使用具有間歇恢復等離子體的ald氧化硅表面涂層來使自由基重組最小化的制作方法

使用具有間歇恢復等離子體的ald氧化硅表面涂層來使自由基重組最小化的制作方法
【專利摘要】本文的某些實施方式涉及調整用于遠程等離子體處理的反應室的方法。本文的其他實施方式涉及用于遠程等離子體處理的裝置。在不同的實施方式中，通過在內腔室表面形成低重組材料涂層來調整反應室。當反應室被用于處理襯底時，低重組材料有助于使發生在反應室內的自由基程度最小化。在襯底處理過程中，低重組材料可被相對較高的重組材料(例如襯底處理的副產物)覆蓋，導致隨著時間的流逝可用于處理襯底的自由基的量減少。低重組材料涂層可通過暴露于氧化等離子體被修復，可以改造所述低重組材料涂層。所述修復工藝可隨著產生于襯底上的附加的處理周期性的發生。
【專利說明】使用具有間歇恢復等離子體的ALD氧化硅表面涂層來使自由 基重組最小化 相關申請的交叉引用
[0001] 本發明要求2015年3月26日申請的、名稱為"使自由基重組最小化"的美國臨時專 利申請No .62/138,810的優先權，上述申請的全部公開內容通過引用的方式并入本申請中。
【背景技術】
[0002] 半導體處理通常發生在專門的半導體處理裝置中。該裝置通常包括在處理過程中 容納襯底的反應室。反應室通常還包括用于實現半導體制造工藝的各種硬件(例如，襯底支 撐件、噴頭，等等）。在某些情況下，反應室可在用于處理基片之前被處理。反應室處理可采 取許多不同的形式，并且可以因為各種原因進行。

【發明內容】

[0003] 本文的某些實施方式涉及調整反應室的方法。本文的某些其他實施方式涉及配置 用于調整反應室的裝置。該反應室可用于使用遠程等離子體處理處理襯底。在不同實施方 式中，調整反應室包括用引起低程度自由基重組的材料涂敷內腔室表面。該腔室也可被定 期修復以改造低重組材料。
[0004] 在本文的實施方式的一個方面，提供一種調整用于執行遠程等離子體處理的反應 室的方法，所述方法包括:當反應室內沒有襯底時，通過原子層沉積工藝在反應室內的暴露 表面上形成低重組材料涂層;和在一或多個襯底上執行遠程等離子體操作之后，將反應室 暴露于氧化等離子體以修復反應室內的暴露表面并從而改造低重組材料涂層。
[0005] 所述方法可進一步包括在形成低重組材料涂層之后，執行遠程等離子體操作以處 理反應室內的一或多個襯底，其中所述遠程等離子體操作導致在反應室內的暴露表面的至 少一部分上形成第二涂層，所述第二涂層在遠程等離子體操作過程中引起比低重組材料涂 層更高的自由基重組率。在不同情況中，將反應室暴露于氧化等離子體修改了所述第二涂 層以改造所述低重組材料涂層。
[0006] 在一些實施方式中，所述反應室被暴露于所述氧化等離子體持續約0.05-5秒之間 的時間。在一些這樣的情況中，持續時間約在〇. 1-1秒之間。
[0007] 用于在反應室內的暴露的表面上形成低重組材料涂層的原子層沉積工藝包括： (a)將第一反應物流入所述反應室并允許所述第一反應物吸附于所述反應室中的暴露的表 面上；（b)將所述第一反應物從所述反應室清除；（c)將第二反應物流入所述反應室；（d)將 所述反應室中暴露的表面暴露于等離子體，以推動所述第一反應物和第二反應物之間的表 面反應，從而在所述反應室中的暴露表面上形成低重組材料涂層；和(e)重復(a)-(d)直到 所述低重組材料涂層達到最終涂層厚度。所述低重組材料涂層的最終涂層厚度可至少為約 50 I，由所述反應室中的襯底支撐件上的低重組材料涂層的平均厚度測量得到。
[0008] 在不同的實施方式中，低重組材料涂層包括氧化硅。在一些這樣的實施方式中，執 行所述遠程等離子體操作包括將含硅薄膜沉積在一或多個襯底上，并且其中所述第二涂層 包括含娃材料。
[0009] 等離子體可以許多不同的方式產生。在一些實施方式中，第一反應物和第二反應 物中的至少一個從遠程等離子體腔室流入所述反應室，所述遠程等離子體腔室最接近所述 處理腔室并通過噴淋頭與所述處理腔室分開。例如，第一和第二反應物都從所述遠程等離 子體腔室流入所述反應室，且其中所述氧化等離子體可在所述遠程等離子體腔室中產生并 通過所述噴淋頭流入所述處理腔室。在一些其他的實施方式中，氧化等離子體在反應室內 原位產生。
[0010] 遠程等離子體操作可包括多個步驟。例如，執行遠程等離子體操作包括:提供反應 室內的一或多個襯底中的一個，將含硅反應物流入所述反應室而不把所述含硅反應物暴露 于原位等離子體，在遠程等離子體腔室中產生氫等離子體，所述遠程等離子體腔室最接近 所述反應室并且通過噴淋頭與所述反應室分開，且當所述含硅反應物流入所述反應室時， 允許所述氫等離子體穿過所述噴淋頭進入所述反應室;將襯底同時暴露于所述含硅反應物 和所述氫等離子體以將含硅薄膜沉積在襯底上。
[0011] 當反應室暴露于氧化等離子體時，所述反應室可包括或不包括襯底。在一些實施 方式中，當反應室暴露于氧化等離子體時，一或多個襯底在所述反應室中。在其他實施方式 中，襯底在腔室暴露于氧化等離子體之前被移除。
[0012] 在一些實施方式中，所述方法可進一步包括：當襯底在反應室中時，將反應室暴露 于氧化等離子體之后，執行第二遠程等離子體操作以進一步處理反應室中的襯底，所述第 二遠程等離子體操作再次導致第二涂層的形成;和執行所述第二遠程等離子體操作后，當 襯底在反應室中時將反應室暴露于第二氧化等離子體，以再次修復反應室中的暴露的表 面，從而修改第二涂層以改造所述低重組材料涂層。
[0013] 在一些情況中所述方法可以循環的方式執行。例如，所述方法可包括循環重復步 驟(a)在一或多個襯底上執行遠程等離子體操作和(b)將反應室暴露于氧化等離子體以修 復反應室內的暴露的表面，其中1-50之間的襯底在(b)步驟的每一次循環之間以(a)處理。
[0014] -批次的襯底被處理后，反應室可被清潔以去除反應室中的暴露表面上存在的任 何低重組材料涂層和第二涂層，所述清潔包括將反應室暴露于含氟等離子體。清潔后，重復 所述方法。
[0015] 在本發明的實施方式的其他方面，提供一種用于處理襯底的遠程等離子體處理裝 置，所述裝置包括:反應室，其包括：內腔室表面、襯底支撐件，其用于支撐反應室中的襯底 和排氣口，其用于從反應室中移除材料;遠程等離子體腔室，包括:等離子體產生器，其用于 產生遠程等離子體腔室內的等離子體、進口，其用于將氣體傳輸到遠程等離子體腔室、出 口，其用于將遠程等離子體腔室中產生的等離子體提供給反應室;和控制器，其具有指令， 用于當反應室中沒有襯底存在時，通過原子層沉積工藝在反應室的內腔室表面上形成低重 組材料涂層，和執行遠程等離子體操作后，將反應室暴露于氧化等離子體以修復內腔室表 面并從而改造所述低重組材料涂層。
[0016] 所述控制器進一步具有指令，用于形成低重組材料涂層后，提供反應室中的襯底， 產生遠程等離子體腔室中的等離子體并將等離子體提供到反應室以執行遠程等離子體操 作，其中所述遠程等離子體操作導致在內腔室表面的至少一部分上形成第二涂層，所述第 二涂層引起在遠程等離子體操作過程中比低重組材料涂層更高的自由基重組率，和其中將 反應室暴露于氧化等離子體修改了所述第二涂層以改造所述低重組材料涂層。
[0017] 在不同的實施方式中，遠程等離子體腔室的出口是將遠程等離子體腔室從反應室 分隔開的噴淋頭。
[0018] 用于將反應室暴露于氧化等離子體的指令可包括將反應室暴露于氧化等離子體 持續約0.05-5秒之間的時間的指令。用于通過原子層沉積工藝在內腔室表面形成低重組材 料涂層的指令在一些實施方式中可包括以下指令：（a)將第一反應物流入反應室并允許所 述第一反應物吸附在反應室中的暴露的表面上；（b)將所述第一反應物從所述反應室清除； (c)將第二反應物流入所述反應室；（d)將所述反應室中暴露的表面暴露于等離子體，以推 動所述第一反應物和第二反應物之間的表面反應，從而在所述反應室中的暴露表面上形成 低重組材料涂層;和(e)重復(a)-(d)直到所述低重組材料涂層達到最終涂層厚度。在不同 的實施方式中，所述最終涂層厚度至少為約50 /\，由襯底支撐件上沉積的平均厚度測量得 到。
[0019] 具體而言，本發明的一些方面可以闡述如下： 1. 一種調整用于執行遠程等離子體處理的反應室的方法，所述方法包括： 當反應室內沒有襯底時，通過原子層沉積工藝在該反應室內的暴露表面上形成低重組 材料涂層;和 在一或多個襯底上執行遠程等離子體操作之后，將該反應室暴露于氧化等離子體以修 復該反應室內的暴露表面并從而改造該低重組材料涂層。 2. 如權利要求1所述的方法，進一步包括在形成該低重組材料涂層之后，執行遠程等離 子體操作以處理該反應室內的一或多個襯底，其中所述遠程等離子體操作導致在該反應室 內的暴露表面的至少一部分上形成第二涂層，所述第二涂層在遠程等離子體操作過程中引 起比該低重組材料涂層更高的自由基重組率。 3. 如權利要求2所述的方法，其中將該反應室暴露于氧化等離子體修改了所述第二涂 層以改造所述低重組材料涂層。 4. 如權利要求1所述的方法，其中所述反應室被暴露于所述氧化等離子體持續約0.05-5秒之間的時間。 5. 如權利要求4所述的方法，其中持續時間約在0.1 -1秒之間。 6. 如權利要求1-5中任一項所述的方法，其中用于在反應室內的暴露表面上形成低重 組材料涂層的原子層沉積工藝包括： (a) 將第一反應物流入所述反應室并允許所述第一反應物吸附于所述反應室中的暴露 表面上； (b) 將所述第一反應物從所述反應室清除； (c) 將第二反應物流入所述反應室； (d) 將所述反應室中的暴露表面暴露于等離子體，以推動所述第一反應物和第二反應 物之間的表面反應，從而在所述反應室中的暴露表面上形成低重組材料涂層;和 (e) 重復(a)-(d)直到所述低重組材料涂層達到最終涂層厚度。 7. 如權利要求6所述的方法，其中所述低重組材料涂層的最終涂層厚度至少為約 50 Λ，由所述反應室中的襯底支撐件上的低重組材料涂層的平均厚度測量得到。 8. 如權利要求6所述的方法，其中所述低重組材料涂層包括氧化硅。 9. 如權利要求3所述的方法，其中所述低重組材料涂層包括氧化硅，其中執行所述遠程 等離子體操作包括將含硅薄膜沉積在一或多個襯底上，并且其中所述第二涂層包括含硅材 料。 10. 如權利要求6所述的方法，其中所述第一反應物和第二反應物中的至少一個從遠程 等離子體腔室流入所述反應室，所述遠程等離子體腔室最接近所述處理腔室并通過噴淋頭 與所述處理腔室分開。 11. 如權利要求10所述的方法，其中所述第一和第二反應物都從所述遠程等離子體腔 室流入所述反應室，且其中所述氧化等離子體在所述遠程等離子體腔室中產生并通過所述 噴淋頭流入所述處理腔室。 12. 如權利要求1-5中任一項所述的方法，其中所述氧化等離子體在該反應室內原位產 生。 13. 如權利要求2所述的方法，其中執行遠程等離子體操作包括： 提供該反應室內的一或多個襯底中的一個， 將含硅反應物流入所述反應室而不把所述含硅反應物暴露于原位等離子體， 在遠程等離子體腔室中產生氫等離子體，所述遠程等離子體腔室最接近所述反應室并 且通過噴淋頭與所述反應室分開，且當所述含硅反應物流入所述反應室時，允許所述氫等 離子體穿過所述噴淋頭進入所述反應室； 將襯底同時暴露于所述含硅反應物和所述氫等離子體以將含硅薄膜沉積在該襯底上。 14. 如權利要求3或9所述的方法，其中當所述反應室暴露于所述氧化等離子體時，所述 反應室中有一或多個襯底。 15. 如權利要求14所述的方法，進一步包括： 當襯底在反應室中時，將所述反應室暴露于所述氧化等離子體之后，執行第二遠程等 離子體操作以進一步處理該反應室中的該襯底，所述第二遠程等離子體操作再次導致第二 涂層的形成;和 執行所述第二遠程等離子體操作后，當該襯底在該反應室中時將該反應室暴露于第二 氧化等離子體，以再次修復該反應室中的暴露表面，從而修改第二涂層以改造所述低重組 材料涂層。 16. 如權利要求1-5中任一項所述的方法，進一步包括循環重復步驟(a)在一或多個襯 底上執行遠程等離子體操作和(b)將該反應室暴露于氧化等離子體以修復該反應室內的暴 露表面，其中1-50之間的襯底在(b)步驟的每一次循環之間以(a)處理。 17. 如權利要求3或9所述的方法，進一步包括： 清潔該反應室以去除該反應室中的暴露表面上存在的任何低重組材料涂層和第二涂 層，所述清潔包括將該反應室暴露于含氟等離子體;和 在清潔該反應室之后，重復權利要求1中的方法。 18. -種用于處理襯底的遠程等離子體處理裝置，所述裝置包括： 反應室，其包括： 內腔室表面， 襯底支撐件，其用于支撐反應室中的襯底，和 排氣口，其用于從反應室中移除材料； 遠程等離子體腔室，包括： 等離子體產生器，其用于在遠程等離子體腔室內產生等離子體， 進口，其用于將氣體傳輸到遠程等離子體腔室， 出口，其用于將遠程等離子體腔室中產生的等離子體提供給反應室;和 控制器，其具有指令，用于： 當反應室中沒有襯底存在時，通過原子層沉積工藝在反應室的內腔室表面上形成低重 組材料涂層，和 執行遠程等離子體操作后，將反應室暴露于氧化等離子體以修復內腔室表面并從而改 造所述低重組材料涂層。 19. 如權利要求18所述的裝置，其中所述控制器進一步具有指令，用于： 形成低重組材料涂層后，向反應室中提供襯底， 在遠程等離子體腔室中產生等離子體并將等離子體提供到反應室以執行遠程等離子 體操作， 其中所述遠程等離子體操作導致在內腔室表面的至少一部分上形成第二涂層，所述第 二涂層在遠程等離子體操作過程中引起比低重組材料涂層更高的自由基重組率，和 其中將反應室暴露于氧化等離子體修改了所述第二涂層以改造所述低重組材料涂層。 20. 如權利要求18所述的裝置，其中所述遠程等離子體腔室的出口是將遠程等離子體 腔室從反應室分隔開的噴淋頭。 21. 如權利要求18-20中任一項所述的裝置，其中所述用于將反應室暴露于氧化等離子 體的指令包括將反應室暴露于氧化等離子體持續約〇. 05-5秒之間的時間的指令。 22. 如權利要求18-20中任一項所述的裝置，其中用于通過原子層沉積工藝在內腔室表 面形成低重組材料涂層的指令包括以下指令： (a) 將第一反應物流入反應室并允許所述第一反應物吸附在該反應室中的暴露表面 上； (b) 將所述第一反應物從所述反應室清除； (c) 將第二反應物流入所述反應室； (d) 將所述反應室中的暴露表面暴露于等離子體，以推動所述第一反應物和第二反應 物之間的表面反應，從而在所述反應室中的暴露表面上形成低重組材料涂層;和 (e) 重復(a)-(d)直到所述低重組材料涂層達到最終涂層厚度。 23. 如權利要求22所述的裝置，其中所述最終涂層厚度至少為約5:〇 A，由襯底支撐件 上沉積的平均厚度測量得到。
[0020]下面將參考相關附圖對這些以及其他特征進行描述。
【附圖說明】
[0021 ]圖1示出了用于使用遠程等離子體來處理襯底的反應室的簡化示圖。
[0022] 圖2示出了圖1中的反應室具有覆蓋在內表面的低重組材料涂層。
[0023] 圖3是描述使用原子層沉積(ALD)型反應在內腔室表面形成低重組材料涂層的方 法的流程圖。
[0024]圖4A和4B示出了在低重組材料涂層修復之前（圖4A)或之后（圖4B)，已在反應室中 處理的襯底的薄膜厚度分布。
【具體實施方式】
[0025] 在本申請中，術語"半導體晶片"、"晶片"、"襯底"、"晶片襯底"和"部分制造的集成 電路"可交替使用。本領域的普通技術人員將理解的是，術語"部分制造的集成電路"可以指 在其上的集成電路制造的許多階段中的任一階段的硅晶片。在半導體器件工業中使用的晶 片或襯底典型地直徑為200毫米或300毫米，或450毫米。除非另有說明，此處描述的處理的 細節(例如，流速、功率水平等)是與處理300毫米直徑的襯底相關的，或者是與配置為處理 300mm直徑襯底的處理腔室相關，并可以擴展為適用于其他尺寸的襯底或腔室。本文所描述 的腔室可以被用于處理可具有各種形狀、尺寸和材料的工件。除了半導體晶片，可在根據某 些實施方式制備的腔室中進行處理的其它工件包括各種物品，如印刷電路板、磁記錄介質、 磁記錄傳感器、鏡子、光學元件、微型機械裝置及類似物。
[0026] 在下面的說明中，描述了許多具體的細節，以便對本發明有透徹理解。本發明可以 在缺少一些或全部這些具體細節的情況下實施。在其它實例中，公知的處理操作未被詳細 描述，以避免不必要地模糊本發明。本發明將與具體實施方案相結合來描述，但可以理解， 這并不意在限制本發明。
[0027] 各種半導體制造工藝涉及遠程等離子體(remote plasma)的使用。遠程等離子體 是在一個位置產生并被傳輸到進行處理的第二位置的等離子體，所述第二位置與第一位置 是分開的。例如，可以在與反應室連接的等離子體源中產生遠程等離子體，等離子體在處理 期間被從等離子體源輸送到反應室。遠程等離子體在一些處理中令人想要的一個原因是： 與直接在處理室中產生的等離子體相比，它們可以提供相對高濃度的自由基和相對低濃度 的離子。因此，當需要通過自由基的方式進行處理時，使用遠程等離子體是特別有用。
[0028]本文所公開的是調整用于遠程等離子處理的反應室的狀態的方法以及用于遠程 等離子處理的裝置。基于自由基的工藝的示例包括沉積工藝、蝕刻工藝和處理工藝。在一個 特定示例中，基于自由基的工藝是用于沉積含硅膜，如碳化硅、硝基碳化硅或碳氧化硅以及 它們的組合(例如硅氧碳氮化物），的基于氫自由基的工藝。在一些實施方式中，所述沉積工 藝是一個基于氫自由基的沉積工藝，下文將進一步描述。
[0029] 各種遠程等離子體處理中遇到的一個問題是自由基重組。如果自由基在到達襯底 之前重組則這種自由基不可再用于襯底的處理。某些自由基比其他自由基遇到這個問題的 程度較深。例如，氫自由基對大多數材料具有非常高的重組率。其結果是，當使用遠程產生 的氫自由基處理襯底時，這樣的自由基經常在等離子體源和反應室之間的表面和/或在反 應室的表面重組，這使這些自由基不能在氣相中或在襯底上執行任何有用的處理。
[0030]緊接在腔室清潔之后的重組尤其有問題。在不同的實施方式中，半導體襯底在一 批內被連續處理。一批包括一組在連續的腔室清潔操作之間的同一個反應室中處理的襯 底。在一個示例中，反應室被清洗，然后100個襯底在反應室中被處理(如單獨地，或者一次 一個以上，如果該裝置配備有多個站以在反應室中一次處理一個以上的襯底），然后反應室 被再次清洗。100個襯底是單一批次。在本文的一些實施方式中，一批包括約100-3000個之 間的襯底。批次的大小至少部分地取決于沉積在每個襯底上的薄膜的厚度。主要是通過隨 著在腔室表面上的積累的增加，增加沉積的薄膜的非均勻性，或者隨著累積的增加，增加缺 陷(粒子)來限制。最佳批次大小還受被沉積的薄膜、以及多少薄膜材料沉積在室壁上vs沉 積在襯底上的影響。因為腔室在許多情況下比基座冷，在相對更低溫度下沉積的薄膜會非 常快速地增長在這些表面上，最終導致顆粒問題。相反，對于在較低的溫度相對較低的速率 下沉積的薄膜，人們可以在顆粒問題成為問題之前很容易地運行更多晶片。
[0031] 在一些實施方式(留下裸露的室壁，例如，裸露的鋁壁）中，腔室可以用基于氟的化 學物質進行清潔。腔室被清潔后，幸存的到達襯底的自由基的數量是極低的，并且襯底不能 夠根據需要進行處理。 低自由基重組表面涂敷
[0032] 本文公開的方法的實現涉及涂敷腔室的相關表面，其具有對相關自由基顯示出低 重組率的材料。例如，在某些實施方式中，在腔室中用于處理襯底的自由基具有涂敷在腔室 表面上的材料上的大約5E-4或更小（例如1E-4或更小）的重組機率。例如，與氧化硅涂覆的 表面相互作用的氫自由基顯示出約4E-5的重組機率。
[0033] 在氫自由基的情況下，引起低重組率的一種材料是氧化硅（Si02)。氧化硅也可引 起與其它自由基的低自由基重組率。這樣，在本文的不同的實施方式中，相關表面被涂覆有 氧化硅，以幫助維持在相關表面上的氫自由基(或其他自由基）的低重組率。相關表面可包 括:例如，反應室內的表面、在反應室和遠程等離子體源之間的表面，以及遠程等離子體源 內的表面。反應室內或靠近反應室的可被涂敷的表面包括:例如，襯底支撐件/基座、室壁/ 頂棚/底板、噴頭、噴頭孔、入口、出口等。在某些實施方式中的其它引起低自由基重組率的 材料的示例如下所列。
[0034] 圖1呈現了可用于某些基于自由基的工藝(如基于氫自由基的沉積工藝）的裝置的 簡化視圖。根據某些實施方式，也可使用其他基于自由基的工藝和反應室。處理腔室102包 括室壁103、室底板104和室頂棚105。襯底支撐件106在處理腔室102內，基板107位于所述襯 底支撐件上。處理室102還包括入口 108和排氣出口 109。遠程等離子體源110設置在處理室 102的上方。遠程等離子體源110包括用于在遠程等離子體源中產生等離子體的等離子體發 生器(未示出）。等離子體發生器包括用于產生等離子體的硬件(例如線圈、電極等），所述等 離子體可以是電感耦合等離子體、電容耦合等離子體、微波耦合等離子體等。遠程等離子體 源110通過噴頭111與處理腔室102分開，噴頭111具有多個噴頭孔112。遠程等離子體源110 具有入口 113，其提供用于產生遠程等離子體的氣體。
[0035]圖2示出了圖1中的裝置已被用低重組材料涂層220涂敷之后。襯底107未在該圖中 示出，且為了說明，低重組材料涂層220的厚度被夸大了。此外，低重組材料涂層220可以在 圖2中不可見的區域，如噴頭孔112的內表面上。在一些實施方式中，低重組材料涂層220僅 覆蓋處理室102的內部的表面。在其他實施方式中，低重組材料涂層220也覆蓋遠程等離子 體室110的內部的表面和/或如上所述的噴頭表面。
[0036]本文中的許多實施方案是在氧化硅低重組材料的范圍內提出的。氧化硅是使氫自 由基的重組最小化的一個非常有效的材料。但是，除氧化硅外的其它材料也可在某些實施 中使用。選擇的材料應該是引起低自由基重組率的具有特定自由基的材料。此外，選擇的材 料應該是能保形地，例如使用如本文所述的原子層沉積(ALD)方法，形成在反應室上方的材 料。在不同情況下，低重組材料是氧化物。除了氧化硅以外的有用的低重組材料的示例包 括，但不限于，氧化錯（zirconium oxide)、氧化錯（aluminum oxide)、氧化給（hafnium oxide)、氧化?乙（yttrium oxide)、氧化?乙穩定氧化錯（yttria-stabilized zirconia (YSZ))，以及它們的組合。 低重組材料涂層的形成
[0037]低重組材料涂層可以這種方式形成:在所有期望在其上沉積的表面上產生低重組 材料涂層的沉積。特別適合這個目的的一種方法是原子層沉積(ALD) ALD方法是循環工藝， 其在暴露的表面沉積非常均勻/保形的薄膜。
[0038]圖3呈現了一種在反應室的表面上形成低重組材料涂層的方法300的流程圖。該方 法使用在圖1和2中所示的裝置。方法300開始于操作301，其中第一反應物流入處理腔室 102。第一反應物可通過入口 108流入處理腔室102,或通過入口 113流到遠程等離子體室 110。通過入口 113將反應物流到遠程等離子體室110引起在遠程等離子體室110內的表面上 以及噴頭孔112的內表面上的低重組材料220的形成。在某些情況下，其中第一反應物經由 入口 108流入處理腔室102中，而第一反應物被輸送時，沒有氣體流過遠程等離子體源110。 無論第一反應物被輸送到哪里，第一反應物以氣體形式傳送，沒有等離子體存在。第一反應 物吸附到處理腔室102的表面，例如室壁103、室底板104、室頂棚105和襯底支撐件106。其他 第一反應物吸附的表面可以包括噴頭111的表面和遠程等離子體室110內的表面。第一前體 的吸附和飽和可以通過關閉排氣閥（未示出）和允許處理室內的壓力隨著第一反應物的傳 輸略微上升而引起。
[0039] 其中低重組材料220是氧化硅，第一反應物是典型的含硅反應物。在一些例子中， 含硅反應物是硅烷、鹵代硅烷或氨基硅烷。硅烷含有氫和/或碳基團，但不包含鹵素。硅烷的 不例是硅烷(SiH4)、乙硅烷(Si2ife)和有機硅烷，如甲基硅烷、乙基硅烷、異丙基硅烷、叔丁基 硅烷、^甲基硅烷、^乙基硅烷、^叔丁基硅烷、稀丙基硅烷、仲丁基硅烷、叔己基硅烷，異戊 基硅烷、叔-丁乙硅烷、二-叔-丁乙硅烷，和類似物。鹵代硅烷含有至少一個鹵素基團，并且 可以含有或可以不含有氫和/或碳基團。鹵代硅烷的示例是碘硅烷、溴硅烷、氯硅烷和氟硅 烷。雖然鹵代硅烷，尤其是氟硅烷，在本文描述的某些實施方式中可以形成可蝕刻硅材料的 反應性鹵化物，當等離子體被沖擊時含硅反應物是不存在的。具體的氯硅烷是四氯硅烷 (SiCl4)、三氯硅烷(HSiCl 3)、二氯硅烷(H2SiCl2)、一氯硅烷(ClSiH3)、氯丙烯硅烷、氯甲基硅 烷、二氯甲基硅烷、氯二甲基硅烷、氯乙基硅烷、叔丁基氯硅烷、二叔丁基氯硅烷、氯異丙基 硅烷、氯仲丁基丁基硅烷、叔二甲基氯硅烷、叔己基二甲基氯硅烷，和類似物。氨基硅烷包括 至少一個鍵合到硅原子的氮原子，但還可以包含氫、氧、鹵素和碳。氨基硅烷的示例是單_、 二_、三-和四-氨基硅烷（分別出3丨（冊 2)4、^^(順2)2、!^(順2)3和3丨（順 2)4)，以及取代的 單_、二_、二-和四 -氛基硅烷，例如叔-丁基氛基硅烷、甲基氛基硅烷、叔-丁基硅烷胺，雙(叔 丁基氨基）硅烷（SiH 2(NHC(CH3)3)2(BTBAS)、叔-丁基甲硅烷基氨基甲酸酯、SiH(CH 3)-(N (CH3)2)2、SiHCl-(N(CH3) 2)2、（Si(CH3)2NH)3及類似物。氨基硅烷的進一步的例子包括三甲硅 烷基(N(SiH 3))、二甲基氨基二甲基硅烷、雙（二甲基氨基）二甲基硅烷、雙（二甲基氨基）甲 基硅烷、二甲基氨基三甲基硅烷、三(二甲氨基)硅烷、和雙(二乙基氨基)硅烷。這些反應物 的組合也可以在某些情況下使用。
[0040] 其中低重組材料是金屬氧化物，第一反應物在一些情況下可以是金屬烷基胺、金 屬醇鹽、金屬烷基酰胺、金屬鹵化物、金屬β-內二酮酸鹽、金屬羰基、有機金屬等。合適的含 金屬前體將包括期望被摻入薄膜中的金屬。例如，如果低重組材料是氧化鋁，第一反應物尤 其可包括:三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鋁以1(00：(013)3010)(：(01 3)3)3)、三異丁基鋁 ([(CH3)2CHCH2]3A1)、三甲基鋁（（CH 3)3A1)，三(二甲基氨基)鋁(ai(n(ch3)2) 3)，以及它們的 組合。
[0041] 如果低重組材料是氧化鉿，第一反應物通常是含鉿反應物。含鉿反應物的示例尤 其包括:雙(叔丁基環戊二烯基)二甲基鉿(C2QH 32Hf)、雙（甲基-η5-環戊二烯基)二甲基鉿(Hf [C5H4(CH3)]2(CH3)2)、雙（甲基-η 5-環戊二烯基）甲氧基甲基鉿(HfCH3(0CH3)[C5H4(CH 3)]2)、 雙(三甲基甲硅烷)酰氨氯化鉿（[[(013)說]辦]泄 (：12)、二甲基雙(環戊二烯基)鉿（（(：5抱） 2Hf(CH 3)2)、鉿叔丁醇鉀(Hf [0C(CH3)3]4)，異丙氧化鉿異丙醇（C12H28Hf〇4)，四（二乙基）鉿 ([(CH 2CH3)2N]4Hf)，四（二甲氨基)鉿（[(CH3) 2N]4Hf)，四（乙基甲基胺基)鉿（[(CH3)(C2H5)N] 4Hf)，以及它們的組合。
[0042] 如果低重組材料為氧化鋯，所述第一反應物通常是含鋯的反應物。含鋯反應物的 示例包括，但不限于:雙(環戊二烯基)二氫化鋯(C 1()H12Zr)，雙（甲基-ri5-環戊二烯基）甲氧基 甲基鋯（Zr (CH3C5H4) 2CH3OCH3)、二甲基雙（五甲基環戊二烯）合鋯(C22H 36Zr)、四（二乙基）合 鋯（[(C2H5)2N]4Zr)、四（二甲基氨基）合鋯（[(CH 3)2N]4Zr)、四（乙基甲基胺基）鋯（Zr (NCH3C2H5)4)、二丁醇（雙-2,4-戊二酮)鋯（C 18H32〇6Zr)、2_乙基己酸鋯（Zr(C8H 15〇2)4)、四（2， 2,6,6_四甲基-3,5-庚二酮)鋯(2^0〇：(〇1 3)3〇1〇)(：(〇13)3)4)，以及它們的組合。其它金屬氧 化物也可以被形成，并且可以使用其他的反應物。
[0043] 在一些實施方式中，第一反應物不是含有鹵素的反應物。非含鹵素反應物在一些 實施方式中可以是有利的，以避免與某些腔室表面(例如，鋁表面)不必要的相互作用。在一 些這樣的實施方式中，第一反應物可包括胺基。在這些或其它情況下，第一反應物可以包括 烷氧基。
[0044] 在傳送第一反應物的過程中，反應室通常保持在一個相對高的壓力。高壓有助于 確保第一反應物吸附到所有相關表面。化學物質的分壓越高，發生飽和反應的時間越短。在 一些實施方式中，反應室中的壓力可為約0.1-20托之間，例如約0.5-4托之間。最理想的壓 力主要受前體可能流動的量、時間和腔室體積的影響。腔室表面可以保持在溫度為約20-600°C之間，例如在某些情況下約50-450°C之間。在一些實施方式中，第一反應物可以以約 1-1000標準毫升/分鐘(seem)之間或約1-25標準毫升/分鐘(seem)之間的速度流入反應室， 持續約0.1秒-5分鐘之間或者約10秒-3分鐘之間的時間。第一反應物流動的最佳持續時間 受前體的流速和分壓以及腔室的大小影響。
[0045]接下來，在操作303中，處理室102被凈化。凈化可通過用凈化氣體(例如，惰性氣 體)清掃處理室102、使用真空排空處理室102,或者通過這些手段的組合來建立。凈化的作 用是從處理室102除去第一反應物的任何未吸附的分子。
[0046] 凈化處理室102之后，在操作305第二反應物流入處理腔室102。與第一反應物一 樣，第二反應物可通過入口 108流入到處理室102或通過入口 113流入遠程等離子體室110。 第二反應物通過入口 113流入遠程等離子體室110將幫助低重組材料形成在遠程等離子體 室110內的表面上，以及形成在噴頭的表面111上。第一和第二反應物兩者或其中任一可與 載氣(如惰性氣體)一起流動。
[0047]通常，第二反應物是含氧反應物。含氧反應物的示例包括，但不限于:氧氣(02)、二 氧化碳(C〇2)、一氧化二氮(N20)、水(H20)、臭氧，以及它們的組合。在一個特定的示例中，第 二反應物是氧氣。在一些實施方式中，第二反應物以約100-20，000標準毫升/分鐘(seem)之 間或約500-5000標準毫升/分鐘（seem)之間的速度流動，持續約0.25-60秒之間或約1-20秒 之間的時間。第二反應物可以與惰性載氣(例如氦氣、氬氣等)一起傳輸，這也可以有助于建 立和維持等離子體并提高擊穿效率。
[0048]在操作307中，使用表面反應提供能量以將前體轉換為低重組材料涂層220。低重 組材料220形成如圖2中所示的各種表面上。在許多實施方式中，所述能量可以是熱能或等 離子體能。其中，熱能被用來驅動該反應，腔室表面可以被提到升高的溫度，以引起低重組 材料的形成。此外，如果使用熱能，用于形成低重組材料的反應物可以被選擇是特別活性的 (例如，臭氧、水、等等）。如果使用等離子體的能量，在一些情況下可使用相對較低活性的反 應物。
[0049] 等離子體可在處理室102或遠程等離子體室110中產生。如果等離子體在遠程等離 子體腔室110內產生，自由基擴散出來進入處理室102,在襯底處理期間發生。等離子體可以 是電感耦合等離子體、電容耦合等離子體、微波耦合等離子體等。在一些實施方式中，用于 產生等離子體的RF功率可以在約每站200-4500W之間或約每站1500-3000W之間。最佳功率 取決于用于產生等離子體的源。ICP源通常采用相對較高的功率，CCP源通常使用相對較低 的功率。在一些實施例中用于產生等離子體的頻率可以是HF頻率。示例的HF頻率范圍在約 1.8MHz和2.45GHz之間。可在一些特定的實施例中使用的頻率包括13.56MHz、27MHz、40MHz、 60MHz、100MHz和/或2.45GHz。等離子體可以存在的持續時間大約為0.25-60秒之間或約1-20秒之間。
[0050] 在一些實施方式中，操作307(有時被稱為轉換操作)在第二反應物的流動停止后 發生。處理腔室102可任選在操作305和307之間被凈化，使用例如吹掃氣體和/或通過抽空 所述處理室102。在其它實施例中，操作305和307可以重疊。例如，在某些情況下，第二反應 物還在流入處理腔室102時，轉換操作307開始（即，操作305進行中，操作307開始）。在其他 情況下，轉換操作307和在操作305的第二反應物的輸送基本上在相同的時間開始。在操作 305的第二反應物的流動可以在轉換操作307結束之前、轉換操作307結束期間或在轉換操 作307結束時停止。
[00511接下來，在操作309處理室102被凈化以除去任何未吸附的物種。操作309有時被稱 為后等離子體凈化。操作301-309-起代表ALD反應的單個循環。雖然在一些實施方式中可 沉積比一個單層厚的子單層或層，每個循環可沉積約一個單層的材料，其可為約0. 5:-3 A 的厚度。在每個ALD循環結束時，在操作311中確定沉積的低重組材料涂層220是否足夠厚。 如果材料足夠厚，沉積過程就結束。否則，工藝從操作301重復并沉積額外的低重組材料。在 操作311中的確定通常是根據每個周期沉積在已知/估計厚度、循環數量以及所需的最終厚 度進行。
[0052]在一些實施方案中，低重組材料涂層220沉積的總厚度在約50-500A之間，或約 100-3001之間。某些情況下可以使用更厚的涂層。在一個特定的實施例中，低重組材料220 沉積至約200Α的厚度。這些厚度是基于將在襯底支撐件1〇6(或襯底支撐件106上的襯底， 如果有的話)上沉積的薄膜的平均厚度，如果在低重組材料沉積過程中襯底支撐件保持在 約400Γ的溫度。雖然可以相信薄膜厚度在各腔室表面上是相對均勻的，薄膜在其他區域， 至少低重組材料是氧化硅處，可具有不同的厚度。在這些或其它實施方式中，用于形成低重 組材料涂層220的ALD循環的總數量可以在約50-1000之間，或約100-300之間。在一個特定 示例中，使用約150次循環，導致在襯底支撐件106上約200Λ的總厚度。
[0053]可使用形成氧化硅低重組材料涂層220的另一種方法。在一個示例中，氫(H2)等離 子體可用于蝕刻處理室內的石英組件。石英中的Si02被從石英組件中蝕刻并重新分布于處 理室中的表面上。盡管可以使用蝕刻石英和重新分布Si0 2，ALD工藝可能更適合于某些腔 室。相比如圖3中所述的用ALD沉積低重組材料，原位H2等離子體方法可能需要較長時間，并 導致在腔室表面不太均勻的覆蓋。此外，這種方法(H 2等離子體)會導致石英部件的降解，這 可能是不希望的，并且以這種方式形成的氧化硅不太能夠在處理室發生處理之后成功地修 復成低重組材料，如下面進一步描述。
[0054]低重組材料涂層220通常形成在處理腔室處理襯底之前。在不同的實施方式中，低 重組材料涂層220在腔室清潔操作之后（例如，使用基于氟的化學物質或其它腔室清潔技 術)和處理襯底之前形成。換言之，低重組材料涂層220可以形成在襯底的每個批次的開始。 [0055]低重組材料涂層220可以與在某些半導體處理設備（如用于在襯底上進行化學氣 相沉積(CVD)和/或原子層沉積(ALD)的某些反應器)上使用的底涂層相比較。在不同CVD和 ALD反應器中，具有約3-4μπι之間的厚度的底涂層被沉積在內腔室表面(通常是鋁），很像圖2 中所示的低重組材料涂層220。然而，這兩種涂層的厚度大不相同（底涂層比所公開的低重 組材料涂層220厚得多），并用于不同的目的。在CVD和ALD反應器中，底涂層設置成覆蓋腔室 表面，以防止金屬腔室表面污染襯底。在這種反應器中使用的原位等離子體可以是非常粗 糙的，并且如果沒有底涂層，會侵蝕金屬腔室表面。底涂層也可以用來在處理一批襯底的過 程中提供更均勻的腔室阻抗。相比之下，低重組材料涂層220比用于CVD和ALD反應器的底涂 層薄得多，并且被提供只是用來使自由基重組的量最小化，以最大化可用于處理襯底的自 由基的量。不希望受理論的束縛，與裸露的腔室表面有關的襯底的污染問題，如果使用遠程 等離子體，問題要小的多，因為遠程等離子體不太粗糙并且不太可能侵蝕腔室表面從而污 染襯底。在本文中的不同的實施方式中，處理腔室和其中的表面被涂覆有相對薄的低重組 材料的層，并不使用相對厚的底涂層(如本文所述的）。 修復低重組材料涂層
[0056]雖然在處理過程中低重組材料涂層在最小化自由基重組的程度中非常有用，在襯 底的全部批次的處理過程中會產生某些問題。例如，由于在一個批次內會處理附加的襯底， 材料積聚在被涂覆有低重組材料的各種表面上。積聚的材料可以是被沉積在襯底上的材料 (例如，碳化硅、硝基碳化硅，或在某些情況下的碳氧化硅）、處理的副產物等。這個材料可以 在一定程度上覆蓋低重組材料涂層，顯著降低低重組材料涂層的有效性。在許多情況下，在 一個批次處理期間，在腔室表面積聚的材料是這樣的材料：引起比用于低重組材料涂層的 材料（例如，Si〇2或其他如本文所述的）更高的自由基重組速率。因此，隨著批次處理的進 行，自由基重組越來越成問題。
[0057]逐步惡化的自由基重組問題對給定的襯底上的薄膜的均勻性有很大的影響。更具 體地說，中心到邊緣的薄膜均勻性受到損害。隨著材料在腔室表面沉積，由于靠近腔室表面 (當材料沉積在襯底的周邊部分時或之后，腔室表面有效地消除附近的自由基）以及最開始 較少的自由基被傳送到這一周邊區域，襯底的周邊部分比襯底的中心部分受到的影響更 大。該薄膜的非均勻性在一個批次的處理過程中惡化至一個相對穩定的狀態值。此外，逐步 惡化的自由基重組問題會導致在襯底上發生沉積的速度的漂移(一個批次的處理過程中沉 積速率逐漸放慢）。
[0058]本文公開的方法的某些實施方式通過周期性地修復低重組材料涂層來解決材料 積聚的問題。修復改變了積聚的材料以將其更改為引起程度較低的自由基重組的材料。這 可能涉及改變積聚材料以形成羥基化的表面。在一個特定示例中，積聚的材料是含娃材料 (例如，碳化硅、硝基碳化硅，和/或碳氧化硅），并且修復工藝包括將含硅材料轉變為氧化 娃。
[0059]修復低重組材料涂層的一種方法是將材料暴露于含氧等離子體。含氧等離子體有 效地從積聚的材料中燒掉/移除碳(和其它非硅/氧元素)并改造所需期望的氧化硅低重組 材料。
[0060]在另一示例性實施方式中，處理腔室可以被用于形成含鋁薄膜，低重組材料是氧 化鋁，不希望的在腔室表面上的積聚材料為含鋁薄膜，以及修復工藝包括將腔室表面暴露 于含氧等離子體，以將積聚材料轉換回氧化鋁。在另一個實施方式中，處理腔室被用于形成 含鉿膜，低重組材料是氧化鉿，腔室表面的不需要的積聚材料是含鉿薄膜，修復工藝包括將 腔室表面暴露于含氧等離子體，以將積聚的材料轉換回氧化鉿。類似的使用其它金屬的實 施方式也被認為是在本發明的實施方式的范圍之內。在其他實施方式中，低重組材料是氧 化硅，并且修復工藝包括暴露于含氧等離子體以引起氧化硅的形成，而不管襯底上發生的 處理或是積聚材料的組成。
[0061 ]可用于形成含氧等離子體的氣體的示例包括氧氣(02)、二氧化碳(C02)、一氧化二 氮(N20)、水(H20)、臭氧、H2+02,及其組合。用于產生含氧等離子體的氣體還可以包括在一些 實施方式中的惰性氣體。含氧氣體可以約100-20,000標準毫升/分鐘之間，或約500-5000標 準毫升/分鐘之間的速度流動。等離子體可在處理腔室或遠程等離子體腔室中產生。
[0062] 在許多情況下，處理室在含氧等離子體中暴露相對短的時間，例如約5秒或更少， 約3秒或更少，或約1秒或更少。在一些實施方式中，含氧等離子體用于修復低重組材料的暴 露持續時間為約0.05-3秒之間，或約0.1-1秒之間。
[0063] 由于等離子體暴露的持續時間如此之短，在某些實施方式中，當襯底還在反應室 中時，反應室被暴露于等離子體。在一個示例中，襯底被裝載到具有Si0 2的低重組材料涂層 的處理腔室，并且發生基于H-自由基的沉積處理以在襯底上沉積約KMOO A(例如， 30 A)的含硅膜。然后沉積處理停止，襯底和腔室暴露于含氧等離子體，同時襯底仍然在該 處理腔室中。雖然含氧等離子體可能對沉積在襯底上的薄膜有一定的影響，但這樣的影響 可能是小的，而且在許多情況下預計是可接受的。暴露于含氧等離子體后，附加的 10-100 A (例如，30 A)的含硅薄膜沉積在襯底上。(a)沉積在襯底上和(b)暴露于含氧等 離子體可進行循環，直到沉積的薄膜達到其最終厚度。如果襯底上沉積的薄膜特別厚（例 如，最終厚度至少約60 A，有時最終厚度在約60-1500 A之間），本實施方式特別有用。在 某些情況下，在連續的修復等離子體暴露之間沉積在單個襯底上的薄膜厚度為約20-70人 之間，或約30-50Λ之間。在連續的修復處理之間的沉積的最佳薄膜厚度取決于由于薄膜 的沉積薄膜的不均勻性降低的速度。
[0064] 修復的頻率在不同的實施方式中可以是不同的。在前面的例子中，每基底低重組 材料涂層至少修復一次(并且在許多示例中至少兩次）。在另一示例中，在連續的修復處理 過程期間，在襯底上的期望的最終薄膜厚度為1000A和彳0入，修復過程將以每襯底約25次 執行。總的薄膜厚度和修復處理過程之間的厚度將決定應該執行的修復的次數。
[0065] 在類似的示例中，低重組材料涂層至少每襯底修復一次，但在反應室暴露于含氧 等離子體期間將襯底從反應室中移除。在一個實施方式中，襯底被裝載到處理腔室，沉積達 到第一厚度，襯底被從所述處理腔室移除，處理腔室如本文所述的被修復，襯底被再次裝載 到處理腔室，然后沉積發生以將薄膜沉積在襯底達到第二厚度。可以重復這些步驟，直到襯 底上的薄膜達到最終厚度。在另一實施方式中，低重組材料涂層在連續的襯底處理期間被 修復(例如，在修復過程中襯底在處理腔室內或者不在）。在又一個實施方式中，每η個襯底 發生一次修復，其中η介于約1-50之間，或約1-10之間。
[0066]理想的修復頻率取決于各種因素，包括在襯底上發生的處理的類型、所使用的化 學物質，在腔室表面積聚的材料的組成、沉積在每個襯底上的薄膜的厚度等。為了確定如何 經常地修復低重組材料涂層，可以注意沉積在襯底上的薄膜厚度的均勻性(在實施方式中， 襯底處理涉及在襯底上的淀積）。如上所述，材料積聚影響襯底的周邊部分比影響襯底的中 心部分更厲害。這樣，當薄膜厚度均勻性（中心到邊緣)達到一定閾值時，低重組材料涂層可 以被修復。
[0067]在一批次襯底結束時，處理腔室（和可選的遠程等離子體室）可被清潔。清潔處理 在某些情況下可以使用含氟化學物質（例如，含氟等離子體，如基于NF3等離子體），雖然也 可以使用其他方法。清潔導致所有相關表面的積聚材料被去除，包括低重組材料。腔室被清 潔之后，可以提供一批新的襯底。新的一批被處理之前，可提供新鮮的低重組材料涂層，例 如使用關于圖3描述的方法。隨著新一批襯底被處理，低重組材料涂層如所述的被周期性修 復。通過提供和整修低重組材料，自由基重組的程度被最小化，存活到達襯底的自由基的量 久而久之更均勻，且提高了所述批次襯底(和單一襯底)的均勻性。
[0068] 在各種不同的實施方式中，低重組材料涂層通過ALD工藝形成。如上所述，用于形 成低重組材料的一種其他的方法是使用氫等離子體來蝕刻反應室內的石英部件，石英中的 二氧化硅被蝕刻并再沉積在各個腔室表面。令人驚訝地是，已經發現，當氧化硅低重組材料 涂層在最初以這種方式形成時，含氧等離子體暴露不會成功地修復氧化硅材料。相反，該材 料仍然是一個相對高的重組材料(至少相對于氫自由基），即使在暴露于含氧等離子體后。
[0069] 含氧等離子體修復過程應該區別于通常用于清潔在等離子處理中使用的反應室 的清潔過程。在不同情況下，等離子體反應器可以使用等離子體(例如，基于F的等離子體， 或在某些情況下的基于〇等離子體，這取決于待移除的材料的類型），以從腔室表面去除積 聚的材料。在一個示例中，用于通過化學氣相沉積來沉積薄膜的反應室被用基于氧的等離 子體清洗。清洗除去無意地沉積在腔室表面(如，沉積在襯底的薄膜和/或這種沉積的副產 物）以及有意地沉積在腔室表面(如本文別處所述的相對厚的底涂層）的材料。腔室被清潔 后，腔室表面是裸露的（例如，在某些情況下是鋁）。相比之下，基于氧的等離子體修復過程 僅僅影響腔室表面的薄膜，以將暴露的薄膜轉換為氧化硅(或其他低重組材料）。覆蓋腔室 表面的薄膜被修改，而非被去除。 襯底處理
[0070] 本文的實施方式不限于在襯底上發生的任何特定類型的處理。在某些情況下，在 襯底上發生的處理可以是沉積工藝。在其他情況下，在襯底上發生的處理可以是蝕刻工藝 或例如處理工藝。在一般情況下，所公開的實施方式在任何希望通過自由基的方式處理的 方式中是有用的。
[0071] 本文所討論的各種實施方式在半導體處理方法的范圍內呈現，該方法包括使用遠 程氫等離子體在襯底上沉積含硅薄膜(例如，碳化硅、硅硝基碳化硅，或碳氧化硅）。上下文 提供了特定實施方式的某些細節，但是應當理解，這些實施方式并不限于此類型的處理。 [0072]在一些實施方式中，將含硅薄膜沉積在襯底的處理是一個氫基團的沉積過程。這 樣的方法在2015年2月6日提交的、發明名稱為"碳化硅薄膜共形膜沉積"的美國專利申請 No. 14，616，435; 2013年5月31日提交的、發明名稱為"獲得所需的組合物和薄膜性能的碳化 硅類的薄膜的方法"的美國專利申請No. 13,907,699中進一步討論，它們全部通過引用的方 式并入本申請中。
[0073] 在圖1和2中，處理可包括通過例如入口 108傳送一或多個前體至處理腔室102。前 體不直接暴露于活性等離子體。相反，在遠程等離子體源110中產生氫等離子體，并且遠程Η 等離子體通過在噴頭111中的孔112擴散并進入處理腔室102。（多個)前體可以是含硅的前 體。含硅前體可具有一或多個硅-氫鍵和/或硅-硅鍵。含硅前體還可具有一或多個硅-氧鍵、 硅-氮鍵，和/或硅-碳鍵。（多個)前體和氫等離子體同時流入/暴露于處理室102以形成該含 硅薄膜。在這些沉積處理中，反應室中的壓力可保持在約0.2-40托之間（在某些情況下，約 0.2-8托之間，或約10-20托之間），并且襯底溫度可保持在約50-500°C之間（在某些情況下 約200-400 °C 之間）。
[0074] 任何類型的等離子體源可用于遠程等離子體源以創建自由基。這包括，但不限于： 電容耦合等離子體、電感耦合等離子體、微波等離子體、直流等離子體和激光建立的等離子 體。電容耦合等離子體的一個例子可以是射頻(RF)等離子體。高頻等離子體可以配置在 13.56MHz或更高來操作。這樣的遠程等離子體源的一個例子可以是由加利福尼亞州圣何塞 市的諾發系統公司制造的GAMMA?。這樣的射頻遠程等離子體源的另一例子可以是由馬薩 諸塞州威明頓的MKS Instruments公司制造的As tron?，其可以在440KHz下操作，并且可以 作為拴在更大的、用于處理一或多個平行襯底的裝置中的子單元被提供。在一些實施方案 中，微波等離子體可被用作遠程等離子體源，如同樣由MKS Instruments公司制造的 Astex?。微波等離子體可被構造成在2.45GHz的頻率下操作。這些等離子體源也可用于形 成和/或修復如上所述的低重組材料。 裝置
[0075]本文描述的方法可以通過任何合適的裝置來執行。合適的裝置包括用于完成處理 操作的硬件和具有根據本發明控制處理操作的指令的系統控制器。例如，在一些實施方式 中，硬件可以包括包含在處理工具中的一或多個處理站。一個示例性裝置已在圖1和2中提 供。然而，實施方式并不限于此裝置。所公開的技術預計在基于自由基處理發生的情況下是 有用的。在許多（但不必是所有)情況下，將包括遠程等離子體。在某些實施中，實施例可以 在從加利福尼亞州菲蒙市的朗姆研究公司獲得的Versa-S裝備得到實現。 系統控制器
[0076]在一些實現方式中，控制器可以是系統的一部分，該系統可以是上述實例的一部 分。這種系統可以包括半導體處理設備，包括一個或多個處理工具、一個或多個處理室、用 于處理的一個或多個平臺和/或具體的處理組件（晶片基座、氣流系統等）。這些系統可以與 用于控制它們在處理半導體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子 器件可以稱為"控制器"，該控制器可以控制一個或多個系統的各種元件或子部件。根據處 理要求和/或系統的類型，控制器可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制工藝氣 體輸送、溫度設置(例如，加熱和/或冷卻）、壓強設置、真空設置、功率設置、射頻(RF)發生器 設置、RF匹配電路設置、頻率設置、流速設置、流體輸送設置、位置及操作設置、晶片轉移進 出工具和其他轉移工具和/或與具體系統連接或通過接口連接的裝載鎖。
[0077] 寬泛地講，控制器可以定義為接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用 端點測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包 括存儲程序指令的固件形式的芯片、數字信號處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的 芯片和/或一個或多個微處理器或執行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是 以各種單獨設置的形式(或程序文件)通信到控制器的指令，該設置定義用于在半導體晶片 或系統上或針對半導體晶片或系統執行特定過程的操作參數。在一些實施方式中，操作參 數可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、 硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方(recipe)的一部 分。
[0078] 在一些實現方式中，控制器可以是與系統集成、耦接或者說是通過網絡連接系統 或它們的組合的計算機的一部分或者與該計算機耦接。例如，控制器可以在"云端"或者是 fab主機系統的全部或一部分，它們可以允許遠程訪問晶片處理。計算機可以啟用對系統的 遠程訪問以監測制造操作的當前進程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的 趨勢或性能標準，改變當前處理的參數，設置處理步驟以跟隨當前的處理或者開始新的工 藝。在一些實例中，遠程計算機(例如，服務器)可以通過網絡給系統提供工藝配方，網絡可 以包括本地網絡或互聯網。遠程計算機可以包括允許輸入或編程參數和/或設置的用戶界 面，該參數和/或設置然后從遠程計算機通信到系統。在一些實例中，控制器接收數據形式 的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執行的每個處理步驟的參數。應當理解，參 數可以針對將要執行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。 因此，如上所述，控制器可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而分布，這些分立的控 制器通過網絡連接在一起并且朝著共同的目標(例如，本文所述的工藝和控制）工作。用于 這些目的的分布式控制器的實例可以是與結合以控制室內工藝的一個或多個遠程集成電 路(例如，在平臺水平或作為遠程計算機的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。
[0079] 在非限制性的條件下，示例的系統可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模 塊、旋轉清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣 相沉積(PVD)室或模塊、化學氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模塊、原子層 蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導體晶片的制備和/或制 造中可以關聯上或使用的任何其他的半導體處理系統。
[0080] 如上所述，根據工具將要執行的一個或多個工藝步驟，控制器可以與一個或多個 其他的工具電路或模塊、其他工具組件、組合工具、其他工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、 位于整個工廠中的工具、主機、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導體制造工廠 中的工具位置和/或裝載口搬運的材料搬運中使用的工具通信。
[0081] 在公開的實施例的上下文中，除了被設計或配置成根據襯底暴露于何種工藝來處 理襯底，控制器可以被設計或配置成形成和修復低重組材料涂層。控制器可以具有指令以 執行任何本文描述的處理/方法。
[0082] 上述不同的硬件和方法實施例可以與光刻圖案化工具或過程結合使用，例如，用 于制備或制造半導體器件、顯示器、LED、光伏電池板等。通常，雖然不是必要地，這些工具/ 過程將在共同的制造設施中一起使用或操作。
[0083]膜的光刻圖案化通常包括以下步驟中的一些或所有，每個步驟啟用多個可行的工 具：（1)使用旋涂或噴涂工具在工件，即，襯底上涂覆光致抗蝕劑；（2)使用熱板或加熱爐或 紫外線固化工具固化光致抗蝕劑；（3)使用例如晶片步進曝光機之類的工具使光致抗蝕劑 暴露于可見光或紫外線或X射線；（4)使抗蝕劑顯影以便選擇性地去除抗蝕劑并且從而使用 例如濕式清洗臺之類的工具將其圖案化；（5)通過使用干式或等離子體輔助蝕刻工具將抗 蝕劑圖案轉移到下方的膜或工件上;并且(6)使用例如射頻或微波等離子體抗蝕劑剝離器 之類的工具去除抗蝕劑。在一些實施方式中，灰化硬掩模層(例如無定形碳層)和另一種合 適的硬掩模(例如抗反射層)可以在施加光致抗蝕劑之前沉積。在一些實施方式中，灰化硬 掩模層(例如無定形碳層)和另一種合適的硬掩模(例如抗反射層)可在施加光致抗蝕劑之 前沉積。
[0084]要理解，本文所述的配置和/或方法本質上是示例性的，且這些具體實施例或示例 不應被認為是一種限制，因為可能會有許多變化。本文所描述的具體安排或方法可表示許 多處理策略中的一或多個。就這一點而論，示出的各種表現可以示出的順序執行、以其他順 序執行、同時執行，或者在一些情況下省略。同樣，上述處理的順序可以改變。
[0085]本發明的主題包括所有新穎的和非顯而易見的各種處理、系統和配置的組合和子 組合，和本文所公開的其他特征、功能、動作和/或性能，以及它們的任何和全部等效物。 實驗
[0086]實驗結果表明，所公開的低重組材料涂層可以用來最小化自由基重組的程度并最 大化可用于在襯底上處理的自由基的量。實驗結果還表明，所公開的修復處理可用于有效 地將腔室表面積聚的材料轉換成引起較低程度的自由基重組的材料。
[0087]圖4A和4B示出了沉積在最初被涂覆有ALD沉積的S i02的腔室中處理的襯底上的含 硅薄膜的厚度分布，并在初步形成Si02涂層后在腔室表面具有一定程度的材料積聚。圖4A 示出了在處理腔室被用氧等離子體修復之前沉積的含硅薄膜的厚度分布，而圖4B示出了在 處理腔室被用氧等離子體修復之后沉積的含硅薄膜的厚度分布。圖4B中的分布示出了明顯 的中心到邊緣的厚度的非均勻性。在這種情況下觀察到的厚度范圍為薄膜的最薄和最厚部 分之間約9 A，其表示平均薄膜厚度的約32% d-sigma厚度非均勾性計算為約12.5%。通 過比較，圖4B的襯底顯示出更均勻的厚度分布，其范圍僅約5人，或約14%的平均薄膜厚度。 在這種情況下，Ι-sigma厚度非均勻性只有約4.1%，這比圖4A中的用于在腔室被修復之前 處理的襯底的非均勻性低得多。
[0088]圖4A中的分布顯示圍繞襯底的邊緣的沉積薄膜是薄的。由于自由基被有效地排出 這個區域一一因為積聚在腔室表面的材料靠近襯底的邊緣，這種邊緣薄的分布是預計的。 與此相反，圖4B中的分布在半徑的中間位置是最厚的，并且整體更加均勻。這些結果表明， 修復處理是非常有效的。
【主權項】
1. 一種調整用于執行遠程等離子體處理的反應室的方法，所述方法包括： 當反應室內沒有襯底時，通過原子層沉積工藝在該反應室內的暴露表面上形成低重組 材料涂層;和 在一或多個襯底上執行遠程等離子體操作之后，將該反應室暴露于氧化等離子體以修 復該反應室內的暴露表面并從而改造該低重組材料涂層。2. 如權利要求1所述的方法，進一步包括在形成該低重組材料涂層之后，執行遠程等離 子體操作以處理該反應室內的一或多個襯底，其中所述遠程等離子體操作導致在該反應室 內的暴露表面的至少一部分上形成第二涂層，所述第二涂層在遠程等離子體操作過程中引 起比該低重組材料涂層更高的自由基重組率。3. 如權利要求2所述的方法，其中將該反應室暴露于氧化等離子體修改了所述第二涂 層以改造所述低重組材料涂層。4. 如權利要求1所述的方法，其中所述反應室被暴露于所述氧化等離子體持續約0.05-5秒之間的時間。5. 如權利要求4所述的方法，其中持續時間約在0.1-1秒之間。6. 如權利要求1-5中任一項所述的方法，其中用于在反應室內的暴露表面上形成低重 組材料涂層的原子層沉積工藝包括： (a) 將第一反應物流入所述反應室并允許所述第一反應物吸附于所述反應室中的暴露 表面上； (b) 將所述第一反應物從所述反應室清除； (c) 將第二反應物流入所述反應室； (d) 將所述反應室中的暴露表面暴露于等離子體，以推動所述第一反應物和第二反應 物之間的表面反應，從而在所述反應室中的暴露表面上形成低重組材料涂層;和 (e) 重復(a)-(d)直到所述低重組材料涂層達到最終涂層厚度。7. 如權利要求6所述的方法，其中所述低重組材料涂層的最終涂層厚度至少為約5.0 i， 由所述反應室中的襯底支撐件上的低重組材料涂層的平均厚度測量得到。8. 如權利要求6所述的方法，其中所述低重組材料涂層包括氧化硅。9. 如權利要求3所述的方法，其中所述低重組材料涂層包括氧化硅，其中執行所述遠程 等離子體操作包括將含硅薄膜沉積在一或多個襯底上，并且其中所述第二涂層包括含硅材 料。10. -種用于處理襯底的遠程等離子體處理裝置，所述裝置包括： 反應室，其包括： 內腔室表面， 襯底支撐件，其用于支撐反應室中的襯底，和 排氣口，其用于從反應室中移除材料； 遠程等離子體腔室，包括： 等離子體產生器，其用于在遠程等離子體腔室內產生等離子體， 進口，其用于將氣體傳輸到遠程等離子體腔室， 出口，其用于將遠程等離子體腔室中產生的等離子體提供給反應室;和 控制器，其具有指令，用于： 當反應室中沒有襯底存在時，通過原子層沉積工藝在反應室的內腔室表面上形成低重 組材料涂層，和 執行遠程等離子體操作后，將反應室暴露于氧化等離子體以修復內腔室表面并從而改 造所述低重組材料涂層。
【文檔編號】H01L21/02GK106024673SQ201610181756
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月28日
【發明人】巴德里·N·瓦拉達拉簡, 龔波, 雷切爾·E·巴策爾, 邱華潭, 巴特·J·范施拉芬迪克, 杰弗里·霍恩
【申請人】朗姆研究公司