CN105463408A - 用于等离子体辅助原子层沉积中的rf补偿的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于等离子体辅助原子层沉积中的RF补偿的方法和装置。实施例涉及在衬底上沉积膜的方法、装置和系统。在这些实施例中，衬底是按批处理的。由于处理批衬底中的另外衬底时反应室内的条件变化，在整个批衬底处理期间各种膜的性能可能有趋向性。本发明公开了用于使整个分批处理期间的膜的性能的趋向性最小化的方法和装置。更具体地，通过改变在整个分批处理期间用于处理衬底的RF功率的量，使膜的性能趋向性最小化。这样的方法有时被称为RF补偿法。

Description

用于等离子体辅助原子层沉积中的RF补偿的方法和装置

技术领域

本发明总体上涉及半导体加工领域，更具体地涉及用于等离子体辅助原子层沉积中的RF补偿的方法和装置。

背景技术

集成电路的制造包括许多不同的处理步骤。一个经常使用的操作是电介质膜的沉积。膜可以被沉积在相对平坦的衬底上，或者可以被沉积到在硅衬底上或在硅衬底内图案化的特征之间的间隙中。沉积这样的膜的一种方法是通过等离子体辅助原子层沉积(PAALD)。在这种类型的方法中，以循环方式进行一些操作来沉积共形膜。通常，PAALD工艺包括以下步骤：(a)向反应室提供一定剂量的第一反应物，(b)吹扫反应室，(c)使第二反应物流到反应室中，(d)点燃在反应室中的等离子体，以及(e)熄灭等离子体并吹扫反应室。作为前驱体输送到/吸附在衬底表面上的性质的结果，PAALD工艺的单个循环通常沉积单层材料。该操作可重复多次，以沉积另外的单层，从而达到期望的膜厚度。

发明内容

本文的某些实施例涉及用于在反应室中在批(abatch)衬底上沉积膜的方法和装置。该膜可以通过等离子体辅助原子层沉积工艺进行沉积。

在本文的实施例的一个方面，提供了一种用于在反应室中在批衬底上沉积膜的方法。该方法可以包括在批中的每一个衬底上沉积膜，其中在每一个衬底上沉积膜包括使一种或多种反应物以气相形式流动进入反应室，并供给RF功率以产生等离子体，将衬底暴露于等离子体来驱动在衬底上沉积膜的反应；其中，提供的用以产生等离子体的每一衬底的RF功率在该批中的另外的衬底被处理时发生变化，由此应对(accountfor)在处理另外的衬底时在反应室中发生的变化。

在多个实施例中，提供的用以产生等离子体的RF功率是基于在该批中的衬底上沉积膜之前进行的校准程序来改变的。该校准程序可以包括：(a)在测试批的衬底上沉积膜，并记录在测试批中的每一个衬底的所得膜的厚度，(b)在不同电平的RF功率下在第二组衬底上沉积膜，并记录在第二组衬底中的每一个衬底上所得到的膜厚度，(c)从操作(b)确定在RF功率和所得到的膜的厚度之间的关系，(d)使用从操作(c)得到的关系和从操作(a)得到的膜的厚度来确定用于该测试批的衬底的有效的RF功率，和(e)至少部分地基于用于该测试批的衬底的有效的RF功率，确定指定的RF功率以提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底。(e)中所述的将来的一个或多个批可以包括对其执行本方法的批。

在一些实施例中，所述校准程序还包括：在(a)中，在第一RF功率下在测试批中的每一个衬底上沉积膜，在(e)期间，通过将第一RF功率的平方除以用于测试批的衬底的从操作(d)得到的有效RF功率来确定提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定RF功率。

操作(e)可以包括：至少部分地基于针对操作(a)的测试批中的衬底的记录的室积累(accumulation)来确定提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率。提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率可以至少部分地基于在将来的批处理期间发生的室积累。操作(e)可以进一步包括执行统计分析，以得到在指定的RF功率和室积累之间的数学关系，并且可以进一步包括使用数学关系来控制在执行本方法的批中的衬底上的沉积期间供给的RF功率。在一些实施例中，数学关系包括三次多项式关系。在一些实施方案中，每一批和测试批各自包括至少约100个衬底。在各个不同的实施例中，操作(c)包括执行统计分析，以确定在RF功率和从操作(b)得到的膜的厚度之间的线性关系。

在某些情况下，批可以包括至少约100个衬底，在批中的衬底上沉积的膜可以具有相差约1％或更小的厚度。在这些或其它情况下，批可以包括至少约100个衬底，其中，沉积在该批中的衬底上的膜具有相差约5％或以下的湿蚀刻速率。

衬底通常批处理，某些附加操作可能会在每一批期间发生。例如，在一些情况下，在批中的每一个衬底上沉积膜之后，该方法可以包括清洁反应室以除去在反应室的内表面上积累的材料。此外，在清洁反应室后，该方法可以包括在反应室的内表面上沉积底涂层。也可以沉积预涂层。

在所公开的实施例的另一个方面，提供了一种用于在批的衬底上沉积膜的装置，该装置包括：反应室；用于为反应室提供气相反应物的一个或多个入口；衬底支撑件；配置为使用RF功率生成等离子体的RF生成器；和控制器，其包括指令，该指令用以当批中的另外的衬底被处理时改变由RF生成器所提供的RF功率，以应对当批中的另外的衬底被处理时反应室中发生的变化。

在多个实施例中，用以改变RF功率的指令是基于校准程序。控制器可以进一步包括通过如下操作来执行校准程序的指令：(a)在测试批的衬底上沉积膜，并记录在测试批中的每一个衬底的所得膜的厚度，(b)在不同电平的RF功率下在第二组衬底上沉积膜，并记录在第二组衬底的每一个衬底上所得到的膜的厚度，(c)从操作(b)确定在RF功率和所得到的膜的厚度之间的关系，(d)使用从操作(c)得到的关系和从操作(a)得到的膜的厚度来确定用于该测试批的衬底的有效的RF功率，和(e)至少部分地基于用于该测试批的衬底的有效的RF功率，确定指定的RF功率以提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底，其中用以改变当该批中的另外的衬底被处理时由RF生成器提供的RF功率的指令包括施加来自操作(e)的所述指定的RF功率的指令。

用以执行校准程序的指令还可以包括用于下述操作的指令：在(a)期间，在第一RF功率下在测试批中的每一个衬底上沉积膜，在(e)期间，通过将第一RF功率的平方除以用于测试批中的衬底的、从操作(d)得到的有效RF功率来确定提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率。

在某些实现方案中，操作(e)包括：至少部分地基于针对操作(a)的测试批中的衬底的记录的室积累来确定提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率。虽然校准程序通常是在与处理该批衬底的反应室相同的反应室中进行的，但在一些实施例中，校准程序是在第二反应室中进行的。用以改变由RF生成器所提供的RF功率的指令可以包括基于当批中的另外的衬底被处理时在反应室中积累的改变量来改变RF功率。

这些和其它特征将在下面参照相关附图进行说明。

附图说明

图1示出了表示在ALD批中进行的操作的流程图。

图2是示出了在成批处理期间在各个衬底的膜的厚度和厚度不均匀性的曲线图。

图3示出了用于校准一种使用RF补偿在衬底上沉积膜的沉积装置的方法的流程图。

图4绘出了示出了测试批的衬底的膜厚度与室积累的关系曲线图。

图5绘出了示出在使用RF补偿的各实施例中有用的RF功率和膜厚度的表和曲线图。

图6是示出了对于测试批衬底的有效的RF功率与膜的厚度之间的关系的曲线图。

图7是示出了在使用RF补偿的各实施例中有用的、对于测试批衬底的功率缩放比与积累之间的关系的曲线图。

图8是示出了根据一个实施例的最佳的生成器设定值与积累的关系的曲线图。

图9和10是示出了可用于在某些实现方案中在衬底上沉积膜的反应室的视图。

图11示出了可在某些实施例中使用的多站式反应室。

图12是示出了两批衬底的膜厚度与晶片数之间关系的图表：一批是在恒定的射频功率下处理的，另一批是使用RF补偿处理的。

图13是示出了图12的两批衬底的折射率与晶片数之间的关系的图。

图14是绘出了图12的两批衬底的湿蚀刻速率与晶片数的关系的图。

图15示出了说明图12的两批衬底的干蚀刻速率与晶片数的关系的图。

图16是示出了两批衬底的湿蚀刻速率与晶片数的关系的图：一批是在恒定的射频功率下处理的，另一批是使用RF补偿处理的。

具体实施例

在本申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”和“部分制造的集成电路”可互换使用。本领域的普通技术人员将会理解，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上面进行集成电路制造的许多阶段中的任何阶段期间的硅晶片。在半导体器件工业中使用的晶片或衬底典型地具有200毫米或300毫米或450毫米的直径。下面的详细描述假设本发明是在晶片上实现的。然而，本发明并不限于此。工件可以是具有各种形状、尺寸和材料。除半导体晶片外，可利用本发明的优点的其它工件包括诸如印刷电路板等的各种制品。

在下面的说明中，许多具体细节被阐述，以便提供对所呈现的实施例的彻底理解。公开的实施例可以在没有这些具体细节的部分或全部的情况下实施。在其它情况下，公知的处理操作没有进行详细说明，以避免不必要地使本公开的实施例不清楚。虽然所公开的实施例将结合具体的实施例进行说明，但应理解，这并不意在限制本公开的实施例。

半导体器件的制造通常涉及在集成制造工艺中在平坦或非平坦衬底上沉积一个或多个膜。在集成工艺的某些方面，沉积与衬底形貌一致的膜可能是有用的。在某些情况下有用的一种类型的反应涉及化学气相沉积(CVD)。在典型的CVD工艺中，气相反应物被同时引入到反应室中，并经历气相反应。反应产物沉积在衬底的表面上。该反应可以通过等离子体来驱动，在这种情况下，该工艺可以被称为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)反应。如本文所用的，术语CVD意在包括PECVD在内，除非另有说明。CVD工艺具有某些缺点，这些缺点使得它们在某些情况下不太合适。例如，CVD气相反应的质量运输限制可能会导致“烘面包(bread-loafing)”沉积效应，其显示在顶面(例如，栅极堆叠的顶面)有较厚的沉积，而在凹陷的表面(例如，栅极堆叠的底部角)有较薄的沉积。此外，因为一些管芯可能有具有不同的器件密度的区域，所以，在整个衬底表面上的质量运输的影响可能会导致管芯内的和晶片内的厚度变化。这些厚度变化可导致一些区域的过度蚀刻和其它区域的欠蚀刻，从而会降低器件性能和管芯的产量。有关CVD工艺的另一个问题是，它们通常不能在高深宽比特征中形成保形膜。当器件尺寸不断缩小时，这一问题越来越严重。

在许多情况下有用的另一种类型的反应是原子层沉积(ALD)。CVD工艺主要采用气相反应以将材料快速沉积在衬底表面上，而ALD工艺主要涉及以慢得多的、循环的方式沉积材料的表面介导的反应。一种类型的ALD工艺是等离子体辅助原子层沉积(PAALD)工艺，其中反应是通过暴露于等离子体来驱动的。在ALD工艺中，反应物以循环的方式被传递，以减少或消除不希望有的气相反应。一种典型的ALD反应包括：(1)使在反应室中的衬底暴露于第一气相反应物(举例来说，例如含硅反应物或含有金属的反应物)，并允许反应物吸附在衬底表面上，(2)吹扫该反应室(例如，通过施加真空以排空该室，或通过使惰性气体流动而将第一反应物从室中扫出)，(3)将衬底暴露于第二气相反应物(举例来说，例如含氧反应物、含氮反应物和/或含碳反应物)，(4)将衬底暴露于能量源(例如，等离子体或热)来驱动在第一反应物和第二反应物之间的表面反应，和(5)再次吹扫反应室。这些步骤可重复，以制造所希望的厚度的膜。在不同的情况下，步骤(3)和(4)全部或部分重叠，以使得在衬底暴露于等离子体的同时，第二反应物被输送到反应室。ALD工艺有时也被称为共形膜沉积(CFD)工艺，特别是在步骤(3)和(4)之间没有吹扫(或不完全吹扫)、步骤(3)和(4)在时间上重叠或步骤(3)连续发生时。如本文所用的，除非另有说明，否则术语ALD包括热式ALD、PAALD和CFD。

根据前体配料步骤的曝光时间和前体的粘着系数的不同，在一个实施例中，每一个ALD循环可沉积约之间厚度的膜层。

使用ALD/CFD形成膜的方法在如下美国专利申请中有说明，在此通过引用将其每一个整体并入本文：2011年4月11日提交的美国专利申请No.13/084399；2013年7月29日提交的美国专利申请No.13/953616；2013年11月7日提交的美国专利申请No.14/074596；和2013年12月30日提交的美国专利申请No.14/144107。

在本文中说明的工艺被用于产生多种类型的膜，包括但不限于氧化硅、氮化硅、碳化硅、掺杂氧化物、金属氧化物和金属氮化物。除非上下文中另有明确说明，否则术语氧化硅旨在涵盖主要为硅和氧的化学计量和非化学计量的固体组合物。硅氧化物膜可以具有多种形态，包括不同程度的结晶度和粗糙度等。类似地，本文所提到的其它类型的膜可以是化学计量或非化学计量的，并可具有各种形态。

ALD工艺通常按批进行。单个批可以具有从几个衬底到几百个衬底。单个批包括在随后的清洁周期之间在特定装置上处理的所有衬底。图1示出了表示在单个批中发生的具体操作的流程图。在操作101，可在批的开始提供清洁室。接着，室可以准备好以供在操作103中使用。在多种情况下，室准备操作包括沉积底涂层和预涂层，这有助于稳定沉积工艺和使衬底上的污染最小化。室清洁和准备在以下美国专利和专利申请中有进一步的讨论，在此通过引用将其每一个整体并入：2013年11月25日提交的、名称为《CHAMBERUNDERCOATPREPARATIONMETHODFORLOWTEMPERATUREALDFILMS》的美国专利申请No.14/089653；2014年1月17日提交的、题为《METHODANDAPPARATUSFORTHEREDUCTIONOFDEFECTIVITYINVAPORDEPOSITEDFILMS》的美国专利申请No.14/158536；2009年1月16日提交的、名称为《PLASMACLEANMETHODFORDEPOSITIONCHAMBER》的美国专利申请No.12/355601；2012年10月17日提交的、名称为《METHODSANDAPPARATUSFORCLEANINGDEPOSITIONCHAMBERS》的美国专利申请No.13/654303；美国专利No.7479191和美国专利No.8262800。

在室准备好后，衬底可以在操作105通过该装置处理。这一步骤涉及在该批中的各个衬底上沉积膜。假如该装置包括多个站，则可同时处理多个衬底。当材料沉积在衬底上时，来自沉积工艺的材料积累在内室表面上。在批中的所有衬底都已经被处理后，在操作107，该室被清洁，以除去积累的材料。操作107中的清洁处理结束该批。室清洁方法在如下美国专利和专利申请中有进一步的讨论，在此通过引用将其每一个整体并入：美国专利No.7479191；美国专利No.8262800；2009年1月16日提交的、名称为《PLASMACLEANMETHODFORDEPOSITIONCHAMBER》的美国专利申请No.12/355601；和2012年10月17日提交的、名称为《METHODSANDAPPARATUSFORCLEANINGDEPOSITIONCHAMBERS》的美国专利申请No.13/654303。

在清洁了反应室后，可处理新的批的衬底，如图1中的虚线箭头所示。在膜实际上沉积在下一批的衬底上之前，例如通过在内室表面上沉积新的底涂层和预涂层来再次将室准备用于沉积。批还可以考虑在不同的点开始和结束，只要基本沉积、室清洁和室准备步骤发生了即可。例如，一旦室已经准备好，当在批中的第一衬底上首先发生沉积时，就可以认为批已启动。在这种情况下，在室被清洁和下一批准备好后，该批就将会被认为结束。

不幸的是，沉积膜的某些性质趋向于在批中随时间的推移而漂移。可能漂移的性质的例子包括膜厚度和蚀刻速率等。这些趋向的膜性质在诸如双重图案化垫片、FinFET垫片、栅极衬里和垫片之类的某些应用中特别成问题。这些应用可能需要精确的临界尺寸控制，这需要诸如膜的厚度、折射率、蚀刻速率等膜性能的精确控制

对于最大化吞吐量，大的批量是有利的，因为有更少的时间用在清洁和准备批之间的室上。在某些情况下，批包含至少约50个衬底，例如至少约100个衬底，或至少约200个衬底，或至少约300个衬底，或至少约400个衬底，或至少约500个衬底。允许使用大的批量的一个因素是大的室容积。在某些情况下，室容积可为至少约2L，例如至少为约0.5L。可适于与本实施例一起使用的示例性装置包括和装置产品系列，它们可从加利福尼亚州弗里蒙特的LamResearch公司购买。大的室容积可以允许多个衬底例如在室容积内的不同站上一次性处理。此外，大的室容积导致积累材料在室表面上的积累的速度较慢，这是因为这样的积累发生在更大的表面积上。然而，大的批量生产也产生膜的性能趋向性方面的问题。例如，较大的批可能会导致在批中膜的性能有更大的漂移。

人们相信，膜的性质趋向性问题至少部分源于在内部室表面上的材料的积累。当沉积材料积累时，室阻抗就变化。在室壁上和在喷头的背面上的积累在改变室阻抗方面会是特别成问题的。室阻抗的这种变化影响将RF功率输送到衬底的效率。因此，虽然传统的方法通常为整批衬底使用单个RF功率设置，但在整批期间输送到衬底的RF功率的实际量是变化的。在各种不同的情况下，在整批期间，RF功率被输送到衬底的效率增长。关于膜的厚度，例如，当批中的另外的衬底被处理时，这一增加的RF输送效率导致减小膜的厚度。

图2是示出了与375个衬底的批相关的数据，其中在每一个衬底上沉积氧化硅。还示出了第二批的开始部分，其始于衬底数376。在批中的各个个别衬底的平均膜厚和晶片内厚度的不均匀性示于图中。在开始的150个左右的衬底，膜厚趋于向下。对于批中的其余衬底，膜厚度远远更稳定。膜厚在下一批的开始(在室清洁后)处再次有向上的尖峰。整体而言，膜厚在批的最薄膜和最厚膜之间有约的范围，约占膜厚的2.25％。在晶片内的厚度非均匀性在该批期间相当稳定。虽然在图2中的数据是涉及沉积氧化硅的批，但其它类型的膜在批中随着时间的推移遇到同样的厚度漂移。

如所提到的那样，人们相信，膜厚度的趋于向下，由于传输到衬底的RF功率随着时间的推移而效率提高，这可能是在反应室的内表面(例如，室壁、天花板、喷头等)上的增加的积累导致的。这种积累会影响室的阻抗，从而可能会影响沉积的结果。当被沉积的膜是电介质膜时，这些效果特别明显。

在本文的各实施例中，采取了步骤来减少某些膜的性能在批的衬底上的趋向性程度。例如，RF功率可以随时间变化，来解决将RF输送到衬底时的效率改变问题。本文所公开的方法提供了用于以在整批衬底中实现更稳定的膜的性能的方式控制RF功率的技术。

图3示出了用于在整个批的衬底中控制RF功率的方法的流程图。该方法涉及一定的实验/校准步骤，其可根据需要来执行。没有必要在每次批运行时都执行这些步骤。在一些实现方式中，实验/校准步骤被执行一次(例如，每组相关沉积条件执行一次，相关沉积条件如特定类型的膜、前体、流速、定时、温度、压力等)，并且结果被用于在多个批(例如，使用有关的沉积条件的任何批)中控制RF功率。在某些情况下，沉积参数对于用于实验/校准程序的那些沉积参数和用于在衬底上沉积膜的那些沉积参数通常是一致的。在其它情况下，某些沉积参数(例如，流速、定时、温度、压力、RF功率等)对于用于校准程序的那些和用于在衬底上沉积膜的那些可能通常会有约10％或更少的改变，例如5％或更少。在图3中列出的操作将对应于图4-8所示的图进行说明。

图3的方法300开始于操作301，在这里，使用要被用于在衬底上沉积膜的相关的沉积条件运行测试批。测试批应该比较大，使得在批中的任何趋向性都明显并很好地特征化。测试批可包括至少与在所希望的批处理中处理的衬底数大约一样多的衬底。在一些情况下，测试批包含至少约100个衬底、至少约200个衬底、至少约300个衬底、至少约400个衬底或至少约500个衬底。在有关图4-8所示的示例中，测试批包括约375个衬底，RF生成器被设置为提供1600W。该批应该如参照图1描述的那样在室被准备用于沉积之后(例如，在沉积底涂层/预涂层之后)在清洁室中运行。在操作301，衬底被送入沉积装置，将膜沉积在衬底上。

在沉积期间，当对每一个衬底进行处理时，监视/记录室的积累量。随着越来越多的衬底进行处理，室积累增加。室积累通常涉及基于沉积条件下计算的度量，而不是与实际测量的数量有关的度量。然而，如操作303所示，室积累可以在整个批期间可靠地计算和监测。在沉积之后，也如操作303所示，对每一个衬底进行膜厚度测试。因此，对于批中的每一个衬底，室的积累和膜的厚度是已知的。然后，可基于该数据，将膜厚与室积累之间的关系特征化，例如通过如图4所示绘制膜厚与室积累的关系图来进行。类似于在图2中所示的趋向性，在批处理过程中，膜厚度的趋向向下。

接着，在操作305中，在不同电平的设置RF功率下在第二组衬底上沉积和测量膜。设置RF功率是指由功率源设置的RF功率的量。例如，如果RF生成器被设置/编程为输送1600W，那么，设置RF功率就是1600W。设置RF功率不同于有效RF功率，这将在下面进一步讨论。在第二组衬底上的沉积应在相对清洁的室中进行。例如，第二组衬底可以在刚准备有新的底涂层/预涂层的室中运行。在多种实施例中，在室中自从沉积底涂层/预涂层以来处理了不到25个衬底(例如，少于25个衬底，少于15个衬底，少于10个衬底，少于5个衬底，少于3个衬底，或零个衬底)时，第二组衬底开始。更清洁的室有助于为这一步提供更精确的/更有用的结果。已准备好用于沉积的清洁室可以说是代表了“基准”状态。第二组衬底可以比测试批衬底小得多。在一些情况下，第二组衬底具有至少约15个衬底，例如至少约25个衬底。在这些或其它情况下，第二组衬底可以具有约25个衬底或更少。测量和记录每一个衬底的膜厚。

在第二组衬底期间，设置RF功率发生变化。应在与用于在测试批上沉积膜的设置RF功率相同的设置RF功率下运行至少一个衬底。其它衬底可以在高于和/或低于在测试批中使用的设置RF功率的设置RF功率下运行。通过在用于测试批的设置RF功率下运行至少一个衬底，在这个操作中产生的数据可以标准化为来自操作301/303的数据。标准化涉及确定(a)和(b)之间的差，其中(a)是在测试批中的第一个衬底上的膜厚，(b)是在测试批的设置RF功率下运行的第二组中的衬底上的膜厚。在图4和5的情况下，这意味着将图4的第一衬底的膜厚与用于在1600W(在运行图4的测试批时使用的设置RF功率)下运行的衬底的、图5所示的表中的膜厚进行比较。此差表示为使数据标准化，在第二组中的所有数据应漂移的量。原始厚度数据以及标准化厚度数据示于图5的表中。在图5中所示的曲线图只示出了标准化的厚度。然后，可在操作307推出在设置RF功率电平和膜厚度之间的关系，例如如图5所示通过绘制设置RF功率与膜厚度的关系图进行。回归分析可以被执行，以确定变量之间的拟合(例如，在图5中的线性曲线，尽管可以根据需要使用其它类型的拟合)。

接下来，在操作309中，使用在操作307中确定的关系来将在操作301/303中产生的厚度数据映射到有效的RF功率。术语“有效的RF功率”一般涉及通过将RF功率输送到衬底上的效率进行校正的设置RF功率。有效的RF功率与实际输送到衬底的RF功率的量直接相关。更具体地，有效的RF功率是RF生成器为实现基线条件(例如，很少或者没有积累的清洁室)存在时将会取得的实际膜厚而需要被设置的电平。其结果示于图6。在图6中，批的开始被示为朝向图线的右侧，批的结束被示为朝向图线的左侧。为便于理解，提供了以箭头标记的时间，然而可以理解，在图中没有直接示出时间。在批的开始(其中，膜厚为约)，由于基准条件(清洁室)在批的开始时存在，因此有效RF功率密切匹配设置RF功率(1600W)。当更多的衬底进行处理时，有效的RF功率增大，与RF功率设置的差别显著增大。

接下来，在操作311，对于与测试批相关的数据，功率缩放比率被确定为积累的函数。为每个单独的衬底确定功率缩放比并按如下方式计算：在测试批(在这个例子中为1600W)中使用的设置RF功率除以在操作309中确定的并示于图6的输送到衬底的有效RF功率。积累是从先前操作已知的，并且在图4被示出。数据可以结合起来，以显示功率缩放比和积累之间的关系，如图7所示。在某些实施例中，在确定功率缩放比率时，可能希望省略掉批中的第一个衬底。

然后，在操作313，基于在操作311确定的和在图7中所示的功率缩放比函数，确定作为积累的函数的RF生成器的最佳设定值(用于将来的批)。生成器的设定值涉及由该生成器输送的设置RF功率。每一个衬底的数据点的最优生成器的设定值的计算公式为：在测试批中使用的设置RF功率(在本例中为1600W)乘以每一个衬底的功率缩放比。其结果示于图8。可使用回归分析来确定在最佳设定值和积累的程度之间的数学关系。在诸如在图8中所示的一些例子中，将数据拟合成一个三次多项式曲线。可以使用合适的其它类型的曲线拟合。然后，可以将拟合曲线的系数馈送到控制RF生成器的设定值(即，设置RF功率)的控制器。在操作315，控制器可以使用这样的系数，以使RF生成器基于在操作313确定的最佳设定值来输送期望的RF功率设置，以在新的批衬底上沉积膜。当新的批衬底被处理时，室积累在室表面上不断堆积，并且生成器的设定值不断地改变，以基于在批中的该特定时间存在的积累量提供最佳量的RF。例如，基于在图8中所示的数据，当约的积累存在时，RF生成器可以输送约1320W的RF功率设置，当约的积累存在时，只输送约1245W。在确定将来批的最佳生成器的设定值时，在测试批中的第一衬底(或第一对衬底)可以略去，并且在将来批中的第一衬底(或第一对衬底)可以在例如在测试批期间使用的设置RF功率下沉积。这可能导致将来批中的前几个衬底期间的设置RF功率大幅度下降。

如上所述，在批的处理中，RF功率被输送到衬底表面的效率通常随时间推移而增大。为了解决这个效率增大的问题并在更稳定的程度上将RF提供到衬底表面，设置RF功率(即，RF生成器所设定的功率)可以在批期间随着时间的推移而降低，如图8所示。本文公开的RF补偿办法提供了以可实现更均匀的膜性能的智能方式随着时间的推移减少设置RF的指导。一个结果是，在批的处理期间，膜厚随着时间的推移更稳定。一个相关的结果是，在批的处理期间，膜的湿蚀刻速率随时间的推移更稳定。这些结果示于下面的实验部分。

在一种相关的RF补偿方法中，不直接考虑积累。而是使用衬底序数(例如，在批中的第一个衬底是衬底#1，第二个衬底是衬底#2，等)。因为积累与衬底序数直接相关，因此可以不考虑积累而执行RF补偿方法。在其中沉积条件(不包括设置RF功率)在批处理期间变化的情况下，使用积累而不是衬底数可能会更好。在这样的情况下，积累和衬底序数之间的关系是较不可靠的。

在另一种相关的RF补偿方法中，没有使用建模来表征最佳的生成器的设定值与积累之间的关系。取而代之的是，最佳的生成器的设定值是通过简单地根据在图8中所示的数据确定的。对于特定的积累程度，生成器的设定值可以设置在期望的程度，而不用对在变量之间的数学关系建模。尽管数学模型可能会简化设置RF功率的控制，但是，实践本公开的实施例并不需要这样的模型。

某些沉积条件应在测试批、第二组衬底以及基于测试批的以RF补偿模式运行的随后批之间维持恒定。这些沉积条件包括温度、RF频率、气体流量、剂量流量、压力、投配时间、吹扫时间和射频时间。其它沉积条件可在测试批和以RF补偿模式运行的批之间改变。这些条件可包括循环数。

装置

本文所描述的方法可以通过任何合适的装置来执行。合适的装置包括用于完成工艺操作的硬件和具有用于控制根据本发明的工艺操作的指令的系统控制器。在一些实施例中，硬件可以包括包含在处理工具中的一个或多个处理站。

图9示意性地示出了ALD处理站900的实施例。为了简化起见，处理站900被描述成具有用于维持低压环境的工艺室主体902的独立处理站。然而，可以理解，多个处理站900可被包括在共同的处理工具环境中。例如，图11示出了多个站的处理工具1100的实施例。进一步地，可以理解的是，在一些实施例中，处理站900的包括在上面详细讨论那些硬件参数在内的一个或多个硬件参数可以通过编程由一个或多个计算机控制器进行调整。

ALD处理站900与反应物输送系统901流体连通，以将工艺气体输送到分配喷头906。反应物输送系统901包括用于混合和/或调理工艺气体以输送到喷头906的混合容器904。一个或多个混合容器入口阀920可控制工艺气体到混合容器904的导入。

像BTBAS之类的一些反应物可以在汽化前以液体形式存储，随后输送到处理站。例如，图9的实施例包括用于汽化供应到混合容器904的液体反应物的汽化点903。在一些实施例中，汽化点903可以是加热蒸发器。从这样的蒸发器中产生的饱和反应物气相可能在下游输送管路中凝结。将不相容气体暴露于凝结的反应物会产生小颗粒。这些小颗粒会堵塞管路，妨碍阀门操作，污染衬底等。解决这些问题的一些方法涉及清扫和/或排空输送管，以去除残留的反应物。然而，清扫输送管道可能会增加处理站的循环时间，降低处理站的吞吐量。因此，在一些实施例中，汽化点903的输送管路下游也可以进行热跟踪。在一些实例中，混合容器904也可以进行热跟踪。在一个非限制性的例子中，汽化点903的下游管道具有从约100摄氏度到在混合容器904处的约150摄氏度的升高的温度分布。

在一些实施例中，反应物液体可在液体注射器中被汽化。例如，液体注射器可将脉冲液体反应物注入到混合容器上游的载气流中。在一种情况下，液体注射器可通过从高压到低压闪蒸液体来汽化反应物。在另一种情况下，液体注射器可将液体雾化成微滴，该微滴随后在加热的输送管中蒸发。应该理解的是，稍小的液滴会比稍大的液滴汽化更快，从而减少在液体注入和完全蒸发之间的延迟。更快的蒸发可以减小汽化点903下游的管道的长度。在一种情况下，液体注射器可直接安装到混合容器904上。在另一种情况下，液体注射器可直接安装到喷头906。

在一些实施例中，可以在汽化点903上游提供液体流量控制器，以控制用于汽化并传递到处理站900的液体的质量流量。例如，液体流量控制器(LFC)可包括位于LFC下游的热质量流量计(MFM)。然后，可响应反馈控制信号调节LFC的柱塞阀，该反馈控制信号是由与MFM电通信的比例-积分-微分(PID)控制器提供的。然而，使用反馈控制以稳定液流可能需要一秒或更长时间。这可以延长提供投配液体反应物的时间。因此，在一些实施例中，LFC可以在反馈控制模式和直接控制模式之间动态切换。在一些实施例中，LFC可以通过禁用LFC和PID控制器的感测管而动态地从反馈控制模式切换到直接控制模式。

喷头906分配朝向衬底912的工艺气体。在图9所示的实施中，衬底912位于喷头906的下方，并示为搁置在底座908上。应该理解的是，喷头906可具有任何合适的形状，并且可以具有任何合适的数量和端口配置，以将工艺气体分配到衬底912。在某些实施例中，该喷头被配置为输送两种或更多种不同温度的气体。这样的喷头的实例在2013年7月3日提交的、名称为《MULTI-PLENUM,DUAL-TEMPERATURESHOWERHEAD》的美国专利申请No.13/934597中有进一步的讨论，在此通过引用将其整体并入本文。

在一些实施例中，微体积907位于喷头906下面。在微体积中而不是在处理站的整个体积中执行CFD工艺可以减少反应物曝光和清扫时间，可以减少用于改变工艺条件(如，压力、温度等)的次数，可限制处理站机器手暴露于工艺气体，等等。示例的微体积尺寸包括但不限于在0.1升和2升之间的体积。

在一些实施例中，底座908可以被升高或降低，以将衬底912暴露于微体积907和/或改变微体积907的体积。例如，在衬底转移阶段，底座908可被降低，以允许衬底912被装载到底座908上。在ALD工艺期间，底座908可被升高，以定位微体积907内的衬底912。在一些实施例中，微体积907可以完全包围衬底912以及底座908的一部分，以在ALD工艺期间创建有高流动阻抗的区域。

可选地，底座908可在ALD工艺期间降低和/或升高，以调节微体积907内的工艺压强、反应物浓度等。在工艺室主体902在工艺期间保持基本压强的一种情况下，降低底座908可使得微体积907能被排空。微体积与室容积的比例的例子包括但不限于在1：500和1:10之间的体积比。应当理解的是，在一些实施例中，底座高度可以由合适的计算机控制器通过编程进行调整。

在另一种情况下，调整底座的高度可以允许等离子体密度在包括于ALD工艺内的等离子体活化和/或处理周期期间变化。在ALD工艺阶段结束时，底座908可在另一个衬底转移阶段期间被降低，以允许从底座908去除衬底912。

虽然在此描述的示例性的微体积变化涉及高度可调的底座，但可以理解的是，在一些实施例中，喷头906的位置可以相对于底座908被调整，以改变微体积907的体积。此外，应当理解，底座908和/或喷头906的垂直位置可以通过在本公开的范围内的任何合适的机制来改变。在一些实施例中，底座908可以包括用于旋转衬底912的方向的旋转轴。可以理解的是，在一些实施例中，这些示例性调整中的一个或多个可以由一台或多台合适的计算机通过编程来执行。

返回到图9中所示的实施例。喷头906和底座908电连通RF功率914和匹配网络916，以便为等离子体提供功率。用于在多个站上施加RF的方法和装置在2014年8月12日提交的、名称为《MULTI-STATIONPLASMAREACTORWITHRFBALANCING》的美国专利申请No.14/458135中有进一步的讨论，在此通过引用将其整体并入。在一些实施例中，等离子体的能量可通过控制处理站的压强、气体浓度、RF源功率、射频源频率和等离子体功率脉冲定时中的一个或多个进行控制。例如，RF功率源914和匹配网络916可在任何合适的功率下操作，以形成具有期望的自由基物质组合物的等离子体。合适的功率的例子包括在上文内。同样地，RF功率源914可以提供任何适当频率的RF功率。在一些实施例中，RF功率源914可被配置为彼此独立地控制高频RF功率和低频RF功率。低频RF频率的例子可以包括但不限于在50kHz和500kHz之间的频率。高频RF频率的例子可以包括但不限于在1.8MHz和2.45GHz之间的频率。应当理解，任何合适的参数都可以被离散地或连续地调制，以便为表面反应提供等离子体能量。在一个非限制性的实例中，等离子体功率可以间歇脉冲化，以相对于连续被激励的等离子体减少对衬底表面的离子轰击。

在一些实施例中，等离子体可由一个或多个等离子体监控器原位监控。在一种情形中，等离子体功率可通过一个或一个以上的电压、电流传感器(例如，VI探针)进行监控。在另一种情况下，等离子体密度和/或工艺气体的浓度可以由一个或多个光发射谱(OES)传感器来测量。在一些实施方案中，一个或多个等离子体参数可基于来自这样的原位等离子体监控器的测量结果通过编程方式进行调节。例如，OES传感器可用于反馈回路中以提供对等离子体功率的编程式控制。应理解的是，在一些实施方案中，可使用其它监控器来监控等离子体和其它工艺特性。这样的监控器可包括，但不限于，红外(IR)监控器、声学监控器、以及压力传感器。

在一些实施方案中，可以经由输入/输出控制(IOC)测序指令来控制等离子体。在一个示例中，用于设置用于等离子体激活的等离子条件的指令可被包括在工艺配方的相应的等离子体激活配方中。在某些情况下，工艺配方阶段可按顺序排列，使得用于工艺阶段的所有指令与该工艺阶段同步执行。在一些实施方案中，用于设定一个或一个以上的等离子体参数的指令可以被包括在等离子体工艺阶段之前的配方阶段中。例如，第一配方可以包括用于设置惰性气体和/或反应物气体的流率的指令、用于设置等离子体发生器至功率设定点的指令、以及用于第一配方阶段的时延指令。后续的第二配方可包括用于启用等离子体发生器的指令以及用于第二配方的时延指令。第三配方可以包括用于禁用等离子体发生器的指令以及用于第三配方的时延指令。应当理解，这些配方可进一步以在本公开的范围内的任何合适的方式细分和/或重复。

在一些沉积工艺中，等离子体激励持续几秒钟的数量级或更长的持续时间。在本文描述的某些实现方案中，可在处理循环期间应用短得多的等离子体激励。这些可以是从50毫秒到1秒的量级，0.25秒是一个具体的例子。如此短的射频等离子体激励要求等离子体的快速稳定。为了实现这一点，等离子体生成器可以被配置为使得阻抗匹配预设为特定电压而频率被允许浮动。按惯例，高频等离子体是在约13.56MHz的RF频率下产生的。在本文公开的各种实施例中，频率被允许浮动到与这个标准值不同的值。通过允许频率浮动而同时将阻抗匹配固定到预定电压，等离子体可以更迅速地稳定，这在使用与ALD循环相关联的非常短的等离子体激励时会是很重要的。

在一些实施例中，底座908可以通过加热器910进行温度控制。此外，在一些实施例中，用于处理站900的压力控制可以由蝶形阀918提供。如在图9的实施例中所示的那样，蝶形阀918节流由下游真空泵(未示出)提供的真空。然而，在一些实施例中，处理站900的压力控制也可以通过改变引入到处理站900的一种或多种气体的流速进行调整。

处理站900的内表面涂有底涂层950。成为涂有底涂层的表面的实例包括室壁902、室顶和底板、底座908与喷头906。虽然图9被示为在处理站900中具有衬底912，但该衬底912在底涂层的沉积期间是不存在的。相反，在底涂层被沉积后，当处理站900准备好被用于在衬底912上沉积膜时，衬底912被引入到处理站900。

图10示出了反应室1000的另一视图。当用于在衬底上沉积膜时，该衬底(未示出)被置于衬底运载环1031上，衬底运载环1031是由底座1004(也被称为衬底支撑件)支撑的，而底座1004是由支承柱1008支撑的。工艺气体通过入口1051被提供到反应室。在这个实施例中，远程等离子体生成器1050可以用于产生等离子体。反应物和其它工艺气体在穿过入口1051后，通过喷头1002进入反应室。反应室(至少包括喷头1002、支承柱1008、底座1004、衬底运载环1031以及反应室1000的壁、底板和室顶)的内表面都涂有底涂层1006。出于说明的目的，底涂层1006的厚度被放大了。

如上所述，一个或者多个处理站可以包括在多站式处理工具内。图11示出了具有进站加载锁1102和出站加载锁1104的多站式处理工具1100的实施例的示意图，所述进站加载锁1102和出站加载锁1104中的一个或者两者可包括远程等离子体源。机械手1106在大气压下被配置成将晶片从由吊舱11011加载的盒经由大气端口1110移动到进站加载锁1102。晶片在进站加载锁1102内由机械手1106放置在底座1112上，大气端口1110关闭，并且将加载锁抽空。当进站加载锁1102包括远程等离子体源时，晶片可以在被导进处理室1114内之前在加载锁内暴露于远程等离子体处理。此外，晶片还可以在进站加载锁1102内加热，以例如移除湿气和吸附的气体。接着，室输送端口1116对处理室1114打开，并且另一机械手(未图示)将晶片放置到在用于处理的反应器内所示的第一站的底座上的反应器内。虽然图11所示的实施例包括加载锁，但要理解，在一些实施例中，可以提供晶片进入处理站的直接进口。

所描述的处理室1114包括四个处理站，在图11所示的实施例内标记以1至4。在不同情况下，每个站具有加热的底座(对于站1以1118显示)以及气体管线入口。要理解，在一些实施例中，每个处理站可以具有不同的或者多个用途。例如，在一些实施例中，处理站可以在ALD模式、CFD模式以及CVD处理模式之间切换。附加地或者可替代地，在一些实施例中，处理室1114可包括一个或者多个匹配的成对的ALD/CFD/CVD处理站。当所描述的处理站1114包括四个站时，要理解的是，根据本公开的处理室可以具有任意适当数量的站。例如，在一些实施例中，处理室可以具有五个或者更多站，而在其他实施例中，处理室可以具有三个或者更少的站。

图11还描述了用于在处理室1114内输送晶片的晶片处理系统1190的一个实施例。在一些实施例中，晶片处理系统1190可以在各种处理站/模块之间输送晶片和/或者在处理站和加载锁之间输送晶片。要理解的是，可以使用任意适当的晶片处理系统。非限制性的实施例包括晶片转盘和晶片处理臂。

系统控制器

图11还示出了被用于控制处理工具1100的处理条件和硬件状态的系统控制器1150的一个实施例。系统控制器1150可以包括一个或多个存储器装置1156、一个或多个大容量存储装置1154和一个或多个处理器1152。处理器1152可以包括CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制器板等。

在一些实施例中，系统控制器1150控制处理工具1100的所有活动。系统控制器1150执行系统控制软件1158，该系统控制软件1158存储在大容量存储设备1154内，加载在存储设备1156内并且在处理器1152上执行。系统控制软件1158可以包括用于控制时序、气体的混合物、室和/或站压强、室和/或站温度、晶片温度、目标功率电平、RF功率电平、RF暴露时间、衬底底座、卡盘和/或基座位置、以及由处理工具1100执行的特定处理的其他参数的指令。这些编程的处理可以包括各种类型的处理，这些各种类型的处理包括但不限于与底涂层的沉积相关的处理、与衬底上的膜沉积相关的处理、以及与清洁室相关的处理。系统控制软件1158可以以任意适当的方式配置。例如，各种处理工具组件子程序或者控制对象可以被写入以控制执行各种处理工具处理所必需的处理工具组件的操作。系统控制软件1158可以以任意适当的计算机可读编程语言进行编写。

在一些实施例中，系统控制软件1158可包括用于控制上述各个参数的输入/输出控制(IOC)顺序指令。例如，ALD底涂层沉积工艺的每个阶段可包括由系统控制器1150执行的一个或多个指令。用于为ALD/CFD底涂层沉积工艺阶段设置工艺条件的指令可以包括在相应的ALD/CFD底涂层沉积配方阶段中。在一些实施例中，配方阶段可顺序排列，使得用于处理阶段的所有指令与该处理阶段同时执行。

在一些实施例中，可以使用存储在与系统控制器1150关联的大容量存储设备1154和/或存储器设备1156的其他计算机软件和/或程序。用于该目的的程序和程序段的实施例包括衬底定位程序、工艺气体控制程序、工艺液体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序以及等离子体控制程序。

衬底定位程序可以包括用于处理工具组件的程序编码，处理工具组件用于加载衬底到底座1118上并且控制衬底和处理工具1100的其他部分之间的间隔。定位程序可以包括用于根据形成底涂层、沉积膜在衬底上以及清洁室所需而将衬底适当地移动进出反应室的指令。这些指令可包括用于确保在ALD/CFD基的底涂层沉积期间和在清洁处理期间在反应室内无衬底存在的指令。

工艺气体控制程序可包括用于控制气体组成和流速以及可选的用于使气体在沉积之前流入一个或多个处理站以稳定处理站中的压力的代码。在一些实施例中，工艺气体控制程序包括用于在反应室上形成底涂层期间引入某些气体的指令以及用于在反应室中的衬底上形成膜期间引入相同的气体的指令。工艺气体控制程序还可以包括在形成底涂层期间和在衬底上沉积膜期间以相同的持续时间、以相同的速率输送这些气体的指令。

压力控制程序可包括用于通过调节例如在处理站中的排放系统中的节流阀、流入处理站的气体流量等来控制处理站中的压力的代码。压力控制程序可包括用于在反应室中沉积底涂层期间保持与在衬底上沉积膜期间的压力相同的压力的指令。

加热器控制程序可包括用于控制用于加热衬底的流向加热单元的电流。可选地或者附加地，加热器控制程序可以控制加热输送气体(例如氦)到衬底的输送。加热器控制程序可包括用于在反应室和/或衬底支架中沉积底涂层期间保持与在衬底上沉积膜期间的温度相同的温度的指令。

等离子体控制程序可包括用于根据本文的实施例在一个或多个处理站中设置RF功率大小、频率和曝光时间的代码。在一些实施例中，等离子体控制程序可包括用于使得在反应室沉积底涂层期间和在衬底上沉积膜期间使用相同的RF功率电平和/或频率和/或曝光时间的指令。

在一些实施例中，存在与系统控制器1150关联的用户接口。该用户接口可以包括显示屏、装置和/或处理条件的图像软件显示、以及诸如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等用户输入设备等。

在一些实施例中，由系统控制器850调节的参数可以关联于处理条件。非限制性的实施例包括工艺气体(或者液体)组分和流率、温度、压力、等离子体条件(例如RF偏置功率电平和暴露时间)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，配方可以使用用户接口输入。

用于监控处理的信号可以从各种处理工具传感器通过系统控制器1150的模拟和/或数字输入连接提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具1100的模拟和数字输出连接输出。可受监控的处理工具传感器的非限制性实施例包括质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶等待。可以使用适当编程的反馈和控制算法与来自这些传感器的数据一起来维持处理条件。

系统控制器1150可以提供用于实现上述沉积处理的程序指令。这些程序指令可以控制各种处理参数，例如DC功率电平、RF偏置功率电平、压力、温度等等。这些指令可以控制参数来根据本文所述的各种实施例执行膜堆叠的原位沉积。

系统控制器通常将包括一个或者多个存储器设备以及一个或者多个处理器，该一个或者多个处理器被配置成执行指令以使装置将执行根据本发明的方法。包含用于控制本发明的处理操作的指令的机器可读的、非暂态介质可以耦合到系统控制器。

在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，该半导体处理设备包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的加载锁。

宽泛地讲，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)通信到控制器、定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数的指令。在一些实施例中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室内工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。

在非限制的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转冲洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。

如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器搬运到半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口以及从工具位置和/或装载口搬运晶片的容器的材料搬运中使用的工具通信。

上述各种硬件和方法可以与光刻图案化工具或过程结合使用，例如，用于制备或制造半导体器件、显示器、LED、光伏电池板等。通常，虽然不是必要地，这些工具/过程将在共同的制造设施中一起使用或操作。

膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或所有，每个步骤启用多个可行的工具：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件，即，衬底(其上面形成有氮化硅膜)上涂覆光致抗蚀剂；(2)使用热板或加热炉或其它合适的固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进曝光机之类的工具使光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或X射线；(4)使抗蚀剂显影以便选择性地去除抗蚀剂并且从而使用例如湿式台或喷射式显影器之类的工具将其图案化；(5)通过使用干式或等离子体辅助蚀刻工具将抗蚀剂图案转移到下方的膜或工件上；并且(6)使用例如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。在一些实施例中，可灰化硬掩模层(例如无定形碳层)和另一种合适的硬掩模(例如抗反射层)可以在施加光致抗蚀剂之前沉积。

要理解的是，本文所述的配置和/或方法本质上是示例性的，并且这些具体实施方式或实施例不应当视为有限制意义，因为可进行许多改变。本文所述的这些具体程序或者方法可以表示一个或者多个任意数量的处理方案。如此，所示意的各种操作可以以所示意的顺序进行、以其他顺序进行、并行地进行或者在一些情况下省略。类似地，所述处理的顺序可以改变。

本公开内容的主题包括各种处理、系统和配置的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合，以及其它特征、功能、操作和/或本文公开的属性，及其任意和所有的等同方案。

实验

实验结果表明，本文公开的RF补偿方法可用于在批处理期间控制RF功率，以实现在该批中的更均匀的膜的性质。膜性质的趋向性在膜厚度和湿蚀刻速率的情况下被特别减少。图12示出了对于两批的375个衬底而言关联于膜厚度和晶片序数的关系的实验结果。在一批中，设置RF功率在整个批中是恒定的。在另一批中，使用了所公开的RF补偿方法，在该批期间，设置RF功率被降低了。其中，在使用恒定的RF功率(即，没有RF补偿)时，在该批期间，膜厚度的趋势显著向下，有约的总厚度差(最大厚度减去最小厚度)。这些结果与在图2中所示的相符。相反，当使用RF补偿方法时，膜厚度是在批期间稳定得多，具有仅为的总厚度差。在这个计算中，排除了具有超过预期厚度的异常值(在晶片号281和321之间)，这是因为沉积系统在这个时候出现了错误。错误与射频补偿是无关的，因此，异常值在比较批时是不相干的。结果表明，本文公开的RF补偿方法可用于实现在批的过程中有更稳定的膜厚度。在一些实施例中，总的厚度差显示为在批处理期间沉积的平均厚度的约1％或更少，例如约0.75％或更小。在图12的例子中，使用RF补偿时，厚度差约为平均厚度的0.6％，与之相比，在没有使用RF补偿时，则约为1.7％。在这样的实施例中，批可以包括至少约100、200、300、400或500个衬底。

图13示出了有关在图12所示的两个375个晶片批期间的折射率与晶片序数的实验结果。在使用恒定的设置RF功率和使用RF补偿方法之间看到了不同的趋向模式。在两批之间，折射率上的晶片到晶片的非均匀性基本不变。在使用了RF-补偿方法时，折射率的总体差异(最大RI减去最小RI)略有改善(例如，使用射频补偿的RI＝0.0015，不使用射频补偿的RI＝0.0017)。折射率被经常认为是膜质量的一个代理指标。因此，结果表明，至少，所公开的射频补偿方法不会导致膜质量下降。

图14示出了与涉及图12和13所描述的两个375个衬底批的湿蚀刻速率比和晶片序数有关的实验结果。图14也示出了与起始于晶片序数376的、另外的批的开始部分有关的数据。湿蚀刻速率比(干蚀刻速率比，见下文)是指相关材料的湿蚀刻速率与热氧化物的湿蚀刻速率相比的湿蚀刻速率。平均湿蚀刻速率预期是因批而异，两个y轴有对应于每批的不同的值。在设置RF是恒定的和没有使用RF补偿时，湿蚀刻速率比的趋势随着时间的推移而向下，具有约0.50的总的湿蚀刻速率比差(最大WER比减去最小WER比)。与之相比，在使用RF补偿方法时，湿蚀刻速率比在批期间稳定得多，具有仅为0.25的总的湿蚀刻速率比差。因此，在使用RF补偿方法时，湿蚀刻速率比的扩展减少了一半。这种减少是一个显著的改进。图16示出了与湿蚀刻速率相关的另外的结果，并将在下面进行讨论。在某些实施例中，批中的膜的整体湿蚀刻速率比的差为批中的平均湿蚀刻速率比的约5％或更少、4％或更少或3％或更少。这会涉及小于约0.4或小于约0.3的总的湿蚀刻速率比差。在图14的例子中，在使用RF-补偿方法时，总的湿蚀刻速率比为平均湿蚀刻速率比的约2.6％，与之相比，在没有使用RF-补偿时，则为约7％。在这些实施例中，在批中的衬底的数目可以是至少约100、200、300、400或500。

图15示出了与涉及图12-14所描述的两个375个衬底批的干蚀刻速率比和晶片序数有关的实验结果。如上关于湿蚀刻速率比所述的那样，干蚀刻速率比是指相关材料的干蚀刻速率与热氧化的干蚀刻速率相比。干蚀刻速率比在两批中都没有明显的趋向性。在两批之间，干蚀刻速率比的偏差也几乎没有变化。结果表明，所公开的RF补偿方法不会引起干蚀刻速率的任何趋向性。

图16示出了在两批期间与湿蚀刻速率比相关的附加数据，一批使用恒定的设置RF功率(没有使用RF补偿)，另一批使用RF补偿方法。在这里，批量大小比约100个衬底要少。其中，在没有使用RF补偿时，湿蚀刻速率比的趋势随着时间的推移显著向下，具有约0.39的总的湿蚀刻速率比差。相反，在采用RF补偿方法时，湿蚀刻速率比更稳定，具有约0.08的总的湿蚀刻速率比差。这些结果支持图14所示的结果，并表明，使用RF补偿可显著减少在批中的湿蚀刻速率的趋向性。在这里，在使用了RF-补偿方法时，总的湿蚀刻速率比差为平均湿蚀刻速率比的约1％，与之相比，在没有使用RF-补偿时，则为约4.9％。

Claims (22)

1.一种在反应室中在批衬底上沉积膜的方法，所述方法包括：

在所述批中的每一个衬底上沉积膜，其中在每一个衬底上沉积膜包括：

使一种或多种反应物以气相形式流进所述反应室，以及

供给RF功率以产生等离子体，并将所述衬底暴露于所述等离子体以驱动在所述衬底上沉积所述膜的反应；

其中，在所述批中的另外的衬底被处理时，所提供的用以产生所述等离子体的每一衬底的所述RF功率改变，以此来应对在处理所述另外的衬底时在所述反应室中发生的变化。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所提供的用以产生所述等离子体的所述RF功率是基于在所述批中的所述衬底上沉积膜之前进行的校准程序来改变的。

3.如权利要求2所述的方法,其中，所述校准程序包括：

(a)在测试批的衬底上沉积膜，并记录在所述测试批中的每一个衬底的所得膜的厚度，

(b)在不同电平的RF功率下在第二组衬底上沉积膜，并记录在所述第二组衬底中的每一个衬底上所得到的膜的厚度，

(c)从操作(b)确定在所述RF功率和所得到的所述膜的厚度之间的关系，

(d)使用从操作(c)得到的所述关系和从操作(a)得到的所得膜的厚度来确定用于所述测试批中的衬底的有效的RF功率，以及

(e)至少部分地基于用于所述测试批中的衬底的有效的RF功率，确定提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率。

4.如权利要求3所述的方法，其中，在(e)中的所述将来的一个或多个批包括在权利要求1中的所述批。

5.如权利要求3所述的方法，其中，所述校准程序进一步包括：

在(a)期间，在第一RF功率下在所述测试批中的每一个衬底上沉积膜，

在(e)期间，通过将所述第一RF功率的平方除以用于所述测试批中的衬底的从操作(d)得到的所述有效的RF功率来确定提供给所述将来的一个或多个批中的每一个衬底的所述指定的RF功率。

6.如权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，操作(e)包括：至少部分地基于针对操作(a)中的所述测试批中的衬底的记录的室积累来确定提供给所述将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率。

7.如权利要求6所述的方法，其中，提供给所述将来的一个或多个批中的每一个衬底的所述指定的RF功率至少部分地基于在所述将来的批期间发生的室积累。

8.如权利要求6所述的方法，其中，操作(e)进一步包括执行统计分析，以得到在所述指定的RF功率和所述室积累之间的数学关系，并且进一步包括使用所述数学关系来控制在权利要求1的所述批中的衬底上沉积期间所供给的所述RF功率。

9.如权利要求8所述的方法,其中，所述数学关系包括三次多项式关系。

10.如权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，所述批和所述测试批各自包括至少约100个衬底。

11.如权利要求3-5中任一项所述的方法，其中，操作(c)包括执行统计分析，以从操作(b)确定在所述RF功率和所得到的所述膜的厚度之间的线性关系。

12.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述批包括至少约100个衬底，其中在所述批中的所述衬底上沉积的所述膜具有相差约1％或更小的厚度。

13.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述批包括至少约100个衬底，其中，沉积在所述批中的所述衬底上的所述膜具有相差约5％或以下的湿蚀刻速率。

14.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其进一步包括：

在所述批中的每一个衬底上沉积膜之后，清洁所述反应室，以除去在所述反应室的内表面上积累的材料。

15.如权利要求14所述的方法，其进一步包括：

在清洁所述反应室后，在所述反应室的内表面上沉积底涂层。

16.一种用于在批衬底上沉积膜的装置，其中，所述装置包括：

反应室；

用于为所述反应室提供气相反应物的一个或多个入口；

衬底支撑件；

配置为用RF功率生成等离子体的RF生成器；和

控制器，其包括用以改变当所述批中的另外的衬底被处理时由所述RF生成器所提供的所述RF功率，以应对当所述批中的所述另外的衬底被处理时发生的在所述反应室中的变化的指令。

17.如权利要求16所述的装置，其中，用以改变所述RF功率的所述指令是基于校准程序的。

18.如权利要求17所述的装置，其中，所述控制器还包括用以通过如下操作来执行所述校准程序的指令：

(a)在测试批的衬底上沉积膜，并记录在所述测试批中的每一个衬底的所得膜的厚度，

(b)在不同电平的RF功率下在第二组衬底上沉积膜，并记录在所述第二组衬底中的每一个衬底上所得到的膜厚度，

(c)从操作(b)确定在所述RF功率和所得到的所述膜厚度之间的关系，

(d)使用从操作(c)得到的所述关系和从操作(a)得到的所得膜的厚度来确定用于所述测试批中的衬底的有效的RF功率，以及

(e)至少部分地基于用于所述测试批中的所述衬底的所述有效的RF功率，确定提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率，

其中，用以改变当所述批中的另外的衬底被处理时由所述RF生成器提供的所述RF功率的所述指令包括施加来自操作(e)的所述指定的RF功率的指令。

19.如权利要求18所述的装置，其中，用以执行所述校准程序的所述指令还可以包括用于下述操作的指令：

在(a)期间，在第一RF功率下在所述测试批中的每一个衬底上沉积膜，

在(e)期间，通过将所述第一RF功率的平方除以用于所述测试批中的所述衬底的来自操作(d)的所述有效的RF功率来确定提供给将来的一个或多个批中的每一个衬底的所述指定的RF功率。

20.如权利要求18或19所述的装置，其中，操作(e)包括：至少部分地基于针对操作(a)的所述测试批中的所述衬底的记录的室积累来确定提供给所述将来的一个或多个批中的每一个衬底的指定的RF功率。

21.如权利要求17-19中任一项所述的装置，其中，所述校准程序是在第二反应室中进行的。

22.如权利要求16-19中任一项所述的装置，其中，用以改变由所述RF生成器所提供的所述RF功率的所述指令包括基于当所述批中的另外的衬底被处理时在所述反应室中的积累的改变量来改变所述RF功率。