CN101175869A - 沉积方法和沉积设备 - Google Patents

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Abstract

本发明包括可在原子层沉积或化学气相沉积期间利用的沉积方法和设备。在半导体衬底堆叠与前驱物入口之间提供加热表面，且所述加热表面经配置以使得成问题的副反应发生在紧靠所述加热表面处而非在紧靠所述半导体衬底处。所述前驱物入口可以是多个前驱物入口中的一者，且所述加热表面可以是多个加热表面中的一者。

Description

沉积方法和沉积设备
技术领域
本发明涉及沉积方法和沉积设备。在特定方面，本发明涉及原子层沉积方法和设备且/或涉及化学气相沉积方法和设备。
背景技术
ALD和CVD的某些背景技术可帮助读者理解本揭示内容。通常认为ALD包括前驱物以自我限制方式在暴露表面处交替反应的工艺，其中除了对暴露表面以外没有直接交互作用。通常认为CVD包括一种或一种以上前驱物在表面上方反应以形成最终以连续沉积或非自我限制方式沉积在所述表面上方的材料的工艺。然而，ALD与CVD工艺之间的区别通常在实际应用中混淆，使得主要由ALD进行的工艺可能仍然具有某些CVD型作用。
通常，ALD包括将初始衬底暴露到第一化学物种，以实现将所述物种化学吸附到所述衬底上。理论上，化学吸附在整个暴露的初始衬底上形成一律为一个原子或分子厚的单层。换句话说，饱和单层。实际上，如下文进一步描述，可能不会在衬底的所有部分上发生化学吸附。然而，在本文献的上下文中，此类不完美单层仍然是单层。在许多应用中，只要是大致饱和的单层可能就是合适的。大致饱和的单层是仍然将产生展现此类层所需要的质量和/或性质的沉积层的层。
从第一衬底上方清除第一物种，且提供第二化学物种以化学吸附到第一物种的第一单层上。接着清除第二物种，且通过将第二物种单层暴露到第一物种而重复所述步骤。在一些情况中，所述两个单层可能具有相同物种。而且，可如同刚才针对第一和第二物种描述那样连续化学吸附和清除第三物种或更多。请注意，可将第一、第二和第三物种中的一者或一者以上与惰性气体混合以加速反应腔室内的压力饱和。
清除可能涉及各种技术，包括但不限于将衬底和/或单层与运载气体接触和/或将压力降低到沉积压力以下以降低接触衬底和/或化学吸附物种的物种的浓度。运载气体的实例包括N2、Ar、He、Ne、Kr、Xe等。清除可改为包括在引进另一物种之前将衬底和/或单层与任何允许脱附化学吸附副产物并降低物种浓度的物质接触。可用实验方法确定合适量的清除，如所属领域的技术人员已知的。可连续将清除时间降低到产生膜生长速率增加的清除时间。膜生长速率增加可能指示对非ALD工艺方式的改变，且可用于建立清除时间限制。
ALD通常被描述为自我限制工艺，因为在衬底上存在第一物种向其形成化学接合的有限数目的位置。第二物种可能仅接合到第一物种，且因此也可以是自我限制的。一旦衬底上的所有有限数目的位置与第一物种接合，第一物种便通常将不会接合到已经与衬底接合的第一物种的其它部分。然而，工艺条件可在ALD中变化以促进此类接合，且使得ALD成为非自我限制的。因此，ALD还可包含通过堆叠物种同时形成除一个单层以外的层、形成一个以上原子或分子厚的层的物种。本文所描述的本发明的各个方面可应用于任何可能需要ALD的环境。请进一步注意，可在ALD期间发生局部化学反应(举例来说，传入的反应物分子可将分子从现有表面处转移而并非在表面上方形成单层)。在发生此类化学反应的方面来说，其通常被限制在表面的最上单层内。
可在温度和压力的频繁使用范围内且根据所建立的清除标准发生传统的ALD来以一次形成一个单层的方式实现全部ALD层的所需形成。即使这样，ALD条件也可依据特定前驱物、层的成分、沉积设备和根据所属领域的技术人员已知的标准的其它因素而在很大程度上变化。维持温度、压力和清除的传统条件将可能影响所得全部ALD层的单层形成和质量的不良反应减到最少。因此，在传统温度和压力范围外部进行操作可能具有形成有缺陷的单层的风险。
化学气相沉积(CVD)的一般技术包括各种较具体的工艺，包括但不限于等离子体增强的CVD和其它工艺。CVD通常用于非选择性地在衬底上形成完整的沉积材料。CVD的一个特征是在沉积腔室中同时存在反应以形成沉积材料的多个物种。此类条件与传统ALD的清除标准形成对比，其中衬底与化学吸附到衬底或先前沉积物种的单个沉积物种接触。ALD工艺方式可提供同时接触的多个物种，所述物种具有使得发生ALD化学吸附而并非CVD反应的类型或在所述条件下。所述物种不是一起反应，而是可化学吸附到衬底或先前沉积物种，从而提供后续物种可接下来化学吸附到上面以形成完整的所需材料层的表面。
通常在半导体装置制作期间利用例如原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD)方法的沉积方法来形成材料。可进行所述沉积方法来一次处理单个半导体晶圆片或一次处理多个半导体晶圆片。可能需要处理一批多个半导体晶圆片，以便增加制作过程的处理量，然而，这也可导致难以在半导体晶圆片上形成均匀厚度的材料。
图1和2说明示范性沉积设备10，其可用于ALD工艺或CVD工艺。虽然图1和2说明相同设备，但说明方法是不同的，使得与图1相比，在图2中以更概括的方式展示所述设备。举例来说，图1展示所述设备包含圆柱形状，其中在外壁15内含有衬垫17；而图2不提供关于设备形状或衬垫存在的具体细节。虽然图1比图2具有更多细节，但应了解，图1仍然是概括图且除图1所示的那些特征外还可包括其它特征。举例来说，可在所述设备中包括加热线圈。
设备10包含反应腔室12，在所述反应腔室中保持有多个半导体晶圆片衬底14、16、18、20和22。此类衬底将保持在衬底支撑结构内，所述衬底支撑结构在图1和2的示意性视图中未展示。
入口24和出口28延伸到腔室12中。在操作中，前驱物通过入口而流入反应腔室中，且物质(例如，反应副产物、未反应前驱物等)通过出口而排出反应腔室。可认为前驱物在流30中流动(此类流还可称为前驱物的总体流动)。可提供阀(未图示)以控制物质流入和流出反应腔室。而且，可存在各种泵和与设备10相关联的其它液体流动控制装置(未图示)以用于辅助物质流入和流出反应腔室。
在图1和2的示范性设备中，沿着衬底14、16、18、20和22的横向边缘穿过腔室向上引导进入腔室中的前驱物流动。前驱物接着在衬底之间扩散(其中此类扩散在图2中被示意性说明为流30在衬底上方和之间的流动)，且形成最终沉积在衬底14、16、18、20和22的表面上方的材料(图1和2中未展示)。
在CVD工艺中，可能需要用以形成沉积材料的前驱物反应速率相对较缓慢，使得随着前驱物混合物在衬底上方和之间扩散，材料相对均匀地分布在衬底14、16、18、20和22的表面上。换句话说，可能需要用以形成沉积材料的前驱物反应速率对于在半导体晶圆片衬底上方和之间的前驱物扩散速率为最佳的。如果反应速率过快，那么沉积材料将在衬底边缘处比在衬底中央位置处堆积得快得多。
由于需要相对较慢地形成沉积材料的缘故，在分批CVD工艺中将通常利用相对较慢的反应前驱物。举例来说，可利用二氯甲硅烷和氨作为前驱物来形成氮化硅沉积，或可利用硅烷和氨作为前驱物来形成氮化硅沉积。如果由CVD工艺处理单个晶圆片，那么将通常利用硅烷和氨作为前驱物，因为这是快速反应的前驱物，且因此利用此类前驱物可增加处理量。或者，如果利用分批CVD工艺，那么通常将利用二氯甲硅烷和氨作为前驱物以便使得与可用较快速反应前驱物实现的涂层相比，能够在成批的多个衬底上沉积较均匀的涂层。
即使利用相对较慢的反应前驱物，在分批CVD工艺期间在半导体晶圆片衬底表面上实现均匀沉积也可能存在问题。举例来说，图3展示已经在衬底的上表面上形成涂层(换句话说，沉积材料)50之后的半导体晶圆片衬底20。可认为衬底20包含中央区21和包围中央区的边缘区23。图3中描绘虚线25来示意性表示中央区21与边缘区23之间的边界。涂层50展示为在边缘区中比在中央区中形成得厚得多。涂层50的此类非均匀沉积可显著使得进一步处理变复杂。
图4-7描述现有技术方法，已经开发出所述方法来解决图3中所说明的问题。首先参看图4，这展示组合件63，其在初步处理阶段处包含半导体晶圆片衬底60。如所属领域的技术人员将知道的，半导体晶圆片衬底可包含多种半导体材料中的任一种，且通常将包含硅、基本上由硅组成或由硅组成。为了帮助解释所附权利要求书，术语“半导电衬底”和“半导体衬底”经定义以意指任何包含半导电材料的构造，包括但不限于例如半导电晶圆片(单独地或以在上面包含其它材料的组合形式)的散装半导电材料和半导电材料层(单独地或以包含其它材料的组合形式)。术语“衬底”是指任何支撑结构，包括但不限于上文描述的半导电衬底。
组合件63的衬底60由结合到轨道59的支撑销61保持。组合件63还包括舟皿62(其还可称为环舟)，其形成紧靠衬底的物理延伸且由销61支撑。舟皿62将通常包含石英、基本上由石英组成或由石英组成。可认为舟皿62和衬底60形成子组合件58，其在图5的俯视图中展示。
在图4和5的视图中在衬底60与舟皿62之间展示间隙65，以帮助读者区分舟皿与衬底。实际上，可将舟皿提供在非常靠近衬底处，乃至与衬底边缘接触。
图5的俯视图展示半导体晶圆片衬底60可包含圆形配置，且舟皿62可以是围绕衬底而提供的环形环。
图6展示在已经经受参看图3描述的类型的分批CVD工艺之后的构造58。这已经在衬底60的上表面和在舟皿62的上表面上形成沉积物50。
接下来参看图7，可移除舟皿62(图6)使得衬底在其上面具有沉积物50的相对较均匀层。
图4-7的处理所具有的问题是，所述舟皿是附加费用且具有有限的使用期限。
在ALD过程中发生与上文参看图3所论述的那些问题类似的问题。理论上，如果工艺确实完全是ALD，那么应当不会发生此类问题，因为在ALD期间发生的沉积应当是自我限制的。因此，沉积物应在整个衬底表面上形成为单个单层，且应当对于在衬底边缘处堆积沉积物不存在问题。然而，ALD工艺通常具有CVD型成分，且此类成分可导致比得上上文参看图3针对CVD工艺论述的堆积的成问题的边缘堆积。
虽然相对于分批工艺论述图3的问题，但应了解，在单晶圆片工艺中也会发生类似问题。
图3的问题只是在利用沉积设备(例如图1和2的示范性设备)期间可能发生的若干问题之一。可能发生的另一个问题是，随着流动移动并穿过设备的反应腔室，前驱物可能在流动30内损耗。
将需要开发出可减轻且优选地防止上文参看图3针对CVD和ALD工艺论述的边缘堆积问题的方法和设备。将进一步需要开发出可解决与沉积工艺相关联的某些其它问题的方法和设备，所述问题例如是可能在分批工艺中发生的前驱物损耗问题。
发明内容
在一个方面，本发明包括一种沉积方法。在沉积设备的反应腔室内提供至少一个半导体晶圆片衬底。在反应腔室内将半导体晶圆片衬底加热到第一温度。在反应腔室内提供被加热到至少大约第一温度的表面。所述表面与半导体晶圆片衬底间隔某一距离。沉积材料朝向所述表面流动，且此后朝向半导体晶圆片衬底流动。沉积材料与加热表面相互作用，从而发生副反应。副反应产生一种或一种以上成问题的产物。加热表面与半导体晶圆片衬底之间的距离是充分的，足以使得所述一种或一种以上成问题的产物中大致上没有一者到达半导体晶圆片衬底。
在一个方面，本发明包含另一沉积方法。提供沉积设备，其中保持有一个或一个以上半导体晶圆片衬底。所述设备包括反应腔室、经配置以将流体(具体地说，含有前驱物的流体)注入到反应腔室中的入口端口以及位于反应腔室内且紧靠入口端口的加热表面。所述一个或一个以上半导体晶圆片衬底位于反应腔室内。在所述设备中将所述一个或一个以上半导体晶圆片衬底加热到第一温度。将加热表面加热到第二温度，所述第二温度至少大约与第一温度相同。穿过入口端口并朝向加热表面且此后朝向所述一个或一个以上半导体晶圆片衬底提供一种或一种以上前驱物的总体流动。所述一种或一种以上前驱物的总体流动与加热表面相互作用持续足够长的时间，使得在总体流动超过加热表面而朝向一个或一个以上半导体晶圆片衬底移动之前发生不良副反应。在一些方面，所述入口端口是多个入口端口中的一者，所述加热表面是多个加热表面中的一者。
在一个方面，本发明包含沉积设备。所述设备包括反应腔室、位于反应腔室内的衬底保持器、延伸到反应腔室中的入口端口以及位于反应腔室内且紧靠入口端口的加热表面。所述衬底保持器经配置以用于在腔室内保持至少一个半导体衬底。入口端口、加热表面和衬底保持器经配置使得进入反应腔室中的一种或一种以上前驱物的总体流动穿过入口端口且由入口端口引导以在到达由衬底保持器保持的任何衬底之前与加热表面相互作用。在一些方面，所述入口端口是多个入口端口中的一者，所述加热表面是多个加热表面中的一者。
附图说明
下文参看以下附图来描述本发明的优选实施例。
图1是其中保持有多个衬底的现有技术沉积设备的示意性横截面图。
图2是其中保持有多个衬底的图1的现有技术沉积设备的更概括的示意性横截面图。
图3是上方沉积有材料的半导体晶圆片衬底的示意性横截面图。
图4是包含半导体晶圆片衬底和环舟的组合件的示意性横截面图。
图5是图4组合件的一部分的俯视图，其中图4横截面是沿着图5的线4-4分割的。
图6是已经在衬底和环舟上方形成沉积物之后的处理阶段处展示的图4组合件的一部分的示意性横截面图。
图7是在移除环舟之后展示的图6组合件的示意性横截面图。
图8是可根据本发明的一方面利用且其中保持有多个半导体晶圆片衬底的沉积设备的示意性横截面图。
图9是可根据本发明的一方面利用且其中保持有一个半导体晶圆片衬底的另一沉积设备的示意性横截面图。
图10是可根据本发明的一方面利用且其中保持有多个半导体晶圆片衬底的另一沉积设备的示意性横截面图。
图11是可根据本发明的一方面利用的另一示范性沉积设备的示意性横截面俯视图，其中所述设备展示为其中保持有一个半导体衬底。
图12是可根据本发明另一方面利用的另一沉积设备的示意性横截面俯视图，其中所述设备展示为其中保持有一个半导体衬底。
图13是图12的沉积设备的示意性横截面侧视图。
图14是可根据本发明的一方面利用的另一沉积设备的示意性横截面俯视图，其中所述设备展示为其中保持有一个半导体衬底。
图15是可根据本发明的一方面利用的另一沉积设备的示意性横截面俯视图，其中所述设备展示为其中保持有一个半导体衬底。
图16是图15的沉积设备的示意性横截面侧视图。
具体实施方式
本发明包括将至少一个加热表面并入到沉积腔室中，使得所注入的流体在到达半导体晶圆片衬底之前与加热表面反应。将半导体晶圆片衬底加热到沉积工艺的常规温度，且将加热表面加热到至少大约所述半导体晶圆片衬底的温度。具体地说，将加热表面加热到足够温度，使得将在紧靠加热衬底处发生的不良热反应改为在紧靠加热表面处发生。因此，当提到将加热表面加热到“至少大约半导体衬底的温度”(或代替地，至少接近半导体衬底的温度)时，是用于指示将加热表面加热到足够温度以引发原本由加热衬底引发的热反应。
注入到反应腔室中的流体通常将为气体，且通常将包括与运载气体混合的一种或一种以上前驱物。加热表面可为任何合适的材料，且在特定方面，将包含陶瓷材料或金属材料。尽管本发明的方法和设备可与单晶圆片工具或分批反应器一起使用，但将本发明各方面并入到利用分批反应器的应用中可能是特别有利的。本发明可与CVD工艺或ALD工艺一起使用，且可用于降低或减轻上文参看图3论述的沉积非均匀性。
在特定方面，本发明与ALD工艺一起使用，以改进沉积均匀性。如先前论述，上文参看图3论述的类型的沉积非均匀性在理论上应当不会在纯ALD工艺中发生。而是，所述工艺应当是自我限制的，从而在暴露到ALD前驱物的所有反应性表面上形成单层。然而，实际上，发现许多ALD工艺具有CVD成分，且因此发现在ALD工艺中发生上文参看图3论述的厚度变化。
ALD工艺中的CVD问题可具有多种原因，包括(例如)不充足的抽气/清除、气体在到达晶圆片之前分解、ALD前驱物气体内存在的污染物和/或ALD反应的副产物。
在典型的沉积工艺中，将衬底表面加热到超过沉积设备内的平均温度的温度。本发明的一个方面是认识到ALD工艺的CVD方面似乎是在前驱物材料遇到加热衬底表面时热引发的。本发明的示范性方面包括在反应腔室内沿着前驱物流动路径且在衬底表面上游处提供至少一个加热表面。所述加热表面用于在半导体衬底上游处热引发成问题的反应，且在成问题的成分的前驱物流到达半导体衬底之前大致上或完全排出所述流。
本发明各方面可在特定类型的ALD应用中显著降低CVD型问题。举例来说，如果CVD型问题由前驱物材料在暴露到与半导体晶圆片相关联的热量时分解引起，那么本发明的方法可显著降低CVD型问题。而且，如果CVD型问题由ALD前驱物气体中存在的污染物引起，那么本发明的方法可显著降低CVD型问题。
可能具有导致材料堆积的不良CVD型副反应的示范性ALD前驱物是四(二甲胺)铪(TDMAH)、四(乙基甲胺)铪(TEMAH)和四(甲基乙胺)铪(TMEAH)，其通常用于沉积铪。此类前驱物可与加热的半导体晶圆片衬底反应以用于形成含铪成分，且用于形成可经历CVD型反应的一个或一个以上其它成分。所述含铪成分可与半导体晶圆片衬底表面相互作用以在此类表面上形成所需ALD沉积物，且同时其它成分可经历CVD型反应以形成额外沉积物，所述额外沉积物积累在所述表面上方。此类额外沉积物可能在衬底边缘上方比在衬底的中央区域上方积累得快，从而导致上文参看图3论述的问题。在本发明的特定方面，在紧靠前驱物入口处提供加热表面，使得CVD型副反应发生在与半导体晶圆片衬底相距适当距离处，使得来自CVD型副反应的任何成问题的产物不会到达半导体晶圆片衬底，或至少使得大致所有成问题的产物不会到达半导体晶圆片衬底(其中术语“大致所有”意指显著降低成问题的产物量，且在一些方面可意指没有可检测的成问题的产物到达半导体晶圆片衬底)。
在本发明的其它方面，通常单纯经历ALD型反应的前驱物会受到经历CVD型反应的另一前驱物污染。当前驱物混合物在反应腔室内到达半导体晶圆片衬底表面的加热环境时，ALD型反应和CVD型反应得以增强。因此，从污染物发生的CVD型反应在紧靠半导体晶圆片衬底处形成沉积物，且此类污染物可能具有上文参考图3论述的沉积非均匀性。在此类方面，本发明可包含在紧靠前驱物入口处提供加热表面，使得CVD型副反应发生在加热表面处且在与半导体晶圆片衬底相距足够距离处，使得由此类副反应产生的成问题的产物不会到达半导体晶圆片衬底。
尽管至此已经参考ALD工艺描述了本发明的具体方面，但应了解，本发明还可应用于CVD工艺。举例来说，经历所需慢反应以形成沉积物的CVD反应物可能受到经历快反应以形成沉积物的另一反应物的污染，且污染物可增加上文参看图3论述的成问题的影响。
上文在本揭示内容的背景技术部分中将示范性CVD工艺论述为在利用分批反应器的CVD工艺中利用二氯甲硅烷和氨形成氮化硅的工艺。同样如上文论述，通常不需要利用硅烷和氨在分批反应器中形成氮化硅，因为硅烷与氨反应过快且进而造成参看图3论述的过多影响。
如果相对较慢反应的CVD材料二氯甲硅烷受到相对较快反应的材料硅烷污染，那么将在由受污染材料形成氮化硅期间发生图3的问题。因此，相对于在半导体衬底的中央区中形成的量，将在受处理半导体衬底的边缘处形成较多过量氮化硅。
通常对腔室内的衬底进行加热，且大多数反应腔室内的温度足够低，使得CVD反应主要在紧靠加热衬底处发生。成问题的CVD反应因此由加热衬底热加速。
在本发明的一些方面，在CVD反应器中在紧靠前驱物入口处提供加热表面，以便对污染材料进行热激活以在加热表面处反应从而产生成问题的产物。加热表面提供为与半导体晶圆片衬底相距恰当距离，使得成问题的产物不会到达半导体晶圆片衬底，或至少使得大致没有成问题的产物到达半导体晶圆片衬底。如果在特定反应腔室设计中存在多个前驱物入口，可提供多个加热表面以使得某些前驱物入口且在一些方面所有前驱物入口具有与其配对的加热表面。
参看图8-16描述可根据本发明的各种示范性方面利用的特定反应器设计。
参看图8，说明根据本发明的一方面配置的沉积设备100。在恰当时，将在描述设备100时利用与在描述图1和2的现有技术设备时所利用的标号类似的标号。
设备100包含先前描述的反应腔室12，且包含保持在其中的半导体晶圆片衬底14、16、18、20和22。衬底将由衬底保持器(未图示)保持。所示设备是分批反应器，且因此经配置以用于同时处理多个半导体晶圆片衬底。然而，应了解，本发明各方面还可应用于利用经配置用于单晶圆片处理而并非分批晶圆片处理的设备的沉积方法。
入口24和出口28展示为延伸并穿过反应腔室的侧壁。前驱物从中进入腔室的入口的开口可称为入口端口。在操作中，沉积材料流30(即，一种或一种以上沉积前驱物)通过入口流入反应腔室中，且反应副产物以及未反应前驱物通过出口28从腔室中排出。
图8的设备100与图1和2的设备10的不同之处在于，板102提供在入口24的端口前方。因此，沉积材料首先流动到与所述板接触，且接着围绕所述板流入反应腔室中。
在典型操作中，将在沉积工艺期间把半导体晶圆片衬底14、16、18、20和22加热到第一温度。将把板102加热到至少大约为第一温度的温度。板102具有面向入口24的表面103，且从入口端口注入的沉积材料将撞击加热表面103。在与加热表面103撞击时，可在沉积材料内发生各种副反应。举例来说，如果沉积材料是其中具有在衬底14、16、18、20和22的温度下经历CVD型副反应的污染物的ALD前驱物，此类副反应可在前驱物撞击表面103时发生。副反应将产生一种或一种以上成问题的产物。然而，从加热表面103到衬底14、16、18、20和22的距离优选地足够大，以使得大致没有成问题的产物到达半导体衬底。而是，成问题的产物从沉积材料中掉出且到达反应腔室的底部上，或沿着加热板的表面103形成沉积物。
在一些方面，可能并非由于污染物而是因为ALD前驱物在到达表面103上时分解以形成经历CVD型反应的第一成分和将经历ALD型反应的第二成分的缘故而发生副反应。经历ALD型反应的成分可围绕加热板且朝向衬底14、16、18、20和22流动；而经历CVD型反应的成分将在紧靠板处经历此类反应，从而形成永远不会到达衬底14、16、18、20和22的成问题的产物。
在另一方面，在流30中进入反应腔室的沉积材料可包括经历相对较慢的CVD型反应的CVD前驱物和经历相对快速的CVD型反应的污染性前驱物。污染物可在由表面103加热时发生反应而形成成问题的产物，所述成问题的产物接着从沉积材料的总体流30中掉出，使得剩余流具有相对纯净的CVD前驱物，所述CVD前驱物在沉积材料流到达衬底14、16、18、20和22时经历相对较慢的反应。
板102与入口24的端口之间的距离可为任何合适的距离。在一些方面，可能需要撞击表面103并围绕板流动的材料大约以材料的扩散速率行进。因此，材料在加热表面103上移动的速率将近似地与材料将在衬底14、16、18、20和22的加热表面上扩散的速率匹配。由于在衬底14、16、18、20和22上流动的沉积材料的缘故而会发生的任何成问题的副反应于是将已经由于在表面103上流动的材料的缘故而发生了。
如果沉积材料内的成问题的反应物量是有限的(例如，如果反应物是污染物或是由到达衬底温度的沉积材料产生的热生成分解副产物)，那么将在流到达衬底14、16、18、20和22之前从流30中移除成问题的反应物。另外，板102与衬底之间的距离优选地足够大，以使得在板附近产生的任何成问题的产物不会到达衬底。在一些方面，板与衬底之间的距离足够大，使得在紧靠板102处由前驱物的热分解产生的任何反应物副产物在到达衬底之前有时间彼此反应并形成产物，且还使得此类产物在流动到达衬底之前有时间从沉积材料的流动30中掉出。
在一些方面，可认为沉积材料流动是一种或一种以上前驱物的总体流动30。可认为图8的配置允许此类总体流动内的一种或一种以上前驱物与加热表面103相互作用，使得在总体流动超过加热表面朝向半导体晶圆片衬底14、16、18、20和22移动之前发生不良副反应。
图8的配置只是用于在沉积设备内在紧靠入口端口处定向加热表面的多种合适配置中的一种。参看图9描述本发明的另一示范性方面。
图9展示设备101的横截面侧视图，且展示保持在设备内的半导体晶圆片衬底22。设备101包含一对入口24和25，且包含出口28。设备还包含一对加热板102和105，其中加热板102位于入口24的端口的前方，且加热板105位于入口25的端口的前方。可认为加热板102和105分别与入口24和25配对。加热板102和105可彼此具有相同的尺寸和成分，或可在尺寸和成分中的一者或两者方面彼此不同。
可以用与图8设备100的板102相同的方式使用设备101的板102和105。因此，可将板102和105加热到至少近似于衬底22的温度的温度，且板102和105可与衬底22间隔足够距离，以便可利用所述板来大致防止沉积前驱物的成问题的副产物和污染物到达衬底22。
参看图10描述本发明的又一示范性方面，图10展示设备107的横截面侧视图，且展示保持在设备内的半导体晶圆片衬底14、16、18、20和22。
设备107包含多个入口24、25、27、29、31和33；且包含多个出口28、111、113、115和117。出口数目可与入口数目相同或不同。在一些方面，可提供多个入口同时只提供一个出口。
多个加热板102、105、119、121、123和125位于入口前方；且多个挡板109(其可为具有半导体晶圆片尺寸但由不同成分形成的虚拟衬底)位于衬底之间。加热板102、105、119、121、123和125可具有彼此相同的尺寸和成分，或至少一些加热板可在尺寸和/或成分方面不同于其它加热板。同样，挡板109可具有彼此相同的尺寸和成分，或至少一些挡板可在尺寸和/或成分方面不同于其它挡板。
可以用与图8设备100的板102相同的方式使用设备107的板102、105、119、121、123和125。因此，可将板102、105、119、121、123和125加热到至少近似于衬底的温度的温度，且板102、105、119、121、123和125可与衬底间隔足够距离，以便可利用所述板来大致防止流30中的沉积前驱物的成问题的副产物和污染物到达衬底。使用多个入口(即，注入端口)可减轻乃至防止当在分批反应器中只利用单个入口时发生的前驱物损耗的现有技术问题。挡板109是可选的，但可辅助围绕衬底引导前驱物流动。
参看图11描述本发明的又一示范性方面，图11展示设备127的横截面俯视图，且展示保持在设备内的半导体晶圆片衬底22。
设备127包含入口24和出口28。设备还包含位于入口前方的加热板102，且包含围绕衬底的加热元件129。加热元件将衬底加热到某一温度，且加热板优选地具有等于或大于衬底温度的温度，使得板可用于大致防止流30中的沉积前驱物的成问题的副产物和污染物到达衬底。
参考图12和13描述本发明的又一示范性方面，图12和13分别展示设备150的横截面俯视图和横截面侧视图。所述设备包括反应腔室12，其具有内部侧壁151。衬底保持器159位于所述设备内，且半导体衬底14、16、18、20和22保持在保持器内。入口152位于反应腔室内，且其中具有多个端口154。入口经配置以便将流30中的一种或一种以上前驱物的流动朝向侧壁151引导。可将侧壁加热，且因此侧壁可对应于具有与上文参看板102的表面103论述的功能相似的功能的加热表面。
图14展示沉积设备160的横截面俯视图，所述沉积设备具有与图12的设备150类似的配置。设备160包含反应腔室12。衬底保持器169位于设备内，且半导体晶圆片衬底22被展示为保持在保持器内。设备160包含入口导管162，其具有在其中延伸的端口164。另外，设备160还包含位于端口164前方的加热板166。所示板166是部分地围绕入口导管162延伸的曲面板。在其它方面(未图示)，板166可完全围绕入口导管延伸。如果板166完全围绕入口导管延伸，那么板可在底部和/或顶部具有开口，使得前驱物可流动穿过板。替代地或另外地，板可具有多个形成在其中的开口，使得前驱物可穿透板，且在一些方面，板可包含作为允许前驱物流动穿过的筛网的至少一部分。
前驱物流30展示为从入口端口164朝向板166引导。所述流接着围绕板且朝向半导体晶圆片衬底22移动。板166可起到类似于图8的板102的作用，以准许流30内的材料的不良副反应在流30流动到衬底22之前发生。
图15和16展示说明本发明另一方面的沉积设备170。设备170包含反应腔室12。衬底保持器179位于设备内，且半导体晶圆片衬底22展示为保持在保持器内。入口导管172位于腔室内，且入口导管包含端口174。可将入口导管视为入口喷嘴，且入口端口是此类喷嘴的侧壁中的小孔。导管176完全包围入口喷嘴，使得入口喷嘴将流30内的沉积材料引导到接触导管176的壁。导管176具有至少一个延伸穿过其中的小孔178。在操作中，沉积材料流30在导管176内部循环，且接着通过小孔178离开导管，以朝向衬底14、16、18、20和22移动。可将导管176加热，且导管的内表面可接着起到类似于图8的表面103的作用，以使得流30内的材料的副反应能够在流向衬底移动之前发生。
导管176可完全围绕入口喷嘴延伸，或大致完全围绕入口喷嘴延伸。同样，导管可具有单个穿过其中的小孔178、一些延伸穿过其中的小孔，或在一些方面，导管可包含作为筛网的至少一部分，且因此可具有许多穿过其中的小孔以供前驱物流30离开。
在本发明设备和方法相对于上文参看图4-7论述的现有技术设备和方法的优点中，舟皿62往往是昂贵的且是消耗性材料。相反，可用节约的方式进行用以实现本发明方法的对反应腔室的修改。同样，本发明方法中所利用的加热表面的持续时间可比现有技术方法中所利用的舟皿长得多。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1. 一种沉积方法，其包含：
在沉积设备的反应腔室内提供半导体衬底堆叠；
在所述反应腔室内将所述半导体衬底加热到第一温度；
在所述反应腔室内提供表面，所述表面被加热到至少大约所述第一温度；所述表面与所述半导体衬底堆叠间隔某一距离；
使沉积材料朝向所述表面且此后朝向所述半导体衬底堆叠流动；所述沉积材料与所述加热表面相互作用，使得发生副反应；所述副反应产生一种或一种以上成问题的产物；所述加热表面与所述半导体衬底堆叠之间的距离足够大，使得所述一种或一种成问题的产物中大致上没有一者达到所述半导体衬底堆叠；且
其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在入口端口与所述半导体衬底堆叠之间的板的表面；且其中所述沉积材料穿过所述入口端口而流入所述反应腔室中。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述板的加热表面至少部分围绕所述入口端口弯曲。
3. 一种沉积方法，其包含：
在沉积设备的反应腔室内提供半导体衬底堆叠；
在所述反应腔室内将所述半导体衬底加热到第一温度；
在所述反应腔室内提供表面，所述表面被加热到至少大约所述第一温度；所述表面与所述半导体衬底堆叠间隔某一距离；以及
使沉积材料朝向所述表面且此后朝向所述半导体衬底堆叠流动；所述沉积材料与所述加热表面相互作用，使得发生副反应；所述副反应产生一种或一种以上成问题的产物；所述加热表面与所述半导体衬底堆叠之间的距离足够大，使得所述一种或一种以上成问题的产物中大致上没有一者达到所述半导体衬底堆叠；且
其中：
入口端口位于所述反应腔室内，且所述沉积材料穿过所述入口端口而流入所述反应腔室中；
所述入口端口是入口喷嘴的侧壁中的小孔；
导管大致上完全包围所述入口喷嘴，使得所述入口端口引导所述沉积材料以接触所述导管的壁；
所述导管具有至少一个延伸穿过其中而到达所述腔室中的开口，且所述沉积材料在被引导而与所述导管壁接触之后穿过所述导管的所述至少一个开口且进入所述沉积腔室中；且
所述导管壁是所述加热表面。
4. 一种沉积方法，其包含：
提供其中保持有一个或一个以上半导体衬底的沉积设备；所述设备包括：反应腔室、经配置以将流体注入所述反应腔室中的入口端口以及位于所述反应腔室内并紧靠所述入口端口的加热表面；所述一个或一个以上半导体衬底位于所述反应腔室内；
在所述设备内将所述一个或一个以上半导体衬底加热到第一温度，且将所述加热表面加热到第二温度，所述第二温度至少大约与所述第一温度相同；
穿过所述入口端口朝向所述加热表面且此后朝向所述一个或一个以上半导体衬底提供一种或一种以上前驱物的总体流动；
所述一种或一种以上前驱物的总体流动与所述加热表面相互作用持续足够长的时间，使得在所述总体流动超过所述加热表面朝向所述一个或一个以上半导体衬底移动之前发生不良副反应；且
其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在所述入口端口与所述一个或一个以上半导体衬底之间的板的表面。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中所述板的加热表面至少部分围绕所述入口端口弯曲。
6. 一种沉积方法，其包含：
提供其中保持有一个或一个以上半导体衬底的沉积设备；所述设备包括：反应腔室、经配置以将流体注入所述反应腔室中的入口端口以及位于所述反应腔室内并紧靠所述入口端口的加热表面；所述一个或一个以上半导体衬底位于所述反应腔室内；
在所述设备内将所述一个或一个以上半导体衬底加热到第一温度，且将所述加热表面加热到第二温度，所述第二温度至少大约与所述第一温度相同；
穿过所述入口端口朝向所述加热表面且此后朝向所述一个或一个以上半导体衬底提供一种或一种以上前驱物的总体流动；
所述一种或一种以上前驱物的总体流动与所述加热表面相互作用持续足够长的时间，使得在所述总体流动超过所述加热表面朝向所述一个或一个以上半导体衬底移动之前发生不良副反应；且
其中：
所述入口端口是入口喷嘴的侧壁中的小孔；
导管大致上完全包围所述入口喷嘴，使得所述入口端口将所述一种或一种以上前驱物的总体流动引导到所述导管的壁中；
所述导管具有至少一个延伸穿过其中而到达所述腔室中的开口，且所述一种或一种以上前驱物在被引导到所述导管壁中之后穿过所述至少一个开口而进入所述腔室中；且
所述导管壁是所述加热表面。
7. 一种沉积设备，其包含：
反应腔室；
衬底保持器，其经配置以用于在所述腔室内保持至少一个半导体衬底；
入口端口，其经配置以用于将流体注入到所述反应腔室中；
加热表面，其位于所述反应腔室中且紧靠所述入口端口；
其中所述入口端口、所述加热表面和所述衬底保持器经配置以使得进入所述反应腔室中的一种或一种以上前驱物的总体流动穿过所述入口端口且由所述入口端口引导以在达到任何由所述衬底保持器保持的衬底之前与所述加热表面相互作用；且其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在所述入口端口与所述衬底保持器之间的板的表面。
8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述板的加热表面至少部分围绕所述入口端口弯曲。
9. 一种沉积设备，其包含：
反应腔室；
衬底保持器，其经配置以用于在所述腔室内保持至少一个半导体衬底；
入口端口，其经配置以用于将流体注入到所述反应腔室中；
加热表面，其位于所述反应腔室内且紧靠所述入口端口；
其中所述入口端口、所述加热表面和所述衬底保持器经配置以使得进入所述反应腔室中的一种或一种以上前驱物的总体流动穿过所述入口端口且由所述入口端口引导以在达到任何由所述衬底保持器保持的衬底之前与所述加热表面相互作用；且
其中：
所述入口端口是入口喷嘴的侧壁中的小孔；
导管大致上完全包围所述入口喷嘴，使得所述入口端口将所述一种或一种以上前驱物的总体流动引导到所述导管的壁中；
所述导管具有至少一个延伸穿过其中而到达所述腔室中的开口；且
所述导管壁是所述加热表面。

Claims (33)

1.一种沉积方法，其包含：
在沉积设备的反应腔室内提供半导体衬底堆叠；
在所述反应腔室内将所述半导体衬底加热到第一温度；
在所述反应腔室内提供表面，所述表面被加热到至少大约所述第一温度；所述表面与所述半导体衬底堆叠间隔某一距离；以及
使沉积材料朝向所述表面且此后朝向所述半导体衬底堆叠流动；所述沉积材料与所述加热表面相互作用，使得发生副反应；所述副反应产生一种或一种以上成问题的产物；所述加热表面与所述半导体衬底堆叠之间的距离足够大，使得所述一种或一种以上成问题的产物中大致上没有一者到达所述半导体衬底堆叠。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热表面是被加热到至少大约所述第一温度的多个加热表面中的一者，且沉积材料与所述加热表面相互作用，使得所述副反应发生在与所述半导体衬底堆叠相距足够距离处，使得所述一种或一种以上成问题的产物中大致上没有一者到达所述半导体衬底堆叠。
3.根据权利要求1所述的方法，其为原子层沉积方法。
4.根据权利要求1所述的方法，其为化学气相沉积方法。
5.根据权利要求1所述的方法，其为原子层沉积方法；其中所述沉积材料包括在暴露到所述加热表面时分解以形成经历所述副反应的第一成分且形成在所需原子层沉积反应中与所述一个或一个以上半导体衬底的表面反应的第二成分的前驱物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积材料包括经历所述副反应的至少一种污染物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热表面是所述反应腔室的侧壁的内部表面。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在入口端口与所述半导体衬底堆叠之间的板的表面；且其中所述沉积材料穿过所述入口端口而流入所述反应腔室中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述板的加热表面至少部分地围绕所述入口端口弯曲。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在入口端口与所述半导体衬底堆叠之间的筛网的表面；且其中所述沉积材料穿过所述入口端口而流入所述反应腔室中。
11.根据权利要求1所述的方法，其中：
入口端口位于所述反应腔室内，且所述沉积材料穿过所述入口端口而流入所述反应腔室中；
所述入口端口是入口喷嘴的侧壁中的小孔；
导管大致上完全包围所述入口喷嘴，使得所述入口端口引导所述沉积材料以接触所述导管的壁；
所述导管具有至少一个延伸穿过其中而进入所述腔室中的开口，且所述沉积材料在被引导而与所述导管的所述壁接触之后穿过所述导管的所述至少一个开口且进入所述沉积腔室中；且
所述导管的壁是所述加热表面。
12.一种沉积方法，其包含：
提供其中保持有一个或一个以上半导体衬底的沉积设备；所述设备包括：反应腔室、经配置以用于将流体注入所述反应腔室中的入口端口以及位于所述反应腔室内并紧靠所述入口端口的加热表面；所述一个或一个以上半导体衬底位于所述反应腔室内；
在所述设备内将所述一个或一个以上半导体衬底加热到第一温度，且将所述加热表面加热到第二温度，所述第二温度至少大约与所述第一温度相同；
提供一种或一种以上前驱物的总体流动，所述一种或一种以上前驱物的总体流动穿过所述入口端口朝向所述加热表面且此后朝向所述一个或一个以上半导体衬底；以及
所述一种或一种以上前驱物的总体流动与所述加热表面相互作用足够长的时间，使得不良副反应发生在所述总体流动超过所述加热表面朝向所述一个或一个以上半导体衬底移动之前。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述入口端口是穿过其将所述一种或一种以上前驱物注入所述腔室中的多个入口端口中的一者，其中所述加热表面是所述反应腔室内被加热到至少大约与所述第一温度相同的温度的多个加热表面中的一者；且其中所述加热表面与所述入口端口配对。
14.根据权利要求12所述的方法，其中朝向所述加热表面的总体流动大约处于所述腔室内的扩散速率。
15.根据权利要求12所述的方法，其是原子层沉积方法；其中所述一种或一种以上前驱物主要是在暴露到所述加热表面时分解以形成第一成分和第二成分的单一前驱物，所述第一成分在到达所述半导体衬底之前通过反应而经历所述不良副反应，且所述第二成分在所需原子层沉积反应中与所述一个或一个以上半导体衬底的表面反应；且其中所述半导体衬底与所述加热表面之间的距离足够大，使得所述第一成分中大致上没有一者到达所述半导体衬底。
16.根据权利要求12所述的方法，其中所述一种或一种以上前驱物含有污染材料，所述污染材料经历所述不良副反应从而形成至少一种成问题的产物；且其中所述半导体衬底与所述加热表面之间的距离足够大，使得大致上没有成问题的产物到达所述半导体衬底。
17.根据权利要求16所述的方法，其为原子层沉积方法。
18.根据权利要求16所述的方法，其为化学气相沉积方法。
19.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热表面是所述反应腔室的侧壁的内部表面。
20.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在所述入口端口与所述一个或一个以上半导体衬底之间的板的表面。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述板的加热表面至少部分地围绕所述入口端口弯曲。
22.根据权利要求12所述的方法，其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在所述入口端口与所述一个或一个以上半导体衬底之间的筛网的表面。
23.根据权利要求12所述的方法，其中：
所述入口端口是入口喷嘴的侧壁中的小孔；
导管大致上完全包围所述入口喷嘴，使得所述入口端口将所述一种或一种以上前驱物的总体流动引导到所述导管的壁中；
所述导管具有至少一个延伸穿过其中而进入所述腔室中的开口，且所述一种或一种以上前驱物在被引导到所述导管的所述壁中之后穿过所述至少一个开口而进入所述腔室中；且
所述导管的壁是所述加热表面。
24.根据权利要求12所述的方法，其中所述半导体衬底中的两者或两者以上位于所述反应腔室内。
25.一种沉积设备，其包含：
反应腔室；
衬底保持器，其经配置以用于在所述腔室内保持至少一个半导体衬底；
入口端口，其经配置以用于将流体注入到所述反应腔室中；
加热表面，其位于所述反应腔室中且紧靠所述入口端口；且
其中所述入口端口、所述加热表面和所述衬底保持器经配置以使得进入所述反应腔室中的一种或一种以上前驱物的总体流动穿过所述入口端口且由所述入口端口引导以在到达任何由所述衬底保持器保持的衬底之前与所述加热表面相互作用。
26.根据权利要求25所述的设备，其中所述入口端口是多个入口端口中的一者；且其中所述加热表面是多个加热表面中的一者。
27.根据权利要求25所述的设备，其中所述入口端口是多个入口端口中的一者；其中所述加热表面是多个加热表面中的一者；且其中所述加热表面与所述入口端口配对。
28.根据权利要求25所述的设备，其中所述加热表面是所述反应腔室的侧壁的内部表面。
29.根据权利要求25所述的设备，其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在所述入口端口与所述衬底保持器之间的板的表面。
30.根据权利要求29所述的设备，其中所述板的加热表面至少部分地围绕所述入口端口弯曲。
31.根据权利要求25所述的设备，其中所述加热表面是在所述反应腔室中提供在所述入口端口与所述衬底保持器之间的筛网的表面。
32.根据权利要求25所述的设备，其中：
所述入口端口是入口喷嘴的侧壁中的小孔；
导管大致上完全包围所述入口喷嘴，使得所述入口端口将所述一种或一种以上前驱物的总体流动引导到所述导管的壁中；
所述导管具有至少一个延伸穿过其中而进入所述腔室中的开口；且
所述导管的所述壁是所述加热表面。
33.根据权利要求25所述的设备，其中所述衬底保持器经配置以在所述反应腔室内保持一批两个或两个以上半导体晶圆片。
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