远程等离子体可流动CVD腔室的方法及设备与流程

本文描述的实施总的来说涉及基板处理设备，且更具体地涉及改进的等离子体增强化学气相沉积腔室。

相关技术

半导体处理涉及能够使微型集成电路创建于基板上的许多不同的化学和物理工艺。通过化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长等产生构成集成电路的材料层。使用光阻掩模和湿式蚀刻或干式蚀刻技术来图案化某些材料层。用于形成集成电路的基板可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或其他合适的材料。

在集成电路的制造中，等离子体工艺通常用于各种材料层的沉积或蚀刻。与热处理相比，等离子体处理具有许多优点。例如，等离子体增强化学气相沉积(pecvd)允许沉积工艺在比类似的热处理中可实现的温度更低的温度下且以比类似的热处理中可实现的沉积速率更高的沉积速率进行。因此，pecvd对于具有严格热预算的集成电路制造是有利的，例如针对超大型集成电路或极大型集成电路(vlsi或ulsi)器件制造。

常规的pecvd配置使用远程等离子体系统(rps)发生器以从腔室外部生成自由基。在rps发生器中形成的自由基是之后被输送并分布在基板上方的等离子体。然而，由于从rps发生器到基板上方区域的输送路径很长，因此有很高的复合率(recombinationrate)，这导致了腔室与腔室间的差异。

因此，需要一种改进的pecvd腔室。

技术实现要素：

本文公开的实施总的来说涉及等离子体处理系统。等离子体处理系统包括处理腔室、腔室陈化(seasoning)系统和远程等离子体清洁系统。处理腔室具有界定处理区域和等离子体场的腔室主体。腔室陈化系统耦接到处理腔室。腔室陈化系统经配置而陈化处理区域和等离子体场。远程等离子体清洁系统与处理腔室连通(incommunicationwith)。远程等离子体清洁系统经配置而对处理区域和等离子体场进行清洁。

在另一个实施中，本文公开了陈化处理腔室的方法。陈化处理腔室的第一区域。在处理腔室中产生等离子体。陈化处理腔室的第二区域。

在另一个实施中，本文公开了一种对处理系统进行清洁的方法。在远程等离子体系统中产生等离子体。等离子体被引导到远程等离子体系统的上部分流歧管(splitmanifold)。对处理腔室的第一区域进行清洁。在对处理腔室的第一区域进行清洁之后，对处理腔室的第二区域进行清洁。等离子体从上部分流歧管引导至远程等离子体系统的下部分流歧管。

附图简单说明

以更详细地了解本公开的上述特征的方式，可通过参考实施来对已简要概述于前的本公开进行更具体的描述，所述实施中的一些实施在附图中示出。然而，值得注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施，且由于本公开可允许其他等效的实施例因此附图并不被视为对于本公开的范围的限制。

图1是根据一个实施的等离子体系统的示意性截面图。

图2是根据一个实施的图1的等离子体系统的选择性调节设备的部分顶视图。

图3是根据一个实施的图1的等离子体系统的喷头的部分底视图。

图4是根据一个实施具有腔室陈化系统的图1的处理系统的简化视图。

图5是示出陈化处理腔室(诸如图1的等离子体系统)的方法的流程图。

图6是根据一个实施具有远程等离子体系统的图1的处理系统的简化视图。

图7是示出清洁处理腔室(诸如图1的等离子体系统)的方法的流程图。

为了清楚起见，已在可能的情况下使用相同的数字编号代表附图中相同的元件。另外，一个实施例的元件可以有利地适用于本文所述的其他的实施中。

具体实施方式

图1是处理系统100的示意性截面图。等离子体系统100通常包括腔室主体102，腔室主体102具有侧壁104、底壁106和共用的内部侧壁108。共用的内部侧壁108、侧壁104和底壁106界定一对处理腔室110a和110b。本文详述腔室110a的细节。处理腔室110b被描绘于图4和图6中。处理腔室110b基本上与处理腔室110a类似，且为了清楚起见而省略了其描述。真空泵112耦接到处理腔室110a、110b。

处理腔室110a可包括设置在所述处理腔室110a中的基座114。基座114可以延伸穿过形成在处理系统100的底壁106中的相应通道116。基座114包括基板接收表面115。基板接收表面115经配置而在处理期间支撑基板101。每个基座114可包括设置为穿过基座114主体的基板升降杆(未示出)。基板升降杆选择性地将基板101与基座114间隔开，以促进将基板101与用于将基板传递进出处理腔室110a的机器人(未示出)交换。

处理腔室110a进一步包括上部歧管118。上部歧管118可耦接到腔室主体102的顶部部分。上部歧管118包括气箱120，气箱120具有形成在所述气箱120中的一个或多个气体通道122。气箱120耦接到一个或多个气源124。一个或多个气源124可在处理期间将一种或多种工艺气体提供至处理腔室110a。

处理系统100进一步包括面板126、离子区隔板128以及将面板126与离子区隔板128分隔开的间隔件130。在一些实施中，处理系统100可进一步包括定位在面板126和气箱120之间的区隔板125。定位在气箱120下方的区隔板125在气箱120与区隔板125之间形成第一气室132。第一气室132经配置接收来自一个或多个气体通道122的一个或多工艺气体。气体可从第一气室132经由形成于区隔板125中的一个或多个开口134流过区隔板125。一个或多个开口134经配置允许气体从区隔板125的顶侧通向区隔板125的底侧。

面板126定位在区隔板125下方，在面板126与区隔板125之间界定第二气室136。区隔板125的一个或多个开口134与第二气室136流体连通。工艺气体经由一个或多个开口134流过区隔板125并进入第二气室136。工艺气体可从第二气室136经由面板126中形成的一个或多个开口138穿过面板126。

离子区隔板128位于面板126下方。间隔件130将离子区隔板128与面板126分隔开，而形成等离子体场111。间隔件130可以是绝缘环，其允许相对于离子区隔板128将交流(ac)电势施加到面板126。间隔件130可定位在面板126与离子区隔板128之间以使得电容耦合等离子体(ccp)能够形成在等离子体场111中。第三气室140界定于面板126和离子区隔板128之间。第三气室140经配置接收从第二气室136经由一个或多个开口138而来的气体。

面板126和离子区隔板128用作rf的两个电极，间隔件130用作隔离器(isolator)。在两个电极(即面板126、离子区隔板128)之间的空腔中形成等离子体场111。气体在等离子体场111中解离。在面板126中形成的一个或多个开口138允许气体进入等离子体场111。

离子区隔板128可包括穿过离子区隔板128形成的多个孔径。多个孔径经配置而抑制离子带电物质经过离子区隔板128的移动，同时允许不带电荷的中性或自由基物质穿过离子区隔板128进入处理区域131。

处理系统100可进一步包括位于离子区隔板128下方的喷头144。喷头144界定基座114与喷头144之间的处理区域131的上边界。在图1所描绘的实施例中，喷头144可以是双通道喷头。喷头144包括形成在所述喷头144中的第一多个开口146、第二多个开口148以及一个或多个气体通道150。第一多个开口146与形成在离子区隔板128中的一个或多个孔径流体连通。第一多个开口146允许在等离子体场111中形成的等离子体中的自由基穿过喷头144并进入基板处理区域131。一个或多个气体通道150经配置成接收来自气源124的气体。例如，一个或多个气体通道150经配置而接收来自气源124的前驱物气体。

第二多个开口148形成在喷头144中，使得第二多个开口148提供一个或多个气体通道150与处理区域131之间的流体连通。如此一来，离开等离子体场111并经由第一多个开口146进入处理区域131的自由基可与由一个或多个气体通道150经由第二多个开口148提供的前驱物气体混合并反应。此配置不同于现存的pecvd腔室，因为前驱物和反应气体不会一起进入等离子体场111并在其中反应；反之，因为喷头144位于离子区隔板128下方，所以前驱物先离开等离子体场111并接着进入喷头144。因此，前驱物和自由基之间的混合与反应是在等离子体场111的外部。如此一来，间接电容耦合等离子体与后来引入的前驱物的组合提供了更好的间隙填充和更宽的膜流动性窗口(filmflowabilitywindow)。

图2示出根据一个实施例的离子区隔板128的局部顶视图。离子区隔板128包括盘形主体200，盘形主体200具有顶表面202、底表面204和外边缘206。顶表面202面向面板126且底表面204面向喷头144。离子区隔板128包括形成在所述离子区隔板128中的一个或多个孔径207。一个或多个孔径207允许气体从离子区隔板128的顶表面202传递到底表面204。在一个实施中，一个或多个孔径207以图案208布置。例如，孔径207可以以六角形图案布置。

图3示出根据一个实施的喷头144的部分底视图。在图3中，喷头144位于图1和图2的离子区隔板128下方。如结合图1所讨论的，喷头144包括第一多个开口146和第二多个开口148。第一和第二多个开口146、148以图案302布置。例如，第一和第二多个开口146、148以六角形图案布置。第一和第二多个开口146、148经布置使得第一和第二多个开口146、148偏离形成在离子区隔板128中的一个或多个孔径207。此偏离的布置有助于最小化直接等离子体形成并最小化离子密度，以上二者皆可能引起电弧或者可能损坏基板预置层(pre-layer)。另外，此偏离的布置有助于保留自由基并且增加基板101的膜均匀性。

在操作期间，工艺气体可被供应到等离子体场111。例如，工艺气体可以是氧基气体。可将rf施加到离子区隔板128和面板126，使得在等离子体场111中形成等离子体。一般来说，产生的等离子体可包括三种类型的物质：自由基(中性)、离子和电子。等离子体场中的自由基可以从等离子体场111移动穿过离子区隔件128。离子区隔件128经配置而过滤或减少等离子体中的离子，同时允许自由基流过在离子区隔板128中形成的一个或多个孔径207。自由基可流过喷头144中的开口146并进入处理区域131。如此一来，效果是使用与远程等离子体应用的电容耦合等离子体类似的电容耦合等离子体。在一些实施中，可经由形成在喷头144中的一个或多个气体通道150将前驱物引至离子区隔件128下方。例如，前驱物气体可以是硅基气体。如此一来，当前驱物和自由基皆进入处理区域时，前驱物可仅与从等离子体场111中形成的等离子体分离的自由基混合。因此，前驱物和等离子体自由基之间的反应主要是化学反应，而不是物理和化学反应。

处理系统100包括腔室陈化系统160。腔室陈化系统160经配置以陈化腔室110a的区域以减少在处理期间基板101的潜在污染。为了清楚起见，图4示出具有处理系统100简化视图的腔室陈化系统160。腔室陈化系统160包括气源162、一个或多个馈送管线164、第一阀门166和第二阀门168，其中一个或多个馈送管线164将气源耦接到腔室110a。第一馈送管线164a将气源162耦接到第一阀166。第一阀166经由第二馈送管线164b耦接到上部歧管118。第一和第二馈送管线164a、164b提供从气源162至上部歧管118的第一气体流动路径169。第一阀166可在开启状态和关闭状态之间配置，从而允许或阻止气体从气源162穿过第一阀166到上部歧管118。

第三馈送管线164c将气源162耦接到第二阀168。第二阀168经由第四馈送管线164d耦接到喷头144。第三和第四馈送管线164c、164d提供从气源162到喷头144的第二气体流动路径172。第二阀168可在开启状态和关闭状态之间配置，从而允许或防止气体从气源162穿过第二阀168到喷头144。

第一气体流动路径169用于腔室的等离子体场111中的陈化工艺。例如，当需要陈化等离子体场111时，第一阀166切换到开启状态，并且第二阀168切换到关闭状态。处于开启状态的第一阀166允许具有载气的前驱物进入上部歧管118。气体可经由一个或多个气体通道122进入区隔板125和气箱120之间的第一歧管。前驱物接着可与反应气体和载气混合并反应。此混合物接着可从第一歧管流过区隔板125进入第二歧管，流过面板126并进入等离子体场111。顶部陈化工艺用于陈化等离子体场111中的腔室110a壁，以避免离子直接撞击在腔室110a部件表面上，此离子直接撞击可能导致高痕量金属和颗粒。

第二气体流动路径172用于腔室110a的处理区域131中的陈化工艺。例如，当需要陈化处理区域131时，第二阀168位于开启状态，且第一阀166位于关闭状态。处于开启状态的第二阀168允许具有载气的前驱物经由喷头144进入处理区域131。前驱物气体连同载气一起经过喷头144进入腔室110a。前驱物和载气的混合物填充在喷头144中形成的更多个气体通道150中的一个。反应气体经过上部歧管118的一个或多个气体通道122进入腔室110a。反应气体在喷头144上方界定的等离子体场111中解离。在解离之后，来自等离子体的气体和自由基的混合物穿过喷头144的第一多个开口，而前驱物和载气的混合物穿过喷头144的第二多个开口。前驱物和载气的混合物与气体和自由基的混合物在喷头144下方的处理区域131中混合。底部陈化工艺用于在喷头144下方的腔室侧壁104上的沉积，同时发生主要处理。

图5是示出陈化处理腔室(诸如图1的等离子体系统100)的方法的流程图。陈化工艺通常用于在清洁工艺之后将膜沉积至腔室110a的内部表面上。通过防止附着于腔室110a表面的残留颗粒脱落并掉落在正在处理的基板上，所沉积的膜减少在处理期间的污染程度。此方法可在框502处开始。在框502处，可在处理腔室110a中进行可选的清洁序列。例如，在处理腔室110a中的沉积工艺(诸如sio或sioc间隙填充工艺)之后，处理腔室110a可经历清洁工艺以从内部腔室表面去除残余材料。下面结合图5更详细地讨论针对处理系统100所讨论的示例清洁工艺。

在框504处，处理腔室110a的第一区域经历陈化工艺。例如，处理腔室110a的第一区域可以是离子区隔板128和喷头144之间的等离子体场111。框504包括子框506-510。在子框506处，开启腔室陈化系统160中的第一阀166。腔室陈化系统160中的第一阀166提供从一个或多个气源到等离子体场111的流体连通。在开启位置，陈化气体可从气源流到等离子体场111。例如，陈化气体可包括与气源124所提供的反应气体和载气混合的具有载气的前驱物实例的混合物。在子框508处，腔室陈化系统160中的第二阀168保持在关闭位置或者经配置为关闭位置。腔室陈化系统160中的第二阀168提供从一个或多个气源经由喷头144到喷头144与基座114之间界定的处理区域131的流体连通。在子框510处，rf电源施加到喷头144和离子区隔板128以撞击等离子体场111内的等离子体。例如，当陈化气体经过离子区隔板128进入等离子体场111时，rf施加到喷头144和离子区隔板128。如此一来，反应气体开始解离，且因为加入前驱物，膜的沉积几乎立即开始。因此，当施加rf时，解离和沉积几乎同时开始。

在框512处，处理腔室110a的第二区域经历陈化工艺。例如，处理腔室110a的第二区域可以是喷头144与基座114之间的处理区域131。框512包括子框514-520。在子框514处，开启腔室陈化系统160中的第二阀168。腔室陈化系统160中的第二阀168提供从一个或多个气源到处理区域131的流体连通。在开启位置，陈化气体可从气源流到处理区域131。例如，陈化气体可包括与气源124所提供的反应气体和载气混合的具有载气的前驱物实例的混合物。在子框516处，腔室陈化系统160中的第一阀166经配置为关闭位置。关闭第一阀166切断从气源到等离子体场111的气体流动并且迫使气体流向下行进到第二阀。在子框518处，将反应气体提供给处理腔室110a。如此一来，反应气体进入等离子体场111。在子框520处，rf功率被施加到喷头144和离子区隔板128以撞击等离子体场111内的等离子体。例如，当反应气体进入等离子体场111时，将rf施加到喷头144和离子区隔板128。如此一来，反应气体开始在其中解离。与顶部陈化不同，因为前驱物气体已经提供到等离子体场111下方的喷头144，所以沉积没有发生在等离子体场111内，而没有前驱物气体流动通过等离子体场111。具有载气的前驱物接着进入喷头144。如此一来，具有载气的前驱物通过第一多个开口离开喷头144，且等离子体场111中形成的等离子体通过第二多个开口离开喷头144。因此，前驱物和载气在它们进入处理区域131之前不与反应气体混合。因此，穿过喷头144的气体和自由基的混合物与穿过处理区域131中的喷头144的前驱物和载气混合并反应，使得可发生沉积。

在一些实施例中，rf频率的自动频率调谐(aft)和脉冲(即改变工作周期)可以有助于显著调整膜性质，诸如沉积速率、ri和流动性。例如，在100％工作周期下将rf频率调整到50hz达60秒可针对流动性产生约的沉积厚度和约1.4的折射率。在另一个示例中，在100％工作周期下将rf频率调整到50hz达约60秒可针对膜粗糙度产生约的厚度和约1.5的折射率。

处理系统100进一步包括rps清洁系统170。为了清楚起见，图7中以具有等离子体处理系统100的简化视图示出rps清洁系统170。rps清洁系统170包括远程等离子体发生器171，上部分流歧管174和下部分流歧管176。远程等离子体发生器171耦接到上部分流歧管174。远程等离子体发生器171经配置而在所述远程等离子体发生器171中产生等离子体，以用于腔室清洁工艺。例如，远程等离子体发生器171经配置而产生包括氟自由基的等离子体，所述氟自由基通过使用来自等离子体的能量分裂氟以产生。远程等离子体发生器171可经由导管178耦接到上部分流歧管174。上部分流歧管174耦接到第一阀177和第二阀179。每个阀177、179可在开启状态和关闭状态之间切换。上部分流歧管174经由第一导管180耦接到第一阀177。上部分流歧管174经由第二导管182耦接到第二阀。第三导管184将第一阀177耦接到上部歧管118。第一导管180和第三导管184共同形成从上部分流歧管174到上部歧管118的第一清洁流动路径186。当第一阀177切换到开启状态时，来自等离子体的自由基从远程等离子体发生器171流入上部分流歧管174并进入上部歧管118。若不希望针对腔室顶部的清洁工艺，则第一阀177处于关闭位置。

上部分流歧管174经由导管188耦接到下部分流歧管176。当阀177、179处于关闭位置时，来自远程等离子体发生器171的自由基经由导管188被迫进入下部分流歧管176中。下部分流歧管176耦接到第一下部阀190和第二下部阀192。每个下部阀190、192可在开启状态和关闭状态之间配置。下部分流歧管176经由第一下部导管194耦接到第一下部阀190。下部分流歧管176经由第二下部导管196耦接到第二下部阀192。第三下部导管198将第一下部阀190耦接到处理区域131。第一下部导管194和第三下部导管198共同形成从下部分流歧管176到处理区域131的第一下部清洁流动路径199。当第一下部阀190处于开启状态且上部阀177、179处于关闭状态时，来自远程等离子体发生器171的自由基向下流入下部分流歧管176并进入处理区域131。若不希望针对腔室的处理区域131的清洁处理工艺，则第一下部阀190处于关闭位置。

使用清洁工艺是因为在横跨腔室的部件表面上存在高度不均匀的沉积厚度。因为在沉积/底部陈化期间，前驱物被引入喷头144的下方，所以仅有非常小部分的前驱物扩散回喷头144上方。因此，喷头144下方的侧壁上的沉积厚度远高于喷头144上方的侧壁上的沉积厚度。因为清洁工艺必须补偿最厚的膜，所以使用顶部清洁显著地对喷头144上方的部件过度清洁，进一步引起表面氟化并且产生氟基颗粒。因此，除了顶部清洁之外，也需要底部清洁。

图7是表示清洁处理系统100中的处理腔室110a(诸如图1的处理腔室110a)的方法的流程图。可在处理腔室110a中的沉积工艺(诸如sio或sioc间隙填充工艺)之后执行清洁工艺，处理腔室110a可经历清洁工艺以从内部腔室部件去除残留材料。

方法700于框702开始。在框702处，由清洁系统170中的远程等离子体源产生等离子体。通过向远程等离子体源供应气体并向远程等离子体源施加rf以在远程等离子体源中产生等离子体。在一个示例中，远程等离子体源中产生的等离子体含有氟自由基。在框704处，氟自由基被引导至上部分流歧管174。

在框706处，处理腔室110a的第一区域经历清洁处理。例如，处理腔室110a的第一区域可以是在面板126和离子区隔板128之间界定的等离子体场111。框706包括子框708-710。在子框708处，开启上部分流歧管174中的第一阀177。上部分流歧管174中的第一阀177提供上部分流歧管174与处理腔室110a的上部歧管118之间的流体连通。如此一来，自由基可从上部分流歧管174流到处理腔室110a的上部歧管118。在子框710处，将rf提供到面板126和离子区隔板128。提供到面板126和离子区隔板128的rf有助于防止在清洁工艺期间氟自由基的复合。

在框712处，处理腔室110a的第二区域经历清洁处理。例如，处理腔室110a的第二区域可以是在喷头144和基座114之间界定的处理区域131。框712包括子框714-716。在子框714处，关闭上部分流歧管174中的第一阀177。关闭第一阀177迫使来自上部分流歧管174的自由基到达清洁系统170的底部分流歧管。在子框716处，底部分流歧管中的第二阀190经配置为开启位置。在开启位置，第二阀190提供下部分流歧管176和处理区域131之间的流体连通。如此一来，自由基可流入喷头144并从喷头144流入处理区域131以清洁处理区域131内的腔室110a部件。

可选地，在框714处，当处理腔室110a的第二区域经历清洁工艺时，净化气体被提供到处理腔室110a的第一区域。例如，净化气体可通过处理腔室110a的上部歧管118被提供到等离子体场111。等离子体场111中的净化气体有助于消除来自处理区域131经过喷头144和离子区隔板128的任何等离子体自由基的回流。如此一来，净化气体有助于将清洁工艺仅维持于处理区域131中。

参考回图1，处理系统100进一步包括控制器141。控制器141包括可编程中央处理器(cpu)143，其可与存储器145和大容量存储设备、输入控制单元和显示单元(未示出)操作(诸如功率供应、时钟、高速缓存、输入/输出(i/o)电路和衬里)，其耦接至处理系统的各种部件以促进控制基板处理。

为了促进控制上述腔室100，cpu143可为可在工业环境中用于控制各种腔室和子处理器的任何形式的通用计算机处理器，诸如可编程逻辑控制器(plc)。存储器145耦接至cpu143，并且存储器195是非瞬态的并可为容易取得的存储器中的一种或多种，诸如随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、软盘驱动、硬盘或任何其他形式的数字存储，本地的或是远程的。支持电路147与cpu143耦接以用于以常规方式支持处理器。带电物质的产生、加热和其他工艺通常作为软件常用例程一般存储在存储器116中。软件常用例程还可由第二cpu(未示出)储存和/或执行，第二cpu位于cpu143正控制的处理腔室100的远程。

存储器145是以含有指令的计算机可读存储介质的形式，当由cpu143执行所述指令时，所述指令促进腔室100的操作。存储器145中的指令是以程序产品的形式，如实现本公开文本的方法的程序。所述程序代码可符合多个不同编程语言中的任何一种编程语言。在一个示例中，本公开可实现作为用于和系统一起使用的存储在计算机可读存储介质上的程序产品。程序产品的(一个或多个)程序界定实施(包括本文描述的方法)的功能。说明性计算机可读存储介质包括但不限于：(i)信息可永久储存于其上的不可写入存储介质(诸如计算机内的只读存储设备，诸如cd-rom驱动可读取的cd-rom盘、闪存、rom芯片或者任何类型的固态非易失性半导体存储器)；和(ii)信息不可永久存储于其上的可写入存储介质(诸如磁盘驱动或硬盘驱动内的软盘或任何类型的固态随机存取半导体存储器)。当这些计算机可读存储介质承载指向本文所述的方法的功能的计算机可读指令时，这些计算机可读存储介质为本公开文本的实施例。

尽管前面所述针对特定实施，但在不背离本公开文本基本范围和以下权利要求所界定的范围的情况下，可设计其他与进一步的实施例。