[发明专利]使用微波等离子体的薄膜沉积

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施例通常涉及藉由使用一种改良的微波辅助CVD腔室的含硅介电层的沉积工艺。

背景技术

在集成电路的制造中，化学气相沉积（CVD）工艺常用来沉积或蚀刻各种材料层。常见的CVD技术包括热化学气相沉积、低压化学沉积法（LPCVD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、微波等离子体辅助化学气相沉积（MPCVD）、大气压力化学气相沉积等等。常规的热化学气相沉积工艺将反应性化合物供应至基板表面，在此基板表面热感应化学反应发生，以产生期望层（desired layer）。等离子体增强化学气相沉积（PECVD）工艺采用耦接至沉积室的电源（例如，射频（RF）功率或微波功率）以增加反应性化合物的解离（dissociation）。因此，在比类似热工艺所需要的温度更低的基板温度（例如，大约75°C至650°C）下，PECVD工艺是一种多产且成本有效的方法，以供高质量的材料快速成长用。这有利于具有严苛热预算需求的工艺。

因为对于较大的平板显示器及太阳能板的需求持续增加，所以必须增加基板的尺寸，并且由此处理腔室的尺寸也要增加。关于薄膜沉积，通常期望具有高沉积速率以在大型基板上形成薄膜，以及具有挠性以控制薄膜特性。较高的沉积速率可以藉由增加等离子体密度或降低腔室压力来达成。微波等离子体辅助化学气相沉积（MPCVD）已被开发成达到较高等离子体密度（例如，10¹¹离子/cm³）及较高的沉积速率，这是因为当与在13.56MHz运行的典型射频（RF）耦合等离子体源作比较时，改良功率耦合以及在2.45GHz下的吸收的结果。使用RF等离子体的一项缺点是大部分的输入功率在RF等离子体横越等离子体保护套（sheath）（暗空间）时下降。藉由使用微波等离子体，形成狭小等离子体保护套，且更多功率可被等离子体吸收，以供创造原子团物种（radical species）及离子物种（ion species）。这可藉由降低离子能量分布的碰撞扩大，并利用狭小能量分布来增加等离子体密度。

过去，与真空涂布工业中的微波源技术相关的主要缺点，是在从小晶圆处理到很大面积基板处理的扩大规模（scale up）期间能维持均匀性的困难度。在微波反应器设计中的最新进展已经将这些挑战放置在触手可及之处。等离子体线性源的阵列已被发展以在高沉积速率下沉积超大面积（大于1m²）的实质上均匀的薄膜，用以形成密集且厚的薄膜。然而，当基板的尺寸继续增加时，在本技术领域中存在有一种持续需求，用以改善等离子体均匀性及密度，以在较高沉积速率下使均匀薄膜沉积在大面积的基板上，同时使合理成本的大规模制造成为可能。

发明内容

本发明的实施例通常使用改良的微波辅助CVD腔室来提供多种供含硅介电层用的沉积工艺。在一个实施例中，提供一种使含硅层沉积在基板上的方法。此方法通常包括：将基板加载至一个具有微波源及气体馈入源的处理腔室中；使处理气体流入气体馈入源中；藉由将微波功率施加至一条耦接至微波源的天线而从处理气体中产生等离子体；以及藉由使用在大约1GHz至大约10GHz的频率下的大约500毫瓦特/cm²至大约5000毫瓦特/cm²的微波功率，使含硅层在等离子体存在时沉积在基板上，其中基板在沉积期间维持在低于大约200摄氏度的温度。

在另一实施例中，提供一种用以使含硅层沉积在基板上的微波等离子体辅助CVD工艺。此工艺通常包括：将基板加载至处理腔室中，处理腔室包括以一种平行于基板承载器（susceptor）的关系被安置的微波源及气体馈入源，微波源具有以一种彼此平行共面的关系被排列的一个或多个线性微波产生器，且气体馈入源具有以一种彼此平行共面的关系被排列的气体馈入线的阵列；使前驱物气体流入气体馈入源中；藉由将微波功率调整成微波源而从前驱物气体中产生等离子体；从气体馈入源朝向基板的整体表面均匀地分配前驱物气体，此基板实质上放置在基板承载器上；以及藉由使用在大约1GHz至大约10GHz的频率下的大约500毫瓦特/cm²至大约5000毫瓦特/cm²的微波功率，使含硅层在等离子体存在时沉积在基板上，其中基板在沉积期间维持在低于大约200摄氏度的温度。