814结 束每个ALD循环后，在操作815中，判定是否已执行N个ALD循环。然后，如果已经执行N 个循环，则成膜操作结束，而如果还没有执行N个循环，则处理程序返回到操作810,以开始 另一个ALD循环。通过这样执行，可以沉积期望厚度的保形膜。
[0138] 系统控制器
[0139] 图2还描绘了用于控制处理工具200的工艺条件和硬件状态以及其处理站的系统 控制器250的一个实施方式。系统控制器250可包括一个或多个存储器设备256、一个或多 个大容量存储设备254以及一个或多个处理器252。处理器252可以包括一个或多个CPU、 ASIC、通用计算机和/或专用计算机、一个或多个模拟和/或数字输入/输出连接件、一个 或多个步进电机控制器板等。
[0140] 在一些实施方式中，系统控制器250控制处理工具200的包括其单个的处理站的 操作在内的操作中的一些或全部。系统控制器250可以执行在处理器252上的机器可读系 统控制指令258,在一些实施方式中，系统控制指令258可以从大容量存储装置254加载到 存储器设备256中。系统控制指令258可包括用于控制时序、气体和液体反应物的混合物、 室和/或站的压强、室和/或站的温度、晶片的温度、目标功率电平、RF功率电平、RF暴露时 间、衬底基座、卡盘和/或底座的位置、以及通过处理工具200执行的特定处理的其它参数 的指令。这些处理可以包括各种类型的处理，包括但不限于与在衬底上沉积膜相关的处理。 系统控制指令258可以以任何合适的方式进行配置。例如，各种处理工具组件子程序或控 制的对象可以被写入以控制执行各种处理工具的进程所需要的处理工具组件的操作。系统 控制指令258可以以任何合适的计算机可读编程语言进行编码。在一些实施方式中，系统 控制指令258在软件中实现，在其他实施方式中，指令可在硬件中实现，例如，作为逻辑硬 编码在ASIC (专用集成电路）中，或者，在其他实施方式中，作为软件和硬件的组合实现。
[0141] 在一些实施方式中，系统控制软件258可包括用于控制上述各种参数的输入/输 出控制（IOC)测序指令。例如，一个或者多个沉积处理的每个阶段可以包括用于由系统控 制器250执行的一个或多个指令。用于设置膜沉积处理阶段的处理条件的指令例如可以包 括在相应的沉积配方阶段中。在一些实施方式中，配方阶段可按顺序设置，以便处理阶段的 所有指令与该处理阶段同时执行。
[0142] 在一些实施方式中可以采用存储在与系统控制器250相关联的大容量存储设备 254和/或存储器设备256上的其它计算机可读指令和/或程序。程序或程序段的实例包 括衬底定位程序、工艺气体控制程序、压强控制程序、加热器控制程序以及等离子体控制程 序。
[0143] 衬底定位程序可以包括用于处理工具组件的指令，该处理工具组件用于将衬底加 载到基座218上并控制衬底和处理工具200的其它部件之间的间隔。该定位程序可以包括 用于根据需要适当地移动衬底进出反应室以将膜沉积在衬底上的指令。
[0144] 工艺气体控制程序可包括用于控制气体组成和流率的指令和任选地用于使气体 在沉积之前流到围绕一个或多个处理站的体积中以稳定在这些体积中的压强的指令。在一 些实施方式中，工艺气体控制程序可以包括用于在衬底上沉积膜期间引入某些气体到围绕 在处理室中的一个或多个处理站的体积的指令。工艺气体控制程序还可以包括以相同速率 在相同的期间、或者以不同的速率和/或在不同的期间引入这些气体的指令，具体取决于 将被沉积的膜的组分。工艺气体控制程序还可以包括用于在加热的喷射模块中在存在氦或 一些其它的载气的情况下雾化/汽化液体反应物的指令。
[0145] 压强控制程序可以包括用于通过调节例如在处理站的排放系统中的节流阀、流入 处理站内的气流等等来控制处理站内的压强的指令。压强控制程序可以包括用于在衬底上 沉积各种类型的膜期间保持相同或不同的压强的指令。
[0146] 加热器控制程序可包括用于控制流向用于加热衬底的加热单元的电流的指令。可 替代地或附加地，加热器控制程序可控制传热气体（如氦）朝向衬底上的传送。加热器控 制程序可包括在衬底上沉积各种类型的膜期间用于在反应室和/或围绕处理站的体积内 保持相同或不同的温度的指令。
[0147] 等离子体控制程序可包括用于根据本文的实施方式设置一个或多个处理站内的 RF功率电平、频率和暴露次数的指令。在一些实施方式中，等离子体控制程序可以包括用于 在衬底上沉积膜期间使用相同或不同的RF功率电平和/或频率和/或暴露次数的指令。
[0148] 在一些实施方式中，可以存在与系统控制器250相关联的用户界面。用户界面可 以包括显示屏、装置和/或工艺条件的图形软件显示器、以及诸如定点设备、键盘、触摸屏、 麦克风等用户输入设备。
[0149] 在一些实施方式中，由系统控制器250调节的参数会涉及工艺条件。非限制性实 例包括工艺气体组成和流率、温度（例如衬底保持架和喷头温度）、压强、等离子体条件（例 如，RF偏置功率电平和暴露次数）等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，配方可以 利用所述用户界面输入。
[0150] 用于监控处理的信号可以由系统控制器250的模拟和/或数字输入连接件从各种 处理工具传感器提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具200的模拟和/或数字输出 连接件输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性实例包括质量流量控制器（MFC)、压力 传感器（例如压力计）、热电偶之类的温度传感器、等等。经适当编程的反馈和控制算法可 以与来自这些传感器的数据一起使用，以保持工艺条件。
[0151] 系统控制器250可以提供用于执行上述沉积处理的机器可读指令。所述指令可以 控制多种处理参数，如DC功率电平、RF偏置功率电平、压力、温度等。所述指令可以控制这 些参数以根据本发明所描述的多种实施方式操作膜堆叠的原位沉积。
[0152] 因此，系统控制器将通常包括一个或多个存储器设备和被配置成执行机器可读指 令的一个或多个处理器以使该装置将执行根据本文所公开的工艺的操作。包含用于控制根 据本发明所公开的衬底处理操作的指令的机器可读的非临时性介质可以耦合到系统控制 器。
[0153] 上面所描述的各种装置和方法可以与光刻图案化工具和/或工艺结合使用，例 如，以用于制造或生产半导体器件、显示器、发光二极管、光伏电池板等。典型地，但不必然 地，此类工具将在普通的制造设施中一起和/或同时使用，或者此类工艺将在普通的制造 设施中一起和/或同时执行。
[0154] 在一些实施方案中，控制器是系统的一部分，该系统的一部分可以是上述实施例 的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个加工工 具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定的处理部件（晶片基座、气体流 动系统等）。这些系统可与电子器件集成，以便在半导体晶片或衬底的处理之后、期间或之 后控制这些系统的操作。电子器件可以被称为"控制器"，其可以控制一个或多个系统的各 种组件或子部分。根据处理要求和/或系统的类型的不同，控制器可以被编程，以控制本发 明所公开的工艺中的任何一些，包括控制处理气体的输送、温度的设置（例如，加热和/或 冷却）、压力的设置、真空的设置、电源的设置、射频（RF)发生器的设置、RF匹配电路的设 置、频率的设置，流率的设置、流体输送的设置、位置和操作的设置、晶片的进出工具和其他 工具转移和/或连接到特定系统的或与特定系统接口的负载锁的传送。
[0155] 从广义上讲，控制器可以被定义为接收指令、发出指令、控制操作、使能清洁操作、 使能终点测量等的具有各种集成电路、逻辑、存储器、和/或软件的电子器件。该集成电路 可以包括定义为固件形式的存储程序指令的芯片、数字信号处理器（DSP)、定义为专用集成 电路（ASIC)的芯片和/或执行程序指令（例如，软件）的一个或多个微处理器、或微控制 器。程序指令可以是与各种不同的设置（或程序文件）形式的控制器通信的指令，确定在或 用于半导体晶片或向系统进行特定处理的操作参数。在一些实施方式中，所述操作参数可 以是由工艺工程师定义的以完成晶片的一个或多个层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、 表面、电路和/或管芯的制造过程中的一个或多个处理步骤的配方的一部分。
[0156] 在一些实施方案中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统 或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在"云端"或者是 fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片加工。计算机可以启用对系统 的远程访问以监测制造操作的当前处理，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作 的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的 工艺。在一些实例中，远程计算机（例如，服务器）可以通过网络给系统提供工艺配方，网 络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用 户界面，这些输入或编程参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控 制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的 参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或 控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分 布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标（例如，本文所述的工艺 和控制）工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室内工艺的一个 或多个远程集成电路（例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分）通信的室内的一个 或多个集成电路。
[0157] 在没有限制的情况下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模 块、旋转冲洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气 相沉积（PVD)室或模块、化学气相沉积（CVD)室或模块、原子层沉积（ALD)室或模块、原子 层蚀刻（ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/ 或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。
[0158] 如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个 其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、 位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者将晶片的容器往来于半导体制造工厂中 的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具。
[0159] 光刻图案化
[0160] 光刻图案化膜通常包括以下操作中的一些或全部，每个操作能够使用多种可行的 工具：（1)使用旋涂或喷涂工具将光致抗蚀剂涂覆在衬底上，例如涂覆在上面形成有氮化 硅膜的衬底上；（2)使用热板或炉或其它合适的固化工具固化光致抗蚀剂；（3)使用例如 晶片步进式曝光机之类的工具将光致抗蚀剂暴露于可见光或紫外线或X射线；(4)使抗蚀 剂显影以便使用诸如湿式台或喷射显影器之类的工具选择性地去除抗蚀剂，从而使其图案 化；（5)通过使用干式或等离子体辅助式的蚀刻工具将抗蚀剂图案转移到下伏膜或衬底； 并且（6)使用例如射频或微波等离子体抗蚀剂剥离器之类的工具去除抗蚀剂。在一些实施 方式中，可灰化硬掩模层（例如无定形碳层）和另一种合适的硬掩模（例如抗反射层）可 以在施加光致抗蚀剂之前沉积。
[0161] 其它实施方式
[0162] 尽管为了促进清楚和理解的目的，在【具体实施方式】的背景下，已经详细描述了前 述公开的技术、操作、处理、方法、系统、装置、工具、膜、化学品和组合物，但对于本领域的普 通技术人员而言，显而易见的是，存在许多实施前述实施方式的落入本发明的主旨和范围 内的替代方式。因此，本文所描述的实施方式应被看作是说明本发明公开的创造性构思，而 不是限制，并且不应允许被用作不适当地限制最终指向本发明的主题的任何权利要求的范 围的基础。
【主权项】
1. 一种在处理室中在半导体衬底上沉积材料膜的方法，所述方法包括： (a) 在喷头基本上维持在第一温度时，使膜前体穿过所述喷头流入处理室内； (b) 在衬底保持架基本上维持在第二温度时，使所述膜前体吸附到在所述处理室中的 保持在所述衬底保持架上的衬底上，使得所述前体在所述衬底上形成吸附受限层； (c) 从包围所吸附的所述膜前体的体积除去至少一些未被吸附的膜前体；以及 (d) 在（c)中去除所述未被吸附的膜前体之后，使所吸附的膜前体反应，以在所述衬底 上形成膜层； 其中所述第一温度比所述第二温度高至少l〇°C。2. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包括： (e) 在所吸附的膜前体反应之后，从包围所述膜层的所述体积去除存在的解吸的膜前 体和/或反应副广品。3. 根据权利要求2所述的方法，其还包括重复（a)-(e) -次或多次以在所述衬底上沉 积膜的一个或多个附加层。4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第二温度介于约45°C和55°C之间。5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度高于所述第二温度的温度介于约 10°C和20°C之间。6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度高于所述第二温度的温度介于约 15°C和25°C之间。7. 根据权利要求1所述的方法，其中在（a)-(d)期间，所述喷头的温度相对于所述第一 温度变化小于约2°C。8. 根据权利要求1所述的方法，其中在（a)-(d)期间，所述喷头的温度相对于所述第一 温度变化小于约1°C。9. 根据权利要求1所述的方法，其中在（a)-(d)期间，所述衬底的温度相对于所述第二 温度变化小于约2°C。10. 根据权利要求1所述的方法，其中在（a)-(d)期间，所述衬底的温度相对于所述第 二温度变化小于约1°C。11. 根据权利要求1所述的方法，其中通过主动冷却所述衬底保持架使所述衬底保持 架基本上维持在所述第二温度。12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述衬底保持架是基座，通过使流体流过在所 述基座内的导管而使所述基座主动冷却。13. 根据权利要求1所述的方法，其中通过加热所述喷头使所述喷头基本上维持在所 述第一温度。14. 根据权利要求13所述的方法，其中通过使电流运行通过嵌在所述喷头内的电阻元 件加热所述喷头。15. -种用于在半导体衬底上沉积材料膜的装置，所述装置包括： 处理室； 在所述处理室中的衬底保持架； 喷头，其用于使膜前体流入所述处理室； 真空源，其用于从包围所述处理室中的所述衬底的体积去除未被吸附的膜前体； 一个或多个控制器，其包括用于操作所述喷头和真空源以在所述衬底上沉积材料膜的 机器可读指令，包括用于以下操作的指令： (a) 在使所述喷头基本上维持在第一温度时，使膜前体穿过所述喷头流入所述处理室 内； (b) 控制所述处理室内的条件，使得在所述衬底保持架基本上维持在第二温度时，所述 膜前体吸附到在所述处理室中的被保持在所述衬底保持架上的衬底上，从而在所述衬底上 形成吸附受限层，所述第二温度比所述第一温度低至少10°c ; (d) 从包围所吸附的所述膜前体的体积除去至少一些未被吸附的膜前体；以及 (e) 在（d)中去除未被吸附的膜前体之后，使所吸附的膜前体反应，以在所述衬底上形 成膜层。16. 根据权利要求15所述的装置，其中所述喷头包括用于加热所述喷头的电阻元件， 并且所述衬底保持架是包含内部冷却导管的基座。17. 根据权利要求15所述的装置，其中所述喷头包括温度传感器和用于加热所述喷头 的电阻元件，并且所述一个或多个控制器的所述指令还包括用于响应于来自所述温度传感 器的信号控制流过所述电阻元件的电流的指令。18. 根据权利要求15所述的装置，其中所述衬底保持架是包括内部冷却导管和温度传 感器的基座，并且所述一个或多个控制器的所述指令还包括用于响应于来自所述温度传感 器的信号控制流过所述冷却导管的流体流的指令。19. 根据权利要求18所述的装置，其中所述基座衬底保持架还包括内部电阻元件，并 且所述一个或多个控制器的所述指令还包括用于响应于来自所述温度传感器的信号控制 流过所述电阻元件的电流的指令。20. -种在处理室中在半导体衬底上沉积材料膜的方法，所述方法包括： (a) 在喷头基本上维持在第一温度时，使膜前体穿过所述喷头流入处理室内； (b) 当衬底保持架基本上维持在第二温度时，使所述膜前体吸附到在所述处理室中的 保持在所述衬底保持架上的衬底上，使得所述膜前体在所述衬底上形成吸附受限层； (c) 从包围所吸附的所述膜前体的体积除去至少一些未被吸附的膜前体；以及 (d) 在（c)中去除未被吸附的膜前体之后，使所吸附的膜前体反应，以在所述衬底上形 成膜层； 其中所述第一温度处于或低于所述第二温度。
【专利摘要】本发明涉及用于在低温ALD系统中的稳定沉积率控制的方法和装置，具体公开了在半导体衬底上沉积材料膜的方法。该方法可以包括：在喷头基本上维持在第一温度时，使膜前体穿过喷头流入处理室内；以及在衬底保持架基本上维持在第二温度时，使膜前体吸附到保持在衬底保持架上的衬底上，使得前体形成吸附受限层。第一温度比第二温度高至少10℃，或者第一温度处于或低于第二温度。该方法还可以包括：从包围所吸附的膜前体的体积除去至少一些未被吸附的膜前体；以及之后，使所吸附的膜前体反应以形成膜层。本发明还公开了一种装置，该装置包括：处理室；衬底保持架；喷头；以及一个或多个控制器，其用于操作该装置以使用前述膜沉积技术。
【IPC分类】C23C16/52
【公开号】CN105386012
【申请号】CN201510519683
【发明人】克洛伊·巴尔达赛罗尼, 阿德里安·拉沃伊, 康胡, 钱俊, 普鲁肖坦·库马尔, 安德鲁·杜瓦尔, 科迪·巴奈特, 穆罕默德·萨布里, 拉梅什·钱德拉塞卡拉, 卡尔·利瑟, 大卫·C·史密斯, 塞沙萨绮·瓦拉达拉简, 艾德蒙·B·明歇尔
【申请人】朗姆研究公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年8月21日
【公告号】US20160056032