技術(shù)領(lǐng)域

本文所公開的實(shí)施方式總體涉及一種用于形成電介質(zhì)膜的裝置，并且更具體地涉及一種用于使用基于自由基的沉積來形成電介質(zhì)膜的裝置。

背景技術(shù)：

形成無氫電介質(zhì)膜(諸如無氫含硅電介質(zhì)膜)是發(fā)展下一代的電子器件的關(guān)鍵任務(wù)。電介質(zhì)膜常用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)形成。然而，用于沉積含非晶硅的電介質(zhì)膜的當(dāng)前PECVD技術(shù)導(dǎo)致含有高氫含量(諸如約15原子百分比或更多的氫)的膜。高氫含量大多呈硅-氫鍵的形式，這在電介質(zhì)膜中產(chǎn)生了缺陷。此外，高氫含量導(dǎo)致具有低蝕刻敏感度、低熱和機(jī)械性能和性質(zhì)以及高收縮率的膜。另外，基于等離子體的工藝往往由于帶電粒子轟擊和高能紫外線(UV)輻照而損壞膜。因此，需要用于形成諸如無氫電介質(zhì)膜等電介質(zhì)膜的裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文所公開的實(shí)施方式總體包括一種用于電介質(zhì)膜的基于自由基的沉積的裝置。所述裝置包括：處理腔室；自由基源，所述自由基源被耦接到所述處理腔室；基板支撐件，所述基板支撐件設(shè)置在所述處理腔室中；以及雙通道噴頭，所述雙通道噴頭設(shè)置在所述自由基源與所述基板支撐件之間。雙通道噴頭包括多個(gè)管道和內(nèi)部容積，所述內(nèi)部容積圍繞所述多個(gè)管道。多個(gè)管道和內(nèi)部容積被嵌在雙通道噴頭中的一個(gè)或多個(gè)通道圍繞。雙通道噴頭進(jìn)一步包括：第一入口，所述第一入口被連接到一個(gè)或多個(gè)通道；以及第二入口，所述第二入口被連接到內(nèi)部容積。第二入口將氣體/自由基向內(nèi)部容積引導(dǎo)，而不穿過一個(gè)或多個(gè)通道?？梢詫﹄p通道噴頭的溫度進(jìn)行控制。另外，處理腔室能夠執(zhí)行PECVD，并且基板支撐件是可旋轉(zhuǎn)的且能夠加熱置于其上的基板。處理腔室可以是PECVD腔室，并且所述裝置能夠執(zhí)行循環(huán)工藝(交替進(jìn)行基于自由基的化學(xué)氣相沉積(CVD)和PECVD)。

在一個(gè)實(shí)施方式中，公開一種裝置。該裝置包括雙通道噴頭。雙通道噴頭包括：第一表面；以及第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對并與所述第一表面間隔開以提供內(nèi)部容積。雙通道噴頭中的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道圍繞內(nèi)部容積。雙通道噴頭進(jìn)一步包括：第一入口；所述第一入口被連接到一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道；第二入口，所述第二入口繞過所述環(huán)形通道，其中所述第二入口被連接到內(nèi)部容積；以及多個(gè)管道，所述多個(gè)管道從第一表面穿過內(nèi)部容積延伸到第二表面。

在一個(gè)實(shí)施方式中，公開一種裝置。該裝置包括自由基源和處理腔室，所述處理腔室被耦接到所述自由基源。處理腔室包括基板支撐件和雙通道噴頭。雙通道噴頭包括第一表面；第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對并與所述第一表面間隔開以提供內(nèi)部容積。雙通道噴頭中的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道圍繞內(nèi)部容積。雙通道噴頭進(jìn)一步包括：第一入口，所述第一入口被連接到一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道；第二入口；所述第二入口繞過所述環(huán)形通道，其中所述第二入口被連接到內(nèi)部容積；以及多個(gè)管道，所述多個(gè)管道從第一表面穿過所述內(nèi)部容積延伸到第二表面。

附圖說明

因此，以能夠詳細(xì)地理解本公開的上述特征的方式，上文所簡要概述的本公開的更具體的描述可以參考實(shí)施方式進(jìn)行，一些實(shí)施方式示出在附圖中。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示出了本公開的典型實(shí)施方式，并且因此不應(yīng)視為限制本公開的范圍，因?yàn)楸竟_可允許其他等效實(shí)施方式。

圖1是根據(jù)本文所述一個(gè)實(shí)施方式的用于電介質(zhì)膜的基于自由基的沉積的裝置的剖視圖。

圖2A-2C示出根據(jù)本文所述實(shí)施方式的雙通道噴頭。

為了促進(jìn)理解，已盡可能使用相同附圖標(biāo)記來標(biāo)示各圖所共有的相同元素。應(yīng)預(yù)見到，一個(gè)實(shí)施方式中公開的要素可有利地用于其他實(shí)施方式，而無需特定敘述。

具體實(shí)施方式

本文所公開的實(shí)施方式總體包括一種用于電介質(zhì)膜的基于自由基的沉積的裝置。所述裝置包括：處理腔室；自由基源，所述自由基源被耦接到所述處理腔室；基板支撐件，所述基板支撐件設(shè)置在所述處理腔室中；以及雙通道噴頭，所述雙通道噴頭設(shè)置在所述自由基源與所述基板支撐件之間。所述雙通道噴頭包括多個(gè)管道和內(nèi)部容積，所述內(nèi)部容積圍繞所述多個(gè)管道。多個(gè)管道和內(nèi)部容積被嵌在雙通道噴頭中的一個(gè)或多個(gè)通道圍繞。雙通道噴頭進(jìn)一步包括：第一入口，所述第一入口被連接到一個(gè)或多個(gè)通道；以及第二入口，所述第二入口被連接到內(nèi)部容積。所述第二入口被配置成將氣體/自由基向內(nèi)部容積引導(dǎo)，而不穿過一個(gè)或多個(gè)通道。

圖1是根據(jù)本文所述一個(gè)實(shí)施方式的用于電介質(zhì)膜的基于自由基的沉積的裝置100的剖視圖。在一個(gè)實(shí)施方式中，裝置100包括處理腔室102和自由基源104，自由基源104被耦接到處理腔室102。自由基源104可以是能夠產(chǎn)生自由基的任何合適的源。基于自由基的CVD具有以下優(yōu)點(diǎn)：良好受控的生長條件、低熱預(yù)算、無缺陷且較高質(zhì)量的膜。自由基源104可以是遠(yuǎn)程等離子體源，諸如射頻(RF)或甚高射頻(VHRF)的電容性耦合的等離子體(CCP)源、電感性耦合的等離子(ICP)源、微波誘導(dǎo)(MW)等離子體源、DC輝光放電源、電子回旋共振(ECR)腔室、或高密度等離子體(HDP)腔室?；蛘?，自由基源104可以是紫外線(UV)源，或?yàn)闊峤z化學(xué)氣相沉積(HW-CVD)腔室中的細(xì)絲。自由基源104可以包括一個(gè)或多個(gè)氣體入口106，并且自由基源104可通過自由基導(dǎo)管108耦接到處理腔室102?？勺鳛樽杂苫纬蓺怏w的一種或多種工藝氣體可經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)氣體入口106進(jìn)入自由基源104。一種或多種工藝氣體可以包括含氫氣體，諸如氫、H₂O、或氨。在自由基源104中產(chǎn)生的自由基(諸如氫自由基)穿過自由基導(dǎo)管108行進(jìn)到處理腔室102中。

自由基導(dǎo)管108是蓋組件112的一部分，蓋組件112還包括自由基腔110、頂板114、蓋緣116和雙通道噴頭118。自由基導(dǎo)管108可以包含基本不與自由基反應(yīng)的材料。例如，自由基導(dǎo)管108可以包含AlN(氮化鋁)；SiO₂(二氧化硅)；Y₂O₃(三氧化二釔)；MgO(氧化鎂)；陽極化Al₂O₃(三氧化二鋁)；藍(lán)寶石；含Al₂O₃(三氧化二鋁)、藍(lán)寶石、AlN(氮化鋁)、Y₂O₃(三氧化二釔)、MgO(氧化鎂)或塑料中的一種或多種的陶瓷。合適的二氧化硅材料的代表示例是石英。替代或另外地，自由基導(dǎo)管108可以在操作中接觸自由基的表面上具有涂層。該涂層也可包含AlN；SiO₂；Y₂O₃；MgO；陽極化Al₂O₃；藍(lán)寶石；含Al₂O₃、藍(lán)寶石、AlN、Y₂O₃、MgO或塑料中的一種或多種的陶瓷。如果使用涂層，那么所述涂層的厚度可在約1μm與約1mm之間。涂層可使用噴涂工藝來涂覆。可將自由基導(dǎo)管108設(shè)置在自由基導(dǎo)管支撐構(gòu)件120內(nèi)并且由自由基導(dǎo)管支撐構(gòu)件120支撐?？蓪⒆杂苫鶎?dǎo)管支撐構(gòu)件120設(shè)置在頂板114上，頂板114擱置在蓋緣116上。

自由基腔110被定位在自由基導(dǎo)管108下方并耦接到所述自由基導(dǎo)管，并且在自由基源104中產(chǎn)生的自由基穿過自由基導(dǎo)管108向自由基腔110行進(jìn)。自由基腔110由頂板114、蓋緣116和雙通道噴頭118限定。任選地，自由基腔110可以包括襯墊122。襯墊122可以覆蓋頂板114和蓋緣116的位于自由基腔110內(nèi)的表面。襯墊122可以包含基本不與自由基反應(yīng)的材料。例如，襯墊122可以包含AlN；SiO₂；Y₂O₃；MgO；陽極化Al₂O₃；藍(lán)寶石；含Al₂O₃、藍(lán)寶石、AlO、Y₂O₃、MgO或塑料中的一種或多種的陶瓷。替代或另外地，自由基腔110的與自由基接觸的表面可由基本不與自由基反應(yīng)的材料組成或涂布有這種材料。例如，表面可由AlN；SiO₂；Y₂O₃；MgO；陽極化Al₂O₃；藍(lán)寶石；含Al₂O₃、藍(lán)寶石、AlN、Y₂O₃、MgO或塑料中的一種或多種的陶瓷組成或涂布有上述材料。如果使用涂層，那么所述涂層的厚度可在約1μm與約1mm之間。通過不消耗掉產(chǎn)生的自由基，通向被置于處理腔室102中的基板的自由基通量增大。

自由基分配板123可設(shè)置在頂板114與雙通道噴頭118之間的自由基腔110中。自由基分配板123可由與襯墊122相同的材料制成。自由基分配板123可以用于控制自由基流量輪廓。自由基分配板123在自由基腔110中的位置(即自由基分配板123與頂板114之間的距離和自由基分配板123與雙區(qū)域噴頭118之間的距離)就自由基的分配而言可以是關(guān)鍵的。接著，自由基穿過設(shè)置在雙通道噴頭118中的多個(gè)管道124進(jìn)入處理區(qū)域128中。雙通道噴頭118進(jìn)一步包括直徑要小于多個(gè)管道124的多個(gè)開口126。多個(gè)開口126被連接到內(nèi)部容積(未示出)，所述內(nèi)部容積不與多個(gè)管道124流體連通。至少兩個(gè)氣體/自由基源119、121可耦接到雙通道噴頭118?？杉訜峄蚶鋮s雙通道噴頭118。在一個(gè)實(shí)施方式中，雙通道噴頭118被加熱至約100攝氏度至約250攝氏度的溫度。在另一實(shí)施方式中，雙通道噴頭118被冷卻至約25攝氏度至約75攝氏度的溫度。雙通道噴頭118在圖2中進(jìn)行詳細(xì)描述。

處理腔室102可以包括蓋組件112、腔室主體130和支撐組件132。支撐組件132可至少部分地設(shè)置在腔室主體130內(nèi)。腔室主體130可以包括狹縫閥開口135，以提供到處理腔室102的內(nèi)部的進(jìn)出口。腔室主體130可以包括襯墊134，襯墊134覆蓋腔室主體130的內(nèi)表面。襯墊134可以包括一個(gè)或多個(gè)孔136和形成在其中的泵送通道138，所述泵送通道與真空系統(tǒng)140流體連通?？?36為氣體提供進(jìn)入泵送通道138的流動(dòng)路徑，所述泵送通道為處理腔室102內(nèi)的氣體提供出口。或者，可將孔和泵送通道設(shè)置在腔室主體130的底部中，并且可將氣體從腔室主體130的底部泵送到處理腔室102外。

真空系統(tǒng)140可以包括真空端口142、閥144和真空泵146。真空泵146經(jīng)由真空端口142與泵送通道138流體連通?？?36使泵送通道138與腔室主體130內(nèi)的處理區(qū)域128流體連通。處理區(qū)域128由雙通道噴頭118的下表面148和支撐組件132的上表面150限定，并且處理區(qū)域128由襯墊134圍繞。

支撐組件132可以包括支撐構(gòu)件152，以支撐用于在腔室主體130內(nèi)進(jìn)行處理的基板(未示出)。基板可以是任何標(biāo)準(zhǔn)晶片大小，比如，例如300mm。或者，基板可以大于300mm，諸如450mm或更大。取決于操作溫度，支撐構(gòu)件152可以包含氮化鋁或鋁。支撐構(gòu)件152可配置成卡緊基板，并且支撐構(gòu)件152可以是靜電卡盤或真空卡盤。

支撐構(gòu)件152可通過延伸穿過形成在腔室主體130的底表面中的中心定位開口158的軸156耦接到升降機(jī)構(gòu)154。升降機(jī)構(gòu)154可由波紋管160來柔性密封到腔室主體130，這防止從軸156周圍真空泄漏。升降機(jī)構(gòu)154允許支撐構(gòu)件152在腔室主體130內(nèi)在工藝位置與較低的傳送位置之間豎直移動(dòng)。該傳送位置略低于狹縫閥135的開口。在操作過程中，可最小化基板與雙通道噴頭118之間的間距，以便使基板表面處的自由基通量最大化。升降機(jī)構(gòu)154能夠使軸156旋轉(zhuǎn)，軸156繼而又使支撐構(gòu)件152旋轉(zhuǎn)，從而使被置于支撐構(gòu)件152上的基板在操作期間旋轉(zhuǎn)。基板旋轉(zhuǎn)幫助提高沉積的均勻性。

可將一個(gè)或多個(gè)加熱元件162以及冷卻通道164嵌在支撐構(gòu)件152中。加熱元件162和冷卻通道164可以用于在操作過程中控制基板的溫度。加熱元件162可以是任何合適的加熱元件，諸如一個(gè)或多個(gè)電阻加熱元件。加熱元件162可連接到一個(gè)或多個(gè)電源(未示出)。加熱元件162可單獨(dú)地控制，以便具有對多區(qū)域加熱或冷卻的獨(dú)立加熱和/或冷卻控制。在能夠具有對多區(qū)域加熱和冷卻的獨(dú)立控制的情況下，基板溫度輪廓在任何給定工藝條件下都可被增強(qiáng)。冷卻劑可流過通道164，以將基板冷卻。支撐構(gòu)件152可進(jìn)一步包括延伸到上表面150的氣體通道，用以使冷卻氣體向基板背側(cè)流動(dòng)。

RF源可耦接到雙通道噴頭118或支撐構(gòu)件152。RF源可以是低頻、高頻或甚高頻的。在一個(gè)實(shí)施方式中，雙通道噴頭118被耦接到RF源，并且支撐構(gòu)件152接地，如圖1中所示。在另一實(shí)施方式中，雙通道噴頭118是接地的，并且支撐構(gòu)件152被耦接到RF源。在任一實(shí)施方式中，在操作過程中，可將電容性耦合的等離子體形成在雙通道噴頭118與支撐構(gòu)件152之間的處理區(qū)域128中。當(dāng)自由基源是遠(yuǎn)程等離子體源時(shí)，除了自由基源中形成的等離子體之外，還有處理區(qū)域128中形成的電容性耦合的等離子體。支撐構(gòu)件152可利用DC源偏置以增加離子轟擊。因此，處理腔室102可以是PECVD腔室，并且裝置100能夠執(zhí)行循環(huán)工藝(交替進(jìn)行基于自由基的CVD和PECVD)。

圖2A是根據(jù)本文所述實(shí)施方式的雙通道噴頭118的剖視圖。雙通道噴頭118可以具有第一表面202和第二表面204，第一表面202面對自由基腔110，第二表面204與第一表面202相對。第二表面204可以面對支撐組件132?？蓪⒌谝槐砻?02與第二表面204間隔開以提供內(nèi)部容積206。第一表面202和第二表面204可由基本不與自由基反應(yīng)的材料組成或涂布有這種材料。例如，表面202、204可由AlN；SiO₂；Y₂O₃；MgO；陽極化Al₂O₃；藍(lán)寶石；含Al₂O₃、藍(lán)寶石、AlN、Y₂O₃、MgO或塑料中的一種或多種的陶瓷組成或涂布有上述材料。如果使用涂層，那么所述涂層的厚度可在約1μm與約1mm之間?？蓪⒍鄠€(gè)管道124形成在雙通道噴頭118中。管道124可以從第一表面202延伸到第二表面204，并且由自由基源104產(chǎn)生的自由基可以穿過管道124到達(dá)被置于支撐組件132上的基板。內(nèi)部容積206可以圍繞多個(gè)管道124，并且一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210可以圍繞內(nèi)部容積206和多個(gè)管道124。

內(nèi)部容積206可與一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210流體連通。多個(gè)開口126可以從內(nèi)部容積206延伸到第二表面204。一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210可連接到入口212，所述入口被耦接到氣源121。氣源121可以將前體氣體(諸如含硅氣體)提供到雙通道噴頭118，并且前體氣體流過一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210到達(dá)內(nèi)部容積206并且經(jīng)由多個(gè)開口126到達(dá)處理區(qū)域128。含硅前體氣體的示例包括有機(jī)硅、四烷基原硅酸酯氣體和二硅氧烷。有機(jī)硅氣體包括具有至少一個(gè)碳-硅鍵的有機(jī)化合物的氣體。四烷基原硅酸酯氣體包括由附連至SiO₄^4-離子的四個(gè)烷基基團(tuán)組成的氣體。更具體地，一種或多種前體氣體可以是(二甲基甲硅烷基)(三甲基甲硅烷基)甲烷((Me)₃SiCH₂SiH(Me)₂)、六甲基乙硅烷((Me)₃SiSi(Me)₃)、三甲基硅烷((Me)₃SiH)、四甲基硅烷((Me)₄Si)、四乙氧基硅烷((EtO)₄Si)、四甲氧基硅烷((MeO)₄Si)、四(三甲基甲硅烷基)硅烷((Me₃Si)₄Si)、(二甲基氨基)二甲基甲硅烷((Me₂N)SiHMe₂)二甲基二乙氧基硅烷((EtO)₂Si(Me)₂)、二甲基二甲氧基硅烷((MeO)₂Si(Me)₂)、甲基三甲氧基硅烷((MeO)₃Si(Me))、二甲氧基四甲基二硅氧烷(((Me)₂Si(OMe))₂O)、三(二甲基氨基)硅烷((Me₂N)SiH)、雙(二甲基氨基)甲基硅烷((Me₂N)₂CH₃SiH)、二硅氧烷((SiH₃)₂O)和上述氣體的組合。

由于多個(gè)管道124中的開口不與內(nèi)部容積206流體連通，因此穿過多個(gè)管道124的自由基不與雙通道噴頭118中的前體氣體混合。由于噴頭118包含彼此不流體連通的兩個(gè)通道，因此噴頭118是雙通道噴頭118。多個(gè)管道124各自具有約0.10英寸至約0.35英寸的內(nèi)徑。多個(gè)開口126各自具有約0.01英寸至約0.04英寸的直徑。

一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210可由一個(gè)或多個(gè)連接通道216連接，所述連接通道的橫截面比環(huán)形通道208、210小得多。這種配置幫助前體氣體均勻分配到內(nèi)部容積206中和開口126外。然而，如果自由基將進(jìn)入入口212，那么當(dāng)從較大的環(huán)形通道208向較小的連接通道216流動(dòng)時(shí)，自由基可重組。為了給與在自由基源104中形成的自由基不同的自由基提供路徑，在雙通道噴頭118中形成第二入口214，并且將第二入口214連接到內(nèi)部容積206，從而繞過一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210。第二入口214可不同于第一入口212，并且可配置成將來自自由基源119的自由基向內(nèi)部容積206引導(dǎo)，而不穿過一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210。在一個(gè)實(shí)施方式中，氟自由基在自由基源119中產(chǎn)生，并且經(jīng)由第二入口214被引入內(nèi)部容積206中。接著，引導(dǎo)氟自由基通過多個(gè)開口126到處理區(qū)域128。氟自由基可以用于清潔處理腔室102的內(nèi)表面?？梢圆粡淖杂苫?04傳遞氟自由基，以便提高自由基源104的壽命。

圖2B是根據(jù)本文所述實(shí)施方式的雙通道噴頭118的頂視圖。雙通道噴頭118包括第一表面202和多個(gè)管道124，所述多個(gè)管道從第一表面202延伸到第二表面204。一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210和內(nèi)部容積206全都嵌在雙通道噴頭118中，因此，所述環(huán)形通道和內(nèi)部容積未示出于雙通道噴頭118的頂視圖之中。

圖2C是根據(jù)本文所述實(shí)施方式的雙通道噴頭118的底視圖。雙通道噴頭118包括第二表面204、多個(gè)管道124和多個(gè)開口126，所述多個(gè)管道從第一表面202延伸到第二表面204。一個(gè)或多個(gè)環(huán)形通道208、210和內(nèi)部容積206全都嵌在雙通道噴頭118中，因此，所述環(huán)形通道和內(nèi)部容積未示出于雙通道噴頭118的底視圖之中。多個(gè)管道124和多個(gè)開口126的布置可以增強(qiáng)橫跨基板的氣體/自由基分配的均勻性，并且可以基于工藝條件發(fā)生變化。

總之，一種用于使用基于自由基的沉積來形成電介質(zhì)膜的裝置被公開。該裝置可以包括耦接到自由基源的處理腔室。所述處理腔室可以包括雙通道噴頭，所述雙通道噴頭具有多個(gè)管道、圍繞所述管道的內(nèi)部容積以及圍繞所述管道和所述內(nèi)部容積的一個(gè)或多個(gè)通道。雙通道噴頭可包括：第一入口，所述第一入口被連接到所述一個(gè)或多個(gè)通道；以及第二入口，所述第二入口被連接到所述內(nèi)部容積。第二入口被配置成將自由基向內(nèi)部容積引導(dǎo)，而不穿過所述一個(gè)或多個(gè)通道。在這種配置中，從第二入口進(jìn)入的自由基不會在一個(gè)或多個(gè)通道中重組。

盡管上述內(nèi)容針對各個(gè)實(shí)施方式，但是可設(shè)計(jì)其他和進(jìn)一步的實(shí)施方式而不背離基本范圍，并且本發(fā)明的范圍是由所附權(quán)利要求書確定。