TWI725000B - 電漿輔助原子層沉積中之射頻補償用方法及設備 - Google Patents

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Abstract

本文中之實施例係關於用以在基板上沉積膜之方法、裝置、及系統。在這些實施例中，基板係以批次進行處理。由於反應腔室內的條件隨著對批次中的額外基板進行處理而改變，各樣的膜特性可隨著批次的進程而變化。本文中揭露了用以將批次期間內膜特性變化最小化的方法及裝置。更具體而言，藉由隨著批次的進程而改變用以處理基板的RF功率而將膜特性變化最小化。這樣的方法有時稱為RF補償方法。

Description

電漿輔助原子層沉積中之射頻補償用方法及設備
積體電路之製造包含了許多不同的處理步驟。經常採用的操作其中一者為沉積介電膜。可將膜沉積在相對平坦的基板上、或者可將其沉積至圖案化在矽基板上或中的特徵之間的間隙中。
沉積這樣的膜的一方法為透過電漿輔助原子層沉積(PAALD)。在此類型的方法中，以循環方式進行幾個操作以沉積保角的膜。一般而言，PAALD處理包含以下步驟：(a) 提供第一反應物的注劑至反應腔室；(b) 吹淨該反應腔室；(c) 使第二反應物流動至反應腔室；(d)在反應腔室中點燃電漿；及(e) 熄滅電漿並吹淨反應腔室。由於前驅物至基板表面上之傳輸/吸附作用的本質，PAALD處理的一單一循環一般沉積約一單分子層的材料。可多次重複操作來沉積額外的單分子層以達到期望的膜厚度。
本文中的某些實施例係關於於反應腔室中在一批次之基板上沉積膜的方法及裝置。可透過電漿輔助原子層沉積處理而沉積該膜。
在本文中之實施例的一態樣中，提供了於反應腔室中在一批次之基板上沉積膜的方法。於該批次中的每一基板上沉積膜，其中該在每一基板上沉積膜之步驟包含使一或更多反應物以蒸汽形式流入該反應腔室中、及供給RF功率以產生電漿並使該基板暴露於電漿以驅動在該基板上沉積膜之反應；其中供應用以產生電漿之RF功率/每基板(RF power per substrate)隨著對該批次中的額外基板進行處理而改變，以藉此隨著對額外基板進行處理而應付該反應腔室中的改變。
在各樣的實施例中，供應用以產生電漿的RF功率係基於一校準程序而改變，該校準程序係在於該批次中的基板上沉積膜之前執行。該校準處理可包含：(a) 於一測試批次的複數基板上沉積膜、並記錄該測試批次中每一基板的一結果膜厚度；(b) 以複數不同位準的RF功率在一第二組的複數基板上沉積膜、並記錄該第二組之該等基板中每一基板的一結果膜厚度；(c) 判定RF功率與得自操作(b)的該等結果膜厚度之間的一關係；(d) 使用得自操作(c)的該關係、及得自操作(a)的該等結果膜厚度以判定該測試批次中的該等基板之有效RF功率；及(e) 至少部分地基於該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。操作(e)中的一或更多外來批次可包含用以執行該方法的該批次。
在一些實施例中，該校準程序更包含：在(a)操作期間內，以一第一RF功率在該測試批次中的每一基板上沉積膜；在(e)操作期間內，藉由將該第一RF功率的平方除以得自操作(d)的該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
操作(e)包含至少部分地基於操作(a)中的該測試批次中的該等基板之所紀錄腔室積累而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率係至少部分基於在該未來批次期間內發生的腔室積累。操作(e)可更包含執行一統計分析以導出特定RF功率與腔室積累之間的一數學關係，且可更包含使用該數學關係以控制在用以執行該方法的該批次中的該等基板上進行沉積期間內所供應之RF功率。在一些實施例中，該數學關係包含三次多項式關係。在某些實行例中，該批次及該測試批次每一者包含至少約100基板。在各樣的實施例中，操作(c)包含執行一統計分析以判定RF功率與得自操作(b)之該等結果膜厚度之間的一線性關係。
在某些實例中，該批次可包含至少約100基板，且其中沉積在該批次中的該等基板上之膜具有彼此差異在約1％或更少的厚度。在這些或其它實例中，該批次可包含至少約100基板，其中沉積在該批次中的該等基板的之膜具有彼此差異在約5％或更少的濕蝕刻速率。
基板一般係以批次進行處理，且可在每一批次期間內進行某些附加操作。例如，在一些實例中，在於該批次中的每一基板上沉積膜之後，該方法可包含清潔該反應腔室以移除積累在該反應腔室之內表面上的材料。此外，在清潔該反應腔室之後，該方法可包含在該反應腔室之內表面上沉積一底塗層。亦可沉積一預塗層。
在所揭露之實施例的另一態樣中，提供了在一批次的基板上沉積膜的設備，該設備包含：一反應腔室；一或更多入口，該一或更多入口係用以提供汽相反應物至該反應腔室；一基板支撐部；一RF產生器，該RF產生器係用以使用RF功率產生電漿；及一控制器，該控制器包含複數指令，該等指令係用以隨著對該批次中的額外基板進行處理而改變該RF產生器所供應之RF功率以應付該反應腔室中隨著對該批次中的額外基板進行處理而發生之改變。
在各樣的實施例中，用以改變RF功率的該等指令係基於一校準程序。該該控制器可更包含了藉由以下操作而執行該校準程序的複數指令，該等操作包含：(a) 於一測試批次的複數基板上沉積膜、並記錄該測試批次中每一基板的一結果膜厚度；(b) 以複數不同位準的RF功率在一第二組的複數基板上沉積膜、並記錄該第二組之該等基板中每一基板的一結果膜厚度；(c) 判定RF功率與得自操作(b)的該等結果膜厚度之間的一關係；(d) 使用得自操作(c)的該關係、及得自操作(a)的該等結果膜厚度以判定該測試批次中的該等基板之有效RF功率；及(e) 至少部分地基於該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率，其中用以隨著對該批次中的額外基板進行處理而改變該RF產生器所供應之RF功率的該等指令包含了用以施加得自操作(e)之特定RF功率的複數指令。
用以執行該校準程序之該等指令可更包含複數指令用以執行以下操作：在(a)操作期間內，以一第一RF功率在該測試批次中的每一基板上沉積膜；及在(e)操作期間內，藉由將該第一RF功率的平方除以得自操作(d)的該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
在某些實施例中，操作(e)包含至少部分地基於操作(a)中的該測試批次中的該等基板之所紀錄腔室積累而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。雖然校準處理通常在與對該批次之基板進行處理相同的反應腔室中執行，但在一些實施例中，校準處理係在一第二反應腔室中進行。用以改變該RF產生器所供應之RF功率的該等指令可包含隨著對該批次中的額外基板進行處理而基於在該反應腔室內之積累的改變量來改變RF功率。
以下將配合隨附圖式來描述本發明的這些及其他特徵。
在此申請案中，術語「半導體晶圓」、「晶圓」、 「基板」、 「晶圓基板」、及「積體電路之半成品」為可替換使用的。一般熟悉本技藝者會了解，術語「積體電路之半成品」可意指矽晶圓，且該矽晶圓可處於在其上之積體電路製造的許多階段其中任何一者的期間內。半導體元件工業中所使用的晶圓或基板一般具有200 mm、300 mm、或450 mm之直徑。以下實施例假定本發明係在晶圓上實施。然而，本發明不因此而受限。工作件可由各樣的形狀、尺寸、及材料來製成。在半導體晶圓之外，其他可利用本發明之工作件包含了各樣的物件，例如印刷電路板以及類似物件。
在以下描述中，提出許多的特定細節以對所提出之實施例提供周密的了解。揭露之實施例可被實行而無須部分或全部的特定細節。在其他情況下，為了不對揭露實施例的造成不必要地混淆，眾所周知的處理操作則沒有被詳述。雖然所揭露之實施例係配合特定的實施例來描述，但應了解這並非意圖對揭露之實施例進行限制。
半導體元件之製造一般涉及在整合式製造處理中將一或更多薄膜沉積在平面或非平面基板上。在整合式處理的一些態樣中，沉積與基板形貌符合之薄膜可為有用的。在某些情況下有用的一類型之反應涉及了化學氣相沉積(CVD)。在一般的CVD處理中，同時將複數氣相反應物導入反應腔室並進行氣相反應。反應產物沉積在基板的表面上。反應可由電漿驅動，在此情況下，該處理可稱為電漿增強化學氣相沉積(PECVD)反應。如本文所中所使用，除非另有說明，否則術語CVD係意圖包含PECVD。CVD處理具有某些缺點，使得它們在某些情況下較不適當。例如，CVD氣相反應的質量傳輸限制可導致在頂部表面(例如，閘極堆疊的頂部表面)出現較厚沉積、且在凹陷表面(例如，閘極堆疊底部)出現較薄沉積的「麵包塊(bread-loading)」沉積效應。此外，由於一些晶粒可具有不同元件密度的區域，橫跨整基板表面的質量傳輸效應可導致晶粒內及晶圓內的厚度變化。這些厚度變化可導致一些區域的過度蝕刻以及其他區域的蝕刻不足，而這可降低裝置的性能及晶粒產量。有關CVD處理的另一問題為它們經常無法在高的高寬比特徵中形成保角的膜。此問題隨著元件尺寸不斷縮小而越來越嚴重。
在許多情況下有用的另一類型之反應為原子層沉積(ALD)。相較於CVD處理主要採用氣相反應以在基板表面上快速地沉積材料，ALD處理主要涉及以慢得多、循環的方式來沉積材料的表面介導反應。一類型的ALD處理為電漿輔助原子層沉積(PAALD)處理，其中該反應係藉由暴露於電漿而驅動。在ALD處理中，反應物係以循環方式傳輸以將不想要的氣相反應最小化或消除。一般的ALD反應涉及(1)在反應腔室中將基板暴露於第一氣相反應物(舉例而言，例如含矽反應物或含金屬反應物)並使反應物得以吸附至基板表面上、(2)吹淨該反應腔室(例如，藉由施加真空以排空腔室、或藉由流動惰性氣體以將第一反應物掃除出腔室)、(3)將基板暴露於第二氣相反應物(舉例而言，例如含氧反應物、含氮反應物、及/或含碳反應物)、(4)將基板暴露於能量來源(例如，電漿或熱)以驅動第一反應物與第二反應物之間的的表面反應、(5)再次吹淨反應腔室。可重複這些步驟以建立想要厚度的膜。在各樣的實例中，步驟(3)及(4) 全部或部分重疊，使得第二反應物被傳輸至反應腔室的同時基板係暴露於電漿。ALD處理有時亦稱為保角膜沉積(CFD)處理(尤其是在步驟(3)與(4)之間沒有進行吹淨(或不完全吹淨)、步驟(3)及(4)在時間上重疊、或步驟(3)連續發生的情況下)。如本文中所使用，除非另有說明，否則術語ALD包含了熱ALD、PAALD、及CFD。
依據前驅物注劑步驟的暴露時間及前驅物的粘著係數，在一範例中，每一ALD循環可沉積在約0.5與3Å之間厚的一膜層。
在以下美國專利申請案中描述了使用ALD/CFD而形成膜的方法，而其中每一者的內容被完整納入做為參照：美國專利申請案第13/084399號，申請日期為2011年4月11日；美國專利申請案第13/953616號，申請日期為2013年7月29日；美國專利申請案第14/074596號，申請日期為2013年11月7日；及美國專利申請案第14/144107號，申請日期為2013年12月30日。
本文中所描述的處理係用以產生各樣的類型的膜，其中包含但不限於矽氧化物、矽氮化物、矽碳化物、摻雜氧化物、金屬氧化物、及金屬氮化物。除非上下文另有清楚說明，術語矽氧化物係意圖涵蓋主要由矽及氧組成的化學計量及非化學計量固體成分。矽氧化物膜可具有各樣的形態(morphologies)，其中包含了不同程度的結晶度、粗糙度、等。相似地，本文中所提至的另一膜類型可為化學計量的或非化學計量的、且可具有各樣的形態。
ALD處理通常以批次進行。一單一批次可具有從幾基板到幾百基板的任何數量。一單一批次包含了在一特定設備上的後續清潔循環之間所處理的所有基板。圖1呈現一流程圖，該流程圖詳述了單一批次處理期間內所發生的操作。在操作101中，可在一批次的開端提供乾淨的腔室。接著，可準備將該腔室用於操作103。在各樣的實例中，腔室準備操作包含了底塗層及預塗層之沉積，這有助於穩定沉積處理並使基板上的污染最小化。在以下的美國專利案及專利申請案中進一步討論了腔室清潔及準備，其中每一者的內容被完整納入做為參照：美國專利申請案第14/089653號，申請日期為2013年11月25日，發明名稱為「CHAMBER UNDERCOAT PREPARATION METHOD FOR LOW TEMPERATURE ALD FILMS」；美國專利申請案第14/158536號，申請日期為2014年1月17日，發明名稱為「METHOD AND APPARATUS FOR THE REDUCTION OF DEFECTIVITY IN VAPOR DEPOSITED FILMS」；美國專利申請案第12/355601號，申請日期為2009年1月16日，發明名稱為「PLASMA CLEAN METHOD FOR DEPOSITION CHAMBE」；美國專利申請案第13/654303號，申請日期為2012年10月17日，發明名稱為「METHODS AND APPARATUS FOR CLEANING DEPOSITION CHAMBERS」；美國專利案第7479191號；及美國專利案第8262800號。
在準備該腔室之後，可透過該設備於操作105期間內對基板進行處理。此步驟涉及在該批次中的各樣基板上沉積膜。其中，該設備包含多個站，可同時處理多基板。隨著材料沉積在基板上，來自沉積處理的材料積累在內部腔室表面上。在處理完批次中的所有基板之後，清潔該腔室以移除操作107中積累的材料。在操作107中的清潔處理結束了該批次。在以下的美國專利案及專利申請案中進一步討論了腔室清潔方法，其中每一者的內容被完整納入做為參照：美國專利案第7479191號；美國專利案第8262800號；美國專利申請案第12/355601號，申請日期為2009年1月16日，發明名稱為「PLASMA CLEAN METHOD FOR DEPOSITION CHAMBER」；及美國專利申請案第13/654303號，申請日期為2012年10月17日，發明名稱為「METHODS AND APPARATUS FOR CLEANING DEPOSITION CHAMBERS」。
在清潔反應腔室之後，可對新的一批次基板進行處理(如圖1中的虛線箭頭所指示)。在實際將膜沉積在下一批次中的基板上之前，再次將腔室準備用於沉積(例如，透過在內部腔室表面上沉積新的底塗層及預塗層)。亦可將批次視為在不同的點開始及結束(只要有進行基本沉積、腔室清潔、及腔室準備步驟即可)。例如，可將批次視為是在一旦腔室已經準備好後於該批次中的第一基板上之沉積發生時開始。在此情況下，吾人會將該批次視為是在為下一批次清潔及準備腔室之後完成。
不幸地，所沉積之膜的某些特性傾向於在一批次內隨著時間而偏移。可能偏離的特性之範例包含了膜厚度及蝕刻速率等特性。這些變化的膜特性在某些應用中是特別有問題的，例如雙圖案化間隔物、FinFET間隔物、及閘極襯墊及間隔物。這些應用方式可能需要精確的臨界尺寸控制，而這需要對於膜特性(例如，膜的厚度、折射率、蝕刻速率、等)的準確控制。
由於損失更少的時間在批次之間清潔及準備腔室，大的批次量在將產量最大化上是有利的。在某些實例中，一批次包含至少約50基板，例如至少約100基板、或至少約200基板、或至少約300基板、或至少約400基板、或至少約500的基板。允許使用大批次量的一因素為大的腔室容積。在某些實例中，腔室體積可為至少約2L，例如至少約 0.5L。可適用於本實施例之範例性裝置包含來自加州Fremont的Lam Research公司之設備的VECTOR®、SPEED®、及ALTUS®產品家族。大腔室容積可容許一次處理多基板(例如在腔室容積內的不同站內)。此外，大的腔室容積導致腔室表面上較慢積累積累的材料(由於有更大的表面面積讓這樣的積累發生於其上)。然而，大的批次量亦助長了該膜特性變化問題。例如，更大的批次可導致一批次中膜性能的更大偏移。
據信，膜特性變化問題至少部分是內部腔室表面上的材料之積累所導致。隨著沉積材料積累，腔室阻抗跟著變化。在腔室壁上及噴淋頭背面上的積累在腔室阻抗變化上是特別有問題的。此在腔室阻抗上的變化影響了RF功率傳輸至基板的效率。因此，雖然習知的方法一般將單一RF功率設定用於基板的整個批次，但傳輸至基板之RF功率的實際量隨著批次的進程而變化。在許多的實例中，RF功率傳輸至基板的效率隨著批次的進程而增加。舉例而言，在膜的厚度方面上，此增加的RF傳輸效率隨著對批次中的額外基板進行處理而導製膜厚度減少。
圖2呈現了與375片基板之批次相關的數據，其中將矽氧化物沉積在每一基板上。第二批次的開始部分亦顯示為開始於基板編號376。該圖式中顯示了批次中許多個別基板的平均膜厚度及晶圓內的厚度非均勻性。膜厚在首先150基板左右趨向下。該批次中剩餘基板的膜厚則穩定得多。膜厚在下一批次的開端(於清潔腔室之後)再次突跳向上。整體而言，該膜厚度範圍在該批次最薄及最厚的膜之間變動約7.8Å，佔膜厚度的約2.25％。晶圓內厚度非均勻性在該批次的進程中相當穩定。雖然圖2中的數據係關於沉積矽氧化物之批次，但其它的膜類型在批次期間隨著時間經歷相同的厚度偏離。
如上所述，據信膜的厚度變化向下係因傳輸至基板的RF功率隨著時間增加，而這可能是反應腔室的內部表面(例如，腔室壁、頂板、噴淋頭等)上的積累物增加所導致。這樣的積累物影響了腔室阻抗，而腔室阻抗可會影響沉積的結果。當沉積的膜為介電膜時，這些效果尤為顯著。
在本文中的各樣實施例中，採取措施來減少某些膜性能隨著一批次的基板而變化的程度。例如，可隨時間改變RF功率以解決傳輸RF至基板的效率變化。本文中所揭露的方法提供了以在一批次的基板內達成更穩定膜特性的方式來控制RF功率的技術。
圖3呈現了對一批次的基板進行RF功率控制之方法的流程圖。該方法涉及某些可依需要而執行的實驗/校準步驟。不需要在每一次運行一批次時執行這些步驟。在一些實行例中，實驗/校準步驟係執行一次(例如，每一組相關沉積條件(例如特定的膜類型、前驅物、流率、時序、溫度、壓力、等)執行一次)，且該結果係用以控制許多批次(例如，使用相關沉積條件的任何批次)內的RF輸出功率。在一些實例中，沉積參數在用於實驗/校準程序的那些與用於在基板上沉積膜的那些之間為大致上一致的。在其他實例中，某些處理參數(例如，流率、時序、溫度、壓力、RF功率、等)在用於校準程序的那些與用於在基板上沉積的那些之間可大致改變約10％或更少，例如為5％以下。圖3中所列出的操作係參照圖4-8中所示的曲線圖來說明。
圖3的方法300開始於操作301，其中使用欲用以在基板上沉積膜的相關沉積條件來運行測試批次。測試批次應為相對較大的，俾使在該批次內的任何趨勢為明顯的並充分描繪其特性。測試批次可包含至少約與想要的批次處理中一樣多的基板。在一些實例中，測試批次包含至少約100基板、至少約200基板、至少約300基板、至少約400基板、或至少約500基板。在參照圖4-8所示之範例中，測試批次包含約375片基板，且RF產生器係設置為傳輸1600W。該批次應於該腔室如參照圖1所描述般準備用於沉積之後(例如，在底塗層/預塗層的沉積之後)在乾淨腔室中運行。在操作301期間內，將基板投料至沉積設備中並將膜沉積在基板上。
在沉積期間內，於處理每一基板時監控/記錄腔室積累物的量。腔室積累物隨著處理越來越多的基板而增加。腔室積累物通常係關於基於沉積條件而計算的計量學，而不是實際測得的量。然而，可在整批次中可靠地計算及監控腔室積累物(如操作303中所示)。在沉積之後，測試每一基板的膜厚度(亦顯示於操作303中)。因此，對於批次中每一基板而言腔室積累物及膜厚度為已知的。可基於此數據而描繪在膜厚度與腔室積累物之間的關係之特性，例如藉由繪製膜厚度對腔室積累物之曲線圖(如圖4中所示)。與圖2中所示的趨勢相似，該膜厚度隨著批次的進程而趨向下。
接下來，在操作305中以不同位準的設置RF功率(set RF power)在第二組的基板上沉積膜並進行測量。設置RF功率係指電源所設定的RF功率的量。例如，若將RF產生器設定/程式化為傳輸1600W，該設置RF功率為1600W。設置RF功率不同於有效RF功率，而這將在下面進一步討論。在第二組基板上之沉積應發生在相對乾淨的腔室。例如，第二組基板可在剛準備好新的底塗層/預塗層的腔室中運行。在各樣的實施例中，第二組基板係於自底塗層/預塗層的沉積開始只有於少於25基板(例如，少於25基板、少於15基板、少於10基板、少於5基板、少於3基板、或零基板)已經於腔室中進行處理時開始。較清潔的腔室有助於為這一步驟提供更精確/有用的結果。已經準備用於沉積的乾淨腔室可以說是代表了「基線」狀態。第二組基板可較測試批次基板小得多。在一些實例中，第二組基板具有至少約15基板，例如至少約25基板。在這些或其它實例中，第二組基板可具有約25基板或更少。對每一基板的膜厚度進行測量及記錄。
設置RF功率隨著第二組基板的進程而改變。至少一基板應以與用以在測試批次上沉積膜之設置RF功率相同的設置RF功率來運行。其它基板可用高於/低於該測試批次中所使用的設置RF功率的設置RF功率值來運行。藉由以使用在測試批次上之設置RF功率來運行至少一基板，可將在此操作中產生的數據對來自操作301/303的數據標準化。標準化涉及判定在(a)測試批次中第一基板上的薄膜厚度與(b)第二組中以該測試批次之設置RF功率來運行的基板之膜厚度之間的差。在圖4及5的情境中，這意味著對圖4中的第一基板之膜厚度(349.9Å)與圖5之表格中以1600W(運行圖4中之測試批次時所使用的設置RF功率)運行之基板的膜厚度(346.8Å)進行比較。此差(349.9Å - 346.8Å= 3.1A)代表了第二組中所有數據應進行變動以將數據標準化的量。原始厚度數據、以及標準化厚度數據係呈現在圖5的表格中。圖5中所示的曲線圖只顯示了標準化的厚度。接著可在操作307中導出在設置RF功率位準與膜厚度之間的關係，例如藉由繪製設置RF功率對膜厚度之曲線圖(如圖5中所示)。可執行迴歸分析以判定該等變數之間的一擬合(例如，圖5中的線性曲線，雖然合適的話亦可使用其他類型的擬合)。
接著在操作309中，使用操作307中所判定的關係來將操作301/ 303中產生的厚度數據映射成有效RF功率。術語「有效RF功率」一般係關於被RF功率傳輸至基板之效率改變後的設定RF功率。有效RF功率直接與實際傳輸至基板之RF功率的量有關。更具體而言，有效RF功率為RF產生器在若基線條件出現時(例如，只有很少或沒有積累物的清潔腔室)為了要達成所達成之實際膜厚度而會需要被設置至的位準。該結果示於圖6中。在圖6中，批次之開端係顯示在曲線圖的右側，而批次的結尾朝係顯示在曲線圖的左側。用箭頭標示的時間係為了便於理解而提供，不過應理解時間並未直接顯示在圖式中。在批次的開端(其中膜厚度為約350Å)，由於基線條件(清潔腔室)出現於批次的開端，所以有效RF功率與設置RF功率(1600W)緊密地匹配。隨著處理更多的基板，有效RF功率增加並顯著地偏離該設置RF功率。
接下來，在操作311中，以測試批次相關之數據而將功率縮放比率判定為積累物之函數。為每一單獨的基板判定功率縮放比率，且功率縮放比率係計算為測試批次中所使用的設置RF功率(在此範例中為1600W)除以傳輸至基板的有效RF功率(如同在操作309中所判定並顯示於圖6中)。積累物從先前的操作為已知的、並呈現於圖4中。可組合該數據以顯示功率縮放比率與積累物之間的關係(如圖7中所示)。在某些實施例中，吾人可能想要於判定功率縮放比率時省略該批次中的第一基板。
接著，在操作313中，基於操作311中所判定並顯示於圖7中的功率縮放比率而將RF產生器的最佳設定點判定(為了未來的批次)為積累物的函數。產生器的設定點係關於該產生器所傳輸的設置RF功率。每一基板之最佳的產生器設定點係計算為該測試批次中所使用的設置RF功率(在此範例中為1600W)乘以每一基板的功率縮放比率。該結果係顯示於圖8中。可使用迴歸分析以判定在最佳設定點與積累物的位準之間的數學關係。在一些範例中(例如在圖8中所顯示的一者中)，數據係擬合至三次多項式曲線。若合適的話亦可使用其他類型的曲線擬合。接著可將該擬合曲線的係數饋送至控制RF產生器之設定點(換言之，設置RF功率)的控制器。在操作315中，控制器可使用這樣的係數來使RF產生器基於在操作313中所判定的最佳設定點而傳輸想要的設置RF功率量以在新批次的基板上沉積膜。隨著對新批次的基板進行處理，腔室積累物不斷地積累在腔室表面上，而產生器設定點亦不斷地改變以基於在該批次中該特定時間所出現之積累物的量而傳輸最佳的RF量。例如，基於圖8中所示的數據，RF產生器可於出現約15,000Å之積累物時傳輸約1320W之設置RF功率，而出現約25,000Å之積累物時則只有約1245W。可於判定未來批次的最佳產生器設定點時省略測試批次中的第一基板(或前幾片基板)，且未來批次中的第一基板(或或前幾片基板)可以例如該測試批次期間內所使用的設置RF功率進行沉積。這可導致設置RF功率在未來批次中的前幾片基板之進程內出現明顯地下降。
如上面所述，RF功率傳輸至基板表面的效率一般在批次期間內隨時間而增加。為了對抗此增加的效率並以更穩定位準傳輸RF至基板表面，設置RF功率(換言之，RF產生器所設定之功率)可在批次的進程期間內隨著時間而降低(如圖8中所示)。所揭露之RF補償方法為了以可達成更均勻膜特性的聰明方式來隨時間減少設置RF功率提供了指引。而一結果為膜厚度在批次期間內隨著時間是更穩定的。而相關的結果為膜的濕蝕刻速率在批次期間內隨時間是更穩定的。以下將這些結果呈現於實驗部分中。
在相關的一RF補償方法中，不直接考慮積累物。作為替代，使用基板編號(例如，在一批次中的第一基板為基板＃1，第二片為基板＃2，並以此類推)。由於積累物直接與基板編號相關，可直接實行RF補償方法而無需考慮積累物。在沉積條件(不包含設置RF功率)隨著批次的進程而改變的情況下使用積累物而不使用基板編號可為較好的。在這樣的情況下，積累物與基板編號之間的關係是較不可靠的。
在另一相關的RF補償方法中，不使用模型來描繪最佳產生器設定點對積累物之曲線圖。作為替代，僅藉由遵循圖8中所示的數據而判定最佳的產生器設定點。產生器可為特定的積累位準將設定點設定在想要的位準而無須模型化該等變數之間的數學關係。雖然數學模型可簡化對設置RF功率的控制，但不一定需要這樣的模型來實踐所揭露之實施例。
在測試批次、第二組基板、及以基於該測試批次之RF補償模式運行的後續批次之間，特定沉積條件應保持恆定。這些沉積條件包含溫度、RF頻率、氣體流量、藥劑流量、壓力、注劑時間、吹淨時間、RF時間。其他沉積條件可在測試批次與以RF補償模式運行的批次之間改變。這些條件可包含循環數。       設備
本文中所述的方法可藉由任何適當的設備來執行。適當的設備包含了用以完成處理操作的硬體及具有用以根據本發明來控制處理操作之指令的系統控制器。在一些實施例中，硬體可包含包含在處理工具中的一或更多處理站。
圖9示意性地顯示了ALD處理站900之實施例。為簡單起見，處理站900係描繪成一獨立的站，該站具有用以維持低壓環境的處理腔室主體902。然而，吾人應理解一共同的處理工具環境中可包含複數處理站900。例如，圖11描繪了多站處理工具1100之實施例。此外，吾人應理解，在一些實施例中可藉由一或更多電腦的控制器而程式化地調整處理站900的一或更多硬體參數(其中包含上面詳述的那些)。
ALD處理站900與用以將處理氣體傳輸至配送噴淋頭906的反應物傳輸系統901流體連通。反應物傳輸系統901包含了混合容器904，該混合容器係用以混合及/或調製用以傳輸至噴淋頭906的處理氣體。一或更多混合容器入口閥920可控制處理氣體至混合容器904之導入。
一些反應物(如BTBAS)可於汽化與隨後傳輸至處理站之前以液體形態儲存。例如，圖9之實施例包含用以將待供應至混合容器904的液體反應物汽化之汽化點903。在一些實施例中，汽化點903可為加熱汽化器。從這樣的汽化器產生的飽和反應物蒸汽可能在下游的傳輸管道中凝結。不相容的氣體暴露於凝結的反應物可產生小微粒。這些小微粒可堵塞管道、妨礙閥門操作、污染基板、等。用以解決這些問題的一些手段涉及了對傳輸管道進行掃除及/或抽空以移除殘留的反應物。然而，對傳輸管道進行掃除可能增加處理站的循環時間、降低處理站的生產量。因此，在一些實施例中，在汽化點903下游的傳輸管道可為伴熱的(heat traced)。在一些範例中，混合容器904亦可為伴熱的。在一非限制性範例中，在汽化點903下游的管道具有從約100°C°延伸至在混合容器904的約150°C之增溫曲線(increasing temperature profile)。
在一些實施例中，可在液體噴射器將反應物液體汽化。液體噴射器可將液體反應物之脈衝噴射至混合容器上游的載體氣體流中。在一情況中，液體噴射器可藉由使液體遽然從高壓通至低壓而將反應物汽化。在另一情況中，液體噴射器可將液體霧化成為隨後在加熱傳輸管道中被汽化的分散微液滴。吾人應理解，更小的液滴可汽化比較大的液滴更快，從而減少液體噴射與完全汽化之間的延遲。更快的汽化可減少汽化點903下游的管道長度。在一情況中，可直接將液體噴射器安裝至混合容器904。在另一情況中，可直接將液體噴射器安裝至噴淋頭906。
在一些實施例中，可設置在汽化點903上游的液體流量控制器來控制用以汽化及傳輸至處理站900的液體之質量流量。例如，液體流量控制器(LFC)可包含位於該LFC下游的熱質量流量計(MFM)。該LFC的柱塞閥可接著對由與該MFM電氣通信的比例-積分-微分(PID)控制器所提供的反饋控制信號做出反應而調整。然而，使用反饋控制來穩定液體流量可能需要一秒或更長時間。這可能延長對液體反應物進行注劑的時間。因此，在一些實施例中，LFC可在反饋控制模式與直接控制模式之間動態切換。在一些實施例中，LFC可藉由停用LFC及PID控制器的感應管而從反饋控制模式動態切換至直接控制模式。
噴淋頭906將處理氣體配送向基板912。在圖9中所示之實施例中，基板912係位於噴淋頭906的下方、並顯示為置於底座908上。吾人應理解，噴淋頭906可具有任何適當的形狀、且可具有任何適當數量及配置之用以將處理氣體配送至基板912的埠。在某些實施例中，噴淋頭係用於以不同的溫度輸送兩或更多氣體。這樣的噴淋頭之範例係進一步描述於美國專利申請案第13/934597號中，其申請日期為2013年7月3日，發明名稱為「MULTI-PLENUM, DUAL-TEMPERATURE SHOWERHEAD」，本文將其內容完整納入做為參照。
在一些實施例中，微體積907係位於噴淋頭906下方。在微體積中執行CFD處理(而不是在處理站的整個體積中執行)可減少反應物的暴露及掃除時間、可減少用以改變處理條件(例如壓力、溫度、等)的時間、可限制處理站機械臂對於處理氣體之暴露、等。範例微體積尺寸包含(但不限於)在0.1公升與2公升之間的體積。
在一些實施例中，底座908可升高或降低以使基板912暴露於微體積907、及/或以改變微體積907的體積。例如，在基板傳遞階段，底座908可被降低以使得基板912得以被裝載至底座908上。在ALD處理階段內，底座908可升高以將基板912放置至微體積907內。在一些實施例中，微體積907可完全將基板912及底座908的一部分包圍以於ALD處理期間內創造高流動阻抗的區域。
可選性地，底座908可於部分的ALD處理期間內降低及/或升高以對微體積907內的處理壓力、反應物濃度、等進行調整。在處理腔室主體902於處理期間內保持基礎壓力(base pressure)的一情況中，將底座908降低可使得微體積907得以被抽空。微體積對處理腔室體積的範例性比率包含(但不限於)在1：500與1：10之間的體積比。在一些實施方式中，可藉由適當的電腦控制器而程式化地調整底座高度。
在另一情況中，調整底座908的高度可使電漿密度得以在ALD處理中所包含之處理循環及/或電漿活化期間內進行變化。在ALD處理階段的結尾，底座908可於另一基板傳遞階段期間內降低以使得基板912得以從底座908移除。
雖然在本文中所述之範例性微體積變化係指高度可調整的底座，但吾人應理解，在一些實施方式中噴淋頭906的位置可相對於底座908而調整以改變微體積907的體積。此外，吾人應理解，可在本揭露內容之範圍內藉由任何適當的機構來改變底座908及/或噴淋頭906的垂直位置。在一些實施例中，底座908可包含用以旋轉基板912之定向的旋轉軸。吾人應理解，在一些實施例中，可藉由一或更多適當的電腦控制器而程式化地執行這些範例性調整其中的一或更多者。
回到圖9中所示之實施例，噴淋頭906及底座908與用以對電漿供電的RF電源914及匹配網絡916電氣通訊。用以對多站施加RF的方法及裝置係進一步描述於美國專利申請案第14/458135號中，其申請日期為2014年8月12日，發明名稱為「MULTI-STATION PLASMA REACTOR WITH RF BALANCING」，本文將其內容完整納入做為參照。在一些實施例中，可藉由對處理站壓力、氣體濃度、RF來源功率、RF來源頻率、及電漿功率脈衝時序其中一或更多者進行控制而控制電漿能量。例如，RF電源914及匹配網絡916可以任何適當的功率操作以形成具有想要的自由基物種成分之電漿。上面包含了適當功率之範例。同樣地，RF電源914可提供任何適當頻率的RF功率。在一些實施例中，RF電源914可用以對高及低頻RF功率來源進行彼此獨立地控制。範例性低頻RF頻率可包含(但不限於)在50 kHz與500 kHz之間的頻率。範例性高頻RF頻率可包含(但不限於)在1.8 MHz與2.45 GHz之間的頻率。吾人應理解，可對任何適當的參數進行離散或連續地調整以為表面反應提供電漿能量。在一非限制性範例中，可對電漿功率進行間歇脈衝以減少與基板表面的離子轟擊(相較於連續供能電漿)。
在一些實施例中，可藉由一或更多電漿監測器對電漿進行原位(in-situ)監測。在一情況中，可藉由一或更多電壓、電流感測器(例如，VI探針)對電漿功率進行監測。在另一情況中，可藉由一或更多光學放射光譜感測器(OES)來測量電漿密度及/或處理氣體濃度。在一些實施例中，可基於來自這樣的原位電漿監測器的測量結果而程式化地調整一或更多電漿參數。例如，可在反饋迴路中使用OES感測器以提供對電漿功率的程式化控制。吾人應理解，在一些實施例中，可使用其他監測器來監測電漿及其他處理特性。這樣的監測器可包含(但不限於)紅外(IR)監測器、音訊監測器、及壓力換能器。
在一些實施例中，可透過輸入/輸出控制(IOC)序列指令來控制電漿。在一範例中，用以為電漿活化階段設定電漿條件的指令可被包含在處理配方之對應的電漿活化配方階段中。在一些實例中，可依序安排處理配方階段，俾使一處理階段的所有指令與該處理階段同時執行。在一些實施例中，用以設定一或更多電漿參數的指令可被包含在電漿處理階段之前的配方階段中。例如，第一配方階段可包含用以設定惰性及/或反應物氣體之流率的指令、用以將電漿產生器設定至功率設定點的指令、及第一配方階段的時間延遲指令。第二、後續的配方階段可包含用以啟動電漿產生器的指令、及第二配方階段 的時間延遲指令。第三配方階段可包含用以停用電漿產生器的指令、及第三配方階段的時間延遲指令。吾人應理解，這些配方階段可在本揭露內容之範圍內以任何適當的方式進一步細分及/或重複。
在一些沉積處理中，電漿激發在持續時間上持續了大概幾秒鐘或更多。在本文中所述之某些實行例中，可在處理循環期間內施加短得多的電漿激發。這些電漿激發可大概在50 ms至1秒(以0.25秒為一具體的範例)。如此短的RF電漿激發需要電漿的快速穩定。為了達成這一點，可對電漿產生器進行配置以使阻抗匹配被預設為一特定電壓、同時容許頻率浮動。習知上，高頻電漿係在約13.56MHz的RF頻率產生。在本文中所揭露的各樣實施例中，容許頻率浮動至與此標準值不同的一值。藉由在允許頻率浮動的同時將阻抗匹配固定至一預定電壓，電漿可以更迅速地穩定，而這可為使用與ALD循環相關之非常短的電漿激發時重要的結果。
在一些實施例中，可透過加熱器910對底座908進行溫度控制。此外，在一些實施例中，可藉由蝶形閥918來提供對處理站900的壓力控制。如圖9之實施例中所示，蝶形閥918對下游真空泵浦(未顯示)所提供的真空進行節流。然而，在一些實施例中，亦可藉由改變被導入至處理站900的一或更多氣體之流率而調整處理站900的壓力控制。
處理站900的內表面可塗覆有一底塗層950。變得塗覆有底塗層的表面之範例包含腔室壁902、腔室頂板及底板、底座908及噴淋頭906。 雖然圖9中顯示有基板912在處理站900中，但此基板912在底塗層之沉積期間內係不存在的。作為替代，於底塗層沉積之後當處理站900準備好用於在基板912上沉積膜時將基板912導入至處理站900。
圖10顯示反應腔室1000的另一視圖。當用以沉積在基板上的薄膜時，基板(未顯示)係放置在基板載環1031上，該基板載環係由底座1004 支撐(亦稱為基板支撐部)，該底座係由支撐柱1008支撐。處理氣體係藉由入口1051而提供至反應腔室中。在此實施例中，遠距電漿產生器1050可用以產生電漿。在通過入口1051之後，反應物及其它處理氣體透過噴淋頭1002進入反應腔室中。反應腔室的內表面(包含至少噴淋頭 1002、支撐部1008、底座1004、基板載環1031、及反應腔室1000之壁、底板、及頂板)塗覆著底塗層1006。為了說明之目的，誇大了底塗層1006的厚度。
如上面所述，多站處理工具中可包含一或更多的處理站。圖11顯示一多站處理工具1100之實施例的示意圖，該多站處理工具具有入站負載鎖室1102及出站負載鎖室1104，該入站負載鎖室及出站負載鎖室其中任一者或兩者皆可包含遠距電漿源。位於常壓的機械臂1106係用以將晶圓從透過晶圓盒(pod)1108裝載的晶圓匣中經由氣壓埠1110移動至入站負載鎖室1102中。藉由機械臂1106將晶圓放置在入站負載鎖室1102中的底座1112上，關閉氣壓埠1110，並且將負載鎖室抽空。若入站負載鎖室1102包含一遠距電漿源，則晶圓可在被導入處理腔室1114前在負載鎖室中暴露於遠距電漿處理。另外，晶圓亦可在入站負載鎖室1102中被加熱，例如，以移除濕氣及吸附的氣體。接下來，開啟通往處理腔室1114的腔室傳輸埠1116，然後另一機械臂(未顯示)將晶圓放置在反應器中之第一站的底座上以進行處理。雖然圖11中描繪的實施例包含負載鎖室，但吾人應理解，在一些實行例中， 晶圓可直接進入處理站中。
描繪的處理腔室1114包含四處理站，在圖11所顯示的實施例中編號為1至4。每一站具有加熱的底座(對站1而言顯示於1118)、及氣體管線入口。在一些實例中，在各樣的站之間分享氣體管線。吾人應理解在一些實施例中，每一處理站可具有不同或多重的目的。例如，在一些實施例中，一處理站可在ALD模式、CFD模式、及CVD處理模式之間切換。額外或替代性地，在一些實施例中，處理腔室1114可包含一或更多配對的ALD/CFD/CVD處理站。雖然描繪的處理腔室1114包含四站，但吾人應了解根據本揭露內容之處理腔室可具有任何合適數量之站。例如，在一些實施例中，一處理腔室可具有五或更多的站，然而在其他實施例中，一處理腔室可具有三或更少的站。
圖11亦描繪了用以在處理腔室1114內傳遞晶圓的晶圓搬運系統1190之實施例。在一些實施例中，晶圓搬運系統1190可在不同處理站/模組之間及/或在處理站與負載鎖室之間傳遞晶圓。吾人應理解，可使用任何合適的晶圓搬運系統。非限制性的範例包含晶圓旋轉料架及晶圓搬運機械臂。   系統控制器
圖11亦描繪一系統控制器1150之實施例，該系統控制器係用以控制處理工具1100的處理條件及硬體狀態。系統控制器1150可包含一或更多記憶裝置1156、一或更多大量儲存裝置1154、及一或更多處理器1152。處理器1152可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制板、等。
在一些實施例中，系統控制器1150控制處理工具1100的全部活動。系統控制器1150執行系統控制軟體1158，其中該軟體被儲存於大量儲存裝置1154中、載入記憶裝置1156中、並在處理器1152上執行。系統控制軟體1158可包含複數指令，用以控制時序、氣體之混合、腔室及/或站壓力、腔室及/或站溫度、晶圓溫度、目標功率位準、RF功率位準、RF暴露時間、基板底座、卡盤、及/或承受體位置、及由處理工具1100執行的特定處理之其他參數。這些程式化的處理可包含各樣類型的處理，其中包含(但不限於)與底塗層沉積有關的處理、與基板上之膜沉積有關的處理、及與腔室清潔有關的處理。可以任何合適的方式配置系統控制軟體1158。例如，可撰寫各樣的處理工具元件子程式或控制物件以控制用以實行各樣處理工具之處理所必須的處理工具元件之運作。可以任何合適的電腦可讀程式語言將系統控制軟體1158編碼。
在一些實施例中，系統控制軟體1158可包含輸入/輸出控制(IOC)序列指令，用以控制上述的各樣參數。例如，底塗層之沉積處理其中每一階段可包含一或更多用以被系統控制器1150執行的指令。用以為ALD/CFD底塗層沉積處理階段設定處理條件的指令可被包含在對應的ALD/CFD底塗層沉積配方階段中。在一些實施例中，可將配方階段依序安排，俾使一處理階段之所有指令與該處理階段同時執行。
可使用儲存在與系統控制器1150聯結的大量儲存裝置1154及/或記憶裝置1156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之範例包含基板放置程式、處理氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、及電漿控制程式。
基板放置程式可包含用於處理工具元件之程式碼，其中該處理工具元件係用以將基板裝載至底座1118上並控制基板與處理工具1100的其他零件之間的間隔。放置程式可包含用以依需要適當地將基板移進及移出反應腔室以沉積底塗層、在基板上沉積膜、及清潔腔室之指令。而這可包含用以確保在基於ALD/CFD之底塗層之沉積期間內及清潔處理期間內沒有基板存在於反應腔室中的指令。
處理氣體控制程式可包含用以控制氣體成分及流率、並可選性地用以在沉積前將氣體流動進入一或更多處理站以穩定處理站內的壓力之編碼。在一些實施例中，處理氣體控制程式可包含複數指令，用以在反應腔室上之底塗層的形成期間內導入特定處理氣體、及用以在反應腔室中的基板上之膜的形成期間內導入相同的氣體。該處理氣體控制程式亦可包含複數指令，用於在底塗層的形成期間內及在基板上之膜的沉積期間內以相同的速率及相同的持續時間傳輸這些氣體。
壓力控制程式可包含藉由調節例如處理站之排氣系統中的節流閥、或進入處理站的氣體流量、等而控制處理站中的壓力之編碼。壓力控制程式可包含複數指令，用以在反應腔室上之底塗層的沉積期間內維持與基板上之膜的沉積期間內相同的壓力。
加熱器控制程式可包含用於控制至用以加熱基板之加熱單元的電流之編碼。額外或替代性地，加熱器控制程式可控制熱傳氣體(例如氦)至基板的傳輸。加熱器控制程式可包含用以於底塗層之沉積期間內及於基板上的膜之沉積期間內在反應腔室及/或基板固定器中維持相同溫度的編碼。
電漿控制程式可包含用以根據本文中之實施例來設定一或更多處理站中之RF功率位準、頻率、及暴露時間之編碼。在一些實施例中，電漿控制程式可包含複數指令，用以在反應腔室上之底塗層的沉積期間內與在基板上之膜的沉積期間內使用相同的RF功率位準及/或頻率及/或暴露時間。
在一些實施例中，可能具有與系統控制器1150聯結的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或處理條件的繪圖軟體顯示器、及使用者輸入裝置(例如指標裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風、等)。
在一些實施例中，藉由系統控制器1150調整的參數可能與處理條件有關。非限制性範例包含處理氣體成分及流率、溫度、壓力、電漿條件(例如RF偏壓功率位準及暴露時間)、等。可將這些參數以配方的形式提供給使用者，而該配方可利用使用者介面而輸入。
可從各樣的處理工具感測器藉由系統控制器1150的類比及/或數位輸入連接而提供用以監控處理的訊號。可在處理工具1100的類比及數位輸出連接上輸出用以控制處理的訊號。可監控的處理工具感測器之非限制性範例包含質量流量控制器、壓力感測器(例如壓力計)、熱偶、等。可配合來自這些感測器的數據，使用合適地被程式化之反饋及控制演算法以維持處理條件。
系統控制器1150可提供用以實行上述沉積處理的程式指令。該等程式指令可控制各樣的處理參數，例如DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度、等。該等指令可根據本文中所述之各樣實施例來控制參數以對膜堆疊的原位沉積進行操作。
系統控制器一般會包含用以執行指令的一或更多記憶裝置及一或更多處理器，俾使設備會執行根據本發明之方法。可將機器可讀的、非暫態的媒體連結至系統控制器，其中該機器可讀的、非暫態的媒體含有用以根據本發明而對處理操作進行控制之指令。
在某些實行例中，控制器是系統的一部分，該系統可為上述範例的一部分。這樣的系統可包含半導體處理裝備，其中包含了一或更多處理工具、一或更多腔室、用於處理的一或更多平台、及/或特定處理元件(晶圓底座、氣體流動系統、等)。這些系統可與電子元件整合，該等電子元件係用以於對半導體晶圓或基板進行處理之前、期間內、及之後控制這些系統之操作。電子元件可意指能控制一或更多系統之各樣的元件或子部件的「控制器」。取決於處理要求及/或系統類型，可對控制器進行程式化以控制在本文中揭露的任何處理，其中包含處理氣體的輸送、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、流率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、晶圓傳遞(進入與離開連接至該系統、或與該系統接合之工具及其他傳遞工具及/或負載鎖室)。
廣義而言，控制器可定義為具有各樣用以接收指令、發出指令、控制操作、使清洗操作得以進行、使終點測量得以進行、及達成類似功能的積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體之電子元件。積體電路可包含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/或一或更多微處理器、或執行程式指令(例如，軟體)之微控制器。程式指令可為以各樣的單獨設定(或程式檔案)之形式傳遞至控制器的指令，該等指令定義了用以在半導體基板上、或對半導體基板、或對系統實行特定處理的操作參數。在一些實施例中，操作參數可為由製程工程師所定義以在晶圓之一或更多層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間內完成一或更多處理步驟的配方的一部分。
在一些實行例中，控制器可為電腦的一部分或連接至電腦，該電腦與該系統整合、連接至該系統、或者網路連接至該系統、或其組合。例如，控制器可在「雲端」中、或可使得晶圓處理之遠端存取得以進行之工廠主機電腦系統的全部或一部分。該電腦可使得對系統之遠端存取得以進行以監控製造操作的當前處理、檢驗過去製造操作的歷史記錄、檢驗複數製造操作的趨勢或效能評量、改變當前處理的參數、設置在當前處理之後的處理步驟、或開始新處理。在一些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可透過網路而將處理配方提供至系統，該網路可包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者界面，該使用者介面使得吾人得以進行參數及/或設定之輸入或程式化，該參數及/或設定接著從遠端電腦被傳遞至該系統。在某些範例中，控制器接收數據形式的指令，該數據載明了待於一或更多操作期間內執行之每一處理步驟的參數。吾人應理解，該等參數可針對待執行的處理類型、及控制器與其交流或對其進行控制之工具類型。因此如上面所述，控制器可為分散式的，例如藉由包含網路連接在一起的一或更多獨立控制器、並朝著共同目標工作(例如本文中所描述之處理及控制)。用於這樣目標的分散式控制器的一範例會是腔室中的一或更多積體電路，該一或更多積體電路與位於遠端(例如，在平台等級或做為遠端電腦的一部分)的一或更多積體電路通信並相結合以控制腔室中的處理。
非限制性地，範例系統可包含電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉清洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜角蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、軌道腔室或模組、及任何其他可在半導體晶圓之加工及/或製造中使用或相關聯之半導體處理系統。
如上面所述，依據該工具待執行的處理操作或複數處理操作，控制器可與其他工具電路或模組、其它工具元件、叢聚式工具、其它工具介面、鄰接的工具、鄰近的工具、遍佈工廠的工具、主電腦、另一控制器、或在材料運送中所使用的工具其中一或更多者通信，其中在材料運送中所使用的工具係用以將晶圓之容器運送至半導體製造工廠中之裝載埠及/或工具的位置、或從半導體製造工廠中之裝載埠及/或工具的位置取出。
文中所述之各樣硬體及方法實施例可配合微影圖案化工具或處理而使用，例如用於半導體元件、顯示器、LEDs、太陽光電板、及類似物之製造或加工。一般來說，雖然不是必然，但這樣的工具/處理會在一共同的製造設施中一起使用或進行。
膜的微影圖案化一般包含一些或全部的以下步驟，每一步驟係藉由一些可能的工具而實行，如：(1) 使用旋塗或噴塗工具將光阻施用在工作件(換言之，具有矽氮化物膜形成於其上的基板)上；(2)使用熱盤或加熱爐或其他合適的固化工具將光阻固化；(3)利用例如晶圓步進機這樣的工具來將光阻暴露於可見或UV或X光；(4)使用例如濕式清洗台或噴式顯影機這樣的工具來將光阻顯影以選擇性地移除光阻並藉此將其圖案化；(5)藉由使用乾式或電漿輔助蝕刻工具來將光阻圖案轉移至下面的膜或工作件中；及(6)使用例如RF或微波電漿光阻剝除器這樣的工具來將光阻移除。在一些實施例中，可於施用光阻之前沉積一可灰化硬遮罩層(例如非晶碳層)及另一適當的硬遮罩(例如抗反射層)。
吾人應理解，在本文中所述之配置及/或手段在本質上為示範性的，且由於眾多變化係屬可能，所以這些特定實施例或範例不應被認為是限制性的。本文中所述之特定流程或方法可代表任何數量之處理策略其中一或更多者。因此，所說明之各樣行動可以所說明之順序、其它順序、或平行地執行，或在一些實例中被省略。相似地，上述處理之次序可改變。
本揭露內容之標的包含了本文中所揭露之各樣處理、系統、及配置、與其它技術特徵、功能、行動、及/或特性之所有新穎及非顯而易見的組合及次組合，以及其任何及所有均等物。   實驗
實驗結果已經顯示，所揭露之RF補償方法可用以隨著批次的進程而控制RF功率以達成更均勻的膜特性。尤其減少了在膜厚度及濕蝕刻速上的膜特性率之變化。圖12呈現了與兩組375片基板的薄膜厚度對晶圓編號相關的實驗結果。在一批次中，設置RF功率為在整個批次期間為恆定的。在另一批次中，使用所揭露的RF補償方法並隨著批次的進程而減少該設置RF功率。當使用恆定的RF功率時(換言之，沒有RF補償)，膜厚度的變化隨著批次的進程而顯著趨向下約6.0A的總厚度差(最大厚度減去最小厚度)。這些結果與圖2中所顯示的那些數據相符。相較而言，當使用RF補償方法時，膜厚度為在整個批次期間內穩定得多，只有2.1 Å的總厚度差。將一具有高於預期之厚度的離群值(在晶圓編號281與321之間)排除在此計算之外(由於沉積系統在此時經歷一錯誤)。該錯誤與RF補償無關，因此對該等批次進行比較時該離群值是無關的。該結果顯示所揭露的RF補償方法可用以在整個批次期間內達成更穩定的膜厚度。在一些實施例中，總厚度差異相當於該批次期間內沉積之平均厚度的約1％或更少、例如約0.75％或更少。在圖12的範例中，厚度差在使用RF補償時為約平均厚度的約0.6％，而不使用RF補償時為約1.7％。在這樣的實施例中，批次可包含至少約100片、200片、300片、400片、或500片基板。
圖13呈現了圖12中所呈現之兩組375片晶圓期間內的折射率對晶圓編號之實驗結果。設置RF功率為恆定時與使用RF補償方法時可看到不同的趨勢模式。 在折射率上的晶圓至晶圓不均勻性在兩批次之間基本不變。在折射率上的總差異(最大值RI減去最小值RI)在使用了RF補償方法時略有改善(例如，有RF補償時RI = 0.0015，而無RF補償時為0.0017)。折射率被經常認為可以代表膜品質。因此，該結果至少顯示所揭露的RF補償方法不會導致膜品質的下降。
圖14呈現了圖12及13所述之兩組375片基板批次中的基板的濕蝕刻速率比率對晶圓編號之實驗結果。圖14亦呈現了與額外批次(開始於晶圓編號376)的開始部分有關之數據。濕蝕刻速率比率(及下面的乾蝕刻速度)係指相對於熱氧化物的濕蝕刻速率而言相關材料的濕蝕刻速率。平均濕蝕刻速率比率係預期在批次至批次之間偏移，且兩個y軸距有不同的值以對應各個批次。當設置RF為恆定且沒有使用RF補償時，濕蝕刻速率比率隨著時間趨向下，且具有約0.50的總濕蝕刻速率比率差(最大值WER比率減去最小值WER比率)。相較而言，當使用RF補償方法時，濕蝕刻速率比率為在整個批次期間內穩定得多，且具有僅0.25的總濕蝕刻速率比率差。因此，在濕蝕刻速率比率上的跨度於使用RF補償時減少了一半。此降低為顯著的改善。圖16呈現了與濕蝕刻速率相關的額外結果，並於下面進行討論。在某些實施例中，在一批次中的膜之總濕蝕刻速率比率差為該批次中的平均濕蝕刻速率比率的約5％或更少、4％或更少、或3％或更少。這可涉及小於約0.4、或小於約0.3的總濕蝕刻速率比率差。在圖14之範例中，整體濕蝕刻速率比率於使用RF補償時為平均濕蝕刻速率比率的約2.6％，相較而言，不使用RF補償時為約7％。在這些實施例中，批次中的基板數量可為至少約100、200、300、400、或500。
圖15呈現了圖12及13所述之兩組375片基板批次中的乾蝕刻速率比率對晶圓編號之實驗結果。 如上面關於濕蝕刻速率比率之描述，乾蝕刻速率比率係指相對於熱氧化物之乾蝕刻速率而言相關材料的乾蝕刻速率。乾蝕刻速率比率在任一批次中都沒有明顯的變化。在乾蝕刻速率比率上的變化在兩批次之間亦幾乎沒有改變。結果顯示所揭露的RF補償方法不會引起乾蝕刻速率上的任何變化。
圖 6呈現與在兩批次期間內之濕蝕刻速率比率有關的額外數據，其中一批次使用恆定的設置RF功率(沒有RF補償)，而一批次使用RF補償方法。在這裡，批次大小係小於約100片基板。當沒有使用RF補償時，濕蝕刻速率比率顯著地隨著時間趨向下、且具有約0.39的總濕蝕刻速率比率差。相反地，當採用RF補償方法時，濕蝕刻速率比率為更穩定的、且具有約0.08總濕蝕刻速率比率差。這些結果支持圖14中所示的那些結果，並顯示出RF補償可用以顯著地減少濕刻蝕速率在批次期間內的變化。在這裡，總濕蝕刻速率比率差於使用RF補償時佔了平均濕蝕刻速率比率的約1％，相較而言，不使用RF補償時為約4.9％。
101‧‧‧操作 103‧‧‧操作 105‧‧‧操作 107‧‧‧操作 301‧‧‧操作 303‧‧‧操作 305‧‧‧操作 307‧‧‧操作 309‧‧‧操作 311‧‧‧操作 313‧‧‧操作 315‧‧‧操作 900‧‧‧處理站 901‧‧‧反應物傳輸系統 902‧‧‧處理腔室主體 903‧‧‧汽化點 904‧‧‧混合容器 906‧‧‧噴淋頭 907‧‧‧微體積 908‧‧‧底座 910‧‧‧加熱器 912‧‧‧基板 914‧‧‧RF電源 916‧‧‧匹配網絡 918‧‧‧蝶形閥 920‧‧‧入口閥 950‧‧‧底塗層 1000‧‧‧反應腔室 1002‧‧‧噴淋頭 1004‧‧‧底座 1006‧‧‧底塗層 1008‧‧‧支撐柱 1031‧‧‧基板載環 1050‧‧‧遠距電漿產生器 1051‧‧‧入口 1100‧‧‧多站處理工具 1102‧‧‧入站負載鎖室 1104‧‧‧出站負載鎖室 1106‧‧‧機械臂 1108‧‧‧晶圓盒 1110‧‧‧氣壓埠 1112‧‧‧底座 1114‧‧‧處理腔室 1116‧‧‧腔室傳輸埠 1118‧‧‧底座 1150‧‧‧系統控制器 1152‧‧‧處理器 1154‧‧‧大量儲存裝置 1156‧‧‧記憶裝置 1158‧‧‧系統控制軟體 1190‧‧‧基板搬運系統
圖1繪示一流程圖，該流程圖顯示了於一ALD批次期間內發生的操作。
圖2呈現一曲線圖，該曲線圖顯示了一批次期間內的許多基板之膜厚度及厚度非均勻性。
圖3繪示一方法之流程圖，該方法係用以校正一沉積設備，該沉積設備係用以使用RF補償而在基板上沉積膜。
圖4描繪一曲線圖，該曲線圖顯示了一測試批次之基板的膜厚度對腔室積累物。
圖5描繪了一曲線圖與表，其顯示了RF功率及膜厚度，而這在使用RF補償的各樣實施例中係有用的。
圖6呈現一曲線圖，該曲線圖顯示了一測試批次之基板的有效RF功率與膜厚度。
圖7呈現一曲線圖，該曲線圖顯示了一測試批次之基板的功率縮放比率對積累物，而這在使用RF補償的各樣實施例中為有用的。
圖8呈現一曲線圖，該曲線圖顯示了根據一實施例的最佳產生器設定點對積累物。
圖9及10呈現了可用以在某些實行例中於基板上沉積膜的反應腔室的視圖。
圖11繪示了可用於某些實施例中的多站反應腔室中。
圖12呈現一曲線圖，該曲線圖顯示了兩批次之基板的膜厚度對晶圓編號：一批次係以恆定的RF功率進行處理，而一批次係使用RF補償進行處理。
圖13呈現一曲線圖，該曲線圖顯示了圖12的該兩批次之折射率對晶圓編號。
圖14繪示一曲線圖，該曲線圖描繪了圖12的該兩批次之濕蝕刻速率對晶圓編號。
圖15顯示一曲線圖，該曲線圖描繪了圖12的該兩批次之乾蝕刻速率對晶圓編號。
圖16呈現一曲線圖，該曲線圖顯示了該兩批次之濕蝕刻速率對晶圓編號：一批次係以恆定RF沉積，而一批次係使用RF補償沉積。
1000‧‧‧反應腔室
1002‧‧‧噴淋頭
1004‧‧‧底座
1006‧‧‧底塗層
1008‧‧‧支撐柱
1031‧‧‧基板載環
1050‧‧‧遠距電漿產生器
1051‧‧‧入口

Claims (18)

  1. 一種在一第一批次的基板上沉積膜之方法，該沉積係發生於反應腔室中，該方法包含：於該第一批次中的每一基板上沉積膜，其中該在每一基板上沉積膜之步驟包含：使一或更多反應物以蒸汽形式流入該反應腔室中；及供給RF功率以產生電漿並使該基板暴露於電漿以驅動在該基板上沉積膜之反應；隨著對該第一批次中的額外基板進行處理而減少供應用以產生電漿之RF功率/每基板(RF power per substrate)，以藉此隨著對額外基板進行處理而應付該反應腔室之內表面上之沉積材料的積累中的改變，其中供應用以產生電漿的RF功率/每基板係基於一校準程序而減少，該校準程序係在於該第一批次中的基板上沉積膜之前執行，該校準程序包含：(a)於一測試批次的複數基板上沉積膜、並記錄該測試批次中每一基板的一結果膜厚度；(b)以複數不同位準的RF功率在一第二組的複數基板上沉積膜、並記錄該第二組之該等基板中每一基板的一結果膜厚度；(c)判定RF功率與得自操作(b)的該等結果膜厚度之間的一關係；(d)使用得自操作(c)的該關係、及得自操作(a)的該等結果膜厚度以判定該測試批次中的該等基板之有效RF功率；及(e)至少部分地基於該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
  2. 如申請專利範圍第1項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中該(e)操作中的該一或更多未來批次包含了申請專利範圍第1項中的該第一批次。
  3. 如申請專利範圍第1項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中該校準程序更包含：在(a)操作期間內，以一第一RF功率在該測試批次中的每一基板上沉積膜；在(e)操作期間內，藉由將該第一RF功率的平方除以得自操作(d)的該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中操作(e)包含至少部分地基於操作(a)中的該測試批次中的該等基板之所紀錄腔室積累而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
  5. 如申請專利範圍第4項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率係至少部分基於在該未來批次期間內發生的腔室積累。
  6. 如申請專利範圍第4項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中操作(e)更包含執行一統計分析以導出特定RF功率與腔室積累之間的一數學關係，且更包含使用該數學關係以控制於該第一批次中的該等基板上進行沉積期間內所供應之RF功率。
  7. 如申請專利範圍第6項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中該數學關係包含三次多項式關係。
  8. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中該第一批次及該測試批次每一者實質上包含至少100基板。
  9. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中操作(c)包含執行一統計分析以判定RF功率與得自操作(b)之該等結果膜厚度之間的一線性關係。
  10. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中該第一批次實質上包含至少100基板，且其中沉積在該第一批次中的該等基板上之膜實質上具有彼此差異在1%或更少的厚度。
  11. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，其中該第一批次實質上包含至少100基板，且其中沉積在該第一批次中的該等基板的之膜實質上具有彼此差異在5%或更少的濕蝕刻速率。
  12. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，更包含：於在該第一批次中的每一基板上沉積膜之後，清潔該反應腔室以移除積累在該反應腔室之內表面上的材料。
  13. 如申請專利範圍第12項之在一第一批次的基板上沉積膜的方法，更包含：在清潔該反應腔室之後，在該反應腔室之內表面上沉積一底塗層。
  14. 一種在一第一批次的基板上沉積膜的設備，該設備包含：一反應腔室；一或更多入口，用以提供汽相反應物至該反應腔室；一基板支撐部；一RF產生器，用以使用RF功率產生電漿；及 一控制器，包含複數指令，該等指令係用以隨著對該第一批次中的額外基板進行處理而減少該RF產生器所供應之RF功率，以應付該反應腔室之內表面上之沉積材料的積累中隨著對該第一批次中的額外基板進行處理而發生之改變，其中由該RF產生器供應的RF功率係基於一校準程序而減少，該校準程序係在於該第一批次中的基板上沉積膜之前執行，該校準程序包含：(a)於一測試批次的複數基板上沉積膜、並記錄該測試批次中每一基板的一結果膜厚度；(b)以複數不同位準的RF功率在一第二組的複數基板上沉積膜、並記錄該第二組之該等基板中每一基板的一結果膜厚度；(c)判定RF功率與得自操作(b)的該等結果膜厚度之間的一關係；(d)使用得自操作(c)的該關係、及得自操作(a)的該等結果膜厚度以判定該測試批次中的該等基板之有效RF功率；及(e)至少部分地基於該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
  15. 如申請專利範圍第14項之在一第一批次的基板上沉積膜的設備，其中用以執行該校準程序之該等指令更包含複數指令用以執行以下操作：在(a)操作期間內，以一第一RF功率在該測試批次中的每一基板上沉積膜，在(e)操作期間內，藉由將該第一RF功率的平方除以得自操作(d)的該測試批次中的該等基板之有效RF功率而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項之在一第一批次的基板上沉積膜的設備，其中操作(e)包含至少部分地基於操作(a)中的該測試批次中的該等基 板之所紀錄腔室積累而判定待供應至該一或更多未來批次中的每一基板之特定RF功率。
  17. 如申請專利範圍第14項或第15項之在一第一批次的基板上沉積膜的設備，其中該校準程序係在一第二反應腔室中執行。
  18. 如申請專利範圍第14項或第15項之在一第一批次的基板上沉積膜的設備，其中用以減少該RF產生器所供應之RF功率的該等指令包含隨著對該第一批次中的額外基板進行處理而基於在該反應腔室內之積累的改變量來改變RF功率。
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