薄膜氣相沉積裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄膜沉積裝置，且更具體而言是一種可改善薄膜品質(zhì)、避免基板損害且藉由原子層沉積(Atomic Layer Deposit1n，ALD)增加產(chǎn)能(throughput)的薄膜沉積裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]做為在基板如半導(dǎo)體晶圓(以下，稱為“基板”)上形成薄膜的沉積方法，已使用化學(xué)氣相沉積法(CVD ；Chemical Vapor Deposit1n)、原子層沉積(ALD ；Atomic LayerDeposit1n)等。
[0003]圖13示出自薄膜沉積方法中的原子層沉積的基本概念的示意圖。參照圖13，將說明原子層沉積的基本概念于下。首先，供應(yīng)來源氣體(如三甲基鋁(TMA ;TriMethylAluminium))至腔室中。來源氣體的來源材料吸附于基板上以在基板上形成吸附層。接著，供應(yīng)含有未活化氣體如氬氣(Ar)的沖洗氣體至腔室內(nèi)部。將未吸附于基板上的來源氣體的氣體成分與沖洗氣體由腔室排出。在此之后，供應(yīng)含有反應(yīng)物如臭氧(O3)的反應(yīng)氣體至腔室內(nèi)部。反應(yīng)氣體與吸附于基板上的來源材料反應(yīng)。然后，供應(yīng)沖洗氣體至腔室內(nèi)部，并將未與來源材料反應(yīng)的反應(yīng)氣體與沖洗氣體由腔室排出。藉由上述步驟，在基板上形成單一原子層(A1-0)的薄膜層。
[0004]根據(jù)注入方向與注入各種氣體(如來源氣體、反應(yīng)氣體、沖洗氣體與其他基板表面上的氣體)的方法，有各種用于原子層沉積的現(xiàn)有的薄膜沉積裝置。然而，現(xiàn)有的薄膜沉積裝置有如下問題:其無法同時滿足優(yōu)良的薄膜品質(zhì)與基板產(chǎn)能(throughput)。換句話說，在達到優(yōu)良的薄膜品質(zhì)的情況下，基板產(chǎn)能(throughput)則顯著地降低，而相反地，在基板產(chǎn)能改善的情況下，薄膜品質(zhì)則下降。
[0005]此外，如果使用氣體活化單元，如等離子體產(chǎn)生器，以改善基板產(chǎn)能，則活化的氣體將直接供應(yīng)至基板，而因此造成基扳的損傷或在基板的邊緣區(qū)域上造成不必要的薄膜沉積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]欲解決的問題
[0007]因此，本發(fā)明致力于解決先前技術(shù)中所發(fā)生的上述問題，且本發(fā)明的目的是提供一種薄膜沉積裝置，其可顯著地改善基板產(chǎn)能(throughput)并增進薄膜品質(zhì)。本發(fā)明的另一個目的是提供一種薄膜沉積裝置，其可增加基板產(chǎn)能并減少現(xiàn)有的薄膜沉積裝置的占用面積(foot print)。此外，本發(fā)明的進一步目的是提供一種薄膜沉積裝置，其可避免基板的損害，并且亦避免在活化氣體供應(yīng)時薄膜沉積在不必要的區(qū)域。
[0008]技術(shù)解決方案
[0009]為了完成上述目的，一種薄膜沉積裝置包括:腔室，具有預(yù)設(shè)的內(nèi)部空間；基板支撐部件，配置于腔室內(nèi)并且支撐基板；以及氣體供應(yīng)裝置，具有至少一個供應(yīng)通道及活化通道，供應(yīng)通道用以供應(yīng)處理氣體至基板，活化通道含氣體活化單元用以活化處理氣體，其中活化通道具有打開的下部與密封的上部。在薄膜沉積裝置中氣體供應(yīng)裝置與基板支撐部件中至少一個進行相對于彼此的相對運動。
[0010]供應(yīng)通道包括:至少一個第一供應(yīng)通道，用以供應(yīng)來源氣體；以及至少一個第二供應(yīng)通道，用以供應(yīng)反應(yīng)氣體，且第二供應(yīng)通道相鄰于活化通道。
[0011]氣體供應(yīng)裝置進一步包括:處理氣體引導(dǎo)部件，用以調(diào)整處理氣體的注入方向。供應(yīng)通道包括:至少一個第一供應(yīng)通道，用以供應(yīng)來源氣體；以及至少一個第二供應(yīng)通道，用以供應(yīng)反應(yīng)氣體。而且，處理氣體引導(dǎo)部件包括:至少一個來源氣體引導(dǎo)部件，用以調(diào)整來源氣體的注入方向；以及反應(yīng)氣體引導(dǎo)部件，用以調(diào)整反應(yīng)氣體的注入方向。
[0012]氣體供應(yīng)裝置進一步包括:排氣通道，用以排出基板與氣體供應(yīng)裝置間的處理氣體。
[0013]氣體供應(yīng)裝置包括內(nèi)部排氣通道，對稱配置于第一供應(yīng)通道，用以排出殘余氣體。第二供應(yīng)通道對稱配置于第一供應(yīng)通道。
[0014]氣體供應(yīng)裝置進一步包括:外部排氣通道，配置在活化通道的外側(cè)。
[0015]供應(yīng)通道包括:至少一個第一供應(yīng)通道用以供應(yīng)來源氣體；以及至少一個第二供應(yīng)通道用以供應(yīng)反應(yīng)氣體。并且，氣體供應(yīng)裝置包括:內(nèi)部排氣通道，配置在第一供應(yīng)通道的一側(cè)，且內(nèi)部排氣通道配置在第一供應(yīng)通道與第二供應(yīng)通道之間。此時，氣體供應(yīng)裝置不具有任何排出第一供應(yīng)通道的另一側(cè)與第二供應(yīng)通道之間的殘余氣體的排氣部件。
[0016]由供應(yīng)通道供應(yīng)的處理氣體通過開口部而導(dǎo)入至活化通道中，使處理氣體由氣體活化單元活化。由氣體活化單元活化的處理氣體通過活化通道而供應(yīng)至基板上，使基板與氣體供應(yīng)裝置間未活化的處理氣體活化。
[0017]氣體供應(yīng)裝置包括:外部排氣通道，配置于第二供應(yīng)通道的一側(cè)用以排出殘余氣體，且外部排氣通道對稱配置于第一供應(yīng)通道。
[0018]氣體供應(yīng)裝置進一步包括:至少一個來源氣體引導(dǎo)部件，用以調(diào)整來源氣體的注入方向；以及反應(yīng)氣體引導(dǎo)部件，用以調(diào)整反應(yīng)氣體的注入方向。
[0019]此外，薄膜沉積裝置進一步包括:附屬腔室，具有預(yù)設(shè)的壓力；來源氣體供應(yīng)部件，用以選擇性地供應(yīng)來源氣體至腔室與附屬腔室；以及排氣部件，用以分別自腔室與附屬腔室排出來源氣體。
[0020]來源氣體供應(yīng)部件供應(yīng)來源氣體至附屬腔室，直到來源氣體的進料量達到預(yù)設(shè)的進料率，進而供應(yīng)來源氣體至腔室。當(dāng)供應(yīng)來源氣體至附屬腔室時，基板被負載入或卸載出腔室。
[0021]為了完成上述目的，一種薄膜沉積方法包括下述步驟:吸附來源氣體至基板；第一次活化供應(yīng)至基板上的反應(yīng)氣體；藉由第一次活化的反應(yīng)氣體，第二次活化未活化的反應(yīng)氣體；以及藉由第二次活化的反應(yīng)氣體與吸附于基板上的來源材料間的化學(xué)反應(yīng)而形成薄膜。不使用用以沖洗來源氣體或反應(yīng)氣體的沖洗氣體。
[0022]發(fā)明功效
[0023]當(dāng)基板或氣體供應(yīng)裝置沿著直線路徑移動時，根據(jù)本發(fā)明的薄膜沉積裝置供應(yīng)包含處理氣體的各種氣體，以使基板表面上均勻沉積，因此提供了優(yōu)良品質(zhì)的薄膜。
[0024]此外，根據(jù)本發(fā)明的氣體供應(yīng)裝置包括:，氣體活化單元的等離子體產(chǎn)生部，以提供自由基，因此增進薄膜品質(zhì)與減少沉積的時間周期。具體而言，當(dāng)提供自由基時，為了產(chǎn)生自由基的反應(yīng)氣體不是直接由腔室的上部供應(yīng)至等離子體產(chǎn)生部，而是由“非直接供應(yīng)的方法”來供應(yīng)，將由反應(yīng)氣體供應(yīng)通道注入的反應(yīng)氣體供應(yīng)至活化通道中的等離子體產(chǎn)生部，因此避免了基板的損害且提供了優(yōu)良品質(zhì)的薄膜。
[0025]另外，氣體供應(yīng)裝置藉由產(chǎn)生自由基的反應(yīng)氣體沖洗殘余氣體，而不供應(yīng)沖洗氣體，使用于沉積制程的氣體總量大幅地降低且簡單化裝置的結(jié)構(gòu)，因此大幅地降低制造成本。
[0026]此外，根據(jù)本發(fā)明的薄膜沉積裝置配置為在主要腔室中進行沉積制程所需的步驟，且在穩(wěn)定期中穩(wěn)定來源氣體在附屬腔室中的起始進料量，因此降低沉積所需的沉積時間周期，并改善基板產(chǎn)能。
【附圖說明】
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的薄膜沉積裝置的側(cè)剖面圖。
[0028]圖2示出薄膜沉積裝置的氣體供應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)剖面圖。
[0029]圖3示出圖2的反應(yīng)氣體的活化步驟的示意圖。
[0030]圖4至圖10示出根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施例的薄膜沉積裝置的氣體供應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)剖面圖。
[0031]圖11示出薄膜沉積裝置的基本沉積概念的示意圖。
[0032]圖12是根據(jù)本發(fā)明的進一步優(yōu)選的實施例的薄膜沉積裝置的示意性方塊圖。
[0033]圖13示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的ALD裝置的基本概念的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]現(xiàn)在將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施例揭露予以更詳細說明。
[0035]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的薄膜沉積裝置(1000)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的側(cè)剖面圖。
[0036]參照圖1，薄膜層積裝置(1000)包括:腔室(110)，具有預(yù)設(shè)的內(nèi)部空間，用以進行基板上的沉積；以及基板負載及卸載元件(未示出)，用以負載與卸載基板。同時，未示出于圖中，但薄膜沉積裝置可進一步包括:負載鎖室，連接腔室(110)的一側(cè)，用以轉(zhuǎn)換真空狀態(tài)或大氣狀態(tài)；多個舟皿，其上負載將被沉積的基板；以及多個舟皿，其上負載完成沉積的基板。
[0037]薄膜層積裝置(1000)包括:腔室(110)，具有預(yù)設(shè)的內(nèi)部空間；基板支撐部件(150)，配置于腔室(110)內(nèi)并且支撐基板(W);以及氣體供應(yīng)裝置(200)。在此，氣體供應(yīng)裝置(200)包括:至少一個供應(yīng)通道(210，230)，用以供應(yīng)處理氣體至基板(W);以及活化通道(240)，具有氣體活化單元(300)，用以活化處理氣體，以預(yù)設(shè)距離與基板支撐部件(150)分隔開而相對于基板支撐部件(150)進行相對運動(見圖2)。此外，薄膜沉積裝置可進一步包括:基板負載及卸載元件，用以負載基板(W)至腔室(110)或由腔室(110)的內(nèi)部卸載基板。
[0038]腔室(110)容納有基板(W)于其中，以進行基板的沉積，且具有安裝各種構(gòu)件的空間。此外，藉由真空設(shè)備如泵(未示出)排出氣體以維持內(nèi)部處于真空狀態(tài)，而提供進行基板處理工作如沉積的環(huán)境。
[0039]腔室(110)包括:腔室主體(130)，具有內(nèi)部空間及打開的上部；以及腔室頂蓋
(120)，用以開啟與關(guān)閉腔室主體(130)打開的上部。開口部(134)，配置于腔室主體(130)的一側(cè)，且基板(W)通過開口部而負載進及卸載出腔室(110)。
[0040]同時，在腔室(110)頂蓋(120)上方配置有供應(yīng)至少一種處理氣體及沖洗氣體的氣體供應(yīng)裝置(200)，將詳細描述于后。
[0041]在腔室(110)內(nèi)部配置有支撐基板(W)的基板支撐部件(150)?；逯尾考?150)設(shè)置成相對于氣體供應(yīng)裝置(200)進行相對運動。換句話說，基板支撐部件(150)與氣體