CN108070849A - 真空处理腔室中的氢分压控制 - Google Patents

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Abstract

公开了真空处理腔室中的氢分压控制。本文所述的实施方式总体上涉及用于去除沉积系统中(诸如在气相沉积系统的真空前级管线中)发现的一种或多种处理副产物的方法。更具体地说，本公开的实施方式涉及减少系统中的氢积聚的方法。在另一实施方式中，提供了一种在沉积腔室中处理基板的方法。该方法包括在基板上沉积层，其中在沉积过程期间在与沉积腔室流体耦接的真空前级管线中产生含氢副产物。该方法还包括使氧化剂气体流入真空前级管线内，以与真空前级管线中的含氢副产物的至少一部分反应。

Description

真空处理腔室中的氢分压控制
技术领域
本文所述的实施方式总体上涉及用于去除沉积系统中(诸如在气相沉积系统的真空前级管线中)发现的一种或多种处理副产物的方法。更具体地，本公开的实施方式涉及减少由于沉积过程期间处理腔室中的氢积聚而发生的到沉积膜内的氢掺入的方法。
背景技术
在一些沉积应用中，膜质量与掺入沉积膜中的氢的量呈负相关。沉积膜中掺入的氢的量是在沉积腔室中形成的生长层或沉积层的表面处的氢的分压的强函数。若干种常见的金属和电介质沉积工艺使用含氢前体(例如SiH4、Si2H6、Si3H8、三甲硅烷基胺、TEOS等)。当这些含氢前体在沉积腔室中反应时，大量的氢作为反应副产物释放。传统的机械真空泵依靠移动和静态构件来在气体负载条件下跨泵和通过泵创建且保持压力差。这些真空泵通常在泵送较轻重量的原子和分子(诸如氢)方面较差，因为旋转叶轮和套管之间的间隙太大而不能捕获并从处理腔室朝下游进一步移动氢，因此是低效的。这种不能泵送氢导致沉积腔室的处理区域中氢的分压增加。由于在沉积腔室内顺序地处理一批次内的许多基板，所以掺入到每个被顺序处理的基板上形成的膜内的氢的量也增加。
因此，需要用于从沉积系统内的沉积腔室的处理区域去除难以泵送的气体(诸如氢)的改进方法和系统。
发明内容
本文所述的实施方式总体上涉及用于去除沉积系统中(诸如在气相沉积系统的真空前级管线中)发现的一种或多种处理副产物的方法。更具体地说，本公开的实施方式涉及减少系统中的氢积聚的方法。在一个实施方式中，提供了一种处理基板的方法。此方法包括使反应气体流动到含有含氢副产物的真空前级管线中。此方法还包括使反应气体与真空前级管线中的含氢副产物的至少一部分反应以形成反应产物。此反应产物含有分子质量大于含氢副产物的分子质量的分子。此方法进一步包括将反应产物泵送出真空前级管线。
在另一实施方式中，提供了一种处理基板的方法。此方法包括在沉积腔室的处理体积中设置的基板上沉积层。在沉积层期间在处理体积内形成了含氢副产物。此方法还包括使用通过真空前级管线与处理体积流体耦接的真空泵将处理体积抽空。抽空处理体积将含氢副产物递送到真空前级管线内。此方法还包括使反应气体流入真空前级管线内。反应气体与含氢副产物的至少一部分在真空前级管线中反应以形成反应产物，所述反应产物包含分子质量高于含氢副产物的分子质量的分子。
在另一实施方式中，提供了一种用于处理基板的系统。此系统包括：沉积腔室；真空前级管线，所述真空前级管线将真空泵连接到沉积腔室；反应腔室，所述反应腔室在真空泵与沉积腔室之间与真空前级管线流体耦接并沿着真空前级管线定位；阀，所述阀用于控制在沉积腔室与真空前级管线之间的流动；以及反应气体供应系统。所述反应气体供应系统包括：至少一个反应气体源；入口管线，所述入口管线将所述至少一个反应气体源流体耦接到真空前级管线；以及至少一个阀，所述至少一个阀连接到所述入口管线以控制所述反应气体从所述至少一个反应气体源到所述真空前级管线内的流动。
在另一实施方式中，提供了一种在沉积腔室中处理基板的方法。该方法包括在基板上沉积层，其中在沉积过程期间在与沉积腔室流体耦接的真空前级管线中产生含氢副产物。该方法还包括使氧化剂气体流入真空前级管线内，以与真空前级管线中的含氢副产物的至少一部分反应。
在另一实施方式中，提供了一种处理设置在处理腔室的处理容积中的基板的方法。所述方法包括在处理容积中设置的基板上沉积层，其中在沉积所述层的过程中在处理容积内形成了含氢副产物，在使用通过真空前级管线流体耦接至处理容积的真空泵在基板上沉积所述层时抽空所述处理容积，其中抽空所述处理容积致使含氢副产物迁移到真空前级管线内，以及使反应气体流入真空前级管线内以与所述前级管线中的含氢副产物的至少一部分反应，其中在反应气体与含氢副产物之间的反应形成分子质量比含氢副产物高的分子。
在另一实施方式中，提供了一种用于处理基板的系统。该系统包括：沉积腔室，所述沉积腔室用于沉积层；真空前级管线，所述真空前级管线将真空泵流体耦接至沉积腔室；反应腔室，所述反应腔室在真空泵与沉积腔室之间与真空前级管线流体耦接并沿着真空前级管线定位；阀，所述阀用于控制在沉积腔室与真空前级管线之间的流动；以及含氧化剂的气体的供应系统。所述含氧化剂的气体的供应系统包括至少一个含氧化剂的气体源；入口管线，所述入口管线将所述至少一个含氧化剂的气体源流体耦接到真空前级管线；以及至少一个阀，所述至少一个阀连接到所述入口管线以控制至少一种含氧化剂的气体从所述至少一个含氧气体源到所述真空前级管线的流动。所述含氧化剂的气体适于与反应腔室中的副产物进行反应。
在另一实施方式中，提供了一种用于处理基板的系统。此系统包括：沉积腔室；真空前级管线，所述真空前级管线将真空泵连接到沉积腔室；等离子体源，所述等离子体源在真空泵与沉积腔室之间与真空前级管线流体耦接并沿着真空前级管线定位；阀，所述阀用于控制在沉积腔室与真空前级管线之间的流动；以及反应气体供应系统。所述反应气体供应系统包括：至少一个反应气体源；入口管线，所述入口管线将所述至少一个反应气体源流体耦接到真空前级管线；以及至少一个阀，所述至少一个阀连接到所述入口管线以控制所述反应气体从所述至少一个反应气体源到所述真空前级管线内的流动。沉积腔室与等离子体源之间的距离在0米与3米之间。
附图说明
因此，以可以详细地理解本公开的上述特征的方式，可以通过参考实施方式得出上述简要概述的实施方式的更具体的描述，在所附附图中描绘实施方式中的一些。然而，应当注意的是，附图仅示出了本公开的典型实施方式，并且因此不应视为限制其范围，因为本公开可以允许其他同样有效的实施方式。
图1A是表示根据本公开的实施方式的泵送系统的一个示例性实施方式的简化示意图；
图1B是表示根据本公开的实施方式的泵送系统的一个示例性实施方式的另一个简化示意图；
图2是根据本公开的实施方式的包含图1A的泵送系统的基板处理系统的示意性剖视图；以及
图3是根据本文所述的一个或多个实施方式的用于从前级管线去除氢气的方法的工艺流程图。
为了便于理解，已经尽可能使用相同的附图标记来指定诸图中共有的相同要素。可以设想，一个实施方式的要素和特征可以有利地并入其他实施方式，而无需特别说明。
具体实施方式
以下公开描述了从沉积系统中去除氢的系统。某些细节在以下描述和图1A至图3中叙述，以提供对本公开的各种实施方式的透彻理解。描述通常与沉积系统和泵送系统相关联的公知结构和系统的其他细节在以下公开中没有叙述，以避免不必要地模糊对各种实施方式的描述。
图中所示的许多细节、尺寸、角度和其他特征仅仅是对特定实施方式的说明。因此，其他实施方式可以具有其他细节、部件、尺寸、角度和特征，而不脱离本公开的精神或范围。此外，可以在没有下面描述的若干细节的情况下实践本公开的其他实施方式。
下面将参照可以使用任何合适的薄膜沉积系统执行的沉积过程来描述在此描述的实施方式。合适系统的示例包括可以使用DxZTM处理腔室的系统、PRECISION系统、PRODUCERTM系统、PRODUCER GTTM和PRODUCER SETM处理腔室，这些系统和腔室可商购自加利福尼亚州圣克拉拉市应用材料公司。能够执行沉积过程的其他工具也可以适于从本文所述的实施方式中受益。此外，能够实现本文所述的沉积过程的任何系统都可以用于获益。本文所述的装置描述是说明性的，并且不应被理解或解释为限制本文所述的实施方式的范围。
对于进行大多数CVD工艺所处的低于100托的压力，沿着泵送流动路径205建立氢分压梯度(图2)。泵送流动路径205通常包括路径，气体沿着该路径从处理容积226(图1A)流动到泵送系统100，并通过真空前级管线120流出排放装置131(例如，洗涤器或通气孔)。由于与反应中的其它较重气体(在层流状态下)的相互作用和/或扩散，此氢分压梯度受质量传输控制。在分子流动状态显著的较低压力下，扩散通常变得更显著。在本公开的一些实施方式中，较大的浓度梯度是通过以下方式沿着泵送流动路径产生的：使反应游离氢与沉积腔室下游的氧化剂反应以形成较重的副产物，所述较重的副产物可通过使用常规泵送系统(诸如真空泵130)更容易地泵出。这种较重的副产物(例如，较高分子质量)可以通过常规的机械真空泵(例如，罗茨鼓风机、涡轮泵等)、离子泵、低温泵和吸气器更容易地泵送走。在一些实施方式中，游离氢与真空前级管线120中的氧化剂反应。在另一个实施方式中，游离氢在反应器(例如图1A中的反应腔室160)中与氧化剂反应。反应器可以沿着真空前级管线120直列式定位或在旁路上定位。在一个实施方式中，将至少一种反应物(例如游离氢和氧化剂)暴露于能量源(例如，紫外线(“UV”)源、远程RF等离子体、电容耦合等离子体、电感耦合等离子体、变压器耦合的等离子体(TCP)、微波、热能等)，以激发反应物而形成较重的副产物。在一些实施方式中，一或多种反应物在反应器中时被激发。在另一个实施方式中，一或多种反应物在进入反应器和/或真空前级管线之前被激发。
图1A是表示根据本公开的实施方式的泵送系统100的一个示例性实施方式的简化示意图。泵送系统100经由真空前级管线120与沉积腔室110流体耦接。沉积腔室110通常被配置用于执行至少一个集成电路制造工艺，诸如沉积工艺、蚀刻工艺、等离子体处理工艺、预清洁工艺、离子注入工艺，或其他集成电路制造工艺。沉积腔室110可以是真空辅助沉积腔室。在沉积腔室110中执行的工艺可以是等离子体辅助的。例如，在沉积腔室110中执行的工艺可以是用于沉积硅基材料的等离子体沉积过程。
真空前级管线120与真空泵130流体耦接。用于供应反应剂(例如O2、O3、N2O、N2O2或NF3)的含反应剂的源140与真空前级管线120流体耦接。在一个实施方式中，含有反应剂的源140经由反应剂进入供应管线150与真空前级管线120流体耦接。在一个实施方式中，反应剂进入供应管线150将氧化剂直接供应到真空前级管线120。在另一个实施方式中，泵送系统100还包括用于使由沉积腔室110产生的一种或多种处理副产物与氧化剂反应的反应腔室160。在图1A所示的实施方式中，反应腔室160与真空前级管线120直列式定位，并与含反应剂的源140流体耦接。在另一个实施方式中，反应腔室160定位于与真空前级管线120流体耦接的旁路上。在一个实施方式中，使用能量源180a、180b(统称为180)(例如UV源、远程RF等离子体源、电容耦合等离子体、电感耦合等离子体、微波、热能等)来增强用于激发提供到反应腔室160的一种或多种反应物中的至少一种的反应材料(例如，含氢副产物和/或氧化剂)的反应效率。能量源180可以定位在泵送系统100内的其他位置。例如，在一个实施方式中，能量源180a与含反应剂的源140耦接。在另一个实施方式中，能量源180沿着反应剂进入供应管线150定位。在另一个实施方式中，能量源180b与反应腔室160耦接。在另一个实施方式，如图1B所描绘的，能量源180与真空前级管线120直列式定位。在又一个实施方式中，能量源与沉积腔室110直接耦接。
在一些实施方式中，在能量源180是等离子体源的情况下，等离子体源可以设置在沉积腔室110的下游。在等离子体源中产生的等离子体部分或完全地激发和/或解离来自沉积腔室110的流出物内的化合物，将流出物中的化合物转化为更良性的形式。
在一个实施方式中，如图1A所示，通过从反应剂进入供应管线150递送氧化剂来执行一种或多种处理副产物(诸如含氢气体(例如原子氢、氢离子、氢自由基等))的转化。反应剂进入供应管线150连接到真空前级管线120，所述真空前级管线120连接到沉积腔室110(例如，图2中的沉积腔室110)。一般来说，所述一种或多种处理副产物可以包括气体分子、部分反应的前体材料、未反应的气相化合物、部分反应的颗粒材料和/或其他副产物。反应剂进入供应管线150可以在一个端部连接到真空前级管线120并且在另一端部连接到含反应剂的源140，所述含反应剂的源140可以适用于递送纯氧(O2)气体、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)、二氧化二氮(N2O2)、三氟呋喃氮(NF3)，或它们的组合。含有反应剂的源140可以替代地或另外地经调适用于递送其他不含氧的气体，例如氮气(N2)，所述气体被配置用于还原氢以形成具有更大的分子质量的含氢副产物(例如氨(NH3))。反应剂进入供应管线150和真空前级管线120可以在真空前级管线120上的在真空泵130上游的位置处连接。在一个替代实施方式中，通过使用能量源180(例如UV源、远程RF等离子体源)可以离子化氧化剂或其他不含氧的气体，或者可以形成氧自由基，以增强真空前级管线120和含反应剂的源140中的反应材料(例如，含氢副产物)的反应效率。
在一个实施方式中，腔室前级管线阀124被放置在前级管线的在真空前级管线120连接到沉积腔室110处的正下游以及真空前级管线120和反应剂进入供应管线150相遇处(例如，反应腔室160，如果存在的话)的上游的区段处。腔室前级管线阀124能够控制沉积腔室110与真空前级管线120之间的流体连通的量，并且防止任何氧化剂、氢气、氧气或其他材料从真空前级管线120进入并污染沉积腔室110。腔室前级管线阀124可以是被配置用于控制真空前级管线120中的气体流率和/或沉积腔室110的处理容积226内的压力的节流阀。在一个实施方式中，可以使用阀154来控制反应剂进入供应管线150内的气体流动，所述阀154可包括气动阀、质量流量控制器(MFC)和/或针形阀。从含反应剂的源140进入真空前级管线120的气体的压力应该足够高，以使得反应气体有机会与含氢气体反应，但不是太高以致于压倒(overwhelm)真空泵130。在一个实施方式中，可以使用质量流量控制器来代替针形阀作为阀154。在每个沉积循环之后，可以控制阀154在短时间段内开启氧气流。
在氧化剂净化循环期间，腔室前级管线阀124通常关闭以防止腔室内的反应或污染。一旦腔室前级管线阀124关闭，真空前级管线120在腔室前级管线阀124下游的部分中将保持真空，并且存在于真空前级管线120中的任何气体将均匀分布在真空前级管线120中可用的整个容积中。在一个实施方式中，氧化剂与在沉积腔室110中执行的每个沉积循环期间在真空前级管线120中形成的含氢副产物反应。氧化剂与含氢副产物反应并将含氢副产物转化为较重的副产物，所述较重的副产物可由真空泵130抽离。
在一个实施方式中，在沉积循环之间执行氧化剂净化化工艺。应该注意的是，在其他实施方式中，当沉积腔室110在运行中时，在沉积循环期间运行氧化剂净化工艺，以与在沉积循环期间形成的含氢副产物反应。在此类实施方式中，应在反应剂进入供应管线150下游的真空前级管线120中保持负压，以使得含氧化剂气体的流不会进入并污染沉积腔室110。含氧化剂的气体的流动不应该高到压倒下游的真空泵130。
在一个实施方式中，氧化剂(例如N2O)被供给到反应器中并被激发成氮自由基(N*)和氧自由基(O*)。自由基然后在泵送路径中与氢气反应形成较重的气体(例如NH3和H2O)，所述较重的气体被抽离。反应中氢气的消耗产生从沉积腔室到反应器的氢浓度梯度，从而产生氢气从沉积腔室离开和朝向真空泵130的“拉动”或“扩散运动”。从反应器到真空泵，由于副产物(例如NH3和H2O)是较重的气体，所以常规泵送性质适用。在真空前级管线120中较低的真空压力下，氢气通过气流或粘性阻力机构朝向真空泵130的移动不是很有效，因此氢气在真空前级管线120中的移动主要受扩散过程影响，其“流率”由浓度梯度的量值控制。
图1B是表示根据本公开的实施方式的另一泵送系统190的一个示例性实施方式的另一简化示意图。泵送系统190类似于泵送系统100，除了能量源180直接与真空前级管线120直列式定位外。沉积腔室110具有通过真空前级管线120耦接到能量源180的腔室排放装置。在一个实施方式中，能量源180是等离子体源。能量源180的排放装置通过排放导管194耦接到泵和排放设施，所述泵和排放设施由图1B中的单个附图标记196示意性地表示。泵通常用于抽空沉积腔室110，而排放设施通常包括用于制备沉积腔室110的进入大气的流出物的洗涤器或其他排放清洁装置。
能量源180被用于对离开沉积腔室110的气体和/或其他材料执行减排工艺，使得这种气体和/或其他材料可以被转化成更环保和/或对工艺设备更友好的组合物。
在一些实施方式中，含有反应剂的源140耦接到所述真空前级管线120和气体和/或能量源180中的至少一个。含反应剂的源140将减排剂提供到能量源180中，该减排剂可被激发以与待离开沉积腔室110的材料反应或以其他方式辅助，来将所述材料转化成更环保和/或对处理设备更友好的组合物。
任选地，压力调节模块198可以耦接到能量源180或排放导管194中的至少一个。压力调节模块198注入压力调节气体，诸如Ar、N或其他合适的气体，所述气体允许能量源180内的压力被更好地控制，从而提供更有效的减排性能。
在一个实施方式中，真空前级管线120不存在，并且能量源180直接耦接到沉积腔室110。沉积腔室和直列能量源之间的距离由“x”表示。在一个实施方式中，距离“x”在约0英尺(0米)和约15英尺(约4.6米)之间。在一个实施方式中，距离“x”在约1英尺(0.3米)和约15英尺(约4.6米)之间。在一个实施方式中，距离“x”在约0英尺(0米)和约10英尺(约3米)之间。在另一个实施方式中，距离“x”在约1英尺(0.3米)和约10英尺(约3米)之间。在另一个实施方式中，距离“x”在约1英尺(约0.3米)和约5英尺(约1.5米)之间。在另一个实施方式中，距离“x”在约5英尺(约1.5米)和约10英尺(约3米)之间。
图2是根据本公开的实施方式的包含图1A的泵送系统100的基板处理系统232的示意性剖视图。虽然未描绘，但是图2中描绘的泵送系统100可以由泵送系统190代替。基板处理系统232包括耦接到气体面板230、控制器210和泵送系统100的沉积腔室110。沉积腔室110通常包括限定处理容积226的顶壁224、侧壁201和底壁222。在沉积腔室110的处理容积226中提供支撑基座250。支撑基座250由杆260支撑，并且可以通常由铝、陶瓷和其他合适的材料制造。支撑基座250可以使用位移机构(未示出)在沉积腔室110内沿垂直方向移动。
支撑基座250可以包括适于控制支撑在支撑基座250的表面292上的基板290的温度的加热器元件270。在一个实施方式中，加热器元件270嵌入在支撑基座250中。可以通过将来自电源206的电流施加到加热器元件270来电阻式加热支撑基座250。加热器元件270可以由封装在镍-铁-铬合金(例如，)鞘管中的镍-铬线材制成。由电源206供应的电流由控制器210调节以控制由加热器元件270产生的热量，由此在膜沉积期间将基板290和支撑基座250维持在基本上恒定的温度。可以调节所供应的电流以将支撑基座250的温度选择性地控制在约100摄氏度至约700摄氏度之间。
温度传感器272，诸如热电偶，可以嵌入在支撑基座250中，以用常规方式监测支撑基座250的温度。测量温度由控制器210使用以控制供应到加热器元件270的电力，以便将基板290保持在所需温度。
泵送系统100耦接到沉积腔室110的底壁222中形成的端口。泵送系统100用于保持沉积腔室110中所需的气体压力。如本文所述，泵送系统100还从沉积腔室110中抽空处理后气体和处理的副产物。
基板处理系统232可以进一步包括用于控制腔室压力的附加设备，例如位于沉积腔室110和泵送系统100之间以控制腔室压力的阀(例如节流阀和隔离阀)。
基板处理系统232可以进一步包括用于向处理容积226供应净化气体的净化气体源204。
具有多个孔228的喷头220设置在沉积腔室110的位于支撑基座250上方的顶部上。利用喷头220的孔228将处理气体引入沉积腔室110内。孔228可以具有不同的尺寸、数量、分布、形状、设计和直径，以有助于针对不同处理要求的各种处理气体的流动。喷头220连接到气体面板230，所述气体面板230允许在处理期间将各种气体供应至处理容积226。等离子体由离开喷头220的处理气体混合物形成，用以增强处理气体的热分解，从而导致材料在基板290的表面291上沉积。
喷头220和支撑基座250可以在处理容积226中形成一对间隔开的电极。一个或多个RF电源240通过匹配网络238向喷头220提供偏置电位，以助于在喷头220与支撑基座250之间产生等离子体。或者，RF电源240和匹配网络238可以耦接到喷头220、支撑基座250，或耦接到喷头220和支撑基座250两者，或耦接到设置在沉积腔室110外部的天线(未示出)。在一个实施方式中，RF电源240可以以约50kHz至约13.6MHz的频率提供在约100瓦与约3000瓦之间。在另一个实施方式中，RF电源240可以以约50kHz至约13.6MHz的频率提供在约500瓦与约1,800瓦之间。或者，通过远程等离子体源252向处理容积226供应等离子体。
控制器210包括中央处理单元(CPU)212、存储器216和支持电路214，以用于控制处理顺序并调节来自气体面板230的气体流量。CPU 212可以是可以在工业环境中使用的任何形式的通用计算机处理器。软件例程可以存储在存储器216中，诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘驱动器，或其他形式的数字存储装置。支持电路214常规地耦接至CPU212，并且可以包括高速缓存、时钟电路、输入/输出系统、电源等。控制器210与基板处理系统232的各种部件之间的双向通信通过统称为信号总线218的多个信号电缆来处理，所述信号总线中的一些在图2中示出。
沉积工艺实例
图3是根据本文所述的一个或多个实施方式的用于从前级管线去除氢气的方法300的工艺流程图。方法300可以使用泵送系统100、泵送系统190和/或沉积腔110来执行。
在操作310处，在处理腔室的处理容积中在基板上沉积层。含氢副产物通常在层沉积期间形成。在一些实施方式中，含氢副产物形成在沉积腔室的处理容积中、与处理容积流体耦接的真空前级管线中，或者处理容积和真空前级管线两者中。在一些实施方式中，含氢副产物包含原子氢、氢离子、氢自由基或它们的组合。
在一个示例中，在处理期间，在将基板放置在基板处理系统232中之后，可以经由喷头220将前体从气体面板230供应到处理容积226。这可以包括供应含硅前体(例如硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、二乙基硅烷、原硅酸四甲酯(TMOS)、原硅酸四乙酯(TEOS)、八甲基四硅氧烷(OMTS)、八甲基四硅氧烷(OMCTS)、四甲基环四硅氧烷(TOMCATS)、它们的混合物等等)，以及其他处理气体到处理容积226中。在要形成氧化硅(SiOx)材料的情况下，氧化气体和水蒸汽也可以穿过喷头进入处理容积226。所述过程还可以包括引入一种或多种附加的含羟基前体(例如H2O2等)，所述一种或多种附加的含羟基前体可以与一种或多种前体预混合，或分别提供给处理腔室以形成氧化硅(SiOx)材料。在一些情况下，所有前体可以在作为一种混合物供应给处理容积226之前预混合。此外，一种或多种前体可以在供应到腔室中之前与载气(例如，惰性气体，诸如稀有气体(He、Ne、Ar、Kr和Xe)、氮气等)混合。
在此沉积实例中，在氧化硅形成过程期间将会形成含氢气体(例如原子氢、氢离子、氢自由基等)，这是由于含硅前体、注入的水蒸汽和含羟基前体的分解，因此本文描述的处理可以用于降低处理容积中的含氢气体的浓度，并因此将含氢气体掺入到沉积膜中。
在操作320处，经由与处理容积耦接的真空前级管线抽空处理容积。
在操作330处，使反应气体流入真空前级管线以与含氢副产物的至少一部分反应。在一些实施方式中，反应气体流入沉积腔室并与反应腔室中的含氢副产物反应。在一些实施方式中，在使反应气体流入真空前级管线之前，停止沉积腔室与真空前级管线之间的气体流动。在一些实施方式中，反应气体是氧化剂、含卤素试剂、或它们的组合。在一些实施方式中，反应性气体是选自氧气(O2)、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)或它们的组合的氧化剂。在一些实施方式中，反应气体是NF3。
含氢副产物与反应气体反应以形成较重的副产物，所述较重的副产物可以通过使用常规的泵送系统如真空泵130更容易地泵出。这种较重的副产物(例如，较高分子质量)可以通过常规的机械真空泵(例如，罗茨鼓风机、涡轮泵等)、离子泵、低温泵和吸气剂更容易地泵送走。在一些实施方式中，游离氢与真空前级管线120中的氧化剂反应。
在一些实施方式中，在使反应气体流入真空前级管线之前激发反应气体。在一些实施方式中，在真空前级管线中激发反应气体。在一些实施方式中，在使反应气体流入真空前级管路之前和反应气体在真空前级管线中时激发反应气体。在一些实施方式中，通过将反应气体暴露于紫外线源、远程RF等离子体、电容耦合等离子体、电感耦合等离子体、变压器耦合等离子体(TCP)、微波、热能或它们的组合中的至少一种来激发反应气体。
在操作340处，将反应气体与含氢副产物的反应产物从真空前级管线中泵出。
本公开的实施方式可以与等离子体CVD技术一起使用，所述等离子体CVD技术为诸如等离子体增强CVD(PECVD)和高密度等离子体CVD(HDPCVD)。实施方式包括在处理腔室中(例如，在电容耦合的喷头和基板/基座/基板之间)进行原位等离子体生成，和/或使用位于处理腔室外部的等离子体发生器进行远程等离子体生成。实施方式还包括热CVD技术，诸如大气压CVD(APCVD)、亚常压CVD(SACVD)和低压CVD(LPCVD)等。
总之，本公开的一些益处提供了用于通过减少处理腔室和相关的泵送系统中存在的氢的量来改进薄膜沉积的系统和方法。在本文所述的一些实施方式中，较轻的含氢副产物转化为较重的副产物，使用常规泵将所述较重的副产物从系统中去除。
当介绍本公开的要素或其示例性方面或其实施方式时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个要素。
术语“包括”、“包含”和“具有”旨在为包含性的，并且意味着除了列出的要素之外，还可能有其他要素。
虽然前述内容涉及本公开的实施方式，但是可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步的实施方式，并且本公开的范围由所附权利要求书来确定。

Claims (20)

1.一种处理基板的方法，包括：
使反应气体流动到含有含氢副产物的真空前级管线内；
使所述反应气体与所述含氢副产物的至少一部分在所述真空前级管线中反应以形成反应产物，其中所述反应产物包含分子质量高于所述含氢副产物的分子质量的分子；以及
将所述反应产物泵送出所述真空前级管线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述含氢副产物包含原子氢、氢离子、氢自由基或它们的组合。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述反应气体选自由氧气(O2)气体、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)、三氟化氮(NF3)或它们的组合组成的组。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括激发所述反应气体。
5.根据权利要求4所述的方法，其中激发所述反应气体包括将所述反应气体暴露于紫外线源、远程RF等离子体、电容耦合的等离子体、电感耦合的等离子体、变压器耦合的等离子体(TCP)、微波、热能或它们的组合中的至少一种。
6.一种处理基板的方法，包括：
在设置在沉积腔室的处理容积中的基板上沉积层，其中在沉积层期间在所述处理容积内形成了含氢副产物；
使用通过真空前级管线与所述处理容积流体耦接的真空泵来抽空所述处理容积，其中抽空所述处理容积将所述含氢副产物递送到所述真空前级管线内；以及
使反应气体流入所述真空前级管线，其中所述反应气体与所述含氢副产物的至少一部分在所述真空前级管线中反应以形成反应产物，所述反应产物包含分子质量高于所述含氢副产物的分子质量的分子。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述含氢副产物包含原子氢、氢离子、氢自由基或它们的组合。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述反应气体选自由氧气(O2)气体、臭氧(O3)、一氧化二氮(N2O)、三氟化氮(NF3)或它们的组合组成的组。
9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括在使所述反应气体流入所述真空前级管线之前激发所述反应气体。
10.根据权利要求6所述的方法，进一步包括激发所述真空前级管线中的所述反应气体。
11.根据权利要求10所述的方法，其中激发所述反应气体包括将所述氧化剂气体暴露于紫外线源、远程RF等离子体、电容耦合的等离子体、电感耦合的等离子体、变压器耦合的等离子体(TCP)、微波、热能或它们的组合中的至少一种。
12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括在使所述反应气体流入所述真空前级管线之前，停止所述沉积腔室与所述真空前级管线之间的气体流动。
13.根据权利要求6所述的方法，其中所述反应气体流入所述反应腔室并与所述反应腔室中的所述含氢副产物反应。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述反应腔室中激发所述反应气体。
15.根据权利要求6所述的方法，进一步包括将所述反应气体与所述含氢副产物的所述反应产物从所述真空前级管线中泵出。
16.一种用于处理基板的系统，包括：
沉积腔室；
真空前级管线，所述真空前级管线将真空泵连接到所述沉积腔室；
反应腔室，所述反应腔室在所述真空泵与所述沉积腔室之间与所述真空前级管线流体耦接并沿所述真空前级管线定位；
阀，所述阀用于控制所述沉积腔室与所述真空前级管线之间的流动；以及
反应气体供应系统，所述反应气体供应系统包括：
至少一个反应气体源；
入口管线，所述入口管线将所述至少一个反应气体源流体耦接至所述真空前级管线；以及
至少一个阀，所述至少一个阀连接到所述入口管线，用以控制所述反应气体从所述至少一个反应气体源到所述真空前级管线内的流动。
17.根据权利要求16所述的系统，进一步包括与所述反应腔室耦接的能量源。
18.根据权利要求16所述的系统，进一步包括与所述真空前级管线耦接的能量源。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述能量源选自UV源、远程RF等离子体源、电容耦合的等离子体源、电感耦合的等离子体源、变压器耦合的等离子体源、微波源、热能源、或它们的组合。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一个反应气体源选自氧气(O2)气体源、臭氧(O3)气体源、一氧化二氮(N2O)气体源、三氟化氮(NF3)、或它们的组合。
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