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TWI488992B - 用於強化熱絲化學氣相沉積製程中的鉭燈絲壽命的方法 - Google Patents

用於強化熱絲化學氣相沉積製程中的鉭燈絲壽命的方法 Download PDF

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TWI488992B
TWI488992B TW100136766A TW100136766A TWI488992B TW I488992 B TWI488992 B TW I488992B TW 100136766 A TW100136766 A TW 100136766A TW 100136766 A TW100136766 A TW 100136766A TW I488992 B TWI488992 B TW I488992B
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Description

用於強化熱絲化學氣相沉積製程中的鉭燈絲壽命的方法
本發明的實施例大體係關於利用熱絲化學氣相沉積(HWCVD)製程沉積材料至基板上的方法，且更特定言之，本發明的實施例係關於強化該製程中所用燈絲壽命的方法。
在HWCVD製程中，一或更多種前驅物氣體將於處理腔室內鄰近基板處經高溫熱分解，以沉積預定材料至基板上。一或更多個金屬絲或燈絲促進處理腔室內的熱分解反應，金屬絲或燈絲支撐在處理腔室中，以例如藉由使電流通過燈絲而加熱達預定溫度。
使用不同的燈絲材料會影響沉積膜的品質。例如，相較於使用鎢燈絲，HWCVD應用中使用鉭燈絲可得到品質較佳的沉積膜。然不幸的是，本發明人發現鉭燈絲在某些操作體系下更易氧化。此將不當減少流過燈絲的電流、降低燈絲溫度，以致最終造成燈絲斷線。本發明人進一步發現鉭燈絲很快就會降低性能與發生斷線，是以鉭燈絲不能使用很久。
因此，本發明人提供利用HWCVD製程沉積膜的改良方法。
茲提供利用熱絲化學氣相沉積(HWCVD)製程沉積膜的方法。在一些實施例中，操作HWCVD工具的方法包括提供氫氣(H2 )至燈絲，歷經第一時段，燈絲置於HWCVD工具的處理腔室中；以及經過第一時段後，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度。
在一些實施例中，操作HWCVD工具的方法包括在含氫氣(H2 )的氛圍下，預先調理燈絲，燈絲置於HWCVD工具的處理腔室中；預先調理燈絲後，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度；燈絲達第一溫度後，提供處理氣體至處理腔室內；以及利用自處理氣體分解的物種，沉積材料至基板上。
在一些實施例中，本發明具體施行於具儲存指令的電腦可讀取媒體，以於執行時，令HWCVD工具進行方法，方法可包括本文所述任何實施例。
本發明的其他和進一步實施例將描述於後。
本發明的實施例提供熱絲化學氣相沉積(HWCVD)處理技術，以有利地消除或減少鉭燈絲在HWCVD製程中快速氧化，進而實質強化燈絲壽命及促成鉭燈絲擴大用於HWCVD製程。本發明的實施例從而提供一或更多個下列優點：相較於使用鎢燈絲有較佳的膜品質、較長的燈絲使用壽命、較久的設備正常運行時間、較高的產率和較大的產量。
在大於約10毫托耳的壓力下(例如，某些應用(例如矽膜沉積)的典型HWCVD操作條件)，以1500℃至2000℃點燃新鉭燈絲後，本發明人發現燈絲溫度將伴隨燈絲發光減弱而隨時間快速下降。本發明人咸信溫度降低係因鉭燈絲氧化所致。然本發明人發現在存有氫氣(H2 )的情況下(例如氫氣大氣)點燃新鉭燈絲時，燈絲氧化速率(依燈絲溫度測量)會變慢。本發明人研發操作HWCVD工具的方法，該方法併入此技術實施例且將詳述於後。
第1圖為根據本發明一些實施例，操作HWCVD工具的方法100的流程圖。方法通常始於步驟102：提供氫氣(H2 )至一個燈絲(或複數個燈絲)，歷經第一時段，燈絲置於HWCVD工具的處理腔室中。氫氣(H2 )可單獨或伴隨惰性載氣提供，惰性載氣例如為氮氣、氦氣、氬氣或類似物。氫氣(H2 )的流率為足以毯覆或覆蓋HWCVD腔室內的燈絲。因此，特定流率將視腔室尺寸和燈絲的表面積(例如燈絲的長度和數量)而定。例如，在一些實施例中，可按約10至約500標準立方公分每分鐘(sccm)的流率提供氫氣(H2 )。伴隨載氣提供時，載氣中的氫氣(H2 )濃度可為約5體積%至約80體積%。在一些實施例中，第一時段經選擇以協助清除反應器中的殘留氧氣。在一些實施例中，第一時段經選擇使氫氣完全覆蓋或毯覆燈絲，以免氣體在腔室與燈絲間發生不當反應，例如氧化。在一些實施例中，第一時段為約5秒至約1800秒。
接著，在步驟104中，經過第一時段後，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度。電流可由功率源提供至燈絲。提供的電流量經選擇以將燈絲溫度提高至第一溫度。在一些實施例中，第一溫度係隨後將進行沉積製程的溫度。在一些實施例中，第一溫度可高於或低於將進行沉積製程的溫度。在一些實施例中，溫度為約1500℃至約2400℃(但也可採用其他溫度)。第二時段經選擇使燈絲達第一溫度。在一些實施例中，第二時段經選擇以促進在燈絲周圍形成氫自由基包層。在一些實施例中，第二時段為約5秒至約1800秒。
完成第二時段後，方法100通常即結束。在一些實施例中，於沉積製程前，方法100或部分方法100可用作預先調理步驟。例如，在一些實施例中，如上述般調理燈絲後，繼續提供電流至燈絲，以維持第一溫度，及提供處理氣體至腔室，以沉積材料至基板上。連續處理基板時，可先進行調理製程，在連續流入處理氣體的一些實施例中，可讓許多基板通過腔室，以連續沉積材料至相繼基板上。在一些實施例中，處理最後一個基板後，可關閉處理氣體及停止電流。
例如，第2圖為根據本發明一些實施例，操作HWCVD工具的方法200的流程圖。方法200通常始於步驟202：預先調理置於HWCVD工具的一個燈絲或複數個燈絲。可在含氫氣(H2 )的氛圍下，預先調理燈絲。在一些實施例中，依據上述方法100的實施例，預先調理燈絲。在一些實施例中，依據上述方法100的實施例中的步驟102，預先調理燈絲。
接著，在步驟204中，預先調理燈絲後，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度。在一些實施例中，提供電流至燈絲，以將燈絲溫度提高至第一溫度，同時繼續提供含氫氣體。在一些實施例中，依據上述方法100的實施例中的步驟104，使電流流過燈絲。
接著，在步驟206中，燈絲達第一溫度後，提供處理氣體至HWCVD工具。在一些實施例中，當提供處理氣體至HWCVD工具時，停止流入含氫氣體。處理氣體可包含任何適合用於沉積製程的處理氣體。在一些實施例中，處理氣體包含接觸到加熱燈絲可熱分解的氣體，如此出自已分解處理氣體的物種可沉積在下方基板上。例如，沉積含矽膜時，例如微晶矽或無定形矽，處理氣體可包含一或更多個矽烷(SiH4 )、氫氣(H2 )、膦(PH3 )、二硼烷(B2 H6 )或類似物。
接著，在步驟208中，利用自處理氣體分解的物種，沉積材料至基板上。如上所述，沉積於基板上的材料通常包含出自處理氣體的物種。在一些實施例中，沉積於基板上的材料包含矽，但亦可為其他材料。完成步驟208的材料沉積後，方法200通常即結束，並且依需求進一步處理基板。
在一些實施例中，依需求反覆進行方法200，以沉積材料至同一基板或提供至HWCVD工具的第二基板上。例如，在一些實施例中，於步驟208的沉積材料至基板上後，以第二基板替換腔室中的基板，同時使燈絲維持在第一溫度。提供第二基板後，提供第二處理氣體至處理腔室內。第二處理氣體可和第一處理氣體一樣(例如，欲沉積相同材料時)，或者，第二處理氣體可不同於第一處理氣體(例如，欲沉積不同材料至第二基板上時)。接著，利用自第二處理氣體分解的物種，沉積材料至第二基板上。
或者或此外，完成沉積材料至基板上後，即終止電流流到燈絲。例如，完成沉積材料至基板上後，即可於如達批量結束、輪班結束、當天結束、進入當週、維修時期或關閉工具的任何其他時間後，關閉工具。當再次啟動工具時，隨後在含氫氣(H2 )的氛圍下，預先調理燈絲。預先調理燈絲後，使電流流過燈絲，以將燈絲溫度提高至第二溫度。燈絲達第二溫度後，提供第二處理氣體至處理腔室內。如上所述，第二處理氣體與第一處理氣體可為相同或不同。利用自第二處理氣體分解的物種，沉積材料至第二基板上。
第4圖為總結固定功率測試的曲線圖400，其中新鉭燈絲安裝在HWCVD腔室中，並在無任何氫氣(H2 )的情況下經點燃(例如加熱)達約1700℃。燈絲溫度快速下降，且約38分鐘後，燈絲斷線。安裝新鉭燈絲，及使用約30 sccm的氫氣(H2 )沖洗腔室約5分鐘。沖洗腔室後，點燃燈絲。在此運作期間，燈絲溫度逐漸下降。然即使經過60分鐘後，燈絲也不會斷線。約30分鐘後，燈絲溫度從約1700℃的初始溫度降至約1660℃。約60分鐘後，燈絲溫度降至約1639℃。使用更大的氫氣(H2 )流量(約60 sccm)再次加熱同一燈絲。使用較大的氫氣(H2 )流量時，燈絲溫度下降更慢，經過60分鐘後，燈絲溫度從初始約1624℃降至1609℃。燈絲亦不會斷線。使用120 sccm的氫氣(H2 )流量，計30分鐘，以施行另一測試，其中燈絲不會斷線，且在整個測試過程中，溫度僅下降約4℃。
第3圖為根據本發明實施例的適用HWCVD處理腔室300的側視圖。處理腔室300大致包含腔室主體302，腔室主體302具有內部處理容積304。複數個燈絲或金屬絲310置於腔室主體302內(例如內部處理容積304內)。複數個金屬絲310亦可為來回配線遍及內部處理容積304的單一金屬絲。複數個金屬絲310包含HWCVD源。金屬絲310通常由鎢製成，但亦可使用鉭或銥。各金屬絲310利用支撐結構(未圖示)鉗在適當位置，以當加熱達高溫時，使金屬絲保持緊繃，及提供金屬絲電氣接觸。電源312耦接至金屬絲310，以提供電流來加熱金屬絲310。基板330可放在HWCVD源(例如金屬絲310)下方，例如放在基板支撐件328上。當基板330通過HWCVD源下方時，就靜態沉積而言，基板支撐件328可固定不動，或就動態沉積而言，基板支撐件328可如依箭頭305所示移動。
腔室主體302進一步包括一或更多個氣體入口(圖顯示一個氣體入口332)來提供一或更多種處理氣體和一或更多個出口(圖顯示兩個出口334)連接至真空泵，以維持處理腔室300內呈適當操作壓力，及移除過量處理氣體及/或製程副產物。氣體入口332可送入噴淋頭333(如圖示)或其他適合的氣體分配元件，以均勻或依需求將氣體分配於金屬線310。
在一些實施例中，可提供一或更多個屏蔽320，使不當沉積至腔室主體302內面的情形減至最少。或者或此外，可使用一或更多個腔室襯墊322，使清潔變得更容易。使用屏蔽和襯墊可排除或減少使用不當清潔氣體，例如溫室氣體三氟化氮(NF3 )。屏蔽320和腔室襯墊322通常會保護腔室主體內面，以免因處理氣體流入腔室而不當收集沉積材料。屏蔽320和腔室襯墊322為可拆卸、可替換及/或可清潔。屏蔽320和腔室襯墊322經配置以覆蓋腔室主體中可能被塗佈的每一區域，包括金屬線310周圍和塗佈隔室的所有壁面，但不以此為限。通常，屏蔽320和腔室襯墊322可由鋁(Al)製成，且屏蔽320和腔室襯墊322可具粗糙表面，以加強沉積材料的附著性(以防沉積材料剝落)。屏蔽320和腔室襯墊322可以任何適當方式裝設在處理腔室的預定區域，例如HWCVD源周圍。在一些實施例中，可打開沉積腔室的上部而移除源、屏蔽和襯墊，以進行維修及清潔。例如，在一些實施例中，沉積腔室的蓋子或天花板可沿著凸緣338耦接至沉積腔室主體，凸緣338支撐蓋子及提供表面來固定蓋子於沉積腔室主體。
控制器306耦接至處理腔室300的各種部件，以控制部件運作。雖然圖繪示耦接至處理腔室300，但控制器亦可操作連接至受控於控制器的任何部件，例如電源312、耦接至入口322的氣體供應器(未圖示)、耦接至出口334的真空泵及/或節流閥(未圖示)、基板支撐件328和諸如此類，以根據本文所述方法，控制HWCVD沉積製程。控制器306通常包含中央處理單元(CPU)308、記憶體313和用於CPU 308的支援電路311。控制器306可直接或經由特定支援系統部件相關的其他電腦或控制器(未圖示)來控制HWCVD處理腔室300。控制器306可為任一類型的通用電腦處理器，電腦處理器可用於工業設定來控制不同的腔室和子處理器。CPU 308的記憶體或電腦可讀取媒體313可為一或更多個容易取得的記憶體，例如隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、軟碟、硬碟、快閃記憶體或任何其他類型的本端或遠端數位儲存器。支援電路311耦接至CPU 308，以藉由習知方式支援處理器。該等電路包括快取記憶體儲存器、電源、時脈電路、輸入/輸出電路與子系統等。本發明所述方法可儲存於記憶體313當作軟體常式314，軟體常式經執行或引動而將控制器轉變成特定用途控制器，以依本文所述方法，控制處理腔室300的運作。軟體常式亦可由第二CPU(未圖示)儲存及/或執行，該第二CPU遠離CPU 308控制的硬體。
故本文提供延長HWCVD製程中的鉭燈絲使用壽命的方法。本發明所述方法實施例可提供一或更多個下列優點：相較於使用鎢燈絲有較佳的膜品質、較長的燈絲使用壽命、較久的設備正常運行時間、較高的產率和較大的產量。
雖然以上係針對本發明實施例說明，但在不脫離本發明基本範圍的情況下，當可策劃本發明的其他和進一步實施例。
100、200．．．方法
102、104．．．步驟
202、204、206、208．．．步驟
300．．．處理腔室
302．．．腔室主體
304．．．處理容積
305．．．箭頭
306．．．控制器
308．．．CPU
310．．．金屬線
311．．．支援電路
312．．．電源
313．．．記憶體
314．．．軟體常式
320．．．屏蔽
322．．．襯墊
328．．．支撐件
330．．．基板
332．．．入口
334．．．出口
338．．．凸緣
400．．．曲線圖
在配合參考附圖與本發明的示例性實施例後，本發明上述概要和下文詳述的實施例將變得更清楚易懂。然應注意所附圖式僅說明本發明典型實施例，故不宜視為限定本發明的範圍，因為本發明可容許其他等效實施例。
第1圖為根據本發明一些實施例，操作熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工具的方法流程圖。
第2圖為根據本發明一些實施例，操作HWCVD工具的方法流程圖。
第3圖為根據本發明一些實施例，HWCVD處理腔室的側視圖。
第4圖為在不同氛圍下加熱鉭燈絲溫度隨時間變化的比較曲線圖。
為助於了解，盡可能以相同的元件符號代表各圖中共同的相似元件。為清楚說明，圖式未按比例繪製並已簡化。應理解某一個實施例的元件和特徵結構當可有益地併入其他實施例，在此不另外詳述。
200．．．方法
202、204、206、208．．．步驟

Claims (16)

  1. 一種操作一熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工具的方法，該方法包含以下步驟：提供足夠的氫氣(H2 )以毯覆一鉭燈絲，歷經一第一時段，該燈絲置於該HWCVD工具的一處理腔室中，該第一時段經選用以協助清除該處理腔室中的殘留氧氣；以及經過該第一時段後，使一電流流過該鉭燈絲，以將該鉭燈絲的溫度提高至一第一溫度，其中該第一溫度係隨後將發生一CVD沉積製程的一溫度。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一溫度係約1500℃至約2400℃。
  3. 如請求項1之方法，其中該處理腔室內的一壓力係維持呈約1毫托耳。
  4. 如請求項1之方法，其中提供氫氣進一步包含提供氫氣和一惰性載氣。
  5. 如請求項4之方法，其中該惰性載氣包含氮氣、氬氣或氦氣的至少其一者。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一時段為約5秒至約1800秒。
  7. 一種操作一熱絲化學氣相沉積(HWCVD)工具的方法，該方法包含以下步驟：在一含氫氣(H2 )的氛圍下，預先調理一鉭燈絲，該鉭燈絲置於該HWCVD工具的一處理腔室中，該氫氣含量足夠用來毯覆該鉭燈絲使該鉭燈絲歷經一第一時段，該時段經選用以清除該處理腔室中的殘留氧氣；預先調理該鉭燈絲後，使一電流流過該鉭燈絲，以將該鉭燈絲的溫度提高至一第一溫度，其中該第一溫度係隨後將發生一CVD沉積製程的一溫度；該鉭燈絲達該第一溫度後，提供一處理氣體至該處理腔室內；以及利用自該處理氣體分解的一物種，沉積一材料至一基板上。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一溫度係約1500℃至約2400℃。
  9. 如請求項7之方法，其中該處理腔室內的一壓力係維持呈約1毫托耳。
  10. 如請求項7之方法，其中在該含氫氣(H2 )的氛圍 下，預先調理該鉭燈絲的步驟包含提供氫氣和一惰性載氣。
  11. 如請求項10之方法，其中該惰性載氣包含氮氣、氬氣或氦氣的至少其一者。
  12. 如請求項7之方法，其中該第一時段為約5秒至約1800秒。
  13. 如請求項7之方法，其中提供該處理氣體的步驟進一步包含終止一氫氣流量，該氫氣流量係提供來維持該含氫氣(H2 )的氛圍。
  14. 如請求項7之方法，其中該處理氣體包含矽烷(SiH4 )、氫氣(H2 )、膦(PH3 )或二硼烷(B2 H6 )之一。
  15. 如請求項7之方法，進一步包含以下步驟：完成沉積該材料至該基板上後，即終止該電流流到該鉭燈絲；隨後在一含氫氣(H2 )的氛圍下，預先調理該鉭燈絲；預先調理該鉭燈絲後，使一電流流過該鉭燈絲，以將該鉭燈絲的溫度提高至一第二溫度；該鉭燈絲達該第二溫度後，提供一第二處理氣體至該處理腔室內；以及 利用自該第二處理氣體分解的一物種，沉積一材料至一第二基板上。
  16. 如請求項7之方法，進一步包含以下步驟：以一第二基板替換該處理腔室中的該基板，同時使該鉭燈絲維持在該第一溫度；提供該第二基板後，提供一第二處理氣體至該處理腔室內；以及利用自該第二處理氣體分解的一物種，沉積一材料至該第二基板上。
TW100136766A 2010-10-22 2011-10-11 用於強化熱絲化學氣相沉積製程中的鉭燈絲壽命的方法 TWI488992B (zh)

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