CN112599406B 用于基于uv抑制等离子体不稳定性的系统和方法 （朗姆研究公司）

201710811367.52017.09.11用于基于UV抑制等离子体不稳定性的系统本发明涉及用于基于UV抑制等离子体不稳子体被配置为致使膜沉积在所述衬底上直到沉所述衬底暴露于紫外辐射以消除沉积在所述衬外线辐射的第二等离子体或者使用设置成暴露于等离子体产生区域中的紫外辐射设备来原位离子体处理室分离的紫外辐射设备来非原位地2衬底支撑件，其具有被配置为在等离子体处理操作期间支撑衬紫外辐射设备，其被设置为沿朝向所述衬底支撑件的顶控制系统，其被配置为引导在所述等离子体产生区域内的所述等离其中，所述控制系统被配置为引导在所述等离子体其中，所述控制系统被配置为在所述膜达到所述阈值膜厚其中，所述控制系统被配置为在完成所述膜缺陷消除操作其中所述控制系统被配置为以连续的方式引导重复所述膜缺陷消除操作和在所述等312.一种用于在基于等离子体的膜沉积工艺期间非原位处理膜表面缺陷的方法，其包a)将衬底定位成暴露于等离子体处理室内的等b)在所述等离子体产生区域内产生等离子体，所述等离c)当沉积在所述衬底上的所述膜达到所述阈d)将所述衬底重新定位成暴露于所述等离子体处理室内的衬底暴露于所述紫外辐射设备内的紫外线辐射以来所沉积的所述膜f)在沉积在所述衬底上的所述膜的所述区间厚度达到所g)以连续的方式重复操作d)、e)和f)，直到沉积在所14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述等离子体产生区域内产生的所述等离子体是第一等离子体，其中所述第一等离子体是使用氩气和氧气的工艺气体组合物产生的，在沉积在所述衬底上的所述膜达到所述固定的膜厚度之后恢复在所述等离子体产生缺陷而开始发生等离子体不稳定性时的所述沉积的膜俘获的电荷，所述氧空位和/或俘获的电荷在所述沉积的膜受到来自所述等离子体的高能积的膜内的缺陷而导致等离子体的不稳定性时的所4[0003]许多现代半导体芯片制造工艺包括产生等离子体，来自等离子体的离子和/或自生第二等离子体。所述第二等离子体被配置为在所述等离子体产生区域内发射紫外辐射。5述膜的所述区间厚度对应于自最近停止产生所述第二等离子体以来沉积的所述膜的厚度。厚度对应于自最近所述衬底暴露于所述紫外辐射设备内的紫外辐射以来沉积的所述膜的穿过所述等离子体产生区域，使所述衬底和沉积在所述衬底上的膜暴露于所述紫外辐射。入射到所述衬底上的所述紫外辐射引起所述衬底上的反应以消除所述衬底上的所述膜内6朝向所述衬底支撑件的顶表面的方向传输紫外辐射穿过等离子体产生到所述衬底上的所述紫外辐射引起所述衬底上的反应以消除所述衬底上的所述膜内的缺[0015]2.根据条款1所述的方法，其中所述第[0016]3.根据条款1所述的方法，其中所[0017]4.根据条款3所述的方法，其中当膜厚度增长到固定的膜厚度时，在所述等离子体产生区域内连续地生成所述第二等离子[0019]6.根据条款1所述的方法，其中使用氩[0022]9.根据条款1所述的方法，其中由所通过钝化和电荷中和中的一种或多种工艺来消除所述衬底上7所述第二等离子体的所述紫外辐射消除在所述衬底上的所[0032]在沉积在所述衬底上的所述膜达到所述固定的膜厚度后恢复在所述等离子体产生区域内产生所述第一等离子体并且直到沉积在所述衬底上的所述膜达到规定的总的膜[0033]12.根据条款10所述的方法，且其中所述固定的膜厚度在大于或等于约180埃[0038]17.一种用于在基于等离子体的膜沉积工艺期间非原位处理膜表面缺陷的方法，[0041]c)当沉积在所述衬底上的所述膜达到所述阈值膜厚度时，停止产生所述等离子8[0042]d)将所述衬底重新定位成暴露于所述等离子体处理室内的所述等离子体产生区露于所述紫外辐射设备内的紫外辐射以来沉积的所述膜的[0046]18.根据条款17所述的方法，其中操作c[0047]19.根据条款17所述的方法，其中操作[0051]c)当沉积在所述衬底上的所述膜达到所述阈值膜厚度时，停止产生所述等离子射到所述衬底上的所述紫外辐射引起所述衬底上的反应以消除所述衬底上的所述膜内的9[0058]电极，其被设置为将射频功率传输到覆盖所述衬底支撑件的等离子体产生区域体产生区域内产生所述等离子体和紫外线辐射穿过等离子体产生区域的传输以连续的方[0065]图1B根据本发明的一些实施方式示出了被配置为在衬底上执行原子层沉积(ALD)[0066]图2根据本发明的一些实施方式示出了包括四个处理站的多站式处理工具的俯视[0067]图3根据本发明的一些实施方式示出了与入站装载锁和出站装载锁接口的多站式[0068]图4根据本发明的一些实施方式示出了被配置为接收衬底以进行沉积工艺的基座[0069]图5根据本发明的一些实施方式示出了用于在基于等离子体的膜沉积工艺期间原[0070]图6根据本发明的一些实施方式示出了用于在基于等离子体的膜沉积工艺期间原[0071]图7根据本发明的一些实施方式示出了用于在基于等离子体的膜沉积工艺期间非[0072]图8根据一些实施方式示出了在基于等离子体的膜沉积工艺期间使用被设置成辐射等离子体处理室内的等离子体产生区域的紫外线辐射装置原位处理膜表面缺陷的方法[0073]图9A根据本发明的一些实施方式示出了内部可以执行图8的方法的衬底处理系[0074]图9B根据本发明的一些实施方式示出了图9A的正在操作以在覆盖衬底的等离子辐射装置产生紫外线辐射并穿过等离子体产生区域朝向衬底传送采用许多不同的形式。例如，该PECVD系统包括容纳一个或多个衬底并且适于衬底处理的本文所提及的衬底可以对应于200mm(毫米)半导体衬底、300mm半导体衬底或450mm半导体[0079]图1A根据本发明的一些实施方式示出了被用于处理衬底101的衬底处理系统10料形成的基座140。根据RF方向控制模块250的设置，导电基座140被连接以通过匹配网络施方式中，RF方向控制模块250被配置为将从RF电源104经由匹配网络106传输的RF信号导控制模块250操作以确保在基座140电连接到参考接地电位时喷头电极150将从RF电源104接收RF信号，或者在喷头电极150电连接到参考接地电位时基座140将从RF电源104接收RF艺输入和控制指令/程序108来操作衬底处理系统100。工艺输入和控制指令/程序108可以[0081]在多种实施方式中，RF电源104可以包括以一个或多个频率操作的一个或多个RF本上产生根据需要具有基本上任何频率的任何R整以调谐RF信号在其传输到室102内的等离子销用于从基座140提升衬底101以使得端部执行器能拾取衬底101，以及用于在被端部执行工艺气体114经由气体供应系统112的输送。所选择的工艺气体然后流入喷头电极150中并且分布到限定在介于喷头电极150和放置在基座140上的衬底101之间的处理边缘侧(例如外半径)，以及其盘结构的最靠近衬底101所处位置的衬底边缘侧(例如内半能在多站系统中被旋转到另一个站。由控制模块110产生承载环升降和/或旋转控制信号通过低通滤波器525与直流(DC)电源521的正极电连接。DC电源521也被连接以由控制模块[0087]图1B根据本发明的一些实施方式示出了被配置为在衬底101上执行原子层沉积可以安装在基座140A上/内和/或基座140A周围的其他位置处，以向控制模块110提供温度统100A中，根据RF方向控制模块250的设置，喷头电极150A被配置和连接以通过匹配网络块250被配置为将喷头电极150A和RF电极254中的当前没有接收RF信号的任一个电连接到[0090]图2根据本发明的一些实施方式示出了包括四个处理站的多站式处理工具300的理站由蜘蛛式叉180访问。每个蜘蛛式叉180或叉包括第一臂和第二臂，每个臂围绕基座(其中承载环中的至少一个支撑衬底101)之前旋转至少一个或多个站的距离，使得可以在[0091]图3根据本发明的一些实施方式示出了与入站装载锁302和出站装载锁304接口的多站式处理工具300的实施方式的示意图。机械手306被配置为在大气压力下将衬底101从从入站装载锁302移动到第一处理站的基座140/140A以进行[0092]所示的处理室102包括四个处理站，在图3所示的示例性实施方式中编号为1至[0093]图3还示出了用于在处理室102内传送衬底的蜘蛛式叉180。如上所述，蜘蛛式叉[0094]图4根据本发明的一些实施方式示出了被配置为接收衬底101以进行诸如原子层沉积(ALD)工艺之类的沉积工艺的基座140/140A的示例。基座140/140A包括位于基座140/接触面积结构(MCA)。当需要高精度或公差和/或希望最小的物理接触以减少缺陷风险时，[0097]在一些实施方案中，承载环支撑件412a、412b和412c的顶表面与环形表面410齐部部分上。一般来说，衬底101的边缘区域从衬底101的外边缘向内延伸约2毫米(mm)至约410上方的预定距离处以及可以控制衬底101的边缘区域和承载环200的内部部分之间的竖[0100]用于沉积薄膜或处理衬底表面的一些等离子体在从工艺观点来看是优选的条件与含氮等离子体(如N2或N2O)不同，富氩等离举例而言，在1至6托压强范围内以及在高RF功率(>200W/300mm直径的衬底处理站)下操作的Ar/O2电容耦合等离子体(CCP)性降低。等离子体团在衬底101上的空间分布可以在工艺之间以及在给定工艺内变化。此子体团引起的膜厚度的不均匀性可以是膜总厚度的约1％至2这种不均匀性在需要超平致密化的气体。使沉积膜致密化的轰击气体是能够有效地将能量转移到沉积膜的那些气在衬底101上。等离子体团的数量和尺寸与工艺气体混合物中的轰击工艺气体(例如氩)的[0103]鉴于前述，抑制等离子体团形成的一种方法是降低施加的RF功率和/或增加气体[0104]等离子体激活的ALD氧化硅(SiO2)用于半导体器件工业中的多种存储器和逻辑应值可以基于工艺参数和基于用于沉积膜的前体材[0106]由于等离子体不稳定导致的膜厚度不稳定性造成局部管芯/器件故障，从而导致了用于膜沉积的可用工艺窗口，并降低了当前膜沉积工艺对未来的技术节点的可扩展性，工艺气体从富氩组合物改变为O2/N2或O2/N2O组合物不是用于减轻等离子体团形成的可行[0107]通过生长的膜厚度(即生长的电介质氧化物表面)的二次电子发射来维持等离子[0108]本文公开了系统和方法以在ALD和PECVD工艺期间通过将沉积在衬底表面上的膜进行处理和/或将该膜暴露于紫外(UV)辐射来防止/抑制/减轻等离子体的不稳定性，例如等离子体团。UV辐射引起用于钝化/中和/校正沉积的膜内的俘获的电荷缺陷和/或氧空位在用于在衬底上的SiO2膜的ALD的工艺[0109]UV是具有在从100纳米(nm)延伸到400nm的范围内的波长(λ)的电磁辐射的光谱类(10nm≤λ<121nm)、氢Lyman-α(HLyman-α)(121nm≤λ<122nm)、远紫外(FUV)(122nm≤λ<200nm)，紫外C(UVC)(100nm≤λ<280nm)，中紫外(MUV)(200nm≤λ<300nm)、紫外B(UVB)活处理是指以原位方式和以所需要的方式将膜暴露于UV辐射，以便当膜沉积时钝化/校正需量的UV辐射的单独的装置内来在非原位使膜暴露于U于在ALD和/或PECVD工艺期间使用UV辐射以钝化/中和/校正膜表面缺陷以防止/抑制/减轻等离子体不稳定性(例如等离子团)的系统和方法用于扩展有效的ALD和/或PECVD工艺窗。积基本上任何类型的电介质膜，包括沉积氧[0112]在一些实施方式中，以原位方式通过在衬底的ALD和/或PECVD处理期间产生暴露于衬底的He等离子体而产生用于消除(例如钝化/中和/校正)膜的表面缺陷的UV辐射。例[0113]图5根据本发明的一些实施方式示出了在基于等离子体的膜沉积工艺期间原位处露于在等离子体处理室内的等离子体产生区域的操作501。该方法还包括用于在等离子体使用构造成沉积基本上任何类型的材料的膜的第一等离子体来执行图[0114]该方法还包括用于在等离子体产生区域内产生第二等离子体的操作505。第二等起的在衬底上的反应通过钝化和电荷中和中的一个或多个工艺来消除衬底上的膜内的缺获的电荷和/或膜内的其它异常现象)而开始发生等离子体不稳定性时的沉积的膜的厚度。理膜内的缺陷，使得从氦等离子体发出的UV辐射将在膜达到膜的未确定的厚度(等于阈值膜厚度)之前入射到膜上，其中膜的未确定的厚度对应于自从最近通过将膜暴露于UV辐射以在膜的沉积期间进行多次以在衬底上达到膜的规定的总[0119]图6根据本发明的一些实施方式示出了在基于等离子体的膜沉积工艺期间原位处位成暴露于在等离子体处理室内的等离子体产生区域的操作601。该方法还包括用于在等离子体产生区域内产生第一等离子体的操作603。第一等离子体被配置成使得在衬底上沉入射到衬底上的UV辐射在衬底上引起反应以消除衬底上的膜内的缺陷。在一些实施方式的UV辐射来消除沉积的膜内的缺陷，并且只要第二等离子体不会对沉积的膜产生不利影子体的产生的操作609，直到沉积在衬底上的膜的区间厚度(intervalthickness)达到阈区域内的第一等离子体直到沉积在衬底上的膜达到膜的规定[0125]图7根据本发明的一些实施方式示出了在基于等离子体的膜沉积工艺期间非原位用构造成沉积基本上任何类型的材料的膜的第一等离子体来执行图够促进二次电子从膜材料射出的缺陷(例如，氧空位和/或俘获的电荷和/或膜内的其它异装置被配置为与其中执行基于等离子体的膜沉积处理的等离子体处理室分离。操作705还应通过钝化和电荷中和中的一个或多个工艺来消除衬底上离子体的产生，直到沉积在衬底上的膜的区间厚度(intervalthickness)达到阈值膜厚8根据本发明的一些实施方式示出了在基于等离子体的膜沉积工艺期间使用设置成暴露于等离子体处理室内的等离子体产生区域的UV辐射装置来原位处理膜的表面缺陷的方法的以使用构造成沉积基本上任何类型的材料的膜的等离子体来执行图沉积的膜内的能够促进二次电子从膜材料射出的缺陷(例如，氧空位和/或俘获的电荷和/或膜内的其它异常现象)而开始发生等离子体不稳定性时的沉积的膜的厚度。在一些实施衬底上的反应通过钝化和电荷中和中的一个或多个工艺来消除衬底力驱动的UV辐射源被配置为发射足够量的UV辐射以消除存在于沉积在衬底上的膜内的缺射装置及其操作可以具有在光子能量和/或灯构造和/或环境穿过等离子体产生区域传输UV辐射，从而消除衬底上的膜内的缺陷。该方法还包括操作[0139]图9A根据本发明的一些实施方式示出了可以执行图8的方法的衬底处理系统901的直接操作，使得等离子体产生区