專利名稱:化學(xué)氣相沉積設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種化學(xué)氣相沉積(CVD)設(shè)備。本發(fā)明特別涉及一種使用反應(yīng)氣體的游離基(radical)同時(shí)通過在噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體或者利用噴頭將外部等離子體噴射到腔室中順序地供給處理氣體的化學(xué)氣相沉積設(shè)備。
背景技術(shù):
通常,為了在低溫下獲得極好的分層式覆層和薄膜質(zhì)量特性,源氣體和反應(yīng)氣體被順序地供給到化學(xué)氣相沉積設(shè)備中。這里,將參照?qǐng)D1A至圖1C對(duì)能夠順序地供給處理氣體的常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述。
圖1A是表示一種能夠順序地供給處理氣體的常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖。如圖1A中所示,該常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括下部設(shè)有出口100的一個(gè)腔室101、安裝在腔室的頂表面上以進(jìn)入腔室101的內(nèi)中央部分的至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管102、至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管103和至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管104、其中形成有多個(gè)用于噴射處理氣體的噴射孔105的噴頭106以及用于支撐晶片或基體107(后面稱為“基體”)并同時(shí)用作加熱源的加熱器108,利用通過噴頭106噴入的處理氣體能夠使薄膜沉積在基體107上。
為了利用具有上述結(jié)構(gòu)的常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備在基體107上形成薄膜,在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)通過噴頭106噴入來自于至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管102的源氣體以使源氣體被基體107吸附,接著在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)從至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管104導(dǎo)入清潔氣體以對(duì)殘留在噴頭106和腔室101中的源氣體進(jìn)行清潔。然后,通過出口100將氣體排出。接著,在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)由至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管導(dǎo)入的反應(yīng)氣體通過噴頭106被噴射到基體107上,從而,利用反應(yīng)氣體與吸附在基體107中的源氣體進(jìn)行預(yù)定的反應(yīng)在基體上形成薄膜。另外,在再次噴入源氣體之前,在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)利用清潔氣體對(duì)殘留在噴頭106和腔室101中的反應(yīng)氣體以及反應(yīng)中所產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物進(jìn)行清潔并接著將它們排出。如上所述,重復(fù)噴入和清潔源氣體以及噴入和清潔反應(yīng)氣體的過程使薄膜沉積在基體107上。
但是,使用這樣一種常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的技術(shù)存在沉積速率很低的缺點(diǎn),并且當(dāng)其應(yīng)用于半導(dǎo)體的大規(guī)模生產(chǎn)中時(shí)會(huì)增加半導(dǎo)體的制造成本。
圖1B是表示一種能夠順序地供給處理氣體的常規(guī)等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備的一個(gè)示意圖,并且該設(shè)備能夠克服圖1A中所示的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的缺點(diǎn)。即,如圖1B中所示,該常規(guī)等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備具有這樣的結(jié)構(gòu),噴頭106設(shè)有能夠與外部RF電源110相連的RF電源連接部分109,用于使噴頭106和已與噴頭106相連的RF電源110電絕緣的絕緣部分111安裝在噴頭106上,從而直接在腔室101內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
即,盡管圖1B中所示的等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備具有常規(guī)的處理氣體順序供給系統(tǒng),在所述常規(guī)的處理氣體順序供給系統(tǒng)中以與圖1A中所示的化學(xué)氣相沉積設(shè)備相同的方式重復(fù)噴入和清潔源氣體以及噴入和清潔反應(yīng)氣體的過程,但是該等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備能夠在噴入反應(yīng)氣體后直接在腔室101內(nèi)產(chǎn)生等離子體并且使反應(yīng)氣體的等離子體與吸附在基體107中的源氣體進(jìn)行反應(yīng),從而能夠在較低的溫度下提供較高的反應(yīng)速率。
圖1B中所示的直接式等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)與圖1A中所示的系統(tǒng)相比,能夠在相對(duì)較低的溫度下略微提高沉積速率。但是,它所存在的缺點(diǎn)是,形成在基體上的基體元件和電路元件可能會(huì)由于在等離子體產(chǎn)生的開始階段所產(chǎn)生的電弧、離子轟擊和離子注入而受損,這樣會(huì)降低生產(chǎn)率。
圖1C表示一種能夠順序地供給處理氣體并使用外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖。在一段預(yù)定的時(shí)間內(nèi)通過噴頭106噴入源氣體后,利用清潔氣體對(duì)殘留在噴頭106和腔室101中的源氣體得到清潔并通過形成在腔室101一側(cè)上的出口100將它們排出。在對(duì)源氣體進(jìn)行這樣的清潔后,通過外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備112將反應(yīng)氣體的等離子體直接噴射到腔室101中并噴入反應(yīng)氣體。接著,利用清潔氣體對(duì)反應(yīng)氣體以及反應(yīng)中所產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物進(jìn)行清潔并接著將它們排出。
在使用具有外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的情況下,能夠略微減少由于等離子體而對(duì)形成在基體上的基體元件和電路元件造成的損害。但是,它所存在的缺點(diǎn)是,由于直接引入到腔室中的等離子體的不均勻性而不能使薄膜均勻地沉積在具有較大面積的基體上。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是,提供一種使用反應(yīng)氣體的游離基(radical)同時(shí)通過在噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體或者利用噴頭將外部等離子體噴射到腔室中順序地供給處理氣體的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,從而避免使形成在基體上的基體元件和電路元件受損,甚至在低溫下也能夠保證較快的沉積速率并且沉積具有極好的分層式覆層和薄膜質(zhì)量特性的薄膜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是,提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備,該設(shè)備通過以預(yù)定間隔將噴頭隔開并將噴頭分成兩個(gè)部分以將引入并噴入源氣體的第一部分與引入和噴入反應(yīng)氣體的第二部分分開,從而能夠有效地防止源氣體和反應(yīng)氣體在噴頭內(nèi)相互混合。
為了達(dá)到上述目的,根據(jù)本發(fā)明,本發(fā)明提供一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備,該設(shè)備包括下部設(shè)有出口的腔室;分別用于將處理氣體供給到所述腔室中的源氣體導(dǎo)管、反應(yīng)氣體導(dǎo)管和清潔氣體導(dǎo)管;加熱器,所述加熱器設(shè)置在腔室中,用于支撐基體并用作預(yù)定的加熱源,薄膜沉積于所述基體上;噴頭,所述噴頭設(shè)置在所述加熱器上方,所述噴頭具有多個(gè)噴射孔,用于均勻地噴射通過導(dǎo)管所供給的處理氣體;所述設(shè)備的特征在于可與外部RF電源相連的RF電源連接部分其安裝在所述腔室的上部;所述噴頭在垂直方向被分為第一噴頭和第二噴頭;用于將所述第一噴頭和所述腔室的內(nèi)表面分開的上絕緣部分安裝在腔室的內(nèi)上表面上;在所述上絕緣部分和所述第一噴頭之間形成有第一緩沖部分;在所述第一噴頭和第二噴頭之間的間隔形成了第二緩沖部分;利用RF桿將RF電源連接部分與所述第一噴頭的上表面連接在一起,以使電能可從外部RF電源供給到所述第一噴頭;以及下絕緣部分,該下絕緣部分設(shè)置在所述腔室的內(nèi)側(cè)上,用于將所述第一噴頭與所述第二噴頭和所述腔室的內(nèi)側(cè)隔開;其中,反應(yīng)氣體供給到第二緩沖部分,利用由RF電源供給到第一噴頭上的電能使等離子體產(chǎn)生在第二緩沖部分中,并通過第二噴頭將游離基噴射到基體上;以及其中源氣體被供給到第一緩沖部分并接著通過第二噴頭被噴射到基體上,而不與第二緩沖部分接觸;其中所述第二噴頭與所述腔室連接,從而被接地。
從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述中能夠更容易地看出本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn),在附圖中圖1A是表示一種能夠順序地供給處理氣體的常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖1B是表示一種能夠順序地供給處理氣體的常規(guī)等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖1C表示一種能夠順序地供給處理氣體并使用外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的常規(guī)等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖2A是表示本發(fā)明第一實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖2B是表示一種利用在如圖2A中所示的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體順序地供給處理氣體和反應(yīng)氣體的游離基的方法的圖表;圖2C是表示一種利用在如圖2A中所示的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體順序地供給處理氣體和游離基的方法的圖表,其中清潔氣體處于始終被供給的狀態(tài);圖3A是表示本發(fā)明第二實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并且在以預(yù)定間隔分隔的噴頭的上部中產(chǎn)生等離子體的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖3B是表示作為圖3A中所示化學(xué)氣相沉積設(shè)備的一個(gè)重要部分的噴頭的后表面的一個(gè)后視圖;圖4是表示本發(fā)明第三實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并使用外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖5是表示本發(fā)明第四實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并使用外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備以使等離子體被引入到以預(yù)定間隔分隔的噴頭的上部中的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖6A是表示本發(fā)明第五實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并且在以預(yù)定間隔分隔的噴頭的下部中產(chǎn)生等離子體的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖;圖6B是表示作為圖6A中所示化學(xué)氣相沉積設(shè)備的一個(gè)重要部分的噴頭的后表面的一個(gè)后視圖;圖7和圖8是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中順序地供給處理氣體和反應(yīng)氣體的游離基的方法的圖表;圖9和圖10是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中順序地供給處理氣體和反應(yīng)氣體的游離基、同時(shí)能夠使等離子體保持更穩(wěn)定的狀態(tài)的方法的圖表;圖11是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中順序地供給處理氣體和反應(yīng)氣體的游離基、同時(shí)在供給難以在低溫下被沉積的源氣體和反應(yīng)氣體后能夠使腔室保持更穩(wěn)定的壓力的方法的圖表;以及圖12是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中順序地供給處理氣體和反應(yīng)氣體的游離基、同時(shí)在供給難以在等離子體低能態(tài)下和在低溫下被沉積的源氣體和反應(yīng)氣體后能夠使腔室保持更穩(wěn)定的壓力和使等離子體保持更穩(wěn)定的狀態(tài)的方法的圖表。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的描述。
第一實(shí)施例圖2A是表示本發(fā)明第一實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖。
從該圖中可以看出,本發(fā)明所涉及的這種化學(xué)氣相沉積設(shè)備具有這樣的結(jié)構(gòu),即,利用包括噴入和清潔源氣體以及噴入和清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的方法形成薄膜,其中反應(yīng)氣體是在這樣的一個(gè)狀態(tài)下被噴入的,即在將它們噴入后在噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
如圖2A中所示,在本發(fā)明所涉及的這種化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,頂板212安裝在腔室201的頂部上并構(gòu)成了腔室201的一部分,可與外部RF電源210相連的RF電源連接部分209安裝在頂板212的一側(cè)上。RF電源連接部分209與RF桿211相連,并且利用形成在RF桿211周圍的RF桿絕緣部分213使RF桿211與頂板212電絕緣。
RF桿211與安裝在頂板212內(nèi)側(cè)的RF電極板214相連,并且利用該RF電極板214能夠在噴頭206內(nèi)產(chǎn)生等離子體。此時(shí),為了使RF電極板214電絕緣,將上絕緣部分215安裝在RF電極板214上方,即安裝在RF電極板214和頂板212之間。另外,以這樣一種方式將下絕緣部分216安裝在RF電極板214的底部上,即,利用下絕緣部分216在RF電極板214和設(shè)置在RF電極板214下方的噴頭206之間以預(yù)定間隙限定緩沖部分217。即,下絕緣部分216使RF電極板214與頂板212的內(nèi)表面絕緣同時(shí)以預(yù)定的間隙與設(shè)置在RF電極板214下方的噴頭206隔開。
噴頭206安裝在具有由下絕緣部分216所限定的預(yù)定間隙的緩沖部分下方,并且噴頭206形成有多個(gè)用于均勻地噴射處理氣體的噴射孔205。另外,噴頭206通過與頂板212的連接而被接地。在本發(fā)明所涉及的具有上述結(jié)構(gòu)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,等離子體產(chǎn)生在具有預(yù)定間隙的緩沖部分217中,所述預(yù)定間隙是由安裝在頂板212上的RF電極板214、下絕緣部分216和噴頭206限定的。
在腔室201內(nèi)的加熱器208支撐晶片或基體207(下面,稱為“基體”)同時(shí)為基體提供預(yù)定的熱量,薄膜實(shí)際形成在所述基體上,腔室201設(shè)置在頂板212的下方并且被供給的處理氣體在所述腔室中相互反應(yīng)。
至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管202、至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管203和至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管204形成在頂板212的外側(cè)并與頂板212的內(nèi)部相通。另外用于使頂板212保持恒溫的加熱器218埋設(shè)在頂板212中。即,利用加熱器218能夠使腔室201頂部周圍的溫度保持恒定。
下面將對(duì)利用具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備在基體上形成薄膜的方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過形成在頂板212外側(cè)的至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管202導(dǎo)入源氣體,并且通過噴頭206噴入源氣體以使源氣體被吸附在基體207上。在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)以這樣噴入源氣體后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過安裝在頂板212上側(cè)的至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管204導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在噴頭106和腔室201中的源氣體進(jìn)行清潔,并且通過安裝腔室201一側(cè)上的出口200將它們排出。
接著,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用噴頭106將通過安裝在頂板212外側(cè)的至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管203導(dǎo)入的反應(yīng)氣體噴射到基體207上,以使被噴入的反應(yīng)氣體與吸附在基體207上的源氣體進(jìn)行還原反應(yīng)并在基體207上形成薄膜。此時(shí),通過將電能從RF電源210供給到RF電極板214上以在緩沖部分217內(nèi)產(chǎn)生等離子體以及通過噴頭206噴入反應(yīng)氣體的游離基使被噴入的反應(yīng)氣體和吸附在基體207上的源氣體之間的反應(yīng)得到進(jìn)一步激化。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)噴入反應(yīng)氣體的游離基后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過清潔氣體導(dǎo)管204導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在噴頭106和腔室201中的反應(yīng)氣體進(jìn)行清潔并將它們排出。這樣,本發(fā)明通過重復(fù)包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的過程能夠使薄膜形成在晶片或基體上。
這樣,本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備能夠利用產(chǎn)生在緩沖部分217內(nèi)的等離子體對(duì)反應(yīng)氣體和吸附在晶片或基體上的源氣體之間的反應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的激化,從而可在較低的溫度下保證較快的沉積速率并且在基體上形成具有極好的分層式覆層和薄膜質(zhì)量特性的薄膜。另外,根據(jù)本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,由于等離子體沒有直接暴露在腔室和基體上,因此能夠防止形成在基體上的基體元件和電路元件由于在等離子體產(chǎn)生過程中可能產(chǎn)生的電弧、離子轟擊和離子注入而受到具體傷害。
圖2B是表示一種利用包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的方法同時(shí)在如圖2A中所示的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體的圖表。
如圖2B(ii)中所示,首先,在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)通過噴頭噴入清潔氣體,從而在噴頭和腔室中形成惰性氣體氛圍。接著,如圖2B(i)中所示,在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)噴入源氣體以使其能夠被吸附在晶片或基體上。然后,如圖2B(ii)中所示,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用清潔氣體對(duì)殘留在噴頭和腔室中的源氣體進(jìn)行清潔并將它們排出。接著,如圖2B(c)和圖2(d)中所示,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)將反應(yīng)氣體導(dǎo)入噴頭中,同時(shí),在噴頭中產(chǎn)生等離子體以使反應(yīng)氣體的游離基被噴射到晶片或基體上。在通過以這樣一種方式在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)噴入反應(yīng)氣體的游離基而使具有預(yù)定厚度的薄膜形成在晶片或基體上后,停止反應(yīng)氣體的噴射以及從RF電源向RF電極板供給電能以停止產(chǎn)生等離子體。然后,利用清潔氣體對(duì)殘留在噴頭和腔室中的反應(yīng)氣體和反應(yīng)中所產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物進(jìn)行清潔并將它們排出。從而,通過重復(fù)這樣的過程能夠在晶片或基體上形成具有預(yù)定厚度的薄膜。
圖2C是表示一種以在順序地供給處理氣體和在如圖2A中所示的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體的過程中僅順序地供給源氣體和反應(yīng)氣體但連續(xù)地供給清潔氣體的方式來防止源氣體和反應(yīng)氣體在噴頭和腔室內(nèi)混合的方法的圖表。
如圖2C中所示,當(dāng)連續(xù)地供給清潔氣體并且僅順序地供給源氣體和反應(yīng)氣體時(shí),能夠使腔室壓力的變化達(dá)到最小,從而能夠提高該方法的重復(fù)性。
第二實(shí)施例圖3A是表示本發(fā)明第二實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并且在以預(yù)定的方式被分隔的噴頭的上部中產(chǎn)生等離子體的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖。
從該圖中可以看出,本發(fā)明所涉及的這種化學(xué)氣相沉積設(shè)備具有這樣的結(jié)構(gòu),即,利用包括噴入和清潔源氣體以及噴入和清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的方法形成薄膜;通過將噴頭分隔成兩個(gè)部分以將引入并噴入源氣體的第一部分與引入和噴入反應(yīng)氣體的第二部分分開可完全防止源氣體和反應(yīng)氣體之間的混合;以及在噴入反應(yīng)氣體后,通過在噴頭中的引入和噴入反應(yīng)氣體的部分內(nèi)產(chǎn)生等離子體可噴射反應(yīng)氣體的游離基。
如圖3A中所示,在本發(fā)明所涉及的這種化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,頂板301安裝在腔室300的頂部上并構(gòu)成了腔室300的一部分,可與外部RF電源302相連的RF電源連接部分303安裝在頂板301的一側(cè)上。RF電源連接部分303與RF桿304相連,并且利用形成在RF桿304周圍的RF桿絕緣部分305使RF桿304與頂板301電絕緣。
RF桿304與安裝在頂板301內(nèi)側(cè)的RF電極板306相連,并且利用該RF電極板306能夠在噴頭內(nèi)產(chǎn)生等離子體。此時(shí),為了使RF電極板306電絕緣,將上絕緣部分307安裝在RF電極板306上方,即安裝在RF電極板306和頂板301之間。另外,以這樣一種方式將下絕緣部分308安裝在RF電極板306的底部上,即,利用下絕緣部分308在RF電極板306和設(shè)置在RF電極板306下方的第一噴頭309之間以預(yù)定間隙限定第一緩沖部分310。即,下絕緣部分308使RF電極板306與頂板301的內(nèi)表面絕緣同時(shí)以預(yù)定的間隙與設(shè)置在RF電極板306下方的第一噴頭309隔開。
第一噴頭309安裝在具有由下絕緣部分308所限定的預(yù)定間隙的緩沖部分下方,并且第一噴頭309形成有多個(gè)用于均勻地噴射反應(yīng)氣體的游離基的游離基噴射管311。另外,第一噴頭309通過與頂板301的連接而被接地。
在本發(fā)明所涉及的具有上述結(jié)構(gòu)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,等離子體產(chǎn)生在具有預(yù)定間隙的第一緩沖部分310中,所述預(yù)定間隙是由安裝在頂板301上的RF電極板306、下絕緣部分308和第一噴頭309限定的。
另外,具有預(yù)定高度的底板312安裝在第一噴頭309的底部上,底板312構(gòu)成了腔室300的一部分。第二噴頭313安裝在底板312的下側(cè)。即,第一噴頭309和第二噴頭313是以在垂直方向上相互面對(duì)的方式被設(shè)置的并且具有由底板312在它們之間所限定的預(yù)定間隙。以這種方式設(shè)置的第二噴頭313形成有多個(gè)通孔314和多個(gè)用于均勻地噴射源氣體的源氣體噴射孔315,形成在第一噴頭309中的多個(gè)游離基噴射管311能夠穿過所述多個(gè)通孔314。當(dāng)通過將第一噴頭309的游離基噴射管311安裝到第二噴頭313的通孔314中并且在第一噴頭309和第二噴頭313之間形成預(yù)定間隙而使具有上述結(jié)構(gòu)的第一噴頭309和第二噴頭313被設(shè)置在適當(dāng)位置時(shí),限定了第二緩沖部分316。
另外,至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管317和第一清潔氣體導(dǎo)管318被安裝在頂板301的外側(cè)并使這些導(dǎo)管穿過所述頂板301。利用反應(yīng)氣體導(dǎo)管317和第一清潔氣體導(dǎo)管318將反應(yīng)氣體和清潔氣體供給到第一緩沖部分310。另外,至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管319和第二清潔氣體導(dǎo)管320被安裝在底板312的外側(cè)并使這些導(dǎo)管穿過所述底板312。利用源氣體導(dǎo)管319和第二清潔氣體導(dǎo)管320將源氣體和清潔氣體供給到第二緩沖部分316。
在腔室300內(nèi)的加熱器323支撐晶片或基體322(下面,稱為“基體”)同時(shí)為基體提供預(yù)定的熱量,薄膜實(shí)際形成在所述基體上,腔室300設(shè)置在底板312的下方并且被供給的處理氣體在所述腔室中相互反應(yīng)。另外,用于使頂板301保持恒溫的加熱器321埋設(shè)在頂板301中。即,利用加熱器321能夠使腔室300頂部周圍的溫度保持恒定。
圖3B是表示作為圖3A中所示化學(xué)氣相沉積設(shè)備的一個(gè)重要部分的噴頭的后表面的一個(gè)后視圖。多個(gè)游離基噴射管311的孔325和源氣體噴射孔315是以一種網(wǎng)格的形式設(shè)置在第二噴頭313的后表面上。
下面將對(duì)利用具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備在基體上形成薄膜的方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過安裝在底板312上的源氣體導(dǎo)管319將源氣體導(dǎo)入到第二緩沖部分316中并且通過形成在第二噴頭313中的源氣體噴射孔315噴入源氣體以使源氣體被吸附在基體322上。在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)以這樣的方式噴入源氣體后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過第二清潔氣體導(dǎo)管320導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在第二噴頭313和腔室300中的源氣體進(jìn)行清潔并且通過安裝腔室300一側(cè)上的出口324將它們排出。在以這樣的方式排出殘留的源氣體后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過安裝在頂板301上的反應(yīng)氣體導(dǎo)管317將反應(yīng)氣體供給到第一緩沖部分310并通過形成在第一噴頭309中的游離基噴射管311將反應(yīng)氣體噴射到基體322上以使被噴入的反應(yīng)氣體與吸附在基體322上的源氣體進(jìn)行還原反應(yīng)并在基體322上形成薄膜。此時(shí),通過將電能從RF電源302供給到RF電極板306上以在第一緩沖部分310內(nèi)產(chǎn)生等離子體以及通過安裝在第二噴頭313的通孔314中的游離基噴射管311噴入反應(yīng)氣體的游離基使被噴入的反應(yīng)氣體和吸附在基體322上的源氣體之間的反應(yīng)得到進(jìn)一步激化。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)噴入反應(yīng)氣體的游離基后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過第一清潔氣體導(dǎo)管318導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在第一噴頭309和腔室300中的反應(yīng)氣體進(jìn)行清潔并將它們排出。這樣,本發(fā)明通過分開地導(dǎo)入源氣體和反應(yīng)氣體并重復(fù)包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的過程能夠使具有預(yù)定厚度的薄膜形成在晶片或基體上。
這樣,本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備能夠利用通過游離基噴射管311噴入的反應(yīng)氣體的游離基對(duì)反應(yīng)氣體和吸附在晶片或基體上的源氣體之間的反應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步的激化,從而可保證較快的沉積速率并且在基體上形成具有極好的分層式覆層和薄膜質(zhì)量特性的薄膜。另外,根據(jù)本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,由于將等離子體與噴入源氣體的第二噴頭313分開,因此能夠完全防止即使通過利用清潔氣體進(jìn)行清潔的步驟仍然沒有被完全去除的源氣體在噴頭內(nèi)與反應(yīng)氣體的等離子體進(jìn)行反應(yīng),從而避免顆粒的產(chǎn)生并且破壞分層式覆層。另外,根據(jù)本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,由于等離子體沒有直接暴露在腔室和基體上,因此能夠防止形成在晶片或基體上的基體元件和電路元件由于在等離子體產(chǎn)生過程中可能產(chǎn)生的電弧、離子轟擊和離子注入而受到具體傷害。
第三實(shí)施例圖4是表示本發(fā)明第三實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并使用外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖。
如該圖中所示,本發(fā)明所涉及的這種化學(xué)氣相沉積設(shè)備包括下部設(shè)有出口400的腔室401、其中形成有多個(gè)用于噴射處理氣體的噴射孔405的噴頭406以及用于支撐晶片或基體407(后面稱為“基體”)并同時(shí)用作加熱源的加熱器408,利用通過噴頭406噴入的處理氣體能夠使薄膜沉積在基體407上。
頂板409安裝在腔室401的頂部上并構(gòu)成了腔室401的一部分。外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410與腔室401相連并且在頂板409的外側(cè)相互連通。至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管403和至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管(第二清潔氣體導(dǎo)管)404安裝在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410的一側(cè)上并進(jìn)入到外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410中,從而當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410內(nèi)以后能夠產(chǎn)生等離子體和反應(yīng)氣體的游離基。
在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410中產(chǎn)生的等離子體和游離基通過所形成的并進(jìn)入到頂板409的一部分中的等離子體導(dǎo)管411被引入到利用在頂板409和噴頭406之間間隙所限定的緩沖部分412中。此時(shí),由于在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410中產(chǎn)生的等離子體和游離基當(dāng)與導(dǎo)體碰撞時(shí)會(huì)由于產(chǎn)生重新結(jié)合的現(xiàn)象而停止產(chǎn)生,因此應(yīng)該在等離子體導(dǎo)管411中安裝絕緣部分413以防止等離子體和游離基的停止產(chǎn)生直至它們達(dá)到緩沖部分412。
另外,至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管402和至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管(第一清潔氣體導(dǎo)管)414與在等離子體導(dǎo)管411一側(cè)上的一個(gè)部分相通。另外,用于使頂板409保持恒溫的加熱器415埋設(shè)在頂板409中。利用加熱器415能夠使腔室401頂部周圍的溫度保持恒定。
即,本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備能夠利用包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的方法并通過利用導(dǎo)管和外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備供給處理氣體的方式在晶片或基體上形成具有預(yù)定厚度的薄膜。
下面將對(duì)利用具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備在基體上形成薄膜的方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
首先,在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)通過安裝在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410的側(cè)面上的第二清潔氣體導(dǎo)管404噴頭將清潔氣體導(dǎo)入到由在頂板409內(nèi)的預(yù)定間隙所限定的緩沖部分412和設(shè)置在緩沖部分412下方的噴頭406,從而在噴頭406和腔室401中形成惰性氣體氛圍。接著,在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)通過安裝在等離子體導(dǎo)管411一側(cè)上的一部分處并進(jìn)入到等離子體導(dǎo)管411中的源氣體導(dǎo)管引入源氣體,以使其能夠被吸附在基體407上。然后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過安裝在等離子體導(dǎo)管411一側(cè)上的一部分處并進(jìn)入到等離子體導(dǎo)管411中的第一清潔氣體導(dǎo)管414供給清潔氣體對(duì)殘留在噴頭406和腔室401中的源氣體進(jìn)行清潔,并將它們排出。
接著,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過安裝在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410一側(cè)上的反應(yīng)氣體導(dǎo)管403將反應(yīng)氣體導(dǎo)入到外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410中。同時(shí),在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410中產(chǎn)生等離子體以使反應(yīng)氣體的等離子體通過等離子體導(dǎo)管411被引入到緩沖部分412中,并且通過噴頭406將反應(yīng)氣體的游離基噴射到基體407上。在通過以這樣一種方式在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)噴入反應(yīng)氣體的游離基而使具有預(yù)定厚度的薄膜形成在基體407上后,停止反應(yīng)氣體的導(dǎo)入以及停止在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備410中產(chǎn)生等離子體。然后,利用通過第二清潔氣體導(dǎo)管的清潔氣體對(duì)殘留在噴頭406和腔室401中的反應(yīng)氣體和反應(yīng)中所產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物進(jìn)行清潔并將它們排出。從而,通過重復(fù)這樣的過程能夠在晶片或基體上形成具有預(yù)定厚度的薄膜。
第四實(shí)施例圖5是表示本發(fā)明第四實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并使用外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備以使等離子體被引入到以預(yù)定形式被分隔的噴頭的上部中的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖。
如該圖中所示,在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,頂板501安裝在腔室500的頂部上并構(gòu)成了腔室500的一部分。外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503與腔室500相連并且在頂板501的外側(cè)相互連通。至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管517和第一清潔氣體導(dǎo)管518安裝在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503的一側(cè)上并進(jìn)入到外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備513中,從而當(dāng)?shù)入x子體產(chǎn)生在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503內(nèi)以后能夠產(chǎn)生等離子體和反應(yīng)氣體的游離基。
在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503中產(chǎn)生的等離子體和游離基通過所形成的并進(jìn)入到頂板501的一部分中的等離子體導(dǎo)管504被引入到利用在頂板501和第一噴頭509之間間隙所限定的緩沖部分510中。此時(shí),由于在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503中產(chǎn)生的等離子體和游離基當(dāng)與導(dǎo)體碰撞時(shí)會(huì)由于產(chǎn)生重新結(jié)合的現(xiàn)象而停止產(chǎn)生,因此應(yīng)該在等離子體導(dǎo)管504中安裝絕緣部分505以防止等離子體和游離基的停止產(chǎn)生直至它們達(dá)到緩沖部分510。
第一噴頭509安裝在第一緩沖部分510下方并且形成有多個(gè)用于均勻地噴射反應(yīng)氣體的游離基的游離基噴射管511。
另外,具有預(yù)定高度的底板512安裝在第一噴頭509的底部上,底板512構(gòu)成了腔室500的一部分。第二噴頭513安裝在底板512的下側(cè)。即,第一噴頭509和第二噴頭513是以在垂直方向上相互面對(duì)的方式被設(shè)置的并且具有由底板512在它們之間所限定的預(yù)定間隙。以這種方式設(shè)置的第二噴頭513形成有多個(gè)通孔514和多個(gè)用于均勻地噴射源氣體的源氣體噴射孔515,形成在第一噴頭509中的多個(gè)游離基噴射管511能夠穿過所述多個(gè)通孔514。當(dāng)通過將第一噴頭509的游離基噴射管511安裝到第二噴頭513的通孔514中并且在第一噴頭509和第二噴頭513之間形成預(yù)定間隙而使具有上述結(jié)構(gòu)的第一噴頭509和第二噴頭513被設(shè)置在適當(dāng)位置時(shí),限定了第二緩沖部分516。另外,第二噴頭513通過與底板512的連接而被接地。
另外,至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管519和第二清潔氣體導(dǎo)管520被安裝在底板512的外側(cè)并使這些導(dǎo)管穿過所述底板512。利用源氣體導(dǎo)管519和第二清潔氣體導(dǎo)管520將源氣體和清潔氣體供給到第二緩沖部分516。
在腔室500內(nèi)的加熱器523支撐晶片或基體522(下面,稱為“基體”)同時(shí)為基體提供預(yù)定的熱量,薄膜實(shí)際形成在所述基體上,腔室500設(shè)置在底板512的下方并且被供給的處理氣體在所述腔室中相互反應(yīng)。另外,用于使頂板501保持恒溫的加熱器521埋設(shè)在頂板501中。即,利用加熱器521能夠使腔室500頂部周圍的溫度保持恒定。
下面將對(duì)利用具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備在基體上形成薄膜的方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過安裝在底板512上的源氣體導(dǎo)管519將源氣體導(dǎo)入到第二緩沖部分516中并且通過形成在第二噴頭513中的源氣體噴射孔515噴入源氣體以使源氣體被吸附在基體522上。在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)以這樣的方式噴入源氣體后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過第二清潔氣體導(dǎo)管520導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在第二噴頭513和腔室500中的源氣體進(jìn)行清潔并且通過安裝腔室500一側(cè)上的出口524將它們排出。
接著,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過安裝在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503一側(cè)上的反應(yīng)氣體導(dǎo)管517將反應(yīng)氣體導(dǎo)入到外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503中。同時(shí),在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)在外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備503中產(chǎn)生等離子體以使反應(yīng)氣體的等離子體通過等離子體導(dǎo)管504被引入到第一緩沖部分510中并且通過第一噴頭509將反應(yīng)氣體的游離基噴射到基體522上。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)噴入反應(yīng)氣體的游離基后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過第一清潔氣體導(dǎo)管518導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在第一噴頭509和腔室500中的反應(yīng)氣體進(jìn)行清潔并將它們排出。這樣,本發(fā)明通過分開地導(dǎo)入源氣體和反應(yīng)氣體并重復(fù)包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的過程能夠使具有預(yù)定厚度的薄膜形成在晶片或基體上。
第五實(shí)施例圖6A是表示本發(fā)明第五實(shí)施例所涉及的一種能夠順序地供給處理氣體并且在以預(yù)定間隔分隔的噴頭的下部中產(chǎn)生等離子體的游離基輔助(radical assisted)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的結(jié)構(gòu)元件的一個(gè)示意圖。
如該圖中所示,在本發(fā)明所涉及的這種化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,頂板601安裝在腔室600的頂部上并構(gòu)成了腔室600的一部分,可與外部RF電源602相連的RF電源連接部分603安裝在頂板601的一側(cè)上。RF電源連接部分603與RF桿604相連,并且利用形成在RF桿604周圍的RF桿絕緣部分605使RF桿604與頂板601電絕緣。
RF桿604與安裝在頂板601內(nèi)側(cè)的第一噴頭609相連。此時(shí),為了使第一噴頭609與頂板601電絕緣,以預(yù)定的間隙將上絕緣部分607安裝在第一噴頭609的上方以頂板601的內(nèi)表面緊密接觸。通過以這樣的方式設(shè)置第一噴頭609和上絕緣部分607,限定了具有預(yù)定間隙的第一緩沖部分610。
另外,具有預(yù)定高度的下絕緣部分608安裝在第一噴頭309的底部上,下絕緣部分608構(gòu)成了腔室600的一部分。底板612安裝在下絕緣部分608的外側(cè)。接著,使第二噴頭613被安裝在下絕緣部分608和底板612的下方以使第一噴頭309和第二噴頭313以相互面對(duì)的方式被設(shè)置并且在它們之間具有預(yù)定的間隙。這樣,具有預(yù)定間隙的第二緩沖部分616被第一噴頭609和第二噴頭613限定。此時(shí),第二噴頭613通過與底板612的連接而被接地。
在本發(fā)明所涉及的具有上述結(jié)構(gòu)的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,等離子體產(chǎn)生在具有預(yù)定間隙的第二緩沖部分616中,所述預(yù)定間隙是由第一噴頭609、下絕緣部分608和第二噴頭613限定的。
具有多個(gè)用于均勻地分配被導(dǎo)入的源氣體的噴射孔的中間板606被安裝在第一緩沖部分610中。利用設(shè)置在中間板606下方的支承銷626將中間板606固定在第一噴頭609上。另外,第一噴頭609形成有多個(gè)用于均勻地噴射源氣體的源氣體噴射管611。
第二噴頭613形成有多個(gè)通孔614,形成在第一噴頭609中的源氣體噴射管611能夠穿過所述多個(gè)通孔614。第二噴頭613還形成有多個(gè)用于均勻地噴射在第二緩沖部分616中由等離子體所產(chǎn)生的反應(yīng)氣體的游離基的游離基噴射孔615。當(dāng)通過將第一噴頭609的源氣體噴射管611安裝到第二噴頭613的通孔614中并且在第一噴頭609和第二噴頭613之間形成預(yù)定間隙而使具有上述結(jié)構(gòu)的第一噴頭609和第二噴頭613被設(shè)置在適當(dāng)位置時(shí),限定了第二緩沖部分616。
另外,至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管619和第一清潔氣體導(dǎo)管618被安裝在頂板601的外側(cè)并使這些導(dǎo)管穿過所述頂板601。利用源氣體導(dǎo)管619和第一清潔氣體導(dǎo)管618將反應(yīng)氣體和清潔氣體供給到第一緩沖部分610。另外,至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管617和第二清潔氣體導(dǎo)管620被安裝在頂板601的另一個(gè)外側(cè)并使這些導(dǎo)管穿過所述頂板601。已經(jīng)通過以這樣的方式被安裝的反應(yīng)氣體導(dǎo)管617和第二清潔氣體導(dǎo)管620導(dǎo)入的反應(yīng)氣體和清潔氣體通過形成在第一噴頭609中的圓形反應(yīng)氣體緩沖部分627被分配,接著通過反應(yīng)氣體分配孔628被導(dǎo)向反應(yīng)氣體入口629。已經(jīng)通過反應(yīng)氣體入口629被導(dǎo)入的反應(yīng)氣體和清潔氣體流到第二緩沖部分616中。
在腔室600內(nèi)的加熱器623支撐晶片或基體622(下面,稱為“基體”)同時(shí)為基體提供預(yù)定的熱量,薄膜實(shí)際形成在所述基體上,腔室600設(shè)置在底板612的下方并且被供給的處理氣體在所述腔室中相互反應(yīng)。另外,用于使頂板601保持恒溫的加熱器621埋設(shè)在頂板601中。即,利用加熱器621能夠使腔室600頂部周圍的溫度保持恒定。
圖6B是表示作為圖6A中所示化學(xué)氣相沉積設(shè)備的一個(gè)重要部分的噴頭的后表面的一個(gè)后視圖。多個(gè)源氣體噴射管611的孔625和游離基噴射孔615是以一種網(wǎng)格的形式設(shè)置在第二噴頭613的后表面上。
下面將對(duì)利用具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備在基體上形成薄膜的方法進(jìn)行詳細(xì)的描述。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過安裝在頂板601上的源氣體導(dǎo)管619將源氣體導(dǎo)入到第一緩沖部分610中并且通過形成在第一噴頭609中的源氣體噴射管孔611噴入源氣體以使源氣體被吸附在基體622上。在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)以這樣的方式噴入源氣體后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過第一清潔氣體導(dǎo)管618導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在第一噴頭609和腔室600中的源氣體進(jìn)行清潔并且通過安裝腔室600一側(cè)上的出口624將它們排出。在以這樣的方式排出殘留的源氣體后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)通過安裝在頂板601上的反應(yīng)氣體導(dǎo)管617將反應(yīng)氣體供給到第二緩沖部分616并通過形成在第二噴頭613中的游離基噴射孔615將反應(yīng)氣體噴射到基體622上以使被噴入的反應(yīng)氣體與吸附在基體622上的源氣體進(jìn)行還原反應(yīng)并在基體622上形成薄膜。此時(shí),通過將電能從RF電源602供給到第一噴頭609上以在第二緩沖部分616內(nèi)產(chǎn)生等離子體以及通過安裝在第二噴頭613的游離基噴射孔615噴入反應(yīng)氣體的游離基使被噴入的反應(yīng)氣體和吸附在基體622上的源氣體之間的反應(yīng)得到進(jìn)一步激化。
在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)噴入反應(yīng)氣體的游離基后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用通過第二清潔氣體導(dǎo)管620導(dǎo)入的清潔氣體對(duì)殘留在第二噴頭613和腔室600中的反應(yīng)氣體進(jìn)行清潔并將它們排出。這樣,本發(fā)明通過分開地導(dǎo)入源氣體和反應(yīng)氣體并重復(fù)包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的過程能夠使具有預(yù)定厚度的薄膜形成在晶片或基體上。
下面將對(duì)在具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明第二至第五實(shí)施例所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中順序供給處理氣體和游離基的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖7和圖8是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體的方法的圖表。
如圖7中所示,在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)通過第一和第二噴頭噴入清潔氣體,從而在噴頭和腔室中形成惰性氣體氛圍。接著,在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)噴入源氣體以使其能夠被吸附在晶片或基體上。然后,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)利用清潔氣體對(duì)殘留在噴頭和腔室中的源氣體進(jìn)行清潔并將它們排出,接著,在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)將反應(yīng)氣體導(dǎo)入噴頭中,同時(shí),在噴頭中產(chǎn)生等離子體以使反應(yīng)氣體的游離基被噴射到晶片或基體上。
在在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)噴入反應(yīng)氣體的游離基而使具有預(yù)定厚度的薄膜形成在晶片或基體上后,停止反應(yīng)氣體的噴射以及從RF電源(或外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的電源)供給電能以停止產(chǎn)生等離子體。然后,利用清潔氣體對(duì)殘留在噴頭和腔室中的反應(yīng)氣體和反應(yīng)中所產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物進(jìn)行清潔并將它們排出。從而,通過重復(fù)這樣的過程能夠在晶片或基體上形成具有預(yù)定厚度的薄膜。此時(shí),如圖8中所示,通過連續(xù)地導(dǎo)入第一和第二清潔氣體能夠使清潔源氣體和反應(yīng)氣體所需時(shí)間達(dá)到最少。另外,通過使腔室的壓力的變化達(dá)到最小能夠提高該方法的重復(fù)性。
圖9和圖10是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序供給處理氣體同時(shí)能夠使等離子體保持更穩(wěn)定的狀態(tài)的方法的圖表。
如圖9中所示,盡管在噴頭中產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)是通過從低壓RF電源(或外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的低壓電源)供給的電能來保持的,但是等離子體處于一種能量很低的狀態(tài)下。這樣,等離子體被控制并且由于與游離基噴射孔的內(nèi)壁之間的碰撞所產(chǎn)生的重新結(jié)合現(xiàn)象而會(huì)使等離子體的產(chǎn)生停止,因此游離基會(huì)受到控制而不會(huì)被導(dǎo)入到腔室中。利用這樣一種能夠使等離子體態(tài)保持在噴頭中并且不將游離基導(dǎo)入到腔室中的方式在順序供給反應(yīng)氣體的游離基后能夠保持更穩(wěn)定的等離子體態(tài),同時(shí)不會(huì)影響反應(yīng)過程。另外,如圖10中所示,通過連續(xù)地導(dǎo)入第一和第二清潔氣體能夠使清潔源氣體和反應(yīng)氣體所需時(shí)間達(dá)到最少。另外,通過使腔室的壓力的變化達(dá)到最小能夠提高該方法的重復(fù)性。
圖11是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序地供給處理氣體和反應(yīng)氣體的游離基同時(shí)在供給源氣體和反應(yīng)氣體過程中能夠使腔室保持更穩(wěn)定的壓力的方法的圖表。
如圖11中所示,能夠在源氣體不會(huì)與反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)的低溫處理的過程中通過連續(xù)地導(dǎo)入反應(yīng)氣體使腔室壓力的變化達(dá)到最小。這樣,可進(jìn)一步提高該方法的重復(fù)性。
在確定能夠順序地供給處理氣體的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的沉積速率中的一個(gè)重要特征是源氣體相對(duì)于晶片或基體的吸附比率。為了提高源氣體的吸附比率,甚至在沒有產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下也供給反應(yīng)氣體。這樣,可提高源氣體的吸附比率??赏ㄟ^利用反應(yīng)氣體和吸附在晶片和基體上的源氣體停止供給源氣體和清潔源氣體、產(chǎn)生等離子體以及接著利用反應(yīng)氣體的游離基形成薄膜的方法來提高薄膜的沉積速率。
圖12是表示在本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備中包括噴入和清潔源氣體、噴入反應(yīng)氣體的游離基以及清潔反應(yīng)氣體步驟的順序地供給處理氣體和反應(yīng)氣體的游離基同時(shí)在供給通常不會(huì)在較低的溫度下和等離子體低能態(tài)下被沉積的源氣體和反應(yīng)氣體的過程中能夠使腔室保持更穩(wěn)定的壓力和使等離子體保持更穩(wěn)定的狀態(tài)的方法的圖表。
如圖12中所示,在源氣體不會(huì)在低溫下與反應(yīng)氣體進(jìn)行反應(yīng)的過程中,以及在噴頭中產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)是通過從低壓RF電源(或外部等離子體產(chǎn)生設(shè)備的低壓電源)供給的電能來保持的過程中,連續(xù)地導(dǎo)入反應(yīng)氣體。但是,等離子體處于一種能量很低的狀態(tài)。這樣,等離子體被控制并且由于與游離基噴射孔的內(nèi)壁之間的碰撞所產(chǎn)生的重新結(jié)合現(xiàn)象而會(huì)使等離子體的產(chǎn)生停止。這樣,反應(yīng)氣體的游離基不會(huì)被導(dǎo)入到腔室中。即使在連續(xù)導(dǎo)入反應(yīng)氣體和利用低壓電源在噴頭中產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)下,在順序供給處理氣體后也可更穩(wěn)定地保持腔室壓力和等離子體態(tài)并且不會(huì)影響反應(yīng)過程。
如上面詳細(xì)描述的,本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備可對(duì)低沉積速率進(jìn)行改進(jìn),低沉積速率是能夠順序地供給處理氣體的常規(guī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備的一個(gè)問題,并且能夠防止出現(xiàn)諸如等離子體電弧的產(chǎn)生、離子轟擊、離子注入等問題。另外,它能夠防止導(dǎo)入可能包含在利用化學(xué)氣相沉積方法所沉積的薄膜中的大量微?;螂s質(zhì)(諸如C、H、Cl、Br、I和O)。
另外,根據(jù)本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,它所具有的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,可通過低溫處理來形成高質(zhì)量的薄膜,從而可提高該方法的重復(fù)性。它所具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,可保證極好的分層式覆層的特性以及高的沉積速率,從而能夠提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率。
盡管前面已經(jīng)參照附圖對(duì)本發(fā)明所涉及的化學(xué)氣相沉積設(shè)備的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了描述,但是它們僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明的限定。
另外,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍的基礎(chǔ)上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改進(jìn)和變型是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)氣相沉積設(shè)備,該設(shè)備包括下部設(shè)有出口的腔室;分別用于將處理氣體供給到所述腔室中的源氣體導(dǎo)管、反應(yīng)氣體導(dǎo)管和清潔氣體導(dǎo)管;加熱器,所述加熱器設(shè)置在腔室中,用于支撐基體并用作預(yù)定的加熱源,薄膜沉積于所述基體上;噴頭,所述噴頭設(shè)置在所述加熱器上方,所述噴頭具有多個(gè)噴射孔,用于均勻地噴射通過導(dǎo)管所供給的處理氣體;所述設(shè)備的特征在于可與外部RF電源相連的RF電源連接部分其安裝在所述腔室的上部;所述噴頭在垂直方向被分為第一噴頭和第二噴頭;用于將所述第一噴頭和所述腔室的內(nèi)表面分開的上絕緣部分安裝在腔室的內(nèi)上表面上;在所述上絕緣部分和所述第一噴頭之間形成有第一緩沖部分;在所述第一噴頭和第二噴頭之間的間隔形成了第二緩沖部分;利用RF桿將RF電源連接部分與所述第一噴頭的上表面連接在一起,以使電能可從外部RF電源供給到所述第一噴頭;以及下絕緣部分,該下絕緣部分設(shè)置在所述腔室的內(nèi)側(cè)上,用于將所述第一噴頭與所述第二噴頭和所述腔室的內(nèi)側(cè)隔開;其中,反應(yīng)氣體供給到第二緩沖部分,利用由RF電源供給到第一噴頭上的電能使等離子體產(chǎn)生在第二緩沖部分中,并通過第二噴頭將游離基噴射到基體上;以及其中源氣體被供給到第一緩沖部分并接著通過第二噴頭被噴射到基體上,而不與第二緩沖部分接觸;其中所述第二噴頭與所述腔室連接,從而被接地。
2.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,其特征在于,所述第一噴頭具有多個(gè)用于均勻地噴射源氣體的噴射管,以及所述第二噴頭具有多個(gè)通孔和多個(gè)用于均勻地噴射游離基的噴射孔,多個(gè)噴射管穿過所述通孔;所述第一噴頭的噴射管安裝在所述第二噴頭的通孔中。
3.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,其特征在于,至少一個(gè)源氣體導(dǎo)管和至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管安裝在所述第一緩沖部分的一側(cè)并且與所述第一緩沖部分相互連通,至少一個(gè)反應(yīng)氣體導(dǎo)管和至少一個(gè)清潔氣體導(dǎo)管安裝在所述第二緩沖部分的一側(cè)并且與第二緩沖部分相互連通。
4.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,其特征在于,所述第一緩沖部分設(shè)有一個(gè)板,所述板具有多個(gè)用于均勻地分配被導(dǎo)入的源氣體的噴射孔。
5.如權(quán)利要求2所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,其特征在于,所述導(dǎo)管噴射管和噴射孔是以網(wǎng)格的形式設(shè)置的。
6.如權(quán)利要求1所述的化學(xué)氣相沉積設(shè)備,其特征在于,用于使所述腔室的頂部保持恒溫的一加熱器被安裝在所述腔室的頂部上。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)氣相沉積設(shè)備。在該化學(xué)氣相沉積設(shè)備中,可與外部RF電源(302)相連的RF電源連接部分(303)安裝在腔室(300)的上部;RF電極板(306)安裝在所述腔室內(nèi),所述RF電極板以預(yù)定的間隔與所述腔室的內(nèi)上表面隔開并且以預(yù)定的間隔與設(shè)置在所述RF電極板下方的噴頭(309)隔開;利用由外部RF電源供給到RF電極板上的電能使等離子體產(chǎn)生在由RF電極板和噴頭的上表面之間的間隙所限定的第一緩沖部分(310)中;噴頭在垂直方向上被分成兩個(gè)部分并且所述兩個(gè)部分之間的間隔限定了第二緩沖部分(316);反應(yīng)氣體被供給到產(chǎn)生有等離子體的第一緩沖部分;以及源氣體被供給到第二緩沖部分。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1847450SQ20061007452
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2002年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月19日
發(fā)明者金宰湖, 樸相俊 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Ips