形成具有(200)晶体织构的氮化钛膜的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月26日提交的题为“methodforformingtitaniumnitridefilmswith(200)crystallographictexture”的美国临时专利申请第62/703,701号的优先权，其公开内容通过引用整体明确地并入本文。

本发明的实施方案属于半导体处理领域，并且特别地，描述了形成主要具有(200)晶体织构(crystallographictexture)的氮化钛膜的方法。例如，氮化钛膜可以用于超导和功函数调节应用。

背景技术：

诸如人工智能(ai)、物联网(iot)、大数据等的新技术需要越来越大的计算能力，因此正在开发若干创新性的计算技术。例如，量子计算正在成为领先的计算创新之一。量子计算需要包括超导金属化的微电子电路，并且需要用于沉积超导材料的新方法。

数十年来，氮化钛(tin)是因其硬度而闻名并且已在许多工业中用作耐磨涂层的耐火材料。此外，tin已经作为扩散阻挡材料和导电电极材料用于半导体器件中。已知tin在微波频率下具有低损耗，这使得可以在许多新兴的量子器件结构中使用。tin是块体tc(bulktc)为6.0k的超导体，因此是用于量子计算的有吸引力的材料。

已经通过许多方法来生长tin薄膜，包括原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)、脉冲层沉积(pulsedlayerdeposition，pld)和化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)，但是用于生长低损耗量子电路用tin薄膜的最常用方法是其中使用ar/n2等离子体来溅射钛靶的反应溅射(例如，磁控溅射)。然而，需要新的方法来沉积例如用于超导和功函数调节应用的具有优选晶体织构的tin薄膜。

技术实现要素：

描述了基底处理方法，其用于形成可以用于超导金属化或功函数调整应用的氮化钛材料。所述基底处理方法包括：通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。所述方法还包括：通过气相沉积在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，以及用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。

描述了半导体器件，其包括通过气相沉积形成并且主要具有(200)晶体织构的氮化钛膜。

附图说明

包括在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施方案，并且与以上给出的本发明的一般描述和以下给出的详细描述一起用于说明本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施方案的用于形成tin膜的工序(processsequence)；

图2示出了根据本发明的一个实施方案的tin膜的x射线衍射(xrd)图谱；

图3是根据本发明的一个实施方案的配置用于形成tin膜的沉积系统的示意性俯视图；

图4是根据本发明的一个实施方案的用于处理tin膜的包括微波等离子体源的等离子体处理系统的示意图；

图5示出了图4中的等离子体处理系统的气体供应单元的平面图；

图6示出了图4中的等离子体处理系统的天线部分的局部剖视图；

图7a是用于形成tin膜并将其集成到超导金属化中的群集工具(clustertool)的示意图；

图7b是用于形成tin膜并将其集成到功函数调节应用中的群集工具的示意图。

具体实施方式

本发明的实施方案描述了用于形成主要具有(200)晶体织构的tin膜的方法。tin膜可以例如用于超导和功函数调节应用。主要具有(200)晶体织构的tin膜具有高的超导转变温度，并因此对于用于超导应用具有吸引力。此外，在沉积期间处理tin膜以形成主要(200)晶体织构使得阈值电压正向移动约0.2v至约0.4v。这开辟了tin膜用于功函数调节应用的各种应用。例如，tin膜可以在晶体管中用作栅电极，其中tin膜定位在高k介电膜的顶部并且tin膜具有设定用于晶体管的阈值电压的特定有效功函数。

根据一个实施方案，描述了基底处理方法。基底处理方法包括：通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，此后，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第一氮化钛膜，其中所述第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。所述方法还包括：通过气相沉积在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，此后，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。根据本发明的实施方案，含氢气体可以选自h2、nh3、n2h4、h自由基及其组合。气相沉积可以例如包括ald、cvd或物理气相沉积(pvd)。经处理的第一氮化钛膜主要具有(200)晶体织构，所述(200)晶体织构有助于形成也主要具有(200)晶体织构的第二氮化钛膜。第一氮化钛膜和第二氮化钛膜一起形成主要具有(200)晶体织构的氮化钛材料。

图1示出了根据本发明的一个实施方案的用于形成tin膜的工序。该工序100包括：在102中，通过气相沉积在基底上沉积至少一个单层的第一氮化钛膜，此后，在104中，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第一氮化钛膜，其中第一氮化钛膜是多晶的并且所述处理使第一氮化钛膜的(200)晶体织构增加。

该工序100还包括：在106中，在经处理的至少一个单层的第一氮化钛膜上沉积至少一个单层的第二氮化钛膜，此后，在108中，用等离子体激发的含氢气体处理至少一个单层的第二氮化钛膜。

102中的沉积可以通过进行第一复数次原子层沉积循环来进行，以及106中的沉积可以通过进行第二复数次原子层沉积循环来进行。

根据一些实施方案，该工序还可以包括使第一钛膜、第二钛膜、或者第一钛膜和第二钛膜两者退火，以使钛材料的(200)晶体织构进一步增加。退火可以在沉积第一钛膜之后但在处理第一钛膜之前、在处理第一钛膜之后但在沉积第二钛膜之前、在沉积第二钛膜之后但在处理第二钛膜之前、在处理第二钛膜之后、或者其一者或更多者的组合进行。

在一些实施方案中，该工序还可以包括进行另外的沉积和处理步骤以增加氮化钛材料的厚度。这由图1中的过程箭头110示意性地示出。在一些实例中，第一复数次循环可以为2至约50次、2至10次、10至30次、或30至50次。在一些实例中，第二复数次循环可以为2至约50次、2至10次、10至30次、30至50次。

根据一个实施方案，处理步骤104和108使tin膜的阈值电压正向移动，例如正向移动约0.2v至约0.4v。

tin膜可以通过ald利用含ti前体和含氮前体的交替暴露来沉积。含ti前体可以选自氮化钛前体和钛前体。氮化钛前体可以在同一分子中包含钛和氮二者，但可以添加单独的氮前体(例如nh3或等离子体激发的n2)作为另外的氮源。具有“ti-n”分子内键的氮化钛前体的代表性实例包括ti(net2)4(tdeat)、ti(nmeet)4(temat)、ti(nme2)4(tdmat)。含钛前体可以包括tif5和ticl5，以及含“ti-c”分子内键的前体包括例如ti(coch3)(η⁵-c5h5)2cl、ti(η⁵-c5h5)cl2、ti(η⁵-c5h5)cl3、ti(η⁵-c5h5)2cl2、ti(η⁵-c5(ch3)5)cl3、ti(ch3)(η⁵-c5h5)2cl、ti(η⁵-c9h7)2cl2、ti(η⁵-c5(ch3)5)2cl、ti(η⁵-c5(ch3)5)2cl2、ti(η⁵-c5h5)2(μ-cl)2、ti(η⁵-c5h5)2(co)2、ti(ch3)3(η⁵-c5h5)、ti(ch3)2(η⁵-c5h5)2、ti(ch3)4、ti(η⁵-c5h5)(η⁷-c7h7)、ti(η⁵-c5h5)(η⁸-c8h8)、ti(c5h5)2(η⁵-c5h5)2、ti((c5h5)2)2(η-h)2、ti(η⁵-c5(ch3)5)2、ti(η⁵-c5(ch3)5)2(h)2、和ti(ch3)2(η⁵-c5(ch3)5)2。含氮前体可以选自nh3、等离子体激发的nh3、等离子体激发的n2、nh(ch3)2、n2h4、或n2h3ch3nh3、或者其两者或更多者的组合。

图2示出了根据本发明的一个实施方案的tin膜的xrd图谱。tin膜是通过ald利用ticl4和nh3的交替暴露来沉积的。第一tin膜1是在不用等离子体激发的h2气处理沉积的tin膜的情况下形成的。第二tin膜2是通过用等离子体激发的h2气间歇地处理沉积的tin膜形成的。xrd图谱示出了tin的三种晶体织构：在约37度处的(111)、在约42.5度处的(200)、和在约62度处的(220)。第一tin膜1是多晶的，并且xrd示出了显著的(111)、(200)和(220)晶体织构。相比之下，第二tin膜2主要具有(200)晶体织构并且没有测量到(111)晶体织构。图2中的结果清楚地说明可以使用图1中的包括用等离子体激发的h2气间歇地处理沉积的tin膜的工序来形成主要具有(200)晶体织构的tin膜。

根据一个实施方案，所述方法包括沉积主要具有(200)晶体织构的tin膜，其后，进行干法蚀刻过程(例如，原子层蚀刻(ale))以使tin膜变薄，其中变薄的tin膜也主要具有(200)晶体织构。这提供了用于在保持主要的(200)晶体织构的同时初始沉积厚的tin膜其后使厚的tin膜变薄至期望的厚度的方法。在一个实例中，干法蚀刻过程包括使用卤素气体或者例如含氟气体。在一个实例中，干法蚀刻过程包括使用等离子体来形成等离子体激发的蚀刻气体。例如，干法蚀刻过程可以包括chf3或cl2作为反应性气体。干法蚀刻过程还可以包括惰性气体例如ar、n2等。在一个实例中，干法蚀刻过程可以使用等离子体激发的chf3+ar或等离子体激发的cl2+ar。在另一些实例中，ale过程可以包括使用含硼(b)气体或含铝(al)气体和含氟气体。例如，ald过程可以包括使用bcl3和hf。在另一个实例中，ald过程可以包括在除去tin膜之前使tin膜的全部或部分氧化。

图3是根据本发明的一个实施方案的配置用于形成tin膜的沉积系统的示意性俯视图。用于处理复数个基底200的批处理系统210包括输入/输出站212、装载/锁定站214、处理室216、和介于装载/锁定站214与处理室216之间的转移室218。以简化方式示出的批处理系统210可以包括如本领域普通技术人员所理解的另外的结构，例如使装载/锁定站214与转移室218联接以及使处理室216与转移室218联接的另外的真空隔离壁。处于或接近大气压(例如，760托)的输入/输出站212适于接收晶圆盒220，例如前开式晶圆传送盒(frontopeningunifiedpod，foup)。晶圆盒220的尺寸和形状被设计成容纳复数个基底200，例如直径为例如200毫米或300毫米的半导体晶圆。

装载/锁定站214适于从大气压力抽空至真空压力并从真空压力通风至大气压力，同时处理室216和转移室218被隔离并被持续保持在真空压力下。装载/锁定站214容纳从输入/输出站212的大气压环境引入的复数个晶圆盒220。装载/锁定站214包括平台221、223，平台221、223各自支承晶圆盒220中的一者并且可以垂直地转位以促进晶圆转移至处理室216和从处理室216转移。

晶圆转移机构222在真空下将基底200从装载/锁定站214中的晶圆盒220中的一者转移通过转移室218并进入处理室216。另一晶圆转移机构224在真空下将在处理室216中经处理的基底200从处理室216转移通过转移室218并到达晶圆盒220。用于提高批处理系统210的处理能力的彼此独立地操作的晶圆转移机构222、224可以为通常用于取放操作的选择顺应性关节/装配机器人臂(scara)机器人。晶圆转移机构222、224包括配置成在转移期间固定基底200的末端执行器。处理室216可以包括不同的分别由晶圆转移结构222、224使用的第一可密封端口和第二可密封端口(未示出)以进入处理室216内的处理空间。当在处理室216中进行沉积工艺或蚀刻处理时密封进入端口。晶圆转移机构222在图3中描绘为将未经处理的基底200从装载/锁定站214的平台221上的晶圆盒220转移至处理室216。晶圆转移机构224在图3中描绘为将经处理的基底200从处理室216转移至装载/锁定站214的平台223上的晶圆盒220。

晶圆转移机构224还可以将从处理室216得到的经处理的基底200转移至计量站226以进行检查或者转移至用于对基底200进行后处理低压冷却的冷却站228。在计量站226中进行的处理可以包括但不限于用于测量膜厚度和/或膜组成的常规技术(例如椭圆偏光法)和用于污染控制的颗粒测量技术。

批处理系统210配备有被编程为控制和协调批处理系统210的操作的系统控制器236。系统控制器236通常包括用于控制各种系统功能、室处理以及支持硬件(例如，检测器、机器人、电动机、气体源硬件等)并监测系统和室处理(例如，室温度、工序处理能力、室处理时间、输入/输出信号等)的中央处理单元(cpu)。软件指令和数据可以编码并存储在用于指示cpu的存储器中。可由系统控制器236执行的软件程序确定对基底200上执行的任务，包括与处理顺序任务和各种室处理方法步骤的监测和执行有关的任务。

基座248设置在处理室216内。基座248包括限定在基座248的顶表面中的复数个圆形基底支承体252。各基底支承体252被配置成将至少一个基底200径向地保持在处理室216的外围侧壁240内的位置处。独立基底支承体252的数量可以为例如2至8个。然而，本领域普通技术人员将理解，基座248可以根据基底200的尺寸和基座248的尺寸配置有任何期望数量的基底支承体252。虽然本发明的该实施方案被描绘为具有圆形或圆的几何形状的基底支承体252，但本领域普通技术人员将理解，基底支承体252可以为任何期望的形状以容纳适当形状的基底。

批处理系统210可以被配置成处理200mm基底、300mm基底或更大尺寸的圆基底，该尺寸将反映在基底支承体252的尺寸中。事实上，如本领域技术人员所理解的，预期批处理系统210可以被配置成对基底、晶圆或液晶显示器(无论其尺寸如何)进行处理。因此，虽然结合对为半导体基底的基底200的处理来描述本发明的一些方面，但是本发明不限于此。

基底支承体252围绕以旋转轴254为中心的均匀半径沿圆周分布在基座248上。基底支承体252具有围绕旋转轴254大致等角的间距，旋转轴254基本上与方位轴242共线或同轴，尽管本发明不限于此。

当在处理室216中对基底200进行处理时，基座248的旋转可以是连续的并且可以围绕旋转轴254以恒定的角速度进行。或者，角速度可以根据基座248相对于任意参照点的角度取向而改变。

分隔部268、270、272、274将处理室216划分成复数个处理空间276、278、280、282，同时允许基座248和基底支承体252围绕旋转轴254自由旋转。分隔部268、270、272、274相对于旋转轴254朝向外围侧壁240径向延伸。虽然代表性地示出了四个分隔部268、270、272、274，但是本领域普通技术人员将理解，处理室216可以用任何适当的复数个分隔部细分以形成与四个处理空间不同的数量。或者，分隔部268、270、272、274可以用气幕代替。

批处理系统210还包括通过气体管线联接至穿过外围侧壁240的气体注射器230、234的吹扫气体供给系统284。吹扫气体供给系统284被配置成向处理空间276和280引入吹扫气体流。引入到处理空间276和280中的吹扫气体可以包含惰性气体例如稀有气体(即氦气、氖气、氩气、氙气、氪气)、氮气或氢气。在基底处理期间，可以连续地向处理空间276和280中引入吹扫气体以提供气幕或屏障防护，或者至少显著限制第一工艺材料和第二工艺材料在处理空间278、282之间的气态转移。吹扫气体还在处理空间276、280内提供惰性气氛使得由基底200负载的任何工艺材料层在基座248上被运输经过处理空间276、280时基本上不变。处理空间278并置在处理空间276、280之间以及处理空间282并置在处理空间276、280之间使得处理空间276、280将处理空间278和282隔开从而为第一工艺材料和第二工艺材料提供相互隔离。

批处理系统210还包括通过气体管线联接至穿过外围侧壁240的气体注射器232的第一工艺材料供给系统290、和通过气体管线联接至穿过外围侧壁240的气体注射器238的第二工艺材料供给系统292。第一工艺材料供给系统290被配置成将第一工艺材料引入至处理空间278，以及第二工艺材料供给系统292被配置成将第二工艺材料引入至处理空间282。第一工艺材料供给系统290和第二工艺材料供给系统292可以各自包括如在这样的工艺材料供给系统中常规地发现的一个或更多个材料源、一个或更多个加热器、一个或更多个压力控制装置、一个或更多个流量控制装置、一个或更多个过滤器、一个或更多个阀、或者一个或更多个流量传感器。

第一工艺材料可以例如包含前体，例如具有在形成在各基底200上的膜中发现的主要原子或分子种类的组合物。例如，前体可以起源为固相、液相或气相，并且其可以以气相或蒸气相传递至处理空间278，并且可以在有载气或没有载气的协助下传递。第二工艺材料可以例如包含反应物，该反应物也可以具有在形成在基底200上的膜中发现的原子或分子种类。例如，反应物可以起源为固相、液相或气相，并且其可以以气相或蒸气相传递至处理空间282，并且可以在有载气或没有载气的协助下传递。

根据待在基底上沉积为薄膜的材料的组成和特性选择通过第一工艺材料供给系统290供给至处理室216的第一工艺材料和通过第二工艺材料供给系统292供给至处理室216的第二工艺材料。例如，第一工艺材料可以包含含钛前体，以及第二工艺材料可以包含含氮前体。还选择第一工艺材料和第二工艺材料的温度和压力以促进薄膜生长。

根据一个实施方案，还可以配置用于将蚀刻气体注入至一个或更多个处理空间276、278、280、282中的一个或更多个第一工艺材料供给系统290、一个或更多个第二工艺材料供给系统292和一个或更多个吹扫气体供给系统284。

当基座248围绕旋转轴254旋转时，基底支承体252围绕基座248的圆周的布置允许各基底200顺序地暴露于各处理空间276、278、280、282内的不同环境，举例来说，在基座248旋转经过2π弧度(360°)的闭合路径时，各基底200被连续地暴露于第一处理空间278内的环境中的第一工艺材料，然后被暴露于第二处理空间280内的含吹扫气体的环境，然后被暴露于第三处理空间282内的环境中的第二工艺材料，并且最后被暴露于第四处理空间276内的含吹扫气体的环境。如由待沉积在各基底200上的膜的特性所决定的，各基底200在各相应的处理空间276、278、280、282中具有足以形成膜的期望停留时间。

沉积工艺为这样的沉积技术：其中通过以自限性方式反应的适当气相前体的交替和顺序引入来控制薄膜的各原子层或其一部分在基底200上的沉积以递增地形成或构建薄膜。在第一处理空间278内，第一工艺材料的分子(化学地、通过吸收、通过吸附等)结合至各基底200的顶表面以形成第一工艺材料的单层或单层的一部分。在第三处理空间282内，第二工艺材料与各连续基底200上的第一工艺材料的分子进行反应。随着基底200旋转经过第一处理空间278和第三处理空间282，重复这些步骤，随后连续暴露于第一工艺材料和第二工艺材料。第一处理空间278和第三处理空间282中的第一工艺材料的环境和第二工艺材料的环境分别通过第二处理空间280和第四处理空间276内的非化学反应性吹扫气体环境彼此隔离。

可以将基底200加热至处理温度以促进沉积过程。与主要热驱动的cvd处理相比，ald主要是化学驱动的。因此，ald与cvd相比可以在显著更低的基底温度下进行。

根据本发明的一个实施方案，第一工艺材料供应系统290包括以包含离子、自由基或其组合的等离子体产物的形式向处理空间278供应第一工艺材料的等离子体源。此外，第二工艺材料供应系统292可以包括以包含离子、自由基或其组合的等离子体产物的形式向处理空间282供应第二工艺材料的等离子体源。此外，为了提供各向异性蚀刻，基底支承体252可以是电偏置的。在一个实例中，可能需要在电偏置期间停止基座248的旋转。

根据本发明的一个实施方案，吹扫气体供应系统284可以包括将等离子体激发的含氢气体供应到一个或更多个处理空间276、280中以如图1的工序中所述处理tin膜的等离子体源。

在一个实例中，可以通过在第一处理空间278中气相暴露于含钛前体，然后在第三处理空间282中暴露于含氮前体来在每个基底200上沉积第一tin膜。这些顺序暴露可以重复a次。在复数次暴露循环以在基底200上沉积第一tin膜之后，可以在第二或第四处理空间280、276中用等离子体激发的含氢气体对第一tin膜进行处理。等离子体暴露处理可以进行b次。顺序暴露和等离子体暴露处理可以重复总共c次。换言之，可以通过进行以下来形成第一tin膜：(ax(含钛前体暴露，然后是含氮前体暴露)+bx(等离子体暴露处理))xc，其中a表示为沉积第一tin膜而进行顺序暴露的次数，b表示进行等离子体暴露的次数，以及c表示顺序暴露和等离子体暴露处理重复的次数。c也可以称为超级循环次数。此后，可以重复复数次暴露循环以在经处理的第一tin膜上沉积第二tin膜。

图4是根据本发明的一个实施方案的用于处理tin膜的包括微波等离子体源的等离子体处理系统的示意图。等离子体处理系统10包括等离子体处理室20(真空室)、天线单元57和基底保持件21。

等离子体处理室20的内部大致分为位于等离子气体供应单元30下方的等离子体发生区域r1和在基底保持件21侧的等离子体扩散区域r2。在等离子体发生区域r1中产生的等离子体可以具有几个电子伏(ev)的电子温度。当等离子体扩散到等离子体扩散区域r2中时，其中进行膜形成或膜处理过程，基底保持件21附近的等离子体的电子温度降至低于约2ev的值。基底保持件21居中地位于等离子体处理室20的底部上，并且充当用于安装基底w的安装单元。在基底保持件21内，设置有绝缘构件21a、冷却夹套21b和用于控制基底温度的温度控制单元(在该图中未示出)。

等离子体处理室20的顶部是开口式的。等离子气体供应单元30与基底保持件21相对放置并且通过密封构件(在该图中未示出)如o形环与等离子体处理室20的顶部密封。也可以用作介质窗的等离子气体供应单元30由诸如氧化铝或石英的材料制成，并且其具有虚拟盘形状的平面表面面向基底保持件21。在等离子气体供应单元30的平面表面上与基底保持件21相对地设置多个气体供应孔31。多个气体供应孔31经由气体流动通道32与等离子气体供应口33连通。等离子气体供应源34将等离子气体如含氢气体、ar气或其他惰性气体提供到等离子气体供应口33中。然后，经由多个气体供应孔31将等离子气体均匀地供应到等离子体发生区域r1中。

等离子体处理系统10还包括工艺气体供应单元40，其基本上位于等离子体发生区域r1与等离子体扩散区域r2之间的等离子体处理室20的中心处。工艺气体供应单元40由导电材料(例如包含镁(mg)的铝合金或不锈钢)制成。与等离子气体供应单元30类似，在工艺气体供应单元40的平面表面上设置多个气体供应孔41。工艺气体供应单元40的平面表面与基底保持件21相对地设置并且具有盘形状。

等离子体处理室20还包括连接至等离子体处理室20的底部的排气管线26、将排气管线连接至压力控制器阀28和真空泵29的真空管线27。压力控制器阀28可以用于在等离子体处理室20中实现期望的气体压力。

图5示出了工艺气体供应单元40的平面图。如该图所示，在工艺气体供应单元40内形成网格状气体流动通道42，也称为喷淋板。网格状气体流动通道42与在垂直方向上形成的多个气体供应孔41的上端连通。多个气体供应孔41的下端是面向基底保持件21的开口。多个气体供应孔41经由网格图案化的气体流动通道42与工艺气体供应口43连通。

此外，多个开口44形成在工艺气体供应单元40上，使得多个开口44在垂直方向上穿过工艺气体供应单元40。多个开口44使等离子气体(例如，含氢气体、ar气、he气或其他惰性气体)进入基底保持件21的侧部的等离子体扩散区域r2中。如图4所示，多个开口44形成在相邻的气体流动通道42之间。将工艺气体例如从单独的工艺气体供应源34、45至47供应给工艺气体供应口43。工艺气体供应源45和46可以分别提供o2和n2。提供气体供应源47用于供应含氢气体。根据一些实施方案，ar(和/或he)和含氢气体的任何组合可以流过工艺气体供应单元40和/或流过等离子气体供应口33。此外，例如，多个开口44可以占据工艺气体供应单元40上的延伸超出基底w的外围边缘的区域。

工艺气体经由多个气体供应孔41流过网格状气体流动通道42并且均匀地供应到等离子体扩散区域r2中。等离子体处理系统10还包括用于分别控制将气体供应到等离子体处理室20中的四个阀(v1-v4)和四个流量控制器(mfc1-mfc4)。

外部微波发生器55经由同轴波导54向天线单元57提供预定频率(例如，2.45ghz)的微波信号(或微波能量)。同轴波导54可以包括内导体54b和外导体54a。来自微波发生器55的微波在紧接等离子气体供应单元30的下方在等离子体发生区域r1中产生电场，所述电场进而引起等离子体处理室20内的工艺气体的激发。

图6示出了天线单元57的局部剖视图。如该图所示，天线单元57可以包括扁平天线主体51、径向线槽板52和电介质板53以缩短微波的波长。扁平天线主体51具有包括开口的底表面的圆形。径向线槽板52形成为封闭扁平天线主体51的开口的底表面。扁平天线主体51和径向线槽板52由具有扁平中空圆形波导的导电材料制成。

多个槽56设置在径向线槽板52上以产生圆偏振波。多个槽56以其间具有微小间隙的大致t形的形式布置，沿圆周方向呈同心圆图案或螺旋图案。由于槽56a和56b彼此垂直，因此包含两个正交偏振分量的圆偏振波作为平面波从径向线槽板52辐射。

电介质板53由低损耗介电材料(例如，氧化铝(al2o3)或氮化硅(si3n4))制成，其位于径向线槽板52与扁平天线主体51之间。使用密封构件(未示出)将径向线槽板52安装在等离子体处理室20上，使得径向线槽板52与盖板23紧密接触。盖板23位于等离子气体供应单元30的上表面上，并且由微波透射介电材料(例如氧化铝(al2o3))形成。

外部高频电源22经由匹配网络25电连接至基底保持件21。外部高频电源22产生预定频率(例如，13.56mhz)的rf偏置功率用于控制被吸引至基底w的离子能量。电源22进一步配置成任选地提供rf偏置功率的脉冲，脉冲频率可以大于1hz，例如为2hz、4hz、6hz、8hz、10hz、20hz、30hz、50hz或更大。电源22配置成用于供应rf偏置功率，所述rf偏置功率可以为0w至100w、100w至200w、200w至300w、300w至400w、或者400w至500w。注意，本领域技术人员将理解，电源22的功率水平与被处理的基底的尺寸有关。例如，300mmsi晶圆在处理期间需要比200mm晶圆更大的功耗。等离子体处理系统10还包括dc电压发生器35，所述dc电压发生器35能够向基底保持件21供应约-5kv至约+5kv的dc电压偏置。

在处理tin膜期间，可以使用等离子气体供应单元30将等离子气体(例如，含氢气体)引入等离子体处理室20中。此外，或者替代地，可以使用工艺气体供应单元40将含氢气体引入等离子体处理室20中。

图7a是用于形成tin膜并将其集成到超导金属化中的群集工具的示意图。该群集工具包括用于形成主要具有(200)晶体织构的tin膜并且在不使tin膜暴露于空气的情况下将tin膜集成到pvd过程室中的超导金属化装置中的tin沉积室和等离子体处理(例如，等离子体激发的含氢气体处理)室。pvd过程室可以用于沉积金属或含金属的材料以与tin膜组合使用。

群集工具700包括基底(晶圆)传送系统701，所述传送系统701包括盒式模块701a和701b以及基底对准模块701c。装载锁定室702a和702b联接至基底传送系统701。基底传送系统701被保持在大气压力下，但是通过用惰性气体吹扫来提供清洁环境。

装载锁定室702a和702b联接至基底传送系统703。可以使用涡轮分子泵(未示出)将基底传送系统703保持在非常低的基础压力(例如，5×10^-8托或更低)下。基底传送系统703包括基底传送机器人并且联接至tin沉积系统704b和704c(例如，图3中的批处理系统210)以及配置成用于处理tin膜的等离子体处理系统704a和704d(例如，包括微波等离子体源的图4至6中的等离子体处理系统10)。根据另一些实施方案，等离子体处理系统704a和704d中的一个或更多个可以包括电感耦合等离子体(icp)源或电容耦合等离子体(ccp)源。

此外，基底传送系统703通过基底操作室704e联接至基底传送系统705。如在基底传送系统703中，可以使用涡轮分子泵(未示出)将基底传送系统705保持在非常低的基础压力(例如，5×10^-8托或更低)下。基底传送系统705包括基底传送机器人。联接至基底传送系统705的是处理系统706a至706d，所述处理系统706a至706d配置成用于沉积金属或含金属的材料以与tin膜组合使用。

如上所述，群集工具700可以包括配置成用于进行相同或相似的处理的两个或更多个处理系统。这可以完成以增加群集工具700的晶圆处理能力。因此，本发明的一些实施方案可以包括使用少于图7中描绘的所有处理系统。

群集工具700包括控制器710，所述控制器710可以在集成基底处理期间联接至图7中描绘的任何或所有处理系统和处理元件并控制其。替代地或另外地，控制器710可以联接至一个或更多个附加的控制器/计算机(未示出)，并且控制器710可以从附加的控制器/计算机获得设置和/或配置信息。控制器710可以用于配置任何或所有处理系统和处理元件，并且控制器710可以从任何或所有处理系统和处理元件收集、提供、处理、存储和显示数据。控制器710可以包括用于控制任何或所有处理系统和处理元件的多个应用程序。例如，控制器710可以包括图形用户界面(gui)组件(未示出)，所述图形用户界面(gui)组件可以提供使用户能够监视和/或控制一个或更多个处理系统处理元件的易于使用的界面。

图7b是用于形成tin膜并将其集成到功函数调节应用中的群集工具的示意图。群集工具720与图7中的群集工具700类似并且包括用于形成主要具有(200)晶体织构的tin膜而不使tin膜暴露于空气的tin沉积室和等离子体处理(例如，等离子体激发的含氢气体处理)室。

已经描述了用于形成主要具有(200)晶体织构的tin膜的方法的多个实施方案。已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的实施方案的前述描述。其并非旨在穷举或将本发明限于所公开的确切形式。本说明书和所附权利要求包括仅用于描述目的的术语，而不应解释为限制。相关领域的技术人员可以理解，鉴于以上教导，许多修改和变化是可能的。因此，本发明的范围旨在不受该详细描述的限制，而是受在此所附的权利要求的限制。