专利名称：用于增强热丝化学气相沉积工艺中的钽灯丝寿命的方法
用于增强热丝化学气相沉积工艺中的钽灯丝寿命的方法领域本发明的实施例大体涉及利用热丝化学气相沉积(HWCVD)工艺在衬底上沉积材料的方法，且更具体地说，本发明的实施例涉及增强这类工艺中所用的灯丝寿命的方法。背景在HWCVD工艺中，一或多种前驱物气体将于处理腔室内邻近衬底处经高温热分解，以在衬底上沉积预定材料。一或多个金属丝或灯丝促进处理腔室内的热分解反应，金属丝或灯丝支撑在处理腔室中，以例如通过使电流通过灯丝而加热所述处理腔室达预定温度。使用不同的灯丝材料会影响沉积膜的质量。例如，相较于使用钨灯丝，HWCVD应用中使用钽灯丝可得到质量较佳的沉积膜。然而遗憾的是，本发明人发现钽灯丝可在某些操作体系下更易氧化。这将不当减少流过灯丝的电流、降低灯丝温度，以致最终造成灯丝断线。本发明人进一步发现钽灯丝很快就会降低性能与发生断线，因而钽灯丝不能使用很久。因此，本发明人提供了利用HWCVD工艺沉积膜的改良方法。
发明内容
本发明提供利用热丝化学气相沉积(HWCVD)工艺沉积膜的方法。在一些实施例中，操作HWCVD工具的方法可包括提供氢气(H2)至灯丝，历经第一时段，灯丝置于HWCVD工具的处理腔室中；以及经过第一时段后，使电流流过灯丝，以将灯丝温度提高至第一温度。在一些实施例中，操作HWCVD工具的方法可包括在含氢气(H2)的氛围下，预先调理(preconditioning)灯丝，灯丝置于HWCVD工具的处理腔室中；预先调理灯丝后，使电流流过灯丝，以将灯丝温度提高至第一温度；灯丝达第一温度后，提供处理气体至处理腔室内；以及利用自处理气体分解的物种，在衬底上沉积材料。在一些实施例中，本发明可具体体现在上面存储有指令的计算机可读取媒体中，以于执行所述指令时，使HWCVD工具进行方法，方法可包括本文所述任何实施例。本发明的其它和进一步实施例将描述于后。附图简要说明在配合参考附图与本发明的示例性实施例后，本发明上述概要和下文详述的实施例将变得更清楚易懂。然而应注意附图仅说明本发明典型实施例，因此不宜视为限定本发明的范围，因为本发明可容许其它等效实施例。
图1描绘了根据本发明一些实施例，操作热丝化学气相沉积(HWCVD)工具的方法流程图。图2描绘了根据本发明一些实施例，操作HWCVD工具的方法流程图。图3描绘了根据本发明一些实施例，HWCVD处理腔室的示意侧视图。图4描绘了在 不同氛围下加热钽灯丝温度随时间变化的比较曲线图。为助于理解，尽可能以相同的元件符号代表各图中共同的相似元件。为清楚说明，图未按比例绘制并已简化。应理解某一个实施例的元件和特征结构当可有益地并入其它实施例，在此不另外详述。具体描沭本发明的实施例提供热丝化学气相沉积(HWCVD)处理技术，可以有利地消除或减少钽灯丝在HWCVD工艺中快速氧化，进而实质增强灯丝寿命及促成钽灯丝在HWCVD工艺中的延长使用。本发明的实施例从而可提供一或多个下列优点:相较于使用钨灯丝有较佳的膜质量、较长的灯丝使用寿命、较久的设备正常运行时间、较高的产率和较大的产量。在大于约10毫托的压力下(例如，某些应用(例如硅膜沉积)的典型HWCVD操作条件)，以1500°C至2000°C点燃新钽灯丝时，本发明人发现灯丝温度将伴随灯丝发光减弱而随时间快速下降。本发明人认为温度降低是因钽灯丝氧化所致。然而本发明人发现在存有氢气(H2)的情况下(例如氢气环境)点燃新钽灯丝时，灯丝氧化速率(依灯丝温度测量)会变慢。本发明人研发操作HWCVD工具的方法，所述方法并入此技术实施例且将详述于后。图1描绘根据本发明一些实施例，操作HWCVD工具的方法100的流程图。方法通常始于步骤102:提供氢气(H2)至一个灯丝(或多个灯丝)，历经第一时段，灯丝置于HWCVD工具的处理腔室中。氢气(H2)可单独或伴随惰性载气提供,惰性载气例如为氮气、氦气、氩气或类似物。氢气(H2)的流量可为足以毯覆或覆盖HWCVD腔室内的灯丝。因此，特定流量将视腔室尺寸和灯丝的表面积(例 如灯丝的长度和数量)而定。例如，在一些实施例中，可按约10标准立方厘米每分钟至约500标准立方厘米每分钟(sccm)的流量提供氢气(H2)。伴随载气提供时，载气中的氢气(H2)浓度可为体积百分比约5%至约80%。在一些实施例中，第一时段可经选择以协助清除反应器中的残留氧气。在一些实施例中，第一时段可经选择使氢气完全覆盖或毯覆灯丝，以免腔室中的气体与灯丝之间发生不当反应，例如氧化。在一些实施例中，第一时段可以为约5秒至约1800秒。接着，在步骤104中，经过第一时段后，可使电流流过灯丝，以将灯丝温度提高至第一温度。电流可由功率源提供至灯丝。提供的电流量可经选择以将灯丝温度提高至第一温度。在一些实施例中，第一温度可以为随后将进行沉积工艺的温度。在一些实施例中，第一温度可高于或低于将进行沉积工艺的温度。在一些实施例中，温度可以为约1500°C至约2400°C之间(但也可采用其它温度)。第二时段可经选择使灯丝达第一温度。在一些实施例中，第二时段可经选择以促进在灯丝周围形成氢自由基包层。在一些实施例中，第二时段可为约5秒至约1800秒的范围。完成第二时段后，方法100通常即结束。在一些实施例中，于沉积工艺前，方法100或部分方法100可用作预先调理步骤。例如，在一些实施例中，如上述般调理灯丝后，可继续提供电流至灯丝，以维持第一温度，并且可提供处理气体至腔室，以在衬底上沉积材料。连续处理衬底时，可先进行调理工艺，在连续流入处理气体的一些实施例中，可让许多衬底通过腔室，以在相继衬底上连续沉积材料。在一些实施例中，处理最后一个衬底后，可关闭处理气体及停止电流。例如，图2描绘了根据本发明一些实施例，操作HWCVD工具的方法200的流程图。方法200通常始于步骤202:可预先调理置于HWCVD工具的一个灯丝或多个灯丝。可在含氢气(H2)的氛围下，预先调理灯丝。在一些实施例中，依据上述方法100的实施例，可预先调理灯丝。在一些实施例中，可依据上述方法100的实施例中的步骤102，预先调理灯丝。接着，在步骤204中，预先调理灯丝后，可使电流流过灯丝，以将灯丝温度提高至第一温度。在一些实施例中，可提供电流至灯丝，以将灯丝温度提高至第一温度，同时继续提供含氢气体。在一些实施例中，可依据上述方法100的实施例中的步骤104，使电流流过灯丝。接着，在步骤206中，灯丝达第一温度后，可提供处理气体至HWCVD工具。在一些实施例中，当提供处理气体至HWCVD工具时，可停止流入含氢气体。处理气体可包含任何适合用于沉积工艺的处理气体。在一些实施例中，处理气体可包含接触到加热灯丝可热分解的气体，如此出自已分解处理气体的物种可沉积在下方衬底上。例如，沉积含硅膜时，例如微晶娃或无定形娃，处理气体可包含一或多个娃烧(SiH4)、氢气(H2)、膦(PH3)、二硼烧(B2H6)或类似物。接着，在步骤208中，利用自处理气体分解的物种，可沉积材料至衬底上。如上所述，沉积于衬底上的材料通常包含出自处理气体的物种。在一些实施例中，沉积于衬底上的材料可包含硅，但也可为其它材料。完成步骤208的材料沉积后，方法200通常即结束，并且依需求可进一步处理衬底。在一些实施例中，可依需求反复进行方法200，以在同一衬底上或提供至HWCVD工具的第二衬底上沉积材料。例如，在一些实施例中，于步骤208的在衬底上沉积材料后，可以第二衬底替换腔室中的衬底，同时使灯丝维持在第一温度。提供第二衬底后，可提供第二处理气体至处理腔室内。第二处理气体可和第一处理气体一样(例如，欲沉积相同材料时)，或者，第二处理气体可不同于第一处理气体(例如，欲在第二衬底上沉积不同材料时)。接着，可利用自第二处理气体分解的物种，在第二衬底上沉积材料。或者或此外，完成在衬底上沉积材料后，可终止电流流到灯丝。例如，完成在衬底上沉积材料后，即可于如达批量结束、轮班结束、当天结束、进入当周、维修时期或关闭工具的任何其它时间后 ，关闭工具。当再次启动工具时，随后在含氢气(H2)的氛围下，可预先调理灯丝。预先调理灯丝后，可使电流流过灯丝，以将灯丝温度提高至第二温度。灯丝达第二温度后，可提供第二处理气体至处理腔室内。如上所述，第二处理气体与第一处理气体可为相同或不同。利用自第二处理气体分解的物种，在第二衬底上沉积材料。图4描绘了总结固定功率测试的曲线图400，其中新钽灯丝安装在HWCVD腔室中，并在无任何氢气(H2)的情况下经点燃(例如加热)达约1700°C。灯丝温度快速下降，且约38分钟后，灯丝断线。安装新钽灯丝，并且使用约30sCCm的氢气(H2)冲洗腔室约5分钟。冲洗腔室后，点燃灯丝。在此运行期间，灯丝温度逐渐下降。然而即使经过60分钟后，灯丝也不会断线。约30分钟后，灯丝温度从约1700°C的初始温度降至约1660°C。约60分钟后，灯丝温度降至约1639°C。使用更大的氢气(H2)流量(约60sCCm)再次加热同一灯丝。使用较大的氢气(H2)流量时，灯丝温度下降更慢，经过60分钟后，灯丝温度从初始约1624°C降至约1609°C。灯丝也不会断线。使用120sCCm的氢气(H2)流量，计30分钟，以进行另一测试，其中灯丝不会断线，且在整个测试过程中，温度仅下降约4°C。图3描绘了根据本发明实施例的适用HWCVD处理腔室300的示意侧视图。处理腔室300大致包含腔室主体302，腔室主体302具有内部处理容积304。多个灯丝或金属丝310置于腔室主体302内(例如内部处理容积304内)。多个金属丝310还可为来回配线遍及内部处理容积304的单一金属丝。多个金属丝310包含HWCVD源。金属丝310通常由钨制成，但还可使用钽或铱。各金属丝310利用支撑结构(未图示)钳在适当位置，以当加热达高温时，使金属丝保持紧绷，并且提供金属丝电气接触。电源312耦接至金属丝310，以提供电流来加热金属丝310。衬底330可放在HWCVD源(例如金属丝310)下方，例如放在衬底支撑件328上。当衬底330通过HWCVD源下方时，就静态沉积而言，衬底支撑件328可固定不动，或就动态沉积而言，衬底支撑件328可如依箭头305所示移动。腔室主体302进一步包括一或多个气体入口(图显示一个气体入口 332)来提供一或多种处理气体和一或多个出口(图显示两个出口 334)连接至真空泵，以维持处理腔室300内呈适当操作压力，及移除过量处理气体及/或处理副产物。气体入口 332可送入喷淋头333 (如图示)或其它适合的气体分配元件，以在金属线310之上均匀地或依需求分配气体。
在一些实施例中，可提供一或多个屏蔽320，使不当沉积至腔室主体302内面上的情形减至最少。或者或此外，可使用一或多个腔室衬垫322，使清洁变得更容易。使用屏蔽和衬垫可排除或减少使用不当清洁气体，例如温室气体三氟化氮(NF3)。屏蔽320和腔室衬垫322通常会保护腔室主体内面，以免因处理气体流入腔室而不当收集沉积材料。屏蔽320和腔室衬垫322可以为可拆卸、可替换及/或可清洁。屏蔽320和腔室衬垫322可经配置以覆盖腔室主体中可能被涂覆的每一区域，包括金属线310周围和涂覆隔室的所有壁面，但不以此为限。通常，屏蔽320和腔室衬垫322可由铝(Al)制成，且屏蔽320和腔室衬垫322可具有粗糙表面，以加强沉积材料的附着性(以防沉积材料剥落)。屏蔽320和腔室衬垫322可以任何适当方式装设在处理腔室的预定区域，例如HWCVD源周围。在一些实施例中，可打开沉积腔室的上部而移除源、屏蔽和衬垫，以进行维修及清洁。例如，在一些实施例中，沉积腔室的盖子或天花板可沿着凸缘338耦接至沉积腔室主体，凸缘338支撑盖子并提供表面来将盖子固定于沉积腔室主体。控制器306可耦接至处理腔室300的各种部件，以控制部件操作。虽然图示意性示出耦接至处理腔室300，但控制器可操作连接至受控于控制器的任何部件，例如电源312、耦接至入口 322的气体供应器(未图示)、耦接至出口 334的真空泵及/或节流阀(未图示)、衬底支撑件328和诸如此类，以根据本文所述方法，控制HWCVD沉积工艺。控制器306通常包含中央处理单元(CPU)308、存储器313和用于CPU308的支持电路311。控制器306可直接或经由特定支持系统部件相关的其它计算机或控制器(未图示)来控制HWCVD处理腔室300。控制器306可为任一类型的通用计算机处理器，计算机处理器可用于工业设置来控制各种腔室和子处理器。CPU308的存储器或计算机可读取媒体313可为一或多个容易取得的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、闪存或任何其它类型的本端或远程数字存储器。支持电路311耦接至CPU308，以按照传统方式支持处理器。这些电路包括高速缓存存储器、电源、时钟电路、输入/输出电路与子系统等。本发明所述方法可存储于存储器313当作软件程序314，软件程序经执行或调用而将控制器转变成特定用途控制器，以按照本文所述方法，控制处理腔室300的操作。软件程序还可由第二 CPU(未图示)存储及/或执行，所述第二 CPU远离受CPU308控制的硬件。因此，本文提供延长HWCVD工艺中的钽灯丝使用寿命的方法。本发明所述方法实施例可提供一或多个下列优点:相较于使用钨灯丝有较佳的膜质量、较长的灯丝使用寿命、较久的设备正常运行时间、较高的产率和较大的产量。虽然以上针对本发明实施例说明，但在不脱离本发明基本范围的情况下，可策划本发明的其它和进一 步实施例。
权利要求
1.一种操作热丝化学气相沉积(HWCVD)工具的方法，所述方法包含: 提供氢气(H2)至灯丝，历经第一时段，所述灯丝置于所述HWCVD工具的处理腔室中；以及 经过所述第一时段后，使电流流过所述灯丝，以将所述灯丝的温度提高至第一温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中提供氢气还包含提供氢气和惰性载气。
3.一种操作热丝化学气相沉积(HWCVD)工具的方法，所述方法包含: 在含氢气(H2)的氛围下，预先调理灯丝历经第一时段，所述灯丝置于所述HWCVD工具的处理腔室中； 预先调理所述灯丝后，使电流流过所述灯丝，以将所述灯丝的温度提高至第一温度； 所述灯丝达所述第一温度后，提供处理气体至所述处理腔室内；以及 利用自所述处理气体分解的物种，在衬底上沉积材料。
4.如权利要求3所述的方法，其中在所述含氢气(H2)的氛围下，预先调理所述灯丝包含提供氢气和惰性载气。
5.如权利要求2或4任一项所述的方法，其中所述惰性载气包含氮气、氩气或氦气中的至少一种。
6.如权利要求3-4任一项所述的方法，其中提供所述处理气体进一步包含终止氢气流量，所述氢气流量被提供来维持所述含氢气(H2)的氛围。
7.如权利要求3-4或6任一项所述的方法,其中所述处理气体包含娃烧(SiH4)、氢气(H2)、膦(PH3)或二硼烷(B2H6)中的一种。
8.如权利要求3-4或6-7任一项所述的方法，所述方法进一步包含: 完成在所述衬底上沉积所述材料后，终止所述电流流到所述灯丝； 随后在含氢气(H2)的氛围下，预先调理所述灯丝； 预先调理所述灯丝后，使电流流过所述灯丝，以将所述灯丝的温度提高至第二温度； 所述灯丝达所述第二温度后，提供第二处理气体至所述处理腔室内；以及 利用自所述第二处理气体分解的物种，在第二衬底上沉积材料。
9.如权利要求3-4或6-8任一项所述的方法，所述方法进一步包含: 以第二衬底替换所述腔室中的所述衬底，同时使所述灯丝维持在所述第一温度； 提供所述第二衬底后，提供第二处理气体至所述处理腔室内；以及 利用自所述第二处理气体分解的物种，在所述第二衬底上沉积材料。
10.如权利要求1-9任一项所述的方法，其中所述灯丝是钽灯丝。
11.如权利要求1-10任一项所述的方法，其中所述第一温度是随后将发生CVD沉积工艺的温度。
12.如权利要求1-11任一项所述的方法，其中所述第一温度为约1500°C至约2400°C。
13.如权利要求1-12任一项所述的方法，其中所述处理腔室内的压力维持在约I毫托。
14.如权利要求1-13任一项所述的方法，其中所述第一时段的范围是从约5秒至约1800 秒。
15.一种上面存储有多个指令的计算机可读取媒体，以于执行时，使HWCVD工具进行一种方法，所述方法包含如权利要求1至14中的任何方法。
全文摘要
本发明提供利用热丝化学气相沉积(HWCVD)工艺沉积膜的方法。在一些实施例中，操作HWCVD工具的方法包括提供氢气(H2)至灯丝，历经第一时段，灯丝置于HWCVD工具的处理腔室中；以及经过第一时段后，使电流流过灯丝，以将灯丝温度提高至第一温度。
文档编号C23C16/448GK103168115SQ201180050142
公开日2013年6月19日 申请日期2011年10月20日 优先权日2010年10月22日
发明者拜平·塔库尔, 乔·格里菲思克鲁兹, 斯蒂芬·凯勒, 维卡斯·古扎尔, 亚努·拉万德·帕蒂尔 申请人:应用材料公司