气体供应单元和基底处理系统的制作方法

技术领域

发明构思涉及一种气体供应单元和一种基底处理系统，具体地，涉及一种被构造为将工艺气体供应到基底上的气体供应单元和一种具有该气体供应单元的基底处理系统。

背景技术：

通常，可以通过诸如沉积工艺、光刻工艺和清洗工艺的一些工艺来制造半导体装置。沉积工艺可以用来在基底上形成层，并且其可以包括化学气相沉积(CVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺。

技术实现要素：

发明构思的一些实施例提供了一种被构造为在基底上沉积均匀薄层的基底处理系统。

根据发明构思的一些实施例，一种基底处理系统可以包括：工艺室，在工艺室中执行对基底的工艺；支撑单元，设置在工艺室中以支撑基底；气体供应单元，包括具有气体供应孔的气体供应部，并且气体供应孔被构造为将工艺气体供应到基底上；排放单元，被构造为排放来自工艺室的工艺气体。气体供应部可以被设置为包括设置有气体供应孔的气体供应区域和设置在气体供应区域与排放单元之间的气体扩散区域，气体扩散区域可以没有气体供应孔。

根据发明构思的一些实施例，一种基底处理系统可以包括：工艺室，限定内部空间；支撑单元，在工艺室的内部空间中并且支撑基底；气体供应单元，在工艺室的顶部处，具有气体供应部，气体供应部包括被构造为将工艺气体供应到基底上的气体供应孔；排放单元，被构造为排放来自工艺室的工艺气体。气体供应部可以包括气体供应区域和气体扩散区域，气体供应区域包括气体供应孔延伸穿过的底表面，气体扩散区域包括平坦的、实心的底表面。支撑单元可以构造为使得基底可定位在气体供应部下方并且使气体供应区域在基底的第一部分之上且使气体扩散区域在基底的不同的第二部分之上。

根据发明构思的一些实施例，一种基底处理系统可以包括：工艺室，在所述工艺室中执行对基底的工艺；支撑单元，设置在工艺室中并且被构造为支撑基底；气体供应单元，具有气体供应部，气体供应部被构造为将工艺气体供应到基底上；排放单元，被构造为排放来自工艺室的工艺气体。气体供应部可以包括：气体供应区域，被构造为将工艺气体供应到基底上；气体扩散区域，被构造为提供允许工艺气体在基底上扩散的空间。气体供应区域可以包括隔开的第一气体供应区域和第二气体供应区域。气体扩散区域可以包括：第一气体扩散区域，设置在气体供应区域与排放单元之间；第二气体扩散区域，设置在第一气体供应区域与第二气体供应区域之间。

根据发明构思的一些实施例，一种气体供应单元可以包括气体供应部。气体供应部可以被构造为将气体供应到目标物体。气体供应部可以包括：第一区域，被构造为使气体能够具有第一压力；第二区域，被构造为使气体能够具有比第一压力低的第二压力；第三区域，位于第一区域与第二区域之间。第一区域可以具有用于将气体供应到目标物体的气体供应孔，第三区域具有面对目标物体的平坦表面。

附图说明

通过下面结合附图的简要描述，将更清晰地理解发明构思的示例实施例。附图表示在此描述的非限制性的示例实施例。

图1是示意性示出了根据发明构思的一些实施例的基底处理系统的剖视图。

图2是示出图1的支撑单元的俯视图。

图3A是示出了图1的气体供应单元和排放单元的仰视图。

图3B是图3A的区域A的放大图。

图4A是示出了传统气体供应部的透视图。

图4B是沿图4A的线II-II'截取的剖视图。

图5A是示出图3A的气体供应部的透视图。

图5B是沿图5A的线III-III'截取的剖视图。

图6A是示出根据发明构思的一些实施例的气体供应部的透视图。

图6B和图6C分别是沿图6A的线IV-IV'和V-V'截取的剖视图。

图7是示出当使用图6A的气体供应部将工艺气体供应到基底上时在基底上沉积的层的沉积速率的图。

图8是示出了根据发明构思的一些实施例的气体供应部的透视图。

图9是示出了根据发明构思的一些实施例的气体供应部的透视图。

图10是示出了根据发明构思的一些实施例的气体供应部的透视图。

应该注意的是，这些附图意图示出在某些示例实施例中利用的方法、结构和/或材料的一般特性，并且意图对以下提供的文字描述进行补充。然而，这些附图可能不是成比例的，并且可能无法精确地反映任何给出的实施例的精确的结构或性能的特性。例如，为了清楚，会减小或夸大层、区域和/或结构元件的相对尺寸、厚度和/或定位。

具体实施方式

图1是示意性示出了根据发明构思的一些实施例的基底处理系统1的剖视图。图2是示出图1的支撑单元20的俯视图。图3A是示出了图1的气体供应单元30和排放单元40的仰视图，图3B是图3A的区域A的放大图。

参照图1，基底处理系统1可以包括工艺室10、支撑单元20、气体供应单元30、排放单元40和加热单元50。基底处理系统1可以被构造为将工艺气体供应到基底W上并且对基底W执行特定工艺。例如，基底处理系统1可以被构造为执行在基底W上沉积薄膜的工艺。具体地，基底处理系统1可以是原子层沉积(ALD)系统。基底处理系统1可以是基于空间划分的原子层沉积系统。基底W可以是半导体晶片，但发明构思不限于此。在下文中，将参照图1至图3B更详细地描述基底处理系统1。

工艺室10可以提供或限定用于对基底W的工艺的内部空间11。工艺室10可以包括彼此结合以限定内部空间11的第一室12和第二室14。例如，如图1中所示，第一室12可以是上室12，第二室14可以是下室14。当在工艺室10中执行对基底W的工艺时，内部空间11可以处于真空状态。真空泵可以连接到内部空间11。另外，工艺室10还可以包括设置在上室12与下室14之间的密封构件以气密地密封内部空间11。

支撑单元20可以包括基座22和限定支撑轴的支撑构件24。支撑单元20可以支撑基底W。作为示例，基座22可以包括固定或支撑基底W的装载部23。装载部23可以设置为具有与基底W的尺寸对应的尺寸。装载部23可以是形成在基座22的表面上或中的凹进结构。基底W可以被装载在装载部23上。在一些实施例中，基座22可以包括多个装载部23。例如，如图2中所示，基座22可以包括在圆周方向上布置或围绕其中心轴(例如，围绕支撑轴)布置的多个装载部23。支撑构件24可以结合到基座22。支撑构件24可以被构造为支撑基座22并且使基座22绕着支撑轴旋转。根据工艺的阶段，支撑构件24可以旋转以允许基底W被设置在将在下面描述的多个气体供应部34a、34b、34c和34d中的特定的一个的下方。

气体供应单元30可以设置在支撑单元20之上。气体供应单元30可以是或者包括喷头。气体供应单元30可以包括气体供应部34。气体供应部34可以被构造为将工艺气体供应到基底W上。气体供应单元30可以包括多个气体供应部34。例如，如图3A中所示，气体供应部34可以包括以顺时针方向或以环形形状的布置来设置的第一气体供应部34a、第二气体供应部34b、第三气体供应部34c和第四气体供应部34d。第一气体供应部34a、第二气体供应部34b、第三气体供应部34c和第四气体供应部34d中的每个可以具有弧形形状或弧形轮廓。在一些实施例中，每个气体供应部的内边缘和外边缘具有弧形形状，在内边缘与外边缘之间延伸的相对的侧边缘是直的。每个气体供应部可以从气体供应单元30的中心部分或区域放射状地向外延伸到气体供应单元30的外部部分或区域。在一些实施例中，每个气体供应部具有有弧形形状的内边缘的圆扇形形状。然而，在某些实施例中，第一气体供应部34a、第二气体供应部34b、第三气体供应部34c和第四气体供应部34d中的每个可以具有不同于弧形形状或弧形轮廓的形状。第一气体供应部34a、第二气体供应部34b、第三气体供应部34c和第四气体供应部34d可以被构造为分别将第一工艺气体、第二工艺气体、第三工艺气体和第四工艺气体供应到基底W上。在一些实施例中，第一工艺气体和第三工艺气体可以是用于在基底W上沉积薄膜的源气体，第二工艺气体和第四工艺气体可以是用于净化源气体的留在内部空间11中的未反应部分的净化气体。用于供应净化气体的第二气体供应部34b和第四气体供应部34d与用于供应源气体的第一气体供应部34a和第三气体供应部34c可以交替地设置，这可以使得能够根据源气体的种类实现分离的空间并且能够抑制或防止不同的源气体在内部空间11中混合。

气体供应单元30可以包括具有凹进结构的凹进区域33。凹进区域33可以设置在气体供应部34中，例如，设置在多个气体供应部34a、34b、34c和34d之间。另外，凹进区域33可以延伸到第一气体供应部34a、第二气体供应部34b、第三气体供应部34c和第四气体供应部34d的外侧或外边缘(例如，凹进区域33的至少一部分可以在气体供应单元30的外部部分或区域处)。凹进区域33的形状和位置可以进行各种改变并且可以不受限于以上所述。

气体供应部34可以具有气体供应区域36和气体扩散区域38。气体供给部分34可以与设置在支撑单元20上的基底W叠置(例如，气体供应部34可以位于基底W之上)。例如，气体供应部34a、34b、34c和34d中的每个可以与设置在支撑单元20上的一个基底或多个基底W叠置。气体供应部34可以具有基本上等于或大于基底W的尺寸或面积的尺寸或面积。例如，气体供应部34a、34b、34c和34d中的每个可以具有基本上等于或大于基底W的尺寸的尺寸。因此，气体供应区域36可以与基底W的一部分叠置，气体扩散区域38可以与基底W的另一部分叠置(例如，气体供应区域36可以位于基底W的一部分之上，气体扩散区域38可以位于基底W的另一部分之上)。在下文中，将参照第一气体供应部34a来更详细地描述气体供应区域36和气体扩散区域38。

参照图3B，气体供应区域36可以包括用于将工艺气体供应到基底W上的气体供应孔37。例如，气体供应孔37可以设置为将存储在气体存储单元中的工艺气体供应到基底W上。相反，气体供应孔37不可以设置在气体扩散区域38中。气体扩散区域38可以具有平坦的、实心的和/或均匀的表面(例如，没有气体供应孔37的表面)。气体扩散区域38可以设置为面对基底W，因此，孤立的空间可以设置在气体扩散区域38与基底W之间(例如，在基底W之上没有气体供应孔37的空间)。气体扩散区域38可以设置在气体供应区域36与排放单元40之间。在一些实施例中，气体扩散区域38可以包括设置在气体供应区域36与第一排放子区域44a之间的第一扩散区域和设置在气体供应区域36与第二排放子区域44b之间的第二扩散区域，第一扩散区域和第二扩散区域可以彼此连接以形成单个区域。可选地，气体扩散区域38可以局部地设置在第一扩散区域和第二扩散区域的一部分处。

图8是示出了根据发明构思的一些实施例的气体供应部34ac的透视图。参照图3B和图8，气体供应区域36可以具有第一长度L1，气体扩散区域38可以具有第二长度L2。这里，第一长度L1可以是从气体供应区域36的内侧或内边缘到外侧或外边缘的距离，第二长度L2可以是从气体扩散区域38的内侧或内边缘到外侧或外边缘的距离。换言之，第一长度L1和第二长度L2可以分别是气体供应区域36和气体扩散区域38的径向长度。如图3B中所示，第一长度L1可以大于或至少等于第二长度L2。在某些实施例中，如图8中所示，第一长度L1可以小于第二长度L2。

气体供应区域36的气体供应孔37可以彼此隔开第三长度L3。第二长度L2可以是第三长度L3的几倍到几千倍。在一些实施例中，第二长度L2可以是第三长度L3的大约五倍到两百倍长。气体扩散区域38可以具有在气体供应区域36的面积的大约1/10至大约10倍的范围的面积。

当在弧形方向或圆周方向上测量时，气体供应区域36和气体扩散区域38可以分别具有第四长度L4和第五长度L5。如图3B中所示，第四长度L4可以大于或至少等于第五长度L5。可选地，如图8中所示，第四长度L4可以比第五长度L5小。换言之，气体供应区域36和气体扩散区域38的形状或尺寸可以进行各种修改。例如，气体供应区域36和气体扩散区域38的形状可以根据工艺气体的种类或流速而改变。

排放单元40可以被构造为将内部空间11中的工艺气体排放到工艺室10的外部。排放单元40可以包括第一排放部42和第二排放部44。例如，第一排放部42可以设置在气体供应单元30外侧或与气体供应单元30隔开，第二排放部44可以设置在气体供应单元30中或由气体供应单元30限定。作为示例，第一排放部42可以是穿透工艺室10的一部分的排放口。虽然第一排放部42在图1中示出为穿过上室12，但第一排放部42的位置和连接结构可以不限于此。第二排放部44可以设置为第二排放区域44。在某些实施例中，排放单元40可以仅具有第一排放部42和第二排放部44中的一个。

第二排放部44可以设置在气体供应单元30中或由气体供应单元30限定。第二排放部44的形状可以进行各种改变。作为示例，第二排放部44可以包括第一排放子区域44a和第二排放子区域44b。第一排放子区域44a和第二排放子区域44b可以与气体供应单元30的凹进区域33对应。例如，第一排放子区域44a可以是沿气体供应部34a、34b、34c和34d的外圆周、外边缘或外侧形成的环形形状的或圆形的区域，每个第二排放子区域44b可以是形成在气体供应部34a、34b、34c和34d之间的线性区域或弧形形状区域。每个第二排放子区域44b可以具有有弧形形状内边缘的圆扇形形状。第二排放子区域可以是锥形的，使得其从内边缘到在第一排放子区域44a处的外边缘变宽。因为气体供应单元30在凹进区域33处比在气体供应部34处薄，所以凹进区域33与基底W之间的距离可以比气体供应部34与基底W之间的距离大，因此，工艺气体的压力在凹进区域33中可以比其在气体供应部34与基底W之间的区域中低。由于工艺气体的压力上的差异，使得工艺气体可以朝向凹进区域33流动，并且凹进区域33可以用作第二排放区域44。第二排放区域44可以被构造为允许工艺气体在气体供应单元30中平稳流动并且抑制或防止工艺气体相互混合，其形状和布置可以进行各种改变。

加热单元50可以设置在支撑单元20的下方。加热单元50可以被构造为对设置在支撑单元20上的基底W均匀加热，并且可以具有与支撑单元20的每个装载部23对应的形状。作为示例，加热单元50可以具有环形形状或圆形形状。加热单元50可以用来控制基底W的温度，因此，能够控制在基底W沉积薄膜的工艺。虽然加热单元50和支撑单元20在图1中被示出为单独的组件，但加热单元50可以嵌入在支撑单元20中或结合到支撑单元20。

图4A是示出了传统气体供应部34aa的透视图，图4B是沿图4A的线II-II'截取的剖视图。图5A是示出图3A的气体供应部的透视图，图5B是沿图5A的线III-III'截取的剖视图。根据在此描述的实施例的气体供应部可以被构造为具有相同的特征，因此，为了简便起见，将作为这样的气体供应部的示例来描述第一气体供应部34a。为了简洁描述，可以通过相似或等同的附图标号来表示之前参照图3A和图3B描述的元件，并且不重复对其的描述。

根据传统的技术，如图4A和图4B中所示，气体供应孔37可以贯穿气体供应部34aa的整个区域来设置。因此，气体供应孔37可以设置在整个基底W之上或基底W的整个区域之上。当将工艺气体通过气体供应部34aa供应到基底W上时，位于与排放单元40相邻的和与排放单元40隔开的两个区域之间会存在压力差，这会导致工艺气体通过与排放单元40相邻的区域较快速地排放。作为示例，可以例如根据距排放单元40的距离而出现在供应到基底W的工艺气体的量上的大的梯度Δ1。因此，沉积在基底W上的层的厚度在与排放单元40隔开的区域上会比在与排放单元40相邻的区域上小。在这种情况下，为了在整个基底W上或基底W的整个区域上形成均匀的层，增大工艺气体的供应量会是必要的。

相比之下，在根据发明构思的一些实施例的气体供应部34a中，如图5A和图5B中所示，气体供应孔37可以设置在与排放单元40隔开的气体供应区域36中，而未设置在与排放单元40相邻的气体扩散区域38中。因为气体扩散区域38被设置为具有(例如，没有气体供应孔37的)平坦的表面，所以孤立的空间可以设置在气体供应部34a与基底W之间。因此，当通过气体供应区域36的气体供应孔37供应的工艺气体流经位于气体扩散区域38下方的空间时，所述可以使工艺气体扩散。换言之，通过将气体供应孔37与排放单元40分离，不仅能够减小气体供应孔37之间的压力差还能够减小在工艺气体的供应量上的梯度Δ2。例如，能够防止工艺气体被直接排放到排放单元40，结果，可以控制工艺气体均匀地供应到整个基底W上或基底W的整个区域上。

图6A是示出根据发明构思的一些实施例的气体供应部34ab的透视图，图6B和图6C分别是沿图6A的线IV-IV'和V-V'截取的剖视图。图7是示出当使用图6A的气体供应部34ab将工艺气体供应到基底W上时在基底W上沉积的层的沉积速率的图。

参照图6A，多个气体供应区域36a和36b可以形成在气体供应部34ab上。例如，气体供应部34ab可以包括彼此隔开的第一气体供应区域36a和第二气体供应区域36b。这里，气体扩散区域38还可以包括设置在第一气体供应区域36a与第二气体供应区域36b之间的第二气体扩散区域39。气体扩散区域38和第二气体扩散区域39可以彼此连接。气体扩散区域38在此可以被称作第一气体扩散区域38。

在根据发明构思的一些实施例的气体供应部34ab的情况下，如图6A至图6C中所示，气体供应孔37可以设置在与排放单元40隔开的第一气体供应区域36a和第二气体供应区域36b中，但气体供应孔37可以不设置在气体扩散区域38和第二气体扩散区域39中。气体扩散区域38和第二气体扩散区域39可以被设置为具有平坦的、实心的或均匀的表面，因此，能够提供在气体供应部34ab与基底W之间提供孤立的空间并且使工艺气体扩散。这可以使减少气体供应孔37之间的压力差和工艺气体的供应量上的梯度是可能的。例如，能够防止工艺气体直接排放到排放单元40，结果，可以控制工艺气体均匀地供应到整个基底W上或基底W的整个区域上。

在图7的图中，R1代表在使用图4A的气体供应部34aa的沉积工艺中的沉积速率，R2代表在使用图6A的气体供应部34ab的沉积工艺中的沉积速率。在使用图6A的气体供应部34ab的情况下，与图4A的气体供应部34aa相比能够增大将沉积在基底W上的层的沉积速率。作为示例，沉积速率可以增大大约10％至20％。因此，能够改善在工艺气体供应量上的均匀性并且降低工艺气体的损耗。换言之，与图4A的气体供应部34aa相比，图6A的气体供应部34ab的使用可以使减少沉积相同厚度的层所消耗的工艺气体的量成为可能。

图9是示出了根据发明构思的一些实施例的气体供应部34ad的透视图，图10是示出了根据发明构思的一些实施例的气体供应部34ae的透视图。参照图9，多个气体供应区域36a、36b、36c和36d可以设置在气体供应部34ad上。多个气体供应区域36a、36b、36c和36d可以在圆周方向和径向方向上彼此隔开地设置。这里，气体扩散区域38还可以包括设置在气体供应区域36a、36b、36c和36d之间的第二气体扩散区域39。可选择地，如图10中所示，气体供应部34ae可以被构造为包括其气体供应孔密度彼此不同的至少两个不同的气体供应区域。例如，气体供应部34ae可以包括具有高气体供应孔密度的第一气体供应区域36a和具有低气体供应孔密度的第二气体供应区域36b。第一气体供应区域36a可以设置在气体供应部34ae的中心区域处。因此，能够增大将供应到与排放单元40隔开的气体供应部34ae的中心区域的工艺气体的量，结果减少了会由压力差引起的工艺气体的供应量上的差异。

如上所述，根据发明构思的一些实施例，气体供应单元30可以包括被构造为直接将工艺气体供应到基底W上的气体供应区域36以及被构造为在没有工艺气体的任何直接供应的情况下提供用于使工艺气体扩散的空间的气体扩散区域38。因为在气体供应区域36与排放单元40之间提供了用于使工艺气体扩散的空间，所以即使当在室的内部压力上存在梯度时也能够防止供应到室中的工艺气体被立刻排放到排放单元40，并且能够将工艺气体供应到整个基底W上或基底W的整个区域上。此外，能够减少工艺气体的消耗量，并且能够改善将沉积在基底W上的层的厚度的均匀性。

在一些实施例中，气体供应单元30已经被描述为具有形成在其表面上或中的凹进区域33以形成多个气体供应部，但在某些实施例中，气体供应部34可以设置为单独的组件。另外，在一些实施例中，气体供应单元30已经被描述为与上室12接触，但在某些实施例中，气体供应单元30可以设置为与上室12隔开。另外，气体供应单元30与工艺室10之间的连接位置可以改变。

在一些实施例中，气体供应部34a、34b、34c和34d已经被描述为具有相同的形状和结构，但在某些实施例中，在气体供应部34a、34b、34c和34d中的每个中，气体供应区域36和气体扩散区域38的形状可以根据将通过其供应的供应气体的种类或性质而改变。气体供应区域36和气体扩散区域38的形状可以不局限于上述形状，而是可以以各种方式改变。另外，气体供应单元30可以包括设置在其中心区域处的附加气体供应部。

根据发明构思的一些实施例，可以在气体供应区域与排放单元之间提供用于使工艺气体扩散的空间，因此，即使当存在室的内部压力梯度时也能够防止供应到室中的工艺气体被立刻排放到排放区域，并且能够将工艺气体均匀地供应到整个基底上或基底的整个区域上。此外，能够减少工艺气体的消耗量并且改善将沉积在基底上的薄膜的厚度的均匀性。

虽然已经具体地示出并描述了发明构思的示例实施例，但本领域的普通技术人员将领会的是，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中做形式和细节上的改变。