專利名稱：：同軸型微波輔助沉積與蝕刻系統(tǒng)的制作方法同軸型微波輔助沉積與蝕刻系統(tǒng)
背景技術：
：輝光放電(glowdischarge)薄膜沉積工藝被廣泛地應用于產(chǎn)業(yè)和材料研究中，特別是用來創(chuàng)造新的先進材料。雖然化學氣相沉積(chemicalvapordeposition,CVD)一般在溝槽(trench)或洞的材料沉積中展現(xiàn)了較佳的效能，但有時物理氣相沉積(physicalvapordeposition,PVD)會因其簡單和低成本而較受歡迎。在PVD中，磁控濺鍍(magnetronsputtering)通常較受歡迎，因其比沒有磁控的濺鍍增加了100倍的沉積速度，且所需求的放電壓力降低100倍。惰性氣體，特別是氬氣因不會與靶材材料產(chǎn)生反應，通常作為濺鍍媒介(sputteringagent)使用。當負電壓被施加于靶材上時，諸如帶正電的氬離子之類的正離子，會撞擊靶材并使原子飛濺出來。二次電子也從靶材表面發(fā)射出來。磁場能使這些二次電子局限于接近靶材處，與惰性氣體產(chǎn)生更多的離子化碰撞。這可提高接近靶材處的等離子體的離子化程度，并產(chǎn)生更高的濺鍍率。這也意味著可在低壓下維持等離子體。在傳統(tǒng)的磁控濺鍍中，可通過增加靶材的功率或減少與靶材之間的距離而達到更高的濺鍍率。但磁化等離子體有一項缺點，就是磁場強度相當程度上受距離所影響，因此在等離子體密度上可能會出現(xiàn)較大的變異。這種非均質(zhì)性(non-homogeneity)使大面積沉積變得更復雜。并且，傳統(tǒng)磁控濺鍍的沉積率也相對低。不同于蒸鍍技術，PVD中的離子或原子的能量與一般表面的鍵結(jié)能相當。這轉(zhuǎn)而可有助于提升原子的移動率和表面化學反應速率，使得可在低溫時進行外延生長，且可允許化學性亞穩(wěn)材料(metastablematerials)的合成。利用高能原子或離子也可使化合物的形成變得更加容易。且若沉積材料被離子化，則可達成更好的效果。在這種例子中，可通過使用電場或磁場將離子加速至理想的能量，并引導其方向，以控制薄膜的混合、對微結(jié)構進行納米或微米尺度的修飾、并產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)相(metastablephase)0因為想要達成以離子形式而非以電中性粒子形式的沉積通量，已發(fā)展出了數(shù)種新的離子化物理氣相沉積(ionizedphysicalvapordeposition,IPVD)技術，這些技術使濺鍍材料離子化，之后再利用在基板上所產(chǎn)生的等離子體鞘層(使用RF偏壓產(chǎn)生)，將離子引導至基板方向。將原子離子化需要高密度等離子體，這也使得沉積原子無法在不被高能電子電離的情形下逃逸。電容性產(chǎn)生的等離子體的離子化程度較低，以致沉積速率較低。使用感應性放電可產(chǎn)生較高密度的等離子體。感應耦合等離子體的等離子體密度可為IO11離子/cm3，大約是電容性方式所產(chǎn)生的等離子體的100倍。典型的感應性離子化PVD使用感應耦合等離子體，該感應耦合等離子體使用13.56MHz的RF電源由內(nèi)部線圈產(chǎn)生。這種技術的一項缺點是，當具有約IOOeV能量的離子撞擊線圈時，會損傷線圈并接著產(chǎn)生濺鍍污染物，因此反而不利沉積。另外，高能量的離子可對基板造成損害。通過使用外部線圈已進行了一些改良，來解決這些與內(nèi)部ICP線圈有關的問題。另一種增加等離子體密度的技術是使用微波頻率源。已知在低頻時，電磁波不會在等離子體中傳播，相反地會被等離子體所反射。然而在高頻時，諸如在典型的微波頻率下，電磁波可有效地直接加熱等離子體中的電子。當微波將能量輸入等離子體中時，可發(fā)生碰撞使等離子體離子化，因此可達到更高的等離子體密度。通常，用來發(fā)射微波的裝置為喇4叭(horn)，或?qū)⑿⌒投探鼐€天線(stubantenna)置于真空腔室內(nèi)并鄰近濺鍍陰極，用于將微波輸入至腔室內(nèi)。然而，這種技術無法提供均質(zhì)輔助增進等離子體的產(chǎn)生。在沒有濺鍍陰極的輔助下，也無法提供足夠的等離子體密度以維持其自身放電。另外，這種系統(tǒng)對于大面積沉積的原尺寸放大(scaleup)，會因為無法線性放大，而被限制于小于或等于一米長度的量級。在鄰近濺鍍陰極處的高密度均質(zhì)放電，以增進局部離子化效率并沉積大面積薄膜的需求持續(xù)存在。也需要降低離子能量以減少對基板的表面損傷并由此減少缺陷密度。進一步的需求為影響微結(jié)構的生長和沉積覆蓋率，例如，窄溝槽的間隙填充(gapfill)，并通過控制在整體等離子體中和靠近基板表面處的離子密度和離子能量，來增進薄膜的化學性質(zhì)。發(fā)明簡要本發(fā)明的具體實施方式提供利用導入外加的處理參數(shù)，以獲得改進的薄膜性質(zhì)的系統(tǒng)，處理參數(shù)例如微波等離子體源的一可移動位置和供給至微波源的脈沖功率，并通過微波源輔助來擴大操作范圍和處理窗口。本發(fā)明的具體實施方式利用同軸微波天線以發(fā)射微波來輔助物理氣相沉積系統(tǒng)(physicalvapordeposition,PVD)或化學氣相沉積(chemicalvapordeposition,CVD)系統(tǒng)。本發(fā)明的一個方面使用設在處理腔室內(nèi)的同軸微波天線的系統(tǒng)，此天線可在基板和諸如濺鍍靶材、平面式電容性所產(chǎn)生的等離子體源、或感應耦合源之類的等離子體源之間移動。在僅使用微波等離子體源的特定例子中，微波天線的位置可相對基板進行移動。鄰近于等離子體源的同軸微波天線可有助于使離子化更均勻，且可在大面積上產(chǎn)生實質(zhì)均勻的沉積。本發(fā)明的另一方面為使用了脈沖式功率的天線，相較于連續(xù)式功率，脈沖式功率可提升等離子體效率。在第一組的具體實施方式中，一系統(tǒng)包含處理腔室、濺鍍靶材、用以在處理腔室中支撐基板的基板支撐件、用以發(fā)射微波的同軸微波天線、和氣體供應系統(tǒng)。在PVD的應用中，鄰近于濺鍍靶材或陰極的同軸微波天線均勻地提高了等離子體密度。若靶材包含金屬，則使用直流電壓的靶材可做為陰極，若此靶材包含介電材料，則使用交流電、RF或脈沖功率。同軸微波等離子體源為線性或平面。平面源包含一組平行的同軸微波線性源?？稍卩徑诎胁奶幪砑拥囊换蚨鄠€磁控管，通過在鄰近于該靶材的表面形成磁場來有助于局限二次電子且增強離子化。氣體供應系統(tǒng)被設置為將惰性氣體導入處理腔室中，作為濺鍍媒介使用。在本發(fā)明的第二組的實施方式中，用于微波和RF輔助PECVD的系統(tǒng)，包含處理腔室、基板支撐件、平面電容性產(chǎn)生的等離子體源、位于腔室中的同軸微波天線、和氣體供應系統(tǒng)。等離子體為使用RF功率的電容性生成，并使用第二同軸微波源或天線進一步增強，所述第二同軸微波源或天線可為線性或平面式。氣體供應系統(tǒng)設置目的為將前驅(qū)物氣體和載氣導入處理腔室中。在本發(fā)明的第三組的實施方式中，用于微波和感應耦合等離子體(ICP)輔助CVD的系統(tǒng)，包含處理腔室、基板支撐件、感應線圈、位于腔室中的同軸微波天線、和氣體供應系統(tǒng)。等離子體為使用RF電壓感應生成，且利用同軸微波天線進一步增強。此天線可為線性或平面。另外，氣體供應系統(tǒng)被設置為用以將前驅(qū)物氣體和載氣導入處理腔室中。在在本發(fā)明的第四組的實施方式中，用于微波等離子體輔助CVD的系統(tǒng)，包含處理腔室、基板支撐件、在腔室中的同軸微波天線、和氣體供應系統(tǒng)。天線可為線性或平面式。同樣的，氣體供應系統(tǒng)的設置目的為將前驅(qū)物氣體和載氣導入處理腔室中。本發(fā)明的具體實施方式也包含位于處理腔室中的可移動式微波天線。在本發(fā)明的一特定的具體實施方式中，天線接近于靶材，以增加游離物種的等離子體密度，并減少能量寬化問題。在本發(fā)明的另一個特定的具體實施方式中，天線接近于處理腔室的中間，以增強整體(bulk)等離子體性質(zhì)。在本發(fā)明的第三個特定的具體實施方式中，天線靠近于基板，以影響諸如薄膜的密度和邊緣覆蓋率之類的薄膜性質(zhì)。本發(fā)明的潛在應用領域，包含太陽能電池(例如，具有能帶隙可控性和增加的沉積速率的非晶質(zhì)層沉積和微晶質(zhì)光伏打?qū)映练e)；等離子體顯示裝置(例如沉積電介質(zhì)層，可節(jié)省能量和降低制造成本)；防刮涂層(例如，在聚碳酸酯上的有機和無機材料薄膜，可吸收UV和防止刮痕)；先進芯片封裝的等離子體清潔和預處理(例如，優(yōu)點為無靜電荷累積且沒有UV輻射損傷)；半導體、對準層、阻擋薄膜、光學薄膜、類金剛石碳和純金剛石薄膜，這里上述的材料可經(jīng)由利用本發(fā)明，獲得增進阻擋的能力和防止刮痕。其它的具體實施方式和特征在下面的描述中部分會加以說明，且對于在本領域中普通技術人員而言，可通過說明書而理解并實施本發(fā)明。經(jīng)由參考說明書的其它部分和附圖，可進一步了解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點。附圖的簡單說明圖IA為示例性的微波輔助濺鍍和蝕刻系統(tǒng)簡圖。圖IB為示例性的微波輔助磁控濺鍍和蝕刻系統(tǒng)簡圖。圖2為示例性的微波和平面等離子體輔助PECVD沉積和蝕刻系統(tǒng)簡圖。圖3為示例性的微波和感應耦合等離子體輔助CVD沉積和蝕刻系統(tǒng)簡圖。圖4為示例性的微波輔助CVD沉積和蝕刻系統(tǒng)簡圖。圖5繪示了在基板上形成薄膜的簡化沉積步驟的流程圖。圖6繪示了脈沖頻率對于等離子體所產(chǎn)生的光信號的影響。圖7A為含有4組同軸微波線性源的平面等離子體源的簡圖。圖7B為含有8組平行同軸微波等離子體源的平面微波源的光學影像。圖8表示了脈沖式微波功率與連續(xù)式微波功率比較的等離子體效率改進圖。發(fā)明的詳細描述1.微波輔助沉積簡介開發(fā)了微波等離子體的目的是為了達到較高的等離子體密度(例如，IO12Ions/cm3)和較高的沉積速率，這是由于與一般的13.56MHz射頻(RF)耦合等離子體源相比較，使用2.45GHz的頻率可增加功率耦合和吸收，而達成上述目的。RF等離子體的一個缺點是，大部分的輸入功率在通過等離子體鞘層(暗區(qū))時會降低。利用微波等離子體可形成較窄的等離子體鞘層，且更多功率可被等離子體吸收，以創(chuàng)造出游離基和離子物種，如此可以增加等離子體密度和減少使離子能量分布加寬的碰撞，而獲得較窄的能量分布。微波等離子體也具有其它的優(yōu)點，例如具有較窄能量分布的較低離子能量。舉例來說，微波等離子體可具有l(wèi)_25eV的低離子能量，與RF等離子體相比，所造成的損傷較小。相反的，標準平板放電會造成IOOeV的高離子能量，其離子能量分布較寬，當離子能量超過大部分所關心的材料的鍵結(jié)能量時，會對這些材料造成較大的損傷。這最終會因所帶來的本質(zhì)缺陷，而無法形成高質(zhì)量的晶體薄膜。因具有較低的離子能量和較窄的能量分布，微波等離子體有助于表面修飾并改善薄膜(coating)性質(zhì)。另外，由于在具有較窄的能量分布的較低離子能量時所增加的等離子體密度，可使基板溫度較低(例如，低于200°C，舉例來說在100°C)。這種較低溫度容許可在受限的動力學限制下有較佳的微結(jié)晶生長。并且，因等離子體在低于約50mtorr的壓力下會變得不穩(wěn)定，因此在沒有磁控的情況下的標準平面放電(planardischarge)，一般需要大于約50mtorr的壓力，以維持自持放電(self-sustaineddischarge)。這里所述的微波等離子體技術的壓力范圍為約10_6torr至1大氣壓。由此，使用微波源可擴大溫度和壓力的處理窗口(processingwindow)。在過去，微波源技術在真空鍍膜工業(yè)使用上的一個缺點在于，從小晶片處理放大到非常大面積處理的過程中，難以維持工藝的均質(zhì)性(homogeneity)。依據(jù)本發(fā)明的具體實施方式所設計的微波反應器，致力于解決這些問題。已開發(fā)了同軸線性等離子體源陣列，可在非常大的面積上(大于Im2)，以高的沉積速率實質(zhì)均勻的覆蓋層，并形成致密的厚膜(例如，厚度為5-10μm)。所開發(fā)的先進的脈沖技術，可控制產(chǎn)生等離子體的微波功率，并以此控制等離子體密度和等離子體溫度。這種先進的脈沖技術由于可保持較低的平均功率，因此可減少基板上的熱負載。這種特征可使用于具有較低的熔點或低玻璃轉(zhuǎn)換溫度的基板，例如高分子基板。這種先進的脈沖技術在每個脈沖之間具有斷電時間，使高功率的脈沖得以進入等離子體，且基板不需要被連續(xù)的加熱。另一方面，脈沖技術與連續(xù)微波功率相較之下，可實質(zhì)增進等離子體的效率。2.維持等離子體放電的毈鍍陰極和條件參考圖1A-1B，在濺鍍系統(tǒng)100A和磁控濺鍍系統(tǒng)100B中的靶材116，可由金屬、介電材料、或半導體制成。對于諸如鋁、銅、鈦、或鉭之類的金屬靶材而言，直流電源可施加于靶材之上，使靶材成為陰極，基板成為陽極。直流電壓有助于自由電子的加速。自由電子與諸如氬氣中的氬原子之類的濺鍍媒介相碰撞，使氬原子激發(fā)并離子化。氬的激發(fā)產(chǎn)生氣體輝光。氬Ar解離成氬離子Ar+和二次電子。二次電子重復激發(fā)和離子化過程，維持了等離子體放電。因電子的質(zhì)量較小，故其移動速度比離子快很多，因此在接近陰極處會產(chǎn)生正電荷累積。因此，較少的電子會與氬氣碰撞，從而與高能量電子的較少碰撞造成大部分為離子化而非激發(fā)。因此，在接近陰極處形成了克魯克斯暗區(qū)(Crookesdarkspace)。進入暗區(qū)的正離子被加速朝向陰極即靶材并撞擊靶材，以致原子被從靶材上撞擊出，并傳輸?shù)交迳?，同時產(chǎn)生二次電子以維持等離子體放電。若陰極和陽極之間的距離小于暗區(qū)，則所發(fā)生的激發(fā)就少，且不足以維持放電。在另一方面，如果腔室中的氬氣壓力過低，則電子就會有較大的平均自由程，使得二次電子在撞擊氬原子之前就會先到達陽極。在這種情況也不能維持放電。所以，維持等離子體的條件為L*P>0.5(cm-torr)這里L為電極間距離，P為腔室壓力。例如，當靶材和基板之間的距離為IOcm時，P就需大于50mtorr。氣體原子的平均自由程λ為7λ(cm)5Xl(T3/P(torr)若P為50mtorr，λ即約為0.Icm0這意味著在濺鍍原子或離子到達基板之前，一般會產(chǎn)生數(shù)百次的碰撞。這個因素明顯地降低了沉積速率。事實上，濺鍍速率R與腔室壓力、靶材和基板之間的距離呈反比。所以，降低維持放電所需的腔室壓力可增加沉積速率。在濺鍍陰極旁設置第二微波源，可使濺鍍系統(tǒng)的陰極在較低氣壓、較低電壓下運作，且具有較高的沉積速率。經(jīng)由減低操作電壓，原子或離子的能量較低，從而可減少對于基板的傷害。以微波輔助所產(chǎn)生的高密度及低能量的等離子體，可達成高沉積速率并對基板產(chǎn)生較小傷害。再次參考圖1Α-1Β。在濺鍍系統(tǒng)100Α中和磁控濺鍍系統(tǒng)100Β中的靶材116，可以介電材料制成，例如氧化硅、氧化鋁、或氧化鈦。靶材116可使用交流電、RF或脈沖功率以進行自由電子的加速。3.示例件的微波輔助物理氣相沉積圖IB圖繪示了具有輔助同軸微波天線110的物理氣相沉積磁控濺鍍系統(tǒng)100Β的剖面簡圖?？墒褂么讼到y(tǒng)實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施方式。系統(tǒng)100Β包含真空腔室148、靶材116、磁控管114、位于靶材116下方的同軸微波天線110、基板支撐件124、真空抽氣系統(tǒng)126、控制器128、氣體供應系統(tǒng)140、144，和遮板(shield)154，適以保護腔壁和基板支撐件的邊緣不被濺鍍沉積。這里引用了由美商應用材料(AppliedMaterials)所使用的示例性的物理氣相沉積磁控濺鍍系統(tǒng)，作為參考數(shù)據(jù)，即美國專利第6，620，296B2號、美國專利申請公開號第US2007/0045103Al號、美國專利申請公開號第US2003/0209422Al號，和其它的參考數(shù)據(jù)。靶材116為沉積在基板120上的形成薄膜118的材料。靶材116可包含介電材料或金屬。靶材基本被構造為可移動式安裝于對應的物理氣相沉積磁控濺鍍系統(tǒng)110B。因PVD工藝會消耗靶材材料，故靶材116需定期以新靶材更換。直流電源138和高頻或脈沖電源132都通過一裝置與靶材116耦接。裝置可為轉(zhuǎn)換器(switch)136。轉(zhuǎn)換器136選擇來自直流電源138的電力或是來自交流電、RF或脈沖電源132的電力。一相對負電壓源138只提供幾百伏特直流陰極電壓。特定的陰極電壓會隨著設計的不同而變化。因靶材可充當為帶負電的粒子源，所以可將靶材視為陰極。本領域普通技術人員可知，有很多轉(zhuǎn)換直流電和RF電源的方法可滿足這個功能。此外，在一些具體實施方式中，同時將直流電源及RF電源耦接至靶材是有利的?？墒褂萌鐖DIB繪示的磁控管，與未使用磁控管的圖IA相比較，使用磁控管可顯著地提升濺鍍速率。磁控管114一般接近于靶材116放置，例如在圖IB中位于靶材的上方。磁控管114具有對極的磁鐵(S、N)，以在腔室中的靠近磁控管114處產(chǎn)生磁場。磁場局限了二次電子，離子密度會因為了保持電中性而增加，所以在腔室中鄰近磁控管114處形成高密度等離子體150。磁控管114可有各種尺寸、擺放位置、和多種形狀，適以控制等離子體離子化的程度。磁控管114可具有任意形狀，其中包括橢圓形、三角形、圓形、和扁平腎形(flattenedkidneyshape)。磁控管114也可具有不平衡的設計，S卩外側(cè)磁極的磁通量可大于內(nèi)側(cè)磁極所產(chǎn)生的磁通量。這里提供了一些參考，例如美國專利第5，242，566號中的扁平腎形磁控管，美國專利第6，306，265號中的三角形外側(cè)磁極，和美國專利第6，290，825號中的不同形狀磁控管。上述專利在此作為參考。同軸微波天線110位于腔室148的內(nèi)側(cè)，介于靶材116和基板120之間。天線110的位置可使用控制器128進行調(diào)整。當天線110接近靶材116時，從天線110發(fā)射的微波有助于增加等離子體中的游離基和離子密度，并減少能量寬化。在另一方面，當天線110靠近基板120時，微波有助于增強基板120的偏壓效應，以影響諸如密度和邊緣覆蓋率之類的薄膜性質(zhì)。當天線110的位置靠近腔室148的中間，介于靶材116和基板120之間時，微波可增強整體等離子體性質(zhì)。微波將能量輸入等離子體中加熱等離子體，增強離子化，也因此增加了等離子體密度。同軸微波天線110可包含多個平行的同軸天線。在一些具體實施方式中，天線110的長度可高達3m。同軸微波天線110的一個優(yōu)點為，可在鄰近濺鍍陰極或靶材116處產(chǎn)生均質(zhì)放電。這可使在基板120上得到實質(zhì)均勻的大面積沉積。天線110可使用脈沖電源170或連續(xù)電源(未繪示)。為了控制在基板120上的濺鍍層118沉積的目的，可利用耦接于基板支撐件124的RF電源130，在基板120上產(chǎn)生偏壓，該基板支撐件124位于中間下方，并與靶材116間隔一定距離，通常在遮板154的范圍之內(nèi)。偏置功率可具有典型的頻率為13.56MHz，或更一般地頻率范圍為400kHz至約500MHz。支撐件可導電，且一般為接地，或與其它相對正的參考電壓耦接，以限定介于靶材116和基板支撐件124之間的另外電場?；?20可為諸如硅晶片之類的一晶片，或高分子基板。當特殊應用需要時，基板120可在濺鍍期間加熱或冷卻。電源162可提供電流至嵌入于一般被稱作基座的基板支撐件124中的電阻型加熱器164，以加熱基板120。可控制型冷卻器160可使基座中的冷卻管道內(nèi)的冷卻水或其它冷卻劑進行循環(huán)。理想的薄膜118為在跨基板120所有的上表面上均勻沉積的薄膜。真空抽氣系統(tǒng)126可將腔室148抽至非常低(10_8tOrr)的低壓范圍。第一氣體源140經(jīng)過質(zhì)量流量控制器142連接至腔室148，提供如氬氣(Ar)、氦氣(He)、氙氣(Xe)和/或上述的組合之類的惰性氣體。第二氣體源144經(jīng)由質(zhì)量流量控制器146，將例如氮氣(N2)之類的反應氣體供應至腔室148中。氣體可輸入至接近腔室的頂部處的腔室內(nèi)，如圖IB所繪示腔室中為輸入至天線110、磁控管114、靶材116的上方，氣體也可輸入至腔室的中間(未繪示)，介于基板120和靶材116之間。濺鍍氣體在腔室內(nèi)的壓力一般保持在0.2mtorr和IOOmtorr之間。微處理器控制器128控制下列組件的位置微波天線110、微波的脈沖電源或連續(xù)電源170、質(zhì)量流量控制器142、高頻電源132、直流電源138、偏壓電源130、電阻式加熱器164和冷卻器160?？刂破?28可包含內(nèi)存，例如隨機存取內(nèi)存、只讀存儲器、硬盤、軟盤、或其它類型的本地或遠程的數(shù)字存儲裝置、和耦接至通用計算器處理器(CPU)的插卡框架(cardrack)?？刂破魇艽鎯τ谟脖P之中的計算機程序的控制，或通過其它的計算機程序，例如存儲于可移動的磁盤之中的計算機程序進行操作。計算機程序顯示例如時間、氣體的混合、輸至微波天線的脈沖或連續(xù)功率、施加于靶材上的直流或RF功率、基板的偏壓RF功率、基板溫度、和特定工藝的其他參數(shù)。4.示例性的微波和RF等離子體輔助化學氣相沉積對于沉積諸如5-10μm的厚膜而言，RF輔助等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法，所達成的沉積速率非常低。所以，需要第二微波源以增加等離子體密度，并以此增加沉積速率。圖2為簡化的微波和平面的等離子體輔助PECVD系統(tǒng)200。除了等離子體源不9是濺鍍靶之外，系統(tǒng)200與圖IA和圖IB中的系統(tǒng)100A和100B非常類似，等離子體源是以電容式等離子體源取代。系統(tǒng)200包含處理腔室248、平面等離子體源216、在腔室中介于平面等離子體源216和基板220之間的天線210、位于基板支撐件224上方的基板220、具有閥門246和242的氣體輸送系統(tǒng)244和240、真空抽氣系統(tǒng)226、遮板254、和控制器228?；蹇赏ㄟ^由電源262控制的加熱器264加熱?；逡部衫美鋮s器260降溫。基板支撐件224可導電，且可由RF電源230供應偏壓。平面等離子體源216使用RF電源270。等離子體250形成于腔室248的遮板254之內(nèi)。同樣的，天線210的位置由控制器228調(diào)整。天線210為同軸微波等離子體源，可使用脈沖電源232或連續(xù)電源(未繪示)。氣體輸送系統(tǒng)244和240供應用以形成薄膜218于基板220之上的必要材料源。5.■■漏禾口獻秉嶺■軒觀耐岸氣ι才_R圖3繪示了微波和感應耦合等離子體(inductivelycoupledplasma,ICP)輔助沉積和蝕刻系統(tǒng)的簡圖。同樣的，除了等離子體源不是濺鍍靶，系統(tǒng)300非常類似于圖IA和圖IB中所示的系統(tǒng)100A和100B，等離子體源是感應耦合等離子體(ICP)線圈316。系統(tǒng)300包含處理腔室348、感應耦合等離子體源316、在腔室之內(nèi)介于感應耦合等離子體源316和基板320之間的天線310、位于基板支撐件324之上的基板320、具有閥門346和342的氣體輸送系統(tǒng)344和340、真空抽氣系統(tǒng)326、遮板354、和控制器328?；蹇赏ㄟ^使用電源362控制的加熱器364加熱?；逡部衫美鋮s器360降溫。基板支撐件324可導電，且可由RF電源330提供偏壓。感應耦合等離子體源316使用RF電源370。等離子體350形成于腔室中的遮板354之內(nèi)。同樣的，天線310的位置可由控制器328調(diào)整。天線310為同軸微波等離子體源，可為脈沖電源332或連續(xù)電源(未繪示)。氣體輸送系統(tǒng)344和340供應用以形成薄膜318于基板320之上的必要材料源。螺線管線圈(solenoidalcoil)316使用RF電源370。線圈中的電流在垂直方向產(chǎn)生一磁場。這種隨時間變化的磁場產(chǎn)生了包覆于螺線管軸上的隨時間變化的方位角電場(azimuthalelectricfield)。此方位角電場感應出一環(huán)流等離子體。電子因此加速而增加能量，且增加了等離子體密度。在一實例中，RF頻率常使用13.56MHz，但不限于此。6.示例性的微波等離子體輔助化學氣相沉積圖4為微波輔助化學氣相沉積和蝕刻系統(tǒng)400的簡圖。此系統(tǒng)與系統(tǒng)100A、100B、200和300不同，僅使用了一個微波源，且沒有其它的諸如濺鍍靶、平面等離子體源、或感應耦合等離子體源之類的等離子體源。系統(tǒng)400包含處理腔室448、位于腔室中的基板420的上方的天線410、位于基板支撐件424的上方的基板420、具有閥門446和442的氣體輸送系統(tǒng)444和440、真空抽氣系統(tǒng)426、遮板454、和控制器428?；蹇赏ㄟ^由電源462控制的加熱器464加熱?；逡部衫美鋮s器460降溫?；逯渭?24可導電，并可由RF電源430提供偏壓。等離子體450形成于腔室中的遮板454之內(nèi)。同樣地，天線410的位置可由控制器428進行調(diào)整。天線410為同軸微波等離子體源，并使用脈沖電源432或連續(xù)電源(未繪示)。氣體輸送系統(tǒng)444和440供應用以形成薄膜418于基板420之上的必要材料源。系統(tǒng)100A、100B、200、300、和400也可用于等離子體蝕刻或清潔。例如，將諸如NF3之類的氮氟化合物蝕刻氣體或諸如C2F6、C3F8或CF4之類的碳氟化合物蝕刻氣體通入腔室中，可通過等離子體蝕刻或清潔的方式去除沉積在腔室組件上的不想要的材料。7.示例件的沉積工藝為了增進對所繪示的圖的了解，圖5提供了一個可用來在基板上形成薄膜的工藝方法的流程圖。在方塊502中，工藝方法開始于選擇所導入的等離子體源系統(tǒng)，例如濺鍍靶材、電容性產(chǎn)生的等離子體源、感應耦合等離子體源、或僅使用微波等離子體源。接著，如方塊504所示，基板被載入處理腔室中。在方塊506中，微波天線被移動至適當?shù)奈恢?，例如依?jù)特定需要而移動至靠近靶材或靠近基板的位置。在方塊508中，例如，利用使用脈沖式功率或連續(xù)式功率的電源，對微波功率進行調(diào)整。在方塊510之中。薄膜沉積由輸入諸如濺鍍媒介或反應性前驅(qū)物之類的氣體開始。對于沉積SiO2而言，這種前驅(qū)物氣體可包括諸如六甲基二硅氧烷(hexamethyldisiloxane,HMDS0)之類的含硅前驅(qū)物，和諸如O2之類的氧化性前驅(qū)物。對于沉積SiOxNy而言，這種前驅(qū)物氣體可包括例如六甲基二硅氮烷(hexamethyldisilazane，HMDS)之類的含硅前驅(qū)物、諸如氨氣NH3之類的含氮前驅(qū)物、以及氧化性前驅(qū)物。對于沉積ZnO而言，這種前驅(qū)物氣體可包括諸如雙乙基鋅(diethylzinc，DEZ)之類含鋅前驅(qū)物、和諸如氧氣(O2)、臭氧(O3)、或上述的混合之類的氧化性前驅(qū)物。反應性前驅(qū)物以單獨的管路(line)輸入，以防止其在到達基板之前過早進行反應。可選地，反應性前驅(qū)物可混合且以相同的管路輸入。載氣可做為濺鍍媒介。例如，所提供的載氣可為H2氣體流或惰性氣體流，包含He氣體流或諸如Ar之類的更重的惰性氣體流。不同載氣會因其原子質(zhì)量不同而使濺鍍程度發(fā)生變化。氣體流有時可為多種氣體提供，例如同時提供H2和He氣體流，并在處理腔室中混合。可選地，有時使用多種氣體作為載氣，例如將H2Afe氣體流提供至處理腔室。如方塊512中所示，利用頻率范圍為IGHz至IOGHz的微波使前驅(qū)物氣體形成等離子體，例如，一般所使用的頻率為2.54GHz(波長為12.24cm)的微波。另外，當所需求的功率并非關鍵時，也經(jīng)常使用較高的頻率5.8GHz。使用較高頻率源的好處在于其尺寸較小，大約為2.54GHz的較低頻率源的一半。在一些具體實施方式中，等離子體可為高密度等離子體，其離子密度超過lOnions/cm3。在方塊514中，在一些例子中，沉積性質(zhì)同樣會受施加于基板上的偏壓所影響。使用這種偏壓使等離子體中的離子化物種(species)被吸引至基板上，有時會造成濺鍍的增加。在一些具體實施方式中，處理腔室內(nèi)的環(huán)境也可用其它方式調(diào)整，諸如控制處理腔室內(nèi)的壓力、控制前驅(qū)物氣體的流速及其進入處理腔室的位置、控制產(chǎn)生等離子體使用的功率、控制基板的偏壓功率、和其它類似方式。如方塊516所示，在處理特定基板的條件設定完成后，即可將材料沉積于基板上。發(fā)明人所展示的，使用脈沖式微波的CVD，其沉積速率大約增加了3倍。在約Im2的基板上沉積了面積約800mmX200mm、約5μm厚的SiO2膜。基板被穩(wěn)定地加熱至約280°C。沉積時間僅5分鐘，故沉積速率大約為1μm/min。此SiO2薄膜具有相當好的光學穿透性，且其有機雜質(zhì)含量也低。8.示例性的平面微波源和特征脈沖頻率可影響進入等離子體的微波脈沖功率。圖6表示了微波脈沖功率信號604的頻率對于等離子體的光信號602的影響。等離子體的光信號602反應平均的游離基濃度。如圖6所示，在低脈沖頻率例如IOHz時，當所有的游離基都被消耗時，從等離子體所發(fā)出的光信號602在下一個功率脈沖進來之前，會發(fā)生減弱并熄滅(extinguish)的情況。當脈沖頻率增加至較高頻率例如10，OOOHz時，平均的游離基濃度可高過基準線606且變得更加穩(wěn)定。圖7A所示為簡化系統(tǒng)的示意圖，該簡化系統(tǒng)包含具有4組同軸微波線性源710的平面同軸微波源702、基板704、級聯(lián)同軸功率供應器708(Cascadecoaxialpowerprovider)、和阻抗匹配矩形波導管706。在同軸微波線性源710中，微波功率以橫向電磁波模式(transversalelectromagneticmode,TEM)發(fā)射進入腔室中。由諸如具有高熱阻和低介電損耗的石英或氧化鋁之類的介電材料所制成的筒管(tube)取代了同軸線的外導體，做為具有大氣壓的波導管和真空腔室之間的界面。同軸微波線性源700的剖面圖繪示了用于以2.45GHz頻率發(fā)射微波的導體726。輻射線代表電場722，圓圈代表磁場722。微波經(jīng)由空氣傳播至電介質(zhì)層728，并穿過電介質(zhì)層728，且于電介質(zhì)層728之外形成外層等離子體導體720。這種維持于鄰近同軸微波線性源處的波為一表面波。微波沿著直線傳播，并且因?qū)㈦姶拍芰哭D(zhuǎn)變?yōu)榈入x子體能量而產(chǎn)生高度衰減。其它的配置方式為在微波源的外部沒有石英或氧化鋁(未繪示)。圖7B所示為具有8組平行同軸微波線性源的平面同軸微波源的光學影像。在一些具體實施方式中，每一組同軸微波線性源的長度可達3m。雖然圖示中的平面同軸微波源為水平方式設置，但在特殊的具體實施方式中(未繪示)，當晶片垂直放置時，平面同軸微波源也可以垂直方式設置。這種垂直方向設置的晶片和微波源的優(yōu)點為，任何在處理期間所產(chǎn)生的微粒，可由于重力吸引而減少粘黏到垂直方向設置的晶片，但水平方式放置的晶片則會收集這些微粒。這種方式可減少工藝中的污染。一般而言，微波等離子體的線性均勻度約為士15%。發(fā)明人所進行的實驗顯示，動態(tài)陣列的設計可在Im2上達到約士1.5%的均勻度，靜態(tài)陣列的設計可在Im2上達到2%的均勻度。這種在大面積上的均勻度可被進一步改進至低于士1%。當?shù)入x子體密度增加至高于2.2X10nions/cm3時，隨著微波功率增加等離子體密度會逐漸飽和。飽和的原因為當?shù)入x子體密度變大時，會反射更多的微波輻射。由于所獲得的微波源限制了功率，所以任何實質(zhì)長度的線性微波等離子體源均可能無法達到最佳的等離子體條件，即，非常高密度的等離子體。脈沖式微波功率與連續(xù)式微波比較，可允許更高的峰值(peak)能量進入天線中，從而可接近最佳的等離子體條件。圖8所繪示為利用脈沖式微波相較于連續(xù)式微波所改進的等離子體效率，在脈沖式微波與連續(xù)式微波具有相同平均功率的情況下。要注意的是，在測量N2+游離基對于中性N2的比率時，連續(xù)式微波所產(chǎn)生的解離(disassociation)較少。而使用脈沖式微波功率使等離子體效率增進了31%。盡管上述為對于本發(fā)明的具體實施方式的詳細描述，還可進行各種修改、變化和替代。另外，其它變化沉積的參數(shù)也可使用于同軸微波等離子體源?？赡艿淖兓影?，但不限于，施加于微波天線的脈沖功率的不同的波形、天線的各種位置、不同形狀的磁控管、供給靶材、線性或平面微波源的直流、RF或脈沖功率、微波源所使用的脈沖式功率或連續(xù)式功率、基板的RF偏壓條件、基板的溫度、沉積的壓力、惰性氣體的流速和其它類似參數(shù)。以上已描述了數(shù)個具體實施方式，本領域普通技術人員可了解，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可使用各種修改、替代結(jié)構和等同物。另外，未對各種已知的工藝方法和元件進行描述是為了避免模糊本發(fā)明。所以，上述的說明不應視為對于本發(fā)明范圍的限制。權利要求一種微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，包含一處理腔室；一基板支撐件，設置于該處理腔室之中，用于固持一基板；一氣體供應系統(tǒng)，用于將多種氣體流入該處理腔室之中；以及一微波天線，位于該處理腔室之中，用于發(fā)射微波，該微波天線可相對該處理腔室內(nèi)的該基板而移動。2.如權利要求1所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該微波天線包含一同軸微波線性源，或包含一具有多個平行同軸微波線性源的平面源。3.如權利要求1所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中一電源適以提供一脈沖式功率或一連續(xù)式功率至該微波天線。4.如權利要求1所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該微波天線的位置接近該基板。5.如權利要求1所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中在該微波沉積和蝕刻系統(tǒng)中使用一等離子體源。6.如權利要求5所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該微波天線的位置接近該腔室中間，介于該等離子體源和該基板之間。7.如權利要求5所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該微波天線的位置接近該等離子體源。8.如權利要求5所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該等離子體源包含一濺鍍靶材。9.如權利要求8所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該濺鍍靶材包含金屬、介電材料、或半導體。10.如權利要求8所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中一磁控管接近該靶材安置以增加等離子體密度。11.如權利要求5所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該等離子體源包含一電容式產(chǎn)生的等離子體源。12.如權利要求5所述的微波沉積和蝕刻系統(tǒng)，其中該等離子體源包含一感應耦合源，該感應耦合源具有一經(jīng)受RF電壓的感應線圈，適以提供一電場以維持等離子體。13.一種用于在一基板上沉積一薄膜的方法，該方法包含以下步驟通過將該基板放置于一基板支撐件上，而將該基板加載至一處理腔室中；調(diào)整一微波天線相對于該基板的位置；以該微波天線產(chǎn)生微波；調(diào)整所產(chǎn)生的微波的一功率；將多種氣體流入該處理腔室；在該處理腔室中，以所產(chǎn)生的該微波，由所流入的該氣體中產(chǎn)生一等離子體；及以該等離子體于該基板上形成一層。14.如權利要求13所述的用于在一基板上沉積一薄膜的方法，更包含以下步驟導入一等離子體源至該處理腔室中。15.如權利要求14所述的用于在一基板上沉積一薄膜的方法，其中該微波天線被設置成可于該處理腔室中在該基板與該等離子體源之間移動。16.如權利要求14所述的用于在一基板上沉積一薄膜的方法，其中該等離子體源包含一濺鍍靶材、一電容性產(chǎn)生的等離子體源、或一感應耦合等離子體源。17.如權利要求13所述的用于在一基板上沉積一薄膜的方法，其中該微波天線包含一同軸微波線性源或包含一具有多個平行同軸微波線性源的平面源。18.如權利要求13所述的用于在一基板上沉積一薄膜的方法，其中該微波功率是通過一脈沖式或連續(xù)式電源進行調(diào)整。19.如權利要求13所述的用于在一基板上沉積一薄膜的方法，其中該基板支撐件是以一RF功率進行偏壓。全文摘要所揭示為利用導入外加的處理參數(shù)以獲得改進的薄膜性質(zhì)的系統(tǒng)，所述參數(shù)例如微波源的可移動的位置、提供給微波源的脈沖功率，并通過微波源輔助來擴大可操作范圍和處理窗口。同軸微波天線用于發(fā)射出微波來協(xié)助物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可使用位于處理腔室內(nèi)的同軸微波天線，其中該天線可在基板和諸如濺鍍靶材、平面電容性方式所產(chǎn)生的等離子體源、或感應耦合源之類的等離子體源之間移動。在僅使用微波等離子體源的特定例子中，微波天線的位置可相對基板移動。鄰接于等離子體源的同軸微波天線可使離子化更加均勻，且可在大面積上進行實質(zhì)均勻的沉積。文檔編號H01L21/203GK101978095SQ200980109687公開日2011年2月16日申請日期2009年2月26日優(yōu)先權日2008年3月18日發(fā)明者喬·格里菲思,尼蒂·克里希納,拉爾夫·霍夫曼,邁克爾·W·斯托厄爾申請人:應用材料股份有限公司