制造半导体装置的设备和方法与流程

本公开涉及一种用于制造半导体装置的设备以及利用该设备制造半导体装置的方法，具体地，涉及一种用于沉积相变层的设备以及利用该设备制造半导体装置的方法。

背景技术：

通常，半导体装置是通过多个单元工艺制造的。单元工艺包括沉积工艺、光刻工艺和蚀刻工艺。可以利用等离子体执行沉积工艺和蚀刻工艺。等离子体用于以高温处理基底。

技术实现要素：

一些示例实施例提供被构造为沉积具有改善的厚度均匀性的薄膜的设备以及利用该设备制造半导体装置的方法。

根据一些实施例，公开涉及一种用于制造半导体装置的设备，所述设备包括：腔室，包括壳体和隔离阀，其中，隔离阀被构造为打开或关闭壳体的一部分；加热器卡盘，设置在壳体的下部区域中并被构造为加热基底；散热屏蔽件，沿壳体的内壁以及加热器卡盘的外部设置；边缘加热结构，设置在散热屏蔽件以及壳体的内壁之间，并且被构造为加热散热屏蔽件以及基底的边缘区域并减小基底的中心区域与边缘区域之间的温度差异。

根据一些实施例，公开涉及一种用于制造半导体装置的设备，所述设备包括：腔室，包括壳体和隔离阀，其中，隔离阀被构造为打开或关闭壳体的一部分；加热器卡盘，设置在壳体的下部区域中并被构造为加热基底；靶，设置在加热器卡盘上方，靶包含将要被形成在基底上的薄膜的源材料；等离子体电极，设置在壳体的上部区域中并被构造为在靶上产生等离子体；散热屏蔽件，在等离子体电极与加热器卡盘之间围绕壳体的内壁；边缘加热结构，设置在散热屏蔽件与壳体的内壁之间并被构造为加热散热屏蔽件和基底的边缘区域并减小基底的中心区域与边缘区域之间的温度差异。

根据一些实施例，公开涉及一种制造半导体装置的方法，所述方法包括：在基底上形成下电极；形成具有暴露下电极的接触孔的成型层；在接触孔中形成相变层，其中，相变层的形成步骤包括利用加热器卡盘和边缘加热结构通过物理气相沉积方法在接触孔中沉积预备相变层，其中加热器卡盘加热基底的底表面，其中，边缘加热结构设置在加热器卡盘外部并用于加热基底的边缘区域，并减小基底的中心区域与边缘区域之间的温度差异。

附图说明

通过下面结合附图的简要描述，将更清楚地理解示例实施例。如在这里描述的，附图表示非限制性的示例实施例。

图1是示出根据示例实施例的制造半导体装置的设备的平面图。

图2是沿图1的线i-i'截取的剖视图。

图3是示出设置在图1的基底上的遮挡板的平面图。

图4是沿图3的线ii-ii'截取的剖视图。

图5是通过根据示例实施例的设备和通过传统设备形成的层的厚度轮廓的曲线图。

图6是示出根据示例实施例的制造半导体装置的方法的流程图。

图7至图15是示出根据图6的方法顺序地执行的工艺步骤的剖视图。

图16是示出形成图6的相变层的步骤的流程图。

图17是示出根据示例实施例的制造半导体装置的设备的剖视图。

具体实施方式

现在将参照示出示例实施例的附图更充分地描述示例实施例。

图1是示出根据示例实施例的用于制造半导体装置的制造设备100的平面图。图2是沿图1的线i-i'截取的剖视图。

参照图1和图2，制造设备100可以包括诸如溅射系统的物理气相沉积(pvd)系统。在一些实施例中，制造设备100可以包括腔室10、加热器卡盘20、等离子体电极30、靶40、散热屏蔽件50、遮挡结构60和边缘加热结构70。

腔室10可以被构造为提供用于基底w的隔离空间。腔室10可以被构造为具有例如约1.0e-8托至约1.0e-4托的压强。在一些实施例中，腔室10可以包括壳体12和隔离阀14。壳体12可以设置为围绕加热器卡盘20、等离子体电极30、靶40、散热屏蔽件50、遮挡结构60和边缘加热结构70。壳体12可以包括构造为允许向腔室10中装载基底w或从腔室10向外卸载基底w的门洞11。隔离阀14可以用于打开或关闭门洞11。例如，当利用机械臂200将基底w装载到腔室10中时，隔离阀14可以打开门洞11，当对基底w执行制造工艺时，隔离阀14可以关闭门洞11。

加热器卡盘20可以设置在壳体12的内部空间的下部区域中。例如，加热器卡盘20可以放置在轴22上，其中，轴22设置为穿入壳体12的下部分。轴22可设置为旋转加热器卡盘20。加热器卡盘20可以被构造为装载基底w。例如，当将基底w装载到加热器卡盘20上时，轴22可以使加热器卡盘20和基底w以预定的速度旋转。加热器卡盘20可以包括加热器线24。在向加热器线24供应热功率时，加热器线24可以用于加热基底w。例如，基底w可以通过加热器线24被加热至约300℃或更高。

等离子体电极30可以放置在壳体12的内部空间的上部区域处。等离子体电极30可以连接至射频(rf)功率供应器32，其中，射频(rf)功率供应器32被构造为供应rf功率38。供应至等离子体电极30的rf功率38可以用于在壳体12中产生等离子体33。

靶40可以位于等离子体电极30与基底w之间。靶40可以固定在等离子体电极30的底表面上。靶40可以包含用于向装载在加热器卡盘20上的基底w上沉积薄膜15(例如，图12的预备相变层116a)的源材料。在一些实施例中，靶40可以包含硫系化合物(例如，包括ge(锗)、sb(锑)或te(碲))中的至少一种。在靶40与基底w之间产生等离子体33的情况下，可以从靶40产生源粒子(未示出)。源粒子可以沉积在基底w上以形成薄膜15。源粒子的量或薄膜15的厚度可以与等离子体的量或rf功率的强度成比例地增加。

散热屏蔽件50可以在加热器卡盘20与等离子体电极30之间设置在壳体12的内壁上。散热屏蔽件50可以限定产生在基底w上的等离子体33的区域。在某些实施例中，散热屏蔽件50可以被构造为减小基底w的温度的空间变化或者基底w的中心与边缘区域之间的温度的空间差异。例如，散热屏蔽件50可以跨越基底w的中心与边缘区域改善温度均匀性。在一些实施例中，散热屏蔽件50可以包括管状屏蔽件52、第一扇形屏蔽件54和第二扇形屏蔽件56。

管状屏蔽件52可以被设置为围绕壳体12的位于加热器卡盘20与等离子体电极30之间的内壁。此外，管状屏蔽件52可以构造为具有第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53。第一屏蔽件开口51可以被设置为与壳体12的门洞11相邻。第二屏蔽件开口53可以被设置为与遮挡结构60相邻。第二屏蔽件开口53可以被设置为面对第一屏蔽件开口51。例如，第二屏蔽件开口53可以跨越基底w与第一屏蔽件开口51相对。第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53可以用作散热或热沉区域，热量通过第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53从基底w的边缘区域排出。

第一扇形屏蔽件54可以被设置为与第一屏蔽件开口51相邻。第一分支臂55可以将第一扇形屏蔽件54连接至轴22。在一些实施例中，第一分支臂55可以背离轴22并以垂直的角度从轴22延伸。在轴22旋转的情况下，第一屏蔽件开口51可以利用第一分支臂55通过第一扇形屏蔽件54打开或关闭。如果第一屏蔽件开口51通过第一扇形屏蔽件54关闭时，则第一扇形屏蔽件54可以防止热能从基底w的边缘区域排出，从而能够将基底w均匀加热。

第二扇形屏蔽件56可以被设置为与第二屏蔽件开口53相邻。第二分支臂57可以将第二扇形屏蔽件56连接至轴22。在一些实施例中，第二分支臂57可以背离轴22并以垂直的角度从轴22延伸。第二分支臂57可以被设置为相对于轴22与第一分支臂55相对。在旋转轴22的情况下，第二屏蔽件开口53可以利用第二分支臂57通过第二扇形屏蔽件56打开或关闭。如果第二开口53通过第二扇形屏蔽件56关闭，则第二扇形屏蔽件56可以防止热能从基底w的边缘区域排出，从而能够将基底w均匀加热。

遮挡结构60可以放置在管状屏蔽件52外部。在某些情况下，遮挡结构60可以设置在基底w上。例如，当未在壳体12中生成等离子体33时，遮挡结构60可以设置为覆盖基底w。此外，在形成薄膜15之前或之后，可以将遮挡结构60设置在基底w上以保护基底w免受等离子体33的影响。在一些实施例中，遮挡结构60可以包括遮挡驱动器62、遮挡板64和遮挡臂66。遮挡驱动器62可以被设置为与壳体12的壁相邻。遮挡臂66可以被设置为将遮挡板64连接至遮挡驱动器62。遮挡驱动器62可以被构造为旋转遮挡臂66。可以控制遮挡臂66的旋转以将遮挡臂64设置在基底w上或者管状屏蔽件52外部。

图3是示出设置在图1的基底w上的遮挡板64的平面图。图4是沿图3的线ii-ii'截取的剖视图。

参照图3和图4，如果第二屏蔽件开口53通过第二扇形屏蔽件56的旋转而打开，则遮挡板64可以设置在基底w上。遮挡板64可以用于防止基底w被暴露至等离子体33，在此情况下，可以防止在基底w上沉积薄膜15。此外，遮挡板64可以用于在产生等离子体33之前覆盖基底w。如果遮挡板64被移动至管状屏蔽件外部，则第二屏蔽件开口53可以被第二扇形屏蔽件56关闭。

参照图1至图4，边缘加热结构70可以放置在壳体12与管状屏蔽件52的侧壁之间。边缘加热结构70可以被设置为围绕沿基底w的边缘区域设置的管状屏蔽件52。边缘加热结构70可以被构造为加热管状屏蔽件52或者提高基底w的边缘区域的温度。例如，边缘加热结构70可以包括卤素灯。在一些实施例中，边缘加热结构70可以包括下灯72和上灯74。

下灯72可以放置在与加热器卡盘20相邻的管状屏蔽件52的外部。例如，下灯72可以与加热器卡盘20位于相同水平处并围绕加热器卡盘20的外部边缘区域。在一些实施例中，下灯72可以被设置在比隔离阀14的水平低的水平处。例如，隔离阀14的底部边缘可以位于比下灯72的水平高的水平处。下灯72可以被设置为围绕管状屏蔽件52的位于第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53下方的下部分。例如，下灯72可以处于比第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53的水平低的水平处。例如，下灯72可以用于加热管状屏蔽件52的位于第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53下方的下部分，在此情况下，基底w的边缘区域可以被从管状屏蔽件52的下部分发射的辐射热加热。

上灯74可以被设置为围绕管状屏蔽件52的位于第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53上方的上部分。例如，上灯74可以位于比第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53的水平高的水平处。在一些实施例中，上灯74可以设置在比隔离阀14的水平高的水平处。例如，隔离阀14的顶部边缘可以位于比上灯74的水平低的水平处。上灯74可以在竖直方向上与下灯72对齐。上灯74可以用于加热管状屏蔽件52的位于第一屏蔽件开口51和第二屏蔽件开口53的上方的上部分，在此情况下，基底w的边缘区域可以被从管状屏蔽件52的上部分发射的辐射热加热。

在图5中，曲线16示出了利用图2的下灯72和上灯74形成的薄膜的厚度轮廓，曲线18示出了通过传统方法形成的薄膜的厚度轮廓。水平轴表示距离基底w的中心的径向距离，竖直轴表示形成在基底上的薄膜的厚度。基底w具有150mm的半径。

参照图5，曲线16比曲线18更均匀。也就是说，如曲线16所示，当使用图2的系统时，可以遍及基底w均匀地形成薄膜。换言之，基底w的中心区域(例如，0至±60cm半径)与边缘区域(例如，±60cm至±150cm半径)之间在厚度上不存在实质的区别。相反，如曲线18中所示，当使用传统系统时，薄膜在基底w的边缘区域(例如，±60cm至±150cm半径)上比在基底w的中心区域(例如，0至±60cm半径)上厚约100nm。当使用传统系统时，薄膜的厚度在基底w的边缘区域上比在基底w的中心区域上大。根据一些示例实施例的薄膜的厚度均匀性可以比根据传统方法的薄膜的厚度均匀性好。这个结果表示如果下灯72和上灯74用于加热基底w的边缘区域，则能够形成具有改善的厚度均匀性的薄膜。

如下面将描述的，制造设备100可以用于制造半导体装置。

图6是示出根据示例实施例的制造半导体装置的方法的流程图。图7至图15是示出根据图6的方法顺序地执行的工艺步骤的剖视图。

这里描述的方法可以用于制造半导体装置(例如，相变存储器装置)，但是公开不限于此。参照图6，方法可以包括：(在步骤s10中)形成字线；(在步骤s20中)形成第一成型层；(在步骤s30中)形成二极管；(在步骤s40中)形成下电极；(在步骤s50中)形成第二成型层；(在步骤s60中)形成相变层；(在步骤s70中)形成上电极以及(在步骤s80中)形成位线。

参照图6和图7，(在步骤s10中)可以在基底w上形成字线102。基底w可以是硅晶圆或者可以包括硅晶圆。字线102可以由至少一种导电材料(例如，掺杂的硅或金属)形成，或者可以包括至少一种导电材料(例如，掺杂的硅或金属)。在一些实施例中，可以通过将掺杂剂注入到基底w中的离子注入工艺来形成字线102。在某些实施例中，可以通过利用沉积工艺(例如，pvd或cvd)沉积导电层并之后对导电层执行光刻和蚀刻工艺来形成字线102。在这种情况下，字线102可以形成在基底w上以在第一方向上延伸(未示出)。

参照图6和图8，(在步骤s20中)可以在基底w上形成第一成型层104以覆盖字线102的至少一部分。第一成型层104可以由至少一种介电材料(例如，氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)形成，或者可以包括至少一种介电材料(例如，氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)。可以通过利用沉积工艺(例如，cvd)沉积介电层来形成第一成型层104。第一成型层104可以形成为具有第一接触孔105。第一接触孔105可以形成为暴露字线102的一部分。例如，第一接触孔可以形成为暴露字线102的顶表面的一部分。第一接触孔105的形成步骤可以包括对第一成型层104执行光刻工艺并且随后执行蚀刻工艺。

参照图6和图9，(在步骤s30中)可以在第一成型层104的第一接触孔105中形成二极管110。二极管110可以形成在第一接触孔105的下部区域内。二极管110的形成步骤可以包括利用沉积工艺形成多晶硅层并执行将掺杂剂(例如，硼或砷)注入到多晶硅层中的离子注入工艺。二极管110可以形成为包括第一掺杂区域106和第二掺杂区域108。第一掺杂区域106可以形成在第一接触孔105中且位于字线102上。第一掺杂区域106的底表面可以与字线102的顶表面接触。第二掺杂区域108可以形成在第一掺杂区域106上。第二掺杂区域108的底表面可以与第一掺杂区域106的顶表面接触。第一掺杂区域106中的掺杂剂可以与第二掺杂区域108中的掺杂剂不同。例如，在第一掺杂区域106被掺杂有硼的情况下，第二掺杂区域108中可以被掺杂有砷。

参照图6和图10，(在步骤s40中)可以在二极管110上形成下电极112。可以在第一接触孔105的上部区域中形成下电极112。在一些实施例中，可以通过镶嵌工艺形成下电极112。例如，下电极112的形成步骤可以包括利用沉积工艺形成金属或金属硅化物层并且对金属或金属硅化物层进行抛光。

参照图6和图11，(在步骤s50中)可以在下电极112和第一成型层104上形成第二成型层114。第二成型层114可以由至少一种介电材料(例如，氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)形成，或者可以包括至少一种介电材料(例如，氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)。可以通过利用沉积工艺(例如，cvd)沉积介电层来形成第二成型层114。第二成型层114可以形成为具有暴露下电极112的第二接触孔115。在一些实施例中，第二接触孔115可以暴露下电极112的全部顶表面以及第一成型层104的顶表面的一部分。第二接触孔115的形成步骤可以包括对第二成型层114执行光刻工艺并且随后执行蚀刻工艺。

参照图6、图12和图13，(在步骤s60中)可以在第二接触孔115中并且在下电极112上形成相变层116。相变层116可以形成为在第二成型层114的顶表面上方延伸。在一些实施例中，可以通过镶嵌工艺形成相变层116。

图16示出了图6的步骤s60(即，形成相变层116的步骤)的示例流程图。

参照图16，形成相变层116的步骤s60可以包括(在步骤s62中)形成预备相变层116a并且(在步骤s64中)对预备相变层116a进行抛光以形成相变层116。

参照图12和图16，可以在下电极112与第二成型层114上沉积预备相变层116a以填充第二接触孔115，制造设备100可以用于形成预备相变层116a。预备相变层116a可以由硫系化合物(例如，包括ge、sb和te)中的至少一种形成，或者可以包括硫系化合物(例如，包括ge、sb和te)中的至少一种。在一些实施例中，可以利用散热屏蔽件50和边缘加热结构70执行物理气相沉积方法(例如，溅射方法)以将预备相变层116a形成为均匀的厚度。边缘加热结构70可以用于加热与基底w相邻的散热屏蔽件50，在此情况下，可以利用从散热屏蔽件50发射的辐射热来加热基底w的边缘区域。例如，边缘加热结构70可以向散热屏蔽件50施加热，从而提高散热屏蔽件50的温度。

参照图13和图16，可以对预备相变层116a进行抛光以在第二接触孔115中形成相变层116。可以利用化学机械抛光(cmp)方法来抛光预备相变层116a。可以执行预备相变层116a的抛光以暴露第二成型层114的顶表面。可以在第二接触孔115中形成相变层116。例如，可以从第二成型层114上方去除形成在第二接触孔115中且在第二成型层114的顶表面上的相变层116，使得相变层116仅保留在第二接触孔115中。

参照图14和图16，(在步骤s70中)可以在相变层116和第二成型层114上形成上电极118。可以通过利用沉积工艺(例如，pvd或cvd)沉积金属层之后对金属层执行光刻和蚀刻工艺来形成上电极118。在一些实施例中，上电极118在相变层116的顶表面和第二成型层114的顶表面上方可以具有基本均匀的厚度。

参照图15，(在步骤s80中)可以在上电极118上形成位线120。在一些实施例中，位线120在上电极118的顶表面上方可以具有基本均匀的厚度。可以通过利用沉积工艺(例如，pvd或cvd)沉积金属层之后对金属层执行光刻和蚀刻工艺来形成位线120。位线120可以在第二方向上延伸，第二方向与字线102的延伸方向或第一方向不同。在一些实施例中，第二方向与第一方向垂直。

图17示出了根据示例实施例的用于制造半导体装置的制造设备100的剖视图。

参照图17，制造设备100可以包括化学气相沉积(cvd)系统。在一些实施例中，制造设备100可以包括喷头30a和气体供应器40a。喷头30a可以设置在腔室10的内部空间的上部区域中。气体供应器40a可以用于向喷头30a供应反应气体38a。喷头38a可以被构造为向基底w上喷射反应气体38。反应气体38可以用于在基底w上形成薄膜15。加热器卡盘20和边缘加热结构70可以被构造为均匀地加热基底w，其可以使得能够改善将要沉积在基底w上的薄膜15的厚度均匀性。在一些实施例中，可以与参照图2描述的腔室10、加热器卡盘20、散热屏蔽件50、遮挡结构60和边缘加热结构70相似的方式构造腔室10、加热器卡盘20、散热屏蔽件50、遮挡结构60和边缘加热结构70。

根据一些实施例，提供了一种包括被构造为减小基底的温度的空间变化的边缘加热结构的设备，因此，其可以能够形成具有改善的厚度均匀性的薄层。

虽然已经具体示出并描述了示例实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下可以在其中做出形式和细节上的变化。