TWI775749B - 多站沉積系統中之膜厚度匹配用可變循環與時間射頻活化方法 - Google Patents

多站沉積系統中之膜厚度匹配用可變循環與時間射頻活化方法 Download PDF

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Abstract

提供在多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料的方法與設備。

Description

多站沉積系統中之膜厚度匹配用可變循環與時間射頻活化方法
本發明提供一種多站沉積設備及多站沉積方法。
某些半導體製造製程將一或多層材料沉積至一半導體基板的晶圓上。積體電路製造商及設備設計者使用各種製程與設備配置以產生具有均勻品質及高產量的積體電路。材料沉積系統如化學氣相沉積室係以不同模式操作，某些強調高產量但其他則強調均勻度。定義出最佳化產量與均勻度兩者的模式仍為一挑戰。
在一實施例中，提供一種在多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料的沉積方法。此方法可包含：(a)在該沉積設備的一第一製程站中提供一第一基板並在該沉積設備的一第二製程站中提供一第二基板；(b)同時將該材料沉積至該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上，其中該第一製程站與該第二製程站中的複數沉積條件係實質相同但在該第一製程站中之該第一基板上所產生之該材料的一膜層比在該第二製程站中之該第二基板上所產生之該材料的一膜層更厚；(c)調整該第一製程站中的該複數沉積條件以減緩或停止沉積該材料至該第一基板上，並同時以(b)中的該複數條件將該材料持續沉積至該第二製程站中的該第二基板上；(d)完成該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上的沉積俾使沉積在該第一基板上與該第二基板上的該材料的一總厚度係實質相同。
在一此類實施例中，該複數沉積條件可包含將該第一基板與該第二基板暴露至該材料的一前驅物。
在更多此類實施例中，調整該複數沉積條件可包含減少或停止流至該第一製程站的該前驅物。
在另一實施例中，該複數沉積條件可包含將該第一基板與該第二基板暴露至一電漿。
在更多此類實施例中，調整該複數沉積條件可包含減少或停止該第一基板對該電漿的暴露。
在某些實施例中，在(b)與(c)期間可不自該第一製程站移動該第一基板。
在一此類實施例中，(b)可包含下列者的一循環重覆：(i)給劑前驅物以使前驅物吸附至該第一基板與該第二基板上；及(ii)將該第一基板與該第二基板暴露至電漿以使該前驅物反應而形成該材料。
在更多此類實施例中，(c)可包含停止該第一製程站中之該前驅物之給劑及/或該電漿的暴露，藉此減少在該複數循環重覆期間所沉積之該材料之一厚度，並同時在(b)中之該複數條件下於該第二製程站中之該第二基板上持續進行該複數循環重覆。
在更多其他此類實施例中，(c) 可包含調整該第一製程站中之該電漿之一持續時間或一功率藉此減少在該複數循環重覆期間所沉積之該材料之一厚度，並同時在(b)中之該複數條件下於該第二製程站中之該第二基板上持續進行該複數循環重覆。
在一其他實施例中，該方法更可包含在(b)之前或期間分析與該第一製程站與該第二製程站中之複數相對沉積速率相關的一量測資訊，並使用該量測資訊決定如何調整(c)中的該複數沉積條件。
在更多此類實施例中，該量測資訊可在(b)期間獲得。
在某些實施例中，該方法更可包含在(b)之前或期間分析與該第一基板與該第二基板之複數物理特性相關的一量測資訊，並使用該量測資訊決定如何調整(c)中的該複數沉積條件。
在一實施例中，一種在多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上產生幾乎相同厚度之材料的半導體沉積方法。此方法可包含：(a)在該沉積設備的一第一製程站中提供一第一基板並在該沉積設備的一第二製程站中提供一第二基板；(b)同時將該第一製程站中之該第一基板與該第二製程站中之該第二基板暴露至該材料的一前驅物；(c)同時活化該第一製程站中之該第一基板上之該前驅物的一反應與該第二製程站中之該第二基板上之該前驅物的一反應；(d)進行(b)與(c) 的N1 個循環，該N1 個循環中的每一循環包含在該第一基板上沉積該材料之具有實質上相同厚度t1 的一薄膜並在該第二基板上沉積該材料之具有實質上相同厚度t2 的一薄膜，進行該N1 個循環以在該第一基板上產生該材料之一總沉積厚度T1 並在該第二基板上產生該材料之一總沉積厚度T2A ，其中T1 係大於T2A ；及(e)進行將該第二製程站中之該第二基板暴露至該前驅物並活化該第二製程站中之該第二基板上之該前驅物的一反應的N2 個循環，該N2 個循環中的每一循環包含在該第二基板上沉積該材料之具有實質上相同厚度t2 的一薄膜， 該N2 個循環中的每一循環包含使該第一基板留在該第一製程站並減緩或停止在該第一基板上沉積該材料之一膜層，進行該N1 個循環與該N2 個循環在該第二基板上產生該材料之實質上等於T1 的一總沉積厚度T2 。
在一此類實施例中，在(c)中的活化可包含在每一站中獨立地以一第一電漿功率提供一電漿一第一電漿時間且在(e)中的活化可包含在該第二製程站中獨立地提供一電漿。
在更一此類實施例中，在(e)中的活化可包含在該第二製程站中獨立地提供一電漿一第二電漿時間且該第二電漿時間係不同於該第一電漿時間，在每一該N1 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜可不同於在每一該N2 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜。
在更一其他此類實施例中，在(e)中的活化可包含在該第二製程站中獨立地以一第二電漿功率位準提供一電漿且該第二電漿功率位準係不同於該第一電漿功率位準，在每一該N1 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜可不同於在每一該N2 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜。
在某些實施例中，在(b)中的暴露可包含使一前驅物流至該第一製程站與該第二製程站一第一暴露時間，而在(e)中的暴露可包含使一前驅物流至該第二製程站一第二暴露時間，在每一該N1 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜可不同於在每一該N2 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜。
在一實施例中，可提供一種多站沉積設備。該設備可包含：一真空系統；一氣體輸送系統；包含至少兩個站的一製程室，每一站共用該真空系統與該氣體輸送系統；及一控制器，用以控制該多站沉積設備以在不同站中同時處理的至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料。該控制器可包含用於下列者的控制邏輯：(a)在該沉積設備的一第一製程站中提供一第一基板並在該沉積設備的一第二製程站中提供一第二基板；(b)同時將該材料沉積至該第一製程站的該第一基板上與該第二製程站的該第二基板上，其中該第一製程站與該第二製程站中的複數沉積條件係實質相同但在該第一製程站的該第一基板上所產生之該材料的膜層比在該第二製程站的該第二基板上所產生之該材料的膜層更厚；(c)調整該第一製程站中的該複數沉積條件以減緩或停止沉積該材料至該第一基板上，並同時以(b)中的該複數條件將該材料持續沉積至該第二製程站中的該第二基板上；及(d)完成該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上的沉積，俾使沉積在該第一基板上與該第二基板上的該材料的一總厚度係實質相同。
在一此類實施例中，每一站可包含用以將該材料之一前驅物分配至該站中之該基板上的一噴淋頭，該氣體輸送系統可用以控制將該材料之該前驅物輸送至每一站。
在更一實施例中，該控制器更可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地控制將該前驅物輸送至每一站，且在(c)中調整該複數沉積條件可包含減少或停止該前驅物流至該第一製程站。
在一其他實施例中，該設備可更包含用以獨立地在每一站中形成與維持一電漿的一電漿源，該控制器更可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地在每一站中形成與維持一電漿，且在(b)中的該複數沉積條件可包含將該第一基板與該第二基板暴露至該電漿。
在更一實施例中，該控制器更可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地在每一站中控制一電漿功率位準，且在(c)中調整該複數沉積條件可包含減少或停止將該第一基板暴露至該電漿。
在更一其他實施例中，該控制器更可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地在每一站中控制一電漿時間，且在(c)中調整該複數沉積條件可包含減少或停止將該第一基板暴露至該電漿。
在下面的敘述中，列舉許多特定細節以提供對本發明概念的全盤瞭解。然而，可在缺乏一些或全部此些特定細節的情況下實施本發明概念。在其他情況中，不詳細說明習知之製程操作以免不必要地模糊本發明概念。雖然利用特定實施例來說明本發明，但應瞭解，此些特定實施例意不在限制本發明。
文中已例示說明了許多概念與實施例。雖然已說明例示了文中所討論之實施例的某些特徵、特點、及優點，但應瞭解，自此些說明及例示可得本發明之許多其他及不同及/或類似的實施例、特徵、特點、優點。是以，下面的實施例僅為本發明的某些可行實例。其意不在將本發明排除或限制至所揭露的精準形式、技術、材料、及/或結構。基於文中揭露內容可進行許多修改與變化。應瞭解，可使用其他實施例且可在不脫離本發明範疇的情況下進行操作變化。是以，由於上面的說明之呈現目的在於例示與說明，本發明之範疇不僅限於下面之敘述。
重要地，本發明既不限於任何單一態樣或實施例也不限於此類態樣及/或實施例的任何單一組合及/或變化。又，本發明之每一態樣及/或其實施例皆可單獨實施或與其他態樣及/或實施例的一或多者組合實施。為了簡潔，文中將不會討論及/或分別例示此些變化及組合。
使用某些半導體製程將一或多層之材料膜層沉積至基板如晶圓上。文中所用的「晶圓」通常被解讀為包含其他形式的「基板」如大形式的顯示基板。此類沉積製程的實例包含化學氣相沉積(CVD)、電漿增強CVD(PECVD)、原子層沉積(ALD)、低壓CVD、超高CVD、物理氣相沉積(PVD)、順形層沉積(CFD)。
例如，某些CVD製程可藉著使一或多氣體反應物流至反應器中而在晶圓表面上沉積薄膜，氣體反應物在反應器中形成薄膜前驅物及副產物。前驅物被傳輸至晶圓表面並被晶圓所吸附、擴散進入晶圓中、沉積以化學反應沉積至晶圓上，化學反應亦產生欲自表面及自反應器移除的副產物。
又例如，某些沉積製程涉及複數薄膜沉積循環，每一沉積循環產生一「離散」的薄膜厚度。ALD為一此類薄膜沉積方法，但以重覆程序方式產生薄膜之薄層的任何技術皆可被視為涉及複數沉積循環。
由於ALD 之單一循環僅沉積材料的單一薄層，因此ALD是一種能達成順形薄膜沉積的薄膜形成技術，其中單一薄層的厚度係受限於薄膜形成化學反應之前可吸附至基板表面上的一或多種薄膜前驅物的量(即形成一吸附限制層)。接著可使用複數「ALD」循環以累積具有期望厚度的一薄膜。由於每一層皆為薄且順形的，因此所得之薄膜實質上順形於下方裝置結構的形狀。ALD通常被用來沉積上述製程(如圖3與4系列中所顯示的製程)中的獨立膜層。在某些實施例中，每一ALD循環包含下列步驟： 1. 將基板暴露至第一前驅物。 2. 吹淨基板所在的反應室。 3. 通常利用電漿及/或第二前驅物活化基板表面的反應。 4. 吹淨基板所在的反應室。
每一ALD循環可通常持續少於25秒或少於10秒或少於5秒。ALD循環的電漿暴露步驟(或複數步驟)可具有短持續時間如1秒或更短。圖8顯示在基板上藉由ALD製程形成一材料薄膜之操作之例示性程序的一流程圖。如圖8中所示，上面的項目1係對應至步驟858、上面的項目2係對應至步驟860、上面的項目3係對應至步驟862、上面的項目4係對應至步驟864；進行四個方塊的N個循環後停止製程。
圖1顯示利用任何數目之製程在半導體基板上沉積薄膜用之基板製程設備。圖1的設備100具有單一製程室102，在單一製程室102之可被真空泵浦118維持在真空下的內部體積中具有單一基板支撐件108(如平臺)。亦耦合至製程室以輸送例如薄膜前驅物、載氣及/或吹淨氣體及/或製程氣體、次要反應物等的是氣體輸送系統101與噴淋頭106。圖1中亦顯示用以在製程室內產生電漿的設備。圖1中概略顯示的設備通常係用以實施ALD，但其可適合實施其他薄膜沉積操作如傳統的CVD尤其是電漿增強CVD。
為了簡化圖示，製程設備100被顯示成具有用以維持低壓環境之製程室體102的一獨立製程站。然而，應瞭解，在一共同的製程設備環境中—如文中所述之共同反應室內—可包含複數製程站。例如，圖2顯示一多站製程設備之一實施例，其進一步的細節係於下文討論。又，當明白，在某些實施例中，可藉由一或多個系統控制器以程式方式調整製程設備100的一或多個硬體參數，此些硬體參數包含文中所詳細討論的硬體參數。
製程站100係與氣體輸送系統101流體交流，氣體輸送系統101係用以將製程氣體(可包含液體及/或氣體)輸送至分散噴淋頭106。氣體輸送系統101包含用以混合及/或調整欲輸送至噴淋頭106之製程氣體的混合容器104。一或多個混合容器入口閥120可控制製程氣體至混合容器104的導入。
某些反應物在蒸發並接著被輸送至製程室102之前可以液態儲存。圖1的實施例包含用以蒸發欲供給至混合容器104之液體反應物的蒸發點103。在某些實施例中，蒸發點103可以是一經加熱的液體注射模組。在某些其他實施例中，蒸發點103可以是一經加熱的蒸發器。在其他的實施例中，可自製程站消除蒸發點103。
在某些實施例中，可提供蒸發點103上游的液流控制器(LFC)以控制蒸發及輸送至製程室102之液體的質量流量。
噴淋頭106朝向製程站處的基板112分散製程氣體及/或反應物(如薄膜前驅物)，製程氣體及/或反應物流係藉由噴淋頭上游的一或多個閥件(如閥件120、120A、105)所控制。在圖1所示的實施例中，基板112係位於噴淋頭106下方且被顯示為座落於平臺108上。噴淋頭106可具有任何適合的形狀且可具有任何適合數目與配置的接口以將製程氣體分散至基板112。在具有兩或更多站的某些實施例中，氣體輸送系統101包含噴淋頭上游的多個閥件或其他液體控制結構，其可獨立控制流至每一站的製程氣體及/或反應物俾使氣體可流至一站但不流至另一站。又，氣體輸送系統101可用以獨立控制輸送至多站設備之每一站的製程氣體及/或反應物俾使提供予不同站的氣體成分不同；例如，可同時變化不同站之間之一氣體成分的分壓。
微體積107係位於噴淋頭106下方。在某些實施例中，可舉升或降低平臺108以將基板暴露至體積107及/或變化體積107的體積。選擇性地，可在沉積製程的部分期間舉升或降低平臺108以調制體積107內的製程壓力、反應物濃度等。
在圖1中，噴淋頭106與平臺108係與用以對電漿供給能量的RF電源114與匹配網路116電交流。在某些實施例中，可藉著控制製程站壓力、氣體濃度、RF電源、RF源頻率及電漿功率脈衝時點中的一或多者來控制電漿能量(例如藉由具有適當機器可讀指令及/或控制邏輯之系統控制器)。例如，可在任何適當的功率下操作RF電源114與匹配網路116以產生具有期望之自由基物種組成的電漿。適當功率的實例已包含於上面段落。類似地，RF電源114可提供具有任何適當頻率的RF功率。
在具有兩或更多站的某些實施例中，設備係用以使RF電源114與相關元件獨立地在每一站中點燃電漿並維持電漿。例如，設備可用以在一站中維持電漿並同時不在另一站中形成電漿。又，設備可用以在兩站中維持電漿但使兩站中的電漿具有不同的電漿特性如電漿功率、密度、成分、持續時間等。
在某些實施例中，電漿點燃及維持條件可利用系統控制器中的適當硬體及/或適當機器可讀指令所控制，系統控制器可藉由輸入/輸出控制(IOC)序列指令提供控制指令。在一實例中，設定電漿點燃或維持用之電漿條件的指令可被包含在製程配方的對應電漿活化配方中。在某些情況中，製程配方可依順序配置，故一製程的所有指令係與該製程同步執行。在某些實施例中，可將用以設定一或多個電漿參數的指令包含於一電漿配方之前的一配方中。例如，一第一配方可包含用以設定惰性氣體(例如氦氣)及/或反應物氣體之流率的指令、用以將電漿產生器設定至一功率設定點的指令、以及第一配方用的時間延遲指令。一接續的第二配方可包含用以致能電漿產生器的指令以及第二配方用的時間延遲指令。一第三配方可包含用以使電漿產生器失能的指令以及第三配方用的時間延遲指令。應明白，在本發明的範疇內此些配方可以任何適合的方式被更進一步地分割及/或重覆。
在某些沉積製程中，電漿擊發持續數秒或更久等級的時間。在本文的某些實施例中，在一製程循環內可施用更加較短的電漿擊發。此些電漿擊發可持續少於50毫秒的時間，例如0.25毫秒的特定例示性時間。
如上所述，可將一或多個製程站包含於一多站基板製程設備中。圖2顯示一例示性多站基板製程設備。經由使用如圖2中所示的多站製程設備，可達到設備成本、操作費用相關的各種效率並增加產量。例如，藉著排放所有四個製程站的已用製程氣體等，可使用單一真空泵浦產生所有四個製程站用的單高高真空環境。取決於實施例，每一製程站可具有其自己之氣體輸送用的專用噴淋頭但可共用相同的氣體輸送系統。類似地，電漿產生器設備的某些元件(如電源)可被多個製程站共用，但取決於實施例，某些方面可為製程站特用的(例如，若使用噴淋頭施加電漿生成電位)。再次強調，應瞭解，每一製程室藉著使用更多或更少數目之製程站如每一反應室使用2、3、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、或16、或更多的製程站，可達到更大或更小程度的此類效率。
圖2的基板製程設備200使用單一基板製程室214，基板製程室214包含複數基板製程站且每一基板製程站可用以在該製程站處之晶圓支撐件如平臺中所支撐的基板上進行製程操作。在此特定的實施例中，多站基板製程設備200被顯示為具有四個製程站201、202、203、及204。取決於實施例及例如平行晶圓製程的期望程度、尺寸/空間限制、成本限制等，其他類似的多站製程設備可具有更多或更少的製程站。圖2中亦顯示基板搬運機器人226與控制器250。
如圖2中所示，多站製程設備200具有基板加載接口220與機器人226，機器人226係用以移動來自晶圓盒的複數基板，基板係經由艙228藉由大氣接口220而被載入製程室214中之4 個製程站201、202、203與204之一者上。
圖2中所示的製程室214提供四個製程站201、202、203、及204。RF功率係於RF功率系統213線產生並分配至製程站201、202、203、及204中的每一者。RF功率系統可包含一或多個RF電源如高頻(HFRF)與低頻(LFRF)電源、阻抗匹配模組、及濾波器。在某些實施例中，電源可被限制至僅有高頻或低頻電源。RF功率系統的分配系統可對稱於反應器且可具有高阻抗。此對稱性與阻抗造成近乎相同量的功率被輸送至每一站。如上所述，在某些實施例中RF功率系統可用以將功率獨立地輸送至每一站。例如，RF功率可被同時輸送至製程站201與202但同時不被輸送至製程站203與204，俾使電漿僅同時被形成於製程站201與202中。
圖2亦顯示用以控制製程設備200之製程條件與硬體狀態之系統控制器250的一實施例。系統控制器250可包含一或多個記憶體裝置256、一或多個大量儲存裝置254、及一或多個處理器252。處理器252可包含一或多個CPU、ASIC(特殊應用積體電路)、通用電腦(複數電腦)及/或專用電腦(複數電腦)、一或多個類比及/或數位輸入/輸出連接件(複數連接件)、一或多個步進機馬達控制器板(複數控制器板)等。
在某些實施例中，系統控制器250控制製程設備200的部分或所有操作，此些操作包含各別製程站的操作。系統控制器250可在處理器252上執行機器可讀取之系統控制指令258，在某些實施例中系統控制指令258係自大量儲存裝置254載入至記憶體裝置256中。系統控制指令258可包含用以控制下列者的複數指令：時序、氣態與液態反應物的混合物、反應室及/或製程站的壓力、反應室及/或製程站的溫度、晶圓溫度、目標的功率位準、RF功率位準、RF曝露時間、基板平臺、夾頭及/或支撐件的位置、每一製程站中的電漿形成(如上所討論的，可包含一或多個製程站中的獨立電漿形成)、氣態與液態反應物的流動(如上所述，可包含流至一或多個製程站的獨立流)、及製程設備200所進行之特定製程的其他參數。此些製程可包含各種類型的製程，其包含但不限於：和在基板上沉積薄膜相關的製程。系統控制指令258可以任何適當的方式配置。例如，可撰寫各種製程設備元件的子程式或控制物件以控制製程設備元件的操作。可以任何適當的電腦可讀程式語言編碼系統控制指令258。在某些實施例中以軟體實施系統控制指令258，在其他的實施例中可以硬體實施統控制指令258—例如在ASIC(特殊應用積體電路)中的硬體編碼邏輯，在其他實施例中以軟體與硬體的組合實施系統控制指令258。
在某些實施例中，系統控制軟體258可包含用以控制上述各種參數的輸入/輸出控制(IOC)指令。例如，一沉積製程或複數製程的每一步驟可包含用以被系統控制器250執行的一或多個指令。用以設定主要薄膜沉積製程之製程條件的複數指令可被例如包含於對應的沉積配方中，對於覆蓋薄膜沉積而言亦是如此。在某些實施例中，可依序配置複數配方俾使一製程的所有指令係與該製程同時執行。
在某些實施例中，可施行被儲存在與系統控制器250相關之大量儲存裝置254及/或記憶體裝置256上的其他電腦可讀指令及/或程式。程式或程式段落的實例包含基板定位程式、製程氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式及電漿控制程式。
在某些實施例中，可具有與系統控制器250相關的使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、該設備及/或製程條件的圖形化軟體顯示、及使用者輸入裝置如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等。
在某些實施例中，系統控制器250所調整的參數可與製程條件相關。非限制性實例包含製程氣體組成與流率、溫度、壓力、電漿條件(如RF偏壓功率位準與曝露時間)等。此外，控制器可用以獨立控制製程站中的條件如控制器提供指令在某些製程站但並非所有製程站中點燃電漿。此些參數可以配方的形式提供予使用者，使用者可利用使用者介面輸入此些參數。
用以監測製程的訊號可來自各種製程設備感測器並藉由系統控制器250的類比及/或數位輸入連接件所提供。用以控制製程的訊號可在製程設備200的類比及/或數位輸出連接件上輸出。可被監控之製程設備感測器的非限制性實例包含質量流量控制器(MFC)、壓力感測器(如壓力計)、熱電偶、負載感測器、OES感測器、原位量測晶圓之物理特性的量測設備等。適當程式化的反饋與控制演算法可與來自此些感測器的數據一起使用以維持製程條件。
系統控制器250可提供用以實施沉積製程的機器可讀指令。指令可控制各種不同的製程參數如DC功率位準、RF偏壓功率位準、站與站之間的變異如RF功率參數變異、頻率調整參數、壓力、溫度等。指令可根據文中的各種實施例控制參數以進行薄膜疊層的原位沉積。
系統控制器通常包含一或多個記憶體裝置以及一或多個用以執行機器可讀指令的處理器，俾使設備能根據文中所述的製程進行操作。可使包含用以控制文中所述之基板摻雜製程之操作之指令的機器可讀非暫態媒體和系統控制器耦合。
如上所述，藉著以平行方式在複數基板上進行薄膜沉積並同時在各種製程站之間使用共同的製程設備，在一共同製程室內之複數製程站處處理複數基板可增加產量。例如，在一四站製程室中可同時處理四個不同製程站中的四片基板。應注意，可使用某些多站基板製程設備以針對相同數目的循環(如某些ALD製程)同時處理複數晶圓。對於此製程站配置及基板裝載與傳送裝置，能夠在複數基板之中進行平行(如同時)薄膜沉積—如ALD製程之薄膜沉積的N個循環或CVD製程的相同暴露期間—的各種製程程序皆為可行的。
在不同基板上達到一致性薄膜沉積的方法包含標註索後一基板在沉積製程期間通過製程室內的複數製程站—即，針對每一基板在一製程站處沉積其薄膜的某部分並在一或多個其他製程站處沉積其薄膜的某些部分。這可平均淡化在不同製程站處所進行之沉積中之任何系統差異。再次，可將此製程模式用於任何類型的沉積製程包含例如CVD與ALD。例如，在欲於四站製程室中的四片晶圓上進行總共N個循環的ALD製程中，在每一製程站中的每片晶圓上進行N/4個循環、並在完成該N/4個循環之每一者後將每一晶圓傳送至一不同的製程站。另一方面，此方法的某些其他實施例可能不會在每一晶圓上進行相同數目的循環。又例如，在欲於四站製程室中的四片晶圓上進行總共N個循環的ALD製程中，可在每一晶圓初始所在的製程站中於每片晶圓進行N x 2/5個循環、然後在其他三個剩餘的製程站中的每片晶圓上進行N/5個循環。可在分別位於製程站201、202、203、及204中的晶圓1、2、3、及4上進行例如總共500個沉積循環。在製程站201中的晶圓1上進行200個循環，之後將晶圓1傳送至製程站202、203、及204並分別在製程站202、203、及204中進行100個循環，藉此達到總共500個循環。將相同的方法應用至晶圓2、3、及4。
站在使每一晶圓經歷一不同製程站而平均淡化在不同製程站處所進行之沉積中之某些系統差異的角度，此種「循序模式」製程或「循序製程」是有利的。然而此操作模式的其他特性使其較無吸引力。例如，循序模式的某些實施例涉及大量的基板加載/卸載、及製程室接口220的開啟/關閉。在某些操作模式中，為了使一基板在4個製程站處接受其所分配到的N次沉積，製程室必須因加載/卸載操作而開啟與關閉4次，每次皆需使製程室的內部環境回復到適合沉積的環境條件(如溫度、壓力、流率等)。使用一製程站於加載操作的「靜態模式」可涉及相同量的標註索引—使用晶圓盒的90度傳送旋轉，其中晶圓盒上的晶圓係位於製程室內—以將4片晶圓傳送至沉積位置，但由於靜態模式不會在傳送旋轉之間干擾沉積進行，因此製程室只需開啟與關閉一次。是以，亦可在沉積之前將所有4片晶圓(一次一片)加載至多站製程室中。即便製程室維持關閉且內部壓力維持相對穩定，但標註索引自一製程站至下一製程站的晶圓仍會延遲製程。
另一製程程序在文中被稱為「固定模式」，其不涉及標註索引。在「固定模式」中，使用圖2的實例，藉由接口220開啟製程室、複數晶圓被載至所有4個製程站、製程室關閉、在所有4片晶圓上平行且同時地進行N個沉積循環、複數沉積循環結束、製程室開啟、然後將4片晶圓移除。換言之，每片基板在4個製程站的一者處接受其整個薄膜沉積(所有N個循環)。此固定模式製程可用於任何類型的沉積製程包含例如CVD與ALD。固定模式製程不具有在其他模式中與標註索引相關的延遲，因此沉積產量較高。然而，由於不同製程站之間的製程不匹配，此模式不見得總是能達到一致性的薄膜沉積。例如，在一製程站中的製程條件可能與另一製程站中的製程條件不完全匹配如不同製程站之間的不同RF頻率，這可導致在一製程站中所處理的晶圓具有不同於在另一製程站中所處理之圓的特性。晶圓之間的不匹配可包含例如，平均薄膜厚度的差異、晶圓表面上之均勻度的差異、物理特性的差異、化學特性的差異、及光學特性的差異。
改善站與站之間之晶圓不匹配的技術即在多站製程室中的不同基板上達到更一致之薄膜沉積的技術包含設計半導體製程設備俾以最小化不同製程站之間的製程條件差異。例如，如上所述，在多站製程室中製程站與製程站之間的厚度匹配是一個問題，且此製程站與製程站之間的厚度可因為製程站之間的各種製程條件的差異而變化，製程條件例如是氣體及/或化學品輸送、輸送至每一製程站的RF功率、每一製程站的溫度、製程室及/或每一製程站內的泵抽、硬體設定(如固定硬體的放置與功能)、及製程室內的物理環境。可設計及/或建立多站製程室的態樣俾以最小化每一製程站之間之此些製程條件的差異(如在每一製程站處有相同的溫度輪廓)，但此類設計複雜且近乎不可能完全實施。
在多站製程室中改善製程站與製程站之間之晶圓不匹配的另一技術包含調整一或多個製程站處的一或多個製程條件。然而，沉積製程中大多數製程條件係通常彼此相依，因此若調整製程條件 A以補償製程條件 B的差異，則此類調整可能會非所欲地影響製程條件 C的效應。例如，可調整一或多個製程站中的溫度以改善製程站與製程站之間的厚度匹配，但此溫度變化亦可影響薄膜應力。因此，調整一或多個製程站處的一或多個製程條件是一個極複雜的最佳化問題，其涉及高度交叉相關的變數。
如上所述，在固定模式下操作的多站製程室中，製程站與製程站之間的厚度匹配可能是個問題。本發明之發明人判斷，藉著正常操作一或多個製程站以在一站中之一晶圓上沉積一層材料並同時減緩或停止一或多個其他製程站之正常操作俾以減緩或停止多站製程室之該一或多個其他製程站中之另一晶圓上的膜層沉積，可改善製程站與製程站之間的厚度匹配(及其他形式的均勻度)。如下面所將討論的，減緩或停止一或多個製程站中之正常操作的一替代方案為，製程可簡單調整此些製程站中的複數沉積條件並同時維持其他製程站中的複數正常條件。可被調整以在不同製程站中提供不同製程條件之複數沉積條件的實例尤其包含電漿點燃時序、電漿功率、電漿持續時間、製程氣體(如反應物及/或前驅物)流、及製程氣體分壓。本文中的設備及技術可應用任何沉積製程包含上述者如CVD、PECVD、ALD、及ECD。
圖3顯示在一多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料之第一實例技術的流程圖。此類沉積可藉由例如CVD 或ALD進行。雖然此第一實例例示了涉及兩個製程站的技術，但此類技術可被應用至具有兩製程站以上之多站沉積設備包含上面針對圖1與2所述的設備。在圖3的步驟340中，將複數基板提供至多站沉積設備的製程站中。第一基板可被提供至第一製程站中且第二基板可被提供至第二製程站中。如上面參考圖2所討論的，可藉由基板搬運機器人將基板放置到製程站中。
在圖3的步驟342中，同時在第一製程站中的第一基板上及第二製程站中的第二基板上沉積材料。如所述，此沉積在製程站中同時發生即同時或平行發生，俾使第一製程站中之第一基板上的沉積與第二製程站中之第二基板上的沉積同時發生。步驟342中的同時沉積可為單一的CVD 沉積製程、一循環沉積製程如ALD中的單一沉積循環、或一循環製程的總沉積製程。在此類同時沉積期間，第一與第二製程站中的複數沉積條件可實質相同；例如，控制系統設定欲在複數製程站中產生相同(或近乎相同)之複數條件的複數參數。對於某些製程參數 (如電漿功率、製程氣體流率)而言，不同製程站中的複數參數可落在彼此之數百分比如+/- 5%的範圍內。如上所討論的，可試著在每一製程站中產生相同的複數製程條件但製程站之間的一或多個製程條件通常不會完全匹配。此些沉積條件可包含例如如上所述之每一製程站中的平臺溫度、流至每一製程站之氣體的分壓、局部氣體流動條件、製程室中的壓力、每一製程站中的電漿功率、電漿頻率、及每一製程站中的電漿形成持續時間(對於涉及電漿的沉積而言)。儘管努力在每一基板上產生相同的膜層，但同時沉積在第一製程站中之第一基板上所產生的材料膜層比在第二製程站中之第二基板上所產生的材料膜層更厚。例如，在一ALD製程中，材料的較厚膜層可為進行N個循環後沉積在基板上之材料的總厚度或其可為單一循環後的材料厚度。
製程室之兩或更多製程站沉積材料至不同厚度的判斷可藉由各種技術來完成。其可自裝置效能推斷可直接量測。如熟知此項技藝者所瞭解的，量測兩片基板之間之材料厚度的差異可藉由任何數目的技術進行，此些技術包含任何已知的量測技術如反射儀、各種顯微鏡等。由於在每一製程站中所產生之沉積厚度可能通常不會在沉積製程之間變化直到一段時間之後或一定數目的沉積循環之後，因此此些量測到的厚度可被視為是每一製程站針對每一製程所一致產生的厚度，其可被儲存在記憶體中及/或如下面所討論的用於技術的後續態樣。在另一實例中，可原位量測每一基板上之材料膜層的厚度即在沉積製程之前、期間、及/或之後當晶圓位於製程站中及/或製程室中時量測。
在步驟344中，對第一製程站中的複數沉積條件進行一或多個調整以減緩或停止在第一基板上的材料沉積且設備同時以步驟342中的複數條件在第二製程站中的第二基板上持續沉積材料。每一沉積條件所作的每一調整可取決於許多因素，此些因素包含所用的沉積製程、及在每一製程站中欲沉積的材料厚度(若有)。此些調整可例如包含減緩或停止反應物如前驅物流至第一製程站中。例如，在利用一特定組實質相同之複數初始沉積條件於兩基板上開始沉積的CVD製程中，調整可為停止一反應物流至第一製程站中以停止及/或減緩第一製程站中的沉積並同時使第二製程站中的複數沉積條件可在複數初始沉積條件下持續。在另一實例中，在根據複數初始實質相同之沉積條件之一循環沉積製程如ALD中的調整可為在該製程之一循環的一吸附階段停止前驅物流至第一製程站俾使在此一循環期間無材料沉積至第一基板上並在相同的此一循環期間根據複數初始沉積條件使前驅物流至第二製程站俾以在第二製程站中發生沉積。
如上所述，在某些實施例中，調整可為改變第一製程站中的複數沉積條件以改變該沉積製程所產生之膜層的特性。此特性改變可被認為是沉積製程的停止或減緩。
對於在第一與第二製程站中使用電漿暴露的沉積製程而言，可對第一製程站中的複數電漿條件進行調整。例如，類似於前驅物流，在步驟344中的調整可為減少或停止第一基板對電漿的暴露，這可進而減緩或停止第一基板上的沉積製程。此調整尤其可藉由下列者所達成：停止在第一製程站中形成電漿、改變電漿頻率、改變第一製程站中之電漿的功率位準、及/或改變在第一製程站中形成電漿的時間。在一ALD製程中，自一循環至下一循環可進行複數調整。例如，可在每100個循環中點燃電漿，然後對每13個循環不點燃電漿。在固有之非循環的其他製程中，在沉積製程中的一特定點處進行複數調整但不考慮已定義的製程變遷。例如，在一PECVD製程中，在一已定義的期間後停止第一製程站中的電漿暴露並同時在複數初始沉積條件下持續第二製程站中的電漿暴露。單純關閉功率的一替代方案為，可調整其他電漿條件以調整沉積速率。例如，可減少第一製程站中的電漿功率位準以減緩第一製程站中的沉積製程且在複數初始沉積條件下持續第二製程站中的電漿功率位準。
關於在第一製程站中形成電漿之時間的調整，此類調整可為增加或減少該時間，進而增加或減少材料膜層的厚度。圖4之圖顯示電漿暴露時間與電漿所形成之材料厚度之間的大致關係。如可見，膜層厚度一開始隨著電漿暴露時間增加而增加，之後達到一最大厚度，但隨著最大厚度到達後電漿暴露持續，膜層緻密化因而厚度減少。因此，電漿暴露時間與膜層厚度之間的此關係可用於複數沉積條件之調整以改變第一製程站中之晶圓的沉積，俾以例如「減少」第一製程站中之膜層的沉積速率即藉由額外的電漿暴露時間減少厚度。
參考回圖3，在某些實施例中步驟342可為包含下列者的一循環重覆：(i)前驅物給劑以使前驅物吸附至第一基板與第二基板上；及(ii)將第一基板與第二基板暴露至電漿使前驅物反應而形成材料。此類之一循環重覆可為文中所示所述的ALD製程例如圖8中所示者。在某些此類實施例中，如上面步驟342所述，在特定數目的循環沉積之後，第一晶圓上之材料膜層的總厚度可大於第二晶圓上之材料膜層的總厚度。因此，在步驟344中，可對第一製程站中之一或多個循環的複數沉積條件進行調整。在某些實施例中，此些調整可包含停止第一製程站中的前驅物給劑及/或電漿暴露以減少在複數循環重覆期間沉積的材料厚度，同時以步驟342中的複數條件在第二製程站中的第二基板上持續進行複數循環重覆。文中所用的「減少」一詞可為一膜層具有經減少或經增加的厚度、或可為一膜層不具有厚度即在進行調整的循環期間不產生任何膜層。在某些其他實施例中，此些調整可包含改變第一製程站中之電漿暴露期間或電漿功率以減少在複數循環重覆期間所沉積之材料厚度並同時以步驟342中的複數條件在第二製程站中的第二基板上持續進行複數循環重覆。類似於上文，此減少可包含具有經減少之厚度的一膜層或在進行調整的循環期間不產生任何膜層。
在某些實施例中，在方塊342與344期間第一晶圓不會自第一製程站移動。因此，在以複數沉積條件在第二製程站中持續沉積時，第一晶圓仍留在第一製程站中。例如，此些實施例可被視為是「固定模式」。
在步驟346中，可完成第一製程站中之第一基板上的沉積及第二製程站中之第二基板上的沉積，俾以為了所得之積體電路或其他製造裝置之效能的目的使第一基板上與第二基板上所沉積之材料的總厚度係實質相同。步驟344中的調整(複數調整)使第二製程站中之第二基板之材料膜層的沉積增加同時停止、減緩、或以其他方式改變第一晶圓上的沉積，以在所有沉積製程終止時第二基板上之材料膜層厚度變得實質上等於第一基板上之材料膜層的厚度。
應注意，複數沉積條件的調整可在技術期間的任何時間點處發生如一開始處、中間處、終止處、或散布於整個沉積製程中。. 例如，在包含第一與第二製程站中之500個同時沉積循環的一ALD製程中，步驟344的調整可在500個循環後進行，俾以在所有500個循環後的N個沉積循環中在第一晶圓上不進行任何沉積但在第二製程站中的第二晶圓上進行N個循環的材料膜層沉積。
圖5顯示在一多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上產生幾乎相同厚度之材料之第二實例技術的流程圖。如文中所述，第二實例技術可用於複數循環沉積製程如ALD或圖8中所示者。步驟548可與如上所討論之圖3的步驟340 相同，將第一基板提供至第一製程站中並將第二基板提供至沉積設備的第二製程站中。亦如上面圖3所述，第二實例技術可應用至具有兩個以上之製程站且使用文中所述之設備如針對圖1與2所述的設備的多站沉積設備。在步驟550中，同時(或在實質相同的時間處)將第一基板與第二基板暴露至材料的前驅物。此步驟可被視為是一循環沉積製程的「給劑」階段如圖8之ALD製程的步驟858。在每一製程站中此暴露或給劑同時發生俾使前驅物在實質相同處流至每一製程站中持續流動實質相同的時間期間如約彼此+/- 5%內的範圍。雖然未顯示於圖5中，但在某些實施例中可在步驟550之後及步驟552之前進行一吹淨步驟如上面針對ALD製程所述且顯示於圖8中的步驟860。
在步驟552中，活化第一製程站中之第一基板上的及第二製程站中之第二基板上的前驅物反應。在某些實施例中此活化係藉由與反應物如反應物氣體熱接觸，但在其他實施例中此活化係藉由暴露至電漿。在步驟550處，每一製程站中的活化同時發生或進行實質相同的時間(如彼此的+/- 5%的範圍內)。例如，若利用電漿活化，步驟552的活化係藉由在每一站中的實質相同時間處形成電漿且電漿持續實質相同的時間。此外，在每一站中此類活化的複數沉積條件可實質上相同。前驅物反應的活化至少部分造成在每一基板上形成材料膜層。
步驟554提供進行N1個循環的方塊550與552。在N1個循環的每一者中，可將實質上相同厚度t1的材料薄膜沉積至第一基板上並將實質上相同厚度t2的材料薄膜沉積至第二基板上。此外，進行N1個循環可在第一基板上產生總沉積厚度T1的材料並在第二基板上產生總沉積厚度T2A的材料。在某些實施例中，T1係大於T2A，類似於圖3中的第一技術。
步驟556包含將第二製程站中的第二基板暴露至前驅物並活化第二製程站中之第二基板上的前驅物反應共N2個循環。N2個循環的每一者可包含將實質上相同厚度t2 的材料薄膜沉積至第二基板上。在N2個循環的每一者中，第一基板可留在第一製程站中且可停止或減緩在第一基板上的材料膜層沉積。進行N2個循環可產生總沉積厚度T2B且在第二基板上進行N1個與N2個循環可產生總沉積厚度T2 (如T2A + T2B)俾使T2係實質上等於T1。在某些實施例中，T2B可實質上等於當N2個循環等於一循環時所產生的t2。例如，在使用電漿活化反應的一ALD製程中，步驟556之N2個循環的每一者可包含將第二製程站中的第二基板暴露至前驅物並在第二製程站中形成電漿以活化第二基板上的前驅物反應同時在第一製程站中不形成電漿俾以在第一基板上不進行材料膜層沉積。在某些實施例中，步驟556亦可包含將第一製程站中的第一基板暴露至前驅物但不活化第一基板上的前驅物反應。
雖然圖5包含圖之底部處的步驟556，但步驟556可在整個沉積製程期間的任何時間處進行。例如，可在方塊550、552、及554之前進行步驟556。在另一情況中，可將步驟556的N2個循環分散並在整個N1個循環期間的不同時間處進行。例如，對於涉及500個N1循環及100個N2循環的一沉積製程而言，循環順序可依下者：100個N1循環、接著50個N2循環、接著200個N1循環、接著50個 N2循環、接著200個N1循環。
在某些實施例中，如下面將討論的，可在N2個循環的每一者調整第一製程站及/或第二製程站的複數沉積條件。例如，在圖5所示之在多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上產生幾乎相同厚度之材料之第二實例技術的某些實施例中，前驅物反應的活化可藉由電漿進行。在此類實施例中，可在每一製程站中獨立地提供電漿如點燃與控制，俾使一製程站中形成電漿同時另一製程站中不形成電漿。在步驟552中，活化可包含獨立地以第一電漿功率對每一製程站提供電漿第一電漿時間。第一電漿時間即在該製程站中形成電漿的持續時間可依據所涉及的沉積製程變化但可為1秒或更短。第一電漿功率可為產生電漿的功率且可和輸送至每一製程站的RF功率及/或RF頻率相關。
在步驟556中，第二製程站中之前驅物反應的活化可包含獨立地點燃及/或控制第二製程站中的電漿。同時，可不將電漿提供至第一製程站或以俾以減緩第一基板上之材料層沉積的方式將電漿提供至第一製程站。
在某些實施例中，步驟556中的活化可包含在第二製程站中提供電漿的第二電漿時間不同於第一電漿時間。如上參考圖4所討論的，在N2個循環的每一者中形成電漿的持續時間可使得沉積在第二晶圓上之材料膜層厚度少於或多於步驟554之N1個循環的每一者中所沉積之材料膜層厚度。因此，在步驟554之N1個循環的每一者中所沉積之具有相同厚度t2的薄膜可不同於如小於或大於在N2個循環的每一者中所沉積之具有相同厚度t2的薄膜。在製程站中每一循環產生兩種不同厚度之薄膜的能力可增加製程站與製程站之間之厚度匹配的能力。
在某些實施例中，步驟556中的活化可包含以不同於第一電漿功率位準的第二電漿功率位準在第二製程站中提供電漿。類似於上述，N2個循環的每一者中的不同功率位準可使得沉積在第二晶圓上之材料膜層厚度少於或多於步驟554之N1個循環的每一者中所沉積之材料膜層厚度。因此，步驟554之N1個循環的每一者中所沉積之具有相同厚度t2的薄膜可大於或小於在N2個循環的每一者中所沉積之具有相同厚度t2的薄膜。
在某些實施例中，步驟550的暴露可包含使前驅物流至第一製程站與第二製程站第一暴露時間。 此外，步驟556的暴露可包含使前驅物流至第二製程站第二暴露時間。由於使用不同的電漿功率與電漿持續時間，將第二基板暴露至前驅物第二暴露時間可使得N2個循環的每一者中所沉積之材料膜層所具有的厚度係大於或小於N1個循環的每一者中所沉積之材料膜層的厚度。例如，第一暴露時間可為致使前驅物之最大吸附的時間而第二暴露時間可比第一暴露時間短25%，這使得第一暴露時間所得之沉積膜層厚度係大於第二暴露時間所得之沉積膜層厚度。
在某些實施例中，步驟550的暴露可包含使前驅物以第一分壓流至第一製程站與第二製程站。此外，步驟556的暴露可包含使前驅物以第二分壓流至第二製程站。由於使用不同的電漿功率與電漿持續時間，將第二基板暴露至具有第二分壓的前驅物在N2個循環的每一者中所沉積之材料膜層的厚度可大於或小於在N1個循環的每一者中所沉積之材料膜層的厚度。
因此，文中所討論之利用複數循環沉積製程在一多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上產生幾乎相同厚度之材料之第一及/或第二實例技術的可行實施例可藉由下列者增加沉積在第二基板上之材料膜層的總厚度：(i)根據N1個循環的複數沉積條件在第二基板上沉積具有實質上相同厚度t2 的額外材料薄膜N2個循環，俾使N1個循環的每一者與N2個循環的每一者中所沉積之薄膜厚度t2 係實質相同；及/或(ii)根據不同於N1個循環之複數沉積條件的複數沉積條件如不同的電漿功率或電漿持續時間在第二基板上沉積具有實質上相同厚度t2 的額外材料薄膜N2個循環，俾使N1個循環的每一者中所沉積之薄膜厚度t2 係不同於N2個循環的每一者中所沉積之薄膜厚度t2 。
在文中所討論之利用複數循環沉積製程在一多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上產生幾乎相同厚度之材料之第一及/或第二實例技術的某些實施例中，可分析及/或使用關於沉積用之多站沉積設備中之複數晶圓上之物理特性及/或關於第一製程站與第二製程站中之相對沉積速率的資訊如量測數據，以決定對第二製程站中之複數沉積條件的最佳調整或複數調整。在某些此類實施例中例如此類量測資訊可為「前饋」量測資訊，在某些其他此類實施例中例如此類資訊可為「反饋」量測資訊，在某些實施例中此類量測資訊包含「前饋」及「反饋」兩種量測資訊。
在使用「前饋」量測資訊的某些實施例中，關於沉積用之多站沉積設備中之複數晶圓上之物理特性及/或關於第一製程站與第二製程站中之相對沉積速率的資訊可在晶圓上進行沉積之前獲得及/或變得已知，這可包含將晶圓放置到沉積用之多站沉積設備之前或將晶圓放置到多站沉積設備之後但進行沉積之前。例如，「前饋」量測資訊可為藉由量測設備原位或線上於每片晶圓所獲得的量測數據，其可在晶圓被放置到多站沉積設備中之前及/或之後獲得。此「前饋」量測資訊直接發送至多站沉積設備的控制器，控制器包含用以決定N2個沉積循環的每一者之適當調整的控制邏輯。「前饋」量測資訊亦可被提供予使用者，使用者接著可將適當的調整輸入至多站沉積設備如經由使用者介面輸入至控制器。此類調整可為文中所討論的調整包含電漿功率、電漿持續時間、及N2個循環的數目。
例如，可在晶圓已以某些其他方式處理如先前的蝕刻製程處理後將晶圓提供至多站沉積設備中。在此類實例中，可前饋欲被放置到多站沉積設備中受到處理之來自先前蝕刻製程之晶圓之物理特性的已知數據(如自原位、線上、或上述之先前量測所獲得的量測數據，以決定為了適當沉積材料而匹配第二製程站中之晶圓上之獨立特徵部的最佳沉積條件。圖6顯示使用前饋資訊之例示性實施例的圖。其為具有製程站1–4及分別置於具有製程站1–4中之晶圓1-4的多站沉積設備具有製程站的例示性實施例。四片晶圓先前已經過蝕刻，因此在沉積製程之前每片晶圓的關鍵尺寸「CD」即蝕刻製程所形成之每一間隙之間的所得距離為已知，且可見每一晶圓的進入、沉積前的CD有變異。在此處，期望有一ALD製程能將材料沉積至已經蝕刻的間隙中，俾使最終的CD係小於蝕刻後立即所得的CD。然而，由於蝕刻製程後的CD變異，均勻的ALD沉積可造成ALD沉積後變異仍存在。例如，將100 Å的材料均勻沉積至晶圓1、2、3、及4會分別產生220 Å、222 Å、224 Å、及226 Å之輸出CD。
使用「前饋」量測資訊可調整四個製程站中之一或多者中的複數沉積條件，俾使每一製程站能沉積使最終CD 成為期望CD 220 Å的一膜層。在圖6中例如可調整製程站2中的複數沉積條件，俾使晶圓2上的最終沉積厚度為101 Å。此類調整可例如是俾使總膜層厚度101 Å被沉積至晶圓2上之一額外循環或具有不同電漿功率的一循環。可如圖6中所見，對所有四片晶圓進行類似調整，俾使每一者的最終CD為期望的220 Å。
在使用「反饋」量測資訊的某些實施例中，關於沉積用之多站沉積設備中之複數晶圓上之物理特性及/或關於第一製程站與第二製程站中之相對沉積速率的資訊可在晶圓上進行至少部分沉積之期間及/或之後獲得及/或變得已知。在此類實施例中，多站沉積設備係用以獲得此類資訊，此獲得可包含使用原位量測設備如文中所述者。例如，可在圖3之步驟342之第一技術之於第一製程站中之第一基板上並於第二製程站之第二基板上同時沉積材料的期間及/或之後獲得此「反饋」資訊 。此外，在此步驟342期間，可獲得、分析關於第一與第二製程站中之相對沉積速率的「反饋」量測資訊，並將其用以決定如文中所討論的如何調整複數沉積條件。類似於上面的說明，此「反饋」量測資訊可被直接發送至多站沉積設備的控制器，控制器包含用以分析反饋量測資訊並決定複數沉積條件之適當調整或使用者之適當調整的控制邏輯。
本發明的某些實施例包含一多站沉積設備。此類設備可包含上文所述之設備如針對圖1與2所述之設備的某些或所有部件。在某些此類實施例中，多站設備可包含一真空系統(可包含圖1的真空泵浦118)、一前驅物輸送系統(例如可類似於氣體輸送系統 101)、一製程室(類似於製程室102)，製程室包含至少兩個製程站且每一製程站可共用真空系統與前驅物輸送系統。設備亦可包含用以控制多站沉積設備的一控制器如上面針對圖2之控制器250所述的控制器。
在某些實施例中，控制器可控制多站沉積設備以在不同製程站中同時處理的至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料，且控制器可包含用以施行文中針對圖3與5所述之技術的至少一部分。例如，控制器可包含用於下列者的控制邏輯：(a)在沉積設備的一第一製程站中提供一第一基板並在沉積設備的一第二製程站中提供一第二基板；(b)同時將材料沉積至該第一製程站的該第一基板上與該第二製程站的該第二基板上，其中該第一製程站與該第二製程站中的複數沉積條件係實質相同但在該第一製程站的該第一基板上所產生之材料膜層比在該第二製程站的該第二基板上所產生之材料膜層更厚；(c)調整該第一製程站中的複數沉積條件以減緩或停止沉積材料至該第一基板上並同時以(b)中的複數條件將材料持續沉積至該第二製程站中的該第二基板上；及(d)完成該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上的沉積俾使沉積在該第一基板上與該第二基板上的材料的總厚度係實質相同。
在某些實施例中，設備的每一站可包含用以將材料之一前驅物分配至該站中之基板上的一噴淋頭(如噴淋頭 106)，氣體輸送系統可用以控制將材料之該前驅物輸送至每一站。在某些此類實施例中，控制器亦可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地控制將前驅物輸送至每一站，且在上面(c)中調整複數沉積條件包含減少或停止前驅物流至該第一製程站。
在某些實施例中，設備可包含用以獨立地在每一站中形成與維持電漿的一電漿源(如針對圖1與2所說明的)。在某些此類實施例中，控制器可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地在每一站中形成與維持電漿，且在(b)中的複數沉積條件可包含將該第一基板與該第二基板暴露至電漿。在某些此類實施例中，控制器亦可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地在每一站中控制電漿功率位準，且在(c)中調整複數沉積條件包含減少或停止將該第一基板暴露至電漿。在某些其他的此類實施例中，控制器亦可包含用於下列者的控制邏輯：獨立地在每一站中控制電漿時間，且在(c)中調整複數沉積條件包含減少或停止將該第一基板暴露至該電漿。
本發明之發明人利用文中所揭露的設備及技術改善如圖7中所示之多站沉積設備之製程站間的厚度匹配。圖7顯示兩個不同沉積製程之四站沉積設備的量測到厚度。此可類似於前面所討論的設備。y軸代表以埃(Å)為單位的厚度而x軸代表四站之每一站中所處理的一晶圓。每一圓圈代表進行每一圓圈之上或之下之循環數目後所沉積的總晶圓厚度。對於第一沉積製程而言，以虛線顯示其數據，發明人在四個製程站的每一製程站處同時進行579個循環的一循環沉積製程以在每一基板上沉積複數材料膜層，每一基板上的總厚度係不匹配其他基板的總厚度。如所見，製程站1中之晶圓上的材料總厚度約為787 Å、製程站2中之晶圓上的材料總厚度係略高於788 Å、製程站3中之晶圓上的材料總厚度係介於791 Å與792 Å之間、製程站4中之晶圓上的材料總厚度約為787 Å。總偏差約為4.6 Å。
對於第二沉積製程而言，以實線顯示其數據，發明人利用文中所揭露的技術及設備進行循環沉積製程以在不同製程站之間達到更一致的厚度匹配。在此處，發明開始在所有四個製程站中進行579個循環的同步循環沉積。然而，雖然所有四片晶圓分別留在每一製程站中，發明人在其他製程站中的晶圓上進行額外的獨立沉積循環以在製程站達到約791 Å的厚度。如所見，製程站1接收四個額外的沉積循環而達到總共583個循環及約791 Å的厚度、製程站2接收兩個額外的沉積循環而達到總共581個循環及約791 Å的厚度、製程站3未接收額外的沉積循環而達到約791 Å的總厚度、製程站4接收三個額外的沉積循環而達到總共582個循環及約791 Å的厚度。
為了進行此類額外的沉積循環且最大化產量並最小化成本與材料使用，在所有四個製程站中進行初始的579個循環後，發明人在製程站1、2、及4中同時進行兩個額外的沉積循環藉此在製程站1、2、及4的每一者中進行總共581個循環並同時使製程站3中的晶圓留在製程站3中並未於製程站3中進行額外的沉積循環。之後，在製程站1與4上皆同時進行一額外的沉積循環藉此在製程站1與4的每一者中進行總共582個循環並同時使製程站2與3中的晶圓留在製程站2與3中並未於製程站2與3中進行額外的沉積循環。最後，在製程站1中進行一額外的沉積循環藉此使製程站1中的總循環數達583個循環並同時使製程站2、3、與4中的晶圓留在製程站2、3、與4中並未於製程站2、3、與4中進行額外的沉積循環。應注意，在圖7的所有沉積循環中，每一沉積循環皆使用相同的複數沉積條件。圖6中之製程站之間的厚度偏差從第一數據組的約 4.6 Å縮減至第二組的約0.4 Å，其為約10倍的縮減程度。在其他實施例中，如上所討論的，可在整個沉積製程期間的任何時間點處如製程初始處在每一分別的製程站上進行此些額外的循環。
除非本文之文義明白指出，否則在說明書及申請專利範圍中的「包含」及其類似詞應被解讀為開放式而非排除式；意即，「包含但不限於」的意思。使用單數或複數的字詞亦通常分別包含複數或單數的意義。當兩或更多項目的名單中使用「或」字，由「或」字將涵蓋所有下列解釋：該名單中之所有項目中的任一者、該名單中之所有項目中的所有者、及該名單中之所有項目中的任何組合。「實施例」一詞係指文中所述之技術與方法的實施例以及體現文中所述之結構及/或包含文中所述之技術及/或方法的物理物件。
100‧‧‧設備 101‧‧‧氣體輸送系統 102‧‧‧製程室 103‧‧‧蒸發點 104‧‧‧混合容器 105‧‧‧閥件 106‧‧‧噴淋頭 107‧‧‧體積 108‧‧‧基板支撐件 112‧‧‧基板 114‧‧‧RF電源 116‧‧‧匹配網路 118‧‧‧真空泵浦 120‧‧‧入口閥 120A‧‧‧閥件 200‧‧‧設備 201‧‧‧製程站 202‧‧‧製程站 203‧‧‧製程站 204‧‧‧製程站 213‧‧‧RF功率系統 214‧‧‧製程室 220‧‧‧基板加載接口 226‧‧‧機器人 228‧‧‧艙 250‧‧‧控制器 252‧‧‧處理器 254‧‧‧大量儲存裝置 256‧‧‧記憶體裝置 258‧‧‧系統控制指令 340‧‧‧步驟 342‧‧‧步驟 344‧‧‧步驟 346‧‧‧步驟 548‧‧‧步驟 550‧‧‧步驟 552‧‧‧步驟 554‧‧‧步驟 556‧‧‧步驟 858‧‧‧步驟 860‧‧‧步驟 862‧‧‧步驟 864‧‧‧步驟
圖1顯示利用任何數目之製程在半導體基板上沉積薄膜用之基板製程設備。
圖2顯示多站製程設備的使用。
圖3顯示在一多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料之第一實例技術的流程圖。
圖4之圖顯示電漿暴露時間與電漿所形成之材料之厚度之間的大致關係。
圖5顯示在一多站沉積設備之不同站中同時處理之至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料之第二實例技術的流程圖。
圖6顯示使用前饋資訊之例示性實施例的圖。
圖7顯示兩個不同沉積製程之四站沉積設備的量測到厚度。
圖8顯示藉由原子層沉積製程在基板上形成材料薄膜之操作之例示性程序的流程圖。
340‧‧‧步驟
342‧‧‧步驟
344‧‧‧步驟
346‧‧‧步驟

Claims (23)

  1. 一種沉積方法，在多站沉積設備之不同製程站中同時處理之至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料，該沉積方法包含： (a)在該沉積設備的一第一製程站中提供一第一基板並在該沉積設備的一第二製程站中提供一第二基板； (b)同時將該材料沉積至該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上，其中該第一製程站與該第二製程站中的複數沉積條件係實質相同，但在該第一製程站中之該第一基板上所產生之該材料的一膜層比在該第二製程站中之該第二基板上所產生之該材料的一膜層更厚； (c)調整該第一製程站中的該複數沉積條件以減緩或停止沉積該材料至該第一基板上，並同時在(b)中的該複數沉積條件下持續將該材料沉積至該第二製程站中的該第二基板上；及 (d)完成該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上的沉積，俾使沉積在該第一基板上與該第二基板上的該材料的一總厚度係實質相同。
  2. 如申請專利範圍第1項之沉積方法，其中該複數沉積條件包含將該第一基板與該第二基板暴露至該材料的一前驅物。
  3. 如申請專利範圍第2項之沉積方法，其中調整該複數沉積條件包含減少或停止流至該第一製程站的該前驅物。
  4. 如申請專利範圍第1項之沉積方法，其中該複數沉積條件包含將該第一基板與該第二基板暴露至一電漿。
  5. 如申請專利範圍第4項之沉積方法，其中調整該複數沉積條件包含減少或停止該第一基板對該電漿的暴露。
  6. 如申請專利範圍第1項之沉積方法，其中(b)包含下列者的一循環重覆：(i)給劑前驅物以使前驅物吸附至該第一基板與該第二基板上；及(ii)將該第一基板與該第二基板暴露至電漿以使該前驅物反應而形成該材料。
  7. 如申請專利範圍第6項之沉積方法，其中(c)包含停止該第一製程站中之該前驅物之給劑及/或該電漿的暴露，藉此減少在該循環重覆期間所沉積之該材料之厚度，並同時在(b)中之該複數沉積條件下於該第二製程站中之該第二基板上持續進行該循環重覆。
  8. 如申請專利範圍第6項之沉積方法，其中(c)包含調整該第一製程站中之該電漿之持續時間或功率，藉此減少在該循環重覆期間所沉積之該材料之厚度，並同時在(b)中之該複數沉積條件下於該第二製程站中之該第二基板上持續進行該循環重覆。
  9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之沉積方法，其中在(b)與(c)期間不自該第一製程站移動該第一基板。
  10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之沉積方法，更包含在(b)之前或期間，分析與該第一製程站與該第二製程站中之複數相對沉積速率相關的一量測資訊，並使用該量測資訊決定如何調整(c)中的該複數沉積條件。
  11. 如申請專利範圍第10項之沉積方法，其中該量測資訊係在 (b)期間獲得。
  12. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之沉積方法，更包含在(b)之前或期間，分析與該第一基板與該第二基板之複數物理特性相關的一量測資訊，並使用該量測資訊決定如何調整(c)中的該複數沉積條件。
  13. 一種半導體沉積方法，用以在多站沉積設備之不同製程站中同時處理之至少兩片基板上產生幾乎相同厚度之材料，此半導體沉積方法包含： (a)在該沉積設備的一第一製程站中提供一第一基板並在該沉積設備的一第二製程站中提供一第二基板； (b)同時將該第一製程站中之該第一基板與該第二製程站中之該第二基板暴露至該材料的一前驅物； (c)同時活化該第一製程站中之該第一基板上之該前驅物的一反應與該第二製程站中之該第二基板上之該前驅物的一反應； (d)進行(b)與(c) 的N1 個循環，其中： 該N1 個循環中的每一循環包含在該第一基板上沉積該材料之具有實質上相同厚度t1 的一薄膜並在該第二基板上沉積該材料之具有實質上相同厚度t2 的一薄膜，及 進行該N1 個循環以在該第一基板上產生該材料之一總沉積厚度T1 並在該第二基板上產生該材料之一總沉積厚度T2A ，其中T1 係大於T2A ；及 (e)進行將該第二製程站中之該第二基板暴露至該前驅物並活化該第二製程站中之該第二基板上之該前驅物的一反應的N2 個循環，其中： 該N2 個循環中的每一循環包含在該第二基板上沉積該材料之具有實質上相同厚度t2 的一薄膜， 該N2 個循環中的每一循環包含使該第一基板留在該第一製程站並減緩或停止在該第一基板上沉積該材料之一膜層，且 進行該N1 個循環與該N2 個循環在該第二基板上產生該材料之實質上等於T 1的一總沉積厚度T2 。
  14. 如申請專利範圍第13項之半導體沉積方法，其中： 在(c)中的活化包含在每一製程站中獨立地以第一電漿功率提供電漿達第一電漿時間，且 在(e)中的活化包含在該第二製程站中獨立地提供電漿。
  15. 如申請專利範圍第14項之半導體沉積方法，其中： 在(e)中的活化包含在該第二製程站中獨立地提供電漿達第二電漿時間且該第二電漿時間係不同於該第一電漿時間，且 在每一該N1 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜係不同於在每一該N2 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜。
  16. 如申請專利範圍第14項之半導體沉積方法，其中： 在(e)中的活化包含在該第二製程站中獨立地以第二電漿功率位準提供電漿且該第二電漿功率位準係不同於該第一電漿功率位準，且 在每一該N1 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜係不同於在每一該N2 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜。
  17. 如申請專利範圍第13至16項中任一項之半導體沉積方法，其中： 在(b)中的暴露包含使一前驅物流至該第一製程站與該第二製程站達第一暴露時間， 在(e)中的暴露包含使一前驅物流至該第二製程站達第二暴露時間，且 在每一該N1 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜係不同於在每一該N2 個循環中所沉積之具有實質上相同厚度t2 的該薄膜。
  18. 一種多站沉積設備，包含： 一真空系統； 一氣體輸送系統； 一製程室，包含至少兩個製程站，其中每一製程站共用該真空系統與該氣體輸送系統；及 一控制器，用以控制該多站沉積設備以在不同製程站中同時處理的至少兩片基板上沉積幾乎相同厚度之材料，該控制器可包含用於下列操作的控制邏輯： (a)在該沉積設備的一第一製程站中提供一第一基板並在該沉積設備的一第二製程站中提供一第二基板； (b)同時將該材料沉積至該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上，其中該第一製程站與該第二製程站中的複數沉積條件係實質相同，但在該第一製程站中之該第一基板上所產生之該材料的一膜層比在該第二製程站中之該第二基板上所產生之該材料的一膜層更厚； (c)調整該第一製程站中的該複數沉積條件以減緩或停止沉積該材料至該第一基板上，並同時在(b)中的該複數沉積條件下持續將該材料沉積至該第二製程站中的該第二基板上；及 (d)完成該第一製程站中之該第一基板上與該第二製程站中之該第二基板上的沉積，俾使沉積在該第一基板上與該第二基板上的該材料的一總厚度係實質相同。
  19. 如申請專利範圍第18項之多站沉積設備，其中： 每一製程站包含用以將該材料之一前驅物分配至該製程站中之該基板上的一噴淋頭，且 該氣體輸送系統係用以控制將該材料之該前驅物輸送至每一製程站。
  20. 如申請專利範圍第19項之多站沉積設備，其中： 該控制器更包含用於獨立地控制將前驅物輸送至每一製程站的控制邏輯；並且 在(c)中調整該複數沉積條件包含減少或停止該前驅物流至該第一製程站。
  21. 如申請專利範圍第18至20項中任一項之多站沉積設備，更包含用以獨立地在每一製程站中形成與維持電漿的一電漿源，其中： 該控制器更包含用於獨立地在每一製程站中形成與維持電漿的控制邏輯；並且 在(b)中的該複數沉積條件包含將該第一基板與該第二基板暴露至該電漿。
  22. 如申請專利範圍第21項之多站沉積設備，其中： 該控制器更包含用於獨立地在每一製程站中控制一電漿功率位準的控制邏輯；並且 在(c)中調整該複數沉積條件包含減少或停止將該第一基板暴露至該電漿。
  23. 如申請專利範圍第21項之多站沉積設備，其中： 該控制器更包含用於獨立地在每一製程站中控制一電漿時間的控制邏輯；並且 在(c)中調整該複數沉積條件包含減少或停止將該第一基板暴露至該電漿。
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