CN111819656B - 用于改善自由基浓度的侧面注入设计 - Google Patents

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Abstract

在一个实例中，腔室入口组件包括腔室入口、用于输送管线的外部耦接件以及用于处理腔室的处理区域的内部耦接件。内部耦接件和外部耦接件分别在腔室入口的内端和外端上，其中内部耦接件的横截面面积大于外部耦接件的横截面面积。腔室入口组件还包括纵向剖面，该纵向剖面包含内端和外端以及第一边和第二边，第一边和第二边位于腔室入口的相对侧，其中纵向剖面的形状包括以下各者中的至少一个：三角形、修改式三角形、梯形、修改式梯形、矩形、修改式矩形、菱形和修改式菱形。腔室入口组件还包括盒，该盒包含腔室入口并经配置以设置到处理腔室的侧壁中。

Description

用于改善自由基浓度的侧面注入设计
技术领域
本公开内容的实施方式一般涉及制造半导体器件。更具体言之，本文描述的实施方式涉及使用来自远程等离子体源的离子、自由基和电子的改进式侧面注入来制造浮栅NAND存储器器件和其他晶体管栅极结构。
背景技术
闪存(如NAND闪存器件)是广泛用于大容量存储应用的常用类型的非易失性存储器。NAND闪存器件通常具有堆叠型栅极结构，其中隧道氧化物(TO)、浮栅(FG)、多晶硅间电介质(IPD)和控制栅(CG)依序堆叠在半导体基板上。浮栅、隧道氧化物和基板的下面部分大体形成NAND闪存器件的单元(或存储器单元)。浅沟槽隔离(STI)区域设置在隧道氧化物相邻的每个单元与浮栅之间的基板中，以将该单元与相邻单元分离。在写入NAND闪存器件期间，向控制栅施加正电压，该电压将电子从基板吸引到浮栅中。为了抹除NAND闪存器件的数据，将正电压施加到基板以将电子从浮栅释出并通过隧道氧化物。电子流由感测电路感测，而使得返回“0”或“1”作为当前指示。浮栅中的电子量和“0”或“1”特性形成用于在NAND闪存器件中存储数据的基础。
浮栅通常由隧道氧化物而与半导体基板隔离，以及由多晶硅间电介质而与控制栅隔离，这防止电子在例如基板和浮栅之间或浮栅和控制栅之间泄漏。为了使NAND闪存器件能够持续物理地按比例增减(scaling)，业界已经使用氮化工艺将氮结合到浮栅的表面中以改善隧道氧化物的可靠性或者将掺杂剂扩散抑制在浮栅之外。然而，氮化工艺也不合意地将氮结合到浅沟槽隔离区域中。结合在相邻浮栅结构之间的浅沟槽隔离区域中的氮形成电荷泄漏路径，其可能对最终器件效能有负面影响。
一般来说，例如气体分子的能量激发所产生的等离子体含有带电离子、自由基和电子的等离子体。与离子或自由基和离子的混合物相比，等离子体的自由基通常以更加理想(desirable)的方式与基板上的硅、多晶硅或氮化硅材料反应。在这方面，消除等离子体的大部分离子是有益的，使得仅等离子体的自由基与基板上的硅、多晶硅或氮化硅材料反应，从而获得基板上的硅或多晶硅材料更高的处理选择性。
许多当前的基板处理系统包括通过侧面注入耦接到处理腔室的远程等离子体源。理想地，来自远程等离子体源的自由基行进通过侧面注入到处理腔室，然后流过及穿过基板的表面。在许多当前的基板处理系统中，侧面注入的配置可能导致显着的自由基损失，这至少部分是由于(在侧面注入和处理腔室之间的)耦接适配器的限制形状/尺寸。例如，该配置可在自由基到达处理腔室之前导致大量的体积-表面重新结合(volume-surfacerecombination)。一些当前的基板处理系统可通过产生从RPS到处理腔室的背压而加剧体积-表面重新结合(参见Nobel等人的美国专利第6,450,116号)。
通过减少或最小化体积-表面重新结合来改善侧面注入和/或适配器件的配置以在基板上提供更大的自由基可用性将是有益的。
发明内容
用于基板处理系统的腔室入口组件包括：腔室入口；用于输送管线的外部耦接件；用于处理腔室的处理区域的内部耦接件，内部耦接件和外部耦接件分别在腔室入口的内端和外端上，其中内部耦接件的横截面面积大于外部耦接件的横截面面积；纵向剖面(longitudinal profile)，该纵向剖面包含内端和外端以及第一边和第二边，第一边和第二边位于腔室入口的相对侧，其中纵向剖面的形状包括以下各者中的至少一个：三角形、修改式三角形、梯形、修改式梯形、矩形、修改式矩形、菱形和修改式菱形；盒，该盒包含腔室入口并经配置以设置到处理腔室的侧壁中。
一种用于基板处理系统的输送管线的入口构件包括：第一端，该第一端用于耦接到输送管线的安装套管；第二端，该第二端用于耦接到处理腔室；和入口通过，该入口通过从第一端延伸到第二端，其中：入口通道包含靠近第一端的圆柱形部分，入口通道包含靠近第二端的锥形部分，并且在第一端处的第一横截面面积小于在第二端处的第二横截面面积。
基板处理系统包括：输送管线，该输送管线耦接在处理腔室和远程等离子体源之间；处理腔室包含侧壁；和腔室入口组件，该腔室入口组件设置到侧壁中，该腔室入口组件包含：腔室入口；耦接到输送管线的外部耦接件；用于处理腔室的处理区域的内部耦接件，内部耦接件和外部耦接件分别在腔室入口的内端和外端上，其中内部耦接件的横截面面积大于外部耦接件的横截面面积；纵向剖面，该纵向剖面包含内端和外端以及第一边和第二边，第一边和第二边位于腔室入口的相对侧上，其中纵向剖面的形状包含以下各者中的至少一个：三角形、修改式三角形、梯形、修改式梯形、矩形、修改式矩形、菱形和修改式菱形；和盒，该盒包含腔室入口并经配置以设置到侧壁中。
一种基板处理系统包括：处理腔室；和输送管线，该输送管线耦接在处理腔室和远程等离子体源之间；该输送管线包含：安装套管，该安装套管耦接至远程等离子体源；和入口构件，该入口构件包含：第一端，该第一端用于耦接到安装套管；第二端，该第二端用于耦接到处理腔室；和入口通道，该入口通道从第一端延伸到第二端，其中：入口通道包含靠近第一端的圆柱形部分，入口通道包含靠近第二端的锥形部分，并且在第一端处的第一横截面面积小于在第二端处的第二横截面面积。
附图说明
本公开内容的特征已简要概述于前，并在以下有更详尽的论述，可以通过参考所附附图中绘示的本公开内容的实施方式以作了解。然而，值得注意的是，所附附图只绘示了示范实施方式且不会视为其范围的限制，本公开内容可允许其他等效的实施方式。
图1绘示根据本文公开的实施方式的基板处理系统。
图2绘示图1的基板处理系统的输送管线的示意性横截面图。
图3是图1的基板处理系统的示意性顶视图。
图4是替代基板处理系统的示意性顶视图。
图5是另一替代基板处理系统的示意性顶视图。
图6是另一替代基板处理系统的示意性顶视图。
图7是另一替代基板处理系统的示意性顶视图。
图8是图4至图7的基板处理系统的模拟实验(modeling experiments)结果的曲线图，绘示在基板表面上的各个点处由O自由基浓度所测量的表面反应。
图9是图4至图7的基板处理系统的模拟实验结果的曲线图，绘示O自由基浓度的面积加权平均。
图10绘示氧化物生长速率实验的代表性结果。
为便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图代表附图中相同的元件。可以预期的是一个实施方式中的元件与特征可有利地用于其他实施方式中而无需赘述。
具体实施方式
本专利申请描述了使用前驱物活化器(如远程等离子体源(“RPS”))将等离子体的自由基结合到基板或半导体基板上的材料中的设备和方法。一般来说，等离子体是由离子、自由基、电子和中性分子组成的气态材料。与离子或自由基和离子的混合物相比，等离子体的自由基通常以更理想的方式与基板上的硅或多晶硅材料反应。在这方面，本文所述的设备和方法消除了等离子体的大部分离子，使得主要是等离子体的自由基与基板上的硅或多晶硅材料反应，以改善在基板上硅或多晶硅材料的处理选择性。
本文描述的设备以及方法可用于制造适用于窄间距应用的半导体器件以及结构。如在此所使用的窄间距应用包含32nm或更小的半间距(例如，32nm或更小的器件节点)。如在此所使用的用语“间距(pitch)”是指介于半导体器件的平行结构或相邻结构之间的测量距离。可在相邻或实质上平行结构的相同侧由一侧至另一侧来测量该间距。也可将该半导体器件以及结构使用在具有较大间距的应用中。该半导体器件可为，例如，NAND或NOR闪存，或其他适合的器件。
等离子体一般含有带电的气态物质(如，离子-阳离子或阴离子)和不带电的气态物质(如，自由基、激发的中性物质和非激发的中性物质)。在许多实施方式中，在将基板处理至本文实施方式所述的稳定化工艺之前，可从等离子体物质中减少或去除带电的气态物质。在稳定化工艺中，不带电的气态物质用于掺杂层和其他材料层的氮化或氧化。不带电的气态物质包括但不限于自由基(如，原子-N、NH2、NH、N3、原子-O、O3)、激发的中性物质(如，N2 *、NH3 *或O2 *)和非激发的中性物质(如，N2、NH3或O2)。非带电气态物质内的激发中性物质可被激发工艺热激发、电子激发或其组合的方式激发，激发工艺可形成等离子体或活化气体混合物。
如本说明书所用的术语“自由基(radical)”或“游离基(free radical)”是指具有至少一个未配对电子的不带电或价中性的原子、分子或分子片段。
本说明书所用的术语“离子”是指通过来自中性价态获得或损失至少一个电子而形成的带电原子、分子或分子片段。
与自由基相比且与上面列出的键能(N2的第一电离能＝1402kJ/mol；N2的原子化能＝473kJ/mol)相比，离子具有高化学活性，因此离子通常比自由基激发更多的化学反应。可基于自由基的化学势和反应能来选择自由基以激发某些化学反应或参与某些化学反应，而不参与其他化学反应。
可通过使用例如约0.3Torr至约20Torr的压力(如约5Torr或更高)的高压等离子体工艺来实现高自由基密度对离子密度。高压促使离子快速与电子复合，而留下中性自由基物质和非活化的物质。在一些实施方式中，形成自由基气体。在一些实施方式中，RPS可用于通过各式方法产生自由基物质。RPS(如微波、RF或热系统)可通过输送管线连接到处理腔室。
示范基板处理系统
图1绘示基板处理系统100。基板处理系统100包括处理腔室102和前驱物活化器180，前驱物活化器180耦接到腔室102并且用于远程地向腔室102提供等离子体的自由基(如O*)。前驱物活化器180也可以用于提供非等离子体的经活化的气体混合物，例如通过向气体施加没有显着离子化气体的能量。腔室102具有由一个或多个侧壁114(如四个侧壁)和基部115包围的处理区域113。可(如使用“O”形环)将侧壁114的上部密封到窗组件117。辐射能组件118定位在窗组件117上并与窗组件117耦接。辐射能组件118具有多个灯119(可以是卤钨灯)，每个灯安装在插座121中且经定位以将电磁辐射发射到处理区域113中。图1的窗组件117具有多个短光管141，但是窗组件117可仅具有无光管的平坦的实心(solid)窗。窗组件117具有外壁116(如圆柱形外壁)，外壁116形成绕窗组件117的周边而包围窗组件117的边缘。窗组件117还具有第一窗120和第二窗122，第一窗120覆盖光管141的第一端，第二窗122覆盖与第一端相对的光管141的第二端。第一窗120和第二窗122延伸到窗组件117的外壁116并与窗组件117的外壁116接合，以包围和密封窗组件117的内部，窗组件117的内部包含光管141。在这种情况下，当使用光管时，可以通过穿过导管153穿过外壁116向光管141中的一个光管施加真空，而可在多个光管141中产生真空，光管141中的该一个光管接着流体连接到其余的光管141。
在腔室102中，由处理区域113内的支撑环162支撑基板101。支撑环162安装在可旋转的圆柱体163上。在处理期间，通过旋转圆柱体163，使支撑环162和基板101旋转。腔室102的基部115具有反射表面111，反射表面111用于在处理期间将能量反射到基板101的背侧上。或者，单独的反射器(未图示)可定位在腔室102的基部115和支撑环162之间。腔室102可包括多个温度探针171，多个温度探针171设置穿过腔室102的基部115，以检测基板101的温度。在使用单独的反射器的情况下，如上所述，温度探针171也设置通过单独的反射器，用于光学地接取来自基板101的电磁辐射。
圆柱体163由磁性转子164支撑，磁性转子164是具有凸出部分(ledge)165的圆柱形构件，当该两个构件安装在腔室102中时，圆柱体163静置在该凸出部分165上。磁性转子164具有多个磁体，该多个磁体在凸出部分165下方的磁性转子164的磁体区域166中。磁性转子164设置在环形凿孔(well)160中，环形凿孔160沿着基部115位于腔室102的周边区域。盖部173静置在基部115的周边部分上且在凿孔160上方朝向圆柱体163和支撑环162延伸，而在盖部173和圆柱体163和/或支撑环162之间留下公差间隙。盖部173通常保护磁性转子164免于暴露于处理区域113中的工艺条件。
磁性转子164由来自磁性定子167的磁能旋转，磁性定子167绕基部115设置。磁性定子167具有多个电磁铁168，在基板101的处理期间，根据旋转图案为多个电磁铁168供电以形成旋转磁场，该旋转磁场提供磁能以旋转磁性转子164。磁性定子167由支撑件170耦接到线性致动器169，在这个例子中，线性致动器169是螺旋驱动器(screw drive)。操作线性致动器169使磁性定子167沿腔室102的轴172移动，这接着使磁性转子165、圆柱体163、支撑环162和基板101沿轴172移动。
处理气体通过腔室入口175提供给腔室102，以及通过朝向页面外的腔室出口排出，且通常沿着与腔室入口175和支撑环162相同的平面排出(图1中未图示)。基板通过出入口174进入和离开腔室102，出入口174在侧壁114中形成且表示在图1中的后面。这里不描述基板输送过程。
前驱物活化器180具有围绕内部空间184的主体182，在内部空间184中，可通过施加等离子体形成能量来形成离子、自由基和电子的经活化的前驱物混合物183。由石英或蓝宝石制成的衬垫185保护主体182免受等离子体的化学侵蚀。内部空间184优选地不具有可能吸引带电粒子(如离子)的任何电势梯度。气体入口186设置在主体182的第一端187处且与位于主体182的第二端189处的气体出口188相对。当前驱物活化器180耦合到腔室102时，气体出口188通过到腔室入口175的输送管线190而与腔室102流体连通，使得在内部空间184内产生的经活化的前驱物混合物183的自由基被供应到腔室102的处理区域113。气体出口188的直径可大于气体入口186，以允许激发的自由基以所需的流速有效地排出，并使自由基和衬垫185之间的接触最小化。若需要，可在气体出口188处将单独的孔口(orifice)插入衬垫185内，以减小气体出口188处的内部空间184的内部尺寸。可以选择气体出口188(或孔口，若使用的话)的直径以在处理区域113和前驱物活化器180之间提供压差。可选择压差以产生流入腔室102的离子、自由基和分子的组合物，该组合物适合于在腔室102中施行的工艺。
为了提供用于等离子体处理的气体，气源192经由三通阀194的第一输入和用于控制从气源192释放的气体的流速的阀197而耦接到气体入口186。三通阀194的第二输入可耦接到第二气源198。第一气源192和第二气源198中的每个可以是以下各者中的一个或多个、或包括以下各者中的一个或多个：含氮气体、含氧气体、含氢气体、含硅气体或等离子体形成气体(如氩或氦)。流量控制器196连接到三通阀194，以根据待执行的工艺而在不同位置之间切换阀。流量控制器196还控制三通阀194的切换。
前驱物活化器180可耦接到能量源(未图示)以向前驱物活化器180提供激发能量(如具有微波或RF频率的能量)，以将从气源192移动的处理气体活化为经活化的前驱物混合物183。在使用含氮气体(如N2)的例子中，前驱物活化器180中的活化在内部空间184中产生N*自由基、带正电离子(如N+和N2 +)以及电子。通过将前驱物活化器180远离腔室102的处理区域113定位，可以使基板暴露于离子最小化。离子可以损坏半导体基板上的敏感结构，而自由基是反应性的且可以用于施行有益的化学反应。使用RPS(如前驱物活化器180)促进基板101暴露于自由基以及使基板101暴露于离子最小化。
使用成角度(angled)的输送管线190可促进离子碰撞并降低从前驱物活化器180流到腔室102的等离子体中的离子浓度。通过使用成角度的输送管线190，由处理气体的激发产生的所有或大部分离子在到达处理区域113之前变为电荷中性。图2绘示输送管线190的示意性横截面图。输送管线190具有安装套管202和连接到安装套管202的入口构件204。安装套管202和入口构件204中的每个是中空主体，其限定纵向延伸的空间，例如，套管通道206和入口通道208。通道206、208的横截面剖面可以是任何形状，对称或不对称的，包括但不限于圆形、卵形(oval)、正方形、矩形或不规则形状。安装套管202的一端固定到前驱物活化器180的主体182的气体出口188(部分图示)，使得安装套管202的套管通道206与气体出口188处的内部空间184对齐并与其流体耦接。安装套管202的另一端连接到入口构件204，使得入口构件204的入口通道208实质上与安装套管202的套管通道206对齐并且流体耦接到套管通道206。安装套管202的内直径可沿着安装套管202的纵轴减小，以匹配前驱物活化器180的内直径和入口构件204的内直径两者。安装套管202和入口构件204可以由不引起自由基(如N*、O*或H*自由基)复合的材料制成。例如，安装套管202和入口构件204可由以下各者制成或由以下各者提供或为由以下各者制成的衬垫：硅、氧化硅(如石英)、氮化硅、氮化硼、氮化碳、蓝宝石或氧化铝(Al2O3)。尽管输送管线190所示且所述为彼此连接的两个分离的部件(即，安装套管202和入口构件204)，但是输送管线190可以是单件集成主体，其具有连接到腔室102的腔室入口175的通道。
图3是基板处理系统100的示意性顶视图。入口构件204可经配置为适配器，以在腔室102的侧壁114处耦接到腔室入口175。入口构件204包括凸缘310，凸缘310连接到侧壁114处的输送管线190的外表面且完全绕侧壁114处的输送管线190的外表面延伸。入口构件204的一部分可延伸到在侧壁114中形成的凹部(未图示)中，使得凸缘310的表面312螺栓连接到侧壁114的凹部中。或者，可省略凹部，且凸缘310的表面312可螺栓连接到侧壁114的外表面114a且经配置使得入口通道208流体地耦接到腔室入口175。在任一种情况下，输送管线190以成角度的管结构的方式耦接到腔室入口175，使得入口构件204中的入口通道208的纵轴“A”和腔室入口175的纵轴“B”以角度θ相交。凸缘310相对于入口通道208的纵轴“A”以所需角度“α”延伸。在凸缘310耦接到凹部中的腔室102的情况下，可选择角度α以在入口构件204和侧壁114之间提供间隙。角度α可在约20度至约80度的范围内，如约45度至约70度。角度θ可以在约10度至约70度之间的范围内，如约20度至约45度。在一个实例中，角度α是约45度或更高，例如约60度。使输送管线190相对于腔室入口175成一角度定位，在腔室入口175的内表面处的碰撞期间促进离子与电子或其他带电粒子的碰撞或者离子与电子或其他带电粒子的反应。因此，进入处理区域113的离子浓度降低，在一些情况下实质上降至零。
除了上述成角度的管结构之外，可通过选择输送管线190的长度来促进离子碰撞，使得对于给定的处理气体流速(如给定的等离子体产生率)，输送管线190中等离子体的驻留时间实质上长于离子与等离子体中的电子复合的平均时间。在给定的源气体流速下，消除等离子体的实质上所有离子所需的输送管线190(和/或前驱物活化器180的内部空间184)的长度可通过实验或生命周期计算来决定。在一个实施方式中，内部空间184的长度为约5英寸至约12英寸，例如约8英寸，内直径为约0.5英寸至约3英寸，例如约2英寸。输送管线190(包括套管和入口通道206、208)的长度可以是5英寸至约25英寸，例如约12英寸。可以选择通道206、208的直径以优化前驱物活化器180和处理区域113之间的压差。在一个实施方式中，通道206、208的每个的直径为约0.5英寸至约2英寸，例如对于入口通道208为约0.6英寸，对于套管通道206为约0.8英寸。通道206、208中的一者或两者可以具有在流动方向上逐渐减小、逐渐增加或一致的直径，以促进离子损失。内部空间184和输送管线190的总长度在约8英寸至约35英寸之间，例如约20英寸。
图4是靠近腔室入口的基板处理系统100的一部分的示意性顶视图。如图3所示，腔室入口175可以是大致圆柱形的。图4绘示替代的腔室入口475，其为大致细长或扁平的锥形状。盒430包括腔室入口475。腔室入口475是从入口通道208到处理空间113的气流通道。盒430设置到腔室102的侧壁114中。如图所示，腔室入口475的纵向剖面通常限定以纵轴“B”为中心且具有相等长度的边(side)478和479的等腰三角形(或其一部分)。纵轴“B”沿着处理区域113的半径延伸。等腰三角形的顶点位于轴“B”上，且轴平分等腰三角形的底边。因此，沿着纵轴“B”测量等腰三角形的高度，且边478和479以相等的角度从轴线“B”分出。如前所述，腔室入口475在大致靠近等腰三角形的顶点处或在等腰三角形的顶点处的开口476处流体地耦接到入口构件204的入口通道208。开口476处的腔室入口475的横向尺寸可为约0.6英寸至约1.0英寸，例如约0.8英寸。腔室入口475在等腰三角形的内端477处或其附近的三角形底边处流体地耦接到处理区域113。等腰三角形的底边长度可沿着边478和边479与内端477的交叉点之间的内端477测量。腔室入口475可在内端477处具有横截面区域，该横截面区域可以是任何形状，对称或不对称，包括但不限于大致卵形、椭圆形(ellipsoidal)、长椭圆形(oblong)、体育场形(stadium)和/或圆角矩形(rounded-rectangular)形状。内端477处的横截面区域可具有约2.5英寸至约3.5英寸(例如约3英寸)的底边长度，以及约0.4英寸至约0.8英寸(例如约0.6英寸)的宽度。
气体出口188(图2)通过输送管线190(这里耦接到腔室入口475)保持与腔室102流体连通，使得在内部空间184内产生的经活化的前驱物混合物183的自由基被供应到腔室102的处理区域113。在一些实施方式中，腔室入口475的纵向剖面限定不等边(scalene)三角形，其中边478和479具有不等长度且以与纵轴“B”不相等的角度分出，使得纵轴“B”穿过顶点，但不会将内端477平分。如前所述，每个通道206、208的直径为约0.5英寸至约2英寸，例如对于入口通道208为约0.6英寸，对于套管通道206为约0.8英寸。目前认为，具有比入口通道208更大直径的套管通道206的输送管线190可在通道206、208之间的连接处形成阻塞点(choke point)。此阻塞点可增加前驱物活化器180中的压力和/或引起或增加体积-表面重新结合。
输送管线190以成角度结构的方式耦接到腔室入口475，使得入口通道208的纵轴“A”和腔室入口475的纵轴“B”以角度θ相交。角度θ可在约10度至约70度之间的范围内，例如约20度和约45度。纵轴“A”与腔室入口475的三角形纵向剖面的边478在开口476附近的点478-p处相交。使输送管线190相对于腔室入口475成一角度定位，在腔室入口475的内表面处的碰撞期间促进离子与电子或其他带电粒子的碰撞或者离子与电子或其他带电粒子的反应。因此，进入处理区域113的离子浓度降低，在一些情况下实质上降至零。
应当理解，盒430(以及下面论述的盒530、630、730)以与腔室入口175横穿侧壁114(图1)相同的方式设置到腔室102的侧壁114中。
入口通道208和/或腔室入口475可利用钻孔工艺由实心石英片制成。为了配合所需的钻孔深度和/或进入角，可使用多个孔，而导致一个或多个表面不规则。例如，如图4所示，腔室入口475的三角形纵向剖面的顶点不是奇点(singular point)。反之，在入口通道208和腔室入口475之间的耦接处可以看到突出的不规则部分476-b。这些不规则特征可以是凸的或凹的。与近端实质特征相比，预期这种不规则特征是小的(如10％或更小的尺寸)。为了清楚起见，关于这种不规则特征的论述将在本公开内容的其余部分中有所限制。然而，应该理解，诸如“直的”或“平滑”或类似术语的使用考虑到存在小的不规则特征。
图5是基板处理系统100的腔室入口部分的另一示意性顶视图。如图3所示，入口通道208可以是大致圆柱形的。图5绘示入口构件504的替代入口通道508，其通常包括圆柱形部分507和锥形部分509，锥形部分509是大致细长或扁平的锥形状。圆柱形部分507可过渡到锥形部分509，使得入口通道508的横截面面积从与安装套管202的耦接件往与腔室102的耦接件单调地增加。如图所示，从圆柱形部分507到锥形部分509的过渡可产生过渡点508-p，其可表现为入口通道508的壁中的拐角(corner)或角度。安装套管202连接到入口构件504，使得入口通道508的圆柱形部分507实质上与安装套管202的套管通道206对齐且流体耦接到套管通道206。
图5绘示具有纵向剖面的替代腔室入口575，该纵向剖面大致限定梯形形状。盒530包括腔室入口575。盒530设置到腔室102的侧壁114中。纵轴“B”沿着处理区域113的半径延伸且将梯形的内端577平分。可沿着内端577测量梯形的底边长度。可沿纵轴“B”测量梯形的高度。腔室入口575连接到入口构件504，使得入口通道508的锥形部分509实质上与腔室入口575的梯形纵向剖面的外端576对齐且流体耦接到腔室入口575的梯形纵向剖面的外端576。可沿外端576测量梯形的顶部长度。梯形的顶部长度可小于或等于其底边长度。腔室入口575可以在外端576处具有横截面区域，该横截面区域可以是任何形状，对称或不对称的，包括但不限于大致卵形、椭圆形、长椭圆形、体育场形和/或圆角矩形形状。腔室入口575在梯形的内端577处耦接以及流体连接到处理区域113。腔室入口575可以在内端577处具有横截面区域，该横截面区域可以是任何形状，对称或不对称的，包括但不限于大致卵形、椭圆形、长椭圆形、体育场形和/或圆角矩形形状。外端576处的横截面面积可小于或等于内端577处的横截面面积。锥形部分509的壁可与腔室入口575的边579对齐。例如，入口通道508的锥形部分509的壁可与腔室入口575的边579对齐，以形成从点508-p到内端577的平滑、线性表面。在一些实施方式中，平滑的线性表面与穿过处理区域113的中心的半径对准。在所示实施方式中，腔室入口575的梯形纵向剖面的边579与外端576和内端577两者形成直角。在其他实施方式中，边579可与外端576和/或内端577形成约75°至约105°之间的角度。
输送管线190以成角度结构的方式耦接到腔室入口575，使得入口通道508的圆柱形部分507的纵轴“A”和腔室入口575的纵轴“B”以角度θ相交。角度θ可在约10度至约70度之间的范围内，例如约20度和约45度。在一些实施方式中，纵轴“A”平行于腔室入口575的梯形纵向剖面的边578的轴“C”并与之对齐。在其他实施方式(未图示)中，纵轴“A”与轴“C”形成约160°至约200°之间的角度。在纵轴“A”与轴“C”形成小于约180°的角度的实施方式中，纵轴“A”与腔室入口575的梯形纵向剖面的边578在外端576附近的点578-p处相交。在纵轴“A”与轴“C”形成大于约180°的角度的实施方式中，纵轴“A”将不会与梯形的边578相交。使输送管线190相对于腔室入口575成一角度定位，在腔室入口575的内表面处的碰撞期间促进离子与电子或其他带电粒子的碰撞或者离子与电子或其他带电粒子的反应。因此，进入处理区域113的离子浓度降低，在一些情况下实质上降至零。
应当理解，入口构件504以跟入口构件204耦接到安装套管202相同的方式耦接到安装套管202。因此，预期安装套管202可经历很少的(若有的话)修改以配合入口构件504。
图6是靠近腔室入口的基板处理系统100的一部分的另一示意性顶视图。图6绘示具有纵向剖面的替代腔室入口675，该纵向剖面大致限定具有弯曲边678的修改式梯形形状。盒630包括腔室入口675。盒630设置到腔室102的侧壁114中。弯曲边678在外端676处与锥形部分509的壁对齐，且当弯曲边678接近内端677时，弯曲边678朝向边679向内弯曲。纵轴“B”沿着处理区域113的半径延伸且将内端677平分。可沿着内端677测量修改式梯形的底边长度。可沿纵轴“B”测量修改式梯形的高度。腔室入口675连接到入口构件504，使得入口通道508的锥形部分509实质上与腔室入口675的梯形纵向剖面的外端676对齐且流体耦接到腔室入口675的梯形纵向剖面的外端676。可沿外端676测量修改式梯形的顶部长度。修改式梯形的顶部长度可小于或等于其底边长度。注意，与腔室入口575相比，由于弯曲边678的突入(intrusion)，沿内端677测量的底边长度可小于沿内端577测量的底边长度。腔室入口675可在外端676处具有横截面区域，该横截面区域可以是任何形状，对称或不对称的，包括但不限于大致卵形、椭圆形、长椭圆形、体育场形和/或圆角矩形形状。腔室入口675在修改式梯形的内端677处耦接并流体连接到处理区域113。腔室入口675可以在内端677处具有横截面区域，该横截面区域可以是任何形状，对称或不对称的，包括但不限于大致卵形、椭圆形、长椭圆形、体育场形和/或圆角矩形形状。外端676处的横截面面积可小于或等于内端677处的横截面面积。锥形部分509的壁可与腔室入口675的边679对齐。例如，入口通道508的锥形部分509的壁可与腔室入口675的边679对齐，以形成从点508-p到内端677的平滑的线性表面。在一些实施方式中，平滑的线性表面与穿过处理区域113的中心的半径对准。在所示实施方式中，腔室入口675的修改式梯形的纵向剖面的边679与外端676和内端677两者形成直角。在其他实施方式中，边679可与外端676和/或内端677形成约75°至约105°之间的角度。
输送管线190以成角度结构的方式耦接到腔室入口675，使得入口通道508的圆柱形部分507的纵轴“A”和腔室入口675的纵轴“B”以角度θ相交。角度θ可在约10度至约70度之间的范围内，例如约20度和约45度。弯曲边678的曲率可至少部分地决定点678-p，其中入口通道508的圆柱形部分507的纵轴“A”与弯曲边678在点678-p处相交。例如，当弯曲边678仅略微弯曲时，纵轴“A”与弯曲边678在靠近内端677处相交。当弯曲边678具有较大的曲率时，纵轴“A”与弯曲边678在靠近外端676处相交。沿纵轴“B”测量，点678-p可以是自外端676开始的修改式梯形的高度的约10％至约60％。使输送管线190相对于腔室入口675成一角度定位，在腔室入口675的内表面处的碰撞期间促进离子与电子或其他带电粒子的碰撞或者离子与电子或其他带电粒子的反应。因此，进入处理区域113的离子浓度降低，在一些情况下实质上降至零。
图7是靠近腔室入口的基板处理系统100的一部分的另一示意性顶视图。图7绘示具有纵向剖面的替代腔室入口775，该纵向剖面大致限定矩形形状。盒730包括腔室入口775。盒730设置到腔室102的侧壁114中。纵轴“B”沿着处理区域113的半径延伸且将内端777平分。可沿着内端777测量矩形的底边长度。可沿纵轴“B”测量矩形的高度。腔室入口775连接到入口构件504，使得入口通道508的锥形部分509实质上与腔室入口775的矩形纵向剖面的外端776的部分对齐且流体耦接到腔室入口775的矩形纵向剖面的外端776的部分。可沿着外端776，从边778到边779测量矩形的顶部长度。矩形的顶部长度可等于其底边长度。腔室入口775可在外端776处具有横截面区域，该横截面区域可以是任何形状，对称或不对称的，包括但不限于大致卵形、椭圆形、长椭圆形、体育场形和/或圆角矩形形状。腔室入口775在矩形的内端777处耦接以及流体连接到处理区域113。腔室入口775可以在内端777处具有横截面区域，该横截面区域可以是任何形状，对称或不对称的，包括但不限于大致卵形、椭圆形、长椭圆形、体育场形和/或圆角矩形形状。外端776处的耦接件的横截面面积可小于或等于内端777处的横截面面积。注意，与腔室入口575和675相比，内端777的横截面面积可约等于内端577的横截面面积，且可大于内端677的横截面面积。锥形部分509的壁可与腔室入口775的边779对齐。例如，入口通道508的锥形部分509的壁可与腔室入口775的边779对齐，以形成从点508-p到内端777的平滑的线性表面。在一些实施方式中，平滑的线性表面与穿过处理区域113的中心的半径对准。在所示实施方式中，腔室入口775的矩形纵向剖面的边779与外端776和内端777两者形成直角。在其他实施方式中，边779可与外端776和/或内端777形成约75°和约105°之间的角度。在其他实施方式中，两边778和779可与外端776和/或内端777形成约75°至约105°之间的角度，从而产生腔室入口775的菱形纵向剖面。
输送管线190以成角度结构的方式耦接到腔室入口775，使得入口通道508的圆柱形部分507的纵轴“A”和腔室入口775的纵轴“B”以角度θ相交。角度θ可以在约10度至约70度之间的范围内，如约20度至约45度。在一些实施方式中，腔室入口575的梯形纵向剖面的高度约等于腔室入口775的矩形纵向剖面的高度，且沿内端577测量的底边长度约等于沿内端777测量的底边长度。在这样的实施方式中，应该理解的是，入口通道508的圆柱形部分507的纵轴“A”可不与边778相交，或者可以仅在内端777或靠近内端777的点(如点778-p)处与边778相交。在一些实施方式中，其中沿内端777测量的底边长度小于沿内端577测量的底边长度，纵轴“A”可在实质远离内端777的点处与边778相交。使输送管线190相对于腔室入口775成一角度定位，在腔室入口775的内表面处的碰撞期间促进离子与电子或其他带电粒子的碰撞或者离子与电子或其他带电粒子的反应。因此，进入处理区域113的离子浓度降低，在一些情况下实质上降至零。
可以设想提供类似益处的输送管线190和腔室102的其他配置。当前驱物活化器180耦接到腔室102时，气体出口188通过到腔室入口(如腔室入口175、475、575、675、775)的输送管线190而与腔室102流体连通，使得在内部空间184内产生的经活化的前驱物混合物183的自由基被供应到腔室102的处理区域113。每个配置可包括用作适配器的入口构件(如入口构件204、504)，将安装套管202的管状套管通道206流体地耦接到腔室102的腔室入口。可选择入口构件的直径和/或内部容积以优化前驱物活化器180和处理区域113之间的压差。可选择压差以产生流入腔室102的离子、自由基和分子的组合物，该组合物适合于在腔室102中施行的工艺。每个配置也可包括腔室入口，腔室入口接收处理气体并将处理气体分配到腔室102的处理区域113。输送管线190可以以相对于腔室入口的一角度定位。例如，输送管线190的纵轴“A”可与腔室入口的纵轴“B”成角度θ定位，其中纵轴“B”沿着处理区域113的半径延伸并且通常穿过腔室入口的纵向剖面(如，三角形、修改式三角形、梯形、修改式梯形、矩形、修改式矩形、菱形、修改式菱形)的内端(如底边)的中间点(如平分点)。将输送管线190相对于腔室入口成一角度定位，在腔室入口的内表面处的碰撞期间，促进离子与电子或其他带电粒子的碰撞或者离子与电子或其他带电粒子的反应。因此，进入处理区域113的离子浓度降低，在一些情况下实质上降至零。
实验结果
已经以模拟情境测试如图4至图7所示的硬件和部件。为了获得对模拟结果的额外信任度，已经根据流动趋势以及总体O*自由基面积加权平均的具有压力与流动变化的趋势对相同的3D模型做验证。图8是模拟实验结果的曲线图，其绘示在基板处理系统100的腔室102的基板表面上的各式点处由O自由基浓度所测量的表面反应。结果804为来自图4中所示的基板处理系统100的模型，其具有入口构件204(即大致圆柱形的入口通道)和腔室入口475(即大致三角形的纵向剖面)。结果805为来自图5中所示的基板处理系统100的模型，该模型具有入口构件504(即，具有大致圆柱形部分和大致锥形部分的入口通道)和腔室入口575(即，大致梯形的纵向剖面)。结果806为来自图6中所示的基板处理系统100的模型，该模型具有入口构件504和腔室入口675(即，修改式梯形纵向剖面)。结果807为来自图7中所示的基板处理系统100的模型，该模型具有入口构件504和腔室入口775(即，大致矩形的纵向剖面)。图9是表示每个模型的O自由基浓度的面积加权平均的结果图。结果904为来自图4中所示的基板处理系统100的模型，该模型具有入口构件204和腔室入口475。结果905为来自图5中所示的基板处理系统100的模型，该模型具有入口构件504和腔室入口575。结果906为来自图6中所示的基板处理系统100的模型，该模型具有入口构件504和腔室入口675。结果907为来自图7中所示的基板处理系统100的模型，该模型具有入口构件504和腔室入口775。如在每个曲线图中可以看到的，具有入口构件504和腔室入口675的模型在处理空间中提供最高的O自由基浓度。目前认为，增加入口构件的内部横截面面积以及增加与腔室入口的耦接件的内部横截面面积可将RPS出口处的背压降低多达50％。此外，由于较少的气相重新组合，降低背压可有助于增加晶片上的O自由基浓度。
实验模拟绘制图4至图7中所示的基板处理系统100之间的腔室中(在晶片上方)的进入点处的速度的比较。该模拟表示图5至图7的模型中的速度较低。这可有助于更好地将气体扩散到晶片上，这将使得晶片上的O自由基增加。
实验模拟绘制图4至图7中所示的基板处理系统100之间的腔室的切割平面上的速度的比较。该模拟表示，由于图4的基板处理系统100中从RPS到腔室(沿着纵轴“A”)的直接视线，只有锥体的一部分被利用，而另一半从腔室回流。这些速度剖面表示，改变入口构件的几何形状可有助于降低腔室中进入点处的速度，这将使得在晶片上有更好的流动和更高的O*自由基浓度。
这些实验结果表示，所公开的入口构件和腔室入口的配置通过减少或最小化体积-表面重新结合来改善晶片上的自由基的可用性。特别言之，实验结果表示，图6中公开的配置具有入口构件504(即，具有大致圆柱形部分和大致锥形部分的入口通道)和腔室入口675(即，修改式梯形纵向剖面)，其提供比图4中公开的配置所观察到的高17.2％氧化物生长速率。
这些实验结果表示，从腔室入口的输送管线端到处理-体积端的增加的横截面面积在基板处理期间减少了O*自由基体积-表面重新结合以及/或增加了氧化物生长速率。这些实验结果表示，如本文所述利用腔室入口和/或入口构件可改善晶片均匀性。
另外的实验结果表示，可改善氧化物生长速率，及/或可在相同的处理时间内增加氧化物厚度。图10绘示氧化物生长速率实验的代表性结果。Y轴表示相同处理时间的氧化物厚度。左侧表示图4的配置的结果，右侧表示图6的配置的结果。
在一个实施方式中，基板处理系统包括：输送管线，该输送管线耦接在处理腔室和远程等离子体源之间；处理腔室包含侧壁；和腔室入口组件，该腔室入口组件设置到侧壁中，该腔室入口组件包含：腔室入口；耦接到输送管线的外部耦接件；用于处理腔室的处理区域的内部耦接件，内部耦接件和外部耦接件分别在腔室入口的内端和外端上，其中内部耦接件的横截面面积大于外部耦接件的横截面面积；纵向剖面，该纵向剖面包含内端和外端以及第一边和第二边，第一边和第二边位于腔室入口的相对侧上，其中纵向剖面的形状包含以下各者中的至少一个：三角形、修改式三角形、梯形、修改式梯形、矩形、修改式矩形、菱形和修改式菱形；和盒，该盒包含腔室入口并经配置以设置到侧壁中。
在本文公开的一个或多个实施方式中，腔室入口纵轴从处理区域的中心穿过内端并延伸到外部耦接件，输送管线纵轴与输送管线平行，所述输送管线纵轴从输送管线延伸并穿过外部耦接件，并且腔室入口纵轴与输送管线纵轴成10度至70度之间的角度。
在本文公开的一个或多个实施方式中，输送管线纵轴在内端和外端之间的一点处与第一边相交。
在本文公开的一个或多个实施方式中，第一边是弯曲的。
在本文公开的一个或多个实施方式中，当第一边接近内部耦接件时，所述第一边与外部耦接件处的输送管线对齐，且朝向第二边弯曲。
在本文公开的一个或多个实施方式中，第一边是直的且与输送管线的内壁对齐。
在本文公开的一个或多个实施方式中，第一边是直的且与输送管线的内壁形成小于180°的角度。
在本文公开的一个或多个实施方式中，外部耦接件的长度小于外端的长度。
在本文公开的一个或多个实施方式中，内部耦接件的横截面面积大于外部耦接件的横截面面积，这减小了基板处理期间的体积-表面重新结合。
在本文公开的一个或多个实施方式中，内部耦接件的横截面面积大于外部耦接件的横截面面积，这增加了基板处理期间的氧化物生长速率。
在一个实施方式中，一种基板处理系统包括：处理腔室；和输送管线，该输送管线耦接在处理腔室和前驱物活化器之间，该输送管线包含：安装套管，该安装套管耦接至前驱物活化器；和入口构件，该入口构件包含：第一端，该第一端用于耦接到安装套管；第二端，该第二端用于耦接到处理腔室；和入口通道，该入口通道从第一端延伸到第二端，其中：入口通道包含靠近第一端的圆柱形部分，入口通道包含靠近第二端的锥形部分，并且在第一端处的第一横截面面积小于在第二端处的第二横截面面积。
在本文公开的一个或多个实施方式中，入口通道的内壁包括圆柱形部分过渡到锥形部分的角度。
在本文公开的一个或多个实施方式中，基板处理系统进一步包括：腔室入口，该腔室入口设置到处理腔室的侧壁中，该腔室入口包含：到输送管线的外部耦接件；用于处理腔室的处理区域的内部耦接件，内部耦接件和外部耦接件分别位于腔室入口的内端和外端；和纵向剖面，该纵向剖面包含内端和外端以及第一边和第二边，第一边和第二边位于腔室入口的相对侧，其中锥形部分的壁与腔室入口的第二边对齐，以从该角度到内端形成线性表面。
尽管前面所述涉及本公开内容的实施，但在不背离本公开内容的基本范围下，可设计本公开内容的其他与进一步的实施，并且本公开内容的范围由随附权利要求书来确定。

Claims (20)

1.一种用于基板处理系统的腔室入口组件，包括：
腔室入口；
用于输送管线的外部耦接件；
用于处理腔室的处理区域的内部耦接件，其中所述腔室入口和所述外部耦接件的横截面面积增加以降低至所述输送管线的背压，并且其中所述内部耦接件和所述外部耦接件分别在所述腔室入口的内端和外端上，其中：
所述内部耦接件的横截面面积大于所述外部耦接件的横截面面积，
腔室入口纵轴，所述腔室入口纵轴从所述处理区域的中心穿过所述内端并延伸到所述外端，并且
所述外端相对于所述腔室入口纵轴不对称；
纵向剖面，所述纵向剖面包含所述内端和所述外端以及第一边和第二边，所述第一边和所述第二边位于所述腔室入口的相对侧上，其中所述纵向剖面的形状包含以下各者中的至少一个：三角形、修改式三角形、梯形、修改式梯形、矩形、修改式矩形、菱形和修改式菱形；和
盒，所述盒包含所述腔室入口并经配置以设置到所述处理腔室的侧壁中。
2.如权利要求1所述的腔室入口组件，其中：
输送管线纵轴，所述输送管线纵轴与所述输送管线平行，所述输送管线纵轴从所述输送管线延伸并穿过所述外部耦接件，并且
所述腔室入口纵轴与所述输送管线纵轴成10度至70度之间的角度。
3.如权利要求2所述的腔室入口组件，其中如果所述输送管线纵轴与所述第一边相交，那么所述输送管线纵轴在接近所述内端的一点处与所述第一边相交。
4.如权利要求1所述的腔室入口组件，其中所述第一边是弯曲的。
5.如权利要求4所述的腔室入口组件，其中当所述第一边接近所述内部耦接件时，所述第一边与所述外部耦接件处的所述输送管线对齐，且朝向所述第二边弯曲。
6.如权利要求1所述的腔室入口组件，其中所述第一边是直的且与所述输送管线的内壁对齐。
7.如权利要求1所述的腔室入口组件，其中所述第一边是直的且与所述输送管线的内壁形成小于180°的角度。
8.如权利要求1所述的腔室入口组件，其中所述外部耦接件的长度小于所述外端的长度。
9.一种用于基板处理系统的输送管线的入口构件，包括：
第一端，所述第一端用于耦接到所述输送管线的安装套管；
第二端，所述第二端用于耦接到处理腔室；和
入口通道，所述入口通道从所述第一端延伸到所述第二端，其中：
所述入口通道包含靠近所述第一端的圆柱形部分，
所述入口通道包含靠近所述第二端的锥形部分，并且
在所述第一端处的第一横截面面积小于在所述第二端处的第二横截面面积，
其中所述入口构件的内部横截面面积增加以降低至所述输送管线的背压。
10.如权利要求9所述的入口构件，其中内部横截面面积从所述入口通道的所述第一端往所述入口通道的所述第二端单调地增加。
11.如权利要求9所述的入口构件，其中所述入口通道的内壁包括所述圆柱形部分过渡到所述锥形部分的角度。
12.如权利要求9所述的入口构件，其中第二横截面区域的形状包括以下各者中的至少一个：卵形、椭圆形、长椭圆形、体育场形、圆角矩形、不对称形和不规则形。
13.一种基板处理系统，包括：
输送管线，所述输送管线耦接在处理腔室和远程等离子体源之间，所述输送管线包括：
安装套管，所述安装套管耦接到所述远程等离子体源；和
入口构件，所述入口构件包括：
第一端，所述第一端用于耦接到所述安装套管；
第二端，所述第二端用于耦接到处理腔室；和
入口通道，所述入口通道从所述第一端延伸到所述第二端，其中：
所述入口通道包含靠近所述第一端的圆柱形部分，
所述入口通道包含靠近所述第二端的锥形部分，并且
在所述第一端处的第一横截面面积小于在所述第二端处的第二横截面面积，
其中所述入口构件的横截面面积增加以降低至所述输送管线的背压。
14.如权利要求13所述的基板处理系统，其中所述入口通道的内壁包括所述圆柱形部分过渡到所述锥形部分的角度。
15.如权利要求13所述的基板处理系统，进一步包括腔室入口和至所述输送管线的外部耦接件，所述腔室入口设置到所述处理腔室的侧壁中，所述腔室入口包括：
用于所述处理腔室的处理区域的内部耦接件，所述内部耦接件和所述外部耦接件分别在所述腔室入口的内端和外端上；和
纵向剖面，所述纵向剖面包含所述内端和所述外端以及第一边和第二边，所述第一边和所述第二边位于所述腔室入口的相对侧上，其中所述锥形部分的壁与所述腔室入口的第二边对齐，以相对于所述内端成角度的形成线性表面。
16.如权利要求15所述的基板处理系统，如果所述输送管线纵轴与所述第一边相交，那么所述输送管线纵轴在接近所述内端的一点处与所述第一边相交。
17.如权利要求15所述的基板处理系统，其中所述第一边是弯曲的。
18.如权利要求17所述的基板处理系统，其中当所述第一边接近所述内部耦接件时，所述第一边与所述外部耦接件处的所述输送管线对齐，且朝向所述第二边弯曲。
19.如权利要求15所述的基板处理系统，其中所述第一边是直的且与所述输送管线的内壁对齐。
20.如权利要求15所述的基板处理系统，其中所述第一边是直的且与所述输送管线的内壁形成小于180°的角度，并且其中所述外部耦接件的长度小于所述外端的长度。
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