TW201936972A - 半導體處理用腔室元件的異地塗佈 - Google Patents

Abstract

在異地原子層沉積處理中形成保護塗層以塗佈一或多個後續被安裝至反應室中的腔室元件，相較於傳統的塗佈方法如底塗層的原位沉積可提供許多優點。在某些情況中，保護塗層可具有特定的組成如鋁的氧化物、鋁的氟化物、鋁的氮化物、釔的氧化物及/或釔的氟化物。保護塗層可有助於減少利用經塗佈的腔室元件所處理之晶圓上的污染。又，保護塗層可作用以穩定反應室內的處理條件，藉此在處理許多批次晶圓的過程期間達到極穩定/均勻的處理結果並最少化自由基損失。亦揭露許多可用以恢復在經塗佈的腔室元件用於處理半導體晶圓之後的保護塗層。

Description

半導體處理用腔室元件的異地塗佈

文中的各種實施例係關於用於半導體處理設備中之腔室元件的製備方法及設備。

隨著半導體產業的進步，裝置尺寸變得愈來愈小。由於薄膜雜質的存在或其他非均勻性可能會導致半導體裝置的故障，因此此些日益變小的特徵部需要極均勻且具有重覆性的沉積程序。

文中所提供的背景說明係針對大致上說明本發明之背景的目的。吾人並未明示亦未暗示在此背景部分說明之目前列名發明人的成果以及在申請時無法適格作為先前技藝的說明態樣為本發明的前案。

文中的某些實施例係關於用以處理半導體基板之反應室之腔室元件的製備方法。在各種實施例中，該方法涉及將該腔室元件提供至一第一反應室並使用一原子層沉積將一保護塗層塗佈至該腔室元件。在形成該保護塗層後，自該第一反應室移除該腔室元件並將該腔室元件安裝至一第二反應室。當該第二反應室係用以處理半導體晶圓時，該腔室元件在該第二反應室中具有其期望的用途(如作為一噴淋頭、作為一舉升銷、作為一舉升銷保持器、作為一基板支撐座等)。在許多情況中，該第二反應室為一汽相沉積設備如一原子層沉積設備及/或一化學汽相沉積設備。

在所揭露之實施例的另一態樣中，提供一種經塗佈的腔室元件。可經由文中所述之原子層沉積將一保護塗層異地沉積塗佈至該腔室元件。在所揭露之實施例的另一態樣中，提供一種反應室。該反應室可具有一或多個腔室元件，該腔室元件具有依文中所述經由原子層沉積異地沉積塗佈的一保護塗層。

在所揭露之實施例的一態樣中，提供一種用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，該方法包含：(a)在一第一反應室中接收該腔室元件作為一基板；(b)將一第一反應物提供至該第一反應室並使該第一反應物吸附至該腔室元件的一表面上；(c)提供一第二反應物至該第一反應室並使該第一反應物與該第二反應物在一原子層沉積反應中彼此反應而在該腔室元件的該表面上形成一保護塗層；(d)重覆(b)與(c)直到該保護塗層到達一最終厚度；及(e)自該第一反應室移除該腔室元件。

在某些實施例中，該保護塗層包含一金屬氧化物、一金屬氮化物、或一金屬氟化物。例如在該金屬氧化物、該金屬氮化物、或該金屬氟化物中的金屬為一過渡金屬。在某些情況中，該保護塗層包含鋁的氧化物、鋁的氟化物、或鋁的氮化物。在某些情況中，該保護塗層包含釔的氧化物、或釔的氟化物。

該方法更可包含在(e)之後將該腔室元件安裝至該第二反應室中。在某些此類情況中，該方法更可包含在將該腔室元件安裝至該第二反應室中後在該第二反應室中處理一半導體晶圓。處理該半導體晶圓可包含在該半導體晶圓上沉積一薄膜。在某些情況中該薄膜可經由原子層沉積或化學汽相沉積所沉積。在某些實施例中，該方法更可包含當將該薄膜沉積至該半導體晶圓上時在該第二反應室中建立一經上升的溫度，該經上升的溫度係介於約40-200°C之間。

在某些實施例中，該方法更可包含當將該腔室元件安裝至該第二反應室中時將該第二反應室暴露至一恢復電漿 ，其中：(a)該保護塗層包含一金屬氧化物而該恢復電漿 包含一氧化電漿、(b)該保護塗層包含一金屬氮化物而該恢復電漿包含氮、(c)該保護塗層 包含一金屬氟化物而該恢復電漿包含氟。該恢復電漿更可包含一金屬，該金屬係與該保護塗層中所包含的一金屬相同。

在某些情況中，該方法更可包含在該第二反應室中將該薄膜沉積至該半導體晶圓上之後，自該第二反應室移除該半導體晶圓、將該第二反應室暴露至一含氧之第一電漿、接著將該第二反應室暴露至一含氮之第二電漿。在此些或其他實施例中，該方法更可包含藉著將該第二反應室暴露至一含氟電漿而清理該第二反應室、接著藉著將該第二反應室暴露至一還原電漿而自該第二反應室移除氟。

在某些情況中，該保護塗層可在不將該腔室元件暴露至電漿的情況下形成。在其他情況中，該保護塗層因暴露至電漿而形成。在某些實施例中，同時將複數腔室元件提供至該反應室俾以同時在該複數腔室元件上形成該保護塗層，該複數腔室元件包含該腔室元件。在某些此類實施例中，該複數腔室元件具有一均勻的尺寸與形狀。接著可依其隨著時間之損耗或退化的情況逐一將同時受到處理的該複數腔室元件安裝至該第二反應室中。在其他情況中，可將同時受到處理的該複數腔室元件輸送至複數不同的該第二反應室。在某些實施例中，該複數腔室元件具有一均勻的尺寸與形狀. 在其他實施例中，該複數腔室元件不具有一均勻的尺寸及/或形狀。在一特定的實施例中，該複數腔室元件不具有一均勻的尺寸及/或形狀且包含一第一腔室元件與一第二腔室元件，該方法更包含將該第一腔室元件與該第二腔室元件安裝至該第二反應室中俾使該第一腔室元件與該第二腔室元件同時存在於該第二反應室內。

在某些實施例中，該方法更可包含在(b)之後及在(c)之前移除多餘的該第一反應物。類似地，該方法更可包含在(c)之後及一下一重覆週期之(b)之前自該第一反應室移除多餘的該第二反應物。該保護塗層的一最終厚度可介於約1 nm與10 mm之間。在某些情況中，該最終厚度係介於約100-800 nm之間、或介於約100-500 nm之間。在此些或其他情況中，該方法更可包含在將該腔室元件安裝至該第二反應室中之後在該第二反應室中處理複數半導體晶圓，該半導體晶圓係於不同時間處受到處理。

在某些實施例中，該方法更可包含在(b)之前遮蔽該腔室元件的一部分以避免該保護塗層形成在該腔室元件之受到遮蔽的該部分上。在此些或其他實施例中，該方法更可包含將該腔室元件放置於該第一反應室內的一基板支撐件上俾使該腔室元件之期望該保護塗層的一或多個表面受到實質上暴露。該方法更可包含將該第一反應室內的該腔室元件自一第一位置重新放置至一第二位置，其中在該腔室元件係位於該第一位置處時該保護塗層形成於該腔室元件的一第一組特徵部上方且在該腔室元件係位於該第二位置處時該保護塗層形成於該腔室元件的一第二組特徵部上方。

在各種實施例中該腔室元件可為一噴淋頭。在某些情況中，可以一第二腔室元件重覆該方法，該第二腔室元件為一噴嘴且該方法更可包含在以該保護塗層塗佈該噴淋頭與該噴嘴兩者後將該噴嘴附接至該噴淋頭。該噴淋頭可包含延伸通過該噴淋頭之一厚度的一第一組孔洞。該保護塗層可順形（conformally）塗佈該第一組孔洞。該噴淋頭可包含與該噴淋頭內之一或多個內部通道連接的一第二組孔洞。該保護塗層可順形塗佈該第一組孔洞、該第二組孔洞、及該內部通道。在某些實施例中，該腔室元件為一基板支撐座。在某些實施例中，該腔室元件 為一舉升銷、一舉升銷保持器、或一氣體線輸送元件。在某些情況中該保護塗層可在介於約20-650°C之間的一溫度下形成。

在所揭露之實施例的另一態樣中，提供一種操作反應室以在半導體晶圓上沉積薄膜並達到特定程度之處理非均勻性的方法，該方法包含：(a)在一批次中的每一片半導體晶圓上沉積該薄膜，每一該薄膜具有一平均膜厚，其中該批次包含在接續清理週期之間於該反應室中處理之所有半導體晶圓且該批次之該些半導體晶圓中的至少部分半導體晶圓係依序處理；及(b)針對總共至少10批次中的至少額外9批次中的每一該半導體晶圓重覆(a)以於每一該半導體晶圓上沉積該薄膜，其中該反應室包含其上形成有一保護塗層的至少一腔室元件，其中該保護塗層係經由在該反應室外進行的一原子層沉積反應所形成，其中比較來自於該至少10批次中之一第一批次與一最後批次的半導體晶圓上的沉積薄膜時該薄膜之一晶圓上之非均勻性的變動不超過該平均膜厚之約3%。

在某些實施例中，該批次包含至少約50片半導體晶圓。例如，該批次可包含至少約200片半導體晶圓。該平均膜厚可至少約50Å厚。例如，該平均膜厚可至少約200Å 厚。

在某些實施例中，(b)可包含針對總共至少20批次中的至少19額外批次中的每一該半導體晶圓重覆(a)以於每一該半導體晶圓上沉積該薄膜，其中比較來自於該至少20批次中之一第一批次與一最後批次的半導體晶圓上的沉積薄膜時該薄膜之一晶圓上之非均勻性的變動不超過該平均膜厚之約1%。在此些或其他實施例中，該批次可包含至少約50 片半導體晶圓且(b)可包含針對總共至少20批次中的至少19額外批次中的每一該半導體晶圓重覆(a)以於每一該半導體晶圓上沉積該薄膜，其中比較來自於該至少20批次中之一第一批次與一最後批次的半導體晶圓上的沉積薄膜時該薄膜之一晶圓上之非均勻性的變動不超過該平均膜厚之約0.05%。

下面將參考相關圖示說明此些及其他特徵。

在本申請案中，「半導體晶圓」、「晶圓」、「基板」、「晶圓基板」、及「部分製造完成之積體電路」有時可互換使用。然而應瞭解，「基板」一詞可指半導體晶圓、或其可指在不同反應室中所用之腔室元件。「晶圓」一詞係如一般之瞭解，僅意指半導體晶圓。此領域中具有通常技能者當瞭解，「部分製造完成之積體電路」可指在將積體電路製造於矽晶圓上的許多階段的任何階段期間的矽晶圓。半導體裝置業界中所用的晶圓或基板通常具有200 mm、300 mm、或450 mm之直徑。下面的詳細敘述假設部分實施例係於晶圓上實施。然而，本發明之實施例不限於此。工作件可具有各種形狀、各種尺寸、及各種材料。在各種實施例中，如下所述工作件為腔室元件。腔室元件在第一反應室中作為基板/工作件受到處理之後，可被包含至不同的反應室中。除了半導體晶圓外，可受惠於所揭露之實施例之其他工作件包含各種物品如印制電路板、磁記錄媒體、磁記錄感應器、鏡、光學元件、微機械裝置等(以及用以製造此類物品之反應室的任何腔室元件)。

當製造半導體裝置時，製造處理精準且具有可重覆性是有利的。此類精準及可重覆性可藉著將不符合期望規範的裝置數目最少化而減少製造成本。不幸地，當一半導體製造設備隨著時間處理額外的晶圓時，設備內的處理條件改變。此些改變的條件可影響在設備內受到處理的晶圓。例如，當使用一反應室隨著時間在一系列晶圓上沉積薄膜時，薄膜的副產物累積在反應室的內表面上。在一段時間後，清理反應室而移除薄膜副產物。在許多情況中，此清理處理涉及將反應室暴露至遠端產生之電漿(如含氟電漿如氟氮電漿)，藉此移除薄膜副產物。不幸地，此清理處理可改變下方之反應腔室元件的表面條件。例如，可藉由氟自由基攻擊鋁的噴淋頭及/或基板支撐座以形成多孔的鋁的氟化物。此反應大幅地增加噴淋頭/座檯的表面積，藉此改變此些反應器元件的表面特性。每次清理反應室時都更進一步地改變腔室元件的表面條件。此些改變表面條件可導致改變隨著時間在反應室中受到處理之晶圓的沉積(或其他處理)結果。圖8A與8B之相關討論例示了此些效應的實驗結果。應注意，如下面更進一步所討論的，即便噴淋頭塗覆有原地形成的底塗層，亦可發生此些改變。

某些處理尤其對於腔室元件如噴淋頭與座檯的表面條件敏感。例如，矽之碳化物(SiC_x )的化學汽相沉積及其衍生物(例如其可包含非矽與碳的元素)可能對此些條件敏感。在各種實施例中，此處理涉及將晶圓暴露至氫自由基，氫自由基可自或可不自反應室遠端生成。在不受到理論或作用機制限制的情況下，一般認為生成氫自由基並將氫自由基分配至腔室元件如噴淋頭與座檯之表面條件所影響。當隨著時間進行額外的腔室清理時，此些元件的表面條件改變(如變得更受到氟自由基攻擊，藉此提供較多的表面積)且沉積結果隨著時間漂移。

在接續之腔室清理操作之間於一特定反應室中受到處理的晶圓係稱為一批次。一批次中的晶圓係依時序處理。換言之，文中所述之批次處理係不同於批次中之基板皆同時受到處理的批次處理定義。在文中所用的批次處理中，批次內之基板的至少部分係於不同時間處受到處理。然而應瞭解，某些反應室係用同時處理複數基板且在此類情況中一批次內的某些基板可以是同時處理的。在一實例中，使用剛清理的反應室一次在一片晶圓上沉積薄膜，在處理200片晶圓後清理反應室。在此實例中，批次包含接連腔室清理之間受到處理的200片晶圓。在另一實例中，使用剛清理的反應室一次在兩片晶圓上沉積薄膜，在處理400片晶圓後清理反應室。在此實例中，批次包含接連腔室清理之間受到處理的400片晶圓。

在某些情況中，一批次之晶圓至少約25片晶圓、至少約50片晶圓、至少約100片晶圓、或至少約200片晶圓。在此些或其他情況中，一批次之晶圓可包含上至約400片晶圓、或上至約200片晶圓。在各種實施例中，一批次之晶圓可包含介於約200-400片之間的晶圓，但可使用許多批次大小。一理想的批次尺寸可取決於許多因素，包含但不限於受到沉積的薄膜的成分(或受到處理之薄膜的成分)、受到沉積之薄膜的厚度(或受到處理之薄膜的厚度)等。

在半導體裝置製造期間可能發生的其他問題為，產生會污染部分已製造完成之半導體裝置的粒子。有時粒子為源於反應室本身內之內表面的金屬粒子。例如，粒子可源於內腔室壁、頂板、噴淋頭、基板支撐件、舉升銷、氣體線、噴嘴等。在一特定的實例中，反應室及/或其中的元件係由鋁如鋁6061-T6(其可包含鋁與少量的其他材料如鉻、銅、鐵、鎂、矽、鈦、鋅等)所形成。在許多情況中，粒子係於反應室被暴露至電漿或其他嚴厲的處理條件時所產生。粒子可在處理期間落在基板的表面上，藉此造成非所欲的薄膜雜質並增加裝置故障的可能性。

對抗此類粒子生成的一種技術為，以底塗層塗佈反應室的表面。底塗層為以原地方式形成在內腔室表面上以最少化來自裸腔室表面之金屬污染的材料膜層。通常底塗層係於反應室中無基板存在時沉積。底塗層形成在被暴露至(a)形成底塗層之反應物及(b)驅動反應物之間之反應的能量兩者的內腔室表面上。底塗層更載於2013年11月25日申請之名為「CHAMBER UNDERCOAT PREPAREATION METHOD FOR LOW TEMPERATURE ALD FILMS」的美國專利申請案US 14/089,653中，將其所有內容包含於此作為參考。

雖然底塗層可用以減少粒子生成及相關的污染，但底塗層亦帶來了某些挑戰。例如，如上所述，底塗層僅形成在被暴露至反應物及用以驅動適當反應之能量兩者的腔室表面上。結果是，底塗層通常在相關表面上提供不完全的覆蓋。若文中所用之腔室元件的表面欲/期望塗層形成在此等表面上，則此等表面為「相關表面」。除非特別指出，否則故意遮蔽以避免其上沉積的表面被排除在「相關表面」的意義之外。常自原地沉積底塗層接收不完全之底塗層覆蓋的表面/元件包含但不限於(1)噴淋頭孔洞的內表面、(2)噴淋頭之背表面、(3)噴淋頭的主幹、(4)氣體及/或電漿輸送線、噴嘴、閥件等的內表面、(5)舉升銷、(6)舉升銷支撐件/保持器、(7)將晶圓支撐其上之鋁或其他金屬的座檯等。

可能難以或不可能將此些表面中的許多者暴露至相關的反應物及反應室內的原地能量，例如因為反應室之幾何特徵及/或反應室內之元件的位置。某些表面可能不會被暴露至所有相關的反應物，例如用以僅輸送單一反應物的氣體輸送線及噴淋頭孔洞可能永遠不會被暴露至薄膜形成所需的第二反應物。類似地，此些或其他表面可能不會被暴露至能驅動形成底塗層之反應的能量。例如，在底塗層係由於暴露至熱能而形成的情況中，所列的表面的某些者可能不會被加熱至適當的溫度。在底塗層係由於暴露至電漿能量而形成的情況中，所列的表面的某些者可能不會被暴露至電漿。在某些情況中，電漿可能因為電漿特有的考量如電漿鞘的厚度而無法貫穿至小空間(如噴淋頭孔洞及氣體輸送線內)中。傳統的塗佈技術已無法塗佈噴淋頭孔洞的內部。例如，物理汽相沉積、熱噴塗、及其他視塗佈技術常無法塗佈深寬比高於約10的噴淋頭孔洞。此些未經塗佈的孔洞尤其在經上升的溫度下被暴露至還原電漿(如氨電漿、H₂ 電漿等)、含氟電漿(如NF₃ 電漿)、及/或氧化電漿(如N₂ O電漿、O₂ 電漿、CO₂ 電漿等)時，可能會受到攻擊。此類攻擊可改變孔洞尺寸、表面精細度、或當孔洞受到攻擊及改變時可能會使氣流及/或電漿隨時間而有不同行為的孔洞的其他特性。如下面將參考圖8A的進一步討論，噴淋頭孔洞的改變會影響氣流及電漿的均勻性，藉此負面影響被置於腔室中受到處理之晶圓上的膜非均勻性。此類改變對噴淋頭的使用壽命有重大的影響。

又，原地沉積之塗佈(及可原地或可不原地進行之其他腔室元件塗佈處理如陽極化、濺鍍、物理汽相沉積、及電漿噴塗)會導致沉積在腔室表面上的微孔材料。此材料的微孔結構導致當其被暴露至電漿時的實質自由基損失。此類自由基損失會避免半導體晶圓受到適當處理，因為在自由基能到達需要其之晶圓前就被有效損耗。傳統塗佈技術的另一問題為，其通常形成相對較厚的塗層(如大於500 nm)且傾向於自腔室元件非所欲地剝落並落在半導體晶圓上。

文中所述之技術提供自經塗佈之腔室表面所生的優點並同時克服和底塗層之原地沉積相關的數個挑戰。一般而言，文中所述之技術涉及在置於第一反應室中之一或多個元件上形成保護塗層，此些元件後續被安裝至第二反應室中。第一反應室係用以製備/塗佈相關的腔室元件，接著移除腔室元件並將其安裝至用以處理半導體基板的第二反應室中。保護塗層的此異地沉積可確保腔室元件的所有相關表面皆受到適當塗佈，藉此最少化粒子生成及基板污染。

文中所用之沉積在腔室元件上的保護塗層被認為是「異地」沉積，其中保護塗層係在第一反應室中沉積至腔室元件上接著自第一反應室移除而安裝至第二反應室中。一般而言，腔室元件係安裝於第二反應室中並形成第二反應室的一部分。換言之，腔室元件被安裝至第二反應室中時具有其期望的目的(例如作為噴淋頭、舉升銷等)。反之，腔室元件係位於第一反應室中時其僅為受到塗佈的基板。因為腔室元件在第一反應室中僅為基板，其在沉積保護塗層的期間可依所欲放置及操控。這使得保護塗層能夠形成在所有相關的表面上，底塗層的原地沉積無法達成此效果。

就最大化產量及減少成本而言，文中所述之異地腔室元件塗佈處理亦為有利的。在許多情況中，保護塗層係經由原子層沉積(ALD)處理所形成，原子層沉積處理以逐層方式週期性地累積薄膜厚度。雖然此技術形成高品質、高順形性的保護塗層，但其需要實八上的時間量來形成具有期望厚度(如介於1 nm – 10 mm之間在某些情況中介於約100-500 nm之間之厚度)的塗層。在各種情況中，需要大約一天至數天規模的時間來形成保護塗層。若保護塗層係以底塗層的形式原地形成在用以處理半導體晶圓的反應器上，這使形成保護塗層的整段時間期間皆無法使用反應器處理半導體晶圓。此閒置期間會減少產量並增加成本。

相對地，當以異地方式塗佈腔室元件時，由於腔室元件係於不同的反應器中受到塗佈，因此反應器仍可用以處理半導體基板。通常利用文中所述之技術塗佈的腔室元件為在使用一段期間後有所損耗的元件。此些可消耗的部件係安裝於反應室中並在受到更換之前使用一段時間。是以，用以處理半導體晶圓的反應室可持續使用第一噴淋頭同時第二噴淋頭在不同的反應室中受到保護塗層的塗佈。應瞭解，此些處理可同時或可不同時發生。在塗佈第二噴淋頭之後，卸載第一噴淋頭並以第二噴淋頭取代之。噴淋頭之移除及卸載處理遠遠比形成保護塗層的處理更快(至少在經由原子層沉積沉積保護塗層至文中所述之厚度的情況)。又，由於異地塗佈處理在腔室元件的相關表面上形成更完全的保護塗層，因相較於原地沉積之底塗層此異地塗佈處理所形成的保護塗層可提供更優異的保護且持續更久。這意味著腔室元件不需常更換，藉此最少化擁有及操作處理設備的成本。
塗佈處理

在各種實施例中，經由原子層沉積沉積保護塗層。在某些情況中，可使用電漿輔助之原子層沉積。除非另外指出，文中所用之「原子層沉積」意在包含電漿輔助之原子層沉積。當應用至原子層沉積處理時，「熱」一詞係指反應係由熱能所驅動而非由電漿能量所驅動。

如文中所述經由原子層沉積方法異地形成的保護塗層傾向於比經由上述傳統方法所形成的塗層更緻密。此些緻密的塗層不具有多孔的微結構，因此能促進實質上較低的自由基再結合速率，藉此確保遠遠較高比例的自由基能夠到達需要自由基的半導體晶圓。在經塗佈的腔室元件的背景下之自由基再結合相關的問題更載於2015年3月26日申請之名為「MINIMIZING RADICAL RECOMBINATION USING ALD SILICON OXIDE SURFACE COATING WITH INTERMITTENT RESTORATION PLASMA」的美國專利申請案US 14/712,167中，將其所有內容包含於此作為參考。相較於該參考申請案中的實施例，期望本文中所述之塗層形成具有較佳微結構的更緻密材料。

圖1A之流程圖說明根據各種實施例之在腔室元件上形成保護塗層的方法100。 方法100始於操作101，將腔室元件提供至第一反應室中作為基板。腔室元件被放置於第一反應室內但並未被安裝於其內成為第一反應器的元件。換言之，若腔室元件為噴淋頭，當噴淋頭係位於第一反應室中時並不具有噴淋頭的功能。可提供噴淋頭本身而不連接至氣體線或其他元件。腔室元件可被放置在基板支撐件上。基板支撐件可用以暴露腔室元件之欲形成保護塗層於其上的所有相關表面。在某些情況中，可在保護塗層的沉積期間將腔室元件移動/重新放置到第一反應室內以確保所有相關表面皆受到塗佈。在某些情況中，可拆卸腔室元件或以其他方式將腔室元件開放以暴露欲塗佈之額外表面。

可依所需提供遮蔽以遮蔽不需保護塗層的表面。需要此類遮蔽以避免ALD塗層沉積在需要電接觸件或與金屬相關之其他電特性的區域上。亦可在氣體進入或離開孔洞處進行遮蔽以避免塗層沉積在噴淋頭可藉由水或其他流體冷卻的某些通道內部。此類多充氣室的噴淋頭增加先進沉積腔室的使用。因此經提出的技術能選擇性地塗佈此類複雜的部件的特定區域以最大化增進部件壽命並符合晶圓要求的優點。

在各種實施例中，腔室元件可為第一反應室中的唯一基板。在其他實施例中，可同時將複數腔室元件提供至第一反應室，每一腔室元件僅作為第一反應室中欲被塗佈之基板。在某些情況中，在第一反應室中同時受到塗佈的腔室元件可皆一起被安裝至相同的第二反應室中。例如，文中所列之腔室元件中的任何者可同時在第一反應室中受到塗佈且後續被一起安裝至相同的第二反應室中。在一特定的實例中，噴淋頭與舉升銷同時在第一反應室中受到塗佈且後續被安裝至相同的第二反應室中。此在不同類型之腔室元件上的同時塗佈可確保不同的腔室元件上皆具有均勻的保護塗層。在某些其他的實例中，在第一反應室中同時塗佈複數腔室元件，其中複數腔室元件包含單一類型的元件(如噴淋頭、或舉升銷、或氣體輸送線等)。在一實例中，在第一反應室中同時塗佈複數類似或相同的噴淋頭。此在類似或相同類型之腔室元件上的同時塗佈可有助於最小化在特定類型之腔室元件內來自於一腔室元件之塗層與來自於下一腔室元件之塗層之間的變異性。這可能有助於減少當以新腔室元件取代舊腔室元件時可能發生的非均勻性。

在操作103處，將第一反應物導入第一反應室中。第一反應物吸附在腔室元件的所有裸露表面上。第一反應物的例示性給劑時間可介於約1與3秒之間。在操作105處，自第一反應室吹淨任何多餘的第一反應物。此類吹淨可藉著以另一氣體(在許多情況中如惰性氣體)排空第一反應室及/或排除第一反應室而達成。自第一反應室吹淨第一反應物能最小化在第一反應物 與第二反應物之間之非所欲氣相反應的風險。在反應係由電漿驅動的某些情況中可能不需要此類吹淨(因此可省略)。

在操作107處，將第二反應物導入第一反應室中。第二反應物可吸附至腔室元件的裸露表面上。第二反應物的例示性給劑時間可介於約1與30秒之間。在操作109處，驅動第一反應物與第二反應物之間的反應以在腔室元件上形成保護薄膜。在許多情況中第一反應物與第二反應物之間的反應為熱驅動之原子層沉積反應。在此類情況中，操作109可涉及確保第一反應室(或其中的元件如基板支撐件)到達或維持在目標溫度。目標溫度可取決於提供至反應室的反應物、保護塗層的期望成分、經塗佈的腔室元件的最終用途(如沉積可在腔室元件被安裝至反應室被用於處理半導體晶圓時腔室元件會被暴露之一般或最大處理溫度下進行)。在某些實例中，目標溫度可介於約150-400°C之間或介於約300-700°F之間. 在其他情況中，第一反應物與第二反應物之間的反應為電漿輔助之原子層沉積反應。在此類情況中，操作109可涉及產生電漿及將腔室元件暴露至電漿。電漿可為任何種類之電漿，包含感應耦合電漿、電容耦合電漿、微波耦合電漿、變壓器耦合電漿、遠端電漿、原地電漿等。例示性的電漿暴露期間可介於約0.5秒與20分鐘之間。產生電漿之例示性RF功率位準可介於約0.5-3kW之間。產生電漿之例示性頻率可包含400 kHz、2 MHz、13.6 MHz及60 MHz。

在不受到理論或作用機制限制的情況下，一般相信熱驅動之原子層沉積反應(相對於電漿輔助之原子層沉積反應)就在受到保護的小區域如噴淋頭孔洞的內部及氣體輸送線之內部形成高品質、高順形之保護薄膜而言有較佳的表現。如上所討論的，電漿無法穿透此類受到保護的小區域，因此受到保護的小區域未受塗佈。熱驅動的反應可更佳地塗佈此些區域，因為熱驅動的反應能更容易將所需的熱能輸送至所有相關的表面。

操作103、105、107及109一起說明一個原子層沉積週期。每一週期累積薄膜厚度的一單層，每一單層具有介於約0.5-3Å的厚度。每一單層的厚度取決於許多因素，此些因素包含例如每一反應物給劑步驟的暴露時間、反應物的黏滯係數等。選擇性地，在操作107之後及在操作109之前及/或在操作109之後及在操作103的下一重覆之前，可吹淨第一反應室。此類吹淨可有助於減少非所欲之氣相反應且可有助於自第一反應室移除副產物或其他污染物。

在操作111處，判斷保護塗層是否已到達期望的最終厚度。在許多文中的實施例中，期望的最終厚度係介於約1 nm與約10 mm之間。在某些情況中，最終厚度約為1 nm或更厚、約10 nm或更厚、約100 nm或更厚、約200 nm或更厚、約500 nm或更厚、約1 µm或更厚、約10 µm或更厚、約100 µm或更厚、約500 µm或更厚、約1 mm或更厚。在此些或其他情況中，最終厚度可約為10 mm或更薄、、約1 mm或更薄、約500 µm或更薄、約100 µm或更薄、約10 µm或更薄、約1 µm或更薄、約500 nm或更薄、約200 nm或更薄、約100 nm或更薄、或約10 nm或更薄。此厚度範圍的保護塗層可(1)減少來自下方腔室表面的污染；及(2)持久存在，甚至在嚴厲的處理條件仍能持久存在。此厚度使腔室元件能重覆暴露至嚴厲的電漿(如清理電漿、沉積電漿、處理電漿等)多次而受到最少的退化。在某些實施例中，在高於約500 nm之厚度處，保護塗層可能更容易脫屑。在某些實施例中，在低於約100 nm的厚度處，保護塗層可能無法對污染提供實質或持久的保護。

在保護塗層尚未沉積至期望之最終厚度的情況下，方法進行操作103，開始另一ALD週期。在保護塗層已達期望之最終厚度的情況下，方法進行操作113，自第一反應室移除經塗佈的腔室元件。在此時，經塗佈的腔室元件已準備好可被安裝至第二反應室中被用於所欲之目的。由於每一ALD週期沉積一薄單層，因此通常需要數百或數千個週期將腔室元件完全塗佈至最終厚度。這通常需要約1-3天。

圖1B顯示製備第二反應室並在其中處理半導體晶圓的方法120的流程圖。方法120始於操作121，在第一反應室中利用原子層沉積將保護薄膜塗佈至腔室元件。操作121可例如利用圖1的操作101-111達成。基於簡明的目的，不重覆其說明。接下來，在操作113中自第一反應室移除經塗佈的腔室元件。圖1B中之操作113係與圖1A中的操作113相同。在自第一反應室移除經塗佈的腔室元件之後，在操作123中將經塗佈的腔室元件安裝至第二反應室中。接下來在操作125處，當經塗佈的腔室元件係安裝於第二反應室中時在第二反應室中處理半導體晶圓。此處理可涉及在晶圓上例如以原子層沉積、化學汽相沉積、或另一沉積方法沉積一薄膜層。在其他情況中，處理可涉及自晶圓蝕刻材料、將晶圓暴露至電漿處理、或其他類型之處理。

在使用一段時間後，經塗佈的腔室元件(可其上的塗層)可能會因為例如暴露至電漿(如含氟清理電漿)而開始退化。一般而言，反應室係受到週期性的清理以移除因沉積材料於半導體晶圓上所累於於內腔室表面上的材料。作為將反應室用於ALD的實例，可在處理約50 半導體晶圓後清理反應室。在類似的情況中，可在處理約100 半導體晶圓或在處理約200 半導體晶圓之後清理反應室。清理頻率取決於例如被沉積至半導體晶圓上之薄膜的成分與厚度。一般而言，愈厚的薄膜需要更頻繁的腔室清理。

可設計保護塗層以使其耐受清理處理。在許多情況中，設計保護塗層以使其耐受重覆暴露至清理電漿。這有助於確保，在需要置換經塗佈的腔室元件之前經塗佈的腔室元件可在反應室中使用相對長的時間。在各種實施例中，清理電漿為氟氮電漿。氟氮電漿包含能與以非所欲之方式累積於內腔室表面上之材料(如基於矽的材料、介電材料、及各種其他材料)反應的氟自由基。其他含氟電漿具有類似的效果。類似地，可設計保護塗層以使其耐受暴露至氨電漿。氨電漿可在於半導體晶圓上沉積期間使用以例如提供氨作為反應物。氨電漿亦可用於半導體晶圓上的表面處理。

在不受到理論或作用機制限制的情況下，一般相信基於鋁的氧化物(Al₂ O₃ )、鋁的氮化物(AlN)、鋁的氟化物 (AlF₃ )、命的氮氧化物(AlON)、釔的氧化物 (Y₂ O₃ )及釔的氟化物(YF₃ )的保護塗層可耐受典型之基於氟自由基的清理處理如暴露至氟氮電漿以及暴露至氨電漿。一般認為此些材料比例如常用來作為下塗層材料之矽的氧化物更能表現出對氟氮電漿及氨電漿的較佳阻抗能力。

在某些實施例中，可一起提供不同成分之兩或更多保護塗層。例如，一保護塗層可包含一雙層或三層，此雙層或三層可分別包含兩或三層之子層且每一子層具有文中所列的一成分。在某些情況中，可提供四或更多此類子層。每一子層可具有文中針對整個保護薄膜所述之厚度。在其他情況中，整個保護薄膜可具有文中所述的厚度且此厚度可分散於不同子層中。在某些情況中複數子層可具有相同的厚度。在其他情況中，複數子層可具有不同的厚度。在一特定的實例中，保護薄膜為一雙層，此雙層包含鋁的氧化物與釔的氧化物的疊層。許多其他的組合亦為可能的。

可藉著在經上升的溫度下形成保護塗層而提升保護塗層對於因暴露至電漿之退化的阻抗能力，經上升的溫度例如介於約75-700°C之間、在某些情況中介於約100-700°C之間、或介於約200-700°C之間、或介於約200-400°C之間、或介於約200-300°C之間、或介於約100-250°C之間、或介於約75-400°C之間、或介於約400-700°C之間。在某些情況中，形成在鋁(或主成分為鋁)之腔室元件上的保護塗層可在下列的溫度下沉積：介於約75-400 °C之間、或介於約100-250°C之間、或介於約200-400°C之間的溫度。在某些其他情況中，形成在陶瓷(或主成分為陶瓷)腔室元件上的保護塗層可在介於約400-700°C之間的溫度下沉積。由於陶瓷元件在安裝後相較於鋁元件可承受較高的處理溫度，因此可使用較高的沉積溫度塗佈陶瓷元件。在任何情況中，保護塗層可在落在最大溫度的約25°C內或約50°C內之一經上升的溫度下形成，最大溫度為腔室元件受到塗佈及被安裝至用以處理半導體晶圓之反應室中後將暴露的最大溫度。在某些情況中，沉積溫度可低至室溫(如約20°C)。在一特定的實施例中，可在介於約20-650°C之間的溫度下形成保護塗層。

在經上升的溫度的範圍內，存在於腔室元件之表面上的任何孔洞及溝槽擴張。這使得保護塗層能形成於經擴張之孔洞及溝槽內，形成順形及完整的保護塗層。相對地，若在較低的溫度下塗佈腔室元件，孔洞或溝槽並未擴張因此保護塗層可能無法恰當地形成在此類區域中。腔室元件在被安裝至第二反應室中並用以處理半導體晶圓時常被暴露至經上升的溫度。此時，任何孔洞/溝槽將擴張而孔洞/溝槽內未完全塗佈的區域將有粒子生成的問題。基於此些原因，期望在經上升的溫度下塗佈腔室元件。然而，在各種實施例中期望能確保形成保護塗層的沉積溫度不要太高。例如，在某些情況中在較高溫度(如400°C、500°C、及更溫度)處所形成的保護塗層在被安裝至用以處理半導體晶圓的反應室中時表現出較差的粒子效能。是以在某些情況中，形成保護塗層的沉積溫度可被維持在低於約250°C、或低於約300°C、或低於約400°C。在許多此類情況中，可將沉積溫度維持在高於約100°C或150°C的最低溫度。

取決於期望的塗層，可使用各種反應物來形成保護塗層。在許多情況中保護塗層為金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氟化物、或其組合。在各種實例中保護塗層中的金屬可為過渡金屬。下面列出某些例示性的反應物，但其並非限制性的。

在保護塗層包含鋁(如鋁的氧化物、鋁的氮化物及/或鋁的氟化物)的情況中，可使用含鋁反應物。例示性的含鋁反應包含但不限於三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鋁 (Al(OCC(CH₃ )₃ CHCOC(CH₃ )₃ )₃ )；三異丁基鋁([(CH₃ )₂ CHCH₂ ]₃ Al)；三甲基鋁((CH₃ )₃ Al)；三(二甲基氨基)鋁(III)(Al(N(CH₃ )₂ )₃ )；及其混合物。

在保護塗層包含釔(如釔的氧化物、釔的氮化物、及/或釔的氟化物)的情況中，可使用含釔反應物。例示性的含釔反應物包含但不限於三[N,N-二(三甲基矽基) 醯胺]釔([[(CH₃ )₃ Si]₂ N]₃ Y)；三(丁基環戊二烯基)釔(III) (Y(C₅ H₄ CH₂ (CH₂ )₂ CH₃ )₃ )；三(環戊二烯基)釔(III) (Y(C₅ H₅ )₃ )；如在2-甲氧基乙醇中之2-甲氧基乙氧化釔的溶液如；三(異丙醇)釔(III) (C₉ H₂₁ O₃ Y)；三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)釔(III) (Y(OCC(CH₃ )₃ CHCOC(CH₃ )₃ )₃ )；及其混合物。

在保護塗層包含鈦()的情況中，可使用含鈦反應物。例示性之含鈦反應物包含但不限於四(二乙基氨基)鈦(IV) ([(C₂ H₅ )₂ N]₄ Ti)；四(二乙基氨基)鈦(IV) ([(CH₃ )₂ N]₄ Ti); 四(乙基甲基氨基)鈦(IV) ([(CH₃ C₂ H₅ )N]₄ Ti)；二異丙氧基二(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮)鈦(IV) (Ti[OCC(CH₃ )₃ CHCOC(CH₃ )₃ ]₂ (OC₃ H₇ )₂ )；異丙醇鈦(IV)(Ti[OCH(CH₃ )₂ ]₄ )；四氯化鈦 (TiCl₄ )；及其混合物。

在保護塗層包含其他金屬時，可提供此領域中通知的其他金屬的適合前驅物。

在保護塗層包含氧的情況中，可使用含氧反應物。例示性的含氧反應物包含但不限於氧氣(O₂ )、臭氧(O₃ )、一氧化二氮(N₂ O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂ )、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂ )、一氧化硫(SO)、二氧化硫(SO₂ )、含氧之碳氫化物(C_x H_y O_z )、水(H₂ O)、其混合物等。

在保護塗層包含氮的情況中，可使用含氮反應物。含氮反應物包含至少一個氮如氨(NH₃ )、肼、胺(如含碳的胺)如甲胺、二甲胺、乙胺、異丙胺、第三丁胺、二第三丁胺、環丙胺、第二丁胺、環丁胺、異戊胺、2-甲基丁基-2-胺、三甲胺、二異丙胺、二乙基異丙胺、二第三丁基肼、以及含芳香族的胺如苯胺、吡啶及芐胺。胺可為一級胺、二級胺、三級胺或四級胺(例如四烷基銨化合物)。含氮反應物可包含非氮之異原子如羥胺、第三丁基氧羰基胺、及N-第三丁基羥胺。

在保護塗層包含氟的情況中，可使用含氟反應物。例示性的含氟反應物包含但不限於氟化物(HF)及金屬氟化物如四氟化鈦(TiF₄ )；氟化鈮(V) (NbF₅ )；五氟化鉭(TaF₅ )；六氟化鎢(WF₆ )；氟化鉬(MoF_x )；氟化釩(VF_x )；及其組合。

在保護塗層為鋁之氧化物的特定實施例中，第一反應物為三甲基鋁而第二反應物為水。此些反應物可因暴露至熱能(如毋須電漿暴露)而彼此反應。是以，此些反應物尤其可用於在腔室元件之任何非受遮蓋之表面上形成具有高順形性的保護塗層，非受遮蓋之表面包含凹陷之表面或其他難以接取之表面如噴淋頭孔洞之內部、內充氣室等。
可塗佈之 腔室元件

可將保護塗層塗佈至任何及所有腔室元件。此類元件可包含但不限於噴淋頭、氣體輸送線、舉升銷、舉升銷支撐件/保持器、腔室壁、腔室頂板、基板支撐件、座檯、基板載具等。其尤其可用於在隨著時間因退化而需被置換的腔室元件上提供保護塗層。

圖2A與2B顯示可利用文中所述之技術塗佈保護塗層之噴淋頭200的另外面向(分別為上視及底視)。在某些情況中，如圖2A與2B所示噴淋頭200可被安裝至用於化學汽相沉積及/或原子層沉積的反應器中。在某些實施例中，反應器為沉積反應室或抑制反應室。噴淋頭200包含板201，板201中形成了複數孔洞205。在某些情況中，可提供約2000個孔洞205。邊緣區域203包含可用以將噴淋頭200安裝至用以處理半導體晶圓的反應室內的空間及開口。雖然圖2A與2B顯示板201內部之未提供孔洞205的邊緣203的區域，但情況並未總是如此。在某些實施例中，孔洞205可一路設置至邊緣區域203。在此實例中，各種孔洞205係沿著同心圓設置，但亦可使用其他孔洞的圖樣。

圖2C顯示來自於圖2A與2B之孔洞205的特寫橫剖面圖。孔洞205標示為「w」的寬度(有時被稱為其直徑或關鍵尺寸)及標示為「h」的高度。在此實例中孔洞205的高度係與形成了孔洞205之板201的厚度相同。在各種實施例中，噴淋頭可具有延伸貫通板之厚度的一或多個孔洞，孔洞(複數孔洞)具有介於約0.5-4 mm之間的寬度及/或介於約1-20 mm之間的高度。在某些情況中，噴淋頭可包含具有非對準之孔洞的複數板的堆疊以改善例如多充氣室中的氣體混合。

孔洞的高寬比為孔洞之高對孔洞之寬的比較(h：w)。高寬比在數值上的計算為孔洞的高除以孔洞的寬(h/w)。在文中之某些實施例中，噴淋頭孔洞可具有至少約5、或至少約10、或至少約50、或至少約100、或至少約500的高寬比。在某些情況中，噴淋頭 孔洞可具有上至約2000的高寬比。此極高的高寬比使噴淋頭被原地安裝至反應室內時例如因為下列原因而難以塗佈孔洞：難以將所有必要的反應物輸送至所有相關的表面及/或難以將所有相關表面暴露至電漿(例如在塗層係由於暴露至電漿所形成的情況中)。藉著使用熱驅動ALD反應在不同反應室中異地塗佈噴淋頭，可依所需將必要的反應物輸送至所有相關表面且以均勻方式施加驅動反應所必須的能量。結果，即便在難以接取的表面如噴淋頭孔洞內及噴淋頭背側的表面上也能形成具有高度順形性的保護塗層。雖然圖2C係在圖2A與2B的背景下解釋，但應瞭解，文中所述的任何噴淋頭可包含具有所述特徵(如尺寸)的孔洞。

圖2D-2G顯示噴淋頭的其他視圖，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至噴淋頭。在各種實施例中，圖2D-2G中所示之噴淋頭為受到供能之噴淋頭。在許多情況中，此類型的噴淋頭被稱為吊燈噴淋頭。在此些或其他實施例中，圖2D-2G中所示的噴淋頭可接地之噴淋頭。在某些實施例中，圖2D-2G中所示的噴淋頭可被安裝在用於化學汽相沉積或電漿增強化學汽相沉積的反應室中，如來自加州費利蒙之科林研發公司所販售之Vector^® 產品系列的反應器。

圖3A與3B顯示噴淋頭之其他示圖(分別為上視及底視)，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至噴淋頭300。在某些情況中，圖3A與3B中所示之噴淋頭 300可被安裝至用於原子層沉積的反應室中。噴淋頭 300包含板301，板301具有複數第一孔洞305a與第二孔洞305b。第一孔洞305a一路延伸貫穿板301，但第二孔洞305b僅在噴淋頭 300的底側(有時亦被稱為背側)開放。噴淋頭 300包含將反應物提供至第二孔洞305b的內部通道(未顯示)。當反應物離開第二孔洞305b 時會通過噴嘴306。噴嘴306可被稱為第二氣體注射器。內部的通道可受到專有反應物輸送線(未顯示)的饋送，專有反應物輸送線可在氣體入口接口(未顯示)處與噴淋頭 300連接。在某些情況中，可在板301中提供額外分離的內部通道以提供直到離開噴淋頭 300前都不會彼此混合的額外反應物。在使用異地原子層沉積形成保護塗層時，即便此些內部的通道亦可受到保護塗層塗佈。可依期望提供額外的氣體入口接口(未顯示)以用於額外處理氣體的輸送。取決於反應物輸送系統及處理需求，可使用單一氣體入口接口提供單一反應物或多種反應物。可藉由熱流體連接件309與311將液體提供至噴淋頭 300及/或自噴淋頭 300移除液體。熱流體可為用以加熱及/或冷卻噴淋頭 300的熱交換流體。在某些實施例中在沉積保護塗層之前可遮蓋熱流體連接件309與311。在某些情況中，噴淋頭的底側與上側可顛倒俾使孔洞305b在噴淋頭的上側處開放。噴淋頭可以任何位向使用之。可使用各種孔洞圖樣。

在各種實施例中，當噴嘴306係未連接至噴淋頭 300時，保護塗層可形成在噴嘴306上及剩餘的噴淋頭 300上。在噴嘴306及剩餘的噴淋頭 300上形成塗層後，噴嘴306可連接至第二孔洞305b以完成噴淋頭 300的製造。在另一實施例中，在噴嘴306係連接時整個噴淋頭 300塗有保護塗層。可在噴嘴306與板301之間提供O形環(未顯示)以確保氣密連接。

圖4顯示圖3A與3B中所示之噴淋頭 300的橫剖面圖。如上所述，第一孔洞305a一路延伸貫穿噴淋頭 300的厚度。噴嘴306係適配至第二孔洞305b上。噴嘴306與第二孔洞305b輸送來自形成在噴淋頭 300之本體中之一或多個氣體充氣室350的氣相反應物。氣體充氣室350自氣體入口(未顯示)接收氣體。噴嘴306中包含氣體輸送通道352。噴淋頭 300之本體更包含一或多個冷卻充氣室340，熱交換流體可流過冷卻充氣室340。

圖5A-5C例示基板支撐座500的其他視圖，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至基板支撐座500。在某些情況中，圖5A-5C中所示之基板支撐座 500可被安裝至用於原子層沉積之反應室中。基板支撐座 500包含具有表面502的本體部分501，處理期間半導體晶圓被支撐於表面502上。表面502包含複數開口，其中某些開口為舉升銷開口。舉升銷(未顯示)可配置於舉升銷開口內。舉升銷可操作以舉升半導體晶圓而促進晶圓傳送進入及離開反應室。類似地，舉升銷支撐件(未顯示)可配置於舉升銷開口中。若有需要，舉升銷可貫穿舉升銷支撐件。實例性的舉升銷支撐件係顯示於圖6中。可一起塗佈舉升銷及舉升銷支撐件(以及基板支撐座 500之任何其他可分離的部分)與基板支撐座 500之剩餘部分，或可分開塗佈上述者。在此些部件係分開塗佈的情況中，在塗佈所有的必要部件之後可組裝基板支撐座 500。接著將經組裝的支撐座檯安裝至反應室中。基板支撐座 500之本體501係藉由幹503而連接並被幹503支撐。在形成保護塗層之前可遮蔽某些區域。例如，可遮蔽任何欲形成電接觸件的區域以確保接觸件維持可接取及導電的狀態。相較於以原地方式形成底塗層的情況，在以異地方式形成保護塗層的情況中較容易遮蔽電接觸件區域(及任何其他已遮蔽的區域)。例如，由於腔室元件並非安裝作為整合性的腔室元件，可輕易地處理/操控(或甚至拆卸)相關之欲塗佈的腔室元件以塗佈所有相關表面。

圖6顯示舉升銷支撐件600，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至舉升銷支撐件600。在某些情況中，圖6中所示之舉升銷支撐件600可被設置至用於原子層沉積的反應室中。舉升銷(未顯示)可延伸通過舉升銷支撐件600的中央開口以與半導體晶圓銜合。參考圖5A，舉升銷支撐件600可被設置至基板支撐座 500的本體502中。

雖然各種圖示係參考特定類型的處理及特定的反應室說明，但應瞭解，此些圖示中所顯示的部件可被設置在其他類型的反應室中且可用於半導體基板上的各種類型的處理。可受惠於所述實施例之額外設備的實例包含但不限於來自Altus^® 產品系列的任何設備(化學汽相沉積及原子層沉積)、Vector^® 產品系列的任何設備(電漿強化化學汽相沉積)、Striker^® 產品系列的任何設備(原子層沉積)、及Speed^® 產品系列的任何設備(高密度電漿化學汽相沉積)等。上述之每一產品系列皆由加州費利蒙之科林研發公司所販售。
保護塗層 的特性

在某些實施例中保護塗層可具有特定的特性。例如，保護塗層可具有特定的組成、密度、彈性模數、硬度、對下方膜層的黏著性、應力、結晶結構、純度及/或厚度。期望的特性可取決於使用腔室元件之反應室的類型以及在反應室中發生之處理的類型。文中提供了例示性的特性，但其非為限制性的。

如上所述，保護塗層可使用多種不同的組成。在許多實施例中，保護塗層可為鋁的氧化物 (Al_x O_y )、鋁的氮化物 (Al_x N_y )、鋁的氟化物 (Al_x F_y )、鋁的氮氧化物(Al_x O_y N_z )、釔的氧化物 (Y_x O_y )、釔的氟化物 (Y_x F_y )、或其組合。一般認為此些材料對在半導體處理期間常用之基於氟自由基的電漿(如NF₃ 清理電漿)、氨電漿及電漿(如Ar + N₂ 電漿、Ar + N₂ + O₂ 電漿、及Ar + O₂ 電漿)表現出強阻抗能力。此些類型的電漿在與未經塗佈的腔室元件一起使用時會展現出嚴重的有害效應，這可導致在半導體晶圓上的實質金屬污染。

在某些實施例中，在介於約150-300°C之間的所有溫度下保護塗層可具有介於約100-400 GPa之間的彈性模數。在此些或其他情況中，在介於約150-300°C之間的所有溫度下保護塗層可具有介於約6-18 GPa之間的硬度。在此些或其他情況中保護塗層對下方材料可具有至少約200 mN的黏著性，在某些情況中至少約1 N或至少約5 N的黏著性。黏著性可基於ASTM D7187刮痕黏著性測試所量測。在此些或其他情況中，在高於約150°C的所有溫度下保護塗層可具有約500 MPa的最大應力(壓縮應力)。在此些或其他情況中，保護塗層可具有非晶(以x射線繞射所決定)的結晶結構。在此些或其他情況中，保護塗層可具有介於約99.9-99.999%之間的純度。在此些或其他情況中，如文中他處所討論的，保護塗層可具有介於約100-500 nm之間的厚度。在此些或其他情況中，保護塗層在其所沉積的所有表面各處可具有少於約3%的厚度變異。
處理穩定性

在文中的各種實施例中，製備具有一或多個腔室元件(如噴淋頭、座檯等)的反應室以包含保護塗層，反應室如文中所述操作以在處理許多半導體晶圓的過程期間達到特定程度的處理穩定性。下面將參考圖8A與8B更進一步討論處理穩定性問題。

在某些情況中，藉著追蹤隨著時間在反應室中沉積所得之薄膜之晶圓上之非均勻性，可分析處理穩定性。晶圓上之非均勻性係以下列方式計算：在薄膜之最厚區域與最薄區域之間的厚度差異。例如，厚度範圍介於48-52Å之間且平均厚度為50 Å的第一薄膜具有4Å (52Å – 48Å = 4Å)之晶圓上之非均勻性。在許多情況中，參考薄膜之平均厚度來分析晶圓上之非均勻性的變異。例如，厚度範圍介於48-51Å之間且平均厚度為50 Å的第二薄膜具有3Å (51Å – 48Å = 3Å)之晶圓上之非均勻性。第一薄膜與第二薄膜之間之晶圓上之非均勻性的變化為1Å (4Å – 3Å = 1Å)。與平均膜厚(50Å)比較，這代表變異為2% (1Å/50Å * 100 = 2%)。

當比較來自不同批次之薄膜時，應考慮來自不同批次之相同晶圓數以減少源於批次間變異/趨勢的任何差異。晶圓數為晶圓在批次內受到處理的順序。是以，當比較第一批次與第三批次時，應量測及比較第一批次中的第一片晶圓與第三批次中的第一片晶圓。在類似的實例中，可量測第一批次中的第五片晶圓與第三批次中的第五片晶圓。

在批次過程期間晶圓上之非均勻性的變異可不大於平均膜厚之約5%、或不大於約3%、或不大於約2%、或不大於約1%、或不大於約0.05%。在許多實施例中，可在至少約10、或至少約20批次的過程期間維持此極低的變異。沉積在晶圓上的薄膜可具有任何組成，在特定的實例中薄膜為碳化矽或碳化矽的衍生物。參考圖8A中所述的實例，經塗佈的噴淋頭使反應室能在20批次(每一批次包含200片晶圓)沉積碳化矽薄膜於半導體晶圓上的過程期間達到僅約平均膜厚之0.05%之晶圓上之非均勻性的變異。在使用未經塗佈之噴淋頭的類似處理中無法達到此程度的穩定性。

達到所述程度之處理穩定性的批次尺寸可在文中所述的範圍內。沉積在每一片晶圓上之薄膜可至少約50Å厚、至少約100Å厚、至少約200Å厚、至少約500Å厚、或更厚。
經塗佈的腔室元件的原位回復

如上所述，重覆暴露至處理氣體及電漿會影響腔室元件的表面。在各種實施例中，雖然使用ALD之異地塗佈能實質上改善此類腔室元件對此類暴露的阻抗能力，但此些條件最終可能還是會改變經塗佈的腔室元件的表面。例如，會重覆暴露至含氮電漿之噴淋頭、座檯、或其他腔室元件之鋁的氧化物的塗層上最終可能會形成AlN或AlON鍵結。 此些鍵結有效地具有表面污染物的功能，因此可能期望移除此些鍵結。類似地，會重覆暴露至含氧電漿之噴淋頭、座檯、或其他腔室元件之鋁的氮化物的塗層上最終可能會形成AlO或AlNO鍵結。 此些鍵結具有表面污染物的功能。許多其他實例皆為可能的。表面條件/污染物的此些變化可能會不利地影響晶圓上的處理結果。例如，當腔室元件的表面變得更受污染時，反應室中更多自由基遺失至經污染表面，因而能處理基板的自由基變得更少。在某些實施例中，隨著時間此可造成晶圓上之效能(如厚度、均勻度等)的顯著趨勢。此類趨勢是非所欲的，因為一般期望在不同時間處受到處理的不同基板之間能有高度的均勻性，晶圓上之結果的任何趨勢皆會減少此類均勻性。

可以許多方式移除表面污染物及恢復經塗佈的腔室元件的條件。文中討論數個實例。一般而言，此些實例涉及經塗佈的腔室元件係在其安裝的反應室(例如用以處理半導體晶圓的反應室而非最初用以異地塗佈腔室元件的反應室)中受到原地調節的情況。針對特定的應用可依期望組合此些實例。
實例 1 ： 恢復電漿

可藉著將反應室暴露至恢復電漿調節用以處理半導體晶圓之反應室。恢復電漿具有自經塗佈的腔室元件的表面移除污染物並將經塗佈的腔室元件之表面恢復至其期望組成(及在某些情況中恢復至期望結構)的功能。

恢復電漿係自恢復電漿生成氣體所產生。恢復電漿生成氣體通常包含在腔室元件之塗層中能找到的至少一成分。例如，可將異地塗有金屬氧化物的噴淋頭(或其他腔室元件)暴露至自包含O₂ 或另一含氧物種之恢復電漿生成氣體所生成之恢復電漿。類似地，可將異地塗有金屬氮化物的噴淋頭(或另一腔室元件)暴露至自包含N₂ 或另一含氮物種之恢復電漿生成氣體所生成之恢復電漿。可將異地塗有金屬氟化物的噴淋頭(或其他腔室元件)暴露至自包含F₂ 或另一含氮物種之恢復電漿生成氣體所生成之恢復電漿。在任何情況中，恢復電漿生成氣體亦可包含一或多種惰性氣體如貴重氣體(如Ar、He、Ne等)。在各種實施例中，恢復電漿生成氣體可不具有或實質上不具有(例如僅包含微量)金屬及/或矽。

恢復電漿可直接在用以處理半導體晶圓的反應室中生成或其可遠端生成然後輸送至此反應室。在某些實施例中，可將反應室暴露至恢復電漿持續介於約1分鐘與24小時之間之間的期間。在某些情況中，此持續期間係介於約1-60分鐘之間、介於約1-20分鐘之間、介於約1-15分鐘之間、介於約1-2分鐘之間、或介於約1-24小時之間。在某些情況中，此持續期間係至少約1 分鐘、至少約2分鐘、至少約5分鐘、或至少約10 分鐘。在此些或其他情況中，此持續期間可約24小時或更短、約1小時或更短、約20分鐘或更短、約15分鐘或更短、約10分鐘或更短、或約2分鐘或更短。

在許多情況中在此持續期間內連續提供恢復電漿，但亦可在此持續期間內週期性地或間歇性地提供恢復電漿(如30分鐘開啟電漿、接著30分鐘關閉電漿)。可使用間歇性的電漿以避免電漿在腔室元件上過度加熱。在此調節步驟期間內反應室中的壓力可介於約0.01-100 mTorr之間、或介於約0.2-5 Torr之間、或介於約0.5-5 Torr之間、或介於約5-40 Torr之間。在此些或其他情況中，壓力可至少約0.01 mTorr、至少約0.2 Torr、或至少約0.5 Torr。在此些或其他情況中，壓力可約40 Torr或更低、約5 Torr或更低、或約1 Torr或更低。在某些情況中，在此調節步驟期間可控制一或多個腔室元件的溫度。例如，在某些此類情況中可將一或多個腔室元件(如噴淋頭、座檯等)及/或腔室本身(如腔室壁、地板、頂板等)維持在介於約70-400°C之間、在某些情況中介於約70-200°C之間、或介於約70-100°C之間、或介於約80-160°C之間、或介於約150-400°C之間的溫度下。在某些此類情況中，此溫度可至少約70°C、至少約100°C、或至少約150°C。在此些或其他情況中，此溫度可為約400°C或更低、約200°C或更低、約160°C或更低、或約100°C或更低。可在例如每片300 mm基板介於約1000-10,000瓦之間(如每片300 mm基板介於1000-3000瓦)及介於約50 kHz與2.45 GHz之間(如介於50-700 kHz之間、介於300-500 kHz之間、或介於1.8 MHz-2.45 GHz之間、或介於10-20 MHz之間、或介於50-70 MHz之間)之電漿頻率的功率位準與頻率範圍處產生恢復電漿。

可在特定的頻率下提供恢復電漿(或其他調節技術)。在某些情況中，在每次於反應室中處理一片晶圓之後進行調節。在其他情況中，在於反應室中處理n片晶圓之後進行調節，其中n為2、3、4、5、10、20、50、75、100、200、300、400、或500。調節的最佳頻率取決於一些因素包含在晶圓上進行的礙理、提供至反應室的材料、時序等。一般而言，更頻繁地清理能最少化晶圓上之結果的趨勢。然而，若太頻繁地清理則會開始傷及產量。

在某些情況中，甚至可在將經塗佈的腔室元件用於處理任何基板之前，將恢復電漿提供至其中具有經塗佈之腔室元件的反應室。在此類情況中，恢復電漿的功用不在於恢復經塗佈的腔室元件的表面(因為表面仍是新的)而是在於調節經塗佈的腔室元件以針對在處理期間將會使用的化學品準備此些表面。在此類實例中，恢復電漿可被稱為原地調節電漿。此原地調節可重覆任何次數，在許多情況中在緊接在使用經塗佈的腔室元件之前如在安裝新的經塗佈的腔室元件時及/或在導入新處理化學品時進行原地調節。通常原地調節電漿是O₂ 電漿且腔室元件塗有鋁的氧化物或其他氧化物，但在各種情況中可使用其他的成分/材料。原地調節電漿在2015年3月26日申請之名為「MINIMIZING RADICAL RECOMBINATION USING ALD SILICON OXIDE SURFACE COATING WITH INTERMITTENT RESTORATION PLASMA」的美國專利申請案US 14/712,167中有更進一步的討論，將其內容包含於此作為參考。

在許多情況中，當進行調節時反應室中不存在晶圓。在某些其他情況中，當進行調節時反應室中可能存在晶圓或虛置晶圓(如非用於製造的犧牲晶圓)。

下面參考圖10A與10B所討論的實驗結果顯示，使用恢復電漿可實質上減少將反應室(或其中之經塗佈的腔室元件)恢復至能用以處理半導體基板之可用狀態的所需時間。又，在各種情況中可使用恢復電漿恢復經塗佈的腔室元件上的塗層，若非如此塗層可能會到達其使用壽命之終點(例如恢復經由其他技術如等待經延長之時間所無法回復之經塗佈的腔室元件)。
實例 2 ：具有額外反應物之恢復電漿

在實例1中，恢復電漿生成氣體包含單一類型之反應性物種(例如用以恢復基於氧化物之塗層的反應性氧物種、用以恢復基於氮化物之塗層的反應性氮物種、用以恢復基於氟化物之塗層的反應性氟化物物種)。相對地，在實例2中，恢復電漿生成氣體包含可彼此反應之兩或更多物種。兩種物可反應而形成用於腔室元件上之塗層的期望組成。例如，塗有鋁的氧化物的噴淋頭(或其他腔室元件)可被暴露至由同時包含含鋁反應物及含氧反應物(如O₂ 等)之恢復電漿生成氣體所生成的恢復電漿。塗有鋁的氮化物的噴淋頭(或其他腔室元件)可被暴露至由同時包含含鋁反應物及含氮反應物(如N₂ 等)之恢復電漿生成氣體所生成的恢復電漿。塗有鋁的氟化物的噴淋頭(或其他腔室元件)可被暴露至由同時包含含鋁反應物及含氟反應物(如F₂ 等)之恢復電漿生成氣體所生成的恢復電漿。雖然前面的實例係關於含鋁塗層，但應瞭解，塗層及反應物皆不受此限。在塗層包含非鋁之金屬或材料的情況下，可選擇反應物中的至少一者以提供相關的金屬或材料。

兩或更多反應物可在相同時間處一起提供、或其可在不同時間處提供(例如俾使恢復電漿生成氣體的組成隨著時間改變)。在一特定的實例中，反應物錯開俾以藉由自我限制性之表面反應恢復及重新形成腔室元件上之塗層。

在某些實施例中，連續提供恢復電漿且反應物兩者皆以電漿形式使用之。在某些其他的實施例中，恢復電漿可週期性地或間歇性地提供。在某些此類情況中，可將反應物中的一或多者(如在某些情況中為含金屬之反應物)以氣體形成提供至無電漿存在的反應室。

針對實例1所提供的任何細節亦可應用至實例2。
實例 3 ：具有階段性之 O₂ 、 N₂ 電漿的恢復電漿

在此實例中，在不同時間處將用以處理半導體晶圓的反應室暴露至不同電漿以重新調節及重新形成相關腔室元件上的塗層。第一，將反應室暴露至氧電漿(如自含氧物種如O₂ 等所生成之電漿，在許多情況中其包含惰性氣體如Ar、He等)。在此第一電漿暴露之後，將反應室暴露至氮電漿(如自含氮物種如N₂ 等所生成之電漿，在許多情況中其包含惰性氣體如Ar、He等)。反應室可被暴露至氧電漿持續介於約30秒-2分鐘的期間、然後被暴露至氮電漿持續介於約約1秒-30秒的期間。在各種情況中，暴露至氧電漿之期間與暴露至氮電漿之期間之間可能有特定的比例。在某些此類實施例中，反應室被暴露至氧電漿的持續期間可能至少是反應室被暴露至氮電漿的持續期間的約5倍長、至少約10倍長、或至少約15倍長。可選擇暴露期間以達到特定的產量位準及處理均勻性，較長的暴露期間通常會導致較低的產量及較高的處理均勻性。

在某些實施例中，氧電漿可具有介於約10-50%之間之氧、或介於約10-20%之間之氧的組成，剩下的為惰性氣體。在此些或其他實施例中，氮電漿可具有介於約0.1-5%之間之氮、或介於約0.5-2%之間之氮的組成，剩下的為惰性氣體。在某些實施例中相較於氧電漿，氮電漿可具有較高之惰性氣體組成。在其他情況中則相反。

在某些情況中，當反應室被暴露至氧電漿和被暴露至氮電漿時可應用不同的電漿生成條件。例如，在一實施例中氧電漿為連續波電漿而氮電漿為脈動的如具有低於50%的工作週期。用於產生不同電漿的功率(在許多情況中例如是RF功率)亦可不同。在一實例中，用以產生氧電漿的功率可大於用以產生氮電漿的功率(在某些情況中，至少為兩倍)。用以產生電漿之例示性功率位準包含但不限於每片300 mm基板約介於500-2500 W之間。

下面將更進一步討論參考圖11A與11B之實驗結果，其顯示此階段性的調節技術能大幅減少或甚至消除上述在晶圓上處理結果中所觀察到的趨勢，藉此達到遠遠更均勻的產品。這增加了反應室的可靠度，藉此最大化其價值。

針對實例1與2所提供的任何細節亦可應用至實例3。
實例 4 ：利用濕式或乾式化學品的徹底腔室清理

在某些情況中，可能需要更徹底的清理處理來恢復經塗佈的腔室元件的表面。當腔室元件塗覆有在半導體晶圓上處理之副產物所形成之尤其厚的薄膜時，尤其如此。在一實例中，受到鋁的氧化物(或其他的塗佈材料)之異地塗佈的腔室元件在相關反應室中用於處理半導體晶圓之後，變得被矽的氧化物(或另一副產物材料)所覆蓋。可利用濕式或乾式化學品(使用或不使用電漿)清理腔室元件以移除副產物材料。在一實例中，反應室被暴露至自F₂ 、NF₃ 、或不同的含氟清理反應物中之至少一者所產生(直接或遠端產生)的電漿。在另一實例中，反應室(或相關之經塗佈的腔室元件)可被暴露至濕式化學品以移除副產物材料。例示性的濕式化學品包含但不限於各種酸與鹼、醇、水、去離子水、丙酮等。某些特定的實例包含氫氧化銨(NH₄ OH)、過氧化氫(H₂ O₂ )、氫氯酸(HCl)、氫氟酸(HF)、硝酸 (HNO₃ )、異丙醇(C₃ H₈ O)等。

雖然實例1與實例4之某些實施例的每一者皆涉及將反應室暴露至電漿藉此調節經塗佈的腔室元件，但此兩實施例之間還是有某些重要的差異。在實例1中，恢復電漿生成氣體通常包含經塗佈的腔室元件之塗層中的至少一成分(如在氧化物塗層中的氧、氮化物塗層中的氮等)。相對地，在實例4中，化學品通常為清理化學品(在許多情況中例如是含氟化學品)。在各種情況中，清理化學品不包含在經塗佈的腔室元件的塗層中找到的成分。例如，在腔室元件上之塗層為鋁的氧化物的情況中，根據實例4，F₂ 或NF₃ 電漿可能尤其適合用以清理腔室元件，因為F₂ 及NF₃ 皆不包含鋁或氧。相關地，若將塗有鋁的氟化物的腔室元件暴露至F₂ 電漿，會被認為是實例1中的恢復電漿，因為塗層及電漿皆包含氟。

當使用濕式或乾式化學品技術時，取決於所用的技術，可將經塗佈的腔室元件暴露至濕式化學品或乾式化學品(如電漿)介於約0.5秒至24小時之間的期間。在某些情況中，期間可介於約0.5秒與2分鐘之間、或介於約1-30秒之間、或介於約1-15分鐘之間、或介於約1-60分鐘之間、或介於約1-24小時之間。在某些情況中，期間可至少約0.5秒、至少約1秒、至少約10秒、至少約30秒、至少約1分鐘、至少約10分鐘、至少約30分鐘、或至少約1小時。在此些或其他情況中，期間約24小時或更短、約1小時或更短、約30分鐘或更短、約10分鐘或更短、約1分鐘或更短、約30秒或更短、或約10秒或更短。

清理操作可使某些氟留在經塗佈的腔室元件的表面上。此氟可利用參考實例1所述的恢復電漿移除，或可利用還原電漿如H₂ 電漿移除。在使用H₂ 電漿的情況中，留在經塗佈的腔室元件上的任何氟可以HF的形式移除/擷取，然後自反應室泵抽移除。實例4所述的清理技術可有利地減少形成在半導體晶圓上的粒子。可依所需間歇性地或週期性地進行清理操作。
實例 5 ：徹底的腔室清理之後施以恢復電漿

此實例為使用實例1與4兩者的特定實施例。在如實例4中所述以濕式或乾式化學品清理反應室或腔室元件之後，如參考實例1所述將反應室暴露至恢復電漿。此技術可用以將經塗佈的腔室元件恢復至接近嶄新的條件，俾使經塗佈的腔室元件的表面實質上「如新」(和在第一次異地塗佈並安裝至用以處理半導體晶圓反應室之後的經塗佈的腔室元件具有相同或極類似的特性)。針對實例1與4所提供的細節亦可應用至實例5。
實例 6 ：實例 1-5 的任何其他組合

針對特定應用可依期望結合實例1-5。類似地，此些實例可與文中所述的任何其他技術結合，其他技術包含但不限於如下所將更一步說明之藉著控制溫度延遲經塗佈的腔室元件的表面成分的變化。此些技術可一起合作以提供較佳的結果及均勻度。
延遲經塗佈之元件之表面成分的變化

在某些實施例中，可採用某些步驟來延遲受到文中所述方式塗佈之腔室元件之表面成分的改變化。此類步驟可包含將經塗佈的腔室元件加熱至及/或將反應室加熱至一經上升的溫度(例如高於標準室溫的溫度，在某些情況中為高於用以處理半導體晶圓之溫度的溫度)。

在許多應用中，經上升的溫度可介於約40-100°C之間。在某些特定的應用中，經上升的溫度可為至少約40°C、至少約50°C、至少約60°C、至少約70°C、至少約80°C、或至少約90°C。在此些或其他應用中，經上升的溫度可為約120°C或更低、約100°C或更低、約90°C或更低、約80°C或更低、約70°C或更低、或約60°C或更低。理想溫度可取決於受到考慮的特定應用包含經塗佈的腔室元件上的塗層的組成、反應室中所用之反應物/副產物的組成、及各種腔室元件的加熱特性。

在某些實施例中，當反應室被用以處理半導體晶圓時，可間歇性地或週期性地將經塗佈的腔室元件及/或反應室上升至經上升的溫度。例如，可將經塗佈的腔室元件及/或反應室上升至介於處理接續半導體晶圓之間(例如在處理每一片半導體晶圓之後、或在處理特定數目之半導體晶圓之後)之經上升的溫度。當提供經上升的溫度時半導體晶圓可存在或不存在於反應室中。在另一實例中，在處理半導體晶圓時的一或多個處理步驟期間可將經塗佈的腔室元件及/或反應室上升至經上升的溫度。在某些其他的實施例中，可在反應室使用時讓元件(複數元件)之溫度不低於一最低閾值的情況下，以連續方式(例如在處理半導體晶圓時及處理接續半導體晶圓之間)提供經上升的溫度。

在以間歇性地或週期性地方式提供經上升的溫度的情況中，提供經上升之溫度的持續期間可介於約30分鐘至3小時之間，在某些情況中可介於約30-60分鐘之間、或介於約2-3小時之間。

下面參考圖12A-12H更進一步討論之實驗結果例示，如文中所述方式加熱噴淋頭會大幅減少在處理額外半導體晶圓之一批次期間所觀察到的特性漂移。
設備

文中所述之方法可以任何適合的設備實施。適合的設備包含用以完成處理操作的硬體及具有用以根據本發明實施例控制處理操作之指令的系統控制器。例如，在某些實施例中，硬體可包含被包含於一處理設備中的一或多個處理站。

文中的各種實施例係關於用以安裝至反應室中之腔室元件的製備方法。使用第一反應室藉著在腔室元件沉積保護塗層而製備腔室元件。接著自第一反應室移除腔室元件並將腔室元件安裝至第二反應室中，其中腔室元件在第二反應室用以處理半導體晶圓時能發揮其期望的目的。第一反應室可為能滿足下列條件的任何反應室：(1)用以進行原子層沉積；及(2)具有大到充分容納受到塗佈之腔室元件的腔室。第二反應室可為用以處理半導體晶圓的任何反應室。在許多情況中，第二反應室為用於原子層沉積及/或化學汽相沉積的反應室。

圖7概略顯示可用以依文中所述在腔室元件上沉積保護塗層之處理站700的一實施例。應瞭解，圖7的處理站700亦可用以(例如經由原子層沉積及/或化學汽相沉積)在半導體基板上沉積薄膜，可利用文中所述之技術塗佈處理站700中的任何元件。為了簡化，將處理站700顯示為獨立的處理站，其具有用以維持低壓環境的處理室體702。然而應瞭解，在某些實施例中，複數處理站700可被包含於一共同的處理設備環境中。又應瞭解，在某些實施例中，可以一或多個電腦控制器以程式方式調整處理站700的一或多個硬體參數(包含文中詳細討論的參數)。

處理站700係與反應物輸送系統701流體交流，反應物輸送系統701係用以將處理氣體輸送至分散噴淋頭706。反應物輸送系統701包含用以混合及/或調整欲輸送至噴淋頭706之處理氣體的混合容器704。一或多個混合容器入口閥720可控制處理氣體至混合容器704的導入。類似地，噴淋頭 入口閥705可控制處理氣體至噴淋頭 706的導入。

某些反應物如BTBAS在蒸發並接著被輸送至處理站之前可以液態儲存。例如，圖7的實施例包含用以蒸發欲供給至混合容器704之液體反應物的蒸發點703。在反應物皆為氣體的情況中，可省略蒸發點703。在某些實施例中，蒸發點703可以是一經加熱的蒸發器。自此類蒸發器所產生的反應物蒸氣可在下游輸送管線中凝結。不匹配之氣體暴露至已凝結的反應物可能會產生小粒子。此些小粒子可阻塞管線、阻礙閥件操作、污染基板等。解決此些問題的某些方法涉及掃除及/或排空輸送管線以移除剩餘的反應物。然而，掃除輸送管線可增加處理站週期時間、不利製程站產量。是以，在某些實施例中，可熱追蹤蒸發點703下游的輸送管線。在某些實例中，亦可熱追蹤混合容器704。在一非限制性的實例中，蒸發點703下游的管線具有較高溫度的輪廓自約100°C延伸至混合容器704處的約150°C。

在某些實施例中，蒸發點703可以是一經加熱的液體注射器。例如，液體注射器可將液體反應物的脈衝注射至混合容器上游的載氣流中。在一情況中，液體注射器可藉著瞬間使液體自較高壓力變為較低壓力來蒸發反應物。在另一情況中，液體注射器可將液體原子化為分散微滴，此些分散微滴接著在經加熱的輸送管線中蒸發。應明白，較小的液滴比較大的液滴更快蒸發，因此可降低液體注射與完成蒸發之間的延遲。較快蒸發可減少蒸發點703下游之管線的長度。在一情況中，液體注射器可直接架設至混合容器704。在另一情況中，液體注射器可直接架設至噴淋頭706。

在某些實施例中，可提供蒸發點703上游的液流控制器以控制蒸發及輸送至處理站700之液體的質量流量。例如，液流控制器(LFC)可包含位於LFC下游的熱質量流量計(MFM)。接著可調整LFC的柱塞閥以回應與MFM電交流之比例-積分-微分(PID)控制器所提供的反饋控制訊號。然而，利用反饋控制可能要花一秒或更久才能穩定液流。這可能會延長液態反應物的給劑時間。是以，在某些實施例中，LFC可動態地在反饋控制模式與直接控制模式之間切換。在某些實施例中，LFC可藉由使LFC與PID控制器的感測管失效來動態地自反饋控制模式切換至直接控制模式。

噴淋頭706朝向基板712分散處理氣體。在圖7所示的實施例中，基板712係位於噴淋頭706下方且被顯示為座落於座臺708上的舉升銷730上。基板712為正在受到塗佈的腔室元件。例如，基板712可為圖2A-2B、2D-G、3A-3B、或4中所示的任何噴淋頭。基板712亦可為舉升銷、舉升銷支撐件、基板支撐座、反應物輸送線、或欲塗佈保護塗層的任何其他腔室元件。雖然圖7僅在反應室中顯示單一基板712，但應瞭解，在某些實施例中可在單一反應室中同時塗佈複數基板。可依期望修改座檯708、舉升銷730、及相關硬體以在沉積期間支撐特定的腔室元件以確保腔室元件的所有相關表面皆受到塗佈。在某些情況中，座檯708可在其外圍處支撐腔室元件俾使腔室元件的上表面及下表面皆受到實質暴露。

應瞭解，噴淋頭706可具有任何適合的形狀且可具有任何適合數目與配置的接口以將處理氣體分散至基板712。在某些情況中可使用文中所顯示之任何噴淋頭。

在某些實施例中，微體積707係位於噴淋頭706下方。在處理站中的微體積中進行ALD及/或CVD處理會比在整個體積中進行ALD及/或CVD處理更能降低反應物暴露與掃除時間、更可降低轉換處理條件(如壓力、溫度等)的所需時間、可限制處理站機器人被暴露至處理氣體等。微體積尺寸的實例可包含但不限於介於0.1升至2升的體積。 可能需要更大的微體積來容納相對較大的腔室元件。此微體積亦會影響生產產量。雖然每一週期的沉積率減少，但週期時間亦同時減少。在某些情況中，後者的效應大到足以改善針對特定目標薄膜厚度的模組整體產量。

在某些實施例中，可舉升或降低座臺708以將基板712暴露至微體積707及/或改變微體積707的體積。例如，在基板傳送階段中，可降低座臺708以將基板712載於座臺708上。在沉積處理階段中，可舉升座臺708以將基板712置於微體積707中。在某些實施例中，微體積707可完全圍繞基板712以及座臺708的一部分以於沉積處理期間產生一高流動阻抗區域。

選擇性地，可在部分沉積處理期間降低及/或舉升座臺708以調變微體積707內的處理壓力、反應物濃度等。在沉積期間處理室體702被維持在一基礎壓力的情況中，降低座臺708可使微體積707被排空。微體積之體積對處理室之體積的例示性比例可包含但不限於介於1：700至1：10之間的比例。應明白，在某些實施例中，可藉由適合的電腦控制器以程式方式調整座臺高度。

在另一情況中，調整座臺708的高度可變化沉積處理中所包含之電漿活化期間及/或處理週期期間的電漿密度。在完成沉積處理階段時，可在另一基板傳送階段期間降低座臺708以自座臺708移除基板712。

雖然文中所述之例示性微體積變化係指高度可調整之座臺，但應瞭解，在某些實施例中，可調整噴淋頭706相對於座臺708的位置以變化微體積707的體積。又，應瞭解，在本發明的範疇內可藉由任何適當的機構來變化座臺708及/或噴淋頭706的垂直位置。在某些實施例中，座臺708可包含用以旋轉基板712之位向的旋轉軸。當明白，在某些實施例中，可藉由一或多個適合的電腦控制器以程式方式進行此些例示性調整的一或多者。

回到圖7所示的實施例，噴淋頭706與座臺708係與用以對電漿供給能量的RF電源714與匹配網路716電交流。在某些實施例中，可藉著控制處理站壓力、氣體濃度、RF源功率、RF源頻率及電漿功率脈衝時點中的一或多者來控制電漿能量。例如，可在任何適當的功率下操作RF電源714與匹配網路716以產生具有期望之自由基物種組成的電漿。適當功率的實例已包含於上面段落。類似地，RF電源714可提供具有任何適當頻率的RF功率。在某些實施例中，RF電源714可用以彼此獨立地控制高頻與低頻RF電源。低頻RF頻率的實例可包含但不限於介於50 kHz至700 kHz之間的頻率。高頻RF頻率的實例可包含但不限於介於1.8 MHz至2.45 GHz之間的頻率。應明白，可以離散或連續的方式調變任何適當的參數以提供表面反應用的電漿能量。在一非限制性的實例中，相較於連續供能的電漿，可間歇地脈動電漿功率以降低對基板表面的離子轟擊。

在某些實施例中，可藉由一或多個電漿監測器原地監測電漿。在一情況中，可藉由一或多個電壓、電流感測器(如VI探針)監測電漿功率。在另一情況中，可藉由一或多個光發射光譜(OES)感測器量測電漿密度及/或處理氣體濃度。在某些實施例中，可基於來自此類原地監測器的量測值以程式方式調整一或多個電漿參數。例如，可在提供電漿功率之程式化控制的反饋迴路中使用OES感測器。應瞭解，在某些實施例中，可使用其他監測器監測電漿與其他處理特性。此類監測器可包含但不限於紅外線(IR)監測器、聲學監測器及壓力傳感器。

在某些實施例中，可藉由輸入/輸出控制(IOC)序列指令控制電漿。在一實例中，設定電漿處理階段用之電漿條件的指令可被包含在沉積處理配方的對應電漿活化配方階段中。在某些情況中，處理配方階段可依順序配置，故一沉積處理階段的所有指令係與該處理階段同步執行。在某些實施例中，可將用以設定一或多個電漿參數的指令包含於一電漿處理階段之前的一配方階段中。例如，一第一配方階段可包含用以設定惰性氣體及/或反應物氣體之流率的指令、用以將電漿產生器設定至一功率設定點的指令、及第一配方階段用的時間延遲指令。一接續的第二配方階段可包含用以致能電漿產生器的指令以及第二配方階段用的時間延遲指令。一第三配方階段可包含用以使電漿產生器失能的指令以及第三配方階段用的時間延遲指令。應明白，在本發明的範疇內此些配方階段可以任何適合的方式被更進一步地分割及/或重覆。

在某些沉積處理中，電漿擊發持續數秒或更久數量級的時間。在某些實施例中，可施用更加較短的電漿擊發。此些電漿擊發可持續10毫秒至1秒數量級的時間，約20至80毫秒，例如50毫秒的特定例示性時間。此類極短的RF電漿擊發需要電漿的極快速穩定。為了達到此目的，可配置電漿產生器俾使阻抗匹配被預設在一特定電壓但允許頻率浮動。在傳統上，高頻電漿係於約13.56 MHz的RF頻率下產生。在本文所述的各種實施例中，允許頻率浮動至不同於此標準值的值。藉著允許頻率浮動但將阻抗匹配固定在一預設電壓，可更加快速地穩定電漿，當使用與某些沉積週期類型相關的極短電漿擊發時此結果可能是重要的。

在保護薄膜係經由熱驅動反應而非電漿驅動反應所形成的某些情況中，可省略RF電源714及匹配網路716。然而，RF電源714及匹配網路716可用於與非沉積相關的處理如腔室清理及/或薄膜處理。

在某些實施例中，座檯708可藉由加熱器710控制溫度。又，在某些實施例中，可藉由蝶閥718提供沉積處理站700的壓力控制。如圖7之實施例中所示，蝶閥能抑制下游真空泵浦(未顯示)的真空。然而在某些實施例中，可藉著改變被導入處理站700之一或多種氣體的流率而調整處理站700的壓力控制。
系統控制器

在某些實施例中，控制器為系統的一部分，系統可為上述實例的一部分。此類系統可包含半導體處理設備，其包含一處理工具或複數處理工具、一處理室或複數處理室、一處理平臺或複數處理平臺、及/或特定的處理元件(晶圓座臺、氣體流動系統等)。此系統係與一些電子裝置整合，此些電子裝置係用以在半導體晶圓或基板處理之前、期間及之後控制系統的操作。此些電子裝置係稱為「控制器」，其可控制系統或複數系統的各種元件或子部件。取決於處理需求及/或系統類型，控制器可被程式化以控制文中所揭露的任何處理包含輸送處理氣體、溫度設定(如加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流率設定、流體輸送設定、位置與操作設定、晶圓傳輸進入及離開工具與連接至特定系統或與特定系統交界的其他傳輸設備及/或裝載互鎖機構。

概括地說，控制器可被定義為具有各種積體電路、邏輯、記憶體及/或軟體的電子裝置，其可接收指令、發佈指令、控制操作、致能清理操作、致能終點量測等。積體電路可包含儲存了程式指令之具有韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSP)、被定義為特殊應用積體電路(ASIC)的晶片、及/或能執行程式指令(如軟體)的一或多個微處理器或微控制器。程式指令可為與控制器通訊之具有各種獨立設定(或程式檔案)形式的指令，其定義為了在半導體晶圓上或針對半導體晶圓或對系統進行特定處理所用的操作參數。在某些實施例中，操作參數為製程工程師為了完成一或多膜層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路及/或晶圓之晶粒之製造期間的一或多個處理步驟所定義之配方的一部分。

在某些實施例中控制器為整合至系統、耦合至系統、藉由網路連接至系統、或其組合的電腦的一部分或控制器耦合至電腦。例如，控制器係位於「雲端」中或工廠主機電腦系統的全部或部分中，這允許使用者遠端接取晶圓處理。電腦可致能遠端接取系統以監控製造操作的目前進展、檢視過去製造操作的歷程、自複數製造操作檢視驅勢或效能度量、改變現有處理的參數、設定處理步驟以符合現有處理、或開始一新的處理。在某些實施例中，遠端電腦(如伺服器)可經由電腦網路對系統提供處理配方，電腦網路包含區域網路或網際網路。遠端電腦可包含使用者介面，使用者介面讓使用者能進入或程式化參數及/或設定，然後自遠端電腦與系統通訊。在某些實例中，控制器接收數據形式的指令，此些指令指定在一或多個操作期間欲進行之每一處理步驟用的複數參數。應瞭解，複數參數係特別針對欲施行之處理的類型及控制器用以交界或控制之設備的類型。因此如上所述，可分散控制器如藉著包含一或多個藉由網路互連並朝向共同目的如文中所述之處理與控制工作的離散控制器。為了此類目的的分散控制器的實例為處理室上的一或多個積體電路，其係與一或多個位於遠端(例如位於平臺位準處或為遠端電腦的一部分)的積體電路通訊而共同控制處理室中的處理。

不受限地，例示性的系統可包含電漿蝕刻室或模組、沉積室或模組、旋轉沖洗室或模組、金屬鍍室或模組、清理室或模組、邊緣蝕刻室或模組、物理氣相沉積(PVD)室或模組、化學氣相沉積(CVD)室或模組、原子層沉積(ALD)室或模組、原子層蝕刻(ALE)室或模組、離子植入室或模組、軌道室或模組、及和半導體晶圓之製造相關及/或用於製造的任何其他半導體處理系統。

如上所述，取決於設備所欲進行的處理步驟或複數步驟，控制器可與下列的一或多者通訊交流：其他設備電路或模組、其他設備的元件、叢集設備、其他設備的界面、相鄰設備、鄰近設備、位於工廠內的設備、主電腦、另一控制器、或半導體製造工廠中用以將晶圓容器載入與載出設備位置及/或裝載接口的材料運輸用設備。

上文中所述的各種硬體及方法實施例可與微影圖案化設備或處理一起使用，例如用以製造半導體裝置、顯示器、LED、光伏面板等的微影圖案化設備或處理。一般而言，雖然沒有必要，但此些設備/處理會在一共同的製造廠房中一起使用或進行。

薄膜的微影圖案化通常包含下列步驟的部分者或全部，每一步驟可由許多可能的設備達成：(1)利用旋塗或噴塗設備將光阻施加至工作件如其上形成有氮化矽薄膜的基板上；(2)利用熱板、爐管或其他適合的固化設備固化光阻；(3)利用一設備如晶圓步進機將光阻曝露至可見光或UV光或X射線；(4)利用一設備如濕式槽或噴塗顯影設備顯影光阻以選擇性地移除光阻藉此將其圖案化；(5)利用一乾式或電漿輔助蝕刻設備將光阻圖案轉移至下方膜層或工作件中；及(6)利用一設備如RF或微波電漿光阻剝除設備移除光阻。在某些實施例中，在施加光阻之前可沉積可灰化的硬遮罩層(如非晶碳層)及另一適合的硬遮罩(如抗反射層)。

應瞭解，文中所述的配置及/或方法具有例示性的本質，此些特定實施例或實例不應被視為是限制性的，許多變化皆可行。文中所述之特定日常工作或方法可代表任何數目之處理策略中的一或多者。是以，可以所述的順序、其他順序、平行順序、或在某些情況中省略任一者的方式施行所述的各種步驟。類似地，可改變上述處理的順序。某些參考文獻已被包含於此作為參考。應瞭解，在任何此類參考文獻中所作的聲明放棄或否定不必定會適用於文中所述的實施例。類似地，在此類參考文獻中所述之任何必須特徵在文中的實施例中可能可以省略。

本發明的標的包含文中所述之各種處理、系統、配置、其他特徵、功能、動作及/或特性的所有新穎與非顯而易見性組合與次組合以及其所有等效物。
實驗

圖8A之圖顯示在20批次中沉積200Å厚度之碳化矽薄膜於半導體晶圓上之過程期間薄膜厚度所經歷之晶圓上之非均勻性的百分比變化。圖包含下列兩者的結果：(1)包含具有利用文中所述之異地原子層沉積處理所塗佈之鋁的氧化物之噴淋頭及基板支撐座的反應室；及(2)包含未經塗佈之噴淋頭及支撐座檯的反應室。由於使用第一批次作為計算晶圓上之非均勻性之變化的基準，故在每一情況中第一批次所展現之晶圓上之非均勻性的變化為0%。

每一批次包含約50片晶圓，在批次內晶圓係依序處理。針對每一批次的第一片晶圓量測晶圓上之非均勻性。使用此數值作為追蹤所有剩餘批次之晶圓上之非均勻性之變化的基準。在每一批次的過程期間非所欲的材料(薄膜沉積在晶圓上的副產物)累積在內部腔室表面上。在處理完一批次中的所有晶圓之後，藉著將用以處理晶圓的反應室暴露至氟氣電漿而使其經歷清理週期。電漿中之氟自由基作用而移除在沉積薄膜於晶圓上之過程期間累積於腔室表面上的材料，藉此清理反應室。

圖8A中之y軸代表晶圓上之非均勻性的變化(與批次1的比較，以平均膜厚的百分比表示之)。如上所述，此晶圓上之非均勻性係針對每一批次中的第一片晶圓所量測。 一般期望在一批次的過程期間以及在不同批次之間此晶圓上之非均勻性是穩定的。參考圖8A，期望在不同批次的過程期間晶圓上之非均勻性的變化維持在約0附近。

圖8A中的下線係對應至噴淋頭及基板支撐座未塗佈的情況。晶圓上之非均勻性隨著時間相較於批次1已有實質變化(以平均膜厚的百分比表示之，例如約減少5%)。此趨勢顯示，當噴淋頭及基板支撐座係未塗佈時，晶圓上之非均勻性是極不穩定的。此不穩定性是非所欲的。在不欲受到理論及作用機制限制的情況下，一般相信此非穩定性係由於每次噴淋頭被暴露至氮之氟化物清理電漿時，鋁6061-T6 噴淋頭表面轉變為鋁的氟化物(某個程度上)所造成。此現象為傳統噴淋頭需要週期性更換的原因之一。一般相信，使用塗有文中所述之異地塗佈之保護塗層的噴淋頭(及選擇性的其他腔室元件)能實質上改善噴淋頭對氮之氟化物清理電漿(以及氨電漿)的阻抗能力，意味著每一噴淋頭可使用更長的時間且能達到更穩定的處理結果。這可大幅減少半導體製造隨著時間所花費的成本。

圖8A中的上線係對應至噴淋頭及基板支撐座塗有利用文中所述技術所形成的鋁的氧化物的情況。在此情況中，批次與批次之間之晶圓上之非均勻性係實質上更穩定，顯示第一批次與第20批次之間只有極小的變異。事實上，在20批次之中，晶圓上之非均勻性的變異只有受測基板之平均膜厚的約0.05%。此穩定性代表了明顯的改善，代表保護塗層能適當地保護腔室元件，使其不因電漿暴露而退化。到了20批次結束時，腔室元件未經塗佈之晶圓上之非均勻性的變異約比腔室元件受到塗佈之晶圓上之非均勻性的變異高20倍。

圖8B之圖顯示在20批次中每一批次內之晶圓上之非均勻性的變化(以平均膜厚的百分比表示)。每一批次之批次內晶圓上之非均勻性的變化係以下列方式計算：批次中之最後一片晶圓的晶圓上之非均勻性減去批次中之第一片晶圓的晶圓上之非均勻性。在圖8B中此數值係以平均膜厚的百分比表示。換言之，圖8B中之y軸代表在總共20批次中每一單獨批次期間晶圓上之非均勻性有多少的趨勢。期望此數值不僅低且隨著時間具有穩定性。圖包含下列兩者的結果：(1)包含具有利用文中所述之異地原子層沉積處理所塗佈之鋁的氧化物之噴淋頭及基板支撐座的反應室；及(2)包含未經塗佈之噴淋頭及支撐座檯的反應室。針對具有未經塗佈之噴淋頭及座檯的反應室，在20批次的過程期間批次內的晶圓上之非均勻性上升。如圖8A中的結果，此不穩定性是非所欲的。相對地，具有經塗佈之噴淋頭及座檯的反應室在批次過程期間展現出更穩定之批次內之晶圓上之非均勻性。又，相較於腔室元件係未經塗佈的情況，當腔室元件係受到塗佈時晶圓上之非均勻性之批次內的變化一般較低，代表在使用經塗佈的腔室元件的情況中每一批次內之晶圓上之非均勻性有較不明顯的趨勢。圖8A與8B中的結果顯示，經塗佈的腔室元件就重覆性及均勻處理結果提供了實質改善。

額外的實驗結果顯示文中所述之異地沉積的保護塗層對含氟電漿如NF₃ 電漿及還原電漿如氨電漿有高度阻抗能力。例如，當安裝有噴淋頭反應室被用以在約5,000 半導體基板上沉積薄膜時，具有經由異地熱驅動原子層沉積處理所沉積之500 nm厚之鋁的氧化物之保護塗層的噴淋頭被重覆地暴露至NH₃ 電漿或氨電漿。即便在重覆暴露至NH₃ 電漿之後，氮僅能穿透至噴淋頭上約30 nm的深度，達到約5%原子氮的最大濃度。類似地，在重覆暴露至NF₃ 電漿之後，氟僅能穿透至噴淋頭上之塗層內約40 nm的深度，達到約10%原子氟的最大濃度。

此些結果一起顯示，文中所述之異地ALD塗佈技術可用以在腔室元件上形成高品質的保護塗層，其中保護塗層提供對氟氮電漿與氨電漿的實質阻抗能力。由於此些電漿常用以清理反應室，保護塗層能在重覆的清理週期期間耐受暴露至此些電漿是很重要的。此阻抗能力能確保經塗佈的腔室元件一旦被安裝至反應室中後可具有長久的使用壽命，操作以避免或以其他方式最少化若腔室元件未經塗佈所會導致之污染。

圖9之圖例示用以最少化非所欲之粒子成生之鋁的氧化物的保護塗層的有效性。鋁的氧化物的保護塗層係經由異地原子層沉積處理沉積在噴淋頭上。噴淋頭被安裝至用以處理半導體基板的反應室中且經歷約等同於10,000片晶圓的週期。換言之，進入腔室的氣體在10,000片晶圓上沉積CVD薄膜。分析某些晶圓以評估在晶圓表面上觀察到的粒子數目。如圖9中所示，在半導體晶圓上的此分析在約等同於2000片晶圓的週期之後發生、在約等同於7000片晶圓的週期之後發生、在約等同於9000片晶圓的週期之後發生、在約等同於10,000片晶圓的週期之後發生、及在約等同於13,000片晶圓的週期之後發生。直到在噴淋頭上經歷等同於10,000片晶圓之週期後，觀察到每片半導體晶圓上增加了五或更少的粒子(＞0.045 µm)。

額外的實驗結果顯示，鋁的氧化物的保護塗層可以高順形方式形成在各種表面幾何特徵及缺陷上。

圖10A與10B所提供之實驗結果顯示，可使用恢復電漿以極快速的方式將反應室(及其中經塗佈之元件)恢復至期望狀態。圖10A顯示在下列情況中的填充參數：(1)在高填充參數狀態下的反應室；及(2)在低填充參數狀態下的反應室。填充參數反應了在反應室中受到處理之半導體晶圓上的填充效能。

一般而言，期望在反應室中處理額外半導體晶圓時，填充參數隨著時間是均勻的。反應室中的此類均勻性會導致半導體晶圓上之處理結果的更大均勻性。在兩條水平虛線之間顯示了針對此特定實例之期望填充參數。在其他應用中，期望的填充參數可超出此些數值。在圖10A與10B的實例中，期望在高填充參數狀態下操作反應室(例如圖10A左側上所顯示之高填充參數狀態表現出落在水平虛線之內的填充參數)。

然而，各種處理操作可改變反應室內的條件，將反應室自高填充參數狀態改變為低填充參數狀態。在圖10A與10B的實例中，低填充參數狀態表現出遠低於期望範圍的填充參數。可降低填充參數的操作可包含但不限於各種事件如泵浦問題、減排問題、腔室產生器之問題、不恰當地停止腔室操作等。又，會影響在經塗佈的腔室元件上之塗層之特性的事件(如造成氧化物塗層的氟化或氮化)可能會大幅影響填充參數。此外，甚至於操作反應室或反應室閒置的處理可能都會改變反應室的狀態。是以，在反應室中處理一或多片半導體晶圓的過程期間或在閒置過程期間反應室可自高填充參數狀態改變/漂移至低填充參數狀態。在各種情況中，反應室可在連續操作在其中處理一批半導體晶圓之後自高填充參數狀態改變至低填充參數狀態。

在批次過程期間晶圓係在不同時間處依序處理，但在某些情況中設備可用以例如在不同站處同時處理多片晶圓。每一批次之晶圓包含在整個腔室清理操作(通常涉及實質上移除累積在腔室表面上的任何副產物)之間所處理的所有晶圓。在某些情況中，一批次可包含數十片半導體晶圓。在其他情況中，批次較大，可包含例如數百片半導體晶圓。

由於期望隨著時間可在均勻的腔室狀態下操作反應室(例如俾使填充參數隨著時間保持均勻)且由於正常的處理操作可能傾向於減少填充參數，因此有時期望能增加反應室的填充參數。增加填充參數能將反應室恢復至高填充參數狀態俾以在如先前處理之狀態的相同狀態下處理半導體晶圓。

可用以將反應室自低填充參數狀態改變至高填充參數狀態的一方法為等待一段較長的時間(例如數小時，通常比10小時更久)。在填充參數因為氮攻擊經塗佈的腔室元件(例如因經塗佈的腔室元件暴露至含氮電漿)而隨著處理過程減少的情況中，在該段較長的等待過程期間填充參數會因為氮自由基自經塗佈的腔室元件脫附而緩慢增加。其他存在於經塗佈的腔室元件上的非所欲材料可發生類似的脫附。然而，此等待技術在恢復反應室及重新建立高填充參數狀態中並非總是成功的。先前，在等待不成功的情況中通常要報廢經塗佈的腔室元件並將新的經塗佈的腔室元件提供至反應室。此類置換可能很貴，不僅必須花費在取代部件本身上且等待及置換部件涉及停機/損失產能。

將反應室恢復至高填充參數狀態的另一技術為如上所述將反應室暴露至恢復電漿。恢復電漿能在不需等待數小時等氮(或其他非所欲之材料)自經塗佈的腔室元件脫附的情況下，快速地將腔室自低填充參數狀態恢復至高填充參數狀態。這實質上減少了反應室無法用於處理半導體基板的時間，藉此增加了產量及最大位價值。

圖10B例示在施加恢復電漿之前及在施加恢復電漿之後兩者的反應室的填充參數。在將反應室暴露至恢復電漿之前，反應室係處於低填充參數狀態。接著將反應室持續暴露至自O₂ 與Ar之混合物所產生之恢復電漿約20分鐘。在暴露至恢復電漿之後，填充參數實質增加，將反應室帶回到高填充參數狀態。此些結果顯示，可使用恢復電漿將反應室快速恢復到期望狀態，藉此達到極均勻的晶圓上結果。

圖11A與11B例示當使用反應室隨著時間處理數百片半導體晶圓時反應室的填充參數。在此些實例中，如文中所述以經由原子層沉積異地沉積之鋁的氧化物塗佈噴淋頭。在圖11A中，在反應室中處理每一片半導體晶圓後，將反應室持續暴露至自N₂ /Ar之混合物所產生的電漿約1秒的時間。提供N₂ /Ar電漿作為無晶圓調節(如恢復電漿)操作，意味著在電漿暴露期間半導體晶圓不存在於反應室中。在圖11B中，將反應室暴露至涉及暴露至O₂ /Ar電漿之階段性無晶圓調節(如階段性之恢復電漿)處理約1分鐘，接著將反應室暴露至N₂ /Ar電漿約1秒。在圖11A的情況中，每片晶圓填充參數向下漂移約0.009 (在500片晶圓的過程中漂移約4.5單位)。相對的，使用階段性無晶圓調節(如階段性恢復電漿)及O₂ 與N₂ 電漿，填充參數向下漂移遠遠更少的量，每片晶圓僅漂移約0.0007 (在700片晶圓的過程中漂移約0.49單位)。這代表實質的改善。更具體而言，當使用實施O₂ 與N₂ 電漿兩者的階段性調節時，每片晶圓之填充參數的漂移減少一個次方。

圖12A例示在處理期間噴淋頭被冷卻至約25°C之溫度之化學汽相沉積室中當隨著時間處理額外之半導體晶圓時沉積參數對晶圓數的關係。類似於針對圖10A、10B、11A及11B所述之填充參數，圖12A-12H之沉積參數反應了在反應室中受到處理之半導體晶圓上的沉積效能。基於期望填充參數能保持恆定的相同理由，期望沉積參數能隨著時間保持恆定。

在此情況中，在處理60片半導體晶圓的過程期間沉積參數實質上有向下降的趨勢。此趨勢是非所欲的。圖12B-12H例示在處理期間噴淋頭被加熱至約70°C之溫度之化學汽相沉積室中當隨著時間處理額外之半導體晶圓時沉積參數對晶圓數的關係。圖12B 顯示晶圓數1-20、圖12C顯示晶圓數100-120、圖12D顯示晶圓數200-220、圖12E顯示晶圓數215-235、圖12F顯示晶圓數320-335、圖12G顯示晶圓數420-435、圖12H顯示晶圓數520-545。在圖12A-12H中的每一圖中，噴淋頭係如文中所述塗有經由原子層沉積異地沉積的鋁的氧化物。

如圖12B-12H中所示，使用經加熱之噴淋頭實質上增加沉積參數的均勻性。每一圖中的x軸代表晶圓數，其中較早處理的晶圓具有較小的晶圓數而較後處理的晶圓具有較大的晶圓數。每一圖中的y軸代表沉積參數。期望在此些圖中的數據點是平的/水平的，這代表不同晶圓隨著時間的均勻性。一般而言，當將經塗佈之噴淋頭維持在至少約70°C的溫度處時，觀察到最高品質的處理結果。在某些情況中，在處理期間可將噴淋頭加熱至介於約70-200°C之間的溫度。在其他情況中，可將噴淋頭加熱至介於約40-200°C之間的溫度。

在圖12B-12H中有幾個值得注意的事件。在圖12E中在複數晶圓中之兩片晶圓之間有12個小時的閒置時間(由虛垂直線所示，如在晶圓數220與 221的兩片晶圓之間約有12個小時)。在12個小時的閒置之後，經處理之第一片晶圓顯示出一沉積參數明顯高於先前的沉積參數。在此之後，沉積參數減少，最終回復到穩定值。在閒置期間之後沉積參數的立即增加是非所欲的。在圖12H中，如虛垂直線所示，實施第二閒置期間。在此情況中，閒置時間更長，約36小時。在閒置之後但在處理下一片晶圓之前，將反應室暴露至自O₂ 與Ar所產生的恢復電漿。恢復電漿消除了在圖12E中所觀察到之在12小時之後的沉積參數增加。相較於閒置之前沉積參數維持在均勻位準處，而非在閒置陡然上升。高度期望即便在長時間的閒置期間後還能維持此均勻位準。

在上面的敘述中將提供各種特定細節以提供對所述實施例的全面瞭解。本發明之實施例可在缺乏部分或全部此些特定細節的情況下實施。在其他的情況下，不詳細說明習知的處理操作以免不必要地模糊本發明之實施例。雖然將利用特定實施例來說明所述實施例，但應瞭解，其意不在將本發明限制至所述實施例。除非針對特定參數另外定義，文中所用之「約」等詞意指相關值的±10%。

100‧‧‧方法

101‧‧‧操作

103‧‧‧操作

105‧‧‧操作

107‧‧‧操作

109‧‧‧操作

111‧‧‧操作

113‧‧‧操作

120‧‧‧方法

121‧‧‧操作

123‧‧‧操作

125‧‧‧操作

200‧‧‧噴淋頭

201‧‧‧板

203‧‧‧邊緣區域

205‧‧‧孔洞

300‧‧‧噴淋頭

301‧‧‧板

305a‧‧‧第一孔洞

305b‧‧‧第一孔洞

306‧‧‧噴嘴

309‧‧‧熱流體連接件

311‧‧‧熱流體連接件

340‧‧‧冷卻充氣室

350‧‧‧氣體充氣室

352‧‧‧氣體輸送通道

500‧‧‧基板支撐座

501‧‧‧本體部分

502‧‧‧表面

503‧‧‧幹

600‧‧‧舉升銷支撐件

700‧‧‧處理站

701‧‧‧反應物輸送系統

702‧‧‧處理室體

703‧‧‧蒸發點

704‧‧‧混合容器

706‧‧‧分散噴淋頭

707‧‧‧微體積

708‧‧‧座臺

710‧‧‧加熱器

712‧‧‧基板

714‧‧‧RF電源

716‧‧‧匹配網路

718‧‧‧蝶閥

730‧‧‧舉升銷

圖1A之流程圖說明將保護塗層形成在腔室元件上方的方法，其中保護塗層係經由原子層沉積異地形成。

圖1B之流程圖說明製備反應室及在處理室中處理半導體晶圓的方法，其中製備涉及利用異地原子層沉積方法在腔室元件上形成保護塗層。

圖2A與2B例示噴淋頭，可利用文中所述之技術將保護塗層塗佈至噴淋頭。

圖2C顯示根據某些實施例之噴淋頭中之孔洞之特寫橫剖面圖。

圖2D-2G顯示噴淋頭，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至噴淋頭。

圖3A與3B顯示噴淋頭，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至噴淋頭。

圖4例示圖3A與3B中所示之噴淋頭的側視圖。

圖5A-5C例示基板支撐座，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至基板支撐座。

圖6顯示舉升銷支撐件，可使用文中所述之技術將保護塗層塗覆至舉升銷支撐件。

圖7例示根據某些實施例之正在受到異地保護塗層塗佈的腔室元件如噴淋頭。

圖8A與8B比較在下面兩種情況所達到之晶圓上之非均勻性之批次與批次之間的變異(圖8A)與批次內的變異(圖8B)：根據文中之實施例之塗佈有保護塗層之相關腔室元件、及未塗佈之相關腔室元件。

圖9說明在根據某些實施例之具有已塗有保護塗層之噴淋頭之反應室中受到處理之某些半導體基板上觀察到之粒子的數目。

圖10A與10B說明根據某些實施例之反應室的高填充參數狀態及低填充參數狀態。

圖11A與11B例示在下面兩種情況中處理數百片半導體晶圓的過程中填充參數時間的漂移：在處理每片半導體晶圓後將氮電漿提供至反應室(圖11A)、在處理每片半導體晶圓後將氧電漿然後將氮電漿提供至反應室(圖11B)。

圖12A顯示在其中具有經冷卻之噴淋頭之反應室中各種晶圓隨著時間受到處理而達到之非均勻沉積參數。

圖12B-12H顯示在其中具有經加熱之噴淋頭之反應室中各種晶圓隨著時間受到處理而達到之遠遠更均勻之沉積參數。

Claims (24)

1. 一種用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，包含： (a) 在一第一反應室中接收該腔室元件作為一基板； (b) 提供一第一反應物至該第一反應室並使該第一反應物吸附至該腔室元件的一表面上； (c) 提供一第二反應物至該第一反應室並使該第一反應物與該第二反應物在一原子層沉積反應中彼此反應以在該腔室元件的該表面上形成一保護塗層； (d) 重覆(b)及(c)直到該保護塗層到達一最終厚度；及 (e) 自該第一反應室移除該腔室元件。
2. 如申請專利範圍第1項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該保護塗層包含一金屬氧化物、一金屬氮化物、或一金屬氟化物。
3. 如申請專利範圍第2項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該金屬氧化物、該金屬氮化物、或該金屬氟化物中的金屬為一過渡金屬。
4. 如申請專利範圍第2項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該保護塗層包含鋁的氧化物、鋁的氟化物、或鋁的氮化物。
5. 如申請專利範圍第2項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該保護塗層包含釔的氧化物或釔的氟化物。
6. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含在(e)之後將該腔室元件安裝至該第二反應室中。
7. 如申請專利範圍第6項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含在將該腔室元件安裝至該第二反應室中後在該第二反應室中將一薄膜沉積至一半導體晶圓上，其中該薄膜係經由原子層沉積或化學汽相沉積所沉積。
8. 如申請專利範圍第7項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含當將該薄膜沉積至該半導體晶圓上時在該第二反應室中建立一經上升的溫度，該經上升的溫度係介於約40-200°C之間。
9. 如申請專利範圍第7項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含當將該腔室元件安裝至該第二反應室中時將該第二反應室暴露至一恢復電漿 ，其中： (a) 該保護塗層包含一金屬氧化物而該恢復電漿包含一氧化電漿， (b) 該保護塗層包含一金屬氮化物而該恢復電漿包含氮，或 (c) 該保護塗層包含一金屬氟化物而該恢復電漿包含氟。
10. 如申請專利範圍第9項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該恢復電漿更包含一金屬，該金屬係與該保護塗層中所包含的一金屬相同。
11. 如申請專利範圍第7項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含在該第二反應室中將該薄膜沉積至該半導體晶圓上之後，自該第二反應室移除該半導體晶圓、將該第二反應室暴露至一含氧之第一電漿、接著將該第二反應室暴露至一含氮之第二電漿。
12. 如申請專利範圍第7項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含藉著將該第二反應室暴露至一含氟電漿而清理該第二反應室、接著藉著將該第二反應室暴露至一還原電漿而自該第二反應室移除氟。
13. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該保護塗層係在不將該腔室元件暴露至電漿的情況下形成。
14. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中同時將複數腔室元件提供至該第一反應室俾以同時在該複數腔室元件上形成該保護塗層，該複數腔室元件包含該腔室元件。
15. 如申請專利範圍第14項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該複數腔室元件不具有一均勻的尺寸及/或形狀，且該複數腔室元件包含一第一腔室元件與一第二腔室元件，該方法更包含將該第一腔室元件與該第二腔室元件安裝至該第二反應室中俾使該第一腔室元件與該第二腔室元件同時存在於該第二反應室內。
16. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該保護塗層之該最終厚度係介於約1 nm與10 mm之間。
17. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含在(b)之前遮蔽該腔室元件的一部分以避免該保護塗層形成在該腔室元件之受到遮蔽的該部分上。
18. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，更包含將該腔室元件放置於該第一反應室內的一基板支撐件上，俾使該腔室元件之期望該保護塗層的一或多個表面受到實質上暴露，該方法更包含將該第一反應室內的該腔室元件自一第一位置重新放置至一第二位置，其中在該腔室元件係位於該第一位置處時該保護塗層形成於該腔室元件的一第一組表面上方，且在該腔室元件係位於該第二位置處時該保護塗層形成於該腔室元件的一第二組表面上方。
19. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該腔室元件為一噴淋頭。
20. 如申請專利範圍第19項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該噴淋頭包含延伸通過該噴淋頭之一厚度的一第一組孔洞及與該噴淋頭內之一或多個內部通道連接的一第二組孔洞，其中該保護塗層順形（conformally）塗佈該第一組孔洞、該第二組孔洞、及該內部通道。
21. 如申請專利範圍第1-5項中任一項之用於第二反應室中之腔室元件的塗佈方法，其中該腔室元件為一基板支撐座、一舉升銷、一舉升銷 保持器、或一氣體線輸送元件。
22. 一種操作反應室以在半導體晶圓上沉積薄膜並達到特定程度之處理非均勻性的方法，該方法包含： (a) 在一批次中的每一片半導體晶圓上沉積該薄膜，每一該薄膜具有一平均膜厚，其中該批次包含在接續清理週期之間於該反應室中處理之所有半導體晶圓，且該批次中的至少部分半導體晶圓係依序處理；及 (b) 針對總共至少10批次中的至少額外9批次重覆(a)以於每一該半導體晶圓上沉積該薄膜， 其中該反應室包含其上形成有一保護塗層的至少一腔室元件，其中該保護塗層係經由在該反應室外進行的一原子層沉積反應所形成， 其中比較來自於該至少10批次中之一第一批次與一最後批次的半導體晶圓上的沉積薄膜時該薄膜之一晶圓上之非均勻性的變動不超過該平均膜厚之約3%。
23. 如申請專利範圍第22項之操作反應室以在半導體晶圓上沉積薄膜並達到特定程度之處理非均勻性的方法，其中該批次包含至少約50片半導體晶圓。
24. 如申請專利範圍第22或23項之操作反應室以在半導體晶圓上沉積薄膜並達到特定程度之處理非均勻性的方法，其中該平均膜厚至少約為50Å厚。