TWI638402B - 用於脈衝式光激發沉積與蝕刻之裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的實施例提供在處理腔室內處理基板的方法。在一實施例中，方法包含提供前驅物氣體混合物至處理腔室內，前驅物氣體混合物包含沉積前驅物氣體和蝕刻前驅物氣體、使前驅物氣體混合物受到出自熱源的熱能作用，以沉積材料層至基板的表面，其中熱能小於蝕刻前驅物氣體熱解所需的最小值，及在材料層形成在基板的表面後，使前驅物氣體混合物受到出自輻射源的光能作用，光能的波長和功率位準經選擇以促進蝕刻前驅物氣體比沉積前驅物氣體更易光解解離，及自基板表面蝕刻部分材料層。

Description

用於脈衝式光激發沉積與蝕刻之裝置與方法
本發明的實施例大體係關於熱處理基板的方法，且更特別係關於脈衝式雷射光激發蝕刻及沉積層至基板上的方法。
沉積和蝕刻製程常用於半導體處理，以選擇性沉積預定形狀與厚度的材料。通常，會在處理期間改變溫度、壓力、流率和製程氣體組成，以從沉積變成蝕刻，反之亦可。此改變通常很慢且需要過渡時期，以致有間歇化學物與組合。隨著大量製造半導體裝置的需求增加，亦需要新方法和設備用於快速、準確沉積/蝕刻處理。
本發明的實施例係關於脈衝式雷射光激發蝕刻及沉積層至基板上的方法。在一實施例中，揭示在處理腔室內處理基板的方法。方法包含提供前驅物氣體混合物至處理腔室內，其中前驅物物包含沉積前驅物氣體和蝕刻前驅物氣體、使處理腔室維持在足以實質熱分解沉積前驅物氣體的溫度， 處理腔室的溫度低於蝕刻前驅物氣體熱解所需的最小值，及開啟及關閉輻射源，輻射源發射電磁輻射至基板表面處或附近的前驅物氣體混合物，以交替進行沉積製程與蝕刻製程循環。
在另一實施例中，方法包含提供前驅物氣體混合物至處理腔室內，前驅物氣體混合物包含沉積前驅物氣體和蝕刻前驅物氣體、使前驅物氣體混合物受到出自熱源的熱能作用，以沉積材料層至基板的表面，其中熱能小於蝕刻前驅物氣體熱解所需的最小值，及在材料層形成在基板的表面後，使前驅物氣體混合物受到出自輻射源的光能作用，光能的波長和功率位準經選擇以促進蝕刻前驅物氣體比沉積前驅物氣體更易光解解離，及自基板表面蝕刻部分材料層。
在又一實施例中，方法包含同時流入沉積前驅物氣體和蝕刻前驅物氣體至處理腔室內、使處理腔室維持在足以實質熱分解沉積前驅物氣體的恆定溫度，其中處理腔室的溫度低於蝕刻前驅物氣體熱解所需的最小值、將第一電磁輻射從輻射源導向基板的表面，電磁輻射的第一波長和第一功率位準經選擇以促進沉積前驅物氣體熱解解離，及將第二電磁輻射從輻射源導向基板的表面，電磁輻射的第二波長和第二功率位準經選擇以促進蝕刻前驅物氣體光解解離。
在再一實施例中，提供基板處理系統。系統包含處理腔室，處理腔室具有基板支撐件，用以支撐基板、氣體供應器，用以從一或更多氣源提供前驅物氣體混合物至處理腔室內，其中前驅物氣體混合物包含沉積前驅物氣體和蝕刻前 驅物氣體、加熱模組，用以加熱基板及使處理腔室維持在足以實質熱分解沉積前驅物氣體的溫度，以沉積材料層至基板的表面，其中處理腔室的溫度低於蝕刻前驅物氣體熱解所需的最小值，及輻射源，用以發射電磁輻射至基板表面處或附近的前驅物氣體混合物，電磁輻射的波長和功率位準經選擇以促進蝕刻前驅物氣體比沉積前驅物氣體更易光解解離，及自基板表面蝕刻部分材料層。
100‧‧‧處理腔室
102‧‧‧低壓腔室
104‧‧‧支撐件
106‧‧‧加熱模組
108‧‧‧基板
110‧‧‧氣體供應器
112‧‧‧排放系統
114‧‧‧控制器
118‧‧‧輻射源
119‧‧‧天花板
200‧‧‧方法
202、204、206、208‧‧‧操作
為讓本發明的上述概要特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，部分實施例乃圖示在附圖。然應注意所附圖式僅說明本發明典型實施例，故不宜視為限定本發明範圍，因為本發明可接納其他等效實施例。
第1圖圖示可用於實踐本發明實施例的示例性熱處理腔室截面圖。
第2圖圖示本發明的示例性製程，該製程可利用至少一蝕刻-沉積循環製程來選擇性磊晶沉積含矽化合物層至基板上。
第1圖圖示可用於實踐本發明實施例的示例性熱處理腔室100的截面圖。如下所述，熱處理系統100具有脈衝式輻射源，用以在設於熱處理系統100的低壓腔室中快速、選擇性輔助或激發前驅物氣體，以在不改變前驅物氣體與相關轉變的情況下進行沉積或蝕刻製程，若同一腔室涉及沉積及蝕刻製程，則此為習知方式所需。應理解本發明不限於所 示處理腔室100的構造，因為本發明的概念亦可用於其他需蝕刻-沉積循環製程的處理腔室，例如化學氣相沉積(CVD)腔室、原子層沉積(ALD)腔室或原子層磊晶(ALE)腔室。本發明的概念亦有益於需至少一「LASE」應用的製程，例如使用電磁輻射(例如雷射(「L」))、利用電磁輻射活化或輔助活化(「A」)、使用電磁輻射處理表面或選擇性處理物件(「S」)、利用電磁輻射來進行磊晶或蝕刻製程(「E」)的應用。本發明的概念亦有益於需使用電漿協助蝕刻前驅物氣體及/或沉積前驅物氣體解離的製程。
在第1圖的實施例中，將圖示及說明可用於進行選擇性磊晶製程的低壓腔室。通常，熱處理系統100具有低壓腔室102，低壓腔室包括基板支撐件104和至少一加熱模組106。在低壓腔室102內形成膜期間，基板支撐件104適於支撐基板108。低壓腔室可為磊晶腔室、CVD腔室、蝕刻腔室或沉積/蝕刻腔室。在低壓腔室102內形成磊晶膜期間，加熱模組106適於加熱基板108。應理解可採用超過一個加熱模組及/或其他加熱模組位置。例如，加熱模組可設置鄰接且比基板支撐件104低，以從基板支撐件104的背側加熱基板。在任一情況下，加熱模組106可包括如燈具陣列或任何其他適合加熱源及/或元件。此外或或者，基板支撐件104可裝配加熱元件(未圖示)，以助於加熱基板。例如，加熱元件可為埋置基板支撐件內的電阻加熱器。
熱處理系統100亦包括耦接至低壓腔室102的氣體供應器110與排放系統112和控制器114，控制器耦接至低壓 腔室102、氣體供應器110及/或排放系統112。氣體供應器110可包括一或更多來源及/或用於低壓腔室102所用任何前驅物源、載氣、蝕刻劑、摻質或其他氣體的輸送系統。雖然所示氣體供應器110係從低壓腔室102側邊側向提供氣體，但應理解氣體供應器110可設在任何位置，例如基板支撐件104上方。排放系統112可包括任何適於將廢氣、反應產物等排出低壓腔室102的系統，且可包括一或更多真空泵。
熱處理系統100亦包括輻射源118，用以發射電磁輻射，電磁輻射的波長和功率經選擇以助於在低壓腔室102內活化氣態前驅物，以於基板108的表面沉積及/或蝕刻材料層，此將參照第2圖說明於後。輻射源118可設在低壓腔室102內的任何適合位置，使得輻射源118發射的光能實質照射基板108的頂表面處或附近全部的氣態前驅物。例如，輻射源118可設置鄰接低壓腔室102的側壁，例如如第1圖所示，介於加熱模組106與基板108之間。或者，輻射源118可設置鄰接低壓腔室102外側的天花板119，讓光從上面均勻照射基板108的頂表面。在此情況下，輻射源118可配置成不被加熱模組106遮住，或者加熱模組106可設在前述其他適合位置。應理解所述輻射源118可置於任何其他需蝕刻-沉積循環製程的處理腔室內，例如CVD腔室、ALD腔室、ALE腔室或PVD腔室。
輻射源118可為雷射源、高亮度發光二極體(LED)源、熱源或上述組合物，上述任一者可以複數個脈衝或以連續波模式輸送。亦可採用其他類型的輻射源，例如電子束源、 離子束源或微波能源。在一實施例中，輻射源118使用雷射源。雷射可為任何雷射類型，例如光纖雷射、氣體雷射、準分子雷射、固態雷射、半導體雷射等，雷射可配置以發射單一波長的光或同時發射二或更多波長的光。
雖然已知使用UV能量可光解解離前驅物，但因光源不夠亮而無法提供光子克服光解離製程期間對容積氣相的吸收長度與耦合效率要求，故產業價值有限。諸如光纖雷射的高亮度雷射係有利的，因為高亮度雷射比習知燈具(例如汞燈)亮約1×105至1×108倍。已發現高亮度雷射光能使光子通量浸透製程前驅物(即從上到下及從處理腔室一側到另一側照射製程前驅物中的所有分子)。以在正確功率與波長(例如在較短波長下使用光纖雷射，例如UV波長範圍)下輸送的光子通量浸透製程前驅物對本發明的光激發沉積及蝕刻製程成功與否至關重要，因為在大容積中會增加前驅物的光子吸收，導致前驅物的吸收長度相應減小。
在使用雷射源的情況下，雷射源的波長可為約10奈米(nm)至約2000nm。在不同實例中，輻射源118可發射約10nm至約500nm的紫外線(UV)波長範圍雷射光，例如約190nm至365nm，例如193nm，例如248nm，例如266nm，例如355nm，例如365nm或例如420nm。雷射可以短脈寬輸送高功率雷射輻射，例如脈寬小於約100奈秒。雷射可配置以高功率輸出連續波(CW)雷射光束或準CW雷射光束。雷射能量可為基本單模能量(M2 1)至具數百或數千個空間模態的高模能量(M2>30)。脈衝式雷射的脈寬可為飛秒 範圍至微秒範圍。雷射可如利用q-切換(被動或主動)、增益切換或鎖模來切換。勃克爾盒(Pockels cell)亦可靠近雷射輸出使用，以藉由中斷雷射發射光束而形成脈衝。通常，可用於脈衝式雷射處理的雷射能產生能量含量為約1毫焦耳(mJ)至約10焦耳(J)、脈寬為約1奈秒至約100微秒的雷射輻射脈衝。
在一實例中，輻射源118使用上述在紫外線(UV)波長範圍操作的光纖束雷射。在另一實例中，輻射源118使用Nd：YAG雷射。在後者中，視待照射的前驅物氣體而定，Nd：YAG雷射可以1064nm且頻率變兩倍達532nm或頻率變三倍達355nm的方式啟動。在一實施例中，使用四個q-切換的倍頻Nd：YAG雷射，倍頻Nd：YAG雷射以每脈衝約5奈秒至約30奈秒的方式發射30MW至50MW的532nm雷射能量脈衝，且M2為約500至約1000。在一些情況下，在266nm下操作的第四諧波或四倍頻率雷射可用於具高解離能的前驅物氣體。輻射源118可配置以預定功率分布與均勻度、預定脈寬和預定時間形狀輸送電磁輻射脈衝。例如，電磁輻射脈衝的脈寬可為約1奈秒至約1毫秒，例如約10奈秒至100奈秒，例如約50奈秒。各脈衝的輸送能量可為約0.1mJ/cm2至1.0J/cm2，例如約0.2mJ/cm2至約0.7mJ/cm2，例如約0.5mJ/cm2。能量脈衝的重複率可為約1千赫(kHz)至約1兆赫(MHz)，例如約10kHz至約250kHz，例如約50kHz至約100kHz。
輻射源118可包括適合光學元件，以塑形、聚焦、 修改及將光投射成預定影像形狀，例如方形或矩形，而充分覆蓋基板的預定部分或主要部分及/或基板108的頂表面處或附近全部的氣態前驅物，以進行沉積及蝕刻製程。或者，光學元件可自輻射源118分離並設在加熱模組106與基板支撐件104間的任何位置，以將出自輻射源118的光投射成預定影像形狀，而充分覆蓋基板的主要部分及/或基板108的頂表面處或附近全部的氣態前驅物，以進行沉積及蝕刻製程。在UV光纖雷射用作輻射源的情況下，光纖雷射可聚集到具線性定向、方形定向或任何預定形狀的頭內。出自光纖雷射的光可通過光學元件，例如微透鏡陣列及/或投影透鏡，使UV光散佈基板108各處而均勻照射整個基板。可依待處理基板的尺寸調整輸出影像。若出自光纖雷射的光未覆蓋整個基板，則可步測或掃描光源或基板，以露出整個基板。
控制器114可包括一或更多微處理器及/或微控制器、專用硬體、上述組合物等，用以控制低壓腔室102、輻射源118、氣體供應器110及/或排放系統112的操作。在至少一實施例中，控制器114適於採用電腦程式碼來控制熱處理系統100的操作。例如，控制器114可進行或以其他方式引發所述任何方法/製程的一或更多步驟，包括第2圖的方法200。任何進行及/或引發步驟的電腦程式碼可具體化成電腦程式產品。所述電腦程式產品可由電腦可讀取媒體(例如載波訊號、軟碟、光碟、DVD、硬碟、隨機存取記憶體等)搭載。
第2圖圖示根據本發明一實施例的製程，該製程可利用至少一蝕刻-沉積循環製程來選擇性磊晶沉積含矽化合物 層至基板上。第2圖的製程同樣可應用到以任何需蝕刻-沉積循環製程的處理腔室形成其他材料層或材料化合物，例如化學氣相沉積(CVD)腔室、原子層沉積(ALD)腔室、原子層磊晶(ALE)腔室或物理氣相沉積(PVD)腔室。示例性材料層或材料化合物包括摻雜或未摻雜的半導體材料或化合物，半導體材料或化合物選自由矽、鍺、SixGe1-x合金、III-V族或II-VI族半導體化合物、源自II-VI族或III-V族的二元化合物、源自II-VI族或III-V族的三元化合物、源自II-VI族或III-V族的四元化合物或上述物質混合物或上述物質組合物所組成的群組，但不以此為限。
製程200始於操作202：提供基板至設在處理腔室(例如第1圖的低壓腔室102)內的基板支撐件上。基板可經預清洗處理，以於進入處理腔室前，移除原生氧化物或其他不當污染物。例如，基板可在低於約100℃的溫度下接觸含氟遠端電漿，以由基板上的原生氧化物層形成昇華物層，接著升高基板溫度至高於約100℃，以移除昇華物層。基板亦可或或可接觸溶液、蒸汽或電漿中的HF，以自基板移除氧化物。
通常，在此所用「基板」一詞係指可由任何天生具一些導電能力的材料或可改質以提供導電能力的材料所形成的物件。在此所用「基板表面」一詞係指供材料放置於上或可經能量處理的任何基板表面。應理解基板表面可含有特徵結構，例如電晶體接面、通孔、觸點、接線或任何其他內接刻面，例如垂直或水平內連線。在第2圖所示實施例中，基板表面可包括一個以上的材料，例如露出的單晶矽表面區域 和覆蓋上介電材料(例如氧化物或氮化物層)的特徵結構。
處理腔室可修改成適合基板表面處理的預定溫度和壓力。在本發明的不同實施例中，在整個蝕刻-沉積循環製程中，處理腔室可維持為恆定溫度。如後所詳述，利用出自輻射源的光能促使蝕刻製程比沉積製程更易進行(反之亦可)，可藉由開啟及關閉輻射源，使處理腔室在低溫下在蝕刻模式與沉積模式間快速轉換。因此可在不犧牲材料層成長速率的情況下，減少熱預算。在一實例中，處理腔室可維持為低於約750℃的一致溫度，例如約250℃至約650℃，例如約300℃至約600℃。適當溫度取決於用於沉積及/或蝕刻材料層的特定前驅物。處理腔室可維持為約1托耳至約450托耳的壓力，例如用於沉積製程為約5托耳至約20托耳，或用於蝕刻製程為約250托耳至約400托耳。
在操作204中，引入前驅物氣體至處理腔室內。前驅物氣體可為氣態前驅物。若有需要，可將液體分配於旋轉基板，以另外或替代使用液態前驅物。若沉積與蝕刻前驅物氣體為惰性且彼此化學相容，則可如一或更多沉積前驅物氣體與一或更多蝕刻前驅物氣體的氣體混合物般引入前驅物氣體。或者，可經由不同的氣體入口同時引入一或更多沉積前驅物氣體和一或更多蝕刻前驅物氣體至處理腔室內，以免在進入處理腔室前，前驅物氣體過早或不當反應。
在期有摻雜含矽化合物層的實施例中，例如摻雜的矽鍺碳(SiGeC)，沉積前驅物氣體含有矽源(例如矽烷)、載氣(例如N2)、鍺源(例如GeH4)和碳源(例如SiH3CH3)。 沉積前驅物氣體可進一步含有摻質化合物(例如PH3)，以提供摻質源。蝕刻前驅物氣體可含有蝕刻劑(例如Cl2或HCl)。若蝕刻前驅物氣體係和沉積前驅物氣體分開引入，則可伴隨蝕刻前驅物氣體共同流入載氣(例如N2)。氯可增強選擇性磊晶成長製程。故在一些情況下，HCl用作蝕刻前驅物氣體，氯或氯系氣體可另流入處理腔室，以增強選擇性磊晶成長製程。在所述實施例中，藉由使基板接觸反應Cl物種，反應Cl物種將與生成膜反應而形成揮發性SiCl4與GeCl4物種，以蝕刻膜。實際上，沉積在周圍材料上的膜蝕刻速率遠比磊晶成長於露出單晶矽上的膜蝕刻速率快。二機制結合可於露出單晶矽上產出預定磊晶膜，在周圍材料上則很少或沒有膜形成。
在操作206中，利用出自熱源(例如第1圖的加熱模組106及/或基板支撐件104)的熱能，在適當溫度下熱活化沉積前驅物氣體中的分子，以反應及磊晶沉積摻雜的含矽化合物層(例如摻雜的SiGeC化合物)至基板表面。就包括露出單晶矽表面區域與覆蓋上介電材料的特徵結構的基板表面而言，摻雜的SiGeC化合物磊晶層形成於基板的單晶表面，摻雜的SiGeC化合物無定形或多晶層則形成在基板的特徵結構上且特徵結構覆蓋上介電材料。在操作206期間活化沉積前驅物氣體時，出自熱源的熱能小於蝕刻前驅物氣體熱解所需的最小值。因此，僅有熱能並無法活化蝕刻前驅物氣體中的分子。例如，矽烷可在約500℃下熱分解，氯(Cl2)的活化溫度需要約600℃，才能做為有效蝕刻劑。
在操作208中，利用熱能且在和沉積製程一樣的溫 度下加熱基板時，開啟輻射源(例如第1圖的輻射源118)，以經選擇以促進或活化蝕刻前驅物氣體中的一些或大部分分子的波長和功率位準來發射脈衝或連續電磁輻射。電磁輻射的發射方式係使處理腔室內的沉積前驅物氣體中的所有分子和蝕刻前驅物氣體中的分子得從上到下及從一側到另一側遭輻射通量浸透。若有需要，輻射源可配合光學元件使用，光學元件將電磁輻射塑形成預定影像形狀，以覆蓋整個基板表面或附近的蝕刻與沉積前驅物氣體，或者光學元件可使電磁輻射散佈遍及整個基板表面或附近的蝕刻與沉積前驅物氣體，以均勻照射整個基板表面。
輻射源的光能可小於蝕刻前驅物氣體光解離所需的最小值(在無熱量的情況下)。然輻射源應夠亮來提供充足且具足夠功率與強度的光子(即光子能量夠高而足以打斷前驅物氣體中的鍵結)，存於大容積中時，此將大幅減小前驅物的吸收長度。換言之，即使以偏離用於解離蝕刻前驅氣體的峰值波長(例如氯為180nm-200nm)輸送輻射能，或在一些狀況下，輻射源的光能不足以光解離處理腔室內的蝕刻前驅物氣體中的所有分子，高亮度輻射源仍能提供若干光子，該些若干光子可為有效光解離前驅物氣體中的所有分子所需的5或10倍。示例性輻射源已說明如上。用於任何給定壓力(例如約1托耳至約450托耳)製程的輻射源可為在355nm波長下發射且功率密度為約0.1mJ/cm2至約0.7mJ/cm2的UV光纖雷射。咸信UV光纖雷射(或其他具前述光特性的輻射源)能光解解離磊晶製程常用的大多數前驅物氣體。
或者，僅有輻射源的光能亦足以光解解離蝕刻前驅物氣體分子。在任一情況下，結合光能和熱能可使沉積反應與蝕刻反應以相當不同的反應速率同時進行。例如，蝕刻反應進行得比沉積反應快。
各種方式適於促使蝕刻反應進行得比沉積反應快。一可行方式為操縱蝕刻前驅物氣體及/或沉積前驅物氣體，使得在處理腔室中，比起沉積前驅物氣體的解離物種，蝕刻前驅物氣體的解離物種對特定電磁輻射波長更敏感或更快回應。例如，波長355nm的UV輻射(相當於3.50電子伏特(eV))可適當打斷蝕刻前驅物氣體中的Cl2鍵結(鍵解離能=2.48eV)，但不足以打斷沉積前驅物氣體中的某些SiH3CH3鍵結(C-H鍵能=4.26eV)。因此，蝕刻前驅物氣體將以比沉積前驅物氣體快的反應速率光解解離。電磁輻射的波長經選擇使光能足以只或實質解離蝕刻前驅物氣體分子。在任一情況下，儘管蝕刻前驅物氣體與沉積前驅物氣體的分子均接收出自輻射源的光能和出自加熱模組及/或基板支撐件的熱能，但在操作208期間，在選定電磁能波長下，蝕刻反應將為主導。
在一些情況下，例如在選擇性磊晶製程實施例中，沉積於基板特徵結構(特徵結構覆蓋上介電材料)上的摻雜SiGeC化合物無定形或多晶層完全以比沉積於基板單晶表面上的摻雜SiGeC化合物磊晶層快的速率蝕刻。沉積與蝕刻製程的淨效果會在單晶矽表面上形成磊晶成長的摻雜矽鍺碳，同時最小化無定形或多晶摻雜矽鍺碳(若有)在覆蓋介電材料的特徵結構上成長。
輻射源可為第1圖所述任何雷射類型。在一實施例中，輻射源係在約190nm至約420nm的波長範圍下操作的光纖束雷射，例如約355nm或約365nm。為引起蝕刻反應，可以約0.1mJ/cm2至約1.0J/cm2(例如0.5mJ/cm2)的平均密度和約1奈秒至約100奈秒(例如約5奈秒至約50奈秒，例如約10奈秒)的短脈寬輸送電磁輻射。複數個脈衝可施加至蝕刻前驅物氣體和沉積前驅物氣體，脈衝間寬度為約500奈秒至約1毫秒，例如約1微秒至約500微秒，例如約100微秒。
可依需求反覆進行上述操作206的沉積製程與上述操作208的蝕刻製程的循環，直到預定厚度的摻雜含矽化合物層(例如摻雜的SiGeC化合物)形成於基板表面。特別地，藉由開啟及關閉輻射源，使製程在蝕刻模式(操作208)與沉積模式(操作206)間快速切換，可利用氣體混合物(或沉積前驅物氣體與蝕刻前驅物氣體共存於處理腔室)在低溫下，以高成長速率沉積摻雜的含矽化合物層，又不需長時間的升溫轉變步驟和用於沉積/蝕刻製程的前驅物氣體改變步驟，若同一腔室涉及沉積及蝕刻製程，則此為習知方式所需。
雖然以上主要係敘述容積氣態交互作用的光解離，以沉積材料層至基板上，但應理解輻射源的光能和前驅物氣體可選擇使光子主要與基板表面或前驅物氣體(上述沉積前驅物氣體或蝕刻前驅物氣體)或二者反應。在一實例中，可在前驅物氣體中很少或零衰減(即光不與前驅物氣體耦合，或換言之，前驅物氣體完全透光)且在基板中為高衰減的波 長下輸送光能，反之亦可。當光能很少或不與前驅物氣體耦合時，大部分光能將直接由基板表面吸收，因而可於基板表面產生預定反應。
本發明的其他變化例包含利用沉積前驅物氣體與蝕刻前驅物氣體的氣體混合物(或沉積前驅物氣體與蝕刻前驅物氣體共存於處理腔室)，在低溫下進行蝕刻-沉積循環製程，以快速形成膜。例如，處理腔室可維持為預定溫度範圍內的恆定溫度，此溫度足以熱解蝕刻前驅物氣體或沉積前驅物氣體，並且在沉積及蝕刻製程期間全程開啟輻射源。在一實施例中，輻射源的電磁輻射經選擇以第一波長用於沉積模式，第一波長只能光解離沉積前驅物氣體，或有效促進沉積前驅物氣體比蝕刻前驅物氣體更易光解離。輻射源的電磁輻射接著在第二波長下切換成蝕刻模式，第二波長不同於第一波長，且只能光解離蝕刻前驅物氣體，或有效促進蝕刻前驅物氣體比沉積前驅物氣體更易光解離。在此實例中，二或更多輻射源可用於相繼或同時發射二不同波長的電磁輻射。若有需要，可以高功率位準輸送電磁輻射，以促使蝕刻製程進行得比沉積製程快(或相反)。在此情況下，可視待解離的前驅物氣體而定，以至少1毫瓦(mW)的功率位準輸送電磁輻射，例如約10mW至約100千瓦(kW)，例如約1kW至約80kW。
在另一實施例中，在沉積模式和蝕刻模式期間，輻射源的電磁輻射可保持一樣，電磁輻射的功率位準則從低切換成高或從高切換成低，以促使蝕刻製程進行得比沉積製程 快(或相反)。故雖然結合光能和熱能可使沉積前驅物氣體與蝕刻前驅物氣體的分子分解，但亦可依據本發明所述不同實施例來個別改變沉積/蝕刻前驅物氣體和電磁輻射的波長與功率位準，藉由開啟及關閉輻射源及利用氣體混合物(或沉積前驅物氣體與蝕刻前驅物氣體共存於處理腔室)，可在低溫下促使蝕刻製程以高反應速率進行得比沉積製程快(或相反)。
雖然以上係針對本發明實施例說明，但在不脫離本發明基本範圍的情況下，當可策劃本發明的其他和進一步實施例，因此本發明範圍視後附申請專利範圍所界定者為準。

Claims (20)

  1. 一種在一處理腔室內處理一基板的方法，該方法包含：提供一前驅物氣體混合物至該處理腔室內，其中該前驅物氣體混合物包含一沉積前驅物氣體和一蝕刻前驅物氣體；使該前驅物氣體混合物受到出自一熱源的一熱能作用，以沉積一第一材料層至該基板的一表面，其中該熱能小於該前驅物氣體混合物中的該蝕刻前驅物氣體熱解所需的一最小值；及在該第一材料層形成在該基板的該表面後，使該前驅物氣體混合物受到出自一輻射源的一光能作用，該光能的一波長和一功率位準經選擇以促進該蝕刻前驅物氣體比該沉積前驅物氣體更易光解解離，及自該基板的該表面蝕刻一部分的該第一材料層。
  2. 如請求項1所述之方法，進一步包含：在自該基板的該表面蝕刻該部分的該材料層後，關閉該輻射源；使該前驅物氣體混合物受到該熱能作用，以活化該沉積前驅物氣體而沉積一第二材料層至該基板的該表面；及在該第二材料層形成在該基板的該表面後，使該前驅物氣體混合物受到該光能作用，以活化該蝕刻前驅物氣體而自該基板的該表面蝕刻一部分的該第二材料層。
  3. 如請求項2所述之方法，其中該光能的一波長足以光解該蝕刻前驅物氣體。
  4. 如請求項2所述之方法，其中該光能的一波長小於該蝕刻前驅物氣體光解所需的一最小值。
  5. 如請求項2所述之方法，其中該輻射源包含一雷射源、一高亮度發光二極體(LED)源或一熱源。
  6. 如請求項5所述之方法，其中該雷射源包含一固態雷射、一光纖雷射、一準分子雷射、一二氧化碳(CO2)雷射或類似物。
  7. 如請求項6所述之方法，其中該雷射源係一光纖雷射且在約10nm至約420nm的一紫外線(UV)波長範圍產生輸出。
  8. 如請求項2所述之方法，其中該輻射源配置以輸送多個電磁輻射脈衝，該等脈衝的能量位準為約0.1mJ/cm2至1.0J/cm2，脈寬為約1奈秒至約100微秒。
  9. 如請求項2所述之方法，其中該第一材料層和該第二材料層包含一摻雜或未摻雜的半導體材料或化合物，該半導體材料或化合物選自由矽、鍺、SixGe1-x合金、III-V族或II-VI族半導體化合物、源自II-VI族或III-V族的二元化合物、源自II-VI族或III-V族的三元化合物、源自II-VI族或III-V族的四元化合物或上述物質混合物或上述物質組合物所組成的一群組。
  10. 一種在一處理腔室內處理一基板的方法，該方法包含：流入一沉積前驅物氣體和一蝕刻前驅物氣體至該處理腔室內；使該處理腔室維持在足以實質熱分解該沉積前驅物氣體的一溫度，其中該處理腔室的該溫度低於該蝕刻前驅物氣體熱解所需的一最小值；將一第一電磁輻射從一輻射源導向該基板的一表面，該第一電磁輻射的一第一波長和一第一功率位準經選擇以促進該沉積前驅物氣體比該蝕刻前驅物氣體更易熱解解離，以沉積一材料層至該基板的該表面；及將一第二電磁輻射從該輻射源導向該基板的該表面，該第二電磁輻射的一第二波長和一第二功率位準經選擇以促進該蝕刻前驅物氣體比該沉積前驅物氣體更易光解解離。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該輻射源包含一雷射源、一高亮度發光二極體(LED)源或一熱源。
  12. 如請求項10所述之方法，其中該第一波長和該第二波長選自約400nm至約1000nm或介於約190nm與約420nm之間的一範圍。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該材料層包含一摻雜或未摻雜的半導體材料或化合物，該半導體材料或化合物選自由矽、鍺、SixGe1-x合金、III-V族或II-VI族半導體化合物、源自II-VI族或III-V族的二元化合物、源自II-VI族或III-V族的三元化合物、源自II-VI族或III-V族的四元化合物或上述物質混合物或上述物質組合物所組成的一群組。
  14. 如請求項10所述之方法，其中該第一電磁輻射和該第二電磁輻射係以複數個脈衝輸送，該等脈衝的能量位準為約0.1mJ/cm2至1.0J/cm2，脈寬為約1奈秒至約100微秒。
  15. 一種基板處理系統，包含：一處理腔室，該處理腔室具有一基板支撐件，用以支撐一基板；一氣體供應器，用以從一或更多氣源提供一前驅物氣體混合物至該處理腔室內，其中該前驅物氣體混合物包含一沉積前驅物氣體和一蝕刻前驅物氣體；一加熱模組，用以加熱該基板及使該處理腔室維持在足以實質熱分解該沉積前驅物氣體的一溫度，以沉積一材料層至該基板的一表面，其中該處理腔室的該溫度低於該蝕刻前驅物氣體熱解所需的一最小值；及一輻射源，用以發射一電磁輻射至該基板的該表面處或附近的該前驅物氣體混合物，該電磁輻射的一波長和一功率位準經選擇以促進該蝕刻前驅物氣體比該沉積前驅物氣體更易光解解離，及自該基板的該表面蝕刻一部分的該材料層。
  16. 如請求項15所述之基板處理系統，其中該電磁輻射的一波長足以光解解離該蝕刻前驅物氣體、或小於該蝕刻前驅物氣體光解解離所需的一最小值。
  17. 如請求項15所述之基板處理系統，其中該輻射源包含一雷射源、一高亮度發光二極體(LED)源或一熱源。
  18. 如請求項17所述之基板處理系統，其中該雷射源包含一固態雷射、一光纖雷射、一準分子雷射、一二氧化碳(CO2)雷射或類似物，該雷射源係在約10nm至約420nm的一紫外線(UV)波長範圍產生輸出。
  19. 如請求項15所述之基板處理系統，其中該電磁輻射係以複數個脈衝輸送，該等脈衝的能量位準為約0.1mJ/cm2至1.0J/cm2，脈寬為約1奈秒至約100微秒。
  20. 如請求項15所述之基板處理系統，進一步包含：一光學部件，該光學部件配置以將該電磁輻射投射成一預定影像形狀，該預定影像形狀足以均勻覆蓋至少該基板的該表面。
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