CN116110775A - 提高远程等离子体产生的氧化膜的质量的表面预处理工艺 - Google Patents

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Abstract

提供用于氧化工件的工艺。在一个示例中，方法包括将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上。所述方法包括对处理腔室中的工件执行预氧化处理工艺以在所述工件上引发氧化物层形成。所述方法包括对所述处理腔室中的所述工件执行远程等离子体氧化工艺，以继续在所述工件上进行氧化物层形成。在执行预氧化处理工艺和远程等离子体氧化工艺之后，所述方法可包括将所述工件从所述处理腔室移除。在一些实施例中，所述远程等离子体氧化工艺可包括：在等离子体腔室中由远程等离子体氧化工艺气体生成第一等离子体；过滤在所述等离子体中生成的物质以生成具有一种或多种自由基的混合物；以及将所述一种或多种自由基暴露于所述工件。

Description

提高远程等离子体产生的氧化膜的质量的表面预处理工艺
本申请是名称为“提高远程等离子体产生的氧化膜的质量的表面预处理工艺”、申请日为2020年05月20日、申请号为202080004142.9的中国申请的分案申请。
技术领域
本公开大体上涉及工件的表面处理，且更特别地涉及提高通过远程等离子体氧化工艺产生的氧化膜的质量的工件的表面处理。
背景技术
等离子体处理广泛用于半导体工业中，用于半导体晶片和其他基材的沉积、蚀刻、抗蚀剂移除、表面处理和相关处理。等离子体源(例如微波、ECR、感应等)通常用于等离子体处理以产生高密度等离子体和用于处理基材的反应性物质。
发明内容
本公开的实施例的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中学习，或者可以通过实施例的实践来学习。
本公开的一个示例方面涉及一种用于处理工件的方法。该方法包括将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上。所述方法包括对所述处理腔室中的所述工件执行预氧化处理工艺，以在所述工件上引发氧化物层形成。所述方法包括对所述处理腔室中的所述工件执行远程等离子体氧化工艺，以继续在所述工件上进行氧化物层形成。在执行所述预氧化处理工艺和所述远程等离子体氧化工艺之后，所述方法可包括将所述工件从所述处理腔室移除。在一些实施例中，所述远程等离子体氧化工艺可包括：在等离子体腔室中由远程等离子体氧化工艺气体生成第一等离子体；过滤在所述等离子体中生成的物质以生成具有一种或多种自由基的混合物；以及将所述一种或多种自由基暴露于所述工件。
本公开的其他示例方面涉及用于在工件上选择性沉积材料的系统、方法和装置。
参考以下描述和所附权利要求书，将更好地理解各种实施例的这些和其他特征、方面和优点。附图被包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域技术人员的实施例的详细讨论，在附图中：
图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例氧化工艺；
图2描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理装置；
图3描绘了根据本公开的示例实施例的示例方法的流程图；
图4描绘了根据本公开的示例实施例的将工件示例暴露于预处理气体；
图5描绘了根据本公开的示例实施例的将工件示例暴露于预处理气体；
图6描绘了在根据本公开的示例实施例的分离栅处的预处理气体的示例注入；
图7描绘了根据本公开的示例实施例的示例预氧化处理工艺的流程图；
图8描绘了根据本公开的示例实施例的示例远程等离子体氧化工艺的流程图；
图9描绘了根据本公开的示例实施例的示例等离子体处理装置；
图10描绘了根据本公开的示例实施例的示例性等离子体处理装置；以及
图11示出了根据本公开的示例实施例的与预氧化处理工艺相关联的示例测试结果。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，其一个或多个示例在附图中示出。通过解释实施例而非限制本公开来提供每个示例。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围或精神的情况下对实施例进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，意图是本公开的方面覆盖这样的修改和变型。
本公开的示例方面涉及用于处理工件以提高由于基于远程等离子体的氧化而在工件上形成的氧化膜的质量的系统和方法。举例来说，可在远程等离子体氧化工艺之前对工件执行预处理氧化工艺，以提高在远程等离子体氧化工艺期间形成的氧化膜的质量。
随着半导体器件中临界尺寸的缩小，器件尺寸和材料厚度继续减小。在先进的器件节点中，材料特性和界面完整性对器件性能变得越来越重要。在许多情况下，由于氧化物在半导体器件中起到绝缘层的作用，因此硅的氧化工艺(例如，形成SiO2)主导半导体器件的质量。
在几个氧化工艺中，远程等离子体或去耦等离子体氧化工艺在低温工艺领域(例如，小于约400℃)可具有优于其他工艺(例如，热氧化)的某些优点。远程等离子体氧化工艺可用于纳米级半导体器件的制造和集成。在这方面，远程等离子体沉积氧化物的质量是满足先进半导体器件的规范的因素。
如本文所用，氧化膜的“质量”可通过其稀释的氢氟酸(DHF)蚀刻速率来量化。热氧化物的典型100:1DHF速率约为15埃/分钟。远程等离子体氧化物蚀刻速率可为例如约100埃/分钟。较快的DHF蚀刻速率可指示氧化膜的较高质量。
用于提高氧化膜的质量的一些方法可涉及使用高温(例如，大于约400℃)或高剂量离子(例如，He+离子)以在氧化工艺之后致密氧化膜。这些技术可以通过向氧化膜传递热能和/或连接能量来破坏氧化膜中的弱键。然而，这些技术可在半导体器件制造工艺期间导致器件损坏。例如，高温可导致材料扩散和/或引起大的热应力。高剂量的离子可导致材料溅射和/或再沉积，导致器件上的粗糙表面和碎片。
根据本公开的示例方面，可在远程等离子体氧化工艺之前对工件执行预氧化处理工艺，以提高在远程等离子体氧化工艺期间形成的氧化膜的质量。在一些示例实施方式中，预氧化处理工艺可通过形成原始质量氧化物薄层(例如，与使用热氧化工艺形成的氧化膜相当或比其更好)来引发氧化物形成。原始质量氧化物薄层可用作后一远程氧化工艺的氧化模板。可在与远程等离子体氧化工艺相同的处理腔室中原位执行预氧化处理工艺。以此方式，本公开的方面可提供有效的解决方案，以在低温状况下提高氧化膜质量而无离子损坏器件的风险。
远程等离子体氧化工艺可包括例如在等离子体腔室中由工艺气体生成等离子体。工艺气体可包括例如包括H2和O2的混合物或包括H2O和O2的混合物。该工艺可包括使用将等离子体腔室与处理腔室分离的分离栅过滤在等离子体中生成的物质(例如，离子)。自由基(例如，O自由基和/或OH自由基)可穿过分离栅以暴露于工件以在工件上形成氧化层。
在执行远程等离子体氧化工艺之前，可原位(例如，在与远程等离子体氧化工艺相同的处理腔室中)执行预氧化处理工艺以在工件上引发氧化物形成。在一些实施例中，预氧化处理工艺可包括将工件暴露于处理腔室中的预处理气体。例如，预处理气体可以从等离子体腔室和/或从处理腔室中的注气口提供给处理腔室(例如，没有等离子体)。预处理气体可以是例如O3气体。预处理气体可以是例如O2气体。在一些实施例中，预处理气体可以是O2气体和O3气体的混合物。
在一些实施例中，预处理氧化工艺可包括将工件暴露于由等离子体腔室中的等离子体生成的自由基。举例来说，预处理工艺可包括通过在等离子体腔室中的预氧化处理气体中感应等离子体来生成物质。预氧化处理气体可以是例如O2气体。预处理气体可以是例如O3气体。在一些实施例中，预处理气体可以是O2气体和O3气体的混合物。预处理氧化工艺可包括过滤一种或多种物质(例如，离子)以生成过滤的混合物，并将过滤的混合物暴露于工件以在工件上引发氧化物层形成。例如，分离栅可以过滤在等离子体中生成的离子并通过自由基(例如O自由基)以在工件上引发形成高质量氧化物层。
本公开的方面可以提供多种技术效果和益处。举例来说，可在与远程等离子体氧化工艺相同的处理腔室中原位执行预处理氧化工艺，导致减少工件转移时间并增加半导体器件制造中的处理量。预处理氧化工艺可导致氧化物质量的显著提高，而不需要升高温度。此外，可通过调整工艺参数(例如，工艺温度、气体流速/浓度、工艺时间、压力及用于感应耦合的等离子体源的RF功率)来精细地调整预处理氧化工艺的有效性。
为了说明和讨论的目的，参考“工件”或半导体晶片讨论本公开的方面。使用本文所提供的公开内容，本领域的技术人员将理解，可结合任何半导体基材或其他合适基材或工件来使用本公开的示例方面。另外，术语“约”与数值结合使用指在涉及所述数值的百分之十(10％)内。
图1描绘了根据本公开的示例实施例的示例氧化工艺40的概述。可在工件50(例如硅半导体晶片)上实施氧化工艺40。氧化工艺40可用于在工件50上形成氧化物层(例如，SiO2层)以用作例如半导体器件中的绝缘层。
可在工件50上实施预处理氧化工艺60，以在工件50上生长高质量氧化物层55。高质量氧化物层55可以用作模板，用于后续在工件50上的氧化物生长。如下文将更详细讨论的，预处理氧化工艺60可包括将工件50暴露于预处理气体(例如，O3气体、O2气体或包括O3与O2的混合物的气体)。预处理氧化工艺60还可包括将工件50暴露于来自预处理气体(例如，O2气体、O3气体或包括O3与O2的混合物的气体)的远程等离子体源中生成的自由基。
在预处理氧化工艺60之后，可实施远程等离子体氧化工艺70，以在高质量氧化物层55上生长氧化物层57。远程等离子体氧化工艺70可将工件50暴露于由远程等离子体腔室中感应的等离子体生成的自由基(例如，O自由基或OH自由基)。可以由工艺气体中的远程等离子体生成等离子体。工艺气体可包括例如包括H2和O2的混合物或包括H2O和O2的混合物。该工艺可包括使用将等离子体腔室与处理腔室分离的分离栅过滤在等离子体中生成的物质(例如，离子)。自由基(例如，O自由基和/或OH自由基)可穿过分离栅以暴露于工件以在工件50上形成氧化层。
图2描绘了可用于实施根据本公开的示例实施例的(多个)氧化工艺的方面的示例等离子体处理装置100。如所示，等离子体处理装置100包括处理腔室110和与处理腔室110分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作以固持待处理的工件114(例如，半导体晶片)的基材支架或基座112。在该示例说明中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区域)中生成等离子体，并且期望的物质通过分离栅组件200从等离子体腔室120被引导到工件114的表面。
为了说明和讨论的目的，参考感应耦合的等离子体源来讨论本公开的方面。使用本文所提供的公开内容，本领域的技术人员将理解，可在不偏离本公开的范围的情况下使用任何等离子体源(例如，感应耦合的等离子体源、电容性耦合的等离子体源等)。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和分离栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122可以由诸如石英和/或氧化铝的介电材料形成。感应耦合的等离子体源135可以包括感应线圈130，该感应线圈130围绕等离子体腔室120、邻近介电侧壁122设置。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到RF功率发生器134。工艺气体(例如反应物和/或载气)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供到腔室内部。当利用来自RF功率发生器134的RF功率激励感应线圈130时，可以在等离子体腔室120中生成等离子体。在特定实施例中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第屏障128以减少感应线圈130到等离子体的电容性耦合。
如图2中所示，分离栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分离。分离栅200可用于由等离子体腔室120中的等离子体生成的混合物中执行离子过滤，以生成过滤的混合物。过滤的混合物可暴露于处理腔室110中的工件114。
在一些实施例中，分离栅200可以是多板分离栅。例如，分离栅200可包括以彼此平行关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可以被分离一定距离。
第一栅板210可以具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可以具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在其通过分离栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上重组。中性物(例如自由基)可以相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。孔的大小和每个栅板210和220的厚度可以影响带电粒子和中性粒子的透明度。
在一些实施例中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成，和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一栅板210和/或第二栅板220可以由其他材料制成，例如硅或碳化硅。在栅板由金属或其他导电材料制成的情况下，栅板可接地。
图3描绘了根据本公开的示例实施例的用于处理工件的示例方法(300)的流程图。方法(300)可以使用等离子体处理装置100来实施。然而，在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用其他方法来实施根据本公开的示例方面的方法。图3描述了为说明和讨论目的按特定顺序执行的步骤。使用本文所提供的公开内容，本领域技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以省略、扩展、同时执行、重新排列和/或以各种方式修改本文所描述的任何方法的各种步骤。另外，可以在不偏离本公开的范围的情况下执行各种附加步骤(未示出)。
在(302)，所述方法可包括将工件放置于处理腔室中的工件支撑件上。例如，工件114可放置在等离子体处理装置100的处理腔室110中的基座112上。工件114可包括半导体基材，例如硅或硅锗。方法(300)可用于在工件上形成氧化物层(例如，SiO2)。
在(304)，该方法可以包括在工件上执行预氧化处理工艺。例如，可以对等离子体处理装置100的处理腔室110中的工件114执行预氧化处理工艺。预氧化处理工艺可在工件上引发氧化物层形成。例如，预氧化处理工艺可在工件上形成薄的高质量氧化物层，其可充当模板，用于后续在工件上的氧化物形成。下面将参照图4至图7讨论关于示例(多个)预氧化处理工艺的细节。
在(306)，该方法可包括对工件执行远程等离子体氧化工艺。例如，可以对等离子体处理装置100的处理腔室110中的工件114执行远程等离子体氧化工艺。远程等离子体氧化工艺可以在低温状况(例如，小于400℃)下实施。远程等离子体氧化工艺可将工件暴露于在远程等离子体源中生成的自由基以在工件上氧化物形成。下面将参照图8讨论关于示例远程等离子体氧化工艺的细节。
在(308)，该方法可包括从处理腔室移除工件。例如，在完成预氧化处理工艺和远程等离子体氧化工艺之后，可从等离子体处理装置100的处理腔室110移除工件114。
图4描绘了根据本公开的示例实施例的可通过将工件暴露于预处理气体来实施的示例预处理氧化工艺。更具体地，图4描绘了图1的等离子体处理装置100的处理腔室110中的工件114。在预氧化预处理工艺期间，预处理气体可暴露于处理腔室中的工件114。
例如，如图4中所示，预处理气体320可经由等离子体腔室120引入到等离子体处理装置100。预处理气体可以从气体源(未示出)流过等离子体腔室120、流到处理腔室11、流过分离栅组件200。分离栅组件200可充当喷头，用于跨越处理腔室中的工件114的表面来分布预处理气体320。在预氧化处理工艺期间，在等离子体源中不生成等离子体。
预处理气体320可包括例如O3气体。预处理气体320可包括例如O2气体。预处理气体320可包括例如O2气体和O3气体的混合物。
以下提供用于将工件暴露于预处理气体作为预处理氧化工艺的一部分的示例工艺参数：
预处理气体：O3
载气：O2和/或N2和/或Ar和/或He
工艺压力：约100mTorr至约18000mTorr
工件温度：约25℃至约400℃
工艺时间：约10秒至约1200秒
用于工艺气体的气体流速：1000sccm至20000sccm
O3浓度：以重量计为0.1％至50％：
在不偏离本公开的范围的情况下，预处理气体320可以以其他方式暴露于工件。例如，图5描绘了预处理气体320从注气口325直接递送到处理腔室110以暴露于工件114。在该示例实施例中，预处理气体320不直接流过等离子体腔室120。
在一些实施例中，预处理气体320可在远程等离子体腔室下游、在分离栅组件200处或下方的等离子体处理装置中的位置处注入。例如，图6描绘了根据本公开的示例实施例的用于在预氧化处理工艺中注入预处理气体320的示例分离栅200。更具体地，分离栅200包括以平行关系设置的、用于离子/UV过滤的第一栅板210和第二栅板220。
第一栅板210和第二栅板220可处于彼此平行关系。第一栅板210可以具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可以具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。来自等离子体的中性粒子和带电粒子215可暴露于分离栅200。带电粒子(例如，离子)可在其通过分离栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上重组。在第二栅板220之后，气体注入源230可被配置为允许预处理气体320进入处理装置。预处理气体320可穿过第三栅板235以暴露于工件。
为了示例的目的，参考具有三个栅板的分离栅来讨论本示例。使用本文提供的公开内容，本领域技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用更多或更少的栅板。
图7描绘了根据本公开的示例实施例的用于进行预氧化处理工艺的示例方法(400)的流程图。方法(400)可以使用等离子体处理装置100来实施。然而，在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用其他方法来实施根据本公开的示例方面的(多个)方法。图7描绘了为说明和讨论目的按特定顺序执行的步骤。使用本文所提供的公开内容，本领域技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以省略、扩展、同时执行、重新排列和/或以各种方式修改本文所描述的任何方法的各种步骤。另外，可以在不偏离本公开的范围的情况下执行各种附加步骤(未示出)。
在(402)，该方法可包括允许预处理氧化工艺气体进入等离子体腔室。例如，可允许预处理氧化工艺气体进入等离子体处理装置100的等离子体腔室120。预处理氧化工艺气体可以包括例如O2气体。预处理氧化工艺气体可以包括例如O3气体。预处理氧化工艺气体可以包括例如O2和O3的混合物。在一些实施例中，预处理氧化工艺气体不包括氢气。
在(404)，该方法可包括激励感应耦合的等离子体源以在等离子体腔室中生成等离子体。例如，可以利用来自RF功率发生器134的RF能量来激励感应线圈130，以在等离子体腔室内部125中生成等离子体。在一些实施例中，可以利用脉冲功率来激励感应耦合的电源，以获得具有减少的等离子体能量的期望自由基。等离子体可由预处理氧化工艺气体生成物质。
在(406)，该方法可包括过滤由体在混合物中的等离子生成的一个或多个离子以产生过滤的混合物。在一些实施例中，可使用分离栅组件来过滤所述一个或多个离子，所述分离栅组件将等离子体腔室与工件所处的处理腔室分离。例如，分离栅200可用于过滤由等离子体生成的离子。分离栅200可以具有多个孔。带电粒子(例如，离子)可在其通过多个孔的路径中在壁上重组。
在一些实施例中，分离栅200可以被配置为以大于或等于约90％，例如大于或等于约95％的效率过滤离子。用于离子过滤的百分比效率是指从混合物中移除的离子相对于混合物中离子总数的量。例如，约90％的效率表示在过滤期间约90％左右的离子被移除。约95％的效率表示在过滤期间约95％的离子被移除。
在一些实施例中，分离栅可以是多板分离栅。多板分离栅可以具有平行的多个分离栅板。可以选择栅板中孔的布置和对准，以提供用于离子过滤的期望的效率，例如大于或等于约95％。
在(408)，可使等离子体中生成的自由基(例如，中性O自由基)穿过到处理腔室。例如，自由基可穿过将等离子体腔室与处理腔室分离的分离栅以暴露于工件。
在(410)，所述方法可包括将处理腔室中的工件暴露于自由基以形成氧化物层。氧化物层可以是形成在工件上的高质量氧化物(例如，SiO2)的薄层。氧化物层可用作模板，用于在远程等离子体氧化工艺期间后续的氧化物形成。
如下提供用于根据图7的方法的预氧化处理工艺的示例工艺参数：
预处理气体：O2
载气：N2和/或Ar和/或He
工艺压力：约100mTorr至约510000mTorr
工件温度：约25℃至约400℃
源功率：500W至5500W
工艺周期：约1秒至约1200秒
用于O2气体的气体流速：100sccm至20000sccm
图8描绘了根据本公开的示例实施例的用于实施远程等离子体氧化工艺的示例方法(500)的流程图。方法(400)可以使用等离子体处理装置100来实施。然而，在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用其他方法来实施根据本公开的示例方面的(多个)方法。图8描述了为说明和讨论目的按特定顺序执行的步骤。使用本文所提供的公开内容，本领域技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以省略、扩展、同时执行、重新排列和/或以各种方式修改本文所描述的任何方法的各种步骤。另外，可以在不偏离本公开的范围的情况下执行各种附加步骤(未示出)。
在(502)，该方法可以包括加热工件。例如，可以将处理腔室110中的工件114加热至处理温度。例如可使用与基座112相关联的一个或多个加热系统来加热工件114。在一些实施例中，可将工件加热到约20℃至约400℃范围内的工艺温度。
在(504)，该方法可包括允许远程等离子体氧化工艺气体进入等离子体腔室。例如，可允许远程等离子体氧化工艺气体进入等离子体处理装置100的等离子体腔室120中。在一些实施例中，工艺气体可包括例如包括H2和O2的混合物或包括H2O和O2的混合物。
在(506)，该方法可包括激励感应耦合的等离子体源以在等离子体腔室中生成等离子体。例如，可以利用来自RF功率发生器134的RF能量来激励感应线圈130，以在等离子体腔室内部125中生成等离子体。在一些实施例中，可以利用脉冲功率来激励感应耦合的电源，以获得具有减少的等离子体能量的期望自由基。等离子体可由工艺气体生成物质。
在(508)，该方法可包括过滤由混合物中的等离子体生成的一个或多个离子以产生过滤的混合物。在一些实施例中，可使用分离栅组件来过滤所述一个或多个离子，所述分离栅组件将等离子体腔室与工件所处的处理腔室分离。例如，分离栅200可用于过滤由等离子体生成的离子。分离栅200可以具有多个孔。带电粒子(例如，离子)可在其通过多个孔的路径中的壁上重组。
在一些实施例中，分离栅200可以被配置为以大于或等于约90％，例如大于或等于约95％的效率过滤离子。用于离子过滤的百分比效率是指从混合物中移除的离子相对于混合物中离子总数的量。例如，约90％的效率表示在过滤期间约90％的离子被移除。约95％的效率表示在过滤期间约95％的离子被移除。
在一些实施例中，分离栅可以是多板分离栅。多板分离栅可以具有平行的多个分离栅板。可以选择栅板中孔的布置和对准，以提供用于离子过滤的期望的效率，例如大于或等于约95％。
在(510)，可使等离子体中生成的自由基(例如中性O自由基、中性OH自由基)穿过到处理腔室。例如，自由基可穿过将等离子体腔室与处理腔室分离的分离栅以暴露于工件。
在(512)，所述方法可包括将处理腔室中的工件暴露于自由基以形成氧化物层。由于在预氧化处理工艺期间在工件上形成的高质量氧化物薄层，可以提高在远程氧化工艺期间形成的氧化物层的质量。
下面提供用于远程等离子体氧化工艺的示例工艺参数：
工艺气体：O2+H2
载气：N2和/或Ar和/或He
工艺压力：约100mTorr至约8000mTorr
工件温度：约25℃至约400℃
源功率：1500W至5500W
工艺时间：约30秒至约1200秒
用于工艺气体的气体流速：
O2：1000sccm至15000sccm
H2：1000sccm至15000sccm
根据本公开的示例方面的氧化工艺可以在其他合适的等离子体处理装置中实施。例如，根据本公开的示例实施例的氧化工艺可以使用下文详细讨论的图9中所示的示例装置和图10中所示的示例装置来实施。
图9描绘了可用于实施根据本公开的示例实施例的工艺的示例等离子体处理装置700。等离子体处理装置700与图2的等离子体处理装置100相似。
更具体地，等离子体处理装置700包括处理腔室110和与处理腔室110分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作以固持待处理的工件114(例如，半导体晶片)的基材支架或基座112。在该示例说明中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区域)中生成等离子体，并且期望的物质通过分离栅组件200从等离子体腔室120被引导到基材114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和分离栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122可以由诸如石英和/或氧化铝的介电材料形成。感应耦合的等离子体源135可以包括感应线圈130，该感应线圈130围绕等离子体腔室120、邻近介电侧壁122设置。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到RF功率发生器134。工艺气体可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供到腔室内部。当利用来自RF功率发生器134的RF功率激励感应线圈130时，可以在等离子体腔室120中生成等离子体。在特定实施例中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第屏障128以减少感应线圈130到等离子体的电容性耦合。
如图9中所示，分离栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分开。分离栅200可用于由等离子体腔室120中的等离子体生成的混合物执行离子过滤，以生成过滤的混合物。过滤的混合物可暴露于处理腔室中的工件114。
在一些实施例中，分离栅200可以是多板分离栅。例如，分离栅200可包括以彼此平行关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可以被分离一定距离。
第一栅板210可以具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可以具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在其通过分离栅中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上重组。中性物质(例如自由基)可以相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。孔的大小和每个栅板210和220的厚度可以影响针对带电粒子和中性粒子二者的透明度。
在一些实施例中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成，和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一栅板210和/或第二栅板220可以由其他材料制成，例如硅或碳化硅。在栅板由金属或其他导电材料制成的情况下，栅板可接地。
图9的示例等离子体处理装置700可操作以在等离子体腔室120中生成第一等离子体702(例如，远程等离子体)和在处理腔室110中生成第二等离子体704(例如，直接等离子体)。如本文所用，“远程等离子体”指的是由工件远程生成的等离子体，例如在通过分离栅与工件分离的等离子体腔室中生成的等离子体。如本文所用，“直接等离子体”是指直接暴露于工件的等离子体，例如在具有可操作以支撑工件的基座的处理腔室中生成的等离子体。
更具体地，图9的等离子体处理装置700包括在基座112中具有偏置电极710的偏置源。偏置电极710可经由合适的匹配网络712耦合到RF功率发生器714。当利用RF能量激励偏置电极710时，第二等离子体704可由处理腔室110中的混合物生成，以直接暴露于工件114。处理腔室110可包括用于从处理腔室110排出气体的排气口716。
图10描绘了类似于图2和图9的处理腔室的处理腔室800。更具体地，等离子体处理装置800包括处理腔室110和与处理腔室110分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作以固持待处理的工件114(例如，半导体晶片)的基材支架或基座112。在该示例说明中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区域)中生成等离子体，并且期望的物质通过分离栅组件200从等离子体腔室120被引导到工具114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和分离栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122可以由诸如石英和/或氧化铝的介电材料形成。感应耦合的等离子体源135可以包括感应线圈130，该感应线圈130围绕等离子体腔室120、邻近介电侧壁122设置。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到RF功率发生器134。工艺气体(例如惰性气体)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供到腔室内部。当利用来自RF功率发生器134的RF功率激励感应线圈130时，可以在等离子体腔室120中生成等离子体。在特定实施例中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第屏障128以减少感应线圈130到等离子体的电容性耦合。
如图10中所示，分离栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分离。分离栅200可用于由等离子体腔室120中的等离子体生成的混合物执行离子过滤，以生成过滤的混合物。过滤的混合物可暴露于处理腔室中的工件114。
在一些实施例中，分离栅200可以是多板分离栅。例如，分离栅200可包括以彼此平行关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可以被分离一定距离。
第一栅板210可以具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可以具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可以与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在其通过分离栅中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上重组。中性物质(例如自由基)可以相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。孔的大小和每个栅板210和220的厚度可以影响针对带电粒子和中性粒子二者的透明度。
在一些实施例中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成，和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一栅板210和/或第二栅板220可以由其他材料制成，例如硅或碳化硅。在栅板由金属或其他导电材料制成的情况下，栅板可接地。
图9的示例等离子体处理装置800可操作以在等离子体腔室120中生成第一等离子体802(例如，远程等离子体)和在处理腔室110中生成第二等离子体804(例如，直接等离子体)。如所示，等离子体处理装置800可以包括有角度的介电侧壁822，该有角度的介电侧壁822从与远程等离子体腔室120相关联的介电侧壁122延伸。有角度的介电侧壁822可形成处理腔室110的一部分。
第二感应等离子体源835可以位于介电侧壁822附近。第二感应等离子体源835可包括感应线圈810，感应线圈810经由合适的匹配网络812耦合到RF发生器814。感应线圈810在利用RF能量激励时可从处理腔室110中的混合物感应直接等离子体804。法拉第屏障828可以设置在感应线圈810和侧壁822之间。
基座112可在竖直方向V上移动。例如，基座112可包括竖直提升器816，竖直提升器可被配置为调节基座112和分离栅组件200之间的距离。作为一个示例，基座112可位于用于使用远程等离子体802进行处理的第一竖直位置。基座112可处于用于使用直接等离子体804进行处理的第二竖直位置。第一竖直位置相对于第二竖直位置可更靠近分离栅组件200。
图9的等离子体处理装置800包括在基座112中具有偏置电极710的偏置源。偏置电极710可经由合适的匹配网络712耦合到RF功率发生器714。处理腔室110可包括用于从处理腔室110排出气体的排气口716。
图11描绘了根据本公开的示例实施例的示例工艺结果。图11描绘了氧化物在归一化蚀刻速率方面的质量。用于不同工艺的工艺条件如下提供：远程等离子体氧化H2+O2等离 子体(无预氧化处理)
15％ H2；85％ O2
总流率：10slm
源功率：3500W
压力：900mT
温度：325℃
工艺时间：600sO3预氧化处理(无等离子体)
19％ O3+载气
压力：1T
总流率：500sccm
温度：325℃
工艺时间：如文
O2等离子体预氧化处理
用于O2气体的总流率：10slm
压力：900mT
源功率2500W
温度：325℃
工艺时间：如文
如图11中所示，与没有预氧化处理工艺的远程等离子体氧化工艺相比，预氧化处理工艺的使用可以导致提高氧化物质量。
虽然已经相对于本主题的具体示例实施例详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解了前述内容之后，可以容易地产生对这些实施例的改变、变型和等同物。因此，本公开的范围是以示例的方式而不是以限制的方式，并且，如对于本领域技术人员来说是显而易见的，本公开不排除包括对本主题的这样的修改、变型和/或添加。

Claims (20)

1.一种用于处理工件的方法，所述方法包括：
将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上；
对所述处理腔室中的所述工件执行预氧化处理工艺以在所述工件上引发氧化物层形成；
对所述处理腔室中的所述工件执行远程等离子体氧化工艺，以继续在所述工件上进行所述氧化物层形成；
在执行所述预氧化处理工艺和所述远程等离子体氧化工艺之后，将所述工件从所述处理腔室移除；
其中，所述远程等离子体氧化工艺包括：
在等离子体腔室中由远程等离子体氧化工艺气体生成第一等离子体；
过滤在所述第一等离子体中生成的物质以生成具有一种或多种自由基的混合物；以及
将所述自由基暴露于所述工件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预氧化处理工艺在所述工件上形成第一氧化物层，并且所述远程等离子体氧化工艺在所述第一氧化物层上形成第二氧化物层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述远程等离子体氧化工艺气体包括：包括H2和O2的混合物或包括H2O和O2的混合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预氧化处理工艺包括：
通过在所述等离子体腔室中的预处理气体中感应第二等离子体来生成一种或多种物质；
过滤所述一种或多种物质以生成过滤的混合物；以及
将所述过滤的混合物暴露于所述工件以引发在所述工件上的氧化物层形成。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预处理气体包括O2或O3。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预处理气体包括O2和O3。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预氧化处理工艺包括：将所述工件暴露于所述处理腔室中的预处理气体，所述预处理气体包括O3。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述预处理气体包括O2和O3。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体腔室通过分离栅与所述处理腔室分离。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，使用感应耦合的等离子体源生成所述第一等离子体。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述远程等离子体氧化工艺期间，所述工件处于低于约400℃的温度。
12.一种用于处理工件的方法，所述方法包括：
将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上；
将所述工件暴露于所述处理腔室中的预处理气体，所述预处理气体包括O3；
在将所述工件暴露于所述预处理气体之后，对所述处理腔室中的所述工件执行远程等离子体氧化工艺，所述远程等离子体氧化工艺将所述工件暴露于至少部分地通过在远程等离子体腔室中生成等离子体而产生的O自由基或OH自由基；以及
在所述远程等离子体氧化工艺之后，将所述工件从所述处理腔室移除。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预处理气体包括O2和O3。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述远程等离子体腔室通过分离栅与所述处理腔室分离，所述分离栅被配置为过滤在所述远程等离子体腔室中生成的离子。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述远程等离子体腔室的下游、在所述分离栅处或下方注入所述预处理气体。
16.一种用于处理工件的方法，所述方法包括：
将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上；
对所述处理腔室中的所述工件执行预氧化处理工艺以在所述工件上引发氧化物层形成；所述预氧化处理工艺包括将所述工件暴露于至少部分地通过在远程等离子体腔室中由第一工艺气体生成第一等离子体而产生的自由基，其中，所述第一工艺气体包括O2；
在执行所述预氧化处理工艺之后，对所述处理腔室中的所述工件执行远程等离子体氧化工艺，所述远程等离子体氧化工艺将所述工件暴露于至少部分地通过在所述远程等离子体腔室中由第二工艺气体生成第二等离子体而产生的O自由基或OH自由基；以及
在所述远程等离子体氧化工艺之后，将所述工件从所述处理腔室移除。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一工艺气体包括O3。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二工艺气体包括：包括H2和O2的混合物或包括H2O和O2的混合物。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述远程等离子体腔室通过分离栅与所述处理腔室分离，所述分离栅被配置为过滤在所述远程等离子体腔室中生成的离子。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，使用感应耦合的等离子体源生成所述第一等离子体和所述第二等离子体。
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