CN101343734A - 原子层沉积工艺的前驱物的清除方法 - Google Patents
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Abstract
一种原子层沉积工艺的前驱物清除方法，包含在一原子层沉积工艺前驱物清除步骤的时段中，利用间歇通入惰性气体与停止通入惰性气体，来有效率的清除反应室中所残留的前驱物及其副产物。其中前驱物清除步骤的时段是指自一前驱物通入步骤结束到下一前驱物开始通入的期间。
Description
技术领域
本发明是有关于一种原子层沉积工艺的前驱物清除方法，且特别是有关于一种可增进前驱物清除效能的清除方法。
背景技术
原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)为半导体工艺中普遍被用来沉积高品质薄膜的方法，其特色为将欲沉积的基材于反应室中依序暴露在两种或两种以上，且具互补特性的前驱气体的气氛下，利用自我限制(self-limiting)的反应特性，在基材表面进行选择性化学吸附，成长出一层非常均匀的原子级厚度的薄膜，藉由反复进行前驱物的沉积步骤达到所需薄膜的特性。
在每一前驱物沉积步骤完成后，下一前驱物沉积的前，需以非活性化的气体，例如氩气等惰性气体，移除残留的前驱物及其副产物，以清理薄膜表面及反应室的化学气氛。
请参照图1，为习知的原子层沉积工艺步骤示意图。一般来说，原子层沉积方法为依序进行第一前驱物通入步骤(pulse 1)、清除步骤(purge)、第二前驱物通入步骤(pulse 2)及清除步骤(purge)，上述四个步骤可为一个循环，依所需的薄膜厚度可进行多个循环。为了确保最佳的薄膜品质，原子层沉积工艺的主要特点是在两个前驱物通入步骤之间，进行清除(purge)前驱物的步骤，且必须有充分的时间进行此步骤以去除残留的前驱物及其副产物，然而也因此使得ALD工艺的沉积速率一直无法显著的提升。此清除步骤的成效可影响ALD薄膜的均匀度的良窳及杂质含量的多寡。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种原子层沉积工艺的前驱物清除方法，用以提升原子层沉积工艺中前驱物清除步骤的效率以改善传统原子层沉积工艺的沉积速率。
本发明提出一种原子层沉积工艺的前驱物清除方法，于一前驱物清除步骤的时段中，进行至少一次的通入惰性气体及停止通入惰性气体的动作。前驱物清除步骤的时段即前驱物清除步骤进行的期间，是指原子层沉积过程中，每一前驱物沉积步骤结束到下一前驱物开始通入的期间。
本发明的前驱物清除方法，除了在此前驱物清除步骤的时段中持续以一抽气装置抽除反应室中的气体外，更将一惰性气体通入至反应室中，且通入惰性气体的时间的总和少于此前驱物清除步骤的时段的时间，而未通入惰性气体的空档则只有进行抽气动作，藉由间歇地通入惰性气体与停止通入惰性气体，可有效清除反应室中的前驱物及其副产物。
其中，在前驱物清除步骤的时段中可通入一次惰性气体，并伴随抽气将残留的前驱物及其副产物移除，且通入惰性气体的时间少于前驱物清除步骤的时段的时间，在前驱物清除步骤的时段中可具有一次或两次未通入惰性气体的空档，于此空档持续进行抽气，其中通入惰性气体的时间与未通入惰性气体的时间总和可为相等或不相等。
此外，亦可于前驱物清除步骤的时段中非连续地通入多次惰性气体，并伴随抽气将残留的前驱物及其副产物移除，通入惰性气体的时间的总和少于前驱物清除步骤的时段的时间，并在前驱物清除步骤的时段中未通入惰性气体的空档持续进行抽气，藉由间歇的通入惰性气体与停止通入惰性气体可有效清除反应室中的前驱物及其副产物。其中，每次通入惰性气体的时间可为相等或不相等，每次通入惰性气体之间隔时间亦可相等或不相等。
根据上述，可知本发明的前驱物清除方法乃利用间歇通入惰性气体与停止通入惰性气体，来有效清除ALD薄膜表面的杂质及剩余的前驱物，藉此可提高前驱物清除步骤的效率，并得到均匀的薄膜厚度，而提升ALD沉积工艺的沉积速率。
附图说明
为让本发明之上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的详细说明如下：
图1为习知的原子层沉积工艺步骤示意图；
图2是绘示依照本发明一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图；
图3是绘示依照本发明另一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图；
图4是绘示依照本发明又一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图。
图5是绘示依照本发明再一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图。
图6为应用图2所示的清除方法与传统方法的原子层沉积工艺所制造出的薄膜的杂质含量比较图。
主要元件符号说明
610：波峰 620：波峰
具体实施方式
依照本发明实施例的前驱物清除方法，是于原子层沉积工艺中欲进行清除前驱物步骤的时段中，进行至少一次通入惰性气体(例如氩气)及停止通入惰性气体的动作。前驱物清除步骤的时段是指原子层沉积过程中，每一前驱物沉积步骤结束到下一前驱物开始通入的期间。
依照本发明的一实施例，在前驱物清除步骤的时段中可通入一次惰性气体，并伴随抽气将残留的前驱物及其副产物移除，且通入惰性气体的时间少于前驱物清除步骤的时段的时间，在前驱物清除步骤的时段中可具有一次或两次未通入惰性气体的空档，于此空档持续进行抽气，藉由间歇通入惰性气体与停止通入惰性气体，可有效清除反应室中的前驱物及其副产物。
依照本发明的另一实施例，亦可于前驱物清除步骤的时段中非连续地通入多次惰性气体，使通入惰性气体的时间的总和少于前驱物清除步骤的时段的时间，并在前驱物清除步骤的时段中未通入惰性气体的空档持续进行抽气，藉由间歇的通入惰性气体与停止通入惰性气体可有效清除反应室中的前驱物及其副产物。依照本发明的实施例，每次通入惰性气体的时间可为相等或不相等，每次通入惰性气体之间隔时间亦可相等或不相等。
请参照图2，其绘示依照本发明一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图。原子层沉积工艺在此以进行四个步骤为例，包括：第一前驱物通入步骤(pulse 1)、清除步骤(purge)、第二前驱物通入步骤(pulse 2)及清除步骤(purge)等四个步骤，实际上可依所需的薄膜特性安排所需的前驱物通入步骤，且在每一前驱物通入步骤结束到下一前驱物开始通入的期间，进行清除步骤(purge)。
如图2所示，首先通入一第一前驱物于一反应室中，使第一前驱物于一欲沉积的基材上进行选择性吸附，以沉积一层薄膜，完成第一前驱物沉积时，进行一第一前驱物清除步骤(purge)。清除步骤执行的期间，即前驱物通入步骤结束到下一前驱物开始通入的期间，在此定义为此原子层沉积工艺的一前驱物清除步骤的时段。
依照本发明的实施例，于前驱物清除步骤的时段开始时，通入惰性气体一段时间，伴随抽气将残留的第一前驱物及其副产物移除，之后停止通入惰性气体，并持续抽气至前驱物清除步骤的时段结束。依照本发明的实施例，于前驱物清除步骤的时段中通入惰性气体的时间可与未通入惰性气体的时间相等或不相等。
接着通入第二前驱物，于基材上沉积一层薄膜后，再进行一第二前驱物清除步骤。第二前驱物清除步骤在此以与第一前驱物清除步骤相同的方式进行为例，然而亦可以其他方式，例如：调整惰性气体与抽气的顺序或间隔时间，使通入惰性气体的时间的总和少于前驱物清除步骤的时段的时间，或非连续地通入多次惰性气体，并在前驱物清除步骤的时段中未通入惰性气体的空档持续进行抽气。
请参照图3，其绘示依照本发明另一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图。工艺的步骤流程类似于图2的原子层沉积工艺，同样以第一前驱物通入步骤(pulse 1)、清除步骤(purge)、第二前驱物通入步骤(pulse 2)及清除步骤(purge)等四个步骤为例来说明本实施例。
于完成第一前驱物沉积时，进行一第一前驱物清除步骤(purge)。清除步骤执行的期间为此原子层沉积工艺的一前驱物清除步骤的时段，于前驱物清除步骤的时段开始时，反应室先抽气一段时间再通入惰性气体，并伴随抽气将残留的第一前驱物及其副产物移除直到前驱物清除步骤的时段结束，其中通入惰性气体的时间少于前驱物清除步骤时段的时间。依照本发明的实施例，于前驱物清除步骤的时段中通入惰性气体的时间可与未通入惰性气体的时间相等或不相等。
接着通入第二前驱物，于基材上沉积一层薄膜后，再进行一第二前驱物清除步骤。第二前驱物清除步骤在此系以与第一前驱物清除步骤相同的方式进行为例，然而亦可以其他方式，例如：调整惰性气体与抽气的顺序或间隔时间，使通入惰性气体的时间的总和少于前驱物清除步骤的时段的时间，或非连续地通入多次惰性气体，并在前驱物清除步骤的时段中未通入惰性气体的空档持续进行抽气。
请参照图4，其绘示依照本发明又一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图。工艺的步骤流程类似于图2的原子层沉积工艺，于完成第一前驱物沉积时，进行一第一前驱物清除步骤(purge)。清除步骤执行的期间为此原子层沉积工艺的一前驱物清除步骤的时段。
于前驱物清除步骤的时段开始时，反应室先抽气一段时间，再通入惰性气体，并伴随抽气将残留的第一前驱物及其副产物移除，之后停止通入惰性气体，持续抽气直到前驱物清除步骤的时段结束。依照本发明的实施例，于前驱物清除步骤的时段中通入惰性气体的时间可与未通入惰性气体的时间总和为相等或不相等。
接着通入第二前驱物，于基材上沉积一层薄膜后，再进行一第二前驱物清除步骤。第二前驱物清除步骤在此以与第一前驱物清除步骤相同的方式进行为例，然而亦可以其他方式，例如以图2或图3所示的方法进行，或其他可使通入惰性气体的时间少于前驱物清除步骤的时段的时间，并在前驱物清除步骤的时段中未通入惰性气体的空档持续进行抽气的方法。
请参照图5，其绘示依照本发明再一实施例的一种原子层沉积工艺的步骤示意图。工艺的步骤流程类似于图2的原子层沉积工艺，于完成第一前驱物沉积时，进行一第一前驱物清除步骤(purge)。清除步骤执行的期间为此原子层沉积工艺的一前驱物清除步骤的时段。
清除步骤可以非连续地通入多次惰性气体的方式进行，于前驱物清除步骤的时段开始时先通入惰性气体，并伴随抽气将残留的第一前驱物及副产物移除，之后停止通入惰性气体并持续抽气一段时间，之后再通入惰性气体并持续抽气直到前驱物清除步骤的时段结束。依照本发明的实施例，以非连续地通入多次惰性气体的方式的清除步骤，其每次通入惰性气体的时间可为相等或不相等；每次通入惰性气体之间隔时间亦可为相等或不相等。于前驱物清除步骤的时段中通入惰性气体的的时间总和可与未通入惰性气体的时间总和相等或不相等。
接着通入第二前驱物，于基材上沉积一层薄膜后，再进行一第二前驱物清除步骤，第二前驱物清除步骤在此以与第一前驱物清除步骤相同的方式进行为例，然而亦可以上述的任何方式进行，或其他可使通入惰性气体的时间少于前驱物清除步骤的时段的时间，并在前驱物清除步骤的时段中未通入惰性气体的空档持续进行抽气的方式进行。
此外，上述图2～图5所示的四个步骤可为一个循环，然而可依所需的薄膜厚度进行一或多个循环；若一清除步骤为一原子层沉积工艺的最后一个步骤时，则其前驱物清除步骤的时段结束时恰好为原子层沉积工艺的结束。
请参照图6，为应用图2所示的清除方法与传统方法的原子层沉积工艺所制造出的薄膜的杂质含量比较图。波峰610为以传统清除步骤制造出的薄膜的碳含量(杂质)分析，波峰620为以本发明的清除步骤制造出的薄膜的碳含量分析。
由图6可知，利用本发明的清除步骤的原子层沉积工艺制造出的薄膜碳含量远低于传统方法。因此，利用本发明的方法，于清除步骤时进行至少一次通入惰性气体及停止通入惰性气体，可藉由间歇的通入惰性气体与停止通入惰性气体有效清除反应室中的前驱物及其副产物。
虽然本发明已以数优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
Claims (11)
1.一种原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，包含：
于一原子层沉积工艺的一前驱物清除步骤的时段中，通入一惰性气体至一反应室中，并伴随抽气将反应室中残留的该前驱物及其副产物移除，且通入该惰性气体的时间的总和少于该前驱物清除步骤的时段的时间；以及
于该前驱物清除步骤的时段中未通入惰性气体的时间，反应室持续地进行抽气，以清除该反应室中残留的该前驱物及其副产物。
2.如权利要求1所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，其中所通入的该惰性气体包含一氩气。
3.如权利要求1所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，其中于该前驱物清除步骤的时段中，通入一次惰性气体至该反应室中。
4.如权利要求3所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，其中于该前驱物清除步骤的时段开始时通入该惰性气体，并伴随抽气将反应室中残留的该前驱物及其副产物移除，并于该前驱物清除步骤的时段结束之前停止通入该惰性气体，持续抽气至该前驱物清除步骤的时段结束。
5.如权利要求3所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，其中于该前驱物清除步骤的时段开始时反应室先抽气，再通入惰性气体伴随抽气将反应室中残留的该前驱物及其副产物移除直到该前驱物清除步骤的时段结束。
6.如权利要求3所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，其中于该前驱物清除步骤的时段开始时反应室先抽气，再通入该惰性气体并伴随抽气将反应室中残留的该前驱物及其副产物移除，并于该前驱物清除步骤的时段结束之前停止通入该惰性气体，持续抽气至该前驱物清除步骤的时段结束。
7.如权利要求3所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，其中通入该惰性气体的时间与未通入惰性气体的时间相等或不相等。
8.如权利要求1所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，其中于该前驱物清除步骤的时段中，非连续地通入多次该惰性气体至该反应室中。
9.如权利要求8所述原子层沉积工艺的前驱物清除方法，其中每次通入该惰性气体的时间相等或不相等。
10.如权利要求8所述原子层沉积工艺的前驱物清除方法，其中每次通入该惰性气体的间隔时间相等或不相等。
11.如权利要求1所述原子层沉积工艺的前驱物的清除方法，还包含于该前驱物清除步骤的时段结束后，即结束该原子层沉积工艺。
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