钼沉积的制作方法

钼沉积
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1.pct申请表作为本技术的一部分与本说明书同时提交。如在同时提交的pct申请表中所标识的本技术要求享有其权益或优先权的每个申请均通过引用全文并入本文且用于所有目的。


背景技术：

2.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。
3.金属沉积是许多半导体制造处理的组成部分。这些材料可用于水平互连件、相邻金属层之间的通孔以及金属层和设备之间的触点。然而，随着产业中使用缩小的设备和更复杂的图案化方案，低电阻率金属膜的均匀沉积便成为一个挑战。


技术实现要素：

4.本文提供了使用钼(mo)来填充图案化特征的方法。本方法涉及在包含介电侧壁的特征的底部含金属表面上选择性沉积钼(mo)膜。于该底部表面上选择性生长mo使得能进行从下到上的生长以及高质量无孔洞的填充。这里还提供了相关的装置。
5.本公开的一个方面涉及一种方法，其包含：提供包含特征的衬底，所述特征具有特征底部和特征侧壁，其中所述特征底部包含含金属表面，且所述特征侧壁包含氧化物或氮化物表面；以及执行多个循环的原子层沉积(ald)处理，以相对于所述氧化物或氮化物表面而选择性地在所述含金属表面上沉积钼(mo)膜，其中所述ald处理包含在第一衬底温度下将所述特征暴露于含钼氧卤化物前体和还原剂的交替脉冲。
6.在一些实施方案中，所述方法还包含在执行所述多个循环的ald沉积处理前，将所述含金属表面暴露于含氢等离子体。在一些实施方案中，所述还原剂为热氢(h2)。在一些实施方案中，所述还原剂是在由氢(h2)产生的等离子体中提供。在一些实施方案中，所述还原剂的分压为至少10托。在一些实施方案中，所述含钼前体为钼氧氯化物。在一些实施方案中，所述第一温度不超过600℃。在一些实施方案中，所述第一温度不超过450℃。在一些实施方案中，所述第一温度不超过400℃。在一些实施方案中，所述含钼前体为钼氧氟化物。在一些实施方案中，所述方法还包含当所述衬底处于所述第一温度期间，将所述特征部分填充，且当所述衬底处于第二温度期间，将所述特征完全填充(或填充所述特征的第二部分)，所述第二温度大于所述第一温度。在一些这样的实施方案中，所述部分填充所述特征在处理室的第一站中进行，而所述完全填充所述特征(或填充所述特征的第二部分)则在所述处理室的第二站中进行。在一些实施方案中，所述含金属表面是包含下列材料的群组中的一者：钴、钌、铜、钨、钼、钛、锡、钽、镍、铱和铑。在一些实施方案中，所述含金属表面是包含下列材料的群组中的一者：钛氮化物、钼氮化物、钨氮化物、钨碳氮化物、钛铝碳化物、钛硅化物和钽氮化物。在一些实施方案中，所述含金属表面是元素金属表面。在一些实施方案中，
所述侧壁包含氧化物。所述氧化物的示例包含：聚环氧乙烷、原硅酸四乙酯、可流动氧化物和碳掺杂氧化物。在一些实施方案中，在所述含金属膜上的所述mo膜比位于所述侧壁的所述氧化物或氮化物表面上的所述mo膜厚，例如比位于所述氧化物或氮化物表面上的所述mo膜厚至少约20埃。
7.本公开的另一方面涉及一种方法，其包含：提供包含特征的衬底，所述特征具有特征底部和特征侧壁，其中所述特征底部包含含金属表面，且所述特征侧壁包含氧化物或氮化物表面；以及执行沉积处理，以相对于所述氧化物或氮化物表面而选择性地在所述含金属表面上沉积钼(mo)膜，其中所述沉积处理包含在第一衬底温度下将所述特征暴露于含钼氧卤化物前体和还原剂。
8.在一些实施方案中，所述方法还包含在执行所述沉积处理前，将所述含金属表面暴露于含氢等离子体。在一些实施方案中，可以将所述含金属表面暴露于其他处理，示例包括含卤素等离子体，例如氯-(cl-)基等离子体。在一些实施方案中，所述还原剂为热氢(h2)。在一些实施方案中，所述还原剂是在由氢(h2)产生的等离子体中提供。在一些实施方案中，所述还原剂的分压为至少10托。在一些实施方案中，所述含钼前体为钼氧氯化物。在一些实施方案中，所述第一温度不超过600℃。在一些实施方案中，所述第一温度不超过450℃。在一些实施方案中，所述第一温度不超过400℃。在一些实施方案中，所述含钼前体为钼氧氟化物。在一些实施方案中，所述方法还包含当所述衬底处于所述第一温度期间，将所述特征部分填充，且当所述衬底处于第二温度期间，将所述特征完全填充(或填充所述特征的第二部分)，所述第二温度大于所述第一温度。在一些这样的实施方案中，所述部分填充所述特征在处理室的第一站中进行，而所述完全填充所述特征(或填充所述特征的第二部分)则在所述处理室的第二站中进行。在一些实施方案中，所述含金属表面是包含下列材料的群组中的一者：钴、钌、铜、钨、钼、钛、锡、钽、镍、铱和铑。在一些实施方案中，所述含金属表面是包含下列材料的群组中的一者：钛氮化物、钼氮化物、钨氮化物、钨碳氮化物、钛铝碳化物、钛硅化物和钽氮化物。在一些实施方案中，所述含金属表面是元素金属表面。在一些实施方案中，所述侧壁包含氧化物。所述氧化物的示例包含：聚环氧乙烷、原硅酸四乙酯、可流动氧化物和碳掺杂氧化物。在一些实施方案中，在所述含金属膜上的所述mo膜比位于所述侧壁的所述氧化物或氮化物表面上的所述mo膜厚。
9.这些和其它方面将在下面参照相关附图进行说明。
附图说明
10.图1显示了根据多种实施方案的钼(mo)互连件的示例。
11.图2显示根据多种实施方案可执行选择性沉积mo膜到图案化特征中的示例。
12.图3显示了根据多种实施方案的使用钼来填充特征的选择性沉积方法的示例。
13.图4和图5显示了在根据图3的某些实施方案的方法的某些操作后，图案化特征的横截面示意图的示例。
14.图6a显示了根据多种实施方案的包含气体歧管系统并且可以使用的装置的示例。
15.图6b显示根据多种实施方案的通过ald选择性沉积mo层的方法的示例。
16.图7为着陆在cu上的通孔结构中的mo间隙填充的演化图像。图像(a)显示了选择性的部分mo填充，而图像(b)显示了无缝隙或孔洞的完全mo填充。
17.图8为用于执行某些公开的实施方案的示例性处理室的示意图。
18.图9为用于执行某些公开的实施方案的示例性处理工具的示意图。
具体实施方式
19.本文提供了用钼(mo)填充图案化特征的方法。该方法涉及在包含介电侧壁的特征的底部含金属表面上选择性沉积钼(mo)膜。在该底部表面上选择性生长mo使得能进行从下到上的生长以及高质量无孔洞的填充。
20.图1描绘了根据多种实施方案的特征100的示例。特征100包含底表面102和一或多个侧壁表面104。蚀刻停止层(esl)106也被示出。底表面102可以是含金属表面。结构100被钼填充，以形成mo互连件108，mo互连件108提供与下伏触点的电连接。
21.在一些实施方案中，底表面102为含金属表面。该含金属表面可以包含任何适当的金属，例如钴(co)、钌(ru)、铜(cu)、钨(w)、钼(mo)、镍(ni)、铱(ir)、铑(rh)、钽(ta)和钛(ti)。在一些实施方案中，含金属表面102为元素金属表面。由于暴露于湿气，在该含金属表面上可能会形成一些氧化物。在一些实施方案中，该含金属表面为金属化合物，其示例包含钛氮化物(tin)、钼氮化物(mon
x
)、钨氮化物(wn)、钨碳氮化物(wc
x
ny)、钛铝碳化物(tial
xcy
)、钛硅化物(tisi2)或钽氮化物(tan)表面。这些表面相对于介电氧化物可以表现出选择性。
22.如本文所使用的，氧化物表面包含例如原硅酸四乙酯(teos)、氟硅酸盐玻璃(fsg)、可流动氧化物、旋涂玻璃、碳掺杂氧化物等的烃氧化物类。在一些实施方案中，氧化物表面为基于硅的氧化物，示例如上给出。
23.一或多个侧壁表面104为介电表面。这些表面包含如聚(2-乙基-2-噁唑啉)(peox)的烃氧化物类以及包含原硅酸四乙酯(teos)、可流动的基于硅的氧化物、碳掺杂的基于硅的氧化物等基于硅的氧化物。这些表面可以是围绕特征的主要介电层的一部分。选择性是指相对于介电表面而优先在金属表面(例如co、w或cu表面)上沉积。它可以量化为沉积速率的比例或在一定数量的沉积循环之后的沉积厚度的比例。
24.在一些实施方案中，侧壁表面可以是氮化物(例如si
x
ny)而不是氧化物。氮化物可以是硅基氮化物或硅基氮氧化物。mo膜沉积在元素金属上相对于氮化物的选择性类似于相对于氧化物的选择性。
25.mo互连件108可以是部分制造的半导体设备的任何适当部分的一部分，包含源极/漏极(s/d)连接件、中段制程(mol)结构或后段制程(beol)结构。
26.图2显示了图案化特征的示例性实施方案，在其中可以执行mo膜的选择性沉积。图案化特征可以是由于介电层中的图案化操作而形成的通孔或沟槽或其他合适的特征。特征210显示了一个图案化特征的示例，该图案化特征具有从特征底部到特征开口214逐渐展开的开放式轮廓。
27.特征220显示了具有内凹轮廓的图案化特征的示例，该内凹轮廓是从特征底部往特征开口214变窄。该内凹轮廓还可以包含在特征开口214处的突出部。特征230显示具有金属底切轮廓的特征。根据多种实施方案，该轮廓在特征230的侧壁底部218下方具有含金属表面。在底表面202和侧壁底部218之间可能有孔洞。在上述的每个轮廓中，底表面202可以是含金属表面。在底表面202上可以形成金属氧化物216。
28.图3为一流程图，其显示了用mo膜来填充特征的选择性沉积方法300的示例。图4和图5显示了在实施图3的方法的实施方案的某些操作之后的图案化特征的横截面示意图的示例。具体而言，在图4中，在410处显示了在应用选择性沉积方法300前的图案化特征。图案化特征可以是例如蚀刻的特征。该图案化特征包含底表面402以及可以是氧化物或氮化物的侧壁表面404。在一些实施方案中，在底表面402上可以有金属氧化物416。
29.在图3中，在操作305，对包含含金属表面和介电表面的特征进行任选的预处理。预处理可用于还原含金属表面上的任何金属氧化物，因此可包含将特征暴露于例如氢物质之类的还原剂。特征的预处理可以包含将特征暴露于含氢等离子体。在一些实施方案中，含氢等离子体由氢气(h2)产生。对于某些表面，基于h2的等离子体可能无法有效还原金属氧化物或以其他方式制备表面。在这种情况下，可以使用其他处理方法。在一示例中，可以使用基于卤素的等离子体来处理例如tis2表面之类的硅化物表面。示例包含由氯(cl2)和/或三氯化硼(bcl3)产生的等离子体。
30.预处理(如果进行)可以是等离子体处理，或者在一些实施方案中，可以是热处理。热处理可涉及在非等离子体环境中将表面暴露于气体中。在一示例中，氢氟化物(hf)可用于处理例如tisi2之类的金属硅化物以及其他金属化合物或金属表面。如果执行等离子体处理，其可以是远程等离子体或原位等离子体。原位等离子体指的是在容纳衬底的室中所产生的等离子体，通常没有过滤器插在衬底和所产生的等离子体之间，并且可以包含离子和自由基。远程等离子体是指从衬底的远方所产生的等离子体。其可以在衬底所在室的一部分或与其相连的圆顶形空间或其他空间中生成，或是在不同的独立单元中生成。喷头或其他过滤器通常插在产生器和衬底之间。在一些实施方案中，远程等离子体仅包含自由基或其他中性物质，而没有离子。在图4中，于420处是在执行操作305后的特征410的实施方案。在该实施方案中，该含金属表面402不再具有金属氧化物。
31.回到图3，在框315中，在该含金属表面上进行mo膜的选择性生长。选择性沉积是指相对于氧化物或氮化物表面对含金属表面具有选择性的沉积。因此，形成在含金属表面上的填充物的部分比形成在氧化物或氮化物表面上的填充物的部分厚。这在图4的430处示出，其显示了mo膜408开始进行选择性沉积。mo膜408的成核在含金属底表面402上开始。在图4的示例中，在侧壁表面404的氧化物或氮化物上并没有生长mo膜。在含金属底表面402上的生长可导致较大的晶粒尺寸和/或降低的电阻。选择性沉积可以在ald(于下文参考图6进一步描述的)或化学气相沉积(cvd)处理期间使用。
32.为了选择性地沉积mo，可以控制mo前体、温度和反应物分压。mo前体为例如mo
xoxhz
之类的氧卤化物，且h为卤素(氟(f)、氯(cl)、溴(br)或碘(i))，且x、y和z是可以形成稳定分子的任何大于零的数字。mo前体的实例为四氟氧化钼(moof4)、四氯氧化钼(moocl4)、二氯二氧化钼(moo2cl2)、二溴二氧化钼(moo2br2)以及碘氧化钼moo2i和mo4o
11
i。还原剂与卤氧化钼反应以形成元素钼。在一些实施方案中，还原剂是热氢或等离子体氢(h2)。
33.温度会影响选择性、晶粒尺寸以及电阻。较高的温度可能会降低mo膜的选择性，并导致在侧壁表面404的氧化物或氮化物以及含金属底表面402上的生长。但是，如果温度太低，则杂质水平可能会增加且晶粒尺寸可能缩小，从而增加电阻。衬底温度可介于350℃和600℃之间，含350℃和600℃，以使用含氯化学品来选择性沉积mo。如上所述，随着温度降低，选择性可以提高。因此，在一些实施方案中，对于含氯前体，衬底温度可以在约350℃至
550℃之间，或者在350℃至450℃之间。对于含氟化学品，衬底温度可以更低，例如150℃至350℃。
34.在图3的框325中，用mo填充特征。mo填充处理的开始被显示在图4的430处。mo膜408可以持续在含金属表面402上生长。在404中，mo膜也可以开始在侧壁表面404的氧化物或氮化物上成核。mo膜408填充了该特征，且从含金属底表面402生长的mo膜408厚度比从侧壁404生长的mo膜408大。
35.在一些实施方案中，执行多阶段的mo沉积。在图4中，在430和440处呈现出执行选择性沉积的初始阶段。第二阶段在450处呈现，在其中改变沉积条件以增加沉积速率和产量。在450，发生共形生长(而不是自下而上的非共形生长)。通过提高衬底温度，来自底部和侧壁的mo膜408生长速率增加，从而减少了填充特征的时间。在图4的示例中，在一定数量的膜在侧壁表面上成核后，将温度升高。在其他实施方案中，在从下往上生长的膜的部分上方的一些或全部侧壁表面上可能没有任何成核的mo。升高温度可允许在这些侧壁表面上成核。一旦特征被充分填充，使得可以使用共形生长来获得良好的特征填充而没有孔洞的风险，这将是适当的。可以将温度升高至少50℃、至少100℃、或至少150℃，且可以是至少500℃以及只要在设备结构允许的热预算下，可以高达800℃。
36.在一些实施方案中，不会改变衬底温度或其他处理参数来增加沉积速率，其中在选择性沉积条件下填充特征。如图5所示，在510，显示了具有侧壁表面504和底表面502的特征。金属氧化物516位于底表面502上。在520，显示了去除金属氧化物后的特征。且在530，显示了mo沉积填充特征后的特征。在单一阶段的沉积中，在不改变处理条件的情况下，沉积可以保持选择性，其中自下而上的填充物用于填充特征，或者当某些mo开始在侧壁上成核时，可以从选择性沉积过渡到更保形的沉积，从而降低选择性。
37.由于在沉积处理中容易将氧气掺入膜中，因此从含氧的前体中沉积纯金属膜是一项挑战。如果掺入氧气，电阻率会增加。在一些实施方案中，本文中描述的方法和装置可以实现为沉积具有小于1原子百分比的氧的纯金属膜。还原剂与金属卤氧化物前体的比例明显大于1，且沉积的膜包含不超过1原子百分比的氧。可以使用至少100:1的摩尔比。在一些实施方案中，沉积膜的卤素浓度不超过1e18原子/cm3。为了沉积具有不超过1原子百分比的氧的纯膜，还原剂与金属前体的比例远大于1，例如至少20:1或至少50:1。对含氯前体而言，温度的示例可以在350℃至600℃的范围内，而对含氟前体则是在150℃至500℃的范围内。室压强的示例可以在1托至100托的范围内。随着温度的升高，用于获得纯膜的还原剂:前体的比例可能会降低。在一些实施方案中，对于含氯前体的温度为至少400℃。随着还原剂的分压增加，也可以使用更高的压强来降低还原剂:前体比例。
38.对于例如ald之类采用脉冲的处理，在一些实施方案中，还原剂脉冲的数量可以大于前体脉冲的数量。本方法可以使用多个进料容器来实现。图6a中示意性显示了一示例性装置，其中有3个气体源(前体、h2和清扫气体)连接到进料容器。该装置包含气体歧管系统，其向多个气体分配管线提供管线填料。歧管通过带阀的进料容器向沉积室提供前体气体、还原气体和清扫气体。各个阀被打开或关闭，以提供管线填料，即以加压分配管线。在多种实施方案中，还原剂进料容器的数量(总进料体积)可以大于前体和/或清扫气体进料容器的数量。对于每一前体脉冲，还原剂的多个脉冲会允许含氧前体的快速还原，以沉积高纯度、低电阻率的金属膜。在一些实施方案中，多个进料容器可用于前体以及还原剂。如此允
许引入多个脉冲，并使含氧前体完全还原。
39.还原剂与前体的比例可以表征为衬底所暴露的且可用于反应的分子的比例。其可以根据以下公式计算得出：管线进料是加压的分配。配料时间是指配料(也称为脉冲)持续的时间量。当没有管线进料时间的情况下，可以将其简化如下：
40.以上公式为摩尔比，示例性摩尔比在50:1至10000:1、50:1至2000：1、100:1至10000:1或100:1至2000:1的范围内。
41.还原剂与前体的比例可以表征为体积比，可以将其计算为
42.例如，体积比可以为50:1至2000:1。
43.在一些实施方案中，使用ald法来选择性沉积mo。图6b为示出ald方法的操作的流程图。在605处，将mo前体脉冲化。如上所述，mo前体是吸附到衬底上的含钼卤氧化物前体。在mo前体被脉冲化后，可以发生任选的清扫615。可以使用氩气或任何惰性气体来清扫室中任何未吸附的前体。在625中将衬底暴露于共反应物，其为还原mo前体的还原剂。反应物可以是含氢反应物。在一些实施方案中，含氢反应物可以是热氢(h2)。远程或原位等离子体由h2产生。对于热(非等离子体)处理，可以控制共反应物的分压以调节选择性，该分压至少为10托。由于在电介质上成核延迟的增加，低的反应物分压会提高选择性。较高的压力可与较短的暴露时间一起使用，而较低的压力可与较长的暴露时间一起使用。可以在635处执行任选的清扫，然后重复操作605-635，直到膜完全生长。如上所述，这可能涉及完全填充特征，并且可能涉及在膜从底部充分生长后适当升高温度，以移动至更高的沉积速率处理。
44.图7显示透射电子显微镜(tem)的图像，其显示在400℃下使用moo2c12进行选择性ald沉积的结果。图像710显示相对于氧化物侧壁而选择性地在cu表面上沉积mo，且图像720显示所得的良好的间隙填充。装置
45.图8绘出了具有用于保持低压环境的处理室802的ald处理站800的一个实施方案的示意图。多个ald处理站可以包含在常用低压处理工具环境中。例如，图9绘出了多站式处理工具900的一个实施方案。在一些实施方案中，ald处理站800的一个或多个硬件参数(包含下文详细讨论的那些)可以由一个或多个计算机控制器850以编程方式调节。
46.ald处理站800与反应物输送系统801a流体连通，以将处理气体输送至分配喷头806。反应物输送系统801a包含混合容器804，混合容器804用于混合和/或调节输送至喷头806的处理气体，如含mo前体气体、或含氢气体。一个或多个混合容器入口阀820可以对处理气体导入至混合容器804进行控制。在多种实施方案中，在处理站800中执行mo膜的选择性沉积，并且在一些实施方案中，诸如预处理等其它操作可以在如以下参照图9进一步描述的
多站式处理工具900中的相同站或另一个站中进行。
47.举例而言，图8的实施方案包含汽化点803，其用于汽化将供应至混合容器804的液体反应物。在一些实施方案中，汽化点803可以是加热的蒸发器。在一些实施方案中，液体前体或液体反应物可以在液体喷射器(未示出)处被汽化。例如，液体喷射器可以将液体反应物的脉冲喷射到混合容器804上游的载气流中。在一个实施方案中，液体喷射器可以通过将液体从较高压闪变到较低压来汽化反应物。在另一个示例中，液体喷射器可以将液体雾化为接下来在加热的输送管中汽化的分散的微滴。较小的液滴比较大的液滴可以较快汽化，从而减小了在液体注入和完成汽化之间的延迟。较快的汽化可以减小汽化点803下游的管道长度。在一个方案中，液体喷射器可以直接安装到混合容器804。在另一个方案中，液体喷射器可以直接安装到喷头806。
48.在一些实施方案中，可以在汽化点803上游设置液体流控制器(lfc)来控制用于汽化并输送至处理室802的液体的质量流量。例如，lfc可以包含位于lfc下游的热质量流量计(mfm)。然后可以响应于由与mfm电通信的比例积分微分(pid)控制器提供的反馈控制信号，来调节lfc的柱塞阀。然而，其可以花费一秒或一秒以上来使用反馈控制以稳定液体流。这可以延长投配液体反应物的时间。因此，在一些实施方案中，lfc可以在反馈控制模式和直接控制模式之间动态切换。在一些实施方案中，这可以通过禁用lfc的感测管道和pid控制器来执行。
49.喷头806朝衬底812分配处理气体。在图8所示的实施方案中，衬底812位于喷头806下方，并且示出为安置在基座808上。喷头806可以具有任何适当的形状，并可以具有任何适当数量和布置的端口，以将处理气体分配至衬底812。
50.在一些实施方案中，基座808可以升高或降低以将衬底812暴露到衬底812和喷头806之间的体积。在一些实施方案中，基座808可以通过加热器810进行温度控制。基座808可以在用于执行各种公开的实施方案的操作期间被设置为任何合适的温度，诸如在约350℃和约450℃之间的温度。应理解的是，在一些实施方案中，基座高度可以经由合适的计算机控制器850通过编程方式进行调节。在处理阶段结束时，基座808可以在另一衬底转移阶段期间降低以允许从基座808移除衬底812。
51.在一些实施方案中，喷头806的位置可以相对于基座808调节以改变衬底812和喷头806之间的体积。此外，应当理解的是，基座808和/或喷头806的垂直位置可以通过本公开内容的范围内的任何合适的机构来改变。在一些实施方案中，基座808可包含用于旋转衬底812的取向的旋转轴线。应该理解的是，在一些实施方案中，这些示例性调节中的一种或多种可以通过一个或多个适当的计算机控制器850以编程方式执行。计算机控制器850可以包括关于图9的控制器850在下面描述的任何特征。
52.在如上所述可以使用等离子体的一些实施方案中，喷头806和基座808电连接射频(rf)电源814和匹配网络816来对等离子体供电。在一些实施方案中，等离子体的能量可通过控制处理站压强、气体浓度、rf源功率、rf源频率以及等离子体功率脉冲时序中的一个或多个来控制。例如，rf电源814和匹配网络816可在任何合适的功率下进行操作，以形成具有所期望的自由基物质的组分的等离子体。类似地，rf电源814可以提供任何适当频率的rf功率。在一些实施方案中，rf电源814可以被配置为控制彼此独立的高频rf电源和低频rf电源。示例性的低频rf频率可以包含，但不限于，介于0khz和900khz之间的频率。示例性的高
频rf频率可以包含，但不限于，介于1.8mhz和2.45ghz之间的频率，或大于约13.56mhz、或大于27mhz、或大于80mhz、或大于60mhz的频率。应当理解，任何合适的参数可被离散地或连续地调节以提供用于表面反应的等离子体能量。
53.在一些实施方案中，等离子体可由一个或多个等离子体监控器原位监控。在一种情形中，等离子体功率可通过一个或多个电压、电流传感器(例如，vi探针)进行监控。在另一种情况下，等离子体密度和/或处理气体浓度可以由一个或多个光发射光谱传感器(oes)来测量。在一些实施方案中，一个或多个等离子体参数可基于来自这样的原位等离子体监控器的测量结果通过编程方式进行调节。例如，oes传感器可用于反馈回路中以提供对等离子体功率的编程式控制。应理解的是，在一些实施方案中，可使用其它监控器来监控等离子体和其它工艺特性。这样的监控器可包含，但不限于，红外(ir)监控器、声学监控器、以及压力传感器。
54.在一些实施方案中，可以经由输入/输出控制(ioc)测序指令来提供用于控制器850的指令。在一个示例中，用于设置工艺阶段的条件的指令可被包含在工艺配方的相应的配方阶段中。在某些情况下，工艺配方阶段可按顺序排列，使得用于工艺阶段的所有指令与该工艺阶段同时执行。在一些实施方案中，用于设定一个或多个反应器参数的指令可以被包含在配方阶段中。例如，第一配方阶段可以包含用于设置惰性气体和/或反应气体(例如第一前体，例如mo前体)的流率的指令、用于设定载气(例如氩气)的流率的指令、以及用于第一配方阶段的时间延迟指令。随后的第二配方阶段可以包含用于调节或者停止惰性气体和/或反应物气体的流率的指令、用于调节载气或者清扫气体的流率的指令、以及用于第二配方阶段的时间延迟指令。第三配方阶段可以包含用于调节第二反应物气体(例如h2)的流率的指令、用于调节载气或者清扫气体的流率的指令、用于点燃等离子体的指令、以及用于第三配方阶段的时间延迟指令。随后的第四配方阶段可以包含用于调节或停止惰性气体和/或反应物气体的流率的指令、以及用于调节载气或者清扫气体的流率的指令、以及用于第四配方阶段的时间延迟指令。应该理解的是，在本公开的范围内，这些配方阶段可以进一步细分和/或以任何适当的方式重复。
55.此外，在一些实施方案中，用于处理站800的压力控制可由蝶阀818提供。如图8的实施方案所示，蝶阀818节流由下游真空泵(未示出)提供的真空。然而，在一些实施方案中，处理站800的压力控制也可以通过改变引入到处理站800的一种或多种气体的流率来调节。
56.如上所述，一个或多个处理站可以包含在多站处理工具中。图9示出了多站式处理工具900的一个实施方案的示意图，所述处理工具900具有入站装载锁902和出站装载锁904，两者之一或者该两者可以包含远程等离子体源(未示出)。处于大气压的机械手906被配置为将晶片从通过舱908装载的盒经由大气端口910移动至入站装载锁902内。晶片(未示出)由机械手906放置在入站装载锁902中的基座912上，关闭大气端口910，且抽空入站装载锁902。当入站装载锁902包含远程等离子体源时，晶片在被引入处理室914之前，可以暴露于入站装载锁902中的远程等离子体处理。此外，晶片另外也可以在入站装载锁902中加热，例如以移除湿气和吸附的气体。接下来，通向处理室914的室传输端口916被打开，且另一个机械手(未示出)将晶片放置到在反应器中被示出的第一站的基座上的反应器中以用于处理。尽管在图9中绘出的实施方案包含装载锁，但应该理解的是，在一些实施方案中，可以使晶片直接进入处理站。
57.绘出的处理室914包含4个处理站，在图9所示的实施方案中编号为1至8。每个站具有加热的基座(对于站1示出为918)和气体管线入口。应该理解的是，在一些实施方案中，每个处理站可以具有不同或者多个用途。例如，在一些实施方案中，处理站可以是可在ald处理模式与等离子体增强ald处理模式之间切换的。在一些实施方案中，暴露于沉积前体并暴露于第二反应物和等离子体在相同的站中进行。附加地或替代地，在一些实施方案中，处理室914可以包含一个或多个ald和等离子体增强ald处理站的匹配对。此外，暴露于预处理气体或等离子体和ald处理可以发生在相同或不同的站。尽管绘出的处理室914包含4个站，但要理解的是，根据本公开所述的处理室可以具有任何适当数量的站。例如，在一些实施方案中，处理室可以具有5个或更多个站，而在其它实施方案中，处理室可以具有3个或者更少的站。更进一步地，在一些实施方案中，可以在第一站处以第一基座温度执行部分间隙填充，而衬底在第二基座温度下移动到第二站。
58.图9绘出了用于在处理室914内传输晶片的晶片搬运系统960的一个实施方案。在一些实施方案中，晶片搬运系统960可以在各种处理站之间和/或处理站与装载锁之间传输晶片。应该理解的是，可以采用任何适当的晶片搬运系统。非限制性示例包含晶片转盘和搬运晶片的机械手。图9还绘出了采用来控制处理工具900的工艺条件和硬件状态的系统控制器950的一个实施方案。系统控制器950可以包含一个或多个存储器设备956、一个或多个海量存储设备954和一个或多个处理器952。处理器952可以包含cpu或计算机、模拟和/或数字输入/输出连接、步进马达控制器板等。
59.在一些实施方案中，系统控制器950控制处理工具900的所有活动。系统控制器950执行存储在海量存储设备954、载入存储器设备956、并在处理器952上执行的系统控制软件958。可替代地，控制逻辑可以在控制器950中硬编码。特定应用集成电路、可编程逻辑设备(例如，现场可编程门阵列、或者fpga)等可以用于这些目的。在下面的讨论中，无论使用“软件”还是“代码”，可以使用功能上相当的硬编码的逻辑来取代。系统控制软件958可以包含用于控制时序、气体的混合、气体流率、室和/或站压强、室和/或站温度、等离子体暴露持续时间、uv辐射持续时间、晶片温度、目标功率电平、rf功率电平、衬底基座、卡盘和/或基座位置、以及由处理工具900执行的特定处理的其它参数的指令。系统控制软件958可以以任何适当的方式配置。例如，各种处理工具组件子程序或者控制对象可以写入以控制用于执行各种处理工具处理的处理工具组件的操作。系统控制软件958可以以任何适当的计算机可读编程语言来编码。
60.在一些实施方案中，系统控制软件958可以包含用于控制上述各种参数的输入/输出控制(ioc)测序指令。在一些实施方案中可以采用与系统控制器950关联的、存储在海量存储设备954和/或存储器设备956的其它计算机软件和/或程序。用于该目的的程序或者程序段的示例包含衬底定位程序、处理气体控制程序、压力控制程序、加热器控制程序、以及等离子体控制程序。
61.衬底定位程序可以包含用于处理工具组件的程序代码，该处理工具组件用于将衬底装载到基座918，并控制衬底和处理工具900的其它部分之间的间隔。
62.处理气体控制程序可包含用于控制气体组成(例如，含有机钨化合物气体、共反应物气体、用于执行预处理的气体、如本文所述的清扫气体)和流率的代码和任选地用于使气体在沉积之前流到一个或多个处理站中以稳定在处理站中的压强的代码。压强控制程序可
以包含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代码。
63.加热器控制程序可包含用于控制流向用于加热衬底的加热单元的电流的代码。可替代地，加热器控制程序可控制传热气体(如氦气)朝向衬底的传送。
64.等离子体控制程序可包含用于根据本文的实施方案设置施加到一个或多个处理站内的处理电极的rf功率电平的代码。
65.压强控制程序可以包含用于根据本文的实施方案保持反应室内的压强的代码。
66.在一些实施方案中，可以存在与系统控制器950相关联的用户界面。用户界面可以包含显示屏、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。
67.在一些实施方案中，由系统控制器950调节的参数可涉及工艺条件。非限制性实例包含处理气体组成和流率、温度、压强、等离子体条件(例如，rf偏置功率电平)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。
68.用于监控处理的信号可以由系统控制器950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900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含质量流量控制器、压力传感器(例如压力计)、热电偶等等。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。
69.系统控制器950可以提供用于执行上述沉积处理的程序指令。所述程序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、压强、温度等。所述指令可以控制参数以根据本发明所述的多种实施方案操作膜叠层的原位沉积。
70.系统控制器950将通常包含一个或多个存储器设备和被配置成执行指令的一个或多个处理器以使该装置将执行根据所公开的实施方案所述的方法。包含用于控制根据所公开的实施方案的处理操作的指令的机器可读的介质可以耦合到系统控制器950。
71.在一些实现方式中，系统控制器950是系统的一部分，该系统可以是上述示例的一部分。这种系统可以包含半导体处理设备，该半导体处理设备包含一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理条件和/或系统的类型，系统控制器950可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包含控制处理气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(rf)产生器设置、rf匹配电路设置、频率设置、流率设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
72.广义而言，系统控制器950可以定义为具有接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包含存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(dsp)、定义为专用集成电路(asic)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)传送到系统控制器950的指令，该设置定义
用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定处理的操作参数。在一些实施方案中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
73.在一些实现方式中，系统控制器950可以是与系统集成、耦合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合。例如，系统控制器950可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，这可允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监控制造操作的当前进程、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，以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。在一些示例中，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，网络可以包含本地网络或互联网。远程计算机可以包含允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后被从远程计算机传送到系统。在一些示例中，系统控制器950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，系统控制器950被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，系统控制器950可以例如通过包含一个或多个分立的控制器而为分布式，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一个示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)通信的室上的一个或多个集成电路。
74.虽然图8和9提供了可用于执行本文公开的方法的室和工具的示例，但可以进行各种修改。这些包括使用任何ccp或icp等离子发生器或使用远程等离子发生器。
75.示例的系统可以包含但不限于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、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、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它的半导体处理系统。
76.如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，系统控制器950可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、组合工具、其它工具界面、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、或者在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通信。结论
77.虽然上述实施方案已经为了清楚理解的目的在一些细节方面进行了描述，但显而易见的是，某些变化和修改方案可在所附权利要求的范围内实施。应当注意的是，具有实施本发明的实施方案的过程、系统和装置的许多替代方式。因此，本发明的实施方案应被视为是说明性的而不是限制性的，并且所述实施方案并不限于本文所给出的细节。