CN110785829A - 使用反应性气体前驱物从处理腔室选择性原位清洁高介电常数膜 - Google Patents

使用反应性气体前驱物从处理腔室选择性原位清洁高介电常数膜 Download PDF

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Abstract

本文所述的实施方式大体涉及用于从基板处理腔室的一或多个内表面原位去除不需要的沉积累积物的方法和装置。在一实施方式中，提供一种用于清洁处理腔室的方法。所述方法包含将反应性物种引入具有残余的含ZrO2膜的处理腔室中，所述残余的含ZrO2膜形成在处理腔室的一或多个内表面上。反应物种由BCl3形成，并且一或多个内表面包括至少一个暴露的Al2O3表面。所述方法进一步包含使残余的含ZrO2膜与反应性物种反应以形成挥发性产物。所述方法进一步包含从处理腔室去除挥发性产物，其中残余的含ZrO2膜的去除速率大于Al2O3的去除速率。

Description

使用反应性气体前驱物从处理腔室选择性原位清洁高介电常 数膜
技术领域
本文描述的实施方式大体涉及用于从基板处理腔室的一或多个内表面原位去除不需要的沉积累积物的方法和装置。
背景技术
显示装置已被广泛地用于各种电子应用，诸如电视(TV)、监视器、移动电话、MP3播放器、电子书阅读器、个人数字助理(personal digital assistant；PDA)等。显示装置通常被设计用于通过施加电场至液晶来产生图像，所述液晶填充两个基板(例如，像素电极和公共电极)之间的间隙并且具有控制介电场强度的各向异性介电常数。通过调整透射通过基板的光的量，可有效地控制光和图像强度、质量和功耗。
各种不同的显示装置(诸如有源矩阵液晶显示器(active matrix liquidcrystal display；AMLCD)或有源矩阵有机发光二极管(active matrix organic lightemitting diode；AMOLED))可用作显示器的光源。在显示装置的制造中，具有高电子迁移率、低泄漏电流和高击穿电压的电子装置将允许更多的用于光透射的像素区域和电路集成，从而产生更明亮的显示、更高的整体电效率、更快的响应时间和更高分辨率的显示。在装置中形成的材料层(诸如具有杂质或低膜密度的介电层)的低膜质量通常导致装置的电气性能差且装置的使用寿命短。因此，为了用于制造具有较低阈值电压偏移的电子装置和提高优选的电子装置的整体性能，用于在TFT和OLED装置内形成和集成膜层以提供具有低膜泄漏和高击穿电压的稳定且可靠的方法变得至关重要。
特别地，因为金属电极层与附近的绝缘材料之间的界面的材料选择不当可能会不利地导致不希望的元素扩散至相邻材料中，如此可能最终导致电流短路、电流泄漏或装置故障，所以金属电极层与附近的绝缘材料之间的界面管理变得至关重要。此外，具有不同的较高介电常数的绝缘材料通常提供不同的电气性能，诸如在装置结构中提供不同电容。绝缘材料的材料选择不仅影响装置的电气性能，而且绝缘材料的材料与电极之间的不相容性也可导致膜结构剥落、不良的界面附着或界面材料扩散，如此可最终导致装置故障和低产品良率。
在一些装置中，当显示装置在操作中时，电容器(例如，放置在两个电极之间的介电层)通常被利用且形成以存储电荷。所形成的电容器需要具有用于显示装置的高电容。可通过改变形成在电极之间的介电层的介电材料和尺寸和/或介电层的厚度来调整电容。例如，当介电层由具有更高介电常数的材料(例如，氧化锆)替代时，电容器的电容也将增加。
随着对显示装置的分辨率要求变得日益具有挑战性(例如，大于2,000像素/英寸(pixel per inch；PPI)的显示分辨率)，显示装置具有用于形成电容器以增加电气性能的有限面积。因此，将显示装置中形成的电容器保持在具有相对小面积的有限位置中已变得至关重要。已发现诸如氧化锆的更高介电常数材料以实现更高分辨率的显示装置。然而，氧化锆的沉积不限于基板并且通常在整个处理腔室的内部形成残余膜。此不期望的残余沉积可在腔室之内产生颗粒和薄片，从而导致工艺条件的漂移，如此影响工艺可重复性和均匀性。
为了实现高的腔室可用性，同时降低生产的拥有成本且保持膜质量，执行腔室清洁以从处理腔室的内表面(包括工艺配件，例如，喷头等)去除残余的膜残余物。遗憾的是，诸如含氟等离子体的大部分已知清洁技术要么不能够去除氧化锆，要么非常苛刻以致于损坏腔室部件。因此，目前尚无可行的用于氧化锆的原位清洁技术。当前，使用非原位清洁工艺从处理腔室去除氧化锆，在所述非原位清洁工艺中停止生产、打开处理腔室并且腔室部件被移除以进行清洁且使用湿法清洁工艺清洁。
因此，对从基板处理腔室原位去除不希望的氧化锆沉积物的方法存在需要。
发明内容
本文描述的实施方式大体涉及用于从基板处理腔室的一或多个内表面原位去除不需要的沉积累积物的方法和装置。在一实施方式中，提供一种用于清洁处理腔室的方法。所述方法包含将反应性物种引入具有残余的含ZrO2膜的处理腔室中，所述残余的含ZrO2膜形成在处理腔室的一或多个内表面上。反应性物种由BCl3形成，并且一或多个内表面包括至少一个暴露的Al2O3表面。所述方法进一步包含使残余的含ZrO2膜与反应性物种反应以形成挥发性产物。所述方法进一步包含从处理腔室去除挥发性产物，其中残余的含ZrO2膜的去除速率大于Al2O3的去除速率。
在另一实施方式中，提供一种用于清洁处理腔室的方法。所述方法包含在处理腔室的一或多个内表面和设置在基板处理腔室中的基板上沉积含ZrO2膜。所述方法进一步包含将基板传送出基板处理腔室。所述方法进一步包含将反应性物种引入具有残余的含ZrO2膜的处理腔室中，所述残余的含ZrO2膜形成在处理腔室的一或多个内表面上。反应性物种由BCl3形成，并且一或多个内表面包括至少一个暴露的Al2O3表面。所述方法进一步包含使残余的含ZrO2膜与反应性物种反应以形成挥发性产物。所述方法进一步包含从处理腔室去除挥发性产物，其中残余的含ZrO2膜的去除速率大于Al2O3的去除速率。
在又一实施方式中，提供一种用于清洁处理腔室的方法。所述方法包含将含三氯化硼(BCl3)清洁气体混合物流入与处理腔室流体耦接的远程等离子体源。所述方法进一步包含由含BCl3清洁气体混合物形成反应性物种。所述方法进一步包含将反应性物种输送至处理腔室中。处理腔室具有形成在处理腔室的一或多个内表面上的残余含ZrO2膜，并且一或多个内表面包括至少一个暴露的Al2O3表面。所述方法进一步包含允许反应性物种与残余的含ZrO2膜反应以形成气态的氯化锆。所述方法进一步包含将气态氯化锆从处理腔室中清除。
附图说明
为了能详细理解本公开内容的上述特征的方式，可参照实施方式获得简要概述于上文的实施方式的更特定描述，所述实施方式的一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本公开内容的典型实施方式，且因此不被视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他同等有效的实施方式。
图1A示出可受益于根据本公开内容的一或多个实施方式的清洁工艺的处理腔室的截面图；
图1B示出具有可使用本公开内容的一或多个实施方式去除的形成在一或多个内表面上的残余膜的图1A的处理腔室的截面图；及
图2示出可用于从处理腔室去除高介电常数材料的方法的一实施方式的工艺流程图。
为了促进理解，已尽可能使用相同的元件符号来指示附图共有的相同元件。应预期的是，一个实施方式的元件和特征可有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
以下公开内容描述了用于从基板处理腔室原位去除氧化锆的技术。在以下描述和附图中阐述某些细节以提供对本公开内容的各种实施方式的透彻理解。在以下公开内容中将不阐述描述通常与等离子体清洁相关联的众所周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描述。
附图中所示的大部分细节、尺寸、角度和其他特征仅是特定实施方式的说明。因此，在不背离本公开内容的精神或范围的情况下，其他实施方式可具有其他的细节、部件、尺寸、角度和特征。此外，本公开内容的另外实施方式可在无下文描述的若干细节的情况下实践。
本文描述的实施方式将参考可使用任何适当的薄膜沉积系统执行的高介电常数电介质沉积工艺描述于下文中。此系统的一实例是适用于基板尺寸为3000mm×3000mm或更大尺寸的基板的AKT-90K PECVD系统，所述系统可从Santa Clara,California(加利福尼亚州圣克拉拉市)的Applied Materials,Inc.(应用材料公司)购得。能够执行高介电常数电介质沉积工艺的其他工具也可适于受益于本文描述的实施方式。另外，可以使用能够实现本文所述的高介电常数电介质沉积工艺的任何系统而受益。本文描述的装置说明是说明性的且不应解释或说明为对本文描述的实施方式的范围的限制。
本公开内容的实施方式通常涉及从处理腔室原位去除诸如ZrO2的高介电常数材料。处理腔室包括但不限于用于制造高分辨率显示器背板TFT电路的PECVD、ALD或其他处理腔室。ZrO2是一种当前用于半导体工业，且潜在地用于平板显示器工业中以实现高分辨率显示装置(诸如虚拟现实(Virtual Reality；VR)装置)的高介电常数材料。诸如ZrO2的高介电常数材料对于实现高分辨率显示装置(例如，PPI>2000)尤为关键。当前，随着整个像素区域缩小以增加分辨率，在像素电路中需要减小存储电容器的面积。为了实现相同的电容，用于存储电容器中的当前介电层(例如，SiN且K～7)正被高介电常数材料替代，所述高介电常数材料诸如具有K>20的ZrO2。用于在显示器应用中实现ZrO2的一个因素是从处理腔室有效去除残余ZrO2膜以减少颗粒并且提高良率。
通常，ZrO2膜的沉积不限于基板且在整个腔室中形成残余膜。此残余膜可导致颗粒形成、均匀性降低和气体入口堵塞，从而导致良率损失和拥有成本增加。去除腔室壁或其他腔室部件上的不需要的残余膜的一种方式是在若干沉积循环之后周期性地拆卸腔室，并且用溶液或溶剂去除膜。拆卸腔室、清洁部件和重新组装腔室会花费大量的时间并且显著地影响工具的可用时间。另一种方法是通过施加射频(radio frequency；RF)能量来施加等离子体以促进反应性气体的激发和/或离解。等离子体包括与不需要的残余材料反应和将所述材料蚀刻的高度反应性物种。例如，NF3等离子体被广泛用于显示器工业中以从处理腔室去除SiOx和SiNx膜。然而，NF3等离子体不能蚀刻ZrO2残余膜。
本公开内容的实施方式包括腔室清洁工艺和对当前硬件材料的修改两者。本公开内容的一些实施方式通过将由BCl3形成的反应性物种引入处理腔室中以与残余的含ZrO2膜反应来从处理腔室有效去除ZrO2残余膜。反应性物种可产生为原位等离子体或非原位等离子体。等离子体的产生可以是(但不限于)电感耦合等离子体(inductive-coupled plasma；ICP)、电容耦合等离子体(capacitive-coupled plasma；CCP)或微波等离子体。在本公开内容的一些实施方式中，通过将BCl3气体流入处理腔室中并且随后激发和/或离解BCl3气体以在处理腔室中形成等离子体来去除残余的含ZrO2膜。来自BCl3的激发的自由基从腔室主体蚀刻残余的含ZrO2膜。如果未施加外部直流(direct current；DC)偏压，则BCl3的等离子体蚀刻ZrO2和铝，但是不蚀刻Al2O3。因此，在本公开内容的一些实施方式中，铝腔室部件在清洁工艺期间由薄Al2O3涂层保护。在一些实施方式中，由表面阳极氧化工艺施加Al2O3涂层。如果必须去除Al2O3，那么可在工艺期间施加DC偏压至BCl3等离子体以促进Al2O3的蚀刻。因此，根据等离子体条件，BCl3可用于相对于Al2O3选择性去除ZrO2，或去除ZrO2和Al2O3两者。
图1A示出可受益于根据本公开内容的一或多个实施方式的清洁工艺的基板处理腔室100的截面图。图1B示出具有可使用本公开内容的一或多个实施方式去除的形成在一或多个内表面上的残余膜的图1A的基板处理腔室100的截面图。基板处理腔室100可用于执行CVD、等离子体增强CVD(plasma enhanced-CVD；PE-CVD)、脉冲CVD、ALD、PE-ALD或上述各项的组合。在一些实施方式中，基板处理腔室可被配置为沉积高介电常数介电层，诸如ZrO2。在一些实施方式中，基板处理腔室100被配置为在于大面积基板102(在下文中为基板102)上形成结构和器件以用于制造液晶显示器(LCD)、平板显示器、有机发光二极管(OLED)或太阳能电池阵列的光伏单元时，使用等离子体处理基板102。
基板处理腔室100通常包括侧壁142、底壁104和盖组件112，上述各项界定工艺容积106。盖组件112通常由铝组成。盖组件112可被阳极氧化以在盖组件112的表面上形成Al2O3层。侧壁142和底壁104可由整体铝块或对于等离子体处理相容的其他材料制成。侧壁142和底壁104可被阳极氧化以在盖组件112的表面上形成Al2O3层。侧壁142和底壁104可电接地。
气体分配板110和基板支撑组件130设置在工艺容积106之内。通过穿过侧壁142形成的狭缝阀开口108进出工艺容积106，以使得基板102可被传送进出基板处理腔室100。
基板支撑组件130包括用于在其上支撑基板102的基板接收表面132。基板支撑组件130通常包含由杆134支撑的导电主体，所述杆延伸通过底壁104。杆134将基板支撑组件130耦接至升降系统136，所述升降系统在基板传送和处理位置之间升高和降低基板支撑组件130。遮蔽框架133可在处理期间放置在基板102的周边之上，以防止在基板102边缘上的沉积。升降销138可移动地穿过基板支撑组件130设置并且适于将基板102与基板接收表面132间隔开。基板支撑组件130还可包括用于将基板支撑组件130维持在选定温度下的加热和/或冷却元件139。基板支撑组件130还可包括接地带131，以在基板支撑组件130的周边周围提供射频返回路径。
气体分配板110在其周边处通过悬架114耦接至基板处理腔室100的盖组件112或侧壁142。在一特定实施方式中，气体分配板110由铝制成。气体分配板的表面可被阳极氧化以在气体分配板110的表面上形成Al2O3层。气体分配板110还可通过一或多个中心支撑件116耦接至盖组件112，以帮助防止气体分配板110下垂和/或控制气体分配板110的平直度/曲率。气体分配板110可具有具不同尺寸的不同配置。在示例性实施方式中，气体分配板110具有四边形平面形状。气体分配板110具有下游表面150，所述下游表面具有穿过气体分配板110形成的多个孔111并且面向设置在基板支撑组件130上的基板102的上表面118。孔111可跨气体分配板110具有不同的形状、数量、密度、尺寸和分布。在一实施方式中，孔111的直径可在约0.01英寸与约1英寸之间选择。
气源120耦接至盖组件112以通过盖组件112以及随后通过在气体分配板110中形成的孔111提供气体至工艺容积106。真空泵109被耦接至基板处理腔室100以将工艺容积106中的气体维持在选定压力下。
第一电功率源122与盖组件112和/或气体分配板110耦接，以提供在气体分配板110与基板支撑组件130之间产生电场的功率，以便可由气体分配板110与基板支撑组件130之间存在的气体产生等离子体。盖组件112和/或气体分配板110电极可通过可选滤波器耦接至第一电功率源122，所述滤波器可以是阻抗匹配电路。第一电功率源122可以是直流电源、脉冲直流电源、射频偏压电源、脉冲射频源或偏压电源，或上述各项的组合。在一实施方式中，第一电功率源122是射频偏压电源。
在一实施方式中，第一电功率源122是射频电源。在一实施方式中，第一电功率源122可操作以提供在0.3MHz和约14MHz之间(诸如约13.56MHz)的频率的射频功率。第一电功率源122可产生约10瓦至约20,000瓦(例如，在约10瓦至约5000瓦之间；在约300瓦至约1500瓦之间；或在约500瓦与约1000瓦之间)的射频功率。
基板支撑组件130可接地以使得由第一电功率源122供应至气体分配板110的射频功率可激发处于在基板支撑组件130与气体分配板110之间的工艺容积106中的气体。基板支撑组件130可由金属或其他类似的导电材料制成。在一实施方式中，基板支撑组件130的至少一部分可用电绝缘涂层覆盖。涂层可以是介电材料，诸如氧化物、氮化硅、二氧化硅、二氧化铝、五氧化钽、碳化硅、聚酰亚胺等。或者，基板支撑组件130的基板接收表面132可免于涂布或阳极氧化。
可为偏压电极和/或静电吸附电极的电极(未示出)可耦接至基板支撑组件130。在一实施方式中，所述电极位于基板支撑组件130的主体中。所述电极可通过可选滤波器耦接至第二电功率源160，所述滤波器可以是阻抗匹配电路。第二电功率源160可以是直流电源、脉冲直流电源、射频偏压电源、脉冲射频源或偏压电源，或上述各项的组合。
在一实施方式中，第二电功率源160是直流偏压源。所述直流偏压源可在300kHz的频率下以约10瓦和约3000瓦之间(例如，在约10瓦与约1000瓦之间；或在约10瓦与约100瓦之间)的功率供应。在一实施方式中，直流偏压功率可在约500Hz与约10kHz的射频频率下以在约10％至约95％之间的占空比脉冲化。不受理论的约束，但相信直流偏压在等离子体和基板支撑件之间建立了偏压，使得等离子体中的离子轰击基板支撑件，从而增强蚀刻效果。
在一实施方式中，第二电功率源160是射频偏压电源。所述射频偏压电源可在300kHz的频率下以约0瓦和约1000瓦之间(例如，在约10瓦与约100瓦之间)的功率供应。在一实施方式中，射频偏压功率可在约500Hz与约10kHz的射频频率下以在约10％至约95％之间的占空比脉冲化。
在一实施方式中，气体分配板110的下游表面150的边缘可弯曲以便在气体分配板110的边缘和拐角与基板接收表面132之间且因此在气体分配板110与基板102的上表面118之间界定间隔梯度。下游表面150的形状可被选择以满足特定的工艺要求。例如，下游表面150的形状可为凸形、平面、凹形或其他适当形状。因此，边缘至拐角间隔梯度可用于调整整个基板边缘的膜性质均匀性，从而修正设置在基板拐角中的膜的性质非均匀性。另外，边缘至中心间隔也可被控制以便可控制基板的边缘与中心之间的膜性质分布均匀性。在一实施方式中，可使用气体分配板110的凹形弯曲边缘，以便与气体分配板110的拐角相比，气体分配板110的边缘的中心部分与基板102的上表面118间隔更远。在另一实施方式中，可使用气体分配板110的凸形弯曲边缘，以便与气体分配板110的边缘相比，气体分配板110的拐角与基板102的上表面118间隔更远。
远程等离子体源124(诸如电感耦合远程等离子体源)也可耦接在气源和气体分配板110之间。在处理基板之间，可在远程等离子体源124中激励清洁气体以远程提供用于清洁腔室部件的等离子体。进入工艺容积106的清洁气体可进一步由通过第一电功率源122提供至气体分配板110的射频功率所激发。适当的清洁气体包括但不限于BCl3和可选的惰性气体。
在一实施方式中，可在基板处理腔室100中处理的基板102可具有10,000cm2或更大，诸如25,000cm2或更大，例如约55,000cm2或更大的表面积。应理解，在处理之后，基板可被切割以形成较小的其他器件。
在一实施方式中，加热和/或冷却元件139可被设置以在清洁期间提供如下基板支撑组件温度：约600摄氏度或更低；在约10摄氏度和约300摄氏度之间；在约200摄氏度和约300摄氏度之间；在约10摄氏度和约50摄氏度之间；或在约10摄氏度和30摄氏度之间。
在清洁期间设置在基板接收表面132上的基板102的上表面118与气体分配板110之间的标称间隔可通常在400密尔与约1,200密尔之间变化，诸如在400密尔与约800密尔之间变化，或者是用以获得所期望的沉积结果的其他距离。在其中气体分配板110具有凹形下游表面的一个示例性实施方式中，在气体分配板110的边缘的中心部分与基板接收表面132之间的间隔是在约400密尔与约1400密尔之间，并且在气体分配板110的拐角与基板接收表面132之间的间隔是在约300密尔与约1,200密尔之间。
图1B示出其中去除基板102的图1A的基板处理腔室100的截面图。图1B提供适用于分别使用内部能量源(诸如原位等离子体)或外部能量源执行腔室清洁的基板处理腔室100的图解。在图1B中，反应剂170(例如，BCl3)(在图1B中示出为实线箭头)被引入工艺容积106，所述工艺容积具有将在清洁工艺期间去除的残余膜180(例如，诸如所示出的ZrO2的高介电常数残余膜)。如图1B中所示，残余膜180沉积在基板处理腔室100之内的暴露表面的至少一部分上，特别地，沉积在气体分配板110、基板支撑组件130、遮蔽框架133等上。反应剂170暴露于能量源(诸如第一电功率源122、第二电功率源160或远程等离子体源124)，如此产生诸如Cl的反应性物种190。反应性物种190与残余膜180反应并且形成挥发性产物。挥发性产物被从基板处理腔室100中去除。基板处理腔室100的一或多个内表面(例如，气体分配板110、基板支撑组件130、遮蔽框架133、侧壁142等)具有形成在其上的至少一个暴露的Al2O3膜。
图2示出可用于从基板处理腔室去除高介电常数材料的方法200的一实施方式的工艺流程图。基板处理腔室可类似于图1A和图1B中所示的基板处理腔室100。在操作210处，含氧化锆(ZrO2)层沉积在设置于基板处理腔室中的基板上。在含氧化锆层沉积在基板上期间，氧化锆和/或含氧化锆化合物可沉积在包括基板处理腔室的腔室部件(例如，气体分配板、基板支撑组件、遮蔽框架、侧壁等)的内表面上。含氧化锆层可以是铝掺杂的含氧化锆层。含氧化锆层可使用例如化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、腔室、原子层沉积(ALD)工艺和物理气相沉积(PVD)工艺来沉积。在一些实施方式中，腔室部件的至少一些部分由铝组成。在一些实施方式中，腔室部件的至少一些部分具有设置在其上的氧化铝(Al2O3)层。
在操作220处，基板被传送出基板处理腔室。在一些实施方式中，基板在清洁工艺期间保留在基板处理腔室中。
在操作230处，将反应性物种引入基板处理腔室。反应性物种可利用原位产生的等离子体产生或者所述等离子体可非原位产生(例如，远程地)。适当的等离子体产生技术(诸如电感耦合等离子体(ICP)、电容耦合等离子体(CCP)或微波等离子体产生技术)可用于形成反应性物种。在一些实施方式中，反应性物种经由原位等离子体工艺原位形成。在一些实施方式中，反应性物种经由远程等离子体源非原位地形成。
在一实施方式中，反应性物种可通过将清洁气体混合物流入工艺容积106来产生。在一实施方式中，清洁气体混合物包含BCl3且可选择地包含稀释气体。稀释气体可以是从氦、氩或其组合中选择的惰性气体。清洁气体混合物被暴露于射频源和/或偏压功率。射频源和/或偏压功率激励工艺容积106之内的清洁气体混合物，以使得可以维持等离子体。在一实施方式中，第一电功率源122可操作以提供在0.3MHz和约14MHz之间(诸如约13.56MHz)的频率的射频功率。第一电功率源122可产生约10瓦至约5000瓦(例如，在约300瓦与约1500瓦之间；在约500瓦与约1000瓦之间)的射频功率。
在一些实施方式中，除了射频源功率之外，也可在清洁工艺期间利用射频偏压功率以帮助离解形成等离子体的清洁气体混合物。射频偏压可由第二电功率源160提供。在一实施方式中，第一电功率源122可操作以提供在0.3MHz和约14MHz之间(诸如约13.56MHz)的频率的射频功率。射频偏压功率可在300kHz的频率下以约0瓦和约1000瓦之间(例如，在约10瓦与约100瓦之间)的功率供应。在一实施方式中，射频偏压功率可在约500Hz与约10kHz之间的射频频率下以在约10％至约95％之间的占空比脉冲化。在其中施加此外部直流偏压的一些实施方式中，Al2O3与残余的含ZrO2膜一起被去除。
在一些实施方式中，除了射频源功率之外，也可在清洁工艺期间利用直流偏压功率以帮助离解形成等离子体的清洁气体混合物。直流偏压可由第二电功率源160提供。在一实施方式中，第一电功率源122可操作以提供在0.3MHz和约14MHz之间(诸如约13.56MHz)的频率的射频功率。第二电功率源160可操作以在300kHz的频率下以约10瓦和约3000瓦之间(例如，在约10瓦与约1000瓦之间；或在约10瓦与约100瓦之间)的功率提供直流偏压功率。在一实施方式中，直流偏压功率可在约500Hz与约10kHz之间的频率下以在约10％至约95％之间的占空比脉冲化。不受理论的约束，但相信直流偏压在等离子体和基板之间建立了电位差以增强蚀刻。
在一些实施方式中，等离子体可通过电容或电感方式形成，并且可通过将射频功率耦接至清洁气体混合物而被激励。射频功率可以是具有高频分量和低频分量的双频射频功率。射频功率通常是在约50W与约2,500W之间的功率水平下施加，所述射频功率可全部是高频射频功率，例如在约13.56Mhz的频率下；或者可以是高频功率和低频功率的混合，例如在约300kHz的频率下。
在其中反应性物种被非原位形成的一些实施方式中，将含BCl3气体混合物流入与基板处理腔室流体耦接的远程等离子体源中。含BCl3的气体混合物包含BCl3且可选择地包含惰性气体。在一些实施方式中，可选的惰性气体可充当载气。在一些实施方式中，可选的惰性气体可延长自由基物种的寿命并且增加自由基物种的密度。在一些实施方式中，分别地，含BCl3气体混合物流入远程等离子体源中并且其他工艺气体输送至腔室中。可选的惰性气体可选自由氦、氩或上述气体的组合组成的群组。
远程等离子体源可以是电感耦合等离子体源。远程等离子体源接收含BCl3气体混合物并且在含BCl3气体混合物中形成等离子体，如此导致含BCl3气体混合物离解以形成反应性物种。反应性物种可包括氯自由基。远程等离子体源提供含BCl3气体混合物的高效离解。
在一些实施方式中，远程等离子体是在将含BCl3气体混合物引入远程等离子体腔室之前利用氩气或类似惰性气体的初始流引发。
含BCl3气体混合物可以约100sccm至约10,000sccm的流率流入基板处理腔室中。在一些实施方式中，含BCl3气体混合物以从约500sccm至约4,000sccm的流率流入基板处理腔室中。在一些实施方式中，含BCl3气体混合物以约1,000sccm的流率流入基板处理腔室中。
基板处理腔室之内的压力可在约10毫托与约300托之间。基板处理腔室之内的压力可在10毫托与约5托之间，例如约20毫托。
在一些实施方式中，远程等离子体是在将BCl3引入远程等离子体源之前利用氩气或类似惰性气体的初始流引发。随后，随着BCl3引入远程等离子体腔室中，氩的流率降低。作为一实例，远程等离子体可由3,000sccm的流率的氩引发，随着BCl3以1,000sccm的初始流率且随后增加至1,500sccm的流率引入远程等离子体腔室中，所述氩的流率逐渐地降低至1,000sccm且随后降低至500sccm。
在一些实施方式中，清洁工艺是在室温下进行。在一些实施方式中，基板支撑基座被加热至约600摄氏度或更低的温度，例如在约10摄氏度与约200摄氏度之间，或在约10摄氏度与约50摄氏度之间，诸如在约10摄氏度与30摄氏度之间的温度。控制温度可用于控制钴沉积物或含钴沉积物的去除/蚀刻速率。去除速率可随着腔室温度增加而增加。
由BCl3气体混合物形成的反应性物种被传输至基板处理腔室。反应性物种包含氯自由基。
在操作240处，反应性物种与含氧化锆沉积物反应以形成气态的挥发性产物。挥发性产物包括四氯化锆(ZrCl4)。在一些实施方式中，残余的含ZrO2膜的去除速率大于Al2O3的去除速率，所述Al2O3涂布铝腔室部件的至少一部分。在一些实施方式中，残余的含ZrO2膜的去除速率大于
Figure BDA0002303022810000121
(例如，从约
Figure BDA0002303022810000122
至约或者从约
Figure BDA0002303022810000124
至约)。在一些实施方式中，使残余的含ZrO2膜与反应性物种反应以形成挥发性产物是无偏压工艺。在其中不施加外部直流偏压的一些实施方式中，Al2O3的去除速率小于
Figure BDA0002303022810000126
(例如，从约
Figure BDA0002303022810000127
至约
Figure BDA0002303022810000128
从约
Figure BDA0002303022810000129
至约
Figure BDA00023030228100001210
或
Figure BDA00023030228100001211
)。
视情况地，在操作250处，从基板处理腔室中清除气态的挥发性产物。可通过将净化气体流入基板处理腔室中而有效地净化基板处理腔室。替代地，或除引入净化气体之外，基板处理腔室可被减压以从基板处理腔室中去除任何残余清洁气体以及任何副产物。可通过将基板处理腔室排空而净化基板处理腔室。净化工艺的时间段通常应足够长以从基板处理腔室去除挥发性产物。净化气体流动的时间段通常应足够长以从包括腔室部件的腔室的内表面去除挥发性产物。
在操作260处，重复操作230、操作240和操作250的至少一个，直到实现所选择的清洁终点。应将理解，可以应用若干清洁循环，其中在清洁循环之间执行可选净化工艺。
在一些实施方式中，方法200进一步包含从基板处理腔室去除含Al2O3膜。Al2O3是通过在形成反应性物种的同时和/或在使含Al2O3膜与反应性物种反应以形成第二挥发性产物的同时施加外部直流偏压来去除。第二挥发性产物可从基板处理腔室中去除。
实施例：
提供以下非限制性实施例以进一步说明本文所述的实施方式。然而，这些实施例不旨在为包括一切情况并且不旨在限制本文所述的实施方式的范围。表1示出根据本公开内容的一实施方式执行的清洁工艺的结果。如表1中所示，相对于Al2O3，利用BCl3且无直流偏压执行的电感耦合等离子体工艺对于ZrO2、铝掺杂的ZrO2和铝具有更高的去除速率。如表1中进一步示出，当施加直流偏压时，所述工艺也去除Al2O3。
Figure BDA0002303022810000131
表1
总之，本公开内容的一些益处包括选择性蚀刻残余ZrO2膜而不蚀刻Al2O3的能力。该选择性可用于保护铝腔室部件。铝腔室部件通常是在等离子体清洁工艺期间蚀刻。发明人已发现使用Al2O3阳极氧化以保护腔室中的铝部件允许优先去除残余ZrO2膜而不损坏铝部件，如此确保了硬件部件的可靠性和寿命。选择性对于实现原位清洁功能至关重要。因此，在清洁期间，残余膜可通过清洁剂(例如，BCl3)去除，但是腔室内部的铝侧壁和其他铝硬件部件保持完好。如上所述，本公开内容的实施方式包括使用BCl3等离子体以清洁残余ZrO2膜，并且在腔室内部的铝硬件部件上使用Al2O3涂层以保护铝硬件部件。如果没有施加额外的直流偏压，则BCl3等离子体可有效地蚀刻ZrO2和铝，但不蚀刻Al2O3。因此，只要以Al2O3进行涂布，铝就可用作硬件部件的材料，可通过表面阳极氧化完成所述涂布。当施加外部直流偏压时，BCl3等离子体也可蚀刻Al2O3。这些特征使BCl3等离子体成为用于原位清洁ZrO2沉积腔室的理想清洁剂。
当引入本公开内容的元素或其示例性方面或实施方式时，冠词“一(a)”、“一(an)”、“所述(the)”和“所述(said)”旨在意指存在一或多个元素。
术语“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”旨在为包含性的，且意指可存在除了所列元素之外的额外元素。
虽然前述内容针对本公开内容的实施方式，但是可在不背离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和进一步实施方式，且本公开内容的范围由所附权利要求书所确定。

Claims (15)

1.一种用于清洁处理腔室的方法，包含：
将反应性物种引入具有残余的含ZrO2膜的处理腔室中，所述残余的含ZrO2膜形成在所述处理腔室的一或多个内表面上，其中所述反应性物种由BCl3形成，并且所述一或多个内表面包括至少一个暴露的Al2O3表面；
使所述残余的含ZrO2膜与所述反应性物种反应以形成挥发性产物；和
从所述处理腔室去除所述挥发性产物，其中所述残余的含ZrO2膜的去除速率大于Al2O3的去除速率。
2.如权利要求1所述的方法，其中Al2O3的所述去除速率是
Figure FDA0002303022800000011
3.如权利要求1所述的方法，进一步包含将所述反应性物种暴露于一或多个能量源，所述能量源足以使所述残余的含ZrO2膜与所述反应性物种反应并且形成挥发性产物。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述一或多个能量源选自电容耦合等离子体源、电感耦合等离子体源和微波等离子体源。
5.如权利要求1所述的方法，其中使所述残余的含ZrO2膜与所述反应性物种反应以形成挥发性产物的压力是在至少约10毫托与约5托之间。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述处理腔室是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)腔室、原子层沉积(ALD)腔室和物理气相沉积(PVD)腔室。
7.如权利要求1所述的方法，其中使所述残余的含ZrO2膜与所述反应性物种反应以形成挥发性产物是无偏压工艺。
8.如权利要求1所述的方法，其中在使所述残余的含ZrO2膜与所述反应性物种反应以形成挥发性产物时不施加外部直流偏压。
9.如权利要求8所述的方法，进一步包含：
当施加外部直流偏压时，使所述含Al2O3膜与所述反应性物种反应以形成第二挥发性产物；以及
从所述处理腔室中去除所述第二挥发性产物。
10.一种用于清洁处理腔室的方法，包含：
在处理腔室的一或多个内表面和设置在基板处理腔室中的基板上沉积含ZrO2膜；
将所述基板传送出所述基板处理腔室；
将反应性物种引入具有残余的所述含ZrO2膜的所述处理腔室中，残余的所述含ZrO2膜形成在所述处理腔室的一或多个内表面上，其中所述反应性物种由BCl3形成，并且所述一或多个内表面包括至少一个暴露的Al2O3表面；
使残余的所述含ZrO2膜与所述反应性物种反应以形成挥发性产物；和
从所述处理腔室去除所述挥发性产物，其中残余的所述含ZrO2膜的去除速率大于Al2O3的去除速率。
11.如权利要求10所述的方法，其中Al2O3的所述去除速率是
Figure FDA0002303022800000021
12.如权利要求10所述的方法，进一步包含使所述反应性物种暴露于一或多个能量源，所述能量源足以使残余的所述含ZrO2膜与所述反应性物种反应并且形成挥发性产物。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述一或多个能量源选自电容耦合等离子体源、电感耦合等离子体源和微波等离子体源。
14.如权利要求10所述的方法，其中使残余的所述含ZrO2膜与所述反应性物种反应以形成挥发性产物是无偏压工艺。
15.如权利要求10所述的方法，其中在使残余的所述含ZrO2膜与所述反应性物种反应以形成挥发性产物时不施加外部直流偏压。
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