CN105714272B - 用于提高膜均匀性的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于提高膜均匀性的装置和方法，本发明已经构思了用于在衬底处理装置中使用的多阶段工艺气体输送系统。在某些实施方式中，第一工艺气体可以首先被输送到在衬底处理室中的衬底上。在稍后的时间，第二工艺气体可被输送到衬底以促进衬底的均匀投配。可以在相同的时间停止或在不同的时间停止第一工艺气体和第二工艺气体的输送。

Description

用于提高膜均匀性的装置和方法
技术领域
本发明涉及半导体处理领域，具体涉及用于提高膜均匀性的装置和方法。
背景技术
当前沉积工艺使载气和前体流经喷头或其它工艺气体输送装置以将前体输送到衬底上。衬底可以容纳在衬底处理室中。衬底处理室中的工艺气体的流以及其他因素可能会导致衬底的不均匀的投配。不均匀投配的衬底可能会影响处理的衬底的质量。
发明内容
在附图和以下说明中阐述了在本说明书中描述的主题的一个或多个实现方案的细节。根据本说明书、附图和权利要求，其它特征、方面和优点将变得显而易见。需要注意的是，以下附图的相对尺寸可能没有按比例绘制，除非特别指明附图是按比例绘制的。
在某些实施方式中，可以提供一种在沉积工艺期间控制对衬底的前体投配的方法。该方法可以包括：(a)使第一工艺气体流动至所述衬底持续ALD沉积循环的投配阶段的第一时间段，使得所述第一工艺气体包括第一载气和所述前体；(b)使第二工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第二时间段，使得所述第二时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第二时间段至少部分地重叠，所述第二工艺气体包括第二载气，并且在输送到所述衬底之前，所述第二工艺气体与所述第一工艺气体混合持续其中所述第二时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(b)总工艺气体的体积流率增加；(c)停止(a)和(b)中的所述流动；以及(d)在(c)之后，在与(a)和(b)中的所述ALD沉积循环不同的ALD沉积循环期间针对所述衬底重复(a)和(b)。
在该方法的一些这样的实施方式中，所述第一工艺气体的至少一部分被吸附在所述衬底上，并且所述方法还可以包括：在(c)之后并在(d)之前，使被吸附的前体反应，以在所述衬底上形成膜层。在该方法的一些实施方式中，当所述衬底不完全布满吸附的前体时可以进行使所述吸附的前体反应。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第二工艺气体可以不包含所述前体。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第一时间段可以在所述第二时间段结束之后结束。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第二时间段可以在所述第一时间段结束之后结束。在该方法的一些实施方式中，在所述第二时间段在所述第一时间段已经结束之后继续的所述一部分期间输送的所述工艺气体从围绕所述衬底的体积去除至少一些未吸附的前体。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第一工艺气体可以经由第一流动通路输送，所述第二工艺气体可以经由第二流动通路输送，所述第二流动通路可以流体连接到所述第一流动通路，并且所述第二工艺气体可以与在所述第一流动通路的至少一部分中的所述第一工艺气体混合。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，(a)至(c)可以在约5秒或少于5秒的时间段中进行。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述衬底的直径可以是约450毫米或少于450毫米。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，该方法可以进一步包括：(e)在(a)之后，使第三工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第三时间段，使得所述第三时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第三时间段至少部分地重叠，所述第三工艺气体包括第三载气，在输送到所述衬底之前所述第三工艺气体与至少所述第一工艺气体混合持续其中所述第三时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(e)总工艺气体的体积流率增加。
在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第二载气可以选自由下列项组成的组：所述第一载气和与所述第一载气不同的载气。
在某些实施方式中，可以呈现一种装置。该装置可以包括：衬底支架，其构造成接收衬底；具有喷头入口的喷头，配置成输送工艺气体至由所述衬底支架接收的所述衬底；具有第一阀的第一流动通路，其流体连接到所述喷头入口；具有第二阀的第二流动通路，其流体连接到所述第一流动通路；和一个或多个控制器。所述一个或多个控制器可以配置成：(a)将所述第一阀切换成流接通状态以使第一工艺气体流动至所述衬底持续ALD沉积循环的投配阶段的第一时间段，其中所述第一工艺气体包括第一载气和前体，(b)将所述第二阀切换成流接通状态以使第二工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第二时间段，其中所述第二时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第二时间段至少部分地重叠，所述第二工艺气体包括所述第二载气，所述第二工艺气体与所述第一工艺气体混合持续其中所述第二时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(b)总工艺气体的体积流率增加，(c)在(a)之后，将所述第一阀切换成流断开状态以停止使所述第一工艺气体流动至所述衬底，(d)在(b)之后，将所述第二阀切换成流断开状态以停止使所述第二工艺气体流动至所述衬底，以及(e)在(c)和(d)之后，在与(a)和(b)中的所述ALD沉积循环不同的ALD沉积循环期间针对所述衬底重复(a)和(b)。
在所述装置的一些这样的实施方式中，所述第一工艺气体的至少一部分可以被吸附在所述衬底上，并且所述一个或多个控制器可以被进一步配置成：(f)在(c)和(d)之后并在(e)之前，使被吸附的前体反应以在所述衬底上形成膜层。在所述装置的一些这样的实施方式中，当操作(f)开始时，所述衬底不完全布满吸附的前体。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述一个或多个控制器可以进一步被配置成当所述第一阀打开且所述第二阀被闭合时用所述第二工艺气体装载所述第二流动通路。在所述装置的一些实施方式中，该装置还可以包括转向器通路，其流体连接到所述第二流动通路，并且所述一个或多个控制器可以进一步被配置成：(f)当所述第二阀处于流断开状态时使所述第二工艺气体从所述第二流动通路流经所述转向器通路。在所述装置的一些实施方式中，该装置还可以包括在所述转向器通路中的转向器阀，并且(f)可以包括当所述第二阀被切换成流断开状态时将所述转向器阀切换成流接通状态。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第二流动通路可以终止于所述第一流动通路中，并且在所述第一流动通路的在所述第二流动通路终止于所述第一流动通路之处的下游的至少一部分中，所述第二工艺气体可与所述第一工艺气体混合。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第一时间段可在所述第二时间段结束之后结束。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第二时间段可在所述第一时间段结束之后结束。在一些这样的实施方式中，在所述第二时间段的在所述第一时间段已经结束之后继续的所述一部分期间输送的所述工艺气体可以被用于从围绕所述衬底的体积去除至少一些未吸附的前体。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述一个或多个控制器可以被配置成在约5秒或少于5秒的时间段中执行(a)至(d)。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述衬底的直径可以是约450毫米或小于450毫米。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，该装置还可以包括具有第三阀门的第三流动通路，其流体连接到所述第一流动通路，使得所述一个或多个控制器可以进一步被配置成：(f)将所述第三阀切换成流接通状态以使第三工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第三时间段，使得所述第三时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第三时间段至少部分地重叠，所述第三工艺气体包括第三载气，所述第三工艺气体与至少所述第一工艺气体混合持续其中所述第三时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(f)总工艺气体的体积流率增加；以及(g)在(f)之后，将所述第三阀切换成流断开状态，以停止使所述第三工艺气体流动至所述衬底。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第二载气可以选自由下列项组成的组：所述第一载气和与所述第一载气不同的载气。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，该装置还可以包括前体源，其流体连接到所述第一流动通路并配置成提供所述第一工艺气体的前体；和载气源，其流体连接到至少所述第一流动通路并配置成提供所述第一工艺气体的至少第一载气。在一些这样的实施方式中，所述载气源可额外地流体连接到所述第二流动通路，并配置成提供所述第二工艺气体的所述第二载气。
在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，在(b)中至少所述第二工艺气体的流量可以不被质量流量控制器控制。
本发明的这些和其它特征将在下面更详细参照附图进行说明。
附图说明
图1是具有带有单个处理站的处理室的衬底处理装置的示意图。
图2是示出用于通过沉积工艺在衬底上形成材料膜的操作的基本序列的图表。
图3是示出在沉积工艺期间在处理室中的前体流动的衬底处理站的示意图。
图4是衬底处理站的典型前体输送系统的示意图。
图5A是衬底处理站的多步骤前体输送系统的结构的示意图。
图5B是衬底处理站的多步骤前体输送系统的另一结构的示意图。
图5C是衬底处理站的多步骤前体输送系统的额外替代的结构的示意图。
图6A是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的示例性序列的流程图。
图6B是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的另一示例性序列的流程图。
图6C是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的额外示例性序列的流程图。
图7A示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的步骤。
图7B示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的额外步骤。
图7C示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的另一步骤。
图7D示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的进一步的步骤。
图8是示出在沉积工艺期间使用多步骤前体输送系统使前体流过的操作的基本序列的图表。
图9A是示出使用多种前体输送配置处理的示例性晶片的多种晶片均匀性的图表。
图9B是示出使用多种前体输送配置处理的示例性晶片的多种晶片均匀性的额外的图表。
图9C是示出使用多种前体输送配置处理的示例性晶片的多种晶片均匀性的另一图表。
具体实施方式
在附图和以下说明中阐述了在本说明书中描述的主题的一个或多个实现方案的细节。根据本说明书、附图和权利要求，其它特征、方面和优点将变得显而易见。需要注意的是，后面附图的相对尺寸可能没有按比例绘制，除非特别指明附图是按比例绘制的。
应当理解的是，如本文所用的术语“半导体晶片”可以指由半导体材料(例如，硅)制成的晶片和由一般不被确认为是半导体但是在它们上面通常设置有半导体材料的材料(例如，电介质和/或导体)制成的晶片。绝缘体上的硅(SOI)晶片是一个这样的示例。在本公开中所描述的装置和方法可以在包括直径为200mm、300mm、和450mm的半导体晶片在内的多种尺寸的半导体晶片的处理中使用。
用于在半导体衬底上沉积膜的操作通常可在如图1中所示的这样的衬底处理装置中执行。图1是具有带有单个处理站的处理室的衬底处理装置的示意图。
为了简单起见，处理站100被示为独立处理站，该独立处理站具有用于维持低气压环境的处理室主体102。然而，应当理解，多个处理站可以被包括在共同的处理工具环境中——例如，在共同的反应室中。此外，应理解的是，在一些实施方式中，处理站100的一个或多个硬件参数(包括在本文中详细讨论的那些参数)可以按编程方式通过一个或多个系统控制器调整。
在一些实施方式中，控制器可以是系统的一部分，该系统的一部分可以是本文中描述的实施例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，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、前体输送设备和/或特定的处理部件(晶片基座、气体流动系统等)。这些系统与用于控制其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。电子器件可以被称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种组件或子部分。根据处理要求和/或系统的类型的不同，控制器可以被编程，以控制本发明所公开的工艺中的任何一些，包括控制工艺气体的输送、温度的设置(例如，加热和/或冷却)、压力的设置、真空的设置、功率的设置、射频(RF)产生器的设置、RF匹配电路的设置、频率的设置，流率的设置、流体输送的设置、位置和操作的设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与特定系统连接上或通过接口连接的装载锁。
从广义上讲，控制器可以被定义为具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用终点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器、和/或软件的电子器件。该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/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器、或微控制器。程序指令可以是与各种不同的设置(或程序文件)形式的控制器通信的指令、定义用于或针对半导体晶片或向系统执行特定工艺的操作参数的指令。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义用于在制备一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
在一些实施方式中，控制器可以是与系统集成、耦合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合。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进程。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，这些输入或编程参数和/或设置然后从远程计算机与系统通信。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一个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)通信的室内的一个或多个集成电路。
再参考图1，处理站100与用于输送工艺气体至分配喷头106的反应物输送系统101流体连通。反应物输送系统101包括用于混合和/或调整输送至喷头106的工艺气体的混合容器104。一个或多个混合容器入口阀120可控制工艺气体导入混合容器104。
一些反应物可在蒸发之前以液体形式存储，并随后输送到处理室102。图1的实施方式包括用于汽化将供应到混合容器104的液体反应物的汽化点103。在一些实施方式中，汽化点103可以是加热的液体喷射模块。在一些额外的实施方式中，汽化点103可以是加热蒸发器。
在一些实施方式中，汽化点103上游的液体流量控制器(LFC)可以被设置用于控制液体的质量流量以便使其汽化并输送到处理室102。例如，LFC可包括位于LFC下游的热质量流量计(MFM)。然后可响应于由与该MFM电通信的比例-积分-微分(PID)控制器提供的反馈控制信号来调节LFC的柱塞阀。
喷头106将工艺气体和/或反应物(例如，膜前体)朝在处理站处的衬底112分配，工艺气体和/或反应物(例如，膜前体)的流由喷头上游的一个或多个阀(例如，阀120、120A、105)控制。在图1中所示的实施方式中，衬底112位于喷头106的下方，并显示为搁置在基座108上。应该理解的是，喷头106可具有任何合适的形状，并且可以具有任何合适数量和布置的端口以便分配工艺气体到衬底112。
在一些实施方式中，微体积107位于喷头106下方。在处理站靠近衬底的微体积中，而不是在处理室的整个体积中，执行诸如ALD工艺之类的沉积工艺，可以减少反应物的暴露和打扫次数，可减少改变工艺条件(例如，压力、温度等)的次数，可以限制处理站的机械手暴露于工艺气体等。微体积尺寸的实施例包括但不限于介于0.1升和2升之间的体积。
在一些实施方式中，基座108可以升高或降低以将衬底112暴露给微体积107并且/或者以改变微体积107的体积。例如，在衬底输送阶段，基座108可被降低，以使衬底112能被加载到基座108上。在衬底沉积处理阶段期间，基座108可被升高以将衬底112定位在微体积107内。在一些实施方式中，微体积107可完全包围衬底112以及基座108的一部分，从而在沉积处理期间产生高流量阻抗区域。
任选地，可将基座108在沉积处理的部分期间降低和/或升高以调节微体积107内的处理压强、反应物浓度等。在其中处理室主体102在处理期间保持在基本压强的一种情况下，降低基座108可使得微体积107能被抽空。应理解的是，在一些实施方式中，基座高度可以经由合适的系统控制器通过编程方式进行调节。
虽然在本发明描述的示例性微体积变化指的是高度可调的基座，但应该理解的是，在一些实施方式中，喷头106的位置可以相对于基座108被调节以改变微体积107的体积。此外，应当理解的是，基座108和/或喷头106的垂直位置可以通过本公开内容的范围内的任何合适的机构来改变。在一些实施方式中，基座108可包括用于旋转衬底112的方位的旋转轴线。应该理解的是，在一些实施方式中，这些示例性调节中的一个或多个可以通过一个或多个适当的系统控制器以编程方式执行，该控制器具有用于执行前述操作的全部或子集的机器可读指令。
此外，在图1中，喷头106和基座108电连通RF功率源114和匹配网络116以激励等离子体。在一些实施方式中，等离子体的能量可通过控制处理站的压强、气体的浓度、RF源功率、RF源频率以及等离子体功率脉冲时序中的一个或多个来控制(例如，经由具有适当的机器可读指令的系统控制器)。例如，RF功率源114和匹配网络116可在任何合适的功率下进行操作，以形成具有所期望的自由基物质的组分的等离子体。同样地，RF功率源114可以提供任何适当频率的RF功率。在一些实施方式中，RF功率源114可以被配置为控制彼此独立的高频RF功率源和低频RF功率源。示例性的低频RF频率可以包括，但不限于，介于50kHz和500kHz之间的频率。示例性的高频RF频率可以包括，但不限于，介于1.8MHz和2.45GHz之间的频率。应当理解，任何合适的参数可被离散地或连续地调制以提供用于表面反应的等离子体能量。在一个非限制性实例中，等离子体功率可以间歇地施以脉冲，以相对于被连续激励的等离子体减少对衬底表面的离子轰击。
在一些实施方式中，基座108可通过加热器110进行温控。另外，在一些实施方式中，对于处理装置100的压力控制可通过诸如蝶形阀118之类的一个或者多个阀操作式真空源来提供。如图1的实施方式中所示，蝶形阀118调节由下游真空泵(未示出)提供的真空。然而，在一些实施方式中，处理装置100的压力控制也可以通过改变引入到处理室102的一种或多种气体的流率进行调节。在一些实施方式中，一个或多个阀操作式真空源(如蝶形阀118)可以用于在合适的ALD操作阶段期间从围绕处理站的体积去除膜前体。
当处理装置100安装在超净室或制造设施中时可以被耦合到设施(未示出)。设施可以包括提供工艺气体、真空度、温度控制和环境颗粒控制的管道。在某些实施方式中，本文详述的技术和方法可以在下列环境温度下进行：低于50摄氏度，低于100摄氏度，低于200摄氏度，或者适合处理衬底、检测缺陷、或识别缺陷的任何温度。当处理装置100安装在制造设施中时，这些设施可以耦合到处理装置100。此外，处理装置100可被耦合到传送室，从而允许机械手能够使用典型的自动化机械将半导体晶片传送进出处理装置100。
在没有限制的情况下，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、激光计量装置、电子产生设备，以及在衬底缺陷检测或识别中可以关联或使用的任何其他的半导体处理系统。
在一些实施方式中，可以存在与系统控制器相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏、装置和/或工艺条件的图形软件显示器、以及诸如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等用户输入设备。
图2显示了利用图1中描述的衬底处理装置之类的设备通过诸如ALD工艺之类的沉积工艺在衬底上形成材料膜的操作的基本序列。图2是显示用于通过沉积工艺在衬底上形成材料膜的操作的基本序列的图表。图2示出了四个沉积循环的处理步骤，每个循环包括下列处理步骤：前体输送、RF功率输送、反应物气体输送、以及处理室的加压。在某些实施方式中，在图2中所示的每个沉积循环可在小于100毫秒、1秒、2秒、5秒，或10秒的时间段内进行。在图2中处理步骤通过它们的相应线示出，并表示为布尔值，或接通或断开。如果其相应的线是在图2中所示的“接通”状态，则处理步骤处于接通状态，如果其相应的线是在图2中所示的“断开”状态，则处理步骤处于断开状态。
在所有四个沉积循环中，处理室可被加压。在图2中突出显示了沉积循环202。在沉积循环202中，沉积循环的第一阶段可以是投配阶段204。在投配阶段204期间，前体被输送到处理室，而RF功率是断开的，不输送一种或多种反应物气体。在投配阶段204期间，衬底可以吸附前体并在衬底上形成吸附层。
在投配阶段204之后，可以有沉积循环202的吹扫阶段206。在吹扫阶段206期间，前体输送停止，而RF功率仍是断开的，仍然不输送反应气体。吹扫阶段206可从围绕吸附的前体的体积去除至少一些未吸附的膜前体和/或反应副产物。
在吹扫阶段206之后，沉积循环202可以然后进入转化阶段208。在转化阶段208期间，接通RF功率，同时也输送反应气体或多种反应气体。在转化阶段208期间，可使被吸附的膜前体反应以在衬底上形成膜层。
最后，在转化阶段208结束之后，沉积循环202可进入RF后吹扫阶段210。在使吸附的前体反应后，RF后吹扫阶段210可从围绕膜层的体积除去任何存在的解吸的膜前体和/或反应副产物。
在某些实施方式中，在衬底已经完全被前体布满(saturate)之前，可结束投配阶段。这样的实施方式可以允许每个沉积循环持续较短的处理时间，这可导致较高的衬底吞吐量。这对于ALD工艺可能尤其如此，ALD工艺通常具有每个处理步骤的几十或几百次沉积循环，因此每次沉积循环节省的任何时间乘以循环的次数。然而，在这样的实施方式中，由于衬底没有被前体完全布满，衬底可能被不均匀地投配。不均匀投配的衬底在处理时可能是不均匀的，衬底的某些部分比衬底的其他部分具有较大的厚度。非均匀衬底可能影响经处理衬底的质量。
在一些实施方式中，所沉积的多层膜可以包括通过例如下述方式形成的交替组合物的区域/部分：保形地按顺序沉积具有一种组合物的多个层，接着保形地按顺序沉积具有另一种组合物的多个层，然后可以重复和交替这两个顺序。所沉积的ALD膜的这些方面中的一些例如描述在2012年9月7日提交的、名称为“CONFORMAL DOPING VIA PLASMA ACTIVATEDATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/607,386(律师档案号No.NOVLP488)中，该专利申请其全部内容基于所有目的通过引用并入本文。具有交替组合物的部分的保形膜(包括用于对下伏的目标IC结构或衬底区域进行掺杂的膜)的另外的实例以及形成这些膜的方法详细描述于下述文献中：于2011年4月11日提交的、名称为“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/084,399(律师档案号NOVLP405)；于2011年9月23日提交的、名称为“PLASMA ACTIVATEDCONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/242,084,现在的美国专利No.8,637,411(律师档案号NOVLP427)；于2011年9月1日提交的、名称为“PLASMAACTIVATED CONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/224,240(律师档案号NOVLP428)；于2012年9月7日提交的、名称为“CONFORMAL DOPING VIA PLASMAACTIVATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/607,386(律师档案号NOVLP488)；以及于2014年2月28日提交的、名称为“CAPPEDALD FILMS FOR DOPING FIN-SHAPED CHANNEL REGIONS OF 3-D IC TRANSISTORS”的美国专利申请No.14/194,549；这些专利文献中的每一个其全部内容基于所有目的通过引用并入本文。
正如在以上引用的说明书中所详细描述的，ALD工艺常常用于沉积保形氧化硅膜(SiOx)，但是ALD工艺也可用于沉积其它化学物质的保形电介质膜，如在前述并入的说明书中所公开的。在一些实施方式中ALD形成的电介质膜可以包含碳化硅(SiC)材料、氮化硅(SiN)材料、硅碳氮化物(SiCN)材料、或它们的组合。在一些实施方式中，硅-碳氧化物和硅-碳-氧氮化物以及硅-碳-氮化物也可以形成ALD形成的膜。用于沉积这些类型的膜的方法、技术和操作在下述专利文献中进行了详细描述：于2012年6月12日提交的、名称为“REMOTEPLASMA BASED DEPOSITION OF SiOC CLASS OF FILMS”的美国专利申请No.13/494,836,(律师档案号NOVLP466/NVLS003722)；于2013年5月31日提交的、名称为“METHOD TO OBTAINSiC CLASS OF FILMS OF DESIRED COMPOSITION AND FILM PROPERTIES”的美国专利申请No.13/907,699(律师档案号LAMRP046/3149)；名称为“GROUND STATE HYDROGEN RADICALSOURCES FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF SILICON-CARBON-CONTAINING FILMS”的美国专利申请No.14/062,648；以及于2014年2月28日提交的、名称为“CAPPED ALD FILMS FORDOPING FIN-SHAPED CHANNEL REGIONS OF 3-D IC TRANSISTORS”的美国专利申请No.14/194,549；这些专利文献中的每一个其全部内容基于所有目的通过引用并入本文。
通过ALD沉积膜的其它实施例包括用于沉积含掺杂剂膜的化学物质，如上面通过引用所列出和并入的专利申请(美国专利申请No.13/084,399、No.13/242,084、No.13/224,240、以及No.14/194,549)中描述的。如其中所述，各种含掺杂剂的膜前体可用于形成含有掺杂剂的膜，例如硼掺杂的硅酸盐玻璃(BSG)膜、磷掺杂的硅酸盐玻璃(PSG)膜、硼磷掺杂的硅酸盐玻璃(BPSG)膜、砷(As)掺杂的硅酸盐玻璃(ASG)膜、以及类似物。含掺杂剂的膜可包括B2O3、B2O、P2O5、P2O3、As2O3、As2O5、以及类似物。因此，具有不同于硼的掺杂剂的含掺杂剂膜是可行的。实施例包括镓、磷、或砷掺杂剂、或适于对半导体衬底进行掺杂的其它元素，如其他Ⅲ族和Ⅴ族元素。
就ALD工艺条件而言，ALD工艺可以在多种温度下进行。在一些实施方式中，在ALD反应室中合适的温度范围可以是介于约25℃和450℃之间，或介于约50℃和300℃之间，或介于约20℃和400℃之间，或介于约200℃和400℃之间，或介于约100℃和350℃之间。
类似地，ALD工艺可以在多种ALD反应室压强下进行。在一些实施方式中，反应室中适当的压强的范围可以是介于约10毫托和10托之间，或介于约20毫托和8托之间，或介于约50毫托和5托之间，或介于约100毫托和2托之间。
如果在转化阶段208中使用等离子体，则可以采用多种RF功率电平以产生等离子体。在一些实施方式中，合适的RF功率的范围可以是介于约100瓦和10千瓦之间，或介于约200瓦和6千瓦之间，或介于约500瓦和3千瓦之间，或介于约1千瓦和2千瓦之间。
在投配阶段204中可以采用多种膜前体流率。在一些实施方式中，合适的流率范围可以从约0.1毫升/分钟至10毫升/分钟或介于0.1毫升/分钟至10毫升/分钟之间，或为约0.5毫升/分钟和5毫升/分钟或介于0.5毫升/分钟和5毫升/分钟之间，或为约1毫升/分钟和3毫升/分钟或介于1毫升/分钟和3毫升/分钟之间。
在多种操作中可以使用多种气体流率。在一些实施方式中，一般的气体流率范围可以为约或介于1升/分钟和20升/分钟之间，或为约或介于2升/分钟和10升/分钟之间。对于在吹扫阶段206和RF后吹扫阶段210中的任选的惰性清扫步骤，所采用的脉冲流率范围可以为约或介于20升/分钟和100升/分钟之间，或为约或介于40升/分钟和60升/分钟之间。
再次，在一些实施方式中，抽排至基压步骤指通过将反应室直接暴露于一个或多个真空泵从而抽排该反应室至基本压强。在一些实施方式中，基本压强通常可以只有几毫托(例如，介于约1至20毫托之间)。此外，如上面所指出的，抽排至基压步骤可以伴随着惰性清扫或可以不伴随着惰性清扫，因而当一个或多个阀打开通向真空泵的导通通路时，载气可以流动或可以不流动。
此外，再一次，可重复多个ALD循环以建立堆叠的保形层。在一些实施方式中，每一层可具有基本上相同的组合物，而在其它实施方式中，按顺序ALD沉积的层可以具有不同的组合物，或在某些这样的实施方式中，组合物可逐层地交替变换或可以存在重复序列的具有不同组合物的层，如上所述。因此，根据实施方式的不同，可以使用诸如上文所列出且通过引用并入的专利申请(美国专利申请No.13/084,399、13/242,084以及13/224,240)中公开的堆叠设计构思之类的某些堆叠设计构思来调节这些膜中的硼、磷或砷的浓度。
图3是示出在沉积工艺期间在处理室中的前体流动的衬底处理站的示意图。衬底处理站300包括喷头302和支撑衬底306的基座304。
工艺气体308经由喷头302被输送到衬底306。在某些实施方式中，工艺气体308可以是前体或前体和载气的组合。衬底可吸附前体，并在衬底306上形成吸附层。在沉积循环的某些阶段期间，替代工艺气体308，吹扫气体或其它工艺气体可以经由喷头302流动。
此外，在图3中，吹扫气体310沿喷头302的外部流动。在某些实施方式中，吹扫气体310可防止在喷头302的背面上的沉积。
衬底处理站300的内部周围的工艺气体308和吹扫气体310的流可导致衬底306的不均匀投配。不均匀投配可导致不均匀处理的衬底。在某些实施方式中，在衬底306的表面上方的工艺气体308的流可导致在衬底306的表面上的区域312的不均匀投配。另外，吹扫气体310的流可能会导致在衬底306的表面上的区域314A和314B的不均匀投配。在一些实施方式中，不均匀投配的结果示于图9A-C。
图3中的工艺气体308可通过衬底处理装置中的工艺气体输送系统进行输送。气体输送系统可以包括流动通路和阀的配置。可在前体气体输送系统中使用的阀包括气动型和电动型隔膜密封的或波纹管密封的阀和阀歧管，如ALD阀，Swagelok的DP系列阀，FUJIKIN的MEGA系列、标准系列和电控阀。图4为衬底处理站的典型前体输送系统的示意性表示。
图4示出了前体输送系统400。在图4中，工艺气体源402被连接到流动通路404。第一流动通路404被连接到两个额外的流动通路：喷头流动通路406和转向流动通路410。喷头流动通路406通到喷头408。转向流动通路410通向转向排放412。
喷头408可将工艺气体引入衬底处理室，使得衬底处理室中的衬底将用来自工艺气体的前体投配。在某些实施方式中，喷头可以被替换为用于输送工艺气体的另一种技术。在某些实施方式中，在衬底处理过程中，工艺气体可以连续地流经第一流动通路404。在这样的实施方式中，当喷头408没有准备好接收工艺气体时，工艺气体可以流到转向排放412。
在某些实施方式中，从第一流动通路404到喷头流动通路406的工艺气体流被喷头阀414控制。从第一流动通路404到转向流动通路410中的工艺气体流被转向阀416控制。在这种实施方式中，喷头阀414和转向阀416中只有一个可以在任何一次打开。在某些实施方式中，在打开-闭合操作期间阀414和416之间可以存在重叠，其中在阀414或416的闭合之前的短的时间段两个阀都处于打开状态。在某些其它实施方式中，对工艺气体流入喷头流动通路406或转向阀416的控制可以由单个阀或多个阀来控制。在具有单个阀的配置中，单个阀可以替代地允许工艺气体流入喷头流动通路406或转向阀416中的一个。
本发明构思图4所示的前体输送系统的改进以改进处理的衬底的均匀性。这种改进的前体输送系统，其可以被称为多步骤前体输送系统，可以利用基于蒸气的输送系统和液体输送系统两者来实现。基于蒸气的输送系统可以使用安瓿来蒸发前体。液体输送系统可以使用蒸发器以蒸发前体。图5A是用于衬底处理站的多步骤前体输送系统的结构的示意图。
图5A中的多步骤前体输送系统500A包括连接到第一流动通路504的第一工艺气体源502，以及连接到第二流动通路520的第二工艺气体源518。在某些实施方式中，来自第一工艺气体源502的第一工艺气体可以是包括前体和/或载体气体的工艺气体。另外，来自第二工艺气体源518的第二工艺气体可以是包括前体和/或载气的工艺气体。用于第一和第二工艺气体的前体和/或载气可以是相同的或不同的。载气可以是例如氩气、氮气(N2)、氧气(O2)、一氧化二氮(N2O)、氦气、其它惰性气体或这些气体的混合物之类的气体。在某些其它实施方式中，载气源可在第一流动通路和第二流动通路之间共享，另一前体源连接到第一流动通路和/或第二流动通路。在这样的实施方式中，载气和前体可以在进入喷头之前的某一点处混合。在某些实施方式中，在本文中描述的附图中的单个阀可以被替换为多个阀。
第一流动通路504流体连接到喷头流动通路506和第一转向流动通路510。喷头流动通路506通向喷头508，而第一转向流动通路510通到第一转向排放512A。从第一流动通路504到喷头流动通路506的工艺气体的流由第一喷头阀524控制。从第一流动通路504到第一转向流动通路510的工艺气体的流由第一转向阀526控制。在某些实施方式中，第一喷头阀524和第一转向阀526中只有一个可以在任何一次打开。另外，在某些实施方式中，第一流动通路可以直接连接到喷头，可具有控制工艺气体在第一流动通路和喷头之间的流动的第一喷头阀。在这样的实施方式中，可以不存在喷头流动通路。
第二流动通路520被流体连接到喷头流动通路506和第二转向流动通路522。第二转向流动通路522通到第二转向排放512B。从第二流动通道520到喷头流动通路506的工艺气体流由第二喷头阀528控制。从第二流动通路520到第二转向流动通路522的流由第二转向阀530控制。在某些实施方式中，第二喷头阀528和第二转向阀530中只有一个可以在任何一次打开。
在某些实施方式中，多步骤前体输送系统500A可以由如本发明中别处所描述的控制器控制。在某些实施方式中，多步骤前体输送系统500A首先将来自第一工艺气体源502的工艺气体输送至喷头508，然后在稍后的时间段将来自第二工艺气体源518的工艺气体输送至喷头508。第一工艺气体和第二工艺气体的输送时间段可重叠。第一工艺气体和第二工艺气体的输送时间段的定时在本公开中其它地方更详细地描述。
图5B是用于衬底处理站的多步骤的前体输送系统的另一结构的示意图。多步骤前体输送系统500B在结构上类似于输送系统500A。在多步骤前体输送系统500B中，第一喷头阀524和第一转向阀526被替换为第一流动通路阀532。在某些实施方式中，第一流动通路阀532可被配置成选择性地引导工艺气体从第一流动通路504朝着喷头流动通路506或者朝着第一转向流动通路510流动。
此外，图5A中的输送系统500A的第二喷头阀528和第二转向阀530已经替换为图5B中的多步骤前体输送系统500B中的第二流动通路阀534。第二流动通路阀534在结构上可以类似于第一流动通路阀532。在某些实施方式中，第二流动通路阀534可以选择性地引导工艺气体从第二流动通路520朝喷头流动通路506或者朝着第二转向流动通路522流动。
图5C是用于衬底处理站的多步骤的前体输送系统的额外替代结构的示意图。多步骤前体输送系统500C在结构上类似于输送系统500A。在多步骤前体输送系统500C中，第二流动通路520终止于第一流动通路504的一部分中。因此，第一喷头阀524既可以控制第一工艺气体至喷头508的流又可以控制第二工艺气体至喷头508的流。当第一和第二工艺气体被设定好时间同时停止流到喷头时，也可以使用这样的配置。在这样的情况下，第一喷头阀524可以同时断开两种工艺气体的流。
多步骤前体输送系统允许第二工艺气体的输送以补充第一工艺气体的输送。本发明的发明人已经认识到添加额外的第二工艺气体至工艺气体的输送可能会导致处理的衬底的均匀性的提高。图6A是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的示例性序列的流程图。图6A中所示的示例性序列可以导致处理的衬底的均匀性的提高，并可以利用作为衬底处理装置的一部分的图5A-C中的多步骤前体输送系统中的任何一个来执行。在图6A中所概述的序列的部分将用图5A中的多步骤前体输送系统500A的例子来说明。
在某些实施方式中，来自工艺气体源的第一和/或第二工艺气体的流量可以通过质量流量控制器(MFC)控制。在某些实施方式中，当改变工艺气体的流量时，MFC可具有提前时间。在这样的实施方式中，前体输送系统可以允许工艺气体或多种工艺气体在衬底处理期间连续地流动，以控制工艺气体或多种工艺气体是否通过流动通路内的阀的驱动而流入喷头。
在框602中，一个阀或多个阀流体连接到第一流动通路(例如图5A的第一流动通路504)并设计成调节从第一流动通路到喷头的流量，所述一个阀或多个阀被设定为“流断开”配置。“流断开”配置可以是防止工艺气体到达喷头的阀的配置。为了使用在图5A中的多步骤前体输送系统500A的示例，阀门的“流断开”配置可使第一喷头阀524处于闭合配置，从而防止来自第一工艺气体源502的第一工艺气体流入喷头508。在某些实施方式中，可引导工艺气体到转向排放或真空的第一转向阀526或其它阀，当第一工艺气体被阻止到达喷头508时，可以允许该第一工艺气体被转向到排放或真空。这样的配置将允许第一工艺气体继续流动，当第一喷头阀524闭合时用工艺气体装载第一流动通路504。
在框604，第一工艺气体从第一工艺气体源(如图5A的第一工艺气体源502)流动通过第一流动通路。在框604中，第一流动通路阀仍处于设计成防止第一工艺气体到达喷头的“流断开”配置。
在框606，阀或多个阀流体连接到第二流动通路(如图5A的第二流动通路520)，并设计成调节从第二流动通路至喷头的流量，所述阀或多个阀被设定为类似于框602描述的“流断开”配置的“流断开”配置。在框608中，第二工艺气体然后从第二工艺气体源(如图5A的第二工艺气体源518)流动通过第二流动通路。在框608中，第二流动通路阀仍处于设计成防止第二工艺气体到达喷头的“流断开”配置。
继续到框610，在框602中描述的阀可被设置成“流接通”配置。“流接通”配置可以是允许工艺气体到达喷头的阀的配置。然后喷头可以将工艺气体分配到衬底处理室。返回到在图5A中的多步骤前体输送系统500A的示例，阀的“流接通”配置可使第一喷头阀524处于接通配置以允许第一工艺气体从第一工艺气体源502流入喷头508。在这样的配置下的第一转向阀526可以处于闭合配置，以防止流过第一流动通路的第一工艺气体到达转向排放或真空，从而使由第一工艺气体源提供的所有的第一工艺气体能够到达喷头。
在框610之后发生的框612中，在框606中描述的阀可被设置成“流接通”配置。框612中“流接通”配置类似于框610中描述的“流接通”配置。当在框612中的阀被设置为“流接通”配置时，第二工艺气体然后可以流入喷头。在第一和第二工艺气体均流经喷头时，在框612中通过喷头的总工艺气体的体积流量可以比在其中只有第一工艺气体流经该喷头的在框610中的体积流量高。在某些实施方式中，第二工艺气体可以是载气。在这样的实施方式中，引入第二工艺气体到喷头的流可导致处理的衬底的均匀性提高。
在框610和612中在第一和第二工艺气体均流入喷头之后，在框602和606中描述的流动通路1和2的阀可以返回到“流断开”配置。因此，在阀已返回到“流断开”配置之后，第一和第二工艺气体可以不流入喷头。框610和612可发生在沉积循环的投配阶段期间。框614可发生在沉积循环的投配阶段终止附近。
在框614中阀已被设置为“流断开”配置之后，可执行沉积循环的剩余部分。在已经执行沉积循环的剩余部分之后，该序列随后可以返回到框610以执行另一沉积循环的另一次投配。多个沉积循环可被执行直至所需数量的沉积循环已执行以处理衬底为止。
图6B是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的另一示例性序列的流程图。图6B中所示的序列类似于图6A中所示的序列。然而，在图6A在大约同一时间将调节从第一流动通路和第二流动通路进入喷头的工艺气体的流的阀两者返回到“流断开”配置时，在第一时间段在图6B中所示的序列将控制从第一流动通路到喷头的第一工艺气体的流动的阀返回到“流断开”配置，如框614A所示。在第一时间段之后，在框614B中控制从第二流动通路至喷头的第二工艺气体的流的阀然后返回到的“流断开”配置。
在图6B所示的序列中，在第一工艺气体停止流过喷头之后，第二工艺气体可以继续流过喷头。这样的序列可以允许第二工艺气体(可以是没有前体的载气)在前体已流过喷头流动通路之后能够吹扫喷头中的流动通路。在一些实施方式中，在第一工艺气体的流动已经完成之后继续使第二工艺气体流动也可以提高经处理的衬底的均匀性。
图6C是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的额外的示例性序列的流程图。在图6C中所示的序列类似于图6A中所示的序列。然而，在图6A在大约同一时间将调节从第一流动通路和第二流动通路进入喷头的工艺气体的流的阀两者返回到“流断开”配置时，在第一时间段在图6C中所示的序列将控制从第二流动通路到喷头的第二工艺气体的流的阀返回到“流断开”配置，如框614C所示。在第一时间段之后，在框614D中，控制从第一流动通路至喷头的第一工艺气体的流的阀然后返回到“流断开”配置。在一些实施方式中，在第二工艺气体已经停止流动之后继续使第一工艺气体流动可以提高经处理的衬底的均匀性。
可以示出图6A中所描述的序列用以更好地理解。图7A示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的步骤。在图7A-D中所示的序列是在图6A中所描述的序列。其他实施方式可使用在图5B和5C中描述的多步骤前体输送系统来执行图6A中所描述的序列。
在图7A-D中，图5A的前体输送系统的流动通路用实线和虚线示出。以实线所示的流动通路是工艺气体流过它们的流动通路。以虚线示出的流动通路是没有工艺气体流过它们的流动通路或最小限度的工艺气体流过它们的流动通路。以实心黑色所示的阀是处于设计成不允许流通过阀的“断开”配置的阀。以黑色轮廓与白色填充所示的阀是设计成允许流通过阀的“接通”配置的阀。
在图7A中，对应于图6A的框602-08，多步骤前体输送系统700具有处于“断开”配置的第一喷头阀724和第二喷头阀728和处于“接通”配置的第一转向阀726和第二转向阀730。因此，第一工艺气体经由第一流动通路704流过第一转向阀726并经由第一转向流动通路710到第一转向排放712A。第二工艺气体经由第二流动通路720流过第二转向阀730并经由第二转向流动通路722到第二转向排放712B。在这种配置中，虽然第一和第二工艺气体仍然被允许分别流过第一和第二流动通路，但第一和第二工艺气体被转向到转向排放而未进入衬底处理室。
由于第一喷头阀724和第二喷头阀728处于“断开”配置，不存在或存在最小限度的第一工艺气体或第二工艺气体通过喷头流动通路706。因此，没有工艺气体或有最小流量的工艺气体通过喷头708。
图7B示出了使用图5A中的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的额外步骤。图7B对应于图6A的框610。
在图7B中，第一喷头阀724已经从图7A中的“断开”配置被切换到如图7B中所示的“接通”配置，以允许第一工艺气体从第一流动通路704流入喷头流动通路706，然后进入喷头708以分配到衬底处理室。因此，喷头流动通路706显示工艺气体流动通过在图7B中的喷头流动通路706。
此外，第一转向阀726已经切换到“断开”配置，以防止流过第一流动通路704的第一工艺气体被转向到第一转向排放712A。因此，在图7B中，第一转向流动通路710显示没有工艺气体流。
在图7B中，第二喷头阀728仍处于“断开”配置，而第二转向阀730仍处于“接通”配置。因此，第二工艺气体的流与图7A中的第二工艺气体的流相同。
图7C示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的另一个步骤。图7C对应于图6A的框612。
在图7C中，第二喷头阀728已从图7A和图7B中的“断开”配置切换为如图7C所示的“接通”配置，以允许第二工艺气体从第二流动通路720流动到喷头流动通路706，然后进入喷头708以分配到衬底处理室。在图7C中示出的实施方式中，第一和第二工艺气体可以在喷头流动通路706和/或喷头708中混合。
另外，第二转向阀730已经切换到“断开”配置，以防止流过第二流动通路720的第二工艺气体被转向到第二转向排放712B。因此，在图7C中，第二转向流动通路722显示没有工艺气体流。
图7D示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作序列中的另一步骤。图7D对应于图6A的框614。
在图7D中，多步骤前体输送系统700的阀已被恢复到图7A中所示的配置。因此，第一和第二工艺气体现在分别流到第一转向排放712A和第二转向排放712B。没有工艺气体或仅有最小量的工艺气体流入喷头流动通路706。
图7A-D是利用多步骤前体输送系统的序列的说明性示例。其他实施方式可以利用阀的打开和闭合的不同的定时，并且在多步骤前体输送系统中可以具有不同的结构和数量的阀、流动通路，和其他部件。
图8是显示在沉积处理期间使用多步骤前体输送系统的使前体流动的操作的基本序列的图表。在图8中所示的序列对应于图6B中所示的序列。
图8示出了两个图表。顶部的图表显示了控制第一流动通路和第二流动通路的阀门的阀定时。图8示出了与第一和第二工艺气体相关联的载气的流量。图8没有显示由第一和第二工艺气体携带的前体的流量，但是，在某些实施方式中，第一和/或第二载气在它们的流中也可携带前体。图表的x轴对应于经过的时间，以秒为单位。图表的y轴对应于载气流量。
顶部图表通过示出通过阀进入喷头的第一和第二载体气体的流量(分别标记为CG1和CG2)示出了阀的阀定时。当阀(如控制第一工艺气体的流动的阀)处于“流断开”配置时，图表可以显示出相应的工艺气体的流量，在这种情况下，第一工艺气体的流量，在图表的底部为0。例如，对于第一载气(CG1)，在约0至0.2秒的时间段中示出这种情况。当阀处于“流接通”配置时，图表可显示出相应的载气的流量为更接近图表的顶部的值。例如，对于第一载气，在约0.2和0.35秒之间的时间段中示出这种情况。
底部图表显示通过喷头的总载气流量。当两个阀都处于“流断开”配置时，图表可以显示总载气流的流量在图的底部为0。当阀的任一个或两个处于“流接通”配置时，图表可以显示总载气流量为非零值。例如，对于总载气流量，在介于约0.2和0.36秒之间的时间段中示出这种情况。在底部图表中的总载气流量是在同一时间来自顶部图表的第一和第二载气的流量的总和。
介于0和约0.7秒之间的时间段示出了一个示例性的沉积循环。在此时间段中，在介于约0.2和0.36秒之间的时间段中，执行沉积循环的投配步骤。在该时间段之前，在从0至约0.2秒的时间段中，控制第一和第二载体气体的流的两个阀处于“流断开”配置。
在约0.2秒，控制第一载气到喷头的流的阀被切换到“流接通”配置，且第一载气(以及由第一载气携带的任何前体)可以流入喷头以分配给位于第一衬底处理室中的衬底。0.2秒的时间段可以对应于，例如，图6B的框610。
在约0.2和0.25秒的时间段之间，第一载气可流入喷头，但第二载气可以不流入喷头。在一些实施方式中，第二载气可以流入排放或真空。
在约0.25秒，控制第二载气至喷头的流的阀被切换到“流接通”配置。然后，第二载气可流入任何喷头流动通道和喷头以与第一载气混合，并分配到位于第一衬底处理室中的衬底。在0.25秒，进入喷头的第二载气的额外的流量是通过喷头的载气的流量的大约两倍。在其他实施方式中，第一载气流的范围可以从0.3标准升每分钟(slm)至20slm，第二载气流量的范围为从0.3slm至20slm。例如，在0.25秒的时间段可对应于图6B的框612。
在约0.25和0.35秒的时间段期间，第一和第二载气可流入喷头。在约0.35秒，控制第一载气到该喷头的流量的阀被切换到“流断开”配置，第一载气停止流入喷头。然而，第二载气仍流到喷头。例如，在0.35秒的时间段可对应于图6B的框614A。
在约0.36秒，控制第二载气至喷头的流量的阀被切换到“流断开”配置，第二载气停止流入喷头。因此，在这此时，没有载气流入喷头。例如，第二载气流比第一载气流可停止较晚一点点，以吹扫喷头和/或衬底处理室的由第一载气流沉积的任何前体。例如，在0.36秒的时间段可对应于图6B的框614B。
在0.36秒之后，针对沉积循环的其余部分，控制载气的流量的阀处于“流断开”配置，没有载气或只有最少量的载气流入喷头。
在某些附图中本文所描述的技术和装置可显示具有阀以在两个不同的时间间隔引入工艺气体和/或载气的多步骤前体输送系统。虽然在某些实施方式中，所述技术和/或装置可被配置成在其他时间点或在同一时间引入第三、第四、第五等工艺气体和/或载气。第三、第四、第五等工艺气体和/或载气的引入可以利用与本文描述的装置类似的任何定时和/或阀配置。
图9A是示出使用各种前体传输的配置处理的示例性晶片的晶片均匀性的图表。图9A示出了根据工艺气体输送的各种技术处理的四个衬底的厚度。
在图9A中，以及图9B和9C中，x轴示出了离衬底的中心的点的径向距离，从在图的最左边的点(离中心-150毫米处)开始，在图的中间，中心为0，以及在图的最右边的点(离中心150毫米)。y轴示出了经处理的衬底的归一化厚度，1.00是在衬底的中心的厚度，大于1.00的值是比在衬底的中心的厚度更厚的厚度，小于1.00的值是比在衬底的中心的厚度更薄的厚度。
图9A示出了根据1600W衬底处理操作处理的四个不同的晶片(晶片902-08)的厚度。将用于晶片902的工艺气体在一个步骤中以工艺气体的6标准升每分钟(slm)的流率输送。如曲线图中所示，所得到的晶片902具有“M”形的厚度轮廓，从中心离开直到离中心约+/-70毫米为止衬底的厚度增加，之后厚度开始减少。
利用两步骤工艺气体输送技术处理晶片904，其中输送初始的3slm工艺气体，然后在之后的时间段将另外的3slm工艺气体加入到初始的3slm工艺气体中。晶片904的厚度轮廓仍然是“M”形轮廓，但“M”的峰值比在晶片902中的峰值低得多。在一般情况下，晶片904比晶片902更均匀。
利用两步骤工艺气体输送已处理晶片906，其中输送初始的6slm工艺气体，然后在之后的时间段将另外的3slm工艺气体加入到初始的6slm工艺气体中。晶片906的厚度轮廓是“V”形，低点在中心，高点在边缘。晶片906的高点比晶片902和904的高点低得多。因此，晶片906比晶片902或904中任何一个都更均匀。
利用两步骤工艺气体输送已处理晶片908，其中输送初始的6slm工艺气体，然后在之后的时间段将另外的6slm工艺气体加入到初始的6slm工艺气体中。晶片908的厚度轮廓和均匀性类似于晶片906。因此，在该实施方式中，引入第二阶段的工艺气体输送显示出导致更均匀的经处理的衬底。
图9B是表示使用多种前体输送配置处理的示例性晶片的多种晶片的均匀性的额外的图表。图9B示出了按照1600W衬底处理操作处理的四个不同的晶片(晶片910-16)的厚度。
利用9.5slm工艺气体的一步骤工艺气体输送已处理晶片910。晶片910具有“M”形的厚度轮廓，类似于图9A中的晶片902。然而，晶片910的衬底的厚度在邻近衬底的边缘趋于平稳，这可能是由于相比于图9A中输送用于晶片902的工艺气体的流率，输送用于晶片910的工艺气体的流率较高。然而，晶片910也并不是很均匀。
利用两步骤工艺气体输送已处理晶片912，其中输送初始的6slm工艺气体，然后在之后的时间段将另外的3slm工艺气体加入到初始的6slm工艺气体中。晶片912的厚度轮廓是“V”形，其低点在中心并且高点在边缘。晶片912比晶片910更均匀。
利用两步骤工艺气体输送已处理晶片914，其中输送初始的9.5slm工艺气体，然后在之后的时间段将另外的9slm工艺气体加入到初始的9.5slm工艺气体中。晶片914的厚度轮廓是“V”形，并类似于晶片912的厚度轮廓，在中心处是低点，在边缘处是高点。虽然晶片914的轮廓从中心直到离中心约一半的直径为止是相当平坦的，然后到衬底的边缘厚度增加。
利用两步骤工艺气体输送已处理晶片916，其中输送初始的6slm工艺气体，然后在之后的时间段将另外的6slm工艺气体加入到初始的6slm工艺气体中。晶片916的厚度轮廓和均匀性类似于晶片912和914的轮廓。晶片912-16的厚度轮廓显示引入工艺气体输送的第二阶段可能会导致更均匀的经处理的衬底。此外，晶片912-16的厚度轮廓可以表明校正在第一和/或第二阶段输送的工艺气体的体积可导致更均匀的厚度轮廓。
图9C是表示使用多种前体传输配置处理例如晶片的各个晶片的均匀性的另一图表。图9C示出了根据500W衬底处理操作处理的三个不同的晶片(晶片918-22)的厚度。
利用3slm工艺气体的一步骤输送已处理晶片918。晶片918具有“M”形的厚度轮廓，类似于图9A中的晶片902。晶片920还具有其中输送6slm工艺气体(是用于晶片918的双倍)的一步骤的工艺气体输送。晶片920还具有“M”形的厚度轮廓，但是晶片920的轮廓的峰值比晶片918的轮廓的峰值低。
已使用两步骤工艺气体输送处理晶片922，其中输送初始3slm的工艺气体，然后在之后的时间段，另外3slm的工艺气体被加入初始3slm的工艺气体。因此，晶片922在第二阶段的工艺气体输送期间具有输送的总共6slm的工艺气体。晶片922的厚度轮廓类似于晶片920的厚度轮廓，但相比于晶片920的峰值具有较低的峰值。因此，在两个阶段输送工艺气体替代在一个阶段输送工艺气体，甚至当在循环期间输送的总工艺气体少于两个阶段的实施方式(如晶片922在第一阶段经历初始3slm的工艺气体输送，而不是从开始就是完全的slm6)时，可导致更均匀的处理的衬底。
上文所描述的装置/方法可以与光刻图案化工具或工艺结合使用，例如，用于制造或生产半导体装置、显示器、发光二极管(LEDs)、光伏电池板以及类似物。典型地，但不必然地，此类工具/方法将在普通的制造设施中一起使用或执行。膜的光刻图案化通常包括以下操作中的一些或全部，每个操作使用多种可行的工具：(1)使用旋涂或喷涂工具将光致抗蚀剂涂覆在工件(例如衬底)上；(2)使用热板或炉或UV固化工具固化光致抗蚀剂；(3)使用例如晶片步进式曝光机之类的工具将光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或X射线；(4)使抗蚀剂显影以便使用诸如湿式台之类的工具选择性地去除抗蚀剂，从而使其图案化；(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伏膜或工件；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。
还应该理解的是，除非在任何特定描述的实施方式中的特征被明确地确定为彼此之间不相容或周围的环境意指它们是相互排斥的并且从互补和/或支持的角度而言不能容易地组合，否则本发明整体上构思和设想这些互补的实施方案的具体特征可以选择性地组合，以提供一个或一个以上全面的但略有不同的技术方案。因此，应进一步理解的是，上面的描述已经仅通过示例的方式给出并且可以在本发明的范围内进行详细的修改。

Claims (29)

1.一种在沉积工艺期间控制对衬底的前体投配的方法，该方法包括：
(a)使第一工艺气体流动至所述衬底持续ALD沉积循环的投配阶段的第一时间段，其中，所述第一工艺气体包括第一载气和所述前体；
(b)使第二工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第二时间段，其中，所述第二时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第二时间段至少部分地重叠，所述第二工艺气体包括第二载气，并且在输送到所述衬底之前，所述第二工艺气体与所述第一工艺气体混合持续其中所述第二时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(b)总工艺气体的体积流率增加；
(c)停止(a)和(b)中的所述流动，其中所述第一工艺气体的至少一部分被吸附在所述衬底上；
(d)在(c)之后，使被吸附的前体反应，以在所述衬底上形成膜层；以及
(e)在(d)之后，在与(a)和(b)中的所述ALD沉积循环不同的ALD沉积循环期间针对所述衬底重复(a)和(b)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二工艺气体仅是载气。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，当所述衬底不完全布满吸附的前体时进行使所述吸附的前体反应。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述第二工艺气体不包含所述前体。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述第一时间段在所述第二时间段结束之后结束。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述第二时间段在所述第一时间段结束之后结束。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第二时间段在所述第一时间段已经结束之后继续的所述一部分期间输送的所述第二工艺气体从围绕所述衬底的体积去除至少一些未吸附的前体。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述第一工艺气体经由第一流动通路输送，所述第二工艺气体经由第二流动通路输送，所述第二流动通路流体连接到所述第一流动通路，并且所述第二工艺气体与在所述第一流动通路的至少一部分中的所述第一工艺气体混合。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，(a)至(c)是在5秒或少于5秒的时间段中进行。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述衬底的直径是450毫米或少于450毫米。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其进一步包括：
(f)在(a)之后，使第三工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第三时间段，其中所述第三时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第三时间段至少部分地重叠，所述第三工艺气体包括第三载气，在输送到所述衬底之前所述第三工艺气体与至少所述第一工艺气体混合持续其中所述第三时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(f)总工艺气体的体积流率增加。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述第二载气选自由下列项组成的组：所述第一载气和与所述第一载气不同的载气。
13.一种装置，其包括：
衬底支架，其构造成接收衬底；
具有喷头入口的喷头，其配置成输送工艺气体至由所述衬底支架接收的所述衬底；
具有一个或多个第一阀的第一流动通路，其流体连接到所述喷头入口；
具有一个或多个第二阀的第二流动通路，其流体连接到所述第一流动通路；和
一个或多个控制器，其配置成：
(a)将所述一个或多个第一阀切换成流接通状态以使第一工艺气体流动至所述衬底持续ALD沉积循环的投配阶段的第一时间段，其中所述第一工艺气体包括第一载气和前体，
(b)将所述一个或多个第二阀切换成流接通状态以使第二工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第二时间段，其中所述第二时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第二时间段至少部分地重叠，所述第二工艺气体包括第二载气，所述第二工艺气体与所述第一工艺气体混合持续其中所述第二时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(b)总工艺气体的体积流率增加，
(c)在(a)之后，将所述一个或多个第一阀切换成流断开状态以停止使所述第一工艺气体流动至所述衬底，
(d)在(b)之后，将所述一个或多个第二阀切换成流断开状态以停止使所述第二工艺气体流动至所述衬底，其中所述第一工艺气体的至少一部分被吸附在所述衬底上,
(e)在(c)和(d)之后，使被吸附的前体反应，以在所述衬底上形成膜层，以及
(f)在(e)之后，在与(a)和(b)中的所述ALD沉积循环不同的ALD沉积循环期间针对所述衬底重复(a)直至(e)。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第二工艺气体仅是载气。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，当操作(e)开始时，所述衬底不完全布满吸附的前体。
16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述一个或多个控制器进一步被配置成当所述一个或多个第一阀打开且所述一个或多个第二阀被闭合时用所述第二工艺气体装载所述第二流动通路。
17.根据权利要求16所述的装置，其还包括转向器通路，其流体连接到所述第二流动通路，其中所述一个或多个控制器进一步被配置成：
(g)当所述一个或多个第二阀处于流断开状态时使所述第二工艺气体从所述第二流动通路流经所述转向器通路。
18.根据权利要求17所述的装置，其还包括在所述转向器通路中的一个或多个转向器阀，其中，(g)包括当所述一个或多个第二阀被切换成流断开状态时将所述一个或多个转向器阀切换成流接通状态。
19.根据权利要求13-18中的任一项所述的装置，其中，所述第二流动通路终止于所述第一流动通路中，并且在所述第一流动通路的在所述第二流动通路终止于所述第一流动通路之处的下游的至少一部分中，所述第二工艺气体与所述第一工艺气体混合。
20.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其中，所述第一时间段在所述第二时间段结束之后结束。
21.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其中，所述第二时间段在所述第一时间段结束之后结束。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，在所述第二时间段的在所述第一时间段已经结束之后继续的所述一部分期间输送的所述工艺气体被用于从围绕所述衬底的体积去除至少一些未吸附的前体。
23.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其中，所述一个或多个控制器被配置成在5秒或少于5秒的时间段中执行(a)至(d)。
24.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其中，所述衬底的直径是450毫米或小于450毫米。
25.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其还包括具有一个或多个第三阀门的第三流动通路，其流体连接到所述第一流动通路，其中，所述一个或多个控制器进一步被配置成：
(h)将所述一个或多个第三阀切换成流接通状态以使第三工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第三时间段，使得所述第三时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第三时间段至少部分地重叠，所述第三工艺气体包括第三载气，所述第三工艺气体与至少所述第一工艺气体混合持续其中所述第三时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(h)总工艺气体的体积流率增加；以及
(i)在(h)之后，将所述一个或多个第三阀切换成流断开状态，以停止使所述第三工艺气体流动至所述衬底。
26.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其中，所述第二载气选自由下列项组成的组：所述第一载气和与所述第一载气不同的载气。
27.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其还包括：
前体源，其流体连接到所述第一流动通路并配置成提供所述第一工艺气体的前体；和
载气源，其流体连接到至少所述第一流动通路并配置成提供所述第一工艺气体的至少第一载气。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述载气源额外地流体连接到所述第二流动通路，并配置成提供所述第二工艺气体的所述第二载气。
29.根据权利要求13-18中任一项所述的装置，其中，在(b)中至少所述第二工艺气体的流量不被质量流量控制器控制。
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