CN102132381B - 用于半导体工艺腔室的工艺气体输送 - Google Patents

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Abstract

在此提供了用于气体输送组件的方法和装置。在一些实施方式中，所述气体输送组件包括气体入口漏斗，所述气体入口漏斗具有第一容积；以及气体导管，所述气体导管具有入口和出口，所述入口接收气体，所述出口促使所述气体流出所述气体导管并进入所述第一容积，其中所述气体导管具有第二容积，所述第二容积小于所述第一容积，以及一截面，所述截面从最接近所述入口的第一截面向最接近所述出口的第二截面增大，其中所述第二截面是非圆形的。在一些实施方式中，各导管具有一纵轴，所述纵轴与所述气体入口漏斗的中心轴交叉。

Description

用于半导体工艺腔室的工艺气体输送
技术领域
本发明的实施方式一般涉及半导体处理设备，并且更具体地，涉及用于将工艺气体引入到半导体工艺腔室中的气体输送组件。
背景技术
在一些半导体工艺腔室中，可以通过公共气体入口，例如设置在工艺腔室吊顶中的气体注入漏斗，将多种工艺气体输送至工艺腔室。此种半导体工艺腔室可包括用于化学汽相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)的工艺腔室，其中工艺气体可用来在基板上至少部分地沉积材料层。
公共气体入口的容积可大体上大于气体导管的容积，所述气体导管将工艺气体供给该入口。结果，工艺气体在进入入口时迅速膨胀。工艺气体的迅速膨胀可以造成工艺气体的冷却——被称作焦耳-汤姆逊冷却(Joule-ThompsonCooling)效应。具有低蒸汽压的工艺气体，例如四氯化铪(HfCl4)将在冷却时凝结，从而形成可能污染入口或者造成工艺气体浓度变化的颗粒。
此外，气体导管相对于公共气体入口的中心轴的切向排列(tangentialalignment)可以造成气体入口中以及基板上方的循环气体涡旋。该涡旋可以引起例如包括载气和反应物蒸汽的工艺气体分离，进而造成工艺气体的浓度变化。
因此，本领域需要一种防止迅速冷却以及涡旋形成的气体输送组件。
发明内容
在此提供了用于气体输送组件的方法和装置。在一些实施方式中，所述气体输送组件包括：一气体入口漏斗，所述气体入口漏斗具有第一容积；以及一气体导管，所述气体导管具有一入口和一出口，所述入口接收气体，所述出口促使气体流出所述气体导管并进入所述第一容积中，其中所述气体导管具有第二容积，所述第二容积小于所述第一容积，以及一截面，所述截面从最接近所述入口的第一截面向最接近所述出口的第二截面增大，其中所述第二截面是非圆形的。
在一些实施方式中，一种处理基板的装置包括：一工艺腔室和一气体输送组件，其中工艺腔室具有内容积，所述气体输送组件与所述工艺腔室耦合以将工艺气体引入所述内容积。所述气体输送组件可与上面讨论的相同。
在一些实施方式中，一种处理基板的方法包括：使工艺气体经一或更多个第一容积流入第二容积，所述第二容积大于各所述第一容积，其中各第一容积具有一截面，所述截面在流动方向上沿纵轴从第一截面向第二截面增大，其中所述第二截面是非圆形的；以及将所述工艺气体通过所述第二容积输送至所述基板。
附图简要说明
以可以详细地理解本发明的上述特征的方式，通过参考实施方式，可得到上面简要概述的本发明的更加具体的说明，一些实施方式图示于附图中。然而应指出，附图仅仅图示了本发明的典型实施方式并因此不被认为是限制本发明的范围，因为本发明可容许其他等效的实施方式。
图1是根据本发明的一些实施方式的工艺腔室的截面示意图。
图2A-2B是根据本发明的一些实施方式的气体输送组件和气体导管的侧视示意图。
图3A-3B是根据本发明的一些实施方式的气体输送组件的俯视示意图。
图4是根据本发明的一些实施方式来处理基板的方法。
具体实施方式
在此提供了用于气体输送组件的方法和装置。在一些实施方式中，气体输送组件包括气体入口漏斗以及一或更多个气体导管；所述气体入口漏斗具有第一容积，各气体导管具有入口和出口，以促使气体流经该导管并进入第一容积，其中各气体导管具有第二容积，所述第二容积小于第一容积，以及其中各气体导管具有截面，所述截面从最接近入口的第一截面向最接近出口的第二截面增大，其中该第二截面是非圆形的。该气体输送组件可耦合至工艺腔室，以有助于向该工艺腔室中引入工艺气体。工艺气体可包括，例如，与载气结合流动的铪前驱物诸如四氯化铪(HfCl4)或其他低蒸汽压反应物气体，所述铪前驱物或其他低蒸汽压反应物气体可能受益于本发明实施方式所提供的焦耳-汤姆逊冷却和/或由涡旋形成引起的气体分离的减少，在下文中对上述内容进行讨论。
如在此使用的“原子层沉积”(ALD)或“循环沉积”指顺序引入二或更多种反应化合物以在基板表面上沉积材料层。该两种、三种或更多种反应化合物可被交替地引入处理腔室的反应区。通常，以时间延迟分隔开各反应化合物，以允许各化合物在基板表面上粘附和/或反应。在一方面中，将第一前驱物或化合物A诸如铪前驱物脉冲输送到反应区中，继之以第一时间延迟。接下来，将第二前驱物或化合物B诸如氧化气体脉冲输送到该反应区中，继之以第二时间延迟。该氧化气体可包括如干种氧化剂，诸如原位水和氧气。在各时间延迟期间，将诸如氮气的净化气体引入处理腔室中，以净化反应区或者以其他方式从该反应区除去任何残留的反应化合物或副产物。或者，净化气体可以在整个沉积工艺过程中持续流动，而在反应化合物的脉冲输送之间的时间延迟期间只有该净化气体流动。交替地脉冲输送反应化合物直到在基板表面上形成想要的膜或膜厚度。在任一个方案下，脉冲输送化合物“A”、净化气体、脉冲输送化合物B或净化气体的ALD工艺是一循环。循环可以起始于化合物A或化合物B并且维持各自的循环顺序直到实现想要厚度的膜。
图1是根据本发明的一些实施方式的工艺腔室100的截面示意图。工艺腔室100包括气体输送组件130，所述气体输送组件130适于循环沉积，诸如原子层沉积(ALD)或快速化学汽相沉积（快速CVD）。如在此使用的术语ALD和快速CVD指顺序引入反应物以在基板之上沉积薄层。反应物的顺序引入可重复进行以沉积数个薄层来形成想要厚度的共形层。
工艺腔室100包括腔室主体104，所述腔室主体104具有侧壁110和底部106。工艺腔室100中的狭口阀102提供用于机械臂（未图示）在工艺腔室100内输送和取回基板112的通路。在本发明的一些实施方式中，基板112可以是玻璃基板或者直径为200mm或300mm的半导体晶圆。工艺腔室100可以包括任何配置用于ALD或快速CVD的适当腔室，所述适当腔室可受益于在此公开的本发明装置和方法。一些示例性的工艺腔室描述于共同转让的2005年5月12日提交的名为“Apparatuses and Methods for Atomic LayerDeposition of Hafnium-Containing High-K Dielectric Materials”的、美国专利申请公开第2005-0271813号以及2001年12月21日提交的名为“Gas DeliveryApparatus and Method for Atomic Layer Deposition”的美国专利申请公开第2003-0079686号，所述专利申请公开在此以整体引用方式被并入本文。适于执行至少一些本发明技术的两种示例性腔室可包括可购自应用材料公司(Applied Materials,Inc.)的GEMINI ALD或CVD腔室。
在工艺腔室100中，基板支架108将基板112支撑在基板接收表面191上。基板支架（或支座）108安装至升举马达114，以提升或降低该基板支架108以及其上设置的基板112。与升举马达118相连的升举板116安装在工艺腔室100中，并且提升和降低针120，所述针120被设置为可移动地穿过基板支架108。针120提升和降低基板支架108的表面之上的基板112。在本发明的一些实施方式中，基板支架108可包括真空卡盘、静电卡盘或夹环，以在处理期间将基板112固定至基板支架108上。
可加热基板支架108以提高其上设置的基板112的温度。例如，可使用嵌入式加热元件诸如电阻加热器来加热基板支架108，或者可使用辐射热诸如设置在基板支架108之上的加热灯来加热基板支架108。可在基板支架108上设置净化环122以限定净化通道124，所述净化通道124将净化气体提供给基板112的外周部分来防止在基板支架的沉积。
气体输送组件130设置在腔室主体104的上部以将气体，诸如工艺气体和/或净化气体，提供至工艺腔室100。例如，在一些实施方式中，工艺气体可包括载气以及铪前驱物或者具有低蒸汽压的其他适合的反应物气体。真空系统178与抽吸通道179连通，以从工艺腔室100排出任何希望的气体来帮助维持工艺腔室100的抽吸区166内部想要的压力或想要的压力范围。
气体输送组件130可进一步包括腔室盖132。腔室盖132可以包括气体入口漏斗134和底表面160，所述气体入口漏斗134从该腔室盖132的中部延伸，并且所述底表面160从气体入口漏斗134延伸至腔室盖132的外周部分。底表面160的尺寸和形状大体上覆盖基板支架108上设置的基板112。在腔室盖132的与基板112的外周相邻的外周部分，腔室盖132可具有扼流圈162。帽部分172包括气体入口漏斗134和气体入口136A、136B、136C、136D的一部分。气体入口漏斗134具有气体入口136A、136B、136C、136D，以提供来自两个相似阀142A、142B、142C、142D的气体流。来自阀142A、142B、142C、142D的气体流可一起和/或分开提供。
下面参照图2A-2B和图3A-3B讨论气体入口组件的实施方式，所述气体入口组件可有助于减少焦耳-汤姆逊冷却以及由涡旋形成引起的气体分离。大体上，这样的实施方式涉及一或更多个气体导管150的截面形状以及气体导管相对于气体入口漏斗134的定向。
图2A-2B绘示了根据本发明一些实施方式的气体输送组件130的一部分的三维视图，所述气体输送组件130包括气体入口漏斗134和一或更多个气体导管150。参照图1，在气体入口136A、136B、136C、136D和阀142A、142B、142C、142D之间设置有气体导管150A、150B、150C和150D。
图2A所示的气体入口漏斗134可大体是圆柱形的，具有第一容积和穿过第一容积设置的中心轴。在一些实施方式中，诸如图1中所示，气体入口漏斗134可以具有沿至少一部分中心轴且在气体流方向上扩大的截面。气体入口漏斗134可包括一或更多个锥形内表面（未图示），诸如锥形平面、凹面、凸面或上述表面的组合，或者可包括一或更多个锥形内表面的诸部分（即，一部分锥形的和一部分非锥形的）。
气体导管150A、150B、150C和150D分别在气体入口136A、136B、136C和136D处与气体入口漏斗134耦合。如图2B所示的各气体导管具有入口151和出口152，以促使工艺气体沿纵轴流经各气体导管，并通过各气体入口136流入由气体入口漏斗134限定的第一容积中。各气体导管150限定了第二容积，所述第二容积小于气体入口漏斗134的第一容积。在没有本发明时，第一容积和第二容积之间的差异可以使得工艺气体经历焦耳-汤姆逊冷却效应，所述工艺气体自气体导管150的第二容积流入气体入口漏斗的第一容积，该效应可以造成从工艺气体中形成微粒以及输送至基板的工艺气体的浓度变化。
为了减少焦耳-汤姆逊冷却，各气体导管150可定型为具有一截面，所述截面从最接近入口151的第一截面向最接近出口152的非圆形的第二截面增大。在入口151和出口152之间沿气体流方向增大的截面使气体导管中的容积逐渐扩大，从而维持例如低蒸汽压反应物气体中的化学平衡。因此，各气体导管150的截面的逐渐扩大可以减少反应物气体的快速温度下降。在一些实施方式中，作为非限制性实例，最接近入口151的第一截面可以是圆形的。然而，可以为第一截面选择任何合适的形状。
各气体导管150的最接近出口152的第二截面可以是非圆形的。如图2B所示，第二截面可以大体是矩形的；然而可考虑其他适当的形状。在一些实施方式中，第二截面面积和第一截面面积的比率为约3:1或更大。本领域技术人员可利用其他比率，以控制由焦耳-汤姆逊冷却引起的工艺气体沿入口151和出口152之间的各气体导管的扩大截面的温度下降。
在一些实施方式中，为第二截面选择非圆形的形状，以便该形状使流经气体导管的工艺气体所接触的气体导管的表面积最大化。例如，在其中外部加热器与各气体导管的外表面耦合的一些实施方式中，可以选择这样的使表面积最大化的非圆形的形状。外部加热器可提供热而作为进一步手段，以减少由入口151和出口152之间的各气体导管的扩大的截面引起的焦耳-汤姆逊冷却。与加热器接触的第二截面的最大表面积可以促进沿第二截面的最大热传递。
回到图2A，在一些实施方式中，各气体导管150具有纵轴153，所述纵轴152与气体入口漏斗134的中心轴154交叉。这样的定向可提供工艺气体在气体入口漏斗134中的层流，从而减少涡旋形成。此外，气体入口漏斗134中的层流可改善气体入口漏斗134的内表面以及腔室盖132的其他表面的净化。
此外，作为非限制性实例，各气体导管150可具有纵轴153，所述纵轴153与气体入口漏斗134的中心轴垂直，诸如图2A中对于气体导管150A、150B、150C和150D的描绘。然而，必要时，一或更多个气体导管150可相对于气体入口漏斗134的中心轴成角度。
在一些实施方式中，至少两个气体导管可具有径向相对的纵轴153。例如，如图2A所示，气体导管150A、150B和气体导管150C、150D具有径向相对的纵轴153。如图3A的俯视图所示，该径向相对的纵轴与气体入口漏斗134的中心轴交叉。
气体导管150的其他配置是可能的。在一些实施方式中，如图3B的俯视图中所示，至少两个气体导管，诸如气体导管150A、150B，可具有垂直纵轴156、158，所述垂直纵轴156、158与气体入口漏斗134的中心轴154交叉。如上面讨论，本领域技术人员可利用气体导管150A、150B、150C、150D沿气体入口漏斗134的一或更多个定向。
回到图1，在一些实施方式中，阀142A、142B、142C和142D耦合至单独的反应物气体源，但优选耦合至相同的净化气体源。例如，阀142A与反应物气体源138A耦合，而阀142B与反应物气体源138B耦合，并且阀142A、142B都与净化气体源140耦合。各阀142A、142B、142C、142D包括输送线143A、143B、143C和143D。输送线143A、143B、143C、143D与反应物气体源138A、138B、138C、138D连通，并且通过气体导管150A、150B、150C、150D与气体入口漏斗134的气体入口136A、136B、136C、136D连通。在一些实施方式中，可向气体输送组件130添加其他的反应物气体源、输送线、气体入口和阀。净化线，诸如145A、145B、145C和145D，与净化气体源140连通，并且净化线145A、145B、145C和145D的流动分别受到阀146A、146B、146C和146D的控制。净化线145A、145B、145C和145D在阀142A、142B、142C和142D处与输送线143A、143B、143C、143D交叉。如果使用载气输送来自反应物气体源138A、138B、138C、138D的反应物气体，那么在一个实施方式中，将相同的气体用作载气和净化气体（例如，将氮气用作载气和净化气体）。阀142A、142B、142C和142D包括隔板(diaphragm)。在一些实施方式中，隔板可分别被偏置地(biased)打开或关闭，并且可受驱动地关闭或打开。隔板可为气动驱动的或可为电动驱动的。气动驱动的阀的实例包括气动驱动阀，所述气动驱动阀可购自俄亥俄州索伦市(Solon,Ohio)的Swagelock公司。气动驱动阀可提供低至约0.020秒的时间周期的气体脉冲。电动驱动阀可提供低至约0.005秒的时间周期的气体脉冲。电动驱动阀通常需要使用驱动器，所述驱动器在阀和程序化逻辑控制器诸如148A、148B之间耦合。
各阀142A、142B、142C和142D可适于提供反应物气体138A、138B、138C、138D和净化气体140的组合的气体流和/或分离的气体流。关于阀142A，阀142A提供的反应物气体138A和净化气体140的组合的气体流的一个实例包括净化气体连续流和反应物气体脉冲，所述净化气体连续流自净化气体源140通过净化线145A输送，并且所述反应物气体脉冲自反应物气体源138A通过输送线143A输送。
阀142A、142B、142C和142D的输送线143A、143B、143C和143D与气体入口136A、136B、136C和136D通过气体导管150A、150B、150C和150D耦合。气体导管150A、150B、150C和150D可为集成的或者可与阀142A、142B、142C和142D分开。在一个实施方式中，阀142A、142B、142C和142D靠近气体入口漏斗134耦合，以降低任何不必要的输送线143A、143B、143C、143D的容积，以及降低阀142A、142B、142C和142D与气体入口136A、136B、136C、136D之间的气体导管150A、150B、150C、150D的容积。
邻近气体入口漏斗134的上部137安置气体入口136A、136B、136C、136D。在其他实施方式中，可在上部137和下部135之间沿气体入口漏斗134的长度安置一或更多个气体入口136A、136B、136C、136D。
腔室盖132的底表面160的至少一部分可从气体入口漏斗134向腔室盖132的外周部分逐渐变细，以帮助提供来自气体入口漏斗134的气体流横跨基板112表面（即从基板112的中心向基板112的边缘）的改善的速度分布。在一些实施方式中，底表面160可包括一或更多个锥形表面，诸如平面、凹面、凸面或上述表面的组合。在一些实施方式中，底表面160以漏斗的形状逐渐变细。
控制单元180，诸如程序化个人电脑、工作站计算机等，可与工艺腔室100耦合来控制处理条件。例如，控制单元180可配置成在基板处理顺序的不同阶段期间，控制来自气体源138A、138B、138C、138D、140的多种工艺气体和净化气体通过阀142A、142B、142C、142D、146A、146B、146C、146D的流动。作为例证，控制单元180包括中央处理单元(CPU)182、支架电路184和存储器186，所述存储器186包含相关控制软件183。如图所示，通过将控制单元180与各腔室部件耦合的数条控制线188，控制单元180可直接控制工艺腔室100的各部件。或者，控制单元180可与各腔室系统的单个控制单元（未图示）耦合并对各腔室系统的单个控制单元进行控制。例如，控制单元180可与气体输送组件130的单个控制单元（未图示）耦合，其中气体输送组件130的单个控制单元控制气体输送组件130的各部件，例如，气体源138A-138D。
图4图示根据本发明一些实施方式处理基板112的方法。处理可包括例如通过ALD工艺在基板上沉积铪氧化物(HfOx)膜。该沉积工艺包括提供通常与载气诸如氮气(N2)结合的铪前驱物，该铪前驱物可能或者在体积快速膨胀时受焦耳-汤姆逊冷却影响，或者在进入气体入口漏斗时由于涡旋形成而从载气中分离。因此，上述气体导管150和气体入口漏斗134的实施方式可有益地用于方法400以防止此种不想要的效果。
参照图1所示的工艺腔室100来描述方法400。在步骤402处，将基板112加载到工艺腔室100中。
在步骤404处，气体流经一或更多个第一容积（即，气体导管150）进入第二容积（即，气体入口漏斗134）。在一些实施方式中，铪前驱物流经一个气体导管150，而含氧前驱物流经另一气体导管150。在ALD工艺中，可分别脉冲输送或同时脉冲输送铪前驱物和含氧前驱物，以在基板112上形成铪氧化物膜。
可按上述任何适当的布置来布置气体入口漏斗134和气体导管150。最低限度地，如上所讨论，各气体导管150具有一纵轴，所述纵轴与气体入口漏斗134的中心轴交叉。这种定向方式可在气体流出气体导管150并且进入气体入口漏斗134时有益地防止涡旋形成。此外，如上所讨论，各气体导管150至少要具有一截面，所述截面沿着纵轴从第一截面向第二截面增大，其中第二截面是非圆形的。如上所讨论，气体导管的几何结构可有益地减少焦耳-汤姆逊冷却并且提供更多表面积用于热传递。
在一些实施方式中，当气体（例如，铪前驱物和载气）流经各气体导管150A、150B、150C和150D时，温度沿气体导管下降。相比于在常规设计中从约200摄氏度到108摄氏度的大幅度温度下降，温度仅从约190摄氏度稍降至约183摄氏度。常规设计可例如为具有快速扩大的截面的气体导管。将各气体导管150的温度维持在高于约180摄氏度有助于保持蒸汽形式的铪前驱物。在一些实施方式中并且如上所讨论，加热器可与各气体导管150耦合，以用于进一步减少流经各气体导管150的工艺气体的温度下降。
在步骤406处，将气体通过第二容积（即，气体入口漏斗134）输送至基板112。在一些实施方式中，以约5mg/m至约200mg/m的速率，将铪前驱物通过气体导管150和气体入口漏斗134引入工艺腔室100中。铪前驱物通常与诸如氮气的载气一起引入，其总流动速率在约50sccm至约2,000sccm的范围内。在常规ALD工艺中，取决于特定工艺以及想要的含铪化合物，以约1秒至约10秒的持续期将铪前驱物脉冲输送至工艺腔室100中。在高等ALD工艺中，以约50毫秒至约3秒的较短持续期将铪前驱物脉冲输送至工艺腔室100中。在一些实施方式中，铪前驱物可以是四氯化铪(HfCl4)。在一些实施方式中，铪前驱物可以是四(二乙胺)铪（(Et2N)4Hf或TDEAH）。
以约10sccm至约1000sccm范围内，优选约30sccm至约200sccm范围内的速率将含氧前驱物引入工艺腔室100中。对于常规ALD工艺，取决于特定工艺以及想要的含铪化合物，以约0.1秒至约10秒的速率将氧化气体脉冲输送至工艺腔室中。在高等ALD工艺中，以约50毫秒至约3秒的较短持续期将氧化气体脉冲输送至工艺腔室100中。
然后将基板112暴露至被引入工艺腔室100中的铪前驱物脉冲达约0.1秒至约5秒范围内的时间。接下来，将含氧前驱物脉冲引入处理腔室100中。在一些实施方式中，含氧前驱物可包括若干种氧化剂，诸如原位水和氧气。适当的载气或净化气体可包括氦气、氩气、氮气、氢气、合成气体、氧气和上述气体的组合。如在此使用的“脉冲”旨在表示间断地或非连续地引入到工艺腔室100的反应区中的一定量的特定化合物。
每个沉积循环后，具有特定厚度的含铪化合物，诸如铪氧化物，将沉积在基板112的表面上。在一些实施方式中，每个沉积循环形成厚度在约1-10埃范围内的层。取决于具体的器件需求，可能需要后续沉积循环来沉积具有想要厚度的含铪化合物。如此，可以重复沉积循环直到达到想要的含铪化合物的厚度。此后，在达到想要的厚度时，停止处理。
通过ALD工艺沉积的铪氧化物具有经验性的化学式HfOx。铪氧化物具有分子化学式HfO2，但是通过改变工艺条件（例如，计时、温度、前驱物），铪氧化物可能是非完全氧化的，诸如HfO1.8+。优选地，通过在此的工艺沉积分子化学式大约是HfO2或更少的铪氧化物。
在一些实施方式中，图1的循环沉积工艺或ALD工艺发生在约1托至约100托范围内，优选在约1托至约20托的范围内，例如在约1托至约10托的范围内的压力下。在一些实施方式中，基板112的温度通常在约70摄氏度至约1,000摄氏度的范围内，优选为在约100摄氏度至约650摄氏度的范围内，更优选为在约250摄氏度至约500摄氏度的范围内。
通过将载气引入包含铪前驱物的扩散器(bubbler)，使该铪前驱物大体分配至工艺腔室100。适合的扩散器，诸如PROE-VAPTM，可购自位于康涅狄格州丹伯里市(Danbury,Conn)的Advanced Technology Materials公司。取决于扩散器中的铪前驱物，扩散器的温度维持在诸如约100摄氏度至约300摄氏度的温度。例如，扩散器可在约150摄氏度至约200摄氏度的温度下含有HfCl4。
在一些实施方式中，从通过管线与工艺腔室100处于流体连通的水蒸气产生(WVG)系统中产生氧化气体。WVG系统通过O2和H2催化反应的手段产生超高纯度的水蒸气。WVG系统具有催化剂衬(catalyst-lined)反应器或者催化剂筒，其中不同于由于燃烧而产生水蒸气的高热产生器，水蒸气是通过化学反应的手段产生的。调节H2和O2流动能够让浓度被精确控制在1%至100%浓度的任一点。水蒸气可含有水、H2、O2及所述三种物质的组合。适当的WVG系统是市售可得的，诸如位于加利福尼亚州圣坦克拉拉市(Santa Clara,Calif)的Fujikin of America公司的WVG，以及位于加利福尼亚州门洛帕克市(MenloPark,Calif)的Ultra Clean Technology的CSGS（催化剂蒸汽产生系统）。
以约1slm至约20slm之间的速率，优选约2slm至约6slm之间的速率引入净化气体优选为氩气或氮气的脉冲。各处理循环持续约0.01秒至约20秒。例如，在一些实施方式中，处理循环为约10秒，而在其他一些实施方式中，处理循环为约2秒。持续约10秒的较长的处理步骤沉积优异的含铪膜，但是产量降低。通过实验获得具体的压力和时间。
多种前驱物在本发明的范围内。一个重要的前驱物特征是具有适当的蒸汽压。在环境温度和压力下的前驱物可以是气体、液体或固体。然而，在ALD腔室中，利用挥发的前驱物。有机金属化合物或复合物包括任何化学品，所述化学品包含金属和至少一个有机基团，所述有机基团诸如胺基、烷基、烷氧基、烷基酰氨基和酰替苯胺。前驱物可包括有机金属的、无机的和卤化物的化合物。
示例性的ALD工艺是通过顺序脉冲输送铪前驱物和用水产生器形成原位蒸汽所生长的铪氧化物膜。暴露基板表面进行预处理以形成羟基基团。在约150-200摄氏度的温度下将铪前驱物HfCl4维持在前驱物扩散器中。以约400sccm的流速将载气诸如氮气导入扩散器中。铪前驱物使载气饱和并且被脉冲输送至腔室中持续3秒。将氮气净化气体脉冲输送至腔室100中持续3秒以除去任何未结合的铪前驱物。将流速分别为120sccm和60sccm的氢气和氧气供给至水蒸汽产生器(WVG)系统。原位蒸汽以近60sccm的水蒸气离开WVG系统。将原位蒸汽脉冲输送至腔室内持续1.7秒。将氮气净化气体脉冲输送至腔室100中持续4秒以除去任何未结合的或未反应的反应物，诸如副产物、铪前驱物、氧气和/或水或任何副产物诸如HCl。基板112的温度维持在约400-600摄氏度的温度。作为例证，各ALD循环可形成约0.8埃的铪氧化物膜。
尽管本发明的实施方式描述为沉积含铪化合物，但可通过交替地脉冲输送金属前驱物和源自WVG系统的氧化气体诸如水蒸气和O2流体，来形成除含铪化合物以外的多种金属氧化物和/或金属硅酸盐。可通过用其他金属前驱物替代铪和/或硅前驱物以形成材料来改变上面公开的ALD工艺，所述其他金属前驱物例诸如铝酸铪、硅酸钛、氧化锆、硅酸锆、铝酸锆、氧化钽、硅酸钽、氧化钛、硅酸钛、氧化硅、氧化铝、硅酸铝、氧化镧、硅酸镧、铝酸镧、其氮化物，及上述金属前驱物的组合。
在此提供了用于气体输送组件的方法和装置。该气体输送组件可通过气体导管有益地提供减少的焦耳-汤姆逊冷却，所述气体导管具有扩大的非圆形截面并且可选择地地与外部加热器耦合。气体导管的定向使得各导管的纵轴与气体入口漏斗的中心轴交叉，这可有益地减少气体入口漏斗中的涡旋形成。
尽管上述内容针对本发明的实施方式，但可以设计本发明的其他以及进一步的实施方式而不脱离本发明的基本范围。

Claims (15)

1.一种气体输送组件，包括：
一气体入口漏斗，所述气体入口漏斗具有一第一容积；以及
一或更多个气体导管，各气体导管具有一入口和一出口，以促使所述气体流过所述气体导管并进入所述第一容积，其中各气体导管具有一第二容积，所述第二容积小于所述第一容积，以及其中各气体导管具有一截面，所述截面从最接近所述入口的一第一截面向最接近所述出口的一第二截面增大，但是所述第二截面不包括所述气体入口漏斗和所述气体导管之间的任何交点，其中所述第二截面是非圆形的。
2.如权利要求1所述的气体输送组件，其中各气体导管具有一纵轴，所述纵轴与所述气体入口漏斗的一中心轴交叉。
3.如权利要求2所述的气体输送组件，进一步包括：
至少两个气体导管，其中所述至少两个气体导管具有相互对齐的径向相对的纵轴。
4.如权利要求1或权利要求2中任一项所述的气体输送组件，进一步包括：
至少两个气体导管，其中所述至少两个气体导管具有垂直的纵轴。
5.如权利要求1-3中任一项所述的气体输送组件，其中各气体导管具有一纵轴，所述纵轴与所述气体入口漏斗的所述中心轴相垂直。
6.如权利要求1-3中任一项所述的气体输送组件，其中各气体导管具有一纵轴，所述纵轴与所述气体入口漏斗的所述中心轴成一角度设置。
7.如权利要求1-3中任一项所述的气体输送组件，进一步包括：
一或更多个加热器，所述加热器与所述一或更多个气体导管耦合，用于加热流经所述一或更多个气体导管的气体。
8.如权利要求1-3中任一项所述的气体输送组件，其中所述气体入口漏斗具有一截面，所述截面在气体流方向上沿至少一部分所述中心轴增大。
9.如权利要求1-3中任一项所述的气体输送组件，其中各气体导管的所述出口与所述入口的截面面积比为约3:1或更大。
10.一种处理一基板的装置，包括：
一工艺腔室，所述工艺腔室具有一内容积；以及
一气体输送组件，所述气体输送组件如前述任一权利要求所限定，所述气体输送组件与所述工艺腔室耦合，以将一工艺气体输送至所述内容积中。
11.一种处理一基板的方法，包括：
使一工艺气体流经一或更多个气体导管，各气体导管具有一入口和一出口，以促使气体流过所述气体导管并进入气体入口漏斗，所述气体入口漏斗具有一第二容积，其中各气体导管具有一第一容积，所述第一容积小于所述第二容积，其中各气体导管具有一截面，所述截面从最接近所述入口的一第一截面向最接近所述出口的一第二截面增大，但是所述第二截面不包括所述气体入口漏斗和所述气体导管之间的任何交点，其中所述第二截面是非圆形的；以及
将所述工艺气体通过所述气体入口漏斗输送至所述基板。
12.如权利要求11所述的方法，其中各气体导管的纵轴与所述气体入口漏斗的一中心轴交叉。
13.如权利要求11-12中任一项所述的方法，进一步包括：
使来自至少两个气体导管的所述工艺气体流动，其中所述至少两个气体导管具有相互对齐的径向相对的纵轴。
14.如权利要求11-12中任一项所述的方法，进一步包括：
使来自至少两个气体导管的所述工艺气体流动，其中所述至少两个气体导管具有垂直的纵轴。
15.如权利要求11-12中任一项所述的方法，进一步包括：
加热流经各气体导管的所述工艺气体。
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