[发明专利]抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置

说明书

本文公开的是抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置，具体公开了采用次级清扫的用途在半导体衬底上沉积材料膜的方法。该方法可以包括使膜前体流入处理室并使所述膜前体吸附到所述处理室中的衬底，使得所述前体在衬底上形成吸附受限层。该方法还可以包括通过用初级清扫气体清扫处理室从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体，然后，在次级清扫气体流入所述处理室时使吸附的膜前体反应，导致在衬底上形成膜层。次级清扫气体可包括具有等于或大于O₂的电离能和/或解离能的电离能和/或解离能的化学物质。还公开了其中实现前述处理的装置。

技术领域

本发明总体上涉及半导体处理领域，更具体地涉及抑制喷头背面寄生等离子体的方法和装置。

背景技术

在半导体行业中，随着器件和特征尺寸不断变小，并且随着三维器件结构(例如，英特尔公司的三栅极晶体管架构)在集成电路(IC)设计中变得越来越普遍，沉积薄的共形膜(具有与下伏结构的形状相对应的均匀厚度的材料膜，尽管下伏结构不是平坦的)的能力将继续得到重视。原子层沉积(ALD)是非常适合于沉积共形膜的一种膜形成技术，原因在于以下事实：单个循环ALD仅沉积单一的薄的材料层，其厚度受限于在成膜的化学反应本身之前可吸附到衬底表面上的一种或多种膜前体反应物的量(即，形成吸附受限层)。然后可以使用多个“ALD循环”来制成期望厚度的膜，由于每一层是薄的且是共形的，因此，所得到的膜与下伏的设备结构的形状基本一致。

但是，存在与ALD工艺相关联的许多挑战。通常这些挑战必须解决以下事实：每个ALD循环只沉积薄的吸附受限层，所以需要许多的ALD循环来制成显著厚度的膜。每个循环需要时间并需要按顺序重复操作用以完成沉积工艺的装置。因此，寻求用改进的方法和装置来提高晶片处理的速率，并且也改善用于执行ALD操作的衬底处理硬件的寿命和维护要求。

发明内容

公开的是采用次级清扫的用途在半导体衬底上沉积材料膜的方法。所述方法可以包括使膜前体流入处理室并在所述处理室中使所述膜前体吸附到衬底上，使得所述前体在衬底上形成吸附受限层。所述方法可进一步包括通过用初级清扫气体清扫所述处理室从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体；以及然后在次级清扫气体流入所述处理室时使所吸附的膜前体反应，导致在所述衬底上形成膜层。所述次级清扫气体可以包括具有等于或大于O₂的电离能和/或解离能的电离能和/或解离能的化学物质。

还公开了用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置。所述装置可包括：处理室；在所述处理室中的衬底支架；喷头，其用于使膜前体和初级清扫气体流入所述处理室；喷头轴环，其用于使次级清扫气体流入所述处理室；一个或多个初级流量阀，其用于控制通过所述喷头的膜前体的流以及初级清扫气体的流；一个或多个次级流量阀，其用于控制通过所述喷头轴环的次级清扫气体的流；阀操作式真空源，其用于从所述处理室去除初级和次级清扫气体，以及用于从所述处理室中的围绕所述衬底的体积去除膜前体；等离子体发生器，其用于在所述处理室中产生等离子体；以及一个或多个控制器，其包括用于操作所述一个或多个阀、真空源和等离子体发生器以在半导体衬底上沉积材料膜的机器可读指令。所述控制器的指令可包括：用于操作所述初级流量阀以使膜前体流入所述处理室的指令；用于控制所述处理室内的条件，使得膜前体吸附到在所述处理室中的所述衬底上而形成吸附受限层的指令；用于操作所述初级流量阀以使初级清扫气体流入所述处理室并操作所述阀操作式真空源以抽空它从而从围绕所吸附的前体的体积去除至少一些未被吸附的膜前体的指令；用于操作所述等离子体发生器以在所述处理室中形成等离子体，从而所述等离子体激活所吸附的膜前体的反应以在所述衬底上形成膜层的指令；以及用于在由等离子体激活所述膜前体的反应的同时，操作所述次级流量阀以使次级清扫气体流入所述处理室的指令，所述次级清扫气体包括O₂。

附图说明

图1是具有带有单一处理站的处理室的衬底处理装置的横截面示意图。