层沉积。步骤706为多晶 硅沉积步骤，其可能使用两个制程处理室。
图8为用以沉积高k值薄膜的制程的另一替代实施例。步骤801是于 一制程处理室中利用原子层沉积来沉积硅。步骤802是于一制程处理室中 立用ISSG来沉积氧化物。步骤803是利用一或两个处理室的去耦合等离 子硝化步骤。步骤804为一制程处理室中进行退火步骤，例如快速热退火。 步骤805为另一去耦合等离子硝化步骤，例如步骤803。步骤806为一退 火步骤，较类似步骤804。步骤807为一原子层沉积步骤，可能使用一或 两个制程处理室。
图9为用以沉积高介电常数的步骤的另一替代实施例。步骤901是利 用 一制程处理室的原子层沉积来沉积硅。步骤902 —清洁步骤以改善硅表 面。清洁可能包括退火、利用臭氧或其他气体的等离子清洁或于一制程处 理室中蚀刻基材。步骤903为一利用ISSG或其他方法于一制程处理室中 形成氧化物的步骤。步骤904为多晶硅沉积，其可能使用两个制程处理室。 步骤905是利用如快速热退火的方法于一制程处理室中进行退火。
图10为沉积高介电常数薄膜的制程的另一替代实施例。步骤1001是 于一制程处理室中利用原子层沉积来沉积硅。步骤1002是清洁步骤，以 改善硅表面。清洁可包括退火、利用臭氧或其他气体的等离子清洁或于一 制程处理室中蚀刻基材。步骤1003是于一制程处理室中利用ISSG或其他 方法的氧化物形成步骤。步骤1004是利用任一数目的制程(例如原子层沉 积)于两制程处理室中沉积高k值薄膜。
图11为沉积高介电常数薄膜的制程的另一实施例。步骤1101是利用 两制程处理室实施原子层沉积来沉积硅。步骤1102为一清洁步骤，以改 善硅表面。清洁可包括退火、利用臭氧或其他气体的等离子清洁、或于一 制程处理室中蚀刻基材。步骤1103为一外延沉积步骤。硅、硅碳化物、
硅氧化物或硅氮化物可于两制程处理室中外延沉积。
图12是绘示电晶体具有 一依据本发明实施例形成的栅极结构。数个含
有硅锗或硅碳1208的场绝缘区域可将一类型导电性(例如p型)的平面层中 的壁面与其他类型导电性(例如n型)的邻近壁面隔绝。栅极介电层1211是 形成于箱型氧化物1202上及壁面1203上。 一般而言，栅极介电层1211 可通过由沉积或成长一层材料(例如硅氧化物，SiOn)及/或氮氧化硅(具有小 于约5.0的介电常数)的方式形成。近来栅极介电技术的发展显示出较高介 电常数材料(kHO)为形成栅极介电层1211所乐见者。适当可使用的材料范 例包括、但不限于金属氧化物(八1203、2|"02、^02、，02、丫203，以及La203)、 铁电物质(锆钛酸铅(PZT)以及钛酸锶钡(BST))、非晶形金属硅酸盐(HfSixOy 及 ZrSix0y)、 非晶形硅酸盐氧化物(Hf02及 Zr02)以及 paralectrics(BaxSivxTi03及PbZrxTh-xOs)。含有此等材料的高k值层可通 过由各种沉积制程形成的。
此外，导电性栅极电极层1212是毯覆沉积于栅极介电层1211上。一 般而言，栅极电极层1212可包括的材料如经掺杂的多晶硅、未掺杂的多 晶硅、硅碳化物或硅锗化合物。然而，可涵盖的实施例可能包括含有金属、 金属合金、金属氧化物、单结晶硅、非晶形硅、硅化物或其他业界已知用 于形成栅极电极的金属的栅极电极层1212。
掩膜层1213(例如氮化物层)是经由CVD制程沉积于导电层1212上。 接着实施的微影制程包括遮罩、曝光及显影光阻层的步骤以形成光阻罩幕 (未示出)。光阻罩幕的图案可利用光阻罩幕对齐蚀刻，并通过由蚀刻掩膜 层至栅极电极层1212顶部的方式转印至掩膜层，因此于栅极电极层1212 上形成掩膜层1213。额外层1214也可形成于掩膜1213上。
结构并通过由移除光阻罩幕、并利用掩膜对齐蚀刻的方式向下蚀刻栅 极电极层1212至介电层1211顶部来作进一步改变，因此建立包括栅极电 极层1212残余材料的导电结构于掩膜底下。此结构是因蚀刻栅极电极层 1212而形成，而非蚀刻掩膜或栅极介电层1211。继续制程序列，栅极介 电层1211会蚀刻至平面层1203的顶部。栅极电极1212及栅极介电质 1211两者界定出复合结构，有时称为栅极堆迭、或集成元件(例如电晶体)
的栅极。
于进一步栅极堆迭制程中，浅的源极及漏极延伸部1215会利用布植
制程形成。栅极电极1212可保护栅极介电质1211下方的基材区域不受离 子布植影响。快速热退火(RTP)制程可接着实施以驱使顶端1209部分位于 栅极介电质1211的下方。
其后，整个基材表面上方会沉积出保形薄氧化物层1210。此氧化物层 是用以保护硅表面不受间距物层(未示出，通常为硅氮化物层)的影响。保 形薄氧化物层通常是于低压化学气相沉积处理室中利用TEOS来源气体于 高温(>600°。)下沉积。该薄氧化物层可释放硅基材及氮间距物间的应力， 且其也可通过由提供另一层材料的方式保护栅极角落不受氮化硅间距物的 影响。若以低k值且非氮化硅材料作为侧壁间距物，此保形薄氧化物层1210 很可能会受到另一低k值材料的排斥或取代。
对高阶元件制造而言，若间距物层(未示出)或氧化物层1210的介电常 数过高，所得结构通常会有过量的信号干扰。此外，用于沉积氮化硅的热 CVD制程通常需要高沉积温度。此高沉积温度通常会导致高热循环以及经 改变掺杂物轮廓的顶部1209。因此， 一般希望以低沉积温度进行间距物层 的沉积制程。
图13绘示具有依据本发明实施例形成栅极结构的电晶体。绝缘氧化物 1303形成于平面层1302中。主动区域1305为硅或已由臭氧等离子制程 清洗过的含硅材料。场绝缘区域1308为硅或含硅材料，例如硅锗。
能于一集成工具中利用多个制程处理室为提供热分布最佳化的方式。 此方式也可提供金属薄膜特性以及DRAM及STI形成最佳化的机会。高k 值薄膜为形成高k值金属栅极堆迭结构的较佳者。
具有八或更多个制程处理室的替代性集成制程工具
图14为集成制程工具1400替代性实施例的概要图。系统控制器1402 可控制系统。内处理室1410具有两个由控制处理室1408连接的区域，且 具有额外外部表面积以连接额外的制程处理室。此形状有利于沿内处理室 1410的外部设置四个检修处理室1416A-D以及两个负载锁定处理室
1406A-B。此形状也可提供额外的制程处理室，甚达八个制程处理室 1414A-H。内处理室1410的两个区域是由控制处理室1408连接以利机械 臂1415及机械臂1413间的连通。控制处理室1408可为;f企修处理室。
图15为集成制程工具1500的额外替代实施例的概要图。该工具的长 度增加，但宽度则与较小系统(如标准ENDURATm工具)相当。因此，内处 理室1510的外表面积及内体积较标准ENDURATM工具为大。较大外表面 积可允许四个检修处理室1516A-D以及一个负载锁定室1501沿集成制程 工具1500的外表面设置。较大外表面积也可提供额外制程处理室1514A-I 设置的位置，甚达九个制程处理室。内处理室1510的两个区域是由一控 制处理室1508连接，以利机械臂1515及机械臂1513间连通。控制处理 室1508也可为检修处理室。该负载锁定室1501可为上方及下方的负载锁 定室，例如美国专利第5,961,269号案中所述的上方及下方负载锁定处理 室，其全文合并于此以供参考。
对图14及图15两实施例而言，系统控制器1402,1502、检修处理室 1416A-D,1516A-D及制程处理室1414A-H，1514A-I可经选择以供机械臂 作较佳的存取、热传送最佳化或其他因素的最佳化。制程处理室的数目也 可如图14实施例般由四个调整为八个，及如图15般由四个调整至九个制 程处理室。控制器参数可经调整以供较大集成制程工具实施例使用。净化 气体的流率、气体输送系统以及排气系统可调整供较大内处理室使用，以 考量整个较大集成制程工具的体积。
替代性负载锁定处理室
负载锁定室可于前端环境及下一传送处理室间提供第一真空接口。于 图14所示实施例中，是设置两个负载锁定室以通过由交替与传送处理室及 前端环境连通的方式增加产量。因此，虽然一个负载锁定室与传送处理室 连通，但第二负载锁定室也可与前端环境连通。于一实施例中，所述负载 锁定室为一批次式负载锁定室，其可自工厂接口接收两个或更多的基材、 同时在该处理室密封下维持基材，并接着排空至够低的真空位准以将基材 传送至传送处理室。较佳而言，该批次式负载锁定室一次可维持25至50
片基材。于一实施例中，所述负载锁定室可适于在集成工具中的制程后冷 却基材。于一实施例中，维持于负载锁定室中的所述基材可通过由习知方 式冷却，如由惰性气体源(未示出)流动气体至排气口(未示出)，其两者均安 设于负载锁定室中。于另一实施例中，负载锁定室可与负载锁定卡匣配合， 该卡匣包括数个可被冷却的传热板(未示出)。所述板可设于卡匣中的所述 基材间，以使所述板及所述基材间留有间隙。于此实施例中，该板可辐射 冷却所述基材，通过以使所述基材均匀加热或冷却，以避免损伤或扭曲所 述基材。于另一实施例中，所述板接触该基材的一表面以通过由将热导离 其表面的方式冷却基材。
于一实施例中，集成工具适于在、或接近大气压力(例如760托耳)下 处理基材，故因此不需负载锁定室作为工厂接口及传送处理室之间的中间 处理室。于此实施例中，工厂接口机械臂会将基材W直接传送至机械臂、 或工厂接口机械臂可将基材W传送至通道处理室(未示出)，其等都可取代 负载锁定室，以使机械臂及工厂接口机械臂交换基材。传送处理室可持续 以惰性气体净化，以最小化氧气、水的分压及/或传送处理室、安装定位的 制程处理室以及检修处理室中的其他污染物。可使用的惰性气体包括如氩
气 氮气或氦气o
替代性检修处理室
检修处理室适于度量、除气、定向、冷却及其他制程。基材可于检修 处理室中调整方向及/或利用检修处理室中安装的红外线灯作除气。于发明 一态样中，预清洁制程步骤可于检修处理室中的基材上完成，以移除任何
表面污染物。
替代性制程处理室
于发明一态样中， 一或多个单一基材制程处理室可为快速热退火处理 室，其可在实施批次沉积步骤前或后退火基材。快速热退火制程可利用快 速热退火处理室以及相关制程硬体实施，其等皆由加州圣塔克拉拉市应用 材料公司所上市。于发明另一实施态样中， 一或多个单一基材制程处理室
可为化学气相沉积处理室。此种化学气相沉积处理室的范例包括加州圣塔
克拉拉市应用材料公司上市的DXZTM处理室、Ultima HDP-CVDTM处理室 以及PRECISION 500(f处理室。于发明另一实施态样中， 一或多个单一 基材制程处理室可为物理气相沉积处理室。前述物理气相沉积处理室包括 加州圣塔克拉拉应用材料公司上市的Endura 物理气相沉积处理室。于发 明另一实施态样中， 一或多个单一基材制程处理室可为DPN处理室。前述 DPN制程处理室的范例包括加州圣塔克拉拉市应用材料公司所上市的 DPN Centura 处理室。于发明另一态样中， 一或多个单一基材制程处理 室可为制程/基材度量处理室。于制程/基材中完成的制程可包括、但不限于 微粒测量技术、残余气体分析技术、XRF技术以及用于测量薄膜厚度及/ 或薄膜组成物的技术，例如椭面技术。
虽然前述是关于本发明的实施例，然其他及进一 步实施例也可于不悖 离其基本范围下提出，且其范围应由权利要求所界定。
权利要求
1.一种用于制造半导体的集成制程工具，其至少包含第一制程工具，具有至少一传送处理室以及至少一负载锁定，该负载锁定是连接该传送处理室；第二制程工具，具有至少一传送处理室；以及至少一中间处理室，连接至该第一制程工具以及该第二制程工具；其中至少五个制程处理室是连接至该传送处理室。
2. 如权利要求1所述的集成制程工具，其中各传送处理室是通过数个 狭口阀连接至该至少一中间处理室。
3. 如权利要求1所述的集成制程工具，其中该第一制程工具包含单一 叶片机械臂。
4. 如权利要求3所述的集成制程工具，其中该第二制程工具包含双叶 片机械臂。
5. 如权利要求1所述的集成制程工具，其中该第一制程工具具有两个 负载锁定处理室。
6. 如权利要求1所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理室是 由六个制程处理室所组成。
7. 如权利要求1所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理室是 由七个制程处理室所组成。
8. 如权利要求1所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理室是 由八个制程处理室所组成。
9. 如权利要求1所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理室是 由九个制程处理室所组成。
10. 如权利要求1所述的集成制程工具，更包括至少一检修处理室(service chamber)。
11. 如权利要求10所述的集成制程工具，其中该至少一检修处理室 是至少为一度量处理室(metrology chamber)。
12. —种用于制造半导体的集成制程工具，其至少包含 第一传送处理室，经配置以支撑数个制程处理室； 第二传送处理室，经配置以支撑数个制程处理室； 至少一负载锁定处理室，与该第一传送处理室连通；至.少 一 中间处理室，由该第 一传送处理室及该第二传送处理室支撑；以及至少五个制程处理室，与该第一及第二传送处理室连通。
13. 如权利要求12所述的集成制程工具，其中各中间处理室是通过 数个狭口阀，接附至该第一及第二传送处理室。
14. 如权利要求12所述的集成制程工具，更包括至少一个单一叶片 机械臂。
15. 如权利要求12所述的集成制程工具，其中各中间处理室可通过 由至少两机械臂存取，以传送至至少五个制程处理室的任一个。
16. 如权利要求12所述的集成制程工具，其具有至少两个负载锁定 处理室。
17. 如权利要求12所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理室为六个制程处理室。
18. 如权利要求12所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理 室为七个制程处理室。
19. 如权利要求12所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理 室为八个制程处理室。
20. 如权利要求12所述的集成制程工具，其中该至少五个制程处理 室是由九个制程处理室所组成。
21. 如权利要求12所述的集成制程工具，更包括至少一个检修处理室。
22. 如权利要求12所述的集成制程工具，其中该至少一个检修处理 室为至少一个度量处理室。
23. —种用于沉积高介电常数薄膜的方法，其至少包含 于第一制程处理室中的基材上，沉积基底氧化物； 对第二及第三制程处理室中该基材的表面，提供去耦合等离子硝化； 于第四制程处理室中，对该基材表面进行退火；以及 于至少一第五制程处理室中，沉积多晶硅，其中该第一、第二、第三、第四及第五制程处理室是与共同中间处理 室流体连通。
24. —种沉积一高介电常数薄膜的方法，其至少包含 于第一制程处理室中的基材上，沉积基底氧化物； 对第二及第三制程处理室中该基材的表面，提供去耦合等离子硝化； 于第四制程处理室中，对该基材表面进行退火； 对第五及第六制程处理室中该基材的表面，提供去耦合等离子硝化； 于第七制程处理室中，对该基材表面进行退火； 于第八制程处理室中，提供原子层沉积；以及其中该第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七及第八制程处理 室是与共同中间处理室流体连通。
全文摘要
本发明提供用于制造半导体的方法及设备，其包含至少两个具有数个外壁的传送处理室、至少一控制处理室接附至该传送处理室、至少一负载锁定处理室接附至所述传送处理室的所述壁面、以及至少五个制程处理室接附至该传送处理室的该壁面。本发明并提供一种沉积高介电常数薄膜的方法及设备，其至少包含于第一制程处理室的一基材上，沉积基底氧化物；对至少一第二制程处理室中的基材表面，提供去耦合等离子硝化；于第三制程处理室中，对该基材表面进行退火；以及于至少一第四制程处理室中，沉积多晶硅，其中该第一、第二、第三及第四制程处理室是与一共同内部处理室流体连通。
文档编号C23C16/00GK101341276SQ200680026489
公开日2009年1月7日 申请日期2006年7月14日 优先权日2005年7月19日
发明者M·斯普林特, R·塔库尔 申请人:应用材料股份有限公司