化学汽相沉积工具及其操作方法与流程

本发明总体涉及半导体领域，更具体地，涉及化学汽相沉积(CVD)工具及其使用方法。

背景技术：

化学汽相沉积(CVD)是半导体工业中用于生产薄膜的化学工艺。在CVD中，晶圆(衬底)置于一种至多种挥发性前体中，这些挥发性性前体在衬底表面上反应和/或分解以产生薄膜。微加工工艺广泛使用CVD技术来沉积不同形式的材料，包括单晶、多晶和非晶材料。这些材料包括硅、氧化硅、硅锗、钨、碳化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛和高k电介质。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种化学汽相沉积(CVD)工具，包括：处理腔室；远程等离子体系统，连接至处理腔室；第一气体源；第二气体源；第一气体通道，连接所述第一气体源、所述远程等离子体系统以及所述处理腔室；以及第二气体通道，连接所述第二气体源与所述处理腔室，并且绕过所述远程等离子体系统。

优选地，所述第一气体源是被配置为通过所述第一气体通道提供清洗气体至所述远程等离子体系统的清洗气体源；以及其中，所述远程等离子体系统被配置为将所述清洗气体转换为清洗等离子体，然后通过所述第一气体通道提供所述清洗等离子体至所述处理腔室。

优选地，所述第二气体源是被配置为通过所述第二气体通道提供工艺气体至所述处理腔室的工艺气体源。

优选地，该CVD工具还包括：射频产生装置，设置在所述处理腔室中，以激励所述工艺气体。

优选地，该CVD工具还包括：第一阀，被配置为控制通过所述第一气体通道的气流。

优选地，该工具还包括：第二阀，被配置为控制通过所述第二气体通道的气流。

优选地，该CVD工具还包括：气体面板，连接所述第一气体源和所述第二气体源，其中，所述第一气体通道和所述第二气体通道连接至所述气体面板。

优选地，所述处理腔室具有入气口，并且所述第一气体通道和所述第二气体通道连接至所述处理腔室的所述入气口。

根据本发明的另一方面，提供了一种化学汽相沉积(CVD)工具，包括：第一气体源；第一导管，连接至所述第一气体源；远程等离子体系统，连接至所述第一导管；处理腔室，连接至所述远程等离子体系统；第二气体源；第二导管，连接至所述第二气体源，其中，所述处理腔室连接至所述第二导管。

优选地，气流通道通过所述第二导管从所述第二气体源流至所述处理腔室，而不通过所述远程等离子体系统。

优选地，所述远程等离子体系统通过所述第一导管向下连接至所述第一气体源。

优选地，所述处理腔室向下连接至所述远程等离子体系统。

优选地，所述处理腔室通过所述第二导管向下连接至所述第二气体源。

优选地，该CVD工具还包括：第一阀，连接至所述第一导管。

优选地，该CVD工具还包括：第二阀，连接至所述第二导管。

优选地，该CVD工具还包括：气体面板，连接所述第一气体源和所述第二气体源，其中，所述第一导管和所述第二导管连接至所述气体面板。

优选地，所述处理腔室具有入气口，并且所述远程等离子体系统和所述第二导管连接至所述处理腔室的所述入气口。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于操作具有远程等离子体系统和处理腔室的化学汽相沉积(CVD)工具的方法，所述方法包括：供给清洗气体至所述远程等离子体系统；由所述远程等离子体系统将所述清洗气体转化成清洗等离子体；供给所述清洗等离子体至所述处理腔室；以及供给工艺气体进入所述处理腔室而不经过所述远程等离子体系统。

优选地，该方法还包括：在所述处理腔室激励所述工艺气体。

优选地，该方法还包括：通过所述清洗等离子体去除所述处理腔室中的至少一种残余物。

附图说明

在阅读附图时，根据以下详细的描述来更好地理解本发明的各个方面。应当注意，根据工业中的标准实践，各个部件并非按比例绘制。事实上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意增大或减小。

图1是根据本公开的一些实施例的化学汽相沉积(CVD)工具的示意图。

图2是根据本公开的一些实施例的化学汽相沉积(CVD)工具的示意图。

具体实施方式

下列公开提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。为了简化本公开，部件和布置的具体实例描述如下。当然这些仅仅是实例并不旨在限定本发明。例如，在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括第一部件和第二部件以直接接触方式形成的实施例，也可以包括额外的部件可以形成在第一和第二部件之间，使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各实施例中重复参考标号和/或字符。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。

本文中所使用的术语是仅用于描述特定实施例的目的，而不是为了限制本发明。如本文中所使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式。应当进一步理解，当在本发明中使用术语“包括”和/或“包含”，或“包括”和/或“包括”或“具有”和/或“有”时，指定阐述的部件、区域、整数、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，但不排除附加的一个或多个其他部件、区域、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在。

而且，为便于描述，本文可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。空间相对术语旨在包括除了附图中所示的方位之外，在使用中或操作中的器件的不同方位。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，本文使用的空间相对描述符可同样地作相应解释。

如本发明所属领域的普通技术人员通常理解的，除非另有定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有相同的含义。将进一步理解的，例如那些在通用词典中定义的术语，应被解释为具有的含义是与相关领域和本公开上下文中它们的含义一致的，不会理想化或过于正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。

参考图1，图1是根据本公开的一些实施例的化学汽相沉积(CVD)工具的示意图。如图1所示，化学汽相沉积工具100包括处理腔室110、远程等离子体系统(RPS)120、第一气体源130、第二气体源140、第一气体通道150和第二气体通道160。远程等离子体系统120连接至处理腔室110。第一气体通道150连接第一气体源130、远程等离子体系统120和处理腔室110。第二气体通道160连接第二气体源140和处理腔室110，并绕过远程等离子体系统120。在实际应用中，化学汽相沉积工艺是在处理腔室110中发生的。

更具体地，如图1所示，化学汽相沉积工具100包括第一导管155和第二导管165。第一导管155连接至第一气体源150。远程等离子体系统120连接至第一导管155。第二导管165连接至第二气体源160，其中处理腔室110连接至第二导管165。换言之，第一导管155限定了在其中的第一气体通道150，而第二导管165限定了在其中的第二气体通道160。在一些实施例中，第一导管155的内径范围为约0.01英寸至约2英寸，第二导管165的内径范围为约0.01英寸至约2英寸。

如上所述，第二气体通道160连接第二气体源140和处理腔室110，并且绕过远程等离子体系统120。换言之，从结构上看，流体通道经第二管道165从第二气体源140至处理腔室110，而不通过远程等离子体系统120。

在一些实施例中，第一气体源130是清洗气体源。清洗气体源被配置通过第一气体通道150提供清洗气体给远程等离子体系统120。一般而言，清洗气体是腐蚀性的。此外，远程等离子体系统120被配置为将清洗气体转换为清洗等离子体，然后通过第一气体通道150将清洗等离子体提供给处理腔室110。结果，在化学汽相沉积工艺发生后，处理腔室110可以通过腐蚀性清洗等离子体清洗。因此，在化学汽相沉积工艺后，保留在处理腔室110的残留薄膜被去除。一般来说，清洗等离子体是其中一部分的原子或分子被电离的清洗气体。

此外，如图1所示，远程等离子体系统120通过第一导管155向下(downstream)连接至第一气体源130，并且处理腔室110向下连接至远程等离子体系统120。通过这种方式，清洗气体首先通过第一导管155从第一气体源130顺序流至远程等离子体系统120，然后在由远程等离子体系统120转换成清洗等离子体后，再供给到处理腔室110。

在另一方面，第二气体源140是工艺气源。工艺气源被配置为通过第二气体通道160提供工艺气体给处理腔室110。在处理腔室110中，工艺气体用于在衬底(未示出)上形成在薄膜。在一些实施例中，衬底是晶圆。而且，在实际应用中，工艺气体可以包括含氟原子或铝原子的分子。

此外，如图1所示，处理腔室110通过第二导管165向下连接至第二气体源140。通过这种方式，工艺气流通过第二导管165按顺序从第二气体源140流至处理腔室110。

在实际应用中，当化学汽相沉积工具100的处理腔室110将要待清洗时，清洗气体源(即，第一气体源130)通过第一气体通道150提供清洗气体至远程等离子体系统120。之后，远程等离子体系统120将清洗气体转换为清洗等离子体，然后通过第一气体通道150将清洗等离子体提供至处理腔室110，以用于清洗。这时，该工艺气源(即第二气体源140)停止通过第二气体通道160提供工艺气体至处理腔室110。

另一方面，当化学汽相沉积工艺将发生在化学汽相沉积工具100的处理腔室110时，工艺气源(即第二气体源140)通过第二气体通道160提供工艺气体至处理腔室110。这时，清洗气源(即，第一气体源130)停止通过第一气体通道150提供清洗气体至远程等离子体系统120。更具体地，较少或没有清洗等离子体通过第一气体通道150被供给至处理腔室110，当化学汽相沉积工艺正在处理腔室110进行时。

换句话说，清洗气体通过第一气体通道150供给至远程等离子体系统120，与工艺气体通过第二气体通道160供给至处理腔室110是明确分离的。结果，避免了工艺气体流入至远程等离子体系统120。因此，工艺气体进入到远程等离子体系统120从而使工艺气体的残余物在远程等离子体系统120中的存在的概率被最小化。

然而，在一些实施例中，在化学汽相沉积工具100的处理腔室110内的化学汽相沉积工艺期间，清洗等离子体也通过第一气体通道150从等离子体系统120供给至处理腔室110。例如，当膜将要形成在其上具有多个微小的凹槽的衬底上时，除了在处理腔室110中要使用的工艺气体，清洗等离子体也要使用。清洗等离子体用于去除由工艺气体形成的膜在衬底上(尤其是在微小凹槽处)的多余部分。通过这种方式，形成在衬底上的膜的厚度受到控制，并且形成在衬底上的膜的质量得以改善。事实上，微小凹槽的尺寸可以在10纳米数量级，例如，20纳米至30纳米。然而，这并不是对本发明的限定。

如上所述，工艺气体进入远程等离子体系统120并且造成工艺气体的残余物在远程等离子体系统120的存在的概率被最小化。通过这种方式，至少有两种后果。首先，远程等离子体系统120被工艺气体污染的概率被最小化。因此，远程等离子体系统120的工作寿命延长，因此用于化学汽相沉积工具100的维护成本将相应地降低。其次，在其中工艺气体和清洗气体均被使用的处理腔室110的化学汽相沉积工艺中，工艺气体的残余物在远程等离子体系统120中存在的最小化概率意味着工艺气体残余物意外进入处理腔室110的最小化概率。因此，处理腔室110中的化学汽相沉积工艺避免受到破坏性方式的影响。结果，化学汽相沉积工艺中可以适当地发生在处理腔室110，并且避免衬底的污染。因此，化学汽相沉积工艺期间衬底的废品率被最小化，从而衬底的生产成本也相应降低。

此外，在一些实施例中，化学汽相沉积工具100还包括射频产生装置170。如图1中所示，射频产生装置170设置在处理腔室110中，以激励工艺气体。例如，射频产生装置170以射频形式在处理腔室110中释放一些能量。因此，工艺气体吸收射频能量并且被激励，这有利于在处理腔室110中对衬底进行化学汽相沉积工艺。

为了控制清洗气体至远程等离子体系统120的流量，化学汽相沉积工具100还包括第一阀180。第一阀180被配置成控制通过第一气体通道150的气流。如图1所示，第一阀180沿第一气体通道150设置。换言之，第一阀180连接至第一导管155。通过调节第一阀180内的孔口(未示出)尺寸，可以相应地控制通过第一气体通道150，然后至远程等离子体系统120的清洗气体的流量。例如，当第一阀180内的孔口尺寸增大时，较大量的清洗气体被允许通过所述第一气体通道150流入至远程等离子体系统120。相反地，当第一阀180内的孔口尺寸减小时，较小量的清洗气体被允许通过所述第一气体通道150流入至远程等离子体系统120。

类似地，为了控制工艺气体至处理腔室110的流量，化学汽相沉积工具100还包括第二阀190。第二阀190被配置成控制通过所述第二气体通道160的气流。如图1中所示，第二阀190沿着第二气体通道160设置。换言之，第二阀190连接至第二导管165。通过调节第二阀190内孔口(未示出)的尺寸，可以相应地控制通过第二气体通道160，然后至处理腔室110的工艺气体的流量。例如，当第二阀190内的孔口尺寸增大时，较大量的工艺气体被允许通过所述第二气体通道160流入至处理腔室110。相反地，当第二阀190内的孔口尺寸减小时，较小量的工艺气体被允许通过所述第二气体通道160流入至处理腔室110。

在一些实施例中，化学汽相沉积工具100还包括气体面板195。如图1所示，气体面板195连接第一气体源130和第二气体源140，其中，第一气体通道150和第二气体通道160连接至气体面板195。换言之，第一导管155和第二导管165连接至气体面板195。在实际应用中，通过气体面板195，可以分别控制由清洗气体源(即，第一气体源130)提供的清洗气体，以及由工艺气体源(即第二气体源140)提供的工艺气体。例如，如上所述，当化学汽相沉积工具100的处理腔室110将要清洗时，清洗气体源通过第一气体通道150提供清洗气体至远程等离子体系统120，而工艺气体源停止通过第二气体通道160提供工艺气体至处理腔室110。另一方面，当化学汽相沉工艺发生在化学汽相沉积工具100的处理腔室110时，工艺气体源通过第二气体通道160提供工艺气体至处理腔室110，而清洗气体源停止通过第一气体通道150提供清洗气体至远程等离子体系统120。此外，当膜即将形成在其上具有多个微小的凹槽的衬底上时，除了在处理腔室110中要使用的工艺气体，清洗等离子体也要使用。此时，清洗气体源通过第一气体通道150提供清洗气体至远程等离子体系统120，并且工艺气体源还通过第二气体通道160提供工艺气体至处理腔室110。

此外，在一些实施例中，气体面板195可进一步通过预设的计算机程序控制，使得化学汽相沉积工具100可以自动操作。例如，通过提前输入清洗气体供应至第一气体通道150的时间段值，和工艺气体供应至第二气体通道160的时间段值，以及清洗气体和工艺气体之间的时间偏移(time shift)值，因而可以自动操作化学汽相沉积工具100。

为了进一步提高化学汽相沉积工具100工作的自动化程度，第一阀180和第二阀190也可以被设计为由计算机程序控制。通过这种方式，清洗气体通过第一气体通道150至远程等离子体系统120的流量，以及工艺气体通过第二气体通道160至处理腔室110的流量可以自动控制。

从结构上讲，处理腔室110具有入气口111。如图1中所示，第一气体通道150和第二气体通道160连接至处理腔室110的入气口111。换言之，远程等离子体系统120和第二管道165被连接至处理腔室110的入气口111。通过入气口111，清洗气体从第一气体通道150，工艺气体从第二气体通道160均分别输入至处理腔室110。

参照图2。图2是本公开根据一些实施例的化学汽相沉积(CVD)的示意图。如图2所示，第二气体通道160在到达处理腔室110的入气口111之前，首先进入第一气体通道150在远程等离子体系统120与处理腔室110之间的部分。换言之，第二导管165在到达处理腔室110的入气口111之前，穿进第一导管155在远程等离子体系统120与处理腔室110之间的部分。

参考如上所述的具有远程等离子体系统120和处理腔室110的化学汽相沉积工具100，本公开的实施例还提供了用于操作具有远程等离子体系统120和处理腔室110的化学汽相沉积工具100的方法。该方法包括以下步骤(应理解，如下所述的步骤和子步骤的顺序，除非另有说明，都可根据实际需要进行调整，或者甚至可在同一时间或部分同一时间执行)：

(1)将清洗气体供给至远程等离子体系统120；

(2)由远程等离子体系统120将清洗气体转化成清洗等离子体；

(3)提供清洗等离子体至处理腔室110；和

(4)提供工艺气体到处理腔室110而无需经过远程等离子体系统120。

以这种方式，在化学汽相沉积工具100的操作期间，清洗气体供给到远程等离子体系统120，而工艺气体不经过远程等离子体系统120供给到处理腔室110。换言之，清洗气体供给至远程等离子体系统120，与工艺气体供给至处理腔室110是明确分离的。结果，避免了工艺气体流入到远程等离子体系统120。因此，工艺气体进入到远程等离子体系统120，从而致使工艺气体的残余物在远程等离子体系统120中存在的概率被最小化。

为了有利于处理腔室110中衬底的化学汽相淀积工艺，用于操作具有远程等离子体系统120和处理腔室110的化学汽相沉积工具100的方法包括：

(5)通过以射频形式释放能量给处理腔室110中的工艺气体，激励处理腔室110的工艺气体。

此外，为了在化学汽相沉积工艺发生以后清洗处理腔室110，用于操作具有远程等离子体系统120和处理腔室110的化学汽相沉积工具100的方法包括：

(6)通过清洗等离子体，去除处理腔室110中的至少一种残余物。在实际应用中，清洗等离子体是由具有腐蚀性质的清洗气体转换而来，从而提高去除残余物的效率。

更具体地，通过调节第一阀180内的孔口(未示出)尺寸，可以相应地控制通过第一气体通道150，然后到远程等离子体系统120的清洗气体的流量。类似地，通过调节第二阀190内孔口(未示出)的尺寸，可以相应地控制通过第二气体通道160，然后到处理腔室110的工艺气体的流量。

根据本发明的针对化学汽相沉积工具100的多个实施例，第一气体通道150连接第一气源130、远程等离子体系统120和处理腔室110，并且第二气体通道160连接第二气体源140和处理腔室110但绕过远程等离子体系统120。换言之，清洗气体通过第一气体通道150供给至远程等离子体系统120，与工艺气体通过第二气体通道160供给至处理腔室110是明确分离的。结果，避免了工艺气体流入至远程等离子体系统120。因此，工艺气体进入远程等离子体系统120，从而致使工艺气体的残余物在远程等离子体系统120中存在的概率被最小化。通过这种方式，至少有两种后果。首先，远程等离子体系统120被工艺气体污染的概率被最小化。因此，远程等离子体系统120的工作寿命延长，因此化学汽相沉积工具100的维护成本将相应地降低。其次，在其中工艺气体和清洗气体均被使用的处理腔室110的化学汽相沉积工艺期间，工艺气体残余物在远程等离子体系统120中存在的最小化概率意味着工艺气体残余物意外进入处理腔室110的最小化概率。因此，处理腔室110中的化学汽相沉积工艺避免受到破坏性方式影响。结果，化学汽相沉积工艺中可以适当地发生在处理腔室110，并且避免对衬底的污染。因此，化学汽相沉积工艺期间衬底的废品率被最小化，从而衬底的生产成本也相应降低。

根据本发明的各个实施例，化学汽相沉积工具包括处理腔室、远程等离子体系统、第一气体源、所述第二气体源、第一气体通道和第二气体通道。远程等离子体系统连接至处理腔室。第一气体通道连接第一气体源、远程等离子体系统和处理腔室。第二气体通道连接第二气体源与处理腔室而绕过远程等离子体系统。

根据本发明的各个实施例，化学汽相沉积工具包括第一气体源、第一导管、远程等离子体系统、处理腔室、第二气体源和第二导管。第一导管连接至第一气体源。远程等离子体系统连接至第一导管。处理腔室连接至远程等离子体系统。第二导管连接至所述第二气体源，其中，处理腔室连接至第二导管。

根据本发明的各个实施例，提供了用于操作具有远程等离子体系统和处理腔室的化学汽相沉积工具的方法。该方法包括供给清洗气体至远程等离子体系统，由远程等离子体系统将清洗气体转换成清洗等离子体，供给清洗等离子体进入处理腔室，和不经由远程等离子体系统供给工艺气体进入处理腔室。

前述概述了多个实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域的技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明为基础，设计或修改其它用于执行相同目的和/或实现本文引入实施例相同优点的工艺或结构。本领域的技术人员应该认识到这样的等效构造不偏离本发明的精神和范围，并且在不脱离本发明的精神和范围的前提下，他们可以对本文做出各种改变、替换和变更。