CN110400764A - 气体注射器和具有其的晶圆处理设备 - Google Patents

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Abstract

提供了气体注射器和晶圆处理设备，所述气体注射器包括：第一气体引入通道和第二气体引入通道，分别在第一方向上朝向处理室的中心轴延伸；第一旁路通道，在第二方向上从第一气体引入通道延伸，第二方向与第一方向基本垂直；第二旁路通道，在与第二方向相反的方向上从第二气体引入通道延伸；第一分流通道，在第一方向上与第一旁路通道分离，并且在与第二方向相反的方向上从第一旁路通道的出口延伸；第二分流通道，在第一方向上与第二旁路通道分离，并且在第二方向上从第二旁路通道的出口延伸；以及多个喷射孔，位于第一分流通道和第二分流通道的外表面中并且被造成喷射工艺气体。

Description

气体注射器和具有其的晶圆处理设备
本申请要求于2018年4月25日在韩国知识产权局(KIPO)提交的第10-2018-0047714号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的内容通过引用全部包含于此。
技术领域
一些示例实施例涉及气体注射器和晶圆处理设备。更具体地，一些示例实施例涉及构造为将工艺气体供应到处理室中的气体注射器和包括该气体注射器的晶圆处理设备。
背景技术
在半导体制造工艺中，可以在批量型室内对多个竖直堆叠的晶圆执行清洁工艺，以去除晶圆表面上的自然氧化层。其中形成有多个喷射孔的喷淋头可以用作用于清洁工艺的气体注射器。然而，沿着竖直方向从喷射孔喷射的工艺气体之间的温度差会产生清洁性能差异，从而使半导体装置的性能劣化。
发明内容
一些示例实施例提供了一种气体注射器，所述气体注射器能够沿着延伸方向提供均匀的温度和流速的工艺气体。
一些示例实施例提供了一种具有气体注射器的晶圆处理设备。
根据一些示例实施例，气体注射器可以包括第一气体引入通道和第二气体引入通道、第一旁路通道、第二旁路通道、第一分流通道、第二分流通道以及多个喷射孔。第一气体引入通道和第二气体引入通道中的每个气体引入通道可以在第一方向上朝向处理室的中心轴延伸。第一气体引入通道和第二气体引入通道中的每个气体引入通道可以被构造成将来自气体供应源的工艺气体引导到处理室中。第一旁路通道可以在第二方向上从第一气体引入通道延伸。第二方向可以与第一方向基本垂直。第二旁路通道可以在与第二方向相反的方向上从第二气体引入通道延伸。第一分流通道可以在第一方向上与第一旁路通道分离，并且可以在与第二方向相反的方向上从第一旁路通道的出口延伸。第二分流通道可以在第一方向上与第二旁路通道分离，并且可以在第二方向上从第二旁路通道的出口延伸。多个喷射孔可以位于第一分流通道和第二分流通道的外表面中。所述多个喷射孔可以被构造成喷射工艺气体。
根据一些示例实施例，气体注射器可以包括：气体引入通道，在第一方向上朝向处理室的中心轴延伸；旁路通道，在第二方向上从气体引入通道延伸，第二方向与第一方向基本垂直；分流通道，在第一方向上与旁路通道分离，并且在与第二方向相反的方向上从旁路通道的出口延伸；以及多个喷射孔，位于分流通道的外表面中。气体引入通道可以被构造成将来自气体供应源的工艺气体引导到处理室中。所述多个喷射孔可以沿着分流通道的延伸方向彼此间隔开。所述多个喷射孔可以被构造成喷射工艺气体。
根据一些示例实施例，晶圆处理设备可以包括：处理室，在竖直方向上延伸；舟皿，被构造成装载到处理室中，舟皿被构造成支撑多个晶圆；以及气体注射器，被构造成将工艺气体供应到处理室中。气体注射器可以包括在第一方向上朝向处理室的中心轴延伸的气体引入通道，气体引入通道被构造成将工艺气体引导到处理室中。气体注射器还可以包括在第二方向上从气体引入通道延伸的旁路通道，第二方向与第一方向基本垂直。气体注射器还可以包括在第一方向上与旁路通道分离并且在与第二方向相反的方向上从旁路通道的出口延伸的分流通道。气体注射器还可以包括位于分流通道的外表面中的多个喷射孔，所述多个喷射孔沿着分流通道的延伸方向彼此间隔开，所述多个喷射孔被构造成喷射工艺气体。
根据一些示例实施例，气体喷射器可以包括：气体引入通道，在第一方向上延伸；旁路通道，在与第一方向垂直的第二方向上从气体引入通道朝向处理室的顶部或底部延伸；以及分流通道，布置为比旁路通道更靠近处理室并且在与第二方向相反的方向上从旁路通道的出口延伸。多个喷射孔可以形成在分流通道的外壁中，以喷射流过分流通道的工艺气体。
因此，当工艺气体从旁路通道的出口沿着分流通道流动的时候，该工艺气体可以通过具有相对高温度的相邻旁路通道进行热补偿，从而在沿着竖直方向的喷射孔之间提供均匀的温度和流速。因此，可以减小处理室内竖直堆叠的晶圆之间的清洁性能差异，从而改善半导体装置的性能。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，将更清楚地理解一些示例实施例。图1至图30表示如这里所述的非限制性的一些示例实施例。
图1是示出根据一些示例实施例的晶圆处理设备的框图。
图2是示出图1中的处理室的剖视图。
图3是沿着图2中的线III-III'截取的剖视图。
图4是示出通过图2中的气体注射器供应的工艺气体的流动的剖视图。
图5是示出图2中的气体注射器的透视图。
图6是示出图5中的气体注射器的分解透视图。
图7是沿着图5中的气体注射器的延伸方向截取的透视图。
图8是示出图7中的气体注射器的侧视图。
图9是示出图5中的气体注射器的第一分流通道的剖视图。
图10是示出第一分流通道的另一示例的剖视图。
图11A是示出气体注射器中的第一工艺气体的流动的剖视图。
图11B是示出图11A中的第一工艺气体的温度变化的曲线图。
图12是示出根据对比实施例的气体注射器的剖视图。
图13是示出分别由图5中的气体注射器和图12中的气体注射器喷射的工艺气体的沿着延伸方向的温度分布的曲线图。
图14是示出分别由图5中的气体注射器和图12中的气体注射器喷射的工艺气体的沿着延伸方向的流速分布的曲线图。
图15是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。
图16是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。
图17是示出根据一些示例实施例的气体注射器的透视图。
图18是示出图17中的气体注射器的分解透视图。
图19是沿着图17中的气体注射器的延伸方向截取的透视图。
图20是示出图19中的气体注射器的侧视图。
图21是示出图17中的气体注射器的第一旁路通道和第一分流通道的放大剖视图。
图22是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。
图23是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。
图24是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。
图25是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。
图26是示出根据一些示例实施例的处理晶圆的方法的流程图。
图27、图28、图29和图30是示出根据一些示例实施例的制造垂直存储器装置的方法的竖直剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细说明一些示例实施例。
图1是示出根据一些示例实施例的晶圆处理设备的框图。图2是示出图1中的处理室的剖视图。图3是沿着图2中的线III-III'截取的剖视图。图4是示出通过图2中的气体注射器供应的工艺气体的流动的剖视图。图5是示出图2中的气体注射器的透视图。图6是示出图5中的气体注射器的分解透视图。图7是沿着图5中的气体注射器的延伸方向截取的透视图。图8是示出图7中的气体注射器的侧视图。图9是示出图5中的气体注射器的第一分流通道的剖视图。图10是示出第一分流通道的另一示例的剖视图。
参照图1至图10，晶圆处理设备10可以包括在竖直方向(Z方向)上延伸的处理室20、构造成装载到处理室20中和从处理室20卸载并构造成支撑多个晶圆W的舟皿30以及构造成对处理室20中的晶圆W喷射第一工艺气体的气体注射器100。此外，晶圆处理设备10还可以包括构造成朝向处理室20的中心轴20a并对处理室20中的晶圆W喷射第二工艺气体的至少一个喷射嘴60。晶圆处理设备10还可以包括构造成通过气体注射器100和喷射嘴60将第一工艺气体和第二工艺气体供应到处理室20中的气体供应器。至少如图2中所示，喷射嘴60可以与气体注射器100相邻。
在一些示例实施例中，晶圆处理设备10可以包括处理室20作为竖直批量式反应器。处理室20可以在竖直方向(Z方向)上延伸，以提供清洁多个晶圆W的空间。处理室20可以是用于清洁工艺的室，以去除晶圆W的表面上的自然氧化层。可选择地，处理室20可以是用于沉积工艺的室，以在晶圆W的表面上形成薄层。
晶圆W可以是例如半导体晶圆，诸如硅晶圆或锗晶圆。还可以在晶圆W上形成有各种结构(未示出)。
例如，还可以在晶圆W上形成有包括金属、金属氮化物、金属硅化物、金属氧化物等的导电层、电极或包括氧化硅或氮化硅的绝缘层。在一些实施例中，可以在晶圆W上形成其中包括孔或开口的绝缘层。
处理室20的下部可以包括封闭端，处理室20的上部可以包括开口端。门22可以设置在处理室20的开口端中。如后面所述，门22可以连接到传送室(未示出)。此外，处理室20可以通过诸如围绕处理室20的加热器(未示出)或处理室20内的灯加热器(未示出)的温度控制系统来保持在期望的温度(可以是或可以不是预定的温度)下。
处理室20可以容纳舟皿30，舟皿30保持支撑在其中的多个晶圆W在竖直方向上间隔开。舟皿30可以通过门22装载到处理室20中并可以从处理室20卸载。例如，至少25个至60个晶圆W可以堆叠在舟皿30中。舟皿30可以可旋转地支撑在处理室20中。当舟皿30以期望的速度旋转时，可以对晶圆W引入工艺气体以执行清洁工艺。
用于安装气体注射器100的歧管24可以设置在处理室20的第一侧壁中。歧管24可以与气体注射器100的形状对应地在竖直方向(Z方向)上延伸。第一进气口25a和第二进气口25b可以形成在歧管24的外侧壁中。第一进气口25a和第二进气口25b可以连接到通过其引入工艺气体的第一引入路径45a和第二引入路径45b。
在一些示例实施例中，气体供应器可以包括构造成向气体注射器100供应第一工艺气体的第一气体供应器40。此外，气体供应器可以包括构造成向喷射嘴60供应第二工艺气体的第二气体供应器50。
第一气体供应器40可以包括第一气体供应源42、第一气体供应路径43、微波激发单元44和第一气体引入路径45。例如，第一气体供应源42可以供应氨(NH3)气和氮(N2)气作为载气。微波激发单元44可以将微波施加到经由第一气体供应路径43引入的氨气以激发氨气，以将氨气激发到等离子体状态并产生氢自由基(H*)。产生的氢自由基(H*)可以通过安装在歧管24中的气体注射器100引入到处理室20中。因此，第一气体供应器40将被理解为构造成向气体注射器100的至少一个气体引入通道(例如，第一气体引入通道112a)供应氢自由基。
如图2和图4中所示，微波激发单元44可以包括第一激发部44a和第二激发部44b，并且第一气体引入路径45可以包括连接到第一激发部44a的第一引入路径45a和连接到第二激发部44b的第二引入路径45b。第一引入路径45a可以连接到形成在歧管24中的第一进气口25a，第二引入路径45b可以连接到形成在歧管24中的第二进气口25b。
来自第一气体供应源42的氨气可以通过从第一气体供应路径43分支的第一供应路径43a和第二供应路径43b引入到第一激发部44a和第二激发部44b中。由第一激发部44a产生的氢自由基(H*)可以通过第一引入路径45a供应到气体注射器100的第一气体引入通道112a。由第二激发部44b产生的氢自由基(H*)可以通过第二引入路径45b供应到气体注射器100的第二气体引入通道112b。
尽管未在图中示出，但是质量流量控制器(MFC)可以安装在第一供应路径和第二供应路径中的每个中，以控制氨气的流速。因此，可以控制供应到第一激发部44a和第二激发部44b中的每个的氨气的流速。
在一些示例实施例中，第一激发部44a可以将第一功率的微波施加到引入的氨气，第二激发部44b可以将与第一功率不同的第二功率的微波施加到引入的氨气。因此，可以控制供应到气体注射器100的第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b中的每个的氢自由基(H*)的浓度。如这里所述，气体引入通道112、112a、112b可以被称为气体引入“管道”。
在一些示例实施例中，气体注射器100可以安装在处理室20的歧管24的内壁中以在竖直方向(Z方向)上延伸以朝向处理室20的中心轴20a喷射作为第一工艺气体的氢自由基(H*)。气体注射器100可以包括第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b、第一旁路通道114a和第二旁路通道114b、分流通道124和多个喷射孔132。至少如图2和图4所示，喷射孔132可以沿分流通道124的延伸方向(例如，Z方向)彼此间隔开。
具体地，第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以分别在第一方向(Y方向)上朝向处理室20的中心轴20a延伸。第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以沿着与第一方向(Y方向)垂直的第二方向(Z方向)彼此间隔开。第一气体引入通道112a可以布置成在第二方向(Z方向)上比第二气体引入通道112b相对高地定位。第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以连接到气体注射器100的在第二方向(Z方向)上的中间区域处的内部空间。
第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以分别连接到第一进气口25a和第二进气口25b。由第一激发部44a和第二激发部44b产生的氢自由基(H*)可以分别供应到第一体引入通道112a和第二气体引入通道112b。因此，至少如图1至图4中所示，第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b中的每个气体引入通道可以构造成从气体供应源(例如，第一气体供应源42、第二气体供应源52或者第一气体供应源42和第二气体供应源52)引导(“供应”)工艺气体。
第一旁路通道114a可以在第二方向(Z方向)上从第一气体引入通道112a朝向处理室20的上部延伸。第二旁路通道114b可以在与第二方向相反的方向(-Z方向)上从第二气体引入通道112b朝向处理室20的下部延伸。第一旁路通道114a和第二旁路通道114b可以沿第二方向(Z方向)彼此间隔开。第二方向(Z方向)可以与第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b延伸所沿的第一方向(Y方向)垂直或基本垂直(例如，在制造公差和/或材料公差内垂直)。第一旁路通道114a和第二旁路通道114b可以分别与处理室20的侧壁间隔开，即，分别与歧管24的朝向处理室20的中心轴20a的侧壁间隔相同的第一距离。
分流通道124可以布置成在第一方向(Y方向)上与第一旁路通道114a和第二旁路通道114b间隔开(“分离”)。分流通道124可以从第一旁路通道114a的出口116a延伸到第二旁路通道114b的出口116b。分流通道124可以包括在与第二方向相反的方向(-Z方向)上从第一旁路通道114a的出口116a延伸的第一分流通道124a和在第二方向(Z方向)上从第二旁路通道114b的出口116b延伸的第二分流通道124b。第一分流通道和第二分流通道可以彼此连接以形成分流通道124。分流通道124可以与处理室20的侧壁间隔开(“分离”)，即，与歧管24的朝向处理室20的中心轴20a的侧壁间隔开比第一距离大的第二距离。
多个喷射孔132可以形成在分流通道124的朝向处理室20的中心轴20a的外壁中，以沿着第二方向(Z方向)彼此间隔开。因此，喷射孔132可以位于第一分流通道124a和第二分流通道124b的外表面中。喷射孔132可以构造成喷射从一个或更多个气体供应源通过气体注射器100引导的工艺气体。喷射孔132可以对应于晶圆W布置，晶圆W布置成堆叠在处理室20内的舟皿30中。
在一些示例实施例中，气体注射器100可以包括补偿板120，补偿板120布置成在气体注射器100的内部空间内在第二方向(Z方向)上延伸。补偿板120可以在第二方向(Z方向)上在气体注射器100的内部空间内延伸。补偿板120可以与气体注射器100的基体板110分开(“分离不与其直接接触”)，以限定第一旁路通道114a和第二旁路通道114b。补偿板120可以与气体注射器100的分流板130间隔开以限定分流通道124。补偿板120可以位于第一旁路通道114a与第一分流通道124a之间并且还可以位于第二旁路通道114b与第二分流通道124b之间。
因此，气体注射器可以不直接从第一气体供应器40朝向处理室20的中心轴20a供应第一工艺气体，并且可以使第一工艺气体分别通过第一旁路通道114a和第二旁路通道114b朝向处理室的上部和下部流动，并且通过形成在分流通道124的外壁中的喷射孔132朝向处理室20的中心轴20a均匀地供应。
当第一工艺气体沿着补偿板120在分流通道124的延伸方向上流动的时候，第一工艺气体可以通过具有相对高温度的补偿板120进行热补偿，从而沿着竖直方向在喷射孔132之间提供均匀的温度和流速。
在一些示例实施例中，喷射嘴60可以布置为与处理室20内的气体注射器100相邻，以沿着竖直方向(Z方向)延伸。喷射嘴60可以从处理室20的上部延伸到下部。喷射嘴60可以包括多个喷射孔62，喷射孔62沿着喷射嘴60的延伸方向彼此间隔开并且构造成喷射第二工艺气体。
第二气体供应器50可以包括第二气体供应源52和第二气体引入路径53。例如，第二气体供应源52可以供应氟化氮(NF3)气体。来自第二气体供应源52的氟化氮气体可以通过第二气体引入路径53供应到喷射嘴60。
尽管图中未示出，但是质量流量控制器可以安装在第二气体引入路径53中以控制氟化氮气体的流速。因此，可以控制供应到喷射嘴60的氟化氮气体的流速。
如图4中所示，从喷射嘴60供应的氟化氮气体和从气体注射器100供应的氢自由基可以彼此混合并反应以生成氟化铵(NHXFY)气体。氟化铵可以与晶圆W的表面上的自然氧化层反应，因此，氟化铵可以转化为挥发性氟硅酸铵并且可以被去除。因此，将理解的是，可以供应氢自由基以去除装载到处理室20中的晶圆的表面上的自然氧化层。
在一些示例实施例中，晶圆处理设备10可以包括构造成排出处理室20内的气体的排气部70。
排气口26可以设置在处理室20的与第一侧壁相对的第二壁中。排气泵P(诸如干泵或涡轮分子泵)可以连接到排气口26。因此，处理室20内的气体可以通过连接到处理室20的内部的排气部70排出到外部。
在下文中，将详细说明气体注射器。
参照图5至图9，气体注射器100可以包括基体板110、补偿板120和分流板130。
基体板110可以具有沿着处理室20的侧壁(即，歧管24)在第二方向上延伸的形状。第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以形成在基体板110的面向歧管24的侧壁的外壁中。第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以分别在与第二方向垂直的第一方向上延伸，使得第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b中的每个气体引入通道在第一方向(例如，Y方向)上朝向处理室20的中心轴20a延伸。
用于形成第一旁路通道114a和第二旁路通道114b以及分流通道124的凹槽111可以形成在基体板110的内壁中。凹槽可以在第二方向上延伸。第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以连接到凹槽111的底表面。
用作温度补偿板的补偿板120可以固定地安装在凹槽111内。补偿板120可以与基体板110的内壁间隔开以限定第一旁路通道114a和第二旁路通道114b。第一气体引入通道112a可以连接到第一旁路通道114a的入口115a。第二气体引入通道112b可以连接到第二旁路通道114b的入口115b。第二旁路通道114b可以在与第二方向相反的方向上延伸。
补偿板120可以包括布置在第一气体引入通道112a与第二气体引入通道112b之间的基体板110上的阻挡构件122。第一旁路通道114a和第二旁路通道114b可以被阻挡构件122分开。
分流板130可以固定在基体板110上以覆盖凹槽111。分流板130可以与补偿板120间隔开以形成分流通道124。分流通道124可以从第一旁路通道114a的出口116a延伸到第二旁路通道114b的出口116b。分流通道124可以包括在与第二方向相反的方向上从第一旁路通道114a的出口116a延伸的第一分流通道和在第二方向上从第二旁路通道114b的出口116b延伸的第二分流通道。至少如图4中所示，第一分流通道124a和第二分流通道124b可以彼此连接以形成分流通道124。
多个喷射孔132可以形成在分流通道124中，以沿着第二方向彼此间隔开。例如，喷射孔可以具有诸如圆形、椭圆形或多边形的形状。喷射孔的尺寸可以根据延伸方向上的位置而改变。
例如，基体板110、补偿板120和分流板130可以包括石英、不锈钢、金属合金、它们的子组合或它们的组合。补偿板120可以包括石英、诸如铝的金属、它们的子组合或它们的组合。
如图9中所示，分流通道124可以沿着第二方向在不同位置处具有不同的直径。例如，分流通道124的第一部分(距第一旁路通道114a的出口116a第一距离)可以具有第一直径D1，分流通道124的第二部分(距出口116a比第一距离大的第二距离)可以具有比第一直径D1大的第二直径D2。
作为温度补偿板的补偿板120的厚度T可以限定作为外通道的第一旁路通道114a与作为内通道的分流通道之间的间隔距离。可以考虑第一工艺气体沿着气体注射器的延伸方向的温度分布来确定补偿板120的厚度和材料。
如图10中所示，分流通道124的剖面面积可以沿着第二方向增大或者减小。例如，距第一旁路通道114a的出口116a越远，分流通道124的剖面面积就越大。重申，如图10中所示，分流通道124的剖面面积可以与沿着分流通道124距第一旁路通道114a的出口116a的距离成比例。尽管未在图中示出，但是距第二旁路通道114b的出口116b越远，分流通道124的剖面面积就越大。重申，分流通道124的剖面面积可以与沿着分流通道124距第二旁路通道114b的出口116b的距离成比例。另外，分流通道124的中间部分可以具有均匀的剖面面积。
图11A是示出气体注射器中的第一工艺气体的流动的剖视图，图11B是示出图11A中的第一工艺气体的温度变化的曲线图。
参照图11A和图11B，流过第一旁路通道114a的第一工艺气体F1可以在Z方向上朝向气体注射器的上部移动，然后，流过分流通道124的第一工艺气体F2可以在-Z方向上朝向气体注射器的中间部分移动。曲线G1表示流过第一旁路通道114a的第一工艺气体F1的温度变化，曲线G2表示流过分流通道124的第一工艺气体F2的温度变化，曲线G3表示补偿板120的温度变化。
流过第一旁路通道114a的第一工艺气体F1的温度会随着其在Z方向上靠近气体注射器的上部而逐渐减小，并且随着第一工艺气体F1在Z方向上靠近气体注射器的上部，补偿板120的温度会由于第一工艺气体F1的作用而逐渐减小。流过分流通道124的第一工艺气体F2可以通过具有相对高的温度的补偿板120进行热补偿，以保持在期望的温度下。因此，沿着分流通道124从喷射孔132喷出的第一工艺气体可以沿Z方向具有均匀的温度分布。
图12是示出根据对比实施例的气体注射器的剖视图。
参照图12，根据对比实施例的气体注射器200可以包括第一气体引入通道210a和第二气体引入通道210b、连接到第一气体引入通道210a和第二气体引入通道210b的喷嘴通道212以及形成在喷嘴通道212的外壁中的多个喷射孔222。另外，气体注射器200可以包括分别对应于第一气体引入通道210a和第二气体引入通道210b设置的扩散器230，以扩散工艺气体。
图13是示出分别由图5中的气体注射器和图12中的气体注射器喷射的工艺气体的沿着延伸方向的温度分布的曲线图。图14是示出分别由图5中的气体注射器和图12中的气体注射器喷射的工艺气体的沿着延伸方向的流速分布的曲线图。
参照图13和图14，与图12中的气体注射器相比，作为返回型喷淋头的图5中的气体注射器可以提供均匀的温度分布和流速分布。
图15是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。除了分流通道的形状之外，该气体注射器可以与参照图5描述的气体注射器基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)或相似。因此，相同的附图标记将用于表示与参照图5描述的气体注射器中描述的元件相同或相似的元件，并且将省略关于上面元件的任何进一步的重复说明。
参照图15，气体注射器101可以包括第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b、第一旁路通道114a和第二旁路通道114b、第一分流通道124a和第二分流通道124b以及多个喷射孔132。气体注射器101可以包括第一分流通道124a与第二分流通道124b之间的阻挡板128。
第一旁路通道114a可以在第二方向上从第一气体引入通道112a延伸。第一分流通道124a可以在与第二方向相反的方向上从第一旁路通道114a的出口116a延伸。第二旁路通道114b可以在与第二方向相反的方向上从第二气体引入通道112b延伸。第二分流通道124b可以在第二方向上从第二旁路通道114b的出口116b延伸。多个喷射孔132可以形成在第一分流通道124a和第二分流通道124b中，以在第二方向上彼此间隔开。
第一分流通道124a和第二分流通道124b可以由阻挡板128分开。例如，如图15中所示，第一分流通道124a的长度可以与第二分流通道124b的长度相同或基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)。如图15中进一步所示，第一分流通道124a的长度可以大于第一旁路通道114a的长度，第二分流通道124b的长度可以大于第二旁路通道114b的长度。
图16是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。除了第一分流通道和第二分流通道的长度之外，气体注射器可以与参照图15描述的气体注射器基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)或相似。因此，相同的附图标记将用于表示与参照图15描述的气体注射器中描述的元件相同或相似的元件，并且将省略关于上面的元件的任何进一步的重复说明。
参照图16，气体注射器102可以包括由阻挡板128分开的第一分流通道124a和第二分流通道124b。至少如图16中所示，第一分流通道124a的长度可以与第二分流通道124b的长度不同。
例如，如图16中所示，第一分流通道124a的长度L1可以大于第二分流通道124b的长度L2。
在这种情况下，图1和图4中的微波激发单元44的第一激发部44a可以向引入的氨气施加第一功率的微波，第二激发部44b可以向引入的氨气施加与第一功率不同的第二功率的微波。因此，可以控制通过第一分流通道124a和第二分流通道124b中的每个喷射出的氢自由基(H*)的浓度。
图17是示出根据一些示例实施例的气体注射器的透视图。图18是示出图17中的气体注射器的分解透视图。图19是沿着图17中的气体注射器的延伸方向截取的透视图。图20是示出图19中的气体注射器的侧视图。图21是示出图17中的气体注射器的第一旁路通道和第一分流通道的放大剖视图。除了补偿板的形状之外，气体注射器可以与参照图5描述的气体注射器基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)或相似。因此，相同的附图标记将用于表示与参照图5描述的气体注射器中描述的元件相同或相似的元件，并且将省略关于上面的元件的任何进一步的重复说明。
参照图17至图21，气体注射器103可以包括基体板110、补偿板120、第一引导板122a和第二引导板122b以及分流板130。
基体板110可以具有在第二方向上延伸的形状。第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以形成在基体板110的外壁中。第一气体引入通道112a和第二气体引入通道112b可以分别在与第二方向垂直的第一方向上延伸。
用于形成第一旁路通道114a的第一凹槽111a和用于形成第二旁路通道114b的第二凹槽111b可以形成在基体板110的内壁中。第一凹槽111a和第二凹槽111b可以沿着第二方向彼此间隔开。第一凹槽111a和第二凹槽111b可以分别在第二方向上延伸。第一气体引入通道112a可以连接到第一凹槽111a的底表面。第二气体引入通道112b可以连接到第二凹槽111b的底表面。
阻挡构件118可以形成为在第一气体引入通道112a与第二气体引入通道112b之间从基体板110的内壁突出。第一凹槽111a和第二凹槽111b可以被阻挡构件118分开。
第一引导板122a可以固定在基体板110上以覆盖第一凹槽111a，第二引导板122b可以固定在基体板110上以覆盖第二凹槽111b。第一引导板122a可以与基体板110的内壁间隔开以限定第一旁路通道114a，第二引导板122b可以与基体板110的内壁间隔开以限定第二旁路通道114b。第一气体引入通道112a可以连接到第一旁路通道114a的入口115a。第一旁路通道114a可以在第二方向上延伸。第二气体引入通道112b可以连接到第二旁路通道114b的入口115b。第二旁路通道114b可以在第二方向上延伸。
第一引导板122a可以包括从第一引导板122a的外表面突出的第一间隙突出部126a。第一间隙突出部126a可以形成为围绕形成在第一引导板122a的端部中的第一通孔125a。第二引导板122b可以包括从第二引导板122b的外表面突出的第二间隙突出部126b。第二间隙突出部126b可以形成为围绕形成在第二引导板122b的端部中的第二通孔125b。
补偿板120可以固定地安装在基体板110上，并且第一引导板122a和第二引导板122b置于补偿板120与基体板110之间。补偿板120可以在第二方向上延伸。用于形成第一分流通道124a的第三凹槽和用于形成第二分流通道124b的第四凹槽可以形成在补偿板120的内壁中。第三凹槽121a和第四凹槽121b可以被阻挡板128分开。
第三通孔123a和第四通孔123b可以形成在补偿板120的两个端部中以分别连接到第一通孔125a和第二通孔125b，以形成第一旁路通道114a的出口116a和第二旁路通道114b的出口116b。
在一些示例实施例中，第一引导板122a和第二引导板122b可以形成在补偿板120的外壁上，以形成温度补偿板。第一引导板122a和第二引导板122b可以与补偿板120的外壁一体地形成。因此，温度补偿板可以包括在其中沿一个方向延伸的间隙129。
具体地，第一间隙129a可以通过第一间隙突出部126a形成在第一引导板122a与补偿板120之间，第二间隙可以形成在第二引导板122b与补偿板120之间。第一间隙和第二间隙可以分别在第二方向上延伸。
另外，中间间隙129b可以形成在基体板110与补偿板120之间。中间间隙129b可以沿第二方向在第一引导板122a与第二引导板122b之间延伸。
可以考虑第一工艺气体的沿着气体注射器的延伸方向的温度分布来确定温度补偿板中的间隙129、129a、129b的延伸长度、厚度、宽度等。间隙129可以被理解为包括补偿板120的内部间隙。
分流板130可以固定在补偿板120上以覆盖第三凹槽121a和第四凹槽121b。分流板130可以与补偿板120间隔开以形成第一分流通道124a和第二分流通道124b。第一分流通道124a可以在与第二方向相反的方向上从第一旁路通道114a的出口116a延伸。第二分流通道124b可以在第二方向上从第二旁路通道114b的出口116b延伸。
多个喷射孔132可以形成在第一分流通道124a和第二分流通道124b中以沿第二方向彼此间隔开。
气体注射器103还可以包括用于将基体板110固定在处理室20的侧壁(即，歧管24)上的第一固定板140a和第二固定板140b。
图22是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。除了额外的热容构件之外，该气体注射器可以与参照图17描述的气体注射器基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)或者相似。因此，相同的附图标记将用于表示与参照图17描述的气体注射器中描述的元件相同或相似的元件，并且将省略关于上面的元件的任何进一步的重复说明。
参照图22，气体注射器还可以包括设置在其外表面上的热容构件150。
例如，热容构件150可以设置在基体板110的外壁上以具有特定(或可选择地，具有预定的)厚度，以减小基体板110的温度变化。热容构件150可以与基体板110的外壁一体地形成。
图23是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。除了第一气体引入通道和第二气体引入通道的数量之外，该气体注射器可以与参照图17描述的气体注射器基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)或者相似。因此，相同的附图标记将用于表示与参照图17描述的气体注射器中描述的元件相同或相似的元件，并且将省略关于上面的元件的任何进一步的重复说明。
参照图23，气体注射器104的基体板110可以包括两个第一气体引入通道112a和两个第二气体引入通道112b。第一旁路通道114a可以连接到两个第一气体引入通道112a，第二旁路通道114b可以连接到两个第二气体引入通道112b。
因此，可以控制供应到第一旁路通道114a和第二旁路通道114b中的每个的工艺气体的流速。
可选择地，第一气体引入通道112a的数量可以与第二气体引入通道112b的数量不同。例如，气体注射器的基体板110可以包括两个第一气体引入通道112a和一个第二气体引入通道112b。
图24是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。除了第一分流通道和第二分流通道的长度之外，气体注射器可以与参照图23描述的气体注射器基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)或相似。因此，相同的附图标记将用于表示与参照图23描述的气体注射器中描述的元件相同或相似的元件，并且将省略关于上面的元件的任何进一步的重复说明。
参照图24，气体注射器105可以包括由阻挡板128分开的第一分流通道124a和第二分流通道124b。
例如，第一分流通道124a的长度L1可以大于第二分流通道124b的长度L2。
在这种情况下，图1和图4中的微波激发单元44的第一激发部44a可以向引入的氨气施加第一功率的微波，第二激发部44b可以向引入的氨气施加与第一功率不同的第二功率的微波。因此，可以控制通过第一分流通道124a和第二分流通道124b中的每个喷射出的氢自由基(H*)的浓度。
图25是示出根据一些示例实施例的气体注射器的剖视图。除了气体引入通道和旁路通道的数量之外，气体注射器可以与参照图5描述的气体注射器基本相同(例如，在制造公差和/或材料公差内相同)或相似。因此，相同的附图标记将用于表示与参照图5描述的气体注射器中描述的元件相同或相似的元件，并且将省略关于上面的元件的任何进一步的重复说明。
参照图25，气体注射器106可以包括基体板110、补偿板120和分流板130。
基体板110可以具有沿着处理室20的侧壁(即，歧管24)在第二方向上延伸的形状。一个气体引入通道112可以形成在基体板110的面向歧管24的侧壁的外壁中。气体引入通道112可以在与第二方向垂直的第一方向上延伸。
用于形成旁路通道114和分流通道124的凹槽可以形成在基体板110的内壁中。凹槽可以在第二方向上延伸。气体引入通道112可以连接到凹槽的底表面。
补偿板120可以固定地安装在凹槽内。补偿板120可以在第二方向上延伸。补偿板120可以与基体板110的内壁间隔开以限定一个旁路通道114。气体引入通道112可以连接到旁路通道114。旁路通道114可以在第二方向上延伸。
分流板130可以固定在基体板110上以覆盖凹槽。分流板130可以与补偿板120间隔开以形成分流通道124。分流通道124可以在与第二方向相反的方向上从旁路通道114的出口116延伸。
多个喷射孔132可以形成在分流通道124中以沿着第二方向(例如，分流通道124的延伸方向)彼此间隔开。至少如图25中所示，分流通道124的长度可以大于旁路通道114的长度。
在下文中，将说明使用图1中的晶圆处理设备处理多个晶圆的方法和使用其制造半导体装置的方法。
图26是示出根据一些示例实施例的处理晶圆的方法的流程图。该方法可以用于在清洁工艺中去除晶圆表面上的自然氧化层。然而，一些示例实施例不应被解释为局限于此。
参照图1至图4和图26，首先，可以将多个晶圆W装载到晶圆处理设备10的处理室20中(S10)。
在一些示例性实施例中，处理室20可以是竖直批量式反应器。例如，晶圆W可以是诸如硅晶圆或锗晶圆的半导体晶圆。还可以在晶圆W上形成各种结构(未示出)。
例如，还可以在晶圆W上形成包括金属、金属氮化物、金属硅化物、金属氧化物等的导电层、电极或包括氧化硅或氮化硅的绝缘层。在一些实施例中，可以在晶圆W上形成其中包括孔或开口的绝缘层。
然后，可以通过安装在处理室20内的气体注射器100的喷射孔132朝向晶圆W供应第一工艺气体(S12)。另外，可以通过安装在处理室20内的喷射嘴60的喷射孔62朝向晶圆W供应第二工艺气体。
第一工艺气体可以包括氢自由基(H*)，第二工艺气体可以包括氟化氮(NF3)气体。可以将氟化氮气体和氢自由基彼此混合并反应以生成氟化铵(NHXFY)气体。氟化铵可以与晶圆W的表面上的自然氧化层反应，因此氟化铵可以转化为挥发性氟硅酸铵并且可以被去除。
然后，可以从处理室20排出气体(S14)。
可以通过排气口26从处理室20排出处理室20中的气体。
在去除晶圆W上的自然氧化层之后，可以从处理室20卸载晶圆W。
在下文中，将说明使用图26中的晶圆处理方法制造半导体装置的方法。
图27、图28、图29和图30是示出根据一些示例实施例的制造垂直存储器装置的方法的竖直剖视图。在本说明书中的所有附图中，与基底的顶表面基本垂直(例如，在制造公差和/或材料公差内垂直)的方向称为第一方向，与基底的顶表面基本平行(例如，在制造公差和/或材料公差内平行)并且彼此基本垂直(例如，在制造公差和/或材料公差内垂直)的两个方向称为第二方向和第三方向。另外，图中箭头所示的方向和与其相反的方向被认为是同一方向。上述方向的定义在所有图中是相同的。
参照图27，可以在晶圆基底300上交替地且重复地形成第一绝缘层310和牺牲层320，因此，多个第一绝缘层310和多个牺牲层320可以分别在第一方向上的多个水平处交替地形成在彼此上。晶圆基底300可以包括半导体材料，例如，硅和/或锗。
在一些示例实施例中，可以通过例如化学气相沉积(CVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺等来形成第一绝缘层310和牺牲层320。
第一绝缘层310可以形成为包括氧化硅，第一牺牲层320可以形成为包括例如对第一绝缘层310具有蚀刻选择性的材料(例如，氮化硅)。
参照图28，可以穿过第一绝缘层310和牺牲层320形成多个孔350，以暴露晶圆基底300的顶表面。
在一些示例实施例中，在最上面的第一绝缘层310上形成硬掩模340之后，可以使用硬掩模340作为蚀刻掩模来干蚀刻第一绝缘层310和牺牲层320以形成孔350。因此，孔350可以形成为在第一方向上延伸。由于干蚀刻工艺的特性，孔350可以具有从其顶部到其底部逐渐变小的宽度。
然后，可以使用参照图1至图4和图26描述的晶圆处理方法执行清洁工艺以去除晶圆基底300的被孔350暴露的顶表面上的自然氧化层。
参照图29，可以形成半导体图案360以部分地填充每个孔350(这里也称为“开口”)，然后，可以在孔350的侧壁、半导体图案360的顶表面和硬掩模340的顶表面上顺序地形成第一阻挡层370、电荷存储层380、隧道绝缘层390、第一沟道层400、蚀刻停止层410和间隔层420。
可以通过使用晶圆基底300的被高纵横比的开口350暴露的顶表面作为种子的选择性外延生长工艺来形成半导体图案360，以部分地填充每个高纵横比的孔350。
可以通过例如ALD工艺在晶圆基底300上顺序地形成具有均匀的厚度的第一阻挡层370、电荷存储层380和隧道绝缘层390。
参照图30，可以通过各向异性地蚀刻间隔层420来去除间隔层420位于半导体图案360的顶表面上的部分以在每个孔350的侧壁上形成间隔件，并可以使用该间隔件作为蚀刻掩模对蚀刻停止层410和第一沟道层400进行蚀刻以分别形成蚀刻停止层图案和第一沟道402，从而暴露隧道绝缘层390的一部分。换言之，可以去除蚀刻停止层410和第一沟道层400的形成在半导体图案360的中心顶表面和硬掩模340的顶表面上的部分。
然后，可以去除隧道绝缘层390的暴露部分、电荷存储层380和其下的第一阻挡层370，以形成隧道绝缘层图案392和电荷存储层图案382以及第一阻挡层图案372。因此，可以暴露半导体图案360的中心顶表面和硬掩模340的顶表面。
然后，可以使用参照图1至图4和图26描述的晶圆处理方法执行清洁工艺以去除半导体图案360的暴露表面上的自然氧化层。
然后，尽管未在图中示出，但是可以去除牺牲层320，然后可以形成栅电极(例如，地选择线、字线和串选择线)，栅电极从晶圆基底300的顶表面在第一方向上顺序地形成。可以在具有栅电极的所得结构上形成位线。因此，可以通过上述工艺来制造垂直型存储器装置。
使用根据一些示例实施例的晶圆处理方法和晶圆处理设备形成的诸如DRAM或垂直型NAND存储器装置的半导体装置可以应用于诸如计算系统的系统。所述系统可以包括计算机、移动计算机、膝上型计算机、个人计算机、平板电脑、移动电话或数字音乐播放器。
前述内容是对一些示例实施例的说明，而不应解释为对其进行限制。尽管已经描述了一些示例实施例，但是本领域技术人员将容易领会的是，在不实质上脱离发明构思的新颖教导和优点的情况下，在一些示例实施例中可以进行许多修改。因此，所有这些修改意图包括在如权利要求中限定的一些示例实施例的范围内。

Claims (25)

1.一种气体注射器，所述气体注射器包括：
第一气体引入通道和第二气体引入通道，第一气体引入通道和第二气体引入通道中的每个气体引入通道在第一方向上朝向处理室的中心轴延伸，第一气体引入通道和第二气体引入通道中的每个气体引入通道被构造成将来自气体供应源的工艺气体引导到处理室中；
第一旁路通道，在第二方向上从第一气体引入通道延伸，第二方向与第一方向基本垂直；
第二旁路通道，在与第二方向相反的方向上从第二气体引入通道延伸；
第一分流通道，在第一方向上与第一旁路通道分离，并且在与第二方向相反的方向上从第一旁路通道的出口延伸；
第二分流通道，在第一方向上与第二旁路通道分离，并且在第二方向上从第二旁路通道的出口延伸；以及
多个喷射孔，位于第一分流通道和第二分流通道的外表面中，所述多个喷射孔被构造成喷射工艺气体。
2.根据权利要求1所述的气体注射器，其中，
第一分流通道的长度大于第一旁路通道的长度，
第二分流通道的长度大于第二旁路通道的长度。
3.根据权利要求1所述的气体注射器，其中，第一分流通道的长度与第二分流通道的长度基本相同。
4.根据权利要求1所述的气体注射器，其中，第一分流通道的长度与第二分流通道的长度不同。
5.根据权利要求1所述的气体注射器，其中，第一分流通道连接到第二分流通道。
6.根据权利要求1所述的气体注射器，其中，第一分流通道和第二分流通道被阻挡板分开。
7.根据权利要求1所述的气体注射器，其中，
第一分流通道的剖面面积与沿着第一分流通道距第一旁路通道的出口的距离成比例，并且
第二分流通道的剖面面积与沿着第二分流通道距第二旁路通道的出口的距离成比例。
8.根据权利要求1所述的气体注射器，其中，补偿板位于第一旁路通道与第一分流通道之间，并且还位于第二旁路通道与第二分流通道之间。
9.根据权利要求8所述的气体注射器，其中，补偿板包括内部间隙。
10.根据权利要求8所述的气体注射器，其中，补偿板包括石英或金属。
11.一种气体注射器，所述气体注射器包括：
气体引入通道，在第一方向上朝向处理室的中心轴延伸，气体引入通道被构造成将来自气体供应源的工艺气体引导到处理室中；
旁路通道，在第二方向上从气体引入通道延伸，第二方向与第一方向基本垂直；
分流通道，在第一方向上与旁路通道分离，并且在与第二方向相反的方向上从旁路通道的出口延伸；以及
多个喷射孔，位于分流通道的外表面中，所述多个喷射孔沿着分流通道的延伸方向彼此间隔开，所述多个喷射孔被构造成喷射工艺气体。
12.根据权利要求11所述的气体注射器，其中，分流通道的长度大于旁路通道的长度。
13.根据权利要求11所述的气体注射器，其中，分流通道的剖面面积与沿着分流通道距旁路通道的出口的距离成比例。
14.根据权利要求11所述的气体注射器，其中，补偿板位于旁路通道与分流通道之间。
15.根据权利要求14所述的气体注射器，其中，补偿板包括内部间隙。
16.根据权利要求14所述的气体注射器，其中，补偿板包括石英或金属。
17.根据权利要求11所述的气体注射器，所述气体注射器还包括：
第二气体引入通道，在与第二方向相反的方向上与气体引入通道间隔开；
第二旁路通道，在与第二方向相反的方向上从第二气体引入通道延伸；
第二分流通道，在第一方向上与第二旁路通道分离，并且在第二方向上从第二旁路通道的出口延伸；以及
多个第二喷射孔，设置在第二分流通道的外表面中，所述多个第二喷射孔沿第二分流通道的延伸方向彼此间隔开，所述多个第二喷射孔被构造成喷射工艺气体。
18.根据权利要求17所述的气体注射器，其中，分流通道的长度与第二分流通道的长度不同。
19.根据权利要求17所述的气体注射器，其中，分流通道连接到第二分流通道。
20.根据权利要求17所述的气体注射器，其中，分流通道和第二分流通道被阻挡板分开。
21.一种晶圆处理设备，所述晶圆处理设备包括：
处理室，在竖直方向上延伸；
舟皿，被构造成装载到处理室中，并且舟皿被构造成支撑多个晶圆；以及
气体注射器，被构造成将工艺气体供应到处理室中，所述气体注射器包括：气体引入通道，在第一方向上朝向处理室的中心轴延伸，气体引入通道被构造成将工艺气体引导到处理室中；
旁路通道，在第二方向上从气体引入通道延伸，第二方向与第一方向基本垂直；
分流通道，在第一方向上与旁路通道分离，并且在与第二方向相反的方向上从旁路通道的出口延伸；以及
多个喷射孔，位于分流通道的外表面中，所述多个喷射孔沿着分流通道的延伸方向彼此间隔开，所述多个喷射孔被构造成喷射工艺气体。
22.根据权利要求21所述的晶圆处理设备，所述晶圆处理设备还包括：
气体供应器，被构造成将工艺气体供应到气体引入通道。
23.根据权利要求22所述的晶圆处理设备，其中，气体供应器被构造成将氢自由基供应到气体引入通道，以去除所述多个晶圆中的晶圆的表面上的自然氧化层。
24.根据权利要求21所述的晶圆处理设备，所述晶圆处理设备还包括：
排气部，被构造成从处理室排出气体。
25.根据权利要求21所述的晶圆处理设备，所述晶圆处理设备还包括：
喷射嘴，与气体注射器相邻，喷射嘴在竖直方向上延伸并且被构造成朝向处理室的中心轴供应第二工艺气体。
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