TWI553733B - 用於原子層蝕刻的方法 - Google Patents

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TWI553733B TW101144525A TW101144525A TWI553733B TW I553733 B TWI553733 B TW I553733B TW 101144525 A TW101144525 A TW 101144525A TW 101144525 A TW101144525 A TW 101144525A TW I553733 B TWI553733 B TW I553733B
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Description

用於原子層蝕刻的方法
本發明的實施例大體上關於用於沉積材料的設備與方法。更詳細而言，本發明的實施例涉及具線性往復運動(linear reciprocal motion)的原子層沉積腔室。
在半導體處理、平板顯示器處理或其他電子元件處理的領域中，氣相沉積製程已在沉積材料於基材上扮演重要的角色。當電子元件的幾何形狀持續縮小，元件密度持續增加，特徵的尺寸與深寬比變得愈來愈具挑戰性，例如特徵尺寸為0.07 μm，且深寬比為10或更高。據此，共形地沉積材料而形成這些元件變得愈來愈重要。
原子層沉積(ALD)製程期間，反應物氣體被導入含有基材的處理腔室。大體而言，基材區域接觸第一反應物，該第一反應物被吸附至基材表面上。基材隨後接觸第二反應物，該第二反應物與第一反應物反應，而形成沉積材料。在遞送每一反應物氣體之間，可導入清洗(purge)氣體，以確保所發生的唯一反應是在基材表面上。
有許多例子中，用於第一反應物的最適反應條件並不與用於第二反應物的最適反應條件相同。在反應之間改變 整個腔室與基材的溫度是沒有效率的。此外，一些反應條件如果維持得太久，可能引發對基材及所得元件的長時間的損害。因此，在此技術中持續需要在更適反應條件下透過原子層沉積處理基材之改良的設備與方法。
本發明的實施例涉及處理基材的方法。位在處理腔室中的基材在第一溫度暴露至反應物氣體，以在基材之表面上形成蝕刻層。未反應的反應物氣體從處理腔室移除。基材表面的溫度提昇到第二溫度，以將蝕刻層從基材表面氣化。氣化的蝕刻層從處理腔室移除。基材表面的溫度減少到約第一溫度。詳細實施例中，該第一溫度低於蝕刻層的等向蝕刻點(isotropic etch point)。
某些實施例中，基材是矽。特定實施例中，反應物氣體是氟。詳細實施例中，第一溫度是在約20℃至約50℃的範圍內，且第二溫度是在約100℃至約200℃的範圍內。
一些實施例中，將基材暴露至反應物氣體包含將基材暴露至兩種或更多種氣體之組合，以形成蝕刻層。詳細實施例中，基材在基材表面上具有二氧化矽層，且將基材暴露至反應物氣體包含將基材表面暴露至水與氨氣之一者，之後將該基材暴露至氫氟酸。特定實施例中，當使用水時，第一溫度大約是室溫，而第二溫度為約50℃。某些實施例中，當使用氨氣時，第一溫度低於約35℃，而第二溫度為約120℃。
本發明的額外實施例涉及處理基材的方法。具有表 面之基材在氣體分佈板下方橫向移動，該氣體分佈板包含複數個狹長氣體通口，該等狹長氣體通口包括第一氣體出口以遞送第一反應性氣體。該第一氣體遞送到基材表面而在基材表面上形成蝕刻層。基材表面的溫度從第一溫度局部(locally)改變至第二溫度，第二溫度足以氣化蝕刻層。基材表面經清洗而去除氣化的蝕刻層。
詳細實施例中，第一溫度低於蝕刻層的等向蝕刻點，而第二溫度大於或等於蝕刻層的等向蝕刻點。特定實施例中，基材表面溫度是透過輻射式加熱或電阻式加熱之一或更多者而改變。
特定實施例中，基材是矽，且第一反應性氣體包含氟。某些實施例中，第二溫度是在約100℃至約200℃的範圍內。
本發明的進一步之實施例涉及處理基材之方法。具有表面之基材在氣體分佈板下方橫向移動，該氣體分佈板包含複數個狹長氣體通口，該等狹長氣體通口包括遞送第一反應性氣體的第一氣體出口以及遞送第二反應性氣體的第二氣體出口。第一反應性氣體遞送到基材表面而在基材表面上形成第一反應性層。清洗未反應的第一反應性氣體。第二反應性氣體遞送到基材表面以與第一反應性層反應，而在基材表面上形成蝕刻層。清洗未反應的第二反應性氣體。基材表面的溫度從第一溫度局部改變至第二溫度，第二溫度足以氣化蝕刻層。基材表面經清洗而去除氣化的蝕刻層。詳細實施例中，第一溫度低於蝕刻層的等向蝕刻點，而第二溫度大於或 等於蝕刻層的等向蝕刻點。
一些實施例中，基材表面溫度是透過輻射式加熱或電阻式加熱之一或更多者而改變。詳細實施例中，基材在表面上具有氧化矽層，且將第一反應性氣體是水與氨氣之一。特定實施例中，第二反應性氣體是氫氟酸。某些實施例中，第一溫度低於約50℃，且第二溫度是在約90℃至約130℃的範圍內。
10‧‧‧裝載閘腔室
15‧‧‧隔離閥
20‧‧‧處理腔室
30‧‧‧氣體分佈板
60‧‧‧基材
61‧‧‧第一表面
65‧‧‧梭動機構
66‧‧‧基座
67‧‧‧頂表面
68‧‧‧凹部
70‧‧‧軌道
80、80a、80b‧‧‧熱元件
90‧‧‧加熱燈
100‧‧‧系統
110‧‧‧基材表面
120‧‧‧前驅物注射器
125‧‧‧氣體通口
130‧‧‧前驅物注射器
135‧‧‧氣體通口
140‧‧‧前驅物注射器
145‧‧‧氣體通口
150‧‧‧泵送送系統
155‧‧‧真空通口
160‧‧‧隔件
198‧‧‧箭號
藉由參考本發明之實施例(說明於附圖中)，可獲得於上文中簡要總結的本發明之更特定的描述，而能詳細瞭解及獲得上述的本發明之特徵。然而應注意附圖僅說明此發明的典型實施例，因而不應將該等附圖視為限制本發明之範疇，因為本發明可容許其他等效實施例。
第1圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的示意剖面視圖；第2圖顯示根據本發明一或更多個實施例的基座；第3圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第4圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第5圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第6圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層 沉積腔室的部分剖面側視圖；第7圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第8圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第9圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第10圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第11圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第12圖顯示根據本發明一或更多個實施例的原子層沉積腔室的部分剖面側視圖；第13圖顯示根據本發明一或更多個實施例的反應示意圖；以及第14圖顯示根據本發明一或更多個實施例的反應示意圖。
本發明的實施例涉及提供基材之改良處理的原子層沉積設備與方法。本發明的特定實施例涉及合併至少一個熱元件以改變基材一部分之溫度的原子層沉積設備(也稱為循環式沉積)。
本發明的一或更多個實施例涉及蝕刻基材或從基材 表面蝕刻材料或層的方法。可在任何適合的處理腔室中處理基材，該等處理腔室包括化學氣相沉積腔室與原子層沉積腔室，但不以此為限。在原子層沉積製程中，可運用反應物氣體、清洗氣體、與溫度變化的時間上或空間上的分隔。時間上的分隔用於描述這樣的製程：透過該製程，在某一時間整個(或幾乎整個)處理腔室暴露至單一氣體，且氣體之間有清洗步驟。在本文中徹底詳盡地描述空間上的分隔，且所述空間上的分隔大體上意味：該基材的第一部分暴露至一個反應條件，而該基材的第二部分可同時暴露至不同的反應條件。大體而言，以時間上的方案處理的基材維持靜態，而以空間上的方案處理的基材相對氣體分佈板移動。
大體上，原子層蝕刻製程包括下述步驟：(1)在低於等向蝕刻點的溫度下將反應物A導至基材上(或目標蝕刻材料上)；(2)以將該反應物泵送清洗而去；(3)加熱基材，以將副產物從基材氣化；(4)冷卻基材至步驟1的溫度；以及重覆步驟1至4達到期望的量。硬體可能受益於簡便且快速的反應物導入與移除。一個範例是反應物、泵送、與清洗氣體通道的空間上的分隔。此舉也可助於擁有快速且有效的加熱與冷卻能力。欲達成上述功效，可使用特定波長範圍的閃燈、雷射、或光源，或者是溫度控制的基材支架。
已知分子氟將不會在室溫下蝕刻矽(不像XeF2)。如果矽溫度被加熱到約100至200℃，則分子氟將會開始蝕刻。在空間性製程中，基材部分可暴露至例如循環方式的清洗/泵送且雷射加熱/清洗/泵送/氟/泵送/清洗/泵送且雷射加熱 /清洗。該加熱可以是雷射或其他如所述的來源，且可位在各個位置。
另一範例(大體上關於蝕刻二氧化矽)涉及將二氧化矽表面暴露至HF/H2O或HF/NH3環境。空間性原子層沉積可安排成使得基材或表面的多個部分依序暴露至清洗/泵送/水或氨氣/泵送/清洗/泵送/HF/泵送/清洗/泵送與熱源/清洗。晶圓(基材)將以此順序暴露：H2O/HF/退火泵送，及反覆此順序。對於水的方案，基材可處於室溫，且加熱可高如50℃。對於氨氣的方案，基材可處於30℃且被加熱至約120℃。
一些實施例中，在處理腔室中，基材(或基材表面)暴露至反應物氣體。將基材表面暴露至反應物氣體引發蝕刻膜或蝕刻層形成在基材表面上。如在此說明書與所附的申請專利範圍中所用，「蝕刻膜」與「蝕刻層」之用語可交換使用，且是指基材表面(或基材表面的一部分)上的膜或層，此膜或層可在之後從表面剝離或移除。詳細實施例中，透過實質上僅只增加溫度(或退火)，而將蝕刻膜或蝕刻層從基材表面移除。在此時，過剩或未反應的反應物氣體從處理腔室清洗或移除，以避免與任何額外製程干擾。
蝕刻層形成在基材表面上之後，基材(或基材表面)的溫度從第一溫度提昇至第二溫度。在第一溫度，蝕刻層形成於基材表面上。在第二溫度，蝕刻層形成在基材表面上。然而，在第二溫度，蝕刻層轉而氣化，因此從基材表面移除，而留下蝕刻過的表面。氣化的蝕刻層從處理腔室移除，以避免一旦接著將基材溫度降低至第一溫度後產生的沉積。
第一溫度大體上低於第二溫度。詳細實施例中，第一溫度低於蝕刻層的等向蝕刻點，且第二溫度大約等於或大於等向蝕刻點。如在此說明書與所附的申請專利範圍中所用，「等向蝕刻點」之用語界定成可使反應副產物(即蝕刻膜)氣化的最低溫度。
有多種方式在第一溫度與第二溫度之間改變基材溫度。一或多個實施例中，基材或處理腔室維持在第一溫度並且提昇而氣化蝕刻層。在形成蝕刻層期間或之後，可將溫度提昇至任何點。一或更多個實施例中，在與蝕刻層形成的實質上同一時間，將溫度提昇。特定實施例中，形成蝕刻層之後，將溫度提昇。
一些實施例中，基材或處理腔室維持在第二溫度，且反應性氣體保持在第一溫度，如此則該氣體是冷的，以暫時降低基材表面溫度。短時間後，基材表面的溫度會與處理腔室之溫度平衡，因此氣化在表面上形成的層。可透過例如輻射式、電阻式、或傳導式加熱而提昇基材溫度，或透過例如傳導式冷卻而降低基材溫度。
一或更多個詳細實施例中，基材是矽，且反應物氣體是氟。基材與氟氣體於第一溫度反應而形成蝕刻層，該第一溫度範圍是約20℃至約50℃。基材溫度隨後上升至第二溫度以從基材表面氣化蝕刻層，該第二溫度範圍是約100℃至約200℃。
一些實施例中，將基材暴露至反應物氣體包含超過一個步驟。例如，為了在基材表面上形成蝕刻層，組合兩種 或更多種氣體可能是必要的。雖然此舉可能需要對超過一種的個別氣體進行暴露，但由於最終結果是在基材上有蝕刻層，所以該等超過一種的個別氣體被統稱為反應物氣體。某些實施例中，基材在表面上具有二氧化矽層，且將基材暴露至反應物氣體之步驟包括將基材表面暴露至水與氨氣之其中一者，然後將基材暴露至氫氟酸。當基材首先暴露至水時，第一溫度大約是室溫，而第二溫度是約50℃。當基材首先暴露至氨氣時，第一溫度低於約35℃，而第二溫度為約120℃。
使用原子層沉積形式的製程之蝕刻可為相當實用，此舉容許在單一沉積腔室內整合多個製程。例如能夠在低於等向蝕刻點的溫度下沉積蝕刻層，且隨後上升溫度超過此點。此舉在有能量阻障時是實用的，必須克服該能量阻障才能從表面蝕刻層。此外，以這種方式控制蝕刻製程可助於避免自發反應，並且減輕蝕刻製程失控的風險。
第1圖是根據本發明一或更多個實施例的空間性原子層沉積系統(或系統100)之示意剖面圖。系統100包括裝載閘腔室10以及處理腔室20。處理腔室20大體上是可密封的殼體，該殼體是在真空下操作，或至少是在低壓下操作。處理腔室20與裝載閘腔室10透過隔離閥15隔離。隔離閥15處於關閉位置時將處理腔室20對裝載閘腔室10密封，且處於開啟位置時使基材60得以從裝載閘腔室10傳送通過該閥而至處理腔室20，反之亦然。
系統100包括能夠使一或更多種氣體分佈遍及基材60的氣體分佈板30。該氣體分佈板30可以是發明所屬技術 領域中具有通常知識者已知的任何適合的分佈板，且在此描述的特定氣體分佈板不應被視為限制本發明的範疇。氣體分佈板30的輸出面面向基材60的第一表面61。
與本發明實施例一併使用的基材可以是任何適合的基材。詳細實施例中，基材是剛性、獨立(discrete)、大體上平面的基材。如在此說明書與所附的申請專利範圍中所使用，用語「獨立」在指涉基材時，該用語意味著該基材具有固定尺寸。特定實施例之基材為半導體基材，諸如200 mm或300 mm直徑的矽基材。
氣體分佈板30包含複數個氣體通口與複數個真空通口，該等氣體通口設置成輸送一或更多種氣流至基材60，而該等真空通口配置在各氣體通口之間並且設置成輸送氣流離開處理腔室20。第1圖的詳細實施例中，氣體分佈板30包含第一前驅物注射器120、第二前驅物注射器130、與清洗氣體注射器140。注射器120、130、140可由系統電腦(圖中未示，諸如主機)控制或透過腔室專用控制器控制(諸如可程式邏輯控制器)。前驅物注射器120設置成將連續(或脈衝)式的化合物A之反應性前驅物流通過複數個氣體通口125注射進入處理腔室20中。前驅物注射器130設置成將連續(或脈衝)式的化合物B之反應性前驅物流通過複數個氣體通口135注射進入處理腔室20中。清洗氣體注射器140設置成將連續(或脈衝)式的非反應性氣體或清洗氣體流通過複數個氣體通口145注射進入處理腔室20中。清洗氣體設置成從處理腔室20移除反應性材料與反應性副產物。清洗氣體一般是 惰氣，諸如氮氣、氬氣、與氦氣。氣體通口145配置在氣體通口125與氣體通口135之間，以將化合物A之前驅物與化合物B之前驅物分離，從而避免前驅物之間的交叉污染。
另一態樣中，將前驅物注射進入處理腔室20之前，可將遠端電漿源(圖中未示)連接前驅物注射器120與前驅物注射器130。透過施加電場至遠端電漿源內的化合物，可生成反應性物種的電漿。可使用任何能夠活化期望的化合物的電源。例如，可使用這樣的電源：使用以DC、射頻(RF)、與微波(MW)為基礎的放電技術的電源。若使用RF電源，該RF電源可為電容式耦合或電感式耦合。也可透過以熱為基礎的技術、氣體裂解的技術、高強度光源(例如UV能量)、或暴露至X光源而產生活化。示範性遠端電漿源可由諸如MKS Instruments,Inc.與Advanced Energy Industries,Inc.之販售商購得。
系統100進一步包括泵送系統150，該泵送系統150連接處理腔室20。泵送系統150大體上設置成將氣流從處理腔室20通過一或更多個真空通口155而排空。真空通口155配置在每一氣體通口之間，以在氣流與基材表面反應之後將氣流排出處理腔室20，且進一步限制前驅物之間的交叉污染。
系統100包括複數個隔件160，這些隔件160配置在處理腔室20上位在每一通口之間。每一隔件的下部延伸接近基材60的第一表面61，例如離第一表面61約0.5 mm或更遠。以此方式，隔件160的下部與基材表面分離一距離，該距離足以使氣流在與基材表面反應後得以在下部周圍朝向真 空通口155流動。箭號198指示氣流方向。由於隔件160如對氣流之實體阻障般運作，該等隔件160也限制了前驅物之間的交叉污染。所示的排列方式僅是說明性質，且不應被視為限制本發明之範疇。發明所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，所示的氣體分佈系統僅是一種可能的分佈系統，且可運用其他類型的噴頭與氣墊板。
操作中，(例如透過機器人)將基材60遞送至裝載閘腔室10且放置在梭動機構(shuttle)65上。隔離閥15開啟後，梭動機構65沿著軌道70移動。一旦梭動機構65進入處理腔室20中，隔離閥15關閉，而密封處理腔室20。梭動機構65隨後移動通過處理腔室20以供處理。一個實施例中，梭動機構65以線性路徑移動通過腔室。
當基材60移動通過處理腔室20，基材60的第一表面61反覆地暴露至化合物A的前驅物(來自氣體通口125)以及化合物B的前驅物(來自氣體通口135)，而來自氣體通口145的清洗氣體位在化合物A的前驅物與化合物B的前驅物之間。清洗氣體的注射是設計成在將基材表面110暴露至下一個前驅物之前，先移除來自前一個前驅物的未反應的材料。每一次暴露至各種氣流(例如前驅物或清洗氣體)之後，藉由泵送系統150透過真空通口155排空氣流。由於真空通口可配置在每一氣體通口的兩側上，所以氣流透過兩側上的真空通口155排空。因此，氣流從各別的氣體通口垂直地向下流向基材60之第一表面61，遍及基材表面110，並且圍繞隔件160的下部，最後向上流向真空通口155。以這樣的 方式，每一氣體可均勻地分佈遍及基材表面110。箭號198指示氣體流動的方向。基材60也可在暴露至各種氣流的同時旋轉。基材的旋轉對於在於形成的層中防止條帶形成而言相當實用。基材的旋轉可以是連續式或以分開的步驟進行。
在處理腔室20的端部處大體上設置足夠的空間，以確保藉由處理腔室20中的最後氣體通口進行的完整暴露。一旦基材60抵達處理腔室20的端部(即，第一表面61已經完全暴露至處理腔室20中的每一氣體通口)之後，基材60以朝向裝載閘腔室10的方向返回。當基材60朝裝載閘腔室10往回移動時，基材表面可再度暴露至化合物A之前驅物、清洗氣體、與化合物B之前驅物，該順序為與第一次暴露反向的順序。
基材表面110暴露至各氣體的程度可透過例如從氣體通口出來的各氣體之流速以及基材60的移動速率所決定。一個實施例中，各氣體的流速設置成不從基材表面110移除吸附的前驅物。每一隔件之間的寬度、配置在處理腔室20上的氣體通口的數目、以及基材來回傳遞的次數也可決定基材表面110暴露至各種氣體的程度。所以，可透過改變上述所參考的因子而使沉積膜的量與品質最適化。
另一實施例中，系統100可包括前驅物注射器120與前驅物注射器130，而無清洗氣體注射器140。所以，當基材60移動通過處理腔室20時，基材表面110將會交替暴露至化合物A的前驅物以及化合物B的前驅物，而在該等前驅物之間不暴露至清洗氣體。
第1圖中所示的實施例具有在基材上方的氣體分佈板30。雖然已針對此直立走向描述及顯示該等實施例，但可瞭解倒轉走向也是可能的。在那樣的情況中，基材60的第一表面61將會面向下，同時朝向基材的氣流將會被導引向上。
尚有另一實施例，系統100可被設置成處理複數個基材。這樣的實施例中，系統100可包括第二裝載閘腔室(配置在裝載閘腔室10的相對端處)與複數個基材60。基材60可被遞送至裝載閘腔室10並且從第二裝載閘腔室收回。
一些實施例中，梭動機構65是搭載基材60的基座(susceptor)66。大體而言，基座66是幫助遍及基材上形成均勻溫度的載具。基座66在裝載閘腔室10與處理腔室20之間於雙向上(相對第1圖的排列方式，由左至右以及由右至左)可移動。基座66具有用於搭載基材60的頂表面67。基座66可以是被加熱的基座，使得基材60可被加熱以供處理。如一範例，基座66可被配置在基座66下方的輻射熱燈90、加熱板、電阻線圈、或其他加熱裝置所加熱。
尚有另一實施例中，基座66的頂表面67包括凹部68，該凹部68設置成收納基材60，如第2圖所示。基座66大體上比基材的厚度還厚，使得基材下方有基座材料。詳細實施例中，凹部68設置成使得當基材60配置在凹部68內時，基材60的第一表面61與基座66的頂表面67同水平。換言之，一些實施例的凹部68設置成當基材60配置在該凹部68中時，基材60的第一表面61不會突出於基座66的頂表面67上方。
一些實施例中，基材與載具熱隔離，以盡量減少熱損失。此舉可透過任何適合的手段完成，這些手段包括盡量減少表面接觸面積以及使用低熱導性材料，但不以上述手段為限。
基材具有固有的熱預算，此固有的熱預算是基於基材上完成的先前處理而受到限制。因此，限制基材暴露於巨大溫度變動是實用的，以避免超出此熱預算，從而損壞先前的處理。一些實施例中，氣體分佈板30包括至少一個熱元件80，該熱元件80適於引發基材60之一部分表面處的溫度中的局部改變。溫度中的局部改變主要影響基材60的表面的一部分，而不影響基材的主體溫度(bulk temperature)。
參考第3圖，在操作中，基材60相對氣體分佈板30的氣體通口移動，如箭號所示。此實施例中，處理腔室20可保持在第一溫度，該第一溫度適合前驅物A與基材60(或基材60上的層)有效地反應，但不至於太低而使前驅物B有效反應。原子層蝕刻的環境下，第一溫度可低於前驅物A(蝕刻劑)與基材表面(或基材表面上的層)的反應產物的等向蝕刻點。區域X移動經過具清洗氣體的氣體通口、真空通口、與第一前驅物A通口，其中基材60之表面與第一前驅物A反應。因為處理腔室20保持在適合前驅物A反應的溫度，所以當基材60移動到前驅物B時，區域X受熱元件80影響，且區域X的局部溫度增加。詳細實施例中，區域X的局部溫度增加至有利前驅物B之反應的溫度。在原子層蝕刻的環境中，區域X的局部溫度可增加至大約等於或大於蝕刻膜的等 向蝕刻點。前驅物B可以是蝕刻劑氣體，或者可以被惰氣所取代。
發明所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，如在此所使用及所描述，區域X是基材的人為固定點或區域。實際的使用上，當基材在氣體分佈板30附近移動時，區域X確實是移動的目標。為了描述之目的，圖中所示的區域X在處理基材期間是位於固定點。
詳細實施例中，區域X(亦稱為基材的一部分)在尺寸上受限。一些實施例中，受任何個別熱元件影響的基材的該部分少於基材面積的約20%。各個實施例中，受任何個別熱元件影響的基材的該部分少於基材面積的約15%、10%、5%、或2%。
熱元件80可以是任何適合的溫度變化裝置且可定位在許多位置。熱元件80的適合範例包括：輻射式加熱器(例如燈與雷射)、電阻式加熱器、液體控制熱交換器與冷卻板，但不以上述熱元件為限。
第3圖至第6圖顯示各種熱元件80的放置方式與種類。應瞭解，這些範例僅為說明本發明之一些實施例，且不應被視為限制本發明之範疇。一些實施例中，熱元件80定位在至少一個狹長氣體通口內。此多樣的實施例顯示於第3圖至第5圖中。在第3圖，熱元件80是定位在氣體通口的入口處的輻射式加熱器。可使用該輻射式加熱器，以在基材60通過含有該輻射式加熱器的氣體通口附近時，直接加熱基材60的區域X。在此，當區域X在氣體通口B附近時，基材的區 域X被加熱且改變。
發明所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，在任何所給的氣體分佈板30內可有超過一個熱元件80。此情況之範例會是具有兩個前驅物A與前驅物B之重複單元的氣體分佈板30。若前驅物B的反應溫度高於前驅物A，熱元件可放在前驅物B氣體通口的每一者內(或周圍/附近)。
特定實施例中，輻射式加熱器是雷射，該雷射沿著氣體通口導引而朝向基材60之表面。可由第3圖所見，當區域X通過熱元件，提昇的溫度維持一段時間。用於該區域的溫度維持提昇的時間量取決於許多因子。因此，一些實施例中，輻射式加熱器定位在前驅物B氣體通口之前的真空通口或清洗氣體通口之一者處。這些實施例中，區域X將殘餘的熱維持得夠長而足以促進前驅物B之反應。這些實施例中，區域X被加熱且在從氣體通口A周圍延伸至氣體通口B周圍的區域中改變溫度。
第4圖與第5圖顯示其中熱元件80是電阻式加熱器的本發明之替代性實施例。電阻式加熱器可以是發明所屬領域中具有通常知識者已知的任何適合的加熱器，包括管狀加熱器，但不以此為限。第4圖中，電阻式加熱器定位在氣體通口內，使得通過電阻式加熱器的氣體被加熱。特定實施例中，通過電阻式加熱器的氣體被加熱至足以提供與基材(或基材上之層)進行有效反應的溫度。通過電阻式加熱器的被加熱的氣體可隨後加熱基材的區域X。在此實施例與類似實施例中，當區域X在氣體通口B周圍附近時，基材60的區域 X的表面溫度改變。
第5圖顯示其中電阻式加熱器放置在清洗氣體通口內的替代性實施例。此電阻式加熱器的放置方式是在區域X遇到前驅物A之後、遇到前驅物B之前。或者，在原子層蝕刻的情況中，電阻式加熱器是放置在區域X暴露至蝕刻劑氣體之後，且前驅物B可以省略或為另一蝕刻劑。此實施例的電阻式加熱器加熱清洗氣體，一旦清洗氣體接觸基材，旋即加熱基材的該部分(區域X)。詳細實施例中，熱元件80定位成使得清洗氣體在流過氣體分佈板之前被加熱或冷卻。
類似第4圖與第5圖的一些實施例以冷卻板取代電阻式加熱器。冷卻板可放置在氣體通口中的氣流內，以冷卻離開該等通口的氣體之溫度。一些實施例中，被冷卻的氣體是前驅物A或前驅物B之一或更多者。詳細實施例中，熱元件80是放置在清洗氣體通口中的冷卻板，以冷卻清洗氣體，而冷卻基材表面的溫度。冷卻板可在原子層蝕刻製程中相當實用，該冷卻板作為一種確保區域X的溫度低於後續反應形成的蝕刻層的等向蝕刻點的手段。
第6圖顯示本發明的另一實施例，其中熱元件80定位在氣體分佈板30的前面。圖中顯示熱元件80是在介於兩個氣體通口之間的氣體分佈板的一部分中。此熱元件的尺寸可依所需調整，以盡量減小相鄰氣體通口之間的間隙。特定實施例中，熱元件的尺寸大約等於隔件160之寬度。這些實施例的熱元件80可為任何適合的熱元件，包括輻射式與電阻式加熱器，或者包括冷卻器。此特殊配置方式因為與基材60 之表面接近所以可適合用於電阻式加熱器與冷卻板。詳細實施例中，熱元件80是電阻式加熱器，定位在氣體分佈板的前面，以直接加熱基材60的該部分(區域X)。特定實施例中，熱元件80是冷卻板，定位在氣體分佈板的前面，以直接冷卻基材60的該部分(區域X)。詳細實施例中，熱元件80定位在氣體通口的任一側上。這些實施例特別適合與往復運動處理一併使用，在往復運動處理中，基材在氣體分佈板30附近來回移動。
第6圖的詳細實施例中，前驅物A與前驅物B二者都是相同的反應物氣體。此反應物氣體可用於在基材表面或基材表面的區域X上建立蝕刻層。之後，可由因暴露至熱元件80所造成的提昇的溫度而氣化蝕刻層。基材或區域X在從基材氣化之前，可暴露至反應物氣體多次。各種實施例中，基材表面在所得的蝕刻層氣化之前，暴露至蝕刻劑氣體一次、兩次、三次、四次、或五次。
熱元件80可定位在氣體分佈板30之前及/或之後。此實施例適合往復處理腔室(其中基材在氣體分佈板附近來回移動)與連續(旋轉料架或輸送器)建構物二者。詳細實施例中，熱元件80是熱燈。第7圖所示的特定實施例中，有兩個熱元件80，一個在氣體分佈板的任一側，使得在往復型處理中，基材60以兩個處理方向被加熱。
第8圖顯示本發明的另一實施例，其中有兩個氣體分佈板30，而熱元件80是在氣體分佈板30之各者之前、之後、與之間。此實施例特別與往復式處理腔室一併使用，因 為此實施例容許在單一循環中(一個回合(one pass)的來回)有更多層得以沉積。因為在氣體分佈板30的開端與末端之處有熱元件80，所以基材60在以向前(例如由左至右)或返回(例如由右至左)的移動方式通過氣體分佈板30之前受到熱元件80影響。發明所屬領域中具有通常知識者將瞭解，處理腔室20可具有任何數目的氣體分佈板30，且熱元件80是在每一氣體分佈板30之前及/或之後，且將瞭解本發明不應受限於圖中所示的實施例。
第9圖顯示類似第8圖的另一實施例，但不具有在最後的氣體分佈板30之後的熱元件80。此類的實施例特別與連續式處理(而非往復式處理)一併使用。例如，處理腔室20可含有任何數目的氣體分佈板30，且熱元件80是在每一板之前。此類實施例也可在原子層蝕刻製程中特別實用。每一氣體分佈板之前的熱元件80可用於確保基材溫度低於待形成之蝕刻層的等向蝕刻點。
一些實施例中，熱元件80是氣體分佈板或氣體分佈板的一部分，被設置成導引已經加熱或冷卻的氣流朝向基材表面。此外，該氣體分佈板可被加熱或冷卻，如此因鄰近基材而可引發基材表面溫度的改變。例如，連續處理環境中，處理腔室可具有多個氣體分佈板，或具有大量氣體通口的單一板。多個氣體分佈板(其中超過一個氣體分佈板)中的一或更多者或多個氣體通口中的一些氣體通口可被設置成提供經加熱或冷卻的氣體或輻射能量。
本發明的額外實施例涉及處理基材的方法。基材60 在包含複數個狹長的氣體通口的氣體分佈板30附近橫向移動。該等狹長的氣體通口包括遞送第一氣體的第一氣體通口A以及遞送第二氣體的第二氣體通口B。第一氣體被遞送到基材表面，且第二氣體被遞送到基材表面。基材表面的局部溫度在處理期間有所改變。一些實施例中，在將第一氣體遞送到基材表面之後、遞送第二氣體至基材表面之前，局部地改變溫度。詳細實施例中，在遞送第一氣體的約略同一時間局部地改變溫度，或者是在遞送第二氣體的約略同一時間局部地改變溫度。
詳細實施例中，基材表面溫度直接由輻射式加熱、電阻式加熱、與冷卻基材表面等方式中的一或更多者所改變。特定實施例中，基材表面溫度非直接地改變，這是透過下述方式中的一或更多者所達成：電阻式加熱與冷卻第一氣體與第二氣體之一或更多者。
第10圖顯示可特別用於原子層蝕刻中的實施例。基材60在氣體分佈板30下方橫向移動。第一氣體(也稱蝕刻劑氣體、蝕刻氣體、前驅物等)被遞送至基材表面(或基材之區域X)，以形成蝕刻層。透過使用熱元件80，將基材或區域X的局部溫度從第一溫度改變至第二溫度。提昇基材表面的溫度(或在空間性處理的情況中，提昇基材表面的一部分的溫度)引發蝕刻膜從基材表面氣化。膜已受蝕刻之後，氣化的蝕刻膜從處理腔室移除。
顯示於第10圖中的實施例包括後方有熱元件80的兩個分開的蝕刻劑氣體通口。發明所屬技術領域中具有通常 知識者能瞭解，額外的泵送通口將位在第二熱元件80的下游，以確保氣化的蝕刻層從處理腔室移除。雖然圖中顯示兩個分立的蝕刻劑氣體通口/熱元件之組合，但可使用任何數目的蝕刻劑氣體通口/熱元件之組合。各個實施例中，氣體分佈板下方的基材之單一回合造成至少一個、兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、或十個蝕刻層形成/氣化之製程。
圖中所示的實施例中，熱元件80透過加熱清洗氣體而提供熱給基材表面。將瞭解熱元件80可以是例如位在蝕刻劑氣體後的泵送通道或清洗通道之任一者或全部中的輻射熱源。第11圖顯示本發明之實施例，其中輻射熱源(例如雷射)定位在泵送通道中，該泵送通道接近蝕刻劑氣體通口並且位在該蝕刻劑氣體通口下游。再一次，圖中顯示有兩個分立的蝕刻氣體/熱元件80單元，但能瞭解這僅是一種可能的配置方式，且其他配置方式亦在本發明的範疇內。將熱元件80定位在泵送通道(或真空通道)中是期望的，因為氣化膜所建立的副產物可立即從腔室移除。此舉盡量減少副產物冷凝至基材表面或處理腔室表面上的可能性。
第12圖顯示另一詳細實施例，其中有兩個不同的熱元件80a、80b，該等熱元件80a、80b分別用於提昇基材溫度與冷卻基材溫度。此實施例中，區域X(具有低於待形成之層的等向蝕刻點的第一溫度)首先暴露至蝕刻劑氣體，以形成蝕刻層於基材上。區域X隨後暴露至泵送通道，以使蝕刻膜從基材表面氣化，該泵送通道具有輻射熱元件80a，該輻射 熱元件80a提昇區域X之溫度至等於或大於等向蝕刻點。儘管陳述區域X「暴露」至反應物氣體，能瞭解可陳述反應物氣體「接觸」區域X。這些詞彙可交換使用。區域X隨後暴露至清洗氣體，該清洗氣體已通過橫越冷卻熱元件80b。冷卻熱元件80b可以是任何適合的冷卻器，例如氣體路徑中的冷線(cold wire)。在清洗氣體與冷卻熱元件80b之間，區域X處的基材表面溫度被降低到低於蝕刻膜的等向蝕刻點，使得能夠發生後續處理。
第13圖顯示本發明的詳細實施例，其中基材是矽且第一反應性氣體包含氟。氟與矽表面反應並且沉積至該矽表面上，而形成氟化矽膜。此反應可在低於等向蝕刻點的任何適合的第一溫度處發生。各個實施例中，第一溫度是在約0℃至約75℃的範圍內，或在約10℃至約65℃的範圍內，或在約20℃至約50℃的範圍內，或在約室溫至約45℃的範圍內，或低於約50℃，或低於約40℃，或低於約30℃。如在此說明書與所附的申請專利範圍中所用，用語「室溫」意味著約25±2℃的溫度。過剩(即，未反應)的氣體被泵送離開基材表面，以避免失去蝕刻製程的控制。
基材(或基材的一部分)的溫度是透過任何適合的手段提昇至第二溫度，該第二溫度高於氟化矽膜的等向蝕刻點。在此第二溫度，氟化矽膜從基材表面氣化，造成清潔的矽表面以及氣相中的氟化矽物種。各個實施例中，第二溫度是在約80℃至約220℃的範圍內，或在約100℃至約200℃的範圍內，或大於約80℃，或大於約90℃，或大於約100℃， 或大於約120℃，或大於約140℃。氣相中的氟化矽物種隨後從處理腔室移除，以避免一旦將基材冷卻至第一溫度之後氟化矽物種與基材表面產生進一步的反應。在空間上的原子層沉積方案中，熱元件加熱基材的該部分之後，氣相的受蝕刻層可立刻從基材表面泵送而去。
再度參考第6圖，本發明的另一實施例併入至少兩個反應性氣體以形成蝕刻層。前驅物A通口可提供第一反應性氣體至基材表面，且前驅物B通口可提供第二反應性氣體至基材表面。一起使用第一反應性氣體與第二反應性氣體，以在基材表面上建立蝕刻層。提昇基材溫度隨後使此蝕刻層氣化。
第14圖顯示此反應方案的範例，其中基材是矽且在基材表面上有氧化矽層。將第一反應性氣體遞送到基材表面以在基材表面上形成第一反應性層。圖中顯示該第一反應性氣體為水，但該第一反應性氣體也可以是氨氣，發明所屬技術領域中具有通常知識者能瞭解這點。第一反應性氣體在氧化矽表面上形成第一反應性層。過剩的第一反應性氣體從基材表面區域移除，以避免在後續步驟中有氣相反應。第二反應性氣體(圖中顯示為氫氟酸)朝基材表面流動，以與基材上的第一反應性層反應，而形成蝕刻層。過剩的氫氟酸隨後從基材表面泵送離去，以避免後續步驟中有進一步的反應。基材表面的局部溫度從第一溫度改變至第二溫度，以氣化該蝕刻層。隨後從處理腔室泵送氣化的蝕刻層。
各個實施例中，第一溫度低於約50℃，或低於約 40℃，或低於約30℃。某些實施例中，第二溫度是在約90℃至約130℃的範圍內，或約100℃至約125℃的範圍內，或約100℃至約120℃的範圍內。
應考慮其他蝕刻反應，且其他蝕刻反應在本發明之範疇內。舉例而言，鍺基材可透過例如氫氟酸蝕刻。此特定的反應類似於所述的矽蝕刻，但大體上是以較高的溫度進行。可透過例如氧或臭氧在不同溫度下蝕刻含碳材料。此外，可根據所述的製程建立與蝕刻碳膜與有機膜。碳與碳氫化合物或有機膜可使用O2或O3在不同溫度下蝕刻。最適溫度將取決於使用的特定化合物。
儘管已參考特定實施例描述此發明，但應瞭解，這些實施例僅是說明本發明的原理及應用。對於發明所屬技術領域具有通常知識者而言，能明瞭可對本發明的方法與設備製作各種修飾與變化，而不背離本發明之精神與範疇。因此，申請人希望本發明包括在所附的申請專利範圍之範疇內的修飾與變化及這些修飾與變化的等效物。
30‧‧‧氣體分佈板
60‧‧‧基材
80‧‧‧熱元件

Claims (20)

  1. 一種處理具有一表面的基材之方法，包括以下步驟：在一氣體分佈板下方橫向移動一表面，該氣體分佈板包含複數個狹長氣體通口，該等狹長氣體通口包括遞送一第一反應性氣體的一第一氣體出口以及遞送一第二反應性氣體的一第二氣體出口，該第二反應性氣體與該第一反應性氣體不同，該第二反應性氣體包含一電漿；於該基材表面形成一蝕刻層，此步驟包含連續地將該基材表面暴露至該第一反應性氣體及該第二反應性氣體；將該基材表面的溫度由一第一溫度改變至一第二溫度，該第二溫度足以氣化該蝕刻層；以及自該表面局部移除經氣化之該蝕刻層；其中，該表面的至少一個部分暴露至該第一反應性氣體或該第二反應性氣體，同時該表面之已暴露至該第二反應性氣體之一不同部分的局部溫度被改變。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該電漿為一遠端電漿。
  3. 如請求項1所述之方法，其中該第一溫度低於該蝕刻層的一等向蝕刻點，且該第二溫度大於或等於該蝕刻層的該等向蝕刻點。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該表面溫度是透過輻射式加熱或電阻式加熱之一或更多者而改變。
  5. 如請求項1所述之方法，其中該表面包含矽。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該第一反應性氣體包含氟。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該第一溫度是在約20℃至約50℃的範圍內，且該第二溫度是在約100℃至約200℃的範圍內。
  8. 如請求項1所述之方法，其中於該基材表面形成該蝕刻層之步驟進一步包含將該基材表面暴露至一第二反應性氣體，該第二反應性氣體包含一電漿，該第二反應性氣體與該第一反應性氣體不同。
  9. 如請求項8所述之方法，其中該第一反應性氣體與該第二反應性氣體之一者吸附至該表面上，而該第一反應性氣體與該第二反應性氣體之另一者與吸附之反應性氣體進行反應。
  10. 如請求項1所述之方法，其中該表面包含一二氧化矽層，且形成該蝕刻層之步驟包含將該表面暴露至水與氨之一者後，再暴露至氫氟酸。
  11. 如請求項10所述之方法，其中當使用水時，該第一溫度約為室溫，該第二溫度約為50℃，而當使用氨氣時，該第一 溫度約為低於35℃，該第二溫度約為120℃。
  12. 如請求項1所述之方法，其中該基材為矽，且該第一反應性氣體包含氟。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該第二溫度是在約100℃至約200℃的範圍內。
  14. 一種處理基材之方法，包括以下步驟：在一氣體分佈板下方橫向移動具有一表面的基材，該氣體分佈板包含複數個狹長氣體通口，該等狹長氣體通口包括遞送一第一反應性氣體的一第一氣體出口以及遞送一第二反應性氣體的一第二氣體出口；將該第一反應性氣體遞送至該基材表面之至少一部分，以在該基材表面上形成一第一反應性層；局部移除未反應之第一反應性氣體；生成第二反應性氣體之一電漿；將包含該電漿之第二反應性氣體遞送至具有第一反應性層之該基材表面之至少一部分，以與該第一反應性層進行反應，而在該基材表面上形成一蝕刻層；局部移除未反應之第二反應性氣體；將該基材表面的溫度局部地從一第一溫度改變至一第二溫度，該第二溫度足以氣化該蝕刻層；以及移除經氣化之該蝕刻層。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該電漿為一遠端電漿。
  16. 如請求項14所述之方法，其中該第一溫度低於該蝕刻層的一等向蝕刻點，且該第二溫度大於或等於該蝕刻層的該等向蝕刻點。
  17. 如請求項14所述之方法，其中該基材表面溫度是透過輻射式加熱或電阻式加熱之一或更多者而改變。
  18. 如請求項14所述之方法，其中該基材於該表面上包含一二氧化矽層，且該第一反應性氣體為水與氨之一者。
  19. 如請求項18所述之方法，其中該第二反應性氣體為氫氟酸，且該第一溫度約為低於50℃，而該第二溫度是在約90℃至約130℃的範圍內。
  20. 一種處理具有一表面的基材之方法，包括以下步驟：在一氣體分佈板下方橫向移動一表面，該氣體分佈板包含複數個狹長氣體通口，該等狹長氣體通口包括遞送一第一反應性氣體的一第一氣體出口以及遞送一第二反應性氣體的一第二氣體出口，該第二反應性氣體與該第一反應性氣體不同，該第二反應性氣體包含一遠端電漿；於該基材表面形成一蝕刻層，此步驟包含連續地將該基 材表面暴露至該第一反應性氣體及包含一電漿之該第二反應性氣體；將該基材表面的溫度由一第一溫度改變至一第二溫度，其中該第一溫度低於該蝕刻層的一等向蝕刻點，而該第二溫度高於該蝕刻層的該等向蝕刻點；以及自該表面局部移除經氣化之該蝕刻層；其中，該表面的至少一個部分暴露至該第一反應性氣體或該第二反應性氣體，同時該表面之已暴露至該第二反應性氣體之一不同部分的局部溫度被改變。
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