專利名稱：淀積設備以及用于淀積膜的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種淀積設備以及用于淀積膜的方法。
背景技術：
在近些年的半導體器件中，經過互連線的信號傳播延遲限制了電子元件的運行速度。通過互連線的信號傳播中的延遲常數(shù)由互連線電阻和互連線電容的乘積表示。因此，為了實現(xiàn)更快的元件運行，將比常規(guī)二氧化硅膜(SiO2)介電常數(shù)低的低介電常數(shù)材料用于層間絕緣膜，且將具有較低電阻率的銅(Cu)用于互連線。
通過嵌入式工藝(Damascene process)形成采用銅作為互連線材料的多層互連線。在典型的嵌入式工藝中，凹部如互連線溝槽或通孔(viahole)形成在層間絕緣膜中，且然后將阻擋金屬膜淀積在凹部中，且凹部進一步以銅膜栓塞，且之后，通過化學機械拋光(CMP)工藝去除淀積在凹部外部的部分銅膜和阻擋金屬膜，以獲得銅互連線或銅通孔。
在這種銅互連線或銅通孔中，阻擋金屬膜例如由氮化鈦(TiN)膜組成。這種阻擋金屬膜的電阻率比銅的高幾倍至幾十倍。因此，由于降低了互連線尺寸，因此，阻擋金屬膜的膜厚度也會降低，且另外，互連線中阻擋金屬的比重增加了，導致了不希望的互連線電阻率增加。因此，阻擋金屬膜的膜厚度降低在后45nm的技術節(jié)點中尤其關鍵。同時，需要阻擋金屬膜具有一定等級的膜厚度，以保持對銅擴散和/或銅膜和與層間絕緣膜之間的粘合性的阻擋能力。為了滿足這些需要，在淀積阻擋金屬膜的工藝中需要更高的階梯覆蓋率和更高的橫跨晶片表面的淀積均勻度。因此，進行原子層淀積(ALD)工藝的研發(fā)，其能實現(xiàn)更高的階梯覆蓋率和更高的橫跨晶片表面的淀積均勻度。
日本特開專利公開No.2005-229,129公開了一種采用等離子體(plasma enhanced ALD，PEALD)的ALD工藝。在這種工藝中，在提供反應氣體的每個周期中或者在重復用于提供反應氣體的若干周期之后，進行等離子體工藝，以形成氮化鈦(TiN)膜等。
日本特開專利公開No.2005-203,569公開了一種制造半導體器件的方法，包括第一操作，通過采用第一氣體和用于導致第一氣體還原的第二氣體在襯底上形成第一阻擋金屬薄膜；和第二操作，在不將襯底暴露在周圍空氣的情況下，通過采用第三氣體和用于導致第三氣體還原的第四氣體，在通過第一操作形成的第一阻擋金屬薄膜上形成第二阻擋金屬薄膜。公開了在用于形成阻擋金屬薄膜的第二操作中用于將襯底暴露到第四氣體的等離子體氣氛中的工序。
日本本國再公開的PCT申請No.2005-523,580公開了一種遠程等離子體ALD設備，其包括反應室；排氣線路，用于從反應室排出氣體；第一反應氣體提供單元，用于選擇性地將第一反應氣體提供到反應室或排氣線路；第一反應氣體傳輸線路，其連接了反應室和第一反應氣體提供單元；第一旁通線路，其連接了排氣線路和第一反應氣體提供單元；自由基提供單元，用于產生自由基并且用于選擇性地將這種自由基提供到反應室或排氣線路；自由基傳輸線路，其連接了反應室和自由基提供單元；第二旁通線路，其連接了排氣線路和自由基提供單元；和主清洗氣體提供單元，用于將主清洗氣體提供到第一反應氣體傳輸線路和/或自由基傳輸線路。
日本特開專利公開No.2003-41,367公開了一種襯底處理設備，其中，當將需要被激勵的氣體和不需要被激勵的氣體的混合物流入到設置在激勵單元下游的公共提供系統(tǒng)中時，不需要被激勵的所述氣體能夠被適當?shù)靥峁┑教幱诓槐患顮顟B(tài)的反應室中。日本特開專利公開No.H10-284,487(1998)公開了一種用于在化學氣相淀積(CVD)處理室中的襯底上淀積Si-O-F絕緣層的工藝。用于實施這種工藝的系統(tǒng)包括真空室；氣體分布系統(tǒng)，其能夠將含有游離態(tài)的四氟化硅(SiF4)自由基和含氧氣體的氣態(tài)混合物引入到真空室中，其中Si-F-O膜通過引入工藝氣體的熱反應被淀積于晶片上；和激勵室，用于離解SiF4氣體，以產生SiF4自由基，所述激勵室被遠離真空室設置并被連接到所述氣體分布系統(tǒng)。
同時，在淀積設備如ALD設備中，在反應室中提供的源氣體的流速通過質量流量控制器(MFC)控制。另一方面，與通過MFC進行打開和關閉操作相比，ALD淀積通常需要以更短的時間間隔頻繁地提供源材料，以提供提高的產量。因此，在MFC和反應室之間提供閥門，且在所述淀積工藝中保持MFC打開的同時通過打開和關閉閥門進行用于控制源氣體提供的操作(參見日本本國再公開PCT國際申請No.2005-523,580和日本特開專利公開No.2003-41,367)。
然而，與提供源氣體的壓力相比，這種操作導致MFC和閥門之間壓力增大，同時關閉閥門使得不能將源氣體提供至反應室。由于這種現(xiàn)象，反應室中的壓力在閥門剛剛打開之后就變得較高，導致提供的源氣體的更大流速，并且之后提供的源氣體的流速被降低。提供的源材料速度的這種變化對淀積特性帶來負面影響，且引起橫跨晶片表面淀積均勻度惡化。尤其，在如上在日本特開專利公開No.2005-229,129、日本特開專利公開No.2005-203,569和日本特開專利公開No.2003-41,367中所描述的PEALD工藝中，用于等離子體處理的所提供氣體的速度會影響淀積膜的純度。因此，用于等離子體處理的氣體的流速通常都選擇成比其它氣體的流速大。因此，與不用等離子體的ALD工藝相比，用于等離子體處理的氣體壓力的波動是PEALD工藝中更加關鍵的問題。然而，對這種壓力波動的考慮不包括在日本專利特開公開No.2005-229,129、日本特開專利公開No.2005-203,569和日本特開專利公開No.2003-41,367中所公開的技術中。
此外，涉及到ALD工藝的另一個問題是使用多種類型的氣體不可避免地導致復雜的管道構造。在日本特開專利公開No.H10-284,487中公開的技術中，管道系統(tǒng)將通過利用氣體混合室而簡化，其以單管道連接了氣體混合室與反應室來構成管道。然而，氣體同時提供到這種構造中，因此存在ALD淀積工藝不能通過這種構造進行的問題。此外，，即使采用了這種技術，上述壓力波動的問題不能避免。
如日本本國在公開PCT國際申請No.2005-523,580中公開的構造能以穩(wěn)定的基礎允許氣體流入到反應室中或者排氣線路中。具有這種構造，能降低上述問題的MFC和閥門之間的壓力變化。然而，這種工藝導致未耗盡源材料的泄放，導致增加了源材料的消耗。而且，當采用如日本本國在公開PCT國際申請No.2005-523,580描述的構造時，該構造中，通過排氣線路同時并直接排出兩種類型的反應源氣體，而不通過淀積室，導致源材料可以在排氣線路中反應且線路會被阻塞。如果這種問題被避免的話，則會導致另一問題，也就是由具有分離的管道和/或用于避免這種困難的配置導致具有復雜的設備構造。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種淀積設備，包括反應室，用于進行淀積工藝；氣體提供系統(tǒng)，用于將第一氣體和第二氣體提供到反應室中；切換單元，用于在第一步驟中的向反應室提供第一氣體和在第二步驟中的停止向反應室提供第一氣體這兩者之間進行切換，其中，在所述第一步驟中，所述第一和第二氣體被提供至所述反應室內，在所述第二步驟中，所述第二氣體被選擇性地提供至所述反應室內；激勵單元，用于激勵將被提供到反應室中的氣體，以產生等離子體；和控制單元，能夠控制激勵單元，以在第一步驟期間激勵單元不進行由氣體到等離子體的激勵，該第一步驟中，在襯底上吸收第一氣體，以形成淀積層，且在第二步驟期間所述激勵單元進行氣體到等離子體的激勵，其中在該第二步驟中，正在被激勵成等離子體的第二氣體處理淀積層。
其能實現(xiàn)當在襯底上吸收第一氣體時將第二氣體提供到反應室中，從而實現(xiàn)連續(xù)將第二氣體提供到反應室中。具有這種構造，能保持在氣體提供系統(tǒng)中的第二氣體的恒定壓力，從而保持所提供氣體的恒定流速。因此，會表現(xiàn)出改善的淀積特性。
而且，根據(jù)本發(fā)明的上述方面，第二氣體連續(xù)提供到反應室中，且避免了同時將第一氣體和第二氣體排出到排氣線路。因此，防止由于在排氣線路中這些氣體的反應導致的排氣線路阻塞。而且，當激勵第二氣體時停止提供第一氣體，且從而不會對由第一氣體和第二氣體的氣態(tài)混合物進行等離子體激勵。因此，可避免通過在管道等中反應這些氣體而淀積膜。除了上述這些，激勵單元可提供在反應室附近。該構造使得在反應室中能夠提供維持大量處于激勵狀態(tài)下的氣體。
在本發(fā)明的淀積設備中，前述的氣體提供系統(tǒng)還能夠將第三氣體提供到前述的反應室中，且前述的切換單元能夠在提供和停止提供前述第三氣體到前述反應室中之間切換，且還能夠在前述第二步驟中停止提供前述第三氣體。而且，控制單元被設計成使得在第三步驟期間不進行前述激勵單元的等離子體激勵，其中前述第三氣體和前述第二氣體提供到反應室中且前述第三氣體在襯底上吸收，以形成淀積層。
如上所述，本發(fā)明的淀積設備還可以構造為能夠通過采用更多種類型的氣體進行淀積膜。在此，第三氣體由與用于第一氣體的材料的組相同的組的所選材料組成。
在本發(fā)明的淀積設備中，前述的氣體提供系統(tǒng)包括第一提供線路，連接到前述的反應室，用于將前述第一氣體提供到前述反應室中；和第二提供線路，包括連接到前述反應室的第一線路并用于將前述第二氣體提供到前述反應室中的第一線路，以及從第一線路分支并連接到前述第一提供線路的第二線路。而且，切換單元包括第一切換單元和第二切換單元，第一切換單元能夠在第一步驟中將第二氣體提供到第二線路，和在第二步驟中將第一氣體提供到第一線路，第二切換單元能夠在第一步驟中將第一氣體提供到反應室中，并能夠在第二步驟中停止將第一氣體提供到反應室中。第一切換單元分別提供在第一線路和第二線路中，且可構造為能夠互補地打開和關閉的一對切換閥門。替換地，第一切換單元可以是提供在第一線路和第二線路的分叉點處的三通閥。
其能提供通過第一線路或第二線路將第二氣體連續(xù)提供到反應室中。具有這種構造，能保持氣體提供系統(tǒng)中第二氣體的恒定壓力，從而保持所提供氣體的恒定流速。因此，能表現(xiàn)出改善的淀積特性。而且，由于通過用于進行等離子體激勵的通路之外的其它通路將第一氣體和第二氣體的氣態(tài)混合物引入到反應室中，因此避免了由管道等中的氣體反應所導致的膜淀積。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種淀積設備，包括反應室，用于進行淀積工藝；第一提供線路，連接到反應室，用于將第一氣體提供到反應室中；第二提供線路，包括連接到反應室用于將第二氣體提供到反應室中的第一線路，和從第一線路分支并連接到第一提供線路的第二線路；切換單元，能夠在第一步驟和第二步驟之間切換，其中，在第一步驟中，將第二氣體提供到第二線路中，并最終將其與第一氣體一起提供到反應室中，且其中，在第二步驟中，停止提供第一氣體，且選擇性地將第二氣體提供到第一線路中；和激勵單元，用于將從第二提供線路的第一線路提供的氣體激勵成等離子體。
其能提供通過第一線路或第二線路連續(xù)地將第二氣體提供到反應室中。具有這種構造，能保持提供到反應室中的第二氣體的恒定壓力，從而保持所提供氣體的恒定流速。因此，能表現(xiàn)出改善的淀積特性。而且，根據(jù)本發(fā)明的上述方面，將第二氣體連續(xù)提供到反應室中，且避免直接向排氣線路同時排出第一氣體和第二氣體。因此，能防止由于排氣中這些氣體的反應導致的排氣線路阻塞。而且，由于通過除了進行等離子體激勵的通路之外的通路將第一氣體和第二氣體的氣態(tài)混合物引入到反應室中，因此，能避免通過管道等中的氣體反應導致的膜淀積。
本發(fā)明的淀積設備還包括控制單元，其能夠吸收襯底之上的第一氣體，而無須通過第一步驟期間的激勵單元進行等離子體激勵，且能夠在第二步驟期間通過激勵單元對第二氣體進行等離子體激勵。
根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供了一種淀積膜的方法，包括通過將第一氣體和第二氣體提供到反應室中和在襯底上吸收第一氣體形成淀積層；以及用通過將第二氣體提供到反應室中并激勵氣體所產生的等離子體來處理淀積層。
在前述的形成淀積層中，可將第二氣體用作第一氣體的載氣。在前述的形成淀積層中，能通過在不激勵第一氣體和第二氣體的條件下吸收第一氣體形成淀積層。
其能提供當在襯底上吸收第一氣體時將第二氣體提供到反應室中，且因此能在反應室中連續(xù)提供第二氣體。具有這種構造，能保持提供到反應室中的第二氣體的恒定壓力，從而包括所提供氣體的恒定流速。因此，能表現(xiàn)出改善的淀積特性。
而且，由于根據(jù)本發(fā)明上述方面，避免了直接到排氣線路同時排出第一氣體和第二氣體，因此能防止由于在排氣線路中這些氣體的反應導致的排氣線路阻塞。而且，由于不進行第一氣體和第二氣體的氣態(tài)混合物的等離子體激勵，因此，能避免由管道等中的氣體反應導致的膜淀積。此外，通過將等離子體淀積單元設置在比氣體匯聚點更接近反應室的位置處，使得在反應室中能含有更大量處于激勵狀態(tài)下的氣體。
根據(jù)本發(fā)明，當用多種氣體淀積膜時，能表現(xiàn)出增強氣體利用率，且能表現(xiàn)出改善的淀積特性。


結合附圖根據(jù)以下描述，本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點和特征將更加明顯，其中圖1A和1B是示出本發(fā)明實施例中淀積設備構造的框圖；圖2是表示用于本發(fā)明實施例中淀積設備的控制時序的時序圖；圖3A和3B是示出本發(fā)明實施例中淀積設備其它構造的框圖；圖4是示出本發(fā)明實施例中淀積設備其它構造的框圖；圖5是示出本發(fā)明實施例中淀積設備其它構造的框圖；圖6是示出本發(fā)明實施例中淀積設備構造的框圖；圖7是表示本發(fā)明實施例中淀積設備控制時序的時序圖；圖8A和8B是示出本發(fā)明實施例中淀積設備其它構造的框圖。
具體實施例方式
在此，現(xiàn)在將參考示意性的實施例描述本發(fā)明。本領域技術人員將意識到，使用本發(fā)明的教導能實現(xiàn)很多替換實施例，且本發(fā)明不限于用于說明目的示出的實施例。
以下將參考附圖進一步詳細地描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例。在所有圖中，相同的數(shù)字表示圖中普遍出現(xiàn)的元件，且將不重復其詳細描述。
在以下的實施例中，可構成淀積設備，其能通過ALD工藝淀積膜，其中，將含有源材料的氣體提供到襯底上，且源材料被一個原子層的組件(unit)吸收。而且，在以下實施例中，淀積設備可以是等離子體淀積設備，其能夠進行PEALD工藝，其中激勵至少一種類型的氣體，以形成等離子體，或者將所激勵的氣體提供到襯底上。例如，當采用第一氣體和第二氣體時，淀積設備適當?shù)剡M行操作用于，通過將第一氣體提供到反應室之內的襯底上而不被激勵，以形成淀積層，其中第一氣體被其吸收至其上；和操作用于，通過在第二氣體被激勵以形成等離子體的同時將第二氣體提供到反應室中，來處理通過吸收第一氣體所形成的淀積層。在此，吸收是化學吸收。
在以下實施例中，當在第一操作中使用第一氣體進行淀積時，將第二氣體提供到具有第一氣體的反應室中，作為第一氣體的載氣。具有這種工序，能確保在第一操作和第二操作中均可以在反應室中提供第二氣體。而且，將第二氣體的流速適當控制為與第一氣體流速相比足夠大。例如，第一氣體的流速等于或低于第二氣體流速的約十分之一。具有這種流速，能在將第一氣體提供到反應室期間和停止提供第一氣體期間保持氣體提供線路中的第二氣體的恒定壓力。該構造提供所提供氣體的恒定流速，從而保持了改善的淀積特性。除了上述方面之外，第一氣體的流速可能等于或大于第二氣體流速的約千分之一。具有這種流速，當將第二氣體用作第一氣體載氣的時候能進行通過第一氣體的改善的淀積。
在本實施例中，即使僅提供該材料而不將其激勵為等離子體狀態(tài)，只要該材料能在襯底上被吸收，則該材料能夠用于第一氣體。第一氣體選自金屬材料，包括無機金屬性化合物如金屬鹵化物等以及有機金屬材料。在本實施例中，可將在被等離子體激勵的條件下不與第一氣體反應的材料用于第二氣體。該第二氣體例如選自氮氣(N2)、氫氣(H2)、氨氣(NH3)或氧氣(O2)或者其氣態(tài)混合物。此外，除了上述氣體之外，第二氣體還含有惰性氣體如氬(Ar)、氦(He)。當將N2、NH3或O3用于第二氣體時，通過將第二氣體激勵為等離子體使得第二氣體用作淀積氣體。該構造能提供淀積工藝的提高的產量。
第一氣體和第二氣體可選自通常用在PEALD工藝中的各種材料。例如，當?shù)诙怏w是O2時，第一氣體可包括鋁(Al)有機金屬性化合物如二甲基氫化鋁(Al(CH3)2H)、三甲基鋁(Al(CH3)3)等；鉭(Ta)有機金屬性化合物如四乙氧基二甲氨基乙氧基鉭(TATDMAETa(OC2H5)4(OC2H4N(CH3)2)、五(二甲氨基)鉭(Ta(N(CH3)2)5)、叔丁基亞氨基三(二乙氨基)鉭(Ta(NC4H9)(N(C2H5)2)3、叔芳基亞氨基三(二甲氨基)鉭(Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3))等；鍶(Sr)有機金屬性化合物如雙(二新戊?；姿岣?鍶(Sr(C11H19O2)2)等；鈦(Ti)有機金屬性化合物如四(二甲基氨基)鈦(Ti(N(CH3)2)4)、四丙氧基鈦(四異丙氧基鈦，Ti(OC3H7)4)等；鋇(Ba)有機金屬性化合物如雙(二新戊酰基甲酸根合)鋇(Ba(C11H19O2)2)等；鉍(Bi)有機金屬性化合物如三叔戊氧基鉍(Bi(OC(CH3)2C2H5)3)、三(二新戊?；姿岣?鉍(Bi(C11H19O2)3)等；鉛(Pb)有機金屬性化合物如雙(二新戊?；姿岣?鉛(Pb(C11H19O2)2)等；鋯(Zr)有機金屬性化合物如四丁氧基鋯(Zr(OC4H9)4)、四(二新戊?；姿岣?鋯(Zr(C11H19O2)4)、四(二乙氨基)鋯(Zr(N(C2H5)2)4)等；鉿(Hf)有機金屬性化合物如四丁氧基鉿(Hf(OC4H9)4)、四(二甲基氨基)鉿(Hf(N(CH3)2)4)等；釕(Ru)有機金屬性化合物如二乙基環(huán)戊二烯基釕(Ru((C2H5)(C5H4))2)等；以及有機硅化合物如四乙基正硅酸鹽(Si(OC2H5)4)等。使用這種材料能提供用氧等離子體形成金屬氧化物膜。
此外，例如，當?shù)诙怏w是H2時，第一氣體可由以下組成Al有機金屬性化合物如如二甲基氫化鋁(Al(CH3)2H)、三甲基鋁(Al(CH3)3)等；Ta有機金屬性化合物如五(二甲氨基)鉭(Ta(N(CH3)2)5)、叔丁基亞氨基三(二乙氨基)鉭(TBTDET)(Ta(NC4H9)(N(C2H5)2)3、叔芳基亞氨基三(二甲氨基)鉭(Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3))等；鉭鹵化物如五氯化鉭(TaCl5)等；Ti有機金屬性化合物如四(二甲氨基)鈦(Ti(N(CH3)2)4)等；鈦鹵化物如四氯化鈦(TiCl4)等；鋯(Zr)有機金屬性化合物如四(二乙基氨基)鋯(Zr(N(C2H5)2)4)等；鉿(Hf)有機金屬性化合物如四(二甲基氨基)鉿(Hf(N(CH3)2)4)等；釕(Ru)有機金屬性化合物如二乙基環(huán)戊二烯基釕(Ru((C2H5)(C5H4))2)等；硅(Si)鹵化物如二氯硅烷(H2SiCl2)等；和鎢(W)鹵化物如六氟化鎢(WF6)等。使用這種材料能提供用氫等離子體形成金屬膜或金屬氮化物膜。
此外，例如，當?shù)诙怏w是N2和H2和氣態(tài)混合物時，第一氣體可包括Al有機金屬性化合物如二甲基氫化鋁(Al(CH3)2H)、三甲基鋁(Al(CH3)3)等；Ta有機金屬性化合物如四乙氧基二甲氨基乙氧基鉭(TATDMAETa(OC2H5)4(OC2H4N(CH3)2)、乙氧基鉭(Ta(OC2H5)5)、五(二甲氨基)鉭(Ta(N(CH3)2)5)、叔丁基亞氨基三(二乙氨基)鉭(Ta(NC4H9)(N(C2H5)2)3)、叔芳基亞氨基三(二甲氨基)鉭(Ta(NC(CH3)2C2H5)(N(CH3)2)3))等；Sr有機金屬性化合物如雙(二新戊?；姿岣?鍶(Sr(C11H19O2)2)等；Ti有機金屬性化合物如四(二甲氨基)鈦(Ti(N(CH3)2)4)、四丙氧基鈦(四異丙氧基鈦，Ti(OC3H7)4)等、Ba有機金屬性化合物如雙(二新戊?；姿岣?鋇(Ba(C11H19O2)2)等；Bi有機金屬性化合物如三叔戊氧基鉍(Bi(OC(CH3)2C2H5)3)、雙(二新戊?；姿岣?鉍(Bi(C11H19O2)3)等；Pb有機金屬性化合物如雙(二新戊?；姿岣?鉛(Pb(C11H19O2)2)等；Zr有機金屬性化合物如四丁氧基鋯(Zr(OC4H9)4)、四(二新戊?；姿岣?鋯(Zr(C11H19O2)4)、四(二乙氨基)鋯(Zr(N(C2H5)2)4)等；Hf有機金屬性化合物如四丁氧基鉿(Hf(OC4H9)4)、四(二甲氨基)鉿(Hf(N(CH3)2)4)等；Ru有機金屬性化合物如二乙基環(huán)戊二烯基釕(Ru((C2H5)(C5H4))2)等；以及有機硅化合物如四乙基正硅酸鹽(Si(OC2H5)4)等。使用這種材料能提供用氣態(tài)混合物的等離子體形成金屬氮化物膜或金屬氮氧化物膜。
(第一實施例)
圖1A是示出本實施例中淀積設備構造的圖。淀積設備100包括反應室102，用于淀積膜；激勵單元106，用于激勵氣體以形成等離子體；第一源材料提供單元110，用于提供第一源材料A；第一氣體提供線路112；氣體提供線路150，用于提供氣體B(第二氣體)；和第二氣體提供線路152。第一源材料A在室溫下是氣態(tài)材料，或者替換地，在室溫下是固態(tài)或液態(tài)材料?？蓸嫵善谝辉床牧螦并將其提供到設備中的反應室102中的淀積設備100，即使當?shù)谝辉床牧螦在室溫下是液態(tài)或固態(tài)材料也是如此。第一源材料A的氣體對應于上述的第一氣體。
第一氣體提供線路112和第二氣體提供線路152連接到反應室102且與分別與反應室102交流。第一氣體提供線路110提供有第一質量流量控制器(MFC)116，其能夠控制自第一源材料提供單元110的第一源材料A的流速。氣體提供單元150提供有第二MFC160，其能夠控制自其體提供單元150的氣體B的流速。第二氣體提供線路152包括連接到第一氣體提供線路112的第一分支線路154。
第二閥門156(切換單元)提供在用于第一分支線路154的第二氣體提供線路152中的分叉點“a”和反應室102之間。第一分支電路154提供有第三閥門158。第二閥門156和第三閥門158構成為能夠互補地打開和關閉的一對切換閥門。第二閥門156和第三閥門158(切換單元)的操作能提供直接向反應室102中提供氣體B和通過第一氣體提供線路112提供氣體B之間的互補切換。
此外，在替換的示意性實施中，第二閥門156和第三閥門158構成為包括三通閥，其提供了在直接與反應室102交流的條件和與第一分支線路154交流的條件之間的互補切換。這種三通閥設置在用于第一分支線路154的第二氣體提供線路152中的分支點“a”處。
能夠用于進行提供和停止提供第一源材料A到反應室102中的第一閥門114(切換單元)被設置在與第一氣體提供線路112中的第一分支線路154的連接點“b”和第一MFC116之間。第一閥門114可以是切換閥門，其與第三閥門158的操作同步地進行其打開和關閉。尤其，當關閉第三閥門158并不將氣體B引入到第一氣體提供線路112中時，第一閥門114關閉。
激勵單元106引入從第二氣體提供線路152提供的氣體B的激勵。在本實施例中，激勵單元106構成為實現(xiàn)反應室102中的等離子體激勵，或替換地，如圖8中所示，其可構成為提供在第二氣體提供線路152和反應室102之間的連接附近的位置處的遠程等離子體源。在日本特開專利公開No.H10-284-487中描述的常規(guī)構造中存在問題，導致在管道中混合激勵氣體的構造導致了容易通過氣體反應引起在管道中淀積膜的問題，或者在用于激勵氣體的位置和反應室之間具有較大距離的構造導致在反應室中保持激勵狀態(tài)的氣體量降低的問題。由于根據(jù)本實施例的淀積設備100，在管道中不混合激勵氣體，因此避免了由于在管道內壁上氣體的膜淀積導致的管道阻塞。此外，由于在反應室102附近激勵了氣體，因此能保持反應室中的較大量的氣體被激勵。在本實施例中，反應室102提供有排氣線路104，其與真空泵等交流。
在使用本實施例中的淀積設備100進行淀積期間，第二MFC160控制氣體流動，以實現(xiàn)從氣體提供單元150至反應室102流動的氣體B基本恒定的流速。第一MFC116還構成為提供第一源材料A的基本恒定流速。
此外，如圖1B中所示，淀積設備100還包括，控制單元202，用于控制激勵單元106以及用于控制第一閥門114、第二閥門156和第三閥門158的切換?？刂茊卧?02執(zhí)行第一控制，用于將具有氣體B的第一源材料A提供到反應室102中，而不對提供到反應室102中的氣體進行等離子體激勵，和第二控制，用于引起提供到反應室102中的氣體的等離子體激勵，同時防止將第一源材料A提供到反應室102，同時，第二MFC160保持自氣體提供單元160至反應室102的氣體B的流速基本上恒定。尤其，以下將參考圖2作出進一步的描述。
圖2是時序圖，表示打開和關閉第三閥門158和第二閥門156的時序，和通過激勵單元106對提供到反應室102中的氣體進行等離子體激勵(打開)或不等離子體激勵(關閉)的時序。第三閥門158和第二閥門156互補地打開和關閉。第一閥門114打開和關閉，與第三閥門158的操作同步。尤其，當?shù)诙y門156打開時，第三閥門158和第一閥門114關閉，且當?shù)诙y門156關閉時，第三閥門158和第一閥門114打開。具有這種構造，通過氣體提供單元150提供的氣體B直接從第二氣體提供線路152、或者通過第一分支線路154和第一氣體提供線路112被提供到反應室102中。
如下說明該工藝的一個周期。首先，將等離子體激勵設置為關閉，且關閉第二閥門156并打開第三閥門158和第一閥門114(第一步驟)。這允許將第一源材料A和氣體B提供到反應室102中，從而將第一源材料A淀積到襯底上。此外，在這種情況下，將反應室102中襯底溫度設置為不會引起第一源材料A和氣體B反應的溫度。這種條件下，提供到反應室102中的氣體不被進行等離子體激勵，且因此氣體B不與第一源材料A反應，且由此其用作第一源材料A的載氣。
下一時序中，第二閥門156打開并且第三閥門158和第一閥門114關閉，同時將等離子體激勵的狀態(tài)保持為關閉。具有這種構造，單獨地將氣體B選擇性提供到反應室102中。因此，用氣體B清洗了反應室102內部，從而將殘留在反應室102中的第一源材料A泄放到反應室102外部。
隨后，在下一個時序中，等離子體激勵的狀態(tài)切換成打開，同時保持打開和關閉之間的閥門的切換狀態(tài)(第二步驟)。具有這種工序，激勵提供到反應室102中的氣體B以產生等離子體，且用所產生的等離子體處理通過吸收第一源材料A所形成的淀積層，以形成所需的膜。在此，完成了一個周期工藝的操作。通過重復這種操作，能形成具有所需膜厚的膜。
通過上述操作，可將氣體B作為第一源材料A的載氣提供到反應室102中，即使當氣體B未被進行等離子體激勵時也是這樣。其以穩(wěn)定的基礎持續(xù)地將氣體B提供到反應室102中。此外，本實施例中，第一源材料A的流速比氣體B的流速低了一個或多個數(shù)量級，且由此氣體B的壓力影響由氣體B和第一源材料A組合的氣態(tài)混合物的壓力。因此，在淀積操作期間，可在第二MFC160和反應室102之間保持恒定壓力。該構造提供了所提供氣體的恒定流速，從而保持改善的淀積特性。而且，由于第一源材料A和氣體B僅提供到反應室102中，因此能改善第一源材料A和氣體B的消耗效率。此外，雖然持續(xù)將氣體B提供到反應室102中，并提供第一源材料A，但是，還可將第一源材料A引入到反應室102中，并因此避免了同時將第一源材料A和氣體B直接排出到排氣線路104。因此，避免了由于在排氣線路中發(fā)生的這些氣體的反應所導致的排氣線路104阻塞。此外，由于未導致對于第一源材料A和氣體B氣體的氣態(tài)混合物的等離子體激勵，因此避免了在管道中由氣態(tài)混合物導致的膜淀積。而且，由于將激勵單元106提供在反應室102中或附近，因此，由于其將仍除在激勵狀態(tài)，所以在反應室102中存在激勵氣體。
上述工序是實例，且可實施根據(jù)源材料類型的適當修改。例如，可不進行用氣體B進行的清洗。替換地，在用氣體B處理淀積層之后和在于下一周期中進行第一源材料A的吸收之前，可進行清洗。替換地，還可進行涉及對氣體B進行等離子體激勵的操作，該操作在用第一源材料A進行淀積的每一預定周期之后進行。如圖1B中所示，在控制單元202控制激勵單元106、第一閥門114、第二閥門156和第三閥門158的構造中，控制單元202根據(jù)圖2中示出的時序圖控制這些單元/元件。
圖3是示出本實施例中淀積設備100的具體實例的圖。在此，將作為示范性實施方案描述第一源材料A在室溫下是液體形式的情況。此外，在汽化第一源材料A之后，氣體B可用作氣態(tài)的第一源材料A的載氣。
如圖3A中所示，第一源材料提供單元110包括第一源材料存儲室124，用于存儲第一液體源材料A；壓力供給氣體提供單元130，用于提供壓力供給氣體(pressure feed gas)；第三MFC132，用于控制壓力供給氣體的流速；和壓力供給氣體提供線路126，用于將壓力供給氣體提供給第一源材料存儲室124。
將第一氣體提供線路112引入到存儲在第一源材料存儲室124中的液體源材料A中。第一氣體提供線路112提供有用于控制第一源材料A流速的氣體質量流量控制器(LMFC)122，和用于汽化液體第一源材料A的汽化器120。在此，汽化器120包括用于控制汽化氣體流速的流速控制單元。LMFC122和汽化器120分別對應于圖1A中示出的第一MFC116和第一閥門114。
借助于壓力供給氣體在汽化器120中對第一源材料A進行壓力供應，并在汽化器120中將其汽化，且然后將其提供到反應室102中。在此，當將第二閥門120打開時，第三閥門158和汽化器120關閉，且當?shù)诙y門156關閉時，第三閥門158和汽化器120打開。
圖3B是示出與圖3A中所示出的淀積設備100相同的淀積設備構造的圖，除了淀積設備還包括控制單元202之外?？刂茊卧?02提供對第二閥門156、第三閥門158、汽化器120和激勵單元106的控制?？刂茊卧?02進行與上面參考圖2描述的那些相似的控制。
即使在這種情況下，通過汽化器120汽化的第一源材料A的流速可設置為比氣體B足夠低的流速。具有這種流速，即使當通過第一氣體提供線路112將第一源材料A和氣體B的氣態(tài)混合物提供到反應室102中時，其內的壓力也基本上等于僅將氣體B自第二氣體提供線路152提供到反應室102中的情況下的壓力。這實現(xiàn)了在對應于第二MFC160的值的流速將氣體B恒定地提供到反應室102中。因此，能夠進行淀積操作而不改變第二MFC160和反應室102之間的壓力。這以改善的精確度提供了膜淀積。
而且，由于分別從第一源材料提供單元110和氣體提供線路150提供的第一源材料A和氣體B全部都提供到反應室102中，因此能提高第一源材料A和氣體B的消耗效率。
圖4是示出本實施例淀積設備100的另一示范性實施方案的圖。而且，在該構造中，將作為示范性實施方案描述第一源材料A在室溫下為液體形式的情況。氣體B用作汽化了第一源材料A并傳輸其汽化產物的壓力供給氣體并用作載氣。
第一源材料提供單元110包括第一源材料存儲室124。從第二氣體提供線路152分支出來的第一分支線路154引入到存儲在第一源材料存儲室124中的源材料A中。第一氣體提供線路112將第一源材料存儲室124連接到反應室102中。雖然圖4中示出了將第一分支線路154的端部設置得比第一源材料存儲室124中的第一氣體提供線路112的端部更深，但是管道的長度和直徑、管道的幾何形狀可替換地根據(jù)第一源材料A的類型適當優(yōu)化，且例如，可采用其中第一氣體提供線路112的端部比第一分支線路154的端部深的另一種線路長度關系。此外，雖然圖4中示出了源材料存儲室的幾何形狀包括圓柱形截面，但是其幾何形狀可根據(jù)源材料A的類型適當優(yōu)化，且例如，圓柱形底部可具有梯度以形成臼型(mortar-shaped)底部。
圖4中示出的淀積設備100可構成為具有控制單元202，與圖1B中示出的設備相似。這種情況下，控制單元202提供第二閥門156、第三閥門158、第一閥門114和激勵單元106的控制。
圖5是示出本實施例中淀積設備100的另一種示范性實施方案的圖。這種情況下，將示出采用第一源材料A和第二源材料C作為用于淀積膜的源材料的構造。此外，將作為示范性實施方案描述第一源材料A和第二源材料C在室溫下為液態(tài)形式的情況。第二源材料C可包括作為第一源材料A的材料已經描述的那些相似的材料。
除了圖3A中示出的構造之外，淀積設備100還包括第二分支線路180、第五閥門182、第五源氣體提供線路184、第六閥門186和第二源材料存儲室188。第二源材料存儲室188存儲第二液體源材料C。第二分支線路180從第二氣體提供線路152分支出來，且用于將氣體B提供到第二源材料存儲室188。第五閥門182打開并關上在氣體提供單元150和第二分支線路180之間的交流。第五源氣體提供線路184提供第二源材料存儲室188與反應室102的連接。第六閥門186提供于第五源氣體提供線路184上，且打開并關上源材料存儲室188和反應室102之間的交流。
在此，控制第二閥門156、第三閥門158和第五閥門182以打開閥門中的任一個，且關閉其余閥門。這使得將從氣體提供單元150提供的氣體B恒定地提供到反應室102中，且因此能保持恒定的流速。此外，能實現(xiàn)氣體和源材料提高的使用效率。
(第二實施例)圖6是示出本實施例中淀積設備構造的示范性實施方案的圖。淀積設備100包括反應室102、排氣線路104、激勵單元106、第一源材料提供單元110、第一MFC116、氣體提供單元150、第二MFC160、第三源氣體提供線路170、第四源氣體提供線路172、閥門174(切換單元)、閥門176(切換單元)和控制單元202。
第四源氣體提供線路172連接到反應室102，以將氣體B提供到反應室102。閥門176提供于第四源氣體提供線路172中，并用于對氣體B實施提供和停止提供到反應室102中。在本實施例中，閥門176在淀積操作期間持續(xù)打開，且將氣體B恒定地提供到反應室102中。第三源氣體提供線路170連接到第四源氣體提供線路172以將第一源材料A提供至其。閥門174提供于第三源氣體提供線路170中，且用作對第一源材料進行實施提供和停止提供到反應室102中。
控制單元202提供對閥門174、閥門176和激勵單元106的控制。圖7是本實施例中的時序圖，表示用于打開或關閉第四閥門174和閥門176的時序以及用于通過激勵單元106對提供到反應室102中的氣體進行等離子體激勵(打開)或不進行等離子體激勵(關閉)的時序。
如下說明該工藝的一個周期。首先，將等離子體激勵設置成關閉，且將閥門176和第四閥門174打開(第一步驟)。這允許將第一源材料A和氣體B提供到反應室102中，從而在襯底上淀積第一源材料A。在這種條件下，提供到反應室102中的氣體不被等離子體激勵，且因此氣體B不與第一源材料A反應，并由此其用作第一源材料A的載氣。
在下一時序中，關閉第四閥門174，同時將等離子體激勵的狀態(tài)保持為關閉。具有這種構造，將氣體B單獨地選擇性提供到反應室102中。因此，用氣體B清洗反應室102內部，從而將保留在反應室102中的第一源材料A泄放出反應室102。
隨后，在下一時序中，將等離子體激勵的狀態(tài)切換成打開，同時保持處于打開和關閉之間的閥門切換狀態(tài)(第二步驟)。具有這種工序，激勵提供到反應室102中的氣體B，以產生等離子體，且用所產生的等離子體處理通過吸收第一源材料A形成的淀積層，以形成所需膜。在此，完成了一個工藝周期。通過重復這種工藝周期，能形成具有所需膜厚度的膜。
控制單元202根據(jù)圖7中示出的時序確定在哪一個步驟中進行操作，從而對閥門174和閥門176在打開和關閉之間的切換以及激勵單元106的打開/關閉進行控制。在本實施例中，控制單元202控制閥門，從而當開始淀積操作時和之后將氣體B恒定提供到反應室102中時打開閥門176。
在本實施例中的淀積設備100中，將氣體B恒定提供到反應室102中。因此，在連續(xù)淀積操作期間，保持在第二MFC160和反應室102的恒定壓力。此外，能實現(xiàn)氣體和源材料的增強利用效率。
根據(jù)本實施例的淀積設備100，當提供第一源材料A時不進行通過激勵單元106的等離子體激勵。因此，避免了由在第四源氣體提供線路172中通過將第一源材料A和受激勵的氣體B的氣體進行混合所形成的氣態(tài)混合物來進行淀積膜。而且，在本實施例中，激勵單元106可構成為在反應室102中產生等離子體激勵。具有這種構造，能保持較大量氣體在反應室中受激勵。此外，避免了在管道內壁上由氣體的膜淀積導致的管道阻塞。
將理解，本發(fā)明能夠在各種其它組合、修改和環(huán)境中使用，且作為根據(jù)本發(fā)明實施例的替換方案，根據(jù)本發(fā)明的方法和設備等之間的說明中的任何其它互換都是有效的。
此外，淀積設備100可構成為如所需地另外包括除了圖中所示出的之外的閥門。而且，還可適當選擇氣體提供線路(管道)、源材料存儲室(容器)等的適當幾何形狀和/或位置。
雖然在第二實施例中已經描述了構成為包括控制單元202的淀積設備100，但是根據(jù)本發(fā)明的方法可通過不包括控制單元202的淀積設備100來實施。在這種情況下，在打開和關閉之間的閥門切換以及激勵單元的打開/關閉也也可根據(jù)圖7中示出的時序進行。此外，在本發(fā)明的方法中，可將淀積設備100構成為不具有閥門176，以能夠在淀積工藝期間恒定地提供氣體B。
雖然在上述實施例中已經描述了構成為指定通過ALD工藝進行淀積的淀積設備100，但是可將淀積設備100構成為指定通過除了ALD工藝之外的CVD工藝等進行淀積。在上述的實施例中，已經描述了當將第一源材料A的氣體吸收到襯底上時利用用作載氣的氣體B的示范性實施方案。替換地，可以通過熱CVD工藝由第一源材料A和氣體B的氣體淀積膜，并且利用該等離子體激勵氣體B進一步處理所淀積的膜。在這種情況下，可適當?shù)乜刂圃诠艿乐械臏囟纫员苊庠诠艿乐械牡谝辉床牧螦和氣體B的氣體之間的反應。
明顯的是，本發(fā)明不限于上述實施例，且可對其進行修改和變化而不超出本發(fā)明的范圍和精神。
權利要求
1.一種淀積設備，包括用于淀積的反應室；氣體提供系統(tǒng)，用于將第一氣體和第二氣體提供到所述反應室中；切換單元，用于在第一步驟中的提供所述第一氣體到所述反應室中和在第二步驟中的停止提供所述第一氣體到所述反應室中之間切換，其中，在第一步驟中，將所述第一氣體和所述第二氣體提供到所述反應室中，在所述第二步驟中，將所述第二氣體選擇性提供到所述反應室中；激勵單元，用于對提供到所述反應室中的氣體進行激勵，以產生等離子體；以及控制單元，能夠控制所述激勵單元，使得在所述第一步驟期間所述激勵單元不執(zhí)行將氣體激勵成等離子體，以及在所述第二步驟期間所述激勵單元執(zhí)行將氣體激勵成等離子體，其中，在所述第一步驟中，在襯底上吸收所述第一氣體，以形成淀積層，在所述第二步驟中，被激勵成等離子體的所述第二氣體處理所述淀積層。
2.如權利要求1的淀積設備，還包括流速控制單元，用于控制所述第二氣體的流速，以使得在所述第一步驟和在所述第二步驟中，被提供到所述反應室中的所述第二氣體的流速基本恒定。
3.如權利要求2的淀積設備，其中所述流速控制單元控制所述第二氣體的流速，以使提供到所述反應室中的所述第一氣體的流速等于或低于所述第二氣體的流速的十分之一。
4.如權利要求1的淀積設備，其中所述氣體提供系統(tǒng)包括第一提供線路，連接到所述反應室，用于將所述第一氣體提供到所述反應室中；以及第二提供線路，包括連接到所述反應室用于將所述第二氣體提供到所述反應室中的第一線路和從所述第一線路分支出來并連接到所述第一提供線路的第二線路，以及其中所述切換單元包括第一切換單元和第二切換單元，所述第一切換單元能夠在所述第一步驟中將所述第二氣體提供到所述第二線路，并能夠在所述第二步驟中將所述第一氣體提供到所述第一線路中，并且，所述第二切換單元能夠在所述第一步驟中將所述第一氣體提供到所述反應室中，并且能夠在所述第二步驟中停止將所述第一氣體提供到所述反應室中。
5.如權利要求1的淀積設備，其中所述第二氣體選自包括以下成分的組氮氣(N2)；氨氣(NH3)；氧氣(O2)；氫氣(H2)；其氣態(tài)混合物；以及具有氬(Ar)或氦(He)的其氣態(tài)混合物。
6.一種淀積設備，包括反應室，用于進行淀積工藝；第一提供線路，連接到所述反應室，用于將第一氣體提供到所述反應室中；第二提供線路，包括連接到所述反應室用于將第二氣體提供到所述反應室中的第一線路和從所述第一線路分支出來并連接到所述第一提供線路的第二線路；切換單元，能夠在第一步驟和第二步驟之間切換，其中，在第一步驟中，將所述第二氣體提供到所述第一線路和最終與所述第一氣體一起提供到所述反應室中，且其中，在所述第二步驟中，將停止提供所述第一氣體并且將所述第二氣體選擇性提供到所述第一線路；以及激勵單元，用于將從所述第二提供線路的所述第一線路提供的氣體激勵成等離子體。
7.一種用于淀積膜的方法，包括通過將第一氣體和第二氣體提供到反應室中并在襯底上吸收所述第一氣體形成淀積層；以及利用通過將所述第二氣體提供到所述反應室中并激勵所述氣體所得到的等離子體處理所述淀積層。
8.如權利要求7的用于淀積膜的方法，其中，在保持從所述第二氣體的提供單元至所述反應室的所述第二氣體流速基本恒定的同時，進行所述淀積層的形成和所述淀積層的處理。
9.如權利要求7的用于淀積膜的方法，其中所述第一氣體的流速等于或低于所述第二氣體的流速的十分之一。
10.如權利要求8的用于淀積膜的方法，其中所述第一氣體的流速等于或低于所述第二氣體的流速的十分之一。
11.如權利要求7的用于淀積膜的方法，其中所述第二氣體選自包括以下成分的組氮氣(N2)；氨氣(NH3)；氧氣(O2)；氫氣(H2)；其氣態(tài)混合物的組；以及具有氬(Ar)或氦(He)的其氣態(tài)混合物。
全文摘要
當用多種氣體淀積膜時，表現(xiàn)出增強的氣體利用效率并表現(xiàn)出改善的淀積特性。淀積設備(100)包括反應室(102)，用于淀積膜；第一氣體提供線路(112)和第二氣體提供線路(152)，分別用于將第一源材料(A)和氣體(B)提供到反應室(102)；和激勵單元(106)，其能夠激勵反應室(102)中所提供的氣體，以形成等離子體。在具有這種構造的淀積設備(100)中，通過以下操作進行淀積操作第一操作，用于將由第一源材料(A)獲得的氣體和氣體(B)提供到反應室(102)中，以促使在襯底上吸收由第一源材料A得到的氣體，從而形成淀積層；和第二操作，用于將第二氣體提供到反應室(102)中，并利用處于被等離子體激勵的條件下的氣體處理淀積層。
文檔編號C23C16/52GK101021005SQ20071000579
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權日2006年2月13日
發(fā)明者古谷晃 申請人:恩益禧電子股份有限公司