基板支撑单元的制作方法

基板支撑单元
1.本技术是2019年9月11日提交的中国发明专利申请第201910857144.1号(发明名称为薄膜沉积方法，申请人为asm ip私人控股有限公司)的分案申请。
技术领域
2.一个或多个实施例涉及薄膜沉积方法，并且更特别地涉及使用等离子体增强原子层沉积(peald)在图案结构上沉积薄膜的方法。
3.相关技术的描述
4.等离子体增强原子层沉积(peald)具有沉积薄膜的优点，其可以在高温下被沉积在低温下的现有热原子层沉积。该优点可以通过以时间差顺序地引入反应气体或源气体、通过等离子体活化或离子化至少一种气体来实现。
5.在peald工艺中，rf功率典型地耦接到位于反应器的顶部处的上电极(例如喷头)，以在反应空间中生成等离子体。然而，当通过使用等离子体在基板上的图案结构(例如具有沟槽的图案结构)上沉积薄膜时，在直接暴露于等离子体的图案顶部上沉积的薄膜以及较少暴露于等离子体的沟槽壁和沟槽底部上所沉积的薄膜的特性是不均匀的。


技术实现要素：

6.一个或多个实施例包含在具有沟槽或凹陷的图案结构上形成均匀薄膜的方法。
7.一个或多个实施例包含在图案结构的台阶的侧壁部分和底部部分上沉积均匀膜质量的薄膜并在随后湿法蚀刻工艺期间改善湿法蚀刻率(wer)的共形度的方法。
8.附加的方面还将部分地在如下的描述中提出，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过对提出的实施例的实践而习得。
9.根据一个或多个实施例，相对于基板的薄膜沉积方法包含：通过经设置在基板下方的组件供应rf功率，在基板的暴露于反应空间的暴露表面上形成电位；通过使用电位，将反应空间中的活性物质移动到基板的暴露表面；以及通过活性物质的移动，在基板的暴露表面上形成包含所述活性物质成分的薄膜。
10.薄膜沉积方法还可以包含在反应空间中增大活性物质的密度。
11.薄膜沉积方法还可以包含在反应空间中降低活性物质的迁移率。
12.基板的暴露表面可以包含上表面、下表面、以及连接上表面和下表面的侧表面，并且其中活性物质至少朝向基板的暴露表面的侧表面移动。
13.薄膜沉积方法还可以包含通过增加rf功率的强度来增加薄膜的密度。
14.组件可以是加热器，并且rf电极插入到加热器中。
15.在形成电位期间，基板可以设置在基板支撑单元上，基板的与基板支撑单元接触的第一部分可以带正电，并且基板的与第一部分相对的第二部分可以带负电。在这种情况下，在基板的第二部分和活性物质之间可以生成吸引力。
16.活性物质可以通过在基板上设置的气体供应单元所提供的材料来生成，并且在通过在基板下方设置的组件供应rf功率时气体供应单元可以接地。
17.通过供应rf功率，在基板上可以生成第一等离子体自偏置电压并同时在气体供应单元上可以生成第二等离子体自偏置电压，并且第一自偏置电压可以大于第二自偏置电压。
18.基板的暴露表面可以通过第一等离子体自偏置电压而带负电。
19.通过供应rf功率可以生成朝向基板的偏置，并且通过该偏置，活性物质可以按预定速度朝向基板移动。
20.薄膜沉积方法还可以包含降低偏置的强度。
21.通过调整偏置的强度，活性物质的速度可以有助于在基板上的沉积。
22.薄膜沉积方法还可以包含：供应第一材料的第一操作；以及供应与第一材料不同的第二材料的第二操作，其中活性物质由第二材料构成，并且通过第一材料与活性物质反应来形成薄膜。
23.薄膜沉积方法还可以包含至少在第一操作和第二操作之间进行吹扫(purge)操作。
24.薄膜沉积方法还可以包含在薄膜上进行各向同性蚀刻。
25.根据一个或多个实施例，基板上的薄膜沉积方法包含：提供具有上表面和下表面以及连接上表面和下表面的侧表面的图案结构；通过将第一材料供应到反应空间中，在图案结构上化学吸附第一材料；吹扫第一材料；将第二材料供应到反应空间中；通过经在基板下方设置的组件供应rf功率，在暴露于所述反应空间的顶表面、底表面、和侧表面形成电位；以及朝向至少侧表面移动第二材料的活性物质，其中通过使第一材料和活性物质反应，在基板上形成薄膜。
26.根据一个或多个实施例，基板上的薄膜沉积方法包含：在气体供应单元下方的组件上设置基板；以及通过经气体供应单元供应至少一种材料，在基板上形成薄膜；其中，当形成薄膜时，气体供应单元接地，并且通过在基板下方设置的组件供应rf功率。
27.薄膜沉积方法还可以包含，当供应至少一种材料时，进行以下的操作中的至少一个：在反应空间中增大材料的活性物质的密度；在反应空间中降低材料的活性物质的迁移率；以及降低由rf功率所形成的偏置的强度。
附图说明
28.根据与所附附图相结合的实施例的如下描述，这些和/或其他方面将变得显而易见并更易于理解，附图中：
29.图1示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积设备；
30.图2示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积设备；
31.图3示出了当rf功率施加到上电极时和当rf功率施加到下电极时vdc的变化；
32.图4示意性示出了根据本公开当rf功率供应到图案结构时正在朝向基板上的沟槽结构加速的活性物质；
33.图5示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积方法；
34.图6是根据相关技术解释在原子层沉积工艺中发生的问题的示意图；
35.图7示出了当使用根据本公开的实施例的等离子体增强原子层沉积(peald)方法通过下电极供应rf功率时的沉积的sio2薄膜的蚀刻抗性；
36.图8示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积方法；
37.图9示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积方法；以及
38.图10到图13更详细地示出了根据本公开的实施例的基板支撑单元。
具体实施例
39.将详细参考实施例，该实施例的示例图示在所附的附图中，其中相同的附图标记自始至终地指代相同的元件。就此而言，本实施例可以具有不同形式，并且不应当理解为限制本文中提出的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述实施例以解释本描述的方面。如本文所使用的，术语“和/或”包含一个或多个相关联的列举项的任意组合和全部组合。诸如
“…
中的至少一个”表述，当在元件列表之后时，修饰整个元件列表而不是修饰列表中的单个元件。
40.在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。
41.提供本公开的实施例以向本领域普通技术人员更加完全地描述本公开，以下的实施例可以被修改为各种其他形式，并且本公开的范围不限于以下的实施例。当然，提供这些实施例，使得本公开将更加彻底和完整，并且将向本领域普通技术人员完全地传达本公开的构思。
42.本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在于限制本公开。如本文所使用的，单数形式“个”、“一个”和“该”也旨在于包含复数形式，除非上下文另外明确指示。另外，当在本说明书中使用时，术语“包含(包括)”指定陈述的形状、编号、步骤、操作、构件、元件和/或其组合，但是不排除出现或增添一个或多个其他形状、编号、步骤、操作、构件、元件和/或其组合。如本文所使用的，术语“和/或”可以包含一个或多个相关联的列举项的任意组合和全部组合。
43.尽管诸如“第一”和“第二”的术语在本文中用于描述各种构件、区域和/或部分，这些构件、组件、区域、层和/或部分不受限于这些术语。这些术语不旨在意味着特定的顺序、优先级或上位性，而是仅用于将一个构件、区域和/或部分与另一个构件、区域和/或部分区分开。因此，下面要描述的第一构件、第一区域和/或第一部分在不背离本公开的教导的情况下可以指代第二构件、第二区域和/或第二部分。
44.本公开中，“气体”可以包含蒸发的固体和/或液体，并且可以包含单个气体或气体的混合物。本公开中，通过气体供应单元引入到反应室的工艺气体可以包含前驱体气体和添加剂气体。前驱体气体和添加剂气体可以典型地被引入作为混合气体，并且可以被分开地引入到反应空间中。可以与诸如惰性气体的载体气体一起引入前驱体气体。添加剂气体可以包含诸如反应物气体和惰性气体的稀释气体。反应物气体和稀释气体可以被混合地或分开地引入到反应空间中。前驱体可以包含两个或更多个前驱体，并且反应物气体可以包含两种或更多种反应物气体。前驱体可以是气体，其被化学吸附到基板上且典型地含有构成电介质膜的基质的主要结构的非金属(metalloid)或金属元素，并且用于沉积的反应物气体可以是当被激发时与化学吸附到基板上的前驱体反应的气体，以将原子层或单层固定在基板上。术语“化学吸附”可以指代化学饱和吸附。除了工艺气体之外的气体(就是说，无需通过气体供应单元而引入的气体)可以用于密封反应空间，并且可以包含诸如惰性气体之类的密封气体。在一些实施例中，术语“膜”可以指代在垂直于厚度方向上连续地延伸而
实质上不具有针孔以覆盖整个目标或关联表面的层，或者可以指代容易覆盖目标或关联表面的层。在一些实施例中，术语“层”可以指代膜的结构、或膜的同义词，或者具有表面上形成的任意厚度的非膜结构。膜或层可以包含离散的单一膜或层或者具有一些特性的多个膜或层，并且相邻的膜或层之间的边界可能是清楚或可能不清楚，并且可以基于物理、化学和其他特性、形成工艺或形成顺序、和/或相邻膜或层的功能或用途来设定。
45.本公开中，表述“相同材料”应该理解为意味着主要成分(成分)是相同的。例如，当第一层和第二层都是碳化硅层并且由相同材料形成时，第一层可以选自由si2n、sin、si3n4、和si2n3构成的组合，并且第二层也可以选自如上的组合，但是第二层的特定膜质量可以不同于第一层的膜质量。
46.此外，本公开中，可以基于常规工作确定相应地可操作范围，任意两个变量可以构成变量的可操作范围且任意指示的范围可以包含或排除端点。此外，任意指示的变量的值可以指代精确值或近似值(无论它们是否指示为“约”)，可以包含等效值，并且可以指代平均值、中位数、代表值、多数值或类似的值。
47.在本公开中未指定条件和/或结构的情况下，本领域普通技术人员可以根据本公开如通常实验的事实容易地提供这些条件和/或结构。在全部描述的实施例中，实施例中所使用的任何组件可以用其任何等同组件来替换，包含本文所明确地、必要地和基本地描述的组件，出于预期的目的并附加地，本公开可以有利地施加于装置和方法。
48.在下文中，将参考附图描述本公开的实施例。附图中，来自图示的形状中的变化可以是预期的，例如由于制造技术和/或公差。因此，本公开的实施例不应该理解为受限于本文所图示的区域的形状，但是可以包含因制造工艺而引起的形状的偏离。
49.图1示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积设备。作为本说明书中所描述的薄膜沉积设备的示例，可以有半导体或显示基板的沉积设备，但是本公开不限于此。薄膜沉积设备可以是用于对材料进行沉积以形成薄膜所需的任何设备。
50.参考图1，薄膜沉积设备可以包含分隔壁110、气体供应单元120、基板支撑单元130、和排气通路140。
51.分隔壁110可以是在薄膜沉积设备中反应器的组件。换言之，用于基板上沉积的反应空间可以由分隔壁110结构来形成。例如，分隔壁110可以包含反应器侧壁和/或反应器顶壁。分隔壁110中的反应器顶壁可以提供气体供应通道150，通过该气体供应通道150可以供应源气体、吹扫气体、和/或反应气体。
52.气体供应单元120可以设置在基板支撑单元130上。气体供应单元120可以连接到气体供应通道150。气体供应单元120可以被固定到反应器。例如，气体供应单元120可以经由固定构件(未示出)被固定到分隔壁110。气体供应单元120可以配置为将气体供应到要在反应空间160中处理的物体。例如，气体供应单元120可以是喷头式组装件。
53.可以在气体供应单元120中形成与气体供应通道150连通的气体流动通道170。气体流动通道170可以形成在气体供应单元120的气体通道125(上部部分)和气体供应单元120的气体供应板127(下部部分)之间。虽然气体通道125和气体供应板127在附图中示出为分开的结构，但是气体通道125和气体供应板127还可以形成为集成的结构。
54.基板支撑单元130可以配置为提供要容纳的基板的空间，并且接触分隔壁110的下表面。基板支撑单元130可以由主体200来支撑。主体200可以上下移动并且旋转。通过由主
体200的上下移动使基板支撑单元130远离分隔壁110移动或接触分隔壁110，可以打开或关闭反应空间160。
55.基板支撑单元130还可以包含加热器310和rf电极320。
56.加热器310可以形成为穿透基板支撑单元130的至少部分。加热器310可以设置在基板下方(即基板支撑单元130内部)，该基板被容纳在基板支撑单元130上。在基板支撑单元130上放置的基板的温度和/或反应空间的温度可以通过将加热器310加热而提高。加热器310可以具有形成为与基板的形状对应的板的形状(例如，圆形板)，或者可以具有相对于基板对称地设置的杆的形状。
57.rf电极320可以穿透基板支撑单元130的至少部分。rf电极320可以设置在基板下方(即基板支撑单元130内部)，该基板容纳在基板支撑单元130上。rf功率可以通过rf电极320递送到反应空间160，并且相应地，可以在反应空间160中生成等离子体。
58.rf电极320可以设置在要处理的基板和加热器310之间。就是说，rf电极320可以设置在加热器310上，使得rf功率可以被传输到基板而不会被加热器310阻挡。绝缘材料可以设置在加热器310和rf电极320之间。在替代的实施例中，绝缘材料可以包含氮化铝。在另一个替代的实施例中，绝缘材料可以是诸如空气之类的低介电常数材料。就是说，气隙可以形成在加热器310和rf电极320之间。
59.rf电极320的形状可以与基板的形状对应。例如，当基板具有盘形状时，rf电极320可以形成为具有盘形状。在另一个示例中，rf电极320可以具有相对于基板对称地设置的杆的形状。在替代的实施例中，连接到地的金属部分可以附加地设置在rf电极320和加热器310之间。金属部分的形状可以与rf电极320的形状和/或加热器310的形状对应。
60.通过由rf电极320供应rf功率，电位(例如负电位)可以形成在暴露于反应空间的基板上。例如，基板支撑单元130可以连接到等离子体生成单元(未示出)，由等离子体生成单元生成的rf功率可以由rf电极320递送到反应空间内的基板，并且因此在反应空间中可以生成等离子体。
61.更具体地，通过rf功率供给，可以在基板上生成第一等离子体自偏置电压，并且在气体供应单元120上可以产生第二等离子体自偏置电压。在这种情况下，因为基板下方的基板支撑单元130连接到rf发生器(图1未示出，参见图2)，同时气体供应单元120连接至地，因而第一等离子体自偏置电压可以大于第二等离子体自偏置电压。因此，基板的暴露表面可以通过第一等离子体自偏置电压而带负电。
62.通过等离子体的形成，鞘层(sheath)电位可以形成在基板的暴露于反应空间的部分上。这样的鞘层电位总体上可以引起溅射。相关技术使用反应离子蚀刻(rie)工艺或物理气相沉积(pvd)工艺，以使用这样的溅射现象进行沉积。另一方面，值得注意的是，本公开与相关技术区别在于：使用降低的迁移率的活性物质在基板上直接沉积包含活性物质成分的薄膜，而不是由鞘层电位降低溅射。
63.参考回图1，在基板支撑单元130下方的主体200(其是基板支撑单元130的组件)可以包含第一杆410、第二杆420、和rf遮蔽件430。加热器310可以连接到第一杆410。rf电极320可以连接到第二杆420。rf遮蔽件430的至少部分可以设置在第一杆410和第二杆420之间。更具体地，rf遮蔽件430可以与第二杆420间隔开，并且设置为围绕第二杆420。rf遮蔽件430还可以在第二杆420的延伸方向上延伸。
64.rf遮蔽件430可以阻挡在通过第一杆410传输到加热器310的第一信号和通过第二杆420传输到rf电极320的第二信号之间的影响。为此，rf遮蔽件430可以例如连接到地。在另一个替代的实施例中，第一绝缘构件440可以设置在第二杆420和rf遮蔽件430之间。第一绝缘构件440可以具有环形形状，并且可以包含通孔，第二杆420通过该通孔。第二杆420和rf遮蔽件430之间的相对位置关系可以由第一绝缘构件440来固定。
65.尽管附图中未示出，但是薄膜沉积设备还可以包含配置为向加热器310供应电力的电源单元。电源单元可以连接到第一杆410。在替代的实施例中，第一低通滤波器可以设置在第一杆410和电源单元(图1未示出)之间(参见图9)。此外，在附加的实施例中，膜沉积设备还可以包含热电耦和温度控制单元。热电偶可以连接到加热器310，并且配置为响应于加热器310的温度变化而生成电信号。生成的电信号可以被传输到温度控制单元。温度控制单元可以配置为基于电信号控制电源单元。在替代的实施例中，还可以设置电连接到热电偶的第二低通滤波器。第一和第二低通滤波器可以防止用于施加等离子体的rf功率信号影响电源单元和温度控制单元。稍后参考图9将更详细地描述如上所描述的配置。
66.另外，尽管附图中未示出，但是基板支撑单元130还可以包含插座和接地支架。第二杆420和等离子体生成单元(未示出)可以通过插座连接。另外，rf遮蔽件430和地可以通过接地支架连接。第二绝缘构件可以设置在插座和接地支架之间，并且可以通过第二绝缘构件防止插座和接地支架之间的电连接。另外，可以通过第二绝缘构件在机械上固定插座和接地支架。
67.此外，固定单元可以包含在基板支撑单元130的主体200中，使得部分rf遮蔽件430可以被固定。主体200可以设置为围绕固定单元并且支撑固定单元。因此，rf遮蔽件430的位置可以由主体200和固定单元来固定。在替代的实施例中，可以将主体200与rf遮蔽件430和接地支架间隔开。稍后将参考图10更详细地描述插座、接地支架、和固定单元的配置。
68.图2示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积设备。根据实施例的薄膜沉积设备可以是根据如上所描述的实施例的薄膜沉积设备的修改例。在下文中，将省略实施例的冗余描述。
69.在图1的基板支撑单元中，rf电极可以形成为围绕加热器，而图2的rf电极320可以形成为插入到基板支撑单元130中。图1中，反应空间可以通过对分隔壁110和基板支撑单元130的面密封来形成，而图2中，反应空间可以由第一盖240和第二盖250来形成。然而，值得注意的是，本公开不限于这些形状，并且除了图1和图2中所述的那些形状之外的各种修改例是可能的。
70.参考图2，薄膜沉积设备可以包含提供分隔壁110和排气通路140的第一盖240、提供气体供应单元120的第二盖250、以及基板支撑单元130。反应空间160的底部可以由基板支撑单元130形成，反应空间160的顶部可以由第二盖250形成，并且反应空间160的两侧可以由第一盖240形成。
71.基板处理设备的排气结构可以配置为下游排气结构。同时，下游排气结构可以由第一盖240来实现。在这种情况下，可以将用于沉积的气体通过第二盖250的喷头供应到要处理的基板，并且然后通过第一盖240的排气通路140下游排气。
72.如上文所描述的，在本实施例中，rf电极320可以插入到基板支撑单元130中。另外，加热器(未示出)也可以插入到基板支撑单元130中。绝缘材料可以设置在加热器和rf电
极320之间，以防止在rf电极320和加热器之间的电连接。
73.薄膜沉积设备还可以包含等离子体供应器p和接地g。等离子体供应器p可以包含rf发生器rg和匹配器mc。
74.rf发生器rg可以输出频率信号，频率信号适用于控制施加于反应空间中的基板的活性物质和/或离子的能量。信号可以具有例如13.56mhz的高频率，并且优选地30mhz或更高的非常高频率(vhf)频带，更优选地60mhz或更高的非常高频率(vhf)频带。
75.匹配器mc可以包含匹配电路，以使rf发生器rg的阻抗和在负载侧(例如电极、反应空间等)上的阻抗之间相匹配。除了匹配电路之外，匹配器mc可以包含以下的至少一个：测量负载阻抗的rf传感器、在匹配电路中可变调节可变电抗器件的值(阻抗位置)的控制器、步进电机和冷却风扇。在另一个示例中，匹配器mc还可以包含生成磁偏置的阻塞电容器(blocking capacitor)。
76.如图2所示，在本公开中，rf功率可以通过下电极而不是例如喷头的上电极来供应。例如，rf电极320可以插入到基板支撑单元130或加热器块中，以将rf功率从反应器的底部供应到反应空间中。通过由rf功率激发反应气体，等离子体可以生成在反应空间中，特别是在基板上。换言之，通过穿过反应器下方的基板支撑单元(或加热器块)供应rf功率，反应空间中的自由基可以朝向底部(即基板)而不是反应器的顶部(即气体供应单元120)加速。
77.图3示出了当rf功率施加到上电极ue(左侧)时和当rf功率施加到下电极le(右侧)时vdc的变化。图3中的vdc可以是等离子体自偏置电压并确定离子和自由基的方向性。换言之，离子和自由基可以被加速并连同较大vdc一起移动。
78.首先，当通过上电极ue供应rf功率时，就是说，与基板置于其上的部分相对的配置(例如气体供应单元)，因为诸如气体供应单元(例如喷头式组装件)的上电极ue中的vdc大于诸如基板支撑单元的下电极le中的vdc，离子和自由基可以在与朝着基板的方向相反的方向上加速。可以使用如上所描述地移动的离子和/或自由基来进行通常等离子体沉积工艺。
79.另一方面，根据本公开的技术理念，可以通过下电极le(就是说在基板置于其上的基板支撑单元下方的组件，例如加热器)供应rf功率。在这种情况下，诸如基板支撑单元的下电极le中的vdc可以高于诸如气体供应单元的上电极ue中的vdc，并且因此离子和自由基可以朝向基板加速。朝向基板加速的活性物质可以与基板碰撞，以引起基板表面材料的蚀刻而不是沉积。因此，可以调整或降低活性物质的迁移率，使得朝向基板加速的活性物质可以有助于基板上的沉积而不是蚀刻。
80.作为降低活性物质的迁移率的示例，在本公开中可以通过下电极le供应非常高频率(vhf)rf功率。vhf可以具有大于30mhz的频率和100mhz的频率。因为vhf的vdc是低的，由等离子体鞘层加速的能量可以是小的。因此，由鞘层的加速可以更加有助于沉积而不是对薄膜的损坏，并且相应地可以增加薄膜的密度。
81.在替代的实施例中，可以产生更多的活性物质，使得朝向基板加速的活性物质可以有助于基板上的沉积而不是蚀刻。例如，通过经下电极le供应vhf rf功率，在反应空间中可以生成更多活性物质。此外，通过使朝向基板的更多活性物质加速可以有助于形成薄膜。
82.在另一个替代的实施例中，可以降低活性物质的移动能量和/或加速能量，使得朝向基板加速的活性物质可以有助于基板上的沉积而不是蚀刻。例如，通过降低在等离子体
应用期间所生成的等离子体自偏置电压vdc，可以降低活性物质的速度和/或加速度。
83.如上文所描述的，本公开可以引入在以下配置之中的至少一个的配置：增加反应空间中的活性物质的数量的配置，降低反应空间中的活性物质的迁移率的配置，和降低由rf功率形成的偏置的大小的配置；同时将用在相关技术的溅射和/或蚀刻中的下电极le rf应用配置施加于等离子体增强原子层工艺。这可以改善复杂结构的图案结构的沟槽上沉积的薄膜的共形度。因此，可以实现高密度等离子体ald工艺，其可以将对基板上的材料损坏最小化。
84.图4示意性示出了根据本公开当rf功率供应给图案结构时朝向基板上的沟槽结构正在加速的活性物质。在图4中，氮气用作反应气体，但是注意到的是本公开的技术理念不限于此。例如，本公开的技术理念可以施加于除了氮化物之外的氧化物或其他多成分薄膜的沉积。
85.参考图4，为了在反应空间中形成等离子体，可以通过在基板支撑单元130中包含的rf电极320施加rf功率，并且由rf功率的施加可以使rf电极320带负电。因此，基板支撑单元130的表面(金属表面或非金属表面)还可以带负电。在这种情况下，基板s与基板支撑单元130接触的第一部分s1可以带正电。另一方面，基板s的与第一部分s1相对的第二部分s2可以带负电。
86.第二部分s2可以暴露于反应空间的部分，并且可以在第二部分s2中形成具有顶表面、底表面以及连接顶表面和底表面的侧表面的图案结构。吸引力可以发生在带负电的第二部分s2和带正电的活性物质之间，并且因此活性物质可以朝向图案结构的顶部、底部和侧面移动。
87.如上文所描述的，根据本公开的技术理念的实施例，可以进行沉积工艺，其不仅使用由等离子体鞘层移动或加速活性物质，还使用在通过使图案结构带电的图案结构而在表面(具体地侧表面和底表面)和活性物质之间产生的吸引力。因此，高质量的薄膜可以沉积在包含具有高纵横比(aspect ratio)的沟槽或凹陷的结构的侧表面和底表面上。
88.图5示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积方法。可以使用根据如上所描述的实施例的薄膜沉积设备进行根据实施例的薄膜沉积方法。在下文中，将省略实施例的冗余描述。
89.参考图5，为了在基板上进行薄膜沉积，可以首先在反应空间中设置的基板的暴露表面上形成电位(例如负电位)(0510)。为此，通过在基板下方设置的组件(例如基板支撑单元、感受器(susceptor)和/或加热器)可以供应rf功率。通过供应rf功率，可以在基板的暴露表面上形成鞘层电位。
90.例如，当组件是加热器时，rf电极可以插入到加热器中。作为另一个示例，组件可以是基板支撑单元，并且加热器和rf电极可以插入到基板支撑单元中。作为另一个示例，组件可以是金属感受器，并且加热器可以插入到金属感受器中。
91.在替代的实施例中，可以在供应rf功率之前由基板上设置的气体供应单元所提供的材料生成活性物质。另外，在rf功率正在供应时，基板支撑单元可以是连接到rf发生器，并且气体供应单元可以是接地的。
92.此后，电位可以用于将反应空间中的活性物质移动到基板的暴露表面(0520)。例如，反应空间中带正电的活性物质可以由鞘层电位朝向基板加速和移动。然而，如上文所描
述的，可以通过改变rf功率的参数等调整活性物质的速度和/或加速度，使得活性物质可以不损坏基板上的图案结构。
93.上述的移动的活性物质可以有助于图案化的结构上的薄膜沉积(0530)。因此，包含活性物质成分的薄膜可以形成在反应空间的暴露表面上。
94.在一些实施例中，基板的暴露表面可以包含上表面、下表面、和连接上表面和下表面连接的侧表面，并且活性物质可以至少朝向侧表面移动。活性物质朝向侧表面和朝向下表面的移动可以改善在具有凹陷和沟槽的图案结构上沉积的薄膜的共形度。在具有改善的共形度的薄膜的情况下，尽管在图案结构上沉积之后进行各向同性蚀刻，剩余膜的厚度可以是不变的。
95.在一些其它实施例中，可以进行增加反应空间中活性物质的数量的操作，使得可以形成包含活性物质成分的薄膜。反应空间中活性物质的数量越多，活性物质可以行进的平均行进距离越小，并且活性物质的平均速度越低。具有降低的速度的活性物质可以有助于薄膜形成而不是对图案结构的损坏(溅射)。
96.在另一个替代的实施例中，可以进行降低反应空间中活性物质的迁移率的操作，使得可以形成包含活性物质成分的薄膜。例如，当rf功率的频率增加时，根据增加频率提高活性物质的方向变化，导致活性物质的迁移率降低。具有降低的迁移率的活性物质可以有助于薄膜形成而不是对图案结构的损坏(溅射)。
97.在另一个替代的实施例中，可以进行降低偏置的强度的操作，使得可以形成包含活性物质成分的薄膜。当施加rf功率时，可以生成朝向基板的偏置(即等离子体自偏置)，这使得活性物质以预定速度朝向基板移动和/或以预定加速度来加速。在这种情况下，偏置的强度可以实现移动和/或加速，并且活性物质的移动能量和/或加速能量可以通过降低偏置的强度而降低。通过调整偏置的强度，活性物质的速度可以有助于活性物质在基板上的沉积。
98.在一些实施例中，可以进行增加rf功率的强度的操作，以增加沉积的薄膜的密度。增加的rf功率的强度可以导致更多活性物质的生成。就是说，可以朝向基板加速更多活性物质，并且因此可以形成更密实且更坚硬的膜。
99.在一些其它实施例中，可以使用原子层沉积方法和周期性化学气相沉积方法来进行薄膜沉积方法。例如，在进行薄膜沉积方法时，可以进行供应第一材料的第一操作和供应与第一材料不同的第二材料的第二操作。用于本公开中的活性物质可以是由第一材料和/或第二材料构成。当活性物质由第二材料构成时，可以通过第一材料和活性物质的反应来形成薄膜。在一些其它实施例中，薄膜沉积方法可以包含至少在第一和第二操作之间进行的吹扫操作。
100.图6是根据相关技术解释在原子层沉积工艺中发生的问题的示意图。在图6的左侧中，薄膜20可以通过使用peald方法来沉积在图案化的结构10上。例如，当形成二元化合物时，可以按一时间间隔顺序地供应源气体和反应气体，并且两种气体中的至少一种可以由等离子体活化以引入气体之间的化学反应，并在图案结构上沉积薄膜。因为顺序地逐层堆叠薄膜，具有共形度的薄膜可以均匀地沉积在沟槽结构的顶部、侧部和底部之上。
101.此后，在随后的工艺中可以继续进行湿法蚀刻。如图6的右侧所示，可以看到图案结构的顶部上的残余膜a与图案结构沟槽的侧和底部上的残余膜b的共形度不是恒定(a≠
b)。由于等离子体离子和自由基的线性度，这是相关技术中的问题之一。在垂直于等离子体离子的行进方向的图案的顶部上沉积的膜可以由于离子轰击效应而密实。然而，在沟槽的侧和底部的情况下，由自由基的离子轰击效应可能小于沟槽的顶部，自由基可能难以到达沟槽的底部，并且因此可能不如顶部膜一样密实。因此，基于湿法蚀刻，在沟槽的侧和底部上形成的膜的湿法蚀刻率(wer)可能大于在沟槽的顶部上形成的膜。
102.本公开的薄膜沉积方法的目标之一是解决上述问题。就是说，本公开提供维持薄膜的共形度的方法，该薄膜在沉积后甚至继续进行湿法蚀刻之后均匀地在图案上形成。
103.为此，本公开中，基板可以设置在气体供应单元下方，并且可以通过气体供应单元供应至少一种材料作为形成薄膜的成分，以在基板上形成薄膜。在形成薄膜的操作期间，气体供应单元可以是接地的，并且可以通过基板下方设置的组件供应rf功率。可以进行以下的至少一个操作，使得由rf功率生成的等离子体可以有助于沉积，操作包含：提高反应空间中的活性物质的密度的操作、降低活性物质的迁移率的操作、降低由rf功率所形成的偏置的强度。因此，可以在图案结构上形成具有改善的共形度的薄膜。另外，通过朝向基板加速更多自由基，在图案结构的表面上可以沉积薄膜，其更密实且具有改善的蚀刻抗性。
104.图7示出了当使用根据本公开的实施例的等离子体增强原子层沉积(peald)方法(参见图7的“btm(底部)偏置”)通过下电极供应rf功率时的沉积的sio2薄膜的蚀刻抗性。在平坦的基板上进行了该实验。si前驱体是双二乙基氨基硅烷(bisdiethylaminosilane，bdeas)和三二甲基氨基硅烷(trisdimethylaminosilane，tdmas)。氧等离子体用作反应气体。rf功率频率设定在60mhz处。
105.参考图7，可以明白的是，当通过下电极供应800w的rf功率时，wer是约86至87，而当通过上电极供应800瓦的rf功率时，sio2薄膜的wer是约91.7，并且通过下电极的rf功率示出的wer小于通过上电极的rf功率示出的wer。这是因为由更多活性物质通过较低偏置朝向基板加速，从而形成更密实且更坚硬的膜。参考图7，可以明白的是，当通过下电极供应rf功率(参见图7的“btm偏置”)时，wer随rf功率增加而降低。例如，通过供应具有60mhz或更高的vhf频率的rf功率但供应至少800w的rf功率，可以形成较密实的薄膜。
106.图8示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积方法。根据实施例的薄膜沉积方法可以是根据如上所描述的实施例的薄膜沉积方法的修改例。在下文中，将省略实施例的冗余描述。
107.参考图8，可以首先将具有上表面、下表面以及连接上表面和下表面的侧表面的图案结构引入到反应空间中。随后，在从t0到t1的时间段期间，可以将第一材料(例如硅前驱体)供应到反应空间中，以使得第一材料化学吸附到图案结构上。在从t1到t2的时间段期间，可以吹扫第一材料的残余物。如图8所示，吹扫气体可以贯穿工艺周期流动。在从t2到t3的时间段期间，可以将第二材料(例如氧气)供应到反应空间中。在从t2到t3的时间段期间，可以通过基板下方设置的组件供应rf功率，以在暴露于反应空间的上表面和下表面以及侧表面上形成电位。在从t2到t3的时间段期间，第二材料的活性物质可以由电位至少朝向侧表面移动，并且化学吸附的第一材料可以与活性物质反应，以在基板上形成薄膜。在从t3到t4的时间段期间，可以吹扫第二材料(和活性物质)的残余物。在从t0到t4的时间段期间所进行的一系列操作可以限定为一个循环，并且该循环可以多次重复。
108.下方表1示出了使用图8的实施例的sio2薄膜沉积的实验条件。作为示例性实施例
的实验条件，如下方表1所示，tdmas用作硅源并且氧用作反应气体。
[0109][0110][0111]
尽管在上方表1中tdmas用作si源，但是本公开不限于此。例如，si源可以包含以下中至少一个：碘硅烷，包含tsa，(sih3)3n；dso，(sih3)2；dsma，(sih3)2nme；dsea，(sih3)2net；dsipa，(sih3)2n(ipr)；dstba，(sih3)2n(tbu)；deas，sih3net2；dipas，sih3n(ipr)2；dtbas，sih3n(tbu)2；bdeas，sih2(net2)2；bdmas，sih2(nme2)2；btbas，sih2(nhtbu)2；bits，sih2(nhsime3)2；teos，si(oet)4；sicl4；hcd，si2cl6；dcs，sih2cl2；3dmas，sih(n(me)2)3；bemas，si h2[n(et)(me)]2；ahead，si2(nhet)6；teas，si(nhet)4；si3h8；以及例如包含si-h的碘硅烷、二碘硅烷和五碘硅烷中的至少一者。另外，作为反应气体的含氧气体除了o2之外可以包含o3、n2o和no中的至少一者。在另一个实施例中，通过供应至少一个诸如n2、nh3和nh
4
的含氮的反应气体，可以在基板上沉积氮化硅。此外，可以形成各种类型的薄膜。
[0112]
表1和图8中，可以随后按时间间隔顺序地供应si源气体和氧反应气体。可以由rf功率活化氧反应气体来与si源反应，以在基板上形成sio2薄膜。可以将rf功率供应给下电极，就是说，如上文所描述的嵌入电热器中的rf电极320。因此，可以通过基板下方的组件在基板上的反应空间中生成等离子体。特别地，根据本公开可以供应60mhz的高频率rf功率，并且因此可以将更多自由基供应给图案结构的沟槽结构。因此，可以沉积具有随后改善的蚀刻特性的膜(即，在随后各向同性蚀刻期间具有均匀和低的wer)。
[0113]
下方表2示出了根据上方表1和图8在图案结构上沉积的膜的蚀刻特性的变化。
[0114][0115][0116]
表2比较了根据相关技术的上部等离子体应用方法和根据本公开的下部等离子体应用方法的沟槽结构中sio2膜的wer特性。如从上方表2可以看出，可以明白的是，与上部等离子体方法相比较，在下部等离子体应用方法中沟槽中的每个部件的wer降低了20％。就是说，可以增加沟槽中沉积的薄膜的密度并且可以改善蚀刻抗性。实验结果可以理解为，根据本公开通过经下电极供应vhf rf功率在反应空间中生成等离子体，并且因此更多自由基向基板加速且可以在沟槽的内表面上沉积具有改善的蚀刻抗性的密实膜。
[0117]
图9示意性示出了根据本公开的实施例的薄膜沉积方法。根据实施例的薄膜沉积方法可以是根据如上所描述的实施例的薄膜沉积方法的修改例。在下文中，将省略实施例的冗余描述。
[0118]
参考图9，rf电极320可以嵌入在其上安装基板的基板支撑单元130的上表面下方，并且可以通过作为rf杆的第二杆420供应来自rf等离子体施加单元p的rf功率。rf等离子体施加单元p可以包含rf信号发生器和匹配器(匹配网络)(参见图2)。基板支撑单元130还可以包含向基板供热的加热器310。加热器310可以是具有高电阻的加热元件，并且可以通过作为电力杆的第一杆410从电源单元710接收电流。加热器310的一侧可以连接到热电偶450。温度控制单元720可以将由热电偶450测得的加热器310的实际温度与设定温度相比较，并且控制电源单元710的电流供给。
[0119]
如上文所描述，rf遮蔽件430可以被安装在基板支撑单元130上或薄膜沉积设备中，该薄膜沉积设备包含根据本公开的技术理念的基板支撑单元130，并且可以设置在rf杆420周围。rf遮蔽件430可以防止由于通过rf杆420所供应的rf电流而在基板支撑单元130下方生成寄生等离子体。另外，rf遮蔽件430可以阻挡串扰效应，其中rf电流影响其周围的电力杆410和电源单元710等。rf遮蔽件430可以包含铝，并且可以被安装为允许到加热器310的温度控制和稳定电流供应。
[0120]
在替代的实施例中，在第一杆410和电源单元710之间设置的第一低通滤波器lpf1可以配置为通过由等离子体生成单元所生成的具有低于rf功率的频率的频带的信号。例如，当rf功率的频带为60mhz时，第一低通滤波器lpf1可以配置为仅通过具有小于60mhz的频带的信号。串扰可能使得由等离子体生成单元所生成的60mhz或更高的rf功率信号递送给与电源单元710连接的通道(例如在第一杆410和电源单元710之间的连接线)。在这种情况下，可以由第一低通滤波器lpf1阻挡通道中的信号分量(即rf功率信号)。因此，电源单元
710可以在不受rf功率影响的情况下流畅地操作。
[0121]
相似地，电连接到热电偶450的第二低通滤波器lpf2可以配置为在递送给温度控制单元720的信号之中阻挡由等离子体生成单元所生成的rf功率的频带的信号。相似地，当rf功率的频带为60mhz时，第二低通滤波器lpf2可以配置为阻挡具有60mhz或更多的频带的信号。因此，温度控制单元720可以接收电信号，而没有由rf电极320引起的串扰。就是说，温度控制单元720可以从热电偶450接收温度信息信号，从该温度信息信号中移除rf功率分量，并且基于所接收的温度信息信号控制电源单元710。在替代的实施例中，第一低通滤波器lpf1和第二低通滤波器lpf2可以集成到单个滤波器中。
[0122]
在另一个实施例中，基板支撑单元130还可以包含在第二杆420和等离子体生成单元之间设置的电容元件730。电容元件730可以包含例如电容器。电容元件730可以在rf场中操作为短路，但是在dc场中操作为开路。因此，通过将电容元件730与rf电极320连接，rf电极320上形成的偏置(诸如由等离子体生成单元所形成的朝向基板支撑单元130的偏置)可以被提升。因为偏置是作为dc电压的dc场，所以rf电极320上所形成的dc偏置可以由操作为开路的电容元件730来维持。
[0123]
图10到图13更详细地示出了根据本公开的实施例的基板支撑单元。
[0124]
参考图10，基板支撑单元的上部部分1和基板支撑单元的下部部分2可以是机械式或集成式连接。上部固定单元8和下部固定单元9可以插入到基板支撑单元的上部部分1和下部部分2中。上部固定单元8可以接触rf遮蔽件430的上部部分，并且下部固定单元9可以接触rf遮蔽件430的下部部分。
[0125]
如图11和图12中所示，多个通孔可以形成在形成的上部固定单元8和下部固定单元9中，并且上部固定单元8的通孔和下部固定单元9的通孔对应于彼此设置。rf杆420’、围绕rf杆420’的遮蔽件430、和连接到插座13的电力杆410’可以布置为穿透上部和下部固定单元8和9的通孔。上部和下部固定单元8和9可以固定并支撑rf杆420’、rf遮蔽件430、和电力杆410’的位置。
[0126]
在替代的实施例中，下部固定单元9的部分可以完全围绕rf遮蔽件430的周长来形成。下部固定单元9的另一部分可以部分地围绕rf遮蔽件430的周长来形成。就是说，在另一个部件中，可以形成不被下部固定单元9围绕的部分。在替代的实施例中，不被围绕的部分可以不用单独的绝缘材料填充，并且因此在该部件中可以形成气隙a(未示出)。在另一个替代的实施例中，其中形成气隙a的部分可以用具有低介电常数的材料来填充。
[0127]
rf杆420’的下端的位置可以由第二绝缘构件10和接触第二绝缘构件10的接地支架11来固定。接地支架11可以包含在与作为rf杆420’的第二杆的延伸方向相同的方向上延伸的第一部分以及在与第二杆的延伸方向不同的方向上延伸的第二部分。在这种情况下，第一部分可以连接到rf遮蔽件430，同时第二部分可以连接到地g。接地支架11可以由第一部分和第二部分而具有l形状。根据第二绝缘构件10和接地支架11的组装件结构，rf遮蔽件430的内直径和第二杆420的直径之间的差值还可以等于接地支架11的第一部分的厚度和第二绝缘构件10的厚度之和。
[0128]
插座12可以插入到rf杆420’的下端，其位置被固定和支撑。插座12可以通过rf电缆连接端口14连接到rf电缆15，该rf电缆连接端口14形成在rf电缆连接器4的一个表面上，以将rf电流供应给rf杆420’(参考图13)。基板支撑单元的下部部分2可以由基板支撑单元
130的下部支撑主体3来支撑。基板支撑单元130的下部支撑主体3可以插入到rf电缆连接器4的上部部分中。因此，基板支撑单元130的上部和下部部分1和2和rf杆420’、rf遮蔽件430和电力杆410’的位置可以被固定和支撑。
[0129]
上部和下部固定单元8和9可以包含绝缘材料，优选地陶瓷材料，以防止电流泄漏。rf遮蔽件430可以包含金属材料，优选地铝材料，以防止流经rf杆420’到与电力杆410’连接的相邻电源的rf电流的串扰效应。此外，rf遮蔽件430配置为在加热器内侧围绕rf杆420’。
[0130]
尽管图10中未示出，热电偶(未示出)也可以像rf杆420’和电力杆410’一样延伸通过上部和下部固定单元8和9中所提供的通孔。热电偶可以连接在加热器310和温度控制单元720之间，可以将加热器310的实际加热温度和设定温度相比较，并且因此控制电源供应器的电源。
[0131]
可以理解的是，附图中的每个部分的形状是图示性的，以清楚理解本公开。应该注意到，每个部分可以修改为除了图示的形状之外的各种形状。
[0132]
对于本领域普通技术人员显而易见的是，本公开不限于上述实施例和附图，并且在不偏离本公开的精神和范围的情况下在此可以做出各种替换、修改和更改。
[0133]
应该理解的是，在此所描述的实施例应该认为仅是描述性意义而不出于限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述典型地认为可用于其他实施例中的其他类似的特征或方面。
[0134]
尽管已经参考附图描述一个或多个实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不背离本公开由所附权利要求的精神和范围的情况下，在此可以在形式和细节上做出各种改变。