具有多区段厚度控制的化学气相沉积设备及相关联方法与流程

本发明实施例涉及一种具有多区段厚度控制的化学气相沉积设备及相关联方法。

背景技术：

在集成电路(integratedcircuit，ic)的制作中，化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)是在衬底上形成薄层或薄膜的各种重要工艺中的一种。在化学气相沉积工艺中，衬底被暴露至前体气体(precursorgas)，所述前体气体在所述衬底的表面处进行反应并在其上沉积反应产物。

化学气相沉积设备设计的当前趋势趋向于处理具有大的尺寸的单一晶片(wafer)，此步骤可与其他制造工艺步骤整合在一起。随着衬底尺寸的增大，已研究出例如气体分布系统、衬底加热系统及衬底冷却系统等方式、以及腔室构造、设计及对称以及其他方式，以在衬底上形成均匀的膜(换句话说，具有较小厚度变化的膜)。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种化学气相沉积设备，包括真空室、气体入口、至少一个排出口、芯片吸盘以及喷淋头。气体入口具有气体入口轴线。工艺气体沿所述气体入口轴线被导入到所述真空室中，且所述气体入口配置在靠近所述真空室的上部区。至少一个排出口配置在靠近所述真空室的底部区。芯片吸盘配置在所述气体入口与所述排出口之间，以固持半导体衬底。喷淋头配置在所述气体入口下方，其具有贯穿所述喷淋头的多个孔。所述多个孔具有至少两种不同的直径或密度。

本发明实施例提供一种化学气相沉积方法，其步骤如下。决定化学机械抛光工艺的化学机械抛光移除轮廓；根据所决定的所述化学机械抛光移除轮廓，将前体材料沉积到半导体衬底上，使得所沉积的所述前体材料具有与所述化学机械抛光移除轮廓匹配的厚度轮廓；以及对所述前体材料执行所述化学机械抛光工艺，以形成具有平面表面的介电层或金属层。

本发明实施例提供一种在半导体衬底之上形成平面的介电层的方法，其步骤如下。从配置在靠近真空室的上部区的气体入口将工艺气体施加到所述真空室中；通过配置在所述气体入口下方的喷淋头将所述工艺气体往所述真空室下游，其中所述工艺气体被重新定向，以在侧向上不均匀地分布在所述喷淋头下方；将所述工艺气体沉积到配置在所述喷淋头与排出口之间的所述半导体衬底上，以形成介电材料，使得通过所述工艺气体的不均匀分布，所沉积的所述介电材料从所述半导体衬底的中心区到所述半导体衬底的边缘区具有不均匀的厚度轮廓，所述排出口配置在靠近所述真空室的底部区。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本发明的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1示出根据一些实施例的化学气相沉积设备的透视图。

图2示出根据一些实施例的化学气相沉积设备的一部分—喷淋头孔结构的俯视图。

图3a至图3b示出根据一些实施例的具有与预定化学机械抛光(chemical-mechanicalpolishing，cmp)移除轮廓匹配的沉积厚度轮廓的化学气相沉积(cvd)的方法。

图3c示出根据一些替代性实施例的具有与预定化学机械抛光移除轮廓匹配的沉积厚度轮廓的化学气相沉积(cvd)的方法。

图4示出所公开方法的实施例与先前的方式在进行化学机械抛光工艺之后的晶片厚度控制比较。

图5示出根据一些实施例的化学气相沉积(cvd)的方法的流程图。

具体实施方式

以下公开内容提供用于实作所提供主题的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下阐述组件及排列的具体实例以简化本公开内容。当然，这些仅为实例且不旨在进行限制。举例来说，以下说明中将第一特征形成在第二特征“之上”或第二特征“上”可包括其中第一特征及第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、进而使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开内容可能在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。这种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而不是自身表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。

此外，为易于说明，本文中可能使用例如“之下(beneath)”、“下面(below)”、“下部的(lower)”、“上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述图中所示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的取向外还囊括装置在使用或操作中的不同取向。设备可具有其他取向(旋转90度或其他取向)，且本文中所使用的空间相对性描述语可同样相应地进行解释。

特征尺寸的迅速缩小及装置数目的增加使每新一代集成电路(尤其是逻辑芯片及微处理器)需要更多的金属内连线层。随着内连线层的增加，表面构形(surfacetopography)的快速累积(build-up)往往会使金属沉积具有不良的台阶覆盖率(stepcoverage)。因此，需要在层间介电层(inter-layerdielectric，ild)表面上采用全局平面化技术(globalplanarizationtechnique)。为了使更复杂芯片(chip)设计的晶片形成平且光滑的表面的一种方式是在进行抛光工艺之后执行均匀且平面的沉积。所述沉积是通过将平均沉积厚度及厚度差异(thicknessvariance)保持在特定范围内来控制。在沉积前体材料之后，所采用的各种常用抛光解决方案中的一种是化学机械抛光(cmp)。理想上，晶片应在整个所述晶片上被均质地且均匀地抛光。在晶片内的每个测量点上移除速率应相同。令人遗憾的是，事实上，由于化学机械抛光接垫变形轮廓、压力分布等因素，使得在进行化学机械抛光工艺之后的晶片内存在局部厚度变化。此种厚度变化包括但不限于边缘效应(edgeeffect)，在所述边缘效应中厚度变化恰好出现在晶片的边缘处。因此，即便在抛光工艺之前平均沉积厚度及厚度差异得到控制，抛光轮廓仍将产生不可预测的抛光后厚度轮廓(post-polishingthicknessprofile)。举例来说，如果所施加的抛光工艺在晶片的边缘处具有较大的移除速率(即，所述抛光工艺将在假定为平面的表面上产生凸起表面轮廓)，则具有凹陷沉积表面轮廓的第一晶片将至少局部地“偏置”，而具有凸起沉积表面轮廓的第二晶片在所述抛光工艺之后将具有较差的表面变化。因此，难以控制所得芯片状况，此可能增加批量生产的失控率(outofcontrolrate)及返工率(reworkrate)。

本发明实施例涉及一种用于在衬底之上形成平面的介电层或金属层的化学气相沉积设备及相关联制作方法。在一些实施例中，决定化学机械抛光工艺的化学机械抛光移除轮廓。接着根据所决定的化学机械抛光移除轮廓，将前体材料沉积在衬底之上，使得所沉积的前体材料具有与所述化学机械抛光移除轮廓匹配的厚度轮廓。接着，对前体材料执行化学机械抛光工艺，以形成具有平面表面的介电层或金属层。举例来说，可将化学机械抛光工艺的化学机械抛光移除轮廓决定成使得所述化学机械抛光工艺的移除速率从晶片的边缘区到中心区线性地减小。接着，以与化学机械抛光工艺的移除速率实质上相等或至少与所述移除速率的趋势匹配的沉积速率，将前体材料沉积在所述衬底之上。在沉积前体材料之后，执行化学机械抛光工艺。由于介电材料或金属材料的沉积速率与后续移除速率匹配，因此所形成的介电层或金属层的平面性(planarity)得到改善。在一些实施例中，前体材料的沉积速率是通过调整沉积室的喷淋头的孔排列来控制。在以上实例中，喷淋头可具有从沉积室的边缘区到所述沉积室的中心区减小的孔密度或孔尺寸。

图1示出根据一些实施例的化学气相沉积设备100的透视图。化学气相沉积设备100包括真空室102。气体入口106配置在真空室102的一侧处，例如靠近具有气体入口轴线130的真空室102的上部区。至少一个排出口110配置在真空室的相对一侧处，例如靠近真空室102的底部区。工艺气体108从气体入口106被导入到真空室102中且以层状(laminar)或实质上层状的方式传递到排出口110。晶片吸盘(waferchuck)120配置在气体入口106与排出口110之间，且配置在真空室102的下部区域处。晶片吸盘120固持例如半导体衬底104，例如是200毫米(mm)硅晶片、300mm硅晶片或450mm硅晶片等。

气体分布系统125配置在气体入口106与晶片吸盘120之间且靠近气体入口106以分布工艺气体108。在一些实施例中，气体分布系统125包括阻挡板(blockplate)126，阻挡板126具有贯穿阻挡板126形成的多个开孔(aperture)。阻挡板126在施加工艺气体108时提供引导。在一些实施例中，阻挡板126的所述多个开孔可以实质上相同的直径均匀地排列。在一些替代性实施例中，所述多个开孔可在阻挡板126的中心区中比在阻挡板126的边缘区中配置得少，或者在阻挡板126的所述中心区中的尺寸比在阻挡板126的所述边缘区中的尺寸小。所述多个开孔的不均匀排列为工艺气体108的分布提供偏置，例如当气体入口106配置在真空室102的中心区处时，对工艺气体108在真空室102的所述中心区处的不均匀累积加以修正。因此，被重新定向的气体132会均匀地到达真空室102的下部区的中心区及边缘区。

在一些实施例中，气体分布系统125包括设置在阻挡板126下方的喷淋头122，喷淋头122具有与晶片吸盘120的侧向尺寸近似相等的侧向尺寸。在一些实施例中，喷淋头122具有贯穿喷淋头122的多个孔112，所述多个孔112具有至少两种不同的直径或密度。所述多个孔112的不均匀排列为工艺气体108提供引导，以在喷淋头122下游产生不均匀的被重新定向的气体116。喷淋头122的孔排列及对应的不均匀的被重新定向的气体116是根据一个或多个后续制作步骤的表面轮廓变化特性来决定，使得所得的总表面轮廓为平面的或在控制之下。在一些实施例中，喷淋头122的孔排列及对应的不均匀的被重新定向的气体116是根据在化学气相沉积设备100中执行的化学气相沉积工艺之后所进行的化学机械抛光工艺来决定。更具体来说，喷淋头122的孔排列是根据在化学气相沉积工艺之后执行的化学机械抛光工艺来决定，使得通过所述化学气相沉积工艺而形成具有不均匀顶表面的前体材料114且前体材料114用以抵销所述化学机械抛光工艺的不均匀因素。

前体材料114可为介电材料或金属材料。举例来说，前体材料114可为用于内连线金属线或金属通孔的铜或铜合金。前体材料114还可以是在电子装置的制作中被用来隔离多个导电层、电容器及用于进行表面保护(surfacepassivation)的二氧化硅及氮化硅材料。这些膜还可用于进行包封以保护装置免于因大气要素(例如水分及氧气等)而受到腐蚀。

在一些实施例中，化学气相沉积设备100可为等离子体增强型化学气相沉积(plasma-enhancedchemicalvapordeposition，pecvd)设备、大气压化学气相沉积(atmosphericpressure，cvd)设备或金属有机化学气相沉积(metalorganiccvd)设备。真空室102的上部区为圆顶(dome)或凸缘(flange)。晶片吸盘120的直径与喷淋头122的直径实质上相同且可沿轴线130垂直地移动。可移动的晶片吸盘120用于调整其在真空室102中的位置。加热系统或冷却系统可包括在晶片吸盘120中，以加热或冷却半导体衬底104及/或被配置成加热或冷却真空室102的壁。等离子体增强型化学气相沉积是一种工艺，其可在比标准化学气相沉积(cvd)的温度低的温度下在半导体衬底104上沉积各种材料的薄膜。可将直流(directcurrent，dc)电源或射频(radiofrequency，rf)电源附接到真空室102，以在等离子体增强型化学气相沉积工艺中生成等离子体。在等离子体增强型化学气相沉积工艺中，沉积是通过在平行的电极(射频激励电极(rf-energizedelectrode)或直流电极124与接地电极(groundedelectrode)118)之间引入反应气体来实现。或者，所述腔室可具有线圈以生成较高密度的经电感耦合等离子体。在任一种情形中，气体分布系统125在所得膜均匀性方面起着重要作用。电极124与电极118之间的电容耦合将反应气体激发成等离子体，此会引发化学反应且使得反应产物沉积在衬底上。根据特定膜要求，放置在接地电极118上的半导体衬底104可被加热到250℃到350℃。相比之下，不进行等离子体激发(plasmaexcitation)的标准化学气相沉积可能需要更高的温度，例如加热到在600℃与800℃之间的范围。由于化学气相沉积的温度可能损坏被制作的装置，因此，在许多应用中较低的沉积温度是至关重要的。通常使用等离子体增强型化学气相沉积来沉积的膜是氮化硅(sixny)、二氧化硅(sio2)、氮氧化硅(sioxny)、碳化硅(sic)及非晶硅(α-si)。硅烷(sih4)(硅来源气体)与氧来源气体进行组合以形成二氧化硅，或者是硅烷(硅来源气体)与氮来源气体进行组合从而形成氮化硅。在一些实施例中，使用正硅酸乙酯(tetraethylorthosilicate，teos)材料并通过等离子体增强型化学气相沉积工艺来形成氧化物层(即等离子体增强型正硅酸乙酯(plasmaenhancedteos，peteos)工艺)。通过等离子体激发，会从正硅酸乙酯/氧获得高的沉积速率。

图2示出根据一些实施例的图1所示化学气相沉积设备100的喷淋头122的俯视图。作为实例，喷淋头122可具有从喷淋头122的中心区到喷淋头122的周边区界定的第一控制区段201、第二控制区段202以及第三控制区段203。控制区段201、202及203中的每一者包括多个孔112。第二控制区段202的孔112的平均直径比第一控制区段201的平均直径大出约4％到约8％，而第三控制区段203的孔112的平均直径比第二控制区段202的平均直径大出约4％到约8％。第一控制区段201、第二控制区段202及第三控制区段203可具有实质上相同数目的孔环(holering)。举例来说，控制区段201、202及203中的每一者可包括10个孔环。第一控制区段201、第二控制区段202及第三控制区段203的每一环中的孔112的密度可实质上相同，即沿孔环的周界、每一环的两个孔112之间的距离可以相同。作为更具体的实例，第一控制区段201的孔112具有从约0.68mm到约0.72mm范围内的平均直径。第二控制区段202的孔112具有从约0.72mm到约0.76mm范围内的平均直径。第三控制区段203的孔112具有从约0.76mm到约0.80mm范围内的平均直径。控制区段201、202及203的孔112的直径的误差范围可小于20微米(μm)。如以上在图1中所论述，图2仅是用于说明而非用于限制的喷淋头122的孔排列的实例。所属领域中的普通技术人员应理解，喷淋头122的孔排列可以各种方式来设计且可进行改变以将工艺气体重新定向来实现所期望分布。

图3a至图3b示出根据一些实施例的具有与预定化学机械抛光移除轮廓匹配的沉积厚度轮廓的化学气相沉积(cvd)的方法。如图3b中所示，进行通过化学机械抛光工具302执行的抛光工艺之后，在化学气相沉积设备100中执行沉积工艺。在所述沉积工艺之前决定化学机械抛光工具302的化学机械抛光移除轮廓。对于大的衬底大小(例如，具有为200mm到300mm或甚至450mm或大于450mm的直径的硅晶片)来说，难以对整个晶片均匀地执行抛光工艺。如此一来，抛光工艺的移除速率可能沿晶片表面变化。如图3a中所示，首先决定化学机械抛光移除轮廓，所述化学机械抛光移除轮廓作为实例由简图306示出。在简图306中，抛光工艺以在边缘区处比在中心区处快出约6.7％的方式对具有约190mm的直径的晶片进行抛光，且如果所述抛光工艺是对平面表面执行，则将得到中心厚的表面轮廓。化学机械抛光移除轮廓可通过建模工艺(modelingprocess)或原型试验(prototypetest)来决定。接着，将化学气相沉积设备100中的沉积工艺设计成将前体材料114形成到半导体衬底104上。目标化学气相沉积厚度轮廓的实例由简图308示出，其与简图306中所示cmp移除轮廓匹配。如简图308中所示，衬底的中心区具有厚度为近似17800埃的前体材料，而所述衬底的边缘区则具有厚度约的较厚的前体材料。此为非均匀沉积的实例。如以上所说明，化学气相沉积厚度轮廓可通过将喷淋头122配置在真空室102的气体入口106下方来控制。在此实例中，喷淋头122具有孔112，孔112在边缘区处的直径比在中心区处的直径大。工艺气体108穿过孔112且作为被重新定向的气体116而累积在喷淋头122下方。被重新定向的气体116在侧向上不均匀地分布，其在边缘区处的密度比在中心区处的密度大。如此一来，所沉积的前体材料114为非均匀的，且在此实例中在边缘处是厚的。接着，对前体材料114执行化学机械抛光工艺，以形成具有平面表面的介电层或金属层304。

图3c示出根据一些替代性实施例的具有与预定化学机械抛光移除轮廓匹配的沉积厚度轮廓的化学气相沉积(cvd)的方法。与图3b中所示实例相比，在一些替代性实施例中，化学机械抛光工艺可以在边缘区处比在中心区处慢的方式执行抛光工艺，且会得到凸起形状移除轮廓，而非图3b的简图306中所示凹陷形状移除轮廓。所述沉积工艺被设计成将具有凸起形状的前体材料114形成到半导体衬底104上，以与cmp移除轮廓匹配。喷淋头122配置在真空室102的气体入口106下方且具有孔112，孔112在边缘区处的直径比在中心区处的直径小。工艺气体108穿过孔112且作为被重新定向的气体116而累积在喷淋头122下方。被重新定向的气体116在侧向上不均匀地分布，其在边缘区处的密度比在中心区处的密度小。如此一来，所沉积的前体材料114为非均匀的，且在此实例中在中心处是厚的。接着，对前体材料114执行化学机械抛光工艺，以形成具有平面表面的介电层或金属层304。化学机械抛光移除轮廓还可根据研究介电层或金属层304的表面轮廓来分析及改变，以进一步改善介电层或金属层304的所述表面轮廓。

图4示出所公开方法的实施例与先前的方式在进行化学机械抛光工艺之后的晶片厚度控制比较。简图400示出因化学气相沉积工艺及化学机械抛光工艺而造成的半导体衬底的表面轮廓的失控(outofcontrol，ooc)率。在第一区402中，执行第一组试验，在所述第一组试验中执行化学气相沉积工艺及化学机械抛光工艺，以分别用以形成具有均匀厚度的平面表面轮廓。厚度质量是通过平均厚度及变度(variance)来控制。测量结果示出第一组试验的失控率在约4％与12％之间。在第二区404中，以本申请中所公开的方式执行第二组试验，在所述第二组试验中，研究化学机械抛光工艺的移除轮廓，并对具有与所述化学机械抛光工艺的移除轮廓匹配的表面轮廓的前体材料执行化学气相沉积工艺。测量结果示出第二组试验的失控率几乎低于7％且明显优于第一组。

图5示出根据一些实施例的化学气相沉积的方法的流程图500。

在动作502处，决定化学机械抛光工艺的化学机械抛光移除轮廓。化学机械抛光移除轮廓可通过建模工艺或原型试验来决定。

在动作504处，执行沉积工艺，以将具有与化学机械抛光移除轮廓匹配的厚度轮廓的前体材料沉积到半导体衬底上。所述沉积工艺是通过从室的一侧到所述室的相对一侧施加工艺气体来执行。所述室可为水平管式反应器(horizontaltubereactor)或垂直管式反应器(verticaltubereactor)、喷淋头式反应器、大气压化学气相沉积反应器、金属有机化学气相沉积反应器、光致化学气相沉积反应器(photoinducedcvdreactor)或等离子体增强型化学气相沉积反应器以及其他室类型。厚度轮廓可通过将喷淋头配置在所述室的气体入口下方，以将工艺气体重新分布来控制。喷淋头具有孔，所述孔在边缘区处的直径与在中心区处的直径不同。工艺气体穿过所述孔并以在侧向上不均匀地分布的方式累积在喷淋头下方，并且到达被配置成与所述工艺气体的流动路径的轴线实质上垂直的半导体衬底。如此一来，所沉积的前体材料为非均匀的，其例如在边缘处是厚的或在中心处是厚的。

在动作506处，对所沉积的前体材料执行化学机械抛光工艺，以形成具有实质上为平面的顶表面的介电层或金属层。

在508处，在一些实施例中，执行表面轮廓分析并产生改造表面轮廓。所述沉积工艺可根据改造表面轮廓来改变，以改善用于下一轮制作的介电层或金属层的顶表面的平面性。

在508处，在一些实施例中，执行表面轮廓分析以产生表面轮廓结果。如果表面轮廓结果是可接受的，则工件准备好进行后续工艺。

在510处，如果表面轮廓结果是不可接受的，则产生改造表面轮廓。所述沉积工艺可根据改造表面轮廓来改变，以改善用于下一轮制作的介电层或金属层的顶表面的平面性。

大体来说，本发明实施例涉及一种经优化的化学气相沉积设备，其被设计成沉积具有与后续工艺的移除轮廓匹配的表面轮廓的前体材料，以形成更可靠的平面层。更具体来说，本发明实施例是有关使用化学气相沉积室的喷淋头，将工艺气体重新分布，以形成具有与后续化学机械抛光工艺的移除轮廓匹配的不均匀厚度的前体材料。如此一来，在化学机械抛光工艺之后形成的层的平面性得到改善。

因此，应知，一些实施例涉及一种化学气相沉积设备。所述化学气相沉积设备包括真空室。所述化学气相沉积设备还包括：气体入口，具有气体入口轴线，工艺气体沿所述气体入口轴线被导入到所述真空室中，且所述气体入口配置在靠近所述真空室的上部区；以及至少一个排出口，配置在靠近所述真空室的底部区。所述化学气相沉积设备还包括晶片吸盘，所述晶片吸盘配置在所述气体入口与所述排出口之间，以固持半导体衬底。所述化学气相沉积设备还包括喷淋头，所述喷淋头配置在所述气体入口下方，具有贯穿所述喷淋头的多个孔，所述多个孔具有至少两种不同的直径或密度。

在一实施例中，所述喷淋头被配置成重新定向所述工艺气体，以在侧向上不均匀地分布，使得前体材料在中心区及边缘区处以不均匀的厚度沉积到所述半导体衬底上。

在一实施例中，所述喷淋头的孔排列是根据在所述真空室中执行化学气相沉积工艺之后的化学机械抛光工艺的表面轮廓变化特性来决定。

在一实施例中，所述喷淋头具有从所述喷淋头的中心区到所述喷淋头的周边区界定的第一控制区段、第二控制区段及第三控制区段，各所述控制区段包括多个孔。所述第二控制区段的所述孔的平均直径比所述第一控制区段的所述孔的平均直径大出约4％到约8％，且所述第三控制区段的所述孔的平均直径比所述第二控制区段的所述孔的所述平均直径大出约4％到约8％。所述第一控制区段、所述第二控制区段及所述第三控制区段具有相同的由孔形成的圆环。

在一实施例中，所述第一控制区段的所述孔具有约0.68mm到约0.72mm范围内的平均直径。所述第二控制区段的所述孔具有约0.72mm到约0.76mm范围内的平均直径。所述第三控制区段的所述孔具有约0.76mm到约0.80mm范围内的平均直径。

其他实施例涉及一种化学气相沉积方法。在此方法中，决定化学机械抛光(cmp)工艺的化学机械抛光移除轮廓。根据所决定的所述化学机械抛光移除轮廓将前体材料沉积到半导体衬底上，使得所沉积的所述前体材料具有与所述化学机械抛光移除轮廓匹配的厚度轮廓。接着对所述前体材料执行所述化学机械抛光工艺，以形成具有平面表面的介电层或金属层。

在一实施例中，所述前体材料沉积在所述半导体衬底上，使得所述前体材料的厚度从所述半导体衬底的中心区到所述半导体衬底的周边区增加。

在一实施例中，所述半导体衬底的所述周边区中的所述前体材料的所述厚度比所述中心区中的所述前体材料的所述厚度大出至少3％。

在一实施例中，所述前体材料的所述厚度从所述半导体衬底的所述中心区到所述半导体衬底的所述周边区线性地增加。

在一实施例中，所述前体材料是通过经由喷淋头施加工艺气体而被沉积到所述半导体衬底上，其中所述工艺气体被所述喷淋头重新定向以不均匀地分布。

在一实施例中，所述前体材料是在等离子体增强型化学气相沉积(pecvd)设备中沉积，所述等离子体增强型化学气相沉积设备包括具有不同尺寸的孔的喷淋头。

在一实施例中，所述前体材料在所述半导体衬底上被沉积成使得所述前体材料的厚度从所述半导体衬底的中心区到所述半导体衬底的周边区减少。

在一实施例中，所述化学气相沉积方法还包括：在执行所述化学机械抛光工艺之后，对所述半导体衬底执行表面轮廓分析并产生改造表面轮廓；以及将第二前体材料沉积到第二半导体衬底上，使得所沉积的所述第二前体材料具有与所述改造表面轮廓匹配的厚度轮廓。

在一实施例中，所述前体材料是氧化物材料且是通过等离子体增强型正硅酸乙酯(peteos)工艺形成。

此外，其他实施例涉及一种在半导体衬底之上形成平面的介电层的方法。在此方法中，从配置在靠近真空室的上部区的气体入口将工艺气体施加到所述真空室中。通过配置在所述气体入口下方的喷淋头将所述工艺气体往所述真空室下游引导，其中所述工艺气体被重新定向，以在侧向上不均匀地分布在所述喷淋头下方。将所述工艺气体沉积到配置在所述喷淋头与排出口之间的所述半导体衬底上，以形成介电材料，使得通过所述工艺气体的不均匀分布，所沉积的所述介电材料从所述半导体衬底的中心区到所述半导体衬底的边缘区具有不均匀的厚度轮廓，所述排出口配置在靠近所述真空室的底部区。

在一实施例中，所述方法还包括：对所沉积的所述介电材料执行化学机械抛光(cmp)工艺，使得所述介电材料被抛光而形成具有实质上为平面的顶表面的介电层；其中所沉积的所述介电材料的所述不均匀的厚度轮廓与所述化学机械抛光工艺的化学机械抛光移除轮廓匹配。

在一实施例中，所述方法还包括：对所述介电层执行表面轮廓分析，并产生改造表面轮廓；更换或调整所述真空室内的所述喷淋头；以及将第二半导体衬底放置到所述真空室，以将第二介电材料沉积到所述第二半导体衬底上，使得所沉积的所述第二介电材料具有与所述改造表面轮廓匹配的厚度轮廓。

在一实施例中，所述介电材料在所述半导体衬底上被沉积成使得所述介电材料的厚度从所述半导体衬底的中心区到所述半导体衬底的周边区增加。

在一实施例中，所述真空室的所述喷淋头被制备成具有从中心区到边缘区界定的至少三个控制区段，其中各所述控制区段中具有多个孔，所述多个孔具有平均直径，其中所述平均直径从所述中心区到所述边缘区单调地增大或单调地减小。

在一实施例中，所述介电材料是通过等离子体增强型化学气相沉积(pecvd)工艺形成。

以上概述了若干实施例的特征，以使所属领域中的技术人员可更好地理解本发明的各个方面。所属领域中的技术人员应知，其可容易地使用本发明作为设计或修改其他工艺及结构的基础来施行与本文中所介绍的实施例相同的目的及/或实现与本文中所介绍的实施例相同的优点。所属领域中的技术人员还应认识到，这些等效构造并不背离本发明的精神及范围，而且他们可在不背离本发明的精神及范围的条件下对其作出各种更改、代替及改变。