用于处理晶片及清洁腔室的感应等离子体源的制作方法
【专利摘要】本发明描述用于在基板上沉积材料的方法及系统。一种方法可包括以下步骤：提供处理腔室，该处理腔室分隔成第一等离子体区域及第二等离子体区域。方法可进一步包括以下步骤：将基板输送至处理腔室，其中该基板可占据第二等离子体区域的一部分。方法可额外包括以下步骤：在第一等离子体区域中形成第一等离子体，其中该第一等离子体可能未直接接触基板，且该第一等离子体可通过启动第一等离子体区域上方的至少一个成形的射频（「RF」）线圈形成。此外，方法可包括以下步骤：在基板上沉积材料以形成层，其中受第一等离子体激发的一或更多种反应物可用于沉积该材料。
【专利说明】用于处理晶片及清洁腔室的感应等离子体源
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2011 年 8 月 I 日提交的、题为 “INDUCTIVE PLASMA SOURCES FOR WAFERPROCESSING AND CHAMBER CLEANING (用于处理晶片及清洁腔室的感应等离子体源)”的第13/195，371号美国专利申请的PCT申请，该申请出于各种目的通过引用被完全结合于此。
【技术领域】
[0003]本申请案是关于制造技术解决方案，该等制造技术解决方案涉及用于沉积、蚀刻、图案化及处理薄膜及涂层的装备、工艺及材料，其中代表性的实例包括(但不限于)涉及以下各者的应用:半导体及介电材料及器件、硅基晶片及平板显示器(诸如，TFT)。
【背景技术】
[0004]习知半导体处理系统含有一个或更多个处理腔室及用于将基板在该一个或更多个处理腔室之间移动的装置。可通过机械臂在腔室之间移送基板，该机械臂可延伸以拾取基板、回缩及随后再次延伸以将基板置放于不同目的地腔室中。图1图示基板处理腔室的示意图。每一腔室具有基座轴架105及基座110或支撑基板115以进行处理的某一等效方式。
[0005]在经配置以加热或冷却基板的处理腔室中，基座可为加热板或冷却板。在机械臂使基板落下与臂返回拾取基板之间，可通过机械装置、压差装置或静电装置将基板固持至基座。升降杆通常用以在机器人操作期间升高晶片。
[0006]在腔室中执行一个或更多个半导体制造工艺步骤，诸如，使基板退火或在基板上沉积膜或蚀刻膜。在一些处理步骤期间将介电膜沉积至复杂地形中。已开发将电介质沉积至较窄间隙中的许多技术，该等技术包括化学气相沉积(CVD)技术的变化，该等化学气相沉积(CVD)技术的变化有时采用等离子体技术。高密度等离子体(HDP)-CVD已用以填充许多由进入的反应物的垂直冲击轨迹及同时的溅射活动造成的几何结构。然而，一些非常窄的间隙部份由于在初始冲击之后缺乏迁移率而继续发展成孔隙。在沉积之后使材料再流可填充孔隙，但若电介质具有高再流温度(如SiO2),则再流工艺亦可能消耗晶片的热预算的不可忽略的一部分。
[0007]通过可流动材料的高表面迁移率,诸如旋涂玻璃(spin-on glass; S0G)的可流动材料已可用于填充HDP-CVD未完全填充的间隙中的一些间隙。SOG作为液体涂敷且在涂敷之后固化以移除溶剂，藉此将材料转化成固态玻璃膜。当黏度较低时，SOG的间隙填充能力及平坦化能力增强。不幸的是，低黏度材料可在固化期间显著收缩。显著的膜收缩造成高的膜应力及分层问题，尤其对于厚膜而言。并且，在大气压下以高速旋转执行S0G，且难以实现部分间隙填充及保形间隙填充。
[0008]分隔两个组分的输送路径可在沉积于基板表面上期间产生可流动的膜。图1图示具有分隔的输送通道125及135的基板处理系统的示意图。可经由一个通道输送有机硅烷前体，且可经由另一通道输送氧化前体。氧化前体可通过远端等离子体145激发。与利用更常见输送路径的替代性工艺相比，两个组分的混合区域120出现在更接近于基板115之处。由于使膜生长而非将膜倾倒至表面上，故允许减小黏度所需要的有机物组分在减少附属于固化步骤的收缩的工艺期间蒸发。以此方式生长膜限制可用于使经吸附物种保持移动的时间，该时间为可能导致沉积不均匀膜的约束。挡板140可用以使前体更均匀地分布于反应区域中。在低压控制之下的两个组分实现均匀的部分间隙填充及保形的间隙填充。
[0009]间隙填充能力及沉积均匀性受益于高表面迁移率，该高表面迁移率与高有机物含量相关。有机物含量中的一些有机物含量可在沉积之后保持，且可使用固化步骤。可通过用电阻加热器增加基座110及基板115的温度来执行固化，该电阻加热器嵌入于基座中。
【发明内容】
[0010]本发明的实施例包括在基板上沉积材料的方法。方法可包括以下步骤:提供处理腔室，该处理腔室分隔成第一等离子体区域及第二等离子体区域。方法可进一步包括以下步骤:将基板输送至处理腔室，其中该基板占据第二等离子体区域的部分。方法可额外包括以下步骤:在第一等离子体区域中形成第一等离子体，其中该第一等离子体未直接接触基板，且该第一等离子体通过激活第一等离子体区域上方的至少一个成形的射频(“RF”)线圈形成。此外，方法可包括以下步骤:在基板上沉积材料以形成层，其中受第一等离子体激发的一个或更多种反应物用于沉积该材料。
[0011]在一些实施例中，至少一个成形的RF线圈可包括定位于实质上整个第一等离子体区域上方的扁绕(flat) RF线圈。在其他实施例中，至少一个成形的RF线圈可包括第一U形铁氧体磁心。在此等实施例中，第一 U形铁氧体磁心的末端可指向第一等离子体区域。在此等实施例中的一些实施例中，至少一个成形的RF线圈可进一步包括第二 U形铁氧体磁心。第二 U形铁氧体磁心的末端可指向第一等离子体区域，且第一 U形铁氧体磁心的末端或者第二 U形铁氧体磁心的末端可指向第一等离子体区域的每一象限。
[0012]在其他实施例中，至少一个成形的RF线圈可包括第一圆柱形铁氧体棒。在此等实施例中，第一圆柱形铁氧体棒的一个末端可指向第一等离子体区域。在此等实施例中的一些实施例中，至少一个成形的RF线圈可进一步包括第二圆柱形铁氧体棒。第二圆柱形铁氧体棒的末端可指向第一等离子体区域，且第一圆柱形铁氧体棒的末端或者第二圆柱形铁氧体棒的末端可指向第一等离子体区域的每一象限。
[0013]在其他实施例中，至少一个成形的RF线圈可包括第一 O形铁氧体磁心。在此等实施例中的一些实施例中，至少一个成形的RF线圈可进一步包括第二 O形铁氧体磁心。第一O形铁氧体磁心及第二 O形铁氧体磁心可为同心的。在一些实施例中，可独立地激活第一 O形铁氧体磁心及第二 O形铁氧体磁心。
[0014]在一些实施例中，第一等离子体区域及第二等离子体区域可通过喷头分隔。在此等实施例中的一些实施例中，喷头可包括双通道喷头。在此等实施例中，方法可进一步包括以下步骤:经由双通道喷头将第一处理气体供应至第一等离子体区域且将第二处理气体供应至第二等离子体区域。
[0015]亦提供用于实施本文论述的方法的系统。在一个实施例中，提供用于在基板上沉积材料的系统。系统可包括处理腔室及至少一个成形的RF线圈。处理腔室可通过喷头分隔成第一等离子体区域及第二等离子体区域。在第一等离子体区域中形成的等离子体可经由喷头流动至第二等离子体区域，且第二等离子体区域可为基板提供位置。当将第一流体输送至第一等离子体区域时，一个或更多个成形的RF线圈可在第一等离子体区域中形成第一等离子体。成形的RF线圈可包括扁绕RF线圈、U形铁氧体磁心、圆柱形铁氧体棒及/或O形铁氧体磁心。
[0016]在一些实施例中，系统亦可包括用于沿与第一等离子体的方向实质上相同的方向将第二流体供应至第二等离子体区域的子系统。此子系统可包括双通道喷头，且此子系统可经配置以在第二等离子体区域中自第一等离子体及第二流体形成第二等离子体。
[0017]尽管可在可流动CVD系统中采用以上实施例中的许多实施例或全部实施例，但亦可在习知CVD工艺及蚀刻工艺中采用上文及下文论述的细节中的一些或全部细节以及用于清洁工艺、沉积工艺、蚀刻工艺及其他工艺的远端等离子体源。
[0018]在以下描述中部分地阐述了额外实施例及特征，且本领域的普通技术人员在查看说明书之后在某种程度上将显而易见该等额外实施例及特征，或可通过实践所揭示实施例来了解该等额外实施例及特征。可借助于说明书中描述的工具、组合及方法来实现及获得所揭示实施例的特征及优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]可通过参阅说明书的剩余部分及附图来实现对所揭示实施例的本质及优点的进
一步理解。
[0020]图1为沉积腔室内的现有技术处理区域的示意图，该沉积腔室用于用分隔的氧化前体及有机硅烷前体使膜生长。
[0021]图2为根据所揭示实施例，具有分隔的等离子体产生区域的处理腔室的透视图。
[0022]图3A为根据所揭示实施例的电气开关盒的示意图。
[0023]图3B为根据所揭示实施例的电气开关盒的示意图。
[0024]图4A为根据所揭示实施例，具有分隔的等离子体产生区域的处理腔室的横截面图。
[0025]图4B为根据所揭示实施例，具有分隔的等离子体产生区域的处理腔室的横截面图。
[0026]图5为根据所揭示实施例的气体入口及第一等离子体区域的特写透视图。
[0027]图6A为根据所揭示实施例，与处理腔室一起使用的双源盖的透视图。
[0028]图6B为根据所揭示实施例，与处理腔室一起使用的双源盖的横截面图。
[0029]图7A为根据所揭示实施例，与处理腔室一起使用的双源盖的横截面图。
[0030]图7B为根据所揭示实施例，与处理腔室一起使用的喷头的仰视图。
[0031]图8为根据所揭示实施例的基板处理系统。
[0032]图9为根据所揭示实施例的基板处理腔室。
[0033]图10为根据所揭示实施例的沉积工艺的流程图。
[0034]图11为根据所揭示实施例的膜固化工艺的流程图。
[0035]图12为根据所揭示实施例的腔室清洁工艺的流程图。
[0036]图13为具有扁绕射频(“RF”)线圈的处理腔室的第一等离子体区域的横截面透视图。[0037]图14为具有U形RF线圈的处理腔室的第一等离子体区域的横截面透视图。
[0038]图15为图示图14的处理腔室的第一等离子体区域中的涡电流流型的平面图。
[0039]图16为具有圆柱形RF线圈的处理腔室的第一等离子体区域的横截面透视图。
[0040]图17为图示图16的处理腔室的第一等离子体区域中的涡电流流型的平面图。
[0041]图18为具有O形RF线圈的处理腔室的第一等离子体区域的横截面透视图。
[0042]图19为具有U形RF线圈及离子喷头的可流动CVD处理腔室的横截面透视图。
[0043]图20为具有U形RF线圈而无离子喷头的可流动CVD处理腔室的横截面透视图。
[0044]图21为具有U形RF线圈的远端等离子体源的横截面透视图。
[0045]图22为具有O形RF线圈及离子喷头的可流动CVD处理腔室的横截面透视图。
[0046]图23为具有O形RF线圈而无离子喷头的可流动CVD处理腔室的横截面透视图。[0047]图24为具有O形RF线圈的远端等离子体源的横截面透视图。
[0048]在附图中，相似的组件及/或特征可具有相同的附图标记。在附图标记用于说明书中的情况下，描述适用于具有相同附图标记的相似组件中的任一组件。
【具体实施方式】
[0049]所揭示实施例包括基板处理系统，该基板处理系统具有处理腔室及基板支撑组件，该基板支撑组件至少部分地设置于该腔室内。通过不同路径将至少两种气体(或两种气体组合)输送至基板处理腔室。处理气体可被输送至处理腔室中、在等离子体中受激发且通过喷头进入第二等离子体区域中，在该第二等离子体区域中，该处理气体与含硅气体相互作用且在基板表面上形成膜。可在第一等离子体区域或者第二等离子体区域中点燃等离子体。
[0050]图2为具有分隔的等离子体产生区域的处理腔室的透视图，该等分隔的等离子体产生区域维持多种气体前体之间的分隔，藉此提供给可流动CVD。可经由气体入口组件225将处理气体引入至第一等离子体区域215中，该处理气体含有氧、氢及/或氮(例如，氧气(02)、臭氧(03)、队0、勵、勵2、順3、^民(包括N2H4)、硅烷、二硅烷、TSA、DSA，...)。第一等离子体区域215可含有由处理气体形成的等离子体。处理气体亦可在进入远端等离子体系统(remote plasma system;RPS)220中的第一等离子体区域215之前受激发。第一等离子体区域215下方为喷头210，该喷头210为第一等离子体区域215与第二等离子体区域242之间的穿孔分隔物(本文称为喷头)。在实施例中，通过在盖204与喷头210之间施加AC功率(可能为RF功率)，来产生第一等离子体区域215中的等离子体，该盖204与该喷头210亦可能正在导电。
[0051]为使等离子体能够在第一等离子体区域中形成，可将电气绝缘环205定位于盖204与喷头210之间，以使RF功率能够被施加于盖204与喷头210之间。电气绝缘环205可由陶瓷制成且电气绝缘环205可具有高的击穿电压，以避免产生火花。
[0052]第二等离子体区域242可经由喷头210中的孔自第一等离子体区域215接收受激发气体。第二等离子体区域242亦可自管子230接收气体及/或蒸气，管子230自处理腔室200的侧235延伸。在第二等离子体区域242中将来自第一等离子体区域215的气体及来自管子230的气体混合，以处理基板255。在第一等离子体区域215中点燃等离子体以激发处理气体可导致与仅依赖图1的RPS145及挡板140的方法相比，流动至基板处理区域(第二等离子体区域242)中的受激发物种更均匀的分布。在所揭示实施例中，在第二等离子体区域242中不存在等离子体。
[0053]处理基板255的步骤可包括以下步骤:在基板255的表面上形成膜，同时基板通过定位于第二等离子体区域242内的基座265支撑。处理腔室200的侧235可含有气体分配通道，该气体分配通道将气体分配至管子230。在实施例中，含硅前体经输送自气体分配通道穿过管子230及每一管子230的末端处的孔及/或沿着管子230的长度的孔。
[0054]应注意，气体自气体入口 225进入第一等离子体区域215的路径可由挡板(未图示，但类似于图1的挡板140)中断，此处该挡板的目的为使气体更均匀地分配于第一等离子体区域215中。在一些所揭示实施例中，处理气体为氧化前体(该氧化前体可含有氧气
(02)、臭氧(03)，...)，且在流经喷头中的孔之后，处理气体可与更直接地引入至第二等离子体区域中的含硅前体(例如，硅烷、二硅烷、TSA、DSA、TEOS, OMCTS, TMDSO,...)组合。反应物的组合可用以在基板255上形成氧化硅(SiO2)的膜。在实施例中，处理气体含有氮(NH3、NxHy,该NxHy包括N2H4、TSA、DSA、N2O, NO、NO2,…)，该氮在与含硅前体组合时可用以形成氮化硅、氧氮化硅或低K电介质。
[0055]在所揭示实施例中，基板处理系统亦配置成使得可通过在喷头210与基座265之间施加RF功率而在第二等离子体区域242中点燃等离子体。当基板255存在时，可在喷头210与基板255之间施加RF功率。绝缘间隔物240安装于喷头210与腔室主体280之间，以允许将喷头210固持在与基板255不同的电位处。基座265通过基座轴架270支撑。可将基板255经由狭缝阀275输送至处理腔室200，且在将基板255下降至基座265上之前，可通过升降杆260支撑基板255。
[0056]在上文描述中，通过在平行板之间施加RF功率，来产生第一等离子体区域215及第二等离子体区域242中的等离子体。在替代性实施例中，可感应地产生该等等离子体中的任一者或两者，在此情况下两个板可能并非正在导电。导电线圈可嵌入在两个电气绝缘的板内及/或围绕区域的处理腔室的电气绝缘的壁内。无论等离子体是电容耦合(CCP)还是感应耦合(ICP)，皆可通过使水流经曝露于等离子体的腔室的部分内的冷却流体通道来冷却该等部分。在所揭示实施例中，喷头210、盖204及壁205为水冷式的。若使用感应耦合的等离子体，则可(更容易地)同时在第一等离子体区域与第二等离子体区域两者中用等离子体操作腔室。此能力可用于加速腔室清洁。
[0057]图3A至图3B为电气开关300的电气示意图，电气开关300可在第一等离子体区域或者第二等离子体区域中产生等离子体。在图3A与图3B两者中，电气开关300为改良的双刀双掷(DTOT)开关。电气开关300可在两个位置中的一个位置处。第一位置图示于图3A中，且第二位置图示于图3B中。左侧两个连接为至处理腔室的电气输入，且右侧两个连接为至处理腔室上的组件的输出连接。电气开关300可在实体上位于处理腔室附近或处理腔室上，但亦可在处理腔室远端。可手动地及/或自动地操作电气开关300。自动操作可涉及使用一个或更多个继电器来改变两个接头306、308的状态。所揭示的此实施例中的电气开关300改良自标准DPDT开关，修改之处在于恰好一个输出端312可被两个接头306、308中的每一者接触，且另一个输出端仅可被一个接头306接触。
[0058]第一位置(图3A)使等离子体能够在第一等离子体区域中产生且导致在第二等离子体区域中产生极少等离子体或没有等离子体产生。在大多数基板处理系统中，腔室主体、基座及基板(若存在)通常处于接地电位。在所揭示实施例中，无论电气开关300位置在何处，皆将基座接地。图3A图示开关位置，该开关位置将RF功率施加于盖370且将喷头375接地(换言之，施加O伏特于喷头375)。此开关位置可对应于在基板表面上的膜沉积。
[0059]第二位置(图3B)使等离子体能够在第二等离子体区域中产生。图3B图示开关位置，该开关位置将RF功率施加于喷头375且允许盖370浮动。电气浮动盖370导致极少或没有等离子体存在于第一等离子体区域中。此开关位置可对应于在沉积之后的膜处理或对应于所揭示实施例中的腔室清洁程序。
[0060]适合于由RF源输出的一个或更多个AC频率及盖370及喷头375的态样的两个阻抗匹配电路360、365图示于图3A与图3B两者中。阻抗匹配电路360、365可通过减小返回至RF源的反射功率来降低RF源的功率要求。此外，在一些所揭示实施例中，频率可在射频频谱之外。
[0061]图4A至图4B为根据所揭示实施例，具有分隔的等离子体产生区域的处理腔室的横截面图。在膜沉积(氧化硅、氮化硅、氧氮化硅或氧碳化硅)期间，可使处理气体经由气体入口组件405流动至第一等离子体区域415中。处理气体可在进入远端等离子体系统(RPS)400内的第一等离子体区域415之前受激发。图示根据所揭示实施例的盖412及喷头425。盖412图示(图4A)为具有所施加的AC电压源，且喷头接地，与图3A中的电气开关的第一位置一致。绝缘环420定位于盖412与喷头425之间，从而使电容耦合的等离子体(CCP)能够在第一等离子体区域中形成。
[0062]可使含硅前体经由管子430流动至第二等离子体区域433中，该等管子430自处理腔室的侧435延伸。来源于处理气体的受激发物种行进穿过喷头425中的孔且与流经第二等离子体区域433的含硅前体反应。在不同实施例中，喷头425中的孔的直径可小于12mm、可介于0.25mm与8mm之间且可介于0.5mm与6mm之间。喷头的厚度可变化相当大，但孔的直径的长度可为约孔的直径或小于孔的直径，从而在第二等离子体区域433内增加来源于处理气体的受激发物种的密度。归因于开关的位置(图3A)，极少或没有等离子体存在于第二等离子体区域433中。处理气体的受激发衍生物及含硅前体在基板上方区域及有时在基板上的区域中组合，以在基板上形成可流动膜。当膜生长时，新近添加的材料比下层材料拥有更高的迁移率。当有机物含量通过蒸发而减小时，迁移率减小。可使用此技术来通过可流动膜填充间隙，而不会在沉积完成之后将传统密度的有机物含量留于膜内。固化步骤仍可用以自经沉积膜进一步减少有机物含量或移除有机物含量。
[0063]单独或与远端等离子体系统(RPS)结合而在第一等离子体区域415中激发处理气体提供若干益处。归因于第一等离子体区域415中的等离子体，来源于处理气体的受激发物种的浓度可在第二等离子体区域433内增加。此增加可由第一等离子体区域415中的等离子体的位置产生。第二等离子体区域433比远端等离子体系统(RPS) 400定位于更接近第一等离子体区域415处，从而为受激发物种留下更少时间以经由与其他气体分子、腔室壁及喷头表面碰撞而离开激发态。
[0064]来源于处理气体的受激发物种的浓度的均匀性亦可在第二等离子体区域433内增加。此增加可由第一等离子体区域415的形状产生，第一等离子体区域415的形状较类似于第二等离子体区域433的形状。相对于穿越喷头425中心附近的孔的物种，在远端等离子体系统(RPS) 400中产生的受激发物种行进更大距离，以便穿越喷头425边缘附近的孔。该较大距离导致受激发物种的激发作用降低，且(例如)可导致基板边缘附近的生长速率较慢。在第一等离子体区域415中激发处理气体减缓此变化。
[0065]除处理气体及含硅前体之外，可能存在出于不同目的在不同时间处引入的其他气体。可引入处理气体，以在沉积期间自腔室壁、基板、经沉积膜及/或膜移除非所要的物种。处理气体可包含来自以下群组的气体中的至少一者:H2、H2/N2混合物、順3、順40!1、03、02、!1202及水蒸气。处理气体可在等离子体中受激发且随后用以自经沉积膜减少或移除残留有机物含量。在其他所揭示实施例中，可在不具有等离子体的情况下使用处理气体。当处理气体包括水蒸气时，可使用质量流量计(MFM)及注入阀或通过可商购的水蒸气产生器来实现输送。
[0066]图4B为处理腔室的横截面图，该处理腔室在与图3B中所示开关位置一致的第二等离子体区域433中具有等离子体。可在第二等离子体区域433中使用等离子体来激发经由管子430输送的处理气体，管子430自处理腔室的侧435延伸。归因于开关的位置(图3B)，极少或没有等离子体存在于第一等离子体区域415中。来源于处理气体的受激发物种与基板455上的膜反应且自经沉积膜移除有机混合物。在本文中，此工艺可称为处理膜或固化膜。
[0067]在一些所揭示实施例中，第二等离子体区域433中的管子430包含绝缘材料，诸如，氮化铝或氧化铝。对于一些基板处理腔室架构而言，绝缘材料降低发生火花的风险。
[0068]亦可经由气体入口组件405将处理气体引入至第一等离子体区域415中。在所揭示实施例中，可单独经由气体入口组件405引入处理气体或与穿过管子430的处理气流结合引入处理气体，该等管子430自第二等离子体区域433的壁435延伸。流经第一等离子体区域415及随后流经喷头430以处理经沉积膜的处理气体可在第一等离子体区域415中的等离子体中或者在第二等离子体区域433中的等离子体中受激发
[0069]除处理或固化基板455之外，可使处理气体流动至第二等离子体区域433中，其中存在等离子体以清洁第二等离子体区域433的内表面(例如，壁435、喷头425、基座465及管子430)。类似地，可使处理气体流动至第一等离子体区域415中，其中存在等离子体以清洁第一等离子体区域415的表面(例如，盖412、壁420及喷头425)的内部体积。在所揭示实施例中，在第二等离子体区域维护程序(清洁及/或干燥)之后使处理气体流动至第二等离子体区域433 (其中存在等离子体)中，以自第二等离子体区域433的内表面移除残留氟。作为单独程序的部分或相同程序的单独步骤(可能为连续的)，在第一等离子体区域维护程序(清洁及/或干燥)之后使处理气体流动至第一等离子体区域415 (其中存在等离子体)中，以自第一等离子体区域415的内表面移除残留氟。大体而言，两个区域将同时需要清洁或干燥，且处理气体可在基板处理继续之前连续地处理每一区域。 [0070]前述处理气体工艺在不同于沉积步骤的工艺步骤中使用处理气体。亦可在沉积期间使用处理气体，以自生长膜移除有机物含量。图5图示气体入口组件503及第一等离子体区域515的特写透视图。较详细地图示气体入口组件503以显示两个不同的气流通道505、510。在实施例中，使处理气体经由外部通道505流动至第一等离子体区域515中。可通过或可不通过RPS500来激发处理气体。处理气体可在不通过RPS500激发的情况下自内部通道510流动至第一等离子体区域515中。外部通道505及内部通道510的位置可以各种实体配置来布置(例如，在所揭示实施例中，RPS激发的气体可流经内部通道)，以使得两个通道中的仅一个通道流经RPS500。
[0071]处理气体(process gas)与处理气体(treatment gas)两者皆可在第一等离子体区域515中的等离子体中受激发且处理气体(process gas)与处理气体(treatment gas)两者随后经由喷头520中的孔流动至第二等离子体区域中。处理气体的目的为在沉积期间自膜移除非所要的组分(通常为有机物含量)。在图5中所示的实体配置中，来自内部通道510的气体可能未明显地有助于膜生长，但该气体可用以自生长膜清除氟、氢及/或碳。
[0072]图6A为透视图，且图6B为横截面图，两者皆为根据所揭示实施例，与处理腔室一起使用的腔室顶部组件的图。气体入口组件601将气体引入至第一等离子体区域611中。在气体入口组件601内可见两个不同的气体供应通道。第一通道602载运穿过远端等离子体系统RPS600的气体，而第二通道603绕过RPS600。在所揭示实施例中，第一通道602可用于处理气体(process gas),且第二通道603可用于处理气体(treatment gas)。盖605及喷头615图示为在两者之间具有绝缘环610，该绝缘环610允许将AC电位相对喷头615施加于盖605。基板处理腔室625的侧图示为具有气体分配通道，管子可安装为自该气体分配通道径向地指向内。在图6A至图6B的视图中未图示管子。
[0073]在所揭示的此实施例中，图6A至图6B的喷头615比孔的最小直径617的长度更大。为维持自第一等离子体区域611穿透至第二等离子体区域630的受激发物种的显著浓度，可通过形成部分穿过喷头615的较大孔619来限制孔的最小直径617的长度618。在所揭示实施例中，孔的最小直径617的长度可为与孔的最小直径617的量值相同数量级或更小。
[0074]图7A为根据所揭示实施例，与处理腔室一起使用的双源盖的另一横截面图。气体入口组件701将气体引入至第一等离子体区域711中。在气体入口组件701内可见两个不同的气体供应通道。第一通道702载运穿过远端等离子体系统RPS700的气体，而第二通道703绕过RPS700。在所揭示实施例中，第一通道702可用于处理气体(process gas)，且第二通道703可用于处理气体(treatment gas)。盖705及喷头715图示为在两者之间具有绝缘环710，该绝缘环710允许将AC电位相对喷头715施加于盖705。
[0075]图7A的喷头715具有与图6A至图6B中的通孔类似的通孔，以允许气体(诸如，处理气体(process gas))的受激发衍生物自第一等离子体区域711行进至第二等离子体区域730中。喷头715亦具有一个或更多个中空体积751，该一个或更多个中空体积751可用蒸气或气体(诸如，含硅前体)填充且可穿过小孔755进入第二等离子体区域730中但不进入第一等离子体区域711中。可使用中空体积751及小孔755代替管子，以将含硅前体引入至第二等离子体区域730中。在所揭示的此实施例中，喷头715比通孔的最小直径717的长度更大。为维持自第一等离子体区域711穿透至第二等离子体区域730的受激发物种的显著浓度，可通过形成部分穿过喷头715的较大孔719来限制通孔的最小直径717的长度718。在所揭示实施例中，通孔的最小直径717的长度可为与通孔的最小直径717的量值相同数量级或更小。
[0076]在实施例中，通孔的数目可介于约60与约2000之间。通孔可具有各种形状但最容易制成圆形。在所揭示实施例中，通孔的最小直径可介于约0.5mm与约20mm之间或介于约Imm与约6mm之间。亦存在选择通孔的横截面形状的范围,该横截面形状可制成圆锥形、圆柱形或该两种形状的组合。在不同实施例中，用以将气体引入至第二等离子体区域730中的小孔755的数目可介于约100与约5000之间或介于约500与约2000之间。小孔的直径可介于约0.1mm与约2mm之间。
[0077]图7B为根据所揭示实施例，与处理腔室一起使用的喷头715的仰视图。喷头715对应于图7A中所示的喷头。通孔719在喷头715的底部上具有较大内径(ID)且在顶部处具有较小ID。小孔755实质上均匀地分布于喷头表面上方，甚至均匀地分布在通孔719之间，此举帮助提供比本文描述的其他实施例更均匀的混合。
[0078]示例性基板处理系统
[0079]可将沉积系统的实施例并入至用于生产集成电路晶片的较大制造系统中。图8图示根据所揭示实施例的沉积腔室、烘干腔室及固化腔室的一个此系统800。在图中，一对FOUP (前端开启式晶片传送盒)802供应基板(例如，300mm直径晶片)，该等基板在被置放至晶片处理腔室808a至808f中之一中之前由机械臂804接收且被置放至低压固持区域806中。第二机械臂810可用以将基板晶片自固持区域806传输至处理腔室808a至808f及反向传输。
[0080]处理腔室808a至808f可包括用于在基板晶片上沉积、退火、固化及/或蚀刻可流动介电膜的一个或更多个系统组件。在一种配置中，两对处理腔室(例如，处理腔室808c至808d及处理腔室808e至808f )可用以在基板上沉积可流动介电材料，且第三对处理腔室(例如，处理腔室808a至808b)可用以使经沉积电介质退火。在另一配置中，相同的两对处理腔室(例如，处理腔室808c至808d及处理腔室808e至808f)可经配置以在基板上既沉积又退火可流动介电膜，而第三对腔室(例如，腔室808a至808b)可用于经沉积膜的紫外线固化或电子束固化。在又一配置中，所有三对腔室(例如，腔室808a至808f )可经配置以在基板上沉积及固化可流动介电膜。在又一配置中，两对处理腔室(例如，处理腔室808c至808d及处理腔室808e至808f)可用于既沉积又紫外线固化或电子束固化可流动电介质，而第三对处理腔室(例如，处理腔室808a至808b)可用于使介电膜退火。应了解，可对系统800设想用于可流动介电膜的沉积腔室、退火腔室及固化腔室的额外配置。
[0081]此外，处理腔室808a至808f中的一个或更多个可配置为湿处理腔室。此等处理腔室包括在包含湿气的空气中加热可流动介电膜。因此，系统800的实施例可包括湿处理腔室808a至808b及退火处理腔室808c至808d，以对经沉积介电膜既执行湿退火又执行干退火。
[0082]图9为根据所揭示实施例的基板处理腔室950。远端等离子体系统(RPS) 948可处理气体，该气体随后行进穿过气体入口组件954。更特定言之，气体行进穿过通道956进入第一等离子体区域983中。第一等离子体区域983下方为穿孔分隔物(喷头)952，以维持喷头952下面第一等离子体区域983与第二等离子体区域985之间的某一实体分隔。喷头允许等离子体存在于第一等离子体区域983中，以避免在第二等离子体区域985中直接激发气体，同时还允许受激发物种自第一等离子体区域983行进至第二等离子体区域985中。
[0083]喷头952定位于侧喷嘴(或管子)953上方，侧喷嘴953径向地伸出至基板处理腔室950的第二等离子体区域985的内部体积中。喷头952经由数个孔分配前体，该数个孔横贯板的厚度。例如，喷头952可具有自约10个至10000个孔(例如，200个孔)。在所示实施例中，在处理气体于第一等离子体区域983中受等离子体激发之后，喷头952可分配处理气体，该处理气体含有氧气、氢气及/或氮气或此等处理气体的衍生物。在实施例中，处理气体可含有以下各者中的一个或更多个:氧气(02)、臭氧(03)、N2O, NO、NO2, NH3> NxHy (包括N2H4 )、硅烷、二硅烷、TSA 及 DSA。
[0084]管子953可在末端(最接近第二等离子体区域985的中心之处)具有孔及/或具有分布于管子953的长度周围或沿着管子953的长度分布的孔。孔可用以将含硅前体引入至第二等离子体区域中。当经由喷头952中的孔到达的处理气体及该处理气体的受激发衍生物与经由管子953到达的含硅前体组合时，在第二等离子体区域985中，在通过基座986支撑的基板上产生膜。
[0085]顶部入口 954可具有两个或两个以上独立的前体(例如，气体)流动通道956及958，该等独立的前体流动通道956及958阻止两种或两种以上前体混合及反应，直至该两种或两种以上前体进入喷头952上方的第一等离子体区域983为止。第一流动通道956可具有围绕入口 954的中心的环形形状。此通道可耦接至远端等离子体系统(RPS)948，远端等离子体系统948产生反应性物种前体，该反应性物种前体沿通道956向下流动且进入喷头952上方的第一等离子体区域983中。第二流动通道958可呈圆柱形形状且可用以使第二前体流动至第一等离子体区域983。此流动通道可以前体源及/或载气源开始，该前体源及/或载气源绕过反应性物种产生单元。随后第一前体及第二前体混合且经由板952中的孔流动至第二等离子体区域。
[0086]喷头952及顶部入口 954可用以将处理气体输送至基板处理腔室950中的第二等离子体区域985。举例而言，第一流动通道956可输送处理气体，该处理气体包括以下各者中的一个或更多个:原子氧(处于基态或者电子激发态)、氧气(02)、臭氧(03)、N2O, NO、NO2, NH3> NxHy (包括N2H4)、硅烷、二硅烷、TSA及DSA。处理气体亦可包括载气，诸如，氦气、IS气、氮气(N2)等。第二通道958亦可输送处理气体(process gas)、载气及/或处理气体(treatment gas)，该气体用以自正在生长或沉积后的膜移除非所要的组分。
[0087]对于电容耦合的等离子体(CCP)而言，将电绝缘体976 (例如，陶瓷环)置放于喷头与处理腔室的导电顶部部分982之间，以使能够确定电压差。电绝缘体976的存在确保等离子体可通过RF电源产生于第一等离子体区域983内部。类似地，亦可将陶瓷环置放于喷头952与基座986之间(未图示于图9中)，以允许等离子体产生于第二等离子体区域985中。取决于管子953的垂直位置及管子953是否具有可能导致火花的金属含量，可将此陶瓷环置放于管子953上方或下方。
[0088]可在喷头上方的第一等离子体区域983中或者在喷头及侧喷嘴953下方的第二等离子体区域985中点燃等离子体。在处理腔室的导电顶部部分982与喷头952之间施加通常处于射频(RF)范围内的AC电压，以在沉积期间在第一等离子体区域983中点燃等离子体。当接通底部等离子体985以固化膜或者清洁与第二等离子体区域985接界的内表面时，顶部等离子体处于低功率或无功率。通过在喷头952与基座986 (或腔室底部)之间施加AC电压，来点燃第二等离子体区域985中的等离子体。
[0089]本文所使用的处于“激发态”的气体描述气体，其中气体分子中的至少一些气体分子处于振动激发态、解离态及/或离子化态。气体可为两种或两种以上气体的组合。
[0090]所揭示实施例包括可能关于沉积工艺、蚀刻工艺、固化工艺及/或清洁工艺的方法。图10为根据所揭示实施例的沉积工艺的流程图。划分成至少两个隔室的基板处理腔室用以执行本文描述的方法。基板处理腔室可具有第一等离子体区域及第二等离子体区域。第一等离子体区域与第二等离子体区域两者皆可具有在区域内点燃的等离子体。
[0091]图10中所示的工艺以将基板输送至基板处理腔室中开始(步骤1005)。将基板置放于第二等离子体区域中，在此之后可使处理气体流动至第一等离子体区域中(步骤1010)。亦可将处理气体引入至第一等离子体区域中或者第二等离子体区域中(未图示步骤)。随后可在第一等离子体区域中而非第二等离子体区域中引发等离子体(步骤1015)。使含硅前体流动至第二等离子体区域中(步骤1020)。可在不脱离本发明的精神的情况下调整步骤1010、1015及1020的时序及次序。一旦引发等离子体且前体正在流动，则膜在基板上生长(步骤1025)。在膜生长(步骤1025)至预定厚度或达预定时间之后，使等离子体及气流停止(步骤1030)且可自基板处理腔室移除基板(步骤1035)。在移除基板之前，可在接下来描述的工艺中固化膜。
[0092]图11为根据所揭示实施例的膜固化工艺的流程图。此工艺的开始(步骤1100)可恰好在图10中所示的方法中移除基板(步骤1035)之前。此工艺亦可以使基板进入处理腔室的第二等离子体区域中为开始(步骤1100)。在此情况下，可能已在另一处理腔室中处理基板。使处理气体(treatment gas)(可能为前述气体)流动(步骤1110)至第一等离子体区域中，且在第一等离子体区域中引发等离子体(步骤1115)(此外，可调整时序/次序)。随后移除膜中的不良内容物(步骤1125)。在一些所揭示实施例中，此不良内容物为有机物，且工艺涉及在基板上固化或硬化(步骤1125)膜。膜可能在此工艺期间收缩。使气流及等离子体停止(步骤1130)，且可自基板处理腔室移除(步骤1135)基板。
[0093]图12为根据所揭示实施例的腔室清洁工艺的流程图。此工艺的开始(步骤1200)可发生在清洁或干燥腔室之后，清洁或干燥腔室的步骤通常发生在预防性维护(preventative maintenance;PM)程序或计划外事件之后。因为基板处理腔室具有两个隔室，该两个隔室可能不能够同时在第一等离子体区域中及第二等离子体区域中支撑等离子体，所以可能需要连续的工艺来清洁两个区域。使处理气体(treatment gas)(可能为前述气体)流动(步骤1210)至第一等离子体区域中，且在第一等离子体区域中引发等离子体(步骤1215)(此外，可调整时序/次序)。在使处理气流及等离子体停止(步骤1230)之前清洁第一等离子体区域内的内表面(步骤1225)。针对第二等离子体区域重复工艺。使处理气体流动(步骤1235)至第二等离子体区域中，且在该第二等离子体区域中引发等离子体(步骤1240)。清洁第二等离子体区域的内表面(步骤1245)，且使处理气流及等离子体停止(步骤1250)。可执行内表面清洁程序，以自基板处理腔室的内表面清除氟以及来自故障诊断及维护程序的其他残留污染物。
[0094]图13为具有扁绕射频(“RF”)线圈1310的处理腔室1305的第一等离子体区域1300的横截面透视图。在此实施例及本文论述的其他实施例中，处理腔室1305可具有200mm的盖。亦图示陶瓷气体注入器1315、铝冷却板1320、陶瓷隔离器1325、陶瓷圆顶室1330及单一通道喷头或双通道喷头1335，单一通道喷头或双通道喷头1335可能覆盖有陶瓷板或涂层1340。在喷头1335为单一通道喷头的此实施例及其他实施例中，喷头1335中的孔可将流体及/或等离子体自第一等离子体区域1300输送至喷头1335下面的第二等离子体区域。在喷头1335为双通道喷头的此实施例及其他实施例中，喷头1335中的孔可将来自第一等离子体区域1300的流体及/或等离子体以及来自另一源的流体输送至喷头1335下面的第二等离子体区域。以此方式，可以与来自第一等离子体区域1300的流体及/或等离子体的流型(flow pattern)实质上相似的流型向第二等离子体区域提供来自另一源的流体。
[0095]图14为具有U形铁氧体磁心1410的处理腔室1405的另一实施例的第一等离子体区域1400的横截面透视图。亦图示陶瓷气体注入器1415、铝冷却板1420、陶瓷隔离器1425、陶瓷圆顶室1430及单一通道喷头或双通道喷头1435,单一通道喷头或双通道喷头1435可能覆盖有陶瓷板或涂层1440。自图14可见，两个U形铁氧体磁心1410具有指向第一等离子体区域1400的末端，其中U形铁氧体磁心1410的每一末端指向第一等离子体区域1400的不同象限。图15为平面图，该平面图图示在图14的处理腔室1405的第一等离子体区域1400中，RF线圈卷绕于U形铁氧体磁心1410上以产生B场1500及涡电流流型1510。冷却板1420上的U形铁氧体磁心1410的每一末端处的间隙1520中断每一涡电流回路1510。间隙1530中断相反的涡电流流型。
[0096]图16为具有圆柱形铁氧体棒1610的处理腔室1605的另一实施例的第一等离子体区域1600的横截面透视图。亦图示陶瓷气体注入器1615、铝冷却板1620、陶瓷隔离器1625、陶瓷圆顶室1630及单一通道喷头或双通道喷头1635，单一通道喷头或双通道喷头1635可能覆盖有陶瓷板或涂层1640。自图16可见，四个圆柱形铁氧体棒1610(—个圆柱形铁氧体棒未图示)具有指向第一等离子体区域1600的末端，其中每一圆柱形铁氧体棒1610的末端指向第一等离子体区域1600的不同象限。图17为平面图，该平面图图示在图16的处理腔室1605的第一等离子体区域1600中，RF线圈卷绕于圆柱形铁氧体棒1610上以产生B场1700及涡电流流型1710。冷却板1620上的圆柱形铁氧体棒1610的每一末端处的间隙1720中断每一涡电流回路1710。间隙1730中断相反的涡电流流型。
[0097]图18为具有O形铁氧体磁心1810的处理腔室1805的另一实施例的第一等离子体区域1800的横截面透视图。亦图示陶瓷气体注入器1815、铝冷却板1820、陶瓷隔离器1825、陶瓷圆顶室1830及单一通道喷头或双通道喷头1835，单一通道喷头或双通道喷头1835可能覆盖有陶瓷板或涂层1840。RF线圈卷绕于O形铁氧体磁心1810上，以产生B场1850及涡电流流型I860。
[0098]重要的是，图13至图18中所示及本文另外描述的RF线圈布局亦可应用于含有处理腔室及远端等离子体源的单一等离子体区域，以产生工艺等离子体或清洁等离子体以及提供蚀刻。
[0099]举例而言，图19为具有U形铁氧体磁心1910及离子喷头1920的可流动CVD处理腔室1900的横截面透视图。图20为具有U形铁氧体磁心2010而无离子喷头的可流动CVD处理腔室2000的横截面透视图。图21为具有U形铁氧体磁心2110的远端等离子体源2100的横截面透视图。
[0100]在更多实例中，图22为具有O形铁氧体磁心2210及离子喷头2220的可流动CVD处理腔室2200的横截面透视图。图23为具有O形铁氧体磁心2310而无离子喷头的可流动CVD处理腔室2300的横截面透视图。图24为具有O形铁氧体磁心2410的远端等离子体源2400的横截面透视图。
[0101]本文描述的RF线圈布局可通过以下步骤来帮助可流动CVD系统、蚀刻系统及清洁系统以及方法与习知CVD系统、蚀刻系统及清洁系统以及方法两者:(a)提供更大的均匀性控制；(b)降低自由基损失；(C)提供更高沉积速率；(d)降低实现沉积速率均匀性所需的工艺压力；以及(e)减少远端等离子体产生中常见的污染。
[0102]在已揭示若干实施例的情况下，本领域的普通技术人员将认识到，可在不脱离所揭示实施例的精神的情况下使用各种修改、替代性建构及等效物。此外，未描述若干熟知工艺及元件，以避免不必要地使本发明变得模糊。因此，上文描述不应视为限制本发明的范畴。
[0103]在提供值的范围的情况下，应理解，除非上下文另外清楚地规定，否则亦特定揭示该范围的上下限之间的每一居中值(精确到下限值单位的十分位)。涵盖任何叙述值或所叙述范围中的居中值与任何其他叙述值或该叙述范围中的居中值之间的每一较小范围。此等较小范围的上下限可独立地包括在范围中或排除在范围外，且在上下限中的任一者、两者皆不或两者皆包括于较小范围中的情况下，每一范围亦涵盖于本发明内，经受叙述范围内任何特定排除限制。在叙述范围包括该等限制中的一者或两者的情况下，亦包括排除彼等被包括的限制中的任一者或两者的范围。
[0104]如本文所使用的及随附权利要求书中所使用的，除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一”、“一个”及“该”包括数个指示物。因此，例如，引用“一工艺”包括数个此等工艺，且引用“该介电材料”包括引用本领域普通技术人员已知的一种或更多种介电材料及该一种或更多种介电材料的等效物等等。
[0105]此外，当用于此说明书中及用于以下权利要求书中时，用语“包含”及“包括”意欲指定所叙述的特征、整体、组件或步骤的存在，但该等用语未排除一个或更多个其他特征、整体、组件、步骤、动作或群组的存在或添加。
【权利要求】
1.一种在基板上沉积材料的方法，所述方法包含以下步骤: 提供处理腔室，所述处理腔室分隔成第一等离子体区域及第二等离子体区域； 将所述基板输送至所述处理腔室，其中所述基板占据所述第二等离子体区域的一部分； 在所述第一等离子体区域中形成第一等离子体，其中: 所述第一等离子体未直接接触所述基板；以及 所述第一等离子体通过激活所述第一等离子体区域上方的至少一个成形的射频(“RF”)线圈形成；以及 在所述基板上沉积所述材料以形成层，其中受所述第一等离子体激发的一种或更多种反应物用于沉积所述材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个成形的RF线圈包含扁绕RF线圈，所述扁绕RF线圈定位于实质上整个所述第一等离子体区域上方。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个成形的RF线圈包含第一U形铁氧体磁心。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一U形铁氧体磁心的末端指向所述第一等离子体区域。
5.如权利要求4所述 的方法，其特征在于: 所述至少一个成形的RF线圈进一步包含第二 U形铁氧体磁心； 所述第二 U形铁氧体磁心的末端指向所述第一等离子体区域；以及所述第一 U形铁氧体磁心或者所述第二 U形铁氧体磁心的末端指向所述第一等离子体区域的每一象限。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个成形的RF线圈包含第一圆柱形铁氧体棒。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于，所述第一圆柱形铁氧体棒的一个末端指向所述第一等离子体区域。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于: 所述至少一个成形的RF线圈进一步包含第二圆柱形铁氧体棒； 所述第二圆柱形铁氧体棒的一个末端指向所述第一等离子体区域；以及所述第一圆柱形铁氧体棒或者所述第二圆柱形铁氧体棒的末端指向所述第一等离子体区域的每一象限。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个成形的RF线圈包含第一O形铁氧体磁心。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个成形的RF线圈进一步包含第二 O形铁氧体磁心。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一O形铁氧体磁心及所述第二 O形铁氧体磁心为同心的。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一O形铁氧体磁心及所述第二 O形铁氧体磁心被独立地激活。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一等离子体区域及所述第二等离子体区域通过喷头分隔。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述喷头包含双通道喷头。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包含以下步骤: 将第一处理气体供应至所述第一等离子体区域；以及 经由所述双通道喷头将第二处理气体供应至所述第二等离子体区域。
16.—种用于在基板上沉积材料的系统,所述系统包含: 处理腔室，所述处理腔室通过喷头分隔成第一等离子体区域及第二等离子体区域，其中: 在所述第一等离子体区域中形成的等离子体经由所述喷头流动至所述第二等离子体区域；以及 所述第二等离子体区域为基板提供位置；以及 至少一个成形的RF线圈，所述至少一个成形的RF线圈用于在将第一流体输送至所述第一等离子体区域时，在所述第一等离子体区域中形成第一等离子体。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述至少一个成形的RF线圈包含来自由以下各者组成的群组的选择: 扁绕RF线圈； U形铁氧体磁心； 圆柱形铁氧体棒；以及 O形铁氧体磁心。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包含: 用于沿与所述第一等离子体的方向实质上相同的方向将第二流体供应至所述第二等离子体区域的子系统。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述子系统包含双通道喷头。
20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述系统经配置以在所述第二等离子体区域中自所述第一等离子体及所述第二流体形成第二等离子体。
【文档编号】H01L21/205GK103688338SQ201280034888
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年8月1日
【发明者】Q·梁 申请人:应用材料公司