解决在高温非晶碳沉积的厚膜沉积期间的自发电弧的制作方法

背景技术：

本公开的实施例总体上涉及在厚膜沉积期间在等离子体处理腔室中减少电弧的装置。

相关技术说明

等离子体强化的化学气相沉积(pecvd)工艺是化学工艺，在该化学工艺中将电磁能量施加到至少一个前驱物气体或前驱物蒸汽，以将前驱物转变成反应等离子体。使用pecvd具有许多优点，包括但不限于降低形成膜所需的温度、增加膜的形成速率、以及强化所形成的层的特性。

pecvd工艺在硬掩模(hardmask)的形成中已经日益普遍。随着设备从包括64个氧化物/氮化物交替层的堆叠发展到包括96个或128个氧化物/氮化物交替层的堆叠，硬掩模(通常为含碳的硬掩模)的厚度增加至大于三微米。当碳硬掩模的厚度大于两微米时，由于延长的沉积时间或增加的等离子体功率，局部电荷累积以及不一致的电荷消散路径的风险增加。局部电荷累积及不一致的电荷消散路径可能会由于以电弧形式的瞬时放电导致故障。在统计上，在较厚的硬掩模范围内，由电弧引起的缺陷率呈指数增长(从约0.3％到约30％)。由于增加的电弧率，具有96个或128个氧化物/氮化物交替层的未来设备将不可行，从而限制了对未来设备和应用的可扩展性。

因此，需要一种改进的装置，以在厚膜沉积期间在等离子体处理腔室中减少电弧。

技术实现要素：

本公开的实施例总体上涉及在厚膜沉积期间在等离子体处理腔室中减少电弧的装置。在一个实施例中，一种环包括主体，所述主体具有顶部表面；平行于顶部表面的底部表面；将顶部表面连接至底部表面的倾斜表面，倾斜表面和底部表面形成在约20度至约80度的范围内的角度；将顶部表面连接至底部表面的外边缘；以及通过倾斜表面和底部表面的连接(junction)限定的内边缘，内边缘具有在约12.08英寸至约12.18英寸的范围内的直径。

在另一实施例中，一种用于在基板上形成层的处理腔室，所述处理腔室包括腔室主体；设置在腔室主体上的盖；设置在腔室主体中的基板支撑件；以及设置在基板支撑件上的边缘环。所述边缘环包括主体，所述主体具有外边缘和内边缘，并且内边缘的直径比基板的直径大约0.28英寸至约0.38英寸。

在另一实施例中，一种方法，包括将基板放入处理腔室中，基板由边缘环围绕，基板和边缘环的内边缘之间的距离在约0.14英寸至约0.19英寸的范围内；以及在基板上形成介电层，并且介电层具有大于约两微米的厚度。

附图说明

为了以能够详细理解本公开的以上记载特征的方式，可参考实施例来获得对以上简要概述的本公开的更具体的描述，这些实施例中的一些在所附附图中被示出。然而应当注意，所附附图仅示出示例性实施例，因此不应视为限制其范围，并且可允许有其他等效的实施例。

图1是根据本文所述的一个实施例的等离子体处理腔室的示意性截面图。

图2是根据本文所述的一个实施例的图1的边缘环的截面立体图。

图3是示出了根据本文所述的一个实施例的用于在图1的等离子体处理腔室中形成层的方法的流程图。

为了促进理解，已尽可能地使用相同的附图标记来指定各附图共有的相同要素。可以构想的是，一个实施例的要素和特征可有益地并入其他实施例中而无须进一步说明。

具体实施方式

本公开的实施例总体上涉及在厚膜沉积期间在等离子体处理腔室中减少电弧的装置。在一个实施例中，当在基板上沉积厚(大于两微米)层时，使用包括比基板的外径大约0.28英寸至约0.38英寸的内径的边缘环。层可以是介电层，诸如碳硬掩模层，例如非晶碳层。由于在厚层的沉积期间，在基板的外边缘和边缘环的内边缘之间的0.14英寸至0.19英寸的间隙，因此在维持层厚度均匀性的同时减少了基板支撑表面的电弧。

如本文所使用的“基板”是指任何基板或在基板上形成的材料表面，在制造工艺期间在所述基板上执行膜处理。例如，取决于应用，可在其上执行处理的基板表面包括诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(soi)、碳掺杂的氧化硅、非晶硅、掺杂的硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石之类的材料，以及任何其他材料，诸如金属、金属氮化物、金属合金以及其他导电材料。基板包括但不限于半导体晶片。基板可被暴露于预处理工艺，以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟化、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板的表面上的膜处理之外，如以下更详细地公开的，所公开的任何膜处理步骤也可在基板上形成的下层上执行，并且术语“基板表面”旨在包括如上下文指示的下层。因此，例如，当膜/层或部分膜/层已经被沉积到基板表面上时，新沉积的膜/层的暴露的表面变成基板表面。

图1是根据本文所述的一个实施例的等离子体处理腔室100的示意性截面图。处理腔室100可以是pecvd腔室或其他等离子体强化的处理腔室。可从本文所述的实施例受益的示例性处理腔室是可从美国加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司获得的支持pecvd腔室的系列。可以预期的是，来自其他制造商的其他类似配备的处理腔室也可以从本文所述的实施例受益。处理腔室100包括腔室主体102、设置在腔室主体102内部的基板支撑件104、以及耦合至腔室主体102且在处理区域120中包覆基板支撑件104的盖组件106。盖组件106包括气体分配器112。通过形成在腔室主体102中的开口126将基板154提供到处理区域120。

隔离器110将气体分配器112与腔室主体102分开，所述隔离器110可以是诸如陶瓷或金属氧化物之类的介电材料，例如氧化铝和/或氮化铝。气体分配器112的特征在于开口118，所述开口118用于允许工艺气体进入处理区域120中。工艺气体可经由导管114供应到处理腔室100，并且工艺气体可在流过开口118之前进入气体混合区域116。排气152形成于在腔室主体102中位于基板支撑件104下方的位置处。排气152可被连接至真空泵(未示出)，以从处理腔室100移除未反应的物质和副产物。

气体分配器112可耦合至电功率源141，诸如rf发生器或dc电源。dc电源可以向气体分配器112供应连续的dc功率和/或脉冲的dc功率。rf发生器可以向气体分配器112供应连续的rf功率和/或脉冲的rf功率。在操作期间开启电功率源141以向气体分配器112供应电功率，从而促进在处理区域120中形成等离子体。

基板支撑件104可由陶瓷材料形成，例如金属氧化物或氮化物或氧化物/氮化物的混合物，诸如铝、氧化铝、氮化铝或氧化铝/氮化铝的混合物。基板支撑件104由杆143支撑。基板支撑件104可接地。电极128被嵌入在基板支撑件104中。电极128可以是板、多孔板(perforatedplate)、筛网、丝网或任何其他分布式布置。电极128经由连接器130耦合至电功率源132。电功率源132可以是rf发生器，并且可使用电功率源132以控制形成在处理区域120中的等离子体的特性，或促进在处理区域120内的等离子体的生成。例如，电功率源141和电功率源132可被调谐到两个不同的频率，以提升处理区域120中多种物质的电离。在一个示例中，可使用电功率源141和电功率源132以在处理区域120内生成电容耦合的等离子体。

基板支撑件104包括用于支撑基板154和边缘环140的表面142。基板154和边缘环140可被同心地设置在基板支撑件104的表面142上。边缘环可以由与基板支撑件的材料相同的材料制成。边缘环140包括内边缘144和外边缘146。基板154包括外边缘148。在一个实施例中，基板154的外边缘148和边缘环140的内边缘144之间的距离d在约0.14英寸至约0.19英寸的范围内。由于在厚层(诸如具有大于2微米的厚度的硬掩模)的沉积期间，距离d在约0.14英寸至约0.19英寸的范围内，因此在维持厚层的层厚度均匀性的同时减少了在基板支撑件104的表面142上的电弧。

常规地，基板154的外边缘148和常规边缘环的内边缘之间的距离为约0.2英寸至0.8英寸。当在厚层的沉积期间电荷累积超过介电阈值时，在基板154和常规边缘环之间的基板支撑件104的表面142处发生瞬间放电。

已发现通过将基板154的外边缘148和边缘环140的内边缘144之间的距离减少到约0.14英寸至约0.19英寸，在基板154和边缘环140之间的基板支撑件104的表面142处的电弧被最小化。在一个实施例中，基板154具有约11.8英寸的直径，并且边缘环140的内边缘144的直径为约12.2英寸。表1展示了具有边缘环140的益处。

表1：

在表1的示例中，将600v施加到电极128以在沉积期间有意地增加电荷累积。通常，在正常厚层沉积期间施加到电极128的电压小于600v。即使在高电压(诸如600v)被施加到电极128的情况下，在边缘环140未观察到电弧。

还已经发现，如果距离d小于0.1英寸诸如0英寸(边缘环与基板接触)，则沉积在基板154上的厚层的厚度均匀性降低。因此，由于在厚层(诸如具有大于2微米的厚度的硬掩模)的沉积期间，距离d在约0.14英寸至约0.19英寸的范围内，因此在维持层厚度均匀性的同时减少了基板支撑件104的表面142上的电弧。在一个实施例中，基板154具有约11.8英寸的直径，并且边缘环140的内边缘144的直径在12.08英寸至约12.18英寸的范围内。在一个实施例中，边缘环140的内边缘144的直径是基板154的直径的约102.4％至约103.2％。在一个实施例中，通过边缘环140的内边缘144限定的开口是基板154的主要表面的面积的约104.8％至约106.5％。

图2是根据本文所述的一个实施例的图1的边缘环140的截面立体图。如图2中所示，边缘环140包括内边缘144和外边缘146。边缘环140进一步包括顶部表面202和底部表面204，顶部表面202和底部表面204可以彼此平行。顶部表面202通过倾斜表面206连接至底部表面204，并且内边缘144为底部表面204和倾斜表面206的连接。角度a由底部表面204和倾斜表面206形成，并且角度a在约20度至约80度的范围内，诸如在约40度至约70度的范围内，例如在约55度至约65度的范围内。如果角度a小于20度(诸如10度)，则内边缘144可能容易碎裂，并且在碎裂的位置处可发生电弧。

图3是示出了根据本文所述的一个实施例的用于在图1的等离子体处理腔室100中形成层的方法300的流程图。方法300开始于框302处，在框302处将基板(诸如图1中所示的基板154)放入处理腔室(诸如图1中所示的处理腔室100)中。基板由边缘环(诸如图1中所示的边缘环140)围绕，并且基板和边缘环的内边缘之间的距离在约0.14英寸至约0.19英寸的范围内。基板包括层的堆叠，诸如96个或128个交替的氧化物/氮化物层，例如氧化硅和氮化硅层。

接下来，在框304处，使用pecvd在层的堆叠上沉积介电层(诸如非晶碳层)。所述介电层具有大于两微米的厚度，诸如约三微米。在沉积介电层期间，在基板和边缘环的内边缘之间没有电弧。在框306处，随后在介电层上形成并图案化光刻胶(photoresist)，并将图案传递到介电层，如框308处所示。接下来，在框310处，在层的堆叠中形成一个或多个开口。所述一个或多个开口可通过一个或多个蚀刻工艺形成。

在基板上沉积具有大于约两微米的厚度的层期间，通过使用具有内边缘直径比基板的外径大约0.28英寸至约0.38英寸的边缘环，来在维持层厚度均匀性的同时减少基板支撑表面的电弧。

尽管上述内容针对本公开的实施例，但是可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计出本公开的其他和进一步实施例。