CN110880447B - 等离子体沉积方法和等离子体沉积设备 - Google Patents

等离子体沉积方法和等离子体沉积设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种等离子体沉积方法和等离子体沉积设备，在所述等离子体沉积方法中，将基底装载到腔室内的基底台上。在与基底隔开第一距离的第一等离子体区域处产生第一等离子体。将第一工艺气体供应到第一等离子体区域以对基底执行预处理工艺。在与基底隔开与第一距离不同的第二距离的第二等离子体区域处产生第二等离子体。将第二工艺气体供应到第二等离子体区域以对基底执行沉积工艺。

Description

等离子体沉积方法和等离子体沉积设备
本申请要求于2018年9月5日在韩国知识产权局(KIPO)提交的第10-2018-0105731号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的内容通过引用全部包含于此。
技术领域
示例实施例涉及一种等离子体沉积方法、一种等离子体沉积设备和一种制造半导体器件的方法。更具体地，示例实施例涉及一种使用微波等离子体的沉积方法、一种用于执行该沉积方法的等离子体沉积设备以及一种使用该等离子体沉积设备制造半导体器件的方法。
背景技术
在微波沉积设备中，在腔室的上部中的绝缘板正下方的等离子体密度可以非常高，并且等离子体密度可以朝向基底逐渐减小。在沉积工艺中，为了减少对晶圆的损伤，晶圆与绝缘板之间的距离相对大会是有益的。在预处理工艺中，为了延长氢自由基(radicals)的寿命，晶圆与绝缘板之间的距离相对小会是有益的。然而，传统的沉积设备提供不了满足沉积工艺和预处理工艺的灵活的工艺条件。
发明内容
示例实施例提供了一种等离子体沉积方法，该等离子体沉积方法能够减少对晶圆的损伤，并且能够改善等离子体均匀性、工艺可控性和生产率。
示例实施例提供了一种用于执行等离子体沉积方法的等离子体沉积设备。
根据一些示例实施例，在一种等离子体沉积方法中，将基底装载到腔室内的基底台上。在与基底隔开第一距离的第一等离子体区域处产生第一等离子体。向第一等离子体区域供应第一工艺气体以对基底执行预处理工艺。在与基底隔开与第一距离不同的第二距离的第二等离子体区域处产生第二等离子体。向第二等离子体区域供应第二工艺气体以对基底执行沉积工艺。
根据一些示例实施例，在一种等离子体沉积方法中，将基底装载到腔室内的基底台上。使基底台与绝缘板之间保持第一间隙。在基底台与绝缘板之间产生第一等离子体。向产生第一等离子体的第一区域供应第一工艺气体，以对基底执行预处理工艺。使基底台与绝缘板之间保持第二间隙，第二间隙大于第一间隙。在基底台与绝缘板之间产生第二等离子体。向产生第二等离子体的第二区域供应第二工艺气体，以对基底执行沉积工艺。
根据示例实施例，一种等离子体沉积方法包括以下步骤：将基底装载到包括多个基底台的第一组件的第一基底台上；使第一基底台与包括多个绝缘板的第二组件的第一绝缘板之间保持第一间隙；在第一基底台与第一绝缘板之间产生第一等离子体；向产生第一等离子体的第一区域供应第一工艺气体，以对基底执行预处理工艺；使第一基底台与第二组件的第二绝缘板之间保持第二间隙，第二间隙大于第一间隙；在第一基底台与第二绝缘板之间产生第二等离子体；以及向产生第二等离子体的第二区域供应第二工艺气体，以对基底执行沉积工艺，其中，安装为可旋转的第一组件和第二组件组合在一起以形成多个腔室。
根据一些示例实施例，一种等离子体沉积设备包括：腔室；基底台，被构造为在腔室中支撑基底；等离子体发生器，被构造为在腔室的上部中在绝缘板下方且在基底台上方产生等离子体；气体分配组件，被构造为将工艺气体供应到产生等离子体的区域；升降机构，被构造为使基底台升降，使得基底台与绝缘板之间的间隙改变；以及控制器，连接到等离子体发生器、气体分配组件和升降机构，控制器被构造为控制等离子体发生器、气体分配组件和升降机构的操作。第一等离子体可以产生在具有第一间隙的基底台与绝缘板之间，以对基底执行预处理工艺，第二等离子体可以产生在具有第二间隙的基底台与绝缘板之间，以对基底执行沉积工艺，第二间隙大于第一间隙。
根据一些示例实施例，一种等离子体沉积设备包括：基座组件，被安装为可旋转并且包括多个基底台，多个基底台中的每个包括基座；以及注入器组件，包括多个气体注入孔，注入器组件包括与基底台对应的多个等离子体发生器，注入器组件被构造为与基座组件组合以形成多个腔室，每个腔室包括彼此对应的基底台和等离子体发生器。基座组件和注入器组件被构造为使得所述多个腔室中的第一腔室的基底台与绝缘板之间的距离具有第一长度，并且使得所述多个腔室中的第二腔室的基底台与绝缘板之间的距离具有第二长度，第二长度大于第一长度。
根据一些示例实施例，等离子体沉积设备可以被构造为调整基底台与绝缘板之间的距离，并在基底台与绝缘板之间的不同间隙中产生等离子体，以原位执行预处理工艺和沉积工艺。
因此，可以调整等离子体区域与基底之间的距离，以提供满足预处理工艺和沉积工艺的工艺条件。可以调整基底台与绝缘板之间的距离以控制等离子体密度、等离子体均匀性、气体均匀性、气体净化时间等。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解示例实施例。图1至图12表示如在此所述的非限制性示例实施例。
图1是示出根据一些示例实施例的等离子体沉积设备的框图。
图2是示出图1中的其中基底加热器被降低的等离子体沉积设备的框图。
图3是示出图1中的基底加热器与绝缘板之间的第一等离子体状态的剖视图。
图4是示出图1中的基底加热器与绝缘板之间的第二等离子体状态的剖视图。
图5是示出由图1中的等离子体沉积设备原位执行的预处理工艺和沉积工艺的时序图。
图6是示出根据一些示例实施例的等离子体沉积设备的平面图。
图7是沿图6中的线I-I'截取的剖视图。
图8至图11是示出使用图7中的等离子体沉积设备处理晶圆的方法的剖视图。
图12是示出根据一些示例实施例的等离子体沉积工艺的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细解释示例实施例。
图1是示出根据一些示例实施例的等离子体沉积设备的框图。图2是示出图1中的其中基底加热器被降低的等离子体沉积设备的框图。图3是示出图1中的基底加热器与绝缘板之间的第一等离子体状态的剖视图。图4是示出图1中的基底加热器与绝缘板之间的第二等离子体状态的剖视图。图5是示出由图1中的等离子体沉积设备原位执行的预处理工艺和沉积工艺的时序图。图1表示其中基底加热器被升高以使基底加热器与绝缘板之间保持第一间隙的状态，图2表示其中基底加热器被降低以使基底加热器与绝缘板之间保持第二间隙的状态。
参照图1至图5，等离子体沉积设备100可以包括腔室110、基底加热器组件、气体分配组件和等离子体发生器，等离子体发生器被构造为经过腔室110的上部中的绝缘板140在腔室110内产生等离子体。等离子体沉积设备100还可以包括排气单元等。
在一些示例实施例中，等离子体沉积设备100可以是被构造为产生微波等离子体以在诸如半导体晶圆W的基底上沉积层的设备。微波等离子体可以是通过将微波作用于气体而产生的等离子体。然而，由等离子体沉积设备产生的等离子体可以不限于微波等离子体，例如，等离子体可以是电容耦合等离子体、电感耦合等离子体等。这里，基底可以包括半导体基底、玻璃基底等。
腔室110可以包括具有圆柱形状的处理容器。腔室110可以例如在腔室110的侧壁和/或外壳中包括铝、不锈钢等。用于晶圆W的装载/卸载的门(未示出)可以设置在腔室110的侧壁中。晶圆W可以经过门被装载到用作基底台的基底加热器上/可以经过门从用作基底台的基底加热器卸载。例如，基底台可以是其上设置/装载有晶圆W的台或支撑件。
排气单元可以通过排气管连接到安装在腔室110的底部中的排气口114。排气单元可以包括真空泵(诸如涡轮分子泵等)以控制腔室110的压力，使得腔室110内部的处理空间可以减压到期望/预定的真空度。另外，工艺副产物和残余工艺气体可以通过排气口114从腔室110排出。
基底加热器组件可以包括作为布置在腔室110内以支撑基底的基底台的基底加热器120。基底加热器120可以包括被构造为将基底加热到期望温度的加热器122。例如，加热器122可以包括电阻线圈(resistive coil)。基底加热器120可以包括绝缘材料，诸如氧化铝、氮化铝等。加热器122可以被加热到大约100℃至大约700℃的温度范围。线圈可以同心地布置。
基底加热器120还可以包括被构造为使用静电力将晶圆W保持在其上的静电电极(未示出)。此外，被施加射频的下电极(未示出)可以安装在基底加热器120中。
在一些示例实施例中，基底加热器组件可以包括被构造为使基底加热器120升降的升降机构。升降机构可以包括驱动马达130，以使连接到基底加热器120的支撑轴124升降。驱动马达130可以通过齿轮传动使支撑轴124升降。
升降机构可以包括附接在支撑轴124的端部与腔室110的底部(例如，腔室壳体的底部)之间的波纹管132。波纹管132可以允许支撑轴124的自由竖直运动，并且可以将腔室110与外部气密地密封。
等离子体发生器可以包括径向线缝隙天线(radial line slot antenna)。等离子体发生器可以使用从缝隙天线辐射的微波来产生/激发等离子体。然而，其可以不限于此，并且可以理解的是，可以使用各种等离子体源(例如，产生等离子体的能量源)来如上所述地产生等离子体。
在一些示例实施例中，等离子体发生器可以经过用作腔室110的上部中的电介质窗口的绝缘板140引入微波。可以在绝缘板140正下方的区域中产生/激发高密度等离子体。产生的等离子体可以被称为表面波等离子体。例如，等离子体可以由电磁表面波产生，例如，由微波的表面波产生。
绝缘板140可以布置成覆盖腔室110的上部中的开口部分。例如，绝缘板140可以包括石英、氧化铝、氮化铝等。绝缘板140的下表面可以是面对基底加热器120的前表面。
等离子体发生器可以包括微波电源150、波导152和缝隙天线154。微波功率可以经由具有多个缝隙的缝隙天线154经过绝缘板140供应到腔室110中。
缝隙天线154可以是包括例如铜(Cu)的金属板。波导152可以连接到用于产生具有例如大约2.45GHz的微波频率的电磁波的微波电源。波导152可以连接到缝隙天线154以向缝隙天线154供应微波功率。
微波功率可以是例如大约0.5W/cm2至大约4W/cm2。微波可以具有大约300MHz至大约10GHz(例如，大约2.45GHz)的微波频率。等离子体可以具有大约1×1010/cm3至大约1×1013/cm3的密度。
在一些示例实施例中，气体分配组件可以包括用作电介质窗口的绝缘板140。气体分配组件可以通过形成在绝缘板140中的气体注入孔142供应工艺气体。气体注入孔142可以形成在绝缘板140的包括绝缘板140的中间区域的多个区域中。工艺气体可以通过形成在绝缘板140的中间区域中的气体注入孔142供应到具有相对高的电子温度的等离子体区域。例如，等离子体区域可以指形成等离子体的区域。
气体分配组件还可以包括安装在腔室110的上侧壁中的气体注入喷嘴，以将工艺气体供应到等离子体区域。在这种情况下，气体注入喷嘴可以沿着腔室110的上侧壁布置，以在周向方向上彼此间隔开。
气体分配组件可以供应用于预处理工艺的第一工艺气体。例如，第一工艺气体可以包括氢气(H2)。气体分配组件可以供应用于沉积工艺的第二工艺气体。例如，第二工艺气体可以包括包含碳的气体。包含碳的气体可以包括乙炔气体(C2H2)、甲烷(CH4)等。另外，气体分配组件可以供应等离子体气体，诸如氩(Ar)、氦(He)等。例如，等离子体气体(例如，氩气/氦气)可以被提供到腔室110中，等离子体发生器可以用微波照射等离子体气体以产生等离子体，并且第一工艺气体或第二工艺气体可以被提供到产生等离子体的区域以执行预处理工艺或沉积工艺。例如，等离子体气体与第一工艺气体或第二工艺气体可以在执行相应的第一工艺或第二工艺的同时被连续地供应到腔室110中。在某些实施例中，可以从一开始一起供应等离子体气体与第一工艺气体或第二工艺气体。
控制器160可以监视来自等离子体沉积设备100的输出并控制其操作。控制器160可以包括微型计算机和各种接口电路。控制器160可以连接到加热器122、驱动马达130、排气单元、微波电源150等，并且可以在它们之间通信信息。存储在控制器160的存储器中的程序可以用于基于存储的信息(例如，工艺配方信息)来控制等离子体沉积设备100的组件。
如图1和图3中所示，基底加热器120与绝缘板140之间的距离可以保持在第一间隙G1，并且可以在基底加热器120与绝缘板140之间产生第一等离子体P1。
升降机构可以使支撑轴124升高以使基底加热器120与绝缘板140之间保持第一间隙G1。第一等离子体P1可以通过从缝隙天线154发射的微波在绝缘板140的下表面正下方产生，并且气体分配组件可以将工艺气体供应到第一等离子体区域。第一等离子体P1可以具有第一等离子体密度。
如图2和图4中所示，基底加热器120与绝缘板140之间的距离可以保持在比第一间隙G1大的第二间隙G2，并且可以在基底加热器120与绝缘板140之间产生第二等离子体P2。
升降机构可以使支撑轴124降低以使基底加热器120与绝缘板140之间保持第二间隙G2。第二等离子体P2可以通过从缝隙天线154发射的微波在绝缘板140的下表面正下方产生，并且气体分配组件可以将工艺气体供应到第二等离子体区域。第二等离子体P2可以具有小于第一等离子体密度的第二等离子体密度。例如，可以在覆盖与产生第一等离子体P1的区域不同的区域中产生第二等离子体P2，并且可以在与在腔室110中产生第一等离子体P1的时间不同的时间产生第二等离子体P2。
等离子体激发区域中的等离子体可以具有高密度和相对高的电子温度，但是由于等离子体扩散到基底处理区域，所以可以降低电子温度。此外，也可以通过这种扩散降低电子密度。例如，等离子体激发区域可以是位于绝缘板140与基底加热器120之间的腔室的上部，基底处理区域可以是位于绝缘板140与基底加热器120之间的腔室的下部。将转移到基底处理区域的诸如氢自由基的自由基(自由基是在高密度等离子体激发区域中被激发的)的量可以取决于基底加热器120与绝缘板140之间的距离。例如，当基底加热器120与绝缘板140之间的距离较近而不是较远时，可以转移较多的自由基，而当基底加热器120与绝缘板140之间的距离较远而不是较近时，可以转移较少的自由基。
如图5中所示，在一些示例实施例中，可以在等离子体沉积设备100中原位执行预处理工艺和沉积工艺，以在晶圆W上形成石墨烯层。
在预处理工艺中，可以在具有第一间隙G1的基底加热器120与绝缘板140之间产生第一等离子体P1，并且可以供应氢气(H2)以去除晶圆W上的氧化物层或异物。氧化物层可以通过将晶圆的原子与空气中的氧分子结合来使晶圆的表面氧化而形成。第一间隙G1可以是10mm，并且第一等离子体P1可以具有1×1011/cm3的密度。
在沉积工艺中，可以在具有第二间隙G2的基底加热器120与绝缘板140之间产生第二等离子体P2，并且可以供应乙炔气体(C2H2)以在晶圆W上形成石墨烯层。第二间隙G2可以是100mm，并且例如，第二等离子体P2可以具有1×1010/cm3的密度。在某些实施例中，可以在晶圆W上堆叠4个至10个石墨烯层。
石墨烯沉积工艺可以使用均匀的(气态)反应，诸如乙炔气体(C2H2)的前驱体可以在接近缝隙天线154的区域中(例如，在绝缘板140的下表面正下方)反应。例如，石墨烯沉积工艺可以使用包括碳的前驱体气体。然而，由于晶圆应该被保护以免受等离子体的损伤，所以基底加热器120与绝缘板140之间的距离可以保持在相对大的间隙。乙炔前驱体可以通过等离子体而被分解，如以下面的化学反应式(1)所表示的。
C2H2→C*+H2*------(1)
可以执行预处理工艺以形成高质量石墨烯层。预处理工艺可以使用氢气，等离子体发生器可以用氢气产生氢自由基，并且通过等离子体而产生的氢自由基会具有非常短的寿命。因此，基底加热器120与绝缘板140之间的距离可以保持在相对小的间隙。氢气可以通过等离子体而被分解，如以下面的化学反应式(2)所表示的。
H2→H*------(2)
如上所述，等离子体沉积设备10可以调整基底加热器120与绝缘板140之间的距离以在基底加热器120与绝缘板140之间的不同间隙处产生等离子体，并且可以原位执行预处理工艺和沉积工艺。
图6是示出根据一些示例实施例的等离子体沉积设备的平面图。图7是沿图6中的线I-I'截取的剖视图。除了旋转式腔室的构造之外，等离子体沉积设备可以与参照图1至图5描述的等离子体沉积设备基本相同或类似。例如，图6和图7中所示的等离子体沉积设备可以包括被构造为旋转以顺序地处理多个晶圆W的腔室和/或台。因此，将使用相同的附图标记来表示相同或类似的元件，并且将省略关于上述元件的任何进一步的重复说明。
参照图6和图7，等离子体沉积设备200可以包括顺序地执行不同的工艺的多个腔室210-A、210-B和210-C。等离子体沉积设备200可以包括侧壁间隔件，以将处理空间划分为多个腔室。腔室中的至少一个可以产生微波等离子体以处理晶圆W。
例如，等离子体沉积设备200可以包括注入器组件208和基座组件206，注入器组件208和基座组件206被夹紧/组合在一起以限定多个腔室210-A、210-B和210-C。例如，注入器组件208可以包括多个气体注入孔，基座组件206可以包括将电磁能转换成热的多个加热器。注入器组件208可以包括刚性固定主体。基座组件206可以位于注入器组件208下方，并且可以是包括由相应的间隔件划分出的多个划分部的旋转式组件。例如，基座组件206可以被构造成在平面图中相对于中心轴(例如，相对于支撑柱224)旋转。基座组件206可以被构造为通过与注入器组件208组合而形成多个腔室，多个腔室用于分别保持多个晶圆。注入器组件208和基座组件206可以具有彼此接合的表面。
基座组件206可以包括能够使基座组件206上升、降低和旋转的支撑柱224。基座组件206可以包括用于支撑柱224内的加热器的管线。支撑柱224可以减小基座组件206与注入器组件208之间的间隙，以将基座组件206与注入器组件208夹紧/组合在一起。
基座组件206可以包括侧壁212a和212b，侧壁212a和212b分别限定形成相应腔室210-A、210-B和210-C的下部的凹进。基座组件206可以包括基底加热器220a和220b，基底加热器220a和220b分别用作设置在凹进内的基底台。
注入器组件208可以包括侧壁，每个侧壁限定形成多个腔室210-A、210-B和210-C的腔室的上部的凹进。注入器组件208可以包括等离子体发生器，等离子体发生器被构造为经过与相应基底加热器对应的绝缘板240a和240b将微波引入相应腔室中。微波功率可以经由缝隙天线254a和254b中的相应一个经过绝缘板240a和240b中的相应的一个供应到每个腔室中，每个缝隙天线254a和254b具有多个缝隙。
注入器组件208可以包括气体分配组件，气体分配组件被构造为经过分别形成在绝缘板240a和240b中的气体注入孔242a和242b中的相应一个供应工艺气体。气体分配组件还可以包括安装在每个腔室的上侧壁中的气体注入喷嘴，以将工艺气体供应到等离子体区域。
注入器组件208和基座组件206可以夹紧/组合在一起以形成多个腔室210-A、210-B和210-C(例如，六个腔室)。
在一些示例实施例中，第一腔室210-A可以提供用于执行预处理工艺的工艺条件。第二腔室210-B可以提供用于执行沉积工艺的工艺条件。第三腔室210-C可以提供用于执行后处理工艺的工艺条件。
如图7中所示，第一腔室210-A的基底加热器220a和绝缘板240a可以布置为具有第一间隙G1，第二腔室210-B的基底加热器220b和绝缘板240b可以布置为具有大于第一间隙G1的第二间隙G2。
在第一腔室210-A中，可以在具有第一间隙G1的基底加热器220a与绝缘板240a之间产生第一等离子体P1，并且可以供应氢气(H2)以去除晶圆W上的氧化物层或异物。氧化物层可以通过晶圆的原子与空气中的氧分子的结合来使晶圆的表面氧化而形成。
在第二腔室210-B中，可以在具有第二间隙G2的基底加热器220b与绝缘板240b之间产生第二等离子体P2，并且可以供应乙炔气体(C2H2)以在晶圆W上形成石墨烯层。
虽然附图中未示出，但是在第三腔室210-C中，可以在具有第三间隙的基底加热器与绝缘板之间产生第三等离子体，并且可以供应净化气体(purge gas)或退火气体以对晶圆W执行退火处理。在这种情况下，可以使用灯代替第三等离子体。灯可以包括汞灯、弧光灯、卤素灯等。
在经过闸阀204将晶圆装载到第一腔210-A中之后，随着基座组件206旋转预定角度(例如，60度)，可以在每个腔室中顺序地执行不同的工艺。
在下文中，将说明使用图6和图7中的等离子体沉积设备来处理晶圆的方法。
图8至图11是示出使用图7中的等离子体沉积设备处理晶圆的方法的剖视图。图8至图11是沿图6中的线I-I'截取的剖视图。
参照图8，在使基座组件206降低之后，可以经过闸阀204将第一晶圆W1装载到基底加热器220a上。
参照图9，可以使基座组件206升高以与注入器组件208夹紧/组合来形成第一腔室210-A。
第一腔室210-A的基底加热器220a与绝缘板240a之间的距离可以具有第一间隙G1。可以在具有第一间隙G1的基底加热器220a与绝缘板240a之间产生第一等离子体P1，并且可以供应氢气(H2)以去除第一晶圆W1上的氧化物层或异物。氧化物层可以通过晶圆的原子与空气中的氧分子的结合来使晶圆的表面氧化而形成。
参照图10，在基座组件206被降低并旋转预定角度(例如，60度)之后，可以经过闸阀204将第二晶圆W2装载到基底加热器220f上。
随着基座组件206旋转，其上支撑第一晶圆W1的基底加热器220a可以移动以面对绝缘板240b，并且其上支撑第二晶圆W2的基底加热器220f可以面对绝缘板240a。
参照图11，可以使基座组件206升高以与注入器组件208夹紧/结合来形成第一腔室210-A和第二腔室210-B。
第二腔室210-B的基底加热器220a与绝缘板240b之间的距离可以具有第二间隙G2。可以在具有第二间隙G2的基底加热器220a与绝缘板240b之间产生第二等离子体P2，并且可以供应乙炔气体(C2H2)以在第一晶圆W1上形成石墨烯层。
同时，第一腔室210-A的基底加热器220f与绝缘板240a之间的距离可以具有第一间隙G1。可以在具有第一间隙G1的基底加热器220f与绝缘板240a之间产生第一等离子体P1，并且可以供应氢气(H2)以去除第二晶圆W2上的氧化物层或异物。氧化物层可以通过晶圆的原子与空气中的氧分子的结合来使晶圆的表面氧化而形成。
尽管附图中未示出，但在基座组件206被降低并旋转预定角度(例如，60度)之后，可以经过闸阀204将第三晶圆装载到基底加热器上。可以使基座组件206升高以与注入器组件208夹紧/组合以形成第一腔室210-A和第二腔室210-B以及第三腔室210-C。
第三腔室210-C的基底加热器220a与绝缘板之间的距离可以具有第三间隙。可以在具有第三间隙的基底加热器220a与绝缘板之间产生第三等离子体，并且可以对第一晶圆W1执行退火工艺。
同时，第二腔室210-B的基底加热器220f与绝缘板240b之间的距离可以具有第二间隙G2。可以在具有第二间隙G2的基底加热器220f与绝缘板240b之间产生第二等离子体P2，并且可以供应乙炔气体(C2H2)以在第二晶圆W2上形成石墨烯层。
同时，第一腔室210-A的基底加热器和绝缘板240a之间的距离可以具有第一间隙G1。可以在具有第一间隙G1的基底加热器与绝缘板240a之间产生第一等离子体P1，并且可以供应氢气(H2)以去除第三晶圆上的氧化物层或异物。氧化物层可以通过晶圆的原子与空气中的氧分子的结合来使晶圆的表面氧化而形成。
如上所述，随着旋转式基座组件206旋转预定角度，可以使基座组件206和注入器组件208夹紧在一起以形成多个腔室210-A、210-B和210-C。随着基座组件206旋转，可以将晶圆顺序地移动到腔室，并且可以在腔室中对晶圆执行不同的工艺。在某些实施例中，等离子体沉积设备200可以包括第二闸阀。例如，在等离子沉积设备200包括如图6中所示的六个腔室的情况下，等离子体沉积设备可以包括在图6的闸阀204的相对侧上的第二闸阀，使得可以在退火工艺之后经过第二闸阀卸载晶圆W，并且可以在退火的晶圆被卸载之后经过第二闸阀装载新晶圆。
可以在腔室中将基底加热器与绝缘板之间的距离调整为不同，从而提供满足石墨烯层形成工艺中的预处理工艺和沉积工艺的适当的工艺条件。
在下文中，将说明使用图1和图6中的等离子体沉积设备在基底上沉积层的方法。
图12是示出根据一些示例实施例的等离子体沉积工艺的流程图。等离子体沉积方法可以应用于使用微波等离子体在晶圆上形成石墨烯层，然而，其可以不限于此。例如，可以应用等离子体沉积方法来形成除石墨烯层之外的层。
参照图1、图2、图6、图7和图12，首先，可以将诸如晶圆W的基底装载到腔室内的基底加热器上，然后，可以在具有第一间隙的基底加热器与绝缘板之间产生第一等离子体(S100)。然后，可以向产生第一等离子体的第一等离子体区域供应第一工艺气体以对基底执行预处理工艺(S110)。然后，可以在具有第二间隙的基底加热器与绝缘板之间产生第二等离子体(S120)，然后，可以向产生第二等离子体的第二等离子体区域供应第二工艺气体以对基底执行沉积工艺(S130)。
如图1和图3中所示，可以使基底加热器120与绝缘板140之间的距离保持在第一间隙G1，并且可以在与基底间隔第一距离的位置处产生第一等离子体P1。例如，第一等离子体P1的分布中心可以距基底第一距离。可以经过腔室110的上部中的绝缘板140供应微波，以在绝缘板140的下表面上形成表面波等离子体。
气体分配组件可以向第一等离子体区域供应用于预处理工艺的第一工艺气体。例如，第一工艺气体可以包括氢气(H2)。第一间隙G1可以是大约10mm，并且第一等离子体P1可以具有大约1×1011/cm3的密度。例如，第一间隙G1可以在8mm与12mm之间，并且第一等离子体P1可以具有在8×1010/cm3与1.2×1011/cm3之间的密度。
在完成预处理工艺之后，可以调整基底加热器120与绝缘板140之间的距离。例如，可以通过升降机构使基底加热器120降低。
如图2和图4中所示，可以使基底加热器120与绝缘板140之间的距离保持在比第一间隙G1大的第二间隙G2，并且可以在与基底间隔比第一距离大的第二距离的位置处产生第二等离子体P2。例如，相比于第二等离子体P2的分布中心靠近基底，第一等离子体P1的分布中心可以更靠近基底。例如，第二等离子体P2的分布中心可以距基底第二距离。可以经过腔室110的上部中的绝缘板140供应微波，以在绝缘板140的下表面上形成表面波等离子体。
气体分配组件可以向第二等离子体区域供应用于沉积工艺的第二工艺气体。例如，第二工艺气体可以包括乙炔气体(C2H2)。第二间隙G2可以是大约100mm，并且第二等离子体P2可以具有大约1×1010/cm3的密度。例如，第二间隙G2可以在80mm与120mm之间，并且第二等离子体P2可以具有在8×109/cm3与1.2×1010/cm3之间的密度。因此，第一等离子体P1和第二等离子体P2的密度和气体成分可以不同。
如图6和图7中所示，可以将基底装载到多个腔室210-A、210-B和210-C中的第一腔室210-A的基底加热器220a上。可以将安装成可旋转的并包括多个基底加热器的基座组件206和包括多个等离子体发生器的注入器组件208夹紧/组合在一起以形成腔室。
可以在第一腔室210-A内产生第一等离子体，第一腔室210-A在基底加热器220a与绝缘板240a之间具有第一间隙G1。气体分配组件可以向第一等离子体区域供应用于预处理工艺的第一工艺气体。例如，第一工艺气体可以包括氢气(H2)。
在第一腔室210-A中完成预处理工艺之后，基座组件206旋转预定角度，并且可以形成在基底加热器220a与绝缘板240b之间具有第二间隙G2的第二腔室210-B。
可以在第二腔室210-B内产生第二等离子体，第二腔室210-B在基底加热器220a与绝缘板240b之间具有大于第一间隙G1的第二间隙G2。气体分配组件可以向第二等离子体区域供应用于沉积工艺的第二工艺气体。例如，第二工艺气体可以包括乙炔气体(C2H2)。
通过等离子体沉积设备和方法形成的石墨烯层可以优异的机械强度、热稳定性、扩散阻挡能力，并且具有薄厚度。石墨烯层可以用于半导体器件的栅极金属层、布线工艺中的互连件等。
上述等离子体沉积设备和方法可以用于制造包括逻辑器件和存储器器件的半导体器件。例如，半导体器件可以应用于诸如计算系统的各种系统。半导体器件可以包括finFET、DRAM、VNAND等。系统可以应用于计算机、便携式计算机、膝上型计算机、个人便携式终端、平板电脑、手机、数字音乐播放器等。
上文是对示例实施例的说明，而将不被解释为对其的限制。虽然已经描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员将容易理解的是，在实质上不脱离本发明的新颖性教导和优点的情况下，能够在示例实施例中做出许多修改。因此，所有这样的修改意图被包括在如权利要求中所限定的示例实施例的范围内。

Claims (23)

1.一种等离子体沉积方法，所述等离子体沉积方法包括以下步骤：
将基底装载到腔室内的基底台上；
在与基底隔开第一距离的第一等离子体区域处产生第一等离子体；
向第一等离子体区域供应第一工艺气体以对基底执行预处理工艺；
在与基底隔开不同于第一距离的第二距离的第二等离子体区域处产生第二等离子体；以及
向第二等离子体区域供应第二工艺气体以对基底执行沉积工艺，
其中，产生第一等离子体的步骤和产生第二等离子体的步骤包括经过设置在腔室的上部中的绝缘板供应微波，
其中，产生第一等离子体的步骤包括使基底台与绝缘板之间保持第一间隙，
其中，产生第二等离子体的步骤包括使基底台与绝缘板之间保持第二间隙，第二间隙大于第一间隙，
其中，第一间隙小于100mm，
其中，第一工艺气体包括氢气。
2.根据权利要求1所述的等离子体沉积方法，所述等离子体沉积方法还包括在产生第一等离子体之后调整基底台与绝缘板之间的距离的步骤。
3.根据权利要求2所述的等离子体沉积方法，其中，调整基底台与绝缘板之间的距离的步骤包括使基底台降低。
4.根据权利要求1所述的等离子体沉积方法，其中，在同一腔室内且在不同时间执行产生第一等离子体的步骤和产生第二等离子体的步骤，并且
其中，第一等离子体的分布中心位于距基底的第一距离处，第二等离子体的分布中心位于距基底的第二距离处。
5.根据权利要求1所述的等离子体沉积方法，其中，腔室是等离子体沉积设备的一部分，等离子体沉积设备包括多个腔室，所述多个腔室包括多个基底台，所述多个腔室中的每个腔室包括所述多个基底台中的相应的基底台，
其中，将基底装载到腔室内的基底台上的步骤包括将基底装载到所述多个腔室中的相应的一个腔室内的基底台上，并且
其中，被安装成可旋转并包括所述多个基底台的基座组件和包括多个等离子体发生器的注入器组件被组合在一起以形成所述多个腔室。
6.根据权利要求5所述的等离子体沉积方法，其中，注入器组件包括多个绝缘板，所述多个绝缘板中的每个绝缘板被布置为设置在所述多个腔室中的相应的腔室中，
其中，产生第一等离子体的步骤包括在所述多个腔室中的第一腔室内产生第一等离子体，第一腔室在其相应的基底台与其相应的绝缘板之间具有第一间隙，并且
其中，产生第二等离子体的步骤包括在所述多个腔室中的第二腔室内产生第二等离子体，第二腔室在其相应的基底台与其相应的绝缘板之间具有第二间隙，第二间隙大于第一间隙。
7.根据权利要求6所述的等离子体沉积方法，其中，产生第二等离子体的步骤包括将基座组件旋转预定角度，以形成在其相应的基底台与其相应的绝缘板之间具有第二间隙的第二腔室。
8.根据权利要求1所述的等离子体沉积方法，其中，第二工艺气体包括包含碳的前驱体气体。
9.一种等离子体沉积方法，所述等离子体沉积方法包括以下步骤：
将基底装载到腔室内的基底台上；
使基底台与绝缘板之间保持第一间隙；
在基底台与绝缘板之间产生第一等离子体；
向产生第一等离子体的第一区域供应第一工艺气体，以对基底执行预处理工艺；
使基底台与绝缘板之间保持第二间隙，第二间隙大于第一间隙；
在基底台与绝缘板之间产生第二等离子体；以及
向产生第二等离子体的第二区域供应第二工艺气体，以对基底执行沉积工艺，
其中，第一间隙小于100mm，
其中，第一工艺气体包括氢气。
10.根据权利要求9所述的等离子体沉积方法，其中，产生第一等离子体的步骤和产生第二等离子体的步骤包括经过腔室的上部中的绝缘板供应微波。
11.根据权利要求10所述的等离子体沉积方法，所述等离子体沉积方法还包括在产生第一等离子体之后调整基底台与绝缘板之间的距离的步骤。
12.根据权利要求11所述的等离子体沉积方法，其中，调整基底台与绝缘板之间的距离的步骤包括使基底台降低。
13.根据权利要求9所述的等离子体沉积方法，其中，产生第一等离子体的步骤和产生第二等离子体的步骤是在腔室内执行的。
14.一种等离子体沉积方法，所述等离子体沉积方法包括以下步骤：
将基底装载到包括多个基底台的第一组件的第一基底台上；
使第一基底台与包括多个绝缘板的第二组件的第一绝缘板之间保持第一间隙；
在第一基底台与第一绝缘板之间产生第一等离子体；
向产生第一等离子体的第一区域供应第一工艺气体，以对基底执行预处理工艺；
使第一基底台与第二组件的第二绝缘板之间保持第二间隙，第二间隙大于第一间隙；
在第一基底台与第二绝缘板之间产生第二等离子体；以及
向产生第二等离子体的第二区域供应第二工艺气体，以对基底执行沉积工艺，
其中，被安装为可旋转的第一组件与第二组件组合在一起以形成多个腔室，
其中，第一间隙小于100mm，
其中，第一工艺气体包括氢气。
15.根据权利要求14所述的等离子体沉积方法，其中，产生第一等离子体的步骤包括在所述多个腔室中的第一腔室内产生第一等离子体，第一腔室在第一基底台与第一绝缘板之间具有第一间隙，以及
其中，产生第二等离子体的步骤包括在所述多个腔室中的第二腔室内产生第二等离子体，第二腔室在第一基底台与第二绝缘板之间具有第二间隙。
16.根据权利要求15所述的等离子体沉积方法，其中，产生第二等离子体的步骤包括将第一组件旋转预定角度以形成在第一基底台与第二绝缘板之间具有第二间隙的第二腔室。
17.根据权利要求16所述的等离子体沉积方法，其中，第二工艺气体包括包含碳的前驱体气体。
18.根据权利要求14所述的等离子体沉积方法，其中，第一等离子体具有第一等离子体密度，并且第二等离子体具有小于第一等离子体密度的第二等离子体密度。
19.一种等离子体沉积设备，所述等离子体沉积设备包括：
腔室；
基底台，被构造为在腔室中支撑基底；
等离子体发生器，被构造为在腔室的上部中在绝缘板下方且在基底台上方产生等离子体；
气体分配组件，被构造为将工艺气体供应到产生等离子体的区域；
升降机构，被构造为使基底台升降，使得基底台与绝缘板之间的间隙改变；以及
控制器，连接到等离子体发生器、气体分配组件和升降机构，控制器被构造为控制等离子体发生器、气体分配组件和升降机构的操作，
其中，升降机构使基底台与绝缘板之间保持第一间隙，等离子体发生器在基底台与绝缘板之间产生第一等离子体，气体分配组件向产生第一等离子体的第一区域供应第一工艺气体，以对基底执行预处理工艺，
其中，升降机构使基底台与绝缘板之间保持第二间隙，等离子体发生器在基底台与绝缘板之间产生第二等离子体，气体分配组件向产生第二等离子体的第二区域供应第二工艺气体，以对基底执行沉积工艺，第二间隙大于第一间隙，
其中，第一间隙小于100mm，
其中，第一工艺气体包括氢气。
20.根据权利要求19所述的等离子体沉积设备，其中，等离子体发生器包括布置在绝缘板上的微波产生天线，微波产生天线被构造为经过绝缘板将微波引入腔室中。
21.根据权利要求19所述的等离子体沉积设备，其中，升降机构包括被构造为使连接到基底台的支撑轴升降的驱动马达和附接在支撑轴的端部与腔室的底部之间的波纹管。
22.根据权利要求19所述的等离子体沉积设备，其中，气体分配组件被构造为分配包括氢气的第一工艺气体和包含碳的第二工艺气体。
23.根据权利要求19所述的等离子体沉积设备，其中，等离子体发生器被构造为产生具有第一等离子体密度的第一等离子体和具有小于第一等离子体密度的第二等离子体密度的第二等离子体。
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