TWI620829B - Film forming method of semiconductor device and aluminum nitride film forming method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種半導體設備的成膜方法以及半導體設備的氮化鋁成膜方法。半導體設備的成膜方法依序進行多次濺射流程，各濺射流程包括：將基板載入腔室內並置放於承載底座上；將遮蔽盤移至靶材與基板之間；在腔室內通入惰性氣體以對靶材進行表面修飾製程；進行預濺射，對靶材的表面進行預處理；將遮蔽盤從靶材與基板之間移開，並利用靶材對基板進行主濺射以於基板上形成一薄膜；及將基板移出腔室；並且，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程參數，且N為大於0之正整數。
Description
本發明係關於一種半導體設備的成膜方法，特別是指一種半導體設備的氮化鋁成膜方法。
物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)濺射製程已廣泛用於現今的半導體積體電路、發光二極體(light emitting diode，LED)、太陽能電池及顯示器等製程中。在PVD濺射設備的腔室中，通常係利用高功率直流電源連接至靶材，通過加載功率將腔室內的工作氣體激發為電漿(plasma)，並吸引電漿中的離子轟擊濺射靶材，藉此使靶材的材料被濺射下來而沉積在晶圓等基板上。不同的應用領域通常對濺射功率、濺射速率等製程參數的要求也有所不同，但基本上對於提升成膜品質、成膜厚度均勻性以及增加設備產能的努力方向卻是非常明確的。
為解決上述技術問題，本發明提供一種半導體設備的成膜方法，其利用濺射方式形成薄膜，並在形成薄膜之前先對靶材進行表面修飾製程。本發明之方法通過在不同次的濺射流程的表面修飾製程時採用不同的製程參數的作法，藉此使得在不同次的濺射流程中的靶材具有不同的表面狀態，進而對於不同次的濺射流程的主濺射的成膜均勻性的偏移現象產生補償效果，以提高成膜品質及成膜厚度均勻性。
本發明之一些實施例提供一種半導體設備的成膜方法，包括依序進行複數次濺射流程，以分別於複數批次基板上形成薄膜，其中各濺射流程包括下列步驟。將一基板載入腔室內並置放於一承載底座上。將一遮蔽盤移至一靶材與基板之間。在腔室內通入一惰性氣體以對靶材進行一表面修飾製程。進行一預濺射，以對靶材的表面進行預處理。將遮蔽盤從靶材與基板之間移開，並利用靶材對基板進行一主濺射，以於基板上形成一薄膜。將基板移出腔室。對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程參數，且N為大於0之正整數。
本發明之一些實施例提供一種半導體設備的氮化鋁成膜方法，包括依序進行複數次濺射流程，以分別於複數批次基板上形成氮化鋁薄膜，其中各濺射流程包括下列步驟。將一基板載入腔室內並置放於一承載底座上。將一遮蔽盤移至一含鋁靶材與基板之間。在腔室內通入一惰性氣體以對含鋁靶材進行一表面修飾製程。進行一預濺射，以對含鋁靶材的表面進行預處理，使含鋁靶材的表面由富鋁狀態轉變為過渡狀態。將遮蔽盤從靶材與基板之間移開，並在腔室內通入一惰性氣體及一含氮氣體且以並含鋁靶材對基板進行一主濺射以於基板上形成一氮化鋁薄膜。將基板移出腔室。對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程參數，且N為大於0之正整數。
在本發明之半導體設備的成膜方法以及半導體設備的氮化鋁成膜方法中，依序進行的複數次濺射流程係用以分別於複數批次基板上形成薄膜。每次濺射流程之表面修飾製程可去除靶材表面的殘留物，而通過在針對複數批次基板所進行的不同次的濺射流程的表面修飾製程中採用不同的製程參數可補償在多次的濺射流程的表面修飾製程對於成膜厚度均勻性產生的負面影響(例如成膜均勻性朝向特定方向偏
移的問題)，故可達到改善成膜品質以及提升成膜厚度均勻性等效果。
20‧‧‧濺射裝置
21‧‧‧腔室
21S‧‧‧內壁
22‧‧‧承載底座
23‧‧‧托盤
24‧‧‧遮蔽盤
25‧‧‧遮蔽盤庫
26‧‧‧隔熱環
27‧‧‧覆蓋環
28A‧‧‧下端蓋
28B‧‧‧上端蓋
29‧‧‧磁控管
30‧‧‧電子裝置
31‧‧‧基板
32‧‧‧氮化鋁緩衝層
33‧‧‧氮化鎵層
33N‧‧‧N型摻雜氮化鎵層
33P‧‧‧P型摻雜氮化鎵層
34‧‧‧量子井層
100‧‧‧方法
110、112、114、115、116、118‧‧‧步驟
SR‧‧‧濺射流程
T‧‧‧靶材
圖1為本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法的流程示意圖；圖2A為本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法示意圖；圖2B為本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法示意圖；圖2C為本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法示意圖；以及圖3為本發明一些實施例之電子裝置的示意圖。
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖對本發明提供之半導體設備的成膜方法以及半導體設備的氮化鋁成膜方法進行說明。應當理解，此處所描述之具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
在本發明之製造方法中，一次濺射流程用以在一批次的基板上形成薄膜，下一次濺射流程用以在下一批次的基板上形成薄膜。也就是說，每一次濺射流程對應一批次的基板。其中，每一批次的基板指的是每一次濺射流程所處理的全部基板，其可以為一個基板，也可以為多個基板(例如托盤上同時承載多個基板時)。每次濺射流程包括於主濺射之前先對靶材進行前置處理製程，其包括進行表面修飾製程以去除靶材表面的殘留物(例如前次濺射流程時於靶材表面形成的膜層)，以及進行預濺射以對靶材的表面進行預處理，以確保每次濺射流程之主濺射時靶材處於穩定狀態。舉例而言，在使用含鋁靶材進行濺射製作氮化鋁薄膜的情況下，利用惰性氣體例如氬氣(Ar)對含鋁靶材進行表面修飾可以使含鋁靶材表面處於富鋁(Al-rich)狀態，而預濺
射可以使含鋁靶材的表面由富鋁狀態轉變為過渡狀態，藉此在後續的主濺射時可以確保形成的氮化鋁薄膜具有良好的成膜品質。進一步說明，在氮化鋁的實際生產過程中，常因為不可預期的因素而觀察到在多次的濺射流程中所形成的膜層的膜厚分布有逐漸朝向特定方向偏移的趨勢，進而影響到成膜厚度均勻性。上述膜厚分布均勻性的偏移的可能成因之一推測為某些不可預期的因素造成靶材的表面狀態產生偏差，而每次濺射流程時若未對靶材進行表面修飾會使得此一偏差持續地被放大而造成膜厚分布均勻性的偏移朝向相同的方向持續地被放大。
在本發明之半導體設備的成膜方法中，在每次的濺射流程中會先對靶材進行表面修飾製程，且在不同次的濺射流程中的表面修飾製程採用不同的製程參數可提供補償效果，進而改善膜厚分布持續朝向同一方向偏移而導致成膜厚度均勻性嚴重下降的問題。
本發明之方法所形成之氮化鋁薄膜具有較佳的品質，對於後續形成於氮化鋁薄膜上的氮化鎵層的磊晶品質亦有所提升。氮化鋁薄膜與氮化鎵層可應用於電子裝置例如發光二極體裝置中，成膜品質提升之氮化鎵層可用以提升電子裝置之電性表現，而厚度均勻性提升之氮化鋁薄膜亦對電子裝置的量產產品穩定性有正面的幫助。
圖1為本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法的流程示意圖，如圖1所示，本發明一些實施例提供一種半導體設備的成膜方法100，其中方法100包括重覆進行複數次濺射流程SR，以分別於不同批次的基板上形成薄膜。各濺射流程SR包括下列之步驟110、步驟112、步驟114、步驟115、步驟116以及步驟118。本實施例中，以一批次基板僅包含一片基板進行說明。在步驟110處，將一基板載入一腔室內，並置放於一承載底座上。在步驟112處，將一遮蔽盤移至一靶材與基板之間。在步驟114中，在腔室內通入一惰性氣體以對靶材
進行一表面修飾製程。在步驟115處，進行一預濺射，以對靶材的表面進行預處理。在步驟116處，將遮蔽盤移開並利用靶材對基板進行一主濺射，以於基板上形成一薄膜。在步驟118處，將基板移出腔室。接著，繼續進行下一次的濺射流程SR，以於另一批次的基板上形成薄膜。
本實施例之半導體設備的成膜方法包括依序進行複數次的濺射流程SR，每一次濺射流程SR對一批次的基板進行加工以在該批次的各基板的表面形成薄膜，其中，所謂一批次的基板，指的是每一次濺射流程SR所處理的全部基板，其可以是一個基板，也可以是多個基板。其中，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程參數，且N為大於0之正整數。藉由上述方法，可改善靶材的表面在進行了多次的濺射流程後而未加以修飾而產生的污染或缺陷所造成膜厚分布持續朝向同一方向偏移的問題，進而提升成膜厚度均勻性。在本實施例中，對第N批次基板進行的濺射流程與對第N+1批次基板進行的濺射流程是兩次連續且用於在不同基板上形成薄膜的濺射流程，且此兩次連續進行的濺射流程內的表面修飾製程具有不同的製程參數。在一些實施例中，持續進行的濺射流程內的表面修飾製程的製程參數係以交替變換方式的規則加以調整，也就是說奇數次的濺射流程所對應的表面修飾製程可以具有相同的製程參數，而偶數次所對應的濺射流程的表面修飾製程可以具有相同的製程參數，但奇數次的濺射流程所對應的表面修飾製程與偶數次所對應的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程參數。或者在另一些實施例中，可以利用不同的規則調整不同次濺射流程所對應的表面修飾製程的製程參數。
上述之方法100僅為示例，而本發明並不以方法100之內容為限，其它需要的額外步驟亦可於方法100之前、之後或/及其中進行，
而方法100中所述之步驟亦可於其它實施例中被取代、刪除或改變其順序。此外，本說明書中所使用之"步驟"一詞並不限於單一動作，此"步驟"一詞可包括單一個動作、操作或手法，或者可為由多個動作、操作或/及手法所組成之集合。
圖2A至圖2C為本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法示意圖。如圖2A以及圖1所示，本發明一些實施例提供一種半導體設備的成膜方法100，包括下列步驟。首先，可提供一濺射裝置20。濺射裝置20包括一腔室21、一承載底座22以及一遮蔽盤24。在一些實施例中，濺射裝置20可更包括存放遮蔽盤24的遮蔽盤庫25、隔熱環26、覆蓋環27、下端蓋28A、上端蓋28B以及磁控管29，遮蔽盤庫25穿透腔室21的內壁21S而與腔室21的內部環境連通，但並不以此為限。在本發明的其它實施例中，亦可視需要於濺射裝置20之內或/及之外設置其它需要之部件。然後，進行一濺射流程SR，濺射流程SR包括步驟110、步驟112、步驟114、步驟115和步驟116以及步驟118。在步驟110處，將基板31載入腔室21內，並置放於承載底座22上。在一些實施例中，可先將一批次的基板31(其可以為一個基板，也可以為多個基板)置放於一托盤23上，再將置放有基板31的托盤23藉由例如機械手臂載入腔室21內並置放於承載底座22上。在另外一些實施例中，亦可不透過托盤23而直接將一批次的基板31置放於承載底座22上。
在一些實施例中，基板31可為藍寶石基板、碳化矽(SiC)或其它適合之材質所形成之基板，例如半導體基板、絕緣層覆矽(SOI)基板、玻璃基板或陶瓷基板，而托盤23可由例如碳化矽(SiC)或鉬所製成，但並不以此為限。
然後，如圖2B以及圖1所示，在步驟112處，將一遮蔽盤24移至一靶材T與基板31之間，以及在步驟114處，在腔室21內通入惰性氣體以對靶材T進行一表面修飾製程。在表面修飾製程中，惰性氣體產生
之離子會撞擊靶材T，藉此達到修飾靶材T的表面之效果。例如，除去因為前一次濺射流程於靶材T表面所形成之膜層。舉例來說，於表面修飾製程時，通入惰性氣體例如氬氣的流量範圍可介於100每分鐘標準毫升(standard cubic centimeter per minute，sccm)至300sccm之間，且較佳可介於180sccm至280sccm之間，但並不以此為限。此外，於表面修飾製程時，對靶材T載入之濺射功率可介於2500瓦至4000瓦之間，且較佳可介於2800瓦至3500瓦之間，但並不以此為限。在一些實施例中，亦可包括於腔室21內只通入惰性氣體例如氬氣而不通入其它反應氣體。
在一些實施例中，遮蔽盤24在未進行表面修飾製程時可先放置於遮蔽盤庫25中，而要進行表面修飾製程之前，遮蔽盤24可自遮蔽盤庫25移至腔室21中並位於靶材T與基板31之間再進行表面修飾製程。在表面修飾製程進行時遮蔽盤24亦係位於靶材T與基板31之間，藉此避免靶材T的材料通過表面修飾製程形成在基板31上。換句話說，遮蔽盤24可被視為一擋板，用以阻擋表面修飾製程中產生的微粒掉落在基板31或承載底座22上而影響後續成膜品質。在本實施例中，表面修飾製程係於基板31載入腔室21之後進行，且表面修飾製程進行時遮蔽盤24係位於靶材T與基板31之間，但並不以此限。
隨後，如圖2B以及圖1所示，在步驟115處，進行一預濺射，以對靶材T的表面進行預處理。預濺射可對表面修飾後的靶材T的表面進行進一步處理，使得靶材T的表面處於過渡狀態。上述之預濺射可包括於腔室21內通入惰性氣體與反應氣體，其中惰性氣體可為例如氬氣(Ar)，而反應氣體則可視欲形成的膜層的材料作選擇。在一些實施例中，預濺射時通入之氣體可與於後續進行的主濺射時通入之氣體相同，但不以此為限。舉例來說，於預濺射時，通入反應氣體的流量範圍可介於30sccm至300sccm之間，且較佳可介於100sccm至220sccm之
間；通入惰性氣體例如氬氣的流量範圍可介於15sccm至100sccm之間，且較佳可介於20sccm至70sccm之間。此外，於預濺射時，對靶材T加載之濺射功率可包括一功率範圍介於2500瓦至4000瓦的脈衝直流電源，且功率範圍較佳可介於2800瓦至3500瓦之間，但並不以此為限。
之後，如圖2C以及圖1所示，在步驟116處，將遮蔽盤24從靶材T與基板31之間移開並利用靶材T對基板31進行一主濺射，以於基板31上形成一薄膜。上述之主濺射可包括於腔室21內通入惰性氣體與反應氣體，其中惰性氣體可為例如氬氣(Ar)，而反應氣體則可視欲形成的膜層的材料作選擇。藉由惰性氣體產生之離子(例如Ar離子)撞擊靶材T，並使靶材T與反應氣體反應以於基板31上形成膜層。舉例來說，於主濺射時，通入反應氣體的流量範圍可介於30sccm至300sccm之間，且較佳可介於100sccm至220sccm之間；通入惰性氣體例如氬氣的流量範圍可介於15sccm至100sccm之間，且較佳可介於20sccm至70sccm之間。此外，於主濺射時，對靶材T加載之濺射功率可包括一功率範圍介於2500瓦至4000瓦的脈衝直流電源，且功率範圍較佳可介於2800瓦至3500瓦之間，但並不以此為限。接著，在步驟118處，將形成有薄膜之基板31移出腔室21。在一些實施例中，進行預濺射對靶材T加載之濺射功率等於進行主濺射時對靶材T加載之濺射功率，但不以此為限。
此後，可重覆進行步驟110、步驟112、步驟114、步驟115、步驟116以及步驟118以完成下一次的濺射流程SR，下一次的濺射流程SR對應於另一批次的基板31。一次的濺射流程SR係指將置放有一批次基板31的托盤23載入腔室21後，進行表面修飾製程以及對托盤23上的該批次的基板31進行主濺射形成薄膜，而後將托盤23及其上的該批次的基板31移出腔室21之流程。
本實施例之半導體設備的成膜方法包括依序進行複數次的濺射流程SR，每一次濺射流程SR對一批次的基板進行加工以在該批次的各基板的表面形成薄膜，其中，所謂一批次的基板，指的是每一次濺射流程SR所處理的全部基板，其可以是一個基板，也可以是多個基板。其中，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程參數，且N為大於0之正整數。藉由上述方法，可改善靶材的表面在對多批次基板進行了相應的濺射流程後未加以表面修飾而產生的污染或缺陷所造成膜厚分布持續朝向同一方向偏移的問題，進而提升成膜厚度均勻性。
在一些實施例中，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程參數係藉由選擇不同的製程時間來實現。舉例而言，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有第一製程時間，對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同於第一製程時間的第二製程時間，且第二製程時間約為第一製程時間的2至8倍，例如第一製程時間約為1~3秒，且第二製程時間約為6~8秒，但不以此為限。另外，在對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程具有不同的製程時間的前提下，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程可以具有相同濺射功率。在另一些實施例中，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程可具有不同的製程時間以及不同的濺射功率。在又一些實施例中，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程可具有不同的濺射功率以及具有相同製程時間。在另一些實施
例中，對第N批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的表面修飾製程可具有其它不同的製程參數。
在本實施例中，通過在不同次的濺射流程之表面修飾製程中採用不同的製程參數，可以穩定靶材的狀況，從而可達到改善成膜品質以及提升成膜厚度均勻性等效果。在一些實施例中，方法100可進一步包括在連續重複進行複數次濺射流程(連續進行之濺射流程可構成一批次濺射流程)之前或/及之後進行塗布(pasting)處理。值得說明的是，習知成膜方法由於沒有對靶材進行表面修飾製程，因此在進行了數次濺射流程之後即必須對靶材進行塗布處理，其中習知塗布處理的製程時間需持續數十分鐘，不僅大幅增加了整體製程時間，且習知塗布處理需使用高功率(大於4500瓦之功率)進行，更會造成靶材的使用壽命(life time)減短至約3至6個月。反觀本發明之成膜方法由於在不同次的濺射流程中採用不同的製程參數對靶材T進行表面修飾製程，其中表面修飾製程的製程時間僅需數秒即可改善靶材T的狀況。因此在靶材T的狀況良好的情況下，相較於習知成膜方法，本發明之方法不僅可以減少進行塗布處理的次數與頻率，而可以縮短整體製程時間，且本發明的塗布處理僅需對靶材T加載約介於2500瓦至4000瓦之間的低功率，可將靶材T的使用壽命延長到1至2年。
在一些實施例中，半導體設備的成膜方法100可用以形成非金屬薄膜、金屬薄膜或金屬化合物薄膜。舉例來說，當要於基板31上形成之薄膜為氮化鋁(AlN)時，靶材T可為一含鋁靶材例如純鋁靶材或氮化鋁靶材，而上述之方法100則可視為半導體設備的氮化鋁成膜方法。
此外，在形成氮化鋁薄膜時，上述之預濺射可包括於腔室21內通入含氮氣體以及惰性氣體例如氬氣，並利用由惰性氣體產生之離子撞擊含鋁靶材(也就是靶材T)，使得靶材T的表面由富鋁(Al-rich)狀態轉變為過渡(Transition)狀態。舉例來說，於預濺射時，通入含氮氣體
例如氮氣的流量範圍可介於30sccm至300sccm之間，且較佳可介於100sccm至220sccm之間；通入惰性氣體例如氬氣的流量範圍可介於15sccm至100sccm之間，且較佳可介於20sccm至70sccm之間，但並不以此為限。此外，於預濺射時，對靶材T加載之濺射功率可包括一功率範圍介於2500瓦至4000瓦的脈衝直流電源，且功率範圍較佳可介於2800瓦至3500瓦之間，但並不以此為限。在一些實施例中，於預濺射時可於腔室21內另通入含氧氣體，使得靶材T的表面具有氧摻質(亦可視為氮氧化鋁，AlON)的狀態。舉例而言，通入含氧氣體例如氧氣的流量範圍可介於0.5sccm至10sccm之間，且較佳可介於0.5sccm至5sccm之間，但不以此為限。
在形成氮化鋁薄膜時，上述之主濺射可包括於腔室21內通入含氮氣體以及惰性氣體例如氬氣(argon，Ar)，並使由惰性氣體產生之離子(例如Ar離子)撞擊含鋁靶材(也就是靶材T)，並與含氮氣體反應以於基板31上形成氮化鋁薄膜。在一些實施例中，於主濺射時可於腔室21內另通入含氧氣體，藉此形成的氮化鋁薄膜可包括氧摻入之氮化鋁薄膜。舉例來說，於主濺射時，通入含氮氣體例如氮氣的流量範圍可介於30sccm至300sccm之間，且較佳可介於100sccm至220sccm之間；通入惰性氣體例如氬氣的流量範圍可介於15sccm至100sccm之間，且較佳可介於20sccm至70sccm之間；通入含氧氣體例如氧氣的流量範圍可介於0.5sccm至10sccm之間，且較佳可介於0.5sccm至5sccm之間，但並不以此為限。此外，於主濺射時，對靶材T加載之濺射功率可包括一功率範圍介於2500瓦至4000瓦的脈衝直流電源，且功率範圍較佳可介於2800瓦至3500瓦之間，但並不以此為限。在一些實施例中，進行預濺射對靶材T加載之濺射功率等於進行主濺射時對靶材T加載之濺射功率，但不以此為限。
在一些實施例中，表面修飾製程亦可包括於腔室21內只通入惰
性氣體例如氬氣而不通入反應氣體例如含氮氣體和含氧氣體，並使由惰性氣體產生之離子撞擊含鋁製靶材(也就是靶材T)，藉此達到修飾靶材T的表面之效果。例如，除去至少部分之因為先前製程而於靶材T表面所形成之氮化鋁。舉例來說，於表面修飾製程時，通入惰性氣體例如氬氣的流量範圍可介於100sccm至300sccm之間，且較佳可介於180sccm至280sccm之間，但並不以此為限。此外，於表面修飾製程時，對靶材T加載之濺射功率可介於2500瓦至4000瓦之間，且較佳可介於2800瓦至3500瓦之間，但並不以此為限。在一些實施例中，可於預濺射與主濺射的過程中持續對靶材T加載濺射功率，也就是以不斷輝(即腔室21內不起輝)的方式進行預濺射和主濺射。
如上文所述，本發明之方法於每次濺射流程時均對靶材T進行表面修飾製程，且在不同批次的基板各自所對應的濺射流程的表面修飾製程中採用不同的製程參數，藉此可穩定腔室21內的狀況以及靶材T的狀況，進而可補償在多次濺射流程中均未對靶材T進行表面修飾製程，或只利用具有相同製程參數的表面修飾製程對靶材T進行處理的狀況下對於成膜厚度均勻性所產生的負面影響，故可達到改善成膜品質以及提升成膜厚度均勻性等效果。舉例來說，請參考下列表1與表2。表1為一對照實施例之方法(每一次的濺射流程中未進行表面修飾製程)形成氮化鋁薄膜之厚度狀況，且每一次濺射流程係對托盤上置放之五片基板(即，每一批次的基板包含五片基板)進行主濺射；而表2為以上述之方法100形成氮化鋁薄膜之厚度狀況，且每一次濺射流程亦係對托盤上置放之五片基板(即，每一批次的基板包含五片基板)進行主濺射。由表1與表2的結果可知，本發明之方法所形成氮化鋁薄膜之厚度均勻性顯著地優於對照實施例的方法所形成之氮化鋁薄膜之厚度均勻性均。此外，連續進行本發明之上述濺射流程20次，其結果顯示：對於每一批次的基板而言，每片基板均具有很好的膜厚均
勻性，且不同的基板之間的膜厚均勻性也很好；並且，對於不同批次的基板而言，不同批次之間的膜厚均勻性亦得到改善。換句話說，本發明之形成薄膜之方法對靶材進行的表面修飾製程可有效地改善成膜厚度均勻性。
此外，請參閱圖1、圖2C與圖3，圖3為本發明一些實施例之電子裝置的示意圖。如圖1、圖2C與圖3所示，在一些實施例中，半導體設備的氮化鋁成膜方法100可用於形成電子裝置30例如氮化鎵基發光二極體裝置(GaN基LED)中的氮化鋁緩衝層32。在一些實施例中，電子裝置30可包括基板31、氮化鋁緩衝層32以及氮化鎵層33。氮化鋁緩衝層32係位於基板31上，而氮化鎵層33係位於氮化鋁緩衝層32上。氮化鋁緩衝層32可由上述之方法100形成於基板31上，而氮化鎵層33則可形成於氮化鋁緩衝層32上。由於氮化鋁緩衝層32與基板31(例如藍寶石基板)之間的晶格失配(lattice mismatch)以及熱失配(thermal mismatch)程度相對較小，故氮化鋁緩衝層32可用以改善後續於氮化鋁緩衝層32上以磊晶方式形成之氮化鎵層33的品質，進而達到提升電子裝置30性能表現的效果。舉例來說，電子裝置30可包括發光二極體裝置或其它適合之半導體電子裝置，而當電子裝置30為氮化鎵基發光二極體裝置時，電子裝置30可更包括一量子井層34形成於氮化鎵層33，此時氮化鎵層33可經處理而成為一N型摻雜氮化鎵層33N，而量子井層34上可再形成一P型摻雜氮化鎵層33P，但並不以此為限。於形成氮化鋁緩衝層32之主濺射時通入氧氣可改善後續於氮化鋁緩衝層32上形成之氮化鎵層33的成膜品質，而電子裝置30(例如為發光二極體裝置)的各種電性表現可獲得改善。
綜上所述，本發明之半導體設備的成膜方法係通過在針對複數批次基板所進行的不同次濺射流程的表面修飾製程中採用不同的製程
參數，藉此可穩定腔室內的狀況以及靶材的狀況，且可補償在濺射流程中未對靶材進行表面修飾製程的情況下對於成膜厚度均勻性產生的負面影響，故可達到改善成膜品質以及提升成膜厚度均勻性等效果。當本發明之半導體設備的成膜方法用於形成氮化鋁薄膜時，由於氮化鋁薄膜的成膜品質以及厚度均勻性均有所改善，故對於後續形成於氮化鋁薄膜上的氮化鎵層的磊晶品質亦有所提升。
前述內容概述一些實施方式的特徵，因而熟知此技藝之人士可更加理解本申請案揭示內容之各方面。熟知此技藝之人士應理解可輕易使用本申請案揭示內容作為基礎，用於設計或修飾其他製程與結構而實現與本申請案所述之實施方式具有相同目的與/或達到相同優點。熟知此技藝之人士亦應理解此均等架構並不脫離本申請案揭示內容的精神與範圍，以及熟知此技藝之人士可進行各種變化、取代與替換，而不脫離本申請案揭示內容之精神與範圍。
Claims (26)
- 一種半導體設備的成膜方法，包括：依序進行複數次濺射流程，以分別於複數批次基板上形成薄膜，其中各該濺射流程包括：將一基板載入一腔室內並置放於一承載底座上；將一遮蔽盤移至一靶材與該基板之間；在該腔室內通入一惰性氣體以對該靶材進行一表面修飾製程；進行一預濺射，以對該靶材的表面進行預處理；將該遮蔽盤從該靶材與該基板之間移開，並利用該靶材對該基板進行一主濺射以於該基板上形成一薄膜；以及將該基板移出該腔室；其中，對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有不同的製程參數，且N為大於0之正整數。
- 如請求項1所述之半導體設備的成膜方法，其中該表面修飾製程中通入之該惰性氣體包括氬氣。
- 如請求項1所述之半導體設備的成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有一第一製程時間，且對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有不同於該第一製程時間的一第二製程時間。
- 如請求項3所述之半導體設備的成膜方法，其中該第二製程時間為該第一製程時間的2至8倍。
- 如請求項3所述之半導體設備的成膜方法，其中該第一製程時間為1~3秒，且該第二製程時間為6~8秒。
- 如請求項3所述之半導體設備的成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有相同的濺射功率。
- 如請求項1所述之半導體設備的成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有不同的濺射功率。
- 如請求項7所述之半導體設備的成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有相同的製程時間。
- 如請求項1所述之半導體設備的成膜方法，其中對第N批次基板進行的濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的濺射流程的該表面修飾製程具有不同的製程時間與濺射功率。
- 如請求項1所述之半導體設備的成膜方法，其中於該預濺射時通入之氣體與於該主濺射時通入之氣體相同。
- 如請求項1所述之半導體設備的成膜方法，另包括於該預濺射以及該主濺射的過程中持續對該靶材加載濺射功率。
- 如請求項1所述之半導體設備的成膜方法，更包括：連續重複進行複數次該濺射流程，其中連續進行之該等濺射流程構成一批次濺射流程；以及於該批次濺射流程之前或/及之後，進行一塗布處理，其中該塗布處理對該靶材加載的功率介於2500瓦至4000瓦之間。
- 一種半導體設備的氮化鋁成膜方法，包括：依序進行複數次濺射流程，以分別於複數批次基板上形成氮化鋁薄膜，其中各該濺射流程包括：將一基板載入一腔室內並置放於一承載底座上；將一遮蔽盤移至一含鋁靶材與該基板之間； 在該腔室內通入一惰性氣體以對該含鋁靶材進行一表面修飾製程；進行一預濺射，以對該含鋁靶材的表面進行預處理，使該含鋁靶材的表面由富鋁狀態轉變為過渡狀態；將該遮蔽盤從該含鋁靶材與該基板之間移開，並在該腔室內通入一惰性氣體及一含氮氣體且以該含鋁靶材對該基板進行一主濺射以於該基板上形成一氮化鋁薄膜，以及將該基板移出該腔室；其中，對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有不同的製程參數，且N為大於0之正整數。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中該表面修飾製程中通入之該惰性氣體包括氬氣。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有一第一製程時間，且對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有不同於該第一製程時間的一第二製程時間。
- 如請求項15所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中該第二製程時間為該第一製程時間的2至8倍。
- 如請求項16所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中該第一製程時間為1~3秒，且該第二製程時間為6~8秒。
- 如請求項16所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有相同的濺射功率。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基 板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有不同的濺射功率。
- 如請求項19所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有相同的製程時間。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中對第N批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程與對第N+1批次基板進行的該濺射流程的該表面修飾製程具有不同的製程時間與濺射功率。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中該主濺射另包括於該腔室內通入一含氧氣體，以使該氮化鋁薄膜包括氧摻質。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中於該預濺射時通入之氣體與於該主濺射時通入之氣體相同。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，另包括於該預濺射以及該主濺射的過程中持續對該含鋁靶材加載濺射功率。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，其中進行該預濺射時對該含鋁靶材加載之濺射功率等於進行該主濺射時對該含鋁靶材加載之濺射功率。
- 如請求項13所述之半導體設備的氮化鋁成膜方法，更包括：連續重複進行複數次該濺射流程，其中連續進行之該等濺射流程構成一批次濺射流程；以及於該批次濺射流程之前或/及之後，進行一塗布處理，其中該塗布處理對該含鋁靶材加載的功率介於2500瓦至4000瓦之間。
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