專利名稱：使用處理腔室壁上的硅涂層增強清除殘余的氟自由基的方法
使用處理腔室壁上的硅涂層增強清除殘余的氟自由基的方
法MM本發明的實施例大致上涉及半導體基板處理。盤互補型金屬氧化半導體(CM0Q技術被廣泛地應用在集成電路中。在CMOS器件制造期間通常使用的處理基板的方法涉及例如在等離子體摻雜工藝中氟基等離子體前驅物的使用。然而，等離子體摻雜工藝期間所分解的過量的氟自由基會劇烈地腐蝕下方基板上面的下方CMOS結構，造成了顯著的工藝整合問題、器件性能劣化、以及諸如此類者。因此，需要改良的方法與裝置，其中所述方法與裝置用以減少在氟基等離子體基板工藝中的過量氟自由基。MM本文提供用以處理基板的方法與裝置。在一些實施例中，一種用于基板處理的裝置包括處理腔室，所述處理腔室具有腔室主體，所述腔室主體界定內部空間；以及含硅涂層，所述含硅涂層設置在所述腔室主體的內表面上，其中所述含硅涂層的外表面為至少 35%原子數的硅。所述處理腔室可以是用于基板處理的任何適當的處理腔室。這可以包括設以形成等離子體的處理腔室。所形成的等離子體可以是氟基。在一些實施例中，一種用以在處理腔室中形成含硅涂層的方法包括提供包含含硅氣體的第一工藝氣體到所述處理腔室的內部空間；以及在所述處理腔室的內表面上形成含硅涂層，其中所述含硅涂層的外表面為至少35%的硅。在一些實施例中，所述含硅涂層由硅構成或實質上由硅構成。在一些實施例中，所述含硅涂層可由交替的多個硅與氧(O2)層以及多個硅層構成。在一些實施例中，所述涂層可具有設置在一個表面上的硅與氧表面，在整個所述表面中的氧濃度逐漸降低，造成相對的表面實際上含硅或富含硅。附圖簡要說明以能夠更詳細的理解本發明的上述特征的方式，可通過參照實施例，對以上簡要概述的本發明進行更具體的描述，附圖中圖示了一些實施例。但是應注意的是，附圖僅圖示本發明的典型實施例，因此不應視為對本發明范圍的限制，因為本發明可允許其他等效實施例。
圖1描繪根據本發明一些實施例的用以處理半導體基板的裝置。圖2A至圖2C描繪根據本發明一些實施例的設置在處理腔室的內表面上的含硅涂層的實施例。圖3描繪根據本發明一些實施例的用以處理基板的方法。圖4描繪根據本發明一些實施例的用以在處理腔室的內表面上形成含硅涂層的方法。圖5描繪根據本發明一些實施例的用以在處理腔室的內表面上形成含硅涂層的方法。
為便于理解，在可能的情況下，使用相同的元件符號來表示這些圖中共有的相同元件。這些圖并未按比例繪制，并且為了清晰起見而簡化。可以預期，一個實施例的元件與特征結構可有利地并入其他實施例而不需進一步敘述。具體描述本發明的實施例大致上涉及用于氟基等離子體基板處理的裝置與方法。在一些實施例中，提供具有硅涂層或富硅涂層的處理腔室，以有利地減少腔室中存在的殘余氟自由基。在一些實施例中，提供用以在處理腔室的內表面上形成涂層的方法。在一些實施例中， 本文提供用于等離子體摻雜的方法。本發明可以通過去除處理腔室中殘余氟自由基減輕對基板的腐蝕，來有利地改善基板處理。本發明的實施例可可用于任何適當的處理腔室，例如用于等離子體摻雜工藝或任何其他工藝的處理腔室，所述其他工藝會在處理腔室中造成過量不想要的氟自由基。以非限制的實例來說，一個這樣的系統為P3i反應器，所述P3i反應器可購自美國加州圣克拉拉市(Santa Clara)的應用材料公司(Applied Materials, Inc. ) 這種適合的反應器和所述反應器的操作方法描述在美國專利第7，166，524號中，所述美國專利轉讓給本發明的受讓人，并且所述美國專利在此通過引用方式并入本文作為參考。下文參照圖1描述根據本發明一些實施例的適于改進且適于處理基板的系統的實例，圖1描繪環形源等離子體離子浸沒注入反應器100。參照圖1，環形源等離子體離子浸沒注入反應器100具有圓柱形處理腔室102，圓柱形處理腔室102由圓柱形側壁104與碟形室頂106來限定。位于處理腔室的底板的基板支撐件108支撐待處理的基板110。位于室頂106上的氣體分配板或噴頭112在所述氣體分配板或噴頭112的氣體岐管114中自氣體分配盤116接收工藝氣體，其中所述氣體分配盤116的氣體輸出可以是來自一或多個單獨氣體供應器118的氣體的任一氣體或所述氣體的混合物。真空泵120耦接到泵送環形物 122，所述泵送環形物122限定在基板支撐件108與側壁104之間。處理區域IM限定在基板110與氣體分配板112之間。根據本發明，圓柱形側壁的內表面156可以以含硅涂層巧4來涂覆。在一些實施例中，含硅涂層實質上覆蓋腔室主體的內表面156(例如限定內部空間的腔室主體表面)。在一些實施例中，如以下所述，可以在等離子體摻雜工藝期間或在這樣的工藝之前沉積所述含硅涂層154。含硅涂層IM可以包括一或多層，并且含硅涂層巧4具有外表面或部分(例如含硅涂層巧4面向且暴露于處理腔室的內部)，所述外表面或部分為專有的硅、實質上由硅構成(例如約95%或更多原子數的硅)、或為富硅(例如約35%或更多原子數的硅)。提供約35%或更多的硅的涂層(相較于傳統的氧化硅涂層)可有利于增強的氟清除，由此減少處理期間下方硅器件的腐蝕。在一些實施例中，如圖2A所示，含硅涂層IM可以是由硅構成的單層(所述單層實質上由硅構成)或具有富硅組成。舉例而言，含硅涂層巧4可以具有約35%或更多的硅組成。在一些實施例中，如圖2B所描繪，含硅涂層IM可以是具有單層，所述單層具有外表面204或部分與內表面202或部分，其中所述外表面204或部分為硅、實質上為硅、或為富硅，如前所述(例如具有約35%或更多的硅組成)，所述內表面202或部分包含硅與氧 (例如SiOx)。內表面202設置在鄰近圓柱形側壁104的內表面156處(或設置在鄰近形成于圓柱形側壁104的內表面156上的層處，例如如同下文參照圖2C所討論)。涂層中氧濃度朝向外表面204漸漸地降低，使得相對的外表面204具有約35%或更多的硅組成。提供含硅涂層154的內表面可促進含硅涂層巧4對圓柱形側壁104的內表面156的增加的附著性，由此在處理期間提供少量的微粒形成，所述含硅涂層154的內表面為氧化硅(SiOx)。 含硅層154中硅濃度的變化速率可以是線性的、彎曲的、連續的、非連續的、或上述變化速率的組合。在一些實施例中，并且如圖2C所描繪，含硅涂層IM可以是兩層或更多層，所述含硅涂層巧4包含含硅和氧的第一層206和設置在第一層上的含硅的第二層208，含硅和氧的第一層206設置在圓柱形側壁104的內表面156上。含硅的第二層208可以是任何前述涉及單層含硅涂層巧4的實施例(例如階梯狀組成、純硅組成、富硅組成、實質上硅組成、或大致上約35%或更多的硅組成)。在一些實施例中，含硅涂層巧4可以包含超過兩層(如虛線所描繪的層210)，其中交替層包括多個含硅與氧的層以及多個含硅的層，以及其中至少最外層(例如暴露于處理區域124的層)為任何前述涉及單層含硅涂層154的實施例。在一些實施例中，包括前述任何實施例，至少最外的含硅層可以包含至少一種摻雜劑。這樣的摻雜劑可以包括硼(B)、砷(As)、磷(P)、鍺(Ge)、碳(C)、氮(N)、或諸如此類者。將摻雜劑添加到含硅涂層巧4的最外表面(或部分)可以進一步促進處理期間氟的清除。在一些實施例中，含硅涂層154中的摻雜劑可以是與處理期間所使用的氟前驅物氣體相同的元素，下文將詳細地討論。返回圖1，一對外部重入導管126、128建立多個供通過處理區域124的等離子體流所用的重入環形路徑，所述環形路徑在處理區域124中相交。各導管1沈、1觀具有一對末端130，所述一對末端130耦接到處理腔室的相對側。各導管1沈、1觀為中空的導電管。 各導管126、1觀具有直流絕緣環132，所述絕緣環132避免封閉的循環導電路徑在導管的兩末端之間形成。各導管126、128的環狀部分被環狀磁芯134所圍繞。環繞所述芯134的勵磁線圈 136經由阻抗匹配裝置140耦接到RF功率源138。兩個射頻(RF)功率源138可以具有兩個稍微不同的頻率，所述兩個射頻(RF)功率源138耦接到各自的環狀磁芯134。自RF功率源138耦接的RF功率在封閉環形路徑中產生等離子體離子流，所述封閉環形路徑延伸通過各個導管126、128并通過處理區域124。這些離子流在各自RF功率源138的頻率下震蕩。 通過RF偏壓功率產生器142經由阻抗匹配電路144或直流功率源150將功率施加到基板支撐件108。等離子體形成與后續的基板處理是通過以下執行的將工藝氣體或多個工藝氣體的混合物經由氣體分配板112引入處理腔室324中，并且向重入導管1沈、1觀施加來自產生器138的足夠的源功率，以在導管中且在處理區域124中建立環形等離子體流。靠近基板表面的等離子體通量是由基板偏電壓來決定，所述基板偏壓由RF偏壓功率產生器142施加。等離子體速率或通量(每秒接觸每平方厘米基板表面的離子數量)是由等離子體密度來決定，其中所述等離子體密度是由RF源功率產生器138所施加的RF功率電平來控制。在基板110處累積的離子劑量(離子數/平方厘米)是同時由通量與通量維持的總時間來決定。如果基板支撐件108為靜電夾盤，那么埋設電極146被提供在基板支撐件的絕緣板148內，并且所述埋設電極146經由阻抗匹配電路144或直流功率源150耦接到RF偏壓功率產生器142。在操作時，可以在反應器100內由工藝氣體產生等離子體，以處理基板110。等離子體是在處理區域124中形成，通過向重入導管1沈、1觀施加來自產生器138的足夠的源功率以在導管126、128中且在處理區域124中建立等離子體離子流來形成所述等離子體， 如前所述。在一些實施例中，可以調整基板偏電壓，以控制到基板表面的離子通量，所述基板偏壓由RF偏壓功率產生器142輸送。在一些實施例中，沒有偏壓功率被施加。圖3描繪根據本發明一些實施例的用以處理基板的方法。圖3的方法可以參照圖 1的裝置來理解。方法300大致上開始于步驟302，其中在步驟302時可以在處理腔室的內表面156上形成硅基涂層154。硅基涂層巧4可以是前述任何實施例，并且硅基涂層巧4能夠以各種方式來形成。舉例而言，如圖4所示，提供用以形成硅基涂層的方法400，并且方法400開始于步驟402，其中在步驟402時提供第一工藝氣體到處理腔室102，所述第一工藝氣體包括含硅氣體。在一些實施例中，含硅氣體可以包含硅烷(SiH4)。在一些實施例中，第一工藝氣體可以進一步包含惰性氣體(諸如氬、氦、或諸如此類者)，以增進氣流且促進等離子體點火。 可按照約IOsccm至約500sCCm的流量將第一工藝氣體提供到腔室102。在步驟404，接著在處理腔室102的內表面156上形成含硅涂層154。含硅涂層可以通過步驟402所提供的含硅氣體在處理腔室102的內表面156上的化學氣相沉積來形成。在一些實施例中，例如，在提供含硅氣體時，可以將處理腔室102維持在約5mT0rr至約 300mTorr之間的壓力與約0 V至約65°C之間的溫度下。在一些實施例中，可以提供RF功率，以促進從工藝氣體中點火等離子體以及涂層致密化。舉例而言，可以提供約200W至約 IOOOff之間的RF源功率，以及選擇性地可提供高達約500W的RF偏壓功率。通過此工藝所形成的含硅涂層巧4可以具有至少約35%硅的組成。可以提供第一工藝氣體，并且沉積工藝可以持續一段時間，所述一段時間長達到足以沉積含硅涂層154到約500A至約10 μ m 之間的厚度。在一些實施例中，如圖5所示，提供用以形成硅基涂層的方法500，其中所述含硅涂層IM包含第一層(或第一部分)與第二層(或第二部分)，其中第一層包含硅與氧，第二層具有比第一層高的硅。方法500通常開始于步驟502，其中在步驟502時，將第一工藝氣體提供到處理腔室102，所述第一工藝氣體包含有含硅氣體和含氧氣體。含硅氣體可以是前述參照圖4的任何氣體。舉例而言，適當的含氧氣體是氧(O2)。在一些實施例中，含硅氣體可以包含硅烷(SiH4),并且含氧氣體可以包含氧(O2)。第一工藝氣體可以以約IOsccm 至約500sCCm之間的總流量提供到腔室102。在含硅氣體和含氧氣體不同的實施例中，含硅氣體和含氧氣體可以以含硅氣體與含氧氣體的流量比為約10 1至約1 10之間來提供。在一些實施例中，含硅氣體和含氧氣體的每一個的流量可以為約30SCCm至約300SCCm 之間。在步驟504，接著在處理腔室102的內表面156上形成含硅涂層154的第一部分， 所述第一部分包含硅與氧。可以通過步驟502所提供的含硅氣體在處理腔室102的內表面 156上的化學氣相沉積來形成所述第一部分。在一些實施例中，例如，在提供第一工藝氣體時，可以將處理腔室102維持在約5mTorr至約300mTorr的壓力與約0°C至約65°C的溫度下。在一些實施例中，可以提供RF功率，以促進等離子體自工藝氣體的引發以及Si涂層的致密化。舉例而言，可以提供約200W至約1000W之間的RF源功率，以及選擇性地可提供高達約500W的RF偏壓功率。通過此工藝所形成的含硅涂層154的第一部分可以具有氧化硅 (SiOx)的組成。可以提供第一工藝氣體，并且沉積工藝可持續一段時間，所述一段時間長達到足以沉積包含硅與氧的含硅涂層154的第一部分或層到約500A至約IOym的厚度。其次，在步驟506，可以減少含氧氣體到處理腔室102的流量(包括通過終止含氧氣體的流動)。在一些實施例中，可以減少含氧氣體的流量，同時維持第一工藝氣體中含硅氣體的流量。在一些實施例中，可以停止第一工藝氣體的流動，并且可以將包含含硅氣體 (類似于前述討論)的第二工藝氣體提供到處理腔室102。第二工藝氣體中含硅氣體可以與第一工藝氣體中含硅氣體相同或不同。在一些實施例中，第二工藝氣體中含硅氣體與第一工藝氣體中含硅氣體相同。含氧氣體的流量的減少可以是漸漸的(諸如以期望的下降速率)或周期性的，并且含氧氣體的流量的減少可以造成含氧氣體的流動的完全終止。在一些實施例中，可以將含硅氣體與含氧氣體的流量比從約3 2至約6 1之間的起初流量比降低到約10 1 至約含純硅氣體的最終流量比。在一些實施例中，含硅氣體與含氧氣體的起初流量比(以實際的sccm)可以為約300 200至約300 50之間，并且最終流量比可以為約300 30 至約300 0之間。其次，在步驟508，可以通過例如在如前述所討論的相同的溫度和壓力條件下的化學氣相沉積在硅與氧基涂層(例如內部202或第一層206)之上形成硅基涂層(例如外部 204或第二層208)。含氧氣體的流量的降低可促進含硅涂層154的硅含量的增加，從而可沉積含硅涂層154的第二部分(或層)，所述第二部分(或層)具有為至少約35%的硅的組成。可提供第二工藝氣體，并且沉積工藝可以持續一段時間，所述一段時間長達到足以沉積包含硅的含硅涂層154的第二部分或層到約500A至約10 μ m的厚度。在一些實施例中，包含第一部分與較高濃度硅第二部分的硅與氧共同形成含硅涂層154(例如參見圖2B)。在一些實施例中，包含第一層與較高濃度硅第二層的硅與氧共同形成含硅涂層154(例如參見圖2C)。在一些實施例中，前述工藝可以依需求被重復，以形成任何期望的交替層的數量以形成含硅涂層154。舉例而言，含硅涂層IM可以包括一或多個中間層(或部分)，所述中間層(或部分)設置在第一層(或部分)與第二層(或部分) 之間。在一些實施例中，包含硅的第三層可以設置在包含硅與氧的第一層上(例如介于第一層與第二層之間)，并且包含硅與氧的第四層可以設置在第三層上(例如介于第三層與第二層之間)。這樣的含硅涂層巧4將包括包含硅與氧的第一層(所述第一層設置在處理腔室的內表面上)、包含硅的第三層(所述第三層設置在第一層上)、包含硅與氧的第四層 (所述第四層設置在第三層上)、以及包含至少35 %的硅的第二層(所述第二層設置在第四層上)。前述這些層(即第一、第二、第三與第四層)能夠以類似在此討論的層的方式來形成，并且可以具有類似在此討論的層的任何組成。在一些實施例中，諸如任何前述實施例，第一或第二工藝氣體也可以包括含摻雜劑氣體，以用于提供諸如硼(B)、砷(As)、磷(P)、鍺(Ge)、碳(C)、氮(N)或類似物的摻雜劑。含摻雜劑氣體可以與含硅氣體相同或不同。適當的含摻雜劑氣體的實例包括BF3』2H6、 AsH3、PH3、PF3、GeH4、CF4、或諸如此類者。在含硅氣體和含摻雜劑氣體隔開的實施例中，含硅氣體與含摻雜劑氣體可以以含硅氣體與含摻雜劑氣體的流量比為約10 1至約1 10之間(或在一些實施例中，以sccm，約300 30sccm至約30 300sccm)來提供。在一些實施例中，通過此方法所形成的含硅涂層154(或至少含硅涂層154的外部或第二層)可以具有至少約的一或多種前述摻雜劑的組成。
在一些實施例中，諸如任何前述實施例，含硅涂層154可以經由等離子體增強CVD 工藝來形成。在任何前述的化學氣相沉積工藝中，可以形成等離子體，同時將處理腔室壓力維持在約IOmTorr至約IOOmTorr之間。在一些實施例中，在約IlMHz至約14MHz的頻率下提供約100W至約1500W之間的源RF功率，來形成等離子體。除了前述說明，在沉積含硅涂層154到期望的厚度時，可以調整其他工藝參數。例如，在一些實施例中，可將執行化學氣相沉積工藝的時間量設定為預定的處理時間量，或按照沉積所需厚度的含硅涂層154 (或含硅涂層154的一部分或一層)來設定執行化學氣相沉積工藝的時間量。返回圖3，其次，在步驟304，將含氟氣體提供到處理腔室102作為用于處理基板 110的等離子體前驅物。在一些實施例中，含氟氣體可以包含諸如諸如硼、砷、磷、鍺、碳、氮或類似物的摻雜劑。舉例而言，在一些實施例中，含氟氣體可以包含三氟化硼(BF3)、三氟化磷(PF3)、五氟化磷(PF5)、三氟化砷(AsF3)、五氟化砷(AsF5)或類似物。可以將含氟氣體以約5sccm至約350sccm的流量提供到處理腔室102。其次，在步驟306，由含氟氣體來形成等離子體，以促進基板110的處理。在一些實施例中，形成所述等離子體，同時將處理腔室102的壓力維持在約5mTorr至約IOOmTorr之間。在一些實施例中，通過在約40kHz至約14MHz之間的頻率下提供約100W至約3000W的 RF源功率，來形成等離子體。一旦完成了基板110的等離子體摻雜，方法300大致上停止， 并且基板310可以依需求被進一步地處理。因此，本文已經提供了用于氟基等離子體基板處理的裝置與方法。在一些實施例中，提供具有硅或富硅涂層的處理腔室，以有利地減少腔室中存在的殘余氟自由基。本發明可以提供去除處理腔室中殘余氟自由基而減少基板腐蝕來有利地改善基板處理。盡管前述說明針對本發明的實施例，可以在不脫離本發明的基本范圍下設想出本發明的其他與進一步實施例。
權利要求
1.一種用于基板處理的裝置，所述裝置包括處理腔室，所述處理腔室具有腔室主體，所述腔室主體限定內部空間；以及含硅涂層，所述含硅涂層設置在所述腔室主體的內表面上，其中所述含硅涂層的外表面為至少35%原子數的硅。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述裝置用于在所述內部空間中進行等離子體處理。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述含硅涂層實質上覆蓋所述腔室主體的表面，所述腔室主體的表面限定所述內部空間。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述含硅涂層的至少外部實質上由硅構成。
5.如權利要求1-4中任一項所述的裝置，其中所述含硅涂層進一步包含 包含硅與氧的第一層；以及在所述第一層上的第二層，所述第二層包含至少35%的硅。
6.如權利要求5所述的裝置，其中所述含硅涂層進一步包含設置在所述第一層與所述第二層之間的第三層，所述第三層包含硅；以及設置在所述第三層與所述第二層之間的第四層，所述第四層包含硅與氧。
7.如權利要求5所述的裝置，其中所述第二層進一步包含氧，并且其中所述第二層中靠近所述第一層與所述第二層的界面處的第一氧濃度大于所述第二層中靠近所述第二層的外表面處的第二氧濃度。
8.如權利要求7所述的裝置，其中靠近所述第二層的外表面處的氧濃度實質上為零。
9.如權利要求1-4中任一項所述的裝置，其中所述含硅涂層進一步包含硼、砷、鍺、碳、 氮、或磷的至少一種。
10.一種在處理腔室中形成含硅涂層的方法，所述方法包括將第一工藝氣體提供到處理腔室的內部空間，所述第一工藝氣體包含含硅氣體；以及至少部分地由所述第一工藝氣體在所述處理腔室的內表面上形成含硅涂層，所述含硅涂層的外表面為至少35%的硅。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述含硅涂層包含第一層和第二層，所述第一層包含硅與氧，所述第二層包含至少35%的硅，并且所述方法進一步包括由所述第一工藝氣體在所述腔室主體的內表面的至少一部分上形成所述第一層，其中所述第一工藝氣體進一步包含含氧氣體；以及在所述第一層上形成所述第二層。
12.如權利要求11所述的方法，其中所述含硅涂層進一步包含第三層和第四層，所述第三層包含硅，所述第四層包含硅與氧，并且所述方法進一步包括形成所述第三層，所述第三層在所述第一層與所述第二層之間；以及形成所述第四層，所述第四層在所述第三層與所述第二層之間。
13.如權利要求11所述的方法，其中所述第二層進一步包含氧，其中所述第二層中靠近所述第一層與所述第二層的界面處的第一氧濃度大于所述第二層中靠近所述第二層的外表面處的第二氧濃度。
14.如權利要求10-13中任一項所述的方法，所述方法進一步包括 將基板放置在所述處理腔室中；將含氟氣體的等離子體前驅物提供到所述處理腔室； 由所述含氟氣體在所述處理腔室中形成等離子體；以及用所述等離子體來處理所述基板。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述第一工藝氣體進一步包括硼、砷、鍺、碳、氮、 或磷的至少一種，并且其中所述含氟氣體進一步包括硼、砷、鍺、碳、氮、或磷的至少一種。
全文摘要
本文提供用以處理基板的方法與裝置。在一些實施例中，一種用于基板處理的裝置包括處理腔室以及含硅涂層，所述處理腔室具有腔室主體，所述腔室主體限定內部空間，所述含硅涂層設置在所述腔室主體的內表面上，所述含硅涂層的外表面為至少35％原子數的硅。在一些實施例中，一種用以在處理腔室中形成含硅涂層的方法包括將包含含硅氣體的第一工藝氣體提供到所述處理腔室的內部空間；以及在所述處理腔室的內表面上形成含硅涂層，其中所述含硅涂層的外表面為至少35％的硅。
文檔編號H01L21/265GK102405511SQ201080017514
公開日2012年4月4日 申請日期2010年4月12日 優先權日2009年4月20日
發明者崔東元, 彼得·波爾什涅夫, 李東亨, 采·蓬, 馬耶德·福阿德, 麥諾基·韋列卡 申請人:應用材料公司