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TWI663284B - 使用分子反應性沖洗氣體以改善基於射頻電漿之基板處理系統中的直流偏壓之缺陷控制及安定性 - Google Patents

使用分子反應性沖洗氣體以改善基於射頻電漿之基板處理系統中的直流偏壓之缺陷控制及安定性 Download PDF

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TWI663284B
TWI663284B TW104118566A TW104118566A TWI663284B TW I663284 B TWI663284 B TW I663284B TW 104118566 A TW104118566 A TW 104118566A TW 104118566 A TW104118566 A TW 104118566A TW I663284 B TWI663284 B TW I663284B
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愛德華 奧古斯丁尼亞克
Edward Augustyniak
克利斯多福 詹姆士 拉姆賽爾
Christopher James Ramsayer
阿希爾N 欣荷
Akhil N. Singhal
卡里姆 博麥特
Kareem Boumatar
阿魯爾 達斯
Arul Dhas
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美商蘭姆研究公司
Lam Research Corporation
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Abstract

一種基板處理系統,包含配置在處理室內的上電極和下電極。氣體遞送系統選擇性地遞送前驅物、一或多種沉積載體氣體及後沉積沖洗氣體的其中至少一者。在該前驅物及該一或多種沉積載體氣體係由氣體遞送系統遞送的同時,RF產生系統藉由供應RF電壓至上電極和下電極的其中一者在處理室內的上電極和下電極之間產生RF電漿而沉積膜在基板上。在後沉積沖洗氣體係由氣體遞送系統加以遞送的同時,偏壓產生電路選擇性地供應DC偏電壓至上電極和下電極之其中一者。由氣體遞送系統遞送的後沉積沖洗氣體包含分子反應氣體。

Description

使用分子反應性沖洗氣體以改善基於射頻電漿之基板處理系統中的直流偏壓之缺陷控制及安定性
本揭露內容係於西元2014年6月10日申請之美國專利申請案第14/300,854號的部分連續案。上述提及之申請案的全部揭露內容於此藉由參照納入本案揭示內容。
本揭露內容關於基板處理系統,及更具體而言,關於使用RF電漿及反應性後沉積氣體之基板處理系統內的缺陷控制。
在此提供的背景介紹係為了一般地呈現本揭露內容之背景的目的。目前列名發明者的工作成果,在此背景章節中所述之範圍,以及可能未在申請時以其他方式適格作為先前技術之說明的實施態樣,係未明示或暗示承認為對於本揭露內容之先前技術。
用於執行沉積及/或蝕刻的基板處理系統通常包含具有基座的處理室。基板(諸如半導體晶圓)可配置在該基座上。例如:在化學氣相沉積(CVD, chemical vapor deposition)或原子層沉積(ALD, atomic layer deposition )的製程中,包含一或多個前驅物的氣體混合物可引入至處理室以沉積膜在基板上或蝕刻基板。
在一些基板處理系統中,射頻(RF, radio frequency)電漿可用以活化化學反應。使用電漿的CVD和ALD系統係稱作電漿加強CVD(PECVD, plasma-enhanced CVD)和電漿加強ALD(PEALD, plasma-enhanced ALD)。一些發生在氣相的化學反應導致在RF電漿的反應體積內之粒子的成核、聚集、及/或聚結。粒子當RF電漿係開啟時,保持懸浮在RF電漿中。由於作用在粒子之上之力的平衡,粒子不落在基板之上。例如:靜電斥力使粒子懸浮在RF電漿中的電漿邊界或電漿鞘。
在RF激發係關閉後,粒子可能落在基板之上。因此,大部分的基板處理系統藉由泵出殘留氣體一預定的週期抽空處理室。於該預定的週期期間,粒子在處理室內沉澱下來或係由幫浦抽空。
基板處理系統包含配置在處理室內的上電極和下電極。氣體遞送系統係配置以選擇性地遞送前驅物、一或多種沉積載體氣體及後沉積沖洗氣體的其中至少一者。RF產生系統係配置成在該前驅物及該一或多種沉積載體氣體係由氣體遞送系統遞送的同時,藉由供應RF電壓至上電極和下電極的其中一者在處理室內的該上電極和該下電極之間產生RF電漿而沉積膜在該基板上。偏壓產生電路係配置成在後沉積沖洗氣體係由氣體遞送系統加以遞送的同時,選擇性地供應DC偏電壓至該上電極和該下電極的其中一者。由氣體遞送系統遞送的後沉積沖洗氣體包含分子反應氣體。
在其他的特徵中,後沉積沖洗氣體不包含惰性氣體。後沉積沖洗氣體係選自沉積載體氣體的其中一者。後沉積沖洗氣體在從0.2 Torr到6 Torr的處理壓力下比氦氣和氬氣具有較高的崩潰電壓(breakdown voltage)。DC偏電壓的起始係被啟動於熄滅RF電漿之前的第一預定週期和熄滅RF電漿之後的第二預定週期的其中一者。
在其他的特徵中,基板移動系統係配置以當DC偏電壓產生時相對於基座移動基板。基板移動系統包含機器人,其配置以相對於基座移動基板。
基板處理工具包含N個反應器,其各自包含複數個基板處理系統,其中N係大於0的整數。基板移動系統包含分度機構,其配置以當DC偏電壓產生時,在N個反應器的其中至少一者的複數個基板處理系統之間分度基板。偏壓產生電路在RF電漿熄滅之前產生DC偏電壓,且在後續的RF電漿點燃之前停止DC偏電壓。除了當RF電漿點燃時的一段時間期間之外,偏壓產生電路連續地產生DC偏電壓。
在其他的特徵中,RF產生系統包含RF產生器、及匹配和分配網路,前者產生RF電壓,後者連通RF產生器及該上電極和該下電極的該其中一者。膜包含無氮抗反射膜,沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且後沉積氣體包含二氧化碳。膜包含非晶形矽,一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且後沉積沖洗氣體包含氫分子。膜包含可灰化硬遮罩,一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且後沉積沖洗氣體包含氫分子。膜包含氮化矽,一或多種沉積載體氣體包含氮分子及氨,且後沉積沖洗氣體包含氮分子。膜包含二氧化矽,一或多種沉積載體氣體包含氮分子及一氧化二氮,且後沉積沖洗氣體包含氮分子。膜包含碳氧化矽,一或多種沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且後沉積沖洗氣體包含二氧化碳。
一種在處理系統內處理基板的方法,其包含選擇性地遞送前驅物、一或多種沉積載體氣體及後沉積沖洗氣體的其中至少一者至處理室;藉由在該前驅物和該一或多種沉積載體氣體係加以遞送的同時,當供應RF電壓至該上電極和該下電極的其中一者時在處理室內的上電極和下電極之間產生RF電漿,沉積膜在基板上;及配置偏壓產生電路以選擇性地供應DC偏電壓至該上電極和該下電極的其中一者。該後沉積沖洗氣體於該DC偏電壓的至少一部分期間係加以遞送。後沉積沖洗氣體包含分子反應氣體。
在其他的特徵中,後沉積沖洗氣體不包含惰性氣體。後沉積沖洗氣體係選自該一或多種沉積載體氣體的其中一者。後沉積沖洗氣體在從0.2 Torr到6 Torr的處理壓力下比氦氣和氬氣具有較高的崩潰電壓。DC偏電壓的起始係被啟動於熄滅RF電漿之前的一第一預定週期和熄滅該RF電漿之後的一第二預定週期的其中一者。基板移動系統係配置以當DC偏電壓產生時,相對於基座移動基板。
在其他的特徵中,該方法包含當產生DC偏電壓時分度基板。該方法包含在熄滅RF電漿之前產生DC偏電壓,且在點燃後續的RF電漿之前停止DC偏電壓。該方法包含除了當點燃RF電漿時的一段時間期間之外,連續地產生DC偏電壓。
在其他的特徵中,膜包含無氮抗反射膜,一或多種沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且後沉積氣體包含二氧化碳。膜包含非晶形矽,一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且後沉積沖洗氣體包含氫分子。膜包含可灰化硬遮罩,一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且後沉積沖洗氣體包含氫分子。膜包含氮化矽,一或多種沉積載體氣體包含氮分子及氨,且後沉積沖洗氣體包含氮分子。膜包含二氧化矽,一或多種沉積載體氣體包含氮分子及一氧化二氮,且後沉積沖洗氣體包含氮分子。膜包含碳氧化矽,一或多種沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且後沉積沖洗氣體包含二氧化碳。
本揭露內容之進一步的可應用領域將從詳細說明、申請專利範圍和圖式中變得明顯。詳細說明和具體的例子係意圖為僅供說明的目的,而並非意欲限制本揭露內容的範圍。
RF電漿基板處理系統可相關於RF電漿之時序施加DC偏電壓至上電極或下電極的其中一者。在一些例子中,DC偏電壓係施加於熄滅RF電漿之前,且係維持直到熄滅RF電漿之後。在一些例子中,DC偏電壓係施加於熄滅RF電漿之後。DC偏電壓於處理室的抽空期間改變帶電粒子的軌跡,且降低於熄滅期間由懸浮在RF電漿中的粒子造成的基板上缺陷數。當DC偏電壓係施加於上電極或下電極時,可依處理系統所需移動或分度基板。
DC偏電壓產生靜電場,該靜電場於基板在工具內部移動之時使粒子遠離基板。惰性稀有氣體(諸如氦氣和氬氣)係通常在PEALD和PECVD的製程中作為後沉積沖洗氣體。然而,使用氦氣和氬氣為後沉積沖洗氣體的製程對DC偏電壓係敏感的,其係由於在處理室內的典型製程條件(諸如壓力、氣體流和電壓)下發光放電的形成。因此,用以降低粒子污染的DC偏電壓對這些後沉積沖洗氣體係不穩定的,且出現提高的缺陷性能。根據本揭露內容的基板處理系統使用替代的後沉積沖洗氣體,其提供穩定的DC偏電壓而不具任何DC輔助的電漿放電,且其降低用於執行PECVD/PEALD沉積之基板處理系統的缺陷。
現參照圖1A,顯示用於使用RF電漿執行沉積或蝕刻之基板處理系統100的一個例子。例如:基板處理系統可用以執行PEALD和PECVD。基板處理系統100包含處理室102,其包圍基板處理系統100的其他元件且容納RF電漿。基板處理系統100包含上電極104及含括下電極107的基座106。基板108係配置在上電極104和下電極107之間於基座106之上。
僅作為例子,上電極104可包含引入和分配處理氣體的噴淋頭109。噴淋頭109可包含一桿部,其包含連接至處理室頂部表面的一端。底部部分通常係圓柱形的,且放射狀地從桿部的另一端在離處理室之頂部表面一定間隔的地方向外延伸。噴淋頭底部部分之面對基板的表面包含複數個孔洞。或者,上電極104可包含傳導板且處理氣體可以另一種方式引入。下電極107可在非傳導的基座內配置。或者,基座106可包含靜電夾頭,其包含作為下電極107的傳導板。
RF產生系統110產生和輸出RF電壓至上電極104和下電極107的其中一者。上電極104和下電極107的其中另一者可為DC接地、AC接地或浮接。僅作為例子,RF產生系統110可包含產生RF電壓的RF電壓產生器111,該RF電壓係由匹配和分配網路112饋入至上電極104或下電極107。
如將在下面進一步描述,偏壓產生電路113產生DC偏電壓以回應RF電壓的開啟/關閉時序及下述其他時序參數。在一些例子中,偏壓產生電路113可進一步包含提供DC電壓訊號的DC電壓供應器114。偏壓產生電路113可進一步包含同步電路115,其接通/斷開DC電壓訊號以回應RF開啟/關閉訊號。同步電路115基於RF開啟/關閉訊號的時序決定DC偏電壓的時序。在一些例子中,同步電路115施加延遲至RF開啟/關閉訊號的轉變以決定DC偏電壓的起始點。DC偏電壓的持續時間亦可被設定。在一些例子中,DC偏電壓係施加至接收RF電壓的電極以產生RF電漿。
氣體遞送系統130的一個例子係顯示於圖1A。氣體遞送系統130包含一或多個氣體源132-1、132-2、…、及132-N(統稱為氣體源132),其中N係大於0的整數。氣體源供應一或多種前驅物及其混合物。氣體源亦可供應沖洗氣體。汽化的前驅物亦可使用。氣體源132係藉由閥134-1、134-2、…、及134-N(統稱為閥134)及質流控制器136-1、136-2、…、及136-N(統稱為質流控制器136)連接至歧管140。歧管140的輸出係饋入至處理室102。僅作為例子,歧管140的輸出係饋入至噴淋頭109。
加熱器142可連接至配置在基座106內的加熱器線圈(未顯示)。加熱器142可用以控制基座106和基板108的溫度。閥150和幫浦152可用以從處理室102抽空反應物。
控制器160可用以控制基板處理系統100的元件。控制器160發送RF電漿開啟/關閉訊號至RF產生系統110及同步電路115。控制器160亦可設定DC偏電壓的時序參數,諸如相對於RF電漿開啟/關閉訊號之初始或結束的開啟時間或延遲時間。
僅作為例子,DC偏電壓可為具有100至600伏特之數值及正或負極性的DC電壓。DC偏電壓建立靜電場,該靜電場於RF電漿係關閉時改變懸浮在電漿中之帶電粒子的軌跡。該等粒子在關閉RF電漿之後,因浸在RF電漿中係仍帶電。同時,處理室可加以抽空。DC偏壓影響的帶電粒子之軌跡可在帶電粒子至幫浦口的路徑上繞過基板,而有效地保謢基板免於污染。
現參照圖1B,顯示偏壓產生電路113的一個例子。偏壓產生電路113包含延遲電路164以儲存一或多個延遲時間,該延遲時間基於RF電漿開啟/關閉訊號的轉變。偏壓產生電路113包含開啟時間(time on)電路166以儲存一或多個DC偏電壓的一或多個持續時間。延遲電路164、開啟時間電路166及RF開啟/關閉訊號的輸出係輸入至開關驅動器168,其產生開關驅動訊號以當需要時將開關170打開及關閉以提供DC偏電壓。在一些例子中,同步電路115的輸出係藉由選用的低通濾波器(LPF, low pass filter)180隔絕RF電壓。
僅作為例子,開關驅動器168包含藉由轉變至RF開啟或RF關閉而致能的觸發電路。一旦被觸發,開關驅動器168等待由延遲電路164設定的一延遲週期。在該延遲週期之後,開關驅動器168藉由閉合開關170一段開啟時間週期將DC偏電壓開啟,該開啟時間週期係由開啟時間電路166加以設定。在該開啟時間週期之後,開關驅動器168斷開開關170以關閉DC偏電壓。正如可理解,DC偏電壓可以任何其他適合的方式觸發。
現參照圖2-3,顯示各種DC偏電壓之時序的例子。在圖2中,DC偏電壓之時序的一個例子係相對於RF電漿訊號、基板分度或移動訊號、及氣體供應訊號而顯示。通常,一或多個氣體或蒸氣前驅物於RF電漿開啟時將加以供應。包含分子反應氣體(取代諸如氬氣或氦氣的原子惰性氣體)的沖洗氣體當RF電漿關閉及/或當DC偏壓開啟時可加以供應,如將在下面進一步描述。
在一些例子中,DC偏電壓200於RF電漿訊號終止之前係加以啟動並持續直到該RF電漿訊號終止之後。DC偏電壓200的時序可基於從RF電壓開始之延遲時間t0 。DC偏電壓200的時序與RF電壓重疊週期t1 ,DC偏電壓200的時序具有持續時間t2 ,且於RF電壓停止之後持續週期(t2 -t1 )。
在一些例子中,DC偏電壓係加以供應,且同時分度基板或以其他方式移動。特別是,基板分度或移動訊號210可在DC偏電壓期間和在RF電壓停止之後(例如:在RF電壓停止之後的週期t5 )以重疊的方式產生。分度或移動可完成於DC偏電壓(諸如DC偏電壓200)的下降邊緣之前或之後。
此外,另一個DC偏電壓215可在後續的RF電漿點燃之前加以供應且在RF電漿點燃之後不久終止。圖2中的DC偏電壓215先於RF電壓一段時間t3 且具有持續時間t4
在圖3中,DC偏電壓亦可供應於基板處理期間的其他時間。例如:圖3中的DC偏電壓216在除了當點燃RF電漿時的週期t6 之外可連續地供應。用於說明的目的,分度或移動訊號係被延遲週期t7 ,且與圖2中的分度或移動訊號相比具有較長的持續時間t8
在圖1A-3的例子中,DC偏電壓係供應至上電極104。在此例子中,DC偏電壓可為正DC電壓或負DC電壓。電壓極性係由實驗選擇且可依據處理系統的結構(設計和尺寸)及處理條件。正如可理解,DC偏電壓可供應至下電極107而非上電極。DC偏電壓可供應至同樣的電極作為RF電壓,或供應至不同的電極,只要該不同的電極係非接地。
現參照圖4A,基板處理系統100可實施於包含多重反應器的工具220內,該多重反應器各自有多個基板處理系統。基板從卡匣進入工具220,該卡匣經由晶圓傳送盒(pod)221(諸如前開式晶圓傳送盒(FOUP, front opening unified pod))裝載。機器人224包含一或多個手端(end effector)以處理基板。機器人224係通常處在大氣壓力下。機器人224從卡匣移動基板到裝載鎖定部230。例如:基板經由端口232進入裝載鎖定部230且係放置在裝載鎖定基座233上。連接大氣環境的端口232關閉且裝載鎖定部230係抽氣至用於轉移的適當壓力。接著,端口234打開且另一個機器人236(亦有一或多個手端)透過對應於選擇之反應器240-1、240-2、及240-3(統稱為反應器240)的端口237-1、237-2、237-3(統稱為端口237)的其中一者放置基板。
基板分度機構242可用以相對於基板處理室進一步地放置基板。在一些例子中,分度機構242包含心軸244及轉移盤246。
至少一些反應器240的工作站對應於基板處理系統100。反應器240的基板處理系統100係能執行半導體處理操作,諸如與其他工作站依序地或同時地進行材料沉積或蝕刻。至少一些(且經常所有的)工作站執行基於RF的半導體處理操作。基板係使用基板分度機構242從反應器240中的一個工作站移動至下一個工作站。反應器240的一或多個工作站可能能夠執行RF電漿沉積或蝕刻。於使用期間,基板係移動至反應器240受到處理且再返回至晶圓傳送盒221。正如可理解,降低每個基板的搬運時間增進生產力及處理量。
現參照圖4B,工具控制器250可與一或多個控制器254通信,該一或多個控制器254係與反應器240的各個工作站相關聯。或者,工具控制器250和控制器254可加以結合。工具控制器250亦與機器人224和236及分度機構控制器262通信,以在各個反應器240中協調基板的移動和基板的分度。
現參照圖5,基板的移動亦可僅由機器人而非機器人和分度機構執行。基板係遞送至轉移腔274的一個端口。轉移腔274將其中壓力抽氣至一適當的水平。接著,另一個接至轉移腔274的端口打開,且有一或多個手端278的機器人276遞送基板至多個處理室280-1、280-2、…、及280-P(統稱為處理室280)之其中選擇的一者,其中P係大於1的整數。機器人276可沿著軌道279移動。機器人276遞送基板至對應處理室280其中選擇的一者的多個基座282-1、282-2、…、及282-P的其中一者之上。
現參照圖6A,顯示方法320的一個例子。在330中,控制程序決定處理是否開始。若為是,控制程序進行到332且配置一或多個基板在一或多個基座上,該等基座與一或多個處理室相關聯。在336中,控制程序在一或多個處理室內點燃RF電漿且流動前驅物一預定的週期。在338中,控制程序熄滅RF電漿且停止前驅物的流動。在342中,控制程序流動沖洗氣體,其包含分子反應氣體而非原子惰性氣體。在346中,控制程序於RF電漿熄滅之後供應DC偏電壓一預定的偏壓週期。在一些例子中,該預定的偏壓週期在下一個RF電漿點燃之前停止。
在350中,控制程序決定在分度或其他基板移動發生之前是否有額外的RF電漿循環。若為是,控制程序返回至336。否則,控制程序決定是否需要分度或其他的移動。若354為是,控制程序繼續至358且於偏壓週期期間分度或以其他方式移動基板,在359關閉DC偏壓且接著返回至336。否則,控制程序繼續至360且卸載基板。
現參照圖6B,顯示方法420的一個例子。在430中,控制程序決定處理是否開始。若為是,控制程序進行到432且配置一或多個基板在一或多個基座上,該等基座與一或多個處理室相關聯。在436中,控制程序在一或多個處理室內點燃電漿且流動前驅物一第一預定的週期。在437中,控制程序供應DC偏電壓一預定的偏壓週期,該偏置壓期始於該第一預定的週期結束之前(且RF電漿係熄滅的)。在一些例子中,預定的偏壓週期在後續的RF電漿點燃之前停止。在438中,控制程序熄滅RF電漿且停止前驅物的流動。在442中,控制程序流動沖洗氣體,其包含分子反應氣體而非原子惰性氣體。在450中,控制程序決定在分度或其他基板移動發生之前是否有額外的RF電漿循環。若為是,控制程序返回至436。否則,控制程序決定是否需要分度或其他的移動。若454為是,控制程序繼續至458且分度或以其他方式移動基板,在459關閉DC偏壓且接著返回至436。否則,控制程序繼續至460且卸載基板。
現參照圖7,基板上缺陷的數目係藉由供應DC偏壓及使用沖洗氣體加以降低,該沖洗氣體包含分子反應氣體而非原子惰性氣體。於500顯示當DC偏電壓於基板移動的期間係不供應時處理的缺陷數目,且於520顯示當DC偏電壓於基板移動期間係加以供應時處理的缺陷數目。於基板移動的期間施加DC偏電壓消除非生產性的等候時間,其係通常需要用以在移動發生前泵出殘留氣體及沉澱氣態粒子。
本揭露內容藉由使用DC偏電壓噴射沖洗氣體進一步降低基板的缺陷,該沖洗氣體係與膜/膜沉積製程相容。惰性稀有氣體(諸如氦氣(He)及氬氣(Ar))係通常在PECVD/PEALD系統中用作腔室沖洗氣體。在無N2 膜(諸如無氮抗反射層(NFARL, nitrogen-free anti-reflection layer)、非晶形矽(a-Si)、及可灰化硬遮罩(AHM, ashable hard mask)膜)的情況中,DC偏電壓於惰性氣體(諸如He及Ar)係作為沖洗氣體時易於不穩定。當He及Ar係作為沖洗氣體時,DC輔助的電漿放電發生,這造成高缺陷數。
現參照圖8,顯示DC偏電壓行為的一個例子,其中He作為NFARL膜沉積製程之後沉積沖洗氣體。一旦供應DC噴射(在此例子中,-350 V),DC偏電壓到達最大負電壓值且接著在數值上逐漸降低。不受特定理論限制,數值上的降低可為分壓(voltage division)的結果,該分壓形成於電極系統的電阻元件和電漿的電阻之間。直流損耗亦係由電極間DC供電之電漿輝光的出現加以支持。當以氬氣取代氦氣時,發生相似的結果。
不受特定理論限制,對於DC偏電壓和稀有氣體(諸如He、Ar等)的電漿放電之可能的機制係這些惰性原子氣體具有低的崩潰電壓(break down volrage),其在典型製程條件下對於電漿輝光係有利的。電漿輝光係通常由DC激發所產生之惰性稀有氣體的長壽命、高能物種增強。上及下電極間不受控制之DC電漿的存在導致增加的缺陷。此外,噴淋頭的孔圖案(hole pattern)可在顯現於基板上的缺陷內被看見。
為了降低在DC偏壓期間不受控制的DC電漿,惰性稀有原子沖洗氣體係以分子反應氣體取代。僅作為例子,一些NFARL製程使用氦氣及CO2 兩者為沉積氣體。在一些例子中,二氧化碳(CO2 )亦可取代氦氣作為後沉積沖洗氣體以增進DC偏電壓的安定性及降低缺陷。
現參照圖9、10A及10B,缺陷數的改進可透過適當後沉積沖洗氣體的選擇而得到,諸如分子反應氣體,其於施加DC偏電壓的同時使用以降低粒子數。例如:當使用CO2 取代使用於圖8NFARL製程中的He時,DC偏電壓如圖9所示係穩定的。在圖10A中,顯示使用He為後沉積沖洗氣體的NFARL膜。在圖10B中,當使用CO2 時,NFARL膜係顯示具有與圖10A相比顯著降低的缺陷數。
該測試/模擬係以He及Ar在後沖洗壓力(0.2至6T)及氣體流率(1至10slm)下重覆。在這些條件下,亦觀察到DC偏電壓的不穩定性及發光的電漿放電。然而,當使用CO2 為後沉積沖洗氣體時,DC偏電壓係穩定的,且經由DC偏電壓的電漿激發在PECVD的反應器中係未被觀察到。
現參照圖11-12,顯示DC偏壓產生系統的一個例子。在圖11中,顯示用於產生DC偏壓訊號之替代的電路配置600。工具控制器610發送控制訊號至DC供應器618以供應DC偏電壓。工具控制器610亦發送控制訊號至輸入/輸出控制器614,其控制同步電路622、RF產生器632及RF匹配電路636。同步電路622的輸出(DC偏壓訊號)係由RF濾波器628過濾,其與RF匹配電路636的輸出結合輸入至RF分配電路640。RF分配電路640提供輸出至電極642和644(諸如,例如嵌入於基座內的噴淋頭或電極)。在圖12中,同步電路622可包含極性控制器(polarity controller)650及開啟/關閉控制器655,前者控制DC偏壓訊號的極性,而後者在需要時基於來自輸入/輸出控制器614的控制訊號將DC偏壓開啟及關閉。
雖然以上所述相關於NFARL膜及各種後沉積沖洗氣體,其他膜類型亦從選擇分子反應氣體為後沉積沖洗氣體獲益。對於非晶形矽(a-Si),He及H2 係典型用作沉積載體氣體,且氫分子(H2 )可用作後沉積沖洗氣體。對於可灰化硬遮罩(AHM),He及H2 係用作沉積載體氣體且H2 係用作後沉積氣體。對於氮化矽(SiN),氨(NH3 )及氮分子(N2 )係用作沉積載體氣體且N2 係用作後沉積氣體。對於SiO2 ,N2 O及N2 係用作沉積載體氣體且N2 係用作後沉積氣體。對於碳氧化矽(SiOC),CO2 及He係用作沉積載體氣體且CO2 係用作後沉積氣體。
以上所述在本質上僅為說明且係決非意欲限制本揭露內容、其應用、或使用。本揭露內容的廣泛教示可以多種方式執行。因此,雖然此揭露內容包含特殊的例子,但本揭露內容的真實範圍應不被如此限制,因為其他的修改將在研讀圖示、說明書和隨後申請專利範圍後變為顯而易見。當在此使用時,片語「A、B、和C的其中至少一者」應理解為表示使用非排他邏輯「或」之邏輯(A或B或C),且不應理解為表示「A的其中至少一者、B的其中至少一者、及C的其中至少一者」。應理解方法中的一或多個步驟可以不同的順序(或同時)執行而不改變本揭露內容的原理。
在一些實施方式中,控制器為系統的一部分,而系統可為上述例子的一部分。此等系統可包含半導體處理設備,其包含一個以上處理工具、一個以上腔室、用於處理的一個以上平臺、及/或特定處理元件(晶圓基座、氣流系統等)。這些系統可與電子設備整合,該等電子設備用於在半導體晶圓或基板處理之前、期間、及之後控制這些系統的操作。電子設備可稱為「控制器」,其可控制該一個以上系統的各種元件或子部分。依據系統的處理需求及/或類型,控制器可被編程以控制任何在此揭露的製程,包括:處理氣體的遞送、溫度設定(例如:加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體遞送設定、位置及操作設定、出入一工具和其他轉移工具及/或與特定系統連接或介接的裝載鎖定部之晶圓轉移。
廣義地說,控制器可定義為電子設備,其具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體,其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清洗操作、啟用端點量測等。積體電路可包含儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSP)、定義為特殊應用積體電路(ASIC)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)的形式與控制器通訊的指令,該等設定定義對於半導體晶圓或系統執行特殊製程的操作參數。在一些實施例中,該操作參數可為由製程工程師定義之配方的部分,以在一或多個層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓的晶粒製造期間完成一或多個製程步驟。
在一些實施方式中,控制器可為電腦的一部分或耦接至電腦,該電腦係與系統整合、耦接至系統、以其他方式網路連至系統、或其組合。例如:控制器可為在「雲端」或晶圓廠主機電腦系統的整體或一部分,可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許針對系統的遠程存取以監測製造操作的當前進度、檢查過往製造操作的歷史、檢查來自複數個製造操作的趨勢或性能度量,以改變目前處理的參數、以設定目前操作之後的處理步驟、或啟動新的製程。在一些例子中,遠程電腦(例如伺服器)可經由網路提供製程配方給系統,該網路可包含區域網路或網際網路。該遠程電腦可包含使用者介面,其允許參數及/或設定的輸入或編程,這些參數及/或設定係接著從遠程電腦傳遞至系統。在一些例子中,控制器接收數據形式的指令,該數據明確指定於一或多個操作期間將被執行之各個處理步驟的參數。應理解參數可專門用於將執行之製程的類型和配置控制器以介接或控制之工具的類型。因此,如上所述,控制器可為分散式的,諸如藉由包含一或多個分散的控制器,其由網路連在一起且朝共同的目標(諸如在此描述的製程和控制)作業。一個用於此目的之分散式控制器的例子將為腔室上的一或多個積體電路,連通位於遠端(諸如在平台級或作為遠程電腦的一部分)之一或多個積體電路,其結合以控制腔室中的製程。
示例系統可不受限制地包含電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、旋轉-潤洗室或模組、金屬電鍍室或模組、潔靜室或模組、斜邊蝕刻室或模組、物理氣相沉積(PVD)室或模組、化學氣相沉積(CVD)室或模組、原子層沉積(ALD)室或模組、原子層蝕刻(ALE, atomic layer etch)室或模組、離子植入室或模組、軌道室或模組、及任何其他可關聯或使用於半導體晶圓的製造及/或生產中的半導體處理系統。
如上所述,依據將由工具執行的一個以上製程步驟,控制器可與下述通訊:一或多個其他工具電路或模組、其他工具元件、群組工具、其他工具介面、毗連工具、相鄰工具、位於工廠各處的工具、主電腦、另一個控制器、或用於材料傳送的工具,該用於材料傳送的工具將晶圓的容器攜帶進出半導體生產工廠內的工具位置及/或負載端口。
100‧‧‧基板處理系統
102‧‧‧處理室
104‧‧‧上電極
106‧‧‧基座
107‧‧‧下電極
108‧‧‧基板
109‧‧‧噴淋頭
110‧‧‧RF產生系統
111‧‧‧RF電壓產生器
112‧‧‧匹配和分配網路
113‧‧‧偏壓產生電路
114‧‧‧DC電壓供應器
115‧‧‧同步電路
130‧‧‧氣體遞送系統
132‧‧‧氣體源
134‧‧‧閥
136‧‧‧質流控制器
140‧‧‧歧管
142‧‧‧加熱器
150‧‧‧閥
152‧‧‧幫浦
160‧‧‧控制器
164‧‧‧延遲電路
166‧‧‧開啟時間電路
168‧‧‧開關驅動器
170‧‧‧開關
180‧‧‧低通濾波器
200‧‧‧DC偏電壓
210‧‧‧基板分度或移動訊號
215‧‧‧DC偏電壓
216‧‧‧DC偏電壓
220‧‧‧工具
221‧‧‧晶圓傳送盒
224‧‧‧機器人
230‧‧‧裝載鎖定部
232‧‧‧端口
233‧‧‧裝載鎖定基座
234‧‧‧端口
236‧‧‧機器人
237‧‧‧端口
240‧‧‧反應器
242‧‧‧分度機構
244‧‧‧心軸
246‧‧‧轉移盤
250‧‧‧工具控制器
254‧‧‧控制器
262‧‧‧分度機構控制器
274‧‧‧轉移腔
276‧‧‧機器人
278‧‧‧手端
279‧‧‧軌道
280‧‧‧處理室
600‧‧‧電路配置
610‧‧‧工具控制器
614‧‧‧輸入/輸出控制器
618‧‧‧DC供應器
622‧‧‧同步電路
628‧‧‧RF濾波器
632‧‧‧RF產生器
636‧‧‧RF匹配電路
640‧‧‧RF分配電路
642‧‧‧電極
644‧‧‧電極
650‧‧‧極性控制器
655‧‧‧開啟/關閉控制器
本揭露內容從詳細說明和隨附圖式可更完全了解,其中:
圖1A係根據本揭露內容之基板處理系統之例子的功能方塊圖;
圖1B係根據本揭露內容之DC偏壓產生系統之例子的功能方塊圖;
圖2及3係說明相對於RF電漿訊號、基板分度或移動訊號及氣體供應訊號之DC偏電壓的時序的例子之時序圖;
圖4A-4B及5說明基板處理工具的例子;
圖6A及6B說明根據本揭露內容之操作基板處理系統之方法的例子;
圖7說明有及無DC偏電壓處理之基板的缺陷數。
圖8係說明對於使用氦氣作為後沉積沖洗氣體沉積NFARL的基板處理系統,DC偏電壓為時間之函數的圖;
圖9係說明對於使用二氧化碳作為後沉積沖洗氣體沉積NFARL的基板處理系統,DC偏電壓為時間之函數的圖;
圖10A及10B說明分別根據圖8及圖9處理後的基板缺陷;
圖11係對於產生DC偏壓訊號之替代的電路配置之功能方塊圖;以及
圖12係替代之同步電路的功能方塊圖。
在圖示中,參考數字可再次使用以識別相似的及/或相同的元件。

Claims (52)

  1. 一種基板處理系統,包含:一處理室;一上電極,配置在該處理室內;一基座,配置在該處理室內,其中,該基座係配置以於處理期間支撐一基板,且其中,該基座包含一下電極;一RF產生系統,配置成藉由供應一RF電壓至該上電極和該下電極的其中一者,在該處理室內該上電極和該下電極之間產生RF電漿;一偏壓產生電路,配置以選擇性地供應一DC偏電壓至該上電極和該下電極的該其中一者,其係藉由:於熄滅該RF電漿之前的一第一預定週期和熄滅該RF電漿之後的一第二預定週期之其中至少一者時,開始該DC偏電壓之供應,及於熄滅該RF電漿之後且於一後續的RF電漿點燃之前的一第三預定週期時,停止該DC偏電壓之供應;以及一基板移動系統,配置以當產生該DC偏電壓時,產生一移動訊號以相對於該基座移動該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路包含:一DC電壓供應器;以及一同步電路,連通該DC電壓供應器及配置以產生該DC偏電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路更包含一低通濾波器,其配置以過濾該同步電路的一輸出且具有連通該上電極和該下電極之其中一者的一輸出。
  4. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,該基板移動系統包含一機器人,建構以相對於該基座移動該基板。
  5. 一種基板處理工具,包含:N個反應器,各自包含申請專利範圍第1項之該基板處理系統,其中,N係大於0的一整數,其中,該基板處理系統之該基板移動系統包含一分度機構,配置以當該DC偏電壓產生時,在該N個反應器的其中至少一者中的複數個工作站之間分度基板。
  6. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,該DC偏電壓和該RF電壓係皆連接至該上電極和該下電極的其中一者。
  7. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路配置成於該RF電漿熄滅之前的該第一預定週期時產生該DC偏電壓,且於該後續的RF電漿點燃之前停止該DC偏電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路配置成於熄滅該RF電漿之後的該第二預定週期時產生該DC偏電壓,且於點燃該後續的RF電漿之前停止該DC偏電壓。
  9. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,除了當該RF電漿係點燃的一段時間期間之外,該偏壓產生電路配置成連續地產生該DC偏電壓。
  10. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,該RF產生系統包含:一RF產生器,用以產生該RF電壓;以及一匹配和分配網路,連通該RF產生器及該上電極和該下電極的該其中一者。
  11. 一種基板處理系統,包含:一處理室;一上電極,配置在該處理室內;一基座,配置在該處理室內,其中,該基座係配置以支撐一基板,且其中,該基座包含一下電極;一RF產生系統,配置成藉由供應一RF電壓至該上電極,在該處理室內該上電極和該下電極之間產生RF電漿;一偏壓產生電路,配置以選擇性地供應一DC偏電壓至該上電極,其係藉由:於該RF電壓停止之前的一第一預定週期或該RF電壓已經停止之後的一第二預定週期之其中至少一者時,開始該DC偏電壓,及於該RF電壓已經停止之後且於一後續的RF電壓啟動之前的一第三預定週期時,停止該DC偏電壓;以及一基板移動系統,配置以當產生該DC偏電壓時,產生一移動訊號以相對於該基座移動該基板。
  12. 如申請專利範圍第11項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路包含:一DC電壓供應器;以及一同步電路,連通該DC電壓供應器及配置以產生該DC偏電壓。
  13. 如申請專利範圍第12項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路更包含一低通濾波器,其配置以過濾該同步電路的一輸出及具有連通該上電極的一輸出。
  14. 如申請專利範圍第11項之基板處理系統,更包含一機器人,建構成相對於該基座移動該基板,其中,當該DC偏電壓被產生時,該機器人移動該基板。
  15. 一種基板處理工具,包含:N個反應器,各自包含申請專利範圍第11項之該基板處理系統,其中,N係大於0的一整數;以及一分度機構,配置以當產生該DC偏電壓時,在該N個反應器的其中至少一者中的複數個工作站之間分度基板。
  16. 如申請專利範圍第11項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路配置成於熄滅該RF電漿之前的該第一預定週期時產生該DC偏電壓,且於熄滅該RF電漿之後停止該DC偏電壓。
  17. 如申請專利範圍第11項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路配置成於該RF電漿熄滅之後的該第二預定週期時產生該DC偏電壓,且於一後續的RF電漿點燃之前停止該DC偏電壓。
  18. 如申請專利範圍第11項之基板處理系統,其中,除了當該RF電漿係點燃時之外,該偏壓產生電路配置成連續地產生該DC偏電壓。
  19. 如申請專利範圍第11項之基板處理系統,其中,該RF產生系統包含:一RF產生器,用以產生該RF電壓;以及一匹配和分配網路,連通該RF產生器和該上電極。
  20. 如申請專利範圍第1項之基板處理系統,其中,該基板移動系統更配置以產生與該DC偏電壓至少部分重疊之該移動訊號。
  21. 一種基板處理系統,包含:一上電極和一下電極,配置在一處理室內;一基座,配置在該處理室內,其中,該基座係配置以於處理期間支撐一基板;一氣體遞送系統,配置以選擇性地遞送前驅物、一或多種沉積載體氣體及一後沉積沖洗氣體的其中至少一者;一RF產生系統,配置成在該前驅物及該一或多種沉積載體氣體係由該氣體遞送系統加以遞送的同時,藉由供應一RF電壓至該上電極和該下電極的其中一者而在該處理室內該上電極和該下電極之間產生RF電漿以沉積膜在該基板上;以及一偏壓產生電路,配置成在該後沉積沖洗氣體係由該氣體遞送系統加以遞送的同時,選擇性地供應一DC偏電壓至該上電極和該下電極的該其中一者,其中,由該氣體遞送系統遞送之該後沉積沖洗氣體包含一分子反應氣體。
  22. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該後沉積沖洗氣體不包含惰性氣體。
  23. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該後沉積沖洗氣體係選自該沉積載體氣體的其中一者。
  24. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該後沉積沖洗氣體在從0.2Torr到6Torr的處理壓力下與氦氣和氬氣相比具有一較高的崩潰電壓。
  25. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該DC偏電壓的起始係被啟動於熄滅該RF電漿之前的一第一預定週期和熄滅該RF電漿之後的一第二預定週期的其中一者。
  26. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,更包含一基板移動系統,配置以當該DC偏電壓產生時,相對於該基座移動該基板。
  27. 如申請專利範圍第26項之基板處理系統,其中,該基板移動系統包含一機器人,建構成相對於該基座移動該基板。
  28. 一種基板處理工具,包含:N個反應器,各自包含複數個該申請專利範圍第26項之基板處理系統,其中,N係大於0的一整數,其中,該基板移動系統包含一分度機構,配置以當該DC偏電壓產生時,在該N個反應器的其中至少一者的該複數個基板處理系統之間分度基板。
  29. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該偏壓產生電路於該RF電漿熄滅之前產生該DC偏電壓,且於一後續的RF電漿點燃之前停止該DC偏電壓。
  30. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,除了當該RF電漿係點燃時的一段時間期間之外,該偏壓產生電路連續地產生該DC偏電壓。
  31. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該RF產生系統包含:一RF產生器,用以產生該RF電壓;以及一匹配和分配網路,連通該RF產生器及該上電極和該下電極的該其中一者。
  32. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該膜包含無氮抗反射膜,該沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含二氧化碳。
  33. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該膜包含非晶形矽,該一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含氫分子。
  34. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該膜包含可灰化硬遮罩,該一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含氫分子。
  35. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該膜包含氮化矽,該一或多種沉積載體氣體包含氮分子及氨,且該後沉積沖洗氣體包含氮分子。
  36. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該膜包含二氧化矽,該一或多種沉積載體氣體包含氮分子及一氧化二氮,且該後沉積沖洗氣體包含氮分子。
  37. 如申請專利範圍第21項之基板處理系統,其中,該膜包含碳氧化矽,該一或多種沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含二氧化碳。
  38. 一種處理基板的方法,於一基板處理系統內處理一基板,該方法包含:選擇性地遞送前驅物、一或多種沉積載體氣體及後沉積沖洗氣體的其中至少一者至一處理室;藉由當供應一RF電壓至一上電極和一下電極的其中一者時在該處理室內該上電極和該下電極之間產生RF電漿,且同時遞送該前驅物和該一或多種沉積載體氣體,沉積膜在該基板上;以及選擇性地供應一DC偏電壓至該上電極和該下電極的該其中一者,其中,該後沉積沖洗氣體於該DC偏電壓的至少一部分期間係加以遞送,以及其中,該後沉積沖洗氣體包含一分子反應氣體。
  39. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該後沉積沖洗氣體不包含惰性氣體。
  40. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該後沉積沖洗氣體係選自該一或多種沉積載體氣體的其中一者。
  41. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該後沉積沖洗氣體在從0.2Torr到6Torr的處理壓力下與氦氣和氬氣相比具有一較高的崩潰電壓。
  42. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該DC偏電壓的起始係被啟動於熄滅該RF電漿之前的一第一預定週期和熄滅該RF電漿之後的一第二預定週期之其中一者。
  43. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,更包含當產生該DC偏電壓時,相對於支撐該基板的一基座移動該基板。
  44. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,更包含當產生該DC偏電壓時分度基板。
  45. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,更包含在熄滅該RF電漿之前產生該DC偏電壓,且在點燃一後續的RF電漿之前停止該DC偏電壓。
  46. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,更包含除了當點燃該RF電漿時的一段時間期間之外,連續地產生該DC偏電壓。
  47. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該膜包含無氮抗反射膜,該一或多種沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含二氧化碳。
  48. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該膜包含非晶形矽,該一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含氫分子。
  49. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該膜包含可灰化硬遮罩,該一或多種沉積載體氣體包含氫分子及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含氫分子。
  50. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該膜包含氮化矽,該一或多種沉積載體氣體包含氮分子及氨,且該後沉積沖洗氣體包含氮分子。
  51. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該膜包含二氧化矽,該一或多種沉積載體氣體包含氮分子及一氧化二氮,且該後沉積沖洗氣體包含氮分子。
  52. 如申請專利範圍第38項之處理基板的方法,其中,該膜包含碳氧化矽,該一或多種沉積載體氣體包含二氧化碳及氦氣,且該後沉積沖洗氣體包含二氧化碳。
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