專利名稱：批量式原子層沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種原子層沉積(ALD)設(shè)備，特別地，本發(fā)明涉及一種用于沉積原子層的批量型設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，在制造半導(dǎo)體器件時，濺射、化學(xué)氣相沉積(CVD)、或原子層沉積(ALD)法被用于均勻地沉積薄膜。
首先，濺射方法是向一真空腔內(nèi)注入惰性氣體如氬(Ar)，同時向一目標(biāo)施加高電壓，以產(chǎn)生等離子狀態(tài)的Ar離子。此時，Ar離子被濺射至目標(biāo)的表面，且目標(biāo)的原子被從目標(biāo)的表面去除。該濺射方法可形成與襯底間具有良好黏附力的高純薄膜。然而，通過濺射法沉積與普通薄膜不同的高度集成薄膜時，整個薄膜的表面變得粗糙。因此，濺射法在沉積精細(xì)圖案時存在問題。
第二，CVD是應(yīng)用最廣泛的方法。其利用反應(yīng)氣體和溶解氣體在一襯底上沉積一所需厚度的薄膜。例如，在CVD方法中，首先向反應(yīng)腔內(nèi)注入各種氣體，然后該氣體被用于在諸如熱、光、以及等離子體等的高能量下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以沉積所需厚度的薄膜。
另外，在CVD方法中，通過控制諸如氣體的數(shù)量和配比、或所提供的與反應(yīng)能量相當(dāng)?shù)牡入x子體等的反應(yīng)條件來提高沉積速率。
然而，由于反應(yīng)速度很快，很難控制原子的熱力學(xué)穩(wěn)定性?？傊?，CVD方法使薄膜的物理化學(xué)電特性下降。
最后，ALD方法通過交替地供給原料氣體(即，反應(yīng)氣體)和清洗氣體來沉積原子基薄膜。通過進(jìn)行ALD形成的薄膜在低壓下十分均勻，并且其具有很高的長徑比和出色的電學(xué)和物理特性。
由于CVD方法具有一缺點(diǎn)，即臺階覆蓋性受到限制，尤其是對具有很大長徑比的結(jié)構(gòu)，所以近年來采用表面反應(yīng)的ALD方法被用來克服這種臺階覆蓋性的限制。
圖1A為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的行波型(traveling wave-type)ALD(原子層沉積)設(shè)備的示意圖，圖1B為利用圖1A設(shè)備的ALD沉積的時標(biāo)圖。圖1C為說明圖1B所示設(shè)備的ALD工藝的流程圖。
參照圖1A，行波型腔10被形成為通道形狀。腔10包括沿長度方向插入腔10并位于腔10的底部的長晶片11；形成在腔10的一側(cè)的氣體注入通道12A和12B，用于注入氣體，如原料氣體、反應(yīng)氣體和清洗氣體；以及形成在腔10的另一側(cè)的泵13，用于排出氣體。
如上所述的行波型ALD設(shè)備根據(jù)圖1B所示的時標(biāo)圖如圖1C所示那樣沉積原子層。
在T1時期，晶片11被加載入腔10，然后原料氣體(A)被注入腔10以被化學(xué)吸收進(jìn)晶片11。在T2時期，殘余的原料氣體(A)通過注入諸如惰性氣體的清洗氣體而排出。在T3期間，原子層(C)通過注入反應(yīng)氣體(B)并誘發(fā)化學(xué)吸附到晶片11上的原料氣體(A)與反應(yīng)氣體(B)間的表面反應(yīng)來沉積。在T4時期，殘余的反應(yīng)氣體(B)以及其它的反應(yīng)副產(chǎn)物通過再次注入諸如惰性氣體的清洗氣體而排出。區(qū)間T1至T4重復(fù)進(jìn)行，直到將原子層沉積至所需厚度，區(qū)間T1至區(qū)間T4形成一循環(huán)。
上述現(xiàn)有技術(shù)可生產(chǎn)保形的且均勻的薄膜。由于原料氣體與反應(yīng)氣體在它們被供給至腔以前由惰性氣體分開，所以其還可以比CVD方法更加成功地抑制顆粒的產(chǎn)生，該顆粒由進(jìn)行氣相反應(yīng)而引起。另外，其可以通過引入原料氣體原子與晶片原子間的多重碰撞來改善該原料氣體的利用效率，并減少循環(huán)時間。
然而，上述的現(xiàn)有技術(shù)存在一問題，即低至3～4WPH(晶片每小時)的低產(chǎn)量。因此，需要大量的機(jī)械設(shè)備以及很高的維護(hù)費(fèi)用。
同樣，如圖2所示，該行波型原子層沉積設(shè)備通過使用頂部加熱器14A和底部加熱器14B來均勻地控制反應(yīng)區(qū)的溫度。因此，存在這樣一個問題，即原子層15不僅沉積在設(shè)置有原子層基本沉積在其上的晶片11的底板10B上，還沉積在頂板10A上。
另外，由于該ALD設(shè)備為行波型，所以加熱區(qū)的后端(即氣體停止流動的部分)，其中原子層應(yīng)該在此沉積，相對于該加熱區(qū)的前端，在反應(yīng)后具有更多的氣體殘余，并且產(chǎn)生更多的反應(yīng)副產(chǎn)物16。殘余氣體和副產(chǎn)物非常易于再沉積在加熱區(qū)后端的晶片上。
最終，原子層的非電阻特性由于溫度的均一和再沉積而退化，跟隨而來的制約是，在原子層沉積循環(huán)中應(yīng)當(dāng)將晶片旋轉(zhuǎn)90度以改善其厚度以及片電阻(Rs)的均勻性。此制約阻礙了半導(dǎo)體器件的批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種原子層沉積設(shè)備，其可以提高產(chǎn)量并抑制片電阻均勻度的下降。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于沉積原子層的設(shè)備，其包括一腔，其具有一頂板、一底板和一側(cè)壁；一位于該腔中的旋轉(zhuǎn)托盤，其中多個晶片放置在該旋轉(zhuǎn)托盤上距該旋轉(zhuǎn)托盤的中心相等的距離；一氣體注入裝置，其面對該旋轉(zhuǎn)托盤中心處的上表面；以及，一個能夠根據(jù)位置控制晶片的溫度的加熱板，其中，該加熱板安裝在該底板上，并且在該加熱板與該旋轉(zhuǎn)托盤的底表面之間設(shè)有一間隔。


本發(fā)明的上述和其它目的及特征將因參照附圖對優(yōu)選實(shí)施例所作的如下說明而變得清晰，圖中圖1A為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的行波型原子層沉積(ALD)設(shè)備的示意圖；圖1B為利用圖1A設(shè)備的ALD沉積的時標(biāo)圖；圖1C為描述圖1B所示設(shè)備的ALD工藝的流程圖；圖2為示出現(xiàn)有技術(shù)的問題的示意圖；圖3為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于沉積原子層的批量型設(shè)備的示圖；圖4A為示出圖3所示的加熱板的詳細(xì)截面圖；圖4B為示出圖3所示的加熱板的細(xì)節(jié)平面圖；圖5為一分布圖，示出利用圖3的反應(yīng)腔沉積TiN后片電阻的均勻性；圖6為一示圖，示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于沉積原子層的批量型設(shè)備；圖7為一示圖，示出使用圖6的ALD設(shè)備沉積原子層時該原子層的沉積狀態(tài)；以及圖8為一分布圖，示出利用圖6的反應(yīng)腔沉積TiN后片電阻的均勻性。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的其它目的和方面將因參照附圖對實(shí)施例作出的以下說明而清晰，這將在以下述及。
圖3為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于沉積原子層的批量型設(shè)備的示圖。如圖3所示，該批量型原子層沉積(ALD)設(shè)備包括反應(yīng)腔30，其具有一側(cè)壁31c、一頂板31a和一底板31b；一孔型噴頭32，用于通過反應(yīng)腔30的頂板31a的中心注入氣體，如，原料氣體、反應(yīng)氣體、以及清洗氣體；加熱板33，其被安裝在底板31b上，從而在底板31b與旋轉(zhuǎn)托盤35的底表面之間提供了一間隔，并且能根據(jù)位置控制晶片溫度；一旋轉(zhuǎn)軸34穿透底板31b和加熱板33的中心；旋轉(zhuǎn)托盤35，其上放置有多個晶片36距旋轉(zhuǎn)托盤35的中心相等的距離，其中旋轉(zhuǎn)托盤由連接在該旋轉(zhuǎn)托盤底表面中心處的旋轉(zhuǎn)軸34支撐；以及，一擋板型(baffle-type)排氣口37，用于向外排出由孔型噴頭32注入的氣體，排氣口37沿側(cè)壁31c穿透底板31b。
加熱板33自中心開始被分為彼此相對的三個加熱區(qū)。在每個加熱區(qū)中，多個環(huán)形ARC燈33a按照彼此間的預(yù)設(shè)間隔排列。該用于原子層沉積(ALD)的晶片加熱區(qū)被分為三部分Z1、Z2和Z3。
加熱板33被置于旋轉(zhuǎn)托盤35的正下方。三個加熱區(qū)中最靠近噴頭32的第一加熱區(qū)Z1由三個ARC燈33a形成，而布置在旋轉(zhuǎn)托盤35外周處的第三加熱區(qū)Z3由一個ARC燈33a形成。第二加熱區(qū)Z2位于第一加熱區(qū)Z1與第三加熱區(qū)Z3之間，其由兩個ARC燈33a形成。
因此，通過控制ARC燈33a的功率比率(power rate)，可以有區(qū)別地控制每個加熱區(qū)的溫度。例如，以第二加熱區(qū)Z2的ARC燈的功率比率為基礎(chǔ)，第一加熱區(qū)Z1的ARC燈的功率比率可升高，第三加熱區(qū)Z3的燈的功率比率可降低。反過來，第一加熱區(qū)Z1的ARC燈的功率比率可降低，第三加熱區(qū)Z3的燈的功率比率可升高。同時，ARC燈的功率比率是決定其上將要沉積原子層的晶片的溫度的參數(shù)。該ARC燈被設(shè)定為溫度足夠高以加熱晶片并沉積原子層。
旋轉(zhuǎn)托盤35被設(shè)置為在其上表面具有用于放置晶片36的晶片凹槽35a。該晶片凹槽阻止了原子層在晶片36的底表面上沉積并防止晶片36在旋轉(zhuǎn)托盤35旋轉(zhuǎn)時受振動。
在具有上述結(jié)構(gòu)的ALD設(shè)備中，原料氣體、反應(yīng)氣體和清洗氣體通過頂板31a的中心部分(即，孔型噴頭)供給。供給的氣體形成朝向旋轉(zhuǎn)托盤35外側(cè)的行波型氣流，然后通過旋轉(zhuǎn)托盤35外側(cè)的排氣口37泵送至反應(yīng)腔30的外面。
旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)托盤35，以保證沉積的均勻性并放置晶片。在旋轉(zhuǎn)托盤35下，流動有惰性氣體，如Ar，以防止原子層沉積于旋轉(zhuǎn)托盤35的底表面上。在旋轉(zhuǎn)托盤35下流動的該惰性氣體通過一附加的氣體注入通道(未示出)由外界供給。
如上所述，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，氣體通過噴頭32由反應(yīng)腔30的中心部分供給，并且多個晶片36被安裝在旋轉(zhuǎn)托盤35上。通過將加熱區(qū)分為三個部分Z1、Z2和Z3，并控制在其上沉積原子層的晶片36的溫度，可以保證片電阻的均勻。
同時，具有環(huán)型ARC燈33a陣列的加熱板33控制每個加熱區(qū)的加熱功率比率，以使其具有不同的溫度，以代替在晶片36的整個區(qū)域周圍維持均一的溫度。
圖4A為示出圖3中所示的加熱板的細(xì)節(jié)截面圖，而圖4B為示出圖3中所示的加熱板的細(xì)節(jié)平面圖。參照圖4A和4B，加熱板33包括一形成在反應(yīng)腔的底板31b上的絕緣體33b，一形成在絕緣體33b上的ARC燈33a，以及覆蓋ARC燈33a的石英33c。此處，ARC燈33a為利用電弧發(fā)光的燈，如鎢，該電弧在電流流過電極間時產(chǎn)生。
如圖4B所示，鄰近旋轉(zhuǎn)軸34的ARC燈33a形成第一加熱區(qū)Z1，而鄰近排氣口37的ARC燈33a形成第三加熱區(qū)Z3。第一加熱區(qū)Z1與第三加熱區(qū)Z3之間的ARC燈33a形成第二加熱區(qū)Z2。第二加熱區(qū)Z2的溫度成為設(shè)定加熱板33的溫度的參考溫度。
圖4B示出了具有由三個ARC燈組成的陣列的第一加熱區(qū)Z1，具有由兩個ARC燈組成的陣列的第二加熱區(qū)Z2，以及具有一個ARC燈的第三加熱區(qū)Z3。這用以彼此不同地控制加熱區(qū)的溫度。
如上所述，當(dāng)在鄰近該排氣口的第三加熱區(qū)Z3中僅設(shè)置一個ARC燈時，注入的氣體變?yōu)榫哂行胁ㄐ蜌饬?，從而殘留氣體和其它反應(yīng)副產(chǎn)物不易于再沉積(re-deposit)在該加熱區(qū)(即，第三加熱區(qū))的端部。
圖5為示出在利用圖3的反應(yīng)腔沉積TiN后片電阻的均勻性的分布圖。為了獲得圖5的結(jié)果，50sccm的TiCl4，一種原料氣體，在腔壓為3torr下被注入至該反應(yīng)腔，持續(xù)1.2秒。然后，1200sccm的NH3，一種反應(yīng)氣體，被注入其中，持續(xù)1.2秒；以及800sccm的Ar，一種清洗氣體，被注入，持續(xù)1.2秒。在該旋轉(zhuǎn)托盤的底表面上，3000sccm的Ar被注入，持續(xù)1.2秒。該噴頭與該旋轉(zhuǎn)托盤之間的間隔為3.5mm，并且該旋轉(zhuǎn)托盤以5rmp的速度旋轉(zhuǎn)。加熱單元被設(shè)定為480℃。通過將第一加熱區(qū)Z1的ARC燈的功率比率設(shè)定為62％，將第二加熱區(qū)Z2的ARC燈的功率比率設(shè)定為65％，將第三加熱區(qū)Z3的ARC燈的功率比率設(shè)定為85％，該晶片的溫度被維持在480℃。當(dāng)在上述工藝條件下沉積TiN時，平均片電阻為72.6±7.51Ω/sq，并且該均勻性被測定為10.3％(1σ)。
參照圖5，靠近排氣口的部分和靠近噴頭的部分中的TiN層中的Cl含量不同。也就是說，在TiN層的相對于旋轉(zhuǎn)托盤35中心部分的部分中，Cl含量較低，因此片電阻小。相反地，TiN層的相對于旋轉(zhuǎn)托盤35外周部分的部分中，Cl的含量高，因此片電阻高。
從而，為均勻地控制TiN層中的Cl的量，Cl應(yīng)該通過利用Ar的清洗工藝有效地清洗，或通過依賴加熱區(qū)進(jìn)行加熱來去除再沉積的Cl。
圖6為示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于沉積原子層的批量型設(shè)備的示圖。圖中，該原子層沉積設(shè)備包括反應(yīng)腔40，其具有一側(cè)壁41c、一頂板41a和一底板41b；一錐形噴頭42，用于通過反應(yīng)腔40的頂板41a的中心注入氣體，如原料氣體、反應(yīng)氣體和清洗氣體；加熱板43，其安裝在底板41b上；旋轉(zhuǎn)軸44，其同時穿透底板41b和加熱板43的中心；旋轉(zhuǎn)托盤45，其具有多個晶片46，和固定在旋轉(zhuǎn)托盤45底表面的中心處的旋轉(zhuǎn)軸44；擋板型排氣口47，其沿鄰近旋轉(zhuǎn)托盤45外周的側(cè)壁41c穿透底板41b，并向外界排出由錐形噴頭42注入的氣體；以及，冷卻板48，其安裝在頂板41a上。
錐形噴頭42與孔型噴頭相比，具有更高的薄膜沉積均勻度，且通過在頂板41a上設(shè)置冷卻板48防止了頂板41a上形成沉積層。
正如第一實(shí)施例那樣，加熱板43被分為三個晶片加熱區(qū)以進(jìn)行ALDZ1、Z2和Z3。每個加熱區(qū)具有由環(huán)型ARC燈43a按彼此間一定的預(yù)設(shè)間隔形成的陣列。
加熱板43被置于旋轉(zhuǎn)托盤45的正下方。三個加熱區(qū)中最靠近錐形噴頭42的第一加熱區(qū)Z1由三個ARC燈43a形成，最靠近旋轉(zhuǎn)托盤45外周的第三加熱區(qū)Z3由一個ARC燈43a形成。位于第一加熱區(qū)Z1與第三加熱區(qū)Z3之間的第二加熱區(qū)Z2由兩個ARC燈43a形成。
因此，通過控制ARC燈43a的功率比率，可以有差別地控制每個加熱區(qū)的溫度。例如，以第二加熱區(qū)Z2的ARC燈的功率比率為基礎(chǔ)，第一加熱區(qū)Z1的ARC燈的功率比率可升高，第三加熱區(qū)Z3的燈的功率比率可降低。反過來，第一加熱區(qū)Z1的ARC燈的功率比率可降低，而第三加熱區(qū)Z3的燈的功率比率可升高。同時，ARC燈的功率比率是決定其上將要沉積原子層的晶片的溫度的參數(shù)。ARC燈被設(shè)定為溫度足夠高以加熱晶片并沉積原子層。
旋轉(zhuǎn)托盤45在其上表面上設(shè)置有晶片凹槽45a以放置晶片46。該晶片凹槽45a阻止了原子層在晶片46的底表面上沉積，并保護(hù)了晶片46使其在旋轉(zhuǎn)托盤45旋轉(zhuǎn)時不受振動。
在具有上述結(jié)構(gòu)的ALD設(shè)備中，原料氣體、反應(yīng)氣體和清洗氣體通過頂板41a的中心部分(即，錐形噴頭)供給。供給的氣體形成朝向旋轉(zhuǎn)托盤45外側(cè)的行波型氣流，然后它們通過旋轉(zhuǎn)托盤45外面的排氣口47泵送到反應(yīng)腔40的外面。
使旋轉(zhuǎn)托盤45旋轉(zhuǎn)以保證沉積均勻性并放置晶片。在旋轉(zhuǎn)托盤45下方，流動有惰性氣體，如Ar，以防止原子層沉積于旋轉(zhuǎn)托盤45的底表面。在旋轉(zhuǎn)托盤45下表面上流動的惰性氣體通過一附加的氣體注入通道(未示出)自外界供給。
如上所述，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，氣體通過錐形噴頭42由反應(yīng)腔40的中心部分供給，并且多個晶片46被安裝在旋轉(zhuǎn)托盤45上。通過將加熱區(qū)分為三個部分Z1、Z2和Z3，并控制其上將沉積原子層的晶片46的溫度，可以保證片電阻的均勻性。
同時，具有環(huán)型ARC燈43a陣列的加熱板43控制每個加熱區(qū)的加熱功率比率，以使其具有不同的溫度，以代替全在晶片46的整個區(qū)域周圍維持均一的溫度。
圖7是一示圖，示出了使用圖6的ALD設(shè)備沉積原子層時，該原子層的沉積狀態(tài)。參照圖7，當(dāng)氣體被注入該腔時，該氣體通過錐形噴頭42，其出口比入口大。從而，更多的氣體原子與晶片46碰撞，使得該清洗工藝更為有效。
也就是說，錐形噴頭42具有一氣體注入孔和一氣體出射孔，且由于該氣體出射孔以一預(yù)設(shè)的角度θ擴(kuò)大，所以與該氣體出射孔正下方的旋轉(zhuǎn)托盤45碰撞的氣體原子比與晶片46碰撞的多。由于氣流的范圍變寬，所以隨著其達(dá)到接近晶片46的區(qū)域，殘留氣體和反應(yīng)副產(chǎn)物可被有效清洗至旋轉(zhuǎn)托盤45的外周。
如果頂板41a與旋轉(zhuǎn)托盤45之間的間隔(d)變大，該清洗效果會大大增強(qiáng)。換言之，當(dāng)該間隔(d)窄時，隨著氣體到達(dá)第三加熱區(qū)Z3，更多氣體殘留下來，并且產(chǎn)生更多的副產(chǎn)物，于是阻擋該氣流，并導(dǎo)致第三加熱區(qū)Z3中殘留氣體的再沉積。然而，如果間隔(d)寬，則氣體平滑地流動，從而可有效地清洗殘余氣體和副產(chǎn)物，于是防止殘余氣體再沉積。
原子層在頂板41a上的沉積可通過在反應(yīng)腔40中的頂板41a的外側(cè)形成一冷卻板48來防止。此處，冷卻板48應(yīng)該被保持在一溫度，如200～230℃，其低于進(jìn)行ALD的溫度。
如果在反應(yīng)腔的頂板41a上的原子層沉積被防止，則副產(chǎn)物的生成也可被抑制，從而清洗效果被增強(qiáng)。
同時，錐形噴頭42的氣體出射孔保持140～160度的角度。如果其小于140度，則清洗效果降低；而如果其大于160度，則沉積在晶片上的原子層具有較差的厚度均勻性。例如，如果氣體出射孔的角度大于160度，則原子層可能沉積在進(jìn)一步遠(yuǎn)離鄰近錐形噴頭42的晶片46的外周的區(qū)域上。因此，晶片46的中心區(qū)域?qū)⒈绕渫庵軈^(qū)域薄。
錐形噴頭42與旋轉(zhuǎn)托盤45之間的間隔(d)保持在3.5～7mm。如果該間隔小于3.5mm，則該清洗效果下降；而如果該間隔大于7mm，則該原子層無法穩(wěn)定沉積。相應(yīng)地，該片電阻的均勻性變差。
圖8為示出在利用圖6的反應(yīng)腔沉積TiN后片電阻的均勻性的分布圖。為沉積TiN，50sccm的TiCl4，一種原料氣體，在3torr的腔壓下被供給至該反應(yīng)腔，持續(xù)1.2秒。接著，作為反應(yīng)氣體，1200sccm的NH3被注入其中，持續(xù)1.2秒；然后作為清洗氣體，800sccm的Ar被注入，持續(xù)1.2秒。在晶片臺(wafer stage)的底表面上，3000sccm的Ar被注入至反應(yīng)腔中，持續(xù)1.2秒。
噴頭與晶片臺間的間隔保持為5mm，且該晶片臺以5rpm的速度旋轉(zhuǎn)。將加熱單元設(shè)定為480℃。通過將第一加熱區(qū)Z1的ARC燈功率比率設(shè)定為55％，將第二加熱區(qū)Z2的ARC燈功率比率設(shè)定為65％，將第三加熱區(qū)Z3的ARC燈功率比率設(shè)定為95％，該晶片的溫度被維持在480℃。該冷卻板保持在200～230℃。噴頭的氣體出射孔具有160度的角度，且氣體注入孔的直徑為1.0cm。
在上述條件下沉積TiN時，平均片電阻為72.9±2.99Ω/sq，并且該片電阻均勻性被測定為3.7％，如圖8所示。特別地，由于因第三加熱區(qū)Z3的大功率比率而去除了Cl，所以第三加熱區(qū)Z3的片電阻與平均片電阻相近。
與第一實(shí)施例不同，本發(fā)明的第二實(shí)施例使用了一種錐形噴頭，并且噴頭與旋轉(zhuǎn)托盤之間的間隔寬。同樣，片電阻的均勻度由于降低了第一加熱區(qū)Z1的功率比率并升高了第三加熱區(qū)Z3的功率比率而得到明顯的降低。
本發(fā)明的第一和第二實(shí)施例中可被沉積的原子層為氮化物，如TiN，SiN，NbN，ZrN，TiN，TaN，Ya3N5，AlN，GaN，WN，BN，WBN，WSiN，TiSiN，TaSiN，AlSiN，以及AlTiN。除此以外，金屬氧化物以及金屬薄膜同樣可以沉積?？沙练e的金屬氧化物是選自Al2O3，TiO2，HfO2，Ta2O5，Nb2O5，CeO2，Y2O3，SiO2，In2O3，RuO2，IrO2，SrTiO3，PbTiO3，SrRuO3，CaRuO3，(Ba，Sr)TiO3，Pb(Zr，Ti)O3，(Pb，La)(Zr，Ti)O3，(Sr，Ca)RuO3，以及(Ba，Sr)RuO3構(gòu)成的組中的任意一種?？沙练e的金屬薄膜是選自由Al，Cu，Ti，Ta，Mo，Pt，Ru，Ir，W以及Ag構(gòu)成的組中的任意一種。
同時，在制造半導(dǎo)體器件的工藝中，上述氮化物、金屬氧化物和金屬薄膜用于柵極氧化物層，柵極電極，電容器的頂/底部電極，電容器的介電層，阻擋層和金屬引線。因此，該批量型ALD設(shè)備具有很寬的應(yīng)用范圍。
另外，由于本發(fā)明的ALD設(shè)備具有大容積(可以容納四個200mm的晶片)的反應(yīng)腔，所以200mm晶片的加工條件可用于使用300mm晶片的情況中。例如，如果采用300mm的晶片，則可以在一個腔內(nèi)放置三個晶片。
如上所述，本發(fā)明的該ALD設(shè)備通過將加熱區(qū)劃分為三個并且控制每個區(qū)域的功率比率，而生產(chǎn)出具有改善的片電阻均勻性的原子層。由于其每批可處理四片晶片，所以其可以確保精確的生產(chǎn)量并可被用于批量生產(chǎn)。
雖然本發(fā)明已通過特定的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，明顯的是，在不脫離本發(fā)明的由所附權(quán)利要求限定的范圍的條件下，可作各種改進(jìn)與修飾。
權(quán)利要求
1.一種沉積原子層的設(shè)備，包括一個腔，其具有一頂板、一底板和一側(cè)壁；一個位于該腔中的旋轉(zhuǎn)托盤，其中，多個晶片位于該旋轉(zhuǎn)托盤上并距該旋轉(zhuǎn)托盤中心相等的距離；一個氣體注入裝置，其面對該旋轉(zhuǎn)托盤在中心處的上表面；以及一個能根據(jù)位置控制晶片的溫度的加熱板，其中，該加熱板被安裝在該底板上，并且在該加熱板與該旋轉(zhuǎn)托盤的底表面之間設(shè)有一間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，該氣體注入裝置是一放射形噴頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中，該氣體注入裝置穿過該頂板的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括一旋轉(zhuǎn)軸，其穿過該加熱板和該底板的中心，并連接至該旋轉(zhuǎn)托盤的底表面的中心；以及一氣體出口，用于排出氣體，其中該氣體出口沿該腔的側(cè)壁穿透該底板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，該加熱板包括一第一加熱區(qū)，面對該旋轉(zhuǎn)托盤的底表面的中心；一第三加熱區(qū)，對著該旋轉(zhuǎn)托盤的底表面的外周；以及一第二加熱區(qū)，位于該第一加熱區(qū)與該第三加熱區(qū)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，該第二加熱區(qū)具有比該第一加熱區(qū)高并且比該第三加熱區(qū)低的加熱功率比率，并且當(dāng)該第二加熱區(qū)的加熱功率比率固定時，如果降低該第一加熱區(qū)的加熱功率比率，則增大該第三加熱區(qū)的加熱功率比率。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，其中，該第一、第二和第三加熱區(qū)是ARC燈的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其中，該第一加熱區(qū)由三個ARC燈形成，第二加熱區(qū)由兩個ARC燈形成，而第三加熱區(qū)包括一個ARC燈。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括安裝在頂板上表面上的一冷卻板。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，該冷卻板的溫度保持在200～230℃。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中，該放射形噴頭具有一氣體注入孔和一氣體出射孔，并且該氣體出射孔的直徑從該氣體出射孔與該氣體注入孔接觸的部分起逐漸變大，該氣體出射孔僅穿透該頂板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的設(shè)備，其中，該頂板的底表面和該氣體出射孔形成140～170度的角度。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的設(shè)備，其中，該頂板和該旋轉(zhuǎn)托盤其間隔著一個3.5～7mm的間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種批量式原子層沉積設(shè)備，其可以在防止片電阻的均勻性下降的同時增大產(chǎn)量。本發(fā)明的原子層沉積設(shè)備包括腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)托盤，其中，多個晶片位于該旋轉(zhuǎn)托盤上距該旋轉(zhuǎn)托盤中心相同的距離；氣體注入裝置，其面對該旋轉(zhuǎn)托盤中心處的上表面；以及，能根據(jù)位置控制晶片的溫度的加熱板，其中，該加熱板被安裝在該底板上，并且在該加熱板與該旋轉(zhuǎn)托盤的底面之間設(shè)有一間隔。
文檔編號C23C16/48GK1458668SQ0310251
公開日2003年11月26日 申請日期2003年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月18日
發(fā)明者權(quán)赫晉 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司