抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置制造方法及图纸

本文公开的是抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置，具体公开了采用次级清扫的用途在半导体衬底上沉积材料膜的方法。该方法可以包括使膜前体流入处理室并使所述膜前体吸附到所述处理室中的衬底，使得所述前体在衬底上形成吸附受限层。该方法还可以包括通过用初级清扫气体清扫处理室从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体，然后，在次级清扫气体流入所述处理室时使吸附的膜前体反应，导致在衬底上形成膜层。次级清扫气体可包括具有等于或大于O2的电离能和/或解离能的电离能和/或解离能的化学物质。还公开了其中实现前述处理的装置。

【技术实现步骤摘要】
抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置本申请是申请号为201510459965.1、申请日为2015年7月30日、专利技术名称为“抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术总体上涉及半导体处理领域，更具体地涉及抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置。
技术介绍
在半导体行业中，随着器件和特征尺寸不断变小，并且随着三维器件结构(例如，英特尔公司的三栅极晶体管架构)在集成电路(IC)设计中变得越来越普遍，沉积薄的共形膜(具有与下伏结构的形状相对应的均匀厚度的材料膜，尽管下伏结构不是平坦的)的能力将继续得到重视。原子层沉积(ALD)是非常适合于沉积共形膜的一种膜形成技术，原因在于以下事实：单个循环ALD仅沉积单一的薄的材料层，其厚度受限于在成膜的化学反应本身之前可吸附到衬底表面上的一种或多种膜前体反应物的量(即，形成吸附受限层)。然后可以使用多个“ALD循环”来制成期望厚度的膜，由于每一层是薄的且是共形的，因此，所得到的膜与下伏的设备结构的形状基本一致。但是，存在与ALD工艺相关联的许多挑战。通常这些挑战必须解决以下事实：每个ALD循环只沉积薄的吸附受限层，所以需要许多的ALD循环来制成显著厚度的膜。每个循环需要时间并需要按顺序重复操作用以完成沉积工艺的装置。因此，寻求用改进的方法和装置来提高晶片处理的速率，并且也改善用于执行ALD操作的衬底处理硬件的寿命和维护要求。
技术实现思路
公开的是采用次级清扫的用途在半导体衬底上沉积材料膜的方法。所述方法可以包括使膜前体流入处理室并在所述处理室中使所述膜前体吸附到衬底上，使得所述前体在衬底上形成吸附受限层。所述方法可进一步包括通过用初级清扫气体清扫所述处理室从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体；以及然后在次级清扫气体流入所述处理室时使所吸附的膜前体反应，导致在所述衬底上形成膜层。所述次级清扫气体可以包括具有等于或大于O2的电离能和/或解离能的电离能和/或解离能的化学物质。还公开了用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置。所述装置可包括：处理室；在所述处理室中的衬底支架；喷头，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；喷头轴环，其用于使次级清扫气体流入所述处理室；一个或多个初级流量阀，其用于控制通过所述喷头的膜前体的流以及初级清扫气体的流；一个或多个次级流量阀，其用于控制通过所述喷头轴环的次级清扫气体的流；阀操作式真空源，其用于从所述处理室去除初级和次级清扫气体，以及用于从所述处理室中的围绕所述衬底的体积去除膜前体；等离子体发生器，其用于在所述处理室中产生等离子体；以及一个或多个控制器，其包括用于操作所述一个或多个阀、真空源和等离子体发生器以在半导体衬底上沉积材料膜的机器可读指令。所述控制器的指令可包括：用于操作所述初级流量阀以使膜前体流入所述处理室的指令；用于控制所述处理室内的条件，使得膜前体吸附到在所述处理室中的所述衬底上而形成吸附受限层的指令；用于操作所述初级流量阀以使初级清扫气体流入所述处理室并操作所述阀操作式真空源以抽空它从而从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体的指令；用于操作所述等离子体发生器以在所述处理室中形成等离子体，从而所述等离子体激活所吸附的膜前体的反应以在所述衬底上形成膜层的指令；以及用于在由等离子体激活所述膜前体的反应的同时，操作所述次级流量阀以使次级清扫气体流入所述处理室的指令，所述次级清扫气体包括O2。附图说明图1是具有带有单一处理站的处理室的衬底处理装置的横截面示意图。图2是四站式衬底处理装置的示意图，其具有用于从两个处理站加载和卸载衬底的衬底搬运机械手和用于操作该装置的控制器。图3是具有喷头和喷头轴环，并具有初级和次级清扫气体流路的单一站式衬底处理装置的处理室的横截面示意图。图4是沉积速率与RF功率的关系曲线图，用来说明在喷头后方的处理室形成的寄生等离子体的存在和强度。图5是显示经由ALD工艺在衬底上形成材料膜的操作序列的实施例的流程图。图6是在衬底处理室中的喷头和喷头轴环的更详细的剖面图，还示出了初级和次级清扫流路。图7是喷头轴环的一个例子的透视图。图8是用于图7的喷头轴环的示例性流体连接器的透视图。图9A和9B是图6的喷头的示例性板的顶部和底部平面图。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本专利技术可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其它情况下，未详细描述公知的处理操作以免不必要地使本专利技术难以理解。尽管将会结合具体的详细实施方式描述本专利技术，但是应当理解，这些具体的详细实施方式并不旨在限制本专利技术所公开的创造性构思的范围。本文公开了用于抑制半导体衬底处理室中寄生等离子体产生的方法和装置，所述半导体衬底处理室用于通过原子层沉积(ALD)沉积共形膜。ALD用于通过执行多个“ALD循环”沉积具有所期望的厚度的膜材料，每个ALD循环只沉积一薄层材料(常常只有一个分子层厚度)。如在下面详细描述的，用于在处理室中在衬底上沉积单层材料的基本ALD循环可以包括：(i)将膜前体吸附到衬底上，使得所述前体形成吸附受限层，(ii)从围绕被吸附的前体的体积去除(至少一些)未被吸附的膜前体，以及(iii)在去除未被吸附的前体之后，使吸附的膜前体反应以在衬底上形成膜层。通常情况下，ALD循环另外涉及(iv)从围绕在衬底上形成的膜层的体积去除解吸的膜前体和/或反应副产物的操作。在操作(ii)和(iv)中的去除可以经由清扫，通过抽真空到基本压强(“抽排至基压”)将围绕衬底的体积抽空等来完成。在一些实施方式中，这些清扫可以在逻辑上划分成在本文中称之为“初级清扫”或“突发清扫”，以及“次级清扫”的清扫。初级清扫涉及使用来源于“初级清扫气体源”的在本文中称之为“初级清扫气体”，并经由初级清扫气体通路通过一个或多个初级清扫气体入口引入处理室中的物质。类似地，次级清扫涉及使用来源于“次级清扫气体源”的在本文中称之为“次级清扫气体”，并经由次级清扫气体流路(flowpath)通过一个或多个次级清扫气体入口引入处理室中的物质。初级清扫通常在操作(ii)期间进行，在操作(iv)中存在另一清扫的实施方式中，在该清扫期间也进行初级清扫。但是，初级清扫通常不在操作(i)和(iii)期间进行，并且在一些实施方式中，在操作(iii)中的反应之前，基本上所有的初级清扫气体可以从处理室去除。因此，由于初级清扫气体的流是间歇性的，所以初级清扫在本文中也被称为“突发清扫”(采用“突发清扫气体”)。本文中短语初级清扫和突发清扫被同义地使用。在本文中所称的“次级清扫”可以被认为与“初级清扫”不同。与初级清扫相反，在操作(iii)中发生反应期间，在次级清扫过程中，气体可以以使得基本上不扰乱或不干扰在衬底表面上进行的反应过程的方式流入处理室。在一些实施方式中，在操作(i)-(ii)和/或(iv)期间次级清扫气体也可流入处理室，并且在某些这样的实施方式中，在整个操作(i)-(iv)的过程中次级清扫气体连续地流入处理室。进入处理室的次级清扫气体的流率可以与进入处理室的初级清扫气体的流率不同，这要根据实施方式确定。在一些实施方式中，初级清扫气体可以以约1000至100,000sccm，或更优选为约500本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置，所述装置包括：处理室；在所述处理室中的衬底支架；喷头，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；喷头轴环，其用于使次级清扫气体流入所述处理室；一个或多个初级流量阀，其用于控制通过所述喷头的膜前体的流以及初级清扫气体的流；一个或多个次级流量阀，其用于控制通过所述喷头轴环的次级清扫气体的流；阀操作式真空源，其用于从所述处理室去除初级和次级清扫气体，以及用于从围绕所述处理室中的所述衬底的体积去除膜前体；等离子体发生器，其用于在所述处理室中产生等离子体；以及一个或多个控制器，其包括用于操作所述一个或多个初级流量阀、所述一个或多个次级流量阀、真空源和等离子体发生器以在半导体衬底上沉积材料膜的机器可读指令，包括用于以下操作的指令：(a)操作所述初级流量阀以使膜前体流入所述处理室；(b)控制所述处理室内的条件，使得膜前体吸附到在所述处理室中的所述衬底上形成吸附受限层；(c)操作所述初级流量阀以使初级清扫气体流入所述处理室并操作所述阀操作式真空源以抽空它从而从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体；以及(d)操作所述等离子体发生器，以在所述处理室中形成等离子体，所述等离子体激活所吸附的膜前体的反应，以在所述衬底上形成膜层；(e)在(d)中激活所述反应的同时，操作所述次级流量阀以使次级清扫气体流入所述处理室，其中，所述次级清扫气体包括O2。...

【技术特征摘要】
2014.07.30 US 14/447,2031.一种用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置，所述装置包括：处理室；在所述处理室中的衬底支架；喷头，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；喷头轴环，其用于使次级清扫气体流入所述处理室；一个或多个初级流量阀，其用于控制通过所述喷头的膜前体的流以及初级清扫气体的流；一个或多个次级流量阀，其用于控制通过所述喷头轴环的次级清扫气体的流；阀操作式真空源，其用于从所述处理室去除初级和次级清扫气体，以及用于从围绕所述处理室中的所述衬底的体积去除膜前体；等离子体发生器，其用于在所述处理室中产生等离子体；以及一个或多个控制器，其包括用于操作所述一个或多个初级流量阀、所述一个或多个次级流量阀、真空源和等离子体发生器以在半导体衬底上沉积材料膜的机器可读指令，包括用于以下操作的指令：(a)操作所述初级流量阀以使膜前体流入所述处理室；(b)控制所述处理室内的条件，使得膜前体吸附到在所述处理室中的所述衬底上形成吸附受限层；(c)操作所述初级流量阀以使初级清扫气体流入所述处理室并操作所述阀操作式真空源以抽空它从而从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体；以及(d)操作所述等离子体发生器，以在所述处理室中形成等离子体，所述等离子体激活所吸附的膜前体的反应，以在所述衬底上形成膜层；(e)在(d)中激活所述反应的同时，操作所述次级流量阀以使次级清扫气体流入所述处理室，其中，所述次级清扫气体包括O2。2.如权利要求1所述的装置，其中：所述喷头包括：杆部；头部；和在所述头部的底表面的孔，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；以及所述喷头轴环包括：杆部；头部；和在所述杆部中的孔，其用于使次级清扫气体流入所述处理室。3.一种用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置，所述装置包括：处理室；在所述处理室中的衬底支架；喷头，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；喷头轴环，其用于使次级清扫气体流入所述处理室；一个或多个初级流量阀，其用于控制通过所述喷头的膜前体的流以及初级清扫气体的流；一个或多个次级流量阀，其用于控制通过所述喷头轴环的次级清扫气体的流；阀操作式真空源，其用于从所述处理室去除初级和次级清扫气体，以及用于从围绕所述处理室中的所述衬底的体积去除膜前体；等离子体发生器，其用于在所述处理室中产生等离子体；以及一个或多个控制器，其包括用于操作所述一个或多个初级流量阀、所述一个或多个次级流量阀、真空源和等离子体发生器以在半导体衬底上沉积材料膜的机器可读指令，包括用于以下操作的指令：(a)操作所述初级流量阀以使膜前体流入所述处理室；(b)控制所述处理室内的条件，使得膜前体吸附到在所述处理室中的所述衬底上形成吸附受限层；(c)操作所述初级流量阀以使初级清扫气体流入所述处理室并操作所述阀操作式真空源以抽空它从而从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体，其中所述初级清扫气体包括惰性气体；(d)操作所述等离子体发生器，以在所述处理室中形成等离子体，所述等离子体激活所吸附的膜前体的反应，以在所述衬底上形成膜层；以及(e)在(d)中激活所述反应的同时，操作所述次级流量阀以使次级清扫气体流入所述处理室，其中，其中所述次级清扫气体包括具有等于或大于O2的电离能和/或解离能的电离能和/或解离能的化学物质。4.如权利要求3所述的装置，其中所述初级清扫气体包括Ar和/或N2。5.一种用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置，所述装置包括：处理室；在所述处理室中的衬底支架；喷头，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；喷头轴环，其用于使次级清扫气体流入所述处理室；一个或多个初级流量阀，其用于控制通过所述喷头的膜前体的流以及初级清扫气体的流；一个或多个次级流量阀，其用于控制通过所述喷头轴环的次级清扫气体的流；阀操作式真空源，其用于从所述处理室去除初级和次级清扫气体，以及用于从围绕所述处理室中的所述衬底的体积去除膜前体；等离子体发生器，其用于在所述处理室中产生等离子体；以及一个或多个控制器，其包括用于操作所述一个或多个初级流量阀、所述一个或多个次级流量阀、真空源和等离子体发生器以在半导体衬底上沉积材料膜的机器可读指令，包括用于以下操作的指令：(a)操作所述初级流量阀以使膜前体流入所述处理室；(b)控制所述处理室内的条件，使得膜前体吸附到在所述处理室中的所述衬底上形成吸附受限层；(c)操作所述初级流量阀以使初级清扫气体流入所述处理室并操作所述阀操作式真空源以抽空它从而从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体；(d)操作所述等离子体发生器，以在所述处理室中形成等离子体，所述等离子体激活所吸附的膜前体的反应，以在所述衬底上形成膜层；(e)在(d)中激活所述反应的同时，操作所述次级流量阀以使次级清扫气体流入所述处理室，其中所述次级清扫气体包括具有等于或大于O2的电离能和/或解离能的电离能和/或解离能的化学物质；以及(f)操作所述次级流量阀以使所述次级清扫气体在(a)-(d)期间流入所述处理室。6.一种用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置，所述装置包括：处理室；在所述处理室中的衬底支架；喷头，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；喷头轴环，其用于使次级清扫气体流入所述处理室；一个或多个初级流量阀，其用于控制通过所述喷头的膜前体的流以及初级清扫气体的流；一个或多个次级流量阀，其用于控制通过所述喷头轴环的次级清扫气体的流；阀操作式真空源，其用于从所述处理室去除初级和次级清扫气体，以及用于从围绕所述处理室中的所述衬底的体积去除膜前体；等离子体发生器，其用于在所述处理室中产生等离子体；以及一个或多个控制器，其包括用于操作所述一个或多个初级流量阀、所述一个或多个次级流量阀、真空源和等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿德里安·拉维依，康胡，普鲁肖坦·库马尔，尚卡·斯瓦米纳坦，钱俊，弗兰克·L·帕斯夸里，克洛伊·巴尔达赛罗尼，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US