CN117769754A - 具有电感耦合等离子体源的反应器 - Google Patents

具有电感耦合等离子体源的反应器 Download PDF

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CN117769754A CN202280052666.4A CN202280052666A CN117769754A CN 117769754 A CN117769754 A CN 117769754A CN 202280052666 A CN202280052666 A CN 202280052666A CN 117769754 A CN117769754 A CN 117769754A
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Abstract

示例性半导体处理系统可包括电感耦合等离子体源。所述系统可包括RF功率源，所述RF功率源与电感耦合等离子体源电耦合。所述系统可包括第一气体源，所述第一气体源与电感耦合等离子体源流体耦合。所述系统可包括第二气体源。所述系统可包括双通道喷头组件，所述双通道喷头组件界定第一多个孔和第二多个孔。所述第一多个孔可与电感耦合等离子体源流体耦合。所述第二多个孔与所述第二气体源流体耦合。

Description

具有电感耦合等离子体源的反应器
相关申请的交叉引用
本申请主张于2021年7月29日提交的，并且标题为“REACTOR WITH INDUCTIVELYCOUPLED PLASMA SOURCE(具有电感耦合等离子体源的反应器)”的美国非临时申请第17/389,103号的权益和优先权，所述申请的内容出于所有目的通过引用全部并入本文。
技术领域
本技术涉及用于半导体制造的部件和装置。更具体地，本技术涉及等离子体产生设备和其他半导体处理装备。
背景技术
集成电路通过在基板表面上产生复杂图案化材料层的工艺成为可能。在基板上产生图案化材料需要用于形成和移除材料的受控方法。腔室部件通常将处理气体传递至基板，以用于沉积膜或移除材料。通常，为了产生高密度膜，必须保持更高的处理温度和/或RF功率，这可导致对处理装备的损坏和/或晶片缺陷。
因此，需要可用于产生高密度膜的改进的系统和方法。本技术解决了这些和其他需要。
发明内容
示例性半导体处理系统可包括电感耦合等离子体源。所述系统可包括RF功率源，所述RF功率源与电感耦合等离子体源电耦合。所述系统可包括第一气体源，所述第一气体源与电感耦合等离子体源流体耦合。所述系统可包括第二气体源。所述系统可包括双通道喷头组件，所述双通道喷头组件界定第一多个孔和第二多个孔。第一多个孔可与电感耦合等离子体源流体耦合。第二多个孔可与第二气体源流体耦合。
在一些实施例中，电感耦合等离子体源可包括界定开放内部的介电管。电感耦合等离子体源可包括法拉第笼，所述法拉第笼围绕介电管的外表面设置。电感耦合等离子体源可包括一个或多个RF线圈，所述一个或多个RF线圈围绕拉第笼的外表面设置。系统可包括环状管保持器，所述环状管保持器在双通道喷头组件的顶部上支撑介电管。第二气体源可与进气口耦合，所述进气口设置在双通道喷头组件的横向侧上。第一气体源可包括输入歧管。第一多个孔可从喷头的顶表面延伸至喷头的底表面。第二多个孔可从双通道喷头组件内部内形成中的气室延伸并且延伸穿过喷头的底表面。系统可包括至少一个RF带，所述RF带在RF功率源与电感耦合等离子体源之间延伸。系统可包括围绕电感耦合等离子体源延伸的外壳。外壳可界定一个或多个通气孔。系统可包括与所述一个或多个通气孔流体耦合的一个或多个风扇。系统可包括腔室主体，所述腔室主体至少部分地界定半导体处理腔室的处理区域。系统可包括定位在腔室主体顶部的腔室盖。腔室盖可支撑双通道喷头组件。
本技术的一些实施例可涵盖半导体处理系统。系统可包括电感耦合等离子体源。电感耦合等离子体源可包括界定开放内部的介电管。电感耦合等离子体源可包括法拉第笼，所述法拉第笼围绕介电管的外表面设置。电感耦合等离子体源可包括一个或多个RF线圈，所述一个或多个RF线圈围绕法拉第笼的外表面设置。系统可包括定位在介电管上方的盖。系统可包括定位在盖上的RF功率源。RF功率源可与一个或多个RF线圈电耦合。系统可包括第一气体源，所述第一气体源与介电管的开放内部流体耦合。系统可包括第二气体源。系统可包括双通道喷头组件，所述双通道喷头组件界定第一多个孔和第二多个孔。第一多个孔可与介电管的开放内部流体耦合。第二多个孔可与第二气体源流体耦合。
在一些实施例中，电感耦合等离子体源可包括定位在介电管顶部的嵌块。嵌块的一部分可延伸至介电管的开放内部中。嵌块可界定多个气体管腔，所述多个气体管腔将第一气体源与介电管的开放内部流体耦合。系统可包括设置在盖上的冷却流体源。系统可包括在冷却流体源与嵌块之间延伸的一个或多个冷却通道。系统可包括腔室主体，所述腔室主体至少部分地界定半导体处理腔室的处理区域。系统可包括定位在腔室主体顶部的腔室盖。腔室盖可支撑双通道喷头组件。腔室盖可界定孔，所述孔提供到半导体处理腔室的处理区域的进出。系统可包括基板支撑件，所述基板支撑件设置在半导体处理腔室内的双通道喷头下方。介电管可包括石英或氧化铝。
本技术的一些实施例涵盖处理基板的方法。所述方法可包括使第一气体流入电感耦合等离子体源内部。方法可包括将RF电流供应至电感耦合等离子体源的一个或多个RF线圈，以在电感耦合等离子体源内部内产生等离子体。方法可包括使等离子体流入半导体处理腔室的处理区域。方法可包括使第二气体流入处理区域。方法可包括将材料沉积在定位在半导体处理腔室的处理区域内的基板上。
在一些实施例中，等离子体可经由双通道喷头组件的第一多个孔流入处理区域。第二气体可经由双通道喷头组件的第二多个孔流入处理区域。双通道喷头组件可防止等离子体与第二气体混合，直至等离子体和第二气体已经流入处理区域为止。方法可包括在等离子体产生期间使电感耦合等离子体源主动地冷却。
所述技术可提供优于传统系统和技术的许多益处。例如，本技术的实施例可增加高密度自由基和离子的产生，以产生具有更低氢含量的更高密度的膜。结合以下描述和附图更详细地描述这些和其他其他实施例，连同其许多优点和特征。
附图说明
可参考说明书的剩余部分和附图来实现对所公开的技术的本质和优点的进一步理解。
图1示出根据本技术的一些实施例的示例性处理系统的顶部平面图。
图2示出根据本技术的一些实施例的示例性等离子体系统的示意性横截面图。
图3示出根据本技术的一些实施例的示例性等离子体系统的示意性部分横截面图。
图4示出根据本技术的一些实施例的示例性双通道喷头组件的示意性部分横截面图。
图5是根据本技术的一些实施例的半导体处理的示例性方法的流程图。
包括若干附图作为示意图。应理解，这些附图是为了说明目的，并且除非特定说明是按比例的，否则这些附图不被视为按比例的。此外，作为示意图，提供这些附图是为了帮助理解，并且这些附图可能不包括与现实表示相比的所有方面或信息，并且可能包括用于说明目的的夸大材料。
在附图中，相同的部件和/或特征可具有相同的附图标记。此外，相同类型的各种部件可通过在附图标记后面加上区分相似部件的字母来进行区分。若说明书中仅使用第一附图标记，则该描述适用于具有相同第一附图标记的相似部件中的任何一者，而不管字母如何。
具体实施方式
用于制造半导体集成电路的等离子体沉积和蚀刻工艺典型地涉及由等离子体产生气体形成等离子体，所述等离子体产生气体被暴露于处理腔室内部具有足够功率的电场以使得气体离子化。在具有低膜内氢含量(这可导致不稳定问题)的低工艺温度下获得致密膜存在挑战。例如，许多等离子体系统利用远程等离子体系统(其可产生比电容耦合等离子体系统具有更高通量的等离子体)以产生被输送至半导体处理系统的处理区域的等离子体。然而，由于等离子体必须从远程等离子体系统行进至处理腔室的距离很大，因此等离子体内的许多自由基在到达处理区域之前就已经丢失，这可降低晶片上的膜密度。此外，许多传统的沉积和/或蚀刻系统在高温(例如，超过400℃至500℃)下操作，这可导致腔室部件损坏和/或晶片上的缺陷。
本技术通过在半导体处理腔室的处理区域附近并入电感耦合等离子体源来克服这些挑战。电感耦合等离子体源可产生比电容耦合等离子体系统更高的等离子体通量，这可有助于增加晶片上的膜密度。例如，电感耦合等离子体源可定位在将等离子体输送至处理区域的喷头附近。电感耦合等离子体源与处理区域之间的短距离可防止自由基损失并且可使更高密度的等离子体能够到达晶片。实施例也可利用双通道喷头组件，所述双通道喷头组件可提高等离子体在处理区域内的扩散并且可通过将等离子体与反应气体分离直至到达处理区域，来保持晶片上的均匀性，而不管处理容积结构如何。此外，双通道喷头组件可用作离子抑制件以控制自由基/离子与晶片上的反应性前驱物的混合。结果，本技术可在低温下操作以产生具有低膜内氢含量的高密度膜。
尽管剩余的公开内容将例行地标识利用所公开技术的特定沉积工艺，但将容易理解，所述系统和方法同样适用于其他沉积和清洁腔室，以及如可能发生在所述腔室中的工艺。因此，本技术不应被视为仅限于与所述特定的沉积工艺或腔室一起使用。在描述根据本技术的实施例的对所述系统的额外变化和调整之前，本公开将论述一种可包括根据本技术的实施例的基座的可能的系统和腔室。
图1示出根据实施例的沉积、蚀刻、烘烤和固化腔室的处理系统100的一个实施例的顶部平面图。在附图中，一对前开式标准舱102供应各种大小的基板，所述基板由机械臂104接收并且被放置到低压保持区106中，然后被放置到定位在串联区段109a-109c中的基板处理腔室108a-108f中的一者中。第二机械臂110可用于将基板晶片从保持区106传送至基板处理腔室108a-108f并返回。每个基板处理腔室108a-108f可被装备以执行多个基板处理操作，所述基板处理操作除了等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、物理气相沉积、蚀刻、预清洗、脱气、定向和其他基板工艺(包括退火、灰化等)之外，还包括形成本文所述的半导体材料的堆叠。
基板处理腔室108a-108f可包括用于在基板上沉积、退火、固化和/或蚀刻介电质或其他膜的一个或多个系统部件。在一个配置中，两对处理腔室(例如，108c-108d和108e-108f)可用于在基板上沉积介电材料，而第三对处理腔室(例如，108a-108b)可用于蚀刻经沉积的介电质。在另一配置中，所有三对腔室(例如108a-108f)可被配置为在基板上沉积交替介电膜的堆叠。所描述的工艺中的任何一种或多种工艺可在与不同实施例中所示的制造系统分离的腔室中进行。将理解，系统100构想了用于介电膜的沉积、蚀刻、退火和固化腔室的附加配置。
图2示出根据本技术的一些实施例的示例性等离子体系统200的示意性横截面图。等离子体系统200可图示可装配在一个或多个上述串联区段109中的一对处理腔室108，并且所述一对处理腔室可包括根据本技术的实施例的基板支撑组件。等离子体系统200通常可包括具有侧壁212、底壁216和界定一对处理区域220A和220B的内侧壁201的腔室主体202。处理区域220A至220B中的每一者可被类似地配置，并且可包括相同的部件。
例如，处理区域220B(其部件也可包括在处理区域220A中)可包括穿过通路222设置在处理区域中的基座228，所述通路222在等离子体系统200的底壁216中形成。基座228可提供适于在基座的暴露表面(诸如主体部分)上支撑基板229的加热器。基座228可包括加热元件232，例如电阻加热元件，所述加热元件232可在期望的工艺温度下加热和控制基板温度。基座228也可由远程加热元件加热，远程加热元件诸如灯组件或任何其他加热设备。
基座228的主体可通过凸缘233耦合至杆226。杆226可将基座228与功率插座或功率箱203电耦合。功率箱203可包括控制处理区域220B内的基座228的升高和移动的驱动系统。杆226也可包括电功率接口，用于向基座228提供电功率。功率箱203也可包括用于电功率和温度指示器的接口，诸如热电偶接口。杆226可包括适于与功率箱203可拆卸地耦合的底座组件238。在功率箱203上方示出了圆周环235。在一些实施例中，圆周环235可为适合作为机械止动件或平台的肩部，所述肩部被配置为在底座组件238与功率箱203的上表面之间提供机械接口。
杆件230可穿过在处理区域220B的底壁216中形成的通路224被包括，并且可用于定位穿过基座228的主体设置的基板升举销261。基板升举销261可选择性地将基板229与基座间隔开，以促进基板229与用于将基板229通过基板传送口260传送进出处理区域220B的机器人的交换。
腔室盖204可与腔室主体202的顶部耦合。盖204可容纳与其耦合的一个或多个前驱物分配系统208。前驱物分配系统208可包括前驱物入口通路240，前驱物入口通路240可哦通过双通道喷头218将反应物和清洁前驱物输送至处理区域220B中。双通道喷头218可包括环形底板248，环形底板248具有设置在面板246中间的阻隔板244。射频(“RF”)源265可与双通道喷头218耦合，RF源265可为双通道喷头218供电以促进在双通道喷头218的面板246与基座228之间产生等离子体区域。在一些实施例中，RF源可与腔室主体202的其他部分(诸如基座228)耦合，以促进等离子体的产生。介电隔离器258可被设置在盖204与双通道喷头218之间以防止将RF功率传导至盖204。阴影环206可被设置在与基座228接合的基座228的周边上。
可选的冷却通道247可在气体分配系统208的环形底板248中形成，以在操作期间冷却环形底板248。诸如水、乙二醇、气体等的传热流体可循环穿过冷却通道247，使得底板248可保持在预定义温度。衬垫组件227可被设置在处理区域220B内紧邻腔室主体202的侧壁201、212，以防止侧壁201、212暴露于处理区域220B内的处理环境。衬垫组件227可包括圆周泵送腔225，圆周泵送腔225可耦合至泵送系统264，所述泵送系统264被配置为从处理区域220B排出气体和副产物并且控制处理区域220B内的压力。多个排气口231可在衬垫组件227上形成。排气口231可被配置为允许气体以促进系统200内处理的方式从处理区域220B流动至圆周泵送腔225。
图3示出根据本发明技术的一些实施例的示例性半导体处理系统300的示意性部分横截面图。图3可包括上文关于图2论述的一个或多个部件，并且可图示与所述系统相关的进一步细节。系统300可用于执行半导体处理操作，包括介电材料堆叠的沉积和/或蚀刻操作。系统300可示出半导体处理系统的气体分配系统的局部视图，并且可不包括所有部件，诸如先前描述的附加盖堆叠部件，所述部件被理解为并入系统300的一些实施例中。
如上所述，图3可图示处理系统300的一部分。系统300可包括腔室盖305，所述腔室盖305可(直接或间接地)支撑在腔室主体(类似于上述腔室主体202)顶部，这可至少部分地界定半导体处理腔室的处理区域。腔室盖305可界定贯穿其中的一个或多个孔307，每个孔307可提供到相应半导体处理腔室的处理区域的进出。例如，腔室主体可包括与孔307同轴并且可界定处理区域的下边界的基座和/或其他基板支撑件。腔室盖305可支撑双通道喷头组件310。双通道喷头组件310可界定彼此流体隔离的至少两个流体路径。例如，双通道喷头组件310可界定第一多个孔，所述第一多个孔从双通道喷头组件310的顶表面延伸穿过双通道喷头组件310的底表面。双通道喷头组件310可在双通道喷头组件310的内部界定气室和/或多个通道(未示出)，其中气室和/或通道与第一多个孔流体隔离。第二多个孔从气室和/或通道延伸穿过双通道喷头组件310的底表面。双通道喷头组件310可包括一个或多个进气口312，所述一个或多个进气口可在双通道喷头组件310的横向侧上形成并且可与气室和/或通道流体耦合。每个进气口312可用于将气体源315耦合至气室和/或通道并且耦合至第二多个孔。
系统300可包括可安装在双通道喷头组件310顶部上的适配器板320。适配器板320的形状通常可为环形的并且可界定开放的内部。适配器板320可由诸如铝的导电材料形成，并且可在等离子体产生期间用作散热器。适配器板320也可为管保持器325提供支撑和/或用作管保持器325的安装位置。例如，管保持器325可被安装至适配器板320的顶部或底部表面。如图所示，管保持器325包括设置在适配器板320内部的环形主体部分327。管保持器325可包括底部凸缘324，底部凸缘324从主体部分327的底座横向向外延伸并且被设置在适配器板320的底表面下方。底部凸缘324可与适配器板320的底表面固定或以其他方式耦合。适配器板320和/或管保持器325可支撑在双通道喷头组件310顶部的电感耦合等离子体源330。
电感耦合等离子体源330可包括界定开放内部的介电管335。介电管335的内部可界定等离子体容积的至少一部分，等离子体可在所述等离子体容积中产生并允许在穿过双通道喷头组件310之前膨胀。例如，双通道喷头组件310的第一多个孔可与介电管335的开放内部流体耦合，以将在电感耦合等离子体源330内产生的等离子体输送至半导体处理腔室的处理区域。介电管330可由介电材料形成，所述介电材料诸如但不限于石英和/或氧化铝。电感耦合等离子体源330可包括法拉第笼340，法拉第笼340围绕介电管335的外表面设置。法拉第笼340可保护介电管335免受高热负荷，这对于帮助保护在电感耦合等离子体源330内保持真空密封的O形环或其他密封件可能很重要。此外，法拉第笼340可减少场分布中的外部噪声和/或其他干扰，这可有助于稳定在电感耦合等离子体源330内产生的等离子体。一个或多个RF线圈345可在法拉第笼340的外表面周围提供。在一些实施例中，RF线圈345可安装在可围绕法拉第笼340延伸的线圈支撑件347上。RF线圈345可接收RF电流以在介电管335内产生交变磁场。当前驱物气体被引入至所述交变磁场中时，交变磁场可加速前驱物气体内的电子以产生等离子体。
电感耦合等离子体源330可包括嵌块350。嵌块350可包括安置在介电管335和/或法拉第笼340顶部的外部351。嵌块350的内部353可向下延伸至介电管335的内部。嵌块350可界定多个气体管腔352，气体管腔352可用作将前驱物气体输送至电感耦合等离子体源330中的输送导管。在一些实施例中，气体管腔352可沿着介电管335的外部区域内的内壁向下分配气体。气体管腔352可为环形形状并且与一个或多个入口(未示出)耦合，所述入口将气体从气体源输送至外部气体管腔352a。在一些实施例中，气体管腔352也可包括额外的气体管腔(未示出，并且可包括或可不包括扩散器)，所述额外的气体管腔可延伸穿过内部部分353的底座以将前驱物气体分配至介电管335的中心区域中。多个冷却通道360可被设置在嵌块350内，以将诸如水的冷却流体输送至嵌块350。例如，冷却通道360可延伸穿过嵌块350的内部并且在嵌块350的底座内形成递归路径。冷却流体可循环穿过嵌块350以在等离子体形成期间帮助冷却介电管335的内部。
电感耦合等离子体源330可包括外壳365，所述外壳可围绕电感耦合等离子体源330延伸并且包围电感耦合等离子体源330。外壳365可包括一个或多个部件，所述一个或多个部件可界定电感耦合等离子体源330的外周边并且可支撑系统300的位于电感耦合等离子体源330顶部的附加部件。例如，外壳365可包括外壳主体367和提供外壳365的外表面的一个或多个面板369。面板369和/或外壳主体367可界定一个或多个通气孔370，所述一个或多个通气孔370可用于将空气吸入电感耦合等离子体源330中，以在等离子体产生期间帮助冷却电感耦合等离子体源330。例如，外壳主体367可与RF线圈345和/或线圈支撑件347横向间隔开，其中部件之间的空间形成沿RF线圈345、法拉第笼340和/或介电管335的外侧延伸的空气通道。
系统300可包括安置在外壳365顶部的盖375，盖375可密封电感耦合等离子体源330的内部。盖375也可支撑定位在电感耦合等离子体源330上方的一个或多个部件。例如，多个风扇380可直接或间接地安置在盖375的顶部。可包括任意数目的风扇380。在一些实施例中，系统300可包括至少或大约一个风扇、至少或大约两个风扇、至少或大约三个风扇、至少或大约四个风扇，或更多个风扇。风扇380可与空气通道和通气孔370流体耦合。这可使风扇380能够经由通气孔370向上穿过空气通道并且朝向风扇380将空气吸入外壳365中，以在等离子体形成期间冷却RF线圈345、法拉第笼340和/或介电管335。
冷却流体源385可设置在盖375上。冷却流体源385可与冷却通道360耦合。冷却流体源385可包括泵或其他循环装置并且可在冷却通道360内循环冷却流体，诸如水，以在产生等离子体的同时冷却嵌块350和介电管335的内部。通常，冷却流体可保持在大约50℃和75℃之间的温度下。
RF功率源390(诸如RF匹配)可定位在盖375的顶部。RF功率源可与RF线圈345电耦合并且可向RF线圈345提供RF电流。例如，RF杆体391可从RF功率源390向下延伸并且可与一个或多个RF带392耦合。RF带392可沿着电感耦合等离子体源330的内侧向下延伸并且可与RF线圈345电耦合。RF线圈可使用电容器394接地，电容器394可在外壳365内靠近RF线圈345设置。RF杆体391和RF带392可形成RF电流路径，RF电流路径将RF电流从RF功率源390携载至RF线圈345，用于在介电管335内部内产生交变磁场。
系统300可包括输入歧管395，输入歧管395可与嵌块350和介电管335的内部流体耦合。例如，外壳365和/或嵌块350的横向侧可界定一个或多个流体口(未示出)，所述流体口可与输入歧管395的出口耦合。输入歧管395然后可将前驱物气体供应至气体管腔352以输送至介电管335的内部中以产生等离子体。在一些实施例中，输入歧管395可被支撑在盖375的顶部。在其他实施例中，输入歧管395可位于腔室盖305的顶部并且可定位在电感耦合等离子体源330旁边。
在操作中，前驱物气体(诸如等离子体产生气体和/或等离子体激发物质)可经由嵌块的流体口和/或气体通道352从输入歧管395流入介电管335的内部350。RF功率源390可经由RF杆体391和RF带392将RF电流输送至RF线圈345。流过RF线圈345的RF电流可在介电管335的内部产生振荡磁场，如此可加速前驱物气体的电子以在介电管335的内部产生等离子体。等离子体可在介电管335的内部容积内膨胀，这可有助于提高等离子体向双通道喷头组件310的周边区域的扩散。等离子体可向下流过双通道喷头组件310的第一多个孔，其中等离子体可被引入至半导体处理腔室的处理区域中。第二气体，诸如气体/前驱物混合物，可从气体源315经由进气口312和双通道喷头组件310的第二多个孔流入处理区域。等离子体和第二气体然后可在接近基板的处理区域内混合，并且取决于所执行的工艺，可进行反应以在基板的暴露表面上沉积材料、从基板蚀刻材料或两者。在等离子体的产生期间，电感耦合等离子体源330可被主动地冷却，这可帮助防止由于在等离子体形成期间产生的大量热量而引起的蠕变和/或其他热损坏。例如，来自冷却流体源385的冷却流体可循环穿过冷却通道360以冷却嵌块350和介电管335的内部，风扇380可通过通气孔370吸入环境空气以冷却介电管335的外表面，和/或热量可通过充当散热器的适配器板320(和/或其他部件)从介电管335消散。在各种实施例中可使用其他冷却机构。
通过在双通道喷头310和处理区域附近使用电感耦合等离子体源330，可产生具有较低膜内氢含量的高密度等离子体(和自由基，诸如H、N、O、F等)。在双通道喷头组件310附近使用电感耦合等离子体源330产生的高自由基密度可使沉积和/或蚀刻工艺能够在较低的温度(例如，小于或约500℃、小于或约450℃、小于或约400℃、小于或约350℃，或更低温度)下执行，而自由基在到达处理区域之前不会衰减。较低的操作温度可防止基板上的材料熔化、分解或以其他方式被损坏。结合电感耦合等离子体源330使用双通道喷头组件310可使得来自等离子体的自由基/离子与第二气体的反应性前驱物在晶片上的混合能够得以精确控制。例如，双通道喷头组件310可充当离子阻挡器并且可捕获和/或以其他方式调节进入腔室的离子。双通道喷头组件310也可帮助在处理区域内将自由基与反应性气体混合。
图4示出根据本发明技术的一些实施例的示例性双通道喷头400的示意性部分横截面图。图4可包括上文关于图2和图3论述的一个或多个部件，并且可图示与所述系统相关的进一步细节。喷头400可用于执行半导体处理操作，包括介电材料堆叠的沉积和/或蚀刻操作。喷头400可用作双通道喷头组件310并且可包括与所述喷头组件相关的任何特征。
喷头400可由顶表面405和底表面410表征，顶表面405可面对如上所述的电感耦合等离子体源，且底表面410可面对半导体处理腔室的处理区域。喷头400可界定第一多个孔415和第二多个孔420。第一多个孔415可允许由电感耦合等离子体源产生的等离子体通过喷头400进入半导体处理腔室的处理区域，而第二多个孔420允许前驱物气体(诸如硅前驱物、蚀刻剂等)传递进入处理区域。在一些实施例中，第一多个孔415可为从喷头400的顶表面405延伸穿过喷头400的底表面410的通孔。在一个实施例中，可以有大约60至大约2000个第一多个孔415。第一多个孔415可具有各种形状，但可通常为圆形的并且同样可为圆柱形的、圆锥形的或上述形状的任何组合。第二多个孔420可从喷头400的底表面410部分地延伸穿过喷头400而部分地穿过喷头400。例如，第二多个孔420可与气室和/或多个通道(未示出)耦合或连接，所述气室和/或多个通道经由进气口425将前驱物气体(例如，沉积化合物、蚀刻剂等)从外部气体源(未示出)输送至第二多个孔。在不同的实施例中，第二多个孔420的数量可在大约100与大约5000之间或在大约500与大约2000之间。第二多个孔420通常可为圆形的并且同样可为圆柱形的、圆锥形的或上述形状的任何组合。第一多个孔和第二多个孔两者都可均匀地分布在喷头400的底表面410上，以促进等离子体和前驱物气体的均匀混合。
图5示出根据本发明技术的一些实施例的半导体处理的示例性方法500的操作。方法500可在各种处理腔室中执行，各种处理腔室包括上文所述的处理系统200和300，所述处理系统可包括根据本技术的实施例的电感耦合等离子体系统，诸如电感耦合等离子体系统330。方法500可包括多个可选操作，所述操作可以与或可以不与根据本技术的方法的一些实施例特定相关联。
方法500可包括一种处理方法，所述处理方法可包括用于形成硬掩模膜的操作或其他沉积和/或蚀刻操作。所述方法可包括在方法500开始之前的可选操作，或者所述方法可包括额外操作。例如，方法500可包括以与所示不同的顺序执行的操作。在一些实施例中，方法500可包括在操作505处使第一气体流入电感耦合等离子体源内部。例如，第一气体可包括等离子体产生气体，诸如但不限于CF4、NH3、NF3、Ar、He、H2O、H2、O2。在操作510处，RF电流可被供应至电感耦合等离子体源的一个或多个RF线圈，以在电感耦合等离子体源的内部内产生等离子体。例如，RF电流可使RF线圈在电感耦合等离子体源的介电管内产生振荡磁场。所述振荡磁场可加速第一气体内的电子并且产生第一气体的等离子体。方法500可包括在等离子体产生期间使电感耦合等离子体源主动地冷却。例如，冷却流体和/或空气可围绕电感耦合等离子体源循环，和/或一个或多个散热器可用于在等离子体形成期间散热和/或以其他方式冷却电感耦合等离子体源。在操作515处，等离子体可流入半导体处理腔室的处理区域。例如，等离子体可经由双通道喷头组件的第一多个孔流入处理区域。第一多个孔可从双通道喷头组件的顶表面延伸至双通道喷头组件的底表面，并且可将电感耦合等离子体源的内部与腔室的处理区域流体耦合。
方法500可包括在操作520处使第二气体流入处理区域。第二气体可包括气体/前驱物混合物并且可取决于正被执行的操作。例如，第二气体可包括用于沉积工艺的沉积化合物(例如，含Si化合物)和用于蚀刻工艺的蚀刻剂。第二气体可经由双通道喷头组件的第二多个孔流入处理区域。双通道喷头组件的第一多个孔和第二多个孔可彼此流体隔离，以使得双通道喷头组件可防止等离子体与第二气体混合，直至等离子体和第二气体流入处理区域。在操作525处，材料可沉积在位于半导体处理腔室的处理区域内的基板上。作为沉积材料的补充或替代，可以执行额外工艺。仅作为一个示例，可执行一种或多种致密化操作以提高介电材料的质量。在所公开的实施例中，一旦形成了确定量的介电材料，就可停止含硅前驱物的引入和流动。然而，可继续产生等离子体流出物并在形成的介电层处将其引导至基板处理区域中以致密化经形成的介电材料。在一些实施例中，致密化的介电层可为已在操作525处经沉积的材料。在其他实施例中，方法500可省略操作525并且可仅用于对在另一腔室和/或工艺中制造的基板的介电层进行致密化。
在先前的描述中，为了解释的目的，已经阐述了许多细节以便提供对本技术的各种实施例的理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可在没有所述细节中的一些或具有附加细节的情况下实践某些实施例。
已公开了若干实施例，本领域技术人员将认识到，在不脱离实施例的精神的情况下可使用各种修改、替代构造和等同物。另外，为了避免不必要地混淆本发明技术，未描述多个众所熟知的工艺和元件。因此，以上描述不应视为限制本技术的范围。
在提供值范围的情况下，应当理解，除非上下文另有明确规定，否则还特定公开了所述范围的上限与下限之间的每个中介值(到下限单位的最小分数)。涵盖任何规定值或规定范围内的未规定中介值与所述规定范围内的任何其他规定或中介值之间的任何更窄范围。所述较小范围的上限和下限可以独立地包括在所述范围内或排除在所述范围外，并且其中任一者、两者都不或两者都包括在较小范围内的每一范围也涵盖在本技术内，受制于以下所规定范围中任何明确排除的限值。若所述范围包括一个或两个限值，则也包括不包括其中一个或两个限制的限值。
如本文和所附权利要求中所用的，单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”包括复数形式，除非上下文另有明确规定。因此，例如，提及“一加热器”包括多个此类加热器，并且提及“所述突起”包括提及本领域技术人员已知的一种或多种突起及其等同物，等等。
此外，当在本说明书和以下权利要求中使用时，词语“包括(comprise(s))”、“包括有(comprising)”、“包含(contain(s))”、“包含有(containing)”、“包括(include(s))”和“包括有(including)”旨在指定所述特征、整数、部件或操作的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、部件、操作、动作或群组的存在或添加。

Claims (20)

1.一种半导体处理系统，包括：
电感耦合等离子体源；
RF功率源，所述RF功率源与所述电感耦合等离子体源电耦合；
第一气体源，所述第一气体源与所述电感耦合等离子体源流体耦合；
第二气体源；
双通道喷头组件，所述双通道喷头组件界定第一多个孔和第二多个孔，其中：
所述第一多个孔与所述电感耦合等离子体源流体耦合；并且
所述第二多个孔与所述第二气体源流体耦合。
2.如权利要求1所述的半导体处理系统，其中：
所述电感耦合等离子体源包括：
介电管，所述介电管界定开放内部；
法拉第笼，所述法拉第笼围绕所述介电管的外表面设置；以及
一个或多个RF线圈，所述一个或多个RF线圈围绕所述法拉第笼的外表面设置。
3.如权利要求2所述的半导体处理系统，进一步包括：
环状管保持器，所述环状管保持器在所述双通道喷头组件的顶部上支撑所述介电管。
4.如权利要求1所述的半导体处理系统，其中：
所述第二气体源与进气口耦合，所述进气口设置在所述双通道喷头组件的横向侧上。
5.如权利要求1所述的半导体处理系统，其中：
所述第一气体源包括输入歧管。
6.如权利要求1所述的半导体处理系统，其中：
所述第一多个孔从所述喷头的顶表面延伸至所述喷头的底表面；并且
所述第二多个孔从所述双通道喷头组件的内部内形成的气室延伸并且延伸穿过所述喷头的所述底表面。
7.如权利要求1所述的半导体处理系统，进一步包括：
至少一个RF带，所述至少一个RF带在所述RF功率源与所述电感耦合等离子体源之间延伸。
8.如权利要求1所述的半导体处理系统，进一步包括：
外壳，所述外壳围绕所述电感耦合等离子体源延伸，所述外壳界定一个或多个通气孔；以及
一个或多个风扇，所述一个或多个风扇与所述一个或多个通气孔流体耦合。
9.如权利要求1所述的半导体处理系统，进一步包括：
腔室主体，所述腔室主体至少部分地界定半导体处理腔室的处理区域；以及
腔室盖，所述腔室盖位于所述腔室主体顶部，所述腔室盖支撑所述双通道喷头组件。
10.一种半导体处理系统，包括：
电感耦合等离子体源，包括：
介电管，所述介电管界定开放内部；
法拉第笼，所述法拉第笼围绕所述介电管的外表面设置；以及
一个或多个RF线圈，所述一个或多个RF线圈围绕所述法拉第笼的外表面设置；
盖，所述盖定位在在所述介电管上方；
RF功率源，所述RF功率源定位在所述盖上方，所述RF功率源与所述一个或多个RF线圈电耦合；
第一气体源，所述第一气体源与所述介电管的所述开放内部流体耦合；
第二气体源；
双通道喷头组件，所述双通道喷头组件界定第一多个孔和第二多个孔，其中：
所述第一多个孔与所述介电管的所述开放内部流体耦合；并且
所述第二多个孔与所述第二气体源流体耦合。
11.如权利要求10所述的半导体处理系统，其中：
所述电感耦合等离子体源包括定位在所述介电管顶部的嵌块；
所述嵌块的部分延伸至所述介电管的所述开放内部中；并且
所述嵌块界定多个气体管腔，所述多个气体管腔将所述第一气体源与所述介电管的所述开放内部流体耦合。
12.如权利要求11所述的半导体处理系统，进一步包括：
冷却流体源，所述冷却流体源设置在所述盖上；以及
一个或多个冷却通道，所述一个或多个冷却通道在所述冷却流体源与所述嵌块之间延伸。
13.如权利要求10所述的半导体处理系统，进一步包括：
腔室主体，所述腔室主体至少部分地界定半导体处理腔室的处理区域；以及
腔室盖，所述腔室盖定位在所述腔室主体顶部，所述腔室盖支撑所述双通道喷头组件。
14.如权利要求13所述的半导体处理系统，其中：
所述腔室盖界定孔，所述孔提供到所述半导体处理腔室的所述处理区域的进出。
15.如权利要求13所述的半导体处理系统，进一步包括：
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述半导体处理腔室内的所述双通道喷头下方。
16.如权利要求10所述的半导体处理系统，其中：
所述介电管包括石英或氧化铝。
17.一种处理基板的方法，包括：
使第一气体流入电感耦合等离子体源的内部；
将RF电流供应至所述电感耦合等离子体源的一个或多个RF线圈，以在所述电感耦合等离子体源的所述内部内产生等离子体；
使所述等离子体流入半导体处理腔室的处理区域；
使第二气体流入所述处理区域；以及
将材料沉积在定位在所述半导体处理腔室的所述处理区域内的基板上。
18.如权利要求17所述的处理基板的方法，其中：
所述等离子体经由双通道喷头组件的第一多个孔流入所述处理区域；并且
所述第二气体经由双通道喷头组件的第二多个孔流入所述处理区域。
19.如权利要求18所述的处理基板的方法，其中：
所述双通道喷头组件防止所述等离子体与所述第二气体混合，直至所述等离子体和所述第二气体已经流入所述处理区域为止。
20.如权利要求17所述的处理基板的方法，进一步包括：
在所述等离子体产生期间使所述电感耦合等离子体源主动地冷却。
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