原子層沉積工藝的前驅物的清除方法
2023-07-27 01:12:11 5
專利名稱：原子層沉積工藝的前驅物的清除方法
技術領域：
本發明是有關於一種原子層沉積工藝的前驅物清除方法，且特別是有關 於 一種可增進前驅物清除效能的清除方法。
背景技術：
原子層沉積(atomic layer deposition; ALD)為半導體工藝中普遍被用來沉 積高品質薄膜的方法，其特色為將欲沉積的基材於反應室中依序暴露在兩種 或兩種以上，且具互補特性的前驅氣體的氣氛下，利用自我限制(self-limiting) 的反應特性，在基材表面進行選擇性化學吸附，成長出一層非常均勻的原子 級厚度的薄膜，藉由反覆進行前驅物的沉積步驟達到所需薄膜的特性。
在每一前驅物沉積步驟完成後，下一前驅物沉積的前，需以非活性化的 氣體，例如氬氣等惰性氣體，移除殘留的前驅物及其副產物，以清理薄膜表 面及反應室的化學氣氛。
請參照圖1,為習知的原子層沉積工藝步驟示意圖。 一般來說，原子層 沉積方法為依序進行第一前驅物通入步驟(pulse 1)、清除步驟(purge)、第二 前驅物通入步驟(pulse 2)及清除步驟(purge)，上述四個步驟可為一個循環， 依所需的薄膜厚度可進行多個循環。為了確保最佳的薄膜品質，原子層沉積 工藝的主要特點是在兩個前驅物通入步驟之間，進行清除(purge)前驅物的步 驟，且必須有充分的時間進行此步驟以去除殘留的前驅物及其副產物，然而 也因此使得ALD工藝的沉積速率一直無法顯著的提升。此清除步驟的成效 可影響ALD薄膜的均勻度的良窳及雜質含量的多寡。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的之一是提供一種原子層沉積工藝的前驅物清除 方法，用以提升原子層沉積工藝中前驅物清除步驟的效率以改善傳統原子層 沉積工藝的沉積速率。
本發明提出一種原子層沉積工藝的前驅物清除方法，於一前驅物清除步
驟的時段中，進行至少一次的通入惰性氣體及停止通入惰性氣體的動作。前 驅物清除步驟的時段即前驅物清除步驟進行的期間，是指原子層沉積過程 中，每一前驅物沉積步驟結束到下一前驅物開始通入的期間。
本發明的前驅物清除方法，除了在此前驅物清除步驟的時段中持續以一 抽氣裝置抽除反應室中的氣體外，更將一惰性氣體通入至反應室中，且通入 惰性氣體的時間的總和少於此前驅物清除步驟的時段的時間，而未通入惰性 氣體的空檔則只有進行抽氣動作，藉由間歇地通入惰性氣體與停止通入惰性 氣體，可有效清除反應室中的前驅物及其副產物。
其中，在前驅物清除步驟的時段中可通入一次惰性氣體，並伴隨抽氣將 殘留的前驅物及其副產物移除，且通入惰性氣體的時間少於前驅物清除步驟 的時段的時間，在前驅物清除步驟的時段中可具有一次或兩次未通入惰性氣 體的空檔，於此空檔持續進行抽氣，其中通入惰性氣體的時間與未通入惰性 氣體的時間總和可為相等或不相等。
此外，亦可於前驅物清除步驟的時段中非連續地通入多次惰性氣體，並 伴隨抽氣將殘留的前驅物及其副產物移除，通入惰性氣體的時間的總和少於 前驅物清除步驟的時段的時間，並在前驅物清除步驟的時段中未通入惰性氣 體的空檔持續進行抽氣，藉由間歇的通入惰性氣體與停止通入惰性氣體可有 效清除反應室中的前驅物及其副產物。其中，每次通入惰性氣體的時間可為 相等或不相等，每次通入惰性氣體之間隔時間亦可相等或不相等。
根據上述，可知本發明的前驅物清除方法乃利用間歇通入惰性氣體與停
止通入惰性氣體，來有效清除ALD薄膜表面的雜質及剩餘的前驅物，藉此 可提高前驅物清除步驟的效率，並得到均勻的薄膜厚度，而提升ALD沉積 工藝的沉積速率。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所 附圖式的詳細說明如下
圖1為習知的原子層沉積工藝步驟示意圖2是繪示依照本發明一實施例的一種原子層沉積工藝的步驟示意圖； 圖3是繪示依照本發明另一實施例的一種原子層沉積工藝的步驟示意
圖4是繪示依照本發明又一實施例的一種原子層沉積工藝的步驟示意圖。
圖5是繪示依照本發明再一實施例的一種原子層沉積工藝的步驟示意圖。
圖6為應用圖2所示的清除方法與傳統方法的原子層沉積工藝所製造出 的薄膜的雜質含量比較圖。 主要元件符號說明
610:波峰 620:波峰
具體實施例方式
依照本發明實施例的前驅物清除方法，是於原子層沉積工藝中欲進行清 除前驅物步驟的時段中，進行至少一次通入惰性氣體(例如氬氣)及停止通入 惰性氣體的動作。前驅物清除步驟的時段是指原子層沉積過程中，每一前驅 物沉積步驟結束到下一前驅物開始通入的期間。
依照本發明的一實施例，在前驅物清除步驟的時段中可通入一次惰性氣 體，並伴隨抽氣將殘留的前驅物及其副產物移除，且通入惰性氣體的時間少 於前驅物清除步驟的時段的時間，在前驅物清除步驟的時段中可具有一次或 兩次未通入惰性氣體的空檔，於此空檔持續進行抽氣，藉由間歇通入惰性氣 體與停止通入惰性氣體，可有效清除反應室中的前驅物及其副產物。
依照本發明的另 一 實施例，亦可於前驅物清除步驟的時段中非連續地通 入多次惰性氣體，使通入惰性氣體的時間的總和少於前驅物清除步驟的時段 的時間，並在前驅物清除步驟的時段中未通入惰性氣體的空檔持續進行抽 氣，藉由間歇的通入惰性氣體與停止通入惰性氣體可有效清除反應室中的前 驅物及其副產物。依照本發明的實施例，每次通入惰性氣體的時間可為相等 或不相等，每次通入惰性氣體之間隔時間亦可相等或不相等。
請參照圖2,其繪示依照本發明一實施例的一種原子層沉積工藝的步驟 示意圖。原子層沉積工藝在此以進行四個步驟為例，包括第一前驅物通入 步驟(pulse 1)、清除步驟(purge)、第二前驅物通入步驟(pulse 2)及清除步驟 (purge)等四個步驟，實際上可依所需的薄膜特性安排所需的前驅物通入步 驟，且在每一前驅物通入步驟結束到下一前驅物開始通入的期間，進行清除 步驟(purge)。
如圖2所示，首先通入一第一前驅物於一反應室中，使第一前驅物於一 欲沉積的基材上進行選擇性吸附，以沉積一層薄膜，完成第一前驅物沉積時， 進行一第一前驅物清除步驟(purge)。清除步驟執行的期間，即前驅物通入步 驟結束到下一前驅物開始通入的期間，在此定義為此原子層沉積工藝的一前 驅物清除步驟的時段。
依照本發明的實施例，於前驅物清除步驟的時段開始時，通入惰性氣體 一段時間，伴隨抽氣將殘留的第一前驅物及其副產物移除，之後停止通入惰 性氣體，並持續抽氣至前驅物清除步驟的時段結束。依照本發明的實施例， 於前驅物清除步驟的時段中通入惰性氣體的時間可與未通入惰性氣體的時 間相等或不相等。
接著通入第二前驅物，於基材上沉積一層薄膜後，再進行一第二前驅物 清除步驟。第二前驅物清除步驟在此以與第一前驅物清除步驟相同的方式進 行為例，然而亦可以其他方式，例如調整惰性氣體與抽氣的順序或間隔時 間，使通入惰性氣體的時間的總和少於前驅物清除步驟的時段的時間，或非 連續地通入多次惰性氣體，並在前驅物清除步驟的時段中未通入惰性氣體的 空檔持續進行抽氣。
請參照圖3,其繪示依照本發明另 一 實施例的 一種原子層沉積工藝的步 驟示意圖。工藝的步驟流程類似於圖2的原子層沉積工藝，同樣以第一前驅 物通入步驟(pulse 1)、清除步驟(purge)、第二前驅物通入步驟(pulse 2)及清除 步驟(purge)等四個步驟為例來說明本實施例。
於完成第一前驅物沉積時，進行一第一前驅物清除步驟(purge)。清除步 驟執行的期間為此原子層沉積工藝的一前驅物清除步驟的時段，於前驅物清 除步驟的時段開始時，反應室先抽氣一段時間再通入惰性氣體，並伴隨抽氣 將殘留的第一前驅物及其副產物移除直到前驅物清除步驟的時段結束，其中 通入惰性氣體的時間少於前驅物清除步驟時段的時間。依照本發明的實施 例，於前驅物清除步驟的時段中通入惰性氣體的時間可與未通入惰性氣體的 時間相等或不相等。
接著通入第二前驅物，於基材上沉積一層薄膜後，再進行一第二前驅物 清除步驟。第二前驅物清除步驟在此系以與第一前驅物清除步驟相同的方式 進行為例，然而亦可以其他方式，例如調整惰性氣體與抽氣的順序或間隔 時間，使通入惰性氣體的時間的總和少於前驅物清除步驟的時段的時間，或非連續地通入多次惰性氣體，並在前驅物清除步驟的時段中未通入惰性氣體 的空檔持續進行抽氣。
請參照圖4，其繪示依照本發明又一實施例的一種原子層沉積工藝的步
驟示意圖。工藝的步驟流程類似於圖2的原子層沉積工藝，於完成第一前驅 物沉積時，進行一第一前驅物清除步驟(purge)。清除步驟執行的期間為此原 子層沉積工藝的一前驅物清除步驟的時段。
於前驅物清除步驟的時段開始時，反應室先抽氣一段時間，再通入惰性 氣體，並伴隨抽氣將殘留的第一前驅物及其副產物移除，之後停止通入惰性 氣體，持續抽氣直到前驅物清除步驟的時段結束。依照本發明的實施例，於 前驅物清除步驟的時段中通入惰性氣體的時間可與未通入惰性氣體的時間 總和為相等或不相等。
接著通入第二前驅物，於基材上沉積一層薄膜後，再進行一第二前驅物 清除步驟。第二前驅物清除步驟在此以與第一前驅物清除步驟相同的方式進 行為例，然而亦可以其他方式，例如以圖2或圖3所示的方法進行，或其他 可使通入惰性氣體的時間少於前驅物清除步驟的時段的時間，並在前驅物清 除步驟的時段中未通入惰性氣體的空檔持續進行抽氣的方法。
請參照圖5,其繪示依照本發明再一實施例的一種原子層沉積工藝的步 驟示意圖。工藝的步驟流程類似於圖2的原子層沉積工藝，於完成第一前驅 物沉積時，進行一第一前驅物清除步驟(purge)。清除步驟執行的期間為此原 子層沉積工藝的一前驅物清除步驟的時段。
清除步驟可以非連續地通入多次惰性氣體的方式進行，於前驅物清除步 驟的時段開始時先通入惰性氣體，並伴隨抽氣將殘留的第一前驅物及副產物 移除，之後停止通入惰性氣體並持續抽氣一段時間，之後再通入惰性氣體並 持續抽氣直到前驅物清除步驟的時段結束。依照本發明的實施例，以非連續 地通入多次惰性氣體的方式的清除步驟，其每次通入惰性氣體的時間可為相 等或不相等；每次通入惰性氣體之間隔時間亦可為相等或不相等。於前驅物 清除步驟的時段中通入惰性氣體的的時間總和可與未通入惰性氣體的時間 總和相等或不相等。
接著通入第二前驅物，於基材上沉積一層薄膜後，再進行一第二前驅物 清除步驟，第二前驅物清除步驟在此以與第一前驅物清除步驟相同的方式進 行為例，然而亦可以上述的任何方式進行，或其他可使通入惰性氣體的時間
少於前驅物清除步驟的時段的時間，並在前驅物清除步驟的時段中未通入惰 性氣體的空檔持續進行抽氣的方式進行。
此外，上述圖2~圖5所示的四個步驟可為一個循環，然而可依所需的 薄膜厚度進行一或多個循環；若一清除步驟為一原子層沉積工藝的最後一個 步驟時，則其前驅物清除步驟的時段結束時恰好為原子層沉積工藝的結束。
請參照圖6，為應用圖2所示的清除方法與傳統方法的原子層沉積工藝 所製造出的薄膜的雜質含量比較圖。波峰610為以傳統清除步驟製造出的薄 膜的碳含量(雜質)分析，波峰620為以本發明的清除步驟製造出的薄膜的碳 含量分析。
由圖6可知，利用本發明的清除步驟的原子層沉積工藝製造出的薄膜碳 含量遠低於傳統方法。因此，利用本發明的方法，於清除步驟時進行至少一 次通入惰性氣體及停止通入惰性氣體，可藉由間歇的通入惰性氣體與停止通 入惰性氣體有效清除反應室中的前驅物及其副產物。
雖然本發明已以數優選實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任 何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤 飾，因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求所界定者為準。
權利要求
1.一種原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，包含於一原子層沉積工藝的一前驅物清除步驟的時段中，通入一惰性氣體至一反應室中，並伴隨抽氣將反應室中殘留的該前驅物及其副產物移除，且通入該惰性氣體的時間的總和少於該前驅物清除步驟的時段的時間；以及於該前驅物清除步驟的時段中未通入惰性氣體的時間，反應室持續地進行抽氣，以清除該反應室中殘留的該前驅物及其副產物。
2. 如權利要求1所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，其中所通入 的該惰性氣體包含一氬氣。
3. 如權利要求1所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，其中於該前 驅物清除步驟的時段中，通入一次惰性氣體至該反應室中。
4. 如權利要求3所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，其中於該前 驅物清除步驟的時段開始時通入該惰性氣體，並伴隨抽氣將反應室中殘留的 該前驅物及其副產物移除，並於該前驅物清除步驟的時段結束之前停止通入 該惰性氣體，持續抽氣至該前驅物清除步驟的時段結束。
5. 如權利要求3所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，其中於該前 驅物清除步驟的時段開始時反應室先抽氣，再通入惰性氣體伴隨抽氣將反應 室中殘留的該前驅物及其副產物移除直到該前驅物清除步驟的時段結束。
6. 如權利要求3所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，其中於該前 驅物清除步驟的時段開始時反應室先抽氣，再通入該惰性氣體並伴隨抽氣將 反應室中殘留的該前驅物及其副產物移除，並於該前驅物清除步驟的時段結 束之前停止通入該惰性氣體，持續抽氣至該前驅物清除步驟的時段結束。
7. 如權利要求3所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，其中通入該 惰性氣體的時間與未通入惰性氣體的時間相等或不相等。
8. 如權利要求1所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，其中於該前 驅物清除步驟的時段中，非連續地通入多次該惰性氣體至該反應室中。
9. 如權利要求8所述原子層沉積工藝的前驅物清除方法，其中每次通入 該惰性氣體的時間相等或不相等。
10. 如權利要求8所述原子層沉積工藝的前驅物清除方法，其中每次通入 該惰性氣體的間隔時間相等或不相等。
11.如權利要求1所述原子層沉積工藝的前驅物的清除方法，還包含於該 前驅物清除步驟的時段結束後，即結束該原子層沉積工藝。
全文摘要
一種原子層沉積工藝的前驅物清除方法，包含在一原子層沉積工藝前驅物清除步驟的時段中，利用間歇通入惰性氣體與停止通入惰性氣體，來有效率的清除反應室中所殘留的前驅物及其副產物。其中前驅物清除步驟的時段是指自一前驅物通入步驟結束到下一前驅物開始通入的期間。
文檔編號C23C16/44GK101343734SQ20071012837
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月10日 優先權日2007年7月10日
發明者吳孝哲, 李名言, 蔡文立 申請人:茂德科技股份有限公司