TW201920760A - 用於形成金屬氧化物層的方法及電漿輔助化學氣相沉積裝置 - Google Patents

用於形成金屬氧化物層的方法及電漿輔助化學氣相沉積裝置 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種用於形成高介電金屬氧化物層的方法及裝置。方法包含在將有機金屬化合物及氧化劑連續注入腔室中的同時重複進行電漿關閉週期及電漿開啟週期。一個循環包含一個電漿關閉週期及一個電漿開啟週期。在電漿關閉週期期間，在基板上形成包括有機金屬化合物及複數個原子層的物理及化學吸附層。在電漿開啟週期期間，藉由物理及化學吸附層中的金屬原子及氧化劑中的氧原子的化學反應形成厚度大於兩個原子層的金屬氧化物層。

Description

用於形成金屬氧化物層的方法及電漿輔助化學氣相沉積裝置
本申請主張2017年8月14日向韓國智慧財產局提交之韓國專利申請案No. 10-2017-0103137之優先權及所有權益，其全部內容於本文中併入以作為參考。
本揭露涉及用於形成金屬氧化物層的方法，以及用於形成金屬氧化物層的電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）裝置。
隨著顯示器的解析度增加，像素變得越來越小，並且隨著電容器尺寸的減小，提供可接受的電容逐漸變得更加困難。傳統電容器的介電層包含氧化矽或氮化矽，且通常藉由化學氣相沉積（CVD）方法形成。
使用如氧化鋯（zirconium oxide）、氧化鈦（titanium oxide）或氧化鉿（hafnium oxide）的金屬氧化物層的電容器可比以氧化矽及氮化矽作為介電層者具有更大的介電性。具有高介電性的金屬氧化物層可藉由原子層沉積（ALD）方法形成。
傳統的原子層沉積製程包含用於化學吸附有機金屬化合物於基板上的第一操作；用於去除（滌洗）剩餘的有機金屬化合物的第二操作；用於允許吸附的有機金屬化合物的金屬原子及氧化劑的氧原子進行化學反應以形成金屬氧化物的原子層的第三操作；以及用於去除（滌洗）副產物的第四操作。
上述的第一操作至第四操作構成一個循環，並且重複循環直到獲得所需的薄膜厚度。原子層沉積方法提供優異的薄膜品質，但原子層沉積方法的成膜速率非常慢，例如，每分鐘（min）10埃（Å）至20Å，因此原子層沉積方法可能需要數分鐘，例如數十分鐘，以形成用於顯示器之具有所需厚度的介電層，且原子層沉積方法不利於大量生產。
在背景部分中揭露的上述資訊僅用於增強對所描述技術背景的理解，因此其可能包含不構成對所屬領域中具有通常知識者而言為本國已知的現有技術的資訊。
所描述的技術致力於提供一種用於形成金屬氧化物層的方法以提高成膜速率，以及一種當形成高介電金屬氧化層時用於形成金屬氧化物層的電漿輔助化學氣相沉積裝置。
例示性實施例提供了一種用於形成金屬氧化物層的方法，該方法包含重複進行具有電漿關閉週期及電漿開啟週期的循環，同時將有機金屬化合物及氧化劑連續地注入到腔室中。在電漿關閉週期期間，在基板上形成具有2個或更多原子層的包含有機金屬化合物的物理及化學吸附層。在電漿開啟週期期間，藉由物理及化學吸附層中的金屬原子以及氧化劑中的氧原子的化學反應形成厚度大於兩個原子層的金屬氧化物層。
電漿關閉週期及電漿開啟週期可具有相同的持續時間，以及電漿的強度在電漿開啟週期期間可具有定值。
電漿開啟週期可具有比電漿關閉週期更長的持續時間，以及電漿的強度在電漿開啟週期期間可具有定值。電漿開啟週期可具有與循環次數成比例的更長的持續時間。
電漿關閉週期及電漿開啟週期可具有相同的持續時間，以及在電漿開啟週期期間，電漿的強度可與循環次數成比例地增加。
電漿開啟週期可具有與循環次數的增加成比例地增加的持續時間，以及電漿開啟週期期間的電漿的強度可與循環次數的增加成比例地增加。
有機金屬化合物及氧化劑可藉由分離的管道注入到腔室中，及有機金屬化合物可通過至少一個擴散器並且提供到基板。
實施例提供了用於形成金屬氧化物層的方法，包含進行吸附及穩定化操作以及電漿成膜操作。吸附及穩定化操作包含將有機金屬化合物及氧化劑注入到腔室中，並且在基板上形成具有2個或更多個原子層的包含有機金屬化合物的物理及化學吸附層。電漿成膜操作包含產生電漿以及藉由在物理及化學吸附層中的金屬原子及氧化劑中的氧原子的化學反應形成厚度大於兩個原子層的金屬氧化物層。吸附及穩定化操作以及電漿成膜操作構成一個循環並且重複進行。
有機金屬化合物及氧化劑可通過分離的管道注入到腔室中。有機金屬化合物可通過至少一個擴散器並且可提供到基板。
實施例提供了一種電漿輔助化學氣相沉積裝置，包含：包含底板及側壁，及配置以在內部空間中接收基板的腔室；耦合到腔室的上側並包含金屬的蓋板；電連接到蓋板，及配置以允許藉由控制器控制的開/關操作的高頻電源供應器；用於支撐在腔室中的基板的基板支撐件，該基板支撐件接地；連接到蓋板並配置以將有機金屬化合物供應到腔室中的第一管道；以及連接到側壁並配置以將氧化劑供應到腔室中的第二管道。
高頻電源供應器可配置以藉由控制器交替及重複地打開和關閉，同時有機金屬化合物及氧化劑被連續供應到腔室中。控制器可配置以控制高頻電源供應器的開/關操作、開/關時間以及輸出電壓。
電漿輔助化學氣相沉積裝置可更包含第一擴散器及第二擴散器，第一擴散器及第二擴散器以其間具有一段距離地提供在蓋板及基板之間。第一擴散器可設置成比第二擴散器更靠近蓋板。第一擴散器及第二擴散器可包含金屬，並且第一擴散器及第二擴散器可固定到蓋板以將電流傳導到蓋板。
第一管道可連接到蓋板的中心，以及複數個開孔可提供在第一擴散器中。第一擴散器的每面積的開孔數量可根據與第一管道的距離而不同。
第一擴散器可劃分為與第一管道對齊的中心區域、提供在中心區域外部的中間區域、以及提供在中間區域外部的外部區域。第一擴散器的每面積的開孔數量可在外部區域中為最大以及在中心區域中為最小。複數個開孔可以徑向形式設置。
第二管道可對應於第二擴散器及基板之間的部分而連接到側壁上。複數個第二管道可提供在腔室的周邊方向上。
根據例示性實施例，沒有滌洗操作，兩個操作，即吸附及穩定化操作以及電漿成膜操作構成一個循環，因此一個循環期間短，以及至少兩個原子層薄膜可在每個循環期間形成。因此，與現有的原子層沉積製程相比，成膜速率可增加大於十倍，以及可快速形成高介電金屬氧化物層。
本揭露將參考其中示出了本揭露的例示性實施例之圖式而更充分地描述。如本領域技術人員將認識到的，可以各種不同方式修改所描述的實施例，其全部都不脫離本揭露的精神或範圍。
圖式及描述被認為是說明性質而非限制性，並且在整篇說明書中相似的圖式標記表示相似的元件。
於圖式中所示之每個構造的尺寸及厚度為更易於理解與便於描述而任意的表示，但本發明不以此為限。在圖式中，為清楚起見而誇大了層、膜、面板、區域等的厚度。為了更佳地理解和便於描述，而誇大部分層與區域的厚度。
應當了解的是當像是層、膜、區域或基板的元件被稱為於其他元件「上（on）」時，其係可直接於其他構件上或亦可能出現中間構件。相對的，當一個元件被稱為「直接在」另一個元件「上（directly on）」時，不存在中間元件。
「上（on）」或「上方（above）」意味著位於目標部分上或下，並且不一定意味著位於基於重力方向的目標部分的上側。
除非明確相反地描述，否則文字「包含（comprise）」與其像是「包含（comprises）」或「包含（comprising）」之變形將被理解為其隱含包含所陳述的元件，而不排除任何其他元件。
將理解的是，雖然在此可使用第一、第二、第三等用語描述各種元件、構件、區域、層、及/或部分，但這些元件、構件、區域、層、及/或部分不應該被這些用語所限制。這些用語僅用於分辨一元件、構件、區域、層或部分與另一元件、構件、區域、層或部分。因此，以下討論的第一元件、構件、區域、層、或部分可改稱為第二元件、構件、區域、層、或部分而未脫離本文的教示。
在此所用之用語係僅為描述特定實施例之目的而非意圖為限制。當在此使用時，除非文中另行明確地表示，否則「一（a）」、「一（an）」、「該（the）」等單數型式亦旨在包含涵蓋「至少其一（at least one）」的複數型式。「至少其一（at least one）」不應解釋為限於「一（a）」或「一（an）」。「或（or）」表示「和（and）/或（or）」。當在此使用時，用語「和（and）/或（or）」括關聯列表項目中之一或多個的任意和所有組合。
當在此使用時，「約（About）」或「大約（approximately）」係包含所述值並且表示在以所屬技術領域具有通常知識者考慮到測量問題及與特定量的測量相關的誤差（亦即，測量系統的限制性）時所決定的特定值的偏差的可接受範圍之中。例如，「約（about）」可表示在所述值的一或多個標準偏差之中或在所述值的± 30%、20%、10%、5%之中。
除非另有定義，否則本文所用之所有用語（包含技術與科學用語）具有與本揭露所屬技術領域中具有通常知識者所通常理解的意義相同之含義。將進一步理解的是，像是那些定義於常用字典內之用語，應被解釋為具有與其在相關技術及本揭露的內容意思一致之意思，以及除非明確地於此定義，否則將不以理想化或過於正式的意義解釋。
本文參考作為示意性地說明之理想化實施例的橫截面示意圖描述例示性實施例。因此，可預期例如製造技術及/或誤差導致的圖式形狀的差異。因此，本文描述的實施例不應被解釋為限制於如本文所示的區域的特定形狀，而是包含例如由製造導致的形狀差異。例如，示出或描述為平坦的區域通常可具有粗糙和/或非線性特徵。此外，所示的銳角可以是圓形的。因此，圖式中示出的區域為示意性質，並且其形狀不意圖示出區域的精確形狀，並且不意圖在限制本申請專利的範圍。
第1圖至第6圖示出依據例示性實施例用於形成金屬氧化層的方法的示意圖。
參照第1圖，將基板10提供在腔室（未示出）中。基板10可為顯示基板，且基板可包含玻璃片或聚合物膜。腔室中的溫度可在約100℃至450℃的範圍內，腔室中的壓力可在約0.01托（Torr）至100托的範圍內。腔室中的溫度及壓力不限於此，且可以各種方式改變。
將有機金屬化合物20及氧化劑30供應到腔室中。有機金屬化合物20及氧化劑30可通過管道（未示出）供應到腔室中。例如，用於供應有機金屬化合物20的管道可連接到腔室的上側，而用於供應氧化劑30的管可連接到腔室的側壁。
有機金屬化合物20可包含金屬中心21及附著到金屬中心21的複數個配位子22。金屬中心21可包含4B族金屬元素，且其可包含鋯（Zr）、鈦（ Ti）、鉿（Hf）或其組合。在實施例中，使用Zr、Ti或Hf中之其一。有機金屬化合物20可包括Zr(N(CH3 )2 (C2 H5 ))3 、Ti(N(CH3 )2 (C2 H5 ))3 、Hf(N(CH3 )2 (C2 H5 ))3 、Zr(N(CH3 )C2 H5 )４ 、Zr(OC(CH3 )3 )4 、Hf(N(CH3 )2 H5 ))4 、Hf(OC(CH3 )3 )4 或其組合。在實施例中，使用前述之其一。
有機金屬化合物20也可稱為源氣體或前驅氣體，且可與惰性載體氣體，如氬（Ar）或氮氣（N 2）或其組合一起供應到腔室中。有機金屬化合物20在腔室外可以液體存在，且可被蒸發並腔室中以氣體存在。
氧化劑30可包含羥基，例如H2 O或H2 O2 ；其可包含氧氣（O2 ）；其可包含含氧的化合物，例如N2 O或NO2 ；或其可包含用於產生氧自由基的活性氧化劑。活性氧化劑可包含藉由電漿產生器產生的臭氧（O3 ）、O2 電漿、遠程O2 電漿、N2 O電漿等或其組合。
注入腔室中的有機金屬化合物20被化學吸附在基板10上並物理吸附在分子之間。因此，在基板10上形成包括複數個原子層的有機金屬化合物20的物理及化學吸附層40。例如，物理及化學吸附層40可包含厚度為3至5個原子層的有機金屬化合物20。在這種情況下，一個原子層是指具有原子等級厚度的層，且其由只在二維排列，而非在三維堆疊的分子構成為膜。
在傳統的原子層沉積（ALD）製程中，除了吸附層的一個原子層之外的剩餘部分可藉由滌洗（purging）去除，但是在例示性實施例中，有機金屬化合物連續供應到腔室中而不進行滌洗。因此，具有至少兩個原子層的有機金屬化合物20被吸附在基板10上，然後穩定化以形成物理及化學吸附層40。在例示性實施例中，在基板10上形成物理及化學吸附層40的製程將被稱為吸附及穩定化操作。
參照第2圖及第3圖，在腔室中產生電漿。 電連接到高頻電源供應器的驅動電極（未示出）及用於支援（support）基板10的接地電極（未示出）安裝在腔室中，並且當高頻電源供應器開啟時，在基板10周圍產生電漿。高頻電源供應器具有在幾十千赫茲到幾百千赫茲範圍內的頻率。
有機金屬化合物20及氧化劑30藉由電漿離子化，且物理及化學吸附層40中的金屬原子與氧化劑30中的氧原子發生化學反應。
也就是說，配位子藉由金屬中心21及氧原子的化學反應交換，因此結合，例如鍵結到金屬中心21的多個配位子22迅速分離，並且在基板10上形成具有至少兩個原子層的金屬氧化物層50。例如，可形成具有三至五個原子層厚度的金屬氧化物層50。
藉由電漿形成金屬氧化物層50的反應式的示例如下。 Zr(N(CH3 )2 (C2 H5 ))3 ＋ O2 - à ZrO2 ＋ CO2 + N2 + H2 (或 H2 O)
在例示性實施例中，通過藉由電漿的產生而允許金屬原子及氧原子化學反應來形成包含複數個原子層的金屬氧化物層50的製程將被稱為電漿成膜操作。金屬氧化物層50可包含ZrO2 、TiO2 及HfO2 中之其一。有機金屬化合物20及氧化劑30不區分吸附及穩定化操作以及成膜操作地連續供應。
上述吸附及穩定化操作以及成膜操作構成一個循環並重複進行直到金屬氧化物層50達到所需厚度。第4圖示出了在第一膜形成後用於形成第二膜的吸附及穩定化操作，第5圖及第6圖示出了用於形成第二膜的的電漿成膜操作。
此外，在電漿成膜操作期間，少量的反應副產物如碳可殘留在金屬氧化物層上。然而，可根據電漿暴露時間及電漿的強度來控制殘留在金屬氧化物層50上的碳的含量，並且以類似於待描述的例示性實施例之方式，根據碳含量將金屬氧化物層50的折射率或介電性控制到所需的程度。
第7圖示出了在根據例示性實施例用於形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的示意圖。
參照第7圖，有機金屬化合物可被供應到藉由擴散穩定的腔室中，以及氧化劑可被供應到腔室中。當藉由注入有機金屬化合物及氧化劑來穩定腔室中的壓力時，電漿可交替及重複地開啟及關閉。
電漿關閉週期（S10）代表上述吸附及穩定化操作，及在基板上形成包含含有複數個原子層的有機金屬化合物的物理及化學吸附層。電漿開啟週期（S20）代表上述電漿成膜操作，及藉由物理及化學吸附層中的金屬原子與氧化劑中的氧原子的化學反應形成包括複數個原子層的金屬氧化物層。
電漿關閉週期（S10）及電漿開啟週期（S20）可個別設定在約0.01秒至幾秒的範圍內。電漿關閉週期（S10）及電漿開啟週期（S20）可具有相同的長度或持續時間（時間），及電漿的強度可具有定值。電漿開/關週期對應到高頻電源供應器的開/關操作，以及電漿開/關週期的長度（時間）對應到高頻電源供應器的開/關操作時間（持續時間）。
在傳統的原子層沉積製程中，四個操作可構成一個循環，因此一個循環的持續時間長，且可在每個循環期間形成一個原子層。在傳統的原子層沉積製程中，成膜速率可為約10Å/min至20Å/min。
然而，在根據例示性實施例的用於形成金屬氧化物層的方法中，階段S10及S20構成一個循環而沒有滌洗操作，因此一個循環的持續時間短，以及複數個原子層可在每個週期期間形成。在例示性實施例中，成膜速率可為每分鐘100 Å至1000 Å，且可在1分鐘至7分鐘內形成700 Å厚的金屬氧化物層。
藉由根據例示性實施例的方法，可形成具有等於或大於5原子％的碳含量的氧化鋯層及具有小於5原子％的碳含量的氧化鋯層。具有等於或大於5原子％的碳含量的氧化鋯層可具有1.8至1.9的折射率及15至20的介電常數。具有小於5原子％的碳含量的氧化鋯層可具有1.9至2.1的折射率及20至27的介電常數。隨著電漿輸出增加或一個循環的時間長度增加，金屬氧化物層中的碳含量減少，且折射率及介電性增加。
先前描述的根據例示性實施例的方法使用在現有傳統原子層沉積製程中使用的材料（即，有機金屬化合物及氧化劑），以及不根據原子層沉積方法但是根據電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）方法形成金屬氧化物層。用於形成金屬氧化物層的PECVD裝置的詳細配置將在本說明書的後部中描述。
第8圖示出在根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的示意圖。
參照第8圖，在根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法中，電漿開啟週期（S20）可具有比電漿關閉週期（S10）更長的持續時間。在這種情況下，電漿的強度可具有定值。
殘留在金屬氧化物層上的碳的含量根據一個循環中的電漿暴露時間而變化，且金屬氧化物層的折射率或介電性根據碳的含量而變化。在例示性實施例中，藉由使用前述特性，在一個循環中電漿開啟週期（S20）被設定為比電漿關閉週期（S10）長以增加金屬氧化物層的折射率或介電性。
第9圖示出了在根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的示意圖。
參照第9圖，關於根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法，電漿開啟週期（S20）可具有與循環次數的增加成比例地逐漸變長的持續時間。在這種情況下，電漿的強度可具有定值。在這種情況下，金屬氧化物層具有在厚度方向上逐漸變化的折射率或介電性，其可應用到光學抗反射層。
詳言之，電漿關閉週期（S10）可影響有機金屬化合物的吸附量，以及當電漿關閉週期（S10）逐漸變短時，有機金屬化合物的吸附量可變得更少，且可容易發生透過電漿氧化。結果，金屬氧化物層中的碳含量減少，以及折射率及介電性可逐漸改變。
第10圖示出了在根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的示意圖。
參照第10圖，關於根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法，電漿開啟週期（S20）的電漿強度可與循環次數的增加成比例地逐漸增加。 在這種情況下，電漿關閉週期（S10）及電漿開啟週期（S20）可具有相同的持續時間。
金屬氧化物層的碳含量藉由電漿的強度及電漿暴露時間而變化。 在例示性實施例中，隨著循環次數的增加，藉由逐漸增加電漿的強度，折射率或介電特性可在金屬氧化物層的厚度方向上逐漸改變。
第11圖示出了在根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的示意圖。
參照第11圖，關於根據例示性實施例之用於形成金屬氧化物層的方法，電漿開啟週期（S20）的持續時間可與循環次數的增加成比例地逐漸增加，且電漿強度可與循環次數的增加成比例地逐漸增加。
根據例示性實施例形成的金屬氧化物層具有在厚度方向上逐漸變化的折射率或介電特性，且在厚度方向上的折射率或介電性的變化程度大於根據第9圖及第10圖中所示的例示性實施例的方法形成的金屬氧化物層時的情形。
現在將描述用於形成金屬氧化物層的電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）裝置（下文中的PECVD裝置）的配置。
第12圖示出了根據例示性實施例之PECVD裝置的示意圖。
參照第12圖，根據例示性實施例之PECVD裝置100包含具有內部空間的腔室110、連接到腔室110上側的蓋板120、用於在腔室110中支撐基板10的基板支撐件130、供應有機金屬化合物到腔室110中的第一管道141、以及用於將氧化劑供應到腔室110中的第二管道142。
腔室110可為具有打開的上側的容器的形式，且可包含底板111及連接到底板111的邊緣的側壁112。基板10在其上移動的基板路徑113提供在腔室110的側壁112上，且用於打開或關閉基板路徑113的門單元114可安裝在側壁112上。
基板支撐件130可包含用於支撐基板10的卡盤（chuck）131，以及穿過腔室110的底板111及藉由驅動裝置向上及向下移動的支撐部分132。基板支撐件130包含金屬，且連接到地源（ground source）並用作接地電極。卡盤131可為藉由使用靜電力用來固定基板10的靜電卡盤，或是藉由使用真空壓力用來固定基板10的真空吸盤。
蓋板120可用絕緣體125作為媒介，例如，在腔室110及蓋板120之間，耦合到腔室110敞開的上側。蓋板120包含金屬，並電連接到高頻電源供應器151且用作驅動電極。
高頻電源供應器151的開/關操作藉由控制器152控制，且用於增加高頻傳輸效率的匹配盒153可配置在高頻電源供應器151及蓋板120之間。控制器152可控制高頻電源供應器151的開/關操作、開/關時間及輸出電壓。
用於形成氧化矽層或氮化矽的傳統的CVD裝置及PECVD裝置包含用於輸入處理氣體（例如，SiH4 及NH3 的混合氣體或SiH4 及N2 O的混合氣體）的單一管道。
然而，用於形成高介電金屬氧化物層的有機金屬化合物及氧化劑具有高反應性，因此有機金屬化合物及氧化劑不能預先混合及藉由單一管道輸入，例如進料，到單一管道。因此，PECVD裝置100個別包含用於注入有機金屬化合物的第一管道141及用於注入氧化劑的第二管道142。
詳言之，第一管道141可連接到蓋板120的中心，以及第一氣體供應單元145通過第一管道141將有機金屬化合物供應到腔室110中。第二管道142可連接到腔室110的側壁112，以及第二氣體供應單元146通過第二管道142將氧化劑供應到腔室110中。
在這種情況下，有機金屬化合物是具有分子量等於或大於200的重質材料（heavy material）。為了均勻擴散有機金屬化合物，可在蓋板120及基板10之間提供複數個擴散器（多孔板）。第12圖示例了彼此隔開一段距離的第一擴散器161及第二擴散器162。
第一擴散器161及第二擴散器162固定於蓋板120，以及可包含用於將電流或電力傳導到蓋板120的金屬。在這種情況下，當高頻電源供應器151開啟時第一擴散器161及第二擴散器162以及蓋板120可用作為驅動電極。
通過第一管道141注入的有機金屬化合物穿過第一擴散器161的開孔164並且第一次擴散，然後穿過第二擴散器162的開孔165並且第二次擴散，所以通過第一管道141注入的有機金屬化合物可均勻地擴散在基板10的整個上側。
第二管道142可對應於第二擴散器162及基板10之間的部分地連接到腔室110的側壁112上。此外，在腔室110的周邊方向上可存在複數個第二管道142。例如，如第13圖所示，兩個第二管道142可設置在個別對應到基板10的兩側的兩個部分上。另一方面，如第14圖所示，四個第二管道142可設置到個別對應於基板10的四側的四個部分。
根據例示性實施例的PECVD裝置100可藉由使用第一擴散器161及第二擴散器162將有機金屬化合物均勻地散佈在基板10上，以及可藉由至少在兩個方向朝向基板10提供氧化劑來均勻散佈氧化劑。因此，可在基板10上形成具有均勻膜特性的金屬氧化物層。
根據例示性實施例的PECVD裝置100可連續地將有機金屬化合物及氧化劑供應到腔室110中，可根據藉由控制器152的操作使高頻電源供應器151的重複開/關操作而在基板10上形成高介電金屬氧化物層，以及可實現例如提供每分鐘100Å至1000Å的成膜速率。
第15圖示出根據例示性實施例的PECVD裝置的示意圖，以及第16圖示出第15圖中所示的PECVD裝置的第一擴散器的俯視圖。
參照第15圖及第16圖，關於根據例示性實施例的PECVD裝置200，第一擴散器163被劃分為每面積具有不同開孔164的數量，例如，孔徑比，之複數個區域。詳言之，第一擴散器163可被劃分為中心區域163A、中間區域163B以及外部區域163C，並且每面積的開孔164的數量可按照外部區域163C、中間區域163B以及中心區域163A的順序變化。例如每面積的開孔數量可在外部區域163C中為最大，在中心區域163A中為最小。
第一管道141面向第一擴散器163的中心區域163A，因此大量的有機金屬化合物被供應到中心區域163A。中心區域163A具有最低的孔徑比，因此移動到中間區域163B的有機金屬化合物的量變得大於穿過中心區域163A的開孔164的有機金屬化合物的量。
移動到中間區域163B的有機金屬化合物的一部分穿過中間區域163B的開孔164，而剩餘部分移動到外部區域163C。由於最大孔徑比，移動到外部區域163C的有機金屬化合物可自由地穿過外部區域163C的開孔164。
結果，藉由基於腔室110的壓力及有機金屬化合物的供應量來精確控制個別區域的每面積的開孔數量，分別通過中心區域163A、中間區域163B以及外部區域163C的有機金屬化合物的量可實質上相同。另一方面，通過外部區域163C的有機金屬化合物的量可被控制為大於通過中心區域163A或中間區域163B的有機金屬化合物的量。
在這種情況下，第一擴散器163的開孔164可以徑向形式（從中心延伸到邊緣的方向）設置，從而引起有機金屬化合物在徑向方向上的均勻擴散。第二擴散器162可包含以均勻方式設置的複數個開孔165，且第二擴散器162的孔徑比可大於第一擴散器163的最大孔徑比，也就是，外部區域163C的孔徑比。
通常，隨著有機金屬化合物行進到基板10的邊緣，供應到第一管道141的有機金屬化合物行進的距離變大，以及隨著有機金屬化合物行進到基板10的邊緣，電漿的強度變小。因此，在基板10的邊緣上的成膜速率可因為有機金屬化合物行進距離的增加及電漿強度的減少而小於其中心處的成膜速率。這種成膜速率的差異會產生金屬氧化物層的不均勻厚度。
然而，關於根據例示性實施例的PECVD裝置200，可藉由控制第一擴散器163的孔徑比來增加供應到基板10的邊緣的有機金屬化合物的量，並可補償在基板10的邊緣處發生的成膜速率的劣化。因此，根據例示性實施例的PECVD裝置可促進金屬氧化物層的均勻厚度，以及在大面積成膜製程中是有利的。
除了第一擴散器163的開孔164的圖案之外，根據例示性實施例的PECVD裝置200形成具有與根據第12圖中所示的例示性實施例相同的配置。
雖然此揭露已配合目前考量可實行之例示性實施例來描述，要理解的是，本發明不侷限於所揭露之實施例，而是相反的，意圖在涵蓋包含於所附申請專利範圍及其等效物中之精神與範疇內之各種修改。
10‧‧‧基板
20‧‧‧有機金屬化合物
21‧‧‧金屬中心
22‧‧‧配位子
30‧‧‧氧化劑
40‧‧‧物理及化學吸附層
50‧‧‧金屬氧化物層
100、200‧‧‧PECVD裝置
110‧‧‧腔室
111‧‧‧底板
112‧‧‧側壁
113‧‧‧基板路徑
114‧‧‧門單元
120‧‧‧蓋板
125‧‧‧絕緣體
130‧‧‧基板支撐件
131‧‧‧卡盤
132‧‧‧支撐部分
141‧‧‧第一管道
142‧‧‧第二管道
145‧‧‧第一氣體供應單元
146‧‧‧第二氣體供應單元
151‧‧‧高頻電源供應器
152‧‧‧控制器
153‧‧‧匹配盒
161、163‧‧‧第一擴散器
162‧‧‧第二擴散器
164、165‧‧‧開孔
163A‧‧‧中心區域
163B‧‧‧中間區域
163C‧‧‧外部區域
S10‧‧‧電漿關閉週期
S20‧‧‧電漿開啟週期
第1圖至第6圖示出了用於形成金屬氧化物層的方法的例示性實施例的示意圖；
第7圖示出了在形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的例示性實施例的示意圖；
第8圖示出了在形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的例示性實施例的示意圖；
第9圖示出了在形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的例示性實施例的示意圖；
第10圖示出了在形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的例示性實施例的示意圖；
第11圖示出了在形成金屬氧化物層的方法中，供應有機金屬化合物及氧化劑的順序以及電漿放電的開/關週期的例示性實施例的示意圖；
第12圖示出了電漿輔助化學氣相沉積裝置的例示性實施例的示意圖；
第13圖及第14圖示出了第12圖中示出的電漿輔助化學氣相沉積裝置的第二管道的設置示例的示意圖；
第15圖示出了電漿輔助化學氣相沉積裝置的例示性實施例的示意圖；及
第16圖示出了第15圖中所示的電漿輔助化學氣相沉積裝置的第一擴散器的俯視圖。

Claims (20)

  1. 一種用於形成金屬氧化物層之方法，該方法包含： 重複地進行具有一電漿關閉週期及一電漿開啟週期的循環，同時將一有機金屬化合物及一氧化劑連續地注入一腔室中； 在該電漿關閉週期期間，在一基板上由該有機金屬化合物形成具有2個或更多的原子層的一物理及化學吸附層；以及 在該電漿開啟週期期間，藉由在該物理及化學吸附層中的複數個金屬原子及在該氧化劑中的複數個氧原子的化學反應形成比2個原子層厚的一金屬氧化物層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該電漿關閉週期及該電漿開啟週期具有相同的持續時間，且 在每個循環的該電漿開啟週期期間，電漿的強度具有定值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 每個循環中該電漿開啟週期的持續時間比該電漿關閉週期的持續時間長，以及 在每個循環的該電漿開啟週期期間，電漿的強度具有定值。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中： 該電漿開啟週期的持續時間與每個循環的數量成比例地增加。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該電漿關閉週期及該電漿開啟週期具有相同的持續時間，以及 在該電漿開啟週期期間的電漿強度與每個循環的數量成比例地增加。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該電漿開啟週期的持續時間與每個循環的數量成比例地增加，以及 該電漿開啟週期期間的電漿強度與每個循環的數量成比例地增加。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中： 該有機金屬化合物及該氧化劑藉由分離的複數個管道注入該腔室中，以及 該有機金屬化合物通過至少一擴散器且提供到該基板。
  8. 一種用於形成金屬氧化物層之方法，該方法包含： 藉由將一有機金屬化合物及一氧化劑注入到一腔室中，進行一吸附及穩定化操作，及在一基板上由該有機金屬化合物形成具有2個或更多的原子層一物理及化學吸附層；以及 藉由產生電漿執行一電漿成膜操作及藉由在該物理及化學吸附層中的複數個金屬原子以及該氧化劑中的複數個氧原子的化學反應形成厚度大於兩個原子層的一金屬氧化物層， 其中該吸附及穩定化操作以及該電漿成膜操作包含一個循環並且重複進行。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中： 該有機金屬化合物及該氧化劑通過分離的複數個管道注入該腔室。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中： 該有機金屬化合物通過至少一擴散器且提供到該基板。
  11. 一種電漿輔助化學氣相沉積裝置，包含： 一腔室，包含一底板及一側壁，並配置以在一內部空間中接收一基板； 一蓋板，連接到該腔室的上側及包含一金屬； 一高頻電源供應器，電連接到該蓋板，及配置以允許藉由一控制器控制的開/關操作； 一基板支撐件，用於支撐在該腔室中的該基板，該基板支撐件接地； 一第一管道，連接到該蓋板，及配置以提供一有機金屬化合物到該腔室中；以及 一第二管道，連接到該側壁，及配置以提供一氧化劑到該腔室中。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 該高頻電源供應器配置以藉由該控制器交替及重複地開啟及關閉，同時該有機金屬化合物及該氧化劑連續地供應到該腔室中。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 該控制器配置以控制該高頻電源供應器的開/關操作、開/關時間以及輸出電壓。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，更包含： 一第一擴散器及一第二擴散器，以該第一擴散器及該第二擴散器之間具有一段距離地提供在該蓋板及該基板之間， 其中該第一擴散器設置比該第二擴散器更靠近該蓋板。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 該第一擴散器及該第二擴散器包含一金屬，及該第一擴散器及該第二擴散器固定到該蓋板以傳導電流到該蓋板。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 該第一管道連接到該蓋板的中心， 複數個開孔提供在該第一擴散器中，以及 該第一擴散器的每面積的開孔數量根據與該第一管道的距離而不同。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 該第一擴散器被劃分成與該第一管道對齊的一中心區域，提供在該中心區域外部的一中間區域，及提供在該中間區域外部的一外部區域，以及 該第一擴散器的每面積的開孔數量在該外部區域中最多，在該中心區域中最小。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 該複數個開孔以徑向形式設置。
  19. 如申請專利範圍第14項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 該第二管道以對應於該第二擴散器及該基板之間的一部分地連接到該側壁上。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之電漿輔助化學氣相沉積裝置，其中： 複數個該第二管道設置在沿該腔室的周邊方向上。
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