具有等离子体能力的半导体反应室的制作方法

具有等离子体能力的半导体反应室的制作方法
【专利摘要】一种处理室，其包括：反应室，其具有处理区域；处理气体入口，其与处理区域连通；第一受激发物质生成区，其与处理气体入口连通；以及第二受激发物质生成区，其与处理气体入口连通。一种处理基板的方法，其包括以下步骤：在处理区域内加载基板；激活第一受激发物质生成区，以在第一脉冲期间向处理区域提供第一受激发物质前驱物；以及激活第二受激发物质生成区，以在第二脉冲期间向处理区域提供不同于第一受激发物质前驱物的第二受激发物质前驱物。
【专利说明】具有等离子体能力的半导体反应室

【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及半导体工艺，并且更特别地涉及用于向反应室中的基板或晶片提供处理气体的受激发物质(excited species)的设备和方法。

【背景技术】
[0002]半导体制造工艺通常在受控条件下在基板支撑在室内的情况下进行。出于许多目的，半导体基板(例如，晶片)在处理室内部被加热。例如，基板可通过与内热式晶片支座或“卡盘(chuck) ”的直接物理接触而被加热。“基座(susceptor) ”是在其中晶片和基座吸收热量的系统中使用的晶片支撑件。
[0003]用于工艺的重要的受控条件中的一些包括但不限于:室的压力、进入室的流体流速、反应室的温度、流入反应室中的流体的温度和晶片加载期间晶片在基座上的位置。
[0004]在反应室内加热可以以许多方式进行，包括定位在基板表面上方用于直接加热基座的灯组或灯阵列或定位在基座下方的基座加热器/台座加热器。传统地，台座式加热器通过底壁延伸到室中，而基座被安装在加热器的顶部表面上。加热器可包括电阻加热元件，该电阻加热元件封闭在加热器内以提供传导热并增加基座温度。
[0005]一致的工艺和一致的结果通常需要对系统中的处理气体进行小心控制和计量。用于控制处理气体的最后地点之一是在喷淋头处，在那里处理气体然后接触反应室中的晶片。此外，由于喷淋头孔变得阻塞或发生在喷淋头内的寄生前驱物(precursor)反应，获得最佳流速和均匀性有时可能是困难的。
[0006]基于等离子体的反应器可使用集成到反应器的直接等离子体或设置在反应器上游的远程等离子体。直接等离子体可形成更强烈和更有效的等离子体，但也可能损坏基板。相反，远程等离子体降低损坏基板的风险，但可能遇到受激发物质较不活跃且因此不与基板上的薄膜恰当地反应的问题。


【发明内容】

[0007]各种方面和实现公开在本文中，其涉及具有用于处理晶片的等离子体能力的反应室。在一方面，处理室包括:反应室，其具有处理区域；处理气体入口，其与处理区域连通；第一受激发物质生成区，其与处理气体入口连通；以及第二受激发物质生成区，其与处理气体入口连通。
[0008]在一个实现中，第一和第二受激发物质生成区可彼此连通。第一和第二受激发物质生成区可选择性地彼此连通。阀可被定位在第一受激发物质生成区和处理气体入口之间。阀可被定位在第二受激发物质生成区和处理气体入口之间。第一和第二受激发物质生成区可以是非同轴的。
[0009]第一和第二受激发物质生成区可以同轴对齐。第一和第二受激发物质生成区可生成可燃性不相容的受激发前驱物。第一受激发物质生成区可激发氟基化学物质，并且第二受激发物质生成区可激发氯基化学物质。第一和第二受激发物质生成区还可各自包括电感耦合等离子体发生器。第一和第二受激发物质生成区的电感耦合等离子体发生器可被各自单独地控制。第一和第二受激发物质生成区还可各自包括电容耦合等离子体发生器。第一和第二受激发物质生成区的电容耦合等离子体发生器可被各自单独地控制。
[0010]处理室还可包括定位在第一和第二受激发物质生成区之间的惰性气体流。第一和第二受激发物质生成区可通过惰性气体阀来分隔开。第一和第二受激发物质生成区可至少部分地由氧化铝或石英构成。第一和第二受激发物质生成区可用单线圈来激励。
[0011]在另一方面，一种处理基板的方法可包括以下步骤:在处理区域内加载基板；激活第一受激发物质生成区，以在第一脉冲期间向处理区域提供第一受激发物质前驱物；以及激活第二受激发物质生成区，以在第二脉冲期间向处理区域提供不同于第一受激发物质前驱物的第二受激发物质前驱物。
[0012]在一种实现中，第一和第二受激发物质生成区是不同的生成区。
[0013]在另一方面，将多个前驱物输送到处理区域的方法可包括以下步骤:提供与处理区域连通的第一和第二受激发物质生成区；使第一前驱物选择性地流动通过第一受激发物质生成区，同时激发第一受激发物质生成区；以及使第二前驱物选择性地流动通过第二受激发物质生成区，同时激发第二受激发物质生成区。
[0014]提供本
【发明内容】
用于以简化形式引入将在下面的【具体实施方式】中进一步描述的一系列概念。本
【发明内容】
并非旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用来限制要求保护的主题的范围。此外，要求保护的主题并不限于解决本公开的任何部分中指出的任何或全部缺点的实现。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1示出具有双等离子体生成区域的反应室的示意性剖视图。
[0016]图2示出双等离子体生成区域的示意性剖视图。
[0017]图3示出双等离子体生成区域的示意性剖视图。
[0018]图4示出双等离子体生成区域的示意性剖视图。
[0019]图5示出第二方面的双等离子体生成区域的示意性俯视剖视图。
[0020]图6示出大体沿图5的线6-6截取的第二方面的双等离子体生成区域的示意性俯视剖视图。
[0021]图7示出第二方面的双等离子体生成区域的示意性剖视图。
[0022]图8示出第二方面的双等离子体生成区域的示意性剖视图。
[0023]图9示出第三方面的双等离子体生成区域的示意性俯视剖视图。
[0024]图10示出第三方面的双等离子体生成区域的示意性俯视剖视图。
[0025]图11示出第四方面的双等离子体生成区域的放大的示意性剖视图。

【具体实施方式】
[0026]本发明的方面和实现可以以功能块组件和各种处理步骤的形式描述。这样的功能块可通过任意数量的硬件或软件组件来实现，所述硬件或软件组件被配置成执行指定的功能并实现各种结果。例如，本发明的各方面可采用能执行多种功能的各种传感器、检测器、流控制装置、加热器等等。此外，可结合任意数量的处理方法来实践本发明的各方面和实现，并且所描述的设备和系统可采用任意数量的处理方法，并且所描述的设备和方法仅仅是本发明的应用的示例。
[0027]图1示出具有反应室20的处理室18，反应室20具有上室22和下室24。上室22包括喷淋头26，而下室24通常包括本领域公知的基座组件28，用以接纳晶片30来供加载、卸载和处理。虽然本公开示出并描述了具有上部部段和下部部段的分割室中的喷淋头26，但是把喷淋头26并入非分割室反应器或无喷淋头的交叉流反应器中落在本公开的精神和范围内。如另外所公知的，喷淋头26由入口歧管(manifold) 32 (或歧管端口喷射器或交叉流反应器中的其它合适的喷射装置)供料，使得反应室内的气体流由箭头33表示。
[0028]入口歧管32可包括前驱物输送系统中公知的阀34，并且可以是标准气动阀、机械阀、惰性气体阀、或任何其它合适的阀机构。阀34的上游在一些实现中可以是分离管36，分离管36具有类似于阀34的另外的阀38和40，其用来选择性地使各种前驱物入口彼此隔离。虽然未特别地示出，另外的吹扫(purge)或真空端口和/或线路(line)可朝阀38和40的下游取向以辅助吹扫分离管36和入口歧管32。阀34、38和40可用控制器42分别经由控制线路44、46和48或用任何其它合适的控制系统单独地控制。
[0029]前驱物A50通过阀38上游的出口管52，而前驱物B54通过阀40上游的出口管56。前驱物A50通过第一受激发物质生成区58，而前驱物B54通过第二受激发物质生成区60。如可以看到的，合适的阀可用来使第一和第二受激发物质生成区58和60隔离，使得流动通过相应的受激发物质生成区中的每一个的前驱物之间的反应可被防止。
[0030]第一和第二受激发物质生成区58和60中的每一个在每个区的外周边上可包括法拉第(Faraday)屏蔽62。第一受激发物质生成区58可包括控制线路64和66，而第二受激发物质生成区60可包括控制线路68和70。各种控制线路64、66、68和70连接到受激发物质生成控制器72，如以下将更详细描述的。
[0031]图2示出第一和第二受激发物质生成区58、60的剖视图。第一和第二受激发物质生成区58和60两者包括法拉第屏蔽62、安全护套74、电线圈76和生成区配管78。冷却区域80形成在安全护套74和生成区配管78之间以提供冷却的惰性气体流，以便接触定位在其中的电线圈76并使其保持合适的操作温度。生成区配管78包括在其中的开口 82，用于接纳前驱物A50或前驱物B，这取决于该配管定位在哪一个受激发物质生成区中。有利地，开口 82与合适的前驱物瓶流体连通，以在处理气体到达反应室之前在通过闸阀38或40并最终通过闸阀34之前向出口管52或56供应处理气体。生成区配管78可由用于在开口 82中使用的前驱物的任何合适的材料构成。例如，当使用掺入氟、氧、或氢的前驱物时，生成区配管可以为氧化铝，而当使用掺入氯、氧或氯化硅的前驱物时，生成区配管可以为石英。关键在于蚀刻或沉积化学物质与生成区配管材料相容而没有不期望的反应或粒子生成。电线圈76连接到控制线路64、66或68、70(根据需要)以在受激发物质生成区提供电流，从而形成磁场并在前驱物A50或前驱物B54的合适的开口 82内形成受激发物质。
[0032]现在参见控制器72，供能和匹配电路84在控制器72内示出，而开关电路86也可被集成到控制器72内并根据合适的工艺处方或程序由处理室控制器(未示出)操作。供能和匹配电路84被设计成向电线圈76提供合适的阻抗和功率以在合适的生成区配管78内生成足够充足的受激发物质，使得受激发物质可与惰性气体一起移动通过闸阀、喷淋头以及最终晶片表面。还可进一步设想，第一和第二受激发物质生成区中的每一个可能需要不同的或可变的功率，在这种情况下，控制器72可被调节以根据需要提供这种可变电流，并且供能电路可利用RF或任何其它合适的机构来供能。返回参见阀34、38和40，致动器88被定位在每个阀中并且被电控制或气动控制来打开或关闭，这取决于正在执行的过程步骤。本领域的技术人员将立即理解，任何合适的机构可被并入以防止/允许气体流动通过阀，包括致动器88或本领域中已知的任何其它装置或方法。优选地，阀将能够具有高的基本传导性(radical conductance)以限制和/或防止受激发物质的损耗。
[0033]图3示出如由箭头90所指示的被引导通过生成区配管78的前驱物A50，而图4示出如由箭头92所指示的被引导通过生成区配管78的前驱物B54。在图3中，当前驱物A50对于晶片工艺为必要时，闸阀40保持处于关闭位置，而闸阀38和闸阀34在适当量的能量已通过线圈76传递到前驱物之后沿与箭头94相关联的方向打开。类似地，当前驱物B54对于晶片工艺为必要时，闸阀38保持处于关闭位置，而闸阀40和闸阀34在适当量的能量已通过线圈76传递到前驱物之后沿与箭头94相关联的方向打开。
[0034]在操作中，图3和图4所示的过程单独地执行，使得前驱物无论是否被激发都不相遇。在某些情况下，如果前驱物混合，严重的损坏将随着发生。此外，受激发物质生成区可彼此分离，使得即使受激发物质生成区都具有激活的物质，在室吹扫步骤期间也只有激活的物质中的一个到达反应室，或两个都不到达。在另一个实现中，开关电路86可用来每次选择性地激活仅一个合适的受激发物质生成区以降低功率消耗。最后，如可在图4中看到的，在一个实现中，第一和第二受激发物质生成区可彼此错开并且是非同轴的。
[0035]图5至图8示出了在单个法拉第屏蔽62内的第一和第二受激发物质生成区域96的第二实施例。在该第二实现中，前驱物A50和前驱物B54被定位成彼此同轴并且共享相同的受激发物质生成源或电线圈76和安全护套74。再次地，类似于之前的实现，冷却的惰性气体可流经电线圈76并通过冷却区域80。第二实现96也可将惰性气体流98直接引入通过第一和第二受激发物质生成区两者以将相应的受激发物质前驱物引导到反应室。
[0036]在所公开的第二实现96中，前驱物B54流动通过由区域壁102和104形成的外部区域100，区域壁102和104可形成为由与前驱物互补或相容的材料(氧化铝或石英，作为非限制示例)形成的圆柱形形状。间隙106可径向朝区域壁104的内部定位，而区域壁108形成中心开口 110。区域壁108也优选地由与在其中使用的前驱物互补和相容的材料形成，并且作为非限制示例，可以为氧化招或石英。
[0037]图7示出被激活并且如箭头112所指示地移动通过中心开口 110的前驱物A50。前驱物A50可与惰性气体98 —起移动通过第一受激发物质生成区并可离开第一受激发物质生成区，因为闸阀被打开以允许中心开口 110和反应室20之间的连通。箭头114指示前驱物B54的流动路径并指示闸阀阻挡流动，使得第二受激发物质生成区内的前驱物B54不能离开外部区域100。因此，选择性地受激发的前驱物可有选择地提供给反应室而具有非相容前驱物。
[0038]图8示出被激活并且如箭头116所示地移动通过外部区域100的前驱物B54。前驱物B54可与惰性气体98 —起移动通过第二受激发物质生成区并且可离开第二受激发物质生成区，因为闸阀被打开以允许外部区域100和反应室20之间的连通。箭头118指示前驱物A50的流动路径并指示闸阀阻挡流动，使得第一受激发物质生成区内的前驱物A50不能离开中心开口 110。在操作中，在蚀刻或沉积过程期间的循环过程中，前驱物A50将提供给反应室20而没有前驱物B54并且随后前驱物B54将提供给反应室20而没有前驱物A50。以这种方式，不相容的前驱物可在反应室内使用而没有损坏或危险。
[0039]图9和10示出如以上所示并描述的、具有电容耦合等离子体发生器而不是电感耦合等离子体发生器的第三实现的受激发物质生成区120的示图。再一次，区域壁102和104可以为圆柱形形状并且限定外部区域100，在外部区域100中，前驱物A50可被激发并且然后选择性地提供给反应室20。等离子体发生器可包括分别连接到控制线路64和66的内电极122和外电极124。在操作中，电容耦合等离子体的内电极122和外电极124被控制器72激活，并且在使前驱物A50流入反应室20中用于沉积或蚀刻工艺之前可选择性地激发该前驱物。在功能上，除了并入电容耦合发生器而不是电感耦合发生器以外，第三实现的受激发物质生成区域120与之前所述的实施例类似。此外，第三实现的受激发物质生成区域120可使用类似于第一方面的非同轴布置的生成区，并且第二受激发物质生成区120可以以类似于之前所述的那些的方式定位成与反应室选择性连通而不背离本公开的精神和范围。
[0040]图11示出了具有法拉第屏蔽62和安全护套74的受激发物质生成区126的第四实现。类似于之前的电容耦合等离子体发生器，内电极122和外电极124分别定位在前驱物区域的内部和外部。外部区域128由第一壁130和第二壁132形成，其中前驱物在两个壁之间流动。内部区域134由第三壁136和第四壁138形成。壁130、132、136和138可由任何合适的材料形成(氧化铝、石英等)，这取决于与这些特定壁接触的前驱物。在操作中，单个电容耦合等离子体发生器能在内部区域134和外部区域128两者中激发前驱物，并且那些受激发物质的流动由闸阀控制。替代地，单独的电容耦合等离子体发生器可用于每个单独的前驱物，并且每个前驱物的受激发物质的流动可通过闸阀或基于等离子体操作而独立地控制。
[0041]在操作中，晶片30被加载在基座28上，并且第一前驱物在通过必要的闸阀并通过喷淋头26进入反应室之前在第一或第二受激发物质生成区中的一个内被激活或激发。同时，第二前驱物可保持在受激发物质生成区中的另一个内，直到闸阀打开以允许通过其中。接下来，第一前驱物流因为闸阀而停止并且第二受激发前驱物或惰性气体可提供给反应室。既然已示出和描述了等离子体发生器的多个实现，可连续操作单个CCP或ICP以在两个受激发物质生成区中保持受激发物质，或者刚好在反应室中需要受激发物质之前使用和触发单独的CCP和ICP。以这种方式，在工艺期间前驱物彼此不接触的情况下，入口歧管和反应室可选择性地接纳任意数量的前驱物的受激发物质。因而，可看到，通过使在单独的等离子体生成区中激活的受激发物质选择性地流动，不相容的受激发前驱物可用来处理晶片或蚀刻反应室。
[0042]用于其中具有双等离子体生成区域的反应室的方法和设备的这些与其它实施例可结合概念、实施例和构型，如参照用于测量以上所述的装置的设备的实施例所描述的。所示出和所描述的特定实现是对本发明和其最佳模式的说明并且不旨在以任何其它方式限制方面和实现的范围。实际上，为简洁起见，系统的常规制造、连接、制备和其它功能方面可不详细描述。此外，各个附图中所示的任何连接线旨在表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。许多替代的或额外的功能关系或物理连接可存在于实际系统中，和/或可不存在于一些实施例中。此外，其它设计的各种方面和实现可被结合到本公开的范围内。
[0043]如本文所用，术语“包括”、“包含”、或它们的任何变型旨在引用非排他的包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品、组合物或设备不仅包括这些所叙述的要素，而且还可包括未明确列举的或这样的过程、方法、制品、组合物或设备固有的其它要素。除了那些没有明确叙述的，用于本发明的实践的上述结构、布置、应用、比例、元素、材料或部件的其它组合和/或修改可改变，或者说是特别适于具体环境、制造规格、设计参数或其它操作要求而不脱离总原则。
【权利要求】
1.一种处理室，包括: 反应室，其具有处理区域； 处理气体入口，其与所述处理区域连通； 第一受激发物质生成区，其与所述处理气体入口连通；以及 第二受激发物质生成区，其与所述处理气体入口连通。
2.如权利要求1所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区彼此连通。
3.如权利要求1所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区选择性地彼此连通。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，阀被定位在所述第一受激发物质生成区和所述处理气体入口之间。
5.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，阀被定位在所述第二受激发物质生成区和所述处理气体入口之间。
6.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区是非同轴的。
7.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区同轴对齐。
8.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区生成可燃性不相容的前驱物。
9.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一受激发物质生成区激发氟基化学物质并且所述第二受激发物质生成区激发氯基化学物质。
10.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区还各自包括电感耦合等离子体发生器。
11.如权利要求10所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区的电感耦合等离子体发生器被各自单独地控制。
12.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区还各自包括电容耦合等离子体发生器。
13.如权利要求12所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区的电容耦合等离子体发生器被各自单独地控制。
14.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，还包括定位在所述第一和第二受激发物质生成区之间的惰性气体流。
15.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区被惰性气体阀分离。
16.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区至少部分地由氧化铝或石英构成。
17.如权利要求1-3中的任一项所述的处理室，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区用单线圈来激励。
18.一种处理基板的方法，包括以下步骤: 在处理区域内加载基板； 激活第一受激发物质生成区，以在第一脉冲期间向所述处理区域提供第一受激发物质前驱物；以及 激活第二受激发物质生成区，以在第二脉冲期间向所述处理区域提供不同于所述第一受激发物质前驱物的第二受激发物质前驱物。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一和第二受激发物质生成区是不同的生成区。
20.一种将多个前驱物输送到处理区域的方法，包括以下步骤: 提供与所述处理区域连通的第一和第二受激发物质生成区； 使第一前驱物选择性地流动通过所述第一受激发物质生成区，同时激发所述第一受激发物质生成区；以及 使第二前驱物选择性地流动通过所述第二受激发物质生成区，同时激发所述第二受激发物质生成区。
【文档编号】H01J37/32GK104332427SQ201410331047
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】R·B·米利根, F·阿洛克塞 申请人:Asm Ip控股有限公司