用于空间分离原子层沉积的设备及制程密闭度的制作方法
【专利说明】用于空间分离原子层沉积的设备及制程密闭度
[0001]背景
[0002]本发明的实施例大体关于用于沉积材料的设备和方法。更具体来说，本发明的实施例针对原子层沉积腔室，所述腔室在特定区域内含有制程气体，并防止制程气体泄漏出处理区域及污染处理腔室。
[0003]在半导体制程、平板显示器制程或其他电子装置制程的领域中，气相沉积制程在沉积材料至基板方面扮演了重要的角色。随着电子装置的几何形状持续缩小以及装置密度持续增加，特征结构的尺寸和高宽比正变得更激进，例如特征结构尺寸为0.07 μm,高宽比为10或更大。因而保形沉积材料来形成这些装置正变得日益重要。
[0004]在原子层沉积(ALD)制程期间，反应物气体被引入容纳基板的处理腔室。通常，第一反应物被引入处理腔室并吸附于基板表面上。第二反应物被引入处理腔室并与第一反应物反应以形成沉积材料。可执行净化步骤以确保反应只会在基板表面发生。净化步骤可以是使用载气的连续净化或在反应物气体的释放之间的脉冲净化。
[0005]在一些空间ALD气体分配设备中，气体可能泄漏出处理区域并污染腔室。这进而会造成微粒与腐蚀问题。本发明的实施例防止制程气体泄漏出处理区域，因而不会有微粒与腐蚀问题。
[0006]本领域正需要用于通过原子层沉积来处理基板的改良设备和方法。
[0007]概述
[0008]本发明的实施例针对包括具有长度、宽度、左侧、右侧和正面的主体的气体分配板。主体具有多个细长的气口，这些细长的气口具有位于所述正面处的开口。所述细长的气口沿着所述主体的所述宽度延伸。左气帘(gas curtain)通道邻接主体的左侧并沿主体的长度延伸，并局限所述多个细长的气口中的至少一些。右气帘通道邻接主体的右侧并沿主体的长度延伸，并局限所述多个细长的气口中的至少一些。
[0009]在一些实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个局限所有细长的气口。在一个或更多个实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个局限少于所有的细长的气口。
[0010]在一些实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个包括净化气帘通道。在一个或更多个实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个包括真空帘通道。在一些实施例中，左气帘通道和右气帘通道中的一个或更多个包括净化气帘通道和真空帘通道。在一个或更多个实施例中，所述净化气帘通道位于所述真空帘通道与所述多个细长的气口之间。在一些实施例中，所述真空帘通道位于所述净化气帘通道与所述多个细长的气口之间。
[0011]在一些实施例中，所述多个细长的气口包括与第一反应气体流体连通的至少一个第一反应气口和与不同于第一反应气体的第二反应气体流体连通的至少一个第二反应气口。在一个或更多个实施例中，所述多个细长的气口实质上由前导的(leading)第一反应气口、第二反应气口和拖尾的(trailing)第一反应气口依序组成。在一些实施例中，所述多个细长的气口进一步包括位于前导的第一反应气口与第二反应气口间的净化气口，以及位于第二反应气口与拖尾的第一反应气口间的净化气口，各净化气口通过真空口与反应气口隔开。在一个或更多个实施例中，所述细长的气口在前导的第一反应气口前与第二个第一反应气口后依序包括真空口、净化气口和另一真空口。
[0012]在一些实施例中，所述多个细长的气口包括一个第一反应气口与一个第二反应气口的至少一个重复单元。在一个或更多个实施例中，有2至24个重复单元。
[0013]本发明的额外的实施例针对原子层沉积系统。ALD系统包括处理腔室、根据所公开的实施例中的任一实施例的气体分配板、以及基板载具。基板载具能相对于气体分配板以来回运动方式沿着垂直于所述细长的气体注入器的轴线的轴线往复移动基板。
[0014]在一些实施例中，基板载具使基板旋转。在一个或更多个实施例中，旋转是连续的。在一些实施例中，旋转采用分立阶段。在一些实施例中，每一分立阶段旋转在基板载具不邻接气体分配板时发生。
[0015]附图简述
[0016]为了获得并能详细理解本发明的上述特征的方式，可参考本发明的实施例来获得上面简要概述的本发明的更具体的描述，这些实施例被图示在附图中。然而应注意附图仅例示出本发明的典型实施例，且因此不应被视为限制本发明的范围，因为本发明可容许其他等效实施例。
[0017]图1示出根据本发明的一个或更多个实施例的原子层沉积腔室的示意侧视图；
[0018]图2示出根据本发明的一个或更多个实施例的基座；
[0019]图3示出根据本发明的一个或更多个实施例的原子层沉积腔室的局部透视图；
[0020]图4A及图4B示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的视图；
[0021]图5示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0022]图6示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0023]图7示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0024]图8示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0025]图9示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0026]图10示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的示意截面图；
[0027]图11示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0028]图12示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；
[0029]图13示出根据本发明的一个或更多个实施例的气体分配板的正面示意图；及
[0030]图14示出根据本发明的一个或更多个实施例的集群工具。
[0031]详细描述
[0032]本发明的实施例针对提供改进的基板移动的原子层沉积设备和方法。本发明的具体实施例针对原子层沉积设备(亦称作循环沉积)，所述原子层沉积设备整合了具有精细配置及往复线性运动的气体分配板。
[0033]本发明的实施例大体关于空间原子层沉积设备。特别地，本发明的实施例描述如何将制程限制在某一区域内，及防止制程气体泄漏出处理区域而污染处理腔室。在一些空间ALD型气体分配设备中，气体可能泄漏出处理区域并污染腔室。这进而会造成微粒与腐蚀问题。本发明的实施例防止制程气体泄漏出处理区域，因而不会有微粒与腐蚀问题。
[0034]本发明的一个或更多个实施例在空间ALD设备的所有边缘处增设额外的惰性气体净化通道及/或排放通道。在一些实施例中，这些排放通道的压力防止制程气体泄漏出设备区域。本发明的实施例帮助将制程气体、任何副产物及/或残渣限制在设备(处理区域)内，以使整个处理腔室保持干净，消除微粒与腐蚀问题，增加零件寿命，进而降低成本及缩短定期维护时间。
[0035]图1是根据本发明的一个或更多个实施例的原子层沉积系统100或反应器的示意截面图。系统100包括负载锁定腔10和处理腔室20。处理腔室20通常是在真空或至少在低压下操作的可密封封闭区。处理腔室20通过隔离阀15与负载锁定腔10隔离。隔离阀15在关闭位置会将处理腔室20从负载锁定腔10密封，及在打开位置会允许基板60从负载锁定腔10经由所述阀转移到处理腔室20 (反之亦然)。
[0036]系统100包括能跨基板60分配一个或更多个气体的气体分配板30。气体分配板30可为本领域技术人员已知的任何适合的分配板，所述的具体气体分配板不应被视为限制本发明范围。气体分配板30的输出面面对基板60的第一表面61。
[0037]配合本发明的实施例使用的基板可为任何适合的基板。在详细实施例中，基板是刚性的、分立的、通常为平面的基板。如本说明书与所附权利要求中所使用的那样，术语“分立的”在涉及基板时意味着基板具有固定尺寸。具体实施例的基板为半导体晶圆，例如直径为200mm或300mm的娃晶圆。
[0038]气体分配板30包括配置成将一个或更多个气流输送至基板60的多个气口以及设置在各气口之间且配置成将气流输送到处理腔室20之外的多个真空口。在图1的详细实施例中，气体分配板30包括第一前驱物注入器120、第二前驱物注入器130和净化气体注入器140。注入器120、130、140可由诸如主机的系统计算机(未示出)或诸如可编程逻辑控制器的腔室专用控制器控制。前驱物注入器120被配置成通过多个气口 125将反应性的化合物前驱物A的连续(或脉冲)流注入至处理腔室20中。前驱物注入器130被配置成通过多个气口 135将反应性的化合物前驱物B的连续(或脉冲)流注入至处理腔室20中。净化气体注入器140被配置成通过多个气口 145将非反应性或净化气体的连续(或脉冲)流注入至处理腔室20中。净化气体被配置成将反应材料和反应副产