[发明专利]用于短生命周期物种的具有内建等离子体源的处理腔室盖设计

说明书

背景

领域

本发明的实施例一般涉及用于沉积材料的设备和方法，特别是涉及配置为在等离子体增强工艺期间沉积材料的气相沉积腔室。

相关技术的描述

在半导体处理、平板显示器处理或其它电子装置处理的领域中，气相沉积工艺在将材料沉积于基板上起重要作用。随着电子装置几何形状持续缩小，而装置密度持续增加，特征结构的尺寸与深宽比变得更加竞争性，例如，0.07μm的特征结构尺寸与10以上的深宽比。因此，共形沉积（conformal deposition）材料以形成所述装置逐渐变得重要。

虽已证实常规化学气相沉积（CVD）成功地用于低到0.15μm的装置几何性状与深宽比，但更具竞争性的装置几何形状需要替代性的沉积技术。一项备受瞩目的技术是原子层沉积（ALD）。在ALD工艺期间，反应气体依序导入含有基板的沉积腔室。大体而言，第一反应物是以脉冲式进入沉积腔室，并且吸附在基板表面上。第二反应物以脉冲式进入沉积腔室，并且与第一反应物反应而形成沉积的材料。净化工艺一般是在输送每一反应气体之间执行。净化工艺可为具有载气的连续净化，或在输送反应气体之间的脉冲式净化。热诱导ALD工艺为最常见的ALD技术，并且使用热以引发两种反应物之间的化学反应。虽然热ALD工艺在沉积某些材料上运作良好，但这些工艺经常具有缓慢的沉积速率。因此，制造的处理量可能受影响而达到无法接受的水平。沉积速率可在较高沉积温度下增加，但许多化学前驱物（特别是金属有机化合物）在升高的温度下会分解。

等离子体增强CVD（PECVD）与等离子体增强ALD（PE-ALD）可用来形成各种材料。在PE-ALD工艺的某些示例中，材料可由与热ALD工艺相同的化学前驱物形成，但该形成工艺是在较高沉积速率与较低温度下。尽管存在技术的几种变化型式，但大体而言，PE-ALD工艺提供反应气体与反应物等离子体依序导入含有基板的沉积腔室。第一反应气体是以脉冲式进入沉积腔室，且吸附在基板表面。之后，大体上由等离子体源供应的反应物等离子体脉冲式进入沉积腔室，并且与第一反应气体反应而形成沉积材料。类似于热ALD工艺，净化工艺可在输送每一反应物之间实施。虽然PE-ALD工艺克服了热ALD工艺的一些缺点（这是由于等离子体内反应物自由基的高度反应性所致），PE-ALD工艺仍有许多限制。PE-ALD工艺可引发等离子体对基板的损坏（例如蚀刻），可能与某些化学前驱物不相容，并且可需要额外的硬件。

对于任何需要远程等离子体以生成活性反应物物种的基板制造工艺而言，分开的远程等离子体单元大体是与处理腔室一起使用。尽管此类途径对于远离基板生成活性反应物物种作用良好，且不至于有由反应物自由基对装置造成等离子体损坏的风险，然而，抵达基板表面的活性物种的量相当受限，这是由于活性物种沿着至基板的行进距离进行快速重组的缘故。虽然可能施加高等离子体功率而增加可得的活性物种量，但高等离子体功率通常造成对等离子体单元的硬件损坏，该硬件损坏呈现具有高粒子数的缺陷问题。此外，可得的远程等离子体源（RPS）单元一般设计成使得单元的维修困难。已知的维护具高缺陷度RPS的可行方法是更换该单元。因为高功率RPS单元可能需要频繁的更换，这进而造成系统停工时间与操作成本增加。

因此，需要一种通过气相沉积技术（诸如通过PE-ALD工艺之类）来在基板上沉积材料的设备和方法。

概述

本发明的实施例一般涉及用于沉积材料的设备和方法，特别是涉及气相沉积腔室，例如PE-CVD或PE-ALD腔室，所述腔室配置为在等离子体增强工艺期间沉积材料。在一个实施例中，提供用于处理一个或多个基板的腔室。所述腔室主体包括：腔室主体，所述腔室主体限定处理空间；基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述处理空间中并且配置为支撑一个或多个基板；处理盖组件，所述处理盖组件设置在所述基板支撑件上方，其中所述处理盖组件具有等离子体空腔，所述等离子体空腔配置为生成等离子体并且提供一种或多种自由基物种到所述处理空间；RF（射频）电源，所述RF（射频）电源耦接气体分配组件；等离子体形成气体源，所述等离子体形成气体源耦接所述处理盖组件；和反应气体源，所述反应气体源耦接所述处理盖组件。