CN112204167B - 用于气相自由基的控制的多区气体注入 - Google Patents

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Abstract

提供了一种改进了对气相自由基的控制的工艺和设备。在一个实施例中，提供了一种产生原子氧的系统，其中，产生原子氧的气体在注入工艺空间中之前被混合。该混合可以在喷头内发生，也可以在进入到该喷头中之前发生。在另一个实施例中，提供了一种喷头，该喷头包括多个区。喷头的一些区可以将产生原子氧的气体的混合物注入到工艺空间中，而其他区不注入此混合物。在一个实施例中，将产生原子氧的气体的混合物注入到主区中，而将那些气体的子集注入到喷头的内区和外区中。该工艺和该设备在正加工的衬底上提供了均匀密度的原子氧。

Description

用于气相自由基的控制的多区气体注入
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年5月24日提交的名称为“Multiple Zone Gas Injection forControl of Gas Phase Radicals[用于气相自由基的控制的多区气体注入]”的美国临时专利申请号62/676,173的优先权；该美国临时专利申请的披露内容通过援引以其全文明确并入本文。
背景技术
本披露内容涉及衬底处理。具体地，本披露内容提供用于处理衬底的表面的设备和方法。
原子层沉积是用于在衬底上形成层的已知技术。在原子层沉积中，衬底循环地接触交替的气态物质(或前体)。气态物质以自限制或近自限制方式与衬底表面反应。薄膜可以通过重复交替的气态物质的循环来缓慢地形成。各种工艺工具可以用于原子层沉积工艺。例如，可以利用分批炉型系统。也可以利用单衬底系统，其中针对单衬底来对工艺室填充气体以及将其排空。又一种系统是空间原子层沉积系统。在空间原子层沉积系统中，衬底以相对高的速度行进经过气体注入器、或经过气体喷头或经过具有注入器出口的喷头，这些注入器出口随着衬底以循环方式经过而将必要气体注入到衬底表面附近以完成原子层沉积工艺步骤。
一种已知的原子层沉积工艺是原子层沉积氧化物膜(例如，氧化硅)的形成。示例性工艺可以包括依序使衬底表面接触含硅气体，随后使衬底表面接触原子氧(O)。由于产生高质量的氧化硅沉积膜的优异氧化性质，原子氧可以是优选的。示例性空间原子层沉积工艺可以包括首先使衬底接触含硅气体，比如，二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷等。接着，可以使衬底接触原子氧。用于产生原子氧的典型技术包括个别地将氧气(O2)和氢气(H2)的气体组合注入到衬底表面上方，其中O2和H2混合并反应以形成气相副产物，比如，原子氧(O)。原子氧(O)可以与衬底上的硅反应以形成氧化硅。这些技术被称为低压自由基氧化(LPRO)。通常，该工艺通过衬底被加热并且注入处于期望比率的低压(低于10托)O2和H2来进行。上述化学成分只是用于氧化硅的原子层沉积的示例性已知化学成分，并且将认识到的是，可能存在其他化学成分并且可能存在其他材料的原子层沉积。
除了原子层沉积工艺之外，在像空间系统等系统中产生原子氧还可以具有其他用途。例如，原子氧表面处理的其他用途是已知的。在一个实施例中，原子氧可以被提供到表面以便扩散到表面中，从而形成扩散的氧化硅层。
利用原子氧的系统中存在的问题在于：在衬底的表面上提供均匀密度的原子氧。不均匀密度的原子氧可能导致膜沉积不均匀和其他问题。例如，原子氧的不均匀性将改变扩散到衬底中的原子氧量并改变扩散的氧化硅膜的形成。由于消耗了下方的材料，而不是形成沉积膜，所以这些扩散的膜在原子层沉积工艺中通常是不期望的。进一步地，原子氧密度不均匀将导致所吸附的硅物质的氧化不均匀。例如，如果所吸收的分子是DCS，DCS可能不会完全氧化并转化为氧化硅。后续的DCS接触循环可能导致DCS吸附较少，并由此导致最终沉积的氧化硅不均匀。
因此，期望提供一种使衬底上方的气相自由基的密度的均匀性提高的系统和方法。
发明内容
提供了一种改进了对气相自由基的控制的工艺和设备。在一个实施例中，提供了改进的原子氧控制。在一个实施例中，提供了一种利用原子氧的系统，其中产生原子氧的气体在注入工艺空间中之前混合。混合可以在喷头内发生，或可以在进入到喷头中之前发生。在另一个实施例中，提供了一种喷头，该喷头包括多个区。喷头的一些区可以将产生原子氧的气体的混合物注入到工艺空间中，而其他区不注入此混合物。在一个实施例中，将产生原子氧的气体的混合物注入到主区中，而将那些气体的子集注入到喷头的内区和外区中。该工艺和该设备在正加工的衬底上提供了均匀密度的原子氧。
在一个实施例中，提供了一种用于处理衬底的系统。该系统可以包括喷头，该喷头至少具有主区、内区和外区。该喷头可以进一步包括多个注入器，这些注入器被配置为将多种气体注入到该系统的工艺空间中，该多个注入器包括至少一个主区注入器、至少一个内区注入器和至少一个外区注入器。该系统可以进一步包括气相混合器，该气相混合器被配置为接收两种或更多种气体，该气相混合器被定位为在将这两种或更多种气体提供到该至少一个主区注入器之前混合这两种或更多种气体。进一步地，该系统被配置为加工这两种或更多种气体并产生一种或更多种气相自由基，以在该衬底的整个径向区域上产生均匀密度的该一种或更多种气相自由基。
在另一个实施例中，提供了一种用于加工半导体衬底的系统。该系统可以包括喷头，该喷头至少具有主区和外区。该喷头可以进一步包括多个注入器，这些注入器被配置为将多种气体注入到该系统的工艺空间中，该多个注入器包括至少一个主区注入器和至少一个外区注入器。该系统可以进一步包括气相混合器，该气相混合器被配置为接收两种或更多种气体，该气相混合器被定位为在将这两种或更多种气体提供到该至少一个主区注入器之前混合这两种或更多种气体。进一步地，该系统被配置为将这两种或更多种气体的子集提供到该外区注入器，其中，该系统被配置为利用这两种或更多种气体在该工艺空间中产生一种或更多种气相自由基。
在又一个实施例中，提供了一种在衬底上沉积层的方法。该方法包括提供多种工艺气体以及提供至少具有主区和外区的喷头。该方法进一步包括：将第一多种气体通过该喷头主区提供到工艺空间；以及在将该第一多种气体提供到该工艺空间之前预混合该第一多种气体。该方法进一步包括：在该工艺空间中从该第一多种气体获得气相自由基；将该第一多种气体的子集提供到该外区；以及在该衬底上获得密度均匀的该气相自由基。该方法进一步包括：利用该气相自由基在该衬底上沉积该层。
在再一个实施例中，提供了一种执行原子层沉积工艺的低压自由基氧化步骤的方法。该方法包括：提供多种工艺气体；提供至少具有主区和外区的喷头；以及将第一多种气体通过该喷头主区提供到工艺空间。该方法进一步包括：在将该第一多种气体提供到该工艺空间之前预混合该第一多种气体；以及在该工艺空间中从该第一多种气体获得原子氧(O)。该方法进一步包括：将该第一多种气体的子集提供到该外区；以及在该衬底上获得均匀密度的该原子氧(O)。该方法进一步包括：在该低压自由基氧化步骤期间利用该原子氧(O)在该衬底上沉积包括氧化物的层。
附图说明
通过参考以下结合附图的描述，可以获取对本发明及其优点的更透彻的理解，其中，相似的附图标记指示相似的特征。然而，应当注意的是，这些附图仅展示了所披露的构思的示例性实施例，并且因此不被认为限制了范围，因为所披露的构思可以承认其他同等有效的实施例。
图1展示了常规空间原子层沉积系统。
图2到图4展示了与图1的系统一起使用的喷头。
图5展示了用于低压自由基氧化的喷头以及随附的气体分配系统的示例性实施例，其中在喷头之前完成了预混合。
图6展示了作为多个区的结果的在衬底上的示例性原子氧密度。
图7展示了具有多个区的示例性喷头的仰视图。
图8展示了图7的喷头的俯视图。
图9展示了用于低压自由基氧化的喷头以及随附的气体分配系统的示例性实施例，其中在喷头中完成了预混合。
图10和图11展示了用于在喷头中预混合气体的示例性实施例。
图12和图13展示了利用如本文所披露的技术的示例性方法。
具体实施方式
提供了一种改进了对气相自由基的控制的工艺和设备。在一个实施例中，提供了改进的原子氧控制。在一个实施例中，提供了一种利用原子氧的系统，其中产生原子氧的气体在注入工艺空间中之前混合。混合可以在喷头内发生，或可以在进入到喷头中之前发生。在另一个实施例中，提供了一种喷头，该喷头包括多个区。喷头的一些区可以将产生原子氧的气体的混合物注入到工艺空间中，而其他区不注入此混合物。在一个实施例中，将产生原子氧的气体的混合物注入到主区中，而将那些气体的子集注入到喷头的内区和外区中。该工艺和该设备在正加工的衬底上提供了均匀密度的原子氧。
在一个实施例中，改进了对气相自由基的控制的工艺和设备可以是用于空间原子层沉积的系统和方法。在更具体的实施例中，该工艺和该设备提供对空间原子层沉积的原子氧密度的改进的控制。
在一个实施例中，本文所描述的工艺和设备可以结合到如图1所示的利用旋转台板的空间原子层沉积工具中。图1的常规空间原子层沉积工具的总体结构可以类似于本领域中已知的总体结构。将认识到的是，然而，本文所描述的构思可以结合到各种各样的其他衬底加工工具中。如图1所示，以如从衬底加工工具100的工艺室105内所见的俯视图示出衬底加工工具100。设置了台板110，其中该台板固持一个或更多个衬底115。衬底115可以被固持在基座上，该基座可以加热衬底。LPRO喷头120位于台板110上方。硅前体喷头125也位于台板110上方。台板110旋转(如箭头所指示)，以使得一个或更多个衬底115可以依序在硅前体喷头125下方移动，并接着在LPRO喷头120下方移动。以此方式，可以进行空间原子层沉积工艺。如图所示，也设置了气体出口泵送端口130。可以设置控制器以控制系统的各种操作参数，包括(例如但不限于)温度、气体流量、压力、旋转速度、原子层沉积循环次数等。衬底加工工具100还可以包括氮气(N2)净化源128。N2净化源128在衬底旋转经过LPRO喷头120和硅前体喷头125之后提供N2净化。N2净化源128可以按任何数量的方式配置，比如一排气体注入器、在单独的分隔区中的一排气体注入器、喷头等。
图2展示了台板110、衬底115和LPRO喷头120在衬底115在LPRO喷头120下方旋转时的截面图。LPRO喷头将气体注入到衬底115上方的工艺空间210中(如箭头205所指示)。从LPRO喷头120注入到工艺空间210中的气体被用作原子沉积工艺的一部分。在图3中，可以看到LPRO喷头120、衬底115和台板110的更详细的视图。如图3所示，LPRO喷头120可以包括注入器孔305，这些注入器孔用于如箭头205所示将空气注入到工艺空间210中。如图所示，裙部310可以围绕注入器孔305。图4中示出了LPRO喷头120、裙部310和注入器孔305的立体图。图2到图4的喷头是常规的。如本文所描述，描述了改进的喷头以及用于使用这种改进的喷头的技术。
如本文所描述，描述了改进的喷头以及用于使用这种改进的喷头的技术。根据本文所披露的技术，LPRO喷头设有不同的气体注入区，并且反应气体在将那些气体注入到衬底上方的工艺空间中之前混合。然而，将认识到的是，预混合的构思和气体区的构思不需要组合地利用，而是可以单个地利用，但仍相比现有技术获得益处。
在一个实施例中，O2和H2在注入到工艺空间中之前预混合。还可以包括载气，比如氮气(N2)。混合可以按各种方式完成。在一个实施例中，混合可以在气体分配歧管中或在特殊混合气室中发生。在另一个实施例中，混合可以在LPRO喷头内发生。还可以利用其他混合技术，以便提供气体在注入到工艺空间(比如工艺空间210)中之前混合的混合工艺。与在工艺空间中单独注入气体(其中混合在工艺空间中发生)相比，这种预混合提供更均质的混合物以及用于形成原子氧的更均匀的工艺。
也已发现，工艺空间中的原子氧密度的不均匀性可能也由各种因素引起。例如，已发现，N2的放入可能在喷头的内径向部分和外径向部分处发生，从而稀释反应化学成分并导致原子氧密度不均匀。进一步地，已发现气体温度在喷头的内径向部分和外径向部分中较低，从而进一步降低原子氧的形成。如本文所描述，通过在这些内径向区和外径向区中注入少量的附加H2以使该工艺的H2/O2比率有偏差，抵消了这些影响。这将H2/O2比率提高到足以补偿温度和N2稀释影响。因此，可以提供一种气体注入器和/或喷头布置，该气体注入器和/或喷头布置被设置为具有多个区，以使得可以提供对工艺空间的不同区域的具体气体控制。在一个实施例中，设置了主区、内区和外区，每个区被提供对气体的个性化控制。在一个实施例中，所有气体被提供到主区中，但仅将气体的子集提供到内区和外区中。
图5中示出了用于实现上述技术的一个示例性系统。如图5所示，衬底加工工具包括LPRO喷头500。如图所示，LPRO喷头500包括裙部505。如图所示，LPRO喷头500包括外区气体入口515，该外区气体入口连接到外区H2质量流量控制器510和外区气体注入器517。如图所示，LPRO喷头500包括内区气体入口525，该内区气体入口连接到内区H2质量流量控制器520和内区气体注入器527。LPRO喷头500还包括连接到气体混合器550的第一主区气体入口560和第二主区气体入口570。如图5所示，气体混合器550连接到H2质量流量控制器530、O2质量流量控制器540和N2质量流量控制器545。如图所示，LPRO喷头500的主区包括喷头主区室572和多个主区气体注入器575。在操作中，如图中箭头所示，气体从质量流量控制器流动到注入器并进入工艺空间210中。类似于其他图中所示，衬底115设置在台板110上。
在图5的实施例中，该工艺的反应气体(H2和O2)在进入工艺空间210之前预混合。在图5的实施例中，预混合在气体混合器550中发生。气体混合器550可以是衬底加工工具的歧管系统的一部分，或可以是特殊混合气室。将认识到的是，也可以利用预混合气体的替代实施例。进一步地，如图5所示，可以在工艺空间上可变地控制注入到工艺空间中的气体，以便使原子氧的形成的均匀性改进。在所示出的示例中，主区与内侧区和外侧区一起设置。在图6中，可以看到不同区的含义。如图6所示，设置了工艺空间210、外区气体注入器517、主区气体注入器575和内区气体注入器527。图6还展示了工艺空间210内的原子氧密度的曲线图。更具体地，净原子氧密度630被绘为密度对在工艺空间210上的位置的函数。如所指示的，净原子氧密度在衬底115上方的区域上是相对均匀的。净原子氧密度630是由喷头的每个区中注入的气体引起的原子氧形成的函数。如图所示，主区原子氧密度615在衬底的边缘附近降低。内区和外区的使用通过以下方式来弥补此降低：通过注入附加H2以便调整这些区域中的H2/O2比率，而使侧区中的原子氧形成局部增加。因此，如图所示，内区原子氧密度610和外区原子氧密度620与主区原子氧密度615组合以提供净原子氧密度630。
图5和图6提供了LPRO喷头500的截面图。图7提供了LPRO喷头500的仰视图。如图7所示，LPRO喷头500包括围绕主区705、内区710和外区715的裙部505。将认识到的是，因为图7的实施例只是示例性的，所以区的特定配置和区的数量可以变化。因此，图7仅展示了在LPRO喷头上调整反应气体以便在邻近于衬底的工艺空间中提供更均匀的反应结果的一种方式。进一步地，图7展示了分别位于内区710、主区705和外区715内的内区气体注入器527、主区气体注入器575和外区气体注入器517。将认识到的是，每个区内的注入器的特定样式和数量可以变化，并且图中所示的布置只是示例性的。
图8展示了图5到图7的LPRO喷头500的俯视图。如图8所示，LPRO喷头500包括内区气体入口525、第一主区气体入口560、第二主区气体入口570和外区气体入口515。
如上所述，有利的是，将反应气体在注入工艺空间中之前预混合以便在衬底上提供更均匀的工艺结果。如图5到图8所示，可以在注入到喷头中之前执行预混合。图9展示了可以在喷头自身中执行混合的实施例。图9的实施例类似于图5的实施例，不同之处在于没有利用气体混合器550。取而代之的是，如图所示，气体H2、O2和N2从相关联的质量流量控制器分别提供到H2气体入口905、O2气体入口910和N2气体入口915。在此实施例中，气体可以接着在前进穿过主区气体注入器575进入工艺空间210之前在喷头主区室572中混合。因此，混合可以集成到喷头自身的功能性中。虽然主区室572被示出为开放室，但将认识到的是，该主区室可以由迷宫、挡板、空间或促进工艺气体的混合的其他通道构成。
图10和图11中示出了在喷头自身中预混合气体的一个示例性实施例。如图10所示，示出了喷头的有限区域，更具体地，喷头的主区区域。如图10所示，设置了第一主区气体入口1005和第二主区气体入口1010(类似于图5的第一主区气体入口560和第二主区气体入口570)。例如，第一主区气体入口1005可以连接到氧气(O2)源，并且第二主区气体入口1010可以连接到氢气(H2)源。连接到第一主区气体入口1005和第二主区气体入口1010的是迷宫1015，来自入口的气体可以在该迷宫内混合。迷宫1015可以连接到具有端口1025的歧管1020。图11中示出了图10的结构在喷头1105内的截面图。如图所示，第一主区气体入口1005、第二主区气体入口1010、迷宫1015、歧管1020和端口1025提供用于气体混合并进入喷头主区室572、接着通过主区气体注入器575而离开进入工艺空间中的路径。在一个示例性实施例中，喷头和部件可以由铝形成。
上述设备和方法在需要使用喷头将气体注入到工艺空间中的各种各样的应用中有效。在一个实施例中，该设备和这些技术对原子层沉积设备和工艺有效。在更具体实施例中，该设备和这些技术对空间原子层沉积工艺、更具体地对原子层沉积工艺的LPRO步骤有效。在一个具体LPRO步骤中，该设备和这些技术对由H2和O2气体形成原子氧有效。各种各样的工艺条件可以用于促进这种反应。在一个实施例中，工艺条件可以包括约760摄氏度的工艺温度、6500标准立方厘米/分(sccm)的主区O2气体流量、3500sccm的主区H2气体流量、8000sccm的主区N2气体流量、50sccm到150sccm的内区H2气体流量以及450sccm到500sccm的外区气体流量。取决于总气体流量和温度，工艺空间中的进一步压力可以约高到20托到低到100毫托。较低的总气体流量将增加反应气体的停留时间，从而允许更彻底的加热和更多的化学反应时间。将认识到的是，这些工艺条件只是示例性的，并且可以取决于工艺的具体应用和需要而利用各种各样的工艺条件。在一个实施例中，主区中的气体比率略微偏离峰值产生比率。例如，如果原子氧的峰值产生比率发生在40％H2和60％O2的混合物中，那么主区比率可以在略低的H2浓度(例如，35％)，并且H2注入到边缘区将补偿可能在边缘区处发生的损耗(比如N2稀释)。取决于具体硬件、工艺和工艺条件变化，该工艺可以反转。例如，富含H2的工艺(例如，50％H2和50％O2)可以在主区中运行。接着，O2可以注入到边缘区中以按有利于这些区中峰值产生的方式使该工艺有偏差，因此为在边缘区处的减少的原子氧提供补偿。在示例性实施例中，在内区或外区中提供的仅有的气体可以是H2或可以是O2。然而，在其他实施例中，也可以包括其他气体。
已在空间原子层沉积工具的上下文中提供本文所描述的构思，该空间原子层沉积工具加工在加工工具工艺室中旋转的多个衬底。然而，将认识到的是，本文所描述的构思可以应用到单衬底室设计(例如，单硅晶片设计)。在这些情况下，这些区可以被配置成包括一个圆形主区(用于圆形衬底)，该圆形主区由沿着圆形主区的最外周边360度延伸的一个外区围绕。再次取决于所利用的具体应用和硬件，其他配置也是可能的。
在一个实施例中，可以获得在工艺空间中的衬底上方的原子氧的显著均匀性，这是因为在衬底上方的工艺空间中，原子氧密度变化小于5％，并且在一个实施例中，甚至可以在1.0％到2.5％之间。以此方式，可以在衬底上提供气相自由基的径向控制，以提供显著均匀的气相自由基(在一个实施例中，原子氧)。
将认识到的是，可以在各种各样的工艺化学成分中利用本文所描述的设备和技术。例如，在氧氮化硅的原子层沉积中，可以在主区中利用O2和氨气(NH3)反应气体。进一步地，可以将NH3注入到外区和内区中。通常，少数气体(或速率限制气体)将沿着喷头的中心轴线或外边缘注入到周边区域中。这是因为在氧氮化硅的情况下，NH3浓度(或NH3/O2比率，其中NH3<O2)对于确定结合到最终膜中的氮的量是重要的。在这种情况下，NH3的稀释将是实现期望的膜均匀性的限制因素。因此，较高效的是，改变(即，增大)到边缘区的NH3流量以恢复期望NH3/O2比率。如上所述，本文所提供的反应化学成分实施例只是示例性的。
上述预混合和分区技术可以组合地利用或单个地利用。这样的技术提供产生从低浓度到高浓度的原子氧的宽广动态范围，同时在衬底上维持期望的均匀性结果。可以调整主区外的气体流量以补偿原本可能发生的各种边缘不均匀性。在所讨论的示例性实施例中，气体的子集被提供到主区外的区中。在一个特定实施例中，H2被提供到主区外，而O2和H2被提供到主区中。将认识到的是，区的使用也可以包括在所有区上反应气体相同，然而，气体流量和/或比率被调整以补偿在衬底上的变化。因此，描述了可以在衬底(在一个示例中，径向地在半导体晶片上，更具体地，在硅晶片上)上提供均匀密度的气相自由基(在一个示例中，原子氧)的系统和方法。该系统和这些方法提供可调整性以补偿流速、温度、衬底旋转速度等。这些技术可以用于控制在原子层沉积工艺开始时提供的低原子氧浓度，这是有益的，因为在原子层沉积工艺开始时提供的低原子氧浓度将减少衬底消耗。被配置为控制系统的操作变量的控制器可以用于控制利用本文所披露的预混合和/或多个区的构思的系统，以便达到加工目标，包括期望的气相自由基密度。
将认识到的是，上述工艺流程仅仅是示例性的，并且许多其他工艺和应用也可以有利地使用本文所披露的技术。图12到图13展示了使用本文所描述的加工技术的示例性方法。将认识到的是，图12到图13的实施例只是示例性的，并且附加的方法可以利用本文所描述的技术。进一步地，可以将附加的加工步骤添加到图12到图13所示的方法，因为所描述的步骤不旨在是排他性的。此外，步骤的顺序不限于图中所示的顺序，因为可能出现不同的顺序和/或可以组合地或同时地执行各种步骤。
在图12，示出在衬底上沉积层的方法。该方法包括：提供多种工艺气体的步骤1205；以及提供至少具有主区和外区的喷头的步骤1210。该方法进一步包括：将第一多种气体通过喷头主区提供到工艺空间的步骤1215；以及在将第一多种气体提供到工艺空间之前预混合第一多种气体的步骤1220。该方法进一步包括：在工艺空间中从第一多种气体获得气相自由基的步骤1225；以及将第一多种气体的子集提供到外区的步骤1230。该方法还包括：在衬底上获得均匀密度的气相自由基的步骤1235；以及利用气相自由基以在衬底上沉积层的步骤1240。
在图13中，示出了在衬底上执行原子层沉积工艺的低压自由基氧化步骤的方法。该方法包括：提供多种工艺气体的步骤1305；以及提供至少具有主区和外区的喷头的步骤1310。该方法进一步包括：将第一多种气体通过喷头主区提供到工艺空间的步骤1315；以及在将第一多种气体提供到工艺空间之前预混合第一多种气体的步骤1320。该方法进一步包括：在工艺空间中从第一多种气体获得原子氧(O)的步骤1325；以及将第一多种气体的子集提供到外区的步骤1330。该方法进一步包括：在衬底上获得均匀密度的原子氧(O)的步骤1335；以及在低压自由基氧化步骤期间利用原子氧(O)在衬底上沉积包括氧化物的层的步骤1340。
鉴于该描述，本发明的进一步修改和替代性实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，该描述将被解释为仅是说明性的，并且是为了教导本领域技术人员实施本发明的方式。应当理解的是，在本文示出和描述的本发明的形式和方法将被视为目前的优选实施例。均等技术可以替代本文所展示和描述的技术，并且本发明的某些特征可以独立于其他特征的使用来利用，所有这些对于受益于本发明的描述的本领域技术人员来说都将是显而易见的。

Claims (30)

1.一种用于加工衬底的系统，其中该衬底是硅晶片，该系统包括：
喷头，该喷头至少具有主区、内区和外区，该喷头进一步包括多个注入器，这些注入器被配置为将多种气体注入到该系统的工艺空间中，该多个注入器包括至少一个主区注入器、至少一个内区注入器和至少一个外区注入器；
气相混合器，该气相混合器被配置为接收两种或更多种气体，该气相混合器被定位为在将这两种或更多种气体提供到该至少一个主区注入器之前混合这两种或更多种气体；
其中，该系统被配置为加工这两种或更多种气体并产生一种或更多种气相自由基，以在该衬底的整个径向区域上产生均匀密度的该一种或更多种气相自由基，
其中，该一种或更多种气相自由基包括原子氧(O)，
其中，所述两种或更多种气体包括氧气(O2)和氢气(H2)，
其中，该主区用于将包括O2和H2的气体组合提供到该工艺空间中，以及
其中，该内区和该外区将该原子氧提供到该衬底的边缘处以补偿该衬底的边缘处的原子氧损耗。
2.如权利要求1所述的系统，其中，这两种或更多种气体的加工以及该一种或更多种气相自由基的产生在该衬底的暴露于该一种或更多种气相自由基的表面上产生氧化硅膜。
3.如权利要求2所述的系统，进一步包括控制器，该控制器被配置为控制该系统的操作变量以便达到加工目标。
4.如权利要求2所述的系统，其中，该气相混合器与该喷头成一体。
5.如权利要求2所述的系统，其中，该气相混合器在这两种或更多种气体被提供到该喷头之前被定位。
6.如权利要求1所述的系统，其中，只有H2通过该内区和该外区被提供。
7.如权利要求1所述的系统，其中，该主区中的H2与O2的主区比率被调整成低于用于产生该原子氧的峰值产生比率。
8.如权利要求1所述的系统，其中，只有O2通过该内区和该外区被提供。
9.如权利要求1所述的系统，其中，该系统被配置为运转多个晶片。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述两种或更多种气体包括氨气(NH3)。
11.一种用于加工衬底的系统，其中该衬底是硅晶片，该系统包括：
喷头，该喷头至少具有主区、内区和外区，该喷头进一步包括多个注入器，这些注入器被配置为将多种气体注入到该系统的工艺空间中，该多个注入器包括至少一个主区注入器、至少一个内区注入器和至少一个外区注入器；
气相混合器，该气相混合器被配置为接收两种或更多种气体，该气相混合器被定位为在将这两种或更多种气体提供到该至少一个主区注入器之前混合这两种或更多种气体；
其中，该系统被配置为加工这两种或更多种气体并产生一种或更多种气相自由基，以在该衬底的整个径向区域上产生均匀密度的该一种或更多种气相自由基，
其中，该一种或更多种气相自由基包括原子氧(O)，
其中，所述两种或更多种气体包括氧气(O2)和氢气(H2)，
其中，该主区用于将包括O2和H2的气体组合提供到该工艺空间中，以及
其中，该主区中的H2与O2的主区比率被调整成低于用于产生该原子氧的峰值产生比率。
12.一种用于加工半导体衬底的系统，该系统包括：
喷头，该喷头至少具有主区和外区，该喷头进一步包括多个注入器，这些注入器被配置为将多种气体注入到该系统的工艺空间中，该多个注入器包括至少一个主区注入器、和至少一个外区注入器；以及
气相混合器，该气相混合器被配置为接收两种或更多种气体，该气相混合器被定位为在将这两种或更多种气体提供到该至少一个主区注入器之前混合这两种或更多种气体，
其中，该系统被配置为将这两种或更多种气体的子集提供到该外区注入器，并且
其中，该系统被配置为利用这两种或更多种气体在该工艺空间中产生一种或更多种气相自由基，
该系统还包括：
第一主区气体入口，以及第二主区气体入口，其中该第一主区气体入口和该第二主区气体入口设置在该气相混合器和该至少一个主区注入器之间，以在不同位置向该至少一个主区注入器提供单独的入口，
其中，主区室位于该至少一个主区注入器的上方，该至少一个主区注入器包括将气体从该主区室注入到该工艺空间中的多个主区注入器；
该第一主区气体入口和该第二主区气体入口是进入该主区室的入口；
所述系统还包括与该第一主区气体入口和该第二主区气体入口分离的外区气体入口，其中该外区气体入口将至少一种气体供应到该至少一个外区注入器而不通过该主区室，
其中，该半导体衬底是硅晶片，所述两种或更多种气体包括氧气(O2)和氢气(H2)，并且该一种或更多种气相自由基包括原子氧(O)。
13.如权利要求12所述的系统，其中，这两种或更多种气体的加工以及一种或更多种气相自由基的产生在该硅晶片的暴露于该一种或更多种气相自由基的表面上产生氧化硅膜。
14.如权利要求13所述的系统，其中，该系统被配置为运转单一硅晶片。
15.一种通过使用权利要求12，13或14的系统在衬底上沉积层的方法，该方法包括：
提供多种工艺气体；
提供至少具有主区和外区的喷头；
将第一多种气体通过该喷头主区提供到工艺空间；
在将该第一多种气体提供到该工艺空间之前预混合该第一多种气体；
在该工艺空间中从该第一多种气体获得气相自由基；
将该第一多种气体的子集提供到该外区；
在该衬底上获得密度均匀的该气相自由基；以及
利用该气相自由基在该衬底上沉积该层。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该第一多种气体包括氧气(O2)和氢气(H2)。
17.如权利要求16所述的方法，其中，该第一多种气体的子集包括H2。
18.如权利要求16所述的方法，其中，该第一多种气体的子集包括O2。
19.如权利要求16所述的方法，其中，该层包括氧化物。
20.如权利要求15所述的方法，其中，该第一多种气体包括氧气(O2)和氨气(NH3)。
21.如权利要求20所述的方法，其中，该第一多种气体的子集包括NH3。
22.如权利要求15所述的方法，其中，该喷头进一步包括内区，该第一多种气体的子集还被提供到该内区。
23.一种通过使用权利要求12，13或14的系统在衬底上执行原子层沉积工艺的低压自由基氧化步骤的方法，该方法包括：
提供多种工艺气体；
提供至少具有主区和外区的喷头；
将第一多种气体通过该喷头主区提供到工艺空间；
在将该第一多种气体提供到该工艺空间之前预混合该第一多种气体；
在该工艺空间中从该第一多种气体获得原子氧(O)；
将该第一多种气体的子集提供到该外区；
在该衬底上获得均匀密度的该原子氧(O)；以及
在该低压自由基氧化步骤期间利用该原子氧(O)在该衬底上沉积包括氧化物的层。
24.如权利要求23所述的方法，该原子层沉积工艺是空间原子层沉积工艺。
25.如权利要求24所述的方法，该喷头进一步包括内区，该第一多种气体的子集还被提供到该内区。
26.如权利要求25所述的方法，其中，该第一多种气体包括氧气(O2)和氢气(H2)。
27.如权利要求25所述的方法，其中，该第一多种气体的子集包括H2。
28.如权利要求27所述的方法，其中，该氧化物包括氧化硅。
29.如权利要求25所述的方法，其中，控制器被配置为控制执行该方法的系统的操作变量以便达到加工目标。
30.如权利要求29所述的方法，其中，这些操作变量包括提供到该外区和该内区的该第一多种气体的子集的气体流量，其中，这些加工目标包括该衬底上方的原子氧(O)的密度的均匀性。
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