TWI626327B - 半導體設備的成膜方法、氮化鋁成膜方法以及電子裝置 - Google Patents

半導體設備的成膜方法、氮化鋁成膜方法以及電子裝置 Download PDF

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    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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Abstract

本發明揭示一種半導體設備的成膜方法、氮化鋁成膜方法及電子裝置。本發明的方法包括進行濺射流程，其包括：將基板載入腔室內，並放置於腔室內之承載底座上；於基板載入腔室的狀況下，對腔室進行加熱製程，將腔室內的溫度加熱至高於或等於預定溫度；利用設置於腔室內之靶材對基板進行主濺射，以於基板上形成薄膜；將基板載出該腔室。本發明的方法及電子裝置能夠提升薄膜的品質，且具有製作流程簡單、製作成本低等特點，能夠避免基板在其它加熱腔室加熱後再傳遞至濺射腔室的過程中產生微粒落在基板上的問題，並達到提升電子裝置效能之目的。

Description

半導體設備的成膜方法、氮化鋁成膜方法以及電子裝置
本發明係關於半導體製程與以此製程製作的裝置，尤指一種半導體設備的成膜方法、半導體設備的氮化鋁成膜方法以及電子裝置。
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、顯示器等製程中。在PVD濺射設備的製程腔室中，通常係利用在將高功率直流電源連接至濺射靶材，通過直流電源將反應腔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、半導體設備的氮化鋁成膜方法以及電子裝置，以濺射方式形成氮化鋁薄膜，藉此達到改善氮化鋁薄膜的成膜品質以及提升產能等目的。
本發明之一些實施例提供一種半導體設備的成膜方法，包括下列步驟。首先，進行一濺射流程。濺射流程包括下列步驟：將基板 載入一腔室內，並放置於腔室內之一承載底座上；於基板載入腔室的狀況下，對腔室進行一加熱製程，將腔室內的溫度加熱至高於或等於一預定溫度；然後，利用設置於腔室內之靶材對基板進行主濺射，以於基板上形成薄膜，其中預定溫度為薄膜之結晶溫度；之後，將基板載出該腔室。
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，包括下列步驟。首先，進行一濺射流程。濺射流程包括下列步驟：將基板載入一腔室內，並放置於腔室內之一承載底座上；於基板載入腔室的狀況下，對腔室進行一加熱製程，將腔室內的溫度加熱至高於或等於一預定溫度；然後，於腔室內通入一含氮氣體以及一惰性氣體並利用設置於腔室內之含鋁靶材對基板進行主濺射，以於基板上形成氮化鋁薄膜，其中預定溫度為氮化鋁薄膜之結晶溫度；之後，將基板載出腔室。
本發明之一些實施例提供一種電子裝置，包括基板、氮化鋁緩衝層以及氮化鎵層。氮化鋁緩衝層位於基板上，並且採用本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法所獲得，且氮化鋁緩衝層的X光繞射分析(002)的半高寬(FWHM)小於或等於100弧秒(arcsec)。氮化鎵層位於氮化鋁緩衝層上，並且採用本發明一些實施例之半導體設備的成膜方法所獲得。
在本發明之半導體設備的成膜方法與半導體設備的氮化鋁成膜方法中，於進行主濺射之腔室內進行之加熱製程可於主濺射之前對基板產生活化或/及排氣(degas)效果，進而使後續於基板上濺射形成之薄膜的品質提升。此外，由於基板係於同一個腔室中進行加熱製程以及濺射成膜，故可不須於另外設置加熱腔室，可減小設備體積並降低相關成本。另一方面，本發明之半導體設備的成膜方法與半導體設備的氮化鋁成膜方法亦可因此簡化製作流程，避免基板在其他 的加熱腔室加熱之後再傳遞至濺射腔室的過程中產生微粒落在基板上之問題。進一步地，本發明提供的電子裝置，由於採用本發明提供的半導體設備的成膜方法而形成氮化鋁緩衝層和氮化鎵層，因此同樣具有製作流程簡單、製作成本低等特點，並且同樣能夠避免微粒落在基板上造成污染的問題。
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、200‧‧‧方法
110、121、122、130、140‧‧‧步驟
210、220、230‧‧‧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；圖3為本發明一些實施例之電子裝置的示意圖；圖4為本發明一些實施例之氮化鎵薄膜之X光繞射半高寬與形成氮化鋁薄膜時有無通入氧氣的比較示意圖；圖5為本發明一些實施例之氮化鋁薄膜之X光繞射半高寬以及光穿透率對形成氮化鋁薄膜時所通入之氧氣的關係示意圖；以及圖6為本發明一些實施例之半導體設備的氮化鋁成膜方法的流程示意圖。
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、半導體設備的氮化鋁成膜方法以及電子裝置進行說明。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。
本發明之半導體設備的成膜方法係利用於進行主濺射之腔室內進行加熱製程，加熱製程係將腔室內的溫度加熱至一預定溫度，藉以對基板產生活化或/及排氣效果，其中上述預定溫度為後續於基板 上濺射形成之薄膜的結晶溫度，因此對於後續於基板上濺射形成之薄膜的品質提升有正面幫助。
在本發明之半導體設備的成膜方法中，由於基板係於同一個腔室中進行加熱製程以及濺射成膜，故可不須於另外設置加熱腔室，進而可減小設備體積並降低相關成本，並可因此避免基板在其他的加熱腔室加熱之後再傳遞至濺射腔室的過程中產生微粒落在基板上之問題。
在本發明之半導體設備的成膜方法中，利用靶材進行預濺射時基板已載入腔室且遮蔽盤位於基板與靶材之間，藉此可避免預濺射對基板造成影響。此外，本發明之半導體設備的成膜方法不需要在加熱製程完成後開啟腔室，因此可以提升腔室內之環境的穩定性，對於簡化製作流程以及提升成膜品質均有正面的幫助。
在本發明之半導體設備的成膜方法中，於基板載入後腔室在加熱製程、預濺射以及主濺射時均高於欲形成的薄膜的結晶溫度，藉以在同一腔室內可達到活化基板、使基板排氣(degas)、提升濺射成膜品質以及提升靶材使用壽命等效果。
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例如發光二極體裝置的電子裝置中，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，而以本發明之方法所形成之具有較高光穿透率之氮化鋁薄膜亦可用來提升發光二極體裝置的發光表現。
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，而方法100包括複數道步驟。首先，進行一濺射流程SR，濺射流程SR包括下列之步驟110、步驟121、步驟122、步驟130以及步驟 140。在步驟110處，將一基板載入一腔室內，並放置於上述腔室內之一承載底座上。在步驟121處，對腔室進行加熱製程，使其溫度至高於或等於一預定溫度。在步驟122處，利用設置於腔室內之一靶材進行一預濺射。在步驟130處，利用靶材對基板進行一主濺射，以於基板上形成一薄膜，其中加熱製程的預定溫度為薄膜之結晶溫度。在步驟140處，將形成有薄膜之基板移出腔室。值得說明的是，在一些實施例中，亦可視需要省略上述之步驟122，也就是說可視需要省略上述之預濺射，但並不以此為限。
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，其他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他實施例中被取代、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，而方法100包括複數個步驟。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。在本發明的其他實施例中，亦可視需要於濺射裝置20之內或/及之外設置其他需要之部件。然後，進行一濺射流程SR，濺射流程SR包括步驟110、步驟121、步驟122、步驟130以及步驟140。在步驟110處，將一基板31載入濺射裝置20之腔室21內，並放置於腔室21內之承載底座22上。在一些實施例中，可先將 一個或多個基板31放置於一托盤23上，再將放置有基板31的托盤23藉由例如機械手臂載入腔室21內並放置於承載底座22上。在另外一些實施例中，亦可不透過托盤23而直接將基板31放置於承載底座22上。
然後，在步驟121處，對腔室21進行加熱製程。在一些實施例中，加熱製程可包括對腔室21內的環境以及基板31進行加熱，用以對基板31或/及托盤23達到活化或/及排氣(degas)的效果，因此腔室21內的溫度較佳係高於或等於一預定溫度，例如腔室21內的溫度可高於攝氏400度，較佳可介於攝氏400度至攝氏800度之間，或更佳可介於攝氏500度至700度之間，但並不以此為限，藉以基板31在被加熱後也會達到上述溫度範圍，而有效達到所需之活化效果。在一些實施例中，上述之加熱製程係將腔室21加熱至高於或等於一預定溫度，其中此預定溫度係為後續進行主濺射所形成之薄膜(例如氮化鋁薄膜)的結晶溫度，藉以使基板31及腔室21內的溫度高於主濺射所形成之薄膜(例如氮化鋁薄膜)的結晶溫度，故可對基板31產生晶格再排列的效果並可改善後續通過主濺射形成之薄膜的晶格排列狀況，有助於提升主濺射形成之薄膜的品質。舉例來說，加熱製程可將腔室21之溫度加熱至介於攝氏400度至攝氏800度之間，且較佳可介於攝氏650度至攝氏800度之間，用以高於主濺射所形成之薄膜(例如氮化鋁薄膜)的結晶溫度(氮化鋁的結晶溫度約為攝氏550度)，但並不以此為限。換句話說，腔室21內的環境會持續地被加熱至高於或等於主濺射所濺射形成之薄膜的結晶溫度，藉以對主濺射之成膜品質形成正面幫助。
在一些實施例中，基板31可為藍寶石基板、碳化矽(SiC)或其他適合之材質所形成之單一材料基板或複合層材料基板，例如矽基板、絕緣層覆矽(SOI)基板、玻璃基板或陶瓷基板，而托盤23係由例如碳化矽(SiC)或鉬的可耐受加熱製程之材料所製成，但並不以此為 限。上述之加熱製程之加熱溫度可視基板31的材料不同而進行調整，而腔室21以及腔室21內的部件較佳係由可耐受加熱製程的材料例如金屬鉬或其他可耐受加熱製程之金屬或非金屬材料所製成，藉此可執行上述之加熱製程而不會產生質變或形變。加熱製程可對基板31達到活化的效果且對基板31或/及托盤23達到排氣的效果，而在加熱製程中由基板31或/及托盤23排氣所產生之氣體亦可於主濺射進行之前先排除於腔室21之外，故可避免基板31或/及托盤23排出的氣體影響到主濺射的進行。此外，加熱製程時較佳係未於腔室21內通入氣體，但並不以此為限。
然後，如圖2B以及圖1所示，在步驟122處，利用設置於腔室21內之靶材T進行一預濺射，而預濺射時腔室21內之遮蔽盤24係位於靶材T與基板31之間。在一些實施例中，遮蔽盤24在未進行預濺射時可先放置於遮蔽盤庫25中，而要進行預濺射之前，遮蔽盤24係自遮蔽盤庫25移至腔室21中並位於靶材T與基板31之間再進行預濺射，且在預濺射進行時遮蔽盤24亦係位於靶材T與基板31之間，藉此避免靶材T的材料通過預濺射形成在基板31上。值得說明的是，在一些實施例中，至少部分之上述的加熱製程可與預濺射同時進行，藉此達到縮短整體製程時間的效果，但本發明並不以此為限。上述之加熱製程之製程時間可視需要進行調整，例如可介於1分鐘至10分鐘，但並不以此為限。
之後，如圖2C以及圖1所示，在步驟130處，將遮蔽盤24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。預濺射與主濺射之製程參數至少部分相同，藉此使腔室21內的狀況於主濺射進行之前即趨於穩定，但並不以此為限。舉例來說，進行預濺射時通入腔室21內之氣體可與進行主濺射時通入腔室21內之氣體相同，而進行預濺射時對靶材T加載之濺射功率亦可視需要與進行主濺 射時對靶材T加載之濺射功率相同，但並不以此為限。在一些實施例中，基板31係於同一個腔室21內以及同一個承載底座22上進行上述之加熱製程與主濺射，但本發明並不以此為限。此外，加熱製程可於預濺射以及主濺射之前即開始對基板31加熱，而當主濺射進行時亦可持續進行加熱以維持所需之主濺射製程溫度。在一些實施例中，在整個濺射流程SR中可藉由加熱製程使得基板31與腔室21的溫度都維持在介於攝氏400度至攝氏800度之間，藉此確保主濺射的成膜品質。舉例來說，於步驟110之前，也就是將基板31載入腔室21之前，腔室21內的溫度可維持在例如攝氏500度，而於基板31載入腔室21之後，可利用承載底座22將基板31移至一加熱位置進行加熱製程例如將加熱溫度設定在攝氏650度的狀況下加熱數分鐘；然後再將基板31移至一相對下方處以使遮蔽盤24可移入腔室21內並位於靶材T與基板31之間並進行預濺射(如圖2B所示之狀況)；於預濺射完成之後，將遮蔽盤24移開並將基板31移至製程位後再進行主濺射(如圖2C所示之狀況)；其中於預濺射以及主濺射時加熱元件對腔室21加熱所達到的溫度可維持在例如攝氏650度，而於主濺射完成後可將溫度下降至例如攝氏500度並將基板31載出腔室21。
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則可視為一半導體設備的氮化鋁成膜方法。
當方法100係用以形成氮化鋁薄膜時，係於基板31載入腔室21之後，利用設置於腔室21內之含鋁靶材(也就是靶材T)進行預濺射(例如圖2B所示之狀況)，其中於預濺射進行時遮蔽盤24係位於含鋁靶材(也就是靶材T)與基板31之間；而於預濺射之後，將遮蔽盤24 移開並利用含鋁靶材(也就是靶材T)對基板31進行主濺射，以於基板31上形成氮化鋁薄膜。此外，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、含氧氣體以及惰性氣體例如氬(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)，以於基板31上形成氮化鋁薄膜，而此氮化鋁薄膜則包括氧摻入之氮化鋁薄膜。因此，預濺射亦可包括於腔室21內通入含氮氣體、含氧氣體以及惰性氣體例如氬，並使由惰性氣體產生之離子撞擊含鋁靶材(也就是靶材T)，藉此達到穩定腔室21狀況以及清洗靶材T之效果。在一些實施例中，於主濺射或/及預濺射時，通入含氮氣體例如氮氣的流量範圍可介於30至300每分鐘標準毫升(standard cubic centimeter per minute，sccm)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，於主濺射或/及預濺射時，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，可於預濺射之後以及主濺射之前停止對靶材T加載電源功率，而待基板31移至製程位要進行主濺射時再對靶材T加載電源功率以起輝，藉此可增加靶材T的使用壽命，但並不以此為限。此外，上述之含氧氣體可於主濺射之前段、中段、後段或該主濺射之全程通入。
然後，在步驟140處，將形成有薄膜(例如上述之氮化鋁薄膜)之基板31移出腔室21，而完成一次上述之濺射流程SR。換句話說，在一些實施例中，一次的濺射流程SR係指將放置有一個或多個基板31的托盤23載入腔室21後，進行預濺射以及對托盤23上的一 個或多個基板31進行主濺射形成薄膜後將托盤23移出腔室21之流程。
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他適合之半導體電子裝置，而當電子裝置30為發光二極體裝置時，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。
請參閱圖1、圖3以及下列表1。表1為以上述方法形成氮化鋁緩衝層32以及其上之氮化鎵層33的X光繞射半高寬(Full Width Half Maximum,FWHM)狀況與其他方式形成氮化鋁緩衝層與其上之氮化鎵層的X光繞射半高寬狀況比較表。在表1中，實施例1為以上述方法100形成氮化鋁緩衝層32以及其上之氮化鎵層33，比較例1為使用金屬有機化學氣相沉積形成氮化鋁緩衝層以及其上之氮化鎵層，比較例2為使用反應電漿沉積(Reactive Plasma Deposition，RPD)形成氮化鋁緩衝層並於其上再形成氮化鎵層。由表1可知本發明之形成氮化鋁的 方法可獲得成膜品質較佳之氮化鋁緩衝層32以及其上之氮化鎵層33。
請參閱圖1、圖2C、圖3、圖4以及下列表2。圖4為本發明一些實施例之氮化鎵薄膜之X光繞射半高寬與形成氮化鋁薄膜時有無通入氧氣的比較示意圖；表2為以濺射方式形成電子裝置30中之氮化鋁緩衝層32時有無通入氧氣對於電子裝置30的電性影響。如圖1、圖2C、圖3、圖4以及表2所示，於形成氮化鋁緩衝層32之主濺射時通入氧氣可明顯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(其X光繞射半高寬明顯變小)，而於電子裝置30(例如為發光二極體裝置)的各種電性表現上來看亦可得知於形成氮化鋁緩衝層32之主濺射時通入氧氣可改善電子裝置30的許多電性表現。
請參閱圖1、圖2C、圖3與圖5。圖5為本發明一些實施例之氮化鋁薄膜之X光繞射半高寬以及光穿透率對形成氮化鋁薄膜時所通入之氧氣的關係示意圖。如圖1、圖2C、圖3以及圖5所示，在主濺射 時於腔室21內通入氧氣流量約為1sccm的狀況下，增加通入氧氣的時間會使得所形成之氮化鋁薄膜的光穿透率有明顯提升，而此較高的光穿透率有助於應用於發光二極體裝置時的發光表現，但另一方面通入過多的氧氣亦會使得氮化鋁薄膜的X光繞射半高寬(FWHM)變大。因此，需控制主濺射時通入氧氣的時間與流量以避免對氮化鋁薄膜的成膜品質產生負面影響。因此，在本發明的一些實施例中，藉由形成氧化鋁薄膜方法100來形成氮化鋁緩衝層32時，氮化鋁薄膜(也就是氮化鋁緩衝層32)的X光繞射分析(002)的半高寬(FWHM)可小於或等於100弧秒(arcsec)，氮化鋁薄膜(也就是氮化鋁緩衝層32)的X光繞射分析(102)的半高寬(FWHM)可小於或等於230弧秒(arcsec)，氮化鎵層33的X光繞射分析(002)的半高寬(FWHM)可小於或等於110弧秒，氮化鎵層33的X光繞射分析(102)的半高寬(FWHM)可小於或等於160弧秒，但並不以此為限。
下文將針對本發明之不同實施例進行說明，且為簡化說明，以下說明主要針對各實施例不同之處進行詳述，而不再對相同之處作重覆贅述。此外，本發明之各實施例中相同之元件係以相同之標號進行標示，以利於各實施例間互相對照。
請參閱圖6、圖1以及圖2A。圖6為本發明一些實施例之半導體設備的氮化鋁成膜方法的流程示意圖。如圖6、圖1以及圖2A所示，本發明一些實施例提供一種半導體設備的成膜方法200，而方法200包括複數個步驟。在步驟210處，進行一塗布處理，塗布處理包括於腔室21內通入一惰性氣體例如氬氣，然後於含鋁靶材(也就是靶材T)上加載電源功率，並使惰性氣體解離成離子(例如Ar離子)，並以此惰性氣體產生之離子撞擊靶材T，故此塗布處理可包括對靶材T進行清潔或/及使覆蓋環27與上端蓋28B等部件上的薄膜不易發生破裂。在一些實施例中，於塗布處理時係僅通入氬氣而未通入其他氣 體，而塗布處理的時間可介於1分鐘至20分鐘，但並不以此為限。在一些實施例中，進行上述之塗布處理時於腔室21內亦可處於高於攝氏400度，藉此可利用相對較低功率(例如1000瓦)之電源施加於靶材T上或/及利用相對較短的塗布處理時間即可達到上述效果，並可因此延長靶材T的使用壽命。值得說明的是，在習知成膜方法中，由於腔室內係處於低於攝氏350度，因此靶材的結晶顆粒較小而會增加微粒(particle)相關的缺陷產生的機率，且在腔室處於低於攝氏350度的狀態下，覆蓋環與上端蓋等部件上的薄膜亦容易發生破裂(crack)而導致微粒缺陷增加。為了解決微粒問題，習知成膜方法在連續重複進行複數次濺射流程之後會進行塗布處理，且由於腔室內係處於低於攝氏350度的環境下，習知塗布處理必須使用高功率並持續數十分鐘，不僅增加了整體製程時間，更會造成靶材的使用壽命(life time)減短。相較之下，在本實施例之方法中，由於腔室21係處於高於或等於攝氏400度的環境下，故可使靶材T的結晶顆粒變大而降低微粒相關的缺陷產生，此外覆蓋環27與上端蓋28B等部件上的薄膜亦較不易發生破裂(crack)，而此亦有助於改善微粒相關的缺陷問題。也就是說，在腔室21係處於高於或等於攝氏400度的環境下，本實施例之方法200不僅可以減少進行塗布處理的次數與頻率，可以縮短整體製程時間，且本實施例的塗布處理僅需使用低功率進行，對於靶材T的使用壽命亦有正面的幫助。
然後，在步驟220處，對腔室21進行一氮化處理。氮化處理時於腔室21中通入之氣體可與主濺射時通入腔室21之氣體相同，也就是說氮化處理可於腔室21內通入含氧氣體、含氮氣體以及惰性氣體進行，藉以穩定腔室21內的氣體狀況以進行後續之預濺射與主濺射，但並不以此為限。
於上述之塗布處理以及氮化處理之後，在步驟230處，連續重 複進行複數次濺射流程SR，而連續進行之濺射流程SR可構成一批次濺射流程。批次濺射流程中所進行的濺射流程SR次數可介於15至30次，但並不以此為限。於步驟230之後，也就是完成批次濺射流程之後可再進行上述之步驟220與步驟230。換句話說，於批次濺射流程之前或/及之後可進行上述之塗布處理以及氮化處理，塗布處理可移除靶材T表面因為經過多次濺射流程SR之後而產生之生成物(例如氮化鋁)而達到清潔靶材T的效果，且可使經過多次濺射流程SR之後的腔室21的側壁阻抗獲得恢復，而氮化處理可用以穩定經塗布處理之後腔室21內的狀況。
綜上所述，本發明之半導體設備的成膜方法係於進行濺射之腔室中對基板進行加熱製程，加熱製程係腔室內的溫度加熱至高於或等於欲形成的薄膜之結晶溫度，而藉由加熱製程可省去預熱腔室以及預清潔腔室，可顯著減少設備本身的成本。此外，加熱製程亦可改善成膜品質，例如當用於形成氮化鋁薄膜時，不但可改善氮化鋁薄膜的成膜品質，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。此外，於基板已載入腔室的狀況下利用遮蔽盤進行預濺射，除了可達到穩定後續主濺射的狀況外亦可縮短整體製程時間而達到提升產能的效果，而各濺射流程所形成的薄膜厚度重複性亦可因預濺射、塗布處理或/及氮化處理而有所提升。另一方面，以本發明之方法所形成之高品質氮化鋁薄膜可應用於電子裝置例如發光二極體裝置中，因氮化鋁薄膜而達到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，而以本發明之方法所形成之具有較高光穿透率之氮化鋁薄膜亦可用來提升發光二極體裝置的發光表現。

Claims (26)

  1. 一種半導體設備的成膜方法，包括：進行一濺射流程，該濺射流程包括：將一基板載入一腔室內，並放置於該腔室內之一承載底座上；於該基板載入該腔室的狀況下，對該腔室進行一加熱製程，將該腔室內的溫度加熱至高於或等於一預定溫度；利用設置於該腔室內之一靶材對該基板進行一主濺射，以於該基板上形成一薄膜，其中該預定溫度為該薄膜之結晶溫度；以及將該基板載出該腔室。
  2. 如請求項1所述之方法，其中該預定溫度介於攝氏400度至攝氏800度之間。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該預定溫度介於攝氏500度至攝氏700度之間。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該加熱製程之製程時間係介於1分鐘至10分鐘。
  5. 如請求項1所述之方法，其中於進行該加熱製程時，該腔室內之一遮蔽盤係位於該靶材與該基板之間。
  6. 如請求項1所述之方法，其中該濺射流程更包括：於該主濺射之前，利用該靶材進行一預濺射，其中於該預濺射進行時該腔室內之一遮蔽盤係位於該靶材與該基板之間。
  7. 如請求項6所述之方法，其中至少部分之該加熱製程係與該預濺射同時進行。
  8. 如請求項6所述之方法，其中進行該預濺射時通入該腔室內之氣體與進行該主濺射時通入該腔室內之氣體相同。
  9. 如請求項1所述之方法，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，其中該塗布處理包括：於該腔室內通入一惰性氣體；以及以由該惰性氣體形成之離子撞擊該靶材。
  10. 如請求項1所述之方法，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，進行一氮化處理。
  11. 一種半導體設備的氮化鋁成膜方法，包括：進行一濺射流程，該濺射流程包括：將一基板載入一腔室內，並放置於該腔室內之一承載底座上；於該基板載入該腔室的狀況下，對該腔室進行一加熱製程，將該腔室內的溫度加熱至高於或等於一預定溫度；於該腔室內通入一含氮氣體以及一惰性氣體並利用設置於該腔室內之一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，其中該預定溫度為該氮化鋁薄膜之結晶溫度；以及將該基板載出該腔室。
  12. 如請求項11所述之方法，其中該主濺射包括：於該腔室內通入一含氧氣體；以及利用該含鋁靶材於該基板上形成該氮化鋁薄膜，其中該氮化鋁薄膜包括氧摻入之氮化鋁薄膜。
  13. 如請求項12所述之方法，其中該含氧氣體的通入流量係介於0.5sccm至5sccm之間。
  14. 如請求項12所述之方法，其中該含氧氣體係於該主濺射之前段、中段、後段或該主濺射之全程通入。
  15. 如請求項11所述之方法，其中該預定溫度介於攝氏400度至攝氏800度之間。
  16. 如請求項15所述之方法，其中該預定溫度介於攝氏500度至攝氏700度之間。
  17. 如請求項11所述之方法，其中該加熱製程之製程時間係介於1分鐘至10分鐘。
  18. 如請求項11所述之方法，其中該濺射流程更包括：於該主濺射之前，利用該含鋁靶材進行一預濺射，其中於該預濺射進行時該腔室內之一遮蔽盤係位於該含鋁靶材與該基板之間。
  19. 如請求項18所述之方法，其中至少部分之該加熱製程係與該預濺射同時進行。
  20. 如請求項18所述之方法，其中進行該預濺射時通入該腔室內之氣體與進行該主濺射時通入該腔室內之氣體相同。
  21. 如請求項11所述之方法，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，其中該塗布處理包括：於該腔室內通入一惰性氣體；以及以由該惰性氣體產生之離子撞擊該含鋁靶材。
  22. 如請求項11所述之方法，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，進行一氮化處理。
  23. 如請求項22所述之方法，其中該氮化處理係於該腔室內通入含氧氣體、含氮氣體以及惰性氣體進行。
  24. 如請求項11所述之方法，其中該氮化鋁薄膜的X光繞射分析(002)的半高寬(FWHM)小於或等於100弧秒。
  25. 一種電子裝置，包括：一基板；一氮化鋁緩衝層，位於該基板上並且採用請求項1-10中任一項所述之半導體設備的成膜方法所獲得，且該氮化鋁緩衝層的X光繞射分析(002)的半高寬(FWHM)小於或等於100弧秒；以及一氮化鎵層，位於該氮化鋁緩衝層上並且採用請求項1-10中任一項所述之半導體設備的成膜方法所獲得。
  26. 如請求項25之電子裝置，其中該氮化鎵層的X光繞射分析(002)的半高寬(FWHM)小於或等於110弧秒。
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