CN106356285B - 经化学品受控分离和输送实现低缺陷处理的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及经化学品受控分离和输送实现低缺陷处理的系统和方法。本发明的一种气体输送系统包括第一阀，该第一阀包括与第一气体源流体连通的入口。第二阀的第一入口与所述第一阀的出口流体连通，而第二阀的第二入口与第二气体源流体连通。第三阀的入口与第三气体源流体连通。连接器包括第一气体通道和圆筒体，该圆筒体限定第二气体通道。所述圆筒体和所述第一气体通道共同限定在所述圆筒体的外表面和所述第一气体通道的内表面之间的流动通道。所述流动通道流体连通所述第三阀的出口和所述第二气体通道的所述第一端。第三气体通道与第二气体通道、与该第二阀的出口、以及与处理室的气体分配设备流体连通。

Description

经化学品受控分离和输送实现低缺陷处理的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月15日提出的美国临时申请号62/192,844的权益。上述所引用的申请的整个公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及衬底处理系统，并且更具体涉及在衬底处理期间用于输送气体至处理室的系统和方法。
背景技术
本文所提供的背景描述是为了总体上呈现本发明的内容。当前所冠名的发明人的工作(在该背景部分中有所描述的程度上)以及在申请时可能没有资格作为现有技术的本说明书的方面，既不明显地也不隐含地被承认当作本公开的现有技术。
用于进行沉积和/或蚀刻的衬底处理系统通常包括具有基座的处理室。诸如半导体晶片之类的衬底在处理过程中可以被布置在该基座上。在原子层沉积(ALD)或原子层蚀刻(ALE)工艺中，不同的气体混合物可以被顺序引入到该处理室然后被抽空。该过程重复多次，以沉积膜或蚀刻衬底。在某些ALD和ALE衬底处理系统中，射频(RF)等离子体可在一个或两个步骤中被用来激活化学反应。
第一反应物气体可以在ALD工艺的第一步骤期间被供给到处理室。在预定的时间段之后，将反应物从处理室中取出。在ALD工艺的第二步骤期间，可以将第二反应物气体供给到处理室。等离子体在第二步骤期间可以用于或可以不用于引发化学反应。第二步骤之后，将反应物从处理室中取出。第一和第二步骤通常重复多次以沉积膜。
使用ALD或ALE沉积膜或蚀刻衬底所需的处理时间在很大程度上取决于如何能够将反应物气体快速地供给到处理室以及从处理室抽空。因此，存在将反应物气体快速地供给到处理室以及从处理室抽空以缩短处理时间的动机。然而，如果反应物气体在气体供给管线中叠加，则会在反应物气体之间发生不希望有的反应，从而会导致衬底缺陷。粘滞反应物气体或不同的反应物气体之间不充足的时间量会引起反应物气体在气体管线中的叠加。
目前，使用时间分离和高的流速。利用较高的压力开通和关闭气体而进行的切换会引入压力瞬变进入气体管线和/或在下游的气体分配设备中，这会导致另外的衬底缺陷。
发明内容
一种用于衬底处理系统的气体输送系统包括第一阀，该第一阀包括入口和出口。该第一阀的所述入口与第一气体源流体连通。第二阀包括第一入口、第二入口和出口。该第二阀的所述第一入口流体连通所述第一阀的所述出口，而所述第二入口与第二气体源流体连通。第三阀包括入口和出口。所述第三阀的入口与第三气体源流体连通。连接器包括第一气体通道和圆筒体，该圆筒体限定具有第一端和第二端的第二气体通道。该圆筒体至少部分地布置在第一气体通道内，使得所述圆筒体和所述第一气体通道共同限定在所述圆筒体的外表面和所述第一气体通道的内表面之间的流动通道。所述流动通道流体连通所述第三阀的出口和所述第二气体通道的所述第一端。第三气体通道与第二气体通道的第二端、与该第二阀的出口、以及与处理室的气体分配设备流体连通。
在其他特征中，所述第一气体源包括清扫气体源。所述第二气体源包括前体气体源。第四阀包含入口和出口。该第四阀的入口与第四气体源流体连通。该第四阀的出口与所述流动通道流体连通。所述第四气体源包括清洁气体源。所述清洁气体源包括远程等离子体清洁(RPC)气体。
在其他特征中，所述第三气体源包括氧化气体源。所述衬底处理系统执行原子层沉积。控制器被配置成控制所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀。所述控制器被配置成：在第一预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第二气体源的前体气体；在第二预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第一气体源的清扫气体；以及在第三预定时间段期间，使用所述第三阀供给来自所述第三气体源的氧化气体。
在其他特征中，所述第一预定时间段对应于原子层沉积(ALD)工艺的投配阶段。所述第二预定时间段对应于所述ALD工艺的突发性清扫(burst purge)阶段。所述第三预定时间段对应于所述ALD工艺的投配清扫阶段、RF阶段和RF清扫阶段。
在其他特征中，所述第四阀和所述连接器之间的距离为介于10英寸和40英寸之间。所述第四阀和所述连接器之间的距离小于5英寸。
一种用于供给气体给衬底处理系统的方法包括：使用第一阀选择性地供给来自第一气体源的气体；使用第二阀选择性地供给来自所述第一气体源或第二气体源的气体；使用第三阀选择性地供给来自第三气体源的气体；以及提供连接器，该连接器包括：第一气体通道；圆筒体，其限定具有第一端和第二端的第二气体通道，其中该圆筒体至少部分地布置在所述第一气体通道内，使得所述圆筒体和所述第一气体通道共同限定在所述圆筒体的外表面和所述第一气体通道的内表面之间的流动通道，其中所述流动通道流体连通所述第三阀的出口和所述第二气体通道的所述第一端；和第三气体通道，其与第二气体通道的第二端、与该第二阀的出口、以及与处理室的气体分配设备流体连通。
在其他特征中，所述第一气体源包括清扫气体源。所述第二气体源包括前体气体源。所述方法包括使用第四阀选择性地供给来自第四气体源的气体，所述第四阀具有与所述流动通道流体连通的出口。所述第四气体源包括清洁气体源。所述清洁气体源包括远程等离子体清洁(RPC)气体。
在其他特征中，所述第三气体源包括氧化气体源。所述衬底处理系统执行原子层沉积。所述方法包括使用控制器控制所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀。
所述控制器被配置成：在第一预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第二气体源的前体气体。所述控制器被配置成：在第二预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第一气体源的清扫气体。所述控制器被配置成：在第三预定时间段期间，使用所述第三阀供给来自所述第三气体源的氧化气体。
在其他特征中，所述第一预定时间段对应于原子层沉积(ALD)工艺的投配阶段，所述第二预定时间段对应于所述ALD工艺的突发性清扫阶段，并且所述第三预定时间段对应于所述ALD工艺的投配清扫阶段、RF阶段和RF清扫阶段。
在其他特征中，所述第四阀和所述连接器之间的距离为介于10英寸和40英寸之间。所述第四阀和所述连接器之间的距离小于5英寸。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种用于衬底处理系统的气体输送系统，其包括：
包括入口和出口的第一阀，其中所述入口与第一气体源流体连通；
包括第一入口、第二入口和出口的第二阀，其中所述第一入口与所述第一阀的出口流体连通，而所述第二入口与第二气体源流体连通；
包括入口和出口的第三阀，其中该入口与第三气体源流体连通；和
连接器，包括：
第一气体通道；
圆筒体，其限定具有第一端和第二端的第二气体通道，
其中所述圆筒体至少部分地布置在第一气体通道内，使得所述圆筒体和所述第一气体通道共同限定在所述圆筒体的外表面和所述第一气体通道的内表面之间的流动通道，
其中所述流动通道流体连通所述第三阀的出口和所述第二气体通道的所述第一端；和
第三气体通道，其与第二气体通道的第二端、与该第二阀的出口、以及与处理室的气体分配设备流体连通。
2.根据条款1所述的气体输送系统，其中所述第一气体源包括清扫气体源。
3.根据条款1所述的气体输送系统，其中所述第二气体源包括前体气体源。
4.根据条款1所述的气体输送系统，其还包括包含入口和出口的第四阀，其中该入口与第四气体源流体连通，并且其中该出口与所述流动通道流体连通。
5.根据条款4所述的气体输送系统，其中所述第四气体源包括清洁气体源。
6.根据条款5所述的气体输送系统，其中所述清洁气体源包括远程等离子体清洁(RPC)气体。
7.根据条款1所述的气体输送系统，其中所述第三气体源包括氧化气体源。
8.根据条款1所述的气体输送系统，其中所述衬底处理系统执行原子层沉积。
9.根据条款1所述的气体输送系统，其还包括被配置成控制所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀的控制器。
10.根据条款9所述的气体输送系统，其中所述控制器被配置成：
在第一预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第二气体源的前体气体；
在第二预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第一气体源的清扫气体；以及
在第三预定时间段期间，使用所述第三阀供给来自所述第三气体源的氧化气体。
11.根据条款10所述的气体输送系统，其中：
所述第一预定时间段对应于原子层沉积(ALD)工艺的投配阶段；
所述第二预定时间段对应于所述ALD工艺的突发性清扫阶段；以及
所述第三预定时间段对应于所述ALD工艺的投配清扫阶段、RF阶段和RF清扫阶段。
12.根据条款4所述的气体输送系统，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离为介于10英寸和40英寸之间。
13.根据条款4所述的气体输送系统，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离小于5英寸。
14.一种用于供给气体至衬底处理系统的方法，其包括：
使用第一阀选择性地供给来自第一气体源的气体；
使用第二阀选择性地供给来自所述第一气体源或第二气体源的气体；
使用第三阀选择性地供给来自第三气体源的气体；以及
提供连接器，该连接器包括：
第一气体通道；
圆筒体，其限定具有第一端和第二端的第二气体通道，
其中所述圆筒体至少部分地布置在第一气体通道内，使得所述圆筒体和所述第一气体通道共同限定在所述圆筒体的外表面和所述第一气体通道的内表面之间的流动通道，
其中所述流动通道流体连通所述第三阀的出口和所述第二气体通道的所述第一端；和
第三气体通道，其与所述第二气体通道的第二端、与该第二阀的出口、以及与处理室的气体分配设备流体连通。
15.根据条款14所述的方法，其中所述第一气体源包括清扫气体源。
16.根据条款14所述的方法，其中所述第二气体源包括前体气体源。
17.根据条款14所述的方法，其进一步包括使用第四阀选择性地供给来自第四气体源的气体，所述第四阀具有与所述流动通道流体连通的出口。
18.根据条款17所述的方法，其中所述第四气体源包括清洁气体源。
19.根据条款18所述的方法，其中所述清洁气体源包括远程等离子体清洁(RPC)气体。
20.根据条款14所述的方法，其中所述第三气体源包括氧化气体源。
21.根据条款14所述的方法，其中所述衬底处理系统执行原子层沉积。
22.根据条款14所述的方法，其还包括使用控制器控制所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀。
23.根据条款22所述的方法，其中所述控制器被配置成：
在第一预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第二气体源的前体气体；
在第二预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第一气体源的清扫气体；以及
在第三预定时间段期间，使用所述第三阀供给来自所述第三气体源的氧化气体。
24.根据条款23所述的方法，其中：
所述第一预定时间段对应于原子层沉积(ALD)工艺的投配阶段；
所述第二预定时间段对应于所述ALD工艺的突发性清扫阶段；以及
所述第三预定时间段对应于所述ALD工艺的投配清扫阶段、RF阶段和RF清扫阶段。
25.根据条款17所述的方法，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离为介于10英寸和40英寸之间。
26.根据条款17所述的方法，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离小于5英寸。
本发明的进一步的适用范围将根据具体实施方式、权利要求和附图而变得显而易见。详细的描述和具体实施例意在仅用于说明的目的，而并非意在限制本公开的范围。
附图说明
根据详细描述和附图将更充分地理解本发明，其中：
图1是根据本公开的用于衬底处理系统的功能框图；
图2是气体输送系统的一个示例的示意图；
图3是用于示例性的原子层沉积工艺的时序图；
图4是根据本公开的另一示例性气体输送系统的示意图；
图5是根据本公开的连接器的局部的立体剖视图；
图6是根据本公开的又一示例性气体输送系统的示意图；
图7示出了理想化气体输送系统的阀的时序；
图8示出了根据本公开的用于图4的气体输送系统的阀的时序；
图9示出了根据本公开的用于图6的气体输送系统的阀的时序；
图10示出了根据本公开的用于供应气体的方法的实施例的流程图。
在这些附图中，可以重复使用附图标记来标记相似和/或相同的元件。
具体实施方式
在一些实例中，根据本公开所述的气体输送系统和方法增强了在衬底处理系统的气体管线中的第一反应物气体与第二反应物气体的分离，从而减少衬底的缺陷。在一些实例中，连续的清扫气体流可以被提供至下游连接器的入口，第二气体在该处被引入。
反应物气体在衬底处理系统的气体管线中的空间分离有助于减少衬底缺陷。空间分离克服了与仅仅时间上的分离相关的问题。通过提供连续的清扫气体流至下游连接器的入口并定位相对于第一反应物气体远程供给第二反应物气体的阀，压力瞬变也可以被管理。如果被分配给在第一反应物气体与第二反应物气体之间的空间分离的时间量不足，则仍然存在反应的风险。然而，混合气体反应物的位置以及在混合位置中的压力可以被控制，并且反应可以被管理。
空间分离通过使得对于清扫次数的工艺研发有裕度(margin)而增强了气体输送系统的稳健性。所使用的物理分离可与由阀时序控制的时间分离进行组合。该组合可以帮助优化与气体管线保护分离的处理室清扫。
现在参考图1，示出了一示例性的衬底处理系统1。尽管前述示例将在等离子体增强原子层沉积(PEALD)的背景中描述，但本公开可以应用于其它衬底处理系统，例如化学气相沉积(CVD)、PECVD、ALE、ALD和PEALE。衬底处理系统1包括处理室2，处理室2包围衬底处理系统1的其他部件并包含RF等离子体(如果使用的话)。衬底处理系统1包括上部电极4与静电卡盘(ESC)6或其它衬底支撑件。在操作过程中，衬底8被布置在ESC 6上。
仅举例而言，上部电极4可以包括气体分配设备9，如引入和分配处理气体的喷头。气体分配设备9可包括杆部，该杆部包括连接到处理室的顶表面上的一端。底座部分是大致圆柱形的，并从杆部的另一端在与处理室的顶表面间隔开的位置径向向外延伸。该喷头的底座部分的面对衬底的表面或面板包括多个孔，处理气体或清扫气体流通过这些孔。替代地，上部电极4可以包括导电板，并且处理气体可以以另一种方式被引入。
ESC 6包括用作下部电极的导电基板10。导电基板10支撑加热板12，加热板12可与陶瓷多区域加热板相当。热阻层14可被布置在加热板12和基板10之间。基板10可以包括用于使冷却剂流动通过基板10内的一个或多个冷却剂通道16。
一种RF产生系统20产生并输出RF电压到上部电极4和下部电极(例如，ESC 6的基板10)中的一个。上部电极4和基板10中的另一个可以被直流接地、交流接地或浮置。仅举例而言，所述RF产生系统20可以包括RF产生器22，RF产生器22产生由匹配和分配网络24供给到上部电极4或基板10的RF功率。在其它实例中，等离子体可以感应或远程产生。
一个或多个气体输送系统30-1、30-2、...、和30-M(统称为气体输送系统30)包括一个或多个气体源32-1、32-2、...、和32-N(统称气体源32)，其中M和N是大于零的整数。气体源32通过阀34-1、34-2、...、和34-N(统称阀34)和质量流量控制器36-1、36-2、...、和36-N(统称为质量流量控制器36)连接到歧管40。歧管40的输出被馈送到气体分离系统41。尽管示出了特定的气体输送系统30-1，但气体可以使用任何合适的气体输送系统输送。一个或多个另外的气体输送系统30-2、...、和30-M与气体分离系统41流体连通。例如远程等离子体清洁(RPC)气体之类的清洁气体源43也可以与气体分离系统41流体连通。
温度控制器42可被连接到设置在加热板12中的多个热控制元件(TCE)44。温度控制器42可以被用于控制所述多个TCE 44以控制ESC 6和衬底8的温度。温度控制器42可与冷却剂组件46通信，以控制通过通道16的冷却剂流。例如，冷却剂组件46可以包括冷却剂泵和贮存器。温度控制器42操作冷却剂组件46以选择性地使冷却剂流动通过通道16，从而冷却ESC 6。
阀50和泵52可以被用于抽空处理室2的反应物。系统控制器60可以被用于控制衬底处理系统1的部件。机械手70可以用来输送衬底到ESC6上，以及从ESC 6移走衬底。例如，机械手70可以在ESC 6和加载锁72之间传送衬底。
现在参考图2，气体分离系统41的一个示例被示出为包括阀组件74，该阀组件74包括通过气体管线83连接的多个阀76、78、80和82。阀76的入口被连接到清扫气体源，而阀76的出口连接到阀78的入口。阀78的另一入口被连接到反应物气体，如氧化气体源。阀78的出口连接到阀80的入口。该阀80的另一个输入端连接到反应物气体，如前体气体源。
阀80的出口被连接到弯管连接件84，弯管连接件84连接到阀86的出口以及处理室。阀86的入口连接到清洁气体，例如远程等离子体清洁(RPC)气体源。阀82具有出口和连接到前体气体的入口。
在操作过程中，前体气体可任选地使用阀80(从前体气体入口至出口的连接被关闭)和82(开通)被导流持续预定的时间段。在导流(diversion)后，使用阀80(前体气体入口到出口的连接是开通的)和82(关闭)将前体气体供应到所述处理室持续预定的时间段，然后终止前体气体的供给。使用阀76、78和80供给清扫气体到处理室，然后终止。使用阀78和80供给氧化气体到处理室。可以理解的是，使用与氧化剂气体所使用的气体管线83和阀相同的气体管线83和阀中的一些将前体气体供应到处理室。
现在参考图3，图2的阀的操作被示出。在投配阶段之前，清扫气体可以使用阀80和82初始供给和导流。在预定时间段之后，阀80和82被布置为经由弯头连接器84(投配阶段)供给前体气体至处理室。在投配阶段结束时，阀80停止供给前体气体，并且被定位成供给清扫气体。在突发性清扫阶段期间，清扫气体经由阀76、78、80和弯头连接器84供给到处理室。在突发性清扫阶段结束时，阀76被关闭。在投配清扫阶段、RF阶段和RF清扫阶段期间，使用阀78、80和弯头连接器84将氧化气体供给到处理室。
前体气体和氧化气体两者使用相同的成组的阀和气体管线供给但在时间上分开。时间分开依赖于大的流率和足够的时间以在前体气体流动和氧化气体流动之间完全清洁气体管线83。粘性的前体或分配的不充足的时间量会由于在气体通道内的反应而导致缺陷形成。此外，高流率和在氧化剂、清扫气体和前体气体之间的切换能引入压力瞬变到气体通道和气体分配设备内。
现在参考图4，气体分离系统87包括阀组件88，阀组件88包括多个阀90、92、94和96以及气体管线83。阀90的入口被连接到清扫气体源，而阀90的出口被连接到阀92的入口。在一些实例中，清扫气体包括氦气、氩气或其它惰性气体。阀92的出口被连接到阀94的入口。阀94的另一个入口连接到反应物气体，如前体气体。
阀94的出口连接到弯头连接器100，弯头连接器100被连接到阀98的出口和处理室。阀98的入口被连接到处理气体，诸如远程等离子体清洁(RPC)源。阀96具有出口和连接到前体气体的入口。
一个或多个阀102A和102B(统称阀102)用于供给反应物气体(例如氧化气体)到弯头连接器100的入口104。在一些实例中，阀102被布置成离弯头连接器100的入口的距离在介于10英寸和40英寸之间。
清扫气体也可以(在氧化气体的供给期间或在氧化气体的供给期间之外的其它时间)被连续地供给到弯头连接器100的入口104或者选择性地供给到入口104。“T”形流体连接器105具有流体连接到弯头连接器100的第一分支，流体连接到阀94的出口的第二分支以及流体连接至处理室的第三分支。在一些实例中，“T”形流体连接器105可以由陶瓷制成。
现在参考图5，弯头连接器100的示例包括连接到阀组件120的第一连接器122和第二连接器124。与弯头连接器100有关的其它细节可在于2014年11月26日申请的、名称为“REMOTE PLASMA CLEAN ELBOW CONNECTOR WITH PURGING TO REDUCE ON-WAFERPARTICLES”的共同转让的美国临时申请号62/084,856以及于2015年7月22日申请的、名称为“VALVE MANIFOLD DEADLEG ELIMINATION VIA REENTRANT FLOW PATH”美国临时申请No.14/805,807(律师档案号3585-2US)中找到，这两者在此通过引用整体并入本文。
第一连接器122包括第一主体130，第一主体130限定包括入口133和出口134的第一气体通道132。第二连接器124包括第二主体136，第二主体136限定包括入口139和出口140的第二气体通道138。第一气体通道132的出口134被连接到第二气体通道138的入口139。在一些实施例中，第一气体通道132通常为“L”形或肘形。
第一连接器122包括环形通道144，环形通道144被布置在第一气体通道132的与第一连接器122的入口133相邻的部分的周围。环形通道144供给气体到入口133附近的区域。在一些实例中，圆筒体146可被插入第一气体通道132的与第一连接器122的入口133相邻的内部，以限定环形通道144。圆筒体146的一端147在与入口133间隔开的位置抵靠第一气体通道132的内表面。在主体130和圆筒体146的径向外表面之间的腔体150限定环形通道144。
主体130还限定连接到腔体150的第三气体通道154。接头或阀156可被用于将第三气体通道154连接到气体源。该气体被供给到第三气体通道154和环形通道144。该气体流过环形通道144进入邻近入口133的区域。气体流过第一气体通道132到达第二气体通道138。该气体可在远程等离子体清洁过程中被供给(同时RPC气体通过RPC阀供给)。在一些实例中，该气体在使用前体气体投配期间和/或在供给氧化气体期间被供给。
在一些实例中，加热器160可被用于将在环形通道144附近的区域的温度保持在预定的最低温度。更具体地，加热器160可连接到主体130并可用于将该主体(至少包括死角体积的部分)加热到高于气体的冷凝温度的温度。在一些实例中，温度保持在高于约65℃的预定温度下，但是温度将根据所使用的气体的类型和气体的冷凝温度的不同而变化。
现在参考图6，另一种气体分离系统200包括上述的阀组件88。阀204被布置成较靠近弯头连接器100的入口104。在一些实例中，阀204被布置成离弯头连接器100的入口的距离小于10英寸。在其它实例中，该距离小于或等于5英寸、2.5英寸或1英寸。
现在参考图7-9，用于阀的排序和定时的各个时序图中被示出。在图7中，理想化的阀的排序和定时被示出。理想的是，前体气体流在氧化剂气体流开始的同时结束并且没有叠加。在图8中，示出了在图4中的阀的操作。由于管线的填充时间，相比于在图2中出现的在前体和氧化剂之间的叠加，存在较少的叠加。在图9，示出了图6中的阀的操作。有可能在“T”形流体连接器105中存在部分叠加。
现在参考图10，示出了用于操作上述气体输送系统的方法300的一个实例。在304，该方法确定是否应执行使用远程等离子体清洁(RPC)气体或其他清洁气体进行的清洁。如果为真，则将衬底从处理室中取出并将清洁气体或RPC气体供给持续预定的清洁时间段。
如果304为假，则控制确定ALD工艺是否需要执行。如果306为真，则衬底在310加载到处理室。此外，在310，诸如前体气体之类的第一反应物气体被任选供给并被导流持续第一预定时间。在314，在第一预定时间段之后，诸如前体气体之类的第一反应物气体被供给至处理室持续第二预定的时间段。
在第二预定时间段后，在318，清扫气体(如惰性气体)被供给持续第三预定时间段。在第三预定时间段之后，在320，诸如氧化气体之类第二反应物气体被供给持续第四预定时间段。在第四预定时间段之后，在322，控制确定是否重复ALD工艺。如果322为真，控制返回到310。否则，控制继续328，任选从处理室取出衬底，然后返回到304。
前面的描述在本质上仅仅是说明性的并且不以任何方式意在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式来实现。因此，虽然本公开包括特定示例，但本公开的真实范围不应被如此限制，因为其它的修改将在对附图、说明书和下面的权利要求进行研究时变得更加清楚。应当理解的是，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)来执行而不改变本公开的原理。此外，虽然实施方式中的每一个都在上面描述为具有特定特征，但相对于本公开的任何实施方式所描述的任何一个或多个这些特征可以在任何其它实施方案中执行和/或与其任何其它实施方案的特征结合，即使该结合未被明确说明也如此。换句话说，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或多个实施方式与另一个的排列保持在本公开的范围内。
元件之间(例如，模块，电路元件，半导体层等之间)的空间和功能关系使用包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“邻近”、“在...上”、“上方”、“下方”和“设置”之类的各种术语进行描述。当在上述公开中描述第一和第二元件之间的关系时，除非明确地描述为“直接”，否则这种关系可以是其中没有其他中间元件存在于所述第一和第二元件之间的直接的关系，但也可以是其中一个或多个中间元件(或者在空间上或功能上)存在于所述第一和第二元件之间的间接的关系。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应该被解释为指使用非排他性的逻辑或(OR)的逻辑(A或B或C)，且不应该被解释为指“A中的至少一个，B中的至少一个，和C中的至少一个”。
在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，其包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
宽泛地讲，控制器可以被定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式传送到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方的一部分。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主机系统的全部或一部分，其可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后被从远程计算机传送到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室上的工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
如上所述，根据将要由工具执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、群集工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。

Claims (26)

1.一种用于衬底处理系统的气体输送系统，其包括：
包括入口和出口的第一阀，其中所述入口与第一气体源流体连通；
包括第一入口、第二入口和出口的第二阀，其中所述第一入口与所述第一阀的出口流体连通，而所述第二入口与第二气体源流体连通；
包括入口和出口的第三阀，其中该入口与第三气体源流体连通；和
连接器，包括：
第一气体通道；
圆筒体，其限定具有第一端和第二端的第二气体通道，
其中所述圆筒体至少部分地布置在第一气体通道内，使得所述圆筒体和所述第一气体通道共同限定在所述圆筒体的外表面和所述第一气体通道的内表面之间的流动通道，
其中所述流动通道流体连通所述第三阀的出口和所述第二气体通道的所述第一端；和
第三气体通道，其与第二气体通道的第二端、与该第二阀的出口、以及与处理室的气体分配设备流体连通，
其中所述第二气体通道的所述第一端与所述第一气体通道的入口流体连通，使得被提供至所述第二气体通道的所述第二端中的入口的气体从所述第二端流过所述第二通道到达所述第一端，进入所述第一气体通道的所述入口，并通过所述第一气体通道进入所述第三气体通道。
2.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述第一气体源包括清扫气体源。
3.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述第二气体源包括前体气体源。
4.根据权利要求1所述的气体输送系统，其还包括包含入口和出口的第四阀，其中该入口与第四气体源流体连通，并且其中该出口与所述流动通道流体连通。
5.根据权利要求4所述的气体输送系统，其中所述第四气体源包括清洁气体源。
6.根据权利要求5所述的气体输送系统，其中所述清洁气体源包括远程等离子体清洁(RPC)气体。
7.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述第三气体源包括氧化气体源。
8.根据权利要求1所述的气体输送系统，其中所述衬底处理系统执行原子层沉积。
9.根据权利要求1所述的气体输送系统，其还包括被配置成控制所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀的控制器。
10.根据权利要求9所述的气体输送系统，其中所述控制器被配置成：
在第一预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第二气体源的前体气体；
在第二预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第一气体源的清扫气体；以及
在第三预定时间段期间，使用所述第三阀供给来自所述第三气体源的氧化气体。
11.根据权利要求10所述的气体输送系统，其中：
所述第一预定时间段对应于原子层沉积(ALD)工艺的投配阶段；
所述第二预定时间段对应于所述ALD工艺的突发性清扫阶段；以及
所述第三预定时间段对应于所述ALD工艺的投配清扫阶段、射频(RF)阶段和RF清扫阶段。
12.根据权利要求4所述的气体输送系统，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离为介于10英寸和40英寸之间。
13.根据权利要求4所述的气体输送系统，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离小于5英寸。
14.一种用于供给气体至衬底处理系统的方法，其包括：
使用第一阀选择性地供给来自第一气体源的气体；
使用第二阀选择性地供给来自所述第一气体源或第二气体源的气体；
使用第三阀选择性地供给来自第三气体源的气体；以及
提供连接器，该连接器包括：
第一气体通道；
圆筒体，其限定具有第一端和第二端的第二气体通道，
其中所述圆筒体至少部分地布置在第一气体通道内，使得所述圆筒体和所述第一气体通道共同限定在所述圆筒体的外表面和所述第一气体通道的内表面之间的流动通道，
其中所述流动通道流体连通所述第三阀的出口和所述第二气体通道的所述第一端；和
第三气体通道，其与所述第二气体通道的第二端、与该第二阀的出口、以及与处理室的气体分配设备流体连通，
其中所述第二气体通道的所述第一端与所述第一气体通道的入口流体连通，使得被提供至所述第二气体通道的所述第二端中的入口的气体从所述第二端流过所述第二通道到达所述第一端，进入所述第一气体通道的所述入口，并通过所述第一气体通道进入所述第三气体通道。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一气体源包括清扫气体源。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二气体源包括前体气体源。
17.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括使用第四阀选择性地供给来自第四气体源的气体，所述第四阀具有与所述流动通道流体连通的出口。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第四气体源包括清洁气体源。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述清洁气体源包括远程等离子体清洁(RPC)气体。
20.根据权利要求14所述的方法，其中所述第三气体源包括氧化气体源。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述衬底处理系统执行原子层沉积。
22.根据权利要求14所述的方法，其还包括使用控制器控制所述第一阀、所述第二阀和所述第三阀。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述控制器被配置成：
在第一预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第二气体源的前体气体；
在第二预定时间段期间，使用所述第一阀和所述第二阀供给来自所述第一气体源的清扫气体；以及
在第三预定时间段期间，使用所述第三阀供给来自所述第三气体源的氧化气体。
24.根据权利要求23所述的方法，其中：
所述第一预定时间段对应于原子层沉积(ALD)工艺的投配阶段；
所述第二预定时间段对应于所述ALD工艺的突发性清扫阶段；以及
所述第三预定时间段对应于所述ALD工艺的投配清扫阶段、射频(RF)阶段和RF清扫阶段。
25.根据权利要求17所述的方法，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离为介于10英寸和40英寸之间。
26.根据权利要求17所述的方法，其中所述第四阀和所述连接器之间的距离小于5英寸。
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