TWI863231B - 一種以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明為一種以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，主要對一承載盤上的一基板進行一第一原子層沉積，以在基板上形成一薄膜，並判斷沉積在承載盤的表面的一絕緣薄膜的厚度大於一預設值。對未放置基板的承載盤進行一第二原子層沉積，並在承載盤的絕緣薄膜上形成一導電薄膜，使得承載盤具有導電特性。而後可將基板放置在承載盤上，並對承載盤上的基板進行第一原子層沉積。透過本發明所述的方法，可大幅延長清潔及保養承載盤的週期，並有利於提高設備使用效率。
Description
本發明有關於一種以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，可大幅延長清潔及保養承載盤的週期，並有利於提高設備使用效率。
隨著積體電路技術的不斷進步，目前電子產品朝向輕薄短小、高性能、高可靠性與智能化的趨勢發展。電子產品中電晶體的微縮技術至關重要，隨著電晶體的尺寸縮小，可減少電流傳輸時間及降低耗能，以達到快速運算及節能的目的。在現今微小化的電晶體中，部分關鍵的薄膜幾乎僅有幾個原子的厚度，而原子層沉積製程則是發展這些微量結構的主要技術之一。
原子層沉積製程是一種將物質以單原子的形式一層一層地鍍於晶圓表面的技術，原子層沉積的主要反應物有兩種化學物質，通常被稱作前驅物，並將兩種前驅物依序傳送至反應空間內。
在實際應用時，先將第一前驅物輸送至反應空間內，使得第一前驅物被導引至晶圓表面。將惰性氣體輸送至反應空間內，並抽出反應空間內的氣體，以去除反應空間內殘餘的第一前驅物。將第二前驅物注入反應空間，使得第二前驅物與晶圓表面的第一前驅物反應生成薄膜。之後將惰
性氣體注入反應空間，以去除反應空間內殘餘的第二前驅物。透過上述步驟的反覆進行，以在晶圓上形成薄膜。
本發明提出一種新穎的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，主要對一承載盤上的一基板進行一第一原子層沉積，以在基板上形成一薄膜，並判斷沉積在承載盤的表面的一絕緣薄膜的厚度是否大於一預設值。
若沉積在承載盤表面的絕緣薄膜的厚度大於預設值，則將承載盤上的基板取出，並對未放置基板的承載盤的表面進行一第二原子層沉積，以在承載盤的絕緣薄膜上形成一導電薄膜。而後可將基板放在承載盤上，並對承載盤上的基板進行第一原子層沉積。透過本發明所述的方法，可大幅延長清潔及保養承載盤的週期，並有利於提高設備使用效率。
為了達到上述的目的，本發明提出一種以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，包括：對一承載盤上的一基板進行一第一原子層沉積，以在該基板上形成一薄膜，其中進行該第一原子層沉積時，會在該承載盤上形成一絕緣薄膜；判斷該承載盤的該絕緣薄膜的厚度大於一預設值；及對該承載盤進行一第二原子層沉積，並在該承載盤的該絕緣薄膜上形成一導電薄膜。
在本發明至少一實施例中，包括：判斷進行該第二原子層沉積的次數大於一門檻值；及清潔該承載盤，以去除該承載盤上的該絕緣薄膜及該導電薄膜。
在本發明至少一實施例中，其中該承載盤位於一腔體的一容置空間內，包括：依序將一第一前驅物及一第二前驅物輸送至該腔體的該容置空間，並對該承載盤上的該基板進行該第一原子層沉積。
在本發明至少一實施例中，包括：依序將一第三前驅物及該第二前驅物輸送至該腔體的該容置空間，並對該容置空間內的該承載盤進行該第二原子層沉積。
在本發明至少一實施例中，其中該絕緣薄膜的厚度大於該導電薄膜。
在本發明至少一實施例中，包括：將完成該第一原子層沉積的該基板由該承載盤上取出，而後對該承載盤進行該第二原子層沉積。
在本發明至少一實施例中，包括：完成該第二原子層沉積後，將該基板放置在該承載盤上，並進行該第一原子層沉積。
在本發明至少一實施例中，其中該預設值為1000埃。
在本發明至少一實施例中，其中該導電薄膜的厚度大於300埃。
在本發明至少一實施例中，其中該第一原子層沉積使用的一前驅物與該第二原子層沉積的一前驅物不同。
20:沉積設備
21:腔體
22:容置空間
23:噴灑頭
231:孔洞
24:基板
25:承載盤
261:絕緣薄膜
2611:第一絕緣薄膜
2613:第二絕緣薄膜
263:導電薄膜
2631:第一導電薄膜
2633:第二導電薄膜
27:輸送管線
271:射頻線圈
[圖1]為本發明以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法的一實施例的步驟流程圖
[圖2]為適用於本發明所述以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法的沉積設備一實施例的剖面示意圖。
[圖3]為本發明所述以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法形成的一承載盤一實施例的剖面示意圖。
圖1為本發明以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法的一實施例的步驟流程圖。圖2為適用於本發明所述以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法的沉積設備一實施例的剖面示意圖。沉積設備20包括一腔體21、一噴灑頭23及一承載盤25，其中噴灑頭23連接腔體21，並朝向腔體21的一容置空間22，而承載盤25則位於腔體21的容置空間22內。
噴灑頭23連接一輸送管線27，其中輸送管線27用以將一種或多種前驅物輸送至噴灑頭23。噴灑頭23包括複數個孔洞231，前驅物會經由噴灑頭23的孔洞231輸送至腔體21的容置空間22內。
在本發明一實施例中，輸送管線27可包括一射頻線圈271，例如可將射頻線圈271纏繞在輸送管線27的外部。輸送管線27內的前驅物會受到射頻線圈271產生的磁場作用而形成電漿，使得沉積設備20成為電漿輔助原子層沉積設備。此外，可將射頻線圈271設置在腔體21的周圍。在不同實施例中，沉積設備20可不包括射頻線圈271，並將一遠端電漿源連接輸送管線27。
承載盤25用以承載一個或多個基板24，並可用以加熱放置在承載盤25的基板24。噴灑頭23位於承載盤25的上方，其中噴灑頭23的孔洞231朝向承載盤25及基板24的上表面。
在沉積過程中，前驅物會經由輸送管線27傳輸至噴灑頭23，並經由噴灑頭23上的孔洞231輸送至承載盤25及設置在承載盤25表面的基板24，使得前驅物接觸承載盤25及基板24，以在基板24的表面形成薄膜。
在實際應用時可經由噴灑頭23上的孔洞231將第一前驅物輸送至腔體21的容置空間22內，其中第一前驅物會沉積在基板24。而後經由噴灑頭23的孔洞231將惰性氣體注入腔體21的容置空間22內，以去除容置空間22內未反應的第一前驅物及副產物。
而後經由噴灑頭23上的孔洞231將第二前驅物輸送至腔體21的容置空間22內，其中第二前驅物會與基板24表面的第一前驅物反應形成薄膜。而後再次經由噴灑頭23的孔洞231將惰性氣體注入腔體21的容置空間22內，以去除容置空間22內未反應的第二前驅物及副產物。
透過反覆地進行上述的循環(cycle)，便可在基板24的表面形成薄膜，並可透過循環的次數控制薄膜的厚度。
一般而言，第一前驅物可以是揮發性的金屬化合物，而第二前驅物可以是H2O、NH3或O3等非金屬化合物。例如第一前驅物可以是三甲基鋁(TMA)，第二前驅物可以是NH3，並可在基板24的表面形成氮化鋁(AlN)薄膜。
如圖3所示，在基板24的表面沉積薄膜的過程中，亦會在承載盤25的表面形成薄膜，例如承載盤25可為鈦盤，並具有導電的特性。在對多個批次的基板24進行第一原子層沉積後，沉積在承載盤25上的薄膜厚度將會增加，並在承載盤25的表面形成一絕緣薄膜261，例如氮化鋁薄膜，使得承載盤25逐漸喪失導電的特性。
如此一來，在進行電漿輔助原子層沉積(PEALD)時，將無法觀測到一些重要的製程參數，例如直流偏壓(DC bias)等。此外，承載盤25上的絕緣薄膜261，亦會造成沉積在基板24表面的薄膜的均勻度(U%)降低。
一般而言，當承載盤25表面的絕緣薄膜261的厚度太厚時，便需要開啟腔體21，並將腔體21內的承載盤25取出進行清潔，以去除沉積在承載盤25表面的絕緣薄膜261。在完成承載盤25的清潔後，可將承載盤25放回腔體21的容置空間22內，並可透過沉積設備20繼續進行薄膜沉積。
透過上述清潔承載盤25的步驟，雖然可有效去除沉積在承載盤25表面絕緣薄膜261，以避免無法觀測到部分的製程參數及造成基板24表面的薄膜的均勻度降低等問題。然而由腔體21取出承載盤25並進行清潔，無疑會增加成本並延宕後續的製程。另外，在開啟腔體21的過程中，亦可能導致外界的污染物進入腔體21的容置空間22，進而影響後續的製程。
為此本發明提出一種以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，可有效延長承載盤25的保養週期。如圖1所示，將至少一基板24放置在承載盤25上，對承載盤25上的基板24進行一第一原子層沉積，並在基板24的表面形成薄膜，如步驟11所示。第一原子層沉積為一般在基板24表面進行沉積步驟，例如形成在基板24表面的薄膜可以是氮化鋁。
在基板24進行第一原子層沉積的過程中，前驅物亦會接觸承載盤25的表面，並在承載盤25上形成絕緣薄膜261。
判斷沉積在承載盤25上的絕緣薄膜261的厚度是否大於一預設值，如步驟13所示。在實際應用時，可透過射頻線圈271與承載盤25之間的感應電壓大小，推算出絕緣薄膜261的厚度，並判斷絕緣薄膜261的厚度是
否大於預設值。預設值的設定可依據實際操作沉積設備20的經驗或累積的數據進行調整，例如預設值可以是1000埃。
在不同實施例中，亦可由進行第一原子層沉積的循環次數，判斷沉積在承載盤25上的絕緣薄膜261的厚度是否大於預設值。
當承載盤25表面的絕緣薄膜261的厚度大於預設值時，可對承載盤25進行一第二原子層沉積，以在承載盤25的絕緣薄膜261的表面形成一導電薄膜263，如步驟15所示。
第一原子層沉積所形成的絕緣薄膜261與第二原子層沉積形成導電薄膜263為不同的材質，而第一原子層沉積使用的前驅物，亦與第二原子層沉積使用的前驅物不同。
在進行第一原子層沉積的過程中，可經由噴灑頭23依序將第一前驅物及第二前驅物輸送至腔體21的容置空間22。在進行第二原子層沉積的過程中，可經由噴灑頭23依序將第三前驅物及第二前驅物輸送至腔體21的容置空間22。
在本發明一實施例中，絕緣薄膜261可以是氮化鋁，而導電薄膜263可以是氮化鈦。此外第一原子層沉積使用的第一前驅物可以是三甲基鋁，而第二前驅物為氨，而第二原子層沉積使用的第三前驅物是四(二甲基胺基)鈦(TDMAT)或四(二乙基胺基)鈦(TDEAT)，而第二前驅物為氨。
在實際應用時，可於承載盤25上的基板24完成第一原子層沉積後，將完成第一原子層沉積的基板24由承載盤25取出。而後將不同的前驅物經由噴灑頭23的孔洞231輸送至腔體21的容置空間22，並對承載盤25進行第二原子層沉積，以在承載盤25的絕緣薄膜261的表面形成導電薄膜263。
在完成第二原子層沉積後，其中沉積在承載盤25上的導電薄膜263到達一定的厚度，例如導電薄膜263的厚度可大於300埃，將可使得承載盤25具有導電的特性。而後可將基板24放置在承載盤25上，並繼續對基板24進行第一原子層沉積。
在進行上述的方法時，不需要開啟腔體21，亦不需要將承載盤25由腔體21內取出，可大幅減少清潔承載盤25所花費的時間及成本，並可避免開啟腔體21的過程中可能產生的污染。
在本發明一實施例中，如圖3所示，形成在承載盤25上的絕緣薄膜261的厚度可大於導電薄膜263的厚度，例如絕緣薄膜261可以是厚度為1000埃的氮化鋁，而導電薄膜263可以是厚度為300埃的氮化鈦。
透過本發明所述的方法，可以重複進行步驟11至步驟15，並在承載盤25的表面形成交錯堆疊的絕緣薄膜261及導電薄膜263，例如在承載盤25的表面形成第一絕緣薄膜2611，並在第一絕緣薄膜2611的表面形成一第一導電薄膜2631，在第一導電薄膜2631的表面形成一第二絕緣薄膜2613，而後在第二絕緣薄膜2613的表面形成第二導電薄膜2633。
此外，重複步驟11至步驟15的次數或進行第二原子層沉積的次數大於一門檻值時，例如十次至二十次之間，便可能需要開啟腔體21，將承載盤25取出腔體21以進行清潔，並去除承載盤25表面的絕緣薄膜261及導電薄膜263。
以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
Claims (10)
- 一種以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，包括：對一承載盤上的一基板進行一第一原子層沉積，以在該基板上形成一薄膜，其中進行該第一原子層沉積時，會在該承載盤上形成一絕緣薄膜；判斷該承載盤的該絕緣薄膜的厚度大於一預設值；若沉積在該承載盤的絕緣薄膜的厚度大於該預設值，則將該承載盤上的該基板取出；以及對該承載盤進行一第二原子層沉積，並在該承載盤的該絕緣薄膜上形成一導電薄膜。
- 如請求項1所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，包括：判斷進行該第二原子層沉積的次數大於一門檻值；及清潔該承載盤，以去除該承載盤上的該絕緣薄膜及該導電薄膜。
- 如請求項1所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，其中該承載盤位於一腔體的一容置空間內，包括：依序將一第一前驅物及一第二前驅物輸送至該腔體的該容置空間，並對該承載盤上的該基板進行該第一原子層沉積。
- 如請求項3所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，包括：依序將一第三前驅物及該第二前驅物輸送至該腔體的該容置空間，並對該容置空間內的該承載盤進行該第二原子層沉積。
- 如請求項1所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，其中該絕緣薄膜的厚度大於該導電薄膜。
- 如請求項1所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，包括：將完成該第一原子層沉積的該基板由該承載盤上取出，而後對該承載盤進行該第二原子層沉積。
- 如請求項6所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，包括：完成該第二原子層沉積後，將該基板放置在該承載盤上，並進行該第一原子層沉積。
- 如請求項1所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，其中該預設值為1000埃。
- 如請求項1所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，其中該導電薄膜的厚度大於300埃。
- 如請求項1所述的以電漿輔助的製程替代週期性保養的方法，其中該第一原子層沉積使用的一前驅物與該第二原子層沉積的一前驅物不同。
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