通过脉冲式rf等离子体的膜形成

文档序号:144110 发布日期:2021-10-22 浏览:54次 >En<

阅读说明:本技术 通过脉冲式rf等离子体的膜形成 (Film formation by pulsed RF plasma ) 是由 K·尼塔拉 D·N·凯德拉亚 K·嘉纳基拉曼 Y·杨 于 2020-02-07 设计创作,主要内容包括:本文讨论了使用脉冲式RF等离子体来形成非晶膜和微晶膜的系统和方法。形成膜的方法可以包括:(a)由膜前驱物在处理腔室中形成等离子体以及(b)脉冲RF功率源以使由RF功率源产生的脉冲的工作循环的工作循环导通时间(TON)小于工作循环的总循环时间(TTOT)的约20%,以形成膜。方法可以进一步包括:(c)在处理腔室中的基板上沉积第一膜中间层;(d)在(c)之后,净化处理腔室;以及(e)在(d)之后,将氢等离子体引入处理腔室。此外,在方法中,重复(b)-(e)以形成膜。膜可具有小于约10%的膜内氢含量。(Systems and methods for forming amorphous and microcrystalline films using pulsed RF plasma are discussed herein. The method of forming a film may include: (a) forming a plasma from a film precursor in a processing chamber and (b) pulsing an RF power source such that a duty cycle on Time (TON) of a duty cycle of pulses generated by the RF power source is less than about 20% of a total cycle time (TTOT) of the duty cycle to form a film. The method may further comprise: (c) depositing a first film intermediate layer on a substrate in a processing chamber; (d) after (c), purging the processing chamber; and (e) introducing a hydrogen plasma into the processing chamber after (d). Further, in the method, the (b) to (e) are repeated to form a film. The membrane may have an intra-membrane hydrogen content of less than about 10%.)

通过脉冲式RF等离子体的膜形成

背景技术

技术领域

本公开的实施方式总体上涉及在诸如半导体基板和硬件部件之类的基板上的薄膜沉积。

相关技术说明

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)可以用于在半导体器件制造期间形成包括硅的膜和氢化物膜。当在PECVD形成的膜的顶部上形成后续的膜时,此类膜中的高氢(H)含量会导致整合(integration)问题。整合问题可包括膜的剥离和起泡以及膜中的氢向其他层的迁移。可以在薄膜的PECVD沉积期间调节沉积温度以改变膜的氢含量,但是高沉积温度利用可能超过半导体制造操作的热预算的能量的量。

因此,在本领域中仍然需要一种在半导体基板和硬件部件上形成薄膜的改良方法。

发明内容

本文讨论用于使用RF脉冲式等离子体形成膜的方法和系统。在一个方面中,一种形成膜的方法包括:使前驱物离子化以在处理腔室的处理空间中形成等离子体,以及脉冲耦接至处理腔室的RF功率源。响应于RF功率的脉冲,在脉冲RF功率源期间在基板上沉积膜,基板定位在处理空间内的基板支撑件上,其中膜包括低于约10%的氢含量。

实施方式可以包括以下各项中的一项或多项。在沉积膜期间,基板支撑件可以处于350℃至450℃之间的温度。引入前驱物气体可包括:经由与基板支撑件相对的气体分配组件来引入前驱物气体,在沉积膜期间,气体分配组件处于约200℃至约350℃的温度。在脉冲RF功率源期间,可以以的沉积速率沉积膜。脉冲RF功率源可以包括:使RF功率源的工作循环导通时间(TON)小于约20%。前驱物气体可以包括硅(Si)或锗(Ge)。前驱物气体可以包括氢。前驱物气体可以包括C2H6、C2H2或GeH4

在另一方面中,一种形成膜的方法包括:将前驱物引入处理腔室的处理空间,处理腔室具有腔室盖、腔室底部和在其间延伸的侧壁,以及使前驱物气体离子化以形成等离子体。脉冲RF功率源以使由RF功率源产生的脉冲的工作循环(duty cycle)的工作循环导通时间(TON)小于工作循环的总循环时间(TTOT)的约20%,以及沉积具有低于约10%的氢含量的膜。

实施方式可以包括以下各项中的一项或多项。由RF功率源产生的脉冲的工作循环的工作循环导通时间(TON)小于工作循环的总循环时间(TTOT)的约10%。膜可以包括低于约5%的氢含量。膜可具有可小于约6%的厚度变化。可以将膜沉积在定位在处理腔室中的基板支撑件上的基板上。可以将膜沉积在以下各项中的至少一项上:处理腔室的腔室盖、腔室底部和侧壁。沉积膜可以以约至约的沉积速率发生。

在另一方面中,一种形成膜的方法包括:(a)由膜前驱物在处理腔室中形成等离子体以及(b)脉冲RF功率源以使由RF功率源产生的脉冲的工作循环的工作循环导通时间(TON)小于工作循环的总循环时间(TTOT)的约20%。方法进一步包括:(c)在处理腔室中的基板上沉积第一膜中间层;(d)在(c)之后,净化处理腔室;以及(e)在(d)之后,将氢等离子体引入处理腔室。此外,在方法中,重复(b)-(e)以形成膜。

实施方式可以包括以下各项中的一项或多项。基板可以包括以下各项中的至少一项:处理腔室的盖表面、处理腔室的底表面、处理腔室的侧壁或定位在处理腔室中的基板支撑件上的基板。在(c)处的膜沉积速率可以为约 至约第一膜中间层的厚度可以为约至约膜的厚度可以为约至约

在另一方面中,一种非瞬时计算机可读介质具有存储在其上的指令,所述指令当由处理器执行时引起执行上述设备和/或方法的操作的过程。

附图说明

为了能够详细理解本公开的上述特征的方式,可以通过参考实施方式对以上简要概述的本公开进行更具体的描述,所述实施方式中的一些实施方式在附图中示出。然而,应注意,附图仅示出示例性实施方式并且因此不被视为对其范围的限制,并且本公开可允许其他等效的实施方式。

图1是根据本公开的实施方式的基板处理系统的示意图。

图2是根据本公开的实施方式的使用脉冲式RF等离子体来形成膜的方法的流程图。

图3是根据本公开的实施方式的使用脉冲式RF等离子体来形成膜的另一种方法的流程图。

为便于理解,在可能的情况下,使用相同的附图标记来代表附图中相同的元件。可以预期的是,一个实施方式中的元件与特征可有利地用于其他实施方式中而无需赘述。

具体实施方式

以下公开总体上涉及基板处理系统,并且更具体地涉及使用脉冲式RF等离子体来沉积膜的设备和方法。在以下实施方式和图1-3中阐述了某些细节,以提供对本公开的各种实施方式的透彻理解。在下面的公开中没有阐述描述通常与光学检测和基板定位相关联的公知的结构和系统的其他细节,以避免不必要地混淆各种实施方式的说明。

附图中所示的许多细节、尺寸、角度和其他特征仅是特定实施方式的说明。因此,在不背离本公开的精神或范围的情况下,其他实施方式可以具有其他细节、部件、尺寸、角度和特征。可以在没有以下所述的若干细节的情况下实践本公开的其他实施方式。此外,本文所述的设备描述是说明性的,不应被理解或解释为限制本文所述实施方式的范围。

半导体器件可以包括含硅、含氮化物和含氢化物的薄膜。相同类型的薄膜也可以用于涂覆和保护在其中制造半导体器件的处理腔室部件。处理腔室可以被配置成执行以下操作,包括:化学气相沉积(CVD))、等离子体增强CVD(PECVD)、原子层沉积(ALD)或物理气相沉积(PVD)。基板上或腔室部件上的薄膜质量可能会受到膜内杂质(诸如高氢含量,例如10%或更高的膜内氢含量)的负面影响。如果使用薄膜涂覆处理腔室部件,则保护涂层的不良膜质量可能导致保护涂层剥落并污染位于处理腔室中的基板。在另一示例中,当在半导体器件的基板上形成薄膜时,不良的膜质量可能为下游操作带来挑战、产生废料或使器件性能降低。高膜内氢含量可能对膜质量和整体器件质量造成负面影响。例如,在不良质量的膜层上随后形成的膜层可能经历黏附或其他质量问题,包括膜内氢含量的迁移。在其他示例中,在其上形成膜的底层也可能经历质量问题,包括膜内氢含量向底层的迁移。

使用本文讨论的系统和方法,在基板或腔室部件上的膜形成期间的等离子体增强化学气相沉积工艺(PECVD)期间脉冲RF功率源。形成的膜可以包括非晶硅、非晶碳、或者硅或其他材料的微晶膜。在一个示例中,在膜沉积期间脉冲RF功率源以形成具有预定膜内氢含量的膜。在一个示例中,膜内氢含量低于10%,例如,在约1%至约9%的范围内。在另一个示例中,膜内氢含量低于5%,例如在约1%至约4%的范围内。在又另一个示例中,膜内氢含量低于2%,例如,在约0.1%至约1%的范围内。RF功率源的每个脉冲包括总时间(TTOT),总时间(TTOT)是当RF功率源导通时的“导通时间”(TON)与当功率源断开时的“断开时间”(TOFF)的总和。TON和TOFF中的每一者可以定义为每个脉冲的TON与TOFF的总和为100%情况下的工作循环的百分比。在PECVD膜形成期间,可以调节RF功率的脉冲的工作循环,使得工作循环的TON部分小于20%、15%、10%或5%。在一个示例中,在PECVD膜形成期间,可以调节RF功率的脉冲的工作循环,使得工作循环的TON部分小于20%,例如,约1%至约19%。在另一个示例中,在PECVD膜形成期间,可以调节RF功率的脉冲的工作循环,使得工作循环的TON部分小于15%,例如,约1%至约14%。在又另一个示例中,在PECVD膜形成期间,可以调节RF功率的脉冲的工作循环,使得工作循环的TON部分小于10%,例如,约1%至约9%。在又另一个示例中,在PECVD膜形成期间,可以调节RF功率的脉冲的工作循环,使得工作循环的TON部分小于5%,例如,约1%至约4%。不受理论的束缚,但是据信可以通过用氢稀释气体代替氦稀释气体来进一步降低膜内氢含量。

在一些示例中,可以在脉冲式RF等离子体膜沉积之前和/或在脉冲式RF等离子体膜沉积期间加热基板。可以使用在基板定位在其上的基板支撑件周围配置的加热灯来加热基板。在另一个示例中,可以使用基板支撑件中所包括的加热元件来加热基板。在一个示例中,当基板处于300℃至500℃(如350℃至450℃)的温度下时,发生脉冲式RF等离子体膜沉积。在可以与其他示例组合的一个示例中,在膜沉积期间腔室中的压力为至少8Torr,例如,约8Torr至约20Torr,诸如约8Torr至约15Torr。此外,可以通过改变本文讨论的脉冲式RF等离子体PECVD操作的工作循环来调整膜性质,诸如折射率(n)、应力和消光系数(k)。

在另一个示例中,以循环过程沉积膜,其中以低沉积速率来脉冲诸如硅烷等离子体之类的等离子体。低沉积速率可以为约1埃/min至约5埃/min。在存在有氦、氢或气体的组合的情况下,膜可以沉积到20埃 或约至约诸如约至约的厚度。随后,将膜暴露于氢等离子体达预定时间段。将沉积和氢等离子体暴露重复一个或多个迭代,以形成具有目标膜内氢含量或折射率(n)、应力和/或消光系数(k)的膜。

图1是根据本公开的实施方式的包括系统100的基板处理系统的示意图。系统100可以经配置为CVD系统,包括经配置为等离子体增强CVD(PECVD)系统。系统100包括处理腔室102,处理腔室102具有基板支撑件104,基板支撑件104设置在处理腔室102内所形成的处理空间146内。处理腔室102包括腔室侧壁122、腔室底部124和腔室盖140,腔室侧壁122、腔室底部124和腔室盖140限定处理空间146。腔室盖140包括气体分配组件116,以促进工艺气体和/或等离子体的分配。

系统进一步包括系统控制器118,系统控制器118可操作以控制处理腔室102的自动化方面。系统控制器118促进整个处理腔室100的控制和自动化,并且可以包括中央处理单元(CPU)、存储器和支持电路(或I/O)。软件指令和据可以被编码并存储在存储器内以用于指示CPU。系统控制器118可经由例如系统总线与处理腔室102的部件中的一个或多个部件通信。系统控制器118可读的程序(或计算机指令)确定哪些任务可在基板上执行。在一些实施方式中,程序是系统控制器118可读的软件,所述软件可以包括用于控制等离子体源的脉冲、气流、各种受控部件的运动顺序及其任意组合的代码。

尽管示出为单个系统控制器118,但是应当理解,多个系统控制器可与本文描述的实施方式一起使用。例如,在一个实施方式中,第一控制器控制等离子体源,并且第二控制器控制腔室自动化。

在一些示例中,基板支撑件104是基板支撑件基座。基板支撑件104可以包括将基板106保持或支撑在基板支撑件104的顶表面上的机构。基板106可以是包括硅和/或锗的半导体基板。在一些示例中,基板106可以具有在其上形成的一个或多个层,包括金属层或介电层。保持机构的示例可包括静电吸盘、真空吸盘、基板保持夹具等。基板支撑件104可以包括用于控制基板温度的机构(诸如加热和/或冷却装置)和/或用于控制靠近基板表面的物质通量和/或离子能量的机构。基板支撑件104包括设置在其中或以其他方式热耦接到基板支撑件104的一个或多个基板支撑件加热元件108。一个或多个功率源126耦接到一个或多个基板支撑件加热元件108,以例如在基板106处于300℃至500℃的温度下(诸如350℃至450℃)时,将基板支撑件104加热到预定温度。在一个实施方式中,一个或多个功率源126被配置成提供至少5kW的能量。在替代示例中,处理腔室102可以具有一个或多个辐射热灯(未图示),所述一个或多个辐射热灯被定位成照射基板106和/或基板支撑件104。

气体分配组件116被设置在处理腔室102中与基板支撑件104相对。可以在处理腔室102中的一个或多个操作(诸如膜沉积操作)之前和/或期间,将气体分配组件116加热至约200℃至约350℃的温度。可以在将基板106放置在处理腔室102中之前建立气体分配组件116的温度。在处理腔室102中形成一个或多个膜的期间,气体分配组件116的温度可以被保持在预定的温度范围内或修改到预定的温度范围内。气体分配组件116的升高的温度部分地通过减小气体分配组件116与基板支撑件104之间的温差来促进气体流入处理腔室102中,基板106定位在基板支撑件104上。在一个示例中,可以通过将来自功率源130的功率施加到多个温度控制元件110来控制气体分配组件116的温度。在一个示例中,气体分配组件116可以具有设置在其中的多个温度控制元件110,多个温度控制元件110被配置成在气体分配组件116上创建温度梯度和/或温度区域。多个温度控制元件110可以用于升高、降低或维持气体分配组件116的温度。在一些示例中,气体分配组件116可以耦接至RF源(未图示),所述RF源被配置成在处理腔室102内的操作之前、期间和/或之后向气体分配组件提供功率。

气体分配组件116进一步包括穿过气体分配组件116的面板形成的多个孔132。将从气体歧管114引入处理腔室102中的气体经由多个孔132引入处理空间146中。如图1所示,多个孔132可以以各种配置布置在气体分配组件116上,气体分配组件116包括腔室盖140。在各种示例中,多个孔132可以被布置为同心环、环群集、随机定位的群集或其他几何形状。尽管本文中将多个孔132中的每个孔示出为近似相同的直径,但是可以预期,在其他示例中,孔132的直径可以改变。在一些示例中,气体分配组件116包括区域加热,使得可以单独地或成组地控制多个温度控制元件110,以在腔室盖140上创建不同温度的区域。

气体分配组件116可以定位在可选的腔室衬垫120附近,使得可选的腔室衬垫120与气体分配组件116(以直接接触的方式或以具有设置在它们之间的黏合剂的方式)齐平。在采用可选的腔室衬垫120的示例中,衬垫侧壁138暴露于处理空间146、可选的腔室衬垫因此保护腔室侧壁122。在一些实施方式中,可选的腔室衬垫120可以进一步沿着处理腔室102的腔室底部124(例如底表面)设置。因此,处理腔室102的腔室侧壁122可以由可选的腔室衬垫120保护而不受处理空间146的影响。一个或多个排气系统(未图示)可以耦接至处理腔室102,并用于在处理期间或在处理之后从处理空间146去除过量的工艺气体或副产物。

在一个示例中,气体分配组件116可以进一步耦接至冷却器板148。在一个示例中,当冷却器板148耦接至气体分配组件116时,冷却器板148促进对气体分配组件116上的温度或温度梯度的控制。在一些实施方式中,冷却器板148包括形成在冷却器板148中的多个通道(未图示)。多个通道允许由温度控制流体供应(冷却器)150所提供的温度控制流体流过冷却器板148,以促成对气体分配组件116的温度的控制。

如本文所讨论的,膜沉积操作可以包括在定位在基板支撑件104上的基板106上形成一个或多个膜,以及在处理腔室102的暴露表面上形成一个或多个膜。在一个示例中,(例如,当可选的腔室衬垫120被排除时)在处理空间146内部形成的一个或多个膜可以被形成在腔室侧壁122上。当在处理腔室102中使用可选的腔室衬垫120时,因为通过可选的腔室衬垫120保护腔室侧壁122不受处理空间146的影响,所以如本文所讨论的形成的一个或多个膜可以形成在衬垫侧壁138上而不是在腔室侧壁122上。

一个或多个气体源112经由气体歧管114耦接至处理腔室102。气体歧管114耦接到气体分配组件116,并且被配置成将一种或多种气体从一个或多个气体源112输送到处理空间146。一个或多个气体源112中的每个气体源112可以包含载气、用于等离子体形成的可电离的气体(诸如氢或He)、或用于膜形成的前驱物。RF功率源136可以电耦接至腔室侧壁122中的腔室壁电极142。RF功率源136可以是13.56MHz的RF功率源。RF功率源136可以进一步电耦接到设置在基板支撑件104中的基板支撑电极152。可以经由RF功率源136在处理空间146中生成等离子体。RF功率源136是被配置成使用腔室壁电极142(其可以是正电极)和基板支撑电极152(其可以是接地电极)来创建RF场的调制功率源。可以在各种操作期间脉冲RF功率源136。在一些示例中,远程等离子体源134可以用于将等离子体输送到处理腔室102,并且可以耦接到气体分配组件116。

图2是使用脉冲式RF等离子体来形成膜的方法200的流程图。方法200可以用于在处理腔室102(诸如图1所示的处理腔室102)中的基板支撑件上设置的基板上形成一个或多个膜。在方法200的此示例中,在操作202处,将基板(诸如图1中的基板106)定位在基板支撑件(诸如基板支撑件104)上。在另一示例中,方法200可以用于在基板上的处理腔室102(其包括腔室侧壁122、腔室底部124、腔室盖140和其他暴露的表面)内部形成一个或多个膜(例如以陈化(season)处理腔室102内的一个或多个表面)。如以上在图1中所讨论的,当采用可选的腔室衬垫120时,可以在可选的腔室衬垫120上形成一个或多个膜。在一个示例中,在没有将基板定位在处理腔室102中的情况下执行方法200。在其他示例中,采用方法200以在定位于处理腔室102中的基板106上以及在处理腔室102的一个或多个暴露表面上形成一个或多个膜。

在操作204处,将一种或多种膜前驱物气体引入处理腔室102。一种或多种膜前驱物气体可以包括硅烷(SiH4)、Si2H6或其他氢化物或硅基前驱物。在其他示例中,一种或多种膜前驱物气体可包括含有碳和氢的化合物。例如,一种或多种膜前驱物气体可以包括C2H2或C3H6。在另一示例中,一种或多种膜前驱物气体可以包括锗,诸如GeH4。在另一示例中,一种或多种膜前驱物气体可以包括砷(As),诸如AsH3。在一个示例中,在操作204处,以约100sccm至约1000sccm的流速引入一种或多种膜前驱物气体。在一个示例中,在操作204处,以约300sccm至约800sccm的流速引入一种或多种膜前驱物气体。

进一步地,在操作204处,可以将一种或多种工艺气体引入处理腔室102中。在操作204处,可以经由图1的气体分配组件116引入一种或多种膜前驱物气体和工艺气体。一种或多种工艺气体可以包括氩(Ar)、氢和/或氦(He)。在一个示例中,在操作204处,将氦和氩与至少一种膜前驱物气体一起引入处理腔室102。在另一个示例中,在操作204处,将氦、氢和氩引入处理腔室102。在另一个示例中,在操作204处,将氢和氩引入处理腔室102。在操作204处,可以以约6500sccm至约8000sccm的流速将氦引入处理腔室102。在操作204处,可以以约100sccm至约10,000sccm的流速将氩引入处理腔室102。在一个示例中,在操作204处,可以以约100sccm至约1,000sccm的流速将氢引入处理腔室102。在另一个示例中,在操作204,可以以约6,500sccm至约8,000sccm的流速将氢引入处理腔室102。在一个示例中,氦的流速与氢的流速的比率为约4:1至约9:1。在另一个示例中,氦的流速与氢的流速的比率为约5:1至约8:1。在一些示例中,在操作204处引入的一种或多种膜前驱物气体与在操作204处引入的一种或多种工艺气体之间可以存在目标流速比。在一个示例中,至少一种膜前驱物气体(FPC)的流速与工艺气体(FG)的流速的比率(FPC:FG)大于1:10。

在另一个示例中,在操作204处,将氢、氩和氦引入处理腔室102。在操作204处,可以以约6,500sccm至约8,000sccm的流速将氢引入处理腔室102。在操作204处,可以以约100sccm至约10,000sccm的流速将氩引入处理腔室102。在操作204处,可以以约100sccm至约1000sccm的流速将氦引入处理腔室102。在一个实施方式中,氢的流速与氦的流速的比率为约4:1至约9:1。在另一个示例中,氢的流速与氦的流速的比率为约5:1至约8:1。

在又另一个示例中,在操作204处,将氢和氩引入处理腔室102。在操作204处,可以以约6,500sccm至约8,000sccm的流速将氢引入处理腔室102。在操作204处,可以以约100sccm至约10,000sccm的流速将氩引入处理腔室102。在一个实施方式中,氢的流速与氦的流速的比率为约4:1至约9:1。在另一个示例中,氢的流速与氦的流速的比率为约5:1至约8:1。

在操作206处,将一种或多种前驱物和工艺气体离子化以形成等离子体。在操作208处,在将一种或多种工艺气体和一种或多种前驱物气体引入处理腔室中时脉冲RF功率源(诸如图1中的RF功率源136)。在操作208处,每个脉冲具有工作循环的总时间TTOT。TTOT是TON和TOFF的总和。在一个示例中,在操作208处的TON小于TTOT的30%,例如,约20%至约29%。在另一个示例中,在操作208处的TON小于TTOT的20%,例如,TTOT的约15%至约19%。在另一个示例中,在操作208处的TON小于TTOT的10%,例如,TTOT的约5%至约9%。在额外的示例中,在操作208处的TON小于TTOT的5%,例如,TTOT的约1%至约4%。

此外,在方法200中,至少在操作204、206和208处,处理腔室102中的压力可以为约1mTorr至约50Torr。在另一个示例中,至少在操作204、206和208期间,处理腔室102中的压力可以为约8Torr至约50Torr,例如约8Torr至约20Torr。此外,在方法200中,至少在操作204、206和208处,处理腔室102中的温度可以为约300℃至约500℃。在其他示例中,在操作204、206和208处,处理腔室102中的温度可以为约350℃至约450℃。PECVD操作的功率密度是对处理腔室的每单位体积的施加至处理腔室的功率量。峰值功率密度是在处理腔室操作期间功率密度的最高值。在一个示例中,在膜沉积期间的峰值功率密度可以为0.03W/cm2至约1.64W/cm2。在另一个示例中,在膜沉积期间的峰值功率密度为约0.06W/cm2或约0.12W/cm2。在另一个示例中,方法200期间的功率密度可以为约0.03W/cm2至约1.64W/cm2。在一些示例中,方法200期间的功率密度为约0.06W/cm2至约0.3W/cm2

在方法200的操作210处,形成膜。当执行操作202时,可以将在操作210处所形成的膜形成在基板106上。在其他示例中,可以将在操作210处所形成的膜形成在处理腔室102的盖、底部、侧壁或其他暴露的表面上。在操作208处使用RF功率对等离子体脉冲会降低处理空间146中的等离子体的氢浓度,并增加从基板106的表面或处理腔室102的暴露表面的氢解吸(desorption)的速率。减小的解吸降低在操作210处形成的膜的氢含量。响应于操作208的TON周期,在操作210处发生从膜前驱物形成膜。

在操作210处形成的膜可以被形成为具有高达约的厚度。在操作210处形成的膜可以包括小于约10%的氢含量。在其他示例中,在操作210处形成的膜可以包括小于约5%的氢含量。在另一个示例中,在操作210处形成的膜可以包括小于约3%的氢含量。在另一个示例中,在操作210处形成的膜可以包括小于约2%的氢含量。在另一个示例中,在操作210处形成的膜可以包括小于约1%的氢含量。响应于前驱物气体的引入和等离子体的脉冲而在操作210处形成的膜可以以约至约的速率沉积。在另一个示例中,沉积速率可以为约至约使用方法200形成的膜可以为非晶膜(诸如非晶Si)或多晶膜。使用方法200形成的膜可以在633nm处具有约4.25至约4.45的折射率。在可以与本文的其他示例组合的另一个示例中,使用方法200形成的膜表现出约0.140至约0.180的消光系数(k)。在可以与其他示例组合的另一个示例中,使用方法200形成的膜具有约0.140至约0.160的k。在可以与本文的其他示例组合的另一个示例中,使用方法200形成的膜表现出约-1100MPa至约-300MPa的膜内应力。此外,在可以与本文的其他示例组合的方法200的示例中,膜厚度的变化(也可以称为膜均匀性)可以从小于约1%至约6%。在可以与本文的其他示例组合的另一个示例中,膜均匀度低于约4%。

图3是使用脉冲式RF等离子体形成膜的方法300的流程图。方法300类似于方法200,但是方法300以循环过程的方式形成膜。方法300可以用于在定位在处理腔室(诸如图1所示的处理腔室102)中的基板支撑件上的基板上形成一个或多个膜。在方法300的此示例中,在操作302处,将基板(诸如图1中的基板106)定位在基板支撑件上,例如,图1中的基板支撑件104上。在另一示例中,方法300可以用于在处理腔室102的内表面上形成一个或多个膜,例如,陈化工艺。在陈化工艺期间,在没有将基板定位在处理腔室102中的情况下执行方法300。在其他示例中,方法300用于在定位在处理腔室102中的基板106和在处理腔室102的内表面两者上形成一个或多个膜。

在操作304处,将一种或多种膜前驱物气体引入处理腔室。一种或多种膜前驱物气体可以包括硅烷(SiH4)、Si2H6或其他含碳或含硅的前驱物。在其他示例中,一种或多种膜前驱物气体可以包括C2H2或C3H6。在另一示例中,一种或多种膜前驱物气体可以包括锗,诸如GeH4。在另一示例中,一种或多种膜前驱物气体可以包括砷(As),诸如AsH3。在一个示例中,在操作304处,以约100sccm至约1,000sccm的流速引入一种或多种膜前驱物气体。

此外,在操作304处,可以将一种或多种工艺气体引入处理腔室102。在操作304处,可以经由图1的气体分配组件116引入一种或多种膜前驱物气体和工艺气体。一种或多种工艺气体可以包括氩(Ar)、氢和/或氦(He)。在一个示例中,在操作304处,将氦和氩与至少一种膜前驱物气体一起引入处理腔室。在另一个示例中,在操作304处,将氦、氢和氩都引入处理腔室。在另一个示例中,在操作304处,将氢和氩引入处理腔室。在操作304处,可以以约6,500sccm至约8,000sccm的流速将氦引入处理腔室。在操作304处,可以以约100sccm至约10,000sccm的流速将氩引入处理腔室。在操作304处,可以以约100sccm至约1,000sccm的流速将氢引入处理腔室。在另一个示例中,在操作304,可以以约6,500sccm至约8,000sccm的流速将氢引入处理腔室。在一个示例中,氦的流速与氢的流速的比率为约4:1至约9:1。在另一个示例中,氦的流速与氢的流速的比率为约5:1至约8:1。在一些示例中,在操作304处引入的一种或多种膜前驱物气体与在操作304处引入的一种或多种工艺气体之间可以存在目标流速比。在一个示例中,至少一种膜前驱物气体(FPC)的流速与工艺气体(FG)的流速的比率(FPC:FG)大于1:10。

在另一个示例中,在操作304处,将氢、氩和氦引入处理腔室102。在操作304处,可以以约6,500sccm至约8,000sccm的流速将氢引入处理腔室102。在操作304处,可以以约100sccm至约10,000sccm的流速将氩引入处理腔室102。在操作304处,可以以约100sccm至约1,000sccm的流速将氦引入处理腔室102。在一个示例中,氢的流速与氦的流速的比率为约4:1至约9:1。在另一个示例中,氢的流速与氦的流速的比率为约5:1至约8:1。

在又另一个示例中,在操作304处,将氢和氩引入处理腔室102。在操作304处,可以以约6,500sccm至约8,000sccm的流速将氢引入处理腔室102。在操作304处,可以以约100sccm至约10,000sccm的流速将氩引入处理腔室102。在一个示例中,氢的流速与氦的流速的比率为约4:1至约9:1。在另一个示例中,氢的流速与氦的流速的比率为约5:1至约8:1。

在操作306处,将一种或多种膜前驱物气体离子化成等离子体。在操作308处,脉冲RF功率源(诸如图1中的RF功率源136)以沉积第一膜中间层,例如,膜的子部分。在操作308处,可以将第一膜中间层沉积在基板106上。在另一示例中,在操作308处,第一膜中间层可以被沉积在处理腔室102的一个或多个内表面上。在操作308期间,包括氩(Ar)和氦(He)的工艺气体可以存在于处理腔室中并且被离子化成等离子体。在一个示例中,在操作308期间,处理腔室102中不存在氢。在其他示例中,在操作308期间,氢等离子体存在于处理腔室102中。

在操作308处形成的第一膜中间层可以以约至约的速率沉积,诸如以约至约的速率沉积。在操作308处,使用RF功率对等离子体脉冲会降低处理空间中的氢等离子体浓度,并且增加从表面氢解吸的速率,从而将每个膜中间层的氢含量降低到预定范围内或小于预定最大值。如上文所讨论的,在操作308处的RF功率的每个脉冲具有工作循环的总时间TTOT,总时间TTOT为TON和TOFF的总和。在一个示例中,在操作308处的TON小于TTOT的30%,例如,约20%至约29%。在一个示例中,在操作308处的TON小于TTOT的20%,例如,TTOT的约15%至约19%。在一个示例中,在操作308处的TON小于TTOT的10%,例如,TTOT的约5%至约9%。在又另一个示例中,在操作308处的TON小于TTOT的5%,例如,TTOT的约1%至约4%。在操作308的TON时间段期间,发生从膜前驱物沉积膜中间层。

此外,在方法300中,在操作304、306和308中的一个或多个操作期间,处理腔室102中的压力可以为约1mTorr至约50Torr。在另一个示例中,在操作304、306和308中的一个或多个操作期间,处理腔室102中的压力可以为约8Torr至约50Torr,例如约8Torr至约20Torr。此外,在方法300中,在操作304、306和208中的一个或多个操作期间,处理腔室102中的温度可以为约300℃至约500℃。在其他示例中,在操作304、306和308中的一个或多个操作中,处理腔室102中的温度可以为约300℃至约500℃。在又其他示例中,在操作304、306和308中的一个或多个操作中,处理腔室102中的温度可以为约350℃至约450℃。方法300期间的功率密度可以为约0.03W/cm2至约1.64W/cm2。在一些示例中,方法300期间的功率密度为约0.06W/cm2至约0.3W/cm2

在操作310处,可选地净化处理腔室102以去除前驱物等离子体。在一些示例中,不执行净化。在另一个示例中,使载气和/或净化气体连续流动,使得等离子体在腔室中保持点燃,并且停止前驱物气体流以将其从腔室中去除。在不执行净化的示例中,至少在操作306和308期间可以存在氢等离子体。此外,在此示例中,方法300可以从操作308进行到操作312。在操作312处,在处理腔室102中形成和/或维持氢等离子体,并且将在操作308处形成的第一膜中间层暴露于氢等离子体。

在方法300的操作314处,由在操作304、306、308、310和312的一次或多次迭代中沉积的一个或多个中间层形成膜。通过这些迭代形成的中间层的总厚度可以高达约在每个循环中形成的每个中间层的厚度可以为约至约通过操作304、306、308、310和312的一次或多次迭代来在操作314处形成的膜可以包括小于约10%的氢含量,诸如小于约5%、或小于约3%、或小于约2%,诸如小于约1%。在操作314处形成的膜可以形成在处理腔室的内表面上。在可以与其他示例组合的另一个示例中,可以在定位在处理腔室102中的基板106上形成膜。在一个示例中,在操作314处形成的膜可以具有微晶粒结构。

由此,使用本文讨论的系统和方法,脉冲式RF等离子体被单独使用或与H等离子体暴露结合使用以沉积膜。本文中沉积的膜可以被形成在基板上和/或在腔室部件或其他暴露的表面上。脉冲式RF等离子体可以包括一种或多种半导体膜前驱物,并且可以使用RF功率对等离子体脉冲以具有多个脉冲,所述多个脉冲具有导通时间小于约20%的工作循环。

实施方式可以包括以下优点中的一个或多个优点。根据本文讨论的方法形成的膜可以具有小于10%的氢含量。本文讨论的系统和方法可以形成包括预定膜性质(诸如消光系数、膜应力和折射率)的膜。

本说明书中描述的实施方式和所有功能性操作可以在数字电子电路系统中或在计算机软件、固件或硬件中实施,包括在本说明书中公开的结构构件及其等效结构、或其组合。本文描述的实施方式可以作为一个或多个非瞬时计算机程序产品来实现,即,有形地体现在机器可读存储装置中的一个或多个计算机程序,用于由数据处理设备(例如可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机)执行或控制数据处理设备的操作。

本说明书中描述的过程和逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行以通过对输入数据进行操作并产生输出来执行功能。过程和逻辑流程也可以由专用逻辑电路系统(例如,FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))执行,并且设备也可以作为专用逻辑电路系统实现。

术语“数据处理设备”涵盖用于处理数据的所有设备、装置和机器,以示例的方式包括可编程的处理器、计算机或多个处理器或计算机。除了硬件之外,设备还可以包括针对所讨论的计算机程序创建执行环境的代码,例如,构成处理器固件、协议堆栈、数据库管理系统、操作系统或其中的一者或多者的组合的代码。例如,适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器两者、以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。

适用于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器装置,包括例如半导体存储器装置(例如,EPROM、EEPROM和闪存装置);磁盘(例如,内部硬盘或可移动磁盘);磁光盘;以及CD ROM和DVD-ROM碟。处理器和存储器可以由专用逻辑电路系统辅助或并入专用逻辑电路系统中。

尽管前述针对本公开的实施方式,但在不背离本公开基本范围的情况下设计本公开的其他与进一步的实施方式,本公开的范围由所附权利要求书确定。

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