阅读说明：本技术 膜沉积系统以及在膜沉积系统中控制粒子的方法 (Film deposition system and method for controlling particles in film deposition system ) 是由 郭宗翰 汪柏澍 王伟民 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：本公开一些实施例提供一种使用粒子控制系统在沉积工艺中减少基板上的粒子污染的系统和方法,提供了膜沉积系统和在膜沉积系统中控制粒子的方法。在一些实施例中,膜沉积系统包括能密封以产生加压环境的工艺腔室,配置以在加压环境中包含等离子体、靶材以及基板；以及粒子控制单元,其中粒子控制单元被配置以提供外力到等离子体中的至少一个带电原子以及至少一个污染粒子的每一者,至少一个带电原子以及至少一个污染粒子是通过靶材与等离子体直接接触而产生,外力被配置以将至少一个带电原子引导朝向基板的顶表面,并将至少一个污染粒子引导远离基板的顶表面。(Some embodiments of the present disclosure provide a system and method for reducing particle contamination on a substrate in a deposition process using a particle control system, a film deposition system and a method for controlling particles in a film deposition system. In some embodiments, a film deposition system includes a process chamber sealable to create a pressurized environment configured to contain a plasma, a target, and a substrate in the pressurized environment; and a particle control unit, wherein the particle control unit is configured to provide an external force to each of the at least one charged atom and the at least one contaminant particle in the plasma, the at least one charged atom and the at least one contaminant particle being generated by direct contact of the target with the plasma, the external force being configured to direct the at least one charged atom towards a top surface of the substrate and to direct the at least one contaminant particle away from the top surface of the substrate.)

膜沉积系统以及在膜沉积系统中控制粒子的方法

技术领域

本公开实施例涉及一种膜沉积系统以及一种在膜沉积系统中控制粒子的方法。

背景技术

磁阻随机存取存储器(Magnetoresistive random-access memory，MRAM)是一种非挥发性随机存取存储器(non-volatile random-access memory)技术，并且通常是通过在真空下使用物理气相沉积(physical vapor deposition)系统沉积多层材料以制造这种存储器。在沉积期间，所述多层材料可能会被与系统或工艺相关的污染物污染。污染的主要类型之一是与靶材(target)相关的污染物，例如来自靶材表面的粒子(如薄片)。这种与靶材相关的污染物通常是由电弧放电、形态和组成的不均匀性(homogeneity)等所造成。沉积出的膜中的这些粒子可能会负面地影响膜的生长、性能以及装置的性能。因此，需要一种能够有效地防止在膜的沉积过程中发生粒子污染的方法和系统。尽管长期有这种需要，但并无合适的系统可满足所述需求。

发明内容

本公开一些实施例提供一种膜沉积系统，包括能密封以产生加压环境的工艺腔室，并配置以在加压环境中包含等离子体、靶材以及基板；以及粒子控制单元，其中粒子控制单元被配置以提供外力到等离子体中的至少一个带电原子以及至少一个污染粒子的每一者，至少一个带电原子以及至少一个污染粒子是通过靶材与等离子体直接接触而产生，外力被配置以将至少一个带电原子引导朝向基板的顶表面，并将至少一个污染粒子引导远离基板的顶表面。

本公开一些实施例提供一种在膜沉积系统中控制粒子的方法，包括：提供等离子体，以直接接触工艺腔室中的至少一个靶材，从而产生至少一个带电原子以及至少一个污染粒子；在等离子体中的至少一个带电原子以及至少一个污染粒子的每一者上产生外力，以将至少一个带电原子导引朝向基板；以及将至少一个带电原子导引至基板的表面的第一位置上，其中是通过偏离工艺腔室中心的基板座以配置第一位置。

本公开一些实施例提供一种膜沉积系统，包括：工艺腔室，能密封以产生加压环境，并配置以在加压环境中包含等离子体、靶材以及基板；以及粒子控制单元，粒子控制单元被配置以提供外力到等离子体中的至少一个带电原子以及至少一个污染粒子的每一者，至少一个带电原子以及至少一个污染粒子是通过靶材与等离子体直接接触而产生，外力被配置以将至少一个带电原子引导朝向基板的顶表面，并将至少一个污染粒子引导远离基板的顶表面，基板是通过偏离工艺腔室的中心的基板座支撑，且粒子控制单元包括至少一对电磁线圈或至少一对感应电极。

附图说明

以下将配合附图详述本公开的实施例。应注意的是，依据在业界的标准做法，多种特征并未按照比例示出且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小元件的尺寸，以清楚地表现出本公开的特征。

图1A示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统的物理气相沉积系统的剖面图。

图1B示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统的物理气相沉积系统的俯视图。

图2A示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统的物理气相沉积系统的剖面图。

图2B示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统的物理气相沉积系统的俯视图。

图3示出根据本公开的一些实施例的用于在物理气相沉积工艺中使用粒子控制系统去除污染物粒子的方法的流程图。

符号说明

100、200 物理气相沉积系统

102 工艺腔室

104 靶材

106 等离子体阴极

108 基板

110 基板座

112、114 电源

116 感应线圈

118 射频电源

120 供气端口

122 真空端口

124 原子

126 污染粒子

128 等离子体

130、130-1、130-2、130-3 磁铁对

130-1A、130-2A、130-3A、130-1B、130-2B、130-3B 电磁线圈

130A 电磁铁(第一电磁铁)

130B 电磁铁(第二电磁铁)

132 磁场

134、136 第二轨迹

138 电源

140 控制单元

142 温度控制元件

144 温度控制单元

146 初始轨迹

148 传送手臂

150 控制单元

160 粒子控制系统

202A 电极(第一电极)

202B 电极(第二电极)

204 电源

206 电场

208 控制单元

300 方法

302、304、306 操作

具体实施方式

应理解的是，以下公开许多不同的实施方法或是范例来实行所提供的标的的不同特征，以下描述具体的元件及其排列的实施例以阐述本公开。当然这些实施例仅用以例示，且不该以此限定本公开的范围。举例来说，应理解的是，当元件被称为“连接到”或“耦接到”另一个元件时，其可直接连接到或耦接到另一个元件，或亦可存在一或多个中间的元件。

本公开提供了用于在膜沉积工艺期间去除基板上的粒子污染的方法和系统的各种实施例。在沉积期间，多层材料可能会被系统或工艺相关的污染物所污染。污染的主要类型之一与靶材相关，例如来自靶材表面的粒子(如薄片)。这种与靶材相关的污染物通常是由电弧放电、形态和组成的不均匀性等所造成。沉积出的膜中的这些粒子可能会负面地影响膜的生长、性能以及装置的性能。本公开提出了一种在沉积工艺中有效去除粒子污染的系统和方法。因此，可有利地避免上述问题。

示例性实施例的描述被设置为结合附图来理解，上述附图被认为是整个说明书的一部分。在说明书中，可能用到与空间相关的用词，例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“在上方”、“在下方”、“上方”、“下方”、“顶部”和“底部”及类似的用词(例如“水平地”、“向下”、“向上”等)。上述空间相关用词应解释为如所描述的或如所讨论的附图中所示的方向。这些相对术语仅是为了便于描述，并非要求上述设备需以特定方向构造或操作。

图1A示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统160的物理气相沉积系统100的剖面图。工艺腔室102包括接合在至少一个等离子体阴极106上的至少一个靶材104。在所示实施例中，至少一个供气端口120连接到至少一个气体供应管线(未示出)，并且至少一个真空端口122连接到压力控制单元(例如泵和压力计)。在一些实施例中，压力控制单元能够在工艺腔室102中提供具有几毫托(mTorr)至几托(Torr)的压力的环境。

在一些实施例中，通过至少一个供气端口120到工艺腔室102的气体可包括O₂、Ar、N₂、H₂、NH₃、N₂O、CF₄、SF₆、CCl₄、CH₄、H₂S、SiH₄、含金属前驱物等的至少一者或其组合。举例来说，工艺气体(例如Ar)通过至少一个供气端口120供应到工艺腔室102，并通过泵从至少一个真空端口122泵送出来。在一些实施例中，至少一个供气端口120可以位于靶材104附近(例如在阴极后面)。至少一个等离子体阴极106各自耦接到电源112。在一些其他实施例中，电源112包括射频(radio frequency，RF)电源和对应的匹配电路(均未示出)，其作业频率为数十千赫兹(kilohertz，KHz)至数十百万赫兹(megahertz，MHz)。通过在至少一个等离子体阴极106上施加能量，可以在工艺腔室102中靠近至少一个靶材104的空间中形成等离子体128(即包含离子化的原子或分子的气体)。在一些实施例中，如感应耦合等离子体(inductively coupled plasma)、电子回旋共振(electron cyclotron resonance)、微波(microwave)和螺旋波(helicon wave)等技术可以与射频电源整合以产生高密度放电，进而得到期望的沉积特性。在一些实施例中，物理气相沉积系统100可为配置成阴极靶材/阳极遮蔽安排的直流电磁控溅镀系统(DC magnetron sputtering system)，其中至少一个等离子体阴极106和阳极(未示出)连接到直流电放电的电源112。在一些实施例中，可以通过在靶材104后方运行的冷却剂来冷却至少一个靶材104和至少一个对应的等离子体阴极106。

在所示的实施例中，工艺腔室102还包括具有基板108的基板座110。在一些实施例中，基板座110进一步耦接到电源114，以吸引等离子体128中的带正电的靶材原子124，带正电的靶材原子124是通过带电的工艺气体分子(例如Ar⁺)轰击靶材104表面而产生。在一些实施例中，基板座110的背面可以电性接地。在一些实施例中，基板座110亦耦接到电源114(例如射频电源114)。根据一些实施例，通过在等离子体阴极106和基板座110之间施加交流电压，可在靶材104上形成等离子体128，并且等离子体128可以在靶材104和基板座110之间的空间延伸到基板108的表面。工艺腔室102还可包括感应线圈116，感应线圈116耦接到射频电源118而沿着工艺腔室102的Y轴产生磁场，以便形成等离子体128。

尽管未在图中示出，但是对于本领域普通技术人员来说可理解的是，工艺腔室102还可以配备有多个压力计、厚度监测系统(石英晶体监测器(quartz crystal monitor)、光谱椭偏仪(spectroscopic ellipsometer)、反射高能电子衍射探测器(reflection high-energy electron diffraction detector，RHEED))、快门(shutters)、旋转机械手臂(rotational manipulator)、查看端口(viewports)、传输端口(transfer ports)等。

在一些实施例中，工艺腔室102还包括粒子控制系统160。在一些实施例中，粒子控制系统160包括配置在工艺腔室102内部的至少一磁铁对130。在一些实施例中，至少一磁铁对130各自包括两个电磁铁130A和130B以及配置成在工艺腔室102的两侧上彼此面对的磁线圈。磁铁对130中的每个电磁铁包括一导电线圈，以在电流通过时作为磁铁。在一些实施例中，导线线圈缠绕在可用于增强线圈产生的磁场的铁磁性材料核心(core offerromagnetic materials)上。在一些实施例中，至少一磁铁对130耦接到电源138并且进一步耦接到控制单元140。在一些实施例中，控制单元140和电源138配置成控制穿过每个磁铁对130中的两个电磁铁130A/130B的电磁线圈的电流的大小和方向，以调整磁铁对130中的两个电磁铁之间的磁场132的强度和方向。磁场132在来自靶材104的移动和带电粒子(例如带正电的靶材原子124)上感应出磁力。举例来说，从靶材104的表面轰击出用于沉积在基板108上的带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126。在一些实施例中，在没有由粒子控制系统160的磁铁对130提供的磁场132的情况下，带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126各自具有初始轨迹146。当启用具有从第一电磁铁130A到第二电磁铁130B的方向的磁场132时，带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126分别具有第二轨迹134和136。在一些实施例中，第二轨迹134/136是由施加在靶材原子124/污染粒子126上的电磁力所造成。由于两个粒子之间的差异(例如质量和电荷)，初始轨迹和第二轨迹之间的差异在带正电的靶材原子124上比在带正电的污染粒子126上的差异更大。因此，磁力可以改变带电粒子的初始轨迹，从而将污染粒子与其余的靶材原子124分离，以减少沉积的膜中的污染。

在一些其他实施例中，至少一磁铁对130包括一对永久磁铁。在一些实施例中，永久磁铁包括可产生持久磁场的铁磁性(ferromagnetic)材料。

参考图1A，物理气相沉积系统100中的基板座110偏离工艺腔室102的中心设置。在一些实施例中，基板座110耦接到机械传送手臂148。可以由控制单元150控制耦接到基板座110的机械传送手臂148，以根据靶材原子的位置调整工艺腔室102中基板座110的位置。

物理气相沉积系统100中的基板座110还可以配备有多个温度控制元件142。温度控制元件142是由温度控制单元144控制。温度控制单元144可位于包覆在法拉第笼(Faraday shield)中的工艺腔室102之内，以保护电子电路免于受射频信号干扰，或位于工艺腔室102之外。

根据本文描述的示例性实施例，物理气相沉积系统100可用于处理基板108的表面层。举例来说，根据需求，可以根据指定的配方在蚀刻步骤之前或之后或其任何组合，处理半导体晶圆的任何光刻胶层、掩模层或其他层。所述配方还指定了用于在工艺腔室102中建立适当环境的参数，以在基板108上实现期望的特征和特征尺寸。所述配方可以指定要引入等离子体腔室的反应气体的类型及其流速、反应期间的压力、提供给等离子体阴极106或基板座110的射频信号的功率和频率。

基板108可为块体硅基板，但是也可以使用包括III族、IV族、和V族元素的其他半导体材料。或者基板可为绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)基板。在一些实施例中，装置层可为设置在基板(未示出)上的多晶硅层，以在基板108中形成一或多个多晶硅栅极。在另一些实施例中，装置层可为用以形成内连线结构(例如金属导线及/或导孔)的金属化层，例如层间介电层(inter-layer dielectric layer，ILD layer)或金属间介电层(inter-metal dielectric layer，IMD layer)。在其他实施例中，装置层可为基板108中的任何层，可使用光刻和蚀刻工艺以图案化所述装置层。基板108可包括许多装置层。此外，装置层可以包括缓冲层(例如氧化物界面层，未示出)、蚀刻停止层(例如氮化硅层、碳化硅层等)等。可以在装置层上形成硬掩模以作为图案化的掩模。硬掩模可以包括氧化物、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化钛(TiN)等。

图1B示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统160的物理气相沉积系统100的俯视图。在所示实施例中，工艺腔室102中的粒子控制系统160包括三个磁铁对130-1、130-2、和130-3。虽然物理气相沉积100包括三个磁铁对，但应注意的是物理气相沉积系统100可包括任何数量的磁铁对，且仍处于本公开的范围中。在一些实施例中，三个磁铁对130-1、130-2、和130-3各自包括两个电磁线圈(例如130-1A和130-1B、130-2A和130-2B、130-3A和130-3B)。在一些实施例中，每个电磁线圈具有圆形或方形的形状。在一些实施例中，工艺腔室102具有50-60厘米的直径。在一些实施例中，每个电磁线圈包括10-20圈，并且直径在30-40厘米的范围内。在一些实施例中，电磁线圈各自包含以下金属中的至少一种：铁和锰。在一些实施例中，三个磁铁对130-1、130-2、和130-3布置成围绕工艺腔室102的内壁布置，并且三个磁铁对130-1、130-2、和130-3中的每一者具有相对于工艺腔室102的中心的二重旋转对称(2-fold rotational symmetry)。在一些实施例中，物理气相沉积系统100包括位于工艺腔室102中心的至少一个靶材104。在一些实施例中，物理气相沉积系统100还包括具有基板108的基板座110。在一些实施例中，在俯视图中，基板座110偏离工艺腔室102的中心并且位于工艺腔室102的顶部，以便收集由被三个磁铁对130-1、130-2、和130-3产生的磁场132移位的带正电的靶材原子124。

图2A示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统的物理气相沉积系统200的剖面图。工艺腔室102包括接合在至少一个等离子体阴极106上的至少一个靶材104。在所示实施例中，至少一个供气端口120连接到至少一个气体供应管线(未示出)，并且至少一个真空端口122连接到压力控制单元(例如泵和压力计)。在一些实施例中，压力控制单元能够在工艺腔室102中提供具有几毫托至几托的压力的环境。

在一些实施例中，通过供气端口120到工艺腔室102的气体可包括O₂、Ar、N₂、H₂、NH₃、N₂O、CF₄、SF₆、CCl₄、CH₄、H₂S、SiH₄、含金属前驱物等的至少一者或其组合。举例来说，工艺气体(例如Ar)通过至少一个供气端口120添加到工艺腔室，并通过泵通过至少一个真空端口122泵送出。在一些实施例中，至少一个供气端口120可以位于靶材104附近(例如在阴极后面)。至少一个等离子体阴极106耦接到放电的电源112。在一些其他实施例中，放电的电源112包括射频电源和对应的匹配电路(均未示出)，其作业频率为数十千赫兹(KHz)至数十百万赫兹(MHz)。通过在至少一个等离子体阴极106上施加能量，可以在工艺腔室102中靠近至少一个靶材104的空间中形成等离子体128(即包含离子化的原子或分子的气体)。在一些实施例中，如感应耦合等离子体、电子回旋共振、微波和螺旋波等技术可以与射频电源整合以产生高密度放电，进而得到期望的沉积特性。在一些实施例中，物理气相沉积系统200可为配置成阴极靶材/阳极遮蔽安排的直流电磁控溅镀系统，其中至少一个等离子体阴极106和阳极(未示出)连接到直流电放电的电源112。在一些实施例中，可以通过在靶材104后方运行的冷却剂来冷却至少一个靶材104和至少一个对应的等离子体阴极106。

在所示的实施例中，工艺腔室102还包括具有基板108的基板座110。在一些实施例中，基板座110进一步耦接到电源114，以吸引等离子体128中的带正电的靶材原子124，带正电的靶材原子124是通过带电的工艺气体分子(例如Ar+)轰击靶材104表面而产生。在一些实施例中，基板座110的背面可以接地。在一些实施例中，基板座110亦耦接到电源114(例如射频电源114)。根据一些实施例，通过在等离子体阴极106和基板座110之间施加直流电压，可在靶材104上形成等离子体128，并且等离子体128可以在靶材104和基板座110之间的空间延伸到基板108的表面。工艺腔室102还可包括感应线圈116，感应线圈116耦接到射频电源118而沿着工艺腔室102的Y轴产生磁场，以便形成等离子体128。

尽管未在图中示出，但是对于本领域普通技术人员来说可理解的是，工艺腔室102还可以配备有多个压力计、厚度监测系统(石英晶体监测器、光谱椭偏仪、反射高能电子衍射探测器、快门、旋转机械手臂、查看端口、传输端口等。

在一些实施例中，粒子控制系统160包括配置在工艺腔室102内部的至少一电极对202。在一些实施例中，至少一电极对202各自包括配置成在工艺腔室102的两侧上彼此面对的两个电极202A和202B。当在两个电极之间施加电位时，每一电极对202可作为电容。在一些实施例中，至少一电极对202耦接到电源204并且进一步耦接到控制单元208。在一些实施例中，控制单元208和电源204配置以控制电位的大小和极性，以控制两个电极202A/202B之间的电场206的强度和方向。电场206在来自靶材104的移动和带电粒子(例如带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126)上感应出静电力。举例来说，从靶材104的表面轰击出用于沉积在基板108上的带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126。在一些实施例中，当在两个电极202A/202B之间未施加电场206时，带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126皆具有初始轨迹146。当通过在两个电极202A/202B上施加电位以启动具有从第一电极202A到第二电极202B的方向的电场206时，带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126会被静电力移位，并分别产生第二轨迹134和136。由于两个粒子之间的差异(例如质量和电荷)，初始轨迹和第二轨迹之间的差异在带正电的靶材原子124上比在带正电的污染粒子126上的差异更大。因此，由粒子控制系统160提供的静电力可以改变带电粒子的初始轨迹，从而将污染粒子126与其余的靶材原子124分离。

参考图2A，物理气相沉积系统200中的基板座110偏离工艺腔室102的中心设置。在一些实施例中，基板座110耦接到机械传送手臂148。可以由控制单元150控制耦接到基板座110的机械传送手臂148，以根据靶材原子的位置调整工艺腔室102中基板座110的位置。

物理气相沉积系统200中的基板座110还可以配备有多个温度控制元件142。温度控制元件142由温度控制单元144控制。温度控制单元144可位于包覆在法拉第笼(Faradayshield)中的工艺腔室102内，以保护电子电路免于受射频信号干扰，或位于工艺腔室102之外。

根据本文描述的示例性实施例，物理气相沉积系统200可用于工艺基板108的表面层。举例来说，根据需求，可以根据指定的配方在蚀刻步骤之前或之后或其任何组合处理半导体晶圆的任何光刻胶层、掩模层或其他层。所述配方还指定了用于在工艺腔室102中建立适当环境的参数，以在基板108上实现期望的特征和特征尺寸。所述配方可以指定要引入等离子体腔室的反应气体的类型及其流速、反应期间的压力、提供给等离子体阴极106或基板座110的射频信号的功率和频率。

基板108可为块体硅基板，但是也可以使用包括III族、IV族、和V族元素的其他半导体材料。或者基板可为绝缘体上硅(SOI)基板。在一些实施例中，装置层可为设置在基板(未示出)上的多晶硅层，以在基板108中形成一或多个多晶硅栅极。在另一些实施例中，装置层可为金属化层，例如层间介电层或金属间介电层，以形成内连线结构(例如金属导线及/或导孔)。在其他实施例中，装置层可为基板108中的任何层，可使用光刻和蚀刻工艺图案化所述装置层。基板108可包括许多装置层。此外，装置层可以包括缓冲层(例如氧化物界面层，未示出)、蚀刻停止层(例如氮化硅层、碳化硅层等)等。可以在装置层上形成硬掩模以作为图案化的掩模。硬掩模可以包括氧化物、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化钛(TiN)等。

图2B示出根据本公开的一些实施例的具有粒子控制系统160的物理气相沉积系统200的俯视图。在所示实施例中，工艺腔室102中的粒子控制系统160包括一电极对202。虽然物理气相沉积系统200包括一电极对，但应注意的是物理气相沉积系统200可包括任何数量的电极对202，且仍处于本公开的范围中。在一些实施例中，电极对202包括两个电极202A及202B。在一些实施例中，工艺腔室102具有50-60厘米的直径。在一些实施例中，每个电极具有圆形的形状并具有10厘米的直径。在一些实施例中，每个电极具有方形的形状并且具有100平方厘米的尺寸。在一些实施例中，电极各自包含以下金属中的至少一种：铁和锰。在一些实施例中，电极对202布置成在工艺腔室102中围绕靶材104，并且相对于工艺腔室102中心具有二重旋转对称。在一些实施例中，物理气相沉积系统200包括位于工艺腔室102中心的至少一个靶材104。在一些实施例中，物理气相沉积系统200还包括具有基板108的基板座110。在一些实施例中，在俯视图中，基板座110偏离工艺腔室102的中心并且位于工艺腔室102的右侧，以收集被电极对202产生的电场206移位的带正电的靶材原子124。

如前述在图1A、图1B和图2A、图2B中所讨论的，控制单元140、144、150、及208是代表性的装置，并且各自可包括处理器、存储器、输入/输出界面、通信界面及系统总线(system bus)。处理器可包括任何可操作以控制控制单元140、144、150、及208的操作及性能的处理电路。在各个实施例中，处理器可实现为通用处理器、芯片多处理器(chipmultiprocessor，CMP)、专属处理器(dedicated processor)、嵌入式处理器(embeddedprocessor)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、网络处理器、输入/输出(input/output，I/O)处理器、媒体存取控制(media access control，MAC)处理器、无线电基频处理器(radio baseband processor)、协同处理器(co-processor)、例如复杂指令集电脑(complex instruction set computer，CISC)微处理器、精简指令集计算(reducedinstruction set computing，RISC)微处理器、及/或超长指令字(very long instructionword，VLIW)微处理器或其他处理装置的微处理器。处理器还可由控制器、微控制器、特殊应用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可程序化逻辑门阵列(field programmable gate array，FPGA)、可程序化逻辑装置(programmable logicdevice，PLD)等实现。

在各个实施例中，处理器可被安排以执行作业系统(operating system，OS)及各种应用程序。作业系统的范例包括例如通常以商标名Apple OS、Microsoft Windows OS、Android OS而为人所知的作业系统及任何其他专属或开源(open source)的作业系统。应用程序的范例包括例如电话应用程序、相机(如数字数码相机、摄影机)应用程序、浏览器应用程序、多媒体播放器应用程序、游戏应用程序、信息应用程序(如电子邮件、简讯、多媒体)、阅读器应用程序等。

在一些实施例中，提供包含电脑可执行指令的至少一个非暂态电脑可读取存储媒体，其中当由至少一个处理器执行上述电脑可执行指令时，会使得至少一个处理器进行本文描述的方法的实施例。此电脑可读取存储媒体可被包含在存储器中。

在一些实施例中，存储器可包括能存储数据的任何机器可读取或电脑可读取媒体，包括挥发性/存储器非易失性器及可移除/不可移除存储器。存储器可包括至少一个存储器非易失性器单元。存储器非易失性器单元能存储一或多个软件程序。仅举几个例子来说，软件程序可包含例如应用程序、使用者数据、装置数据及/或配置数据或其组合。软件程序可包含可由控制单元140、144、150、208的控制电路的各种元件所执行的指令。

举例来说，存储器可包括只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random-access memory，RAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、双倍数据率动态随机存取存储器(Double-Data-Rate DRAM，DDR-RAM)、同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM，SDRAM)、静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable ROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable ROM，EEPROM)、快闪存储器(flash memory，如NOR或NAND快闪存储器)、内容可定址存储器(content addressable memory，相联存储器，CAM)、聚合物存储器(polymer memory，如铁电聚合物存储器，ferroelectric polymer memory)、相变存储器(phase-change memory，如双向存储器(ovonic memory))、铁电存储器、硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(silicon-oxide-nitride-oxide-silicon，SONOS)存储器、磁盘存储器(disk memory，如磁片(floppydisk，软盘)、硬盘(hard drive)、光盘(optical disk)、磁盘(magnetic disk))或存储卡(如磁存储卡、光存储卡)或适于存储信息的任何其他类型的媒体。

在一些实施例中，存储器可包含文件形式的指令集，用于执行如本文所述的生成一或多个时序库的方法。指令集可由任何可接受形式的机器可读指令所存储(包括原始码或各种适当的程序语言)。可用于存储指令集的程序语言的一些范例包括但不限于：Java、C、C++、C#、Python、Objective-C、Visual Basic或.NET程序。在一些实施例中包括编译器或直译器，以将指令集转为让处理器执行的机器可执行代码。

在一些实施例中，I/O界面可包括任何合适的机构或元件，以至少让使用者可向控制单元140、144、150、208提供输入，并使控制单元140、144、150、208可向使用者提供输出。举例来说，I/O界面可包括任何合适的输入机构，包括但不限于按钮、小键盘、键盘、点按式选盘、触控屏幕或动作感测器。在一些实施例中，I/O界面可包括电容检测机构或多点触控电容检测机构(如触控屏幕)。

在一些实施例中，I/O界面可包括用于提供使用者可见的显示的可视周边输出装置(visual peripheral output device)。举例来说，可视周边输出装置可包括屏幕，例如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)屏幕，其结合到控制单元140、144、150、208中。在另一个范例中，可视周边输出装置可包括可移动显示器或投影系统，用于在远离控制单元140、144、150、208的表面上显示内容。在一些实施例中，可视周边输出装置可包括编码器/解码器(也称为编解码器(Codec))，以将数字媒体数据转换为模拟信号。举例来说，可视周边输出装置可包括影片编解码器、音频编解码器或任何其他合适类型的编解码器。

可视周边输出装置还可包括显示器驱动程序、用于驱动显示器驱动程序的电路或包括上述两者。可视周边输出装置可用于在处理器的指令下显示内容。仅举几例来说，可视周边输出装置可播放媒体回放信息、在控制单元140、144、150、208上实现的应用程序的应用程序屏幕、关于正在进行的通信操作的信息、关于进入的通信请求的信息、或装置的操作屏幕。

在一些实施例中，通信界面可包括能够将控制单元140、144、150、208耦合到一或多个网络及/或附加装置的任何合适的硬件、软件或硬件及软件的组合。通信界面可安排成使用任何合适的技术来操作，以使用所需的一组通信协定、服务或操作程序以控制信息信号。通信界面可包括适当的物理连接器，以与对应的通信媒体连接(无论是有线的还是无线的)。

根据一些实施例，通信系统及方法包括网络。在各种实施例中，网络可包括区域网络(local area networks，LAN)以及广域网络(wide area networks，WAN)，包括但不限于网际网络、有线通道、无线通道、包括电话、电脑、有线、无线电、光学或其他电磁通道的通信装置及其组合、包括能与传送数据相容/相关的其他装置及/或元件。举例来说，通信环境包括体内(in-body)通信、各种装置及各种通信模式，例如无线通信、有线通信及其组合。

无线通信模式包括点(如节点)之间的任何通信模式，其至少部分地利用包括与无线传输、数据及装置相关的各种协定及协定组合的无线技术。这些点包括如无线装置(例如无线耳机)、音频及多媒体装置及设备(例如音频播放器及多媒体播放器)、电话(包括移动电话及无线电话)、以及电脑及电脑相关装置及元件(例如印表机、网络连接机器)及/或任何其他合适的装置或第三方装置。

有线通信模式包括利用有线技术的点之间的任何通信模式，所述有线技术包括与有线传输、数据及装置相关联的各种协定及协定的组合。这些点包括如音频及多媒体装置及设备(例如音频播放器及多媒体播放器)、电话(包括移动电话及无线电话)、以及电脑及电脑相关装置及元件(例如印表机、网络连接的机器)、及/或任何其他合适的装置或第三方装置。在各种实施例中，有线通信模块可根据多个有线协定进行通信。有线协定的一些范例可包括通用序列总线(Universal Serial Bus，USB)通信、RS-232、RS-422、RS-423、RS-485串行的协定、火线(FireWire)、以太网络、光纤通道、MIDI、ATA、串行的ATA、PCI Express、T-1(及变体)、工业标准结构(Industry Standard Architecture，ISA)并列通信、小型电脑系统界面(Small Computer System Interface，SCSI)通信或外设元件互连(PeripheralComponent Interconnect，PCI)通信。

因此在各种实施例中，通信界面可包括一或多个界面，如无线通信界面、有线通信界面、网络界面、发送界面、接收界面、媒体界面、系统界面、元件界面、切换界面、芯片界面、控制器等。举例来说，当通信界面是由无线装置或无线系统实现时其可包括无线界面，上述无线界面包括天线、发射器、接收器、收发器、放大器、滤波器、控制逻辑等的一或多者。

在各种实施例中，通信界面可根据多个无线协定提供语音及/或数据通信功能。无线协定的范例可包括各种无线区域网络(wireless local area network，WLAN)协定，包括电机电子工程师学会(Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE)802.xx系列协定，例如IEEE 802.11a/b/g/n、IEEE 802.16、IEEE 802.20等。无线协定的其他范例可包括各种无线广域网络(wireless wide area network，WWAN)协定，如具有GPRS的GSM蜂巢式无线电话系统协定、具有1xRTT的CDMA蜂巢式无线电话通信系统、EDGE系统、EV-DO系统、EV-DV系统、HSDPA系统等。无线协定的其他范例可包括无线个人区域网络(wireless personal area network，PAN)协定(例如红外线协定)、来自蓝牙技术联盟(Special Interest Group，SIG)系列协定的协定、包括v1.0、v1.1、v1.2、v2.0、具有改进型数据传输率(Enhanced Data Rate，EDR)的v2.0版本的蓝牙规格，以及一或多种蓝牙规范等。无线协定的又一个范例可包括近场通信(near-field communication)技术及协定，例如电磁感应(electromagnetic induction，EMI)技术。电磁感应技术的范例可包括被动或主动射频识别(radio-frequency identification，RFID)协定及装置。其他合适的协定可包括超宽频(Ultra Wide Band，UWB)、数字办公室(Digital Office，DO)、数字家庭、可信平台模块(Trusted Platform Module、TPM)、ZigBee等。

在一些实施例中，控制单元140、144、150、208可包括耦接各种系统元件(包括处理器、存储器及I/O界面)的系统总线。上述系统总线可为几种类型的总线结构中的任何一种，上述总线结构包括存储器总线或存储器控制器、***总线或外部总线、及/或使用各种可用总线架构的本地总线(包括但不限于9位元总线、工业标准结构(ISA)、微通道架构(Micro-Channel Architecture，MCA)、扩展工业标准结构(Extended ISA，EISA)、整合驱动电子装置(Integrated Drive Electronics，IDE)、VESA本地总线(VESA Local Bus，VLB)、个人电脑存储卡国际协会(Personal Computer Memory Card International Association，PCMCIA)总线、小型电脑系统界面(SCSI)或其他专用总线、或适用于计算装置应用程序的任何定制总线。

图3示出根据本公开的一些实施例的用于在物理气相沉积工艺中使用粒子控制系统160去除污染粒子的方法300的流程图。应理解的是，可以在图3的方法300之前、之中和之后提供额外的操作，并且还可以省略或重新排序一些操作。

根据一些实施例，方法300从在工艺腔室102中产生等离子体的操作302开始。在一些实施例中，利用靶材104在等离子体阴极106上产生等离子体。在一些实施例中，在产生等离子体之前，通过至少一个供气端口120将工艺气体(例如Ar)添加到工艺腔室102，并通过泵从至少一个真空端口122泵送出，以将工艺腔室102准备到所需的压力。在一些实施例中，所需的压力为几毫托至几托的压力。在一些其他实施例中，至少一个等离子体阴极106耦接到射频(RF)电源和相应的匹配电路(未示出)，其作业频率为数十千赫兹(KHz)至数十百万赫兹(MHz)。通过在至少一个等离子体阴极106上施加能量，可以在工艺腔室102中靠近至少一个靶材104的空间中形成等离子体128(即包含离子化的原子或分子的气体)。在一些实施例中，如感应耦合等离子体、电子回旋共振、微波和螺旋波的技术可以与射频电源整合以产生高密度放电，进而得到期望的沉积特性。在一些实施例中，物理气相沉积系统100可为配置成阴极靶材/阳极遮蔽安排的直流电磁控溅镀系统，其中至少一个等离子体阴极106和阳极(未示出)连接到直流电放电的电源112。在一些实施例中，可以通过在靶材104后方运行的冷却剂来冷却至少一个靶材104和至少一个对应的等离子体阴极106。

方法300继续进行到操作304，其中根据一些实施例，粒子控制系统160能够免于污染粒子沉积在基板108上。在一些实施例中，粒子控制系统160包括配置在工艺腔室102中的至少一磁铁对130。在一些实施例中，至少一磁铁对130包括两个电磁铁130A和130B以及配置成在工艺腔室102的两侧上彼此面对的磁线圈。每个电磁铁包括一导电线圈，以在电流通过时作为磁铁。在一些实施例中，导线线圈缠绕在可用于增强线圈产生的磁场的铁磁性材料核心上。在一些实施例中，至少一磁铁对130耦接到电源138并且进一步耦接到控制单元140。在一些实施例中，控制单元140和电源138配置成控制穿过每个至少一磁铁对130中的两个电磁铁130A/130B的磁线圈的电流的大小和方向，以调整磁场132的强度和方向。磁场132在来自靶材104的移动和带电粒子上感应出磁力。举例来说，从靶材104的表面轰击出用于沉积在基板108上的靶材原子124和污染粒子126。在一些实施例中，在无磁场132时，靶材原子124和污染粒子126各自具有初始轨迹146。当启用具有从第一电磁铁130A到第二电磁铁130B的方向的磁场132时，靶材原子124和污染粒子126分别从初始轨迹146转换到第二轨迹134和136。由于两个粒子之间的差异(例如质量和电荷)，初始轨迹和第二轨迹之间的差异在靶材原子124上比在污染粒子126上的差异更大。因此，磁力可以将污染粒子126与其余的靶材原子124分离，从而减少沉积的膜中的污染。在一些实施例中，磁铁对130围绕工艺腔室102的内壁布置，并且每个磁铁对130皆具有相对于工艺腔室102的中心的二重旋转对称。在一些实施例中，至少一个靶材104位于工艺腔室102的中心。在一些实施例中，基板座110具有基板108。在俯视图中，基板座110偏离工艺腔室102的中心并且位于工艺腔室的顶部，以收集由被磁铁对130产生的磁场132移位的靶材原子124。

在一些其他实施例中，粒子控制系统160包括配置在工艺腔室102内部的至少一电极对202。在一些实施例中，至少一电极对202各自包括配置成在工艺腔室102的两侧上彼此面对的两个电极202A和202B。当在两个电极202A和202B之间施加电位时，每一电极对202作为电容。在一些实施例中，至少一电极对202耦接到电源204并且进一步耦接到控制单元208。在一些实施例中，控制单元208和电源204配置以控制电位的大小和极性，以控制两个电极202A/202B之间的电场的强度和方向。两个电极在来自靶材104的移动和带电粒子上感应出静电力。举例来说，从靶材104的表面轰击出用于沉积在基板108上的靶材原子124和污染粒子126。在一些实施例中，当两个电极202A/202B没有提供电场206时，带正电的靶材原子124和带正电的污染粒子126各自具有初始轨迹146。当具有从第一电极202A到第二电极202B的方向的电场206被启动时，靶材原子124和污染粒子126分别从初始轨迹146转换到第二轨迹134和136。由于两个粒子之间的差异(例如质量和电荷)，初始轨迹和第二轨迹之间的差异在靶材原子124上比在污染粒子126上的差异更大。因此，静电力可以改变带电粒子的初始轨迹，从而将污染粒子与其余的靶材原子124分离。

根据一些实施例，方法300继续到在基板108上执行膜的沉积的操作306。在一些实施例中，沉积在基板108上的膜包括来自靶材104的至少一种元素。在一些实施例中，通过本公开中的粒子控制系统160降低由污染粒子126引起的膜中的缺陷数量。在一些实施例中，粒子控制系统160提供污染粒子与靶材原子的有效分离，并且通过调整基板的位置，粒子控制系统160还可以允许靶材原子到达基板的表面。基板108可为块体硅基板，但是也可以使用包括III族、IV族、和V族元素的其他半导体材料。或者基板108可为绝缘体上硅基板。在一些实施例中，装置层可为设置在基板(未示出)上的多晶硅层，以在基板108中形成一或多个多晶硅栅极。在另一些实施例中，装置层可为金属化层，例如层间介电层或金属间介电层，以形成内连线结构(例如金属导线及/或导孔)。在其他实施例中，装置层可为基板108中的任何层，可使用光刻和蚀刻工艺图案化所述装置层。基板108可包括许多装置层。此外，装置层可以包括缓冲层(例如氧化物界面层，未示出)、蚀刻停止层(例如氮化硅层、碳化硅层等)等。可以在装置层上形成硬掩模以作为图案化的掩模。硬掩模可以包括氧化物、氮氧化硅(SiON)、氮化硅(Si₃N₄)、氮化钛(TiN)等。

前文仅说明了本公开的原理。因此，应理解的是，本领域普通技术人员将能够设计各种布置，这些布置虽然未在本文中明确描述或示出，但仍体现了本公开的原理并且包括在本公开的精神及范围内。此外，本文所述的所有范例及条件语言主要是用以明确地仅用于教学目的并帮助读者理解本公开的原理及发明概念，并且应解释为不限于这些具体引述的范例及条件。此外，本文叙述本公开的原理、方面及实施例的所有陈述以及其具体范例旨在包含结构及功能的等同物。此外，这些等同物旨在包括当前已知的等同物及将来所发展的等同物，即不管结构如何，只要是所发展的可执行相同功能的任何元件即可。

示例性实施例的描述被设置为结合附图来理解，上述附图被认为是整个说明书的一部分。在说明书中，可能用到与空间相关的用词，例如“下”、“上”、“水平”、“垂直”、“在上方”、“在下方”、“上方”、“下方”、“顶部”和“底部”及类似的用词(例如“水平地”、“向下”、“向上”等)。上述空间相关用词应解释为代表如所描述的或如所讨论的附图中所示的方向。这些相对术语仅是为了便于描述，并非要求上述设备需以特定方向构造或操作。

本公开一些实施例提供一种膜沉积系统，包括能密封以产生加压环境的工艺腔室，并配置以在加压环境中包含等离子体、靶材以及基板；以及粒子控制单元，其中粒子控制单元被配置以提供外力到等离子体中的至少一个带电原子以及至少一个污染粒子的每一者，至少一个带电原子以及至少一个污染粒子是通过靶材与等离子体直接接触而产生，外力被配置以将至少一个带电原子引导朝向基板的顶表面，并将至少一个污染粒子引导远离基板的顶表面。

在一些实施例中，粒子控制单元包括至少一对电磁线圈或至少一对感应电极。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者包括铁与锰的至少一者。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者配置为靠近于至少一个靶材并相对于工艺腔室的中心具有二重旋转对称。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者具有方形或圆形的形状。在一些实施例中，至少一对感应电极配置为在粒子控制单元中的第一感应电极以及第二感应电极之间提供电场。在一些实施例中，至少一对电磁线圈配置为在第一电磁线圈以及第二电磁线圈之间提供磁场。

本公开一些实施例提供一种在膜沉积系统中控制粒子的方法，包括：提供等离子体，以直接接触工艺腔室中的至少一个靶材，从而产生至少一个带电原子以及至少一个污染粒子；在等离子体中的至少一个带电原子以及至少一个污染粒子的每一者上产生外力，以将至少一个带电原子导引朝向基板；以及将至少一个带电原子导引至基板的表面的第一位置上，其中是通过偏离工艺腔室中心的基板座以配置第一位置。

在一些实施例中，外力是由至少一对电磁线圈或至少一对感应电极提供。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者包括铁与锰的至少一者。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者配置为靠近于至少一个靶材并相对于工艺腔室的中心具有二重旋转对称。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者具有方形或圆形的形状。在一些实施例中，至少一对感应电极配置为在粒子控制单元中的第一感应电极以及第二感应电极之间提供电场。在一些实施例中，至少一对电磁线圈配置为在第一电磁线圈以及第二电磁线圈之间提供磁场。

本公开一些实施例提供一种膜沉积系统，包括：工艺腔室，能密封以产生加压环境，并配置以在加压环境中包含等离子体、靶材以及基板；以及粒子控制单元，粒子控制单元被配置以提供外力到等离子体中的至少一个带电原子以及至少一个污染粒子的每一者，至少一个带电原子以及至少一个污染粒子是通过靶材与等离子体直接接触而产生，外力被配置以将至少一个带电原子引导朝向基板的顶表面，并将至少一个污染粒子引导远离基板的顶表面，基板是通过偏离工艺腔室的中心的基板座支撑，且粒子控制单元包括至少一对电磁线圈或至少一对感应电极。

在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者包括铁与锰的至少一者。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者配置为靠近于至少一个靶材并相对于工艺腔室的中心具有二重旋转对称。在一些实施例中，至少一对电磁线圈以及至少一对感应电极的每一者具有方形或圆形的形状。在一些实施例中，至少一对感应电极配置为在粒子控制单元中的第一感应电极以及第二感应电极之间提供电场。在一些实施例中，至少一对电磁线圈配置为在第一电磁线圈以及第二电磁线圈之间提供磁场。

虽然已经根据示例性实施例描述了本公开，但是本公开并不限于此。反之，应对权利要求作广义地解释，以包括本公开的其他变化例及实施例，本领域普通技术人员可在不脱离本公开的均等物的范围及界限的情况下做出这些变化例及实施例。