用于提高膜均匀性的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体处理领域，具体涉及用于提高膜均匀性的装置和方法。
【背景技术】
[0002]当前沉积工艺使载气和前体流经喷头或其它工艺气体输送装置以将前体输送到衬底上。衬底可以容纳在衬底处理室中。衬底处理室中的工艺气体的流以及其他因素可能会导致衬底的不均匀的投配。不均匀投配的衬底可能会影响处理的衬底的质量。
【发明内容】
[0003]在附图和以下说明中阐述了在本说明书中描述的主题的一个或多个实现方案的细节。根据本说明书、附图和权利要求，其它特征、方面和优点将变得显而易见。需要注意的是，以下附图的相对尺寸可能没有按比例绘制，除非特别指明附图是按比例绘制的。
[0004]在某些实施方式中，可以提供一种在沉积工艺期间控制对衬底的前体投配的方法。该方法可以包括:(a)使第一工艺气体流动至所述衬底持续ALD沉积循环的投配阶段的第一时间段，使得所述第一工艺气体包括第一载气和所述前体；(b)使第二工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第二时间段，使得所述第二时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第二时间段至少部分地重叠，所述第二工艺气体包括第二载气，并且在输送到所述衬底之前，所述第二工艺气体与所述第一工艺气体混合持续其中所述第二时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(b)总工艺气体的体积流率增加；(C)停止(a)和(b)中的所述流动；以及(d)在(C)之后，在与(a)和
(b)中的所述ALD沉积循环不同的ALD沉积循环期间针对所述衬底重复(a)和(b)。
[0005]在该方法的一些这样的实施方式中，所述第一工艺气体的至少一部分被吸附在所述衬底上，并且所述方法还可以包括:在(C)之后并在(d)之前，使被吸附的前体反应，以在所述衬底上形成膜层。在该方法的一些实施方式中，当所述衬底不完全布满吸附的前体时可以进行使所述吸附的前体反应。
[0006]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第二工艺气体可以不包含所述前体。
[0007]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第一时间段可以在所述第二时间段结束之后结束。
[0008]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第二时间段可以在所述第一时间段结束之后结束。在该方法的一些实施方式中，在所述第二时间段在所述第一时间段已经结束之后继续的所述一部分期间输送的所述工艺气体从围绕所述衬底的体积去除至少一些未吸附的前体。
[0009]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第一工艺气体可以经由第一流动通路输送，所述第二工艺气体可以经由第二流动通路输送，所述第二流动通路可以流体连接到所述第一流动通路，并且所述第二工艺气体可以与在所述第一流动通路的至少一部分中的所述第一工艺气体混合。
[0010]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，(a)至(C)可以在约5秒或少于5秒的时间段中进行。
[0011]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述衬底的直径可以是约450毫米或少于450毫米。
[0012]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，该方法可以进一步包括:(e)在(a)之后，使第三工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积的所述投配阶段的第三时间段，使得所述第三时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第三时间段至少部分地重叠，所述第三工艺气体包括第三载气，在输送到所述衬底之前所述第三工艺气体与至少所述第一工艺气体混合持续其中所述第三时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(e)总工艺气体的体积流率增加。
[0013]在该方法的一些其他的或额外的实施方式中，所述第二载气可以选自由下列项组成的组:所述第一载气和与所述第一载气不同的载气。
[0014]在某些实施方式中，可以呈现一种装置。该装置可以包括:衬底支架，其构造成接收衬底;具有喷头入口的喷头，配置成输送工艺气体至由所述衬底支架接收的所述衬底;具有第一阀的第一流动通路，其流体连接到所述喷头入口 ；具有第二阀的第二流动通路，其流体连接到所述第一流动通路；和一个或多个控制器。所述一个或多个控制器可以配置成:(a)将所述第一阀切换成流接通状态以使第一工艺气体流动至所述衬底持续ALD沉积循环的投配阶段的第一时间段，其中所述第一工艺气体包括第一载气和前体，(b)将所述第二阀切换成流接通状态以使第二工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第二时间段，其中所述第二时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第二时间段至少部分地重叠，所述第二工艺气体包括所述载气，所述第二工艺气体与所述第一工艺气体混合持续其中所述第二时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(b)总工艺气体的体积流率增加，(C)在(a)之后，将所述第一阀切换成流断开状态以停止使所述第一工艺气体流动至所述衬底，(d)在(b)之后，将所述第二阀切换成流断开状态以停止使所述第二工艺气体流动至所述衬底，以及(e)在(C)和(d)之后，在与(a)和(b)中的所述ALD沉积循环不同的ALD沉积循环期间针对所述衬底重复(a)和(b)。
[0015]在所述装置的一些这样的实施方式中，所述第一工艺气体的至少一部分可以被吸附在所述衬底上，并且所述一个或多个控制器可以被进一步配置成:(f)在(C)和(d)之后并在(e)之前，使被吸附的前体反应以在所述衬底上形成膜层。在所述装置的一些这样的实施方式中，当操作(f)开始时，所述衬底不完全布满吸附的前体。
[0016]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述一个或多个控制器可以进一步被配置成当所述第一阀打开且所述第二阀被闭合时用所述第二工艺气体装载所述第二流动通路。在所述装置的一些实施方式中，该装置还可以包括转向器通路，其流体连接到所述第二流动通路，并且所述一个或多个控制器可以进一步被配置成:(f)当所述第二阀处于流断开状态时使所述第二工艺气体从所述第二流动通路流经所述转向器通路。在所述装置的一些实施方式中，该装置还可以包括在所述转向器通路中的转向器阀，并且(f)可以包括当所述第二阀被切换成流断开状态时将所述转向器阀切换成流接通状态。
[0017]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第二流动通路可以终止于所述第一流动通路中，并且在所述第一流动通路的在所述第二流动通路终止于所述第一流动通路之处的下游的至少一部分中，所述第二工艺气体可与所述第一工艺气体混合。
[0018]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第一时间段可在所述第二时间段结束之后结束。
[0019]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第二时间段可在所述第一时间段结束之后结束。在一些这样的实施方式中，在所述第二时间段的在所述第一时间段已经结束之后继续的所述一部分期间输送的所述工艺气体可以被用于从围绕所述衬底的体积去除至少一些未吸附的前体。
[0020]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述一个或多个控制器可以被配置成在约5秒或少于5秒的时间段中执行(a)至(d)。
[0021]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述衬底的直径可以是约450毫米或小于450毫米。
[0022]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，该装置还可以包括具有第三阀门的第三流动通路，其流体连接到所述第一流动通路，使得所述一个或多个控制器可以进一步被配置成:(f)将所述第三阀切换成流接通状态以使第三工艺气体流动至所述衬底持续所述ALD沉积循环的所述投配阶段的第三时间段，使得所述第三时间段在所述第一时间段开始之后开始，所述第一和第三时间段至少部分地重叠，所述第三工艺气体包括第三载气，所述第三工艺气体与至少所述第一工艺气体混合持续其中所述第三时间段与所述第一时间段重叠的至少一部分时间段，并且从(a)至(f)总工艺气体的体积流率增加；以及(g)在
(f)之后，将所述第三阀切换成流断开状态，以停止使所述第三工艺气体流动至所述衬底。
[0023]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，所述第二载气可以选自由下列项组成的组:所述第一载气和与所述第一载气不同的载气。
[0024]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，该装置还可以包括前体源，其流体连接到所述第一流动通路并配置成提供所述第一工艺气体的前体;和载气源，其流体连接到至少所述第一流动通路并配置成提供所述第一工艺气体的至少第一载气。在一些这样的实施方式中，所述载气源可额外地流体连接到所述第二流动通路，并配置成提供所述第二工艺气体的所述第二载气。
[0025]在所述装置的一些其它的或额外的实施方式中，在(b)中至少所述第二工艺气体的流量可以不被质量流量控制器控制。
[0026]本发明的这些和其它特征将在下面更详细参照附图进行说明。
【附图说明】
[0027]图1是具有带有单个处理站的处理室的衬底处理装置的示意图。
[0028]图2是示出用于通过沉积工艺在衬底上形成材料膜的操作的基本序列的图表。
[0029]图3是示出在沉积工艺期间在处理室中的前体流动的衬底处理站的示意图。
[0030]图4是衬底处理站的典型前体输送系统的示意图。
[0031]图5A是衬底处理站的多步骤前体输送系统的结构的示意图。
[0032]图5B是衬底处理站的多步骤前体输送系统的另一结构的示意图。
[0033]图5C是衬底处理站的多步骤前体输送系统的额外替代的结构的示意图。
[0034]图6A是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的示例性序列的流程图。
[0035]图6B是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的另一示例性序列的流程图。
[0036]图6C是使用多步骤前体输送系统的沉积工艺的操作的额外示例性序列的流程图。
[0037]图7A示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的步骤。
[0038]图7B示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的额外步骤。
[0039]图7C示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的另一步骤。
[0040]图7D示出了使用图5A的多步骤前体输送系统的前体输送操作的序列中的进一步的步骤。
[0041]图8是示出在沉积工艺期间使用多步骤前体输送系统使前体流过的操作的基本序列的图表。
[0042]图9A是示出使用多种前体输送配置处理的示例性晶片的多种晶片均匀性的图表。
[0043]图9B是示出使用多种前体输送配置处理的示例性晶片的多种晶片均匀性的额外的图表。
[0044]图9C是示出使用多种前体输送配置处理的示例性晶片的多种晶片均匀性的另一图表。
【具体实施方式】
[0045]在附图和以下说明中阐述了在本说明书中描述的主题的一个或多个实现方案的细节。根据本说明书、附图和权利要求，其它特征、方面和优点将变得显而易见。需要注意的是，后面附图的相对尺寸可能没有按比例绘制，除非特别指明附图是按比例绘制的。
[0046]应当理解的是，如本文所用的术语“半导体晶片”可以指由半导体材料(例如，硅)制成的晶片和由一般不被确认为是半导体但是在它们上面通常设置有