專利名稱：半導(dǎo)體工藝中降低微污染的方法
背景技術(shù)：
化學(xué)氣相沉積(CVD)是一類常用于半導(dǎo)體工藝工業(yè)以在基板上沉積薄膜的技術(shù)。傳統(tǒng)的熱CVD工藝供應(yīng)反應(yīng)氣體到發(fā)生熱誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生預(yù)定薄膜的基板表面。等離子體增強CVD(PECVD)技術(shù)通過應(yīng)用射頻(RF)能量到靠近基板表面的反應(yīng)區(qū)來促進反應(yīng)物氣體的激發(fā)與/或離解，從而產(chǎn)生等離子體。等離子體內(nèi)的高反應(yīng)物種可降低產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)所要求的能量，且因而相對于傳統(tǒng)的熱CVD工藝可降低這種CVD工藝所要求的溫度。這種優(yōu)點可通過高密度等離子體(HDP)CVD技術(shù)進一步開發(fā)，其在低真空壓力下形成密集的等離子體，這種等離子體物種具有更高的反應(yīng)性。雖然這些技術(shù)均廣泛地歸屬于CVD技術(shù)，但是每一種技術(shù)具有其特征屬性，使其或多或少適用于某種特定應(yīng)用。
例如，HDP-CVD常用于填隙工藝，其用沉積薄膜來填充相鄰?fù)蛊鸬慕Y(jié)構(gòu)之間的間隙，例如可出現(xiàn)在淺溝槽隔離(STI)、金屬前絕緣(PMD)或金屬間絕緣(IMD)等等。這種填隙工藝面臨的一個挑戰(zhàn)是確保材料沉積在間隙里，而不形成空隙。圖1A與圖1B所示的截面圖示意性說明了這種挑戰(zhàn)，圖1A示出基板110的垂直剖面，該基板110可設(shè)置在半導(dǎo)體晶片上，且具有特征層120。相鄰的特征層120之間形成可填充入絕緣材料的間隙114，且特征層120的表面形成了間隙的側(cè)壁116。隨著沉積的進行，絕緣材料118堆積在特征層120表面及基板110上，且在特征層120的拐角處124形成懸垂物122。隨著絕緣材料沉積的繼續(xù)進行，懸垂物122通常以典型的面包塊(breadloafing)方式比間隙成長得快，最后，懸垂物122連接到一起形成如圖1B所示的絕緣薄膜126，其阻止沉積到內(nèi)部空隙128。
由于HDP-CVD工藝等離子體中存在有高密度離子物種，因此可在沉積時同時對薄膜進行濺射，這樣的HDP-CVD填隙成為相當有用的工藝。在沉積工藝中同時進行材料濺射與沉積，傾向于在沉積工藝中使間隙保持敞開。然而根據(jù)目前減少間隙寬度與提高其深寬比以提高電路組件的密度的趨勢，即使是這種效果也已發(fā)現(xiàn)具有局限性。隨著這種更積極填隙的應(yīng)用，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種有效的效果是使用氦流作為一載氣(a fluent gas)來運送反應(yīng)氣體到基板，氦的使用特別適合改善在具有一定尺寸的間隙的應(yīng)用場合的填隙，尤其是該尺寸大約在90-150納米(nm)的范圍內(nèi)。
然而，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用氦作為載氣明顯提高粒子污染水平，絕大部分的粒子污染物具有大約2微米以下的尺寸。這種污染不利于使用氦基的沉積與填隙工藝形成的裝置的操作，因此，該領(lǐng)域需要一種在使用氦基HDP-CVD填隙工藝時可降低污染的方法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明公開了在基于使用氦氣流下，在HDP-CVD沉積工藝中引入少量的氫流可降低微污染量。發(fā)明人推測含有這種氫流可提高反向解離反應(yīng)(abackwards dissociation reaction)的驅(qū)動力，從而限制在高密度等離子體內(nèi)出現(xiàn)可供污染物成長的核心(growth cores)。
在一些實施例中，通過使工藝氣體流到處理腔室及使載氣流到處理腔室來沉積一薄膜在基板上，該工藝氣體包括含硅氣體(例如SiH4)與含氧氣體(例如O2)。該載氣流包括氦流與氫分子流，該氫分子流的流速比該氦流流速的20％還低。在處理腔室形成具有密度大于1011離子/立方厘米的等離子體。使用等離子體沉積該薄膜在基板上。
在一些實施例中，氫分子流可相對于氦流具有更低的流速，在一實施例中比該氦流流速的10％還低，在另一實施例中比該氦流流速的5％還低。在一實施例中，氦流流速可在100與1000sccm之間。在一些情況下，可引入一額外的惰性氣體流，且其流速比該氦流流速的10％還低，從而修改HDP-CVD沉積工藝期間的濺射特性。這種特性也可以其它方式更改，例如對基板應(yīng)用負偏壓。處理腔室的內(nèi)壓力可維持在低于10mtorr。


圖1A與圖1B為示意性截面圖，示出了在填隙工藝中空隙的形成；圖2A示意性說明了處理腔室內(nèi)噴嘴端部形成氣體膨脹，通過激震前沿先驅(qū)氣體開始高溫分解；
圖2B示意性說明了HDP-CVD處理腔室內(nèi)流向，說明長滯留時間可促進粒子化的再循環(huán)區(qū)；圖2C示意性說明了作用于可利于污染物成長的等離子體粒子上的力；圖3A提供測試的實驗結(jié)果，其使用200毫米晶片來評估在HDP-CVD沉積工藝中氦流含有氫流的作用；圖3B提供測試的實驗結(jié)果，其使用300毫米晶片來評估在HDP-CVD沉積工藝中氦流含有氫流的作用；圖4提供流程圖概述本發(fā)明HDP-CVD沉積工藝里氦流含有氫流的一實施例；圖5A為本發(fā)明HDP-CVD系統(tǒng)的一實施例的簡化示意圖；以及圖5B為氣體環(huán)的簡化剖面圖，其用于連接圖5A的HDP-CVD處理腔室。
具體實施例方式
在面臨發(fā)現(xiàn)使用氦作為載氣(a fluent gas)的HDP-CVD沉積工藝中微污染升高的現(xiàn)象，尤其是與基于主要使用另一種像氬的載氣流的類似工藝相比，因此本案發(fā)明人著手辨別可能是污染源的潛在機制。最初的考慮集中在不摻雜硅酸鹽玻璃(USG)的沉積上，其使用硅烷與氧氣流作為先驅(qū)氣體以形成薄膜。在該工藝中，硅烷與氧氣流可伴隨載氣流，發(fā)明人已經(jīng)觀察出，相較于氬流，與氦流相關(guān)的微污染量明顯較大。
發(fā)明人考慮了一些可能提供污染的潛在的機構(gòu)，例如，曾考慮過的一種機制是與加熱會造成發(fā)生沉積的處理腔室的組件出現(xiàn)熱膨脹這樣的事實有關(guān)。處理腔室出現(xiàn)鋁粒子脫離可能是由這類加熱情況，以及硅氧化物與鋁氧化物間熱膨脹系數(shù)不同所致。在使用氦流的情況下，這種機制的影響比使用氬流的情況影響更大，因為使用氦流的處理腔室溫度大約略高于使用氬流。然而，一般相信這種影響的貢獻是很小的，因為兩種工藝的溫度差異不大，且發(fā)明人無法確定這種差異對工藝化學(xué)有影響。
發(fā)明人推斷更可能導(dǎo)致污染的其它機制與硅烷(SiH4)的分解有關(guān)，尤其是硅烷高溫分解、微污染物氣相晶核形成與成長、及微污染物在靜電陷阱表面成長。一般相信，當以氦氣作為載氣時，會提高硅烷分解SiH4→Si+SiHx+Hy，這是因為反向反應(yīng)的驅(qū)動力因為氦的出現(xiàn)而受到抑制的原因。
圖2A至圖2C示出硅烷分解機制怎樣導(dǎo)致大量微污染物的生成。圖2A示意性說明在提供氣體流到處理腔室的噴嘴204端部所出現(xiàn)的氣體膨脹現(xiàn)象。模擬結(jié)果已經(jīng)確立對于一個用于200毫米晶片處理腔室內(nèi)的2.55毫米的噴嘴，在工藝中噴嘴端部204的溫度可達到約800℃。這樣高的溫度會促進裂化現(xiàn)象，導(dǎo)致進入的硅烷快速熱分解且沿激震前沿224(shock front 224)傳播這些因分解而產(chǎn)生的物種，然后，該游離的硅與硅烷物種可作為處理腔室內(nèi)其它硅或硅烷基粒子的成長核。
圖2B說明處理腔室200內(nèi)的物種可能生成的流動模式(flow patterns)，尤其是定位以提供側(cè)流到處理腔室200內(nèi)的噴嘴204所能產(chǎn)生的流動模式。處理腔室200的近似矩形的橫截面只是用來說明，處理腔室可具有復(fù)雜的內(nèi)部形狀，且這些復(fù)雜的內(nèi)部形狀影響后續(xù)的流動模式，但對于絕大多數(shù)的這種處理腔室來說，這種所述的整體觀察是正確的。來自側(cè)噴嘴204的游離物種流可被分成多種組成物的流。一種流212可以再循環(huán)的方式向上游流動，且可被額外劃分以產(chǎn)生再循環(huán)渦流214。另一種流208可流向處理腔室200內(nèi)的晶片底座202，且在底座下面具有渦流形成再循環(huán)區(qū)216。在這些再循環(huán)區(qū)212、214、216中的粒子滯留時間是顯著的，通過與處理腔室200內(nèi)的其它粒子的相互作用允許由硅烷分解時間所產(chǎn)生的核進行成長。由這些再循環(huán)區(qū)的出現(xiàn)所引起的成長可用氦基工藝加以增強，因為在沉積參照薄膜時氦基工藝比氬基工藝運行稍微長一些的時間。
除了在再循環(huán)區(qū)內(nèi)的氣相晶核形成促進污染物粒子的成長，解離物種帶電的事實也會導(dǎo)致這些物種被捕獲在靜電陷阱內(nèi)，進而提供成長中心，如圖2C所示意說明的，其示出了作用在晶片228上的帶電粒子232的力。因為質(zhì)量(m)受到重力加速度(g)的結(jié)果，作用在粒子232上的向下的重力(mg)，可在某些區(qū)域與電場(E)內(nèi)的電荷(q)所產(chǎn)生的相反方向的電子力(qE)大致平衡。盡管這些靜電陷阱的出現(xiàn)與位置取決于貫穿處理腔室的電場(E)的方向與強度，圖2C說明了在許多情況下這種陷阱存在于晶片之上，導(dǎo)致微污染物的表面成長。
在考慮這些由硅烷分解引起的潛在污染機制，發(fā)明人猜想可以通過在氦氣載氣流中引入相對少量的氫流來恢復(fù)反向反應(yīng)的驅(qū)動力。通過恢復(fù)這樣的驅(qū)動力，反向反應(yīng)可以抑制微污染物的成長。為檢驗該猜想，進行了一些實驗，實驗的結(jié)果如圖3A與圖3B所示，其為半對數(shù)的坐標圖，這樣可壓縮沿縱坐標方向的變化。圖3A的結(jié)果為使用200毫米晶片的實驗所產(chǎn)生，而圖3B的結(jié)果為使用300毫米晶片的實驗所產(chǎn)生。
在最初的實驗里，除了提供硅烷與氧氣流，氦流也以400sccm的流速流到處理腔室，且定時地以20sccm的流速提供氫流，在載氣流完全為氦的階段與載氣流包含額外的5％的氫流的階段下測量粒子量，如圖3A的柱狀圖所證實的，用額外的氫流的處理腔室內(nèi)的粒子量比完全用氦氣流的粒子量大約小兩個數(shù)量級。
在載氣流中引入額外氫流的一種副作用是會造成處理腔室內(nèi)壓力上升，這有利于微污染物形成的減少，因此，進行對300毫米晶片的后續(xù)實驗以證實源于在載氣流中引入氫所造成的污染物減少是可再現(xiàn)的，以及決定該減少中有多大的比例可歸因于氫的存在。實驗的基線如實心菱形所示，其使用大約1000sccm的氦流，而沒有氫流。額外提供50sccm的氫流的結(jié)果如實心方形所示，可看出粒子量明顯減少。陰影三角形顯示氫流速進一步提升到100sccm所引起的粒子量進一步減小，而陰影圓形顯示200sccm的氫流速所引起的粒子量仍然進一步減小。這些結(jié)果的趨勢證實了圖3A所示的200毫米晶片的實驗結(jié)果的結(jié)論，即含有氫流能降低粒子量。
測量具有100sccm的氫流的處理腔室壓力為6.2mtorr。為評估由氫流導(dǎo)致壓力提升的貢獻，測量具有轉(zhuǎn)換為6.3mtorr的處理腔室壓力的純氦載氣流的粒子量，該壓力略大于具有100sccm的氫流的壓力。用空白的三角形顯示這些結(jié)果，其落在基線純氦的結(jié)果與100sccm的氫流的結(jié)果之間的中間，這確認了由在載氣流含有氫所引起的粒子減少具有來自于后續(xù)壓力提升與化學(xué)作用的貢獻。由于這種化學(xué)作用的減少在圖3B中通過橢圓304、308圈起說明作用的資料點而標識出。除了粒子量的整體降低，圖3B所示的結(jié)果額外地說明氫的出現(xiàn)也可延遲開始形成粒子的時間。
圖4所示的流程圖示出用于以基于氦氣流的HDP-CVD工藝在基板上沉積薄膜的方法的概述。在方框404，晶片定位于HDP腔以準備沉積薄膜；在方框408，提供工藝氣流到處理腔室，包括硅源與氧源的氣流。在一些實施例中，硅源包括硅烷，如SiH4，而氧源包括氧氣(O2分子)，雖然含硅氣體與含氧氣體可用于其它實施例。在方框412，提供載氣流到處理腔室，該載氣流包括氦流與氫流，其中氫的流速比氦流速的20％還要低。在一些實施例中，氫與氦的相對流速可低于10％或5％。在一些情況下，載氣流可由氫與氦流組成，但在另外一些情況下，還可包含少量額外的其它惰性氣流，例如氖(Ne)或氬(Ar)，以配合特定應(yīng)用的沉積工藝的濺射特性。其它配合濺射特性的技術(shù)可包括對晶片應(yīng)用負偏壓以吸引等離子體的帶電離子物種。在方框416，在處理腔室形成高密度等離子體，這樣，在方框420，硅氧化物膜可沉積在基板上。這所述“高密度”等離子體的密度超過1011離子/立方厘米。
圖4所示的方框的次序不是用來限定的，在其它實施例中可做變更，例如，可同時或先于先驅(qū)氣體流提供載氣流。該工藝中在方框416形成高密度等離子體可早于所指的方框次序，例如從只有載氣流與在等離子體形成后供應(yīng)的先驅(qū)氣體即可形成。另外，圖4所示的方框不是無遺漏的，既然本發(fā)明的規(guī)則可用于不同的應(yīng)用中，其中額外的或選擇性的操作也可作為工藝的一部分進行執(zhí)行。
示例性基板處理系統(tǒng)上述的方法可以不同的HDP-CVD系統(tǒng)來實施，結(jié)合圖5A至圖5B詳細描述一些系統(tǒng)。圖5A示意性地示出一實施例的HDP-CVD系統(tǒng)510的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)510包括處理腔室513、真空系統(tǒng)570、等離子體源系統(tǒng)580A、偏壓等離子體系統(tǒng)580B、氣體輸送系統(tǒng)533、及遠程等離子體清洗系統(tǒng)550。
處理腔室513上部包括圓頂帽514，其由陶瓷電介質(zhì)材料制成，例如鋁氧化物或鋁氮化物。圓頂帽514定義一等離子體處理區(qū)域516的上邊界線，該等離子體處理區(qū)域516的底部由基板517的上表面與基板支撐件518界定。
加熱板523與冷卻臺524設(shè)在圓頂帽514頂上，且與圓頂帽514熱耦合。加熱板523與冷卻臺524允許圓頂帽514的溫度控制在超出從大約100℃至200℃的范圍±10℃內(nèi)。這允許最優(yōu)化不同工藝的圓頂帽溫度，例如，清洗或蝕刻工藝比沉積工藝要求維持圓頂帽在更高的溫度。精確控制圓頂帽的溫度也減少在處理腔室內(nèi)的薄片或粒子數(shù)量，也改善沉積層與基板的附著。
處理腔室513下部包括一本體522，其連接處理腔室到真空系統(tǒng)。基板支撐件518的基部521安裝在本體522上，且與本體522形成一連續(xù)的內(nèi)表面?？赏ㄟ^自動機械托板(robot blade)(未示出)穿過處理腔室513側(cè)部的一個進入/移除孔(未示出)將基板運送進或出處理腔室513。舉升銷(未示出)可在馬達(未示出)的控制下升高或下降，以移動基板從上方裝載位置557的自動機械托板到下方處理位置556，在下方處理位置時基板放置在基板支撐件518的基板接收部519上?；褰邮詹?19包括一靜電吸盤520，其在基板處理期間夾持基板到基板支撐件518上。在優(yōu)選的實施例中，基板支撐件518由鋁氧化物或鋁陶瓷材料制成。
真空系統(tǒng)570包括節(jié)流閥體525，其容納雙葉片節(jié)流閥526且安裝到閘門閥527與渦輪分子泵528上。應(yīng)當知道節(jié)流閥體525提供對氣流最小的堵塞，且允許均衡的抽吸。閘門閥527可隔離泵528與節(jié)流閥體525，且當節(jié)流閥526完全打開，能通過限制排出流量控制處理腔室壓力。節(jié)流閥、閘門閥、與渦輪分子泵的排列允許精確且穩(wěn)定處理腔室壓力從大約1毫托到大約2托之間。
源等離子體系統(tǒng)580A包括頂線圈529與側(cè)線圈530，其均設(shè)在圓頂帽514上。對稱的接地護罩(未示出)減少線圈間的電耦合。頂線圈529由頂源RF(SRF)產(chǎn)生器531A提供動力，而側(cè)線圈530由側(cè)SRF產(chǎn)生器531B提供動力，這允許每個線圈的獨立的功率大小與操作頻率。這雙線圈系統(tǒng)允許控制處理腔室513內(nèi)徑向離子密度，從而改善等離子體的一致性。側(cè)線圈530與頂線圈529是典型的感應(yīng)驅(qū)動，這不需要一個對接電極。在一個特定的實施例中，在額定2兆赫時，頂源RF產(chǎn)生器531A提供可達2500瓦的RF功率，而側(cè)源RF產(chǎn)生器531B提供可達5000瓦的RF功率。頂與側(cè)源RF產(chǎn)生器的操作頻率可偏離額定的操作頻率(例如分別到1.7-1.9兆赫與1.9-2.1兆赫)以改善等離子體產(chǎn)生效率。
偏壓等離子體系統(tǒng)580B包括偏壓RF(BRF)產(chǎn)生器531C與偏壓匹配網(wǎng)絡(luò)532C。偏壓等離子體系統(tǒng)580B電容性地耦合基板部分517到本體522，其作為對接電極。偏壓等離子體系統(tǒng)580B用于增強運送源等離子體系統(tǒng)580A產(chǎn)生的等離子體物種(例如離子)到基板表面。在一個特定的實施例中，在13.56兆赫，偏壓RF產(chǎn)生器提供可達5000瓦的RF功率。
RF產(chǎn)生器531A、531B包括數(shù)字控制的合成器且運行在大約1.8至大約2.1兆赫的頻率范圍內(nèi)。每一產(chǎn)生器包括一RF控制電路(未示出)，其測量從處理腔室與線圈回到產(chǎn)生器的反射功率，且調(diào)整操作頻率以取得最低反射功率，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣。通常設(shè)計RF產(chǎn)生器來運行具有50歐姆特征阻抗的負載。RF功率可從具有與產(chǎn)生器不同特征阻抗的負載反射，這能減少運送到負載的功率。另外，從負載反射回到產(chǎn)生器的功率可能超載且毀壞產(chǎn)生器。由于等離子體的阻抗可在從少于5歐姆到超過900歐姆的范圍內(nèi)，在其它因素中這取決于等離子體的離子密度，且由于反射功率可以是頻率的函數(shù)，根據(jù)反射功率調(diào)整產(chǎn)生器頻率可提高從RF產(chǎn)生器運送到等離子體的功率，且保護產(chǎn)生器。另一種減少反射功率與改善效率的方式是使用匹配網(wǎng)絡(luò)。
匹配網(wǎng)絡(luò)532A、532B匹配分別具有線圈529、530的產(chǎn)生器531A、531B的輸出阻抗。當負載改變時，該RF控制電路可通過改變在匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電容器值來調(diào)整兩個匹配網(wǎng)絡(luò)以使該產(chǎn)生器與負載匹配。當從負載反射回到產(chǎn)生器的功率超過一定極限時，該RF控制電路可調(diào)整一個匹配網(wǎng)絡(luò)。一種提供常量匹配并且使RF控制電路不能調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的方式是將反射功率極限設(shè)置在任何預(yù)計反射功率值之上，這有助于在一些情況下，通過保持匹配網(wǎng)絡(luò)常數(shù)在其最近的情況穩(wěn)定等離子體。
其它方式也可助于穩(wěn)定等離子體，例如，RF控制電路能用于決定運送到負載(等離子體)的功率，且可提高或降低產(chǎn)生器輸出功率以保持在一層的沉積期間運送基本上不變的功率。
氣體輸送系統(tǒng)533經(jīng)由氣體運送管538(僅示出其中幾個)提供氣體從幾個源頭534A-534E到處理基板的處理腔室，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解的是，用于源頭534A-534E的實際源頭與實際連接運送管538到處理腔室513根據(jù)在處理腔室513內(nèi)執(zhí)行的沉積與清洗工藝而變化。氣體通過氣體環(huán)537與/或頂噴嘴545導(dǎo)入處理腔室513。圖5B為處理腔室的簡化的部分剖面圖，示出氣體環(huán)537的額外細節(jié)。
在一個實施例中，第一與第二氣體源頭534A、534B與第一與第二氣流控制器535A’、535B’經(jīng)由氣體運送管538提供氣體到氣體環(huán)537(gas ring 537)內(nèi)的環(huán)室536，氣體環(huán)537具有多個源氣噴嘴539(僅示出一個以作說明用)，其提供在基板上的統(tǒng)一氣流?？筛淖儑娮扉L度與噴嘴角度以允許對于單獨處理腔室內(nèi)的特定工藝進行配合統(tǒng)一外形與氣體使用效率。在一個優(yōu)選的實施例中，氣體環(huán)537具有12個由鋁氧化物陶瓷制成的源氣噴嘴。
氣體環(huán)537也具有多個氧化劑氣體噴嘴540(僅示出其中一個)，在優(yōu)選的實施例，其與源氣噴嘴539共平面，并比源氣噴嘴短，且在一實施例中，接收來自環(huán)室本體541的氣體。在一些實施例中，要求在將氣體注入到處理腔室513之前不混合源氣與氧化劑氣體。在另外一些實施例中，通過在環(huán)室本體541與環(huán)室536之間設(shè)置孔(未示出)，在注入氣體到處理腔室513之前混合源氣與氧化劑氣體。在一個實施例中，第三、四與五氣體源頭534C、534D、534D’與第三與四氣流控制器535C、535D’經(jīng)由氣體運送管538提供氣體到環(huán)室本體536。額外的閥，例如543B(其它閥未示出)，可切斷從氣流控制器到處理腔室的氣體。在實施本發(fā)明的一些實施例中，源頭534A包括硅烷SiH4源，源頭534B包括氧氣分子源，源頭534C包括硅烷SiH4源，源頭534D包括氦源，源頭534D’包括氫氣分子源。
在使用易燃、有毒或腐蝕性氣體的實施例中，要求在沉積后排除殘留在氣體運送管的氣體，這可以使用三通閥，例如閥543B，來實現(xiàn)，以隔離處理腔室513與運送管538A且以排出運送管538A到真空泵間線544。如圖5A所示，其它類似的閥，例如閥543A、543C，可加入到其它氣體運送管。這種三通閥可與粒子一樣靠近處理腔室513，以使沒排出氣體運送管的體積(在三通閥與處理腔室之間)最小。另外，兩通(開關(guān))閥(未示出)可設(shè)置在質(zhì)量流控制器(MFC)與處理腔室之間或在氣源與MFC之間。
再參照圖5A，處理腔室513也可具有頂噴嘴545與頂出口546，其允許獨立控制頂氣流與側(cè)氣流，這可改善薄膜的一致性與允許薄膜沉積與摻雜參數(shù)的微調(diào)。頂出口546是一個圍繞頂噴嘴545的環(huán)形開口。在一個實施例中，第一氣源534A供應(yīng)源氣噴嘴539與頂噴嘴545。源噴嘴MFC535A’控制運送到源氣噴嘴539的氣體數(shù)量，頂噴嘴MFC535A控制運送到頂氣體噴嘴545的氣體數(shù)量。類似地，兩MFC535B、535B’可用于控制到頂出口546與氧化劑氣體噴嘴540的氧流，該氧流來自單一氧源，例如源頭534B。供應(yīng)的頂噴嘴545與頂出口546的氣體在流入到處理腔室513之前可以保持分離，也可以在流入處理腔室513之前在頂高壓間548混合。相同氣體的分離的源頭可用于供應(yīng)處理腔室的不同部分。
遠程微波產(chǎn)生等離子體清洗系統(tǒng)550提供定期清洗處理腔室組件的沉積殘余。清洗系統(tǒng)包括遠程微波產(chǎn)生器551，其由在反應(yīng)槽553內(nèi)的清洗氣體源534E(例如分子氟、氮、三氟化物、其它碳氟化合物、或等同物)產(chǎn)生等離子體。由該等離子體引起的反應(yīng)性物種經(jīng)由施加管555穿過清洗氣體進料口554運送到處理腔室513。用于含有清洗等離子體的材料(如槽553與施加管555)必須能抗等離子體的攻擊。反應(yīng)槽553與進料口554之間的距離應(yīng)保持盡量短，因為所要的等離子體物種的濃度可隨到反應(yīng)槽的距離而下降。在遠程槽產(chǎn)生清洗等離子體，使得能有效使用微波產(chǎn)生器且使處理腔室組件不受溫度、輻射或輝光放電的轟擊的影響，輝光放電可出現(xiàn)在現(xiàn)場形成的等離子體。由于可要求現(xiàn)場等離子體清洗工藝，后續(xù)相對敏感的組件如靜電吸盤520，不需要覆蓋上假片或其它保護。
一個可組合上述部分或全部子系統(tǒng)與程序的系統(tǒng)的例子為ULTIMATM系統(tǒng)，其由加州SANTA CLARA的APPLIED MATERIALS公司制造，且設(shè)計于實踐本發(fā)明。該系統(tǒng)的進一步細節(jié)公開于共同轉(zhuǎn)讓的美國專利第6170428號，其申請于1996年7月15日，標題為“對稱可調(diào)感應(yīng)耦合HDP-CVD反應(yīng)堆”，具有如下共同發(fā)明人Fred C.Redeker，F(xiàn)arhad Moghadam，Hirogi Hanawa，Tetsuya Ishikawa，Dan Maydan，Shijian Li，Brian Lue，Robert Steger，Yaxin wang，Manus Wong，及Ashok Sinha，該公開可并入本說明作為參考。所描述的系統(tǒng)例子只是作為示范之用，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，選擇適當?shù)膫鹘y(tǒng)基板處理系統(tǒng)與計算機控制系統(tǒng)來實現(xiàn)本發(fā)明是一項常規(guī)技能。
本領(lǐng)于普通技術(shù)人員將理解可改變用于不同的處理腔室和不同的處理條件的工藝參數(shù)，并且可使用不同的前驅(qū)而不脫離本發(fā)明的精神范圍。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，其他的變化也是顯而易見的。這些等同物和選擇物意欲包括于本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)局限于所描述的實施例，而應(yīng)該以以下的權(quán)利要求書所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種沉積薄膜于基板上的方法，包括引入工藝氣體到處理腔室，所述工藝氣體包括含硅氣體與含氧氣體；引入載氣到處理腔室，所述載氣包括氦流與氫分子流，所述氫分子流的流速比所述氦流流速的20％還低；由所述工藝氣體與所述載氣在處理腔室內(nèi)形成等離子體，所述等離子體密度大于1011離子/立方厘米；及使用等離子體沉積所述薄膜于所述基板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氫分子流的流速比所述氦流流速的10％還低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氫分子流的流速比所述氦流流速的5％還低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述載氣還包括惰性氣體流，其流速比所述氦流流速的10％還低。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氦流流速介于100sccm與1000sccm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括對所述基板施加負偏壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理腔室的內(nèi)壓力可維持在低于10mtorr。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含硅氣體包括硅烷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧氣體包括氧氣。
10.一種沉積薄膜于具有相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)的基板上以填充介于所述相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)間的間隙的方法，所述間隙寬度的介于90納米至150納米之間，所述方法包括引入工藝氣體到處理腔室，所述工藝氣體包括含硅氣體與含氧氣體；引入載氣到所述處理腔室，所述載氣本質(zhì)上由氦流與氫分子流組成，所述氫分子流的流速比所述氦流流速的10％還低；在處理腔室內(nèi)由所述工藝氣體與所述載氣形成等離子體，所述等離子體密度大于1011離子/立方厘米；維持所述處理腔室的內(nèi)壓力低于10mtorr；及使用所述等離子體沉積所述薄膜于所述間隙里。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述氫分子流的流速比所述氦流流速的10％還低。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述氦流流速介于100sccm與1000sccm之間。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述氦流流速介于300sccm與500sccm之間。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述含硅氣體包括硅烷，所述含氧氣體包括氧氣。
15.一種沉積不摻雜硅酸鹽玻璃薄膜于具有相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)的基板上以填充介于所述相鄰?fù)蛊鸾Y(jié)構(gòu)間的間隙的方法，所述方法包括引入SiH4、O2、He與H2到一處理腔室，所述He流速介于100scccm與1000sccm之間，所述H2流速比所述He流速的20％還低；由流入所述處理腔室的氣體形成等離子體，所述等離子體密度大于1011離子/立方厘米；維持所述處理腔室的內(nèi)壓力低于10mtorr；及使用所述等離子體沉積所述不摻雜硅酸鹽玻璃薄膜于所述間隙里。
全文摘要
通過引入一工藝氣體流及一載氣流到處理腔室，而沉積一薄膜在基板上，該工藝氣體包括含硅氣體與含氧氣體。該載氣氣流包括氦流與氫分子流，該氫分子流的流速比該氦流流速的20％還低。在處理腔室形成具有密度大于10
文檔編號C23C16/40GK1954415SQ200580015462
公開日2007年4月25日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者赫門特·芒吉卡, 比克拉姆·卡普爾, 莊·李 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司