TWI354030B - Deposition of tin films in a batch reactor - Google Patents
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I6877pif.doc 1354030 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 這個發明通常與半㈣製造有關,更特職 化鈦薄膜有關。 ,、/战亂 【先前技術】 由於各種· ’包括低電阻率’好的熱敎性及 擴散阻擔性質,在積體電路製造中有許多氮化欽(TiN)的應
用。典型的應用包括使用它作為接觸窗或阻擋層,以及電 子儀器中的電極,如電晶體。 然而氮化欽的性質’與加卫和沈積參數有緊密的關 係。因此,沈積的氮化鈦對一個特定應用的合適性及需求 性取決於是㈣所需要氮化鈦沈積製程,製程以形成具有 所希望的性質的氮化鈦’例如高均勻性和低電阻率的性 質。因此’新的氮化鈦沈積製程的研究開發不斷地在進行 中。 例如,最近由N. Ram_ja等人在驗㈣业Letters第 57卷(細2) Ml-·頁中所描述的熱牆爐中的氣化鈦薄膜 的低壓化學氣相沈積(LPCVD)。然而“—a等人能達到 的範圍疋有限制的,因為Ramanuja 1Q() $ 米晶圓,並非工業標準200毫米(mm)以及3〇〇毫米(mm) 晶圓。由已知氮化鈦薄膜對沈積條件的靈敏度,仍然需要 -個能夠沈積具有好的均勻性和低電阻率,而且符合工業 規格的氣化㈣膜製規格諸如2⑼毫米(職) 或300毫米(mm)晶圓。 16877pif.a〇c 除了能形成可接受的氮化鈦薄膜外,還需要氮化鈦沈 積製程的沈積溫度是相對較低的,從而增加沈積製程與其 他製程和結構相整合的靈活性。例如,減少沈積溫度到 400-500 C範圍,以允許薄膜與多層鋁或銅金屬化一起被使 用。 而已經發現,沈積溫度的降低會在氮化鈦薄膜中產 生大I的氣,導致電阻率大幅度増加,這是不樂見的。見 J.T.Hillman,微電子工程第 19卷(1992),375 378 頁。為了 減〉、電阻率和薄膜的氣含量,Hilman揭示了 一個單晶圓的 沈積裝私,其伴隨著沈積後的熱處理。然而不樂見的是, ,樣的一個製程要求一個附加的程序,而且由於使用單一 晶圓加工,因此限制了生產量。 因此,需要一個經濟的、相對高生產量的製程以沈積 具有好的均勻性和低電阻率的氮化鈦薄膜,。 【發明内容】 依照本發明的一個特徵,提供了一個形成氮化鈦薄祺 的方法1方法包括:在一個能容納25或更多基底的垂直爐 的反應至中,提供數個半導體基底。鈦的前驅物(Precursor) 在依時間分開的脈衝中流入反應室内,氣的前驅物流入反 應室内。 照本發明的另一個特徵,提供一個沈積氮化鈦薄膜 的製私。此製程包括:在反應室中化學氣相沈積氮化鈦於 基底上’它是通過使基底暴露於氮的前驅物和鈦的前驅 物。在依時間隔開的脈衝中,氮的前驅物和鈦的前驅物其 16877pif.doc 1354030 中之一流入反應室内,而氮的前驅物和鈦的前驅物兩者的 另一個在依時間隔開的脈衝中和脈衝之間連續地流入反應 室内。 一 依照本發明的另一個特徵,提供一批次反應器。此批 次反應器包括一個反應室,它能容納25個或更多半導體基 底。反應室有一個氣體進口。反應器也包括一個氣體傳輸 系統’匕疋用程式化控制四氯化鈦的傳輸,在依時間分開 的脈衝中,四氯化鈦通過氣體進口進入反應室内。 依照本發明的另-個特徵,提供一批次反應器。此批 次反應器包含-垂直延伸的反應室,它被配置成能容 個垂直間關辭導體絲。反應室有—_端和一個底 端。反應器运包含-個在反應室内的淨化氣體喷射器 化氣體喷射驗接近批次反應器的底端向上延伸,並 近反應室_端’具有-個通向反應室㈣^淨化氣體 噴射器被連制-個供給純域體邮置上,並且 ΐΐΓ化=通過淨化氣體噴射11從開口處排除。在反 Μ至中至乂今納一個反應物氣體噴射器。反庫4 射器大致在反應室的-個高度之± ,。:'乳體贺 個加工氣體的輸送系統。加工氣體輸統 二種加工氣體給反應f,—種加工a 被配置成運送 物氣體喷射ϋ。批次反應H還包含接$ =過一個反應 排氣裝置。 反應室底端的氣體 【實施方式】 已經發現,通過週期地引入,或 次脈衝—種或多種前驅 16877pif.doc 物進入反應器的反應室内,能在一批次反應器中沈積均勻 的低電阻率的氮化鈦薄膜。較佳的是,使用穩定的鈦和氮 的前驅物形成氮化鈦薄膜,即前驅物不是基(Radicals)或電 漿。較佳的是,四氣化鈦(TiCI4)及氨(NH3)被分別作為鈦 和氮的前驅物使用。兩種前驅物[如四氯化鈦(TiCI4)和氨 (NH3)]被交替地脈衝進入反應室内,或當另一種前驅物連 續地流入反應室時,只脈衝一種前驅物。在某些較佳實施 例中,當氮的前驅物[如氨(NH3)]連續地流入反應室内時, 鈦的前驅物[如四氣化鈦(TiCI4)]被脈衝進入反應室内。 有利於沈積操作是在溫度小於600。(:,較佳的是大約 小於500°C ’例如大約450-500°C。如此一來,沈積可與其 他製程相容’諸如多層銘或銅金屬化。除此之外,此沈積 能方便地被用於工業標準200毫米和300毫米晶圓上沈積 薄膜。 較佳的是,沈積是在一批次反應器中實現的,此批次 反應器設定或編程在依時間分離的脈衝中傳輸一種或多種 前驅物。較佳的是,批次反應器具有一垂直延伸的反應室, 它容納相互間垂直分開的且主面水平的基底。較佳的是 佳,反應室容納25個或更多的基底,更佳的是佳5〇個或 更多的基底。下面討論說明的垂直爐適於承載1〇〇_125個 基底。 在本發明的一些較佳實施例中,在批次反應室中,容 納了很多垂直分開的基底,例如,半導體晶圓,而且在氣 化鈦原子層沈積中,交替和順序地供應鈦和氮的前驅物[如 1354030 . 16877pif.doc 四氣化鈦和氨]的依時間分開的脈衝給反應室。已經發現, 氮化鈦的沈積速度對氨的氣體分壓的變化是特別敏感的。 因此,較佳的是,使用具有垂直分佈孔的氣體噴射器使氨 流入反應室,並且使其均勻地分佈。較佳的是,每個反應 物在另一個反應物被引入之前被移走,例如以通過惰性氣 體淨化,或者抽除反應室的氣體。每個脈衝的持續時間大 約是60秒或60秒以下’較佳的是大約30秒或3〇秒以下, 最佳的是大約15秒或更少。
在其他的較佳實施例中,連續地供應氮的前驅物[如氨] 給反應室’而且只有鈦的前驅物[如四氯化鈦]是脈衝式地 供應。有利地是在與交替地脈衝四氯化鈦和氨的方法比較 中,這樣的一個沈積方法允許每個反應物脈衝的沈積速度 增加,而不損失薄膜品質。通過連續地流動一種前驅物, 每個四氣化鈦脈衝典型地沈積多於單層的氮化鈦。除此之 外,在鈦的前驅物脈衝相對不足的地方,通過在鈦的前驅 物脈衝之間㈣的㈣驅物會有效地氮化含有鈦的沈積的 薄膜。這樣’能在相對低的沈積溫度下,獲得高品質,、低 電阻率和均㈣a化鈦薄膜於較佳小於觀。c的溫度,更 ^ = 於5〇()C ’如大約4耽。較佳的是’脈衝持續時 間大、勺疋6G秒或6G秒以下’更佳的是大約 以下,最佳的是大約15秒或更少。 飞刈杉 薄膜有:是二佳實施例’能形成高品質的氮化鈦 有+於3太^批_人的基底間,沈積的氮化鈦薄膜厚度能 ;“㈣化量,而且電畴能有小於5微歐姆. ⑧ 9 1354030 16877pif.doc 釐米的變化量。此外,形成的薄膜具有大約220微歐姆. 釐米或更小的電阻率。 現在將參照圖,其中同樣的數字從頭至尾指的是同樣 的部件。
參考圖1 ’圖示的反應器10是一個垂直爐反應器,它 容納彼此垂直分開的基底40,而且具有高效率的加熱和有 順序的載入。合適的垂直爐的例子是Α400τν^π A4I2TM垂 直爐,它們是市場上可以買到的,由荷蘭asm國際, Bilthoven的N.V.生產。然而,將會瞭解的是,當以垂直分 層式爐來介紹較佳實施例時,所揭示的原理和優點將會應 用到其他類型的反應器中,有一些進一步在下面被討論。 繼續參考圖1,在垂直爐或反應器10的内部,一個管 12定義反應室20。管12的下端於凸緣90終止,凸緣90 通過與下面的支承表面14接觸,機械地密封反應室20。 通過在反應室20頂端的一個氣體進口 22供應加工的氣體 給反應室20,並且通過在反應室2〇底端的一個氣體出口 24排除。反應室20容納一個晶舟3〇,它裝有很多垂直間 隔的基底或晶圓40。晶舟30較佳由基座42支撐,而基座 42較佳由門板44支撐。 可以維持加工管凸緣90在高溫下以避免加工的氣體 在其亡冷凝。可以察知的是,高溫能隨著製程而變化,更 佳=疋,可根據加工氣體的特性來選擇溫度。凸緣90的溫 度月b由一電加熱器和一個水冷系統調節。水冷卻主要是希 望在一抵熱晶圓40卸載期間,防止凸緣90的過熱。 16877pif.doc 1354030 闻可利用不同的系統以供應反應物或前驅物給反應室 y 1)。例如,當前驅物是氣體,它能從一個氣體源直接 二由p 2〇。氣體流動的時間和速度能被控制,如在技 術中已知的質量流動控制器。 j :丨驅物作為液體儲存時’如四氣化鈦,可以使用一 固擴放5以供應氣體形式的前驅物給反應室。能通過控
經過擴㈣中液體的流動以及控織體的溫度 來調即這樣的前驅物的流動時間和速度。可以察知的是, 由運載氣體㈣帶的錢前錄的量會隨著溫度的增加而 增加。
另一個控制液態前驅物(如四氣化鈦)流動的典型系統 不意在圖2中。液態前驅物被儲存在一個容器5〇中。液體 流動控制是通過控制進入蒸發器6〇的液體流量來控制流 入垂直爐或反應器10的液態前驅物的量。在前驅物被蒸發 之後’產生分隔很好的前驅物脈衝,並且利用包含闕門8〇 的閥門系統70使其流入反應室20,顯示在圖2的上部分。 較佳的是,閥門系統70的閥門80是在高溫下操作,並且 沒有空量(Dead Volume)或僅有極小的空量,以提供不同反 應物流動間的好的分離。這樣一個閥門系統的進一步詳細 描述是在2004年6月9曰提出申請的美國專利申請案第 10/864260號之全部揭露内容’均併入本案供參考。、 參考圖3至圖6,利用四氣化鈦和氨作為反應物,研 究了上面所討論的不同沈積方案的沈積結果。此沈積是在 荷蘭 ASM 國際 ’Bilthoven 的 N.V·生產的 A4〇〇TM 或 A4i2tM ⑧ 16877pif.doc 1354030 垂直爐中完成的,圖1示意的說明。具有200毫米直徑的 晶圓40被支架在垂直爐或反應器10中的晶舟3〇上。 b曰舟30上晶圓的空間間隔是依賴於前驅物脈衝方案 而變化的。對於交替地脈衝四氯化鈦和氨進入反應室2〇 的實驗,200毫米直徑的晶圓的垂直空間間隔大約是4 76 毫米,而且,晶圓的總數是125。可以察知的是,晶舟3〇 頂端和底端的晶圓40不會進行後續的製程。然而,它們可
能被用於賴和/或由於在反應室2G末端的次最佳沈積結 果,而不進一步地被加工。因此,總數為125個晶圓中的 100個晶圓典型地是“產品晶圓,,,它們將進一步被加工用 於完成積體電路。 的會财驅物,錢續維料—種前驅物流動 晶®40的空_隔是兩倍於兩個前驅物 ^替脈的空間間隔。因此,空間間隔大約是9.54毫 =。运就導致總數為63個晶_裝載 圓的產品量。 里以次π個日曰 在一些貫驗中,使用一個播Λ 反應室。糾控繼翻祕鈦蒸汽給 - Λλα ”粒進口 22(圖1)的四氯化鈦 谷态(不顯不)的溫度來控制四氯化鈦蒸 動。250sccm氮氣運載氣體的流: :至、机 在大多數的實財,控制四 28t。在其他的試驗中,示意的溫度大約在 液態四氣化鈦經過蒸發器6G =統用於控制 化鈦。 耵机動,以及用於脈衝四氣 10877pif.doc 1354030 =面的討論,在操作期間,為了避免 ”皿又疋在12GCM上,更佳的溫度是 在原子層沈積實驗中,交替、, ° 順序和時糾下·· 又替地脈衝兩種丽驅物’脈衝 四氣化鈦脈衝15秒;氡翁潘仆17 30八㈣是79秒,而且總程;认時是科時 數為77鐘°通過交#前驅物流動,實行總 為95個沈積週期。沈積溫度是在基底溫度為*贼和 H’备溫度為靴,每一週期大約沈積_奈 :二1匕鈦’產生大約23奈米的沈積薄臈厚度。值得注 t疋,箱沈積的厚度是小於 奈米/週期]’它是典型的原子層沈卿)製程[ 厚度結果顯示在圖3中,電阻率結果顯示在圖4中。 是’在較低的450 °C的沈積溫度下,發現每個晶圓 的千二句溥膜厚是特別的均勻。在一批晶圓的不同晶圓 ^ ’大約疋小於3奈米的差別。同樣發現’在這個溫度下, 平均電阻率是有益地均句,在一批晶圓的不同晶圓 甲,大約是小於5微歐姆·釐米的差別。 中,他的實,中’在運行脈衝的化學氣相沈積製程 :,的供應氨給反應室’而四氣化鈦是脈衝的。圖5 .·、、不了每種前驅物的管壓力,流速和脈衝時間。沈積溫度 ⑧ 1354030 16877pif.doc 是450°C,四氯化欽擴散器的溫度是坑,四氣化欽脈衝 間隔的時間是4分鐘,選擇脈衝的數目以使四氣化欽的曝 光時間的總合等於15分鐘。這樣對於6〇秒的四氣化欽的 脈衝時間,脈衝總錢15 ;對於3〇秒的脈衝時間, 總,是30 ;以及對於15秒的脈衝時間,脈衝總數是⑼。 在操作期間,氨固定的以大約〇 2 Slm流入。 :於圖5的沈積方案,圖6顯示了脈衝時 度;電:且率的影響。雖然當四氣化鈦的曝光時的; =’較長的脈衝會增加沈積薄膜的厚度是可期的^ =不影響沈積薄膜的厚度,但是出乎意料地發現,大 衝時間實際上引起平均薄膜厚度從大約23·5奈 均電阻率強二也卡二下於降脈意膜的平 鈦的脈衝持續時間二二 %以手大約疋520微歐姐.整半。m ,, =利於沈積氮化欽薄膜帶=二較=:衝時 Μ歐姆.釐米或更少。 电阻革,如大約220 鈦薄ΐ二:週期持續時間能給出-個期望的氮化 即四氣化欽的脈衝 叫之間’適 ^米到大約220微歐㈣米 ^"大約MO微歐姆.
二體每個週期的持續時間 ^者能夠調節加X 間。在圖5的血型力1刀1里和大約10分鐘之 令,週期持續時間大約是5分鐘⑽ I6877pif.doc 1354030 秒的四氣化鈦脈衝時間+4分鐘的四氯化鈦脈衝之間的時 間]0
—如上所述,可以用不同的方式引進加工的氣體到反應 至20例如,在圖丨說明的反應器中,引進所有的氣體經 上部的氣體進口 22進入反應$ 1〇的内部2〇的頂部,而^ 在反應器10的底部,經氣體出口 24排出。 在其他的實施例中,通過使用多孔喷射器使加工的氣 體引入反應器内,可以在整個管長内獲得更均勻分佈的加 工的氣體。合適的多孔喷射器是揭示在2004年6月8曰發 行的美國專利案第6746240號,以及美國專利申請出版刊 物第2003/〇111〇ι3Α1號中,全部揭露的内容均併入本案供 參考。可選擇的是,可以使用較不佔空間的圓柱形多孔噴 射器。這樣的噴射器,例如,具有大約25毫米的直徑和大 約1毫米直徑的孔。在某些較佳的實施例中,更佳的是, 把多孔喷射器安裝在反應室20底端的凸緣90或凸緣9〇 之下,並且朝上指向。 然而更佳多孔喷射器最好不用於引入淨化氣體,.因為 利用一個噴射器並不有效地淨化反應室20的上部分,嘴射 器僅僅延伸到反應室20的部分高度。更佳的是’淨化氣體 被引入反應室20的末端,它是與排氣端相對的’所以淨化 氣體在進入之後和被排除以前會流經反應室20的所有區 域。 圖7中顯示了另一個範例的反應器的構造。在這個設 計中,加工管100在頂部關閉。這個設計的〆個優點是加 1354030 16877pif.doc 工管100的結構B齡两留& υ處的氣體密封和夠避免頂部氣體進口 22(圖 有氣體由氣體嘴射器題。在這個裝置中的所 對每種氣體使用各自的此顯7F二種。更佳的是’ 體。更佳:—個賀射器用於每種加工的氣 是八佈在&些1*射器110是多孔氣體噴射器,其孔 疋刀佈在官100的財高度,如上所討論。
更^是’—個附加的喷射器110用於淨化氣體,如 氛亂。更佳的是,用於淨化氣體的噴射H 11G是-個管, 它在頂部有-個開叫,而且在其側壁沒有氣體排出孔, 所以’所有的淨化氣體在反應室12G _部被排出。圖8 說明了反應H 1G具有三個垂直延伸的喷射器ll()a、ii〇b 和11〇C。噴射器110a、議和11〇c每個分別具有一個進 口 140a、140b和140c,用於連接一個或多個的氣體供給。 喷射器110b在它的頂端112打開允許淨化氣體向下流動°經 過反應器ίο,並且在反應器10的底端從氣體出口 24排 出。在其他的實施例中,氣髅出口 24是在反應室12〇的頂 部’而且淨化氣體是在反應室120的底部流入。還有其他 的實施例中’使用配置有一個外部操作管和一個内部&筒 的反應室,氣體在襯筒内向上流到反應室的上部,以及在 襯筒的外表面和操作管的内表面之間的空間中向下# ^排 氣裝置。多孔喷射器被放在襯筒内,而且不需要淨:氣體 喷射器。這樣一個反應室配置的實例是在美國專利申請刊 物第2003/0111013 A1號中被揭示的,全部揭露内容^併 1354030 16877pif.doc 入本案供參考® 有利的是,使用這樣的多孔氣體喷射器,能夠改進進 入反應室内氣體分佈的均勻性,因此改進沈積結果的均勻 性0
例如,在連續的化學氣相沈積形成氮化鈦薄膜的試驗 中’通過四氣化鈦和氨連續地流入反應室内,發現氮化鈦 薄膜的沈積速度並沒有隨著四氯化鈦的分壓而有很大的改 變。另一方面,沈積速度似乎近似與氨的分壓成比例。對 沈積均勻薄膜來說,這些實驗表示,在反應室内氨的引入 方式和分佈是比四氣化鈦更重要,無論氨是否是脈衝進入 反應室内。例如,無論氨是否是在原子層沈積或者脈衝的 化學氣相沈積製程中被使用。結果,更佳的是,氨是以氣 體分佈最大均勻性的方式進入反應室内。更佳的是,氨是 以垂直分佈的方式進入垂直爐反應室内,例如,經過一具 有多數垂直空間分開孔的多孔噴射器,諸如上面所討論的 那些。更佳的是’喷射器大致上在反應室所有高度上延伸, 以使喷射器的孔跨越了由基底佔據的垂直高度。四氣化鈦 也能使用多孔喷射器引入,或者在反應室的供應端引入(圖 1)。 現在將給出一個氮化鈦薄膜脈衝的化學氣相沈積的典 型製程’它是使用圖7和圖8的反應器硬體配置以及圖2 的四氣化鈦液體流動控制和蒸發器。四氣化鈦液體以0.35 克/分鐘(g/min.)流入蒸發器。在蒸發器的上游,2〇〇 sccm 的氮氣流入液態的四氯化鈦,而在蒸發器的下游,1〇〇 sccm ⑧ 1354030 . I6877pif.doc
的附加氮氣流入汽化的四氣化鈦。四氯化鈦的脈衝時間是 1分鐘。四氯化鈦/氮氣混合物通過多孔喷射器進入反應室 内,其多孔喷射器具有30個垂直間隔的,直徑為i毫米或 更小的孔。在四氣化鈦脈衝期間,一個187sccm的氨和2〇〇 seem的氮氣混合物經過第二個具有類似結構的多孔喷射 器進入反應室内。在四氯化鈦脈衝以後,施加lslm的淨化 氮氣給四氣化鈦喷射器達3〇秒,而通過氨喷射器的氨和氮 氣不變。然後,在氨流入步驟中,增加氨流量到131111達2 分鐘。在氨流入步驟之後,再一次減少氨流量到187 sccm , 而且再一次以1 slm淨化四氣化鈦達3〇秒。在這之後四 氣化鈦脈衝的週期再一次開始。在所有的步驟當中,100 seem氮氣的淨化流經過鄰近反應室頂端的淨化氣體喷射 器開口。在四氣化鈦脈衝期間,反應室内的壓力大約是5〇〇 毫托(mTorr),而且反應室溫度大約是5〇(rc。經過16個 週期,沈積了厚度為21奈米和電阻率為185微歐姆.爱米 的薄膜。 可以察知的是,圖卜2,7-,8的硬體配置,雖然這裏 的描述是在脈衝的化學氣相沈積和原子層沈積(AL D)的情 況下,但它同樣適用低壓化學氣相沈積(LPCVD)的情況。 進一步地,這樣的硬體配置也能被用於其他的沈積化學 物二諸如使用三甲基鋁(TMA)和水(的〇)作為前驅物的 二氧化二鋁(八丨2〇3)的沈積,和使用氣化铪和水作為前驅 物的二氧化鈐(Hf〇2)的沈積。 除此之外,當圖示說明的反應器以垂直分開的方式裝 1354030 16877pif.doc 載基底時,此處描賴妓紐制於任 例如包括以水平分開財式裝餘底的反應器。一 物沾知的是’在脈衝兩種反應物的地方,兩種反應 产3^\關可1相同的’或者每個具有不同的脈衝持 二曰❿且’不官是一個還是兩個反應物是脈衝的,脈 2持續時間在沈積製程始終可以保持相同
製程期間可以改變。 I 因此,可以察知的是,可以在沒有違背本發明的範圍 通過些各種其他省略的技術技巧,對上面描述的方 、η結構作些增加和修改。所有這樣的修改和改變意圖要 屬t本發明的翻,如附加的申請專利範圍所定義的。 【圖式簡單說明】 明,=較ί貫施例的詳細描述和附圖將會較好地理解本發 k些貫施例和附圖僅僅是為了說明,而不是要限定本 發明,而且其中:
圖1 έ兒明了本發明較佳實施例所使用的典型的爐子。 圖2說明了本發明較佳實施例所使用的典型的液體傳 輪糸統。 膜日圖3疋一個曲線圖,它顯示了不同垂直基底位置的薄 、厚度的結果,它是依照本發明一個較佳的實施例’在二 不同溫f下處理的一批半導體基底的結果。 圖4是一個曲線圖’它顯示了圖3中半導體基底的不 5垂直基底位置的薄膜電阻率的結果。 圖5疋一個曲線圖,依照本發明的另一個實施例,它 1354030 16877pif.doc 說明了反應物的流動時間。 圖6是一個曲線圖,它顯示了薄膜厚度和電阻率作為 進入反應室的每個四氯化鈦脈衝的四氯化鈦流動持續時間 » 的函數。 圖7說明了本發明較佳實施例所使周的另一個示例性 的爐子。
圖8說明了本發明較佳實施例所使用的一個附加示例 性的爐子。 【主要元件符號說明】 10 :垂直爐或反應器 12 :管
14 :支承表面 20 :反應室 22 :氣體進口 24 :氣體出口 30 :晶舟 40 :基底或晶圓 42 :基座 44 :門板 50 :容器 60 :蒸發器 70 :閥門系統 80 :閥門 凸緣 90 1 1354030 . 16877pif.doc 100 :管 . 110 :喷射器 : 112 :喷射器頂端 - 120 :反應室 140 :進口 ⑧
Claims (1)
1354030 ; 16877pifl ! jf β w 爲第94114999號中文專利範圍無劃線修正本 修正日期:2中1年7月2穷泪; * ----------------- . 十、申請專利範圍· 1.一種形成氮化鈦薄膜的方法,包括: 在一垂直爐的一反應室内,提供多數個半導體基底, 其中該反應室能容納25個或更多的基底; 在該反應室内提供多數個基底;以及 進行多數個化學氣相沈積週期而於該多數個基底上化 學氣相沈積氮化鈦薄膜而沈積溫度大約小於500°C,其中 任一化學氣相沈積週期包括: a) ·將一鈦的前驅物流入該反應室内; b) ·將一氮的前驅物流入該反應室内,其中該鈦 的前驅物流入與該氮的前驅物流入至少時間上部份 重疊; c) .停止該鈦的前驅物流入該反應室内;以及
d) .當該鈦的前驅物停止流入該反應室時,透過 以高於前述步驟b)中該氮的前驅物的流速的一流速 將該氮的前驅物流入該反應室内,而將該多數個半導 體基底暴露於該氣的前驅物, 其中進行多數個化學氣相沈積週期而形成的氮 化鈦薄膜具有一電阻率,在該多個基底中,基底與基 底間電阻率的改變量大約小於5微歐姆·釐米。 2.如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的方 法’其中流入該氮的前驅物包括從多數個垂直分佈的點'引 入氮前驅物’這些點大致上是沿著25個或更多基底上的一 高度分佈。 22 1354030 . 16877pifl 爲第941M999號中文專利範圍無劃線修正本修正日期:2〇11年7月2〇日 3.如申請專利範圍第2項所述之形成氮化欽薄膜的方 法,其中該些垂直分佈點是一氣體噴射器的孔。 . 4·如申請專利範圍第2項所述之形成氮化鈦薄膜的方 法,其中流入鈦的前驅物包括:從一進口引入鈦的前驅物, • 該進口具有只接近反應室一端的一開口。 .· 5.如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的方 法’其中該垂直爐能容納50個或更多的基底。 S 6.如申請專利範圍第5項所述之形成氮化鈦薄膜的方 法’其中該垂直爐能容納100或更多的基底。 7.如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的方 法’其中該鈦的前驅物及該氮的前驅物是非基類的 (non-radical) 〇 8.如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄臈的方 法’其中各該化學氣相沈積週期形成小於αι奈米厚的氮 化鈦薄膜。 9.如申请專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的方 φ 法,其中化學氣相沈積氮化鈦薄膜在各該基底上形成一定 厚度的一氮化鈦層,其中在該些基底中,厚度的變化量大 約小於3奈求。 10.如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的 錄’其巾化學氣概積氮彳b鈦薄膜包括在各該基底上沈 積多於一層的氮化鈦。 、11.如申請專利範圍第1〇項所述之形成氮化鈦薄膜的 S法’其中化學氣相沈積氮化鈦薄膜包括在該鈦的前驅物 23 I6877pifl 修正日期:2011年7月20日 爲第94114999號中文專利範圍無劃線修正本 的脈衝之間及脈衝期間,使該氮的前驅物連續地流入該反 應室。 12. 如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法,其中該鈦的前驅物是四氯化鈦。 13. 如申請專利範圍第12項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法,其中流入該鈦的前驅物包括通過含有四氯化鈦的一 擴散器(bubbler)流入惰性氣體。 14. 如申請專利範圍第12項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法,其中流入該鈦的前驅物包括在一液體蒸發器中蒸發 四氯化鈦。 15. 如申請專利範圍第12項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法,其中該氮的前驅物是氨。 16. 如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法,其中在流入該欽的前驅物及流入該氮的前驅物期 間,該基底的溫度大約是600°C或600。(:以下。 17. 如申請專利範圍第16項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法’其中在流入該欽的前驅物及流入該氮的前驅物期 間,該基底溫度大約是500°C或500°C以下。 18. 如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法’其中流入該欽的前驅物及流入該氮的前驅物包括通 過鄰近該反應室的一垂直端的一進口引入該鈦的前驅物及 該氮》的則驅物’以及從該反應室相對的另一垂直端排出号· 鈦的前驅物及該氮的前驅物。 19. 如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的 1354030 - 16877pifl 爲第9411499?號中文專利範圍無劃線修正本 修正日期:2011年7月20日 方法’其中該基底是200毫米(mm)晶圓。 20. 如申請專利範圍第1項所述之形成氮化鈦薄膜的 方法’其中該基底是300毫米(mm)晶圓。 21. —種批次反應器,包括: 一反應室’配置為能容納25個或更多的半導體基底; 進入該反應室的一氣體進口;
一氣體傳輸系統,通過程式化控制經過該進口輸送氯 化鈦,並且在依時間分開的脈衝中進入該反應室;以及 一控制器’通過程式化控制進行多數個氮化鈦化學氣 相沈積週期而沈積溫度大約小於5〇〇。〇,其中任一化學氣 相沈積週期包括: a) .將該多數個半導體基底暴露於一鈦的前驅物 與一氮的前驅物,透過流入一脈衝的該鈦的前驅物至 該反應室内與流入該氮的前驅物至該反應室内,其中 該鈦的前驅物流入與該氮的前驅物流入至少時間上 部份重疊; b) .步驟a)之後,停止該鈦的前驅物流入該反應 室内;以及 , c) ·當該鈦的前驅物停止流入該反應室時,透過 以高於前述步驟a)中該氮的前驅物的流速的一流速將 該氮的前驅物流入該反應室内,而將該多數個半導體 基底暴露於該氮的前驅物, 其中進行多數個氮化鈦化學氣相沈積週期而形成 的氮化鈦薄膜具有一電阻率,在該多個基底中,基底 25 l354〇30 16877pm 爲第94丨丨49999號中文專利範圍無劃線修正本 修正曰期:20丨丨年7月2〇日 與基底間電阻率的改變量大約小於5微歐姆·釐米。 22. 如申請專利範圍第21項所述之批次反應器,其中 該氣體傳輸系統連續輸送氨進入該反應室。 23. 如申凊專利範圍第21項所述之批次反應器,其中 該氣體傳輸系統使氨在依時間分開的脈衝中流入該反應 室。 〜 . 24.如申請專利範圍第21項所述之批次反應器,其中 霉 s亥氣體輸送系統使氨經過含有多數個垂直間隔進口的 體噴射器進入該反應室。 “ 士 — 25.如申請專利範圍第21項所述之批次反應器,其 °亥氣體傳輸系統包含一擴散器(bubbler)。 26. 如申請專利範圍第21項所述之批次反應器, /氟體傳輸糸統包含一氣體蒸發器。 27. 如申請專利範圍第21項所述之批次反應器,其 §玄反應室玎以容納100個或更多的基底。 ’、 26
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