CN116741610A - 半导体处理系统及相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体处理系统，用于向反应器提供远程产生的处理气体的受激物质。半导体处理系统包括与等离子体源容器和气体管线流体连通的远程定位的等离子体发生器，以将在等离子体发生器中产生的受激物质输送到反应器。气体管线可以是包括外管和穿孔的内管的双壁管，或者是被施加DC偏压的气体管线。

Description

半导体处理系统及相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2022年3月9日提交的美国临时申请号63/318279的权益。
技术领域
本发明总体涉及半导体处理系统，尤其涉及向反应器提供远程产生的受激物质的等离子体处理系统和方法。
背景技术
在半导体器件制造领域，等离子体过程被广泛使用。等离子体处理包括将衬底暴露于诸如由等离子体产生形成的受激物质，以例如引起与衬底的反应或在衬底上的沉积。等离子体处理可以包括例如等离子体蚀刻和等离子体增强沉积，例如等离子体增强化学气相沉积(CVD)。
在通过暴露于受激物质来处理衬底的等离子体处理设备中，将处理气体引入容纳待处理衬底的反应器或反应室中。受激物质可以原位或远程产生。然而，原位等离子体产生(其中受激物质在反应器中产生)可能会损坏待处理的材料。一些应用(比如栅极电介质形成)对这种损坏特别敏感。这种损坏可以通过退火进行一定程度的修复，但这种修复不希望地增加了成本，此外，退火过程中的高温会增加氧化的风险。
通过远程产生等离子体，可以避免由原位等离子体产生引起的等离子体损伤。然而，远程等离子体产生有其自身的一系列限制，例如由于需要将受激物质从远程等离子体发生器输送到反应器。因此，需要改进的系统和方法来在远程等离子体装置中输送受激物质。
发明内容
一些实施例的一个或多个方面的一个目的是提供包括硬件的半导体处理系统，该硬件可有助于延长远程等离子体装置中受激物质的寿命，并且可用于微电子工业中的各种过程，包括表面处理、还原、氧化、减轻离子损伤、沉积和蚀刻。
在一些实施例中，一种半导体处理系统可以包括配置成容纳等离子体源气体的等离子体源容器和配置成提供惰性气体的惰性气体源。该系统还可以包括与等离子体源容器和气体管线流体连通的等离子体发生器，以将在等离子体发生器中产生的受激物质输送到反应器。气体管线可以是双壁管，其可以包括外管和穿孔的内管。
在一些其他实施例中，一种半导体处理系统可以包括配置成包含等离子体源气体的等离子体源容器。该系统还可以包括与等离子体源容器流体连通并配置成产生受激物质的等离子体发生器、将在等离子体发生器中产生的受激物质输送到反应器的气体管线以及配置成加偏压到气体管线的电压源。
一些实施例的一个或多个方面的另一个目的是提供一种半导体处理方法，用于将受激物质从远程等离子体发生器输送到半导体处理系统的反应器。
在一些实施例中，该方法可以包括将在远程等离子体发生器中产生的受激物质通过包括外管和穿孔内管的双壁管输送到反应器。
在一些其他实施例中，该方法可以包括将在远程等离子体发生器中产生的受激物质通过电偏压气体管线输送到反应器。
在其他实施例中，该方法可以包括将在远程设置的等离子体发生器中产生的受激物质通过包括外管和穿孔内管的双壁管输送到反应器，同时电压源加偏压到外管。
其他示例：
1.一种半导体处理系统，包括：
配置成容纳等离子体源气体的等离子体源容器，
配置成提供惰性气体的惰性气体源，
与等离子体源容器流体连通的等离子体发生器，
反应器，以及
用于输送受激物质的气体管线，
其中反应器通过气体管线与等离子体发生器流体连通，并且
其中气体管线是双壁管。
2.根据示例1的半导体处理系统，其中双壁管包括外管和具有多个开口的穿孔的内管，
其中外管的内表面和内管的外表面在它们之间限定外部容积，并且
其中内管的内表面限定内管内的内部容积。
3.根据示例2的半导体处理系统，其中双壁管包括与外部容积流体连通的第一气体入口和与内部容积流体连通的第二气体入口，
其中第一气体入口配置成接收包括惰性气体的第一气体，第二气体入口配置成接收包括受激物质的第二气体。
4.根据示例3的半导体处理系统，还包括：
第一压力传感器，其配置成监测外部容积内的压力，
第二压力传感器，其配置成监测内部容积内的压力，以及
调节器，用于调节外部容积内的压力和内部容积内的压力之间的压力差。
5.根据示例4的半导体处理系统，还包括控制系统，其配置成至少部分地基于外部容积和内部容积中的测量压力的反馈来控制调节器的操作。
6.根据示例5的半导体处理系统，其中控制系统配置成将外部容积中的第一气体的压力维持在比内部容积中的第二气体的压力更高的值。
7.根据示例2的半导体处理系统，其中内管的开口率为10％至80％。
8.根据示例7的半导体处理系统，其中内管的开口率朝向反应器逐渐减小。
9.根据示例2的半导体处理系统，其中多个开口的形状是圆形的。
10.根据示例2的半导体处理系统，其中多个开口由相对于内管的轴线倾斜延伸的开口侧壁限定。
11.根据示例2的半导体处理系统，其中外管和内管同心布置，并在它们之间包括环形空间。
12.根据示例2的半导体处理系统，其中内管包括非金属材料。
13.根据示例11的半导体处理系统，其中内管包括聚氯乙烯(PVC)。
14.根据示例3的半导体处理系统，其中第一气体包括与第二气体相同的气体。
15.根据示例3的半导体处理系统，其中半导体处理系统配置成向反应器的增压室提供第一气体和第二气体。
16.根据示例3的半导体处理系统，其中双壁管包括外管的外表面上的第一气体入口和内管的端部处的第二气体入口。
17.根据示例1的半导体处理系统，还包括配置成容纳前体的前体容器，其中反应器通过气体管线和前体容器与等离子体发生器流体连通。
18.一种半导体处理系统，包括：
配置成容纳等离子体源气体的等离子体源容器，
与等离子体源容器流体连通并配置成产生受激物质的等离子体发生器，
反应器，
用于输送受激物质的气体管线，以及
配置成加偏压到气体管线的电压源，
其中反应器通过气体管线与等离子体发生器流体连通。
19.根据示例18的半导体处理系统，其中电压源配置成向气体管线提供DC偏压。
20.根据示例18的半导体处理系统，还包括控制系统，用于控制偏压的电压和极性。
21.根据示例18的半导体处理系统，其中控制系统配置成控制气体管线的偏压的极性，以匹配由等离子体发生器产生的受激物质的极性。
22.根据示例18的半导体处理系统，还包括配置成容纳前体的前体容器，其中反应器与前体容器流体连通。
23.根据示例18的半导体处理系统，其中气体管线是双壁管，其包括外管内的内管，其中外管配置成由电压源加偏压。
24.根据示例23的半导体处理系统，其中电压源配置成向气体管线提供DC偏压。
25.一种用于半导体处理的方法，包括：
通过双壁管向半导体处理系统的反应器提供受激物质，该双壁管包括外管和内管，在外管和内管之间限定外部容积，内管设置在外管内并具有内部容积和多个开口，其中提供受激物质包括：
使等离子体源气体流向等离子体发生器，
激活等离子体源气体以形成受激等离子体源气体，
使第一气体流向双壁管的外部容积，
使受激等离子体源气体流向内管的内部容积，以及
将受激等离子体源气体通过双壁管输送到反应器。
26.根据示例25的方法，其中外部容积内的第一气体的压力高于内部容积内的受激等离子体源气体的压力。
27.根据示例25的方法，其中第一气体包括与受激等离子体源气体相同的气体物质。
28.根据示例25的方法，还包括保持外部容积和内部容积之间的压力差，其中压力差为1托或更大。
29.一种用于半导体处理的方法，包括：
通过气体管线向半导体处理系统的反应器提供受激物质，其中提供受激物质包括：
向等离子体发生器提供等离子体源气体，
激发等离子体源气体以形成受激物质，
向气体管线施加偏压，
向气体管线提供受激物质，
通过气体管线将受激物质输送到反应器。
30.根据示例29的方法，其中偏压是DC偏压。
31.根据示例29的方法，其中偏压的极性与受激物质中的离子的极性相同。
32.根据示例29的方法，还包括向外管施加偏压。
33.根据示例32的方法，其中偏压是DC偏压。
34.根据示例33的方法，其中将偏压施加到气体管线并将受激物质提供到气体管线在气体管线中形成受激物质。
附图说明
前述和其他目的和优点将从这里的描述中显现。在描述中，参考了附图，附图形成描述的一部分，并且在附图中通过图示的方式示出了特定的实施例。将足够详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实践这些实施例，并且应当理解，在不脱离所公开的实施例的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构改变。因此，附图仅作为所公开的实施例的示例提交。因此，以下详细描述不应被视为限制性的，并且本公开的实施例的范围由所附权利要求限定。
图1是根据一些实施例的半导体处理系统的示意图，该半导体处理系统配置成通过双壁管将气体中的受激物质输送到反应器。
图2示出了根据各种实施例的双壁管。
图3是根据一些实施例的半导体处理系统的示意图，该半导体处理系统配置成通过由电压源加偏压的气体管将气体中的受激物质输送到反应器。
图4是根据一些实施例的半导体处理系统的示意图，该半导体处理系统配置成通过由电压源加偏压的双壁管将气体中的受激物质输送到反应器。
图5是示出根据一些实施例的通过双壁管将受激物质输送到反应器的方法的流程图。
图6是示出根据一些实施例的用于通过由电压源加偏压的气体管线将受激物质输送到反应器的方法的流程图。
图7是示出根据一些实施例的通过由电压源加偏压的双壁管将受激物质输送到反应器的方法的流程图。
具体实施方式
在具有远程等离子体产生的半导体处理系统中，应该理解，在受激物质的传输过程中可能会发生受激物质的损失。不受理论的限制，据信这种损失可能是由例如受激物质与用于输送等离子体的气体管线的碰撞(并且在受激物质到达衬底之前，流动动力学导致受激物质再流通的情况下，碰撞的发生可能被加强)和/或与气流中的其它物质的碰撞，和/或由于与其它受激物质的重新组合而引起的。
此外，反应室的相对较低温度也可能导致受激物质损失，因为受激物质的能量降低。此外，在衬底附近，可能存在竞争效应，其中热基座区域提供额外的能量以减少受激物质损失，但是该容积中受激物质的存在可能增加碰撞的发生并导致进一步的受激物质损失。
在一些实施例中，使用气体管线将受激物质从远程等离子体发生器传输到反应器的反应室来减轻受激物质的损失。气体管线可由封闭在另一管内的管形成，从而形成两个容积(例如两个同心容积—内部容积和环形外部容积)，用于将气体从远程等离子体发生器输送到反应室。在一些实施例中，内管可被穿孔，以允许气体从外部容积(在内管和外管之间)流入内管的内部容积。这种气流产生气垫，防止受激物质与气体管线碰撞。在一些其他实施例中，除了气垫之外或者作为气垫的替代，气体管线可被电偏压，例如以提供来自气体管线的壁的受激物质的基于电荷的排斥。借助于绝缘材料，被电偏压的气体管线可以与半导体处理系统电隔离；例如，电绝缘材料可以放置在气体管线和半导体处理系统的导电部分之间。有利地，通过防止受激物质和气体管线壁之间的碰撞，来自远程等离子体发生器的活性物质的寿命可以延长，从而改善反应室内的处理结果。优选地，用于传输受激物质的内部容积内的气压也足够低，以将受激物质分子之间的碰撞保持在低水平。
此后，将通过附图中所示的实施例来详细描述设备和方法。相同的数字始终指代相同的部分。
图1是根据各种实施例的半导体处理系统1的示意性系统图。系统1可以包括配置成包含等离子体源气体的等离子体源容器2、配置成提供惰性气体的惰性气体源4和反应器7，该反应器7具有用于处理诸如半导体晶片W的衬底的反应室11。在等离子体源容器2和反应器7之间，系统1还可以包括与等离子体源容器2和气体管线15流体连通的远程等离子体发生器14，以将等离子体发生器14中产生的受激物质输送到反应器7。远程等离子体发生器14可以配置成向等离子体源气体提供足够大量的能量，以产生受激物质，其可以包括自由基或活化物质或离子物质。在一些实施例中，远程等离子体发生器14可以在其中产生等离子体。如上所述，应当理解，图1的系统图是示意性的，并且各种系统部件的物理位置在实践中可以变化。例如，在一些应用中，远程等离子体发生器14可以直接位于喷淋头增压室8的上方。
在一些实施例中，惰性气体源4可以是其中包含惰性气体的容器。在一些实施例中，等离子体源容器2可容纳气体，该气体可流向远程等离子体发生器14以被激活或激发，从而形成激发物质，其随后流向反应器7。
应当理解，远程等离子体发生器14是远程的，因为它在反应室10外部形成受激物质。以前，远程等离子体发生器位于靠近反应室的入口，以防止受激物质从远程等离子体发生器移动到反应室时受激物质的损失。如本文所讨论，各种实施例有利地保存了通过远程等离子体发生器14和反应器7之间的气体管线15输送的受激物质。结果，可以为远程等离子体发生器14的位置提供更大的灵活性。例如，因为远程等离子体发生器14不再需要被限制在靠近反应室10的位置(例如在反应室10的顶部)，所以在一些实施例中可以使用特别大的远程等离子体发生器14。等离子体发生器14可以包括电容耦合的一对电极，并通过施加AC功率来激活。在一些实施例中，远程等离子体发生器14可以从约2MHz到120MHz操作，优选从10MHz到约60MHz，更优选13.56MHz和/或27MHz，或40MHz和/或60MHz。在一些实施例中，远程等离子体发生器14可在约5W至约10kW操作，优选50W至约5kW，更优选约100W至约1kW。在一些实施例中，远程等离子体发生器14可以是异常强大的和大尺寸的，例如重量超过几百千克，并且利用超过1kW的功率。
虽然在图1中仅示出了一个等离子体发生器14，但应当理解，在一些其他实施例中，可以使用一个以上的等离子体发生器14。例如，一个或多个其他远程等离子体发生器可以与一个或多个其他相应的等离子体源容器流体连通，该等离子体源容器又可以通过类似于气体管线15的相关气体管线与反应器7流体连通。
继续参考图1，在一些实施例中，气体管线15可以将在远程等离子体发生器14中产生的受激物质连同从惰性气体源4提供的惰性气体一起输送到反应器7的反应室10。可以在反应器7中提供分散装置，例如具有与开口9流体连通的增压室8的喷淋头。受激物质可以穿过开口9并被供应到反应室10中以被施加到衬底，例如半导体晶片W。晶片W可被支撑在反应室10内的衬底支撑件11上。
如图2所示，气体管线15可以是双壁管。双壁管可以包括外管16和内管17。在一些实施例中，外管16和内管17可以由金属材料形成。在一些其他实施例中，外管16和内管17中的一个或两个可以由非金属材料形成，例如绝缘体，例如聚氯乙烯(PVC)。在一些实施例中，外管16可以由金属形成，内管17可以由绝缘体形成。在一些实施例中，外管16和/或内管17可以由金属形成，并且涂覆有绝缘层，例如氧化铝、聚合物和任何其他电绝缘体等。在一些实施例中，外管16和内管17可以同心布置，并且可以在它们之间包括环形空间。在一些其他实施例中，内管17的位置可以是倾斜的，使得在内管17的一侧，在内管17和外管16之间的间隙比内管17的相对侧更大。优选地，为了便于制造且与其他设备兼容，外管16和内管17可以具有圆形横截面(如在横向于管16和17的长度轴的平面上所见)。
继续参考图2，外管16的内表面和内管17的外表面可以在它们之间限定外部容积19。内管17的内表面限定内管17内的内部容积20。内管17优选被穿孔并具有多个开口18。多个开口18的形状可以是圆形的，以便于它们的形成(例如通过钻入内管17)。在一些实施例中，开口18可以具有其他横截面形状，例如椭圆形、矩形等。在一些实施例中，开口18可以具有均匀的尺寸和/或形状。在一些实施例中，开口18的尺寸和形状中的一个或两个可以变化。如本文讨论，开口18的尺寸、形状和分布优选地被选择为将气体输出到内部容积20中，以形成减少内部容积20中的受激物质和内管17之间的接触的气幕。
在一些实施例中，每个开口的尺寸和开口18的数量可以基于开口率来确定。开口率是每单位面积的开口面积，以相对于单位面积的百分比形式表示。内管17的开口率可以从1％到80％。在一些实施例中，内管17的开口率可以从5％到50％，优选地从10％到约30％，更优选地小于约25％。内管17的开口率在气体管线15的整个长度上可以是恒定的，或者可以变化。在一些实施例中，开口率可以从远程等离子体发生器14向反应器7(图1)减小。例如，在气体管线15的耦合等离子体发生器的端部处的开口率可以是约50％，而在反应器7耦合到气体管线15的端部处的开口率可以是30％。在一些实施例中，它们之间的开口率可以朝向反应器7逐渐减小。在一些实施例中，它们之间的开口率可以朝向反应器7逐渐增加。例如，在气体管线15的耦合等离子体发生器的端部处的开口率可以是约30％，而在反应器7耦合到气体管线15的端部处的开口率可以是约70％。
在一些实施例中，开口18可以平行于内管17的外表面的法线延伸穿过内管17，并且可以垂直于内管17的细长轴线定向。在一些其他实施例中，开口18可以是倾斜的，使得它们以偏离内管17的外表面的法线的角度延伸穿过内管17；换句话说，它们可以相对于内管17的长轴倾斜延伸。在一些实施例中，开口18可以是倾斜的，使得它们延伸到内管17中，通常与从等离子体发生器14到反应器7的气流方向一致(图1)。结果，来自外部容积19的气体当移动通过开口18时继续“向前”流向反应器7。这种角度可以有助于从外部容积19捕获气体，并有助于在内管17中形成期望的气幕。在一些实施例中，开口18的倾斜角度可以从接近远程等离子体发生器14的气体管线15的端部到接近反应器7的端部变化。例如，除了减小从远程等离子体发生器14到反应器7的开口率之外或作为其替代，开口18的倾斜角度可以从内管17的靠近远程等离子体发生器14的端部到靠近反应器7的端部变化。例如，开口18最初可以大致沿气流方向倾斜，并且角度可以改变，使得其基本正交于内管17的外表面，或者角度可以进一步发展，使得开口18逆着气流方向倾斜。有利地，对开口18倾斜角度的操纵允许对从外部容积19进入内部容积20的气体的量和流量进行一定程度的控制，这可以进一步提供对由该气流形成的气幕的控制。在一些实施例中，与类似尺寸的开口18相比，在气流的总体方向上倾斜开口18可以允许更多的气体被捕获并流入内部容积20。
继续参考图2，双壁管15可以包括在外管16的外表面上的第一气体入口28和在内管17的靠近远程等离子体发生器14的端部处的第二气体入口29(图1)。结果，第一气体入口28与外部容积19流体连通，第二气体入口29与内部容积20流体连通。优选地，惰性气体源4通过第一气体入口28向外部容积19提供惰性气体作为第一气体21，远程等离子体发生器14通过第二气体入口29向内部容积20提供受激物质作为第二气体22。如本文所述，第一气体21可被提供给第一气体入口28，以产生防止受激物质与管15的表面碰撞的气幕，特别是内管17的内壁表面。表1中列出了第一气体和第二气体的示例。优选地，如本文所述，第一气体21可以包括惰性气体，第二气体22可以包括受激物质(例如与惰性载气结合)。
表-1
第一气体 第二气体
H2 H2等离子体
Ar Ar等离子体
N2 N2等离子体
NH3 NH3等离子体
在一些实施例中，第一气体21可以包括与第二气体22的受激物质相同的化学元素。例如，在第二气体22包括H2等离子体的情况下，第一气体21可以包括H2气体。有利地，不受理论的限制，在第一和第二气体21和22中使用类似的化学元素被认为有助于减少第一气体21中受激物质重新组合的发生，从而提高受激物质的寿命。在一些其他实施例中，不同的化学元素可以分别用于第一和第二气体21和22，例如，Ar与H2等离子体或N2等离子体。在一些实施例中，卤化物气体可以是第二气体22的一部分，并且可以用这些卤化物气体产生等离子体，用于各种应用，例如蚀刻、选择性沉积和表面改性等。卤化物气体的示例包括双原子卤化物气体，例如Cl2、F2和Br2；卤化氢，例如HCl、HBr、HF、HI；和其它卤化物，例如CF4、C2F6、SF6、SF6。管15可以配置成向反应器7的增压室8提供第一气体21和第二气体22。
继续参考图2，半导体处理系统1可以包括配置成监测外部容积19内的压力的第一压力传感器23(图1)和配置成监测内部容积20内的压力的第二压力传感器24(图1)。压力传感器23、24同样可以包括高温兼容传感器，例如电容压力计压力传感器。外部容积19内的压力和内部容积20内的压力之间的压力差可以由调节器25、26(可选的)基于传感器23、24测量的压力来调节。调节压力差可以进一步为调整沉积在晶片W上的膜的性质提供空间，同时减少由于与管15的表面碰撞引起的受激物质的损失。在一些实施例中，压力差可以是10托或更大，优选地在10托-1000托的范围内，优选地从50托到500托，或者更优选地从100托到300托。在一些实施例中，压力差可以小于约500托，或小于约300托，或更优选小于约200托。在一些实施例中，压力差可以小于约10托，或小于约1托，或更优选小于约0.5托。
再次参考图1，半导体处理系统1还可以包括控制系统27，其配置成控制系统1的各种部件的操作，例如调节器25、26、阀5、压力传感器23、24、反应器7(以及其中的各种部件)和真空泵13。在一些实施例中，控制系统27可以至少部分地基于外部容积19和内部容积20中的测量压力的反馈来控制调节器25、26的操作，以将外部容积19中的第一气体21的压力保持在比内部容积20中的第二气体22的压力更高的值。在一些实施例中，调节器25、26可以从半导体处理系统1中省略。
控制系统27包括一个或多个处理器、存储设备和控制系统1的各种部件的操作的其他电子部件。如本文所用，术语“控制系统”包括单独的控制器设备和处理电子设备的任何组合，其可以与其他设备(例如阀、传感器等)集成或连接。因此，在一些实施例中，控制系统27可包括控制多个(或所有)系统部件的操作的集中控制器。在一些实施例中，控制系统27可以包括控制一个或多个系统部件的操作的多个分布式控制器。控制序列可以被硬连线或编程到控制系统27中。控制系统27的存储装置包括非暂时性计算机可读介质，例如包括硬盘驱动器、固态存储器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘、易失性或非易失性存储器、其组合等的物理计算机存储器。非暂时性计算机可读介质向一个或多个处理器提供指令。应当理解，指令可以用于这里描述的任何动作，使得一个或多个处理器对指令的处理使系统1执行那些动作。
半导体处理系统可以还包括前体容器3，其配置成包含前体，该前体是与由等离子体源容器2提供的等离子体源不同的物质。反应器7可以通过气体管线15与等离子体发生器14流体连通，并通过歧管6与前体容器3流体连通。在一些实施例中，来自等离子体源容器2的受激物质和来自前体容器3的前体可以反应以在晶片W上形成化合物膜。来自前体容器3的气相前体可以通过流量控制器(MFC)和阀5提供，如图1所示。尽管在图1中仅示出了一个前体容器3，但应当理解，在其他实施例中，多于一个的前体容器3可以耦合到反应器7。在一些实施例中，反应器7可以仅用于晶片W的等离子体处理，并且前体容器3可以从系统1中省略。
在一些实施例中，半导体处理系统1可以具有气体管线30，其被来自电压源的施加电势加偏压，该偏压配置成从气体管线30的壁排斥或吸引受激物质。图3是根据各种实施例的具有气体管线30的半导体处理系统1的示意性系统图。系统1可包括配置成包含等离子体源气体的等离子体源容器2、远程等离子体发生器14和反应器7。气体管线30可以与等离子体发生器14和反应器7流体连通，并且可以将在等离子体发生器14中产生的受激物质输送到反应器7的反应室10。反应器7可以具有分散装置，例如喷淋头，其可以具有与开口9流体连通的增压室8。受激物质可以穿过开口9进入反应室10，并被施加到晶片W，其支撑在反应室10内的衬底支撑件11上。
继续参考图3，电压源31可以配置成向气体管线30提供DC偏压。在一些实施例中，电压源31可以包括一个或多个电池、燃料电池、电容器、发电机或整流器(其可以配置成将从AC电网获得的交流电转换成直流电)。半导体处理系统1还可以包括控制系统27，其配置成控制要施加到气体管线30的偏压的大小和极性等。偏压可以在10V-10kV的范围内，优选50V-600V，更优选100V-500V。在一些实施例中，偏压的极性可以与由等离子体发生器产生的受激物质中的离子的极性相同。偏压可以导致气体管线30的偏压表面从气体管线表面偏转活性物质，并且可以有助于防止活性物质的重新组合。在一些实施例中，偏压可以帮助产生新的受激物质或过滤离子。例如，具有与偏压气体管线表面相同极性的离子可被从这些表面排斥，并继续到达反应器7，而相反极性的离子可被吸引到气体管线表面，并被阻止流向反应器7。
如图3所示，如参考图1所讨论，该系统还可以包括配置成容纳前体3的前体容器3，前体3是与等离子体源不同的物质。在一些实施例中，反应器7可以通过气体管线30与等离子体发生器14流体连通，并且通过歧管6与前体容器3流体连通，从而允许在晶片W上形成化合物膜。来自前体容器3的气相前体通过流量控制器(MFC)和阀5提供。
在一些实施例中，半导体处理系统1的双壁气体管线15可被加偏压。现在参考图4，双壁气体管线15的外管16和/或内管17可以使用如上所述的电压源31被加偏压。例如，气体管线15可以如上文针对气体管线30所讨论的那样被加偏压，以实现类似的结果。在一些实施例中，连同由第一气体21(图2)产生的气幕，施加到外管16并具有与流过气体管线15的期望受激物质相同极性的偏压可用于使受激物质从气体管线15的表面偏转，从而防止与那些表面碰撞。
在一些实施例中，外管16和内管17都可被偏压以在气体管线15内产生受激物质。例如，外管16和内管17可以分别具有相反的偏压。在一些实施例中，调节内管17和外管16的偏压以保持一定的电压差。在一些实施例中，RF(射频)偏压可以分别施加到内管和/或外管。
应当理解，本公开还涉及用于通过双壁气体管线15将受激物质输送或传送至半导体处理系统1的反应器7的方法，以及用于通过气体管线30(图3)或气体管线15(图4)将受激物质输送至半导体处理系统1的反应器7的方法，DC偏压施加到气体管线。
图5是流程图，总体示出了通过包括外管16和内管17的双壁管15将受激物质输送到半导体处理系统1的反应器7(图1)的方法，在外管16和内管17之间限定外部容积19，内管具有多个开口18并设置在外管内。在框40，向等离子体发生器14提供等离子体源气体，并且在框41激发等离子体源气体。在框42，作为惰性气体的第一气体21被提供给外部容积19。在框43，受激等离子体源气体被提供给内管17的内部容积20。在框44，受激等离子体源气体(第二气体22)通过双壁管15被输送到反应器7。半导体处理系统1可以配置成向反应器7的增压室8提供第一气体21和第二气体22。如表1所示，在一些实施例中，第一气体21可以包括与第二气体22相同的元素。例如，在H2等离子体是第二气体22的一部分的情况下，使用H2气体作为第一气体21可以防止重新组合。类似的原子可能会改善受激物质寿命。然而，在一些实施例中，可以使用不同的原子，例如具有H2等离子体或N2等离子体的Ar。此外，外部容积19内的第一气体21的压力可以高于内部容积20内的受激等离子体源气体(第二气体22)的压力。
图6是流程图，总体示出了通过偏压气体管线30(图3)将受激物质输送到半导体处理系统1的反应器7的方法。在框50，等离子体源气体被提供给等离子体发生器14，并且在框51等离子体源气体被激发。在框52，向气体管线30施加偏压。在一些实施例中，偏压可以是DC偏压，偏压的极性可以与期望被传输到反应器7的受激物质中的离子的极性相同。在框53，受激等离子体源气体被提供给偏压气体管线30，并且受激等离子体源气体被输送到反应器7。
同样如图7所示，偏压可被施加到双壁管15，例如双壁管15的外管16。在框60，等离子体源气体被提供给等离子体发生器14，并且在框61激发等离子体源气体。在框62，向双壁管15施加偏压。该偏压可以是DC偏压，并且该偏压的极性可以与期望被传输到反应器7的受激物质中的离子的极性相同。在框63，作为惰性气体的第一气体21被提供给双壁管15的外部容积19。在框64，受激等离子体源气体被提供给内管17的内部容积20。在框65，受激等离子体源气体(第二气体22)通过双壁管15被输送到反应器7。
出于本公开的目的，本文描述了某些方面、优点和新颖特征。根据任何特定实施例，不一定可以实现所有这些优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本公开可以实现本文教导的一个优点或一组优点的方式实施或执行，而不一定实现本文教导或建议的其他优点。
例如，应当理解，反应室10可以是设计成容纳单个衬底的单个衬底室。在一些其他实施例中，反应室可以是批量反应室，其同时容纳和处理多个衬底。此外，多壁管15优选是双壁的，但在一些实施例中，可以包括三个或更多个管，所有这些管都可以是同心的。在一些实施例中，电压源31可以是配置成向管15或管30提供电流的电流源。
诸如“可以”、“能够”、“可能”之类的条件语言，除非另有具体说明，或者在所使用的上下文中另有理解，通常意在传达某些实施例包括某些特征、元素和/或步骤，而其他实施例不包括。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或步骤是否被包括在任何特定实施例中或将被执行的逻辑。
本文使用的程度语言，例如本文使用的术语“近似”、“大约”、“通常”和“基本”表示接近所述值、量或特征的值、量或特征，其仍执行期望的功能或实现期望的结果。例如，术语“近似”、“大约”、“通常”和“基本”可以指所述量的小于10％内、小于5％内、小于1％内、小于0.1％内和小于0.01％内的量。
本公开的范围并不旨在被本部分或本说明书中其他地方的优选实施例的具体公开所限制，而是可以由本部分或本说明书中其他地方提出的权利要求或未来提出的权利要求来限定。权利要求的语言应基于权利要求中使用的语言进行合理解释，而不限于本说明书中或申请过程中描述的示例，这些示例应被解释为非排他性的。

Claims (22)

1.一种半导体处理系统，包括：
配置成包含等离子体源气体的等离子体源容器，
配置成提供惰性气体的惰性气体源，
与等离子体源容器流体连通的等离子体发生器，
反应器，以及
用于输送受激物质的气体管线，
其中，反应器通过气体管线与等离子体发生器流体连通，并且
其中，气体管线是双壁管。
2.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述双壁管包括外管和具有多个开口的穿孔的内管，
其中，外管的内表面和内管的外表面在它们之间限定外部容积，并且
其中，内管的内表面限定内管内的内部容积。
3.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述双壁管包括与所述外部容积流体连通的第一气体入口和与所述内部容积流体连通的第二气体入口，
其中，第一气体入口配置成接收包括所述惰性气体的第一气体，第二气体入口配置成接收包括所述受激物质的第二气体。
4.根据权利要求3所述的半导体处理系统，还包括：
第一压力传感器，其配置成监测所述外部容积内的压力，
第二压力传感器，其配置成监测所述内部容积内的压力，以及
调节器，用于调节外部容积内的压力和内部容积内的压力之间的压力差。
5.根据权利要求4所述的半导体处理系统，还包括控制系统，其配置成至少部分地基于所述外部容积和内部容积中的测量压力的反馈来控制所述调节器的操作。
6.根据权利要求5所述的半导体处理系统，其中，所述控制系统配置成将所述外部容积中的第一气体的压力维持在比所述内部容积中的第二气体的压力更高的值。
7.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述内管的开口率为10％至80％。
8.根据权利要求7所述的半导体处理系统，其中，所述内管的开口率朝向所述反应器逐渐减小。
9.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述多个开口由相对于所述内管的轴线倾斜延伸的开口侧壁限定。
10.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述外管和内管同心布置，并且在它们之间包括环形空间。
11.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述内管包括非金属材料。
12.根据权利要求3所述的半导体处理系统，其中，所述第一气体包括与所述第二气体相同的气体。
13.根据权利要求3所述的半导体处理系统，其中，所述半导体处理系统配置成向所述反应器的增压室提供所述第一气体和第二气体。
14.根据权利要求3所述的半导体处理系统，其中，所述双壁管包括位于所述外管的外表面上的第一气体入口和位于所述内管的端部处的第二气体入口。
15.根据权利要求1所述的半导体处理系统，还包括配置成包含前体的前体容器，其中，所述反应器通过所述气体管线和前体容器与所述等离子体发生器流体连通。
16.一种半导体处理系统，包括：
配置成包含等离子体源气体的等离子体源容器，
与等离子体源容器流体连通并配置成产生受激物质的等离子体发生器，
反应器，
用于输送受激物质的气体管线，以及
配置成加偏压到气体管线的电压源，
其中，反应器通过气体管线与等离子体发生器流体连通。
17.根据权利要求16所述的半导体处理系统，其中，所述电压源配置成向所述气体管线提供DC偏压。
18.根据权利要求16所述的半导体处理系统，还包括控制偏压的电压和极性的控制系统。
19.根据权利要求16所述的半导体处理系统，其中，所述控制系统配置成控制所述气体管线的偏压的极性，以匹配由所述等离子体发生器产生的受激物质的极性。
20.根据权利要求16所述的半导体处理系统，还包括配置成包含前体的前体容器，其中，所述反应器与前体容器流体连通。
21.根据权利要求16所述的半导体处理系统，其中，所述气体管线是双壁管，包括外管内的内管，其中，外管配置成由所述电压源加偏压。
22.根据权利要求21所述的半导体处理系统，其中，所述电压源配置成向所述气体管线提供DC偏压。
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