用于产生载能中性粒子的系统和方法
【专利说明】用于产生载能中性粒子的系统和方法
相关申请交叉参考
[0001]本申请要求于2014年7月14日提交的美国临时申请N0.62/024，080的权益。上述申请的全部公开内容通过参考被并入此处。
技术领域
[0002]本公开涉及衬底处理系统，更具体地涉及用于衬底处理系统的用于产生载能中性粒子(energetic neutrals)的系统和方法。
【背景技术】
[0003]此处提供的【背景技术】描述是出于大体上呈现本公开的背景的目的。当前署名的发明人的工作，就其在该技术背景部分以及说明书方面中所描述的、可能不符合作为提交时的现有技术的工作而言，既不明示地也不暗示地承认是本公开的现有技术。
[0004]就纳米技术应用而言，半导体工业使用远程等离子体源来产生自由基。远程等离子体源可包括感应耦合等离子体(ICP)发生器、变压器耦合等离子体(TCP)发生器、电容耦合等离子体(CCP)发生器和/或微波等离子体发生器。
[0005]在一些应用中，喷头或等离子体栅被用于中性化等离子体以及只允许中性粒子通过。用这些方法产生的自由基通常具有低能量(?0.0leV)。所以，就原子层沉积(ALD)或原子层蚀刻(ALE)工艺的膜致密化而言，自由基具有有限的活化能。
[0006]当使用原位等离子体致密化方法时，离子能量往往太高。高离子能量会对衬底中的器件造成损害。离子的方向性还降低了侧壁膜致密化的效率。就载能中性粒子的产生而言，现有方法只能处理有限的衬底面积且通常不能用于较大的面积，比如300mm或450mm直径的晶片。
【发明内容】
[0007]—种用于产生载能中性粒子的系统包括被配置为在等离子体区域中产生等离子体的远程等离子体发生器。离子萃取器被配置为从该等离子体萃取高能离子。衬底支撑件被布置处理室中且被配置为支撑衬底。中性粒子萃取器和气体分散装置被布置在该等离子体区域和该衬底支撑件之间。中性粒子萃取器和气体分散装置被配置为从该高能离子萃取载能中性粒子以将该载能中性粒子供应至衬底以及将前体气体分散到该处理室中。
[0008]在其他特征中，加热器被配置为将衬底加热到预定温度。中性粒子萃取器和气体分散装置包括喷头。所述喷头限定喷头中的第一充气室，用于接收前体气体。所述喷头在其面向衬底的表面中包括与所述第一充气室流体连通的第一多个孔。
[0009]在其他特征中，所述喷头和所述衬底之间的距离被选定处于所述载能中性粒子的寿期内。所述喷头进一步包括从所述喷头的面向离子萃取器的表面延伸到所述喷头的面向衬底的表面的第二多个孔。
[0010]在其他特征中，所述喷头由陶瓷制成。电极邻近所述喷头的所述面向离子萃取器的表面被布置。所述电极被地参考电位偏置。所述电极包括与所述第二多个孔对准的第三多个孔。
[0011]在其他特征中，所述等离子体发生器包括被布置为与所述中性粒子萃取器和气体分散装置间隔开的电极。所述等离子体区域位于所述电极和所述中性粒子萃取器和气体分散装置之间。气体输送系统被配置为将等离子体气体供应至所述等离子体区域。RF功率发生器选择性地输出RF功率给所述电极以产生等离子体。
[0012]在其他特征中，所述离子萃取器包括选择性地输出DC电压给所述电极的DC功率发生器。所述DC电压是恒定的正DC电压或脉冲式的正DC电压。所述喷头被配置为独立于所述载能中性粒子将前体气体输送至所述衬底。在其他特征中，所述喷头由金属制成。所述喷头包括布置在其至少一个表面上的介电层。
[0013]在其他特征中，所述载能中性粒子具有从IeV至10eV范围内的能量。所述载能中性粒子具有从5eV至1eV范围内的能量。
[0014]在其他特征中，控制器被配置为控制气体输送系统以供应等离子体气体至所述等离子体区域以及供应所述前体气体，控制RF发生器以点燃所述等离子体区域中的所述等离子体，以及控制DC功率发生器以输出DC电压至所述离子萃取器。
[0015]一种用于产生载能中性粒子的方法包括在等离子体区域中远程地产生等离子体；从所述等离子体萃取高能离子；从所述高能离子萃取载能中性粒子；将所述载能中性粒子供应至处理室中的衬底；以及将前体气体供应至所述处理室。
[0016]在其他特征中，所述方法包括将所述衬底加热至预定温度。所述方法包括使用喷头萃取所述载能中性粒子以及供应所述前体气体。所述喷头和所述衬底之间的距离被选定处于所述载能中性粒子的寿期内。
[0017]在其他特征中，所述方法包括限定所述喷头中的第一充气室用于接收所述前体气体。所述喷头中的第一多个孔与所述第一充气室连通且被布置在其面向衬底的表面上。所述喷头进一步包括从所述喷头的面向离子萃取器的表面通到所述喷头的面向衬底的表面的第二多个孔。在其他特征中，所述喷头由陶瓷制成。所述方法包括邻近所述喷头的所述面向离子萃取器的表面布置电极。
[0018]在其他特征中，远程地产生等离子体进一步包括:在所述等离子体区域中提供电极；将等离子体气体供应至所述等离子体区域；以及选择性地输出RF功率给所述电极以产生等尚子体。
[0019]在其他特征中，所述方法包括选择性地输出DC电压给所述电极以萃取所述载能中性粒子。所述DC电压是恒定的正DC电压或脉冲式的正DC电压。
[0020]在其他特征中，所述方法包括独立于所述载能中性粒子将所述前体气体输送至所述处理室。所述喷头由金属制成。所述喷头包括布置在其至少一个表面上的介电层。
[0021]在其他特征中，所述载能中性粒子具有从IeV至10eV范围内的能量。所述载能中性粒子具有从5eV至1eV范围内的能量。
[0022]从详细描述、权利要求和附图，本公开的进一步的应用领域会变得显而易见。详细描述和具体实施例旨在仅是说明目的而非限制本公开的范围。
【附图说明】
[0023]从详细描述和附图，会变得更全面地理解本公开，其中:
[0024]图1是根据本公开的衬底处理系统的一实施例的功能框图；
[0025]图2A是根据本公开的衬底处理系统的另一实施例的功能框图；
[0026]图2B是图2A的喷头的剖视图；以及
[0027]图3示出了根据本公开的用于处理衬底的方法的实施例。
[0028]在附图中，附图标记可被重复使用以指示类同和/或相同的元素。
【具体实施方式】
[0029]根据本公开的系统和方法在相对较大的表面面积上实现了载能中性粒子的产生。所述系统和方法可在诸如原子层沉积(ALD)、原子层蚀刻(ALE)等工艺或纳米技术工艺中被使用。根据本公开的系统和方法减少了与现有方法相关的问题，比如只产生低能中性粒子(如小于0.5eV的中性粒子)，或者用于非常小的表面面积(如具有小于10mm直径的表面面积)的中性粒子束。
[0030]根据本公开的系统和方法提供了高密度载能中性粒子(自由基)以改进针对ALD/ALE的侧壁致密化效率。由于中性粒子的各向同性性质，针对具有高深宽比沟槽的小的纳米级特征，沉积(和蚀刻)可更加共形，这对一些衬底工艺而言会是希望的要求。根据本公开的系统和方法还在大面积(比如具有300mm、450mm或更大的直径的衬底)上提供了载能中性粒子的一致源。
[0031]现在参考图1，衬底处理系统10的实施例被示出。等离子体发生器11位于处理室12上游。在一些实施例中，等离子体发生器11产生等离子体13以创造高密度离子。等离子体发生器11可包括电容耦合等离子体(CCP)发生器、感应耦合等离子体(ICP)发生器、微波等离子体发生器或其他适合的等离子体发生器11。
[0032]离子萃取器14从等离子体13萃取高能离子15。举例来说，仅就CCP发生器的配置而言，离子萃取器14可包括被偏置RF功率和高的正DC偏置(例如高至千伏范围)的电极(参见例如图2A)。高的正DC偏置可以是恒定的或脉冲式的DC电压。
[0033]中性粒子萃取器和气体分散装置16从离子萃取器14接收高能离子15且从气体输送系统18接收一或多种气体前体17。中性粒子萃取器和气体分散装置16从高能离子15萃取高能中性粒子19。中性粒子萃取器和气体分散装置16横贯被布置在衬底支撑件22上的衬底20的暴露表面分配高能中性粒子19和前体气体17。举例来说，衬底支撑件22可包括基架、静电卡盘、卡盘、台板或其他适合的衬底支撑件。
[0034]由离子萃取器14施加给电极的恒定的DC电压偏置提高了等离子体电位且形成大的离子鞘以加速朝向中性粒子萃取器和气体分散装置16的离子，同时电子从中性粒子萃取器和气体分散装置16排斥开。中性粒子萃取器和气体分散装置16暴露于被加速的离子的表面可包括