具体实施方式

现在将参考附图中所示的几个非排他性的实施方案来详细描述本申请。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的彻底理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本公开内容可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施。在其他情况下，未详细描述公知的工艺步骤和/或结构，以免不必要地使本发明不清楚。

参考图1，示出了化学气相沉积(CVD)工具10的框图。工具10包括处理室12、喷头14、用于定位待处理的衬底18的衬底基座16、射频(RF)源产生器20、气体源22、系统控制器24、耦合至衬底基座16的ESC电源26、和直流(DC)偏置控制系统28。在多种实施方案中，CVD工具可以是等离子体增强的(PECVD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、或使用等离子体的任何其他类型的CVD工具。

在操作期间，反应气体经过喷头14从气体源22供给到处理室12中。在喷头14内，气体经由一或多个充气腔(未绘示)分配进入室12中在衬底18表面上方的区域中。通过RF产生器20所生成的RF电位施加至衬底基座16上的一或多个电极(不可见)上。RF电位造成气体离子化并且在处理室12内侧生成等离子体。在等离子体内，激发的电子从反应气体离解(即“裂解”)，从而产生化学反应性自由基。当这些自由基反应时，其在衬底18上沉积并形成薄膜。

在多种实施方案中，RF产生器20可以是单一RF产生器或能够生成高RF频率、中RF频率和/或低RF频率的多个RF产生器。例如，在高频的情况下，RF产生器20可生成范围从2-100MHz、且优选地为13.56MHz或27MHz的频率。当生成低频时，范围是50KHz至2MHz，且优选地为350KHz至600KHz。在替代的实施方案中，RF源可耦合至设置在喷头14上的RF电极而不是设置在衬底基座16上的RF电极、或耦合至喷头14和衬底基座16两者。

系统控制器24大致上用于控制CVD工具10的整体操作，并且在沉积、后沉积、和/或其他工艺操作期间管理工艺条件。

在非排他性实施方案中，衬底基座16是静电卡盘(ESC)型衬底基座。提供ESC电源26以向嵌入在衬底基座16的夹持表面中的电极(图1中未显示)供给相反的电压，所述电压的幅值足以生成夹持衬底18所需的静电力。

当在处理室12中对反应气体施加RF电位时，产生等离子体。响应于所述RF电位，等离子体产生通常在(0)伏特至(-100)伏特范围中的DC偏置。在衬底18暴露于等离子体的情况下，衬底产生与等离子体相同或基本上相同的DC偏压。一般地，衬底基座16通常维持在不同的电压。衬底基座16和衬底18之间的电压差易于发弧。

提供DC偏置控制系统28，以将衬底基座16维持在与由等离子体和衬底18所产生的相同或基本上相同的DC偏压。因此，衬底基座16和衬底18之间的电压差为零或接近零。结果是，抑制或完全消除了衬底基座16与衬底18之间的发弧。

参考图2A和图2B，显示衬底基座16的非排他性实施方案的俯视图和截面图。在该特定实施方案中，衬底基座16的主体29由例如氮化铝之类的非导电陶瓷材料所制成。用于夹持衬底18的静电卡盘(ESC)表面30嵌入衬底基座16中。

如图2A中所最佳说明，电极30嵌入衬底基座16，并且包括一对“D形”ESC夹持电极32A和32B。在夹持期间，将极性相反的电压(例如，+/-500伏特)分别提供至两电极32A和32B。所产生的静电力将衬底18夹持至衬底基座16的夹持表面30。

衬底基座16还包括RF电极34，所述RF电极34嵌入顶部表面30并环绕顶部表面30的周缘并经过其中心设置。电极32A、32B和34耦合至RF源20，且配置成提供将供给至处理室12的反应气体离子化并生成等离子体所需的RF电位。如图2B中所最好说明的，截面图显示了ESC夹持电极32A和32B，并且RF电极32A、32B和34嵌入在衬底基座16的主体29中。

为了抑制或防止发弧，DC偏置控制系统26向左右电极32A和32B提供偏压。例如，考虑分别施加至电极32A和32B的(+/-500伏特)的ESC夹持电压。如果处理室12中的等离子体产生(-10伏特)的偏置，则将相同或相似幅值的偏压V_DC施加至电极32A和32B。换句话说，电极32A维持于490伏特(500-10)，且电极32B维持在-510伏特(-500-10)。在另一非排他性实施方案中，相同的偏压V_DC(例如-10V)同样可施加至电极34。

因为两电极32A和32B之间的电压差保持相同，因此偏压V_DC不会影响ESC夹持力。然而，衬底基座16与衬底18之间的电压差减小到零或非常接近零，从而抑制或完全消除发弧。

参考图3，说明了显示如何防止或抑制发弧的示意图。喷头14将一种或多种反应气体导入处理室12。通过嵌入衬底基座16中的电极34所提供的RF电位导致反应气体的离子化，从而生成等离子体。

在该特定示例中，例如金属或导电碳层之类的导电薄膜36沉积在介电层38上方。在沉积期间，层或膜36、38形成在衬底18的顶部表面和衬底基座16的周围部分两者上。当形成导电层36时，由字母“e”所表示的负表面电荷积聚在衬底18的表面上。

与由等离子体所产生的DC偏压相同的DC偏压“V_DC”被施加至衬底基座16的电极32A和32B(未显示)。因为衬底18和衬底基座16之间的电压差相同或基本上相同，因此衬底18上的表面电荷“e”不被吸引至衬底基座16。结果是，抑制或完全消除发弧，尤其在通过椭圆形40所描述的区域中，所述区域倾向于是最容易发弧的位置。

在处理室12中处理衬底18期间，由等离子体所产生的DC偏压倾向于随时间推移而难以预测地变动。例如，在将导电(例如，碳)层沉积至半导体晶片上期间，等离子体将导电层“视为”电极。在延长的沉积过程中，随着时间的推移，所述层倾向于在晶片和衬底基座16的周围顶部表面上逐渐变宽和变厚。由于这种生长，等离子体倾向于散开，造成由等离子体所产生的DC偏压改变。然而，由等离子体所产生的DC偏压通常不是线性的。结果是，很难预测由等离子体产生的DC偏压将如何随着时间的推移而变动。

图4为说明在沉积期间由CVD工具中的等离子体所产生的DC偏压的不可预测性的示例性图。所述图显示了随着时间的推移，DC偏压倾向于降低(例如从约-5.0伏特至约-20.0伏特)。然而，该降低不是线性的。因此，所述图显示如果将固定的偏压V_DC施加至电极32A、32B和/或34，则随着等离子体的DC偏压的变动，在衬底18和衬底基座16之间有时可存在电压差。不论何时存在电压差，衬底18都易于发弧。所示的图仅是说明性的，用于显示DC偏压降低的非线性。应理解，在实际的实施方案中，所述图会有很大的不同，但通常会显示DC偏压的降低。

当存在非零电压差时，由于等离子体和接地电极之间的有限电阻，因此DC电流在等离子体和接地电极之间流动。等离子体与电极之间的电流路径包括以下的一者或多者：(a)通过衬底基座16所支撑的衬底18；(b)在衬底18上形成的任何薄膜；(c)设置在衬底基座16上的电极32A、32B、34；(d)耦合至衬底基座16的电源26；以及(e)衬底基座16。

电阻由上面定义的电流路径上所提供的以下一者或多者所组成：(a)衬底18；(b)在衬底18上形成的任何薄膜；(c)设置在衬底基座16上的电极32A、32B和34；以及耦合至衬底基座16的电源26。

如上所述，随着处理室12内的条件变化，等离子体的DC偏压也变化。当电阻固定时，所测量电流中的变化将指示等离子体的DC偏压的变化。结果是，ΔV_DC值中的变化与等离子体随着时间的推移所产生的DC偏压的变化相当。通过连续地测量ΔV_DC并且将其施加至电极32A、32B和/或34，衬底基座的DC偏压可实质上追踪由等离子体和衬底18在处理条件改变时所产生的DC偏压。换句话说，当处理室12中的条件改变时，衬底基座16与衬底18之间的电压差保持为零或接近零。

参考图5，示出了框图，其说明了DC偏置控制系统28。系统28包括电流测量装置50和ESC电源26。电流测量装置50测量等离子体与接地电极之间的电流的样本。DC电源52调整经由ESC电源26施加至电极32A、32B和/或34的偏压，以维持恒定电流。通过维持恒定电流，衬底18与衬底基座之间的电压差为零或接近零。

在多种实施方案中，用于测量电流样本的预定采样率可广泛地变动。例如，采样率可以是范围从1ms到10秒中的任何一点。通常，采样率越高，则可更精确地调整偏压以追踪由等离子体所产生的实际DC偏压中的变化。结果是，可能实现更高程度的发弧抑制。

基于上文所述，存在许多抑制或完全防止发弧的方法。例如：

·通过维持衬底18和衬底基座16之间的电压恒定(零或接近零伏特)，可消除或显著地限制发弧。然而，当等离子体的DC偏压随着时间的推移而变化时，基座和衬底之间的电压差可能增加。结果是，发弧的机会可能也增加。

·通过使用反馈回路来测量采样电流并且控制DC偏置电源52以调整经由ESC电源26施加至电极32A、32B和/或34的偏压，可将测得的电流维持在预定义的恒定值。即使等离子体的DC偏压随着时间的推移而变化，该方法仍然有效，但是如果电阻变化，则其容易受到影响。例如，如果电阻从一衬底至下一衬底有所变化，或当多个层添加至衬底上时，则发弧的可能性增加。

·测量电流一次，并将其用作每一衬底的设定点。此后，上述反馈回路用于调整施加至电极32A、32B和/或34的偏压。对于下一衬底，再次测量设定点并且相应地调整偏压。通过测量每一衬底的电流，更新设定点以补偿系统中的漂移。通过该方案，即使当等离子体的DC偏压和/或室12中的条件随着时间的推移而变化时，也显著地抑制发弧的机会。

测量DC电流并且调整以及施加DC偏压至衬底基座16的电极32A、32B和/或34的能力提供许多优点。第一，在室12中处理衬底18的持续时间内，衬底基座16和衬底18之间的电压差保持为零或接近零。第二，当一衬底18被另一衬底18所替换用以进行处理时，可测量电流并调整DC偏压以匹配处理室12中的电流条件。第三，DC偏置控制系统28具有调整DC偏压的能力，而与工具10和/或处理室12无关。因此，从一CVD工具10到下一CVD工具、或从一处理室12到下一处理室的任何变动都不是问题，因为DC偏置控制系统28具有调整DC偏压的能力，而不管条件从一工具至下一工具可能如何变动。

参考图6，说明了具有多个衬底基座16的CVD室12的示意图。在该特定实施方案中，CVD工具10称为“四站式(quad)”工具，因为其在处理室12中具有四个衬底基座16A-16D。因此，DC偏置控制系统28提供四个(A-D)偏压ΔV_DC(+/-)，分别如上所述针对四个衬底基座16A-16D计算每一偏压。应理解，如所说明的四站式工具10仅为示例性的，且不应以某一方式解释为限制性的。用于抑制或消除发弧的系统可用在具有任何数量的衬底基座的CVD工具中。

图7是显示系统控制器24的高阶框图。计算机系统24可具有许多物理形式，范围从集成电路、印刷电路板、小型手持装置、个人计算机、服务器、超级计算机，其中任何一个都可以具有一个或多个处理器。计算机系统24还可包括电子显示装置804(用于显示图形、文字和其他数据)、非瞬态主存储器806(例如，随机存取存储器(RAM))、存储装置808(例如，硬盘驱动器)、可移动存储装置810(例如，光盘驱动器)、用户接口装置812(例如，键盘、触摸屏、小键盘、鼠标或者其他定位装置等)以及通信接口814(例如，无线网络接口)。通信接口814使得软件和数据能通过链路在系统控制器24和外部装置之间传输。系统控制器24还可以包括通信基础设施816(例如，通信总线、交叉杆(cross-over bar)、或者网络)，前述的装置/模块被连接于该通信基础设施816。

术语“非暂态计算机可读介质”一般用来指诸如主存储器、辅助存储器、移动存储装置、以及存储设备(例如硬盘、闪存、硬盘驱动存储器、CD-ROM以及其他形式的永久性存储器)之类的介质，并且不得被解释为涵盖诸如载波或者信号之类的暂时性的标的物。

在某些实施方案中，运行或执行系统软件或代码的系统控制器24控制工具10的全部或至少大部分活动，其包括例如控制处理操作的时序、RF产生器20的操作的频率和功率、处理室12内的压力、流入处理室12的气体的流速、浓度和温度及其相对混合、以及通过衬底保持器16所支撑的衬底18的温度等活动。

经由通信接口814传输的信息可以是能通过通信链路由通信接口814接收的信号的形式，所述信号是例如电子的、电磁的、光的、或者其他的信号，所述通信链路携带信号并且可以是使用电线或电缆、光纤、电话线、蜂窝电话链路、射频链路、和/或其他通信通道实现的通信链路。利用这样的通信接口，可预期，一个或多个处理器802可以自网络接收信息或者可以向网络输出信息。另外，方法实施方案可以仅在处理器上执行或者可以与远程处理器结合在诸如因特网之类的网络上执行，所述远程处理器共享部分处理。

应理解，本文所提供的实施方案仅为示例性的，且不应在任何方面解释为限制性的。总体上，本申请意图涵盖具有至少两组孔的任何喷头，所述至少两组孔分别限定两螺旋图案和用于两图案的两充气腔。

尽管仅详细描述一些实施方案，但是应理解，在不脱离本文所提供的公开内容的精神或范围的情况下，能以许多其他形式来实现本申请。例如，衬底可以是半导体晶片、离散的半导体装置、平板显示器、或任何另一类型的工件。

因此，所呈现的实施方案应认为是说明性而不是限制性的，且不受限于在此给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等同方案内进行修改。