具有气封的化学沉积腔室的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于密封化学沉积装置中的处理区的系统，所述系统包括：化学隔离腔室，所述化学隔离腔室具有在所述化学隔离腔室内形成的沉积腔室；具有面板的喷头模块，所述喷头模块包括多个将反应器化学物质输送到用于对半导体衬底进行处理的空腔中的入口以及将反应器化学物质和惰性气体从所述空腔中去除的排出口，以及被配置成输送惰性气体的外部充气室；基座模块，所述基座模块被配置成支撑衬底并且垂直移动以封闭所述空腔而在所述基座模块与围绕所述面板的外部部分的台阶之间存在狭窄间隙；以及惰性密封气体进料，所述惰性密封气体进料被配置成将所述惰性密封气体送入到所述外部充气室中，并且其中所述惰性密封气体至少部分地沿径向向内流过所述狭窄间隙以形成气封。
【专利说明】具有气封的化学沉积腔室
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于进行化学沉积和用于进行等离子体增强化学沉积的装置及方法。
【背景技术】
[0002]可以使用等离子体处理装置通过包括以下各项在内的技术对半导体衬底进行处理:蚀刻、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、脉冲沉积层(PDL)、等离子体增强脉冲沉积层(PETOL)处理以及抗蚀剂去除。举例来说，一种类型的用于等离子体处理的等离子体处理装置包括容纳顶部电极和底部电极的反应腔室或沉积腔室。在这些电极之间施加射频(RF)功率以将工艺气体激发成用于在反应腔室中对半导体衬底进行处理的等离子体。
【发明内容】
[0003]公开了一种用于密封化学沉积装置中的处理区的系统，所述系统包括:化学隔离腔室，所述化学隔离腔室具有在所述化学隔离腔室内形成的沉积腔室；具有面板和背衬板的喷头模块，所述喷头模块包括多个将反应器化学物质输送到用于对半导体衬底进行处理的空腔中的入口以及将反应器化学物质和惰性气体从所述空腔中去除的排出口，以及被配置成输送惰性气体的外部充气室；基座模块，所述基座模块被配置成支撑衬底并且垂直移动以封闭所述空腔而在所述基座模块与围绕所述面板的外部部分的台阶之间存在狭窄间隙；以及惰性密封气体进料，所述惰性密封气体进料被配置成将所述惰性密封气体送入到所述外部充气室中，并且其中所述惰性密封气体至少部分地沿径向向内流过所述狭窄间隙以形成气封。
[0004]公开了一种用于防止反应器化学物质从用于对半导体衬底进行处理的空腔中漏出的方法，所述方法包括:在化学沉积装置的空腔中对衬底进行处理，所述空腔在喷头模块与被配置成接收所述衬底的基座模块之间形成，其中所述喷头模块包括多个将反应器化学物质输送到所述空腔中的入口以及将反应器化学物质和惰性气体从所述空腔中去除的排出口 ；以及将惰性密封气体进料送入到外部充气室中，所述外部充气室被配置成将所述惰性密封气体输送到所述喷头模块的面板的外周边周围并且输送到所述基座模块与围绕所述面板的外部部分的台阶之间的狭窄间隙中，所述狭窄间隙围绕所述空腔的外缘，并且其中所述惰性密封气体至少部分地沿径向向内流过所述狭窄间隙以形成气封。
[0005]根据一个示例性实施方式，所述基于气体的密封系统被配置成防止反应器化学物质在不同的ALD工序期间漏出。举例来说，ALD工序可以在反应器压力和流速方面相差多倍或甚至多个数量级。因此，期望在ALD工序期间使用密封气体作为局限反应器化学物质和隔离反应器或空腔的机构来对晶片或反应器空腔实现气封。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1A是示出了根据一个示例性实施方式的具有基座的化学沉积装置的示意图。
[0007]图1B是示出了根据一个示例性实施方式没有基座的化学沉积装置的示意图。
[0008]图2是根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统的剖视图。
[0009]图3是根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统的剖视图。
[0010]图4是根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统的剖视图。
[0011]图5是根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统的剖视图。
[0012]图6是根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统的剖视图。
[0013]图7是根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统的示意图。
[0014]图8是示出了根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统的压力和阀门角度与时间的关系曲线的图表。
【具体实施方式】
[0015]在以下详细的公开内容中，阐述了示例性实施方式以便对本文公开的装置和方法有所了解。然而，如对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些示例性实施方式可以在没有这些具体细节的情况下或通过使用替代性元件或工艺来加以实施。在其它情况下，未对熟知的工艺、程序和/或部件进行详细描述以免不必要地使本文公开的实施方式的方面含糊不清。
[0016]根据一个示例性实施方式，本文公开的装置和相关方法可以用于化学沉积，诸如等离子体增强化学沉积。这些装置和方法可以与基于半导体制造的电介质沉积工艺结合使用，所述电介质沉积工艺需要将多步式沉积工艺中的自限性沉积步骤分开(例如原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、脉冲沉积层(TOL)或等离子体增强脉冲沉积层(PETOL)处理)，然而它们不局限于此。
[0017]如所指示，本发明的实施方式提供了用于进行诸如等离子体增强化学气相沉积之类的化学沉积的装置和相关方法。这些装置和方法特别适于与基于半导体制造的电介质沉积工艺结合使用，所述电介质沉积工艺需要将多步式沉积工艺中的自限性沉积步骤分开(例如原子层沉积(ALD)、等离子体增强原子层沉积(PEALD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、脉冲沉积层(PDL)或等离子体增强脉冲沉积层(PETOL)处理)，然而它们不限于此。
[0018]上述工艺可能有一些与接受沉积材料之晶片或衬底上的温度不均匀相关的缺点。举例来说，当与周围腔室部件进行热接触的被动加热的喷头使热量流失到这些周围部件时，在衬底上可能产生不均匀的温度。因此，优选地将形成处理区上壁的喷头与周围部件热隔离，以便可以形成等温的处理区，从而在衬底上形成均匀的温度。衬底上均匀的温度有助于对衬底进行均匀的处理，其中衬底的温度为沉积处理提供活化能并且因此是推进沉积反应的控制手段。
[0019]此外，一般存在两种主要类型的沉积喷头，即枝形吊灯(chandelier)型和嵌入式安装型。枝形吊灯型喷头具有一端连接至腔室顶部并且另一端连接至面板的杆，类似于枝形吊灯。该杆的一部分可以从腔室顶部伸出以能够连接气体管线与RF电源。嵌入式安装型喷头被整合到腔室顶部中并且不具有杆。本发明的实施方式涉及嵌入式安装型喷头，其中该嵌入式安装型喷头缩减了腔室容积，它在处理期间必须通过真空源来抽真空。
[0020]图1A和IB是示出了根据本文公开的实施方式的化学沉积装置100的示意图。如图1A和IB中所示，该化学装置包括化学隔离腔室或外壳110、沉积腔室120、喷头模块130以及移动基座模块140，该移动基座模块140可以相对于喷头模块130垂直地升高或降低以使基座模块140的上表面上的衬底(或晶片)190的位置升高或降低。喷头模块130也可以垂直地升高和降低。反应原料气体(或工艺气体)192(图3)通过喷头模块130的中央充气室202 (图6)经由气体管线112引入到子腔室(或空腔)150中。气体管线112的每一条可以具有相应的储集槽(未示出)，可以使用隔离阀116将所述相应的储集槽与装置100隔离。根据一个示例性实施方式，装置100可以根据使用的反应气体的数目改进为具有一条或多条具有隔离阀和储集槽的气体管线112。而且，反应气体输送管线112可以在多个化学沉积装置或多工位系统之间共用。
[0021]根据一个示例性实施方式，可以经由一个或多个真空管线160将腔室120抽真空，所述一个或多个真空管线160连接至真空源(未示出)。举例来说，真空源可以是真空泵(未示出)。在多工位反应器中，例如具有多个进行相同的沉积处理的工位或装置100的那些反应器中，来自另一个工位的真空管线160可以与该真空管线160共用共同的前级管线。另外，装置100可以经过改动而使得每个工位或装置100具有一个或多个真空管线160。
[0022]根据一个示例性实施方式，多个抽真空管道170可以被配置成与喷头模块130的面板136内的一个或多个排出口 174处于流体连通。排出口 174可以被配置成在沉积处理之间将工艺气体或反应器化学物质192从空腔150中去除。多个抽真空管道170还与一个或多个真空管线160处于流体连通。抽真空管道170可以沿圆周围绕衬底190间隔排列并且可以均匀间隔。在有些情况下，多个管道170的间距可以经过设计以补偿真空管线160的位置。由于真空管线160 —般少于多个管道170，所以通过最接近真空管线160的管道170的流量可能高于更远离的管道170。为了确保平稳流动模式，在管道170更远离真空管线160的情况下，可以将这些管道170更紧密地间隔排列在一起。包括多个管道170 (包括可变流量导管)的化学沉积装置100的一个示例性实施方式可以见于共同转让的美国专利7，993，457中，该美国专利特此以引用的方式整体并入。
[0023]本文公开的实施方式优选地以等离子体增强化学沉积装置(例如PECVD装置、PEALD装置或PETOL装置)的形式实施。这种装置可以采用不同的形式，其中该装置可以包括一个或多个腔室或“反应器” 110，所述腔室或“反应器” 110可以包括多个如上文所述容纳一个或多个衬底190并且适用于进行衬底处理的工位或沉积腔室120。每个腔室120可以容纳一个或多个用于处理的衬底。所述一个或多个腔室120将衬底190维持在一个或多个限定的位置上(在该位置内移动或不移动，例如旋转、振动或其它摇动)。在一个实施方式中，可以在处理期间将经历沉积和处理的衬底190在装置100内从一个工位(例如沉积腔室120)转移到另一个工位中。在处于处理中同时，通过基座、晶片夹盘和/或其它晶片固定装置140将每个衬底190固定就位。对于将对衬底190进行加热的某些操作来说，装置140可以包括诸如加热板之类的加热器。
[0024]图2是根据一个示例性实施方式的具有基于气体的密封系统200的化学沉积装置100的剖视图。如图2中所示，化学沉积装置100包括衬底基座模块140，该衬底基座模块140被配置成从基座模块140的上表面142接收和/或卸载半导体衬底(或晶片)190。在较低的位置上，将衬底190放在基座模块140的表面上，然后将该基座模块140朝向喷头模块130垂直向上升高。根据一个示例性实施方式，基座模块140的上表面142与喷头模块130的下表面132之间形成空腔150的距离可以是约0.2英寸(5毫米)至约0.6英寸(15毫米)。基座模块140向上垂直移动以封闭空腔150会在基座与围绕喷头模块130的面板136 (图1A和1B)的外部部分131的台阶135之间产生狭窄间隙240。
[0025]在一个示例性实施方式中，可以经由喷头模块130和/或基座模块140中的加热机构维持腔室120内的温度。举例来说，可以将衬底190置于等温环境中，在所述等温环境中，喷头模块130和基座模块140被配置成将衬底190维持在所需温度。在一个示例性实施方式中，可以将喷头模块130加热至高于250°C，和/或可以将基座模块140加热到50°C至550°C的范围内。沉积腔室或空腔150用来容纳由电容耦合等离子体类型系统产生的等离子体，该系统包括结合基座模块140 —起运行的喷头模块130。
[0026]连接至匹配网络(未示出)的一种或多种RF源(未示出)，诸如高频(HF)RF发生器和低频(LF)RF发生器连接至喷头模块130。由匹配网络供给的功率和频率足以由工艺气体/蒸气产生等离子体。在一个实施方式中，可以使用HF发生器和LF发生器这两者。在典型工艺中，一般在约2-lOOMHz的频率下操作HF发生器；在一个优选的实施方式中，在13.56MHz下操作HF发生器。一般在约50kHz至2MHz下操作LF发生器；在一个优选的实施方式中，在约350至600kHz下操作LF发生器。可以基于腔室容积、衬底规格以及其它因素来按比例缩放工艺参数。举例来说，LF发生器和HF发生器的功率输出通常与衬底的沉积表面积成正比。用于300mm晶片上的功率一般将是用于200mm晶片的功率的至少2.25倍。类似地，流速(诸如标准蒸气压)例如可以取决于沉积腔室120的空隙容积。
[0027]在沉积腔室120内，基座模块140支撑上面可以沉积材料的衬底190。基座模块140通常包括在沉积和/或等离子体处理反应的期间和之间将衬底固定和转移的夹盘、叉或起模顶杆。基座模块140可以包括静电夹盘、机械夹盘或可供工业和/或研究中使用的各种其它类型的夹盘。基座模块140可以与用于将衬底190加热至所需温度的加热块连接。根据所要沉积的材料，一般来说衬底190维持在约25°C至500°C的温度下。
[0028]根据一个示例性实施方式，基于气体的密封系统200可以被配置成帮助在工艺原料气体或吹扫气体流动期间控制和调节从空腔150中的流出。根据一个示例性实施方式，腔室150的抽真空或吹扫利用惰性气体或吹扫气体(未示出)，经由喷头模块130将所述气体送入到空腔150中。根据一个示例性实施方式，一个或多个管道178可以经由环形抽真空通道176连接至真空管线160，所述环形抽真空通道176被配置成将密封气体182 (图2)从基座模块140下方的区域中去除。
[0029]根据一个示例性实施方式，喷头模块130被配置成将反应器化学物质输送到空腔(或反应器腔室)150中。喷头模块130可以包括具有多个入口或通孔138的面板136和背衬板139。根据一个示例性实施方式，面板136可以是具有多个入口或通孔138和台阶135的单块板，所述台阶135围绕面板136的外周边137延伸。替代地，台阶135可以是独立的环133，所述独立的环133被固定至面板136的外部部分131的下表面上。举例来说，可以使用螺钉143将台阶135固定至面板136的外部部分131上。包括具有同心排出口 174的面板136的用于分配工艺气体的喷头模块130的一个示例性实施方式可以见于共同转让的美国专利5，614，026中，该美国专利特此以引用的方式整体并入。举例来说，根据一个示例性实施方式，排出口 174围绕多个入口 138。
[0030]根据一个不例性实施方式,空腔150形成于喷头模块130的面板136的下表面132下方和衬底基座模块140的上表面142上方。喷头模块130的面板136内的多个同心抽真空管道或排出口 174可以流体连接至多个管道170中的一个或多个，以在沉积处理之间将工艺气体或反应器化学物质192从空腔150中去除。
[0031]如图2中所示，装置100还包括惰性气体或密封气体182的来源180，经由一个或多个管道184将所述惰性气体或密封气体182送到基于气体的密封系统200的外部充气室204中。根据一个示例性实施方式，惰性气体或密封气体182可以是氮气或氩气。根据一个示例性实施方式，惰性气体来源180被配置成经由一个或多个管道184沿径向向内输送惰性密封气体182穿过狭窄间隙240，所述狭窄间隙240从空腔150向外延伸并且形成于围绕面板136的外周边137的台阶135的下表面134与基座模块140的上表面142之间。根据一个示例性实施方式，惰性密封气体182在狭窄间隙240内与空腔150中的工艺气体或反应器化学物质192(图3)连通以在处理期间形成气封。如图3和4中所示，惰性密封气体182仅部分进入狭窄间隙240中，在该狭窄间隙内的反应器化学物质192与惰性气体182之间形成气封。替代地，如图5和6中所示，惰性气体182可以向空腔150的外缘流动并且经由喷头模块130内的一个或多个排出口 174从空腔150中去除。
[0032]根据一个示例性实施方式，环形抽真空通道176流体连接至多个抽真空管道170中的一个或多个。根据一个示例性实施方式，环形抽真空通道176具有一个或多个出口(未示出)并且被配置成将来自围绕衬底190周边的区域的惰性气体182以及沿径向向内穿过或流过狭窄间隙240的惰性气体182去除。抽真空通道176形成于衬底基座140的外部部分144内。环形抽真空通道176还可以被配置成将惰性气体182从衬底基座140下方去除。具有多个类似于176的管道的另外的实施方式可以帮助抽吸更多的惰性气体182并且使得更高流量的惰性气体能够进入178和基座下方的部分中。多个管道176还可以有助于在密封表面上形成更高的压降并且因此使得向晶片空腔中的扩散更低。
[0033]图3是根据一个示例性实施方式的具有基于气体的密封系统200的化学沉积装置100的沉积腔室120的一部分的剖视图。如图3中所示，外部充气室204可以形成于面板136的外部部分131中。外部充气室204可以包括一个或多个管道220，所述一个或多个管道220被配置成接收来自惰性气体来源或进料180的惰性气体182。惰性气体182经由一个或多个管道220流过外部充气室204到达下出口 228。下出口 228与狭窄间隙240处于流体连通。根据一个示例性实施方式，从空腔150的外缘152到面板136的外周边或外缘141与外部充气室204连通的距离是有限控制的一段距离。举例来说，从空腔150的外缘152到面板136的外缘141与外部充气室204连通的距离(或宽度)可以是约5.0mm至25.0mm0
[0034]根据一个示例性实施方式，形成外部充气室204的一个或多个管道220是外部环形凹槽222。外部环形凹槽222被配置成与空腔150外缘上的狭窄间隙240处于流体连通。外部环形凹槽222可以被配置成具有上环形凹槽224和下环形凹槽226，其中上环形凹槽224所具有的宽度大于下环形凹槽226的宽度。根据一个示例性实施方式，下出口 228是下环形凹槽226下部上的环形出口，该环形出口与狭窄间隙240处于流体连通。
[0035]根据一个示例性实施方式，如图3中所示，经由在反应器或空腔150的边缘上间隔有限控制的距离的外部充气室204输送惰性气体182。流过外部充气室204的惰性气体182的流速可以达到使得佩克莱特数(Peclet number)大于约1.0,从而如图3中所示使化学物质192局限于空腔150内。举例来说，如果佩克莱特数大于1.0，那么惰性气体182与反应器化学物质192可以在狭窄间隙240的内部部分242内建立平衡，从而防止反应器化学物质192流到衬底基座140下方以及污染沉积腔室120中处于空腔150外部的部分。
[0036]根据一个示例性实施方式，如果该处理是恒压处理，则与来自基座140下方的压力组合的单一(或恒定)流量的惰性气体182可足够确保空腔150内的反应器化学物质192与沿径向向内流过狭窄间隙240的惰性气体180之间的密封。举例来说，根据一个示例性实施方式，基于气体的密封系统200可以与Si的ALD氧化物一起使用，所述Si的ALD氧化物一般可以以相对恒压模式操作。另外，基于气体的密封系统200可以充当通过改变惰性气体182的流速或基座模块140下方的压力和/或这两者的组合以跨越不同的处理和压力方案在沉积腔室120和空腔150内例如在ALD氮化物处理期间控制密封的装置。
[0037]根据一个示例性实施方式，如所公开的密封气体系统200单独地或与和排出管道174,176相关的压力组合可以有助于防止反应器化学物质192在处理期间从150中流出和/或扩散出。另外，系统200单独地或与排出管道174、176以及与排出管道174、176相关的压力组合还可以防止惰性气体182总体流动到空腔150中以及衬底190上。另外，惰性气体182进入狭窄间隙240中以隔离空腔150的流速可以基于由排出口 174所产生的压力加以调节。根据一个示例性实施方式，例如，可以经由外部充气室204以约100立方厘米/分钟至约5.0标准升/分钟(slm)的速率输送惰性气体或密封气体182，所述惰性气体或密封气体182可以被用于隔离空腔150。
[0038]根据一个不例性实施方式,一个或多个空腔250可以位于基座模块140的外部部分中，该外部部分围绕空腔150。该一个或多个空腔250可以与狭窄间隙240和下出口 228处于流体连通，这可以增加从空腔150到惰性气体或气体进料180的压降。一个或多个空腔250 (或环形通道)还可以提供额外的控制机构以使得能够跨越不同的处理和压力方案，例如在ALD氮化物处理期间，实现密封。根据一个示例性实施方式，一个或多个空腔250可以围绕沉积腔室120等距排列。在一个示例性实施方式中，一个或多个空腔250是环形通道，该环形通道是同心的并且具有大于下出口 228宽度的宽度。
[0039]图4是具有基于气体的密封系统200的化学沉积装置100的沉积腔室120的一部分的剖视图。如图4中所示，如果反应器化学物质192的流速大于或约等于惰性气体182的流速，那么反应器化学物质192的流动可能延伸到空腔150的外部，这可能不是所希望的。
[0040]如图4中所示，环形抽真空通道176流体连接至多个抽真空管道170中的一个或多个。环形抽真空通道176被配置成将惰性气体182从衬底基座140下方以及从围绕衬底190周边的区域中去除。根据一个示例性实施方式，抽真空通道176具有一个或多个出口(未示出)并且被配置成将来自围绕衬底190周边的区域的惰性气体182以及沿径向向内流过或扩散通过狭窄间隙240的惰性气体182去除。
[0041]图5是根据一个示例性实施方式具有基于气体的密封系统200的化学沉积装置100的沉积腔室120的一部分的剖视图。可以通过降低反应器化学物质192的流速和/或提高惰性气体182的流速来产生来自空腔150外部的惰性气体182流。根据一个示例性实施方式，惰性气体182从外部充气室204流入空腔150中并且可以经由喷头模块130内的一个或多个排出口 174去除。
[0042]图6是根据一个示例性实施方式具有基于气体的密封系统300的化学沉积装置100的沉积腔室120的一部分的剖视图。根据一个示例性实施方式，喷头模块130的中央充气室202包括多个入口或通孔138，所述入口或通孔138将反应器化学物质192输送到空腔150中。空腔150还包括同心管道或排出口 174，所述同心管道或排出口 174将反应器化学物质192和惰性气体182从空腔150中去除。同心管道或排出口 174可以与中间充气室208处于流体连通。中间充气室208流体连接至多个抽真空管道170中的一个或多个。
[0043]喷头模块130还可以包括垂直气体通道370，该垂直气体通道370被配置成将惰性气体182输送到面板136的外周边137周围。根据一个示例性实施方式，外部充气室206可以形成于面板136的外周边137与隔离环214的内周边或内缘212之间。
[0044]如图6中所示，系统300包括形成于上板310内的内部通道360和背衬板139的外部部分320内的垂直气体通道370。该垂直气体通道370包括一个或多个管道312、322，所述一个或多个管道312、322被配置成接收来自惰性气体来源或进料180的惰性气体182。根据一个示例性实施方式，惰性气体182经由一个或多个管道312、322流过上板310和背衬板139的外部部分320流到一个或多个凹槽和/或通道330、340、350，然后流到反应器或空腔150的外缘。
[0045]根据一个示例性实施方式，一个或多个管道312可以包括上环形凹槽314和下外部环形凹槽316。根据一个示例性实施方式，上凹槽314所具有的宽度大于下凹槽316。另夕卜，一个或多个管道322可以处于上板310和背衬板139的外部部分320内。一个或多个管道322可以形成环形凹槽，该环形凹槽具有与上板310上的出口 318处于流体连通的入口326和与狭窄间隙240处于流体连通的出口 328。根据一个示例性实施方式，下隔离环320内的出口 328可以与一个或多个凹槽和/或通道330、340、350处于流体连通，引导围绕喷头模块130的面板136的外周边的惰性气体182向狭窄间隙240的外缘243流动。
[0046]根据一个示例性实施方式，经由垂直气体通道370将惰性气体182送入到外部充气室206中并且至少部分地沿径向向内流过狭窄间隙240流向空腔150。流过一个或多个凹槽和/或通道330、340、350的惰性气体182的流速可以使得佩克莱特数大于1.0，从而使得化学物质192局限于空腔150内。根据一个示例性实施方式，如果佩克莱特数大于1.0,那么惰性气体182与反应器化学物质192在狭窄间隙240的内部部分242内建立平衡，从而防止反应器化学物质192流到基座模块140下方以及污染沉积腔室120中处于空腔150外部的部分。根据一个示例性实施方式，通过使反应器化学物质192的流动局限于空腔150内，系统200可以减少反应器化学物质192的用量。另外，系统200还可以缩短在处理期间使用反应器化学物质192填充空腔150的时间。
[0047]图7是根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统400的示意图。如图7中所示，系统400包括惰性气体或密封气体的来源180和工艺气体的来源190，这些来源被配置成分别将惰性气体或密封气体182和工艺气体192输送到空腔150中。系统400还可以包括晶片空腔或空腔压力阀410和下腔室压力阀412，这些压力阀分别控制晶片空腔或空腔压力414，和下腔室压力416。
[0048]图8是示出了根据一个示例性实施方式的基于气体的密封系统400的压力和阀门角度与时间的关系曲线的图表500。根据一个示例性实施方式，如图8中所示，以O至约20SLM(标准升/分钟)的流速将呈氦气形式的工艺气体192输送到空腔150中。以约2SLM向空腔提供呈氮气(N2)形式的惰性气体或密封气体182。根据一个示例性实施方式，空腔腔室压力414和下腔室压力416是约10托。如图8中所示，在最多约20SLM的氦气192和2SLM的氮气182的操作条件下，如通过残余气体分析仪测量法所证实，氦气182未经由吹扫通道(或狭窄间隙240)泄漏。
[0049]本文还公开了一种在处理装置中对半导体衬底进行处理的方法。该方法包括将来自工艺气体来源的工艺气体供应至沉积腔室中，以及在等离子体处理腔室中对半导体衬底进行处理。该方法优选地包括对衬底进行等离子体处理，其中使用RF发生器将RF能施加于工艺气体，从而在沉积腔室中产生等离子体。
[0050]当在本说明书中连同数值一起使用词语“约”时，意在相关数值包括所述数值±10%的容差。
[0051]此外，当连同几何形状一起使用词语“一般”、“相对”以及“基本上”时，意在不要求该几何形状的精确性，但是该形状的自由度(latitude)处于本公开的范围内。当与几何学术语一起使用时，词语“一般”、“相对”以及“基本上”旨在不仅涵盖符合严格定义的特征，还涵盖相当接近于严格定义的特征。
[0052]虽然已经参考【具体实施方式】对包括等温沉积腔室的等离子体处理装置进行详细描述，但是对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可以作出各种改变和改动，并且使用等同方案而不背离所附权利要求书的范围。
【权利要求】
1.一种用于密封化学沉积装置中的处理区的系统，所述系统包括: 化学隔离腔室，所述化学隔离腔室具有在所述化学隔离腔室内形成的沉积腔室； 喷头模块，其具有面板和背衬板，所述喷头模块包括多个将反应器化学物质输送到用于对半导体衬底进行处理的空腔中的入口以及将反应器化学物质和惰性气体从所述空腔中去除的排出口，以及被配置成输送惰性气体的外部充气室； 基座模块，所述基座模块被配置成支撑衬底并且垂直移动以封闭所述空腔而在所述基座模块与围绕所述面板的外部部分的台阶之间存在狭窄间隙；以及 惰性密封气体进料，所述惰性密封气体进料被配置成将所述惰性密封气体送入到所述外部充气室中，并且其中所述惰性密封气体至少部分地沿径向向内流过所述狭窄间隙以形成气封。
2.如权利要求1所述的系统，所述系统包括: 环形抽真空通道，所述环形抽真空通道将沿径向向内流过所述狭窄间隙以及来自围绕处于所述基座模块的上表面上的衬底周边的区域的所述惰性密封气体去除。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述环形抽真空通道位于所述面板的台阶下方。
4.如权利要求1所述的系统，所述系统包括: 处于所述基座模块的上表面上的半导体衬底。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述外部充气室形成于所述面板的外周边与隔离环的内周边之间。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述外部充气室是环形管道。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述狭窄间隙具有从所述空腔的外缘到所述面板的外缘约5.0mm至25.0mm的宽度。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述排出口围绕所述多个入口。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述惰性密封气体是氮气或氩气。
10.如权利要求2所述的系统，所述系统包括: 至少一个抽真空管道，所述至少一个抽真空管道与所述环形抽真空通道流体连通；以及 抽真空装置，所述抽真空装置与所述至少一个抽真空管道流体连通。
11.如权利要求1所述的系统，所述系统包括: 至少一个抽真空管道，所述至少一个抽真空管道与中间充气室流体连通；以及 抽真空装置，所述抽真空装置与所述多个抽真空管道流体连通。
12.如权利要求1所述的系统，所述系统包括: 一个或多个空腔，所述一个或多个空腔位于所述基座模块中，并且其中所述一个或多个空腔被配置成与所述外部充气室流体连通。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述基座模块中的所述一个或多个空腔是环形通道。
14.如权利要求1所述的系统，其中围绕所述面板的外部部分的所述台阶是独立的环。
15.一种用于防止反应器化学物质从用于对半导体衬底进行处理的空腔中漏出的方法，所述方法包括: 在化学沉积装置的所述空腔中对衬底进行处理，所述空腔在喷头模块与被配置成接收所述衬底的基座模块之间形成，其中所述喷头模块包括多个将反应器化学物质输送到所述空腔中的入口以及将反应器化学物质和惰性气体从所述空腔中去除的排出口； 将惰性密封气体进料送入到外部充气室中，所述外部充气室被配置成将所述惰性气体输送到所述基座模块与围绕面板的外部部分的台阶之间的狭窄间隙中，所述狭窄间隙围绕所述空腔的外缘；以及 使所述惰性密封气体至少部分地沿径向向内流过所述狭窄间隙以形成气封。
16.如权利要求15所述的方法，所述方法包括: 通过提高经由所述狭窄间隙进入所述空腔中的所述惰性密封气体的流速来吹扫具有反应器化学物质的所述空腔；以及 使用流体连接至所述喷头模块的同心出口的抽真空装置将所述反应器化学物质从所述空腔中抽空。
17.如权利要求16所述的方法，所述方法包括 经由与抽真空装置流体连通的抽真空通道将所述惰性密封气体从围绕处于所述基座模块上的所述衬底的周边的区域中去除。
18.如权利要求15所述的方法，所述方法包括: 在佩克莱特数大于约1.0的情况下使所述惰性密封气体流入到所述狭窄间隙中。
19.如权利要求15所述的方法，所述方法包括: 经由以下工艺中的至少一种将层沉积到衬底上:化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、等离子体增强原子层沉积、脉冲层沉积和/或等离子体增强脉冲沉积。
20.如权利要求15所述的方法，所述方法包括: 以约100立方厘米/分钟至约5.0slm (标准升/分种)将所述惰性密封气体送入到所述狭窄间隙中。
21.如权利要求15所述的方法，所述方法包括: 基于由围绕所述多个入口的所述排出口产生的压力来调节所述惰性密封气体进入所述狭窄间隙的流速。
22.如权利要求15所述的方法，所述方法包括: 调节所述化学沉积装置的隔离腔室的内部部分中的压力并且所述内部部分位于所述空腔的外部，并且其中所述压力调节与空腔压力和工艺气体流速的改变协作以使得能够在使所述惰性密封气体向所述空腔中的扩散减到最低程度的情况下实现密封。
23.如权利要求15所述的方法，所述方法包括: 调节所述惰性密封气体的流速以使得能够实现密封以及所述惰性气体向所述空腔中的低扩散。
【文档编号】C23C16/455GK104250728SQ201410307452
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】拉梅什·钱德拉赛卡兰, 桑格伦特·桑普伦格 申请人:朗姆研究公司