用于等離子體輔助原子層沉積中的rf補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，更具體地涉及用于等離子體輔助原子層沉積中的RF補(bǔ)償?shù)姆椒ê脱b置。
【背景技術(shù)】
[0001] 集成電路的制造包括許多不同的處理步驟。一個(gè)經(jīng)常使用的操作是電介質(zhì)膜的 沉積。膜可以被沉積在相對(duì)平坦的襯底上，或者可以被沉積到在硅襯底上或在硅襯底內(nèi) 圖案化的特征之間的間隙中。沉積這樣的膜的一種方法是通過(guò)等離子體輔助原子層沉積 (PAALD)。在這種類(lèi)型的方法中，以循環(huán)方式進(jìn)行一些操作來(lái)沉積共形膜。通常，PAALD工藝 包括以下步驟：(a)向反應(yīng)室提供一定劑量的第一反應(yīng)物，（b)吹掃反應(yīng)室，（c)使第二反應(yīng) 物流到反應(yīng)室中，（d)點(diǎn)燃在反應(yīng)室中的等離子體，以及（e)熄滅等離子體并吹掃反應(yīng)室。 作為前驅(qū)體輸送到/吸附在襯底表面上的性質(zhì)的結(jié)果，PAALD工藝的單個(gè)循環(huán)通常沉積單 層材料。該操作可重復(fù)多次，以沉積另外的單層，從而達(dá)到期望的膜厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 本文的某些實(shí)施例涉及用于在反應(yīng)室中在批（abatch)襯底上沉積膜的方法和裝 置。該膜可以通過(guò)等離子體輔助原子層沉積工藝進(jìn)行沉積。
[0003] 在本文的實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種用于在反應(yīng)室中在批襯底上沉積膜的方 法。該方法可以包括在批中的每一個(gè)襯底上沉積膜，其中在每一個(gè)襯底上沉積膜包括使一 種或多種反應(yīng)物以氣相形式流動(dòng)進(jìn)入反應(yīng)室，并供給RF功率以產(chǎn)生等離子體，將襯底暴露 于等離子體來(lái)驅(qū)動(dòng)在襯底上沉積膜的反應(yīng)；其中，提供的用以產(chǎn)生等離子體的每一襯底的 RF功率在該批中的另外的襯底被處理時(shí)發(fā)生變化，由此應(yīng)對(duì)（accountfor)在處理另外的 襯底時(shí)在反應(yīng)室中發(fā)生的變化。
[0004] 在多個(gè)實(shí)施例中，提供的用以產(chǎn)生等離子體的RF功率是基于在該批中的襯底上 沉積膜之前進(jìn)行的校準(zhǔn)程序來(lái)改變的。該校準(zhǔn)程序可以包括：(a)在測(cè)試批的襯底上沉積 膜，并記錄在測(cè)試批中的每一個(gè)襯底的所得膜的厚度，（b)在不同電平的RF功率下在第二 組襯底上沉積膜，并記錄在第二組襯底中的每一個(gè)襯底上所得到的膜厚度，（c)從操作（b) 確定在RF功率和所得到的膜的厚度之間的關(guān)系，（d)使用從操作（c)得到的關(guān)系和從操作 (a)得到的膜的厚度來(lái)確定用于該測(cè)試批的襯底的有效的RF功率，和（e)至少部分地基于 用于該測(cè)試批的襯底的有效的RF功率，確定指定的RF功率以提供給將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批 中的每一個(gè)襯底。（e)中所述的將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批可以包括對(duì)其執(zhí)行本方法的批。
[0005] 在一些實(shí)施例中，所述校準(zhǔn)程序還包括：在（a)中，在第一RF功率下在測(cè)試批中的 每一個(gè)襯底上沉積膜，在（e)期間，通過(guò)將第一RF功率的平方除以用于測(cè)試批的襯底的從 操作（d)得到的有效RF功率來(lái)確定提供給將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批中的每一個(gè)襯底的指定RF 功率。
[0006] 操作（e)可以包括：至少部分地基于針對(duì)操作（a)的測(cè)試批中的襯底的記錄的室 積累（accumulation)來(lái)確定提供給將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批中的每一個(gè)襯底的指定的RF功 率。提供給將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批中的每一個(gè)襯底的指定的RF功率可以至少部分地基于在 將來(lái)的批處理期間發(fā)生的室積累。操作（e)可以進(jìn)一步包括執(zhí)行統(tǒng)計(jì)分析，以得到在指定 的RF功率和室積累之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，并且可以進(jìn)一步包括使用數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)控制在執(zhí)行本 方法的批中的襯底上的沉積期間供給的RF功率。在一些實(shí)施例中，數(shù)學(xué)關(guān)系包括三次多項(xiàng) 式關(guān)系。在一些實(shí)施方案中，每一批和測(cè)試批各自包括至少約1〇〇個(gè)襯底。在各個(gè)不同的 實(shí)施例中，操作（c)包括執(zhí)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定在RF功率和從操作（b)得到的膜的厚度之 間的線性關(guān)系。
[0007] 在某些情況下，批可以包括至少約100個(gè)襯底，在批中的襯底上沉積的膜可以具 有相差約1%或更小的厚度。在這些或其它情況下，批可以包括至少約100個(gè)襯底，其中，沉 積在該批中的襯底上的膜具有相差約5%或以下的濕蝕刻速率。
[0008] 襯底通常批處理，某些附加操作可能會(huì)在每一批期間發(fā)生。例如，在一些情況下， 在批中的每一個(gè)襯底上沉積膜之后，該方法可以包括清潔反應(yīng)室以除去在反應(yīng)室的內(nèi)表面 上積累的材料。此外，在清潔反應(yīng)室后，該方法可以包括在反應(yīng)室的內(nèi)表面上沉積底涂層。 也可以沉積預(yù)涂層。
[0009] 在所公開(kāi)的實(shí)施例的另一個(gè)方面，提供了一種用于在批的襯底上沉積膜的裝置， 該裝置包括：反應(yīng)室；用于為反應(yīng)室提供氣相反應(yīng)物的一個(gè)或多個(gè)入口；襯底支撐件；配置 為使用RF功率生成等離子體的RF生成器；和控制器，其包括指令，該指令用以當(dāng)批中的另 外的襯底被處理時(shí)改變由RF生成器所提供的RF功率，以應(yīng)對(duì)當(dāng)批中的另外的襯底被處理 時(shí)反應(yīng)室中發(fā)生的變化。
[0010] 在多個(gè)實(shí)施例中，用以改變RF功率的指令是基于校準(zhǔn)程序?？刂破骺梢赃M(jìn)一步包 括通過(guò)如下操作來(lái)執(zhí)行校準(zhǔn)程序的指令：(a)在測(cè)試批的襯底上沉積膜，并記錄在測(cè)試批 中的每一個(gè)襯底的所得膜的厚度，（b)在不同電平的RF功率下在第二組襯底上沉積膜，并 記錄在第二組襯底的每一個(gè)襯底上所得到的膜的厚度，（c)從操作（b)確定在RF功率和所 得到的膜的厚度之間的關(guān)系，（d)使用從操作（c)得到的關(guān)系和從操作（a)得到的膜的厚 度來(lái)確定用于該測(cè)試批的襯底的有效的RF功率，和（e)至少部分地基于用于該測(cè)試批的襯 底的有效的RF功率，確定指定的RF功率以提供給將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批中的每一個(gè)襯底，其 中用以改變當(dāng)該批中的另外的襯底被處理時(shí)由RF生成器提供的RF功率的指令包括施加來(lái) 自操作（e)的所述指定的RF功率的指令。
[0011] 用以執(zhí)行校準(zhǔn)程序的指令還可以包括用于下述操作的指令：在（a)期間，在第一 RF功率下在測(cè)試批中的每一個(gè)襯底上沉積膜，在（e)期間，通過(guò)將第一RF功率的平方除以 用于測(cè)試批中的襯底的、從操作（d)得到的有效RF功率來(lái)確定提供給將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批 中的每一個(gè)襯底的指定的RF功率。
[0012] 在某些實(shí)現(xiàn)方案中，操作（e)包括：至少部分地基于針對(duì)操作（a)的測(cè)試批中的襯 底的記錄的室積累來(lái)確定提供給將來(lái)的一個(gè)或多個(gè)批中的每一個(gè)襯底的指定的RF功率。 雖然校準(zhǔn)程序通常是在與處理該批襯底的反應(yīng)室相同的反應(yīng)室中進(jìn)行的，但在一些實(shí)施例 中，校準(zhǔn)程序是在第二反應(yīng)室中進(jìn)行的。用以改變由RF生成器所提供的RF功率的指令可 以包括基于當(dāng)批中的另外的襯底被處理時(shí)在反應(yīng)室中積累的改變量來(lái)改變RF功率。
[0013] 這些和其它特征將在下面參照相關(guān)附圖進(jìn)行說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1示出了表示在ALD批中進(jìn)行的操作的流程圖。
[0015] 圖2是示出了在成批處理期間在各個(gè)襯底的膜的厚度和厚度不均勻性的曲線圖。
[0016] 圖3示出了用于校準(zhǔn)一種使用RF補(bǔ)償在襯底上沉積膜的沉積裝置的方法的流程 圖。
[0017] 圖4繪出了示出了測(cè)試批的襯底的膜厚度與室積累的關(guān)系曲線圖。
[0018] 圖5繪出了示出在使用RF補(bǔ)償?shù)母鲗?shí)施例中有用的RF功率和膜厚度的表和曲線 圖。
[0019] 圖6是示出了對(duì)于測(cè)試批襯底的有效的RF功率與膜的厚度之間的關(guān)系的曲線圖。
[0020] 圖7是示出了在使用RF補(bǔ)償?shù)母鲗?shí)施例中有用的、對(duì)于測(cè)試批襯底的功率縮放比 與積累之間的關(guān)系的曲線圖。
[0021] 圖8是示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的最佳的生成器設(shè)定值與積累的關(guān)系的曲線圖。
[0022] 圖9和10是示出了可用于在某些實(shí)現(xiàn)方案中在襯底上沉積膜的反應(yīng)室的視圖。
[0023] 圖11示出了可在某些實(shí)施例中使用的多站式反應(yīng)室。
[0024] 圖12是示出了兩批襯底的膜厚度與晶片數(shù)之間關(guān)系的圖表：一批是在恒定的射 頻功率下處理的，另一批是使用RF補(bǔ)償處理的。
[0025] 圖13是示出了圖12的兩批襯底的折射率與晶片數(shù)之間的關(guān)系的圖。
[0026] 圖14是繪出了圖12的兩批襯底的濕蝕刻速率與晶片數(shù)的關(guān)系的圖。
[0027] 圖15示出了說(shuō)明圖12的兩批襯底的干蝕刻速率與晶片數(shù)的關(guān)系的圖。
[0028] 圖16是示出了兩批襯底的濕蝕刻速率與晶片數(shù)的關(guān)系的圖：一批是在恒定的射 頻功率下處理的，另一批是使用RF補(bǔ)償處理的。 具體實(shí)施例
[0029] 在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)"半導(dǎo)體晶片"、"晶片"、"襯底"、"晶片襯底"和"部分制造的集成 電路"可互換使用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，術(shù)語(yǔ)"部分制造的集成電路"可以指 在其上面進(jìn)行集成電路制造的許多階段中的任何階段期間的硅晶片。在半導(dǎo)體器件工業(yè)中 使用的晶片或襯底典型地具有200毫米或300毫米或450毫米的直徑。下面的詳細(xì)描述假 設(shè)本發(fā)明是在晶片上實(shí)現(xiàn)的。然而，本發(fā)明并不限于此。工件可以是具有各種形狀、尺寸和 材料。除半導(dǎo)體晶片外，可利用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的其它工件包括諸如印刷電路板等的各種制 品。
[0030] 在下面的說(shuō)明中，許多具體細(xì)節(jié)被闡述，以便提供對(duì)所呈現(xiàn)的實(shí)施例的徹底理解。 公開(kāi)的實(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的部分或全部的情況下實(shí)施。在其它情況下，公知 的處理操作沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以避免不必要地使本公開(kāi)的實(shí)施例不清楚。雖然所公開(kāi)的 實(shí)施例將結(jié)合具體的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，但應(yīng)理解，這并不意在限制本公開(kāi)的實(shí)施例。
[0031] 半導(dǎo)體器件的制造通常涉及在集成制造工藝中在平坦或非平坦襯底上沉積一個(gè) 或多個(gè)膜。在集成工藝的某些方面，沉積與襯底形貌一致的膜可能是有用的。在某些情況 下有用的一種類(lèi)型的反應(yīng)涉及化學(xué)氣相沉積（CVD)。在典型的CVD工藝中，氣相反應(yīng)物被同 時(shí)引入到反應(yīng)室中，并經(jīng)歷氣相反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物沉積在襯底的表面上。該反應(yīng)可以通過(guò)等離 子體來(lái)驅(qū)動(dòng)，在這種情況下，該工藝可以被稱(chēng)為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD)反應(yīng)。 如本文所用的，術(shù)語(yǔ)CVD意在包括PECVD在內(nèi)，除非另有說(shuō)明。CVD工藝具有某些缺點(diǎn)，這些 缺點(diǎn)使得它們?cè)谀承┣闆r下不太合適。例如，CVD氣相反應(yīng)的質(zhì)量運(yùn)輸限制可能會(huì)導(dǎo)致"烘 面包（bread-loafing)"沉積效應(yīng)，其顯示在頂面（例如，柵極堆疊的頂面）有較厚的沉積， 而在凹陷的表面（例如，柵極堆疊的底部角）有較薄的沉積。此外，因?yàn)橐恍┕苄究赡苡芯?有不同的器件密度的區(qū)域，所以，在整個(gè)襯底表面上的質(zhì)量運(yùn)輸?shù)挠绊懣赡軙?huì)導(dǎo)致管芯內(nèi) 的和晶片內(nèi)的厚度變化。這些厚度變化可導(dǎo)致一些區(qū)域的過(guò)度蝕刻和其它區(qū)域的欠蝕刻， 從而會(huì)降低器件性能和管芯的產(chǎn)量。有關(guān)CVD工藝的另一個(gè)問(wèn)題是，它們通常不能在高深 寬比特征中形成保形膜。當(dāng)器件尺寸不斷縮小時(shí)，這一問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。
[0032] 在許多情況下有用的另一種類(lèi)型的反應(yīng)是原子層沉積（ALD)。CVD工藝主要采用 氣相反應(yīng)以將材料快速沉積在襯底表面上，而ALD工藝主要涉及以慢得多的、循環(huán)的方式 沉積材料的表面介導(dǎo)的反應(yīng)。一種類(lèi)型的