CN111133554B - 用于晶片间膜厚度匹配的通过随室堆积量变化调制沉积循环数量的厚度补偿 - Google Patents

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Abstract

提供了用于执行原子层沉积的方法和装置。方法可以包括：确定当前在沉积室内部的内部区域上的沉积材料堆积量，其中所述沉积材料堆积量随批次衬底的处理过程改变；将所确定的所述沉积材料堆积量应用至下列两者之间的关系：达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量与代表沉积材料堆积量的变量，其中在已知当前在所述沉积室内部的所述内部区域上的所述沉积材料堆积量的情况下，所述应用返回补偿的ALD循环数量以产生所述目标沉积厚度；以及在所述批次中的一个或多个衬底上执行所述补偿的ALD循环数量。

Description

用于晶片间膜厚度匹配的通过随室堆积量变化调制沉积循环 数量的厚度补偿
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月15日提交的美国临时专利申请No.62/559,434以及于2017年10月16日提交的美国专利申请No.15/785,093的优先权，通过引用将两者中的每一者的全部公开内容并入本文以用于所有目的。
背景技术
集成电路的加工成形包括很多不同的处理步骤。常采用的操作中的一者是介电膜的沉积。该膜可沉积在相当平坦的衬底上，或其可沉积到在硅衬底上方或硅衬底内图案化的特征之间的间隙中。沉积此类膜的一种方法经过等离子体辅助原子层沉积(ALD)。在此类型的方法中，以循环方式进行数个操作，以沉积保形膜。典型地，ALD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)清扫反应室，(c)使第二反应物流至该反应室，(d)点燃该反应室中的等离子体，以及(e)熄灭该等离子体并清扫该反应室。由于前体输送/吸附至该衬底表面上的本质，ALD工艺的单个循环通常沉积约单层材料。这些操作可重复多次，以沉积附加的单层来达到所期望的膜厚度。限定同时优化产量和一致性的操作模式仍然是一项挑战。
发明内容
在一个实施方案中，提供了一种在沉积室中执行原子层沉积的方法。所述方法可以包括：(a)确定当前在沉积室内部的至少内部区域上的沉积材料堆积量，所述沉积材料堆积量随批次衬底的处理过程改变；(b)将在(a)中所确定的所述沉积材料堆积量或由其导出的参数应用至下列两者之间的关系：(i)达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量与(ii)代表沉积材料堆积量的变量，其中在已知当前在所述沉积室内部的所述内部区域上的所述沉积材料堆积量的情况下，所述应用返回用于产生所述目标沉积厚度的补偿的ALD循环数量；以及(c)在所述批次衬底中的一或多个衬底上执行所述补偿的ALD循环数量。
在一些实施方案中，确定所述沉积材料堆积量可以包括：通过使用所执行的ALD循环数量和每ALD循环的预测沉积材料堆积量来计算所述沉积材料堆积量。
在一些实施方案中，所述沉积材料堆积量可以随批次衬底的所述处理过程实质上线性地变动。
在一些实施方案中，所述沉积材料堆积量可以随ALD循环数量而实质上线性地变动。
在一些实施方案中，确定所述沉积材料堆积量可以包括原位测量所述沉积材料堆积量。
在一些实施方案中，所述关系可以至少部分地基于在处理批次衬底的所述过程中在该批次衬底中的衬底的厚度趋势。
在一些实施方案中，所述关系可以至少部分地基于至少一个批次的经处理的衬底的数据，在所述批次的经处理的衬底中的每个衬底上可以已执行相同的沉积循环数量，且其中所述数据可以包括所述批次的经处理的衬底中的多个衬底的厚度和所述多个衬底中的每个衬底的对应的所述沉积材料堆积量。
在一些这样的实施方案中，所述关系可以是所述数据的多项式拟合。
在一些实施方案中，所述关系可以是多项式关系，其中用于产生所述目标沉积厚度的补偿ALD循环数量是代表所述沉积材料堆积量的所述变量的函数，并且代表所述沉积材料堆积量的所述变量可以提升至乘幂。
在一些这样的实施方案中，所述乘幂可以是三。
在一些这样的其他实施方案中，所述多项式关系可将达到目标沉积厚度所需的所述ALD循环数量表示为项的和的函数。所述项中的至少两项可以包含代表当前在所述沉积室内部的内部区域上的所述沉积堆积量提升至乘幂的变量。
在一些这样的其他实施方案中，所述多项式关系可以表达如下：所述补偿的ALD循环数量＝达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量乘以(x3*A+x2*B+x*C+1*D)。X可以为当前在所述沉积室内部的内部区域上的所述沉积堆积量，并且其中A、B、C和D可以为常数。
在一些实施方案中，所述方法还可以包括：(d)对所述批次衬底中的所有所述衬底重复(a)至(c)。
在一些实施方案中，所述方法还可以包括：(e)在(c)之后，从所述沉积室移除所述一个或多个衬底。所述一个或多个衬底可以包含具有所述目标沉积厚度的ALD沉积层。
在一些实施方案中，所述原子层沉积可以产生氧化硅膜或氮化硅膜。
在一个实施方案中，可以提供一种系统。所述系统可以包括：沉积室，其用于执行ALD沉积；以及控制器，其用于控制所述沉积室以将材料沉积在所述沉积室中的衬底上。所述控制器可以包含控制逻辑，所述控制逻辑用于：(a)确定当前在沉积室内部的至少内部区域上的沉积材料堆积量，所述沉积材料堆积量随批次衬底的处理过程改变；(b)将在(a)中所确定的所述沉积材料堆积量或由其导出的参数应用至下列两者之间的关系：(i)达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量与(ii)代表所述沉积材料堆积量的变量，其中在已知当前在所述沉积室内部的所述内部区域上的所述沉积材料堆积量的情况下，所述应用返回用于产生所述目标沉积厚度的补偿的ALD循环数量；以及(c)在所述批次衬底中的一个或多个衬底上执行所述补偿的ALD循环数量。
在一些实施方案中，所述沉积室可以包括两个或更多个处理站。
在一些实施方案中，所述控制器还可以包含控制逻辑，所述控制逻辑用于：(d)响应于确定当前在所述沉积室内部的至少内部区域上的所述沉积材料堆积量已达到堆积极限而停止处理所述批次衬底；以及(e)在(d)之后，清洁所述沉积室内部。
在一些实施方案中，所述关系可以是至少部分地基于至少一个批次的经处理的衬底的数据。可以在所述批次的经处理的衬底中的每个衬底上已执行相同的沉积循环数量，且所述数据可以包括所述批次的经处理的衬底中的多个衬底的厚度和所述多个衬底中的每个衬底的对应的所述沉积材料堆积量。
在一些实施方案中，确定所述沉积材料堆积量可以包括：通过使用所执行的ALD循环数量以及每ALD循环的预测沉积材料堆积量来计算所述沉积材料堆积量。
附图说明
图1描述了用于经由ALD工艺在衬底上形成材料膜的示例性操作顺序的流程图。
图2描述了示出用于经由沉积工艺在衬底上形成材料膜的基本操作顺序的时序图。
图3描述了示出用于批量衬底的示例性ALD沉积工艺的膜厚度与室堆积量的关系曲线图。
图4描述了示例性技术的流程图，该技术用于在处理批次衬底的过程中调整该批次衬底中的衬底的沉积循环的数量。
图5描述了描述用于批量衬底的示例沉积工艺的各种值的表格。
图6描述了示例性ALD处理站的示意性实施方案。
图7描述了多站式处理工具的实施方案的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所给出的实施方案的透彻理解。所公开的实施方案可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，众所周知的处理操作未被详细描述以免不必要地使所公开的实施方案难以理解。尽管将结合具体实施方案描述所公开的实施方案，但应理解的是，其不旨在限制所公开的实施方案。
在该申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”及“部分加工成形的集成电路”可互换使用。本领域技术人员应可理解术语“部分加工成形的集成电路”可是指在其上面加工成形集成电路的许多阶段中的任何阶段期间的硅晶片。该半导体设备工业中所使用的晶片或衬底通常具有200mm、或300mm、或450mm的直径。以下的详细描述假设本发明在晶片上实现。然而，本发明不限于此。该工件可具有各种形状、尺寸和材料。除了半导体晶片以外，可利用本发明的其他工件还包括诸如印刷电路板等各种制品。
半导体设备的制造通常涉及在集成加工成形工艺中将一个或多个薄膜沉积在平面式或非平面式衬底上。在该集成工艺的一些方面，沉积符合衬底形貌的薄膜是有用的。在一些情况下有用的一种类型的反应涉及化学蒸气沉积(CVD)。在典型的CVD工艺中，气相反应物同时引入反应室中并经历气相反应。这些反应产物沉积在该衬底的表面上。该反应可通过等离子体驱动，在所述情况下，该工艺可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旨在包括PECVD，除非另外指明。CVD工艺具有某些缺点，使得它们在某些情况下不太合适。例如，CVD气相反应的大量运送限制可造成“面包块化”沉积效应(“bread-loafmg”deposition effect)，其在顶部表面(例如，闸极堆栈的顶部表面)处显示较厚的沉积，且在凹入表面(例如，闸极堆栈的底部角落)处显示较薄的沉积。另外，因为一些管芯可具有不同设备密度的区域，跨越该衬底表面的大量运送效应可导致管芯内和晶片内的厚度差异。这些厚度差异可导致一些区域的过蚀刻和其他区域的欠蚀刻，这可降低设备性能和管芯产量。与CVD工艺有关的另一问题是它们通常无法在高深宽比特征部内形成保形膜。随着设备尺寸不断缩小，此议题越来越成问题。
随着半导体工业中的设备和特征尺寸持续缩小，并且随着3D设备结构在集成电路(IC)设计中变得更普遍，沉积薄保形膜的能力(相对于该下伏结构的形状而具有均匀厚度的材料膜，即使是非平坦的也如此)持续变得重要。原子层沉积(ALD)是一种成膜技术，其非常适合于保形膜的沉积，这是由于ALD的单个循环仅沉积单个薄材料层的事实，该厚度受到一种或多种膜前体反应物的数量限制，该膜前体反应物可在该成膜化学反应本身之前吸附至该衬底表面上(即，形成吸附限制层)。然后，可使用多个“ALD循环”，以累积所期望的厚度的膜，并且因为每个层是薄且保形的，因此所得的膜实质上符合其下伏设备结构的形状。例如，在一个示例中，每个ALD循环可沉积厚度在约之间的膜层，且在对衬底执行所有沉积循环之后，该层的总厚度可为约/>在某些实施方案中，每个ALD循环包括以下步骤：
1.将衬底表面暴露于第一前体。
2.清扫该衬底位于其中的反应室。
3.激活该衬底表面的反应，典型用等离子体和/或第二前体。
4.清扫该衬底位于其中的的反应室。
每个ALD循环的持续时间通常可为小于25秒或小于10秒或小于5秒。该ALD循环的等离子体暴露步骤(或多个步骤)可具有短的持续时间、诸如1秒或更短的持续时间。图1描述了用于经由ALD工艺在衬底上形成材料膜的示例性操作顺序的流程图。如可在图1中看出，上面的项目1对应于框101，上面的项目2对应于框103，上面的项目3对应于框105，且上面的项目4对应于框107；将该四个框执行N个循环，此后停止该工艺。
图2描述了示出用于经由沉积工艺在衬底上形成材料膜的基本操作顺序的时序图。图2示出用于四个沉积循环的工艺步骤，其中每个循环包括以下工艺步骤：前体输送、RF功率输送、反应物气体输送、及该处理室的加压。图2中的工艺步骤经过其对应的线来显示，并以布林(Boolean)值开(on)或关(off)呈现。如果其对应的线处于图2中所示的“开(on)”位置中，则工艺步骤是开(on)，且如果其对应的线处于图2中所示的“关(off)”位置中，则工艺步骤是关(off)。
在图2的所有四个沉积循环期间，可对该处理室加压。在图2中强调沉积的一个循环，且在这一个循环中，该沉积循环的第一阶段可为配料阶段。在该配料阶段期间，将前体输送至处理室，但RF功率处于关(off)，且不输送一种或多种反应物气体。在该配料阶段期间，衬底可吸附该前体并且在该衬底上形成吸附层。图2的配料阶段对应于图1的框101。在该配料阶段之后，然后可以为该沉积循环的清扫阶段。在该清扫阶段期间，前体输送停止，但该RF功率仍然处于关(off)，并且仍然不输送反应物气体。该清扫阶段可从围绕该已吸附的前体的容积中除去至少一些未吸附的膜前体及/或反应物副产物。图2的清扫阶段对应于图1的框103。
在该清扫阶段之后，然后沉积循环可进入转换阶段。在该转换阶段期间，打开RF功率，同时还输送一种或多种反应物气体。在该转换阶段期间，已吸附的膜前体可反应以在该衬底上形成膜层。图2的转换阶段对应于图1的框105。最后，在该转换阶段结束之后，该沉积循环可进入后RF清扫阶段。该后RF清扫阶段可在使所吸附的前体反应之后从该膜层周围的容积中除去还存在的解吸的膜前体和/或反应副产物。图2的后RF清扫阶段对应于图1的框107。在图2中所强调的一个循环中，可能具有d厚度的薄膜层可沉积于衬底上。在某些实施方案中，d可为介于和/>之间的厚度。附加的循环也可将可能具有约d厚度的膜层沉积到衬底上。
用于使用ALD/CFD形成膜的方法描述在以下的美国专利申请中，其每一个均全文以引用方式并入本文：2011年4月11日提交的美国专利申请No.13/084,399(现在为美国专利No.8,728,956)；2013年7月29日提交的美国专利申请No.13/953,616(现在为美国专利No.9,355,886)；2013年11月7日提交的美国专利申请No.14/074,596；2013年12月30日提交的美国专利申请No.14/144,107(现在为美国专利No.9,076,646)；以及2015年4月3日提交的美国专利申请No.14/678,736(现在为美国专利No.9,502,238)。
随着材料沉积于衬底上，来自该沉积工艺的材料累积在(例如该腔室壁面、基座和喷头的)一个或多个内部室表面上，其在本文中称为“堆积”。由于有多个衬底在室的清洁之间在同一室内进行处理，所以堆积量随着处理更多衬底而增加。对于一些ALD工艺，堆积量实质上线性地增加(例如在线性的10％内)。当该室中的堆积量达到具体厚度时，该室中可发生不利影响，例如沉积在该室上的材料可剥落或脱落并污染衬底，且可能造成这些等离子体的阻抗发生变化，这继而可不利地影响各种膜性质，包括均匀性。据此，当堆积量达到可称为堆积极限的厚度时，停止衬底的处理并清洁该室。
ALD工艺通常分批进行；每批次包括多个衬底，该衬底可具有从数个衬底到几百个衬底的任何数量。批量衬底可被定义为在达到该堆积极限之前或当达到该堆积极限时可针对特定ALD工艺处理的衬底数量。例如，特定室中的ALD工艺可具有的堆积极限，这是该室上的堆积量对在该室中处理的衬底造成不利影响的点。因此，在该室中处理的批次衬底受限于在达到/>的堆积极限之前可在该室中处理的衬底数量。在某些实施方案中，一个批次中的第一晶片是在室清洁之后处理的第一晶片。在多站式反应器中，多个晶片一起处理，使得该第一晶片可为一组晶片的一部分，这组晶片统称为在一个批次中处理的第一晶片。该最后晶片是在室清洁之前处理的最后晶片。在多站式反应器中，将存在多个最后晶片。
如上所述，一旦达到用于室中的批次衬底的堆积极限，则清洁该室以去除该室的一个或多个表面上的堆积材料。在下面的美国专利和专利申请中进一步讨论室的清洁和准备，每个专利和专利申请均全文以引用方式并入本文：2013年11月25日提交的且标题为“CHAMBER UNDERCOAT PREPARATION METHOD FOR LOW TEMPERATURE ALD FILMS”的美国专利申请No.14/089,653；2014年1月17日提交的且标题为“METHOD AND APPARATUS FOR THEREDUCTION OF DEFECTIVITY IN VAPOR DEPOSITED FILMS”的美国专利申请No.14/158,536；2009年1月16日提交的且标题为“PLASMA CLEAN METHOD FOR DEPOSITION CHAMBER”的美国专利申请No.12/355,601；2012年10月17日提交的且标题为“METHODS AND APPARATUSFOR CLEANING DEPOSITION CHAMBERS”的美国专利申请No.13/654,303；美国专利No.7,479,191；和美国专利No.8,262,800。在清洁该反应室之后，可处理新批次的衬底。
该沉积膜的某些性质趋于在一批次内随时间改变。可改变的性质的实例包括膜厚度和蚀刻速率等。这些趋势膜性质在诸如双图案化间隔物、FinFET间隔物、与门极衬里和间隔物的某些应用中呈现出挑战。这些应用可能需要精确的关键尺寸控制，这需要精确控制膜的性质，诸如膜厚度、折射率、蚀刻速率等。例如，约500个衬底的处理可导致约的堆积，且对于每个衬底上的/>厚的沉积层，该厚度趋势可为高达每/>堆积约在处理批次衬底的过程中，约1％的厚度趋势仍可能不利地影响该批次中的衬底的均匀性。
以最大化生产量的观点而言，大批次规模是有利的，因为在批与批之间清洁和准备该室的时间减少。在一些情况下，批次包括至少约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。允许使用大批次规模的一个因素是大的室容积。在一些情况下，该室容积可为至少约2L，例如至少约0.5L。可适于与本实施方案一起使用的示例性装置包括可购自加利福尼亚州弗里蒙特市的Lam Research Corporation的和/>产品系列装置。大的室容积可允许一次处理多个衬底，例如在该室容积内的不同工作站。另外，大的室容积导致在这些室表面上堆积的材料的累积较慢，因为具有在其上发生此类堆积的较大表面积。然而，大批次规模也促成该膜性质趋势问题。例如，较大的批次可导致批次内的膜性质发生较大的变化。
如所提及的，膜性质趋势问题可至少部分地源自该内部室表面上的材料堆积。例如，如上所述，该室阻抗随着该沉积材料的堆积而变化。就变动的室阻抗方面而言，该室壁面上和该喷头后侧上的堆积可尤其成为问题。室阻抗中的这种变化影响RF功率向衬底输送的效率。因此，虽然传统方法通常对整批衬底采用单一RF功率设置，但是输送至该衬底的实际RF功率量在批次处理过程中改变。在各种情况下，RF功率输送至衬底的效率在批次处理过程中增加。关于膜厚度，例如，随着批次中的附加衬底的处理，这种增加的RF输送效率可导致膜厚度减少。在一些ALD工艺中，在批量衬底的处理过程中，该膜厚度可具有减少、增加、或增加和减少的趋势。
图3描述了示出用于批次衬底的示例性ALD沉积工艺中的膜厚度对室堆积量的关系曲线图。对于该批次衬底，包括相同沉积循环数量的相同沉积条件用于该批次中的所有衬底。如上所述，随着处理该批次的衬底越来越多，例如随着该批次过程中处理的时间进展，室堆积量增加。室堆积量典型地与基于该沉积条件所计算的度量有关，而不是与实际测量的数量相关；这可为线性或基本上线性的趋势。尽管如此，对于该批次，能可靠地计算和监测室堆积量。在图3中，在处理该批次衬底的过程中，测量七个衬底的膜厚度，并且可看出，膜的厚度在该批次的处理过程中具有下降的趋势，且总变动量约为此沉积厚度上的变化也指明沉积速率随该批次的处理过程而变化。也可看出，该厚度趋势不是线性的，而是以多项式呈现。
在本文中的多种实施方案中，采取步骤来控制整批衬底上的厚度。例如，可随该批次衬底的处理过程来调整在该批次衬底中的一个或多个衬底上所执行的沉积循环数量。本文所述的一些技术调节该沉积循环数量，以得出整批次衬底中的更精确受控的膜厚度。如下面所讨论的，在一些此类实施方案中，对循环计数(即，补偿的循环计数)的这些调整可以是基于堆积量与达到目标沉积厚度所需的循环数量之间的关系。
在一些实施方案中，除了可调整该沉积循环数量以外，该沉积条件对该批次中的所有衬底保持恒定。例如，如果在该批次衬底的处理过程中，该沉积层的厚度趋于下降(例如，减少)，则这可由沉积速率降低造成，且考虑到这种变化，在该批次衬底中的衬底处理过程中对衬底执行的循环数量可以相应地调整，从而增加循环数量。类似地，如果该沉积层的厚度在该批次衬底的处理过程中趋于上升，则在整个批次中可相应地减少沉积具有目标厚度的膜的循环数量。
在一些实施方案中，对批次中的衬底所执行的循环数量进行的调整可基于晶片的至少一个先前处理的批次的数据，其在本文中称为“实验/校准批次”。每次运行批次时都处理该实验/校准批次不是必要的。在一些实现方式中，该实验/校准批次运行一次(例如，每组相关的沉积条件，诸如特定膜类型、前体、流速、时序、温度、压力等运行一次)，而结果用于获得对后续批次的衬底(例如，使用相关沉积条件的任何批次)中的一个或多个衬底上要执行的沉积循环数量的调整。在一些情况下，除了该实验/校准批次对于该批次中的所有衬底执行相同的沉积循环数量(例如N个循环)以外，这些沉积参数在该实验/校准批次和用于在衬底上沉积薄膜的那些批次之间大致上是一致的。
在该实验/校准批次期间的任何时点所使用的循环数量可为达到目标沉积厚度所需的循环数量。例如，这可以为当该室上实质上不存在堆积时(诸如在该室内部已执行清洁操作之后)所执行的循环数量。此循环数量可为测量值(例如，手动地或使用计量设备所获得)、或估计或计算值(例如，使用数学模型所获得)。换句话说，实现目标沉积厚度所需的循环数量是正常操作条件之下会导致在衬底上沉积该目标厚度的循环数量。如在本文中所讨论的，由于各种原因，该目标厚度并不总是沉积至衬底上。例如，参考图3，该目标厚度可为且如果用于该工艺的沉积速率是每循环/>则达到该目标沉积厚度所需的循环数量是1096个循环。
在实验/校准批次期间所收集的数据可包括各种参数，诸如在衬底上的沉积层的厚度以及该室的至少一个内部表面上的堆积量。例如，在处理该实验/校准批次期间，在处理每个衬底时监控/记录该室的堆积量；如上所述，这可以是基于这些沉积条件或所执行的循环数量来计算的度量，而不是实际测得的量(但在一些实施方案中其是测量的)。这种受监控的堆积可认为是每沉积循环的预测或测得的沉积材料的堆积量，其基于所执行的沉积循环数量。如上所述，该沉积材料堆积量随批次衬底的处理过程及/或所执行的沉积循环数量基本上线性地变动。另外，在该实验/校准批次的处理期间，可对多个衬底的整个沉积层的厚度进行测量。当进行这些厚度测量时，对于这些衬底中的每一个，该堆积量也是已知的，由此将厚度测量值与对应的堆积量相关联。在一些实施方案中，将每ALD循环的沉积厚度确定为堆积量的函数。
膜厚度和室堆积量之间的关系可基于所述数据来表征，例如通过绘制在批次处理过程中膜厚度与室堆积量的关系图来表征，如于图3所示。图3中的数据可认为是晶片的实验/校准批次。在此，对七个不同衬底上的整个沉积层的厚度进行七次测量(例如，第一次测量为而第七次测量为约/>)；这些测量可在处理期间使用计量设备原位进行或在完成衬底处理之后使用外部计量设备进行。对应的堆积量也于此处理期间获得，并与每个厚度测量值相关联；例如，当该堆积量为约/>时，获得第一次测量值/>(因此，这些值彼此对应并且彼此相关联)，然而当该堆积量为约/>时，获得第七次测量值/>
然后可建立模型来量化所测得的沉积厚度数据与该堆积量之间的关系。例如，可将多项式拟合或回归应用至该测量的厚度和堆积量数据，以便确定在批次衬底的处理过程中，厚度关于堆积量的变化。在一些实施方案中，如在图3中，自变量可为堆积量，且因变量可为测得的厚度。该多项式拟合也可以为3次多项式，例如y＝x3*β3+x2*β2+x*β1+β0，其中x为堆积量，且y为测得的厚度。对该数据应用拟合或回归可返回该拟合常数的值，例如本文中的示例方程式的β3、β2、β1、和β0。
一旦获得膜厚度和堆积量之间的关系，就可获得对于随后衬底批次的经调整的循环数量，在本文中称为“补偿循环计数”。通过知道在具有特定堆积量(例如无堆积)的室中达到该目标厚度所需的循环数量，并且知道该当前堆积量，该方法/系统便确定补偿循环计数，其是在具有该当前堆积量的室中沉积到该目标厚度所需的循环数量。
图4描述了用于在处理该批次的过程中，调整该批次中的衬底的沉积循环数量的示例性技术的流程图。如上所述，进行调整，以估计该批次衬底的处理过程中的厚度趋势，并由此造成目标厚度沉积在该批次中的每个衬底上。因为该已知的厚度趋势与在该批次的处理过程中的堆积量相关联，所以在该整批处理中的任何点处的堆积量值用作自变量，以确定该批次的该时点处的补偿循环计数。因此，在框409中确定堆积量，其可为该技术中的第一步骤。如上所述，该确定可为计算或测量的确定，并可于该批次处理期间的任何时点进行，例如在该批次中的每个衬底、该批次中的每隔一个衬底、该批次中的每第N个衬底、或在该批次中的预先确定时间点，例如当确定将该厚度从目标厚度改变特定闽值(例如改变或/>)时进行。
在框411中，一旦确定该已知的堆积量，该值可应用至下列之间的关系：(i)达到用于该批次的目标沉积厚度所需的沉积循环数量(如上所述，例如当在室内部没有堆积或基本上没有堆积(例如，小于5％)时，达到该目标沉积厚度所需的沉积循环数量)与(ii)代表沉积材料堆积量的变量。这些值可在处理该批次之前确定，例如计算得知和/或在该实验/校准批次中确定。
应用已知堆积量或从其导出的参数(例如，堆积量的变化率或应用至该堆积量的数学函数)的关系可为多项式关系，例如上面所述导出的多项式拟合，其中该补偿循环计数可为代表提升至乘幂(例如三)的堆积量的变量的函数。在一些实施方案中，该关系可将该补偿循环计数表示为项的和的函数，其中该项中的至少两个包含代表当前在该沉积室的内部区域上的沉积堆积量提升至乘幂的变量。例如，该关系可表达为以下函数：该补偿ALD循环数量＝达到该目标沉积厚度所需的未补偿循环数量乘以(x3*A+x2*B+x*C+1*D)。该变量“x”是当前在该内部室上的所确定的堆积量，且变量A、B、C和D可使用来自上述实验/校准批次的衬底的数据所获得的常数，例如通过该数据的多项式拟合获得。在已知当前在该室内部上的已确定堆积量的情况下，该方程式返回待执行的该经调整或补偿的循环计数。
可使用图5来理解框411中所代表的操作的示例性应用，图5描述了描述批次衬底的示例性沉积工艺的各种值的表格。在图5中，该表格的前五列呈现来自实验/校准批次的衬底的数据，其中四个衬底在四站处理室中同时处理。第一列表示已经处理的晶片组，第二列表示用于每组的晶片的计数，例如，该第一晶片组具有前四个晶片(晶片编号1、2、3和4)，而第六晶片组包括晶片21、22、23和24。第三列表示遍及该整批次衬底的每个晶片组中的晶片的测得厚度(在完成ALD之后)。如可看见的，该测得的厚度从开始，其可为该目标厚度，且在该最后一组晶片中趋向于下降到/>第四列表示遍及该批次的处理和在每个晶片组的处理之后于该室的至少内部表面上的堆积量。例如，在第一行数据中，在处理该第一组晶片之后，可认为在该室的内部上存在/>的堆积量。标题为“循环计数”的下一列代表于该批次中在每组晶片上所执行的循环数量，其可认为是达到该目标沉积厚度所需的循环数量。在此，该循环数量为1,234次，且该目标厚度为/>因为该批次衬底是实验/校准批次，所以对该表格中的所有晶片组执行1,234个沉积循环，但是沉积层的厚度随该批次的处理过程减少。在一些实施方案中，1,234个循环可视为未补偿的循环计数。由于堆积随批次处理过程发生，因此需要不同的循环数量(补偿的循环计数)以达到目标厚度。
如上文所陈述，在处理该批次之后，可确定该测得的厚度与该相关堆积量之间的关系，例如通过将多项式拟合应用至该数据，然后可使用该多项式拟合来获得该补偿的循环计数，并由此将堆积量与补偿循环计数关联。在此，多项式拟合应用至该数据，使x为堆积量，y为归一化循环计数，且获得常数A、B、C和D为：A＝1.03E-18，B＝9.89E-13，C＝9.91E-7，且D＝0.998。这些常数的单位可为与其相乘的变量的单位的倒数。例如，如果该变量x系以计量，且该方程式中的变量是xn，则乘以此变量的常数是/>以便造成此乘法运算的结果无单位。在此，该A、B、C和D常数具有以下单位：A具有单位/>B具有单位/>C具有单位/>且D是无单位的。该归一化循环计数通过将目标厚度(其为常数，在这种情况下为)除以该实际测得的厚度(图5中的第三列)来计算。归一化循环计数是无单位值，其代表上述公式(x3*A+x2*B+x*C+1*D)的一部分，且用于通过乘以达到目标沉积厚度所需的循环数量来获得补偿循环计数。大于1的归一化循环计数表示补偿循环计数将为大于达到该目标沉积厚度所需的循环数量，并且表示厚度趋向减少；小于1的归一化循环计数表示补偿循环计数将小于达到目标沉积厚度所需的循环数量，并表示厚度趋向增加。一旦由校准批次确定参数A、B、C和D，它们便被用来确定具有相同工艺条件的后续非实验/校准批次的补偿循环计数。这些常数可用来使用上述方程式获得任何已知堆积值的补偿循环计数：该补偿的ALD循环数量＝达到目标沉积厚度所需的循环数量乘以(x3*A+x2*B+x*C+1*D)。
如上所述，为在处理批次衬底期间获得给定堆积量的补偿循环计数，将该归一化循环计数乘以在具有基线堆积量(例如，基本上没有堆积)的室中达到该目标沉积厚度所需的循环数量。在图5中，即使这些堆积值已在实验/校准批次期间确定，给出该表格中所列出的堆积量，该补偿循环计数列提供用于批次衬底的补偿循环计数。在此，达到目标沉积厚度所需的循环数量为1,234，其是实验/校准批次中所使用的循环数量。如果在该后一批次中的堆积值为来自第五晶片组的则将1,234个循环乘以归一化循环计数1.004，以得出1,239个循环的补偿循环计数。因此，针对该已知的堆积值，可执行这种补偿的循环数量，以得出/>的沉积厚度，而不是在实验/校准批次期间沉积的/>可以看出，在使用与实验/校准批次相同的工艺条件的非实验/校准衬底批次中，补偿循环计数随该批次衬底的处理过程增加，以说明该厚度趋向减少。
返回至图4，在已获得该补偿循环计数之后，接着可在当前正处理的一个或多个衬底上执行该补偿循环数量。在一些实现方式中，可对一批次中的一个或多个衬底、或一组或多组衬底执行框409至413。例如，可对该批次中的每个衬底或每组衬底执行框409-413。在一些这样的实现方式中，可在该批次晶片的实际处理期间执行框409到413，而在一些其他这样的实现方式中，可在处理该批次衬底之前执行框409和411，并且对该批次执行框413。例如，批次衬底的堆积量连同堆积量和厚度之间的对应关系可以是在处理该批衬底之前已知和确定的值，其可用于在处理该批次之前确定该补偿循环计数；接着可使用此信息处理批次衬底。
在使用补偿循环计数处理一个或多个衬底之后，该衬底可具有与目标厚度基本上匹配(例如，在+/-0.05％内)的沉积层厚度。在一些实施方案中，该沉积层可为氧化硅膜或氮化硅膜。
在处理批次衬底期间，可确定是否已达到该堆积极限。如上所述，一旦达到该堆积极限，该批次的处理就可停止，且可清洁室。
装置与系统
本文所述的技术可通过任何合适的装置或系统来执行。合适的装置或系统包括用于完成该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。在一些实施方案中，该硬件可包括一个或多个处理站，其包括于工艺工具中。
图6示意性地示出了ALD处理站600的实施方案。为简单起见，处理站600被描述为具有用于维持低压环境的处理室主体602的独立处理站。然而，应当理解，多个处理站600可包括在共同的工艺工具环境中。例如，图7描述多站式处理工具700的实施方案。另外，应当理解，在一些实施方案中，可通过一或多个计算机控制器以编程方式调整处理站600的一个或多个硬件参数，包括上面所详细讨论的那些。
ALD处理站600与反应物输送系统601流体地连通，反应物输送系统601用于将处理气体输送至分配喷头606。反应物输送系统601包括混合容器604，其用于混合和/或调节处理气体以输送至喷头606。一个或多个混合容器入口阀620可控制将处理气体导入混合容器604，而另一阀605用以控制从混合容器至喷头606的流动。
一些反应物如BTBAS可在汽化之前，在输送到处理站处或之后以液体形式储存。例如，图6的实施方案包括汽化点603，其用于汽化待供应到混合容器604的液体反应物。在一些实施方案中，汽化点603可以是加热的汽化器。由这种汽化器产生的饱和反应物蒸气可在下游输送管道中冷凝。不相容气体暴露于冷凝的反应物可产生小颗粒。这些小颗粒可堵塞管道、阻碍阀门操作、污染衬底等。解决这些问题的一些方法涉及清扫和/或排空输送管道以除去残余反应物。然而，清扫输送管道可增加处理站循环时间、降低处理站生产量。因此，在一些实施方案中，汽化点603下游的输送管道可以被热追踪。在一些示例中，混合容器604也可以被热追踪。在一个非限制性示例中，汽化点603下游的管道具有在混合容器604处从大约100℃延伸到大约150℃的增加的温度分布。
在一些实施方案中，反应物液体可以在液体注射器处被汽化。例如，液体注射器可将液体反应物的脉冲注入到混合容器上游的载气流中。在一种情况下，液体注射器可通过使液体从较高压力闪蒸至较低压力而蒸发反应物。在另一种情况下，液体注射器可以将液体雾化成分散的微滴，其随后在加热的输送管道中蒸发。应当理解，较小的液滴可比较大的液滴蒸发得更快，从而减少液体注入和完全汽化之间的延迟。更快的蒸发可以减少汽化点603下游的管道长度。在一种情况下，液体注射器可以直接安装到混合容器604。在另一种情况下，液体注射器可以直接安装到喷头606。
在一些实施方案中，可提供汽化点603上游的液体流量控制器，其用于控制液体的质量流量以汽化并传送至处理站600。例如，流量控制器(LFC)可包括位于LFC的下游的热质量流量计(MFM)。随后可以响应于由与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。然而，使用反馈控制可需要一秒或更长时间来稳定液体流量。这可延长液体反应物的投配时间。因此，在一些实施方案中，LFC可以在反馈控制模式和直接控制模式之间动态地切换。在一些实施方案中，通过禁用LFC和PID控制器的感测管，该LFC可由反馈控制模式动态地切换至直接控制模式。
喷头606朝向衬底612分配处理气体。在图6所示的实施方案中，衬底612位于喷头606下方并且示出为搁置在基座608上。应理解，喷头606可以具有任何合适的形状，并且可以具有用于将处理气体分配到衬底612的任何合适数量和布置的端口。在某些实施方案中，将该喷头被配置成在不同温度下输送两种或更多种气体。此类喷头的示例在2013年7月3日提交的且名称为“MULTI-PLENUM,DUAL-TEMPERATURE SHOWERHEAD”的美国专利申请No.13/934,597(现为美国专利No.9,677,176)、2016年5月24日提交的且名称为“ANTI-TRANSIENTSHOWERHEAD”的美国专利申请No.15/163,594、和2015年9月10日提交的且名称为“LOWVOLUME SHOWERHEAD WITH FACEPLATE HOLES FOR IMPROVED FLOW UNIFORMITY”的美国专利申请No.14/850,816中进一步讨论，所有这些申请全部以引用方式并入本文。
在一些实施方案中，微量容积607位于喷头606下方。在微量容积中而不是于处理站的整个容积中执行CFD工艺可能减少反应物暴露和清扫时间、可能减少用于改变工艺条件(例如压力、温度等)的次数、可限制处理站机械手对处理气体的暴露等。示例性微量容积大小包括但不限于介于0.1升和2升之间的容积。
在一些实施方案中，可升高或降低基座608，以将衬底612暴露至微量容积607和/或变动微量容积607的容积。例如，在衬底传送阶段中，可降低基座608以允许衬底612加载至基座608上。在ALD加工阶段期间，可升高基座608以将衬底612定位于微量容积607内。在一些实施方案中，微量容积607可在ALD加工期间完全包围衬底612以及基座608的一部分，以产生高流动阻抗的区域。
任选地，可在该ALD加工的部分期间降低和/或升高基座608，以调节微量容积607内的加工压力、反应物浓度等。在一种情况下，其中处理室主体602在该加工期间保持在基础压力，降低基座608可允许将微量容积607抽空。微量容积与处理室容积的示例性比率包括但不限于介于1:500和1:10之间的容积比。应当理解，在一些实施方案中，可通过合适的计算机控制器以编程方式调整基座高度。
在另一种情况下，调整基座608的高度可在该ALD加工所包括的等离子体活化和/或处理循环期间允许等离子体密度变动。在该ALD加工阶段结束时，可在另一个衬底传送阶段期间降低基座608，以允许从基座608移除衬底612。
虽然本文所述的示例性微量容积变动是指高度可调节的基座，但应当理解，在一些实施方案中，喷头606的位置可以相对于基座608进行调整，以改变微量容积607的容积。此外，应该理解，基座608和/或喷头606的竖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。在一些实施方案中，基座608可以包括用于旋转衬底612的取向的旋转轴线。应当理解，在一些实施方案中，这些示例调整中的一个或多个可以由一个或多个合适的计算机控制器以编程方式执行。
返回到图6中所示的实施方案，喷头606和基座608与RF电源614和匹配网络616电连通，以用于为等离子体供电。用于在多个站上施加RF的方法和装置在2014年8月12日提交的且名称为“MULTI-STATION PLASMA REACTOR WITH RF BALANCING”的美国专利申请No.14/458,135、以及2016年4月29日提交的且名称为“VARIABLE CYCLE AND TIME RFACTIVATION METHOD FOR FILM THICKNESS MATCHING IN A MULTI-STATION DEPOSITIONSYSTEM,”的美国专利申请No.15/143,338中进一步讨论，所述专利全文以引用的方式并入本文。在一些实施方案中，可以通过控制处理站压力、气体浓度、RF源功率、RF源频率和等离子体功率脉冲定时中的一个或多个来控制等离子体能量。例如，RF电源614和匹配网络616可以以任何合适的功率运行以形成具有期望组成的自由基物质的等离子体。上文中包括合适功率的示例。类似地，RF电源614可以提供任何合适频率的RF功率。在一些实施方案中，RF电源614可以被配置为彼此独立地控制高频和低频RF功率源。示例性低频RF频率可包括但不限于介于50kHz和500kHz之间的频率。示例性高频RF频率可包括但不限于介于1.8MHz和2.45GHz之间的频率。应当理解，可离散地或连续地调制任何合适的参数以为表面反应提供等离子体能量。在一个非限制性示例中，相对于连续供电的等离子体，这些等离子体功率可间歇地脉冲，以减少与该衬底表面的离子轰击。
在一些实施方案中，等离子体可以由一个或多个等离子体监测器原位监测。在一种情况下，等离子体功率可以通过一个或多个电压、电流传感器(例如，VI探针)来监测。在另一种情况下，等离子体密度和/或处理气体浓度可以通过一个或多个光学发射光谱传感器(OES)来测量。在一些实施方案中，一个或多个等离子体参数可以基于来自这种原位等离子体监测器的测量结果以编程方式进行调整。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控制。应当理解，在一些实施方案中，可以使用其他监测器来监测等离子体和其他处理特性。这种监测器可包括但不限于红外(IR)监测器、声音监测器和压力传感器。
在一些实施方案中，可以经由输入/输出控制(IOC)排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活化阶段的等离子体条件的指令可以被包括在工艺配方的相应等离子体活化配方阶段中。在某些情况下，工艺配方阶段可能会按顺序排列，以便工艺阶段的所有指令都与该工艺阶段同时执行。在一些实施方案中，用于设定一个或多个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，第一配方阶段可以包括用于设定惰性气体和/或反应物气体的流量的指令、用于将等离子体产生器设定为功率设定点的指令以及用于第一个配方阶段的时间延迟指令。随后的第二配方阶段可以包括用于启用等离子体产生器的指令以及用于第二配方阶段的时间延迟指令。第三配方阶段可以包括用于禁用等离子体产生器的指令以及用于第三配方阶段的时间延迟指令。应当理解，在本公开的范围内，这些配方阶段可以以任何合适的方式被进一步细分和/或重复。
在一些沉积工艺中，等离子体撞击持续时间为约几秒或更长。在本文所述的某些实现方式中，可在处理循环期间施加更短的等离子体撞击。这些可以是约50ms到1秒的量级，其中0.25秒是特定的示例。这些短的RF等离子体撞击需要快速稳定等离子体。为了完成这一点，可配置等离子体产生器，使得该阻抗匹配被预设成特定电压，同时允许该频率浮动。传统上，在约13.56MHz的RF频率下产生高频等离子体。在本文所公开的各种实施方案中，允许该频率浮动至与此标准值不同的值。通过允许该频率浮动而将该阻抗匹配固定至预定电压，等离子体可更快地稳定，这一结果在使用与ALD循环相关联的非常短的等离子体撞击时可能是重要的。
在一些实施方案中，基座608可经由加热器610进行温度控制。此外，在一些实施方案中，用于处理站600的压力控制可由蝶形阀618提供。如图6的实施方案所示，蝶形阀618节流由下游真空泵(未示出)提供的真空。然而，在一些实施方案中，处理站600的压力控制也可以通过改变引入处理站600的一种或多种气体的流量来调节。
该处理站600的内部表面涂有底涂层650。开始涂有底涂层的表面的示例包括室壁602、室顶板和底板、基座608和喷头606。尽管图6显示在该处理站600中有衬底612，但在底涂层的沉积期间不存在衬底612。相反，在沉积该底涂层之后，当该处理站600准备好用于将膜沉积在衬底612上时，将该衬底612引入处理站600。这些表面也可认为是该室内部的其上沉积堆积物的表面，包括该室602壁、基座608、和该喷头606的表面。
如上所述，在多站式处理工具中可包括一或多个处理站。图7描绘了多站式处理工具700的实施方案的示意图。该工具700采用容纳多个衬底处理站的单一衬底处理室714，所述处理站中的每一个均可用于在晶片保持器(例如在该处理站的基座中)所保持的衬底上执行处理操作。在这种特定的实现方式中，示出多站式衬底处理装置700具有四个处理站701、702、703及704。其他类似的多站式处理装置可具有较多或较少的处理站，具体取决于该实施方案、及例如平行晶片处理的期望水平、尺寸/空间约束、成本约束等。图2中还示出了衬底处理器机械手706和控制器750。
如图7中所示，该多站式处理工具700具有衬底装载端口720和机械手706，所述机械手706被配置成经过大气端口720而将衬底从经过晶舟708装载的盒移动进入该处理室71中4，且到达四个站701、702、703和704中的一个上。
图7中所示的描述的处理室714提供四个处理站701、702、703和704。该RF功率在RF功率系统713处产生并分配至站701、702、703和704中的每一个。该RF功率系统可包括：一个或多个RF功率源，例如高频(HFRF)和低频(LFRF)源，阻抗匹配模块和滤波器。在某些实施方案中，该电源可仅受限于高频或低频源。该RF功率系统的分配系统可以是围绕该反应器对称的，且可具有高阻抗。该对称性和阻抗导致待输送至每个站的功率量大致相等。在一些实施方案中，可将该RF功率系统配置成将功率独立地输送至每个站。
图7还描述了用于在处理室714内的处理站701、702、703和704之间传送衬底的衬底传送装置790的实现方式。应当理解，可采用任何合适的衬底传送设备。非限制性示例包括晶片转盘和晶片处理机械手。
系统控制器
图7还描述了用于控制处理工具700的工艺条件和硬件状态的系统控制器750的实施方案。系统控制器750可以包括一个或多个存储器设备756、一个或多个大容量存储设备754以及一个或多个处理器752。处理器752可以包括CPU或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进电机控制板等。
在一些实施方案中，系统控制器750控制处理工具700的所有活动。系统控制器750执行系统控制软件758，该系统控制软件758存储在大容量存储设备754中、加载到存储器设备756中并在处理器752上执行。系统控制软件758可以包括用于控制定时、气体混合物、室和/或站压力、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、衬底基座、卡盘和/或感受器位置、在一个或者多个衬底上执行的循环德数量以及由处理工具700执行的特定处理的其他参数的指令。这些程序化工艺可包括各种类型的工艺，包括但不限于有关确定该室内部表面上的堆积量的工艺；有关衬底上的膜的沉积的工艺，包括循环数量、确定和获得补偿循环的数量；以及有关清洁该室的工艺。系统控制软件758可以以任何合适的方式来配置。例如，可以编写各种处理工具组件子例程或控制对象来控制执行各种处理工具处理所必需的处理工具部件的操作。系统控制软件758可以以任何合适的计算机可读编程语言编码。
在一些实施方案中，系统控制软件758可包括用于控制上述各种参数的输入/输出控制(IOC)排序指令。例如，衬底上的沉积和沉积循环的每个阶段可包括用于由系统控制器750所执行的一或多个指令。用于设定ALD/CFD沉积工艺阶段的工艺条件的指令可包括在对应的ALD/CFD沉积配方阶段中。在一些实施方案中，该配方阶段可顺序地配置，使得用于工艺阶段的所有指令与该工艺阶段同时执行。
在一些实施方案中可以采用存储在与系统控制器750相关联的大容量存储设备754和/或存储器设备756上的其他计算机软件和/或程序。用于该目的的程序或程序段的示例包括衬底定位程序、处理气体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序和等离子体控制程序。
衬底定位程序可以包括用于处理工具部件的程序代码，该程序代码用于将衬底加载到基座718上并且控制衬底和处理工具700的其他部分之间的间隔。该定位程序可包括用于在必要时将衬底适当地移入和移出该反应室以将膜沉积到衬底上并清洁该室的指令。
处理气体控制程序可以包括用于控制气体组成和流速，以及任选地用于在沉积之前使气体流入一个或多个处理站以稳定处理站的压力的代码。在一些实施方案中，该处理气体控制程序包括用于在该反应室中的衬底上形成膜期间引入气体的指令。这可包括对于批次衬底内的一个或多个衬底引入气体以用于不同循环数量。
压力控制程序可包括用于通过调节例如处理站的排放系统中的节流阀、进入处理站的气流等来控制处理站中的压力的代码。该压力控制程序可包括用于在该批次处理期间在一个或多个衬底上的不同的沉积循环数量期间保持相同压力的指令。
加热器控制程序可以包括用于控制流向用于加热衬底的加热单元的电流的代码。替代地，加热器控制程序可以控制传热气体(诸如氦气)向衬底的输送。
等离子体控制程序可包括根据本文的实施方案用于设定一个或多个处理站中的RF功率电平、频率、及暴露时间的代码。在一些实施方案中，离子体控制程序可包括用于在该批次处理期间，在一个或多个衬底上的不同循环数量的沉积期间使用相同的RF功率电平和/或频率和/或暴露时间的指令。
在一些实施方案中，可以存在与系统控制器750相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏幕、设备和/或工艺条件的图形软件显示以及用户输入设备，诸如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等
在一些实施方案中，由系统控制器750调整的参数可涉及工艺条件。非限制性示例包括处理气体组成和流量、温度、压力、等离子体条件(诸如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，配方可以利用用户界面输入。用于整批衬底的配方可包括用于在该批次内的一个或多个衬底的补偿循环计数，以便估计(account for)在处理该批次的过程中的厚度趋势。
用于监测处理的信号可通过系统控制器750的来自各种处理工具传感器的模拟和/或数字输入连接提供。用于控制处理的信号可以在处理工具700的模拟和数字输出连接上输出。可被监测的处理工具传感器的非限制性示例包括：质量流量控制器、压力传感器(诸如压力计)、热电偶等。还可包括传感器并将其用于监测和确定该室内部的一个或多个表面上的堆积量及/或该室中的衬底上的材料层厚度。经适当地编程的反馈和控制算法可与来自这些传感器的数据一起使用以保持工艺条件。
系统控制器750可以提供用于实现上述沉积工艺的程序指令。程序指令可以控制各种处理参数，诸如DC功率电平、RF偏置功率电平、压力、温度、用于衬底的循环数量、室内部的至少一个表面上的堆积量等等。根据本文所述的各种实施方案，指令可以控制参数以操作膜堆叠的原位沉积。
例如，该系统控制器可包括控制逻辑，其用于执行本文所述的技术，诸如确定当前在该沉积室内部的至少内部区域上的沉积材料堆积量、将在(a)中所确定的沉积材料堆积量、或从其导出的参数应用于(i)达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量和(ii)代表沉积材料堆积量的变量两者之间的关系，以便在已知当前在该沉积室内部的内部区域上的沉积材料堆积量的情况下获得用于产生该目标沉积厚度的补偿的ALD循环数量，并且在该批次衬底中的一或多个衬底上执行该补偿的ALD循环数量。该系统也可包括控制逻辑，其用于确定该室中的堆积量已达到堆积极限并响应于该确定而停止处理该批次衬底，且用于造成该室内部的清洁。
系统控制器通常将包括一个或多个存储器设备以及被配置成执行指令的一个或多个处理器，使得该设备将执行根据本发明所述的方法。包含用于控制根据本发明的处理操作的指令的机器可读的、非暂时性的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，所述系统可以是上述示例的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，所述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/或特定处理部件(晶片基座、气体流系统等)。这些系统可以与用于在半导体晶片或衬底的处理之前、期间和之后控制它们的操作的电子器件集成。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种部件或子部件。根据处理要求和/或系统类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括在衬底上执行的循环的数量、处理气体的输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流量设置、流体输送设置、位置和操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与特定系统连接或通过接口连接的加载锁。
一般地说，控制器可被定义为电子器件，所述电子器件具有接收指令、发出指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件。集成电路可以包括呈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(或程序文件)的形式发送到控制器的指令，单独设置(或程序文件)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工艺的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的配方的一部分，以在一个或多个层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或晶片的管芯的加工成形期间完成一个或多个处理步骤。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合到系统、以其它方式联网到系统或其组合的计算机的一部分或耦合到所述计算机。例如，控制器可以在“云”中或是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，其可以允许对晶片处理的远程访问。计算机可以实现对系统的远程访问以监视加工成形操作的当前进展、检查过去加工成形操作的历史、检查多个加工成形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、或者开始新的处理。在一些示例中，远程计算机(例如服务器)可以通过网络(其可以包括本地网络或因特网)向系统提供工艺配方。远程计算机可以包括能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，然后将所述参数和/或设置从远程计算机发送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，其指定在一个或多个操作期间要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以特定于要执行的工艺的类型和工具的类型，控制器被配置为与所述工具接口或控制所述工具。因此，如上所述，控制器可例如通过包括联网在一起并朝着共同目的(诸如本文所述的工艺和控制)工作的一个或多个分立的控制器而呈分布式。用于这种目的的分布式控制器的示例可以为在与远程(例如在平台级或作为远程计算机的一部分)定位的一个或多个集成电路通信的室上的一个或多个集成电路，其组合以控制在室上的工艺。
示例系统可以包括但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转漂洗室或模块、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、以及可以与半导体晶片的加工成形和/或制造相关联或用于半导体晶片的加工成形和/或制造的任何其它半导体处理系统。
如上所述，取决于将由工具执行的一个或多个处理步骤，控制器可以与其他工具电路或模块、其它工具部件、群集工具、其他工具接口、相邻工具、邻近工具、位于整个工厂中的工具、主计算机、另一控制器、或在将晶片容器往返半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口运输的材料运输中使用的工具中的一个或多个通信。
上文所述的各种硬件和方法实施方案可结合光刻图案化工具或工艺使用，例如用于加工成形或制造半导体器件、显示器、LED、光伏板等。典型地，虽然不一定，但是这样的工具/处理将在共同的加工成形设施中执行或使用。
对膜进行光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或全部，每个步骤使用许多可能的工具实现：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件(例如具有形成于其上的氮化硅膜的衬底)上施用光致抗蚀剂；(2)使用热板或炉或其他合适的固化工具固化光致抗蚀剂；(3)用诸如晶片步进机之类的工具将光致抗蚀剂暴露于可见光或UV光或X射线光；(4)使抗蚀剂显影以便选择性地除去抗蚀剂，从而使用诸如湿式工作台或喷射显影器之类的工具使其图案化；(5)通过使用干式蚀刻工具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中；和(6)使用诸如RF或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具除去抗蚀剂。在一些实施方案中，可在施加光致抗蚀剂之前沉积可灰化的硬掩模层(诸如非晶形碳层)和另一合适的硬掩模(诸如抗反射层)。
应当理解，本文所述的配置及/或方式本质上是示例性的，且这些特定的实施方案或示例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。本文所述的特定例程或方法可代表任何数目的处理策略中的一或多个。这样，所说明的各种作用可以所说明的顺序、以其他顺序、并行地执行，或在一些情况下中将其省略。同样地，可改变上述工艺的顺序。
本公开的主题包括本文所公开的各种工艺、系统和配置以及其他特征、功能、动作和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合、以及其任何和所有的等同方案。
除非本公开的上下文清楚地需要，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包含”、“包括”等应以包含性意义解释，而不以排他性或穷举性意义解释；也就是说，在“包括但不限于”的意义上。使用单数或复数的词语通常也分别包括复数或单数。当关于两个或多个项的列表使用词语“或”时，该词语涵盖该词语的所有以下解释：该列表中的任何项、该列表中的所有项、及该列表中的项的任何组合。术语“实现方式”意指在本文所述的技术和方法的实现方式、以及体现这些结构及/或并入本文所述的技术及/或方法的实体目标。

Claims (34)

1.一种在沉积室中执行原子层沉积的方法，所述方法包括：
(a)确定当前在沉积室内部的至少内部区域上的沉积材料堆积量，其中所述沉积材料堆积量随批次衬底的处理过程改变；
(b)将在(a)中所确定的所述沉积材料堆积量或由其导出的参数应用至下列两者之间的关系：(i)达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量与(ii)代表沉积材料堆积量的变量，其中在已知当前在所述沉积室内部的所述内部区域上的所述沉积材料堆积量的情况下，所述应用返回补偿的ALD循环数量以产生所述目标沉积厚度；以及
(c)在所述批次衬底中的一或多个衬底上执行所述补偿的ALD循环数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述沉积材料堆积量包括：通过使用所执行的ALD循环数量和每ALD循环的预测沉积材料堆积量来计算所述沉积材料堆积量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积材料堆积量随批次衬底的所述处理过程实质上线性地变动。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积材料堆积量随ALD循环数量而实质上线性地变动。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述沉积材料堆积量包括：原位测量所述沉积材料堆积量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述关系是至少部分地基于在处理批次衬底的所述过程中在该批次衬底中的衬底的厚度趋势。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述关系是至少部分地基于至少一个批次的经处理的衬底的数据，其中在所述批次的经处理的衬底中的每个衬底上已执行相同的沉积循环数量，且其中所述数据包括所述批次的经处理的衬底中的多个衬底的厚度和所述多个衬底中的每个衬底的对应的所述沉积材料堆积量。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述关系是所述数据的多项式拟合。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述关系是多项式关系，其中用于产生所述目标沉积厚度的补偿ALD循环数量是代表所述沉积材料堆积量的所述变量的函数，其中代表所述沉积材料堆积量的所述变量提升至乘幂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述乘幂是三。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述多项式关系将达到目标沉积厚度所需的所述ALD循环数量表示为项的和的函数，其中所述项中的至少两项包含代表当前在所述沉积室内部的内部区域上的所述沉积堆积量提升至乘幂的变量。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述多项式关系表达如下：所述补偿的ALD循环数量=达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量乘以其中x为当前在所述沉积室内部的内部区域上的所述沉积堆积量，并且其中A、B、C和D为常数。
13.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其还包括：
(d)对所述批次衬底中的所有所述衬底重复(a)至(c)。
14.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其还包括：
(e)在(c)之后，从所述沉积室移除所述一或多个衬底，其中所述一或多个衬底包含具有所述目标沉积厚度的ALD沉积层。
15.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述原子层沉积产生氧化硅膜或氮化硅膜。
16.一种系统，其包括：
沉积室，其用于执行ALD沉积，以及
控制器，其用于控制所述沉积室以将材料沉积在所述沉积室中的衬底上，所述控制器包含控制逻辑，所述控制逻辑用于：
(a)确定当前在沉积室内部的至少内部区域上的沉积材料堆积量，其中所述沉积材料堆积量随批次衬底的处理过程改变；
(b)将在(a)中所确定的所述沉积材料堆积量或由其导出的参数应用至下列两者之间的关系：(i)达到目标沉积厚度所需的ALD循环数量与(ii)代表所述沉积材料堆积量的变量，其中在已知当前在所述沉积室内部的所述内部区域上的所述沉积材料堆积量的情况下，所述应用返回用于产生所述目标沉积厚度的补偿的ALD循环数量；以及
(c)在所述批次衬底中的一或多个衬底上执行所述补偿的ALD循环数量。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述沉积室包括两个或更多个处理站。
18.根据权利要求16所述的系统，其中确定所述堆积量包括：通过使用所执行的ALD循环数量和每ALD循环的预测堆积量来计算所述堆积量。
19.根据权利要求16所述的系统，其中所述堆积量随批次衬底的所述处理过程实质上线性地变动。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述堆积量随ALD循环数量而实质上线性地变动。
21.根据权利要求16所述的系统，其中确定所述沉积材料堆积量包括：原位测量所述堆积量。
22.根据权利要求16所述的系统，其中所述关系是至少部分地基于在处理批次衬底的所述过程中在该批次衬底中的衬底的厚度趋势。
23.根据权利要求16所述的系统，其中所述关系是至少部分地基于至少一个批次的经处理的衬底的数据，其中在所述批次的经处理的衬底中的每个衬底上已执行相同的沉积循环数量，且其中所述数据包括所述批次的经处理的衬底中的多个衬底的厚度和所述多个衬底中的每个衬底的对应的所述堆积量。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述关系是所述数据的多项式拟合。
25.根据权利要求16所述的系统，其中所述关系是多项式关系，其中用于产生所述目标沉积厚度的补偿ALD循环数量是代表所述堆积量的所述变量的函数，其中代表所述堆积量的所述变量提升至乘幂。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述乘幂是三。
27.根据权利要求25所述的系统，其中所述多项式关系将达到目标沉积厚度所需的未补偿的ALD循环数量表示为项的和的函数，其中所述项中的至少两项包含代表当前在所述沉积室内部的内部区域上的所述堆积量提升至乘幂的变量。
28.根据权利要求25所述的系统，其中所述多项式关系表达如下：所述补偿的ALD循环数量=达到目标沉积厚度所需的未补偿的ALD循环数量乘以其中x为当前在所述沉积室内部的内部区域上的所述堆积量，并且其中A、B、C和D为常数。
29.根据权利要求16所述的系统，其中所述关系是非线性的。
30.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器还包含控制逻辑，所述控制逻辑用于：
(d)对所述批次衬底中的所有所述衬底重复(a)至(c)。
31.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器还包含控制逻辑，所述控制逻辑用于：
(d)在(c)之后，从所述沉积室移除所述一或多个衬底，其中所述一或多个衬底包含具有所述目标沉积厚度的ALD沉积层。
32.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器还包含控制逻辑，所述控制逻辑用于：
(d)响应于确定当前在所述沉积室的至少内部区域上的所述堆积量还没有达到堆积极限而对所述批次衬底中的一个或者多个其他衬底重复(a)至(c)。
33.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制器还包含控制逻辑，所述控制逻辑用于：
(d)响应于确定当前在所述沉积室内部的至少内部区域上的所述沉积材料堆积量已达到堆积极限而停止处理所述批次衬底；以及
(e)在(d)之后，清洁所述沉积室内部。
34.根据权利要求16所述的系统，其中确定所述沉积材料堆积量包括：通过使用所执行的ALD循环数量以及每ALD循环的预测沉积材料堆积量来计算所述沉积材料堆积量。
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