用于对3-D IC晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的覆盖ALD膜

摘要

本发明公开了用于对3‑D IC晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的覆盖ALD膜，具体涉及一种对在半导体衬底上的部分制成的3‑D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的方法。该方法可包括在衬底上形成多层的含掺杂剂膜；形成覆盖膜，该覆盖膜包括硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合，定位该覆盖膜使得含掺杂剂膜位于衬底和覆盖膜之间；以及将掺杂剂从含掺杂剂膜驱动到鳍形沟道区内。所述膜的多个含掺杂剂层通过原子层沉积工艺形成，所述原子层沉积工艺包括：吸附含掺杂剂膜前体，使得所述前体在衬底上形成吸附受限层；以及使所吸附的含掺杂剂膜前体反应。还公开了一种用于对部分制成的3‑D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的多站式衬底处理装置。

说明书

本申请是申请号为201510091775.9、申请日为2015年2月28日、发明名称为“用于对3-D IC晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的覆盖ALD膜”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体处理领域，具体涉及用于对3-D IC晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的覆盖ALD膜。

背景技术

通常，集成电路(IC)晶体管已使用平面设计，其中所述晶体管元件(源极、漏极和沟道)形成在半导体衬底的表面，并且栅极元件被形成作为在衬底表面的沟道区顶上的平坦结构。然而，最近对于越来越小的器件尺寸的期望已促进所谓的3-D晶体管的发展，其中源极、漏极和沟道形成在鳍形结构中，鳍形结构从衬底表面垂直地延伸，通常具有高深宽比。在这些垂直鳍结构内形成有沟道时，可以将3-D晶体管的栅极组件制造成环绕沟道区，从而相对于其直接暴露于栅极电压的体积显著增大了沟道区的表面积。

平面晶体管和3-D晶体管之间的结构差异在图1A和1B中示意性地示出。图1A示意性地示出了传统的平面IC晶体管100。在图左侧是表示形成在硅衬底110中的源极120、沟道130和漏极140的侧视图，栅极150位于沟道130之上，栅极150与沟道130通过栅极介电质149分隔开。图右侧是相同晶体管100的从垂直虚线的视点截取的剖视图(如水平箭头所指示的)。从两个视图可以看出，栅极150仅邻近沟道130的一侧(由栅极介电质149隔开)定位。图1B提供了现代的3-D晶体管设计101的简化示意图，其侧视图(左)和剖视图(右)与图1A中所示的平面晶体管100的侧视图(左)和剖视图(右)类似。从侧视图可见，源极121、沟道131和漏极141从硅衬底110的平面垂直地延伸(与平面晶体管100不同)。然而，在图1B(右)的剖视图示出了3-D晶体管101的栅极151能够从三侧环绕沟道区域131(与平面型晶体管100中的栅极150的配置比较)。栅极围绕垂直鳍结构的这种环绕在图1C进一步示出(再次示出3-D晶体管101具有源极121、漏极141和栅极151，但沟道131被栅极遮盖)；并且图1D示出了从平行的垂直鳍结构形成的多个三维晶体管101可以如何由3-D栅极元件151环绕。晶体管架构的这种从平面型设计向3-D设计的根本转变已经对IC制造提出了挑战，并且要最佳地解决这些挑战，必须研发新的制造技术。

发明内容

本发明公开了一种对在半导体衬底上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的方法。在一些实施方式中，所述方法包括：在所述衬底上形成含掺杂剂膜；形成覆盖膜使得所述含掺杂剂膜位于所述衬底和所述覆盖膜之间；以及将掺杂剂从所述含掺杂剂膜驱动到所述鳍形沟道区内。在某些这样的实施方式中，该覆盖膜包括硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合。在某些这样的实施方式中，所述含掺杂剂膜的多个含掺杂剂层通过原子层沉积工艺形成，所述原子层沉积工艺包括：使含掺杂剂膜前体吸附到所述衬底上，使得所述前体形成吸附受限层；从所吸附的所述前体周围的容积去除至少一些未被吸附的含掺杂剂膜前体；使所吸附的含掺杂剂膜前体反应以在所述衬底上形成含掺杂剂层；在使所吸附的所述前体反应后，当含掺杂剂层周围的所述容积存在解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物时，将所述解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物从所述含掺杂剂层周围的所述容积去除；以及重复该工艺序列以形成所述含掺杂剂膜的多个含掺杂剂层。

本发明还公开了一种对在半导体衬底上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的含掺杂剂膜。在一些实施方式中，所述膜可以包括：第一富掺杂剂部分和第二富掺杂剂部分；第一实质上无掺杂剂部分和第二实质上无掺杂剂部分；覆盖膜，其包括硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合。在一些这样的实施方式中，所述膜的第一富掺杂剂部分可以在没有插入实质上无掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个含掺杂剂层形成，并且所述膜的第二富掺杂剂部分也可以在没有插入实质上无掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个含掺杂剂层形成。同样，在一些这样的实施方式中，所述膜的第一实质上无掺杂剂部分可以在没有插入含掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个实质上无掺杂剂层形成，并且所述膜的第二实质上无掺杂剂部分也可以在没有插入含掺杂剂层的沉积的情况下，通过按顺序地共形地沉积多个实质上无掺杂剂层形成。在某些这样的实施方式中，可以定位所述膜的所述部分使得所述第一实质上无掺杂剂部分位于所述第一富掺杂剂部分和所述第二富掺杂剂部分之间；可以定位所述膜的所述部分使得所述第二富掺杂剂部分位于所述第一实质上无掺杂剂部分和所述第二实质上无掺杂剂部分之间；以及定位所述覆盖膜层使得所述第一富掺杂剂部分和所述第二富掺杂剂部分和所述第一实质上无掺杂剂部分和所述第二实质上无掺杂剂部分在所述衬底和所述覆盖膜之间。

本发明还公开了一种用于对在多个半导体衬底的表面上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的多站式衬底处理装置。在一些实施方式中，所述装置包括：包含在一个或多个处理室内的多个处理站；一个或多个阀，其用于控制朝向所述处理站的含掺杂剂膜前体流；一个或多个阀操作的真空源，其用于从包含在所述一个或多个处理室内的所述处理站周围的容积去除含掺杂剂膜前体；以及一个或多个控制器，其具有和/或访问用于操作所述一个或多个阀和一个或多个真空源来对在所述衬底的所述表面上的鳍形沟道区进行掺杂的机器可读指令。在一些实施方式中，包括以下指令：用于在包含在处理室中的处理站处的衬底上形成含掺杂剂膜的指令；用于形成覆盖膜的指令，所述覆盖膜定位成使得所述含掺杂剂膜位于所述衬底和所述覆盖膜之间；以及用于将掺杂剂从所述含掺杂剂膜驱动到所述鳍形沟道区内的指令。在一些这样的实施方式中，该覆盖膜包括硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合。在一些实施方式中，所述膜的多个含掺杂剂层通过原子层沉积工艺根据所述指令形成，所述原子层沉积工艺包括：将含掺杂剂膜前体引入到含有所述处理站的所述处理室中，并使所述前体能被吸附到所述衬底的所述表面上使得所述前体在所述衬底上形成吸附受限层，其中所述处理站具有保持所述衬底的衬底保持架；从所吸附的所述前体周围的容积去除未被吸附的含掺杂剂膜前体；使所吸附的含掺杂剂膜前体反应以在所述衬底上形成含掺杂剂层；在使所吸附的所述前体反应后，当所述含掺杂剂层周围的所述容积存在解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物时，将所述解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物从所述含掺杂剂层周围的所述容积去除；以及重复该工艺序列，以形成所述含掺杂剂膜的多个含掺杂剂层。

附图说明

图1A显示了传统的平面IC晶体管的侧视示意图。

图1B显示了传统的平面IC晶体管的剖视示意图。

图1C显示了使用鳍形沟道区的现代三栅极IC晶体管的透视示意图。

图1D显示了使用鳍形沟道区的现代三-栅极IC晶体管的另一个透视示意图。

图2A示意性地示出了在试图通过常规的离子注入技术对高深宽比鳍形结构中的沟道区进行掺杂时可能出现的阴影效应。该图示出了由于沉积的栅极电极材料的存在而导致相邻的鳍形结构的阴影效应增强这样的情形。

图2B也示意性地示出了在试图通过常规的离子注入技术对高深宽比鳍形结构中的沟道区进行掺杂时可能出现的阴影效应。该图示出了由于图案掩模层的存在而导致相邻的鳍形结构的阴影效应增强这样的情形。

图2C再次示意性地示出了在试图通过常规的离子注入技术对高深宽比鳍形结构中的沟道区进行掺杂时可能出现的阴影效应。该图示出了由于图案掩模层的存在而导致相邻的鳍形结构的阴影效应增强这样的情形。

图3A示意性地示出了具有覆盖膜的含掺杂剂膜。

图3B示意性地示出了图3A的布置在鳍形沟道区上的用于对沟道区进行掺杂的含掺杂剂膜。

图4A和4B示出了夹于二氧化硅(SiO

图4C显示二次离子质谱仪(SIMS)实验的结果，其验证了在图4A和4B中示意性示出的硼掺杂剂穿过膜的SiO

图5显示了SIMS实验的结果，相对于图4C展示的掺杂剂穿过SiO

图6A提供了显示一种对在半导体衬底上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的方法的流程示意图，该方法使用含掺杂剂膜和覆盖膜，该覆盖膜具有硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合。

图6B提供了用于沉积含掺杂剂膜的原子层沉积(ALD)工艺序列的流程图。

图7示意性示出了与图3A所示的含掺杂剂膜类似的含掺杂剂膜，但在图7中显示的膜结构中，富掺杂剂部分穿插有实质上无掺杂剂的部分。

图8示意性示出了适于执行形成膜的ALD操作的衬底处理站，所述形成膜的ALD操作如在本文所公开的方法中所使用的那些。

图9示意性示出了适于执行形成膜的ALD操作的多站衬底处理工具，所述形成膜的ALD操作如在本文所公开的方法中所使用的那些。

具体实施方式

在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的全面理解。然而，本发明可以在没有这些具体细节中的一些或所有的情况下实施。在其它实例中，未详细描述公知的方法操作以免不必要地使所公开的实施方式难以理解。尽管将会结合特定实施方式描述本发明，但是应当理解，这些特定实施方式并不旨在限制本发明所公开的发明构思的范围。

在IC晶体管内的源极和漏极之间的半导电区域被称为沟道或晶体管沟道区。通过栅极施加到沟道区的电势影响其偏振性和导电性，从而有效地将晶体管从“导通”状态切换到“关断”状态，反之亦然。因此，沟道的导电性以及通过栅极始终如一调整沟道的导电性的能力是集成电路晶体管的设计和制造的关键方面。在传统的平面集成电路晶体管的制造中，通常采用离子注入技术来对沟道区进行掺杂，并将其导电性调整到希望的水平。然而，随着朝向具有形成在高深宽比鳍形结构中的沟道区域的3-D晶体管的发展(在某些情况下，具有小于约32纳米的宽度、或小于约22纳米的宽度、或小于约12纳米的宽度)，已经证明离子注入技术对于提供均匀和受控的掺杂是无效的。

离子注入技术的难点在图2A和图2B中示意性地示出。图2A提供了平行排列的(类似于在图1D所示出的)4个3-D晶体管的4个鳍形沟道区231、232、233、234的剖视图(类似于图1B所示出的)。两个沟道233、234具有施加到其上的栅极材料251。在图中示意性地表示的是将到达沟道231和232的基部的离子通量的可能的入射角(通过相邻的垂直结构)并且因此可以用于均匀地对每个沟道的侧面进行掺杂。图中的“角1”表明由于相邻沟道232的遮蔽效应，因而只有小范围的入射角将达到沟道231的基部。对沟道的侧面进行掺杂显然需要离子通量具有一定的水平分量(以便不只是轰击顶部)，但是该图中示出，如果水平分量太大，则沟道的侧面将有区别地被轰击-使得到达上部的离子多于到达下部的离子。因此，对于沟道231，均匀的轰击要求入射离子通量的角度被限制到介于零和角度1之间的范围。然而，在实践中，因为鳍形沟道具有高深宽比并且是密集的，所以角度1表示由于例如在产生离子、准直离子通量中的离子内碰撞等的等离子体中的电磁场波动而导致离子通量难以一致地到达的相对窄的范围。在图2A中也表示的角度2示出了由于在相邻沟道233的顶部存在栅极材料251，因此，对于沟道232，该问题扩大了。图2B示出了：如果相邻沟道233被抗蚀剂材料层255掩盖，则对于沟道232，该问题被类似地扩大了。此外，图2C示出了：如果相邻沟道233被已经存在的栅极材料层251上的抗蚀剂材料255层掩盖，则该问题被大大地恶化(将图2C中的角3与图2A和2B中的角2比较)。

相应地，寻找离子注入以外的技术来实现对3-D晶体管中的鳍形沟道区的一致、均匀和具有成本效益的掺杂。本文所公开的方法是在将含掺杂剂膜共形地沉积在垂直结构上后，使用该含掺杂剂膜对高深宽比垂直鳍形沟道结构进行掺杂。基本的构思示于图3A和3B。图3A示出了结合了覆盖膜320的含掺杂剂膜310的基本结构。图3B示出了该含掺杂剂膜共形地沉积在垂直鳍形沟道结构131上。由于该膜与靶结构的形状基本上一致，因此，将掺杂剂从该膜扩散转移到靶结构(例如利用热退火)会导致靶结构的均匀掺杂。包括组合物的这样的共形膜、用于沉积这样的共形膜的技术、掺杂剂从膜到沟道结构的转移、以及用于实现这些操作的相关的装置的细节在本文中详细说明。还应注意到，更一般地，通过共形地沉积的膜进行的掺杂对于其它类型的高深宽比器件结构进行的掺杂也会是有用的，并且在常规的离子注入或定向的掺杂方法不是充分有效的许多场合中也可以适当地使用。例如，除了传统的基于硅的微电子器件外，其它的共形掺杂的应用还可以包括基于III-V族半导体(例如GaAs)和II-VI族半导体(如碲镉汞)的微电子器件和光电子器件、以及光伏器件、平板显示器和电致变色技术。

然而，尽管共形掺杂在对靶结构均匀垂直掺杂的潜力方面可提供明显的优势(例如，相对于离子注入技术)，但是在实践中，与IC晶体管的制造相关的在浓度方面的均匀的掺杂(例如利用硼或磷)已经被证明难以实现。已对这个问题的根源进行了研究，并且在不受限于特别的理论的情况下，认为，该问题根源于：在充足的掺杂剂能被驱动到目标沟道区之前，从膜出来的掺杂剂的快速反向扩散。换句话说，由于反向扩散而导致的在所沉积的共形膜中的掺杂剂均匀性和/或足够浓度的不足呈现为导致在沟道区中的足够的掺杂剂均匀性和/或掺杂剂浓度的不足。

通过图4A、4B和4C所示的实验，问题得以证实。这些实验涉及含硼膜(尤其是硼硅酸盐玻璃(BSG)膜)在硅晶片的正面和背面的共形沉积。正面和背面的含硼膜分别示于图4A和4B，并且如图中所示，每一个包括夹于两个二氧化硅(SiO

然后，硼掺杂剂和其它化学物质(硅、氧)的浓度通过二次离子质谱仪(SIMS)使用500千电子伏的氧离子(O

如上所述，从所沉积的膜出来的掺杂剂的反向扩散不利地影响在膜中的掺杂剂浓度，从而不利地影响膜作为以均匀的方式对下伏层材料进行掺杂的工具的效用。然而，已经发现，虽然SiO

因此，由于与减少或防止掺杂剂反向扩散相关的优点，本发明公开了一种对在半导体衬底上的部分制成的3-D晶体管的沟道区进行掺杂的方法，该方法包括形成包含硅碳化物(SiC)材料、硅氮化物(SiN)材料、硅碳氮化物(SiCN)材料或它们的组合物的覆盖膜。为了减少或防止掺杂剂扩散，SiC/SiN/SiCN覆盖膜被定位为使得含掺杂剂膜的至少一部分位于衬底和覆盖膜之间。以这种方式，在热退火过程中，例如，为了将掺杂剂转移到衬底的靶区中，相对于在没有覆盖膜的情况下在相同的热退火条件期间的扩散率，覆盖膜可以以20％或以上、或30％或以上、或40％或以上、或50％或以上、或60％或以上、或70％或以上、或80％或以上、或90％或以上的比例阻止掺杂剂从含掺杂剂膜出来以及远离鳍形沟道区扩散。

某些这样的方法通过图6A的流程图示意性地示出。如该图所示，该方法开始于操作610，即在具有由ALD工艺形成的多个含掺杂剂层的衬底上形成含掺杂剂膜。然后，该方法继续至操作620，即形成包括硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合的覆盖膜，其中(如上所述)覆盖膜定位成使得含掺杂剂膜位于衬底和覆盖膜之间。最后，在操作630发生掺杂剂至3-D晶体管的鳍形沟道区的转移，操作630涉及将掺杂剂从含掺杂剂膜驱动到沟道区中。例如，热退火可以用于此目的。在一些实施方式中，也可以使用激光退火、尖峰退火、激光尖峰退火、快速热处理(RTP)、快速热退火(RTA)、或毫秒级退火。在这些情况的许多中，掺杂剂到沟道区中的驱动是在“低热预算”中通过产生高温但持续仅仅很短的时间来实现的。在一些实施方式中，掺杂剂可以是硼。在其它实施方式中，掺杂剂可以是磷或砷。也可以利用这些技术将其它掺杂剂物质有利地传送到在半导体衬底上的靶结构/区。在IC制造操作的一些序列中，在将掺杂剂驱动到靶结构/区中之后，含掺杂剂膜和/或覆盖膜中的至少一部分可以被去除。

如上所讨论的，为了实现靶结构的均匀掺杂剂浓度，使所沉积的含掺杂剂膜与靶结构的形状基本上一致是重要的。尽管原理上沉积共形含掺杂剂膜的任何可行的方法可有潜力地与上述沟道区掺杂方法结合使用，但已经发现在本领域通常被称为原子层沉积(ALD)的技术是一种有效的选择。

相比于用被激活的气相反应来沉积膜的化学气相沉积(CVD)工艺，ALD工艺使用表面介导的沉积反应来逐层地沉积膜。例如，在一类ALD工艺中，第一膜前体(P1)以气相引入到处理室中、被暴露于衬底、并且能被吸附在衬底的表面上(通常在成群的表面活性位点处)。一些P1分子可以形成衬底表面上的凝聚相，其中包括P1的化学吸附物质和物理吸附分子。然后，将衬底表面周围的容积抽空以去除气相和物理吸附的P1，使得只有化学吸附物质保留。随后第二膜前体(P2)可被引入到处理室中，使得一些P2分子吸附到衬底表面。可再将在处理室中衬底周围的容积抽空，这一次是去除未结合的P2。接着，提供到衬底的能量(例如，热能或等离子体能量)激活所吸附的P1和P2分子之间的表面反应，以形成膜层。最后，再次将衬底表面周围的容积抽空以去除未反应的P1和/或P2和/或反应副产物(如果存在的话)，从而结束ALD的单个循环。

用于沉积具有多个化学物的共形膜的ALD技术-以及针对基本的ALD工艺序列的许多变化方案-在以下专利文献中进行了详细的描述：于2011年4月11日提交的、名称为“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/084,399(律师案卷号NOVLP405)；于2011年9月23日提交的、名称为“PLASMA ACTIVATED CONFORMALDIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/242,084，现在的美国专利No.8,637,411(律师案卷号NOVLP427)；于2011年9月1日提交的、名称为“PLASMA ACTIVATEDCONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/224,240(律师案卷号NOVLP428)；以及于2011年9月7日提交的、名称为“CONFORMAL DOPING VIA PLASMAACTIVATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/607,386(律师案卷号NOVLP488)，基于所有的目的将这些专利文献中的每一个的全部内容通过引用并入本发明。如在这些先前的申请中所描述的，用于在衬底上沉积单个材料层的基本的ALD循环可以包括：(i)吸附膜前体在衬底上使得膜前体形成吸附受限层；(ii)从所吸附的前体周围的容积去除未被吸附的前体；(iii)使所吸附的前体反应以在衬底上形成膜层；以及(iv)将解吸的膜前体和/或反应副产物从在衬底上形成的膜层周围的容积去除。在操作(ii)和(iv)中的去除可以通过将衬底周围的容积吹扫、抽空、抽排到基准压强(“抽排至基压”)等来执行。应注意的是，这种操作(i)到(iv)的基本的ALD序列不必然涉及如在上述的例子中所述的两种化学吸附的反应物质P1和P2，甚至也不会必然涉及第二反应性物质，但可以使用这些可能性/选项，具体取决于所涉及的所需的沉积化学物。

然而，由于ALD的吸附受限性质，所以ALD的单个循环仅沉积薄的材料膜，并且常常只有单个的材料单层。例如，根据膜前体投料操作的暴露时间和膜前体(至衬底表面)的粘着系数，每个ALD循环可沉积仅约0.5-3埃厚的膜层。因此，在典型的ALD循环中的操作的序列-刚才所描述的操作(i)到(iv)-通常被重复多次，以便以形成所需厚度的共形膜。因此，在一些实施方式中，操作(i)到(iv)连续地接连被重复至少1次，或至少2次，或至少3次，或至少5次，或至少7次，或至少10次。掺杂剂ALD膜可以以按以下速率来沉积：约0.1埃和0.2埃或介于0.1埃和0.2埃之间/ALD循环，或者约0.2埃和2埃或介于0.2埃和2埃之间/ALD循环，或者约0.3埃和1.8埃或介于0.3埃和1.8埃之间/ALD循环，或者约0.5埃和1.5埃或介于0.5埃和1.5埃之间/ALD循环，或者约0.1埃和1.5埃或介于0.1埃和1.5埃之间/ALD循环，或者约0.2埃和1.0埃或介于0.2埃和1.0埃之间/ALD循环，或者约0.3埃和1.0埃或介于0.3埃和1.0埃之间/ALD循环，或者约0.5埃和1.0埃或介于0.5埃和1.0埃之间/ALD循环。

在某些成膜化学物中，除了使用被称为“膜前体”的物质外，也可使用辅助反应物或共反应物。在某些这样的实施方式中，在重复步骤(i)到(iv)时，在步骤(i)到(iv)的子步骤期间或者在(i)到(iv)中的每个步骤的整个过程中，可以使辅助反应物或共反应物连续地流动。在一些实施方式中，这种其它的活性化学物质(辅助反应物、共反应物等)可以在与膜前体反应之前与该膜前体反应一起被吸附到衬底的表面上(如在上文描述的涉及前体P1和P2的实施例中)，然而，在其它实施方式中，这种其它的活性化学物质可在与所吸附的膜前体接触时而本身没有事先吸附到衬底表面上的情况下与所吸附的膜前体发生反应。此外，在一些实施方式中，使所吸附的膜前体反应的操作(iii)会涉及所吸附的膜前体与等离子体接触。等离子体可提供能量以驱动在衬底表面上的成膜反应。在某些这样的实施方式中，等离子体可以是利用所施加的合适的RF功率在反应室中产生的氧化性等离子体(但在一些实施方案中，等离子体可以远程产生)。在其它实施方式中，不是使用氧化性等离子体，而是可以使用惰性等离子体。氧化性等离子体可以由一种或多种氧化剂(如O

因此，经由ALD工艺形成含掺杂剂膜的操作的基本序列由图6B的流程图示意性地示出。如在该图中所示的，用于在衬底上形成多个含掺杂剂层的膜的ALD工艺可以开始于操作611，即将含掺杂剂膜前体吸附在衬底上，使得该前体在衬底上形成吸附受限层，随后是操作612，即从所吸附的前体周围的容积中去除至少一些未被吸附的含掺杂剂膜前体。此后，在操作613中，被吸附的含掺杂剂膜前体反应以在衬底上形成含掺杂剂层，并且接下来是操作614，即在操作613中使所吸附的前体反应后，当含掺杂剂层周围的容积存在解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物时，将解吸的含掺杂剂膜前体和/或反应副产物从含掺杂剂层周围的容积去除。

操作611至614的上述序列代表一次ALD循环。然而，由于单个ALD循环典型地仅沉积一薄层膜，多个ALD循环可按顺序重复，以形成含掺杂剂膜的多个层(或，等同地，所需厚度的多层含掺杂剂膜)。因此，再次参照图6B，在操作614结束ALD循环后，在操作615中，确定是否已形成含掺杂剂膜的足够数量的层(或者是否已沉积具有足够厚度的膜)，如果是这样，则成膜操作结束，而如果不是这样，则处理序列返回到操作611，以开始ALD的另一个循环。应当注意的是，图6A和6B可以组合起来视为利用形成含掺杂剂膜的操作610(图6A)对3-D晶体管的沟道区进行掺杂的、包括操作611至615的ALD工艺序列(图6B)的方法。

在一些实施方式中，用于对部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的含掺杂剂膜可包含富掺杂剂部分以及实质上无掺杂剂的部分(除了包含可以是无掺杂剂的覆盖膜外)。因此，例如，在一些实施方式中，含掺杂剂膜可以包括第一富掺杂剂部分和第一实质上无掺杂剂部分，第一富掺杂剂部分是通过按顺序共形地沉积多个含掺杂剂层形成的，其中没有插入实质上无掺杂剂层的沉积；而第一实质上无掺杂剂部分是通过按顺序共形地沉积多个实质上无掺杂剂层形成的，其中没有插入含掺杂剂层的沉积。

此外，在某些这样的实施方式中，可以有形成在所沉积的膜中的交替组分结构的多个富掺杂剂部分和多个实质上无掺杂剂部分。一种这样做的理由产生于以下事实：即，在某些情况下，已经发现，使用序列的ALD循环按顺序沉积含掺杂剂膜层可以是自抑制的(至少在一些实施方式中在一定程度上如此)，并且，生长速率在已经沉积越来越多的富掺杂剂层后会继续回落。例如，在一项实验中，发现使用序列ALD循环沉积的B

因此，可能理想的是，形成交替组分的含掺杂剂膜-在富掺杂剂部分和实质上无掺杂剂部分之间交替。因此，在这些种类的实施方式中，含掺杂剂膜还可以包括第二富掺杂剂部分(也是通过按顺序共形地沉积多个含掺杂剂层形成的，其中没有插入实质上无掺杂剂层的沉积)和还有的该膜的第二实质上无掺杂剂部分(也是通过按顺序共形地沉积多个实质上无掺杂剂层形成的，其中没有插入含掺杂剂层的沉积)；这些第一和第二富掺杂剂部分和实质上无掺杂剂部分可以布置成使得它们通过组分彼此交替-例如，第一实质上无掺杂剂部分位于第一和第二富掺杂剂部分之间，第二富掺杂剂部分位于第一和第二实质上无掺杂剂部分之间。在这样的布置中，覆盖膜可以定位成使得第一和第二富掺杂剂部分和第一和第二实质上无掺杂剂部分处于覆盖膜与衬底之间。图7提供一种这样的示例性膜700的示意图，该膜具有与实质上无掺杂剂部分720交替的富掺杂剂部分710，并且还具有SiC/SiN/SiCN覆盖膜730。

如上所述，例如，参照图6B，可以通过多个ALD循环在多个层形成这样的膜的富掺杂剂部分。然而，多个ALD循环也可用于形成这种膜的多个层的实质上无掺杂剂部分，虽然是使用无掺杂剂(而不是含掺杂剂)膜前体。因此，例如，在一些实施方式中，形成刚刚描述的第一和第二实质上无掺杂剂部分中的每一个(例如，参见图7)可以包括：(i)吸附无掺杂剂膜前体在衬底上使得该前体形成吸附受限层；随后(ii)从所吸附的前体周围的容积去除未被吸附的前体；然后(iii)在去除未被吸附的前体后，使所吸附的无掺杂剂膜前体反应以在衬底上形成实质上无掺杂剂层；并且最后(iv)在使所吸附的前体反应后，当实质上无掺杂剂层周围的容积存在解吸的无掺杂剂膜前体和/或反应副产物时，将所述解吸的无掺杂剂膜前体和/或反应副产物从实质上无掺杂剂层周围的容积去除。如上所述，多个ALD循环可被用于形成多个层，所以操作(i)至(iv)的上述序列可被重复多次，以形成含掺杂剂膜的多个实质上无掺杂剂层。应该注意的是，在一些实施方式中，这些实质上无掺杂剂层可以包括介电材料，并且，在某些这样的实施方式中，介电材料可以是SiO

具有交替组分的部分的共形膜另外的例子-包括对下伏的靶IC结构或衬底区进行掺杂的膜-以及形成这些膜的方法在以下专利文献中进行了详细的描述：于2011年4月11日提交的、名称为“PLASMA ACTIVATED CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/084,399(律师案卷号NOVLP405)；于2011年9月23日提交的、名称为“PLASMA ACTIVATEDCONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION,”的美国专利申请No.13/242,084,现在的美国专利No.8,637,411(律师案卷号NOVLP427)；于2011年9月1日提交的、名称为“PLASMAACTIVATED CONFORMAL DIELECTRIC FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/224,240(律师案卷号NOVLP428)；以及于2011年9月7日提交的、名称为“CONFORMAL DOPING VIA PLASMAACTIVATED ATOMIC LAYER DEPOSITION AND CONFORMAL FILM DEPOSITION”的美国专利申请No.13/607,386(律师案卷号NOVLP488)，基于所有的目的将这些专利文献中的每一个的全部内容通过引用并入本发明。

关于覆盖膜的细节

在一些实施方式中，覆盖膜也可经由ALD工艺形成。例如，在一些实施方式中，覆盖膜的多个层可通过操作(i)到(iv)的序列(刚刚描述的)重复多次沉积以形成覆盖膜的多个层。然而，尽管实质上无掺杂剂的SiO

覆盖膜将通常具有SiC、SiN、SiCN或者它们的组合的足够的浓度并且形成足够厚度以根据所涉及的化学物和扩散率将掺杂剂的反向扩散阻止至可行的所需的程度。例如，在一些实施方式中，覆盖膜中的SiC的平均浓度可介于约1g/cm

同样地，根据实施方式，覆盖膜可以形成为具有约1埃、2埃、3埃、5埃、10埃、20埃、30埃、40埃、50埃、100埃、150埃、200埃、300埃、或500埃的平均厚度，或对应于给定实施方式的覆盖膜可以具有在通过任何成对的上述厚度的按照低端和高端限定的范围内的平均厚度，诸如，例如，覆盖膜可具有介于约1埃和500埃之间，或介于约5埃和200埃之间，或介于约10埃和100埃之间的平均厚度。在一些实施方式中，覆盖膜可以是实质上共形的薄膜-诸如，例如，如果它是通过ALD工艺形成的-并且因此，例如，按照膜厚度中的相对标准偏差，膜可以是具有相对一致的厚度，是可量化的。因此，在覆盖膜是基本上共形的实施方式中，在膜厚度中的相对标准偏差可以小于约20％，或小于约15％，或小于约10％，或小于约5％，或小于超过约4％，或小于约3％，或小于约2％，或小于约1％，或甚至小于约0.1％。

ALD工艺条件

用于形成含有掺杂剂膜和/或覆盖膜的ALD工艺可以在多种温度下进行。在一些实施方式中，ALD反应室中的合适温度范围可为介于约25℃和450℃之间，或介于约50℃和300℃之间，或介于约20℃和400℃之间，或介于约200℃和400℃之间，或介于约100℃和350℃之间。

同样地，用于形成含有掺杂剂膜和/或覆盖膜的ALD工艺可以在多种ALD反应室压强下进行。在一些实施方式中，反应室中适当的压强范围可以介于约10毫乇和10乇之间，或介于约20毫乇和8乇之间，或介于约50毫乇和5乇之间，或介于约100毫乇和2乇之间。

如果在操作(iii)使用等离子体，则可以采用不同的RF功率电平来产生等离子体。在一些实施方式中，合适的RF功率的范围可以介于约100瓦和10千瓦之间，或介于约200瓦和6千瓦之间，或介于约500瓦和3千瓦之间，或介于约1千瓦和2千瓦之间。

在操作(i)中可采用不同的含掺杂剂膜前体流率。在一些实施方式中，合适的流率范围可以从约0.1mL/min至10mL/min或介于0.1mL/min至10mL/min之间，或约0.5mL/min和5mL/min或介于0.5mL/min和5mL/min之间，或约1mL/min和3mL/min或介于1mL/min和3mL/min之间。

在各种操作中可以使用不同的气体流率。在一些实施方式中，一般的气体流率的范围可以为约1升/分钟和20升/分钟或介于1升/分钟和20升/分钟之间，或约2升/分钟和10升/分钟或介于2升/分钟和10升/分钟之间。对于操作(ii)和(iv)中的任选的惰性吹扫步骤，所采用的突发流率的范围可为约20升/分和100升/分钟或介于20升/分和100升/分钟之间，或约40升/分钟和将60升/分钟或介于40升/分钟和将60升/分钟之间。

再次，在一些实施方式中，抽排至基压步骤指通过将反应室直接暴露到一个或多个真空泵而将反应室抽排至基准压强。在一些实施方式中，基准压强通常可以只有几毫乇(例如，约1毫乇至20毫乇之间)。此外，如上面所指出的，抽排至基压步骤可以或可以不伴随着惰性吹扫，因而当一个或多个阀通向朝向真空泵的导通路径时，载气可以或可以不流动。

形成覆盖膜的化学物

各种形成膜的化学物可以用于形成覆盖膜。覆盖膜可以优选含有硅碳化物(SiC)材料、硅氮化物(SiN)材料、硅碳氮化物(SiCN)材料，或它们的组合。用于沉积这些类型的膜的方法、技术和操作在以下专利文献中进行了详细的描述：于2012年6月12日提交的、名称为“REMOTE PLASMA BASED DEPOSITION OF SiOC CLASS OF FILMS”的美国专利申请No.13/494,836(律师案卷号NOVLP466/NVLS003722)；于2013年5月31日提交的、名称为“METHOD TOOBTAIN SiC CLASS OF FILMS OF DESIRED COMPOSITION AND FILM PROPERTIES”的美国专利申请No.13/907,699(律师案卷号LAMRP046/3149)；名称为“GROUND STATE HYDROGENRADICAL SOURCES FOR CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF SILICON-CARBON-CONTAININGFILMS”的美国专利申请No.14/062,648；基于所有的目的将这些专利文献中的每一个的全部内容通过引用并入本发明。

这种膜的沉积可利用一种或多种含硅膜前体，含硅膜前体可从多种化合物中选择。例如，含硅碳膜(例如，硅碳化物、硅-碳-氧化物、硅碳氮化物、和硅-碳-氧氮化物)可以使用被选择并被供应以提供所需的组合物性质并且在某些情况下提供物理或电子性能的诸如有机硅反应物之类的含硅膜前体形成。合适的有机硅反应物/膜前体的实例可以包括硅烷、烷基硅烷、硅氧烷、烷氧基硅烷和氨基硅烷等等。

关于硅烷，非限制性实例包括硅烷、乙硅烷、丙硅烷、和更高级的硅烷。

关于烷基硅烷，这些化合物包括中央硅原子，一个或多个烷基基团键合到该中央硅原子上以及一个或多个氢原子键合到该中央硅原子上。在某些实施方式中，烷基基团中的任何一种或多种含有1-5个碳原子。所述烷基基团可以是饱和的或不饱和的。在一些实施方式中，这些烷基基团可被用于SiC膜。烷基硅烷的非限制性实例包括二甲基硅烷(2MS)，三甲基硅烷(3MS)，四甲基硅烷(4MS)，三乙基硅烷(TES)和五甲基二硅杂甲烷(pentamethyldisilamethane)。

其它类型的烷基硅烷可包括烷基碳硅烷、烷基氨基硅烷和烷基二硅氮烷。烷基碳硅烷可具有支链的聚合物结构，该聚合物结构具有键合到硅原子的碳以及键合到硅原子的烷基基团。实施例包括二甲基三甲基甲硅烷甲烷(DTMSM)和双-二甲基硅烷基乙烷(BDMSE)。烷基氨基硅烷包括带有烷基基团并键合到硅原子上的胺。实施例包括二甲基氨基二甲基硅烷(DMADMS)、双-二甲基氨基甲基硅烷(BDMAMS)、和三-二甲基氨基硅烷(TDMAS)。在一些实施方式中，这些烷基硅烷可形成SiCN膜。烷基二硅氮烷包括硅氮烷和键合到两个硅原子的烷基基团。一实施例包括1,1,3,3-四甲基二硅氮烷(TMDSN)。在一些实施方式中，TMDSN可形成SiCN膜。

此外，可以使用高阶硅烷来代替甲硅烷。一种来自烷基硅烷类的这样的乙硅烷的实施例是六甲基二硅烷(HMDS)。来自烷基硅烷类的乙硅烷的另一实施例可包括五甲基二硅烷(PMDS)，其可以被用于形成SiC膜。在一些实施方式中，硅原子中的一个硅原子可具有只附着于该一个硅原子的含碳或含烷氧基基团，或者硅原子中的一个硅原子可具有只附着于该一个硅原子的氢原子。

关于硅氧烷，也是有机硅膜前体的可能类型，在一些实施方式中，硅氧烷可以是环状的。环状硅氧烷可包括环四硅氧烷，如2,4,6,8-四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(OMCTS)和七甲基环四硅氧烷(HMCTS)。其它环状硅氧烷可包括，但不限于，环三硅氧烷和环五硅氧烷。环状硅氧烷是可以引入孔隙到SiC膜的环状结构，孔隙的大小对应于环的半径。例如，环四硅氧烷环可具有约6.7埃的半径。在一些实施方式中，硅氧烷可具有三维或笼状结构。笼状硅氧烷具有通过氧原子彼此桥接以形成多面体或任何3-D结构的硅原子。笼状硅氧烷前体分子的实例是倍半硅氧烷。笼状硅氧烷结构在Cleemput等人的共同拥有的美国专利No.6,576,345中进一步详细描述，基于所有目的，该专利的全部内容通过引用并入本文。如同环状硅氧烷，笼状硅氧烷可以引入孔隙到SiC膜中。在一些实施方式中，孔隙尺度是中孔的。在一些实施方式中，硅氧烷可以是线性的。线性硅氧烷可以包括，但不限于，二硅氧烷，例如五甲基二硅氧烷(PMDSO)、四甲基二硅氧烷(TMDSO)和六甲基三硅氧烷。PMDSO和TMDSO可以用于形成SiOC膜。硅氧烷的结构形状(即，线性的、环状的或笼状的)可能会影响膜孔隙特性。例如，环状硅氧烷可以形成具有根据环状环的大小设定的孔隙的微孔膜，而笼状硅氧烷可以形成中孔膜。

含硅碳膜也可以包括氧原子(例如，硅-碳氧化物和硅-碳-氧氮化物)，并且这些含硅碳膜也可以利用硅氧烷(例如，上面列出的那些)以及其它包括氧的有机硅反应物(如烷氧基硅烷)形成。所述烷氧基硅烷包括中央硅原子，一个或多个烷氧基键合到该中央硅原子上以及一个或多个氢原子键合到该中央硅原子上。实施例包括但不限于三甲氧基硅烷(TMOS)、二甲氧基硅烷(DMOS)、甲氧基硅烷(MOS)、甲基二甲氧基硅烷(MDMOS)、二乙氧基甲基硅烷(DEMS)、二甲基乙氧基硅烷(DMES)、二甲基氨基甲氧基硅烷(DMAMES)、和二甲基甲氧基硅烷(DMMOS)。这些前体中的许多可用于形成SiOC膜。

含硅碳膜还可以包括氮原子(例如，硅-碳-氮化物和硅-碳-氧氮化物)，并且可以使用包括氮的有机硅反应物(例如氨基硅烷和硅氮烷)形成。氨基硅烷的非限制性的实施例包括2,2-双(二甲基氨基)-4,4-二甲基-2,4-二硅杂戊烷(2,2-bis(dimethylamino)-4,4-dimethyl-2,4-disilapentane)、2,2,4-三甲基-4-二甲基氨基-3,4-二硅杂戊烷、二甲基氨基二甲基硅烷、双(二甲基氨基)甲基硅烷、和三(二甲基氨基)硅烷。1,1,3,3-四甲基二硅氮烷是硅氮烷的非限制性实施例。氨基硅烷的另一些实施例是单-氨基硅烷、二-氨基硅烷、三-氨基硅烷和四-氨基硅烷(分别为H

此外，在一些实施方式中，膜前体可包括结合到单个前体中的多个化学基团。例如，单个前体可包括烷氧基、氨基和烷基基团，如DMADMS。

在沉积含SiC膜中，多个有机硅膜前体可存在于工艺气体中。例如，硅氧烷和烷基硅烷可以一起使用，或硅氧烷和烷氧基硅烷可以一起使用。各个前体的相对比例可以根据所选择的前体的化学结构和所得的SiC膜的应用来选择。例如，硅氧烷的摩尔百分比数量可以大于硅烷的摩尔百分比数量以产生多孔膜。

对于硅氮化物(SiN)和硅碳氮化物(SiCN)的沉积，合适的含硅反应物/膜前体(诸如上文所述的那些)可以结合含氮共反应物使用。可以使用的含氮共反应物的非限制性实施例包括：氨；肼；胺类，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、二异丙基胺、二乙基异丙基胺；二-叔丁基肼；以及诸如苯胺等含芳族的胺类；吡啶类；和苄胺类。胺类可以是伯胺、仲胺、叔胺或季胺(例如，四烷基铵化合物)。含氮共反应物含有至少一个氮，但也可以含有除氮以外的杂原子。因此，例如，羟胺、叔丁氧羰基胺和N-叔-丁基羟胺被认为是含氮反应物。

最后，对于硅氧化物(SiOx)(虽然本身对于形成覆盖膜并非优选的，但在一些实施方式中，对于插入含掺杂剂膜的富掺杂剂部分，它们是优选的)的沉积，如上所述的合适的含硅反应物/膜前体可以结合适当的氧化反应物使用。氧化反应物的实施例包括氧气、臭氧、氢、一氧化二氮、一氧化碳、它们的混合物等。在一个特定实施例中，氧化膜可以使用双(叔丁基氨基)硅烷(BTBAS)作为含硅膜前体，结合用作氧化剂的氧或一氧化二氮，通过ALD工艺来沉积，例如在ALD操作(iii)中，在输送BTBAS(在ALD操作(i)中)的过程中，该氧或一氧化二氮可以或可以不连续地流动，具体取决于实施方式。

用于形成含掺杂剂膜的化学物

如在上文所列出的并通过引用并入本发明的专利申请中所描述的(美国专利申请No.13/084,399、No.13/242,084和No.13/224,240)，多种含掺杂剂前体可被用于形成含掺杂剂膜，诸如硼掺杂的硅酸盐玻璃(BSG)膜(用作上文的在图4和5的实施例中的含掺杂剂膜)、磷掺杂的硅酸盐玻璃(PSG)膜、硼磷掺杂的硅酸盐玻璃(BPSG)膜、砷(As)掺杂的硅酸盐玻璃(ASG)膜、以及类似物。含掺杂剂膜可包括B

一种掺杂剂是硼的优选的含掺杂剂前体膜是硼酸三甲酯(TMB)。其它合适的含硼膜前体可以包括：其它硼酸烷基酯，如硼酸三乙酯、硼酸三异丙酯、和硼酸三正丁酯，以及三甲基硼、三乙基硼、三苯基硼、硼酸三异丙酯、硼酸三正戊酯、B-三溴氮化硼(B-tribromoborazine)、三(五氟苯基)硼烷、以及其它类似的含硼化合物。

如上所指出的，具有不同于硼的掺杂剂的含掺杂剂膜也是可行的。实施例包括镓、磷、或砷掺杂剂、或适于对半导体衬底掺杂的其它元素，如其它的III族和V族元素。

具有作为掺杂剂的砷的特定含掺杂剂膜可以包括，但不限于，砷硅酸盐或砷掺杂的硅酸盐玻璃(ASG)、砷氧化物(例如，As

特别的具有作为掺杂剂的磷的含掺杂剂膜可以包括，但不限于，磷掺杂的硅酸盐玻璃(PSG)、和磷氧化物(例如，P

在一些实施方式中，含掺杂剂膜前体可以组合含硅膜前体或其它共反应物使用。可用于这一目的含硅膜前体包括，但不限于，硅烷(SiH

再次，可重复多次ALD循环以建立共形层堆栈。在一些实施方式中，每一层可具有基本上相同的组成，而在其它实施方式中，按顺序的ALD沉积的层可以具有不同的组成，或在某些这样的实施方式中，组成可在层与层之间交替变化或可以有具有不同组成的层的重复序列，如上所述。因此，根据不同的实施方式中，某些堆栈设计构思，如在上文所列出的并通过引用并入本发明的专利申请中所描述的(美国专利申请No.13/084,399、No.13/242,084和No.13/224,240)那些构思可以用于调节在这些膜中的硼、磷或砷的浓度。

装置

本文描述的方法可以利用任何合适的半导体衬底处理装置来执行。合适的装置包括用于实现处理操作的硬件和具有用于控制根据本文公开的各种沟道掺杂方法的处理操作的指令的系统控制器。在一些实施方式中，硬件可以包括：包含在多站式衬底处理工具中的一个或多个处理站，和具有(或访问)用于控制根据本文公开的处理技术的处理操作的机器可读指令的控制器。

因此，在一些实施方式中，适合用于对在半导体衬底的表面上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区进行掺杂的装置可以包括：包含在一个或多个处理室内的多个处理站，每个处理站具有衬底保持架；一个或多个阀，其用于控制朝向所述处理站的含掺杂剂膜前体流；以及一个或多个阀操作的真空源，其用于从包含在所述一个或多个处理室内的所述处理站周围的容积去除含掺杂剂膜前体。并且，这样的装置还可以包括控制器，其具有(或访问)用于操作所述一个或多个阀和一个或多个真空源来对在所述衬底的所述表面上的鳍形沟道区进行掺杂的机器可读指令。因此，在一些实施方式中，由控制器执行的指令可包括用于在包含在处理室中的处理站处的衬底上形成含掺杂剂膜的指令，其中该膜的多个含掺杂剂层通过ALD工艺形成。因此，在某些这样的实施方式中，由控制器执行的指令可包括用于执行如上所述的ALD操作(i)至(iv)的指令，以及用于重复ALD操作(i)至(iv)多次以在衬底处理装置的多个处理站处的多个衬底上形成含掺杂剂膜的多个层的指令。并且，在一些实施方式中，由控制器执行的指令还可以包括：用于形成包含硅碳化物材料、硅氮化物材料、硅碳氮化物材料、或它们的组合的覆盖膜的指令，以及用于将掺杂剂从含掺杂剂膜驱动到在多个衬底上的部分制成的3-D晶体管的鳍形沟道区内的指令。

因此，图8示意性示出了反应室处理站800的实施方式。为了简单起见，处理站800被示为独立处理站，该独立处理站具有用于维持低气压环境的处理室主体802。然而，应当理解，多个处理站800可以被包括在共同的处理工具环境中-例如，在共同的反应室中。例如，图9描绘了多站处理工具的一实施方式。此外，应理解的是，在一些实施方式中，处理站800的一个或多个硬件参数(包括在上面详细讨论的那些参数)可以按编程方式通过一个或多个系统控制器调整。

处理站800与反应物输送系统801流体地连通以输送工艺气体至分配喷头806。反应物输送系统801包括用于混合和/或调整输送到喷头806的工艺气体的混合容器804。一个或多个混合容器入口阀820可对工艺气体导入到混合容器804进行控制。

一些反应物可以以液体形式保存，然后汽化并随后输送到处理室主体802。图8的实施方式包括汽化点803以用于汽化拟被供给到混合容器804的液体反应物。在一些实施方式中，汽化点803可以是加热液体喷射模块。在一些实施方式中，汽化点803可以是加热蒸发器。从这样的模块/蒸发器产生的饱和反应物蒸气会在适当控制不到位时(比如，当没有氦气用于汽化/雾化液体反应物时)在下游输送管路凝结。不兼容的气体暴露于冷凝的反应物会产生小颗粒。这些小颗粒会堵塞管路、阻碍阀门操作、污染衬底等。解决这些问题的一些方法涉及清扫和/或抽空输送管路以去除残留的反应物。然而，清扫输送管路可能会增加处理站的循环时间，降低处理站的产率。因此，在一些实施方式中，可热处理汽化点803下游的输送管路。在一些实例中，也可以热处理混合容器804。在一个非限制性的例子中，汽化点803下游的管路具有从约100℃延伸至在混合容器804的约150℃的递增的温度分布。

正如所提到的，在一些实施方式中，汽化点803可以是加热液体喷射模块(简称“液体喷射器”)。这样的液体喷射器可注入液体反应物的脉冲到混合容器上游的载气流中。在一种情形下，液体喷射器可通过从较高压到较低压使液体闪蒸而汽化反应物。在另一情形下，液体喷射器可雾化液体成为分散的微滴，该分散的微滴随后在加热输送管中汽化。应理解，较小的液滴比较大的液滴会汽化得较快，从而减少液体注入和完全汽化之间的延迟。较快的汽化可以减少汽化点803下游的管路长度。在一种情形下，液体喷射器可直接安装到混合容器804。在另一情形下，液体喷射器可直接安装到喷头806。

在一些实施方式中，可以提供汽化点803上游的液体流量控制器(LFC)来对液体的质量流的汽化以及向处理站800的输送进行控制。例如，LFC可包括位于LFC下游的热质量流量计(MFM)。然后该LFC的柱塞阀可响应于由与该MFM电气通信的比例-积分-微分(PID)控制器提供的反馈控制信号进行调节。然而，它可能需要一秒或更多时间来使用反馈控制以稳定液流。这会延长投配液体反应物的时间。因此，在一些实施方式中，LFC可以在反馈控制模式和直接控制模式之间进行动态切换。在一些实施方式中，这可以通过禁用LFC和PID控制器的传感管来将LFC从反馈控制模式动态切换到直接控制模式。

喷头806朝向在处理站的衬底812分配工艺气体和/或反应物(例如含掺杂剂膜前体)，其流量是通过喷头上游的一个或多个阀(例如，阀820、820A、805)控制。在图8所示的实施方式中，衬底812位于喷头806的下方，并显示被安置在基座808上。应理解，喷头806可具有任何合适的形状，并且可以具有用于分配工艺气体到衬底812的任何合适数量和布置的端口。

在一些实施方式中，微容积807位于喷头806下方。在衬底附近在处理站内的微容积中而不是在处理室的整个容积中执行ALD工艺可以减少反应物的暴露和清扫时间，可以减少用于改变工艺条件(如压力，温度等)的时间，可以限制处理站的机械手暴露于工艺气体等。示例性的微容积尺寸包括，但不限于，介于0.1升和2升之间的容积。

在一些实施方式中，基座808可以升高或降低，以暴露衬底812给微容积807和/或改变微容积807的体积。例如在衬底输送阶段，基座808可以被降低以将衬底812放置在基座808上。在衬底上进行沉积的处理阶段期间，基座808可以被升高以将衬底812定位在微容积807内。在一些实施方式中，微容积807可以完全包绕衬底812以及基座808的一部分，以在沉积处理期间创建高流量阻抗区域。

任选地，可将基座808在沉积处理的部分的期间降低和/或升高以调节微容积807内的处理压强、反应物浓度等。在处理室主体802于处理过程中保持在基准压强的一种情况下，降低基座808可使得微容积807能被抽空。微容积体积比处理室体积的示例性比率包括，但不限于，介于1:500和1:10之间的体积比。应理解的是，在一些实施方式中，基座高度可以经由合适的系统控制器通过编程方式进行调整。

在另一种情况下，调整基座808的高度可以使得等离子体密度在包含于例如在ALD或CVD工艺中的等离子体活化和/或处理循环期间能够变化。在该沉积处理阶段结束时，基座808可以在另一衬底输送阶段被降低以使得衬底812能从基座808移走。

虽然在本发明描述的示例性微容积变化涉及高度可调的基座，但应该理解的是，在一些实施方式中，喷头806的位置可以相对于基座808被调整以改变微容积807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的范围内的任何合适的机构来改变。在一些实施方式中，基座808可包括用于旋转衬底812的方位的旋转轴线。应该理解的是，在一些实施方式中，这些示例性调整中的一个或多个可以通过一个或多个适当的系统控制器以编程方式执行，该系统控制器具有执行前述操作的全部或子集的机器可读的指令。

返回到图8所示的实施方式中，喷头806和基座808电连通RF功率源814和匹配网络816以激励等离子体。在一些实施方式中，等离子体的能量可通过控制处理站的压强、气体的浓度、RF源功率、射频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功率源814及匹配网络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成的等离子体。合适的功率的例子包括在上文中。同样地，RF功率源814可以提供任何适当频率的RF功率。在一些实施方式中，RF功率源814可以被配置为控制彼此独立的高频RF功率源和低频RF功率源。示例性的低频RF频率可以包括，但不限于，介于50kHz和500kHz之间的频率。示例性的高频RF频率可以包括，但不限于，介于1.8MHz和2.45GHz之间的频率。应当理解，任何合适的参数可被离散地或连续地调制以提供用于表面反应的等离子体能量。在一个非限制性实例中，等离子体功率可以间歇地施以脉冲，以相对于连续激励的等离子体减少对衬底表面的离子轰击。

在一些实施方式中，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一个以上的电压、电流传感器(例如，VI探针)进行监控。在另一种情况下，等离子密度和/或工艺气体的浓度可以由一个或多个光发射谱(OES)传感器来测量。在一些实施方式中，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整。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，在一些实施方式中，可使用其它监控器来监控等离子体和其它工艺特性。这样的监控器可包括，但不限于，红外(IR)监控器、声学监控器、以及压力传感器。

在一些实施方式中，可以经由输入/输出控制(IOC)测序指令来控制等离子体。在一个示例中，用于设置等离子体激活阶段的等离子体条件的指令可被包括在工艺配方的相应的等离子体激活配方阶段中。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。在一些实施方式中，用于设定一个或一个以上的等离子体参数的指令可以被包括在等离子体处理阶段前的配方阶段中。例如，第一配方阶段可以包括用于设置惰性气体(如氦气)和/或反应气体的流率的指令、用于设置等离子体发生器至功率设定点的指令、以及用于第一配方阶段的时延指令。后续的第二配方阶段可包括用于启用等离子体发生器的指令以及用于第二配方阶段的时延指令。第三配方阶段可以包括用于禁用等离子体发生器的指令和用于第三配方阶段的时延指令。应当理解，这些配方阶段可进一步以在本公开的范围内的任何合适的方式细分和/或重叠。

在某些沉积处理中，等离子体激励在持续时间方面持续约几秒钟或更长。在本发明描述的某些实施方案中，在处理循环中，可以应用远远更短的等离子体激励。这些时长可以是约50毫秒至1秒，0.25秒是一个具体实施例。如此短的RF等离子体激励需要等离子体的快速稳定。为了实现这一点，等离子体发生器可以被配置为使得阻抗匹配被预设为特定的电压，而频率被允许浮动。按惯例，在约13.56MHz的RF频率下产生高频等离子体。在本文公开的各种实施方式中，频率被允许浮动到不同于这个标准值的值。通过在将阻抗匹配固定到预定电压的同时允许频率浮动，可以使等离子体远远更快地稳定，当使用与ALD循环相关的非常短的等离子体激励时，该结果可能是重要的。

在一些实施方式中，基座808可通过加热器810进行温控。另外，在一些实施方式中，对于处理站800的压力控制可通过诸如蝶形阀818之类的一个或多个阀操作的真空源来提供。如图8的实施方式中所示，蝶形阀818调节由下游真空泵(未示出)提供的真空。然而，在一些实施方式中，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进行调整。在一些实施方式中，一个或多个阀操作的真空源-诸如蝶形阀818-可以用于在合适的ALD操作阶段从处理站周围的容积去除含掺杂剂膜前体。

如上所述，一个或多个处理站可以被包括在多站式衬底处理工具中。图9示意性示出了包括在共同的低压处理室内的多个处理站901、902、903、904的多站式处理工具900的一个实施例。通过将每个站保持在低压环境中，可以避免在膜沉积处理之间由于真空中断而导致的缺陷。

如图9所示，多站式处理工具900具有入站加载锁922和出站加载锁924，入站加载锁922和出站加载锁924中的任一者或两者可包括远程等离子体源。在大气压下，机械手926被配置为将晶片从经由吊舱928加载的盒通过大气端口920移动到入站加载锁922中。晶片由机械手926置于入站加载锁922中的基座912上，关闭大气端口920，并且抽空加载锁。其中，入站加载锁922包括远程等离子体源，晶片可以暴露于加载锁中的远程等离子体处理中，然后被引入到处理室914。进一步，晶片也可以在入站加载锁922中被加热，例如，以除去水分和吸附的气体。接着，打开通向处理室914的室传输端口916，而另一个机械手(未示出)将晶片放置到反应器中于处理站901的基座918上。尽管图9中所描绘的实施方式包括加载锁，但应理解的是，在一些实施方式中，可使衬底直接进入处理室。

在图9所示的所描绘的处理室914包括四个处理站901、902、903、以及904。每个站具有加热基座(对于处理站901以918显示)以及气体管线入口。应当理解，在一些实施方式中，每一个处理站可以具有不同的用途或多个用途。例如，在一些实施方式中，处理站可以在ALD工艺模式和CVD工艺模式之间切换。附加地或替代地，在一些实施方式中，处理室914可以包括一个或多个匹配的成对的ALD/CVD处理站。虽然所描绘的处理室914包括四个处理站，但是应当理解，根据本公开的处理室可以具有1、或2、或3、或4、或5、或6、或7、或8、或9、或10、或11、或12、或13、或14、或15、或16、或更多的处理站(或一组实施方式可以被描述为：每个反应室具有由任何成对的前述值界定的范围内的数量的处理站，例如每个反应室具有2至6个处理站，或每个反应室具有4至8个处理站，或每个反应室具有8至16个处理站等)。

图9还描绘了用于在处理室914内传送晶片的晶片搬运系统990的一个实施方式。在一些实施方式中，晶片搬运系统990可以在各种处理站之间和/或在处理站和加载锁之间传送晶片。应当理解，可以采用任何合适的晶片搬运系统。非限制性实例包括晶片旋转式传送带和晶片搬运机械手。

图9还描绘了用于控制处理工具900及其处理站的工艺条件和硬件状态的系统控制器950的一个实施方式。系统控制器950可包括一个或多个存储器设备956、一个或多个大容量存储设备954以及一个或多个处理器952。处理器952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。

在一些实施方式中，系统控制器950控制处理工具900的操作中的一些或全部，处理工具900的操作包括单个的处理站的操作。系统控制器950可以在处理器952上执行机器可读的系统控制指令958-该系统控制指令958在一些实施方式中从大容量存储设备954加载到存储器设备956中。系统控制指令958可包括用于控制时序、气体和液体反应物的混合物、室和/或站的压力、室和/或站的温度、晶片的温度、靶功率电平、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900执行的特定工艺的其它参数的指令。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958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处理所需要的处理工具组件的操作。系统控制指令958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958在软件中实现，在其它实施方式中，指令可在硬件中实现-例如，硬编码作为在ASIC(专用集成电路)中的逻辑，或者，在其它实施方式中，作为软件和硬件的组合实现。

在一些实施方式中，系统控制软件958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，一个或多个沉积处理的各阶段可包括用于由系统控制器950执行的一个或多个指令。用于设置含掺杂剂膜沉积配方阶段的工艺条件的指令例如可以被包括在相应的沉积配方阶段中，并且对于覆盖膜沉积阶段也类同。在一些实施方式中，可按顺序排列这些配方阶段，使得用于处理阶段的所有指令与该处理阶段同时执行。

在一些实施方式中可以采用存储在与系统控制器950相关联的大容量存储设备954和/或存储器设备956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、压力控制程序、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装载到基座918上并控制衬底和处理工具900的其它部件之间的间隔。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在衬底上沉积含掺杂剂膜和覆盖膜的指令。

工艺气体控制程序可包括用于控制气体组成(例如，TMA，氨，和如本文所述的清扫气体)和流率以及任选地用于使气体在沉积之前流入一个或多个处理站周围的容积中以稳定在这些容积中的压力的指令。在一些实施方式中，该工艺气体控制程序可以包括用于在衬底上沉积含掺杂剂膜期间引入某些气体进入到处理室内的一个或更多个处理站周围的容积中的指令和用于在衬底上沉积覆盖膜期间引入不同气体的指令。该工艺气体控制程序还可以包括用来以相同速率输送这些气体持续相同的时间的指令，或用来以不同的速率和/或持续不同的时间输送这些气体的指令，具体取决于所沉积的膜的组成。该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氦或一些其它载气存在下雾化/汽化液体反应物的指令。

压力控制程序可以包括用于通过例如在处理站的排放系统中的节流阀调节流进处理站中的气体流量等控制处理站内的压力的指令。压力控制程序可以包括用于在衬底上沉积各种膜的过程中保持相同的或不同的压力的指令。

加热器控制程序可包括用于控制流至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。加热器控制程序可以包括用于在衬底上沉积各种膜的过程中在反应室内和/或在处理站周围的容积内保持相同的或不同的温度的指令。

等离子体控制程序可包括用于根据本文所述的实施方式设置在一个或多个处理站内的RF功率电平、频率和暴露时间的指令。在一些实施方式中，等离子体控制程序可包括用于在衬底上沉积含掺杂剂膜和覆盖膜类型期间使用相同或不同的RF功率电平和/或频率和/或暴露时间的指令。

在一些实施方式中，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。

在一些实施方式中，由系统控制器950调整的参数可以涉及工艺条件。非限制性实例包括工艺气体组成和流率、温度、压力、等离子体条件(例如，RF偏置功率电平和暴露时间)、等等。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。

系统控制器950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工艺参数，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栈的原位沉积。

该系统控制器通常将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发明公开的工艺所述的操作。可以将包含用于控制根据本发明公开的衬底掺杂工艺所述的操作的指令的机器可读的非暂时性的介质耦合到系统控制器。

上文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，或者这样的工艺将在普通的制造设施中一起和/或同时执行。

膜的光刻图案化通常包括以下操作中的一些或全部，每个操作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(例如上面形成有硅氮化物膜的衬底)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，可以在涂覆光致抗蚀剂之前沉积可灰化硬掩模层(例如无定形碳层)和另一合适的硬掩模(例如抗反射层)。

其它实施方式

虽然为了促进清楚和理解的目的，在具体的实施方式的上下文中已经详细描述前述公开的工艺、方法、系统、装置和组成，但对于本领域中的普通技术人员而言，显而易见的是，存在许多处于本公开的主旨内的实施这些工艺、方法、系统、装置和组成的替代方式。因此，这里所描述的实施方式应被视为是对所公开的创造性构思的说明，而不是进行限制，并且不应被用作用于不适当地限制最终指向本公开的主题的任何权利要求的范围的不允许的依据。