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TW202314018A - 用於形成包含氧化銦鎵鋅的層之反應器系統及方法 - Google Patents

用於形成包含氧化銦鎵鋅的層之反應器系統及方法 Download PDF

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TW202314018A
TW202314018A TW111121914A TW111121914A TW202314018A TW 202314018 A TW202314018 A TW 202314018A TW 111121914 A TW111121914 A TW 111121914A TW 111121914 A TW111121914 A TW 111121914A TW 202314018 A TW202314018 A TW 202314018A
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保羅 瑪
艾瑞克 希羅
陶德 鄧恩
喬納森 巴克
傑瑞德 威克勒
王星野
任成 劉
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荷蘭商Ａｓｍ Ｉｐ私人控股有限公司
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Abstract

所揭示者係用於形成一包含氧化銦鎵鋅的層之反應器系統及方法。包含氧化銦鎵鋅的此層可使用一製程模組的一或多個反應室來形成。

Description

用於形成包含氧化銦鎵鋅的層之反應器系統及方法
本揭露大致上係關於氣相反應器及系統。更具體而言，本揭露係關於包括複數個反應室之反應器系統及關於使用此等反應器系統之方法。
諸如化學氣相沉積（chemical vapor deposition，CVD）、電漿增強化學氣相沉積 （plasma-enhanced CVD，PECVD）、原子層沉積（atomic layer deposition，ALD）、電漿增強原子層沉積（plasma-enhanced ALD，PEALD）、原子層蝕刻（atomic layer etch，ALE）、及類似者的氣相製程通常用於將材料沉積至基板表面上、自基板表面蝕刻材料、及/或清潔或處理基板表面。例如，氣相製程可用以沉積或蝕刻基板上的層，以形成半導體裝置（semiconductor devices）、平板顯示裝置（flat panel display devices）、光伏打裝置（photovoltaic devices）、微機電系統（microelectromechanical systems，MEMS）、及其他電子裝置。
典型地，使用多個氣相製程來形成此類裝置。通常，各製程在其自有之反應器系統或模組中實行，且轉移至另一反應器系統或模組用於後續處理。將反應器系統或模組專用於各製程係符合期望的，以防止或減輕所使用反應物或形成於反應器內之產物的交叉污染。然而，使用專用反應器系統或模組需要大量的資本成本，並增加與製作裝置相關聯的操作成本。此外，在不同反應器系統及模組中處理基板通常要求真空及/或空氣隔斷（air break），以自一個反應器系統或模組移除基板並將此基板放置於另一反應器系統或模組中。
近來，對沉積包括氧化銦鎵鋅的層之興趣有所增長。氧化銦鎵鋅之層可用於形成各種裝置，包括例如使用非晶氧化銦鎵鋅所形成之顯示器中的薄膜電晶體。通常，藉由自氧化銦鎵鋅之目標濺鍍材料來沉積氧化銦鎵鋅。儘管此類技術對於一些應用運作良好，但對於以更受控及/或更保形（conformal）方式沉積氧化銦鎵鋅有普遍期望。此外，對使用具有經改善性質之非晶或結晶氧化銦鎵鋅開發其他裝置（諸如其他電晶體及記憶體裝置）的興趣有所增長。據此，想要的者係適用於沉積氧化銦鎵鋅之經改善的反應器系統及方法。
任何相關技術中所有關於的問題及解決方案的討論，僅為提供本揭露之背景脈絡而包括於本揭露中，且不應被視為承認任何或全部的討論在本揭露作成時為已知。
本揭露之各種實施例係關於反應器系統，並關於使用此等反應器系統之方法。雖然本揭露的反應器系統及方法應對先前反應器系統及方法的缺陷之方式更詳細描述於下文，大致上，依據本揭露的例示性反應器系統及方法包括一或多個製程模組，其中此等製程模組中之一或多者包括複數個反應室。如下文更詳細地提出，一模組內之兩個或更多個反應室可用以沉積氧化銦、氧化鎵、氧化鋅、或類似者中之一或多者。此模組內及/或另一模組內的其他反應室可用於在沉積一包含氧化銦鎵鋅的層之前處理一基板之一表面及/或用於處理所沉積的包含氧化銦鎵鋅的此層。
依據本揭露之例示性實施例，一種反應器系統包括：複數個製程模組，其中至少一製程模組包含一第一反應室、一第二反應室、及一第三反應室；一基板搬運室，其用於提供一基板至此複數個製程模組中之兩者或更多者；及一控制器。依據此等實施例的實例，此第一反應室配置以在此基板之一表面上沉積一包含InO的層，此第二反應室配置以在此基板之一表面上沉積一包含ZnO的層，此第三反應室配置以在此基板之一表面上沉積一包含GaO的層，且此第一反應室、此第二反應室、及此第三反應室用於形成一包含氧化銦鎵鋅的層。依據本揭露的進一步實例，此反應器系統包括一第四反應室，此第四反應室配置以進行在此基板之此表面上之一預沉積處理以及對包含氧化銦鎵鋅的此層之一沉積後處理中之一或多者。此預沉積處理可包括一遠端電漿製程及一直接電漿製程中之一或多者。類似地，此沉積後處理可包括一遠端電漿製程及一直接電漿製程中之一或多者。額外地或替代地，此第一反應室、此第二反應室、此第三反應室、及此第四反應室中之一或多者可進一步配置以進行在此基板之此表面上的一預沉積處理以及對包含氧化銦鎵鋅的此層之一沉積後處理中之一或多者。除非另外註明，否則此第一反應室、第二反應室、第三反應室及第四反應室可依任何順序使用。
依據本揭露之額外實施例，提供一種形成一包含氧化銦鎵鋅的層之方法。一例示性方法包括以下步驟：提供一製程模組，其包含一第一反應室、一第二反應室、及一第三反應室；在此第一反應室內於一基板之一表面上形成一包含InO的層；在此第二反應室內於一基板之一表面上形成一包含GaO的層；及在此第三反應室內於一基板之一表面上形成一包含ZnO的層。除非另外註明，否則本文中所描述之步驟可依任何合適順序進行。包含InO的此層、包含GaO的此層、及包含ZnO的此層形成一包含氧化銦鎵鋅的層。依據此等實施例的態樣，此方法可包括在一第四反應室內形成一額外金屬氧化物的一步驟。依據進一步態樣，此方法可包括在一第四反應室內進行在此基板之此表面上的一預沉積處理及對包含氧化銦鎵鋅的此層之一沉積後處理中之一或多者的一步驟。此沉積後處理可包括使包含氧化銦鎵鋅的此層暴露至諸如臭氧之經活化物種。在臭氧的情況下，用於形成此臭氧之含氮氣體的一量可在使此層暴露之此步驟期間變化。額外地或替代地，一低頻電漿製程與一遠端電漿製程的一組合可用於在一沉積後處理步驟期間處理一表面。此預沉積處理可包括使此基板暴露至一還原氣體，其可用於形成受激發物種。
依據本揭露之又進一步實例，提供另一種方法。此方法包括：提供一製程模組，其包含複數個反應室；提供兩個或更多個金屬前驅物至一第一製程模組內的一第一反應室，其中此等金屬前驅物選自由以下所組成之群組：一銦前驅物、一鎵前驅物、一鋅前驅物、及一鋁前驅物；及提供一氧化劑至此第一反應室以形成包含In、Ga、Zn、及Al中之至少兩者的一氧化物。此方法可更包括使用劑量控制以提供一或多個前驅物至一反應室之一步驟。
依據本揭露之又額外實例，提供一種形成一包含氧化銦鎵鋅的層之方法。此方法包括：藉由提供一銦反應物及一第一氧化劑至一反應室而形成一氧化銦層；藉由提供一鎵反應物及一第二氧化劑而形成一氧化鎵層；及藉由提供一鋅反應物及一第三氧化劑而形成一氧化鋅層，其中此第一氧化劑、此第二氧化劑、及此第三氧化劑中之至少兩者不同。依據此等實施例之進一步實例，形成一氧化銦層、形成一氧化鎵層、及形成一氧化鋅層之此等步驟中之至少兩者係在一製程模組之不同反應室內進行。
所屬技術領域中具有通常知識者從下列參考附圖之某些實施例的詳細描述將明白此等及其他實施例。本揭露不限制於所揭示任何具體實施例。進一步言，前述發明內容及下列實施方式兩者僅係例示性及解釋性，且不限制本揭露或所主張發明。
下文所提供之例示性實施例的描述僅係例示性且僅係意欲用於闡釋之目的；下列描述並非意欲限制本揭露或申請專利範圍之範疇。此外，將具有所陳述特徵之多個實施例列舉不意欲排除具有額外特徵之其他實施例或納入所陳述特徵之不同組合的其他實施例。
如下文更詳細地提出，本揭露之各種實施例係關於用於形成包含氧化銦鎵鋅的層之反應器系統及方法。例示性方法及系統允許在所沉積層之內以及橫跨沉積在多個基板上的層兩者均精確控制包含氧化銦鎵鋅的層之組成及厚度。如下文中進一步提出，例示性系統及方法亦可包括預沉積處理及/或沉積後處理用具或步驟。
在本揭露中，「氣體（gas）」可包括在常溫及常壓（normal temperature and pressure，NTP）為氣體、汽化固體、及/或汽化液體的材料，並可取決於上下文由單一氣體或氣體混合物構成。除了製程氣體以外的氣體（亦即，未穿行通過氣體分配總成、其他氣體分配裝置或類似者而引入的氣體）可用於例如密封反應空間，且可包括諸如稀有氣體的密封氣體。取決於上下文，氣體可包括單一氣體或氣體混合物。
用語「前驅物（precursor）」可指參與生產另一化合物的化學反應之化合物。用語「反應物（reactant）」及用語前驅物（precursor）係可互換地使用。用語「惰性氣體（inert gas）」可指不參加化學反應及/或不會在可察覺的程度（appreciable extent）上變為層之一部分的氣體。例示性惰性氣體包括氦及氬及其任何組合。在一些情況下，分子氮及/或氫可以是惰性氣體。載體氣體可以是或可包括惰性氣體。
如本文中所使用，用語「基板（substrate）」可指可用以形成或在其上可形成裝置、電路、或膜之任何下伏材料。基板可包括塊材（諸如矽（例如單晶矽））、其他IV族材料（諸如鍺）、或化合物半導體材料（諸如GaAs），並可包括上覆（overlying）或下伏（underlying）於塊材的一或多層。進一步言，基板可包括各種拓樸（topologies），諸如形成在基板之一層的至少一部分之內或之上的凹部、線、及類似者。
用語「循環沉積製程（cyclic deposition process/cyclical deposition process）」可指多個前驅物（及/或反應物）循序引入至反應室中以在基板上方沉積一層，並包括處理技術，諸如原子層沉積（ALD）、循環化學氣相沉積（ cyclical CVD）、及包括一原子層沉積成分及一循環化學氣相沉積成分之混合式循環沉積製程。製程可在引入前驅物/反應物之間包含一吹掃步驟。
用語「原子層沉積（atomic layer deposition）」可指氣相沉積製程，其中沉積循環（典型係複數個接續的沉積循環）係在製程室中實施。當用前驅物/反應性氣體及吹掃（例如惰性載體）氣體的交替脈衝進行時，如本文中所使用的用語「原子層沉積（atomic layer deposition）」亦意謂包括由相關用語所指定的製程，諸如化學氣相原子層沉積。
如本文中所使用，用語「電漿增強原子層沉積（plasma enhanced atomic layer deposition, PEALD）」可指一原子層沉積製程，其中一或多個前驅物、反應物、及/或其他氣體暴露至電漿，以形成受激發物種。
如本文中所使用，包含InO的層可包括氧化銦及可選的額外元素。在一些情況下，InO層可基本上由InO所組成（例如，含有少於5原子百分比（at%）的其他材料）。包含InO的層可以是非晶的或結晶的，且可以是或可非係化學計量。
如本文中所使用，包含GaO的層可包括氧化鎵及可選的額外元素。在一些情況下，GaO層可基本上由GaO所組成（例如，含有少於5原子百分比的其他材料）。包含GaO的層可以是非晶的或結晶的，且可以是或可非係化學計量。
如本文中所使用，包含ZnO的層可包括氧化鋅及可選的額外元素。在一些情況下，ZnO層可基本上由ZnO所組成（例如，含有少於5原子百分比的其他材料）。包含ZnO的層可以是非晶的或結晶的，且可以是或可非係化學計量。
如本文中所使用，包含AlO的層可包括氧化鋁及可選的額外元素。在一些情況下，AlO層可基本上由AlO所組成（例如，含有少於5原子百分比的其他材料）。包含AlO的層可以是非晶的或結晶的，且可以是或可非係化學計量。
一包含氧化銦鎵鋅的層可包括銦、鎵、鋅、氧、及可選的其他元素，諸如鋁、錫、鍺、或鈦。在一些情況下，包含銦、鎵、鋅、氧的層可基本上由銦、鎵、鋅、及氧所組成（例如，含有少於5原子百分比的其他材料）。包含銦、鎵、鋅、及氧的此層可以是非晶的或結晶的，且可以是或可非係化學計量。
進一步言，在本揭露中，變量的任兩個數目可構成此變量的可工作範圍，且所指示的任何範圍可包括或排除端點。額外地，所指示的變量之任何數值（不管此等數值是否以「約」來指示）可指精確值或近似值，並包括等效值，且可指平均值、中間值、代表值、多數值或類似者。進一步言，在本揭露中，於一些實施例中，用語「包括（including）」、「由…構成（constituted by）」、及「具有（having）」可獨立地指「典型或廣泛地包含（typically or broadly comprising）」、「包含（comprising）」、「基本上由…所組成（consisting essentially of）」或「由…所組成（consisting of）」。在本揭露中，於一些實施例中，任何已定義之意義不必然排除尋常及慣例意義。
現轉向圖式，第1圖繪示依據本揭露之實例的例示性反應器系統100。反應器系統100包括複數個製程模組102至108、基板搬運室110、控制器112、負載鎖定室114、及設備前端模組116。
在所繪示實例中，各製程模組102至108包括四個反應室RC1至RC4。除非另外註明，RC1至RC4可依任何合適順序。進一步言，依據本揭露的實例之製程模組可包括任何合適數目之反應室。進一步言，反應系統內之各種製程模組可配置為相同或不同。
依據本揭露之實例，至少一製程模組包含第一反應室RC1、第二反應室RC2、第三反應室RC3、及可選地第四反應室RC4。依據進一步實例，製程模組102至108中之兩者或更多者（例如，2個、3個、或4個）包括第一反應室RC1、第二反應室RC2、第三反應室RC3、及可選地第四反應室RC4。
依據本揭露之實例，至少一製程模組102至108包含配置以在基板之表面上沉積包含InO的層之第一反應室RC1、配置以在基板之表面上沉積包含ZnO的層之第二反應室RC2、及配置以在基板之表面上沉積包含GaO的層之第三反應室RC3。因此，可使用第一反應室RC1、第二反應室RC2、及第三反應室RC3來在單一製程模組中形成包含氧化銦鎵鋅之層。在一些情況下，兩個或多個（例如，2個、3個、或4個）製程模組經類似地配置。替代地，製程模組內之兩個或更多個（例如，所有）反應室可進行相同反應（例如，相同氧化物之沉積、預沉積處理、及/或沉積後處理）。依據又進一步實例，相同反應室可進行預沉積處理及沉積後處理製程兩者。額外地或替代地，用於沉積層之一或多個反應室RC1至RC4亦可用於預沉積處理及/或沉積後處理。下文連同第3圖更詳細地討論例示性反應室。
基板搬運室110耦接至各製程模組102至108。舉實例而言，基板搬運室110可經由閘閥118至132耦接至各製程模組102至108。依據本揭露之實例，製程模組102至108可耦接至基板搬運室110並與此基板搬運室解除耦接。
基板搬運室110可用於在負載鎖定室114與一或多個製程模組102至108之間及/或製程模組102至108之間移動基板。基板搬運室110可包括後端機械臂134。後端機械臂134可從負載鎖定室114（例如，其中的基台140、142）及從在反應室中之任何者內的基座中之任一者傳輸基板。後端機械臂134可以是或可包括例如多接點機械臂。舉實例而言，後端機械臂134可使用靜電或真空力來擷取（retrieve）並移動待傳輸基板。後端機械臂134可以是例如端效器（end effector）。
控制器112可配置以進行如本文中所描述的一或多個步驟或功能。控制器112包括電子電路系統及軟體，以選擇性操作閥、歧管、加熱器、泵、及其他包括在反應器系統100中的組件。此類電路系統及組件操作以提供氣體、調節溫度、及類似者，以提供反應器系統100之合宜操作。控制器112可包括進行某些任務之模組，諸如軟體或硬體組件。模組可配置以駐存（reside）在控制系統的可定址儲存媒體（addressable storage medium）上，且可配置以執行一或多個製程，諸如本文中所描述的方法。
負載鎖定室114經由例如閘閥136、138連接至基板搬運室110，且經連接至設備前端模組116。負載鎖定室114可包括一或多個（例如兩個）基台140、142，用於在設備前端模組116與基板搬運室110之間預備基板。
設備前端模組116經由開口144耦接至負載鎖定室114。前端模組116可合適地包括一或多個負載埠146。可提供負載埠146以容納基板載具，諸如前開式通用晶匣（front opening unified pod，FOUP） 148。於設備前端模組116中提供之機械臂150可在前開式通用晶匣148與在負載鎖定室114內的基台140、142之間傳輸一或多個（例如，一次兩個）基板。
第2圖更詳細地繪示例示性製程模組102之俯視剖視圖。在所繪示實例中，製程模組102包括第一反應室RC1、第二反應室RC2、第三反應室RC3、及第四反應室RC4。第一反應室RC1及第二反應室RC2可位於較第三反應室RC3及第四反應室RC4更靠近基板搬運室110的位置處。一或多個反應室RC1至RC4可使用氣體幕（gas curtain，GC）及一或多個實體障壁中之一或多者來彼此分開，此一或多個實體障壁具有允許基板通過其的區域或開口（其可以是可密封的）。額外地或替代地，可配置產物及製程氣體流動，使得想要的反應在各反應室內且實質上僅在各反應室內發生。依據本揭露之實例，基板搬運室110可直接或經由閘閥（例如，閘閥118、120）與RC1及RC2連通。
在所繪示實例中，製程模組102包括轉移臂202，以在製程模組102內之反應室RC1至RC4之間移動基板。轉移臂202可包括用於各反應室的第一到第n臂。例如，轉移臂202可包括第一臂202a、第二臂202b、第三臂202c、第四臂202d、及軸202e。第一臂202a、第二臂202b、第三臂202c、及第四臂202d係由202e支撐，且藉由軸202e的旋轉而旋轉。根據軸202e之旋轉狀態，臂202a至202d係位於反應室之間或在特定反應室內。轉移臂202可用於將基板提供至反應室內之基座上，且取出基座上之基板。轉移臂202可充當旋轉臂，用於將在第一至第四反應室RC1至RC4中之一者中的基板移動至另一反應室中。此一旋轉臂例如以360/反應室之數目所計算出的角度逆時針旋轉。製程模組104至108可配置以具有與製程模組102相同或類似的配置，如第2圖中所繪示。
依據本揭露之進一步實例，如第2圖中所繪示，後端機械臂134可將基板204、206轉移至RC1及RC2/自RC1及RC2轉移。一或多個感測器208至214可提供在基板搬運室110與製程模組102之間的區塊中。例如，兩個感測器208、210可提供於第一反應室RC1之前方，且兩個感測器212、214可提供於第二反應室RC2之前方。一或多個感測器208至214可包括彼此重疊（例如，在垂直方向上）的發光元件及光感測元件。發光元件可在正或負方向上發射（例如，雷射）光，而光感測元件偵測（例如，雷射）光。可基於光接收元件對光的接收或非接收來偵測發光元件與光感測元件之間基板之存在或不存在。例如，光接收元件可在其感測到閾值光量時輸出高位準訊號，並在其未接收到光或接收到低於閾值位準光量時輸出低位準訊號。光感測元件可提供對應於基板之通過情況的波形輸出。
製程模組102亦可包括自動基板感測單元，用於在藉由後端機械臂134將基板自基板搬運室110轉移至第一反應室RC1或第二反應室RC2時，判定基板是否已通過預定位置。自動晶圓感測單元可包括例如前述感測器208至214及連接至感測器208至214之轉移模組控制器（transfer module controller，TMC） 216。轉移模組控制器216可位於例如基板搬運室110之下。T轉移模組控制器216可將一或多個感測器208至214之偵測結果與預定波形作比較，以判定基板是否已通過預定位置。以此方式，當基板以從基板搬運室110至第一反應室RC1或第二反應室RC2之方向被轉移或當基板以相反方向轉移時，藉由自動晶圓感測單元進行不正常轉移的偵測係可行的。不正常轉移可以是由基板相對於後端機械臂134之錯位（misalignment）、基板之破裂、或類似者所造成。根據一實例，當偵測到不正常轉移時，以轉移模組控制器216實現用於糾正轉移目的地的糾正功能（correction function）是可行的。
適用於製程模組102至108及例示性系統的例示性製程模組之更詳細描述提供於2020年9月15日發證並以Kazuhiro Nishiwaki為名的美國專利第10,777,445號；在2019年6月25日發證並以Taku Omori為名的美國專利第10,332,767號；以及於2021年2月6日申請的標題為REACTOR SYSTEM WITH MULTI-DIRECTIONAL REACTION CHAMBER的美國申請案第17/169,440號，其等之內容以參照方式全文併入本文中。
一或多個前驅物源及一或多個氧化劑源可耦接至各反應室RC1至RC4。在所繪示實例中，第一前驅物源（例如，包含銦前驅物）218及第一氧化劑源220係流體耦接至RC1；第二前驅物源（例如，包含鋅前驅物）222及第二氧化劑源224係流體耦接至RC2；第三前驅物源（例如，包含鎵前驅物）226及第三氧化劑源228係流體耦接至RC3；及第四前驅物源（例如，包含鋁或其他金屬前驅物）228及第四氧化劑源230係流體耦接至RC4。在一些情況下，RC4可不包括前驅物源。在此類情況下，RC4可用於如本文中所描述之預沉積處理及/或沉積後處理，且反應物源230可包含如本文中所描述之用於處理（例如，形成電漿）之氣體。
現轉向第3圖，繪示適於用作一或多個反應室RC1至RC4之例示性反應室300。反應室300經繪示為電漿增強原子層沉積反應器。然而，反應室300可替代地配置為熱或氣相反應器。本文中所描述之各種反應室可用於化學氣相沉積、循環沉積（例如原子層沉積），其可由熱（亦即，未形成電漿或活性物種）、或電漿、或活性物種輔助。
如第3圖所繪示，藉由在反應室300之內部11（反應區）中提供可配置為平行並面向彼此的一對導電平板電極2、4、將來自功率源25的射頻（RF）功率（例如，13.56百萬赫茲（MHz）或27百萬赫茲）施加至一側、以及將另一側12電性接地，則在電極2、4之間可生成電漿。溫度調節器可提供在下部台2中，亦即下部電極。基板1可放置於其上，且基板溫度可控制在想要的溫度。上部電極4可充當氣體分配裝置（諸如噴淋板），還有各種氣體（諸如電漿氣體、反應物氣體、及/或稀釋氣體（若有）還有前驅物氣體）可通過氣體管線21及氣體管線22以及通過噴淋板4而引入至反應室300中。例如，前驅物或氣體混合物（例如，包含兩個或更多個前驅物）可經由管線22提供至氣體注入埠26，且來自反應物源27之反應物（例如，氧化劑）可經由管線21提供至氣體注入埠26。在一些情況下，可使用遠端電漿單元304以提供活性物種至反應區11。
在反應室300中，可提供具有排氣管線17之管道13，可通過其將反應室300之內部11中的氣體排氣。氣體密封管線24可用於將密封氣體引入至反應室300之内部11中，其中提供分隔板14。此圖式中省略一開口，諸如基板通過其可被轉移至反應室300中的閘閥。吹掃區域16可亦設有排氣管線6。在所繪示實例中，反應室300包括外殼302以將反應室與環境及/或另一反應室隔離。額外地或替代地，如上文所註明，氣體幕可用以促成一個反應室與一或多個其他反應室之隔離。
如上文所註明，依據本揭露之各種實施例，製程模組（諸如製程模組102）可配置，使得第一反應室配置以在基板之表面上沉積一包含InO的層，第二反應室配置以在基板之表面上沉積一包含ZnO的層，及第三反應室配置以在基板之表面上沉積一包含GaO的層，其中第一反應室、第二反應室、及第三反應室用於形成一包含氧化銦鎵鋅的層。如第1圖及第2圖所繪示，製程模組可額外地包括第四反應室。第四反應室可配置以進行在基板表面上的預沉積處理、對包含氧化銦鎵鋅的層之沉積後處理、或另一層（諸如另一金屬（例如Al）氧化物）之沉積中之一或多者。
包含InO、ZnO、及/或GaO的層可使用熱或電漿輔助製程而形成。熱或電漿製程可包括提供金屬前驅物（例如，In、Zn、及Ga中之一或多者）前驅物及氧化劑至反應（例如，相異的）反應室。
適於依據本揭露之實例的用途之銦前驅物包括以下中之至少一者：TEI；TMI；3-（二甲基胺基）丙基]二甲基-銦（3-(dimethylamino)propyl]dimethyl-indium，DADI）；環戊二烯基銦（I）（cyclopentadienylindium（I））；In(acac) 3；In(dmamp) 2(OiPr)；In(dmamp) 3；In(dpguan) 3；In(EtCp)；InCp；In(iPrAMD) 3；In(iPrFMD) 3；In(N(SiMe 3) 2)Et 2；In(PrNMe 2)Me 2；In(thd) 3；InCl 3；InMe 2(edpa)；InMe 3(MeO(CH 2) 2NHtBu)；InMe 3；或InEt 3。適於依據本揭露之實例的用途之鋅前驅物包括以下中之至少一者：DEZ、DMZ；[EtZn(damp)] 2；Zn(DMP) 2；Zn(eeki) 2；Zn(OAc) 2；ZnCl 2；ZnEt 2；ZnMe 2；或ZnMe(OiPr)。適於依據本揭露之實例的用途之鎵前驅物包括以下中之至少一者：TDMAGa；TMGa；TEGa；GaCl 3；GaEt 2Cl；(GaMe 2NH 2) 3；Ga(acac) 3；Ga(CpMe 5)；Ga(thd)；Ga 2(NMe 2) 6；GaMe 2(OiPr)；GaMe 2NH 2；或GaMe 3(CH 3OCH 2CH 2NHtBu)。例如，例示性氧化劑包括水、臭氧、醇、過氧化物、H 2O 2、氧電漿、氫電漿、或原位-OH自由基。依據本揭露的實例，可基於例如想要的厚度/沉積循環來選擇氧化劑。因此，包含氧化銦鎵鋅的層之組成可藉由用以沉積一或多個氧化物之氧化劑的挑選來操縱。依據本揭露之實例，將至少兩個不同的氧化劑提供至製程模組內反應室中之一或多者，使得與銦前驅物反應以形成氧化銦之第一氧化劑、與鋅前驅物反應以形成氧化鋅的第二氧化劑、及與鎵前驅物反應以形成氧化鎵之第三氧化劑中之至少兩者不同。在其他情況下，第一氧化劑、第二氧化劑、及/或第三氧化劑可以是相同的氧化劑。額外地或替代地，可在沉積循環期間使用諸如烷基醇（例如，甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、醇、第三丁醇、或類似者）、羧酸、酮、醛、及/或β-二酮（beta-diketone）的抑制劑，以獲得一或多個氧化物的想要的厚度/循環。額外地或替代地，可控制反應室或基座溫度，以獲得各種氧化物層之想要的沉積速率/循環及/或組成。
依據一些實例，尤其針對熱沉積製程（thermal deposition process）（例如，使用臭氧作為反應物），沉積層之步驟的順序可依以下順序：GaO、ZnO和InO。此沉積順序在上覆特徵（諸如具有下文所註明的深寬比的特徵）之氧化銦鎵鋅的階梯覆蓋率（step coverage）方面顯示了顯著改善。例如，與GaO、InO、及ZnO之沉積順序相比較，使用GaO、ZnO、及InO之沉積順序觀測到熱沉積氧化銦鎵鋅之階梯覆蓋率從約80 %至約95%之改善。除了改善階梯覆蓋率以外，GAO、ZnO、及InO之沉積順序被認為改善了在特徵內形成之氧化銦鎵鋅層的組成均勻性。特徵（例如，溝槽）之例示性深寬比係大於10、20、25、30或50；深寬比可額外地或替代地係少於200、或少於100、或少於75、或少於50。
依據本揭露之進一步實例，製程模組102至108內之反應室（例如，RC4）配置以進行預沉積處理。此預沉積處理可包括一遠端電漿製程及一直接電漿製程中之一或多者。在此等情況下，電漿可使用諸如H 2、O 2、形成氣體（N 2及H 2）、臭氧、UV技術氣體、NH、肼（hydrazine）、肼衍生物（hydrazine derivatives）的氣體來形成。額外地或替代地，反應室（例如RC4）可配置以進行沉積後處理。沉積後處理包含遠端電漿製程及直接電漿製程中之一或多者。在此等情況下，電漿可使用諸如退火氣體、電漿增密氣體、氧化或還原氣體、或氮化氣體的氣體來形成。額外地或替代地，如上文所註明，製程模組102至108之第一反應室RC1、第二反應室RC2、及第三反應室RC3中之一或多者可進一步配置，以進行在基板表面上的預沉積處理及對包含氧化銦鎵鋅的層之沉積後處理中之一或多者，例如使用如上文所描述之技術。
依據本揭露之進一步實例，至少一製程模組102至108包含第四反應室RC4，此第四反應室配置以沉積一包含另一金屬或金屬氧化物的層，諸如氧化鋁、氧化錫、或氧化鈦。
依據本揭露之進一步實例，在製程模組內之各反應室RC1至RC4（例如，各模組內之基座）可獨立地控制，例如，使用控制器112。例如，第一反應室內之溫度可介於100°C與400°C之間，第二反應室內的溫度可介於75°C與450°C之間，且第三反應室內的溫度可介於50°C與500°C之間。藉由控制溫度，可控制各反應室內的每循環生長速率。
依據本揭露之額外實例，提供一種形成一包含氧化銦鎵鋅的層之方法。例示性方法包括：提供一製程模組（例如製程模組102）；在製程模組之第一反應室內於基板之表面上形成包含InO的層；在製程模組之第二反應室內於基板之表面上形成包含GaO的層；並在製程模組之第三反應室內於基板之表面上形成包含ZnO的層。包含InO的此層、包含GaO的此層、及包含ZnO的此層可形成一包含氧化銦鎵鋅的層。例示性方法可更包括在製程模組的第四反應室內形成額外金屬氧化物的步驟。額外金屬氧化物可包括例如氧化鋁、氧化錫、或氧化鈦中之一或多者。在一些情況下，形成層之步驟的順序可如上文所註明，亦即GaO、ZnO、且然後InO。
依據進一步實例，此方法可包括在製程模組之（例如，第四）反應室內進行在基板表面上的預沉積處理及對包含氧化銦鎵鋅的層之沉積後處理中之一或多者的步驟。
此預沉積處理步驟可用以例如從基板表面移除污染物，諸如碳。此預沉積處理步驟可包括熱及/或電漿製程。依據本揭露之實例，預沉積處理包括使基板暴露至還原氣體。例示性還原氣體包括氫、氨、肼、或肼衍生物。在一些情況下，反應性物種係使用還原氣體（例如，使用直接及/或遠端電漿）來形成。
沉積後處理可用以例如調諧包含氧化銦鎵鋅的層之性質。例示性沉積後處理步驟包括對包含氧化銦鎵鋅的層之的電漿處理。電漿可包括遠端電漿及/或直接電漿。在一些情況下，沉積後處理包括低頻（例如，大約700赫茲（Hz），例如）（例如直接）電漿製程及遠端電漿製程。用於形成直接及/或遠端電漿之氣體包括氧、氮、氫、氨、肼、或肼衍生物。舉實例而言，沉積後處理可包括將包含氧化銦鎵鋅的層暴露至臭氧，此臭氧係使用一或多種含氮氣體（例如，氮、氨、肼、或肼衍生物）及/或一或多種含氧氣體（例如，水、臭氧、醇、過氧化物、H 2O 2、氧電漿、氫電漿、或原位-OH自由基）而形成。在此等情況下，在將包含氧化銦鎵鋅的層暴露至臭氧的步驟期間，可操縱用於形成臭氧之含氮氣體的量。
依據本揭露之又額外實例，方法可包括不對稱或非均勻地提供一或多個前驅物至基板表面。例如，方法可包括將包含In的第一前驅物、包含Ga的第二前驅物、及包含Zn的第三前驅物中之一或多者在一或多個反應室（例如，RC1至RC4）內從基板中心至基板邊緣非均勻地提供。
依據本揭露的進一步實例，可在單一反應室內形成兩個或更多個（例如，In、Ga、Zn、Al）氧化物層或包含此類氧化物中之兩者或更多者的層。在此等情況下，方法可包括：提供一製程模組，其包含複數個反應室；提供兩個或更多個前驅物（例如，In、Ga、Zn、Al）至第一製程模組內的第一反應室，其中金屬前驅物選自由以下所組成之群組：銦前驅物、鎵前驅物、鋅前驅物、及鋁前驅物；及提供氧化劑至第一反應室以形成包含In、Ga、Zn、及Al中之至少兩者的氧化物。
本文中所描述的例示性方法可包括在前驅物進入第一反應室之前針對此等前驅物中之一或多者的劑量控制之步驟。劑量控制可使用例如用以控制脈衝時間及濃度的快速切換閥來進行。
雖然本文中提出本揭露之例示性實施例，應瞭解本揭露並未受限於此。例如，雖然連同各種特定配置描述反應器、反應器系統、及方法，本揭露非必然受限於此等實例。實際上，除非另外註明，否則可互換本文中所描述之各種反應器、系統、及方法之特徵及組件。在不偏離本揭露之精神及範疇的情況下，可對本文中提出的反應器、系統、及方法作出各種修改、變化、及增強。
本揭露之標的包括本文中所揭示之各種系統、總成、反應器、組件、及配置和其他特徵、功能、動作及/或性質的所有新式及非顯而易見的組合及子組合，還有其等之任何及所有均等物。
1:基板 2:導電平板電極,下部台,電極 4:導電平板電極/上部電極/噴淋板 6:排氣管線 7:排氣管線 11:內部 12:側 13:管道 14:分隔板 16:吹掃區域 21:氣體管線 22:氣體管線 24:氣體密封管線 25:功率源 26:氣體注入埠 27:反應物源 100:反應器系統 102,104,106,108:製程模組 110:基板搬運室 112:控制器 114:負載鎖定室 116:設備前端模組 118,120,122,124,126,128,130,132:閘閥 134:後端機械臂 136,138:閘閥 140,142:基台 144:開口 146:負載埠 148:前開式通用晶匣 150:機械臂 202:轉移臂 202a:第一臂 202b:第二臂 202c:第三臂 202d:第四臂 202e:軸 204:基板 206:基板 208:感測器 210:感測器 212:感測器 214:感測器 216:轉移模組控制器 218:第一前驅物源 220:第一氧化劑源 222:第二前驅物源 224:第二氧化劑源 226:第三前驅物源 228:第三氧化劑源,第四前驅物源 230:第四氧化劑源 300:反應室 302:外殼 304:遠端電漿單元 GC:氣體幕 RC1,RC2,RC3,RC4:反應室
當連同下列闡釋性圖式考慮時，可藉由參考實施方式及申請專利範圍而對本揭露之例示性實施例有更完整理解。 第1圖繪示依據本揭露之各種實施例之例示性反應器系統。 第2圖繪示依據本揭露之各種實施例之反應器系統的例示性製程模組。 第3圖繪示依據本揭露之各種實施例之反應器。
應瞭解，圖式中的元件是為了簡單與清楚而繪示，且不必然按比例繪製。例如，圖式中之一些元件的尺寸可能相對於其他元素而特別放大，以幫助改善對所繪示本揭露實施例的理解。
1:基板
2:導電平板電極，下部台，電極
4:導電平板電極/上部電極/噴淋板
6:排氣管線
7:排氣管線
11:內部
12:側
13:管道
14:分隔板
16:吹掃區域
21:氣體管線
22:氣體管線
24:氣體密封管線
25:功率源
26:氣體注入埠
27:反應物源
100:反應器系統
102,104,106,108:製程模組
110:基板搬運室
112:控制器
114:負載鎖定室
116:設備前端模組
118,120,122,124,126,128,130,132:閘閥
134:後端機械臂
136,138:閘閥
140,142:基台
144:開口
146:負載埠
148:前開式通用晶匣
150:機械臂
RC1,RC2,RC3,RC4:反應室

Claims (21)

  1. 一種反應器系統，包括： 複數個製程模組，其中至少一製程模組包括一第一反應室、一第二反應室、以及一第三反應室； 一基板搬運室，用於提供一基板至該等製程模組中之兩者或更多者；以及 一控制器， 其中該至少一製程模組之該第一反應室配置以在該基板之一表面上沉積一包括InO的一層， 其中該至少一製程模組之該第二反應室配置以在該基板之一表面上沉積一包括ZnO的一層， 其中該至少一製程模組之該第三反應室配置以在該基板之一表面上沉積一包括GaO的一層，且 其中該第一反應室、該第二反應室、及該第三反應室用於形成一包括氧化銦鎵鋅的一層。
  2. 如請求項1之反應器系統，其中該至少一製程模組更包括一第四反應室，該第四反應室配置以進行在該基板之該表面上的一預沉積處理以及對包括氧化銦鎵鋅的該層之一沉積後處理中之一或多者。
  3. 如請求項2之反應器系統，其中該第四反應室配置以進行該預沉積處理，其中該預沉積處理包括一遠端電漿製程及一直接電漿製程中之一或多者。
  4. 如請求項2之反應器系統，其中該第四反應室配置以進行該沉積後處理，其中該沉積後處理包括一遠端電漿製程及一直接電漿製程中之一或多者。
  5. 如請求項1至4中任一項之反應器系統，其中該第一反應室、該第二反應室、及該第三反應室中之一或多者更配置以進行在該基板之該表面上的一預沉積處理以及對包括氧化銦鎵鋅的該層之一沉積後處理中之一或多者。
  6. 如請求項1之反應器系統，其中該至少一製程模組更包括一第四反應室，該第四反應室配置以沉積包括氧化鋁的一層。
  7. 如請求項1至6中任一項之反應器系統，其中該控制器控制該第一反應室內之一溫度在100°C與400°C之間、控制該第二反應室內之一溫度在75°C與450°C之間、且控制該第三反應室內之一溫度在50°C與500°C之間。
  8. 如請求項1至7中任一項之反應器系統，其中該第一反應室經流體耦接至一銦氣體源；該第二反應室經耦接至一鎵氣體源；該第三反應室經耦接至一鋅氣體源，且該第一反應室、該第二反應室、及該第三反應室中之兩者或更多者經耦接至一氧氣體源。
  9. 一種形成包括氧化銦鎵鋅的一層之方法，該方法包括以下步驟： 提供一製程模組，其包括一第一反應室、一第二反應室、以及一第三反應室； 在該第一反應室內於一基板之一表面上形成包括InO的一層； 在該第二反應室內於一基板之一表面上形成包括GaO的一層；以及 在該第三反應室內於一基板之一表面上形成包括ZnO的一層； 其中包括InO的該層、包括GaO的該層、及包括ZnO的該層形成包括氧化銦鎵鋅的一層。
  10. 如請求項9之方法，更包括在一第四反應室內形成一額外金屬氧化物的一步驟。
  11. 如請求項9之方法，更包括在一第四反應室內進行在該基板之該表面上的一預沉積處理及對包括氧化銦鎵鋅的該層之一沉積後處理中之一或多者的一步驟。
  12. 如請求項11之方法，其中該沉積後處理包括使包括氧化銦鎵鋅的該層暴露至臭氧，其中用於形成臭氧之含氮氣體的一量在使該層暴露的該步驟期間變化。
  13. 如請求項9至12中任一項之方法，其中該沉積後處理包括一低頻電漿製程及一遠端電漿製程。
  14. 如請求項11之方法，其中該預沉積處理包括使該基板暴露至一還原氣體。
  15. 如請求項14之方法，其中使用該還原氣體形成受激發物種。
  16. 如請求項9至15中任一項之方法，其中包括In的一第一前驅物、包括Ga的一第二前驅物、及包括Zn的一第三前驅物中之一或多者之一氣體分布係非均勻地從一基板之一中心至該基板之一邊緣分布。
  17. 一種形成包括氧化銦鎵鋅的一層之方法，該方法包括： 提供一製程模組，其包括複數個反應室； 提供兩個或更多個前驅物至一第一製程模組內的一第一反應室，其中該兩個或更多個前驅物選自由以下所組成之群組：一銦前驅物、一鎵前驅物、一鋅前驅物、及一鋁前驅物；以及 提供一氧化劑至該第一反應室以形成包括In、Ga、Zn、及Al中之至少兩者的一氧化物。
  18. 如請求項17之方法，更包括在該等前驅物進入該第一反應室之前對該等前驅物中之一或多者使用劑量控制之一步驟。
  19. 一種形成包括氧化銦鎵鋅的一層之方法，該方法包括： 藉由提供一銦反應物及一第一氧化劑至一反應室而形成一氧化銦層； 藉由提供一鎵反應物及一第二氧化劑而形成一氧化鎵層；以及 藉由提供一鋅反應物及一第三氧化劑而形成一氧化鋅層， 其中該第一氧化劑、該第二氧化劑、及該第三氧化劑中之至少兩者不同。
  20. 如請求項19之方法，其中形成一氧化銦層、形成一氧化鎵層、及形成一氧化鋅層之該等步驟中之至少兩者係在一製程模組之不同反應室內進行。
  21. 如請求項9或請求項19之方法，其中該等步驟依下列順序進行： 形成包括GaO的該層或形成該氧化鎵層； 形成包括ZnO的該層或形成該氧化鋅層；以及 形成包括InO的該層或形成該氧化銦層。
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