本公开内容总体涉及一种半导体处理工具，并且更特定地，涉及一种具有经改良的气流分布的反应器。
背景技术：
半导体基板针对广泛应用(包括集成装置和微型装置的制造)进行处理。一种处理基板的方法包括在处于处理腔室内的基板的上表面上生长氧化层。氧化层可通过将基板暴露至氧气和氢气、同时利用辐射热源加热基板来沉积。氧自由基撞击基板的表面以在硅基板上形成层，例如，二氧化硅层。
用于快速热氧化的当前的处理腔室具有受限制的生长控制，从而导致不良的处理均匀性。常规地，可旋转基板支撑件旋转基板，同时平行于基板的水平方向引入反应气体，使得膜沉积在安置在基板支撑件上的基板上。当前的进气口设计导致气体到达基板并且在整个基板中不均匀地沉积。归因于当前的进气口设计而受限制的生长控制在基板中心处导致较高生长并在基板边缘处导致不良生长。
由此，需要提供生长控制以实现在整个基板中的更均匀的生长的经改良的气流分布。
技术实现要素：
本公开内容的实现方式提供了一种用于在热处理期间改良气体分布的设备。本公开内容的一个实现方式提供了一种用于热处理基板的设备。所述设备包括主体、成角度的突起和气体注入通道。所述气体注入通道具有第一半角和第二半角。第一半角不同于第二半角。
本公开内容的另一实现方式提供了一种用于处理基板的设备，所述设备包括限定处理容积的腔室主体和设置在所述处理容积中的基板支撑件。所述基板支撑件具有基板支撑表面。所述设备也包括耦接至腔室主体的入口的气源突起、耦接至腔室主体的出口的排气组件以及耦接至腔室主体的侧壁的侧面气体组件。所述侧面气体组件包括气体注入通道。气体注入入口包括第一半角和第二半角。第一半角不同于第二半角。
附图说明
因此，为了能够详细理解本公开内容的上述特征所用方式，上文所简要概述的本公开内容的更具体的描述可以参考各个实现方式进行，一些实现方式在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本公开内容的常见实现方式并且由此不被认为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他等效的实现方式。
图1a是可用于实践本公开内容的实现方式的热处理腔室的示意性横截面表示。
图1b是根据本公开内容的一个实现方式的热处理腔室的示意性横截面俯视图。
图2a是根据本公开内容的一个实现方式的气体注入器的示意性横截面俯视图。
图2b和图2c是根据本公开内容的气体注入器的三维示意图。
为了便于理解，在可能情况下，已经使用相同附图标记表示附图中共有的相同元件。预期的是，在一个实现方式中公开的元件可有利地用于其他实现方式而不进行赘述。
具体实施方式
图1a是可用于实践本公开内容的实现方式的热处理腔室100的示意性横截面表示。热处理腔室100总体包括灯组件110、限定处理容积139的腔室组件130、以及设置在处理容积139中的基板支撑件138。处理腔室100能够提供受控热循环，所述热循环加热基板101以供用于工艺(诸如，例如，热退火、热清洁、热化学气相沉积、热氧化和热氮化等等)的。
灯组件110可以相对地定位在基板支撑件138之上以将热量经由石英窗口114供应至处理容积139。石英窗114设置在基板101与灯组件110之间。在一些实现方式中，灯组件110可另外或替代地相对地设置在基板支撑件138之下。注意，如在本公开内容中所使用的术语“之上”或“之下”不指绝对方向。灯组件110经构造以容纳加热源108，诸如用于向设置在基板支撑件138上的基板101提供经调节的红外加热构件的多个卤钨灯。多个卤钨灯可以设置在六边形的布置中。加热源108可连接至控制器107，控制器可控制加热源108的能量水平以获得基板101的均匀或调节的加热轮廓。在一个示例中，加热源108能够以从约50℃/s至约280℃/s的速率快速加热基板101。
基板101可以被加热至从约550摄氏度至约小于700摄氏度变化的温度。加热源108可以提供对基板101的分区加热(温度调谐)。可进行温度调谐以改变基板101于某些位置处的温度，同时不影响基板温度的剩余部分。狭缝阀137可以设置在基座环140上，以供机器人将基板101传送至处理容积139中并传送出所述处理容积。基板101可以放置在基板支撑件138上，所述基板支撑件可以经构造以竖直移动并且关于中心轴线123旋转。进气口131可以设置在基座环140上方并连接至气源135以向处理容积139提供一种或多种处理气体。在基座环140与进气口131相对的侧面上形成的出气口134适于与泵系统136流体连通的排气组件124。排气组件124限定排气容积125，所述排气容积经由出气口134与处理容积139流体连通。
在一个实现方式中，一个或多个侧面端口122可以在进气口131与出气口134之间的基座环140上方形成。侧面端口122、进气口131和出气口134可以设置在实质上相同的水平处。即，侧面端口122、进气口131和出气口134可以处于实质上相同的水平。如下文将更详细地论述，侧面端口122被连接至侧面气源，侧面气源经构造以改良靠近基板101的边缘区域的气体分布的均匀性。
图1b是根据本公开内容的一个实现方式的热处理腔室100的示意性横截面俯视图。如图1b所示，进气口131和出气口134设置在处理容积139的相对侧面上。进气口131和出气口134均可以具有近似等于基板支撑件138的直径的线性或方位宽度。
在一个实现方式中，气源135可以包括多个气源，例如第一气源141和第二气源142，每个气源经构造以提供连接至注入料盒(injectioncartridge)149的处理气体。气体从第一气源141和第二气源142通过注入料盒149和进气口131流动至处理容积139中。在一个实现方式中，注入料盒149中形成有伸长通道150和在伸长通道150的相对末端上形成的两个入口143、144。多个注入孔151沿着伸长通道150分布并且经构造以朝向处理容积139注入主气流145。料盒149的双入口设计提高了在处理容积139中的气流均匀性。主气流145可以包括以容积计30％至50％的氢气和以容积计50％至70％的氧气，并且具有从约20标准升每分钟(slm)至约50slm变化的流速。流速是基于具有300mm直径的基板101，这导致了从约0.028slm/cm2至约0.071slm/cm2变化的流速。
将主气流145从进气口131朝向出气口134引导并引导至泵136，泵是用于腔室100的真空源。在一个实现方式中，排气组件124的排气容积125经构造以扩展处理容积139，从而减少腔室结构对主气流145的几何形状影响。泵136也可用于控制处理容积139的压力。在一个示例性操作中，将在处理容积内部的压力维持在约1torr至约19torr，诸如在约5torr至约15torr之间。
在一个实现方式中，气体注入器147被耦接至基座环140，使得气体经由侧面端口122沿着侧面气流148而流动至处理容积139。气体注入器147经由流量调节装置146与气源152流体连通，流量调节装置经构造以控制侧面气流148的流速。气源152可以包括一个或多个气源153、154。在一个示例性示例中，气源152是向侧面端口122产生氢自由基的远程等离子体源(rps)。针对利用灯加热基板并将氢气和氧气从狭缝阀137注入处理腔室100中的
在图1b所示的实现方式中，气体注入器147是具有漏斗状开口的结构，所述开口朝向处理容积139展开。即，侧面端口122具有朝向基板101逐渐增加的内径。气体注入器147适用于将大部分侧面气流148引导至呈中空扇体或中空扁平锥体的形状的基板101的边缘。基板101的边缘可以指从距基板101的边缘0mm至15mm(例如10mm)测量的周边区域。由于气体注入器147的漏斗形结构瞄准基板101的边缘展开大部分侧面气流148，基板101的气体暴露在边缘区域处或靠近所述边缘区域增加。在一个实现方式中，气体注入器147的内表面179经构造以使得内表面沿着实质上与基板101的边缘相切、或实质上与基板支撑件138的基板支撑表面的边缘相切的方向189延伸。
此外，由于基板101沿着逆时针方向197旋转，气体在基板101上方流动，从而导致在基板101的边缘处的较高生长。尽管图1b示出了基板101是沿着逆时针方向旋转，基板101可以沿着顺时针方向旋转而不损失来自侧面气流148的益处。侧面气流148的气体速度和处理容积139中的气流模式可通过侧面气流148的流速、基板101的旋转速度和气体注入器147的展开角的一个或多个来调节。控制侧面气流148的方面防止气流不均匀性，不均匀性可能影响侧面气流148如何与主气流145和基板101反应。因此，改良了在基板边缘处的厚度轮廓。
气体注入器147可以由任何适宜材料诸如石英、陶瓷、铝、不锈钢、钢、或类似者构成。为了进一步增加在基板101的边缘处的侧面气流的影响，气体注入器147可以经构造以具有指向基板101的边缘的一个或多个气体通道。图2a是根据本公开内容的一个实现方式的气体注入器247的示意性横截面俯视图。
在图2a的实现方式中，气体注入器247是其中形成有气体通道249的伸长结构。气体注入器247具有主体230和突起205。突起205可以是三角形形状。突起205可以是气源组件。在一个实现方式中，突起205包括具有圆形入口216的成角度的开口246(如在图2b中看到)、成角度的侧面202、第一小平面218和第二小平面204。在一个实现方式中，成角度的开口246是矩形。在一个实现方式中，第一小平面218平行于第二小平面204。第二小平面204可以是第一小平面218的长度的两倍。第二小平面可以在0.040与0.048英寸之间。
在一个实现方式中，主体230是具有圆形边缘的矩形。主体230具有与第二侧面234相对的第一侧面232。在一个实现方式中，第一侧面232和第二侧面234实质上是相同长度。在一个实现方式中，第一侧面232和第二侧面234平行。如在图2b中看到，主体具有第三侧面224、第四侧面222、第五侧面226、和第六侧面282。第一小平面218可以将成角度的侧面202连接至第五侧面226。第二小平面可以将成角度的开口246连接至第五壁226。突起205可连接至第五壁226。成角度的开口246可垂直于成角度的侧面202。
气体注入器可以包括具有任何期望形状(诸如矩形、方形、圆形、多边形、六边形、或任何其他合适形状)的横截面的伸长通道。气体注入器247适于将大部分的侧面气流148引导至呈中空扇体或中空扁平锥体的形状的基板101的边缘。气体通道249包括两个内表面279、280。在一个实现方式中，内表面279、280经构造以使得每一个内表面沿着实质上与基板101的边缘相切、或实质上与基板支撑件138的基板支撑表面的边缘相切的方向延伸。内表面279、280从成角度的开口246延伸至曲面282。曲面282邻近基板101并且在突起202的相对侧面上。
气体通道249成角度地经由侧面端口122(图1b)向处理容积139(图1b)提供侧面气流248。侧面气流248沿着流动路径流动，流动路径调节正处理的基板101的边缘轮廓。有利地且令人惊讶地，改变气体通道249的半角以使侧面气流248的气流模式具有不均匀的横向展开产生沉积在基板101上的材料的更均匀的厚度轮廓。因此，气体通道249具有两个不同半角250a和250b。一个半角250a、250b可以在29.5°至30.5°之间，而另一半角250a、250b可以在31.8°与32.8°之间。半角250a和250b是使用基板101的中心轴线210和气体通道249的中心交点220测量的角度。中心轴线210是从基板101的中心延伸至气体通道249的开口的线。中心轴线210平行于第一侧面232。在一个实现方式中，中心轴线210是平行于第一侧面232的延伸通过点212的线。点212位于成角度的开口246的内边缘上。成角度的开口246具有圆形入口216(如在图2b中看到)。圆形入口126导致经扩展的内部空间214。在一个实现方式中，经扩展的内部空间214是矩形的。在一个实现方式中，点212在成角度的开口246与内部空间214的交点处。在一个实现方式中，经扩展的内部空间214与入口通道249连通。中心交点220是气体通道249的开口的中点。中心交点220由平行第五侧面226并相交于第一小平面218连接至成角度的侧面202的点的线限定。
气体注入器247具有与气源152连接的成角度的气源突起205。在一个实现方式中，成角度的气源突起205是三角形形状。在一个实现方式中，成角度的气源突起205的开口以在约137°与141°之间的角度242设置。在一个实现方式中，气体通道249经构造以使得在离开气体通道249之后气体或气体自由基在实质上与基板101的边缘相切、或实质上与基板支撑件138的基板支撑表面的边缘相切的方向上流动。预期的是，气体通道249的角度可调节以使得侧面气流248朝向基板101(或基板支撑件138)的中心流动、接近基板101(或基板支撑件138)的周边、或在空间上分布在基板101(或基板支撑件138)上的任何期望位置处。
无论侧面气流248(气体或气体的自由基)是否在与基板101的边缘(或基板支撑件138的基板支撑表面的边缘)相切或接近基板101的边缘的方向上流动，气体或气体自由基都显著地促进沿着基板101的边缘的反应速率。针对利用灯加热基板并将氢气和氧气从狭缝阀137注入处理腔室100中的
在一个示例性实现方式中，气体注入器247经构造以具有指向处理腔室100的气体注入侧面(例如，狭缝阀137)的气体通道249。即，气体通道249沿着朝向处理腔室的气体注入侧面的方向延伸。以此方式，大部分的气体沿着侧面气流248朝向处理腔室100的气体注入侧面流动并且在基板101(或基板支撑件138的基板支撑表面)的边缘处或附近与从注入料盒149(图1b)出来的处理气体反应。
图2b和图2c是根据本公开内容的气体注入器247的三维示意图。气体注入器247用于分别引导大部分的气体或气体的自由基沿着侧面气流朝向处理腔室100的气体注入侧面(例如，狭缝阀137)和处理腔室100的气体排气侧面(例如，泵系统136)流动。另外或替代地，气体通道249可以经构造以使得侧面气流248在与基板101的边缘(或基板支撑件138的基板支撑表面的边缘)相切的方向上流动、或在接近基板101的边缘的方向上流动。
气体注入器247包括侧面226、232、234、282、224和222。第一侧面232与第二侧面234相对。在一个实现方式中，第一侧面232平行于第二侧面234并且实质上与所述第二侧面是相同长度。第一曲面236设置在第一侧面232与第三侧面224之间。第三侧面224与第一侧面232正交地设置。第二曲面240设置在第二侧面234与第三侧面224之间。第三曲面238设置在第一侧面232与第四侧面222之间。第四侧面222与第一侧面232正交。第四曲面228设置在第二侧面234与第四侧面222之间。第三侧面224与第四侧面222相对。第五侧面226与第六侧面282相对。在一个实现方式中，第六侧面282是弯曲的。第六侧面282的曲率半径可以在约8至约9英寸之间。第五侧面225在与成角度的气源突起205相同的平面上。气体通道249设置在面对基板101的第六侧面282上。有利地，第一侧面232和第二侧面234实质上垂直于第四侧面222，从而允许腔室100内的更强粘合密封。如在图2c中看到，一个实现方式可以可选地包括小平面204、218。在一个实现方式中，成角度的气源突起205经由小平面204、218而连接至第五侧面226。在一个实现方式中，成角度的侧面202和成角度的开口246被直接连接至第五侧面226。第六侧面的曲率有利地促进了对气体的更均匀的识别，并且通过沿循基板101的曲率而减少湍流气体朝向基板101流动。
尽管在本申请中论述了热处理腔室，本公开内容的实现方式也可用于期望有均匀气流的任何处理腔室。
本公开内容的益处包括在处理腔室中使用经改良的侧面气体组件以朝向基板边缘引导气体，以便控制在整个基板中(即，从中心至边缘)的生长均匀性。侧面气体组件具有成角度的气体入口，成角度的气体入口经构造以指向处理腔室的气体注入侧面(例如，狭缝阀)和/或处理腔室的气体排气侧面(例如，泵系统)。具体地，已令人惊讶地观察到，引导气体通过具有不均匀半角的气体通道在
虽然上述内容涉及本公开内容的实现方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计出本公开内容的其他和进一步实现方式，并且本公开内容的范围是由随附权利要求书确定。