用于提高氮化硅批間均勻度的非晶硅陳化作用
【專利說明】
[00011 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年8月16日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?01110251079.1，并且發(fā)明名 稱為"用于提高氮化硅批間均勻度的非晶硅陳化作用"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明實(shí)施方式大體上涉及一種非晶硅(a-Si)陳化處理，所述非晶硅(a-Si)陳化 處理用于氮化硅膜，所述氮化硅膜在分批處理中的大尺寸基板上沉積，所述分批處理使用 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 現(xiàn)代半導(dǎo)體裝置制造的主要步驟之一是通過氣體的化學(xué)反應(yīng)在半導(dǎo)體基板上形 成薄膜。這樣的沉積處理被稱為化學(xué)氣相沉積或CVD。傳統(tǒng)的熱CVD處理將反應(yīng)氣體提供至 基板表面，在所述基板表面發(fā)生熱誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生想要的膜。
[0004] 在基板上沉積層的選擇性的方法包括等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)技術(shù)。等離子體增 強(qiáng)CVD技術(shù)通過將射頻(RF)能量施加至基板表面附近的反應(yīng)區(qū)域來促進(jìn)反應(yīng)物氣體的激發(fā) 和/或解離，由此產(chǎn)生等離子體。等離子體中的物質(zhì)的高反應(yīng)活性降低了發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需 的能量，因此相比傳統(tǒng)的熱CVD處理，這種CVD處理所需的溫度被降低。一些PECVD處理的相 對(duì)低的溫度幫助半導(dǎo)體制造商降低了在一些集成電路制造中的總的熱開支。
[0005] 半導(dǎo)體制造商在使用PECVD技術(shù)時(shí)經(jīng)常沉積的一種材料是氮化硅。在集成電路中 氮化硅膜被用于多種不同的用途。例如，氮化硅膜可被用作圍繞晶體管柵極的絕緣層或者 被用作阻擋層，所述阻擋層在金屬前介電層和半導(dǎo)體基板之間。
[0006] 隨著大面積面板的迅速發(fā)展，不斷增長的基板尺寸在可靠的晶片間可重復(fù)性以及 沉積的材料層的均勻度方面對(duì)于生產(chǎn)產(chǎn)生了極大的挑戰(zhàn)。例如，在利用PECVD沉積SiN膜的 傳統(tǒng)的分批處理中，前驅(qū)氣體解離速率的差別、腔室壓力的波動(dòng)（當(dāng)反應(yīng)物被引入腔室時(shí)會(huì) 發(fā)生），和/或增加的腔室溫度會(huì)導(dǎo)致沉積速率的變化，因此在初始基板被處理之后，膜厚度 的均勻度會(huì)變差。如可在圖3所見的，圖3是示出了根據(jù)被處理的基板的數(shù)量，利用PECVD沉 積SiN膜的膜沉積速率（以人/min為單位）以及膜均勻度（以％為單位)的離散變化的圖表。 膜的厚度和電氣性質(zhì)會(huì)在每一個(gè)基板的整條直徑上變化并且膜的厚度和電氣性質(zhì)也會(huì)從 基板到基板發(fā)生變化。已報(bào)告在尺寸約為3米乘3米規(guī)模的大基板上這種不均勻度會(huì)更加嚴(yán) 重。沉積的層的不均勻度限制沉積處理的成品率和產(chǎn)量，以及集成電路的整體性能。
[0007] 雖然可頻繁地執(zhí)行腔室清洗(例如，每1個(gè)至每2個(gè)基板）以穩(wěn)定腔室條件并因此提 高膜厚度的均勻度，但是頻繁的腔室清洗會(huì)降低生產(chǎn)線的總處理量。因此，需要以更好的膜 均勻度以及更可靠的可重復(fù)性在大尺寸基板上沉積氮化硅材料，同時(shí)保持基板總處理量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明實(shí)施方式提供用于在設(shè)置在處理腔室中的大尺寸基板上沉積含氮材料的 方法。在一個(gè)實(shí)施方式中，所述方法包括:在處理腔室中處理一批基板，以在出自所述一批 基板的基板上沉積含氮材料；以及在處理所述一批基板期間以預(yù)定間隔執(zhí)行陳化處理，以 在腔室組件的表面上沉積導(dǎo)電陳化層，所述腔室組件設(shè)置在所述處理腔室中。所述腔室組 件可包括氣體分配板，所述氣體分配板由未經(jīng)陽極化處理的裸鋁制成。在一個(gè)實(shí)例中，所述 導(dǎo)電陳化層可包括非晶硅、摻雜非晶硅、摻雜硅、摻雜多晶硅、摻雜碳化硅或其他同類物。
[0009] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于在放置在處理腔室中的基板上沉積氮化硅材料的方法 包括:通過在設(shè)置在所述處理腔室的處理區(qū)域中的腔室組件的表面上沉積氮化硅陳化層， 對(duì)所述腔室組件的表面進(jìn)行陳化；以及使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)(PECVD)，在所 述處理腔室中處理出自一批基板的基板，所述在所述處理腔室中處理出自一批基板的基板 包括:通過將含氮?dú)怏w和含硅氣體引入所述處理腔室，在第1個(gè)基板至第N個(gè)基板上沉積含 氮材料，通過在腔室組件的表面上沉積導(dǎo)電層，以預(yù)定間隔對(duì)所述腔室組件的表面進(jìn)行陳 化，所述腔室組件設(shè)置在所述處理腔室的處理區(qū)域中；以及通過將含氮?dú)怏w和含硅氣體引 入所述處理腔室，在第N+1個(gè)基板至第N+N個(gè)基板上沉積含氮材料。所述腔室組件大體上包 括氣體分配板，所述氣體分配板由未經(jīng)陽極化處理的裸鋁制成。在一個(gè)實(shí)例中，所述導(dǎo)電陳 化層可包括非晶硅、摻雜非晶硅、摻雜硅、摻雜多晶硅、摻雜碳化硅或其他同類物?？稍诩s 200W和約27000W之間的RF功率下執(zhí)行含氮材料的分批沉積。
[0010] 在另一個(gè)實(shí)施方式中，用于在處理腔室中的基板上沉積含氮材料的方法包括:執(zhí) 行第一陳化處理，以在腔室組件的表面上沉積第一陳化層，所述腔室組件設(shè)置在所述處理 腔室中；在所述處理腔室中處理一批基板，以在出自所述一批基板的基板上沉積含氮材料； 在處理所述一批基板期間以預(yù)定間隔執(zhí)行第二陳化處理，以在腔室組件的表面上沉積導(dǎo)電 陳化層，所述腔室組件設(shè)置在所述處理腔室中。在一個(gè)實(shí)例中，所述導(dǎo)電陳化層可包括非晶 娃、摻雜非晶娃、摻雜娃、摻雜多晶娃、摻雜碳化娃或其他同類物。
【附圖說明】
[0011]為使以上列舉的本發(fā)明的特征可以更加詳細(xì)的方式理解，上文所綜述的本發(fā)明的 更加詳細(xì)的描述可通過參考實(shí)施方式獲得，一些描述被示出在附圖中。應(yīng)注意，附圖僅示出 本發(fā)明的典型實(shí)施方式因此不被認(rèn)為限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可容納其他等同的有 效實(shí)施方式。
[0012]圖1是示意性地示出具有一個(gè)具體化的基板支撐部件的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積(PECVD)腔室的截面圖；
[0013]圖2示出可在圖1的PECVD處理腔室中執(zhí)行的處理順序，所述處理順序用于處理一 批基板以在基板上沉積含氮材料；
[0014] 圖3是展示了根據(jù)被處理的基板的數(shù)量，利用PECVD沉積S iN膜的膜沉積速率（以 A/min為單位)以及膜均勻度（以％為單位)的離散變化的圖表。
[0015] 為了便于理解，只要可以，使用相同的元件符號(hào)表示圖中共用的相同元件。可預(yù)期 一個(gè)實(shí)施方式的元件和特征可有益地結(jié)合在其他實(shí)施方式中而不需進(jìn)一步列舉。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本發(fā)明實(shí)施方式大體上涉及一種非晶硅(a-Si)陳化處理，所述非晶硅(a-Si)陳化 處理用于在分批處理中的大面積基板上沉積的氮化硅膜，所述分批處理使用等離子體增強(qiáng) 化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)。可在SiN沉積的分批處理期間周期性地或以例如每3個(gè)或每5個(gè) 基板的想要的間隔執(zhí)行所述a-Si陳化處理，以提高SiN層厚度的批間均勻度同時(shí)不顯著影 響總處理量。已發(fā)現(xiàn)在氮化硅膜的分批沉積期間執(zhí)行的周期性的a-Si陳化處理還可將沉積 處理的總處理量上限擴(kuò)大，即，擴(kuò)大至在有必要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的腔室充分清洗之前連續(xù)處理至 少約15個(gè)基板至約40個(gè)基板。
[0017] 示例性的硬件概述
[0018] 圖1是示意性地示出可用于實(shí)踐本發(fā)明的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100的 截面圖。所述等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)100被配置為當(dāng)在基板140上形成結(jié)構(gòu)以及器 件時(shí)，使用等離子體處理大面積基板140(下稱為基板140)，所述基板140用于制造液晶顯示 器(IXD)、平板顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)，或用于太陽能電池陣列的光伏電池。這種系 統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例是AKT 90K PECVD系統(tǒng)，適合用于尺寸為3000mmX3000mm的基板或者更大尺 寸的基板，所述系統(tǒng)可從位于加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司購得。
[0019] 所述系統(tǒng)100大體上包括連接至氣體源104的腔室102。所述腔室102包括腔室壁 106、腔室底部108以及蓋組件110,所述腔室壁106、所述腔室底部108以及所述蓋組件110限 定處理容積112。可通常通過出入口 113進(jìn)入所述處理容積112,所述出入口 113形成在所述 腔室壁106上，所述出入口 113使基板140能夠方便地進(jìn)入和離開所述腔室102。所述腔室壁 106以及所述腔室底部108可由適應(yīng)等離子體處理的單塊的鋁或其他材料制成。所述腔室壁 106以及所述腔室底部108可電接地。所述腔室底部108具有連接至多種