TW201618215A - 用於在一基板上成長二元、三元及四元材料之方法與系統 - Google Patents

用於在一基板上成長二元、三元及四元材料之方法與系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供在基板上形成材料之方法及系統。方法態樣涉及複數種蒸氣反應物之受控引入至沈積室中，而於基板上形成具有均勻表面粗糙度、仿形度、厚度及組成的材料。系統態樣包括蒸氣進給組件、蒸氣分佈組件、容納組件、及經組態以操作系統來實施方法的控制器。

Description

用於在一基板上成長二元、三元及四元材料之方法與系統
複雜的多元素薄膜廣泛應用於先進計算裝置中，用於記憶體及資料儲存。該等材料的兩個實例為用於STTRMA之磁電阻材料、及用於相變記憶體應用的硫屬玻璃材料。相變記憶體係用於下一代不變性記憶體技術之其中一種最具前景的解決方案。
相變記憶體操作取決於硫屬材料以受控及可逆方式經歷結構轉變而自非晶形轉變為晶形的能力。包含GeSbTe組成物的硫屬玻璃材料通常係使用濺鍍及/或物理氣相沈積(PVD)技術製得。然而，隨著裝置尺寸持續縮小，使用該等技術生長的薄膜無法再滿足記憶體應用所需的材料性質，諸如，均勻的組成、表面粗糙度、製程再現性、及填隙能力。本文揭示的方法及系統解決了此等及其他需求。
提供在基板上形成材料之方法及系統。方法態樣涉及複數種蒸氣反應物之受控引入至沈積室中，而於基板上形成具有均勻表面粗糙度、仿形度、厚度及組成的材料。系統態樣包括蒸氣進給組件、蒸氣分佈組件、容納組件、及經組態以操作系統來實施方法的控制器。
10‧‧‧液體處理組件
20‧‧‧蒸氣進給系統
21‧‧‧液體流量控制器
22‧‧‧載氣組件
23‧‧‧汽化器
24‧‧‧吹淨氣體組件
25‧‧‧閥
26‧‧‧連接管線
30‧‧‧反應物氣體輸入組件
31‧‧‧連接管線
40‧‧‧蒸氣分佈系統組件
41‧‧‧連接管線
43‧‧‧室
44‧‧‧連接管線
45‧‧‧噴嘴
50‧‧‧容納組件
51‧‧‧吹淨氣體組件
53‧‧‧氣體注射孔口
54‧‧‧(容納組件)內壁
55‧‧‧吹淨氣體分佈管線
56‧‧‧預反應空間
60‧‧‧基板支撐組件
61‧‧‧支撐柱
62‧‧‧平坦部分
63‧‧‧基板
70‧‧‧外部容納組件
71‧‧‧真空出口
圖1顯示可使用所屬系統及方法執行的實例製程順序的示意圖。
圖2顯示包括液體處理組件、蒸氣進給組件、蒸氣分佈組件、容納組件、及基板支撐組件之系統的示意圖。
圖3顯示包括液體處理組件、蒸氣進給組件、蒸氣分佈組件、具有沿垂直方向向內傾斜之壁的容納組件、及基板支撐組件之系統的示意圖。
圖4顯示包括液體處理組件、蒸氣進給組件、蒸氣分佈組件、具有沿垂直方向向外傾斜之壁的容納組件、及基板支撐組件之系統的示意圖。
圖5顯示具有圓形形狀之蒸氣分佈組件、具有圓形形狀之容納組件、及具有圓形形狀之基板支撐組件的頂示意圖。
圖6顯示具有圓形形狀之蒸氣分佈組件、具有方形形狀之容納組件、及具有圓形形狀之基板支撐組件的頂示意圖。
圖7顯示具有方形形狀之蒸氣分佈組件、具有方形形狀之容納組件、及具有方形形狀之基板支撐組件的頂示意圖。
圖8顯示具有方形形狀之蒸氣分佈組件、具有圓形形狀之容納組件、及具有方形形狀之基板支撐組件的頂示意圖。
圖9顯示包括蒸氣分佈組件、具有垂直(非傾斜)壁之容納組件、及基板支撐組件之系統的透視立體圖。
圖10A顯示自使用所屬方法製備得之基板、或晶圓之中心收集得的表面粗糙度資料的示意圖。
圖10B顯示自使用所屬方法製備得之基板、或晶圓之 邊緣位置收集得的表面粗糙度資料的示意圖。
圖11顯示自富Sb GST材料及富Te GST材料獲得的切換速度資料。
圖12以板A、B顯示使用所屬方法所產生材料之薄膜的放大影像。
圖13顯示使用所屬方法所產生材料之薄膜的掃描電子顯微鏡影像。插圖顯示於各指示位置處之Sb、Te及Ge的原子百分比。
提供在基板上形成材料之方法及系統。方法態樣涉及複數種蒸氣反應物之受控引入至沈積室中，而於基板上形成具有均勻表面粗糙度、仿形度、厚度及組成的材料。系統態樣包括蒸氣進給組件、蒸氣分佈組件、容納組件、及經組態以操作系統來實施方法的控制器。
在更詳細描述本發明之前，應明瞭，本發明並不受限於所描述的特定具體例，因此其當然可變化。亦應明瞭，文中所用之術語僅係用於描述特定具體例，而不意欲為限制性，因本發明之範疇將僅受限於隨附申請專利範圍。
當提供數值範圍時，應明瞭除非前後文清楚地另作指示，否則本發明涵蓋在該範圍之上限與下限之間的各中間值至下限單位的十分位及在該陳述範圍內之任何其他陳述或中間值。此等較小範圍的上限及下限可獨立地包括在較小範圍內且亦涵蓋於本發明內，受到所述範圍內之任何經明確排除的限值。在陳述範圍包括一或兩個該等限值的情況，本發明亦包括排除該等包含限值之任一 或兩者的範圍。
本文呈現的某些範圍在數值之前前置有術語「約」。本文使用術語「約」來提供對其所前置之確切數字、以及接近或近似該術語所前置數字之數字的字面支持。在確定一數字是否接近或近似一經明確引述數字時，該接近或近似的未經引述數字可係在其經提出之情況中，提供該經明確引述數字之實質等效的數字。
除非另外定義，否則文中使用之所有技術及科學術語皆具有如熟悉本發明所屬技藝人士一般明瞭的相同含意。雖然在實施或測試本發明時亦可使用任何與文中所述者相似或相當的方法及材料，但現描述代表性的說明方法及材料。
將本說明書中引述的所有公開案及專利以引用的方式併入本文，如同各個別公開案或專利經明確及個別地指示為以引用的方式併入本文般，且以引用的方式併入本文，以結合該等公開案所引述者揭示及描述方法及/或材料。任何公開案的引述係針對其在申請日期前的揭示內容，而不應將其解釋為承認本發明由於先前發明而無權早於該公開案。此外，所提供的公開日期可不同於可能需要獨立確認的實際公開日期。
應注意，如本文所用及於隨附申請專利範圍中，除非前後文清楚地另作指示，否則單數形式「一」、「一個」、及「該」仍包括複數個指示物。另外應注意，申請專利範圍可經指定以排除任何可選元素。因此，此陳述意欲作為結合請求元素之引述使用諸如「單獨地」、「僅」等等之排除術語、或使用「負面」限制的先行基礎。
如熟悉技藝人士在閱讀本揭示內容後所當明瞭，文中 描述及說明之各個別具體例具有離散的組件及特徵，其可輕易地與任何其他若干具體例的特徵分開或組合，而不脫離本發明之範疇或精神。任何引述方法可以引述事件的順序或以任何其他邏輯上可能的順序進行。
方法：
可使用根據本發明具體例之方法，利用類似原子層沈積(ALD)及/或化學氣相沈積(CVD)的沈積製程及順序，在基板上形成材料。所屬方法提供複數種蒸氣反應物之受控引入至反應室中，在基板上形成材料。當使用所屬系統執行時，如本文所述之方法導致在基板上形成薄膜，其中，該薄膜具有有利的特徵，諸如，跨越基板(例如，在基板上的中心位置處，以及，在基板上的邊緣位置處)的均勻表面粗糙度、仿形度、厚度及/或組成。
在一些具體例中，使用所屬方法以在基板上產生薄膜，其中，該薄膜具有跨越基板的均勻表面粗糙度。所謂「表面粗糙度」意指該表面與其理想形態之垂直偏差的定量。文中稱為「Ra」之表面粗糙度的一種量度，可計算為在一定表面積上收集得之絕對值的算術平均值。在一些具體例中，根據所屬方法製得之薄膜在基板之中心部分處計算得之表面粗糙度值Ra，與在基板之邊緣部分處計算得之表面粗糙度值Ra為至少約90%、諸如95%、諸如96%、諸如97%、諸如98%、諸如99%、諸如99.5%、諸如99.9%、諸如100%相同。所謂基板的「中心部分」意指位在基板中心周圍10毫米半徑內的基板部分。所謂基板的「邊緣部分」意指位在距基板之外部邊緣小於10毫米的基板部分。
在一些具體例中，使用所屬方法以在基板上產生薄 膜，其中，該薄膜具有跨越基板的均勻仿形度。本文所用之術語「仿形度」或「仿形」意指薄膜在形態不均勻的界面上具有均勻厚度。在一些具體例中，根據所屬方法製得之薄膜在基板之中心部分處的仿形度值，與在基板之邊緣部分處之仿形度值為至少約90%、諸如95%、諸如96%、諸如97%、諸如98%、諸如99%、諸如99.5%、諸如99.9%、諸如100%相同。所謂基板的「中心部分」意指位在基板中心周圍10毫米半徑內的基板部分。所謂基板的「邊緣部分」意指位在距基板之外部邊緣小於10毫米的基板部分。
在一些具體例中，使用所屬方法以在基板上產生薄膜，其中，該薄膜具有跨越基板的均勻厚度。所謂「厚度」意指在薄膜下表面與薄膜上表面之間的距離。在一些具體例中，根據所屬方法製得之薄膜在基板之中心部分處的厚度，與在基板之邊緣部分處之厚度為至少約90%、諸如95%、諸如96%、諸如97%、諸如98%、諸如99%、諸如99.5%、諸如99.9%、諸如100%相同。所謂基板的「中心部分」意指位在基板中心周圍10毫米半徑內的基板部分。所謂基板的「邊緣部分」意指位在距基板之外部邊緣小於10毫米的基板部分。
在一些具體例中，使用所屬方法來在基板上產生薄膜，其中，該薄膜具有跨越基板的均勻組成。所謂「組成」意指膜中各組分的原子百分比。在一些具體例中，根據所屬方法製得之薄膜在基板之中心部分處的組成，與在基板之邊緣部分處之厚度為至少約90%、諸如95%、諸如96%、諸如97%、諸如98%、諸如99%、諸如99.5%、諸如99.9%，諸如100%相同。所謂基板的「中心部分」意指位在基板中心周圍10毫米半徑內的基板部分。所謂基板的「邊 緣部分」意指位在距基板之外部邊緣小於10毫米的基板部分。
在一些具體例中，根據所屬方法製得之薄膜具有在基板之形態上不同的表面特徵上的均勻組成。舉例來說，在一些具體例中，沈積於基板之表面特徵(諸如，基板上之溝渠)上的膜在沿表面特徵的複數個位置處具有均勻組成。在一些具體例中，根據所屬方法製得之薄膜具有在沿表面特徵之複數個位置中之各者處至少約90%、諸如95%、諸如96%、諸如97%、諸如98%、諸如99%、諸如99.5%、諸如99.9%、諸如100%相同的組成。
方法態樣包括將基板置於基板支撐組件上，以及，將基板支撐組件定位於容納組件內部，如下文進一步說明。應明瞭，如本文所用之術語「基板」包括絕緣體上矽(SOI)或藍寶石上矽(SOS)技術、經摻雜及未經摻雜的半導體、藉由基礎半導體基座支撐之矽的磊晶層、及其他半導體結構。此外，當在以下說明中提及「基板」時，已可利用先前的製程步驟以在基礎半導體結構或基座中形成區域或接面。一旦將基板定位於容納組件內，則方法態樣包括：經由使第一蒸氣反應物通過蒸氣分佈組件，將第一蒸氣反應物引入至基板上方的預反應空間中，亦進一步描述於下文。一旦將第一蒸氣反應物引入至預反應空間中，則使其在預反應空間中維持於第一組條件下，以與基板接觸並反應。
根據方法具體例之反應條件包括各蒸氣反應物的受控分壓。在一些具體例中，將蒸氣反應物引入至反應室中，並建立在0.001至4托耳(Torr)範圍內的分壓，諸如0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5或3托耳。在一些具體例中，蒸氣反應物係於反應室中維持在自50至700℃範圍內的溫度下，諸如75、100、150、 200、250、300、350、400、450、500、550、600或650℃。
方法態樣進一步包括：經由使第二蒸氣反應物通過蒸氣分佈系統，將第二蒸氣反應物引入至預反應空間中，並調節預反應空間中之壓力值，使得，在預反應空間中在少於1秒內建立在目標分壓下的第二蒸氣反應物。一旦在預反應空間內建立在目標分壓下的第二蒸氣反應物，則使其在預反應空間中維持於第二組條件下，以與基板接觸並反應。根據本發明具體例之方法導致：在基板上產生在基板上的中心位置與基板上的邊緣位置之間具有均勻表面粗糙度、仿形度、厚度及/或組成的材料(例如，薄膜)。
在一些具體例中，方法進一步包括：經由使第三反應物通過蒸氣分佈系統，將第三蒸氣反應物引入至預反應空間中，並調節預反應空間中之壓力值，使得，在預反應空間中在少於1秒內建立在目標分壓下的第三蒸氣反應物。一旦在預反應空間內建立在目標分壓下的第三蒸氣反應物，則使其在預反應空間中維持於第三組條件下，以與基板接觸並反應。
在一些具體例中，方法進一步包括：經由使第四反應物通過蒸氣分佈系統，將第四蒸氣反應物引入至預反應空間中，並調節預反應空間中之壓力值，使得，在預反應空間中在少於1秒內建立在目標分壓下的第四蒸氣反應物。一旦在預反應空間內建立在目標分壓下的第四蒸氣反應物，則使其在預反應空間中維持於第四組條件下，以與基板接觸並反應。
在一些具體例中，蒸氣反應物包括單一種組分，而在一些具體例中，蒸氣反應物包括兩種或更多種組分之混合物，而且，方法態樣包括在相對於蒸氣分佈組件的不同位置處混合或組合 蒸氣反應物之兩種或更多種組分，如進一步說明於下文。在一些具體例中，在將蒸氣反應物引入至蒸氣分佈組件中之前，將蒸氣反應物之兩種或更多種組分混合在一起。在一些具體例中，使蒸氣反應物之兩種或更多種組分在進入預反應空間中之前，在蒸氣分佈組件內混合在一起。在該等具體例中，蒸氣反應物之兩種或更多種組分可在蒸氣分佈組件內的室中混合。在一些具體例中，蒸氣反應物之兩種或更多種組分係在該兩種或更多種組分已通過蒸氣分佈組件之後混合在一起。在該等具體例中，蒸氣反應物之兩種或更多種組分在通過蒸氣分佈組件時保持分離，且在基板上方的預反應空間中混合在一起。
在一些具體例中，蒸氣反應物包括兩種或更多種組分，諸如，三種或更多種組分、諸如四種組分，其任一者可如前所述地混合在一起，例如，在進入蒸氣分佈組件之前、在蒸氣分佈組件內(例如，在蒸氣分佈組件中的室內)、或在預反應空間中(例如，在通過蒸氣分佈組件後)。
方法態樣包括：如前所述，將蒸氣反應物引入至預反應空間中，以與基板接觸並反應，而於基板上形成材料。在一些具體例中，方法包括：如前所述，將一或多種蒸氣反應物，諸如，兩種或更多種蒸氣反應物、諸如三種或更多種蒸氣反應物、諸如四種蒸氣反應物，引入至預反應空間中，以與基板接觸並反應。
在一些具體例中，將第一蒸氣反應物引入至預反應空間中，然後，在將第二蒸氣反應物引入至預反應空間之前，完全地自預反應空間移除。在一些具體例中，同時將第一蒸氣反應物及第二蒸氣反應物引入至預反應空間中。在一些具體例中，在第一時間 將第一蒸氣反應物引入至預反應空間中，及以交錯方式將第二蒸氣反應物引入至預反應空間中，使得，第一蒸氣反應物係在第一時間引入，及第二蒸氣反應物係在第二個稍後的時間、但在第一蒸氣反應物已自預反應空間移除之前引入。在該等具體例中，在重疊的時段內，例如，重疊的滯留時間，第一蒸氣反應物及第二蒸氣反應物皆存在於預反應空間中。在一些具體例中，在引入第一蒸氣反應物與引入第二蒸氣反應物至預反應空間之間的時間，係在自10毫秒(ms)、直至20毫秒、直至30毫秒、直至40毫秒、直至50毫秒、直至60毫秒、直至70毫秒、直至80毫秒、直至90毫秒、直至100毫秒、直至150毫秒、直至200毫秒、直至250毫秒、直至300毫秒、直至350毫秒、直至400毫秒、直至450毫秒、直至500毫秒、直至550毫秒、直至600毫秒、直至650毫秒、直至700毫秒、直至750毫秒、直至800毫秒、直至850毫秒、直至900毫秒、直至950毫秒、或直至1秒或以上之範圍內。在一些具體例中，第一及第二蒸氣反應物皆存在於預反應空間中的重疊時段，係在自100毫秒、直至200毫秒、直至300毫秒、直至400毫秒、直至500毫秒、直至600毫秒、直至700毫秒、直至800毫秒、直至900毫秒、直至1秒、直至1.5秒、直至2秒、直至2.5秒、直至3秒、直至3.5秒、直至4秒、直至4.5秒、或直至5秒或以上之範圍內。
在所屬方法及系統中可利用任何適當的蒸氣反應物及/或其液體或蒸氣前體。在一些具體例中，蒸氣反應物包括但不限於：鍺(Ge，原子序32)、銻(Sb，原子序51)、碲(Te，原子序52)、氮(N，原子序7)、碳(C，原子序6)、鋁(Al，原子序13)、硼(B，原子序5)、矽(Si，原子序14)、鎵(Ga，原子序31)、銦(In，原子序 49)、砷(As，原子序33)、磷(P，原子序15)、鉍(Bi，原子序83)及錫(Sn，原子序50)。
在一些具體例中，蒸氣反應物及/或其液體或蒸氣前體，在室溫及大氣壓力下可係固體、液體、或氣體。若該等前體在室溫及大氣壓力下係呈固體或液體形式，則該等前體可在引入至反應室之前經汽化。前體的汽化可藉由未詳細描述於文中的習知技術完成。該等前體可於市面購得或可使用習知技術合成而得。
在一些具體例中，方法包括：將反應物氣體引入至預反應空間中。在一些具體例中，在引入一或多種蒸氣反應物之前，先將反應物氣體引入至預反應空間中。在一些具體例中，在將蒸氣反應物引入至預反應空間的同時，將反應物氣體恆定地遞送至預反應空間。在一些具體例中，在將反應物氣體引入至預反應空間之前，將蒸氣反應物自預反應空間移除。反應物氣體包括但不限於：氨(NH3)、氫氣(H2)、氧氣(O2)、水(H2O)及臭氧氣體(O3)。
在一些具體例中，方法包括：將吹淨氣體引入至預反應空間中。在一些具體例中，在已將蒸氣反應物引入至預反應空間中而自預反應空間移除蒸氣反應物後，將吹淨氣體引入至預反應空間中。吹淨氣體包括但不限於：惰性氣體，諸如，氮(N2)、氬(Ar)、氦(He)、氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)，或其他雖然不為惰性但在所屬反應條件下行為如同惰性的氣體。
在一些方法具體例中，調節預反應空間內之壓力值包括：調節通過位在容納組件上之氣體注射孔口之吹淨氣體的流率，如進一步說明於下文。可使用任何適當的吹淨氣體流率以達成期望結果。在一些具體例中，通過氣體注射孔口之吹淨氣體的流率係在 10至10,000標準立方公分每分鐘(sccm)之範圍內，諸如，100、200、300、400、500、600、700、800或900sccm。
在一些具體例中，方法包括：將吹淨氣體流自氣體注射孔口引導至介於容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間的空間中，以調節預反應空間內之壓力值。在某些具體例中，方法包括：調整一或多個氣體注射孔口之遞送角度，以調整吹淨氣體進入基板支撐組件與容納組件間之空間中的角度。在某些具體例中，調整氣體注射孔口，以提供相對於基板支撐組件之平面在5至85度範圍內的遞送角度，諸如，30至60度，諸如45度。在一些具體例中，氣體注射孔口的遞送角度係固定的(即無法調整)，因此，方法包括：調節吹淨氣體通過氣體注射孔口之流率，但不包括調整氣體注射孔口的遞送角度。
在一些具體例中，調節預反應空間內之壓力包括：使基板支撐組件在垂直方向上移動。在一些具體例中，方法包括：升高基板支撐組件，以減小基板上方之預反應空間的體積。在其他具體例中，方法包括：降低基板支撐組件，以增加基板上方之預反應空間的體積。在一些具體例中，方法包括：升高及降低基板支撐組件之組合，以達到供不同部分之沈積順序用之期望體積的預反應空間。舉例來說，在一些具體例中，方法包括：在將第一蒸氣反應物引入至預反應空間中的同時，升高基板支撐組件，以減小基板上方之預反應空間的體積，然後，在將第二蒸氣反應物引入至系統中的同時，降低基板支撐組件，以增加基板上方之預反應空間的體積。
在一些方法具體例中，在將蒸氣反應物引入至預反應空間中之前，使基板支撐組件在垂直方向上移動。在一些方法具體 例中，在將蒸氣反應物引入至預反應空間中之後，使基板支撐組件在垂直方向上移動。在某些方法具體例中，在將蒸氣反應物引入至預反應空間中的同時，使基板支撐組件在垂直方向上移動。
在一些具體例中，方法包括：調節基板支撐組件之溫度。在一些具體例中，視需要，增加或降低基板支撐組件之溫度，以達成期望的反應條件。舉例來說，可將基板支撐組件之溫度調整至自50至700℃範圍內之溫度，諸如，100、200、300、400、500或600℃。
在一些具體例中，方法包括：使基板支撐組件繞中心軸旋轉。在一些具體例中，在將蒸氣反應物、反應物氣體或吹淨氣體引入至預反應空間中的同時，基板支撐組件繞中心軸旋轉。可利用任何適當的旋轉速率，以達成基板所需的反應條件。在一些具體例中，旋轉速率係在1至50轉每分鐘(RPM)之範圍內，諸如，10至20RPM。
在一些具體例中，方法包括：調節蒸氣分佈組件之溫度。在一些具體例中，視需要，增加或降低蒸氣分佈組件之溫度，以達成期望的反應條件。舉例來說，可將蒸氣分佈組件之溫度調整至自50至300℃範圍內之溫度，諸如，100、150、200或250℃。
在一些具體例中，方法包括：調節容納組件之溫度。在一些具體例中，視需要，增加或降低容納組件之溫度，以達成期望的反應條件。舉例來說，可將容納組件之溫度調整至自50至500℃範圍內之溫度，諸如，100至400℃。
在一些具體例中，方法包括：調節預反應空間之溫度。在一些具體例中，視需要，增加或降低預反應空間之溫度，以 達成期望的反應條件。舉例來說，可將預反應空間之溫度調整至自50至700℃範圍內之溫度，諸如，100、200、300、400、500、或600℃。
在一些具體例中，方法包括：調節預反應空間內之壓力值。舉例來說，在一些具體例中，方法包括：降低預反應空間內之壓力，以產生真空。在一些具體例中，方法包括：將預反應空間內之壓力提高至目標壓力值。在一些具體例中，方法包括：將預反應空間內之壓力值調節為自10-1托耳直至102托耳，諸如，2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90或95托耳。
現參照圖1，描繪可使用所屬方法實施的四種不同沈積順序。第一種沈積順序(稱為順序1)顯示一ALD順序，其中，將第一蒸氣反應物引入至反應室中以與基板反應，及將第一蒸氣反應物的任何未反應部分自室中移除。接下來，將第二蒸氣反應物引入至反應室中以與基板反應，及將第二蒸氣反應物的任何未反應部分自反應室中移除。接下來，將第三蒸氣反應物引入至反應室中以與基板反應，及將第三蒸氣反應物的任何未反應部分自反應室中移除。最後，將第四蒸氣反應物引入至反應室中以與基板反應，及將第四蒸氣反應物的任何未反應部分自反應室中移除。在自反應室移除第四蒸氣反應物後，可藉由再次將各蒸氣反應物依序引入至反應室中來重複製程。此製程的結果係在基板上依序形成材料的薄膜。
第二種沈積順序(稱為順序2)顯示一CVD順序，其中，將第一及第二蒸氣反應物同時引入至反應室中以與基板反應。在其與基板反應後，將第一及第二蒸氣反應物兩者自反應室中移 除。接下來，將第三及第四蒸氣反應物同時引入至反應室中以與基板反應。在其與基板反應後，將第三及第四蒸氣反應物自反應室中移除。在自室中移除第三及第四蒸氣反應物後，可藉由以依序方式將相同的蒸氣反應物對引入至反應室中以與基板反應而重複製程。此製程的結果係在基板上依序形成材料的薄膜。
第三種沈積順序(稱為順序3)描繪一製程，其中，在整個沈積製程中將兩種蒸氣反應物在反應室中維持於恆定值下，及在沈積製程的不同階段將另外兩種蒸氣反應物引入至反應室中且自反應室移除。在順序3開始時，將第一、第二、第三及第四蒸氣反應物同時引入至反應室中以與基板反應。在一段指定時間後，將第一及第二蒸氣反應物自反應室中吹淨，同時，將第三及第四蒸氣反應物在反應室內維持於恆定值下以繼續與基板反應。接下來，將任何殘留量的第三及第四蒸氣反應物自反應室移除，且經由將第一、第二、第三及第四蒸氣反應物引入至反應室中以重複製程。在一段指定時間後，將第一及第二蒸氣反應物自反應室中移除，同時，將第三及第四蒸氣反應物在反應室內維持於恆定值下以繼續與基板反應。此製程的結果係在基板上依序形成材料的薄膜。
第四種沈積順序描繪一ALD/CVD混合型製程，其中，嚴密控制各蒸氣反應物引入至反應室中的時刻，以致各蒸氣反應物在一指定的滯留時間內存在於反應室中。在將各蒸氣反應物交錯引入至反應室中後，將所有蒸氣反應物自反應室移除，且重複製程。此製程導致在基板上形成材料的薄膜。
以下特徵尤其相關。
此方法，其中，第一蒸氣反應物包括兩種或更多種組分之混合 物。
此方法，其中，在將第一蒸氣反應物引入至蒸氣分佈組件之前，將第一蒸氣反應物中之兩種或更多種組分混合在一起。
此方法，其中，將第一蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在蒸氣分佈組件內混合在一起。
此方法，其中，將第一蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在基板上方的預反應空間中混合在一起。
此方法，其中，第二蒸氣反應物包括兩種或更多種組分之混合物。
此方法，其中，在將第二蒸氣反應物引入至蒸氣分佈組件之前，將第二蒸氣反應物中之兩種或更多種組分混合在一起。
此方法，其中，將第二蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在蒸氣分佈組件內混合在一起。
此方法，其中，將第二蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在基板上方的預反應空間中混合在一起。
此方法，其中，在將第二蒸氣反應物引入至預反應空間中之前，將該第一蒸氣反應物完全地自預反應空間中移除。
此方法，其中，第一及第二蒸氣反應物在一目標滯留時間內同時存在於預反應空間中。
此方法，其中，調節預反應空間內之壓力值，包括：調節吹淨氣體通過容納組件上之氣體注射孔口的流率。
此方法，其中，諸氣體注射孔口係經調適而將吹淨氣體以一定角度注射至介於容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間的空間中。
此方法，其中，調節預反應空間內之壓力值，包括：使基板支撐組件在垂直方向上移動。
此方法，包括：調節基板支撐組件之溫度。
此方法，包括：使基板支撐組件繞中心軸旋轉。
此方法，包括：調節蒸氣分佈組件之溫度。
此方法，包括：調節預反應空間之溫度。
此方法，包括：將反應物氣體引入至預反應空間中；及使基板與反應物氣體接觸。
此方法，包括：經由使第三蒸氣反應物通過蒸氣分佈系統，以將第三蒸氣反應物引入至預反應空間中；調節預反應空間中之壓力值，使得，在預反應空間中在少於1秒內建立在目標分壓下的第三蒸氣反應物；及使第三蒸氣反應物在預反應空間中維持於第三組條件下，以使第三蒸氣反應物與基板反應。
此方法，其中，第三蒸氣反應物包括兩種或更多種組分之混合物。
此方法，其中，在將第三蒸氣反應物引入至蒸氣分佈組件之前，將第三蒸氣反應物中之兩種或更多種組分混合在一起。
此方法，其中，將第三蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在蒸氣分佈組件內混合在一起。
此方法，其中，將第三蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在基板上方的預反應空間中混合在一起。
此方法，其中，在將第三蒸氣反應物引入至預反應空間中之前，將第二蒸氣反應物完全地自預反應空間中移除。
此方法，其中，第二及第三蒸氣反應物在一目標滯留時間內同時存在於預反應空間中。
此方法，包括：經由使第四蒸氣反應物通過蒸氣分佈系統，以將第四蒸氣反應物引入至預反應空間中；調節預反應空間中之壓力值，使得，在預反應空間中在少於1秒內建立在目標分壓下的第四蒸氣反應物；及使第四蒸氣反應物在預反應空間中維持於第四組條件下，以使第四蒸氣反應物與基板反應。
此方法，其中，第四蒸氣反應物包括兩種或更多種組分之混合物。
此方法，其中，在將第四蒸氣反應物引入至蒸氣分佈組件之前，將第四蒸氣反應物中之兩種或更多種組分混合在一起。
此方法，其中，將第四蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在蒸氣分佈組件內混合在一起。
此方法，其中，將第四蒸氣反應物中之兩種或更多種組分在基板上方的預反應空間中混合在一起。
此方法，其中，在將第四蒸氣反應物引入至預反應空間中之前，將第三蒸氣反應物完全地自預反應空間中移除。
此方法，其中，第三及第四蒸氣反應物在一目標滯留時間內同時存在於預反應空間中。
此方法，包括：在將蒸氣反應物引入至預反應空間中之前，調 整基板支撐組件的垂直位置。
此方法，包括：在將蒸氣反應物引入至預反應空間中的同時，調整基板支撐組件的垂直位置。
此方法，包括：在將蒸氣反應物自預反應空間移除之前，調整基板支撐組件的垂直位置。
此方法，包括，在將蒸氣反應物自預反應空間移除的同時，調整基板支撐組件的垂直位置。
其材料，其中，該材料在基板之中心部分處的表面粗糙度Ra，與在基板之邊緣部分處的表面粗糙度Ra至少95%相同。
其材料，其中，該材料在基板之中心部分處的仿形度值，與在基板之邊緣部分處的仿形度值至少95%相同。
其材料，其中，該材料在基板之中心部分處的厚度，與在基板之邊緣部分處的厚度至少95%相同。
其材料，其中，該材料在基板之中心部分處的組成，與在基板之邊緣部分處的組成至少95%相同。
系統：
本發明之態樣包括：經組態或調適以實施該等方法的系統，例如，如前所述者。在一些具體例中，其系統包括：經組態以接收一或多個蒸氣輸入並將呈蒸氣反應物形式之蒸氣輸入引入至預反應空間中的蒸氣分佈組件。在一些具體例中，蒸氣分佈組件係經組態，以在將蒸氣反應物引入至預反應空間之前，混合或組合蒸氣反應物的兩種或更多種組分。
在一些具體例中，蒸氣分佈組件包括複數個室，諸如，一、二、三或四個室。蒸氣分佈組件之具體例之室的體積，係 在2.5至25立方英吋範圍內，諸如，10至15立方英吋。蒸氣分佈組件中之各室係與複數個蒸氣輸入中之各者呈流體相連，如進一步說明於下文。在一些具體例中，在室與蒸氣輸入之間的連接包括閥，亦如進一步說明於下文。在一些具體例中，蒸氣分佈組件之各室係與複數個經組態成將蒸氣反應物引入至預反應空間中的噴嘴呈流體相連。在一些具體例中，蒸氣分佈組件包括範圍自10至1500、諸如自100至1200的噴嘴數量。
在一些具體例中，蒸氣分佈組件上的複數個噴嘴係以一分佈圖案配置。蒸氣分佈組件之具體例的分佈圖案，包括噴嘴的均勻及/或不均勻間隔。在一些具體例中，噴嘴係成列及行地均勻間隔，以形成分佈圖案。在一些具體例中，噴嘴係以徑向定向的列均勻間隔，以形成分佈圖案。在一些具體例中，某些噴嘴可群集成一或多個群，而其他噴嘴可均勻地分佈。可利用噴嘴間距的任何適當組合，以達成期望的分佈圖案。在一些具體例中，蒸氣分佈組件中複數個室之各者係與不同組的噴嘴呈流體相連，其中，各組噴嘴可以特定的分佈圖案配置。
本發明具體例之蒸氣分佈組件當自上方觀看時，可具有任何適當形狀，諸如，方形、矩形、圓形、橢圓形、或六邊形。在一些具體例中，蒸氣分佈組件包括：可移除地偶合至蒸氣分佈組件的面板。在該等具體例中，當自上方觀看時，該面板可具有任何適當形狀，諸如，方形、矩形、圓形、橢圓形、或六邊形。在一些具體例中，該面板可具有與蒸氣分佈組件相同的形狀，而在一些具體例中，該面板之形狀可不同於蒸氣分佈組件之形狀。在一些具體例中，該面板係經組態以附接至蒸氣分佈組件，且與蒸氣分佈組件 呈流體相連，以致蒸氣反應物可自蒸氣分佈組件通過適當的連接件流入至面板中。在該等具體例中，可利用不同面板來改變蒸氣分佈組件的噴嘴分佈圖案。
在一些具體例中，蒸氣分佈組件包括：複數個經組態以控制蒸氣反應物或氣體之流動的閥。本發明具體例之閥係經組態以藉由適當的控制器以電子方式控制，諸如，可在適當時間尺度控制閥之活動的可程式化邏輯控制器(PLC)。在一些具體例中，閥可以10毫秒或更小的時間尺度控制。舉例來說，在一些具體例中，蒸氣分佈組件包括：藉由PLC控制且經組態以藉由根據來自PLC之指令開啟及關閉而執行指定沈積順序的複數個閥。
本發明具體例之蒸氣分佈組件係經設置以形成預反應空間之頂壁、或天花板，如進一步說明於文中。在一些具體例中，蒸氣分佈組件係與基板支撐組件對置，即，設置於基板支撐組件上方，使得蒸氣分佈組件之噴嘴指向基板支撐組件。
在一些具體例中，其系統包括：含有複數個蒸氣輸入管線的蒸氣進給組件。蒸氣進給組件中之各蒸氣輸入管線係經由包括閥的連接件而與蒸氣分佈組件呈流體相連。在一些具體例中，各蒸氣輸入管線包括與吹淨氣體管線的流體連接，其中，其連接件包括閥。在一些具體例中，各蒸氣輸入管線包括與載氣管線的流體連接，其中，其連接件包括閥。各蒸氣輸入管線包括經組態以自液體處理系統汽化液體輸入的汽化器，如進一步說明於下文。如前所述，蒸氣進給組件之具體例的閥係經組態以藉由PLC控制，且回應於來自PLC的指令。
在一些具體例中，蒸氣進給組件中之各蒸氣輸入管 線，係藉由包括閥的連接管線而流體連接至蒸氣進給組件中之其他蒸氣輸入管線中之各者。因此，蒸氣輸入管線中之任何一或多者可與任何其他蒸氣輸入管線組合，以在蒸氣輸入到達蒸氣分佈組件之前組合兩或更多個蒸氣輸入。在一些具體例中，蒸氣進給組件與蒸氣分佈組件之間的連接管線，包括：經組態以將蒸氣反應物加熱至足夠高而可將蒸氣反應物維持於蒸氣相、同時足夠低而不會導致不期望反應或分解之溫度的加熱組件。在一些具體例中，加熱組件係經組態以將蒸氣反應物加熱至介於50至300℃範圍內之溫度，諸如，100、150、200或250℃。
如前所述，本發明之態樣包括：經組態以將一或多種蒸氣反應物收容在基板上方之預反應空間中的容納組件。在一些具體例中，容納組件係附接至蒸氣分佈組件，且在基板支撐組件周圍形成圍欄，如進一步說明於下文。在一些具體例中，容納組件包括：界定預反應空間之外部尺寸的內壁，且亦包括外壁。容納組件之內壁與外壁間的距離界定容納組件之厚度。
在一些具體例中，容納組件的厚度在垂直方向上變化。舉例來說，在一些具體例中，容納組件的內壁係傾斜或成角度，使得容納組件的厚度在垂直方向上改變。在一些具體例中，容納組件的厚度在垂直方向上增加，而在一些具體例中，容納組件的厚度在垂直方向上減小。在一些具體例中，容納組件的厚度在垂直方向上維持恆定，例如，厚度不在垂直方向上改變。容納組件之厚度的任何改變會影響預反應空間的尺寸。舉例來說，當容納組件的厚度在垂直方向上增加時，預反應空間的尺寸在垂直方向上減小。當容納組件的厚度在垂直方向上減小時，預反應空間的尺寸在垂直方向 上增加。在某些具體例中，容納組件包括：可移除地偶合至容納組件之內壁及/或預反應空間之天花板、且經組態以調節容納組件之厚度的結構。舉例來說，在一些具體例中，容納組件包括：可移除地附接至容納組件之內壁上部及天花板、且使容納組件之厚度於垂直方向上增加的環形環結構。
在一些具體例中，由容納組件之內壁、蒸氣分佈組件、及基板支撐組件所形成之預反應空間或製程區的體積，係在80至165立方英吋範圍內，諸如，100至150立方英吋。
在一些具體例中，容納組件之內壁係設置在遠離基板支撐組件之外部邊緣的距離處，從而形成間隙。在一些具體例中，間隙之尺寸係在0.1至5毫米範圍內，諸如，2至3毫米。當使基板支撐組件於垂直方向上移動時，間隙的尺寸可視容納組件之幾何形體(即，視容納組件之厚度，及容納組件之厚度如何於垂直方向上改變)而增加、減小或維持恆定。
在一些具體例中，容納組件包括：設置於容納組件之內壁上且經組態以將吹淨氣體注入至在容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間之間隙、或空間中的複數個氣體注射孔口。在一些具體例中，氣體注射孔口之直徑在0.1至3毫米範圍內，諸如，0.5、1、1.5、2或2.5毫米。在一些具體例中，氣體注射孔口係經組態來以在100至20,000sccm範圍內之流率注射吹淨氣體，諸如，500、1,000、2,000、3,000、4,000、5,000、6,000、7,000、8,000、9,000、10,000、11,000、12,000、13,000、14,000、15,000、16,000、17,000、18,000或19,000sccm。
在一些具體例中，氣體注射孔口係經組態為可調整， 以致可調整吹淨氣體注射至間隙中之遞送角度，且其可相對於基板支撐組件之平面在5至85度範圍內，諸如，30至60度、諸如45度。在一些具體例中，氣體注射孔口之遞送角度係固定的(即，無法調整)。
在一些具體例中，設置於容納組件之內壁上之氣體注射孔口的數目係在6至60範圍內，諸如，10至20。在一些具體例中，氣體注射孔口係沿容納組件之內壁均勻地間隔，而在一些具體例中，至少一些氣體注射孔口可不均勻地間隔或聚集在一起。
在一些具體例中，容納組件可包含：經組態來調節容納組件之溫度的加熱元件。在一些具體例中，加熱元件係經組態以將容納組件之溫度調節至介於50至400℃範圍內之溫度，諸如，100、150、200、250、300、或350℃。
如前所述，本發明之態樣包括：經組態以將基板支撐於反應室內的基板支撐組件。在一些具體例中，基板支撐組件包括：經組態以支撐基板的平坦部分，以及，經組態以使基板支撐組件在垂直方向上移動並使基板支撐組件繞一中心、垂直軸旋轉的支撐柱。在一些具體例中，基板支撐組件包括：靜電夾頭、機械夾頭及/或其他基板固持裝置。對於欲加熱基板的某些操作，基板支撐組件可包括：經組態以將基板加熱至50至700℃範圍內之溫度(諸如，100、200、300、400、500、或600℃)的加熱器(諸如，加熱板)。
在一些具體例中，所屬系統亦包括：包圍容納組件及基板支撐組件以形成環繞反應室之密閉系統的外部容納組件。在一些具體例中，外部容納組件包括：經組態以連接至真空泵的真空出口。
在某些具體例中，該等方法可在經裝備用於原子層沈積(ALD)或化學氣相沈積(CVD)反應之室中實施。在一些具體例中，文中描述之系統的各種組件係由適當材料(包括但不限於：鋁、氧化鋁、及/或任何其他適當材料或其組合)製成。在一些具體例中，反應室可包括至少一個電漿源，諸如RF電漿源。可將一或多個任何適當的電漿源與所屬系統及方法結合使用。
在一些具體例中，此系統可包括此技藝中熟知之輔助組件，包括但不限於：載氣組件、吹淨氣體組件、液體處理組件(包括：含有一或多個推送氣體及相關組件及/或汽化器及相關組件的液體處理組件)，以及，真空泵及相關組件。
所屬系統的額外組件包括但不限於：控制器(例如，質量流量控制器(MFC))、壓力注射器/壓力控制組件、閥及閥控制器、處理器、包括用於執行如本文所述之一或多個方法之指令的電腦可讀媒體、及使用者介面(諸如，例如，經組態以接收來自使用者之輸入及/或向使用者展示數據或其他資訊的圖形使用者介面(GUI))。
在一些具體例中，本發明之態樣包括：經組態或調適來控制或操作所屬系統之一或多個組件的控制器、處理器及電腦可讀媒體。在一些具體例中，此系統包括：如本文所述與系統之一或多個組件通訊且經組態以控制系統之態樣及/或執行所屬系統之一或多個操作或功能的控制器。在一些具體例中，此系統包括：處理器及電腦可讀媒體，其可包括記憶媒體及/或儲存媒體。經具體化為電腦可讀記憶體上之電腦可讀指令的應用及/或操作系統，可藉由處理器而執行，以提供文中所述的一些或全部功能。
在一些具體例中，此系統包括：經調適或組態以接收來自使用者之輸入、並執行如文中所述之一或多個方法的使用者介面，諸如，圖形使用者介面(GUI)。在一些具體例中，GUI係經組態來向使用者展示數據或資訊。
現參照圖2，描繪所屬系統之一具體例。液體處理組件10將液體反應物前體傳遞至蒸氣進給系統20。所描繪的液體處理組件10包括：經組態以將液體傳遞至蒸氣進給組件20的液體化學槽、或儲槽、以及推送氣體組件。蒸氣進給組件20包括液體流量控制器21及載氣組件22。蒸氣進給組件20亦包括：將液體前體汽化形成蒸氣反應物的汽化器23。蒸氣進給組件20亦包括：吹淨氣體組件24，以及，連接系統各個部分的若干閥25。連接管線26連接各個蒸氣反應物輸入，使得，一或多種蒸氣反應物可在進入蒸氣分佈系統40之前組合。
所描繪系統進一步包括：經組態以經由連接管線31將反應物氣體遞送至預反應空間56的反應物氣體輸入組件30。反應物氣體組件包括：控制反應物氣體之流入至預反應空間56中的閥25。
所描繪系統進一步包括蒸氣分佈組件40，其包括：將各蒸氣反應物輸入連接至蒸氣分佈系統40內之各個室43的複數個連接管線41。各連接管線41包括閥25。各個室43包括：連接室43與預反應空間56的複數個連接管線44。於蒸氣分佈組件的表面上存在複數個噴嘴45。
所描繪系統進一步包括：界定預反應空間56的容納組件50。容納組件50包括：包含閥25的吹淨氣體組件51。吹淨 氣體組件包括：將吹淨氣體遞送至位在容納組件50之內壁54上之氣體注射孔口53的吹淨氣體分佈管線55。
所描繪系統進一步包括基板支撐組件60，其包含：支撐柱61、及經組態以支撐基板63的平坦部分62。所描繪具體例亦包括外部容納組件70，其包含：經組態以與真空泵連接的真空出口71。
現參照圖3，描繪所屬系統之具體例，其中，容納組件50具有在垂直方向上向內傾斜的內壁54。因此，當基板支撐組件60朝蒸氣分佈組件40移動時，基板63上方之預反應空間56的外部尺寸減小。此外，當基板支撐組件60朝蒸氣分佈組件40升高時，在基板支撐組件60之平坦部分62之外部邊緣與容納組件50之內壁54之間之間隙或空間的尺寸減小。
現參照圖4，描繪所屬系統之具體例，其中，容納組件50具有在垂直方向上向外傾斜的內壁54。因此，當基板支撐組件60朝蒸氣分佈組件40移動時，基板63上方之預反應空間56的外部尺寸增加。此外，當基板支撐組件60朝蒸氣分佈組件40升高時，在基板支撐組件60之平坦部分62之外部邊緣與容納組件50之內壁54之間之間隙或空間的尺寸增加。
現參照圖5，提供所屬系統之具體例的頂視圖。在此具體例中，當自上方觀看時，容納組件50及外部容納組件70的形狀皆為圓形。當自上方觀看時，基板支撐組件60包括形狀亦為圓形的平坦部分62。當自上方觀看時，基板63的形狀亦為圓形。在所描繪具體例中，噴嘴45係在基板63上方以放射狀分佈圖案配置。
現參照圖6，提供所屬系統之具體例的頂視圖。在此 具體例中，當自上方觀看時，容納組件50及外部容納組件70的形狀皆為方形。當自上方觀看時，基板支撐組件60包括形狀為圓形的平坦部分62。當自上方觀看時，基板63的形狀亦為圓形。在所描繪具體例中，噴嘴45係在基板63上方以放射狀分佈圖案配置。
現參照圖7，提供所屬系統之具體例的頂視圖。在此具體例中，當自上方觀看時，容納組件50及外部容納組件70的形狀皆為方形。當自上方觀看時，基板支撐組件60包括形狀亦為方形的平坦部分62。當自上方觀看時，基板63的形狀亦為方形。在所描繪具體例中，噴嘴45係在基板63上方以均勻分隔列配置。
現參照圖8，提供所屬系統之一具體例的頂視圖。在此具體例中，當自上方觀看時，容納組件50及外部容納組件70的形狀皆為圓形。當自上方觀看時，基板支撐組件60包括形狀為方形的平坦部分62。當自上方觀看時，基板63的形狀亦為方形。在所描繪具體例中，噴嘴45係在基板63上方以均勻分隔列配置。
圖9係所屬系統之具體例的透視圖。可看見蒸氣分佈組件40、容納組件50、基板支撐組件60及外部容納組件70之間的關係。
圖10A顯示已使用所屬方法及系統加工之基板、或晶圓之中心部分的影像。所得薄膜於基板中心處的表面粗糙度Ra為0.538奈米。亦顯示視角及光入射角(light angle)。圖10B顯示圖10A中描述之相同基板之邊緣部分的影像。所得薄膜於基板邊緣部分處的表面粗糙度Ra為0.535奈米。亦顯示視角及光入射角。結果顯示，表面粗糙度Ra在基板中心處及在基板邊緣部分處幾近相同，顯示可使用所屬方法及系統，在基板上產生跨越基板之整個表 面具有均勻表面粗糙度的薄膜。
圖11係顯示使用所屬方法及系統產生之富Te GST膜及富Sb GST膜之切換速度的圖。結果顯示，富Sb膜達成17奈秒(ns)的極快速切換時間，而富Te膜亦達成40奈秒的快速切換時間。
圖12，板a及b顯示使用所屬方法及系統產生之富Sb GST膜的影像。板a顯示具有多個溝渠之基板，且顯示GST膜在溝渠上具有良好仿形度。板b顯示具有多個溝渠之基板，且顯示GST膜達成100%填隙。
圖13顯示使用所屬系統及方法產生之薄膜的電子顯微照片影像。顯示已形成於TiN基板上的GST膜。基板包含溝渠、或凹陷，而且，GST膜已成功地填補溝渠。插圖顯示GST膜之各組分的原子百分比在基板表面上的指示位置處以及在溝渠內的各個位置處幾近恆定。此結果顯示，使用所屬方法及系統產生之GST膜達成均勻組成、厚度及填隙能力。
實施例：
如可由以上提供之揭示內容所明瞭，本揭示內容具有相當多樣的應用。因此，以下實施例係經陳述以向熟悉技藝人士提供完整揭示內容及如何完成及使用本發明的說明，且不意欲限制本發明者視為其發明的範疇，且不意欲表示以下實驗係全部或唯一進行的實驗。熟悉技藝人士當可輕易知曉可經改變或修改以產生基本上類似結果的各種非關鍵參數。因此，以下實施例係經提出以向熟悉技藝人士提供完整揭示內容及如何完成及使用本發明的說明，且不意欲限制本發明者視為其發明的範疇，且不意欲表示以下實驗係全部或唯一進行的實驗。已努力確保關於所使用數字(例如，量、 尺寸等)的正確性，但應考量一些實驗誤差及偏差。
實施例1：使用具有毫秒速度控制之汽化器的SbTe特異性共注射以形成不同類型的SbTe膜
將分別呈Sb(NMe)3及Te(tBu)形式之Sb及Te液體前體各自遞送至個別的汽化器，並汽化形成含有Sb及Te的蒸氣反應物。使用快速控制系統，在20至100毫秒內釋放0.1至1克的各液體前體，以形成蒸氣反應物。使用載氣以將Sb及Te蒸氣反應物遞送至處於真空中的反應室中，其中，Sb及Te反應物與作為共反應物氣體的NH3組合。NH3經恆定地遞送至反應室中以與Sb及Te蒸氣反應物反應，從而導致形成SbTe膜。蒸氣反應物係作為注射脈衝引入至反應室中，於反應室中在少於1秒內達到目標分壓。可視需要藉由通過位於容納組件內壁上之氣體注射孔口注射吹淨氣體，以將一或多種蒸氣反應物自反應室移除。
膜的SbTe組成(即，膜內Sb及Te的原子百分比)，係藉由脈衝數目、各注射器的開啟時間、及/或在固定的製程時間期間自各前體之液體來源槽的推送壓力而控制。在第一種情況中，將Sb及Te的匹配注射脈衝共同注射至反應室中，從而導致膜中之等組成的Sb及Te。在第二種情況中，先將Sb及Te的匹配注射脈衝共同注射至反應室中，再接著兩個Te的離散注射脈衝。在第三種情況中，先將Sb及Te的匹配注射脈衝共同注射至反應室中，再接著兩個Sb的離散注射脈衝。在第四種情況中，將Sb及Te的交替注射脈衝注射至反應室中，其中，第一個注射脈衝係Sb，第二個注射脈衝係Te，第三個注射脈衝係Sb，及第四個注射脈衝係Te。在第五種情況中，使Sb及Te的匹配注射脈衝與Te的注射脈衝交 錯，其中，第一個注射係Sb及Te的匹配注射脈衝，第二個注射脈衝係Te，第三個注射脈衝係Sb及Te的匹配注射脈衝，第四個注射脈衝係Te，及第五個注射脈衝係Sb及Te的匹配注射脈衝。
由上述五種情況製得之膜的Sb及Te組成，顯示可使用製程順序以嚴密控制薄膜中各材料的相對量。此外，薄膜的性質(包括：仿形度、填隙、厚度及表面粗糙度)在基板的整個表面(包括：基板的中心部分及基板的邊緣部分)上係均勻的。
實施例2：使用具有毫秒速度控制之汽化器的GST特異性共注射以形成GST膜
將Sb、Te及Ge液體前體各自遞送至個別的汽化器，並汽化形成Sb、Te及Ge蒸氣反應物。使用快速控制系統來在20至100毫秒內釋放0.1至1克的各液體前體，以形成蒸氣反應物。使用載氣來將Sb、Te及Ge蒸氣反應物遞送至處於真空中的反應室中，其中，Sb、Te及Ge反應物與作為共反應物氣體的NH3組合。蒸氣反應物係作為注射脈衝引入至反應室中，於反應室中在少於1秒內達到目標分壓。可藉由通過位於容納組件內壁上之氣體注射孔口注射吹淨氣體，以將一或多種蒸氣或氣體反應物自反應室移除。
NH3係經恆定地遞送至反應室中，以與Sb、Te及Ge蒸氣反應物反應，從而導致形成GST膜。膜的組成(即，膜內Ge、Sb及Te的原子百分比)，係藉由脈衝數目、各注射器的開啟時間、及/或在固定的製程時間期間自各前體之液體來源槽的推送壓力而控制。在第一種情況中，將Ge、Sb及Te的匹配注射脈衝共同注射至反應室中，從而導致膜中之等組成的Ge、Sb及Te。在第二種情況中，先將Sb及Te的匹配注射脈衝共同注射至反應室中，再接 著兩個Ge的離散注射脈衝。在第三種情況中，將Ge、Sb及Te的交替注射脈衝注射至反應室中，其中，第一個注射脈衝係Ge，第二個注射脈衝係Sb，及第三個注射脈衝係Te。在第四種情況中，使Sb及Te的匹配共注射脈衝與Ge的注射脈衝交錯，其中，第一個注射係Sb及Te的匹配注射脈衝，第二個注射脈衝係Ge，第三個注射脈衝係Sb及Te的匹配注射脈衝，第四個注射脈衝係Ge，及第五個注射脈衝係Sb及Te的匹配注射脈衝。
由上述情況製得之膜的Ge、Sb及Te組成，顯示可使用製程順序以嚴密控制形成於基板上薄膜中各材料的相對量。此外，薄膜的性質(包括：仿形度、填隙、厚度及表面粗糙度)在基板的整個表面(包括：基板的中心部分及基板的邊緣部分)上係均勻的。
實施例3：製造高品質GST膜之方法
先使用以上實施例1中描述的SbTe共注射技術，將厚度介於5至10埃間的SbTe薄膜沈積於基板上。接著，使用反應室之徹底的Ar吹淨，以將任何過量反應物自室移除。接著，將含Ge液體前體遞送至汽化器，以形成Ge蒸氣反應物。Ge係在指定時段內以介於50至700℃間之製程溫度及介於2至4托耳間之製程壓力，引入至反應室中。接著，用Ar吹淨反應室以移除Ge。接著，在相同反應條件下將NH3氣體引入至反應室中持續一段指定時段。接著，用Ar吹淨反應室以移除NH3。重複引入Ge，然後用Ar吹淨，然後引入NH3，然後用Ar吹淨的連續過程，直至進行n次重複為止。結果係Ge沈積於SbTe薄膜頂部，然後擴散至SbTe薄膜中而形成GST薄膜。接著，可視需要重複沈積SbTe膜，隨後沈積Ge層而向下擴散至SbTe膜中的過程，而於基板表面上形成具 有均勻厚度的GST薄膜。此外，薄膜的性質(包括：仿形度、填隙、厚度及表面粗糙度)在基板的整個表面(包括：基板的中心部分及基板的邊緣部分)上係均勻的。
實施例4：以不同份量混合蒸氣分佈組分對GST膜品質參數的效應
使用以上實施例2中描述的製程來製造GST薄膜。將Sb、Te及Ge液體前體各自遞送至個別的汽化器，並汽化形成Sb、Te及Ge蒸氣反應物。使用快速控制系統，在20至100毫秒內釋放0.1至1克的各液體前體，以形成蒸氣反應物。使用載氣以將Sb、Te及Ge蒸氣反應物遞送至蒸氣分佈組件中。
在第一種情況中，Sb及Te蒸氣輸入在到達蒸氣分佈組件之前經組合，而形成同時包含Sb及Te的單一SbTe蒸氣反應物。Sb及Te蒸氣輸入在通過蒸氣進給組件之連接管線的同時組合，且進入蒸氣分佈組件中。SbTe蒸氣反應物接著通過蒸氣分佈組件且經由通過蒸氣分佈組件之噴嘴，引入至預反應空間中，在此其與基板接觸並反應。
在第二種情況中，Sb及Te蒸氣輸入係藉由將Sb及Te蒸氣輸入兩者引入至蒸氣分佈組件內之相同室中，而於蒸氣分佈組件內組合。Sb及Te蒸氣輸入於室中組合形成SbTe蒸氣反應物，其接著經由通過蒸氣分佈組件之噴嘴而進入預反應空間中，在此其與基板接觸並反應。
在引入SbTe反應物後，將Ge之注射脈衝引入至室中，且維持Ge持續第一時段。接著，用Ar吹淨反應室，以移除任何未反應的Ge。接著，在相同反應條件下將NH3氣體引入至反應室中持續一段指定時段。接著，用Ar吹淨反應室，以移除NH3。 重複引入Ge，然後用Ar吹淨，然後引入NH3，然後用Ar吹淨的連續過程，直至進行n次重複為止。結果係Ge沈積於SbTe薄膜頂部，然後擴散至SbTe薄膜中而形成GST薄膜。接著，可視需要重複沈積SbTe膜、隨後沈積Ge層而向下擴散至SbTe膜中的過程，而於基板表面上形成具有均勻厚度的GST薄膜。此外，薄膜的性質(包括：仿形度、填隙、厚度及表面粗糙度)在基板的整個表面(包括：基板的中心部分及基板的邊緣部分)上係均勻的。
實施例5：氣體注射速率對GST膜品質參數的效應
使用以上實施例4中描述的製程來製造GST薄膜。反應室係經組態使得容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間的間隙為2毫米。基板支撐組件在整個製程中保持於相同位置(即，未調整基板支撐組件的垂直高度)。調整氣體注射孔口，使得吹淨氣體相對於基板平面的遞送角度為45°。在SbTe蒸氣反應物與基板反應後，經由通過氣體注射孔口以介於100至20,000sccm範圍內之速率將吹淨氣體注入至間隙中，以將SbTe反應物自反應室移除。接著，經由注射脈衝以將Ge反應物引入至反應室中。經由利用氣體注射孔口，將SbTe反應物自反應室移除，且於反應室中在少於1秒內將Ge反應物建立於目標分壓下。
實施例6：預反應空間體積對GST膜品質參數的效應
使用以上實施例4中描述的製程來製造GST薄膜。反應室係經組態使得容納組件之厚度於垂直方向上增加(即，預反應空間的尺寸於垂直方向上減小)。調整氣體注射孔口，使得吹淨氣體相對於基板平面的遞送角度為45°。在SbTe蒸氣反應物與基板反應後，升高基板支撐組件，藉此減小預反應空間之體積。接著， 經由注射脈衝以將Ge反應物引入至反應室中。經由改變基板支撐組件之垂直高度，將SbTe反應物自反應室移除，且於反應室中在少於1秒內將Ge反應物建立於目標分壓下。
實施例7：間隙尺寸對GST膜品質參數的效應
使用以上實施例4中描述的製程來製造GST薄膜。反應室係經組態使得容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間的間隙在0.1至5毫米範圍內。調整氣體注射孔口，使得吹淨氣體相對於基板平面的遞送角度為45°。在SbTe蒸氣反應物與基板反應後，經由通過氣體注射孔口以100sccm之速率將吹淨氣體注入至間隙中，以將SbTe反應物自反應室移除。接著，經由注射脈衝將Ge反應物引入至反應室中。藉由調節在容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間的間隙之尺寸，將SbTe反應物自反應室移除，且於反應室中在少於1秒內將Ge反應物建立於目標分壓下。
雖然前述發明已經由說明及供清楚明瞭用的實施例作相當詳盡地描述，但，熟悉此技藝人士依照本發明之教示當可輕易明瞭可對其進行特定變化及修改，而不脫離隨附申請專利範圍之精神或範疇。
因此，先前僅說明本發明之原理。當明瞭熟悉此技藝人士將可設計各種配置，其儘管未明確說明或顯示於文中，但具體實施本發明之原理且包括於其精神及範疇內。再者，文中引述之所有實例及條件性語言，主要係意欲幫助讀者理解本發明之原理及由本發明人推動技術所提供的概念，且意欲經解釋為不受限於該等經明確引述的實例及條件。此外，文中引述本發明之原理、態樣、及 具體例的所有陳述以及其具體實例，意欲涵蓋其結構及功能性等效物。另外，意欲該等等效物包括當前知曉的等效物及未來發展的等效物，即，任何經發展來執行相同功能的要素，而不管結構為何。因此，本發明之範疇不欲受限於文中所展示及描述的示例性具體例。反之，本發明之範疇及精神係由隨附申請專利範圍來具體化。

Claims (28)

  1. 一種用於在基板上沈積材料之系統，此系統包括：基板支撐組件，具有外部邊緣；蒸氣分佈組件，包括複數個室，其中，各室係與一或多個噴嘴呈流體連接；蒸氣進給組件，包括複數個蒸氣輸入管線，其中，各蒸氣輸入管線係經由包括閥的連接管線而與至少一個其他蒸氣輸入管線呈流體相通，且其中，各蒸氣輸入管線係經由包括閥的連接管線而與蒸氣分佈組件中的各個室呈流體相通；容納組件，具有內壁且界定基板支撐組件上方之預反應空間，其中，該內壁係設置在遠離基板支撐組件之外部邊緣的距離處，且其中，該容納組件包括複數個氣體注射孔口，適於將吹淨氣體注入至容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間的空間中；控制器；處理器；及電腦可讀媒體，包括：由處理器執行時、導致控制器執行下列工作的指令：操作閥且控制經進給至蒸氣輸入管線中之複數個蒸氣輸入中之各者的流率及分壓；及調節預反應空間內之壓力值，使得在預反應空間中在少於1秒內建立在目標分壓下的蒸氣反應物。
  2. 如請求項1之系統，其中，該電腦可讀媒體包括：導致控制器先組合兩或更多種蒸氣輸入、再將蒸氣輸入引入至蒸氣分佈組件中以形成蒸氣反應物的指令。
  3. 如請求項1之系統，其中，該電腦可讀媒體包括：導致控制器在蒸氣分佈組件內組合兩種或更多種蒸氣輸入以形成蒸氣反應物的指令。
  4. 如請求項1之系統，其中，該電腦可讀媒體包括：導致控制器在預反應空間內組合兩種或更多種蒸氣輸入以形成蒸氣反應物的指令。
  5. 如請求項1之系統，其中，該電腦可讀媒體包括：導致控制器調節預反應空間內之壓力值以使得在將第二蒸氣反應物引入至預反應空間中之前、先將第一蒸氣反應物完全地自預反應空間移除的指令。
  6. 如請求項1之系統，其中，該電腦可讀媒體包括：導致控制器調節預反應空間內之壓力值以使得第一及第二蒸氣反應物皆存在於預反應空間內持續一目標滯留時間的指令。
  7. 如請求項1之系統，其中，該電腦可讀媒體包括：導致控制器調節吹淨氣體通過容納組件上之氣體注射孔口之流率的指令。
  8. 如請求項1之系統，其中，在該容納組件之內壁與該基板支撐組件之外部邊緣之間的距離係在0.1至5毫米範圍內。
  9. 如請求項1之系統，其中，該容納組件包括：調節預反應空間於垂直方向上之尺寸的結構。
  10. 如請求項1之系統，其中，該基板支撐組件係經組態成在垂直方向上移動。
  11. 如請求項1之系統，其中，該基板支撐組件係經組態成繞一垂直軸旋轉。
  12. 如請求項1之系統，其中，該基板支撐組件包括：經組態以 調節基板之溫度的溫度控制組件。
  13. 如請求項1之系統，其中，該蒸氣分佈組件包括：經組態以調節蒸氣輸入之溫度的溫度控制組件。
  14. 如請求項1之系統，其中，該容納組件包括：經組態以調節預反應空間之溫度的溫度控制組件。
  15. 如請求項1之系統，其中，該蒸氣分佈組件中之各個室具有在2.5至25立方英吋範圍內之體積。
  16. 如請求項1之系統，其中，噴嘴的數目係在100至1200之範圍內。
  17. 如請求項1之系統，其中，該等噴嘴係以一分佈圖案配置。
  18. 如請求項1之系統，其中，該蒸氣分佈組件包括：其上安裝有該等噴嘴的面板。
  19. 如請求項18之系統，其中，該面板係可移除地偶合至該蒸氣分佈組件。
  20. 如請求項1之系統，其中，該預反應空間的體積係在80至165立方英吋範圍內。
  21. 如請求項1之系統，其中，進一步包括：反應物氣體組件，其係經組態以將反應物氣體引入至預反應空間中。
  22. 如請求項1之系統，其中，進一步包括：液體處理組件，其係經組態以汽化液體且將蒸氣輸入遞送至蒸氣進給組件。
  23. 如請求項1之系統，其中，進一步包括：載氣組件，其係經組態以使一或多種蒸氣移動通過此系統。
  24. 如請求項1之系統，其中，進一步包括：吹淨氣體組件，其係經組態以自此系統的至少一部分吹淨一或多種蒸氣。
  25. 如請求項1之系統，其中，進一步包括：圖形使用者介面，其係經組態以接收一或多個使用者輸入。
  26. 如請求項1之系統，其中，進一步包括：真空泵，其係經組態以自預反應空間移除一或多種蒸氣。
  27. 一種在基板上形成材料之方法，此方法包括：將基板置於具有外部邊緣之基板支撐組件上；將該基板支撐組件設置於容納組件內，其中，該容納組件具有內壁，且界定出基板支撐組件上方之預反應空間，其中，該容納組件之內壁係設置在遠離基板支撐組件之外部邊緣的距離處，且包括適於將吹淨氣體注入至容納組件之內壁與基板支撐組件之外部邊緣之間的空間中的複數個氣體注射孔口；經由使第一蒸氣反應物通過蒸氣分佈組件，將第一蒸氣反應物引入至預反應空間中；使第一蒸氣反應物在預反應空間中維持於第一組條件下，以使第一蒸氣反應物與基板反應；經由使第二蒸氣反應物通過蒸氣分佈系統，將第二蒸氣反應物引入至預反應空間中；調節預反應空間內之壓力值，使得，在預反應空間中在少於1秒內建立在目標分壓下的第二蒸氣反應物；使第二蒸氣反應物在預反應空間中維持於第二組條件下，以使第二蒸氣反應物與基板反應，並於基板上形成材料，其中，形成於基板上之該材料在基板上的中心位置與基板上的邊緣位置之間具有均勻表面粗糙度、仿形度、厚度或組成。
  28. 一種形成於基板上之材料，其中，此材料係依照請求項27之方法所產生。
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