CN113604794A - 改良的半导体沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种改良的半导体沉积方法，包含提供一沉积机台，该沉积机台包含一腔体与一管路相互连接，将一第一晶片放入该腔体内，并进行一管路清洁步骤，其中该管路清洁步骤包含:通过关闭多个阀开关以截断该管路与该腔体之间的路径，以及从该管路通入一气体，使该气体沿着该管路的一第一路径移动。接下来，对该第一晶片进行一沉积步骤，以沉积一第一材料层于该第一晶片表面，其中该沉积步骤包含:通过开启多个阀开关以连通该管路与该腔体之间的路径，以及使该气体沿着该管路的一第二路径移动至该腔体内。

Description

改良的半导体沉积方法
技术领域
本发明涉及半导体制作工艺领域，尤其是涉及一种改良的半导体沉积方法，可以降低沉积步骤中杂质堆积在管壁内的机率。
背景技术
沉积是半导体制作工艺中相当常见的步骤。沉积步骤可以形成各种材料层在基底或目标层上，以形成各种半导体堆叠结构。
其中，化学气相沉积(CVD)是将含有材料成分的气体经由管路后通入腔体内，以将材料沉积在目标基底上。然而，含有材料成分的气体在通过管路时，材料粒子或是杂质等可能会逐渐地沉积在管壁内，经过一段时间积累后将可能会导致沉积在管壁的材料粒子或杂质脱落造成产品良率缺陷或沉积材料不均匀的问题。
因此，需要一种方法可以降低上述问题发生机率，以提高半导体制作工艺的良率。
发明内容
本发明提供一种改良的半导体沉积方法，包含提供一沉积机台，该沉积机台包含一腔体与一管路相互连接，将一第一晶片放入该腔体内，并进行一管路清洁步骤，其中该管路清洁步骤包含:通过关闭多个阀开关以截断该管路与该腔体之间的路径，以及从该管路通入一气体，使该气体沿着该管路的一第一路径移动。接下来，对该第一晶片进行一沉积步骤，以沉积一第一材料层于该第一晶片表面，其中该沉积步骤包含:通过开启多个阀开关以连通该管路与该腔体之间的路径，以及使该气体沿着该管路的一第二路径移动至该腔体内。
现有的技术中，若不是在沉积步骤进行时，管路内就没有气体通过，这导致气体中的材料分子很容易沉积在管壁内造成堆积污染等问题。本发明的特征在于，除了在沉积步骤以外的其他制作工艺空档(包含预沉积步骤、调整参数而暂停沉积步骤、或是更换晶片时)通过切换阀开关，让不含有材料分子的载体气体持续流过管路，如此一来管路内就不容易沉积有材料分子，可以省去大量的清洁时间。本发明可以提高制作工艺良率并且增进制作工艺效率，且本发明也与现有的制作工艺相容。
附图说明
图1为本发明第一优选实施例，在一预沉积步骤阶段进行管路清洁步骤的示意图；
图2为本发明第一优选实施例，进行一沉积步骤的示意图；
图3为本发明另一实施例，在一沉积材料更换阶段进行管路清洁步骤的示意图；
图4为本发明另一实施例，进行一沉积步骤的示意图；
图5为本发明另一实施例，在一晶片更换阶段进行管路清洁步骤的示意图。
主要元件符号说明
10:管路
20:腔体
30:材料槽
40A:阀开关
40B:阀开关
40C:阀开关
40D:阀开关
40E:阀开关
50:第一材料层
60:第二材料层
100:沉积机台
A:载体气体
B:沉积气体
C:管路清洁步骤
D:沉积步骤
E:出口
H:加热步骤(预沉积步骤)
P1:第一路径
P2:第二路径
W1:第一晶片
W2:第二晶片
具体实施方式
为使熟悉本发明所属技术领域的一般技术者能更进一步了解本发明，下文特列举本发明的优选实施例，并配合所附的附图，详细说明本发明的构成内容及所欲达成的功效。
为了方便说明，本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其详细的比例可依照设计的需求进行调整。在文中所描述对于图形中相对元件的上下关系，在本领域的人都应能理解其是指物件的相对位置而言，因此都可以翻转而呈现相同的构件，此都应同属本说明书所揭露的范围，在此容先叙明。
图1绘示根据本发明第一优选实施例，在一预沉积步骤阶段进行管路清洁步骤的示意图，图2绘示根据本发明第一优选实施例，进行一沉积步骤的示意图。请一并参考图1与图2，首先本发明提供一沉积机台100，沉积机台100主要包含有一管路10以及连接管路10的一腔体20，其中腔体20用来放置晶片(例如图1中的第一晶片W1)于其中，并且将含有材料成分的气体通过管路10后导入腔体20内，以在第一晶片W1上沉积材料层。
一般技术中，载体气体A从管路10的入口处进入，通过一材料槽30后到达腔体20内，其中材料槽30内含有预定要沉积的材料分子(可能也是气体状态)，因此当载体气体A通过材料槽30之后将会变成含有材料成分的沉积气体B，沉积气体B进入腔体20，以在第一晶片W1上沉积材料层。
然而，由于沉积气体B含有材料成分，因此在通过管路10时，可能会让材料成分沉积在管路内壁，可能造成污染、沉积不均、部分阻塞等问题。
在现有技术中，每隔一段时间就需要将沉积机台暂停运作，并且进行管路的清洁，以避免上述问题的产生。然而进行该清洁步骤将会拉长总制作工艺时间，不利于提高制作工艺效率。
因此本发明提供一种改良半导体的沉积方法，如图1所示，在沉积机台100内放置第一晶片W1之后，且在还未开始沉积步骤之前的一些其他步骤(例如在腔体内进行抽真空、加热等步骤)的同时进行管路清洁步骤。上述加热或抽真空等步骤在本发明中可称为预沉积步骤，代表正式沉积步骤之前的其他步骤。在现有技术中，进行预沉积步骤时，管路内并不需要通过气体，因此材料分子在静止时较可能沉淀于管路内壁。而本发明中，请参考图1，在进行预沉积步骤时(以进行加热步骤H为例)，通过控制多个阀开关(例如阀开关40A、40B、40C、40D、40E)，隔绝管路10与腔体20之间的连通路径，让载体气体A沿着一第一路径P1行进，其中第一路径P1不经过材料槽30与腔体20，而是从管路10的一出口E流出。也就是说，预沉积步骤时，管路10内仍持续通过载体气体A。本发明中，将载体气体A流经第一路径P1，并从出口E流出的步骤称为管路清洁步骤C。与现有技术相比，即使在非沉积的步骤中也持续让载体气体A(也就是不含有材料分子的载体气体)在管路内流动，因此可以降低材料分子在气体管路内沉淀的可能性。
接着如图2所示，进行沉积步骤D，其中沉积步骤D包含:通过切换多个阀开关(例如阀开关40A、40B、40C、40D、40E)，让管路10与腔体20之间的相互连通，并让载体气体A沿着第二路径P2行进，其中第二路径P2经由材料槽30后转换成沉积气体B并到达腔体20内，对第一晶片W1进行沉积，并且在第一晶片W1上形成一第一材料层50。
在此定义本实施例中各个阀开关的位置，如图1与图2所示，阀开关40A连接材料槽30的入口、阀开关40B连接材料槽30的出口、阀开关40C连接位于材料槽30旁的管路支线、阀开关40D连接腔体、阀开关40E连接管路的出口。当气体沿着第一路径P1行进时，代表阀开关40C、40E开启(即可让气体流过)，而阀开关40A、40B、40D则关闭(即不可让气体流过)。另一方面，当气体沿着第二路径P2行进时，代表阀开关40C、40E关闭，而阀开关40A、40B、40D则开启。
本实施例中，材料槽30内所包含有的材料分子例如为五(二甲氨)钽(pentakis(dimethylamino)tantalum，PDMAT)，也等于第一材料层50所包含的物质以及沉积气体B所包含有的物质。但可理解的是，材料槽30内可以包含有其他合适的材料气体，而不以此处所述的PDMAT为限制。
本实施例中，载体气体A例如为惰性气体，包含氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)等，本实施例以氩气(Ar)为例，但不限于此。在通过管路10时，气体的流量较佳大于500sccm，但本发明不限于此。
由于第一路径P1与第二路径P2共用一部分的管路10(也就是第一路径P1与第二路径P2有一部分重叠)，因此在进行管路清洁步骤C时可以让管路内壁持续保持气体流动，降低材料分子沉淀的可能性。
在本发明的其他实施例中，除了在预沉积步骤时同时进行管路清洁步骤C以外，也可以在其他非沉积步骤的时机进行管路清洁步骤C。举例来说，材料层沉积过程中，因调整参数而暂停沉积时可以进行管路清洁步骤；或是当晶片上需要沉积多层材料层时，可以在更换材料的空档进行管路清洁步骤；或是当一晶片沉积完成需要进行下一片晶片的沉积步骤之间的空档，也可以进行管路清洁步骤。
图3绘示根据本发明另一实施例，在一沉积材料更换阶段进行管路清洁步骤的示意图。如图3所示，第一晶片W1上经过沉积步骤D之后，已经形成第一材料层50。此时可以进行管路清洁步骤C，包含如上图1所示的，调整多个阀开关40A～40E，让载体气体A行经第一路径P1从出口E流出等步骤。
接着如图4所示，再次进行沉积步骤D，将第二材料层60沉积在第一晶片W1上。本实施例中，第二材料层60与第一材料层50包含不同材质。沉积步骤D与上述图2所述类似，可以更换材料槽30内所包含的材料，来改变沉积物质。也就是说，根据图3与图4所示，可以在更换沉积材料的空档进行管路清洁步骤。
在本发明的其他实施例中，也可以在第一材料层50的沉积过程中进行暂停，然后调整沉积参数后(例如温度、压力等)继续沉积第一材料层50。在上述暂停的空档也可以同时进行管路清洁步骤C，上述特征也属于本发明的涵盖范围内。
图5绘示根据本发明另一实施例，在一晶片更换阶段进行管路清洁步骤的示意图。如图5所示，当第一晶片W1上的材料层已经沉积完成，可以更换另一片晶片(例如第二晶片W2)到腔体20内进行沉积步骤，例如同样沉积第一材料层50在第二晶片W2表面。在更换晶片的空档也可以同步进行上述管路清洁步骤C，上述特征也属于本发明的涵盖范围内。
根据以上说明书与附图，本发明提供一种改良的半导体沉积方法，包含提供一沉积机台100，沉积机台100包含一腔体20与一管路10相互连接，将一第一晶片W1放入腔体20内，并进行一管路清洁步骤C，其中管路清洁步骤C包含:通过关闭多个阀开关40A、40B、40D以截断管路10与腔体20之间的路径，以及从管路10通入一气体(载体气体A)，使气体A沿着管路10的一第一路径P1移动，以及对第一晶片W1进行一沉积步骤D，以沉积一第一材料层50于第一晶片W1表面，其中沉积步骤D包含:通过开启多个阀开关40A、40B、40D以连通管路10与腔体20之间的路径，以及使气体A沿着管路的一第二路径P2移动至腔体20内。
在本发明的一些实施例中，其中当气体A沿着第一路径移动P1时，气体A不包含有与第一材料层50相同的成分。
在本发明的一些实施例中，当气体沿着第二路径P2移动时，沉积气体B包含有与第一材料层相同的成分。
在本发明的一些实施例中，还包含将一第二晶片W2放入腔体20中，并进行沉积步骤D，以沉积第一材料层50于第二晶片W2表面。
在本发明的一些实施例中，其中在沉积第一材料层50于第一晶片表面W1与沉积第一材料层50于第二晶片W2表面之间的步骤中，进行管路清洁步骤C。
在本发明的一些实施例中，在第一晶片W1送至腔体20后并且沉积第一材料层50于第一晶片W1表面之前，进行一预沉积步骤，并同时进行管路清洁步骤。
在本发明的一些实施例中，其中预沉积步骤包含一抽真空步骤以及一加热步骤。
在本发明的一些实施例中，其中气体包含有惰性气体。
在本发明的一些实施例中，其中气体的流量为大于500sccm。
在本发明的一些实施例中，其中第一材料层50包含有五(二甲氨)钽(pentakis(dimethylamino)tantalum，PDMAT)。
在本发明的一些实施例中，其中还包含有一材料槽30，材料槽中包含有PDMAT的气体，且第二路径P2通过材料槽。
在本发明的一些实施例中，其中第一路径不通过材料槽。
在本发明的一些实施例中，其中第一路径P1与第二路径P2共用一部分的管路。
在本发明的一些实施例中，其中还包含在沉积第一材料层50于第一晶片W1上之后，对第一晶片W1沉积一第二材料层60。
在本发明的一些实施例中，其中在第一材料层50沉积完，且在沉积第二材料层60之前，还包含进行管路清洁步骤C。
在本发明的一些实施例中，其中还包含在沉积一部分的第一材料层50于第一晶片W1上之后，暂停沉积步骤，并调整沉积步骤的参数，然后继续进行沉积步骤，继续沉积第一材料层50于第一晶片W1上。
在本发明的一些实施例中，其中在暂停沉积步骤的过程中，同时进行管路清洁步骤。
现有的技术中，若不是在沉积步骤进行时，管路内就没有气体通过，这导致气体中的材料分子很容易沉积在管壁内造成堆积污染等问题。本发明的特征在于，除了在沉积步骤以外的其他制作工艺空档(包含预沉积步骤、调整参数而暂停沉积步骤、或是更换晶片时)通过切换阀开关，让不含有材料分子的载体气体持续流过管路，如此一来管路内就不容易沉积有材料分子，可以省去大量的清洁时间。本发明可以提高制作工艺良率并且增进制作工艺效率，且本发明也与现有的制作工艺相容。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1.一种改良的半导体沉积方法，包含:
提供沉积机台，该沉积机台包含腔体与管路相互连接；
将第一晶片放入该腔体内，并进行管路清洁步骤，其中该管路清洁步骤包含:
通过关闭多个阀开关以截断该管路与该腔体之间的路径；以及
从该管路通入气体，使该气体沿着该管路的第一路径移动；以及
对该第一晶片进行沉积步骤，以沉积第一材料层于该第一晶片表面，其中该沉积步骤包含:
通过开启多个阀开关以连通该管路与该腔体之间的路径；以及使该气体沿着该管路的第二路径移动至该腔体内。
2.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中当该气体沿着该第一路径移动时，该气体不包含有与该第一材料层相同的成分。
3.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中当该气体沿着该第二路径移动时，该气体包含有与该第一材料层相同的成分。
4.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，还包含将第二晶片放入该腔体中，并进行该沉积步骤，以沉积该第一材料层于该第二晶片表面。
5.如权利要求4所述的改良的半导体沉积方法，其中在沉积该第一材料层于该第一晶片表面与沉积该第一材料层于该第二晶片表面之间的步骤中，进行该管路清洁步骤。
6.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，在该第一晶片送至该腔体后并且沉积该第一材料层于该第一晶片表面之前，进行预沉积步骤，并同时进行该管路清洁步骤。
7.如权利要求6所述的改良的半导体沉积方法，其中该预沉积步骤包含抽真空步骤以及加热步骤。
8.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中该气体包含有惰性气体。
9.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中该气体的流量为大于500sccm。
10.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中该第一材料层包含有五(二甲氨)钽(pentakis(dimethylamino)tantalum，PDMAT)。
11.如权利要求10所述的改良的半导体沉积方法，其中还包含有材料槽，该材料槽中包含有该PDMAT的气体，且该第二路径通过该材料槽。
12.如权利要求11所述的改良的半导体沉积方法，其中该第一路径不通过该材料槽。
13.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中该第一路径与该第二路径共用一部分的该管路。
14.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中还包含:
在沉积该第一材料层于该第一晶片上之后，对该第一晶片沉积第二材料层。
15.如权利要求14所述的改良的半导体沉积方法，其中在该第一材料层沉积完，且在沉积该第二材料层之前，还包含进行该管路清洁步骤。
16.如权利要求1所述的改良的半导体沉积方法，其中还包含:
在沉积一部分的该第一材料层于该第一晶片上之后，暂停该沉积步骤，并调整该沉积步骤的参数，然后继续进行该沉积步骤，沉积该第一材料层于该第一晶片上。
17.如权利要求16所述的改良的半导体沉积方法，其中在暂停该沉积步骤的过程中，同时进行该管路清洁步骤。
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