TWI700388B - 用於可流動式cvd的雙遠端電漿源的集成 - Google Patents

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Abstract

本文中描述的實現方式總體涉及一種用於形成可流動膜的設備。在一個實現方式中，設備是包括第一RPS和第二RPS的處理腔室，第一RPS被耦接到處理腔室的蓋，第二RPS被耦接到處理腔室的側壁。第一RPS用於將沉積自由基傳遞到處理腔室中的處理區域中，並且第二RPS用於將清潔自由基傳遞到處理區域中。處理腔室還包括自由基傳遞環，所述自由基傳遞環設置在噴頭與基板支撐件之間，用於將清潔自由基從第二RPS傳遞到處理區域中。具有用於沉積和清潔的單獨RPS以及使用單獨傳遞通道將自由基從所述RPS引入到處理區域中使RPS上的交叉污染和迴圈變化最小化，從而導致改進的沉積速率漂移和顆粒效能。

Description

用於可流動式CVD的雙遠端電漿源的集成
本文中描述的實現方式通常涉及一種用於形成可流動膜的設備。
半導體元件的幾何形狀在尺寸上自從其數十年前的引入起已急劇減小。現代半導體製造設備通常生產具有45 nm、32 nm、以及28 nm特徵尺寸的元件，並且新的設備正被開發和實現以製造具有甚至更小的幾何形狀的元件。不斷減小的特徵尺寸造成元件上的結構特徵具有減小的寬度。在元件上的間隙和溝槽的寬度較窄，使得利用介電材料填充間隙變得更具有挑戰性。近來，已經使用可流動膜填充間隙，諸如高深寬比間隙。為了實現可流動性，已經利用遠端電漿源（RPS）中產生的自由基使用化學氣相沉積（CVD）將膜沉積到間隙中。RPS還用於產生自由基以清潔CVD腔室。使用用於沉積和清潔兩者的RPS致使RPS以及氣體與自由基傳遞系統中的部件的表面變化，這造成了缺陷、沉積速率漂移、以及短的使用壽命。
因此，需要一種用於形成可流動膜的改進設備。
本文中描述的實現方式總體涉及一種用於形成可流動膜的設備。在一個實現方式中，一種環包括：外部部分；內部部分，其中環形通道形成在外部部分與內部部分之間，其中多個通道形成在內部部分中，並且所述多個通道相對於環的中心軸線不對稱地設置；上部部分，所述上部部分將外部部分和內部部分連接；以及下部部分，所述下部部分將外部部分和內部部分連接。
在另一實現方式中，一種處理腔室包括：蓋；腔室壁，其中蓋設置在所述腔室壁上方；噴頭，所述噴頭設置在蓋下方；基板支撐件，所述基板支撐件設置在噴頭下方；以及自由基傳遞環，所述自由基傳遞環設置在噴頭與基板支撐件之間，其中所述自由基傳遞環包括：外部部分；內部部分，其中多個通道形成在所述內部部分中；上部部分，所述上部部分將所述外部部分和所述內部部分連接；以及下部部分，所述下部部分將所述外部部分和所述內部部分連接。
在另一實現方式中，一種處理腔室包括：蓋；第一遠端電漿源，所述第一遠端電漿源設置在蓋上方；腔室壁，其中蓋設置在所述腔室壁上方；第二遠端電漿源，所述第二遠端電漿源耦接到腔室壁；噴頭，所述噴頭設置在蓋下方；基板支撐件，所述基板支撐件設置在噴頭下方；以及自由基傳遞環，所述自由基傳遞環設置在噴頭與基板支撐件之間。
本文中描述的實現方式總體涉及一種用於形成可流動膜的設備。在一個實現方式中，設備是包括第一RPS和第二RPS的處理腔室，所述第一RPS被耦接到處理腔室的蓋，所述第二RPS被耦接到處理腔室的側壁。第一RPS用於將沉積自由基傳遞到處理腔室中的處理區域中，並且第二RPS用於將清潔自由基傳遞到處理區域中。處理腔室進一步包括自由基傳遞環，所述自由基傳遞環設置在噴頭與基板支撐件之間，用於將清潔自由基從第二RPS傳遞到處理區域中。具有用於沉積和清潔的單獨RPS以及使用單獨傳遞通道將自由基從RPS引入到所述處理區域中使所述RPS上的交叉污染和迴圈變化最小化，從而導致改進的沉積速率漂移和顆粒效能。
圖1是根據一個實現方式的處理工具100的示意俯視平面圖。處理工具100（諸如群集工具，如圖1所示）包括一對前開式晶圓盒（FOUP）102，這對前開式晶圓盒用於供應基板（諸如半導體晶圓），基板是由機器人臂104接收並且放置在裝載閘腔室106中。第二機器人臂110設置在耦接到裝載閘腔室106的傳送腔室112中。第二機器人臂110用於將基板從裝載閘腔室106輸送到耦接到傳送腔室112的處理腔室108a-108f。
處理腔室108a-108f可以包括用於使可流動膜在基板上沉積、退火、固化和/或蝕刻的一個或多個系統部件。在一個配置中，兩對處理腔室（例如，108c-108d和108e-108f）可用於將可流動膜沉積在基板上，並且第三對處理腔室（例如，108a-108b）可用於使所沉積的可流動膜退火/固化。在另一配置中，相同兩對處理腔室（例如，108c-108d和108e-108f）可用於使可流動膜在基板上進行沉積和退火/固化兩者，而第三對處理腔室（例如，108a-108b）則可用於利用紫外線（UV）或電子束（E-束）使可流動膜在基板上固化。
用於將可流動膜沉積在基板（例如，108c、108d、108e、108f）上的處理腔室可以各自包括設置在處理腔室的蓋上的第一RPS（例如，109c、109d、109e、109f）。用於將可流動膜沉積在基板（例如，108c-108d和108e-108f）上的每對處理腔室共用設置在每對處理腔室之間的第二RPS（例如，109g、109h）。例如，第二RPS 109g設置在處理腔室108c與處理腔室108d之間，並且第二RPS 109h設置在處理腔室108e與處理腔室108f之間。在一些實現方式中，每對處理腔室108a-108b、108c-108d和108e-108f是包括兩個基板支撐件並且能夠處理兩個基板的單個處理腔室。在此類實現方式中，每個處理腔室包括兩個第一RPS和一個第二PRS，每個第一RPS設置在處理腔室的蓋上、位於對應基板支撐件上方，所述第二RPS設置在處理腔室的蓋上、位於兩個第一RPS之間。
第一RPS 109c、109d、109e和109f中的每一個被配置以激發前驅氣體（諸如含矽氣體、含氧氣體和/或含氮氣體）以便形成前驅物自由基，所述前驅物自由基在分別設置在處理腔室108c、108d、108e和108f中的每一個中的基板上形成可流動膜。第二RPS 109g和109h中的每一個被配置以激發清潔氣體（諸如含氟氣體）以便形成清潔自由基，所述清潔自由基分別清潔每對處理腔室108c-108d和108e-108f的部件。
圖2是根據一個實現方式的處理腔室200的示意橫截面側視圖。處理腔室200可以是沉積腔室（諸如CVD沉積腔室）。處理腔室200可以是被配置為至少將可流動膜沉積在基板上的處理腔室108a-108f中的任一個。處理腔室200包括設置在腔室壁235上方的蓋212、和設置在蓋212與腔室壁235之間的絕緣環220。第一RPS 201設置在蓋212上，並且形成在第一RPS 201中的前驅物自由基經由自由基入口組件205和擋板206而流入處理腔室200的電漿區215中。儘管第一RPS 201示出為被耦接到蓋212，但是可以構想到，第一RPS 201可與蓋212間隔開來並且透過一個或多個導管而流體耦合到蓋212。前驅氣體入口202形成在第一RPS 201上，用於使一種或多種前驅氣體流入第一RPS 201中。
處理腔室200還包括雙區噴頭203。雙區噴頭203包括第一多個通道204和第二多個通道208。第一多個通道204和第二多個通道208沒有流體連通。在操作期間，電漿區215中的自由基透過雙區噴頭203的第一多個通道204而流入處理區域230中，並且一種或多種前驅氣體透過第二多個通道208而流入處理區域230中。利用雙區噴頭203，避免了自由基與前驅氣體之間的過早混合和反應。
處理腔室200包括基板支撐件265，所述基板支撐件用於在處理期間支撐基板255。處理區域230由雙區噴頭203和基板支撐件265限定。自由基傳遞環210設置在雙區噴頭203與基板支撐件265之間。自由基傳遞環210用於將清潔自由基從流體耦合到處理區域230的第二RPS 214穿過處理腔室200的腔室壁235傳遞到處理區域230中。自由基傳遞環210包括用於將清潔自由基傳遞到處理區域230中的多個通道216。第二RPS 214可耦接到形成在腔室壁235中的入口218，並且自由基傳遞環210與入口218對準以接收來自第二RPS 214的清潔自由基。由於前驅氣體和前驅物自由基在位於雙區噴頭203下方的處理區域中混合且反應，沉積主要發生在雙區噴頭203下方，不過存在一定小程度的反向擴散。因此，可以在週期性的處理後清潔設置在雙區噴頭203下方的處理腔室200的部件。清潔是指去除沉積在腔室部件上的材料。由於在位於雙區噴頭203上方（上游）的位置處可能發生較小程度的沉積，因此使清潔自由基流入電漿區215中可能導致部件表面變化，諸如表面氟化，因為氟自由基可以用作清潔自由基。因此，從第一RPS 201引入清潔自由基可能導致對雙區噴頭203上方的部件進行不必要的清潔。因此，清潔自由基在位於雙區噴頭203下方（下游）的位置處被引入處理區域230中。
第一RPS 201被配置以激發前驅氣體（諸如含矽氣體、含氧氣體和/或含氮氣體）以形成前驅物自由基，所述前驅物自由基在設置在基板支撐件265上的基板255上形成可流動膜。第二RPS 214被配置以激發清潔氣體（諸如含氟氣體）以便形成清潔自由基，所述清潔自由基清潔處理腔室200的部件，諸如基板支撐件265和腔室壁235。使第一RPS 201設置在處理腔室200的蓋212上而使第二RPS 214耦接到腔室壁235可以因沉積的優先次序而實現更好的沉積均勻性。另外，在雙區噴頭203與基板支撐件265之間引入清潔自由基可以實現高的清潔蝕刻速率並且改進清潔速率分佈。此外，用於在基板255上沉積可流動膜的自由基是由雙區噴頭203引入處理區域中，而用於清潔處理腔室200的部件的自由基則由自由基傳遞環210引入處理區域中。透過分離用於傳遞沉積自由基和清潔自由基的通道，減少了在處理腔室200的部件上的交叉污染和迴圈變化，這造成了改進的沉積速率漂移和顆粒效能。
處理腔室200還包括底部280、形成在底部280中的狹縫閥開口275、以及耦接到底部280的泵吸環250。泵吸環250用於將剩餘的前驅氣體和自由基從處理腔室200去除。處理腔室200還包括用於使基板255從基板支撐件265升起的多個升降桿260和支撐基板支撐件265的軸270。軸270被耦接到電機272，所述電機可使軸270旋轉，這進而使基板支撐件265和設置在基板支撐件265上的基板255旋轉。在處理或清潔期間旋轉基板支撐件265可以實現改進的沉積均勻性以及清潔均勻性，尤其是基板支撐凹坑的半徑。
圖3是根據一個實現方式的自由基傳遞環210的示意橫截面俯視圖。如圖3所示，自由基傳遞環210包括外部部分302、內部部分304、以及形成在外部部分302與內部部分304之間的區域305（諸如通道）。區域305可以是環形的，如圖3所示。入口303形成在外部部分302中。入口303與形成在腔室壁235（圖2）中的入口218對準。多個通道306形成在內部部分304中。多個通道306可以是圖2中示出的多個通道216。在一些實現方式中，多個通道306可以具有相同尺寸並且相對於自由基傳遞環210的中心軸線308不對稱地設置。在一些實現方式中，多個通道306具有不同尺寸並且相對於中心軸線308對稱地設置。
在清潔期間，清潔自由基經由入口303從第二RPS 214（圖2）流入區域305中。清潔自由基隨後經由形成在內部部分304中的多個通道306而流入處理區域230中。中心軸線308將內部部分304劃分為上游部分310和下游部分312。上游和下游是指來自入口303的自由基的流動。在一些實現方式中，多個通道306可相對於中心軸線308不對稱地設置在內部部分304中，因此更多通道306被設置在下游部分312中而不是上游部分310中。在一些實現方式中，設置在下游部分312中的通道306具有比設置在上游部分310中的通道306更大的尺寸。通道306相對於中心軸線308的不同尺寸和通道306相對於中心軸線308的不對稱的位置致使更多自由基流過下游部分312（此處電漿濃度較低），從而導致對腔室部件的更均勻清潔。
圖4A-4B是根據實現方式的自由基傳遞環210的一部分的橫截面側視圖。如圖4A所示，自由基傳遞環210包括外部部分302、內部部分304、連接外部部分302和內部部分304的上部部分402、和連接外部部分302和內部部分304的下部部分404。區域305由外部部分302、內部部分304、上部部分402和下部部分404限定。環406被耦接到內部部分304。內部部分304包括內表面408，並且環406包括內表面410。內表面408、410形成圓錐形狀，以便將清潔自由基均勻地分佈到處理區域230中。多個通道306可以基本上平行於基板支撐件265（圖2）的主表面，如圖4A所示。或者，多個通道306朝向基板支撐件265（圖2）向下傾斜，如圖4B所示。在一些實現方式中，多個通道306具有相同的傾斜度。在一些實現方式中，多個通道306具有不同的傾斜度。
圖5是根據一個實現方式的自由基傳遞裝置500的示意立體圖。在一些實現方式中，代替使用自由基傳遞環210（圖2）來將清潔自由基傳遞到處理區域230（圖2）中，可以利用自由基傳遞裝置500。自由基傳遞裝置500可以設置在腔室壁235（圖2）中。自由基傳遞裝置500包括第一端部502和第二端部504。第二端部504被耦接到第二RPS 214（圖2）並且第一端部502面向處理區域230（圖2）。多個通道506形成在自由基傳遞裝置500中，用於將清潔自由基從第二RPS 214（圖2）傳遞到處理區域230中。清潔自由基從第二RPS 214流動到第二端部504，並且隨後透過多個通道506而流入處理區域230中。
圖6是根據另一實現方式的處理腔室600的示意側視圖。如圖6所示，處理腔室600包括自由基入口組件601、基板支撐件602，所述基板支撐件支撐基板604。第一RPS 606被耦接到自由基入口組件601。在沉積製程期間，形成在第一RPS 606中的前驅物自由基由自由基入口元件601引入處理區域608中。在處理腔室600中可以利用雙區噴頭（諸如圖2中示出的雙區噴頭203）。處理腔室600還包括延伸到處理區域608中的多個管道610。多個管道610被連接到第二RPS 612。在清潔操作期間，形成在第二RPS 612中的清潔自由基由多個管道610引入處理區域608中。基板支撐件602可由電機（諸如圖2中示出的電機272）旋轉，以便改進沉積和清潔均勻性。
圖7是根據一個實現方式的管道610的示意橫截面側視圖。如圖7所示，管道610包括多個開口702，所述多個開口用於使清潔自由基流入處理區域608（圖6）中。開口702的位置和尺寸可以改變，以便改進清潔均勻性。
使第一RPS設置在處理腔室的蓋上而使第二RPS耦接到腔室壁可以因沉積的優先次序而實現更好的沉積均勻性。另外，在雙區噴頭與基板支撐件之間引入清潔自由基可以實現高的清潔蝕刻速率並且改進清潔速率分佈。此外，透過分離用於傳遞沉積自由基和清潔自由基的通道，減少了在處理腔室的部件上的交叉污染和迴圈變化，這造成了改進的沉積速率漂移和顆粒效能。
儘管前述內容針對本公開內容的實現方式，但是亦可在不脫離本公開內容的基本範圍的情況下設計本公開內容的進一步實現方式，並且本公開內容的範圍由隨附申請專利範圍決定。
100‧‧‧處理工具102‧‧‧晶圓盒104‧‧‧機器人臂106‧‧‧裝載閘腔室108a‧‧‧處理腔室108b‧‧‧處理腔室108c‧‧‧處理腔室108d‧‧‧處理腔室108e‧‧‧處理腔室108f‧‧‧處理腔室109c‧‧‧第一RPS109d‧‧‧第一RPS109e‧‧‧第一RPS109f‧‧‧第一RPS109g‧‧‧第二RPS109h‧‧‧第二RPS110‧‧‧第二機器人臂112‧‧‧腔室200‧‧‧處理腔室201‧‧‧第一RPS202‧‧‧前驅氣體入口203‧‧‧雙區噴頭204‧‧‧通道205‧‧‧自由基入口組件206‧‧‧擋板208‧‧‧通道210‧‧‧自由基傳遞環212‧‧‧蓋214‧‧‧第二RPS215‧‧‧電漿區216‧‧‧通道218‧‧‧入口220‧‧‧絕緣環230‧‧‧處理區域235‧‧‧腔室壁250‧‧‧泵吸環255‧‧‧基板260‧‧‧升降桿265‧‧‧基板支撐件270‧‧‧軸桿272‧‧‧電機275‧‧‧狹縫閥開口280‧‧‧底部302‧‧‧外部部分303‧‧‧入口304‧‧‧內部部分305‧‧‧區域306‧‧‧通道308‧‧‧軸線310‧‧‧上游部分312‧‧‧下游部分402‧‧‧上部部分404‧‧‧下部部分406‧‧‧環408‧‧‧內表面410‧‧‧內表面500‧‧‧自由基傳遞裝置502‧‧‧第一端部504‧‧‧第二端部506‧‧‧通道600‧‧‧處理腔室601‧‧‧自由基入口組件602‧‧‧基板支撐件604‧‧‧基板606‧‧‧第一RPS608‧‧‧處理區域610‧‧‧管道612‧‧‧第二RPS702‧‧‧開口
因此，以能夠詳細理解本公開內容的上述特徵的方式，上文所簡要概述的本公開內容的更特定的描述可以參考實現方式獲得，一些實現方式示出在附圖中。然而，應當注意，附圖僅示出了本公開內容的所選擇的實現方式，並且因此不應視為限制本公開內容的範圍，因為本公開內容可允許其它等效實現方式。
圖1是根據一個實現方式的處理工具的示意俯視平面圖。
圖2是根據一個實現方式的處理腔室的示意橫截面側視圖。
圖3是根據一個實現方式的自由基傳遞環的示意橫截面頂視圖。
圖4A-4B是根據實現方式的自由基傳遞環的一部分的橫截面側視圖。
圖5是根據一個實現方式的自由基傳遞環的示意立體圖。
圖6是根據另一實現方式的處理腔室的示意橫截面側視圖。
圖7是根據一個實現方式的管件的示意橫截面側視圖。
為了促進理解，已儘可能使用相同附圖標記指定各圖所共有的相同元件。另外，一個實現方式中的元件可有利地適用於本文中描述的其它實現方式。
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
210‧‧‧自由基傳遞環
230‧‧‧處理區域
302‧‧‧外部部分
303‧‧‧入口
304‧‧‧內部部分
305‧‧‧區域
306‧‧‧通道
308‧‧‧軸線
310‧‧‧上游部分
312‧‧‧下游部分

Claims (15)

  1. 一種環的結構，包括：一外部部分，該外部部分具有一入口穿過其中而形成；一內部部分，一環形通道，該環形通道形成在該外部部分與該內部部分之間，該環形通道與該入口流體連通；複數個通道，該複數個通道形成穿過該內部部分並流體耦接至該環形通道，其中穿過該環的一中心軸線的一線界定該環的一上游部分和一下游部分，該入口定位於該上游部分中，該下游部分相對於該上游部分定位，並且該複數個通道相對於界定該上游部分和該下游部分的該線不對稱地設置，其中該複數個通道在該下游部分中比起該上游部分具有較大的直徑或較近的間隔；一上部部分，該上部部分將該外部部分和該內部部分連接；以及一下部部分，該下部部分將該外部部分和該內部部分連接。
  2. 如請求項1所述的環的結構，其中該複數個通道中的每個通道是以相對於該內部部分的一內部表面成一銳角而定位。
  3. 如請求項1所述的環的結構，其中該複數個通道具有不同尺寸。
  4. 如請求項1所述的環的結構，其中該複數個通道中的每個通道具有相同尺寸。
  5. 如請求項1所述的環的結構，其中該下游部分比該上游部分包括該複數個通道中的更多通道。
  6. 如請求項1所述的環的結構，其中該下游部分包括該複數個通道中的比該複數個通道在該上游部分中的通道具有一更大尺寸的通道。
  7. 一種處理腔室，包括：一腔室壁；一蓋，該蓋設置在該腔室壁上方；一噴頭，該噴頭設置在該蓋下方；一基板支撐件，該基板支撐件設置在該噴頭下方，該噴頭和該基板支撐件界定其間的一處理區域；以及一自由基傳遞環，該自由基傳遞環設置在該噴頭與該基板支撐件之間在該處理區域中，其中該自由基傳遞環包括：一外部部分，該外部部分具有一入口穿過其中而形成；一內部部分；一環形通道，該環形通道形成在該外部部分與該 內部部分之間，該環形通道與該入口流體連通；複數個通道，該複數個通道形成在該內部部分中並流體耦接至該環形通道，其中穿過該環的一中心軸線的一線界定該環的一上游部分和一下游部分，該入口定位於該上游部分中，該下游部分相對於該上游部分定位，並且該複數個通道相對於界定該上游部分和該下游部分的該線不對稱地設置，其中該複數個通道在該下游部分中比起該上游部分具有較大的直徑或較近的間隔；一上部部分，該上部部分將該外部部分和該內部部分連接；以及一下部部分，該下部部分將該外部部分和該內部部分連接。
  8. 如請求項7所述的處理腔室，其中該複數個通道中的每個通道是以相對於該內部部分的一內部表面成一銳角而定位。
  9. 如請求項7所述的處理腔室，其中該複數個通道具有不同尺寸。
  10. 如請求項7所述的處理腔室，其中該下游部分比該上游部分包括該複數個通道中的更多通道。
  11. 如請求項7所述的處理腔室，其中該下游部分包括該複數個通道中的比該複數個通道在該上游 部分中的通道具有更大尺寸的通道。
  12. 一種處理腔室，包括：一腔室壁；一蓋，其設置在該腔室壁上方，並在該腔室壁和該蓋之間形成一處理區域；一第一遠端電漿源，其穿過一第一自由基入口組件流體耦接到該處理區域；一第二遠端電漿源，其耦接到形成於該腔室壁中的一入口；一噴頭，該噴頭設置在該蓋和該第一自由基入口組件下方；一基板支撐件，該基板支撐件設置在該噴頭下方；及一自由基傳遞環，該自由基傳遞環設置在該噴頭與該基板支撐件之間在該處理區域中，該自由基傳遞環流體耦接到形成於該腔室壁中的該入口，其中該自由基傳遞環包括：一外部部分，該外部部分具有一入口穿過其中而形成；一內部部分；一環形通道，該環形通道形成在該外部部分與該內部部分之間，該環形通道與該入口流體連通； 複數個通道，該複數個通道形成在該內部部分中並流體耦接至該環形通道，其中穿過該環的一中心軸線的一線界定該環的一上游部分和一下游部分，該入口定位於該上游部分中，該下游部分相對於該上游部分定位，並且該複數個通道相對於界定該上游部分和該下游部分的該線不對稱地設置，其中該複數個通道在該下游部分中比起該上游部分具有較大的直徑或較近的間隔；一上部部分，該上部部分將該外部部分和該內部部分連接；以及一下部部分，該下部部分將該外部部分和該內部部分連接。
  13. 如請求項12所述的處理腔室，其中該複數個通道中的每個通道是以相對於該內部部分的一內部表面成一銳角而定位。
  14. 如請求項12所述的處理腔室，其中該複數個通道的通道具有不同尺寸。
  15. 如請求項12所述的處理腔室，進一步包括一環，該環耦接到該自由基傳遞環的該下部部分，其中該環的一徑向內表面與該自由基傳遞環的該內表面對齊。
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