CN107743529A - 用于批处理的注射器及使用方法 - Google Patents

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Abstract

用于处理基板的装置及方法包括注射器单元，该注射器单元包括沿该注射器单元的长度延伸的前反应气体端口、沿该注射器单元的该长度延伸的后反应气体端口以及在该前反应气体端口及该后反应气体端口周围形成边界且封闭该前反应气体端口及该后反应气体端口的合并真空端口。

Description

用于批处理的注射器及使用方法
技术领域
本公开的实施例大致关于用于沉积薄膜的装置及方法。特别地，本公开的实施例针对原子层沉积批处理注射器及使用方法。
背景技术
在回转料架式原子层沉积(ALD)批处理腔室中，基板在处理腔室的分离的部分中依次暴露于各种反应气体。此ALD工艺通常称为空间ALD，因为反应气体在空间上而非时间上在处理腔室内被分离。
在某些工艺中，空间ALD处理腔室的区段向基板提供等离子体暴露。对等离子体区段的暴露时间与对热沉积区段的暴露时间相同。在某些工艺中，膜形成可受益于相较于热暴露时间增加的等离子体暴露时间。因此，在本领域中存在对用于在空间ALD批处理腔室中增加等离子体暴露的装置及方法的需要。
发明内容
本公开的一或更多个实施例针对注射器单元，该注射器单元包括：沿该注射器单元的长度延伸的前反应气体端口；沿该注射器单元的该长度延伸的后反应气体端口，以及在该前反应气体端口及该后反应气体端口周围形成边界且封闭该前反应气体端口及该后反应气体端口的合并真空端口。
本公开的额外实施例针对包括圆形气体分配组件的处理腔室。该气体分配组件具有内周边边缘及外周边边缘。该气体分配组件包括两个第一注射器单元及两个第二注射器单元，所述注射器单元经布置以便第一注射器单元及第二注射器单元穿插。第一注射器单元中的各者包括沿该第一注射器单元的长度延伸的第一反应气体端口、围绕该第一反应气体端口的第一真空端口、邻近该第一真空端口的一侧的第一清扫气体端口、沿该第一注射器单元的长度延伸的第二反应气体端口以及围绕该第二反应气体端口的第二真空端口。该第二注射器单元中的各者包括沿该注射器单元的长度延伸的前反应气体端口、沿该注射器单元的长度延伸的后反应气体端口以及形成边界的合并真空端口，该边界封闭包括该前反应气体端口及该后反应气体端口的混合的处理区域。该处理腔室包括基座组件，该基座组件具有面向该圆形气体分配组件的顶表面。该顶表面在其中具有多个凹口，其中各凹口被设定尺寸以在处理期间支撑基板。
本公开的进一步实施例针对处理方法，所述处理方法包括以下步骤：将具有基板表面的基板放进处理腔室，该处理腔室包括气体分配组件，该气体分配组件包括多个注射器单元。该基板表面的至少一部分暴露于来自由第一真空端口所围绕的第一反应气体端口的第一反应气体。该基板表面侧向移动穿过气体幕。该基板表面的至少一部分暴露于来自由第二真空端口所围绕的第二反应气体端口的第二反应气体。该基板表面侧向移动穿过气体幕。该基板表面的至少一部分暴露于封闭在合并真空端口内的混合的处理区域。该混合的处理区域包括来自前反应气体端口的前反应气体及来自该后反应气体端口的后反应气体。该基板表面侧向移动穿过气体幕。
附图说明
可通过参照实施例(其中的某些描绘于附图中)来拥有本公开的更特定描述，使得可使用详细的方式来了解以上所简要概述的本公开的上述特征。然而，要注意的是，附图仅描绘此公开的典型实施例且因此并不视为对其范围的限制，因为本公开可允许其他等效的实施例。
图1图示依据本公开的一或更多个实施例的批处理腔室的横截面图；
图2图示依据本公开的一或更多个实施例的批处理腔室的部分透视图；
图3图示依据本公开的一或更多个实施例的批处理腔室的示意图；
图4图示依据本公开的一或更多个实施例的用于批处理腔室中的楔形气体分配组件的一部分的示意图；
图5图示依据本公开的一或更多个实施例的批处理腔室的示意图；
图6图示依据本公开的一或更多个实施例的注射器单元；
图7图示依据本公开的一或更多个实施例的注射器单元的侧视图；及
图8图示将图4及图8的注射器单元结合成一半的气体分配组件的部分气体分配组件。
具体实施方式
在描述本公开的若干示例性实施例之前，要了解的是，本公开不限于以下说明中所阐述的构造或工艺步骤的细节。本公开能够包括其他实施例及以各种方式实行或实现。亦要了解的是，可在本文中使用具有特定立体化学的结构式来说明本公开的复合体及配体。这些说明仅旨在作为示例且不要解释为将所公开的结构限制于任何特定的立体化学。反而，所描绘的结构旨在包括具有所指示的化学式的所有此类复合体及配体。
如本文中所使用的“基板”指的是任何基板或形成于基板上的材料表面，在制造工艺期间在该基板或材料表面上执行膜处理。例如，取决于应用，可于其上执行处理的基板表面包括例如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(SOI)、碳掺杂氧化硅、氮化硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石及任何其他材料(例如金属、氮化金属、金属合金及其他传导性材料)的材料。基板(在不限制的情况下)包括半导体晶片。基板可暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟化、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上进行膜处理以外，在本公开中，所公开的任何膜处理步骤亦可在形成于基板上的下层上执行，如以下更详细公开的，且术语“基板表面”在上下文指示时旨在包括这样的下层。因此，例如，若膜/层或部分膜/层已沉积至基板表面上，则新沉积的膜/层的暴露表面变成基板表面。
依据一或更多个实施例，本方法使用原子层沉积(ALD)工艺。在这样的实施例中，基板表面依次或实质上依次暴露于前体(或反应气体)。如本文中所使用的，在本说明书各处，“实质上依次”意指的是，前体暴露的大部分期间不与暴露于共试剂(co-reagent)重叠，虽然可能存在某些重叠。如此说明书及所附权利要求中所使用的，术语“前体”、“反应物”、“反应气体”及类似者可互换使用来指称可与基板表面反应的任何气态物种。
图1图示处理腔室100的横截面，该处理腔室100包括气体分配组件120(亦称为注射器或注射器组件)及基座组件140。气体分配组件120为用于处理腔室中的任何类型的气体输送装置。气体分配组件120包括面向基座组件140的前表面121。前表面121可具有任何数量或种类的开口以朝基座组件140输送气体流。气体分配组件120还包括外缘124，该外缘124在所示的实施例中是实质圆形的。
所使用的具体类型的气体分配组件120可取决于所使用的特定工艺而变化。可与任何类型的处理系统一起使用本公开的实施例，在该处理系统处，基座及气体分配组件之间的间隙是受控的。虽然可采用各种类型的气体分配组件(例如喷头)，本公开的实施例对于具有多个气体通道的空间ALD气体分配组件特别有用。该多个气体通道可包括至少一个第一反应气体A通道、至少一个第二反应气体B通道、至少一个清扫气体P通道和/或至少一个真空V通道。引导从第一反应气体A通道(或多个)、第二反应气体B通道(或多个)及清扫气体P通道(或多个)流动的气体朝向晶片的顶表面。某些气流跨晶片表面水平移动且通过清扫气体P通道(或多个)移出处理区域。从气体分配组件的一端移动至另一端的基板将轮流暴露于处理气体中的各者，从而在基板表面上形成层。
在某些实施例中，气体分配组件120是由单一注射器单元制造的刚性静止主体。在一或更多个实施例中，气体分配组件120由多个个体扇段(例如注射器单元122)构成，如图2中所示。可与所描述的本公开的各种实施例一起使用单一件主体或多扇段主体。
基座组件140定位于气体分配组件120下。基座组件140包括顶表面141且在顶表面141中包括至少一个凹口142。基座组件140还具有底表面143及边缘144。取决于被处理的基板60的形状及尺寸，凹口142可以是任何合适的形状及尺寸。在图1中所示的实施例中，凹口142具有平坦的底部，以支撑晶片的底部；然而，凹口的底部可变化。在某些实施例中，凹口在凹口的外周边边缘周围具有步阶区域，步阶区域被设定尺寸以支撑晶片的外周边边缘。由步阶所支撑的晶片外周边边缘的量可例如取决于晶片的厚度及已呈现于晶片背侧上的特征的存在而变化。
在某些实施例中，如图1中所示，基座组件140的顶表面141中的凹口142被设定尺寸以便被支撑于凹口142中的基板60具有与基座140的顶表面141实质共面的顶表面61。如此说明书及所附权利要求中所使用的，术语“实质共面”意指的是，晶片的顶表面及基座组件的顶表面在±0.5mm、±0.4mm、±0.3mm、±0.2mm内共面。在某些实施例中，顶表面是在±0.15mm、±0.10mm或±0.05mm内共面。
图1的基座组件140包括支撑柱160，其能够升高、降低及旋转基座组件140。基座组件可包括在支撑柱160的中心内的加热器、或气体线、或电性部件。支撑柱160可以是增加或减少基座组件140及气体分配组件120间的间隙、将基座组件140移动到适当位置中的主要手段。基座组件140还可包括微调致动器162，微调致动器162可对基座组件140作出微调整，以在基座组件140及气体分配组件120之间产生预定间隙170。在某些实施例中，间隙170的距离在约0.1mm至约5.0mm的范围中，或在约0.1mm至约3.0mm的范围中，或在约0.1mm至约2.0mm的范围内，或在约0.2mm至约1.8mm的范围中，或在约0.3mm至约1.7mm的范围中，或在约0.4mm至约1.6mm的范围中，或在约0.5mm至约1.5mm的范围中，或在约0.6mm至约1.4mm的范围中，或在约0.7mm至约1.3mm的范围中，或在约0.8mm至约1.2mm的范围中，或在约0.9mm至约1.1mm的范围中，或约1mm。
附图中所示的处理腔室100是回转料架式腔室，其中基座组件140可保持多个基板60。如图2中所示，气体分配组件120可包括多个分离的注射器单元122，各注射器单元122能够在晶片移动于注射器单元下时，在晶片上沉积膜。两个派形的注射单元122被示出为定位在基座组件140的大约相反侧上，且位于基座组件140上方。仅为了说明用途而示出此注射器单元122的数量。将了解的是，可包括更多或更少的注射器单元122。在某些实施例中，存在充足数量的派形注射器单元122以形成符合基座组件140的形状的形状。在某些实施例中，在不影响其他注射器单元122中的任何一者的情况下，个体的派形注射器单元122中的各者可被独立地移动、移除和/或替换。例如，可升起一个区段以容许机器手进出基座组件140及气体分配组件120之间的区域以装载/卸除基板60。
具有多个气体注射器的处理腔室可用以同时处理多个晶片，以便晶片经历相同的处理流程。例如，如图3中所示，处理腔室100具有四个气体注射器组件及四个基板60。在处理开始时，基板60可定位于注射器组件30之间。旋转17基座组件140 45°将使得注射器组件120之间的各基板60移动至一注射器组件120以供进行膜沉积，如由注射器组件120下面的虚线圆形所绘示。额外的45°旋转会移动基板60远离注射器组件30。利用空间ALD注射器，膜是在相对于注射器组件移动晶片的期间沉积于晶片上。在某些实施例中，基座组件140以增量旋转，所述增量防止基板60停止于注射器组件120下方。基板60及气体分配组件120的数量可以是相同的或不同的。在某些实施例中，正被处理的晶片数量与气体分配组件的数量相同。在一或更多个实施例中，正被处理的晶片数量是气体分配组件的数量的分数或整数倍。例如，若存在四个气体分配组件，则存在4x个正被处理的晶片，其中x是大于或等于1的整数值。
图3中所示的处理腔室100仅表示一个可能的配置，且不应被视为对本公开的范围的限制。于此，处理腔室100包括多个气体分配组件120。在所示的实施例中，存在平均分隔于处理腔室100周围的四个气体分配组件(亦称为注射器组件30)。所示的处理腔室100是八边形的；然而，本领域技术人员将了解的是，这是一种可能的形状，且不应被视为对本公开范围的限制。所示的气体分配组件120是梯形的，但可以是单一圆形部件，或以多个派形区段构成，像是图2中所示的。
图3中所示的实施例包括装载锁腔室180，或像是缓冲站的辅助腔室。此腔室180连接至处理腔室100一侧，以例如允许基板(亦称为基板60)被装载/从腔室100卸除。晶片机器手可定位于腔室180中以将基板移动至基座上。
回转料架(例如基座组件140)的旋转可以是连续的或不连续的。在连续处理下，晶片是恒定地旋转，以便它们轮流暴露于注射器中的各者。在不连续的处理下，晶片可移动至注射器区域且停止，且接着移动至注射器之间的区域84且停止。例如，回转料架可旋转，以便晶片从注射器间区域移动跨过注射器(或停在注射器邻近处)，并继续移动至下个注射器间区域，在该处，回转料架可再次暂停。在注射器之间的暂停可提供时间以供在各层沉积之间进行额外处理步骤(例如暴露于等离子体)。
图4示出气体分配组件220的扇段或部分，其可称为注射器单元122。可单独地或与其他注射器单元结合来使用注射器单元122。例如，如图5中所示，四个图4的注射器单元122结合以形成单一气体分配组件220。(为了清楚起见未图示分离四个注射器单元的线。)虽然图4的注射器单元122除了清扫气体端口155及真空端口145以外还具有第一反应气体端口125及第二反应气体端口135两者，但注射器单元122并不需要所有这些部件。
参照图4及5两者，依据一或更多个实施例的气体分配组件220可包括多个扇段(或注射器单元122)，其中各扇段是相同的或不同的。气体分配组件220定位于处理腔室内，且在气体分配组件220的前表面121中包括多个伸长的气体端口125、135、145。该多个伸长的气体端口125、135、145、155从与气体分配组件220的内周边边缘123相邻的区域朝与外周边边缘124相邻的区域延伸。所示的该多个气体端口包括第一反应气体端口125、第二反应气体端口135、真空端口145及清扫气体端口155，该真空端口145围绕第一反应气体端口及第二反应气体端口中的各者。
参照图4或5中所示的实施例，当声明的是，端口从至少内周边区域的周围延伸至至少外周边区域的周围，然而，端口可较仅径向地从内到外区域而延伸更多。在真空端口145围绕反应气体端口125及反应气体端口135时，端口可正切地延伸。在图4及5中所示的实施例中，楔形反应气体端口125、135在所有边缘(包括内周边区域及外周边区域附近)上被真空端口145围绕。
参照图4，在基板沿路径127移动时，基板表面的各部分暴露于各种反应气体。为了依循路径127，基板将暴露于(或“看见”)清扫气体端口155、真空端口145、第一反应气体端口125、真空端口145、清扫气体端口155、真空端口145、第二反应气体端口135及真空端口145。因此，在图4中所示的路径127的末端处，基板已暴露于来自第一反应气体端口125及第二反应气体端口135的气体流以形成层。所示的注射器单元122制成四分之一的圆形，但可更大或更小。图5中所示的气体分配组件220可被视为是串联连接的四个图4的注射器单元122的组合。
图4的注射器单元122示出分离反应气体的气体幕150。术语“气体幕”用以描述分离反应气体以免混合的气体流或真空的任何组合。图4中所示的气体幕150包括第一反应气体端口125旁边的真空端口145的部分、中间的清扫气体端口155及第二反应气体端口135旁边的真空端口145的部分。这种气体流与真空的组合可用以防止或最小化第一反应气体与第二反应气体的气相反应。
参照图5，来自气体分配组件220的气体流与真空的组合将分离形成到多个处理区域250中。处理区域大致定义于个体的反应气体端口125、135周围，其中气体幕150在250之间。图5中所示的实施例由八个单独的处理区域250构成，其中八个单独的气体幕150在处理区域250之间。处理腔室可具有至少两个处理区域。在某些实施例中，存在至少3、4、5、6、7、8、9、10、11或12个处理区域。
在处理期间，基板可在任何给定时间暴露于多于一个的处理区域250。然而，将会有气体幕分离两个暴露于不同处理区域的部分。例如，若基板前缘进入包括第二反应气体端口135的处理区域，基板的中间部分将在气体幕150下方，且基板后缘将在包括第一反应气体端口125的处理区域中。
工厂接口280(其可例如为装载锁腔室)图示为连接至处理腔室100。基板60图示为重叠于气体分配组件220上以提供参考框架。基板60可通常座落于要保持在气体分配组件120(亦称为气体分配板)的前表面121附近的基座组件上。基板60经由工厂接口280装载进处理腔室100至基板支撑件或基座组件上(参照图3)。基板60可示出为定位于处理区域内，因为基板位于第一反应气体端口125附近且在两个气体幕150a、150b之间。沿路径127旋转基板60将围绕处理腔室100逆时针移动基板。因此，基板60将暴露于第一处理区域250a至第八处理区域250h(包括之间的所有处理区域)。对于围绕处理腔室的各循环，通过使用所示的气体分配组件，基板60将暴露于第一反应气体及第二反应气体的四个ALD循环。
批处理器中的传统ALD序列(像是图5的序列)分别维持化学物质A及B从空间上分离的注射器流动，其中泵/清扫区段在注射器之间。传统的ALD序列具有开始及结束图案，其可造成所沉积的膜的非均匀性。发明人已惊讶地发现，空间ALD批处理腔室中所执行的基于时间的ALD工艺为膜提供更高的均匀性。暴露于气体A、无反应气体、气体B、无反应气体的基本工艺会是在注射器下方扫掠基板，以分别以化学物质A及B使表面饱和，从而避免使开始及结束图案形成于膜中。发明人已惊讶地发现，基于时间的方法在目标膜厚度是薄的(例如小于20个ALD循环)时尤其有益，其中开始及结束图案在内晶片均匀性表现上具有显著冲击。发明人亦已发现的是，用以产生SiCN、SiCO及SiCON膜的反应工艺(如本文中所述的)不能以时域工艺完成。用以清扫处理腔室的时间量使得材料从基板表面剥离。剥离并不与所述的空间ALD工艺一起发生，因为在气体幕下方的时间是短的。
据此，本公开的实施例针对包括具有多个处理区域250a-250h的处理腔室100的处理方法，其中各处理区域通过气体幕150与相邻区域分离。例如，图5中所示的处理腔室。处理腔室内的气体幕及处理区域的数量可以是任何合适数量，取决于气体流的布置。图5中所示的实施例具有八个气体幕150及八个处理区域250a-250h。气体幕的数量大致等于或大于处理区域的数量。例如，若区域250a没有反应气体流，而是仅充当装载区域，则处理腔室会具有七个处理区域及八个气体幕。
多个基板60定位于基板支撑件(例如图1及2中所示的基座组件140)上。该多个基板60围绕处理区域旋转以供进行处理。一般而言，气体幕150始终参与(气体流动和真空开启)处理，包括没有反应气体流进腔室的时期。
第一反应气体A流进处理区域250中的一或更多者，同时惰性气体流进任何没有第一反应气体A流进的处理区域250。例如，若第一反应气体流进处理区域250b至处理区域250h，则惰性气体会流进处理区域250a。惰性气体可流过第一反应气体端口125或第二反应气体端口135。
处理区域内的惰性气体流可以是恒定的或变化的。在某些实施例中，反应气体与惰性气体共同流动。惰性气体将充当载体及稀释剂。因为反应气体相对于载体气体的量是小的，所以共同流动可通过减少相邻区域间的压力上的差异，使得在处理区域之间平衡气压更容易。
图6示出注射器单元300的另一实施例。注射器单元300可一体形成或机械固定至相同配置或不同配置的其他注射器单元(例如图4中所示的注射器单元122)以形成完整的圆形部件，或可以是模块式的以替换现存气体分配组件的个别注射器单元或扇段。如所示，注射器单元300具有前缘302及后缘304。前缘可具有第一面(未图示)，该第一面类似于后缘304的第二面305。
注射器单元300包括具有内周面321的内周边边缘323及具有外周面322的外周边边缘324。内周边边缘323及外周边边缘324连接前缘302及后缘304以形成扇段或楔形。内周边边缘323及外周边边缘324定义注射器单元300的长度L。前缘302及后缘304之间的弧定义一宽度，该宽度可基于进行测量的沿长度L的位置而变化。例如，注射器单元300的宽度相较于在内周边边缘323附近，在外周边边缘324附近较大。
所示的注射器单元是被截断的，使得不存在前缘302及后缘304相交的内区域处的点。在某些实施例中，前缘302及后缘304在使得不存在内周面321的点处相交。在指称不具内周面321的部件的内周边边缘时，该区域邻近与圆或椭圆的两个半径(即前缘302及后缘304)聚在一起的点。由前缘302及后缘304所形成的角度取决于注射器单元300的尺寸。由所示的注射器单元300的前缘302及后缘304所形成的角度约为90°。因此，若如所示的四个注射器单元300被端对端地连接，则会形成完整的圆形。在某些实施例中，注射器单元300形成圆形的一部分，使得前缘及后缘形成约20°至约180°的范围中的角度、或约25°至约35°的范围中的角度、或约50°至约60°的范围中的角度、或约60°至约120°的范围中的角度、或约70°至约110°的范围中的角度、或约80°至约100°的范围中的角度、或约85°至约95°的范围中的角度。
注射器单元300包括沿注射器单元300的长度L延伸的前反应气体端口325。本领域技术人员将了解的是，描述为沿扇段的长度延伸的气体端口可沿扇段的长度的任何部分延伸且不限于扇段的整个长度。如在这方面所使用的，术语“前”及“后”仅用以区隔反应气体端口。在不偏离本公开的精神的情况下，具有反应气体或惰性气体的额外气体端口可在前反应气体端口325的前面或在后反应气体端口335之后。所述的反应气体端口中的各者在注射器单元300的面311中具有开口，该开口可以是开口槽、开口楔形状或具有扩散器或其他流动分流器。
合并真空端口445至少在前反应气体端口325及后反应气体端口335周围形成边界且至少封闭前反应气体端口325及后反应气体端口335。合并真空端口445形成混合区330，该混合区330允许来自前反应气体端口325及后反应气体端口335的气体在混合区330的边界内混合，同时防止气体扩散到由合并真空端口445所形成的边界外。位于合并真空端口445内的反应气体端口的数量可大于或等于2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或更多个。个体的反应气体端口的尺寸可变化，且合并真空端口445的尺寸可变化，以将某些或所有反应气体端口封闭在个体的注射器单元300中。在某些实施例中，合并真空端口445内的反应气体端口的组合占据大于或等于由合并真空端口445所封闭的区域的约50％。在某些实施例中，合并真空端口445内的反应气体端口的组合占据大于或等于由合并真空端口445所封闭的区域的约60％、70％或80％。
气体端口的形状可例如取决于注射器单元300的形状而变化。在图6中所示的注射器单元300中，气体端口是楔形的。在某些实施例中，气体端口在形状上与注射器单元300共形。如在这方面所使用的，用以描述气体端口相对于另一气体端口或注射器单元的形状的术语“在形状上共形”及类似者意指的是，所称的部件的整个形状为类似的形状或长宽比。在某些实施例中，合并真空端口445在形状上与注射器单元300共形。此外，如图6中所示，合并真空端口445可在形状上与前及后气体端口的组合共形。
图7示出注射器组件300的侧视图，其中前反应气体端口325及后反应气体端口335以虚线图示。在某些实施例中，存在连接至前反应气体端口325或后反应气体端口335中的一或更多者的至少一个远程等离子体源。在图7中所示的实施例中，存在连接至前反应气体端口325的前远程等离子体源465及连接至后反应气体端口335的后远程等离子体源475。虽然远程等离子体源中的两者图示为连接至单一电源440，但本领域技术人员将了解的是，可存在多于一个的电源。
参照回图6，某些实施例包括邻近合并真空端口445的一侧的清扫气体端口455。所示的清扫气体端口455确保的是，在注射器单元300及可定位于注射器单元300的后缘304附近的任何其他单元之间存在清扫气体流。清扫气体端口455结合合并真空端口445的后部分及相邻注射器单元上的任何清扫或真空端口形成气体幕450用以防止来自混合区330的气体扩散到处理腔室的其他区域中。
在某些实施例中，至少一个中间气体端口338在合并真空端口445的边界内定位于前反应气体端口325及后反应气体端口335之间。图6中所示的实施例具有三个中间气体端口338，但可使用其他数量的气体端口。中间气体端口338可连接至前反应气体端口325和/或后反应气体端口335中的一或更多者且与前反应气体端口325和/或后反应气体端口335中的一或更多者流体连通。在某些实施例中，中间反应气体端口338连接至不同的气体，且可使惰性气体或反应气体流进混合区330。取决于个体的反应气体端口的尺寸及形状，中间气体端口338可占据任何量的混合区330。在某些实施例中，中间气体端口338占据约10％至约60％的范围中的混合区区域。在某些实施例中，中间气体端口338占据约20％至约50％、或25％至约40％、或约25％至约35％的范围中、或约30％的混合区330的区域。在各种实施例中，中间气体端口338占据高达约90％、80％、70％、60％或50％的混合区。
依据一或更多个实施例，相同的反应气体流进前反应气体端口325及后反应气体端口335两者，且可选地流进该至少一个中间气体端口338。气体能够流进混合区330，以便形成相对大的处理区域。在某些实施例中，不同的气体流过中间气体端口338，该气体可以是惰性或反应性的。如此，可针对CVD型的处理设置ALD处理腔室的小部分，以便两种反应气体同时流进混合区330。
在另一实施例中，流进前反应气体端口325及后反应气体端口335的反应气体流过至少一个远程等离子体源，以便等离子体流进混合区330。在某些实施例中，反应气体作为中性气体或作为等离子体流过中间气体端口338。
在一或更多个实施例中，流进前反应气体端口325的反应气体不同于流进后反应气体端口335的反应气体。该等不同气体相对于其他气体可以是惰性的，或可与其他气体反应，以便CVD反应可在混合区330中发生。
图8图示依据本公开的一或更多个实施例的气体分配组件500的一半。气体分配组件500的另一半可与旋转180°的所示一半相同，或可具有不同的注射器单元配置组合。气体分配组件500包括至少一个第一注射器单元422，该至少一个第一注射器单元422具有定义第一注射器单元422的长度的内周边边缘423及外周边边缘424。
第一注射器单元422中的各者包括注射器单元422的长度延伸的第一反应气体端口425。第一真空端口445在两侧及内和外周边上围绕第一反应气体端口425。第一清扫气体端口455邻近第一真空端口445的一侧，且沿注射器单元422的长度延伸。第二反应气体端口435沿注射器单元的长度延伸，且具有围绕的第二真空端口446。
第二清扫气体端口456可定位于第一注射器单元422的任一端或两端。在所示的实施例中，第二清扫气体端口示出为在不同配置注射器单元中的各者的末端处。换言之，某些实施例在第一注射器单元422及第二注射器单元300中的各者之间进一步包括清扫气体端口456。
在某些实施例中，存在以穿插配置布置的两个第一注射器单元422及两个第二注射器单元300，以便在气体分配组件500的一面附近旋转的基板将依序暴露于真空流、来自第一反应气体端口425的第一反应气体、真空流、清扫气体、真空流、来自第二反应气体端口435的第二反应气体、真空流、清扫气体、真空流、来自前反应气体端口325的前反应气体、来自后反应气体端口335的后反应气体以及真空流。如在这方面所使用的，真空流是通过向真空端口施用真空源而从处理腔室抽取的气体流。
在一或更多个实施例中，在基座组件的恒定旋转(例如以恒定速度旋转)期间，定位于其上的基板将暴露于混合的处理区域一定时间，该时间大于或等于基板暴露于来自第一反应气体端口425的第一反应气体的时间量的两倍或基板会暴露于来自第二反应气体端口435的第二反应气体的时间量的两倍。在某些实施例中，基板暴露于混合区一定时间，该时间大于或等于基板暴露于第一反应气体端口或第二反应气体端口的时间量的约2.5、3或3.5倍。
一或更多个实施例针对处理方法。具有基板表面的基板放置于处理腔室中。在某些实施例中，该基板放置进基座的表面中的凹口，以便在该基座的旋转期间，该基板维持在固定位置。
该基板表面的至少一部分暴露于来自由第一真空端口445所围绕的第一反应气体端口425的第一反应气体。侧向移动该基板穿过气体幕150至处理腔室的不同部分。该基板表面的至少一部分暴露于来自由第二真空端口446所围绕的第二反应气体端口435的第二反应气体。侧向移动该基板穿过气体幕450至处理腔室的另一区域。该基板表面的至少一部分暴露于封闭在合并真空端口445内的混合的处理区域(或混合区330)。混合的处理区域包括来自前反应气体端口325的前反应气体及来自后反应气体端口335的后反应气体。该基板被接着侧向移动穿过气体幕450以继续处理或从处理腔室移除。
在混合区330中，基板暴露于单一反应物种、反应物种组合(例如CVD)工艺、单一等离子体物种、等离子体物种组合或反应物种与等离子体物种组合中的一或更多者。惰性气体或载体气体可总是存在于任何扇段或处理区域中，且可与反应物种共同流动或混合。
依据一或更多个实施例，基板是在形成层之前和/或之后经受处理。此处理可执行于相同腔室中或一或更多个分离的处理腔室中。在某些实施例中，基板从第一腔室移动至分离的第二腔室以供进一步处理。基板可从第一腔室直接移动至该分离的处理腔室，或基板可从第一腔室移动至一或更多个传送腔室，并接着移动至该分离的处理腔室。据此，处理装置可包括与传送站连通的多个腔室。此类装置可称为“群集工具”或“经群集系统”及类似者。
一般而言，群集工具是包括执行各种功能的多个腔室的模块化系统，所述功能包括基板中心寻找及定向、除气、退火、沉积和/或蚀刻。依据一或更多个实施例，群集工具至少包括第一腔室及中心传送腔室。中心传送腔室可收容机器手，该机器手可在处理腔室及装载锁腔室之间及之中往返运送基板。传送腔室一般维持在真空状况，且提供中间阶段以供从一个腔室向位于群集工具前端处的另一腔室和/或装载锁腔室往返运送基板。可适用于本公开的两个熟知群集工具为及两者可取自加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司。然而，腔室的精确布置及组合可经改变以用于执行如本文所述的工艺的特定步骤。可使用的其他处理腔室包括(但不限于)周期性层沉积(CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、蚀刻、预清洁、化学清洁、例如RTP的热处理、等离子体氮化、除气、定向、羟化及其他基板处理。通过在群集工具上的腔室中执行处理，可在沉积后续膜之前不氧化的情况下，避免因大气杂质引起的基板表面污染。
依据一或更多个实施例，基板是连续地处于真空或“装载锁定”的情况下，且在从一个腔室移动至下一个腔室时不暴露于环境空气。传送腔室因此是处于真空下且于真空压力下被“抽空”。惰性气体可存在于处理腔室或传送腔室中。在某些实施例中，惰性气体被用作清扫气体，以移除某些或所有反应物。依据一或更多个实施例，清扫气体被注射在沉积腔室的出口处，以防止反应物从沉积腔室移动至传送腔室和/或另外的处理腔室。因此，惰性气体的流动在腔室的出口处形成隔幕。
可在单一基板沉积腔室中处理基板，其中在处理另一基板之前装载、处理及卸除单一基板。亦可以连续方式处理基板(类似于传送带系统)，其中多个基板被分别装载进腔室的第一部分、移动穿过该腔室且从该腔室的第二部分卸除。腔室的形状及相关联的传送带系统可形成直线路径或曲线路径。此外，处理腔室可以是回转料架，其中多个基板围绕中心轴移动且在回转料架路径各处暴露于沉积、蚀刻、退火、清洁等工艺。
在处理期间，基板可被加热或冷却。这样的加热或冷却可由任何合适的手段完成，包括(但不限于)改变基板支撑件的温度以及将加热或冷却的气体流动至基板表面。在某些实施例中，基板支撑件包括加热器/冷却器，该加热器/冷却器可经控制以传导性地改变基板温度。在一或更多个实施例中，所采用的气体(反应气体或惰性气体)被加热或冷却以局部改变基板温度。在某些实施例中，加热器/冷却器定位在邻近基板表面的腔室内，以传导性地改变基板温度。
在处理期间，基板还可以是静止的或旋转的。旋转的基板可被连续地或在分立的步骤中旋转。例如，可在整个工艺各处旋转基板，或可在暴露于不同反应气体或清扫气体的步骤之间少量旋转基板。在处理期间旋转基板(连续地或逐步地)可通过例如最小化气体流动几何模式的局部变化性的效应来帮助产生更一致的沉积或蚀刻。
此说明书各处对于“一个实施例”、“某些实施例”、“一或更多个实施例”或“一实施例”的指称指的是，结合该实施例来描述的特定特征、结构、材料或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。因此，例如“在一或更多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在一实施例中”的短语贯穿此说明书在各种地方的出现不一定指本公开的相同实施例。并且，特定特征、结构、材料或特性可在一或更多个实施例中以任何合适的方式结合。
虽然已参照特定实施例来描述本公开，要了解的是，这些实施例仅说明本公开的原理及应用。对于本领域技术人员而言将是清楚的是，可在不脱离本公开的精神及范围的情况下对本公开的方法及装置作出各种更改及变化。因此，意欲的是，本公开包括在所附权利要求及其等同例的范围内的更改及变化。

Claims (15)

1.一种注射器单元，包括：
前反应气体端口，沿所述注射器单元的长度延伸，
后反应气体端口，沿所述注射器单元的所述长度延伸，及
合并真空端口，在所述前反应气体端口及所述后反应气体端口周围形成边界，且封闭所述前反应气体端口及所述后反应气体端口。
2.如权利要求1所述的注射器单元，其中所述合并真空端口允许来自所述前反应气体端口及所述后反应气体端口的气体在所述边界内混合，同时防止所述气体扩散到所述边界外。
3.如权利要求1所述的注射器单元，其中所述注射器单元具有前缘及后缘以及内周边边缘及外周边边缘，所述前缘及所述后缘定义所述注射器单元的宽度，所述内周边边缘及所述外周边边缘连接所述前缘及所述后缘且定义所述注射器单元的长度。
4.如权利要求3所述的注射器单元，其中所述注射器单元形成圆形的一部分，以便所述前缘及后缘形成约60°至约120°的范围中的角度。
5.如权利要求1所述的注射器单元，其中所述合并真空端口在形状上与所述注射器单元共形。
6.如权利要求1所述的注射器单元，进一步包括至少一个远程等离子体源，所述至少一个远程等离子体源连接至所述前反应气体端口或所述后反应气体端口中的一或更多者。
7.如权利要求1所述的注射器单元，进一步包括连接至所述前反应气体端口的前远程等离子体源及连接至所述后反应气体端口的后远程等离子体源。
8.如权利要求1所述的注射器单元，进一步包括邻近所述合并真空端口的一侧的清扫气体端口。
9.如权利要求1所述的注射器单元，进一步包括在所述合并真空端口的所述边界内的所述前反应气体端口及所述后反应气体端口之间的至少一个中间气体端口。
10.一种气体分配组件，包括：
至少一个第一注射器单元，所述第一注射器单元具有定义所述第一注射器单元的长度的内周边边缘及外周边边缘，各第一注射器单元包括：
第一反应气体端口，沿所述注射器单元的所述长度延伸，
第一真空端口，围绕所述第一反应气体端口，
第一清扫气体端口，邻近沿所述注射器单元的所述长度延伸的所述第一真空端口的一侧，
第二反应气体端口，沿所述注射器单元的所述长度延伸，及
第二真空端口，围绕所述第二反应气体端口；及
根据权利要求1至9中任一项的至少一个第二注射器单元。
11.如权利要求10所述的气体分配组件，进一步包括在所述第一注射器单元及所述第二注射器单元中的各者之间的清扫气体端口。
12.如权利要求11所述的气体分配组件，其中存在以穿插配置布置的两个第一注射器单元及两个第二注射器单元，以便在所述气体分配组件的一面附近旋转的基板将依序暴露于真空流、来自所述第一反应气体端口的第一反应气体、真空流、清扫气体、真空流、来自所述第二反应气体端口的第二反应气体、真空流、清扫气体、真空流、来自所述前反应气体端口的前反应气体、来自所述后反应气体端口的后反应气体以及真空流。
13.一种处理腔室，包括：
圆形气体分配组件，所述气体分配组件具有内周边边缘及外周边边缘，所述气体分配组件包括根据权利要求10的两个第一注射器单元及两个第二注射器单元，所述注射器单元经布置以便所述第一注射器单元及第二注射器单元穿插，各第一注射器单元包括：
第一反应气体端口，沿所述第一注射器单元的长度延伸，
第一真空端口，围绕所述第一反应气体端口，
第一清扫气体端口，邻近所述第一真空端口的一侧，
第二反应气体端口，沿所述第一注射器单元的长度延伸，及
第二真空端口，围绕所述第二反应气体端口；及
基座组件，所述基座组件具有面向所述圆形气体分配组件的顶表面，所述顶表面在其中具有多个凹口，各凹口被设定尺寸以在处理期间支撑基板。
14.如权利要求13所述的处理腔室，进一步包括与所述前反应气体端口连通的前远程等离子体源及与所述后反应气体端口连通的后远程等离子体源。
15.一种处理方法，包括以下步骤：
将具有基板表面的基板放进处理腔室，所述处理腔室包括气体分配组件，所述气体分配组件包括多个注射器单元；
将所述基板表面的至少一部分暴露于来自由第一真空端口所围绕的第一反应气体端口的第一反应气体；
侧向移动所述基板表面穿过气体幕；
将所述基板表面的至少一部分暴露于来自由第二真空端口所围绕的第二反应气体端口的第二反应气体；
侧向移动所述基板表面穿过气体幕；
将所述基板表面的至少一部分暴露于封闭在合并真空端口内的混合的处理区域，所述混合的处理区域包括来自前反应气体端口的前反应气体及来自所述后反应气体端口的后反应气体；及
侧向移动所述基板表面穿过气体幕。
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