腔室调节方法

专利名称：腔室调节方法
腔室调节方法技术领域
本发明一般地涉及半导体领域，更具体地来说，涉及半导体沉积腔室。
背景技术：
一般而言，沉积工艺如原子层沉积应用一系列相继引入的前体材料在一系列自限制性反应中在半导体衬底上形成材料的原子单层。例如，可以引入气态的第一前体材料并吸附在半导体衬底的表面上，当衬底表面上的每一个活性位点(active site)都键合至第一前体材料分子时停止，从而对原子单层限制第一前体材料的深度。当形成了原子单层之后，可以从腔室中去除气态第一前体材料，并可以引入第二前体材料与第一前体材料反应， 以在另一自限制性反应中形成期望的材料层的单层。
然而，在这种在半导体衬底上的沉积工艺期间，前体材料不仅吸附在半导体衬底上而且还吸附在暴露于前体材料的任何其他表面上。具体而言，前体材料将吸附在沉积腔室自身的表面上，如沉积腔室的侧面、顶面和底面。鉴于此，在沉积腔室的表面上也形成正在半导体衬底上沉积的材料层。
然而，一些材料可能对沉积腔室的使用期限具有有害影响。材料如类高k电介质的氧化铪、氧化锌、和其他陶瓷可能具有较小的延展性，并且还可能具有与沉积腔室的表面的较差粘附性。鉴于此，在一个工艺中形成这些材料之后，所形成的材料的颗粒可能在随后的工艺中脱落，并落在后续的衬底上，在随后形成的半导体器件中引起缺陷。一旦颗粒达到了一定的大小，可能需要预防性维修来替换沉积腔室的阀门、屏蔽、和输气管道(gas line)，以便准备沉积腔室供进一步使用。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的技术缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种用于沉积材料的方法，所述方法包括在沉积腔室的表面上形成第一层，所述第一层包含第一材料并具有突出物；以及在形成所述第一材料之后调节所述沉积腔室，所述调节在所述第一材料和所述突出物的上方形成第二层，所述第二层包含第二材料，所述第二材料不同于所述第一材料。
该方法进一步包括在形成所述第一材料之前预调节所述沉积腔室，预调节所述沉积腔室进一步包括在形成所述第一层之前在所述沉积腔室的表面正上方形成第三层。
在该方法中，所述第二材料包括氧化铝。
该方法进一步包括在所述第二层的上方形成第三层，所述第三层包含所述第一材料。
在该方法中，所述第一层包含氧化铪，以及其中，调节所述沉积腔室形成氧化铝层。
该方法进一步包括在所述第二层上形成第三层，所述第三层包含第三材料；以及在形成所述第三层之后调节所述沉积腔室，在形成所述第三层之后调节所述沉积腔室的步骤在所述第三材料上方形成第四层，所述第四层包含第四材料，所述第四材料不同于所述第二材料。
在该方法中，所述第二层的厚度为约500人并且在形成所述第一层的步骤重复了 250次之后实施所述调节。
根据本发明的另一方面，提供了一种沉积材料的方法，所述方法包括在沉积腔室中在第一衬底上沉积第一材料，沉积所述第一材料的步骤还在所述沉积腔室的表面上形成所述第一材料的第一层；从所述沉积腔室中去除所述第一衬底；以及在所述第一层上方沉积第二材料，其中，所述第一材料和所述第二材料具有彼此不同的种类。
该方法进一步包括在所述第二材料上方沉积第三材料；以及在所述第三材料上方沉积第四材料，其中所述第三材料和所述第四材料具有彼此不同的种类。·
该方法进一步包括在去除所述第一衬底之后且在沉积所述第二材料之前，将第二衬底置入所述沉积腔室中。
在该方法中，所述第一材料是高k介电层。
在该方法中，所述第一材料是氧化铪。
在该方法中，所述第二材料是氧化铝。
在该方法中，至少部分地通过原子层沉积实施沉积所述第一材料的步骤。
在该方法中，所述第二材料的厚度为约500人,以及在沉积第一材料的步骤已重复了 250次之后，实施沉积所述第二材料的步骤。
根据本发明的又一方面，提供了一种沉积材料的方法，所述方法包括在第一衬底上和在腔室的表面上沉积第一高k介电材料，至少部分地采用原子层沉积工艺实施沉积所述第一高k介电材料的步骤；从所述腔室中去除所述第一衬底；以及通过在所述第一高k 介电材料上方沉积第二介电材料密封所述腔室的表面上的所述第一高k介电材料，所述第二介电材料不同于所述第一高k介电材料。
该方法进一步包括在去除所述第一衬底之后且在密封所述第一高k介电材料之前将第二衬底置入所述腔室中。
在该方法中，在所述腔室内没有衬底时，实施密封所述第一高k介电材料的步骤。
在该方法中，沉积所述第二介电材料的步骤沉积氧化铝层。
在该方法中，在沉积所述第一层之后自动进行密封所述第一高k介电材料的步骤。


为了更充分地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中
图1示出了根据实施例的具有前体传送系统的沉积腔室；
图2示出了根据实施例的可以与沉积腔室一起使用的控制单元；
图3示出了根据实施例的在其沉积了第一层之后的沉积腔室的表面的放大图4示出了根据实施例的在对其进行调节之后的沉积腔室的表面的放大图5示出了根据实施例的在反复使用和调节之后的沉积腔室的表面的放大图6示出了根据实施例的当应用不同实施例时大于I μ m的颗粒的计数；
图7示出了根据实施例的已进行过预调节的沉积腔室的表面的放大图8示出了根据实施例的在其上具有多个双层的沉积腔室的表面的放大图。
除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常指相应的部件。绘制附图是用于清楚地示出实施例的相关方面，并且没有必要按比例绘制。
具体实施方式
在下面详细讨论实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的创造性概念。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用实施例的示例性具体方式，而不用于限制实施例的范围。
将参考具体环境下的实施例，即原子层沉积腔室调节工艺，来描述实施例。然而， 实施例还可以应用于其他调节工艺。
现在参考图1，示出了沉积系统100，该沉积系统100可以用于接收来自第一前体传送系统105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108的前体材料，以及用于在沉积腔室103中在衬底101上形成材料层。衬底101可以是例如期望在其上形成薄膜的任何衬底。在实施例中，衬底101可以是具有期望在其上形成层的暴露表面的半导体衬底，如工艺晶圆。暴露表面可以是半导体材料(如基底娃晶圆)的表面、介电材料(如具有娃衬底的经图案化的晶圆)的表面、金属化层的表面、或任何其他适当的用于沉积期望的层的表面。
第一前体传送系统105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108可以彼此结合起来工作以向沉积腔室103供应各种不同的前体材料。然而，第一前体传送系统 105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108可以具有彼此相似的物理元件。例如，第一前体传送系统105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108均可以包括 载气供给部107、流量控制器109、和前体罐111 (在图1中对第一前体传送系统105进行标记，但为了清楚，对第二前体传送系统106和第三前体传送系统108没有进行标记)。载气供给部107可以供应气体，该气体可以用于帮助向沉积腔室103 “运载”前体气体。载气可以是惰性气体或者与沉积系统100内的前体材料或者其他材料不发生反应的其他气体。例如，载气可以是氦气(He)、氩气(Ar)、氮气(N2)、氢气(H2)、或其组合等，但是可以可选地应用任何其他适当载气。
载气供给部107可以是一种容器，如储气罐，其或者位于沉积腔室103的局部区域或者可以位于远离沉积腔室103的区域。可选地，载气供给部107可以是独立地准备并向流量控制器109传送载气的设备。任何适当的载气源可以用作载气供给部107，以及所有的这些源预期全部包括在实施例的范围内。另外地，第一前体传送系统105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108可以共享公共载气供给部107。
载气供给部107可以向流量控制器109供应期望的载气。流量控制器109可以用于控制载气流向前体罐111的流量，并且最终流向沉积腔室103的流量，从而还有助于控制沉积腔室103内的压力。流量控制器109可以是例如比例阀、调节阀、针阀、调压器、质量流量控制器、或其组合等。然而，可以应用任何适当的用于控制和调节到达前体罐111的载气的流量的方法，并且所有这些元件和方法预期全部包括在实施例的范围内。
流量控制器109可以向前体罐111供应可控载气。前体罐111可以用于通过使可以以固相或液相传送的前体材料蒸发或升华向沉积腔室103供应期望的前体。前体罐111可以具有蒸汽区，在蒸汽区内可以驱动前体材料转化成气相，从而使来自流量控制器 109的载气可以进入前体罐111，并拾取或者运载气态前体材料离开前体罐并去往沉积腔室 103。
然而，作为本领域普通技术人员将意识到，虽然本文中将第一前体传送系统105、 第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108描述成具有完全相同的元件，但是这仅仅是示例性实施例，并不旨在以任何模式限制实施例。可以可选地应用任何类型的适当前体传送系统，该前体传送系统具有与沉积系统100内的任何其他前体传送系统完全相同或者不同的任何类型和数量的单独元件。所有这些前体沉积系统预期全部包括在实施例的范围内。
第一前体传送系统105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108可以将它们各自的前体材料供应至前体气体控制器113中，前体气体控制器113可以顺序连接和隔离第一前体传送系统105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108与沉积腔室103，从而向沉积腔室103传送期望的前体材料。前体气体控制器113可以包括这样的器件如阀门、流量计、和传感器等，用于控制每种前体的传送速率，并可以通过从控制单元 115 (将在下面参考图2进一步描述)所接收到的指令进行控制。
当从控制单元115接收指令时，前体气体控制器113可以打开或者关闭阀门，以便将第一前体传送系统105、第二前体传送系统106、和第三前体传送系统108中的一个连接至沉积腔室103，并通过集流管116将期望的前体材料引入沉积腔室103中，并到达喷头 117。喷头117可以用于将所选的前体材料散布至沉积腔室103中，并可以被设计成顺序均匀散布前体材料以最小化可能由不均匀的散布所引起的不期望的工艺状况。在实施例中， 喷头117可以具有在喷头117周围具有均匀散布的开口的圆形设计，从而实现将期望的前体材料散布至沉积腔室103中。
然而，作为本领域普通技术人员将意识到如上面所述的将前体材料通过单个喷头117或者通过单个引入点引入到沉积腔室103仅是示例性的，并旨在用于限制实施例。可以可选地应用任何数量的用于将前体材料引入至沉积腔室103中的分开的和单独的喷头 117或其他开口。喷头和其他引入点的所有这些组合预期全部包括在实施例的范围内。
沉积腔室103可以接收期望的前体材料，并使前体材料与衬底101接触，并且沉积腔室103可以是可能适用于散布前体材料并使前体材料与衬底101接触的任何期望的形状。在图1中所示出的实施例中，沉积腔室103具有圆柱形侧壁和底部。然而，沉积腔室103 并不限于圆柱形，可以可选地应用任何其他适当的形状，如空心方管、或八边形等。而且，沉积腔室103可以被壳体119围绕，壳体119由与各种工艺材料不反应的材料制成。鉴于此， 虽然壳体119可以是能够承受沉积工艺中涉及的化学过程和压力的任何合适的材料，但是在实施例中，壳体119可以是钢、不锈钢、镍、铝、其合金、及其组合等。
在沉积腔室103内，可以将衬底101放置在安装平台121上，以便在沉积工艺期间定位和控制衬底101。安装平台121可以包括加热机构，以便在沉积工艺期间加热衬底101。 而且，虽然在图1中示出了单个安装平台121，但是，另外，在沉积腔室103内可以包括任何数量的安装平台121。
另外地，沉积腔室103和安装平台121可以是组合工具系统(未示出)的一部分。 组合工具系统可以用于结合自动化处理系统，以便在沉积工艺之前在沉积腔室103中定位并放置衬底101，在沉积工艺期间定位并保留衬底101，以及在沉积工艺之后从沉积腔室 103中去除衬底101。
沉积腔室103还可以具有用于将废气排出沉积腔室103的排气口 125。为了帮助排除废气还可以将真空泵123连接至沉积腔室103的排气口 125。真空泵123在控制单元 115的控制下还可以用于减少和控制沉积腔室103内的压力达到期望的压力，并且还可以用于从沉积腔室103中排出前体材料以便为引入下一种前体材料做准备。
图2示出了可以用于控制前体气体控制器113和真空泵123 (如图1中所示出) 的控制单元115的实施例。控制单元115可以是能够用于控制工艺机器的工业装置的任何形式的计算机处理器，或者可以可选地对这种控制进行编程的通用型计算机平台。在实施例中，控制单元115可以包括处理单元201，如台式计算机、工作站、便携式计算机、或者为特定用途定制的专用单元。控制单元115可以配有显示器203和一个或多个输入/输出元件205，如指令输出、传感器输入、鼠标、键盘、打印机、或其组合等。处理单元201可以包括连接至总线212的中央处理器(CPU) 206、存储器208、大容量存储器210、显示适配器214、 和/或I/O接口 216。
总线212可以是包括存储器总线或内存控制器(memory controller)总线、夕卜围总线、或视频总线的任何类型的若干总线体系结构中的一种或多种。CPU 206可以包括任何类型的电子数据处理器，以及存储器208可以包括任何类型的系统存储器，如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、或只读存储器(ROM)。大容量存储器210可以包括配置用于存储数据、程序、和其他信息并用于通 过总线212进行存取的数据、程序、 和其他信息的任何类型的存储器。大容量存储器210可以包括例如硬盘驱动器、磁盘驱动器、或光盘驱动器中的一种或多种。
显示适配器214和I/O接口 216提供用于将外部输入和输出设备连接至处理单元 201的接口。如图2中所示出的，输入和输出设备的实例包括连接至显示适配器214的显示器203和连接至I/O接口 216的I/O元件205，如鼠标、键盘、和打印机等。可以将其他器件连接至处理单元201，并且可以应用额外的或者更少的接口卡。例如，可以使用串行接口卡(未示出)来为打印机提供串行接口。处理单元201还可以包括网络接口 218，网络接口 218可以是连接至局域网(LAN)或广域网(WAN) 220的有线链路和/或无线链路。
应当注意到控制单元115可以包括其他元件。例如，控制单元115可以包括电源、电缆、主板、可移动存储设备、和机箱等。尽管在图2中没有示出这些其他元件，但将这些其他元件视为控制单元115的一部分。
参考图1，沉积系统100可以用于在衬底101上方形成第一层127。在实施例中，第一层127可以是诸如氧化铪(HfO2)、氧化锆(ZrO2)、或氧化镧(La2O3)等材料的高k介电层。 采用沉积工艺如原子层沉积(ALD)可以在沉积腔室103中形成第一层127。然而，这些材料和工艺预期是示例性的，并不预期用于限制，因为可以可选地应用其他期望的材料如其他介电材料以及其他适当的沉积工艺如化学汽相沉积(CVD)或等离子体增强CVD (PECVD)。
在实施例中，可以通过将第一前体放入第一前体传送系统105中来开始第一层 127的形成。例如，在其中第一层127是HfO2的实施例中，第一前体材料可以是诸如氯化铪 (HfCl4)、四(二甲胺基)铪的前体，并且可以将四(二甲胺基)铪置入第一前体传送系统 105中。然而，作为本领域技术人员将意识到这些前体不是可以用于形成HfO2层的唯一前体，以及四(二甲胺基)铪的使用并不预期用于限制实施例。可以可选地应用用于形成 HfO2层的以任何合适的相(固相、液相、或气相)存在的任何合适的前体材料，如四(乙基甲基氨基)铪(TEMAH)、双(甲基环戊二烯基)甲氧基甲基铪(HfD-04)，或者可以用于形成可选层的任何其他前体。
另外地，可以将第二前体材料置入第二前体传送系统106中。在其中HfO2层是用于第一层127的期望材料的实施例中，第二前体材料可以是可能含有氧的前体材料，以便氧化第一前体材料以形成HfO2单层。例如，在其中氯化铪用作第一前体材料的实施例中， 水(H2O)可以用作第二前体材料，并可以将其置入第二前体传送系统106中。然而，水作为第二前体材料的描述预期并不用于限制实施例，并且可以可选地应用任何其他合适的前体材料如氧气、臭氧、N2CKH2O-H2O2、或其组合等作为第二前体材料。
一旦将第一前体 材料和第二前体材料分别置入第一前体传送系统105和第二前体传送系统106中，就可以通过控制单元115向前体气体控制器113发送指令将第一前体传送系统105连接至沉积腔室103来开始第一层127的形成。一旦连接，第一前体传送系统105就可以通过前体气体控制器113和集流管116向喷头117传送第一前体材料(例如， 氯化铪)。然后喷头117可以将第一前体材料散布至沉积腔室103中，在沉积腔室103中第一前体材料能够被吸附至衬底101的暴露表面并与衬底101的暴露表面发生反应。
在形成HfO2层的实施例中，第一前体材料可以在每个周期约I秒的时间段内以约 300sccm至约400sccm的流速流入沉积腔室103中。另外地,沉积腔室103可以保持在约I 托和约10托之间的压力(如约3托)下和在约250°C和约400°C之间的温度(如约300°C ) 下。然而，作为本领域普通技术人员将意识到这些工艺条件预期仅仅是示例性的，因为可以应用任何合适的工艺条件，同时这些合适的工艺条件仍保留在实施例的范围内。
当第一前体材料被吸附在衬底101上时，该第一前体材料将与位于衬底101的暴露表面上的暴露活性位点发生反应。然而，一旦衬底101上所有的暴露活性位点已与第一前体材料发生反应，反应就停止，因为不再有与第一前体材料键合的暴露活性位点。这种限制导致第一前体材料与衬底101的反应是自限制性的，以及在衬底101的表面上形成经过反应的第一前体材料单层，从而实现对第一层127的厚度的精确控制。
然而，衬底101不是沉积腔室102内吸附第一前体材料的唯一的表面。相反，当第一前体材料被散布在沉积腔室103内时，第一前体材料被吸收在其所接触的每个表面上， 包括面向沉积腔室103的壳体119的内表面。鉴于此，除了在衬底101上以外，在沉积腔室 103的壳体119的内表面上也可以发现第一前体材料单层。
在完成了衬底101上的自限制性反应之后，沉积腔室103可以清除第一前体材料。 例如，控制单元115可以命令前体气体控制器113断开第一前体传送系统105 (包含要从沉积腔室103清除的第一前体材料)并连接净化气体传送系统114以向沉积腔室103传送净化气体。在实施例中，净化气体传送系统114可以是向沉积腔室103提供净化气体如氮气、 氩气、氙气、或其他非反应性气体的气体罐或者其他设备。另外，控制单元115也可以启动真空泵123，以便对沉积腔室103施加压力差来辅助去除第一前体材料。净化气体连同真空泵123 —起可以在约3秒的时间段内清除沉积腔室103中的第一前体材料。
然而，虽然第一前体材料的清除可以去除沉积腔室103内的环境空气中的第一前体材料，但是该清除不能从第一前体材料已被吸附和/或发生反应的地方去除第一前体材料。具体而言，第一前体材料的清除可能没有去除已被吸附在沉积腔室103的壳体119的内表面上的第一前体材料。鉴于此，第一前体材料甚至在该清除之后可能仍保留在沉积腔室103的壳体119的内表面上。
当已完成了第一前体材料的清除之后，可以通过控制单元115向前体气体控制器 113发送指令断开净化气体传送系统114并将第二前体传送系统106 (包含第二前体材料) 连接至沉积腔室103来开始向沉积腔室103引入第二前体材料(例如，水)。一旦连接，第二前体传送系统106可以向喷头117传送第二前体材料。然后喷头117可以将第二前体材料散布至沉积腔室103中，在沉积腔室103中第二前体材料能够被吸附在衬底101的表面上并与第一前体材料在另一自限制性反应中发生反应以在衬底101的表面上形成期望材料例如HfO2的单层。
在上面所讨论的用水形成HfO2层的实施例中，可以在约10秒的时间段内以约 300sccm和约400sccm之间如约325sccm的流速将水引入至沉积腔室103中。另外,沉积腔室103可以保持在约I托和约10托之间的压力下以及约250°C和约400°C之间的温度下。 然而，作为本领域普通技术人员将意识到这些工艺条件预期仅仅是示例性的，因为可以应用任何合适的工艺条件来引入氧气，同时这些任何合适的工艺条件仍保持在本实施例的范围内。
然而，当喷头117将第二前体材料均匀地散布在整个沉积腔室103中时，第二前体材料不能单独地与已经与衬底101的表面发生反应的第一前体材料发生反应。相反，第二前体材料与位于沉积腔室103内任何地方的第一前体材料发生反应。鉴于此，第二前体材料还与已被吸附在沉积腔室103的壳体119的内表面上的第一前体材料发生反应，并除了在衬底101的表面上以外，沿着沉积腔室103的壳体119的内表面也形成了第二层129。
在已形成了期望的材料例如HfO2的单层之后，可以在约3秒期间使用例如来自净化气体传送系统114的净化气体清理沉积腔室103 (留下位于衬底101和沉积腔室103的内表面上的期望材料的单层)。在已清理了沉积腔室103之后，完成了用于形成期望的材料的 第一周期，并可以开始类似于第一周期的第二周期。例如，重复周期可以引入第一前体材料约I秒，用净化气体清除约3秒，以脉冲形式提供(pulse)第二前体约10秒，以及用净化气体清除约3秒。可以重复这些周期直到衬底101上的第一层127的厚度处于约IO人和约 20人之间，如在约15个周期和约25个周期之间，如约20个周期。一旦第一层127已达到了期望的厚度，则可以从沉积腔室103中移除衬底101以进行更进一步的处理。
然而，作为本领域普通技术人员将意识到上面所述的形成第一层127的工艺预期仅仅是示例性的，并不预期用于限制实施例。可以可选地应用任何其他合适的工艺如首先以脉冲形式提供第二前体材料(例如，水)约10秒，用净化气体清除约3秒，引入第一前体材料(例如，氯化铪)约I秒，以及用净化气体清除3秒来完成第一周期，然后重复第一周期。用于形成第一层127的这种工艺和任何其他合适的工艺预期全部包括在实施例的范围内。
图3示出了在与第一层127(在图3中未示出，但在图1中示出)同时形成了第二层129之后沉积腔室103位于虚线圆131 (参见图1)内的壳体119的近视图。如所示，将沿着面向沉积腔室103的壳体119的内表面形成第二层129，其中，第二层129的厚度通过与第一层127相似的沉积工艺的每次重复增长。然而，因为第二层129可以由具有较低延展性的陶瓷材料形成，并且可以具有对沉积腔室103的壳体119较差的粘附性，第二层129可以结晶或者破裂以形成能够随着每个沉积周期生长的颗粒301或者突起物(projection)。 一旦进行了足够的沉积周期(从在沉积腔室内加工多个衬底101)，这些颗粒301可以达到一定的大小，如超过约I μ m，并且不期望的是第二层129的这些颗粒301可能脱落，并落在正在加工的衬底101上，导致在当时正在加工的衬底101中出现缺陷。
图4示出了对第二层129在沉积腔室103的壳体119的内表面上结晶并破裂的该问题的解决方案。在实施例中，在沉积腔室103的壳体119的内表面上(通过一个或多个沉积工艺周期)形成了第二层129之后，可以对沉积腔室103进行调节以便降低第二层 129的表面能(surface energy)并密封第二层129的颗粒301,以及阻止颗粒301在随后的沉积工艺期间脱落。可以在颗粒301变得足够大以引起问题之前进行这种调节，如当颗粒小于约I μ m时，在沉积腔室103已实施了约3，000个周期和约3，500个周期之间(如约 3，250个周期)之前可以进行这种调节。
为了调节沉积腔室103，可以在第二层129上方和在颗粒301上方形成第三层 401，有效地将颗粒301密封在第二层129内。在实施例中，可以在沉积腔室103内无衬底 101的情况下，通过在沉积腔室103中开始第二沉积工艺来形成第三层401。鉴于此，将在沉积腔室103的壳体119的内表面上发生这种沉积而在衬底101上没有发生这种沉积。通过在第二层129上方形成第三层401，第三层401将形成于第二层129的上方，并阻止颗粒 301从第二层129脱落。
另外地，为了避免仅仅形成第二层129的另一单层(例如，HfO2的另一单层)，使用第三前体材料可以形成第三层401，第三前体材料可以与第一前体材料竞争性地与第二层129的羟基(OH)(由第二前体材料供应)发生反应，以形成与第二层129不同的不同种类薄膜。例如，在其中第二层129是HfO2的实施例中，第三层401可以是与第二层129不同的材料，如氧化铝(Al2O3)15然而，作为本领域普通技术人员将意识到=Al2O3仅表示出示例性材料，因为可以可选地应用与第二层129不相同的任何其他合适的材料，如氧化锆(ZrO2)、 氧化镧(La2O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钇(Y2O3)、或其组合等。所有这些材料预期全部包括在实施例的范围内。
第三层401可以采用与第二层129相似的ALD工艺形成或者可以采用不同的沉积工艺如CVD形成。在应用ALD的实施例中，可以通过将用于第三层401的第三前体材料置于第三前体传送系统108中来开始对第三层401的调节沉积工艺。在其中应用Al2O3作为第三层401的实施例中，第三前体材料可以再次是化学上竞争性地与第二层129的羟基(OH)发生反应的前体，如三甲基铝(TMA)。然而，可以可选地应用以任何合适的相(固相、液相、或气相)存在的任何其他合适的前体材料，如三氯化铝、三乙基铝、氯代甲基铝 (chlorodemethyIaluminum)、乙醇招、和异丙氧基招等。
一旦将第三前体材料置入第三前体传送系统108中，就可以通过控制单元115向前体气体控制器113发送指令将第三前体传送系统108连接至喷头117来开始沉积工艺， 喷头117将第三前体材料散布至沉积腔室103中。一旦散布在沉积腔室103内，第三前体材料可以被吸附在第二层129(包括颗粒301)上，并发生反应以在第二层129和颗粒301 上方形成第三前体材料的单层。
在实施例中，可以在约O. 3秒和约O. 7秒之间的时间段内(如每个周期约O. 5秒)以约SOOsccm的流速将第三前体材料引入至沉积腔室103。在沉积工艺期间，沉积腔室103 可以保持在约5托和约10托之间(如约7托)的压力下以及在约250°C和约400°C之间 (如约300°C )的温度下。
在第三前体材料已被吸附在第二层129的表面上，并且完成了用于在第二层129 和颗粒301上形成第三前体材料单层的自限制性反应之后，可以清除沉积腔室103的第三前体材料。例如，控制单元115可以命令前体气体控制器113断开第三前体传送系统 108 (包含第三前体材料)并连接净化气体传送系统114以向沉积腔室103传送净化气体如氩气、氙气、或其他非反应性气体。净化气体连同真空泵123 —起可以用于在约3秒的时间时间段内从沉积腔室103清除第三前体材料。
当完成了清除之后，可以由控制单元115通过向前体气体控制器113发送指令断开净化气体传送系统114并将沉积腔室103连接至第四前体材料来开始将第四前体材料引入至沉积腔室103，例如，该第四前体材料可以用于氧化第三前体材料。如果第四前体材料与第二前体材料(例如，水)相同，则控制单元115可以将第二前体传送系统106 (包含水) 连接至沉积腔室103。然而，在其中第四前体材料与第二前体材料不相同，如是氧气、臭氧、 N2O、或H2O-H2O2等的实施例中，控制单元115可以命令前体气体控制器113将第四前体传送系统(在图1中未示出)连接至沉积腔室103以引入第四前体材料。
在实施例中，可以在每个周期约O. 5秒的时间段内以约300sccm和约400sccm之间的流速将第四前体材料引入至沉积腔室。另外地，沉积腔室103可以保持在约I托和约 10托之间(如约3托)的压力下以及在约250°C和约400°C之间(如约300°C )的温度下。
一旦将第四前体材料散布在沉积腔室103中，第四前体材料可以被吸吸附在第二层129上，在第二层129上，第四前体材料与第三前体材料发生反应以在第二层129上形成第三层401作为期望的材料例如Al2O3的单层。通过在第二层129和由第二层129生成的颗粒301的上方形成第三层401，颗粒301的表面能降低，并且通过第三层401密封颗粒 301，从而阻止它们在后续的工艺运行期间脱落，并且在需要实施预防性维修之前增加了沉积腔室103的可使用期限。
在第三层401形成为单层之后，可以使用净化气体在约3秒的时间段内再次清理沉积腔室103和集流管116，并且可以重复该周期以在衬底101上形成第三层401的另一单层，并使第三层401变厚。每当有需要时可以重复该周期以形成任何期望厚度的第三层 401。在实施例中，调节工艺可以包括500个周期，并可以形成厚度处于约500A和约800A 之间(如约500A)的第三层401。
图5示出了可以继进一步调节沉积腔室103之后在沉积腔室103中进行更多的沉积工艺。如所示，在第三层401调节了第二层129之后，沉积腔室103可以再次用于在另一衬底101上沉积层。然而，与第一层127和第二层129的共同沉积相似，采用每个另外的沉积工艺，可以在第三层401上方沿着沉积腔室103的壳体119的表面形成另一层如第四层 501，以及另外的颗粒301，该另外的颗粒301可以由第四层501的结晶和破裂形成。
鉴于此，为了密封来自第四层501的颗粒301，可以再次调节沉积腔室103。在实施例中，与上面参考图4所述的调节相似，可以实施调节。例如，为了密封来自第四层501 的颗粒301，可以在第四层501的上方沉积第五层503，并且第五层503可以包含与第四层 501不同种类的材料。
沉积和调节交替的这种周期可以在控制单元115的控制下，控制单元115可以定期地自动启动调节程序。在实施例中，控制单元115可以按需要启动调节程序以防止颗粒 301脱落以及再沉积在晶圆上，如约每3，250个沉积周期。例如，控制单元115可以启动 3，250个沉积周期，在3，250个沉积周期之后自动开始调节工艺(具有500个调节周期)， 并接着进行沉积腔室103和集流管116的清理。
可选地，控制单元115可以基于在沉积腔室103内已加工的晶圆的数量来启动调节周期。在实施例中，控制单元115可以在加工250个晶圆之后定期调节沉积腔室103以形成厚度可以是500人的调节层(例如，第三层401或第五层503)。这种调节显示在图6 中图表的第一区601中，其中y_轴表示大于Iym的颗粒301的平均计数，并且其中第一区的颗粒平均计数为约6.1。在另一实施例中，控制单元115可以在加工250个晶圆之后用厚度可以是800人的调节层定期调节沉积腔室103。这种调节显示在图6图表中的第二区 603中，以及结果是平均颗粒计数为约3. 7。在又一个实施例中，控制单元115可以在加工约141个晶圆和约175个晶圆之间(如约163个晶圆)之后用厚500人的调节层定期调节沉积腔室103。这种调节显示在图6中图表的第三区605中，以及结果是平均颗粒计数为约1. 5。如所示，调节沉积腔室103可以减少大于I μπι的颗粒的平均计数，这可以在实施全面预防性维修处理之前增加沉积腔室103的总使用期限。
图7示出了其中可以在形成第二层129之前通过在形成第二层129的第一沉积工艺之前形成第六层701来预调节沉积腔室103的壳体119的内表面的另一实施例。在该实施例中，可以由与第三层401相似的材料并采用与第三层401相似的工艺(如通过ALD形成的Al2O3)形成第六层701，但是可以可选地应用任何合适的材料和工艺。通过预调节沉积腔室103的壳体119，第六层601可以有助于第二层129粘附至壳体119，并有助于进一步减少形成颗粒301的第二层129的结晶和破裂。
通过如上面实施例中所述的调节沉积腔室103，在实施预防性维修之前可以延长沉积腔室1 03的使用期限。通过延长预防性维修之间的时间周期，只需要较少的时间和金钱就可确保沉积腔室103充分发挥功能，以及可以以较低的成本和较短的时间量实施更多的沉积周期。与未实施调节相比，这可以使总生产成本更低并使总生产工艺更有效。
图8示出了对沉积腔室103的壳体119的调节工艺的延续。在该实施例中，加工层如第二层129(例如HfO2，在晶圆加工期间形成)和调节层如第三层401 (例如，Al2O3)的组合可以包含第一双层801。可以重复该工艺来形成调节材料的第二双层803 (其可以包括例如HfO2的第四层501和例如Al2O3的第五层503)、第三双层805 (其可以包括例如HfO2 的第六层804和例如Al2O3的第七层806)、以及第四双层807 (其可以包括例如HfO2的第八层808和例如Al2O3的第九层810)。
在对壳体119实施维修之前可以形成任何合适数量的双层如第一双层801和第二双层803用于调节壳体119。例如,如果颗粒计数公差的质量标准(specification of the particle count tolerance)是5e. a.,则在实施维修之前可以在壳体119上形成三十个双层。可选地，如果颗粒计数公差的质量标准是10e. a.，其中，颗粒大小超过1_，则在实施维修之前可以在壳体119上形成70个双层。然而，为了调节沉积腔室103的壳体119可以形成任何适当数量的双层。
根据实施例，提供了一种用于沉积材料的方法，该方法包括在沉积腔室的表面上形成第一层，该第一层包含第一材料并具有突出物；以及在形成第一材料之后调节沉积腔室，该调节在第一材料和突出物的上方形成第二层，该第二层包含第二材料，该第二材料不同于第一材料。
根据另一个实施例，提供了一种沉积材料的方法，该方法包括在沉积腔室中在第一衬底上沉积第一材料，该沉积第一材料还在沉积腔室的表面上形成第一材料的第一层； 从沉积腔室中去除第一衬底；以及在第一层上方沉积第二材料，其中，第一材料和第二材料为彼此不同的种类。
根据又一个实施例，提供了一种沉积材料的方法，该方法包括在第一衬底上以及在腔室的表面上沉积第一高k介电材料，至少部分地采用原子层沉积工艺实施沉积第一高 k介电材料。从腔室中去除第一衬底；以及通过在第一高k介电材料上方沉积第二介电材料密封腔室表面上的第一高k介电材料,该第二介电材料不同于第一高k介电材料。
尽管已经详细地描述了实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离实施例的主旨和范围的情况下，在其中进行各种改变、替换和更改。例如，选择用于形成调节层的明确前体材料可以发生更改，同时保留在实施例的范围内。作为另一个实例，本领域技术人员将很容易理解工艺条件和材料可以发生变化，同时也保留在实施例的范围内。
而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据实施例的公开内容将很容易理解，根据实施例可以利用现有的或今后开发的用 于执行与本文所述相应实施例基本上相同的功能或者获得基本上相同的结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求预期在其范围内包括这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。
权利要求
1.一种用于沉积材料的方法，所述方法包括 在沉积腔室的表面上形成第一层，所述第一层包含第一材料并具有突出物；以及 在形成所述第一材料之后调节所述沉积腔室，所述调节在所述第一材料和所述突出物的上方形成第二层，所述第二层包含第二材料，所述第二材料不同于所述第一材料。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在形成所述第一材料之前预调节所述沉积腔室，预调节所述沉积腔室进一步包括在形成所述第一层之前在所述沉积腔室的表面正上方形成第三层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二材料包括氧化铝。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二层的上方形成第三层，所述第三层包含所述第一材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一层包含氧化铪，以及其中，调节所述沉积腔室形成氧化铝层。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括 在所述第二层上形成第三层，所述第三层包含第三材料；以及 在形成所述第三层之后调节所述沉积腔室，在形成所述第三层之后调节所述沉积腔室的步骤在所述第三材料上方形成第四层，所述第四层包含第四材料，所述第四材料不同于所述第三材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二层的厚度为约500人并且在形成所述第一层的步骤重复了 250次之后实施所述调节。
8.一种沉积材料的方法，所述方法包括 在沉积腔室中在第一衬底上沉积第一材料，沉积所述第一材料的步骤还在所述沉积腔室的表面上形成所述第一材料的第一层； 从所述沉积腔室中去除所述第一衬底；以及 在所述第一层上方沉积第二材料，其中，所述第一材料和所述第二材料具有彼此不同的种类。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括 在所述第二材料上方沉积第三材料；以及 在所述第三材料上方沉积第四材料，其中所述第三材料和所述第四材料具有彼此不同的种类。
10.一种沉积材料的方法，所述方法包括 在第一衬底上和在腔室的表面上沉积第一高k介电材料，至少部分地采用原子层沉积工艺实施沉积所述第一高k介电材料的步骤； 从所述腔室中去除所述第一衬底；以及 通过在所述第一高k介电材料上方沉积第二介电材料密封所述腔室的表面上的所述第一高k介电材料,所述第二介电材料不同于所述第一高k介电材料。
全文摘要
公开了用于调节腔室的系统和方法。实施例包括应用沉积腔室沉积第一层，以及调节沉积腔室。可以通过在第一层上方沉积不同种类的材料实施调节沉积腔室的步骤。不同种类的材料可以覆盖并密封第一层，从而阻止第一层的颗粒脱落以及在后续的加工运行期间可能落在衬底上。本发明还提供了一种腔室调节方法。
文档编号C23C16/44GK102994979SQ201110426099
公开日2013年3月27日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年9月9日
发明者陈彦羽, 蔡家铭, 纪良臻, 陈健源, 刘格志 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司