用分子反应性清扫气体改善dc偏置的缺陷控制和稳定性的制作方法
【专利说明】用分子反应性清扫气体改善DC偏置的缺陷控制和稳定性
相关申请的交叉引用
[0001]本公开是于2014年6月10日提交的美国专利申请N0.14/300854的部分继续申请。所引用的该申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
[0002]本发明涉及衬底处理系统，尤其涉及在衬底处理系统中使用RF等离子体和反应性后沉积气体进行的缺陷控制。
【背景技术】
[0003]本文所提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的内容。当前所冠名的发明人的工作(一定程度上在该背景部分中有所描述)以及在申请时可能没有资格作为现有技术的本说明书的方面，既不能明显地也不能隐含地被当作本公开的现有技术。
[0004]用于执行沉积和/或蚀刻的衬底处理系统通常包括具有基座的处理室。衬底(例如半导体晶片)可被布置在基座上。例如在化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)工艺中，包括一种或多种前体的气体混合物可被引入到处理室以在衬底上沉积膜或蚀刻衬底。
[0005]在一些衬底处理系统中，射频(RF)等离子体可被用于激活化学反应。使用等离子体的CVD和ALD系统被称为等离子体增强CVD (PECVD)和等离子体增强ALD (PEALD)。发生在气体状态下的一些化学反应导致颗粒在RF等离子体反应体积中的成核、聚集、和/或结块。当RF等离子体接通时，这些颗粒保持悬浮在RF等离子体中。颗粒不会由于作用在颗粒上的力的平衡而落到衬底上。例如，静电斥力使颗粒悬浮在等离子体边界或等离子体鞘层处的RF等离子体中。
[0006]在RF激励被关闭之后，这些颗粒会落到衬底上。因此，大多数的衬底处理系统通过抽排残余的气体持续预定的时间段而将处理室抽空。在预定时间段期间，这些颗粒沉淀在处理室内或通过栗抽出。
【发明内容】
[0007]一种衬底处理系统包括设置在处理室内的上电极和下电极。气体输送系统被配置为选择性地输送前体、一种或多种沉积载气和后沉积清扫气体中的至少一种。RF产生系统被配置成在所述气体输送系统输送所述前体和一种或多种沉积载气时，通过提供RF电压到所述上电极和所述下电极中的一个而在所述处理室内在所述上电极和所述下电极之间产生RF等离子体，从而在所述衬底上沉积膜。偏置产生电路被配置为在所述气体输送系统输送所述后沉积清扫气体时，选择性地提供直流(DC)偏置电压到所述上电极和所述下电极中的一个。由所述气体输送系统输送的所述后沉积清扫气体包括分子反应气体。
[0008]在其它特征中，所述后沉积清扫气体不包括惰性气体。所述后沉积清扫气体选自所述沉积载气中的一种。在从0.2乇到6乇的处理压强下，所述后沉积清扫气体比氦和氩具有较高的击穿电压。所述DC偏置电压的开始初始化所述RF等离子体熄灭前的第一预定时间段以及所述RF等离子体熄灭后的第二预定时间段中的一个。
[0009]在其它特征中，衬底移动系统被配置成在DC偏置电压产生时相对于基座移动所述衬底。所述衬底移动系统包括被配置成相对于基座移动衬底的机械手。
[0010]一种衬底处理工具包括N个反应器，每个反应器包括多个衬底处理系统，其中N是大于零的整数。所述衬底移动系统包括换位机构，该换位机构被配置成在所述DC偏置电压产生时将所述衬底在所述N个反应器中的至少一个反应器的多个所述衬底处理系统之间换位。所述偏置产生电路在所述RF等离子体熄灭之前产生所述DC偏置电压并且在后续的RF等离子体被激励之前结束所述DC偏置电压。所述偏置产生电路连续地产生所述DC偏置电压，但不包括所述RF等离子体被激励时的时间段。
[0011]在其它特征中，所述RF产生系统包括:RF发生器，其用以产生所述RF电压；以及匹配和分配网络，其与所述上电极和下电极中的所述一个以及所述RF发生器通信。所述膜包括无氮抗反射膜，所述沉积载气包括二氧化碳和氦，而所述后沉积气体包括二氧化碳。所述膜包括非晶硅，所述一种或多种沉积载气包括氢分子和氦，而所述后沉积清扫气体包括氢分子。所述膜包括可灰化硬掩模，所述一种或多种沉积载气包括氢分子和氦，而所述后沉积清扫气体包括氢分子。所述膜包括氮化娃，所述一种或多种沉积载气包括氮分子和氨，而所述后沉积清扫气体包括氮分子。所述膜包括二氧化硅，所述一种或多种沉积载气包括氮分子和一氧化二氮，而所述后沉积清扫气体包括氮分子。所述膜包括碳氧化硅，所述一种或多种沉积载气包括二氧化碳和氦，而所述后沉积清扫气体包括二氧化碳。
[0012]一种用于在衬底处理系统中处理衬底的方法包括:选择性地输送前体、一种或多种沉积载气和后沉积清扫气体中的至少一种到处理室；通过在提供RF电压到所述上电极和所述下电极中的一个时并且在输送所述前体和一种或多种沉积载气时在所述处理室内在所述上电极和所述下电极之间产生RF等离子体，从而在所述衬底上沉积膜；以及配置偏置产生电路以选择性地提供DC偏置电压到所述上电极和所述下电极中的一个。在所述DC偏置电压的至少一部分期间输送所述后沉积清扫气体。所述后沉积清扫气体包括分子反应气体。
[0013]在其它特征中，所述后沉积清扫气体不包括惰性气体。所述后沉积清扫气体选自所述一种或多种沉积载气中的一种。在从0.2乇到6乇的处理压强下，所述后沉积清扫气体比氦和氩具有较高的击穿电压。所述DC偏置电压的开始初始化所述RF等离子体熄灭前的第一预定时间段以及所述RF等离子体熄灭后的第二预定时间段中的一个。衬底移动系统被配置为在所述DC偏置电压产生时相对于所述基座移动所述衬底。
[0014]在其它特征中，所述方法包括在所述DC偏置电压产生时将所述衬底换位。所述方法包括在所述RF等离子体熄灭之前产生所述DC偏置电压并且在随后的RF等离子体被激励之前结束所述DC偏置电压。所述方法包括连续地产生所述DC偏置电压，但不包括在所述RF等离子体被激励时的时间段。
[0015]在其它特征中，所述膜包括无氮抗反射膜，所述一种或多种沉积载气包括二氧化碳和氦，而所述后沉积气体包括二氧化碳。所述膜包括非晶硅，所述一种或多种沉积载气包括氢分子和氦，而所述后沉积清扫气体包括氢分子。所述膜包括可灰化硬掩模，所述一种或多种沉积载气包括氢分子和氦，而所述后沉积清扫气体包括氢分子。所述膜包括氮化硅，所述一种或多种沉积载气包括氮分子和氨，而所述后沉积清扫气体包括氮分子。所述膜包括二氧化硅，所述一种或多种沉积载气包括氮分子和一氧化二氮，而所述后沉积清扫气体包括氮分子。所述膜包括碳氧化硅，所述一种或多种沉积载气包括二氧化碳和氦，而所述后沉积清扫气体包括二氧化碳。
[0016]本发明的进一步的适用范围将根据【具体实施方式】、权利要求和附图而变得显而易见。详细的描述和具体实施例意在说明，而并非意在限制本公开的范围。
【附图说明】
[0017]根据详细描述和附图将更充分地理解本发明，其中:
[0018]图1A是根据本发明的衬底处理系统的一个实施例的功能框图；
[0019]图1B是根据本发明的DC偏置产生系统的一个实施例的功能框图；
[0020]图2和3是时序图，其图解了 DC偏置电压相对于RF等离子体信号、衬底换位或移动信号和气体供给信号的时序的实施例；
[0021]图4A-4B和5示出了衬底处理工具的实施例；
[0022]图6A和6B根据本发明示出了用于操作衬底处理系统的方法的实施例；
[0023]图7示出了在具有和没有DC偏置电压下处理的衬底的缺陷数；
[0024]图8是针对使用氦作为后沉积吹扫气体沉积NFARL的衬底处理系统示出的DC偏置电压随时间而变化的曲线图；
[0025]图9是针对使用二氧化碳作为后沉积吹扫气体沉积NFARL的衬底处理系统示出的DC偏置电压随时间而变化的曲线图；
[0026]图1OA和1B分别不出了根据图8和图9处理之后的衬底的缺陷；
[0027]图11是用于产生DC偏置信号的替代的电路装置的功能框图；以及
[0028]图12是一种替代的同步电路的功能框图。
[0029]在这些附图中，可以重复使用附图标记以识别相似和/或相同的元件。
【具体实施方式】
[0030]一种RF等离子体衬底处理系统可以关联于RF等离子体的时序将DC偏置电压施加到上电极或下电极中的一个。在一些实施例中，DC偏置电压在RF等离子体熄灭前被施加并被维持直到RF等离子体熄