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TWI676709B - 使用空間上分開的佈植器腔室進行的對薄膜的原子層沈積 - Google Patents

使用空間上分開的佈植器腔室進行的對薄膜的原子層沈積 Download PDF

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TWI676709B
TWI676709B TW105100923A TW105100923A TWI676709B TW I676709 B TWI676709 B TW I676709B TW 105100923 A TW105100923 A TW 105100923A TW 105100923 A TW105100923 A TW 105100923A TW I676709 B TWI676709 B TW I676709B
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Tatsuya E. Sato
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Abstract

一種沉積薄膜的方法，所述方法包含以下步驟：在具有多個處理區域的處理腔室中的基板材支撐件上定位多個基板材，通過氣幕使每一個處理區域與相鄰的區域分開。在處理區域中的至少一個處理區域中交替向第一反應性氣體、淨化氣體、第二反應性氣體和淨化氣體的暴露以沉積薄膜。

Description

使用空間上分開的佈植器腔室進行的對薄膜的原子層沉積
本公開的實施例一般涉及一種用於處理基板材的裝置。更具體而言，本公開涉及一種用於對基板材執行原子層沉積(ALD)和化學氣相沉積(CVD)的批量處理平臺。
通常在含有多個腔室的基板材處理平臺中執行形成半導體器件的工藝。在一些實例中，多腔室處理平臺或群集工具的目的在於，在受控的環境中順序地對基板材執行兩個或更多個工藝。然而，在其他實例中，多腔室處理平臺可僅對基板材執行單個處理步驟；附加的腔室旨在使平臺處理基板材的速率最大化。在後一種情況下，對基板材執行的工藝通常是批量工藝，其中，在給定腔室中同時處理相對較大數量(例如，25個或50個)的基板材。批量處理對於以經濟上可行的方式對單個的基板材執行過於費時的工藝是尤其有益的，諸如，對於ALD工藝以及一些化學氣相沉積(CVD)工藝是尤其有益的。
隨著半導體器件的尺寸縮小，半導體工業對於工藝變化性的容許度繼續減小。為了滿足這些更加嚴格的工藝控制，業界已開發了大量滿足更嚴格的工藝視窗的新工藝，但這些工藝往往耗費較長的時間來完成。例如，ALD是展示出相比CVD優越的階梯覆蓋的CVD的變型。ALD基於最初用於製造電致發光顯示器的原子層磊晶(ALE)。ALD採用化學吸附以在基板材表面上沉積反應性前體分子的飽和單層。這通過迴圈地交替將合適的反應性前體脈衝輸送至沉積腔室中來實現。通常由惰性氣體淨化來分開反應性前體的每一次佈植以將新的原子層提供至先前沉積的層，從而在基板材的表面上形成均勻的材料層。重複反應性前體與惰性淨化氣體的迴圈以將材料層形成至預定的厚度。ALD技術的最大缺點在於，沉積速率比典型的CVD技術低至少一個數量級。例如，一些ALD工藝可具有從約10分鐘至約200分鐘的腔室處理時間以在基板材的表面上沉積高品質的層。在為了更好的器件性能而選擇此類ALD和磊晶工藝時，由於非常低的基板材處理產量，在常規的單基板材處理腔室中製造器件的成本將增加。因此，當實現此類工藝時，需要一種連續的基板材處理方法以便在經濟上是可行的。然而，批量處理往往會引入晶圓間和晶圓內的工藝不均勻性。因此，本領域中仍需要用於沉積均勻的薄膜的裝置和方法。
本公開的一個或多個實施例涉及處理方法。在處理腔室中的基板材支撐件上定位多個基板材。處理腔室包含多 個處理區域，通過氣幕使每一個處理區域與相鄰的區域分開。使第一反應性氣體流入處理區域中的一個或多個處理區域中，同時使惰性氣體流入不具有第一反應性氣體流的任何處理區域中。旋轉處理腔室內的基板材支撐件上的多個基板材以使基板材中的每一個基板材穿過處理區域中的每一個處理區域至少一次。停止第一反應性氣體進入處理區域的流動。使第二反應性氣體流入處理區域中的一個或多個處理區域中，同時使惰性氣體流入不具有第二反應性氣體流的任何處理區域中。旋轉處理腔室內的多個基板材以使基板材中的每一個基板材穿過處理區域中的每一個處理區域至少一次。停止第二反應性氣體進入處理區域的流動。
本公開的附加實施例涉及處理方法。在處理腔室中的基板材支撐件上定位多個基板材。處理腔室包含多個處理區域，通過氣幕使每一個處理區域與相鄰的區域分開。使第一反應性氣體流入每一個處理區域中。旋轉處理腔室內的多個基板材以使基板材中的每一個基板材暴露於至少兩個處理區域以及至少兩個處理區域之間的氣幕。停止第一反應性氣體的流動。使第二反應性氣體流入每一個處理區域中。旋轉處理腔室內的多個基板材以使基板材中的每一個基板材暴露於至少兩個處理區域以及至少兩個處理區域之間的氣幕。利用淨化氣體停止第二反應性氣體的流動。
本公開的進一步的實施例涉及處理方法，所述方法包含以下步驟：在處理腔室中的基板材支撐件上定位六個基板材。處理腔室包含多個處理區域，通過氣幕使每一個處理 區域與相鄰的處理區域分開。使第一反應性氣體流入處理區域中的每一個處理區域中達第一時間，並且旋轉基板材支撐件以使每一個基板材暴露於至少兩個相鄰的處理區域。停止第一反應性氣體進入處理區域的流動。使淨化氣體流入每一個處理區域中達第二時間。使第二反應性氣體流入處理區域中的每一個處理區域中達第三時間，同時旋轉基板材支撐件以使每一個基板材暴露於至少兩個相鄰的處理區域。停止第二反應性氣體進入處理區域的流動。使淨化氣體流入處理區域中的每一個處理區域中達第四時間。
17‧‧‧旋轉
60‧‧‧基板材
61‧‧‧頂表面
84‧‧‧區域
100‧‧‧處理腔室
120‧‧‧氣體分配組件/佈植器組件
121‧‧‧前表面
122‧‧‧佈植器單元
123‧‧‧內周緣
124‧‧‧外邊緣
125‧‧‧第一反應性氣體埠
127‧‧‧路徑
135‧‧‧第二反應性氣體埠
140‧‧‧基座組件
141‧‧‧頂表面
142‧‧‧凹槽
143‧‧‧底表面
144‧‧‧邊緣
145‧‧‧真空埠
150‧‧‧氣幕
155‧‧‧淨化氣體埠
160‧‧‧支撐柱
162‧‧‧微調致動器
170‧‧‧間隙
180‧‧‧負載鎖定腔室
250‧‧‧處理區域
250a-250h‧‧‧處理區域
280‧‧‧工廠介面
因此，為了可詳細地理解本公開的上述特徵的方式，可參照實施例獲得對上文簡要概述的本公開的更特定描述，實施例中的一些實施例在附圖中示出。然而，應注意的是，附圖僅示出本公開的典型實施例，因此這些附圖不應視為對本公開範圍的限制，因為本公開可允許其他同等有效的實施例。
圖1是根據本公開的一個或多個實施例的處理腔室的橫截面側視圖；圖2示出根據本公開的一個或多個實施例的、具有餅狀氣體分配磁區的處理腔室的立體圖；圖3是根據本公開的一個或多個實施例的、配置有四個氣體分配組件和裝載站的基板材處理系統的平面示意圖；圖4示出根據本公開的一個或多個實施例的佈植器單元的示意性主視圖；以及 圖5示出根據本公開的一個或多個實施例的、包含多個處理區域的氣體分配組件的示意性主視圖。
本公開的實施例針對用於測量佈植器組件與基板材或基座組件之間的間隙的裝置和方法。本公開的一些實施例針對用於以可重複的方式在基座組件上定位晶圓的裝置和方法。本公開的一個或多個實施例針對用於測量基座組件的溫度的裝置和方法。本公開的一些實施例提供對跨電鍍區域的間隙的靜態和動態3D標測(mapping)，以及使用相機、電容感測器和設計元件進行的直接溫度測量和對晶圓放置座標的運行中(on the fly)調整，從而能夠監測各種參數。
如本說明書和所附請求項中所使用，可互換地使用術語「晶圓」、「基板材」等。在一些實施例中，晶圓是剛性、分立的基板材，例如200mm或300mm矽晶圓。
圖1示出處理腔室100的橫截面，所述處理腔室100包括氣體分配組件120(也稱為佈植器或佈植器組件)和基座組件140。氣體分配組件120是用於處理腔室中的任何類型的氣體輸送裝置。氣體分配組件120包括前表面121，所述前表面121面向基座組件140。前表面121可具有任何數量或種類的開口以向基座組件140輸送氣流。氣體分配組件120還包括外邊緣124，在所示實施例中，所述外邊緣124基本上是圓形的。
取決於所使用的特定工藝，所使用的氣體分配組件120的特定類型可以有所不同。本公開的實施例可與基座與氣 體分配組件之間的間隙是受控的任何類型的處理系統一起使用。儘管可採用各種類型的氣體分配組件(例如，淋噴頭)，但是本公開的實施例對於具有多個基本上平行的氣體通道的空間ALD氣體分配組件可以是特別有用的。如本說明書和所附請求項中所使用，術語「基本上平行」是指氣體通道的伸長軸在相同的總體方向上延伸。在氣體通道的平行性方面可存在輕微的缺陷。多個基本上平行的氣體通道可包括至少一個第一反應性氣體A通道、至少一個第二反應性氣體B通道、至少一個淨化氣體P通道和/或至少一個真空V通道。從第一反應性氣體A通道、第二反應性氣體B通道和淨化氣體P通道流動來的氣體被引導至晶圓的頂表面。氣流中的一些跨晶圓的表面水準地移動，並且通過淨化氣體P通道離開處理區域。從氣體分配組件的一端移動至另一端的基板材將依次被暴露於工藝氣體中的每一種，從而在基板材表面上形成層。
在一些實施例中，氣體分配組件120是由單個佈植器單元組成的剛性固定式主體。在一個或多個實施例中，如圖2中所示，氣體分配組件120由多個單個的磁區(例如，佈植器單元122)組成。單片式主體或者多磁區主體可與所描述公開內容的各種實施例一起使用。
基座組件140定位在氣體分配組件120下方。基座組件140包括頂表面141以及在所述頂表面141中的至少一個凹槽142。基座組件140還具有底表面143和邊緣144。取決於正在處理的基板材60的形狀和尺寸，凹槽142可以是任何合適的形狀和尺寸。在圖1中所示的實施例中，凹槽142具有平坦的 底部以支撐晶圓的底部；然而，凹槽底部可變化。在一些實施例中，凹槽在圍繞所述凹槽的外周緣具有階梯區域，所述階梯區域尺寸確定為支撐晶圓的外周緣。取決於例如晶圓的厚度以及已存在於晶圓的背側上的特徵的存在，由階梯支撐的晶圓的外周緣的量可有所不同。
在一些實施例中，如圖1所示，基座組件140的頂表面141中的凹槽142的尺寸確定為使得在凹槽142中被支撐的基板材60具有與基座140的頂表面141基本上共面頂表面61。如本說明書和所附請求項中所使用，術語「基本上共面」是指晶圓的頂表面和基座組件的頂表面在±0.2mm內是共面。在一些實施例中，頂表面在±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm內是共面。
圖1的基座組件140包括支撐柱160，所述支撐柱160能夠提升、降低並旋轉基座組件140。基座組件可包括加熱器或氣體管線，或在支撐柱160的中心內的電氣部件。支撐柱160可以是增加或減小基座組件140與氣體分配組件120之間的間隙的主要手段，從而將基座組件140移動到適當的位置中。基座組件140還可包括微調致動器162，所述微調致動器162可對基座組件140進行微調整以在基座組件140與氣體分配組件120之間產生預定的間隙170。
在一些實施例中，間隙170的距離處於約0.1mm至約5.0mm的範圍內，或處於約0.1mm至約3.0mm的範圍內，或處於約0.1mm至約2.0mm的範圍內，或處於約0.2mm至約1.8mm的範圍內，或處於約0.3mm至約1.7mm的範圍內，或處於 約0.4mm至約1.6mm的範圍內，或處於約0.5mm至約1.5mm的範圍內，或處於約0.6mm至約1.4mm的範圍內，或處於約0.7mm至約1.3mm的範圍內，或處於約0.8mm至約1.2mm的範圍內，或處於約0.9mm至約1.1mm的範圍內，或為約1mm。
附圖中所示的處理腔室100是旋轉料架型腔室，其中，基座組件140可支援多個基板材60。如圖2中所示，氣體分配組件120可包括多個分開的佈植器單元122，每一個佈植器單元122能夠當在佈植器單元下方移動晶圓時在晶圓上沉積薄膜。兩個餅狀佈植器單元122示出為定位在基座組件140的大致的相對側上並且在基座組件140上方。僅出於說明性目的，示出這一數量的佈植器單元122。將會理解，可包括更多或更少的佈植器單元122。在一些實施例中，存在足夠數量的餅狀佈植器單元122以形成符合基座組件140形狀的形狀。在一些實施例中，可在不影響任何其他佈植器單元122的情況下獨立地移動、移除和/或替換單個的餅狀佈植器單元122中的每一個佈植器單元。例如，可提升一個區段以允許機器人進出基座組件140與氣體分配組件120之間的區域來裝載/卸載基板材60。
可使用具有多個氣體佈植器的處理腔室來同時處理多個晶圓，使得這些晶圓經歷相同的工藝流程。例如，如圖3中所示，處理腔室100具有四個氣體佈植器組件和四個基板材60。在處理的開始時，可在佈植器組件120之間定位基板材60。旋轉17基座組件140 45°將導致佈植器組件120之間的每一個 基板材60被移動至佈植器組件120以進行薄膜沉積，如佈植器組件120下的虛線圓圈所示。附加的45°旋轉將會使基板材60移離佈植器組件120。利用空間ALD佈植器，在晶圓相對於佈植器組件的移動期間，在晶圓上沉積了薄膜。在一些實施例中，以增量來旋轉基座組件140，所述增量防止基板材60在佈植器組件120下方停止。基板材60和氣體分配組件120的數量可以是相同或不同的。在一些實施例中，正在處理的晶圓的數量與氣體分配組件的數量相同。在一個或多個實施例中，正在處理的晶圓的數量是氣體分配組件的數量的分數或整數倍。例如，如果存在四個氣體分配組件，則存在4x個正在處理的晶圓，其中x是大於或等於1的整數值。
圖3中所示的處理腔室100僅表示一個可能的配置，並且不應視為限制本公開的範圍。在此，處理腔室100包括多個氣體分配組件120。在所示實施例中，存在圍繞處理腔室100均勻地間隔的四個氣體分配組件(也稱為佈植器組件120)。所示處理腔室100是八邊形的；然而，本領域技術人員將理解，這是一種可能的形狀，並且不應視為限制本公開的範圍。所示的氣體分配組件120是梯形的，但可以是單個的圓形部件或像圖2中所示的那樣由多個餅狀區段組成。
圖3中所示的實施例包括負載鎖定腔室180或類似緩衝站的輔助腔室。此腔室180被連接至處理腔室100的一側以允許例如從腔室100裝載/卸載基板材(也稱為基板材60)。晶圓機器人可定位在腔室180中以將基板材移動到基座上。
旋轉料架(例如，基座組件140)的旋轉可以是連續 或不連續的。在連續的處理中，持續地旋轉晶圓，使得這些晶圓依次被暴露於每一個佈植器。在不連續的處理中，可將晶圓移動到佈植器區域並停止，隨後移動到佈植器之間的區域84並停止。例如，旋轉料架可旋轉，使得晶圓從注射器間的區域跨佈植器移動(或停止鄰近的佈植器)，到達下一佈植器間的區域，在這一區域中可再次暫停旋轉料架。佈植器之間的暫停可為每一次層沉積之間的附加的處理步驟(例如，暴露於電漿中)提供時間。
圖4示出氣體分配組件220的磁區或部分，所述磁區或部分可稱為佈植器單元122。佈植器單元122可單獨地使用，或者可結合其他佈植器單元來使用。例如，如圖5中所示，組合圖4的佈植器單元122中的四個佈植器單元以形成單個氣體分配組件220。(為了清晰起見，未示出分隔四個佈植器單元的線。)儘管除了淨化氣體埠155和真空埠145之外，圖4的佈植器單元122還具有第一反應性氣體埠125和第二反應性氣體埠135，但是佈植器單元122不要求這些部件中的所有部件。
參見圖4和圖5，根據一個或多個實施例的氣體分配組件220可包含多個磁區(或佈植器單元122)，其中每一個磁區是完全相同的或不同的。氣體分配組件220定位在處理腔室內，並且在氣體分配組件220的前表面121中包含多個伸長的氣體埠125、135、145。多個伸長的氣體埠125、135、145、155從鄰近氣體分配組件220的內周緣123的區域向鄰近氣體分配組件220的外周緣124的區域延伸。所示的多個氣體埠包 括第一反應性氣體埠125、第二反應性氣體埠135、真空埠145和淨化氣體埠155，所述真空埠145圍繞所述第一反應性氣體埠和第二反應性氣體埠中的每一個。
參見圖4或圖5中所示的實施例，當陳述所述埠從至少大約內周區域延伸到至少大約外周區域時，然而，所述埠可不僅僅只是從內區域徑向地延伸到外區域。當真空埠145圍繞反應性氣體埠125和反應性氣體埠135時，所述埠可切向地延伸。在圖4和圖5中所示的實施例中，在所有邊緣上(包括鄰近內周區域和外周區域)，由真空埠145圍繞楔形的反應性氣體埠125、135。
參見圖4，隨著基板材沿路徑127移動，所述基板材表面的每一個部分被暴露於各種反應性氣體。沿著路徑127，基板材將暴露於或「見到」淨化氣體埠155、真空埠145、第一反應性氣體埠125、真空埠145、淨化氣體埠155、真空埠145、第二反應性氣體埠135和真空埠145。因此，在圖4中所示的路徑127的末端處，基板材已被暴露於第一反應性氣體125和第二反應性氣體135以形成層。所示的佈植器單元122形成四分之一圓，但是可以更大或更小。圖5中所示的氣體分配組件220可視為四個串聯連接的圖4的佈植器單元122的組合。
圖4的佈植器單元122示出分隔反應性氣體的氣幕150。術語「氣幕」用於描述分隔反應性氣體以避免混合的氣流或真空的任何組合。圖4中所示的氣幕150包含真空埠145緊鄰第一反應性氣體埠125的部分、位於中間的淨化氣體埠155以及真空埠145緊鄰第二反應性氣體埠135的部分。氣流和真 空的這一組合可用於防止或最小化第一反應性氣體和第二反應性氣體的氣相反應。
參見圖5，來自氣體分配組件220的氣流和真空的組合形成進入多個處理區域250的分隔。圍繞單個的反應性氣體埠125、135，以250之間的氣幕150粗略地限定了處理區域。圖5中所示的實施例組成八個分開的處理區域250以及這些處理區域之間的八個分開的氣幕150。處理腔室可具有至少兩個處理區域。在一些實施例中，存在至少三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、10個、11個或12個處理區域。
在處理期間，在任何給定的時刻，基板材可暴露於多於一個的處理區域250。然而，暴露於不同的處理區域的部分將具有分隔這兩個區域的氣幕。例如，如果基板材的前緣進入包括第二反應性氣體埠135的處理區域，則基板材的中間部分將處於氣幕150下，並且基板材的後緣將在包括第一反應性氣體埠125的處理區域中。
工廠介面280(例如，可以是負載鎖定腔室)示出為連接至處理腔室100。基板材60示出為重疊在氣體分配組件220上方以提供參考框架。基板材60可常常位於基座組件上以被保持在氣體分配板材120的前表面121附近。經由工廠介面280將基板材60裝載到處理腔室100中，並裝載到基板材支撐件或基座組件上(參見圖3)。基板材60可示出為定位在處理區域內，因為所述基板材位於第一反應性氣體埠125附近，並且在兩個氣幕150a、150b之間。沿路徑127旋轉基板材60將圍繞處理腔室100逆時針移動基板材。因此，基板材60將暴露於 第一處理區域250a至第八處理區域250h，包括兩者之間的所有的處理區域。對於圍繞處理腔室的每一個迴圈，使用所示的氣體分配組件，基板材60將暴露於第一反應性氣體和第二反應性氣體的四個ALD迴圈。
批量處理器中的常規ALD序列(類似於圖5中的ALD序列)維持分別來自空間上分開的佈植器的化學品A與化學品B，並且佈植器之間具有泵送/淨化區段。常規的ALD序列具有開始和結束圖案，這會導致所沉積的薄膜的不均勻性。本發明人已驚喜地發現，在空間ALD批量處理腔室中執行的、基於時間的ALD工藝提供了具有較高均勻性的薄膜。暴露於氣體A、無反應性氣體、暴露於氣體B、無反應性氣體的基本工藝將在佈植器下吹掃基板材以分別利用化學品A與化學品B使表面飽和，從而避免開始和結束圖案在薄膜中形成。本發明人已驚喜地發現，當目標薄膜厚度是薄的(例如，小於20個ALD迴圈)時，基於時間的方法是尤其有益的，其中，開始和結束圖案對晶圓內均勻性性能具有顯著的影響。
因此，本公開的實施例針對包含處理腔室100的處理方法，所述處理腔室100具有多個處理區域250a-250h，並且由氣幕150將每一個處理區域與相鄰的區域分隔。例如，圖5中所示的處理腔室。取決於氣流的佈置，處理腔室內的氣幕和處理區域的數量可以是任何合適的數量。圖5中所示的實施例具有八個氣幕150和八個處理區域250a-250h。氣幕的數量一般等於或大於處理區域的數量。例如，如果區域250a不具有反應性氣體流，但僅充當裝載區域，則處理腔室將具有七個處 理區域和八個氣幕。
多個基板材60定位在基板材支撐件(例如，圖1和圖2中所示的基座組件140)上。圍繞處理區域旋轉多個基板材60以進行處理。一般而言，遍及整個處理過程(包括當沒有反應性氣體流入腔室中的時期)，氣幕150是被佔用的(engaged)(氣體流動和真空開啟)。
使第一反應性氣體A流入處理區域250中的一個或多個中，同時使惰性氣體流入不具有流入其中的第一反應性氣體A的任何處理區域250中。例如，如果第一反應性氣體正在流入處理區域250a至處理區域250h中，則惰性氣體將流入處理區域250a中。可使惰性氣體流過第一反應性氣體埠125或第二反應性氣體埠135。
處理區域內的惰性氣體流可以是恒定或變化的。在一些實施例中，反應性氣體與惰性氣體共流(co-flow)。惰性氣體將充當載氣和稀釋氣體。由於反應性氣體的量相對於載氣而言較小，因此，共流可通過減小相鄰區域之間的壓力差使得平衡處理區域之間的氣體壓力更容易。
在一些實施例中，使第一反應性氣體A流入處理腔室內的處理區域中的每一個處理區域中。在一些實施例中，使第一反應性氣體流入處理腔室的交替的區域中。因此，使第一反應性氣體A流入第一處理區域250a、第三處理區域250c、第五處理區域250e和第七處理區域250g中。其他處理區域將不具有反應性氣體流，但可具有惰性氣體流(例如，N2、Ar、He)。
在處理腔室內旋轉多個基板材60以使這些基板材穿過處理區域250中的至少一個處理區域。在一些實施例中，使多個基板材中的每一個基板材穿過處理區域中的每一個處理區域至少一次。在一些實施例中，基板材60中的每一個基板材暴露於至少兩個處理區域，從而穿過分隔這兩個區域的氣幕。如果基板材的任何部分先前在區域中，則基板材被暴露於處理區域。在一些實施例中，如果整個基板材已經在處理區域中(無論是曾一度在處理區域中還是正穿過處理區域)，則基板材被暴露於所述處理區域。在一個或多個實施例中，每一個基板材被暴露於具有反應性氣體的至少兩個處理區域中。例如，如果交替的區域正在使第一反應性氣體A流動，並且其他區域正在使惰性氣體流動，則基板材將暴露於具有第一反應性氣體A的至少兩個處理區域以及兩者之間的、具有惰性氣體的任何處理區域。
基板材60將被暴露至的處理區域250的數量將取決於許多因素。例如，基座組件140的旋轉速度以及流動的反應性氣體的表面飽和所允許的時間。基座組件的旋轉速度可自靜止至高達約30-60rpm(轉每分鐘)變化。在處理期間，基座組件的旋轉速度在零(例如，不旋轉)至約30rpm的範圍內。基座組件的旋轉速度可影響基板材暴露於反應性氣體的暴露時間。較慢的旋轉速度一般導致較長的暴露時間，反之亦然。如果基座組件旋轉過快，則基板材向反應性氣體的暴露可能不足以利用反應性物質使晶圓表面飽和。
在第一時間(在所述第一時間中，將結束第一反應性氣體A暴露)之後，淨化工藝腔室以去除殘留的第一反應性氣體。停止第一反應性氣體A流動，並使淨化氣體流入處理區域中。淨化氣體可作為反應性氣體的載氣的部分持續地流動，或者可在停止反應性氣體流動之後開啟。在一些實施例中，淨化氣體流一直保持恒定，使得當反應性氣體共流時，處理區域中的壓力將比沒有淨化氣體流時略高。在一個或多個實施例中，處理區域中的壓力一直保持基本上相同，使得在反應性氣體的共流期間，淨化氣體流動的量減少了與淨化氣體共流的反應性氣體的量以維持壓力。如本說明書和所附請求項中所使用，在這方面所使用的術語「基本上相同」意味著在單獨的處理區域中的壓力相對變化不超過10%。在一些實施例中，當反應性氣體正在與淨化氣體或載氣共流時，停止反應性氣體的流動包含：添加附加的淨化氣體以補償反應性氣體的體積。在淨化氣體時間期間，基板材可以是靜止的或旋轉的。在一些實施例中，僅在暴露於第一反應性氣體A和第二反應性氣體B期間旋轉基板材。在一個或多個實施例中，遍及整個沉積過程，以一致的速率旋轉基板材穿過處理區域。在一些實施例中，對於第一反應性氣體A和第二反應性氣體B暴露中的每一個，以不同速度旋轉基板材。
在一些實施例中，停止第一反應性氣體A進入處理區域的流動或第二反應性氣體B進入處理區域的流動包括：使惰性氣體流入處理區域中。在一些實施例中，惰性氣體流替換反應性氣體流。在一個或多個實施例中，遍及整個與反應性氣體共流的過程，惰性氣體以恒定的壓力流入處理區域中 ，使得處理區域中的壓力在反應性氣體正在流動時與停止反應性氣體時相比有所變化。在一些實施例中，在處理期間，每一個工藝區域獨立地維持基本上恒定的壓力。如本說明書和所附請求項中所使用，在這方面所使用的術語「基本上恒定的壓力」意味著單個的處理區域中的壓力相對變化不超過10%。
在第二時間後，淨化氣體流已將基本上所有的殘留的第一反應性氣體A從處理腔室中去除。如本說明書和所附請求項中所使用，在這方面所所使用的術語「基本上所有的」意味著已去除了足夠的第一反應性氣體，使得與第二反應性氣體的任何氣相反應將不會不利地影響所沉積的薄膜的性能。使第二反應性氣體B流入處理區域250中的一個或多個處理區域中，同時使惰性氣體流入不具有流入其中的第二反應性氣體B的任何處理區域250中。例如，如果第二反應性氣體正流入處理區域250b至處理區域250h中，則惰性氣體將流入處理區域250a中。可使惰性氣體流過第一反應性氣體埠125或第二反應性氣體埠135。
在第二反應性氣體B流動的情況下，在處理腔室內旋轉多個基板材60以使這些基板材60穿過處理區域250中的至少一個處理區域。在一些實施例中，使多個基板材中的每一個基板材穿過處理區域中的每一個處理區域至少一次。在一些實施例中，基板材60中的每一個基板材暴露於至少兩個處理區域，從而穿過分隔這兩個區域的氣幕。在一個或多個實施例中，每一個基板材暴露於具有反應性氣體的至少兩個處 理區域。如果基板材的任何部分先前在區域中，則基板材暴露於處理區域。在一些實施例中，如果整個基板材已經在處理區域中(無論是曾一度在處理區域中或正在穿過處理區域)，則基板材暴露於處理區域。例如，如果交替的區域正在使第二反應性氣體B流動，並且其他處理區域正在使惰性氣體流動，則基板材將暴露於具有第二反應性氣體B的至少兩個處理區域以及至少兩個處理區域之間的、具有惰性氣體的任何處理區域。
在第三時間(在所述第三時間中，將結束第二反應性氣體B暴露)之後，停止第二反應性氣體進入工藝腔室的流動。可淨化處理腔室以去除殘留的第二反應性氣體。停止第二反應性氣體B流動，並使淨化氣體流入處理區域中。淨化氣體可作為反應性氣體的載氣的部分持續地流動，或者在停止反應性氣體流動之後開啟。在一些實施例中，淨化氣體流一直保持恒定，使得當反應性氣體共流時，處理區域中的壓力將比沒有淨化氣體流時略高。在一個或多個實施例中，處理區域中的壓力一直保持基本上相同，使得在反應性氣體的共流期間，淨化氣體流動的量減小以維持壓力。如本說明書和所附請求項中所使用，在這方面所使用的術語「基本上相同」意味著單獨的處理區域中的壓力相對變化不超過30%。在淨化氣體時間期間，基板材可以是靜止的或旋轉的。在一些實施例中，僅在暴露於第一反應性氣體A和第二反應性氣體B期間旋轉基板材。在一個或多個實施例中，遍及整個沉積過程，以一致的速率旋轉基板材穿過處理區域。在一些實施例中 ，對於第一反應性氣體A和第二反應性氣體B暴露中的每一個，以不同的速度來旋轉基板材。
淨化處理腔室達第四時間，以便基本上去除所有的殘留的第二反應性氣體。第一時間、第二時間、第三時間和第四時間可以是相同的，或者每一個都可以是獨立地不同的。例如，第一時間和第二時間可以是相同的，且第三時間和第四時間可以是相同的，但是與第一時間和第二時間不同。
在一些實施例中，每一個處理區域獨立地暴露於第一反應性氣體和第二反應性氣體中的一種反應性氣體，使得沒有處理區域暴露於第一反應性氣體和第二反應性氣體兩者。例如，工藝區域250a-250d可暴露於第一反應性氣體，而工藝區域250e-250h可暴露在第二反應性氣體。儘管每次僅一種反應性氣體在流動，但是可基於反應性氣體流動來將腔室分隔成多個處理區域。在一些實施例中，暴露於第一反應性氣體的處理區域與暴露於第二反應性氣體的處理區域交替。
在廣泛的方面，處理腔室包含至少兩個處理區域，並且基板材支撐件可支撐至少兩個基板材。在一個或多個實施例中，如圖5中所示，處理腔室包含八個處理區域，並且基板材支撐件可支撐多達六個基板材。在一個或多個實施例中，基板材支撐件可支撐至少兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個、11個或12個基板材。在一些實施例中，第一處理區域250a、第三處理區域250c、第五處理區域250e和第七處理區域250g暴露於基本上由第一反應性氣體組成的反應性氣體，而第二處理區域250b、第四處理區域 250d、第六處理區域250f和第八處理區域250h暴露於基本上由第二反應性氣體組成的反應性氣體。在一些實施例中，交替的處理區域(例如，偶數編號的區域)暴露於基本上由第一反應性氣體組成的反應性氣體或(例如，奇數編號的區域)暴露於基本上由第二反應性氣體組成的反應性氣體。
在一個或多個實施例中，通過順序地暴露於三甲基鋁(trimethylaluminum；TMA)和水中來沉積氧化鋁薄膜。惰性氣體可以是任何合適的惰性氣體，包括但不限於N2。在一些實施例中，使TMA流入處理區域中的至少一個處理區域中，並使基板材暴露於TMA達第一時間。一些實施例中的第一時間(暴露於第一反應性氣體的時間)小於約10s。在一些實施例中，第一時間小於或等於約6秒、5秒、4秒、3秒或2秒。
在一個或多個實施例中，通過順序地暴露於四氯化鈦和氨來沉積氮化鈦薄膜。惰性氣體可以是任何合適的惰性氣體，包括但不限於N2。在一些實施例中，使四氯化鈦流入處理區域中的至少一個處理區域中，並使基板材暴露於四氯化鈦達第一時間。一些實施例中的第一時間小於或等於約6秒、5秒、4秒、3秒或2秒。
可改變旋轉速度以增加或減少暴露。在一些實施例中，在基板材支撐件上以約5rpm、6rpm、7rpm、8rpm、9rpm、10rpm、11rpm、12rpm、13rpm、14rpm或15rpm的速度來旋轉基板材。在一些實施例中，以約5rpm至約15rpm範圍內或約7rpm至約13rpm範圍內的速度來旋轉基板材支撐件。
在一個或多個實施例中，使TMA流入八個處理區域 的每一個處理區域中。以約8rpm與約12rpm範圍內的速度來旋轉六個基板材。使基板材暴露於TMA達第一時間，所述第一時間具有處於1秒與2秒範圍內的長度。停止TMA去往所有的處理區域的流動，並用作為載氣流動的氮氣淨化處理區域達第二時間，所述第二時間在約1秒至約2秒的範圍內。使水流入處理區域中的每一個處理區域中，並暴露於基板材達第三時間，所述第三時間大於約六秒。停止水，並且已作為載氣流動的氮氣淨化處理區域達第四時間，所述第四時間為至少約六秒。隨後重複這一迴圈以形成具有預定厚度的薄膜。在一些實施例中，重複迴圈以沉積具有小於約50Å、45Å、40Å、35Å、30Å、25Å或20Å的平均厚度的薄膜。在一些實施例中，跨基板材從最小厚度至最大厚度的薄膜厚度的範圍為相對於平均值小於約6%，或相對於平均值小於約5%，或相對於平均值小於約4%。在一些實施例中，15個迴圈之後的平均厚度在約27Å至約28.5Å範圍內，並且總沉積時間小於約250秒。
在一個或多個實施例中，使四氯化鈦流入八個處理區域的每一個區域中。以約8rpm與約12rpm範圍內的速度來旋轉六個基板材。使基板材暴露於四氯化鈦達第一時間，所述第一時間具有在1秒與2秒範圍內的長度。停止去往所有的處理區域的四氯化鈦流，並且已作為載氣流動的氮氣淨化處理區域達第二時間，所述第二時間在約1秒至約2秒的範圍內。使氨流入處理區域中的每一個處理區域中，並暴露於基板材達第三時間，所述第三時間大於約六秒。停止氨，並已作 為載氣流動的氮氣淨化處理區域達第四時間，所述第四時間為至少約六秒。然後重複這一迴圈以形成具有預定厚度的薄膜。在一些實施例中，重複迴圈以沉積具有小於約50Å、45Å、40Å、35Å、30Å、25Å或20Å的平均厚度的薄膜。在一些實施例中，跨基板材從最小厚度至最大厚度的薄膜厚度的範圍為相對於平均值小於約6%，或相對於平均值小於約5%，或相對於平均值小於約4%。在一些實施例中，15個迴圈之後的平均厚度在約27Å至約28.5Å範圍內，並且總沉積時間小於約250秒。
示例
通過交替三甲基鋁(TMA)和水的脈衝將氧化鋁沉積到矽晶圓上。氮氣流作為載氣或淨化氣體一直是開啟的。以約10rpm的速度旋轉基板材。在表1中示出結果。
儘管上述內容針對本公開的實施例，但是可設計本公開的其他和進一步的實施例而不背離本公開的基本範圍，並且本公開的範圍由所附申請專利範圍來確定。

Claims (17)

  1. 一種處理方法，所述方法包含以下步驟：在一處理腔室中的一基板材支撐件上定位多個基板材，所述處理腔室包含多個處理區域，通過一氣幕使每一個處理區域與相鄰的區域分開；使一第一反應性氣體流入所述處理區域中的一個或多個處理區域中，同時使一惰性氣體流入不具有一第一反應性氣體流的任何處理區域中；旋轉該處理腔室內的一基板材支撐件上的該等多個基板材以使該等基板材中的每一個基板材穿過該等處理區域中的每一個處理區域至少一次；停止該第一反應性氣體進入該等處理區域的流動；使第二反應性氣體流入該等處理區域中的一個或多個處理區域中，同時使惰性氣體流入不具有一第二反應性氣體流的任何處理區域中；旋轉該處理腔室內的該等多個基板材以使該等基板材中的每一個基板材穿過該等處理區域中的每一個處理區域至少一次；停止該第二反應性氣體進入該等處理區域的流動；以及在暴露於該第一反應性氣體期間，相對於暴露於該第二反應性氣體交替該基板材支撐件的旋轉速度。
  2. 如請求項1所述的方法，其中停止該第一反應性氣體進入該等處理區域或該第二反應性氣體進入該等處理區域的流動進一步包含以下步驟：使一惰性氣體流入該等處理區域中。
  3. 如請求項2所述的方法，其中使該惰性氣體流入該等處理區域替換該第一反應性氣體或該第二反應性氣體的流動。
  4. 如請求項1所述的方法，其中在處理期間，每一個處理區域獨立地維持一基本上恒定的壓力。
  5. 如請求項1所述的方法，其中使該第一反應性氣體流入該等處理區域中包含該等處理區域中的所有處理區域。
  6. 如請求項1所述的方法，其中使該第二反應性氣體流入該等處理區域中包含該等處理區域中的所有處理區域。
  7. 如請求項1所述的方法，其中每一個處理區域獨立地暴露於該第一反應性氣體和該第二反應性氣體中的一種反應性氣體，使得沒有處理區域暴露於該第一反應性氣體和該第二反應性氣體兩者。
  8. 如請求項7所述的方法，其中暴露於該第一反應性氣體的處理區域與暴露於該第二反應性氣體的處理區域交替。
  9. 如請求項1所述的方法，其中該處理腔室包含至少兩個處理區域，並且該基板材支撐件能夠支撐至少兩個基板材。
  10. 如請求項9所述的方法，其中交替的處理區域暴露於基本上由該第一反應性氣體組成的反應性氣體或基本上由該第二反應性氣體組成的反應性氣體。
  11. 一種處理方法，所述方法包含以下步驟：在一處理腔室中的一基板材支撐件上定位多個基板材，該處理腔室包含多個處理區域，通過一氣幕使每一個處理區域與一相鄰的區域分開；使一第一反應性氣體流入每一個處理區域中；旋轉該處理腔室內的該等多個基板材以使該等基板材中的每一個基板材暴露於至少兩個處理區域以及該至少兩個處理區域之間的氣幕；停止該第一反應性氣體的流動，停止該第一反應性氣體的流動包含以下步驟：添加一附加量的淨化氣體以補償該被停止的流的體積；使一第二反應性氣體流入每一個處理區域中；旋轉該處理腔室內的該等多個基板材以使該等基板材中的每一個基板材暴露於至少兩個處理區域以及該至少兩個處理區域之間的氣幕；以及停止該第二反應性氣體的流動，停止該第二反應性氣體的流動包含以下步驟：添加一附加量的淨化氣體以補償該被停止的流的體積。
  12. 如請求項11所述的方法，其中該第一反應性氣體與一載氣共流，並且該第二反應性氣體與一載氣共流。
  13. 如請求項12所述的方法，其中該載氣包含該淨化氣體。
  14. 如請求項11所述的方法，其中存在八個處理區域，並且該基板材支撐件支援多達六個基板材。
  15. 一種處理方法，該方法包含以下步驟：在一處理腔室中的一基板材支撐件上定位六個基板材，該處理腔室包含多個處理區域，通過一氣幕使每一個處理區域與相鄰的處理區域分開；使第一反應性氣體流入該等處理區域中的每一個處理區域中達一第一時間，該第一時間小於約3秒，並且旋轉該基板材支撐件以使每一個基板材暴露於至少兩個相鄰的處理區域；停止該第一反應性氣體進入該等處理區域的流動；使一淨化氣體流入該等處理區域中的每一個處理區域中達一第二時間，該第二時間小於約3秒；使一第二反應性氣體流入該等處理區域中的每一個處理區域中達一第三時間，該第三時間小於約12秒，同時旋轉該基板材支撐件以使每一個基板材暴露於至少兩個相鄰的處理區域；停止該第二反應性氣體進入該等處理區域的流動；以及使一淨化氣體流入該等處理區域中的每一個處理區域中達一第四時間，該第四時間小於約12秒。
  16. 如請求項15所述的方法，其中遍及整個處理過程，以一基本上恒定的速度旋轉該基板材支撐件。
  17. 如請求項15所述的方法，其中該第一反應性氣體包含三甲基鋁，並且該第二反應性氣體包含水。
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