CN116235278A - 在处理腔室中使用双频率rf功率的方法 - Google Patents

在处理腔室中使用双频率rf功率的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116235278A
CN116235278A CN202180063641.XA CN202180063641A CN116235278A CN 116235278 A CN116235278 A CN 116235278A CN 202180063641 A CN202180063641 A CN 202180063641A CN 116235278 A CN116235278 A CN 116235278A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
frequency
chamber
film
providing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180063641.XA
Other languages
English (en)
Inventor
A·K·辛格
R·库斯特拉
V·V·哈桑
B·库玛
K·尼塔拉
P·曼纳
K·C·阿拉亚瓦里
G·巴拉苏布拉马尼恩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of CN116235278A publication Critical patent/CN116235278A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244—Gas supply means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32798—Further details of plasma apparatus not provided for in groups H01J37/3244 - H01J37/32788; special provisions for cleaning or maintenance of the apparatus
    • H01J37/32853—Hygiene
    • H01J37/32862—In situ cleaning of vessels and/or internal parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02109—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates
    • H01L21/02112—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer
    • H01L21/02115—Forming insulating materials on a substrate characterised by the type of layer, e.g. type of material, porous/non-porous, pre-cursors, mixtures or laminates characterised by the material of the layer the material being carbon, e.g. alpha-C, diamond or hydrogen doped carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
    • H01L21/0332—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their composition, e.g. multilayer masks, materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本公开的实施例总体涉及使用双频率的顶部、侧壁和底部源在基板和腔室的盖的表面上沉积大于
Figure DDA0004129309790000011
厚度的碳膜层的方法。方法包括将气体引导至腔室的处理空间。提供具有约40MHz或更大的第一频率的第一射频(RF)功率至腔室的盖。提供具有第二频率的第二RF功率至设置在处理空间内的基板支撑件中的偏压电极。第二频率为约10MHz至约40MHz。提供具有约400kHz至约2MHz的较低频率的额外第三RF功率至偏压电极。

Description

在处理腔室中使用双频率RF功率的方法
背景
领域
本公开的实施例总体涉及在半导体器件的制造中使用的装置和方法。更具体地，本公开的实施例涉及用于形成半导体器件的基板处理腔室及其部件。
背景技术
集成电路已演进成在单个芯片上可包括数百万个晶体管、电容器和电阻器的复杂器件。芯片设计的演进持续涉及更快的电路系统和更大的电路密度。对具有更大电路密度的更快电路的需求在用于制作此类集成电路的材料上强加对应需求。特别地，随着集成电路部件的尺寸减少至亚微米级，存在使用低电阻导电材料以及低介电常数绝缘材料以从此类部件获得适合的电气性能的趋势。
对更大集成电路密度的需求还在集成电路部件的制造中使用的工艺序列上强加需求。例如，在使用常规光刻技术的工艺序列中，在设置在基板上的材料层的堆叠上形成能量敏感抗蚀剂层。能量敏感抗蚀剂层暴露于图案的图像，以形成光刻胶掩模。此后，使用蚀刻工艺转移掩模图案至堆叠的材料层中的一个或多个材料层。在蚀刻工艺中使用的化学蚀刻剂经选择以对堆叠的材料层比对能量敏感抗蚀剂的掩模具有更大的蚀刻选择性。即，化学蚀刻剂以比能量敏感抗蚀剂更高许多的速率蚀刻材料堆叠的一个或多个层。更胜于抗蚀剂的对堆叠的一个或多个材料层的蚀刻选择性避免能量敏感抗蚀剂在完成图案转移之前被消耗。
随着图案尺寸减少，能量敏感抗蚀剂的厚度对应地减少以便控制图案分辨率。归因于通过化学蚀刻剂的侵蚀，此类薄抗蚀剂层在图案转移工艺期间可能不足以掩蔽下层材料层。被称为硬模的中间层(例如，氮氧化硅、碳化硅或碳膜)通常在能量敏感抗蚀剂层和下层材料层之间使用，以促进图案转移，这是因为中间层对化学蚀刻剂有更大的抗性。常常利用具有高蚀刻选择性和高沉积率两者的硬模材料。随着关键尺寸(CD)减少，目前的硬模材料缺乏相对于下层材料(例如，氧化物和氮化物)的期望的蚀刻选择性，并且常常难以沉积。为了生成具有增加的厚度和良好膜特性的硬模，使用在每次沉积之间进行清洁的多重迭代沉积层。此类工艺限制产量和/或硬模质量。因此，本领域中需要用于在单次沉积中形成具有增加的厚度硬模以增加产量的改进的方法和系统。
发明内容
本公开的实施例总体涉及在半导体器件的制造中使用的系统和方法。更具体地，本公开的实施例涉及用于形成在半导体器件中使用的硬模的基板处理腔室及其部件。
在一个实施例中，一种方法包括将气体引导至腔室的处理空间。提供具有约40MHz或更大的第一频率的第一射频(RF)功率至腔室的盖。提供具有第二频率的第二RF功率至设置在处理空间内的基板支撑件中的偏压电极。第二频率为约10MHz至约20MHz。
在另一实施例中，一种用于清洁腔室的方法包括将气体引导至腔室的处理空间。提供具有约40MHz或更大的第一频率的第一射频(RF)功率至腔室的盖。提供具有第二频率的第二RF功率至设置在处理空间内的基板支撑件中的电极。第二频率为约10MHz至约20MHz。移除设置在腔室的腔室部件的表面上的膜的至少一部分。
在另一实施例中，一种处理基板的方法包括将气体引导至腔室的处理空间。提供具有约40MHz至约60MHz的第一频率的第一射频(RF)功率至腔室的盖。提供具有第二频率的第二RF功率至设置在处理空间内的基板支撑件中的电极，其中第二频率为约10MHz至约20MHz。在设置在基板支撑件上的基板上和腔室部件的至少一个表面上沉积具有约
Figure BDA0004129309770000021
至约3μm的厚度的膜。
附图说明
以此方式可详细理解本公开的上述特征，以上简要概述的本公开的更具体说明可通过参考实施例而获得，所述实施例中的一些实施例图示于附图中。然而，应理解，附图仅图示本公开的典型实施例，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可认可其他均等效果的实施例。
图1是根据实施例的图示处理腔室的示意性侧剖面视图。
图2是根据实施例的基板支撑件的示意性剖面视图。
图3A是根据实施例的具有成角度的通道的盖的放大示意性剖面视图。
图3B是根据实施例的具有垂直通道的盖的放大示意性剖面视图。
图4是根据实施例的用于处理基板的方法的流程图。
为了促进理解，已尽可能地使用相同的附图标记代表附图中共有的相同要素。考虑到一个实施例的要素和特征可有益地并入其他实施例中而无须进一步说明。
具体实施方式
本公开的实施例涉及在电子期间器件的制造中的基板处理中利用的基板处理腔室。基板处理包括沉积工艺，包括用于在基板上制造电子器件的低压工艺、等离子体工艺和热工艺。可适配成从本公开的示例性各方面获益的处理腔室和/或系统的示例为可从位于加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司商购的PIONEERTM PECVD系统。考虑到其他处理腔室和/或处理平台，包括来自其他制造商的那些，可适配成从本公开的各方面获益。
图1是用于进行沉积工艺的说明性处理腔室100的示意性侧剖面视图。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，处理腔室100可配置成沉积先进的图案化膜至基板上，诸如硬模膜，例如，非晶碳硬模膜。
处理腔室100包括盖125、设置在腔室主体192上的间隔件110、基板支撑件115和可变压力系统120。尽管盖125在图1中描绘为平坦的，在可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，盖125为圆顶形状的。
盖125耦合至第一处理气源140。第一处理气源140包含用于在基板支撑件115上支撑的基板145上形成膜的前驱物气体。作为示例，第一处理气源140包括诸如含碳气体、含氢气体和氦等等的前驱物气体。在具体示例中，含碳气体包括乙炔(C2H2)。第一处理气源140经由盖125内的一个或多个通道191提供前驱物气体。一个或多个通道191从第一处理气源140引导前驱物气体至处理空间160中。在可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，第二处理气源142经由入口144流体耦合至处理空间160，入口144穿过具有喷嘴附接至间隔件110的气体环布置，或穿过腔室侧壁布置。例如，第二处理气源142包括例如含碳气体、含氢气体和氦等等的前驱物气体，例如，C2H2。在可与本文所述的其他实施例结合的一些实施例中，到处理空间160中的前驱物气体的总流速为约100sccm至约2slm。经由第二处理气源142在处理空间160中的前驱物气体的流动在处理空间160中均匀分配。在一个示例中，多个入口144可在间隔件110周围或在腔室侧壁周围径向分配。在这样的示例中，可分开地控制到入口144中的每一者的气体流动，以进一步促进在处理空间160内的气体均匀性。
盖125还耦合至第一或上部射频(RF)功率源165。第一RF功率源165促进等离子体的维持或产生，诸如从清洁气体产生的等离子体。清洁气体经由第一RF功率源165原位离子化成等离子体。基板支撑件115耦合至第二或下部RF功率源170。第一RF功率源165为中等至高频率RF功率源(例如，约13.56MHz至约80MHz，诸如20MHz至约40MHz)。第二RF功率源170可以是低或中等频率RF功率源(例如，约400kHz至约27MHz)。应注意还考虑到其他频率。在一些实施方式中，第二RF功率源170为混合频率RF功率源，提供低和中等频率或低和高频率，诸如2MHz或400kHz频率功率的低频率与13.56MHz频率功率的结合，或2MHz或400kHz频率功率的低频率与40MHz频率功率的结合。使用双频率RF功率源，特别是用于沉积的第二RF功率源170，改进在基板上的膜质量。第一RF功率源165用于清洁处理空间的上部部分，诸如盖。不受理论束缚，相信靠近盖在处理空间的上部部分中的等离子体是弱的，并且因此如果仅第二RF功率源170用于沉积，则在上部部分中膜的质量是弱的。使用具有第一RF功率源165的双频率RF功率源增强在盖上的膜质量。增强的膜质量可见于膜的剖面的扫描电子显微镜(SEM)成像中。特别地，膜的剖面为非晶、均质且较少孔隙。较佳的膜质量还体现在基板上减少的缺陷数量，否则缺陷会造成器件制作的良率降低。这些特性指示良好质量的膜。不受理论束缚，相信减少质量的碳膜具有由压缩应力造成的不规则和缺陷，这导致超过某些厚度的膜的失效，所述厚度诸如大于
Figure BDA0004129309770000051
诸如大于/>
Figure BDA0004129309770000052
在腔室的顶部处从第一RF功率源165提供功率降低在基板支撑件115处的DC偏压电压(Vdc)。尽管改进了在盖125的表面304处的膜质量，但降低了在基板上的膜的膜品质。已发现在基板水平145处Vdc的损失通过使用来自低频率功率源(例如，第三RF功率源171)的额外独立功率控制与来自偏压的中等或高频率源(例如，第二RF功率源170)结合而补偿。低频率RF功率源171给予额外可调性，以增强在基板上的膜特性。已发现低频率功率产生器提供高Vdc(例如，高离子撞击)以补偿归因于第一RF功率源165的高频率功率而导致的Vdc损失，这使得能够改进在盖表面上的膜质量同时维持在基板上的良好膜质量。因此，如本文所述通过第二RF功率源170和/或第三RF功率源171提供的低、双频率功率实现在较低总功率下整体上良好质量的膜沉积。
第一RF功率源165和第二RF功率源170中的一者或两者用于在处理空间160中建立或维持等离子体。例如，在沉积工艺期间可利用第二RF功率源170并且在清洁工艺期间可利用第一RF功率源165。在一些沉积工艺中，第一RF功率源165与第二RF功率源170结合使用。在沉积工艺期间，第一RF功率源165和第二RF功率源170中的一者或两者在处理空间160中提供约100瓦(W)至约20,000W的功率，以促进前驱物气体的离子化。在可与本文所述的其他实施例结合的某些实施例中，在沉积期间，第一RF功率源165提供约200W至约5KW的第一功率，诸如约700W至约3KW，诸如约1KW至约3KW。第二RF功率源170提供约1000W至约6KW的第二功率，诸如约1500W至约4KW。第三RF功率源171提供约500W至约5000W的第三功率。
在可与本文所述的其他实施例结合的另一实施例中，前驱物气体包括氦和C2H2。在可与本文所述的其他实施例结合的一个实施例中，C2H2以约10sccm至约1,000sccm的流速提供，并且He以约50sccm至约5,000sccm的流速提供。
基板支撑件115耦合至致动器175(即，举升致动器)，致动器175提供基板支撑件115在Z方向上的运动。基板支撑件115还耦合至柔性的设施缆线178，这允许基板支撑件115的垂直运动同时维持与第二RF功率源170以及其他功率和流体连接的连通。间隔件110设置在腔室主体192上。间隔件110的高度允许基板支撑件115在处理空间160内垂直地运动。间隔件110的高度为约0.5英寸至约20英寸。在一个示例中，基板支撑件115相对于盖125从第一距离可移动至第二距离。在一个实施例中，第二距离为第一距离180A的约2/3。例如，在第一距离180A与第二距离之间的差为约5英寸至约6英寸。因此，从在图1中显示的位置，基板支撑件115相对于盖125的下部表面可移动约5英寸至约6英寸。在另一示例中，基板支撑件115固定在第一距离180A和第二距离180B中的一者处。相对于常规等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)工艺，间隔件110大幅增加基板支撑件115与盖125之间(并且因此其间的空间)的距离。
可变压力系统120包括第一泵182和第二泵184。第一泵182为粗抽泵，在清洁工艺和/或基板传送工艺期间可利用所述粗抽泵。粗抽泵大体配置用于移动更高体积流速和/或操作相对更高(但仍为低于大气压)的压力。在一个示例中，在清洁工艺期间第一泵182在处理腔室内维持小于50毫托的压力。在另一示例中，第一泵182在处理腔室内维持约0.5毫托至约10托的压力。在清洁操作期间利用粗抽泵促进清洁气体的更高的压力和/或体积流动(相较于沉积操作)。在清洁操作期间相对更高的压力和/或体积流动改进腔室表面的清洁。
第二泵184可为涡轮泵和低温泵(cryogenic pump)中的一者。在沉积工艺期间利用第二泵184。第二泵184大体配置成操作相对更低的体积流速和/或压力。例如，第二泵184配置成将处理腔室的处理区域160维持在小于约50毫托的压力下。在另一示例中，第二泵184在处理腔室内维持约0.5毫托至约10托的压力。当沉积基于碳的硬模时，在沉积期间维持处理区域160降低的压力促进具有降低的压缩应力和/或增加的sp2至sp3转换的膜的沉积。因此，处理腔室100配置成利用相对更低的压力以改进沉积和利用相对更高的压力以强化清洁这两者。
利用阀门186以控制第一泵182和第二泵184中的一者或两者的导通路径。阀门186还提供从处理空间160的对称抽取。
处理腔室100还包括基板传送端口185。基板传送端口185通过内部门186A和外部门186B选择性密封。门186A和门186B中的每一者耦合至致动器188(即，门致动器)。门186A和门186B促进处理空间160的真空密封。门186A和门186B还提供在处理空间160内的对称RF施加和/或等离子体对称。在一个示例中，至少门186A以促进RF功率的导通的材料形成，诸如不锈钢、铝或其合金。设置在间隔件110和腔室主体192的界面处的诸如O形环之类的密封件116可进一步密封处理空间160。耦合至处理腔室100的控制器194配置成在处理期间控制处理腔室100的各方面。
间隔件110包括提供处理空间160的体积的高度，所述高度为约0.5英寸至约20英寸，诸如约0.5英寸至约3英寸，诸如约10英寸至约20英寸，诸如约14英寸至约16英寸。处理空间160的高度提供许多益处。一个益处包括降低膜应力，这减少在其中处理的基板中应力诱发的弓曲。处理空间160的高度从处理空间的顶部至底部影响等离子体密度分配。本文提供的方法通过使用顶部RF源在处理空间的上部部分中提供对于在腔室部件的部分(诸如盖125的部分)上沉积碳膜有用的预定等离子体密度。此外，本文提供的方法通过使用底部RF源在处理空间的下部部分中维持适合用于在设置在基板支撑件115上的基板上进行膜沉积的等离子体密度。
图2是基板支撑件115的一个实施例的示意性剖面视图。基板支撑件115包括静电吸盘230。静电吸盘230包括圆盘(puck)200。圆盘200包括嵌入其中的一个或多个电极205，诸如第一电极和第二电极。第一电极为夹持电极，并且第二电极为RF偏压电极。基板支撑件115可以通过以约300kHz至约60MHz的频率提供RF功率至第二电极而被偏压。提供至第二电极的频率可以是脉冲的。圆盘200由介电材料形成，诸如陶瓷材料，例如氮化铝(AlN)。
圆盘由介电板210和底座板215支撑。介电板210可由电气绝缘材料形成，诸如石英或热塑性材料，诸如以商标
Figure BDA0004129309770000081
贩卖的高性能塑料。底座板215可以金属材料制成，诸如铝。在操作期间，底座板215耦合至接地或电气浮动，同时圆盘200是RF热的。至少圆盘200和介电板210由绝缘环220环绕。绝缘环220可以介电材料制成，诸如石英、硅或陶瓷材料。底座板215、和绝缘环220的部分由以铝制成的接地环225环绕。在操作期间绝缘环220避免或最小化圆盘200和底座板215之间的电弧。设施缆线178的一端显示在形成在圆盘200、介电板210和底座板215中的开口中。用于圆盘200的电极的功率以及从气体供应器至基板支撑件115的流体由设施缆线178提供。
边缘环设置在邻接绝缘环220的内圆周。边缘环可包含介电材料，诸如石英、硅、交联聚苯乙烯和二乙烯苯(例如，
Figure BDA0004129309770000082
)、PEEK、Al2O3、AIN等等。利用包含这种介电材料的边缘环帮助调制等离子体耦合，调制等离子体特性，诸如在基板支撑件上的电压(Vdc)，而无须改变等离子体功率，因此改进沉积在基板上的硬模膜的特性。通过穿过边缘环的材料对晶片或基板调制RF耦合，膜的模量可与膜的应力解耦。
图3A和图3B是图1中显示的盖125的放大示意性剖面视图。一个或多个通道191定位于盖125内的中心，并且具有成角度的定向，在图3A中描绘为成角度的通道302。或者，如图3B中描绘，一个或多个通道191具有基本上垂直的通道302。还考虑到其他角度、间隔和定向。
图4是根据本公开的实施例的用于处理基板的方法的流程图。在操作402中，将气体引导至腔室的处理空间。气体为含碳气体，诸如烃类气体，例如，C2H2。在操作404中，将具有约40MHz至约60MHz，诸如约40MHz或约60MHz的第一频率的第一射频(RF)功率提供至腔室的盖125。第一RF源为顶部RF源。在操作406中，将具有第二频率的第二RF功率提供至设置在处理空间内的基板支撑件中的电极。第二频率为约10MHz至约40MHz，诸如约13.56MHz的频率。此外，提供第三RF功率至设置在具有低频率产生器(诸如约400kHz至约5MHz)的基板支撑件中的电极。第一RF源、第二RF源和/或第三RF源在沉积期间同时且持续提供功率。
在操作408中，在设置在基板支撑件上的基板上沉积具有约
Figure BDA0004129309770000091
至约3μm，诸如约1μm至约2μm的厚度的膜。此外，在至少一个腔室部件的至少一部分(诸如盖125的表面304)上沉积膜。在单个持续沉积中沉积膜而无需在膜沉积之间进行清洁。在常规沉积工艺中，当在基板上沉积碳膜至大于/>
Figure BDA0004129309770000092
的厚度时，在交替沉积之间使用间歇的清洁等离子体直到膜累积到期望的厚度。在厚的碳膜的中间层之间的常规清洁工艺用于最小化在膜中的缺陷，并且管理腔室部件上的膜质量。在盖上的不良膜质量包括由于结构的内聚力差和间隙形成而导致的膜中的增加的粒度、非均质性或孔隙率。随着膜在应力下失效，粒子可从膜剥离并且对基板造成污染。使用各个额外清洁工艺和基板的移除和重新放置来管理膜质量增加了处理基板所需的时间，并且负面影响器件良率。此外，如果在厚的碳膜沉积期间并未周期性完成清洁，则在盖125上的膜展现不足的碳对碳内聚，并且因此在盖表面304上展现不良膜质量。本文所述的方法400消除在基板上沉积每个中间层之后清洁腔室的需求。取而代的，沉积具有大于/>
Figure BDA0004129309770000093
诸如约/>
Figure BDA0004129309770000094
至约3μm，诸如约1.5μm的厚度的良好质量的膜。如本文所使用，“良好质量的膜”是指不具有应力诱发的失效(诸如裂缝)的膜。
不受理论束缚，相信仅底部RF源沉积工艺导致在基板和盖125之间具有大间隙的腔室的盖表面304上的不良膜质量。在具有大间隙的腔室中的底部RF源配置导致在腔室的上部区域中弱得多的等离子体密度。因此，底部RF源沉积工艺在基板上沉积具有良好质量的膜，但在盖表面304上沉积的膜为具有柱状特征和孔隙率的不良质量的碳，这在沉积一定厚度之后导致内聚失效。与底部RF源一起添加少量的高频顶部RF源通过增加在处理空间的上部部分中的等离子体密度而改进在盖125上的膜质量。特别地，第一RF功率源在沉积期间提供约200W至约5KW，诸如约1KW至约3KW的RF功率至盖125，并且第二RF功率源提供约1500W至约6000W，诸如约1500W至约4000W的RF功率至电极。
本文所述的双频率还适合用于原位清洁工艺，诸如使用含氧气体以清洁腔室。在清洁期间，第一RF源提供约1KW至约3KW的RF功率至盖，并且第二RF功率源提供约1500W至约6000W的RF功率至电极。顶部RF源还适合用于清洁处理空间的上部部分，并且消除使用远程等离子体源清洁空间的需要。类似于沉积工艺，本公开的清洁工艺包括提供具有约40MHa及以上的第一频率的第一RF功率至腔室的盖。清洁工艺进一步包括提供具有第二频率的第二RF功率至设置在处理空间内的基板支撑件中的电极。第二频率为约10MHz至约20MHz，诸如来自低频产生器的约2MHz频率与来自第二低频产生器的13.56MHz频率结合。
尽管以上针对本公开的实施例，但在不脱离本公开的基本范围的情况下可得出本公开的其他和进一步实施例，并且本公开的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种方法，包含以下步骤：
将气体引导至腔室的处理空间；
提供具有约40MHz或更大的第一频率的第一射频(RF)功率至所述腔室的盖；
提供具有第二频率的第二RF功率至设置在所述处理空间内的基板支撑件中的偏压电极，其中所述第二频率为约10MHz至约40MHz；以及
在设置在所述基板支撑件上的基板上沉积膜，其中所述膜包含约3,000埃或更大的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述膜以持续沉积工艺沉积在所述基板上。
3.如权利要求2所述的方法，其中在所述腔室的腔室部件的表面上的所述膜包含5,000埃或更大的厚度。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述膜为非晶碳膜。
5.如权利要求3所述的方法，进一步包含以下步骤：基于所述膜的预定沉积率调整所述第一RF功率。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述气体为含碳气体。
7.如权利要求1所述的方法，其中提供所述第一RF功率包含以下步骤：提供约200W至约1KW的RF功率。
8.如权利要求1所述的方法，其中提供所述第二RF功率包含以下步骤：提供约1kW至6kW的RF功率至所述偏压电极。
9.如权利要求1所述的方法，其中通过第一RF源提供所述第一RF功率，并且通过第二RF源提供所述第二RF功率，并且通过第三RF源提供第三RF功率，其中所述第二RF源包含约40MHz或更少的第二RF频率，并且所述第三RF源包含约40kHz至2MHz的第三RF频率，其中所述第一RF功率、所述第二RF功率和所述第三RF功率彼此同时提供。
10.一种用于清洁腔室的方法，包含以下步骤：
将气体引导至所述腔室的处理空间；
提供具有约40MHz或更大的第一频率的第一射频(RF)功率至所述腔室的盖；
提供具有第二频率的第二RF功率至设置在所述处理空间内的基板支撑件中的电极，其中所述第二频率为约10MHz至约20MHz；以及
移除设置在所述腔室的腔室部件的表面上的膜的至少一部分。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述气体为含氧气体。
12.如权利要求10所述的方法，其中提供所述第一RF功率包含以下步骤：提供约1W至约3KW的RF功率。
13.如权利要求10所述的方法，其中提供所述第二RF功率包含以下步骤：提供约1500W至约6000W的RF功率至所述电极。
14.如权利要求10所述的方法，其中从所述基板支撑件的上部表面至所述腔室的盖的最上内部表面的距离为约1英寸至约15英寸。
15.如权利要求10所述的方法，其中在所述移除步骤期间所述腔室的压力为约0.5毫托至约10托。
16.一种处理基板的方法，包含以下步骤：
将气体引导至腔室的处理空间；
提供具有约40MHz或更大的第一频率的第一射频(RF)功率至所述腔室的盖；
提供具有第二频率的第二RF功率至设置在所述处理空间内的基板支撑件中的电极，其中所述第二频率为约10MHz至约40MHz；以及
在设置在所述基板支撑件上的所述基板上和腔室部件的至少一个表面上沉积具有约
Figure FDA0004129309760000031
至约3μm的厚度的膜。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第一RF功率和所述第二RF功率彼此同时提供。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述气体包含乙炔。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述膜包含非晶碳。
20.一种系统，所述系统包含存储在所述系统的存储器中的算法，其中所述算法包含数个指令，所述指令在由处理器执行时使得执行如权利要求16所述的方法。
CN202180063641.XA 2020-09-28 2021-09-16 在处理腔室中使用双频率rf功率的方法 Pending CN116235278A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/035,107 US11721545B2 (en) 2020-09-28 2020-09-28 Method of using dual frequency RF power in a process chamber
US17/035,107 2020-09-28
PCT/US2021/050681 WO2022066503A1 (en) 2020-09-28 2021-09-16 Method of using dual frequency rf power in a process chamber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116235278A true CN116235278A (zh) 2023-06-06

Family

ID=80822824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180063641.XA Pending CN116235278A (zh) 2020-09-28 2021-09-16 在处理腔室中使用双频率rf功率的方法

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11721545B2 (zh)
JP (1) JP2023543450A (zh)
KR (1) KR20230078743A (zh)
CN (1) CN116235278A (zh)
TW (1) TW202229606A (zh)
WO (1) WO2022066503A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11856706B2 (en) * 2019-12-03 2023-12-26 Applied Materials, Inc. Method and system for improving the operation of semiconductor processing
US20220349050A1 (en) * 2021-04-30 2022-11-03 Applied Materials, Inc. Method and apparatus with high conductance components for chamber cleaning
US20230377855A1 (en) * 2022-05-20 2023-11-23 Applied Materials, Inc. Lower deposition chamber ccp electrode cleaning solution
CN115161609B (zh) * 2022-07-25 2023-09-12 北京北方华创微电子装备有限公司 半导体工艺设备和磁控溅射工艺

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050221020A1 (en) 2004-03-30 2005-10-06 Tokyo Electron Limited Method of improving the wafer to wafer uniformity and defectivity of a deposited dielectric film
US20070031609A1 (en) 2005-07-29 2007-02-08 Ajay Kumar Chemical vapor deposition chamber with dual frequency bias and method for manufacturing a photomask using the same
TW201216331A (en) 2010-10-05 2012-04-16 Applied Materials Inc Ultra high selectivity doped amorphous carbon strippable hardmask development and integration
US20150371851A1 (en) * 2013-03-15 2015-12-24 Applied Materials, Inc. Amorphous carbon deposition process using dual rf bias frequency applications
KR20160119849A (ko) 2014-02-11 2016-10-14 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 저 rf 바이어스 주파수 애플리케이션들을 사용하여 비정질 탄소 증착 잔여물들을 세정하기 위한 세정 프로세스
TWI701357B (zh) * 2015-03-17 2020-08-11 美商應用材料股份有限公司 用於膜沉積的脈衝化電漿
JP7565947B2 (ja) 2019-05-24 2024-10-11 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 基板処理チャンバ

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230078743A (ko) 2023-06-02
US12106958B2 (en) 2024-10-01
US20220102141A1 (en) 2022-03-31
WO2022066503A1 (en) 2022-03-31
US11721545B2 (en) 2023-08-08
TW202229606A (zh) 2022-08-01
US20230343586A1 (en) 2023-10-26
JP2023543450A (ja) 2023-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116235278A (zh) 在处理腔室中使用双频率rf功率的方法
JP5502756B2 (ja) べベル端部エッチングを行うプラズマエッチング処理チャンバ、及び、そのエッチング方法
KR20090125084A (ko) 가변 전력을 갖는 에지 전극
JP2023156333A (ja) パターニングのための高品質ｃ膜のパルスプラズマ（ｄｃ／ｒｆ）蒸着
JP7407121B2 (ja) パターニング用途のためのカーボンハードマスク及び関連方法
CN114072898A (zh) 基板处理腔室
US20230093478A1 (en) Semiconductor chamber components with high-performance coating
JP7556099B2 (ja) プラズマ処理装置
KR20200062031A (ko) 에칭 방법 및 기판 처리 장치
US10658192B2 (en) Selective oxide etching method for self-aligned multiple patterning
US20220319841A1 (en) Deposition of low-stress carbon-containing layers
TWI780529B (zh) 腔室沉積及蝕刻處理
US20220349050A1 (en) Method and apparatus with high conductance components for chamber cleaning
US11810792B2 (en) Etching method and substrate processing apparatus
US20230022359A1 (en) Methods, apparatus, and systems for maintaining film modulus within a predetermined modulus range
JP7524003B2 (ja) エッチング方法及びプラズマ処理装置
US20230377855A1 (en) Lower deposition chamber ccp electrode cleaning solution
US10607852B2 (en) Selective nitride etching method for self-aligned multiple patterning

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination