CN113891957A - 具有入口混合器的喷头 - Google Patents

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Abstract

提供了气体分配设备，具有：喷头，具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，前板具有邻近气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，气体空间具有中心区域及外部区域；第一入口，与气体空间的中心区域流体连通，入口具有内侧及外侧；以及混合器，在入口内侧上设置以增加气体流温度。还提供了处理腔室设备及沉积膜的方法。

Description

具有入口混合器的喷头
技术领域
本公开内容一般涉及一种用于将气体流提供到处理腔室中并使其离开处理腔室的设备及方法。更具体地，本公开内容的实施方式涉及具有在喷头的入口内侧上设置的混合器的气体分配设备。
背景技术
在半导体处理、平板显示器处理或其他电子装置处理的领域中，气相沉积工艺对于在基板上沉积材料很重要。利用较小的技术节点，在稳态及瞬时期间的晶片上处理均匀性变得更为严格。气体流速、压力及化学物质分配对晶片上性能而言是重要的。在晶片表面处理期间，产生副产物，所述副产物改变物质成分，从而不利地影响晶片表面处理(沉积、蚀刻等)。基于中心馈送及边缘排气的气体分配设备可以导致从中心到边缘的温度变化及副产物累积，从而导致晶片上处理不均匀性。
在原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)工艺期间，将反应气体引入含有基板的处理腔室中。大体上，基板的区域与第一反应物接触，该第一反应物吸附到基板表面上。基板随后与第二反应物接触，该第二反应物与第一反应物反应以形成沉积的材料。净化气体可在输送每种反应气体之间引入，以确保仅发生的反应在基板表面上。
气体分配设备(有时形状类似喷头并且被称为喷头)将处理气体近距离地分配到基板(也称为晶片)。包括喷头的气体分配设备具有可能非常难以在气体之间清洁或净化的大体积。在喷头中余留的任何气体可与后续处理气体反应。针对ALD工艺，气体分离在包括喷头的气体分配设备内是重要的，这依赖于气体的交替脉冲，例如，A脉冲、B脉冲、A脉冲、及B脉冲类型输送。由此，在本领域中存在对改进的包括喷头的气体分配设备的持续需求。
发明内容
本发明的一个或多个实施方式涉及气体分配设备。设备包含：喷头，具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，前板具有邻近气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，气体空间具有中心区域及外部区域；第一入口，与气体空间的中心区域流体连通，第一入口具有内侧及外侧；混合器，在入口内侧上设置以增加气体流温度；以及视情况，第二入口，与第一入口流体连通，第二入口实质上垂直于第一入口。
在一个或多个实施方式中，一种处理腔室设备包含：腔室主体，具有限定处理空间的顶壁、底壁及至少一个侧壁；喷头，具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，前板具有邻近气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，气体空间具有中心区域及外部区域，第一入口，与气体空间的中心区域流体连通，第一入口具有内侧及外侧，混合器，在入口内侧上设置以增加气体流温度，及视情况，第二入口，与第一入口流体连通，第二入口实质上垂直于第一入口；以及基板支撑件，与喷头的前板间隔开一距离。
其他实施方式涉及一种在基板上沉积膜的方法。在一个或多个实施方式中，一种在基板上沉积膜的方法包含：使前驱物、氧化剂、或还原剂中的一种或多种流过喷头、第一入口、混合器、及视情况第二入口，该喷头具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，前板具有邻近气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，气体空间具有中心区域及外部区域，该第一入口与气体空间的中心区域流体连通，第一入口具有内侧及外侧，该混合器在入口内侧上设置以增加气体流温度，及视情况该第二入口与第一入口流体连通，第二入口实质上垂直于第一入口；将来自喷头前板的流输送到基板；以及在基板上形成膜。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征所用方式，可参考实施方式进行对上文简要概述的本公开内容的更特定描述，一些实施方式在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本公开内容的常见实施方式，并且由此不被认为限制其范围，因为本公开内容可允许其他等同有效的实施方式。如本文描述的实施方式由实例示出并且在附图的图中不作限制，在附图中相同附图标记指示类似元件。
图1图示了根据本发明的一个或多个实施方式的气体分配设备的视图；和
图2图示了根据本发明的一个或多个实施方式的气体分配设备的视图。
具体实施方式
在描述本公开内容的若干示例性实施方式之前，将理解，本公开内容不限于在以下描述中阐述的配置或工艺步骤的细节。本公开内容能够具有其他实施方式并且以各种方式实践或进行。
如本文使用的术语“约”意指近似或几乎，并且在所阐述的数值或范围的上下文中意指数值的±15％或更小的变化。例如，相差达±14％、±10％、±5％、±2％、或±1％的值将满足约的定义。
如在本说明书及随附权利要求书中使用，术语“基板”或“晶片”指其上执行工艺的表面、或表面的部分。本领域技术人员还可理解，除非上下文另外明确地指出，提及基板也可以指基板的仅一部分。此外，提及在基板上沉积可以意指裸基板及其上沉积或形成有一个或多个膜或特征的基板。
如本文使用的“基板”指在制造工艺期间在其上执行膜处理的任何基板或在基板上形成的材料表面。例如，取决于应用，其上可以执行处理的基板表面包括材料，诸如硅、氧化硅、应变硅、绝缘体上硅(silicon on insulator；SOI)、碳掺杂的氧化硅、非晶硅、掺杂硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、及任何其他材料，诸如金属、金属氮化物、金属合金、及其他导电材料。基板包括但不限于半导体晶片。基板可暴露至预处理工艺，以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化(或以其他方式产生或接枝目标化学成分以赋予化学官能度)、退火和/或烘烤基板表面。除了直接在基板本身的表面上处理之外，在本公开内容中，如下文更详细公开，所公开的任何膜处理步骤也可在基板上形成的下层上执行，并且术语“基板表面”意欲包括如上下文指出的此种下层。因此，例如，在膜/层或部分膜/层已经沉积到基板表面上的情况下，新沉积的膜/层的暴露表面变为基板表面。给定基板表面所包含的材料将取决于待沉积的材料、以及所使用的特定化学物质。
如在本说明书及随附权利要求书中使用，术语“前驱物”、“反应物”、“反应性气体”及类似者可互换使用以指可以与基板表面反应的任何气体物质。
如本文使用的“原子层沉积”或“循环沉积”指相继暴露两种或多种反应性化合物以在基板表面上沉积材料层。基板、或基板的部分分别暴露至两种或更多种反应性化合物，所述反应性化合物被引入处理腔室的反应区中。在时域ALD工艺中，暴露至每种反应性化合物通过时间延迟分离以允许每种化合物粘附在基板表面上合/或在基板表面上反应并且随后从处理腔室净化。认为这些反应性化合物相继暴露至基板。在空间ALD工艺中，基板表面的不同部分、或基板表面上的材料同时暴露至两种或更多种反应性化合物，使得在基板上的任何给定点实质上不同时暴露至一种以上的反应性化合物。如在本说明书及随附权利要求书中使用，将由本领域技术人员理解，在此方面使用的术语“实质上”意指存在小部分基板可归因于扩散而同时暴露至多种反应性气体的可能性，并且不意欲同时暴露。
在时域ALD工艺的一个方面中，将第一反应性气体(即，第一前驱物或化合物A)脉冲输送到反应区中，接着第一时间延迟。接下来，将第二前驱物或化合物B脉冲输送到反应区中，接着第二延迟。在每次时间延迟期间，将净化气体(诸如氩)引入处理腔室中以净化反应区或以其他方式从反应区移除任何残留的反应性化合物或反应副产物。或者，净化气体可在整个沉积工艺中连续流动，使得仅净化气体在反应性化合物的脉冲之间的时间延迟期间流动。交替脉冲输送反应性化合物，直至在基板表面上形成期望的膜或膜厚度。在任一情况下，脉冲化合物A、净化气体、化合物B及净化气体的ALD工艺是一循环。循环可以开始于化合物A或化合物B，并且继续循环的相应次序，直至获得具有预定厚度的膜。
在空间ALD工艺的一实施方式中，第一反应性气体及第二反应性气体(例如，氮气)同时输送到反应区，但由惰性气体遮幕和/或真空遮幕分离。基板相对于气体输送设备移动，使得基板上的任何给定点暴露至第一反应性气体及第二反应性气体。
本公开内容的实施方式涉及用于在化学气相沉积类型工艺中使用的气体分配设备。本公开内容的一个或多个实施方式涉及结合所描述的气体分配设备的原子层沉积工艺及设备(也称为循环沉积)。所描述的气体分配设备可被称为喷头或气体分配板，但本领域技术人员将了解，设备不需要形状类似喷头或板。术语“喷头”和“板”不应当被认为限制本公开内容的范围。
在一个或多个实施方式中，来自入口的携带化学物质的馈送气体到达上部气室(或在不同配置中的下部气室)，该入口与气体空间的中心区域流体连通并且在入口内侧上设置有混合器以增加气体流温度。气体流过入口及混合器到处理空间中。处理气体与晶片表面相互作用，从而导致表面处理(沉积或蚀刻)。具有副产物的处理气体穿过出口移除。以此方式，混合器有利地增加了气体流温度，使得不需要对气体进行预热，从而导致在处理腔室中改进的温度均匀性。在喷头入口中存在混合器有效地增加进入气体流，此举因为不需要额外预热系统而是成本有效的。此外，混合器不影响前驱物的输送时间。
参见图1，一个或多个实施方式涉及用于将气体输送到处理腔室(未图示)的气体分配设备100。在一个或多个实施方式中，气体分配设备是化学气相沉积设备。气体分配设备100包含喷头101，喷头101具有间隔开以形成气体空间105的前板108及背板102，前板108具有邻近气体空间105的内表面107及有多个孔106延伸穿过其中的外表面109。
在一个或多个实施方式中，气体空间105具有中心区域105a及外部区域105b。在一个或多个实施方式中，入口110与气体空间105的中心区域105a流体连通。在一个或多个实施方式中，喷头101进一步包含至少一个侧壁104，侧壁104将前板108连接到背板102并且限定气体空间105的外部区域105b的外部周边边缘103。在一些实施方式中，至少一个侧壁104是用于使前板108与背板102电气隔离的绝缘体。绝缘体可以是本领域技术人员已知的任何绝缘体。
在一个或多个实施方式中，气体分配设备100包含与喷头101的前板108间隔开一距离的基板支撑件122或基座。在一些实施方式中，基板支撑件122包含加热器(未示出)。在一些实施方式中，基板支撑件122固持基板124。基板124及基板处理区域126的温度可部分地由温度受控的基板支撑件122控制。基板支撑件122可热耦接到冷却/加热单元(未示出)，该冷却/加热单元将基板支撑件122及基板124的温度调节至例如约-100℃至约100℃。
在一些实施方式中，前板108及背板102中的一者连接到RF功率源(未示出)并且前板108及背板102中的另一者连接到电气接地以在气体空间105内产生等离子体。等离子体可在气体空间105或喷头101之下的基板处理区域126中点燃。在一个或多个实施方式中，等离子体可在气体空间105中存在以由处理气体的流入来产生前驱物，该处理气体已行进穿过第一入口110，在第一入口110的内侧116上包含混合器118。通常在射频(RF)范围中的AC电压在喷头101的背板102与前板108之间施加以在沉积期间点燃气体空间105中的等离子体。RF电源产生13.56MHz的高RF频率，但也可单独或与13.56MHz频率结合地产生其他频率。
在一些实施方式中，由RF功率源供应的RF能量的频率范围从约2MHz至约60MHz，或者例如，可以使用非限制性频率，诸如2MHz、13.56MHz、27.12MHz、或60MHz。在一些实施方式中，可提供多个RF功率源(即，两个或更多个)以提供处于多个以上频率的RF能量。
在一个或多个实施方式中，第一入口110具有内侧112及外侧114。在一个或多个实施方式中，混合器118在第一入口110的内侧112上设置以增加气体流温度。混合器118可具有任何形状和/或尺寸，使得该混合器装配在第一入口110的内侧112内。例如，混合器118可以是笔直、圆形、正方形、卵形、矩形、或长方形。此外，混合器118的总体形状可以由彼此平行、垂直或同心的重复单元构成。在一个或多个实施方式中，混合器118具有一总体形状，其中实质上不存在用于抑制气体流的死空间。如在本说明书及随附权利要求书中使用，术语“实质上无死空间”意指归因于死空间，气体流被抑制达小于约10％或小于约5％。
参见图1，在一个或多个实施方式中，第一气体A可进入第一入口110的内侧112，且第二气体B可进入第二入口113的内侧112，第二入口113实质上垂直于第一入口110。如本文使用，术语“实质上垂直”意指第一入口及第二入口相对于彼此的一般方向是近似彼此垂直。因此，在一个或多个实施方式中，第一入口110及第二入口113满足在约70°至约110°的范围中的角度，包括约75°、约80°、约85°、约90°、约95°、约100°、或约105°。在一个或多个实施方式中，混合器118辅助混合第一气体A及第二气体B，使得第一气体A及第二气体B的混合物离开出口111并且进入气体空间105。在一个或多个实施方式中，混合器118辅助实现第一气体A及第二气体B在基板支撑件122处的实质上均匀浓度，从而确保基板124上的均匀浓度。
在一个或多个实施方式中，混合器118位于第一入口110的进口处。在其他实施方式中，混合器118在第一入口110的进口与第一入口110的中心周围之间的某一点处设置。在又一些实施方式中，混合器118在第一入口110的中心中设置。在又一些实施方式中，第一入口110在第一入口110的进口与喷头101的背板102的顶部周围(即，在出口111中)之间的某一点处设置。
在一个或多个实施方式中，喷头101的背板102在气体空间105的外部区域105b处朝向前板108成角度，以形成漏斗形状。例如，在一些实施方式中，喷头101的背板102在气体空间105的外部区域105b处朝向前板108逐渐变细，使得喷头101呈锥形或漏斗的形状。在此种实施方式中，前板108的宽度大于背板102的宽度。
在一个或多个实施方式中，喷头101是漏斗形状，并且第一入口110产生从中心区域105a向外到气体空间105的外部区域105b的涡流螺旋。在一些实施方式中，涡流有助于混合气体空间105内的气体。参见图1，在一个或多个实施方式中，第一气体A进入第一入口110的内侧112，并且第二气体B进入第二入口113的内侧112，第二气体B的流动实质上垂直于第一气体A。如本文使用，术语“实质上垂直”意指第一气体A及第二气体B相对于彼此的流动的大致方向是近似彼此垂直。因此，在一个或多个实施方式中，第一气体A及第二气体B满足在约70°至约110°的范围中的流动角度，包括约75°、约80°、约85°、约90°、约95°、约100°、或约105°。在一个或多个实施方式中，混合器118辅助混合第一气体A及第二气体B，使得第一气体A及第二气体B的混合物离开出口111并且进入气体空间105。混合器118辅助实现第一气体A及第二气体B在基板支撑件122处的实质上均匀浓度，从而确保基板124上的均匀浓度。
在一个或多个实施方式中，前板108连接到RF功率源(未示出)。RF功率源可经由前板108向气体分配设备100提供RF功率。在一些实施方式中，由RF功率源供应的RF能量的频率范围从约2MHz至约60MHz，或者例如，可以使用非限制性频率，诸如2MHz、13.56MHz、27.12MHz、或60MHz。在一些实施方式中，可提供多个RF功率源(即，两个或更多个)以提供处于多个以上频率的RF能量。
参考图2，本公开内容的一个或多个实施方式涉及处理腔室设备200。在一个或多个实施方式中，处理腔室设备200包含化学气相沉积设备。在一个或多个实施方式中，处理腔室设备200包含腔室主体221，腔室主体221具有限定处理空间212的顶壁204、底壁206及至少一个侧壁208。
在一个或多个实施方式中，处理腔室设备200包含喷头201，喷头201具有间隔开以形成气体空间205的前板222及背板202。在一个或多个实施方式中，前板222具有邻近气体空间205的内表面223及有多个孔204延伸穿过其中的外表面225。在一个或多个实施方式中，气体空间具有中心区域205a及外部区域205b。
在一个或多个实施方式中，气体空间205具有中心区域205a及外部区域205b。在一个或多个实施方式中，喷头201进一步包含至少一个侧壁227，侧壁227将前板222连接到背板202并且限定气体空间205的外部区域205b的外部周边边缘229。在一些实施方式中，至少一个侧壁227是用于使前板222与背板202电气隔离的绝缘体。绝缘体可以是本领域技术人员已知的任何绝缘体。
在一些实施方式中，前板222及背板202中的一者连接到RF功率源(未示出)并且前板222及背板202中的另一者连接到电气接地以在气体空间205内产生等离子体。等离子体可在气体空间205或喷头201之下的基板处理区域240中点燃。在一个或多个实施方式中，等离子体可在气体空间205中存在以由处理气体的流入来产生前驱物，该处理气体已行进穿过第一入口214，在第一入口214的内侧216上包含混合器220。通常在射频(radiofrequency；RF)范围中的AC电压在喷头201的背板202与前板222之间施加以在沉积期间点燃气体空间205中的等离子体。RF电源产生13.56MHz的高RF频率，但也可单独或与13.56MHz频率结合地产生其他频率。在一些实施方式中，由RF功率源供应的RF能量的频率范围从约2MHz至约60MHz，或者例如，可以使用非限制性频率，诸如2MHz、13.56MHz、27.12MHz、或60MHz。在一些实施方式中，可提供多个RF功率源(即，两个或更多个)以提供处于多个以上频率的RF能量。
在未示出的其他实施方式中，喷头201不包含至少一个侧壁227，使得前板222直接连接到背板202，从而限定气体空间205。
在未示出的一个或多个实施方式中，存在实质上垂直于第一入口214的第二入口，用于使第二气体流过混合器220。
参见图2，一个或多个实施方式的处理腔室设备200包含与气体空间205的中心区域205a流体连通的入口214。在一个或多个实施方式中，第一入口214具有内侧216及外侧218。混合器220在第一入口214的内侧216上设置以增加气体流温度。混合器220可具有任何形状和/或尺寸，使得该混合器装配在入口210的内侧216内。例如，混合器220可以是笔直、圆形、正方形、卵形、矩形、或长方形。此外，混合器220的总体形状可以由彼此平行、垂直或同心的重复单元构成。在一个或多个实施方式中，混合器220具有一总体形状，其中实质上不存在用于抑制气体流的死空间。如在本说明书及随附权利要求书中使用，术语“实质上无死空间”意指归因于死空间，气体流被抑制达小于约10％或小于约5％。参见图2，在一个或多个实施方式中，第一气体A进入第一入口214的内侧216并且经过混合器220。在一个或多个实施方式中，混合器的温度为约180℃，并且背板202及垂直歧管201的温度为约200℃。在一个或多个实施方式中，混合器220辅助迫使第一气体A到垂直歧管201，并且辅助将第一入口214中的第一气体A的温度从约30℃增加到约200℃。
在一个或多个实施方式中，混合器220位于第一入口214的进口处。在其他实施方式中，混合器220在第一入口214的进口与第一入口214的中心周围之间的某一点处设置。在又一些实施方式中，混合器220在第一入口214的中心中设置。在又一些实施方式中，混合器220在第一入口214的进口与喷头201的背板202的顶部周围之间的某一点处设置。
在一个或多个实施方式中，如图2中示出，喷头201的背板202在气体空间205的外部区域105b处朝向前板222成角度，以形成漏斗形状。例如，在一些实施方式中，喷头201的背板202在气体空间205的外部区域105b处朝向前板222逐渐变细，使得喷头201呈锥形或漏斗的形状。在此种实施方式中，前板222的宽度大于背板202的宽度。
在一个或多个实施方式中，如所示出，喷头201是漏斗形状，并且第一入口214产生从中心区域205a向外到气体空间205的外部区域205b的涡流螺旋。在一些实施方式中，涡流有助于混合气体空间205内的气体，并且辅助产生第一气体A在基板支撑件228及基板230处的实质上均匀浓度。
在一个或多个实施方式中，前板222连接到RF功率源(未示出)。RF功率源可经由前板222向气体分配设备200提供RF功率。在一些实施方式中，由RF功率源供应的RF能量的频率范围从约2MHz至约60MHz，或者例如，可以使用非限制性频率，诸如2MHz、13.56MHz、27.12MHz、或60MHz。在一些实施方式中，可提供多个RF功率源(即，两个或更多个)以提供处于多个以上频率的RF能量。
在一个或多个实施方式中，处理腔室设备200包含与喷头201的前板222间隔开一距离的基板支撑件228或基座。在一些实施方式中，基板支撑件228包含加热器232。在一些实施方式中，基板支撑件228固持基板230。基板230及基板230周围的区域的温度可部分地由温度受控的基板支撑件228及加热器232控制。基板支撑件228可热耦接到冷却/加热单元232，冷却/加热单元232将基板支撑件228及基板230的温度调节至例如约-100℃至约100℃。
本公开内容的一个或多个实施方式涉及在基板上沉积膜的方法。在一个或多个实施方式中，方法包含使前驱物、氧化剂、或还原剂中的一种或多种流过喷头、入口、及混合器，该喷头具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，前板具有邻近气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，气体空间具有中心区域及外部区域，该入口与气体空间的中心区域流体连通，入口具有内侧及外侧，该混合器在入口内侧上设置以增加气体流温度。气流随后从喷头的前板输送到基板，并且膜在基板上形成。在一些实施方式中，混合器增加气流的温度，而不影响输送气该流所花费的时间量。
在一个或多个实施方式中，如图2中示出，处理腔室设备200由控制器290控制。在示例性实施方式中，控制器290包括硬盘驱动器、软盘驱动器、及处理器。处理器含有单板计算机(single-board computer；SBC)、模拟及数字输入/输出板、接口板、及步进马达控制器板。处理腔室设备200的各个部件符合Versa Modular European(VME)标准，该标准定义板、插件架、及连接器尺寸及类型。VME标准还将总线结构定义为具有16位数据总线及24位地址总线。
控制器290控制处理腔室设备200的所有活动。控制器执行系统控制软件，该系统控制软件是在计算机可读介质中存储的计算机程序。介质可为硬盘驱动器、或其他种类的存储器存。计算机程序包括指令集，所述指令集规定时序、气体混合物、腔室压力、腔室温度、RF功率水平、基座位置、及特定工艺的其他参数。在其他存储器装置上存储的其他计算机程序(例如，包括软盘或另一其他适当驱动器)也可用于指示系统控制器。
控制器290包括中央处理单元(central processing unit；CPU)292、存储器294、用于控制处理序列及调整气体流的一个或多个支持电路296、以及输入/输出(I/O)298。CPU292可以是任何形式的通用计算机处理器，该通用计算机处理器可以在工业环境中使用。软件例程可以在存储器294中存储，存储器294诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘、或硬盘驱动器、或其他形式的数字存储装置。支持电路296常规耦接到CPU 292并且可包括高速缓存、时钟电路、输入/输出系统、电源、及类似者。
存储器294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)中的一个或多个。处理器的存储器294或计算机可读介质可以是容易获得的存储器中的一个或多个，诸如随机存取存储器(random access memory；RAM)、只读存储器(read-only memory；ROM)、软盘、硬盘、或任何其他形式的数字存储装置(本端或远程)。存储器294可以保存指令集，该指令集可由处理器操作以控制系统的参数及部件。
处理可大体在存储器294中存储为软件例程，当由处理器执行时，该软件例程致使处理腔室执行本公开内容的处理。软件例程也可由第二处理器(未图示)存储和/或执行，该第二处理器位于由处理器控制的硬件远程。本公开内容的一些或所有方法也可在硬件中执行。因此，处理可在软件中实施并且在硬件中使用计算机系统执行，作为例如专用集成电路或其他类型的硬件实施方式，或作为软件及硬件的组合。当由处理器执行时，软件例程将通用计算机转换为专用计算机(控制器290)，该专用计算机控制腔室操作，使得处理得以执行。
一些实施方式的控制器290用以与硬件相互作用以执行编程功能。例如，控制器290可以用以控制一个或多个阀、马达、致动器、电源等。
在一些实施方式中，控制器290耦接到腔室设备。控制器具有一种或多种配置以控制各种功能及处理。在一些实施方式中，配置选自下列：第一配置，用于绕着中心轴旋转基板支撑件；第二配置，用于将气体流提供到非等离子体处理区域中；第三配置，用于将气体流提供到等离子体处理区域中；第四配置，用于将功率提供到等离子体处理区域以点燃等离子体；和/或第五配置，用于将功率脉冲输送到等离子体处理区域以产生用于等离子体处理区域的ON时间及OFF时间。
根据一个或多个实施方式，基板在形成层之前和/或之后经历处理。此处理可以在相同腔室中或在一个或多个分离的处理腔室中执行。在一些实施方式中，基板从第一腔室移动到分离的第二腔室用于进一步处理。基板可以从第一腔室直接移动到分离的处理腔室，或该基板可以从第一腔室移动到一个或多个传送腔室，并且随后移动到分离的处理腔室。由此，处理设备可包含与传送站连通的多个腔室。此种设备可被称为“群集工具”或“群集系统”、及类似者。
大体上，群集工具包含多个腔室的模块系统，所述腔室执行各种功能，包括基板寻心及定向、除气、退火、沉积和/或蚀刻。根据一个或多个实施方式，群集工具至少包括第一腔室及中央传送腔室。中央传送腔室可容纳机器人，机器人可以在处理腔室与装载锁定腔室之间及之中搬运基板。传送腔室通常维持在真空条件下，并且提供用于将基板从一个腔室搬运到另一个腔室和/或在群集工具的前端处定位的装载锁定腔室的中间阶段。可适用于本公开内容的两种已知的群集工具是
Figure BDA0003369687650000121
及
Figure BDA0003369687650000122
均获自加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司。然而，腔室的准确布置及组合可出于执行如本文描述的工艺的具体步骤的目的而变化。可使用的其他处理腔室包括但不限于循环层沉积(cyclical layerdeposition；CLD)、原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)、化学气相沉积(chemicalvapor deposition；CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)、蚀刻、预清洁、化学清洁、热处理诸如RTP、等离子体氮化、除气、定向、羟基化及其他基板工艺。通过在群集工具上的腔室中执行工艺，可以避免大气杂质污染基板的表面，而不在沉积后续膜之前氧化。
根据一个或多个实施方式，基板持续处于真空或“装载锁定”条件下，并且当从一个腔室移动到下一个腔室时不暴露于周围空气。传送腔室因此在真空下并且“抽空”在真空压力下。惰性气体可存在于处理腔室或传送腔室中。在一些实施方式中，惰性气体用作净化气体以移除一些或所有反应物。根据一个或多个实施方式，净化气体在沉积腔室的出口处注入以防止反应物从沉积腔室移动到传送腔室和/或额外处理腔室。因此，惰性气体的流在腔室的出口处形成遮幕。
基板可以在单个基板沉积腔室中处理，其中在处理另一基板之前装载、处理及卸除单个基板。与运输机系统类似，基板也可以连续方式处理，其中多个基板独立地装载到腔室的第一部分中，移动穿过腔室并且从腔室的第二部分卸除。腔室及相关联的运输机系统的形状可以形成笔直路径或弯曲路径。此外，处理腔室可以是转盘，其中在整个转盘路径中多个基板绕着中心轴移动并且暴露于沉积、蚀刻、退火、清洁等工艺。
在处理期间，可以加热或冷却基板。此种加热或冷却可以通过任何适宜手段实现，包括但不限于改变基板支撑件的温度并且使经加热或冷却的气体流到基板表面。在一些实施方式中，基板支撑件包括加热器/冷却器，该加热器/冷却器可以经控制以传导方式改变基板温度。在一个或多个实施方式中，所采用的气体(反应性气体或惰性气体)经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/冷却器位于邻近基板表面的腔室内以对流方式改变基板温度。
基板也可以在处理期间固定或旋转。旋转基板可以持续或以离散步骤旋转(绕着基板轴)。例如，基板可在整个工艺中旋转，或基板可以在暴露于不同反应性及惰性气体之间少量旋转。在处理期间(持续或按步骤)旋转基板可有助于通过最小化例如气体流几何形状的局部可变性的影响来产生更均匀的沉积或蚀刻。
为了便于描述，本文可使用空间相对性术语(诸如“下方”、“之下”、“下部”、“之上”、“上部”及类似者)来描述诸图中所示出的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解，除了诸图所描绘的定向外，空间相对性术语意欲涵盖使用或操作中装置的不同定向。例如，若诸图中的装置翻转，则描述为在其他元件或特征的“之下”或“下方”的元件将在其他元件或特征“之上”定向。因此，示例性术语“之下”可以包含之下及之上的定向。装置可经其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)且相应地解读本文所使用的空间相对性描述词。
除非本文另外指出或由上下文明确否定，否则在描述本文论述的材料及方法的上下文中(特别是在以下权利要求求的上下文中)使用术语“一(a)”及“一(an)”及“该(the)”及类似参考将被理解为涵盖单数及复数。除非本文另外指出，否则本文的值范围的记载仅仅意欲用作独立地指落入该范围中的每个单独值的简略方法，并且每个单独值并入说明书中，如同其在本文中独立地记载。除非本文另外指出或由上下文另外明确否定，否则本文描述的所有方法可以任何适宜次序执行。使用本文提供的任何及所有实例、或示例性语言(例如，“诸如”)仅仅意欲更好地阐明材料及方法，并且除非另外主张，否则不赋予对范围的限制。说明书中的语言不应该被解释为指示任何未主张的元素为对实践所公开材料及方法而言至关重要。
在整个此说明书中提及“一个实施方式”、“某些实施方式”、“一个或多个实施方式”或“一实施方式”意指结合实施方式描述的特定特征、结构、材料、或特性包括在本公开内容的至少一个实施方式中。因此，在整个此说明书的各个位置中出现词组诸如“在一个或多个实施方式中”、“在某些实施方式中”、“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”不必指本公开内容的相同实施方式。在一个或多个实施方式中，特定特征、结构、材料或特性以任何适宜方式结合。
尽管本文的公开内容已经参考特定实施方式进行描述，将理解，这些实施方式仅说明本公开内容的原理及应用。本领域技术人员将显而易见，可以对本公开内容的方法及设备进行各种修改及变化，而不脱离本公开内容的精神及范围。因此，本公开内容意欲包括在随附权利要求书及其等效的范围内的修改及变化。

Claims (20)

1.一种气体分配设备，包含：
喷头，具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，所述前板具有邻近所述气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，所述气体空间具有中心区域及外部区域；
第一入口，与所述气体空间的所述中心区域流体连通，所述入口具有内侧及外侧；
混合器，在所述第一入口的所述内侧上设置以增加气体流温度；和
视情况，第二入口，与所述第一入口流体连通，所述第二入口实质上垂直于所述第一入口。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述混合器位于所述第一入口的所述内侧的进口处。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述喷头的所述背板在所述气体空间的所述外部区域处朝向所述前板成角度，以形成漏斗形状。
4.如权利要求3所述的设备，其中所述第一入口产生从所述中心区域向外到所述气体空间的所述外部区域的涡流螺旋。
5.如权利要求3所述的设备，其中所述前板连接到RF功率源。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述喷头进一步包含至少一个侧壁，所述侧壁将所述前板连接到所述背板并且限定所述气体空间的所述外部区域的外部周边边缘。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述至少一个侧壁是用于使所述前板与所述背板电气分离的绝缘体。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述前板及所述背板中的一者连接到RF功率源，并且所述前板及所述背板中的所述另一者连接到电气接地以在所述气体空间内产生等离子体。
9.一种处理腔室设备，包含：
腔室主体，具有限定处理空间的顶壁、底壁及至少一个侧壁；
喷头，具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，所述前板具有邻近所述气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，所述气体空间具有中心区域及外部区域，第一入口，与所述气体空间的所述中心区域流体连通，所述第一入口具有内侧及外侧，混合器，在所述入口的所述内侧上设置以增加气体流温度，及视情况，第二入口，与所述第一入口流体连通，所述第二入口实质上垂直于所述第一入口；和
基板支撑件，与所述喷头的所述前板间隔开一距离。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述混合器位于所述第一入口的所述内侧的进口处。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述喷头的所述背板在所述气体空间的所述外部区域处朝向所述前板成角度，以形成漏斗形状。
12.如权利要求11所述的设备，其中所述第一入口产生从所述中心区域向外到所述气体空间的所述外部区域的涡流螺旋。
13.如权利要求11所述的设备，其中所述前板连接到RF功率源。
14.如权利要求9所述的设备，其中所述喷头进一步包含至少一个侧壁，所述侧壁将所述前板连接到所述背板并且限定所述气体空间的所述外部区域的外部周边边缘。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述至少一个侧壁是用于使所述前板与所述背板电气分离的绝缘体。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述前板及所述背板中的一者连接到RF功率源，并且所述前板及所述背板中的所述另一者连接到电气接地以在所述气体空间内产生等离子体。
17.如权利要求9所述的设备，其中所述基板支撑件包含加热器。
18.如权利要求9所述的设备，其中所述设备包含化学气相沉积设备。
19.一种在基板上沉积膜的方法，所述方法包含以下步骤：
使前驱物、氧化剂、或还原剂中的一种或多种流过喷头、第一入口、混合器、及第二入口，所述喷头具有间隔开以形成气体空间的前板及背板，所述前板具有邻近所述气体空间的内表面及有多个孔延伸穿过其中的外表面，所述气体空间具有中心区域及外部区域，所述第一入口与所述气体空间的所述中心区域流体连通，所述第一入口具有内侧及外侧，所述混合器在所述第一入口的所述内侧上设置以增加气体流温度，所述第二入口与所述第一入口流体连通，所述第二入口实质上垂直于所述第一入口；
将气流从所述喷头的所述前板输送到基板；和
在所述基板上形成膜。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述混合器增加所述气流的温度，而不影响输送所述气流所花费的时间量。
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