本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體處理領(lǐng)域，具體涉及用于調(diào)節(jié)薄膜中的殘余應(yīng)力的方法。

背景技術(shù)：

大多數(shù)膜沉積與由于外在因素(例如，熱膨脹系數(shù)失配)和/或內(nèi)在因素(例如，晶格的缺陷和/或錯(cuò)位)兩者而引起的在所沉積的膜的殘余應(yīng)力的引入相關(guān)聯(lián)。應(yīng)力可以是壓縮性的或拉伸性的，具體取決于，例如，襯底的特性、所沉積的膜的類型、其性能、其沉積的方式等等。所沉積的膜的壓縮應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致膜的起泡或屈曲，而拉伸應(yīng)力可能導(dǎo)致膜破裂。此外，通過這些應(yīng)力引起的晶片變形會(huì)引起在其它器件層中的可靠性問題并且，通常，對(duì)電氣和光學(xué)性能以及所制造的半導(dǎo)體器件的機(jī)械完整性造成不利影響。因此，在IC制造中，薄膜應(yīng)力是器件層整合策略的主要問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種在半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力減小的介電膜的方法。所述方法包括通過下述步驟沉積所述介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層：沉積具有厚度t_m和應(yīng)力水平s_m的主要部分；以及沉積具有厚度t_l和應(yīng)力水平s_l的低應(yīng)力部分，其中s_l<s_m。在一些實(shí)施方式中，根據(jù)前面所述步驟沉積的所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征可以在于整體的應(yīng)力水平s_tot<90％*(s_m*t_m+s_l*t_l)/(t_m+t_l)。在某些實(shí)施方式中，所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征可以在于整體的應(yīng)力水平s_tot<s_l。在一些實(shí)施方式中，所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征可以在于整體的應(yīng)力水平s_tot<90％*s_m，并且對(duì)于每種單獨(dú)的元素成分，在每單位體積5.0mol％的差數(shù)(margin)內(nèi)，所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分和低應(yīng)力部分具有基本上相同的化學(xué)組成。

在一些實(shí)施方式中，所沉積的所述應(yīng)力減小的介電膜可以由硅的氧化物、氮化物和/或碳化物制成。在一些實(shí)施方式中，沉積所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分和低應(yīng)力部分可以包括：在處理室中，使膜前體吸附到所述襯底上，使得所述膜前體在所述襯底上形成膜前體的吸附受限層；從所述處理室中的包圍所吸附的所述膜前體的體積除去至少一些未被吸附的膜前體；以及在除去未被吸附的膜前體后，通過將所吸附的所述膜前體暴露于等離子體而使其反應(yīng)以在所述襯底上形成介電膜層。

在一些實(shí)施方式中，沉積所述介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層可以包括：沉積具有厚度t_m、應(yīng)力水平s_m、漏電流I_m、和擊穿電壓V_m的主要部分；沉積具有厚度t_l、應(yīng)力水平s_l、漏電流I_l、和擊穿電壓V_l的低應(yīng)力部分，其中s_l<s_m。在某些這樣的實(shí)施方式中，所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征可以在于整體的應(yīng)力水平s_tot、整體的漏電流I_tot、和整體的擊穿電壓V_tot，并且其中，s_tot<90％*s_m，并且I_tot<90％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l)，或者V_tot>110％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l)，或者I_tot<90％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l)且V_tot>110％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l)。

本發(fā)明還公開了一種在半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力減小的介電膜的方法，該方法包括：通過沉積主要部分來沉積介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層，其中在沉積主要部分的同時(shí)向主要部分的每單位膜面積和厚度施加總的RF能量大于約0.16焦耳/cm²，以及沉積低應(yīng)力部分，其中在沉積低應(yīng)力部分的同時(shí)向低應(yīng)力部分的每單位膜面積和厚度施加總的RF能量小于約0.1焦耳/cm²。在某些這樣的實(shí)施方式中，在主要部分的沉積中所施加的RF功率電平是大于約0.7瓦/cm²，并且在低應(yīng)力部分的沉積中所施加的RF功率電平小于約0.4瓦特/cm²。在一些實(shí)施方式中，RF功率在主要部分的沉積中施加超過約0.1秒/循環(huán)，并且RF功率在低應(yīng)力部分的沉積中施加小于約0.5秒/循環(huán)。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種在半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力減小的介電膜的方法，所述方法包括：

通過下述步驟沉積所述介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層：

(i)沉積具有厚度t_m和應(yīng)力水平s_m的主要部分；以及

(ii)沉積具有厚度t_l和應(yīng)力水平s_l的低應(yīng)力部分，其中s_l<s_m；

其中根據(jù)(i)‐(ii)沉積的所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征在于整體的應(yīng)力水平s_tot，并且其中

s_tot<90％*(s_m*t_m+s_l*t_l)/(t_m+t_l)。

2.根據(jù)條款1所述的方法，其中對(duì)應(yīng)于所述第一應(yīng)力減小的雙層的s_tot和s_l是這樣的，s_tot<s_l。

3.根據(jù)條款1所述的方法，其還包括：

根據(jù)(i)‐(ii)沉積所述介電膜的第二應(yīng)力減小的雙層；

其中，根據(jù)(i)‐(ii)沉積的所述介電膜的所述第二應(yīng)力減小的雙層的特征也在于整體的應(yīng)力水平s_tot，其中

s_tot<90％*(s_m*t_m+s_l*t_l)/(t_m+t_l)。

4.根據(jù)條款3所述的方法，其中對(duì)應(yīng)于所述第一應(yīng)力減小的雙層的s_tot和s_l是這樣的，s_tot<s_l，并且對(duì)于所述第二應(yīng)力減小的雙層同樣如此。

5.根據(jù)條款1所述的方法，其中對(duì)應(yīng)于所述第一應(yīng)力減小的雙層的s_tot、s_m和s_l是這樣的，s_m>200兆帕的壓縮，s_l<200兆帕的壓縮，并且s_tot<200兆帕的壓縮。

6.根據(jù)條款1所述的方法，其中對(duì)應(yīng)于所述第一應(yīng)力減小的雙層的s_tot、s_m和s_l是這樣的，s_m>200兆帕的拉伸，s_l<200兆帕的拉伸，并且s_tot<200兆帕的拉伸。

7.根據(jù)條款1所述的方法，其中，對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的元素成分，在每單位體積5mol％的差數(shù)內(nèi)，所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分和低應(yīng)力部分具有基本上相同的化學(xué)組成。

8.根據(jù)條款7所述的方法，其中所述介電膜包括硅的氧化物、氮化物和/或碳化物。

9.根據(jù)條款1所述的方法，其中在(i)中沉積所述第一應(yīng)力減小的雙層的所述主要部分以及在(ii)中沉積所述低應(yīng)力部分各自包括：

(a)在處理室中，使膜前體吸附到所述襯底上，使得所述膜前體在所述襯底上形成膜前體的吸附受限層；

(b)從所述處理室中的包圍所吸附的所述膜前體的體積除去至少一些未被吸附的膜前體；以及

(c)在(b)中除去未被吸附的膜前體后，通過將所吸附的所述膜前體暴露于等離子體而使其反應(yīng)以在所述襯底上形成介電膜層。

10.根據(jù)條款1所述的方法，還包括通過操作(i)或操作(ii)沉積膜的附加的單層。

11.根據(jù)條款1所述的方法，其中在(i)中沉積所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分以及在(ii)中沉積所述低應(yīng)力部分各自包括PVD或CVD工藝。

12.一種在半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力減小的介電膜的方法，所述方法包括：

通過下述步驟沉積介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層：

(i)沉積具有厚度t_m和應(yīng)力水平S_m的主要部分；以及

(ii)沉積具有厚度t_l和應(yīng)力水平s_l的低應(yīng)力部分，其中s_l<s_m；

其中根據(jù)(i)‐(ii)沉積的所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征在于整體的應(yīng)力水平s_tot<90％*s_m，并且其中，對(duì)于每種單獨(dú)的元素成分，在每單位體積5.0mol％的差數(shù)內(nèi)，所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分和低應(yīng)力部分具有基本上相同的化學(xué)組成。

13.根據(jù)條款12所述的方法，其中于在(ii)中沉積所述低應(yīng)力部分之前，在(i)中沉積所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分。

14.根據(jù)條款12所述的方法，其中于在(ii)中沉積所述低應(yīng)力部分之后，在(i)中沉積所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分。

15.根據(jù)條款12所述的方法，還包括通過操作(i)或操作(ii)沉積膜的附加的單層。

16.根據(jù)條款12所述的方法，其中所述第一應(yīng)力減小的雙層具有t_l/t_m>33％的厚度比率。

17.根據(jù)條款12所述的方法，其中在(i)中沉積所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分以及在(ii)中沉積所述低應(yīng)力部分各自包括：

(a)在處理室中，使膜前體吸附到所述襯底上，使得所述膜前體在所述襯底上形成膜前體的吸附受限層；

(b)從所述處理室中的包圍所吸附的所述膜前體的體積除去至少一些未被吸附的膜前體；以及

(c)在(b)中除去未被吸附的膜前體后，通過將所吸附的所述膜前體暴露于等離子體而使其反應(yīng)以在所述襯底上形成介電膜層。

18.一種在半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力減小的介電膜的方法，所述方法包括：

通過下述步驟沉積介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層：

(i)沉積具有厚度t_m、應(yīng)力水平s_m、漏電流I_m、和擊穿電壓V_m的主要部分；以及

(ii)沉積具有厚度t_l、應(yīng)力水平s_l、漏電流I_l、和擊穿電壓V_l的低應(yīng)力部分，其中s_l<s_m；

其中根據(jù)(i)‐(ii)沉積的所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征在于整體的應(yīng)力水平s_tot、整體的漏電流I_tot、和整體的擊穿電壓V_tot，并且其中，s_tot<90％*s_m，并且其中，

I_tot<90％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l),或者

V_tot>110％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l),

或者I_tot<90％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l)且V_tot>110％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l)。

19.根據(jù)條款18所述的方法，其中所述第一雙層的s_tot和s_m是這樣的，s_tot<80％*s_m。

20.根據(jù)條款18所述的方法，其中

I_tot<80％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l)，或者

V_tot>120％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l)，

或者I_tot<80％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l)且V_tot>120％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l)。

21.根據(jù)條款18所述的方法，其中在(i)中沉積所述第一應(yīng)力減小的雙層的主要部分以及在(ii)中沉積所述低應(yīng)力部分各自包括：

(a)在處理室中，使膜前體吸附到所述襯底上，使得所述膜前體在所述襯底上形成膜前體的吸附受限層；

(b)從所述處理室中的包圍所吸附的所述膜前體的體積除去至少一些未被吸附的膜前體；以及

(c)在(b)中除去未被吸附的膜前體后，通過將所吸附的所述膜前體暴露于等離子體而使其反應(yīng)以在所述襯底上形成介電膜層。

22.根據(jù)條款21所述的方法，其中所述介電膜包括硅的氧化物、氮化物和/或碳化物。

附圖說明

圖1A描繪了壓縮應(yīng)力、沉積速率、以及針對(duì)單層膜的非均勻性(non‐uniformity)與等離子體的RF功率的關(guān)系曲線圖。

圖1B描繪了針對(duì)單層膜的擊穿電壓與等離子體的RF功率的關(guān)系曲線圖。

圖1C描繪了針對(duì)單層膜的漏電流與等離子體的RF功率的關(guān)系曲線圖。

圖1D和1E描繪了針對(duì)分別使用500瓦和2500W的RF等離子體功率沉積的單層膜的在正向和反向掃描方向的電容與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖1F描繪了針對(duì)使用一定范圍的RF等離子體功率電平沉積的單層膜的在正向掃描方向的電容與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖1G描繪了針對(duì)使用一定范圍的RF等離子體功率電平沉積的單層膜的電容與電壓的關(guān)系曲線圖，示出了漏電流電平和擊穿電壓。

圖2A示意性地示出了具有4對(duì)應(yīng)力減小的雙層的多層薄膜堆疊。

圖2B描繪了針對(duì)在圖2A中示意性地示出的4個(gè)雙層的膜的壓縮應(yīng)力與厚度比率(低應(yīng)力夾層厚度比總的膜厚度的比率)的關(guān)系曲線圖。

圖2C和2D分別描繪了針對(duì)在圖2A中的4個(gè)雙層的膜的擊穿電壓和漏電流與膜厚度比率的關(guān)系曲線圖。

圖2E(i)至2E(v)描繪了在一定范圍的漸增的厚度比率內(nèi)，針對(duì)在圖2A中的4個(gè)雙層的膜的在正向和反向掃描方向的電容與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖2F和2G分別描繪了針對(duì)在圖2A中的所沉積的在一定范圍的厚度比率內(nèi)的4個(gè)雙層的膜的電流與電壓以及電容與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖3A示意性地示出了具有主要膜部分但沒有低應(yīng)力夾層膜部分的高應(yīng)力膜。

圖3B和3C示意性地示出了兩種不同的4個(gè)雙層的膜構(gòu)造，其中每個(gè)雙層包括主要部分和低應(yīng)力夾層部分。

圖3D和3E示意性地示出了具有2個(gè)雙層(各自包括主要部分和低應(yīng)力夾層部分)和附加的另一個(gè)高應(yīng)力膜的單層的兩種不同的膜構(gòu)造。

圖3F示意性地示出了單個(gè)雙層膜，其中所述低應(yīng)力夾層部分先于雙層的主要部分(在雙層的主要部分下面)沉積。

圖4A描繪了針對(duì)使用等離子體功率電平的兩種不同的組合沉積的，在圖3B和3C示意性地示出的2個(gè)雙層的構(gòu)造的電流與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖4B描繪了針對(duì)使用等離子體功率電平的兩種不同的組合沉積的，在圖3B和3C示意性地示出的2個(gè)雙層的構(gòu)造的在正向掃描方向的電容與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖4C描繪了針對(duì)在圖3B中的4個(gè)雙層的構(gòu)造與在圖3F中的1個(gè)雙層的構(gòu)造比較的電流與電壓的關(guān)系曲線圖，每種構(gòu)造以2種厚度比率沉積。

圖4D描繪了針對(duì)在圖3B中的4個(gè)雙層的構(gòu)造與在圖3F中的1個(gè)雙層的構(gòu)造比較的電容與電壓的關(guān)系曲線圖，每種構(gòu)造以2種厚度比率沉積。

圖4E和4F描繪了針對(duì)具有分別以11％和33％的厚度比率沉積的圖4F的1個(gè)雙層的構(gòu)造的膜在正向和反向掃描方向的電容與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖5A描繪了殘余膜應(yīng)力與用來沉積低應(yīng)力夾層的等離子體的RF功率的關(guān)系曲線圖。

圖5B和5C分別描繪了擊穿電壓和漏電流與用來沉積低應(yīng)力夾層的等離子體的RF功率的關(guān)系曲線圖。

圖5D描繪了針對(duì)使用用于沉積低應(yīng)力夾層的不同的等離子體的RF功率電平形成的不同的膜的電流與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖5E描繪了針對(duì)使用用于沉積低應(yīng)力夾層的不同的等離子體的RF功率電平形成的不同的膜的在正向掃描方向上的電容與電壓的關(guān)系曲線圖。

圖6給出了用于沉積介電膜的循環(huán)ALD工藝的流程圖。

圖7根據(jù)本文公開的各種技術(shù)和操作給出了包括用于沉積應(yīng)力減小的介電膜的反應(yīng)室的襯底處理裝置。

圖8根據(jù)本文公開的各種技術(shù)和操作給出了包括用于在多個(gè)襯底上沉積應(yīng)力減小的介電膜的控制器的多站式襯底處理裝置。

具體實(shí)施方式

在下面的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解。然而，在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或所有的情形下可以實(shí)施本發(fā)明。在其它情形下，未詳細(xì)描述公知的處理操作，以避免不必要地模糊本發(fā)明的創(chuàng)造性方面。雖然將結(jié)合具體詳盡的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解的是這些具體詳盡的實(shí)施方式并不意在限制本發(fā)明所公開的創(chuàng)造性構(gòu)思的范圍。

介紹

在半導(dǎo)體襯底上沉積介電膜的工藝中，已經(jīng)觀察到，在許多情況下，在處理?xiàng)l件的導(dǎo)致在所沉積的膜的質(zhì)量改善的變化伴隨著不希望有的殘余膜應(yīng)力(或者壓縮性的或拉伸性的)的增大。這種權(quán)衡的一個(gè)示例出現(xiàn)在基于原子層沉積(ALD)工藝的膜形成技術(shù)中。

ALD已成為用于實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)保形膜(即，相對(duì)于(即使非平面的)下伏的結(jié)構(gòu)的形狀具有基本均勻的厚度的材料膜)沉積的流行的技術(shù)。保形膜從而具有重要意義和價(jià)值，因?yàn)镮C產(chǎn)業(yè)越來越朝向采用3D器件結(jié)構(gòu)(例如，英特爾的三柵極晶體管(Intel’s Tri‐Gate transistor))的架構(gòu)發(fā)展。使ALD非常適合于保形膜的沉積的原因特別在于以下事實(shí)：ALD的單個(gè)循環(huán)僅沉積單個(gè)材料薄層，其厚度受一種或多種可以在成膜的化學(xué)反應(yīng)之前本身吸附在襯底表面(即，形成吸附受限層)的膜前體反應(yīng)物的量的限制。多個(gè)“ALD循環(huán)”然后可以用于建立期望厚度的膜，并且由于各層(有時(shí)只是分子單層)薄且保形，因此所得的膜基本上與下伏的器件結(jié)構(gòu)的形狀共形。

如在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的，通過ALD進(jìn)行的膜沉積可使用在反應(yīng)室中的充電噴頭和接地基座，在充電噴頭和接地基座之間的等離子體增強(qiáng)的ALD前體的轉(zhuǎn)化發(fā)生在晶片表面。循環(huán)ALD工藝一般包括：前體投配以形成膜前體的吸附受限層的步驟，隨后是投配后吹掃以除去未吸附的前體，然后是所吸附的前體的等離子體轉(zhuǎn)化，并且在一些實(shí)施方式中，是未反應(yīng)和/或解吸前體的RF后吹掃。如下所述，反應(yīng)氣體、吹掃氣體等可以通過上述噴頭被輸送到反應(yīng)室中。在介電膜的形成中，等離子體激活步驟可以包括在氧化反應(yīng)物氣體混合物(例如N₂O、O₂、Ar)存在下在反應(yīng)室內(nèi)點(diǎn)燃等離子體，等離子體激活所吸附的前體的表面反應(yīng)以將其轉(zhuǎn)變成介電膜：例如，硅的氧化物、氮化物和/或碳化物。這樣的循環(huán)ALD工藝可重復(fù)，直到獲得期望厚度的膜。

然而，如所述的，ALD代表一種類型的膜沉積技術(shù)，其顯示如前所述的在膜質(zhì)量和殘余膜應(yīng)力之間的權(quán)衡(雖然應(yīng)該注意的是，對(duì)于通過物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)，并且特別是通過等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)沉積的膜，該權(quán)衡也是要經(jīng)歷的)。對(duì)于通過ALD在硅襯底上沉積的SiO_x的介電膜，典型的殘余應(yīng)力是壓縮性的。在這種情況下，可以看出，較高的殘余壓縮應(yīng)力產(chǎn)生于處理?xiàng)l件(例如升高的沉積溫度，增大的RF功率和/或延長的RF時(shí)間(更一般地，當(dāng)沉積膜時(shí)，施加到膜的增大的RF能量))，這樣的處理?xiàng)l件通常也導(dǎo)致所沉積的膜質(zhì)量的改善，例如，濕蝕刻速率(WER)、干法蝕刻速率(DER)、電性能(如泄漏電流、擊穿電壓等)的改善。

因此，盡管理想的是希望具有最小應(yīng)力的良好的膜性能，但在實(shí)際應(yīng)用中，改進(jìn)的膜性能伴隨不希望有的高應(yīng)力水平，該應(yīng)力為壓縮性的或拉伸性的。注意，單詞“應(yīng)力”在本文中使用時(shí)指的是膜應(yīng)力水平(不論其符號(hào)/方向性如何)的大小，詞語“壓縮”和“拉伸”(當(dāng)這些術(shù)語由本領(lǐng)域技術(shù)人員理解時(shí))被用來適當(dāng)?shù)刈R(shí)別“應(yīng)力”的符號(hào)/方向性。

單層型薄膜：低應(yīng)力與高應(yīng)力

示出了膜的性能的改進(jìn)和殘余應(yīng)力的同時(shí)增大之間的權(quán)衡的示例示于圖1A‐1F中。實(shí)驗(yàn)是在如表I所示的4種等離子體RF功率電平下進(jìn)行的，相同的數(shù)據(jù)也在圖1A中以圖形繪制。需要注意的是，這些實(shí)驗(yàn)(圖1A‐1F)在4站式處理裝置中進(jìn)行(如圖8中示意性地示出的并在下面描述)，因此，每個(gè)晶片襯底(在這種情況下為300毫米直徑的晶片)的射頻功率電平通過將記載于表I中的RF功率電平除以4計(jì)算得到(并在圖中注明)。

表I

這些數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于通過在400℃進(jìn)行的ALD工藝沉積SiO₂膜，其中ALD工藝的每個(gè)循環(huán)基本上采用相同的處理?xiàng)l件。換句話說，在每ALD循環(huán)沉積的膜層在組成和性能方面是基本相同的；從而ALD循環(huán)的整個(gè)序列的最終產(chǎn)品可以被認(rèn)為是多層的但單一的膜類型，或統(tǒng)稱為單個(gè)的單片式(monolithic)膜層(因?yàn)楦鱾€(gè)層基本上是不能區(qū)分的)。

圖1B和1C示出了重要的膜性能(圖1B的擊穿電壓和圖1C的漏電流)在膜以表I中所示的較高的等離子體功率電平沉積時(shí)改善，但同樣，以膜具有顯著增大的殘余膜應(yīng)力水平為代價(jià)。同樣，圖1D和1E是分別用500W和2500W等離子體功率沉積的膜的電容‐電壓(CV)曲線，并且再次看出，較高的等離子體功率沉積(具有較高的應(yīng)力)導(dǎo)致性能改進(jìn)，在這種情況下，對(duì)比在500W下沉積的膜，在2500W下沉積的膜顯示大大減小的CV滯后；并且，電容通常隨著沉積等離子體功率增大而改善的圖示由圖1F中的數(shù)據(jù)顯示。最后，圖1G示出了漏電流減小(電流與電壓的關(guān)系圖形曲線的平坦部)，而擊穿電壓對(duì)于在2500W和3500W等離子體功率電平(與較高的壓縮應(yīng)力水平相關(guān)聯(lián))下沉積的膜具有較大的幅值(圖形曲線的朝圖的左側(cè)的在大的電壓幅值處的陡峭的垂直部分)。

總之，由于在良好的膜性能和高的膜應(yīng)力(或者壓縮性的或拉伸性的)之間的這種明顯的權(quán)衡，因此所要尋求的是沉積應(yīng)力減小的膜的方法，該膜仍然具有通常與高應(yīng)力膜相關(guān)聯(lián)的期望有的性能。

高/低應(yīng)力膜的多層化以降低總體膜的應(yīng)力水平

本文所公開的是在半導(dǎo)體襯底上形成應(yīng)力減小的膜的方法，該膜盡管具有較低的殘余應(yīng)力水平，然而具有(至少在一定程度上)期望有的膜性能，該性能通常是具有高的殘余應(yīng)力水平的膜的特性。根據(jù)實(shí)施方式，這樣的膜的示例可以包括SiOx、SiNx、SiOxNy、SiCxNy、SiCx、TiOx(對(duì)于x和y的不同的值和組合)或其它介電材料的介電膜，并且這樣的膜性能可以包括，但不限于，濕法蝕刻速率(WER)和干法蝕刻速率(DER)，以及電性能，例如漏電流和擊穿電壓。在一些實(shí)施方式中，可以使用形成應(yīng)力減小的膜的這些方法來沉積低應(yīng)力ALD膜，該膜用于邏輯芯片和DRAM制造中的PMD STI填充以及用于NAND和3DNAND應(yīng)用中的狹縫1和狹縫2的填充。

在一般情況下，其實(shí)現(xiàn)的方式是通過引入一個(gè)或多個(gè)低應(yīng)力夾層到否則將是高應(yīng)力膜的膜中，從而形成所沉積的膜堆疊中的一個(gè)或多個(gè)低應(yīng)力膜部分。通過以這種方式設(shè)計(jì)膜，已經(jīng)觀察到，相對(duì)于膜的殘余應(yīng)力水平在沒有引入夾層的情況下將具有的水平，膜的總的殘余應(yīng)力水平會(huì)顯著降低，即使(在某些情況下)通過夾層形成的膜的一個(gè)或多個(gè)部分代表整個(gè)沉積的膜堆疊的相對(duì)較小的比例也如此。此外，已經(jīng)觀察到，盡管夾層顯著降低了膜的殘余應(yīng)力水平，但是否則將是高應(yīng)力膜的膜的各種其它性能基本上不受夾層存在的影響。

因此，通過引入低應(yīng)力夾層，能理解，可以設(shè)計(jì)具有高應(yīng)力膜的理想性能的低應(yīng)力膜。這在諸如ALD(如上所述)之類的循環(huán)沉積工藝的具體情況下(但也可在例如CVD、PECVD、PVD等其它的沉積工藝的情況下，這樣的工藝可以以循環(huán)方式用于膜沉積(或通常適用于任何循環(huán)的膜沉積工藝))，可在逐層地沉積的重復(fù)循環(huán)過程中通過在一個(gè)或多個(gè)間隔的處理?xiàng)l件的改變來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施方式中，這些“低應(yīng)力夾層”可與其它的層具有基本上相同的化學(xué)組成，但由于在例如等離子體功率等處理?xiàng)l件的變化，因而仍然具有不同的殘余應(yīng)力水平。

為了準(zhǔn)確地理解這里所公開的內(nèi)容的意義和范圍，重要的是首先準(zhǔn)確地了解這里通過術(shù)語：“低應(yīng)力夾層”所要表明的內(nèi)容。在如ALD之類的循環(huán)沉積工藝的背景下，每個(gè)沉積循環(huán)沉積組成和性能基本上相同的薄的材料層。因此，盡管每個(gè)循環(huán)沉積材料“層”，但這些層之間的邊界可能不是能辨別的(因?yàn)檫@些層基本上是相同的(在組成和性能方面))，并且結(jié)果是，整個(gè)沉積的膜堆疊會(huì)顯示為單個(gè)的單片式“層”。因此，通過“層”所表明的內(nèi)容取決于上下文：它可以指單個(gè)沉積循環(huán)中沉積的層；或者，它可以指由順序循環(huán)沉積的具有相同組成的許多層形成的有均勻組成的單片式層。至于術(shù)語“低應(yīng)力夾層”，它也可以同樣取決于上下文，但是，為具體化起見，其被描述為指經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)連續(xù)的沉積循環(huán)形成的沉積膜的一部分，該沉積循環(huán)是在導(dǎo)致膜相對(duì)于所述膜堆疊的主要(高應(yīng)力)部分具有低殘余應(yīng)力水平的處理?xiàng)l件下進(jìn)行的。這通常是在ALD工藝中的若干個(gè)沉積循環(huán)，但它通?？梢允窃贑VD、PECVD、或PVD工藝中的單個(gè)沉積循環(huán)，其中單個(gè)循環(huán)可以沉積較明顯厚度的膜材料。由于這些原因，它通常是較簡單地指總體的應(yīng)力減小的膜，該膜具有一個(gè)或多個(gè)主要部分(其本身將具有高的殘余應(yīng)力)和降低整個(gè)膜的總體應(yīng)力水平的一個(gè)或多個(gè)低應(yīng)力部分。

概念應(yīng)力減小的雙層則是指成對(duì)的低應(yīng)力膜部分與主要膜部分(其本身將具有高的應(yīng)力)。相對(duì)于這樣的雙層，可以參照與它相關(guān)聯(lián)的各種膜性能的膜厚加權(quán)平均值(“TWA”)。例如，對(duì)于具有厚度t_m和應(yīng)力水平s_m的主要部分以及具有厚度t_l和應(yīng)力水平s_l的低應(yīng)力部分的膜雙層(注意，s_l<s_m)，應(yīng)力水平的厚度加權(quán)平均值(“TWA”)通過下述關(guān)系式得出

s_TWA＝(s_m*t_m+s_l*t_l)/(t_m+t_l)。

同樣，任何膜性能(假設(shè)為P)的膜厚度加權(quán)平均值通過下式得出

p_TWA＝(p_m*t_m+p_l*t_l)/(t_m+t_l)，

其中，p_m和p_l分別單獨(dú)地指主要層和低應(yīng)力層的性能P的值。例如，對(duì)于具有兩個(gè)相同厚度層的雙層，該兩層上的一些性能的TWA正好等于該兩層的性能的平均值；并且對(duì)于一層比另一層厚的雙層，在計(jì)算TWA時(shí)，較厚層的性能將獲得較大的權(quán)重。更一般地，可以參考多層結(jié)構(gòu)(即N層)的TWA，

$p_{TWA}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{p}_i*t_i/\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{t}_i$

其中p_i和t_i對(duì)應(yīng)于與第i層相關(guān)聯(lián)的性能和第i層的厚度，并且再次，術(shù)語“層”指的是組成基本上均勻的單片式層，該單片式層可以通過在相同處理?xiàng)l件下執(zhí)行的幾個(gè)連續(xù)沉積循環(huán)形成。

這并不是說，相對(duì)于雙層或其它多層結(jié)構(gòu)測得的實(shí)際的性能的值(稱其為p_tot)必然等于相對(duì)于構(gòu)成多層結(jié)構(gòu)的各個(gè)薄膜部分測得的相同性能的厚度加權(quán)平均值(TWA)。普遍期望這是事實(shí)；令人驚訝的是，對(duì)應(yīng)于一定的雙層構(gòu)造的某些性能，TWA經(jīng)驗(yàn)法則(rule‐of‐thumb)已實(shí)際上發(fā)現(xiàn)不是如此。

就殘余膜應(yīng)力而言，例如：已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，相比于通過膜堆疊的各個(gè)組件的厚度加權(quán)平均(TWA)應(yīng)力水平預(yù)測的，引入低應(yīng)力夾層(到否則將是具有高的殘余應(yīng)力水平的膜的膜中)更顯著地降低了殘余應(yīng)力水平s_tot(測得的)。在一些實(shí)施方式中，s_tot的減小可以是達(dá)到小于通過該TWA預(yù)測的應(yīng)力水平的95％，或在一些實(shí)施方式中到小于該TWA的90％，或到小于該TWA的85％，或甚至到小于該TWA的75％。這可能是真實(shí)的，例如，即使該雙層的主要部分和低應(yīng)力部分具有基本相同的化學(xué)組成，比方說，對(duì)于每一單個(gè)的元素成分，每單位體積10％(摩爾)的差數(shù)(margin)內(nèi)，或者在一些實(shí)施方式中，對(duì)于每一單個(gè)的元素成分，每單位體積5mol％的差數(shù)內(nèi)，或甚至在2％或1％(摩爾)的差數(shù)內(nèi)，具有基本相同的化學(xué)組成，具體取決于實(shí)施方式。更令人驚訝的是，雖然在一些實(shí)施例(見下文)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)所測得的殘余應(yīng)力水平s_tot甚至小于低應(yīng)力夾層(假如它本身沉積)的殘余應(yīng)力水平s_l，(即，s_tot<s_l)。這大概通過低應(yīng)力/高應(yīng)力膜堆疊內(nèi)應(yīng)力的協(xié)同再分配發(fā)生。

因此，例如，如果對(duì)于單個(gè)雙層，數(shù)量s_tot、s_m和s_l分別指的是雙層的殘余應(yīng)力、只是該雙層的主要部分的殘余應(yīng)力(即沒有夾層)、和只是夾層的殘余應(yīng)力(即沒有主要部分)，那么所述應(yīng)力減小的雙層可以是這樣的，s_m是大于約200MPa、約225MPa、約250MPa、約275MPa、或約300MPa的壓縮應(yīng)力；而s_l可以是小于225MPa、200MPa、175MPa、150MPa、或125MPa的壓縮應(yīng)力，但是對(duì)于給定的組合，小于s_m；由此s_tot可小于225MPa、200MPa、175MPa、150MPa、或125MPa的壓縮應(yīng)力‐再次，對(duì)于給定的組合，小于s_m，并且在一些情況下甚至小于s_l(如在前面段落中所描述的)。同樣地，對(duì)于拉伸膜，這些相同的量可以是這樣的，s_m是大于約200MPa、約225MPa、約250MPa、約275MPa、或約300MPa的拉伸應(yīng)力；而s_l可以是小于225MPa、200MPa、175MPa、150MPa、或125MPa的拉伸應(yīng)力，但是對(duì)于給定的組合，小于s_m；由此s_tot可小于225MPa、200MPa、175MPa、150MPa、或125MPa的拉伸應(yīng)力‐再次，對(duì)于給定的組合，小于s_m，并且在一些情況下甚至小于s_l(再次，如在前面段落中所描述的)。

厚度加權(quán)平均值(TWA)概念也可被用來理解和量化高應(yīng)力膜的期望有的膜性能被維持的范圍—在某些情況下，被維持在比所預(yù)料的范圍更大的范圍內(nèi)—盡管低應(yīng)力夾層被用來減小總的整體殘余膜應(yīng)力的事實(shí)。例如，高應(yīng)力膜的兩種所期望有的性能是低漏電流和高擊穿電壓，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將低應(yīng)力夾層部分與高應(yīng)力主要膜部分組合，可以顯著降低整個(gè)膜的總體的殘余應(yīng)力水平，同時(shí)基本上保持其漏電流和擊穿電壓至比將通過在組合膜上的這些性能的TWA預(yù)測的范圍較好的范圍。因此，在一些實(shí)施方式中，可以看出，對(duì)于具有主要(高應(yīng)力)部分和低應(yīng)力夾層部分的雙層的膜，雙層的總的殘余應(yīng)力可以減小到s_tot<90％*s_m，或者甚至到s_tot<80％*s_m，其中，s_m單獨(dú)是主要部分的應(yīng)力水平，而整體的漏電流可以保持在I_tot<90％*I_TWA，或擊穿電壓保持在V_tot>110％*V_TWA或這兩者本身都可以被保持，其中(按照上述定義)

I_TWA＝(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l),

V_TWA＝(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l),

t_m和t_l分別是主要膜部分和低應(yīng)力膜部分的厚度，I_m和I_l分別是主要膜部分和低應(yīng)力膜部分的漏電流，而V_m和V_l分別是主要膜部分和低應(yīng)力膜部分的擊穿電壓。在一些實(shí)施方案中，膜的雙層可以是這樣的，以使I_tot<80％*I_TWA，或擊穿電壓保持在V_tot>120％*V_TWA，或這兩者。下面描述的實(shí)驗(yàn)中涉及顯示這些性能中的一種或多種的膜。

上文參照膜(具有主要部分和低應(yīng)力夾層部分)的單個(gè)雙層描述了用于減小膜應(yīng)力的夾層插入方法；然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)理解，具有多個(gè)夾層的膜堆疊可以由2個(gè)、或3個(gè)、或4個(gè)、或5個(gè)、或更多個(gè)剛剛所描述的雙層構(gòu)成。具有4個(gè)雙層的這種膜的示意圖示于圖2A。該圖中示出了在每個(gè)雙層的低應(yīng)力夾層的厚度t_l比每個(gè)雙層的主要部分的厚度t_m小得多。該圖還示出了在這個(gè)特定的實(shí)施方式中，低應(yīng)力夾層在主要部分之前沉積，在堆疊中的最低的夾層直接沉積在硅襯底上。

沉積這種雙層構(gòu)造的一種方式是使用ALD工藝，其中夾層的沉積通過在整個(gè)ALD工藝的某些階段期間改變處理?xiàng)l件來實(shí)現(xiàn)。再次指出，在通過等離子體激活A(yù)LD工藝形成的介電膜的殘余應(yīng)力主要取決于沉積溫度和在ALD循環(huán)的反應(yīng)性轉(zhuǎn)化步驟期間使用的等離子體的特性—尤其是等離子體RF功率、等離子體暴露時(shí)間、以及(更一般地)在反應(yīng)性轉(zhuǎn)化期間施加到膜上的總的等離子體RF能量。

簡而言之，較高的溫度和/或等離子體能量導(dǎo)致膜具有總體上改善的性能，但以具有較高的殘余應(yīng)力為代價(jià)，而低等離子體功率一般不會(huì)導(dǎo)致高品質(zhì)膜的形成，但它確實(shí)沉積具有低殘余應(yīng)力的膜。再次，這是在表I和圖1A‐1F示出的。因此，如果通過循環(huán)的ALD工藝沉積高應(yīng)力膜—因?yàn)闅堄鄳?yīng)力可以通過溫度和/或等離子體能量進(jìn)行調(diào)整—那么用于引入一個(gè)或多個(gè)低應(yīng)力夾層的方法將減小在整體循環(huán)的ALD工藝的某些選定的循環(huán)的等離子體活化/轉(zhuǎn)化步驟期間采用的等離子體功率。為了形成如圖2A所示的具有4個(gè)應(yīng)力減小的雙層的膜，等離子體功率可以在4組循環(huán)的子序列中變化，其中，每組循環(huán)的子序列導(dǎo)致低應(yīng)力/應(yīng)力減小的夾層的形成。循環(huán)的ALD工藝在下面更詳細(xì)地描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，為了沉積具有一個(gè)或多個(gè)雙層的應(yīng)力減小的膜，其中每個(gè)層是由主要部分和低應(yīng)力夾層部分組成，可以查看由兩種類型的ALD工藝組成的整個(gè)工藝，一種類型用于沉積主要部分，以及一種類型用于沉積夾層部分，它們之間的主要區(qū)別是在ALD反應(yīng)性/轉(zhuǎn)化步驟過程中使用的等離子體能量。

因此，例如，用于形成應(yīng)力減小的介電膜的方法可以包括通過沉積主要部分來沉積介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層，其中在主要部分被沉積時(shí)，每單位膜面積，施加到主要部分的總RF能量可大于約0.1焦耳/cm²，或更特別地大于約0.16焦耳/cm²，或者甚至更特別地大于約0.25焦耳/cm²。同樣，在低應(yīng)力部分被沉積時(shí)，每單位膜面積，施加到低應(yīng)力部分的總RF能量可小于約0.1焦耳/cm²，或更特別地小于約0.05焦耳/cm²；但應(yīng)該理解的是，施加到低應(yīng)力部分的總RF能量小于施加到主要部分的總RF能量。

類似地，在一些實(shí)施方式中，在主要部分的沉積的轉(zhuǎn)化步驟期間施加到主要部分的RF功率電平可以大于約0.5瓦特/cm²，或者大于約0.6瓦特/cm²，或者大于約0.7瓦特/cm²，或者甚至大于約0.8瓦特/cm²；而在低應(yīng)力部分的沉積的轉(zhuǎn)化步驟期間施加到低應(yīng)力部分的RF功率電平可以小于約0.5瓦特/cm²，或者小于約0.4瓦特/cm²，或者小于約0.3瓦特/cm²，或者甚至小于約0.2瓦特/cm²。

可以在兩種不同類型的膜部分的沉積期間施加反應(yīng)活化等離子體持續(xù)不同的時(shí)間量，而不使用不同的RF功率水平以在主要部分和低應(yīng)力部分的沉積期間創(chuàng)建施加到該主要部分和低應(yīng)力部分的等離子體能量的差異。因此，例如，在主要膜部分的沉積過程中，可以施加RF功率持續(xù)超過約0.2秒/循環(huán)，而在低應(yīng)力部分的沉積過程中可以施加RF功率持續(xù)不到約0.1秒/循環(huán)。

還應(yīng)注意，在利用其它的等離子體增強(qiáng)沉積工藝(例如PECVD)沉積的膜中，等離子體功率電平影響膜的質(zhì)量和殘余應(yīng)力水平。因此，等離子體功率的調(diào)整也可以用于引入應(yīng)力減小的夾層到否則將是用這些其它類型的沉積工藝沉積的高應(yīng)力膜的膜中。另外，應(yīng)注意的是，其它的工藝參數(shù)，如溫度、壓力、等離子體組成、反應(yīng)物氣體的組成和濃度等，也可以在循環(huán)的ALD工藝中的某些循環(huán)序列期間潛在地(單獨(dú)或組合)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)低應(yīng)力夾層到沉積的膜堆疊中的插入。原則上這樣的調(diào)節(jié)可以在投配、吹掃、以及等離子體活化/轉(zhuǎn)化步驟中、或者在這些步驟的一些組合中進(jìn)行。

夾層厚度比率對(duì)膜性能的影響

總的膜厚度的由夾層部分所占的比例與總的膜厚度的由主要膜部分所占的比例的比值將對(duì)總的膜的整體的殘余應(yīng)力水平有影響。圖2B針對(duì)圖2A的有4個(gè)雙層(因此有4個(gè)低應(yīng)力夾層部分)的膜構(gòu)造的示例示出了這種影響。特別是，圖2B繪出了殘余壓縮應(yīng)力與厚度比率的關(guān)系曲線圖，其中厚度比率是4個(gè)夾層部分的組合厚度相對(duì)于總的膜厚度的比率。可以看出，對(duì)于低厚度比率，壓縮應(yīng)力水平與夾層比率大致成反比例地下降，并且該比例是顯著的。例如，只有約25％的厚度比率將壓縮應(yīng)力從‐266MPa降低至‐163MPa，而33％的厚度比率使壓縮應(yīng)力減小得更多，達(dá)約50％。事實(shí)證明，后者相當(dāng)于如果低應(yīng)力夾層本身已沉積(即，100％的厚度比率，如在圖2B中的右邊最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)所示出的)則低應(yīng)力夾層會(huì)表現(xiàn)出的應(yīng)力水平。此外，可以看出，對(duì)于約73％的厚度比率獲得的應(yīng)力中性的膜，這是明顯的，因?yàn)?再次，如右邊最遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)所示出的)甚至低應(yīng)力夾層本身不是應(yīng)力中性的，也不接近應(yīng)力中性。因此，這種膜應(yīng)力減小的夾層技術(shù)使得能沉積具有總應(yīng)力水平s_tot<s_l的膜，其中s_l是低應(yīng)力夾層本身的應(yīng)力水平。因此，應(yīng)當(dāng)注意的是，在這個(gè)特殊的示例中，可以做得比TWA所建議的好得多(在減小應(yīng)力方面)。因而，可能的厚度比率(其因此可以導(dǎo)致應(yīng)力減小的膜)可以包括，但不限于，5％，10％，25％，33％，50％和75％，包括落入通過任何一對(duì)上述的厚度比率定義的厚度比率范圍內(nèi)的厚度比率。還應(yīng)注意，在這個(gè)特殊的示例中，高應(yīng)力膜部分在ALD轉(zhuǎn)化步驟期間以2500W的等離子體功率電平沉積(再次，對(duì)應(yīng)于4站式晶片處理裝置)—其在沒有夾層的情況下顯示‐266MPa(曲線圖的最左邊)的應(yīng)力水平—并且低應(yīng)力夾層部分在ALD轉(zhuǎn)化步驟期間以500W的等離子體功率電平沉積(再次，對(duì)應(yīng)于4個(gè)站)—其本身(曲線圖的最右邊)顯示‐139MPa的應(yīng)力水平。在整個(gè)過程保持400℃的工藝溫度。

當(dāng)圖2B提供了低應(yīng)力夾層的存在如何導(dǎo)致整體膜應(yīng)力減小的具體示意圖時(shí)，圖2C‐2G示出了這種應(yīng)力的減小對(duì)于相當(dāng)廣泛的夾層的厚度比率基本上不會(huì)影響在沒有夾層的高應(yīng)力膜(即，對(duì)應(yīng)于圖2B‐2F中的0.0的厚度比率的數(shù)據(jù))中呈現(xiàn)的所希望的性能。例如，圖2C和2D再次針對(duì)圖2A的4個(gè)雙層膜，分別描繪了作為厚度比率的函數(shù)的擊穿電壓和漏電流。在圖2B和2C中的每一個(gè)中，這些結(jié)果重疊在來自圖2B的壓縮應(yīng)力曲線上。在這些圖中可以看出，雖然壓縮應(yīng)力隨厚度比率的增大而減小，但擊穿電壓和漏電流保持非常穩(wěn)定，直到約75％的厚度比率，在約75％的厚度比率這些性能終于開始惡化。因此，在75％以下發(fā)現(xiàn)，通過低應(yīng)力夾層的存在可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的改善，這些電性能幾乎沒有任何退化。

同樣，圖2E(i)至(v)顯示針對(duì)0％、11％、33％、73％和100％的特定厚度比率的電容‐電壓(C‐V)曲線圖。再次，附圖顯示，盡管由于4個(gè)夾層的存在而導(dǎo)致應(yīng)力減小，但膜的電性能基本上被維持。它僅在100％的厚度比率，觀察到C‐V滯后的不希望有的增加。

最后，圖2F和2G顯示了利用不同的夾層厚度比率沉積的這些膜的電性能的附加圖。單個(gè)曲線圖跡線由用于沉積夾層膜部分與主要膜部分的ALD循環(huán)數(shù)標(biāo)記。圖2F是顯示作為各電流‐電壓(IV)跡線的水平部分(參見圖的中心)的各沉積的膜的漏電流電平和作為每個(gè)跡線的垂直部分(朝向曲線圖的左邊)的其擊穿電壓電平的電流‐電壓曲線圖。再次，數(shù)據(jù)表明，該膜的電性能直至夾層實(shí)際上構(gòu)成了整個(gè)膜(即與使用500個(gè)夾層沉積循環(huán)和0個(gè)主要膜部分沉積循環(huán)沉積的膜所對(duì)應(yīng)的跡線)才會(huì)受到存在的夾層的嚴(yán)重影響。I‐V曲線圖跡線確實(shí)顯示擊穿電壓對(duì)500/0跡線下面的夾層膜比率的某種依賴性，但該依賴性是相當(dāng)小的。圖2G示出了對(duì)應(yīng)于相同的膜的電容‐電壓(C‐V)跡線，并且再次看出，直到膜完全由夾層型膜層(即，500/0曲線圖跡線)組成，才實(shí)際上有不希望有的滯后存在。再次，結(jié)論是，可以相當(dāng)明顯的比率引入低應(yīng)力夾層，以顯著減少殘余應(yīng)力水平，而不會(huì)對(duì)膜的電氣性能造成顯著的不利影響。

低應(yīng)力夾層的安置和數(shù)量的影響

引入到沉積的膜內(nèi)的低應(yīng)力夾層的數(shù)目以及低應(yīng)力夾層在膜中的安置(引入的順序)也會(huì)對(duì)沉積的膜的殘余應(yīng)力水平有影響。例如，圖3A‐3F顯示各種沉積的膜結(jié)構(gòu)，圖3A示意性地表示基準(zhǔn)的單片型高應(yīng)力膜結(jié)構(gòu)(即，沒有任何低應(yīng)力夾層)，以及圖3B‐3F示意性表示不同的多層膜堆疊結(jié)構(gòu)，每個(gè)具有根據(jù)各種沉積序列沉積在高應(yīng)力膜的多個(gè)層中的一個(gè)或多個(gè)低應(yīng)力夾層。特別是，圖3B顯示具有4個(gè)應(yīng)力減小的雙層的膜堆疊結(jié)構(gòu)，每個(gè)雙層由主要(高應(yīng)力)膜部分和低應(yīng)力夾層膜部分組成。在本實(shí)施方式中，對(duì)于每個(gè)應(yīng)力減小的雙層，其低應(yīng)力部分在主要部分前(下)沉積。圖3C顯示了4個(gè)應(yīng)力減小的雙層的類似結(jié)構(gòu)，但在本實(shí)施方式中，對(duì)于每個(gè)應(yīng)力減小的雙層，其低應(yīng)力部分在主要部分后(上)沉積。圖3D顯示略微不同的構(gòu)造，這可以被描述為具有2個(gè)雙層—在每個(gè)雙層中夾層部分在主要部分之后沉積(如在圖3C所示)—但是用另一高應(yīng)力(主要)膜層封蓋。或者，圖3D可以被視為具有2個(gè)雙層—在每個(gè)雙層中夾層部分在主要部分之前沉積(如在圖3B所示)—但是在先前沉積的高應(yīng)力(主要)部分之后(之上)沉積。圖3E顯示在構(gòu)造上類似于圖3D的堆疊結(jié)構(gòu)，但顯示出具有每個(gè)雙倍于圖3D所示的厚度的夾層部分。因此，在圖3E中的膜與圖3B和3C中的膜具有相同的厚度比率，但低應(yīng)力夾層厚度組合成僅2個(gè)雙層，而不是4個(gè)雙層。圖3F所示的膜構(gòu)造使其更進(jìn)一步，即將所有的都組合成單個(gè)的雙層但與圖3B、3C和3E具有相同的厚度比率。本文所公開的應(yīng)力減小的膜形成方法可被用于沉積包含這些堆疊結(jié)構(gòu)中的任何結(jié)構(gòu)的膜。

這是有用的，因?yàn)樵谀承┣闆r下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有相同的厚度比率但是具有不同的堆疊構(gòu)造的膜可以表現(xiàn)出膜性能方面的差異。例如，圖4A顯示了低/高應(yīng)力膜排序?qū)舸╇妷旱挠绊懀欢趫D4B中，顯示了低/高應(yīng)力膜排序?qū)﹄娙莸挠绊?。所示的結(jié)果對(duì)應(yīng)于具有在圖中所示的兩個(gè)堆疊構(gòu)造中的一個(gè)的不同的4個(gè)雙層的膜—或者圖3B中所示的構(gòu)造(夾層在底部)或者圖3C中所示的構(gòu)造(夾層在頂部)—并且對(duì)于兩個(gè)堆疊構(gòu)造中的每一個(gè)，膜在ALD轉(zhuǎn)化步驟期間對(duì)于其主要部分使用2500W的等離子體功率沉積，而另一個(gè)使用3500W的等離子體功率沉積。在圖4A和圖4B中繪圖的原始數(shù)據(jù)羅列在表II中。

表II

在圖中(和表)中的數(shù)據(jù)顯示，兩個(gè)堆疊構(gòu)造(實(shí)質(zhì)上，反轉(zhuǎn)了低/高應(yīng)力膜的沉積的順序)對(duì)壓力、非均勻性、沉積速率以及漏電流僅具有很小的影響(圖4B)。然而可以看出，對(duì)于具有帶有在夾層之前沉積的主要(高應(yīng)力)膜部分的堆疊構(gòu)造(如圖3C所示)的膜，擊穿電壓顯著改善(圖4A)。因此，在一些實(shí)施方式中，當(dāng)形成一個(gè)或多個(gè)或所有的應(yīng)力減小的雙層時(shí)，在低應(yīng)力夾層部分之前沉積每個(gè)雙層的主要(高應(yīng)力)部分，這可能是有利的。(但是，仍可能存在其它實(shí)施方式，其中在夾層之后沉積主要部分是更有利的。)

同樣，在圖4C所示的數(shù)據(jù)研究改變雙層的數(shù)量對(duì)擊穿電壓的影響—具體地，使用4個(gè)雙層膜(具有圖3B所示的堆疊結(jié)構(gòu))與1個(gè)雙層膜(具有圖3F所示的堆疊結(jié)構(gòu))進(jìn)行。1個(gè)雙層與4個(gè)雙層比較針對(duì)兩種厚度比率(0.11和0.33)進(jìn)行。針對(duì)相同的膜，圖4D顯示了對(duì)電容(相對(duì)于電壓)的影響。這些實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)列于表III中。

表III

對(duì)于這些實(shí)驗(yàn)，可以看出，在每種厚度比率(0.11和0.33)下，殘余膜應(yīng)力、擊穿電壓、漏電流、和電容在1個(gè)雙層和4個(gè)雙層的結(jié)構(gòu)之間是相當(dāng)?shù)?。然而，表III顯示，在兩種厚度比率下，4個(gè)雙層的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出顯著改善的非均勻性(non‐uniformity)。因而，盡管事實(shí)上，單個(gè)低應(yīng)力夾層可以顯著降低膜應(yīng)力，但在一些實(shí)施方式中，優(yōu)選沉積多個(gè)雙層結(jié)構(gòu)，例如，具有2個(gè)、或3個(gè)、或4個(gè)、或5個(gè)、或6個(gè)、或7個(gè)、或8個(gè)、或更多個(gè)雙層。最后，應(yīng)該注意的是，對(duì)于單個(gè)雙層膜，在圖4E和4F中所示的C‐V曲線(分別針對(duì)厚度比率0.11和0.33)表現(xiàn)出很少或沒有滯后。

夾層應(yīng)力水平對(duì)總體的膜應(yīng)力的影響

圖5A‐5E研究在用于沉積夾層的ALD循環(huán)的ALD轉(zhuǎn)化步驟期間使用增大的等離子體功率的影響。該實(shí)驗(yàn)包括具有4個(gè)應(yīng)力減小的雙層的膜堆疊結(jié)構(gòu)，每個(gè)雙層由主要(高應(yīng)力)膜部分(于在4個(gè)站之間分配的2500W等離子體功率下經(jīng)由500個(gè)ALD循環(huán)沉積)和低應(yīng)力夾層膜部分(在不同的等離子體電源功率下經(jīng)由50個(gè)ALD沉積循環(huán)沉積)。在每一個(gè)圖中，可以看出，在低應(yīng)力夾層膜部分的沉積中使用增大的等離子體功率，從500W增大至750W，并且從750W至1000W(再次，對(duì)應(yīng)于在4站式處理室中處理4個(gè)晶片)具有對(duì)膜性能的最小影響。如在附圖和在下面的表Ⅳ中所示，這些性能包括壓縮應(yīng)力、擊穿電壓、漏電流、電容(相對(duì)于電壓)、沉積速率(厚度)和非均勻性。需要注意的是，對(duì)于擊穿電壓曲線圖(圖5B)，垂直軸(電壓)的范圍從僅僅‐12.1至‐11.7MV/cm。

表IV

詳述通過原子層沉積(ALD)進(jìn)行的膜沉積

通常采用ALD技術(shù)以形成材料膜的半導(dǎo)體制造步驟使用多個(gè)順序的ALD循環(huán)。單個(gè)循環(huán)的ALD只沉積材料薄膜(常常只有一個(gè)分子層厚)。為了制造可觀的所需厚度的膜，可執(zhí)行多個(gè)ALD循環(huán)。因此存在順序地重復(fù)的概念“ALD循環(huán)”。

簡言之，用于在襯底上形成介電膜的單個(gè)層的基本的“ALD循環(huán)”可包括下列步驟：(i)膜前體投配/吸附，(ii)投配后去除未吸附的前體，(iii)吸附前體的等離子體活化反應(yīng)/轉(zhuǎn)化，和任選的(iv)反應(yīng)后去除解吸前體和/或反應(yīng)副產(chǎn)物。操作(i)‐(iii)—和在某些實(shí)施方式中的(iv)—因此構(gòu)成ALD的單個(gè)循環(huán)，單個(gè)循環(huán)然后可重復(fù)一次或多次以沉積額外的膜層在襯底上，并由此建立如所期望的可觀厚度的膜。

更進(jìn)一步來說，用于介電膜沉積的這樣的基本ALD工藝序列示意性地由圖6的流程圖示出。如該圖所示，單個(gè)ALD循環(huán)可開始于操作611，在操作611，使介電膜前體吸附到處理室中的半導(dǎo)體襯底上使得膜前體在襯底上形成吸附受限層。針對(duì)基于Si的介電膜(SiO_x、SiN_x等)的沉積，膜前體通常含有Si，并且因此充當(dāng)用于生長介電膜的Si源。吸收/投配操作之后是操作612，在操作612，在從圍繞被吸附的膜前體的體積去除至少一些未被吸附的膜前體。此后，在操作613，通過將被吸附的膜前體暴露于包括含有例如氧(O)或氮(N)(其可氧化吸附的介電前體)的離子和/或自由基的等離子體使被吸附的膜前體反應(yīng)。這然后導(dǎo)致在襯底上形成介電膜層。最后，在一些實(shí)施方式中(由圖6中虛線繪制的框所指示)，并根據(jù)形成膜的反應(yīng)的化學(xué)過程，操作613之后可以是操作614以從圍繞所形成的介電膜層的體積去除至少一些剩余的離子、自由基、解吸后的膜前體、和/或反應(yīng)副產(chǎn)物。注意，在上述關(guān)于使用一個(gè)或多個(gè)低應(yīng)力夾層以形成應(yīng)力減小的介電膜的示例中，低應(yīng)力夾層通過圖6的改變?cè)贏LD反應(yīng)/轉(zhuǎn)化步驟613中的等離子體功率形成。

操作的前述的序列611至614代表導(dǎo)致單層介電膜的形成的單個(gè)ALD循環(huán)。然而，經(jīng)由ALD形成的單層膜通常非常薄—往往只有單個(gè)分子的厚度—按順序重復(fù)多個(gè)ALD循環(huán)，以形成明顯厚度的介電膜。因此，再次參照?qǐng)D6，如果沉積了例如N層的膜(或，等價(jià)地，例如可以說膜的N層)是合乎希望的，那么按順序重復(fù)多個(gè)ALD循環(huán)(操作611至614)，并且在每個(gè)ALD循環(huán)以操作614結(jié)束，在操作620中，確定是否已經(jīng)執(zhí)行ALD的N個(gè)循環(huán)。然后，如果已經(jīng)執(zhí)行N個(gè)循環(huán)，則成膜操作結(jié)束，而如果沒有執(zhí)行N個(gè)循環(huán)，則處理序列返回到操作611，以開始ALD的另一個(gè)循環(huán)。這樣做，可沉積所需厚度的保形膜。

在剛剛描述的ALD循環(huán)的步驟(i)期間(即膜前體投配/吸附期間)，可以使含硅膜前體流入反應(yīng)室中，流入速率為介于約1sL/m(每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升)和5sL/m之間，或更特別地介于約3sL/m和5sL/m之間，或還更特別地介于約4sL/m和5sL/m之間，或約4.5sL/m。這些值對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)成處理300mm直徑的晶片的4站式反應(yīng)室。針對(duì)具有較多或較少數(shù)量的站的反應(yīng)室，或針對(duì)較大或較小直徑的晶片，將按比例調(diào)整流率。當(dāng)然，即使針對(duì)固定的站數(shù)目和晶片大小，反應(yīng)室的體積也影響流率的選擇。因此，根據(jù)實(shí)施方式，含硅膜前體可以流入到反應(yīng)室，使得所述前體在室中的分壓為介于約1托和50托之間，或更具體地介于約10托和20托之間，或在一些實(shí)施方式中，介于約8托和12托之間，或約10托。流的持續(xù)時(shí)間可以為介于約1秒和15秒之間，或更特別地介于約1秒和5秒之間，或還更特別地介于約2秒和3秒之間，或約2.5秒。

根據(jù)不同的實(shí)施方式，在步驟(i)期間吸附在襯底上的膜前體除了含有硅還可以包括一種或多種鹵素，或者兩種或更多種鹵素(參見下面的鹵代硅烷的描述)。后者的實(shí)例包括二氯硅烷、六氯二硅烷(hexachlorodisilane)、四氯硅烷。在一些實(shí)施方式中，在步驟(i)期間吸附的含硅膜前體可以從氨基硅烷中選擇。

在剛剛描述的ALD循環(huán)的步驟(ii)(即在投配后除去未吸附的前體)期間，吹掃可以使用流入反應(yīng)室的惰性吹掃氣體(如N₂或Ar)，流入速率介于約10sL/m和40sL/m之間，持續(xù)介于1秒和10秒之間，或更具體地持續(xù)介于約1秒和3秒之間，或持續(xù)約2秒。再次，這些值對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)成處理300mm直徑的晶片的4站式反應(yīng)室。針對(duì)具有較多或較少數(shù)量的站的反應(yīng)室，或針對(duì)較大或較小直徑的晶片，將再按比例調(diào)整流率。在一些實(shí)施方式中，這種吹掃之后可接著抽排至基壓(PTB)，即，將室抽空到基本壓強(qiáng)，通常低至合理可行以實(shí)現(xiàn)的壓強(qiáng)。PTB可通過直接將反應(yīng)室暴露于一個(gè)或多個(gè)真空泵來完成。在一些實(shí)施方式中，基本壓強(qiáng)通常可以只有幾毫托(例如，介于約1至20毫托之間)。

在剛剛描述的ALD循環(huán)的步驟(iii)(即被吸附的前體的等離子體活化反應(yīng)/轉(zhuǎn)化)期間，產(chǎn)生包含例如含N和/或含O離子和/或基團(tuán)的等離子體，被吸附的介電膜前體被暴露于該等離子體，導(dǎo)致形成介電膜層的表面反應(yīng)。等離子體通過施加RF電磁(EM)輻射至等離子體前體來形成，等離子體前體可以是氨(NH₃)、氮分子氣體(N₂)、如叔丁基胺之類胺、氧氣(O₂)、NO、N₂O等、或前述物質(zhì)的組合。

然而，在一些實(shí)施方式中，在產(chǎn)生所述等離子體之前，建立等離子體前體(例如，NH₃、O₂、等等)的預(yù)流持續(xù)介于約0.5秒和10秒之間，或更特別地持續(xù)介于約4秒和8秒之間，或持續(xù)約6秒。流率可以是介于約1sL/m和10sL/m之間，或更特別地介于約4sL/m和6sL/m之間，或約3sL/m，然而，再次，這些值對(duì)應(yīng)于具有4個(gè)用于處理300mm直徑的晶片的站的室，因此，根據(jù)不同的實(shí)施方式，等離子體前體可以以建立介于約1.5托和6托之間，或更特別地介于約1.5托和3托之間，或約2托的等離子體前體的分壓的方式流動(dòng)到反應(yīng)室中。

仍參照步驟(iii)，在預(yù)流之后，RF功率被接通以產(chǎn)生所述等離子體。在等離子體產(chǎn)生的過程中等離子體前體的可變流和分壓可以與剛剛描述用于預(yù)流的那些可變流和分壓相同。用于產(chǎn)生等離子體的RF功率可介于約100瓦和6000瓦之間，或更特別地介于約400瓦和5100瓦之間，或還更特別地介于約900瓦和4100瓦之間，或還更特別地介于約2500瓦和3500瓦之間，或約3000瓦，頻率為13.56MHz(但也可以使用13.56MHz的正整數(shù)倍數(shù)，如27.12MHz、40.68MHz或54.24MHz，等等，具體取決于實(shí)施方式，也可以如在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述的采用某些頻率調(diào)諧(約13.56MHz或約13.56MHz的倍數(shù)))。RF功率可以保持接通持續(xù)介于約0.1秒至6秒之間，導(dǎo)致被吸附的介電膜前體暴露于等離子體的離子和/或自由基的相應(yīng)的暴露時(shí)間為介于約0.1秒和6秒之間，從而導(dǎo)致介電膜形成的表面反應(yīng)。更具體地，RF功率可以接通(和被吸收膜前體暴露于等離子體)，持續(xù)時(shí)間為介于約0.5秒和3秒之間，或者持續(xù)介于約0.5秒和2秒之間，或介于約1秒和2秒之間。再次，應(yīng)當(dāng)理解，這些等離子體功率對(duì)應(yīng)于具有4個(gè)用于處理300mm直徑的晶片的處理站的室。因此，用于步驟(iii)的適當(dāng)?shù)牡入x子體功率密度可為介于約0.035W/cm²和2.2W/cm²(因?yàn)椋?.035≈100/(4*π*15²)和2.2≈6000/(4*π*15²))之間，并且針對(duì)如上所述的其它等離子體功率值和范圍也類似。

在一些實(shí)施方式中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)等離子體暴露時(shí)間和等離子體功率之間的權(quán)衡，即短暴露時(shí)間可以與高的等離子體功率很好地一起工作，長暴露時(shí)間可以與低的等離子體功率很好地一起工作，中等暴露時(shí)間可以與中等的等離子體功率很好地一起工作。

針對(duì)剛剛描述的ALD循環(huán)的任選步驟(iv)(反應(yīng)后去除解吸的前體和/或反應(yīng)的副產(chǎn)物)，去除可以通過用惰性吹掃氣體(如Ar或N₂)吹掃該室來實(shí)現(xiàn)，流率為介于約10sL/m和40sL/m之間，持續(xù)時(shí)間為介于1秒和10秒之間，或者更具體地為介于約1秒和3秒之間，或約2秒。再次，這些流率對(duì)應(yīng)于具有4個(gè)用于處理300mm直徑的晶片的站的室，并且因此針對(duì)處理較多或較少數(shù)量的具有較大或較小直徑的晶片的較大或較小的室，將按比例進(jìn)行調(diào)整。在壓強(qiáng)方面，在吹掃期間在室中的壓強(qiáng)可以是介于約2托至10托之間，或更特別地為介于約4托和8托之間，或約6托。至于去除步驟(ii)，在一些實(shí)施方式中，也可在步驟(iv)期間采用PTB以促進(jìn)去除。

因此，在操作(ii)和(iv)中的去除可以經(jīng)由吹掃、通過抽真空到基本壓強(qiáng)(“抽排至基壓”)等將圍繞襯底的體積抽空等來完成。在一些實(shí)施方式中，這些吹掃可以在邏輯上劃分成在本文中稱之為“初級(jí)吹掃”或“脈沖(burst)吹掃”，以及“次級(jí)吹掃”的吹掃。(于2014年7月30日提交的名稱為“METHODS AND APPARATUSES FOR SHOWERHEAD BACKSIDE PARASITIC PLASMA SUPPRESSION IN A SECONDARY PURGE ENABLED ALD SYSTEM”的美國專利申請(qǐng)No.14/447,203中詳細(xì)描述了初級(jí)吹掃/脈沖吹掃以及次級(jí)吹掃的使用，該專利申請(qǐng)其全部內(nèi)容通過引用基于所有目的并入本文。)

關(guān)于ALD技術(shù)和操作的其它細(xì)節(jié)

如上文所討論的，隨著器件尺寸繼續(xù)縮小以及集成電路發(fā)展到使用3‐D晶體管和其它3‐D結(jié)構(gòu)，沉積精確數(shù)量(厚度)的保形膜(諸如例如SiOx、SiNx、SiOxNy、SiCxNy、SiCx、TiOx(x和y為不同的值和組合)或其它電介質(zhì)的介電膜)的能力已變得日益重要。如上所述，原子層沉積(ALD)是一種用于實(shí)現(xiàn)保形膜沉積以得到所需厚度的膜的技術(shù)，該保形膜沉積通常涉及多個(gè)沉積循環(huán)。

相比于使用被激活的氣相反應(yīng)來沉積膜的化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝，ALD工藝使用表面介導(dǎo)的沉積反應(yīng)來逐層地沉積膜。例如，在一類ALD工藝中，第一膜前體(P1)以氣相引入到處理室中、被暴露于襯底、并且能被吸附在襯底的表面上(通常在成群的表面活性位點(diǎn)處)。一些P1分子可以形成襯底表面上的凝聚相，其包括P1的化學(xué)吸附物質(zhì)和物理吸附分子。然后，將襯底表面周圍的體積抽空以去除氣相和物理吸附的P1，使得只有化學(xué)吸附物質(zhì)被保留。隨后第二膜前體(P2)可被引入到處理室中，使得一些P2分子吸附到襯底表面?？稍賹⒃谔幚硎抑幸r底周圍的體積抽空，這一次是去除未結(jié)合的P2。接著，提供到襯底的能量(例如，熱能或等離子體能量)激活所吸附的P1和P2分子之間的表面反應(yīng)，以形成膜層。最后，再次將襯底周圍的體積抽空以去除未反應(yīng)的P1和/或P2和/或反應(yīng)副產(chǎn)物(如果存在的話)，從而結(jié)束ALD的單個(gè)循環(huán)。

用于沉積保形膜的ALD技術(shù)會(huì)涉及多種化學(xué)物質(zhì)，并且存在可以根據(jù)所期望的反應(yīng)化學(xué)過程以及所沉積的膜的特性和性能采用的基本ALD工藝序列的許多潛在變化方案。許多這樣的變化方案在以下專利文獻(xiàn)中進(jìn)行了詳細(xì)的描述：于2011年4月11日提交的、名稱為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/084,399(律師案卷號(hào)NOVLP405)；于2011年9月23日提交的、名稱為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/242,084，現(xiàn)在的美國專利No.8,637,411(律師案卷號(hào)NOVLP427)；于2011年9月1日提交的、名稱為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/224,240(律師案卷號(hào)NOVLP428)；以及于2012年9月7日提交的、名稱為“CONFORMAL DOPING VIA PLASMA ACTIVATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/607,386(律師案卷號(hào)NOVLP488)，基于所有的目的將這些專利文獻(xiàn)中的每一個(gè)的全部內(nèi)容通過引用并入本發(fā)明。

如在先前的那些申請(qǐng)中所描述的，用于在襯底上沉積單個(gè)材料層的基本的ALD循環(huán)可以包括：(i)吸附膜前體到襯底上使得膜前體形成吸附受限層；(ii)從所吸附的前體周圍的體積去除未被吸附的前體；(iii)使所吸附的前體反應(yīng)以在襯底上形成膜層；以及(iv)將解吸的膜前體和/或反應(yīng)副產(chǎn)物從在襯底上形成的膜層周圍的體積去除。在操作(ii)和(iv)中的去除可以通過將襯底周圍的體積吹掃、抽空、抽排到基準(zhǔn)壓強(qiáng)(“抽排至基壓”)等來執(zhí)行。應(yīng)注意的是，這種操作(i)到(iv)的基本的ALD序列不必然涉及如在上述的例子中所述的兩種化學(xué)吸附的反應(yīng)性物質(zhì)P1和P2，甚至也不會(huì)必然涉及第二反應(yīng)性物質(zhì)，但可以使用這些可能性/選項(xiàng)，具體取決于所涉及的所需的沉積化學(xué)物。正如所指出的，許多變化方案是可能的。例如并如上所指出的，對(duì)于含硅介電膜的沉積，含硅前體通常被化學(xué)吸附(比如P1)，與該含硅前體反應(yīng)以形成介電膜的物質(zhì)可以是形成用于引起步驟(iii)中的反應(yīng)的等離子體的含N或含O物質(zhì)。因此，在一些實(shí)施方式中，包含含N或含O離子和/或自由基的等離子體用于提供在沉積的介電膜中的N或O原子以及用于提供能量以活化表面反應(yīng)。在其它實(shí)施方式中，可以預(yù)見，含硅前體可以是第一化學(xué)吸附的物質(zhì)(P1)，含N或O物質(zhì)可以是第二化學(xué)吸附的物質(zhì)(P2)，然后施加到這樣的ALD循環(huán)的步驟(iii)中的兩種化學(xué)吸附的物質(zhì)的等離子體可以用于提供活化能，但并不一定提供沉積的SiN膜的N或O原子。在一些實(shí)施方式中，存在去除任何殘留的等離子體物質(zhì)、解吸的反應(yīng)物、和/或反應(yīng)物副產(chǎn)物等的額外步驟(iv)。

然而，由于ALD的吸附受限性質(zhì)，所以ALD的單個(gè)循環(huán)僅沉積薄的材料膜，并且常常只有單個(gè)的材料膜單層。例如，根據(jù)膜前體投配操作的暴露時(shí)間和膜前體(至襯底表面)的粘著系數(shù)，每個(gè)ALD循環(huán)可沉積僅約厚的膜層。因此，在典型的ALD循環(huán)中的操作的序列(剛才所描述的操作(i)到(iv))通常被重復(fù)多次，以便形成所需厚度的保形膜。因此，在一些實(shí)施方式中，操作(i)到(iv)連續(xù)地接連被重復(fù)至少1次，或至少2次，或至少3次，或至少5次，或至少7次，或至少10次。ALD膜可以按以下速率來沉積：約和或介于和之間/ALD循環(huán)，或者約和或介于和之間/ALD循環(huán)，或者約和或介于和之間/ALD循環(huán)，或者約和或介于和之間/ALD循環(huán)，或者約和或介于和之間/ALD循環(huán)，或者約和或介于和之間/ALD循環(huán)，或者約和或介于和之間/ALD循環(huán)，或者約和或介于和之間/ALD循環(huán)。

在某些成膜化學(xué)物中，除了使用被稱為“膜前體”的物質(zhì)外，也可使用輔助反應(yīng)物或共反應(yīng)物。在某些這樣的實(shí)施方式中，在重復(fù)步驟(i)到(iv)時(shí)，在步驟(i)到(iv)的子步驟期間或者在步驟(i)到(iv)中的每個(gè)步驟的整個(gè)過程中，可以使輔助反應(yīng)物或共反應(yīng)物連續(xù)地流動(dòng)。在一些實(shí)施方式中，這種其它的反應(yīng)性化學(xué)物質(zhì)(輔助反應(yīng)物、共反應(yīng)物等)可以在與膜前體反應(yīng)之前與該膜前體一起被吸附到襯底的表面上(如在上文描述的涉及前體P1和P2的實(shí)施例中)，然而，在其它實(shí)施方式中，這種其它的活性化學(xué)物質(zhì)可在與所吸附的膜前體接觸時(shí)而本身沒有事先吸附到襯底表面上的情況下與所吸附的膜前體發(fā)生反應(yīng)。此外，在一些實(shí)施方式中，使所吸附的膜前體反應(yīng)的操作(iii)會(huì)涉及使所吸附的膜前體與等離子體接觸，等離子體除了提供活化能，還可提供輔助反應(yīng)物/共反應(yīng)物，具體取決于實(shí)施方式。例如，在上面描述的涉及通過ALD形成介電膜的過程中，輔助反應(yīng)物/共反應(yīng)物可以被認(rèn)為是用于在步驟(iii)中形成等離子體的含N或含O物質(zhì)。

在一些實(shí)施方式中，所沉積的多層膜可以包括通過例如下述方式形成的交替的組分的區(qū)域/部分：保形地按順序沉積具有一種組分的多個(gè)層，接著保形地按順序沉積具有另一種組分的多個(gè)層，然后可以重復(fù)和交替這兩個(gè)順序。所沉積的ALD膜的這些方面中的一些例如描述在2012年9月7日提交的、名稱為“CONFORMAL DOPING VIA PLASMA ACTIVATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/607,386(律師檔案號(hào)No.NOVLP488)中，該專利申請(qǐng)其全部內(nèi)容基于所有目的通過引用并入本文。具有交替組分的部分的保形膜(包括用于對(duì)下伏的目標(biāo)IC結(jié)構(gòu)或襯底區(qū)域進(jìn)行摻雜的膜)的另外的實(shí)例以及形成這些膜的方法詳細(xì)描述于下述文獻(xiàn)中：于2011年4月11日提交的、名稱為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/084,399(律師檔案號(hào)NOVLP405)；于2011年9月23日提交的、名稱為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/242,084,現(xiàn)在的美國專利No.8,637,411(律師檔案號(hào)NOVLP427)；于2011年9月1日提交的、名稱為“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/224,240(律師檔案號(hào)NOVLP428)；于2012年9月7日提交的、名稱為“CONFORMAL DOPING VIA PLASMA ACTIVATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美國專利申請(qǐng)No.13/607,386(律師檔案號(hào)NOVLP488)；以及于2014年2月28日提交的、名稱為“CAPPED ALD FILMS FOR DOPING FIN‐SHAPED CHANNEL REGIONS OF 3‐D IC TRANSISTORS”的美國專利申請(qǐng)No.14/194,549；這些專利文獻(xiàn)中的每一個(gè)其全部內(nèi)容基于所有目的通過引用并入本文。

如在上面參考的說明中具體描述的，ALD工藝可以用于沉積保形氧化硅(SiOx)膜、碳化硅(SiC)膜、氮化硅(SiN)膜、硅碳氮化物(SiCN)膜、或它們的組合物。在某些ALD形成的膜的變體中也可以形成硅‐碳‐氧化物和硅‐碳‐氧氮化物以及硅‐碳‐氮化物。用于沉積這些類型的膜的方法、技術(shù)和操作在下述專利文獻(xiàn)中進(jìn)行了詳細(xì)描述：于2012年6月12日提交的、名稱為“REMOTE PLASMA BASED DEPOSITION OF SiOC CLASS OF FILMS”的美國專利申請(qǐng)No.13/494,836,律師檔案號(hào)NOVLP466/NVLS003722；于2013年5月31日提交的、名稱為“METHOD TO OBTAIN SiC CLASS OF FILMS OF DESIRED COMPOSITION AND FILM PROPERTIES”的美國專利申請(qǐng)No.13/907,699，律師檔案號(hào)LAMRP046/3149；名稱為“GROUND STATE HYDROGEN RADICAL SOURCES FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF SILICON‐CARBON‐CONTAINING FILMS”的美國專利申請(qǐng)No.14/062,648；以及于2014年2月28日提交的、名稱為“CAPPED ALD FILMS FOR DOPING FIN‐SHAPED CHANNEL REGIONS OF 3‐D IC TRANSISTORS”的美國專利申請(qǐng)No.14/194,549；這些專利文獻(xiàn)中的每一個(gè)其全部內(nèi)容基于所有目的通過引用并入本文。

可重復(fù)多個(gè)ALD循環(huán)以建立堆疊的保形層。在一些實(shí)施方式中，每一層可具有基本上相同的組分，而在其它實(shí)施方式中，按順序ALD沉積的層可以具有不同的組分，或在某些這樣的實(shí)施方式中，組分可一層一層地交替變換或可以存在重復(fù)序列的具有不同組分的層，如上所述。因此，根據(jù)實(shí)施方式的不同，可以使用諸如上文所列出且通過引用并入的專利申請(qǐng)(美國專利申請(qǐng)No.13/084,399、13/242,084以及13/224,240)中公開的某些堆疊設(shè)計(jì)構(gòu)思來調(diào)整這些膜中的硼、磷或砷的濃度。

成膜ALD化學(xué)

介電膜的沉積可利用可從各種化合物中選擇的一種或多種含硅膜前體。合適的前體可包括被選擇并被供應(yīng)來提供所需的組分的性能(在某些情況下，物理或電學(xué)性能)的有機(jī)硅反應(yīng)物。含硅反應(yīng)物/膜前體的實(shí)例可以包括硅烷，烷基硅烷、硅氧烷、烷氧基硅烷、鹵代硅烷、氨基硅烷、等等。

至于硅烷，在某些實(shí)施方式中，可用于形成SiN膜的硅烷的非限制性的示例包括硅烷(SiH₄)、乙硅烷(Si₂H₆)、丙硅烷、和更高級(jí)的硅烷。

在一些實(shí)施方式中，烷基硅烷(具有鍵合到一個(gè)或多個(gè)烷基和/或氫原子的一個(gè)或多個(gè)硅原子的含硅化合物)也可以用于形成SiN膜。根據(jù)不同的實(shí)施方式，硅原子可以鍵合到4個(gè)烷基，或3個(gè)烷基和氫，或2個(gè)烷基和2個(gè)氫，或1個(gè)烷基和3個(gè)氫?？蛇x擇的可行的烷基包括，但不限于，甲基(Me)、乙基(Et)、正丙基(n‐Pr)、異丙基(i‐Pr)和叔丁基官能團(tuán)。適于用作膜前體的烷基硅烷的具體例子可以包括，但不限于，甲基硅烷(H₃SiCH₃)、乙基硅烷、異丙基硅烷、叔丁基硅烷、二甲基硅烷(H₂Si(CH₃)₂)、三甲基硅烷(HSi(CH₃)₃)、四甲基硅烷(Si(CH₃)₄)、二乙基硅烷、三乙基硅烷、二叔丁基硅烷、烯丙基硅烷、仲丁基硅烷、叔己基硅烷、異戊硅烷、叔丁基二硅烷、和二叔丁基二硅烷。

此外，高階硅烷可以代替甲硅烷使用。在具有多個(gè)硅原子(其中硅原子鍵合至硅原子)的硅化合物中，在每種上的其它取代基的數(shù)目被減1。來自烷基硅烷類的一種這樣的乙硅烷的例子是六甲基二硅烷(HMDS)。來自烷基硅烷類的乙硅烷的另一個(gè)示例可以包括五甲基二硅烷(PMDS)，其可以被用于形成SiC膜。在一些實(shí)施方式中，硅原子中的一個(gè)可具有只連接到它的含碳或含烷氧基的基團(tuán)，而硅原子中的一個(gè)可有只連接到它的氫原子。其它類型的烷基硅烷可包括烷基碳硅烷。烷基碳硅烷可具有支鏈的聚合物結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有鍵合到硅原子的碳，以及鍵合到硅原子的烷基。示例包括二甲基三甲硅烷基甲烷(DTMSM)和雙‐二甲基甲硅烷基乙烷(BDMSE)。其它類型的烷基硅烷還可包括硅氮烷和烷基二硅氮烷。烷基二硅氮烷包括硅氮烷和鍵合兩個(gè)硅原子的烷基基團(tuán)。例子包括1,1,3,3‐四甲基二硅氮烷(TMDSN)。在一些實(shí)施方式中，TMDSN可形成SiCN膜。

在一些實(shí)施方式中，鹵代硅烷(具有鍵合到一個(gè)或多個(gè)鹵素原子的一個(gè)或多個(gè)硅原子的含硅化合物)也可以用于形成SiN膜。根據(jù)不同的實(shí)施方式，硅原子可以鍵合至4個(gè)鹵素原子，或3個(gè)鹵素原子，或2個(gè)鹵素原子，或1個(gè)鹵素原子。碘硅烷、溴硅烷、氯硅烷和氟硅烷可以適合用作膜前體。雖然鹵代硅烷，尤其是氟硅烷，可以形成可以蝕刻硅材料的反應(yīng)性鹵化物，在本文所述的某些實(shí)施方式中，在等離子體被激發(fā)時(shí)不存在含硅反應(yīng)物。適合用作為膜前體的氯硅烷的具體例子包括但不限于，四氯硅烷(SiCl₄)、三氯硅烷(HSiCl₃)、二氯硅烷(H₂SiCl₂)、一氯硅烷(ClSiH₃)、六氯乙硅烷、氯丙烯基硅烷、氯甲基硅烷、二氯甲基硅烷(SiHCH₃Cl₂)、氯二甲基硅烷，氯乙基硅烷、叔丁基氯硅烷、二叔丁基氯硅烷、氯異丙基硅烷、氯仲丁基硅烷、叔丁基二甲基氯硅烷、和乙基二甲基氯硅烷。碘硅烷、溴硅烷和氟硅烷的具體例子包括但不限于，在分子結(jié)構(gòu)上與這些含氯化合物類似，但具有相應(yīng)地代替氯原子的碘、溴、或氟原子的化合物。例如，對(duì)應(yīng)于三氯硅烷(HSiCl₃)的溴硅烷是三溴硅烷(HSiBr₃)。

在一些實(shí)施方式中，氨基硅烷(具有鍵合到一個(gè)或多個(gè)胺基團(tuán)的一個(gè)或多個(gè)硅原子的含硅化合物)也可以用于形成SiN膜。根據(jù)不同的實(shí)施方式，硅原子可以鍵合到4個(gè)胺基團(tuán)(amine group)，或3個(gè)胺基團(tuán)，或2個(gè)胺基團(tuán)，或1個(gè)胺基團(tuán)。例如，具有鍵合到中心硅原子的2個(gè)胺基團(tuán)和2個(gè)氫原子的特定的膜前體是BTBAS(雙‐叔丁基氨基硅烷，SiH₂(NHC(CH₃)₃)₂)。適合用作膜前體的氨基硅烷的其它具體例子包括，但不限于，單氨基硅烷，二氨基硅烷，三氨基硅烷，和四氨基硅烷(相應(yīng)地為，H₃SiNH₂,H₂Si(NH₂)₂,HSi(NH₂)₃,和Si(NH₂)₄,)。經(jīng)取代的單氨基硅烷，二氨基硅烷，三氨基硅烷，和四氨基硅烷也可以作為合適的膜前體，包括但不限于，用甲基、乙基、異丙基、正丙基和叔丁基官能團(tuán)取代其胺基團(tuán)的這類化合物。具體的例子包括叔丁基氨基硅烷，甲基氨基硅烷，叔丁基硅胺，正叔丁基三甲基硅胺，叔丁基硅基氨基甲酸酯，SiHCH₃(N(CH₃)₂)₂,SiH(N(CH₃)₂)₃,SiHCl(N(CH₃)₂)₂,Si(CH₃)₂(NH₂)₂,(Si(CH₃)₂NH)₃,(NR)₂Si(CH₃)₂(其中R為氫或選自甲基、乙基、異丙基、正丙基和叔丁基官能團(tuán))，和三硅烷基胺(N(SiH₃)₃)。其它具體的例子包括二甲基氨基，雙‐二甲基氨基甲基硅烷(BDMAMS)，和三‐二甲基氨基硅烷(TDMAS)，2,2‐雙(二甲基氨基)‐4,4‐二甲基‐2,4‐二硅戊烷(2,2‐bis(dimethylamino)‐4,4‐dimethyl‐2,4‐disilapentane)，2,2,4‐三甲基‐4‐二甲基氨基‐3,4‐二硅戊烷，二甲基氨基二甲基硅烷，雙(二甲基氨基)甲基硅烷，和三(二甲基氨基)硅烷。1,1,3,3‐四甲基二硅氮烷是硅氮烷的非限制性示例。

對(duì)于含硅介電膜的沉積，適當(dāng)?shù)暮璺磻?yīng)物/膜前體，諸如上述的那些，也可以結(jié)合含氮或含氧共反應(yīng)物使用。可以使用的含氮共反應(yīng)物的非限制性的例子包括氨，肼，胺，如甲胺、二甲胺、乙胺、異丙胺、叔丁胺、二叔丁胺、環(huán)丙胺、仲丁胺、環(huán)丁胺、異戊胺、2‐甲基丁‐2‐胺、三甲胺、二異丙基胺、二乙基異丙基胺、二‐叔丁基肼，以及含芳胺，如苯胺、吡啶、和芐胺。胺類可以是伯胺類、仲胺類、叔胺類或季胺類(例如，四烷基銨化合物)。含氮共反應(yīng)物含有至少一個(gè)氮，但也可以含有除氮以外的雜原子。因此，例如，羥胺，叔丁氧羰基胺，和正叔丁基羥胺被認(rèn)為是含氮反應(yīng)物。在一些實(shí)施方式中，含有N的反應(yīng)物可以是N₂。在一些實(shí)施方式中，含N的共反應(yīng)物可以用作在電離或自由基等離子體中的物質(zhì)以激活膜形成表面反應(yīng)。在某些使用基于含N共反應(yīng)物的等離子體的這樣的實(shí)施方式中，所指的含N共反應(yīng)物包括NH₃、N₂、和胺，特別是叔丁基胺。

最后，應(yīng)該指出的是，由于可重復(fù)多次ALD循環(huán)以建立保形層堆疊，因此在一些實(shí)施方式中，每一層可具有基本上相同的組分，而在其它實(shí)施方式中，按順序的ALD沉積的層可以具有不同的組分，例如，當(dāng)使用低應(yīng)力夾層時(shí)，或在某些這樣的實(shí)施方式中，組分可在層與層之間交替變化或可以有具有不同組分的層的重復(fù)序列，再次例如，當(dāng)使用低應(yīng)力夾層時(shí)。

襯底處理裝置

本文中所描述的方法可以用任何合適的半導(dǎo)體襯底處理裝置來執(zhí)行。合適的裝置包括用于完成處理操作的硬件和具有用于根據(jù)本文公開的各種形成介電膜的ALD方法和殘余膜應(yīng)力減小技術(shù)控制處理操作的指令的系統(tǒng)控制器。在一些實(shí)施方式中，硬件可以包括包含在多站式襯底處理工具中的一個(gè)或多個(gè)處理站以及具有(或訪問)用于根據(jù)本文公開的膜形成技術(shù)控制處理操作的機(jī)器可讀指令的控制器。

因此，在一些實(shí)施方式中，適用于在半導(dǎo)體襯底上沉積應(yīng)力減小的介電膜的裝置可以包括：處理室；在處理室中的襯底支架；一個(gè)或多個(gè)氣體入口，其用于使氣體流入處理室；真空源，其用于從處理室去除氣體；等離子體發(fā)生器，其用于在處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體；以及一個(gè)或多個(gè)控制器，其包括用于操作一個(gè)或多個(gè)氣體入口、真空源以及等離子發(fā)生器以沉積介電膜層到半導(dǎo)體襯底上的機(jī)器可讀指令。由控制器執(zhí)行的所述指令可以包括用于執(zhí)行如上所述的ALD操作(ⅰ)至(ⅵ)的指令，和用于多次重復(fù)ALD操作(ⅰ)至(ⅵ)以形成應(yīng)力減小的膜的多層的指令，和用于在操作(ⅰ)至(ⅵ)或其子集期間在連續(xù)的循環(huán)的各個(gè)子序列中改變具體的處理?xiàng)l件的指令以形成應(yīng)力減小的膜的多層的堆疊，該應(yīng)力減小的膜具有結(jié)合低應(yīng)力夾層部分與主要(高應(yīng)力)膜部分的雙層。具有用于實(shí)施所述方法的所述指令的合適的系統(tǒng)控制器在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。

因此，圖7示意性示出了用于執(zhí)行本文所公開的ALD技術(shù)的襯底處理裝置700的一種實(shí)施方式。處理裝置700被描述成具有用于維持低壓環(huán)境的處理室主體702，為簡單起見，該低壓環(huán)境被描述成主持單獨(dú)的處理站。然而，應(yīng)當(dāng)理解，多個(gè)處理站可以被包括在共同的處理工具環(huán)境中，例如，在共同的反應(yīng)室內(nèi)，如本文所述。例如，圖6描繪了多站式處理工具的一種實(shí)施方式。此外，應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施方式中，處理裝置700/600的包括在上面詳細(xì)討論的那些硬件參數(shù)在內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)硬件參數(shù)可以通過編程方式由一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)控制器調(diào)整。

再次參照?qǐng)D7，裝置700的處理室702在內(nèi)部體積內(nèi)具有單一的襯底支架708，該內(nèi)部體積可以通過真空泵718被保持在真空條件下。氣體輸送系統(tǒng)701和噴頭706流體耦合到室以用于(例如)膜前體，載氣和/或吹掃氣體和/或處理氣體，次級(jí)/共反應(yīng)劑等等的遞送。用于在處理室內(nèi)產(chǎn)生等離子體的設(shè)備也被在圖7中所示，并將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。在任何情況下，如在下面詳細(xì)描述的，在圖7中示意性所示的裝置提供了用于在半導(dǎo)體襯底上執(zhí)行膜沉積操作(如ALD)的基本的設(shè)備。

處理室700與反應(yīng)物輸送系統(tǒng)701流體地連通以便將處理氣體輸送至分配噴頭706。反應(yīng)物輸送系統(tǒng)701包括用于混合和/或調(diào)節(jié)輸送至噴頭706的處理氣體的混合容器704。一個(gè)或多個(gè)混合容器入口閥720可控制處理氣體朝向混合容器704的導(dǎo)入。

一些反應(yīng)物可在汽化和隨后輸送到處理室702之前以液體形式存儲(chǔ)。圖7的實(shí)施方式包括用于將擬被供給到混合容器704的液體反應(yīng)物汽化的汽化站點(diǎn)703。在一些實(shí)施方式中，汽化站點(diǎn)703可以是加熱的液體噴射模塊。在一些實(shí)施方式中，汽化站點(diǎn)703可以是加熱的蒸發(fā)器。從這樣的模塊/蒸發(fā)器產(chǎn)生的飽和反應(yīng)物蒸氣充分的控制不到位時(shí)(例如，當(dāng)沒有氦氣用于汽化/霧化液體反應(yīng)物時(shí))會(huì)在輸送管路下游凝結(jié)。不相容的氣體暴露于凝結(jié)的反應(yīng)物會(huì)產(chǎn)生小顆粒。這些小顆粒會(huì)堵塞管路、阻礙閥門操作、污染襯底等。解決這些問題的一些方法涉及打掃和/或排空輸送管以去除殘留的反應(yīng)物。然而，打掃輸送管路可能會(huì)增加處理站的循環(huán)時(shí)間、降低處理站的吞吐量。因此，在一些實(shí)施方式中，汽化站點(diǎn)703下游的輸送管路也可以進(jìn)行熱處理。在一些實(shí)施例中，混合容器704也可以進(jìn)行熱處理。在一個(gè)非限制性的實(shí)施例中，汽化站點(diǎn)703下游的管路具有從約100℃升高至在混合容器704處的約150℃的遞增的溫度分布。

如上所述，在一些實(shí)施方式中，汽化站點(diǎn)703可以是加熱的液體噴射模塊(簡稱“液體噴射器”)。這樣的液體噴射器可噴射液體反應(yīng)物的脈沖到混合容器上游的載氣流中。在一種情況下，液體噴射器可通過從較高的壓強(qiáng)到較低的壓強(qiáng)來閃蒸液體，從而汽化反應(yīng)物。在另一種情況下，液體噴射器可將液體霧化成隨后在加熱的輸送管路中汽化的分散微滴。應(yīng)該理解的是，較小的液滴比較大的液滴會(huì)較快汽化，從而減少液體噴射和完全汽化之間的延遲。較快汽化可以縮短汽化站點(diǎn)703下游管路的長度。在一種情況下，液體噴射器可直接安裝到混合容器704上。在另一種情況下，液體噴射器可直接安裝到噴頭706上。

在一些實(shí)施方式中，汽化站點(diǎn)703上游的液體流量控制器(LFC)可以被設(shè)置用于控制液體的質(zhì)量流量以便使其汽化并輸送到處理室702。例如，LFC可包括位于LFC下游的熱質(zhì)量流量計(jì)(MFM)。然后可響應(yīng)于由與該MFM電通信的比例‐積分‐微分(PID)控制器提供的反饋控制信號(hào)調(diào)節(jié)LFC的柱塞閥。然而，它可能需要一秒或更多時(shí)間以使用反饋控制來穩(wěn)定液體流。這可能延長投配液體反應(yīng)物的時(shí)間。因此，在一些實(shí)施方式中，LFC可以在反饋控制模式和直接控制模式之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)切換。在一些實(shí)施方式中，LFC可以通過禁用LFC和PID控制器的感應(yīng)管道而被動(dòng)態(tài)地從反饋控制模式切換到直接控制模式。

噴頭706將處理氣體和/或反應(yīng)物(例如，膜前體)朝在處理站處的襯底712分配，處理氣體和/或反應(yīng)物(例如，膜前體)的流動(dòng)由噴頭上游的一個(gè)或多個(gè)閥(例如，閥720，720A，705)控制。在圖7中所示的實(shí)施方式中，襯底712位于噴頭706的下方，并顯示為擱置在基座108上。應(yīng)該理解的是，噴頭可具有任何合適的形狀，并且可以具有任何合適數(shù)量和布置的端口以便分配處理氣體到襯底。

在一些實(shí)施方式中，微體積707位于噴頭706下方。在處理站靠近襯底的微體積中執(zhí)行ALD工藝而不是在處理室的整個(gè)體積中執(zhí)行ALD工藝，這樣可以減少反應(yīng)物的暴露和打掃次數(shù)，可減少用于改變處理?xiàng)l件(例如，壓力、溫度等)的次數(shù)，可以限制處理站的機(jī)械手暴露于處理氣體等。微體積尺寸的實(shí)施例包括但不限于介于0.1升和2升之間的體積。

在一些實(shí)施方式中，基座708可以升高或降低以暴露襯底給微體積707和/或改變微體積707的體積。例如，在襯底傳送階段，基座可被降低，以使襯底能被加載到基座上。在襯底上進(jìn)行沉積的處理階段，基座可被升高以將襯底定位在微體積707內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，所述微體積可完全圍繞襯底以及基座的一部分，以在沉積處理期間創(chuàng)建高流動(dòng)性阻抗區(qū)域。

任選地，可將基座708在沉積處理的部分期間降低和/或升高以調(diào)節(jié)微體積707內(nèi)的處理壓強(qiáng)、反應(yīng)物濃度等。在處理室主體702在處理期間保持在基本壓強(qiáng)的一種情況下，降低基座可使得微體積能被抽空。微體積比處理室體積的示例性比率包括，但不限于，介于1:500和1:10之間的體積比。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施方式中，基座高度可以經(jīng)由合適的系統(tǒng)控制器通過編程方式進(jìn)行調(diào)整。

在另一種情況下，調(diào)整基座的高度可以使得等離子體密度在包含例如于ALD或CVD工藝中的等離子體活化和/或處理循環(huán)期間能夠變化。在沉積處理階段結(jié)束時(shí)，基座可以在另一襯底傳送階段被降低以使得襯底能從基座移走。

雖然在本發(fā)明描述的示例性微體積變化指的是高度可調(diào)的基座，但應(yīng)該理解的是，在一些實(shí)施方式中，噴頭706的位置可以相對(duì)于基座708被調(diào)整以改變微體積707的體積。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，基座和/或噴頭的垂直位置可以通過本公開內(nèi)容的范圍內(nèi)的任何合適的機(jī)構(gòu)來改變。在一些實(shí)施方式中，基座可包括用于旋轉(zhuǎn)襯底的方位的旋轉(zhuǎn)軸線。應(yīng)該理解的是，在一些實(shí)施方式中，這些示例性調(diào)整中的一個(gè)或多個(gè)可以通過一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)控制器以編程方式執(zhí)行，該控制器具有用于執(zhí)行前述操作的全部或子集的機(jī)器可讀指令。

返回至圖7所示的實(shí)施方式中，噴頭706和基座708可以電連通RF功率源714和匹配網(wǎng)絡(luò)716以用于在處理室內(nèi)激勵(lì)等離子體。在一些實(shí)施方式中，等離子體的能量可通過控制處理站的壓強(qiáng)、氣體的濃度、RF功率電平、RF功率頻率以及等離子體功率脈沖時(shí)序中的一個(gè)或多個(gè)(例如，經(jīng)由具有適當(dāng)?shù)臋C(jī)器可讀指令的系統(tǒng)控制器)來控制。例如，RF功率源714及匹配網(wǎng)絡(luò)716可在任何合適的功率下進(jìn)行操作，以形成具有所期望的離子/自由基物質(zhì)的組成的等離子體。合適的等離子體功率(就等離子體功率發(fā)生器中設(shè)置的RF功率電平以及在室中的等離子體的能量密度方面而言)的各種實(shí)施例在以上描述，并相應(yīng)地取決于所采用的特定方法。根據(jù)實(shí)施方式的不同，RF功率源714可以提供任何適當(dāng)?shù)念l率的RF功率以用于被執(zhí)行的處理方法。在一些實(shí)施方式中，RF功率源714可以被配置為彼此獨(dú)立地控制高頻(HF)RF功率源和低頻(LF)RF功率源。根據(jù)不同實(shí)施方式，由RF功率源產(chǎn)生的低頻的范圍可以介于50kHz和500kHz之間。根據(jù)不同實(shí)施方式，由RF功率源產(chǎn)生的高頻的范圍可以介于1.8MHz和2.45GHz之間。應(yīng)當(dāng)理解，任何合適的參數(shù)可被離散地或連續(xù)地調(diào)制以提供用于表面反應(yīng)的等離子體能量。在一些實(shí)施方式中，等離子體功率可以間歇地施以脈沖，以相對(duì)于被連續(xù)激勵(lì)的等離子體減少對(duì)襯底表面的離子轟擊。

在一些實(shí)施方式中，等離子體可由一個(gè)或多個(gè)等離子體監(jiān)控器原位監(jiān)控。在一種情形中，等離子體功率可通過一個(gè)或一個(gè)以上的電壓、電流傳感器(例如，VI探針)進(jìn)行監(jiān)控。在另一種情況下，等離子體密度和/或處理氣體的濃度可以由一個(gè)或多個(gè)光發(fā)射譜(OES)傳感器來測量。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)等離子體參數(shù)可基于來自這樣的原位等離子體監(jiān)控器的測量結(jié)果通過編程方式進(jìn)行調(diào)整。例如，OES傳感器可用于反饋回路中以提供對(duì)等離子體功率的編程式控制。應(yīng)理解的是，在一些實(shí)施方式中，可使用其它監(jiān)控器來監(jiān)控等離子體和其它工藝特性。這樣的監(jiān)控器可包括，但不限于，紅外(IR)監(jiān)控器、聲學(xué)監(jiān)控器、以及壓力傳感器。

在一些實(shí)施方式中，可以經(jīng)由輸入/輸出控制(IOC)測序指令來控制等離子體。在一個(gè)示例中，用于設(shè)置等離子體激活階段的等離子條件的指令可被包括在工藝配方的相應(yīng)的等離子體激活配方階段中。在某些情況下，工藝配方階段可按順序排列，使得用于處理階段的所有指令與該處理階段同時(shí)執(zhí)行。在一些實(shí)施方式中，用于設(shè)定一個(gè)或一個(gè)以上的等離子體參數(shù)的指令可以被包括在等離子體處理階段之前的配方階段中。例如，第一配方階段可以包括用于設(shè)置惰性氣體(例如，氦)和/或反應(yīng)氣體(例如，NH₃)的流率的指令、用于設(shè)置等離子體發(fā)生器至功率設(shè)定點(diǎn)的指令、以及用于第一配方階段的時(shí)延指令。后續(xù)的第二配方階段可包括用于啟用等離子體發(fā)生器的指令以及用于第二配方階段的時(shí)延指令。第三配方階段可以包括用于禁用等離子體發(fā)生器的指令以及用于第三配方階段的時(shí)延指令。應(yīng)當(dāng)理解，這些配方階段可進(jìn)一步以在本公開的范圍內(nèi)的任何合適的方式細(xì)分和/或重復(fù)。

在一些沉積處理中，等離子體可以被激勵(lì)并維持約幾秒鐘或更長。在一些沉積處理中，等離子體可以被激勵(lì)并維持遠(yuǎn)遠(yuǎn)較短的持續(xù)時(shí)間。所選擇的持續(xù)時(shí)間取決于產(chǎn)生的等離子體的性質(zhì)和用途。以上相對(duì)于本文所公開的特定的膜沉積技術(shù)指示了合適的等離子體的持續(xù)時(shí)間和襯底的曝光時(shí)間。值得注意的是，如此非常短時(shí)間的RF等離子體持續(xù)時(shí)間可因此要求等離子體的非常快速的穩(wěn)定。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以將等離子體發(fā)生器配置為使得阻抗匹配被預(yù)設(shè)為特定的電壓，同時(shí)使頻率能浮動(dòng)。按慣例，高頻等離子體在約13.56MHz的RF頻率下產(chǎn)生，然而在一些配置中，可以使頻率能浮動(dòng)到不同于該標(biāo)準(zhǔn)值的值。通過使頻率能浮動(dòng)，同時(shí)固定阻抗匹配到預(yù)定電壓，可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)較快地穩(wěn)定等離子體，其結(jié)果在使用有時(shí)與ALD循環(huán)相關(guān)的非常短的等離子體持續(xù)時(shí)間時(shí)可能是重要的。

在某些實(shí)施方式中，可以使用標(biāo)準(zhǔn)HF值13.56MHz的倍數(shù)，以產(chǎn)生甚至更高頻率的等離子體。如當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)值13.56MHz的情況下，也可使在13.56MHz的倍數(shù)的較高頻率下產(chǎn)生的HF輻射能圍繞倍數(shù)的精確值浮動(dòng)。根據(jù)實(shí)施方式的不同，可以使用的13.56MHz的倍數(shù)包括27.12MHz(＝2*13.56MHz)，40.68MHz(＝3*13.56MHz)，54.24MHz(＝4*13.56MHz)，等等。在13.56MHz的倍數(shù)左右的頻率調(diào)諧可以包括約+/‐1MHz的頻率變化，或更具體地，約+/‐0.5MHz的頻率變化。較高的RF頻率產(chǎn)生具有較高密度、較低薄膜電壓(sheet voltages)和較少離子轟擊和方向性的更有力的等離子體，這往往在向高深寬比的3D結(jié)構(gòu)上進(jìn)行沉積時(shí)是有益的。

在一些實(shí)施方式中，基座708可通過加熱器710進(jìn)行溫控。另外，在一些實(shí)施方式中，對(duì)于處理裝置700的壓力控制可通過諸如蝶形閥718之類的一個(gè)或多個(gè)閥操作的真空源來提供。如圖7的實(shí)施方式中所示，蝶形閥718調(diào)節(jié)由下游真空泵(未示出)提供的真空。然而，在一些實(shí)施方式中，處理裝置700的壓力控制也可以通過改變引入到處理室702的一種或多種氣體的流率進(jìn)行調(diào)整。在一些實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)閥(諸如蝶形閥718)操作的真空源可以用于在合適的ALD操作階段期間從處理站周圍的體積去除膜前體。

雖然在某些情況下，像圖7那樣的襯底處理裝置可能是足夠的，但是當(dāng)涉及費(fèi)時(shí)的膜沉積操作時(shí)，通過同時(shí)在多個(gè)半導(dǎo)體襯底上并行地進(jìn)行多個(gè)沉積操作以提高襯底處理吞吐量，這可能是有利的?；谶@樣的目的，可以采用如圖8所示意性示出的那樣的多站式襯底處理裝置。圖8的襯底處理裝置800仍采用單個(gè)襯底處理室814，然而，在由處理室的壁所限定的單一內(nèi)部體積內(nèi)，是多個(gè)襯底處理站，每一個(gè)襯底處理站可以用于在被保持在該處理站的襯底支架中的襯底上執(zhí)行處理操作。注意在一些實(shí)施方式中，通過將多個(gè)站保持在共同的低壓環(huán)境中，可避免在各個(gè)站處執(zhí)行的膜沉積處理之間的真空中斷所引起的缺陷。

在該特定實(shí)施方式中，多站式襯底處理裝置800被顯示為具有4個(gè)處理站801、802、803和804。裝置還采用襯底裝載設(shè)備，在這種情況下為襯底搬運(yùn)機(jī)械手826，其被配置為將襯底從通過吊艙828裝載的盒移動(dòng)通過大氣端口820，進(jìn)入處理室814，并且最后到達(dá)一個(gè)或多個(gè)處理站，具體而言，在這種情況下，到達(dá)處理站801和802。還示出了用作襯底傳送設(shè)備的襯底轉(zhuǎn)盤890，在這種情況下，襯底轉(zhuǎn)盤890用于在各處理站801、802、803以及804之間傳送襯底。

在圖8中所示的實(shí)施方式中，襯底裝載設(shè)備被描繪為具有用于襯底操作的2個(gè)臂的襯底搬運(yùn)機(jī)械手826，因此，如所描繪的，它可以在兩個(gè)站801和802裝載襯底(也許同時(shí)，或者也許按順序)。然后，在站801和806裝載之后，襯底傳送設(shè)備，在圖8中所描繪的轉(zhuǎn)盤890，可以進(jìn)行180度的旋轉(zhuǎn)(繞其中心軸線，中心軸線基本上垂直于襯底的平面(從頁面出來)，并在襯底之間基本上等距)以從站801和802傳送兩個(gè)襯底到站803和804。在這一點(diǎn)上，搬運(yùn)機(jī)械手826可在站801和802裝載2個(gè)新襯底，完成裝載過程。為了卸載，可以顛倒這些步驟，除了下列操作以外：如果要處理多組的4個(gè)晶片，那么每次通過搬運(yùn)機(jī)械手826卸載2個(gè)襯底將伴隨通過在將傳送轉(zhuǎn)盤890轉(zhuǎn)動(dòng)180度之前裝載2個(gè)新的襯底。類似地，配置放置襯底在僅1站(例如801)的獨(dú)臂搬運(yùn)機(jī)械手將在伴隨轉(zhuǎn)盤890旋轉(zhuǎn)90度4次的4步裝載工藝中使用以在所有4個(gè)站裝載襯底。值得注意的是，雖然圖8描繪了兩臂襯底搬運(yùn)機(jī)械手826作為襯底裝載設(shè)備的例子，以及轉(zhuǎn)盤890作為襯底傳送設(shè)備的例子，但是應(yīng)當(dāng)理解，也可以采用其它類型的合適的襯底裝載和傳送設(shè)備。

其它類似的多站式處理裝置可具有較多或較少的處理站，具體取決于實(shí)施方式以及例如并行晶片處理的期望程度、尺寸/空間的限制、成本限制等。圖8還示出了并在下面更詳細(xì)描述了系統(tǒng)控制器850，其控制襯底處理裝置的操作，以完成本文公開的各種ALD成膜方法。

注意，就設(shè)備成本和運(yùn)營費(fèi)用這兩方面而言，通過使用如圖8中所顯示的那樣的多站式襯底處理裝置可以實(shí)現(xiàn)多種效率。例如，單個(gè)真空泵(未在圖8中示出，而例如圖7中的718)可以被用來相對(duì)于所有的4個(gè)處理站排空已用過的處理氣體，創(chuàng)建單個(gè)高真空環(huán)境，等等。同樣，在一些實(shí)施方式中，單個(gè)噴頭可以在單個(gè)處理室之內(nèi)的所有處理站共用。

然而，在其它實(shí)施方式中，每一個(gè)處理站可以具有它自己的用于氣體輸送的專用噴頭(參見，例如，圖7中的706)，但在某些這樣的實(shí)施方式中，可以采用共享的氣體輸送系統(tǒng)(例如，圖7中的701)。在每處理站具有專用噴頭的實(shí)施方式中，每個(gè)噴頭可以使它的溫度單獨(dú)地調(diào)節(jié)和/或控制。例如，每個(gè)噴頭可以相對(duì)于襯底(該噴頭傳遞氣體到該襯底)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，或相對(duì)于與該噴頭相關(guān)聯(lián)的襯底支架進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，等等。通過同樣的措施，在襯底支架通過例如加熱和/或冷卻進(jìn)行主動(dòng)溫度控制/調(diào)節(jié)的實(shí)施方式中，每一個(gè)襯底支架的溫度可以單獨(dú)地調(diào)節(jié)。

可以在處理站中共享或者在每個(gè)處理站中按倍數(shù)存在且單獨(dú)專用的其它硬件元件包括等離子發(fā)生器設(shè)備的某些元件。所有處理站可以共享例如共同的等離子體功率源，但另一方面，如果專用噴頭存在，并且如果它們被用于施加產(chǎn)生等離子體的電勢，那么這些表示產(chǎn)生等離子體的硬件的對(duì)于不同處理站單獨(dú)專用的元件。再次，這些處理站專用噴頭中的每一個(gè)可以使其溫度根據(jù)例如特定的處理站的熱性能的差異和被使用的ALD工藝的詳情單獨(dú)調(diào)節(jié)。

當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的效率還可以通過每個(gè)處理室使用更多或更少數(shù)量的處理站而在較大或較小的程度上實(shí)現(xiàn)。因此，雖然所描繪的處理室814包括4個(gè)處理站，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本公開的處理室可以具有任何適當(dāng)?shù)臄?shù)目的站。例如，在一些實(shí)施方式中，處理室可具有1個(gè)、或2個(gè)、或3個(gè)、或4個(gè)、或5個(gè)、或6個(gè)、或7個(gè)、或8個(gè)、或9個(gè)、或10個(gè)、或11個(gè)、或12個(gè)、或13個(gè)、或14個(gè)、或15個(gè)、或16個(gè)、或更多的處理站(或成組的實(shí)施方式可以被描述為每個(gè)反應(yīng)室具有在由任何成對(duì)的前述值所限定的范圍內(nèi)的處理站的數(shù)量，例如每個(gè)反應(yīng)室具有2至6個(gè)處理站，或每個(gè)反應(yīng)室具有4至8個(gè)處理站，或每個(gè)反應(yīng)室8至16個(gè)處理站等)。

此外，應(yīng)該理解的是，共享處理室內(nèi)的各個(gè)處理站可以被用于重復(fù)并行的處理操作或不同的處理操作，具體取決于實(shí)施方式。例如，在一些實(shí)施方式中，一些處理站可以專用于ALD工藝模式，而其它處理站可專用于CVD工藝模式，而另一些處理站可以在ALD工藝模式和CVD工藝模式之間切換。

系統(tǒng)控制器

圖8還描繪了用于控制處理工具800以及其處理站的處理?xiàng)l件和硬件狀態(tài)的系統(tǒng)控制器850的一個(gè)實(shí)施方式。系統(tǒng)控制器850可包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備856、一個(gè)或多個(gè)大容量存儲(chǔ)設(shè)備854以及一個(gè)或多個(gè)處理器852。處理器852可以包括一個(gè)或多個(gè)CPU、ASIC、通用計(jì)算機(jī)和/或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)、一個(gè)或多個(gè)模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接件、一個(gè)或多個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制器板等。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器850控制處理工具800的包括其單個(gè)的處理站的操作在內(nèi)的操作中的一些或全部。系統(tǒng)控制器850可以執(zhí)行在處理器852上的機(jī)器可讀系統(tǒng)控制指令858，在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制指令858可以從大容量存儲(chǔ)裝置854加載到存儲(chǔ)器設(shè)備856中。系統(tǒng)控制指令858可包括用于控制時(shí)序、氣體和液體反應(yīng)物的混合物、室和/或站的壓強(qiáng)、室和/或站的溫度、晶片的溫度、目標(biāo)功率電平、RF功率電平、RF暴露時(shí)間、襯底基座、卡盤和/或底座的位置、以及通過處理工具800執(zhí)行的特定處理的其它參數(shù)的指令。這些處理可以包括各種類型的處理，包括但不限于與在襯底上沉積膜相關(guān)的處理。因此，由系統(tǒng)控制器850執(zhí)行的機(jī)器可讀指令858可以包括用于執(zhí)行如上所述的ALD操作(ⅰ)至(ⅵ)的指令和用于重復(fù)ALD操作(i)至(ⅵ)多次以及用于改變某些序列的循環(huán)中的處理?xiàng)l件以形成多層的應(yīng)力減小的膜的指令。

此外，為了實(shí)現(xiàn)本文所公開的應(yīng)力減小的膜形成的方法，由系統(tǒng)控制器850執(zhí)行的機(jī)器可讀指令858可以包括用于在沉積介電膜的第一應(yīng)力減小的雙層的指令。

在一些實(shí)施方式中，用于沉積應(yīng)力減少的雙層的指令可以包括用于沉積具有厚度t_m和應(yīng)力水平s_m的主要部分的指令；和用于沉積具有厚度t_l和應(yīng)力水平s_l的低應(yīng)力部分的指令，其中s_l<s_m，其中所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征在于總的應(yīng)力水平s_tot，且其中s_tot<90％*(s_m*t_m+s_l*t_l)/(t_m+t_l)。

在一些實(shí)施方式中，用于沉積應(yīng)力減小的雙層的指令可以包括用于沉積具有厚度t_m和應(yīng)力水平s_m的主要部分的指令；和用于沉積具有厚度t_l和應(yīng)力水平s_l的低應(yīng)力部分的指令，其中s_l<s_m；其中所述第一應(yīng)力減小的雙層的特征在于總的應(yīng)力水平s_tot<90％*s_m，并且其中，對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的元素成分，在每單位體積5.0％(摩爾)的差數(shù)內(nèi)，所述應(yīng)力減小的雙層的主要部分和低應(yīng)力部分具有基本上相同的化學(xué)組成。

在一些實(shí)施方式中，用于沉積應(yīng)力減小的雙層的指令可以包括用于沉積具有厚度t_m、應(yīng)力水平s_m、漏電流I_m、和擊穿電壓V_m的主要部分的指令；和用于沉積具有厚度t_l、應(yīng)力水平s_l、漏電流I_l、和擊穿電壓V_l的低應(yīng)力部分的指令，其中s_l<s_m；其中所述應(yīng)力減小的雙層的特征在于總的應(yīng)力水平s_tot、總的漏電流I_tot、以及總的擊穿電壓V_tot，其中，s_tot<90％*s_m；并且其中，I_tot<90％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l)，或V_tot>110％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l)，或者I_tot<90％*(I_m*t_m+I_l*t_l)/(t_m+t_l)且V_tot>110％*(V_m*t_m+V_l*t_l)/(t_m+t_l)。

系統(tǒng)控制指令858可以以任何合適的方式進(jìn)行配置。例如，各種處理工具組件子程序或控制的對(duì)象可以被寫入以控制執(zhí)行各種處理工具的進(jìn)程所需要的處理工具組件的操作。系統(tǒng)控制指令858可以以任何合適的計(jì)算機(jī)可讀編程語言進(jìn)行編碼。在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制指令858在軟件中實(shí)現(xiàn)，在其它實(shí)施方式中，指令可在硬件中實(shí)現(xiàn)，例如，作為邏輯硬編碼在ASIC(專用集成電路)中，或者，在其它實(shí)施方式中，作為軟件和硬件的組合實(shí)現(xiàn)。

在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制軟件858可包括用于控制上述各種參數(shù)的輸入/輸出控制(IOC)測序指令。例如，一個(gè)或者多個(gè)沉積處理的每個(gè)階段可以包括用于由系統(tǒng)控制器850執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)指令。用于設(shè)置膜沉積處理階段的處理?xiàng)l件的指令例如可以包括在相應(yīng)的沉積配方階段中。在一些實(shí)施方式中，配方階段可按順序設(shè)置，以便處理階段的所有指令與該處理階段同時(shí)執(zhí)行。

在一些實(shí)施方式中可以采用存儲(chǔ)在與系統(tǒng)控制器850相關(guān)聯(lián)的大容量存儲(chǔ)設(shè)備854和/或存儲(chǔ)器設(shè)備856上的其它計(jì)算機(jī)可讀指令和/或程序。程序或程序段的實(shí)例包括襯底定位程序、處理氣體控制程序、壓強(qiáng)控制程序、加熱器控制程序以及等離子體控制程序。

襯底定位程序可以包括用于處理工具組件的指令，該處理工具組件用于將襯底加載到基座(參見708，圖7)上并控制襯底和圖7的處理工具700的其它部件之間的間隔。該定位程序可以包括用于根據(jù)需要適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)襯底進(jìn)出反應(yīng)室以將膜沉積在襯底上的指令。

處理氣體控制程序可包括用于控制氣體組成和流率的指令和任選地用于使氣體在沉積之前流到圍繞一個(gè)或多個(gè)處理站的體積中以穩(wěn)定在這些體積中的壓強(qiáng)的指令。在一些實(shí)施方式中，處理氣體控制程序可以包括用于在襯底上沉積膜期間引入某些氣體到圍繞在處理室中的一個(gè)或多個(gè)處理站的體積的指令。處理氣體控制程序還可以包括以相同速率在相同的期間、或者以不同的速率和/或在不同的期間輸送這些氣體的指令，具體取決于將被沉積的膜的組分。處理氣體控制程序還可以包括用于在加熱的噴射模塊中在存在氦或一些其它的載氣的情況下霧化/汽化液體反應(yīng)物的指令。

壓強(qiáng)控制程序可以包括用于通過調(diào)節(jié)例如在處理站的排放系統(tǒng)中的節(jié)流閥、流入處理站內(nèi)的氣流等等來控制處理站內(nèi)的壓強(qiáng)的指令。壓強(qiáng)控制程序可以包括用于在襯底上沉積各種類型的膜期間保持相同或不同的壓強(qiáng)的指令。

加熱器控制程序可包括用于控制流向用于加熱襯底的加熱單元的電流的指令?？商娲鼗蚋郊拥兀訜崞骺刂瞥绦蚩煽刂苽鳠釟怏w(如氦)朝向襯底上的傳送。加熱器控制程序可包括在襯底上沉積各種類型的膜期間用于在反應(yīng)室和/或圍繞處理站的體積內(nèi)保持相同或不同的溫度的指令。

等離子體控制程序可包括用于根據(jù)本文的實(shí)施方式設(shè)置一個(gè)或多個(gè)處理站內(nèi)的RF功率電平、頻率和暴露次數(shù)的指令。在一些實(shí)施方式中，等離子體控制程序可以包括用于在襯底上沉積膜期間使用相同或不同的RF功率電平和/或頻率和/或暴露次數(shù)的指令。

在一些實(shí)施方式中，可以存在與系統(tǒng)控制器850相關(guān)聯(lián)的用戶界面。用戶界面可以包括顯示屏、裝置和/或處理?xiàng)l件的圖形軟件顯示器、以及諸如定點(diǎn)設(shè)備、鍵盤、觸摸屏、麥克風(fēng)等用戶輸入設(shè)備。

在一些實(shí)施方式中，由系統(tǒng)控制器850調(diào)節(jié)的參數(shù)會(huì)涉及處理?xiàng)l件。非限制性實(shí)例包括處理氣體組成和流率、溫度(例如襯底支架和噴頭溫度)、壓強(qiáng)、等離子體條件(例如，RF偏置功率電平和暴露次數(shù))等。這些參數(shù)可以以配方的形式提供給用戶，配方可以利用所述用戶界面輸入。

用于監(jiān)控處理的信號(hào)可以由系統(tǒng)控制器850的模擬和/或數(shù)字輸入連接件從各種處理工具傳感器提供。用于控制處理的信號(hào)可以通過處理工具800的模擬和/或數(shù)字輸出連接件輸出。可被監(jiān)控的處理工具傳感器的非限制性實(shí)例包括質(zhì)量流量控制器(MFC)、壓力傳感器(例如壓力計(jì))、熱電偶之類的溫度傳感器、等等。經(jīng)適當(dāng)編程的反饋和控制算法可以與來自這些傳感器的數(shù)據(jù)一起使用，以保持處理?xiàng)l件。

系統(tǒng)控制器850可以提供用于執(zhí)行上述沉積處理的機(jī)器可讀指令。所述指令可以控制多種處理參數(shù)，如DC功率電平、RF偏置功率電平、壓力、溫度等。所述指令可以控制這些參數(shù)以執(zhí)行如本文所述的膜沉積操作。

因此，系統(tǒng)控制器將通常包括一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備和被配置成執(zhí)行機(jī)器可讀指令的一個(gè)或多個(gè)處理器以使該裝置將執(zhí)行根據(jù)本文所公開的工藝的操作。包含用于根據(jù)本發(fā)明所公開的襯底處理操作控制操作的指令的機(jī)器可讀的非臨時(shí)性介質(zhì)可以耦合到系統(tǒng)控制器。

上面所描述的各種裝置和方法可以與光刻圖案化工具和/或工藝結(jié)合使用，例如，以用于制造或生產(chǎn)半導(dǎo)體器件、顯示器、發(fā)光二極管、光伏電池板等。典型地，但不必然地，此類工具將在普通的制造設(shè)施中一起和/或同時(shí)使用，或者此類工藝將在共同的制造設(shè)施中一起和/或同時(shí)執(zhí)行。

在一些實(shí)現(xiàn)方式中，控制器是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實(shí)例的一部分。這種系統(tǒng)可以包括半導(dǎo)體處理設(shè)備，其包括一個(gè)或多個(gè)處理工具、一個(gè)或多個(gè)室、用于處理的一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們?cè)谔幚戆雽?dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以稱為“控制器”，該控制器可以控制一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的各種元件或子部件。根據(jù)處理要求和/或系統(tǒng)的類型，控制器可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制工藝氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強(qiáng)設(shè)置、真空設(shè)置、功率設(shè)置、射頻(RF)發(fā)生器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流速設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進(jìn)出工具和其它轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過接口連接的裝載鎖。

寬泛地講，控制器可以被定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點(diǎn)測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲(chǔ)器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲(chǔ)程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個(gè)或多個(gè)微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨(dú)設(shè)置(或程序文件)的形式通信到控制器的指令，該設(shè)置定義用于在半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對(duì)半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過程的操作參數(shù)。在一些實(shí)施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個(gè)或多個(gè)(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個(gè)或多個(gè)處理步驟的配方(recipe)的一部分。

在一些實(shí)現(xiàn)方式中，控制器可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說是通過網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)或它們的組合的計(jì)算機(jī)的一部分或者與該計(jì)算機(jī)耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主機(jī)系統(tǒng)的全部或一部分，其可以允許遠(yuǎn)程訪問晶片處理。計(jì)算機(jī)可以啟用對(duì)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問以監(jiān)測制造操作的當(dāng)前進(jìn)程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個(gè)制造操作的趨勢或性能標(biāo)準(zhǔn)，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或者開始新的工藝。在一些實(shí)例中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(例如，服務(wù)器)可以通過網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝配方，網(wǎng)絡(luò)可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以包括能夠輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的用戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信到系統(tǒng)。在一些實(shí)例中，控制器接收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個(gè)或多個(gè)操作期間將要執(zhí)行的每個(gè)處理步驟的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對(duì)將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，控制器可以例如通過包括一個(gè)或多個(gè)分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實(shí)例可以是與結(jié)合以控制室上的工藝的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程集成電路(例如，在平臺(tái)水平或作為遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的一部分)通信的室上的一個(gè)或多個(gè)集成電路。

在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模塊、原子層蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián)上或使用的任何其它的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。

如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)工藝步驟，控制器可以與一個(gè)或多個(gè)其它的工具電路或模塊、其它工具組件、群集工具、其它工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個(gè)工廠中的工具、主機(jī)、另一個(gè)控制器、或者在將晶片的容器往來于半導(dǎo)體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運(yùn)的材料搬運(yùn)中使用的工具通信。

光刻圖案化

膜的光刻圖案化通常包括以下操作中的一些或所有，每個(gè)操作啟用多個(gè)可行的工具：(1)使用旋涂或噴涂工具在襯底，即，上面形成有氮化硅膜的襯底上涂覆光致抗蝕劑；(2)使用熱板或加熱爐或其它合適的固化工具固化光致抗蝕劑；(3)使用例如晶片步進(jìn)曝光機(jī)之類的工具使光致抗蝕劑暴露于可見光或紫外線或x‐射線；(4)使用例如濕式工作臺(tái)或噴射顯影器之類的工具使該抗蝕劑顯影以便選擇性地去除抗蝕劑并且從而將其圖案化；(5)通過使用干法或等離子體輔助蝕刻工具將抗蝕劑圖案轉(zhuǎn)印到下伏的膜或襯底上；并且(6)使用例如射頻或微波等離子體抗蝕劑剝離器之類的工具去除抗蝕劑。在一些實(shí)施方式中，可灰化硬掩模層(例如無定形碳層)和另一種合適的硬掩模(如抗反射層)之前，可以在涂覆光致抗蝕劑前沉積。

其它實(shí)施方式

盡管出于清楚和理解目的，在具體實(shí)施方式的背景下，已詳細(xì)說明了上述公開的技術(shù)、操作、工藝、方法、系統(tǒng)、裝置、工具、膜、化學(xué)品、和組成，但對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，顯而易見的是，存在許多實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施方式的落入本公開的精神和范圍內(nèi)的許多替代方式。因而，這里所描述的實(shí)施方式應(yīng)被看作是說明所公開的創(chuàng)造性的構(gòu)思，而不是限制所公開的創(chuàng)造性的構(gòu)思，并且不應(yīng)被用作用于不適當(dāng)?shù)叵拗迫魏螜?quán)利要求的最終指向本公開的主題的范圍的不允許的基礎(chǔ)。