TW201923138A - 用於晶圓間膜厚度匹配之藉由將沉積循環數量呈腔室堆積量函數調制的厚度補償 - Google Patents

用於晶圓間膜厚度匹配之藉由將沉積循環數量呈腔室堆積量函數調制的厚度補償 Download PDF

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Abstract

提供用於施行原子層沉積之方法及設備。一種方法可包括決定當前於沉積室內部的內部區域上之沉積材料堆積量，其中該沉積材料堆積量會隨著一批基板的處理過程改變；將所決定之沉積材料堆積量應用於達成目標沉積厚度所需的ALD循環數量、與代表沉積材料堆積量的變數兩者之間的關係，其中在已知該沉積室內部的內部區域上之當前沉積材料堆積量的情況下，該應用回傳一補償之ALD循環數量以產生目標沉積厚度；及於該批次中之一或多個基板上施行該補償的ALD循環數量。

Description

用於晶圓間膜厚度匹配之藉由將沉積循環數量呈腔室堆積量函數調制的厚度補償
本發明係關於提供用於施行原子層沉積之方法及設備。
積體電路的製造包括很多不同之處理步驟。時常採用的操作之其中一者係介電膜的沉積。該膜可沉積在相當平坦之基板上，或其可沉積進入已佈圖於矽基板上方或進入矽基板的特徵部之間的間隙。沉積此膜之一方法係經過電漿輔助原子層沉積(ALD)。在此類型的方法中，以循環方式進行數個操作，以沉積保形膜。典型地，ALD製程包括以下步驟：(a)向反應室提供一劑量之第一反應物，(b)清洗該反應室，(c)使第二反應物流至該反應室，(d)點燃該反應室中的電漿，和(e)熄滅該電漿並清洗該反應室。由於前驅物輸送／吸附至該基板表面上之本質，單一循環的ALD製程典型沉積約一單層材料。該等操作可重複多次，以沉積額外之單層來達到所想要的膜厚度。界定同時最佳化產量及一致性的操作模式依然是一項挑戰。
在一實施例中，提供於沉積室中施行原子層沉積之方法。該方法可包括(a)決定當前在沉積室內部的至少一內部區域上之沉積材料堆積量，該沉積材料堆積量隨著一批基板的處理過程改變；(b)將在(a)中所決定之沉積材料堆積量、或由其導出的參數應用至(i)達成目標沉積厚度所需之ALD循環數量、與(ii)代表沉積材料堆積量的變數兩者之間的關係，在已知該沉積室內部的內部區域上之當前沉積材料堆積量的情況下，該應用回傳一補償之ALD循環數量以產生目標沉積厚度；及(c)於該批基板中之一或多個基板上施行該補償的ALD循環數量。
在一些實施例中，決定該沉積材料堆積量的步驟可能包括藉由使用所施行之ALD循環數量和每ALD循環的預測沉積材料堆積量來計算該沉積材料堆積量。
於一些實施例中，該沉積材料堆積量可能隨著一批基板之處理過程實質上線性地變動。
於一些實施例中，該沉積材料堆積量可能隨著ALD循環數量而實質上線性地變動。
在一些實施例中，決定該沉積材料堆積量的步驟可能包括原位測量該沉積材料堆積量。
於一些實施例中，該關係可隨著一批基板的處理過程中至少部分地基於該批基板中之基板的厚度趨勢。
在一些實施例中，該關係可為至少部分地基於至少一批經處理之基板的資料，該批經處理之基板中的每個基板上可能已施行相同之沉積循環數量，且該資料可包括該批經處理的基板中之複數個基板的厚度、和用於該複數個基板中之每個基板的對應沉積材料堆積量。
在一些此等實施例中，該關係可為該資料之多項式擬合。
於一些實施例中，該關係可為多項式關係，其中用於產生該目標沉積厚度的補償ALD循環數量係代表該沉積材料堆積量之變數的函數，且代表該沉積材料堆積量之變數可提升至一個乘冪。
在一些此等實施例中，該乘冪可為三。
於一些此等其他實施例中，該多項式關係可表達實現目標沉積厚度所需的ALD循環數量作為諸項之和的函數。該等項目中之至少兩項可能包括代表當前在該沉積室內部的內部區域上之沉積堆積量上升到一乘冪的變數。
於一些此等其他實施例中，該多項式關係可表達為如下：該補償之ALD循環數量=達成目標沉積厚度所需的ALD循環數量乘以(x3 * A + x2 * B + x * C + 1 * D)。X可為當前在該沉積室內部之內部區域上的沉積堆積量，且A、B、C和D可為常數。
於一些實施例中，該方法可另包括(d)對該批基板中之所有基板重複(a)至(c)步驟。
在一些實施例中，該方法可另包括(e)於(c)之後，自該沉積室移除一或多個基板。該一或多個基板可包括具有該目標沉積厚度的ALD沉積層。
於一些實施例中，該原子層沉積可產生矽氧化膜或矽氮化膜。
在一實施例中，可提供一系統。該系統可包括用於施行ALD沉積之沉積室、及用於控制該沉積室以將材料沉積在該沉積室中的基板上之控制器。該控制器可包括控制邏輯，用於：(a)決定當前在沉積室內部的至少一內部區域上之沉積材料堆積量，該沉積材料堆積量隨著一批基板的處理過程改變；(b)將(a)中所決定的沉積材料堆積量或由其導出的參數應用至(i)達成目標沉積厚度所需之ALD循環數量、與(ii)代表該沉積材料堆積量的變數兩者之間的關係，在已知當前在該沉積室內部的內部區域上之沉積材料堆積量的情況下，該應用回傳一補償之ALD循環數量用以產生目標沉積厚度；及(c)於該批基板中之一或多個基板上施行該補償的ALD循環數量。
在一些實施例中，該沉積室可包括二或多個處理站。
於一些實施例中，該控制器可另包括控制邏輯，用於：(d)回應於當前在該沉積室內部之至少一內部區域上的沉積材料堆積量已達到堆積極限之決定而停止處理該批基板；及(e)在(d)之後，清潔該沉積室內部。
於一些實施例中，該關係可為至少部分地基於至少一批經處理的基板之資料，該批經處理的基板中之每個基板上可能已施行相同的沉積循環數量，且該資料可能包括該批經處理之基板中的複數個基板之厚度、及用於該複數個基板中的每個基板之對應沉積材料堆積量。
在一些實施例中，決定該沉積材料堆積量的步驟可包括藉由使用所施行之ALD循環數量及每ALD循環的預測沉積材料堆積量來計算該沉積材料堆積量。
在以下的敘述中，提出極多特定細節，以便提供所呈現實施例之完全理解。所揭示的實施例可於沒有這些特定細節之一些或全部的情況下實踐。在其他情況下，沒有詳細敘述熟知之處理操作，以免不必要地模糊所揭示的實施例。雖然將會同該等特定實施例來敘述所揭示之實施例，但是吾人應理解其不意欲限制所揭示的實施例。
於此申請案中，該「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」及「部分製造之積體電路」等詞可互換地使用。一般熟習該技術領域者應可理解「部分製造的積體電路」一詞可意指在其上面製造積體電路之很多階段的任何階段期間之矽晶圓。該半導體裝置工業中所使用的晶圓或基板典型具有200毫米、或300毫米、或450毫米之直徑。以下的詳細描述假設本發明係在晶圓上實現。然而，本發明不限於此。該工件可具有各種形狀、尺寸和材料。除了半導體晶圓以外，可利用本發明之其他工件包括諸如印刷電路板等之各種製品。
半導體裝置的製造典型涉及在積體製造製程中將一或多個薄膜沉積在平面式或非平面式基板上。於該積體製程之一些態樣中，沉積符合基板形貌之薄膜是有用的。在某些案例下有用的一種反應涉及化學蒸氣沉積(CVD)。於典型的CVD製程中，氣相反應物同時導入反應室並遭受氣相反應。該等反應產物沉積在該基板之表面上。該反應可能藉由電漿所驅動，在這種案例下，該製程可稱為電漿增強式化學蒸氣沉積(PECVD)反應。如在此中所使用，該CVD一詞係意欲包括PECVD，除非以別的方式指示。CVD製程具有某些缺點，使得它們在某些情況下不太合適。例如，CVD氣相反應的大量運送限制可能造成「麵包塊化」沉積效應(“bread-loafing” deposition effect )，其在頂部表面(例如，閘極堆疊之頂部表面)處顯示較厚的沉積，且在凹入表面(例如，閘極堆疊之底部角落)處顯示較薄的沉積。再者，因為一些晶粒可能具有不同裝置密度之區域，跨越該基板表面的大量運送效應可能導致晶粒內和晶圓內之厚度差異。這些厚度差異可導致一些區域的過蝕刻和其他區域之欠蝕刻，這可降低裝置性能和晶粒產量。與CVD製程有關的另一問題是它們通常無法在高縱橫比特徵部內形成保形膜。隨著裝置尺寸不斷縮小，此議題越來越成問題。
隨著半導體工業中之裝置和特徵尺寸持續縮小，並且隨著3D裝置結構在積體電路(IC)設計中變得更普遍，沉積薄保形膜的能力(相對該下面結構之形狀而具有均勻厚度的材料膜，即使是非平面的)持續變得重要。原子層沉積(ALD)係一種成膜技術，其係非常適合於保形膜之沉積，因為ALD的單個循環僅沉積單個薄材料層之事實，該厚度係受到一或多種膜前驅反應物的數量所限制，該膜前驅反應物可在該成膜化學反應本身之前吸附至該基板表面上(亦即，形成吸附限制層)。可接著使用多個「ALD循環」，以累積所想要厚度的膜，且既然每一層係薄且共形的，所得到之膜實質上符合其下面裝置結構的形狀。例如於一個範例中，每個ALD循環可沉積一厚度在約0.5-3Å之間的薄膜層，且在對基板施行所有沉積循環之後，該層的總厚度可為約910Å。於某些實施例中，每個ALD循環包括以下步驟：
1.將該基板表面暴露至第一前驅物。
2.清洗該基板所在之反應室。
3.激活該基板表面的反應，典型用電漿及／或第二前驅物。
4.清洗該基板所在之反應室。
每一ALD循環的持續時間典型可為小於25秒或小於10秒或小於5秒。該ALD循環之電漿暴露步驟(或多個步驟)可為短的持續時間、諸如1秒或更短之持續時間。圖1描述用於經由ALD製程在基板上形成材料膜的操作之範例順序的流程圖。如可在圖1中看出，上面之項目1對應於方塊101，上面的項目2對應於方塊103，上面之項目3對應於方塊105，且上面的項目4對應於方塊107；將該四個方塊施行N個循環，在此之後停止該製程。
圖2描述一時序圖，顯示用於在基板上經由沉積製程形成材料膜的操作之基本順序。圖2說明用於四個沉積循環的製程步驟，每一循環包括前驅物輸送、RF功率輸送、反應物氣體輸送、及該處理室之加壓的製程步驟。圖2中之製程步驟經過其對應的線來顯示，並以開(on)或關(off)之布林值呈現。如果其對應的線處於圖2中所說明之「開(on)」位置中，則製程步驟係開(on)，且如果其對應的線處於圖2中所說明之「關(off)」位置中，則製程步驟係關(off)。
在圖2的所有四個沉積循環期間，可加壓該處理室。於圖2中強調沉積的一個循環，且在那一個循環中，該沉積循環的第一階段可為一給劑階段。於該給劑階段期間，將該前驅物輸送至該處理室，但該RF功率係關(off)，且不輸送一反應物氣體或複數反應物氣體。在該給劑階段期間，該基板可吸附該前驅物及在該基板上形成一吸附層。圖2之給劑階段對應於圖1的方塊101。在該給劑階段之後，接著可能是該沉積循環的一清洗階段。於該清洗階段期間，前驅物輸送停止，但該RF功率係仍然關(off)，且仍然不輸送反應物氣體。該清洗階段可從圍繞該已吸附前驅物之容積中除去至少一些未吸附的膜前驅物及／或反應物副產物。圖2之清洗階段對應於圖1的方塊103。
在該清洗階段之後，該沉積循環可接著進入該轉換階段。於該轉換階段期間，打開RF功率，同時亦輸送該反應物氣體或該等反應物氣體。在該轉換階段期間，已吸附的薄膜前驅物可起反應，以在該基板上形成一膜層。圖2之轉換階段對應於圖1的方塊105。最後，在該轉換階段結束之後，該沉積循環可進入該後RF清洗階段。該後RF清洗階段可在反應所吸附的前驅物之後從該膜層周圍的容積中除去還存在的脫附之膜前驅物及／或反應副產物。圖2的後RF清洗階段對應於圖1之方塊107。在圖2中所強調的一個循環中，可能具有d厚度之薄的膜層可沉積於該基板上。在某些實施例中，d可為介於0.1Å和2.5Å之間的厚度。額外之循環亦可將可能約d厚度的複數膜層沉積至該基板上。
用於使用ALD/CFD形成膜之方法敘述在以下的美國專利申請案中，其每一者係全部以引用的方式併入本文中：2011年4月11日提出之美國專利申請案第13/084,399號(現在為美國專利第8,728,956號)；2013年7月29日提出的美國專利申請案第13/953,616號(現在為美國專利第9,355,886號)；2013年11月7日提出之美國專利申請案第14/074,596號；2013年12月30日提出的美國專利申請案第14/144,107號(現在為美國專利第9,076,646號)；及2015年4月3日提出之美國專利申請案第14/678,736號(現在為美國專利第9,502,238號)。
隨著材料沉積於該等基板上，來自該沉積製程的材料便累積在(例如該腔室壁面、台座和噴淋頭之)一或多個內部腔室表面上，其於此中稱為「堆積」。由於有複數基板於腔室清潔之間於同一腔室內進行處理，該堆積隨著處理更多基板而增加。對於一些ALD製程，該堆積實質上線性地增加(例如在線性的10%內)。當該腔室中之堆積量達到一特別厚度時，該腔室中可發生不利影響，例如沉積在該腔室上的材料可剝落或脫落並污染基板，且可能造成該電漿之阻抗發生變化，結果便可能不利地影響各種膜性質、包括均勻性。據此，當該堆積量達到此一可稱為該堆積極限的厚度時，停止基板之處理並清潔該腔室。
ALD製程通常批次進行；每批包括複數個基板，該等基板可具有從數個基板到幾百個基板的任何數量。一批基板可界定為在達到該堆積極限之前或當達到該堆積極限時能針對特定ALD製程處理的基板數量。例如，特定腔室中之ALD製程可具有20,000Å的堆積極限，這是該腔室上之堆積量會對在該腔室中處理的基板造成不利影響之點。因此，於該腔室中處理的一批基板便受限於在達到20,000Å的堆積極限之前可於該腔室中處理的基板數量。在某些實施例中，一批中之第一晶圓係於腔室清潔之後處理的第一晶圓。在多站式反應器中，多數個晶圓一起處理，以致該第一晶圓可為一組晶圓之一部分，這組晶圓統稱為是一批中的複數經處理之第一晶圓。該最後晶圓係於腔室清潔之前處理的最後晶圓。在多站式反應器中，將有多數個最後晶圓。
如上所述，一旦達到用於腔室中的一批基板之堆積極限，則清潔該腔室以移除該腔室的一或多個表面上之堆積材料。在下面的美國專利和專利申請案中進一步討論腔室清潔和製備，每個專利和專利申請案係全部以引用的方式併入本文中：2013年11月25日提出且標題為“用於低溫ALD膜之腔室底塗層製備方法”的美國專利申請案第14/089,653號；2014年1月17日提出且標題為“減少蒸氣沉積膜中的缺陷之方法和設備”的美國專利申請案第14/158,536號；2009年1月16日提出且標題為“用於沉積室之電漿清潔方法”的美國專利申請案第12/355,601號；2012年10月17日提出且標題為“用於清潔沉積室之方法和設備”的美國專利申請案第13/654,303號；美國專利第7,479,191號；和美國專利第8,262,800號。在清潔該反應室之後，可處理新一批的基板。
該沉積膜之某些性質傾向於在一批次內隨時間改變。可能改變的性質之實例尤其包括膜厚度和蝕刻速率等。這些趨勢膜性質在諸如雙佈圖間隔物、FinFET間隔物、及閘極襯裡和間隔物的某些應用中存在挑戰。這些應用可能需要精確之臨界尺寸控制，這需要精確控制膜的性質、諸如膜厚度、折射率、蝕刻速率等。例如，約500個基板之處理可導致約10,000Å的堆積，且對於每個基板上有900Å厚之沉積層，該厚度趨勢可為高達每1000Å堆積約10Å；在處理一批基板的過程中，約1%之厚度趨勢仍可能不利地影響該批料中的基板之均勻性。
以最大化生產量的觀點而言，大批次數量係有利的，因為在批與批之間清潔和準備該腔室的時間減少。於一些案例中，一批次包括至少約50個基板、例如至少約100個基板、或至少約200個基板、或至少約300個基板、或至少約400個基板、或至少約500個基板。允許使用大批次數量之一個因素係大腔室容積。在一些案例中，該腔室容積可為至少約2L、例如至少約0.5L。可適用於本實施例的示例性設備包括可由加利福尼亞州弗里蒙特市之Lam Research Corporation獲得的VECTORÒ、SPEEDÒ、ALTUSÒ和STRIKERÒ產品系列設備。大腔室容積可允許一次處理多個基板、例如在該腔室容積內之不同工作站。再者，大腔室容積導致於該等腔室表面上堆積的材料之累積較慢，因為有發生此種堆積的較大表面積。然而，大數量批次也促成該膜性能趨勢問題。例如，較大之批次可導致一批次內的膜性質發生較大之變化。
如所論及，該膜性質趨勢問題可至少部分地源自該內部腔室表面上的材料堆積。例如，如上所述，該腔室阻抗隨著該沉積材料之堆積而變化。就變動的腔室阻抗之觀點而言，該腔室壁面上和該噴淋頭後側上的堆積可尤其成為問題。腔室阻抗中之此種變化影響輸送至該基板的RF功率之效率。如此，雖然傳統方法通常對整批基板採用單一RF功率設定，但是輸送至該基板的實際RF功率量會隨著批次處理過程改變。於各種案例中，輸送至該基板之RF功率的效率會隨著批次處理過程增加。關於膜厚度，例如，隨著批次中之額外基板的處理，此種增加的RF輸送效率可導致膜厚度減少。於一些ALD製程中，隨著一批基板之處理過程，該膜厚度可具有減少、增加、或增加和減少之趨勢。
圖3描述用於一批基板的範例ALD沉積製程中，顯示膜厚度對腔室堆積量之曲線圖。對於此批基板，包括相同沉積循環數量的相同沉積條件係使用於該批次中之所有基板。如上所述，隨著處理該批次的越來越多基板、例如隨著該批次處理之時間進展，腔室堆積量增加。腔室堆積量典型上係與基於該沉積條件所計算的度量有關，而非與實際測量之數量相關；此可能為線性或實質上線性的趨勢。儘管如此，能在該批次上可靠地計算和監視腔室堆積量。於圖3中，隨著該批基板之處理過程，測量七個基板的膜厚度，並且可看出，該膜之厚度隨著該批次的處理過程而具有下降之趨勢，且總變動量約為4.4Å。此沉積厚度上的變化亦指出沉積速率係隨著該批次之處理過程而變化。亦可看出，該厚度趨勢不是線性的，而是以多項式呈現。
在此中之各種實施例中，採取步驟來控制整批基板上的厚度。例如，可隨著一批基板之處理過程來調整在該批基板中的一或多個基板上所施行之沉積循環數量。在此中所敘述的一些技術係調整該沉積循環數量，以得出整批基板中之更精確控制的膜厚度。如下面所討論，在一些此等實施例中，對該循環計數(亦即，補償之循環計數)的這些調整可為基於堆積量與達成目標沉積厚度所需的循環數量之間的關係。
在一些實施例中，該沉積條件對該批次中之所有基板保持恆定，除了可調整該沉積循環數量以外。例如，如果隨著該批基板之處理過程，該沉積層的厚度係趨於下降(例如，減少)，此可能是因沉積速率降低所造成，且考慮到此種變化，可能隨著該批基板之基板處理過程而相應地調整於該等基板上施行的循環數量，從而增加該循環數量。類似地，如果該沉積層之厚度隨著該批基板的處理過程而趨於上升，則可於整個批次中相應地減少沉積目標膜厚度之循環數量。
在一些實施例中，對一批次中的基板上所施行之循環數量的調整可為基於至少一批先前處理之晶圓的資料，在此中稱為「實驗／校準批次」。每次運行一批次時都不需要處理此一實驗／校準批次。於一些實施方案中，該實驗／校準批次係運行一次(例如，每組相關之沉積條件，諸如特定膜類型、前驅物、流速、時序、溫度、壓力等運行一次)，而其結果係用於獲得對隨後批次的基板(例如，使用該等相關沉積條件之任何批次)之一或多個基板上欲施行的沉積循環數量之調整。於一些案例中，該等沉積參數在該實驗／校準批次及那些使用於在基板上沉積薄膜者之間大致上係一致的，除了該實驗／校準批次對於該批次中之所有基板施行相同的沉積循環數量（例如N個循環）以外。
在該實驗／校準批次期間之任何時點所使用的循環數量可為達成目標沉積厚度所需之循環數量。例如，可以是當該腔室上實質上不存在堆積時所施行的循環數量，例如在該腔室內部已施行清潔操作之後。此循環數量可為測量值(例如，手動地或使用計量設備所獲得)、或估計或計算值(例如，使用數學模型所獲得)。換句話說，達成目標沉積厚度所需的循環數量係於正常操作條件之下應導致在基板上沉積該目標厚度的循環數量。如在此中所討論，由於各種原因，該目標厚度並不總是沉積至基板上。例如，參考圖3，該目標厚度可為910Å，且如果用於該製程之沉積速率係每循環0.83Å，則達成該目標沉積厚度所需的循環數量係1,096個循環。
在實驗／校準批次期間所收集之資料可包括各種參數，諸如於基板上的沉積層之厚度及該腔室的至少一內部表面上之堆積量。譬如，在處理該實驗／校準批次期間，於處理每個基板時監控／記錄該腔室堆積量；如上所述，這可為基於該等沉積條件或所施行的循環數量來計算之度量，而非實際測量的量(儘管在一些實施例中其係測量的)。此受監控之堆積可認為是每沉積循環的預測或測量之沉積材料堆積量，其係基於所施行的沉積循環數量。如上所述，該沉積材料堆積量係隨著一批基板之處理過程及／或所施行的沉積循環數量實質上線性地變動。亦於該實驗／校準批次之處理期間，可測量複數個基板的整個沉積層之厚度。當進行這些厚度測量時，對於這些基板中的每一個，該堆積量也是已知的，藉此將厚度測量值與對應之堆積量相關聯。在一些實施例中，將每ALD循環的沉積厚度決定為堆積量函數。
膜厚度和腔室堆積量之間的關係可基於該資料而成為特徵，譬如隨著一批次之處理過程而繪製膜厚度對腔室堆積量的圖，如於圖3中所顯示。圖3中的資料可認為是晶圓之實驗/校準批次。在此，對七個不同基板上的整個沉積層之厚度進行七次測量(例如，第一次測量為910Å，而第七次測量為約906Å)；此等測量可於處理期間使用計量設備原位進行、或在完成該基板處理之後使用外部計量設備進行。於此處理期間也獲得對應的堆積量，並與每個厚度測量值相關聯；例如，當該堆積量係約2,000Å時，採用第一次測量值910.0Å (如此，這些值彼此對應並且彼此相關聯)，而當該堆積量係約12,000Å時，採用第七次測量值906.0Å。
接著可建立模型來量化所測量的沉積厚度資料與該堆積量之間的關係。例如，可將多項式擬合或迴歸應用至該測量之厚度和堆積量資料，以便決定隨著一批基板的處理過程之堆積量的厚度變化。在一些實施例中，像於圖3中，該自變數可為堆積量，且該因變數可為測量的厚度。該多項式擬合亦可為3次多項式，例如，其中x作為該堆積量，且y作為該測量之厚度。對此資料應用擬合或迴歸可回傳該擬合常數的值，例如在此中之範例方程式的,,及。
一旦獲得膜厚度和堆積量之間的關係，就可獲得對於隨後基板批次之經調整的循環數量，在此中稱為「補償循環計數」。藉由知道在具有特定堆積量(例如無堆積)之腔室中達到該目標厚度所需的循環數量、及知道該當前堆積量，該方法／系統便決定一補償循環計數，其係在具有該當前堆積量之腔室中沉積到該目標厚度所需的循環數量。
圖4描述用於隨著一批次之處理過程而調整該批次中的基板之沉積循環數量的範例技術之流程圖。如上所述，該調整的進行係基於隨著該批基板的處理過程的厚度趨勢，並藉此造成目標厚度沉積在該批次中之每個基板上。因為該已知的厚度趨勢係隨著該批次之處理過程的堆積量相關聯，所以在該整批處理中之任何時點的堆積量係用作自變數，以決定該批次之該時點處的補償循環計數。據此，在方塊409中決定堆積量，其可為該技術中的第一步驟。如上所述，此決定可為計算或測量的決定，並可於該批次處理期間的任何時點進行，例如該批次中之每個基板、該批次中的每隔一個基板、該批次中之每第N個基板、或在該批次中的預先決定時間點，例如當決定將該厚度以從該目標厚度變更以特定閾值時，例如變更1Å、0.5Å或0.1Å。
在方塊411中，一旦決定該已知之堆積量，該值可應用至(i)達成用於該批次的目標沉積厚度所需之沉積循環數量(如上所述，例如當在該腔室內部沒有堆積或實質上沒有堆積(例如，小於5%)時，達成該目標沉積厚度所需的沉積循環數量)、及(ii)代表沉積材料堆積量的變數兩者之間的關係。這些值可在處理該批次之前決定，例如計算得知及／或於該實驗／校準批次中決定。
應用已知堆積量、或從其導出的參數(例如，堆積量中之變化率或應用至該堆積量的數學函數)之關係可為多項式關係，例如上面所述導出的多項式擬合，其中該補償循環計數可為代表升高到例如三之乘冪的堆積量之變數的函數。在一些實施方案中，該關係可表達該補償循環計數作為諸項之和的函數，其中至少兩項包含代表當前在該沉積室之內部區域上的沉積堆積量提升至一乘冪之變數。例如，該關係可表達為以下函數：該補償ALD循環數量=達成該目標沉積厚度所需的未補償循環數量乘以(x3 *A + x2 *B + x*C + 1*D)。該變數“x”係當前在該內部腔室上之所決定的堆積量，且該等變數A、B、C和D係可使用來自上述實驗／校準批次之基板的資料所獲得之常數，例如藉由該資料的多項式擬合。已知當前在該腔室內部上的已決定堆積量的情況下，此方程式回傳欲施行之該經調整或補償之循環計數。
可使用圖5來理解方塊411中所代表之操作的範例應用，圖5描述一表格，其描述一批基板之範例沉積製程的各種值。於圖5中，該表格之前五列呈現來自實驗／校準批次的基板之資料，其中四個基板係在四站處理室中同時地處理。該第一列指示已經處理的晶圓組，該第二列指示用於每組之晶圓的計數，例如，該第一晶圓組具有前四個晶圓(晶圓編號1、2、3和4)，而該第六晶圓組包括晶圓21、22、23和24。該第三列指示遍及該整批基板之每個晶圓組中的晶圓之測量厚度(在完成ALD之後)。如所見，該測量的厚度從1,024.0Å開始，其可為該目標厚度，且在該最後一組晶圓中趨向於下降到1,000.0Å。該第四列指示遍及該批次之處理和在每個晶圓組的處理之後於該腔室的至少一內部表面上之堆積量。例如，在該第一行資料中，於處理該第一組晶圓之後，可認為在該腔室的內部上存在2,210.9Å之堆積量。標題為「循環計數(Cycle Count)」的下一列代表於此批次中在每組晶圓上所施行之循環數量，其可認為是達成該目標沉積厚度所需的循環數量。在此，此循環數量為1,234次，且該目標厚度為1,024Å；因為此批基板係該實驗／校準批次，故對該表格中之所有晶圓組施行1,234個沉積循環，但是隨著該批次的處理過程，沉積層的厚度減少。在一些實施例中，1,234個循環可視為該未補償之循環計數。由於堆積係隨著批次處理過程而發生，需要不同的循環數量(該補償之循環計數)以達到該目標厚度。
如上面所陳述，在處理此批次之後，可決定該測量的厚度與該相關堆積量之間的關係，例如藉由將多項式擬合應用至該資料，然後可使用該多項式擬合來獲得該補償之循環計數，並藉此將堆積量與補償循環計數連結。在此，多項式擬合應用至該資料，使x為該堆積量，y為該標準化循環計數，且獲得該等常數A、B、C和D為：A = 1.03E-18，B = 9.89E -13，C = 9.91E-7，且D = 0.998。這些常數的單位可為與其相乘之變數的單位之倒數。例如，如果該變數x係以Å測量，且該方程式中的變數係xn ，則乘以此變數之常數係1 /Ån ，以便造成此乘法運算的結果無單位。在此，該A、B、C和D常數具有以下單位：A具有1 / Å3 之單位，B具有1 / Å2 的單位，C具有1 / Å之單位，且D係無單位的。該標準化循環計數係藉由將該目標厚度(於此案例中為常數1024Å)除以該實際測量厚度(圖5中之第三列)來計算。標準化循環計數係代表該上述公式(x3 *A + x2 *B + x*C + 1*D)的一部分之無單位值，且使用來藉由乘以達成該目標沉積厚度所需的循環數量而獲得該補償循環計數。大於1之標準化循環計數指出該補償循環計數將為大於達到該目標沉積厚度所需的循環數量，並指出厚度趨向減少；小於1之標準化循環計數指出該補償循環計數將為小於達成該目標沉積厚度所需的循環數量，並指出厚度趨向增加。一旦由校準批次決定該等參數A、B、C和D，它們便被用來決定具有相同製程條件之後續非實驗／校準批次的補償循環計數。這些常數可用來獲得任何已知堆積值之補償循環計數，並使用該上面方程式：該補償的ALD循環數量=達成該目標沉積厚度所需之循環數量乘以(x3 *A + x2 *B + x*C + 1*D)。
如上所述，為在處理一批基板期間獲得用於給定堆積量的補償循環計數，將該標準化循環計數乘以在具有基線堆積量之腔室中達成該目標沉積厚度所需的循環數量(例如，實質上沒有堆積)。於圖5中，在已知該表格中所列出的堆積量，即使這些堆積值係已在該實驗／校準批次期間決定，該補償循環計數列提供用於一批基板之補償循環計數。在此，達到該目標沉積厚度所需之循環數量為1,234，其係該實驗／校準批次中所使用的循環數量。如果於此後一批次中之堆積值係來自該第五晶圓組的6,306.9Å，則將1,234個循環乘以1.004之標準化循環計數，以得出1,239個循環的補償循環計數。因此，針對此已知之堆積值，可施行此種補償的循環數量，以得出1,024Å之沉積厚度，而不是在該實驗／校準批次期間沉積的1,019.8Å。可以看出，於使用與該實驗／校準批次相同之製程條件的非實驗／校準基板批次中，該補償之循環計數隨著該批基板的處理過程增加，以說明該厚度趨向減少。
返回至圖4，於已獲得該補償循環計數之後，接著可在當前正處理的一或多個基板上施行該補償循環數量。於一些實施方案中，可對一批次中之一或多個基板、或一或多組基板施行方塊409至413處理。例如，可對該批次中的每個基板或每組基板施行方塊409-413處理。在一些此等實施方案中，可在該批晶圓之實際處理期間施行方塊409到413，而於一些其他此等實施方案中，可在處理該批基板之前施行方塊409和411，並且對該批次施行方塊413。例如一批基板的堆積量以及堆積量和厚度之間的對應關係可為在處理該批基板之前已知和決定的值，其可使用於在處理該批次之前決定該補償的循環計數；接著可使用此資訊處理一批基板。
在使用補償循環計數處理一或多個基板之後，該基板可具有與該目標厚度實質上匹配(例如，在+/- 0.05%內)的沉積層厚度。於一些實施例中，該沉積層可為矽氧化膜或矽氮化膜。
在處理一批基板期間，可能決定是否已達到該堆積極限。如上所述，一旦達到該堆積極限，該批次之處理可停止，且可清潔該腔室。


設備及系統
在此中所敘述的技術可為藉由任何合適之設備或系統來施行。合適的設備或系統包括用於完成該製程操作之硬體和具有用於控制根據本發明的製程操作之指令的系統控制器。在一些實施例中，該硬體可包括一或多個製程站，其包括於製程工具中。
圖6概要地顯示ALD製程站600之實施例。為簡單之故，製程站600係描述為具有用於維持低壓環境的製程室主體602之獨立製程站。然而，應當理解，複數個製程站600可包括在共同的製程工具環境中。例如，圖7描述多站式處理工具700之實施例。再者，應當理解，於一些實施例中，可藉由一或多個電腦控制器以編程方式調整製程站600的一或多個硬體參數，包括上面所詳細討論之那些。
ALD製程站600與反應物輸送系統601流體地連通，用於將製程氣體輸送至分配噴淋頭606。反應物輸送系統601包括混合容器604，用於混合及／或調節製程氣體以輸送至噴淋頭606。一或多個混合容器入口閥620及620A可控制來將製程氣體導入混合容器604，而另一個閥門605係用以控制由該混合容器至該噴淋頭606的流動。
一些像BTBAS的反應物能以液體形式在蒸發之前於輸送至該製程站處和輸送至該製程站之後儲存。例如，圖6的實施例包括蒸發點603，用於蒸發待供應到混合容器604之液體反應物。在一些實施例中，蒸發點603可為加熱的蒸發器。由此等蒸發器所產生之飽和反應物蒸氣可於下游輸送管道中冷凝。將不相容的氣體暴露至該冷凝反應物可能產生小顆粒。這些小顆粒可能堵塞管道、阻礙閥門操作、污染基板等。為解決這些問題之一些方法涉及清掃及／或排空該輸送管道，以除去殘留的反應物。然而，清掃該輸送管道可能會增加製程站之循環時間，從而降低製程站生產量。因此，在一些實施例中，可對蒸發點603下游的輸送管道進行伴熱(heat traced)。於一些範例中，混合容器604也可進行伴熱。在一個非限制性範例中，蒸發點603下游之管道具有在混合容器604處由大約攝氏100度延伸到大約攝氏150度的增加之溫度分佈。
於一些實施例中，反應物液體可在液體注入器處蒸發。例如，液體注入器可將液體反應物的脈衝注入該混合容器上游之載體氣流中。於一種情況下，液體注入器可藉由將該液體從較高壓力急驟蒸發至較低壓力來蒸發反應物。在另一種情況下，液體注入器可將該液體霧化成分散的微滴，其隨後在加熱之輸送管中蒸發。應當理解，較小的液滴可比較大之液滴更快地蒸發，減少液體注入和完全蒸發之間的延遲。更快之蒸發可縮短由蒸發點603下游的管道長度。於一種情況下，液體注入器可直接地安裝至混合容器604。在另一種情況下，液體注入器可直接地安裝至噴淋頭606。
於一些實施例中，可提供在蒸發點603上游之液體流量控制器，用於控制液體的質量流量以用於蒸發並輸送至製程站600。例如，該液體流量控制器(LFC)可包括位於該LFC的下游之熱質量流量計(MFM)。接著回應於與該MFM電連通的比例-積分-微分(PID)控制器所提供之反饋控制信號來調整該LFC的柱塞閥。然而，使用反饋控制可能需要一秒或更長時間來穩定液體流量。如此可能延長給液體反應物之時間。因此，在一些實施例中，該LFC可於反饋控制模式和直接控制模式之間動態地切換。在一些實施例中，藉由禁用該LFC的感測管和該PID控制器，該LFC可由反饋控制模式動態地切換至直接控制模式。
噴淋頭606將製程氣體分配朝向基板612。於圖6所顯示之實施例中，基板612位於噴淋頭606下方，且顯示為擱置在台座608上。應當理解，噴淋頭606可具有任何合適的形狀，並可具有任何合適之通口數量和配置，用於將製程氣體分配至基板612。在某些實施例中，將該噴淋頭建構成於不同溫度下輸送兩種或更多種氣體。在2013年7月3日提出且標題為「多室、雙溫度的噴淋頭」之美國專利申請案第13/934,597號(現為美國專利第9,677,176號)、2016年5月24日提出且標題為「防瞬變噴淋頭」的美國專利申請案第15/163,594號、和2015年9月10日提出且標題為「用於改善流動均勻性之帶有面板孔的低容量噴淋頭」之美國專利申請案第14/850,816號中進一步討論此等噴淋頭的範例，所有這些申請案係全部以引用之方式併入本文中。
在一些實施例中，微量容積607係位於噴淋頭606下方。在微量容積中而不是於製程站的整個容積中施行CFD製程可能減少反應物暴露和清掃時間、可能減少用於變更製程條件之次數(例如壓力、溫度等)、可能限制製程站機器人之暴露至製程氣體等。範例微量容積大小包括、但不限於0.1公升和2公升之間的容積。
在一些實施例中，可升高或降低台座608，以將基板612暴露至微量容積607及／或變動微量容積607之容積。譬如，於基板傳送階段中，可降低台座608以允許基板612加載至台座608上。在ALD製程階段期間，可升高台座608以將基板612定位於微量容積607內。在一些實施例中，微量容積607可於ALD製程期間完全包圍基板612以及台座608的一部分，以產生高流動阻抗之區域。
任選地，可在該ALD製程的部分期間降低及／或升高台座608，以調節微量容積607內之製程壓力、反應物濃度等。於一種情況中，製程室主體602於該製程期間保持在基礎壓力，降低台座608可能允許將微量容積607抽空。微量容積與製程室容積的範例比率包括、但不限於1：500和1:10之間的容積比。應當理解，在一些實施例中，可藉由合適之電腦控制器以編程方式調整台座高度。
於另一種情況下，調整台基座608的高度可在該ALD製程所包括之電漿活化及／或處理循環期間允許電漿密度變動。於該ALD製程階段結束時，可在另一個基板傳送階段期間降低台座608，以允許從台座608移除基板612。
雖然在此中所敘述的範例微量容積變動涉及高度可調節之台座，應當理解，於一些實施例中，可相對台座608調整噴淋頭606的位置，以變動微量容積607之容積。再者，應當理解，台座608及／或噴淋頭606的直立位置可藉由在本揭示內容之範圍內的任何合適機構來變動。於一些實施例中，台座608可包括用於旋轉基板612之方位的轉軸。應當理解，在一些實施例中，這些範例調整之一或多個可為藉由一或多個合適的電腦控制器以編程方式施行。
返回到圖6中所顯示之實施例，噴淋頭606和台座608與RF電源614和匹配網路616電連通，用於為電漿供電。在2014年8月12日提出且標題為「具有RF平衡的多站電漿反應器」之美國專利申請案第14/458,135號、及2016年4月29日提出且標題為「用於多站沉積系統中的膜厚度匹配之可變循環和時間RF啟動方法」的美國專利申請案第15/ 143,338號中進一步討論用於在多數站上施加RF之方法和設備，其係全部以引用的方式併入本文中。於一些實施例中，可藉由控制製程站壓力、氣體濃度、RF源功率、RF源頻率、和電漿功率脈衝定時中之一或多個來控制該電漿能量。例如，RF電源614和匹配網路616可在任何合適的功率操作，以形成具有所想要之自由基種類成份的電漿。上面包括合適功率之範例。同樣地，RF電源614可提供任何合適頻率的RF功率。於一些實施例中，可將RF電源614建構成彼此獨立地控制高頻和低頻RF功率源。範例低頻RF頻率可包括、但不限於50kHz和500kHz之間的頻率。範例高頻RF頻率可包括、但不限於1.8MHz和2.45GHz之間的頻率。應當理解，可離散地或連續地調制任何合適之參數，以為該等表面反應提供電漿能量。在一個非限制性範例中，相對於連續供電的電漿，該電漿功率可間歇地脈衝，以減少與該基板表面的離子轟擊。
於一些實施例中，可藉由一或多個電漿監視器在原位監視電漿。於一種情況下，可藉由一或多個電壓、電流感測器(例如，VI探針)監視電漿功率。在另一種情況下，可藉由一或多個光學發射光譜感測器(OES)測量電漿密度及／或製程氣體濃度。於一些實施例中，可基於來自此等原位電漿監視器之測量而以編程方式調整一或多個電漿參數。例如，OES感測器可用在反饋迴路中，用於提供電漿功率的編程控制。應當理解，在一些實施例中，可使用其他監視器來監視該電漿和其他製程特徵。此等監視器可包括、但不限於紅外線(IR)監視器、聲音監視器、和壓力傳感器。
在一些實施例中，可經由輸入／輸出控制(IOC)排序指令來控制該電漿。於一範例中，用於設定電漿啟動階段用之電漿條件的指令可包括在製程配方之對應電漿啟動配方階段中。於一些案例下，可順序地佈置製程配方階段，使得用在製程階段的所有指令係與該製程階段同時地執行。於一些實施例中，用於設定一或多個電漿參數之指令可包括在電漿製程階段之前的配方階段中。例如，第一配方階段可包括用於設定惰性氣體及／或反應氣體之流速的指令、用於將電漿產生器設定至功率設定點之指令、及用於該第一配方階段的時間延遲指令。第二個後續配方階段可包括用於啟用該電漿產生器之指令和用於該第二配方階段的時間延遲指令。第三配方階段可包括用於禁用該電漿產生器之指令和用於該第三配方階段的時間延遲指令。應當理解，可在本揭示內容之範圍內以任何合適的方式進一步細分及／或迭代這些配方階段。
於一些沉積製程中，電漿撞擊持續時間為幾秒或更長。在此中所敘述之某些實施方案中，可於處理循環期間施加更短的電漿撞擊。這些可以是約50ms到1秒的量級，其中0.25秒係特定範例。此等短的RF電漿撞擊需要快速穩定該電漿。為了完成這一點，可建構該電漿產生器，使得該阻抗匹配係預設至特別電壓，同時允許該頻率浮動。傳統上，在約13.56MHz之RF頻率下產生高頻電漿。於此中所揭示的各種實施例中，允許該頻率浮動至與此標準值不同之值。藉由允許該頻率浮動而將該阻抗匹配固定至預定電壓，該電漿可更快地穩定，這一結果在使用與ALD循環相關聯的非常短之電漿撞擊時可能是重要的。
於一些實施例中，台座608可為經由加熱器610進行溫度控制。再者，於一些實施例中，用於製程站600之壓力控制可為藉由蝶形閥618所提供。如在圖6的實施例中所顯示，蝶形閥618調節下游真空泵(未示出)所提供之真空。然而，於一些實施例中，亦可藉由變動導入製程站600的一或多種氣體之流速來調整製程站600的壓力控制。
該製程站600之內部表面係塗有底塗層650。變得塗有底塗層的表面之範例包括該室壁602、該室頂板和底板、該台座608和該噴淋頭606。儘管圖6顯示在該製程站600中有基板612，於底塗層的沉積期間不存在此基板612。相反，於沉積該底塗層之後，當該製程站600準備好用於將膜沉積在該基板612上時，將該基板612導入該製程站600。這些表面亦可認為是該腔室內部的沉積堆積之表面，包括該腔室602壁面、該台座608、和該噴淋頭606的表面。
如上面所述，在多站式處理工具中可包括一或多個製程站。圖7描述多站式處理工具700之實施例的概要視圖。該工具700採用含有多數個基板製程站之單一基板處理室714，每一製程站可能用來在晶圓夾具（例如於該製程站之台座中）所固持的基板上施行處理操作。於此特別之實施方案中，顯示該多站式基板處理設備700具有四個製程站701、702、703及704。取決於該實施方案、及例如平行晶圓處理的想要位準、尺寸／空間限制、成本限制等，其他類似多站式處理設備可具有更多或較少之製程站。亦顯示在圖7中者係基板處理器機器人706和控制器750。
如在圖7中所顯示，該多站式處理工具700具有基板裝載通口720和機器人706，將機器人706建構成經過大氣通口720而將基板由經過晶圓盒708裝載的匣盒移動進入該處理室714，且至該四個站701、702、703及704之其中一個上。
圖7中示出的所描述之製程室714提供四個製程站701、702、703及704。該RF功率係在RF功率系統713處產生並分配至站701、702、703及704的每一個。該RF功率系統可包括一或多個RF功率源、例如高頻(HFRF)和低頻(LFRF)源、阻抗匹配模組、和濾波器。於某些實施方案中，該電源可僅受限於高頻或低頻源。該RF功率系統之分配系統可繞著該反應器對稱的，且可具有高阻抗。此對稱性和阻抗導致待輸送至每個站之功率量大致相等。在一些實施方案中，可將該RF功率系統建構成把電力獨立地輸送至每一站。
圖7亦描述用於在處理室714內的製程站701、702、703及704之間傳送基板的基板傳送裝置790之實施方案。應當理解，可採用任何合適的基板傳送裝置。非限制性範例包括晶圓轉盤和晶圓處理機器人。


系統控制器
圖7亦描述用於控制製程工具700之製程條件和硬體狀態的系統控制器750之實施例。系統控制器750可包括一或多個記憶體裝置756、一或多個大量儲存裝置754、及一或多個處理器752。處理器752可包括中央處理系統或電腦、類比及／或數位輸入／輸出連接、步進器馬達控制器機板等。
在一些實施例中，系統控制器750控制製程工具700的所有活動。系統控制器750執行系統控制軟體758，其儲存於大量儲存裝置754、被載入記憶體裝置756、並在處理器752上執行。系統控制軟體758可包括用於控制該時序、氣體之混合物、腔室及／或站壓力、腔室及／或站溫度、晶圓溫度、目標功率級、RF功率級、RF暴露時間、基板台座、卡盤及／或感受器位置、在一或多個基板上施行的循環數量、及藉由製程工具700所施行之特定製程的其他參數之指令。這些程式化製程可包括各種類型的製程，包括、但不限於有關決定該腔室內部表面上之堆積量的製程；有關基板上之膜的沉積之製程，包括循環數量、決定和獲得補償循環數量；及與清潔該腔室有關的製程。系統控制軟體758能以任何合適之方式建構。例如，可編寫各種製程工具零組件子程式或控制物件，以控制進行各種製程工具製程所需的製程工具零組件之操作。系統控制軟體758能以任何合適的電腦可讀編程語言編碼。
於一些實施例中，系統控制軟體758可包括用於控制上述各種參數之輸入／輸出控制(IOC)排序指令。例如，基板上的沉積和沉積循環之每個階段可包括用於藉由系統控制器750所執行的一或多個指令。用於設定ALD/CFD沉積製程階段之製程條件的指令可包括在對應之ALD/CFD沉積配方階段中。於一些實施例中，該配方階段可順序地配置，以致用於製程階段的所有指令係與該製程階段同時地執行。
在一些實施例中，可採用儲存在與系統控制器750相關聯之大量儲存裝置754及／或記憶體裝置756上的其他電腦軟體及／或程式。用於此目的之程式或程式片段的範例包括基板定位程式、製程氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、和電漿控制程式。
基板定位程式可包括用於製程工具零組件之程式碼，其使用來將該基板裝載至台座上並控制該基板和製程工具700的其他部件之間的間隔。該定位程式可包括用於在必要時將基板適當地移入和移出該反應室以於基板上沉積膜並清潔該腔室之指令。
製程氣體控制程式可包括用於控制氣體成分和流速以及可選地用於在沉積之前將氣體流入一或多個製程站以便穩定該製程站中的壓力之程式碼。於一些實施例中，該製程氣體控制程式包括用於在該反應室中的基板上形成膜期間導入氣體之指令。這可包括為一批基板內的一或多個基板導入不同循環數量之氣體。
壓力控制程式可包括用於譬如藉由調節該製程站的排氣系統中之節流閥、進入該製程站的氣流等來控制該製程站中之壓力的程式碼。該壓力控制程式可包括用於在該批次處理期間於一或多個基板上之不同的沉積循環數量期間保持相同壓力之指令。
加熱器控制程式可包括用於控制至加熱單元之電流的程式碼，該加熱單元使用來加熱該基板。另一選擇係，該加熱器控制程式可控制熱傳氣體(例如氦氣)向該基板之輸送。
電漿控制程式可包括用於在一或多個製程站中按照於此中之實施例設定RF功率級、頻率、及暴露時間的程式碼。在一些實施例中，該電漿控制程式可包括用於在該批次處理期間，於一或多個基板上之不同的沉積循環數量期間使用相同之RF功率級及／或頻率及／或暴露時間的指令。
在一些實施例中，可存在有與系統控制器750相關聯之使用者界面。該使用者界面可包括顯示螢幕、該設備的圖形軟體顯示器及／或製程條件、及諸如滑鼠、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等之使用者輸入裝置。
於一些實施例中，藉由系統控制器750所調整的參數可能與製程條件有關。非限制性範例包括製程氣體成份及流速、溫度、壓力、電漿條件(諸如RF偏壓功率級和暴露時間)等。這些參數能以配方之形式提供給該使用者，其可利用該使用者界面來輸入。用於整批基板的配方可包括用於在該批次內之一或多個基板的補償循環計數，以基於在處理該批次之過程中的厚度趨勢。
用於監視該製程之信號可為藉由系統控制器750的來自各種製程工具感測器之類比及／或數位輸入連接所提供。用於控制該製程的信號可在製程工具700之類比及／或數位輸出連接上輸出。可監視的製程工具感測器之非限制性範例包括質量流量控制器、壓力感測器(諸如壓力計)、熱電偶等。亦可包括感測器並將其用於監視和決定該腔室內部的一或多個表面上之堆積量及／或該腔室中的基板上之材料層的厚度。適當編程之反饋和控制算法可與來自這些感測器的資料一起使用以維持製程條件。
系統控制器750可提供用於實現該上述沉積製程之程式指令。該程式指令可控制各種製程參數、諸如DC功率級、RF偏壓功率級、壓力、溫度、用於基板的循環數量、該腔室內部之至少一表面上的堆積量等。根據在此中所敘述之各種實施例，該等指令可控制該等參數以操作膜堆疊的原位沉積。
例如，該系統控制器可包括控制邏輯，用於施行在此中所敘述之技術，例如決定當前在該沉積室內部的至少一內部區域上之沉積材料堆積量、將在(a)中所決定的沉積材料堆積量、或從其導出之參數應用至(i)達成目標沉積厚度所需的ALD循環數量、及(ii)代表沉積材料堆積量的變數兩者之間的關係，以便在已知當前在該沉積室內部的內部區域上之沉積材料堆積量的情況下獲得用於產生該目標沉積厚度之補償之ALD循環數量，，並在該批基板中的一或多個基板上施行該補償之ALD循環數量。該系統亦可包括控制邏輯，用於決定該腔室中的堆積量已達到堆積極限並回應於該決定而停止處理該批基板，且用於造成該腔室內部之清潔。
該系統控制器將典型地包括一或多個記憶體裝置及建構成執行該等指令的一或多個處理器，俾使該設備按照本發明之方法施行。含有用於控制按照本發明的製程操作之指令的機器可讀、非暫態媒體可耦合至該系統控制器。
在一些實施方案中，控制器係系統之一部份，其可為該上述範例的部份。此等系統可包含半導體處理設備，包括一處理工具或複數處理工具、腔室或複數腔室、用於處理之平台或複數平台、及／或特定的處理零組件(晶圓台座、氣體流動系統等)。這些系統可為與電子器件整合，用於在處理半導體晶圓或基板之前、期間和之後控制它們的操作。該電子器件可稱為「控制器」，其可控制該系統或複數系統之各種零組件或子部件。取決於系統的處理要求及／或類型，可將該控制器編程，以控制在此中所揭示之任何製程，包括在基板上施行的循環數量、處理氣體之輸送、溫度設定(例如，加熱及／或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體輸送設定、位置和操作設定、傳送進出工具的晶圓、和其他傳送工具及／或與特定系統相連或介接之負載鎖。
一般而言，該控制器可被界定為具有各種積體電路、邏輯、記憶體、及／或軟體的電子器件，其接收指令、發布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等。該等積體電路可包括呈儲存程式指令之韌體形式的晶片、數位信號處理器(DSPs)、定義為特定應用積體電路(ASICs)之晶片、及／或一或多個微處理器、或執行程式指令(例如軟體)的微控制器。程式指令可為以各種單獨設定(或程式檔案)之形式傳遞至該控制器的指令，定義用於在半導體晶圓或系統上進行特定製程之操作參數。於一些實施例中，該等操作參數可為藉由製程工程師所界定的配方之一部分，以在製造一或多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及／或晶圓的晶粒期間完成一或多個處理步驟。
於一些實施方案中，該控制器可為電腦之一部份或耦接至該電腦，該電腦係與該系統整合、耦接至該系統、以別的方式聯網至該系統、或其組合。例如，該控制器可為位於「雲端」或製造室主電腦系統之全部或一部分中，其可允許遠端存取該晶圓處理。該電腦可啟用對該系統的遠程存取以監視製造操作之當前進度、檢查過去製造操作的歷史、檢查來自複數個製造操作之趨勢或性能度量、改變當前處理的參數、設定遵循當前處理之處理步驟、或啟動新製程。在一些範例中，遠端電腦(例如，伺服器)可通過網路向系統提供製程配方，該網路可包括區域網路或網際網路。該遠端電腦可包括使用者界面，該使用者界面能夠輸入或編程參數及／或設定，然後將其從該遠端電腦傳遞至該系統。於一些範例中，該控制器接收呈資料形式的指令，其指定在一或多個操作期間待施行之每個處理步驟的參數。應當理解，該等參數可為特定於待施行之製程的類型及工具之類型，該控制器係建構成與該工具的類型介接或控制。如此，如上所述，該控制器可為分散式的，例如藉由包含一或多個離散控制器，該等控制器聯網在一起並朝著共同目的工作，例如在此中所敘述之製程和控制。用於此等目的之分散式控制器的範例為腔室上之一或多個積體電路而與遠端定位的一或多個積體電路(例如在平台位準或作為遠端電腦之一部分)聯通，其組合在一起以控制該腔室上的製程。
非限制性地，範例系統可包括電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、自旋洗滌室或模組、金屬電鍍室或模組、清潔室或模組、斜邊蝕刻室或模組、物理蒸氣沉積(PVD)室或模組、化學蒸氣沉積(CVD)室或模組、原子層沉積(ALD)室或模組、原子層蝕刻(ALE)室或模組、離子植入室或模組、徑跡室或模組、及可與半導體晶圓之裝配及／或製造相關聯或使用的任何其他半導體處理系統。
如上所述，取決於待藉由該工具所施行之一或多個製程步驟，該控制器可與一或多個其他工具電路或模組、其他工具零組件、叢集工具、其他工具介面、相鄰工具、附近工具、位於遍及工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具聯通，其將晶圓的容器帶至半導體製造工廠中之工具位置及／或裝載通口、和由該工具位置及／或裝載通口帶出該晶圓的容器。
上述各種硬體和方法實施例可與微影佈圖工具或製程結合地使用，例如，用於裝配或製造半導體裝置、顯示器、LEDs、光伏面板等。典型地，儘管不是必須的，但是此等工具／製程將在共同之製造設施中一起使用或進行。
膜的微影佈圖典型包含以下步驟之一些或全部，每個步驟能夠使用許多可能的工具：(1)使用旋塗或噴塗工具，在工件、例如於其上形成有矽氮化膜之基板上施加光抗蝕劑；(2)使用熱板或熔爐或另一合適的固化工具固化光抗蝕劑；(3)用例如晶圓步進器之工具將該光抗蝕劑暴露至可見光或UV或X射線光；(4)顯影該抗蝕劑，以選擇性地除去抗蝕劑，從而使用諸如濕式工作台或噴射顯影器的工具對其進行佈圖；(5)藉由使用乾式或電漿輔助式蝕刻工具將該抗蝕劑圖案轉移進入在下面的膜或工件；及(6)使用諸如RF或微波電漿抗蝕劑剝離器之工具去除該抗蝕劑。於一些實施例中，可在施加該光抗蝕劑之前沉積可灰化的硬遮罩層(例如非晶形碳層)和另一合適之硬遮罩(例如抗反射層)。
應當理解，在此中所敘述的架構及／或方式本質上係示例性的，且這些特定之實施例或範例不應被視為具有限制意義，因為許多變型係可能的。於此中所敘述之特定例程或方法可代表任何數目的處理策略之一或多個。如此，所說明的各種作用能以所說明之順序、以其他順序、並行地施行，或在某些案例中將其省略。同樣地，可改變該等上述製程的順序。
本揭示內容之主題包括在此中所揭示的各種製程、系統和架構以及其他特色、功能、動作及／或性質之所有新穎和非顯而易見的組合和子組合、以及其任何和所有同等項。
除非本揭示內容之上下文清楚地需要，否則在整個說明書和申請專利範圍中，「包含(comprise)」、「包含(comprising)」等詞語應以包含性意義解釋，而不是排他性或窮舉性意義；也就是說，在「包括、但不限於」的意義上。使用單數或複數之詞語通常亦分別包括複數或單數。當「或」的詞語使用於意指兩個或多個項目之清單時，該詞語涵蓋該詞語的所有以下解釋：該清單中之任何項目、該清單中的所有項目、及該清單中之項目的任何組合。「實施方案」一詞意指在此中所敘述之技術和方法的實施方案、以及體現該等結構及／或併入在此中所敘述之技術及／或方法的實體目標。
600‧‧‧製程站
601‧‧‧反應物輸送系統
602‧‧‧製程室主體
603‧‧‧蒸發點
604‧‧‧混合容器
605‧‧‧閥門
606‧‧‧噴淋頭
607‧‧‧微量容積
608‧‧‧台座
610‧‧‧加熱器
612‧‧‧基板
614‧‧‧RF電源
616‧‧‧匹配網路
618‧‧‧蝶形閥
620、620A‧‧‧混合容器入口閥
650‧‧‧底塗層
700‧‧‧多站式處理工具
701‧‧‧製程站
702‧‧‧製程站
703‧‧‧製程站
704‧‧‧製程站
706‧‧‧基板處理器機器人
708‧‧‧晶圓盒
713‧‧‧RF功率系統
714‧‧‧處理室
718‧‧‧台座
720‧‧‧大氣通口
750‧‧‧系統控制器
752‧‧‧處理器
754‧‧‧大量儲存裝置
756‧‧‧記憶體裝置
758‧‧‧系統控制軟體
790‧‧‧基板傳送裝置
圖1描述用於在基板上經由ALD製程形成一材料膜之操作的範例順序之流程圖。
圖2描述一時序圖，顯示用於在基板上經由沉積製程形成材料膜的操作之基本順序。
圖3描述用於一批基板的範例ALD沉積製程中顯示膜厚度對腔室堆積量之曲線圖。
圖4描述一流程圖，說明用於在處理一批次基板的過程中調整該批基板中之複數基板的沉積循環數量之範例技術。
圖5描述一表格，其描述用於一批基板之範例沉積製程的各種值。
圖6描述範例ALD製程站之概要實施例。
圖7描述多站式處理工具的實施例之概要視圖。

Claims (20)

  1. 一種在沉積室中施行原子層沉積之方法，該方法包含： (a)決定當前於沉積室內部的至少一內部區域上之沉積材料堆積量，其中該沉積材料堆積量係隨著一批基板的處理過程改變； (b)將於(a)中所決定之該沉積材料堆積量、或由其導出的參數應用至下列兩者之間的關係：(i)達成目標沉積厚度所需之ALD循環數量、與(ii)代表沉積材料堆積量的變數，其中在已知該沉積室內部的內部區域上之該當前沉積材料堆積量的情況下，該應用回傳一補償之ALD循環數量以產生該目標沉積厚度；及 (c)於該批基板中之一或多個基板上施行該補償的ALD循環數量。
  2. 如申請專利範圍第1項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中決定該沉積材料堆積量的該步驟包含藉由使用所施行的ALD循環數量和每ALD循環之預測沉積材料堆積量來計算該沉積材料堆積量。
  3. 如申請專利範圍第1項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該沉積材料堆積量隨著一批基板的該處理過程中實質上線性地變動。
  4. 如申請專利範圍第1項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該沉積材料堆積量隨著ALD循環數量而實質上線性地變動。
  5. 如申請專利範圍第1項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中決定該沉積材料堆積量的該步驟包括原位測量該沉積材料堆積量。
  6. 如申請專利範圍第1項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該關係是至少部分地基於在處理那批基板的該過程中之一批基板中之基板的厚度趨勢。
  7. 如申請專利範圍第1至6項的任一項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該關係是至少部分地基於至少一批經處理的基板之資料，其中該批經處理的基板中之每個基板上已施行相同的沉積循環數量，且其中該資料包括該批經處理之基板中的複數個基板之厚度、和該複數個基板中的每個基板之對應的該沉積材料堆積量。
  8. 如申請專利範圍第7項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該關係是該資料的多項式擬合。
  9. 如申請專利範圍第1至6項的任一項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該關係是多項式關係，其中用於產生該目標沉積厚度的補償ALD循環數量係代表該沉積材料堆積量之該變數的函數，其中代表該沉積材料堆積量之該變數可提升至一個乘冪。
  10. 如申請專利範圍第9項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該乘冪係三。
  11. 如申請專利範圍第9項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該多項式關係表示達到目標沉積厚度所需的該ALD循環數量作為諸項之和的函數，其中該等項目之至少兩項包含代表當前在該沉積室內部的內部區域上之該沉積堆積量上升到一乘冪的該變數。
  12. 如申請專利範圍第9項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該多項式關係表達為如下：該補償的ALD循環數量=達成目標沉積厚度所需的該ALD循環數量乘以(x3 * A + x2 * B + x * C + 1 * D)，其中x係當前在該沉積室內部之內部區域上的該沉積堆積量，且其中A、B、C和D係常數。
  13. 如申請專利範圍第1至6項的任一項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其步驟另包含： (d)對該批基板中的所有該基板重複(a)至(c)。
  14. 如申請專利範圍第1至6項的任一項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其步驟另包含： (e)於(c)之後，自該沉積室移除該一或多個基板，其中該一或多個基板包含具有該目標沉積厚度的ALD沉積層。
  15. 如申請專利範圍第1至6項的任一項之在沉積室中施行原子層沉積之方法，其中該原子層沉積產生矽氧化膜或矽氮化膜。
  16. 一種系統，包含： 沉積室，用於施行ALD沉積，及 控制器，用於控制該沉積室以將材料沉積在該沉積室中之基板上，該控制器包含控制邏輯，用於： (a)決定當前在沉積室內部的至少一內部區域上之沉積材料堆積量，其中該沉積材料堆積量隨著一批基板的處理過程改變； (b)將(a)中所決定的該沉積材料堆積量或由其導出的參數應用至下列兩者之間的關係：(i)達成目標沉積厚度所需之ALD循環數量、與(ii)代表該沉積材料堆積量的變數，其中在已知該沉積室內部的內部區域上之該當前沉積材料堆積量的情況下，該應用回傳一補償之ALD循環數量以產生該目標沉積厚度；及 (c)於該批基板中之一或多個基板上施行該補償的ALD循環數量。
  17. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該沉積室包括二或多個處理站。
  18. 如申請專利範圍第16項之系統，其中該控制器另包含控制邏輯，用於： (d)回應於當前在該沉積室內部的至少一內部區域上之該沉積材料堆積量已達到堆積極限之決定而停止處理該批基板；及 (e)在(d)之後，清潔該沉積室內部。
  19. 如申請專利範圍第16-18項的任一項之系統，其中該關係是至少部分地基於至少一批經處理的基板之資料，其中於該批經處理的基板中之每個基板上已施行相同的沉積循環數量，且其中該資料包括該批經處理之基板中的複數個基板之厚度、及針對該複數個基板中的每一該基板之對應的該沉積材料堆積量。
  20. 如申請專利範圍第16-18項的任一項之系統，其中決定該沉積材料堆積量的該步驟包含藉由使用所施行的ALD循環數量及每ALD循環之預測沉積材料堆積量來計算該沉積材料堆積量。
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