DE69819030T2

DE69819030T2 - Doppelfrequenz cvd verfahren und vorrichtung

Info

Publication number: DE69819030T2
Application number: DE69819030T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Raoux; Mandar Mudholkar; N. William TAYLOR; Mark Fodor; Judy Huang; David Silvetti; David Cheung; Kevin Fairbairn
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1997-12-01
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2018-11-26
Also published as: EP1036214A1; KR20010032695A; DE69819030D1; EP1036214B1; JP2001525604A; US6098568A; WO1999028533A1; JP4365528B2; KR100583606B1; US6358573B1; TW407304B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von integrierten Schaltungen durch eine chemische Gasphasenabscheidung in einer Vakuumkammer. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die die Ausbildung hoch qualitativer CVD-Filme sowohl unter Verwendung einer Bearbeitung bei niedriger Temperatur (beispielsweise ungefähr 400°C) als auch bei hoher Temperatur (beispielsweise bei über ungefähr 580°C) ermöglichen. Die vorliegende Erfindung ist speziell nützlich bei der Abscheidung von chemischen Verbindungen auf TEOS-Basis (Tetraethylorthosilicat) und auf der Basis von Silan, die die PECVD und SACVD Abscheidung von Silikonoxid, Silikonnitrid, Silikonoxynitrid und amorphem Silikon als auch dotierter Silikonoxyde, wie Borphosophor-Silikatglas, Phosphorsilikatglas und mit Fluor dotiertes Silikatglas einschließt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch mit anderen chemischen Abscheidungsvorgängen verwendet werden.
Einer der grundlegenden Schritte bei der Herstellung moderner Halbleitereinrichtungen ist die Ausbildung eines dünnen Films auf einem Halbleitersubstrat durch die chemische Reaktion von Gasen. Ein solches Abscheidungsverfahren wird als chemische Gasphasenabscheidung oder CVD bezeichnet. Konventionelle thermische CVD-Verfahren liefern reaktive Gase zur Substratoberfläche, wo durch Hitze induzierte chemische Reaktionen stattfinden, um einen gewünschten Film zu erzeugen.
Ein alternatives Verfahren für das Abscheiden von Schichten über einem Substrat umfasst plasmaverstärkte CVD-Techniken (PECVD-Techniken). Plasmaverstärkte CVD-Techniken fördern die Stimulation und/oder die Dissoziation der reaktiven Gase durch die Anwendung einer Radiofrequenzenergie (RF-Energie) auf eine Reaktionszone nahe der Oberfläche des Substrats, um somit ein Plasma zu schaffen. Die hohe Reaktionsfreudigkeit der Spezies im Plasma reduziert die Energie, die erforderlich ist, damit eine chemische Reaktion stattfindet, und erniedrigt im Vergleich zu konventionellen thermischen CVD-Verfahren somit die Temperatur, die für solche CVD-Verfahren erforderlich ist. Die relativ niedrige Temperatur einiger PECVD-Verfahren hilft den Herstellern von Halbleitern, das gesamte thermische Budget bei der Herstellung integrierter Schaltungen zu senken.
Die Abmessungen von Halbleitervorrichtungen haben sich in ihrer Größe dramatisch vermindert, seit solche Vorrichtungen vor einigen Jahrzehnten zum ersten Mal eingeführt wurden. Seit damals sind die integrierten Schaltungen im allgemeinen dem Gesetz achtzehn Monate/halbe Größe (das oft als "Moore-Gesetz" bezeichnet wird) gefolgt, was bedeutet, dass die Anzahl von Vorrichtungen, die auf einen Chip passt, sich alle achtzehn Monate vervierfacht. Die Betriebe zur Waferherstellung produzieren heutzutage routinemäßig integrierte Schaltungen, die Elemente in der Größe von 0,5 μm und sogar von 0,25 μm aufweisen, und zukünftige Produktionsanlagen werden Vorrichtungen produzieren, die noch kleinere Geometrien aufweisen.
Eine solche Abnahme in der Größe wurde teilweise durch Fortschritte bei der Technologie, die die die Vorrichtungen zur Herstellung der Halbleiter betreffen, wie beispielsweise den Substratbehandlungskammern, die für die PECVD-Behandlung verwendet werden, möglich. Einige der technologischen Fortschritte schließen Fortschritte ein, die sich in der Gestaltung und der Herstellung gewisser CVD-Abscheidungssystem, die heutzutage in Fabrikationseinrichtungen verwendet werden, widerspiegeln, während andere sich in verschiedenen Stadien der Entwicklung befinden und bald bei den zukünftigen Fabrikationseinrichtungen eine weit verbreitete Verwendung finden werden.
Ein technologischer Fortschritt, der allgemein in heutigen Fabrikationseinrichtungen verwendet wird, umfasst die Verwendung einer PECVD-Technik, die oft als PECVD mit gemischter Frequenz bezeichnet wird, bei der sowohl hochfrequente als auch niederfrequente RF-Energie verwendet wird, um ein Plasma zu erzeugen und den Ionenbeschuss eines Substrats zu fördern. Ein solches Mischfrequenzverfahren koppelt hochfrequente als auch niederfrequente RF-Energie an einen Metallgasverteilungsrohr, das als eine erste Elektrode dient. In diesem Verfahren ist die Anwendung der RF-Energie hoher Frequenz der primäre Mechanismus, der die Reaktionsteilnehmergase dissoziiert, während die Anwendung der RF-Energie niedriger Frequenz den Ionenbeschuss eines Substrats, das auf einem geerdeten Substratträger angeordnet ist, der auch als eine zweite Elektrode dient, fördert. Ein anderes Verfahren mit gemischter Frequenz koppelt die RF-Energie mit hoher Frequenz an ein Gasverteilungsrohr (erste Elektrode) und es koppelt RF-Energie mit niedriger Frequenz an einen Substrathalter (zweite Elektrode).
Ein anderer technologischer Fortschritt, der bei einigen aktuell erhältlichen PECVD-Abscheidungskammern verwendet wird, umfasst die Verwendung konischer Öffnungen im Gasverteilungsrohr, um die Dissoziation der Gase, die in eine Kammer einge führt werden, zu erhöhen. Eine detailliertere Beschreibung solcher konischen Öffnungen ist im US-Patent 4,854,263 enthalten.
Ein Beispiel eines technologischen Fortschritts, das neuer als die oben angegebenen ist, ist die Verwendung von Keramikerzeugnissen in einer CVD-Kammer, um es zu ermöglichen, dass der Reaktor bei Hochtemperaturvorgängen verwendet werden kann. Eine CVD-Kammer, die speziell für eine solche Hochtemperaturbehandlung gestaltet ist und eine keramische Heizeinrichtung unter anderen Merkmalen der Kammer einschließt, ist in der oben angegebenen Anmeldung 08/800,896 beschrieben.
Fortschritte in der Technologie, wie die gerade oben beschriebenen, sind nicht ohne Einschränkungen. Beispielsweise muss, während PECVD-Techniken mit gemischter Frequenz sich bei einer Vielzahl von Anwendungen als vorteilhaft erwiesen haben, die gleichzeitige Anwendung der Wellenformen mit hoher Frequenz und der Wellenformen mit niedriger Frequenz gesteuert werden, um Interferenzen zu vermeiden, die zu hohen Spannungen und einer Lichtbogenbildung im Gasverteiler führen könnten. Eine Lichtbogenbildung kann von einer Glimmentladung in den Öffnungen im Gasverteiler zeugen und von einer Reduktion in der Abscheidungsmenge pro Zeiteinheit, wenn die Amplitude der Spannung mit hoher Frequenz erhöht wird. Eine Lichtbogenbildung wird typischerweise durch das Verwenden einer oder mehrerer der folgenden Techniken verhindert: Halten des Drucks in der Vakuumkammer über einem minimalen Pegel für ein spezielles Verfahren, ein Betrieb, bei dem die RF-Energie mit niedriger Frequenz auf einen Wert von weniger als 30% der gesamten RF-Energie eingestellt wird, und/oder durch das Reduzieren der gesamten RF-Energie.
In der Vergangenheit wurde Experimente durchgeführt, bei denen konische Öffnungen bei einer PECVD-Kammer mit gemischter Frequenz, bei der die RF-Energiequellen mit hoher Frequenz als auch die RF-Energiequellen mit niedriger Frequenz mit dem Gasverteiler verbunden waren, verwendet wurden. Bei diesen Experimenten wurde herausgefunden, dass das Problem der Lichtbogenbildung weiter bis zu dem Punkt erhöht wurde, bei der es die Filmabscheidung wesentlich stört. Somit verwenden alle PECVD-Systeme mit gemischter Frequenz, die den Erfindern bekannt sind, gerade statt konische Öffnungen im Gasverteiler.
Somit ist es wünschenswert, eine Technologie für Substratabscheidungskammern zu entwickeln, die es Herstellern von Halbleitern ermöglicht, gleichzeitig die Vorteile von konischen Öffnungen als auch von PECVD-Abscheidungstechniken mit gemischter Frequenz zu nutzen.
die vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung für das Abscheiden von CVD-Filmen auf einem Substrat. Die Vorrichtung verwendet eine RF-Energie mit gemischter Frequenz und umfasst einen Gasverteiler mit konischen Öffnungen. Das Potential für eine Lichtbogenbildung wird stark reduziert durch das Verbinden der RF-Energiequelle mit niedriger Frequenz mit einer Elektrode, die in den Substrathalter eingebettet ist, und das Verbinden der Energiequelle hoher Frequenz mit dem Gasverteiler, der auch als eine Elektrode fungiert. Ein unabhängiges Anpassungsnetzwerk entkoppelt die Wellenform mit niedriger Frequenz von der Wellenform mit hoher Frequenz, um die Phaseninterferenzen zwischen den Wellenformen zu minimieren.
Der Ausdruck "konische Öffnung", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf jede Öffnung, die gestaltet ist, um die Dissoziation und die Reaktionsfähigkeit von Gasen, die in die Reaktionszone durch die Öffnung eingeführt werden, zu erhöhen, wobei der Durchmesser des Gasauslasses größer als der Durchmesser des Gaseinlasses ist. Somit sind vertikale Querschnittsformen, bei denen es sich nicht um konische Formen handelt, in der Bedeutung "konische Öffnung", wie sie hier verwendet wird, enthalten. Ein anderes Beispiel einer konischen Öffnung ist in 4B gezeigt. Die in 4B gezeigte Öffnung weist einen konkaven Querschnitt 51 auf. Nochmals andere Öffnungen, die andere vertikale Querschnitte aufweisen, die unter anderem konvexe, parabolische, hyperbolische, schüsselartige und halb-elliptische Formen einschließen, können ebenfalls verwendet werden.
Diese Merkmale werden kombiniert, um Abscheidungsverfahren zu ermöglichen, die bei Bedingungen ablaufen, die bei bisherigen Substratbehandlungskammern nicht erzielbar waren, und um es auch zu ermöglichen, dass die Substratbehandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bei Abscheidungsverfahren unterhalb 0,35 μm, die Verfahren von 0,25 und 0,18 μm einschließen, verwendet werden kann.
Ein Substratbehandlungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen keramischen Substrathalter mit einer eingebetteten RF-Elektrode und einen Gasverteiler, der in einem Abstand vom Substrathalter angeordnet ist. Der Gasverteiler liefert ein oder mehrere Prozessgase durch mehrere konische Öffnungen zu einer Reaktionszone einer Substratbehandlungskammer innerhalb des Behandlungssystems und dient auch als eine zweite RF-Elektrode. Jede konischen Öffnung weist einen Auslass auf, der in die Reaktionszone mündet, und einen Einlass, der in einem Abstand vom Auslass angeordnet ist, der einen kleineren Durchmesser als der Auslass aufweist. Eine RF-Energieversorgung mit gemischter Frequenz ist mit dem Substratbehandlungssystem verbunden, wobei eine RF-Energiequelle hoher Frequenz mit der Gaseinlasselektrode verbunden ist, und wobei eine RF-Energiequelle mit niedriger Frequenz mit der Substrathalterelektrode verbunden ist. Ein RF-Filter- und Anpassungsnetzwerk entkoppelt die Wellenform mit hoher Frequenz von der Wellenform mit niedriger Frequenz. Eine solche Konfiguration erlaubt einen vergrößerten Verfahrensbereich und liefert eine Abscheidung von Filmen, die Silikonnitridfilme einschließen, die physikalische Eigenschaften aufweisen, die bisher nicht erzielbar waren.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird ein Silikonnitridfilm abgeschieden. Ein Prozessgas, das Silan, Ammoniak und molekularen Stickstoff einschließt, wird durch einen Gasverteiler, der konische Öffnungen aufweist, eingeführt, und ein Plasma wird aus dem Prozessgas unter Verwendung einer RF-Energie mit gemischter Frequenz ausgebildet. Die Komponente mit hoher Frequenz (HF) wird an den Gasverteiler angelegt, während die Komponente mit niedriger Frequenz (LF) an eine Bodenelektrode angelegt wird. Es ist gezeigt worden, dass Silikonnitridfilme, die gemäß dieser Ausführungsform unter Behandlungsbedingungen niedriger Temperatur abgeschieden wurden, eine Nassätzgeschwindigkeit (WER) von nur 170 Å/min aufweisen kann, während sie ausgezeichnete Stufenbedeckungseigenschaften bei Seitenverhältnissen von 2 : 1 oder höher aufweisen. Es konnte auch gezeigt werden, dass Silikonnitridfilme, die gemäß dieser Ausführungsform unter Hochtemperaturbehandlungsbedingungen (über 580°C) abgelagert wurden, eine WER von 15 Å/min oder weniger haben können.
Die ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften dieser Silikonnitridfilme werden teilweise erzielt, da sie bei Größen des Drucks und der RF-Energie abgeschieden werden können, die bisher in anderen Kammern nicht möglich waren. Beispielsweise ist in einer stärker bevorzugten Ausführungsform das Verhältnis der LF-Energie zur gesamten RF-Energie größer als 50%. Während in einer anderen bevorzugten Ausführungsform die Silikonnitridabscheidungssequenz bei einem Druck zwischen 2,66 × 10² bis 6,66 × 10² Pascal (2 und 5 Torr) stattfindet. Die physikalischen Eigenschaften werden zum Teil auch durch die Verwendung konischer Öffnungen, die wiederum die Plasmadichte und die Ionisierungseffizienz des geschaffenen Plasmas erhöhen, was somit im Vergleich zu NH eine erhöhte Menge von N₂ ergibt, die als Prozessgas verwendet wird. Der reduzierte NH₃-Gehalt im Prozessgas führt zu weniger Wasserstoff im Film und einer geringeren WER.
In einer anderen Ausführungsform wird eine bipolare asymmetrische RF-Wellenform mit niedriger Frequenz, die auch als Dreieck- oder Sägezahnwellenform bezeichnet wird, verwendet, um den Ionenbeschuss zu steuern. Eine solche asymmetrische RF-Wellenform verbessert den Ionenbeschuss am Substrat, während sie die Ausbildung von Harmonischen verhindert, von denen die Erfinder herausgefunden haben, dass sie Plasmahülleninstabilitäten hervorrufen können.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substratbehandlungssystem eine Abscheidungskammer, die eine Reaktionszone, eine Plasmaenergiequelle für das Ausbilden eines Plasmas in der Reaktionszone der Abscheidungskammer und ein Impedanzabstimmungssystem aufweist. Das Plasma weist einen ersten Impedanzpegel auf, der durch das Impedanzabstimmungssystem auf einen zweiten Impedanzpegel eingestellt werden kann. Eine solche Einstellung dient als ein zusätzlicher "Steuerknopf", der ein anderes Verfahren für Verfahrensingenieure liefert, um die Änderung zu nutzen und die Eigenschaften des Films, der in der Reaktionszone abgeschieden wird, einzustellen. In einer bevorzugten Version der Ausführungsform umfasst das Impedanzabstimmungssystem einen variablen Kondensator.
In nochmals einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substratbehandlungssystem eine Abscheidungskammer mit einer Reaktionszone, einen Substrathalter für das Halten eines Substrats in der Reaktionszone während der Substratbehandlung, ein Gasverteilungssystem für das Liefern eines Prozessgases zur Reaktionszone, eine Plasmaenergiequelle für das Ausbilden eines Plasmas innerhalb der Reaktionszone aus dem Prozessgas, und einen Impedanzmonitor, der elektrisch mit der Abscheidungskammer gekoppelt ist und der den Impedanzpegel des Plasmas messen kann. Das Substratbehandlungssystem kann auch einen Computerprozessor einschließen, der den gemessenen Impedanzpegel als eine Eingabe empfängt. Der Prozessor kann mit verschiedenen Systemen der Substratbehandlungskammer, wie dem Gasverteilungssystem, einem Drucksteuersystem und/oder dem RF-Generator verbunden werden, und Behandlungszustände gemäß dem gemessenen Impedanzpegel einstellen. Eine solche Einstellung kann beispielsweise nahe dem Ende eines ausgedehnten Waferlaufs (beispielsweise eines Laufs von 2000 Wafern), wo sich die gemessene Impedanz der Kammer während des Verlaufs geändert haben kann, vorgenommen werden. In diesem Beispiel könnte der Prozessor die Behandlungsbedingungen einstellen, wenn oder zu dem Zeitpunkt, zu dem der Impedanzpegel der Kammer aus einem vorbestimmten Bereich triftet. Die Einstellung kann das Einstellen des Kammerdrucks, der Temperatur, des Plasmaenergiepegels (beispielsweise des RF-Energiepegels) oder einer ähnlichen Pro zessvariablen einschließen. Auch wenn das Substratbehandlungssystem ein Impedanzabstimmungssystem einschließt, könnte die Einstellung das direkte Einstellen der Impedanz der Kammer mit diesem System einschließen.
Diese und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung als auch ihre Vorteile und Merkmale sind detaillierter in Verbindung mit dem unten stehenden Text und den angefügten Zeichnungsfiguren beschrieben.
1 ist eine Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Abscheidungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine vereinfachte Querschnittsansicht der Abscheidungskammer einschließt;
2 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht des keramischen Sockels, der am Halteschaft befestigt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein schematisches Diagramm einer Metall/Keramik-Verbindung für einen bevorzugten keramischen Substrathalter, der eine eingebettete RF-Elektrode aufweist;
4A und 4B sind Querschnittsansichten der Ausführungsformen konischer Öffnungen, die im Gasverteiler eingeschlossen sind;
5 ist ein vereinfachtes Diagramm, das eine Ausführungsform des RF-Filter- und Anpassungsnetzwerks zeigt, das verwendet wird, um die RF-Wellenformen mit niedriger Frequenz und mit hoher Frequenz in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zu entkoppeln;
6 zeigt eine Schnittstelle zwischen einem Nutzer und einem Prozessor, der das Abscheidungssystem der vorliegenden Erfindung steuern kann;
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrenssteuercomputerprogrammprodukts, das in Verbindung mit dem beispielhaften CVD-Plasmareaktor der 1 verwendet wird;
8A–8D zeigen die Wirkung des Verfahrensdrucks während der Abscheidung eines Silikonnitridfilms auf die Reaktorimpedanz;
9 zeigt die experimentellen Ergebnisse, die die Bedeutung des Verfahrensdrucks auf die Nassätzgeschwindigkeit und die Abscheidungsgeschwindigkeit der abgeschiedenen Silikonnitridfilme zeigt;
10A–10D zeigen die Wirkung der Frequenz, die in der Energiequelle mit niedriger Frequenz verwendet wurde, auf die Abscheidung eines Silikonnitridfilms;
11 ist eine Darstellung der modellierten Schaltung, die verwendet wurde, um die Kammer 30 in einer SPICE-Simulation der Kammer darzustellen;
12A und 12B zeigen einen Vergleich der gemessenen mit den simulierten Daten auf die Wirkung der Kapazität der Heizvorrichtung, auf den Phasenwinkel und die Reaktorimpedanz;
13 zeigt die Definitionen der Seitenwandstufenbedeckung, der Bodenstufenbedeckung und der Winkeltreue, wie sie in der vorliegenden Anmeldung verwendet werden;
14 zeigt die Wirkung der Kapazität der Heizvorrichtung auf die Filmbeanspruchung;
15 zeigt das Elektrodenpotential als eine Funktion der Energie mit niedriger Frequenz über der gesamten RF-Energie;
16 zeigt die Nassätzgeschwindigkeit als eine Funktion der Filmbelastung und des Verhältnisses der RF-Energie mit niedriger Frequenz zur gesamten RF-Energie bei der Abscheidung eines Silikonnitridfilms;
17A–17D zeigen verschiedene RF-Wellenformen mit niedriger Frequenz, die verwendet werden, um den Ionenbeschuss während der Abscheidung eines Silikonnitridfilms zu steuern; und
18 zeigt ein Beispiel einer RF-Wellenform mit hoher Frequenz, die in gepulsten Plasmaabscheidungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Für ein weiteres Verstehen der vorliegenden Erfindung sollte Bezug genommen werden auf die folgende detaillierte Beschreibung.
1. Die Hardware des CVD-Systems 10
Betrachtet man die 1, so umfasst ein CVD-System 10 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Reaktorkammer 30, ein Vakuumsystem 88, ein Gasliefersystem 89, eine RF-Energieversorgung 5, eine Wärmetauschsystem 6, einen keramischen Sockel 32 und einen Prozessor 85 unter anderen Hauptkomponenten. Von speziellem Interesse für die Diskussion der vorliegenden Erfindung ist die Konfiguration eines Gasverteilers (der hier auch als Einlassverteiler und als ein "Brausekopf" bezeichnet wird) 40, der Prozessgase, die von einem Gasliefersystem 89 geliefert werden, in eine Reaktionszone 58 der Kammer 30 einführt, und die Konfiguration und die Verbindungen der RF-Energieversorgung 5 mit dem Verteiler 40 und einer Elektrode, die im Sockel 32 eingebettet ist. Somit werden diese Komponenten zuerst beschrieben, und andere Komponenten des CVD-Systems 10 werden nachfolgend beschrieben, wenn es notwendig ist, um die vorliegende Erfindung zu verstehen.
A. Gasliefersystem 89
Betrachtet man weiter die 1, so liefert das Gasliefersystem 89 Gase in die Kammer 30 über Gasleitungen 92A–C. Das Gasliefersystem 89 umfasst ein Gaslieferfeld 90 und Gas- oder Flüssigkeit- oder Feststoffquellen 91A–C (es können zusätzliche Quellen hinzugefügt werden, wenn dies gewünscht wird), die Gase wie SiH₄ oder N₂, oder Flüssigkeiten (wie TEOS) oder Feststoffe enthalten, wobei diese in Abhängigkeit von den gewünschten Verfahren, die für eine spezielle Anwendung verwendet werden, variieren können. Im allgemeinen umfasst die Versorgungsleitung für jedes der Prozessgase ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Absperrventil, das verwendet werden kann, um automatisch oder manuell den Fluss des Prozessgases abzuschalten, als auch eine (nicht gezeigte) Massenflusssteuerung, die den Fluss des Gases oder der Flüssigkeit durch jede der Versorgungsleitungen misst. Der Mengenfluss, mit dem die Prozess- und Trägergase, die beispielsweise Silan (SiH₄), Helium (He), Stickstoff (N₂) und/oder andere Dotier- oder Reaktionsstoffquellen einschließen, zur Reaktionskammer geliefert werden, wird auch durch auf der Temperatur basierenden Flüssigkeits- oder Gasmassenflusssteuerung (MFCs) (nicht gezeigt) und/oder durch (nicht gezeigte) Ventile gesteuert. Natürlich wird erkennbar, dass andere Verbindungen als Abscheidungs- oder Reinigungsquellen verwendet werden können. In alternativen Ausführungsformen kann der Mengenfluss, mit dem die Prozessund Trägergase zur Reaktionskammer 30 geliefert werden, durch eine auf dem Druck basierende feste oder variable Öffnung gesteuert werden. Wenn toxische Gase (bei spielsweise Ozon oder halogenhaltiges Gas) im Verfahren verwendet werden, können die verschiedenen Absperrventile auf jeder Gasversorgungsleitung in konventionellen Konfigurationen angeordnet sein.
Das Gasversorgungsfeld 90 weist ein Mischsystem auf, das die Abscheidungsverfahrens- und Trägergase (oder verdampfte Flüssigkeiten) von den Quellen 91A– C für ein Mischen und Senden zu einem zentralen Gaseinlass 44 in einer Gasversorgungsabdeckplatte 45 über Versorgungsleitungen 92A–C empfängt (andere Leitungen können vorhanden sein, sind aber nicht gezeigt). In dieser spezifischen Ausführungsform sind das Mischsystem, der Eingangsverteiler zum Mischsystem, und der Ausgangsverteiler vom Mischsystem zum zentralen Einlass 44 aus Nickel oder einem Material, wie Aluminiumoxid, das mit Nickel beschichtet ist, hergestellt.
Wenn eine Flüssigquelle verwendet wird, kann es mehrere verschiedene Wege geben, um die Quelle in die Kammer 30 einzuführen, wie das Fachleuten des Stands der Technik bekannt ist. Ein solcher Weg besteht darin, die Flüssigkeit in einer Ampulle einzuschließen und zu erhitzen, so dass der Dampfdruck einen stabilen Fluss der verdampften Quelle liefert, der für das Abscheidungsverfahren ausreichend ist. Ein anderer Weg, um ein Quellengas unter Verwendung einer flüssigen Quelle einzuführen, besteht darin, ein Trägergas, wie Helium, durch die Flüssigkeit perlen zu lassen. Ein nochmals anderer Weg besteht darin, ein Flüssigkeitsinjektionssystem zu verwenden, das eine abgemessene Menge der Flüssigkeit in einen Trägergasstrom verdampft. Ein Flüssigkeitsinjektionssystem wird in manchen Fällen bevorzugt, da es im Vergleich zu Quellen des Gasspülertyps eine größere Kontrolle des Volumen der an der Reaktion teilnehmenden Flüssigkeit, die in das Gasmischsystem eingeführt wird, liefert.
B. Gasverteiler 40 mit konischen Öffnungen 42
Das Prozessgas wird in den Reaktor 30 durch einen zentralen Gaseinlass 44 in einer Gasversorgungsabdeckplatte 45 in einen ersten scheibenförmigen Raum 48 und von dort durch (nicht gezeigte) Durchgänge in einer Prallplatte (oder Gasblockiererplatte) 52 in einen zweiten scheibenförmigen Raum 54 zum Brausekopf 40 geführt. Der Brausekopf 40 umfasst eine große Anzahl von Öffnungen oder Durchgängen 42, um das Prozessgas in die Reaktionszone 58 auszustoßen.
Vorzugsweise ist jede der Öffnungen 42 eine "konische Öffnung", wie das im Detail im US-Patent Nr. 4,854,263 beschrieben ist, was in 4A gezeigt ist. 4A ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten konischen Öffnung, die eine der vielen Öffnungen im Brausekopf 40 darstellt. Jede konische Öffnung weist einen konischen Abschnitt 50 auf, der während der Behandlung zum Substrat zeigt. Die Öffnungen weisen eine Größe auf, um einen laminaren Fluss durch den Brausekopf 40 zu fördern. Das Vorhandensein des konischen Abschnitts 50 in der Gasverteilungsöffnung verbessert die Dissoziation der Reaktionsgase, um somit die Plasmadichte und die Ionisierungseffizienz zu erhöhen. Die verbesserte Dissoziation ist insbesondere vorteilhaft, wenn Gase, wie N₂, die schwierig auseinander zu brechen sind, für die Abscheidung verwendet werden.
Der Ausdruck "konische Öffnung", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf jede Öffnung, die gestaltet ist, um die Dissoziation und die Reaktionsfreudigkeit der Gase, die in die Reaktionszone 58 durch die Öffnung geführt werden, zu erhöhen, wobei der Durchmesser des Gasauslasses größer als der Durchmesser des Gaseinlasses ist. Somit sind vertikale Querschnittsformen, bei denen es sich nicht um Kegel handelt, in der Bedeutung des Begriffs "konische Öffnung", wie er hier verwendet wird, enthalten. Ein anderes Beispiel einer konischen Öffnung ist in 4B gezeigt. Die Öffnung, die in 4B gezeigt ist, weist einen konkaven Querschnitt 51 auf. Nochmals andere Öffnungen, die andere vertikale Querschnitte aufweisen, die konvexe, parabolische, hyperbolische, schüsselartige und halb-elliptische Formen einschließen, können ebenfalls verwendet werden.
Kehrt man wieder zu 1 zurück, so tritt das Prozessgas von den Öffnungen 42 im Brausekopf 40 in die Reaktionszone 58 zwischen dem Brausekopf und dem Sockel so aus, dass es an der Oberfläche des Wafers 36 reagiert. Die Prozessgasnebenprodukte fließen dann radial nach außen über den Rand des Wafers 36 und einen Strömungsdrosselring 46, der am oberen Umfang des Sockels angeordnet ist, wenn der Sockel 32 sich in der Behandlungsposition befindet. Von dort fließt das Prozessgas in einen Pumpkanal 60.
Ein Vakuumsystem 88 wird verwendet, um einen spezifizierten Druck in der Kammer aufrecht zu halten und gasförmige Nebenprodukte und verbrauchte Gase aus der Kammer zu entfernen. Das Vakuumsystem 88 umfasst eine Vakuumpumpe 82 und ein Drosselventil 83. Nach dem Eintreten in den Pumpkanal 60 wird das Abgas um den Umfang der Behandlungskammer gelenkt, um durch eine Vakuumpumpe 82 evakuiert zu werden. Der Pumpkanal 60 ist durch eine Abführöffnung 74 mit dem Pumpplenum 76 verbunden. Die Abführöffnung 74 schränkt den Fluss zwischen dem Pumpkanal und dem Pumpplenum ein. Das Ventil 78 führt das Abgas durch die Abgasabführöffnung zur Vakuumpumpe 82. Das Drosselventil 83 wird durch den Prozessor 85 gemäß einem Drucksteuerprogramm, das im Speicher 86 gespeichert ist, das ein gemessenes Signal von einem (nicht gezeigten) Drucksensor, wie einem Manometer, mit einem gewünschten Wert, der in einem Speicher gespeichert ist oder der gemäß dem Steuerprogramm erzeugt wird, vergleicht, gesteuert. Der Pumpkanal 60 und seine Komponenten sind gestaltet, um die Wirkungen einer unerwünschten Filmabscheidungen durch das Richten des Prozessgases und seiner Nebenprodukte in das Abführsystem zu minimieren.
C. Keramischer Sockel 32
Kehrt man zur 1 zurück, so trägt ein durch eine Widerstandsbeheizung beheizter keramischer Sockel 32 den Wafer in einer Wafertasche 34. Der Sockel kann vertikal zwischen einer Behandlungsposition (wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist) und einer tieferen Beladungsposition unter Verwendung eines selbst einstellenden Hebemechanismus bewegt werden, wie das im Detail in der allgemein übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 081738,240 (eingereicht am 25. Oktober 1996 mit den Erfindern Leonid Selyutin und Jun Zhao) mit dem Titel "Self-Aligning Lift Mechanismus" beschrieben ist. Wenn sich der Sockel 32 in einer tiefen Beladungsposition (leicht niedriger als ein Schlitzventil 56) befindet, so überführt eine (nicht gezeigte) Roboterschaufel in Kooperation mit den Hebestiften und dem Hebering Wafer 36 in und aus der Kammer 30 durch das Schlitzventil 56, das durch Vakuum abgedichtet werden kann, um den Fluss von Gas durch das Schlitzventil 56 in die Kammer hinein oder aus ihr heraus zu verhindern. Hebestifte 38 heben einen (nicht gezeigten) eingeschobenen Wafer von der Roboterschaufel, und dann hebt sich der Sockel, um den Wafer von den Hebestiften auf die Wafertasche auf der oberen Oberfläche des Sockels anzuheben. Eine geeignete Roboterüberführungsvorrichtung ist im allgemein übertragenen US-Patent 4,951,601, das an Maydan et al. erteilt wurde, beschrieben. Durch die Verwendung des selbstausrichtenden Hebemechanismus hebt der Sockel 32 dann den Wafer 36 weiter in die Behandlungsposition, die sich in großer Nahe zum Gasverteiler 40 befindet.
Wie in 2, die eine vereinfachte Querschnittsansicht des Sockels 32 ist, gezeigt ist, umfasst der keramische Sockel 32 eine eingebettete RF-Elektrode 22, wie ein eingebettetes Molybdängitter, und ein Heizelement 33, wie beispielsweise eine eingebettete Molybdändrahtspule. Der keramische Sockel 32 ist vorzugsweise aus Aluminiumnitrid hergestellt und wird vorzugsweise durch Diffusionsverbinden mit einem keramischen Trägerschaft 26, der an einem mit Wasser gekühlten Aluminiumschaft 28 (der in 2 nicht aber in 1 gezeigt ist), der in einen Hebemotor eingreift, befestigt ist, verbunden. Der keramische Trägerschaft 26 und der Aluminiumschaft 28 weisen einen zentralen Kanal auf, der durch einen Nickelstab 25 belegt wird, der die RF-Energie mit niedriger Frequenz zur eingebetteten Elektrode 22 überträgt. Der zentrale Kanal wird auf Atmosphärendruck gehalten, um eine Lichtbogenbildung und korrodierende Angriffe an den Metall-zu-Metall-Verbindungen zu vermeiden.
3 ist ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Metall-zu-Keramik-Verbindung für das Liefern von RF-Energie an die RF-Elektrode 22, die im keramischen Substrathalter 32 eingebettet ist. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Nickelstab 25 mit einem durchgezogene Gewindeloch 27 aus Nickel verlötet, wobei dieses ein äußeres Gewinde 29 aufweist, das in das innere Gewinde im Substrathalter 32 eingreift. Ein Covar-Stopfen 28A ist mit dem Ende des Nickelstabs 25 innerhalb des durchgezogenen Gewindelochs 27 verlötet. Ein Molybdänkügelchen 26A ist mit dem AIN-Substrathalter in Kontakt mit den RF-Elektroden 22 gemeinsam gesintert. Der Covar-Stopfen 28A wird dann mit dem Molybdänkügelchen 25A verlötet, um den Nickelstab 25 sicher an der RF-Elektrode 22 zu befestigen. Eine Silber-Titan-Lötlegierung wird bevorzugt.
Der keramische Sockel 32 wird hergestellt, um eine gleichmäßige Kapazität zu liefern, indem die RF-Elektrode 22 in einer gleichförmigen Tiefe unter der Oberfläche des Substrathalters eingebettet wird. Die RF-Elektrode 22 wird vorzugsweise in einer minimalen Tiefe angeordnet, wobei diese vom keramischen Material abhängt, um eine maximale Kapazität zu liefern, während ein Brechen oder Abschuppen der dünnen Keramikschicht, die die RF-Elektrode 22 bedeckt, vermieden wird. In einer Ausführungsform ist die RF-Elektrode 22 ungefähr 101,6 × 10⁵ μm (40 mil) unter der oberen Oberfläche des Sockels 32 eingebettet.
D. RF-Energieversorgung 5 und Filter/Anpassungs-Netzwerk
Eine RF-Energieversorgung 5 liefert sowohl Radiofrequenzenergie (RF-Energie) mit hoher als auch mit niedriger Frequenz an die Kammer für plasmaverstärkte Verfahren. 5 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm, das eine externe RF-Schaltung zeigt, die eine RF-Quelle 12 mit hoher Frequenz und eine RF-Quelle 17 mit niedriger Frequenz zeigt. Die Schaltung gibt die RF-Energie mit hoher Frequenz an den Gasverteiler 40 der Kammer 30, der in 1 gezeigt ist, und sie gibt die RF-Energie mit niedriger Frequenz an die RF-Elektrode 22, die im Substrathalter 32 eingebettet ist.
Die RF-Wellenformen mit hoher und mit niedriger Frequenz werden durch ein Netzwerk mit Hochpass- und mit Tiefpassfiltern entkoppelt. Die Amplitude der niedrigen Frequenz wird an der Plasmahülle, die sich an der Oberfläche des Substratträgers befin det, maximiert und sie wird am Gasverteilungssystem minimiert. Die Amplitude der hohen Frequenz wird an der Plasmahülle neben dem Gasverteilungssystem maximiert, und die Spannung der hohen Frequenz wird an der Oberfläche des Substratträgers minimiert. Das Gasverteilungssystem stellt eine "Scheinerde" für die RF-Energie mit niedriger Frequenz dar, und die Spannung wird minimiert, um eine Lichtbogenbildung zu verhindern. Das Entkoppeln der RF-Leistung mit niedriger und mit hoher Frequenz führt zu einer Erniedrigung der eigenen Vorgleichspannung, wenn die Energie mit der niedrigen Frequenz zunimmt. Somit wird die Ionenenergie direkt durch die Spannungsamplitude des RF-Signals mit niedriger Frequenz durch die Bodenplasmahülle gesteuert.
Eine Interferenz zwischen der RF-Energie mit hoher und mit niedriger Frequenz wird über den oberen und unteren Plasmahüllen durch eine externe RF-Anpassungseinheit, die die Impedanz bei der RF hoher Frequenz und die Impedanz der entkoppelten niedrigen Frequenz anpasst, minimiert. Ansonsten würden die Interferenzen hohe Spannungen an den Elektroden erzeugen, was zu einer Lichtbogenbildung im Gasverteilungssystem führen würde, was den Brausekopf beschädigt. Die Verwendung einer unteren Plasmahülle mit einer niedrigen Frequenz und einer vorherrschenden oberen Plasmahülle mit hoher Frequenz induziert eine harmonische Oszillationsfrequenz, die durch die externe RF-Schaltung in gewünschtem Maße erhöht oder erniedrigt werden kann.
Wie in 5 gezeigt ist, ist die RF-Quelle mit hoher Frequenz mit einer Impedanzanpassungseinheit 13 hoher Frequenz und einem Hochpassfilter 14, das die RF-Quelle 12 hoher Frequenz von der RF-Energie niedriger Frequenz abschirmt, verbunden. Die RF-Quelle 12 hoher Frequenz ist auch durch ein Tiefpassfilter 16 von einer niederfrequenten Erde 15 abgeschirmt. Die RF-Quelle 17 mit niedriger Frequenz ist mit einem Tiefpassfilter 18 verbunden, das die RF-Quelle mit niedriger Frequenz gegenüber der RF-Energie mit hoher Frequenz abschirmt. Das Eingangssignal mit niedriger Frequenz ist auch gegenüber einer hochfrequenten Erde 19, die einen Hochpassfilter 20 einschließt, abgeschirmt.
Die Lieferung der RF-Energie, die von der in 5 gezeigten Konfiguration geliefert wird, ist gestaltet, um die 13,56 MHz Spannungsamplitude für eine effizientere Elektronenauftreffdissoziation zu maximieren und um die Oszillation niedriger Frequenz an der Brausekopfelektrode zu minimieren. Tatsächlich haben die Erfinder entdeckt, wie das detaillierter unten beschrieben wird, dass die Phasen- und Potentialinterferenzen zwischen den konischen Öffnungen im Brausekopf 40 minimiert werden sollten, um Plas mainstabilitäten und eine Mikrolichtbogenbildung zu verhindern. Das RF-Netz ist auch gestaltet, um das Potential der niedrigen Frequenz an der unteren Elektrode, die eine "Pseudo-Erde" für das 13,56 MHz-Signal bildet, zu maximieren. Die begrenzt die 13,56 MHz-Oszillation an der unteren Elektrode und verhindert die Ausbildung einer Selbstgleichvorspannung (< 20 V), so dass die Ionenenergie direkt durch die LF-Spannungsamplitude gesteuert werden kann. Somit kann sich eine Reduktion der Ladewirkungen an der Waferoberfläche und eine Reduktion der plasmainduzierten Beschädigungen ergeben.
Während es im allgemeinen wünschenswert ist, die Ausbildung von Harmonischen zu verhindern, ist es in gewissen Ausführungsformen möglich, die externe Anpassungsschaltung, die oben beschrieben wurde, zu verwenden, um die Harmonischen, die in der Plasmahülle geschaffen werden, zu verstärken. Beispielsweise kann die Frequenz und die Amplitude der Harmonischen durch das Variieren der externe Kapazität des Kondensators 20 an der unteren RF-Anpassung abgestimmt werden. Durch eine mathematische Modellbildung unter Verwendung von SPICE (simulated Programm while integrated circuit emphasis) haben die Erfinder beobachtet, dass eine sehr feste Resonanz abgestimmt werden kann. Diese Berechnungen haben bewiesen, dass wenn der Kondensator 20 so gewählt wird, dass er eine Kapazität von 1500 pF aufweist, die Resonanzfrequenz der Harmonischen ungefähr 3 MHz betrug, und dass die Amplitude der Schwingung höher war als die Schwingungsamplitude bei 13,56 MHz. Es wird angenommen, dass dieses Phänomen der Ionenresonanz zugeschrieben werden kann, wobei diese, wenn sie korrekt abgestimmt wurde, verwendet werden kann, um eine gewünschte Sputter-Komponente in das Abscheidungsverfahren einzuführen oder um die Natur und die Konzentration der negativen Spezies im Plasma abzustimmen.
E. Andere Komponenten
Kehrt man zu 1 zurück, so verwendet ein Flüssigkeitswärmetauschsystem 6 ein flüssiges Wärmetauschmedium, wie Wasser oder eine Wasser-Glycol-Mischung, um für stabile Verfahrenstemperaturen Wärme aus der Reaktorkammer zu entfernen und gewisse Teile der Kammer auf einer geeigneten Temperatur zu halten. Das Flüssigkeitswärmetauschsystem 6 liefert Flüssigkeit an verschiedene Komponente der Kammer 30, um diese Komponenten während der Hochtemperaturbehandlung auf einer geeigneten Temperatur zu halten. Das System 6 wirkt, um die Temperatur einiger dieser Kammerkomponenten zu erniedrigen, um eine unerwünschte Abscheidung auf diesen Komponenten, verursacht durch die Hochtemperaturverfahren, zu minimieren. Wie man in 1 sehen kann, ermöglichen Wärmetauschkanäle 79 in der Gasversorgungsabdeckplatte 45 es der Wärmetauschflüssigkeit durch die Gasversorgungsabdeckplatte 45 zu zirkulieren, um somit die Temperatur der Gasversorgungsabdeckplatte 45 und benachbarter Komponenten zu halten. Das Flüssigkeitswärmetauschsystem 6 umfasst (nicht gezeigte) Verbindungen, die die Flüssigkeit (wie beispielsweise Wasser) durch ein (nicht gezeigtes) Wärmetauschflüssigkeitsverteilrohr für das Liefern der Flüssigkeit zum Gasverteilungssystem, das den Brausekopf 40 einschließt (wie das unten diskutiert wird), führen. Ein Wasserflussdetektor detektiert den Wasserfluss von einem (nicht gezeigten) Wärmetauscher zum Gehäuseaufbau.
Motore und optische Sensoren (nicht gezeigt) werden verwendet, um die beweglichen mechanischen Aufbauten, wie das Drosselventil 83 und den Sockel 32, zu bewegen und ihre Position zu bestimmen. (Nicht gezeigte) Faltenbälge, die am Boden des Sockels 32 und dem Kammerboden 11 befestigt sind, bilden eine bewegliche gasdichte Versiegelung um den Sockel. Das Sockelhebesystem, die Motore, der Absperrschieber, das Plasmasystem, das wahlweise ein entferntes Pasmasystem 4 einschließen kann (das verwendet werden kann, um eine Kammerreinigungsmöglichkeit unter Verwendung eines entfernten Plasmas, das beispielsweise unter Verwendung einer Mikrowellenquelle ausgebildet wird, zu liefern), und andere Systemkomponenten werden durch den Prozessor 85 über die Steuerleitungen 3 und 3A–D, von denen nur einige gezeigt sind, gesteuert, wie das detaillierter unten beschrieben ist.
II. Systemsteuerung des CVD-Systems 10
Der Prozessor 85 führt eine Systemsteuersoftware aus, bei der es sich um ein Computerprogramm handelt, das in einem Speicher 86 gespeichert ist, der mit dem Prozessor 85 verbunden ist. Vorzugsweise kann es sich beim Speicher 86 um ein Festplattenlaufwerk handeln, wobei aber der Speicher 86 auch aus anderen Arten von Speichern bestehen kann. Zusätzlich zum Speicher 86 umfasst der Prozessor 85 ein Diskettenlaufwerk und ein Karteneinschubgestell. Der Prozessor 85 arbeitet unter der Steuerung der Systemsteuersoftware, die Sätze von Befehlen einschließt, die die Zeitgebung, die Mischung der Gase, den Gasfluss, den Kammerdruck, die Kammertemperatur, die RF-Energiepegel, die Position des Heizsockels, die Temperatur der Heizvorrichtung und andere Parameter einer speziellen Behandlung vorgibt. Andere Computerprogramme, wie solche, die auf einem anderen Speicher gespeichert sind, der beispielsweise eine Diskette oder ein anderes Computerprogrammprodukt, das in ein Plattenlaufwerk oder ein anderes passendes Laufwerk eingeschoben werden kann, umfasst, können auch verwendet werden, um den Prozessor 85 zu betreiben. Die Systemsteuersoftware wird im Detail unten diskutiert. Das Karteneinschubgestell enthält einen Einplatinencomputer, analoge und digitale Eingabe/Ausgabe-Karten, Schnittstellenkarten und Karten für die Steuerung eines Schrittmotors. Verschiedene Teile der CVD-Vorrichtung 10 entsprechen der Norm Versa Modular European (VME), die Karten, Kartenkäfige und Abmessungen und Typen von Verbindungsvorrichtungen definiert. Die VME-Norm definiert auch die Busstruktur, die einen 16-Bit Datenbus und einen 24-Bit Adressbus aufweist.
Die Schnittstelle zwischen einem Nutzer und dem Prozessor 85 erfolgt über einen Kathodenstrahlmonitor 93a und einen Lichtstift 93b, die in 6, die ein vereinfachtes Diagramm des Systemmonitors und der CVD-Vorrichtung 10 ist, die als eine der Kammern in einem Mehrkammersystem dargestellt ist, gezeigt sind. Die CVD-Vorrichtung 10 ist vorzugsweise an der Chassiseinheit 95 befestigt, die elektrische Funktionen, Armaturen und andere Unterstützungsfunktionen für die Vorrichtung 10 liefert. Beispielhafte Chassiseinheiten, die mit der dargestellten Ausführungsform der CVD-Vorrichtung 10 kompatibel sind, sind aktuell kommerziell erhältlich als die Systeme Precision 5000^TM und Centura 5200^TM von Applied Materials, Inc. aus Santa Clara, Kalifornien. Das Mehrkammersystem hat die Fähigkeit, einen Wafer zwischen seinen Kammern zu überführen, ohne das Vakuum zu unterbrechen und ohne, dass der Wafer Feuchtigkeit oder anderen Verunreinigungen außerhalb des Mehrkammersystems ausgesetzt wird. Ein Vorteil des Mehrkammersystems besteht darin, dass verschiedene Kammern im Mehrkammersystem für verschiedene Zwecke in der gesamten Behandlung verwendet werden können. Beispielsweise kann eine Kammer für die Abscheidung eines Metallfilms verwendet werden, eine andere Kammer kann für die schnelle thermische Behandlung verwendet werden, und nochmals eine andere kann für das Abscheiden einer Antireflektionsschicht verwendet werden. Die Behandlung kann ohne Unterbrechung im Mehrkammersystem ablaufen, um somit eine Verunreinigung der Wafer zu verhindern, die ansonsten auftreten kann, wenn Wafer zwischen verschiedenen getrennten einzelnen Kammern (nicht in einem Mehrkammersystem) für getrennte Teile einer Behandlung überführt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform werden zwei Monitore 93a verwendet, wobei einer in der Reinraumwand für die Bedienpersonen und der andere hinter der Wand für die Wartungstechniker montiert ist. Beide Monitore 93a zeigen gleichzeitig dieselbe Information an, wobei aber nur ein Lichtstift 93b freigeschaltet ist. Der Lichtstift 93b detektiert Licht, das durch die CRT-Anzeige ausgestrahlt wird, mit einem Lichtsensor in der Spitze des Stifts. Um einen speziellen Schirm oder eine Funktion auszuwählen, berührt die Bedienpeson ein bezeichnetes Gebiet des Anzeigeschirms und drückt den Knopf auf dem Stift 93b. Das berührte Gebiet ändert eine hervorgehobene Farbe, oder es wird ein neues Menü oder ein neuer Schirm angezeigt, um eine Kommunikation zwischen dem Lichtstift und dem Anzeigeschirm zu bestätigen. Natürlich können andere Vorrichtungen, wie eine Tastatur, eine Maus oder eine andere Zeige- oder Kommunikationsvorrichtung, statt oder zusätzlich zum Lichtstift 93b verwendet werden, um es dem Nutzer zu ermöglichen, mit dem Prozessor 85 zu kommunizieren.
Die Verfahren für das Abscheiden des Films und für das trockenen Reinigen der Kammer können unter Verwendung eines Computerprogrammprodukts, das vom Prozessor 85 ausgeführt wird, implementiert werden. Der Computerkode kann in jeder konventionellen, von einem Computer lesbaren Programmiersprache, wie beispielsweise 68000 Maschinensprache, C, C++, Pascal, Fortran oder einer anderen Sprache, geschrieben sein. Ein geeigneter Programmkode wird in eine einzige Datei oder mehrere Dateien unter Verwendung eines konventionellen Texteditors eingegeben und in einem vom Computer verwendbaren Medium, wie einem Speichersystem des Computers, gespeichert oder verkörpert. Wenn der eingegebene Computerkode in einer höheren Programmiersprache vorliegt, so wird der Computerkode kompiliert, und der sich ergebende Compilerkode wird dann mit einem Objektkode vorkompilierter Windows Bibliotheksroutinen verbunden. Um den verbundenen, kompilierten Objektkode auszuführen, ruft der Systemnutzer den Objektkode auf und veranlasst das Computersystem, den Kode in einen Speicher zu laden, von dem die CPU den Kode liest und ausführt, um die Aufgaben, die im Programm angegeben sind, durchzuführen.
7 ist ein illustratives Blockdiagramm der hierarchischen Steuerstruktur der Systemsteuersoftware, des Computerprogramms 160 gemäß einer spezifischen Ausführungsform. Unter Verwendung der Lichtstiftschnittstelle gibt ein Nutzer eine Verfahrenssatznummer und Behandlungskammernummern in ein Verfahrensauswahlunterprogramm 161 in Reaktion auf Menüs oder Schirme, die auf dem CRT-Monitor angezeigt sind, ein. Die Verfahrenssätze, die vorbestimmte Sätze von Verfahrensparametern sind, die notwendig sind, um die spezifizierten Verfahren auszuführen, werden durch vordefinierten Satznummern identifiziert. Das Verfahrensauswahlunterprogramm 161 identifiziert (i) die gewünschte Behandlungskammer und (ii) den gewünschten Satz von Verfahrensparametern, die benötigt werden, um die Behandlungskammer für das Durchführen der gewünschten Behandlung zu betreiben. Die Verfahrensparameter für das Durchführen einer spezifischen Behandlung beziehen sich auf die Verfahrenszustände, wie die Zusammensetzung des Prozessgases und die Mengenströme, die Temperatur, den Druck, die Plasmazustände, wie die RF-Energiepegel der hohen Frequenz und der niedrigen Frequenz und die RF-Frequenzen der hohen Frequenz und der niedrigen Frequenz (und zusätzlich Mikrowellengeneratorleistungspegel für Ausführungsformen, die mit entfernten Mikrowellenplasmasystemen ausgerüstet sind), den Kühlgasdruck und die Wandtemperatur der Behandlungskammer. Das Verfahrensauswahlunterprogramm 161 steuert, welcher Typ eines Verfahrens (Abscheidung, Waferreinigung, Kammerreinigung, Kammer-Gettern, Reflow) zu einer gewissen Zeit in der Kammer 30 durchgeführt wird. In einigen Ausführungsformen kann es mehr als ein Verfahrensauswahlunterprogramm geben. Die Verfahrensparameter werden dem Nutzer in Form einer Anleitung präsentiert, und sie können unter Verwendung der Lichtstift/CRT-Monitor-Schnittstelle eingegeben werden.
Die Signale für das Überwachen des Prozesses werden durch die analogen und digitalen Eingabekarten der Systemsteuerung geliefert, und die Signale für das Steuern des Verfahrens werden auf den analogen und digitalen Ausgabekarten des CVD-Systems 10 ausgegeben.
Ein Verfahrensablaufsteuerunterprogramm 162 umfasst einen Programmkode für das Annehmen der identifizierten Behandlungskammer und den Satz von Verfahrensparametern vom Verfahrensauswahlunterprogramm 161 und für das Steuern des Betriebs der verschiedenen Behandlungskammern. Mehrere Nutzer können Verfahrenssatznummern und Behandlungskammernummern eingeben, oder ein einzelner Nutzer kann mehrere Verfahrenssatznummern und Behandlungskammernummern eingeben, so dass das Verfahrensablaufsteuerunterprogramm 162 arbeitet, um die ausgewählten Verfahren in der gewünschten Abfolge zeitlich zu steuern. Vorzugsweise umfasst das Verfahrensablaufunterprogramm 162 einen Programmkode, um die Schritte (i) der Überwachung des Betriebs der Behandlungskammern auszuführen, um zu bestimmen, ob die Behandlungskammern verwendet werden, (ii) der Bestimmung, was für Verfahren in den verwendeten Behandlungskammern ausgeführt werden, auszuführen, und (iii) der Ausführung des gewünschten Verfahrens auf der Basis der Verfügbarkeit der Behandlungskammer und des Typs des auszuführenden Verfahrens auszuführen. Konventionelle Verfahren für die Überwachung der Behandlungskammern, wie ein zyklisches Abfragen, können verwendet werden. Wenn zeitlich gesteuert wird, welches Verfahrens auszuführen ist, so kann das Verfahrensablaufsteuerunterprogramm 162 so gestaltet werden, dass es den aktuellen Zustand der verwendeten Behandlungskammer im Vergleich zu den gewünschten Verfahrenszuständen für ein ausgewähltes Verfahren, oder das "Alter" jeder speziellen durch den Nutzer eingegebenen Anforderung oder irgend einen anderen relevanten Faktor, den ein Systemprogrammierer für das Bestimmen der zeitlichen Prioritäten einzuschließen wünscht, berücksichtigt.
Wenn das Verfahrensablaufsteuerunterprogramm 162 bestimmt, welche Behandlungskammer und welche Verfahrenssatzkombination als nächstes ausgeführt werden soll, initiiert das Verfahrensablaufsteuerunterprogramm 162 die Ausführung des Verfahrenssatzes durch das Weitergeben der speziellen Verfahrenssatzparameter an ein Kammerverwaltungsunterprogramm 163a–c, das mehrere Verfahrensaufgaben in einer Behandlungskammer 30 gemäß dem Verfahrenssatz, der durch das Verfahrensablaufsteuerunterprogramm 162 bestimmt wurde, steuert. Beispielsweise umfasst das Kammerverwaltungsunterprogramm 163b einen Programmkode für das Steuern der CVD-Operationen in der Behandlungskammer 30. Das Kammerverwaltungsunterprogramm 163b steuert auch die Ausführung verschiedener Kammerkomponentenunterprogramme, die den Betrieb der Kammerkomponenten, die notwendig sind, um den ausgewählten Verfahrenssatz auszuführen, steuern. Beispiele von Kammerkomponentenunterprogrammen sind ein Substratpositionierunterprogramm 164, ein Prozessgassteuerunterprogramm 165, ein Drucksteuerunterprogramm 166, ein Heizvorrichtungssteuerunterprogramm 167 und ein Plasmasteuerunterprogramm 168. In Abhängigkeit von der spezifischen Konfiguration der CVD-Kammer umfassen einige Ausführungsformen alle der obigen Unterprogramme, während andere Ausführungsformen nur einige der Unterprogramme einschließen können. Fachleute werden leicht erkennen, dass in Abhängigkeit davon, welche Verfahren in der Behandlungskammer 30 ausgeführt werden sollen, andere Kammersteuerunterprogramme eingeschlossen werden können. Im Betrieb wählt das Kammerverwaltungsunterprogramm 163b ausgewählt die Verfahrenskomponentenunterprogramme gemäß dem speziell auszuführenden Verfahrenssatz zeitlich aus oder ruft diese auf. Das Kammerverwaltungsunterprogramm 163b steuert zeitlich die Verfahrenskomponentenunterprogramme, so wie das Verfahrensablaufsteuerunterprogramm 162 zeitlich steuert, welche Behandlungskammer 30 als nächstes zu verwenden ist und welcher Verfahrenssatz als nächstes auszuführen ist. Typischerweise umfasst das Kammerverwaltungsunterprogramm 163b die Schritte der Überwachung der verschiedenen Kammerkomponenten, der Bestimmungen auf der Basis der Verfahrensparameter für den auszuführenden Verfahrenssatz, welche Komponenten betrieben werden müssen, und das Veranlassen der Ausführung eines Kammerkomponentenunterprogramms in Erwiderung auf die Schritte der Überwachung und der Bestimmung.
Der Betrieb spezieller Kammerkomponentenunterprogramme wird nun unter Bezug auf 7 beschrieben. Das Substratpositionierunterprogramm 164 umfasst einen Programmkode für das Steuern der Kammerkomponenten, die verwendet werden, um das Substrat auf das Podest 32 zu laden, und wahlweise um das Substrat auf eine ge wünschte Höhe in der Kammer 30 zu heben, um den Abstand zwischen dem Substrat und dem Brausekopf 40 zu steuern. Wenn ein Substrat in die Behandlungskammer 30 geladen wird, so wird die Heizvorrichtung 33 abgesenkt, um das Substrat in der Wafertasche 34 aufzunehmen, und wird dann auf die gewünschte Höhe angehoben. Im Betrieb steuert das Substratpositionierunterprogramm 164 die Bewegung des Podestes 32 in Erwiderung auf die Verfahrenssatzparameter, die sich auf die Abstützhöhe beziehen, die vom Kammerverwaltungsunterprogramm 163b überführt werden.
Das Prozessgassteuerunterprogramm 165 weist einen Programmkode für das Steuern der Zusammensetzung und der Mengenströme des Prozessgases auf. Das Prozessgassteuerunterprogramm 165 steuert die Öffnungsposition der Sicherheitsabsperrventile und fährt auch die Massenflusssteuervorrichtungen rampenförmig nach oben oder unten, um die gewünschten Menge Gas pro Zeiteinheit zu erhalten. Das Prozessgassteuerunterprogramm 165 wird wie alle Kammerkomponentenunterprogramme durch das Kammerverwaltungsunterprogramm 163b aufgerufen, und empfängt vom Kammerverwaltungsunterprogramm Verfahrensparameter, die sich auf die gewünschten Gasmengenströme beziehen. Typischerweise arbeitet das Prozessgassteuerunterprogramm 165 durch das Öffnen der Gasversorgungsleitungen und (i) das wiederholte Ablesen der erforderlichen Massenflusssteuervorrichtungen, (ii) das Vergleichen der Messungen mit den gewünschten Mengenströmen, die vom Kammerverwaltungsunterprogramm 163b empfangen werden, und (iii) das Einstellen der Mengenströme der Gasversorgungsleitungen, sofern das notwendig ist. Weiterhin umfasst das Prozessgassteuerunterprogramm 165 Schritte für das Überwachen der Mengenflüsse im Hinblick auf nicht sichere Mengenflüsse und für das Aktivieren der Absperrventile, wenn ein nicht sicherer Zustand detektiert wird. Das Prozessgassteuerunterprogramm 165 steuert auch die Gaszusammensetzung und die Mengenflüsse für Reinigungsgase als auch für die Abscheidungsgase in Abhängigkeit vom gewünschten Verfahren (Reinigung oder Abscheidung oder ein anderes Verfahren), das ausgewählt wurde. Alternative Ausführungsformen könnten mehr als ein Prozessgassteuerunterprogramm aufweisen, wobei jedes Unterprogramm einen spezifischen Typ eines Verfahrens oder spezifische Sätze von Gasleitungen steuert.
In einigen Verfahren wird ein Inert-Quellengas, wie Helium oder Argon, in die Kammer 30 zum Einströmen gebracht, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren, bevor reaktive Prozessgase eingeführt werden. Für diese Verfahren ist das Prozessgassteuerunterprogramm 165 programmiert, dass es Schritte für das Strömenlassen des Inert-Quellengases in die Kammer 30 für eine Zeitdauer, die notwendig ist, um den Druck in der Kammer zu stabilisieren, einschließt, wonach dann die oben beschrieben Schritte ausgeführt werden. Zusätzlich ist, wenn ein Prozessgas aus einem flüssigen Vorläuferstoff, wie beispielsweise TEOS, verdampft werden soll, das Prozessgassteuerunterprogramm 165 so geschrieben, dass es die Schritte für das Hindurchperlenlassen von Blasen eines Fördergases, wie Helium, durch den flüssigen Vorläuferstoft in einem Gasspüler oder das Einführen eines Trägergases, wie Helium oder Stickstoff, in ein Flüssigkeitsinjektionssystem einschließt. Wenn ein Gasspüler für diesen Typ des Verfahrens verwendet wird, reguliert das Prozessgassteuerunterprogramm 165 den Fluss des Fördergases, den Druck im Gasspüler und die Temperatur des Gasspülers, um die gewünschten Prozessgasmengenströme zu erhalten. Wie oben diskutiert wurde, so werden die gewünschten Prozessgasmengenströme an das Prozessgassteuerunterprogramm 165 als Verfahrensparameter gegeben. Weiterhin umfasst das Prozessgassteuerunterprogramm 165 Schritte für das Erhalten des notwendigen Mengenstroms des Fördergases, des Gasspülerdrucks und der Temperatur des Gasspülers für den gewünschten Prozessgasmengenstrom durch den Zugriff auf eine gespeicherte Tabelle, die die erforderlichen Werte für einen gegebenen Prozessgasmengenstrom enthält. Wenn die geforderten Werte erhalten wurden, so werden der Fördergasmengenstrom, der Druck des Gasspülers und die Temperatur des Gasspülers überwacht, mit den geforderten Werten verglichen und entsprechend eingestellt.
Das Drucksteuerunterprogramm 166 umfasst einen Programmkode für das Steuern des Drucks in der Kammer 30 durch das Regulieren der Öffnungsgröße des Drosselventils im Auslasssystem der Behandlungskammer. Die Öffnungsgröße des Drosselventils wird festgesetzt, um den Druck der Kammer auf den gewünschten Pegel in Relation zum gesamten Prozessgasmengenstrom, der Größe der Behandlungskammer und dem Einstellwert des Pumpdrucks für das Auslasssystem zu steuern. Wenn das Drucksteuerunterprogramm 166 aufgerufen wird, wird der gewünschte Druckpegel oder der Zieldruckpegel als ein Parameter vom Kammerverwaltungsunterprogramm 163b empfangen. Das Drucksteuerunterprogramm 166 misst den Druck in der Kammer 30 durch das Ablesen eines oder mehrerer konventioneller Druckmanometer, die mit der Kammer verbunden sind, vergleicht den oder die gemessenen Werte mit dem Zieldruck, erhält PID-Werte (Proportional-, Integral- und Differential-Werte), die dem Zieldruck entsprechen, aus einer gespeicherten Drucktabelle, und stellt das Drosselventil entsprechend den PID-Werten, die man aus der Drucktabelle erhalten hat, ein. Alternativ kann das Drucksteuerunterprogramm 166 geschrieben sein, um das Drosselventil auf eine spezielle Öffnungsgröße zu öffnen oder zu schließen, um die Pumpkapazität in der Kammer 30 auf den gewünschten Druck zu regulieren.
Das Heizvorrichtungssteuerunterprogramm 167 umfasst einen Programmkode für das Steuern der Temperatur eines Heizelements 107, das verwendet wird, um den Sockel 32 (und jedes sich darauf befindliche Substrat) mit einer Widerstandsbeheizung zu beheizen. Das Heizvorrichtungssteuerunterprogramm 167 wird auch durch das Kammerverwaltungsunterprogramm aufgerufen und empfängt einen Ziel- oder Einstelltemperaturparameter. Das Heizvorrichtungssteuerunterprogramm misst die Temperatur durch das Messen der Spannung, die von einem Thermoelement, das im Sockel 32 angeordnet ist, ausgegeben wird, vergleicht die gemessene Temperatur mit der Solltemperatur und erhöht oder erniedrigt den Strom, der an die Heizeinheit angelegt wird, um die Solltemperatur zu erhalten. Die Temperatur erhält man aus der gemessenen Spannung durch das Nachschlagen der entsprechenden Temperatur in einer gespeicherten Umwandlungstabelle oder durch das Berechnen der Temperatur unter Verwendung eines Polynoms vierter Ordnung. Wenn eine eingebettete Schleife verwendet wird, um den Sockel 32 zu heizen, so steuert das Heizvorrichtungssteuerunterprogramm 167 allmählich ein rampenförmiges Hochfahren oder Herunterfahren des Stroms, der an die Schleife angelegt ist. Zusätzlich kann eine Fehlerbetriebsart eingefügt sein, um die Übereinstimmung mit der Verfahrenssicherheit zu detektieren, und eine Abschalteoperation der Heizeinheit auszuführen, wenn die Behandlungskammer 30 nicht passend eingestellt ist. Ein alternatives Verfahren der Heizvorrichtungssteuerung, das verwendet werden kann, verwendet einen Rampensteueralgorithmus, der in der US-A-5,968,587 beschrieben ist.
Ein Plasmasteuerunterprogramm 168 umfasst einen Programmkode für das Einstellen von RF-Energiepegel der niederen Frequenz und der hohen Frequenz, die an die Verfahrenselektroden in der Kammer 30 und an die Heizeinrichtung 32 angelegt werden, und für das Einstellen der verwendeten niederen als auch hohen RF-Frequenz. Wie bei den vorher beschriebenen Kammerkomponentenunterprogrammen wird das Plasmasteuerunterprogramm 168 durch das Kammerverwaltungsunterprogramm 163b aufgerufen. Bei Ausführungsformen, die einen entfernten Plasmagenerator 4 einschließen, würde ein Plasmasteuerunterprogramm 168 auch einen Programmkode für das Steuern des entfernten Plasmagenerators einschließen.
III. Abscheiden von CVD-Filmen mit dem CVD-System 10
Vor der Entwicklung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wurde allgemein angenommen, dass ein Brausekopf, der konische Öffnungen, wie die Öffnungen 42 verwendet, nicht wirksam in einem PECVD-Verfahren mit gemischter Frequenz verwendet werden könnte. Wie im Abschnitt oben zum Stand der Technik diskutiert wurde, führen alle bekannten Versuche der Verwendung einer RF-Energie mit einer gemischten Frequenz mit einem Brausekopf mit konischen Öffnungen zu Situationen, bei denen die Leistungsversorgungen mit der hohen Frequenz (HF) und der niederen Frequenz (LF) mit dem Brausekopf (obere Elektrode) in der Behandlungskammer verbunden wurden. Eine solche Konfiguration führt zu instabilen Phaseninterferenzen zwischen den LF- und HF-Wellenformen. Dies wiederum erzeugte Spannungen in der oberen Elektrode, die höher als gewünscht waren, was zu einer unerwünschten Lichtbogenbildung führte.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung entdeckten jedoch, dass durch die Verwendung einer am Boden mit Energie versorgten Elektrode, bei dem die RF-Energieversorgung mit niedriger Frequenz mit einer Elektrode unterhalb des Substrats verbunden wird, und durch die Verwendung des oben beschriebenen RF-Filter- und Anpassungsnetzwerks, die HF- und LF-Wellenformen genügend entkoppelt werden können, um die Probleme der Phaseninterferenz, auf die man bisher gestoßen ist, zu verhindern. Unter Verwendung dieser Konfiguration können die HF- und LF-Wellenformen gesteuert werden, um die Interferenz zwischen den Wellenformen zu minimieren. Mit einer minimierten Interferenz haben die Erfinder herausgefunden, dass ein Brausekopf mit konischen Öffnungen in PECVD-Verfahren mit einer gemischten Frequenz verwendet werden kann, während eine Lichtbogenbildung in oder nahe den Öffnungen 42 verhindert werden kann.
Die Verwendung einer RF-Energie mit gemischter Frequenz zusammen mit der Verwendung konischer Öffnungen erlaubt die Abscheidung von Filmen, die in vieler Hinsicht überragende physikalische Eigenschaften aufweisen. Zuerst liefert, wie das vorher diskutiert wurde, die Verwendung konischer Öffnungen statt den geraden Öffnungen eine erhöhte Dissoziation des Prozessgases, eine höhere Plasmadichte und eine erhöhte Ionisierungseffizienz. Die erhöhte Dissoziation ist insbesondere bei der Abscheidung von Silikonnitridfilmen und anderen Filmen, bei denen ein oder mehrere der speziellen verwendeten Quellengase (beispielsweise N₂) ziemlich schwierig auseinander zu brechen sind, wichtig. Somit ermöglicht als ein Beispiel bei der Abscheidung von Silikonnitridfilmen die Verwendung der konischen Öffnungen eine Reduktion in der Menge des NH₃ und eine entsprechende Zunahme in der Menge des N₂, die als Quellen für den Stickstoff verwendet werden. Das reduzierte NH₃ führt wiederum zu weniger Wasserstoff, der in den Film eingeschlossen ist, und einer niedrigeren WER. Die Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bei der Abscheidung von Silikonnitridfilmen wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
Der Einschluss der RF-Quelle niedriger Frequenz ermöglicht andererseits die Steuerung der Ionenenergie, die verwendet wird, um das Substrat und den abgeschiedenen Film zu beschießen. Eine solche erhöhte Steuerung des Ionenbeschusses kann verwendet werden, um die Filmdichte zu verbessern, eine bessere Belastungssteuerung zu ermöglichen, eine niedrigere WER zu liefern (die Geschwindigkeit, mit der der abgeschiedene Film in einer 6 : 1 (auf das Volumen bezogen) BOE-Lösung geätzt wird, wie das von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird) und um die gesamte Filmintegrität zu verbessern. Es wird angenommen, dass bei der Abscheidung von Silikonnitridfilmen, ein solcher Beschuss den Wasserstoff, der von der Reaktion des Silans und des Ammoniaks bleibt, verdrängt, was somit zu einer Verbesserung der WER des Films führt.
In ähnlicher Weise liefert die Entkopplung der Wellenformen mit niedriger und mit hoher Frequenz eigene Verbesserungen. Beispielsweise stellt, wie das oben erwähnt wurde, die Lichtbogenbildung in den Öffnungen des Brausekopfs 40 bei der CVD-Abscheidung ein Problem dar. Im allgemeinen ist die Lichtbogenbildung eher ein Problem bei einem niedrigeren Kammerdruck als bei einem hohen Kammerdruck. Beispielsweise wurden in einem früheren PECVD-Verfahren mit gemischter Frequenz für die Abscheidung von Silikonnitrid, das eine RF-Energie mit gemischter Frequenz und gerade statt konische Öffnungen verwendet hat, Probleme verursacht, wenn der Kammerdruck unterhalb 3,999 × 10² Pascal (3 Torr) lag. Somit begrenzte dieses Verfahren den Abscheidungsdruck auf 3,999 × 10² Pascal (3 Torr) oder mehr, obwohl niederere Druckwerte im allgemeinen wünschenswert sein würden, da Filme, die niedere WERs aufweisen, bei solchen niederen Druckwerten abgeschieden werden könnten. In der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung können niedere Abscheidungsdruckwerte ohne eine Lichtbogenbildung verwendet werden. In einem Test wurde, sogar wenn ein Brausekopf, der konische Öffnungen aufweist, verwendet wurde, ein Druck von 3,333 × 10² Pascal (2,5 Torr) ohne eine Lichtbogenbildung verwendet.
Die entkoppelten Wellenformen mit hoher und mit niedriger Frequenz ermöglichen es auch, dass eine erhöhte Menge von Energie mit niedrigerer Frequenz relativ zur Energie mit hoher Frequenz bei der Filmabscheidung verwendet werden kann. Beispielsweise wurde im selben vorher bekannten Silikonnitridverfahren mit gemischter Frequenz die Lichtbogenbildung zu einem schweren Problem, immer dann, wenn die verwendete Menge der RF-Energie mit niedriger Frequenz größer als ungefähr 35% der gesamten verwendeten RF-Energie gewesen ist. Dies hat sogar gegolten, wenn gerade Öffnungen statt den konischen Öffnungen im Gasbrausekopf verwendet wurden. Mit den Wellenformen mit hoher und niedriger Frequenz, die entkoppelt sind, wie das durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erreicht werden kann, kann die Menge der verwendeten RF-Leistung niedriger Frequenz unter Verwendung desselben Silikonnitridabscheidungsverfahren auf über 35% der gesamten Energie ohne eine Lichtbogenbildung erhöht werden, sogar dann wenn konische Öffnungen statt den geraden Öffnungen verwendet wurden. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wurde erfolgreich mit einer RF-Energie mit niedriger Frequenz von bis zu 60% der gesamten verwendeten RF-Energie verwendet. Wie vorher erwähnt wurde, führt eine höhere Energie mit niederer Frequenz zu einem erhöhten Ionenbeschuss und kann somit verwendet werden, um die Filmqualitäten zu verbessern. Bei Anwendungen der Vorrichtung ist es jedoch wichtig, die Wirkung eines erhöhten Beschusses auf die darunter liegenden Schichten zu betrachten. Wenn beispielsweise während der Abscheidung eines gegebenen Films der Beschuss zu hoch eingestellt wird, so kann er einen vorher abgeschiedenen Film beschädigen, und somit die Ausbeute beeinträchtigen, obwohl der erhöhte Beschuss die Filmqualitäten bei der augenblicklich abgeschiedenen Schicht verbessert. Dies ist insbesondere für die Gateoxidintegrität während einer PMD-Film-Abscheidung relevant.
Die Erfinder dieser Erfindung haben auch eine detaillierte Analyse der Wirkungen der Reaktorimpedanz auf die Filmeigenschaften eines Silikonnitridfilms durchgeführt. Die 8A–8D zeigen die Wirkung eines Behandlungsdrucks auf die Reaktorimpedanz. Für jeden Datenpunkt in den Figuren [Druck = 1,333 × 10² bis 7,999 × 10² Pascal (1–6 Torr)] wurde ein Si₃N-Film mit einem Brechungsindex von 2,0 und einer Druckbeanspruchung von –1,5 × 10⁹ Dyn/cm² eingestellt. SiH₄/NH₃/N₂ wurden als Vorläufergase in einem Verhältnis von 1 : 2 : 10 verwendet. Die Parameter, die aufgezeichnet wurden, sind: 8A Spannungsamplitude (V_HF an der oberen Elektrode und V_LF an der unteren Elektrode; 8B Stromintensitäten (I_LF und I_HF); 8C Phasenwinkel (Φ_v/i _HF und (Φ_v/i _LF), und 8D Impedanzgröße (|Z_HF| und |Z_LF|). Die Messungen wurden mit zwei ENI V/I Impedanzmessfühlern^TM gemacht, wobei sich einer oben befindet für die Charakterisierung der hohen Frequenz und wobei sich der andere am Boden befindet für die Messungen der niedrigen Frequenz. Die Ergebnisse zeigen eine höhere Impedanzgröße bei niedriger Frequenz als auch einen Phasenwinkel von Φ_LF ~ –65° im Vergleich mit Φ_HF ~ –80°. Dies zeigt an, dass die "natürliche" kapazitive Impedanz (Φ_v/i ~ –90°) des Reaktors durch das Hinzufügen eines Signals niedriger Frequenz modifiziert wurde. Andere Messungen zeigen, dass Φ_HF ~ –87°, wenn keine Energie niedriger Frequenz angelegt wird.
Das Signal mit niedriger Frequenz, das in diesen Tests verwendet wird (350 kHz) liegt unterhalb der Ionenplasmafrequenz (die in diesem Beispiel auf 800 kHz geschätzt wird). Somit antworten ionisierte Spezies auf die Vorspannung niedriger Frequenz, die die Ionenbewegung induziert. Diese Ionenbewegung führte eine induktive Komponente in das Plasma ein, so dass die Plasmavolumenimpedanz (plasma bulk impedance) nicht als eine parallele RC-Schaltung beschrieben werden kann, wenn das Energieverhältnis der niedrigen Frequenz hoch ist (beispielsweise W_LF/(W_LF + W_HF) > 20%). Wie in 11 gezeigt und unten diskutiert wird, kann die Reaktorimpedanz "grob" als eine RLC-Schaltung beschrieben werden: (L in Reihe mit R) parallel zu C.
Eine sorgfältige Steuerung der Ionenenergie (proportional zum Waferpotential niedriger Frequenz E_ion = q_ion × V_LF) ermöglicht einen genauen Ionenbeschuss an der Waferoberfläche. 8A zeigt jedoch, dass das Potential der Elektrode der Heizvorrichtung über einem großen Druckbereich [2,66 × 10² bis 6,66 × 10² Pascal (2 bis 5 Torr)] konstant bleibt (~ 460 V). Die 8C und 8D zeigen, dass die Reaktorimpedanz zum Druck in Bezug steht: der Phasenwinkel und die Impedanzgröße sind ein Maximum, wenn der Druck 2,66 × 10² Pascal (2 Torr) beträgt. Es wurde auch herausgefunden, dass der Druck zu einer minimalen WER in Si₃N₄ Filmen in Bezug steht (siehe 9). Die Korrelation zwischen der Filmätzgeschwindigkeit, dem Phasenwinkel und der Impedanzgröße zeigt die Bedeutung der Steuerung der Reaktorimpedanz für einen genauen Ionenbeschuss während des Filmwachstums und für verbesserte Filmeigenschaften, wie eine reduzierte WER in Silikonnitridfilmen. Dieselben Prinzipien sollten auch auf die Abscheidung anderer Filme, die Silikonoxid, Silikonoxynitrid, Silikoncarbid, fluorierter amorpher Kohlenstoff und dergleichen einschließen.
Die Reaktorimpedanz wurde auch als eine Funktion der LF-Vormagnetisierungsfrequenz gekennzeichnet. Die LF-Frequenz wurde von 300 bis 950 kHz unter Verwendung von sinusförmigen Wellenformen variiert. Die 10A–10D zeigen das Elektrodenpotential, den Strom und die Reaktorimpedanz bei niedriger und hoher Frequenz. Das Maß des Phasenwinkels und der Impedanzgröße als eine Funktion der Frequenz liefert eine Gelegenheit, um den Reaktor unter Verwendung einfacher Komponenten zu modellieren. Es wurde eine SPICE-Simulation durchgeführt, um die Maße für den Phasenwinkel und die Impedanzgröße anzupassen. 11 zeigt die modellierte Schaltung. Neben dem vorher beschriebenen Anpassungsnetzwerk sind in 11 das Plasmavolumen 104 und zwei unterschiedliche Plasmahüllen 100 und 102 gezeigt (sie stellen alle einen Teil der Reaktionszone 58 dar, die oben in Bezug auf 1 diskutiert wurde). Das Plasmavolumen kann als eine RLC-Schaltung mit einem großen Induktorwert (L₂ = 20 μH), der die Ionenbewegung und eine Trägheit widerspiegelt, modelliert werden. Die obere Hülle besteht aus einem Stromgenerator, um die Erzeugung von elektrisch gelade nen Spezies widerzuspiegeln. Die Diode (D₀) reflektiert einfach, dass nur ein Elektronenstrom durch diesen Teil der Hülle fließen kann. Der Wert von I₀ (10 A) befindet sich in guter Übereinstimmung mit dem Wert, der bei 13,56 MHz gemessen wurde (10B).
Die untere Hülle ist ähnlich der oberen Hülle mit der Ausnahme, dass ein zweiter Induktor (L₀) die Ionenbewegung durch die Hülle und den induzierten Ionenbeschuss widerspiegelt. Auch der Stromgenerator (I₁ = 0,9 A) wurde eingestellt, um zum gemessenen Wert (I_LF) zu passen. Das Modell befindet sich in guter Übereinstimmung mit der Annahme, dass die zwei Hüllen unterschiedlich sind (die Ionisierung am Brausekopf und der Ionenbeschuss an der Bodenelektrode). Der keramische Sockel/die Heizeinrichtung ist als ein einfacher Kondensator 106, der in Reihe mit der Plasmaimpedanz platziert wurde, modelliert. Der Nennwert der Kapazität der Heizeinrichtung beträgt 2500 pF, wenn die Tiefe der Elektrode 1016 μm (40 mil) beträgt.
Die 12A und 12B zeigen einen Vergleich der gemessenen und simulierten Daten. Die gemessenen Daten (Punkte in jeder Figur) befinden sich in guter Übereinstimmung mit dem Modell, das mit C₃ = 2500 pF berechnet wurde (dicke Linie). C₃ wurde gemessen, indem eine Metallplatte auf der Heizvorrichtungstasche platziert wurde und die Kapazität mit einer Netzwerkanalysevorrichtung gemessen wird, wie das für einen Fachmann verständlich ist. Die andere Kurven zeigen den Einfluss auf die Reaktorimpedanz, wenn die Kapazität der Heizeinrichtung variiert wird. Aus diesen Daten kann man sehen, dass die Kapazität der Heizeinrichtungselektrode einen entscheidenden Einfluss auf die Reaktorimpedanz hat. Diese Kapazität wird durch die Tiefe (d), in welcher die Elektrode eingebettet ist, bestimmt (C = εS/d, wobei ε die Dielektrizitätskonstante von AIN ist, S ist das Oberflächengebiet der Elektrode, und d ist die Tiefe der Elektrode). Somit ist es wichtig, diese Elektrodentiefe während des Herstellungsverfahrens der Heizeinrichtung präzise zu steuern.
Basierend auf der obigen Arbeit und den Charakterisierungen entwickelten die Erfinder hier zwei zusätzliche Verbesserungen beim CVD-System 10 der vorliegenden Erfindung. Die erste dieser Verbesserungen umfasst das Hinzufügen einer Impedanzabstimmvorrichtung 108 zum CVD-System 10. Die Impedanzabstimmvorrichtung 108 ist in 11 gezeigt, wie sie in Reihe mit dem Kondensator 106 (Sockel 32) verbunden ist und in Abhängigkeit von den Verfahrenszuständen in ihrem Wert eingestellt werden kann, um die Impedanz des Reaktors 30 mit einem zusätzlichen "Steuerknopf" einzustellen, um die gewünschten Filmeigenschaften zu erhalten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Impedanzabstimmvorrichtung 108 ein variabler Kondensator. In einem Beispiel wird der Kondensator so ausgewählt, dass die gesamte Impedanz des Reaktors zwischen 600 und 2500 Ω gesteuert werden kann. In einer anderen Ausführungsform ist die Impedanzabstimmvorrichtung 108 eine LC-Schaltung, die eine variable Spule aufweist, die parallel mit einem Kondensator verbunden ist. In nochmals anderen Ausführungsformen kann die Impedanzabstimmvorrichtung 108 vom CVD-System 10 mittels eines (nicht dargestellten) Umgehungsschalters getrennt werden.
Die zweite Verbesserung umfasst das Hinzufügen eines Impedanzmessfühlers 110 (in den 1 und 5 gezeigt) zum CVD-System 10. Der Impedanzmessfühler ist elektrisch mit der Kammer 30 durch zwei Leitungen 111A und 111B verbunden. Die Leitung 111A ist mit einem Eingangsanschluss 112A verbunden, der sich in elektrischem Kontakt mit der unteren Elektrode 22 befindet, die im Sockel 32 eingebettet ist, während die Leitung 111B mit einem Eingangsanschluss 112B verbunden ist, der sich in elektrischem Kontakt mit der oberen Elektrode, der Frontplatte 40 befindet. Der Impedanzmessfühler 110 befindet sich über die Steuerleitungen 3 in Verbindung mit dem Prozessor 85.
Wenn der Impedanzmessfühler in dieser Art verbunden ist, so kann er verwendet werden, um die Impedanz des Reaktors während der Substratbehandlung zu überwachen, und, sofern es angebracht ist, kann der Prozessor 85 die Behandlungszustände oder die Einstellung der Impedanzabstimmvorrichtung 108 einstellen (beispielsweise wenn die Impedanzabstimmvorrichtung ein variabler Kondensator ist, die Kapazität des variablen Kondensators einstellen), um eine Änderung in der Reaktorimpedanz zu kompensieren. Dies ist insbesondere nützlich, da, wie das oben diskutiert wurde, in einigen Verfahren die Impedanz des Reaktors 30 eine bestimmte Wirkung auf die Filmeigenschaften, wie die WER-Belastung, die Abscheidungsgeschwindigkeit, den Brechungsindex und die Gleichförmigkeit der Filmdicke, hat. Wenn beispielsweise während eines Behandlungslaufs von 2000 Wafern der Prozessor 85 detektiert, dass die Reaktorimpedanz aus dem Bereich, der vorher für diesen Lauf definiert wurde, heraus läuft, kann eine passende Aktion während des Waferlaufs verwendet werden, um die Reaktorimpedanz einzustellen und weiterhin zu gewährleisten, dass die Filmeigenschaften innerhalb der Spezifikationen des Herstellers für die gegebene Behandlung während des gesamten Behandlungslaufs liegen. Die Aktionen, die vorgenommen werden, um eine solche Impedanzdrift einzustellen, können in nicht einschränkender Weise das Einstellen des Drucks in der Reaktorkammer, das Erhöhen oder Erniedrigen der RF-Energie mit der hohen Frequenz oder der niedrigen Frequenz und, wie das oben beschrieben wurde, das Einstellen der Einstellung der Impedanzabstimmvorrichtung 108 umfassen. Dieses Merkmal kann auch als eine Überwachung der Impedanz an Ort und Stelle bezeichnet werden.
Die Merkmale und die Gestalt des oben beschriebenen CVD-Systems 10 zusammen mit den zusätzlichen Entdeckungen, die durch die Erfinder gemacht wurden und die auch oben diskutiert wurden, ermöglichen es, dass das CVD-System 10 verwendet wird, um CVD-Filme über einem großen Bereich von Behandlungszuständen, die die Verwendung von Abscheidungsparametern, die bisher nicht möglich waren, einschließen, abzuscheiden. Die Vorrichtung ist für die Abscheidung einer Vielzahl von CVD-Filmen, die Filme mit niedriger Behandlungstemperatur für intermetallische dielektrische Anwendungen (intermetal dielektrctric, IMD) und Hochtemperaturbehandlungen für vormetallische dielektrische Anwendungen (premetal dielectric, PMD) einschließen, verwendbar. Einige spezifische Anwendungen umfassen auf TEOS (Tetraethylorthosilicat) oder auf Silan basierende chemische PECVD- und SACVD (subatmosphärische CVD) Zusammensetzungen, die die Abscheidung nicht dotierten Silikonoxids (USG) und dotierter Silikonoxide, wie Bor-Phosphor-Silikatglass (BPSG), Phosphor-Silikatglas (PSG) und mit Fluor dotierte Silikatglas (FSG) einschließen. In ähnlicher Weise können Schichten aus Silikonnitrid (Si₃N₄), Silikoncarbid, SiO_x,N_y, amorphem Silikon und andere Schichten unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung abgeschieden werden.
Als ein Beispiel eines verbreiterten Behandlungsbereiches, der durch die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung erzielbar ist, haben die Erfinder ausführliche Arbeiten mit Si₃N₄ Filmen durchgeführt und Techniken entwickelt, die die Abscheidung solcher Si₃N₄ Filme ermöglichen, die verbesserte (niedrigere) Nassätzgeschwindigkeiten, eine ausgezeichnete Stufenbedeckung, eine erhöhte Filmintegrität und reduzierte Gasblasen bei Niedertemperaturbehandlungsbedingungen aufweisen. Die Erfinder haben auch Hochtemperatur-PECVD-Si₃N₄-Filme entwickelt, die eine WER von weniger als 15 Å/min aufweisen, wobei diese niedriger ist als die von vielen thermisch gewachsenen Si₃N₄ Schichten.
Bei der Entwicklung dieser verbesserten Si₃N₄ Filme führten die Erfinder unter anderem ausführliche Studien über die Wirkung der Kapazität der Heizvorrichtung auf die Beanspruchung, die Wirkung des Verhältnisses der LF-Energie zur gesamten RF-Energie auf den Ionenbeschuss und die Beziehung der WER zur Beanspruchung durch. Für diese Studien wurde ein Si₃N₄ Abscheidungsverfahren mit einem Brechungsindex von 2,0 und einer komprimierenden Beanspruchung von 1,5 × 10⁹ Dyn/cm² durchgeführt. Die Nennkapazität der Heizvorrichtung von 2500 pF wurde dann durch das Hinzufügen eines variab len Kondensators als Impedanzabstimmvorrichtung 108, die in Serie mit der Heizvorrichtung platziert wurde, reduziert. Das Verfahren führte SiH₄/NH₂/N₂ in die Kammer mit Mengenflussraten von 220/1200/600 sccm ein, und die Kammer wurde auf 400°C erhitzt und bei einem Druck von 4,0 Torr gehalten. RF-Energie hoher Frequenz wurde dem Gasverteiler mit einer Leistung von 250 W zugeführt, und RF-Energie mit niedriger Frequenz (350 kHz) mit einer Leistung von 250 W wurde der Bodenelektrode geliefert. Schließlich wurde der Abstand zwischen dem Substrathalter und dem Gasverteiler auf 10,795 μ (425 mil) eingestellt. Die Ergebnisse dieser Studien sind in den 14 bis 16 gezeigt und werden nachfolgend diskutiert.
14 zeigt, dass die Filmbelastung durch die Kapazität des Sockels/der Heizvorrichtung stark beeinflusst wird. Es wurde auch herausgefunden, dass der Brechungsindex und die Gleichförmigkeit des abgeschiedenen Films zunimmt und dass die Abscheidungsgeschwindigkeit abnimmt, wenn die Kapazität der Heizvorrichtung abnimmt. Dies bestätigt die Beziehung zwischen den Filmeigenschaften und der Reaktorimpedanz. Es wurde herausgefunden, dass eine Behandlung mit einer einzigen Frequenz weniger beeinflusst wird als eine Behandlung mit einer gemischten Frequenz, wobei es sich um ein Phänomen handelt, das tatsächlich vom Modell vorhergesagt wurde (siehe 12A und 12B, wo die Distanz zwischen den Kurven bei höheren Frequenzen enger wird). Diese Ergebnisse können verwendet werden, um eine Toleranz der Kapazität der Heizvorrichtung für die Abscheidung von Si₃N₄ Filmen zu spezifizieren. Beispielsweise wurde herausgefunden, dass für das Ermöglichen einer maximalen Belastungsauslenkung von ±2 × 10⁸ Dyn/cm² um das zentrale Verfahren, die Kapazität der Heizvorrichtung innerhalb von 2500 pF ± 13% gesteuert werden muss. Dies entspricht einer Elektrodentiefe von 40 mil, +5,1, –3,5. Werte außerhalb dieses Toleranzbereichs können jedoch durch die Verwendung der Impedanzabstimmvorrichtung 108 korrigiert werden.
Die Filmintegrität und andere Filmeigenschaften stehen in starkem Bezug zum Ionenbeschuss. Wie oben erwähnt wurde, so ist die Ionenenergie proportional zum Potential der Plasmahülle. Die Erfinder untersuchten die Wirkung der Leistung mit niedriger Frequenz auf das Potential des Brausekopfs und die Elektrode der Heizvorrichtung. Sie zeichneten auch die Selbstgleichvorspannung, die allgemein bei der Vorspannung von 13,56 MHz induziert wurde, auf. 15 zeigt die Wirkung der Erhöhung der Energie mit niedriger Frequenz. In 15 wurde die gesamte RF-Energie konstant bei 500 W gehalten, und man kann sehen, dass das Erhöhen der LF-Energie die Spannungsamplitude V_LF (und die Ionenenergie) bei der Elektrode der Heizvorrichtung erhöht. Gleichzeitig nimmt die Spannungsamplitude V_HF am Brausekopf ab. Die Erfinder entdeckten jedoch, dass die Gleichvorspannung auf beiden Elektroden reduziert wird, wenn die Energie mit niedriger Frequenz erhöht wird. Es wird angenommen, dass diese negative Selbstgleichvorspannung die Ausbildung einer an Ionen verarmten Hülle an den Elektroden widerspiegelt. Diese Gleichvorspannung kann größer als 200 V sein, wenn ein Behandlung mit einer einzigen (hohen) Frequenz verwendet wird. Mit dem Hinzufügen einer Energie mit niedriger Frequenz können die Ionen nicht länger als feste Ladungen betrachtet werden. Die LF-Vorspannung veranlasst Ionen, in die Plasmahülle einzudringen, um somit die Elektronenladewirkungen aufzuheben und die Gleichspannungskomponente zu reduzieren. Somit befindet sich die Ionenenergie direkt unter der Kontrolle der Spannungsamplitude mit niedriger Frequenz. Im Wellental (V_LF < 0) beschießen die positiv ionisierten Spezies (von denen angenommen wird, dass sie die Mehrheit der Ionen bilden) den wachsenden Film.
Der Verhältnis der Energie mit niedriger Frequenz zur gesamten Energie [W_LF/(W_HF + W_LF)] ist ein wichtiger "Knopf" um die Filmbelastung abzustimmen. Wie vorher erwähnt wurde, ermöglicht die Konfiguration der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung unter gewissen Sätzen von Behandlungszuständen die LF-Energie auf bis zu 60% der gesamten RF-Energie zu erhöhen, ohne eine Lichtbogenbildung zu verursachen. 16 zeigt, dass das Hinzufügen von Energie mit niedriger Frequenz (V_LF nimmt zu, Gleichvorspannung nimmt ab) eine erhöhte Filmdichte durch den energiereicheren Beschuss in einem Si₃N₄ Film, der einen Brechungsindex von 2,0 aufweist, der in der obigen Weise abgeschieden wurde, ermöglicht. 16 zeigt auch, dass die Film-WER und die Beanspruchung eng miteinander verbundene Eigenschaften sind. Für Anwendungen der Vorrichtungen werden im allgemeinen Filme mit einem gemäßigten komprimierenden Beanspruchung (beispielsweise 50 bis 150 MPa) gefordert. Die Reaktorkonfiguration der vorliegenden Erfindung und die Plasmaimpedanz können optimiert werden, um die WER und die Filmbeanspruchung zu entkoppeln, um einen Film hoher Integrität mit einer abstimmbaren Beanspruchung zu liefern.
Mit dem Wissen, dass die Ionenenergie proportional zum Potential der Elektrode der Heizvorrichtung ist, untersuchten die Erfinder verschiedene Vorspannungswellenformen und Frequenzen, um ihre Wirkungen und ihre Rolle beim Ionenbeschuss und bei den Filmeigenschaften zu bestimmen. Drei verschiedene Wellenformen wurden getestet: sinusförmig, asymmetrisch und quadratisch (siehe 17A bis 17D). Bei jeder Wellenform wurde die Frequenz variiert, und die Filmintegrität wurde gekennzeichnet (Stufenbedeckung vor und nach einer 250 Å Ätzung oder einer einminütigen 6 : 1 BOE, wie es Fachleute verstehen werden, und das Gasblasenverhalten).
Eine sinusförmige Wellenform (17A) wurde mit einer Frequenz von 350 kHz getestet. Sinusförmige Wellenformen sind die Standardwellenformen, die verwendet werden, um den Ionenbeschuss in allen PECVD-Verfahren mit gemischter Frequenz, die den Erfindern bekannt sind, zu steuern. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass eine sinusförmige Wellenform für die Abscheidung von Si₃N₄ Filmen nicht optimal ist. Tatsächlich gibt es während der Hälfte der Periode keinen Ionenbeschuss, da die Wellenform zwischen dem Beschuss des Substrathalters und dem Beschuss des Gasverteilers wechselt. Dies ergibt sich daher, dass wenn V_warer positiv ist, der Elektronenstrom zum Wafer gezogen wird, und die Ionen von der unteren Plasmahülle zurückgestoßen werden. Somit existiert ein Ionenbeschuss nur in den schraffierten Bereichen 130 der 17A bis 17D.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine verbesserte Filmqualität erhalten wurde, wenn eine asymmetrische Wellenform verwendet wurde, wie das in 17B gezeigt ist. Die Erfinder haben auch herausgefunden, dass im allgemeinen eine bessere Filmintegrität bei einer niedrigen Frequenz (beispielsweise < 400 kHz) erhalten wurde, da beobachtet wurde, dass eine niedrige Frequenz niedrigere Phasenwinkel (siehe 10D) fördert. Es wurde auch herausgefunden, dass niedrige Phasenwinkel bessere Filmeigenschaften liefern, wie dies oben beschrieben ist. Tatsächlich wurden die besten Ergebnisse bei der Abscheidung des oben beschriebenen Si₃N₄ Films mit der asymmetrischen Wellenform bei einer Frequenz von 50 bis 220 kHz erzielt, wobei 50 kHz die am meisten bevorzugte Frequenz ist. Diese spezielle Wellenform wurde durch einen neu entwickelten ENI RPG-Generator geliefert. Ein anderer Typ einer asymmetrischen Sägezahnwellenform, der verwendet werden kann, ist in 17C gezeigt. Diese Typen von Wellenformen wurden in der Vergangenheit für reaktive Sputterabscheidungen (beispielsweise AL₂O₃) und Vakuumbogenplasmaabscheidungen (beispielsweise DLC, Al₂O₃) verwendet, wobei sie aber nach bestem Wissen der Erfinder niemals als eine Vorspannungstechnik in PECVD-Verfahren verwendet wurden. In jeder der Wellenformen, die in den 17B und 17C gezeigt sind, kann der Tastzyklus der Wellenform eingestellt werden, um die Filmeigenschaften in gewünschter Weise zu beeinflussen. Der Taktzyklus ist der Prozentsatz der Zeit, zu dem das Waferpotential positiv ist: Z*/(Z* – Z^–). Im allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn der Tastzyklus zwischen 10 und 50 Prozent liegt.
Eine quadratische Vorspannung (17D), die auch als gepulste Gleichvorspannung bezeichnet wird, wurde auch mit einer Frequenz, die von 150 kHz bis 700 kHz variiert, getestet. Der Verfahrensbereich wurde durch die Frequenz beeinflusst. Somit bestand eine Notwendigkeit das Verfahren, bei verschiedenen Frequenzen abzustimmen, um Filme abzuscheiden, die einen Brechungsindex von 2,0 und eine komprimierende Beanspruchung von 1,5 × 10⁹ Dyne/cm² aufweisen, abzuscheiden. In jedem Fall wurde entdeckt, dass die Verwendung von quadratischen Wellenformen zu einer schlechten Filmintegrität führte. Gepulste Gleichspannungswellenformen fördern den Ionenbeschuss des Substrathalters, wobei so eine quadratische Wellenform auch wesentlich Harmonische fördert. Es wird angenommen, dass die schlechte Filmintegrität durch die steilen negativen Fronten 134, die Instabilitäten der Plasmahülle durch das Einführen von Harmonischen in das System provozieren, verursacht wird.
Somit ist aus den obigen Tests klar, dass der Ionenbeschuss, der durch die asymmetrische Wellenform der 17B gesteuert wird, im Vergleich zu den Wellenformen der 17A und 17D zu einem erhöhten Beschuss und auch zur Abscheidung von Filmen, die verbesserte Eigenschaften aufweisen, führt. Die asymmetrische Wellenform, die in 17B gezeigt ist, kann auch als eine Sägezahnwellenform oder eine dreieckige bipolare Wellenform beschrieben werden und liefert einen Ionenbeschuss des Substrathalters während des größten Teils des Zyklus mit wenigen Harmonischen. Andere asymmetrische Wellenformen (beispielsweise die Wellenform, die in 17C gezeigt ist) können auch verwendet werden, um den Ionenbeschuss zu erhöhen und die Ausbildung von Harmonischen zu verhindern. In der Tat sollte jede Wellenform, die eine mittlere lineare Verteilung der Ionenenergien über der Signalperiode aufweist, gegenüber einer rein sinusförmigen Wellenform bevorzugt werden. Um die Funktion der Harmonischen zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Neigung der vorderen (negativen) Flanke der Wellenform eine kleinere Größe als die Neigung der hinteren Flanke aufweist.
Zusammengefasst erlaubt der vergrößerte Verfahrensbereich, der durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielbar ist, die Abscheidung von Filmen, die die oben erwähnten Eigenschaften aufweisen, und die Abscheidung von Silikonnitridfilmen bei einem niedrigeren Druck, bei höheren Verhältnissen der RF-Energie mit niedriger Frequenz und höheren Verhältnissen des Stickstoffs zum Ammoniak. Die WER der abgeschiedenen Silikonnitridfilme wurde sogar um bis zu 50% reduziert, indem die RF-Energie mit hoher Frequenz dem mit konischen Öffnungen versehenen Brausekopf zugeführt wurde, und indem die RF-Energie mit niedriger Frequenz dem keramischen Substrathalter zugeführt wurde, wie das oben beschrieben wurde. Die WER steht auch in starker Korrelation zum Verfahrensdruck. Somit ist das Variieren des Verfahrensdrucks über einem großen Bereich ein wichtiger Parameter bei der Steuerung der Eigenschaften des abgeschiedenen Films.
Das Entkoppeln der RF-Energie mit niedriger und mit hoher Frequenz, wie das hier gelehrt wurde, liefert eine verbesserte W ER und andere Eigenschaften, ohne eine Beeinträchtigung der Stufenbedeckung oder der Beanspruchungsgrößen. In Experimenten wurde die Bedeckung der Seiten und des Bodens einer Wanne mit einem Seitenverhältnis von 1 : 1 während einer Silikonnitridabscheidung gesteuert, um eine Seitenwandstufenabdeckung von ungefähr 65% in Bezug auf die Feldabdeckung zu liefern, und um eine Bodenstufenabdeckung von ungefähr 65% in Bezug auf die Feldabdeckung zu liefern. Ein solches gleichförmiges Wachstum innerhalb der Wanne liefert einen guten sich der Form anpassenden Film und starke Bodenecken, die widerstandsfähiger gegenüber dem nachfolgenden Ätzen des Films sind, wobei ansonsten ein vollständiges Durchätzen der relativ schwachen Bodenecken auftreten kann. Die Seitenwandstufenbedeckung, die Bodenstufenbedeckung und das Formanpassungsvermögen, wie sie hier verwendet werden, werden in Bezug auf die Darstellung in 13 definiert. In 13 ist ein Silikonnitridfilm 120 gezeigt, wie er über benachbarte Metallleitern 122 und 124 abgeschieden wurde, so dass er die Lücke 126 zwischen den Leitungen teilweise füllt. Die Seitenwandstufenbedeckung beträgt a/b × 100%. Die Bodenstufenbedeckung beträgt d/b × 100%, und das Formanpassungsvermögen ist definiert als a/c × 100%.
IV. Experimente und Testergebnisse
Die Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele, die verfügbare Silikonnitridverfahren mit gemischter Frequenz mit entkoppelten Silikonnitridverfahren mit gemischter Frequenz innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vergleichen, beschrieben. Die Beispiele wurden ausgewählt, um die besten Verfahrensbedingungen für das Abscheiden ein winkeltreuen Silikonnitridschicht auf einem strukturierten Wafer zu zeigen. In jedem Beispiel weisen die abgeschiedenen Silikonnitridschichten einen Brechungsindex von 2,0 und eine Filmbeanspruchung von –1,6 × 10⁹ Dyn/cm² auf, Werte, die innerhalb der Spezifikationen der Hersteller für viele moderne Geräteanwendungen liegen. Verfahren, die nicht modifiziert werden können, um solche Werte exakt widerzuspiegeln, wurden so eingestellt, dass sie Filme abscheiden, die am dichtesten an diesen Werten liegende Eigenschaften aufweisen.
Die Vergleichsbeispiele A und B beschreiben Abscheidungsverfahren, die nicht gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, während die Erfindungsbeispiele 1 bis 4 Verfahren beschreiben, die gemäß der vorliegenden Erfindung abgeschieden wurden. In jedem Beispiel wurde ein Silikonnitridfilm über einer gestuften Topographie, die eine Lücke zwischen zwei dicht beabstandeten Metalleitern aufweist, abgeschieden. Die Distanz zwischen den Leitern betrug ungefähr 0,5 μm und das Seitenverhältnis der Lücke betrug ungefähr 1 : 1.
Vergleichsbeispiel A
Dieses Beispiel wurde durchgeführt unter Verwendung einer CVD-Kammer, die einem Aluminiumsubstrathalter und einen Gasverteiler, der gerade Öffnungen aufweist, besitzt. RF-Energie hoher Frequenz wurde dem Gasverteiler geliefert, und RF-Energie niedriger Frequenz wurde dem Aluminiumsubstrathalter, der einen Wafer in einer Position 8890 μm (350 mil) entfernt vom Gasverteiler während der Behandlung hält, geliefert.
Der Reaktor wurde auf einen Druck von 1,333 × 10 Pascal (0,1 Torr) bei einer Temperatur von 400°C herunter gepumpt und dann bei 4,93 × 102 Pascal (3,7 Torr) stabilisiert, wobei die Prozessgasdurchsatzmengen 180 sccm Silan, 720 sccm Ammoniak und 1600 sccm Stickstoff betragen. Dann wurden eine RF-Energie hoher Frequenz (13,56 MHz) mit einer Leistung von 100 W und eine RF-Energie niedriger Frequenz (350 kHz) mit einer Leistung von 20 W an den Gasverteiler angelegt. Der Silikonnitridfilm wurde mit 1600 Å/min abgeschieden. Der abgeschiedene Film hatte einen Brechungsindex von 2,0 und eine Beanspruchung von –1,4 × 10⁹ Dyn/cm².
Der abgeschiedene Film hatte eine WER von 305 Å/min und wenn er einer Ätzlösung ausgesetzt wurde, um die oberen 250 Å des Film zu entfernen, so wurde im wesentlichen alles Silikonnitrid von den Bodenecken der Lücke entfernt.
Vergleichsbeispiel B
Dieses Beispiel wurde durchgeführt unter Verwendung einer Kammer zur chemischen Gasphasenabscheidung, und insbesondere einem "D × Z" Plasmareaktor, der von Applied Materials, Inc., Santa Clara, Kalifornien hergestellt und verkauft wird. Der Reaktor wurde jedoch modifiziert, damit er einen keramischen Substrathalter aufweist, und die RF-Energie hoher Frequenz und die RF-Energie niedriger Frequenz wurden beide dem Gasverteiler geliefert. Der Substrathalter hält während der Behandlung einen Wafer in einer Position 560 mil entfernt vom Gasverteiler, und der Gasverteiler umfasst konische Öffnungen.
Der Reaktor wurde auf einen Druck von 1,333 × 10 Pascal (0,1 Torr) bei einer Temperatur von 400°C herunter gepumpt und dann bei 5,33 × 10² Pascal (4,0 Torr) stabilisiert, wobei die Prozessgasdurchsatzmengen 215 sccm Silan, 1200 sccm Ammoniak und 600 sccm Stickstoff betrugen. Dann wurden eine RF-Energie hoher Frequenz (13,56 MHz) mit einer Leistung von 200 W und eine RF-Energie niedriger Frequenz (350 kHz) mit einer Leistung von 200 W an den Gasverteiler angelegt. Der Silikonnitridfilm wurde mit 5560 Å/min abgeschieden. Der abgeschiedene Film hatte einen Brechungsindex von 2,0 und eine Beanspruchung von –2 × 10⁹ Dyn/cm².
Der abgeschiedene Film hatte auch eine WER von 305 Å/min. Ein Ätzen des abgeschiedenen Films, um die oberen 250 Å des Silikonnitrids vom Feld zu entfernen, entfernte im wesentlichen auch alles Silikonnitrid von den Bodenecken der Lücken (oder der Topographie).
Erfindungsbeispiel 1
Dieses Beispiel wurde durchgeführt unter Verwendung einer Kammer für eine chemisch Abscheidung aus der Gasphase, und insbesondere eines "D × Z" Plasmareaktors, der von Applied Materials, Inc., Santa Clara, Kalifornien hergestellt und verkauft wird. Der Reaktor wurde modifiziert, so dass er einen Gasverteiler mit konischen Löchern und einen keramischen Substrathalter gemäß der vorliegenden Erfindung und wie in 1 gezeigt umfasst. RF-Energie hoher Frequenz wurde dem Gasverteiler geliefert, und RF-Energie niedriger Frequenz wurde der RF-Elektrode 22, die im keramischen Substrathalter eingebettet ist, geliefert. Der Substrathalter hält während der Behandlung einen Wafer in einer Position 600 mil entfernt vom Gasverteiler.
Der Reaktor wurde auf einen Druck von 1,333 × 10 Pascal (0,1 Torr) bei einer Temperatur von 400°C herunter gepumpt und dann bei 3,33 × 10² Pascal (2,5 Torr) stabilisiert, wobei die Prozessgasdurchsatzmengen 65 sccm Silan, 130 sccm Ammoniak und 1450 sccm Stickstoff betrugen. Dann wurde eine RF-Energie hoher Frequenz (13,56 MHz) mit einer Leistung von 160 W an den Gasverteiler angelegt, und eine RF-Energie niedriger Frequenz (sinusförmige Wellenform, 350 kHz) mit einer Leistung von 135 W wurde an den keramischen Substrathalter angelegt. Der Silikonnitridfilm wurde mit 1745 Å/min abgeschieden. Der abgeschiedene Film hatte einen Brechungsindex von 2,0 und eine Beanspruchung von –1,5 × 10⁹ Dyn/cm². Der abgeschiedene Film hatte eine WER von 180 Å/min.
Erfindungsbeispiel 2
Dieses Beispiel wurde durchgeführt unter Verwendung der modifizierten Kammer für eine chemisch Abscheidung aus der Gasphase des Beispiels 1. Der Substrathalter hält während der Behandlung einen Wafer in einer Position 12,320 um (480 mil) entfernt vom Gasverteiler.
Der Reaktor wurde auf einen Druck von 1,333 × 10 Pascal (0,1 Torr) bei einer Temperatur von 400°C herunter gepumpt und dann bei 5,33 × 10² Pascal (4,0 Torr) stabilisiert, wobei die Prozessgasdurchsatzmengen 210 sccm Silan, 1200 sccm Ammoniak und 600 sccm Stickstoff betrugen. Dann wurde eine RF-Energie hoher Frequenz (13,56 MHz) mit einer Leistung von 250 W an den Gasverteiler angelegt, und es wurde eine RF-Energie niedriger Frequenz (sinusförmige Wellenform, 350 kHz) mit einer Leistung von 250 W an den keramischen Substrathalter angelegt. Der Silikonnitridfilm wurde mit 5525 Å/min abgeschieden. Der abgeschiedene Film hatte einen Brechungsindex von 2,0 und eine Beanspruchung von –1,6 × 10⁹ Dyn/cm².
Der abgeschiedene Film hatte eine WER von 335 Å/min. Das Ätzen des abgeschiedenen Films, um ungefähr 250 Å des Silikonnitrids aus dem Feld zu entfernen, hinterließ im Vergleich zum Vergleichsbeispiel Å eine beträchtliche Menge des Silikonnitrids in den Bodenecken der Vertiefung. Vor dem Ätzen betrug die Silikonnitridschicht auf den Seitenwänden und des Bodens der Vertiefung ungefähr 63% der Dicke der Silikonnitridschicht, die auf dem Feld abgeschieden wurde. Nach dem Ätzen wies die Seitenwandschicht 35% der Dicke des Feldes auf, und die Bodenecke wies 12% der Dicke des Feldes auf.
Erfindungsbeispiel 3
Dieses Beispiel wurde durchgeführt unter Verwendung der modifizierten Kammer für eine chemisch Abscheidung aus der Gasphase des Beispiels 1. Der Substrathalter hielt während der Behandlung einen Wafer in einer Position 12,446 μm (490 mil) entfernt vom Gasverteiler.
Der Reaktor wurde auf einen Druck von 1,333 × 10 Pascal (0,1 Torr) bei einer Temperatur von 400°C herunter gepumpt und dann bei 5,33 × 10² Pascal (4,0 Torr) stabilisiert, wobei die Prozessgasdurchsatzmengen 200 sccm Silan, 1200 sccm Ammoniak und 600 sccm Stickstoff betrugen. Dann wurde eine RF-Energie hoher Frequenz (13,56 MHz) mit einer Leistung von 170 W an den Gasverteiler angelegt, und es wurde eine RF-Energie niedriger Frequenz (sinusförmige Wellenform, 350 kHz) mit einer Leistung von 250 W an den keramischen Substrathalter angelegt. Der Silikonnitridfilm wurde mit 4625 Å/min abgeschieden. Der abgeschiedene Film hatte einen Brechungsindex von 2,0 und eine Beanspruchung von –2 × 10⁹ Dyn/cm².
Der abgeschiedene Film hatte eine WER von 293 Å/min. Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit dem Beispiel 2 zeigt eine inverse Beziehung zwischen dem Verhältnis der RF-Energie mit niedriger Frequenz zur gesamten RF-Energie und der WER, wenn die Eingabe der hohen Frequenz variiert wird. Es können sowohl eine niedriger WER als auch eine niedrigere Filmbeanspruchung durch das Variieren des Verfahrensdrucks, wie das beim Beispiel 1 gezeigt ist, erzielt werden.
Erfindungsbeispiel 4
Dieses Beispiel wurde durchgeführt unter Verwendung der modifizierten Kammer für eine chemisch Abscheidung aus der Gasphase des Beispiels 1. Der Substrathalter hielt während der Behandlung einen Wafer in einer Position 13,716 μm (540 mil) entfernt vom Gasverteiler.
Der Reaktor wurde auf einen Druck von 1,333 × 10 Pascal (0,1 Torr) bei einer Temperatur von 400°C herunter gepumpt und dann bei 3,0 Torr stabilisiert, wobei die Prozessgasdurchsatzmengen 200 sccm Silan, 400 sccm Ammoniak und 4500 sccm Stickstoff betrugen. Dann wurde eine RF-Energie hoher Frequenz (13,56 MHz) mit einer Leistung von 170 W an den Gasverteiler angelegt, und es wurde eine bipolare RF-Energie niedriger Frequenz (Sägezahn) (50 kHz, 4040 ns) mit einer Leistung von 250 W, die eine dreieckige Wellenform aufweist, um den Ionenbeschuss zu erhöhen, an den keramischen Substrathalter angelegt. Der Silikonnitridfilm wurde mit 3700 Å/min abgeschieden. Der abgeschiedene Film hatte einen Brechungsindex von 2,0 und eine Beanspruchung von –2 × 10⁹ Dyn/cm².
Der abgeschiedene Film hatte auch eine W ER von 232 Å/min. Das Ätzen des abgeschiedenen Films, um ungefähr 250 Å des Silikonnitrids aus dem Feld zu entfernen, hinterließ im Vergleich zum Vergleichsbeispiel A eine beträchtliche Menge des Silikonnitrids in den Bodenecken der Vertiefung. Vor dem Ätzen betrug die Silikonnitridschicht auf den Seitenwänden und des Bodens der Vertiefung ungefähr 57% der Dicke der Silikonnitridschicht, die auf dem Feld abgeschieden wurde. Nach dem Ätzen wies die Seitenwand schicht 41% der Dicke des Feldes auf, und die Bodenecke wies 18% der Dicke des Feldes auf.
Während das Vorangehende auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung ausgedacht werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann eine solche alternative Ausführungsform ein gepulstes Plasma verwenden, um es einem Hersteller zu ermöglichen, die Plasmachemie gegenüber der Plasmadichte einzustellen, um die Filmeigenschaften weiter zu verbessern. Ein Beispiel einer Wellenform mit hoher Frequenz, die in solchen gepulsten Plasmaverfahren verwendet wird, ist in 18 gezeigt. In 18 ist eine Wellenform mit 13,56 MHz als Wechsel zwischen AN- und AUS-Zyklen gezeigt. Die Wellenform bildet ein Plasma, das reaktionsfreudige Spezies während jedes AN-Zyklusses schafft, und es der chemischen Plasmazusammensetzung ermöglicht, das Abscheiden während jedes AUS-Zyklus zu steuern. Das Verhältnis der AN-Zeit gegenüber der AUS-Zeit wird als Tastverhältnis bezeichnet. Gepulste Plasmaabscheidungstechniken sind auf viele CVD-Verfahren anwendbar und sie sind insbesondere verwendbar, wenn amorphe Fluorkohlenwasserstofffilme und andere dielektrische Filme mit niedrigem K in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung abgeschieden werden. In einer anderen alternativen Ausführungsform wird die Impedanzabstimmvorrichtung 108 verwendet, um die Impedanz einer CVD-Kammer einzustellen, die andere Verfahren neben der RF-Energie mit gemischter Frequenz verwendet, um ein Plasma auszubilden und das Plasma vorzuspannen, um den wachsenden Film zu beschießen. Die einzige Anforderung an die Impedanzabstimmvorrichtung 108, um einen zusätzlichen Steuerknopf für eine spezielle Kammer und ein Abscheidungsverfahren zu liefern, ist die, dass die Impedanz des Plasmas in Relation zu einem oder mehreren Verfahrensparametern variiert. Diese Alternativen zusammen mit anderen Alternativen und Äquivalenten sollen im Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein.

Claims

Substratbehandlungssystem mit – einer Abscheidungskammer, die eine Reaktionszone umfasst, – einem Gasverteilungssystem mit einem Gaseinlassverteiler, der eine erste RF-Elektrode umfasst und der ein oder mehrere Prozessgase der Reaktionszone zuführt, wobei in dem Gaseinlassverteiler mehrere "konische" Öffnungen vorgesehen sind, wobei jede dieser Öffnungen irgendeine Form mit einem Auslass hat, der im Abstand zu dem Einlass angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als dieser hat, wobei die Auslassöffnung in die Reaktionszone mündet, – einem Substrathalter, der ein Substrat in der Reaktionszone positioniert, wobei der Substrathalter eine zweite RF-Elektrode umfasst, – einer RF-Energieversorgung mit gemischter Frequenz, die eine RF-Energiequelle mit hoher Frequenz, die mit der ersten Elektrode gekoppelt ist, und eine RF-Energiequelle mit niedriger Frequenz umfasst, die mit der zweiten Elektrode gekoppelt ist, und – einem Filter- und Anpassungsnetzwerk, das durch die RF-Energiequelle mit hoher Frequenz erzeugte Wellenformen von Wellenformen entkoppelt, die durch die RF-Energiequelle mit niedriger Frequenz erzeugt werden.
System nach Anspruch 1, bei dem die RF-Energiequelle mit niedriger Frequenz eine Wellenform erzeugt, die einen Ionenbeschuss in Richtung des Substrathalters begünstigt und eine Bildung von Harmonischen verhindert.
System nach Anspruch 2, bei dem die Energiequelle mit niedriger Frequenz den Substrathalter einer dreieckförmigen, bipolaren Wellenform aussetzt.
System nach Anspruch 1, bei dem jede der Öffnungen einen vertikalen Querschnitt mit konischer Form aufweist.
System nach Anspruch 4, bei dem der Substrathalter ein keramisches Material umfasst, und bei dem die zweite RF-Elektrode in das keramische Material eingebettet ist.
Verfahren zur Abscheidung eines Films auf ein Substrat in einer Substratbehandlungskammer, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Einführung einer oder mehrerer Prozessgase in eine Reaktionszone der Substratbehandlungskammer durch eine Vielzahl von konischen Öffnungen in einem Gaseinlassverteiler eines Gasverteilungssystems, wobei jede der Öffnungen irgendeine Form mit einem Auslass hat, der im Abstand zu dem Einlass angeordnet ist und einen größeren Durchmesser als dieser hat, wobei die Auslassöffnung in die Reaktionszone mündet, – Bildung eines Plasmas aus einem oder mehreren Prozessgasen durch Aufbringung einer hochfrequenten RF-Energie an den Gaseinlassverteiler, – Aufbringung einer niedrigfrequenten RF-Energie an eine Elektrode in einem Substrathalter, der ein gerade behandeltes Substrat trägt, um einen Ionenbeschuss des Substrates zu steuern, und – Entkoppeln von durch die RF-Energiequelle mit hoher Frequenz erzeugten Wellenformen von Wellenformen, die durch die RF-Energiequelle mit niedriger Frequenz erzeugt worden sind, mittels eines Filter- und Anpassungsnetzwerks.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Öffnungen einen vertikalen Querschnitt mit konischer Form haben.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Substrathalter ein keramisches Material umfasst, und bei dem die Elektrode in das keramische Material eingebettet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die RF-Energiequelle mit niedriger Frequenz eine dreieckförmige, bipolare Wellenform erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Verhältnis der RF-Energie mit niedriger Frequenz zur gesamten RF-Energie größer als 50% ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das eine oder die mehreren Prozessgase Silan, Ammoniak und Stickstoff umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Verhältnis der RF-Energie mit niedriger Frequenz zur gesamten RF-Energie größer als 35% ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Verhältnis der RF-Energie mit niedriger Frequenz zur gesamten RF-Energie größer als 50% ist.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Reaktionszone auf einem Druck zwischen 2,666 × 10² und 3,999 × 10² Pascal (2,0 und 3,0 Torr) während der Abscheidung des Films gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Reaktionszone auf einem Druck zwischen 3,333 × 10² und 3,999 × 10² Pascal (2,5 und 3,0 Torr) während der Abscheidung des Films gehalten wird.