TW202230509A - 薄膜層的脈衝電漿沉積 - Google Patents

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Abstract

本技術的示例包括半導體處理方法，方法可包括從半導體處理室的處理區域中的沉積前驅物產生電漿。可在第一時間段內以一傳輸功率產生電漿，且其中電漿功率係由在第一工作週期操作的功率源輸送。方法可進一步包含：在第一時間段之後將功率源從第一工作週期轉變至第二工作週期。在於半導體處理室的處理區域中的基板上從所產生的電漿沉積一層。所沉積的層的特徵在於具有50埃或更小的厚度。示例性沉積前驅物可以包括一種或多種含矽前驅物，並且沉積在基板上的示例性層可以包括非晶矽層。

Description

薄膜層的脈衝電漿沉積
本申請案主張對於申請於2020年8月6日、名為「PULSED-PLASMA DEPOSITION OF THIN FILM LAYERS」的美國專利申請案第16/986,897號的優先權，在此全文併入此申請案之內容以作為參考。
本技術涉及用於半導體處理的方法和系統。更具體地，本技術涉及用於生產半導體材料薄膜的系統和方法。
藉由在基板表面上產生具有錯綜複雜圖案的材料層的製程，而使積體電路的製造成為可能。在基板上產生圖案化材料，需要用於形成與移除材料的受控方法。隨著裝置尺寸不斷減小，薄膜特性可能會對裝置性能產生更大的影響。用於形成材料層的材料可能會影響所生產裝置的操作特性。隨著材料厚度不斷減小，薄膜的沉積後特性可能對裝置性能產生更大的影響。
因此需要改良的系統與方法，以產生高品質的裝置與結構。這些和其他需求由本技術解決。
本技術的具體實施例包括半導體處理方法，方法可包括從半導體處理室的處理區域中的沉積前驅物產生電漿。可在第一時間段內以一傳輸功率產生電漿，且其中電漿功率係由在第一工作週期操作的功率源輸送。方法可進一步包含：在第一時間段之後將功率源從第一工作週期轉變至第二工作週期。在於半導體處理室的處理區域中的基板上從所產生的電漿沉積一層。所沉積的層的特徵在於具有50埃或更小的厚度。
在示例性具體實施例中，用於產生電漿以將層沉積在基板上的電漿功率可以具有小於或約4瓦的有效功率。電漿功率以第一工作週期操作的第一時間段可以小於或約2秒。電漿功率可能維持在第二工作週期的第二時間段，該第二時間段可以長於電漿功率以第一工作週期操作的第一時間段。示例性具體實施例包括20%或更多的第一工作週期和5%或更少的第二工作週期。示例性沉積前驅物可以包括一種或多種含矽前驅物，並且沉積在基板上的示例性層可以包括一或多個含矽層。
半導體處理方法的額外具體實施例可包括從半導體處理室的處理區域中的沉積前驅物產生電漿。可在第一時間段內以一傳輸功率產生電漿，且其中電漿功率係由在第一峰值功率位準操作的功率源輸送。方法可進一步包含：在第一時間段之後將功率源從第一功率位準轉變至第二峰值功率位準。在於半導體處理室的處理區域中的基板上從所產生的電漿沉積一層。所沉積的層的特徵在於具有50埃或更小的厚度。
在示例性具體實施例中，從功率源輸送的第一峰值功率位準可以小於或約為60瓦。電漿功率可以以小於或約10kHz脈衝的電漿頻率輸送，並且可具有小於或約4瓦的有效功率。示例性沉積前驅物可以包括一種或多種含矽前驅物，並且沉積在基板上的示例性層可以包括非晶矽層。
半導體處理方法的其他具體實施例可以包括使沉積前驅物流入半導體處理室的處理區域。沉積電漿可以由沉積前驅物產生，並且沉積電漿可以在第一時間段內以第一傳輸功率轟擊。電漿可以以在第二時間段內操作的第二傳輸功率維持。方法可進一步包含在於半導體處理室的處理區域中的基板上從所產生的電漿沉積一層。所沉積的層的特徵在於具有50埃或更小的厚度。方法還可進一步包括用處置電漿處置沉積的層。處置電漿可替換半導體處理室的處理區域中的沉積電漿。
在示例性具體實施例中，轟擊沉積電漿的第一時間段可以短於維持電漿的第二時間段。第一傳輸功率具有的第一工作週期可高於或約20%，且第二傳輸功率具有的第二工作週期可小於或約5%。第一傳輸功率的功率位準可大於第二傳輸功率的功率位準。示例性沉積前驅物可包括含矽前驅物，並且沉積在基板上的示例性層可以包括含矽層。示例性處置電漿可以由不含沉積前驅物的處置前驅物產生，並且可以包括例如氦。
這種技術可提供優於習知系統與技術的數個益處。例如，本技術的具體實施例可以使用在半導體處理室的處理區域中轟擊並保持的直接電漿來產生薄層，薄層的特徵在於厚度為50埃或更小。此外，本技術可以產生穩定的、可再現的沉積電漿，用於利用電漿將這些薄層沉積在存在於處理區域中的基板上。這些與其他的具體實施例（以及許多他們的優點與特徵），與下列說明與附加圖式結合進行更詳細地說明。
本技術包括系統和處理方法，該等系統和處理方法用於使用低功率、短持續時間電漿在半導體基板上沉積材料薄層。這些系統和方法的具體實施例解決了在不依賴高電漿功率或工作週期的情況下，以穩定和可再現的方式轟擊和維持這些電漿的問題。習知的電漿生成包括以閾值最小值或更大的工作週期向電漿前驅物輸送閾值最小或更大的電漿功率。用於產生和維持沉積電漿的電漿功率和工作週期越高，材料在基板上的沉積速率就越高。在習知的電漿增強化學氣相沉積 (PECVD) 中，沉積材料的數量足夠大（例如藉由測量沉積層的厚度得知），使得標準電漿功率和工作週期在短期沉積期間不會有沉積過多材料的危險。
隨著半導體裝置尺寸不斷減小，越來越需要在基板上以更薄的層沉積更少量的材料。許多半導體裝置中的關鍵尺寸，例如在基板中或基板上形成的相鄰特徵之間的寬度，已減小到10 nm或更小。由於許多基板特徵的深度沒有也減少到相同的程度，因此基板特徵之間的間隙中的深寬比（也稱為縱橫比(AR)）通常超過10:1。在習知PECVD處理方法中典型的高沉積速率和沉積量下，已證明在沉積材料中填充這些間隙而不產生空隙、裂紋和其他缺陷是非常具有挑戰性的。降低沉積速率和減少沉積量減少了間隙填充期間的缺陷數量，但它也給 PECVD 帶來了新問題，即難以在低功率和低工作週期下產生和維持穩定、可再現的電漿。
本技術的一個態樣解決了產生和維持低功率、低工作週期電漿以在基板上沉積材料薄層（例如，小於或約50埃）的問題。本技術的具體實施例包括系統和處理方法，該等系統和處理方法在至少兩個時間段內在半導體處理室的處理區域中產生和維持沉積電漿，此兩個時間段對於輸送到電漿前驅物的功率具有不同的工作週期。這些時間段包括第一時間段以及第二時間段，在第一時間段中電漿功率從以第一工作週期操作的功率源輸送到前驅物，在第二時間段中電漿功率以小於第一工作週期的第二工作週期輸送到前驅物。在第一時間段期間使用的第一工作週期足以從半導體處理室的處理區域中的沉積前驅物產生穩定的、可再現的電漿。在第二時間段期間使用的第二工作週期足以維持在第一時間段開始的電漿，但降低沉積速率和沉積材料的量，使得它們不超過沉積層的目標厚度。在具有不同工作週期的至少兩個時間段內產生和維持穩定的低功率電漿，允許在基板上可再現地形成材料薄層。
儘管其餘的揭示內容將常規地利用所揭示的技術識別特定的沉積處理，但將容易理解到，系統和方法同樣適用於在所述腔室或任何其他腔室中可能發生的沉積和處置處理。因此，不應認為技術僅限於與這些特定的沉積處理或腔室一起使用。本揭示內容將討論一種可能的系統和腔室，該等系統和腔室可用於執行根據本技術的一些具體實施例的處理方法，再描述根據本技術的具體實施例的對此系統的額外變化和調整。
圖1圖示根據具體實施例的具有沉積、蝕刻、烘烤與固化腔室的半導體處理系統100的一個具體實施例的俯視平面圖。在圖式中，一對前開式晶圓傳送盒102供應各種尺寸的基板，基板由機械臂104接收，並放入低壓固持區域106中，再放入位於串聯部分109a-c中的基板處理室108a-f之一者。可使用第二機械臂110以將基板晶圓在固持區域106與基板處理室108a-f之間來回運輸。每一基板處理室108a-f可被配置以執行各種基板處理作業，包含本文所說明的乾式蝕刻處理，以及電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、物理氣相沉積、蝕刻、預清洗、脫氣、導向以及其他的基板處理，包括退火、灰化等。
基板處理室108a-f可包含一或更多個系統部件，以對基板上的介電或其他薄膜進行沉積、退火、固化及（或）蝕刻。在一個配置中，可使用兩對處理室（例如108c-d與108e-f）在基板上沉積介電材料，並可使用第三對處理室（例如108a-b）以蝕刻所沉積的介電質。在另一配置中，可配置全部三對腔室（例如108a-f）以在基板上蝕刻介電薄膜。所說明的處理的任一者或更多者，可於與圖示於各種具體實施例中的製造系統分離的一或多個腔室中實施。將理解到系統100思及到對於介電薄膜的沉積、蝕刻、退火與固化腔室的額外配置。
第2圖圖示根據本技術的一些具體實施例的示例性處理室200的截面示意圖。該圖可以示出結合了本技術的一個或多個態樣，和/或可以被具體配置為執行根據本技術的具體實施例的一個或多個操作的系統的概述。腔室200的附加細節或所執行的方法可在下文進一步描述。根據本技術的一些具體實施例，腔室200可用於形成薄膜層，儘管應當理解，該方法可類似地在其中可能發生膜形成的任何腔室中執行。處理室200可包括腔室主體202、設置在腔室主體202內部的基板支座204、以及與腔室主體202耦接並將基板支座204封閉在處理區域220中的蓋組件206。可以透過開口226將基板203提供給處理區域220，開口226可以使用狹縫閥或門由習知方式密封以進行處理。在處理期間，基板203可以位於基板支座的表面205上。如箭頭245所示，基板支座204可以沿著軸線247旋轉，軸線247可以位於基板支座204的軸244所在的位置。或者，可以在沉積過程中根據需要將基板支座204提升以旋轉。
電漿輪廓調變器211可以設置在處理室200中，以控制在設置在基板支座204上的基板203上的電漿分佈。電漿輪廓調變器211可包括第一電極208，第一電極208可鄰近腔室主體202設置，並且可將腔室主體202與蓋組件206的其他部件分開。第一電極208可以是蓋組件106的一部分，或者可以是單獨的側壁電極。第一電極208可以是環形或環狀構件，並且可以是環形電極。第一電極208可以是圍繞處理區域220的圍繞處理室200的圓周的連續環，或者如果需要的話可以在所選位置處是不連續的。第一電極208也可以是穿孔電極，例如穿孔環或網狀電極，或者可以是平板電極，例如二次氣體分配器。
一個或多個隔離器210a、210b可以是介電材料，例如陶瓷或金屬氧化物，例如氧化鋁和/或氮化鋁，可以與第一電極208接觸並且將第一電極208與氣體分配器212和腔室主體202電熱隔離。氣體分配器212可以限定用於將處理前驅物分配到處理區域220中的孔218。氣體分配器212可以與第一功率源242耦合，例如RF產生器、RF功率源、DC功率源、脈衝DC功率源、脈衝RF功率源或可以與處理室耦合的任何其他功率源。在一些具體實施例中，第一功率源242可以是RF功率源。
本技術的具體實施例包括功率源中的至少一種以將脈衝RF功率傳送到處理區域220中的沉積前驅物，以從前驅物產生電漿。在處理室200的一些具體實施例中，此脈衝RF功率可由第一功率源242傳送。功率源可以於在處理區域220中轟擊電漿的第一時間段期間以第一工作週期傳送電漿功率。在一些具體實施例中，功率源從第一工作週期轉變到第二工作週期，第二工作週期在基板203上的層的剩餘沉積期間維持沉積電漿。
以第一工作週期傳送以轟擊電漿的電漿功率，可大於以第二工作週期傳送以維持電漿的電漿功率。示例性具體實施例包括20%或更多的第一工作週期和5%或更少的第二工作週期。以第一工作週期將電漿功率輸送到沉積前驅物和/或電漿的示例性第一時間段可以小於或約2秒。在第一時間段期間輸送到沉積前驅物和/或電漿的有效電漿功率的示例性位準可以是約4瓦或更少。
氣體分配器212可以是導電氣體分配器或非導電氣體分配器。氣體分配器212也可以由導電和非導電部件形成。例如，氣體分配器212的主體可以是導電的，而氣體分配器212的面板可以是不導電的。氣體分配器212可以例如由圖2所示的第一功率源242供電，或者在一些具體實施例中，氣體分配器212可以接地。
第一電極208可以與第一調諧電路228耦合，第一調諧電路228可以控制處理室200的接地路徑。第一調諧電路228可以包括第一電子感測器130和第一電子控制器234。第一電子控制器234可以是或包括可變電容器或其他電路元件。第一調諧電路228可以是或包括一個或多個電感器232。第一調諧電路228可以是在處理期間在存在於處理區域220中的電漿條件下實現可變或可控阻抗的任何電路。在所示的一些具體實施例中，第一調諧電路228可以包括並聯耦合在地與第一電子感測器230之間的第一電路支路和第二電路支路。第一電路支路可以包括第一電感器232A。第二電路支路可以包括與第一電子控制器234串聯耦合的第二電感器232B。第二電感器232B可以設置在第一電子控制器234和將第一電路支路和第二電路支路兩者都連接到第一電子感測器230的節點之間。第一電子感測器230可以是電壓或電流感測器，並且可以與第一電子控制器234耦合，第一電子控制器234可以提供對處理區域220內的電漿條件的一定程度的閉環控制。
第二電極222可以與基板支座204耦合。第二電極222可以被嵌入在基板支座204內或與基板支座204的表面耦合。第二電極222可以是板、穿孔板、網、絲網或導電元件的任何其他分佈式佈置。第二電極222可以是調諧電極，並且可以藉由導管246與第二調諧電路236耦合，導管246例如是設置在基板支座204的軸244中的具有選定電阻（例如50歐姆）的電纜。第二調諧電路236可以具有第二電子感測器238和第二電子控制器240，第二電子控制器240可以是第二可變電容器。第二電子感測器238可以是電壓或電流感測器，並且可以與第二電子控制器240耦合以提供對處理區域220中的電漿條件的進一步控制。
可以是偏壓電極和/或靜電吸盤電極的第三電極224可以與基板支座204耦合。第三電極可以透過濾波器248與第二功率源250耦合，濾波器248可以是阻抗匹配電路。第二功率源250可以是DC功率源、脈衝DC功率源、RF偏壓功率源、脈衝RF功率源或偏壓功率源、或這些或其他功率源的組合。在一些具體實施例中，第二功率源150可以是RF偏壓功率。基板支座204還可包括一個或多個加熱元件，加熱元件經配置以將基板加熱至可介於約25℃與約800℃之間或更高的處理溫度。
在一些具體實施例中，第二功率源250可以是脈衝RF功率源。附加具體實施例包括作為脈衝RF功率源的第一功率源242和第二功率源250。在這些具體實施例的一些中，第一和第二電功率源242、250可以一起工作以提供電漿功率，電漿功率於在基板203上沉積材料層期間產生和維持沉積電漿。例如，電功率源中的一個可以在第一時間段期間以第一工作週期傳送電漿功率，而另一個功率源可以在第一時間段之後（例如在第二時間段）以第二工作週期傳送電漿功率。在更進一步的具體實施例中，第一或第二功率源242、250在第一時間段期間和之後，以第一和第二工作週期兩者向沉積前驅物和電漿輸送電漿功率。
第一和/或第二電功率源242、250可以以可調節的RF產生頻率和脈衝頻率提供電漿功率。例如，在一個非限制性示例中，電漿功率可以以電漿產生頻率產生，例如13.56MHz。電漿功率也可以被以小於或約10 kHz的脈衝頻率進行脈衝，並且可以小於或約9kHz、小於或約8 kHz、小於或約7 kHz、小於或約6 kHz、小於或約5 kHz、小於或約4 kHz、小於或約3 kHz、小於或約2 kHz、小於或約1 kHz或更少。
圖2的蓋組件206和基板支座204可與用於電漿或熱處理的任何處理室一起使用。在操作中，處理室200可以提供對處理區域220中電漿狀況的即時控制。可以將基板203設置在基板支座204上，並且可以根據任何期望的流動計劃，使用入口214使沉積前驅物和其他處理氣體流過蓋組件206。氣體可以通過出口252離開處理室200。電功率可以與氣體分配器212耦合以在處理區域220中建立電漿。在一些具體實施例中，可以使用第三電極224使基板經受電偏壓。
在激勵處理區域220中的電漿時，可以在電漿與第一電極208之間建立電位差。還可以在電漿和第二電極222之間建立電位差。然後，可以使用電子控制器234、240來調整由兩個調諧電路228和236表示的接地路徑的流動特性。設定點可以被傳遞到第一調諧電路228和第二調諧電路236，以提供從中心到邊緣的沉積速率和電漿密度均勻性的獨立控制。在電子控制器都可以是可變電容器的具體實施例中，電子感測器可以調節可變電容器以獨立地限制沉積速率並且最小化厚度不均勻性。
調諧電路228、236中的每個可具有可變阻抗，可變阻抗可使用相應的電子控制器234、240來調節。在電子控制器234、240是可變電容器的情況下，可以選擇每個可變電容器的電容範圍以及第一電感器232A和第二電感器232B的電感來提供阻抗範圍。此範圍可以取決於電漿的頻率、工作週期和電壓特性，其在每個可變電容器的電容範圍內可以具有最小值。因此，當第一電子控制器234的電容處於最小值或最大值時，第一調諧電路228的阻抗可能很高，導致電漿形狀在基板支座上具有最小的空中或橫向覆蓋率。當第一電子控制器234的電容接近使第一調諧電路228的阻抗最小化的值時，電漿的空中覆蓋範圍可以增長到最大，從而有效地覆蓋基板支座204的整個工作區域。當第一電子控制器234的電容偏離最小阻抗設置時，電漿形狀可能從腔室壁收縮並且基板支座的空中覆蓋率可能下降。第二電子控制器240可以具有類似的效果，隨著第二電子控制器240的電容可以改變，增加和減少了電漿在基板支座上的空中覆蓋。
電子感測器230、238可以用於在閉環中調諧各個電路228、236。取決於所使用的感測器的類型，可以將電流、電壓、工作週期及/或RF頻率的設定點安裝在每個感測器中，並且感測器可以配備有控制軟體，控制軟體確定對每個相應電子控制器234、240的調整以最小化與設定點的偏差。因此，可以在處理期間選擇電漿形狀並對其進行動態控制。應該理解，儘管前文的討論是基於可以是可變電容器的電子控制器234、240，但是具有可調特性的任何電子部件都可以用來為調諧電路228和236提供可調的阻抗。
圖3示出了根據本技術的一些具體實施例的處理基板的方法300中的示例性操作。方法可以在包括上述處理室200的各種處理室中執行。方法300可包括在所述方法操作開始之前的一個或多個操作，包括前端處理、沉積、蝕刻、拋光、清潔或可在所述操作之前執行的任何其他操作。方法可以包括如圖所示的多個可選操作，這些可選操作可以與或可以不與根據本技術的方法的一些具體實施例具體相關。例如，描述了許多操作以提供更廣泛的半導體處理範圍，但對技術來說並不重要，或者可以通過如下文進一步討論的替代方法來執行。
方法300可以涉及將半導體結構開發成特定製造操作的可選操作。儘管在一些具體實施例中方法300可以在基礎結構上執行，但是在一些具體實施例中方法可以在其他材料形成或去除之後執行。例如，可以執行任何數量的沉積、掩蔽或去除操作以在基板上產生任何電晶體、記憶體或其他結構態樣。在一些具體實施例中，形成在基板上的一個或多個結構的特徵可以是小於或約500℃、小於或約450℃、小於或約400℃或更少的熱預算（thermal budget）。因此，方法300和任何後續操作可以在處於或低於該結構熱預算的溫度下執行。基板可以設置在基板支座上，基板支座可以定位在半導體處理室的處理區域內。產生下層結構的操作可以在可以執行方法300的態樣的相同腔室中執行，並且一個或多個操作還可以在與執行方法300的操作的腔室類似的平台上的一個或多個腔室中執行，或可以在其他平台上執行。
在一些具體實施例中，方法300可以包括在基板上形成和處理沉積材料的薄層（例如，小於或約50埃）。方法可以包括在操作305處將沉積前驅物提供給容納有基板的基板處理室的基板處理區域。沉積前驅物可以是單一化合物或兩種或更多種化合物的組合。例如，沉積前驅物可以是產生電漿流出物的至少一種沉積化合物和至少一種惰性化合物（例如氦氣或氬氣）的組合，所述電漿流出物在基板上形成沉積層材料（例如含矽沉積前驅物），該組合有助於將至少一種沉積化合物攜帶到處理室的基板處理區域中。沉積前驅物的具體實例包括含矽前驅物，例如矽烷和四矽烷，以及其他含矽前驅物。沉積前驅物的實例還包括氫氣(H 2)和氮氣(N 2)。處理室的基板處理區域中的沉積前驅物的示例性處理壓力，可以大於或約1托、大於或約2托、大於或約5托、大於或約10托、以及大於或約20 Torr，以及其他處理壓力範圍。
在操作310，在第一時間段內從基板處理區域中的沉積前驅物產生電漿。第一時間段可以包括初始轟擊電漿的和穩定所轟擊的電漿。在操作310產生電漿包括從以第一工作週期操作的功率源向沉積前驅物傳輸功率。功率源可以是以20％或更大的第一工作週期操作的脈衝RF功率源。第一工作週期的附加示例包括25%或更多、30%或更多、35%或更多、40%或更多、45%或更多、50%或更多，以及其他工作週期範圍。第一時間段的示例性範圍包括小於或約2秒、小於或約1.5秒、小於或約1秒、小於或約0.5秒，以及其他時間範圍。
在第一時間段內輸送的電漿功率可以是低功率的，並且具有小於或約100瓦的峰值功率。峰值功率範圍的附加示例包括小於或約80瓦、小於或約60瓦、小於或約50瓦和小於或約40瓦，以及其他功率範圍。在工作週期的「關閉」部分，電漿功率下降到0瓦，這給出了顯著低於峰值功率的有效（即平均）電漿功率。在第一時間段期間輸送至沉積前驅物和/或電漿的有效電漿功率，可以小於或約40瓦、小於或約30瓦、小於或約20瓦、小於或約10瓦，以及小於或約5瓦，以及其他有效功率範圍。
在第一時間段期間產生電漿可包括穩定電漿以幫助提供厚度小於或約50埃的層的可再現沉積。穩定的電漿在一種或多種電漿特性中具有10%或更小的變化，例如電漿傳輸功率、電漿前向功率、電漿反射功率、電漿設定點功率和電漿離子密度等特性。
在第一時間段結束時，電漿可以在不同條件下維持第二時間段315。在一些具體實施例中，不同的條件可以包括用具有比第一工作週期短的第二工作週期的功率源來維持電漿。這可以藉由將在第一時間段期間向沉積前驅物和電漿傳輸功率的功率源從第一工作週期轉換到第二工作週期來實現。在另外的具體實施例中，在第一時間段期間以第一工作週期傳輸功率的第一功率源可以被轉換到處理室中的第二功率，第二功率源在第二時間段內以第二工作週期傳輸功率。第二工作週期可以小於第一工作週期。示例性第二工作週期可以包括5%或更少、4%或更少、3%或更少、2%或更少和1%或更少，以及其他工作週期範圍。低於第一工作週期的第二工作週期允許更精確地控制沉積終點。
在另外的具體實施例中，用於在第二時間段中維持電漿的不同條件，可以包括以不同於第一時間段中的第一功率位準的第二功率位準輸送電漿功率。在一些具體實施例中，第二功率位準可以低於第一功率位準。示例性的第二功率位準可以包括峰值功率，峰值功率小於或約80瓦、小於或約 60 瓦、小於或約 50 瓦和小於或約 40 瓦、小於或約 30 瓦、小於或約 20 瓦、以及小於或約 10 瓦，以及第二功率位準的其他範圍。在第二工作週期的「關閉」部分，電漿功率下降到0瓦，這給出了顯著低於峰值功率的有效（即平均）第二電漿功率。在第一時間段期間輸送至沉積前驅物和/或電漿的有效電漿功率，可以小於或約10瓦、小於或約7.5瓦、小於或約5瓦、小於或約4瓦，以及小於或約2瓦，以及其他有效功率範圍。
沉積電漿可以被由在第二時間段內輸送的電漿功率保持，第二時間段的工作週期和/或功率位準低於第一時間段內輸送的電漿功率。在一些具體實施例中，第二時間段長於第一時間段。第二時間段的示例性範圍包括超過2秒、超過或約2.5秒、超過或約3秒、超過約4秒和超過或約5秒，以及其他時間範圍。
在操作320，產生和維持的沉積電漿在基板上沉積材料層。沉積電漿和基板都可以位於基板處理室的基板處理區域中，以在基板上直接電漿沉積層。在一些具體實施例中，在第一時間段和隨後的時間段以兩種或更多種不同的沉積速率沉積層，直到層達到最終厚度。例如，層的第一部分可以在第一時間段期間以第一沉積速率沉積，並且層的第二部分可以在第二時間段期間以低於第一沉積速率的第二沉積速率沉積。在一些具體實施例中，第二時間段將層的剩餘部分沉積在基板上，而在另外的具體實施例中，可以在第二時間段期間在材料層的沉積之後沉積層的附加部分。在第一時間段期間材料層的示例性第一沉積速率，可包括大於或約5埃/秒、大於或約7埃/秒、大於或約10埃/秒、以及其他第一沉積速率的範圍。在第二時間段期間材料層的示例性第二沉積速率，包括小於10埃、小於5埃/秒、小於或約3埃/秒、小於或約2埃/秒以及小於或約1埃/秒、以及其他第二沉積速率的範圍。沉積層的示例性最終厚度可以是例如約50埃或更小。其他示例性厚度範圍包括小於或約 40 埃、小於或約 30 埃、小於或約 20 埃和小於或約 10 埃等厚度範圍。
在本技術的具體實施例中，沉積層的組成的示例包括含矽層。含矽層的具體實例包括非晶矽、摻雜矽和結晶矽，以及其他含矽層。
在一些具體實施例中，可以在可選操作325的處置處理中進一步處理其上形成有材料層的基板。可選的沉積後處理可以在與沉積相同的室中進行，或者可以將基板從第一處理室轉移到第二處理室。在一些具體實施例中，第二室可以在相同的工具上，例如之前描述的，並且可以在保持基板的真空條件的同時執行轉移。處置處理可以被配置為對沉積層進行退火、緻密化、蝕刻、拋光和/或圖案化，以及其他處置處理。可選的處置處理可以包括任何數量的被配置為提供額外能量轉移的過程。例如，處置處理可以是在不超過基板的熱預算的溫度（例如，小於或約550°C）下執行的熱退火。處置處理的附加示例可包括UV暴露、微波暴露或原位電漿暴露。這些暴露處理可以進行大於或約10秒、大於或約30秒、大於或約1分鐘、大於或約2分鐘、大於或約5分鐘、大於或約10分鐘、大於或約15分鐘，或更長時間。包括原位電漿暴露的處置操作的具體實施例，可以包括用從處置前驅物產生的處置電漿暴露沉積層。處置前驅物可以包括氫氣和/或惰性氣體，例如氦氣或氬氣，以及其他處置前驅物。可以在低功率下形成處理電漿以限制所產生的膜的濺射，並且在一些具體實施例中，處理電漿可以以小於或約2,500W形成，並且可以以小於或約2,000W、小於或等於約1,500 W、小於或約1,000W、小於或約500 W或更少的功率形成。
如方法300中所述的沉積材料層的形成和處理可以在基板的熱預算內執行。熱預算的示例性溫度範圍可包括小於或約 550°C、小於或約 500°C、小於或約 450°C、小於或約 400°C、小於或約 350°C、小於或約高於或約 300°C 或更低，以及其他熱預算溫度範圍。因此，在一些具體實施例中，材料層可以在這些溫度中的任何一個或以下進行沉積和可選地處理以適應下文的材料，並且在一些具體實施例中，一個或多個操作，包括方法300的所有操作，可以在或低於這些溫度中的任何一個操作，並且在整個處理過程中，可以將被處理的基板保持在這些溫度中的任何一個以下或約這些溫度。
本技術的具體實施例還包括具有兩個或更多個循環的處置處理，這些循環在基板上形成和處理沉積材料的薄層，如上文方法300中所述。例如，可以在第一層材料已經在第一循環中沉積和處理之後執行形成第二沉積材料層的第二循環。附加材料層的沉積可以限制在先前沉積的層的表面中形成孔和其他不協調性。在一些具體實施例中，沉積和任選處置的每個循環可形成代表沉積在基板上的材料總量的一部分的層。例如，沉積材料的每一層可佔沉積在基板上的材料總量的薄膜總厚度的小於或約 50%、小於或約 30%、小於或約 25%、小於或約 20%、或更少。當循環包括層沉積之後的可選處置處理時，處置操作可以在沉積室內進行，並且可以在與沉積室相同的工具上的室中進行其他能量處理以減少沉積和處理之間的延遲操作。
本技術包括處理方法的具體實施例，方法允許在基板上可再現地沉積比藉由習知PECVD方法沉積的材料層顯著更薄的材料。沉積的再現性部分地透過以下方式實現：在第一時間段期間透過以第一工作週期和/或電漿功率輸送電漿功率產生沉積電漿，然後在低於第一工作週期和/或電漿功率的第二工作週期和/或的電漿功率下維持沉積電漿。在基板上形成的沉積材料薄層具有較少的沉積缺陷，例如空隙和裂縫，並且足夠薄以允許熱、UV光、電漿離子等在處理操作期間更徹底地穿透該層。隨著基板特徵的臨界尺寸繼續減小，並且沉積在這些基板上的材料層的數量和厚度也減小，本技術擴展了用於形成這些層的直接電漿沉積的可行性。
在上文說明中，為了解釋的目的，闡述了多種細節，以期通透瞭解本技術的各種具體實施例。然而在本發明技術領域中具有通常知識者將顯然瞭解到，特定具體實施例的實作可並不需要這些特定細節的一些（或是需要額外的細節）。
在已揭示了數種具體實施例之後，在本發明技術領域中具有通常知識者將理解到，可使用各種修改、替代性結構與均等範圍，而不脫離所揭示具體實施例的精神。此外，並未說明一些為人熟知的處理與要素，以避免不必要地遮蔽本技術。因此，上文的說明不應被視為限制技術的範圍。
在提供一系列值的情況下，應當理解，除非上下文另有明確規定，否則還具體公開了此範圍的上限和下限之間的每個中間值，至下限單位的最小部分。在所述範圍內的任何陳述值或未陳述的介入值與所述範圍內的任何其他陳述或介入值之間的任何較窄範圍都包括在內。這些較小範圍的上限和下限可以獨立地包括在此範圍內或排除在此範圍內，且包含上下限之一者、兩者、或皆不包含的較小範圍中的每一範圍也被包含在本技術內，且受制於所陳述範圍中任何特別排除的限制。在所陳述的範圍包含上下限之一者或兩者時，也包含了排除了這些上下限之任一者或兩者的範圍。
說明書與附加申請專利範圍中所使用的單數形式「一(a)」、「一(an)」以及「該」，包含複數的參照物，除非背景內容清楚表示並非如此。因此，例如，對「一前驅物」的參照，包含複數個此種材料，且對於「此層」的參照，包含對於一或更多種層的參照以及在本發明技術領域中具有通常知識者所能知的均等範圍，諸如此類。
此外，本說明書和下列申請專利範圍中使用的詞語「包含(comprise(s))」、「包含(comprising)」、「含有(contain(s))」、「含有(containing)」、「包括(include(s))」和「具有(including)」，意為指明所陳述的特徵、整數、部件、或作業的存在，但他們不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、部件、作業、步驟、或組。
100:半導體處理系統 102:前開式晶圓傳送盒 104:機械臂 106:固持區域 108a-f:基板處理室 109a-109c:串聯部分 110:第二機械臂 200:處理室 202:腔室主體 203:基板 204:基板支座 205:表面 206:蓋組件 208:第一電極 210a-b:隔離器 211:電漿輪廓調變器 212:氣體分配器 214:入口 218:孔 220:處理空間 222:第二電極 224:第三電極 226:開口 228:第一調諧電路 230:第一電子感測器 232A:第一電感器 232B:第二電感器 234:第一電子控制器 236:第二調諧電路 238:第二電子感測器 240:第二電子控制器 242:第一功率源 244:軸 245:箭頭 246:導管 247:軸線 248:濾波器 250:第二功率源 252:出口 300:方法 305-325:操作
參照說明書的其餘部分與圖式，可進一步理解所揭示技術的本質與優點。
圖1示出了根據本技術的一些具體實施例的示例性處理系統的俯視圖。
第2圖圖示根據本技術的一些具體實施例的示例性半導體處理室的截面示意圖。
圖3示出了根據本技術的一些具體實施例的半導體處理的方法中的操作。
數個圖式被包含以作為示意圖。應瞭解到圖示係用於說明，且不應被視為具有實際尺寸比例，除非特定說明其為實際尺寸比例。此外，作為示意圖，圖式被提供以幫助理解，且可不包含相較於實際呈現的所有態樣或資訊，並可包含誇大的內容以供說明。
在附加圖式中，類似的部件及（或）特徵可具有相同的元件符號。再者，相同類型的各個部件，可由元件符號之後的字母來分辨，此字母分辨類似的部件。若說明書中僅使用了首個元件符號，則其說明可適用於具有相同的首個元件符號的類似部件之任意者，不論其字尾字母為何。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
300:方法
305-325:操作

Claims (20)

  1. 一種半導體處理方法，包含以下步驟： 在一半導體處理室的一處理區域中從一沉積前驅物產生一電漿，其中係在一第一時間段內以一傳輸功率產生該電漿，且其中電漿功率係由在一第一工作週期操作的一功率源傳輸； 在該第一時間段之後將該功率源從該第一工作週期轉變至一第二工作週期；以及 在於該半導體處理室的該處理區域中的一基板上從該所產生的電漿沉積一層，其中所沉積的該層的特徵在於具有50埃或更小的一厚度。
  2. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中該電漿功率的一有效功率為小於或約4瓦。
  3. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中該第一時間段為小於或約2秒。
  4. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中在該第二工作週期下在一第二時間段內維持該電漿，且其中該第二時間段長於該第一時間段。
  5. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中該第一工作週期為20%或更高。
  6. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中該第二工作週期為5%或更低。
  7. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中該沉積前驅物包括一含矽前驅物。
  8. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中沉積在該基板上的該層包含一含矽層。
  9. 一種半導體處理方法，包含以下步驟： 在一半導體處理室的一處理區域中從一沉積前驅物產生一電漿，其中該電漿係在一第一時間段內以一傳輸功率，且其中電漿功率係由在一第一峰值功率位準操作的一功率源傳輸； 在該第一時間段之後將該功率源從該第一功率位準轉變至一第二峰值功率位準；以及 在於該半導體處理室的該處理區域中的一基板上從該所產生的電漿沉積一層，其中所沉積的該層的特徵在於具有50埃或更小的一厚度。
  10. 如請求項9所述之半導體處理方法，其中該第一峰值功率位準大於該第二功率位準。
  11. 如請求項9所述之半導體處理方法，其中該第一峰值功率位準小於或約60瓦。
  12. 如請求項9所述之半導體處理方法，其中該電漿功率係以一電漿頻率輸送，該電漿頻率以小於或約10 kHz脈衝。
  13. 如請求項9所述之半導體處理方法，其中該電漿功率的一有效功率為小於或約4瓦。
  14. 如請求項9所述之半導體處理方法，其中沉積在該基板上的該層包含一非晶矽層。
  15. 一種半導體處理方法，包含以下步驟： 將一沉積前驅物流入一半導體處理室的一處理區域中； 產生該沉積前驅物的一沉積電漿，其中由在一第一時間段內操作的一第一傳輸功率轟擊該沉積電漿，且其中由在一第二時間段內操作的一第二傳輸功率維持該電漿； 在於該半導體處理室的該處理區域中的一基板上從該所產生的電漿沉積一層，其中所沉積的該層的特徵在於具有50埃或更小的一厚度；以及 由一處置電漿處置所沉積的該層，其中該處置電漿替換該半導體處理室的該處理區域中的該沉積電漿。
  16. 如請求項15所述之半導體處理方法，其中該第一時間段短於該第二時間段。
  17. 如請求項15所述之半導體處理方法，其中該第一傳輸功率的一工作週期高於或約20%，且該第二傳輸功率的一工作週期小於或約5%。
  18. 如請求項15所述之半導體處理方法，第一傳輸功率的一功率位準大於該第二傳輸功率的一功率位準。
  19. 如請求項15所述之半導體處理方法，其中該沉積前驅物包括一含矽前驅物。
  20. 如請求項15所述之半導體處理方法，其中該處置電漿係由包含氦的一處置前驅物產生。
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