专利名称：改善原子层沉积工艺的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改善半导体工艺的方法及装置，特别是涉及一种改善原子层沉积工艺的方法及装置。
背景技术：
由于近年来半导体工业快速发展，以致各项工艺技术与应用材料皆大幅开发，以持续提升集成电路中元件的积集度及操作的效能。随着元件尺寸日趋微小化，其接触窗(contact)及介层窗(via)的纵横比(aspect ratio)亦大幅提高，因而增加了沉积工艺操作的困难度。是以如何形成一顺形(conformal)金属层于高纵横比的接触窗及介层窗，已成为次微米工艺发展中重要的课题之一。
目前形成顺形金属层的方法一般乃采用原子层沉积(atomic layerdeposition；ALD)工艺，参照图1A至1C，其为进行原子层沉积工艺流程的晶片剖面示意图。如图1A所示，先导入一前驱反应物120于一反应室中，待晶片100表面吸附此前驱反应物120达饱和状态后，再抽掉多余的前驱反应物120。接着如图1B及1C所示，导入另一前驱反应物140，并使之与晶片100表面所吸附的前驱反应物120反应而形成一生成物160于晶片表面，然后再抽掉未反应的前驱反应物140与副产物。由于原子层沉积工艺为控制生成物160单层沉积于晶片100表面，故可使生成物160顺形地形成于接触窗或介层窗。然而，以原子层沉积工艺来沉积金属层的速度很慢，加上每次所得的金属层的厚度很薄，一般约为0.5埃至3埃，故倘若要得到厚度为几十埃的金属层，则必须重多十次步骤，而严重影响生产效率。
发明内容
因此本发明的目的就是在提供一种改善原子层沉积工艺的方法及装置，用以沉积一顺形的金属层，并提高工艺的生产效率。
鉴于上述的目的，本发明的一个方面提出一种改善原子层沉积工艺的装置，其具有一屏蔽罩，且此屏蔽罩将一反应室分隔成多个次反应室、多个对应设置于次反应室上方的气体注入盘，用以导入不同步骤所需的前驱气体于次反应室中、及一旋转轴承。其中，旋转轴承更与多个晶座相连，藉由旋转可带动晶座由一次反应室移动至另一次反应室。是以多个晶片可同时送入此装置中来进行沉积工艺，并藉由旋转动作完成原子层沉积工艺，且利用旋转次数达到所需厚度，故可有效缩短沉积工艺的操作时间，进而提高生产效率。
本发明的另一方面则提出一种改善原子层沉积工艺的方法，其先利用钝气所构成的屏蔽罩将一反应室分隔成多个次反应室，并分别导入不同步骤所需的前驱气体于次反应室中。接着送入一晶片至一次反应室以进行沉积工艺的气体吸附于晶片表面的步骤，然后再将此晶片移动至另一次反应室进行主要的沉积步骤，最后并送入另一晶片至气体吸附步骤的次反应室中。如此可同时气体吸附、沉积薄膜于多个晶片，而有效提高工艺的生产效率。另一方面，由于不同阶段的反应步骤为在不同的次反应室中进行，故不需再进行前驱气体的更换步骤，因而大幅降低工艺的操作时间及步骤，并可有效增加生产效率。
为让本发明的上述与其它目的、特征、和优点能更明显易懂，配合附图加以说明如下图1A、1B和1C为绘示进行原子层沉积工艺的晶片的流程剖面图；图2为绘示依照本发明一优选实施例的一种改善原子层沉积工艺的装置示意图；以及图3为绘示依照本发明一优选实施例的一种改善原子层沉积工艺的方法流程图。
简单符号说明100晶片120、140前驱反应物160生成物 200反应室204第一次反应室208第二次反应室210屏蔽罩 234第一气体注入盘238第二气体注入盘 254第一前驱气体258第二前驱气体264第一晶片268第二晶片274第一晶座
278第二晶座 290轴承300、310、330、350、370、390步骤具体实施方式
为了提高原子层沉积工艺的生产效率与工艺前驱气体的有效利用率，本发明提出一种改善沉积工艺的装置及方法，其优选实施例，将参照附图详述如下。
参照图2，其为依照本发明一优选实施例的一种改善原子层沉积工艺的装置示意图。如图2所示，一屏蔽罩210设置于一反应室200中，并将反应室200分隔成一第一次反应室204与一第二次反应室208。屏蔽罩210可由一钝气所构成，例如氩气(Ar)、氦气(He)或氮气(N2)。另外，第一次反应室204与第二次反应室208的上方分别设置一第一气体注入盘(inject plate)234与一第二气体注入盘238，用以导入一第一前驱气体254与一第二前驱气体258，且于其下方分别对应设置一第一晶座(susceptor)274与一第二晶座278。如此可使反应室能同时处理多个晶片，且可于不同的次反应室中进行不同的反应步骤。在此优选实施例中，第一次反应室204乃做为进行原子层沉积工艺的第一前驱气体254的吸附步骤之用，第二次反应室208则用来进行工艺的主要沉积步骤。故以形成金属钨(W)薄膜为例，第一前驱气体254可为一硅烷气体(SiH4)、一硼烷气体(B2H6)、或其组合物，第二前驱气体258则可为一六氟化钨气体(WF6)。由于前驱气体吸附步骤、沉积步骤为在不同的次反应室中进行，并由屏蔽罩210隔离而避免第一前驱气体254和第二前驱气体258相互混合接触，因此不需要传统原子层沉积工艺中抽出多余前驱气体的步骤，故可有效减少原子层沉积工艺所需步骤，因而可增加生产效率。
此外，上述的装置还具有一旋转轴承290，其并与第一晶座274与第二晶座278连接，故旋转此旋转轴承290一适当角度后，可使第一晶座274由第一次反应室204移动至第二次反应室208内，而使第二晶座278由第二次反应室208移动至第一次反应室204。当一第二晶片268送入第一次反应室204并完成第一前驱物吸附步骤，即第二晶片268的表面所吸附的第一前驱气体254达饱和状态后，接着旋转此轴承290使第二晶片268移动至第二次反应室208来进行沉积步骤，并同时送入一第一晶片264于第一次反应室204以进行第一前驱气体254吸附步骤。因此，藉由控制旋转轴承290可使多个晶片连续且依次地进行吸附、沉积步骤，直到获得所需的金属层厚度。另一方面，上述的钝气所构成的屏蔽罩210除了用来避免第一前驱气体254与第二前驱气体258相互混合外，在移动晶片时更可用来清除晶片上未反应的前驱气体。例如，第二晶片268由第一次反应室204移动至第二次反应室208时，可移除第二晶片268表面未反应的第一前驱气体254，而由第二次反应室208移动至第一次反应室204时，则可移除未与第一前驱气体254反应的第二前驱气体258。如此不需进行额外的移除步骤而可减少工艺进行所需的时间，进而达到提高生产效率的目的。
再者，上述的优选实施例虽将一反应室分成一第一次反应室与一第二次反应室，然其亦可依反应室的大小与工艺需要而设置多个屏蔽罩于反应室中，以将反应室分隔为多个第一次反应室与多个第二次反应室。藉由旋转轴承亦可使多个晶片依序于第一次反应室及第二次反应室中进行吸附、沉积步骤，如此亦能有效提高工艺的生产效率，本发明不限于此。
图3为依照本发明一优选实施例的一种改善原子层沉积工艺的方法流程图。参照图3，首先进行步骤300来通入一钝气以形成至少一屏蔽罩于一反应室中，并且藉由此屏蔽罩将反应室分隔成至少一第一次反应室与至少一第二次反应室，其中钝气可选择氩气、氮气或氦气。接着进行步骤310及步骤330，分别导入第一前驱气体及第二前驱气体于第一次反应室及第二次反应室，以进行原子层沉积工艺。然后于步骤350中送入一晶片至第一次反应室进行第一前驱气体步骤，当晶片表面吸附饱和的第一前驱气体后，于步骤370中旋转一轴承而将此晶片移动至第二次反应室，以使吸附的第一前驱气体与第二前驱气体反应生成一薄膜层。此外，上述的钝气可用来清除晶片表面上未反应的第一前驱气体与第二前驱气体。最后并送入另一晶片至第一次反应室中，以同时处理多个晶片而增加工艺操作速率。另外，亦可重复步骤350与步骤370，来增加薄膜层的沉积厚度。
由上述本发明优选实施例可知，应用本发明的改善原子层沉积工艺的方法及装置，可同时进行第一前驱气体吸附、沉积薄膜于多个晶片，而有效提高工艺的生产效率。另外，由于分别在不同的次反应室中进行气体吸附与沉积步骤，因此不需重复更换不同步骤所需的前驱气体，故可有效减少前驱气体的更换步骤。再者，在次反应室间来回移动晶片时，即可藉由钝气所形成的屏蔽罩来移除晶片上未反应的前驱气体，因而可大幅降低原子层沉积工艺的操作时间，以增加生产效率。
虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
1.一种改善原子层沉积工艺的方法，至少包括于一反应室中形成至少一屏蔽罩，其中该屏蔽罩将该反应室分隔成至少一第一次反应室与至少一第二次反应室；将一第一前驱气体导入至该第一次反应室；将一第二前驱气体导入至该第二次反应室；将一晶片送入至该第一次反应室；以及将该晶片移动至该第二次反应室。
2.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，还包括将另一晶片送入至该第一次反应室。
3.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，还包括重复移动该晶片，使该晶片循环移动于该第一次反应室与该第二次反应室之间，以达到一原子层所需的沉积膜厚。
4.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，其中上述的形成至少一屏蔽罩为通入一钝气至该反应室。
5.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，其中上述的钝气由氩气、氮气和氦气所构成的群组选择其一。
6.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，其中上述的屏蔽罩于移动该晶片至该第二次反应室时，还用来清除该晶片上未吸附的该第一前驱气体。
7.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，其中上述的移动该晶片至该第二次反应室藉由旋转一轴承而使承载该晶片的一晶座由该第一次反应室移动至该第二次反应室。
8.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，其中上述的第一前驱气体为一硅烷气体、一硼烷气体、或其组合物。
9.如权利要求1所述的改善原子层沉积工艺的方法，其中上述的第二前驱气体为一六氟化钨气体。
10.一种增加原子层沉积工艺的生产效率的方法，至少包括将一钝气通入至一反应室中，以形成至少一屏蔽罩，且该屏蔽罩将该反应室分隔成至少一第一次反应室与至少一第二次反应室；将一第一前驱气体导入至该第一次反应室；将一第二前驱气体导入至该第二次反应室；将一晶片送入至该第一次反应室；以及旋转一轴承而使该晶片由该第一次反应室移动至该第二次反应室。
11.如权利要求10所述的增加原子层沉积工艺的生产效率的方法，还包括将另一晶片送入至该第一次反应室。
12.如权利要求10所述的增加原子层沉积工艺的生产效率的方法，还包括重复移动该晶片，使该晶片循环移动于该第一次反应室与该第二次反应室之间，以达到一原子层所需的沉积膜厚。
13.如权利要求10所述的增加原子层沉积工艺的生产效率的方法，其中上述的钝气由氩气、氮气和氦气所构成的群组选择其一。
14.如权利要求10所述的增加原子层沉积工艺的生产效率的方法，其中上述的钝气还用来清除该晶片上未反应的该第一前驱气体与该第二前驱气体。
15.如权利要求10所述的增加原子层沉积工艺的生产效率的方法，其中上述的第一前驱气体为一硅烷气体、一硼烷气体、或其组合物。
16.如权利要求10所述的增加原子层沉积工艺的生产效率的方法，其中上述的第二前驱气体为一六氟化钨气体。
17.一种改善原子层沉积工艺的装置，至少包括至少一屏蔽罩，形成于一反应室中，用以将该反应室分隔成至少一第一次反应室与至少一第二次反应室；至少一第一气体注入盘，设置于该第一次反应室的上方，用以导入一第一前驱气体；至少一第二气体注入盘，设置于该第二次反应室的上方，用以导入一第二前驱气体；以及一旋转轴承，连接于至少一第一晶座与至少一第二晶座，且该第一晶座与该第二晶座分别对应于该第一气体注入盘与该第二气体注入盘的下方，其中，当一晶片放置于该第一晶座上且导入该第一前驱气体一段时间后，即旋转该旋转轴承以使该晶片由该第一次反应室移动至该第二次反应室。
18.如权利要求17所述的改善原子层沉积工艺的装置，其中上述的屏蔽罩由一钝气所构成。
19.如权利要求18所述的改善原子层沉积工艺的装置，其中上述的钝气由氩气、氮气和氦气所构成的群组选择其一。
20.如权利要求17所述的改善原子层沉积工艺的装置，其中上述的其中上述的第一前驱气体为硅烷气体、硼烷气体、或其组合物。
21.如权利要求17所述的改善原子层沉积工艺的装置，其中上述的第二前驱气体为六氟化钨气体。
全文摘要
一种改善原子层沉积工艺的装置及方法，先形成一屏蔽罩于一反应室，以将反应室分隔成一第一次反应室与一第二次反应室。接着分别导入一第一前驱气体与一第二前驱气体于第一次反应室与第二次反应室中，并送入一晶片至第一次反应室内。当此晶片表面所吸附的第一前驱气体达饱和状态后，即旋转一轴承而使晶片移动至第二次反应室内与第二前驱气体反应。其中，上述的屏蔽罩可用来移除晶片上未反应的第一前驱气体与第二前驱气体。然后再送入另一晶片至第一次反应室，以同时处理多个晶片而提高工艺的生产效率。
文档编号C23C14/22GK1747139SQ20041007706
公开日2006年3月15日 申请日期2004年9月10日 优先权日2004年9月10日
发明者邱文斌 申请人:茂德科技股份有限公司