用于膜沉积和表面处理的连续等离子体

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背景技术

半导体加工经常涉及使用等离子体增强化学气相沉积(“ECVD”)以在衬底上沉积一或更多材料层、以及使用等离子体在该一或更多材料沉积层上进行沉积后处理。然而，该常规PECVD处理可能导致衬底缺陷及缓慢的通量时间。因此，寻求方法和技术以减少缺陷并且改善衬底产能。

发明内容

在一些实施方案中，可以提供一种方法。该方法可以包含：使反应物处理气体流入容纳衬底的处理室中；在所述反应物处理气体的流动期间在所述处理室中于第一功率电平下产生等离子体，从而通过等离子体增强化学气相沉积在所述衬底上沉积材料层；在停止使所述反应物处理气体流入所述处理室时维持所述等离子体，从而在不熄灭所述等离子体的情况下停止沉积；将所述等离子体调整至第二功率电平；使惰性处理气体流入所述处理室中，从而在所述等离子体处于所述第二功率电平时将所述材料层改性；以及在进行所述改性之后将所述等离子体熄灭。

在一些实施方案中，所述第二功率电平可以大于所述第一功率电平。

在一些实施方案中，所述第一功率电平可以为400瓦或更大，而所述第二功率电平可以为600瓦或更大。

在一些实施方案中，在产生所述等离子体时所述处理室可以处于恒定压强。

在一些实施方案中，所述恒定压强可以为2.1Torr。

在一些实施方案中，所述等离子体可以具有13.56MHz的频率。

在一些实施方案中，在产生所述等离子体时可以不进行所述处理室的清扫。

在一些实施方案中，所述方法还可以包含在熄灭所述等离子体之后清扫所述处理室。

在一些实施方案中，使所述反应物处理气体流动还可以包含使所述反应物处理气体流入容纳多个衬底的所述处理室中，在所述第一功率电平下产生所述等离子体还可以包含通过等离子体增强化学气相沉积同时在所述多个衬底上沉积所述材料层，在停止使所述反应物处理气体流动时维持所述等离子体还可以包含在不熄灭所述等离子体的情况下停止在所述多个衬底上的沉积，并且使所述惰性处理气体流动还可以包含在所述等离子体处于所述第二功率电平时将所述多个衬底上的所述材料层改性。

在一些这样的实施方案中，在使所述反应物处理气体流动、产生所述等离子体、维持所述等离子体、以及使所述惰性处理气体流动期间，所述多个衬底可以不在所述处理室内转移。

在一些这样的实施方案中，所述方法还可以包含：在使所述反应物处理气体流动之前将所述多个衬底转移至所述处理室中，以及在熄灭所述等离子体之后将所述多个衬底从所述处理室中移出。

在一些实施方案中，将所述材料层改性可以包含：移除氮键、改变所述层的表面粗糙度、改变所述层的耐火率、改变所述层的组成、以及改变所述层的应力。

在一些实施方案中，可以提供一种设备。所述设备可以包含：处理室；第一处理站，其包含第一衬底支撑件，其中所述第一衬底支撑件被配置成将第一衬底定位于所述处理室中；处理气体单元，其被配置成使反应物处理气体和惰性处理气体流至所述第一衬底支撑件所支撑的所述第一衬底上；等离子体源，其被配置成在所述第一处理站中在第一功率电平和第二功率电平下产生等离子体；以及控制器。所述控制器可以包含被配置成进行以下操作的指令：使所述反应物处理气体流至所述第一衬底支撑件所支撑的所述第一衬底上，在使所述反应物处理气体流至所述第一衬底支撑件所支撑的所述第一衬底上时，在所述第一处理站中于第一功率电平下产生所述等离子体，从而通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在所述第一衬底上沉积材料层，通过停止所述反应物处理气体在所述第一衬底上的流动而使所述材料层在所述第一衬底上的沉积停止，在使沉积停止期间和之后维持所述等离子体，而不使所述等离子体熄灭，在维持所述等离子体的同时将所述等离子体调整至第二功率电平，使所述惰性处理气体流至所述第一衬底上，从而在所述等离子体维持于所述第二功率电平时将所述材料层改性，以及在将所述材料层改性之后将所述等离子体熄灭。

在一些实施方案中，所述第一功率电平可以为400瓦或更大，而所述第二功率电平为600瓦或更大。

在一些实施方案中，所述设备还可以包含真空泵，其被配置成控制所述处理室中的压强，其中所述控制器还包含被配置成进行以下操作的指令：在所述处理室中产生所述等离子体时使所述处理室维持在恒定压强下。

在一些这样的实施方案中，所述恒定压强可以为至少2.1Torr。

在一些这样的实施方案中，所述真空泵可以被进一步配置成将所述处理室排空，并且所述控制器还可以包含被配置成在熄灭所述等离子体之后清扫所述处理室的指令。

在一些实施方案中，所述等离子体源可以被配置成在13.56MHz的频率下产生所述等离子体。

在一些实施方案中，所述设备还可以包含第二处理站。所述第二处理站可以包含第二衬底支撑件，所述第二衬底支撑件被配置成将第二衬底定位于所述处理室中，所述处理气体单元可以被进一步配置成使所述反应物处理气体和所述惰性处理气体流至所述第二衬底支撑件所支撑的所述第二衬底上，所述等离子体源可以被进一步配置成在所述第二处理站中产生所述等离子体，并且所述控制器还可以包含被配置成进行以下操作的指令：使所述反应物处理气体同时流至所述第一衬底和由所述第二衬底支撑件所支撑的所述第二衬底上，在使所述反应物处理气体同时流至所述第一衬底和所述第二衬底上时，在所述第一处理站中和在所述第二处理站中于第一功率电平下产生所述等离子体，从而通过PECVD在所述第一衬底上和所述第二衬底上沉积材料层，通过停止所述反应物处理气体在所述第一衬底上及所述第二衬底上的流动而使所述材料层在所述第一衬底和所述第二衬底上的沉积停止，在使所述第一衬底上和所述第二衬底上的沉积停止期间以及之后维持所述等离子体，而不使所述等离子体熄灭，使所述惰性处理气体同时流至所述第一衬底和所述第二衬底两者上，从而在所述等离子体维持于所述第二功率电平时将所述第一衬底和所述第二衬底上的所述材料层改性，以及在将所述材料层改性之后将所述等离子体熄灭。

在一些实施方案中，所述反应物处理气体可以包含硅。

在一些实施方案中，所述反应物处理气体可以包含硅烷。

在一些实施方案中，所述反应物处理气体可以包含四乙氧基硅烷。

在一些实施方案中，所述反应物处理气体可以包含四甲基硅烷。

在一些实施方案中，所述惰性处理气体可以包含N

附图说明

图1描绘了一般PECVD处理的图表。

图2描绘了用于根据公开的实施方案执行操作的示例性处理流程图。

图3描绘了用于根据公开的实施方案执行操作的第二示例性处理流程图。

图4描绘了用于根据公开的实施方案执行操作的图表。

图5提供了可用于实行公开的实施方案的示例性设备的框图。

图6显示了多站处理工具的实施方案的示意图。

图7描绘了经处理的衬底的缺陷数的图表。

图8描绘了两个经处理的衬底的归一化厚度轮廓。

图9描绘了两个经处理的衬底的归一化反射率轮廓。

具体实施方式

在下面的说明中，许多具体细节被阐述，以便提供对所呈现的实施方案的彻底理解。公开的实施方案可以在没有部分或全部这些具体细节下实施。在其它情况下，公知的处理操作没有进行详细说明，以避免不必要地使本公开的实施方案难以理解。虽然所公开的实施方案将结合具体的实施方案进行说明，但应理解，并不意在限制本公开的实施方案。

在本申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”和“部分制造的集成电路”可互换使用。本领域的普通技术人员将会理解，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上面进行集成电路制造的许多阶段中的任何阶段期间的硅晶片。在半导体器件工业中使用的晶片或衬底可以具有200毫米或300毫米或450毫米的直径。下面的详细描述假设本发明是在晶片上实现的。然而，本发明并不限于此。工件可以具有各种形状、尺寸和材料。除半导体晶片外，可利用本发明的优点的其它工件包括诸如印刷电路板、玻璃板等各种制品。

等离子体增强化学气相沉积

许多半导体加工处理利用等离子体增强化学气相沉积(“PECVD”)以沉积材料。在典型的PECVD反应中，衬底被暴露于一或更多种挥发性前体，该一或更多挥发性前体进行反应和/或分解以在衬底表面上产生所期望的沉积物。PECVD处理通常从使一或更多反应物流入反应室中开始。反应物的输送可在等离子体产生时继续进行，使得衬底表面暴露于等离子体，其进而使得沉积作用在衬底表面上发生。该处理继续进行直至达到期望的膜厚度为止，之后通常将等离子体熄灭并终止反应物流动。接着，可清扫反应室，并且可进行沉积后步骤。

各种沉积后步骤可包含一或更多沉积层的表面处理，以便为后续处理制备一或更多个层。这些沉积后表面处理可包含将该一或更多沉积层改性，例如移除层中的氮键、改变层的表面粗糙度、改变组成、改变层的折射率(RI)/透明度(k，消光系数)、以及改变层的应力。这些表面处理中的许多处理可能使用在PECVD室中所产生的等离子体。例如，PECVD可用于沉积包含氮氧化硅(SiON)层或其他反射材料层的光学层，随后可在其上沉积光致抗蚀剂以用于更后期的处理，例如蚀刻。为了协助将光致抗蚀剂沉积于经由PECVD而沉积的光学层上，沉积后表面处理可包含使氧化亚氮(N

对于许多使用等离子体的PEVCD处理及沉积后步骤而言，通常在PECVD沉积之后将等离子体关闭，并且为了这些沉积后步骤中的一或多者而重新开启等离子体。因各种原因而将等离子体关闭。例如，PECVD沉积可在一压强下进行，而沉积后步骤在不同压强下进行，由于考虑到等离子体的稳定性，因此在调整压强时将等离子体关闭是有利的。此外，对于多站处理室而言，各种硬件和等离子体的限制一般要求在PECVD沉积与沉积后步骤之间将等离子体关闭。例如，许多多站PECVD处理室于沉积期间在各个站同时产生等离子体，但通常仅在这些站中的一些站(例如仅在一个站)进行沉积后步骤。由于多站设备的硬件以及等离子体的限制，通常难以或无法将其中一些站的等离子体关闭而又同时使其他站的等离子体维持，且即使在一些站维持等离子体，等离子体也可能不具有用于沉积后步骤的期望特性。多站PECVD室也可能因PECVD沉积与沉积后步骤期间所使用的不同压强而关闭等离子体。

虽然在PECVD沉积之后关闭等离子体并且为了一些沉积后步骤而重新开启等离子体是有利的，且有时是必须的，但存在与此等离子体关闭和开启的方式相关的其它缺点。例如，当在PECVD沉积期间产生等离子体时，颗粒及其他污染物悬浮于等离子体内，而当关闭等离子体时，这些颗粒及污染物易于落在衬底上，其可能污染衬底并且最终造成衬底缺陷。因此，可在沉积和等离子体熄灭之后，且在等离子体重新点燃之前执行室的清扫操作，以移除先前悬浮的颗粒和污染物。然而，即使进行该清扫操作，一些衬底污染和缺陷通常仍会发生。此外，该清扫操作使得衬底的总处理时间增加，其不是所期望的。相似地，重新点燃等离子体使得处理时间增加，因为通常会执行额外的步骤以点燃等离子体，例如为气体管线充气(即，使气体从气体源流至室)、对室或工作站施加功率、以及稳定等离子体(即，使等离子体稳定并确认其是稳定的)，所有这些都使得衬底的处理时间增加，其对通量时间造成负面的影响。在压强于PECVD沉积与沉积后步骤之间改变的情况下，也可能因该压强调整而增添额外的时间，其同样对产能造成负面的影响。

图1描绘了一般PECVD处理的图表。左侧的第一栏表示处理条件，而在其之后由左至右的每一栏表示PECVD处理中的循序步骤。如所描述的，这是典型的PECVD处理的示例，其在进行沉积之后关闭等离子体并且为了一些沉积后处理步骤而重新开启等离子体。在此，沉积步骤(“Dep”)涉及：使反应物处理气体流至处理室中的衬底上，同时以第一功率电平(600瓦)产生等离子体，同时压强处于第一压强(2.1Torr)下，达15秒钟，以在衬底上沉积材料层。在第一沉积后步骤(“Post Dep l”)中，可使反应物流动停止1秒钟，但等离子体可维持开启状态，而在第二沉积后步骤(“Post Dep 2”)中，将等离子体关闭并且进行清扫(或抽至基点)操作达5秒，以从室中移除颗粒；使得压强在该步骤期间降至0.5Torr。在第三沉积后步骤(“Post Dep 3”)中，使第二处理气体(其可以是惰性气体)流至衬底，其具有管线进料时间(例如4秒钟)以使第二处理气体到达衬底；该步骤还涉及使压强增加回至2.1Torr。在第四沉积后步骤(“Post Dep 4”)中，等离子体被点燃且处于第二功率电平(800W)下，同时惰性处理气体流至衬底并且可使等离子体稳定达到稳定时间(例如0.5秒钟)。在一些情况下，在第四沉积后步骤之前可将室的压强调整至不同于沉积的压强且更适合沉积后等离子体或处理的压强。第五沉积后步骤(“Post Dep 5”)可包含维持等离子体并且同时使第二处理气体流至衬底，以进行将所沉积的材料的表面改性的一或更多个上述的表面处理；这可进行任何期望的时间(例如6秒钟)。在第六沉积后步骤中，可进行相似于Post Dep 2步骤的另一抽至基点的操作，以从室中移除颗粒及气体。

以上的示例性PECVD处理可在单站或多站室中实施。在这些单站情况下，所有的预沉积、沉积以及沉积后步骤都是在衬底留在室中的单一站时进行。在多站室的某些情况下，沉积可在多个室中进行，且沉积后步骤可仅在一个站处进行。例如，对于包含四个站且各站都有衬底的室而言，可通过使反应物同时流至各个衬底且在各个站同时产生等离子体而在四个衬底上同时沉积材料层。在图1中，可在所有的四个站中进行“Dep”步骤。在Post Dep 1步骤中，与上述相似，可使通往所有四个站的反应物处理气体流停止，但等离子体可在所有站中维持一段时间，而在Post Dep 2步骤中，在各个站中关闭等离子体并进行清扫操作，以从所有站中移除颗粒以及其他气体。如上所述，可在少于全部的站(例如仅一个站)中进行沉积后表面处理，且对于该示例性处理而言，可仅在一个站中进行Post Dep 3、4以及5的步骤。这包含仅在该一个站中产生和维持等离子体。如上所述，这些示例性实施方案可能不利地增加通量时间并且增加衬底缺陷。

在沉积和沉积后处理期间连续维持等离子体

本发明包含用于在PECVD沉积和沉积后步骤的期间和整个过程中在处理室中连续维持等离子体的技术和设备。如以下进一步说明的，这些技术和设备增加衬底通量(即，减少处理时间)且还减少衬底缺陷。

图2描绘了用于执行根据公开的实施方案的操作的示例性处理流程图。在操作201中，使反应物处理气体流至定位于处理室内的衬底上。如本文所述，可将衬底定位于晶片支撑结构(例如基座或静电卡盘)上。处理室为半导体处理工具(“工具”)的一部分，且如上所述，该工具被配置成使反应物处理气体流至处理室中的衬底上。在一些实施方案中，可在单站处理室中执行图2的操作，而在其他实施方案中，可在多站处理室中执行图2的操作。在多站处理室的实施方案中，各个站可具有位于该站的衬底(例如位于站中的基座上)，且操作201使反应物处理气体同时流至在各个站处的各个衬底上。

现在将讨论使用于PECVD的反应物的示例。这些反应物中的至少一者通常会包含在室温下为固体的元素，该元素被掺入通过PECVD方法所形成的膜中。该反应物可称为主反应物。主反应物通常包含例如金属(例如铝、钛等)、半导体(例如硅、锗等)、和/或非金属或类金属(例如硼)。另一反应物有时称为辅助反应物或共反应物。共反应物的非限制性示例包含氧、臭氧、氢、联胺、水、一氧化碳、氧化亚氮、氨、烷基胺等。共反应物也可以是反应物的混合物，如上所述。

PECVD处理可用于沉积各种的薄膜类型，且在特定实现方案中用于利用这些膜类型填充间隙。一些可用于形成无掺杂的硅氧化物，也可形成其他的膜类型，例如氮化物、碳化物、氮氧化物、掺杂碳的氧化物、掺杂氮的氧化物、硼化物等。氧化物包含广泛类型的材料，其包含无掺杂的硅酸盐玻璃(USG)、经掺杂的硅酸盐玻璃。经掺杂的玻璃的实例包含掺杂硼的硅酸盐玻璃(BSG)、掺杂磷的硅酸盐玻璃(PSG)以及掺杂硼磷的硅酸盐玻璃(BPSG)。再者，PECVD处理可用于金属沉积和特征填充。

在一些实施方案中，沉积的膜是含硅薄膜。在这些情况下，含硅反应物可以是例如硅烷、卤代硅烷、或胺基硅烷。硅烷含有氢和/或碳基团，但不含卤素。硅烷的示例是硅烷(SiH

在其他情况中，沉积的膜包含金属。可形成的含金属膜的示例包含铝、钛、铪、钽、钨、锰、镁、锶等的氧化物与氮化物、以及元素金属膜。示例性前体可包含金属烷基胺、金属烷氧化物、金属烷酰胺、金属卤化物、金属β-二酮、金属羰基化合物、有机金属化合物等。适当的含金属前体包含期望掺入膜中的金属。例如，可通过使五(二甲基酰胺基)钽与氨或其他还原剂反应而沉积含钽层。可使用的含金属前体的其他示例包含三甲基铝、四乙氧基钛、四-二甲基-酰胺基钛、四(乙基甲基酰胺)铪、二(环戊二烯基)锰、二(正丙基环戊二烯基)镁等。

在一些实现方案中，使用含氧氧化反应物。含氧氧化反应物的示例包含氧、臭氧、氧化亚氮、一氧化碳等。

在一些实施方案中，沉积的膜含有氮，并且使用含氮反应物。含氮反应物包含至少一个氮，例如氮，氨，肼，胺(例如带有碳的胺)，例如甲胺，二甲胺，乙胺，异丙胺，叔丁胺，二叔丁胺，环丙胺，仲丁胺，环丁胺，异戊胺，2-甲基丁-2-胺，三甲胺，二异丙胺，二乙基异丙胺，二叔丁基肼，以及含芳香的胺，如苯胺，吡啶和苄胺。胺可以是伯、仲、叔或季胺(例如，四烷基铵化合物)。含氮反应物可含有除氮以外的杂原子，例如，羟胺、叔丁氧基羰基胺和N-叔丁基羟胺是含氮反应物。

还可以使用其他前体，例如，鉴于本文所提供的教导，对于本领域技术人员而言是明显的或容易辨别的。

例如，在一实施方案中，利用TEOS、4MS、或硅烷进行PECVD反应。已发现TEOS、4MS、以及硅烷反应物在实践PECVD反应方面是特别有用的。

反应物的流率可根据所期望的处理不同而变化。在与PECVD无掺杂的硅酸盐玻璃(USG)相关的一实施方案中，SiH

回到图2，在操作203中，当使反应物流至衬底上时在处理室中产生等离子体，其进而使得材料层通过PECVD而沉积在衬底上。对于单站的实施方案而言，操作203在处理室中的单个站中产生等离子体。在多站的实施方案中，操作203在各个站中同时产生等离子体。同时进行的反应物处理气体流动和等离子体生成引起PECVD反应，其进而使得材料层沉积于衬底上。

PECVD反应是通过暴露于等离子体而驱动的。等离子体可以是电容耦合式等离子体或远程产生的感应耦合式等离子体。

用于在PECVD期间产生等离子体的气体包含至少一种上文所述的反应物。等离子体产生气体还可包含其他物质。例如，在一些实施方案中，等离子体产生气体包含惰性气体。

在一些实施方案中，用于在操作203的PECVD期间驱动等离子体形成的频率可仅包含高频(“HF”)部分而不包含低频(“LF”)部分。HF频率可以为约13.56MHz或约27MHz。用于驱动等离子体形成的HF RF功率可以介于约200-3,000W之间。这些功率电平代表所输送的总功率，其可以在多站处理室中的这些站之间进行分配。例如，如图2中所示，等离子体是在第一功率电平下产生的，该第一功率电平可以是在该范围内的任何功率，例如600W用于单个站，或2,400W用于四站处理室，其使得600W用于四个站的各者。等离子体暴露的持续时间取决于沉积的膜的期望厚度。在一些实施方案中，可使用脉冲式PECVD方法。这些方法可涉及脉冲前体和/或RF功率电平。

在一些实施方案中，沉积后处理仅使用HF等离子体，且对于这些实施方案而言，在沉积期间使用仅具有HF部分的等离子体使得等离子体能够在沉积和沉积后处理步骤期间维持和使用。

在一些实施方案中，用于在PECVD期间驱动等离子体形成的频率可包含LF与HF部分两者。LF频率可介于约300-400kHz之间。用于驱动等离子体形成的LF RF功率可以介于约200-2500W之间。在一些实施方案中，沉积后处理仅使用具有HF和LF部分两者的等离子体，且在这些实施方案中，在沉积期间使用具有LF与HF部分的等离子体使得等离子体能够在沉积和沉积后处理步骤期间维持和使用。

在本文所述的实施方案中，在PECVD沉积之后和在沉积后处理步骤期间连续地维持等离子体；在沉积之后不使等离子体熄灭并且接着在沉积后步骤中重新点燃(如在上述常规PECVD处理中)。因此，如图2中所示，一旦在操作203中沉积期望的材料层，即在操作205中通过中止反应物处理气体的流动以停止PECVD沉积处理，并且维持等离子体(其并未被熄灭)。在多站处理室实施方案中，在所有站中连续地维持等离子体；等离子体在任一站中都不熄灭。

接着可将连续维持的等离子体用于各种沉积后处理。在一些实施方案中，在沉积后处理中所使用的等离子体的功率不同于PECVD沉积期间的等离子体的功率。在这些实施方案中，可执行操作207，其将等离子体调整至不同于第一功率电平的第二功率电平。该功率同样为介于约200-3,000W之间。在一些实施方案中，第二功率电平可大于第一功率电平。例如，第一功率电平可大于400W(例如600W)，而第二功率电平可大于600W(例如800W)。在其他实施方案中，由于在沉积期间与沉积后步骤期间的等离子体可以是相同的，因此可能不需要该任选的操作207。在一些实施方案中，在PECVD沉积之后连续维持的等离子体可具有与在PECVD沉积期间所使用的相同的HF频率(例如13.56MHz)，而在其他实施方案中，在沉积期间和之后所使用的等离子体的频率部分可以是不同的。如上所述，在一些实施方案中，在沉积和沉积后处理期间使用HF等离子体使得在这些沉积和沉积后处理步骤期间能够连续产生和使用等离子体。

在操作205之后，且在操作207(如果执行的话)之后，使惰性气体流至衬底上且同时仍维持等离子体，以进行表面处理，该表面处理将该材料层改性。在执行操作207的一些实施方案中，当等离子体处于第二功率电平时会发生该改性。如上所述，这些表面处理(或改性)包含移除层中的氮键、改变层的表面粗糙度、改变组成、改变层的反射率(RI)/透明度、以及改变层的应力。利用连续维持的等离子体以及惰性处理气体或混合物的流动(例如N

惰性处理气体的流率可介于约100-30,000sccm之间。例如，N

在操作209中进行沉积后步骤之后，可在操作211中将等离子体熄灭。在操作211之后，可将处理室清扫，即，执行抽至基点的操作。这可将不想要的副产物、污染物、气体、以及颗粒从处理室中移除。在一些实施方案中，与常规的PECVD处理不同，清扫操作不在操作203的沉积之后以及操作209的沉积后处理之前执行。相对地，在图2的实施方案中，仅在沉积后步骤完成之后进行清扫操作，而不在操作203、205、207以及209期间或之间进行清扫操作。清扫操作的压强通常低于沉积和沉积后步骤，例如0.5Torr。

如上所述，一旦在操作203中产生等离子体，就在操作205、207以及209期间和整个过程中维持等离子体且不使其熄灭。在此连续维持期间，等离子体可以具有相同的频率，例如13.56MHz。对于多站处理室的一些实施方案而言，在该连续维持等离子体期间，衬底不会在操作203至211期间于处理室内转移，即，在使反应物处理气体流动以及等离子体产生期间、在停止沉积并维持等离子体之后、在等离子体功率调整期间、以及在将衬底上的材料层改性的沉积后处理期间，衬底都维持在单个站。

在一些实施方案中，在操作201之前，可进行衬底装载操作，从而将一或更多个衬底装载至处理室中。例如，在单站的实施方案中，此包含仅将一衬底装载至单个站中；在多站的实施方案中，这包含将一或更多个衬底装载至处理室中，例如将一个衬底装载至每一工作站中。相似地，在操作211之后，可具有衬底卸载操作，其将一或更多个衬底从处理室中移除，例如从单个站移除一个衬底、或在多站实施方案中从所有站移除所有衬底。这些转移可被视为晶片转位(indexing)操作。

在图2的操作期间，一些实施方案可在处理室内维持恒定压强。如上所述，可能无法在维持等离子体的同时改变压强，或者如果在维持等离子体时改变压强，则等离子体可能不会具有期望的特性。因此，在操作203、205、207以及209期间，处理室的压强(单站或多站)可具有恒定的压强。例如，在一些实施方案中，可在操作201之前或期间使处理室的压强降低至第一压强，且处理室的压强可维持于该第一压强直到操作209完成。在这些操作期间的处理室中的压强可介于约1-10Torr之间，例如约5Torr或约2.1Torr。

在某些实施方案中，在PECVD反应和沉积期间的反应室中的温度可介于约50-450℃之间。该范围对于使用硅烷的反应而言可能是特别合适的。在使用其他反应物的情况下，温度范围可能是更受限或更宽广，例如在使用TEOS的情况下为介于约100-450℃之间。

图3描绘了用于执行根据公开的实施方案的操作的第二示例性处理流程图。在这里，在图3中，操作301至311分别与操作201至211相同。在操作313中，将衬底装载至处理室中。如上所述，这包含将单一衬底装载至单站处理室中、以及将一或更多个衬底装载至多站处理室中的一些或所有站中。在一些实施方案中，这可包含将一个衬底装载至多站处理室中的所有站中。此外，操作315包含如上所述的清扫操作，可在操作311中使等离子体熄灭之后进行该清扫操作。在一些实施方案中，操作311和315可重叠。在操作315之后，可从处理室中移除一或更多个衬底，如上所述。这可包含从多站处理室中的所有站中移除所有衬底。

图4描绘了用于执行根据公开的实施方案的操作的图表。图4的图表相似于图1的图表，但将阴影的沉积后操作Post-Dep 2-4去除，因为等离子体在沉积和沉积后步骤之间被连续地维持且不会熄灭，因此在所公开的实施方案中不再需要这些操作。此处，在图4中，“Dep”栏再次表示将材料层沉积于衬底上，其对应于图2的操作203。在Dep操作期间，使反应物处理气体以200sccm的流率流至衬底上、不使惰性处理气体流至衬底上、并且等离子体的功率电平处于600W的第一功率电平。在此沉积及其余操作期间的压强维持在2.1Torr不变。在下一栏(Post Dep 1)中，使反应物处理气体的流动停止(如“0”流率所表示的)，从而停止沉积，并且同时维持等离子体而不使其熄灭，如保持在600W的等离子体的功率电平所示。该栏对应于图2的操作205。

在此处，在此实施方案中，由于没有将等离子体关闭然后重新开启(其需要执行图1的Post Dep 2、3、及4步骤)，因此该处理可直接从Post Dep 1进展至Post Dep 5。因此，图4中的下一操作为Post Dep 5，在Post Dep 5中，使惰性处理气体流至衬底上，并且仍在处理室内维持等离子体，但其处于800W的第二功率电平。该Post Dep 5操作将材料层改性并且对应于图2的操作209。从600W至800W的功率电平的调整对应于图2的操作207。在图4的Post Dep 6操作中，等离子体被熄灭(如功率电平框中的“0”所表示的)，并且进行清扫操作，如降低至0.5Torr的压强所示。两种气体的流动也已停止。该操作分别对应于图2和3的操作211和315。

图1的Post Dep 2、3以及4操作的这些删除因此消除了这些步骤的处理时间(例如，9.5秒)，其进一步使得总体时间相对于图1的处理减少26％。换言之，图3的处理时间比图1的处理时间少9.5秒。

设备

用于执行所公开的方法的合适设备一般包含用于完成处理步骤的硬件以及具有用于根据本发明控制处理步骤的指令的系统控制器。例如，在一些实施方案中，硬件可包括包含于处理设备中的一或更多PECVD处理站。

图5提供了可用于实行所公开的实施方案的示例性设备的框图。如图所示，反应器500包含处理室524，其将反应器的其他组件包围且用于容纳由例如电容器型系统所产生的等离子体，该电容器型系统包含喷头514，其与接地的加热器块520协同运作。连接至匹配网络506的高频RF产生器502以及低频RF产生器504连接至喷头514。由匹配网络506所供应的功率及频率足以从处理气体产生等离子体，例如400-700W的总能量。在本发明的一实现方案中，可以在沉积期间使用HF RF产生器以及LF RF产生器两者，而在某些其他实施方案中，仅使用HF RF产生器。在一典型的处理中，高频RF部分通常介于约2-60MHZ之间；在优选的实施方案中，HF部分为约13.56MHz。低频LF部分通常介于约250-400kHz之间。

在反应器内，晶片基座518支撑衬底516。基座通常包含卡盘、叉件、升降销，以在沉积和/或等离子体处理反应之间和期间保持和传送衬底。卡盘可以是静电卡盘、机械式卡盘、或可用于工业和/或研究的各种其他类型的卡盘。

经由入口512将处理气体导入。将多个源气体管线510连接至歧管508。可使气体进行预混合，或不然。使用适当的阀和质量流量控制机构来确保在处理的沉积和沉积后阶段期间输送正确的气体。在化学前体以液体形式输送的情况下，使用液体流控制机构。接着，液体在到达沉积室之前、在经加热至高于其汽化点的歧管中输送的期间汽化并与其他处理气体混合。

处理气体经由出口522离开室524。真空泵526(例如，一或二段式机械干式泵、和/或涡轮分子泵)通常将处理气体抽出，并且通过经闭回路控制的流量限制装置(例如，节流阀、或摆式阀)而在反应器内维持适当低的压强。

可在多站或单站工具上实施本发明。在特定实施方案中，使用具有4站沉积架构的300mm Novellus Vector

图6显示具有入站加载锁602及出站加载锁604的多站处理工具600的实施方案的示意图，入站加载锁602和出站加载锁604中的任何一或两者可包含远程等离子体源。在大气压强下，将机械手606配置成经由大气端口610将晶片从由晶片传送盒608所装载的晶舟盒移动到入站加载锁602内。由机械手606将晶片放置在入站加载锁602中的基座612上，关闭大气端口610，并且将加载锁抽空。在入站加载锁602包含远程等离子体源的情况下，可在晶片被导入至处理室614之前，使晶片在加载锁中暴露于远程等离子体处理。另外，也可以在入站加载锁602中加热晶片，例如，以移除湿气与所吸附的气体。接着，开启通往处理室614的室输送端口616，且另一机械手(未图示)将晶片放置进入反应器、于反应器中所显示的第一站的基座上以用于处理。虽然图6所描绘的实施方案包含加载锁，但应理解，在一些实施方案中，可提供晶片进入处理站的直接入口。

在图6所示的实施方案中，所描绘的处理室614包含四个处理站，编号为1至4。各站具有经加热的基座(显示于站1的618)、以及气体管线入口。应理解，在一些实施方案中，各处理站可具有不同或多种用途。虽然所描绘的处理室614包含四个站，但应理解，根据本公开的内容的处理室可具有任何适当的站数。例如，在一些实施方案中，处理室可具有五或更多站，而在其他实施方案中处理室可具有三或更少站。

图6还描绘了处理室614内用于传送晶片的晶片搬运系统690的实施方案。在一些实施方案中，晶片搬运系统690可在各种处理站间和/或在处理站与加载锁之间传送晶片。应理解，可采用任何合适的晶片搬运系统。非限制性的示例包含晶片转盘和晶片搬运机械手。图6还描绘了系统控制器650的实施方案，该系统控制器650用于控制处理工具600的处理条件和硬件状态。系统控制器650可包含一或更多个存储器装置656、一或更多大量储存装置654、以及一或更多处理器652。处理器652可包含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。

虽然未图示于图6中，但工具600可包含工具500的任何特征，例如上述的各个站的气体和管路、以及真空泵。

在一些实施方案中，系统控制器650控制处理工具600的所有行动。系统控制器650执行系统控制软件658，该系统控制软件658储存于大量储存装置654中、载入至存储器装置656、并且在处理器652上执行。系统控制软件658可包含用于控制下述项的指令：时序、气体的混合、室和/或工作站的压强、室和/或工作站的温度、清扫条件以及时序、晶片温度、RF功率电平、RF频率、衬底基座、卡盘和/或晶座的位置、以及由处理工具600所执行的特定处理的其他参数。系统控制软件658可以以任何适当方式配置。例如，可写入各种处理工具组件的子程序或控制对象，以控制根据所公开的方法执行各种处理工具的处理所需的处理工具组件的操作。可以任何合适的计算机可读取程序语言编码系统控制软件658。

在一些实施方案中，系统控制软件658可包含输入/输出控制(IOC)序列指令，用于控制上述的各种参数。例如，每一PECVD处理可包含由系统控制器650执行的一或更多指令。用于设定PECVD处理阶段的处理条件的指令可包含在对应的PECVD配方阶段中。在一些实施方案中，可将PECVD配方阶段依序排列，以使PECVD处理阶段的所有指令与该处理阶段同时执行。

在一些实施方案中，可采用储存于与系统控制器650相关的大容量储存装置654和/或存储器装置656上的其他计算机软件和/或程序。为此用途的程序或程序的部分的示例包含衬底定位程序、处理气体控制程序、压强控制程序、加热器控制程序、以及等离子体控制程序。

衬底定位程序可包含用于处理工具组件的程序代码，这些处理工具组件用于将衬底装载于基座618上、以及用于控制介于衬底与处理工具600的其他部件之间的间距。

处理气体控制程序可包含代码，其用于控制气体组成及流率并且任选地用于在沉积之前使气体流入一或更多个处理站，以稳定处理站中的压强。处理气体控制程序可包含用于将气体组成以及流率控制于所公开的范围中的任一者内的代码。压强控制程序可包含代码，该代码用于通过调整例如处理站的排放系统中的节流阀、流入处理站的气流等而控制处理站内的压强。压强控制程序可包含用于将处理站内的压强维持在所公开的压强范围中的任一者内的代码。

加热器控制程序可包含用于控制用于加热衬底的加热单元的电流的代码。替代地，加热器控制程序可控制传热气体(例如氦气)输送至衬底。加热器控制程序可包含用于将衬底温度维持于所公开的范围中的任一者内的指令。

等离子体控制程序可包含代码，该代码用于设定施加至一或更多处理站中的处理电极的RF功率电平和频率，例如使用本文所公开的RF功率电平中的任一者。等离子体控制程序还可包含用于控制各个等离子体暴露操作的持续时间的代码。

在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、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，控制器可以在“云端”或者是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，它们可以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测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，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处理。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处理配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些示例中，系统控制器650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处理类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，系统控制器650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，本文所述的处理和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的示例可以是与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)通信的在室内的一个或多个集成电路，它们结合以控制室内的处理。

在一些实施方案中，可以存在与系统控制器650相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏、装置和/或处理条件的图形软件显示器，以及诸如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等用户输入装置。

在一些实施方案中，由系统控制器650调节的参数会涉及工艺条件。非限制性示例包括工艺气体组成和流率、温度、压强、等离子体条件(例如，RF偏置功率电平、频率和暴露时间)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。

用于监控处理的信号可以由系统控制器650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在处理工具600的模拟和数字输出连接件上输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性示例包括质量流量控制器、压强传感器(例如压强计)、热电偶等。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。

可以使用任何合适的室以实行所公开的实施方案。示例性沉积设备包含(但不限于)来自

虽然未图示于图5中，但工具500可包含工具600的任何特征，例如控制器650，且控制器可被配置成执行本文针对工具500所述的任何指令。

在一些实施方案中，控制器650包含被配置成执行一些或所有的上述技术的指令。这包含以上针对图2和3而描述的任何和所有的操作。例如，控制器包含被配置成进行以下操作的指令：使反应物处理气体流至衬底支撑件所支撑的衬底上；当使反应物处理气体流至衬底支撑件所支撑的衬底上时，在处理站中以第一功率电平产生等离子体，从而通过PECVD在第一衬底上沉积材料层；通过停止反应物处理气体在衬底上的流动而停止材料层在衬底上的沉积；在沉积停止期间和之后维持等离子体，而不将等离子体熄灭；在维持等离子体的同时将等离子体调整至第二功率电平；在等离子体维持于第二功率电平时使惰性处理气体流至衬底上，从而将材料层改性；以及在将材料层改性之后使等离子体熄灭。

控制器被配置成在单站处理室(如图5的室)、以及多站处理室(如图6的室)中执行上述操作。例如，在设备包含两个处理站的情况下，控制器被配置成：使反应物处理气体同时流至两个站中的各个衬底上；当使反应物处理气体同时流至两个衬底上时，在两个处理站中以第一功率电平产生等离子体，以通过PECVD在两个衬底上沉积材料层；通过停止反应物处理气体在两个衬底上的流动而停止材料层在两个衬底上的沉积；在两个衬底上的沉积停止期间及之后维持等离子体，而不将等离子体熄灭；在等离子体维持于第二功率电平时使惰性处理气体同时流至两个衬底上，从而将两个衬底上的材料层改性；并且在将材料层改性之后使等离子体熄灭。虽然描述两个站的情况，但该操作适用于处理室中任何数量的站，例如在图6的处理室中的四个站。

控制器还被配置成在等离子体于处理室中产生时将处理室中的压强控制在恒定压强，例如2.1Torr。在一些实施方案中，控制器被进一步配置成在等离子体熄灭之后清扫处理室。

结果

上述技术和设备使得产能增加，衬底缺陷减少，并且同时维持期望的衬底参数(例如期望的厚度轮廓和RI轮廓)。例如衬底产能通过下列方式提高：将相关于在沉积之后关闭等离子体并且为沉积后处理而重新开启等离子体的沉积后步骤去除；这些步骤的去除使得用于沉积后处理的时间减少，因此使得总体衬底处理时间减少。参照回图1，例如，执行至少三个额外步骤(Post Dep 1、Post Dep 2、以及Post Dep 3)以在沉积步骤之后关闭等离子体，其需要额外的时间，例如在该示例中为9.5秒。这些步骤的去除从总体处理时间中减除了相关的9.5秒，从而减少处理时间并改善产能。例如，如果总体处理时间(其包含预沉积、沉积、以及沉积后处理步骤)为70秒，则减除9.5秒为减少13.6％的时间；如果总体处理时间为43秒，则减除9.5秒为减少22％的时间。

衬底上的缺陷还通过下列方式减少：将相关于在沉积之后关闭等离子体并为沉积后处理而重新开启等离子体的沉积后步骤去除。图7描绘了经处理的衬底的缺陷数的图表。第一栏表示在沉积期间以埃为单位的室累积量，中间栏显示在常规PECVD处理(如图1的处理)的沉积期间在各种室累积量时在两个衬底上量测到的缺陷数，而右侧栏显示在根据本文所述实施方案的PECVD处理(如图2和4的处理)的沉积期间在各种室累积量时在两个衬底上测量到的缺陷数。可以看出，使用本文所述技术使得缺陷的中位数减小。在一些实施方案中，由于连续维持等离子体的操作使不乐见的微粒和污染物在沉积与沉积后操作期间持续地悬浮于等离子体中，其进而消除不期望有的微粒和污染物落在衬底上(当沉积之后等离子体被立即关闭而崩溃时(如图1的Post Dep 2)会发生)的机会，因此可达到该缺陷减少的效果。

还应确定，与常规PECVD处理相比，使用本文所述技术进行沉积和改性的材料层保持其期望特性。图8描绘了两个经处理的衬底的膜厚度轮廓，而图9描绘了两个经处理的衬底的反射率轮廓。图8中的垂直轴为归一化厚度，且水平轴为沿着衬底的位置，其中该轴的中央为衬底的中央；类似地，图9中的垂直轴为归一化反射率，且水平轴为沿着衬底的位置。在这些图中，第一衬底(以菱形表示)利用不具有连续等离子体的图1的常规PECVD沉积和沉积后处理进行处理，而第二衬底利用使用连续维持的等离子体的图2和3的PECVD沉积及沉积后处理进行处理(以正方形表示)，并且所得的材料层具有近乎相同的厚度和RI轮廓。因此，本文所述的技术能够减少衬底处理时间并改善产能，并且仍维持期望的材料特性(例如膜厚度和RI轮廓)。

虽然已针对所示的实施方案而特定地描述本文所公开的标的，但应理解，可基于本公开的内容而进行各种变化、修改以及调整，且其应是在本发明的范围内。应理解，本文的实施方案并不受限于所公开的实施方案，而是相对地意图涵盖包含在权利要求的范围内的各种修改和等效配置。