CN112164651A - 用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统和方法 - Google Patents

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阿德里安·拉瓦伊
崎山幸则
爱德华·奥古斯蒂尼克
卡尔·利泽
季春海
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Abstract

本发明涉及用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统和方法。公开了提供不同频率的多个射频信号，其中所述不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系，多个射频信号具有相应的频率，所述相应的频率被设定为在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成所述等离子体以使所述膜沉积在所述晶片上。

Description

用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统和方法
本申请是申请号为201710324620.4、申请日为2017年5月10日、发明名称为“使用电不对称效应控制等离子体处理空间的系统和方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及半导体器件制造。
背景技术
许多现代半导体芯片制造工艺包括产生等离子体，来自等离子体的离子和/或自由基成分用于直接或间接影响暴露于等离子体的晶片表面上的变化。例如，各种基于等离子体的工艺可用于从晶片表面蚀刻材料，将材料沉积到晶片表面上，或修改已存在于晶片表面上的材料。通常通过向受控环境中的工艺气体施加射频(RF)功率，使得工艺气体被激发并转变成期望的等离子体来产生等离子体。等离子体的特性受许多工艺参数影响，所述工艺参数包括但不限于工艺气体的材料组成、工艺气体的流速、等离子体产生区域和周围结构的几何特征、等离子体产生区域内的压强、工艺气体和周围材料的温度、施加的RF功率的频率和幅值、以及施加的将等离子体的带电成分朝向晶片吸引的偏置等。
然而，在一些等离子体工艺中，上述工艺参数可能不能提供对所有等离子体特性和行为的充分控制。具体地，在一些等离子体工艺中，在等离子体内可能发生称为“等离子体团(plasmoid)”的不稳定性，其中所述等离子体团的特征在于由较大体积的正常密度等离子体包围的小区域的较大密度等离子体。等离子体团的形成可导致晶片上的处理结果的不均匀性。因此，在没有不利影响等离子体处理的执行的情况下，减轻和/或控制等离子体处理中等离子体团的形成是有意义的。正是在这种背景下产生了本发明。
发明内容
在一示例性实施方式中，公开了一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法。所述方法包括将所述晶片定位在基座的暴露于等离子体产生区域的顶表面上。所述方法还包括向所述等离子体产生区域提供工艺气体组合物。所述工艺气体组合物包括氧气和至少一种轰击气体。所述方法还包括产生至少两种不同频率的射频信号，其中所述至少两种不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系。所述方法还包括将所产生的所述射频信号提供给电极以传输到所述等离子体产生区域内，使得所述射频信号在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成等离子体，其中所述等离子体导致所述膜在所述晶片上沉积。所述方法还包括调整所述至少两种不同频率中的每一种的射频信号之间的相位角关系，以控制沉积在所述晶片上的所述膜的参数。
在一示例性实施方式中，公开了一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统。所述系统包括：基座，其具有被构造成支撑所述晶片的顶表面。所述系统还包括等离子体产生区域，其形成在所述基座的所述顶表面上方。所述系统还包括工艺气体供给源，其被配置为向所述等离子体产生区域供应工艺气体组合物。所述工艺气体组合物包含氧气和至少一种轰击气体。所述系统还包括电极，其邻近所述等离子体产生区域设置，以使得射频信号能从所述电极传输到所述等离子体产生区域中。所述系统还包括射频电源，其被配置为向所述电极同时提供不同频率的多个射频信号，其中所述不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系。所述多个射频信号具有相应的频率，所述相应的频率被设定为在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成所述等离子体以使所述膜沉积在所述晶片上。所述射频电源还包括相位控制器，该相位控制器被配置为对所述多个射频信号中的每一个之间的相位角关系提供可变控制，其中所述相位角关系的调整被用于控制沉积在所述晶片上的所述膜的参数。
从通过示例示出本发明的以下详细描述中并结合附图，本发明的其他方面和优点将变得更加明显。
附图说明
图1A根据本发明的一些实施方式示出了被配置为在晶片上执行等离子体增强膜沉积工艺的晶片处理系统。
图1B根据本发明的一些实施方式示出了被配置为在晶片上执行原子层沉积(ALD)工艺(例如ALD氧化物工艺)的晶片处理系统。
图2根据本发明的一些实施方式示出了包括四个处理站的多站式处理工具的俯视图。
图3根据本发明的一些实施方式示出了与入站装载锁和出站装载锁接口的多站式处理工具的实施方式的示意图。
图4根据本发明的一些实施方式示出了被配置为接收晶片以进行沉积工艺(例如原子层沉积(ALD)工艺)的基座的示例。
图5根据本发明的一些实施方式示出了一等离子体处理系统，其被配置为实现电不对称效应(EAE)控制以对离子能量通量和峰值离子能量提供单独调制，以便控制由等离子体离子行为引起的膜沉积结果的变化。
图6根据本发明的一些实施方式示出了另一等离子体处理系统，其被配置为实现EAE控制以对离子能量通量和峰值离子能量提供单独调制，以便控制由等离子体离子行为引起的膜沉积结果的变化。
图7根据本发明的一些实施方式示出了另一等离子体处理系统，其被配置为实现EAE控制以对离子能量通量和峰值离子能量提供单独调制，以便控制由等离子体离子行为引起的膜沉积结果的变化。
图8根据本发明的一些实施方式示出了在晶片上的对应于使用约10°的EAE相位角关系和对应于使用约55°的EAE相位角关系的沉积膜厚度分布图。
图9根据本发明的一些实施方式示出了用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的处理操作，以免不必要地使本发明难以理解。
膜在半导体晶片上的沉积可使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺和/或等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺来实现。在PECVD和PEALD工艺中使用的系统可以采用许多不同的形式。例如，该系统可以包括容纳一个或多个晶片并且适于晶片处理的(有时包括多个站的)一个或多个室或“反应器”。每个室可容纳一个或多个晶片以进行处理。一个或多个室将晶片保持在限定的一个或多个位置(在该位置内有或没有运动，例如旋转、振动或其他搅动)。在处理期间，经历沉积的晶片可以在反应器室内从一个站转移到另一个站。当然，膜沉积可以完全在单个站处发生，或者膜的任何部分可以在任何数目的站处沉积。在处理期间，每个晶片通过基座、晶片卡盘和/或其他晶片保持装置保持在适当位置。对于某些操作，装置可以包括加热器(例如加热板)以加热晶片。
在示例实施方式中，本文所使用的术语晶片是指半导体晶片。此外，在各种实施方式中，本文所提及的晶片可以在形式、形状和/或尺寸上变化。例如，在一些实施方式中，本文所提及的晶片可以对应于200mm(毫米)半导体晶片、300mm半导体晶片或450mm半导体晶片。此外，在一些实施方式中，本文所提及的晶片可以对应于非圆形衬底(诸如用于平板显示器的矩形衬底等其他形状)。
图1A根据本发明的一些实施方式示出了被配置为在晶片101上进行等离子体增强膜沉积工艺的晶片处理系统100。该系统包括具有下室部分102b和上室部分102a的室102。中心柱141被配置为支撑由导电材料形成的基座140。根据RF方向控制模块250的设置，导电基座140被连接以通过匹配网络106从RF电源104接收RF信号。此外，在图1A的晶片处理系统100中，根据RF方向控制模块250的设置，喷头电极150被配置并连接以通过匹配网络106从RF电源104接收RF信号。在一些实施方式中，RF方向控制模块250被配置为将从RF电源104经由匹配网络106传输的RF信号导向喷头电极150或基座140。此外，RF方向控制模块250被配置为将喷头电极150和基座140中的当前不接收RF信号的任何一个电连接到参考接地电位。以这种方式，在给定时间，RF方向控制模块250操作以确保在基座140电连接到参考接地电位时喷头电极150将从RF电源104接收RF信号，或者在喷头电极150电连接到参考接地电位时基座140将从RF电源104接收RF信号。
RF电源104由控制模块110(例如，控制器)控制。控制模块110被配置为通过执行工艺输入和控制指令/程序108来操作晶片处理系统100。工艺输入和控制指令/程序108可以包括工艺配方，所述工艺配方具有用于诸如功率电平、定时参数、工艺气体、晶片101的机械运动之类的参数的指令，以在晶片101上沉积或形成膜。
在一些实施方式中，中心柱141可以包括由升降销控制件122控制的升降销。升降销用于从基座140提升晶片101以使得端部执行器能拾取晶片101，以及用于在被端部执行器放置之后降低晶片101。晶片处理系统100还包括连接到工艺气体供给源114(例如，来自设施的气体化学物质供应源)的气体供应系统112。根据正在执行的处理，控制模块110控制工艺气体114经由气体供应系统112的输送。所选择的工艺气体然后流入喷头电极150中并且分布到介于喷头电极150和放置在基座140上的晶片101之间的等离子体处理区域中。
此外，工艺气体可以是或不是预混合的。可以在气体供应系统112内采用适当的阀门和质量流量控制机构，以确保在工艺的沉积和等离子体处理阶段期间输送合适的工艺气体。工艺气体离开等离子体处理区域并流过排气出口143。真空泵(例如尤其一级或两级机械干式泵等)将工艺气体从处理体积中抽出并通过闭环反馈控制的流量限制装置(例如，节流阀或摆动阀)在处理体积中保持适当的低压。
还示出了环绕基座140的外部区域的承载环200。承载环200被配置为在将晶片101往返基座140输送期间支撑晶片101。承载环200被配置为位于承载环支撑区域上，其是基座140的中心的晶片支撑区域下的台阶。承载环200具有环形盘结构，并且包括其盘结构的外边缘侧(例如外半径)，以及其盘结构的最靠近晶片101所处位置的晶片边缘侧(例如内半径)。承载环200的晶片边缘侧包括多个接触支撑结构，所述接触支撑结构被配置为当承载环200被蜘蛛式叉180提升时提升晶片101。承载环200因此与晶片101一起被提升，并且例如能在多站系统中被旋转到另一个站。由控制模块110产生承载环升降和/或旋转控制信号124，以控制蜘蛛式叉180升降和/或旋转承载环200的操作。
图1B根据本发明的一些实施方式示出了被配置为在晶片101上执行原子层沉积(ALD)工艺(例如，ALD氧化物工艺)的晶片处理系统100A。在图1B中示出了相对于图1A描述的部件相似的部件。具体地，晶片处理系统100A也包括上室部分102a、下室部分102b、控制模块110、RF电源104、匹配网络106、承载环200和蜘蛛式叉180。在晶片处理系统100A中，基座140A被配置为包括电介质体251。在一些实施方式中，基座140A包括设置在电介质体251的顶表面上的导电层509，其中晶片101设置在导电层509上。然而，在一些实施方式中，导电层509不存在，并且晶片101直接设置在电介质体251的顶表面上。在一些实施方式中，电介质体251直接固定到柱141上。并且在一些实施方式中，电介质体251由固定到柱141上的导电结构252支撑。
在一些实施方式中，加热元件253(例如电阻加热元件)与基座140A的电介质体251一起布置。加热元件253连接到加热器电源255，加热器电源255又连接到控制模块110。在一些实施方式中，加热元件253存在时，加热器电源255可以根据规定的配方操作，规定的配方由工艺输入和控制指令/程序108提供并且由控制模块110执行。还应当理解，温度测量装置可以安装在基座140A上/内和/或基座140A周围的其他位置处，以向控制模块110提供温度测量数据，从而使得能够操作在控制模块110和加热器电源255之间的闭环温度反馈控制电路。
根据RF方向控制模块250的设置，基座140A的电介质体251包括RF电极254，RF电极254被配置并连接以通过匹配网络106从RF电源104接收RF信号。此外，在图1B的晶片处理系统100A中，根据RF方向控制模块250的设置，喷头电极150A被配置和连接以通过匹配网络106从RF电源104接收RF信号。在一些实施方式中，RF方向控制模块250被配置为将从RF电源104经由匹配网络106输送的RF信号引导到喷头电极150A或RF电极254。此外，RF方向控制模块250被配置为将喷头电极150A和RF电极254中的当前没有接收RF信号的任一个电连接到参考接地电位。以这种方式，在给定时间，RF方向控制模块250操作以确保在RF电极254电连接到参考接地电位的同时，喷头电极150A将从RF电源104接收RF信号，或者在喷头电极150A电连接到参考接地电位的同时，RF电极254将从RF电源104接收RF信号。
图2根据本发明的一些实施方式示出了包括四个处理站的多站式处理工具300的俯视图。该俯视图是下室部分102b的视图(例如，为了说明，移除了上室部分102a)。四个处理站由蜘蛛式叉180访问。每个蜘蛛式叉180或叉包括第一臂和第二臂，每个臂围绕基座140/140A的每一侧的一部分定位。使用接合和旋转机构220的蜘蛛式叉180被配置为以同时的方式从处理站(即，从承载环200的下表面)提升和举起承载环200，然后在降低承载环200(其中承载环中的至少一个支撑晶片101)之前旋转至少一个或多个站的距离，使得可以在相应的晶片101上进行进一步的等离子体加工、处理和/或膜沉积。
图3根据本发明的一些实施方式示出了与入站装载锁302和出站装载锁304接口的多站式处理工具300的实施方式的示意图。机械手306被配置为在大气压力下将晶片101从通过箱308装载的盒经由大气端口310移动到入站装载锁302中。入站装载锁302耦合到真空源/泵，使得当大气端口310关闭时，入站装载锁302可以被抽空。入站装载锁302还包括与处理室102接口的室传送端口316。因此，当室传送端口316打开时，另一个机械手312可将晶片从入站装载锁302移动到第一处理站的基座140/140A以进行处理。
所示的处理室102包括四个处理站，在图3所示的示例性实施方式中编号为1至4。在一些实施方式中，处理室102可以被配置为保持低压环境，使得可以使用承载环200在处理站1-4之间传送晶片而不经历真空破坏和/或空气暴露。图3中描绘的每个处理站1-4包括基座140/140A和喷头电极150/150A以及相关的工艺气体供应连接件。而且，应当理解，在其他实施方式中，处理室102可以包括少于四个的处理站或多于四个的处理站。
图3还示出了用于在处理室102内传送晶片的蜘蛛式叉180。如上所述，蜘蛛式叉180旋转并且能够将晶片从一个处理站传送到另一个处理站。该传送通过以下方式发生：使蜘蛛式叉180能够从外部下表面提升承载环200，从而提升晶片101，并且将晶片101和承载环200一起旋转到下一个处理站。在一种配置中，蜘蛛式叉180由陶瓷材料制成，以在处理期间承受高水平的热量。
图4根据本发明的一些实施方式示出了被配置为接收晶片101以进行诸如原子层沉积(ALD)工艺之类的沉积工艺的基座140/140A的示例。在一些实施方式中，基座140/140A包括位于基座140/140A的中心顶表面上的导电层509，其中，中心顶表面由从基座140/140A的中心轴线420延伸到限定中心顶表面边缘的顶表面直径422的圆形区域限定。导电层509包括分布在整个导电层509上并且被配置为支撑晶片101的多个晶片支撑件404a、404b、404c、404d、404e和404f。晶片支撑水平由当晶片101位于晶片支撑件404a、404b、404c、404d、404e和404f上时晶片101的底表面的竖直位置限定。在图4的示例中，围绕导电层509的外围对称地分布有六个晶片支撑件404a、404b、404c、404d、404e和404f。然而，在其他实施方式中，在导电层509上可以存在任何数量的晶片支撑件，并且晶片支撑件可以以任何合适的布置分布在导电层509上以在沉积工艺操作期间支撑晶片101。
在一些实施方式中，导电层509不存在于基座140/140A的中心顶表面上。并且，在这些实施方式中，晶片支撑件404a、404b、404c、404d、404e和404f设置在基座140/140A的中心顶表面上。图4还示出了被配置成容纳升降销的凹部406a、406b和406c。升降销可以用于从晶片支撑件404a、404b、404c、404d、404e和404f提升晶片101，以允许通过端部执行器接合晶片101。
在一些实施方式中，每个晶片支撑件404a、404b、404c、404d、404e和404f限定最小接触面积结构(MCA)。当需要高精度或公差和/或希望最小的物理接触以减少缺陷风险时，MCA用于改善表面之间的精确配合。系统中的其他表面也可以包括MCA，例如在承载环200支撑件上方，以及在承载环200的内部晶片支撑区域上方。
基座140/140A还包括环形表面410，其从基座140/140A的顶表面直径422延伸到环形表面410的外径424。环形表面410限定围绕导电层509的环形区域，但是在从导电层509向下的台阶处。也就是说，环形表面410的竖直位置低于导电层509的竖直位置。多个承载环支撑件412a、412b和412c基本上位于环形表面410的边缘(外径)/沿着环形表面410的边缘(外径)定位，并且围绕环形表面410对称地分布。在一些实施方式中，承载环支撑件可以限定用于支撑承载环200的MCA。在一些实施方案中，承载环支撑件412a、412b和412c延伸超过环形表面410的外径424，而在其他实施方案中，承载环支撑件412a、412b和412c不延伸超过环形表面410的外径424。在一些实施方案中，承载环支撑件412a、412b和412c的顶表面具有略高于环形表面410的高度的高度，使得当承载环200搁置在承载环支撑件412a、412b和412c上时，承载环200被支撑在环形表面410上方预定距离处。每个承载环支撑件412a、412b和412c可包括凹部(例如，承载环支撑件412a的凹部413)，当承载环200由承载环支撑件412a、412b和412c支撑时，从承载环200的下侧突出的延伸部安置在凹部中。承载环延伸部与承载环支撑件412a、412b和412c中的凹部(413)的配合提供承载环200的安全定位，并防止承载环200在安放在承载环支撑件412a、412b和412c上时移动。
在一些实施方案中，承载环支撑件412a、412b和412c的顶表面与环形表面410齐平。在其他实施方案中，没有与环形表面410分开限定的承载环支撑件，使得承载环200可以直接放置在环形表面410上，并且使得在承载环200和环形表面410之间不存在间隙。在这种实施方案中，承载环200和环形表面410之间的路径被封闭，从而阻止前体材料经由此路径到达晶片101的背侧/下侧。
在图4的示例性实施方式中，存在沿着环形表面410的外边缘区域对称地定位的三个承载环支撑件412a、412b和412c。然而，在其他实施方案中，可以存在分布在沿着基座140/140A的环形表面410的任何位置处的三个以上承载环支撑件，以将承载环200支撑在稳定的停靠构造中。
当晶片101由晶片支撑件404a、404b、404c、404d、404e和404f支撑时，并且当承载环200由承载环支撑件412a、412b和412c支撑时，晶片101的边缘区域设置在承载环200的内部部分上。一般来说，晶片101的边缘区域从晶片101的外边缘向内延伸约2毫米(mm)至约5mm。从而在晶片101的边缘区域和承载环200的内部部分之间限定竖直间隔。在一些实施方式中，该竖直间隔为约0.001英寸至约0.010英寸。可以控制将承载环200支撑在环形表面410上方的预定距离处以及可以控制晶片101的边缘区域和承载环200的内部部分之间的竖直间隔，以限制在晶片101的边缘区域中的晶片101的背侧/下侧上的沉积。
用于沉积薄膜或处理晶片表面的一些等离子体在从工艺观点来看是优选的条件下是不稳定的。作为示例，在1至3托压强范围内以及在高RF功率(>200W每300mm直径的晶片处理站)下操作的Ar/O2电容耦合等离子体(CCP)放电显示等离子体内的不稳定性。一种这样的等离子体不稳定性，在本文中称为“等离子体团”，其特征在于由较大体积的正常密度等离子体包围小区域的较高密度(较亮)等离子体。当形成等离子体团时，由于膜与对应于等离子体团的局部高密度等离子体的相互作用，所沉积的膜在等离子体团附近局部致密化，这导致膜均匀性降低。等离子体团在晶片101上的空间分布可以在工艺之间以及在给定工艺内变化。此外，等离子体团可以在给定的工艺期间在晶片101上移动。应当理解，等离子体团例如通过改变晶片101上不同位置处的沉积膜的密度和厚度而导致晶片101上的工艺均匀性的降低。由等离子体团引起的膜厚度的不均匀性可以是膜总厚度的约1％至2％，这种不均匀性在需要超平坦膜轮廓的一些应用中可能是显著的。
在示例膜沉积工艺期间，执行操作以施加单层前体气体，而不施加任何RF功率。前体气体粘附到晶片101上。在一些实施方式中，前体气体包括硅以使得能够在晶片上形成氧化硅。然后执行操作以将前体气体从晶片101上方的处理体积冲走，从而在晶片101上留下单层的前体气体。然后在晶片101上执行氧化工艺。在氧化工艺中，工艺气体流入晶片101上方的处理体积中，并且将RF功率施加到工艺气体以在处理体积内产生等离子体。等离子体驱动晶片101上的氧化反应。在一些实施方式中，工艺气体将包含氧气加上一种或多种其他轰击气体(例如氩等)，其中轰击气体使等离子体充分致密化。在一些实施方式中，轰击气体是有效地使沉积膜致密化的气体。使沉积膜致密化的轰击气体是能够有效地将能量转移到沉积膜的那些气体。在一些实施方式中，轰击气体是单原子惰性气体，例如氩等，其不与沉积膜发生化学反应，并且缺乏振动或旋转分子模式。例如，在示例性工艺中，工艺气体混合物可以包括约5％至约20％的氧气，其余工艺气体混合物是氩气。并且，在其他示例工艺中，工艺气体混合物中的氧气与轰击气体的百分比可以小于5％或大于20％。
在氧化工艺中，当在晶片101上形成特定厚度的膜时，等离子体团可以开始出现在晶片101上。等离子体团的数量和尺寸与工艺气体混合物中的轰击工艺气体(例如氩)的量具有直接的相关性。因此，减少工艺气体混合物中的轰击工艺气体的量可用于降低等离子体团的强度。然而，较高百分比的轰击工艺气体通常也是必要的，以提供足够的等离子体密度以确保适当的膜形成。另外，需要大量的RF功率来产生等离子体，因为如果没有施加足够的RF功率，则等离子体密度将不足。然而，增加施加的RF功率导致形成更多的等离子体团。一些工艺应用使用约300W的施加的RF功率/300mm直径的晶片处理站。然而，其他工艺应用可能需要更高的RF功率(例如400W，或甚至更高)/300mm直径的晶片处理站。
鉴于前述，抑制等离子体团形成的一种方法是降低施加的RF功率和/或增加气体混合物内的氧气浓度。更具体地，较低的工艺功率(即，较低的所施加的RF功率)或工艺气体中(相对于氧气)较低的轰击气体(通常为氩)浓度导致较低的等离子体密度，从而抑制等离子体团的形成。不幸的是，从沉积膜质量的角度来看，这些条件不是优选的。例如，当在较低工艺功率或工艺气体内的较低轰击气体浓度下来自等离子体的离子轰击不足时，膜质量下降。因此，通过降低工艺功率和/或降低工艺气体中的轰击气体浓度(例如氩浓度)可能不总是能够在抑制等离子体团形成的同时保持沉积膜的质量。
等离子体团可能出现在晶片101边缘或靠近晶片101中心。等离子体团也可以在晶片101上方移动并且在几个单独的等离子体团合并成更大的环状结构时，产生高强度辉光的图案。由于等离子体团的性质，因此难以准确地控制等离子体团何时在晶片101上方发生以及在晶片101上方何处发生。因此，在不损害晶片上的膜厚度或例如湿蚀刻速率等其他性能的情况下抑制等离子体团形成是有意义的。
来自等离子体的高能离子可从沉积在晶片101上的膜材料中喷射二次电子。这些二次电子在通过等离子体鞘拉入主体(bulk)等离子体时可被加速到高能量。这些加速的电子可以形成高密度、不稳定的等离子体的区域，例如等离子体团。当放电与特定表面(例如，具有特定组成和厚度的膜)相互作用时，在富氩气体混合物中通常观察到这种行为。因此，已经确定等离子体团形成在某种程度上依赖于离子轰击能量和/或离子能量通量。
PEALD是一种以连续单层在晶片上沉积膜的工艺。这些单层中的每一层可能对离子轰击条件灵敏，因为它们在对最终沉积膜性质(如密度和/或厚度)具有净效应的情况下被沉积。在这方面，已经观察到PEALD工艺产生具有取决于已知或相信调制离子能量的工艺变量的特性的膜。这种离子能量依赖性可能与所输送的峰值离子能量或离子能量通量有关。在PEALD工艺中对离子能量和离子能量通量提供精确和分离的控制的方法可用于获得工艺空间，该工艺空间使得制造未来先进半导体器件结构所需的膜质量能够实现。
除了PEALD，还有其他“连续”沉积工艺，这些工艺产生具有对离子轰击能量和/或离子能量通量灵敏的性质的膜。特别地，通过PECVD沉积的氮化物膜的最终膜应力可以取决于在处理期间施加的低频(LF)RF信号的RF功率电平。相信LF RF信号的RF功率电平调制离子能量。此外，诸如无定形硬掩模(AHM)应用之类的其他应用可以表现出对离子能量的膜应力和膜密度依赖性。
一些PEALD工艺，例如涉及氧化物的那些PEALD工艺，在一些实施方式中使用单个高频(HF)RF信号，例如13.56MHz，或者在其他实施方式中使用27.12MHz。在这些PEALD工艺中，通常可用的工艺变量(即可被调整以影响工艺结果的变化的工艺参数)包括HF RF功率、室压强、工艺气体的组成和工艺气体的流率。PEALD工艺通常被约束在由这些通常可用的工艺变量定义的工艺空间/窗内。然而，随着半导体器件结构的尺寸不断缩小和设计复杂度的不断增加，由这些通常可用的PEALD工艺变量定义的工艺空间/窗可能并不总是足以产生满意的薄膜沉积结果。
在一些PECVD工艺中，LF RF功率(即，频率小于系统离子等离子体频率的RF功率)被调制以实现被认为取决于等离子体内的离子能量的沉积膜性质的变化。然而，使用LF RF功率能够抑制等离子体密度和/或使整个晶片的等离子体工艺的均匀性变形，和/或增加室内电弧的风险，因为使用LF通常会导致在电极处的较高的RF电压。此外，在一些情况下，LFRF功率可以与HF RF功率耦合以产生不期望的沉积膜结果。因此，尽管使用LF RF功率调制可以有助于控制沉积膜性质的离子能量依赖性变化，但使用LF RF功率调制具有一些可能是禁止性的副作用。
鉴于上文讨论了有关在诸如PEALD和PECVD之类的工艺中离子轰击能量和/或离子能量通量如何通过与晶片的直接离子相互作用或通过例如等离子体团之类的等离子体不稳定性的形成来影响晶片上的膜沉积结果的问题，因而本文公开了用于使用电不对称效应(EAE)分别调制离子能量通量和峰值离子能量以便控制由等离子体离子行为引起的膜沉积结果的变化的系统和方法。EAE是一种技术，其中多个RF发生器在处于谐波关系的多个频率下同时工作，并且其中多个RF发生器被锁相以便以彼此呈特定的相位角关系下操作。在一个示例性实施方式中，EAE通过分别以13.56MHz和27.12MHz的频率并且以彼此呈特定的相位角关系按同步方式操作两个RF发生器而被用于等离子体沉积工艺中。应当理解，在其他实施方式中，两个以上的RF发生器可以在具有谐波关系的相应频率下操作，并且相应频率可以不同于13.56MHz和27.12MHz。此外，在启用EAE的等离子体沉积工艺中的多个RF发生器之间的相位角关系的变化/控制可以用于抑制等离子体不稳定性的形成，例如抑制等离子体团的形成，并且可以提供对ALD-氧化物膜密度的控制，以及可以提供对在氮化物的PECVD沉积中的膜应力的控制。还应当理解，使用EAE以及其相关的相位角关系的变化/控制可以提供其他等离子体沉积工艺的优点，并且用于扩展PECVD和PEALD等离子体沉积工艺的有效工艺空间/窗。
图5根据本发明的一些实施方式示出了一种等离子体处理系统，其被配置为实现EAE控制以提供对离子能量通量和峰值离子能量的单独调制，以便控制由等离子体离子行为引起的膜沉积结果的变化。图5的系统包括室102和相对于图1A或图1B所描绘的相应部件。在一些实施方式中，图5的系统包括相对于图1A所描绘的喷头电极150和基座140。并且，在一些实施方式中，图5的系统包括相对于图1B所描绘的喷头电极150A和基座140A。图5的系统包括被连接以向喷头电极150/150A提供RF功率的RF电源104A。RF电源104A也被连接以从控制模块110接收控制信号。在图5的系统中，基座140A和/或基座140内的RF电极254电连接到参考接地电位。
RF电源104A包括多(即大于1的整数N)个RF发生器501(1)-501(N)。每个RF发生器501(1)-501(N)被配置为输出规定频率的RF信号。并且，每个RF发生器501(1)-501(N)是独立可控的，使得由RF发生器501(1)-501(N)中的给定的一个输出的规定的RF信号频率可以不同于RF发生器501(1)-501(N)中的其他RF发生器输出的RF信号频率。每个RF发生器501(1)-501(N)连接到相位控制器503。相位控制器503被配置为控制由RF发生器501(1)-501(N)输出的RF信号之间的相位角关系。更具体地，相位控制器503被配置为建立由RF发生器501(1)-501(N)中的任意两个输出的RF信号之间的规定的相位角关系，并且只要在等离子体沉积工艺期间需要，就保持所建立的规定的相位角关系。此外，相位控制器503被配置为在等离子体沉积工艺期间对由RF发生器501(1)-501(N)中的任意两个输出的RF信号之间的任何规定的相位关系提供受控的调节。以这种方式，相位控制器503和多个RF发生器501(1)-501(N)提供额外的工艺变量来扩展等离子体沉积工艺的处理空间/窗，这些工艺变量包括所施加的RF信号频率的数量(大于1)、所施加的每个RF信号频率的值、所施加的每个RF信号的幅值、以及所施加的每个RF信号之间的相位角关系。
每个RF发生器501(1)-501(N)被连接以将其产生的RF信号输出到多个匹配网络106(1)-106(N)中的相应一个。多个匹配网络106(1)-106(N)中的每一个被配置为控制阻抗匹配，使得由相应的RF发生器501(1)-501(N)产生的RF信号能够有效地传输到室102内的等离子体负载。通常而言，多个匹配网络106(1)-106(N)中的每一个包括被配置成作为电容器和电感器的网络的匹配电路，其可以被调整以调谐由RF信号在其传输至室102内的等离子体负载中遇到的阻抗。
多个匹配网络106(1)-106(N)中的每一个具有连接到组合器模块507的相应输出。在一些实施方式中，组合器模块507包括多个陷波滤波器505(1)-505(N)，每个陷波滤波器505(1)-505(N)被连接以从匹配网络106(1)-106(N)中的相应一个接收RF信号。应当理解，在一些实施方式中，每个陷波滤波器505(1)-505(N)实际上可包括多个陷波滤波器。陷波滤波器505(1)-505(N)中的每一个被配置为减少/消除在窄频率范围之外的信号。对应于给定的RF发生器501(1)-501(N)的陷波滤波器505(1)-505(N)被配置为减少/消除在其他RF发生器501(1)-501(N)的频率下的RF信号。例如，对应于RF发生器501(1)的陷波滤波器505(1)被配置为减少/消除由其他RF发生器501(2)-501(N)输出的频率下的RF信号，并且对应于RF发生器501(2)的陷波滤波器505(2)被配置为减少/消除由其他RF发生器501(1)和501(3)-501(N)输出的频率下的RF信号，等等。以这种方式，组合器507用于将从与每个RF发生器501(1)-501(N)相关联的每个匹配网络106(1)-106(N)输出的每个RF信号的干净版本组合到单个输出线509上，以传送到室102内的喷头电极150/150A。另外，在一些实施方式中，传输线511(1)-511(N)从各个陷波滤波器505(1)-505(N)的输出延伸到单个输出线509的长度可以单独变化，以使得能够针对每个RF信号频率进行独立的负载阻抗优化。此外，应当理解，在一些实施方式中，组合器模块507可以被配置为使用不同于陷波滤波器505(1)-505(N)的滤波电路将从与每个RF发生器501(1)-501(N)相关联的每个匹配网络106(1)-106(N)输出的每个RF信号的干净版本组合到单个输出线509上。例如，在两个RF信号频率的情况下，可以使用一个或多个高通滤波器和一个或多个低通滤波器的布置来将两个RF信号的频率干净版本提供给单个输出线509。
图6根据本发明的一些实施方式示出了另一个等离子体处理系统，其被配置为实现EAE控制以提供对离子能量通量和峰值离子能量的单独调制，以便控制由等离子体离子行为引起的膜沉积结果的变化。在图6的系统中，RF电源104A被连接以向基座140/140A内的RF电极254提供RF信号，并且喷头电极150/150A电连接到参考接地电位。图6所示的RF电源104A与相对于图5所描绘的电源相同。
图7根据本发明的一些实施方式示出了另一个等离子体处理系统，其被配置为实现EAE控制以提供对离子能量通量和峰值离子能量的单独调制，以便控制由等离子体离子行为引起的膜沉积结果的变化。图7的系统实现了相对于图1A和1B所描绘的RF方向控制模块250。在一些实施方式中，RF方向控制模块250连接在RF电源104A和基座140/基座140A内的RF电极254之间并且连接在RF电源104A和喷头电极150/150A之间，以在给定时间，提供或者基座140/基座140A内的RF电极254或者喷头电极150/150A作为RF供应电极的操作，同时在该给定时间，基座140/基座140A内的RF电极254和喷头电极150/150A中的另一个作为RF返回电极(即参考接地电极)而操作。
RF电源104A的多(N>1)个RF发生器501(1)-501(N)被设定为在N个频率下操作，其中N个频率中的最低的频率是基本频率，即基频，并且其中N个频率中的大于基本频率的每一个是基本频率的偶次谐波。并且，相位控制器503操作以建立和控制由RF发生器501(1)-501(N)产生的RF信号之间的相位角关系，即RF电压相位关系。由RF发生器501(1)-501(N)产生的RF信号之间的相位角关系在相位控制器503的控制下是确定性的和可调节的。由RF发生器501(1)-501(N)产生的RF信号之间的相位角关系的变化提供直流(DC)自偏置和等离子体电位两者的变化，进而提供入射到晶片上的离子能量的变化。
应当理解，RF电源104A可以包括任何数量的N个RF发生器501(1)-501(N)，其中N大于1。然而，在一些实施方式中，RF电源104A被配置为包括两个RF发生器501(1)和501(2)，即N＝2。而且，这些实施方式中，除了相位控制器503之外，RF电源104A还包括两个匹配网络106(1)和106(2)，并且包括两个陷波滤波器505(1)和505(2)，如图5、图6和图7所示。还应当理解，RF发生器501(1)-501(N)中的每一个可以被设置为基本上在任何频率下操作，只要RF发生器501(1)-501(N)中的大于基本频率的不同频率中的每个是基本频率的偶次谐波即可。当在较高频率和基本频率之间存在偶次整数谐波关系时，较高的频率是基本频率的偶数整数倍。
在一些实施方式中，上述实施方式中的两个RF发生器中的第一RF发生器501(1)被设置为产生频率为13.56MHz的RF信号，并且上述实施方式中的两个RF发生器中的第二RF发生器501(2)被设置为产生频率为27.12MHz的RF信号，使得在这两个频率之间存在2的偶次整数谐波关系。
在上述实施方式中，其中两个RF发生器501(1)和501(2)被设置为分别在13.56MHz和27.12MHz的频率下操作，功率电极电压(Velectrode(t))由等式1给出，其中A13.56是13.56MHz频率的RF信号的幅值，f13.56是13.56MHz的频率，A27.12是27.12MHz频率的RF信号的幅值，f27.12是27.12MHz的频率，t为时间，以及
Figure BDA0002635680770000171
为13.56MHz和27.12MHz的RF信号之间的EAE相位角关系。
等式1.
Figure BDA0002635680770000172
在使用其中将两个RF发生器501(1)和501(2)分别设置为在13.56MHz和27.12MHz的频率下操作以执行PEALD氧化物膜沉积工艺的上述实施方式中，被供电的电极电压表现出良好的正弦调制，其中调整两个RF信号之间的EAE相位角关系。被供电的电极电压的调制表示在约10°的EAE相位角关系附近的最小值和约55°的EAE相位角关系附近的最大值。
为了探索本实施方式的性能，使用约10°的EAE相位角关系对第一晶片执行PEALD氧化物膜沉积工艺，并且使用约55°的EAE相位角关系对第二晶片执行PEALD氧化物膜沉积工艺。在使用约10°的EAE相位角关系的工艺期间，在整个沉积工艺期间没有观察到等离子体团。然而，在使用约55°的EAE相位角关系的工艺期间，在约50周期出现等离子体团，即接通等离子体团，并且在工艺的持续时间内保持接通，这与仅使用13.56MHz的RF信号观察到的等离子体团行为相似。鉴于这些结果，证明通过EAE相位角关系的调制(受控变化)可以控制(即，接通和关闭)等离子体团。
图8根据本发明的一些实施方式示出了对应于使用大约10°的EAE相位角关系以及对应于使用约55°的EAE相位角关系的整个晶片上的沉积膜厚度分布图。如图8所示，使用约10°的EAE相位角关系的工艺比使用约55°的EAE相位角关系的工艺具有较低的成膜速率。此外，图8示出了在使用约55°的EAE相位角关系的情况下在位置点10以下的沉积膜厚度的畸变(aberration)，这表明在沉积工艺期间存在等离子体团。相比之下，图8示出了在使用约10°的EAE相位角关系的情况下在整个轮廓上的沉积膜厚度没有畸变，这表明在沉积工艺中没有等离子体团形成。
另外，确定使用约10°的EAE相位角关系的沉积工艺提供比使用约55°的EAE相位角关系获得的膜密度更大的膜密度，这表明较低的湿蚀刻速率(WER)具有较低的EAE相位角关系。因此，已经证明，通过使用较低的EAE相位角关系，可以通过结合较低的晶片偏置产生较高密度的等离子体而没有等离子体团形成来获得较致密的沉积膜。仅使用27.12MHz的单个RF频率并且没有通过结合较低的晶片偏置产生较高密度的等离子体而没有等离子体团形成来提供较致密的沉积膜。此外，基于沉积速率趋势，与仅使用13.56MHz的单个RF频率相比，仅使用27.12MHz的单个RF频率可以提供较高的等离子体密度和较低的晶片偏置，但是对于给定的功率，与仅使用13.56MHz的单个RF频率相比，仅使用27.12MHz的单个RF频率的膜沉积速率是较高的。
关于PECVD，确定了氮化物膜的膜应力可以随着EAE相位角关系的变化而变化。膜应力对EAE相位角关系的这种依赖性为膜沉积工艺开辟了可用的工艺空间/窗，并且提供了先前无法实现的工艺和膜特性。更具体地，本文公开的用于同时使用多个RF信号频率(其中多个RF信号频率中的最低的频率是基本频率，即基频，并且其中具有大于基本频率的频率的每个射频信号与基本频率的射频信号呈偶次谐波关系，并且其中具有大于基本频率的频率的每个射频信号与基本频率的射频信号处于固定的相位关系)以结合多个RF信号频率之间的EAE相位角关系的受控变化产生用于膜沉积工艺的等离子体的方法和系统，通过实现离子能量和离子能量通量的单独控制以及通过抑制等离子体团形成，扩展了可用于PEALD和PECVD工艺两者的可用工艺空间/窗。
鉴于如上所述，应当理解，本文公开了一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统。该系统包括具有被配置为支撑晶片(101)的顶表面的基座(140/140A)。该系统还包括形成在基座(140/140A)的顶表面之上的等离子体产生区域。该系统还包括配置成向等离子体产生区域提供工艺气体组合物的工艺气体供给源。工艺气体组合物包括氧和至少一种轰击气体，其中至少一种轰击气体在致密化沉积在晶片上的膜方面是有效的。该系统还包括设置在等离子体产生区附近的电极(150/150A/254)，以提供从电极(150/150A/254)到等离子体产生区域的射频信号的传输。该系统还包括被配置为同时向电极(150/150A/254)提供不同频率的多个射频信号的射频电源(104A)。不同频率中最低的频率是基本频率，即基频，并且具有大于基本频率的频率的每个射频信号与基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于基本频率的频率的每个射频信号与基本频率的射频信号处于固定的相位关系。多个射频信号具有相应的被设定为在等离子体产生区域内将工艺气体组合物转变成等离子体以使膜沉积在晶片上的频率。射频电源(104A)还包括相位控制器，该相位控制器被配置为提供对在多个射频信号中的每一个之间的相位角关系的可变控制，以控制沉积在晶片上的膜的参数。在多种实施方式中，通过控制多个射频信号之间的相位角关系来控制的膜的参数包括膜的密度、膜的应力、膜的折射率和膜内少数材料种类的含量以及其他膜参数中的一种或多种。另外，在一些实施方式中，相位控制器提供对多个射频信号之间的相位角关系的调整以抑制等离子体内的等离子体团的形成。
射频电源(104A)包括用于分别产生多个射频信号中的每一个的多个射频信号发生器(501(1)-501(N))。射频电源(104A)还包括连接到多个射频信号发生器(501(1)-501(N))中的每一个的相位控制器(503)。相位控制器(503)被配置为对分别由多个射频信号发生器(501(1)-501(N))产生的多个射频信号中的任何一对射频信号之间的相位角关系提供可变控制。
射频电源(104A)还包括分别连接到多个射频信号发生器(501(1)-501(N))的输出的多个匹配网络(106(1)-106(N))，使得多个射频信号发生器(501(1)-501(N))中的每一个连接到多个匹配网络(106(1)-106(N))中的单独一个。射频电源还包括具有连接到多个匹配网络(106(1)-106(N))的输出的输入的组合器模块(507)。组合器模块(507)被配置为将从对应于多个射频信号发生器(501(1)-501(N))的多个匹配网络(106(1)-106(N))输出的多个射频信号中的每一个的干净版本组合到组合器模块(507)的单个输出线(509)上以传输到电极(150/150A/254)。
在一些实施方式中，组合器模块(507)包括多个陷波滤波器(505(1)-505(N))，其中多个陷波滤波器(505(1)-505(N))中的每一个被连接以接收来自多个匹配网络(106(1)-106(N))中的相应一个的射频信号。多个陷波滤波器(505(1)-505(N))中的每一个被配置为减少和/或消除在窄频率范围之外的信号。多个陷波滤波器(505(1)-505(N))的输出连接到组合器模块(507)的单个输出线(509)。
多个陷波滤波器(505(1)-505(N))中的任何给定的一个被配置为传递对应于所述多个陷波滤波器(505(1)-505(N))中的所述给定的一个经由其对应的所述多个匹配网络(106(1)-106(N))中的一个连接的所述多个射频信号发生器(501(1)-501(N))中的特定的一个的频率的信号。并且所述多个陷波滤波器(505(1)-505(N))中的所述给定的一个被配置为减少和/或消除具有对应于与所述多个陷波滤波器(505(1)-505(N))中的所述给定的一个经由其对应的所述多个匹配网络(106(1)-106(N))中的一个连接的所述多个射频信号发生器(501(1)-501(N))中的所述特定的一个不同的所述多个射频信号发生器(501(1)-501(N))中的其他射频信号发生器的频率的信号。在一些实施方式中，多个陷波滤波器(505(1)-505(N))中的每一个在其本身内包含多个陷波滤波器(505(1)-505(N))。此外，应当理解，在一些实施方式中，组合器模块(507)可以被配置为使用不同于陷波滤波器(505(1)-505(N))的滤波器电路。例如，在一些实施方式中，组合器模块(507)被配置为使用一个或多个高通滤波器和一个或多个低通滤波器的布置，而不是使用陷波滤波器，或者与陷波滤波器组合使用。
在一些实施方式中，组合器模块(507)包括设置成分别将多个陷波滤波器(505(1)-505(N))的输出连接到组合器模块(507)的单个输出线(509)的分离的传输线(511(1)-511(N))。并且，分离的传输线(511(1)-511(N))中的每一条具有单独规定的长度，以针对特定的射频信号频率进行独立的负载阻抗优化。
在一些实施方式中，电极(150/150A)定位于等离子体产生区域上方，并且基座(140/140A)包括电连接到参考接地电位的接地电极，如图5所示。在一些实施方式中，电极(254)定位在基座(140A)内或者基座(140)本身用作电极，并且该系统包括定位于等离子体产生区域上方的接地电极(150/150A)，接地电极(150/150A)电连接到参考接地电位，如图6所示。
图9根据本发明的一些实施方式示出了用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法的流程图。在一些实施方式中，等离子体工艺是PEALD工艺。在一些实施方式中，等离子体工艺是PECVD工艺。该方法包括用于将晶片定位在基座的暴露于等离子体产生区域的顶表面上的操作901。该方法还包括用于向等离子体产生区域提供工艺气体组合物的操作903。工艺气体组合物包括氧和至少一种轰击气体。在一些实施方式中，至少一种轰击气体在致密化沉积在晶片上的膜方面是有效的。在一些实施方式中，至少一种轰击气体包括单原子惰性气体。在一些实施方式中，至少一种轰击气体缺乏振动或旋转分子模式。在一些实施方式中，至少一种轰击气体是氩气。
该方法还包括用于产生具有至少两种不同频率的射频信号的操作905。至少两种不同频率中的最低频率是基本频率，即基频，并且具有大于基本频率的频率的每个射频信号与基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于基本频率的频率的每个射频信号与基本频率的射频信号处于固定的相位关系。该方法还包括用于将所产生的射频信号提供给电极以传输到等离子体产生区域中的操作907。射频信号在等离子体产生区域内将工艺气体组合物转变成等离子体，并且等离子体导致膜在晶片上沉积。该方法还包括用于调整至少两种不同频率中的每一种的射频信号之间的相位角关系以控制沉积在晶片上的膜的参数的操作909。在一些实施方式中，通过在操作909中调整射频信号之间的相位角关系来控制的膜的参数包括膜的密度、膜的应力、膜的折射率和膜内的少数材料种类的含量以及其他膜参数中的一种或多种。例如，关于控制膜内的少数材料种类的含量，在一些实施方式中，少数材料种类可以是氢，而膜上的离子轰击使氢从膜上去除。并且，在这些实施方式中，可以调整至少两种不同频率中的每一种的射频信号之间的相位角关系，以控制膜上的离子轰击，从而进而控制膜内的氢含量。应当理解，控制膜内的氢含量是操作909的相位角调整如何用于控制膜内的少数材料种类的含量的许多实施例之一。而且，在一些实施方式中，执行操作909中的调整至少两种不同频率中的每一种的射频信号之间的相位角关系，以抑制等离子体内的等离子体团形成。并且，可以结合沉积膜的给定参数的控制来实现对这种等离子体团形成的抑制。
该方法还可以包括为所产生的射频信号中的每一个提供单独的阻抗匹配。并且，该方法可以包括将至少两种不同频率的射频信号组合到单个输出线上以传输到电极。在一些实施方式中，组合射频信号包括处理每个射频信号以在将经处理的射频信号传输到单个输出线之前滤除具有与经处理的射频信号的频率不同的频率的信号。
在一些实施方式中，在操作903中产生具有至少两种不同频率的射频信号包括产生具有约13.56MHz的频率的第一射频信号以及产生具有约27.12MHz的频率的第二射频信号。并且，在这些实施方式中，在操作905中控制至少两种不同频率中的每一种的射频信号之间的相位角关系包括控制第一射频信号和第二射频信号之间的相位角关系为约10度。然而，应当理解，在其他实施方式中，图9的方法可以包括生成具有不同于13.56MHz和27.12MHz的频率的射频信号，并且可以包括控制10度以外的相位角关系。
本文公开的用于控制不同频率的射频信号之间的EAE相位角关系的系统和方法在诸如PEALD和PECVD工艺之类的各种等离子体增强沉积工艺期间在控制膜致密化和抑制等离子体团形成方面是有效的。然而，还应当理解，本文公开的用于控制不同频率的射频信号之间的EAE相位角关系的系统和方法提供了在许多不同等离子体增强膜沉积工艺中离子能量控制与等离子体密度控制的分离。本文公开的系统和方法使得能通过使用相位角调整而不是通过改变施加到等离子体的总功率来控制依赖于离子能量的基本上任何工艺膜参数。在基本上任何基于等离子体的膜沉积工艺中，可以通过相位角调整而不是总功率调整来控制工艺膜参数。例如，诸如VNAND器件之类的一些半导体器件的制造需要沉积诸如氧化物和氮化物之类的交替材料的大量连续膜(可能为50或更多个)，其中每个膜层需要进行应力调节，使得整个膜堆满足给定的膜应力规格。在这样的实施方式中，本文公开的用于使用相位角调整来控制与等离子体密度分离的离子能量的系统和方法可以用于基于沉积膜层的具体特性来控制每个沉积膜层的应力。应当理解，本文公开的用于使用相位角调整来控制与等离子体密度分离的离子能量的系统和方法可用于基本上控制所沉积的膜的依赖于离子能量的任何参数。
虽然为了清楚理解的目的，前述发明已经在一些细节进行了描述，但明显的是，某些变化和修改可在所附权利要求的范围内实施。因此，本发明的实施方式应被认为是说明性的而不是限制性的，并且本发明并不限于本文所给出的细节，而是可以在所描述的实施方式的范围和等同方案内进行修改。

Claims (32)

1.一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的方法，其包括：
将所述晶片定位为暴露于等离子体产生区域；
向所述等离子体产生区域提供工艺气体组合物，所述工艺气体组合物包括至少一种轰击气体；
产生至少两种不同频率的射频信号，其中所述至少两种不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系；
将所产生的所述射频信号传输到所述等离子体产生区域内，所述射频信号在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成等离子体，所述等离子体导致所述膜在所述晶片上沉积。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
为所产生的所述射频信号中的每一个提供单独的阻抗匹配。
3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：
将至少两种不同频率的所述射频信号组合到单个传输结构上以传输到所述等离子体产生区域内。
4.根据权利要求3所述的方法，其中组合所述射频信号包括处理所述射频信号中的每一个以在将经处理的所述射频信号传输到所述单个传输结构之前滤除具有与经处理的所述射频信号的频率不同的频率的信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其中产生至少两种不同频率的射频信号包括产生具有约13.56MHz的频率的第一射频信号，以及产生具有约27.12MHz的频率的第二射频信号，并且其中所述方法包括控制所述第一射频信号和所述第二射频信号之间的相位角关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种轰击气体包括单原子惰性气体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述至少一种轰击气体缺乏振动或旋转分子模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种轰击气体是氩气。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理是启用等离子体的原子层沉积工艺。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体处理是启用等离子体的化学气相沉积工艺。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
调节所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的相位角关系来控制所述膜的密度、所述膜的应力、所述膜的折射率、以及所述膜内少数材料种类的含量中的一种或多种。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
调整所述至少两种不同频率中的每一种频率的射频信号之间的相位角，以抑制所述等离子体内的等离子体团形成。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种轰击气体的部分功能是使沉积在晶片上的所述膜致密化。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述等离子体产生区域在多站式反应器室内的单个站内。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体产生区域是多站式反应器室内的第一站内的第一等离子体产生区域，所述方法还包括：
在完成在所述第一站中将所述膜沉积在所述晶片上后，将所述晶片从所述第一站移动到所述多站式反应器内的第二站；
将所述晶片定位为暴露于所述第二站内的第二等离子体产生区域中；
向所述第二等离子体产生区域提供另一种工艺气体组合物；以及
将射频信号传输到所述第二等离子体产生区域内，所述射频信号在所述第二等离子体产生区域内将另一种工艺气体组合物转变成等离子体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在将所述晶片保持真空的同时，将所述晶片在所述多站式反应器内从所述第一站移动到所述第二站。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在不将所述晶片暴露于空气的情况下，将所述晶片在所述多站式反应器内从所述第一站移动到所述第二站。
18.一种用于执行等离子体处理以在晶片上沉积膜的系统，其包括：
基座，其被构造成支撑所述晶片；
等离子体产生区域，其形成为邻近所述基座；
工艺气体供给源，其被配置为向所述等离子体产生区域供应工艺气体组合物，所述工艺气体组合物包含至少一种轰击气体；
电极，其设置成使得射频信号从所述电极传输到所述等离子体产生区域中；以及
射频电源，其被配置为向所述电极同时提供不同频率的多个射频信号，其中所述不同频率中的最低频率是基本频率，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于偶次谐波关系，并且其中具有大于所述基本频率的频率的每个射频信号与所述基本频率的所述射频信号处于固定的相位关系，所述多个射频信号具有相应的频率，所述相应的频率被设定为在所述等离子体产生区域内将所述工艺气体组合物转变成所述等离子体以使所述膜沉积在所述晶片上。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述射频电源包括用于相应地产生所述多个射频信号中的每一个的多个射频信号发生器。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括：
相位控制器，其连接到所述多个射频信号发生器中的每一个，所述相位控制器被配置成对分别由所述多个射频信号发生器产生的所述多个射频信号中的任何一对射频信号之间的相位角关系提供可变控制。
21.根据权利要求19所述的系统，其中所述射频电源包括分别连接到所述多个射频信号发生器的输出的多个匹配网络，使得所述多个射频信号发生器中的每一个连接到所述多个匹配网络中的单独的一个。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述射频电源包括具有连接到所述多个匹配网络的输出的输入的组合器模块，所述组合器模块被配置为将从与所述多个射频信号发生器相对应的所述多个匹配网络输出的所述多个射频信号中的每一个的干净版本组合到所述组合器模块的单个传输结构上，以传输到所述电极。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述组合器模块包括多个陷波滤波器，其中所述多个陷波滤波器中的每一个被连接以从所述多个匹配网络中的相应的一个接收射频信号，其中所述多个陷波滤波器中的每一个被配置成减少和/或消除在窄频率范围之外的信号，并且其中所述多个陷波滤波器的输出连接到所述组合器模块的所述单个输出线。
24.根据权利要求23所述的系统，其中所述多个陷波滤波器中的任何给定的一个被配置为传递与所述多个陷波滤波器中的所述给定的一个经由其对应的所述多个匹配网络中的一个连接的所述多个射频信号发生器中的特定的一个的频率对应的信号，并且其中所述多个陷波滤波器中的所述给定的一个被配置为减少和/或消除具有对应于与所述多个陷波滤波器中的所述给定的一个经由其对应的所述多个匹配网络中的一个连接的所述多个射频信号发生器中的所述特定的一个不同的所述多个射频信号发生器中的其他射频信号发生器的频率的信号。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述多个陷波滤波器中的每一个包括多个陷波滤波器。
26.根据权利要求23所述的系统，其中所述组合器模块包括分离的传输结构，所述分离的传输结构被设置成分别将所述多个陷波滤波器的输出连接到所述组合器模块的所述单个输出传输结构，并且其中所述分离的传输结构中的每个具有单独规定的长度，以实现针对特定射频信号频率的独立负载阻抗优化。
27.根据权利要求18所述的系统，其中所述基座包括电连接到参考接地电位的接地电极。
28.根据权利要求18所述的系统，其中所述电极定位于所述基座内，并且其中所述系统包括邻近所述等离子体产生区域的接地电极，所述接地电极电连接到参考接地电位。
29.根据权利要求18所述的系统，其中，所述基座、所述等离子体产生区域和所述电极位于多站式反应器室内的单个站内。
30.根据权利要求18所述的系统，其中，所述基座是多站式反应器室内的第一站内的第一基座，并且所述等离子体产生区域是所述第一站内的第一等离子体产生区域，并且所述电极是所述第一站内的第一电极，
其中，所述系统包括在所述多站式反应器室内的第二站，所述第二站包括配置为支撑所述晶片的第二基座，所述第二站包括形成为邻近所述第二基座的第二等离子体产生区域，所述工艺气体供给源配置为向所述第二等离子体产生区域供应另一种工艺气体组合物，所述第二电极设置成使得射频信号从所述第二电极传输到所述第二等离子体产生区域中，并且所述射频电源配置成向所述第二电极提供射频信号。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述多站式反应器室构造成在将所述晶片保持真空的同时，将所述晶片从所述第一站移动到所述第二站。
32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述多站式反应器室构造成在不将所述晶片暴露于空气的情况下，在所述多站式反应器内将所述晶片从所述第一站移动到所述第二站。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9954508B2 (en) * 2015-10-26 2018-04-24 Lam Research Corporation Multiple-output radiofrequency matching module and associated methods
US9644271B1 (en) * 2016-05-13 2017-05-09 Lam Research Corporation Systems and methods for using electrical asymmetry effect to control plasma process space in semiconductor fabrication
US10026592B2 (en) * 2016-07-01 2018-07-17 Lam Research Corporation Systems and methods for tailoring ion energy distribution function by odd harmonic mixing
KR102347373B1 (ko) * 2017-07-13 2022-01-04 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 기판 프로세싱 방법 및 장치
US10851457B2 (en) * 2017-08-31 2020-12-01 Lam Research Corporation PECVD deposition system for deposition on selective side of the substrate
JP7162222B2 (ja) 2017-11-09 2022-10-28 株式会社ダイセル 初期なじみ剤組成物および当該組成物を含む初期なじみシステム
TWI793218B (zh) 2017-12-16 2023-02-21 美商應用材料股份有限公司 使用低頻偏壓作介電膜的幾何選擇性沉積的處理腔室及方法
KR102370012B1 (ko) * 2018-04-04 2022-03-04 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 바이어스 동작에 대한 rf 맞춤조정된 전압
CN109273341B (zh) * 2018-10-18 2021-01-08 北京北方华创微电子装备有限公司 一种等离子体工艺方法
JP2022544221A (ja) 2019-08-16 2022-10-17 ラム リサーチ コーポレーション ウエハ内の様々な反りを補償するために空間を調整する堆積
KR20220106820A (ko) 2019-12-02 2022-07-29 램 리써치 코포레이션 Rf (radio-frequency) 보조된 플라즈마 생성시 임피던스 변환
US11994542B2 (en) 2020-03-27 2024-05-28 Lam Research Corporation RF signal parameter measurement in an integrated circuit fabrication chamber
US20230317414A1 (en) * 2020-06-26 2023-10-05 Lam Research Corporation Systems and Methods for Use of Low Frequency Harmonics in Bias Radiofrequency Supply to Control Uniformity of Plasma Process Results Across Substrate
US20230107392A1 (en) * 2021-10-01 2023-04-06 Applied Materials, Inc Method and apparatus for generating plasma with ion blocker plate
US20230207247A1 (en) * 2021-12-23 2023-06-29 Applied Materials, Inc. Cyclotron having continuously variable energy output

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100420753B1 (ko) * 1999-03-17 2004-03-02 세미컨덕터300 게엠베하 운트 코 카게 반도체 웨이퍼 상의 갭 충진 방법
US20050170104A1 (en) * 2004-01-29 2005-08-04 Applied Materials, Inc. Stress-tuned, single-layer silicon nitride film
JP4928816B2 (ja) * 2006-03-31 2012-05-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ 半導体製造装置
US7884025B2 (en) * 2007-01-30 2011-02-08 Applied Materials, Inc. Plasma process uniformity across a wafer by apportioning ground return path impedances among plural VHF sources
EP2122657B8 (en) * 2008-03-20 2011-06-22 Ruhr-Universität Bochum Method for controlling ion energy in radio frequency plasmas
JP2012507834A (ja) * 2008-11-04 2012-03-29 フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツル フェルデルング デル アンゲヴァンテン フォルシュング エー ファウ 平面基板をプラズマ加工する方法および装置
WO2012035842A1 (ja) * 2010-09-15 2012-03-22 三菱電機株式会社 高周波電力供給装置、プラズマ処理装置及び薄膜製造方法
US20130122711A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-16 Alexei Marakhtanov System, method and apparatus for plasma sheath voltage control
US9230779B2 (en) * 2012-03-19 2016-01-05 Lam Research Corporation Methods and apparatus for correcting for non-uniformity in a plasma processing system
US20130256271A1 (en) * 2012-04-03 2013-10-03 Theodoros Panagopoulos Methods and apparatuses for controlling plasma in a plasma processing chamber
SG11201600129XA (en) * 2013-08-09 2016-02-26 Tokyo Electron Ltd Plasma processing apparatus and plasma processing method
US9263350B2 (en) * 2014-06-03 2016-02-16 Lam Research Corporation Multi-station plasma reactor with RF balancing
US10566187B2 (en) * 2015-03-20 2020-02-18 Lam Research Corporation Ultrathin atomic layer deposition film accuracy thickness control
CN104900472B (zh) * 2015-04-22 2018-04-27 中微半导体设备(上海)有限公司 等离子体处理的方法
US9644271B1 (en) * 2016-05-13 2017-05-09 Lam Research Corporation Systems and methods for using electrical asymmetry effect to control plasma process space in semiconductor fabrication

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