專利名稱：用于等離子體增強的原子層沉積的設備和工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例是涉及一種用于沉積材料的設備與工藝。更具體地說，是涉及一種在等離子體增強的工藝中沉積材料的原子層沉積腔體。

背景技術：
在半導體工藝、平面顯示器工藝或其它電子裝置工藝的領域中，氣相沉積方法對于沉積材料于基材上扮演著重要角色。隨著電子裝置的幾何形狀持續(xù)縮小與組件密度持續(xù)增加，特征的尺寸與深寬比變的更具挑戰(zhàn)性，例如特征尺寸為0.07微米(μm)與深寬比為10或更大。因此，形成這些裝置的材料的共形沉積變的日益重要。
公知的化學氣相沉積工藝(CVD)可有效地使裝置的幾何形狀與深寬比降至0.15微米規(guī)格，然而更精進的裝置幾何形狀則需要其它沉積技術。其中一頗受注意的沉積技術為原子層沉積工藝(atomic layer deposition，ALD)。在原子層沉積工藝中，是相繼地導入反應物氣體至具有基材的工藝腔體中。通常，第一反應物是以脈沖方式注入工藝腔體中且被吸附至基材表面上。第二反應物以脈沖方式注入工藝腔體中并與第一反應物發(fā)生反應而形成一沉積材料。在每種反應氣體的輸送步驟之間通常會執(zhí)行清洗(purge)步驟。清洗步驟可為利用載氣做連續(xù)清洗的步驟或是在反應氣體輸送之間做脈沖清洗的步驟。熱誘導原子層沉積工藝(thermally induced ALD process)是最常見的原子層沉積技術，且該技術使用熱量來引發(fā)兩種反應物之間的化學反應。熱原子層沉積工藝雖可良好的沉積某些材料，但是通常有較慢的沉積速率。因此，會造成無法接受的制造產(chǎn)率。較高沉積溫度可增加沉積速率，但是許多化學前驅物(precursor)，特別是金屬有機化合物，會在高溫時分解。
等離子體增強的原子層沉積工藝(PE-ALD)為另一種公知的材料形成技術。在一些PE-ALD工藝范例中，可利用熱原子層沉積工藝所使用的相同化學前驅物來形成材料，但是卻可具有較高沉積速率與較低溫度。雖然存在各種技術，一般而言，PE-ALD工藝提供連續(xù)導入反應氣體與反應物等離子體至具有基材的工藝腔體中。第一反應物氣體是以脈沖方式注入工藝腔體中且被吸附至基材表面上。之后，第二反應物等離子體是以脈沖方式注入工藝腔體中并與第一反應物氣體反應而形成沉積材料。與熱ALD工藝類似的是，在每個反應物的輸送步驟之間可進行清洗步驟。雖然由于反應物自由基在等離子體中的高反應性使PE-ALD工藝可克服某些熱ALD工藝的缺點，但PE-ALD工藝同時也具有諸多限制。PE-ALD工藝可能造成等離子體對基材的損害(例如，侵蝕)，而與某些化學前驅物不兼容并且需要額外的硬件。
因此，對于利用氣相沉積技術，較佳地為等離子體增強的技術，更佳為等離子體增強的原子層沉積技術來沉積或形成材料于基材上的設備與工藝存在著需求。


發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例提供一種可在諸如等離子體增強的原子層沉積(PE-ALD)之類的原子層沉積工藝中形成材料的設備。在一實施例中，工藝腔體是用以使基材于PE-ALD工藝中接觸一連串的氣體與等離子體。工藝腔體包含多個電性絕緣、電性接地或射頻激化的零件。在一個范例中，腔體主體與氣體歧管(manifold)組件是接地且通過例如絕緣套、等離子體篩插件與隔離環(huán)等電性絕緣零件加以分隔開。一噴頭、一等離子體隔板與一水盒是設置在這些絕緣零件之間，并且在噴頭、等離子體隔板與水盒受到等離子體產(chǎn)生器啟動時會變成具有射頻熱(RF hot)。
在一范例中，提供一種處理基材的腔體，其包含一基材支持件與一腔體蓋組件，該支持件包含基材接收表面，而且基材支持件與腔體蓋組件之間具有一工藝區(qū)域。在一實施例中，腔體蓋組件包含具有一內部區(qū)域與外部區(qū)域的一噴頭組件、與該噴頭組件接觸之一冷卻組件、設置在該噴頭組件內部區(qū)域中的一等離子體隔板、位于該噴頭組件上方且用以引導第一工藝氣體至該等離子體隔板與引導第二工藝氣體至該噴頭組件外部區(qū)域的一等離子體篩、一位于該等離子體隔板與該等離子體篩之間的第一氣體區(qū)域、以及位于該噴頭外部區(qū)域與該冷卻組件之間的第二氣體區(qū)域。
在另一范例中，提供處理基材的一腔體，其包含一基材支持件與一腔體蓋組件，該基材支持件包含一基材接收表面，該腔體蓋組件包含一信道，該信道位于該腔體蓋組件的中央部位。一端較窄的底表面(tapered bottomsurface)是從該通道延伸至等離子體篩處并且位于一等離子體隔板與一噴頭的上方，其中該噴頭的尺寸與形狀可加以調整以實質涵蓋該基材接收表面，一第一導管連接至該通道內的第一氣體入口以及一第二導管連接至該通道內第二氣體入口，其中該第一導管與第二導管是用以提供環(huán)形方向的氣體流。
在另一實施例中，提供一種用以處理基材的腔體，其包含具有一基材接收表面的一基材支持件、具有一含內部區(qū)域與外部區(qū)域的噴頭組件的腔體蓋組件、位于該噴頭組件上方且用以引導第一工藝氣體至該內部區(qū)域與引導第二工藝氣體至該外部區(qū)域的一等離子體篩、以及一位于該基材接收表面與該腔體蓋組件之間的工藝區(qū)域。等離子體篩包含用以接收該第一工藝氣體的一內面積(inner area)以及用以接收該第二工藝氣體的一外面積。
在另一實施例中，蓋組件是用以使基材于PE-ALD工藝中接觸一連串的氣體與等離子體。蓋組件包含多個電性絕緣、電性接地或RF激化的組件。在一范例中，蓋組件包含一接地的氣體歧管組件，其位于例如絕緣套、等離子體篩插件與隔離環(huán)等電性絕緣零件的上方。一噴頭、一等離子體隔板與一水盒(water box)是設置在絕緣零件之間，且在受到等離子體產(chǎn)生器啟動時，噴頭、等離子體隔板與水盒會變得射頻熱(RF hot)。
在一范例中，噴頭組件包含一噴頭面板，其具有一下表面以實質涵蓋該基材接收表面。該噴頭組件的內部區(qū)域包含一可移除式的等離子體隔板。該噴頭組件與等離子體隔板通常包含導電材料，例如鋁、不銹鋼、鋼、鐵、鉻、鎳、上述金屬的合金或組合物等。再者，該噴頭面板的下表面與該等離子體隔板是與該基材接收表面平行或實質平行設置，且連接至一電源以激發(fā)等離子體。該噴頭組件的外部區(qū)域包含多個與工藝區(qū)域流體連通的孔。每個孔的直徑介于約0.2毫米(mm)至約0.8毫米之間，較佳地，是介于約0.4毫米至約0.6毫米之間，諸如0.51毫米。噴頭面板可包含大約1000個或更多個孔，例如大約1500個或更多個孔。這些孔具有可抑制氣體往回擴散或抑制次級等離子體(secondary plasma)形成的直徑。
在另一個實施例中，提供一個用以在工藝腔體中執(zhí)行氣相沉積工藝的蓋組件，其包含一絕緣套(insulation cap)與一等離子體篩(plasma screen)，其中該絕緣套包括用以導流第一工藝氣體的第一通道，以及該等離子體篩具有一上表面，該上表面具有一內面積與一外面積。該絕緣套可位于該等離子體篩的上表面上。等離子體篩的內面積內的多個第一開口是用以將來自上表面的第一工藝氣體引導到一下表面下方，以及在等離子體篩的外面積內的多個第二開口是用以將來自該上表面上方的第二工藝氣體引導到該下表面下方。在一個范例中，該多個第一開口可以是多個孔，以及該多個第二開口可以是多個狹縫(slots)。再者，絕緣套可包含一第二通道，其用以導流該第二工藝氣體至該等離子體篩的外面積處。該等離子體篩的該內面積包含一無孔區(qū)帶，以及該第一工藝氣體的第一流動型態(tài)(flow pattern)是以視距方向(line-of-sight)朝向該無孔區(qū)帶。第一流動型態(tài)的視距方向會阻礙該多個孔，以避免在等離子體篩的上表面上方激發(fā)出次級等離子體。在一個范例中，每個孔的直徑介于約0.5毫米至約5毫米之間，較佳地，是介于約1毫米至約3毫米之間，更佳地是約1.5毫米。該多個孔可包含至少約100個孔，較佳地至少約150個孔。絕緣套與等離子體篩可各自由一電性絕緣、絕熱或電與熱同時絕緣的材料所形成，例如陶瓷材料、石英材料或上述材料的衍生物。
在另一個實施例中，噴頭組件包含一噴頭與一等離子體隔板，用以于等離子體增強的氣相沉積腔體中分散工藝氣體。噴頭面板包含一內面積與一外面積，該內面積是用以將該等離子體隔板設置于其中，以及該外面積具有多個用以釋出工藝氣體的孔。等離子體隔板包含一用以接收其它工藝氣體且位于一上表面上的頭錐(nose)、用以釋出工藝氣體的一下表面、以及用以將工藝氣體由該上表面導流至工藝區(qū)域的多個開口。這些開口較佳地為狹縫(slot)，并以一預定角度設置成一環(huán)形流動型態(tài)用以釋出工藝氣體。
在一范例中，等離子體隔板組件包含多個狹縫，其由第一氣體區(qū)域延伸通過該等離子體隔板組件以提供第一氣體區(qū)域流體連通至工藝區(qū)域。等離子體隔板組件更包含一頭錐，其由等離子體隔板的上表面延伸至等離子體篩的下表面。這些狹縫由中央部位以正切角度延伸橫越介于頭錐與等離子體隔板組件外緣的該上表面。每個狹縫是相對基材接收表面以一預設噴射角(injection angle)延伸穿過等離子體隔板組件。此預設噴射角可介于約20°至約70°之間，較佳地是介于約30°至60°之間，更佳地介于約40°至50°之間，例如約45°。每個狹縫的寬度是介于約0.6毫米至約0.9毫米之間，較佳地介于約0.7毫米至0.8毫米之間，例如約0.76毫米；以及其長度介于約10毫米至約50毫米之間，較佳地介于約20毫米至約30毫米之間，例如約23毫米或更長。等離子體隔板組件通常包含約10個或更多的狹縫，例如約20個或更多的狹縫。狹縫具有可抑制氣體往回擴散或次級等離子體形成的寬度。在一個范例中，等離子體隔板的上表面是由頭錐處向下延伸。上表面可具有角度以接收通過狹縫開口的工藝氣體，并以均勻的流速分散該工藝氣體。
在另一個實施例中，提供一種在等離子體增強的氣相沉積腔體中用于接收工藝氣體的等離子體隔板組件，其包含一等離子體隔板面板，該等離子體隔板面板具有一接收工藝氣體的上表面以及一用以釋出工藝氣體的下表面。等離子體隔板組件包含多個開口，用以將來自上表面上方的工藝氣體導流到下表面下方，其中每個開口是以一阻礙角度(obscured angle)或預設角度設置，該角度是由下表面的垂直軸處測量。
在另一個實施例中，冷卻組件包含多個通路(passageway)，以使第二工藝氣體通往第二氣體區(qū)域。多個通路使該等離子體篩與第二氣體區(qū)域之間流體連通。多個通路包含至少約10個通道，較佳地包含至少約20個通道，以及更佳地包含至少約30個通道，例如約36個通道。
在另一個范例中，提供一種用以進行氣相沉積工藝的噴頭組件，其包含一噴頭面板；并且該噴頭面板具有一可在工藝腔體中實質涵蓋基材接收表面的底表面、一用以輸配第一工藝氣體通過相對基材接收表面具有預設噴射角的多個狹縫的內部區(qū)域、以及一用以輸配第二工藝氣體通過有多個孔的外部區(qū)域。
在另一個實施例中，提供一種在等離子體增強的氣相沉積腔體中用于接收工藝氣體的噴頭組件，其包含一噴頭面板，該噴頭面板具有一用以接收氣體的上表面以及一用以釋出氣體的下表面。用于接收第一工藝氣體的上表面的一內面積包含多個第一開口，用以將上表面上方的第一工藝氣體引導至下表面的下方。用于接收第二工藝氣體的上表面的一外面積包含多個第二開口，用以將上表面上方的第二工藝氣體導流至下表面的下方。例如，冷卻組件可位于噴頭面板上方且與其接觸。一內部區(qū)域形成在該內面積與冷卻組件之間，而一外部區(qū)域形成在該外面積與冷卻組件之間。噴頭面板的內部區(qū)域可包含一等離子體隔板。
在另一個范例中，冷卻組件包含多個通路，用以引導第二工藝氣體進入該外部區(qū)域中。每個通路是以一預設角度延伸至外部區(qū)域。該預設角度可抑制氣體往回擴散或次級等離子體的形成。在一個范例中，此預設噴射角可介于約5°至約85°之間，較佳地是介于約10°至45°之間，更佳地介于約15°至35°之間。每個通路為第二工藝氣體提供進入外部區(qū)域的隱匿流動路徑(obscured flow path)。在范例中，冷卻組件可具有約36個通路。
在另一個實施例中，提供用以在工藝腔體中進行氣相沉積工藝的蓋組件，其包含一絕緣套與一等離子體篩。在范例中，絕緣套具有一中央信道與一外信道，該中央信道用以將來自上表面的第一工藝氣體引導至一擴充通道處(expanded channel)；以及該外通道是用以將來自上表面的第二工藝氣體引導至一凹槽(groove)處，該凹槽包圍著該擴充通道。在范例中，等離子體篩具有一上表面，該上表面包含一具有多個孔的內面積與一具有多個狹縫的外面積。絕緣套可位于等離子體篩的頂端，以形成一具有擴充信道的中央氣體區(qū)域以及一具有凹槽的環(huán)形氣體區(qū)域。
在另一個范例中，絕緣套位于等離子體篩的上方。絕緣套包含至少二個氣體通路，使得一第一氣體通路用以引導第一工藝氣體進入等離子體篩的內部區(qū)域中，以及一第二氣體通路用以引導第二工藝氣體進入等離子體篩的外部區(qū)域中。絕緣套包含電性絕緣材料，例如陶瓷材料、石英材料或上述材料的衍生物。
在另一個范例中，氣體歧管是設置在絕緣套上方且包含至少二個氣體通路。設置一第一氣體通路以提供第一工藝氣體通至絕緣套處，以及設置一第二氣體通路以提供第二工藝氣體通至絕緣套處。一第一導管與一第二導管可連接至該第一氣體通路并為該第一工藝氣體提供環(huán)形方向的氣流方式。第一與第二導管是獨立設置以引導在第一氣體通路內表面處的氣體。氣體流通常具有環(huán)形方向，其幾何形狀可為漩渦狀(vortex)、螺紋狀(helix)、螺旋狀(spiral)、旋轉狀(twirl)、扭轉狀(twist)、盤繞狀(coil)、圈狀(whirlpool)或上述形狀的衍生形狀。第一與第二導管是各自與第一氣體通路的中央軸間具有一角度。此角度可大于0°，較佳地大于約20°，更佳地大于約35°。一閥(valve)可連接在該第一導管與一前驅物源之間，以使ALD工藝具有大約10秒或更短的脈沖時間，較佳地是大約6秒或更短，更佳地是大約1秒或更短，例如介于約0.01秒至約0.5秒之間。
在另一個范例中，提供一種在工藝腔體中進行氣相沉積工藝的覆蓋組件(capping assembly)，其包含一絕緣套、一第一信道與一第二信道，該絕緣套具有一用以接收一接地氣體歧管的上表面，該第一通道是用以將來自上表面的第一工藝氣體引導至絕緣套的下表面，以及該第二通道是用以將來自上表面的第二工藝氣體引導至下表面。該下表面更包含一內部區(qū)域與一外部區(qū)域，使得該第一信道與該內部區(qū)域流體連通，而該第二信道與該外部區(qū)域流體連通。在范例中，內部區(qū)域包含一擴充信道。擴充通道的直徑介于約0.5厘米至約7厘米的范圍內，較佳地介于約0.8厘米至約4厘米之間，更佳地介于約1厘米至約2.5厘米之間。再者，擴充通道可包含一外徑，其介于約2厘米至約15厘米之間，較佳地介于約3.5厘米至約10厘米之間，更佳地是介于約4厘米至約7厘米之間。
在另一個范例中，提供一種用以在等離子體增強的氣相沉積腔體中接收工藝氣體的等離子體篩組件，其包含一等離子體篩。該等離子體篩具有一用以接收氣體的上表面與一用以釋出氣體的下表面的等離子體篩、位于該上表面上且用以接收第一工藝氣體的一內面積、以及位于該上表面且用以接收第二工藝氣體的一外面積；其中該內面積包含可引導第一工藝氣體由該上表面上方前往該下表面下方的多個第一開口，以及該外面積包含可引導第二工藝氣體由該上表面上方前往該下表面下方的多個第二開口。該內面積更包含不具多個開口的區(qū)帶以及該第一工藝氣體的第一流動型態(tài)是在視距方向朝向該區(qū)帶，該視距方向對多個開口造成阻礙。
在另一個范例中，等離子體篩組件包含一用以接收該第一工藝氣體的內面積以及一用以接收該第二工藝氣體的外面積。等離子體篩組件的內面積包含多個用以引導第一工藝氣體至等離子體隔板組件的孔。每個孔的直徑可介于約0.5毫米至約5毫米之間，較佳地介于約1毫米至約3毫米之間，例如約1.5毫米。等離子體篩的外面積包含多個狹縫，以引導第二工藝氣體進入該第二氣體區(qū)域中。該些狹縫可平行或實質平行于該基材接收表面，或該些狹縫可垂直或實質垂直于該多個位于等離子體篩第一面積內的孔。每個狹縫的寬度可介于約0.2毫米至約0.8毫米之間，較佳地介于約0.4毫米至約0.6毫米之間，例如約0.51毫米。等離子體篩組件包含至少約10個狹縫，較佳地約36個或更多個狹縫。再者，等離子體篩組件是由電性絕緣材料所形成，例如陶瓷材料、石英材料或上述材料的衍生物。
在另一個實施例中，提供一種在等離子體增強的氣相沉積腔體中用于接收工藝氣體的等離子體篩組件，其包含一可接收氣體的上表面以及一可釋出氣體的下表面。位于用于接收第一工藝氣體的上表面上的一內面積包含多個第一開口，以將該上表面上方的第一工藝氣體導流至該下表面的下方。位于用于接收第二工藝氣體的上表面上的一外面積包含多個第二開口，以將該上表面上方的第二工藝氣體導流至該下表面的下方處。
本發(fā)明實施例也提供一種在熱原子層沉積工藝與等離子體增強的原子層沉積(PE-ALD)工藝過程中形成材料于基材上的方法。在另一個實施例中提供一種方法，該方法包含導入至少一工藝氣體通過至少一導管以形成環(huán)形氣體流動型態(tài)、暴露基材至該環(huán)形氣體流動型態(tài)下、連續(xù)脈沖輸入至少一化學前驅物至該工藝氣體中以及由該工藝氣體激發(fā)出一等離子體以沉積一材料于該基材上。在一范例中，該環(huán)形氣體流動型態(tài)通常具有的環(huán)形幾何形狀可為漩渦狀(vortex)、螺紋狀(helix)、螺旋狀(spiral)、旋轉狀(twirl)、扭轉狀(twist)、盤繞狀(coil)、圈狀(whirlpool)或上述圖案的衍生形狀。可利用上述方法沉積的材料包含釕(ruthenium)、鉭(tantalum)、氮化鉭(tantalum nitride)、鎢(tungsten)或氮化鎢(tungsten nitride)。
在另一個范例中，提供一種沉積一材料于一基材上的方法，其包含放置一基材于具有腔體蓋組件的工藝腔體內的基材支持件上、導入至少一載氣(carrier gas)通過至少一導管以形成一環(huán)形氣體流動型態(tài)、暴露該基材至該環(huán)形氣體流動型態(tài)下、脈沖輸入至少一前驅物至該至少一載氣中、以及沉積含有來自該至少一前驅物中的至少一元素的材料于該基材上。腔體蓋組件可包含一具有一內部區(qū)域與一外部區(qū)域的噴頭組件、一設置在該噴頭組件上方用以引導一第一工藝氣體至該內部區(qū)域與引導一第二工藝氣體至該外部區(qū)域的等離子體篩、一位于該內部區(qū)域上方且介于該噴頭組件與該等離子體篩之間的第一氣體區(qū)域、以及一位于該外部區(qū)域上方的第二氣體區(qū)域。
在另一個范例中，提供一種用以沉積一材料于一基材上的方法，其包含設置一基材于包含一可形成環(huán)形方向氣體流的氣體輸送系統(tǒng)的工藝腔體內的基材支持件上、導入至少一載氣至該工藝腔體中以形成一環(huán)形氣體流動型態(tài)、以及于等離子體增強的原子層沉積過程中暴露該基材至該環(huán)形氣體流動型態(tài)下，其中該原子層沉積工藝包含連續(xù)地激發(fā)一等離子體并脈沖輸入一前驅物至該至少一載氣中以沉積一材料于該基材上。
在另一個范例中，提供一種用以形成釕材料于基材上的方法，該方法包含設置一基材于具有一噴頭、一等離子體隔板與一等離子體篩的等離子體增強的工藝腔體內，以及于原子層沉積工藝時將該基材連續(xù)暴露在吡咯釕(pyrrolyl ruthenium)前驅物與一試劑中，以形成釕材料于該基材上。吡咯釕前驅物包含釕以及至少一種吡咯配體(ligand)，該配體的化學分子式為
其中R1、R2、R3、R4、R5是分別選自氫或有機官能基，例如甲基(methyl)、乙基(ethyl)、丙基(propyl)、丁基(butyl)、戊基(amyl)、上述官能基的衍生或組合等。在一個范例中，R2、R3、R4、R5中各自為氫基或甲基。在其它范例中，R2、R5中各自為甲基或乙基。
此方法更提供一種吡咯釕前驅物，其可包含第一吡咯配體與第二吡咯配體，且第一吡咯配體可與第二吡咯配體相同或不相同?；蛘撸量┽懬膀屛锟砂谝贿量┡潴w與二烯配體(dienyl ligand)。例如，吡咯釕前驅物可為戊二烯吡咯釕(pentadienyl pyrrolyl ruthenium)前驅物、環(huán)戊二烯吡咯釕(cyclopentadienyl pyrrolyl ruthenium)前驅物、烷基戊二烯吡咯釕前驅物(alkylpentadienyl pyrrolyl ruthenium)或烷基環(huán)戊二烯吡咯釕(alkylcyclopentadienyl pyrrolyl ruthenium)前驅物。因此，此方法提供的吡咯釕前驅物可為烷基吡咯釕(alkyl pyrrolyl ruthenium)前驅物、雙(吡咯)釕(bis(pyrrolyl)ruthenium)前驅物、二烯吡咯釕(dienyl pyrrolyl ruthenium)前驅物或上述物質的衍生物。一些范例的吡咯釕前驅物包括雙(四甲基吡咯)釕(bis(tetramethyl pyrrolyl)ruthenium)、雙(2，5-二甲基吡咯)釕(bis(2，5-dimethyl pyrrolyl)ruthenium)、雙(2，5-二乙基吡咯)釕(bis(2，5-diethyl pyrrolyl)ruthenium)、雙(四乙基吡咯)釕(bis(tetraethylpyrrolyl)ruthenium)、戊二烯四甲基吡咯釕(pentadienyl tetramethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯2，5-二甲基吡咯釕(pentadienyl 2，5-dimethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯四乙基吡咯釕(pentadienyl tetraethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯2，5-二乙基吡咯釕(pentadienyl 2，5-diethylpyrrolyl ruthenium)、1，3-二甲基戊二烯吡咯釕(1，3-dimethylpentadienyl pyrrolyl ruthenium)、1，3-二乙基戊二烯吡咯釕(1，3-diethylpentadienyl pyrrolyl ruthenium)、甲基環(huán)戊二烯吡咯釕(methylcyclopentadienyl pyrrolyl ruthenium)、乙基環(huán)戊二烯吡咯釕(ethylcyclopentadienyl pyrrolyl ruthenium)、2-甲基吡咯吡咯釕(2-methylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)、2-乙基吡咯吡咯釕(2-ethylpyrrolylpyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。
在另一個范例中，提供一種用以形成釕材料于基材上的方法，該方法包含設置一基材于具有一噴頭、一等離子體隔板與一等離子體篩的等離子體增強的工藝腔體內，以及于PE-ALD工藝時連續(xù)暴露該基材至一活性試劑與一吡咯釕前驅物中。雖然等離子體可在PE-ALD工藝的任一時段中被激發(fā)，但是較佳地情況為在該基材暴露于該試劑中時激發(fā)等離子體。等離子體活化該試劑以形成一活性試劑?；钚栽噭┑姆独睔獾入x子體、氮氣等離子體與氫氣等離子體。在一PE-ALD工藝的實施例中，等離子體是由工藝腔體的外部來源產(chǎn)生，例如由一遠程等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)(PRS)來產(chǎn)生等離子體。然而，在一PE-ALD工藝的較佳實施例提供利用射頻(RF)產(chǎn)生器的等離子體工藝腔體在原位(in-situ)產(chǎn)生等離子體。
在另一個范例中，提供一種用以形成釕材料于基材上的方法，該方法包含設置一基材于具有一噴頭、一等離子體隔板與一等離子體篩的等離子體增強的工藝腔體內，以及于熱原子層沉積工藝時連續(xù)暴露該基材至一試劑與一吡咯釕前驅物中。在各種原子層沉積工藝過程中，釕材料可沉積于在基材上的阻障層(barrier layer)上(例如，銅阻障層)或介電材料(例如，低k介電材料)上。阻障層材料可包含鉭、氮化鉭、氮化硅鉭、鈦、氮化鈦、氮化硅鈦、鎢或氮化鎢。在范例中，釕材料是沉積于先前由ALD工藝或PVD工藝所形成的氮化鉭材料上。介電材料可包含二氧化硅(silicon dioxide)、氮化硅(siliconnitride)、氮氧化硅(silicon oxynitride)、摻雜碳的氧化硅(carbon-doped siliconoxides)或碳氧化硅(SiOxCy)材料。
可沉積導電金屬于釕材料上。導電材料可包含銅、鎢、鋁、上述金屬的合金或組合物等。在一方面，可在單一沉積工藝中形成單層的導電金屬。在另一方面，也可形成多層導電金屬，其中每層皆以不同的沉積工藝沉積形成。在一實施例中，利用初始沉積工藝以沉積一種晶層于該釕材料上，隨后利用另一沉積工藝于該種晶層上沉積一主體層(bulk layer)。在范例中，利用無電沉積(electroless deposition)工藝、電鍍工藝(ECP)或物理氣相沉積工藝(PVD)以形成一銅種晶層，以及利用一無電沉積工藝、電鍍工藝或化學氣相沉積工藝(CVD)以形成銅主體層。在另一個范例中，利用ALD工藝或PVD工藝以形成鎢種晶層，以及利用CVD工藝或PVD工藝以形成鎢主體層。



本發(fā)明的各項特征已于上述內容中闡述，有關本發(fā)明更特定的說明可參照附圖。然而需先聲明的是本發(fā)明的附圖僅為代表性實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，其它等效的實施例仍應包含在本發(fā)明的范圍中。
圖1A至圖1G繪示一本發(fā)明實施例中所述的工藝腔體的示意圖； 圖2A與圖2B繪示一本發(fā)明實施例中所述的隔離環(huán)的示意圖； 圖3A與圖3B繪示一本發(fā)明實施例中所述的噴頭的示意圖； 圖4A至圖4F繪示一本發(fā)明實施例中所述的水盒示意圖； 圖5A至圖5F繪示一本發(fā)明實施例中所述的等離子體隔板插件的示意圖； 圖6A與圖6B繪示一本發(fā)明實施例中所述的等離子體篩插件的示意圖； 圖7A至圖7C繪示一本發(fā)明實施例中所述的絕緣套插件的示意圖； 圖8A至圖8D繪示一本發(fā)明實施例中所述的氣體歧管組件的示意圖； 圖9A至圖9D繪示一本發(fā)明實施例中所述的氣體流的示意圖；以及 圖10A至圖10C繪示一本發(fā)明實施例中所述氣體流的各種示意圖。
其中，主要組件符號說明 8 基材10 軸 20 支持控制器 22 等離子體產(chǎn)生控制器 30 訊號總線系統(tǒng) 34 導管系統(tǒng) 36 真空抽氣系統(tǒng) 37 閥門 38 抽氣口 40 基材支持件 41 支持表面 42 端口 44 邊環(huán) 45 加熱組件 46 溫度傳感器 47 間隙 48a、48b、48c 內邊環(huán) 50 工藝腔體 51 控制單元 52 中央處理單元(CPU) 54 支持電路 56 內存 58 相關控制軟件 59 內腔體區(qū)域 60 工藝區(qū)域 61 阻氣間隙 62 上表面 70a-e 氣體源 72a-72e 閥門組件 80 腔體主體 82 隔離環(huán)襯墊 84 腔體襯墊 88 射頻帶 90 腔體主體組件 92 等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng) 94 射頻尖端 95a-b 絕緣體 96 匹配件 97 等離子體產(chǎn)生器 98 連接器 100 蓋組件101 調準狹縫 102 下表面103 蓋支持件 104 上表面106 把手 107 把手組件 108 熱隔離體 110 支持托架 116-118 端口 119 孔120 開口 122 凸緣表面 124 壁表面 200 隔離環(huán)202a-d 下表面 204 上表面205a-d 內表面 220 開口 300 噴頭 302a-c 下表面 303-304 上表面 305a-b 壁表面 306 上表面 310 孔 320 開口 322 凸緣324 上表面 328 環(huán) 330 環(huán)組件 332 凸緣350 接觸 400、400c-f 水盒402a-c 下表面 403、404 上表面 405 內表面 410 入口411 噴嘴 412 出口413 噴嘴 414a-b 凸緣表面 416a-c 內表面 420 開口421 源噴嘴 423 返回噴嘴425、427 線路 430 通路432c 訊號線圈 432d 多線圈 432e 分支或支線線圈 440 通路441 氣體區(qū)域 450 接觸500 等離子體隔板插件 501 溝槽502 下表面 503 上表面 504 下表面 505 上表面 506 開口 508 開口510 狹縫 512 下邊緣 513 間隙 514 上邊緣 515 徑向線 520 頭錐522 錐表面 526a 上通路 526b 下通路 528 阻氣門 530 孔 531、532、535、537 線 533 徑向線 538 軸向線 539 虛線圓形 540 氣體區(qū)域600 等離子體篩插件 601 中央部分602 上表面 603 下表面 604 上表面 605a-b 內壁表面 606 上表面 608 上表面 612 孔 614 狹縫622 溝槽 624、626 壁表面 630 內部區(qū)域 631 環(huán)組件 632 外部區(qū)域 640 氣體區(qū)域700 絕緣套 703a-e 下表面 704 上表面 707 孔 710、720 通道 721 上部分 722 擴展通道 723 下部分 725 凹槽 726 孔 742 氣體 744 氣體區(qū)域780 夾鉗 782 絕緣部 784 金屬夾鉗部 800 氣體歧管組件806 歧管檔塊 808 隔離體 810 通道 811 氣體入口813 氣體入口 814 凸緣815 氣體入口 816 壁表面 820 通道 821 通道導管822 包圍鏡片 823 通道導管824 鏡片邊環(huán) 825 表面826 窗口組件 830 氣體導管組件831 導管 832、834 凸緣 836 導管 838 導管840 導管組件 842 下歧管 843 孔 844 上歧管 850 歧管套組件 852、854 氣體通道支持件 880、882、884 氣體導管 910 氣體區(qū)域912、914 流動型態(tài) 915a-c 中央線 916 流動型態(tài) 917 徑向線 918 流動型態(tài) 920 氣體區(qū)域 922、922a-c 流動型態(tài) 923 環(huán)形路徑 950 區(qū)域 1021 通道導管1082、1084 導管 1086 導管
具體實施例方式 本發(fā)明實施例提供一種可在原子層沉積工藝(ALD)，或較佳在等離子體增強的原子層沉積工藝(PE-ALD)過程中沉積材料的設備。本發(fā)明的其它實施例提供于工藝腔體中形成材料的工藝。在實施例中，工藝腔體是用以進行等離子體增強的原子層沉積工藝并具有多個電性絕緣、接地或高頻熱的零件。在范例中，腔體主體與氣體歧管組件是接地且以例如絕緣套、等離子體篩插件與隔離環(huán)等電性絕緣零件分隔開來。一噴頭、一等離子體隔板與一水盒是設置在這些絕緣零件之間，且在受到等離子體產(chǎn)生器啟動時，會具有射頻熱(RF hot)。
硬件 圖1A至圖1G繪示蓋組件100的示意圖，其可用以進行各種原子層沉積工藝。在實施例中，工藝腔體50可于熱原子層沉積工藝或等離子體增強的原子層沉積工藝時形成材料于基材8上。圖1A繪示工藝腔體50的剖面圖，其可用以制作集成電路。工藝腔體50包含連接至腔體主體組件90的一蓋組件100。處理基材的工藝區(qū)域60于是形成并通常位于蓋組件100與腔體主體組件90之間，更明確來說，工藝區(qū)域60是位于基材支持件40的支持表面41與基材8的正上方以及位于上表面62的正下方。在一實施例中，在上表面62與支持表面41之間的腔體間隔(spacing)是介于約0.5毫米至約50毫米之間，較佳介于約1毫米至12毫米之間，更佳是介于約4毫米至8毫米之間，例如5.84毫米(0.23英時)。視沉積工藝中不同的輸送氣體與工藝條件，可改變該間隔。
基材支持件40包含邊環(huán)(edge ring)44與加熱組件45(圖1A與圖1G)。加熱組件45是嵌入于基材支持件40內。邊環(huán)44是設置在基材支持件40的周圍并位于基材支持件40的上部位上。內邊環(huán)48a、48b、48c是位于加熱組件45上，且位于邊環(huán)44覆蓋住該基材支持件40的上部位的該區(qū)段下方。邊環(huán)44可當作清洗環(huán)(purge ring)，以引導邊緣清洗氣體由基材支持件40處通過位于內邊環(huán)48a、48b、48c之間的間隙47、邊環(huán)44與加熱組件45，最后通過基材8的邊緣上方(圖1G)。邊緣清洗氣體流可避免反應性工藝氣體擴散至加熱組件45處。
阻氣間隙(choke gap)61是形成在邊環(huán)44與上表面62之間的環(huán)繞間隙或間隔，更明確而言，是形成在邊環(huán)44的上緣表面與隔離環(huán)200的下表面202d之間?？恐糠址珠_工藝區(qū)域60與內部腔體區(qū)域59的非均勻壓力分布區(qū)，阻氣間隙61也有助于在工藝區(qū)域60內提供更均勻壓力分布。阻氣間隙61可視工藝條件與所需的抽氣效率而改變。利用調整阻氣間隙61，可控制沉積工藝過程中的抽氣效率。降低基材支持件40即可增加阻氣間隙61，而升高基材支持件40可減少阻氣間隙61。通過改變阻氣間隙61的距離，可調整從位于工藝腔體50下部位的抽氣口38(pumping port)至通道820中央間的抽氣傳導(pumping conductance)，來控制在沉積工藝中膜的厚度與均勻性。在一實施例中，上方阻氣間隙61的間隔是介于約0.5毫米至約50毫米之間，較佳地介于約1毫米至5毫米之間，更佳地是介于約2.5毫米至4毫米之間，例如33毫米(0.13英時)。
在一實施例中，抽氣傳導的壓差可加以控制，以減少或消除次級等離子體的生成。因為等離子體的生成與維持是與離子濃度相關，所以可減少在特定區(qū)域內的壓力以將離子濃度最小化。因此，可避免次級等離子體生成于工藝腔體的特定區(qū)域中。在一較佳實施例中，工藝腔體50是用以進行PE-ALD工藝。因此，整個工藝腔體50內的各個區(qū)域與零件是電性絕緣、接地或具有高頻熱。在一范例中，腔體主體80與氣體歧管組件800是接地且以電性絕緣的隔離環(huán)200、等離子體篩插件600以及絕緣套700加以分隔。在電性絕緣零件之間的噴頭300、等離子體隔板插件500以及水盒400在受等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)92(第1E圖)啟動時會具有高頻熱。工藝腔體50也包含絕緣環(huán)襯墊(insulator ring liner)82、腔體襯墊84與其它絕緣襯墊，以減少或完全消除任何在上表面62與腔體主體組件90之間的可直視性(line-of-sight)。絕緣襯墊有助于減少或消除等離子體對腔體主體組件90的金屬表面的腐蝕作用。因此，當產(chǎn)生等離子體時，基材支持件40與位于其上的晶片是與噴頭300成為一接地通路(grounded path)。
參照圖1A，因為工藝區(qū)域60與內部腔體區(qū)域59隔離開來，反應氣體或清洗氣體僅需要足以填充工藝區(qū)域60的量，以確?；?能充分暴露于反應氣體或清洗氣體中。在公知的化學氣相沉積工藝中，需要工藝腔體以同時并均勻地提供由數(shù)種反應物所構成的組合氣流至整個基材表面上，以確保這些反應物的反應在基材8表面上均勻發(fā)生。在ALD工藝中，工藝腔體50是用以使基材8連續(xù)接觸諸如氣體或等離子體的化學反應物，這些化學反應物是如同一薄層般地吸附或發(fā)生反應于基材8的表面上。于是，ALD工藝不需要反應物同時到達基材8的表面。反而所提供的反應物量僅需要足以吸附在基材8表面而形成一薄層或足以與基材8表面上的吸附薄層發(fā)生反應的量。
相較于公知CVD腔體的內部容積，工藝區(qū)域60包含一較小體積，所以在ALD程序的特定工藝中需要用來填充工藝區(qū)域60的氣體量較少。因為內腔體區(qū)域具有大約20升的體積，工藝區(qū)域60是與內腔體區(qū)域59分開以形成較小體積，例如大約3升或更小，較佳約2升，更佳約1升或更小。在一個適合處理直徑200毫米的基材的腔體中，工藝區(qū)域60約為1000立方厘米或更小，較佳約500立方厘米或更小，更佳約為200立方厘米或更小。在一個適合處理直徑300毫米的基材的腔體中，工藝區(qū)域60大約為3000立方厘米或更小，較佳約1,500立方厘米或更小，更佳約為1000立方厘米或更小，例如約800立方厘米或更小。在一個適合處理直徑為300毫米的基材的腔體實施例中，工藝區(qū)域60的體積大約為770立方厘米或更小。在另一個實施例中，可升高或降低基材支持件40以調整工藝區(qū)域60的體積。例如，升高基材支持件40以形成體積具有770立方厘米或更小的工藝區(qū)域60。越小的工藝體積在工藝中需要注入工藝腔體50中的氣體越少(例如，工藝氣體、載氣或清洗氣體)。由于用來供應與移除氣體的時間較短，所以工藝腔體50的產(chǎn)量可較大，且因為使用較少量的氣體，減少化學前驅物與其它氣體的浪費，因而降低運作成本。
圖1B進一步顯示蓋組件100與其零件的分解圖。具有下表面102與上表面104的蓋支持件103可由各種材料所形成，包括金屬材料。較佳地，蓋支持件103是由金屬所形成，諸如鋁、鋼、不銹鋼(例如，可選擇性包含鎳的鐵鉻合金)、鐵、鎳、鉻、上述金屬的合金或組合物等。蓋組件100可通過鉸煉(hinge，未顯示)而連結至腔體主體組件90上。一旦蓋組件在閉合位置上時，于蓋支持件103上的調準狹縫101是與連結至腔體主體組件90的一桿(post，未顯示)對準。蓋支持件103也包含位于上表面104的支持托架(support bracket)110與把手組件(handle assembly)107。把手組件107可包含一熱絕緣體108，其位于把手106與上表面104之間。再者，蓋組件100具有突出表面(ledge surface)122與壁表面(wall surface)124。多個孔與開口，例如端口116、117與118，也可貫穿蓋支持件103而可提供供導管、軟管、扣件(fasteners)、器具與其它裝置的通路。蓋支持件103更包含未貫穿的孔。例如，孔119可帶有螺紋狀，且用以接收諸如螺絲或螺栓等扣件。
蓋組件100更包含隔離環(huán)200、噴頭300、水盒400、等離子體隔板插件500、等離子體篩插件600、絕緣套700以及氣體歧管組件800。蓋組件100的每個零件(即，隔離環(huán)200、噴頭300、水盒400、等離子體隔板插件500、等離子體篩插件600、絕緣套700或氣體歧管組件800)的尺寸大小可加以改變以處理各種尺寸的基材，例如直徑為150毫米、200毫米、300毫米或更大的晶片。再者，可設置每個零件并以夾鉗(clip)780固定在蓋支持件103上。夾鉗780在水盒400的上表面404上方夾緊，且以穿過孔119的扣件將其固定住(圖1A至圖1G)。在范例中，夾鉗780包含金屬夾鉗部(metal clipsegment)784，其位于絕緣部(insulator segment)782上。絕緣部782可由電性絕緣材料、絕熱材料或上述材料的組合所形成。當夾鉗780固定蓋組件100的各種零件時，絕緣部782在上表面404與蓋支持件103之間提供電性絕緣與熱絕緣。當調準時，軸10會通過蓋組件100的中央，包含通過蓋支持件103的開口120、隔離環(huán)200的開口220、噴頭300的開口320、水盒400的開口420、等離子體隔板插件500的頭錐520、等離子體篩插件600的中央部位601、絕緣套700的通道720以及氣體歧管組件800的信道820。
圖1C繪示在蓋組件100與軸10下方的視圖以顯示蓋支持件103的上表面62與下表面102。工藝區(qū)域60的上表面62是由隔離環(huán)200的下表面202d與205d、噴頭300的下表面302c以及等離子體隔板插件500的下表面502所共同形成?；?是位于工藝區(qū)域60內的下表面62下方，且在沉積工藝中暴露在工藝氣體下。在一實施例中，于ALD工藝時是相繼暴露基材于至少兩種工藝氣體中(例如，氣體或等離子體)。在ALD工藝的范例中，基材8是暴露在來自等離子體隔板插件500的狹縫510的第一工藝氣體中，以及暴露在來自噴頭300的孔310的第二工藝氣體中。
沿著軸10的視圖進一步顯示，盡管在下表面502處可看見狹縫510的開口508，但看不見狹縫510的另一端，例如在上表面503的開口506(圖5C)。此軸10下方的阻礙視圖是起因于狹縫510的角度(圖5B中的角度α1)，其顯示位于等離子體隔板插件500上方介于工藝區(qū)域60與氣體區(qū)域640之間的通路無法直視到底。在工藝區(qū)域60與氣體區(qū)域640之間具有受阻路徑較可直視到底的未受阻路徑具有更多優(yōu)點，包含減少或消除在等離子體隔板插件500內或上方的次級等離子體。
在本文中所使用的「直視」(Line-of-sight)是指在兩點之間的直通路徑或實質直通的路徑。該直通路徑或實質直通路徑為至少兩點之間的氣體或等離子體提供未受阻礙或暢通的通路。一般來說，受阻礙或不直通(obscured)的通路可允許氣體通過同時阻止或實質減少等離子體通過。因此，直視性通路通常允許氣體或等離子體通過，而在兩點間不具直視性的通路則阻止或實質減少等離子體通過但允許氣體通過。
在一實施例中，可將上表面62的一部份，稱其為下表面(lowersurface)302c與下表面502，予以粗糙化(例如，透過機械加工)以使上表面62具有更多的表面積。上表面62增加表面積可增加沉積工藝中累積材料的附著度，并因為減少累積材料的剝落進而減少污染。在范例中，下表面302c與下表面502各自的平均粗糙度(Ra)可至少約15微英時(大約0.38微米)，較佳地約100微英時(約2.54微米)，更佳約200微英時(約5.08微米)或更高。蓋支持件103的下表面102也可粗糙化，以具有至少大約15微英時(約0.38微米)的粗糙度，較佳為至少約50微英時(約1.27微米)，例如大約54微英時(約1.37微米)。
圖1B與圖1D進一步繪示出氣體歧管組件800，其包含導管組件840、歧管套組件850與氣體導管組件830。歧管套組件850具有可觀察激發(fā)等離子體的窗口組件826(圖1A)?；蛘撸绻芴捉M件850可包含不具窗口的表面825(圖1D)。當氣體導管組件830可在凸緣834處與端口117連接且流體連通，同時氣體導管組件830延伸至與歧管檔塊(manifold block)806上的氣體入口813連接且流體連通(圖1D與圖8D)。
在一實施例中，等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)92是借著射頻帶(RF strap)88而連結至蓋組件100上(圖1D)。一部份的等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)92，稱其為射頻尖端(RF stinger)94與絕緣體95a，突出并穿通位于蓋支持件103上的端口116且連接至噴頭300與水盒400。當RF帶將RF尖端94電性連接至區(qū)域950時，絕緣體95a使RF尖端94與蓋支持件103電性絕緣，其中該區(qū)域950包含位于噴頭300與水盒400上的接觸點(contact)350與450。RF尖端94為諸如金屬桿或電極等導電材料，其包含銅、黃銅(brass)、不銹鋼、鋼、鋁、鐵、鎳、鉻、上述金屬合金、其它導電材料或上述材料的組合。
等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)92更包含等離子體產(chǎn)生器97，其安裝于腔體主體80下方(圖1E)。絕緣體95b位于等離子體產(chǎn)生器97與腔體主體80之間以電性隔離等離子體產(chǎn)生器97。匹配件96可突出貫穿絕緣體95b且與腔體主體80電性接觸。等離子體產(chǎn)生器97更包含連接器98。在一范例中，連接器98是為RF共軸纜線連接器(RF coaxial cable connector)，例如N型連接器。等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)92可通過連接至訊號總線系統(tǒng)(signal bus system)30的等離子體產(chǎn)生控制器(plasma generator controller)22來操作。在一個范例中，等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)92的工藝條件可設定以在電壓約300瓦、電流約9安培的條件下具有大約4歐姆(ohms)的腔體阻抗。等離子體系統(tǒng)與工藝腔體可與蓋組件100一同使用或可當作等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)92使用，以及腔體主體組件90是為可在加州圣塔克拉拉的應用材料公司(Applied Materials，Inc)購得的

CVD腔體。有關等離子體系統(tǒng)與工藝腔體是進一步公開于共同受讓的美國專利號5846332、6079356與6106625中，該些案件公開出等離子體產(chǎn)生器、等離子體腔體、氣相沉積腔體、基材底座以及腔體襯墊，在此是以參考方式納入該些案件的內容。
工藝腔體50的腔體主體組件90包含絕緣環(huán)襯墊82，其用以降低等離子體接觸腔體主體80且有助于將等離子體局限在工藝區(qū)域60中(圖1F)。再者，腔體主體組件90通常罩蓋住基材支持件40，該支持件40連結至位于內腔體區(qū)域59的桿42上。使用支持控制器20可使基材支持件40在工藝腔體50內的垂直方向移動。在實施例中，基材支持件40是可轉動。工藝區(qū)域60位于基材支持件40的上方與蓋組件100的下方，較佳是至少位于噴頭300、等離子體隔板插件500與部分的隔離環(huán)200下方。
視特定工藝而定，于預處理步驟、沉積步驟、后處理步驟或其它在制作過程中使用的工藝步驟之前或當中，可加熱基材8至某特定溫度。例如，可利用嵌入式加熱組件45以加熱基材支持件40。通過施加來自交流電源的電流至加熱組件45，可以電阻加熱方式來加熱基材支持件40?；?是因基材支持件40而受熱。另一個方式為透過諸如燈管(未顯示)的輻射熱源以加熱基材支持件40。
也可將例如熱偶計(thermocouple)等溫度傳感器46嵌入基材支持件40內以監(jiān)測基材支持件40的溫度。所測量的溫度是用于前饋回路中以控制供應至加熱組件45的交流電源供應，如此基材8的溫度便可加以維持或控制在特定工藝的需求溫度?；纳挡迳?lift pin)(未顯示)也可嵌入至基材支持件40中以使基材由支持件表面41處升高。
真空抽氣系統(tǒng)36是用以排空并維持在工藝腔體50內的壓力(圖1F)。真空抽氣系統(tǒng)36通過抽氣端口38與閥門37而與工藝腔體50連接。氣體歧管組件800位于基材支持件40的上方，而工藝氣體透過該氣體歧管組件800進入工藝腔體50中。氣體歧管組件800可連接至氣體面板(gas panel)上，其控制并供給各種工藝氣體注入工藝腔體50中。
氣體源70a、70b、70c、70d、與70e提供前驅物氣體、載氣或清洗氣體通過導管系統(tǒng)34進入工藝腔體50中。氣體源70a、70b、70c、70d、與70e可直接或間接地連接至一化學供給或一氣體供給。化學或氣體供給包含儲槽(tank)、安瓿(ampoule)、鼓泡器(bubbler)、噴霧器(vaporizer)或其它可儲存、傳送或形成化學前驅物的容器。化學或氣體供給也可來自內部來源。連接至控制單元51的閥門組件72a、72b、72c、72d與72e可適當?shù)乜刂婆c調節(jié)來自氣體源70a、70b、70c、70d、與70e的氣體流進入氣體歧管組件800。氣體歧管組件800能引導工藝氣體進入工藝腔體50中，并且可選擇性加熱該歧管組件以避免任何氣體凝結在歧管組件800的導管或管線內。
每個閥門組件72a、72b、72c、72d與72e可包含隔板(diaphragm)與閥座(valve seat)?？筛髯圆捎檬┘悠珘夯驒C械啟動(actuated)的方式開啟或關閉隔板。隔板可以氣動或電子方式啟動。氣動閥門可于Fuiikin與Veriflow公司購得，而電子啟動閥門可于Fujikin公司購得。控制單元51可耦接至閥門組件72a、72b、72c、72d與72e以控制閥門隔板的啟動。氣動閥門可提供時距大約0.02秒的氣體脈沖。電子啟動閥門可提供時距大約0.005秒的氣體脈沖。一般而言，氣動閥門與電子啟動閥門可提供時距高達大約3秒的氣體脈沖。雖然較高時距的氣體脈沖是可行的，但是典型ALD工藝使用用來產(chǎn)生氣體脈沖的ALD閥門在閥門開啟的時距大約為5秒或更短，較佳大約為3秒，更佳大約為2秒或更短。在一實施例中，ALD閥門脈沖開合的時間間隔介于約0.005秒至3秒之間，較佳介于約0.02秒至約2秒之間，更佳介于約0.05秒與1秒之間。電子啟動閥門通常需要耦接在閥門與控制單元51之間的驅動器。在另一個實施例中，每個閥門組件72a、72b、72c、72d與72e可包含質量流量控制器(MFC)以控制氣體散布、氣體流速與其它ALD脈沖程序相關因素。
在ALD設備內的前驅物或氣體輸送系統(tǒng)是用以儲存與輸配化學前驅物、載氣、清洗氣體或上述氣體的組合物等。輸送系統(tǒng)可包含閥門(例如，ALD閥門或質量流量控制器)、導管、儲存器(reservoirs)、安瓿與鼓泡器、加熱器以及/或控制單元系統(tǒng)，其可與工藝腔體50或蓋組件100一起使用并與氣體歧管800或導管系統(tǒng)34流體連通。在范例中，輸送系統(tǒng)可包含氣體源70a～70e以及連接至控制單元51的閥門組件。用于ALD工藝的輸送系統(tǒng)是闡述在共同受讓且審理中的美國專利申請案11/127753中，該案在2005年5月12日申請，名稱為「用于含鉿高k材料的原子層沉積的設備與方法」(Apparatus and Methods for Atomic Layer Deposition of Hafnium-ContainingHigh-k Materials)，公開號為2005-0271812；于2005年4月29日申請的美國專利申請案11/119388，名稱為「控制氣流與輸送以抑制微粒在MOCVD/ALD系統(tǒng)中生成的方法」(Control of Gas Flow and Delivery to Suppress theFormation of Particle in an MOCVD/ALD System)，其公開號為2005-0252449；于2002年10月25日申請的美國專利申請案10/281079，名稱為「用于原子層沉積的氣體輸送設備」(Gas Delivery Apparatus for AtomicLayer Deposition)，其公開號為2003-0121608；以及2003年11月3日申請的美國專利申請案10/700328，名稱為「具有流速控制的前驅物輸送系統(tǒng)」(Precursor Delivery System with Rate Control)，其公開號為2005-009859，在此是以參考方式納入該些參考文獻的內容。
諸如個人計算機或工作站計算機等控制單元51可耦接至工藝腔體50上以控制工藝條件。例如，控制單元51可設計在基材工藝程序的不同階段中控制各種工藝氣體與清洗氣體由氣體源70a-70e處通過閥門組件72a-72e。例如，控制單元51包含中央處理單元(CPU)52、支持電路(support circuitry)54與具有相關控制軟件58的內存(memory)56。
軟件例程可儲存在內存56中或由一遠程來源(例如，計算機或服務器)所執(zhí)行。執(zhí)行軟件例程以啟動工藝配方或程序。當執(zhí)行軟件例程時，普通計算機將轉換成在腔體工藝過程中控制腔體運作的特定工藝計算機。例如，于執(zhí)行根據(jù)本文中所述實施例的工藝程序時，軟件例程可透過操作閥門組件72a-72e而精確控制氣體源70a-70e的啟動?；蛘撸浖炭稍谟布袌?zhí)行，例如特定用于集成電路的硬件或其它型式的硬件或是軟件與硬件的組合等。
控制單元51可以是任何一種可用于工業(yè)設定以控制各種反應室與次處理器的普通計算機處理器。CPU 52可利用任何合適的內存56，例如隨機存取內存、只讀存儲器、軟盤機、光驅、硬盤或其它內部或遠程的數(shù)字儲存形式。各種支持電路可耦接至CPU 52上以支持工藝腔體50?？刂茊卧?1可耦接至鄰近獨立腔體零件的其它控制器，例如閥門組件72a-72e的程序邏輯控制器?？刂茊卧?1與工藝腔體50的其它零件之間的雙向溝通是由多個集合的訊號纜線，也就是訊號總線30所處理，有些總線是繪示于圖1F中。除了控制來自氣體源70a-70e的工藝氣體與清洗氣體之外，閥門組件72a-72e、任何程序邏輯控制器與控制單元51可負責自動控制在制造工藝中的其它動作?？刂茊卧?1是連接至等離子體產(chǎn)生器控制器22、真空抽氣系統(tǒng)36以及包含溫度監(jiān)控、控制與升降插梢(未顯示)控制的支持控制器(supportcontroller)。
隔離環(huán)200包含開口220(圖2A與圖2B)且位于噴頭300與蓋支持件103之間(圖1A與圖1B)。隔離環(huán)200包含上表面204以支持噴頭300。開口220可與開口120對準，使得軸10通過該些開口的中央。隔離環(huán)包含朝軸10向內逐漸變細的內表面205a、205b、205c與205d。
隔離環(huán)200更包含下表面202a、202b、202c與202d。當支撐住隔離環(huán)200時，下表面202a可用以接觸蓋支持件103的凸出表面(ledge surface)122。當下表面202d與205d為上表面62的一部份時，下表面202d與205d形成工藝區(qū)域60。上表面62中由下表面202d所形成該部份是在工藝區(qū)域60與內腔體區(qū)域59之間形成外環(huán)密封(outer ring seal)。隔離環(huán)200可由能抵抗等離子體或抵抗工藝反應物的電性絕緣材料所形成。隔離環(huán)200也可包含熱絕緣材料?？勺鳛楦綦x環(huán)200的材料包含陶瓷、石英、熔融石英塊、藍寶石、熱解氮化硼(pyrolytic boron nitrite，PBN)材料、玻璃、塑料、上述材料的衍生物或組合等。
噴頭300包含開口320(圖3A與圖3B)且可位于隔離環(huán)200與水盒400之間(圖1A與圖1B)。噴頭300包含上表面303、304與306，其中上表面304與306可用以支撐水盒400。壁表面305a與305b位于上表面303、304與306之間。噴頭300更包含下表面302a、302b與302c。當支撐住噴頭300時，下表面302a可當作隔離環(huán)200的上表面204。當下表面302c成為上表面62的一部份時，其也形成工藝區(qū)域60(圖1C)。噴頭300可由各種材料所形成，包含金屬或其它導電材料。較佳地，噴頭300是由金屬所形成，例如鋁、鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鉻、上述金屬的合金或組合等。
開口320貫穿噴頭300且與開口120與220對準，使得軸10可通過每個開口的中央(圖1B)。再者，開口320貫穿環(huán)組件330。環(huán)組件330位于噴頭300的中央且可用以容納等離子體隔板插件500。環(huán)組件330包含設置在上表面303表面上方的環(huán)328。凸出部(ledge)332由環(huán)328處向內朝軸10的方向突出，且用以支撐等離子體隔板插件500于凸出部332上。凸出部322由環(huán)328處以遠離軸10的方向向外突出且用以配合上表面304與306一同支撐水盒400。環(huán)328的上表面324是用以支撐等離子體篩插件600。
噴頭300的上表面303接收工藝氣體，并透過孔310而輸送至工藝區(qū)域60中?？?10從上表面303貫穿噴頭300至下表面302c處以提供兩處之間的流體連通。在噴頭300中的孔310直徑介于約0.1毫米與約1毫米之間，較佳地是介于約0.2毫米與0.8毫米之間，更佳地介于約0.4毫米至0.6毫米之間。噴頭300可具有至少約100個孔，較佳地具有約1000個孔，更佳具有約1500或更多個孔。視孔310的大小、孔310的分布狀況、基材大小與所需的暴露速率而定，噴頭300可具有多達6000個孔或10000個孔。多個孔310之間可具有不同或一致的幾何形狀。在范例中，噴頭300由金屬所構成(例如，鋁或不銹鋼)，且具有1500個直徑為0.5毫米的孔。
噴頭300包含開口320(圖3)且位于隔離環(huán)200與水盒400之間(圖1A與圖1B)。噴頭300包含上表面303、304與306，其中上表面304與306可用以支撐水盒400。壁表面305a與305b介于上表面303、304與306之間。噴頭300更包含下表面302a、302b與302c。當支撐噴頭300時，下表面302a可當作隔離環(huán)200的上表面204。當下表面302c作為上表面62的一部份時，其也形成工藝區(qū)域60(圖1C)。噴頭300可由各種材料所形成，包含金屬或其它導電材料。較佳地，噴頭300是由金屬所形成，例如鋁、鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鉻、上述金屬的合金或組合物等。
多個孔310是貫穿形成于噴頭300中，使得上表面303與下表面302c間流體連通?？?10可具有各種大小且以多種圖案散布在上表面303與下表面302c上。每個孔310的直徑介于約0.1毫米至約1毫米之間，較佳地是介于約0.2毫米與0.8毫米之間，更佳地介于約0.4毫米至0.6毫米之間，例如約0.51毫米(0.02英時)。噴頭300可具有至少約100個孔，較佳地具有約1000個孔，更佳地是具有約1500或更多個孔。視孔310的大小、孔310的分布狀況、基材大小與所需的暴露速率而定，例如，噴頭300可具有6000個孔或10000個孔。較佳地，噴頭300由金屬所構成(例如，鋁或不銹鋼)且具有1500個直徑為0.5毫米的孔。
包含開口420的水盒400(圖4A與圖4B)可位于噴頭300(圖1A與圖1B)的頂端且通過移除蓋組件100的熱而調節(jié)溫度。開口420包含凸出表面414a與414b以及內表面416a、416b與416c。多個通路440由內表面416b處放射狀地向內延伸貫穿水盒400直到下表面402c處。開口420是用以接收等離子體隔板插件500、等離子體篩插件600、絕緣套700。絕緣套700可位于凸出表面414a上。水盒400可由各種包含金屬的材料所形成。較佳地，水盒400是由金屬所形成，例如鋁、鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鉻、上述金屬的合金或組合物等。水盒400的下表面402a、402b是置于噴頭300的上表面304與306上。水盒400也包含上表面403，其被具有上表面404的內表面405所包圍。水盒400有助于移除蓋組件100的熱，尤其是噴頭300處的熱。上表面403包含入口410與出口412，該入口410與出口412與通路430間流體連通。在沉積工藝中，具有初期溫度的流體是通過入口410而供應至水盒400處。當流體行經(jīng)通路430時，流體可吸收熱。具較高溫度的流體可經(jīng)由出口412而自水盒400處移除。
流體可為液態(tài)、氣態(tài)或超臨界狀態(tài)，其可適時吸收并驅散熱量?？捎糜谒?00中的液體包含水、油、酒精、乙二醇、乙二醇醚類、其它有機溶劑、超臨界流體(例如二氧化碳)、上述液體的衍生物或混合物等。氣體可包含氮氣、氬氣、空氣、氫氟碳化合物(HFCs)或上述氣體的組合物。較佳地，提供給水盒400的流體是水或水/酒精混合物。
入口410可用以接收連接至線路425(例如，軟管(hose))的噴嘴411，該線路425與流體源流體連通。同樣的，出口412可用以接收連接至線路427(例如，軟管)的噴嘴413，該線路427與流體回收處(fluid return)流體連通。流體源與流體回收處可以是內部冷卻系統(tǒng)或獨立的冷卻系統(tǒng)。線路425與427連接至來源噴嘴421以及返回噴嘴423，該些噴嘴通過支持件托架110而固定在蓋支持件103上。線路425與427可為圓管(tube)、軟管、導管或線路。
在實施例中，供給至水盒400的流體具有介于約-20℃至約40℃的溫度，較佳地介于約0℃至約20℃。可調整溫度、流速與流體組成以適度移除包含噴頭300的蓋組件100的熱，同時將水盒400保持在預定溫度。水盒400可維持在預設溫度內，此預定溫度介于約0℃至約100℃之間，較佳介于約18℃至約65℃之間，更佳介于約20℃至約50℃之間。
在另一實施例中，圖4C至圖4F繪示可用以取代通路430的不同幾何形狀的通路430c、430d、430e與430f。通路430c-430f可包含圍繞開口420的部分循環(huán)(loop)432c(圖4C)、單一循環(huán)432d(圖4D)、多循環(huán)432e(圖4E)或包含分支或支線432f(圖4F)。
氣體區(qū)域540是位于噴頭300的上表面303上方以及水盒400的下表面402c下方。通路440由內表面416b延伸貫穿水盒400并進入氣體區(qū)域540。內表面416b可向內彎曲凹陷以形成氣體區(qū)域441，該氣體區(qū)域441位于內表面416b、等離子體篩插件600以及絕緣套700之間(圖7C)。氣體區(qū)域441包圍等離子體篩插件600以維持與狹縫614間的流體連通。通路440在氣體區(qū)域441與540之間提供流體連通。水盒400包含數(shù)個通路440。例如，水盒400可包含至少10個通路，較佳包含至少24個通路，更佳包含至少36個通路或更多。
圖5A至圖5F繪示等離子體隔板插件500的示意圖，如一些實施例中所述般，其可作為蓋組件100的一部份。等離子體隔板插件500是用以接收來自氣體區(qū)域640的工藝氣體，并輸配或送出工藝氣體至工藝區(qū)域60中。較佳地，等離子體隔板插件500是以一預設角度來輸配工藝氣體。下表面503包含多個狹縫510，這些狹縫510延伸貫穿等離子體隔板插件500直到下表面502，以輸配工藝氣體至工藝區(qū)域60中。
等離子體隔板插件500是如圖所示般包含頭錐520，其由上表面503處延伸至錐表面522(圖5A)。錐表面522可具有各種幾何形狀，例如平面(圖5B)，或者頭錐520可延伸至一點(未顯示)。較佳地，錐表面522是實質水平以接觸等離子體篩插件600。頭錐520可延伸至氣體區(qū)域640中，該氣體區(qū)域640形成在等離子體隔板插件500上方、等離子體篩插件600下方以及環(huán)組件330內。頭錐520在氣體區(qū)域640內占有一預定體積。若頭錐520占據(jù)較大體積，則在沉積工藝中需要用來填充氣體區(qū)域640的工藝氣體量較少。于是，因為在每次ALD工藝的半周期中可較快地供給或移除在氣體區(qū)域640中的工藝氣體，因此可具有較短的ALD周期。
等離子體隔板插件500包含具有下表面502的下邊緣(lower rim)512，以及具有上表面505與下表面504的上邊緣514。下邊緣512與上邊緣514是以間隙513分隔開來?？稍O置一襯墊(gasket)在間隙513內以提供較佳導電性或較佳密封。襯墊可包含O型環(huán)(O-ring)或密封劑(sealant)。較佳地，襯墊是為RF襯墊且包含導電材料，例如金屬纜線或摻雜導電材料的聚合物。在一較佳實施例中，諸如纏繞的不銹鋼纜線等RF襯墊是沿著間隙513設置，以提供與噴頭300間的導電接觸。等離子體隔板插件500可位于噴頭300的開口320內，以使上邊緣514的下表面504位于噴頭300的凸出部332上(圖1A與圖1B)。等離子體隔板插件500也被環(huán)組件330所圍繞而位于開口320內。等離子體隔板插件500是由例如鋁、鋼、不銹鋼、鐵、鎳、鉻、其它金屬、上述金屬的合金或組合物所構成。
等離子體隔板插件500包含多個狹縫510，使得上表面503的開口508與下表面502的開口506間流體連通(圖5與圖5C)。這些狹縫510提供使工藝氣體以一預定角度由氣體區(qū)域640流入工藝區(qū)域60的信道。理想狀況為，狹縫510引導工藝氣體以噴射角α1的角度接觸基材8或支持件表面41，該角度是從軸10至線段532之間所測得的角度。當線段532沿著狹縫510的平面延伸，同時軸10垂直通過下表面502。因此，位于等離子體隔板插件500內的狹縫510是設置成噴射角α1，并以引導具有工藝氣體具有噴射角α1角度的流動型態(tài)，如圖5C與圖9C至圖9D所示。
在一些實施例中，等離子體隔板插件500可包含溝槽(trough)501或多個孔530，以助于移動上表面503的工藝氣體。在實施例中，如圖5A至圖5C所示般，等離子體隔板插件500可包含圍繞在狹縫510外徑的溝槽501。或者，狹縫510可延伸至溝槽501中(未顯示)。
在另一個實施例中，如圖5D至圖5F所示般，等離子體隔板插件500可包含多個圍繞在頭錐520外徑的孔530。每個孔530沿著軸線538由上表面503延伸至下表面502。在范例中，每個孔530沿著軸線538具有固定直徑。較佳地，每個孔530包含以阻氣門528分隔開來的上通路526a與下通路526b。上通路526a的通常直徑大于下通路526b的直徑。
在一些實施例中，具有與支持件表面41水平或垂直的流動型態(tài)(即，噴射角α1大約0°或大約90°)的工藝氣體是不均勻地累積化學前驅物于基材8表面上。在氣相沉積工藝中，基材8可以小于約90°但大于約0°的角度來接觸工藝氣體，以確保均勻接觸工藝氣體。在實施例中，狹縫510的噴射角α1可介于約20°至約70°之間，較佳介于約30°至60°之間，更佳介于約40°至50°之間，例如約45°。工藝氣體可具有因狹縫510的噴射角α1所造成的環(huán)形路徑。環(huán)形路徑通常具有漩渦狀(vortex)、螺紋狀(helix)、螺旋狀(spiral、corkscrew)、旋轉狀(twirl、swirl)、扭轉狀(twist)、盤繞狀(coil)、圈狀(whirlpool)或上述形狀的衍生幾何形狀。
位于等離子體隔板插件500內的孔530是具有噴射角α5，以引導工藝氣體使其具有噴射角α5的流動型態(tài)912，如圖5F與圖9C至圖9D所示。在另一個實施例中，孔530的噴射角α5可介于約0°至約60°之間，較佳是介于約15°至50°之間，更佳介于約30°至40°之間，例如約35°。工藝氣體的流動型態(tài)912可具有因孔530的噴射角α5所造成的錐形路徑。
通過限制狹縫510與孔530的寬度與長度，可避免次級等離子體或氣體往回擴散發(fā)生在等離子體隔板插件500之內或上方。再者，通過以預設噴射角度α1設置狹縫510，使得由支持件表面41穿過等離子體隔板插件500沿著軸10至氣體區(qū)域640之間無法直視(圖1C)，如此可避免在等離子體隔板插件500內或上方產(chǎn)生次級等離子體。通過以一預設噴射角度α5來設置孔530，使得由支持件表面41穿過等離子體隔板插件500沿著軸線538至氣體區(qū)域640之間無法直視，如此可避免在等離子體隔板插件500內或上方產(chǎn)生次級等離子體(圖1F)。
因此，無法直視性可在每個狹縫510或孔530下方形成受阻路徑(obscured pathway)。例如，狹縫510的寬度可介于約0.5毫米至約1毫米之間，較佳是介于約0.6毫米至約0.9毫米之間，更佳介于約0.7毫米至0.8毫米之間，例如約0.76毫米(0.03英時)。再者，狹縫510的長度可介于約3毫米至約60毫米之間，較佳是介于約10毫米至約50毫米之間，更佳介于約20毫米至30毫米之間，例如約21.6毫米(0.85英時)。等離子體隔板插件500可具有至少約10個狹縫，較佳具有約15個狹縫，更佳具有約20或更多個狹縫。在一范例中，等離子體隔板插件500是由金屬所構成(例如，鋁或不銹鋼)并具有20個寬度大約0.76毫米與長度約21.6毫米的狹縫。
在實施例中，每個孔530的直徑介于約0.13毫米(0.005英時)至約2.54毫米(0.1英時)之間，較佳介于約0.26毫米(0.01英時)至約2.29毫米(0.09英時)之間，更佳介于約0.51毫米(0.02英時)至約1.9毫米(0.075英時)之間。在一范例中，每個孔530可包含上通路526a，其直徑介于約1.27毫米(0.05英時)至約2.29毫米(0.09英時)之間，較佳介于約1.52毫米(0.06英時)至約2.03毫米(0.08英時)之間，例如約1.78毫米(0.07英時)。再者，每個孔530可包含下通路526b，其直徑介于約0.38毫米(0.015英時)至約1.27毫米(0.05英時)之間，較佳介于約0.64毫米(0.025英時)至約1.02毫米(0.04英時)之間，例如約0.81毫米(0.032英時)。在范例中，每個孔530包含直徑約1.5毫米至約2毫米之間的上通路526a以及直徑約0.6毫米至約1毫米之間的下通路526b。等離子體隔板插件500可不具有孔或具有多個孔530，例如大約4個孔，較佳約8個孔，更佳約16個孔或更多個孔。在范例中，等離子體隔板插件500是由金屬所構成(例如，鋁或不銹鋼)并具有8個孔。
在另一實施例中，等離子體隔板插件500的上表面503由頭錐520處朝上邊緣514傾斜。在一較佳實施例中，工藝氣體是由孔612朝向頭錐520以及由上表面503下方朝上邊緣514行進。在一實施例中，等離子體隔板插件500具有由頭錐520向下傾斜的上表面503，以提供較大的機械強度以及在工藝中控制不同的傳導性與流速。上表面503可具有一傾斜度，該傾斜度是從線535至線537之間所測得的夾角α2。線535沿著上表面503的平面延伸，而線537與軸10垂直或實質垂直(圖5B)。上表面503是用以接收沿著相對角度α2的各種開口506的工藝氣體。因此，為了使來自狹縫510的開口508的工藝氣體在沿著開口506長度上有一致流速，角度α2可為一預設的角度。在實施例中，上表面503可呈現(xiàn)角度α2的傾斜，該角度α2介于約0°與約45°之間，較佳介于約5°與30°之間，更佳介于約10°與20°之間，例如約15°。在另一個實施例中，上表面503可呈現(xiàn)角度α2的傾斜，該角度介于約0°與約45°之間，較佳介于約2°與20°之間，更佳介于約3°至10°之間，例如約5°。
設置在頭錐520周圍的狹縫510在貫穿介于上表面503上的開口506(圖5C)與下表面504上的開口508(圖1C)之間的等離子體隔板插件500。開口506與508可以角度α3設置在頭錐520周圍，該角度α3是為線531與徑向線533所夾的角度。線531沿著開口506的長度延伸，而徑向線533與軸10呈垂直地延伸。線531也可沿著開口508的長度延伸(未顯示)。在實施例中，開口506與508可設置在頭錐520周圍，且以角度α3正切或實質正切圓形虛線539。因此，沿著開口506長度延伸的線531可與圓形虛線539上的一點相交，且以角度α3正切或實質正切圓形虛線539。圓形虛線539的半徑介于約0.5毫米至約5毫米之間，較佳介于約1毫米至約3毫米之間，更佳介于約1.5毫米至約2.5毫米之間，例如，約2毫米(約0.081英時)。在其它實施例中，開口506與508是徑向配置于頭錐520周圍或切線方式圍繞在頭錐520周圍。再者，開口506與508可具有角度α3，該角度α3介約0°至約90°之間，較佳是介于約20°至45°之間，更佳介于約30°至40°之間，例如約35°。
在實施例中，等離子體篩插件600與絕緣套700可設置在氣體歧管組件800與等離子體隔板插件500之間，以防止或限制等離子體在其間產(chǎn)生(圖1A與圖1B)。等離子體篩插件600與絕緣套700也可防止或限制等離子體隔板插件500上的熱傳遞至氣體歧管組件800。等離子體篩插件600與絕緣套700各自包含電性絕緣材料，例如陶瓷、石英、玻璃、藍寶石或上述材料的衍生物。
等離子體篩插件600包含以環(huán)組件631分隔開來的內部區(qū)域630與外部區(qū)域632(圖6A與圖6B)。環(huán)組件631包含壁表面626、內壁表面605a、605b以及上表面604與606。內部區(qū)域630是界定在內壁表面605a與605b內。內部區(qū)域630包含中央部分601，其由多個貫穿等離子體篩插件600的孔612所圍繞。在內部區(qū)域630中的工藝氣體是接觸上表面602，且該氣體通過孔612而與下表面603以及氣體區(qū)域640間流體連通。中央部分601通常不具有介于上表面602與下表面603之間的孔。
外部區(qū)域632由環(huán)組件631處開始延伸且包含多個沿著上表面608徑向延伸的狹縫614。狹縫614引導第二工藝氣體由外部區(qū)域632進入氣體區(qū)域540。軸10延伸貫穿等離子體篩插件600的中央，使得多個孔612平行或實質平行軸10而延伸，以及多個狹縫垂直或實質垂直于軸10。
圖1A繪示位于噴頭300的環(huán)組件330與等離子體隔板插件500的頭錐520上的等離子體篩插件600。錐表面522與下表面603的中央部分601接觸。在沉積工藝中，通過限制狹縫614的寬度與長度以及限制孔612的直徑，可避免在氣體區(qū)域640的等離子體篩插件600上方產(chǎn)生次級等離子體。例如，狹縫614的寬度可介于約0.1毫米至約1毫米之間，較佳是介于約0.2毫米至約0.8毫米之間，更佳介于約0.4毫米至0.6毫米之間，例如約0.5毫米。等離子體篩插件600可至少具有約10個狹縫，較佳具有約20個狹縫，更佳具有約36個或更多的狹縫。在實施例中，等離子體篩插件600具有的狹縫614數(shù)量如同水盒400具有的通路440數(shù)量。
等離子體篩插件600包含多個孔612，每個孔的直徑介于約0.5毫米至約5毫米之間，較佳介于約1毫米至3毫米之間，更佳介于約1.2毫米至1.8毫米之間，例如約1.5毫米(0.06英時)。等離子體篩插件600包含多個孔612，例如大約50個孔或更多，較佳至少約100個孔，更佳約150個或更多個孔。在范例中，等離子體篩插件600是由陶瓷所構成，且具有36個寬度大約0.51毫米(0.02英時)的狹縫，以及具有156個直徑大約1.52毫米的孔。較佳地，等離子體篩插件600為圓形，但在其它實施例中可具有不同的幾何形狀，例如橢圓形。等離子體篩插件600的直徑介于約1英時(約2.54厘米)至12英時(約30.52厘米)之間，較佳介于約2英時(5.08厘米)至約8英時(20.36厘米)之間，更佳介于約3英時(約7.62厘米)至約4英時(約10.16厘米)之間。等離子體篩插件600的厚度可約為1英時(約2.54厘米)或更薄，較佳約0.5英時(約1.27厘米)或更薄，更佳是約0.25英時(約0.64厘米)，例如約0.125英時(約0.32厘米)，其中這些數(shù)值是從與軸10平行的平面穿通等離子體篩插件600的厚度。在等離子體篩插件600的范例中，內部區(qū)域630的厚度大約0.125英時(約0.32厘米)或更薄，以及環(huán)組件631的厚度約0.25英時(約0.64厘米)或更薄。
絕緣套700具有上表面704與下表面703a、703b、703c、703d與703e(圖7A至圖7C)。絕緣套700包含至少一個由上表面704延伸至下表面703a-703e的通道。在范例中，絕緣套700僅包含一通道，且絕緣套700外側的一導管可用以引導第二工藝氣體。在另一個范例中，絕緣套700包含多數(shù)個信道，例如三個信道、四個信道或更多(未顯示)。在較佳范例中，絕緣套700包含至少兩個信道，例如信道710與720。通道720由上表面704處延伸穿過絕緣套700而形成擴展通道722(expanding channel)。擴展信道722由上部分721的通道720處朝下部分723逐漸變寬(tapered)，且包含下表面703e(圖7B)。軸10可貫穿信道720與擴展信道722的中央(圖7C)。通道710由上表面704延伸穿過絕緣套700直到凹槽(groove)725。在實施例中，信道710的半徑小于信道720的半徑。凹槽725包含下表面703c且環(huán)繞絕緣套700的底部(圖7B)。上表面704也包含多個孔707，這些孔可接收扣件(例如螺栓或螺絲)以固定在其上的氣體歧管組件800。
絕緣套700可位于水盒400上，使得下表面703a接觸水盒并由水盒400支撐。下表面703b、703c、703d與703e可接觸等離子體篩插件600或在表面之間形成區(qū)域(圖7C)。下表面703d是與等離子體篩插件600的上表面602接觸以形成氣體區(qū)域744。氣體區(qū)域742與744以及間隙726各自形成于絕緣套700與等離子體篩插件600之間。
在具有下表面703c的凹槽725以及等離子體篩插件600的一部份外部區(qū)域632之間形成的氣體區(qū)域742，包含溝槽622以及壁表面624與626(圖7C)。氣體區(qū)域742圍繞外區(qū)域632延伸且位于外區(qū)域632上方以包圍氣體區(qū)域744。信道710通過下表面703c而與氣體區(qū)域742間流體連通。再者，因為狹縫614由壁表面624處延伸至通路440，而通路更貫穿水盒400而延伸至氣體區(qū)域540處，因此氣體區(qū)域540與氣體區(qū)域742流體連通。狹縫614與絕緣套700的下表面703b共同形成這些通路。在沉積工藝中，工藝氣體向下流經(jīng)信道710，進入氣體區(qū)域742，沿著溝槽622流動并經(jīng)由狹縫614離開。蓋組件100中的間隙726通常包含O型環(huán)。
部分的氣體區(qū)域744由絕緣套700的下表面703e與等離子體篩插件600的一部份內部區(qū)域630所形成，該部份的內部區(qū)域包含上表面602與中央部分601。信道720通過下表面703e而與氣體區(qū)域744流體連通。通道720垂直的與中央部分601同軸(沿著軸10)，該中央部分不具有孔612。在較佳范例中，信道720的直徑小于中央部分601的直徑以幫助工藝氣體的轉向。擴展通道722由上部分721延伸至下部分723，且覆蓋氣體區(qū)域744內的大部分內部區(qū)域630與上表面602。再者，因為孔612于等離子體篩插件600處貫穿延伸，所以氣體區(qū)域640是與氣體區(qū)域744流體連結。
在沉積工藝中，工藝氣體向下流經(jīng)信道720，進入氣體區(qū)域744，并經(jīng)由孔612離開。中央部分601使任何來自信道720且其流動路徑垂直于上表面602的工藝氣體轉向。因而，此受阻路徑減少或消除在等離子體隔板插件500與氣體歧管組件800之間形成的次級等離子體。
擴展通道722具有從上部分721往下部分723擴大的內徑(圖7B)。在一個用以處理直徑300毫米基材的腔體實施例中，擴展通道722在上部分721處的內徑介于約0.5厘米至約7厘米之間，較佳介于約0.8厘米至約4厘米之間，更佳介于約1厘米至約2.5厘米之間；而擴展通道722在下部分723處的內徑介于約2厘米至約15厘米之間，較佳介于約3.5厘米至約10厘米之間，更佳介于約4厘米至與約7厘米之間。通常，上述擴展通道的尺寸可提供介于約100sccm與約10000sccm之間的總氣體流速。
在特定的實施例中，擴展通道722的大小可加以改變以符合某些氣體流速。一般來說，欲達到較快的氣體流速則需要較大直徑的擴展通道722。在實施例中，擴展通道722可為截頭圓錐狀(包含類似截頭圓錐的形狀)。不論工藝氣體朝向擴展通道722的壁或直接向下朝基材8流動，氣體流速都會因為工藝氣體流經(jīng)擴展通道722而降低，因為工藝氣體會膨脹。工藝氣體流速降低有助于降低氣體流將基材8表面已吸附的反應物吹離的機會。
擴展通道722的直徑由上部分721往下部分723遞增。遞增的直徑可使工藝氣體流經(jīng)擴展通道722時些微的絕熱膨脹(adiabatic expnsion)，此有助于控制工藝氣體的溫度。例如，流經(jīng)氣體導管882與884而進入通道820與720的氣體突然絕熱膨脹，會導致氣體溫度突降，進而使氣相前驅物凝結并形成微粒。另一方面，根據(jù)本發(fā)明某些實施例的遞增擴展通道722，可使工藝氣體有較少的絕熱膨脹。因此，更多的熱可傳至或傳出工藝氣體，如此一來通過控制周圍溫度(即，由水盒400控制溫度)即可較輕易控制氣體溫度。擴展通道722可包含一或多個一端較窄的內表面，例如一端較窄的平直表面、凹面、凸面、上述組合或可包含一或多段一端較窄的內表面(即，一部份一端較窄表面與一部份不變窄的表面)。
間隙726也形成在絕緣套700與等離子體篩插件600之間。因為在凹槽725內的下表面703c有一部份未接觸在等離子體篩插件600上的環(huán)組件631的上表面604、606以及內壁表面605a，所以形成間隙726。當設置絕緣套700于等離子體篩插件600上時，O型環(huán)可位于間隙726內。
氣體歧管組件800包含導管組件840與具有氣體導管組件830的歧管套組件850(圖8A與圖8B)。導管組件840包含氣體導管836與838，其位于上歧管844與下歧管842內。通過貫穿孔843的扣件(例如，螺栓或螺絲)而將氣體歧管組件800連接至蓋組件100上。在實施例中，導管836與838是分別與導管系統(tǒng)34流體連通以提供前驅氣體、清洗氣體、載氣以及其它工藝氣體(圖1F)。在其它實施例中，導管836與838分別與不同工藝氣體供給流體連通，該氣體供給包含前驅氣體供給、清洗氣體供給、或載氣供給。氣體導管組件830包含位于導管831相對兩側上的凸緣832與凸緣834。凸緣834是耦接至蓋支持件103的端口117上，以提供端口117與導管831間流體連通。再者，凸緣832是耦接至歧管檔塊(manifold block)806上的氣體入口815，以提供導管831與導管884間的流體連通。隔離體808是設置在歧管檔塊806上，且為接地歧管提供熱絕緣與電性絕緣。隔離體808由絕緣材料所形成，例如陶瓷材料、石英材料或上述材料的衍生物。較佳地，隔離體808是由絕緣聚合物、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)，例如

，所形成。
圖8B至圖8D繪示在歧管套組件850內，由氣體入口811延伸至通道導管823的氣體導管880。信道導管823的內部可支撐通道810。工藝氣體可順著流動型態(tài)914流經(jīng)氣體導管880并進入位于信道導管823內的信道810。通道導管821是流體連通地耦接至從氣體入口813延伸的氣體導管882以及從氣體入口815延伸的氣體導管884。順著流動型態(tài)916通過氣體導管882的一工藝氣體以及以流動型態(tài)918通過氣體導管884的其它工藝氣體可在位于信道導管821中的信道820內結合，以形成具有流動型態(tài)922的工藝氣體(圖8C與圖8D)。氣體通道導管821與823可由連結于氣體歧管組件800內的氣體支持件852與854所支撐。
在其它實施例中，氣體導管880與通道導管823位于氣體歧管組件800外部。氣體導管880與通道導管823直接流體連通至絕緣套700、等離子體篩插件600、水盒400或噴頭300。在另外的實施例中，氣體歧管組件800包含多個電控閥門(未顯示)。此處的電控閥門是為任何可提供快速且準確氣體流速至工藝腔體50內的控制閥門，該閥門具有開關周期在大約0.01秒至約10秒之間，較佳介于約0.1秒至約5秒之間，例如較長的周期可持續(xù)大約3秒而較短周期可持續(xù)大約0.5秒。
在范例中，歧管套組件850具有窗口組件826以觀察等離子體的輻射(圖8A)。窗口組件826包含鏡片邊環(huán)(lens edge ring)824包圍著鏡片822，且窗口組件826位于凸出部814上且在歧管檔塊806內被壁表面816所圍繞。在另一個范例中，歧管套組件850可包含不具窗口的表面825(圖1D)。當氣體導管組件830與歧管文件塊806上的氣體入口813連接且具流體連通時，其在凸緣834處與端口117連接且流體連通。
在實施例中，氣體導管882與884是鄰近信道導管821與信道820的上部位(圖8C-8D、圖9A與圖10A)。在其它實施例中，一或多個氣體導管882與884可沿著介于通道820上部位與絕緣套700之間的通道820長度設置。不希望受限于理論，由氣體導管882與884流出而經(jīng)過通道820的工藝氣體可形成環(huán)形流動型態(tài)，例如流動型態(tài)992a與992b(圖10A)。雖然通過信道820的實際流動型態(tài)922形狀未知，但是可確定的是工藝氣體可以具有漩渦形、螺旋形、卷曲形、盤旋形或上述形狀所衍生的流動型態(tài)922。
可提供這些具有流動型態(tài)922的工藝氣體至由通道720與820結合而成的氣體區(qū)域920以及界定在擴展信道722中的氣體區(qū)域744內(圖9B)。在一方面，由于環(huán)形氣流在整個氣體區(qū)域920的內表面的清洗動作，流動型態(tài)922的環(huán)形流動型態(tài)有助于在氣體區(qū)域920中建立更有效的清洗。流動型態(tài)922的環(huán)形流動型態(tài)也提供一致且共形的工藝氣體輸送于等離子體篩插件600的整個表面602上。
在另一個實施例中，以流動型態(tài)922通過氣體區(qū)域920的工藝氣體也被導入至等離子體篩插件600的中央部位601中(圖9A與圖9C)。因為中央部位601不具有孔612，工藝氣體被向外且朝該上表面602中的孔612處引導。通過形成流動型態(tài)922，可有效獲得位于氣體區(qū)域920與氣體區(qū)域640間供工藝氣體經(jīng)過的受阻路徑。受阻路徑較在工藝區(qū)域920與氣體區(qū)域640之間具有直視性的未受阻路徑具有更多優(yōu)點，包含減少或消除在等離子體隔板插件500與位于氣體區(qū)域920內氣體歧管組件800之間的次級等離子體。
因為工藝氣體的方向符合孔612的角度，所以流動型態(tài)922形成垂直流動型態(tài)(即，與軸10平行)。進入氣體區(qū)域640的工藝氣體是由頭錐520向外行進并進入狹縫510或孔530。工藝氣體以具有與軸10夾α1角的流動型態(tài)922由狹縫510進入工藝區(qū)域60，以及以具有與軸10夾α5角的流動型態(tài)912由孔530進入工藝區(qū)域60(圖9B-9D)。位于等離子體隔板插件500中的狹縫510具有噴射角度α1以引導具有噴射角α1的流動型態(tài)的工藝氣體。工藝氣體的噴射角可介于約20°至約70°之間，較佳介于約30°至60°之間，更佳介于約40°至50°之間，例如約45°。位于等離子體隔板插件500內的孔530具有噴射角度α5以引導具有噴射角α5的流動型態(tài)的工藝氣體。工藝氣體的噴射角α5可介于約0°至約60°之間，較佳介于約15度至50度之間，更佳介于約30度至40度之間，例如約35度。因此，工藝氣體的流動型態(tài)922可具有因狹縫510的噴射角α1而造成的環(huán)形路徑。環(huán)形路徑通常具有漩渦形、螺旋形或上述形狀衍生的幾何形狀。再者，工藝氣體的流動型態(tài)912可具有因孔530的噴射角α5所造成的圓錐形路徑。具有流動型態(tài)912的工藝氣體可導入基材8的中央。在工藝區(qū)域60內的基材可暴露在具有流動型態(tài)912與922的工藝氣體下。
再者，狹縫510的噴射角α1對工藝氣體形成在氣體區(qū)域640與工藝區(qū)域60之間的第二受阻路徑。第二受阻路徑更有助于減少或避免次級等離子體，該次級等離子體可能形成于氣體區(qū)域920內的等離子體隔板插件500與氣體歧管組件800之間或在等離子體隔板插件500的上表面503的開口506內。
在另一個實施例中，當工藝氣體通過氣體區(qū)域910、信道710與810的結合區(qū)域以及局限在凹槽725內的氣體區(qū)域742時，工藝氣體可能具有流動型態(tài)914(圖9B)。一旦工藝氣體進入氣體區(qū)域742，因為工藝氣體沿著環(huán)形路徑923被導入等離子體篩插件600周圍，流動型態(tài)914于是改變(圖9A)。工藝氣體是向外通過等離子體篩插件600上的狹縫614并進入氣體區(qū)域441中。工藝氣體流動型態(tài)914額受阻路徑是形成于氣體區(qū)域910與氣體區(qū)域441之間。受阻路徑較位于工藝區(qū)域910與氣體區(qū)域441之間具有直視性的未受阻路徑具有更多優(yōu)點，包含減少或消除在等離子體隔板插件300與位于氣體區(qū)域910內的氣體歧管組件800之間的次級等離子體。
因為工藝氣體方向性地符合水盒400內的通路440角度，所以流動型態(tài)914以向下流動方式由氣體區(qū)域441前進。工藝氣體進入氣體區(qū)域540，且向外行進通過噴頭300的上表面303。具有平行或實質平行于軸10的流動型態(tài)914的工藝氣體是由孔310進入工藝區(qū)域60(圖9B)。在工藝區(qū)域60內的基材可暴露至具有流動型態(tài)914的工藝氣體下。工藝氣體的第二受阻路徑是由氣體區(qū)域441通過氣體區(qū)域540而到達工藝區(qū)域60。第二受阻路徑更有助于減少或避免在噴頭300與氣體區(qū)域910內的氣體歧管組件800間所形成的次級等離子體。
可通過導入單一工藝氣體或多種工藝氣體至氣體區(qū)域820中而形成具有環(huán)形流動型態(tài)922的工藝氣體(圖10A與圖10C)。在實施例中，圖10A顯示信道導管821的信道820內的俯視剖面圖，該通道導管是用以接收來自氣體導管882的工藝氣體以及來自氣體導管884的工藝氣體。每個氣體導管882與氣體導管884是耦接至不同的工藝氣體源。氣體導管882與884可分別具有角度α4，該角度為氣體導管884的中心線915a或氣體導管882的中心線915b與從通道導管821中央伸出的徑向線917(例如，軸10)所夾的角度。設置氣體導管882與884，使其具有角度α4(即，當α4>0°)以使工藝氣體具有環(huán)形方向，例如流動型態(tài)922a與922b。流動型態(tài)922a與922b形成以漩渦模式通過信道820的工藝氣體的流動型態(tài)922。在一方面，由于環(huán)形氣流在內表面的清洗能力，流動型態(tài)922的環(huán)形流動型態(tài)有助于更有效清洗工藝區(qū)域60。再者，流動型態(tài)922的環(huán)形流動型態(tài)能一致且共形地輸送工藝氣體至狹縫510處。
在另一個實施例中，圖10B是信道820與信道導管1021的俯視剖面圖，該通道導管用以接收流經(jīng)連接至工藝氣體源的氣體導管1084的單一氣體流。氣體導管1084是配置成在氣體導管1084的中心線915a與通道導管1021中央的徑向線917(例如，軸10)之間具有一夾角α4。氣體導管1084可具有角度α4(即，當α4>0°)以使工藝氣體以環(huán)形方向流動，例如流動型態(tài)922a，以及使工藝氣體以漩渦模式連續(xù)流經(jīng)信道820。
在另一替代實施例中，圖10C為信道導管1021的信道820的俯視剖面圖，該通道導管是用以接收三種氣體流，使該些氣體一起、部分一起(即，三種氣體中的兩種)或分別通過三個氣體入口，例如各自耦接至不同工藝氣體源上的氣體導管1082、1084與1086。每個氣體導管1082、1084與1086可個別在氣體導管1082、1084與1086的中心線915a、915b、915c以及自通道導管1021中央伸出的徑向線917之間夾有α4的角度。每個氣體導管1082、1084、1086具有角度α4以使工藝氣體以環(huán)形方向流動，例如流動型態(tài)922a，以及使工藝氣體以漩渦模式連續(xù)流經(jīng)信道820。有關利用三種或更多工藝氣體流的工藝腔體是闡述于共同受讓的美國專利6916398中，在此是以參考方式納入該案的內容。
在一形成高k材料的范例中，三種氣體流可包含鉿前驅物、硅前驅物與氧化氣體，其中第一流體包含四(二乙基胺)鉿(TDEAH)、四(二甲基胺)鉿(TDMAH)或氯化鉿(HfCl4)，第二流體包含三(二甲基胺)甲烷(TDMAS)、三-二甲基胺甲烷(Tris-DMAS)或硅甲烷，以及第三流體包含具有來自水蒸氣產(chǎn)生系統(tǒng)(WVG)的水蒸氣的氧化氣體。使用工藝腔體50并形成高介電材料的工藝是闡述于共同受讓且在審理中的美國專利申請?zhí)?1/127767中，其于2005年5月12日申請，名稱為「含鉿高k材料的原子層沉積的設備與方法」(Apparatus and Methods for Atomic Layer Deposition of Hafnium-ContainingHigh-k Materials)，公開號為2005-0271813，在此是以參考方式納入該案的內容。
在另一個實施例中，導管系統(tǒng)34更包含多個前驅物儲存槽以及在末端形成噴嘴的逐步擴大的氣體導管，這些導管與氣體入口811、813與815間流體連通。在一些實施例中可使用的噴嘴或末端是進一步闡述于共同受讓的美國專利申請?zhí)?1/119388中，其于2005年4月29日申請，名稱為「控制氣體流與輸送以抑制微粒形成于MOCVD/ALD系統(tǒng)」(Control of Gas Flowand Delivery to Suppress the Formation of Particles in an MOCVD/ALDSystem)，公開號為2005-0252449，在此是以參考方式納入該案內容以支持前驅物儲存器與逐步擴大氣體導管的公開。氣體導管的幾何形狀可使通過氣體經(jīng)過一漸漸擴增的流動通道(increasing tapered flow channel)而逐漸膨脹，此避免溫度的急遽下降。在實施例中，流動通道的轉變意指在30毫米至約100毫米的距離內，從截面內徑約3毫米至約15毫米的輸送氣體線路到具有約10毫米至約20毫米的較大直徑氣體入口811、813與815。直徑漸增的流動通道可使膨脹氣體接近平衡態(tài)且可避免熱的快速流失，以維持實質不變的溫度。擴展氣體導管可包含一或多個一端較窄(tapered)的內表面，例如一端較窄的平直表面、凹面、凸面、上述組合或可包含一或多段一端較窄的內表面，即一部份窄表面與一部份不漸窄的表面。
釕原子層沉積工藝 本發(fā)明實施例提供利用氣相沉積工藝，例如原子層沉積(ALD)或等離子體增強的原子層沉積(PE-ALD)，以沉積各種材料(例如，釕材料)于基材上的方法。在一方面，工藝僅有些許或沒有初始延遲(initiation delay)，且在形成釕材料的過程中維持高沉積速率。所沉積的釕材料具有良好的階梯覆蓋率、強附著力且包含低的碳濃度以具有高導電性。
在實施例中，釕材料可在PE-ALD工藝中形成，該工藝包含固定的反應氣體流并同時提供釕前驅物與等離子體的連續(xù)脈沖。在另一個實施例中，釕材料可在另一種提供釕前驅物與反應物等離子體的連續(xù)脈沖的PE-ALD工藝中形成。在這兩種實施例中，反應物在工藝中通常會離子化。再者，PE-ALD工藝中的等離子體可在工藝腔體外部產(chǎn)生，例如通過一遠程等離子體產(chǎn)生器(PRS)系統(tǒng)，或較佳地，等離子體可在能夠產(chǎn)生等離子體的ALD工藝腔體中原位產(chǎn)生。在PE-ALD工藝中，等離子體可由微波(MW)頻率產(chǎn)生器或射頻(RF)產(chǎn)生器所生成。在一較佳范例中，原位等離子體可由RF產(chǎn)生器所生成，例如在工藝腔體50內或在具有蓋組件100的工藝腔體50中。在另一個實施例中，釕材料可在另一種提供釕前驅物與試劑的連續(xù)脈沖的熱原子層沉積工藝中形成。
用于本文所述實施例中的ALD工藝腔體可為上述的工藝腔體50或其它可容納蓋組件100、蓋組件100的任何部分或零件的腔體主體或上述腔體的變化型。其它ALD工藝腔體也可用于某些本文所述的實施例中，且這些腔體都可從位于加州圣塔克拉拉的應用材料公司所購得(Applied Material，Inc.)。有關ALD工藝腔體的詳細敘述是公開于共同受讓的美國專利6916398與6878206中，以及共同受讓且審理中的美國專利申請案10/281079中，該案于2002年10月25日申請，名稱為「原子層沉積的氣體輸送設備」(GasDelivery Apparatus for Atomic Layer Deposition)，公開號為2003-0121608，在此是以參考方式納入這些案件的內容。在另一個實施例中，能用以執(zhí)行ALD以及公知CVD模式的腔體也可用以沉積釕材料，該腔體是闡述于共同受讓且審理中的美國專利申請案10/712690中，該案于2003年11月13日申請，名稱為「用于混合化學工藝的設備與方法」(Apparatus and Method for HybridChemical Processing)，公開號為2004-0144311，在此是以參考方式納入該案的內容。
ALD工藝中的工藝腔體可調整至具有介于約0.1托(Torr)至約80托的壓力，較佳介于約0.5托至約10托之間，更佳介于約1托至5托之間。再者，腔體或基材可加熱至低于約500℃的溫度，較佳介于約100℃至約450℃之間，更佳介于約150℃至約400℃之間，例如300℃。在PE-ALD工藝中，若為原位等離子體工藝則等離子體在工藝腔體內激發(fā)，或者也可由外部來源所產(chǎn)生，例如使用遠程等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)(PRS)來產(chǎn)生等離子體。等離子體可由微波產(chǎn)生器所生成，較佳可由射頻(RF)產(chǎn)生器所生成。例如，等離子體可在工藝腔體50內或具有蓋組件100的工藝腔體50中激發(fā)。射頻產(chǎn)生器可設定在介于約100千赫至約1.6百萬赫之間的頻率。在范例中，具有13.56百萬赫頻率的RF產(chǎn)生器可加以設定以具有介于約100瓦至約1000瓦之間的功率輸出，較佳介于約250瓦至600瓦之間，更佳介于約300瓦與至約500瓦之間。在范例中，具有400千赫頻率的RF產(chǎn)生器可加以設定以具有介于約200瓦至約2000瓦之間的功率輸出，較佳介于約500瓦至1500瓦之間?；谋砻婵杀┞对诰哂忻勘砻娣e功率介于約0.01瓦/平方厘米(watts/cm2)至約10瓦/平方厘米之間的等離子體下，較佳介于約0.05瓦/平方厘米至約6瓦/平方厘米之間。
例如，該基材可為一硅基材，其具有被形成于其上的一或多層介電材料層中定義有內聯(lián)機圖案。范例中，基材包含阻障層形成其上；而另一個范例則為基材包含介電表面。諸如溫度與壓力等工藝腔體條件可加以調整以加強工藝氣體在基材上的吸附，以幫助吡咯釕前驅物與反應氣體的反應。
在實施例中，基材可在整個ALD循環(huán)中暴露在反應氣體下。將基材暴露在通過使載氣(例如氮氣或氬氣)通過一安瓿的釕前驅物而形成的釕前驅氣體下。視工藝所使用的釕前驅物而決定是否加熱安瓿。在范例中，包含甲基環(huán)戊二烯吡咯釕((MeCp)(Py)Ru)的安瓿可被加熱至介于約60℃與約100℃之間的溫度，例如約80℃。釕前驅物氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。釕前驅物氣體與反應氣體可結合以形成沉積氣體。反應氣體通常具有介于約100sccm至約3000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約2000sccm之間，更佳介于約500sccm至約1500sccm之間。在范例中，氨氣是當作反應氣體使用并具有約1500sccm的流速?；目杀┞吨玲懬膀屛餁怏w或包含釕前驅物與反應氣體的沉積氣體中一段介于約0.1秒至約8秒之間的時間，較佳介于約1秒至約5秒之間，更佳介于約2秒至約4秒之間。一旦釕前驅物被吸附至基材上時，可停止輸送釕前驅物。釕前驅物可為一非連續(xù)層、一連續(xù)層或多層。
在停止注入釕前驅物氣體后，基材與腔體可進行清洗步驟。在清洗步驟中，反應氣體的流速可加以維持如先前步驟般或加以調整。較佳地，反應氣體流可維持與先前步驟相同?；蛘?，清洗氣體可以介于約100sccm至約2000sccm之間的流速注入工藝腔體中，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。清洗步驟移除任何多余的釕前驅物與其它在工藝腔體內的污染物。清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳地介于約2秒至4秒之間。載氣、清洗氣體與工藝氣體可包含氮氣、氫氣、氨氣、氬氣、氖氣、氦氣或上述氣體的組合等。在一個較佳實施例中，載氣包含氮氣。
之后，在激發(fā)等離子體之前，可調整或維持反應氣體流。基材可暴露在等離子體下一段時間，時間是介于約0.1秒至20秒之間，較佳介于約1秒至10秒之間，更佳介于約2秒至8秒之間。隨后，關閉等離子體功率。在范例中，反應物可為氨氣、氮氣、氫氣或上述氣體的組合物，以形成氨氣等離子體、氮氣等離子體、氫氣等離子體或組合等離子體。反應等離子體與被吸附至基材上的釕前驅物反應以形成釕材料于基材上。在范例中，反應等離子體是當作還原劑以形成金屬釕。當然，可使用各種反應物以形成具有多種組成的釕材料。在范例中，含硼反應物化合物(例如，乙硼烷)是用以形成含硼化物的釕材料。在另一個范例中，含硅反應物化合物(例如，硅甲烷)是用以形成含硅化物的釕材料。
工藝腔體可進行第二清洗步驟以移除過多的前驅物或先前步驟的污染物。于清洗步驟中，反應氣體的流速可維持如先前步驟般或加以調整。一種選用性的清洗氣體可以介于約100sccm至約2000sccm之間的流速注入工藝腔體中，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。第二清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳介于約2秒至4秒之間。
可重復原子層沉積循環(huán)直到一定厚度的釕材料沉積在基材上?？沙练e釕材料至具有小于約1000埃的厚度，較佳小于約500埃，更佳介于約10埃與約100埃之間，例如約30埃。在此闡述的工藝可以至少0.15埃/循環(huán)的速率沉積釕材料，較佳至少為0.25埃/循環(huán)，更佳至少為0.35埃/循環(huán)或更快。在另一個范例中，本文中所述的工藝克服了先前技術有關成核延遲的缺點。本發(fā)明在多數(shù)沉積釕材料的實施例中，并無偵測到成核延遲的現(xiàn)象。
在另一個實施例中，釕材料可在另一種將基材連續(xù)暴露至釕前驅物與諸如反應等離子體等活性反應物中的PE-ALD工藝里形成?；目杀┞吨镣ㄟ^使載氣通過含釕前驅物的安瓿而形成的釕前驅物氣體中，如同本文中所述。釕前驅物氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm?；目杀┞对诤懬膀屛锱c反應氣體的沉積氣體中一段大約介于約0.1秒至約8秒之間的時間，較佳介于約1秒至約5秒之間，更佳介于約2秒至約4秒之間。一旦釕前驅物被吸附至基材上時，可停止輸送釕前驅物。釕前驅物可為一非連續(xù)層、一連續(xù)層或多層。
接著，對基材與腔體進行清洗步驟。清洗氣體可在清洗步驟時施加至工藝腔體中。在一方面，清洗氣體是為反應性氣體，例如氨氣、氮氣或氫氣。在另一方面，清洗氣體可為與反應氣體不同的氣體。例如，反應氣體可為氨氣而清洗氣體可為氮氣、氫氣、或氬氣。清洗氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。清洗步驟移除任何多余的釕前驅物與在工藝腔體內的其它污染物。清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳介于約2秒至4秒之間。載氣、清洗氣體與工藝氣體可包含氮氣、氫氣、氨氣、氬氣、氖氣、氦氣或上述氣體的組合等。
在ALD工藝的后續(xù)步驟中，基材與已被吸附于基材上的釕前驅物可暴露在反應氣體中。或者，載氣可與反應氣體同時注入工藝腔體中。反應氣體可被激發(fā)以形成等離子體。反應氣體通常具有介于約100sccm至約3000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約2000sccm之間，更佳介于約500sccm至約1500sccm之間。在范例中，氨氣是當作反應氣體使用并具有約1500sccm的流速?；目杀┞对诘入x子體下一段時間，時間是介于約0.1秒至20秒之間，較佳介于約1秒至10秒之間，更佳介于約2秒至8秒之間。隨后，關閉等離子體功率。在范例中，反應物可為氨氣、氮氣、氫氣或上述氣體的組合，而等離子體可為氨氣等離子體、氮氣等離子體、氫氣等離子體或上述等離子體的組合。反應等離子體與被吸附至基材上的釕前驅物反應以形成釕材料于基材上。較佳地，反應物等離子體是當作還原劑以形成金屬釕。當然，可如文中所述般，使用各種反應物以形成具有各種組成的釕材料。
工藝腔體可進行第二清洗步驟以移除過多的前驅物或前述步驟的污染物。反應氣體流可在前一個步驟結束時停止，若反應氣體當作清洗氣體時，則可在清洗步驟時開始。或者，與反應氣體不同的清洗氣體可注入至工藝腔體中。反應氣體或清洗氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。第二清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳介于約2秒至4秒之間。
可重復原子層沉積循環(huán)直到一定厚度的釕材料沉積在基材上?？沙练e釕材料至具有小于約1000埃的厚度，較佳小于約500埃，更佳介于約10埃與約100埃之間，例如約30埃。在此闡述的工藝可以至少0.15埃/循環(huán)的速率沉積釕材料，較佳至少為0.25埃/循環(huán)，更佳至少為0.35埃/循環(huán)或更快。在另一個范例中，本文中所述的工藝克服了先前技術有關成核延遲的缺點。本發(fā)明在許多沉積釕材料過程中，并無偵測到成核延遲的現(xiàn)象。
一般而言，除非表面以羥基(例如，-OH)終止或是為一個富含電子的表面(例如，金屬層)，否則為了在ALD工藝中使用環(huán)戊二烯釕(ruthenocene)化合物，需要進行表面處理步驟。在諸如氮化鉭等阻障層上，需經(jīng)過預處理步驟(pre-treatment)才可透過ALD工藝使環(huán)戊二烯釕前驅物沉積成釕材料。即使有預處理步驟，例如將阻障層表面氫氧化(羥化)，隨機散置的成核位置使環(huán)戊二烯釕在沉積工藝中形成的釕呈衛(wèi)星散布或島狀。因此，使用環(huán)戊二烯釕前驅物的ALD工藝而常常沉積出具有較高電阻的釕材料，可能就是因為不平坦的釕材料所致。再者，沉積工藝因為環(huán)戊二烯釕前驅物而有成核延遲的現(xiàn)象。再者，環(huán)戊二烯釕前驅物通常需要400℃以上的高吸附溫度。如此高溫可能在易受影響的低k介電環(huán)境中，例如在銅的后段工藝(BEOL)中，損害裝置。因此，比較好的情況是在溫度小于400℃時進行ALD工藝，較佳溫度則小于350℃。再者，在ALD工藝中使用環(huán)戊二烯釕前驅物來沉積釕材料于介電表面上，會因為該釕材料與下方膜層之間的粘附力低，所以不容易通過膠帶測試。因此，在許多實施例中，環(huán)戊二烯釕化合物，例如雙(乙基環(huán)戊二烯)釕(bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium)、雙(環(huán)戊二烯)釕(bis(cyclopentadienyl)ruthenium)與雙(戊甲基環(huán)戊二烯)釕(bis(pentamethylcyclopentadienyl)ruthenium)是較不樂意使用的釕前驅物。
本發(fā)明實施例包含克服先前技術缺點的方法論以及提供其它優(yōu)于先前技術的較佳前驅物與化合物。在本文中闡述的沉積工藝中對于形成釕材料有幫助的釕前驅物家族包含吡咯釕前驅物。用于沉積釕材料的ALD工藝是闡述于共同受讓且審理中的美國專利申請案11/470466中，該案于2006年9月6日申請，名稱為「釕材料的原子層沉積工藝」(Atomic Layer DepositionProcess for Ruthenium Materials)，在此是以參考方式納入該案的內容。吡咯配體提供在ALD工藝中優(yōu)于公知釕前驅物(例如，環(huán)戊二烯釕與其衍生物)的為咯釕前驅物。吡咯配體比許多配體更具熱力學穩(wěn)定特性，以及其可形成非常容易揮發(fā)的化學前驅物。吡咯釕前驅物包含釕與至少一種吡咯配體或至少一種吡咯衍生物配體。吡咯釕前驅物可具有吡咯配體，例如
其中R1、R2、R3、R4與R5分別為氫、烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或更高碳數(shù)的烷基)、胺基、烷氧基、醇基、芳香基(aryl group)、其它吡咯基(例如2，2′-雙吡咯基)、吡唑基(pyrazole group)、上述基團衍生物或結合物等。吡咯配體可具有兩個或更多以化學基連接在一起的R1、R2、R3、R4與R5。例如，R2與R3可為一個環(huán)結構的一部份，例如吲哚基(indolylgroup)或其衍生物。在此所使用的吡咯釕前驅物是指任何含釕以及至少一種吡咯配體或至少一種吡咯配體衍生物的化合物。在較佳實施例中，吡咯釕前驅物可包含雙(四甲基吡咯)釕(bis(tetramethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(2，5-二甲基吡咯)釕(bis(2，5-dimethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(2，5-二乙基吡咯)釕(bis(2，5-diethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(四乙基吡咯)釕(bis(tetraethylpyrrolyl)ruthenium)、戊二烯四甲基吡咯釕(pentadienyl tetramethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯2，5-二甲基吡咯釕(pentadienyl 2，5-dimethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯四乙基吡咯釕(pentadienyl tetraethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯2，5-二乙基吡咯釕(pentadienyl 2，5-diethylpyrrolyl ruthenium)、1，3-二甲基戊二烯吡咯釕(1，3-dimethylpentadienyl pyrrolyl ruthenium)、1，3-二乙烯戊二烯吡咯釕(1，3-diethylpentadienyl pyrrolyl ruthenium)、甲基環(huán)戊二烯吡咯釕(methylcyclopentadienyl pyrrolyl ruthenium)、乙基環(huán)戊二烯吡咯釕(ethylcyclopentadienyl pyrrolyl ruthenium)、2-甲基吡咯吡咯釕(2-methylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)、2-乙基吡咯吡咯釕(2-ethylpyrrolylpyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。
前驅物的重要特性為具有良好的蒸汽壓。沉積前驅物可在大氣溫度與壓力下為氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)。然而，在ALD腔體中，前驅物通常揮發(fā)成氣體或等離子體。前驅物通常在輸送至工藝腔體前會先加熱。雖然許多變量會在ALD工藝中影響形成釕材料的沉積速率，但是為了達到預定的沉積速率，在吡咯釕前驅物上的配體大小仍是重要因素之一。配體大小會影響對用來汽化吡咯釕前驅物所需的特定溫度與壓力的決定。再者，吡咯釕前驅物具有與配體大小成正比的特殊配體立體阻礙(steric hindrance)。一般來說，較大配體會有較大的立體阻礙。因此，當基材暴露前驅物中，在達半反應的過程時，具有較大配體的前驅物吸附在基材表面上的分子數(shù)量會比具有較小配體的前驅物吸附在基材表面上的分子數(shù)量要來得少。立體阻礙效應限制表面吸附前驅物的量。因此，通過減少配體的立體阻礙，可形成具有更密集分子的單層吡咯釕前驅物。因為吸附在表面上的前驅物較多時可達到較高的沉積速率，因此整體沉積速率會與表面上吸附的前驅物量成比例關系。具有較小官能基的配體(例如，氫或甲基)通常比具有較大官能基的配體(例如，芳香基)會有較小的立體阻礙。再者，配體的位置可影響前驅物的立體阻礙。通常，較內部的位置(R2與R5)比起外部的位置(R3與R4)會造成較小影響。例如，R2與R5為氫基而R3與R4為甲基的吡咯釕前驅物，比起R2與R5為甲基而R3與R4為氫基的吡咯釕前驅物具有更大的立體阻礙。
吡咯配體可縮寫為「py」而吡咯衍生物配體可縮寫為「R-py」。可在本文所述沉積工藝中用來形成釕材料的吡咯前驅物包含烷基吡咯釕前驅物(例如，(RX-py)Ru)、雙吡咯釕前驅物(例如，(py)2Ru)以及二烯吡咯釕前驅物(例如，(Cp)(py)R)。烷基吡咯釕前驅物的范例包含甲基吡咯釕(methylpyrrolylruthenium)、乙基吡咯釕(ethylpyrrolyl ruthenium)、丙基吡咯釕(propylpyrrolylruthenium)、二甲基吡咯釕(dimethylpyrrolyl ruthenium)、二乙基吡咯釕(diethylpyrrolyl ruthenium)、二丙基吡咯釕(dipropylpyrrolyl ruthenium)、三甲基吡咯釕(trimethylpyrrolyl ruthenium)、三乙基吡咯釕(triethylpyrrolylruthenium)、四甲基吡咯釕(tetramethylpyrrolyl ruthenium)、四乙基吡咯釕(tetraethylpyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。雙吡咯釕前驅物的范例包含雙吡咯釕(bis(pyrrolyl)ruthenium)、雙(甲基吡咯)釕(bis(methylpyrrolyl)ruthenium)、雙(乙基吡咯)釕(bis(ethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(丙基吡咯)釕(bis(propylpyrrolyl)ruthenium)、雙(二甲基吡咯)釕(bis(dimethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(二乙基吡咯)釕(bis(diethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(二丙基吡咯)釕(bis(dipropylpyrrolyl)ruthenium)、雙(三甲基吡咯)釕(bis(trimethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(三乙基吡咯)釕(bis(triethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(四甲基吡咯)釕(bis(tetramethylpyrrolyl)ruthenium)、雙(四乙基吡咯)釕(bis(tetraethylpyrrolyl)ruthenium)、甲基吡咯基吡咯釕(methylpyrrolyl pyrrolylruthenium)、乙基吡咯基吡咯釕(ethylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)、丙基吡咯基吡咯釕(propylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)、二甲基吡咯基吡咯釕(dimethylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)、二乙基吡咯基吡咯釕(diethylpyrrolylpyrrolyl ruthenium)、二丙基吡咯基吡咯釕(dipropylpyrrolyl pyrrolylruthenium)、三甲基吡咯基吡咯釕(trimethylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)、三乙基吡咯基吡咯釕(triethylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)、四甲基吡咯基吡咯釕(tetramethyl pyrrolyl pyrrolylruthenium)、四乙基吡咯基吡咯釕(tetraethylpyrrolyl pyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。
二烯吡咯釕(dienyl pyrrolyl rutheniu)前驅物包含至少一個二烯配體與至少一個吡咯配體。二烯配體可包含具有少至四個碳原子或多至十個碳原子的碳主鏈，較佳大約為五個或六個。二烯配體可具有環(huán)狀結構(例如，環(huán)戊二烯基)或可為開鏈結構(例如，戊二烯基)。再者，二烯配體可不具烷基或具有一烷基或更多烷基。
在實施例中，二烯吡咯釕前驅物包含戊二烯配體或烷基戊二烯配體。戊二烯吡咯釕前驅物的范例包含戊二烯吡咯釕前驅物(pentadienyl pyrrolylruthenium)、戊二烯甲基吡咯釕(pentadienyl methylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯乙基吡咯釕(pentadienyl ethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯丙基吡咯釕(pentadienyl propylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯二甲基吡咯釕(pentadienyldimethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯二乙基吡咯釕(pentadienyl diethylpyrrolylruthenium)、戊二烯二丙基吡咯釕(pentadienyl dipropyl pyrrolyl ruthenium)、戊二烯三甲基吡咯釕(pentadienyl trimethyl pyrrolyl ruthenium)、戊二烯三乙基吡咯釕(pentadienyl triethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯四甲基吡咯釕(pentadienyltetramethylpyrrolyl ruthenium)、戊二烯四乙基吡咯釕(pentadienyltetraethylpyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。烷基戊二烯吡咯前驅物包含烷基戊二烯吡咯釕(alkylpentadienyl pyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯甲基吡咯釕(alkylpentadienyl methylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯乙基吡咯釕(alkylpentadienyl ethylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯丙基吡咯釕(alkylpentadienyl propylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯二甲基吡咯釕(alkylpentadienyl dimethylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯二乙基吡咯釕(alkylpentadienyl diethylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯二丙基吡咯釕(alkylpentadienyl dipropylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯三甲基吡咯釕(alkylpentadienyl trimethylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯三乙基吡咯釕(alkylpentadienyl triethylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯四甲基吡咯釕(alkylpentadienyl tetramethylpyrrolyl ruthenium)、烷基戊二烯四乙基吡咯釕(alkylpentadienyl tetraethylpyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。
在另一個實施例中，二烯吡咯釕前驅物包含環(huán)戊二烯基配體(cyclopentadienyl ligand)或烷基環(huán)戊二烯基配體(alkylcyclopentadienylligand)。環(huán)戊二烯吡咯釕前驅物的范例包含環(huán)戊二烯吡咯釕(cyclopentadienylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯甲基吡咯釕(cyclopentadienyl methylpyrrolylruthenium)、環(huán)戊二烯乙基吡咯釕(cyclopentadienyl ethylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯丙基吡咯釕(cyclopentadienyl propylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯二甲基吡咯釕(cyclopentadienyl dimethylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯二乙基吡咯釕(cyclopentadienyl diethylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯二丙基吡咯釕(cyclopentadienyl dipropylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯三甲基吡咯釕(cyclopentadienyl trimethylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯三乙基吡咯釕(cyclopentadienyl triethylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯四甲基吡咯釕(cyclopentadienyl tetramethylpyrrolyl ruthenium)、環(huán)戊二烯四乙基吡咯釕(cyclopentadienyl tetraethylpyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。烷基環(huán)戊二烯吡咯釕前驅物的范例包含烷基環(huán)戊二烯吡咯釕(alkylcyclopentadienylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯甲基吡咯釕(alkylcyclopentadienylmethylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯乙基吡咯釕(alkylcyclopentadienylethylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯丙基吡咯釕(alkylcyclopentadienylpropylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯二甲基吡咯釕(alkylcyclopentadienyldimethylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯二乙基基吡咯釕(alkylcyclopentadienyl diethylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯二丙基吡咯釕(alkylcyclopentadienyl dipropylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯三甲基吡咯釕(alkylcyclopentadienyl trimethylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯三乙基吡咯釕(alkylcyclopentadienyl triethylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯四甲基吡咯釕(alkylcyclopentadienyl tetramethylpyrrolyl ruthenium)、烷基環(huán)戊二烯四乙基吡咯釕(alkylcyclopentadienyl tetraethylpyrrolyl ruthenium)或上述化合物的衍生物。
在另一個實施例中，釕前驅物未包含吡咯配體或吡咯衍生物配體，而是包含至少一開鏈二烯配體，例如CH2CRCHCRCH2，其中R可獨立為烷基或氫。釕前驅物可具有兩個開鏈二烯配體，例如戊二烯基或庚二烯基(heptadienyl)。雙(戊二烯)釕化合物具有化學通式(CH2CRCHCRCH2)2Ru，其中R可獨立為烷基或氫。通常，R可獨立為氫、甲基、乙基、丙基或丁基。因此，釕前驅物可包含雙(二烷基戊二烯)釕化合物(bis(dialkylpentadienyl)ruthenium compounds)、雙(烷基戊二烯)釕化合物(bis(alkylpentadienyl)ruthenium compounds)、雙(戊二烯)釕化合物(bis(pentadienyl)rutheniumcompounds)或上述化合物的組合。釕前驅物的范例包含雙(2，4二甲基戊二烯)釕(bis(2，4-dimethylpentadienyl)ruthenium)、雙(2，4-二乙基戊二烯)釕(bis(2，4-diethylpentadienyl)ruthenium)、雙(2，4-二異丙基戊二烯)釕(bis(2，4-diisopropylpentadienyl)ruthenium)、雙(2，4-二叔丁基戊二烯)釕(bis(2，4-ditertbutylpentadienyl)ruthenium)、雙(甲基戊二烯)釕(bis(methylpentadienyl)ruthenium)、雙(乙基戊二烯)釕(bis(ethylpentadienyl)ruthenium)、雙(異丙基戊二烯)釕(bis(isopropylpentadienyl)ruthenium)、雙(叔丁基戊二烯)釕(bis(tertbutylpentadienyl)ruthenium)、上述化合物的衍生物或組合物等。在一些實施例中，其它釕前驅物包含三(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮)釕tris(2，2，6，6-tetramethyl-3，5-heptanedionato)ruthenium、二羰基戊二烯釕(dicarbonyl pentadienyl ruthenium)、釕乙酰丙酮鹽(ruthenium acetyl acetonate)、2，4-二甲基戊二烯環(huán)戊二烯釕(2，4-dimethylpentadienyl cyclopentadienylruthenium)、雙(2，2，6，6-四甲基-3，5-庚二酮)(1，5-環(huán)八二烯)釕(bis(2，2，6，6-tetramethyl-3，5-heptanedionato)(1，5-cyclooctadiene)ruthenium)、2，4-二甲基戊二烯甲基環(huán)戊二烯釕(2，4-dimethylpentadienylmethylcyclopentadienyl ruthenium)、1，5-環(huán)八二烯環(huán)戊二烯釕(1，5-cyclooctadiene cyclopentadienyl ruthenium)、1，5-環(huán)八二烯甲基環(huán)戊二烯釕(1，5-cyclooctadiene methylcyclopentadienyl ruthenium)、1，5-環(huán)八二烯乙基環(huán)戊二烯釕(1，5-cyclooctadiene ethylcyclopentadienyl ruthenium)、2，4-二甲基戊二烯乙基環(huán)戊二烯釕(2，4-dimethylpentadienyl ethylcyclopentadienylruthenium)、2，4-二甲基戊二烯異丙基環(huán)戊二烯釕(2，4-dimethylpentadienylisopropylcyclopentadienyl ruthenium)、雙(N，N-二甲基1，3-四甲基二亞胺)1，5-環(huán)八二烯釕(bis(N，N-dimethyl 1，3-tetramethyl diiminato)1，5-cyclooctadieneruthenium)、雙(N，N-二甲基1，3-二甲基二亞胺)1，5-環(huán)八二烯釕(bis(N，N-dimethyl 1，3-dimethyl diiminato)1，5-cyclooctadiene ruthenium)、雙(烷基)1，5-環(huán)八二烯釕(bis(allyl)1，5-cyclooctadiene ruthenium)、η6-苯1，3-環(huán)六二烯釕(η6-C6H6 1，3-cyclohexadiene ruthenium)、雙(1，1-二甲基-2-胺基乙氧基)1，5-環(huán)八二烯釕(bis(1，1-dimethyl-2-aminoethoxylato)1，5-cyclooctadieneruthenium)、雙(1，1-二甲基-2-胺基乙基胺基)1，5-環(huán)八二烯釕)(bis(1，1-dimethyl-2-aminoethylaminato)1，5-cyclooctadiene ruthenium)或上述化合物的衍生物或組合物等。
各種包含吡咯配體、開鏈二烯配體或上述配體的組合的釕前驅物可與至少一種反應物一起使用以形成釕材料。釕前驅物與反應物可在熱原子層沉積工藝或等離子體增強的原子層沉積工藝中相繼導入至工藝腔體中。適合用于形成釕材料的反應試劑可為還原氣體與包含氫(例如，氫氣或原子氫)、原子氮(atomic-N)、氨氣(ammonia，NH3)、聯(lián)胺(hydrazine，N2H4)、甲硅烷(silane，SiH4)，乙硅烷(disilane，Si2H6)、三硅烷(trisilane，Si3H8)、四硅烷(tetrasilane，Si4H10)、二甲基硅烷(dimethylsilane，SiC2H8)、甲基硅烷(methyl silane，SiCH6)、乙基硅烷(ethylsilane，SiC2H8)、氯硅烷(chlorosilane，ClSiH3)、二氯硅烷(dichlorosilane，Cl2SiH2)、六氯二硅烷(hexachlorodisilane，Si2Cl6)、硼烷(borane，BH3)、乙硼烷(diborane，B2H6)、三硼烷(triborane)、四硼烷(tetraborane)、五硼烷(pentaborane)、三乙基硼烷(triethylborane，Et3B)與上述化合物的衍生物、等離子體或組合等。
在另一個實施例中，反應氣體可包含多種含氧氣體，例如氧氣(O2)、氧化亞氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、上述氣體的衍生物或組合物等。再者，傳統(tǒng)的還原劑可與含氧氣體組合成為反應氣體?？稍诔练e工藝中用來形成釕材料的含氧氣體可以是通常在化學領域中可作為于氧化劑者。然而，在包含惰性金屬(例如，釕)的金屬有機化合物上的配體對含氧還原劑的接收度通常高于惰性金屬對氧化劑的接收度。因此，配體通常被氧化掉而從金屬中心脫離出來，使得金屬離子被還原成元素金屬。在實施例中，反應氣體包含空氣中的氧氣，空氣可過篩干燥以移除大氣中的水氣。對于利用含氧氣體以沉積釕材料的工藝是進一步闡述于共同受讓且審理中的美國專利申請案10/811230中，該案于2004年3月26日申請，名稱為「用于銅薄膜沉積的釕層形成」(Ruthenium Layer Formation for Copper Film Deposition)，公開號為2004-0241321，在此是以參考方式納入該案的內容。
釕前驅物的脈沖時距(time interval)可由諸多因素決定，例如在ALD工藝中使用的工藝腔體的體積容量、耦接至腔體上的真空系統(tǒng)以及反應物的揮發(fā)度/反應性等因素。例如，(1)大容積的工藝腔體可能需要較長的時間以穩(wěn)定諸如載氣/清洗氣體流與溫度的工藝條件，因此需要較長的脈沖時間；(2)工藝氣體的流速較低也需要較長的時間以穩(wěn)定工藝條件，因此需要較長的脈沖時間；以及(3)較低的腔體壓力意味著可快速排空工藝腔體中的工藝氣體，因此需要較長的脈沖時間。一般來說，可選擇有益的工藝條件，使得釕前驅物的脈沖可提供足量的前驅物，以使至少單層的釕前驅物被吸附在基材上。之后，通過固定流速的載氣氣流與真空系統(tǒng)，可將腔體內過多的釕前驅物由工藝腔體中移除。
釕前驅物與反應氣體的脈沖時距可以相同。也就是，釕前驅物的脈沖時間可與反應氣體的脈沖時間相同。在這樣的實施例中，釕前驅物的脈沖時距(T1)等于反應氣體的脈沖時距(T2)。
或者，釕前驅物與反應氣體的每個脈沖時距可以不同。也就是，釕前驅物的脈沖時間可長于或短于反應氣體的脈沖時間。在這樣的實施例中，釕前驅物的脈沖時距(T1)不同于反應氣體的脈沖時距(T2)。
此外，介于每次釕前驅物與反應氣體的脈沖之間的非脈沖時間也可以相同。也就是，在每次釕前驅物脈沖與每次反應氣體脈沖之間的非脈沖時距相同。在這樣的實施例中，釕前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)等于反應氣體脈沖與釕前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)。在非脈沖時距當中，僅提供載氣進入工藝腔體中。
或者，在每次釕前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時間也可以不同。也就是，在每次釕前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距短于或長于每次反應氣體脈沖與釕前驅物脈沖之間的非脈沖時距。在這樣的實施例中，介于釕前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)不同于介于反應氣體脈沖與釕前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)。在非脈沖時距當中，僅提供載氣進入工藝腔體中。
此外，在每個沉積循環(huán)中的釕前驅物與反應氣體的每次脈沖時距與介于每次脈沖之間的非脈沖時距可具有相同時間。在這樣的實施例中，每次沉積循環(huán)當中，釕前驅物的時距(T1)、反應氣體的時距(T2)、在釕前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)以及在反應氣體脈沖與釕前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)可為相同值。例如，在第一沉積循環(huán)(C1)中，釕前驅物的脈沖時距(T1)與后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中的釕前驅物時距(T1)相同。同樣的，在第一沉積循環(huán)(C1)中，反應氣體的每次脈沖時距以及介于釕前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距分別等于后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中反應氣體的每次脈沖時距以及介于釕前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距。
或者，釕前驅物、反應氣體的至少一個脈沖的時距與介于脈沖之間的非脈沖時距在釕材料沉積工藝的一或多個沉積循環(huán)中具有不相同的值。在這樣的實施例中，釕前驅物的脈沖中一或多個時距(T1)、反應氣體脈沖中時距(T2)、在釕前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)以及反應氣體與釕前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)在循環(huán)沉積工藝的一或多個沉積循環(huán)中具有不同數(shù)值。例如，在第一沉積循環(huán)(C1)中，釕前驅物的脈沖時距(T1)可長于或短于后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中的釕前驅物時距(T1)。同樣的，在第一沉積循環(huán)(C1)中，反應氣體每次脈沖的時距以及介于釕前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距等于后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中反應氣體每次脈沖的時距以及在釕前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距。
在一些實施例中，可將固定流速的載氣或清洗氣體流提供至工藝腔體中，并交錯穿插脈沖與非脈沖的周期來調整該工藝腔體，其中脈沖周期是隨著載氣/清洗氣體流來交替輸入該金屬前驅物與該反應氣體，同時非脈沖期間僅包含載氣/清洗氣體流。
PE-ALD工藝腔體(例如，工藝腔體50)可用以形成許多諸如鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、釕、鎢、氮化鎢與其它等材料。在實施例中，釕材料可在ALD工藝中被沉積在含鉭以及/或氮化鉭的阻障層上，此部分是闡述于共同受讓的美國專利號6951804中，在此是以參考方式納入該案的內容。用于沉積鎢材料于釕材料上的工藝是闡述于共同受讓且審理中的美國專利申請案11/009331中，該案于2004年12月10日申請，名稱為「釕作為鎢薄膜沉積的下墊層」(Ruthenium as an Underlayer for Tungsten Film Deposition)，公開號為2006-0128150，在此是以參考方式納入該案的內容。
在范例中，可利用CVD工藝形成銅種晶層于釕材料上，之后，利用ECP工藝沉積主體銅以填充內聯(lián)機。在另一個范例中，可利用PVD工藝形成銅種晶層于釕材料上，之后，利用ECP工藝沉積主體銅以填充內聯(lián)機。在另一個范例中，可利用無電鍍層工藝形成銅種晶層于釕材料上，之后，利用ECP工藝沉積主體銅以填充內聯(lián)機。在其它范例中，釕材料可當作種晶層，且利用ECP工藝或無電鍍層沉積工藝以直接填充銅主體。
在另一個范例中，可利用ALD工藝形成鎢種晶層于釕材料上，之后，利用CVD工藝或脈沖式CVD工藝沉積主體鎢以填充內聯(lián)機。在另一個范例中，可利用PVD工藝形成鎢種晶層于釕材料上，之后，利用CVD工藝或脈沖式CVD工藝沉積主體鎢以填充內聯(lián)機。在另一個范例中，可利用ALD工藝形成鎢種晶層于釕材料上，之后，利用ECP工藝沉積主體鎢以填充內聯(lián)機。在其它范例中，釕材料可當作種晶層，且利用CVD或脈沖式CVD工藝直接填充鎢主體。
可進行數(shù)種整合程序以形成釕材料于內聯(lián)機中。在范例中，后續(xù)步驟如下(a)預清洗基材；(b)沉積阻障層(例如，氮化鉭的原子層沉積)；(c)以原子層沉積工藝沉積釕；以及(d)利用無電鍍層、ECP或PVD沉積種晶銅并接著以ECP沉積主體銅。在另一個范例中，后續(xù)步驟如下(a)沉積阻障層(例如，氮化鉭的原子層沉積)；(b)穿洞步驟(punch through step)；(c)以原子層沉積工藝沉積釕；以及(d)利用無電鍍層、ECP或PVD沉積種晶銅并接著以ECP沉積主體銅。在另一個范例中，后續(xù)步驟如下(a)以原子層沉積工藝沉積釕；(b)穿洞步驟(punch through step)；(c)以原子層沉積工藝沉積釕；以及(d)利用無電鍍層、ECP或PVD沉積種晶銅并接著以無電鍍層、ECP或PVD沉積主體銅。在另一個范例中，后續(xù)步驟如下(a)以原子層沉積工藝沉積釕；(b)穿洞步驟；(c)以原子層沉積工藝沉積釕；以及(d)利用無電鍍層或ECP沉積銅。在另一個范例中，后續(xù)步驟如下(a)預清洗基材；(b)以原子層沉積工藝沉積釕；以及(c)利用無電鍍層、ECP或PVD沉積種晶銅并接著以ECP沉積主體銅。在另一個范例中，后續(xù)步驟如下(a)沉積阻障層(例如，氮化鉭的原子層沉積)；(b)以原子層沉積工藝沉積釕；(c)穿洞步驟；(d)以原子層沉積工藝沉積釕；(e)利用無電鍍層、ECP或PVD沉積種晶銅并接著以ECP沉積主體銅。在另一個范例中，后續(xù)步驟如下(a)沉積阻障層(例如，氮化鉭的原子層沉積)；(b)穿洞步驟；(c)沉積阻障層(例如，氮化鉭的原子層沉積)；(d)利用無電鍍層、ECP或PVD沉積種晶銅；以及(e)并接著以ECP沉積主體銅。在范例中，后續(xù)步驟如下(a)預清洗基材；(b)沉積阻障層(例如，氮化鉭的原子層沉積)；(c)以原子層沉積工藝沉積釕；以及(d)以無電鍍層或ECP沉積主體銅。
預清洗步驟包含清洗或凈化介電窗孔的方法，例如移除在介電窗孔底部的殘余物(例如，碳)或還原氧化銅為銅金屬。穿洞步驟包含由介電窗孔底部移除材料(例如阻障層)以暴露導電層(例如，銅)。有關穿洞步驟的公開是闡述在共同受讓的美國專利案6498091號中，在此是以參考方式納入該案的內容。穿洞步驟可在工藝腔體中進行，例如在阻障層腔體或清洗腔體中。本發(fā)明的實施例中，清洗步驟與穿洞步驟是施加在釕阻障層上。有關整體整合方法的進一步公開內容是闡述在共同受讓的美國專利7,049,226中，在此是以參考方式納入該案的內容。
在各種實施例中使用的吡咯釕前驅物與沉積化學品可提供更顯著的優(yōu)點。由本發(fā)明所提供的釕方法與前驅物(例如吡咯釕前驅物)所形成的層具有高成核密度與均勻性。相較于以先前技術并采用單獨環(huán)戊二烯釕化合物所沉積的層而言，相信本發(fā)明有助于免除諸如在釕材料中的衛(wèi)星狀或島狀等表面缺陷。
用以形成釕材料的吡咯釕前驅物在原子層沉積工藝中提供較少或沒有成核延遲。再者，所沉積的釕材料具有較低的碳濃度且因此具有高導電性。
再者，吡咯釕前驅物與反應氣體是應用于各種ALD工藝的實施例中，以沉積釕材料于阻障層上，特別是沉積在氮化鉭阻障層上。不像其它使用環(huán)戊二烯釕(ruthenocene)的ALD工藝，本發(fā)明的釕方法與前驅物不受限于需要在釕材料沉積之前先預處理阻障層。通過在ALD工藝中施加吡咯釕前驅物，可避免因過多工藝步驟(例如，預處理步驟)而降低生產(chǎn)線的整體產(chǎn)量。
再者，以本發(fā)明所沉積的釕材料，特別是當使用吡咯釕前驅物所沉積釕材料，具有對阻障層以及介電材料的優(yōu)越粘附特性。相信優(yōu)越的粘附性至少部分是由于高度均勻性與高成核密度所造成，通過產(chǎn)生平整的表面與較少表面缺陷。再者，為了能在ALD工藝中被吸附至基材表面上，環(huán)戊二烯釕化合物通常需要高于400℃的溫度。然而，因為許多低介電質裝置的溫度閾值(threshold)約在400℃，所以環(huán)戊二烯釕化合物并非ALD工藝中適當?shù)尼懬膀屛铩?br> 在如本文所述的ALD工藝中由吡咯釕前驅物所形成的釕材料一般具有小于2000Ω/sq的薄膜電阻，較佳小于1000Ω/sq，更佳小于約500Ω/sq。例如釕材料可具有介于約10Ω/sq與約250Ω/sq之間的薄膜電阻。
在此所使用的「基材表面」是指任意一種可在其上進行薄膜工藝的基材表面或材料表面。例如，工藝可在其上進行的基材表面包含諸如硅、氧化硅、應變硅(strained silicon)、絕緣層上覆硅(SOI)、摻雜碳的硅氧化物、氮化硅、摻雜硅、鍺(germanium)、砷化鎵(gallium arsenide)、玻璃、藍寶石(sapphire)等材料，以及任何其它諸如金屬、金屬氮化物、金屬合金與其它導電材料等?；谋砻嫔系淖枵蠈?、金屬或金屬氮化物包含鈦、氮化鈦、氮化鎢、鉭與氮化鉭?；目删哂懈鞣N尺寸，例如，200毫米或300毫米直徑的晶片，以及矩形或方形板。除非特別指明，本文中所述的實施例與范例是在直徑為200毫米或300毫米的基材上進行，較佳地為直徑300毫米的基材。本文所述實施例的工藝可沉積釕材料于許多基材與表面上?？蓱帽景l(fā)明實施例的基材包含，但不限于，半導體晶片，例如晶硅(如，Si<100>、Si<111>)、氧化硅、應變硅、硅鍺、摻雜或非摻雜多晶硅、摻雜或非摻雜硅晶片或具圖案或不具圖案的晶片?？蓪倪M行預處理工藝以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥基化、退火以及/或烘烤基材表面。
本文中所使用的「原子層沉積(ALD)」或「循環(huán)沉積(cyclical deposition)」是指相繼導入兩種或多種反應性化合物以沉積材料層于基材表面上。兩種、三種或更多種的反應性化合物可交替地導入工藝腔體的反應區(qū)中。反應性化合物可為氣體、等離子體、蒸汽、流體等狀態(tài)或其它可用于氣相沉積工藝的狀態(tài)。通常，使用一時間延遲來隔開每種反應性化合物，以使每種化合物可在基材表面上粘著以及/或反應。在一方面，第一前驅物或化合物A是以脈沖方式進入反應區(qū)，接著有第一次時間延遲。接著，第二前驅物或化合物B是以脈沖方式進入反應區(qū)，接著有第二次時間延遲?；衔顰與化合物B反應以形成沉積材料。在每次時間延遲當中，是將例如氮氣等清洗氣體導入工藝腔體中，以清洗反應區(qū)或從反應區(qū)中移除任何殘留的反應性化合物或副產(chǎn)物?；蛘?，可在整個沉積工藝中持續(xù)導入清洗氣體，使得介于反應化合物的脈沖之間的時間延遲中僅有清洗氣體流入。反應化合物是以脈沖方式交替地導入，直到所需的膜層或膜層厚度形成在基材表面上。在另一個情況中，脈沖輸入化合物A、清洗氣體、脈沖輸入化合物B與清洗氣體的ALD工藝作為一個循環(huán)。循環(huán)可由輸入化合物A或化合物B開始，且持續(xù)循環(huán)的各個步驟順序直到達到所需膜層的厚度。在另一個實施例中，包含化合物A的第一前驅物、包含化合物B的第二前驅物以及包含化合物C的第三前驅物是分別獨立地脈沖輸入至工藝腔體中?；蛘?，第一前驅物的脈沖可與第二前驅物的脈沖重迭，而第三前驅物的脈沖未與第一或第二前驅物的脈沖重迭。本文中所使用的「工藝氣體」一詞是指單一氣體、多種氣體、含等離子體的氣體、氣體以及/或等離子體的組合等。工藝氣體可包含至少一種用于氣相沉積工藝的反應性化合物。反應性化合物可為氣體、等離子體、蒸汽、流體等狀態(tài)或其它可用于氣相沉積工藝的狀態(tài)。再者，工藝氣體可包含清洗氣體或載氣，但不包含反應化合物。
實驗 在本節(jié)中的實驗是在具有熱長成3000埃厚度的二氧化硅層的基材上進行。接著，以ALD工藝沉積厚度為10埃的氮化鉭層。沉積技術的詳細說明是闡述于已共同受讓的美國專利案6951804號中，在此是以參考方式納入該案的內容。氮化鉭膜是為具有薄膜電阻大于約20,000Ω/sq的介電質。
ALD實驗是在上述ALD腔體中完成，該腔體可從位于加州圣塔克拉拉的應用材料公司(Applied Materials，Inc)購得。腔體間隔(介于晶片與腔體主體頂端之間的距離)是為230密爾(5.84毫米)。
實驗1具有固定流速的氨氣(NH3)與中間等離子體的(DMPD)2Ru 在此實驗中所使用的釕前驅物為雙(2，4-二甲基戊二烯)釕(bis(2，4-dimethylpentadienyl)ruthenium，(DMPD)2Ru))。在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在約2托(Torr)且基材被加熱至約300℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。通過使流速約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿(ampoule)且已加熱至約80℃的(DMPD)2Ru而形成釕前驅物氣體?；谋┞对诹魉偌s為500sccm的釕前驅物氣體以及流速約為1500sccm的氨氣中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體的流速同時維持氨氣氣體的流速。清洗步驟大約進行2秒。接著，激發(fā)等離子體以由氨氣氣體形成一氨氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約125瓦與13.56百萬赫(MHz)的RF產(chǎn)生器在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。之后，關閉等離子體功率并使腔體進行固定流速的氨氣的第二清洗步驟大約2秒。在重復大約140次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約5埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后確定無成核延遲且平均沉積速率是大約為0.22埃/循環(huán)。
實驗2具有固定流速的氨氣與中間等離子體的(MeCD)(EtCD)Ru 在此實驗中所使用的釕前驅物為甲基環(huán)戊二烯乙基環(huán)戊二烯釕(methylcyclopentadienyl ethylcyclopentadienyl ruthenium，(MeCp)(EtCp)Ru)。在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在約2托且基材加熱至約300℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。使流速約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿且已加熱至約80℃的(MeCp)(EtCp)Ru而形成釕前驅物氣體?；谋┞对诹魉偌s為500sccm的釕前驅物氣體以及流速約為1500sccm的氨氣中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體的流速同時維持氨氣氣體的流速。清洗步驟大約進行2秒。接著，激發(fā)一等離子體以由氨氣氣體形成氨氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約125瓦與13.56百萬赫的RF產(chǎn)生器在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。之后，關閉等離子體功率并使腔體進行具有固定流速的氨氣的第二清洗步驟大約2秒。在重復大約140次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約6埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后判斷有成核延遲。
實驗3具有固定流速的氨氣與中間等離子體的(MeCp)(Py)Ru 在此實驗中所使用的釕前驅物為甲基環(huán)戊二烯吡咯釕(methylcyclopentadienyl pyrrolyl ruthenium((MeCp)(Py)Ru))。在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在約2托且基材被加熱至約300℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。通過使流速有約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿且已加熱至約80℃的(MeCp)(Py)Ru而形成釕前驅物氣體?；谋┞对诹魉偌s為500sccm的釕前驅物氣體以及流速約為1500sccm的氨氣中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體的流速同時維持氨氣氣體的流速。清洗步驟大約進行2秒。接著，激發(fā)等離子體以由氨氣氣體形成氨氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約300瓦與13.56百萬赫的RF產(chǎn)生器在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。之后，關閉等離子體功率并使腔體進行具有固定流速的氨氣的第二清洗步驟大約2秒。在重復大約140次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約49埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后確定無成核延遲且平均沉積速率是大約為0.35埃/循環(huán)。
實驗4具有固定流速的氮氣與中間等離子體的(MeCD)(Py)Ru 在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在大約4托且基材是加熱至大約350℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。通過使流速約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿且已加熱至約80℃的(MeCp)(Py)Ru而形成釕前驅物氣體。基材暴露在流速約為500sccm的釕前驅物氣體以及流速約為1500sccm的氮氣中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體的流速同時維持氮氣氣體的流速。清洗步驟大約進行2秒。接著，激發(fā)等離子體以由氮氣氣體形成氮氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約500瓦與13.56百萬赫的RF產(chǎn)生器在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。之后，關閉等離子體功率并使腔體進行具有固定流速的氮氣的第二清洗步驟大約2秒。在重復大約140次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約46埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后確定無成核延遲且平均沉積速率是大約為0.33埃/循環(huán)。
實驗5具有固定流速的氫氣與中間等離子體的(MeCD)(Py)Ru 在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在大約4托且基材是加熱至大約350℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。通過使流速約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿且已加熱至約80℃的(MeCp)(Py)Ru而形成釕前驅物氣體?；谋┞对诹魉偌s為500sccm的釕前驅物氣體以及流速約為1500sccm的氫氣中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體的流速同時維持氫氣氣體的流速。清洗步驟大約進行2秒。接著，激發(fā)等離子體以由氫氣氣體中形成氫氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約500瓦與13.56百萬赫的RF產(chǎn)生器可在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。之后，關閉等離子體功率并使腔體進行具有固定流速的氫氣的第二清洗步驟大約2秒。在重復大約140次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約45埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后確定無成核延遲且平均沉積速率是大約為0.32埃/循環(huán)。
實驗6具有中間氨氣等離子體的(MeCD)(Py)Ru 在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在約2托且基材加熱至約300℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。通過使流速約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿且已加熱至約80℃的(MeCp)(Py)Ru而形成釕前驅物氣體?；氖潜┞对诰哂屑s500sccm流速的釕前驅物氣體中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體流且注入具有大約500sccm流速的氮氣清洗氣體。清洗步驟大概進行約2秒。之后，在停止氮氣流之后，注入具有大約1500sccm流速的氨氣至腔體中。接著，激發(fā)等離子體以由氨氣氣體形成氨氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約300瓦與13.56百萬赫的RF產(chǎn)生器在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。隨后，關閉氨氣流與等離子體功率。使腔體是暴露在流速約500sccm的氮氣的第二清洗步驟中大約2秒。在重復大約150次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約51埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后確定無成核延遲且平均的沉積速率是大約為0.34埃/循環(huán)。
實驗7具有中間氮氣等離子體的(MeCp)(Py)Ru 在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在約4托且基材加熱至約350℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。通過使流速約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿且已加熱至約80℃的(MeCp)(Py)Ru而形成釕前驅物氣體?；氖潜┞对诰哂屑s500sccm流速的釕前驅物氣體中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體流并且注入具有大約500sccm流速的氮氣清洗氣體。清洗步驟大概進行約2秒。接著，激發(fā)等離子體以由氮氣氣體形成氮氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約500瓦與13.56百萬赫的RF產(chǎn)生器在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。隨后，關閉氮氣流體與等離子體功率。腔體是暴露在具有約500sccm流速的氮氣的第二清洗步驟中大約2秒。在重復大約150次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約50埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后確定無成核延遲且平均的沉積速率是大約為0.33埃/循環(huán)。
實驗8具有中間氫氣等離子體的(MeCp)(Py)Ru 在實驗中，工藝腔體內的壓力維持在大約4托且基材是加熱至大約350℃。一個原子層沉積(ALD)循環(huán)包含下列步驟。通過使流速約500sccm的氮氣載氣通過一安瓿且已加熱至約80℃的(MeCp)(Py)Ru而形成釕前驅物氣體?；氖潜┞对诰哂屑s500sccm流速的釕前驅物氣體中大約3秒。在清洗步驟中，停止釕前驅物氣體流且注入具有大約500sccm流速的氮氣清洗氣體。清洗步驟大概進行約2秒。之后，在停止氮氣流之后，注入具有大約1500sccm流速的氫氣至腔體中。接著，激發(fā)等離子體以由氫氣氣體形成氫氣等離子體并維持該流速。使用功率輸出設定在約500瓦與13.56百萬赫的RF產(chǎn)生器在等離子體步驟中產(chǎn)生大約4秒的等離子體。隨后，關閉氫氣流體與等離子體功率。使腔體暴露在具有約500sccm流速的氮氣的第二清洗步驟中大約2秒。在重復大約150次ALD循環(huán)之后，停止沉積工藝。釕材料層是沉積在基材上且具有大約48埃的厚度。分析實驗數(shù)據(jù)之后確定無成核延遲且平均的沉積速率是大約為0.32埃/循環(huán)。
其它原子層沉積工藝 本發(fā)明實施例提供通過熱原子層沉積工藝或等離子體增強的原子層沉積工藝并使用工藝腔體50或蓋組件100以沉積各種含金屬材料(例如含鉭或鎢材料)于基材上的方法。在PE-ALD工藝范例中，通過連續(xù)暴露基材至鉭前驅物與等離子體中以沉積氮化鉭。在另一個PE-ALD工藝范例中，通過連續(xù)暴露基材至鎢前驅物與等離子體中以沉積氮化鎢。在另一個PE-ALD工藝范例中，通過連續(xù)暴露基材至鉭前驅物或鎢前驅物與等離子體中以沉積金屬鉭或金屬鎢。
可用于本文中所述的氣相沉積工藝中的鉭前驅物包含五(二甲基胺)鉭(pentakis(dimethylamido)tantalum，PDMAT或Ta(NMe2)5)、五(乙基甲基胺)鉭(pentakis(ethylmethylamido)tantalum，PEMAT或Ta[N(Et)Me]5)、五(二乙基胺)鉭(pentakis(diethylamido)tantalum，PDEAT或Ta(NEt2)5)、乙基亞胺-三(二甲基胺)鉭(ethylimido-tris(dimethylamido)tantalum，(EtN)Ta(NMe2)3)、乙基亞胺-三(二乙基胺)鉭(ethylimido-tris(diethylamido)tantalum，(EtN)Ta(NEt2)3)、乙基亞胺-三(乙基甲基胺)鉭(ethylimido-tris(ethylmethylamido)tantalum，(EtN)Ta[N(Et)Me]3)、三級丁基亞胺-三(二甲基胺)鉭(tertiarybutylimino-tris(dimethylamino)tantalum，TBTDMT或(tBuN)Ta(NMe2)3)、三級丁基亞胺-三(二乙基胺)鉭(tertiarybutylimino-tris(diethylamino)tantalum，TBTDET或(tBuN)Ta(NEt2)3)、三級丁基亞胺-三(乙基甲基胺)鉭(tertiarybutylimino-tris(ethylmethylamino)tantalum，TBTEAT或(tBuN)Ta[N(Et)Me]3)、三級戊基亞胺-三(二甲基胺)鉭(tertiaryamylimido-tris(dimethylamido)tantalum，TAIMATA或(tAmylN)Ta(NMe2)3)，其中tAmyl為三級戊基(C5H11-或CH3CH2C(CH3)2-)、三級戊基亞胺-三(二乙基胺)鉭(tertiaryamylimido-tris(diethylamido)tantalum，TAIEATA或(tAmylN)Ta(NEt2)3)、三級戊基亞胺-三(乙基甲基胺)鉭(tertiaryamylimido-tris(ethylmethylamido)tantalum，TAIMATA或(tAmylN)Ta([N(Et)Me]3)、鹵化鉭(tantalum halides)，例如氟化坦(TaF5)或氯化鉭(TaCl5)、上述化合物的衍生物或組合物。
可用于本文中所述的氣相沉積工藝中的鎢前驅物包含雙(三級丁基亞胺)雙(三級丁基胺)鎢(bis(tertiarybutylimido)bis(tertiarybutylamido)tungsten，(tBuN)2W(N(H)tBu)2)、雙(三級丁基亞胺)雙(二甲基胺)鎢(bis(tertiarybutylimido)bis(dimethylamido)tungsten，(tBuN)2W(NMe2)2)、雙(三級丁基亞胺)雙(二乙基胺)鎢(bis(tertiarybutylimido)bis(diethylamido)tungsten，(tBuN)2W(NEt2)2)、雙(三級丁亞胺)雙(乙基甲基胺)鎢(bis(tertiarybutylimido)bis(ethylmethylamido)tungsten，(tBuN)2W(NEtMe)2)、六氟化鎢(tungsten hexafluoride)、上述化合物的衍生物或組合物等。
可于本文所述的氣相沉積工藝中用于形成含金屬材料的氮氣前驅物包含氨氣(NH3)、聯(lián)胺(hydrazine，N2H4，或稱肼)、甲基聯(lián)胺(methylhydrazine，Me(H)NNH2)、二甲基聯(lián)胺(dimethyl hydrazine，Me2NNH2或Me(H)NN(H)Me)、三級丁基聯(lián)胺(tertiarybutylhydrazine，tBu(H)NNH2)、苯基聯(lián)胺(phenylhydrazine，C6H5(H)NNH2，或稱苯肼)、氮氣等離子體源(例如，氮原子、氮氣、氮氣/氫氣、氨氣或聯(lián)胺等離子體)、2，2-偶氮三級丁烷(2，2′-azotertbutane，tBuNNtBu)、疊氮化物源(azide source)(例如，疊氮乙烷(ethyl azide，EtN3)、疊氮三甲基硅烷(trimethylsilyl azide，Me3SiN3)、上述化合物的衍生物、等離子體或組合物等。
適合用于形成含金屬材料的反應物可為還原氣體，包含氫(例如，氫氣或氫原子)、氮原子(atomic-N)、氨氣(ammonia，NH3)、聯(lián)胺(hydrazine，N2H4)、甲硅烷(silane，SiH4)、乙硅烷(disilane，Si2H6)、三硅烷(trisilane，Si3H8)、四硅烷(tetrasilane，Si4H10)、二甲基硅烷(dimethylsilane，SiC2H8)、甲基硅烷(methyl silane，SiCH6)、乙基硅烷(ethylsilane，SiC2H8)、氯硅烷(chlorosilane，ClSiH3)、二氯硅烷(dichlorosilane，Cl2SiH2)，六氯二硅烷(hexachlorodisilane，Si2Cl6)、硼烷(borane，BH3)、乙硼烷(diborane，B2H6)、三硼烷(triborane)、四硼烷(tetraborane)、五硼烷(pentaborane)、三乙基硼烷(triethylborane，Et3B)、上述化合物的衍生物、等離子體或組合物等。
載氣、清洗氣體與工藝氣體可包含氮氣、氫氣、氨氣、氬氣、氖氣、氦氣或上述氣體的組合物等。可激發(fā)含有任何氣體的等離子體。較佳地，在本文中所述的氣相沉積工藝中可用于形成含金屬材料的等離子體前驅物氣體包含氮氣、氫氣、氨氣、氬氣或上述氣體的組合物。在范例中，等離子體包含氮氣與氫氣。在另一個范例中，等離子體包含氮氣與氨氣。在另一個范例中，等離子體包含氨氣與氫氣。
可在本文所述的ALD或PE-ALD工藝中形成的含金屬材料包含鉭、氮化鉭、鎢、氮化鎢、鈦、氮化鈦、上述材料的合金、衍生物或組物等。在實施例中，含金屬材料可在包含一固定流速的反應物氣體并同時提供金屬前驅物與等離子體的連續(xù)脈沖輸入的PE-ALD工藝中形成。在另一個實施例中，含金屬材料可在另一種提供金屬前驅物與反應物等離子體的連續(xù)脈沖的PE-ALD工藝中形成。在這兩種實施例中，反應物在工藝中通常會離子化。再者，PE-ALD工藝中的等離子體可在工藝腔體外產(chǎn)生，例如通過一遠程等離子體產(chǎn)生器(PRS)系統(tǒng)來產(chǎn)生等離子體，或較佳地，等離子體可在能夠產(chǎn)生等離子體的ALD工藝腔體中原位產(chǎn)生。在PE-ALD工藝中，等離子體可由微波(MW)頻率產(chǎn)生器或射頻(RF)產(chǎn)生器所生成。例如，等離子體可在工藝腔體50內或具有蓋組件100的工藝腔體50中激發(fā)。在一個較佳實施例中，可由RF產(chǎn)生器生成原位(in situ)等離子體。在另一個實施例中，含金屬材料可在另一種提供連續(xù)脈沖輸入金屬前驅物與反應物的熱原子層沉積工藝中形成。
ALD工藝中的工藝腔體的壓力可控制至介于約0.1托至約80托之間，較佳地介于約0.5托至約10托之間，更佳地介于約1托至5托之間。再者，腔體或基材可加熱至小于約500℃的溫度，較佳介于約100℃至約450℃之間，更佳介于約150℃至約400℃之間，例如300℃。在PE-ALD工藝中，若為原位生成的等離子體工藝則等離子體可在工藝腔體內被激發(fā)，或者等離子體也可由外部生成源所產(chǎn)生，例如由遠程等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)(PRS)產(chǎn)生等離子體。等離子體可由微波產(chǎn)生器所生成，較佳地可由RF產(chǎn)生器所生成。例如，等離子體可在工藝腔體50內或具有蓋組件100的工藝腔體50內被激發(fā)。RF產(chǎn)生器可設定在介于約100千赫至約1.6百萬赫之間的頻率之間。在一范例中，具有13.56百萬赫頻率的RF產(chǎn)生器可設定成具有介于約100瓦至約1000瓦之間的功率輸出，較佳介于約250瓦至600瓦之間，更佳地介于約300瓦至約500瓦之間。在一范例中，具有400千赫頻率的RF產(chǎn)生器可設定成具有介于約200瓦至約2000瓦之間的功率輸出，較佳介于約500瓦至1500瓦之間?；谋砻婵杀┞对趩挝槐砻娣e功率介于約0.01瓦/平方厘米(watts/cm2)至約10瓦/平方厘米之間的等離子體下，較佳介于約0.05瓦/平方厘米至約6瓦/平方厘米之間。
該基材可為基材上的一或多層介電材料層中定義有內聯(lián)機圖案的硅基材。范例中，基材具有阻障層形成于其上；而另一個范例則為基材具有介電表面。諸如溫度與壓力的工藝腔體條件可加以調整以增強工藝氣體在基材上的吸附，以便幫助吡咯金屬前驅物與反應氣體間的反應。
在實施例中，基材可在整個ALD循環(huán)中都暴露在反應氣體下?；目杀┞对谕ㄟ^使載氣(例如氮氣或氬氣)通過一安瓿的金屬前驅物而形成的金屬前驅物氣體下。視工藝所使用的金屬前驅物而決定是否加熱安瓿。在范例中，包含甲基環(huán)戊二烯吡咯釕((MeCp)(Py)Ru)的安瓿可被加熱至介于約60℃至約100℃之間的溫度，例如約80℃。金屬前驅物氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。金屬前驅物氣體與反應物氣體可結合以形成沉積氣體。反應物氣體通常具有介于約100sccm至約3000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約2000sccm之間，更佳地介于約500sccm至約1500sccm之間。在范例中，氨氣是當作反應物氣體使用并具有約1500sccm的流速?；目杀┞对诮饘偾膀屛餁怏w中或暴露在包含金屬前驅物與反應氣體的沉積氣體中一段介于約0.1秒至約8秒之間的時間，較佳介于約1秒至約5秒之間，更佳介于約2秒至約4秒之間。一旦金屬前驅物被吸附至基材上時，可停止輸送金屬前驅物。金屬前驅物可為非連續(xù)層、連續(xù)層或多層。
在停止注入金屬前驅物氣體后，基材與腔體可進行清洗步驟。在清洗步驟過程中，反應氣體的流速可維持與先前步驟相同或加以調整。較佳地，反應氣體流速可維持與先前步驟相同?；蛘撸逑礆怏w可以介于約100sccm與約2000sccm之間的流速注入工藝腔體中，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。清洗步驟移除任何多余的金屬前驅物與其它在工藝腔體內的污染物。清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳介于約2秒至4秒之間。載氣、清洗氣體與工藝氣體可包含氮氣、氫氣、氨氣、氬氣、氖氣、氦氣或上述氣體的組合物等。在一個較佳實施例中，載氣包含氮氣。
隨后，在激發(fā)等離子體之前，可調整或維持反應氣體流?；目杀┞对诘入x子體下一段時間，時間是介于約0.1秒至20秒之間，較佳介于約1秒至10秒之間，更佳介于約2秒至8秒之間。隨后，關閉等離子體功率。在范例中，反應物可為氨氣、氮氣、氫氣或上述氣體的組合物，以形成氨氣等離子體、氮氣等離子體、氫氣等離子體或組合等離子體。反應物等離子體與被吸附至基材上的金屬前驅物反應以形成含金屬材料于基材上。在范例中，反應等離子體是當作還原劑以形成金屬釕、鉭、鎢、鈦或上述金屬的合金。當然，可使用各種反應物以形成具有很多成分的含金屬材料。在范例中，含硼反應物化合物(例如，乙硼烷)是用以形成含硼化物的含金屬材料。在另一個范例中，含硅反應物化合物(例如，硅甲烷)是用以形成含硅化物的含金屬材料。
工藝腔體可進行第二個清洗步驟以移除過多的前驅物或先前步驟的污染物。在清洗步驟中，反應氣體的流速可維持與先前步驟一樣或加以調整。選用性的清洗氣體可注入工藝腔體中且具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。第二清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳介于約2秒至4秒之間。
可重復原子層沉積循環(huán)直到預設厚度的含金屬材料沉積在基材上?？沙练e含金屬材料至具有小于約1000埃的厚度，較佳小于約500埃，更佳介于約10埃與約100埃之間，例如約30埃。在此闡述的工藝可以至少0.15埃/循環(huán)的速率沉積含金屬材料，較佳至少為0.25埃/循環(huán)，更佳至少為0.35埃/循環(huán)或更快。在另一個范例中，本文中所述的工藝克服了先前技術有關成核延遲的缺點。本發(fā)明在多數(shù)沉積含金屬材料過程中，并無偵測到成核延遲的現(xiàn)象。
在另一個實施例中，含金屬材料可在另一種將基材連續(xù)暴露至金屬前驅物與諸如反應物等離子體等活性反應物中的PE-ALD工藝里形成。如文中所述，基材可暴露至通過使載氣通過含金屬前驅物的安瓿而形成的金屬前驅物氣體中。金屬前驅物氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。基材可暴露在含金屬前驅物與反應氣體的沉積氣體中一段介于約0.1秒至約8秒之間的時間，較佳介于約1秒至約5秒之間，更佳地介于約2秒至約4秒之間。一旦金屬前驅物被吸附至基材上時，可停止輸送金屬前驅物。金屬前驅物可為一非連續(xù)層、一連續(xù)層或多層。
接著，對基材與腔體進行清洗步驟。清洗氣體可在清洗步驟中施加至工藝腔體中。在一方面，清洗氣體是為反應氣體，例如氨氣、氮氣或氫氣。在另一方面，清洗氣體可為與反應氣體不同的氣體。例如，反應氣體可為氨氣而清洗氣體可為氮氣、氫氣或氬氣。清洗氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。清洗步驟移除任何多余的金屬前驅物與其它在工藝腔體內的污染物。清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳介于約2秒至4秒之間。載氣、清洗氣體與工藝氣體可包含氮氣、氫氣、氨氣、氬氣、氖氣、氦氣或上述氣體的組合物等。
在ALD工藝的下個步驟中，將基材與已被吸附基材上的金屬前驅物暴露于反應氣體中?；蛘?，載氣可與反應氣體同時注入工藝腔體中。反應氣體可被激發(fā)以形成等離子體。反應氣體通常具有介于約100sccm至約3000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約2000sccm之間，更佳介于約500sccm至約1500sccm之間。在范例中，氨氣是當作反應氣體使用并具有約1500sccm的流速。基材可暴露在等離子體下一段時間，時間是介于約0.1秒至20秒之間，較佳介于約1秒至10秒之間，更佳介于約2秒至8秒之間。隨后，關閉等離子體功率。在范例中，反應物可為氨氣、氮氣、氫氣或上述氣體的組合物，同時等離子體可以是氨氣等離子體、氮氣等離子體、氫氣等離子體或組合等離子體。反應物等離子體與被吸附至基材上的金屬前驅物反應以于基材上形成含金屬材料。在范例中，反應物等離子體是當作還原劑以形成金屬釕、鉭、鎢、鈦或上述金屬的合金。當然，可如本文中所述般，使用各種反應物以形成具有很多組成的含金屬材料。
工藝腔體可進行第二清洗步驟以移除過多的前驅物或前述步驟的污染物。反應氣體流可在前一個步驟結束時停止，若反應氣體當作清洗氣體時，其可在清洗步驟時再度開始?；蛘?，可注入與反應氣體不同的清洗氣體至工藝腔體中。反應氣體或清洗氣體通常具有介于約100sccm至約2000sccm之間的流速，較佳介于約200sccm至約1000sccm之間，更佳介于約300sccm至約700sccm之間，例如約500sccm。第二清洗步驟可進行一段時間，時間是介于約0.1秒至8秒之間，較佳介于約1秒至5秒之間，更佳地于約2秒至4秒之間。
可重復原子層沉積循環(huán)直到預設厚度的含金屬材料沉積在基材上。可沉積含金屬材料至具有小于約1000埃的厚度，較佳小于約500埃，更佳介于約10埃至約100埃之間，例如約30埃。在此闡述的工藝可以至少0.15埃/循環(huán)的速率沉積含金屬材料，較佳至少為0.25埃/循環(huán)，更佳至少為0.35埃/循環(huán)或更快。在另一個范例中，本文中所述的工藝克服了先前技術有關成核延遲的缺點。本發(fā)明在大多數(shù)沉積含金屬材料過程中，并無偵測到成核延遲的現(xiàn)象。
金屬前驅物的脈沖時間間隔(時距)可視諸多因素而定，例如視ALD工藝中使用的工藝腔體的體積容量、耦接至腔體上的真空系統(tǒng)以及反應物的揮發(fā)度/反應性等因素。例如，(1)大容積的工藝腔體可能需要較長的時間以穩(wěn)定諸如載氣/清洗氣體流速與溫度的工藝條件，因此需要較長的脈沖時間；(2)較低流速的工藝氣體也需要較長的時間以穩(wěn)定工藝條件，因此需要較長的脈沖時間；以及(3)較低的腔體壓力意味著可快速排空工藝腔體中的工藝氣體，因此需要較長的脈沖時間。一般來說，可選擇有益的工藝條件，使得金屬前驅物的脈沖輸入可提供足量的前驅物，以使至少單層的金屬前驅物被吸附在基材上。之后，通過固定的載氣氣流配合真空系統(tǒng)，可將腔體內過多的金屬前驅物由工藝腔體中移除。
金屬前驅物與反應氣體各自的脈沖時距可以相同。也就是，金屬前驅物的脈沖時間可與反應氣體的脈沖時間相同。在這樣的實施例中，金屬前驅物的脈沖時距(T1)等于反應氣體的脈沖時距(T2)。
或者，金屬前驅物與反應氣體各自的脈沖輸入時距可以不同。也就是，金屬前驅物的脈沖時間可長于或短于反應氣體的脈沖時間。在這樣的實施例中，金屬前驅物的脈沖時距(T1)不同于反應氣體的脈沖時距(T2)。
此外，在每個金屬前驅物與反應氣體的脈沖之間的非脈沖間隔也可以相同。也就是，在每個金屬前驅物脈沖與每個反應氣體脈沖之間的非脈沖時距是相同的。在這樣的實施例中，在金屬前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)等于反應氣體脈沖與金屬前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)。在非脈沖期間，僅提供固定的載氣氣流進入工藝腔體中。
或者，在每次金屬前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖期間也可以不同。也就是，在每次金屬前驅物脈沖與每次反應氣體脈沖之間的非脈沖時距短于或長于每次反應氣體脈沖與金屬前驅物脈沖之間的非脈沖時距。在這樣的實施例中，在金屬前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)不同于反應氣體脈沖與金屬前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)。在非脈沖期間中，僅提供固定的載氣氣流進入工藝腔體中。
此外，在沉積循環(huán)中，金屬前驅物與反應氣體的每次脈沖時距以及在每次脈沖之間的非脈沖時距可以相同。在這樣的實施例中，每次沉積循環(huán)的金屬前驅物的時距(T1)、反應氣體的時距(T2)、在金屬前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)以及在反應氣體脈沖與金屬前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)各自具有相同值。例如，在第一沉積循環(huán)(C1)中，金屬前驅物的脈沖時距(T1)與后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中的金屬前驅物時距(T1)相同。同樣的，在第一沉積循環(huán)(C1)中，反應氣體每次脈沖間的時距以及在金屬前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距各自等于后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中反應氣體每次脈沖的時距以及在金屬前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距。
或者，在金屬材料沉積工藝的一或多個沉積循環(huán)中，金屬前驅物、反應氣體的至少一個脈沖的時距與每次脈沖之間的非脈沖期間可能不相同。在這樣的實施例中，一或多個金屬前驅物的脈沖時距(T1)、反應氣體的脈沖時距(T2)、在金屬前驅物脈沖與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距(T3)以及反應氣體與金屬前驅物脈沖之間的非脈沖時距(T4)可能在該循環(huán)沉積工藝的一或多個沉積循環(huán)中具有不同數(shù)值。例如，在第一沉積循環(huán)(C1)中，金屬前驅物的脈沖時距(T1)可長于或短于后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中的金屬前驅物時距(T1)。同樣的，在第一沉積循環(huán)(C1)中，反應氣體每次脈沖的時距以及在金屬前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距可能等于或不等于后續(xù)沉積循環(huán)(C2...Cn)中反應氣體每次脈沖的時距以及在金屬前驅物與反應氣體脈沖之間的非脈沖時距。
在一些實施例中，可將固定流速的載氣或清洗氣體供應至工藝腔體中，并交錯穿插脈沖與非脈沖的周期來調整該工藝腔體，其中該脈沖周期是隨著載氣/清洗氣體流來交替輸入該金屬前驅物與該反應氣體，而非脈沖周期僅含有載氣/清洗氣體流。
雖前文已闡述本發(fā)明的具體實施例，然在不脫離本發(fā)明的基本精神與范圍下，當可設計出本發(fā)明的其它具體實施例，且本發(fā)明的范圍是由后述的權利要求書所界定之。
權利要求
1.一種處理基材的腔體，包含
一基材支持件，其具有一基材接收表面；
一腔體蓋組件，包含
一噴頭組件，其具有一內部區(qū)域以及一外部區(qū)域；
一冷卻組件，其與該噴頭組件接觸；
一等離子體隔板，設置在該噴頭組件的該內部區(qū)域中；
一等離子體篩，位于該噴頭組件的上方且用以引導一第一工藝氣體至該等離子體隔板，以及引導一第二工藝氣體至該噴頭組件的該外部區(qū)域；
一第一氣體區(qū)域，位于該等離子體隔板與該等離子體篩之間；以及
一第二氣體區(qū)域，位于該噴頭組件的該外部區(qū)域與該冷卻組件之間；以及
一工藝區(qū)域，位于該基材接收表面以及該腔體蓋組件之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的腔體，其中該噴頭組件包含一噴頭面板，該噴頭面板具有一底表面以實質涵蓋該基材接收表面。
3.根據(jù)權利要求2所述的腔體，其中該噴頭組件的該內部區(qū)域包含該等離子體隔板，該等離子體隔板為該噴頭組件的可移除部分。
4.根據(jù)權利要求3所述的腔體，其中該噴頭面板包含一導電材料，其選自由鋁、不銹鋼、鋼、鐵、鉻、鎳、上述材料的合金與上述材料的組合物所構成的群組中。
5.根據(jù)權利要求4所述的腔體，其中該噴頭面板的該底表面是與該基材接收表面平行或實質平行。
6.根據(jù)權利要求2所述的腔體，其中該噴頭組件的該外部區(qū)域包含多個孔，這些孔與該工藝區(qū)域流體連通。
7.根據(jù)權利要求6所述的腔體，其中該多個孔中每一個孔的直徑是介于約0.2毫米至約0.8毫米之間。
8.根據(jù)權利要求7所述的腔體，其中該多個孔包含大約1000個或更多個孔。
9.根據(jù)權利要求8所述的腔體，其中該多個孔中每一個孔皆具有防止氣體往回擴散或次級等離子體形成的直徑。
10.根據(jù)權利要求1所述的腔體，其中該冷卻組件包含多個通路，以使該第二工藝氣體由該等離子體篩通至該第二氣體區(qū)域。
11.根據(jù)權利要求10所述的腔體，其中該多個通路在該第二氣體區(qū)域以及該等離子體篩的該上表面之間形成一受阻路徑(obscured pathway)。
12.根據(jù)權利要求11所述的腔體，其中該多個通路包含至少10個通路。
13.根據(jù)權利要求1所述的腔體，其中該等離子體隔板包含多個狹縫，其由該第一氣體區(qū)域延伸通過該等離子體隔板，并且該多個狹縫提供該第一氣體區(qū)域與該工藝區(qū)域間流體連通。
14.根據(jù)權利要求13所述的腔體，其中該等離子體隔板組件更包含一頭錐(nose cone)，其由該等離子體隔板的一上表面延伸至該等離子體篩的一下表面。
15.根據(jù)權利要求13所述的腔體，其中該多個狹縫的每一個狹縫相對于該基材接收表面以一預設噴射角延伸貫穿該等離子體隔板，且該預設噴射角是介于約20°至約70°之間。
16.根據(jù)權利要求15所述的腔體，其中該等離子體隔板包含一導電材料，其選自由鋁、不銹鋼、鋼、鐵、鉻、鎳、上述材料的合金與上述材料的組合物所構成的群組中。
17.根據(jù)權利要求16所述的腔體，其中該等離子體隔板之一底表面是與該基材接收表面平行或實質平行。
18.根據(jù)權利要求13所述的腔體，其中該多個狹縫中的每一個狹縫的寬度介于約0.6毫米至約0.9毫米之間。
19.根據(jù)權利要求18所述的腔體，其中該多個狹縫包含大約10個或更多個狹縫。
20.根據(jù)權利要求18所述的腔體，其中該多個狹縫中的每一個狹縫具有防止氣體往回擴散或次級等離子體形成的寬度。
21.根據(jù)權利要求14所述的腔體，其中該等離子體隔板更包含多個孔，其由該第一氣體區(qū)域延伸通過該等離子體隔板，該多個孔徑向配置于該頭錐周圍，且該多個孔提供該第一氣體區(qū)域與該工藝區(qū)域之間流體連通。
22.根據(jù)權利要求21所述的等離子體隔板組件，其中該預設角度是設置成朝向該垂直軸提供該工藝氣體。
23.根據(jù)權利要求22所述的等離子體隔板組件，其中該預設角度介于約30°至約40°之間。
24.根據(jù)權利要求1所述的腔體，其中該等離子體篩包含用以接收該第一工藝氣體的一內面積，以及用以接收該第二工藝氣體的一外面積。
25.根據(jù)權利要求24所述的腔體，其中該等離子體篩的該內面積包含多個孔，用以引導該第一工藝氣體至該等離子體隔板。
26.根據(jù)權利要求25所述的腔體，其中該多個孔中每一個孔的直徑介于約0.5毫米至約5毫米之間。
27.根據(jù)權利要求25所述的腔體，其中該等離子體篩的該外面積包含多個狹縫，以引導該第二工藝氣體進入該第二氣體區(qū)域中。
28.根據(jù)權利要求27所述的腔體，其中該多個狹縫是與基材接收表面平行或實質平行。
29.根據(jù)權利要求27所述的腔體，其中該多個狹縫是垂直或實質垂直于位于該等離子體篩的該第一面積內的多孔。
30.根據(jù)權利要求27所述的腔體，其中該多個狹縫中每一個狹縫的寬度介于約0.2毫米至約0.8毫米之間。
31.根據(jù)權利要求1所述的腔體，更包含一絕緣套，其位于該等離子體篩上方。
32.根據(jù)權利要求31所述的腔體，其中該絕緣套包含至少二氣體通路，位于該絕緣套內的一第一氣體通路是設置以引導該第一工藝氣體進入該等離子體篩的內部區(qū)域中，以及位于該絕緣套內的一第二氣體通路是設置以引導該第二工藝氣體進入該等離子體篩的外部區(qū)域中。
33.根據(jù)權利要求32所述的腔體，其中該等離子體篩以及該絕緣套是各自獨立包含一選自陶瓷、石英及其衍生物與組合物所構成的群組中的材料。
34.根據(jù)權利要求31所述的腔體，更包含一氣體歧管，位于該絕緣套的上方。
35.根據(jù)權利要求34所述的腔體，其中該氣體歧管包含至少二氣體通路，一第一氣體通路用以提供該第一工藝氣體至該絕緣套，以及一第二氣體通路用以提供該第二工藝氣體至該絕緣套。
36.根據(jù)權利要求35所述的腔體，其中一第一導管與一第二導管耦接至該第一氣體通路，并且為該第一工藝氣體提供一環(huán)形氣體流動型態(tài)。
37.根據(jù)權利要求36所述的腔體，其中該第一導管與該第二導管是獨立設置，以引導在該第一氣體通路之一內表面處的氣體。
38.根據(jù)權利要求37所述的腔體，其中該環(huán)形氣體流動型態(tài)包含一選自由漩渦狀(vortex)、螺紋狀(helix)、螺旋狀(spiral)、旋轉狀(twirl)、扭轉狀(twist)、盤繞狀(coil)、圈狀(whirlpool)與上述衍生形狀所組成的群組中的流動型態(tài)。
39.根據(jù)權利要求36所述的腔體，其中該第一與該第二導管是分別與該第一氣體通路的中央軸之間具有一角度。
40.根據(jù)權利要求39所述的腔體，其中該角度大于約20°。
41.根據(jù)權利要求38所述的腔體，其中一閥門耦接至該第一導管，以及一前驅物源是與該第一閥門流體連通，以及該閥門使一原子層沉積工藝具有約2秒或更短的脈沖時間。
42.根據(jù)權利要求41的方法，其中該脈沖時間介于約0.01秒至約0.5秒之間。
43.一種處理基材的腔體，包含
一基材支持件，其具有一基材接收表面；
一腔體蓋，包含
一通道，位于該腔體蓋的中央部分；
一端較窄底表面(tapered bottom surface)，其由該通道延伸至一位于一等離子體隔板與一噴頭上方的一等離子體篩，其中該噴頭的形狀與大小調整成可實質涵蓋該基材接收表面；
一第一導管，耦接至該通道內的一第一氣體入口；以及
一第二導管，耦接至該通道內的一第二氣體入口，其中該第一導管與該第二導管是設置用以提供一工藝氣體的一環(huán)形氣體流動型態(tài)。
44.一種處理基材的腔體，包含
一基材支持件，其具有一基材接收表面；
一腔體蓋組件，包含
一噴頭組件，其具有一內部區(qū)域以及一外部區(qū)域；
一等離子體篩，位于該噴頭組件的上方且用以引導一第一工藝氣體至該內部區(qū)域以及引導一第二工藝氣體至該外部區(qū)域；以及
一工藝區(qū)域，位于該基材接收表面與該腔體蓋組件之間。
45.一種于處理腔體內用以處理基材的蓋組件，包含
一噴頭組件，其具有一內部區(qū)域以及一外部區(qū)域；
一等離子體篩，位于該噴頭組件的上方，且用以引導一第一工藝氣體至該內部區(qū)域以及引導一第二工藝氣體至該外部區(qū)域；
一第一氣體區(qū)域，位于該噴頭組件的該內部區(qū)域上方，并介于該噴頭組件與該等離子體篩之間；以及
一第二氣體區(qū)域，位于該噴頭組件的該外部區(qū)域上方。
46.根據(jù)權利要求45所述的蓋組件，其中該蓋組件的該內部區(qū)域包含一等離子體隔板。
47.根據(jù)權利要求46所述的蓋組件，其中該等離子體隔板包含多個狹縫，用以分配該第一工藝氣體通過該蓋組件。
48.根據(jù)權利要求47所述的蓋組件，其中這些狹縫的每一者是配置成與一通過該內部區(qū)域中心的垂直軸之間夾有一預定噴射角，并且該預定噴射角介于約20°至約70°之間。
49.根據(jù)權利要求48所述的蓋組件，其中該預定噴射角介于約40°至約50°之間。
50.根據(jù)權利要求45所述的蓋組件，更包含一冷卻組件配置于該噴頭組件上。
51.根據(jù)權利要求50所述的蓋組件，其中該第二氣體區(qū)域位于該冷卻組件與該噴頭組件之間。
52.根據(jù)權利要求51所述的蓋組件，其中該冷卻組件包含多個通路，以提供從該等離子體篩至該第二氣體區(qū)域間的流體連通。
53.根據(jù)權利要求45所述的蓋組件，其中該等離子體篩包含一電性絕緣材料，并且該等離子體篩包含一內面積與一外面積，該內面積用以接收該第一工藝氣體，以及該外面積用以接收該第二工藝氣體。
54.根據(jù)權利要求53所述的蓋組件，其中該等離子體篩的該內面積包含多個孔，用以引導該第一工藝氣體。
55.根據(jù)權利要求54所述的蓋組件，其中該內面積更包含一無孔區(qū)帶。
56.根據(jù)權利要求55所述的蓋組件，其中該第一工藝氣體的一第一流動型態(tài)是以視距可及方向朝向(directed with a line-of-sight)該區(qū)帶。
57.根據(jù)權利要求58所述的蓋組件，其中第一流動型態(tài)的視距可及方向受到該多個孔的阻卻。
58.根據(jù)權利要求53所述的蓋組件，其中該等離子體篩的該外面積包含多個狹縫，用以引導該第二工藝氣體。
59.根據(jù)權利要求58所述的蓋組件，其中該多個狹縫是與位于該等離子體篩的該第一面積中的多個孔呈垂直或實質垂直。
60.根據(jù)權利要求45所述的蓋組件，其中該噴頭組件具有一底面，該底面實質涵蓋住一處理腔體內的一基材接收表面。
61.根據(jù)權利要求60所述的蓋組件，其中該外部區(qū)域包含多個孔，用以分配一第二工藝氣體通過該噴頭組件。
62.根據(jù)權利要求61所述的蓋組件，其中該多個孔中具有至少約1000個孔或更多。
63.根據(jù)權利要求62所述的蓋組件，其中該多個孔具有至少約1800個孔或更多個孔。
64.根據(jù)權利要求45所述的蓋組件，其中該噴頭組件的該內部區(qū)域是一等離子體隔板，該等離子體隔板可從該噴頭面板的該外部區(qū)域拆卸下。
65.根據(jù)權利要求64所述的蓋組件，其中該噴頭面板與該等離子體隔板各自獨立包含一平均粗糙度至少約0.38微米的下表面。
66.根據(jù)權利要求65所述的蓋組件，其中該平均粗糙度至少約5.08微米。
67.一種于處理腔體內用以處理基材的蓋組件，包含
一接地氣體歧管，其包含至少一氣體線路；
一絕緣套，含有一通道用以接收來自該至少一氣體線路的氣體，其中該接地氣體歧管位于該絕緣套上方；
一噴頭組件，具有一外部區(qū)域與一內部區(qū)域，該外部區(qū)域含有多個孔，并且該內部區(qū)域含有一等離子體隔板，該等離子體隔板具有多個狹縫；以及一等離子體篩，位于該絕緣套與該等離子體隔板之間，其中該等離子體篩包含多個孔，用以在該等離子體隔板與該通道之間形成一受阻路徑。
68.一種于處理腔體內用以處理基材的蓋組件，包含
一接地氣體歧管，其包含至少一氣體線路；
一絕緣套，其含有一通道用以接收來自該至少一氣體線路的氣體，其中該接地氣體歧管位于該絕緣套上方；
一噴頭組件，具有一外部區(qū)域與一內部區(qū)域；以及
一等離子體篩，位于該絕緣套與該噴頭組件之間，其中該等離子體篩包含多個孔，用以在該噴頭組件的該內部區(qū)域與該信道之間形成一受阻路徑。
69.一種于處理腔體內用以處理基材的蓋組件，包含
一接地氣體歧管，其包含至少一氣體線路；
一絕緣套，其含有一通道用以接收來自該至少一氣體線路的氣體，其中該接地氣體歧管位于該絕緣套上方；
一噴頭組件，具有一外部區(qū)域與一內部區(qū)域，其中該外部區(qū)域包含多個孔；以及
一等離子體隔板，位于該內部區(qū)域中并且含有多個狹縫，其中該多個孔與該多個狹縫對于該通道各自獨立具有一受阻路徑。
70.一種于等離子體增強的氣相沉積腔體內用以接收一工藝氣體的等離子體隔板組件，包含
一等離子體隔板面板，其包含一上表面與一下表面，該上表面用以接收一工藝氣體并且該下表面用以釋出該工藝氣體；
多個開口，用以讓該工藝氣體從該上表面上方流至該下表面下方，其中每一個開口是與一垂直于該下表面的垂直軸之間具有一預定角度；以及
一頭錐，位于該上表面。
71.根據(jù)權利要求70所述的等離子體隔板組件，其中該多個開口為多個狹縫。
72.根據(jù)權利要求70所述的等離子體隔板組件，其中該預定角度的設置是為該工藝氣體提供一環(huán)形氣體流動型態(tài)。
73.根據(jù)權利要求72所述的等離子體隔板組件，其中該環(huán)形氣體流動型態(tài)包括選自于由漩渦狀(vortex)、螺紋狀(helix)、螺旋狀(spiral)、旋轉狀(twirl)、扭轉狀(twist)、盤繞狀(coil)、圈狀(whirlpool)或上述衍生形狀所構成的群組中的一流動型態(tài)。
74.根據(jù)權利要求71所述的等離子體隔板組件，其中該預定角度介于約20°至約70°之間。
75.根據(jù)權利要求74所述的等離子體隔板組件，其中該多個狹縫中每個狹縫的寬度介于約0.6毫米至0.9毫米之間。
76.根據(jù)權利要求75所述的等離子體隔板組件，其中該多個狹縫包含約10個狹縫或更多。
77.根據(jù)權利要求75所述的等離子體隔板組件，其中該多個狹縫中的每個狹縫具有可阻止氣體往回擴散或防止形成二次等離子體的寬度。
78.根據(jù)權利要求71所述的等離子體隔板組件，其中該等離子體隔板面板包含一導電材料，其是選自于由鋁、不銹鋼、鋼、鐵、鉻、鎳與上述材料的合金及組合物所構成的群組中。
79.根據(jù)權利要求78所述的等離子體隔板組件，其中這些狹縫的每個狹縫均具有一開口，該開口延伸橫越介于該頭錐與該等離子體隔板面板之一外緣間的該上表面，并且該開口是與該上表面的半徑間呈一角度地延伸。
80.根據(jù)權利要求79所述的等離子體隔板組件，其中該角度相切或實質相切于該半徑上的一點，其中該上表面的中心與該點之間的距離介于約1毫米至約3毫米。
81.根據(jù)權利要求79所述的等離子體隔板組件，其中該角度是相切或實質相切于該頭錐。
82.根據(jù)權利要求79所述的等離子體隔板組件，其中該角度介于約20°至約45°之間。
83.根據(jù)權利要求78所述的等離子體隔板組件，其中該頭錐具有一平面上表面。
84.根據(jù)權利要求78所述的等離子體隔板組件，其中該頭錐具有一凹面上表面或一凸面上表面。
85.根據(jù)權利要求70所述的等離子體隔板組件，其中該多個開口為多個孔。
86.根據(jù)權利要求85所述的等離子體隔板組件，其中該預定角度是設置用以朝向該垂直軸提供該工藝氣體。
87.根據(jù)權利要求86所述的等離子體隔板組件，其中該預定角度介于約30°至約40°之間。
88.根據(jù)權利要求85所述的等離子體隔板組件，其中該多個孔的每一個孔位于該等離子體隔板面板的該上表面上的直徑是介于約1.5毫米至約2毫米之間，并且其位于該等離子體隔板面板的該下表面上的直徑是介于約0.6毫米至約1毫米之間。
89.根據(jù)權利要求88所述的等離子體隔板組件，其中該多個孔包括約4個孔或更多孔。
90.根據(jù)權利要求70所述的等離子體隔板組件，其中該多個開口包括多個孔與多個圓形孔。
91.一種于等離子體增強的氣相沉積腔體內用以接收一工藝氣體的等離子體隔板組件，包含
一等離子體隔板面板，其包含一上表面與一下表面，該上表面用以接收一工藝氣體并且該下表面用以釋出該工藝氣體；以及
多個開口，用以讓該工藝氣體從該上表面上方流至該下表面下方，其中每一個開口是配置以一預定角度而使其不與該下表面的垂直軸平行。
92.一種于等離子體增強的氣相沉積腔體內用以接收一工藝氣體的等離子體隔板組件，包含
一等離子體隔板面板，其包含一上表面與一下表面，該上表面用以接收一工藝氣體并且該下表面用以釋出該工藝氣體；以及
多個開口，用以讓該工藝氣體從該上表面上方流至該下表面下方，其中每一個開口是以一受阻于該下表面的垂直軸的預定角度來設置。
93.一種于等離子體增強的氣相沉積腔體內用以接收一工藝氣體的噴頭組件，包含
一噴頭面板，具有一上表面與一下表面，該上表面用以接收氣體，并且該下表面用以釋出氣體；以及
一位于該上表面上的內面積，其是用以接收一第一工藝氣體，其中該內面積包含多個第一開口，用以使該第一工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方；以及
一位于該上表面上的外面積，其是用以接收一第二工藝氣體，其中該外面積包含多個第二開口，用以使該第二工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方。
94.一種于等離子體增強的氣相沉積腔體內用以接收一工藝氣體的噴頭組件，包含
一噴頭面板，具有一上表面與一下表面，該上表面用以接收氣體，并且該下表面用以釋出氣體；以及
一位于該上表面上的內面積，其是用以接收一第一工藝氣體，其中該內面積包含至少一開口，以使該第一工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方；以及
一位于該上表面上的外面積，其是用以接收一第二工藝氣體，其中該外面積包含多個第二開口，用以使該第二工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方；
一冷卻組件，位于該噴頭面板的上方并與其接觸；
一內部區(qū)域，介于該內面積與該冷卻組件之間；以及；
一外部區(qū)域，介于該外面積與該冷卻組件之間。
95.一種用以執(zhí)行氣相沉積工藝的噴頭組件，包含
一噴頭面板，具有一底面，該底面可實質涵蓋一處理腔體中的一基材接收表面；
該噴頭面板的一內部區(qū)域，用以分配一第一工藝氣體通過多個狹縫，該多個狹縫是相對于該基材接收表面設置以一預定噴射角；以及
該噴頭面板的一外部區(qū)域，用以分配一第二工藝氣體通過多個孔。
96.一種用以于一處理腔體內執(zhí)行氣相沉積工藝的蓋組件，包含
一絕緣套，其含有一第一信道，該第一信道是用以讓一第一工藝氣體流過；
一等離子體篩，其具有一上表面，該上表面包含一內面積與一外面積，其中該絕緣套位于該上表面上；
多個第一開口，位于該內面積中且用以引導該第一工藝氣體從該上表面的上方流至一下表面的下方；以及
多個第二開口，位于該外面積中，且用以引導一第二工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方。
97.根據(jù)權利要求96所述的蓋組件，其中該多個第一開口為多個孔。
98.根據(jù)權利要求97所述的蓋組件，其中該內面積更包含一無孔區(qū)帶。
99.根據(jù)權利要求98所述的蓋組件，其中該第一工藝氣體的一第一流動型態(tài)是以視距可及方向朝向(directed with a line-of-sight)該區(qū)帶，并且該第一流動型態(tài)的視距方向是受到該多個開口的阻卻。
100.根據(jù)權利要求98所述的蓋組件，其中該多個孔是配置用以阻止在該等離子體篩的該上表面上方點燃一種二次等離子體。
根據(jù)權利要求100所述的蓋組件，其中該多個孔的每個孔的直徑介于約0.5毫米至約5毫米之間。
根據(jù)權利要求101所述的蓋組件，其中該多個孔包含至少約100個孔。
根據(jù)權利要求96所述的蓋組件，其中該絕緣套包含一第二通道用以讓一第二工藝流體流經(jīng)其中，以及該多個第二開口為多個狹縫。
根據(jù)權利要求103所述d蓋組件，其中該多個狹縫與該下表面平行或實質平行。
根據(jù)權利要求104所述的蓋組件，其中該多個狹縫與位于該等離子體篩的該第一面積中的多個孔呈垂直或實質垂直。
根據(jù)權利要求103所述的蓋組件，其中該多個狹縫的每個狹縫寬度介于0.2毫米至約0.8毫米之間。
根據(jù)權利要求106所述的蓋組件，其中該多個狹縫包含約10個狹縫或更多。
根據(jù)權利要求107所述的蓋組件，其中該多個狹縫包含約36個狹縫或更多。
根據(jù)權利要求96所述的蓋組件，其中該絕緣套與該等離子體篩各自獨立含有一電性絕緣材料、一熱絕緣材料或一電性與熱絕緣材料。
110.根據(jù)權利要求109所述的蓋組件，其中該材料選自于由陶瓷材料、石英材料與上述材料的衍生物所構成的群組中。
111.一種用以于一處理腔體內執(zhí)行氣相沉積工藝的蓋組件，包含
一絕緣套，其含有一第一信道與一第二信道，該第一信道用以流過一第一工藝氣體，以及該第二通道用以流過一第二工藝氣體；
一等離子體篩，其具有一上表面，該上表面包含一內面積與一外面積，其中該絕緣套位于該上表面上；
多個第一開口，位于該內面積中且用以引導該第一工藝氣體從該上表面的上方流至一下表面的下方；以及
多個第二開口，位于該外面積中，且用以引導一第二工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方。
112.一種用以于一處理腔體中執(zhí)行氣相沉積工藝的覆蓋組件(cappingassembly)，包括
一絕緣套，其包含一上表面用以接收至少一工藝氣體；
一第一通道，設置以讓一第一工藝氣體從該絕緣套的該上表面流至該絕緣套的一下表面；以及
一第二通道，設置以讓一第二工藝氣體從該上表面流至該下表面。
113.一種用以于一處理腔體中執(zhí)行氣相沉積工藝的覆蓋組件，包括
一絕緣套，其包含一上表面用以接收一接地氣體歧管；
一第一通道，設置以讓一第一工藝氣體從該絕緣套的該上表面流至該絕緣套的一下表面；以及
一第二通道，設置以讓一第二工藝氣體從該上表面流至該下表面。
114.一種用以于一等離子體增強的氣相沉積腔體中接收一工藝氣體的等離子體篩組件，該等離子體篩組件包括
一等離子體篩，其包含一上表面與一下表面，該上表面用以接收多種氣體，以及該下表面用以釋出這些氣體；
該上表面上的一內面積，用以接收一第一工藝氣體，其中該內面積包含多個第一開口，以讓該第一工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方；以及
該上表面上的一外面積，用以接收一第二工藝氣體，其中該外面積包含多個第二開口，以讓該第二工藝氣體從該上表面的上方流至該下表面的下方。
115.一種于一基材上沉積一材料的方法，包含
將一基材安置于一處理腔體內的一基材支持件上，該處理腔體包含一腔體蓋組件，該蓋組件包括
一噴頭組件，其具有一內部區(qū)域與一外部區(qū)域；
一等離子體篩，位于該噴頭組件的上方，且用以引導一第一工藝氣體至該內部區(qū)域以及引導一第二工藝氣體至該外部區(qū)域；
一第一氣體區(qū)域，位于該該內部區(qū)域上方，并介于該噴頭組件與該等離子體篩之間；以及
一第二氣體區(qū)域，位于該外部區(qū)域上方；
使至少一載氣流經(jīng)至少一導管以形成一環(huán)形流動方向氣體；
暴露該基材于該環(huán)形流動方向氣體中；
脈沖輸入至少一前驅物至該至少一載氣中；以及
從該至少一前驅物來沉積一含有至少一元素的材料于該基材上。
116.根據(jù)權利要求115所述的方法，其中該環(huán)形流動方向氣體具有選自于由漩渦狀(vortex)、螺紋狀(helix)、螺旋狀(spiral)、旋轉狀(twirl)、扭轉狀(twist)、盤繞狀(coil)、圈狀(whirlpool)與上述形狀的衍生形狀所構成的群組中的環(huán)形方向。
117.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所沉積的該材料包含選自于由釕、鉭、鎢、上述金屬的合金、氮化物與組合物所構成的群組中的一元素。
118.根據(jù)權利要求117所述的方法，其中該材料包含釕。
119.根據(jù)權利要求118所述的方法，其中該至少一前驅物是選自于由雙(四甲基吡咯)釕、雙(2，5-二甲基吡咯)釕、雙(2，5-二乙基吡咯)釕、雙(四乙基吡咯)釕、戊二烯四甲基吡咯釕、戊二烯2，5-二甲基吡咯釕、戊二烯四乙基吡咯釕、戊二烯2，5-二乙基吡咯釕、1，3-二甲基戊二烯吡咯釕、1，3-二乙基戊二烯吡咯釕、甲基環(huán)戊二烯吡咯釕、乙基環(huán)戊二烯吡咯釕、2-甲基吡咯吡咯釕、2-乙基吡咯吡咯釕與上述化合物的衍生物及組合物所構成的群組中。
120.根據(jù)權利要求119所述的方法，其中在一原子層沉積工藝過程中，使該基材相繼暴露于一等離子體與該至少一前驅物中。
121.根據(jù)權利要求120所述的方法，其中該等離子體包含選自于由氨、氮、氫、上述氣體的自由基(radicals)、衍生物與組合物所構成的群組中的一成員。
122.根據(jù)權利要求117所述的方法，其中該材料包含鉭或氮化鉭。
123.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中該至少一前驅物是選自于由五(二甲基胺)鉭、五(乙基甲基胺)鉭、五(二乙基胺)鉭、乙基亞胺-三(二甲基胺)鉭、乙基亞胺-三(二乙基胺)鉭、乙基亞胺-三(乙基甲基胺)鉭、叔丁基亞胺-三(二甲基胺)鉭、叔丁基亞胺-三(二乙基胺)鉭、叔丁基亞胺-三(乙基甲基胺)鉭、叔戊基亞胺-三(二甲基胺)鉭、叔戊基亞胺-三(二乙基胺)鉭、叔戊基亞胺-三(乙基甲基胺)鉭、氟化坦、氯化鉭、上述化合物的衍生物與組合物所構成的群組中。
124.根據(jù)權利要求123所述的方法，其中于一原子層沉積工藝中，使該基材相繼暴露于一等離子體與該至少一前驅物中。
125.根據(jù)權利要求124所述的方法，其中該等離子體包含選自于由氨、氮、氫、上述氣體的自由基(radicals)、衍生物與組合物所構成的群組中的一成員。
126.根據(jù)權利要求124所述的方法，其中該等離子體包含氮與氫。
127.根據(jù)權利要求117所述的方法，其中該材料包含鎢或氮化鎢。
128.根據(jù)權利要求127所述的方法，其中該至少一前驅物是選自于由雙(叔丁基亞胺)雙(叔丁基胺)鎢、雙(叔丁基亞胺)雙(二甲基胺)鎢、雙(叔丁基亞胺)雙(二乙基胺)鎢、雙(叔丁基亞胺)雙(乙基甲基胺)鎢、六氟化鎢、上述化合物的衍生物與組合物所構成的群組中。
129.根據(jù)權利要求128所述的方法，其中于一原子層沉積工藝中，使該基材相繼暴露于一等離子體與該至少一前驅物中。
130.根據(jù)權利要求129所述的方法，其中該等離子體包含選自于由氨、氮、氫、上述氣體的自由基(radicals)、衍生物與組合物所構成的群組中的一成員。
131.一種于一基材上沉積一材料的方法，包含
將一基材安置于一處理腔體內的一基材支持件上，該處理腔體包含一能形成一環(huán)形流動方向氣流的氣體輸送系統(tǒng)；
使至少一載氣流入該處理腔體中以形成一環(huán)形流動方向氣體；以及
于一等離子體增強的原子層沉積工藝中將該基材暴露于該環(huán)形流動方向氣體中，并且該等離子體增強的原子層沉積工藝包括相繼地點燃一等離子體以及將至少一前驅物脈沖輸入至該至少一載氣中以沉積一材料于該基材上。
132.根據(jù)權利要求131所述的方法，其中該環(huán)形流動方向氣體具有選自于由漩渦狀、螺紋狀、螺旋狀、旋轉狀(twirl)、扭轉狀、盤繞狀、圈狀與上述形狀的衍生形狀所構成的群組中的環(huán)形方向。
133.根據(jù)權利要求132所述的方法，其中所沉積的該材料包含一元素，其選自于由釕、鉭、鎢、上述金屬的合金、氮化物與組合物所構成的群組中。
134.根據(jù)權利要求133所述的方法，其中于該原子層沉積工藝中，使該基材相繼暴露于該等離子體與該至少一前驅物中。
135.根據(jù)權利要求134所述的方法，其中該等離子體包含選自于由氨、氮、氫、上述氣體的自由基(radicals)、衍生物與組合物所構成的群組中的一成員。
136.一種于一基材上沉積一材料的方法，包含
將一基材安置于一處理腔體內的一基材支持件上，該處理腔體包含一噴頭組件，該噴頭組件具有一外部區(qū)域與一內部區(qū)域；
使至少一載氣流經(jīng)該內部區(qū)域以形成一環(huán)形流動方向氣體；
使該基材暴露于該環(huán)形流動方向氣體中；以及
使該基材相繼暴露于至少一前驅物與一等離子體中以沉積一材料至該基材上。
137.根據(jù)權利要求136所述的方法，其中該環(huán)形流動方向氣體具有選自于由漩渦狀、螺紋狀、螺旋狀、旋轉狀、扭轉狀、盤繞狀、圈狀與上述形狀的衍生形狀所構成的群組中的環(huán)形方向。
138.根據(jù)權利要求137所述的方法，其中所沉積的該材料包含一元素，其選自于由釕、鉭、鎢、上述金屬的合金、氮化物與組合物所構成的群組中。
139.根據(jù)權利要求138所述的方法，其中該等離子體包含一化合物，其選自于由氫、氮、氨、上述化合物的衍生物與組合物所構成的群組中。
全文摘要
本發(fā)明的實施方式提供一種可在諸如等離子體增強的原子層沉積(PE-ALD)工藝的原子層沉積(ALD)工藝中形成材料的設備。在一實施例中，一工藝腔體是用以使一基材在PE-ALD工藝中接觸一連串的氣體與等離子體。該工藝腔體包含多個可電性絕緣、電性接地或射頻啟動的零件。在一個范例中，一腔體主體與一氣體歧管(manifold)組件是接地且通過電性絕緣零件分隔開來，該零件例如一絕緣套、一等離子體篩插件與一隔離環(huán)。一噴頭、一等離子體隔板(plasma baffle)與一水盒(water box)是設置在這些絕緣零件之間，且在一等離子體產(chǎn)生器啟動噴頭、等離子體隔板與水盒時，其會變得射頻熱(RF hot)。本發(fā)明的其它實施例提供于工藝腔體中形成材料層的沉積工藝。
文檔編號C23F1/00GK101448977SQ200680013535
公開日2009年6月3日 申請日期2006年11月6日 優(yōu)先權日2005年11月4日
發(fā)明者保羅·馬, 卡維塔·沙, 迪-業(yè)·吳, 賽沙德利·甘古利, 克利思多夫·馬卡達, 弗瑞德瑞克·C·吳, 舒伯特·S·楚 申請人:應用材料股份有限公司