CN112673461A - 用于多流前驱物剂量的装置 - Google Patents

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Abstract

提供了具有输送通道的气体分配装置，该输送通道具有入口端、出口端、及沿着长度隔开的多个孔。该输送通道被分隔物分成多个分区。该多个分区中的每一者均具有入口及出口。

Description

用于多流前驱物剂量的装置
技术领域
本公开内容的实施方式大致涉及用于使气体流入处理腔室中的装置及方法。更具体而言，本公开内容的实施方式涉及线性流动装置，用于向处理腔室(例如原子层沉积腔室或化学气相沉积腔室)引导气体流。
背景技术
在半导体处理、平板显示器处理、或其他电子元件处理的领域中，气相沉积工艺在基板上沉积材料的方面起着重要作用。随着电子元件的几何形状持续缩小且元件的密度持续增加，特征的尺寸及深宽比变得越来越具有激进(例如特征尺寸为0.07μm且深宽比为10或更大)。因此，材料的保形(conformal)沉积以形成这些元件变得越来越重要。
在原子层沉积(ALD)工艺期间，将反应气体引入到容纳基板的处理腔室中。一般而言，基板的区域与第一反应物接触，该第一反应物被吸收到基板表面上。基板接着与第二反应物接触，该第二反应物与第一反应物起反应以形成沉积的材料。可以在每种反应气体的输送之间引入净化气体以确保仅在基板表面上进行反应。
由于处理腔室中的前驱物流的不均匀性，CVD及ALD工艺可能显示前驱物剂量效应。详细而言，中心到边缘的均匀性通常显示与淋喷头孔的配置相关的图案。可以改变孔的尺寸及间隔来增加均匀性。然而，对淋喷头的修改可能是困难、昂贵、及不可逆的。因此，本领域中需要向处理腔室输送均匀气体流的装置及方法。
发明内容
本公开内容的一个或多个实施方式涉及用于控制使气体流入处理腔室中的气体分配装置。螺旋气体输送通道具有一定长度，其中多个孔沿着该长度隔开。该螺旋气体输送通道具有至少一个分隔壁，该至少一个分隔壁将该气体输送通道分成多个气体输送分区。这些气体输送分区中的每一者具有一定的分区长度、入口、及出口。
本公开内容的额外的实施方式涉及包括板的气体分配装置，该板具有前侧表面及后侧表面。第一气体输送通道凹入该板的该后侧表面中。该第一气体输送通道具有一定长度的螺旋形状，且沿着该长度被分隔壁分成多个第一分区。每个第一分区具有入口、出口、及一定的分区长度。第二气体输送通道凹入该板的该后侧表面中。该第二气体输送通道具有一定长度的、与该第一气体输送通道互相缠绕的螺旋形状。该第二气体输送通道沿着该长度被分隔壁分成多个第二分区。每个第二分区具有一定长度、出口、及分区长度。多个第一孔沿着该气体输送通道的该长度隔开。该多个孔中的每一者从该板的该前侧表面延伸到该第一气体输送通道。多个第二孔沿着该第二气体输送通道的该长度隔开。这些第二孔中的每一者从该板的该前侧表面延伸到该第二气体输送通道。
本公开内容的另外的实施方式涉及向处理腔室的处理区域提供气体流的方法。向气体分配装置中的第一气体输送通道提供第一气体流及向该气体分配装置中的第二气体输送通道提供第二气体流。该第一气体输送通道及该第二气体输送通道形成于板中。该第一气体输送通道具有一定长度的螺旋形状及沿着该长度隔开的多个孔。该第一气体输送通道具有至少一个分隔壁，该至少一个分隔壁将该第一气体输送通道分成多个第一分区。每个第一分区具有一定的分区长度、入口、及出口。该第二气体输送通道具有一定长度的螺旋形状及沿着该长度隔开的多个孔。该第二气体输送通道具有至少一个分隔壁，该至少一个分隔壁将该第二气体输送通道分成多个第二分区。每个第二分区具有一定的分区长度、入口、及出口。
附图说明
作为可以用来获得和详细了解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参照本公开内容的实施方式来获得上文所简要概述的本公开内容的更详细说明，附图中绘示了这些实施方式。然而，要注意，附图仅绘示本公开内容的典型实施方式，且因此不应将这些附图视为本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可以容许其他同等有效的实施方式。
图1示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的俯视图；
图2示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的横截面等轴视图；
图3示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的等轴视图；
图4示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的仰视图；
图5示出依据一个或多个实施方式的气体分配装置的局部横截面图；
图6示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的俯视图；
图7示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的局部横截面图；
图8示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的分解局部横截面图的视图；
图9示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的等轴视图的横截面；
图10示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的等轴视图；
图11示出流入处理腔室的多分区气体流的示意表示；
图12示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的俯视图；
图13示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置的俯视图；
图14示出依据本公开内容的一个或多个实施方式具有歧管的气体分配装置的俯视图；
图15示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的歧管的横截面图；
图16A示出依据本公开内容的一个或多个实施方式具有歧管的气体分配装置的俯视图；
图16B示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的歧管的示意横截面图；及
图17示出依据本公开内容的一个或多个实施方式具有歧管的气体分配装置的示意图。
具体实施方式
本公开内容的实施方式涉及用于化学气相沉积类型的工艺中的气体分配装置。本公开内容的一个或多个实施方式涉及并入所描述的气体分配装置的原子层沉积工艺及装置(也称为循环沉积)。所描述的气体分配装置可以称为淋喷头或气体分配板，但本领域中的技术人员将认识，该装置的形状不需要类似淋喷头或板。不应将用语“淋喷头”及“板”视为本公开内容的范围的限制。
图1到4绘示了具有气体输送通道402的气体分配装置400的实施方式。在此实施方式中，气体输送通道402凹入气体分配板403的后侧401中。所示的实施方式具有凹入到气体分配板403的后侧401中的大的内区段，其中输送通道402又进一步地凹入该内区段。这允许添加后盖407，后盖407可以被安置在后侧401中的凹陷区域中从而包封输送通道402，如图2中所示。后盖407在被插入到某些实施方式的凹陷的后侧401中时，产生气体分配板的实质齐平的后侧表面。本领域中的技术人员将了解，后盖407不需要装配于气体分配板403的后侧401的凹陷区域内，而是也可以直接搁置在气体分配板403的后侧401上。在此类的实施方式中，不存在输送通道进一步凹入的大凹陷区域。相反，输送通道直接凹入到气体分配板403的后侧401中。
后盖407可以具有开口以允许入口管及出口管通过,以允许与输送通道402流体连通。这可以在图2及3中看出。入口管及出口管可以是后盖407的一体部分，或可以是连接到后盖407使得防止或最小化流体泄漏的分离部件。多个孔408穿过气体分配板403延伸到气体分配板403的前侧405。这些孔可以在图1、2、及4中看见。多个孔408可以沿着输送通道的长度均匀隔开，或可以沿着通道的长度具有变化的间隔。可变的间隔可以帮助沿着输送通道的点处从输送通道产生更均匀的气体流。例如，在具有复杂形状的气体输送通道中，孔的间隔可以沿着长度变化。
在所示的实施方式中，气体分配板403是圆形的，且输送通道402形成螺旋形状。入口端404被标记在气体分配板403的外周边区域420中的螺旋的外部处，而出口端406位于气体分配板403的中心区域422中的螺旋的中心处。本领域中的技术人员将了解，入口端404及出口端406可以颠倒，其中入口端404位于螺旋的中心处且出口端406位于螺旋的外部处。在一些实施方式中，入口端404及出口端406中的一者定位在气体分配板403的外周边区域420中，且入口端404及出口端406中的另一者定位在气体分配板403的中心区域422中。在一个或多个实施方式中，入口端404定位在气体分配板403的外周边区域420处，且出口端406定位在气体分配板403的中心区域422处。在某些实施方式中，出口端406定位在气体分配板403的外周边区域420处，且入口端404定位在气体分配板403的中心区域422处。
在图2及3中，入口端404及出口端406被绘示为从气体分配板403的后盖407延伸的小管。管通过入口阀414在入口410与后盖407之间延伸。另一个管可以通过出口阀416在出口412与后盖407之间延伸。管可以通过本领域中的技术人员所习知的任何合适的连接件连接到后盖407，且可以被密封以防止流过管而进入输送通道402的流体的泄漏。合适的密封设备包括但不限于定位在凸缘424与后盖407之间的o形环。凸缘424可以与管一体成形，或可以是将管保持到后盖的分离部件。凸缘424可以通过任何合适的机械连接件(包括但不限于螺钉)连接到后盖407。
图5示出依据本公开内容的一个或多个实施方式的输送通道402的一部分及气体分配板403中的孔408的横截面图。本领域中的技术人员将了解，图5中所描述的输送通道及孔仅是说明性的，且不应视为本公开内容的范围的限制。本领域中的技术人员将了解，存在产生从输送通道402穿过气体分配板403的流动的其他方式。图5中所示的输送通道402具有两个部分，即上部832及下部830。虽然这些部分被示为分离的区域，但将了解，在上部832与圆形的下部830之间可以存在无缝的过渡。
此外，将了解，上部832是可选的，且不需要包括在输送通道402中。在不存在上部832时，下部830是唯一的部分。因此，输送通道可以具有任何合适的形状。在一些实施方式中，输送通道的形状使得实质不干扰气体流动通过通道。
上部832可以具有任何合适的形状。在图5中所示的实施方式中，上部832具有与气体分配板403的后侧401的表面正交地延伸的壁。然而，将了解，上部832可以具有从方形向后侧401斜切的壁。斜切可以在气体分配板403的后侧401处提供渐缩至较小开口的较大开口。此外，斜切还可以在后侧401处提供渐缩至较大开口的较小开口。可以依需要修改上部832的长度。
在一些实施方式中，上部具有侧面，所述侧面与气体分配板403的后侧401实质垂直且在后侧401的表面下方延伸约0.01英寸到约0.3英寸的范围中的长度L。如说明书及随附权利要求书中所使用的，用语“与...实质垂直”意味着，上部的壁相对于气体分配板的后侧具有在约85度到约95度的范围中的角度。在一些实施方式中，上部在后侧的表面下方延伸的长度L在约0.02英寸到约0.2英寸的范围中、或在约0.05英寸到约0.15英寸的范围中、或在约0.08英寸到约0.12英寸的范围中。在一个或多个实施方式中，上部在后侧的表面下方延伸约0.1英寸的长度。
圆形的下部830可以具有任何合适的横截面，包括但不限于半圆形及半椭圆形。可以依需要修改圆形的下部的宽度(也称为圆形的下部的直径)。可以依需要修改上部的宽度。输送通道的直径一般而言可以对螺旋中的圈数有影响。在一些实施方式中，如图5中所示，上部的宽度约等于下部的直径。各种实施方式的输送通道具有的直径在约0.3英寸(～7.5mm)到约0.45英寸(～11.5mm)的范围中、或在约0.325英寸(～8.25mm)到约0.425英寸(～11mm)的范围中、或在约0.35英寸(～9mm)到约0.40英寸(～10mm)的范围中。在一个或多个实施方式中，输送通道具有约0.375英寸(～9.5mm)的直径。
孔408的具体形状可以取决于通过孔的期望的气体流而变化。在图5的实施方式中，孔408具有三个相异的区段；第一区段834、第二区段836、及第三区段838。再次地，区段的数量及区段的形状仅是一个实施方式的说明，且不应视为本公开内容的范围的限制。第一区段834从输送通道402的圆形的下部830朝向气体分配板403的前侧405延伸。第一区段834具有第一直径D1。第二区段836从第一区段834朝向前侧405延伸，且具有从第一直径D1向第二直径D2逐渐变小的直径，该第二直径一般小于第一直径。第三区段838从第二区段836的端部延伸且在气体分配板403的前侧405处结束。在第三区段838与前侧405的相交处，形成有孔洞840。流动通过输送通道402的气体通过此孔洞840离开气体分配板403进入处理腔室。孔洞840具有与第二直径D2大约相同的直径。在各种实施方式中，孔洞840的直径是在约0.01英寸到约0.25英寸的范围中、或在约0.02英寸到约0.2英寸的范围中、或在约0.03英寸到约0.15英寸的范围中、或在约0.04英寸到约0.1英寸的范围中。在一些实施方式中，固持件840具有小于约0.1英寸、或小于约0.08英寸、或小于约0.06英寸、或小于约0.04英寸、或小于约0.02英寸、或小于约0.01英寸的直径。
随着输送通道从气体分配板的外周缘向中心区域螺旋(反之亦然)，可以在横截面中观察到似乎存在多个相邻的通道，即使其可能是单个通道。图2示出这种似乎存在的多个通道。通道、或螺旋的各圈之间的间隔分离达一定距离。在一些实施方式中，相对于中心测量到的通道之间、或单个通道的各圈之间的距离是在约0.375英寸到约0.475英寸的范围中、或在约0.40英寸到约0.45英寸的范围中、或在约0.41英寸到约0.43英寸的范围中。在一个或多个实施方式中，相邻通道的中心之间的平均距离为约0.42英寸。
图1-4中所示的气体通道的长度可以取决于许多因素而变化，包括但不限于通道的直径及相邻通道之间的距离。在各种实施方式中，输送通道具有的长度在约140英寸到约340英寸的范围中、或在约180英寸到约300英寸的范围中、或在约200英寸到约280英寸的范围中、或在约220英寸到约260英寸的范围中。在一个或多个实施方式中，输送通道具有约240英寸的长度。
孔的数量也取决于许多因素，包括但不限于输送通道的长度及孔的间隔。在具有单个螺旋通道的一些实施方式中，存在约300个与900个的范围中的孔、或约400个到约800个的范围中的孔、或约500个到约700个的范围中的孔。在各种实施方式中，沿着通道的长度存在大于约300、400、500、600、700、或800个孔。在一个或多个实施方式中，沿着输送通道的长度存在约600个孔。
在一个实施方式中，如图1中所示，气体输送板403在气体输送板403的后侧中包括单个输送通道402。输送通道402具有位于气体分配板403的外周边区域420中的入口端404。输送通道402从入口端404遵循向内螺旋的路径到位于气体分配板403的中心区域422中的出口端406。输送通道402具有约240英寸的整体长度(界定为入口端404与出口端406之间的距离)。多个孔408沿着输送通道402的整体长度隔开。沿着输送通道403的整体长度，存在着在约500个与约700个的范围中的孔。输送通道403具有约0.375英寸的平均直径，且螺旋通道的相邻部分的中心隔开约0.42英寸。
本公开内容的另一个实施方式示于图6到10中。气体分配装置900包括凹入气体分配板903的后侧901中的两个输送通道902a、902b。第一输送通道902a具有第一入口端904a及第一出口端906a及沿着第一输送通道902a的长度隔开的多个第一孔908a。第二输送通道902b具有第二入口端904b、第二出口端906b、及沿着第二输送通道902b的长度隔开的多个第二孔908b。
第一入口910a连接到第一输送通道902a的第一入口端904a。第一入口910a适于连接到气体源。第一出口912a连接到第一输送通道902a的第一出口端906a。第一出口912a适于连接到真空源。第二入口910b连接到第二输送通道902b的第二入口端904b。第二入口910b适于连接到气体源。第二出口912b连接到第二输送通道902b的第二出口端906b。第二出口912a适于连接到真空源。
在图6到10中所示的实施方式中，输送通道902a、902b中的每一者形成螺旋形状。一个或多个实施方式(例如附图中所示的实施方式)具有沿着螺旋形状的长度互相缠绕的两个输送通道902a、902b。本领域中的技术人员将了解，两个输送通道902a、902b可以具有螺旋以外的形状，且不需要互相缠绕。在某些实施方式中，多个第一孔908a及第二孔908b穿过气体分配板903延伸到气体分配板903的前侧905。
在一些实施方式中，输送通道902a、902b中的每一者形成螺旋形状，所述螺旋形状的入口端904a、904b及出口端906a、906b中的一者定位在气体分配板903的外周边区域920中，且入口端904a、904b及出口端906a、906b中的另一者定位在气体分配板903的中心区域922中。在一个或多个实施方式中，两个通道902a、902b的入口端904a、904b都定位在外周边区域920中，且两个通道902a、902b的入口端904a、904b都定位在气体分配板903的中心区域922中。在某些实施方式中，两个通道902a、902b的入口端904a、904b都定位在中心区域922中，且两个通道902a、902b的入口端904a、904b都定位在气体分配板903的外周边区域920中。在一个或多个实施方式中，入口端904a、904b中的一者定位在外周边区域920中，且入口端904b、904a的另一者定位在中心区域922处，其中出口端906a、906b位于每个个别的输送通道902a、902b的另一端处。
图8示出图6中所示的气体分配板903的后盖907。有四个孔洞(未编号)位于后盖907中，这些孔洞与输送通道902a、902b的入口端904a、904b及出口端906a、906b大致对准。孔洞可以用来提供用于在入口910a、910b及出口912a、912b中连接到通道902a、902b的接入点(access point)。在一些实施方式中，入口910a、910b及出口912a、912b与后盖907一体成形。此外，如图9及10中所见，可以存在一个或多个入口阀914a、914b及出口阀916a、916b。
图9及10示出依据本公开内容的各种实施方式的气体分配装置900的透视图。示出了用凸缘924a、924b连接到后盖907的入口910a、910b。可以通过如本领域中的技术人员所习知的任何合适的机构及技术来实现凸缘924a、924b的连接及气密密封。出口912a、912b也可以用凸缘或用块体连接件925连接到后盖907。块体925可以与后盖907一体成形或可以是分离的部件。块体925可以为出口阀916a、916b提供额外的支撑及空间，从而允许连接管以一定角度从后盖907凸出。虽然入口910a、910b及入口阀914a、914b被示为位于气体分配板903的外部周边区域920上，且出口912a、912b及出口阀916a、916b被示为位于气体分配板903的中心区域922处，但将了解，这些元件也可以是颠倒或混合的，且附图仅说明一个实施方式。
随着输送通道从气体分配板的外周缘向中心区域螺旋(反之亦然)，可以在横截面中观察到似乎存在多个相邻的通道。在螺旋互相缠绕的情况下，每个相邻通道中的气体来自另一个入口910a、910b。通道与相邻的通道隔开一定距离。在一些实施方式中，相对于通道的中心所测量到的通道之间的距离是在约0.375英寸到约0.475英寸的范围中、或在约0.40英寸到约0.45英寸的范围中、或在约0.41英寸到约0.43英寸的范围中。在一个或多个实施方式中，相邻通道的中心之间的平均距离为约0.42英寸。
图6-10中所示的气体通道的长度可以取决于许多因素而变化，包括但不限于通道的直径及相邻通道之间的距离。在各种实施方式中，输送通道中的每一者具有的长度在约70英寸到约170英寸的范围中、或在约90英寸到约150英寸的范围中、或在约100英寸到约140英寸的范围中、或在约110英寸到约130英寸的范围中。在一个或多个实施方式中，输送通道具有约120英寸的长度。
孔的数量也取决于许多因素，包括但不限于输送通道的长度及孔的间隔。在具有单个螺旋通道的一些实施方式中，存在约150个与450个的范围中的孔、或约200个到约400个的范围中的孔、或约250个到约350个的范围中的孔。在各种实施方式中，沿着通道的长度存在大于约150、200、250、300、350、或400个孔。在一个或多个实施方式中，沿着输送通道中的每一者的长度存在约300个孔。
许多CVD/ALD工艺显示对晶片上的从晶片的中心到边缘的金属沉积均匀性的前驱物剂量效应。可以改变沿着气体输送通道的长度或淋喷头中的可变的孔洞尺寸以改善沉积工艺的均匀性。本公开内容的一些实施方式提供了具有改善的中心到边缘的不均匀性的螺旋的气体分配装置。一些实施方式并入了具有不同的前驱物流量的不同的气体输送分区以改善均匀性。在一些实施方式中，使用通向各种分区的流动路径内的不同尺度的孔口来控制前驱物流量。
在一些实施方式中，螺旋淋喷头设置有不同的分区以供前驱物流进入腔室。可以将淋喷头设计为具有N个分区(例如N＝3)以用于CVD/ALD工艺的多种前驱物。对于每种前驱物而言，可以通过个别的阀门(例如PLC阀门)来控制每个分区中的流量，且可以通过具有可变尺寸的个别孔口来控制前驱物的剂量。N个阀门可以在将前驱物依序暴露于晶片的期间同步操作“开及关”。
一些实施方式提供了气体管线歧管以向不同的分区提供气体流。一些实施方式的歧管包括了集成式净化以用于净化腔室的上游侧及维持该上游侧处的正压力。可以将歧管构造为使前驱物在N个分区中流过淋喷头并为每种前驱物使用单个倾卸管线(dumpline)(例如两个倾卸管线用于两种前驱物)。在一些实施方式中，使用针阀而不是孔口来增加工艺可调性。在一些实施方式中，一起使用针阀及孔口来控制工艺。本公开内容的一些实施方式提供了用来基于工艺需求维持多种气体流的装置。一些实施方式提供了具有改善的平衡流动时间的装置，即气体流的改变比常规的气体分配装置更快地到达晶片表面。
图11提供了依据一个或多个实施方式的流动图案的示意表示。基板10定位于基板支撑物12上，使得基板与淋喷头14隔开一定距离。所绘示的流动图案具有三个分区：内分区21、中间分区22、及外分区23。内分区21定位于晶片的中心处，且外分区23定位于晶片的外周边处。在内分区21中流动的前驱物31的量小于在中间分区22中流动的前驱物32的量，在中间分区22中流动的前驱物32的量小于在外分区23中流动的前驱物33的量(由不同长度的箭头所指示)。所绘示的实施方式仅是一个可能的配置，且不应视为本公开内容的范围的限制。例如可以改变分区的数量、相对的前驱物量、和/或流量以改善均匀性。
图12绘示依据本公开内容的一个或多个实施方式的气体分配装置100。气体分配装置100包括板110，板110具有后侧表面112及前侧表面(不可见)。气体输送通道120位于板110的后侧表面112上。在一些实施方式中，输送通道120凹入到板110的后侧表面112中，如图2中所绘示。
气体输送通道120被绘示为螺旋通道。这仅代表一个可能的配置。在一些实施方式中，气体输送通道120是不规则的形状。
螺旋气体输送通道120具有由螺旋的最外点121沿着通道120到最内点122所界定的总长度。多个孔沿着该气体输送通道120的长度隔开。可以在图1到10的实施方式中看见这些孔，且为了明确起见从图12及13省略这些孔。
螺旋气体输送通道120沿着通道120的长度具有至少一个分隔壁130。分隔壁130将通道120分成多个分区。在所绘示的实施方式中，存在将通道120分成以下三个分区的两个分隔壁130：内分区131、中间分区132、及外分区133。气体输送分区中的每一者均具有沿着螺旋气体输送通道120的长度从分区的最内点及最外点所测量到的分区长度。气体输送分区131、132、133中的每一者具有入口131a、132a、133a及出口131b、132b、133b。入口及出口在图式上被绘示为圆形以表示是在讨论分区长度的哪个端部。入口开口及出口开口可以位于后盖中且与附图上所指示的标记对准。
在所绘示的实施方式中，分区中的每一者的入口131a、132a、133a被示为位于螺旋的外端(较远离中心)处，且出口131b、132b、133b被示为位于螺旋的内端(较靠近中心)处。然而，入口及出口可以颠倒，使得入口较靠近螺旋的内端且出口较靠近外端。在一些实施方式中，入口中的一些位于分区的内端处，且出口中的至少一者位于至少一个分区的内端处。
附图绘示了由分隔物形成三个分区的实施方式。然而，可以存在多于或少于三个的分区。在一些实施方式中，存在两个分区。在一些实施方式中，存在四个、五个、六个、或更多个分区。
图13绘示本公开内容的另一个实施方式，其中存在两个输送通道：第一输送通道120及第二输送通道125。第一输送通道120及第二输送通道125中的每一者均凹入板110的后侧112中。在所绘示的实施方式中，输送通道120、125中的每一者形成互相缠绕的螺旋形状。分隔物130将通道120、125中的每一者分成三个分区。第一输送通道120被分成内分区131、中间分区132、及外分区133，且第二输送通道125被分成内分区136、中间分区137、及外分区138。
一些实施方式的入口131a、132a、133a、136a、137a、138a(如图13中所示)定位于分区的外端处，且出口131b、132b、133b、136b、137b、138b中的每一者定位于分区的内端处。在一些实施方式中，入口中的每一者位于分区的内端处，且出口中的每一者位于分区的外端处。在一些实施方式中，第一输送通道120的分区的入口中的每一者定位于分区的内端处，且第二输送通道125的分区的入口中的每一者定位于分区的外端处。
图14示出一些实施方式的气体分配装置100的俯视示意图。后盖107被调整尺寸以覆盖板且包封气体输送通道，如图1中所示。气体分配歧管200位于后盖107上。气体分配歧管200具有多个入口通路210(用虚线示出)及多个出口通路212(用虚线示出)。入口通路210提供分区入口与气体源(未示出)之间的流体连通，且出口通路212提供分区出口与排气装置(未示出)之间的流体连通。
图15示出歧管200的横截面图，其示出内部出口通路212。在一些实施方式中，第一输送通道的分区出口通过歧管中的、合并到第一排气口214a的多个出口通路流体连通到排气装置。图15中所绘示的六个出口通路212与图14中所示的六个分区中的一者流体连通。在一些实施方式中，第二输送通道的分区出口通过歧管200中的、合并到第二排气口214b的多个出口通路212流体连通到排气装置。
再次参照图14，在一些实施方式中，每个歧管入口开口211与阀门220及可选的孔口230流体连通。在一些实施方式中，不存在孔口230。在一些实施方式中，存在比阀门220少的孔口230。在一些实施方式中，每个阀门220具有孔口230。使用时，孔口230可以是不同的，使得可以控制流过导管222到阀门220的前驱物量。可以使用较小尺寸的孔口230来限制前驱物的量，且可以使用较大尺寸的孔口230来增加流动到歧管200中的前驱物的量。
一些实施方式的歧管200包括净化入口240，净化入口240可以连接到净化气体源。净化入口可以用来使净化气体通过通道150(参照图12及13)流动到处理腔室中。在一些实施方式中，净化入口可以用来在没有前驱物流过阀门220时在腔室上游提供正压力。
在一些实施方式中，阀门220中的每一者与控制器250通信。一些实施方式的控制器250被构造为同时开启与输送通道中的一者流体连通的所有阀门220。例如，可以同时开启向第一气体输送通道提供气流的所有阀门，且可以关闭向第二气体输送通道提供气流的所有阀门。阀门状态可以颠倒，使得第二气体输送通道启用而第一气体输送通道停用。通过一次仅使前驱物中的一者流动，可以执行原子层沉积工艺。在一些实施方式中，同时启用两个气体输送通道以提供化学气相沉积类型的工艺。在一些实施方式中，一个或多个阀门与排气管线217流体连通。例如，在图14中所示的实施方式中，排气管线217在合并点216处合并成单个排气管线，且在合并点216上游具有可选阀门218及在合并点216下游具有可选阀门219。在一些实施方式中，排气管线在合并点216上游具有一个或多个阀门218。在一些实施方式中，排气管线在合并点216上游具有一个或多个阀门218，且在合并点216下游不具有阀门。在一些实施方式中，排气管线在合并点216下游具有阀门219。在一些实施方式中，排气管线在合并点216下游具有阀门219，且在合并点216上游不具有阀门。
图14中所绘示的实施方式具有两个分离的导管222a、222b。在一些实施方式中，两个导管222a、222b连接于附图上游以向导管222a及导管222b提供单个气体流。在一些实施方式中，导管222a及导管222b连接到分离的气体源(未示出)且与这些分离的气体源流体连通。导管222a通过孔口230a及阀门220a连接到歧管200，且导管222b通过孔口230b及阀门220b连接到歧管200。
图16A示出歧管200的另一个实施方式，其中两个导管322a、322b通过不同尺寸的入口管线连接到歧管。在所绘示的实施方式中，气体通过阀门320a及孔口330a流动到导管322a中。导管322a中的气体流分成三个入口管线323a、323b、323c，其中每个入口管线323a、323b、323c分别连接到入口开口311a、311b、311c。气体通过阀门320b及孔口330b流动到导管322b中。导管322b中的气体流分成三个入口管线324a、324b、324c，其中每个入口管线324a、324b、324c分别连接到入口开口321a、321b、321c。入口管线的尺寸是不同的，使得进入开口的气体流导或气体输送分区中的气体流被控制。可以通过改变入口管线的尺寸来改变传导性，使得可以修改不同输送分区处的传导性。在一些实施方式中，不同输送分区处的传导性大约相同(例如在相对5％内)。在一些实施方式中，输送分区中的每一者的传导性是不同的。可以通过改变入口管线的长度或直径中的一者或多者来改变入口管线的尺寸。图16B示出与图16A类似的实施方式的歧管200的一部分，其中导管322a、322b位于歧管200内，且单个源管线310a连接到导管322a。在所绘示的实施方式中，入口管线323a、323b、323c连接到歧管200内的导管322a。所绘示的实施方式包括图16A中所绘示的实施方式的左侧。右侧是所示出的左侧的镜像。
图17示出歧管200的另一个实施方式，其中分别通过不同尺寸的孔口340a、340b、340c、开口341a、341b、341c来控制进入开口311a、311b、311c、或气体输送分区中的气体流导。可以改变开口341a、341b、341c的尺寸，使得可以修改不同输送分区处的传导性。在一些实施方式中，不同输送分区处的传导性大约相同(例如在相对5％内)。在一些实施方式中，输送分区中的每一者的传导性是不同的。在一些实施方式中，最靠近源管线310a的孔口340a的开口341a比较远离源管线310a的孔口340c的开口341c小。
在一些实施方式中，如图14中所示，歧管200包括一个或多个辅助开口260。辅助开口260可以穿过整个歧管200或可以是部分开口。在一些实施方式中，辅助开口260用作热探针的保持器，该热探针用来测量歧管、气体、和/或基板的温度。例如，可以插入多个高温计以通过歧管测量基板温度。
在一些实施方式中，至少一个控制器250连接到个别的阀门220以控制通过气体分配装置100的气体流量。控制器250可以是可以用在工业环境中以供控制各种腔室及子处理器的任何形式的一般用途电脑处理器、微控制器、微处理器等等中的一者。
在一些实施方式中，该至少一个控制器250具有处理器252、耦接到处理器252的存储器254、耦接到处理器252的输入/输出设备256、及用来在不同的电子及机械元件之间通信的支持电路258。存储器254可以包括暂时性存储器(例如随机存取存储器)及非暂时性存储器(例如存储装置)中的一者或多者。
处理器的存储器254或计算机可读取介质可以是可容易获得的存储器中的一者或多者，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的本地或远程数字存储装置。存储器254可以保存指令集，该指令集可以由处理器252操作以控制系统的参数及元件。支持电路258耦接到处理器252以用常规方式支持处理器。电路可以包括例如高速缓存、电源、时脉电路、输入/输出电路系统、子系统等等。
一般可以将工艺储存在存储器中作为软件例程，该软件例程在由处理器执行时使得装置执行本公开内容的工艺。也可以由第二处理器(未示出)储存及/或执行软件例程，该第二处理器位于被处理器控制的硬件的远端。也可以用硬件执行本公开内容的方法中的一些或全部。如此，工艺可以用软件实施且使用计算机系统来执行、用硬件实施为例如应用特定集成电路或其他类型的硬件实施方式、或实施为软件与硬件的组合。软件例程在由处理器执行时，将通用计算机变换成控制腔室操作使得工艺被执行的特定用途计算机(控制器)。
在一些实施方式中，控制器250具有一种或多种配置以执行个别工艺或子工艺以执行方法的实施方式。可以将控制器250连接到中间元件及配置为操作这些中间元件，以执行方法的功能。例如，可以将控制器250连接到气阀、致动器、马达、缝阀、真空控制器等等中的一者或多者并配置为控制这些元件。
一些实施方式的控制器250具有从以下项目选择的一种或多种配置：用来控制一个或多个阀门220以开启和/或关闭阀门的配置；用来控制一个或多个排气阀218、219的配置；用来控制进入净化入口240的气体流量的配置；或用来读取由一个或多个热感测器所提供的信息的配置。
本公开内容的一些实施方式涉及向处理腔室的工艺区域提供气体流的方法。向气体分配装置中的第一气体输送通道提供第一气体流及向该气体分配装置中的第二气体输送通道提供第二气体流。第一气体流及第二气体流可以是顺序的或同时的。
第一气体通过通向气体歧管的多个第一入口管线流动到处理腔室。第一入口管线中的每一者具有阀门且可选地具有孔口。阀门可以开启以允许第一气体流动到处理腔室中。可以改变孔口的尺寸以改变传递到气体歧管中通过阀门的第一气体的量以改变不同分区中的前驱物量。
第二气体通过通向气体歧管的多个第二入口管线流动到处理腔室。第二入口管线中的每一者具有阀门且可选地具有孔口。阀门可以开启以允许第二气体流动到处理腔室中。可以改变孔口的尺寸以改变传递到气体歧管中通过阀门的第二气体的量以改变不同分区中的前驱物量。
该装置可以用于等离子体处理。例如，可以将输送通道、气体分配装置、或淋喷头相对于处理腔室的另一个部分极化以在腔室内点燃等离子体。可以将输送通道、气体分配装置、或淋喷头相对于腔室的一部分极化，或可以相对于输送通道、气体分配装置、或淋喷头偏压腔室的一部分。例如，可以将输送通道、气体分配装置、或淋喷头相对于台座极化，或可以相对于输送通道、气体分配装置、或淋喷头将台座极化。也可以调整等离子体的频率。在一个或多个实施方式中，等离子体处于约13.56MHz的频率。在一些实施方式中，等离子体处于约40MHz、50MHz、60MHz、70MHz、80MHz、90MHz、100MHz、110MHz、或120MHz的频率。
在一些实施方式中，存在定位于后盖与气体分配装置的主体部分(即包括气体输送通道的部分)之间的绝缘材料(未示出)。此绝缘材料提供了后盖与气体分配装置的主体部分之间的电气隔离，使得可以相对于主体部分将后盖极化。这么做可以允许在气体分配装置内或在输送通道内激发等离子体。等离子体可以接着流过多个孔进入处理腔室的处理区域，处理区域是气体分配装置与台座之间的区域。此配置可以称为远程等离子体，因为等离子体是在处理区域外部形成(点燃)的。
所描述的气体分配装置可以用来在等离子体增强原子层沉积(PEALD)工艺期间形成一个或多个层。在一些工艺中，等离子体的使用提供充足的能量以将物种提升成激发状态，在激发状态，表面反应变得是有利的及容易的。可以连续或脉冲地将等离子体引入到工艺中。在一些实施方式中，前驱物(或反应气体)及等离子体的顺序脉冲用来处理层。在一些实施方式中，可以局部地(即在处理区域内)或远程地(即在处理区域外部)离子化试剂。远程离子化可以发生在沉积腔室上游，使得离子或其他高能的或发光的物种不与沉积膜直接接触。在一些PEALD工艺中，等离子体在处理腔室外部产生，例如通过远程等离子体产生器系统来产生。等离子体可以经由本领域中的技术人员所习知的任何合适的等离子体产生工艺或技术来产生。例如，等离子体可以通过微波(MW)频率产生器或射频(RF)产生器中的一者或多者来产生。等离子体的频率可以取决于所使用的具体反应物种来调整。合适的频率包括但不限于2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz、及100MHz。虽然可以在本文中所揭露的沉积工艺期间使用等离子体，但应注意，也可以不需要等离子体。
依据一个或多个实施方式，气体分配装置可以用来在形成层之前和/或之后使基板经受处理。此处理可以执行在相同的腔室中或一个或多个分离的处理腔室中。在一些实施方式中，将基板从第一腔室移动到分离的第二腔室以供进一步处理。可以将基板从第一腔室直接移动到分离的处理腔室，或可以将基板从第一腔室移动到一个或多个传送腔室，然后移动到所需的分离处理腔室。因此，处理装置可以包括与传送站连通的多个腔室。此类装置可以称为“集群工具”或“集群系统”等等。
一般而言，集群工具包括执行各种功能的多个腔室的模块化系统，这些功能包括基板中心寻找及定向、除气、退火、沉积和/或蚀刻。依据一个或多个实施方式，集群工具至少包括第一腔室及中心传送腔室。中心传送腔室可以容纳机器人，该机器人可以在处理腔室与装载锁定腔室之间及之中往返运送基板。传送腔室一般是维持在真空条件下，且提供中间级以供从一个腔室向另一个腔室和/或向定位于集群工具的前端处的装载锁定腔室往返运送基板。可适于本公开内容的两种众所周知的集群工具是
Figure BDA0002970116780000171
及
Figure BDA0002970116780000172
两者皆可以从加州圣克拉拉市的应用材料有限公司取得。然而，可以为了执行本文中所述的工艺的具体步骤的目的而改变确切的腔室布置及组合。可使用的其他处理腔室包括但不限于循环层沉积(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、脱气、定向、羟化、及其他的基板工艺。通过在集群工具上的腔室中实现工艺，可以在沉积后续的膜之前不进行氧化的情况下避免以大气杂质污染基板表面。
依据一个或多个实施方式，基板连续地处于真空或“装载锁定”的条件下，且在从一个腔室移动到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在真空压力下被“抽空”。惰性气体可以存在于处理腔室或传送腔室中。在一些实施方式中，将惰性气体用作净化气体，以在基板的表面上形成硅层之后移除反应物中的一些或全部。依据一个或多个实施方式，在沉积腔室的出口处注入净化气体，以防止反应物从沉积腔室移动到传送腔室和/或额外的处理腔室。因此，惰性气体流在腔室的出口处形成气幕(curtain)。
可以使用例如所描述的气体分配装置在单个基板沉积腔室中处理基板。在此类腔室中，在处理另一个基板之前装载、处理、及卸载单个基板。也可以用连续的方式处理基板(与输送系统类似)，其中将多个基板各自装载到腔室的第一部分中、移动通过腔室、且从腔室的第二部分卸载。腔室的形状及相关联的输送系统可以形成笔直的路径或弯曲的路径。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整个回转料架路径内暴露于沉积、蚀刻、退火、清洁等等的工艺。
在处理期间，可以将基板加热或冷却。此类加热或冷却步骤可以通过任何合适的手段来完成，包括但不限于以下步骤：改变基板支撑物的温度及使加热后或冷却后的气体流动到基板表面。在一些实施方式中，基板支撑物包括可以控制为传导性地改变基板温度的加热器/冷却器。在一个或多个实施方式中，所采用的气体(反应气体或惰性气体中的任一者)被加热或冷却以局部改变基板温度。在一些实施方式中，加热器/冷却器定位于与基板表面相邻的腔室内，以对流地改变基板温度。
基板也可以在处理期间固定的或旋转。旋转的基板可被连续地或用谨慎的步骤来旋转。例如，可以在整个工艺内旋转基板，或可以在暴露于不同的反应或净化气体的步骤之间小量旋转基板。在处理期间旋转基板(连续地或分步地)可以通过最小化例如气流几何形状的局部可变性的效应，来帮助产生更均匀的沉积或蚀刻。
虽然已经参照了详细的实施方式来描述本文中的公开内容，但要了解，这些实施方式仅说明本公开内容的原理及应用。本领域中的技术人员将理解，可以在不脱离本公开内容的精神及范围的情况下对本公开内容的方法及装置做出各种修改及变化。因此，本公开内容旨在包括落入随附权利要求及其等效物的范围内的修改及变化。

Claims (15)

1.一种气体分配装置，包括：
螺旋气体输送通道，具有长度且具有沿着所述长度隔开的多个孔，所述螺旋气体输送通道具有至少一个分隔壁，所述至少一个分隔壁将所述气体输送通道分成多个气体输送分区，每个气体输送分区具有分区长度、入口、及出口。
2.根据权利要求1所述的气体分配装置，其中所述气体输送通道凹入到板的后侧表面中，且所述多个孔穿过所述板延伸到前侧表面。
3.根据权利要求2所述的气体分配装置，其中所述输送通道形成螺旋形状，且每个分区具有内端及外端，且所述入口及所述出口中的一者定位在所述分区的所述外端处，且所述入口端及所述出口端中的另一者定位在所述分区的所述内端处。
4.根据权利要求2所述的气体分配装置，其中有两个输送通道凹入所述板的所述后侧中以形成第一输送通道及第二输送通道。
5.根据权利要求4所述的气体分配装置，其中所述输送通道中的每一者形成螺旋形状，且每个分区具有内端及外端，且所述入口及所述出口中的一者定位在所述分区的所述外端处，且所述入口及所述出口中的另一者定位在所述分区的所述内端处。
6.根据权利要求5所述的气体分配装置，其中所述两个输送通道沿着螺旋形状互相缠绕。
7.根据权利要求6所述的气体分配装置，其中所述分区中的每一者的所述入口定位在所述分区的所述内端或所述外端处，且所述出口定位在所述分区的所述内端或所述外端的另一者处。
8.根据权利要求6所述的气体分配装置，其中所述第一输送通道的所述分区的所述入口中的每一者定位在所述分区的所述内端处，且所述第二输送通道的所述分区的所述入口中的每一者定位在所述分区的所述外端处。
9.根据权利要求6所述的气体分配装置，更包括：后盖，位于所述气体分配板的所述后侧上，所述后盖覆盖所述凹入的通道。
10.根据权利要求9所述的气体分配装置，更包括：气体分配歧管，位于所述后盖上，所述气体分配歧管具有用于提供气体源与所述分区入口之间的流体连通的多个入口通路及用于提供所述分区出口与排气装置之间的流体连通的多个出口通路。
11.根据权利要求10所述的气体分配装置，其中所述第一输送通道的所述分区出口通过所述歧管中的、合并到第一排气口的多个出口通路与排气装置流体连通，且所述第二输送通道的所述分区出口通过所述歧管中的、合并到第二排气口的多个出口通路与排气装置流体连通。
12.根据权利要求10所述的气体分配装置，其中每个入口通路形成歧管入口开口与所述输送通道中的一者的分区之间的流体连接。
13.根据权利要求12所述的气体分配装置，其中每个歧管入口开口与阀门及可选的孔口流体连通。
14.根据权利要求13所述的气体分配装置，其中所述阀门中的每一者与控制器通信，所述控制器被构造为同时开启与所述输送通道中的一者流体连通的所述阀门中的全部阀门。
15.一种向处理腔室的处理区域提供气体流的方法，所述方法包括以下步骤：
向气体分配装置中的第一气体输送通道提供第一气体的气流并向所述气体分配装置中的第二气体输送通道提供第二气体的气流，所述第一气体输送通道及所述第二气体输送通道形成于板中，所述第一气体输送通道具有一定长度的螺旋形状及沿着所述长度隔开的多个孔，所述第一气体输送通道具有将所述第一气体输送通道分成多个第一分区的至少一个分隔壁，每个第一分区具有分区长度、入口、及出口，所述第二气体输送通道具有一定长度的螺旋形状及沿着所述长度隔开的多个孔，所述第二气体输送通道具有将所述第二气体输送通道分成多个第二分区的至少一个分隔壁，每个第二分区具有分区长度、入口、及出口。
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