TWI233638B - Apparatus and method for depositing thin film on wafer using remote plasma - Google Patents

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1233638 玖、發明說明： 【相關申請案交互參照】 本申請案根據2002年4月19日在韓國智慧財產局所 申請之韓國專利申請案第2〇〇2_21554號主張優先權，在此 係將该申請案之整體揭示併入於本文中以供參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種用於沈積薄膜於諸如半導體基板之晶 圓上的ALD(原子膜沈積）裝置及ALD方法，且更特別地 有關一種用於利用遠距電漿以沈積薄膜在晶圓上之裝置及 方法。 【先前技術】 用於沈積薄膜之裝置係使用於藉供應反應性氣體於晶 圓而形成一預定薄膜於反應室中所裝載之晶圓上，此等裝 置係化學氣相沈積（CVD)裝置、ALD裝置及類似裝置，且 正應用於製造半導體裝置之不同技術中。 相較於ALD方法，該CVD方法使沈積速率更高；然 而，相較於CVD方法，該ALD方法具有較低的製程溫度 ，較佳的階梯覆蓋，及更高純度的薄膜之優點。迄今已^ 展出製造一種兼採CVD型及ALD型裝置兩者優點之沈積 薄膜的裝置。 【發明内容】 本發明提供一種用於利用遠距電漿以沈積薄膜之ald 裝置及ALD方法，藉其可以在低的製程溫度以高速率沈積 一具有良好階梯覆蓋及高純度的薄膜。 根據本發明之觀點，提供有一種遠距電漿Ald裝置， 1233638 包含：-反應t 1〇〇,其中裝載晶圓；一排氣管路2〇〇, 用於自該反應t _排出氣體；—卜反應性氣體供應單 元31〇;Λ於選擇性地供應一第一反應性氣體至該反應室 100或該排氣管線200 ; 一筮_ c 士 第一反應性氣體轉移管線32〇， 用於連接該第一反應性氣體供應單元3H)與該反應室100 ;一第一旁路管路330’用於連接該第—反應性氣體供應 管線训與該排氣管線自由基供應單A 340,用 於藉施加電漿於一第二/5座_ 一反應性乳體而產生相對應的自由基 ，且然後選擇性地供應該等自由基至該反應室⑽或該排 氣管線2〇〇; 一自由基轉移管線350,用於連接該自由基 供應單元340與該反應冑！⑼；_第二旁路管線36〇，用 於連接該自由基供應單$ 340與該排氣管線·;以及一 主清洗氣體供應單it 370,用於供應一主清洗氣體至該第 一反應性氣體轉移管線320及/或該自由基轉移管線350 在本發明中，該第一反應性氣體供應單元3丨〇包含： 源谷益；311，充填有一預定數量的液體第一反應劑，其 將為第一反應性氣體；一第一質量流控制器（下文中稱為 MFC1 )，用於控制供給至該源容器311内之惰性氣 體的机率，以及一第一路徑轉換單元3丨6，用於使該惰性 氣體或該第一反應性氣體能選擇性地流入該第一反應性氣 體轉換管線320或該第一旁路管線33〇之内。 在本發明中，該自由基供應單元34〇包含··一第二質 量流控制器（下文中稱為“MFC2” ），用於控制第二反 1233638 應性氣體之流率；一第三質量流控制器（下文中稱為“ MFC3” ），用於控制惰性氣體之流率；一遠距電滎產生 器341，該第二反應性氣體及/或惰性氣體係藉由該 MFC2及MFC3供給至其内，且用於藉施加電漿於第二反 應性氣體而產生相對應的自由基；以及一第二路徑轉換單 元346,用於使所產生之自由基能選擇性地流入於該自由 基轉移管線350及/或第二旁路管線36〇之内。較佳地， 該自由基供應單元340進一步包含一第三旁路管線， 用於使δ亥第一反應性氣體能選擇性地流過而進入該 第二旁路管線360之内。 在本發明中，該主清洗氣體供應單元37〇包含：一 MFC4(第四質量流控制器），用於控制該主清洗氣體之 流率；以及-第三路徑轉換單元376，詩使該主清洗氣 體能流入於第-反應性氣體轉移管線32q《自由基轉移管 線3 50之内。 根據本發明之另-觀點，提供有一種用於利用上述遠 距電漿ALD裝置沈積薄膜之方法。 根據本發明第一實施例，用於利用遠距電聚沈積薄膜 之方法包：：形成-薄膜於-裝載於反應t 1〇〇中之基板 上盆其係糟由重複地執行一第—反應性氣體供給步驟⑻) ，其：該第-反應性氣體係供給至該反應t 1〇〇之内，以 、复也執行一第一反應性氣體清洗步驟盆体 =L室lor之該第一反應性氣體係被清洗:、其二 ’、：、、，疋位於反應室100與排氣管線200間之呂氏 1233638 閥（Luffing valve) 210維持開啟，且流過第一路徑轉換單 . 元316之内部點A及第二路徑轉換單元346之内部點B之 氣體持續流進該反應室1〇〇或旁路管線之内，及供給自由 基至反應室之内。 在本發明中’在沈積-薄膜之後，注入自由基及惰性 氣體於反應室100之内以熱處理該薄膜，該等自由基係由- 至少一選自含有0、>^、11、011及^1，以及其組合物之群 組所形成。 根據本發明第二實施例，用於利用遠距電漿沈積薄膜 籲 之方法包含：形成一薄膜於一裝載於反應室中之基板上， 其係藉由重複地執行一自由基供給步驟（S3)，其中自由基 係供給至反應室100之内；一自由基清洗步驟，其中 係從反應室100清洗該等自由基；一第一反應性氣體供給 步驟（S1)，其中該第一反應性氣體係供給至該反應室1〇〇 之内，以及一第一反應性氣體清洗步驟（S2)，其中供給至 該反應室100内之該第一反應性氣體係被清洗，其所在之 狀態為，定位於反應室100與排氣管線200間之呂氏閥籲 (Luffing valve) 210維持開啟，且流過第一路徑轉換單元 316之内部點A、第二路徑轉換單元346之内部點b及第 三路徑轉換單元376之内部點C之氣體持續流進該反應室 100或旁路管線之内。 該自由基清洗步驟（S4)包含··藉由自由基轉移管線 350 /主入主清洗氣體於反應室1〇〇之内，其流率係由主清 洗氣體供應單元370之MFC4所控制。 12 1233638 在本發明中，於該第一反應性氣體清洗步驟（S2)期間 ’流過第一反應性氣體轉移管線320及自由基轉移管線 3 50之惰性氣體之流率總和係維持在一恆常的位準。 在本發明中，於沈積薄膜之後，將自由基及惰性氣體 注入於反應室1〇〇之内以熱處理該薄膜。該等自由基係由 至少一選自含有〇、：^、11、〇11及]^11，以及其組合物之群 組所形成。 根據本發明第三實施例，用於利用遠距電漿沈積薄膜 之方法包含：形成一薄膜於一裝載於反應室中之基板上， 痛 其係藉由重複地執行一自由基供給步驟（S3)，其中自由基 係供給至反應室1〇〇之内；一自由基清洗步驟（S4，），其中 係從反應室100清洗該等自由基；一第一反應性氣體供給 步驟（S 1 )，其中一第一反應性氣體係供給至該反應室丨〇〇 之内，以及一第一反應性氣體清洗步驟（S2)，其中係從該 反應室100清洗該第一反應性氣體，其所在之狀態係為， 定位於反應室1〇〇與排氣管線2〇〇間之呂氏閥（Luffing valve) 210維持開啟，且流過第一路徑轉換單元3 16之内 籲 部點A及該自由基供應單元34〇之内部點D之氣體會持續 流進該反應室1 〇〇或旁路管線之内。 自由基清洗步驟（S4’）包含：藉由自由基轉移管線35〇 僅注入惰性氣體（不含第二反應性氣體）於反應室1〇〇之 内’其流率係由自由基供應單元之MCF3所控制。 在本發明中，於該第一反應性氣體清洗步驟（S2)期間 ，流過弟一反應性氣體轉移管線320及自由基轉移管線 13 1233638 350之惰性氣體之流率總和係維持於一恆常的位準。 在本發明中，於沈積薄膜之後，自由基及惰性氣體係 被注入於反應室100之内以熱處處理該薄膜。該等自由基 係由至少一選自含有〇、N、Η、〇n及NH，以及其組合物 之群組所形成。 【實施方式】 本發明之上述及其他特性及優點將藉由詳細地說明較 佳貫施例並參考圖式而更易於了解。 在下文中’將更完整地參照顯示本發明較佳實施例之 圖式來加以說明本發明，然而，本發明可以以許多不同的 方式予以實施，而不應解讀為受限於此處所說明之該等實 施例中。 第1圖係根據本發明之遠距電漿ALD裝置之結構圖， 第2圖係第1圖Ald裝置中所使用之遠距電漿產生器之部 分立體圖。 參閱第1及2圖，根據本發明之遠距電漿ALD裝置包 含一反應室100,其中裝載及沈積晶圓W; 一排氣管線 2〇〇’用於自反應室1〇〇排放氣體；以及一氣體叢，用於 選擇性地供應一反應性氣體及/或一惰性氣體至該反應室 100或該排放管線200。 利用已知之蓮蓬頭式或流動式，該反應室100能使基 板上之薄膜沈積。 使用於自反應室100排放反應性氣體之排放管線200 係其中安裝有呂氏閥（Luffing valve) 210、節流闊200、及 1233638 排氣泵230。 » 該氣體叢包含一第一反應性氣體供應單元31〇，用於 選擇性地供應一第一反應性氣體至反應室1 〇〇或排放管、線 200 ; —第一反應性氣體轉移管線320，用於連接該第_ 應性氣體供應單元310與反應室1〇〇 ; 一第一旁路管線· 3 3 0 ’用於連接遠第一反應性氣體供應單元3 1 〇與排放总 線200 ; —自由基供應單元340，用於藉施加電漿於一第 二反應性氣體而產生相對應之自由基，且選擇性地供應該 等自由基至反應室1〇〇或排放管線200 ; —自由基轉移管 · 線3 50 ’用於連接該自由基供應單元340與反應室· 一第二旁路管線360，用於連接該自由基供應單元34〇與 排放管線200;以及一主清洗氣體供應單元37〇，用於供 應一主清洗氣體至該第一反應性氣體轉移管線320及/戈 該自由基轉移管線350。該氣體叢進一步包含一第三旁路 管線380,用於使該第二反應性氣體能藉由MFC2而選擇 性地流進該第二旁路管線360之内。 該第一反應性氣體供應單元31〇使該流率控制之第一 _ 反應性氣體能選擇性地流進反應室1〇〇或排放管線2〇〇。 该第一反應性氣體供應單元3 1 〇包含一源容器3丨丨，充填 有一將為第一反應性氣體之預定量的液體第一反應劑；一 MFC1 ’用於控制供給至源容器311内之惰性氣體的流率 乂及第路徑轉換單元3 1 6，用於使該惰性氣體或第 一反應性氣體能選擇性地流進第一反應性氣體轉移管線 320或第一旁路管線330之内。 15 1233638 „玄MFC 1使用於控制使液體第一反應劑起泡之惰性& 體的流率。此處，一篦一 〗於—灿 弟閥V1係安裝於該MFC1與該源 容器3 11之間，以控制該惰性氣體之流率。 該第一路徑轉換單元316包含一第二閥v2、一第三閥 V3、-第四閥V4及一第五閥V5，其係相互毗鄰。該第—. 路徑轉換單元316使流過該第二至第五閥V2、V3、V4及 V5交會處之内部·點a之惰性氣體或第一反應性氣體能選 擇性地流進第一反應性氣體轉移管線32〇或第一旁路管線 330。 、 · 在本實施例中，該第一反應性氣體供應單元31〇係建 構使得該第一反應性氣體能藉由起泡該液體第一反應劑而 產生。然而，亦可生產該第一反應性氣體供應單元3丨〇為 一液體傳遞系統（LDS)或直接液體注入（DLI)結構。 自由基供應皁元3 4 0係產生將供應至反應室1 〇 〇的自 由基之處。該自由基供應單元340包含：一 MFC2，用於 控制第二反應性氣體之流率；一 MFC3，用於控制惰性氣 體之流率；一遠距電漿產生器341，該第二反應性氣體及 _ /或惰性氣體利用MFC2及MFC3流進其之内，及用於藉 施加電漿於第二反應性氣體而產生相對應的自由基；以及 一第二路徑轉換單元346，用於使所產生之自由基能選擇 性地流進該自由基轉移管線350及/或第二旁路管線36〇 之内。此處，一第六閥V6係安裝於該MFC2與遠距電聚 產生器341之間，以及一第七閥V7係安裝於MFC3與遠 距電漿產生器341之間。 16 1233638 如第2圖中所示，該遠距電漿產生器341包含-第二 反應性氣體流過之陶質管341a及-纏繞於該陶質管341a 周圍之RF (射頻）線圈341b。13·56ΜΗΖ的RF功率施 力於RF線圈341b ’該rf功率使流過該陶質管341a的第 反應f生氣體游離且激勵之，藉此產生電漿顆粒，亦即， :由基。也就是說，該遠距電漿產生器、341使用於施加電 匕於i、至孩陶質官34丨a的第二反應性氣體及增加激勵之 能量。 可僅供應第二反應性氣體至遠距電漿產生器341。然 在本發明中，流率控制之第二反應性氣體及流率控制 之U丨生氣體兩者氣體之混合係供應至遠距電漿產生器34 i 以使製程窗口之寬度變寬。 第二路徑轉換單元346包含一第八閥V8及一第九閥 ^9，且使流過該第八閥與該第九閥交會處之内部點的惰性 氣體或自由基能選擇性地流進該自由基轉移管線35〇或第 二旁路管線360。該第八閥V8之開口的直徑必須足夠地大 ^若如此時，當第八閥V8開啟且自由基流過該第八閥V8 ΒτΓ，该等自由基之所激勵的能量可維持於恆常的位準。 該自由基轉移管線350係使用於轉移遠距電毁產生器 Ml中所產生之自由基至反應室100’該自由基轉移管線 MO必須建構使得其管路具有足夠的直徑以及長度盡量地 短’所以該等自由基之所激勵的能量可維持於恒常的位準 0 主清洗氣體供應單元370使主清洗氣體（例如惰性氣 17 1233638 體）能選擇性地流進第一反應性氣體轉移管線32〇或自由 、 基轉移管線350。在本實施例中’當第一反應性氣體或自 由基旁路至排氣管線200時’惰性氣體係供應至第一反應 性氣體轉移管線320或自由基轉移管線35〇。該主清洗氣 體供應單元370包含一第四質量流控制單元（下文中稱為· “MFC4” ），用於控制主清洗氣體之流率；一第三路徑 轉換單元3 7 6 ’用於使該主清洗氣體能選擇性地流進該第 一反應性氣體轉移管線320或自由基轉移管線35〇，以及 一第十閥V10，安裝於該MFC4與該第三路徑轉換單元 鲁 376之間。 該第三路徑轉換單元376包含一第十一閥νπ及一第 十二閥V12，以及使流過第十一閥VII與第十二閥Vl2交 會之内部點C之主清洗氣體能選擇性地流進第一反應性氣 體轉移管線320或自由基轉移管線350之内。 同時，一第十三閥V13係安裝於MFC3與第二旁路管 線360之間，以及一第十四閥V14係安裝於第三旁路管線 380之中。 _ 閥VI至V14係耦合於一控制器（未圖示）且由該控 制器所控制。 具有上述結構之遠距電漿ALD裝置可藉使用電能而改 善典型ALD裝置缺點之低沈積速率，以及降低製程溫度。 下文中，將簡明地說明第一反應性氣體供給步驟、第 一反應性氣體清洗步驟、自由基供給步驟、以及自由基清 洗步驟。 18 1233638 a) 第一反應性氣體供給步驟（S1) . 惰性氣體係藉MFC1予以流率控制，且透過第一閥Vl

供給至源容器3丨丨之内。該惰性氣體會起泡該源容器$ U :所儲存之液體第一反應源，以產生第一反應性氣體。該 第一反應性氣體與起泡氣體一起流過第三閥V3及第四閥 V4，且透過第一反應性氣體轉移管線32〇供給至反應室 100之内。 b) 第二反應性氣體清洗步驟（S2) 在藉MFC 1流率控制該惰性氣體之後，惰性氣體會流 _ 過第二閥V2及第四閥V4，且透過該第一反應性氣體轉移 官線320供給至反應室1〇〇之内。因為清洗氣體（例如惰 性氣體）並不會流過源容器311，故第一反應性氣體並不 會產生。所以僅清洗氣體注入於反應室丨〇〇之内且清洗該 反應室100中所含之第一反應性氣體。 c) 自由基供給步驟（S3) 第二反應性氣體及惰性氣體係分別地藉MFC2及 MFC3予以流率控制，且然後分別地透過開啟之第六閥φ 及第七閥V7注入於遠距電漿產生器341。該第二反應性氣 體及惰性氣體的氣體混合物會轉換為將為自由基之電漿氣 體，同時流過遠距電漿產生器341。在此步驟中，所產生 之自由基會流過第八閥V8且透過自由基轉移管線35〇而 注入於反應室100之内。 在本實施例中，第二反應性氣體與惰性氣體之氣體混 合物係供應至遠距電漿產生器34 1之中，以使製程窗口的 19 1233638 寬度變寬。然而，亦可僅供應第二反應性氣體。 d) 自由基清洗步驟（S4) 藉閉合第八閥V8及開啟第九閥V9，自由基並未注入 於反應室100内，而是流過第二旁路管線360進入排氣管 線200之排氣泵230，且由主清洗氣體供應單元370所供 應之主清洗氣體係流過自由基轉移管線350而進入反應室 100之内。也就是說，自由基不再供應至自由基轉移管線 350之内，而藉MFC4所流率控制之主清洗氣體會流過第 十閥V10、第十二閥V12、及自由基轉移管線350而進入 反應室100之内。 e) 自由基清洗步驟（S4’） 藉閉合第六閥V6及開啟第十四閥V14，第二反應性 氣體會流過第三旁路管線380而進入排氣管線200之排氣 泵230，以及藉MFC3所流率控制之惰性氣體則流過遠距 電漿產生器341及第八閥V8而進入反應室。也就是說， 因為第二反應性氣體係透過第三旁路管線380及第二旁路 管線3 6 0予以排氣’故第二反應性氣體並不會注入於遠距 電漿產生器341之内。所以僅流過MFC3之惰性氣體會供 給至反應室1〇〇之内’因而清洗來自反應室1〇〇之自由基 〇 下文中，將說明用於利用上述ALD裝置沈積薄膜的方 法之實施例。 第3圖係一圖形，用以解說根據本發明第一實施例之 用於利用第1圖之ALD裝置沈積薄膜的方法。在第一實施 1233638 在位於反應室100

薄膜係沈積於反應室100中所裴載之基板上。 例中，基板係裝載於反應室100之内。在位於 與排氣管線2 0 0間之呂氏閥21 〇保持開啟且自 給至反應室100之内的狀態中，第_及廉从$

接著，如時隔（b) —（c)中所示 所示’係執行第一反應性氣體 供給步驟（S1)。在自由基持續供給至反應室1〇〇内之狀態 中，藉注入由MFC1所流率控制的惰性氣體於源容器311 内且起泡该惰性氣體所獲得的第一反應性氣體會流過第三 閥V3及第四閥V4而進入反應室ι〇〇之内。 接著，如時隔（c)—(d)中所示，在自由基持續供給至反 應至100内之狀態中，將重複執行上述第一反應性氣體清 洗步驟（S2)及第一反應性氣體供給步驟（S1)。 籲 換言之’在自由基持續供給至反應室丨〇〇内之狀態中 ，第一反應性氣體清洗步驟（S2)及第一反應性氣體供給步 驟（S1)係重複一次或多次，藉此沈積薄膜於反應室1〇〇中 所裝載之基板上。 此時’流過第一路#轉換單元3 16之内部點A的氣體 會持續流入反應室100或第一旁路管線33〇内，而流過第 一路梭轉換單兀346之内部點b的氣體會持續流入反應室 21 1233638 100或第二旁路管線360内。 在本發明中，在自由基持續供給至反應室之内而未清 洗的狀態中，利用ALD裝置將薄膜沈積於基板之上。因此 在反應至1 〇〇中之製程壓力可維持於一恆常的位準，且 薄膜可均勻地形成。 同時，在沈積薄膜之後，自由基及惰性氣體係注入於 反應室1〇〇之0以熱處理該薄膜。該等自纟基可由至少一 仫自3 Ο、N、Η、OH及NH以及其組合物之群組所形成 為t、應忒等自由基，第二反應性氣體可為〇2、ο;、&、 ΝΗ3或Nr例如在使用TiCi4氣體沈積薄膜及使用札為第 二反應性氣體的情況中，若在沈積薄膜之後，注入含氯原 子的自由基於該反應室之内時，則可降低薄膜中所含雜質 離子（C1)的濃度，藉此改善薄膜的純度。選擇性地，當 Α1,〇3薄膜利用TMA氣體予以沈積時，則可使用〇2、h2〇 或〇3為第二反應性氣體；同時，為利用Ti、TiN、ai或 Cu來沈積金屬薄膜，可利用金屬有機氣體為第一反應性氣 體，且可使用％為第二反應性氣體。在該等例子中，第二 反應性氣體係注入薄膜之上，其係於熱處理期間以自由Z 狀態被沈積，以改善薄膜之純度。 下文中，將說明用於利用ALD裝置沈積薄膜之方法的 第二實施例。第4圖係一圖形，用以解說根據本發明第二 實施例之用於利用第丨圖人£1)裝置沈積薄臈之方法。一 在本實施例中，基板係裝載於反應室i 〇〇之内，在一 位於反應室100與排氣管線200間之呂氏閥21〇開啟的狀 22 1233638 態中’其中自由基係供給進入反應室丨〇〇内的自由基供給 步驟（S3)、其中從反應室1〇〇清洗自由基的自由基清洗步 驟（S4)、其中第一反應性氣體供給進入反應室1〇〇内的第 一反應性氣體供給步驟（S1)以及其中從反應室1〇〇清洗第 一反應性氣體之第一反應性氣體清洗步驟（S2)將重複地執 行。結果，薄膜將形成於反應室丨〇〇中所裝載之基板上。 如時隔（a)’一（b)’中所示，係執行自由基供給步驟（S3) ’其中產生於自由基供應單元340中之自由基係供給進入 反應室1〇〇内。此處，藉開啟第十閥V10及第十一閥V1 i ，則藉MFC4所流率控制的主清洗氣體（例如惰性氣體） 可流過反應性氣體轉移管線320而進入反應室1〇〇之内。 接著，如時隔（b)’一（c)，中所示，係執行自由基清洗步 驟（S4)。在此步驟中，藉由閉合第十一閥V11及第十二閥 V12，由MFC4所流率控制的主清洗氣體可流過自由基轉 移管線350而進入反應室1〇〇之内。此處，藉由閉合第八 閥V8及開啟第九閥V9，產生於自由基供應單元34〇中之 自由基會流過第二旁路管線360而進入排氣管線2〇〇内， 不會流入反應室100之内。 接著，如時隔（C)’一（d)，中所示，係執行第一反應性氣 體供給步驟（S1)，其中第一反應性氣體係供給進入反應室 100内。如上述地，第一反應性氣體會與該起泡氣體一起 流過第三閥V3及第四閥V4而進入反應室1〇〇之内，該第 一反應性氣體係藉由供給由MFC1所流率控制的起泡氣體 進入源容器3 11内而獲得。此時，主清洗氣體藉由自由基 23 1233638 轉移管線350而持續供給至反應室丨〇〇之内。 接著，如時隔（d)，—⑷，中所*，係執行第一反應q 體清洗步驟（S2)’其中係從反應冑丨⑼清洗第—反應性氣 體。此時，主清洗氣體藉由自由基轉移管線35〇而持續供 給至反應室100之内。 、” 也就是說，上述步驟係重複一次或多次，直到薄媒沈 積於反應t H)0中所裝載之基板上。此時，流過第一路= 轉換單元316之内部點A、第二路徑轉換單元346之内部 點B及第三㈣轉換單元376之内部，點c之氣體會持續^ 入反應室100或旁路管線之内。 根據本實施例，因為自由基供給步驟（S3)及自由美青 洗步驟（S4)係交互地重複著，故薄膜之純度可以比第一 ^ 施例之情況中更佳。然而，因為反應室1〇〇中之製程壓力 玎改變於一相當大的範圍内，故會使薄膜之均勻性劣化。 因此，為均勻地形成薄膜，注入於反應室中所裝栽之美板 上的氣體流率總和應維持於一恆常的位準， 广说认^ % 了在反應

性氣供給步驟（S1)期間之外，不應開啟/ σ s氏閥210 因此’為維持反應室1 〇〇中之製程壓力於一值常位準 ，MFC 1及MFC4係設定允許相同的流率。同時，供终至 反應室100内之第一反應性氣體或第二反應性氣體的^率 係調整為小於清洗氣體的流率。如第4圖中所示，^ : τη —— 反應性氣體及第二反應性氣體之流率呈較大時， 及 D2 之高度會呈較高。結果，反應室中之壓力會改變於大的範 24 1233638 圍之内供給至反應室ι00内之第一及第二反應性氣體的 流率必須考慮薄膜的均勻性、階梯覆蓋性、薄膜之純度等 ，而加以適當地調整。 在第二實施例中，在沈積薄膜之後，自由基及惰性氣 體係注入於反應室之内以熱處理該薄膜。該等自由基係由 至少一選自含〇、N、H、〇H及NH以及其組合物之群組 所形成。 下文中’將說明用於利用ALD裝置沈積薄膜之方法的 第三實施例。第5圖係一圖形，用於解說根據本發明第三 馨 實施例之用於利用第1圖ALD裝置沈積薄膜之方法。 在本實施例中，基板係裝載於反應室100之内。在位 於反應室100與排氣管線2〇〇間之呂氏閥21〇開啟的狀態 中，其中自由基係供給進入反應室1〇〇内的自由基供給步 驟（S3)、其中從反應室1〇〇清洗自由基的自由基清洗步驟 (S4’）、其中第一反應性氣體供給進入反應室1〇〇内的第一 反應性氣體供給步驟（S 1 )以及其中從反應室1 〇〇清洗第一 反應性氣體之第一反應性氣體清洗步驟（S2)將重複地執行 _ 。結果，薄膜係沈積於反應室100中所裝載之基板上。 如第5圖之時隔（a)，，一（b)”中所示，係執行自由基供給 步驟（S3)，其中產生於自由基供應單元34〇中之自由基係 供給於反應室100内。此處，藉由開啟第二閥V2及第四 閥V4,則由MFC1所流率控制的清洗氣體（例如惰性氣體 )係藉由反應性氣體轉移管線320而供給於反麻室1〇〇 内0 25 1233638 接著，如時隔（b)，，_⑷，，中所示，係執行自由基清洗步 驟⑻’)。在此步驟中，藉閉合第六閱V6及開啟第十四間 VU，第二反應性氣體會流過第三旁路管線咖而進入排 =線2〇0之排氣泉謂。同時，由鞭3所流率控制之 ，丨“生氧體會流過遠距電毁產生器341及第八閱W而進入 反應室_之内。此處，因為第二反應性氣體係透過第三 旁料線及第二旁路管，線⑽而排出，且並不會縣 至退距電漿產生器341之内，故自由基不會產生“士果， 僅惰性氣體（不包括第二反應性氣體）流㉟贿…反 應室100，藉此清洗來自反應室1〇〇之自由基。 接著，如時隔⑷，，—⑷，，中所示，係執^第一反應性氣 體供給步驟（S1)，丨中第—反應性氣體係供給進入反應室 U)〇内。如上述地，會流過第三閥V3及第四閥V4而進入 反應室100之内’該第一反應性氣體係藉供給由MFC1所 流率控制的起泡氣體於源容3 311内而獲得之。此處，流 =MFC3的起泡氣體（例如惰性氣體）會藉由自二二 管線350而持續供給至反應室ι〇〇之内。 接著’如時隔⑷”〜⑷”中所示，係執行第_反應性氣 體清洗步驟⑻），其中係從反應t i⑽清洗第—反應性氣 體。此處’流過M F C 3的、生、土名蝴a从 的^洗亂體會错由自由基轉移管線 350而持續供給至反應室ι〇〇之内。 也就是說，上述步驟俏會遴十 邓係重稷-人或多次，直到薄膜沈 積於反應冑1〇〇中所裝裁之基板上。此時，流過第一路徑 轉換單兀316之内部點Α以及自由基供應單元34〇之第三 26 1233638 旁路管線380肖MFC3交會點D的氣體會持續流入於反應 室100或第二旁路管線360之内。 本發明之第三實施例係第一實施例與第二實施例之結 合。當沈積薄膜時，第人閥V8保持開啟而第九閥v9保持 閉合’使得流過遠距電漿產生器341之氣體必須供給至反 應室100之内。此時’在流過第七閥V7 4惰性氣體必須 供給於該遠距電漿產生器341内的狀態中，當第六閥 及第十四閥V14交互地開啟及閉合時，將重複地執行自由 基供給步驟（S3)及自由基清洗步驟（S4)。也就是說，當第 六閥V6開啟及第十四閥V14閉合時’係執行自由基供給 步驟（S3) ’而虽第六閥V6閉合及第十四閥開啟時，因為第 二反應性氣體並未供給至反應室之内’故執行自由基清洗 步驟（S4)。 然後，在第一反應性氣體供給步驟（S1)及第一反應性 氣體α洗步驟（S2)期間，僅惰性氣體流過MFC3、第七閥 V7、遠距電漿產生器341及第八閥γ8而透過自由基轉移 官線350進入反應室1〇〇内。此處，D1及D2之說明係相 同於第二實施例中，且將省略於此。相似地，在本實施例 中’在沈積薄膜之後’自由基及惰性氣體可注入於反應室 之内以熱處理該薄膜。該等自由基可由至少一選自含〇、 N、Η、OH及NH以及其組合物之群組所形成。該熱處理 可改善薄膜的純度。 雖然本發明已參照較佳實施例而特定地表示及說明， 但該等熟習於本項技術之人士將理解的是，於不背離申請 27 1233638 專利祀圍所界定之本發明的精神及範4前提下，v進行形 式及細節之種種改變。 一根據如上述之本發明，可利用遠距電漿ALD裝置，以 同速度及低製程溫度沈積出具有良好階梯覆蓋性及高純度 之薄膜。 【圖式簡單說明】 (一） 圖式部分 第1圖係根據本發明之遠距電漿ALD裝置的結構圖；

押第2圖係使用於帛i圖之ALD裝置中之遠距電浆產生 器的部分立體圖； —第3圖係用於說明根據本發明第一實施例之用於利用 第1圖之ALD裝置沈積薄膜的方法； 第4圖係用於說明根據本發明第二實施例之用於利用 第1圖之ALD裝置沈積薄膜的方法；以及 ，第5目係用於說明根據本發明第三實施例之用於利用 第1圖之ALD裝置沈積薄膜的方法。

(二） 元件代表符號 MFC 質量流控制器

Vl，V2，V3，V4，V5，C6，V7，閥 V8，V9，V10，V11，V12，V13， V14 4lb 1〇〇 2〇〇 RF ( #頻）線圈 反應室 排氣管線 28 1233638 210 呂氏閥 220 節流閥 230 排氣泵 310 第一反應性氣體供應單元 311 源容器 316 第一路徑轉換單元 320 第一反應性氣體轉移管線 330 第一旁路管線 340 自由基供應單元 341 遠距電漿產生器 341a 陶質管 346 第二路徑轉換單元 350 自由基轉移管線 360 第二旁路管線 370 主純化清洗氣體供應單元 376 第三路徑轉換單元 第三旁路管線 380

Claims (1)

1233638 拾、申請專利範圍： 1一種遠距電漿原子臈沈積裝置，包含·· 一反應室，其中裝載晶圓； 一排氣管線，用於自該反應室排出氣體； 第反應性氣體供應單元，用於選擇性地供應一第 一反應性氣體至該反應室或該排氣管線； 第反應性氣體轉移管線，用於連接該第一反應性 氣體供應單元與該反應室； 一第一旁路管線，用於連接該第一反應性氣體供應管 線與該排氣管線； 一自由基供應單元，用於藉施加電漿於一第二反應性 氣體而產生相對應的自由基，且然後選擇性地供應該等自 由基至該反應室或該排氣管線； 一自由基轉移管線，用於連接該自由基供應單元與該 反應室； 一第二旁路管線，用於連接該自由基供應單元與該排 氣管線；以及 一主清洗氣體供應單元，用於供應一主清洗氣體至該 第一反應性氣體轉移管線及/或該自由基轉移管線。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該第一反應性 氣體供應單元包含： 一源容器，充填有一預定數量的液體第一反應劑，該 液體第一反應劑將為該第一反應性氣體； 一 MFC 1 (第一質量流控制器），用於控制供給至該 1233638 源各器内之惰性氣體的流率；以及 —第一路徑轉換單元，用於使該惰性氣體或該第一反 應眭氣體能選擇性地流入該第一反應性氣體轉移管線或該 第一旁路管線之内。 3·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該自由基供應 單元包含： 一 MFC2 (第二質量流控制器），用於控制該第二反 應性氣體之流率； 一 MFC3 (第三質量流控制器），用於控制該惰性氣 體之流率； 一遠距電漿產生器，該第二反應性氣體及/或惰性氣 體係藉由該MFC2 (第二質量流控制器）及該MFC3 (第三 質量流控制器）供給至其内，且用於藉施加電漿於該第二 反應性氣體而產生相對應的自由基；以及 一第二路徑轉換單元，用於使所產生之自由基能選擇 性地流入該自由基轉移管線及/或該第二旁路管線之内。 4.如申請專利範圍第3項之裝置，其中該自由基供應 單元進一步包含一第三旁路管線，用於使該第二反應性氣 體能選擇地流過該MFC2 (第二質量流控制器）而進入該 第二旁路管線之内。 5·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該主清洗氣體 供應單元包含： 一 MFC4 (第四質量流控制器），用於控制該主清洗 氣體之流率；以及 31 1233638 片 第二路徑轉換單元，用於使該主清洗氣體能流入該 第一反應性氣體轉移管線或該自由基轉移管線之内。 6.—種原子膜沈積方法，利用如申請專利範圍第1至 5項中任一項之遠距電聚原子膜沈積裝置，該方法包含： 1成一薄膜於一裝載於該反應室中之基板上，其係藉 由重複地執行一第一反應性氣體供給步驟，其中該第一反 應性氣體係供給至該反應室之内，以及重複地執行一第一 反應性氣體清洗步驟，其中供給至該反應室之該第一反應 減體係被清洗，其所在狀態為，定位於該反應室與排氣 管線，之呂氏閥（Luffing valve)維持開啟，且流過第一路徑 轉換單70之内部點A及第二路徑轉換單元之内部點B之氣 體持續流進該反應室或旁路管線之内，以及自由基係供應 至該反應室之内。 、7.如申請專利範圍帛6項之方法，在沈積-薄膜之後 ’進-步包含注入自由基及惰性氣體於該反應室之内以熱 處理該薄膜’其中該等自由基係由至少-選自含有〇、N 、h、oh及NH，以及其組合物之群組所形成。 8’ # # g沈積方法’利用如申請專利範圍第^至 5項中任$之退距電渡原子膜沈積裝置，該方法包含： 升:成一薄膜於一裝載於-反應室中之基板上，其係藉 由重複地執订一自由基供給步驟，其中該等自由基係供給 至反應室之内；一自由其、、主、、土止 ^ 目由基，月洗步驟，其中係從該反應室清 洗。玄等自由基，-第一反應性氣體供給步驟，其中該第一 反應性氣體係供給至該反應室之内；以及一第一反應性氣 32 Ϊ233638 體清洗步驟，纟中供給至該反庄應室内之該I反應性氣 體係被清洗，其所在狀態係為，定位於該反應室與排氣管 線間之呂氏mLUffingValve)維持開啟，且流過第—路徑轉 換單元之内部·點A、第二路徑轉換單元之内部點B、及第 三路徑轉換單元之内部‘點C之氣體持續流進該反應室或旁 路管線之内， ^其中該自由基清洗步驟包含藉由自由基轉移管線注入 "亥主清洗氣體於該反應室之内’其流率係由該主清洗氣體 供應單元之MFC4(第四質量流控制器）所控制。 9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中在該第一反應 性氣體清洗步驟期間，流過該第一反應性氣體轉移管線^ 自由基轉移管線之惰性氣體之流率總和係維持於一恆常的 位準。 10, 如申請專利範圍第8項之方法，在沈積一薄膜之後 ，進一步包含注入自由基及惰性氣體於該反應室之内以熱 處理β亥薄臈，其中該等自由基係由至少一選自含有〇、N Η OH及ΝΗ，以及其組合物之群組所形成。 11 ·種原子膜沈積方法，利用如申請專利範圍第1至 5項中任一項之遠距電漿原子膜沈積裝置，該方法包含： 形成一薄膜於一裝載於該反應室中之基板上，其係藉 由重複地執行一自由基供給步驟，其中自由基係供給至反 應至之内’一自由基清洗步驟，其中從係該反應室清洗該 等自由基，一第一反應性氣體供給步驟，其中該第一反應 性氣體係供給至該反應室之内；以及一第一反應性氣體清 33 1233638 洗步驟，其中係從該反應室清洗該第一反應性氣體，其所 在之狀態係為，定位於該反應室與排氣管線間之呂氏閥 (Luffing valve)維持開啟，且流過第一路徑轉換單元之内部 點A及該自由基供應單元之内部點D之氣體持續流進該反 應室或旁路管線之内， 其中該自由基清洗步驟包含：藉由自由基轉移管線僅 注入惰性氣體（不含第二反應性氣體）於該反應室之内， 其流率係由該自由基供應單元之MFC3(第三質量流控制 器）所控制。 工 i2·如申請專利範圍第11項之方法，其中在該第一反 應性氣體清洗步驟期間，流過該第一反應性氣體轉移管線 及自由基轉移管線之惰性氣體之流率總和係維持於_ 1 的位準。 、恆常 13·如申請專利範圍第n項之方法，在沈積— 你，、公 止h /寻賜之 设進一步包含注入自由基及惰性氣體於該反應室之 熱處理該薄膜，其中該等自由基係由至少一選自含有〇以 N、0H、及NH，以及其組合物之群組所形成。 拾壹、圖式： 如次頁 34