CN101952938B - 用于处理基板的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基板处理设备包括：腔，其限定了对基板实施处理的处理空间；第一供应件，其位于该处理空间上方，用于向该处理空间供应第一源气体；等离子体源，其被设置为在该处理空间内产生电场以从第一源气体生成活性基；以及第二供应件，其被设置为在该基板上方供应第二源气体。该腔包括下部腔，该下部腔中安装有允许在其上放置基板的支撑件。该下部腔的顶部是敞开的。第二供应件安装在该下部腔的上端，以在大体上与放置在该支撑件上的基板平行的方向上供应第二源气体。第二源气体可以是含硅气体。

Description

用于处理基板的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于处理基板的设备和方法，更具体而言，涉及一种使用等离子体来处理基板的设备和方法。
背景技术
半导体装置具有位于硅基板上的多个层。这些层是通过沉积工艺沉积在基板上的。沉积工艺存在几个重要问题，这些问题在评价沉积膜和选择沉积方法时是至关重要的。
这些重要问题中的一个是沉积膜的质量。质量包括成分、污染程度、缺陷密度以及机械和电学属性。膜的成分会随着沉积条件而变化，这在获得特定成分时是十分重要的。
另一个重要问题是晶圆上的均匀厚度。具体而言，沉积在带有台阶的非平坦图案的顶部的膜的厚度是十分重要的。沉积膜的厚度是否均匀可以通过台阶覆盖性(step coverage)来判断，台阶覆盖性被定义为用沉积在台阶部分的膜的最小厚度除以沉积在图案的顶部的膜的厚度而获得的值。
与沉积相关的另一个问题是空隙填充(space filling)，其包括用包括氧化膜在内的绝缘膜来填充限定在金属管线与之间的间隙的间隙填充。提供间隙是为了物理和电气地隔离金属管线。
在上述问题当中，均匀性是与沉积工艺相关的一个重要问题。不均匀膜导致金属管线上的高电阻，这增加了机械破损的可能性。
发明内容
本发明的一个目的是提供能够确保工艺均匀性的处理基板的设备和方法。
本发明的另一目的是提供能够确保良好台阶覆盖性的处理基板的设备和方法。
本发明的其他目的将通过下面的本发明的详细描述和附图变得更加明了。
根据本发明的一个方面，一种基板处理设备包括：腔，其限定了对基板实施处理的处理空间；第一供应件，其位于该处理空间上方，用于向该处理空间供应第一源气体；等离子体源，其被设置为在该处理空间内产生电场以从第一源气体生成活性基；以及第二供应件，其被设置为在该基板上方供应第二源气体。
腔可以包括下部腔，该下部腔中安装有被设置为允许在其上放置基板的支撑件，该下部腔的顶部敞开，且第二供应件可以安装在该下部腔的上端，以在大体上与放置在该支撑件上的基板平行的方向上供应第二源气体。
第二源气体可以包括含硅气体。
腔可以包括顶部敞开的下部腔和被设置为敞开和封闭下部腔的顶部的上部腔，第一供应件可以包括安装在该上部腔的与处理空间相对的天花板上的喷射板，用于朝着该处理空间向下供应第一源气体，并且可以在喷射板与上部腔的天花板之间限定一缓冲空间。
第一源气体可以包括氧化氮(N2O)或氨气(NH3)。
腔可以包括顶部敞开的下部腔和被设置为敞开和封闭下部腔的顶部的上部腔，且等离子体源可以布置为包裹上部腔。
等离子体源可以包括被设置为包裹上部腔的侧面的第一段和第二段，并且该第一段和第二段从上部腔的一端到另一端交替地布置。
该基板处理设备还可以包括：第一电源，其与第一段相连，以向第一段供应第一电流；以及第二电源，其与第二段相连，以向第二段供应第二电流。
该基板处理设备还可以包括被设置为使活性基朝向第二源气体扩散的扩散板。
该扩散板可以将处理空间分隔为向其内供应第一源气体以生成活性基的第一处理空间和向其内供应第二源气体的第二处理空间。
腔可以包括：其中安装有支撑件的下部腔，该支撑件被设置为允许在其上放置基板，该下部腔的顶部是敞开的；以及上部腔，其被设置为敞开和封闭下部腔的顶部，第一供应件可以包括安装在扩散板的一侧以向处理空间供应第一源气体的喷射板，且第二供应件可以安装在扩散板的另一侧以在大体上与放置在支撑件上的基板平行的方向上供应第二源气体。
该基板处理设备还可以包括连接到第一供应件以供应第一源气体的第一供应管线以及连接到第一供应管线以供应清洁等离子体的清洁单元。
该清洁单元可以包括：发生腔，其被设置为从外部接收清洁气体并从清洁气体产生清洁等离子体；以及第三供应管线，其连接在该发生腔与第一供应管线之间，以向第一供应管线供应清洁等离子体。
该清洁气体可以包括三氟化氮(NF3)或氩气(Ar)。
该基板处理设备还可以包括布置在第二供应件下方，用于使活性基和第二源气体朝向基板扩散的扩散板。
根据本发明的另一方面，一种基板处理方法包括以下步骤：向限定在腔内的处理空间供应第一源气体；在处理空间内产生电场以从第一源气体生成活性基；以及在放置于处理空间内的基板上方供应第二源气体。
第二源气体可以在大体上平行于基板的方向上供应。
该基板处理方法还可以包括利用扩散板使活性基朝向第二源气体扩散。
根据本发明，可以确保良好的台阶覆盖性。
附图说明
附图被包括在本说明书中以供应对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的(多个)实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：
图1是示意性例示了根据本发明一个实施方式的基板处理设备的视图；
图2是例示了图1的下部腔和供应喷嘴的平面图；
图3是例示了图1的扩散板的底部的视图；
图4是示意性例示了根据本发明另一实施方式的基板处理设备的视图；
图5是示意性例示了根据本发明另一实施方式的基板处理设备的视图；
图6是示意性例示了根据本发明另一实施方式的基板处理设备的视图；
图7是示意性例示了根据本发明又一实施方式的基板处理设备的视图。
具体实施方式
下面将参照附图即图1至7更详细地描述本发明的示例性实施方式。本发明的实施方式可以按照各种形式进行修改，因此，本发明的范围不应解读为由下文中描述的实施方式进行限制。提供这些实施方式是为了更清晰地向本发明所属领域的技术人员描述本发明。因此，为更清楚地描述目的，附图中示出的构成元件的形状可被放大。
同时，下面将以电感耦合等离子体(ICP)型等离子体处理为例进行描述，不过本发明适用于各种等离子体处理。而且，下面将以基板为例进行描述，不过本发明适用于各种处理对象。
图1是示意性例示了根据本发明一个实施方式的基板处理设备的视图。图2是例示了图1的下部腔和供应喷嘴的平面图，而图3是例示了图1的扩散板的底部的视图。
该基板处理设备包括腔10，该腔限定了对基板W实施处理的处理空间。腔10包括顶部敞开的下部腔12以及被设置为封闭下部腔12的敞开顶部的上部腔14。在下部腔12中对基板W实施处理。在上部腔14中，从第一源气体生成活性基，稍后将对此进行说明。
下部腔12中安装有支撑板20。基板W放置在支撑板20上。基板W通过形成在下部腔12的一侧的输入口12a被引入到下部腔12中。引入的基板W被放置在支撑板20上。支撑板20可以是静电吸盘(E-吸盘)。而且，可以向基板W的背面喷射预定压力的氦气(He)以精确控制放置在支撑板20上的基板W的温度。氦气表现出极高的导热性。
下部腔12的底部形成有排气口12c。处理气体和反应副产物通过与排气口12c相连的排放管线12d释放到外部。排放管线12d上安装有泵12e以强制释放反应副产物。同时，可以通过排气口12c将腔10的内部压力减小到预定真空度。下部腔12的侧壁上安装有用于打开和关闭输入口12a的闸阀(gate valve)12b，基板W通过该输入口12a被引入到下部腔12中或从下部腔12中移走。
如图1和3所示，喷射板40安装在上部腔14的与处理空间相对的天花板上。喷射板40大体上与放置在支撑板20上的基板W平行地布置。喷射板40与上部腔14的天花板隔开预定距离，使得在喷射板40与上部腔14的天花板之间限定出一缓冲空间。上部腔14的天花板上形成有供应孔16a。供应孔16a连接到第一供应管线17a。第一供应管线17a供应第一源气体。第一源气体通过供应孔16a被供应到缓冲空间内。供应到缓冲空间内的第一源气体通过形成在喷射板40上的喷射孔42a和42b被喷射到处理空间内。第一供应管线17a通过阀17b来打开和关闭。
等离子体源16和18安装在上部腔14的外围。等离子体源16和18按照使等离子体16和18包裹着上部腔14的侧面的方式布置。等离子体源16和18包括第一段16和第二段18。第一段16和第二段18连接到射频(RF)发生器。第一段16和第二段18与RF发生器之间连接有用于阻抗匹配的匹配单元19。第一段16和第二段18从上部腔14的上端到上部腔14的下端交替地布置，从而在上部腔14中产生了更均匀的电场。
从RF发生器生成的射频电流被供应到第一段16和第二段18。第一段16和第二段18将该射频电流转换成磁场，并从供应到腔10的第一源气体生成活性基。第一源气体包括氧化氮(N2O)或氨气(NH3)。
该基板处理设备还包括供应单元30。供应单元30包括安装在下部腔12的上端的供应喷嘴32、连接到供应喷嘴32的第二供应管线34，以及被设置为打开和关闭第二供应管线34的阀34a。如图1和2所示，供应喷嘴32安装在下部腔12的上端，以在大体上与放置在支撑板20上的基板W平行的方向上供应第二源气体。第二供应管线34连接到供应喷嘴32以向供应喷嘴32供应第二源气体。第二源气体包括含硅气体，如硅烷(SiH4)。
下面，将参照图1至3详细描述根据本发明一个实施方式的基板处理方法。通过第一供应管线17a供应的第一源气体被供应到限定在上部腔14的天花板与喷射板40之间的缓冲空间内，然后通过喷射孔42a和42b被供应到处理空间内。安装在上部腔14的侧面上的第一段16和第二段18将从外部供应的射频电流转换成磁场，并从供应到处理空间内的第一源气体生成活性基。供应喷嘴32在基板W上方供应第二源气体。第二源气体与活性基发生反应，从而在基板W上沉积了膜。
图4是示意性例示了根据本发明另一实施方式的基板处理设备的视图。下面将仅描述本实施方式与图1所示的前一实施方式不同的组件，并且可以根据前面参照图1做出的描述而理解所省略组件的说明。
该基板处理设备还包括安装在下部腔12的上端的扩散板50。扩散板50大体上与放置在支撑板20上的基板W平行地布置，且位于供应喷嘴32上方。在扩散板50上方，从第一源气体生成活性基。生成的活性基通过形成在扩散板50上的扩散孔52在扩展板50下方扩散。在扩散板50下方，通过供应喷嘴32喷射第二源气体。
图5是示意性例示了根据本发明另一实施方式的基板处理设备的视图。下面将仅描述本实施方式与图1所示的前一实施方式不同的组件，并且可以根据前面参照图1做出的描述而理解所省略组件的描述。
第一段16a和第二段18a分别连接到不同的射频(RF)发生器。在第一段16a和第二段18a与对应的RF发生器之间分别连接有用于阻抗匹配的匹配单元19a和19b。第一段16和第二段18从下部腔14的上端到上部腔14的下端交替地布置，从而在上部腔14中产生了更均匀的电场。
因为第一段16和第二段18连接到各自的RF发生器，所以不同种类的射频电流被分别供应到第一段16和第二段18。因此，可以通过对连接到第一匹配单元19a的RF发生器和连接到第二匹配单元19b的RF发生器进行不同控制，来对供应到第一段16的射频电流的幅度和供应到第二段18的射频电流的幅度进行不同调节。结果，可以针对放置在支撑板20上的基板W来控制工艺均匀性。
图6是示意性例示了根据本发明另一实施方式的基板处理设备的视图。下面将仅描述本实施方式与图1中示出的前一实施方式不同的组件，且可以根据前面参照图1做出的描述而理解所省略组件的说明。
该基板处理设备还包括用于清洁腔10的内部的清洁单元60。清洁单元60包括连接到第一供应管线17a的第三供应管线62和被设置为根据从外部供应的清洁气体来生成清洁等离子体的发生腔64。在发生腔64中生成的清洁等离子体经由第三供应管线62和第一供应管线17a被供应到腔10中以清洁腔10的内部。清洁气体包括三氟化氮(NF3)或氩气(Ar)。
图7是示意性例示了根据本发明又一实施方式的基板处理设备的视图。下面将仅描述本实施方式与图1中示出的前一实施方式不同的组件，且可以根据前面参照图1做出的描述而理解所省略组件的说明。
该基板处理设备还包括安装在供应喷嘴32下方的扩散板50。扩散板50大体上与放置在支撑板20上的基板W平行地布置。在扩散板50上方，从第一源气体生成活性基。从供应喷嘴32喷射第二源气体。第二源气体与活性基发生反应，并且与此同时通过形成在扩散板50上的扩散孔52扩散到位于扩散板50下方的基板W。
对于本领域技术人员而言，很明显，可以对本发明做出各种修改和变化而不偏离本发明的精神或范围。因而，旨在表明，本发明覆盖所附权利要求及其等同要求的范围内供应的本发明的修改和变型。
从上面的描述可以明显看出，可以确保良好的台阶覆盖性。因此，本发明具有产业应用性。

Claims (11)

1.一种基板处理设备，该基板处理设备包括：
腔，其限定了对基板实施处理的处理空间；
第一供应件，其位于该处理空间上方，用于向该处理空间供应第一源气体；
等离子体源，其被设置为在该处理空间内产生电场以从第一源气体生成活性基；以及
第二供应件，其被设置为在该基板上方供应第二源气体，
其中，所述腔包括：
顶部敞开的下部腔；和
被设置为敞开和封闭所述下部腔的顶部的上部腔，
第一供应件包括喷射板，该喷射板安装在所述上部腔的与所述处理空间相对的天花板上，用于朝向所述处理空间向下供应第一源气体，并且
在所述喷射板与所述上部腔的所述天花板之间限定有一缓冲空间。
2.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中，第一源气体包含氧化氮N2O或氨气NH3。
3.根据权利要求1所述的基板处理设备，其中，所述等离子体源被布置为包裹所述上部腔，
其中，所述等离子体源包括被设置为包裹所述上部腔的侧面的第一段和第二段，并且
该第一段和第二段从所述上部腔的一端到另一端交替地布置。
4.根据权利要求3所述的基板处理设备，该基板处理设备还包括：
第一电源，其与第一段相连，以向第一段供应第一电流；以及
第二电源，其与第二段相连，以向第二段供应第二电流。
5.根据权利要求1所述的基板处理设备，该基板处理设备还包括：
被设置为使所述活性基朝向第二源气体扩散的扩散板。
6.根据权利要求5所述的基板处理设备，其中，所述扩散板将所述处理空间分隔为向其内供应第一源气体以生成所述活性基的第一处理空间和向其内供应第二源气体的第二处理空间。
7.根据权利要求5所述的基板处理设备，该基板处理设备还包括：
支撑件，该支撑件被设置为允许在其上放置基板，并安装在所述下部腔中；其中
所述第一供应件包括安装在所述扩散板的一侧的喷射板，而第二供应件安装在所述扩散板的另一侧以与放置在所述支撑件上的基板平行的方向上供应第二源气体。
8.根据权利要求1所述的基板处理设备，该基板处理设备还包括：
连接到第一供应件以供应第一源气体的第一供应管线；以及
连接到第一供应管线以供应清洁等离子体的清洁单元。
9.根据权利要求8所述的基板处理设备，其中，所述清洁单元包括：
发生腔，其被设置为从外部接收清洁气体并从该清洁气体产生清洁等离子体；以及
第三供应管线，其连接在所述发生腔与第一供应管线之间，以向第一供应管线供应所述清洁等离子体。
10.根据权利要求9所述的基板处理设备，其中，所述清洁气体包括三氟化氮NF3或氩气Ar。
11.根据权利要求1所述的基板处理设备，该基板处理设备还包括：
扩散板，其布置在第二供应件下方，用于使所述活性基和第二源气体朝向所述基板扩散。
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