CN114651088A

CN114651088A - 具有射频功率渐变的等离子体增强原子层沉积

Info

Publication number: CN114651088A
Application number: CN202080077774.8A
Authority: CN
Inventors: 杰里米·大卫·菲尔兹; 弗兰克·洛伦·帕斯夸里
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2022-06-21
Also published as: KR20220097974A; WO2021092197A1; US20220351940A1; JP2023501371A

Abstract

本文提供了使用具有渐升射频(RF)功率的等离子体增强原子层沉积(PEALD)来沉积薄膜的方法和装置。实施方案涉及在低RF功率设置下形成初始屏蔽层之后增加PEALD循环的RF功率设置。

Description

具有射频功率渐变的等离子体增强原子层沉积

通过引用并入

PCT申请表作为本申请的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的PCT申请表中所标识的本申请要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。

背景技术

包含氧化硅膜的各种材料的膜是在用于各种应用的半导体处理中使用。可使用诸如等离子体增强原子层沉积(PEALD)的不同技术来沉积氧化硅膜。随着技术的进步，沉积高质量膜变得具有挑战。

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

发明内容

简言之，在某些实施方案中，一种沉积膜的方法可以包括：向处理室提供衬底；在第一等离子体增强原子层沉积(PEALD)循环中在所述衬底上沉积第一量的材料；在第二PEALD循环中在所述衬底上沉积第二量的所述材料；以及在第三PEALD循环中在所述衬底上沉积第三量的所述材料。所述方法还包括作为所述第一循环的一部分的以下操作：在允许所述前体吸附到所述衬底的表面上的条件下将所述衬底暴露于前体，从而形成所述前体的第一吸附层；以及将所述前体的所述第一吸附层暴露于使用第一等离子体功率电平产生的第一等离子体。所述方法还包括作为所述第二循环的一部分的以下操作：在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于所述前体，从而形成所述前体的第二吸附层；以及将所述前体的所述第二吸附层暴露于使用第二等离子体功率电平产生的第二等离子体，其中所述第二等离子体功率电平可以大于所述第一等离子体功率电平，并且其中所述第二PEALD循环可以在所述第一PEALD循环之后执行。所述方法还包括作为所述第三循环的一部分的以下操作：在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于前体，从而形成所述前体的第三吸附层；以及将所述前体的所述第三吸附层暴露于使用第三等离子体功率电平产生的第三等离子体，其中所述第三等离子体功率电平可以大于所述第二等离子体功率电平，并且其中所述第三PEALD循环可以在所述第二PEALD循环之后执行。

在一些实施方案中，所述衬底可以是300mm晶片，对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于1.0千瓦，并且对于所述300mm晶片，所述第三等离子体功率电平可以大于2.0千瓦。在一些实施方案中，所述衬底可以是300mm晶片，对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于500瓦，并且对于所述300mm晶片，所述第三等离子体功率电平可以大于3.5千瓦。在一些实施方案中，所述第一等离子体功率电平可以不超过所述第二等离子体功率电平的一半。在一些实施方案中，所述衬底可以是300mm晶片，对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于1.0千瓦，并且可以重复所述第一循环，包括使用所述第一等离子体功率电平，直到所沉积的所述材料的厚度超过20埃。在一些实施方案中，所述方法还包括：在第四PEALD循环中在所述衬底上沉积第四量的所述材料，并且所述第四循环包括：在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于所述前体，从而形成所述前体的第四吸附层；以及将所述前体的所述第四吸附层暴露于使用第四等离子体功率电平产生的第四等离子体，其中所述第四等离子体功率电平可以大于所述第三等离子体功率电平，并且所述第四PEALD循环可以在所述第三PEALD循环之后执行。在一些实施方案中，所述衬底可以是300mm晶片，对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于500瓦，并且对于所述300mm晶片，所述第四等离子体功率电平可以大于3.5千瓦。在一些实施方案中，沉积在所述衬底上的所述材料可以是氧化硅。

在某些实施方案中，一种沉积膜的方法可以包括：在处理室中接收衬底；以及在多个等离子体增强原子层沉积(PEALD)循环中在所述衬底上沉积材料，每个循环包括：在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于前体，从而形成所述前体的吸附层；以及将所述吸附层暴露于使用具有可变功率设置的射频(RF)发生器提供的等离子体。所述方法可以包括通过以下方式在所述多个PEALD循环中在所述衬底上沉积所述材料：将所述RF发生器的所述可变功率设置设置为用于第一PEALD循环的第一功率电平、用于第二PEALD循环的第二功率电平以及用于第三PEALD循环的第三功率电平，其中所述第三功率电平可以大于所述第二功率电平，所述第二功率电平可以大于所述第一功率电平，所述第三PEALD循环发生在所述第二PEALD循环之后，并且所述第二PEALD循环发生在所述第一PEALD循环之后。

在一些实施方案中，所述衬底可以是单晶片，对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于1.0千瓦，并且对于所述单晶片，所述第三等离子体功率电平可以大于2.0千瓦。在一些实施方案中，所述衬底可以是单晶片，其中对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于500瓦，并且对于所述单晶片，所述第三等离子体功率电平可以大于3.5千瓦。在一些实施方案中，所述第一等离子体功率电平可以不超过所述第三等离子体功率电平的一半。在一些实施方案中，所述衬底可以是单晶片，对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于1.0千瓦，并且可以重复所述第一循环，包括使用所述第一等离子体功率电平，直到所沉积的所述材料的厚度超过20埃。在一些实施方案中，在所述多个PEALD循环中在所述衬底上沉积所述材料包括将所述RF发生器的可变功率设置设置为用于第四PEALD循环的第四功率电平，其中所述第四功率电平可以大于所述第三功率电平，并且所述第四PEALD在所述第三PEALD循环之后发生。在一些实施方案中，所述衬底可以是单晶片，对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平可以小于500瓦，并且对于所述单晶片，所述第四等离子体功率电平可以大于3.5千瓦。在一些实施方案中，在所述衬底上沉积的所述材料可以是氧化硅。

在某些实施方案中，一种用于处理衬底的装置可以包括：一个或多个处理室；一个或多个气体入口，其进入所述一个或多个处理室和相关的流量控制硬件；等离子体发生器；和具有至少一个处理器和存储器的控制器，其中所述至少一个处理器和所述存储器可以彼此通信连接，所述至少一个处理器至少可以与所述流量控制硬件能操作地连接，并且所述存储器可以存储计算机可执行指令，所述可执行指令用于控制所述至少一个处理器以至少控制流控制硬件以：致使衬底插入所述一个或多个处理室中的至少一个；致使将第一组交替的含硅前体流和氧化剂流通过所述一个或多个气体入口引入所述一个或多个处理室中的所述至少一个；当在所述第一组期间致使所述氧化剂引入以形成氧化硅材料时，致使具有第一等离子体功率电平的等离子体产生；致使将第二组交替的所述含硅前体流和所述氧化剂流通过所述一个或多个气体入口引入所述一个或多个处理室中的所述至少一个；当在所述第二组期间引入所述氧化剂以形成氧化硅材料时，致使具有第二等离子体功率电平的等离子体产生；致使将第三组交替的所述含硅前体流和所述氧化剂流通过所述一个或多个气体入口引入所述一个或多个处理室中的所述至少一个；并且当在所述第二组期间引入所述氧化剂以形成氧化硅材料时致使具有第三等离子体功率电平的等离子体产生，其中所述第三等离子体功率电平可以是所述第一等离子体功率电平的至少两倍，并且所述第二等离子体功率电平可以大于所述第一等离子功率电平且低于所述第三等离子功率电平。

在一些实施方案中，所述一个或多个处理室中的所述至少一个可以包括通电喷头和用于保持所述衬底的接地基座。在一些实施方案中，所述一个或多个处理室中的所述至少一个可以包括用于保持所述衬底的通电基座和接地喷头。

附图说明

图1A是根据某些公开的实施方案描绘在各种等离子体功率电平下使用等离子体增强原子层沉积(PEALD)处理沉积的膜的湿法蚀刻速率的图表。

图1B是根据某些公开的实施方案描绘在各种等离子体功率电平下由PEALD处理导致的膜损坏的图表。

图1C是根据某些公开的实施方案描绘由具有不同循环次数的PEALD处理对膜造成的损坏的图表。

图1D是根据某些公开的实施方案描绘由具有各种循环次数的PEALD处理产生的膜厚度的图表。

图1E是描绘根据某些公开的实施方案在各种等离子体功率电平和具有各种厚度的屏蔽层的PEALD处理对膜造成的损坏的图表。

图2A和2C是根据某些公开的实施方案描绘作为PEALD循环数的函数的RF功率的图。

图2B和2D根据某些公开的实施方案描绘了用图2A和2C的PEALD处理形成的膜的变化。

图3是描绘根据某些公开的实施方案执行的方法的操作的处理流程图。

图4是用于执行所公开的实施方案的一示例性处理室的示意图。

图5是用于执行所公开的实施方案的一示例性处理工具的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，阐述了许多具体细节以提供对所呈现的实施方案的透彻理解。在没有这些具体细节中的一些或所有的情形下可以实施所公开的实施方案。在其它情形下，未详细描述公知的处理操作，以避免不必要地模糊所公开的实施方案。虽然将结合具体的实施方案描述所公开的实施方案，但是应理解的是并不意在限制所公开的实施方案。

ALD为使用连续自限制反应来沉积材料薄层的技术。ALD处理使用表面介导的沉积反应在循环中以逐层的方式沉积膜。举例而言，ALD循环可包含下列操作：(i)前体的输送/吸附(也称为“配料”)；(ii)从室清扫前体；(iii)第二反应物的输送/或等离子体生成(也称为“转换”)；以及(iv)从室清扫副产物。在某些情况下清扫步骤可以为任选的。此外，配料可不必要在转换之前执行；在某些情况下，第二反应物的输送可在输送前体之前执行。为了此处说明的目的，ALD循环将意指：配料、清扫、转换、以及清扫，但应理解的是也可利用其他变化方式。

在单独或在第二反应物输送期间使用等离子体的情况下，该处理可称作为等离子体增强原子层沉积(PEALD)。在第二反应物和所吸附的前体之间的用于在衬底表面上形成膜的反应影响了膜组成和性质，诸如应力、湿蚀刻率、干蚀刻率、电性质(例如介电常数、击穿电压和漏电流)、杂质的并入等等。

在ALD处理的一个特定示例中，在提供至容纳衬底的室的配料中，将包含表面活性位点群的衬底表面暴露于气相分布的第一前体(例如含硅前体)。该第一前体的分子吸附在衬底表面上。所述分子可以化学吸附和/或物理吸附在衬底上。应理解，当化合物如此处所述地吸附在衬底表面上时，吸附层可包含化合物以及该化合物的衍生物。举例而言，含硅前体的吸附层可包含含硅前体以及含硅前体的衍生物。在第一前体配料之后，接着可将室抽空以将仍为气相的第一前体的大部分或全部的移除，使得大部分或只有吸附的物质留下。举例而言，可将室抽空使得气相的第一前体的分压显著地低以减缓反应。在一些实施方案中，室可能没有完全抽空。在一些方式中，将诸如含氧气体之类的第二反应物引入室，使得这些第二反应物分子的某些与所吸附的第一前体在衬底的表面上反应。在某些处理中，第二反应物立即与所吸附的第一前体反应。在某些实施方案中，第二反应物仅在施加例如等离子体之类的活化源之后反应。可依时间施加这样的等离子体暴露。接着可再次将室抽空以移除未键合的第二反应物分子。如上所述，在某些实施方案中，室可能没有完全抽空。上述的暴露可以是时间ALD处理的一部分，由此将衬底在以时间分隔的暴露步骤中暴露于每次暴露。可使用额外的ALD循环以构建膜厚。

在某些实现方案中，ALD方法包含等离子体活化。如此处所述的，此处所描述的ALD方法及装置可以是保形膜沉积(CFD)方法，保形膜沉积(CFD)方法于在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(现为美国专利No.8,728,956)中一般性地说明，其全部内容通过引用并入此处。可通过以下方式来执行等离子体活化：原位即在室中产生等离子体，以在容纳衬底的室中产生反应物质；以及使吸附前体的衬底表面与反应物质接触。在某些情况下，可通过在远程区域或产生器产生等离子体来执行等离子体活化，且可接着将来自等离子体的反应物质输送到容纳衬底的室，从而使吸附前体的表面与反应物质接触。在多种实施方案中，可适用于PEALD的等离子体产生器是电容耦合等离子体产生器。在多种实施方案中，可能适用于PEALD的等离子体产生器是感应耦合等离子体产生器。尽管此处描述一些ALD和PEALD实施方案，但应理解的是各种公开的实施方案可应用于ALD或PEALD处理。

所公开的实施方案可用于沉积各种膜，其包含但不限于：氧化硅、氮化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、其他氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、碳氧化物等等。

PEALD处理的一个重要考虑因素(其细节在下文进一步描述)是设置射频(RF)发生器的功率电平，该RF发生器产生与吸附层反应的等离子体(例如，反应性离子和/或自由基)。特别地，更高的功率设置通常会产生更高质量的膜(例如，具有更高密度和/或更好的湿法蚀刻性能(例如更低的蚀刻速率和更少的蚀刻速率可变性)的膜)。然而，使用更高的射频功率设置也往往会损坏下伏的结构。特别是，随着射频功率设置的增加，等离子体中的反应离子穿透并破坏下伏的结构的能力增加。

图1A显示了RF功率和湿法蚀刻速率之间关系的一个示例。图1A是通过以下方式创建的：在PEALD处理中使用不同的RF功率设置形成各种氧化硅膜(例如，利用每300mm晶片约3.0、4.0、4.5、5.0和5.5千瓦的各自的RF功率设置为形成的第一、第二、第三、第四和第五膜)，然后湿法蚀刻这些膜以确定它们的湿法蚀刻速率。图1A还包括与测试结果拟合的曲线，该曲线表明湿法蚀刻速率通常随着RF功率的增大而降低，并且还表明作为射频功率的函数的湿法蚀刻速率的变化率在相对较高的RF功率设置时显著降低RF功率设置(例如，湿法蚀刻速率在每300mm晶片4.0千瓦的RF功率设置和每300mm晶片5.5千瓦的RF功率设置之间变化不大)。

图1B显示了RF功率与下伏的结构损坏之间的关系的示例。图1B是通过以下方式创建的：形成已知初始厚度的初始碳氧化硅(SiCO)膜，在各种RF功率设置下通过30次PEALD沉积循环在其上沉积二氧化硅(SiO₂)膜，蚀刻掉SiO₂膜，然后测量初始SiCO膜的厚度相对于其初始厚度的任何变化。图1B显示了在每300mm晶片300瓦、1千瓦、1.5千瓦和2.5千瓦的PEALD沉积处理后，SiCO膜的厚度(单位埃

)变化。图1B还包括如图1B所示的一条与测试结果拟合的曲线，对下伏的结构的损坏程度通常会随着RF功率设置的增加而增加。

图1C举例说明了对下伏的结构的损坏与低功率PEALD循环次数之间的关系(例如，RF功率设置为每300mm晶片300瓦的PEALD循环)。如图1C所示，在300瓦的功率下进行30次PEALD循环后，SiCO膜损失了大约9.2埃，而在每300mm晶片300瓦下进行了120次PEALD循环后，SiCO膜损失了约11.6埃。

图1D图示了沉积的二氧化硅(SiO₂)膜的平均厚度与低功率PEALD循环(例如，RF功率设置为每300mm晶片300瓦的PEALD循环))次数之间的关系的示例。如图1D所示，沉积的膜的厚度随着PEALD循环的次数近似线性增加。

本公开包括可以通过利用高功率RF设置来提高膜质量，同时保护敏感部件免受高功率RF设置造成的损坏的技术。一种这样的技术涉及使用低功率射频设置形成屏蔽层，然后使用高功率射频设置沉积高质量膜。屏蔽层可以在高功率RF PEALD循环期间吸收、偏转或以其他方式阻止破坏性离子，从而允许形成高质量的膜，而不会过度损坏下伏的结构。在多种实施方案中，ALD处理从低功率RF逐渐过渡到高功率RF，而不是单步变化。

在图1E图示了实验结果，其显示了屏蔽层在减少对下伏的结构的损害方面的有效性。图1E的数据点包括在相对较高的射频功率设置(每300mm晶片900瓦、1.5千瓦和2.4千瓦)下进行30次PEALD二氧化硅膜沉积循环后对碳氧化硅膜的损坏量(例如，初始SiCO膜的厚度损失)。数据点102显示了在900瓦下的30次PEALD循环后的损坏量，数据点104显示了在900瓦下但屏蔽层约42埃厚的30次PEALD循环后的损坏量。数据点104显示了在1,500瓦下的30次PEALD循环后的损坏量，数据点106显示了在1,500瓦下但屏蔽层约70埃厚的30次PEALD循环后的损坏量。数据点106显示了在2,400瓦特下的30次PEALD循环后的损坏量，而数据点108显示了在2,400瓦特下但屏蔽层约70埃厚的30次PEALD循环后的损坏量，屏蔽层使用与覆盖的高RF功率层相同的材料沉积(换句话说，屏蔽层也由碳氧化硅形成)，并且以每300mm晶片300瓦特的射频功率设置进行沉积。

图1E中所示的损坏测量值包括由屏蔽层本身的沉积造成的任何损坏。从图1C和1D中，可以估计仅沉积屏蔽层造成的损坏量。特别是对于约70埃的屏蔽层，图1D表明在每300mm晶片300瓦的射频功率设置下约60个循环足以形成70埃厚的屏蔽层，图1C表明形成这样的层会造成约10.0埃的损坏。如图1E所示，在具有屏蔽层的实施方案中，即使在每300mm晶片2,400瓦的最高射频功率设置下，损坏量也仅为约15埃，其中约10.0埃实际上来自于屏蔽层的形成。相比之下，在缺乏屏蔽层的实施方案中，损坏的量在2,400瓦的实施方案中高达22埃(并且没有屏蔽层的形成造成的损坏)。因此，图1E说明了屏蔽层在减少损坏方面非常有效。

用于解决本文描述的关于膜质量和作为RF功率函数的下伏层损坏的问题的一种实施方案包括形成第一屏蔽层，然后形成第二最终层，如图2A和2B所示。特别是，图2A描绘了作为ALD循环计数的函数的RF功率，而图2B描绘了根据图2A沉积的膜的变化。在一些布置中，使用诸如每300mm晶片300瓦的低RF功率设置以足够数量的PEALD循环形成低功率(LP)屏蔽层以实现30到50埃

之间的厚度。然后在LP屏蔽层上方形成高功率(HP)最终层，其中使用足够数量的PEALD循环以实现所需的厚度并且使用相对高的射频功率设置，例如每300mm晶片900瓦、介于900和1.5千瓦之间、1.5千瓦，介于1.5和2.4千瓦之间，2.4千瓦，大于2.4千瓦，约4.0千瓦，约4.5千瓦，约5.0千瓦，或约5.5千瓦。

图2A和2B的双层排列的一个潜在缺点是，在某些情况下，蚀刻所得到的膜会导致所有高质量的HP层被去除，从而将LP屏蔽层暴露于蚀刻。由于LP屏蔽层的质量相对较低(例如，使用相对低的RF功率设置沉积)，LP屏蔽层的湿法蚀刻速率相对较高且可变(参见，例如，图1A和上面的相关讨论)。由于LP屏蔽层的高且可变的湿法蚀刻速率，因此LP屏蔽层暴露于蚀刻可能是不期望的结果。

在另一实施方案中，RF功率设置可以在PEALD沉积期间逐渐增加，以提供一系列具有质量递增的层，如图2C和2D所示。特别是，图2C说明了使用六种不同(P1-P6)RF功率电平的层沉积，图2D说明了所得到的膜层的密度或质量变化。通过图2C和2D的布置，较低层(例如，以相对较低的RF功率设置沉积的层)用作屏蔽层，以阻止涉及较高RF功率设置的后续沉积造成的损坏。图2C和2D的实施方案认识到最高安全RF功率设置(例如，不会导致过度损坏的最高RF功率设置)随着屏蔽层(例如，先前沉积的层)的厚度增加而增加。作为具体示例，层200可以在被确定为将损坏保持在可接受的阈值以下的第一RF功率电平下沉积，然后层202可以高于第一功率电平的第二RF功率电平沉积，并且其中，当考虑层200的屏蔽特性时，确定第二RF功率电平以将损坏保持在可接受的阈值以下。类似地，层204、206、208和210可以以逐渐更高的RF功率电平沉积，其中在考虑各个下伏层的屏蔽特性的同时，选择用于沉积每一层的RF功率电平以将损伤保持在可接受的阈值以下。一般而言，可以由工艺工程师或其他人或实体用目前公开的技术沉积膜来确定对下伏的结构的可接受的损坏阈值。例如，对下伏的结构的可接受损坏阈值可以根据在一个或多个RF功率电平下由单个PEALD循环或成组的PEALD循环造成的损坏量来定义，或者可以根据由整个膜的沉积(例如，包括为在特定晶片上沉积特定膜而执行的第一个和最后一个PEALD沉积循环)造成的累积损坏量来定义。作为更具体的示例，累积损伤的阈值量(例如，被去除的一个或多个下伏层的量)可以是6埃、8埃、10埃、12埃、14埃、16埃、18埃或20埃。每循环损伤的阈值量可以参考期望的累积阈值来确定。换言之，如果所需的累积阈值水平为10埃，则可通过将10埃的累积阈值水平除以所有PEALD循环来确定每循环损伤阈值，其中该除法可考虑到较早的循环(其形成在或几乎在下伏层之上并且缺乏对所沉积的PEALD层的显著屏蔽)即使在相对较低的射频功率设置下，也可能具有更高的每循环损坏率。虽然所沉积的膜的不同区域被称为“层”，但在一些实施方案中，它们可以不被清晰的边界隔开，特别是如果ALD处理从低功率RF逐渐过渡到高功率RF的话。

虽然图2A和2B示出了利用6种不同RF功率设置的实施方案，但这仅仅是一种可能的布置。通常，可以使用任何期望数量的不同RF功率设置。例如，可以为每个PEALD循环(或循环组)使用不同的RF功率设置。换言之，RF功率设置可以在PEALD沉积的每个循环之后(或在一定数量的PEALD循环之后)渐升(ramp)或递增地增加。在一些实施方案中，RF功率仅渐升两次，这意味着ALD膜以三种不同的RF功率设置来沉积。一般而言，增加不同射频功率设置的数量可以使较低质量的较低层和较高质量的较高层之间的过渡平滑。此外，增加不同射频功率设置的数量可能有助于降低整体厚度，同时保持高质量的上层并确保对下层进行充分屏蔽。

通常，最低RF功率设置被设置得足够低以避免损坏超过设计阈值，并且最高射频功率设置被设置得足够高以提供所需的膜特性。例如，最低RF功率设置(以每300mm晶片为基础)的潜在值小于200瓦、介于200和250瓦之间、介于250和300瓦之间、介于300和350瓦之间、介于350和400瓦之间、介于400和450瓦之间、介于450和500瓦之间、介于500和550瓦之间、介于550和600瓦之间、或超过600瓦。类似地，作为示例，对于最高射频功率设置(以每300mm晶片为基础)的潜在值小于2.0千瓦、介于2.0和2.5千瓦之间、介于2.5和3.0千瓦之间、介于3.0和3.5千瓦之间、介于3.5和4.0千瓦之间、介于4.0和4.5千瓦之间、介于4.5和5.0千瓦之间、介于5.0和5.5千瓦之间、介于5.5和6.0千瓦之间、超过6.0千瓦。对于最高和最低射频功率设置的示例，“介于---之间”包括每个范围的端点。换言之，“介于500和550瓦之间”的RF功率设置包括500和550瓦设置两者以及在500和550瓦之间的所有瓦特设置。

在一些实施方案中，在第一个PEALD循环和最后一个PEALD循环之间(例如，在最低RF功率设置和最高RF功率设置之间)的RF功率设置的最大差异可能存在限制，和/或在两个连续的PEALD循环之间的RF功率设置中的RF功率设置的最大变化可能存在限制。例如，两个连续PEALD循环之间的RF功率设置的最大变化可能是每个晶片的瓦数增加25％(例如，如果一个循环以每晶片1,000瓦执行，则下一个循环可能限制为不超过1,250瓦)。作为另一个示例，两个连续PEALD循环之间的RF功率设置的最大变化可以是每晶片瓦数增加500瓦(例如，如果一个循环以每晶片1,000瓦执行，则下一个循环可以限制为不超过1,500瓦)。

在一些实施方案中，可以提供控制逻辑(例如，软件)，其自动提高作为循环数的函数的RF功率设置。在一些情况下，该逻辑应用针对每个不同的ALD循环预先指定的特定功率电平。在一些情况下，逻辑应用至少部分地由处理室内的条件确定的功率电平。在某些实施方案中，逻辑控制RF功率设置，使得它们在ALD膜形成处理的过程中单调增加。

可以采用多种方法来确定ALD处理的一系列RF功率设置。例如，用户可以执行一系列测试来确定作为循环数的函数的RF功率设置限制(例如，对于每个PEALD循环或每组PEALD循环的最高RF功率设置，其中功率设置不会导致超过阈值的损坏)。然后，用户或自动化系统可以生成最大RF功率与PEALD循环数的函数关系(或与另一个相关指标，如膜厚度的函数关系)的校准曲线。校准曲线可以由数学表达式定义，或者可以是不同ALD循环的功率值系列。在后一种情况的一个实现方案中，这些值在查找表中提供。在一些实施方案中，校准曲线采用线性表达式的形式(即，功率＝m(ALD循环数)+b)。在一些实施方案中，校准曲线可以采用3次多项式函数的形式(例如，RF功率等于因子A乘以循环计数的立方加上因子B乘以循环计数的平方加上因子C乘以循环计数加上因子D)。控制软件可以配置有例如校准曲线等，使射频功率设置在PEALD处理的过程中跟踪校准曲线。

图3是描绘根据某些公开的实施方案执行的操作的处理流程图。在图3中的操作可在具有一个或多个站的处理室中执行。在多种实施方案中，处理室具有四个站。合适的工具在下方装置章节中进一步描述。

在图3中的操作可在1毫托和约10托之间、或在1毫托和500毫托之间、或在约1托和约10托之间的室压强下执行。在图3中的操作可在约-50℃到约900℃之间、或在约100℃和约400℃之间、或在约200℃和约300℃之间、或在约400℃和约550℃之间、或在约400℃和约600℃之间、或在约400℃和约700℃之间、或在约400℃和约800℃之间的衬底温度下执行。应理解的是，衬底温度被限定为给保持衬底的基座所设定的、从而将衬底加热至期望温度的温度。

在操作302中，将衬底提供至处理室。衬底可以是硅晶片，例如200mm晶片、300mm晶片、或450mm晶片，包含上面沉积有诸如电介质、导体或半导体材料之类的一或多层材料的晶片。下层的非限制性示例包含介电层和导体层，例如氧化硅、氮化硅、碳化硅、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、半导体(例如硅)以及金属层。

在多种实施方案中可将衬底图案化。图案可包含形貌，其可包含具有任何期望尺寸和深宽比的通孔、孔洞和沟槽。

在操作304中，将衬底暴露于前体持续足以将前体吸附在衬底表面上以形成前体吸附层的持续时间。

足以将前体吸附的持续时间取决于所使用的前体及该前体的分压。可相关于足以将前体吸附的持续时间的其他处理条件包含但不限于：衬底温度、室压强、室中其他气体的存在、前体流率、所选择的前体、衬底的表面化学性质、以及衬底的表面形貌。

在多种实施方案中，可使用载气将前体输送至容纳衬底的处理室，载气可以是诸如氩之类的惰性气体。在一些实施方案中，将载气在流入室之前转向。

在操作306中，任选地清扫处理室。可将容纳衬底的处理室进行清扫以移除未吸附在衬底表面上的前体。清扫室会涉及使清扫气体或打扫气体流动，清扫气体或打扫气体可以是在其他操作中使用的载气或可以是不同气体。示例性的清扫气体包含：氩、氮、氢、及氦。在多种实施方案中，清扫气体可以是惰性气体。示例性的惰性气体包含：氩、氮、及氦。在一些实施方案中，清扫可涉及将室抽空。在一些实施方案中，清扫气体与用于将前体输送至室的载气相同。在一些实施方案中，操作306可包含将处理室抽空的一个或多个抽空子阶段。替代地，应了解在一些实施方案中可忽略操作306。操作306可具有任何合适持续时间，诸如在约0.1秒和约2秒之间。

在操作318中，将衬底暴露于第二反应物，例如等离子体，以将吸附的前体转换成膜。在PEALD的情况下，提供等离子体以将第二反应物(诸如含氧气体或氧化剂)活化成与第一前体的吸附层反应的离子和自由基以及其他活化物质。举例而言，等离子体可将含氧气相分子直接或间接活化以形成氧自由基或离子。反应物质可具有可以至少部分地由射频等离子体功率(RF功率)所决定的特定等离子体能量。

在操作318中，将衬底直接或间接暴露于特定射频等离子体功率(RF功率)。在沉积期间存在于室中反应物质的量还可通过改变等离子体功率或等离子体时间进行调整。然而，应理解，在此处所述的各种实施方案中，当PEALD从一个循环至另一循环进行调整时，反应物质的量可通过只改变RF产生器的RF功率设置来调整以产生期望的屏蔽和最终层。

在多种实施方案中，等离子体为原位等离子体，使得等离子体在室中在衬底表面正上方形成。ALD处理的等离子体可通过使用两个电容耦合板将射频(RF)场施加至气体而产生。等离子体产生反应物质。反应物质可包含电子、离子、自由基和中性物质。通过RF场在板之间的气体离子化点燃等离子体，在等离子体放电区域中产生自由电子。这些电子由RF场加速并且可以与气相反应物分子碰撞。这些电子与反应物分子的碰撞可形成参与沉积处理的自由基物质。应理解，RF场可经由任何合适电极进行耦合。在多种实施方案中，使用高频等离子体，其具有至少约13.56MHz、或至少约27MHz、或至少约40MHz、或至少约60MHz的频率。在一些实施方案中，可使用基于微波的等离子体。电极的非限制性示例包含：处理气体分配喷头以及衬底支撑基座。在多种实施方案中，基座是通电基座，且室包含接地喷头。在一些实施方案中，基座接地而喷头被供电。应理解，除了将RF场电容耦合至气体，ALD处理的等离子体可通过一个或多个其他合适方法形成。在某些实施方按中，等离子体为远程等离子体，使得等离子体在室上游的远程等离子体产生器中点燃，接着输送至容纳衬底的室。

在操作310中，再次任选地清扫处理室以将来自前体和第二反应物之间的反应的任何过剩的副产物移除。操作310的处理条件可以是上方关于操作306所描述的那些中的任何一者。在一些实施方案中，使用在约5每分钟标准升(slm)和约70slm之间的流率流动的惰性气体来清扫室。

操作304到310被重复多次，每次构成一个PEALD循环。在一个或多个PEALD循环(例如，操作304-310的重复)之后，可以执行操作312并且RF功率设置可以增加。可以在每个PEALD循环之后或在每组PEALD循环之后(例如，在每5、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、90或100个PEALD循环之后)执行操作312。在一些实施方案中，对于PEALD沉积的初始循环，RF功率设置是低的(例如，每300mm晶片约300瓦)以能够形成屏蔽层而不损坏下伏的结构。然后，RF功率设置逐渐增加(以所需一样多的增量)，以使后面的层具有更高的质量(例如，更低的湿法蚀刻速率)。RF功率设置的增加速率可以选择得足够慢，以使由于增加的RF功率设置引起的任何潜在损伤的增加被下伏的屏蔽层厚度的增加充分抵消，从而对下伏的结构的损伤量(例如，初始屏蔽层下面的结构)保持低于阈值，其中该阈值可以由工艺工程师确定。在一些实施方案中，RF功率设置的渐升可以被配置为限制对下伏的结构的损坏总量。在一些其他实施方案中，RF功率设置的渐升可以被配置为限制PEALD沉积的单个循环或一组循环对下伏的结构的损坏量。

应理解，尽管此处描述氧化硅膜，但某些公开的实施方案的应用可用于沉积其他含硅膜，其他含硅膜包含但不限于：氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、碳氮氧化硅(siliconcarboxynitride)、碳氧化硅、以及多晶硅。

尽管此处描述PEALD作为示例，但是某些公开的实施方案可应用于任何ALD技术，包含热和空间ALD，且尽管此处描述了RF功率，但也可以可调整配料、清扫、转换时间和/或压强。

装置

图4绘出了具有用于保持低压环境的处理室主体402的等离子体增强原子层沉积(PEALD)处理站400的一个实施方案的示意图。多个PEALD处理站400可以包含在通常低压处理工具环境中。例如，图5绘出了多站式处理工具500的一个实施方案。在一些实施方案中，PEALD处理站400的一个或多个硬件参数(包含下文详细讨论的那些)可以由一个或多个控制器450以编程方式调节。

PEALD处理站400与反应物输送系统401a流体连通，以将处理气体输送至喷头406。反应物输送系统401a包含混合容器404，混合容器404用于混合和/或调节输送至喷头406的处理气体，如硅前体气体、或是第二反应物气体(例如氧和氩)。一个或多个混合容器入口阀420可以对处理气体导入至混合容器404进行控制。还可将氩等离子体输送到喷头406或者可在PEALD处理站400中产生。

举例而言，图4的实施方案包含汽化点403，用于汽化将供应至混合容器404的液体反应物。在一些实施方案中，汽化点403可以是加热的蒸发器。从这样的蒸发器产生的饱和的反应物蒸气会在下游输送管道凝结。不兼容气体暴露至凝结的反应物会产生小颗粒。这些小颗粒可能阻塞管道、阻碍阀操作、污染衬底等。处理这些问题的一些方法涉及清扫和/或排空输送管道以去除残留反应物。然而，清扫输送管道会增加处理站循环时间、降低处理站吞吐量。因此，在一些实施方案中，汽化点403下游的输送管道可以被热追踪。在一些示例中，混合容器404也可以被热追踪。在一个非限制性示例中，汽化点403下游的管道具有增大的温度分布，在混合容器404处从约100℃延伸至约150℃。

在一些实施方案中，液体前体或者液体反应物可以在液体喷射器处汽化。例如，液体喷射器可以将液体反应物的脉冲喷射到混合容器上游的载气流中。在一个实施方案中，液体喷射器可以通过将液体从较高压闪变到较低压来汽化反应物。在另一个示例中，液体喷射器可以将液体雾化为接下来在加热的输送管中汽化的分散的微滴。较小的液滴比较大的液滴可以较快汽化，从而减小了在液体注入和完成汽化之间的延迟。较快的汽化可以减小汽化点403下游的管道长度。在一个方案中，液体喷射器可以直接装载到混合容器404。在另一个方案中，液体喷射器可以直接安装到喷头406上。

在一些实施方案中，可以在汽化点403上游设置液体流控制器(LFC)来控制用于汽化并输送至PEALD处理站400的液体的质量流量。例如，LFC可以包含位于LFC下游的热质量流量计(MFM)。然后可以响应于由与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，其可以采取一秒或一秒以上来使用反馈控制以稳定液体流。这可以延长投配液体反应物的时间。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切换。在一些实施方案中，这可以通过禁用PID控制器和LFC的感测管道来进行。

喷头406朝衬底412分配处理气体。在图4所示的实施方案中，衬底412位于喷头406下方，并且示出为安置在基座408上。喷头406可以具有任何适当的形状，并可以具有任何适当数量和布置的端口，以将处理气体分配至衬底412。

在一些实施方案中，基座408可以升高或降低以将衬底412暴露于衬底412和喷头406之间的体积。应理解的是，在一些实施方案中，基座高度可以经由合适的计算机控制器450通过编程方式进行调节。

在另一种情况下，在等离子体被点燃的实施方案中，调节基座408的高度可以使得等离子体密度在工艺中的等离子体活化循环期间内改变。在处理阶段结束时，基座408可以在另一衬底传送阶段被降低以使得衬底412能从基座408移走。

在一些实施方案中，基座408可通过加热器410进行温度控制。在一些实施方案中，在如公开的实施方案中所述的氮化硅膜沉积的期间，可将基座408加热到至少约250℃(或者在一些实施方案中，低于约300℃，诸如约250℃)的温度。在一些实施方案中，将基座设定为在约-50℃和约900℃之间、或在约50℃及300℃之间的温度，例如在约200℃和约275℃之间的温度。在一些实施方案中，将基座设定为在约50℃和300℃之间的温度。在一些实施方案中，将基座设定为在约200℃和约275℃之间的温度。

此外，在一些实施方案中，对于PEALD处理站400的压力控制可以由蝶形阀418提供。如在图4的实施方案中所示，蝶形阀418对由下游真空泵(未示出)提供的真空进行节流。然而，在一些实施方案中，对PEALD处理站400的压力控制还可以通过改变引入至PEALD处理站400的一种或多种气体的流率来调节。

在一些实施方案中，喷头406的位置可以相对于基座408调节以改变衬底412和喷头406之间的体积。此外，应当理解的是，基座408和/或喷头406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。在一些实施方案中，基座408可包含用于旋转衬底412的方位的旋转轴线。应该理解的是，在一些实施方案中，这些示例性调节中的一种或多种可以通过一个或多个控制器450以编程方式进行。

在如上所述可以使用等离子体的一些实施方案中，喷头406和基座408可以电连接射频(RF)功率源414和匹配网络416来对等离子体供电。在多种实施方案中，基座是通电基座且室包含接地喷头。在一些实施方案中，基座接地而喷头被供电。可使用控制器450控制在转换期间通过RF功率源414供应的RF功率(例如以结合至少图2A-2D和3所描述的使RF功率渐升)。在一些实施方案中，等离子体能量使用等离子体功率(RF功率)和转换持续时间的组合来调节。在一些实施方案中，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，RF功率源414和匹配网络416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。上文已包含合适功率的示例。同样地，RF功率源414可提供任何合适频率的RF功率。在一些实施方案中，RF功率源414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频率可以包含，但不限于，介于0kHz和500kHz之间的频率。示例性的高频RF频率可以包含，但不限于，介于1.8MHz和2.45GHz之间的频率，或大于约13.56MHz、或大于27MHz、或大于40MHz、或大于60MHz的频率。应当理解，任何合适的参数可被离散地或连续地调整以启动表面反应。

在一些实施方案中，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多个电压、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/或处理气体的浓度可以由一个或多个光发射光谱传感器(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。这样的监控器可包含，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)测序指令来提供用于控制器450的指令。在一个示例中，用于设置处理阶段的条件的指令可被包含在处理配方的相应的配方阶段中。在某些情况下，处理配方阶段可按顺序排列，使得用于处理阶段的所有指令与该处理阶段同时进行。在一些实施方案中，用于设定一个或多个反应器参数的指令可以被包含在配方阶段中。例如，第一配方阶段可包含：用于设定惰性气体以及/或者反应物气体(例如第一前体)的流率的指令、用于设定载气(诸如氩)的流率的指令、用于设置RF功率电平的指令以及用于第一配方阶段的时间延迟指令。随后的第二配方阶段可包含：用于调整或停止惰性气体以及/或者反应物气体的流率的指令、用于调整载气或清扫气体的流率的指令、用于设置第二RF功率电平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含：用于调整第二反应物气体的流率的指令、用于调整第二反应物气体流动的持续时间的指令、用于调整载气或清扫气体的流率的指令、用于设置第三RF功率电平的指令以及用于第三配方阶段的时间延迟指令。随后的第四配方阶段可以包含：用于调整或停止惰性气体以及/或者反应物气体的流率的指令、以及用于调整载气或清扫气体的流率的指令、用于设置第四RF功率电平的指令以及用于第四配方阶段的时间延迟指令。应该理解的是，在本公开的范围内，这些配方阶段可以进一步细分和/或以任何适当的方式重复。在一些实施方案中，控制器450可以包括下面关于图5的系统控制器550所描述的任何特征。

如上所述，一个或多个处理站可以包含在多站处理工具中。图5示出了多站式处理工具500的一个实施方案的概要视图，所述处理工具500具有入站装载锁502和出站装载锁504，两者之一或者该两者可以包含远程等离子体源。处于大气压的机械手506被配置为将晶片从通过晶舟508装载的盒经由大气端口510移动至入站装载锁502内。晶片由机械手506放置在入站装载锁502中的基座512上，关闭大气端口510，且抽空装载锁。当入站装载锁502包含远程等离子体源时，晶片可在被引入处理室514之前在装载锁中暴露于远程等离子体处理。此外，晶片另外也可以在入站装载锁502中加热，例如以移除湿气和吸附的气体。接下来，通向处理室514的室传输端口516被打开，且另一个机械手(未示出)将晶片放置到在反应器中被示出的第一站的基座上的反应器中以用于处理。尽管在图5中绘出的实施方案包含装载锁，但应该理解的是，在一些实施方案中，可以使衬底直接进入处理站。

绘出的处理室514包含4个处理站，在图5所示的实施方案中编号为1至4。每个站具有加热的基座(对于站1示出为518)和气体管线入口。应该理解的是，在一些实施方案中，每个处理站可以具有不同或者多个用途。例如，在一些实施方案中，处理站可以是可在ALD与等离子体增强的ALD处理模式之间切换的。附加地或替代地，在一些实施方案中，处理室514可以包含一个或多个ALD和等离子体增强的ALD处理站的匹配对。尽管绘出的处理室514包含4个站，但要理解的是，根据本公开所述的处理室可以具有任何适当数量的站。例如，在一些实施方案中，处理室可以具有5个或5个以上的站，而在其它实施方案中，处理室可以具有3个或者更少的站。

应该理解的是，除非另有说明，否则对本公开的RF功率设置的各种引用通常意在指代每个晶片的RF功率设置。在涉及多站处理工具中的多个处理站的实施方案中，可以(例如，同时和/或顺序地)提供一个或多个RF功率源来服务于多个处理站。在单个RF功率源服务于多个处理站的实施方案中，RF功率源的每晶片功率设置可以乘以同时被提供有期望功率电平的等离子体的处理站的数量。换言之，当本公开描述300瓦的RF功率设置时，应该理解RF功率设置反映每晶片300瓦的值，并且在多站处理工具中，RF功率源的实际的RF功率设置可以是每晶片功率设置乘以站的数量。

此外，应该理解的是，除非另有说明，否则对本公开的RF功率设置的各种引用通常旨在指代用于300mm晶片的RF功率设置。当在具有不同于300mm晶片的尺寸的衬底或晶片上沉积材料时，可以调整本文所述的RF功率设置。在这样的实施方案中，图1A、1B、1C、1D和1E的实验可以用衬底或晶片(具有除300mm晶片以外的尺寸)重复，以确定RF功率设置的适当范围，包括用于形成屏蔽层的低功率设置和用于形成高质量层的高功率设置两者，同时考虑到工艺工程师、衬底或晶片设计者或其他相关方的所需损伤阈值和膜质量目标。

图5绘出了用于在处理室514内传输晶片的晶片搬运系统590的一个实施方案。在一些实施方案中，晶片搬运系统590可以在各种处理站之间和/或处理站与装载锁之间传输晶片。应该理解的是，可以采用任何适当的晶片搬运系统。非限制性示例包含晶片转盘和搬运晶片的机械手。图5还绘出了用来控制多站处理工具500的工艺条件和硬件状态的系统控制器550的一个实施方案。系统控制器550可以包含一个或多个存储器设备556、一个或多个海量存储设备554和一个或多个处理器552。处理器552可以包含计算机或者CPU、模拟和/或数字输入/输出连接、步进马达控制器板等。

在一些实施方案中，系统控制器550控制多站处理工具500的所有活动。系统控制器550执行存储在海量存储设备554、载入存储器设备556、并由处理器552执行的系统控制软件558。替代地，控制逻辑可以在系统控制器550中硬编码。特定应用集成电路、可编程逻辑设备(例如，现场可编程栅极阵列、或者FPGA)等可以用于这些目的。在下面的讨论中，无论使用“软件”还是“代码”，可以使用功能上相当的硬编码的逻辑来取代。系统控制软件558可以包含用于控制时序、气体的混合、气体流率、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、衬底基座、卡盘和/或基座位置、以及由多站处理工具500进行的特定处理的其它参数的指令。系统控制软件558可以以任何适当的方式配置。例如，各种处理工具组件子程序或者控制对象可以写入以控制用于进行各种处理工具处理的处理工具组件的操作。系统控制软件558可以以任何适当的计算机可读编程语言来编码。

在一些实施方案中，系统控制软件558可以包含用于控制上述各种参数的输入/输出控制(IOC)测序指令。在一些实施方案中可以采用与系统控制器550关联的、存储在海量存储设备554和/或存储器设备556的其它计算机软件和/或程序。用于该目的的程序或者程序段的示例包含衬底定位程序、处理气体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序、以及等离子体控制程序。

衬底定位程序可以包含用于处理工具组件的程序代码，该处理工具组件用于将衬底装载到基座518，并且控制衬底和多站处理工具500的其它部分之间的间隔。

处理气体控制程序可包含用于控制气体组成(例如，本文所述的诸如含碘硅前体气体、含氮气体、载气和清扫气体)和流率的代码和任选地用于使气体在沉积之前流到一个或多个处理站中以稳定在处理站中的压强的代码。压强控制程序可以包含用于通过调节例如在处理站的排放系统中的节流阀、流入处理站内的气流等等来控制处理站内的压强的代码。

加热器控制程序可包含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，加热器控制程序可控制传热气体(如氦气)朝向衬底的传送。

等离子体控制程序可包含用于根据本文的实施方案设置施加到一个或多个处理站内的处理电极的RF功率电平的代码。

压强控制程序可以包含用于根据本文的实施方案保持反应室内的压强的代码。

在一些实施方案中，可以存在与系统控制器550相关联的用户界面。用户界面可以包含显示屏、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。

在一些实施方案中，由系统控制器550调节的参数会涉及工艺条件。非限制性实例包含处理气体组成和流率、温度、压强、等离子体条件(例如，RF偏置功率电平)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，配方可以利用所述用户界面输入。

用于监控处理的信号可以由系统控制器550的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。用于控制处理的信号可以通过多站处理工具500的模拟和数字输出连接件输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性实例包含质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶等等。经适当编程的反馈和控制算法可以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550可以提供用于进行上述沉积处理的程序指令。所述程序指令可以控制多种处理参数，如DC功率电平、RF偏置功率电平、压强、温度等。所述指令可以控制这些参数以根据本发明所描述的多种实施方案操作膜叠层的原位沉积。

系统控制器550将通常包含一个或多个存储器设备556和被配置成进行指令的一个或多个处理器以使该装置将进行根据所公开的实施方案所述的方法。包含用于控制根据所公开的实施方案的处理操作的指令的机器可读的介质可以耦合到系统控制器550。

在一些实现方案中，系统控制器550是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这种系统可以包含半导体处理设备，该半导体处理设备包含一个或多个处理工具、一个或多个处理室、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，系统控制器550可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包含控制处理气体输送、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)产生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。

广义而言，系统控制器550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。集成电路可以包含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进行程序指令(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)传送到系统控制器550的指令，该设置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进行特定处理的操作参数。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。

在一些实现方案中，系统控制器550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，系统控制器550可以在“云端”或者是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，从而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控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，以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。在一些示例中，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，网络可以包含本地网络或互联网。远程计算机可以包含允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后被从远程计算机传送到系统。在一些示例中，系统控制器550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进行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要进行的工艺类型以及工具类型，系统控制器550被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，系统控制器550可以例如通过包含一个或多个分立的控制器而为分布式，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示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。

示例的系统可以包含但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、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、PEALD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它的半导体处理系统。

如上所述，根据工具将要进行的一个或多个工艺步骤，系统控制器550可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、组合工具、其它工具界面、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往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。

用于进行本文公开的方法的适当装置在2011年4月11日提交的名称为“等离子体激活的共形膜沉积(PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION)”的美国专利申请No.13/084,399(现在的美国专利No.8,728,956)；2011年4月11日提交的名称为“氮化硅膜和方法(SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS)”的美国专利申请No.13/084,305中进一步讨论并说明，这些专利中的每个整体并入本文。

本文所述的装置/工艺可以与光刻图案化工具或工艺结合使用，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/工艺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含以下操作中的一些或所有，每个操作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)上施加光致抗蚀剂；(2)使用热板或加热炉或UV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工作台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印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。

结论

虽然上述实施方案已经为了清楚理解的目的在一些细节方面进行了描述，但显而易见的是，某些变化和修改方案可在所附权利要求的范围内实施。应当注意的是，具有实施本发明的实施方案的过程、系统和装置的许多替代方式。因此，本发明的实施方案应被视为是说明性的而不是限制性的，并且所述实施方案并不限于本文所给出的细节。

Claims

1.一种沉积膜的方法，该方法包括：

向处理室提供衬底；

在第一等离子体增强原子层沉积(PEALD)循环中在所述衬底上沉积第一量的材料，所述第一循环包括：

在允许所述前体吸附到所述衬底的表面上的条件下将所述衬底暴露于前体，从而形成所述前体的第一吸附层；以及

将所述前体的所述第一吸附层暴露于使用第一等离子体功率电平产生的第一等离子体；

在第二PEALD循环中在所述衬底上沉积第二量的所述材料，所述第二循环包括：

在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于所述前体，从而形成所述前体的第二吸附层；以及

将所述前体的所述第二吸附层暴露于使用第二等离子体功率电平产生的第二等离子体，其中所述第二等离子体功率电平大于所述第一等离子体功率电平，并且其中所述第二PEALD循环在所述第一PEALD循环之后执行；以及

在第三PEALD循环中在所述衬底上沉积第三量的所述材料，所述第三循环包括：

在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于前体，从而形成所述前体的第三吸附层；以及

将所述前体的所述第三吸附层暴露于使用第三等离子体功率电平产生的第三等离子体，其中所述第三等离子体功率电平大于所述第二等离子体功率电平，并且其中所述第三PEALD循环在所述第二PEALD循环之后执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括300mm晶片，其中对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平小于1.0千瓦，并且其中对于所述300mm晶片，所述第三等离子体功率电平大于2.0千瓦。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括300mm晶片，其中对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平小于500瓦，并且其中对于所述300mm晶片，所述第三等离子体功率电平大于3.5千瓦。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一等离子体功率电平不超过所述第二等离子体功率电平的一半。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括300mm晶片，其中对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平小于1.0千瓦，并且其中重复所述第一循环，包括使用所述第一等离子体功率电平，直到所沉积的所述材料的厚度超过20埃。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在执行所述第二循环之前，所述第一循环被重复至少二十次。

7.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

在第四PEALD循环中在所述衬底上沉积第四量的所述材料，所述第四循环包括：

在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于所述前体，从而形成所述前体的第四吸附层；以及

将所述前体的所述第四吸附层暴露于使用第四等离子体功率电平产生的第四等离子体，其中所述第四等离子体功率电平大于所述第三等离子体功率电平，并且其中所述第四PEALD循环在所述第三PEALD循环之后执行。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述衬底包括300mm晶片，其中对于所述300mm晶片，所述第一等离子体功率电平小于500瓦，并且对于所述300mm晶片，所述第四等离子体功率电平大于3.5千瓦。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述材料包括氧化硅。

10.一种沉积膜的方法，该方法包括：

在处理室中接收衬底；以及

在多个等离子体增强原子层沉积(PEALD)循环中在所述衬底上沉积材料，每个循环包括：

在允许所述前体吸附到所述衬底的所述表面上的条件下将所述衬底暴露于前体，从而形成所述前体的吸附层；以及

将所述吸附层暴露于使用具有可变功率设置的射频(RF)发生器提供的等离子体，

其中在所述多个PEALD循环中在所述衬底上沉积所述材料包括：将所述RF发生器的所述可变功率设置设置为用于第一PEALD循环的第一功率电平、用于第二PEALD循环的第二功率电平以及用于第三PEALD循环的第三功率电平，

其中所述第三功率电平大于所述第二功率电平，

其中所述第二功率电平大于所述第一功率电平，

其中所述第三PEALD循环发生在所述第二PEALD循环之后，并且

其中所述第二PEALD循环发生在所述第一PEALD循环之后。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述衬底包括单晶片，其中对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平小于1.0千瓦，并且其中对于所述单晶片，所述第三等离子体功率电平大于2.0千瓦。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述衬底包括单晶片，其中对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平小于500瓦，并且其中对于所述单晶片，所述第三等离子体功率电平大于3.5千瓦。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一等离子体功率电平不超过所述第三等离子体功率电平的一半。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述衬底包括单晶片，其中对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平小于1.0千瓦，并且其中重复所述第一循环，包括使用所述第一等离子体功率电平，直到所沉积的所述材料的厚度超过20埃。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，在执行所述第二循环之前，所述第一循环被重复至少二十次。

16.根据权利要求10所述的方法，其中在所述多个PEALD循环中在所述衬底上沉积所述材料包括将所述RF发生器的可变功率设置设置为用于第四PEALD循环的第四功率电平，其中所述第四功率电平大于所述第三功率电平，并且其中所述第四PEALD循环在所述第三PEALD循环之后发生。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述衬底包括单晶片，其中对于所述单晶片，所述第一等离子体功率电平小于500瓦，并且对于所述单晶片，所述第四等离子体功率电平大于3.5千瓦。

18.根据权利要求11所述的方法，其中，所述材料包括氧化硅。

19.一种用于处理衬底的装置，该装置包括：

一个或多个处理室；

一个或多个气体入口，其进入所述一个或多个处理室和相关的流量控制硬件；

等离子体发生器；和

具有至少一个处理器和存储器的控制器，其中所述至少一个处理器和所述存储器彼此通信连接，所述至少一个处理器至少与所述流量控制硬件能操作地连接，并且所述存储器存储计算机可执行指令，所述可执行指令用于控制所述至少一个处理器以至少控制流控制硬件以：

致使衬底插入所述一个或多个处理室中的至少一个；

致使将第一组交替的含硅前体流和氧化剂流通过所述一个或多个气体入口引入所述一个或多个处理室中的所述至少一个；

当在所述第一组期间致使所述氧化剂引入以形成氧化硅材料时，致使具有第一等离子体功率电平的等离子体产生；

致使将第二组交替的所述含硅前体流和所述氧化剂流通过所述一个或多个气体入口引入所述一个或多个处理室中的所述至少一个；

当在所述第二组期间引入所述氧化剂以形成氧化硅材料时，致使具有第二等离子体功率电平的等离子体产生；

致使将第三组交替的所述含硅前体流和所述氧化剂流通过所述一个或多个气体入口引入所述一个或多个处理室中的所述至少一个；并且

当在所述第二组期间引入所述氧化剂以形成氧化硅材料时致使具有第三等离子体功率电平的等离子体产生，其中所述第三等离子体功率电平是所述第一等离子体功率电平的至少两倍，并且其中所述第二等离子体功率电平大于所述第一等离子功率电平且低于所述第三等离子功率电平。

20.根据权利要求19所述的装置，其中所述一个或多个处理室中的所述至少一个包括通电喷头和用于保持所述衬底的接地基座。

21.根据权利要求19所述的设备，其中所述一个或多个处理室中的所述至少一个包括用于保持所述衬底的通电基座和接地喷头。