專利名稱：用于增強熱絲化學氣相沉積工藝中的鉭燈絲壽命的方法
用于增強熱絲化學氣相沉積工藝中的鉭燈絲壽命的方法領域本發(fā)明的實施例大體涉及利用熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工藝在襯底上沉積材料的方法，且更具體地說，本發(fā)明的實施例涉及增強這類工藝中所用的燈絲壽命的方法。背景在HWCVD工藝中，一或多種前驅(qū)物氣體將于處理腔室內(nèi)鄰近襯底處經(jīng)高溫熱分解，以在襯底上沉積預定材料。一或多個金屬絲或燈絲促進處理腔室內(nèi)的熱分解反應，金屬絲或燈絲支撐在處理腔室中，以例如通過使電流通過燈絲而加熱所述處理腔室達預定溫度。使用不同的燈絲材料會影響沉積膜的質(zhì)量。例如，相較于使用鎢燈絲，HWCVD應用中使用鉭燈絲可得到質(zhì)量較佳的沉積膜。然而遺憾的是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)鉭燈絲可在某些操作體系下更易氧化。這將不當減少流過燈絲的電流、降低燈絲溫度，以致最終造成燈絲斷線。本發(fā)明人進一步發(fā)現(xiàn)鉭燈絲很快就會降低性能與發(fā)生斷線，因而鉭燈絲不能使用很久。因此，本發(fā)明人提供了利用HWCVD工藝沉積膜的改良方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供利用熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工藝沉積膜的方法。在一些實施例中，操作HWCVD工具的方法可包括提供氫氣(H2)至燈絲，歷經(jīng)第一時段，燈絲置于HWCVD工具的處理腔室中；以及經(jīng)過第一時段后，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度。在一些實施例中，操作HWCVD工具的方法可包括在含氫氣(H2)的氛圍下，預先調(diào)理(preconditioning)燈絲，燈絲置于HWCVD工具的處理腔室中；預先調(diào)理燈絲后，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度；燈絲達第一溫度后，提供處理氣體至處理腔室內(nèi)；以及利用自處理氣體分解的物種，在襯底上沉積材料。在一些實施例中，本發(fā)明可具體體現(xiàn)在上面存儲有指令的計算機可讀取媒體中，以于執(zhí)行所述指令時，使HWCVD工具進行方法，方法可包括本文所述任何實施例。本發(fā)明的其它和進一步實施例將描述于后。附圖簡要說明在配合參考附圖與本發(fā)明的示例性實施例后，本發(fā)明上述概要和下文詳述的實施例將變得更清楚易懂。然而應注意附圖僅說明本發(fā)明典型實施例，因此不宜視為限定本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可容許其它等效實施例。

圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明一些實施例，操作熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工具的方法流程圖。圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明一些實施例，操作HWCVD工具的方法流程圖。圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明一些實施例，HWCVD處理腔室的示意側(cè)視圖。圖4描繪了在 不同氛圍下加熱鉭燈絲溫度隨時間變化的比較曲線圖。為助于理解，盡可能以相同的元件符號代表各圖中共同的相似元件。為清楚說明，圖未按比例繪制并已簡化。應理解某一個實施例的元件和特征結(jié)構(gòu)當可有益地并入其它實施例，在此不另外詳述。具體描沭本發(fā)明的實施例提供熱絲化學氣相沉積(HWCVD)處理技術(shù)，可以有利地消除或減少鉭燈絲在HWCVD工藝中快速氧化，進而實質(zhì)增強燈絲壽命及促成鉭燈絲在HWCVD工藝中的延長使用。本發(fā)明的實施例從而可提供一或多個下列優(yōu)點:相較于使用鎢燈絲有較佳的膜質(zhì)量、較長的燈絲使用壽命、較久的設備正常運行時間、較高的產(chǎn)率和較大的產(chǎn)量。在大于約10毫托的壓力下(例如，某些應用(例如硅膜沉積)的典型HWCVD操作條件)，以1500°C至2000°C點燃新鉭燈絲時，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)燈絲溫度將伴隨燈絲發(fā)光減弱而隨時間快速下降。本發(fā)明人認為溫度降低是因鉭燈絲氧化所致。然而本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在存有氫氣(H2)的情況下(例如氫氣環(huán)境)點燃新鉭燈絲時，燈絲氧化速率(依燈絲溫度測量)會變慢。本發(fā)明人研發(fā)操作HWCVD工具的方法，所述方法并入此技術(shù)實施例且將詳述于后。圖1描繪根據(jù)本發(fā)明一些實施例，操作HWCVD工具的方法100的流程圖。方法通常始于步驟102:提供氫氣(H2)至一個燈絲(或多個燈絲)，歷經(jīng)第一時段，燈絲置于HWCVD工具的處理腔室中。氫氣(H2)可單獨或伴隨惰性載氣提供,惰性載氣例如為氮氣、氦氣、氬氣或類似物。氫氣(H2)的流量可為足以毯覆或覆蓋HWCVD腔室內(nèi)的燈絲。因此，特定流量將視腔室尺寸和燈絲的表面積(例 如燈絲的長度和數(shù)量)而定。例如，在一些實施例中，可按約10標準立方厘米每分鐘至約500標準立方厘米每分鐘(sccm)的流量提供氫氣(H2)。伴隨載氣提供時，載氣中的氫氣(H2)濃度可為體積百分比約5%至約80%。在一些實施例中，第一時段可經(jīng)選擇以協(xié)助清除反應器中的殘留氧氣。在一些實施例中，第一時段可經(jīng)選擇使氫氣完全覆蓋或毯覆燈絲，以免腔室中的氣體與燈絲之間發(fā)生不當反應，例如氧化。在一些實施例中，第一時段可以為約5秒至約1800秒。接著，在步驟104中，經(jīng)過第一時段后，可使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度。電流可由功率源提供至燈絲。提供的電流量可經(jīng)選擇以將燈絲溫度提高至第一溫度。在一些實施例中，第一溫度可以為隨后將進行沉積工藝的溫度。在一些實施例中，第一溫度可高于或低于將進行沉積工藝的溫度。在一些實施例中，溫度可以為約1500°C至約2400°C之間(但也可采用其它溫度)。第二時段可經(jīng)選擇使燈絲達第一溫度。在一些實施例中，第二時段可經(jīng)選擇以促進在燈絲周圍形成氫自由基包層。在一些實施例中，第二時段可為約5秒至約1800秒的范圍。完成第二時段后，方法100通常即結(jié)束。在一些實施例中，于沉積工藝前，方法100或部分方法100可用作預先調(diào)理步驟。例如，在一些實施例中，如上述般調(diào)理燈絲后，可繼續(xù)提供電流至燈絲，以維持第一溫度，并且可提供處理氣體至腔室，以在襯底上沉積材料。連續(xù)處理襯底時，可先進行調(diào)理工藝，在連續(xù)流入處理氣體的一些實施例中，可讓許多襯底通過腔室，以在相繼襯底上連續(xù)沉積材料。在一些實施例中，處理最后一個襯底后，可關閉處理氣體及停止電流。例如，圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明一些實施例，操作HWCVD工具的方法200的流程圖。方法200通常始于步驟202:可預先調(diào)理置于HWCVD工具的一個燈絲或多個燈絲?？稍诤瑲錃?H2)的氛圍下，預先調(diào)理燈絲。在一些實施例中，依據(jù)上述方法100的實施例，可預先調(diào)理燈絲。在一些實施例中，可依據(jù)上述方法100的實施例中的步驟102，預先調(diào)理燈絲。接著，在步驟204中，預先調(diào)理燈絲后，可使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度。在一些實施例中，可提供電流至燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度，同時繼續(xù)提供含氫氣體。在一些實施例中，可依據(jù)上述方法100的實施例中的步驟104，使電流流過燈絲。接著，在步驟206中，燈絲達第一溫度后，可提供處理氣體至HWCVD工具。在一些實施例中，當提供處理氣體至HWCVD工具時，可停止流入含氫氣體。處理氣體可包含任何適合用于沉積工藝的處理氣體。在一些實施例中，處理氣體可包含接觸到加熱燈絲可熱分解的氣體，如此出自已分解處理氣體的物種可沉積在下方襯底上。例如，沉積含硅膜時，例如微晶娃或無定形娃，處理氣體可包含一或多個娃燒(SiH4)、氫氣(H2)、膦(PH3)、二硼燒(B2H6)或類似物。接著，在步驟208中，利用自處理氣體分解的物種，可沉積材料至襯底上。如上所述，沉積于襯底上的材料通常包含出自處理氣體的物種。在一些實施例中，沉積于襯底上的材料可包含硅，但也可為其它材料。完成步驟208的材料沉積后，方法200通常即結(jié)束，并且依需求可進一步處理襯底。在一些實施例中，可依需求反復進行方法200，以在同一襯底上或提供至HWCVD工具的第二襯底上沉積材料。例如，在一些實施例中，于步驟208的在襯底上沉積材料后，可以第二襯底替換腔室中的襯底，同時使燈絲維持在第一溫度。提供第二襯底后，可提供第二處理氣體至處理腔室內(nèi)。第二處理氣體可和第一處理氣體一樣(例如，欲沉積相同材料時)，或者，第二處理氣體可不同于第一處理氣體(例如，欲在第二襯底上沉積不同材料時)。接著，可利用自第二處理氣體分解的物種，在第二襯底上沉積材料?；蛘呋虼送猓瓿稍谝r底上沉積材料后，可終止電流流到燈絲。例如，完成在襯底上沉積材料后，即可于如達批量結(jié)束、輪班結(jié)束、當天結(jié)束、進入當周、維修時期或關閉工具的任何其它時間后 ，關閉工具。當再次啟動工具時，隨后在含氫氣(H2)的氛圍下，可預先調(diào)理燈絲。預先調(diào)理燈絲后，可使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第二溫度。燈絲達第二溫度后，可提供第二處理氣體至處理腔室內(nèi)。如上所述，第二處理氣體與第一處理氣體可為相同或不同。利用自第二處理氣體分解的物種，在第二襯底上沉積材料。圖4描繪了總結(jié)固定功率測試的曲線圖400，其中新鉭燈絲安裝在HWCVD腔室中，并在無任何氫氣(H2)的情況下經(jīng)點燃(例如加熱)達約1700°C。燈絲溫度快速下降，且約38分鐘后，燈絲斷線。安裝新鉭燈絲，并且使用約30sCCm的氫氣(H2)沖洗腔室約5分鐘。沖洗腔室后，點燃燈絲。在此運行期間，燈絲溫度逐漸下降。然而即使經(jīng)過60分鐘后，燈絲也不會斷線。約30分鐘后，燈絲溫度從約1700°C的初始溫度降至約1660°C。約60分鐘后，燈絲溫度降至約1639°C。使用更大的氫氣(H2)流量(約60sCCm)再次加熱同一燈絲。使用較大的氫氣(H2)流量時，燈絲溫度下降更慢，經(jīng)過60分鐘后，燈絲溫度從初始約1624°C降至約1609°C。燈絲也不會斷線。使用120sCCm的氫氣(H2)流量，計30分鐘，以進行另一測試，其中燈絲不會斷線，且在整個測試過程中，溫度僅下降約4°C。圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明實施例的適用HWCVD處理腔室300的示意側(cè)視圖。處理腔室300大致包含腔室主體302，腔室主體302具有內(nèi)部處理容積304。多個燈絲或金屬絲310置于腔室主體302內(nèi)(例如內(nèi)部處理容積304內(nèi))。多個金屬絲310還可為來回配線遍及內(nèi)部處理容積304的單一金屬絲。多個金屬絲310包含HWCVD源。金屬絲310通常由鎢制成，但還可使用鉭或銥。各金屬絲310利用支撐結(jié)構(gòu)(未圖示)鉗在適當位置，以當加熱達高溫時，使金屬絲保持緊繃，并且提供金屬絲電氣接觸。電源312耦接至金屬絲310，以提供電流來加熱金屬絲310。襯底330可放在HWCVD源(例如金屬絲310)下方，例如放在襯底支撐件328上。當襯底330通過HWCVD源下方時，就靜態(tài)沉積而言，襯底支撐件328可固定不動，或就動態(tài)沉積而言，襯底支撐件328可如依箭頭305所示移動。腔室主體302進一步包括一或多個氣體入口(圖顯示一個氣體入口 332)來提供一或多種處理氣體和一或多個出口(圖顯示兩個出口 334)連接至真空泵，以維持處理腔室300內(nèi)呈適當操作壓力，及移除過量處理氣體及/或處理副產(chǎn)物。氣體入口 332可送入噴淋頭333 (如圖示)或其它適合的氣體分配元件，以在金屬線310之上均勻地或依需求分配氣體。

在一些實施例中，可提供一或多個屏蔽320，使不當沉積至腔室主體302內(nèi)面上的情形減至最少。或者或此外，可使用一或多個腔室襯墊322，使清潔變得更容易。使用屏蔽和襯墊可排除或減少使用不當清潔氣體，例如溫室氣體三氟化氮(NF3)。屏蔽320和腔室襯墊322通常會保護腔室主體內(nèi)面，以免因處理氣體流入腔室而不當收集沉積材料。屏蔽320和腔室襯墊322可以為可拆卸、可替換及/或可清潔。屏蔽320和腔室襯墊322可經(jīng)配置以覆蓋腔室主體中可能被涂覆的每一區(qū)域，包括金屬線310周圍和涂覆隔室的所有壁面，但不以此為限。通常，屏蔽320和腔室襯墊322可由鋁(Al)制成，且屏蔽320和腔室襯墊322可具有粗糙表面，以加強沉積材料的附著性(以防沉積材料剝落)。屏蔽320和腔室襯墊322可以任何適當方式裝設在處理腔室的預定區(qū)域，例如HWCVD源周圍。在一些實施例中，可打開沉積腔室的上部而移除源、屏蔽和襯墊，以進行維修及清潔。例如，在一些實施例中，沉積腔室的蓋子或天花板可沿著凸緣338耦接至沉積腔室主體，凸緣338支撐蓋子并提供表面來將蓋子固定于沉積腔室主體?？刂破?06可耦接至處理腔室300的各種部件，以控制部件操作。雖然圖示意性示出耦接至處理腔室300，但控制器可操作連接至受控于控制器的任何部件，例如電源312、耦接至入口 322的氣體供應器(未圖示)、耦接至出口 334的真空泵及/或節(jié)流閥(未圖示)、襯底支撐件328和諸如此類，以根據(jù)本文所述方法，控制HWCVD沉積工藝?？刂破?06通常包含中央處理單元(CPU)308、存儲器313和用于CPU308的支持電路311?？刂破?06可直接或經(jīng)由特定支持系統(tǒng)部件相關的其它計算機或控制器(未圖示)來控制HWCVD處理腔室300。控制器306可為任一類型的通用計算機處理器，計算機處理器可用于工業(yè)設置來控制各種腔室和子處理器。CPU308的存儲器或計算機可讀取媒體313可為一或多個容易取得的存儲器，例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、閃存或任何其它類型的本端或遠程數(shù)字存儲器。支持電路311耦接至CPU308，以按照傳統(tǒng)方式支持處理器。這些電路包括高速緩存存儲器、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路與子系統(tǒng)等。本發(fā)明所述方法可存儲于存儲器313當作軟件程序314，軟件程序經(jīng)執(zhí)行或調(diào)用而將控制器轉(zhuǎn)變成特定用途控制器，以按照本文所述方法，控制處理腔室300的操作。軟件程序還可由第二 CPU(未圖示)存儲及/或執(zhí)行，所述第二 CPU遠離受CPU308控制的硬件。因此，本文提供延長HWCVD工藝中的鉭燈絲使用壽命的方法。本發(fā)明所述方法實施例可提供一或多個下列優(yōu)點:相較于使用鎢燈絲有較佳的膜質(zhì)量、較長的燈絲使用壽命、較久的設備正常運行時間、較高的產(chǎn)率和較大的產(chǎn)量。雖然以上針對本發(fā)明實施例說明，但在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下，可策劃本發(fā)明的其它和進一 步實施例。
權(quán)利要求
1.一種操作熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工具的方法，所述方法包含: 提供氫氣(H2)至燈絲，歷經(jīng)第一時段，所述燈絲置于所述HWCVD工具的處理腔室中；以及 經(jīng)過所述第一時段后，使電流流過所述燈絲，以將所述燈絲的溫度提高至第一溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供氫氣還包含提供氫氣和惰性載氣。
3.一種操作熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工具的方法，所述方法包含: 在含氫氣(H2)的氛圍下，預先調(diào)理燈絲歷經(jīng)第一時段，所述燈絲置于所述HWCVD工具的處理腔室中； 預先調(diào)理所述燈絲后，使電流流過所述燈絲，以將所述燈絲的溫度提高至第一溫度； 所述燈絲達所述第一溫度后，提供處理氣體至所述處理腔室內(nèi)；以及 利用自所述處理氣體分解的物種，在襯底上沉積材料。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在所述含氫氣(H2)的氛圍下，預先調(diào)理所述燈絲包含提供氫氣和惰性載氣。
5.如權(quán)利要求2或4任一項所述的方法，其中所述惰性載氣包含氮氣、氬氣或氦氣中的至少一種。
6.如權(quán)利要求3-4任一項所述的方法，其中提供所述處理氣體進一步包含終止氫氣流量，所述氫氣流量被提供來維持所述含氫氣(H2)的氛圍。
7.如權(quán)利要求3-4或6任一項所述的方法,其中所述處理氣體包含娃燒(SiH4)、氫氣(H2)、膦(PH3)或二硼烷(B2H6)中的一種。
8.如權(quán)利要求3-4或6-7任一項所述的方法，所述方法進一步包含: 完成在所述襯底上沉積所述材料后，終止所述電流流到所述燈絲； 隨后在含氫氣(H2)的氛圍下，預先調(diào)理所述燈絲； 預先調(diào)理所述燈絲后，使電流流過所述燈絲，以將所述燈絲的溫度提高至第二溫度； 所述燈絲達所述第二溫度后，提供第二處理氣體至所述處理腔室內(nèi)；以及 利用自所述第二處理氣體分解的物種，在第二襯底上沉積材料。
9.如權(quán)利要求3-4或6-8任一項所述的方法，所述方法進一步包含: 以第二襯底替換所述腔室中的所述襯底，同時使所述燈絲維持在所述第一溫度； 提供所述第二襯底后，提供第二處理氣體至所述處理腔室內(nèi)；以及 利用自所述第二處理氣體分解的物種，在所述第二襯底上沉積材料。
10.如權(quán)利要求1-9任一項所述的方法，其中所述燈絲是鉭燈絲。
11.如權(quán)利要求1-10任一項所述的方法，其中所述第一溫度是隨后將發(fā)生CVD沉積工藝的溫度。
12.如權(quán)利要求1-11任一項所述的方法，其中所述第一溫度為約1500°C至約2400°C。
13.如權(quán)利要求1-12任一項所述的方法，其中所述處理腔室內(nèi)的壓力維持在約I毫托。
14.如權(quán)利要求1-13任一項所述的方法，其中所述第一時段的范圍是從約5秒至約1800 秒。
15.一種上面存儲有多個指令的計算機可讀取媒體，以于執(zhí)行時，使HWCVD工具進行一種方法，所述方法包含如權(quán)利要求1至14中的任何方法。
全文摘要
本發(fā)明提供利用熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工藝沉積膜的方法。在一些實施例中，操作HWCVD工具的方法包括提供氫氣(H2)至燈絲，歷經(jīng)第一時段，燈絲置于HWCVD工具的處理腔室中；以及經(jīng)過第一時段后，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度。
文檔編號C23C16/448GK103168115SQ201180050142
公開日2013年6月19日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者拜平·塔庫爾, 喬·格里菲思克魯茲, 斯蒂芬·凱勒, 維卡斯·古扎爾, 亞努·拉萬德·帕蒂爾 申請人:應用材料公司