[发明专利]用于预防或抑制发弧的化学气相沉积工具

说明书

化学气相沉积(CVD)工具抑制或完全消除衬底基座和衬底之间的发弧。CVD工具包括直流(DC)偏置控制系统，其配置成将设置处理室中的衬底基座维持在与通过处理室中的等离子体所产生的DC偏压相同或基本上相同的DC偏压。通过将衬底基座和具有与等离子体相同的电位的衬底维持在相同或基本上相同的电压电位，抑制或完全消除发弧。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月7日申请的美国申请No.16/057,383的优先权利益，其通过引用合并于此以用于所有目的。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工具用于将薄膜沉积在衬底上。CVD工具通常包括处理室、用于将衬底支撑在处理室中的衬底基座、和喷头。在操作期间，喷头将反应气体分配到待处理的衬底表面上方。将射频(RF)电位施加在通常设置于喷头和/或衬底基座上的两电极之间，以生成等离子体。激发的电子使来自等离子体的反应气体离子化或离解(例如“裂解”)，产生化学反应性自由基。当这些自由基反应时，其在衬底上沉积并形成薄膜。

发弧(arcing)是众所周知的电现象，其由在电压电位不同的两表面之间的间隙中提供的通常非导电气体的击穿(breakdown)所引起。当发生发弧时，非导电气体击穿，且强电流或放电短暂地跳过两表面之间的间隙。

对于PECVD工具，发弧是重大问题。通常在衬底和基座之间提供电阻材料(例如，介电膜)。在工具的操作期间，当施加RF电位时，处理室中的等离子体和衬底固有地产生直流(DC)偏压。结果是，由于电阻材料，衬底和衬底基座之间存在非零DC电压。

如果DC电压中的差超过某一阈值，则在衬底和衬底基座之间的气体中可能发生电击穿。当薄膜沉积在衬底上时，DC偏压的幅值趋于增加。结果是，电击穿的可能性大大地增加。对于某些类型的衬底(例如半导体晶片)，放电或发弧的突发可能破坏灵敏的电路。破坏半导体晶片上的电路会降低良率，导致潜在的重大制造损失并增加成本。

因此，需要抑制或完全消除衬底与衬底基座之间的发弧的CVD工具。

发明内容

公开了一种化学气相沉积(CVD)工具，所述工具抑制或完全消除衬底基座和衬底之间的发弧。所述工具包括处理室、用于在处理室内支撑衬底的衬底基座以及定位于处理室内的喷头。喷头配置成分配气体，气体转变成等离子体，等离子体响应于射频(RF)电位而产生DC偏压。所述工具还包括直流(DC)偏置控制系统，DC偏置控制系统配置成将衬底基座保持在与由等离子体所产生的DC偏压相同或基本上相同的DC偏压。

在非排他性实施方案中，当接地和衬底之间的电阻保持恒定时，DC偏置控制系统通过测量等离子体和衬底基座之间的DC电流并且将DC电流维持恒定来调整衬底基座的DC偏压。

在另一非排他性实施方案中，DC偏置控制系统进一步配置为在衬底的处理开始时测量DC电流，并且接着调整DC偏压以针对衬底处理的其余时间维持所测得的DC电流，以便补偿电阻的漂移。

在多种非排他性实施方案中，等离子体与电极之间的电流路径包括以下一种或多种：(a)通过衬底基座所支撑的衬底，(b)在衬底上形成的任何薄膜，(c)衬底基座，(d)耦合至衬底基座的电源。电阻由以下一者或多者组成：(f)衬底，(g)在衬底上形成的任何薄膜，(h)衬底基座和(i)耦合至衬底基座的电源系统中的电阻部件。

附图说明

可通过参考以下结合附图的描述来最好地理解本申请及其优点，其中：

图1是根据本发明的非排他性实施方案的化学气相沉积(CVD)室的框图。

图2A与图2B是根据本发明的非排他性实施方案的衬底基座的俯视图和截面图。

图3为说明根据本发明的非排他性实施方案的如何抑制或防止发弧的示意图。

图4为说明随着时间的推移由工具中的等离子体所产生的DC偏压的不可预测性的图。