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TWI880985B - 電漿處理系統及沉積材料的方法 - Google Patents

電漿處理系統及沉積材料的方法 Download PDF

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Abstract

描述了一種電漿處理系統。系統可包括噴頭。系統可進一步包括與噴頭電連通的第一RF發生器。第一RF發生器可配置為以第一頻率將第一電壓輸送至噴頭。另外，系統可包括與基座電連通的第二RF發生器。第二RF發生器可配置為以第二頻率將第二電壓輸送到基座。第二頻率可小於第一頻率。系統還可包括與噴頭電連通的終止器。終止器可為第二電壓提供通往接地的路徑。描述了使用電漿處理系統沉積材料的方法。還描述了一種藉由在腔室的壁上沉積氧化矽和氮化矽來調節腔室的方法。

Description

電漿處理系統及沉積材料的方法
本技術關於半導體沉積處理。更具體地，本技術關於使用高頻和低頻RF功率兩者來沉積膜的方法和系統。
藉由在基板表面上產生複雜圖案化的材料層的處理使得積體電路成為可能。在基板上產生圖案化材料需要受控的形成和移除曝露材料的方法。隨著裝置尺寸的不斷縮小，材料的均勻性可能會影響後續操作。例如，遮罩材料的表面均勻性可能影響後續的蝕刻均勻性。
因此，存在有可用以生產高品質裝置和結構的改進的系統和方法的需求。這些和其他需求藉由本技術解決。
施加低頻(LF)射頻(RF)功率和高頻(HF)RF功率可改善沉積材料的均勻性，特別是在基板的邊緣處的均勻性。在腔室的底部處(如，在基座處)引入LF RF可允許較小的晶粒尺寸和較小的粗糙度，並且可減少缺陷的數量。當在腔室的底部處或腔室的頂部處(如，在噴頭處)引入LF RF時，用介電層(如，氧化矽和氮化矽)對腔室進行調節可減少基板上的缺陷數量。
本技術的實施例可包括一種電漿處理系統。系統可包括界定複數個孔的噴頭。系統還可包括配置為保持基板的基座。系統可進一步包括與噴頭電連通的第一RF發生器。第一RF發生器可配置為以第一頻率將第一電壓輸送至噴頭。另外，系統可包括與基座電連通的第二RF發生器。第二RF發生器可配置為以第二頻率將第二電壓輸送到基座。第二頻率可小於第一頻率。系統還可包括與噴頭電連通的終止器。終止器可配置為在第一頻率下具有第一阻抗。終止器可配置為在第二頻率下具有第二阻抗。第一阻抗可大於第二阻抗。終止器可為在第二頻率下的第二電壓提供通往接地的路徑。
本技術的實施例可包括一種沉積材料的方法。方法可包括以下步驟：通過噴頭將包含第一前驅物的混合物輸送到半導體處理腔室的處理區域。方法還可包括以下步驟：在第一頻率下向噴頭施加第一電壓。方法可進一步包括以下步驟：在處理區域內形成混合物的電漿。另外，方法可包括以下步驟：在第二頻率下向基座施加第二電壓，同時在第一頻率下向噴頭施加第一電壓。第二頻率可小於第一頻率。方法還可包括以下步驟：將材料沉積在設置在基座上的基板上，材料包含來自混合物的元素。
本技術的實施例可包括一種沉積材料的方法。方法可包括以下步驟：將包含第一含矽前驅物和含氧前驅物的第一混合物輸送至半導體處理腔室的處理區域。方法還可包括以下步驟：在處理區域內形成第一混合物的電漿。方法可進一步包括以下步驟：在半導體處理腔室的壁上沉積氧化矽層。此外，方法可包括以下步驟：將包含第二含矽前驅物和含氮前驅物的第二混合物輸送至處理區域。而且，方法可包括以下步驟：在處理區域內形成第二混合物的電漿。方法可包括以下步驟：在半導體處理腔室的壁上沉積氮化矽層。另外，方法可包括以下步驟：通過噴頭將包含第一前驅物的第三混合物輸送至處理區域。方法可進一步包括以下步驟：在第一頻率下向噴頭施加第一電壓。方法還可包括以下步驟：在第二頻率下向半導體處理腔室施加第二電壓。第二頻率可小於第一頻率。方法可包括以下步驟：在處理區域內形成第三混合物的電漿。另外，方法可包括以下步驟：在設置在處理區域中的基座上的基板上沉積材料。材料可包括來自第三混合物的元素。
沉積層的均勻性影響基板的產量。與基板的其餘部分相比，基板的邊緣處的層均勻性通常較差。結果，靠近基板的邊緣的許多裝置可能無法運作。從單個基板增加裝置的產量可降低生產成本並提高效率。藉由同時施加低頻（LF）RF功率和高頻（HF）RF功率，可改善沉積層的均勻性，特別是在基板的邊緣處的均勻性。低頻功率可幫助於活化離子並增加離子轟擊。LF功率可導致改善在晶圓邊緣的耦合，使得在晶圓邊緣附近不會形成小的局部電漿。LF功率可幫助將材料沉積到高深寬比的特徵中，隨著特徵尺寸的減小，高深寬比的特徵將更加普遍。然而，在沒有HF功率的情況下施加LF功率可能無法有效地分解前驅物，並可能導致不均勻性。
同時施加LF和HF功率可提高均勻性。然而，向施加了高頻（HF）功率的噴頭施加LF功率可能會導致噴頭中的孔內出現空心陰極效應。這種空心陰極效應可能導致噴頭的濺射，並可能增加沉積層的缺陷。本技術的實施例可允許更均勻的層，同時與其他技術相比減少缺陷。
可藉由向基座而不是噴頭引入LF射頻功率來減少缺陷。將LF RF施加到基座而不是噴頭，可接著避免空心陰極效應，因為基座沒有孔。藉由用氧化矽和氮化矽層調節腔室的壁也可減少缺陷。此外，在基座處施加LF RF可能會增加晶圓表面的偏壓，從而改善膜性質，包括晶粒尺寸、表面粗糙度、均勻性和蝕刻選擇性。將LF施加於噴頭將不會產生相同的偏壓效果。
第1圖顯示了根據本技術的一些實施例的示例性處理腔室100的橫截面圖。圖式可顯示系統的概述，系統結合了本技術的一或多個態樣，及/或系統可執行根據本技術的實施例的一或多個操作。腔室100的附加細節或所執行的方法可在下面進一步描述。根據本技術的一些實施例，腔室100可用以形成膜層，儘管應當理解，方法可類似地在其中可能發生膜形成的任何腔室中執行。處理腔室100可包括腔室主體102、設置在腔室主體102內側的基板支撐件104及與腔室主體102耦合並將基板支撐件104封閉在處理容積120中的蓋組件106。基板103可通過開口126而提供到處理容積120，開口126通常可使用狹縫閥或門密封進行處理。在處理期間，基板103可位於基板支撐件的表面105上。如箭頭145所示，基板支撐件104可沿著軸線147旋轉，基板支撐件104的軸144可位於該軸線147上。替代地，可在沉積處理期間根據需要將基板支撐件104提升以旋轉。
電漿輪廓調製器111可設置在處理腔室100中，以控制在設置在基板支撐件104上的整個基板103上的電漿分佈。電漿輪廓調製器111可包括第一電極108，第一電極108可設置成與腔室主體102相鄰，並且可將腔室主體102與蓋組件106的其他部件分開。第一電極108可為蓋組件106的一部分，或者可為單獨的側壁電極。第一電極108可為環形或環狀構件，並且可為環形電極。第一電極108可為圍繞處理腔室100的圓周並圍繞處理容積120的的連續環，或者若需要的話可在所選位置處不連續。第一電極108也可為穿孔電極，諸如穿孔環或網狀電極，或者可為板狀電極，諸如（例如）二次氣體分配器。
一或多個隔離器110a、110b（可為介電材料，諸如陶瓷或金屬氧化物，例如氧化鋁及/或氮化鋁）可與第一電極108接觸並且將第一電極108與氣體分配器112和腔室主體102電隔離並且熱隔離。氣體分配器112可界定用於將處理前驅物分配到處理容積120中的孔118。氣體分配器112可與第一電功率142的源耦合，諸如RF發生器、RF功率源、DC功率源、脈衝DC功率源、脈衝RF功率源或可與處理腔室耦合的任何其他功率源。在一些實施例中，第一電功率142的源可為RF功率源。
氣體分配器112可為導電氣體分配器或非導電氣體分配器。氣體分配器112也可由導電和非導電部件形成。例如，氣體分配器112的主體可為導電的，而氣體分配器112的面板可為不導電的。在一些實施例中，氣體分配器112可諸如藉由第1圖所示的第一電功率142的源而供電，或氣體分配器112可與接地耦合。
第一電極108可與可控制處理腔室100的接地路徑的第一調諧電路128耦合。第一調諧電路128可包括第一電子感測器130和第一電子控制器134。第一電子控制器134可為或包括可變電容器或其他電路元件。第一調諧電路128可為或包括一或多個電感器132。第一調諧電路128可為在處理期間在存在於處理容積120中的電漿條件下實現可變或可控阻抗的任何電路。在所示的一些實施例中，第一調諧電路128可包括並聯耦合在接地和第一電子感測器130之間的第一電路分支和第二電路分支。第一電路分支可包括第一電感器132A。第二電路支路可包括與第一電子控制器134串聯耦合的第二電感器132B。第二電感器132B可設置在第一電子控制器134和將第一電路分支和第二電路分支兩者都連接到第一電子感測器130的節點之間。第一電子感測器130可為電壓或電流感測器，並且可與第一電子控制器134耦合，第一電子控制器134可提供對處理容積120內側的電漿條件的一定程度的封閉迴路控制。
第二電極122可與基板支撐件104耦合。第二電極122可嵌入基板支撐件104內，或者與基板支撐件104的表面耦合。第二電極122可為板、帶孔的板、網、絲網或任何其他分佈的導電元件佈置。第二電極122可為調諧電極，並且可藉由導管146與第二調諧電路136耦合，例如，導管146例如是設置在基板支撐件104的軸144中的具有選定電阻（諸如50歐姆）的電纜。第二調諧電路136可具有第二電子感測器138和第二電子控制器140，第二電子控制器140可為第二可變電容器。第二電子感測器138可為電壓或電流感測器，並且可與第二電子控制器140耦合以提供對處理容積120中的電漿條件的進一步控制。
第三電極124（可為偏壓電極、加熱器及/或靜電吸盤電極）可與基板支撐件104耦合。第三電極可通過濾波器148與第二電功率150的源耦合，濾波器148可為阻抗匹配電路。第二電功率150的源可為DC功率、脈衝DC功率、RF偏壓功率、脈衝RF源或偏壓功率，或這些或其他功率源的組合。在一些實施例中，第二電功率150的源可為RF偏壓功率。
第1圖的蓋組件106和基板支撐件104可與用於電漿或熱處理的任何處理腔室一起使用。在操作中，處理腔室100可提供對處理容積120中的電漿條件的實時控制。可將基板103設置在基板支撐件104上，並且可根據任何所需的流量計劃使用入口114使處理氣體流過蓋組件106。氣體可通過出口152離開處理腔室100。電功率可與氣體分配器112耦合以在處理容積120中建立電漿。在一些實施例中，可使用第三電極124對基板進行電偏壓。
在激發處理容積120中的電漿後，可在電漿與第一電極108之間建立電位差。也可在電漿與第二電極122之間建立電位差。電子控制器134、140可接著用於調整由兩個調諧電路128和136表示的接地路徑的流動性質。可將設定點輸送到第一調諧電路128和第二調諧電路136，以提供對從中心到邊緣的沉積速率和電漿密度均勻性的獨立控制。在電子控制器都可為可變電容器的實施例中，電子感測器可調節可變電容器，以獨立地最大化沉積速率並且最小化厚度不均勻性。
調諧電路128、136的每一個可具有可變阻抗，可變阻抗可使用相應的電子控制器134、140來調節。在電子控制器134、140是可變電容器的情況下，可選擇每個可變電容器的電容範圍以及第一電感器132A和第二電感器132B的電感，以提供阻抗範圍。這個範圍可取決於電漿的頻率和電壓特性，其在每個可變電容器的電容範圍內可具有最小值。因此，當第一電子控制器134的電容為最小或最大時，第一調諧電路128的阻抗可能很高，從而導致電漿形狀在基板支撐件上方具有最小的空中或橫向覆蓋。當第一電子控制器134的電容接近使第一調諧電路128的阻抗最小化的值時，電漿的空中覆蓋可增大到最大，從而有效地覆蓋基板支撐件104的整個工作區域。隨著第一電子控制器134的電容偏離最小阻抗設置，電漿形狀可能從腔室壁收縮並且基板支撐件的空中覆蓋可能下降。隨著第二電子控制器140的電容可改變，第二電子控制器140可具有類似的效果（增加和減少電漿在基板支撐件上方的空中覆蓋）。
電子感測器130、138可用以在封閉迴路中調諧各個電路128、136。取決於所使用的感測器的類型，可將電流或電壓的設定點安裝在每個感測器中，並且感測器可配備有控制軟體，控制軟體確定對每個相應電子控制器134、140的調整以最小化與設定點的偏差。因此，可在處理期間選擇並動態控制電漿形狀。應該理解，儘管前面的論述是基於可為可變電容器的電子控制器134、140，具有可調特性的任何電子部件都可用以為調諧電路128和136提供可調整的阻抗。
第2圖顯示了根據本技術的一些實施例的示例性電漿處理系統200的圖式。圖式可顯示系統的概述，系統結合了本技術的一或多個態樣，及/或系統可執行根據本技術的實施例的一或多個操作。系統200或所執行的方法的附加細節可在下面進一步描述。系統200可允許雙RF路徑：用於HF的一個RF路徑和用於LF的不同RF路徑。系統200包括腔室主體202。在腔室主體202的兩端是第一電極206和第二電極210。系統200的部件可與處理腔室100的部件組合使用或作為替代。
第一電極206可為在腔室主體202的頂部處的噴頭、氣體入口或面板。例如，在第1圖中，第一電極206可為氣體分配器112。系統200可包括噴頭。作為實例，第一電極206可為界定複數個孔的噴頭。複數個孔的每個孔可具有圓錐形狀。圓錐形的較寬端可更靠近第二電極210。
系統200可包括配置為保持基板的基座。基座可為靜電吸盤。作為實例，系統200可包括在腔室主體202的底部處的基座內的第二電極210。例如，第二電極210可為第1圖中的基板支撐件104內的第二電極122。第二電極210可與第一電極206電隔離。基座可包括加熱器，加熱器可為第三電極124。
系統200可包括與噴頭電連通的第一RF發生器。系統200可配置成由第一RF發生器在噴頭和基座之間的電漿處理區域中撞擊電漿。第一RF發生器可配置為在第一頻率下將第一電壓輸送至噴頭。例如，高頻(HF)發生器214可與第一電極206電連通。電連通可指的是部 件被電連接成使得電流可從一個部件通到另一個部件而沒有經過電漿放電。HF發生器214可通過匹配系統及/或其他電子部件連接到第一電極206。HF發生器214可為第一電功率142的源。
系統200可進一步包括與基座電連通的第二RF發生器。第二RF發生器可配置為在第二頻率下將第二電壓輸送到基座。第二頻率可小於第一頻率。低頻(LF)發生器218可與第二電極210電連通。LF發生器218可為與第二電功率150的源不同及/或除了第二電功率150的源之外的電功率的源。例如，電功率150的源可為DC功率或用於靜電保持晶圓的功率源。在一些實例中，除了用以靜電保持晶圓的功率源之外，系統200可排除DC功率源。
LF發生器218可與ESC濾波器222、底部調諧器224和RF濾波器220電連通。如稍後所述，在一些情況下，LF發生器218儘管與部件電連通，但很少或沒有功率應通過某些部件(如，配置為防止LF功率通過的濾波器)。
系統200可包括與噴頭電連通的LF終止器226。LF終止器226之所以這樣命名是因為LF終止器226為LF功率提供了通往接地的路徑(亦即，終止了LF功率)。作為實例，LF終止器226可與第一電極206電連通。LF終止器226可配置為在第一頻率下具有第一阻抗。LF終止器226可配置為在第二頻率下具有第二阻 抗。第一阻抗可大於第二阻抗。例如，第一阻抗可比第二阻抗大1,000至5,000倍、大5,000至10,000倍，或大多於10,000倍。第二阻抗可在0至1Ω、1至5Ω，或5至10Ω的範圍內。
以這種方式，LF終止器226可配置為在第二頻率下為第二電壓提供從基座到接地的路徑，並且LF終止器226可配置為開路並且在第一頻率下不為第一電壓提供從噴頭到接地的路徑。LF終止器226可包括電容器和電感器，以實現用於第二頻率的通往接地的路徑和用於第一頻率的開路。LF終止器226的其他實例可包括類似於低通濾波器的部件，包括RC(電阻器電容器)濾波器、RL(電阻器電感器)濾波器和RLC(電阻器電感器電容器)濾波器。
儘管可將LF終止器226配置為提供用於HF的開路和用於LF的短路，然而可能難以實現理想的開路和理想的短路。LF終止器226應該配置為使得阻抗在第二頻率下為最小，且阻抗在第一頻率下為最大。然而，獲得精確的阻抗可能不切實際。第二頻率可具有在最小阻抗的5%、10%，或15%內的阻抗，且第一頻率可具有在最大阻抗的5%、10%，或15%內的阻抗。最小阻抗可在從0到1Ω、1到5Ω，或5到10Ω的範圍中。最大阻抗可在從5至7kΩ、7至10kΩ、10至15kΩ，或大於15kΩ的範圍中。LF終止器226的作用可為LF提供比HF更容易通往接地的路徑。LF終止器226可藉由RF帶連接到第一電極206。
系統200可包括RF濾波器220。RF濾波器220可為濾波器148，其可與設置在基座中的第三電極124電連通。RF濾波器220可配置為在第一頻率下具有第三阻抗且在第二頻率下具有第四阻抗。第四阻抗可大於第三阻抗。例如，第四阻抗可比第三阻抗大2至5倍、大5至10倍、大10至50倍、大50至100倍、大100至500倍、大500至1,000倍，或大於1,000倍。第三阻抗可在從0至1 Ω、1至100 Ω、100至500 Ω，或500Ω至1,000 Ω的範圍中。以這種方式，RF濾波器220可配置為提供用於LF的開路和用於HF的短路。提供用於LF的開路可允許LF功率通過電漿到達噴頭。例如，在第1圖中，第二電極122可接收LF功率，LF功率應當通過氣體分配器112。然而，第三電極124靠近第二電極122並且可提供用於LF功率的路徑。濾波器148（如，RF濾波器220）在LF下提供的高阻抗可能會阻止大部分或全部的LF功率流向第三電極124。在將LF引入噴頭處的系統中，將LF功率傳遞至第三電極124不是問題，因為LF功率在到達第二電極122或第三電極124之前已經通過了電漿。RF濾波器220可藉由RF帶連接到第二電極210。
系統200可包括與第二RF發生器和基座電連通的靜電吸盤（ESC）濾波器222。例如，LF發生器218可與ESC濾波器222電連通。ESC濾波器222可在電路中的LF發生器218和底部調諧器224之間。底部調諧器224可為第二調諧電路136。ESC濾波器222可配置為將在第二頻率下的第二電壓傳遞至基座。例如，ESC濾波器222可允許LF電壓通過並到達第二電極210，而不是通往電接地。ESC濾波器222可藉由增加濾波器的電感而具有增加的阻抗。增加阻抗可減少或消除反射的LF功率，並且可允許RF功率通過並到達底部調諧器224。ESC濾波器222可與ESC的功率源電連通。
系統200可包括從第一RF發生器到噴頭再到基座到接地的第一RF路徑。例如，HF電壓可遵循由白色箭頭表示的路徑。HF電壓可遵循由箭頭230表示的從HF發生器214到第一電極206的路徑。HF電壓接著藉由箭頭238表示表示的路徑通過電漿234到達第二電極210，並接著到達RF濾波器220。HF電壓可藉由箭頭239表示的路徑通到底部調諧器224。HF電壓可接著從底部調諧器224藉由箭頭240表示的路徑通到接地。電漿234可被來自HF發生器214的HF電壓衝擊。HF電壓可能無法通過LF終止器226。
系統200可包括從第二RF發生器到基座再到接地的第二RF路徑。例如，LF電壓可遵循由黑色箭頭表示的路徑。LF電壓可遵循由箭頭242表示的從LF發生器218通到ESC濾波器222的路徑。LF電壓可如箭頭243所示從ESC濾波器222到達底部調諧器224。LF電壓可接著如箭頭244所表示從底部調諧器224通到RF濾波器220。LF電壓可在箭頭246所表示的路徑上繼續到達第二電極210和電漿234。LF電壓可接著如箭頭250所表示經過第一電極206和LF終止器226。如箭頭254所示，LF電壓可接著通過LF終止器226並繼續到電接地。
第3圖顯示了沉積材料的方法300。方法300可涉及將高頻RF電壓施加到噴頭，並將低頻RF電壓施加到除噴頭之外的部分（如，基座）。方法300可使用系統200。
在方塊302處，方法300可包括通過噴頭將包括第一前驅物的混合物輸送至半導體處理腔室的處理區域。第一前驅物可包括含鎢前驅物或含碳前驅物的至少一個。第一前驅物可包括具有雙鍵的前驅物或具有三鍵的前驅物（如，氮）。作為實例，第一前驅物可包括B2 H6 、TEOS（原矽酸四乙酯）或氫（H2 ）。混合物可包括惰性氣體，包括氬氣、氮氣或氦氣。
在一些實施例中，混合物可包括第二前驅物。第一前驅物可包括含鎢前驅物。含鎢前驅物可包括WF6 。第二前驅物可包括含碳前驅物。含碳前驅物可包括C3 H6 （丙烯）。含碳前驅物可包括任何合適的烴，包括烷烴、烯烴和炔烴。在一些實施例中，第一前驅物可為含鎢的前驅物，且第二前驅物可為含碳的前驅物。在一些實施例中，第一前驅物可為含硼前驅物，其可包括B2 H6 ，而第二前驅物可為含碳前驅物。
在一些實施例中，混合物可包括第三前驅物。第三前驅物可包括含硼前驅物，包括於此所述的任何前驅物。第一前驅物可包括含鎢前驅物；第二前驅物可包括含碳前驅物，且第三前驅物可包括含硼前驅物。
在方塊304處，方法300可包括將在第一頻率下的第一電壓施加到噴頭。第一頻率可大於或等於10 MHz，包括13.56 MHz，大於13 MHz、大於20 MHz、27.12 MHz或大於25 MHz。第一頻率可被認為是高頻。
在方塊306處，方法300可包括在處理區域內形成混合物的電漿。例如，形成的電漿可為第2圖中的電漿234。
在方塊308處，方法300可包括將在第二頻率下的第二電壓施加到基座，同時將在第一頻率下的第一電壓施加到噴頭。第二頻率可小於第一頻率。第二頻率可在從100 kHz到2 MHz的範圍內，其可被認為是低頻。第二電壓可以在50 W至200 W、200至300 W、300至400 W、400至500 W、500至600 W、600至700 W、700至1000 W，或1000 W至1500 W的範圍中的功率下施加。例如，可施加在500 W下的功率。
在一些實施例中，方法300可包括將負DC電壓施加到基座，以靜電固定設置在基座上的基板。負DC電壓可為從-500 V到-1000 V，或從-1000 V到-1500 V。基板可為半導體晶圓，包括矽晶圓或絕緣體上矽（SOI）晶圓。
在方塊310處，方法300可包括將材料沉積在設置在基座上的基板上。該材料可包括來自混合物中的前驅物的元素。例如，當前驅物包括含鎢前驅物和含碳前驅物時，可形成具有鎢和碳的材料（如，WC層）。可將WC層用作硬遮罩，以用於之後的圖案化。膜中鎢的百分比可調整到很寬的範圍，包括從5％至95％。作為另一個實例，當混合物包括含鎢前驅物、含硼前驅物和含碳前驅物時，材料可包括鎢、硼和碳（例如，WBC層）。作為另一實例，當前驅物包括含硼前驅物和含碳前驅物時，可形成具有硼和碳的材料（如，BC層）。在一些實施例中，當混合物包括含碳前驅物時，材料可為非晶碳硬遮罩層。
在一些實施例中，在沉積材料之前，可用氧化矽及/或氮化矽對腔室主體的壁進行調節。方法300可包括將包括第一含矽前驅物和含氧前驅物的第二混合物輸送到處理區域。第一含矽前驅物可為於此所述的任何含矽前驅物，包括第5圖所述的彼等。含氧前驅物可為於此所述的任何含氧前驅物，包括第5圖所述的彼等。方法300可進一步包括在處理區域內形成第二混合物的電漿。可在有或沒有第二電壓施加到基座的情況下形成電漿。方法300可包括在半導體處理腔室的壁上沉積氧化矽層。
方法300還可包括輸送第三混合物。第三混合物可在第二混合物之後輸送。第三混合物可包括到處理區域的第二含矽前驅物和含氮前驅物。第二含矽前驅物可為於此描述的任何含矽前驅物，包括第5圖所述的彼等。含氮前驅物可為於此所述的任何含氮前驅物，包括第5圖所述的彼等。可在處理區域內形成第三混合物的電漿。可在有或沒有第二電壓施加到基座的情況下形成電漿。方法300可進一步包括在半導體處理腔室的壁上沉積氮化矽層。壁上的氮化物層的厚度與氧化物層的厚度之比例可在從0.5至1.0、0.8至1.2、0.9至1.1，或1.0至2.0的範圍中。方法300可包括在沉積氮化矽之後將基板放置在基座上。在方塊306處，可在形成第一混合物的電漿之前，將基板放置在基座上。
第4A圖、第4B圖、第4C圖和第4D圖顯示沉積的WBC膜的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。第4A圖和第4B圖是來自在與系統200類似的系統的基座處使用低頻的圖像。第4A圖是在0W LF功率下的沉積的圖像，而第4B圖是在500W LF功率下的沉積的圖像。第4B圖相較於第4A圖沒有顯示可辨別的晶粒尺寸差異。第4C圖和第4D圖是在噴頭處使用低頻的圖像。第4C圖是在0W LF功率下的沉積的圖像，而第4D圖是在500W LF功率下的沉積的圖像。第4D圖中的晶粒尺寸明顯大於第4C圖中的晶粒尺寸。此外，第4D圖的表面明顯比第4C圖的表面更粗糙。這些圖式表明，在基座處而不是在噴頭處具有低頻不會顯著增加沉積膜的晶粒尺寸。另外，比較第4B圖中基座處的500W LF功率與在第4D圖中的噴頭處的500W LF功率，顯示了當LF功率施加到基座而不是噴頭時，晶粒尺寸較小。此外，第4B圖和第4D圖顯示當將LF功率施加到基座而不是噴頭上時，表面粗糙度較小。
除了高頻之外，還使用低頻可改善基板上的沉積材料的均勻性。然而，使用低頻也可能導致腔室中的表面的濺射，包括腔室壁。這種濺射可能在基板上的沉積材料上導致缺陷(如，顆粒、其他添加物)。沉積介電材料(如，氧化矽、氮化矽)可減少腔室的濺射並且可減少沉積材料上的缺陷。
第5圖顯示了沉積材料的方法500。用氧化矽及/或氮化矽對腔室壁進行調節(seasoning)或調節(conditioning)可使用或也可不使用系統200，在系統200中，LF功率被輸送到基座。作為實例，方法500可使用腔室100的實施例，其中HF和LF都可被輸送到噴頭。
在方塊502處，方法500可包括將包括第一含矽前驅物和含氧前驅物的第一混合物輸送至半導體處理腔室的處理區域。第一含矽前驅物可包括矽烷(SiH4)、TEOS(原矽酸四乙酯)、DCS(SiH2Cl2)，或鍵合至氫原子及/或鹵素原子(如，Cl、F)的任何組合的任何矽化合物。含氧前驅物可包括N2O、分子氧(O2)、臭氧，或水。
在方塊504處，方法500可包括在處理區域內形成第一混合物的電漿。形成的電漿可為於此所述的任何電漿。
在方塊506處，方法500可包括在半導體處理腔室的壁上沉積氧化矽層。氧化矽層的厚度可為100-4,000nm。
在方塊508處，方法500可包括將包括第二含矽前驅物和含氮前驅物的第二混合物輸送到處理區域。第二含矽前驅物可為於此所述的任何含矽前驅物。含氮前驅物可包括NH3、N2或NF3。
在方塊510處，方法500可包括在處理區域內形成第二混合物的電漿。形成的電漿可為於此所述的任何電漿。
在方塊512中，方法500可包括在半導體處理腔室的壁上沉積氮化矽層。氮化矽層的厚度可為50-2,000nm。氮化矽層可沉積在氧化矽層上，氧化矽層沉積在半導體處理腔室的壁上。壁上的氮化物層的厚度與氧化物層的厚度之比例可在從0.5至1.0、0.8至1.2、0.9至1.1，或1.0至2.0的範圍中。
在方塊514處，方法500可包括通過噴頭將包括第一前驅物的第三混合物輸送至處理區域。第一前驅物可為含碳前驅物。含碳前驅物可為於此所述的任何含碳前驅物。
在一些實施例中，第一前驅物可為含鎢前驅物，其可為於此所述的任一種。第三混合物可進一步包括第二前驅物和第三前驅物。第二前驅物可為含硼前驅物，其可 為於此所述的任一種。第三前驅物可為含碳前驅物，其可為在於此所述的任一種。
方法500可包括在沉積氮化矽層之後將基板放置在基板處理區域中的基座上。基板可為於此所述的任何基板。方法500可包括用負DC電壓將基板靜電固定。負DC電壓可既不是第一電壓也不是第二電壓。
在一些實施例中，氧化矽及/或氮化矽的沉積可為在腔室開始處理產品基板之前調節腔室的一部分。氧化矽和氮化矽的沉積可在兩層之間循環。例如，氧化矽和氮化矽的循環可重複2、3、4、5或更多次。在處理每個晶圓的基板或FOUP之前，可重複或不重複進行氧化矽和氮化矽的沉積。在一些實施例中，可在每1、2、3、4、5，或6至10個基板或FOUP之間重複沉積氧化矽和氮化矽。
在方塊516處，方法500可包括將在第一頻率下的第一電壓施加到噴頭。第一頻率可為於此描述的任何高頻。噴頭可為於此所述的任何噴頭。
在方塊518處，方法500可包括將在第二頻率下的第二電壓施加至半導體處理腔室。第二頻率可低於第一頻率。第二頻率可為於此描述的任何低頻。
第二電壓可施加到噴頭。向噴頭施加第二電壓可使用第1圖的腔室100。例如，電功率142可代表兩個RF發生器(如，LF發生器和HF發生器)。在一些實施例中，可將第二電壓施加到基座，並且可使用第2圖的系統200來施加第二電壓。可以在50至1500W(包括50至100 W、100至200W、200至300W、300至400W、400至500W、500至600W、600到700W、700到1000W，或1000到1500W)的範圍中的功率下施加第二電壓。例如，功率可在300W下施加。
在方塊520處，方法500可包括在處理區域內形成第三混合物的電漿。處理區域可在腔室內，在噴頭和基座之間。
在方塊522處，方法500可包括將材料沉積在設置在基板處理區域中的基座上的基板上。材料可包括來自第三混合物的元素(亦即，原子元素)。材料可為非晶碳，其中第三混合物包括含碳前驅物。例如，非晶碳材料可用作碳硬遮罩層。當第三混合物包括含鎢前驅物和含碳前驅物時，材料可為WC層。當第三混合物包括含鎢前驅物、含硼前驅物和含碳前驅物時，該材料可為WBC層。當第三混合物包括含硼前驅物和含碳前驅物時，材料可為BC層。WC/WBC/BC層可為於此所述的任何WC/WBC/BC層。
與沉積的其他方面相同的方法相比，所沉積的材料可在基板上產生更少的添加物，其中其他方面相同的方法不包括在壁上沉積氧化矽層，且不包括在壁上沉積氮化矽層。可從在基板上隨機分佈的區域減少較少的添加物。例如，添加物的減少可不僅僅限於基板的一定百分比(如，小於50%、40%、30%、20%、10%、5%，或1%)。
沉積的材料可具有改善的均勻性輪廓，特別是在晶圓的邊緣處。例如，在基板的邊緣的15mm內的位置處的平均厚度範圍相對於在基板的中心處的厚度的百分比可小於3.0%、2.0%或1.0%。位置可在距基板的中心的135mm至148mm內、在135mm至140mm內、在140mm至145mm內，或在145mm至148mm內。
第6圖顯示了在不同條件下沉積的碳硬遮罩層的均勻性輪廓。這些表顯示了「邊緣下降」，其是在135至148mm的範圍中的x位置處的膜的厚度範圍相對於晶圓的中心處的厚度的百分比。所示的邊緣下降值是從晶圓的左側和晶圓的右側測量的平均值。
表620顯示了沒有對腔室進行任何氧化物或氮化物調節的結果。表640顯示了對腔室僅進行了氧化物調節(無氮化物調節)的結果。表660顯示了氧化物和氮化物兩者調節的結果。每個表均顯示了無低頻功率、150W低頻(300kHz)功率和300W低頻(300kHz)功率的結果。
表620顯示了當不對腔室進行調節並且沒有向噴頭施加低頻時，對於不同量的低頻，在晶圓的邊緣處的厚度範圍為最大。表620顯示無LF時的4.51%的平均邊緣下降。表620顯示300W LF具有在1.60%處的最小平均邊緣下降。在150W LF下的膜的平均邊緣下降為2.13%。
表640顯示，當僅使用氧化物調節並且沒有向噴頭施加LF時，對於不同量的低頻，晶圓的邊緣處的厚度範圍為最大。表640顯示了無LF時5.28%的平均邊緣下降。表640顯示300W LF具有在1.23%處的最小平均邊緣下降。在150W LF下的膜的平均邊緣下降為2.45%。
表660顯示，當使用氧化物和氮化物調節並且沒有向噴頭施加LF時，對於不同量的低頻，晶圓的邊緣處的厚度範圍最大。表650顯示無LF時4.58%的平均邊緣下降。表640顯示300W LF具有在1.60%處的最小平均邊緣下降。在150W LF下的膜的平均邊緣下降為2.32%。
第6圖顯示在不同的調節配方中，300W低頻在邊緣處具有最小的厚度範圍，並且具有最佳的均勻性。低頻功率的缺乏在邊緣處具有最大的厚度範圍。實驗還顯示在相同的腔室調節條件下，基板上的添加物的數量通常會隨著低頻功率的增加而增加。與沒有調節相比，僅使用氧化物調節在150W LF和300W LF下減少了添加物的數量。與僅使用氧化物的調節相比，在300W LF下氧化物和氮化物調節減少了添加物的數量。
在前面的描述中，出於解釋的目的，已經闡述了許多細節以便提供對本技術的各種實施例的理解。然而，對於熟悉本領域者將顯而易見的是，可在沒有這些細節中的一些或具有其他細節的情況下實踐某些實施例。
已經揭露了若干實施例，熟悉本領域者將認識到，在不背離實施例的精神的情況下，可使用各種修改、替代構造和等效元件。另外，為了避免不必要地混淆本技術，沒有描述許多熟知的處理和元件。因此，以上描述不應被視為限制本技術的範圍。另外，可將方法或處理描述為順序的或逐步的，然而應理解，操作可同時執行，或者以與所列順序不同的順序執行。
在提供值的範圍的情況下，應理解的是，除非上下文另外明確指出，否則也特別地揭露了在彼範圍的上限和下限之間的每個中間值(至下限單位的最小分數)。涵蓋在宣稱範圍中的任何宣稱值或未宣稱中間值與彼宣稱範圍中的任何其他宣稱或中間值之間的任何較窄範圍。這些較小範圍的上限和下限可獨立地在該範圍中包括或排除，並且在該宣稱範圍中任何明確排除的限制下，在該較小範圍中的上下限的任一者、兩者皆無或兩者所包括的每個範圍也涵蓋在本技術內。在宣稱範圍包括上下限的一個或兩個的情況下，還包括排除彼等包括的上下限中的任一個或兩個的範圍。
如於此和附隨的申請專利範圍中所使用的，單數形式「一(a)」、「一(an)」和「該(the)」包括複數引用，除非上下文另外明確指出。因此，例如，對「前驅物」的引用包括複數個這樣的前驅物，而對「層」的引用包括對一或多個層及其熟悉本領域者已知的等效元件等等的引用。
另外，當在這份說明書和以下的申請專利範圍中使用時，詞語「包含(comprise(s))」、「包含(comprising)」、「含有(contain(s))」、「含有(containing)」、「包括(include(s))」和「包括(including)」意欲指定所宣稱的特徵、整數、部件或操作的存在，但是它們不排除一或多個其他特徵、整數、部件、操作、動作或群組的存在或增加。
100:腔室
102:腔室主體
103:基板
104:基板支撐件
105:表面
106:蓋組件
108:第一電極
110a:隔離器
110b:隔離器
111:電漿輪廓調製器
112:氣體分配器
114:入口
118:孔
120:處理容積
122:第二電極
124:第三電極
126:開口
128:調諧電路
130:電子感測器
132A:第一電感器
132B:第二電感器
134:電子控制器
136:調諧電路
138:電子感測器
140:電子控制器
142:電功率
144:軸
145:箭頭
146:導管
147:軸線
148:濾波器
150:電功率
152:出口
200:系統
202:腔室主體
206:第一電極
210:第二電極
214:高頻(HF)發生器
218:低頻(LF)發生器
220:RF濾波器
222:靜電吸盤(ESC)濾波器
224:底部調諧器
226:LF終止器
230:箭頭
234:電漿
238:箭頭
239:箭頭
240:箭頭
242:箭頭
243:箭頭
244:箭頭
246:箭頭
250:箭頭
254:箭頭
300:方法
302:方塊
304:方塊
306:方塊
308:方塊
310:方塊
500:方法
502:方塊
504:方塊
506:方塊
508:方塊
510:方塊
512:方塊
514:方塊
516:方塊
518:方塊
520:方塊
522:方塊
620:表
640:表
660:表
藉由參考說明書的其餘部分和圖式，可實現對所揭露技術的本質和優點的進一步理解。
第1圖顯示了根據本技術的一些實施例的示例性處理腔室的示意性橫截面圖。
第2圖顯示了根據本技術的一些實施例的示例性電漿處理系統的圖式。
第3圖顯示了根據本技術的一些實施例的沉積材料的方法。
第4A圖、第4B圖、第4C圖和第4D圖顯示了根據本技術的一些實施例而沉積的膜的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。
第5圖顯示了根據本技術的一些實施例的沉積材料的方法。
第6圖顯示了根據本技術的一些實施例的沉積的硬遮罩層的均勻性輪廓的表格。
包括了若干附圖作為示意圖。應當理解，圖式僅用於說明目的，且除非特別說明是按比例繪製的，否則不應視為按比例繪製的。另外，作為示意圖，提供了圖式以幫助理解，並且與實際表示相比，圖式可能不包括所有態樣或資訊，並且出於說明目的，圖式可能包括誇大的材料。
在附隨的圖式中，相似的部件及/或特徵可具有相同的元件符號。此外，相同類型的各種部件可藉由在元件符號後面加上一個在相似部件之間進行區分的字母來進行區分。若在說明書中僅使用第一元件符號，則該描述適用於具有相同的第一元件符號的任何一個類似部件，而與字母無關。
200:系統
202:腔室主體
206:第一電極
210:第二電極
214:高頻(HF)發生器
218:低頻(LF)發生器
220:RF濾波器
222:靜電吸盤(ESC)濾波器
224:底部調諧器
226:LF終止器
230:箭頭
234:電漿
238:箭頭
239:箭頭
240:箭頭
242:箭頭
243:箭頭
244:箭頭
246:箭頭
250:箭頭
254:箭頭

Claims (28)

  1. 一種電漿處理系統，該系統包含：一噴頭，包含一第一電極並界定複數個孔；一基座，包含一第二電極及一第三電極並配置為保持一基板；一第一RF發生器，與該噴頭電連通，該第一RF發生器配置為以一第一頻率將一第一電壓輸送至該噴頭中之該第一電極；一第二RF發生器，與該基座電連通，該第二RF發生器配置為以一第二頻率將一第二電壓輸送到該基座中之該第二電極，該第二頻率小於該第一頻率；一終止器，與該噴頭電連通，並配置成為在該第二頻率下的該第二電壓形成一短路接地路徑，同時為在該第一頻率下的該第一電壓從該噴頭形成一開路；以及一第一濾波器，與該基座中之該第三電極電連通，並配置成為在該第二頻率下的該第二電壓從該基座中之該第三電極提供一開路，以防止在該第二頻率下的該第二電壓於該第二電極與該第三電極之間通過該基座的一導電路徑，同時為在該第一頻率下的該第一電壓形成一短路接地路徑。
  2. 如請求項1所述之系統，其中：該第一濾波器配置為在該第一頻率下具有一第三阻抗，該第一濾波器配置為在該第二頻率下具有一第四阻 抗，及該第四阻抗大於該第三阻抗。
  3. 如請求項2所述之系統，其中：該基座是一靜電吸盤該系統進一步包含：一第二濾波器，與該第二RF發生器和該基座電連通，其中該第二濾波器配置成將在該第二頻率下的該第二電壓傳遞到該基座。
  4. 如請求項1所述之系統，其中：該系統包含從該第一RF發生器到該噴頭再到該基座和接地的一第一RF路徑，及該系統包含從該第二RF發生器到該基座再到該噴頭接著到該終止器並再到接地的一第二RF路徑。
  5. 如請求項1所述之系統，其中該複數個孔的每個孔具有一圓錐形狀。
  6. 如請求項1所述之系統，其中該系統配置為藉由該第一RF發生器在該噴頭與該基座之間的一電漿處理區域中撞擊一電漿。
  7. 一種沉積一材料的方法，該方法包含以下步驟：通過一噴頭將包含一第一前驅物的一混合物輸送到一半導體處理腔室的一處理區域；在一第一頻率下向該噴頭中之一第一電極施加一第一電壓，其中： 與該噴頭電連通的一終止器為在該第一頻率下的該第一電壓從該噴頭形成一開路；且與一基座中的一第三電極電連通的一第一濾波器為在該第一頻率下的該第一電壓形成一短路接地路徑；在該處理區域內形成該混合物的一電漿；在一第二頻率下向該基座中之一第二電極施加一第二電壓，同時在該第一頻率下向該噴頭中之該第一電極施加該第一電壓，該第二頻率小於該第一頻率，其中：與該噴頭電連通的該終止器為在該第二頻率下的該第二電壓從該噴頭形成一短路接地路徑；且與該基座中的該第三電極電連通的該第一濾波器為在該第二頻率下的該第二電壓提供一開路，以防止在該第二頻率下的該第二電壓於該第二電極與該第三電極之間通過該基座的一導電路徑；及將該材料沉積在設置在該基座上的一基板上，該材料包含來自該混合物的多種元素。
  8. 如請求項7所述之方法，其中該第二頻率在從100kHz到2MHz的一範圍中。
  9. 如請求項7所述之方法，其中該第一頻率大於或等於10MHz。
  10. 如請求項7所述之方法，其中該第一前驅物是一含鎢前驅物或一含碳前驅物。
  11. 如請求項7所述之方法，其中：該混合物包含一第二前驅物和一第三前驅物， 該第一前驅物是一含鎢前驅物，該第二前驅物是一含硼前驅物，該第三前驅物是一含碳前驅物，及該材料包含鎢、硼和碳。
  12. 如請求項7所述之方法，其中：該第一前驅物是一含碳前驅物，及該材料是一非晶碳硬遮罩層。
  13. 如請求項7所述之方法，其中：該混合物是一第一混合物，該第一前驅物是一含碳前驅物，及該材料是一非晶碳層，該方法進一步包含以下步驟：將包含一第一含矽前驅物和一含氧前驅物的一第二混合物輸送至該處理區域，在該處理區域內形成該第二混合物的一電漿，在該半導體處理腔室的一壁上沉積一氧化矽層，將包含一第二含矽前驅物和一含氮前驅物的一第三混合物輸送至該處理區域，在該處理區域內形成該第三混合物的一電漿，在該半導體處理腔室的該壁上沉積一氮化矽層，及在沉積該氮化矽層之後，將該基板放置在該基座上。
  14. 一種沉積材料的方法，該方法包含以下步驟： 將包含一第一含矽前驅物和一含氧前驅物的一第一混合物輸送至一半導體處理腔室的一處理區域；在該處理區域內形成該第一混合物的一電漿；在該半導體處理腔室的一壁上沉積一氧化矽層；將包含一第二含矽前驅物和一含氮前驅物的一第二混合物輸送至該處理區域；在該處理區域內形成該第二混合物的一電漿；在該半導體處理腔室的該壁上沉積一氮化矽層；重複地形成氧化矽與氮化矽的交替層至少5次或更多次，以在該半導體處理腔室的該壁上在形成一調節層；通過一噴頭將包含一第一前驅物的一第三混合物輸送至該處理區域；在一第一頻率下向該噴頭施加一第一電壓；在一第一頻率下，使用來自於該噴頭的該第一電壓，於該處理區域內撞擊該第三混合物的一電漿；於撞擊該電漿後且在該第一頻率下向該噴頭施加該第一電壓的同時，在一第二頻率下向該半導體處理腔室施加一第二電壓，該第二頻率小於該第一頻率，其中：一低頻終止器與該噴頭電連通，並配置成為在該第二頻率下的該第二電壓形成一接地路徑，同時為在該第一頻率下的該第一電壓從該噴頭形成一開路；且一靜電吸盤(ESC)濾波器從一RF發生器接收在該第二頻率下的該第二電壓，並將在該第二頻率下的該第二電壓傳遞至一基座，且該靜電吸盤濾波器將一 DC夾持電壓從一功率源傳遞至該基座；以及在設置在該處理區域中的一基座上的一基板上沉積一材料，該材料包含來自該第三混合物的多種元素。
  15. 如請求項14所述之方法，進一步包含以下步驟：在沉積該氮化矽層之後將該基板放置在該處理區域中的該基座上。
  16. 如請求項14所述之方法，其中該第二電壓在從200W至500W的一範圍中的一功率下施加。
  17. 如請求項14所述之方法，其中：該第一前驅物是一含碳前驅物，及該材料是一非晶碳。
  18. 如請求項14所述之方法，其中：該第三混合物進一步包含一第二前驅物和一第三前驅物，該第一前驅物是一含鎢前驅物，該第二前驅物是一含硼前驅物，該第三前驅物是一含碳前驅物，及該材料包含鎢、硼和碳。
  19. 如請求項14所述之方法，其中：該第一頻率大於或等於10MHz，及該第二頻率在從100kHz至2MHz的範圍中。
  20. 如請求項14所述之方法，其中該第二頻率在從100kHz至2MHz的範圍中。
  21. 如請求項14所述之方法，其中該第一頻率 大於或等於10MHz。
  22. 如請求項14所述之方法，其中該半導體處理腔室的該壁上的氮化矽層的厚度與氧化矽層的厚度之比例在0.5至2.0之間。
  23. 如請求項14所述之方法，其中該半導體處理腔室的該壁上的氮化矽層的厚度與氧化矽層的厚度之比例在0.8至1.2之間。
  24. 如請求項14所述之方法，其中該第一含矽前驅物包括鍵合至氫原子及/或鹵素原子的一組合的一矽化合物。
  25. 如請求項14所述之方法，其中該含氮前驅物包括NH3、N2或NF3。
  26. 如請求項14所述之方法，其中該氧化矽層的厚度為100nm至4,000nm之間。
  27. 如請求項14所述之方法，進一步包括：在來自一FOUP的複數個基板上沉積該材料；以及於處理來自複數個FOUP中的每個FOUP的複數個基板之後，在該半導體處理腔室的該壁上沉積氮化矽層與氧化矽層。
  28. 如請求項14所述之方法，其中將在該第二頻率下的該第二電壓施加至該基座，同時將在該第一頻率下的該第一電壓施加至該噴頭，使得在該基板邊緣的15mm內該材料的平均厚度相對於在該基板中心處該材料的厚度小於1.0%。
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