[发明专利]等离子体辅助原子层沉积装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种沉积装置，尤其是涉及一种等离子体辅助原子层沉积装置及其控制方法。

背景技术

随着先进半导体制作工艺开发，元件结构的深宽比有重大的突破，其中的一重要技术发展即为原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)技术。由于ALD渐渐应用于各产业，为了加快传统加热式ALD制作工艺速度与因应成长特殊薄膜，等离子体辅助原子层沉积(plasma enhanced atomic layerdeposition，PEALD)的技术开始被开发。PEALD的技术源自等离子体辅助化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)与ALD总合，虽然有较ALD明显大范围应用，但相对的等离子体损害与制作工艺气体交互反应造成微粒污染腔室与基材的问题仍需被解决。

薄膜品质与量产能力是现行代工厂需求的重点，由于ALD在薄膜品质上较其他技术显著提升，因此设备商朝向提高ALD稳定大量生产能力而努力。然而在求稳定大量生产能力的同时，其面临难题在于如何快速使基材表面附着均匀饱和的先驱物，与完全移除残留的先驱物与副产物，两者皆与反应室流场设计有关。以2000年后专利范围与商用设备反应室设计的趋势，可知批次加热式ALD反应室多采用全时载气或反应室吹气扰动设计，虽然先驱物浓度降低使化学吸附时间较长，但能确保反应室内部流场扰动增加，提高表面吸附机率与吹气效率。目前单芯片ALD反应室多采用压缩式与圆弧化反应室空间设计，不仅减少先驱物使用率，也提升吹气效率，也有专利提出利用气幕方式达到阻绝制作工艺气体与清洁功能，这些设计目的在建立一无死角的反应室空间，减少残余先驱物与反应物对薄膜品质的影响。PEALD技术较加热式ALD有着制作工艺温度低、基材与氧化层界面控制佳、塑胶基材表面吸附力好、薄膜应力低与先驱物选择性高等优点，相信是未来 软性光电元件制作上不可缺少制作工艺技术之一。

而在现有技术中，如美国公开申请案US.Pub.No.2007/0128864揭露一种PEALD的装置，其在喷气板(showerhead)上方配置等离子体遮板(plasmabaffle)与等离子体屏幕(plasma screen)将气体导入此区域产生等离子体解离后，再经由等离子体遮板的流道流出形成螺旋气流散布在基材上。另一制作工艺气体经由喷气板上缘区域通入后经小孔流出至基材上。此外，又如美国专利US.Pat.No.6,820,570则揭露一种PEALD装置，该技术中的喷气板具两片式组件，移动其中一片具开口的板件可改变喷气板开口大小，可控制气流量或分布图案。当不开孔的可动件作z方向移动，可用来开启或关闭喷气板通道。另外腔体以分气板分隔成两部分，下半部供第一先驱物由侧向导入；上半部空间可供第二先驱物导入并以等离子体解离后经由喷气板开口导入基材反应。另外，又如美国专利US.Pat.No.7,153,542则揭露一种PEALD装置，其具有多个可以进行不同制作工艺的反应腔室，通过一可移动的平台承载多个基材，以序列移动的方式让每一个基材于每一个反应腔室内完成所需的制作工艺。又如美国公开申请案US.Pub.No.2008/0075858揭露一种PALED装置，其在一个反应腔体包括多种反应室，每个反应室包括入口配置，反应室内反应气体不彼此混合。然后利用转动机制移动基材通过反应室，序列移动基材成长ALD薄膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体辅助原子层沉积装置及其控制方法，其具有可移动的隔离装置，以切换移动遮板隔离两个反应室空间，使得基材在两个反应空间内往复移动分别进行先驱物反应，以避免不同先驱物的混合而影响到制作工艺的结果。由于该装置具有多个腔体，因此可以同时对多基材进行制作工艺，利用不同腔体反应室第一制作工艺与第二制作工艺循环程序时间差，同时对在该腔体内的基材上进行成膜，提高生产效率，且共用供气、抽气、控制系统降低设备成本与占地空间。

本发明的再一目的在于提供一种等离子体辅助原子层沉积装置，其利用远端等离子体，通过等离子体解离作用区域远离基材表面且减少解离后的活性物质能量衰减与再复合现象。此外，该装置通过流道区别使得先驱物(制作工艺气体)只流入一反应室与通道避免交互反应产生微粒于腔室。