CN112534542A - 具有改善的离子阻断器的远程电容耦合等离子体源 - Google Patents

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CN112534542A CN201980049624.3A CN201980049624A CN112534542A CN 112534542 A CN112534542 A CN 112534542A CN 201980049624 A CN201980049624 A CN 201980049624A CN 112534542 A CN112534542 A CN 112534542A
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Abstract

提供用于产生一流量的自由基的设备和方法。离子阻断器位于与远程等离子体源的面板相距一距离处。离子阻断器具有开口以允许等离子体流过。相对于位于离子阻断器的相对侧上的喷淋头极化离子阻断器，使得实质上没有等离子体气体离子通过喷淋头。

Description

具有改善的离子阻断器的远程电容耦合等离子体源
技术领域
本公开的实施例涉及用于半导体处理腔室的气体分配板。特别地，本公开的实施例涉及使用偏压离子滤波器的远程电容耦合等离子体(RCCP)源。
背景技术
当前的远程电容耦合等离子体(RCCP)源可造成薄膜中的过载缺陷。这被认为是由于来自RCCP源的离子泄漏。对于可流动薄膜，适当的是阻挡具有高能量的离子且流动可与挥发性前体反应的自由基。在反应之后，前体可转化成具有低挥发性的低分子量聚合物，低分子量聚合物沉积于晶片上作为可流动薄膜。当前的处理使用氧自由基与前体反应。由于氧自由基在铝表面上具有非常低的寿命及高重组率，使用具有大孔洞的离子阻断器以防止孔洞内部的氧自由基重组。然而，由于大孔洞，大量的氧和氩离子与自由基一起被载送至反应腔室。这些离子减少沉积薄膜的流动性并且还产生缺陷。因此，本领域中需要RCCP设备和方法以减少过载缺陷和/或减少离子泄漏。
发明内容
本公开的一个或更多个实施例涉及气体分配设备，包括：远程等离子体源、离子阻断器和喷淋头。所述远程等离子体源具有面板，并且所述离子阻断器具有面对所述面板的背表面。所述离子阻断器的所述背表面和前表面限定所述离子阻断器的厚度。所述离子阻断器的所述背表面与所述面板间隔一距离以形成间隙。所述离子阻断器包含延伸穿过所述离子阻断器的所述厚度的多个开口。喷淋头具有背表面和前表面。所述喷淋头的所述背表面面对所述离子阻断器的所述前表面且与所述离子阻断器的所述前表面间隔。所述喷淋头包括多个孔隙以允许来自所述远程等离子体源的自由基流过所述喷淋头。电压调节器连接至所述离子阻断器和所述喷淋头以相对于所述喷淋头极化所述离子阻断器。
本公开的附加实施例涉及提供自由基至处理腔室的方法。在由离子阻断器形成边界的等离子体空腔中产生等离子体，所述等离子体包括第一量的离子和自由基。极化所述离子阻断器以将通过所述离子阻断器中的开口的离子从所述第一量的离子减少至第二量且产生一流量的自由基。将所述流量的自由基通过喷淋头，所述喷淋头与所述离子阻断器相邻并且与所述离子阻断器间隔，所述喷淋头包括多个孔隙以允许所述自由基通过所述喷淋头。相对于所述喷淋头极化所述离子阻断器。
本公开的进一步的实施例涉及非瞬时计算机可读取介质，包含指令，在由处理腔室的控制器执行时，所述指令使得所述处理腔室执行以下操作：产生等离子体，所述等离子体包括等离子体空腔中的第一量的离子和自由基；相对于喷淋头极化离子阻断器；以及提供一流量的等离子体气体进入由离子阻断器形成边界的等离子体空腔。
附图说明
为了可以详细理解本公开的上述特征中的方式，可通过参考实施例而具有本公开的更特定描述(简短总结如上)，其中一些图示于所附附图中。然而，注意所附附图仅图示本公开的典型的实施例，因此不考虑为限制其范围，因为本公开可允许其他等效实施例。此处描述的实施例通过示例的方式图示，而不是限制在所附附图中，其中相同的附图标记指示相似的组件。
图1根据本公开的一个或更多个实施例示出了处理腔室的横截面示意视图；
图2根据本公开的一个或更多个实施例示出了气体分配设备的横截面示意视图；并且
图3根据本公开的一个或更多个实施例图示具有双通道喷淋头的处理腔室的部分视图。
具体实施方式
本公开的实施例涉及包含偏压离子阻断器板的远程电容耦合等离子体(RCCP)源。一些实施例允许RCCP以比传统等离子体源更高的功率操作。一些实施例提供用于等离子体处理方法的自由基(例如，氧自由基)的增加。一些实施例有利地提供了用于减少缺陷并改善可流动薄膜沉积处理中的流动性的RCCP设备和方法。
在当前的半导体制造处理中，缺陷规格非常严格，特别是在前道工序(FEOL)处理中。根据一些实施例，采用具有偏压离子阻断器的RCCP源以防止离子从RCCP源泄漏以损坏薄膜。发明人惊奇地发现，薄膜缺陷实质上仅由远程氩等离子体和在腔室中流动的前体形成。本公开的一个或更多个实施例有利地提供了用于减少或消除可流动薄膜中的缺陷形成的设备和方法。
参考图1，本公开的一个或更多个实施例涉及包含具有可极化离子阻断器210的气体分配设备200的处理腔室100。处理腔室100包括顶部102、底部104、和封闭内部容积105的至少一个侧壁106。气体分配设备200包含具有前表面222的喷淋头220。
基板支撑件110位于处理腔室100的内部容积105中。一些实施例的基板支撑件110连接至支撑轴件114。支撑轴件114可与基板支撑件110整体形成，或可以是与基板支撑100分开的部件。一些实施例的支撑轴件114经配置以绕着基板支撑110的中央轴112旋转113。所图示的实施例包含在基板支撑件110的支撑表面111上的基板130。基板130具有面对喷淋头220的前表面222的基板表面131。支撑表面111和喷淋头的前表面222之间的空间可被称为反应空间133。
在一些实施例中，支撑轴件114被配置为将支撑表面111移动117到更靠近或进一步远离喷淋头220的前表面222。为了旋转113或移动117支撑表面111，一些实施例的处理腔室包含一个或更多个电机119，电机119被配置为用于旋转或平移移动中的一者或更多者。尽管图1中图示了单一电机119，本领域技术人员将熟悉合适的电机和合适的部件布置以执行旋转或平移移动。
气体分配设备200包括远程等离子体源205。一般而言，远程等离子体源205在与反应空间133相距一距离处的空腔或腔室中产生等离子体。在远程等离子体源205中产生的等离子体经由合适的连接输送至反应空间133。例如，在远程等离子体源205中产生的等离子体可流过喷淋头进入反应空间133。
图2根据本公开的一个或更多个实施例图示远程等离子体源205的示意视图。图3根据本公开案的一个或更多个实施例示出包含气体分配组件200的处理腔室100的部分视图。
参考图2和图3两者，远程等离子体源205包含面板207和离子阻断器210。面板207和离子阻断器210封闭等离子体产生区域206，也称为等离子体空腔。远程等离子体源的面板面对等离子体产生区域206。
离子阻断器210具有面对面板207且形成等离子体产生区域206的边界的背表面211、以及前表面212。背表面211间隔了距离DP，距离DP限定等离子体产生区域206的高度。背表面211和前表面212限定离子阻断器210的厚度T。离子阻断器210包含延伸穿过厚度T的多个开口215，使得在背表面211中形成开口215a，且在前表面212中形成开口215b。开口215允许气体从等离子体产生区域206流动至等离子体产生区域206外部的区域。
气体分配设备200包含与离子阻断器210间隔一距离的喷淋头220，以形成间隙227。喷淋头220具有前表面222和背表面224。喷淋头220的背表面224面对离子阻断器210的前表面212。喷淋头220的背表面224和离子阻断器210的前表面212之间的距离限定具有距离DS的间隙227。
喷淋头220包含从背表面224延伸至前表面222的多个孔隙225，以允许等离子体成分(例如，自由基)流过喷淋头220。背表面224中的孔隙开口225a延伸穿过喷淋头220至前表面222中的孔隙开口225b以产生孔隙225。孔隙225用作通路以允许间隙227和反应空间133之间的流体连通。
图2中所图示的喷淋头220可称为单一通道喷淋头。为了通过喷淋头220，气体必须流过孔隙225，产生单一流动路径。本领域技术人员将认识到这仅仅是一个可能配置，且不应被视为限制本公开的范围。例如，图3中所图示的喷淋头220为双通道喷淋头，其中存在两个分开的流动路径以用于物质通过喷淋头，使得物质在从喷淋头进入反应空间133之前不会混合。
一些实施例的气体分配设备200包含连接至离子阻断器210和喷淋头220的电压调节器230。电压调节器230可以是本领域技术人员已知的可在离子阻断器210和喷淋头220之间产生电压差的任何合适的部件，包含但不限于恒电位器。电压调节器230通过本领域技术人员已知的任何合适的连接器连接至离子阻断器210和喷淋头220，包含但不限于同轴连接，其中内导体或外导体中的一者连接至离子阻断器210并且内导体或外导体中的另一者连接至喷淋头220。同轴传输线的内导体及外导体通过合适的绝缘体彼此电隔离。
气体分配设备200包含至少一个气体入口240。在图2中所图示的实施例中，其中使用单一通道喷淋头，气体入口240与等离子体产生区域206流体连通。等离子体产生区域206可用于等离子体和非等离子体气体两者。例如，等离子体气体(成为等离子体的气体)可流动进入等离子体产生区域，被点燃成为等离子体，且流动进入反应空间133。在等离子体暴露之后，非等离子体气体可流动通过等离子体产生区域，而不点燃等离子体以允许基于非等离子体的物质进入反应空间133。在一些实施例中，处理腔室在腔室的主体中具有气体入口(例如，侧壁、顶部、或底部)且在远程等离子体源中具有气体入口。
在一些实施例中，将自由基提供至处理腔室，使用离子阻断器210以减少等离子体中存在的离子到达反应空间133的量。参考图2，在一些实施例中，使用功率源257在等离子体空腔(等离子体产生区域206)中产生等离子体251。等离子体251具有第一量的离子252和第一量的自由基253。图2中所图示的实施例示出了五个离子以作为等离子体251中的第一量的离子252，以及一个离子以作为通过离子阻断器210之后的空隙227中的第二量的离子252。本领域技术人员将认识到：使用该图以图示一个或更多个实施例的操作且并不反映被离子阻断器“过滤”的离子的比例。
可通过本领域技术人员已知的任何合适技术来产生等离子体251，包含但不限于电容耦合等离子体、电感耦合等离子体、和微波等离子体。在一些实施例中，等离子体251为通过施加RF和/或DC功率以在面板207和离子阻断器210或喷淋头220中的一者或更多者之间产生差异来在等离子体空腔(等离子体产生区域206)中产生的电容耦合等离子体。
在远程等离子体源105中产生的等离子体可包含任何合适的反应气体，其中自由基(而不是离子)用于反应。在一些实施例中，等离子体气体包括以下中的一者或更多者：分子氧(O2)、分子氮(N2)、氦(He)、分子氢(H2)、氖(Ne)、氩(Ar)或氪(Kr)。
离子阻断器210被极化以防止或最小化来自等离子体的离子通过开口215的数量。极化离子阻断器210将通过开口215的离子252从第一量减少至小于第一量的第二量。离子阻断器210产生一流量的自由基253，根据一些实施例，实质上不含离子252。如此方式中所使用，术语“实质上不含离子”是指进入反应空间133的离子成分小于或等于进入反应空间133的自由基数量的约10％、5％、2％、1％、0.5％、或0.1％。
一些实施例的离子阻断器210将等离子体251中的离子252的数量从等离子体产生区域206中的第一数量减少至反应空间133或间隙227中的第二数量。在一些实施例中，第二数量小于或等于第一数量的约50％、40％、30％、20％、10％、5％、2％、1％或0.5％。
由于离子252带电，极化的离子阻断器210用作离子252通过开口215的阻挡物。而自由基253不带电，极化的离子阻断器210对自由基通过开口215的移动具有最小的影响(如果有的话)，使得自由基253可通过离子阻断器210。接着，自由基253可通过喷淋头220中的开口225并进入反应空间133。
离子阻断器210可由具有任何合适厚度的任何合适材料制成。在一些实施例中，离子阻断器210包括铝或不锈钢。在一些实施例中，离子阻断器210具有约0.5mm至约50mm的范围中、或在约1mm至约25mm的范围中、或在约2mm至约20mm的范围中、或在约3mm至约15mm的范围中、或在约4mm至约10mm的范围中的厚度T。
离子阻断器210中的开口215可具有均匀的宽度或可在宽度上变化。在一些实施例中，开口215具有根据在离子阻断器210内的位置而变化的直径。例如，在一些实施例中，离子阻断器210中的开口215在绕着离子阻断器210的外周边缘处可大于离子阻断器210的中央中的开口。在一些实施例中，任何给定开口215的宽度(或圆形开口的直径)在通过离子阻断器210的厚度T上变化。例如，在一些实施例中，开口215a的宽度(或圆形开口的直径)在背表面211上最大，逐渐变细至离子阻断器210的前表面212中的开口215b的较小宽度(或圆形开口的直径)。在一些实施例中。开口215为圆形且具有在约1/8”至约1/2”的范围中、或在约3/16”至约7/16”的范围中、或在约1/4”至约3/8”的范围中、或约5/16”的直径。在一些实施例中，开口215为圆形且具有在约3mm至约13mm的范围中、或在约4mm至约12mm的范围中、或在约5mm至约11mm的范围中、或在约6mm至约10mm的范围中、或在约7mm至约9mm的范围中、或约8mm的直径。
在一些实施例中，使用电压调节器230相对于喷淋头220极化离子阻断器210。在一些实施例中，电压调节器经配置以提供在约±2V至约±100V的范围中、或在约±5V至约±50V的范围中的离子阻断器210相对于喷淋头220的直流(DC)极化。换言之，在约2V至约100V的范围中、或在约5V至约50V的范围中相对于喷淋头220极化离子阻断器210，使用正或负偏压。
参考图3，本公开的一些实施例具有双通道喷淋头220。双通道喷淋头220具有第一气体通道220a和第二气体通道220b。第一气体通道220a用作第一气体流动路径以允许间隙227中的第一气体通过喷淋头220到反应空间133。第二气体通道220b用作第二气体流动路径以允许第二气体流动进入反应空间133而不与第一气体混合。在所图示的实施例中，有两个气体入口240a、240b，一个连接至远程等离子体源205的等离子体产生区域206，另一个绕过远程等离子体源205且直接耦合至第二气体通道220b。
在所图示的实施例中，双通道喷淋头220的第一气体通道220a与离子阻断器210和面板207之间的间隙227流体连通，使得喷淋头220中的多个孔隙225包括从前表面222延伸至喷淋头220的背表面224的第一多个孔隙225a。间隙227可用作用于来自远程等离子体源205的气体的气室，以提供至反应空间133的均匀气流。
在一些实施例中，双通道喷淋头220的第二气体通道220b与第二多个孔隙225b流体连通。第二多个孔隙225a从喷淋头220的前表面222延伸至气体容积229。气体容积229可用作气体入口240b和反应空间133之间的气室，使得第二气体可流动至反应空间，而不通过间隙227或与第一气体接触，直到第一气体和第二气体两者都在反应空间133中。换言之，第二多个孔隙225b不直接连接第二气体通道与喷淋头220的背表面224。如此方式中所使用，术语“不直接连接”是指流过第二多个孔隙225b的气体不与喷淋头220的背表面224接触，而不通过第一多个孔隙225a中的一者。
在一些实施例中，离子阻断器210中的至少一些开口215与喷淋头220中的第一多个开口225a中的至少一些对齐。如此方式中所使用，术语“对齐”是指通过开口215的中央从背表面211延伸至前表面212所绘制的假想线也将通过喷淋头220中的开口225a。在图3图示的实施例中，离子阻断器210中的每一开口215与第一多个开口225a中的一者对齐，以提供通过离子阻断器210时从等离子体产生区域206至反应空间133的更直接的流动路径。在一些实施例中，离子阻断器210中的开口215中没有一个直接与第一多个开口225a中的一者对齐。
返回参考图1，处理腔室100的一些实施例包含耦合至以下中的一者或更多者的至少一个控制器190：处理腔室100、基板支撑件110、支撑轴件114、电机119、远程等离子体源205、离子阻断器210或电压调节器230。在一些实施例中，存在多于一个连接至各个部件的控制器190，并且主控制处理器耦合至分别的控制器或处理器中的每一者以控制系统。控制器190可以是可在工业设定中用于控制多种腔室和子处理器的任何形式的通用计算机处理器、微控制器、微处理器等中的一者。
至少一个控制器190可具有处理器192、耦合至处理器192的存储器194、耦合至处理器192的输入/输出装置196、和在不同电子部件之间通信的支持电路198。存储器194可包含瞬时存储器(例如，随机存取存储器)和非瞬时存储器(例如，存储器)中的一者或更多者。
处理器的存储器194或计算机可读介质可以是容易获得的存储器中的一者或更多者，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字存储器，本地或远程。存储器194可保留可由处理器192操作的指令集，以控制系统的参数和部件。支持电路198耦合至处理器192，以用于以传统方式支持处理器。电路可包含例如高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路、子系统等。
通常可将处理作为软件例程存储在存储器中，当由处理器执行时，使得处理腔室执行本公开的处理。也可由第二处理器(未示出)存储和/或执行软件例程，该第二处理器位于处理器控制的硬件的远程。本公开的一些或所有方法也可以以硬件执行。因此，处理可以以软件实现并使用计算机系统来执行，可以以硬件实现，作为例如专用集成电路或其他类型的硬件实现，或作为软件和硬件的组合。当由处理器执行时，软件例程将通用计算机转换成控制腔室操作的特定目的计算机(控制器)，以便执行处理。
在一些实施例中，控制器190具有一个或更多个配置以实行各个处理或子处理以执行本公开的实施例。控制器190可连接至且被配置为操作中间部件以执行方法的功能。例如，控制器190可连接至且被配置为控制气阀、致动器、电机、狭缝阀、真空控制等中的一者或更多者。
一些实施例的控制器190或非瞬时计算机可读介质具有从以下配置中选择的一个或更多个配置或指令：绕着中央轴旋转基板支撑件；提供一流量的气体进入远程等离子体源；在远程等离子体源中产生等离子体；在离子阻断器和喷淋头之间提供电压差；或提供一流量的第二气体至喷淋头的第二通道。
贯穿本说明书对“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或更多个实施例”或“实施例”的引用是指结合该实施例所描述的特定特征、结构、材料或特性被包含于本公开的至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书各处中出现的术语诸如“在一个或更多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”不必参照本公开的相同实施例。进一步地，可在一个或更多个实施例中以任何合适的方式组合特定特征、结构、材料或特性。
尽管已参考特定实施例描述了本文的公开，本领域技术人员将理解，所描述的实施例仅仅是对本公开的原理及应用的说明。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可对本公开的方法和设备进行多种修改和变化。因此，本公开可包含在所附权利要求及其等效物的范围内的修改和变化。

Claims (15)

1.一种气体分配设备，包括：
远程等离子体源，所述远程等离子体源具有面板；
离子阻断器，所述离子阻断器具有面对所述面板的背表面以及前表面，所述背表面和所述前表面限定厚度，所述离子阻断器的所述背表面与所述面板间隔一距离以形成间隙，所述离子阻断器包括延伸穿过所述厚度的多个开口；
喷淋头，所述喷淋头具有背表面和前表面，所述喷淋头的所述背表面面对所述离子阻断器的所述前表面并且与所述离子阻断器的所述前表面间隔，所述喷淋头包括多个孔隙以允许来自所述远程等离子体源的自由基流过所述喷淋头；以及
电压调节器，所述电压调节器连接至所述离子阻断器和所述喷淋头以相对于所述喷淋头极化所述离子阻断器。
2.如权利要求1所述的气体分配设备，其中相对于所述喷淋头极化所述离子阻断器，使得实质没有等离子体气体离子通过所述喷淋头。
3.如权利要求1所述的气体分配设备，其中所述喷淋头为具有第一气体通道和第二气体通道的双通道喷淋头。
4.如权利要求3所述的气体分配设备，其中所述双通道喷淋头的所述第一气体通道与所述离子阻断器和所述面板之间的所述间隙流体连通，使得所述喷淋头中的所述多个孔隙包括从所述前表面延伸至所述喷淋头的所述背表面的第一多个孔隙。
5.如权利要求4所述的气体分配设备，其中所述双通道喷淋头的所述第二气体通道与所述喷淋头的所述前表面中的第二多个孔隙流体连通，并且没有任何所述第二多个孔隙将所述第二气体通道与所述喷淋头的所述背表面直接连接。
6.如权利要求4所述的气体分配设备，其中所述离子阻断器中的所述开口中的至少一些与所述喷淋头中的所述第一多个开口中的至少一些对齐。
7.如权利要求4所述的气体分配设备，其中所述离子阻断器中的所述开口中的每一者与所述喷淋头中的所述第一多个开口的一者对齐。
8.如权利要求1所述的气体分配设备，其中电压调节器被配置为提供在约±2V至约±100V的所述范围中的所述离子阻断器相对于所述喷淋头的直流(DC)极化。
9.如权利要求1所述的气体分配设备，其中所述电压调节器被配置为提供在约±5V至约±50V的所述范围中的所述离子阻断器相对于所述喷淋头的直流(DC)极化。
10.如权利要求1所述的气体分配设备，其中所述离子阻断器中的所述开口具有在约1/8”至约1/2”的所述范围中的直径。
11.一种包括如权利要求1至权利要求10中任一项所述的气体分配设备的处理腔室。
12.一种将自由基提供至处理腔室的方法，所述方法包括以下步骤：
产生等离子体，所述等离子体包括由离子阻断器形成边界的等离子体空腔中的第一量的离子和自由基；
极化所述离子阻断器以将通过所述离子阻断器中的开口的离子从所述第一量的离子减少至第二量并且产生一流量的自由基；以及
将所述流量的自由基通过喷淋头，所述喷淋头与所述离子阻断器相邻并且与所述离子阻断器间隔，所述喷淋头包括多个孔隙以允许所述自由基通过所述喷淋头，
其中相对于所述喷淋头极化所述离子阻断器。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述等离子体气体包括氧(O2)或氩(Ar)中的一者或更多者。
14.如权利要求12所述的方法，其中相对于所述喷淋头极化所述离子阻断器，使得实质没有等离子体气体离子通过所述喷淋头。
15.一种非瞬时计算机可读介质，包含指令，在由处理腔室的控制器执行时，所述指令使得所述处理腔室执行以下操作：
产生等离子体，所述等离子体包括等离子体空腔中的第一量的离子和自由基；
相对于喷淋头极化离子阻断器；以及
提供一流量的等离子体气体进入由离子阻断器形成边界的等离子体空腔。
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