使用快速熱處理的原子層沉積的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于使用快速熱處理的薄膜原子層沉積的方法及設(shè)備。本案所描述的方法可用以使用快速熱處理轉(zhuǎn)化非晶薄膜以形成外延薄膜，或用以選擇性地在基板的一部分上沉積薄膜。設(shè)備中的熱元件能夠藉由暫時使非晶薄膜的溫度快速上升來整體或局部地改變非晶薄膜或非晶薄膜的一部分的溫度，從而使該薄膜轉(zhuǎn)化為外延薄膜。
【專利說明】使用快速熱處理的原子層沉積
[000。 背景
[0002] 本發(fā)明的實施例一般關(guān)于用于在基板上沉積物質(zhì)及形成薄膜的設(shè)備及方法。更特 定而言，本發(fā)明的實施例針對能夠使薄膜的溫度驟升的原子層沉積室。
[0003] 在半導(dǎo)體處理、平板顯示器處理或其它電子裝置處理的領(lǐng)域中，氣相沉積處理對 于在基板上沉積物質(zhì)具有重要作用。隨著電子裝置的幾何形狀持續(xù)縮小，及裝置的密度持 續(xù)增大，特征結(jié)構(gòu)的尺寸及深寬比正變得更具有侵占性，例如，特征結(jié)構(gòu)的尺寸為0. 07 y m 且深寬比為10或更大。由此，保形沉積物質(zhì)W形成該等裝置正變得愈加重要。
[0004] 在原子層沉積（atomic layer deposition ;ALD)工藝期間，將反應(yīng)物氣體引入含 有基板的處理腔室內(nèi)。一般情況下，將基板區(qū)域與吸收至基板表面上的第一反應(yīng)物接觸。然 后，將基板與第二反應(yīng)物接觸，該第二反應(yīng)物與第一反應(yīng)物反應(yīng)W形成沉積物質(zhì)。可在每種 反應(yīng)物氣體的輸送之間引入凈化氣體W確保反應(yīng)僅發(fā)生在基板表面上。
[0005] 原子層沉積已廣泛用于高介電常數(shù)介電質(zhì)及金屬襯料的沉積。盡管如此，將ALD 用于外延法十分困難，因為高質(zhì)量的外延生長通常所需的高溫對于有效的ALD前驅(qū)物而言 可能過高。在另一方面，目前的外延技術(shù)面臨著優(yōu)良的一致性、較低的熱預(yù)算及蝕刻選擇性 的困難。因此，本領(lǐng)域此項技藝現(xiàn)需要用于沉積具有優(yōu)良的一致性及較低的熱預(yù)算的外延 薄膜的方法。
[0006] 概要
[0007] 本發(fā)明的一或更多個實施例針對在基板上形成薄膜的方法。在第一溫度將基板或 基板的部分曝露于第一反應(yīng)性氣體，W使第一反應(yīng)性氣體吸收至基板或基板的部分。使所 吸收的反應(yīng)性氣體的溫度快速升至高于第一溫度的第二溫度W形成薄膜。
[0008] -些實施例進一步包含將基板或基板的部分上所吸收的反應(yīng)性氣體曝露于與第 一反應(yīng)性氣體不同的第二反應(yīng)性氣體的步驟。在一或更多個實施例中，先將基板或基板的 部分曝露于第二反應(yīng)性氣體，再使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫度快速升高。在一些實施例中， 先將基板或基板的部分曝露于第二反應(yīng)性氣體，再使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫度快速升 高。在一或更多個實施例中，在使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫度快速升高之后，將基板或基板 的部分曝露于第二反應(yīng)性氣體。一些實施例進一步包含在使第一反應(yīng)性氣體吸收至基板和 曝露于第二反應(yīng)性氣體中的每一者之后，使薄膜的溫度快速升高的步驟。
[0009] 在一些實施例中，第一溫度高達約400°C且第二溫度高于約600°C。在一或更多個 實施例中，W高于約5(TC /砂的速率使溫度升高。
[0010] 在一或更多個實施例中，在第一溫度選擇性地使第一反應(yīng)性氣體吸收在基板的第 一部分上，而非基板的第二部分上。
[0011] 在一些實施例中，所形成的薄膜為外延薄膜、介電質(zhì)、高介電常數(shù)介電質(zhì)，及金屬 薄膜中的一或更多者。
[0012] 一或更多個實施例進一步包含將基板定位在處理腔室中的基板支撐環(huán)上的步驟， 該處理腔室包含面對基板正面及基板背面中的一或更多者的燈頭，及位于處理腔室的側(cè)壁 中的噴淋頭及氣體注入器中的一或更多者，該噴淋頭定位在基板的一側(cè)，與燈頭相對。
[0013] 本發(fā)明的額外實施例針對在基板上形成外延薄膜的方法。在第一溫度將基板或基 板的一部分曝露于第一反應(yīng)性氣體W在基板表面或基板的一部分表面上形成非晶薄膜。使 非晶薄膜的溫度快速升至高于第一溫度的第二溫度W形成外延薄膜。
[0014] 在一些實施例中，W高于約5(TC /砂的速率使非晶薄膜的溫度升高。
[0015] 一或更多個實施例進一步包含將基板或基板的一部分曝露于與第一反應(yīng)性氣體 不同的第二反應(yīng)性氣體W形成非晶薄膜的步驟。
[0016] 在一些實施例中，在移除第一反應(yīng)性氣體之后，將基板或基板的一部分曝露于第 二反應(yīng)性氣體。在一或更多個實施例中，在將基板或基板的一部分曝露于第一反應(yīng)性氣體 的同時亦曝露于第二反應(yīng)性氣體。
[0017] 在一些實施例中，將基板或基板的一部分同時曝露于第一反應(yīng)性氣體及第二反應(yīng) 性氣體兩者。分別將第一反應(yīng)性氣體及第二反應(yīng)性氣體中的每一者輸送至基板表面，并在 不混合的情況下移除該兩者。
[0018] 在一或更多個實施例中，依序在第一溫度將基板曝露于第一反應(yīng)性氣體，曝露于 第二反應(yīng)性氣體，然后將基板快速加熱至第二溫度W形成外延薄膜。
[0019] 在一些實施例中，第一溫度高達約400°C。在一或更多個實施例中，第二溫度高于 約60(TC。在一些實施例中，非晶薄膜的溫度在至多約60砂的時段內(nèi)出現(xiàn)快速升高。
[0020] 在一些實施例中，在使溫度快速升高W形成外延薄膜之前，所形成的非晶薄膜達 約一個單層厚度（monolayer thick)。一或更多個實施例進一步包含依序在外延薄膜上形 成非晶薄膜，然后使溫度快速升高W形成外延薄膜的步驟，該非晶薄膜達約一個單層厚度。 在一些實施例中，先曝露于第一前驅(qū)物再曝露于第二前驅(qū)物導(dǎo)致在使溫度快速升高W形成 外延薄膜之前，一個非晶薄膜達約一個單層厚度。
[0021] 一些實施例進一步包含在非晶薄膜及外延薄膜的形成期間旋轉(zhuǎn)基板的步驟。
[0022] 在一或更多個實施例中，藉由紫外線燈、激光，及曝露于等離子體中的一或更多種 方法，使非晶薄膜的溫度快速升高。
[0023] 在一些實施例中，在基板上形成外延薄膜之前及之后中的一或更多個情況下，實 施額外處理而不將基板曝露于周圍環(huán)境。
[0024] 在一或更多個實施例中，在第一溫度選擇性地使第一反應(yīng)性氣體吸收至基板的第 一部分上，而非基板的第二部分上。
[00巧]本發(fā)明的其它實施例針對在基板表面或基板表面的部分上形成外延薄膜的方法。 將基板定位在基板支撐件上。使固定基板的基板支撐件在氣體分配板的下方側(cè)向移動，該 氣體分配板包含多個伸長的噴氣口，該等噴氣口包括用W輸送第一反應(yīng)性氣體的第一出口 A及用W輸送第二反應(yīng)性氣體的第二出口 B。將第一反應(yīng)性氣體輸送至基板表面或基板表 面的部分。將第二反應(yīng)性氣體輸送至基板表面或基板表面的部分W在基板表面形成非晶薄 膜?？焖俑淖兎蔷П∧さ闹辽僖徊糠值木植繙囟萕將非晶薄膜轉(zhuǎn)化為外延薄膜。在一些實 施例中，藉由福射加熱及電阻加熱中的一或更多種方法來快速改變非晶薄膜溫度。
[0026] 附圖簡述
[0027] 因此，參照繪示于附圖中的本發(fā)明的實施例來提供于上文簡要概述的本發(fā)明的更 詳細(xì)敘述，W達到且可更詳細(xì)了解本發(fā)明的上述的特征結(jié)構(gòu)。盡管如此，應(yīng)注意，附圖僅圖 示本發(fā)明的典型實施例，且因此不應(yīng)認(rèn)為該等附圖限制本發(fā)明的范疇，因為本發(fā)明可允許 其它同等有效的實施例。
[0028] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的橫截面示意圖；
[0029] 圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的基座；
[0030] 圖3顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的具有氣體分配板及熱元件的處理腔 室的示意圖；
[0031] 圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的部分橫截面?zhèn)纫晥D；
[0032] 圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的部分橫截面?zhèn)纫晥D；
[0033] 圖6顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的部分橫截面?zhèn)纫晥D；
[0034] 圖7顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的部分橫截面?zhèn)纫晥D；
[0035] 圖8顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的部分橫截面?zhèn)纫晥D； 及
[0036] 圖9顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的部分橫截面?zhèn)纫晥D；
[0037] 圖10顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的部分橫截面?zhèn)纫?圖；
[0038] 圖11顯示圖10的蓋組件的部分橫截面?zhèn)纫晥D；
[0039] 圖12顯示圖10的支撐組件的部分橫截面?zhèn)纫晥D；
[0040] 圖13顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的沉積系統(tǒng)的示意圖；
[0041] 圖14顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的沉積系統(tǒng)的示意圖；
[0042] 圖15顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的沉積系統(tǒng)的示意圖；及
[0043] 圖16顯示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的叢集工具的示意圖。

【具體實施方式】
[0044] 本發(fā)明的實施例針對用于藉由原子層沉積來沉積薄膜的原子層沉積設(shè)備及方法。 舉例而言，可沉積高介電常數(shù)介電質(zhì)薄膜或外延薄膜。本發(fā)明的一或更多個實施例針對結(jié) 合快速熱處理法的原子層沉積設(shè)備（亦稱作循環(huán)沉積）。
[0045] 根據(jù)一或更多個實施例，使用快速熱處理W用于晶體生長的原子層沉積（atomic layer deposition ;ALD)涉及W下步驟中的一些或全部步驟。在一些實施例中，在基板的 曝露的外延表面上實施ALD式前驅(qū)物吸收，并用粟抽出（pumping out)前驅(qū)物。此步驟可 在前驅(qū)物的最佳溫度（通常在低于約40(TC的相對較低溫度）完成。倘若需要化合物材料 或需要多個前驅(qū)物反應(yīng)，則對諸如III-V族半導(dǎo)體的第二前驅(qū)物實施ALD?？焖贌崽幚矸?(RT巧，用W使晶圓溫度驟升至高位準(zhǔn)W促進優(yōu)良質(zhì)量的晶體生長（充當(dāng)固化步驟）。例如， 紫外線燈可用W協(xié)助反應(yīng)。然后，使晶圓溫度返回至ALD溫度，W用于隨后的循環(huán)。
[0046] 如本說明書及所附的權(quán)利要求書所使用，術(shù)語"基板"及"晶圓"可互換使用，該兩 者皆指示表面或表面的部分，在該表面或表面的部分上進行處理。本領(lǐng)域技術(shù)人員亦將理 解，基板的引用亦可僅指示基板的部分，除非本文另有明確指示。舉例而言，在空間分離的 ALD中，就圖1所述，將每一前驅(qū)物輸送至基板，但在任意給定時間，將任意單個前驅(qū)物流僅 輸送至基板的部分。
[0047] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積系統(tǒng)或系統(tǒng)100的橫截面示 意圖。系統(tǒng)100包括負(fù)載鎖定腔室10及處理腔室20。通常情況下，處理腔室20為在真空 下或至少在低壓下操作的可密封外殼。處理腔室20藉由隔離閥15而與負(fù)載鎖定腔室10 隔離。隔離閥15處于閉合位置時密封處理腔室20 W與負(fù)載鎖定腔室10隔離，W及處于開 啟位置時允許將基板60從負(fù)載鎖定腔室10經(jīng)由該閥傳遞至處理腔室20及反之。
[0048] 系統(tǒng)100包括氣體分配板30,該氣體分配板能夠在整個基板60上分配一或更多 種氣體。氣體分配板30可為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任意適合的分配板，且所述的特定氣 體分配板不應(yīng)被視作限制本發(fā)明的范疇。氣體分配板30的輸出面面對基板60的第一表面 61。
[0049] 本發(fā)明的實施例所使用的基板可為任意適合的基板。在一些實施例中，基板為剛 性的、分立的，通常為平面的基板。如本說明書及所附的權(quán)利要求中所使用，術(shù)語"分立的 (discrete)"在指示基板時意謂該基板具有固定尺寸。一或更多個實施例的基板為半導(dǎo)體 基板，例如，直徑為200mm或300mm的娃基板。在一些實施例中，基板為娃、娃錯、神化嫁、氮 化嫁、錯、磯化嫁、磯化鋼、藍寶石，及碳化娃中的一或更多者。
[0050] 氣體分配板30包含多個噴氣口 W傳送一或更多個氣流至基板60,及包含安置在 每一噴氣口之間的多個真空口 W將氣流傳送至處理腔室20之外。在圖1的實施例中，氣體 分配板30包含第一前驅(qū)物注入器120、第二前驅(qū)物注入器130,及凈化氣體注入器140。注 入器120、130、140可由諸如主機的系統(tǒng)計算機（未圖標(biāo)）來控制，或由諸如可編程邏輯控 制器的腔室專用控制器來控制。前驅(qū)物注入器120將化合物A的反應(yīng)性前驅(qū)物的連續(xù)（或 脈沖）流經(jīng)由多個噴氣口 125注入處理腔室20。前驅(qū)物注入器130將化合物B的反應(yīng)性前 驅(qū)物的連續(xù)（或脈沖）流經(jīng)由多個噴氣口 135注入處理腔室20。凈化氣體注入器140將非 反應(yīng)性或凈化氣體的連續(xù)（或脈沖）流經(jīng)由多個噴氣口 145注入處理腔室20。凈化氣體將 反應(yīng)性物質(zhì)及反應(yīng)性副產(chǎn)物自處理腔室20中移除。凈化氣體通常為諸如氮氣、氮氣及氮氣 的惰性氣體。噴氣口 145安置在噴氣口 125與噴氣口 135之間，W便將化合物A的前驅(qū)物 與化合物B的前驅(qū)物分離，由此避免前驅(qū)物之間發(fā)生交錯污染。
[0051] 在另一方面中，可在將前驅(qū)物注入處理腔室20之前，先將遠(yuǎn)程等離子體源（未圖 示）連接至前驅(qū)物注入器120及前驅(qū)物注入器130?？山逵上蜻h(yuǎn)程等離子體源內(nèi)的化合物 施加電場來產(chǎn)生反應(yīng)性物質(zhì)的等離子體?？墒褂萌我饽軌蚧罨A(yù)期化合物的電源。舉例 而言，可使用使用基于直流電（direct current ;DC)、射頻（radio frequency ;RF)，及微波 (microwave ;MW)的放電技術(shù)的電源。若使用射頻電源，則電源可電容式禪合或電感式禪 合。亦可藉由基于熱的技術(shù)、氣體解離技術(shù)、高能光源（例如，紫外線能量），或曝露于X射 線源來產(chǎn)生活化。示例性遠(yuǎn)程等離子體源可W在諸如MKS Instruments, Inc.及Advanced Elnergy Industries, Inc.等供貨商處購得。
[0052] 系統(tǒng)100進一步包括連接至處理腔室20的粟送系統(tǒng)150。通常情況下，粟送系統(tǒng) 150經(jīng)配置W經(jīng)由一或更多個真空口 155將氣流抽出處理腔室20。真空口 155安置在每一 噴氣口之間，W便在氣流與基板表面反應(yīng)之后將氣流抽出處理腔室20, W進一步限制前驅(qū) 物之間發(fā)生交錯污染。
[0053] 系統(tǒng)100包括多個分區(qū)160,該等分區(qū)安置在處理腔室20上的每一出口之間。每 一分區(qū)的下端部分延伸W靠近基板60的第一表面61，例如，距離第一表面61約0. 5mm或W 上。W此方式，分區(qū)160的下端部分與基板表面相分離，且相隔的距離足W允許氣流在與基 板表面反應(yīng)之后圍繞下端部分向真空口 155流動。箭頭198指示氣流方向。由于分區(qū)160 可作為氣流的實體阻障層而操作，該等分區(qū)亦限制前驅(qū)物之間的交錯污染。圖示的排列僅 W說明為目的，且不應(yīng)被視作限制本發(fā)明的范疇。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，圖標(biāo)的氣體分配 系統(tǒng)僅為一個可能的分配系統(tǒng)，且可采用其它類型的噴淋頭及氣體分配板。
[0054] 此類原子層沉積系統(tǒng)（亦即，其中多種氣體W分離的方式同時流至基板的系統(tǒng)） 可稱作空間ALD。在操作中，將基板60輸送（例如，藉由機器人）至負(fù)載鎖定腔室10并將 該基板置于搬運梭（shuttle)65上。開啟隔離閥15之后，搬運梭65沿軌道71移動。一旦 搬運梭65進入處理腔室20,則隔離閥15閉合，從而密封處理腔室20。然后，搬運梭65移 動穿過處理腔室20 W進行處理。在一個實施例中，搬運梭65 W線性路徑移動穿過腔室。 [00巧]當(dāng)基板60移動穿過處理腔室20時，將基板60的第一表面61反復(fù)曝露于來自噴 氣口 125的化合物A的前驅(qū)物及來自噴氣口 135的化合物B的前驅(qū)物，該兩個前驅(qū)物之間 則是來自噴氣口 145的凈化氣體。注入凈化氣體的設(shè)計目的為在將基板表面110曝露于下 一前驅(qū)物之前，移除來自前一前驅(qū)物的未反應(yīng)的物質(zhì)。在每次曝露于多種氣流（例如，前驅(qū) 物或凈化氣體）之后，藉由粟送系統(tǒng)150經(jīng)由真空口 155抽出該等氣流。由于真空口可安 置在每一噴氣口的兩側(cè)，因此經(jīng)由兩側(cè)的真空口 155抽出氣流。由此，氣流自各個噴氣口垂 直向下流向基板60的第一表面61，穿越整個基板表面110及圍繞分區(qū)160的下端部分，并 最終向上流向真空口 155。W此方式，可在整個基板表面110均勻分配每一氣體。箭頭198 指示氣體流動的方向。亦可在將基板60曝露于各種氣流時使該基板旋轉(zhuǎn)。基板的旋轉(zhuǎn)可 適用于阻止在已形成的層中形成條?？墒够暹B續(xù)旋轉(zhuǎn)或W離散的步驟旋轉(zhuǎn)。
[0056] 通常情況下，在處理腔室20的端部提供充足的空間，W藉由處理腔室20中的最后 一噴氣口及其它處理設(shè)備確保完全曝露（參看圖3)。一旦基板60達到處理腔室20的端部 (亦即，第一表面61已完全曝露于處理腔室20中的每一噴氣口），基板60則向負(fù)載鎖定腔 室10的方向返回。當(dāng)基板60向負(fù)載鎖定腔室10往回移動時，基板表面可按與第一次曝露 相反的順序再次曝露于化合物A的前驅(qū)物、凈化氣體，及化合物B的前驅(qū)物。
[0057] 基板表面110曝露于每一氣體的程度可由諸如自噴氣口流出的每一氣體的流動 速率及基板60的移動速率來決定。在一個實施例中，控制每一氣體的流動速率，W便于不 從基板表面110移除所吸收的前驅(qū)物。每一分區(qū)之間的寬度、安置于處理腔室20上的噴氣 口的數(shù)量，及往返傳遞基板的次數(shù)亦可決定基板表面110曝露于各種氣體的程度。因此，可 藉由改變上述因素而使沉積薄膜的數(shù)量及質(zhì)量最佳化。
[0058] 在另一實施例中，系統(tǒng)100可包括前驅(qū)物注入器120及前驅(qū)物注入器130,而不包 括凈化氣體注入器140。因此，當(dāng)基板60移動穿過處理腔室20時，基板表面110將交替地 曝露于化合物A的前驅(qū)物及化合物B的前驅(qū)物，而不在該兩個前驅(qū)物之間曝露于凈化氣體。
[0059] 圖1圖示的實施例在基板上具有氣體分配板30。當(dāng)實施例就此立式定位而描述及 圖示之時，將理解，倒置的定位亦具有可能性。在該倒置的定位的情況下，基板60的第一表 面61將面向下方，同時，將向上引導(dǎo)流向基板的氣流。
[0060] 在又一實施例中，系統(tǒng)100可處理多個基板。在此實施例中，系統(tǒng)100可包括第二 負(fù)載鎖定腔室（安置在與負(fù)載鎖定腔室10的相對端處）及多個基板60。可將基板60輸送 至負(fù)載鎖定腔室10并自第二負(fù)載鎖定腔室取回該等基板。
[0061] 在一些實施例中，搬運梭65用于承載基板60的基座66。一般情況下，基座66為 有助于在整個基板形成均勻溫度的載體?；?6可在負(fù)載鎖定腔室10與處理腔室20之 間雙向移動（相對于圖1的排列為從左向右及從右向左）?；?6具有用于承載基板60 的頂表面67?；?6可為已加熱的基座，W加熱基板60而用于處理。例如，可藉由安置在 基座66下方的福射熱燈90、加熱板、電阻性線圈，或其它加熱裝置來加熱基座66。
[0062] 在又一實施例中，基座66的頂表面67包括凹部68 W接收基板60,如圖2所示。 通常情況下，基座66的厚度大于基板的厚度，使得基板下方存在基座材料。在一些實施例 中，凹部68經(jīng)設(shè)定尺寸使得當(dāng)基板60安置在凹部68內(nèi)時，基板60的第一表面61與基座 66的頂表面67平齊。換言之，一些實施例的凹部68經(jīng)設(shè)定尺寸使得當(dāng)基板60安置在凹部 68內(nèi)時，基板60的第一表面61不凸出于基座66的頂表面67。
[0063] 在一些實施例中，將基板與載體熱隔離W將熱損失最小化。此舉可藉由任意適合 的手段完成，包括但不限于將表面接觸面積最小化及使用低導(dǎo)熱材料。
[0064] 基板具有固有的熱預(yù)算，該熱預(yù)算基于在基板上完成的先前處理及任意計劃性處 理或未來潛在處理而受限制。因此，此舉是有用的；限制基板在較大的延長溫度變化下的曝 露，W避免超過此熱預(yù)算從而破壞先前的處理。
[0065] 圖3圖示具有基板60、氣體分配板30,及快速熱處理裝置（亦稱作熱元件80)的 處理系統(tǒng)20的實施例。氣體分配板30可為包括圖1的空間ALD氣體分配板或傳統(tǒng)潤流蓋 或噴淋頭的任意適合的氣體分配板。在使用中，基板60在氣體分配板30鄰近處移動W便 于進行ALD處理。在沉積了預(yù)期數(shù)量的原子層之后，基板60在熱元件80鄰近處移動，在基 板上沉積的非晶薄膜在該鄰近處經(jīng)熱處理W產(chǎn)生外延層，下文中將進一步說明。圖3的腔 室20 W寬泛的描述圖標(biāo)最小組件，且不應(yīng)被視作限制本發(fā)明的范疇。腔室20可包括其它組 件，該等組件包括但不限于在氣體分配板30與熱元件80之間作為分離件的分區(qū)、進氣口， 及排氣口。
[0066] 在一些實施例中，氣體分配板30包括至少一個熱元件80 W使在基板60的部分的 表面處發(fā)生局部溫度變化。溫度局部變化主要影響基板60表面的一部分，而不影響基板的 整體溫度。
[0067] 請參看圖4,在操作中，基板60相對于氣體分配板30的噴氣口而移動，如箭頭所 示。在此實施例中，使處理腔室20保持在一溫度，該溫度適合于前驅(qū)物A與基板60或基板 60上的層的有效反應(yīng)，但對于前驅(qū)物B的有效反應(yīng)而言則過低。區(qū)域X移動經(jīng)過含有凈化 氣體的噴氣口、真空口及第一前驅(qū)物A出口，基板60的表面在該第一前驅(qū)物A出口與第一 前驅(qū)物A反應(yīng)。由于將處理腔室20保持在適合前驅(qū)物A反應(yīng)的溫度，因此當(dāng)基板60移至 前驅(qū)物B時，區(qū)域X受熱元件80影響，且區(qū)域X的局部溫度增高。在一些實施例中，區(qū)域X 的局部溫度增高至有利于前驅(qū)物B反應(yīng)的溫度。
[0068] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如本文中所使用及描述，區(qū)域X為基板的人工固定點或 固定區(qū)域。在實際用于空間ALD處理時，當(dāng)基板在氣體分配板30附近移動時，區(qū)域X將成 為確實的移動祀。為實現(xiàn)描述的目的，圖標(biāo)的區(qū)域X在基板處理期間位于固定點。
[0069] 在一些實施例中，區(qū)域X(亦稱作基板的一部分）的尺寸受限制。在一些實施例 中，基板的受任意單個熱元件影響的部分的面積小于該基板的面積的約20%。在多個實施 例中，基板的受任意單個熱元件影響的部分的面積小于該基板的面積的約15%、10%、5% 或2%。
[0070] 熱元件80可為任意適合的溫度變化裝置，且可定位在諸多位置。熱元件80的適 合的實例包括但不限于福射加熱器（例如，燈及激光）、導(dǎo)電加熱器及電阻性加熱器。舉例 而言，圖3中圖示的熱元件80表示單個紫外線燈的六角陣列。適合的熱元件80能夠在少 于約一分鐘的時間內(nèi)使基板或基板上的薄膜的溫度快速上升至高達約130(TC (或更高）的 溫度。
[0071] 快速上升的溫度可導(dǎo)致各種不良的副作用及反應(yīng)。舉例而言，諸多化合物在高溫 下快速分解。藉由謹(jǐn)慎選擇在反應(yīng)中及尖峰條件（spike condition)下所使用的溫度可避 免此結(jié)果。舉例而言，在加熱期間，可存在一些保護性氣體環(huán)境，例如，在III-V族反應(yīng)中， 一些V族氣體可用W阻止化合物分解。
[0072] 圖4至圖6圖示各種熱元件80的放置及類型。應(yīng)理解，該等實例僅W說明本發(fā)明 的一些實施例為目的，且不應(yīng)被視作限制本發(fā)明的范疇。在一些實施例中，熱元件80定位 在至少一個伸長的噴氣口內(nèi)。此類型的實施例在圖4至圖5中圖示。在圖4中，熱元件80 為定位在噴氣口入口處的福射加熱器（例如，燈或激光）。當(dāng)基板60的區(qū)域X經(jīng)過含有福 射加熱器的噴氣口附近時，福射加熱器可用W直接加熱基板60的區(qū)域X。在此實施例中，當(dāng) 基板的區(qū)域X鄰近噴氣口 B的周圍時，區(qū)域X被加熱和改變。
[0073] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在任意給定的氣體分配板30中可存在一個W上的熱元 件80。此配置的實例為具有前驅(qū)物A與前驅(qū)物B的兩個重復(fù)單元的氣體分配板30。若前 驅(qū)物B的反應(yīng)溫度高于前驅(qū)物A的反應(yīng)溫度，則可將熱元件放置在每一個前驅(qū)物B噴氣口 內(nèi)，或每一個前驅(qū)物B噴氣口周圍/附近。
[0074] 在一或更多個實施例中，福射加熱器為沿噴氣口導(dǎo)引向基板60的表面的激光。自 圖4可見，當(dāng)區(qū)域X經(jīng)過熱元件時，高溫保留一段時間。該區(qū)域保持高溫的時長依據(jù)諸多因 素而定。由此，在一些實施例中，福射加熱器定位在前驅(qū)物B噴氣口前的真空口或凈化氣體 出口中的一者處。在該等實施例中，區(qū)域X維持剩余熱的時長足W增強前驅(qū)物B的反應(yīng)。在 該等實施例中，將區(qū)域X加熱，且在自噴氣口 A周圍延伸至噴氣口 B周圍的區(qū)域中的溫度發(fā) 生變化。
[00巧]圖5圖示替代性實施例，在該實施例中，將福射加熱器放置在凈化氣體出口內(nèi)。在 區(qū)域X遇到前驅(qū)物A及前驅(qū)物B之后，才放置此福射加熱器。此實施例中的加熱器加熱基 板，或基板上的薄膜，或基板的部分，或基板上區(qū)域X中的薄膜。
[0076] 圖6圖示另一實施例，在該實施例中，熱元件80定位在氣體分配板30的正面。圖 示的熱元件80位于兩個噴氣口之間的氣體分配板的一部分中。可按需調(diào)整此熱元件的尺 寸W將相鄰噴氣口之間的間隙最小化。在一或更多個實施例中，熱元件所具有的尺寸約等 于分區(qū)160的寬度。該等實施例的熱元件80可為任意適合的熱元件。在一些實施例中，熱 元件80定位在氣體分配板的正面處W直接加熱基板60的部分，即區(qū)域X。在一些實施例 中，熱元件80定位在噴氣口的任意一側(cè)。該等實施例特別適合用于往復(fù)運動處理，在該處 理中，基板在氣體分配板30附近往返移動。
[0077] 熱元件80可定位在氣體分配板30之前及/或之后，如圖3所示。該等實施例適 合于往復(fù)處理腔室（在該類腔室中，基板在氣體分配板附近往返移動）及連續(xù)（回轉(zhuǎn)料架 或傳送器）架構(gòu)兩者。在一些實施例中，熱元件80為加熱燈。在圖7所圖示的實施例中有 兩個熱元件80,氣體分配板的各側(cè)均有一個熱元件，使得在往復(fù)類型的處理中，在兩個處理 方向上加熱基板60。
[0078] 圖8圖示本發(fā)明的另一實施例，在該實施例中有兩個氣體分配板30,該等氣體分 配板30的每一者之前、之后及之間皆具有熱元件80。此實施例特定用于往復(fù)處理腔室，因 為此實施例允許在單循環(huán)（一次往返）中沉積更多層。因為氣體分配板30的頭部及末端 皆具有熱元件80,所W在W向前（例如，從左向右）或逆向（例如，從右向左）移動經(jīng)過氣 體分配板30之前，基板60受熱元件80影響。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，處理腔室20可具有 任意數(shù)量的氣體分配板30,該等氣體分配板30的每一者之前及/或之后具有熱元件80,且 圖示的實施例不應(yīng)限制本發(fā)明。
[0079] 圖9圖示與圖8類似的另一實施例，在該實施例中，每個氣體分配板30之后具有 熱元件80。此類型的實施例特定用于連續(xù)處理，而非往復(fù)處理。舉例而言，處理腔室20可 含有任意數(shù)量的氣體分配板30,每一分配板之前具有熱元件80。
[0080] 在一些實施例中，熱元件80為氣體分配板或氣體分配板的部分，用W將已經(jīng)加熱 或冷卻的氣流導(dǎo)引向基板的表面。而且，可加熱或冷卻氣體分配板，使得與基板的接近可使 基板表面溫度發(fā)生變化。舉例而言，在連續(xù)處理環(huán)境中，處理腔室可具有數(shù)個氣體分配板， 或具有大量噴氣口的單分配板。氣體分配板中的一或更多者（存在一個W上氣體分配板 時）或噴氣口中的一些噴氣口可提供已經(jīng)加熱或冷卻的氣體或福射能。
[0081] 圖10圖示適合用于時域類原子層沉積的處理腔室100的部分橫截面視圖。如本 說明書及所附的權(quán)利要求中所使化術(shù)語"時域"指一處理，藉由該處理，將單種反應(yīng)性氣體 一次性注入處理腔室，并在注入另一種反應(yīng)性氣體之前凈化該反應(yīng)性氣體。此舉阻止反應(yīng) 性氣體在處理腔室內(nèi)發(fā)生氣相反應(yīng)，并有效地將反應(yīng)限定為基于表面的反應(yīng)。處理腔室100 可包括腔室主體101、蓋組件138,及支撐組件120,該支撐組件亦稱作基板支撐件。蓋組件 138安置在腔室主體101的上端，且支撐組件120至少部分地安置在腔室主體101內(nèi)。腔室 主體101可包括在主體的側(cè)壁上形成的流量閥開口 111，W提供對處理腔室100內(nèi)部的存 取。選擇性地開啟及閉合流量閥開口 111 W允許機器人（未圖示）對腔室主體101內(nèi)部的 存取。
[0082] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，對W下組件的描述亦可適用于空間ALD處理腔室。腔室 主體101可包括在主體內(nèi)形成的通道102,該通道用于使熱傳送流體流經(jīng)該通道。熱傳送流 體可為加熱流體或冷卻劑，及用W在處理及基板傳送期間控制腔室主體101的溫度。示例 性熱傳送流體包括水、己二醇，或水與己二醇的混合物。示例性熱傳送流體亦可包括氮氣。
[0083] 腔室主體101可進一步包括圍繞支撐組件120的襯料108。較佳地，襯料108是可 移除的W用于維護及清洗。襯料108可由諸如鉛的金屬或陶瓷材料制作而成。然而，襯料 108可為任意與處理兼容的材料。襯料108可經(jīng)珠粒沖擊W增加在該襯料上沉積的任意材 料的黏著力，藉此阻止導(dǎo)致處理腔室100的污染的材料剝脫。襯料108可包括一或更多個 孔109及在襯料中形成的粟送通道106,該通道與真空系統(tǒng)流體連通?？?09為氣體提供一 條進入粟送通道106的流道，該流道為處理腔室100內(nèi)的氣體提供出口。
[0084] 真空系統(tǒng)可包括真空粟104及節(jié)流閥105 W調(diào)節(jié)流經(jīng)處理腔室100的氣流。真空 粟104禪合至安置在腔室主體101上的真空口 107,由此，真空粟104與在襯料108內(nèi)形成 的粟送通道106流體連通。
[0085] 孔109允許粟送通道106與腔室主體101內(nèi)的處理區(qū)域112流體連通。處理區(qū)域 112由蓋組件138的下表面與支撐組件120的上表面所界定，并由襯料108所圍繞?？?09 可具有均勻尺寸，且在襯料108周圍均勻間隔。然而，可使用任意數(shù)量、定位、尺寸或形狀的 孔，且彼等設(shè)計參數(shù)中的每一參數(shù)可依據(jù)整個基板接收表面上的預(yù)期氣體流型而變化，女口 下文中更為詳盡的論述。此外，孔109的尺寸、數(shù)量及定位經(jīng)配置W實現(xiàn)自處理腔室100中 排出均勻氣流。另外，孔尺寸及位置可經(jīng)配置W提供快速或大容量粟送W促進自腔室100 中快速排出氣體。例如，與真空口 107非常鄰近的孔109的數(shù)量及尺寸可小于定位在遠(yuǎn)離 真空口 107之處的孔109的尺寸。
[0086] 更為詳盡地慮及蓋組件138,圖11圖標(biāo)了蓋組件138的放大橫截面視圖，該蓋組 件可安置在腔室主體101的上端。請參看圖3及圖4,蓋組件138包括多個組件，該等組件 堆疊在彼此的頂部，W在彼此之間形成等離子體區(qū)域或空腔。蓋組件138可包括第一電極 141("上部電極"），該第一電極垂直安置在第二電極152("下部電極"）上，并在兩個電極 之間限定等離子體體積或空腔149。第一電極141連接至電源144,例如射頻（RF)電源，且 第二電極152接地，從而在兩個電極141、152之間形成電容。
[0087] 蓋組件138可包括一或更多個進氣口 142(僅圖示一個進氣口），該等進氣口至少 部分形成于第一電極141的上部區(qū)段143內(nèi)。一或更多個處理氣體經(jīng)由一或更多個進氣口 142進入蓋組件138。一或更多個進氣口 142在該等進氣口的第一端部與等離子體空腔149 流體連通，及在該等進氣口的第二端部禪合至一或更多個上游氣體源及/或諸如氣體混合 器的其它氣體輸送組件。一或更多個進氣口 142的第一端部可通向等離子體空腔149中的 擴展區(qū)段146的內(nèi)徑150的最高點處。同樣，一或更多個進氣口 142的第一端部可通向等離 子體空腔149中沿擴展區(qū)段146的內(nèi)徑150的任意高度間隔。盡管未圖示，但兩個進氣口 142可安置在擴展區(qū)段146的相對兩側(cè)，W產(chǎn)生縱潤流型或"潤流"氣流進入擴展區(qū)段146， 從而有助于使氣體在等離子體空腔149內(nèi)混合。
[0088] 第一電極141可具有容置等離子體空腔149的擴展區(qū)段146。擴展區(qū)段146可與 進氣口 142流體連通，如上所述。擴展區(qū)段146可為環(huán)狀構(gòu)件，該構(gòu)件具有內(nèi)表面或內(nèi)徑 150,該內(nèi)表面或內(nèi)徑自該構(gòu)件的上部部分147至該構(gòu)件的下部部分148逐漸增大。因此， 第一電極141與第二電極152之間的距離是可變的。該變化距離有助于控制在等離子體空 腔149內(nèi)產(chǎn)生的等離子體的形成及穩(wěn)定性。
[0089] 擴展區(qū)段146可類似于錐形或"漏斗形"，如圖10及圖11所示。擴展區(qū)段146的 內(nèi)表面170可自擴展區(qū)段146的上部部分147至下部部分148逐漸傾斜。內(nèi)徑150的斜度 或角度可依據(jù)處理要求及/或處理限制而變化。擴展區(qū)段146的長度或高度亦可依據(jù)特定 處理要求及/或限制而變化。內(nèi)徑150的斜度，或擴展區(qū)段146的高度，或該兩者皆可依據(jù) 處理所需的等離子體體積而有所變化。
[0090] 不希望受理論束縛，據(jù)信兩個電極141U52之間的距離變化允許在等離子體空腔 149中形成的等離子體找到必需的電力位準(zhǔn)，W便在等離子體空腔149的某部分內(nèi)（在等離 子體并非遍布整體等離子體空腔149的情況下）保持等離子體本身。因此，等離子體空腔 149內(nèi)的等離子體對壓力的依賴較少，從而允許在較寬的操作窗內(nèi)產(chǎn)生及保持等離子體。由 此，在蓋組件138內(nèi)可形成更具可重復(fù)性及更可靠的等離子體。
[0091] 第一電極141可由任意與處理兼容的材料構(gòu)造而成，例如鉛、陽極氧化鉛、鍛媒 鉛、鍛媒鉛6061-T6、不鎊鋼，及上述各者的組合及合金。在一或更多個實施例中，將整體第 一電極141或第一電極的部分鍛媒W減少不期望的粒子形成。較佳地，至少將擴展區(qū)段146 的內(nèi)表面170鍛媒。
[0092] 第二電極152可包括一或更多個堆疊的板材。當(dāng)需要兩個或兩個W上的板材時， 板材彼此之間應(yīng)為電訊連通。每一板材應(yīng)包括多個孔或氣體通路，W允許一或更多個來自 等離子體空腔149的氣體流經(jīng)該等孔或通路。
[0093] 蓋組件138可進一步包括隔離環(huán)151 W使第一電極141與第二電極152電氣隔離。 隔離環(huán)151可由氧化鉛或任意其它絕緣性的、與處理兼容的材料制作而成。較佳地，隔離環(huán) 151圍繞或大體上圍繞至少該擴展區(qū)段146。
[0094] 第二電極152可包括頂板153、分配板158,及將處理腔室中的基板與等離子體空 腔分離的阻隔板162。頂板153、分配板158及阻隔板162堆疊在一起并安置在蓋緣164上， 該蓋緣連接至腔室主體101，如圖3所示。如本領(lǐng)域中已知的，較鏈組件（未圖標(biāo)）可用W 將蓋緣164禪合至腔室主體101。蓋緣164可包括嵌入式通道或通路165 W用于容置熱傳 遞介質(zhì)。熱傳遞介質(zhì)可依據(jù)處理要求而決定用于加熱、冷卻，或加熱與冷卻兩者。
[0095] 頂板153可包括在等離子體空腔149下方形成的多個氣體通路或孔156 W允許來 自等離子體空腔149的氣體流經(jīng)該等通路或孔。頂板153可包括凹槽部分154,該凹槽部分 經(jīng)調(diào)整W容置第一電極141的至少一部分，或包括凹槽部分154 W容置第一電極的至少一 部分。在一或更多個實施例中，孔156在凹槽部分154的下方貫穿頂板153的橫截面。頂板 153的凹槽部分154可呈階梯狀，如圖11所示，W在凹槽部分與第一電極之間提供更佳的密 封配合。此外，頂板153的外徑可經(jīng)設(shè)計W安裝或安放在分配板158的外徑上，如圖11所 示。諸如彈性0形環(huán)175的0形環(huán)類密封件可至少部分地安置在頂板153的凹槽部分154 內(nèi)，W確保該凹槽部分與第一電極141的流體密性接觸。同樣地，0形環(huán)類密封件157可用 W在頂板153的外周邊與分配板158的外周邊之間提供流體密性接觸。
[0096] 分配板158大體上為碟形，并包括多個孔161或通路W分配氣流流經(jīng)該等孔或通 路。孔161的尺寸及在分配板158周圍的定位可向處理區(qū)域112提供可控及均勻的氣流 分配，待處理的基板60位于該處理區(qū)域112中。而且，除藉由均勻分配氣流W在整個基板 60表面提供均勻的氣體分配W外，孔161亦藉由減緩流動氣體的速度剖面并使流動氣體改 向，來阻止一或多種氣體直接沖擊基板60表面。
[0097] 分配板158亦可包括在該分配板的外周邊處形成的環(huán)狀安裝凸緣159。安裝凸緣 159的尺寸可使該凸緣安放在蓋緣164的上表面之上。諸如彈性0形環(huán)的0形環(huán)類密封件 可至少部分安置在環(huán)狀安裝凸緣159內(nèi)，W確保該凸緣與蓋緣164的流體密性接觸。
[0098] 分配板158可包括一或更多個嵌入式通道或通路172 W用于容置加熱器或加熱流 體W提供對蓋組件138的溫度控制。可將電阻加熱元件插入通路172內(nèi)W加熱分配板158。 可將熱電偶連接至分配板158 W調(diào)節(jié)分配板的溫度。可在反饋回路中使用熱電偶W控制施 加至加熱元件的電流，如本領(lǐng)域已知。
[0099] 或者，可使熱傳遞介質(zhì)穿過通路172。若需要，則一或更多個通路172可含有冷卻 介質(zhì)W依據(jù)腔室主體101內(nèi)的處理要求而更佳地控制分配板158的溫度。如前文所述，可 使用任意熱傳遞介質(zhì)，例如，氮氣、水、己二醇，或上述各者的混合物。
[0100] 可使用一或更多個加熱燈（未圖標(biāo)）加熱蓋組件138。通常情況下，加熱燈排列在 分配板158的上表面周圍W藉由福射加熱蓋組件138的構(gòu)件，該等組件包括分配板158。
[0101] 阻隔板162視情況安置在頂板153與分配板158之間。較佳地，將阻隔板162 W 可移除的方式安裝至頂板153的下表面。阻隔板162應(yīng)與頂板153進行良好的熱接觸及電 接觸?？墒褂寐葆敾蝾愃频木o固件將阻隔板162禪合至頂板153。亦可將阻隔板162螺紋 旋在或掙在頂板153的外徑上。
[0102] 阻隔板162包括多個孔163 W提供自頂板153至分配板158的多個氣體通路?？?163的尺寸及在阻隔板162周圍的定位可向分配板158提供可控及均勻的氣流分配。
[0103] 圖12圖標(biāo)說明性支撐組件120或基板支撐件的部分橫截面視圖。支撐組件120 可至少部分安置在腔室主體101內(nèi)。支撐組件120可包括支撐構(gòu)件122 W支撐用于在腔室 主體101內(nèi)處理的基板60 (本視圖中未圖示）。支撐構(gòu)件122可經(jīng)由軸126禪合至升舉機 構(gòu)131，該軸126延伸貫穿腔室主體101底表面中形成的中也定位開口 103?？山逵刹y管 132將升舉機構(gòu)131可挽地密封至腔室主體101中，該波紋管132阻止軸126周圍發(fā)生的真 空泄漏。升舉機構(gòu)131允許在腔室主體101內(nèi)的處理位置與下部傳送位置之間垂直移動支 撐構(gòu)件122。傳送位置略低于在腔室主體101的側(cè)壁中形成的流量閥111開口。
[0104] 在一或更多個實施例中，可使用真空卡盤將基板60(圖12中未顯示）固定至支撐 組件120。頂板123可包括多個洞124,該多個洞與在支撐構(gòu)件122中形成的一或更多個凹 槽127流體連通。凹槽127經(jīng)由安置在軸126及支撐構(gòu)件122內(nèi)的真空導(dǎo)管115而與真空 粟（未圖示）流體連通。在某些條件下，當(dāng)基板60并未安置在支撐構(gòu)件122上時，真空導(dǎo) 管115可用W向支撐構(gòu)件122的表面供應(yīng)凈化氣體。真空導(dǎo)管115亦可在處理期間遞送凈 化氣體W阻止反應(yīng)性氣體或副產(chǎn)物接觸基板60的背側(cè)。
[0105] 支撐構(gòu)件122可包括貫穿該構(gòu)件而形成的一或更多個孔洞129 W容置升舉銷139。 每一升舉銷139通常由陶瓷或含有陶瓷的材料構(gòu)造而成，并用于基板的處理及運輸。每一 升舉銷139 W可滑動的方式安裝在孔洞129中。藉由曬合安置在腔室主體101內(nèi)的環(huán)狀升 舉環(huán)件128,升舉銷139可在該升舉銷的相應(yīng)孔洞129中移動。升舉環(huán)件128為可移動的， 使得當(dāng)升舉環(huán)件128處于上部位置時，升舉銷139的上表面可位于支撐構(gòu)件122的基板支 撐表面之上。反之，當(dāng)升舉環(huán)件128處于下部位置時，升舉銷139的上表面位于支撐構(gòu)件 122的基板支撐表面之下。由此，當(dāng)升舉環(huán)件128自下部位置移至上部位置時，每一升舉銷 139的一部分均穿過支撐構(gòu)件122中的該升舉銷的相應(yīng)孔洞129。
[0106] 當(dāng)啟動升舉銷139時，該等升舉銷推抵基板60的下表面，從而升舉起基板60離開 支撐構(gòu)件122。反之，可停止升舉銷139 W降低基板60,藉此將基板60安放在支撐構(gòu)件122 上。
[0107] 支撐組件120可包括安置在支撐構(gòu)件122周圍的邊緣環(huán)件121。邊緣環(huán)件121是 環(huán)狀構(gòu)件，該構(gòu)件用W覆蓋支撐構(gòu)件122的外周邊及保護支撐構(gòu)件122。邊緣環(huán)件121可定 位在支撐構(gòu)件122上或鄰近處W在支撐構(gòu)件122的外徑與邊緣環(huán)件121的內(nèi)徑之間形成環(huán) 狀凈化氣體通道133。環(huán)裝凈化氣體通道133可與貫穿支撐構(gòu)件122及軸126而形成的凈 化氣體導(dǎo)管134流體連通。較佳地，凈化氣體導(dǎo)管134與凈化氣體供應(yīng)器（未圖示）流體 連通，W向凈化氣體通道133提供凈化氣體。在操作中，凈化氣體流經(jīng)導(dǎo)管134,進入凈化氣 體通道133,并到達安置在支撐構(gòu)件122上的基板的邊緣周圍。由此，凈化氣體與邊緣環(huán)件 121的協(xié)同操作阻止在基板的邊緣及/或背側(cè)處發(fā)生沉積。
[0108] 支撐組件120的溫度受控于流體，該流體在嵌入支撐構(gòu)件122主體中的流體通道 137內(nèi)循環(huán)流通。流體通道137可與貫穿支撐組件120的軸126而安置的熱傳遞導(dǎo)管136 流體連通。流體通道137可定位在支撐構(gòu)件122周圍W向支撐構(gòu)件122的基板接收表面提 供均一的熱傳遞。流體通道137及熱傳遞導(dǎo)管136可使熱傳遞流體流動W加熱或冷卻支撐 構(gòu)件122。支撐組件120可進一步包括嵌入式熱電偶（未圖示）W用于監(jiān)測支撐構(gòu)件122 的支撐表面的溫度。
[0109] 在操作中，可將支撐構(gòu)件122升高至與蓋組件138緊密相鄰之處W控制正在被處 理的基板60的溫度。由此，可經(jīng)由自分配板158發(fā)射出的福射來加熱基板60,該分配板158 受控于加熱元件474?；蛘撸墒褂糜缮e環(huán)件128啟動的升舉銷139升舉起基板60離開 支撐構(gòu)件122至與已經(jīng)加熱的蓋組件138緊密相鄰之處。
[0110] 在一些實施例中，在等離子體增強原子層沉積（plasma enhanced atomic layer deposition ;PEALD)處理期間可形成一或更多個層。在一些處理中，等離子體的使用提供 充足的能量，W促使物質(zhì)進入激發(fā)態(tài)，在該狀態(tài)下，表面反應(yīng)變得有利及更易成功?？蒞連 續(xù)或脈沖方式將等離子體引入處理中。在一些實施例中，使用前驅(qū)物（或反應(yīng)性氣體）及 等離子體的順序脈沖W處理層。在一些實施例中，可在本地（亦即，在處理區(qū)域內(nèi)）或在遠(yuǎn) 程（亦即，在處理區(qū)域外）電離試劑。在一些實施例中，遠(yuǎn)程電離可發(fā)生在沉積室的上游處， 使得離子或其它能量物質(zhì)或發(fā)光物質(zhì)不與沉積薄膜直接接觸。在一些PEALD處理中，藉由 諸如遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器系統(tǒng)在處理腔室之外產(chǎn)生等離子體。可經(jīng)本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知 的任意適合的等離子體產(chǎn)生過程或技術(shù)來產(chǎn)生等離子體。舉例而言，可藉由微波（MW)頻率 產(chǎn)生器或射頻（R巧產(chǎn)生器中的一或更多者來產(chǎn)生等離子體?？梢罁?jù)正在使用的特定反應(yīng) 性物質(zhì)而調(diào)諧等離子體的頻率。適合的頻率包括但不限于2百萬赫、13. 56百萬赫、40百萬 赫、60百萬赫，及100百萬赫。盡管可在本文所掲示的沉積處理期間使用等離子體，但應(yīng)注 意，等離子體并非必需。實際上，其它實施例涉及在非常溫和的條件下沉積處理，而未使用 等離子體。
[0111] 圖13圖示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的原子層沉積室的示意圖示。在圖示 的實施例中，基板60安放在噴淋頭1330 W下的晶圓支撐環(huán)1365上。注入口 1380定位在 處理腔室之側(cè)W自不同于噴淋頭1330的路徑提供前驅(qū)物流，W便自不同路徑將不兼容的 前驅(qū)物輸送至腔室。排氣口亦可定位在處理腔室內(nèi)W將氣體自處理腔室排出?？焖贌釤纛^ 1390定位在基板60 W下。典型的處理循環(huán)可為；曝露于前驅(qū)物、凈化、加熱處理、凈化；或 曝露于前驅(qū)物1、凈化、曝露于前驅(qū)物2、凈化、熱處理、凈化；或曝露于前驅(qū)物1、凈化、熱處 理、凈化、曝露于前驅(qū)物2、凈化、熱處理、凈化；其中，凈化步驟是可選的。
[0112] 圖14圖示依據(jù)本發(fā)明的一或更多個實施例的沉積室的示意圖示。在圖示的實施 例中，基板自第一前驅(qū)物區(qū)域1430a移動穿過差動粟送區(qū)域1483 (例如，氣幕區(qū)域或空氣凈 化區(qū)域）到達前驅(qū)物區(qū)域143化接受熱處理，再穿過另一差動粟送區(qū)域1483到達可選的第 二前驅(qū)物區(qū)域1430c。熱處理可利用RTP燈頭或線熱源來完成，該線熱源諸如W掃描模式實 施熱處理的聚焦激光線、線形燈，或微波加熱區(qū)域。移動速度及激光功率將決定熱預(yù)算。支 撐件上的晶圓在區(qū)域之間往返移動W實現(xiàn)ALD循環(huán)。在加熱區(qū)域之外，將晶圓曝露于前驅(qū) 物?？刹迦脒m當(dāng)?shù)臍饽患安顒铀谒蚖確保有關(guān)曝露/處理的區(qū)域隔離及凈化。
[0113] 圖15圖示依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的沉積室的示意圖示。在圖示的實施例中，基 板60按圓形路徑或圓形隧道移動，該圓形路徑或圓形隧道被劃分為多個區(qū)域，包括前驅(qū)物 區(qū)域、凈化區(qū)域，及熱處理區(qū)域。可按小批量處理多個晶圓，且該等晶圓可W連續(xù)圓形運動 的方式穿過該等區(qū)域w實現(xiàn)單晶圓小批量處理。每一區(qū)域可粟送至中央排氣裝置w排出未 反應(yīng)的氣體。可藉由氣幕1583或類似物來分離每一段路徑。圖示的本實施例具有四分之 一的圓形路徑，該路徑用于利用適合的熱處理裝置1590實施熱處理。
[0114] 根據(jù)一或更多個實施例，基板在形成層之前及/或之后經(jīng)受處理?？稍谕磺皇?中或在一或更多個獨立處理腔室中實施此處理。在一些實施例中，將基板自第一腔室移至 獨立的第二腔室W實施進一步處理?？蓪⒒遄缘谝磺皇抑苯右浦联毩⑻幚砬皇?，或可將 該基板自第一腔室移至一或更多個移送室，然后移至預(yù)期的獨立處理腔室。由此，處理設(shè)備 可包含多個與移送站相連通的腔室。此類設(shè)備可稱作"叢集工具"或"叢集系統(tǒng)"，及其類似 物。
[0115] 一般情況下，叢集工具是模塊系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含多個實施各種功能的腔室，該等功 能包括基板中也搜尋及定向、脫氣、退火、沉積，及/或蝕刻。根據(jù)一或更多個實施例，叢集 工具包括至少一個第一腔室及中央移送室。中央移送室可容置機器人，該機器人可使基板 在處理腔室與負(fù)載鎖定腔室之間穿梭。通常情況下，移送室維持在真空條件下，且提供中間 級（intermediate stage) W用于使基板自一個腔室穿梭至另一腔室及/或穿梭至定位在 叢集工具前端處的負(fù)載鎖定腔室。可經(jīng)調(diào)適W用于本發(fā)明的兩個眾所熟知的叢集工具是 Centura化及Endura飯，該兩個工具皆可購自美國加利福尼亞州圣克拉拉市的美國應(yīng)用材 料有限公司（Applied Materials, Inc.)。由Tepman等人申請于1993年2月16日且標(biāo)題 名為"Staged-Va州um Wafer Processing Apparatus and Method(分級真空晶圓處理設(shè)備 及方法）"的美國專利案第5, 186, 718號中掲示了一個此類分級真空基板處理設(shè)備的細(xì)節(jié)。 然而，可改變確切的腔室排列及組合，W達到執(zhí)行本文所述的特定處理步驟的目的。可使用 的其它處理腔室包括但不限于循環(huán)層沉積（cyclical layer deposition ;CLD)、原子層沉 積（atomic layer deposition ;ALD)、化學(xué)氣才目沉積（chemical vapor deposition ;CVD)、 物理氣相沉積（physical vapor deposition ;PVD)、蝕刻、預(yù)清洗、化學(xué)清洗、諸如RTP的熱 處理、等離子體氮化、脫氣、定向、輕化，及其它基板處理。藉由在叢集工具上的腔室內(nèi)實施 處理，可避免大氣雜質(zhì)對基板表面的污染，而無需在沉積后續(xù)薄膜之前實施氧化。
[0116] 請參看圖16,說明性叢集工具300包括中央移送室304,該中央移送室一般包括多 基板機器人310,該機器人經(jīng)調(diào)適W將多個基板傳送入及傳送出負(fù)載鎖定腔室320及各種 處理腔室。盡管圖示的叢集工具300具有例如可為空間ALD處理腔室的處理腔室20、例如 可為時域ALD處理腔室的處理腔室100,及例如快速熱處理腔室的第H處理腔室500,但本 領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，亦可存在多于或少于H個的處理腔室。此外，處理腔室可用于不同類 型（例如，ALD、CVD、PVD)的基板處理技術(shù)。
[0117] 根據(jù)一或更多個實施例，基板連續(xù)處于真空或"負(fù)載鎖定"條件下，且當(dāng)將該基板 自一腔室移至下一腔室時，不將該基板曝露于周圍空氣。由此，移送室處于真空狀態(tài)，并在 真空壓力之下被"粟空（pumped down)"。惰性氣體可存在于處理腔室中或移送室中。在一 些實施例中，在基板表面上形成娃層之后，使用惰性氣體作為凈化氣體W移除一些或全部 反應(yīng)物。根據(jù)一或更多個實施例，在沉積室的出口處注入凈化氣體W阻止反應(yīng)物自沉積室 移至移送室及/或額外處理腔室。由此，惰性氣體流在腔室的出口處形成氣幕。
[0118] 可在單基板沉積室中處理基板，在該等沉積室中，加載、處理及卸載單個基板，然 后再處理另一基板。亦可W連續(xù)的方式處理基板，例如使用傳送系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，將多個 基板分別單獨加載至腔室的第一部分中，使該等基板移動通過腔室，并自腔室的第二部分 卸載該等基板。腔室的形狀及相關(guān)聯(lián)的傳送系統(tǒng)可形成直線路經(jīng)或彎曲路徑。此外，處理 腔室可為回轉(zhuǎn)料架，在該回轉(zhuǎn)料架中，使多個基板圍繞中也軸移動，并在回轉(zhuǎn)料架的整條路 徑中將該多個基板曝露于沉積、蝕刻、退火、清洗等處理。
[0119] 在處理期間，可加熱或冷卻基板。此加熱或冷卻可藉由任意適合的手段來完成，該 等手段包括但不限于改變基板支撐件的溫度及使已加熱或已冷卻的氣體流動至基板表面。 在一些實施例中，基板支撐件包括加熱器/冷卻器，該加熱器/冷卻器可經(jīng)控制W用傳導(dǎo)的 方式改變基板溫度。在一或更多個實施例中，加熱或冷卻所采用的氣體（反應(yīng)性氣體或惰 性氣體）W局部地改變基板溫度。在一些實施例中，加熱器/冷卻器定位在與基板表面相 鄰的腔室內(nèi)W用對流的方式改變基板溫度。
[0120] 在處理期間，亦可使基板靜止或旋轉(zhuǎn)?？蛇B續(xù)旋轉(zhuǎn)基板或W離散的步驟旋轉(zhuǎn)基板。 舉例而言，可在整體處理期間旋轉(zhuǎn)基板，或在基板曝露于不同反應(yīng)性氣體或凈化氣體之間 輕微地旋轉(zhuǎn)基板。在處理期間旋轉(zhuǎn)基板（連續(xù)旋轉(zhuǎn)或分步驟旋轉(zhuǎn)）有助于藉由將諸如氣流 幾何形狀的局部變異的效果降至最低而產(chǎn)生更為均一的沉積或蝕刻。
[0121] 本發(fā)明的一或更多個實施例針對在基板或基板的一部分上形成薄膜的方法。如本 說明書及所附的權(quán)利要求中所使用，及本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，對基板表面的提及未必意 謂整體基板表面，亦可意謂基板的一限定區(qū)域或一部分。在第一溫度將基板曝露于第一反 應(yīng)性氣體。在第一溫度，使第一反應(yīng)性氣態(tài)物質(zhì)吸收在基板表面上。所吸收物質(zhì)可形成薄 膜，或僅成為所吸收分子。然后，使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫度自第一溫度快速升高至高于 第一溫度的第二溫度?？焖偕郎乜墒顾瘴镔|(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。舉例而言，若所吸收物質(zhì)僅成 為所吸收分子，則快速加熱可使該等所吸收分子直接形成外延薄膜。若所吸收物質(zhì)為薄膜， 則快速加熱該薄膜可使該薄膜的特性發(fā)生改變（例如，自非晶薄膜轉(zhuǎn)化至外延薄膜）。
[0122] 在一些實施例中，將所吸收的反應(yīng)性氣態(tài)物質(zhì)曝露于與第一反應(yīng)性氣體不同的第 二反應(yīng)性氣體。第二反應(yīng)性氣體可在基板上獨立于第一反應(yīng)性物質(zhì)而形成薄膜或結(jié)合該第 一反應(yīng)性物質(zhì)而形成薄膜，或僅可成為所吸收分子。再次快速加熱可使所吸收物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn) 變。舉例而言，快速加熱可導(dǎo)致W下情況中的一或更多者；促使第一吸收物質(zhì)與第二吸收物 質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)W產(chǎn)生薄膜（例如，高介電常數(shù)介電質(zhì)薄膜或外延薄膜）或?qū)е卤∧?轉(zhuǎn)化成具有不同特性的薄膜，如將非晶薄膜轉(zhuǎn)化至外延薄膜。
[0123] 在一些實施例中，將基板及/或第一吸收物質(zhì)曝露于第二反應(yīng)性氣體，再使所吸 收的反應(yīng)性氣體的溫度快速上升。在一或更多個實施例中，在使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫 度快速上升之后，將基板及/或第一吸收物質(zhì)曝露于第二反應(yīng)性氣體。在將所吸收物質(zhì)及/ 或所形成薄膜曝露于第二反應(yīng)性氣體之后，可再次使該等所吸收物質(zhì)及/或所形成薄膜的 溫度快速上升。
[0124] 在一些實施例中，低溫使第一反應(yīng)性物質(zhì)及/或第二反應(yīng)性物質(zhì)能夠被選擇性吸 收至基板的第一部分而非基板的第二部分。舉例而言，在半導(dǎo)體處理中經(jīng)常遇到此種情況： 基板上覆有薄膜，該薄膜形成特征結(jié)構(gòu)，而通過該特征結(jié)構(gòu)的溝道則使基板表面曝露在外。 基板上的薄膜可為任意適合的薄膜，該等薄膜包括但不限于高介電常數(shù)介電質(zhì)層、介電質(zhì) 層，及金屬層。由于薄膜可形成在特征結(jié)構(gòu)頂部及溝道底部，因此在該種裝置上沉積薄膜十 分復(fù)雜。在低溫下將基板（該基板上具有特征結(jié)構(gòu)）曝露于第一反應(yīng)性物質(zhì)，可導(dǎo)致第一 反應(yīng)性物質(zhì)被選擇性吸收至特征結(jié)構(gòu)或溝道底部中的一者而非另外一者。然后，溫度的快 速上升導(dǎo)致所吸收的反應(yīng)性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為薄膜（例如，介電質(zhì)薄膜或外延薄膜）。由于ALD反 應(yīng)具有自限性，因此第一反應(yīng)性氣體可被選擇性地吸收至特征結(jié)構(gòu)上或溝道底部。然后，快 速加熱所吸收的第一反應(yīng)性氣體可活化所吸收物質(zhì)，W便用于與第二反應(yīng)性氣體的進一步 反應(yīng)。在該種情況下，第二反應(yīng)性氣體可與經(jīng)活化的所吸收物質(zhì)反應(yīng)，而不與基板上未吸收 第一反應(yīng)性物質(zhì)的部分反應(yīng)。
[0125] 在一些實施例中，將基板表面或基板表面的一部分曝露于第一反應(yīng)性氣體及第二 反應(yīng)性氣體，然后快速加熱。可將基板同時或分別曝露于第一反應(yīng)性氣體及第二反應(yīng)性氣 體。若第一溫度低于第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體反應(yīng)的溫度，則可使該兩種氣體一 起流動至處理腔室，或可使該兩種氣體同時但經(jīng)由不同的導(dǎo)管流動至處理腔室。
[0126] 低溫曝露至第一及/或第二反應(yīng)性氣體可使該氣體被選擇性地吸收至基板或基 板的一部分。此舉允許在基板或基板的部分上形成混合薄膜。舉例而言，第一反應(yīng)性氣體及 第二反應(yīng)性氣體皆可被吸收至基板或基板的部分。然后，快速加熱可使薄膜作為第一反應(yīng) 性物質(zhì)及第二反應(yīng)性物質(zhì)的混合薄膜而形成，或可使第一反應(yīng)性物質(zhì)與第二反應(yīng)性物質(zhì)在 基板表面或表面的部分上反應(yīng)。在一些實施例中，第一反應(yīng)性氣體經(jīng)選擇用于基板的第一 部分，及第二反應(yīng)性氣體經(jīng)選擇用于基板的第二部分。由此，快速加熱可導(dǎo)致在基板的不同 部分上（例如，溝道或特征結(jié)構(gòu)）同時形成兩個薄膜。每一薄膜可為不同類型的薄膜（例 女口，介電質(zhì)薄膜、高介電常數(shù)介電質(zhì)薄膜、金屬薄膜，及外延薄膜）。
[0127] 本發(fā)明的一或更多個實施例針對在基板上形成外延薄膜的方法。將基板曝露于第 一反應(yīng)性氣體W在基板表面上形成非晶薄膜。如本說明書及所附的權(quán)利要求中所使用，術(shù) 語"反應(yīng)性氣體"與"前驅(qū)物"可互換地使用并意謂一種氣體包括在原子層沉積處理中具有 反應(yīng)性的物質(zhì)。在第一溫度形成非晶薄膜，該溫度為使ALD反應(yīng)形成非晶薄膜的任意適合 的溫度。如本說明書及所附的權(quán)利要求中所使用，術(shù)語"非晶"及"實質(zhì)上非晶"可互換地使 用且意謂薄膜具有至少約90%的非晶，或至少約95%的非晶，或至少約99%的非晶。本領(lǐng) 域技術(shù)人員理解，在低溫下形成的薄膜中少量薄膜可為外延薄膜，其原因在于隔離區(qū)域中 的晶體結(jié)構(gòu)可與基板的晶體結(jié)構(gòu)保形。此外，本文所述的一般處理可用W在不經(jīng)過非晶相 的情況下直接生長外延薄膜。舉例而言，可藉由熱處理來活化反應(yīng)性氣體W直接形成外延 薄膜?？山逵稍诒砻嫔衔涨膀?qū)物而使外延薄膜生長，粟出剩余氣體，然后對薄膜實施熱處 理。此處理可有利地使用低溫，W實現(xiàn)對前驅(qū)物的選擇性吸收并由此實現(xiàn)選擇性外延生長。 [012引在一些實施例中，僅需要單一反應(yīng)性氣體W在基板表面上形成非晶薄膜。在此類 實施例中，薄膜的形成具有自限性，其原因在于基板的整體可用表面與反應(yīng)性氣體物質(zhì)僅 反應(yīng)一次。然而，單一反應(yīng)性氣體形成的薄膜在實質(zhì)上為非晶。
[0129] 使非晶薄膜的溫度快速上升至高于第一溫度的第二溫度。使溫度快速上升使實 質(zhì)上的非晶薄膜轉(zhuǎn)化為實質(zhì)上的外延薄膜。如本說明書及所附的權(quán)利要求中所使用，術(shù)語 "外延"及"實質(zhì)上的外延"可互換地使用W意謂薄膜是高于約90%外延的，或高于約95% 外延的，或高于約99%外延的。如本說明書及所附的權(quán)利要求中所使用，術(shù)語"快速"意謂 溫度W高于約5(TC /砂的速率上升。在一些實施例中，溫度W高于約l〇(TC /砂的速率、或 高于約15(TC /砂的速率、或高于約20(TC /砂的速率、或高于約25(TC /砂的速率、或高于 約30(TC /砂的速率，或高于約35(TC /砂的速率上升。在一或更多個實施例中，溫度W約 5(TC /砂至約40(TC /砂的范圍中的速率上升。在一些實施例中，例如當(dāng)使用激光退火時， 降溫速率可為極其之高。激光退火處理可具有每砂百萬度的降溫速率。在一或更多個實施 例中，降溫速率處于約5(TC /砂至約2百萬C /砂的范圍中。
[0130] 在一些實施例中，實質(zhì)上為非晶的薄膜是由于第一反應(yīng)性氣體與基板的反應(yīng)及隨 后第二反應(yīng)性氣體與第一反應(yīng)性氣體在基板上的反應(yīng)而形成。第二反應(yīng)性氣體不同于第一 反應(yīng)性氣體。此類型的兩個部分的反應(yīng)常用在原子層沉積中W形成最終薄膜。然而在本文 中，所形成的薄膜實質(zhì)上為非晶?？稍谂c將基板曝露于第一反應(yīng)性氣體的相同溫度或不同 溫度下，將該基板曝露于第二反應(yīng)性氣體。溫度對于氣態(tài)物質(zhì)的表面反應(yīng)程度可具有顯著 影響。舉例而言，若溫度過低，則反應(yīng)根本不會發(fā)生。若溫度過高，則可能破壞反應(yīng)效率，或 反應(yīng)不再是就能量而言的最有利的結(jié)果。
[0131] 在一些實施例中，在自處理腔室移除第一反應(yīng)性氣體之后，將基板曝露于第二反 應(yīng)性氣體。此舉使第一反應(yīng)性氣體與第二反應(yīng)性氣體之間發(fā)生氣相反應(yīng)的可能性最小化， W使基板表面上的反應(yīng)最大化。
[0132] 在一或更多個實施例中，將第一反應(yīng)性氣體及第二反應(yīng)性氣體同時曝露于基板。 此舉允許各個反應(yīng)物在基板表面上反應(yīng)，亦允許隨后可與基板表面反應(yīng)的反應(yīng)性氣體的氣 相反應(yīng)。將基板同時曝露于該兩種氣體可實現(xiàn)為曝露于例如CVD類型反應(yīng)中的混合氣體， 或曝露于例如空間ALD類型處理中的獨立及隔離的同時氣流，如上所述。在一些實施例中， 將基板同時曝露于第一反應(yīng)性氣體及第二反應(yīng)性氣體，分別將第一反應(yīng)性氣體及第二反應(yīng) 性氣體中的每一氣體輸送至基板表面，并在不混合的情況下自基板表面移除該兩種氣體。
[0133] 在一或更多個實施例中，在移除第一反應(yīng)性氣體之后，將基板曝露于第二反應(yīng)性 氣體。舉例而言，在常用的ALD反應(yīng)中，將基板曝露于第一反應(yīng)性氣體，將該第一反應(yīng)性氣 體自系統(tǒng)中排出凈化，然后將基板曝露于第二反應(yīng)性氣體，及將該第二反應(yīng)性氣體自系統(tǒng) 中排出凈化。
[0134] 可依據(jù)所使用的特定試劑而修正反應(yīng)溫度。每一反應(yīng)具有最有利于薄膜形成的處 理的條件。在一些實施例中，第一溫度高達約40(TC。當(dāng)分別輸送第一反應(yīng)性氣體及第二反 應(yīng)性氣體時，該等氣體可處于相同溫度或不同溫度之下。若第二反應(yīng)性氣體與第一反應(yīng)性 氣體處于不同溫度下，為了區(qū)分各種反應(yīng)的溫度，可假設(shè)第二反應(yīng)性氣體處于第H溫度。當(dāng) 該兩種氣體處于不同溫度下時，第一反應(yīng)性氣體反應(yīng)的溫度與第二反應(yīng)性氣體反應(yīng)的溫度 可皆低于約40(TC。在一些實施例中，第一溫度處于約5(TC至約40(TC的范圍中，或處于約 100°C至約300°C的范圍中。
[0135] 第二溫度是用于使實質(zhì)上非晶的薄膜轉(zhuǎn)化為實質(zhì)上外延的薄膜的溫度，該第二溫 度亦依據(jù)所形成的特定薄膜而定。一些材料將需要更高或更低的第二溫度W用于外延薄膜 的形成。在一或更多個實施例中，第二溫度高于約600°C。在一些實施例中，第二溫度處于 約60(TC至約160(TC的范圍中，或該第二溫度處于約60(TC至約130(TC的范圍中，或處于約 70(TC至約120(TC的范圍中。
[0136] 將溫度增至第二溫度的速率十分快速，W形成外延薄膜及盡量保全更多熱預(yù)算。 由此，達到第二溫度所耗的時長將依據(jù)溫度增高的速率及第一溫度與第二溫度之間的溫差 或第H溫度與第二溫度之間的溫差。在一些實施例中，使非晶薄膜的溫度快速上升在至多 約60砂的時段內(nèi)發(fā)生。
[0137] 將薄膜保持在第二溫度的時間量亦影響熱預(yù)算及薄膜質(zhì)量。在一些實施例中，將 薄膜保持在第二溫度的時長在約0. 1砂至約60砂的范圍中。在一些實施例中，依據(jù)所使用 的溫度及技術(shù)，曝露時間可為毫微砂等級。在短時間內(nèi)，溫度可高達150(TC。
[013引特定薄膜形成的處理可有所不同。在一些實施例中，在使溫度快速升高W形成外 延薄膜之前，所形成的非晶薄膜達約一個單層厚度。在一或更多個實施例中，在快速熱處理 之前，所形成的非晶薄膜可達約五個單層厚度。一些反應(yīng)可導(dǎo)致在基板上形成的薄膜少于 一完整單層，因為該等反應(yīng)處理在停止反應(yīng)之前并未自飽和。例如，請參看圖3，基板可在氣 體分配板下穿過，從而形成了具有至少一部分單層的厚度的薄膜。然后，將基板移至快速熱 處理裝置，在該裝置中，使薄膜轉(zhuǎn)化為外延。該處理可反復(fù)實施任意次數(shù)，使得非晶薄膜反 復(fù)沉積及轉(zhuǎn)化為外延W累積外延薄膜的厚度。換言之，該處理可依序在外延薄膜上形成非 晶薄膜，該非晶薄膜達約一個單層厚度，隨后使非晶薄膜的溫度快速上升W形成外延薄膜。
[0139] 快速熱處理裝置可為用于W可控的方式使薄膜的溫度快速上升的任意適合的裝 置。在一些實施例中，藉由IR燈、紫外線燈、激光、射頻（RF)、微波，及曝露于等離子體中的 一或更多個方法使非晶薄膜的溫度快速上升。
[0140] 在一些實施例中，在基板上形成外延薄膜之前及之后的一或更多個情況下，實施 額外處理而不將基板曝露于周圍環(huán)境。舉例而言，清洗處理、拋光處理、額外薄膜沉積、蝕 亥IJ，及退火。
[0141] 本發(fā)明的額外實施例針對在基板上形成外延薄膜的方法。藉由原子層沉積而在基 板表面上形成實質(zhì)上的非晶薄膜。在第一溫度形成實質(zhì)上的非晶薄膜。使實質(zhì)上的非晶薄 膜的溫度自第一溫度快速上升至第二溫度，W將實質(zhì)上的非晶薄膜轉(zhuǎn)化至實質(zhì)上的外延薄 膜。
[0142] 在一或更多個實施例中，形成實質(zhì)上非晶的薄膜的步驟包含將基板的表面曝露于 第一反應(yīng)性氣體，隨后曝露于第二反應(yīng)性氣體。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，基板的表面無需是 裸基板表面，而亦可包括已在基板上形成的薄膜。
[0143] 本發(fā)明的其它實施例針對在基板表面上形成外延薄膜的方法。將基板定位在基板 支撐件上。使基板支撐件在將基板固定在氣體分配板下方的同時側(cè)向移動，該氣體分配板 包含多個伸長的噴氣口，如圖1所圖示。噴氣口包括第一出口 A W輸送第一反應(yīng)性氣體及 第二出口 B W輸送第二反應(yīng)性氣體。將第一反應(yīng)性氣體輸送至基板表面或基板表面上的薄 膜。將第二反應(yīng)性氣體輸送至基板表面或基板表面上的薄膜（例如，由第一反應(yīng)性氣體所 形成的薄膜）W在基板表面上形成實質(zhì)上的非晶薄膜。快速改變實質(zhì)上的非晶薄膜的至少 一部分的局部溫度，W使實質(zhì)上的非晶薄膜轉(zhuǎn)化為實質(zhì)上的外延薄膜。
[0144] 雖然本發(fā)明已W參考特定實施例的方式描述如上，但應(yīng)理解，該等實施例僅W說 明本發(fā)明的原理及應(yīng)用為目的。對本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精 神和范圍的情況下，可對本發(fā)明的方法及設(shè)備作各種更動及潤飾。因此，本發(fā)明意欲包括所 附的權(quán)利要求及其等效物的范疇內(nèi)的更動及潤飾。
【權(quán)利要求】
1. 一種在基板上形成薄膜的方法，所述方法包含以下步驟： 在第一溫度將所述基板曝露于第一反應(yīng)性氣體以使所述第一反應(yīng)性氣體吸收至所述 基板；及 使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫度快速上升至第二溫度以形成薄膜，所述第二溫度高于所 述第一溫度。
2. -種在基板上形成外延薄膜的方法，所述方法包含以下步驟： 在第一溫度將所述基板曝露于第一反應(yīng)性氣體以在所述基板的表面上形成非晶薄膜； 及 使所述非晶薄膜的溫度快速上升至第二溫度以形成外延薄膜，所述第二溫度高于所述 第一溫度。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包含以下步驟：將所述 基板上所吸收的反應(yīng)性氣體曝露于第二反應(yīng)性氣體，所述第二反應(yīng)性氣體與所述第一反應(yīng) 性氣體不同。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將所述基板曝露于所述第二反應(yīng)性氣體，再 使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫度快速上升。
5. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在使所吸收的反應(yīng)性氣體的溫度快速上升 之后，將所述基板曝露于所述第二反應(yīng)性氣體。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括在使所述第一反應(yīng)性氣體吸收至所 述基板和曝露于所述第二反應(yīng)性氣體中的每一者之后使所述薄膜的溫度快速上升。
7. 如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，所述第一溫度高達約 400°C，及所述第二溫度高于約600°C。
8. 如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，在所述第一溫度，所述第一 反應(yīng)性氣體被選擇性地吸收至所述基板的第一部分上，而非所述基板的第二部分上。
9. 如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，所形成的所述薄膜為外延 薄膜。
10. 如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，還包括將所述基板定位在 處理腔室中的基板支撐環(huán)上，所述處理腔室包含面對所述基板的正面及所述基板的背面中 的一或更多者的燈頭、及位于所述處理腔室的側(cè)壁中的噴淋頭及氣體注入器中的一或更多 者，所述噴淋頭定位在所述基板的與所述燈頭相對的一側(cè)。
11. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述非晶薄膜的溫度以高于約50°C/秒的 速率上升。
12. 如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，將所述基板同時曝露于所 述第一反應(yīng)性氣體及所述第二反應(yīng)性氣體，將所述第一反應(yīng)性氣體及所述第二反應(yīng)性氣體 中的每一氣體單獨輸送至所述基板表面，并在不混合的情況下自所述基板表面移除所述兩 種氣體。
13. 如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，將所述基板依序地在第一 溫度曝露于所述第一反應(yīng)性氣體、曝露于所述第二反應(yīng)性氣體以及隨后快速地加熱至所述 第二溫度以形成所述外延薄膜。
14. 如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，使所述非晶薄膜的所述溫 度快速上升的步驟在至多約60秒的時段內(nèi)發(fā)生。
15.如前述權(quán)利要求中的任意一項所述的方法，其特征在于，在使所述溫度快速升高以 形成所述外延薄膜的步驟之前，所形成的所述非晶薄膜達約一個單層厚度。
【文檔編號】C23C16/44GK104395498SQ201380031609
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】Z·葉 申請人:應(yīng)用材料公司