用于空间上分离的原子层沉积腔室的改进的注射器的制作方法
本公开的实施例总体上关于用于处理基板的设备。具体而言，本公开的实施例关于用于控制在处理腔室内的气流的设备和方法。
背景技术：
半导体器件形成一般在包含多个腔室的基板处理系统或平台中进行，所述系统或平台也可称为群集工具。在一些实例中，多腔室处理平台或群集工具的目的是在受控环境中依序在基板上执行两个或更多个工艺。然而，在其他实例中，多个腔室处理平台仅可在基板上执行单个处理步骤。可采用额外的腔室以使处理基板的速率最大化。在后一种情况下，在基板上执行的工艺典型地是批量工艺，其中在给定腔室中同时处理相对大数目的基板(例如，25或50个基板)。批量处理对于以经济上可行的方式在各个基板上执行过于耗时的工艺是特别有益的，诸如对原子层沉积(ald)工艺和一些化学气相沉积(cvd)工艺是特别有益的。
空间式ald的概念基于不同的气体相反应性化学品的清楚分离。防止化学品的混合以避免气体相反应。空间式ald腔室的大体设计可包括在承接器(susceptor)(或晶片表面)与气体注射器之间的小间隙。此间隙可在约0.5mm至约2.5mm的范围中。真空泵送通道经定位围绕每一个化学品喷淋头。惰性气体净化通道在多个化学品喷淋头之间以使气体相的混合最小化。虽然目前的注射器设计能够防止气体相混合反应性物质(species)，但是注射器对前体暴露在何处以及何时发生不提供足够的控制。本技术领域对用于控制进入处理腔室的气体的流动具有持续的需求。
技术实现要素：
本公开的一个或更多个实施例涉及气体递送系统，所述气体递送系统包含与第一接合点流体连通的第一入口管线。至少两个第一腿部连接至所述第一接合点且与所述第一接合点流体连通。所述至少两个第一腿部中的每一个与至少一个阀流体连通。第二入口管线与每一个阀流体连通。出口腿部与每一个阀流体连通，并且终止在出口端中。每一个阀控制从所述第一腿部至所述出口腿部的流体的流。从所述第一接合点至所述出口端中的每一个出口端的距离基本上相同。
一些实施例涉及气体递送系统，所述气体递送系统包含与第一接合点流体连通的第一入口管线。两个第一腿部连接至所述第一接合点且与所述第一接合点流体连通。所述至少两个第一腿部中的每一个与第二接合点流体连通。两个第二腿部与所述第二接合点中的每一个和阀流体连通。第二入口管线与所述阀中的每一个流体连通。出口腿部与所述阀中的每一个流体连通，并且具有出口端。每一个阀控制从所述第一腿部至所述口腿部的流体的流。从所述第一接合点通过所述第二接合点至所述出口端中的每一个出口端的距离基本上相同。
本公开的一个或更多个实施例涉及处理腔室，所述处理腔室包含气体分配组件。所述气体分配组件包含多个细长的气体端口，所述多个细长的气体端口包括至少一个第一反应性气体端口和至少一个第二反应性气体端口。所述第一反应性气体端口中的每一个从所述第二反应性气体端口中的每一个分离。第一气体递送系统与所述第一反应性气体端口和所述第二反应性气体端口中的一者流体连通。所述第一气体递送系统包含与第一接合点流体连通的第一入口管线。至少两个第一腿部连接至所述第一接合点且与所述第一接合点流体连通。所述至少两个第一腿部中的每一个与至少一个阀流体连通。第二入口管线与每一个阀流体连通。出口腿部与每一个阀以及所述多个第一反应性气体端口或所述第二反应性气体端口中的一者流体连通。每一个阀控制从所述第一腿部至所述出口腿部的流体的流。从所述第一接合点至所述出口端中的每一个出口端的距离基本上相同。
附图说明
因此，为了可详细地理解使本公开的上述特征的方式，可参照实施例进行对上文简要概述的本公开的更具体的描述，在所附附图中绘示实施例中的一些。然而，所附附图仅绘示本公开的典型实施例，且因此不应视为限制范围，因为本公开可准许其他等效实施例。
图1是根据本公开的一个或更多个实施例的空间式原子层沉积腔室的侧剖面图；
图2是根据本公开的一个或更多个实施例的基板处理系统的示意平面图，所述基板处理系统配置有四个气体分配组件单元以及装载站；
图3示出根据本公开的一个或更多个实施例的处理腔室的剖面图；
图4示出根据本公开的一个或更多个实施例的承接器组件和气体分配组件单元的透视图；
图5示出根据本公开的一个或更多个实施例的处理腔室的剖面图；
图6示出根据本公开的一个或更多个实施例的饼形(pie-shaped)气体分配组件的示意图；
图7示出根据本公开的一个或更多个实施例的气体分配组件的示意图；
图8示出根据本公开的一个或更多个实施例的气体递送系统的示意图；
图9示出根据本公开的一个或更多个实施例的气体递送系统的示意图；
图10示出根据本公开的一个或更多个实施例的气体递送系统的示意图；以及
图11示出根据本公开的一个或更多个实施例的两个气体递送系统的示意图的示意性显示。
具体实施方式
本公开的实施例提供用于连续基板沉积的基板处理系统，以使产量最大化并改善处理效率和均匀性。基板处理系统也可用于预沉积和后沉积基板加工(treatment)。本公开的实施例关于在用于在批量处理器中增加沉积均匀性的设备和方法。
如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“基板(substrate)”和“晶片(wafer)”可互换地使用，两者均指称可作用于其上的表面或表面的部分。本领域技术人员将理解，对基板的引述(reference)也可以指基板的仅一部分，除非上下文另外清楚地指示。例如，在参照图1所述的空间上分离的ald中，每一种前体被递送至基板，但是在任何给定时刻，任何单独的前体流仅递送至基板的部分。此外，对在基板上沉积的引述可意味着以下两者：裸基板；以及具有沉积或形成在其上的一个或更多个膜或特征的基板。
如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“反应性气体(reactivegas)”、“工艺气体(processgas)”、“前体(precursor)”、“反应物(reactant)”等可互换地使用，用以意指气体，所述气体包括在原子层沉积工艺中是反应性的物质。例如，第一“反应性气体”可简单地吸收到基板的表面上，并且可用于与第二反应性气体的进一步化学反应。
本公开的实施例关于用于改善用于空间式原子层沉积(ald)腔室的注射器设计的方法和设备，所述空间式原子层沉积(ald)腔室允许对何时以及何处发生前体暴露的精确控制。一些实施例的增加的控制可帮助改善若干可制造性要求，所述可制造性要求包括但不限于膜轮廓匹配(filmprofilematching)以及晶片对晶片匹配(wafertowafermatching)。目前的注射器设计可能无法提供足够的控制，结果，可能呈现相对于膜轮廓匹配和晶片对晶片匹配方面的一些限制。
图1是根据本公开的一个或更多个实施例的处理腔室100的部分的示意剖面图。处理腔室100大致上是可密封包体(sealableenclosure)，所述可密封包体在真空或至少低压力条件下操作。系统包括气体分配组件30，所述气体分配组件30能够跨基板60的顶表面61分配一种或更多种气体。气体分配组件30可以是为本领域技术人员所知的任何合适的组件，并且所描述的特定气体分配组件不应被视为限制本公开的范围。气体分配组件30的输出面朝向基板60的顶表面61。
与本公开的实施例一起使用的基板可以是任何合适的基板。在一些实施例中，基板是刚性、离散、大致上平面的基板。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，当指称基板时，术语“离散的(discrete)”意味着基板具有固定的尺度。一个或更多个实施例的基板是半导体基板，诸如，200mm或300mm直径的硅基板。在一些实施例中，基板是以下一者或更多者：硅、硅锗、砷化镓、氮化镓、锗、磷化镓、磷化铟、蓝宝石(sapphire)和碳化硅。
气体分配组件30包含多个气体端口和多个真空端口，所述多个气体端口用于将一个或更多个气体流传输至基板60，所述多个真空端口设置在每一个气体端口之间以将气体流传出处理腔室100。在图1的实施例中，气体分配组件30包含第一前体注射器120、第二前体注射器130和净化气体注射器140。注射器120、130、140可由系统计算机(未示出)(诸如，主机)控制，或由腔室特定控制器(诸如，可编程逻辑控制器)控制。前体注射器120通过多个气体端口125将化合物a的反应性前体的连续(或脉冲)流注入到处理腔室100中。前体注射器130通过多个气体端口135将化合物b的反应性前体的连续(或脉冲)流注入到处理腔室100中。净化气体注射器140通过多个气体端口145将非反应性或净化气体的连续(或脉冲)流注入到处理腔室100中。净化气体从处理腔室100去除反应性材料和反应性副产物。净化气体典型地是惰性气体，诸如，氮气、氩气和氦气。气体端口145设置在气体端口125与气体端口135之间，以便将化合物a的前体与化合物b的前体分开，从而避免前体之间的交叉污染。
另一方面，在将前体注射到处理腔室100中之前，远程等离子体源(未示出)可连接至前体注射器120和前体注射器130。通过将电场施加至远程等离子体源内的化合物，可生成反应性物质的等离子体。可使用能够活化所期望化合物的任何电源。例如，可使用利用基于dc、射频(rf)和微波(mw)的放电技术的电源。如果使用rf电源，则电源可以是电容性耦接或电感性耦接的。也可通过基于热的技术(thermallybasedtechnique)、气体击穿技术(gasbreakdowntechnique)、高能量光源(例如，uv能量)、或暴露至x射线源产生活化。示例性远程等离子体源可从供应商处获得，诸如mks仪器公司(mksinstruments,inc.)以及先进能源工业公司(advancedenergyindustries,inc)。
系统可以是连接至处理腔室的泵送系统。泵送系统大致上配置成通过一个或更多个真空端口将气体流排出处理腔室。真空端口设置在每一个气体端口之间，以便在气体流与基板表面反应之后将气体流排出处理腔室，并进一步限制前体之间的交叉污染。
系统包括设置在处理腔室100上在每一个端口之间的多个分区160。每一个分区的下部延伸靠近基板60的第一表面61，例如，距第一表面61约0.5mm或更远。以此方式，分区160的下部与基板表面分开一距离，所述距离足以允许气体流在气体流与基板表面反应后，绕下部流向真空端口155。箭头198指示气体流的方向。由于分区160操作为对气体流的物理阻挡，因此所述分区160也限制前体之间的交叉污染。所示出的布置仅是说明性的，且不应被视为限制本公开的范围。本领域技术人员将理解，所示出的气体递送系统仅是一种可能的分配系统，并且也可采用其他类型的喷淋头和气体分配组件。
此类原子层沉积系统(即，其中多种气体同时且分离地流向基板)被称为空间式ald。在操作中，基板60被递送(例如，通过机器人)至处理腔室100，并且可在进入处理腔室之前或之后被放置在梭道(shuttle)65上。梭道65沿轨道70或某个其他合适的移动机构移动穿过处理腔室100，从而在气体分配组件30下方(或上方)通行。在图1中所示出的实施例中，梭道65在线性路径中移动通过腔室。在一些实施例中，晶片在圆形路径中移动通过旋转料架处理系统。
请往回参照图1，当基板60移动通过处理腔室100时，基板60的第一表面61反复地暴露至来自气体端口125的反应性气体a以及来自气体端口135的反应性气体b，其间有来自气体端口145的净化气体。净化气体的注入经设计以在将基板表面110暴露至下一个前体之前，去除来自先前前体的未反应材料。在对各种气体流(例如，反应性气体或净化气体)的每次暴露后，由泵送系统通过真空端口155抽空气体流。由于真空端口可设置在每一个气体端口的两侧上，因此气体流通过在两侧上的真空端口155被抽空。因此，气体流从各个气体端口竖直向下流向基板60的第一表面61，横跨基板表面110且绕分区160的下部，并最后向上朝向真空端口155。以此方式，每一种气体可以跨基板表面110均匀地分布。箭头198指示气体流动的方向。也可在基板60暴露至各种气体流时旋转基板60。基板的旋转对防止在所形成的层中形成条可以是有用的。基板的旋转可以是连续的或离散步进式的，并且可在基板正在气体分配组件30下方传递时发生，或在基板在气体分配组件30前和/或后的区域中时发生。
足够的空间大致上在气体分配组件30后提供，以确保对最后的气体端口的完全暴露。一旦已完全在气体分配组件30下方传递基板60，第一表面61就已完全经暴露于处理腔室100中的每一个气体端口。接着在相反方向上往回传送基板或往前传送基板。如果在相反方向上移动基板60，则基板表面能以与第一次暴露相反的次序再次暴露至反应性气体a、净化气体和反应性气体b。
基板表面110暴露于每一种气体的程度可例如由从气体端口出来的每一种气体的流率(flowrate)和基板60的移动速率来确定。在一个实施例中，每一种气体的流率经控制，以便不从基板表面61去除所吸收的前体。每一分区之间的宽度、设置在处理腔室100上的气体端口的数目以及跨气体分配组件传递基板的次数也可确定基板表面61暴露于多种气体的程度。因此，可通过改变上述因子来优化所沉积的膜的数量和质量。
虽然已利用将气体流动向下引导向定位在气体分配组件下方的基板的气体分配组件30对工艺进行了描述，但是此定向可以是不同的。在一些实施例中，气体分配组件30将气体流动向上引导向基板表面。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“跨……传递(passedacross)”意味着已将基板从气体分配组件的一侧移动至另一侧，使得基板的整体表面暴露至来自气体分配板材的每一个气体流。在没有附加描述的情况下，术语“跨……传递”不暗示气体分配组件、气流或基板位置的任何具体定向。
在一些实施例中，梭道65是帮助形成跨基板的均匀温度的载体(carrier)。承接器在两个方向上都是可移动的(相对于图1的布置，从左到右以及从右到左)或在圆形方向上是可移动的(相对于图2)。承接器具有用于承载基板60的顶表面。承接器可是经加热的承接器，使得基板60可以经加热以用于处理。作为示例，承接器66可通过设置在承接器下方的辐射热灯90、加热板材、电阻线圈、或其他加热装置来加热。
图1示出处理腔室的剖面图，其中示出各个气体端口。此实施例可是线性处理系统或饼形段，在线性处理系统中，各个气体端口的宽度跨气体分配板材的整个宽度基本上相同，在饼形段中，各个气体端口改变宽度以适形于饼形。图3示出饼形气体分配组件220的部分。
具有多个气体注射器的处理腔室可用于同时处理多个晶片，使得晶片经历相同的工艺流程。这经常被称为批量处理或批量处理腔室。例如，如图2中所示，处理腔室100具有四个气体分配组件30和四个基板60。在处理的开始时，基板60可定位在多个气体分配组件30之间。将旋转料架的承接器66旋转45°将造成每一个基板60被移动至注射器组件30用于膜沉积(filmdeposition)。这是图2中所示的位置。附加的45°旋转将会将基板60移离气体分配组件30。利用空间式ald注射器在晶片相对于注射器组件的移动期间，膜沉积在晶片上。在一些实施例中，转转承接器66，使得基板60不在气体分配组件30下方停止。基板60和气体分配组件30的数目可以是相同或不同的。在一些实施例中，正在被处理的晶片与气体分配组件有相同数目。在一个或更多个实施例中，正在被处理的晶片的数目是气体分配组件的数目的整数倍。例如，如果有四个气体分配组件，则有4x个正在被处理的晶片，其中x是大于或等于一的整数值。
图2中所示的处理腔室100仅是一个可能配置的表示，并且不应被视为限制本公开的范围。在此，处理腔室100包括多个气体分配组件30。在所示实施例中，具有绕处理腔室100均匀地间隔开的四个气体分配组件30。所示处理腔室100为八边形，然而，本领域具通常知识者将了解此是一个可能的形状，且不应被视为限制本公开的范围。所示出的气体分配组件30是矩形，但本领域技术人员将理解，气体分配组件可以是饼形段。此外，每一个段可配置成以空间类型布置递送气体(所述空间类型布置具有从相同的段流动的多种不同的反应性气体)，或配置成递送单个反应性气体或反应性气体的混合物。
处理腔室100包括基板支撑设备，示出为圆形承接器66或承接器组件。基板支撑设备或承接器66能够在气体分配组件30的中的每一个下方移动多个基板60。负载锁定82可连接至处理腔室100的一侧以允许基板60被载入腔室100或从腔室100卸载。
处理腔室100可包括定位在多个气体分配组件30的任意者或各者之间的多个第一加工站80或第一加工站的集合80。在一些实施例中，第一加工站80的正的每一者对基板60提供相同的加工。
加工站的数目和加工站的不同类型的数目可取决于工艺而变化。例如，可以有定位在多个气体分配组件30之间的一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个或更多个加工站。每一个加工站可独立每一个其他加工站的集合来提供不同的加工，或可有相同类型和不同类型的加工的混合。在一些实施例中，各个加工站中的一者或更多者提供与其他各个加工站中的一者或更多者不同的加工。图2中所示的实施例示出四个气体分配组件，所述四个气体分配组件之间具有空间，所述空间之间可包括某个类型的加工站。然而，本领域技术人员可轻易地从此图构想出，处理腔室可轻易具有例如八个气体分配组件，所述八个气体分配组件之间具有气幕(gascurtain)。
加工站可将任何合适类型的加工提供至基板、基板上的膜或承接器组件。例如，uv(紫外线)灯、闪光灯、等离子体源和加热器。随后，在具有气体分配组件30的多个位置之间将晶片移动至具有例如喷淋头的位置，所述喷淋头将等离子体递送至晶片。等离子体站被称为加工站80。在一个或更多个示例中，可以在每一个沉积层后利用等离子体加工(plasmatreatment)来形成氮化硅膜。由于理论上只要表面是饱和的则ald反应就是自限的，因此对沉积气体的额外暴露将不会对膜造成损伤。
旋转料架的旋转可以是连续的或非连续的。在连续处理中，晶片恒定地旋转，使得这些晶片轮流暴露于注射器中的每一个。在非连续处理中，晶片可移动至注射器区域且停止，而接着至注射器之间的区域84且停止。例如，旋转料架可旋转，使得晶片从注射器间区域横注射器移动(或相邻于注射器停止)，且接着继续至下一注射器间区域，在所述下一注射器间区域，基板可再次暂停。在多个注射器之间的暂停可提供用于在每一个层沉积之间的额外处理步骤(例如，暴露于等离子体)的时间。
在一些实施例中，处理腔室包含多个气幕40。每一个气幕产生阻挡以防止或最小化来自气体分配组件30的处理气体的移动从气体分配组件区域迁移，并且防止或最小化来自加工站80的气体从加工站区域迁移。气幕40可包括可将各个处理区段与相邻区段隔离的气体和真空流的任何合适的组合。在一些实施例中，气幕40是净化(或惰性)气体流。在一个或更多个实施例中，气幕40是从处理腔室去除气体的真空流。在一些实施例中，气幕40是净化气体和真空流的组合，使得依序有净化气体流、真空流和净化气体流。在一个或更多个实施例中，气幕40是真空流和净化气体流的组合，使得依序有真空流、净化气体流和真空流。图2中示出的气幕40定位在气体分配组件30与加工站80中的每一者之间，但是幕可沿处理路径定位在任何一个或更多个点处。
图3示出处理腔室200的实施例，处理腔室200包括气体分配组件220(也称为注射器)和承接器组件230。在此实施例中，承接器组件230是刚性主体。一些实施例的刚性主体具有不大于0.05mm的下垂公差(drooptolerance)。例如，致动器232可例如放置在承接器组件230的外径区域的三个位置处。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“外径(outerdiameter)”和“内径(innerdiameter)”分别指称靠近外周边缘和内周边缘的区域。外径不是指承接器组件230的最外边缘的特定位置，而是指靠近承接器组件230的外边缘231的区域。这可在图3中从致动器232的放置中看见。致动器232的数目可从一个变化到将在可用的实体空间内适配的任何数目。一些实施例具有定位在外径区域231中的两组、三组、四组或五组致动器232。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“致动器(actuator)”指能够将承接器组件230或承接器组件230的部分移向或移离气体分配组件220的任何单部件或多部件机构。例如，致动器232可用于确保承接器组件230与气体分配组件220基本上平行。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，用于这方面的术语“基本上平行(substantiallyparallel)”意味着部件的平行性(paralellism)相对于多个部件之间的距离不会变化大于5％。
一旦压力从致动器232施加至承接器组件230，就可将承接器组件230放平(level)。随着由致动器232施加压力，间隙210的距离可设定至在约0.1mm至约2.0mm的范围内、或在约0.2mm至约1.8mm的范围内、或在约0.3mm至约1.7mm的范围内、或在约0.4mm至约1.6mm的范围内、或在约0.5mm至约1.5mm的范围内、或在约0.6mm至约1.4mm的范围内、或在约0.7mm至约1.3mm的范围内、或在约0.8mm至约1.2mm的范围内、或在约0.9mm至约1.1mm的范围内、或约1mm。
承接器组件230定位在气体分配组件220下方。承接器组件230包括顶表面241，并可选地包括在顶表面241中的至少一个凹槽243。取决于所处理的基板260的形状和尺寸，凹槽243可以是任何合适的形状和尺寸。在所示实施例中，凹槽243具有绕凹槽243的外周边缘的台阶区域。台阶可经定尺寸以支撑基板260的外周边缘。由台阶支撑的基板260的外周边缘的量可取决于例如晶片的厚度以及晶片的背侧上已经呈现的特征的存在而变化。
在一些实施例中，如图3中所示，承接器组件230的顶表面241中的凹槽243经定尺寸，使得在凹槽243中被支撑的基板260具有与承接器组件230的顶表面241基本上共面的顶表面261。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“基本上共面(substantiallycoplanar)”意味着晶片的顶表面和承接器组件的顶表面在±0.2mm内共面。在一些实施例中，这些顶表面在±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm内共面。
图3的承接器组件230包括能够提起、降低和旋转承接器组件230的支撑柱240。承接器组件230可在支撑柱240的中心内包括加热器、或气体管线或电气部件。支撑柱240可是增加或减小承接器组件230与气体分配组件220之间的间隙从而将承接器组件230移动至大致位置的主要装置。致动器232可接着对承接器组件的位置进行微调，以产生预定间隙。
图3中所示的处理腔室100是旋转料架型腔室，在所述旋转料架型腔室中，承接器组件230可固持多个基板260。气体分配组件220可包括多个分离的注射器单元221，每一个注射器单元221能够当在注射器单元221下方移动晶片时在基板260上沉积膜或膜的部分。图4示出旋转料架型处理腔室200的透视图。两个饼形注射器单元221示出为定位在承接器组件230的大致相对的侧上且在承接器组件230上方。仅出于说明性目的示出注射器单元221的此数目。本领域技术人员将理解，可包括更多或更少注射器单元221。在一些实施例中，有足够数目的饼形注射器单元221以形成适形于承接器组件230形状的形状。在一些实施例中，可独立地移动、移除和/或替换各个饼形注射器单元221中的每一个而不影响其他注射器单元221中的任一者。例如，可抬高一个段以准许机器人接取承接器组件230与气体分配组件220之间的区域来装载/卸载基板260。
图5示出本公开的另一实施例，其中承接器组件230不是刚性主体。在一些实施例中，承接器组件230所具有的下垂公差不大于约0.1mm、或不大于约0.05mm、或不大于约0.025mm、或不大于约0.01mm。在图5的实施例中，致动器232放置在承接器组件230的外径区域231处以及内径区域239处。致动器232可定位在绕承接器组件230的内周和外周的任何合适数目的地方。在一些实施例中，致动器232放置在外径区域231和内径区域239两者处的三个位置处。放置在外径区域231和内径区域239两者处的致动器232将压力施加至承接器组件230。
图6示出根据本公开的一个或更多个实施例的气体分配组件220。示出大致上圆形的气体分配组件220的一部分或一段的前面225。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“大致上圆形(generallycircular)”意味着部件的总体形状不具有小于80°的任何内角。因此，大致上圆形可具有任何形状，包括方形、无边性、六边形、七边形、八边形等等。大致上圆形不应被视为将形状限制为圆形或完美多边形(perfectpolygon)，而是也可包括椭圆形和不完美的多边形。
气体分配组件220包括在前面225中的多个细长的(elongate)气体端口125、135、145。气体端口从气体分配组件220的内径区域239延伸至外径区域231。多个气体端口包括用于将第一反应性气体递送至处理腔室的第一反应性气体端口125以及用于将净化气体递送至处理腔室的净化气体端口145。图7中示出的实施例也包括用于将第二反应性气体递送至处理腔室的第二反应性气体端口135。
饼形气体端口可在靠近气体分配组件220的内周边缘239处具有较窄的宽度，且在靠近气体分配组件220的外周边缘231处具有较大的宽度。各个端口的形状或深宽比可与气体分配组件段的形状或深宽比成比例或不同。在一些实施例中，各个端口经定形状，使得跟随路径272跨气体分配组件220传递的晶片的每一个点在每一个气体端口下方将具有大约相同的留置时间(residencetime)。基板的路径可与气体端口垂直。在一些实施例中，气体分配组件中的每一个包含多个细长的气体端口，所述多个细长的气体端口在基本上垂直于由基板横穿(traverse)路径的方向上延伸。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“基本上垂直(substantiallyperpendicular)”意味着移动的大致方向大约垂直于气体端口的轴。对于饼形气体端口，气体端口的轴可被视为如由端口的宽度的中点所界定的、沿所述端口的长度延伸的线。如下文进一步所描述，各个饼形片段中的每一个可配置成以空间上分离的方式或组合地递送单种反应性气体或更多钟反应性气体(例如，如在典型的cvd工艺中)。
真空端口155将第一反应性气体端口125和第二反应性气体端口135从相邻的净化气体端口145分离。换句话说，真空端口定位在第一反应性气体端口125与净化气体端口145之间、以及在第二反应性气体端口135与净化气体端口145之间。真空端口从处理腔室抽空气体。在图6中示出的实施例中，真空端口155绕反应性气体端口的所有侧延伸，使得在第一反应性气体端口125和第二反应性气体端口135中的每一者的内周边缘227和外周围边缘228上具有真空端口155的部分。
图6示出气体分配组件220的扇段(sector)或部分，其可称为注射器单元122。注射器单元122可单独地使用或可与其他注射器单元组合使用。例如，如图7中所示，图6的四个注射器单元122经组合以形成单个气体分配组件220。(为清楚起见，未示出分离四个注射器的线。)虽然图6的注射器单元122除净化气体端口155和真空端口145外还具有第一反应性气体端口125和第二反应性气体端口135两者，但是注射器单元122不需要这些部件的全部。
请参照图6和图7两者，根据一个或更多个实施例的气体分配组件220可包含多个扇段(或注射器单元122)，其中每一个扇段是完全相同或不同的。气体分配组件220定位在处理腔室内，并且在气体分配组件220的前表面225中包含多个细长的气体端口125、135、145。多个细长的气体端口125、135、145从与内周边缘123相邻的区域延伸朝向与气体分配组件220的外周边缘228相邻的区域。所示的多个气体端口包括第一反应性气体端口125、第二反应性气体端口135、净化气体端口145，所述净化气体端口145环绕第一反应性气体端口和第二反应性气体端口以及真空端口155中的每一者。
参照在图6或图7中所示的实施例，当陈述端口从至少绕内周区域延伸到至少绕外周区域时，端口的延伸可不仅径向地从内区域至外区域而延伸。如真空端口145环绕反应性气体端口125和反应性气体端口135，端口可切向地延伸。在图6或图7中所示的实施例中，楔形反应性气体端口125、135在所有边缘上(包括邻近内周区域和外周区域处)被真空端口145环绕。
请参照图6，随着基板沿弧状路径272移动，基板的每一个部分暴露于各种反应性气体。为了跟随路径272，基板将暴露至或将“”看到”净化气体端口155、真空端口145、第一反应性气体端口125、真空端口145、净化气体端口155、真空端口145、第二反应性气体端口135以及真空端口145。因此，在图6中所示出的路径272的端部处，基板已暴露于第一反应性气体125和第二反应性气体135以形成层。所示出的注射器单元122成四分之一圆，但是可以更大或更小。图7中所示的气体分配组件220可被视为串联地连接的四个图6的注射器单元122的组合。
图6的注射器单元122示出分离反应性气体的气幕150。术语“气幕(gascurtain)”用于描述将反应性气体分立以免混和的气流或真空的任何组合。图6中所示的气幕150包含在第一反应性气体端口125旁边的真空端口145的部分、在中间的净化气体端口155、以及在第二反应性气体端口135旁边的真空端口145的部分。气流和真空的的组合可用于防止或最小化第一反应性气体与第二反应性气体的气相反应。
请参照图7，来自气体分配组件220的气流和真空的组合形成多个处理区域250。围绕各个反应性气体端口125、135处理区域被粗略地界定，并且在多个250之间具有气幕150。于图7中所示出的实施例7构成之间具有八个分离的气幕150的八个分离的处理区域250。
在处理期间，基板可在任何给定时刻暴露于多于一个处理区域250。然而，经暴露于不同处理区域的部分将具有分隔这两者的气幕。例如，如果基板的先导边缘进入包括第二反应性气体端口135的处理区域，则基板的中间部分将在气幕150下方，并且基板的拖尾边缘将在包括第一反应性气体端口125的处理区域中。
工厂接口280(其可以是例如负载锁定腔室)示出为连接至处理腔室200。基板260示出为迭加于气体分配组件220上方以提供参照系。虽非必要，但是基板260将常常位于承接器组件上，以便被固持在气体分配组件220的前表面225附近。基板260经由工厂接口280被装载到处理腔室200中而至基板支撑件或承接器组件上。基板260可示出为定位在处理区域内，因为基板定位为与第一反应性气体端口125相邻且在两个气幕150a、150b之间。沿路径272旋转基板60将绕处理腔室200逆时针移动基板。基板260将暴露于第一处理区域250a到第八处理区域250h，包括所有之间的处理区域。对于绕处理腔室的每一次循环，使用所示的气体分配组件，基板260将暴露于第一反应性气体和第二反应性气体的四个ald循环。
一些沉积工艺在批次内可在承接器组件中的多个袋部(凹槽)之间会具有晶片内(wiw)轮廓失配(withinwiwprofilemismatching)。wiw轮廓失配会对各种工艺的实现造成挑战。发明人已发现，晶片位置调制(waferlocationmodulation)使注射器位置与wiw轮廓相关。在某些工艺步骤期间的注射器和晶片位置可能影响wiw剖面。
阀歧管(manifold)的实施例(其馈送用于给定前体(反应性气体)的所有注射器)允许仅氮气或氮气和前体的流动。基本当前体不存在时，氮气的流动对确保贯穿工艺实现适当的空间分离是有用的，即使是在前体不存在时。本公开的一些实施例在用于给定前体的所有注射器上包括阀，而不是在用于所有注射器的给定前体上包括阀。本公开的实施例提供对基板上的前体暴露的更准确且精确的控制。
图8至图10示出根据本公开的一个或更多个实施例的气体递送系统500。第一入口管线510与第一接合点520流体连通。第一入口管线510可连接至气源(例如，前体安瓿)。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“流体连通(fluidcommunication)”意味着流体(例如，含前体气体)可在封闭系统中从一个指定部件流动到另一指定部件而无显著泄漏。一些实施例包括截止阀512，所述截止阀与第一阀520上游的第一入口管线510流体连通。截止阀512可被关闭以防止任何气体流向第一接合点520或流离第一接合点520。
第一接合点520和其他接合点可以是可分隔气流的合适的部件。例如，y形阀或比例阀。在一些实施例中，第一接合点520是y形或t形连接器。在一些实施例中，接合点将气流分隔为基本上相等的量。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，术语“基本上相等的量(substantiallyequalamounts)”意味着流动通过离开接合点的每一个腿部的气体量在10％、或5％、或2％、或1％内。例如，图8的第一接合点分隔流，使得流在40:60至60:40的范围中、或在45:55至55:45的范围中、或在约48:52至52:48的范围中、或在49:51至51:49的范围中。
至少两个第一腿部530连接至第一接合点520且与所述第一结合点流体连通。至少两个第一腿部530中的每一个与至少一各阀540流体连通。图8和图9中所示的实施例各自具有从第一接合点520延伸的两个第一腿部530。图10中所示的实施例具有从第一接合点520延伸的四个第一腿部530。
请参照图9，第一腿部520中的每一个独立地与第二接合点550流体连通，第二接合点550位于第一接合点520下游。至少两个第二腿部560从第二接合点550中的每一个延伸，从而引导至阀540。在图9的实施例中，具有两个第二腿部560，所述两个第二腿部560与第二接合点550中的每一个和一阀540流体连通。一些实施例具有从第二接合点550延伸的多于两个的第二腿部560。例如，如果四个第二腿部560从第二接合点550中的每一个延伸并连接至阀540，则总共将有八个可连接到其他部件的阀540。
第二入口管线570与每一个阀540流体连通。第二入口管线570可连接至任何合适的气源(例如，氮气管线)。在图8的实施例中，流动通过第二入口管线570的气体流入与来自第一腿部530的气体相同的阀540。在一些实施例中，第二入口管线570包括在阀540上游的至少一个截止阀572。
出口腿部580从阀540中的每一个延伸，并且与阀540中的每一个流体连通。出口腿部580具有出口端584。出口端584可包括从裸管(即，无特定连接)至允许出口腿部580连接至另一部件(例如，气体分配组件)的配件582的任何类型的连接。
在一些实施例中，从第一接合点520至出口端584中的每一个的配管长度是基本上相同的。请参照图10，第一腿部530a、阀540a和出口腿部580a的组合的长度l1可以与第一腿部530b、阀540b和出口腿部580b的长度l2基本上相同。如在此说明书和所附权利要求书中所使用，在这方面中使用的术语“基本上相同(substantiallythesame)”意味着从第一接合点至出口端中的任一者的长度相对于从第一接合点至所有出口端的所有长度的平均值在5％、2％、1％、0.5％、或0.25％内。从第一接合点到每一个出口腿部的端部的配管长度的一些变异是预料到的。当腿部基本上相同时，离开出口腿部中的每一个的气体压力是基本上相同，这体现在任何差异对所得到的工艺具有最小的影响或无影响。
阀540具有两个输入腿部以及至少一个出口腿部，并且可控制从至少第一腿部520至出口腿部580的流体的流动。在一些实施例中，阀540控制从第一腿部530和第二入口管线570两者至出口腿部580的气体流动。阀540可由任何合适的方法(包括但不限于电子的和气动的)控制。
在一个或更多个实施例中，阀540仅充当用于流动通过第一腿部520的气体的阀。流动通过第二入口管线570的气体传递通过阀540而无影响。因此，阀540可充当计量阀，以允许来自第一腿部520的一些流进入从第二入口管线570流动的气体流。在使用图8的系统的一个或更多个实施例中，出口腿部580连接至气体分配组件的第一反应性气体输入。在处理期间，以恒定速率使净化气体(例如，氮)流动通过第二入口管线570而进入处理腔室。第一反应性气体可流动通过第一入口管线510而至第一接合点520。第一反应性气流在第一接合点处分隔进入两个第一腿部530。阀540可被打开以允许来自第一腿部530的第一反应性气体的流进入出口腿部580，以与净化气体的流会合。净化气体正充当反应性气体的载体。当处理完成时，阀540可被关闭，使得没有第一反应性气体流动通过阀540而进入出口腿部580。同时，从第二入口管线570流动通过阀540的净化气体不受影响，因此气体继续流动至气体分配组件。
系统500可用于任何数目的气体端口，这意味着可以有任何数目的出口端584。在一些实施例中，有四个出口端584，这些出口端584可连接至例如气体分配组件。请参照图11，气体分配组件220示出为具有第一气体递送系统500和第二气体递送系统600。第一气体递送系统500和第二气体递送系统600两者具有与图9的配置类似的配置。第一气体递送系统500可用于将第一反应性气体递送至第一反应性气体端口125的中的每一个(见图7)。第二气体递送系统600可用于将第二反应性气体递送至第二反应性气体端口135中的每一个(见图7)。因此，组合的这两个系统能够提供图7中所示的气体分配组件所需要的所有反应性气体。如果包括额外的反应性气体，则可添加额外的系统。例如，如果气体分配组件具有四种不同类型的反应性气体，则可有四个气体递送系统。
图11中所示的第一气体递送系统500包括图9的全部部件。第二气体递送系统600是类似的，并且可具有参照第一气体递送系统500所描述的相同元件中的任一者。简而言之，第二气体递送系统600包括与第三接合点620流体连通的第三入口管线510。至少两个第三腿部630连接至第三接合点620，并且与所述第三接合点620流体连通。图11的实施例确切地具有两个第三腿部630，但是可使用更多个(如图10中)。第三腿部630中的每一个与至少一各第三阀640流体连通。第四入口管线670与每一个第三阀640流体连通。出口腿部680与每一个第三阀640流体连通，并且终止于出口端684中。在一些实施例中，每一个第三阀640控制从第三腿部630至出口腿部680的流体的流。在一个或更多个实施例中，从第三接合点620至出口端684中的每一个的配管长度是基本上相同的。
在一些实施例中，与图10类似，具有连接至第三接合点620且与第三接合点620流体连通的四个第三腿部630。四个第三腿部630中的每一个与至少一个第三阀640流体连通。
在图11中所示的实施例中，第三腿部630中的每一个独立地与第四接合点650流体连通，所述第四接合点650位于第三接合点620下游且在阀640上游。至少两个第四腿部660从第四接合点650中的每一个延伸且与四接合点650中的每一个流体连通，从而引导至阀640。
在一些实施例中，一个或更多个层可在等离子体增强型原子层沉积(peald)工艺期间被形成。在一些工艺中，等离子体的使用提供足够的能量以促进物质进入激发态，在激发态中，表面反应变得有利且可能。将等离子体引入工艺可以是连续的或脉冲化的。在一些实施例中，前体(或反应性气体)和等离子体的序列脉冲用于处理层。在一些实施例中，可局部地(即，在处理区域内)或远程地(即，在处理区域外)电离反应物。在一些实施例中，远程电离可发生在沉积腔室上游，使得离子或其他高能的或发光物质不与沉积膜直接接触。在一些peald工艺中，等离子体在处理腔式外部生成，诸如通过远程等离子体生成器系统。等离子体可经由为本领域技术人员所知的任何合适的等离子体产生工艺或技术来生成。例如，等离子体可通过微波(mw)频率生成器或射频(rf)生成器中的一者或更多者生成。等离子体的频率可取决于所使用的特定反应性物质来调谐。合适的频率包括但不限于2mhz、13.56mhz、40mhz、60mhz和100mhz。虽然等离子体可在本文中所公开的沉积工艺期间使用，但是可不包括等离子体。实际上，其他实施例关于在没有等离子体的非常温和条件下的沉积工艺。
根据一个或更多个实施例，基板在形成层之前和/或之后经受处理。此处理可在相同的腔室中执行，或可在一个或更多个分离的处理腔室中执行。在一些实施例中，基板从第一腔室被移动至分离的第二腔室用于进一步处理。基板可从第一腔室直接移动至分离的处理腔室，或基板可从第一腔室移动至一个或更多个转移腔室，并接着移动到预定的分离处理腔室。据此，处理设备可包含与一转移站连通的多个腔室。这种设备可称为“群集工具(clustertool)”或“群集系统(clusteredsystem)”等。
大体而言，群集工具是模块化系统，所述模块化系统包含执行各种功能的多个腔室，所述功能包括基板之中心寻找和定向、除气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或更多个实施例，群集工具至少包括第一腔室和中央转移腔室。中央转移腔室可容纳机器人，所述机器人可在处理腔室与负载锁定腔室之间梭运基板。转移腔室典型地维持在真空条件下，并且提供中间级，所述中间级用于将基板从一个腔室梭运至定位在群集工具的前端的另一腔室和/或负载锁定腔室。可适配于本公开的两个公知的群集工具是
根据一个或更多个实施例，基板连续地处于真空或“负载锁定(loadlock)”条件下，并且在从一个腔室移动到下一腔室时不暴露于周围空气。因此，转移室处于真空下，并且在真空压力下“泵降(pumpeddown)”。惰性气体可存在于处理腔室或转移腔室中。在一些实施例中，惰性气体用作净化气体，用于当在基板的表面上形成层之后去除反应物中的一些或全部。根据一个或更多个实施例，在沉积腔室的出口处注射净化气体，以防止反应物从沉积腔室移动至转移腔室和/或额外的处理腔室。因此，惰性气体的流在腔室的出口处形成幕。
在处理期间，基板可经加热或冷却。此类加热或冷却可通过任何合适的手段达成，所述手段包括但不限于改变基板支撑件(例如，承接器)的温度、以及使经加热或经冷却的气体流至基板表面。在一些实施例中，基板支撑件包括加热器/冷却器，所述加热器/冷却器可受控以便以传导方式改变基板温度。在一个或更多个实施例中，所采用的气体(反应性气体或惰性气体)经加热或冷却以局部地改变基板温度。在一些实施例中，加热器/冷却器定位在与基板表面相邻的腔室内，从而以对流方式改变基板温度。
基板在处理期间也可以是静止的或旋转的。旋转的基板可连续地或以离散步进方式旋转。例如，可贯穿整个工艺旋转基板，或可在多次暴露于不同的反应性或净化气体之间旋转基板一小量。在处理期间旋转基板(连续地或步进地)可使例如气流几何的局部可变性的效应最小化来帮助产生更均匀的沉积或蚀刻。
虽然前述涉及本公开的实施例，但是可设计本公开的其他和进一步的实施例而不背离本公开的基本范围，并且本公开的范围由所附权利要求书来确定。
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