專利名稱：用于前段工藝制造的原地干洗腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式一般涉及半導(dǎo)體處理設(shè)備。更具體地，本發(fā)明的實施方式涉及 用于半導(dǎo)體制造的化學(xué)氣相沉積(CVD)系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的原地干洗方法。
背景技術(shù)：
當襯底表面暴露在氧氣中時，一般會形成天然氧化物。在大氣條件下，將襯底在處 理腔之間移動時或者當殘留在真空腔中的少量氧接觸襯底表面時會發(fā)生氧氣暴露(oxygen exposure) 0如果襯底表面在蝕刻過程中被污染，那么也可能產(chǎn)生天然氧化物。天然氧化物 一般在襯底表面上形成一個不希望有的薄膜。盡管天然氧化物薄膜通常非常薄(例如在5 至20埃之間)，但是其厚度已經(jīng)足以在后續(xù)的制造過程中形成困難。這種困難通常會對在襯底上所形成的半導(dǎo)體器件的電性能造成影響。例如，當天 然氧化硅薄膜形成在暴露的含硅層上時，會出現(xiàn)一個特定問題，尤其是在金屬氧化物硅場 效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor, M0SFET)結(jié)構(gòu)的加工過程 中。氧化硅薄膜是電絕緣的，因此在與接觸電極或互連電路徑(electrical pathways)的 界面處是不希望有的，因為它們導(dǎo)致高的電接觸電阻。在MOSFET結(jié)構(gòu)中，電極和互連電路 徑包括硅化物層，其是通過在裸硅上沉積難熔金屬以及對該層進行退火以產(chǎn)生金屬硅化物 層而形成的。在襯底和金屬之間的界面處的天然氧化硅薄膜，通過阻止形成金屬硅化物的 擴散化學(xué)反應(yīng)來降低硅化物層的成分均勻性。這導(dǎo)致較低的襯底產(chǎn)量，并且由于電接觸處 過熱而提高了故障率。天然氧化硅薄膜還阻止了隨后沉積在襯底上的其它CVD或濺射層的 粘合。已嘗試用濺射蝕刻工藝來減少縱橫比小于約4 1的大部件或小部件中的污染 物。但是，濺射蝕刻工藝會由于物理轟擊而破壞精密的硅層。對應(yīng)地，還嘗試了例如使用氫 氟酸(HF)和去離子水的濕法蝕刻工藝。但是，諸如這類的濕法蝕刻工藝對于當前縱橫比超 過4 1的較小器件上是不利的，尤其是在縱橫比超過10 1時。特別地，濕法溶液不能 滲透入形成在襯底表面內(nèi)的這些尺寸的微通路(vias)、觸點或其它部件。因此，天然氧化物 膜的去除是不完全的。同樣，濕法蝕刻溶液即使能成功滲透這種尺寸的部件，但當蝕刻完成 時，則更難于從該部件中去除濕法蝕刻溶液。另一去除天然氧化物膜的方法是干法蝕刻工藝，如使用含氟氣體的工藝。但是，使 用含氟氣體的一個缺點是氟一般殘留在襯底表面上。殘留在襯底表面上的氟原子或氟基可 能是有害的。例如，遺留的氟原子可繼續(xù)蝕刻襯底，從而導(dǎo)致其中有空隙。最近的去除天然氧化物膜的方法是在襯底表面上形成一種含氟/硅鹽，隨后可通過熱退火將其去除。在這種方法中，通過使含氟氣體與氧化硅表面反應(yīng)從而形成該鹽的一 個薄層。然后將該鹽加熱至足夠高的高溫，以將該鹽分解成揮發(fā)性副產(chǎn)物，然后從處理腔中 去除該副產(chǎn)物。反應(yīng)性含氟氣體的形成通常借助于熱加成(thermal addition)或等離子 能。該鹽通常在降低的溫度下形成，這需要對襯底表面進行冷卻。這種先進行冷、然后進行 加熱的順序，通常是通過將襯底從襯底一個冷卻腔中轉(zhuǎn)移到一個獨立的退火腔或爐中來實 現(xiàn)的，襯底在該冷卻腔中被冷卻，在該退火腔或爐中被加熱。出于各種原因，這種反應(yīng)性氟處理順序是不理想的。也就是說，由于轉(zhuǎn)移晶片所耗 費的時間，使晶片產(chǎn)量大大降低。另外，晶片在轉(zhuǎn)移過程中非常易于遭受另外的氧化或其它 污染。此外，由于需要兩個獨立的腔來完成氧化物去除處理，因此使用戶的成本加倍。因此，需要一種處理腔，其能夠遙控等離子產(chǎn)生、加熱和冷卻，從而能夠在單個腔 內(nèi)完成單個干法蝕刻過程(即原地(in-situ))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于從襯底表面上去除天然氧化物的處理腔。一方面，該腔 包括一個腔體和一個支撐裝置，該支撐裝置至少部分地被布置在該腔體內(nèi)部，并且適于 在該支撐裝置上支撐一個襯底。該支撐裝置包括一個或多個至少部分地形成在其中的 流體通道，該流體通道能夠提供流體來冷卻該襯底。該腔進一步包括一個布置在該腔體 上表面的蓋裝置(lid assembly) 0該蓋裝置包括一個第一電極和一個第二電極，在該第 一電極和該第二電極之間限定了一個等離子空腔，其中該第二電極被加熱并適于連接地 (connectively)力口熱襯底。本發(fā)明還提供了一種用于從襯底表面蝕刻天然氧化物的方法。一方面，該方法包 括將一個待處理的襯底裝載入一個處理腔內(nèi)，該處理腔包括一個腔體和一個支撐裝置，該 支撐裝置至少部分地被布置在該腔體內(nèi)部，并且適于在該支撐裝置上支撐一個襯底。該支 撐裝置包括一個或多個至少部分地形成在其中的流體通道，該流體通道能夠提供流體來冷 卻該襯底。該腔進一步包括一個布置在該腔體上表面的蓋裝置。該蓋裝置包括一個第一電 極和一個第二電極，在該第一電極和該第二電極之間限定了一個等離子空腔，其中該第二 電極被加熱并適于連接地加熱襯底。該方法進一步包括在該等離子空腔內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)性氣體的等離子，通過使傳熱介質(zhì) 流過該支撐裝置的該一個或多個流體通道來冷卻該襯底，使該反應(yīng)性氣體通過第二電極流 到該襯底表面，利用該反應(yīng)性氣體來蝕刻該襯底表面，通過施加電力到一個與第二電極接 觸的加熱元件來加熱第二電極，以及通過將該支撐裝置緊密靠近該被加熱的第二電極來利 用該被加熱的第二電極對該襯底進行加熱。


為了能詳細理解本發(fā)明上述特征的方式，因而結(jié)合實施方式對上面簡要概括的本 發(fā)明進行更具體的描述，其中部分實施方式示于附圖中。但是應(yīng)注意到，附圖僅示出了本發(fā) 明的典型實施方式，因此不能被認為是限制其范圍的，本發(fā)明可允許其它等效的實施方式。圖IA示出了一個用于加熱、冷卻和蝕刻的示例性處理腔100的局部剖面圖。圖IB示出了一個布置在圖IA處理腔內(nèi)部的示例性襯套的放大示意圖。
圖2A示出了一個可布置在圖IA所示腔體上端的示例性蓋裝置的放大剖面圖。圖2B和2C示出了圖2A中氣體分布板的放大示意圖。圖3A示出了一個至少部分布置在圖IA腔體112內(nèi)部的示例性支撐裝置的局部剖 面圖。圖3B示出了圖3A中示例性支撐裝置300的放大局部剖面圖。圖4A示出了另一個示例性蓋裝置400的示意性剖面圖。圖4B示出了圖4A中上部電極的放大的示意性局部剖面圖。圖4C示出了使用圖4A的蓋裝置400的示例性處理腔100的局部剖面圖。圖5A-圖5H是用于形成示例性有源電子器件(例如MOSFET結(jié)構(gòu))的制造順序的 示意性剖面圖。圖6是適合進行多種處理操作的示例性多腔處理系統(tǒng)的的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種用于任意數(shù)量襯底處理技術(shù)的處理腔。該處理腔特別地用于實 現(xiàn)既需要加熱襯底表面又需要冷卻襯底表面而不破壞真空的等離子輔助干法蝕刻工藝。例 如，可預(yù)料到本文描述的處理腔非常適合于從襯底表面去除氧化物和其它污染物的前段工 藝(Front End Of Line, FEOL)清潔腔。本文使用的“襯底表面”是指，可在其上進行處理的任何襯底表面。例如，襯底表 面可包括硅、氧化硅、摻雜硅、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石和任何其它材料，例如金屬、金屬氮 化物、金屬合金和其它導(dǎo)電材料，這取決于具體應(yīng)用。襯底表面還可包括介電材料如二氧化 硅、有機硅酸鹽和碳摻雜的硅氧化物。襯底本身不限于任何特定的尺寸或形狀。一方面，術(shù) 語“襯底”是指具有200mm直徑或300mm直徑的圓形晶片。另一方面，術(shù)語“襯底”是指任何 多邊形、方形、矩形、曲線形或其它非圓形工件，例如在平板顯示器制造中使用的玻璃襯底。圖IA是一個局部剖面圖，其示出了一個示例性的處理腔100。在一個實施方式中， 處理腔100包括腔體112、蓋裝置200和支撐裝置300。蓋裝置200布置在腔體112的上端， 支撐裝置300至少部分布置在腔體112的內(nèi)部。例如，處理腔100和相關(guān)部件優(yōu)選由一種 或多種工藝相容(process-compatible)的材料形成，例如鋁、陽極氧化鋁、鍍鎳鋁、鍍鎳鋁 6061-T6、不銹鋼，以及它們的組合和合金。腔體112包括一個在其側(cè)壁中形成的槽閥開口 160，以提供進入處理腔100內(nèi)部 的通道。選擇性地打開和關(guān)閉槽閥開口 160以允許通過晶片操作機器人(未示出)訪問 (access)腔體112的內(nèi)部。晶片操作機器人是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，可以使用任何合適 的機器人。例如，在1990年8月28日簽發(fā)的題為“Multi-chamber Integrated Process System”的普通轉(zhuǎn)讓美國專利4951601中描述了一種典型的機器人轉(zhuǎn)移裝置，在此通過引 入將其全部內(nèi)容并入。在一個實施方式中，晶片可通過槽閥開口 160被傳送進和傳送出處 理腔100到一個鄰近的轉(zhuǎn)移腔和/或裝載鎖定腔，或在集群工具(cluster tool)內(nèi)的另一 個腔。在 1993 年 2 月 16 日簽發(fā)的題為 “Staged-Vacuum Wafer Processing System and Method”的普通轉(zhuǎn)讓美國專利5186718中描述了可連接到處理腔100的一類集群工具，在此 通過引入將其并入。在一個或多個實施方式中，腔體112包括一個通道113，其形成于腔體112中，用于流過傳熱流體。傳熱流體可以是某種加熱流體或某種冷卻劑，用于在處理和襯底轉(zhuǎn)移過程 中控制腔體112的溫度。腔體112的溫度對防止不需要的氣體或副產(chǎn)物在腔壁上的凝結(jié)至 關(guān)重要。典型的傳熱流體包括水、乙二醇或它們的混合物。典型的傳熱流體還可包括氮氣。腔體112可進一步包括環(huán)繞支撐裝置300的襯套133。襯套133優(yōu)選是可拆卸的 以便于維護和清潔。襯套133可由諸如鋁或陶瓷材料之類的金屬制成。但是，襯套133可 以是任何工藝相容的材料?？蓪σr套133進行珠光處理(bead blast)以增強任何沉積在 其上的材料的粘合力，從而防止導(dǎo)致處理腔100污染的材料的剝落。在一個或多個實施方 式中，襯套133包括一個或多個孔135和一個在其中形成的與真空系統(tǒng)流體連通的抽氣通 道129?？?35為氣體提供到抽氣通道129的流動途徑，其為處理腔100內(nèi)部的氣體提供出真空系統(tǒng)可包括真空泵125和調(diào)節(jié)通過處理腔100的氣體流量的節(jié)流閥127。真 空泵125連接到布置在腔體112上的真空端口 131上，從而與襯套133內(nèi)所形成的抽氣通 道129流體連通。術(shù)語“氣體”和“多種氣體”除非另有說明否則是互換使用的，并涉及一 種或多種前體、反應(yīng)物、催化劑、載體、凈化氣、清潔氣、它們的組合，以及任何其它引入到腔 體112內(nèi)的流體。更詳細地觀察襯套133，圖IB示出了襯套133 —個實施方式的放大示意圖。在這 個實施方式中，襯套133包括上部133A和下部133B。在襯套133內(nèi)部形成一個與布置在腔 體112側(cè)壁上的槽閥開口 160對準的孔133C，以使襯底能進入腔體112和從中取出。典型 地，抽氣通道129形成在上部133A內(nèi)部。上部133A還包括一個或多個穿過其中形成的孔 135，以為氣體提供進入抽氣通道129的出入口(passageways)或流動途徑。參考圖IA和圖1B，孔135使得抽氣通道129與腔體112內(nèi)部的處理區(qū)域140流 體連通。處理區(qū)域140由蓋裝置200的底面和支撐裝置300的頂面限定，并被襯套133環(huán) 繞?？?35可以是大小均勻的，并可以在襯套133周圍均勻地間隔開。但是，可使用任意數(shù) 量、位置、大小或形狀的孔，每一個設(shè)計參數(shù)可根據(jù)氣體穿過襯底接受表面的所需流動模式 而改變，這在下面更詳細地討論。另外，孔135的尺寸、數(shù)量和位置被配置成使離開處理腔 100的氣體的均勻流動。此外，孔尺寸和位置可被配置成提供快速或大容量抽氣來幫助氣體 從腔100快速排出。例如，靠近真空端口 131的孔135的數(shù)量和尺寸可小于遠離真空端口 131的孔135的尺寸。仍然參考圖IA和圖1B，襯套133的下部133B包括一個布置在其中的流動途徑或 真空通道129A。真空通道129A與上述真空系統(tǒng)流體連通。真空通道129A還通過在襯套 133外徑中形成的凹口或端口 129B與抽氣通道129流體連通。通常，在上部133A和下部 133B之間，兩個氣體端口 129B(在此圖中只示出一個)形成在襯套133外徑中。氣體端口 129B在抽氣通道129和真空通道129A之間提供流動途徑。每個端口 129B的尺寸和位置是 要設(shè)計的問題，并由所需薄膜的化學(xué)計算法、正形成的器件的幾何形狀、處理腔100的容量 以及連接其上的真空系統(tǒng)的能力來確定。典型地，端口 129B彼此相對或在襯套133外徑周 圍隔開180度排列。操作時，離開處理腔100的一種或多種氣體通過穿過襯套133上部133A形成的孔 135流入到抽氣通道129。然后氣體在抽氣通道129內(nèi)流動并通過口 129B進入真空通道 129A。氣體通過真空端口 131離開真空通道129A進入到真空泵125。
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更詳細地觀察蓋裝置200，圖2A示出了一個可被布置在圖IA所示腔體112上端處 的示例性蓋裝置200的放大剖面圖。參考圖IA和圖2A，蓋裝置200包括大量的在彼此頂部 堆疊的部件，如圖IA所示。在一個或多個實施方式中，蓋裝置200包括蓋緣210、氣體傳送 裝置220和頂板250。氣體傳送裝置220連接到蓋緣210的頂面上，并被排列成與蓋緣210 的熱接觸最小。蓋裝置200的部件優(yōu)選由具有高熱導(dǎo)率和低熱阻的材料構(gòu)造成，例如具有 高度精加工表面的鋁合金。優(yōu)選地，該部件的熱阻小于約5X10_4m2K/W。蓋緣210被設(shè)計成 支撐構(gòu)成蓋裝置200的部件的重量，并經(jīng)由鉸接裝置(在此圖中未示出)連接到腔體112 的頂面以提供訪問內(nèi)部腔部件(例如支撐裝置300)的途徑。參考圖2B和圖2C，氣體傳送裝置220可包括分布板或噴淋頭225。圖2B示出了 示例性氣體分布板225的一個實施方式的放大示意圖，圖2C示出了局部剖面圖。在一個或 多個實施方式中，分布板225是基本圓盤狀的，并包括多個孔225A或出入口以對通過其中 的氣流進行分配。分布板225的孔225A通過減速和重新定向流動氣體的速度分布圖來防 止流過蓋裝置200的氣體直接與下面的襯底表面碰撞。分布板225的孔225A還均勻分配 離開蓋裝置200的氣體流，從而提供氣體沿襯底表面的均勻分布。參考圖2A、圖2B和圖2C，分布板225進一步包括在其周邊處形成的環(huán)形固定法蘭 222，其大小被設(shè)計成可擱置在蓋緣210上。因此，分布板225與蓋裝置200有最小的接觸。 優(yōu)選地，0環(huán)型密封224 (例如彈性體0形環(huán))至少部分布置在環(huán)形固定法蘭222內(nèi)部，以 確保與蓋緣210流體密封接觸。氣體傳送裝置220可進一步包括一個靠近分布板225布置的折流裝置(blocker assembly) 230。折流裝置230提供氣體到分布板225后部的均勻分布。優(yōu)選地，折流裝置 230由鋁合金制成，并可拆卸地連接到分布板225上以確保良好的熱接觸。例如，可使用螺 栓221或類似的緊固件將折流裝置230連接到分布板225上。優(yōu)選地，折流裝置230與蓋 緣210沒有熱接觸，如圖2A所示。在一個或多個實施方式中，折流裝置230包括一個固定到第二折流板(blocker plate) 235的第一折流板233。第二折流板235包括通過其中形成的通路259。優(yōu)選地，通 路259位于并貫穿第二折流板235的中心，使得通路259與由頂板250的底面和第二折流 板235的頂面限定的第一空腔或容積261流體連通。通路259還與由第二折流板235的底 面和第一折流板233的頂面限定的第二空腔或容積262流體連通。通路259還與由第一折 流板233的底面和分布板255的頂面限定的第三空腔或容積263流體連通。通路259連接 到氣體入口 223。氣體入口 223在其第一端連接到頂板250上。盡管未示出，氣體入口 223 在其第二端連接到一個或多個上游氣源和/或其它氣體傳送部件(例如氣體混合器)上。第一折流板233包括在其中形成的多個出入口 233A，出入口 233A適合將從通路 259流動的氣體分散到氣體分布板225的。盡管出入口 233A被示為環(huán)形或圓形，但出入口 233A可為方形、矩形或任何其它形狀?？稍O(shè)計出入口 233A的大小并在折流板233周圍定 位，以提供沿襯底表面的受控和均勻的流量分布。如上所述，第一折流板233可容易地從第 二折流板235和分布板225上拆下，以有利于這些部件的清洗或更換。使用時，將一種或多種處理氣體通過氣體入口 223引入到氣體傳送裝置220。該處 理氣體流入第一容積261，并通過第二折流板235的通路259進入第二容積262。然后，該 處理氣體通過第一折流板233的孔233A分配到第三容積263，并進一步通過分布板225的
7孔225A分配，直到氣體遇到布置在腔體112內(nèi)的襯底的暴露表面。一般使用氣體供應(yīng)板(未示出)向處理腔100提供一種或多種氣體。所使用的特 定氣體取決于在腔100內(nèi)進行的處理。示例性氣體可包括但不限于一種或多種前體、還原 劑、催化劑、載體、凈化氣、清潔氣、或它們的任意混合物或組合。典型地，引入到處理腔100 的一種或多種氣體通過入口 223流入到蓋裝置200，然后通過氣體傳送裝置220進入到腔體 112?？墒褂秒娍亻y(electronically operated valve)和/或流量控制裝置(未示出) 控制從氣體供應(yīng)源到處理腔100的氣體流量。根據(jù)具體處理工藝，可傳送任意數(shù)量的氣體 到處理腔100，并可在處理腔100中或在氣體被傳送到處理腔100前混合，例如在氣體混合 器(未示出)內(nèi)。仍然參考圖IA和圖2A，蓋裝置200可進一步包括電極240，以在蓋裝置200內(nèi)產(chǎn) 生反應(yīng)性組分(reactive species)的等離子。在一個實施方式中，電極240被支撐在頂板 250上并與其電絕緣。例如，可在電極240下部周圍布置一個將電極240與頂板250分開的 絕緣襯環(huán)241，如圖2A所示。還可在絕緣襯環(huán)241的外表面周圍布置環(huán)形絕緣體242。然 后可在電極240的上部周圍布置環(huán)形絕緣體243，以便電極240與頂板250和蓋裝置200的 所有其它部件電絕緣。這些環(huán)241、242、243中的每一個可由氧化鋁或任何其它絕緣的工藝 相容的材料制成。在一個或多個實施方式中，電極240連接到電源(未示出)，而氣體傳送裝置220 接地(即氣體傳送裝置220用作電極)。因此，可在電極240( “第一電極”)和氣體傳送裝 置220( “第二電極”)之間，在容積261、262和/或263中產(chǎn)生一種或多種處理氣體的等離 子。例如，等離子可被觸發(fā)并包含在電極240和折流裝置230之間?；蛘撸跊]有折流裝置 230時，等離子可被觸發(fā)并包含在電極240和分布板225之間。在這兩個實施方式中，等離 子都很好地被限制或包含在蓋裝置200內(nèi)。因此，等離子為“遠程等離子”，因為沒有反應(yīng)性 等離子與布置在腔體112內(nèi)的襯底直接接觸。因此，因為等離子與襯底表面充分分開，避免 了等離子對襯底的破壞?？墒褂萌魏文軌?qū)怏w激發(fā)成反應(yīng)性組分并保持反應(yīng)性組分等離子的能源。例 如，可使用射頻(RF)、直流電(DC)或基于微波(MW)的放電技術(shù)。還可通過基于熱的技術(shù)、 氣體擊穿技術(shù)、高強度光源(如UV能)或暴露于X射線源產(chǎn)生激發(fā)。或者，可使用遠程激 發(fā)源(例如遠程等離子發(fā)生器)產(chǎn)生反應(yīng)性組分的等離子，其然后被傳送到腔100內(nèi)。典 型的遠程等離子發(fā)生器可從供應(yīng)商(例如MKS Instruments, Inc.和Advanced Energy Industries, Inc)處得到。優(yōu)選地，RF電源連接到電極240。參考圖2A，可根據(jù)處理氣體和在處理腔100內(nèi)進行的操作來加熱氣體傳送裝置 220。在一個實施方式中，可將加熱元件270(例如電阻加熱器)連接到分布板225上。在 一個實施方式中，加熱元件270為管狀元件，并被壓進分布板225的上表面中，更詳細地如 圖2B和圖2C所示。參考圖2B和圖2C，分布板225的上表面包括一個寬度比加熱元件270的外徑稍 小的凹槽或凹通道，從而使加熱元件270可利用干涉配合固定在凹槽中。加熱元件270調(diào) 節(jié)氣體傳送裝置220的溫度，因為傳送裝置220的部件(包括分布板225和折流裝置230) 各自傳導(dǎo)地彼此連接。連接到分布板225的熱電偶272可幫助溫度調(diào)節(jié)?？稍诜答伝芈分?使用熱電偶272控制從電源施加到加熱元件270的電流，從而使氣體傳送裝置220溫度可
8被保持或控制在所需的溫度或在所需的溫度范圍內(nèi)。因為氣體傳送裝置220與蓋裝置200 的其它部件具有最小的熱接觸并因而限制了熱傳導(dǎo)，如上所述，因此可幫助控制氣體傳送 裝置220溫度。在一個或多個實施方式中，蓋裝置200可包括一個或多個在其中形成的流體通道 202，其用于傳熱介質(zhì)流動以為氣體傳送裝置220提供溫度控制。在一個實施方式中，流體 通道202可在蓋緣210內(nèi)形成，如圖2A所示。或者，流體通道202可在蓋裝置200的任何 部件內(nèi)形成，以為氣體傳送裝置220提供均勻的傳熱。流體通道202可包含加熱或冷卻介 質(zhì)以控制氣體傳送裝置220的溫度，這取決于腔100內(nèi)的具體處理要求?？墒褂萌魏蝹鳠?介質(zhì)，例如氮氣、水、乙二醇或它們的混合物。在一個或多個實施方式中，可使用一個或多個加熱燈(未示出)加熱氣體傳送裝 置220。典型地，加熱燈被排列在分布板225上表面的周圍以通過輻射加熱分布板225。圖3A示出了一個示例性支撐裝置300的局部剖面圖。支撐裝置300可至少部分 地被布置在腔體112內(nèi)。支撐裝置300可包括一個支撐構(gòu)件310，其支撐一個要在腔體112 內(nèi)進行處理的襯底(在此圖中未示出)。支撐構(gòu)件310可通過軸314連接到提升機構(gòu)330 上，軸314通過在腔體112底面中形成的位于中心的孔114延伸。可通過能防止軸314周 圍真空泄漏的波紋管333將提升機構(gòu)330柔性地密封到腔體112上。提升機構(gòu)330允許支 撐構(gòu)件310在腔體112內(nèi)在處理位置和較低的轉(zhuǎn)移位置之間垂直移動。轉(zhuǎn)移位置稍微低于 在腔體112側(cè)壁中形成的槽閥開口 160。圖3B示出了圖3A所示支撐裝置300的放大局部橫截面。在一個或多個實施方式 中，支撐構(gòu)件310具有一個用于在其上支撐待處理襯底的平的圓形表面或基本平的圓形表 面。支撐構(gòu)件310優(yōu)選由鋁制成。支撐構(gòu)件310可包括由一些其它材料(例如硅或陶瓷材 料)制成的可拆卸頂板311，例如以減少襯底的背面污染。在一個或多個實施方式中，支撐構(gòu)件310或頂板311可包括多個排列在其上表面 的擴展部分或凹窩311A。在圖3B中，凹窩311A被示于頂板311的上表面上。可預(yù)想到如 果不需要頂板311，則凹窩311A也可排列在支撐構(gòu)件310的上表面上。凹窩311A提供襯底 下表面和支撐裝置300 (即支撐構(gòu)件310或頂板311)的支撐表面之間的最小接觸。在一個或多個實施方式中，可使用真空卡盤或吸盤(chuck)將襯底(未示出)固 定到支撐裝置300上。頂板311可包括多個孔312，其與形成在支撐構(gòu)件310中的一個或多 個槽316流體連通。槽316經(jīng)由布置在軸314和支撐構(gòu)件310內(nèi)的真空管道313與真空泵 (未示出)流體連通。在某些條件下，可使用真空管道313供應(yīng)凈化氣到支撐構(gòu)件310的表 面，以在襯底未被放置在支撐構(gòu)件310上的時候，防止沉積。真空管道313還可在處理過程 中通過凈化氣以防止反應(yīng)性氣體或副產(chǎn)物接觸襯底的背面。在一個或多個實施方式中，可使用靜電卡盤將襯底(未示出)固定到支撐構(gòu)件310 上。在一個或多個實施方式中，可利用機械夾具(未示出)，例如常規(guī)夾圈，將襯底夾持在支 撐構(gòu)件310的適當位置上。優(yōu)選地，使用靜電卡盤來固定襯底。典型的靜電卡盤包括至少一種環(huán)繞電極(未 示出)的介電材料，其可位于支撐構(gòu)件310的上表面上或形成為支撐構(gòu)件310的組成部分。 該卡盤的電介質(zhì)部分使卡盤電極與襯底和支撐裝置300的其余部分電絕緣。在一個或多個實施方式中，卡盤電介質(zhì)的周邊可稍微小于襯底的周邊。換句話說，
9襯底稍微懸于卡盤電解質(zhì)的周邊上，從而使卡盤電解質(zhì)保持被襯底完全覆蓋，即使襯底在 定位到卡盤上時偏離中心。確保襯底完全覆蓋卡盤電介質(zhì)，確保了襯底擋住卡盤不暴露于 腔體112內(nèi)的潛在腐蝕性或破壞性物質(zhì)?？赏ㄟ^獨立的“卡盤”電源(未示出)提供操作靜電卡盤的電壓。卡盤電源的一 個輸出端子連接到卡盤電極上。另一輸出端子一般接地，但或者可連接到支撐裝置300的 金屬體部分。操作時，襯底被放置成與電介質(zhì)部分接觸，并在電極上施加直流電壓產(chǎn)生靜電 吸力或偏壓以將襯底附著到支撐構(gòu)件310的上表面上。仍然參考圖3A和圖3B，支撐構(gòu)件310可包括一個或多個穿過其形成的孔323以 容納提升桿(lift pin)325。每個提升桿325 —般由陶瓷或含陶瓷材料制成，并用于襯底 裝卸和運送。每個提升桿325可滑動地安裝在孔323內(nèi)。一方面，孔323襯有陶瓷套以幫 助自由滑動提升桿325。提升桿325通過嚙合布置在腔體112內(nèi)的環(huán)形提升環(huán)320而在其 各自的孔323內(nèi)可移動。提升環(huán)320是可移動的，從而使提升桿325的上表面可在提升環(huán) 320處于上部位置時位于支撐構(gòu)件310的襯底支撐表面的上方。相反，提升桿325的下表 面在提升環(huán)320處于下部位置時位于支撐構(gòu)件310的襯底支撐表面的上方。因此，當提升 環(huán)320從任意一個下部位置移動到上部位置時，每個提升桿325的部分在支撐構(gòu)件310內(nèi) 穿過其各自的孔323。當被活動時，提升桿325推壓襯底的下表面，將襯底升起離開支撐構(gòu)件310。相反， 可使提升桿325不活動(de-activated)以降低襯底，從而將襯底擱置在支撐構(gòu)件310上。 提升桿325可包括擴大的上端或錐形頭以防止提升桿325從支撐構(gòu)件310上落下。其它桿 設(shè)計也可被使用，而且是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的。 在一個實施方式中，一個或多個提升桿325包括布置在其上的由防滑或高摩擦材 料制成的涂層或附件以防止襯底在被支撐到其上時滑動。優(yōu)選的材料為不會劃傷或破壞襯 底背面以至在處理腔100內(nèi)產(chǎn)生污染的高溫聚合材料。優(yōu)選地，涂層或附件是可從DuPont 處獲得的KALREZ 涂層。為了驅(qū)動提升環(huán)320，通常使用傳動裝置，例如常規(guī)氣壓缸或步進電動機(未示 出)。步進電動機或氣壓缸驅(qū)動提升環(huán)320到上或下位置，其又驅(qū)動升高或降低襯底的提 升桿325。在一種具體的實施方式中，襯底(未示出)通過三個提升桿325 (在此圖中未示 出)被支撐到支撐構(gòu)件310上，三個提升桿325以大約120度分散開并從提升環(huán)320突出。再次參考圖3A，支撐裝置300可包括一個布置在支撐構(gòu)件310周圍的邊緣環(huán)305。 邊緣環(huán)305可由各種材料(例如陶瓷、石英、鋁和鋼等等)制成。在一個或多個實施方式中， 邊緣環(huán)305是一個環(huán)形構(gòu)件，其適合蓋住支撐構(gòu)件310的外周，保護支撐構(gòu)件310免受沉 積。邊緣環(huán)305可位于或靠近支撐構(gòu)件310，以在支撐構(gòu)件310的外徑和邊緣環(huán)305的內(nèi)徑 之間形成環(huán)形凈化氣通道334。環(huán)形凈化氣通道334可與穿過支撐構(gòu)件310和軸314形成 的凈化氣管道335流體連通。優(yōu)選地，凈化氣管道335與凈化氣供應(yīng)源(未示出)流體連 通，以為凈化氣通道334提供凈化氣?？蓡为毣蚪M合使用任何合適的凈化氣，例如氮氣、氬 氣或氦氣。操作時，凈化氣流過管道335，進入凈化氣通道334，并流到布置在支撐構(gòu)件310 上的襯底邊緣附近。因此，凈化氣在操作時與邊緣環(huán)305共同防止襯底的邊緣和/或背部 的沉積。再次參考圖3A和圖3B，利用通過嵌入在支撐構(gòu)件310主體中的流體通道360循環(huán)的流體控制支撐裝置300的溫度。在一個或多個實施方式中，流體通道360與通過支撐裝 置300的軸314布置的傳熱管道361流體連通。優(yōu)選地，流體通道360位于支撐構(gòu)件310 周圍以為支撐構(gòu)件310的襯底接受表面提供均勻傳熱。流體通道360和傳熱管道361可流 動傳熱流體以加熱或冷卻支撐構(gòu)件310。可使用任何合適的傳熱流體，例如水、氮氣、乙二 醇或它們的混合物。支撐裝置300可進一步包括一個監(jiān)測支撐構(gòu)件310支撐表面的溫度的 嵌入式熱電偶(未示出)。例如，可在反饋回路中使用來自熱電偶的信號，對通過流體通道 360而循環(huán)的流體的溫度或流速進行控制。回過來參考圖3A，支撐構(gòu)件310可在腔體112內(nèi)垂直移動，從而可控制支撐構(gòu)件 310和蓋裝置200之間的距離。傳感器(未示出)可提供有關(guān)腔100內(nèi)支撐構(gòu)件310的位 置信息。1999 年 9 月 14 日簽發(fā)給 Selyutin 等人的題為“Self-Aligning Lift Mechanism，， 的美國專利號5951776中詳細描述了用于支撐構(gòu)件310的提升機構(gòu)的例子，本文通過引用 將其全部并入。操作時，支撐構(gòu)件310可被升高到緊靠蓋裝置200，以控制正被處理的襯底的溫 度。這樣，可通過由加熱元件270所控制的分布板225發(fā)出的輻射來加熱襯底?；蛘?，可使 用通過提升環(huán)320活動的提升桿325，將襯底升高離開支撐構(gòu)件310到靠近加熱的蓋裝置 200。在超過使用周期后或在指定的定期檢修時間時，可有規(guī)律地檢測、更換或清潔處 理腔100的某些部件(包括上文所述的那些部件)。這些部件一般為被共同稱為“處理配 件(process kit) ”的部件。處理配件的示例性部件可包括但不限于，例如噴淋頭225、頂板 311、邊緣環(huán)305、襯套133和提升桿325。一般在有規(guī)律間隔時或根據(jù)按需原則從腔100中 拆下并清洗或更換這些部件中的任意一個或多個。圖4A示出了另一個示例性蓋裝置400的局部剖面圖。蓋裝置400包括至少兩個 堆疊部件，這些堆疊部件被配置成在它們之間形成等離子容積或空腔。在一個或多個實 施方式中，蓋裝置400包括一個垂直布置在第二電極450( “下部電極”)上方的第一電極 410 ( “上部電極”)，在電極之間限定出等離子容積或腔425。第一電極410連接到電源415 例如RF電源，第二電極450接地，從而在兩個電極410、450之間形成電容。在一個或多個實施方式中，蓋裝置400包括一個或多個氣體入口 412 (只示出一 個)，其至少部分在第一電極410的上段413內(nèi)形成。一種或多種處理氣體通過一個或多個 氣體入口 412進入蓋裝置400。一個或多個氣體入口 412在其第一端與等離子空腔425流 體連通，并在其第二端連接到一個或多個上游氣源和/或其它氣體傳送部件如氣體混合器 上。一個或多個氣體入口 412的第一端可在擴展段420的內(nèi)徑430的最高點處通到等離子 空腔425，如圖4A所示。類似地，一個或多個氣體入口 412的第一端可在沿擴展段420的 內(nèi)徑430的任意高度間隔處通到等離子空腔425。盡管未示出，可在擴展段420的相對側(cè) 布置兩個氣體入口 412，以形成進入擴展段420的旋渦流模式或渦流，以幫助在等離子空腔 425內(nèi)混合氣體。2001年12月21日提交的美國專利申請?zhí)?0030079686提供了這種流型 和氣體入口排列的更詳細描述，在此通過弓I入并入本文。在一個或多個實施方式中，第一電極410具有容納等離子空腔425的擴展段420。 如圖4A所示，擴展段420按如上所述與氣體入口 412流體連通。在一個或多個實施方式中， 擴展段420為內(nèi)表面或內(nèi)徑430從其上部420A到其下部420B漸增的環(huán)形構(gòu)件。這樣，第
11一電極410和第二電極450之間的距離是變化的。變化的距離有助于控制等離子空腔425 內(nèi)產(chǎn)生的等離子的形成和穩(wěn)定性。在一個或多個實施方式中，擴展段420像一個圓錐體或“漏斗”，如圖4A和4B所 示。圖4B示出了圖4A上部電極的放大的示意性局部剖面圖。在一個或多個實施方式中，擴 展段420的內(nèi)表面430從擴展段420的上部420A到下部420B逐漸傾斜。內(nèi)徑430的斜率 或角度可根據(jù)工藝要求和/或工藝限制而變化。擴展段420的長度或高度也可具體的工藝 要求和/或限制而變化。在一個或多個實施方式中，內(nèi)徑430的斜率或擴展段420的高度 或兩者可根據(jù)需要處理的等離子的容積變化。例如，內(nèi)徑430的斜率可為至少1 1，或至 少1.5 1，或至少2 1，或至少3 1，或至少4 1，或至少5 1，或至少10 1。在 一個或多個實施方式中，內(nèi)徑430斜率的范圍可從下限2 1到上限20 1。在一個或多個實施方式中，擴展段420可以是彎曲的或者是弧形的，盡管在圖中 未示出。例如，擴展段420的內(nèi)表面430可是彎曲的或者是弧形的，以至是凸出的或凹入的。 在一個或多個實施方式中，擴展段420的內(nèi)表面430可具有多個各自傾斜、逐漸變細、凸出 或凹入的段。如上所述，第一電極410的擴展段420由于第一電極410的內(nèi)表面430漸增而改 變了第一電極410和第二電極450之間的垂直距離。這種可變距離與等離子空腔425內(nèi)的 功率級直接相關(guān)。不希望受理論約束，兩個電極410、450之間的距離的變化應(yīng)能使等離子 得到必要的功率級以在等離子空腔425的某些部分維持自身，如果不能在整個等離子空腔 425的話。因此等離子空腔425內(nèi)的等離子較小地依賴于壓力，從而能在較寬的操作窗口內(nèi) 產(chǎn)生并維持等離子。這樣，可在蓋裝置400內(nèi)形成重復(fù)性更高和更可靠的等離子。第一電極410可由任何工藝相容的材料制成，例如鋁、陽極氧化鋁、鍍鎳鋁、鍍鎳 鋁6061-T6、不銹鋼以及它們的組合和合金。在一個或多個實施方式中，整個第一電極410 或其部分鍍有鎳以減少不需要的粒子形成。優(yōu)選地，至少擴展段420的內(nèi)表面430鍍鎳。第二電極450可包括一個或多個堆疊板。當需要兩個或多個板時，板應(yīng)彼此電連 通。每個板應(yīng)包括多個孔或氣體通路以使來自等離子空腔425的一種或多種氣體流過。參考圖4B，蓋裝置400可進一步包括絕緣環(huán)440，以將第一電極410與第二電極 450電絕緣。絕緣環(huán)440可由氧化鋁或任何其它絕緣的工藝相容材料制成。優(yōu)選地，絕緣環(huán) 440環(huán)繞或基本上環(huán)繞至少擴展段420，如圖4B所示。再次參考圖4A所示的具體實施方式
，第二電極450包括頂板460、分布板470和 折流板480。頂板460、分布板470和折流板480被堆疊并被布置在與腔體112連接的蓋緣 490上，如圖4B所示。本領(lǐng)域中公知的是，可使用鉸接裝置(未示出)將蓋緣490連接到腔 體112上。蓋緣490可包括一個用于容納傳熱介質(zhì)的嵌入通道或通路492。傳熱介質(zhì)可用 于加熱、冷卻或兩者，這取決于工藝要求，上面列出了示例性的傳熱介質(zhì)。在一個或多個實施方式中，頂板460包括多個形成于等離子空腔425下方的氣體 通路或孔465，以使氣體從等離子空腔425通過其流動。在一個或多個實施方式中，頂板460 可包括一個凹進部分462，其適合容納第一電極410的至少一部分。在一個或多個實施方式 中，孔465在凹進部分462下方通過頂板460的截面。頂板460的凹進部分462可為階梯 狀，如圖4A所示，以在其中提供更好的密封配合。此外，頂板460的外徑可被設(shè)計成安裝或 擱置在分布板470的外徑上，如圖4A所示。0環(huán)型密封例如彈性體0環(huán)463，可至少部分布置在頂板460的凹進部分462內(nèi)，以確保與第一電極410的密封接觸。同樣地，可使用0環(huán) 型密封466提供頂板460和分布板470的外徑之間的密封接觸。在一個或多個實施方式中，分布板470與上面結(jié)合圖2A-圖2C所示和所述的分布 板225相同。特別地，分布板470基本上為圓盤狀，并包括多個孔475或出入口以對通過其 中的氣流進行分配。孔475可被設(shè)計大小并被定位成在分布板470周圍，以提供受控和均 勻的流體分布到待處理襯底所在的腔體112。此外，孔475通過減速和重新定向流動氣體的 速度分布來防止氣體直接在襯底表面上碰撞，以及均勻地分布氣流提供氣體沿襯底表面的 均勻分布。分布板470還包括一個在其外周邊處形成的環(huán)形固定法蘭472。固定法蘭472的 大小可被設(shè)計成能擱置在蓋緣490的上表面上。0環(huán)型密封(例如彈性體0形環(huán))可至少 部分布置在環(huán)形固定法蘭472內(nèi)部，以確保與蓋緣490密封接觸。在一個或多個實施方式中，分布板470包括一個或多個用于容納加熱器或加熱流 體的嵌入通道或通路474，以提供蓋裝置400的溫度控制。類似于上面所述的蓋裝置200， 可在通路474內(nèi)插入電阻加熱元件來加熱分布板470。熱電偶可連接到分布板470上調(diào)節(jié) 其溫度。如上所述，可在反饋回路中使用熱電偶來控制施加到加熱元件的電流。或者，可使傳熱介質(zhì)傳過通路474。如果需要的話，一個或多個通路474可包含冷 卻介質(zhì)，以更好地根據(jù)腔體112內(nèi)的工藝要求控制分布板470的溫度。如上所述，可使用任 何傳熱介質(zhì)，例如氮氣、水、乙二醇或它們的混合物。在一個或多個實施方式中，可使用一個或多個加熱燈(未示出)來加熱蓋裝置 400。典型地，加熱燈被排列在分布板470上表面的周圍以通過輻射加熱蓋裝置400的部件 包括分布板470。折流板480是任選的，并被布置在頂板460和分布板470之間。優(yōu)選地，折流板 480可拆卸地安裝到頂板460的下表面上。折流板480應(yīng)與頂板460有良好的熱接觸和電 接觸。在一個或多個實施方式中，折流板480可使用螺栓或類似的緊固件連接到頂板460 上。折流板480還可擰到或旋到頂板460的外徑上。折流板480包括多個孔485以提供從頂板460到分布板470的多個氣體通路。孔 485可被設(shè)計大小并被定位在折流板480周圍以提供分布板470的受控和均勻的流體分布。圖4C示出了上面布置有蓋裝置400的腔體112的局部剖面圖。優(yōu)選地，擴展段 420位于支撐裝置300正上方，如圖4C所示。等離子空腔425內(nèi)等離子的約束和約束等離 子的中心位置，使分離氣體均勻可重復(fù)地分布到腔體112中。特別地，離開等離子容積425 的氣體通過頂板460的孔465流到折流板480的上表面。折流板480的孔485分布氣體到 分布板470的背部，氣體在接觸腔體112內(nèi)的襯底(未示出)前，在這里通過分布板470的 孔475進一步被分布?？梢哉J為，等離子約束在等離子空腔425中心位置處和第一電極410和第二電極 450之間的變化距離在蓋裝置400內(nèi)產(chǎn)生了穩(wěn)定可靠的等離子。為簡潔和易于描述，現(xiàn)描述在處理腔100內(nèi)進行的使用氨氣(NH3)和三氟化氮 (NF3)氣體混合物去除氧化硅的典型干法蝕刻工藝。可認為，對于從除了在單一處理環(huán)境中 加熱和冷卻襯底之外，從等離子處理中受益的任何干法蝕刻工藝(包括退火處理)，處理腔 100是有利的。
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參考圖1，干法蝕刻工藝開始于將襯底(未示出)例如半導(dǎo)體襯底放置到處理腔 100。一般通過槽閥開口 160將襯底放到腔體112內(nèi)，并布置在支撐構(gòu)件310的上表面上。 將襯底卡到或吸到(chuck)支撐構(gòu)件310的上表面上，邊緣凈化氣通過通道334。優(yōu)選地， 通過與經(jīng)由管道313與真空泵流體連通的孔312和槽316吸真空將襯底吸到支撐構(gòu)件310 的上表面上。如果還未在處理位置，則升高支撐構(gòu)件310到處理腔112內(nèi)的處理位置。腔 體112優(yōu)選保持為50°C和80°C之間的溫度，更優(yōu)選在約65°C。通過經(jīng)由流體通道113通入 傳熱介質(zhì)將腔體112保持在這種溫度。通過經(jīng)由在支撐裝置300內(nèi)形成的流體通道360通入傳熱介質(zhì)或冷卻劑將襯底冷 卻至65°C以下，例如在15°C和50°C之間。在一個實施方式中，襯底被維持在室溫以下。在另 一實施方式中，襯底保持在22°C和40°C之間的溫度。典型地，支撐構(gòu)件310保持在約22°C 以下，以達到上面指定的所需襯底溫度。為冷卻支撐構(gòu)件310，使冷卻劑通過流體通道360。 為更好地控制支撐構(gòu)件310的溫度，優(yōu)選連續(xù)的冷卻劑流。冷卻劑優(yōu)選為50%體積的乙二 醇和50%體積的水。當然，可使用任意比例的水和乙二醇，只要能保持所需的襯底溫度。然后，將氨和三氟化氮氣體引入到腔100內(nèi)形成清潔氣體混合物。引入到腔內(nèi)的 每種氣體的量是可變的，并可調(diào)整以適應(yīng)例如要被去除的氧化物層的厚度、正被清潔的襯 底的幾何形狀、等離子的容量、腔體112的容量以及連接到腔體112的真空系統(tǒng)的能力。一 方面，加入氣體提供氨和三氟化氮摩爾比為至少1 1的氣體混合物。另一方面，氣體混 合物的摩爾比為至少約3 1(氨三氟化氮)。優(yōu)選地，以從5 1(氨三氟化氮)到 30 1的摩爾比將氣體引入腔100中。更優(yōu)選地，氣體混合物的摩爾比為從約5 1(氨 三氟化氮)到10 1。氣體混合物的摩爾比還可在約10 1(氨三氟化氮)和約20 1 之間。還可將凈化氣或載氣加入到氣體混合物中。可使用任何合適的凈化氣/載氣，如 氬氣、氦氣、氫氣、氮氣或它們的混合物。典型地，全部氣體混合物為約0. 05% -20%體積的 氨和三氟化氮。其余的為載氣。在一個實施方式中，在反應(yīng)性氣體之前將凈化氣或載氣首 先引入到腔體112以穩(wěn)定腔體112內(nèi)的壓力。腔體112內(nèi)的工作壓力是可變的。典型地，壓力保持在約500mTorr和約30Torr 之間。優(yōu)選地，壓力保持在約ITorr和約IOTorr之間。更優(yōu)選地，腔體112內(nèi)的工作壓力 保持在約3Torr和約6Torr之間。從約5到約600瓦的RF功率被施加到電極240以在氣體傳送裝置220內(nèi)包含的 容積261、262和263內(nèi)引發(fā)氣體混合物的等離子。優(yōu)選地，RF功率小于100瓦。更優(yōu)選的 是施加功率的頻率非常低，例如小于100kHz。優(yōu)選地，頻率在約50kHz到約90kHz的范圍 內(nèi)。等離子能量離解氨和三氟化氮氣體成為反應(yīng)性組分，它們在氣相中化合形成高反 應(yīng)性的氟化氨(NH4F)化合物和/或氟化氫銨(NH4F -HF)。這些分子然后經(jīng)由分布板225的 孔225A流過氣體傳送裝置220與要被清潔的襯底表面反應(yīng)。在一個實施方式中，首先將載 氣引入到腔100中，產(chǎn)生載氣的等離子，然后向等離子中加入反應(yīng)性氣體氨和三氟化氮。不希望受理論束縛，認為蝕刻劑氣體NH4F和/或NH4F -HF與氧化硅表面反應(yīng)形成 六氟硅酸胺(NH4) 2SiF6、NH3* H2O產(chǎn)物。NH3和H2O在處理條件下為蒸汽，通過真空泵125從 腔100去除。特別地，在氣體通過真空端口 131離開腔100到真空泵125前，揮發(fā)性氣體通過襯套133中形成的孔135流入到抽氣通道129。(NH4)2SiF6薄膜留在襯底表面上。這種 反應(yīng)機理可歸結(jié)如下NF3+NH3 — NH4F+NH4F · HF+N26NH4F+Si02 — (NH4) 2SiF6+H20(NH4) 2SiF6+ 熱—NH3+HF+SiF4當薄膜在襯底表面上形成后，將其上支撐有襯底的支撐構(gòu)件310升高到緊靠著已 加熱的分布板225的退火位置。從分布板225輻射的熱應(yīng)該足以將(NH4)2SiF6薄膜離解或 升華成揮發(fā)性的SiF4、NH3和HF產(chǎn)物。如上所述，這些揮發(fā)性產(chǎn)物然后通過真空泵125從腔 100中去除。典型地，使用75°C或更高的溫度有效地從襯底升華和去除薄膜。優(yōu)選地，使用 100°C或更高的溫度，例如在約115°C和約200°C之間。通過分布板225對流或輻射將(NH4)2SiF6薄膜離解成揮發(fā)性組分的熱能。如上所 述，加熱元件270直接連接到分布板225上，并被啟動以加熱分布板225和與其熱接觸的部 件到約75°C和250°C之間的溫度。一個方面，分布板225被加熱到100°C和150°C之間的溫 度，例如約120°C。可利用各種方法實現(xiàn)高度變化。例如，提升機構(gòu)330可向著分布板225的下表面 升高支撐構(gòu)件310。在這個升起步驟中，襯底被固定到支撐構(gòu)件310上，例如通過上述的真 空卡盤或靜電卡盤。或者，可通過用提升環(huán)320升高提升桿325將襯底升起離開支撐構(gòu)件 310并放到緊靠已加熱的分布板225的地方。上面具有薄膜的襯底的上表面和分布板225之間的距離并不重要，僅是常規(guī)的試 驗問題。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可容易地確定有效蒸發(fā)薄膜而不破壞下面的襯底所需的間 隔。但是，可認為在約0. 254mm(10密耳)和5. 08mm(200密耳)之間的間隔是有效的。一旦薄膜從襯底上去除，就凈化并抽空該腔。然后通過降低襯底到轉(zhuǎn)移位置、去掉 襯底的卡盤和將襯底通過槽閥開口 160轉(zhuǎn)移來從腔體112取出清潔的襯底?？墒褂靡粋€系統(tǒng)控制器(未示出)來調(diào)節(jié)處理腔100的操作。系統(tǒng)控制器可在儲 存在計算機硬盤驅(qū)動器上的計算機程序的控制下運行。例如，計算機程序可規(guī)定處理的先 后順序和時間選擇、氣體混合物、腔壓力、RF功率級、基座定位、槽閥開口打開和關(guān)閉、晶片 冷卻和其它特定的工藝參數(shù)?？赏ㄟ^CRT監(jiān)視器和光筆(未示出)進行使用者和系統(tǒng)控制 器之間的交互。在優(yōu)選實施方式中，使用兩個監(jiān)視器，一個監(jiān)視器裝在操作人員的干凈房間 壁上，另一個監(jiān)視器在服務(wù)技師的墻后面。還優(yōu)選兩個監(jiān)視器同時顯示相同的信息，但只有 一個光筆可用。光筆利用筆頂端的光傳感器檢測CRT顯示器發(fā)出的光。為了選擇特定的屏 幕或功能，操作人員可接觸顯示器屏幕的指定區(qū)域并按下筆上的按紐。顯示器屏幕通常通 過改變其外觀即加亮或顏色或顯示新的菜單或屏幕來確認光筆和被觸區(qū)域的聯(lián)系。可使用在例如系統(tǒng)控制器上運行的計算機程序產(chǎn)品實施各種工藝?？捎萌魏纬Ｒ?guī) 的計算機可讀編程語言例如68000匯編語言、C、C++或Pascal來編寫計算機程序代碼。可 使用常規(guī)的文本編輯器使適當?shù)某绦虼a成為單一文件或多個文件，并儲存或包含到計算 機可用介質(zhì)上，例如計算機的存儲系統(tǒng)。如果輸入的代碼文本是高級程序語言，則編譯代 碼，然后將得到的編譯代碼與預(yù)編譯庫程序的目標代碼連接。為執(zhí)行連接的編譯目標代碼， 系統(tǒng)用戶調(diào)用目標代碼，使計算機系統(tǒng)將代碼裝入存儲器，CPU從其讀取并執(zhí)行代碼以實現(xiàn) 程序中確定的任務(wù)。
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圖5A-圖5H為使用干法蝕刻工藝和本文描述的處理腔100形成典型的有源電子 器件例如MOSFET結(jié)構(gòu)500的典型制造順序的示意性剖面圖。參考圖5A-圖5H，可在半導(dǎo) 體材料(例如硅或砷化鎵)襯底525上形成典型的MOSFET結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，襯底525為具有 <100> 結(jié)晶取向(crystallographic orientation)禾口 150mm(6 英寸)>200mm(8 英寸)或 300mm(12英寸)直徑的硅晶片。典型地，MOSFET結(jié)構(gòu)包括以下的組合(i)介電層，例如二 氧化硅、有機硅酸鹽、碳摻雜的硅氧化物、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、氮 化硅或它們的組合；(ii)半導(dǎo)體層，例如摻雜多晶硅和η-型或P-型摻雜單晶硅；和(iii) 由金屬或金屬硅化物層形成的電接觸和互連線，例如鎢、硅化鎢、鈦、硅化鈦、硅化鈷、硅化 鎳或它們的組合。參考圖5A，有源電子器件的制造開始于形成電絕緣結(jié)構(gòu)，其將有源電子器件與其 它器件電絕緣。有幾種類型的電絕緣結(jié)構(gòu)，通常如由McGraw-Hill Publishing Company出 版(1988)的S.M. Sze的《VLSITechnology》第二版第11章中所述，此處通過引用將其并入 本文。在一種形式中，首先在整個襯底525上生長出厚度為約2000埃的場效氧化層(未示 出)，去除部分氧化物層形成環(huán)繞暴露區(qū)域的場效氧化物阻擋層545A、545B，其中在暴露區(qū) 域中形成器件的電有源元件。暴露區(qū)域被熱氧化以形成厚度為約50至300埃的薄的柵極 氧化物層550。然后沉積多晶硅層，制作布線圖案，并蝕刻形成柵電極555?？稍傺趸嗑?硅柵電極555的表面形成絕緣介電層560，從而提供圖5A中所示的結(jié)構(gòu)。參考圖5B，通過用適當?shù)膿诫s原子來摻雜適宜的區(qū)域以鄰近地形成源極570A和 漏極570B。例如，在ρ型襯底525上，使用η型摻雜劑種類包括砷或磷。典型地，通過離子 注入器進行摻雜，并可包括例如在約30-80Kev能級下濃度為約IO13原子/cm2的磷(31p)，或 在IOKev-IOOKev能級下劑量為約IO15-IO17原子/cm2的砷(75As)。在注入過程后，通過加 熱襯底將摻雜劑驅(qū)趕到襯底525中，例如，在快速熱處理(RTP)裝置中。此后，通過常規(guī)的 剝離工藝剝離覆蓋源極區(qū)域570A和漏極區(qū)域570B的氧化物層550，以去除任何由注入過程 引起并被捕獲到氧化物層的雜質(zhì)，從而提供圖8B所示的結(jié)構(gòu)。參考圖5C和圖5D，使用SiH2、Cl2和NH3的混合氣體通過低壓化學(xué)氣相沉積 (LPCVD)在柵電極555和襯底525的表面上沉積氮化硅層575。然后使用反應(yīng)離子蝕刻 (RIE)技術(shù)蝕刻氮化硅層575以在柵電極555的側(cè)壁上形成氮化物間隔區(qū)580，如圖5D所 示。間隔區(qū)580將形成在柵電極555表面上的硅化物層與沉積在源極570A和漏極570B上 的其余硅化物層電絕緣。應(yīng)注意電絕緣側(cè)壁間隔區(qū)580和覆蓋層可由其它材料(例如氧化 硅)制成。用于形成側(cè)壁間隔區(qū)580的氧化硅層一般在約600°C -約1000°C范圍內(nèi)的溫度 下由四乙氧基硅烷(TEOS)原料氣通過CVD或PECVD沉積。參考圖5E，在處理前和處理后由于暴露在大氣中而在暴露的硅表面上形成天然氧 化硅層585。在柵極555、源極570A和漏極570B上形成導(dǎo)電金屬硅化物觸點前必須去除天 然氧化硅層585以提高合金化反應(yīng)和形成的金屬硅化物的導(dǎo)電性。天然氧化硅層585會增 加半導(dǎo)體材料的電阻，并對硅和隨后沉積的金屬層的硅化反應(yīng)有不利影響。因此，必須在形 成用于互連有源電子器件的金屬硅化物觸點或?qū)w前，利用所述的干法蝕刻工藝去除這種 天然氧化硅層。干法蝕刻工藝去除天然氧化硅層585以暴露出源極570A、漏極570B和柵電 極555的頂面，如圖5F所示。此后，如圖5G所示，使用PVD濺射工藝沉積金屬層590。然后利用常規(guī)爐退火來對
16金屬和硅層進行退火以在金屬層590與硅接觸的區(qū)域形成金屬硅化物。退火一般是在單獨 的處理系統(tǒng)中進行。因此，可在金屬590上沉積保護覆蓋層(未示出)。覆蓋層一般為氮化 物材料，并可包括選自氮化鈦、氮化鎢、氮化鉭、氮化nafnium和氮化硅的一種或多種材料。 可通過任何沉積工藝沉積覆蓋層，優(yōu)選通過PVD。退火一般包括在氮氣中將襯底500加熱至600°C和800°C之間的溫度并保持約30 分鐘。或者，可利用將襯底500快速加熱至約IOOiTC并保持約30秒的快速熱退火處理形成 金屬氮化物595。合適的導(dǎo)電金屬包括鈷、鈦、鎳、鎢、鉬和任何其它具有低接觸電阻并能在 多晶硅和單晶硅上形成可靠金屬氮化物觸點的金屬。可通過使用王水(HCl和HNO3)的濕法蝕刻來去除金屬層590的未反應(yīng)部分，王水 可以去除金屬而不腐蝕金屬氮化物595、間隔區(qū)580或場效氧化物545A、545B，從而在柵極 555、源極570A和漏極570B上留下自動對準的金屬硅化物觸點595，如圖5H所示。此后，可 在電極結(jié)構(gòu)上沉積絕緣覆蓋層，包括例如氧化硅、BPSG或PSG。通過在CVD腔中化學(xué)氣相沉 積來沉積絕緣覆蓋層，其中材料在低壓或大氣壓力下由原料氣凝結(jié)，如1996年3月19日簽 發(fā)的普通轉(zhuǎn)讓的美國專利5500249中所述，此處通過引用將其并入。此后，在玻璃轉(zhuǎn)化溫度 下退火結(jié)構(gòu)500形成光滑的平面。在一個或多個實施方式中，處理腔100可集成到一個多處理平臺中，例如可從位 于 Santa Clara，California 的 Applied Materials, Inc.得到的 Endura 平臺。這種處理 平臺能進行幾種處理操作而不破壞真空。Endura 平臺的細節(jié)描述在1999年11月30日 提交的題為“Integrated Modular Processing Platform”的普通轉(zhuǎn)讓美國專利申請序列 號09/451628中，此處通過引用將其并入。圖6是一個示例性多腔處理系統(tǒng)600的示意性頂視圖。系統(tǒng)600可包括一個或多 個用于轉(zhuǎn)移襯底進出系統(tǒng)600的裝載鎖定腔602、604。典型地，由于系統(tǒng)600處于真空下， 裝載鎖定腔602、604可“抽空(pump down) ”引入到系統(tǒng)600的襯底。第一機器人610可在 裝載鎖定腔602、604和第一組一個或多個襯底處理腔612、614、616、618 (示出4個)之間 轉(zhuǎn)移襯底。每個處理腔612、614、616、618可被配備進行大量襯底處理操作，包括本文描述 的干法蝕刻工藝，另外還有循環(huán)層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、物 理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù)清潔、除氣、取向和其它襯底處理。第一機器人610還可將襯底轉(zhuǎn)進/轉(zhuǎn)出到一個或多個轉(zhuǎn)移腔622、624。轉(zhuǎn)移腔 622、624可被用來保持超高真空條件，同時使襯底在系統(tǒng)600內(nèi)被轉(zhuǎn)移。第二機器人630可 在轉(zhuǎn)移腔622、624和第二組一個或多個處理腔632、634、636、638之間轉(zhuǎn)移襯底。類似于處 理腔612、614、616、618，處理腔632、634、636、638可被配備進行各種襯底處理操作，包括本 文描述的干法蝕刻工藝，另外還有例如循環(huán)層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學(xué)氣相沉 積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預(yù)清潔、除氣和取向。如果對于系統(tǒng)600要進行的具 體工藝而言并不需要，那么可將襯底處理腔612、614、616、618、632、634、636、638中的任何 一個從系統(tǒng)600去除。用于形成圖5A-圖5H的MOSFET結(jié)構(gòu)的示例性多處理系統(tǒng)600可包括如上所述的 兩個處理腔100、沉積金屬500的兩個物理氣相沉積腔和沉積任選的覆蓋層(未示出)的兩 個物理氣相沉積腔。圖6中所示的處理腔612、614、616、618、632、634、636、638中的任何一 個代表PVD腔和/或處理腔100。
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盡管描述了有關(guān)MOSFET器件形成的上述處理順序，但也可使用本文描述的干法 蝕刻工藝形成其它具有另外金屬硅化物層如鎢、鉭、鉬的硅化物的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和器件。在沉 積不同的金屬層包括例如鋁、銅、鈷、鎳、硅、鈦、鈀、鉿、硼、鎢、鉭或它們的混合物前還可應(yīng)
用清潔工藝。為了更好地理解上文所討論的內(nèi)容，特提供下面的非限制性實施例。盡管該實施 例是關(guān)于一個特定實施方式的，但不應(yīng)認為該實施例在任何具體方面限制本發(fā)明。實施例在蝕刻過程中，將2sccm (標準毫升/分)NF3> IOsccm NH3和2500sccm氬氣的氣體 混合物引入到腔。使用100W的功率激發(fā)氣體混合物的等離子。底部凈化氣為1500SCCm的 氬氣，邊緣凈化氣為50sCCm的氬氣。腔壓力保持在約6Τοπ·，襯底溫度為約22°C。襯底被 蝕刻120秒。在隨后的退火過程中，間隔為750密耳，蓋溫度為120°C。襯底被退火約60秒。從襯 底表面去除約50埃的材料。沒有觀察到退火效應(yīng)。蝕刻速度為約0. 46埃/秒(28 A/min)0 對于50人的蝕刻，觀察到的蝕刻均勻性為約5%。除非另外指明，在說明書和權(quán)利要求書中使用的表示成分、性質(zhì)、反應(yīng)條件等的量 的數(shù)字都被認為是近似值。這些近似值基于本發(fā)明設(shè)法得到的所需性質(zhì)和測量誤差，并應(yīng) 至少按照報告的有效數(shù)字和通過應(yīng)用普通舍入技術(shù)來分析。另外，可進一步優(yōu)選本文表示 的任何量包括溫度、壓力、間隔、摩爾、比例、流速等以獲得所需的蝕刻選擇性和粒子性能。盡管前面涉及到本發(fā)明的實施方式，但只要不脫離本發(fā)明的基本范圍和后面的權(quán) 利要求所確定的范圍，就可設(shè)計出本發(fā)明的其它或更多的實施方式。
權(quán)利要求
一種用于從襯底表面去除天然氧化物的方法，包括在一個真空腔內(nèi)支撐所述襯底表面；在所述真空腔內(nèi)由氣體混合物產(chǎn)生反應(yīng)性組分；在所述真空腔內(nèi)冷卻所述襯底表面；將所述反應(yīng)性組分引到被冷卻的襯底表面上，以與其上的天然氧化物反應(yīng)并在所述襯底表面上形成薄膜；和在所述真空腔內(nèi)加熱所述襯底表面以蒸發(fā)所述薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括從所述真空腔中去除被蒸發(fā)的薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣體混合物包括氨和氮的氟化物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述氣體混合物包括摩爾比至少3 1的氨和三氟化氮。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中氨和三氟化氮的摩爾比在約10 1和約20 1 之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷卻所述襯底表面包括使冷卻劑流過一個支撐裝 置，并保持襯底溫度低于室溫，其中在所述支撐裝置上布置有所述襯底表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱所述襯底表面包括將所述襯底表面靠近一個 已加熱氣體分布板放置，并將襯底溫度保持在約100°c以上，該已加熱氣體分布板布置在所 述真空腔內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱氣體分布板包括將一個加熱元件連接到該氣 體分布板的至少一部分上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將反應(yīng)性組分引到被冷卻的襯底表面上包括使所 述反應(yīng)性組分流過一個氣體分布板。
10.一種用于在單個真空腔內(nèi)從襯底表面去除天然氧化物的方法，包括 在所述真空腔的第一段中產(chǎn)生反應(yīng)性組分的等離子體；在所述真空腔的第二段中冷卻其上具有天然氧化物的所述襯底表面；使所述反應(yīng)性組分從所述第一段流到所述第二段以與被冷卻的襯底表面反應(yīng)；在被冷卻的襯底表面上沉積薄膜；將所述襯底表面移到所述真空腔的第三段；和在所述真空腔的第三段中加熱所述襯底表面以升華所述薄膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于從襯底表面上去除天然氧化物的方法和裝置。一方面，該腔包括一個腔體和一個至少部分布置在腔體內(nèi)并適合在其上支撐襯底的支撐裝置。該支撐裝置包括至少部分在其中形成并能冷卻襯底的一個或多個流體通道。該腔進一步包括布置在腔體上表面的蓋裝置。該蓋裝置包括在其間限定了等離子空腔的第一電極和第二電極，其中第二電極適合連接地加熱襯底。
文檔編號H01L21/28GK101916715SQ20101024611
公開日2010年12月15日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者C·賴, C-T·高, J·休斯頓, J-P·周, M·張, S·鄭, S·阿姆托艾, S-E·潘, W·W·王, X·袁, X·陸, Y·張 申請人:應(yīng)用材料有限公司