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TWI794318B - 增加反應器處理批量大小的方法和設備 - Google Patents

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TWI794318B
TWI794318B TW107138329A TW107138329A TWI794318B TW I794318 B TWI794318 B TW I794318B TW 107138329 A TW107138329 A TW 107138329A TW 107138329 A TW107138329 A TW 107138329A TW I794318 B TWI794318 B TW I794318B
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TW
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reaction chamber
processing
batch
plasma
increasing
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TW107138329A
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普爾基特 艾嘉沃
普魯夏坦 庫瑪
理查 飛利浦
艾里恩 拉芙依
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美商蘭姆研究公司
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Abstract

本文的某些實施例係關於增加反應腔室處理批量大小的方法。在腔室內處理一批量晶圓之一部分。該處理步驟導致在該反應腔室的內部表面上之至少一些材料靶外沉積。實施批量中間反應腔室處理，以穩固累積於腔室內部表面上之靶外沉積材料。在腔室內處理該批量晶圓之另一部分。在許多實施例中，使腔室(例如批量中間)與批量晶圓之後續部分的處理重複，直到所有晶圓處理完成為止。批量大小指涉在腔室清潔循環之間可於該反應腔室中受處理之晶圓的數量。在批量處理之前，對腔室內部表面進行時效處理。腔室內部表面的時效處理涉及塗佈一材料之塗層，該材料與可用於在晶圓處理期間沉積於晶圓上之材料相同。

Description

增加反應器處理批量大小的方法和設備
本發明係關於增加反應器處理批量大小的方法和設備。
半導體處理通常係在專用處理設備中進行，其中通常需要獲得經最佳化且有效率的生產能力。此類設備可包含在處理期間容置一批量晶圓的反應腔室。反應腔室亦可包含用於半導體加工中的各種硬體件(例如，基板支撐件、噴淋頭等)。在一些情況下，可在反應腔室用於處理基板之前，對反應腔室進行處理、或時效處理(seasoning)。反應腔室處理可採用一些不同的形式，且可針對各種理由而執行。此外，在一些情況下，由於沉積在反應腔室之各種內部元件上的靶外(off-target)薄膜累積，其需要使處理停止並使腔室停機以進行清潔，因此在清潔循環之間反應腔室所能處理之晶圓的總數可能受到限制。
本文的某些實施例係關於增加反應腔室處理批量大小的方法，該方法涉及：(a)在該反應腔室內處理一批量晶圓之一部分，其中該處理步驟導致在該反應腔室的內部表面上之至少一些材料靶外沉積；(b)實施批量中間反應腔室處理，以穩固累積於該反應腔室的內部表面上之靶外沉積材料；以及(c)在該反應腔室內處理該批量晶圓之另一部分。
該方法更涉及重複(b)-(c)直到該批量晶圓的處理完成為止。
在一些實施例中，該反應腔室批量大小為在反應腔室清潔循環之間可於該反應腔室中受處理之晶圓的數量。
該方法可更涉及在該反應腔室中進行批量處理之前，對該反應腔室的內部表面進行時效處理。
在一些實施例中，對該反應腔室的內部表面進行時效處理之步驟涉及塗佈一材料之塗層，該材料與用於在(a)或(c)期間沉積於該批量晶圓上之材料相同。
在一些實施例中，(a)或(c)可涉及將一材料沉積於該批量晶圓的晶圓上。
在一些實施例中，該時效處理之步驟包含：在無晶圓存在於該反應腔室中時，透過原子層沉積(ALD)將一塗層塗佈於該反應腔室的內部表面。
該方法可更涉及：在(c)完成之後，清潔該反應腔室的內部表面。
該方法可更涉及：(d) 在該批量晶圓之處理完成之後，清潔該反應腔室的內部表面。
在一些實施例中，在每隔該批量晶圓之總批量累積限制的指定間隔時實施(b)。再者，該指定間隔可為經驗上決定的。此外，該指定間隔可發生於該反應腔室的內部表面上之材料累積的有害程度之前，該反應腔室的內部表面上之材料累積的有害程度導致材料剝脫及晶圓缺陷及/或粒子產生。
在一些實施例中，該總批量累積限制為該反應腔室的內部表面上之累積材料的厚度，超過該厚度則處理受到損害，使得在進一步進行處理之前需要進行該反應腔室的清潔。
在一些實施例中，其中(b)涉及沉積一薄膜，該薄膜附著於累積在該反應腔室之內部表面上的材料。再者，所沉積之該薄膜的可壓縮性可透過對選自由下列各者所組成之群組之任一或多者進行調整而增強：射頻(RF)功率位準、反應腔室壓力、或RF處理時間。
在一些實施例中，其中(b)涉及：在材料累積至一指定厚度之後，使累積於該反應腔室之內部表面上的材料暴露於電漿。再者，可在1 Torr至10 Torr之範圍內的壓力下實施電漿暴露，以促進電漿擴散至累積於該反應腔室之內部表面上的材料中。此外，可在該反應腔室內之噴淋頭的面板上點燃該電漿。此外，該電漿可衍生自由下列各者所組成之群組之任一者：氫、氦、氬、或含氮源。此外，暴露於該電漿之步驟可將約200Å的薄膜沉積於該反應腔室之內部表面上所累積的材料上。並且，可將一驅氣停用，以容許該電漿在整個該反應腔室中均勻地分散。在一些實施例中，該電漿具有400 kHz的頻率。
在一些實施例中，所沉積之該薄膜使該反應腔室之內部表面上的材料穩固。再者，暴露於該電漿之該步驟可使所沉積之該薄膜緻密化，以穩固該反應腔室之內部表面上的材料。此外，該薄膜的可壓縮性可透過選自由下列各者所組成之群組之方法而增加：施加在2 kw - 7 kw之範圍內的射頻(RF)功率、施加在2 torr - 10 torr之範圍內的高壓、或使用0.2 s - 10 s的RF電漿時間。
該方法可更涉及：(d) 使該反應腔室接地。再者，接地的該反應腔室可促進電漿擴散至該反應腔室的外部。在一些實施例中，可配置以輸送一沉積氣體至該批量晶圓的一噴淋頭係受供電的。並且，在一些實施例中，配置以支撐該批量晶圓的一底座係受供電的。再者，用以實施(d)的電漿可由一遠程電漿清潔單元所供應。該遠程電漿清潔單元可被裝設於該反應腔室內。
另一實施態樣涉及一種用於處理基板的電漿處理設備。該設備可更包含一反應腔室，其包含：內部腔室表面，用以支撐在該反應腔室內的一基板的一基板支座，以及用以將材料從該反應腔室中移除的一排放埠；一遠程電漿腔室，其包含：用以在該遠程電漿腔室內產生電漿的一電漿產生器，用以將氣體輸送至該遠程電漿腔室的一入口，用以將在該遠程電漿腔室中所產生的電漿提供至該反應腔室的一出口；以及一控制器，其係配置以執行用於下列各者的指令：在該反應腔室內處理一批量晶圓之一部分；實施批量中間反應腔室處理，以使因批量處理而累積於該反應腔室的內部表面上之材料穩固；以及在該腔室內處理該批量晶圓之另一部分。
在一些實施例中，該電漿處理設備係遠離該反應腔室。
在一些實施例中，該控制器係進一步配置以執行用於以下者的指令：在(c)完成之後，清潔該反應腔室的內部表面。
該等及其他的實施態樣於以下參照圖式而進一步描述。
在以下的敘述中，說明了大量的特定細節，以提供對本發明的徹底理解。在毋須若干或全部此等特定細節之情況下即可實行本發明。在其他範例中，為了不使本發明晦澀難懂，習知的處理操作不會有詳細描述。此外，雖然本發明與特定實施例一同敘述，但應理解，特定實施例並非試圖限制本發明。
在此應用中，用語「晶圓」及「基板」係可互換地使用。用於半導體裝置產業中的晶圓或基板通常具有200 mm、或300 mm、或450 mm的直徑。除非另外說明，否則本文所述之處理細節(例如，流動速率、功率位準等)係相關於處理300 mm直徑之基板、或相關於配置以處理300 mm直徑之基板的處理腔室，且可針對其他尺寸之基板或腔室而視情況按比例縮放。本文所述腔室可用於處理可為各種外形、尺寸、及材料之工件。除了半導體晶圓之外，可於依據某些實施例而製備之腔室中受處理的其他工件包含各種物件，例如印刷電路板、磁記錄媒體、磁記錄感測器、鏡、光學元件、微機械裝置等。前言
在半導體製造中，期望獲得有效率的反應腔室生產力。習知上，將批量晶圓供應至反應腔室以在其中於(複數)晶圓上進行處理(例如沉積)。然而，材料無意地靶外沉積於各種內部腔室表面(例如反應腔室之側壁)上可能導致最終的粒子生成，例如，經由此類材料剝脫至在腔室中受處理的晶圓上。此等靶外材料剝脫係不樂見的，因為其可能汙染受處理之晶圓，從而使所處理之批量晶圓的整體品質降低。
習知上，在達到反應腔室批量大小後，需立即實施反應腔室內部之完整清潔，反應腔室批量大小為：在受處理之晶圓實質上可能因粒子生成而汙染之前，能夠在反應腔室中受處理之晶圓的最大數量，其中粒子生成係肇因於腔室中累積的靶外沉積。實施此等清潔需要使反應腔室移出容納於其中用於處理的內容物，因此可能使產能降低，且妨礙在指定時間內之較大批量的晶圓處理。
增加反應腔室批量大小會使生產力(或產能)增加，其係藉由容許額外的晶圓在所需清潔循環之間於反應腔室中受處理。此等增加可透過本文所揭示方法之一或多者而完成，即批量增加累積程序(BIAS)相關製程之應用，其所描述的製程利用中介(或批量中間)腔室處理以短暫中斷常規晶圓處理，俾穩固沉積於內部反應腔室元件上(例如腔室內部側壁)的靶外材料，以防止此等材料剝脫或產生粒子而汙染受處理之晶圓。
剝脫(flaking)(如此處及遍及本揭示內容之他處所用)可指涉粒子生成的形式，其係肇因於：反應腔室內部表面上的靶外沉積材料部分或完全地崩解至在反應腔室中受處理之批量晶圓上。剝脫為不樂見的情況，且可能經由將缺陷及/或其他粒子引入至晶圓而損害受處理之批次的品質。除了剝脫之外，可能觀察到「剝離」(peeling))現象。剝離係描述一種特定類型的剝脫，其中靶外沉積材料之頂部暴露表面在處理期間從其所附著之內壁均勻地脫離而落在晶圓上。反應腔室
圖1呈現反應或處理腔室的簡化例示圖，可針對該反應或處理腔室而實施依據本揭示內容的製程及設備。處理腔室102包含腔室壁103、腔室地板104、及腔室天花板105。基板支座106係定位於處理腔室102內，基板107坐落於基板支座106上。處理腔室102亦包含一入口108及排放出口109。在一些實施例中，遠程電漿源110係設置於處理腔室102的上方。遠程電漿源110包含電漿產生器(未圖示)，用以在遠程電漿源內產生電漿。電漿產生器包含用於產生電漿的硬體(例如，線圈、電極等)，電漿可為感應耦合式電漿(ICP)、電容耦合式電漿(CCP)、或微波生成電漿等。遠程電漿源110係透過噴淋頭111而與處理腔室102分離，噴淋頭111具有複數噴淋頭孔洞112。遠程電漿源110具有用於提供氣體之入口113，氣體係用以產生遠程電漿。
在典型情況下，在處理腔室102內依次地處理(例如在晶圓上進行沉積)一批晶圓(例如一、二至四個晶圓)。例如，四個晶圓進入處理腔室102，經受處理並接著被移去。接著，額外的四個未處理晶圓可被送入處理腔室102中，以進行處理。傳送晶圓集合直到在所需腔室清潔循環間達到總目標量或「批量」為止的此類方式可稱為「批量處理」。晶圓係在一或多站(例如，1、2、或4個站)依次地受處理，直到達到反應腔室批量大小(例如，限制)為止。透過靶外沉積材料的中介處理以避免此類材料干擾後續的晶圓處理，BIAS之應用使反應腔室批量大小擴大。因此，藉由應用BIAS，可在暫時中斷晶圓處理以處理或清潔反應腔室之內表面的殘留物累積之前，對大量晶圓進行處理，其中殘留物累積係肇因於在反應腔室之內表面上的靶外沉積。
圖2說明在以下處理之後的圖1中所示設備：其內部元件表面經過塗佈，例如透過塗佈諸如塗層220之底塗層(UCT)而進行「時效處理」，如以下進一步描述。一般而言，「時效處理」指涉製備反應腔室之內部表面的處理，用以在其中處理晶圓。在一些實施例中，時效處理可涉及將矽氧化物(SiO2 )之塗層或UCT塗佈於內部表面。在其他實施例中，矽氧化物(SiOX )、氮化物、鎢、或其他合適材料(如介電材料)可用於時效處理中，其取決於在反應腔室內所沉積之物為何。
所繪示之塗層220亦可代表在反應腔室中於晶圓處理期間的靶外材料沉積之累積。在本揭示內容中的此處及他處所使用之用語「累積」，大體上係描述反應腔室之內部表面上的靶外沉積材料之增長。同樣地，用語「常態累積」描述在反應腔室內處理批量晶圓期間的習知累積程序，其在達到最大反應腔室批量大小時即被清除。基板107(例如晶圓)未圖示於此圖式中，且為說明之目的而將塗層220之厚度誇大。此外，塗層220可存在於圖2中無法看見的區域中，例如噴淋頭孔洞112之內部表面上。在一些實施例中，低復合材料之塗層220僅覆蓋處理腔室102內側的表面。
基板107(例如半導體晶圓)之處理可涉及在其上透過各種製程進行沉積，例如原子層沉積(ALD)。在晶圓處理期間，指定數量之晶圓(例如一、二、或四個晶圓)可在處理腔室102中經受處理，然後被循環移出，以容許新的未處理晶圓進入。在花費於處理大量晶圓的某時間量之後，欲沉積於晶圓上之材料可能開始累積在非預期之位置上，例如腔室壁103上。結果，此類靶外沉積材料可能開始產生粒子，例如從腔室壁103剝脫並下落(或移動)至基板107上而污染晶圓處理。
因此，實施圖4及5A-5B中所進一步描述之處理可固定或穩固腔室壁上的此類靶外沉積材料。靶外沉積材料的此等穩固化可允許額外地持續處理基板107，直到必須進行最終的腔室壁103清潔循環以取出並除去靶外沉積材料為止。一般而言，清潔循環指涉從各種內部反應器元件(如側壁)移除不樂見的靶外沉積材料。通常對反應腔室進行清潔以使反應腔室中的晶圓處理能重新開始。腔室清潔可為濕式(利用液相化學品)或乾式(例如，利用電漿)。並且，可透過提供電漿至反應腔室而進行腔室清潔(通常稱為「電漿清潔」)，以清潔反應腔室之內部表面上的靶外沉積材料。可利用原位或遠程電漿以進行電漿清潔。
圖3顯示例示性程序流程300，用以解決在晶圓批量處理期間由反應腔室之內部表面上的靶外沉積所引起的問題。程序300開始於操作302，其涉及將一或更多晶圓提供至一反應腔室，例如處理腔室，如圖1所示者。
在一些實施例中，可使複數晶圓進入反應腔室以進行多站的依次處理，之後在處理完成後即從反應腔室中移去。在其他實施例中，可將腔室配置為一次處理一個晶圓。此等複數晶圓處理可統稱為「批量處理」，其中一「批量」晶圓指涉：在需將反應器停機以進行完全清潔之前，可在反應腔室清潔循環之間於反應腔室中受處理的晶圓總數，其中將反應器停機以進行完全清潔係為了在無製程漂移及/或晶圓汙染之風險下繼續處理晶圓，製程漂移及/或晶圓汙染係肇因於粒子生成，例如內部反應器元件(尤其係側壁)上的累積靶外沉積材料剝脫，其係歸因於反應腔室中的晶圓處理。一般而言，清潔循環涉及將反應腔室完全停用，以在無汙染風險下繼續處理晶圓之前提供完全清潔，該汙染係肇因於粒子生成，例如，沉積於內部反應器元件(尤其係側壁)上的累積靶外沉積材料剝脫，其係歸因於反應腔室中之先前的晶圓處理。
在典型的批量處理過程中，期望的製程產能可能受到限制，其係歸因於在批量晶圓處理期間反應腔室之內部表面上之靶外材料的持續累積。透過實施批量中間反應腔室處理以使沉積於例如反應腔室之側壁上的靶外材料穩固，操作306(在批量晶圓之一部分的初始處理之後進行)解決靶外沉積之問題。可在操作306之批量中間處理開始之前，將反應腔室內的任何晶圓從反應腔室中移去，以避免肇因於批量中間處理之不樂見的汙染。在一些實施例中，批量中間處理可涉及一或更多不同的程序變形例，其係進一步描述於圖4A-4B中。在操作306之反應腔室之批量中間處理完成之後，於操作310中結束程序300之前，可於操作308中在反應腔室內對批量晶圓之另一部分進行處理。
因此，在操作306實施批量中間反應腔室處理，可使所需的清潔循環之間能在反應腔室內進行處理的晶圓總數增加，因而使欲處理之晶圓的批量大小有效增加。因此，需要包含操作306的程序300(亦稱為批量增加累積程序(BIAS))，以透過在所需清潔循環之間延長反應腔室的可用性或壽命(例如，其中將累積的靶外沉積材料移除以免於附著於反應腔室之側壁)，而使在既定反應腔室中進行處理之晶圓的總操作產能增加。
圖4A顯示全面性的程序流程400，其依據參照圖4所述之一般處理中的一特定實施例而描述BIAS。圖4B將結合圖4A而加以討論和描述，並顯示若干特定類型的批量中間反應腔室處理，例如，在程序流程300中的操作306所實施、且同樣地在程序流程400中的操作412所實施者。在開始於操作402之後，熟習本技藝者將理解，反應腔室之內部表面可藉由透過習知沉積方法、或經由原子層沉積(ALD)在其上沉積薄膜而加以製備、或進行時效處理。在時效處理操作404所沉積之薄膜可稱為「預塗層」、或稱為「底塗層」(UCT)，且在一些實施例中可包含一介電質(如矽氧化物(SiO2 ))、或適用於沉積的其他氧化物。此外，可在相對短的期間內透過ALD沉積矽氧化物以作為UCT，俾在500至1,200個ALD循環的過程中控制所沉積之薄膜的厚度，例如，在最小值100Å至最大值2,000Å的範圍內，通常在700Å至1,400Å之內。
ALD為標稱自限性步驟之循環製程，其引致薄膜厚度的小變化及數字上的變化。該製程具有平滑度及保形性之特性。「ALD循環」之概念與本文許多實施例之討論相關。一般而言，ALD循環為用以執行一次表面沉積反應的最小操作集。一個循環的結果為在例如基板表面上產生至少部分的含矽薄膜層。通常，ALD循環所包含之操作用以使至少一反應物輸送和吸附至基板表面，並接著使吸附的反應物與一或更多反應物進行反應，俾形成部分的薄膜層。該循環可包含某些輔助操作，例如清除反應物或副產物之其中一者、及/或處理所沉積之部分薄膜。一般而言，循環包含獨特操作序列之一個實例。舉例而言，ALD循環可包含以下操作：(i)含矽前驅物之輸送/吸附、(ii)將含矽前驅物從腔室中排淨、(iii)第二反應物與電漿之輸送、及(iv)將電漿從腔室中排淨。適用於藉由ALD生成及塗佈各種類型之UCTs的前驅物、處理氣體、及/或試劑之各種流率範圍係顯示於圖5A中，其中該欄位標示為「UCT」。用於塗佈UCT、及額外的各種批量中間處理塗層之ALD製程的流率(以每分鐘標準立方厘米(sccm)提供)可包含圖5A中所示之特定範圍。例如，可使選自BTBAS(雙(叔丁基胺基)矽烷)、BDEAS(雙(二乙基胺基)矽烷) ((Et2 N)2 SiH2 )、或DIPAS(二(異丙胺基)矽烷)之前驅物在500-3,000 sccm之體積流率下流入反應腔室，以使例如矽氧化物(SiO2 )(如矽酸鹽玻璃)之UCT生成和塗佈於反應腔室的內部表面。用於生成含矽UCT之其他合適的例示性前驅物(或反應物)可包含各種其他的雙(烷基胺基)矽烷，其中其烷基可含有1-6個碳基。並且，每一胺基可各自以烷基單取代或雙取代。此外，在某些實施例中，可使用烯基與炔基之變形物以作為用於生成含矽UCT之前驅物或反應物。在一些情況或配置中，可在分子上使用不同的烷基(例如，一或更多胺可被甲基取代，且一或更多其他的胺可被乙基取代)。在某些實施例中，一或更多烷基可提供矽烷核的立體阻礙。同樣地，亦可視需求而使諸如氬(Ar)氣之載氣流入反應腔室中以生成UCT。
接著，在如上所述於操作404進行反應腔室的時效處理以塗佈UCT之後，將批量晶圓之一部分提供至反應腔室以在其中進行處理。如先前針對程序流程300所介紹，批量可指涉在所需腔室清潔循環之間能由反應腔室所處理的晶圓最大數量。該批量之一部分可為少於全部批量的任何數量。在一些實施例中，可將批量分為複數等分，例如代表該批量的一半、三分之一、四分之一等，且該等部分可於經驗上與一累積限制相關聯，該累積限制剛好少於一限度，在該限度時受處理之晶圓實質上可能因粒子生成而汙染，其中粒子生成係肇因於腔室中累積的靶外沉積。在一特定範例中，可將批量分為四等分，在完成其處理之後，批量係25%、50%、75%、及100%完成的。操作408涉及處理批量晶圓之一部分，且可涉及(如前所述)依序處理複數群組的晶圓(例如各群組為一、二至四個晶圓)，使其循環進出反應腔室以進行處理。在一些實施例中，在操作408之處理可涉及對批量晶圓之一部分執行一或更多技術，包括透過ALD製程而進行沉積。
在將經處理之晶圓從反應腔室中移去之後，於操作412使該部分之處理暫時中斷，以實施反應腔室之批量中間處理。批量中間處理使在操作408處理該部分期間不慎於反應腔室之內部表面上沉積的靶外材料穩固。
BIAS的優點之一為：透過使在強制性清潔循環之間能由反應腔室所處理的最大批量大小增加，而使反應腔室的淨產能增加。相對大的批量大小意指更多的反應腔室時間可用於在其中處理晶圓，而非用於頻繁地中斷處理以完成全面性的內務操作(如腔室清潔)。因此，實施BIAS會促使產能增加、以及降低批量中所觀察到的缺陷度(例如，可能由頻繁的處理中斷以清潔反應腔室所引起)。
圖4B顯示可於操作412實施的特定類型之處理的若干變形例。例如，可透過變形例A而將附著於反應腔室之側壁的靶外沉積材料固定或封在適當位置，例如，藉由塗佈(例如沉積)將靶外沉積材料束縛於其所附著的表面(例如側壁及/或其他反應腔室內部元件)之高度可壓縮薄膜，而防止未來的靶外沉積材料剝脫或分解，靶外沉積材料剝脫或分解可能干擾批量晶圓處理。
在批量處理期間，可於每隔一組預先指定之間隔時沉積此類薄膜，例如於總批量限制的25%、50%、或75%，該等間隔可為經驗上決定的。或者，可於每隔定期時間間隔(例如，從處理開始經過的每單位時間)時實施批量中間處理。此外，鑒於在反應腔室之內部表面上之靶外材料累積係傾向於與自最近之清潔循環以來在其中受到處理的晶圓數量成比例，故可依據靶外材料累積之量測而選擇可塗佈批量中間腔室塗層的間隔。除了在總批量限制之特定分率時塗佈批量中間腔室塗層之外、或者取代在總批量限制之特定分率時塗佈批量中間腔室塗層，而可實施此等量測。
藉由變形例A(操作412的子集)之批量中間處理而使塗佈以束縛靶外沉積材料之薄膜或塗層的可壓縮性增加的典型方法，包含(但不限於)在以下條件下透過ALD而塗佈薄膜：2 kw – 7kW之高射頻(RF)功率、2 T – 10 T之高壓、較長的RF時間(0.2 s – 10 s)、或透過對熟習本技藝者而言明顯的其他方法而塗佈薄膜。再者，在某些實施例中，可視需求而以任何結合方式將所提及之技術之一或多者結合，俾增加薄膜的可壓縮性。
圖5A中(標頭「批量中間 – 1/2」下方)提供更加全面的例示性處理條件列表。例如，用於在例如總批量累積限制之50%時塗佈可壓縮薄膜塗層之合適的批量中間處理條件，可包含在500至3,000 sccm之體積流率下的前驅物流動。用於形成及塗佈矽氧化物塗層的合適前驅物可包含選自包含下列各者之群組的含矽物種：BTBAS(雙(叔丁基胺基)矽烷)、BDEAS(雙(二乙基胺基)矽烷) ((Et2 N)2 SiH2 )、或DIPAS(二(異丙胺基)矽烷)，可使其在500 – 3,000 sccm之體積流率下流入反應腔室中，以使例如矽氧化物(SiO2 )(如矽酸鹽玻璃)之UCT生成和塗佈於反應腔室的內部表面。用於生成含矽UCT之其他合適的例示性前驅物(或反應物)可包含各種其他的雙(烷基胺基)矽烷，其中其烷基可含有1-6個碳基。並且，每一胺基可各自以烷基單取代或雙取代。此外，在某些實施例中，可使用烯基與炔基之變形物以作為用於生成含矽UCT之前驅物或反應物。在一些情況或配置中，可在分子上使用不同的烷基(例如，一或更多胺可被甲基取代，且一或更多其他的胺可被乙基取代)。在某些實施例中，一或更多烷基可提供矽烷核的立體阻礙。亦可視需求而使諸如氬(Ar)氣之載氣流入反應腔室中以生成UCT。並且，在某些實施例中，含氧物種可選自包含下列各者之群組：氧化亞氮(N2 O)氣體及/或氧(O2 )氣，且可被流入反應腔室中。
使用圖示之範圍中(例如5,000 – 50,000 sccm)之氮(N2 )氣的後續排淨操作可用以視需求而將處理試劑從反應腔室中排空。在某些實施例中，可在與第一排淨相似之流率範圍下實施第二排淨操作。可在沉積(例如ALD)及排淨操作期間將總反應腔室壓力維持於1T至10T之間。
同樣地，沉積及相關的排淨操作之步驟時序係顯示於概略流率範圍下方。給劑時序以秒為單位而指示前驅物給劑時間；PDP指示例如惰性氣體流的給劑後排淨時間，惰性氣體流係用以從反應腔室中之晶圓反應區域除去沉積前驅物；RF時間指涉在沉積操作期間反應物存在之情況下射頻(RF)電漿功率啟動的時間段；且RF排淨時間指涉在RF電漿驅動沉積之後無反應物或電漿功率之情況下的排淨持續時間。在ALD及排淨操作期間可用於調整之額外的反應腔室製程參數包含腔室溫度及功率設定。例如，安瓿溫度指涉當反應物進入腔室時的反應物溫度，且可在20°C-80°C之範圍內；氣體管線溫度指涉處理氣體通過氣體管線被輸送至反應腔室的溫度，且可在20°C-85°C之範圍內；底座溫度指涉固持欲處理之(複數)晶圓的底座之溫度，且可在20°C-550°C之範圍內，其取決於製程應用及所沉積之薄膜的需求；腔室溫度指涉在ALD及相關之排淨製程期間反應腔室的內部溫度，且可被設定於20°C-85°C之範圍；且頂板溫度可被設定於20°C-85°C之範圍。
容許的功率設定包含圖5A中所示、在各種反應腔室元件(例如噴淋頭與底座)之特定範圍內的功率設定，噴淋頭與底座兩者之功率皆可在如圖所示之頻率範圍下提供。此外，在某些實施例中，處理後製程可與圖5A中的批量中間 – 1/2處理所示之ALD及相關排淨製程結合、在所示之概略功率位準、流入反應腔室之氣體物種、頻率及時間間隔中加以應用。
在一些實施例中，相對於如上述地塗佈可壓縮薄膜以塗佈和封住靶外沉積材料，而可使反應腔室之內部表面上的累積靶外沉積材料暴露於電漿，例如，如變形例B所示。可在每隔總批量累積限制之期望間隔(例如25%、50%、或75%)時，於一低壓下實施電漿暴露，例如俾使電漿更容易擴散進入靶外沉積材料以將此等材料穩固於適當位置，避免其於處理期間落在批量晶圓上。例如，變形例B之合適的反應腔室處理條件、以及選用性的後處理可為如圖5B中的「批量中間 – 3」所示。電漿可透過與用於沉積所示之方式(如圖5A之「製程」欄位中所示)相同的方式產生，並可被輸送至介於噴淋頭(其可為經供電的)與底座(其可為接地的)之間的處理腔室。再者，在某些實施例中，如上述而產生的電漿可擴散以改善沉積於載送環上之材料的品質，載送環可被定位於反應腔室內以在處理期間固持晶圓。載送環可由高阻抗陶瓷所製成，其係配置以或用以使電漿功率聚集至接地底座上。
在一些實施例中，在變形例B中所述之電漿處理之後，可在反應腔室之內部表面上的經電漿處理之靶外沉積材料上沉積薄膜(例如，少於200Å)，如變形例C中所示。並且，變形例C可涉及在低壓下的非給劑式(例如，沒有反應性前驅物或沉積試劑的流動)氧化電漿處理之初始塗佈。此外，供以首先穩固靶外沉積材料的電漿可由氬氣(Ar)或氬氣與氧氣(O2 )之混合物產生，其可從如圖1及2中所示之噴淋頭111後方的位置點燃。因此，變形例C可透過選擇及運用某些製程參數(如先前在圖5A中「批量中間 – 1/2」欄位中所示)而完成，以在靶外沉積材料之電漿處理之後透過ALD而沉積薄膜。此等ALD製程可涉及短的反應物流動時間，俾沉積較薄的膜(例如，少於200Å)。
在變形例C的習知處理程序中，用以在基板107上進行沉積的化學品(例如反應性物種)可從噴淋頭111流出。用以產生用於變形例C之電漿的惰性氣體通常難以點燃。因此，可提供電功率以在噴淋頭111之面板上將惰性氣體點燃。此外，在如此情況下，將二次排淨(例如，用以將氣體及/或其他物種從反應腔室中排淨)關閉，以使電漿能在整個處理腔室中均勻地向外分散。
接著，在如上述地使靶外沉積材料暴露於電漿之後，可在其上沉積薄膜(例如，少於200Å)，以使靶外沉積材料固定或固化於適當位置。此類塗層可包含矽氧化物或另一合適的氧化物。此外，在一些實施例中，可進行額外的沉積後薄膜處理，例如退火或電漿處理。
圖5B所示之變形例D可與變形例A、B、及C一同實施，且變形例D涉及使反應腔室接地，俾使在其中點燃的電漿最終擴散至反應腔室的外部區域(例如，朝向側壁)。習知上，固持基板(例如圖1及2所示之基板107)的底座或支座係接地的，而將物種朝向基板輸送以在其上進行沉積的噴淋頭係經供電的。在此，依據變形例D且與習知配置相反，底座可為經供電的，而噴淋頭為接地的。例如，可選擇性地運用圖5B所示之「批量中間 – 4」的欄位中所顯示之參數，以引致反應腔室之接地，例如，可在500W – 7kW之範圍內的功率位準下操作底座。由變形例D所提供的此等配置可輔助瞄準反應腔室內的區域，以進行電漿活化、塗佈之方向性、及轟擊；例如，朝向有靶外材料沉積於其上的反應腔室側壁。此等電漿在用於處理或處置腔室側壁及其他腔室元件上的靶外沉積材料之後，可接著朝反應腔室之外部區域擴散。
在成功完成一或更多的變形例A-D及/或變形例A-D之組合(其共同構成在操作412的批量中間反應腔室處理)之後，在操作414將批量晶圓的另一部分置入反應腔室中，以於操作416在反應腔室中進行處理。判定操作420判定是否在操作408及416(用於進行批量晶圓之初始部分的處理及任何另外部分的處理)期間已達到反應腔室批量大小限制。例如，若判定結果為「否」，則程序工作流程400回到操作412以進行額外的批量中間處理及沉積，俾使批量晶圓之另外部分受處理。因此，熟習本技藝者將理解，在程序工作流程400中之操作412採用BIAS及批量中間處理使得批量大小擴大，其容許額外的晶圓在強制性反應腔室清潔循環之間受處理。
最後，可能在多次執行批量中間反應腔室處理操作412之後，將於操作420達到總批量累積限制，其中反應腔室之內部表面會有(或可能超過)沉積於反應腔室之內部表面上之靶外材料的閾值量，使得在操作420的結果為「是」。因此，程序工作流程400會朝末端操作422前進，在其中進行腔室清潔。
如前所述，圖5A及5B顯示提供各種例示性製程參數資料值的圖表，該等製程參數資料值係與各種晶圓處理及批量中間反應腔室處理操作相對應。所示之此等數值旨在表示用於上述之各種BIAS相關製程中的參數，但並非詳盡的，且並非限制性的。可視需求而調整製程數值及/或參數以達成特定的晶圓處理產能目標。
各種的個別參數係垂直地列於圖5A及5B兩者之「參數」欄位中。並且，如前所述，針對進入及/或離開反應腔室的前驅物、反應物、及/或惰性排淨物種的體積流率，以sccm為單位而提供流量。圖5A及5B中所示之步驟時序係如前所述的，例如給劑時間等。同樣地，剩餘之溫度、功率位準、及選用性的後處理設定所包含的參數係如前所述的，例如，對應於下列之一或多者：UCT之塗佈、或透過變形例A-D之任一或多者而進行的批量中間處理。
圖5A亦顯示適用於批量晶圓處理的概略參數設定範圍，其係列於「製程」欄位下方。批量處理可透過使用如前所述之ALD技術以在其上沉積期望厚度的薄膜而進行，且可涉及在所圖示之量及/或組合中之前驅物及試劑物種的流動。
剩餘的UCT、批量中間 – 1/2、批量中間 – 3、及批量中間 – 4之欄位分別代表在反應腔室之處理前時效處理期間之底塗層塗佈、及變形例A-D。亦即，欄位標頭「UCT」表示在內部反應腔室表面上生成和塗佈處理前時效處理底塗層的操作條件、或設定。同樣地，在某些實施例中，欄位標頭「批量中間 – 1/2」表示變形例A之設定；欄位標頭「批量中間 – 3」表示變形例B之設定；並且，欄位標頭「批量中間 – 4」表示變形例D之設定。變形例C可透過選擇性地結合欄位標頭「批量中間 – 1/2」及「批量中間 – 3」中所提供之設定範圍而加以實施。
圖6顯示用於遠程清潔配方之例示性製程參數的另一圖表，遠程清潔配方可用以在例如程序工作流程400之末端於操作422實施反應腔室之遠程清潔。縮寫字HP及LP分別表示「高壓」及「低壓」(且亦反映於圖6中所示之其各自的壓力範圍中)。可使用用於產生電漿之物種的各種配方，該等電漿係用於清潔。在藉由完整的清潔循環從反應腔室之內部表面成功移除靶外沉積材料之後，可重新啟動如程序工作流程300、或400所示之BIAS製程，俾依需求而處理額外批量的晶圓。設備
圖7描繪原子層沉積(ALD)處理站700之實施例的示意圖，該ALD處理站700具有處理腔室702。處理站700可用於執行某些揭示實施例。例如，雖然處理站700可能通常用以藉由原子層沉積(ALD)而在基板上沉積薄膜，但處理站700可用於某些配置中以例如實施原子層蝕刻(ALE)或原子層清潔(ALC)，俾各別地對圖案化架構中的含碳材料進行蝕刻或清潔。在一些實施例中，處理站700可用於ALE、ALC、及ALD，或者在一些實施例中，多站工具中的若干處理站可包含用於ALE或ALC的站、及用於ALD的站，俾使基板可在不破壞真空之情況下於ALC站與ALD站之間傳送。
處理腔室702可用於維持低壓處理。在共同的低壓處理工具環境中可包含複數處理站。例如，圖8描繪多站處理工具800之實施例。在一些實施例中，處理站700之一或更多硬體參數(包含以下所詳細討論者)可係藉由一或更多電腦控制器750而以編程方式調整。
處理站700與反應物輸送系統701a流體連通，該輸送系統701a係用以將處理氣體輸送至分佈噴淋頭706。反應物輸送系統701a包含用以混合及/或調節處理氣體(例如含氧氣體、或惰性氣體)的混合容器704，以用於輸送至噴淋頭706。一或更多混合容器入口閥720可控制處理氣體導入至混合容器704。
舉例而言，圖7之實施例包含用以汽化液體反應物的汽化點703，該反應物係欲供應至混合容器704。在一些實施例中，可提供沉積化學品以作為經汽化的液體反應物。在處理腔室702中執行ALE或ALC之後，可使用沉積化學品以形成圖案化的含碳材料，俾使保形薄膜可透過ALD而沉積於圖案化的含碳材料上。在一些實施例中，汽化點703可為經加熱之汽化器。自此汽化器產生的飽和反應物蒸氣可能於下游輸送管線中凝結。不可共存之氣體暴露於經凝結之反應物可能產生小粒子。該等小粒子可能阻塞管線、阻礙閥的操作、汙染基板等。用以解決該等問題的一些方法包含清除及/或排空輸送管線，俾移除殘留的反應物。然而，清除輸送管線可能提高處理站循環時間，其使產能降低。因此，在一些實施例中，汽化點703下游之輸送管線可為伴熱的(heat traced)。在一些實施例中，混合容器704亦可為伴熱的。在一非限制之範例中，汽化點703下游之管線具有遞增之溫度輪廓，其由約100°C延伸至混合容器704處的約150°C。
在一些實施例中，可於液體注入器(未圖示於圖7中)處將液體前驅物或液體反應物汽化。例如，液體注入器可將液體反應物之脈衝注入混合容器704上游的載體氣體流。在一實施例中，液體注入器可藉由自高壓至低壓急速汽化液體而使反應物汽化。在另一範例中，液體注入器可將液體霧化為分散的微滴，隨後該等微滴在經加熱之輸送管線中汽化。較小的液滴相比於較大的液滴而可較快地汽化，其使得液體注入與完全汽化之間的延遲減少。較快之汽化可使汽化點703下游之管線長度減小。在一情形中，可將液體注入器直接裝設於混合容器704。在另一情形中，可將液體注入器直接裝設於噴淋頭706。
在一些實施例中，可提供汽化點703上游之液體流動控制器(LFC)，以控制用於汽化與輸送至處理腔室702之液體的質量流量。例如，LFC可包含位在LFC之下游的熱質量流量計(MFM)。可接著響應回饋控制信號而調整LFC之柱塞閥，該等回饋控制信號係由與MFM電氣通訊的比例-積分-微分(PID)控制器所提供。然而，其可能耗費一秒以上俾利用回饋控制使液體流動穩定。此可能延長液體反應物的給劑時間。因此，在一些實施例中，LFC可於回饋控制模式與直接控制模式之間動態切換。在一些實施例中，此可藉由使LFC及PID控制器的感測管失效而執行。
噴淋頭706將處理氣體分佈至基板712。在圖7所示的實施例中，基板712係位在噴淋頭706下方、且係顯示坐落於夾頭或底座708上。可將噴淋頭706定位於350密耳(0.35 in.)至700密耳(0.7 in.)之間的距離處，以達到由噴淋頭706朝向基板712提供(或散佈)的離子方向性之期望程度。在一些實施例中，噴淋頭706與底座708之間較低的、或較小的間隙可被採用，俾保持從噴淋頭706所散佈之離子的方向性。然而，在低壓條件下(例如低於10 mT、或0.01 Torr)，可能需要較高的、或較大的間隙以達成來自噴淋頭706之離子化電漿的穩定散佈。在一些實施例中，腔室可包含複數夾頭或底座。噴淋頭706可具有任何合適外形、且可具有任何合適數目及通口之配置，用以將處理氣體分佈至基板712。
在一些實施例中，可將底座708升高或降低以使基板712暴露於基板712與噴淋頭706之間的容積。在一些實施例中，底座708可經由加熱器710而加以溫度控制。在執行各種所揭示實施例之操作期間，可將底座708設定至任何適當溫度，如介於約25°C至約650°C、或介於約35°C至約100°C。應理解，在一些實施例中，可藉由合適的電腦控制器750而以編程方式調整底座高度。
在另一情形中，在某些揭示實施例中所執行的電漿活化期間，調整底座708之高度可使得電漿密度改變。例如，可在惰性氣體經由噴淋頭706而流至基板712時點燃電漿，以在核心材料暴露於含氧氣體之後將經改質之核心材料移除。在處理階段結束後，可於另一基板傳送階段期間將底座708降低，以容許基板712自底座708移除。
在一些實施例中，可相對於底座708而調整噴淋頭706的位置，以改變基板712與噴淋頭706之間的容積。再者，應理解，可藉由本揭示內容之範疇內的任何合適機構而改變底座708及/或噴淋頭706之垂直位置。在一些實施例中，底座708可包含旋轉軸，用以轉動基板712的方向。應理解，在一些實施例中，可藉由一或更多合適的電腦控制器750而以編程方式執行該等範例調整之其中一或更多者。電腦控制器750可包含以下針對圖7之控制器750所描述之特徵的任一者。
在如上所討論之使用電漿的一些實施例中，噴淋頭706和底座708與射頻(RF)電源供應器714和匹配網路716電氣通訊，用以為電漿提供能量。在一些實施例中，可藉由控制下列中一或更多者而控制電漿能量：處理站壓力、氣體濃度、RF源功率、RF源頻率、以及電漿功率脈衝時序。例如，可於任何適當功率下操作RF電源供應器714和匹配網路716，以形成具有所期望之自由基物種成分的電漿。同樣地，RF電源供應器714可提供任何適當頻率的RF功率。在一些實施例中，RF電源供應器714可係配置以各自獨立地控制高與低頻RF功率源。範例低頻RF頻率可包含(但不限於)介於0 kHz與500 kHz之間的頻率。範例高頻RF頻率可包含(但不限於)介於1.8 MHz與2.45 GHz之間、或大於約13.56 MHz、或大於27 MHz、或大於40 MHz、或大於60 MHz的頻率。應理解，可離散地或連續地調制任何適當參數，以針對表面反應提供電漿能量。
在一些實施例中，可藉由一或更多電漿監視器以原位地監視電漿。在一情形中，可藉由一或更多電壓、電流感測器(例如，VI探針)以監視電漿功率。在另一情形中，可藉由一或更多光放射光譜儀感測器(OES)以量測電漿密度及/或處理氣體濃度。在一些實施例中，可基於來自該原位電漿監視器之量測，而以編程方式調整一或更多電漿參數。例如，用於提供電漿功率之編程控制的回饋迴路中可使用OES感測器。在一些實施例中，使用某些揭示實施例，OES感測器可用於設定一終點以在一定量的時間之後停止蝕刻。應理解，在一些實施例中，其他監視器可用以監視電漿及其他處理特性。如此之監視器可包含(但不限於)紅外線(IR)監視器、聲響監視器、及壓力轉換器。
在一些實施例中，可經由輸入/輸出控制(IOC)序列指令而提供對於控制器750的指令。在一範例中，用於為處理階段設定條件的指令可係包含於處理配方的相應配方階段中。在一些情況下，可依序配置處理配方階段，因此針對一處理階段的所有指令係與該處理階段同時執行。在一些實施例中，配方階段中可包含用以設定一或更多反應器參數的指令。例如，第一配方階段可包含：針對第一配方階段設定惰性及/或反應物氣體(例如，含氧氣體)之流動速率的指令、設定載體氣體(例如氬)之流動速率的指令、以及時延指令。接續的第二配方階段可包含：針對第二配方階段調制或中止惰性及/或反應物氣體之流動速率的指令、以及調制載體或排淨氣體之流動速率的指令、以及時延指令。第三配方階段可包含：針對第三配方階段調制第二氣體(例如氬)之流動速率的指令、調制載體或排淨氣體之流動速率的指令、針對四站處理工具而在介於約250W至約750W之間的低電漿功率下點燃電漿的指令、以及時延指令。接續的第四配方階段可包含：針對第四配方階段調制或中止惰性及/或反應物氣體之流動速率的指令、以及調制載體或排淨氣體之流動速率的指令、以及時延指令。此類配方可用於蝕刻基板上的含碳材料(如核心材料)，以產生在約90°±5°處接觸待蝕刻之底層表面的垂直側壁。額外的配方亦可接續於後，並可用以透過ALD而將保形薄膜沉積於圖案化的核心材料上。例如，針對將矽氧化物保形薄膜沉積於圖案化的核心材料上，一額外配方階段可包含設定含矽前驅物之流動速率的指令，而另一額外配方階段可包含：針對額外配方階段設定含氧反應物之流動速率的指令、以及時延指令。應理解，可以本揭示內容之範疇內的任何適當方式將該等配方階段進一步細分及/或反覆進行。
此外，在一些實施例中，可透過蝶形閥718而提供處理站700之壓力控制。如圖7之實施例中所示，蝶形閥718對下游真空泵浦(未圖示於圖7中)所提供之真空進行節流。然而，在一些實施例中，亦可透過使導入處理站700之一或更多氣體的流動速率改變，而對處理站700之壓力控制進行調整。
如上所述，多站處理工具中可包含一或更多處理站。圖8顯示具有入站負載閘802及出站負載閘804的多站處理工具800之實施例的示意圖，入站負載閘802及出站負載閘804之任一或兩者可包含遠程電漿源(未圖示於圖8中)。於大氣壓力下，將機械臂806配置成經由大氣埠810將晶圓從由晶圓傳送盒808所裝載的晶舟盒移動進到入站負載閘802。由機械臂806將晶圓(未圖示於圖8中)放置於入站負載閘802中的底座812上，關閉大氣埠810，並且將入站負載閘802抽空。在入站負載閘802包含遠程電漿源的情況下，可在晶圓被導入至處理腔室814之前，使晶圓在入站負載閘802中暴露於遠程電漿處理。再者，亦可在入站負載閘802中加熱晶圓，例如，俾移除濕氣與所吸附之氣體。接著，開啟通往處理腔室814的腔室輸送埠816，且另一機械臂(未顯示)將晶圓放置進入反應器、於反應器中所示的第一站之底座上以用於處理。雖然圖8所描繪之實施例包含負載閘，但應理解，在一些實施例中，可提供晶圓進入處理站的直接入口。
圖8所示之實施例中，所描繪之處理腔室814包含四個處理站，編號為1至4。各站具有經加熱之底座(顯示於站1之818)、以及氣體管線入口。應理解，在一些實施例中，各處理站可具有不同或多種用途。例如，在一些實施例中，處理站為可於ALC、ALD與電漿輔助ALD處理模式之間切換的。在一些實施例中，暴露於沉積前驅物、及暴露於第二反應物與電漿係在相同站中執行。替代性地或更甚者，在一些實施例中，處理腔室814可包含一或多對匹配的ALD與電漿輔助ALD處理站。雖然所描繪之處理腔室814包含四個站，但應理解，依據本揭示內容的處理腔室可具有任何適當的站數。例如，在一些實施例中，處理腔室可具有五或更多站，而在其他實施例中處理腔室可具有三或更少站。
圖8描繪處理腔室814內用以傳送晶圓的晶圓搬運系統890之實施例。在一些實施例中，晶圓搬運系統890可於各種處理站間及/或於處理站與負載閘之間傳送晶圓。應理解，可採用任何合適的晶圓搬運系統。非限制之範例包含晶圓轉盤及晶圓搬運機械臂。圖8亦描繪系統控制器850之實施例，該系統控制器850係用以控制處理工具800的處理條件及硬體狀態。系統控制器850可包含一或更多記憶裝置856、一或更多大量儲存裝置854、以及一或更多處理器852。處理器852可包含CPU或電腦、類比、及/或數位輸入/輸出連接、步進馬達控制器板等。
在一些實施例中，系統控制器850控制處理工具800的所有行動。系統控制器850執行系統控制軟體858，該系統控制軟體858係儲存於大量儲存裝置854中、載入至記憶裝置856、並於處理器852上執行。或者，可於控制器850中將控制邏輯硬碼化。可為該等目的而使用特殊應用積體電路、可程式化邏輯裝置(例如，現場可程式化閘陣列、或FPGAs)等。在以下的討論中，每當使用「軟體」或「碼」，則該處可使用功能相當的硬碼化邏輯。系統控制軟體858可包含下列指令：控制時序、氣體之混合、氣體流動速率、腔室及/或站之壓力、腔室及/或站之溫度、晶圓溫度、標的功率位準、RF功率位準、基板底座、夾頭及/或晶座之位置、以及由處理工具800所執行的特定處理之其他參數。系統控制軟體858可以任何適當方式配置。例如，可寫入各種處理工具元件之子程式或控制物件，以控制處理工具元件的操作，該等處理工具元件係用以執行各種處理工具的處理。可以任何合適的電腦可讀取程式語言為系統控制軟體858編碼。
在一些實施例中，系統控制軟體858可包含輸入/輸出控制(IOC)序列指令，用以控制上述的各種參數。在一些實施例中，可採用儲存於與系統控制器850相關的大量儲存裝置854及/或記憶裝置856上的其他電腦軟體及/或程式。為此用途的程式或程式之部分的範例包含基板定位程式、處理氣體控制程式、壓力控制程式、加熱器控制程式、以及電漿控制程式。
基板定位程式可包含用於處理工具元件的程式碼，該等處理工具元件係用以將基板裝載於底座818上、以及用以控制介於基板與處理工具800的其他部件之間的間距。
處理氣體控制程式可包含程式碼，用以控制氣體成分(例如，本文所述之含矽氣體、含氧氣體、及排淨氣體)及流動速率及可選擇地用以在沉積之前將氣體流入一或更多處理站，俾穩定處理站中的壓力。壓力控制程式可包含程式碼，用以藉由調整例如處理站之排放系統中的節流閥、流入處理站之氣流等，俾控制處理站內的壓力。
加熱器控制程式可包含程式碼，用以控制用於加熱基板之加熱單元的電流。或者，加熱器控制程式可控制熱傳氣體(例如氦氣)輸送至基板。
電漿控制程式可包含程式碼，用以設定施加至處理電極的RF功率位準，該等處理電極係在依據本文實施例之一或更多處理站之中。
壓力控制程式可包含程式碼，用以維持依據本文實施例之反應腔室中的壓力。
在一些實施例中，可能存在與系統控制器850相關的使用者介面。該使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或處理站的圖形軟體顯示、以及使用者輸入裝置(例如指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等)。
在一些實施例中，經由系統控制器850調整的參數可係關於處理條件。非限制之範例包含處理氣體成分及流動速率、溫度、壓力、電漿狀態(例如RF偏壓功率位準)等。可將該等參數以配方之形式提供予使用者，可利用使用者介面將配方輸入。
可經由來自各種處理工具感測器的系統控制器850之類比及/或數位輸入連接而提供監視該處理的信號。可將控制該處理的信號輸出於處理工具800之類比及數位輸出連接上。可受監視之處理工具感測器的非限制範例包含質量流量控制器、壓力感測器(例如壓力計)、熱電偶等。可將適當編程的回饋與控制演算法與來自該等感測器的資料一同使用，俾維持處理條件。
系統控制器850可提供程式指令，用以實行上述之沉積處理。該等程式指令可控制各種的製程參數，例如DC功率位準、RF偏壓功率位準、壓力、溫度等。指令可控制參數以依據本文所述之各種實施例而操作薄膜堆疊體的原位沉積。
系統控制器850通常會包含一或更多記憶裝置及一或更多處理器，其係配置以執行指令，因此設備會依據所揭示實施例而執行方法。用以控制依據所揭示實施例之處理操作的含機器可讀媒體指令可被連接至系統控制器850。
在一些實施例中，系統控制器850為系統的部分，該系統可為上述範例的部分。此類系統可包含半導體處理設備，含一或複數處理工具、一或複數腔室、用於處理的一或複數工作台、及/或特定處理元件(晶圓底座、氣流系統等)。該等系統可與電子裝置整合，以於半導體晶圓或基板之處理前、處理期間、及處理後控制其操作。可將該等電子裝置稱為「控制器」，其可控制一或複數系統的各種元件或子部件。依據處理之條件及/或系統之類型，可將系統控制器850程式化以控制本文中所揭示之處理的任一者，包含處理氣體之輸送、溫度設定(如：加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、射頻(RF)匹配電路設定、頻率設定、流動速率設定、流體輸送設定、位置及操作設定、進出工具及連接至特定系統或與特定系統介面接合的其他傳送工具及/或負載閘之晶圓傳送。
廣泛而言，系統控制器850指涉具有接收指令、發送指令、控制操作、允許清潔操作、允許端點量測等之各種積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。該積體電路可包含儲存程式指令的韌體形式之晶片、數位信號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)之晶片、及/或執行程式指令(如軟體)之一或更多的微處理器或微控制器。程式指令可為以各種個別設定(或程式檔案)之形式傳送到系統控制器850的指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對系統執行特定處理的操作參數。在一些實施中，該等操作參數可為由製程工程師所定義之配方的部分，用以在晶圓之一或更多的薄膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶粒的製造期間，完成一或更多的處理步驟。
在一些實施中，系統控制器850可為電腦的部分或耦接至電腦，該電腦係與系統整合、耦接至系統、或透過網路連接至系統、或上述之組合。例如，系統控制器850係可位於「雲端」、或為晶圓廠主機電腦系統的全部或部分，其可允許基板處理之遠端存取。該電腦能達成對該系統之遠端存取，以監視製造操作之目前進度、查看過去製造操作之歷史、查看來自多個製造操作之趨勢或性能指標，俾改變目前處理之參數，以設定處理步驟而接續目前的處理、或開始新的處理。在一些範例中，遠端電腦(如伺服器)可透過網路將處理配方提供給系統，該網路可包含區域網路或網際網路。該遠端電腦可包含可達成參數及/或設定之輸入或編程的使用者介面，該等參數或設定接著自該遠端電腦傳送至該系統。在一些範例中，系統控制器850接收資料形式之指令，在一或更多的操作期間，其針對該待執行的處理步驟之各者而指定參數。應理解，該等參數可特定於待執行之處理的類型、及工具(系統控制器850係配置成與該工具介面接合或控制該工具)的類型。因此，如上所述，系統控制器850可分散，例如藉由包含一或更多的分離的控制器，其透過網路連接在一起並朝共同的目標而作業，例如本文中所敘述之處理及控制。用於此類目的之分開的控制器之範例可為腔室上之一或更多的積體電路，其與位於遠端(例如為平台等級、或為遠端電腦的部分)之一或更多的積體電路連通，其結合以控制該腔室上的處理。
範例系統可包含(但不限於)電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、潔淨腔室或模組、斜邊蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、ALD腔室或模組、原子層清潔(ALC)腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、及可與半導體晶圓之製造及/或生產有關或用於其中的任何其他半導體處理系統。
如上所述，依據將藉由工具執行之(複數)處理步驟，系統控制器850可與半導體製造工廠中之下列一或更多者進行通訊：其他工具電路或模組、其他工具元件、群集工具、其他工具介面、鄰接之工具、鄰近之工具、遍布工廠的工具、主電腦、另一控制器、或材料運輸中所使用之工具，該材料運輸中所使用之工具將晶圓容器輸送往返於工具位置及/或裝載埠。
用於執行本文所揭示方法的適當設備係在下列的美國專利申請案中進一步討論及敘述：2011年04月11日提交的案名為「PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION」的美國專利申請案第13/084,399號(現為美國專利第8,728,956號)；以及2011年04月11日提交的案名為「SILICON NITRIDE FILMS AND METHODS」的美國專利申請案第13/084,305號，在此將上述各者之全文引入。
本文所述設備/處理可與例如用於製造半導體元件、顯示器、LED、光伏面板等之微影圖案化工具或處理一起使用。一般而言，雖然並非必要，但此類工具/處理會在一共同的製造廠房中一起使用或進行。薄膜之微影圖案化通常包括下列操作之一些或全部，每一操作以幾個可能的工具而提供：(1) 在工作件(亦即，基板)上光阻之塗佈，使用旋塗式或噴塗式工具；(2) 光阻之固化，使用加熱板或加熱爐或UV固化工具；(3) 以工具(例如，晶圓步進機)使光阻暴露至可見光或UV光或x射線光；(4) 使光阻顯影，以便使用工具(例如，濕式清洗台)選擇性地移除光阻及從而使其圖案化；(5) 使用乾式或電漿輔助蝕刻工具，將光阻圖案轉移至下方薄膜或工作件中；及 (6) 使用工具(例如，RF或微波電漿光阻剝除器)移除光阻。結論
雖然前述之實施例已針對清楚理解之目的而詳細地加以描述，但吾人將明白，某些改變與修改可在隨附之申請專利範圍的範疇內實施。應注意，有許多替代方式執行本發明之處理、系統、及設備。據此，本發明應考量成說明性而非限制性，且該等實施例不應受限於本文中所提供之細節。
102‧‧‧處理腔室 103‧‧‧腔室壁 104‧‧‧腔室地板 105‧‧‧腔室天花板 106‧‧‧基板支座 107‧‧‧基板 108‧‧‧入口 109‧‧‧排放出口 110‧‧‧遠程電漿源 111‧‧‧噴淋頭 112‧‧‧噴淋頭孔洞 113‧‧‧入口 220‧‧‧塗層 300‧‧‧程序流程 302‧‧‧操作 304‧‧‧操作 306‧‧‧操作 308‧‧‧操作 310‧‧‧操作 400‧‧‧程序流程 402‧‧‧操作 404‧‧‧操作 406‧‧‧操作 408‧‧‧操作 412‧‧‧操作 414‧‧‧操作 416‧‧‧操作 420‧‧‧操作 422‧‧‧操作 700‧‧‧處理站 701a‧‧‧反應物輸送系統 702‧‧‧處理腔室 703‧‧‧汽化點 704‧‧‧混合容器 706‧‧‧噴淋頭 708‧‧‧底座 710‧‧‧加熱器 712‧‧‧基板 713‧‧‧安瓿盒 714‧‧‧RF電源供應器 716‧‧‧匹配網路 718‧‧‧蝶形閥 720‧‧‧混合容器入口閥 750‧‧‧控制器 800‧‧‧處理工具 802‧‧‧入站負載閘 804‧‧‧出站負載閘 806‧‧‧機械臂 808‧‧‧晶圓傳送盒 810‧‧‧大氣埠 812‧‧‧底座 814‧‧‧處理腔室 816‧‧‧腔室輸送埠 818‧‧‧底座 850‧‧‧控制器 852‧‧‧處理器 854‧‧‧大量儲存裝置 856‧‧‧記憶裝置 858‧‧‧系統控制軟體 890‧‧‧晶圓搬運系統
圖1顯示用以利用電漿來處理基板的反應腔室之簡化圖，電漿係自遠程來源輸送。
圖2顯示圖1之反應腔室，且其具有覆蓋腔室之內部表面的塗層。
圖3為一程序流程圖，其繪示依據揭示實施例之方法的操作。
圖4A-4B為程序流程圖，其繪示依據揭示實施例之方法的操作。
圖5A-5B為例示性圖表，其呈現依據揭示實施例之方法的試樣操作條件。
圖6為一例示性圖表，其呈現依據揭示實施例之方法的試樣操作條件。
圖7為用於執行某些揭示實施例之範例處理工具的示意圖。
圖8為用於執行某些揭示實施例之另一範例處理工具的示意圖。
300‧‧‧程序流程
302‧‧‧操作
304‧‧‧操作
306‧‧‧操作
308‧‧‧操作
310‧‧‧操作

Claims (34)

  1. 一種增加反應腔室批量大小之方法，該方法包含： (a) 在反應腔室內處理一批量晶圓之一部分，其中該處理步驟導致在該反應腔室的內部表面上之至少一些材料靶外沉積； (b) 實施批量中間反應腔室處理，以穩固累積於該反應腔室的內部表面上之靶外沉積材料；以及 (c) 在該反應腔室內處理該批量晶圓之另一部分。
  2. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，更包含： 重複(b)-(c)直到該批量晶圓的處理完成為止。
  3. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該反應腔室批量大小為在反應腔室清潔循環之間可於該反應腔室中受處理之晶圓的數量。
  4. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，更包含： 在該反應腔室中進行批量處理之前，對該反應腔室的內部表面進行時效處理(seasoning)。
  5. 如申請專利範圍第4項之增加反應腔室批量大小之方法，其中對該反應腔室的內部表面進行時效處理之步驟涉及塗佈一材料之塗層，該材料與用於在(a)或(c)期間沉積於該批量晶圓上之材料相同。
  6. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，其中(a)或(c)涉及將一材料沉積於該批量晶圓的晶圓上。
  7. 如申請專利範圍第4項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該時效處理之步驟包含：在無晶圓存在於該反應腔室中時，透過原子層沉積(ALD)將一塗層塗佈於該反應腔室的內部表面。
  8. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，更包含： (d) 在(c)完成之後，清潔該反應腔室的內部表面。
  9. 如申請專利範圍第2項之增加反應腔室批量大小之方法，更包含： (d) 在該批量晶圓之處理完成之後，清潔該反應腔室的內部表面。
  10. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，其中在每隔該批量晶圓之總批量累積限制的指定間隔時實施(b)。
  11. 如申請專利範圍第10項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該總批量累積限制為該反應腔室的內部表面上之累積材料的厚度，超過該厚度則處理受到損害，使得在進一步進行處理之前需要進行該反應腔室的清潔。
  12. 如申請專利範圍第10項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該指定間隔係經驗上決定的。
  13. 如申請專利範圍第10項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該指定間隔發生於該反應腔室的內部表面上之材料累積的有害程度之前，該反應腔室的內部表面上之材料累積的有害程度導致材料剝脫及晶圓缺陷及/或粒子產生。
  14. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，其中(b)涉及沉積一薄膜，該薄膜附著於累積在該反應腔室之內部表面上的材料。
  15. 如申請專利範圍第14項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該薄膜的可壓縮性係透過對選自由下列各者所組成之群組之任一或多者進行調整而增強：射頻(RF)功率位準、反應腔室壓力、或RF處理時間。
  16. 如申請專利範圍第1項之增加反應腔室批量大小之方法，其中(b)涉及：在材料累積至一指定厚度之後，使累積於該反應腔室之內部表面上的材料暴露於電漿。
  17. 如申請專利範圍第16項之增加反應腔室批量大小之方法，其中在1 Torr至10 Torr之範圍內的壓力下實施電漿暴露，以促進電漿擴散至累積於該反應腔室之內部表面上的材料中。
  18. 如申請專利範圍第16項之增加反應腔室批量大小之方法，其中在該反應腔室內之噴淋頭的面板上點燃該電漿。
  19. 如申請專利範圍第16項之增加反應腔室批量大小之方法，更包含： 將一驅氣停用，以容許該電漿在整個該反應腔室中均勻地分散。
  20. 如申請專利範圍第16項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該電漿係衍生自由下列各者所組成之群組之任一者：氫、氦、氬、或含氮源。
  21. 如申請專利範圍第16項之增加反應腔室批量大小之方法，其中暴露於該電漿之步驟將約200Å的薄膜沉積於該反應腔室之內部表面上所累積的材料上。
  22. 如申請專利範圍第21項之增加反應腔室批量大小之方法，其中所沉積之該薄膜使該反應腔室之內部表面上的材料穩固。
  23. 如申請專利範圍第21項之增加反應腔室批量大小之方法，其中暴露於該電漿之該步驟使所沉積之該薄膜緻密化，以穩固該反應腔室之內部表面上的材料。
  24. 如申請專利範圍第15項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該薄膜的可壓縮性係透過選自由下列各者所組成之群組之方法而增加：施加在2 kw - 7 kw之範圍內的射頻(RF)功率、施加在2 torr - 10 torr之範圍內的高壓、或使用0.2 s - 10 s的RF電漿時間。
  25. 如申請專利範圍第15項之增加反應腔室批量大小之方法，更包含： (d) 使該反應腔室接地。
  26. 如申請專利範圍第25項之增加反應腔室批量大小之方法，其中接地的該反應腔室促進電漿擴散至該反應腔室的外部。
  27. 如申請專利範圍第26項之增加反應腔室批量大小之方法，其中配置以輸送一沉積氣體至該批量晶圓的一噴淋頭係受供電的。
  28. 如申請專利範圍第26項之增加反應腔室批量大小之方法，其中配置以支撐該批量晶圓的一底座係受供電的。
  29. 如申請專利範圍第9項之增加反應腔室批量大小之方法，其中用以實施(d)的電漿係由一遠程電漿清潔單元所供應。
  30. 如申請專利範圍第29項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該遠程電漿清潔單元係裝設於該反應腔室中。
  31. 如申請專利範圍第16項之增加反應腔室批量大小之方法，其中該電漿具有400 kHz的頻率。
  32. 一種用於處理基板的電漿處理設備，該設備包含： 一反應腔室，其包含： 內部腔室表面， 一基板支座，用以支撐在該反應腔室內的一基板，以及 一排放埠，用以將材料從該反應腔室中移除； 一遠程電漿腔室，其包含： 一電漿產生器，用以在該遠程電漿腔室內產生電漿， 一入口，用以將氣體輸送至該遠程電漿腔室， 一出口，用以將在該遠程電漿腔室中所產生的電漿提供至該反應腔室；以及 一控制器，其係配置以執行用於下列各者的指令： (a) 在該反應腔室內處理一批量晶圓之一部分，其中該處理步驟導致在該反應腔室的內部表面上之至少一些材料靶外沉積； (b) 實施批量中間反應腔室處理，以穩固累積於該反應腔室的內部表面上之靶外沉積材料；以及 (c) 在該反應腔室內處理該批量晶圓之另一部分。
  33. 如申請專利範圍第32項之用於處理基板的電漿處理設備，其中該電漿處理設備係遠離該反應腔室。
  34. 如申請專利範圍第32項之用於處理基板的電漿處理設備，其中該控制器係進一步配置以執行用於以下者的指令： (d) 在(c)完成之後，清潔該反應腔室的內部表面。
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