CN116964257A - 用于外延和cvd腔室的气体注射器 - Google Patents

用于外延和cvd腔室的气体注射器 Download PDF

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曼朱纳特·苏班纳
卡蒂克·布彭德拉·仙
埃罗尔·安东尼奥·C·桑切斯
苏拉布·佐凯
迈克尔·R·赖斯
彼得·赖默
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Abstract

本公开内容大致涉及用于处理半导体基板的处理腔室的气体注射装置。该气体注射装置包括一个或多个气体注射器，该一个或多个气体注射器被配置为与该处理腔室耦接。这些气体注射器中的每一者被配置为接收处理气体并且将该处理气体分配到一个或多个气体出口。这些气体注射器包括多个路径、鳍片阵列和挡板阵列。这些气体注射器被单独加热。也利用了气体混合组件，以控制从这些气体注射器中的每一者流动到处理容积中的处理气体的浓度。该气体混合组件使处理气体的浓度以及流率能够被控制。

Description

用于外延和CVD腔室的气体注射器
技术领域
本公开内容的实施方式大致涉及用于制造半导体器件的装置和方法相关。更具体而言，本文所公开的装置涉及用于半导体处理中的气体注射的部件。
背景技术
半导体基板的处理有广泛的应用，包括制造集成器件和微器件。在处理期间，基板被放置在处理腔室内的基座(susceptor)上。基座由支撑轴支撑，该支撑轴围绕中心轴线可旋转。对加热源(例如设置在基板下方和上方的多个加热灯)的精确控制使基板能够在非常严格的公差范围内被加热。基板的温度可以影响沉积于基板上的材料的均匀性。
精确控制处理腔室内的基板温度的能力吞吐量和生产良率有很大的影响。常规的处理腔室难以满足制造下一代器件所需的温度控制准则，同时满足不断增加的改进生产良率和更快吞吐量的需求。
因此，需要改进处理腔室和气体注射装置，使得能够实现硬件部件的低成本更换和整个基板上的气流的增强控制。
发明内容
在本公开内容的一个实施方式中，描述了一种用于处理腔室内的气体注射器。该气体注射器包括注射器基部主体，和与该注射器基部主体耦接并从其向外延伸的注射器插入件。该注射器插入件包括气体引入通道、气体扩散通道和出口开口。该气体引入通道设置为穿过该注射器基部主体，并且与该注射器插入件流体耦接。该气体扩散通道与该气体引入通道耦接，并且形成气体分配树(gas distribution tree)。该出口开口设置为穿过与该气体引入通道相对的该注射器插入件的注射表面并且与该气体扩散通道流体连通。
在另一个实施方式中，描述了一种用于基板处理的处理腔室。该处理腔室包括基部环、注射环和一个或多个气体注射器。该基部环包括设置为穿过其中的基板传输通道和一个或多个上部腔室排气通道。该注射环设置在该基部环的顶部上，并且包括设置为穿过其中的一个或多个注射器通道。该一个或多个气体注射器中的每一者设置在这些注射器通道中的一者内部。这些气体注射器中的每一者包括被配置为与该注射环的注射器支撑表面耦接的注射器基部主体，以及从该注射器基部主体向外延伸的注射器插入件。该注射器插入件包括气体引入通道、气体扩散通道，和出口开口，该出口开口设置为穿过该注射器插入件的与该气体引入通道相对的注射表面并且与该气体扩散通道流体连通。
在另一个实施方式中，描述了一种用于与处理腔室一起使用的气体混合组件。该气体混合组件包括处理气体源、气体贮存器、排气转向阀(divert valve)、排气泵、多个分流阀(splitter valve)、处理腔室和主流量控制器。该气体贮存器与该处理气体源流体耦接。该排气转向阀与该气体贮存器流体耦接。该排气泵与该排气转向阀流体耦接。该多个分流阀并联设置，并且与该气体贮存器流体耦接。该处理腔室包括与这些分流阀中的每一者流体连通的处理容积。该主流量控制器被配置为控制流过该排气转向阀和该多个分流阀中的每一者的流率。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可以通过参考实施方式获得上文简要概述的本公开内容的更详细的描述，其中一些实施方式在附图中被说明。然而，需要注意的是，附图只说明示例性的实施方式，因此不应被视为本公开内容的范围的限制，并且可以允许其他同等有效的实施方式。
图1是依据本公开内容的实施方式的处理腔室的示意说明。
图2A是依据本公开内容的实施方式的腔室主体组件的示意横截面图。
图2B是依据本公开内容的实施方式的图2A的腔室主体组件的穿过另一个平面的示意横截面图。
图3A是依据本公开内容的实施方式的基部环的示意横截面图。
图3B是依据本公开内容的实施方式的图3A的基部环的示意平面图。
图3C是依据本公开内容的实施方式的图3A的基部环沿剖面线3C--3C的示意横截平面图。
图4A是依据本公开内容的实施方式的注射环的示意横截面图。
图4B是依据本公开内容的实施方式的图4A的注射环的示意平面图。
图5A是依据本公开内容的实施方式的气体注射器的示意等距视图。
图5B是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器的沿剖面线5B--5B的示意横截面图。
图5C是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器的沿剖面线5C--5C的示意横截平面图。
图5D是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器从第一侧观察时的示意侧视图。
图5E是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器从第二侧观察时的示意侧视图。
图6A是依据本公开内容的实施方式的气体注射器的另一个实施方式的示意等距视图。
图6B是依据本公开内容的实施方式的图6A的气体注射器的沿剖面线6B--6B的示意横截面图。
图6C是依据本公开内容的实施方式的图6A的气体注射器从第一侧观察时的示意侧视图。
图6D是依据本公开内容的实施方式的图6A的气体注射器从第二侧观察时的示意侧视图。
图7A是依据本公开内容的实施方式的气体混合组件的示意气流图。
图7B是依据本公开内容的实施方式的图7A的气体混合组件以及第二气体混合组件的示意气流图。
图8是依据本公开内容的实施方式的用于与图7A的气体混合组件一起使用的方法流程图。
图9A是依据本公开内容的实施方式的环形注射器的示意平面图。
图9B是依据本公开内容的实施方式的环形注射器的另一个实施方式的示意平面图。
为了便于了解，在可能的情况下，使用了相同的附图标记来表示图式中共有的相同元素。可以预期，一个实施方式的元素和特征可以有益地并入其他实施方式，而无需另外叙述。
具体实施方式
本公开内容大致涉及用于进行半导体处理的装置。更具体而言，本文所公开的装置涉及处理腔室和其部件。处理腔室被配置为热沉积腔室，例如外延沉积腔室。本文所公开的处理腔室能够实现改进的处理气体流动和基板加热。与常规的腔室相比，该处理腔室的部件成本较低，因此降低了在腔室主体的部分磨损之后，或当腔室主体的一部分的改进设计可用时，替换处理腔室的这些部分的成本。所公开的处理腔室克服了常规的挑战，包括改进的流过腔室容积的处理气体流和更均匀的热控制，这使得能够实现更好的吞吐量和提高的处理良率。
另外，本文公开了处理腔室的部件。本文所公开的部件包括注射环、基部环、上部灯模块、下部灯模块、基座、旋转组件、上部衬垫、下部衬垫和一个或多个加热元件。处理腔室部件中的每一者被一起使用以使一种或多种处理气体水平地流过基板的表面。处理腔室部件耦接在一起，并形成处理容积，基板在该处理容积中被处理，例如通过外延沉积被处理。
图1是依据本公开内容的实施方式的处理腔室100的示意说明。处理腔室100是外延沉积腔室，并且可以用作集群工具(未示出)的一部分。处理腔室100用来在基板(例如基板150)上生长外延膜。处理腔室100在处理期间在基板150的整个顶表面上产生前驱物的交叉流动。
处理腔室100包括上部灯模块102、下部灯模块104、腔室主体组件106、基座组件124、下部窗口120和上部窗口122。基座组件124设置在基座组件124与下部灯模块104之间。下部窗口120设置在基座组件124与下部灯模块104之间。上部窗口122设置在基座组件124与上部灯模块102之间。
上部灯模块102设置在基座组件124上方，并被配置为加热设置在基座组件124上的基板(例如基板150)。上部灯模块102包括上部模块主体126和设置为穿过上部模块主体126的多个灯孔128。多个灯孔128中的每一者包括设置在其中的灯130。灯130中的每一者与灯基部129耦接。灯基部129中的每一者支撑灯130中的一者，并将灯130中的每一者与电源(未示出)电耦接。灯129中的每一者是细长的，并以大致垂直的定向固定在孔128内。如本文所述，灯130的大致垂直的定向近似垂直于基座124的基板支撑表面。灯130的垂直定向不一定与基板支撑表面垂直，也可以相对于基板支撑表面906(图9)呈约30度至约150度的角度，例如相对于基板支撑表面906呈约45度至约135度的角度，例如相对于基板支撑表面906呈约70度至约110度的角度。
继续参照图1，上部灯模块102进一步包括加热气体通道136和高温计通道138。加热气体供应源132与加热气体通道136流体耦接。加热气体通道136从上部模块主体126的顶表面延伸到底表面。加热气体通道136被配置为允许加热气体(例如加热的空气或加热的惰性气体)从加热气体供应源132流动到上部窗口122的顶表面，以对流地加热上部窗口122。加热气体被供应到界定在上部灯模块102与上部窗口122之间的上部气室180。加热气体排气通道142也设置为穿过上部模块主体126。加热气体排气通道142与加热排气泵140耦接。加热排气泵140从上部气室180移除气体。加热排气泵140也可以用作处理容积的排气泵。在一些实施方式中，加热气体排气通道142可以是沿着上部模块主体126的边缘形成的凹槽，或者可以通过与上部气室180流体连通的单独部件形成。
高温计通道138设置为穿过上部模块主体126，以使高温计134(例如扫描高温计)能够测量基板150的温度。高温计134设置在上部模块主体126的顶部上与高温计通道138相邻。高温计通道138从上部模块主体126的顶表面延伸到与上部窗口122相邻的底表面。
下部灯模块104设置在基座组件124下方，并被配置为加热设置在基座组件124上的基板150的底侧。下部灯模块104包括下部模块主体182和设置为穿过下部模块主体182的多个灯孔186。多个灯孔186中的每一者包括设置在其中的灯188。灯188中的每一者以大致垂直的定向设置并与灯基部184耦接。灯基部184中的每一者支撑灯188中的一者，并将灯188中的每一者与电源(未示出)电耦接。如本文所述，灯188的大致垂直的定向是相对于基座124的基板支撑表面来描述的。大致垂直的定向不一定与基板支撑表面垂直，也可以相对于基板支撑表面呈约30度至约150度的角度，例如相对于基板支撑表面呈约45度至约135度的角度，例如相对于基板支撑表面呈约70度至约110度的角度。
下部灯模块104进一步包括基座轴通道195和高温计通道192。基座124的支撑轴904(图9)设置为穿过基座轴通道195。基座轴通道195设置为穿过下部模块主体182的中间。基座轴通道195被配置为允许基座124的支撑轴904和下部窗口120的一部分穿过下部模块主体182。
高温计通道192设置为穿过下部模块主体182，以使高温计190(例如扫描高温计)能够测量基板150的底表面或基板支撑件的底表面的温度。高温计190设置在下部模块主体182下方与高温计通道192相邻。高温计通道192设置为从下部模块主体182的底表面通向与下部模块主体182的下部窗口120相邻的顶表面。
继续参照图1，腔室主体组件106包括注射环116和基部环114。注射环116设置在基部环114的顶部上。注射环116包括穿过其中设置的一个或多个气体注射器108。基部环114包括穿过其中设置的基板传输通道162、一个或多个上部腔室排气通道326(图3C)和下部腔室排气通道164。基板传输通道162与一个或多个上部腔室排气通道326和下部腔室排气通道164相对地设置。一个或多个上部腔室排气通道326中的每一者与排气模块165耦接。
上部腔室111是基板150在其中被处理并且处理气体被注射到其中的处理容积110的一部分。下部腔室113是基板150在其中被装载到基座组件124上的处理容积110的一部分。上部腔室111也可以理解为在基座组件124处于处理位置时，基座组件124的基座上方的容积。下部腔室113被理解为在基座组件124处于处理位置时，基座组件124的基座下方的容积。处理位置(未示出)是基板150被设置为与水平面125平齐或高于水平面125的位置。水平面125是注射环116和基部环114彼此接触的平面。
一个或多个上部腔室排气通道326和下部腔室排气通道164与一个或多个排气泵(未示出)耦接。该一个或多个排气泵被配置为经由一个或多个上部腔室排气通道326和下部腔室排气通道164从处理容积110移除排放气体。在一些实施方式中，上部腔室排气通道326和下部腔室排气通道164中的每一者使用多个导管与单个排气泵耦接。在另一个实施方式中，上部腔室排气通道326耦接至与下部腔室排气通道164不同的排气泵。
基板传输通道162形成为穿过基部环114，并被配置为允许基板从集群工具(未示出)的传输腔室穿过其中。凸缘168附接至基部环114的一端，以使得处理腔室100能够与群集工具(未示出)附接。基板传输通道162穿过凸缘168。
上部冷却环118和下部冷却环112设置在腔室主体组件106的相对侧。上部冷却环118设置在注射环116的顶部上，并被配置为冷却注射环116。下部冷却环112设置在基部环114下方，并被配置为冷却基部环114。上部冷却环118包括设置为穿过其中的冷却剂通道146。在一些实施方式中，通过冷却剂通道146循环的冷却剂可以包括水或油。下部冷却环112包括设置为穿过其中的冷却剂通道148。通过冷却剂通道148循环的冷却剂与通过上部冷却环118的冷却剂通道146循环的冷却剂类似。在一些实施方式中，上部冷却环118和下部冷却环112有助于将注射环116和基部环114固定到位。上部冷却环118可以部分地支撑上部灯模块102，而下部冷却环112可以部分地支撑基部环114和注射环116。
上部冷却环118和下部冷却环112的使用降低了注射环116和基部环114的温度，而无需像常规环状件中那样穿过注射环116和基部环114设置额外的冷却通道。这降低了生产替换频率比上部冷却环118和下部冷却环112的更高的注射环116和基部环114的成本。在一些实施方式中，注射环116可以具有设置为穿过其中的额外的冷却剂通道421(图4A)。
注射环116的一个或多个气体注射器108设置为穿过注射环116内的一个或多个开口。在本文所述的实施方式中，存在有设置为穿过注射环116的多个气体注射器108。一个或多个气体注射器108被配置为经由一个或多个气体出口178向处理容积110供应处理气体。图1示出了一个或多个气体注射器108中的单个气体注射器。气体注射器108被示处为被设置为使得一个或多个气体出口178向下指向基座124和基板150。气体注射器108的向下角度可以是相对于水平面大于约5度的角度，例如相对于水平面大于约10度。一个或多个气体出口178中的每一者与一个或多个处理气体供应源(例如第一处理气体供应源174或第二处理气体供应源176)流体耦接。在一些实施方式中，仅利用第一处理气体供应源174。在利用第一处理气体供应源174和第二处理气体供应源176两者的实施方式中，每个气体注射器108内有两个气体出口178。两个气体出口178以堆叠方式设置，并且使得只有在气体进入处理容积110之后才能够混合气体。在一些实施方式中，第一处理气体供应源174是处理气体，而第二处理气体供应源176是清洁气体。在其他的实施方式中，第一处理气体供应源174和第二处理气体供应源176两者是处理气体。
上部窗口122设置在注射环116与上部灯模块102之间。上部窗口122是光学透明的窗口，使得由上部灯模块102所产生的辐射能量可以通过其中。在一些实施方式中，上部窗口122由石英或玻璃材料所形成。上部窗口122是圆顶形状，并且在一些实施方式中被描述为上部圆顶。上部窗口122的外部边缘形成周边支撑件172。周边支撑件172比上部窗口122的中心部分更厚。周边支撑件172设置在注射环116的顶部上。周边支撑件172与上部窗口122的中心部分连接，并由上部窗口122的中心部分的光学透明材料所形成。
下部窗口120设置在基部环114与下部灯模块104之间。下部窗口120是光学透明的窗口，使得由下部灯模块104所产生的辐射能量可以通过其中。在一些实施方式中，下部窗口120由石英或玻璃材料所形成。下部窗口120是圆顶形状，并且在一些实施方式中被描述为下部圆顶。下部窗口120的外部边缘形成周边支撑件170。周边支撑件170比下部窗口120的中心部分更厚。周边支撑件170与下部窗口120的中心部分连接，并且由相同的光学透明材料所形成。
各种衬垫和加热器设置在腔室主体组件106的内部和处理容积110内。如图1所示，在腔室主体组件106内设置有上部衬垫156和下部衬垫154。上部衬垫156设置在下部衬垫154上方，并设置在注射环116的内侧。下部衬垫154设置在基部环114的内侧。上部衬垫154和下部衬垫154被配置为在处理容积中时耦接在一起。上部衬垫156和下部衬垫154被配置为遮蔽注射环116和基部环114的内表面，使其不受处理容积内的处理气体的影响。上部衬垫156和下部衬垫154进一步用于减少从处理容积到注射环116和基部环114的热损失。减少热损失改进了基板150的加热均匀性，并在处理期间使基板150上的沉积能够更加均匀。
上部加热器158和下部加热器152也设置在腔室主体组件106和处理容积110内。如图1所示，上部加热器158设置在上部衬垫156与注射环116之间，而下部加热器152设置在下部衬垫154与基部环114之间。上部加热器158和下部加热器152两者设置在腔室主体组件106的内侧，以在基板150位于处理腔室100内时使基板150的加热能够更加均匀。上部加热器158和下部加热器152减少到腔室主体组件106的壁的热损失，并在形成处理容积110的表面周围产生更均匀的温度分布。上部衬垫156、下部衬垫154、上部加热器158和下部加热器152中的每一者耦接至设置在处理容积110内的凸缘160。凸缘160是被配置为固定在注射环116和基部环114的一部分之间的水平表面，以使上部衬垫156、下部衬垫154、上部加热器158和下部加热器152中的每一者能够被固定。上部加热器158和下部加热器152两者可以被配置为具有通过其中流动的加热流体，或可以是电阻式加热器。上部加热器158和下部加热器152的进一步被塑形为容纳穿过注射环116和基部环114的开口。
基座组件124设置在处理容积110内，并被配置为在处理期间支撑基板150。基座组件124包括用于支撑基板150的平坦上表面和穿过下部窗口120和下部灯模块104的一部分延伸的轴。基座组件124与移动组件194耦接。移动组件194包括旋转组件196和升降组件198。旋转组件196被配置为围绕中心轴线A旋转基座组件124，而升降组件198被配置为在处理容积110内沿着中心轴线A线性地移动基座组件124。
图2A是依据本公开内容的实施方式的腔室主体组件106的示意横截面透视图。腔室主体106包括设置在基部环114的顶部上并与之耦接的注射环116。注射环116包括一个或多个气体注射器108。注射环116包括内表面404，基部环114包括内表面304。基部环114和注射环116两者的内表面304、404彼此对准，使得对于基部环114和注射环116的至少一部分圆周而言，内表面304、404具有相同的直径。基部环114和注射环116的内表面304、404形成中心开口201。中心开口201包括基部环114的开口310和注射环116的开口410两者。基部环的顶表面312与注射环116的底表面324接触。
一个或多个气体注射器108设置在腔室主体组件106的一侧，而一个或多个上部腔室排气通道开口324设置在腔室主体组件106的相对侧。一个或多个上部腔室排气通道开口324中的每一者与形成在注射环116的内表面中的凹痕430对准。一个或多个凹痕430中的每一者和上部腔室排气通道开口324的对准使由一个或多个气体注射器108注射的气体能够在经由上部腔室排气通道开口324从处理容积110移除之前流过处理容积110(图1)并在基板150上方流动。凹痕430有助于收集排放气体并将排放气体从与注射环116平齐的区域向下引导朝向上部腔室排气通道开口324。一旦排放气体进入上部腔室排气通道开口324，排放气体就流动通过一个或多个上部腔室排气通道开口326并从排气出口330流出。
凹痕430和上部腔室排气通道开口324的组合减少了制造基部环114和/或注射环116的复杂度。凹痕430和上部腔室排气通道开口324的组合会进一步使处理气体能够水平地流过处理容积110并保持在上部腔室111中，而不会向下转入下部腔室113而可能在那里成为污染源。
图2B是依据本公开内容的实施方式的图2A的腔室主体组件106沿另一个平面截取的示意横截面图。图2B所示的横截面说明下部腔室排气通道164，和下部腔室排气通道164的定向与上部腔室排气通道开口324、凹痕430和上部腔室排气通道326中的至少一者之间的关系。如参照图4D、4E和5B所描述，凹痕430、上部腔室排气通道开口324和上部腔室排气通道326相对于下部腔室排气通道164以一定角度设置。凹痕430和上部腔室排气通道开口324另外设置在下部腔室排气通道164上方。下部腔室排气通道164被配置为从下部腔室113移除排放气体，而上部腔室排气通道开口324被配置为从上部腔室111移除排放气体。
图3A是基部环114的示意横截面图。基部环114包括基部环主体302，其具有设置为穿过其中的开口310。开口310形成整个处理腔室100的处理容积110的至少一部分。开口310的尺寸被调整为允许基板和基座组件124设置在其中。开口310由基部环114的内壁304所形成。开口310从基部环114的顶表面312延伸到基部环114的底表面314。
基部环主体302是基部环114的主体，并且由金属材料所形成，例如钢、铝、铜、镍或金属合金。在一些实施方式中，基部环主体302可以是碳化硅材料或掺杂碳化硅材料。
如上所述，基板传输通道162与一个或多个上部腔室排气通道开口324和下部腔室排气通道164相对地设置。基板传输通道162设置为穿过基部环114的第一侧306，而一个或多个上部腔室排气通道开口324和下部腔室排气通道164形成为穿过基部环114的第二侧308。基部环114的第一侧306设置在设置为穿过基部环114的平面C(图3C)的一侧，而基部环114的第二侧308设置在平面C的第一侧306的相对侧。平面C通过中心轴线A并且与平面B垂直。平面C将基板传输通道162与下部腔室排气通道164和上部腔室排气通道开口324分开。在实施方式中，穿过基部环114的顶表面312形成有两个上部腔室排气通道开口324(图3B)。这两个上部腔室排气通道开口324与基板传输通道162相对，但与基板传输通道162的正对面偏离。这两个上部腔室排气通道开口324是偏移的，以防止气体在从气体注射器108(图1)流过处理容积110时向内汇聚。气流反而在整个处理容积中保持更均匀的分布，并使基板150上的沉积能够更加均匀。这两个上部腔室排气通道开口324设置在密封凹槽316的内侧。
基板传输通道162的高度H1为约7mm至约30mm，例如约10mm至约20mm，以使基板150和传输臂(未示出)能够穿过其中设置。基板传输通道162进一步具有约305mm至约350mm的宽度W1(图3C)，例如约305mm至约315mm。宽度W1使基板150能够通过其中并放置在基座组件124上。
另外参照图1，下部腔室排气通道164设置在基板传输通道162对面，以使下部腔室排气通道164与排气泵(未示出)流体连通。排气泵也可以与两个上部腔室排气通道开口324耦接并流体连通。如本文所述，下部腔室排气通道164是圆柱形通道或椭圆形通道。下部腔室排气通道164的高度H2为约0mm至约75mm，例如约25mm至约50mm。下部腔室排气通道164的高度H2被配置为允许足够的下部腔室气流与潜在的升降臂组件一起通过其中，如图10A所示。
继续参照图4C，基部环主体302的顶表面312包括设置在其中的密封凹槽316。密封凹槽316环绕内壁304，并且被配置为接收密封环，例如o形环或其他密封垫片。设置在密封凹槽316内的密封环可以是聚合物或塑胶，就肖氏A刻度而言，其硬度大于50硬度计，例如大于60硬度计，例如大于约65硬度计。密封凹槽316的尺寸被调整为接收密封环，该密封环在基部环114与注射环116之间形成密封，如图1所示。密封凹槽316设置在上部腔室排气通道开口324的径向外侧，以防止流过上部腔室排气通道开口324的排放气体从处理腔室100逸出。
顶表面312可选地包括支撑台阶340。支撑台阶340是形成于顶表面312与内壁304之间的凹部。支撑台阶340被配置为支撑凸缘160(图1)。凸缘160被配置为至少部分地设置在基部环114的支撑台阶340和注射环116内，以将凸缘160固定到位。
基部环主体302的底表面314包括第一密封凹槽318和第二密封凹槽320。第一密封凹槽318和第二密封凹槽320是同心的，并且沿着底表面314环绕内壁304。与第二密封凹槽320相比，第一密封凹槽318相对于轴线A进一步向外设置，使得第一密封凹槽318环绕第二密封凹槽320。第一密封凹槽318和第二密封凹槽320中的每一者被配置为接收密封环，例如o形环或其他密封垫片。设置在第一密封凹槽318和第二密封凹槽320内密封环可以是聚合物或塑胶，就肖氏A刻度而言，其硬度大于50硬度计，例如大于60硬度计，例如大于约65硬度计。第一密封凹槽318和第二密封凹槽320的尺寸被调整为接收密封环，并且能够在基部环114与下部窗口120的周边支撑件170之间形成密封，如图1所示。
图3B是图3A的基部环114的示意平面图。如图3B所示，顶表面312包括设置为穿过其中的一个或多个上部腔室排气通道开口324。一个或多个上部腔室排气通道开口324设置在内壁304和密封凹槽316之间。一个或多个上部腔室排气通道开口324与上部衬垫156和注射环116的一部分流体连通，以从处理容积110的上部移除处理气体。一个或多个上部腔室排气通道开口324中的每一者各自经由上部腔室排气通道326与排气模块165流体连通。上部腔室排气通道326是穿过基部环主体302设置的通道(图3C)。上部腔室排气通道326将排气模块165中的一者与上部腔室排气通道开口324中的一者流体耦接。如图3B所示，与基部环主体302的第二侧308附接有两个排气模块165。这两个排气模块165中的每一者设置在下部腔室排气通道164的相对侧，使得排气模块165中的每一者设置在平面B的相对侧并在平面B上成镜像。平面B通过中心轴线A、基板传输通道162的中心和下部腔室排气通道164(图3C)。平面B是垂直定向的平面，并将基部环114分成两半，使得基部环114在平面B上成镜像。在参照如图4B所示的注射环时，利用相同的平面B。
一个或多个上部腔室排气通道开口324各自具有约10mm至约220mm的宽度W2，例如约20mm至约150mm。上部腔室排气通道开口324中的每一者的宽度W2使来自处理容积110内的排放气体能够被移除，同时减少处理容积110内的气流的湍流。
上部腔室排气通道开口324中的每一者相对于平面B设置在第一排气角α与第二排气角β之间。第一排气角α相对于平面B为约5度至约45度的角度，例如相对于平面B为约10度至约30度，例如相对于平面B为约10度至约25度。第一排气角α足够大以防止上部腔室排气通道326与下部腔室排气通道164相交。第二排气角β是约30度至约70度的角度，例如约35度至约65度，例如约45度至约60度。第二排气角β足够大以捕捉由一个或多个气体注射器108引导通过开口310的气体，而不会使气体路径朝向平面B向内发生实质性弯曲。第一排气角α与第二排气角β之间的差异为约25度至约60度，例如约30度至约50度。第一排气角α与第二排气角β之间的差异使上部腔室排气通道开口324能够围绕开口310的期望周边设置，使得该差异是上部腔室排气通道开口324围绕基部环114延伸的量。
图3C是图3A的基部环114沿截线3C-3C截取的示意横截平面图。如图3C所示，上部腔室排气通道326中的每一者与设置为穿过排气模块165中的每一者的排气模块通道328流体连接。排气模块通道328经由上部腔室排气通道326与上部腔室排气通道开口324流体连通。随着排气模块通道328从基部环主体302进一步延伸，排气模块通道328变窄，直到排气模块通道328暴露于排气出口330。排气出口330是穿过排气模块通道328的壁形成的开口，并且被配置为与排气导管(未示出)耦接，以用于从处理腔室100移除排放气体。与上部腔室排气通道开口324类似，上部腔室排气通道326相对于平面B设置在第一排气角α与第二排气角β之间。
图4A是依据本公开内容的实施方式的注射环116的示意横截面图。注射环116被配置为位于基部环114的顶部上，并且向处理容积110提供处理气体。注射环116是与基部环114分离的部件。注射环116被配置为跨越基板的表面注入气体，使得通过处理容积110的主要气流是在水平方向上。可分离的注射环116使注射环116能够容易被替换和维护，而不需要替换或移除整个腔室主体组件106。这减少了替换成本，并且使新的气体注射改进能够更容易在对其他腔室部件的影响最小的情况下与处理腔室100一起实施。
注射环116包括内表面404和外表面406。内表面404围绕设置在注射环116内的开口410形成环。开口410形成处理腔室100的处理容积110的至少一部分。注射环116包括穿过其中设置的一个或多个气体注射器108。一个或多个气体注射器108从注射器支撑表面414穿过注射环主体402延伸到内表面404。本文所述的一个或多个气体注射器108设置为穿过一个或多个注射器通道408。注射器通道408中的每一者的尺寸被调整为接收一个或多个气体注射器108中的一者，例如气体注射器108中的一者。注射器通道408从注射器支撑表面414延伸到内表面404。随着注射器通道408从注射器支撑表面414移动到内表面404时，注射器通道408向下延伸。向下延伸被定义为随着注射器通道408朝向内表面404径向向内移动时，注射器通道408进一步远离注射环116的顶表面418并更靠近注射环116的底表面424。
内表面404包括凹槽436，凹槽436围绕内表面404的大部分圆周设置，例如大于内表面404的50％的圆周，例如大于内表面404的60％的圆周，例如大于内表面404的70％的圆周。凹槽436被配置为接收加热元件，例如上部加热元件158。凹槽436在图4A中被示出为形成为注射环116的内表面404和底表面424的一部分。内表面404也包括设置在其中的两个凹痕430。这两个凹痕430与注射器通道408相对地设置。凹痕430设置在凹槽436内，并且比凹槽436更深地延伸到注射环主体402中，使得与凹槽436相比，凹痕430延伸得更远离轴线A。
注射器支撑表面414是注射环主体402的外表面406以及外部台阶表面416的一部分。注射器支撑表面414被配置为通过提供用来锚固一个或多个气体注射器108的一部分的表面来将一个或多个气体注射器108固定到位。一个或多个气体出口178穿过内表面404设置，并朝向设置在处理容积110内的基板150向下倾斜(图1)。
注射环116的底表面424被配置为与基部环114的顶表面312接触。底表面424是在外表面406与内表面404之间延伸的平坦表面。外部台阶表面416从外表面406的最外侧部分延伸到注射器支撑表面414的底部远端。注射器支撑表面406从外部台阶表面416延伸远离底表面424。注射器支撑表面414相对于底表面424以一定角度设置。注射器支撑表面414的角度至少部分地取决于注射器通道408和一个或多个气体注射器108的期望向下角度。在本文所述的实施方式中，注射器支撑表面414相对于底表面424的角度大于约45度，例如约45度至约85度，例如约60度至约80度，例如约70度至约80度。注射器支撑表面414从外部台阶表面416径向向内延伸，使得注射器支撑表面414的离外部台阶表面416最远的远端更靠近内表面404。
注射环116的顶表面418从注射器支撑表面414的上部远端径向向内延伸。顶表面418是水平的表面，使得顶表面418与底表面424平行地延伸。顶表面418的与注射器支撑表面414相对的远端与窗口支撑沟槽412附接。窗口支撑沟槽412是沿着注射环116的上表面设置的通道。窗口支撑沟槽412被配置为在其中接受上部窗口122的周边支撑件172。窗口支撑沟槽412包括第一窗口密封凹槽420和第二窗口密封凹槽422。第一窗口密封凹槽420和第二窗口密封凹槽422中的每一者被配置为接收密封环，例如o形环或其他密封垫片。设置在第一窗口密封凹槽420和第二窗口密封凹槽422内密封环可以是聚合物或塑胶，就肖氏A刻度而言，其硬度大于50硬度计，例如大于60硬度计，例如大于约65硬度计。第一窗口密封凹槽420和第二窗口密封凹槽422的尺寸被调整为接收密封环，并且能够在注射环116与上部窗口122之间形成密封，如图1所示。
窗口支撑沟槽412的内部由成角度的突起411所形成。成角度的突起411设置在第一窗口密封凹槽420和第二窗口密封凹槽422的内侧。成角度的突起411从窗口支撑沟槽412向上延伸，并远离底表面408。成角度的突起411形成窗口支撑沟槽412的设置在成角度的突起411的最内侧上的一部分和内表面404的位于成角度的突起411的最外侧上的一部分。成角度的突起411径向向内延伸，同时从窗口支撑沟槽412向上延伸。成角度的突起411将上部窗口122的一部分(例如周边支撑件172)相对于处理容积110屏蔽开(图1)。将周边支撑件172与处理容积110屏蔽开减少了周边支撑件172以及第一窗口密封凹槽420和第二窗口密封凹槽422内的密封件的热负荷。成角度的突起411额外保护设置在支撑沟槽412内的密封环，使其不直接暴露于辐射能量或处理气体，因此延长密封环的提升和可靠度。
冷却剂通道421可选地穿过注射环主体402设置。冷却剂通道421被配置为接收冷却剂流体，例如水或油。冷却剂通道421是设置为穿过注射环主体402的部分环，并且有助于控制注射环116和基部环114两者的温度。
图4B是图4A的具有多个气体注射器108的注射环116的示意平面图。图4B中绘示了五个气体注射器108。其他数量的气体注射器108也在设想之列，例如三个或更多个气体注射器108、四个或更多个气体注射器108、五个或更多个气体注射器108，或六个或更多个气体注射器108。气体注射器108的数量决定了处理气体被注射到处理容积110中的区域的数量(图1)。气体注射器108中的每一者具有指向注射环116的中心部分(例如中心轴线A)的气体出口。气体注射器108设置在注射环116的一侧，以在处理腔室100内在整个基板上实现交叉流动。气体注射器108的群组以平面B为中心。平面B是通过基部环114的同一平面B。平面B通过中心轴线A设置，并且与平面D垂直。气体注射器108中的每一者可以具有设置在其中的多个单独的处理气体通道(图5A-6B)。在利用五个气体注射器108的实施方式中，中心气体注射器432a形成内部气体注射区域，两个最外侧的气体注射器432c形成外部气体注射区域，中心气体注射器432a与最外侧的气体注射器432c之间的两个中间气体注射器432b形成中间气体注射区域。平面B设置为穿过中心气体注射器432a。两个中间气体注射器432b在平面B上成镜像。类似地，两个最外侧的气体注射器432c在平面B上成镜像。注射器通道408中的每一者具有穿过其中设置的气体注射器108。注射器通道408的数量等于气体注射器108的数量。
注射器通道408中的每一者具有注射器通道宽度W3。注射器通道408中的每一者的注射器通道宽度W3被示出为是相同的。在替代性的实施方式中，注射器通道宽度W3随着注射器通道408从中心气体注射器432a向外延伸到最外侧的气体注射器432c而变化。在一些实施方式中，最外侧的气体注射器432c延伸穿过的注射器通道408的注射器通道宽度W3大于中间气体注射器432b延伸穿过的注射器通道408的注射器通道宽度W3。中间气体注射器432b延伸穿过的注射器通道408的注射器通道宽度W3大于中心气体注射器432a延伸穿过的注射器通道408的注射器通道宽度W3。
或者，注射器通道宽度W3随着注射器通道408从穿过其中设置有中心气体注射器432a的注射器通道408向外延伸而减少。在这个实施方式中，最外侧的气体注射器432c延伸穿过的注射器通道408的注射器通道宽度W3小于中间气体注射器432b延伸穿过的注射器通道408的注射器通道宽度W3。中间气体注射器432b延伸穿过的注射器通道408的注射通道宽度W3小于中心气体注射器432a延伸穿过的注射器通道408的注射器通道宽度W3。
注射器通道408中的每一者相对于平面B以注射器角度γ设置。注射器角度γ是相对于平面B获取的，但相对于第一排气角α和第二排气角β位于平面D的相对侧。注射器角度γ相对于平面B小于约90度，例如小于约70度，例如相对于平面B小于约65度，例如相对于平面B小于约60度。注射器角度γ被配置为在第二排气角β的10度以内，使得注射器角度γ与第二排气角β之间的差异为约-10度至约10度，例如约-5度至约5度，例如约0度。注射器角度γ和第二排气角β类似，以减少由气体注射器108注射到处理容积110中的气体在这些气体被排气时的偏转。偏转气体可能导致膜沉积的不均匀。
注射环116包括内表面404内与注射器通道408相对的凹痕430。凹痕430与一个或多个上部腔室排气通道开口324(图3B)对应。凹痕430设置在一个或多个上部腔室排气通道开口324上方，使得凹痕430用作基部环114的一个或多个上部腔室排气通道326的第一部分(图4A)。在本文所述的实施方式中，存在与两个上部腔室排气通道326对应的两个凹痕430。这两个凹痕430设置在开口410的与注射器通道408相对的一侧。这两个凹痕430设置在通过注射环116的平面D的一侧，而注射器通道408设置在平面D的相对侧。这两个凹痕430偏离注射环116的在穿过其中设置有中心气体注射器432a的注射器通道408对面的中心。凹痕430都没有被设置为穿过平面B。凹痕430在平面B上成镜像。如上所述，偏移两个凹痕430会防止气体在从气体注射器108(图1)流过处理容积110并流动到上部腔室排气通道326时向内汇聚。
如本文所述，凹痕430的尺寸和形状与一个或多个上部腔室排气通道开口324类似。凹痕430中的每一者的宽度W4为约0mm至约220mm，例如约10mm至约150mm。宽度W4与上部腔室排气通道开口324的宽度W2(图3B)对应。宽度W4被配置为减少处理容积110内的气流的干扰，以实现主要为层状的气流和基板150上的均匀沉积。与上部腔室排气通道开口324类似，凹痕430相对于平面B设置在第一排气角α与第二排气角β之间。
注射环主体402形成注射环116，并且由金属材料所形成，例如钢、铝、铜、镍或金属合金。在一些实施方式中，注射环主体402可以由碳化硅材料或掺杂碳化硅材料制造。
图5A是依据本公开内容的一个实施方式的气体注射器108的示意等距视图。气体注射器108包括注射器基部主体502和注射器插入件500。注射器插入件500与注射器基部主体502连接，并且被配置为装配到注射器通道408(图4A)中的一者中。注射器基部主体502被配置为搁置在注射器支撑表面414上，并且将注射器插入件500在注射器通道408中的一者内固定到位。气体注射器108被配置为在注射器108内产生多个气体路径，并且提供离开气体出口178的气体片层，气体出口178设置在注射器插入件500的与注射器基部主体502相对的远端中。
注射器插入件500和注射器基部主体502都由对处理气体反应性低、耐用性高和导热率高的材料形成。适合形成注射器基部主体502和注射器插入件500的材料包括碳化硅、镍、不锈钢、铝和石英。
注射器插入件500从注射器基部主体502的后表面506延伸。后表面506用作安装表面，以将气体注射器108固定到注射器支撑表面414。后表面506是围绕注射器插入件500的基部501设置的平坦表面。注射器插入件500包括外表面504和注射表面510。气体出口178穿过注射表面510设置。注射表面510设置在注射器插入件500的与基部501和注射器基部502相对的远端。注射器插入件500的外表面504被配置为装配到注射器通道408中的一者的内部。注射器插入件500的外表面504的横截面和注射表面510是体育场形状(stadium shape)或长圆形形状。在一些实施方式中，外表面504的横截面和注射表面510是卵形或四边形(诸如矩形、平行四边形或梯形)。外表面504的横截面和注射表面510的其他形状也在设想之列，并且可能是有效的。
注射器插入件500的气体出口178由出口开口508所形成。出口开口508穿过注射器插入件500的外表面504设置。出口开口508的形状被调整为分配驱动通过出口开口508的气体，以形成在基板150的顶表面上引导的气体片层。
图5B是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器108沿截线5B-5B截取的示意横截面图说明。注射基部主体502包括前表面512。前表面512是注射基部主体502的与后表面506相对的一侧。前表面512被配置为接收一个或多个气体连接件和一个或多个电连接件。该一个或多个气体连接件可以是第一处理气体供应源174和/或第二处理气体供应源176中的任一者。一个或多个电连接件未被示出，但可以被配置为向设置在气体注射器108内的加热器供电。
气体引入通道514设置为穿过前表面512。气体引入通道514是单个气体通道，并且被配置为将处理气体从与前表面512耦接的气体管道传输到设置在注射器插入件500内的扩散通道516。扩散通道516将来自气体引入通道514的气流分割成多个气流。扩散成多个气流的气体扩散可以是渐进或突然的，使得在一些实施方式中，单个气体引入通道514同时被分成三个或更多个通道，而在其他的实施方式中，单个气体引入通道514被分成两个气体通道，这两个气体通道被分成四个气体通道，这四个气体通道被分成八个气体通道(图5C)。
因此，扩散通道516是气体路径的气体分配网路或气体分配树。图5C所示的扩散通道516内的气体的渐进分割使气体通道中的每一者内的气体的压力能够在整个流动方向上达到均衡，因此改进扩散通道516内在多个单独路径552a-552h(图5C)上的气体分布均匀性。扩散通道516的不同配置用来改变路径552a-h中的每一者上的气体分布。在图5C中所描绘的示例中，扩散通道516包括从气体引入通道延伸到扩散通道516的两个臂中的第一分叉540。当扩散通道516在第一分叉540处被分成两个臂之后，两个臂中的每一者在两个第二分叉542a、542b处被分成另外两个臂。在这两个第二分叉542a、542b处被分割之后，共有四个臂朝向出口开口508延伸。然后，这四个臂中的每一者在四个第三分叉550a、550b、550c、550d处被分成另外两个臂。在四个第三分叉550a、550b、550c、550d处被分割之后，共有八个臂朝向出口开口508延伸。在一些实施方式中，第一分叉540、第二分叉542a、542b或第三分叉550a、550b、550c、550d中的每一者可以替代性地分成另外三个或四个臂而不是另外两个臂。在其他的实施方式中，可以不利用第二分叉542a、542b或第三分叉550a、550b、550c、550d中的一者，使得只有两组分叉或单组分叉。
各个路径552a-552h可以被配置为通过一些路径552a-552h提供比其他路径552a-552h更大的气流。注射器插入件500的尺寸和单独的气体路径552a-552h的数量也可以针对注射器插入件500的不同配置和不同处理进行调整。由扩散通道516形成有4至16个路径，例如4至12个路径，例如6至10个路径，例如8个路径。根据期望的流率(flow rate)、流速(flowvelocity)、流压和/或特定处理所期望的气流类型来选择扩散通道516内的每个路径552a-552h的横截尺寸。
使用气体注射器108的好处是，新的注射通道设计可以在处理腔室内快速并廉价地进行测试，而几乎没有停机时间，并且显著降低了生产成本。可以通过替换气体注射器108中的一者或多者并且不拆卸或替换处理腔室100内的其他部件(例如注射环116或基部环114)的情况下测试新的注射路径设计。因此，气体注射器108能够快速调适新的扩散通道516和注射器插入件500的设计。也可以利用不同的气体注射器108，以用于将处理气体分配到基板150的不同部分。气体注射器的整体长度可以为约75mm至约150mm，例如约80mm至约120mm，例如约100mm。出于不同的原因，利用了不同的气体注射器108长度，使得相对于将气体输送到基板的中心，可以偏重将气体输送到基板的边缘。
扩散通道516的路径552a-552h中的每一者通向第一气室518。第一气室518是设置在扩散通道516的与引入通道514相对的远端处的容积。第一气室518是扩散通道516的路径552a-552h中的每一者的远端处的单个容积。第一气室518使行进通过单独路径552a-552h中的一者的每个气流之间的压力和流速能够被至少部分地均衡。因为第一气室518内会产生背压，并且气流内的气体会混合，所以在第一气室518内均衡压力允许路径551a-551h中的每一者之间的流率能够被至少部分地均衡。第一气室518被配置为部分地均衡单独路径552a-552h中的每一者之间的压力。第一气室518内的气流的扩散量由位于扩散通道516的远端与鳍片阵列520的最靠近扩散通道516的远端之间的第一气室518的长度L1所控制。第一充气室518的长度L1为约3mm至约12mm，例如约3mm至约10mm。
鳍片阵列520包括设置在注射器插入件500的底表面503与顶表面505之间的多个鳍片521。多个鳍片521被分散，以形成多个路径延伸部534。路径延伸部534形成于注射器插入件500的内壁与一个或鳍片521之间，或形成于两个相邻的鳍片521之间。在本文所述的实施方式中，有3至14个鳍片521，例如4至12个鳍片521，例如6至8个鳍片521。鳍片形成路径延伸部534，使得有4至16个路径延伸部534，例如6至12个路径延伸部534，例如8个路径延伸部534。在本文所述的实施方式中，存在与路径552a-552h相同数量的路径延伸部534，使得气流在通过第一气室518之后不会被打乱并继续进行。鳍片阵列520内的鳍片521中的每一者单独地以不同的方向定向。在图5C中所描绘的示例中，鳍片521具有扇形的布置，并且被定向成与注射环116的中心线E成递增的角度。离中心线E更远的每个鳍片521相对于中心线E以更大的角度定向(图5C)。中心线E上的鳍片与中心线E线性地对准。
鳍片阵列520设置在注射器插入件500的长度L2上。鳍片阵列520的长度L2有助于决定气流中的每一者的流动矢量和分配。较长的长度L2会降低气流的速度，并且增加第一气室518内的背压。缩短的长度L2不允许足够的背压累积或气体混合。鳍片阵列520的长度L2为约15mm至约50mm，例如约20mm至约40mm。在一些实施方式中，长度L2为注射器插入件500的整体宽度W5的约25％至约50％。
紧接着鳍片阵列520的下游的是第二气室522。第二气室522是设置在鳍片阵列520的与第一气室520相对的远端处的容积。第二充气室522是鳍片阵列520的路径延伸部534中的每一者的远端处的单个容积。第二气室522使行进通过单独路径延伸部534中的一者的每个气流之间的压力和流速能够被至少部分地均衡。在第二气室522内均衡压力使路径延伸部534中的每一者之间的流率能够至少部分地均衡。背压在第二气室522内产生，并且气流内的气体被混合。第二气室522被配置为部分地均衡路径延伸部534中的每一者之间的压力。第二气室522内的气流的扩散量和背压的累积部分地由位于鳍片阵列520的远端与挡板阵列524的最靠近第二气室522的远端之间的第二气室522的长度L3所控制。第二充气室522的长度L3为约3mm至约12mm，例如约3mm至约10mm。
挡板阵列524由多个挡板535所形成(图5C)。挡板阵列524的挡板535形成多个路径出口536。路径出口535是路径552a-552h和路径延伸部534中的每一者的额外延伸部。路径出口535是与第二气室522相邻的狭窄路径，并且随着路径出口535远离第二气室522并朝向第三气室526延伸而变宽。该多个挡板535的被塑形为具有与第二气室522相邻的表面，该表面在气流方向上比与第三气室526相邻的表面更宽。在一些实施方式中，挡板535中的每一者的形状是梯形，例如等腰梯形。其他的挡板535形状也在考虑之列。在本文所述的实施方式中，挡板阵列524内有3至14个挡板535，例如4至12个挡板，例如5至10个挡板，例如6至8个挡板。
挡板535中的每一者的形状和定向有助于通过在第二气室522内产生背压来均衡流过第二气室522的气流中的每一者之间的压力。第二气室522内的背压减缓了流过注射器插入件500的气流，并且有助于产生通过路径出口536的均匀气流。路径出口536中的每一者的宽度的扩大促使每个气流扩大，以填充第三气室536。因此，挡板阵列524有助于产生在第三充气室526的整个宽度上设置的处理气体幕。处理气体幕被配置为几乎均匀的幕，其中处理气体的流率和浓度在第三气室526的整个宽度上是相同的。
挡板阵列524设置在注射器插入件500的长度L4上。挡板阵列524的长度L4有助于决定气流的扩大速率、第二气室522内的背压和气体混合速率。挡板阵列524的长度L4为鳍片阵列520的长度L2的约25％至约50％，例如长度L2的约30％至约40％，例如长度L2的约30％至约35％。
第三气室526设置在挡板阵列524与出口开口508之间。第三充气室526是形成于注射器插入件500的壁内的开放区域。第三气室526被配置为使气流能够从挡板阵列524流出，以混合并合并为连续的处理气体片层。然后，处理气体片层通过出口开口508释放到处理容积110中。
图5C是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器108沿截线5C-5C截取的示意横截平面图说明。图5C更清楚地绘示了如上所述的通过注射器插入件500的分配系统515。分配系统515包括气体引入通道514、扩散通道、第一气室518、鳍片阵列520、第二气室522、挡板阵列524、第三气室536和由此形成的路径。
设置在注射器插入件500的相对侧的是一个或多个加热元件530。加热元件530设置为穿过注射器插入件500的至少一部分并围绕扩散通道516。本文所述的加热元件530通过一个或多个开口528插入到注射器插入件500中，一个或多个开口528穿过注射器基部主体502的前表面512设置。加热元件530可以是电阻式加热元件或辐射式加热元件中的一者。图5C所示的加热元件530是盒式加热器(cartridge heater)，并且放置在加热器空腔531的内部。在图5A-5C的实施方式中，存在两个加热器空腔531，其中加热器空腔531中的每一者中设置有单个加热元件530。
设置在气体注射器108中的每一者内的加热元件530能够对流动进入处理容积110(图1)中的气体混合物或处理气体进行预热。与处理腔室100的其他部件(例如注射环116和基部主体114)分开加热的气体注射器108使得能够对流过气体注射器108的气体进行更加受控的加热。可在气体马上进入处理容积之前使用本文所述的加热元件530来加热到期望的处理温度。当使稳定或不起反应的前驱物(例如二氯硅烷或三氯硅烷)流过气体注射器108时，一般会利用气体注射器108的加热。加热元件530被配置为将气体注射器108和流过气体注射器108的气体加热到小于约400℃的温度，例如约100℃至约400℃，例如约150℃至约300℃，例如约200℃至约300℃。气体注射器108中的每一者的单独加热进一步使流过每个单独气体注射器108的处理气体能够被控制，使得流过气体注射器108中的一者或多者的处理气体被加热到与流过气体注射器108中的另一者的处理气体不同的温度。加热元件530能够在气体流过基板之前对气体进行预热，而不会导致气体的不完全消耗(immatureconsumption)。
图5D是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器108从第一侧观察时的示意侧视图。气体注射器108被示出为面向注射基部主体502的前表面512。穿过前表面512设置的是气体引入通道514、用于加热元件530的一个或多个开口528，以及一个或多个安装紧固件507。气体引入通道514设置在开口528之间，使得气体引入通道514居中位于开口528之间。示出有两个开口528，并且加热元件530设置在开口528中的每一者内。开口528中的每一者和气体引入通道514设置在注射器插入件500的外表面504的内侧。
一个或多个安装紧固件507用来将气体注射器108安装到注射环116，并且将气体注射器108固定到位。一个或多个安装紧固件507可以包括钩子、扣子、固定销、闩锁、螺钉或螺栓。其他的紧固件类型也在设想之列。一个或多个安装紧固件507穿过注射基部主体502设置。一个或多个安装紧固件507至少穿过前表面512设置。本文所示的一个或多个安装紧固件507是两个安装紧固件507。这两个安装紧固件507设置在注射基部主体502的相对侧和气体引入通道514的相对侧。这两个安装紧固件507设置在穿过注射基部主体502设置的开口528的外侧。
在一些实施方式中，额外利用加热元件530或安装紧固件507。穿过前表面512设置的开口528使加热元件530能够独立地与电源(未示出)耦接。气体引入通道514使气体供应源(例如第一处理气体供应源174或第二处理气体供应源176中的一者)能够与扩散通道516流体耦接并且向扩散通道516供应处理气体。
图5E是依据本公开内容的实施方式的图5A的气体注射器108从第二侧观察时的示意侧视图。气体注射器108被示为面向注射器插入件500的注射表面510。如所示，出口开口508设置在注射表面510内。一个或多个安装紧固件507进一步穿过注射器基部主体502设置。
注射表面510的高度H3和因此的注射器插入件500的高度为约5mm至约12mm，例如约6mm至约11mm，例如约7mm至约10mm。高度H3与注射器通道408的高度类似，并且使注射器插入件500能够插入到注射器通道408中。注射表面510的宽度W5和因此的注射器插入件500的宽度为约50mm至约100mm，例如约60mm至约90mm，例如约70mm至约90mm。宽度W5与注射器通道408的宽度类似，并且使注射器插入件500能够插入到注射器通道408中。宽度W5进一步决定处理腔室100中所利用的气体注射器108的数量。注射表面500的高度H3与宽度W5的比值为约1:15至约1:5，例如约1:12至约1:8，例如约1:10。高度H3与宽度W5的比值有助于形成离开注射器插入件500的均匀气体片层。
气体注射器108的出口开口508的宽度W6为约50mm至约100mm，例如约70mm至约90mm。出口开口508的宽度W6被配置为控制来自单个气体注射器108的气体的分配。当利用较少的气体注射器108时，宽度W6可以更宽，或当利用更多气体注射器108时，宽度W6可以更窄。出口开口508的高度H4为约2mm至约8mm，例如约3mm至约7mm，例如约3mm至约6mm。出口开口508的高度H4等于分配系统515的其余部分的高度。在一些实施方式中，高度H4在整个分配系统515内变化。
图6A是依据本公开内容的第二实施方式的气体注射器108的另一个实施方式的示意等距视图。图6A-6B的气体注射器108与气体注射器108类似，但注射器插入件500被替换为多层注射器插入件600。多层注射器插入件600与图5A-5C的注射器插入件500类似，但具有两层气流，使得第一气流片层设置在第二气流片层下方。注射器插入件600包括两个分配系统515，使得第一分配系统515堆叠在第二分配系统515的顶部上，如本文所述。
图6A-6B的气体注射器108包括注射器基部主体502和多层注射器插入件600。多层注射器插入件600与注射器基部主体502连接，并且被配置为以与图5A-5C的注射器插入件500类似的方式装配到注射器通道408(图4A)中的一者中。具有注射器插入件600的每个气体注射器108在气体出口178内包括第一出口开口608a和第二出口开口608b，使得在多层注射器插入件600的与注射器基部主体502相对的远端处设置有两个单独且不同的气体出口。从单独的处理气体源(例如第一处理气体供应源174和第二处理气体供应源176)向第一出口开口608a和第二出口开口608b中的每一者供应单独的处理气体。
多层注射器插入件600和注射器基部主体502都由对处理气体反应性低、耐用性高和导热率高的材料形成。适合形成注射器基部主体502和多层注射器插入件600的材料包括碳化硅、镍、不锈钢、铝和石英。
多层注射器插入件600从注射器基部主体502的后表面506延伸。多层注射器插入件600包括外表面604和注射表面610。气体出口178穿过注射表面610设置。注射表面610设置在多层注射器插入件600的与多层注射器插入件600的基部601和注射器基部502相对的远端处。多层注射器插入件600的外表面604被配置为装配到注射器通道408中的一者的内部。多层注射器插入件600的外表面604的横截面和注射表面610是体育场形状或长圆形形状。在一些实施方式中，外表面604的横截面和注射表面610是卵形或四边形(诸如矩形、平行四边形或梯形)。外表面604横截面的和注射表面610的其他形状也在设想之列，并且可能是有效的。多层注射器插入件600包括外表面604的顶表面605和底表面603。顶表面605和底表面603与顶表面505和底表面503类似。
注射器插入件600的气体出口178包括第一出口开口608a和第二出口开口608b。第一出口开口608a和第二出口开口608b穿过多层注射器插入件600的外表面604设置。第一出口开口608a和第二出口开口608b中的每一者被塑形为对驱动通过第一出口开口608a和第二出口开口608b的气体进行分配，以在基板的整个表面上形成两个气体片层。在图6A-6B的实施方式中，第一出口开口608a设置在第二出口开口608b下方。第一出口开口608a与第二出口开口608b平行地设置。第一出口开口608a和第二出口开口608b中的每一者被配置为提供单独的气体幕或气体片层。
每个单独的气体片层可以彼此平行地被分配，并且仅在进入处理容积110(图1)之后才混合。气体片层中的每一者的路径在流过注射器插入件600时被分离。在一些实施方式中，第一出口开口608a和第二出口开口608b中的一者或两者被设置为将离开第一出口开口608a或第二出口开口608b的气体引导朝向离开相对的出口开口608a、608b的气流。这可以增强离开出口开口608a、608b的两个处理气体幕之间的气体混合。
图6B是依据本公开内容的实施方式的图6A的气体注射器108沿截线6B--6B截取的的示意横截面图说明。在本文所述的实施方式中，存在第一气体引入通道614a和第二气体引入通道614b。与第一气体引入通道614a和第二气体引入通道614b耦接的一个或多个气体连接件可以是第一处理气体供应源174或第二处理气体供应源176中的任一者。在一些实施方式中，第一气体引入通道614a与第一处理气体供应源174耦接，而第二气体引入通道614b与第二处理气体供应源176耦接。第一气体引入通道614a和第二气体引入通道614b两者与图5B和图5C的气体引入通道514类似。
第一气体引入通道614a和第二气体引入通道614b中的每一者是单独且不同的气体通道。第一气体引入通道614a是传输来自与前表面512耦接的气体管道的处理气体的单个气体通道。第二气体引入通道614b与第一气体引入通道614a类似，并且是传输来自与前表面512耦接的第二管道的第二处理气体的单个气体通道。第一气体引入通道614a被配置为与第一扩散通道616a流体连通。第二气体引入通道614b与设置在多层注射器插入件600内的第二扩散通道616b流体连通。第一扩散通道616a和第二扩散通道616b两者与图5C的扩散通道516类似。在一些实施方式中，第一扩散通道616a和第二扩散通道616b可以具有不同的图案，使得第一扩散通道616a的图案与第二扩散通道616b的图案不同。第一扩散通道616a设置在第二扩散通道616b下方。
由第一扩散通道616a和第二扩散通道616b中的每一者形成有4至16个路径，例如4至12个路径，例如6至10个路径，例如8个路径。
第一扩散通道616a的路径中的每一者通向第一下部气室618a。第二扩散通道616b的路径中的每一者通向第一上部气室618b。第一下部气室618a和第一下部充气室618b分别是设置在第一扩散通道616a和第二扩散通道616b的远端处的两个单独的容积。第一下部气室618a和第一上部气室618b与图5B和5C的第一气室518类似。下部鳍片阵列620a设置在第一下部气室618a的与第一扩散通道616a相对的第一下部气室618a的远端处。上部鳍片阵列620b设置在第一上部充气室618b的远端处。下部鳍片阵列620a和上部鳍片阵列620b中的每一者与图5B和5C的鳍片阵列520类似，并且各自包括多个鳍片。
紧接着下部鳍片阵列620a的下游的是第二下部气室622a。紧接着上部鳍片阵列620b的下游的是第二上部气室622b。第二下部气室622a和第二上部气室622b分别是设置在下部鳍片阵列620a和上部鳍片阵列620b的远端处的容积。第二下部气室622a和第二上部气室622b与图5B和5C的第二气室522类似。
下部挡板阵列624a和上部挡板阵列624b由多个挡板所形成，与图5C的挡板535类似。下部挡板阵列624a设置在第二下部气室622a的离下部鳍片阵列620a最远的远端处。上部挡板阵列624b设置在第二上部气室622b的离下部鳍片阵列620b最远的远端处。第三下部气室626a和第三上部气室626b分别从下部挡板阵列624a和上部挡板阵列624b延伸。第三下部气室626a是在下部挡板阵列624a与第一出口开口608a之间延伸的容积。第三上部气室626b是在上部挡板阵列624b与第二出口开口608b之间延伸的容积。第三下部气室626a和第三上部气室626b中的每一者与第三气室526类似。
虽然未示于图6A和6B中，但多层注射器插入件600进一步包括与图5C的加热元件530类似的一个或多个加热元件。多层注射器插入件600内的通道、气室、鳍片和挡板的图案和分布与上面关于图5A-5C的实施方式的描述类似。在空间允许的情况下，多层注射器插入件600内也可以有三个或更多个层。在一些实施方式中，存在三个层，用于将三个单独的气体片层注射到处理容积110中，或存在四个层，用于将四个单独的气体片层注射到处理容积110中。
图6C是依据本公开内容的实施方式的图6A的气体注射器108从第一侧观察时的示意侧视图。气体注射器108被示出为面向注射基部主体502的前表面512。与上面参照图5D的讨论类似，气体注射器108包括用于加热元件530的一个或多个开口528，和一个或多个安装紧固件507。气体引入通道514被第一气体引入通道614a和第二气体引入通道614b取代。第二气体引入通道614b设置在第一气体引入通道614a上方。第一气体引入通道614a和第二气体引入通道614b两者设置在开口528与加热元件530之间。第一气体引入通道614a和第二气体引入通道614b位于多层注射器插入件600的外表面604内。多层注射器插入件600的高度可以被调整，以补偿额外的气体通道层，或每个气体通道可以变窄。
图6D是依据本公开内容的实施方式的图6A的气体注射器从第二侧观察时的示意侧视图。气体注射器108被示出为面向多层注射器插入件600的注射表面610。如图所示，第一出口开口608a和第二出口开口608b设置在注射表面610内。
注射表面610的高度H5和因此的注射器插入件600的高度为约5mm至约15mm，例如约6mm至约12mm，例如约8mm至约12mm。高度H5与注射器通道408的高度类似，并且使注射器插入件600能够插入到注射器通道408中。注射表面610的宽度W5与注射表面510的宽度W5类似。宽度W5与注射器通道408的宽度类似，并且使注射器插入件600能够插入到注射器通道408中。注射表面600的高度H5与宽度W5的比值为约1:7至约1:20，例如约1:8至约1:16，例如约1:10至约1:15。高度H5与宽度W5的比值有助于形成离开注射器插入件600的均匀气体片层。
第一出口开口608a和第二出口开口608b中的每一者的宽度W6与出口开口508的宽度W6类似。第一出口开口608a和第二出口开口608b中的每一者进一步包括高度H6。高度H6为约2mm至约8mm，例如约3mm至约7mm，例如约3mm至约6mm。出口开口608a、608b的高度H6等于分配系统515中的每一者的其余部分的高度。在一些实施方式中，高度H6在整个分配系统515内变化。
图7A是依据本公开内容的实施方式的气体输送组件700的示意气流图。气体输送组件700可以代替第一处理气体供应源174和第二处理气体供应源176中的一者使用或与它们一起使用。气体输送组件700被配置为经由气体注射器108向处理容积110供应处理气体。气体输送组件700有助于控制从处理气体源702进入处理容积110的前驱物的分压和流率。控制来自处理气体源702的气体的分压使流动到处理容积110的不同区域中的处理气体的浓度能够被控制。气体输送组件700使流过气体输送组件700的不同臂的处理气体和前驱物的流率和分压(即浓度)能够被独立控制。使用者可以配置气体输送组件700的不同的臂或导管，以输送相同流率但分压/浓度不同的特定处理气体。
气体输送组件700包括与压力控制器704流体耦接的处理气体源702，与压力控制器704流体耦接的气体贮存器706，和与气体贮存器706和排气泵734流体耦接并且设置在气体贮存器706与排气泵734之间的排气转向阀708。多个分流阀726a-726f流体连接至气体贮存器706和处理容积110。多个分流阀726a-726f与气体贮存器706并联耦接。多个分流阀726a-726f的分流阀726a-726f中的每一者与阀门控制器724a-724f耦接。阀门控制器724a-724f控制从气体贮存器706通过分流阀726a-726f中的每一者的体积流率。
载气源728与多个混合点732流体耦接。多个混合点732设置在载气源728与处理容积110之间以及多个分流阀726a-726f与处理容积110之间。来自分流阀726a-726f和载气源728的气体在输送到气体注射器108之前在混合点732处组合。
处理气体源702可以是气体面板或单个处理气体源702。处理气体源702被配置为供应处理气体，例如含硅气体、含锗气体、含氮气体、含碳气体或含氧气体。其他类型的处理气体也在考虑之列。处理气体源702被配置为以预定的浓度和流率供应处理气体，使得处理气体内的成分的质量流率由处理气体源702所控制。处理气体源702经由处理气体导管714与压力控制器704流体耦接。压力控制器704被配置为控制储存在气体贮存器706内的气体的压力。压力控制器704控制气体贮存器706内的压力。压力控制器704控制通过压力控制器704和排气转向阀708的处理气体的流动，以考虑离开气体贮存器706进入处理容积110的气体。
压力控制器704通过贮存器供应导管716与气体贮存器706流体耦接。贮存器供应导管716在压力控制器704与气体贮存器706之间传输气体。气体贮存器706是加压的气体贮存器。气体贮存器706被保持在约10psi至约65psi的压力，例如约10psi至约60psi，例如约14psi至约50psi。气体贮存器706被配置在维持恒定的压力。恒定的压力有助于控制通过分流阀726a-726f的处理气体的脉冲。气体贮存器706是腔室或储罐，并且被配置为在基板处理操作期间在其中容纳大于约100cm3的处理气体。气体贮存器706具有约100cm3至约750cm3的容积，例如约100cm3至约500cm3。气体贮存器706足够大以使由处理气体源702引入到其中的气体能够均匀混合。气体贮存器706可以被配置为允许约100sccm至约500sccm的流率连续通过其中。
如果气体贮存器706内的压力超过预定限值，那么压力控制器704经由排气阀控制器712与排气转向阀708通信。排气阀控制器712与排气转向阀708耦接，并且打开或关闭排气转向阀708，以增加或减少处理气体从气体贮存器706到排气泵734的排出。排气泵734经由排气导管720与排气转向阀708耦接。排气导管720也将排气模块165和下部腔室排气通道164与排气泵734流体耦接。
排气转向阀708允许来自气体贮存器706的处理气体在分流阀726a-726f中的每一者被关闭的同时被排到排气泵734。在所有分流阀726a-726f关闭时通过排气转向阀708排出的处理气体的流率等于流过分流阀726a-726f中的每一者的处理气体的期望流率。当分流阀726a-726f处于打开位置并允许处理气体进入处理容积110时，排气转向阀708关闭。打开或关闭的分流阀726a-726f和排气转向阀708的组合提供了快速的气体输送时间，而且几乎没有速率和压力的上升。使用主流量控制器722将通过分流阀726a-726f和排气转向阀708中的每一者的组合流动相对于时间控制为几乎恒定。
分流阀726a-726f中的每一者经由分流器导管725与气体贮存器706耦接。分流器导管725被配置为分支成多个气体管道，并且与分流阀726a-726f中的每一者连接。分流阀726a-726f中的每一者并联耦接，使得分流阀726a-726b都不在同一个气流路径上。多个分流阀726a-726f包括第一分流阀726a、第二分流阀726b、第三分流阀726c、第四分流阀726d、第五分流阀726e和第六分流阀726f。分流阀726a-726f中的每一者被配置为控制从分流器导管725通过其中的处理气体的流动。分流阀726a-726f中的每一者由阀门控制器724a-724f中的一者所控制。阀门控制器724a-724f与主流量控制器722耦接。主流量控制器722被配置为向阀门控制器724a-724f中的每一者提供指令。阀门控制器724a-724f中的每一者被配置为控制分流阀726a-726f的配置，使得阀门控制器724a-724f中的每一者被配置为打开和关闭分流阀726a-726f中的一者。分流阀726a-726f使流过分流阀组件731的每个分支的处理气体的流率或分压(即浓度)能够在混合点732处与载气混合之前被控制。因此，从气体注射器108中的每一者流出的流率可以是相同的，而从气体注射器108流出的气流内的处理气体的分压可以在气体注射器108中的每一者之间变化。通过气体注射器108中的每一者的处理气体的分压可以进一步在处理腔室内的同一处理期间变化，使得通过每个气体注射器108的处理气体的浓度随着单个基板被处理而改变。
第一阀门控制器724a被配置为打开或关闭第一分流阀726a。第二阀门控制器724b被配置为打开或关闭第二分流阀726b。第三阀门控制器724c被配置为打开或关闭第三分流阀726c。第四阀门控制器724d被配置为打开或关闭第四分流阀726d。第五阀门控制器724e被配置为打开或关闭第五分流阀726e。第六阀门控制器724f被配置为打开或关闭第六分流阀726f。分流阀726a-726f中的每一者能够以不同的程度打开和关闭，从而部分地限制或允许处理气体流过分流阀726a-726f中的一者。通过打开分流阀726a-726f，增加通过分流阀726a-726f中的一者或多者的流动。通过至少部分地关闭分流阀726a-726f中的一者或多者，减少通过分流阀726a-726f中的一者或多者的流量。
虽然被示为具有六个分流阀726a-726f和六个阀门控制器724a-724f，但其他数量的分流阀726a-726f和阀门控制器724a-724f也在考虑之列。在一些实施方式中，存在2至20个分流阀726a-726f，例如3至15个分流阀726a-726f，例如4至12个分流阀726a、726f，例如4至10个分流阀726a-726f，例如4至8个分流阀726a-726f，例如4至6个分流阀726a-726f。在图1、图2A、图2B、图4A和图4B所示的实施方式中，有五个分流阀726a-726f。类似地，可以存在2至20个阀门控制器724a-724f，例如3至15个阀门控制器724a-724f，例如4至12个阀门控制器724a-724f，例如4至10个阀门控制器724a-724f，例如4至8个阀门控制器724a-724f，例如4至6个阀门控制器724a-724f。在图1、图2A、图2B、图4A和图4B所示的实施方式中，有五个阀门控制器724a-724f。
通过分流阀726a-726f中的一些分流阀的流动可以被控制为小于通过分流阀726a-726f中的其他分流阀的流动。在一些实施方式中，分流阀726a-726f和对应的阀门控制器724a-724f中的每一者被视为分流阀组件731。
气体流过分流阀726a-726f中的每一者并进入多个分流气体导管733。分流气体导管733从分流阀726a-726f中的每一者延伸，并且延伸到多个混合点732中的一个混合点732。通过分流气体导管733中的每一者的气流在混合点732处与载气相结合。载气由载气源728所提供。载气从载气源728经由载气导管730提供到混合点732中的每一者。载气导管730可以包括与上述分流阀组件731类似的分流阀组件。或者，载气导管730被分成多个载气管道。载气管道中的一者与混合点732中的每一者连接。由载气源728所供应的载气可以是氦气(He)、氮气(N2)、氢气(H2)、氩气(Ar)或氧气(O2)中的任一者或组合。其他的载气也在设想之列。在一些实施方式中，载气源728被替换为第二处理气体源。
在处理气体在混合点732中的一者处与载气组合为一体之后，组合的气体被提供到一个或多个气体注射器108中的每一者，以用于通过气体注射器108注射到处理容积110中。单独的混合气体导管735在混合点732中的每一者之间延伸，并且延伸到对应的气体注射器108中的每一者。
阀门控制器724a-724f中的每一者与主流量控制器722耦接。阀门控制器724a-724f中的每一者使用一个或多个电连接件与主流量控制器722耦接，或者使用电子或射频(RF)信号来链接。主流量控制器722额外与压力控制器704、气体贮存器706和排气阀控制器712中的每一者耦接。主流量控制器722被配置为向阀门控制器724a-724f、压力控制器704、气体贮存器706和排气阀控制器712中的每一者发送和接收指令，以控制进入处理容积110的处理气体的流动。
分流阀726a-726f和排气转向阀708中的每一者被配置为控制通过设置在气体输送组件700内的导管的处理气体的流动。可以构成分流阀726a-726f和排气转向阀708的阀门的类型包括旋转阀、线性阀和自力式阀门。更具体而言，分流阀726a-726f和排气转向阀708可以是球阀(ball valve)、旋塞阀、蝶阀、闸阀、截止阀(globe valve)、夹管阀、隔膜片阀或针阀中的一者。阀门类型的选择至少部分地归因于在整个气体输送组件700内分配处理气体时使用的精确程度。
气体输送组件700使进入处理容积110的混合气体的流率以及混合气体内的处理气体的浓度/分压两者能够被控制。控制处理气体的浓度/分压以及总流率两者能够使处理气体在整个基板表面上的分布被改变。控制处理气体的浓度能够更好地控制基板的不同区域上的沉积速率。
图7B是依据本公开内容的实施方式的图7A的气体混合组件700以及第二气体混合组件701的示意气流图。气体注射器108中的每一者与混合气体导管735中的一者附接。混合气体导管735中的每一者从输送组件700延伸。输送组件700在图7A中得到更全面的说明。第二气体混合组件701与输送组件700类似。第二气体混合组件701经由多个第二混合气体导管740与气体注射器108中的每一者连接。第二混合气体导管740与混合气体导管735类似，但从第二气体混合组件701延伸。第二气体混合组件701内的部件中的每一者与输送组件700内的部件类似。
第二气体混合组件701可以与图6A-6D的多层注射器插入件600一起利用。在本文所述的实施方式中，输送组件700向气体注射器108的第一气体引入通道614a(图6B和6C)供应气体，而第二气体混合组件701向气体注射器108的第二气体引入通道614b(图6B和6C)供应气体。因此，可以精确地控制由气体注射器108分配的两个气体片层的流率和处理气体浓度两者。
排气模块165和下部腔室排气通道164中的每一者与排气导管720流体连通，以用于移除由第一气体混合组件700和第二气体混合组件701两者所供应的气体。在一些实施方式中，气体混合组件700、701两者共用共同的排气系统，例如排气导管720和排气泵734。
第一气体混合组件700和第二气体混合组件701可以供应相同或不同的气体。在一些实施方式中，第一气体混合组件700提供第一处理气体，以在基板150上沉积层。第二气体混合组件701用来向处理容积110提供第二处理气体。第二处理气体可以与第一处理气体类似，并且在基板150上沉积第二层。或者，第二气体混合组件701提供净化气体、清洁气体或蚀刻剂气体。在一些实施方式中，相同的气体被利用，但以不同的流率或浓度提供。可以同时地或交错地经由第一气体混合组件700和第二气体混合组件701供应气体，这取决于流过其中的气体和在处理腔室100内进行的期望处理。
图8是依据本公开内容的实施方式的用于与图7A的气体输送组件700一起使用的方法流程图800。方法800用来控制进入处理容积(例如处理容积110)的处理气体的流量和浓度。在操作802期间，第一气体混合物被引入到气体贮存器(例如气体贮存器706)中。第一气体混合物包括第一浓度的处理气体。
气体贮存器是被配置为将其中一定量的气体维持在预定压力下的压力贮存器。该气体的量大于约100sccm，例如大于约100cm3的处理气体，例如约100cm3至约750cm3，例如约100cm3至约500cm3。气体贮存器706内的第一气体混合物的压力被保持在上述的预定压力范围内，以避免气体贮存器内出现共振模式，共振模式可能会产生动态压力振荡。排气转向阀和多个分流阀用来在气体贮存器内保持接近恒定的压力。排气转向阀是排气转向阀708，而多个分流阀是分流阀724a-724f。
第一气体混合物被处理气体源(例如处理气体源702)引入到气体贮存器中。处理气体源被配置为供应包含处理气体的第一气体混合物。处理气体可以是含硅气体、含锗气体、含氮气体、含碳气体或含氧气体中的一者或组合。未列出的其他类型的处理气体也在考虑之列。处理气体源以预定的第一处理气体浓度和流率供应第一气体混合物，使得第一气体混合物内的成分的质量流率由处理气体源所控制。来自处理气体源的第一气体混合物的流率是第一流率。第一流率为约100sccm至约2500sccm，例如约100sccm至约2000sccm。
在操作802之后，进行另一个操作804：向多个分流阀供应第一气体混合物。多个分流阀可以是分流阀726a-726f。多个分流阀各自设置在分流器导管(例如分流器导管725)的不同分支上。多个分流阀中的每一者用来控制通过其中的第一气体混合物的流率。因此，分流阀用来控制分流器导管725的分支中的每一者上的第一气体混合物的流率。通过分流阀中的每一者的第一气体混合物的流率等于来自处理气体源的第一气体混合物的总流率除以分流阀的数量。在存在五个分流阀的实施方式中，第一气体混合物的流率为约20sccm至约500sccm，例如约20sccm至约400sccm。在存在六个分流阀的实施方式中，第一气体混合物的流率为约15sccm至约420sccm，例如约15sccm至约335sccm。分流阀中的每一者可以被打开或关闭，以控制第一气体混合物的流率。在一些实施方式中，分流阀被控制，以允许第一气体混合物的部分流率通过其中。分流阀中的每一者被独立控制，以允许分流阀中的每一者被调谐以实现通过其中的期望气流。在第一气体混合物通过分流阀之后，第一气体混合物流动到多个分流气体导管(例如分流气体导管733)中。一个分流气体导管可以与分流阀中的每一者耦接。分流气体导管733携带第一气体混合物通过其中，并且与多个混合点(例如多个混合点732)连接。分流气体导管733中的每一者与混合点732中的一者耦接。
在操作804之前、同时或之后进行另一个操作806：向载气导管供应载气。载气在操作806的期间由载气源供应。载气源可以是载气源728。载气源被配置为以小于约30slm的流率供应载气，例如约5slm至约30slm，例如约10slm至约30slm。载气可以是氦气(He)、氮气(N2)、氢气(H2)、氩气(Ar)或氧气(O2)中的任一者或组合。其他的载气也在设想之列。载气导管可以是载气导管730。载气导管分支成多个载气管道。一个载气管道与多个混合点中的每一者连接。
在操作806中通过载气导管供应载气并且第一气体混合物已经在操作804中通过分流阀流动的同时和之后，载气和第一气体混合物在操作808期间组合。组合第一气体混合物和载气是在多个混合点处进行的。多个混合点的混合点中的每一者可以是载气导管的载气管道中的一者与分流气体导管中的一者的交点。因此，混合点中的每一者可以包括T型接头或Y型接头，以合并载气管道和分流气体导管的远端，并且混合载气和第一气体混合物。组合载气和第一气体混合物会产生第二气体混合物，该第二气体混合物从混合点流出并且流过多个混合气体导管(例如混合气体导管735)。当载气和第一气体混合物最初在混合点处组合时，载气和第一气体混合物可能不会均匀混合。当第二气体混合物流过多个混合气体导管和一个或多个气体注射器时，载气和第一气体混合物继续混合。
第二气体混合物具有小于第一处理气体浓度的第二处理气体浓度。通过混合气体导管中的每一者的第二气体混合物的流率等于通过混合气体导管中的每一者的第一气体混合物和载气两者的总流量。通过混合气体导管中的每一者的第二气体混合物的流率为约2slm至约10slm，例如约4至约8，例如约6slm。通过混合气体导管中的每一者的第二气体混合物的流率可以至少部分地取决于处理腔室内的气体注射器的数量。第二气体混合物内的第一气体混合物与载气的比率能够使用本文所述的装置来控制和调整，使得通过注射器中的每一者的第一气体混合物的浓度和流率可以根据不同处理的需要对每个单独的注射器进行调整。通过气体注射器中的每一者的总流率可以保持恒定，而第二气体混合物内的第一气体混合物的浓度/分压在气体注射器中的每一者之间变化。
第二气体混合物经由混合气体导管流到多个气体注射器。混合气体导管中的每一者与气体注射器耦接，并且将第二气体混合物输送到气体注射器。一旦第二气体混合物被引入到气体注射器中，第二气体混合物就在操作810期间被引入到处理腔室的处理容积中。将第二气体混合物引入到处理容积中是以预定的速率和气体分布进行的。引入第二气体混合物能够在设置在处理容积内的基板的顶部上形成一个或多个层。
图9A是依据本公开内容的实施方式的环形注射器900的示意平面图。除了气体注射器108以外，环形注射器900也被配置为围绕处理容积设置。环形注射器900设置在处理容积110的内部，并且附接至注射环116的内表面404或基部环114的内表面304。如图1所示，环形注射器900与注射环116的内表面404附接。在基板处于处理位置时，环形注射器900设置在基板的顶表面上方。因此，环形注射器900设置在图1的水平面125上方并位于上部腔室111内。环形注射器900被配置为通过多个孔906将前驱物馈送到处理容积110中。环形注射器900为腔室内的前驱物输送提供了灵活性。环形注射器900补充来自气体注射器108的气流，并且可以协助控制基板150的边缘附近的沉积速率。
环形供应管道902与分配主体908耦接。分配主体908是环形分配主体908，并且与环形供应管道902耦接。环形供应管道902被配置为通过处理腔室100的壁内的馈送端口(未示出)。环形供应管道902被配置为向分配主体908供应前驱物气体。环形供应管道902和分配主体908是被配置为允许处理气体流过其中的空心通道或导管。分配主体908包括外部环形表面904和内部环形表面910。外部环形表面904被配置为附接至处理容积110内的表面(例如注射环116的内表面404)。
内部环形表面910包括穿过其中形成的多个孔906。多个孔906是形成于分配主体908的内部空心部分与内部环形表面910之间的开口。多个孔906在内部环形表面910的周围隔开，以允许气体分布到围绕处理容积110的不同圆周位置。分配主体908的直径以及孔906的尺寸受到期望的流率和期望的前驱物分布位置的影响。
内部环形表面910的直径为约250mm至约450mm，例如约300mm至约400mm，例如约350mm。孔906中的每一者的尺寸取决于孔906的数量以及孔906的位置。孔906的直径可以为约1mm至约5mm，例如约2mm至约4mm，例如约2mm至约3mm。穿过内部环形表面906设置有大约4至30个孔906，例如约6至25个孔906，例如约8至20个孔906。孔906围绕内部环形表面910的整个圆周均匀地设置。在一些实施方式中，孔906围绕内部环形表面906不对称地设置。孔906的不对称分布可以使基板150离气体注射器108或上部腔室排气通道开口324(图3B)较远的边缘位置附近的处理气体浓度能够增加。不对称分布进一步有助于控制通过处理容积110的气流。
图9B是依据本公开内容的实施方式的环形注射器901的另一个实施方式的示意平面图。在图9B的实施方式中，环形注射器901仅被配置为环绕处理容积110的一部分，使得分配主体906不是完整的环。在图9B的实施方式中，分配主体906是部分环，例如半圆。分配主体906也可以是四分之一的环或其他的弧形段。分配主体906也可以是四分之三的环，使得分配主体906形成约75％的圆。分配主体906的其他实施方式形成不同的部分环。如本文所述，部分环被定义为环的一部分，它形成的环小于整个圆，例如整个圆的约5％至约95％，例如整个圆的约10％至约90％。
其中部分环用于分配主体906的图9B的实施方式可以用于其中气体的分布不需要围绕基板的整个圆周进行的处理操作。在分配主体906的部分环形成之外，图9B的环形注射器901与图9A的环形注射器900类似。
本文所述的部件使处理腔室(例如处理腔室100)内的均匀性和沉积控制能够得到提高。虽然本文所述的部件在本文中是在一个处理腔室100中一起说明，但本文所述的部件也可以与现有或替代的沉积处理腔室分开利用。
虽然前述内容涉及本公开内容的实施方式，但也可以在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他的和另外的实施方式，并且本公开内容的范围是由随附的权利要求书去确定。

Claims (20)

1.一种用于基板处理的处理腔室，所述处理腔室包括：
注射环，所述注射环包括一个或多个注射器通道，所述一个或多个注射器通道设置为穿过所述注射环的一半并且设置在所述注射环的一半上；以及
一个或多个气体注射器，所述一个或多个气体注射器中的每一者设置在所述注射器通道中的一者的内部，所述气体注射器中的每一者包括：
注射器插入件；
气体引入通道；
气体扩散通道，所述气体扩散通道与所述气体引入通道流体耦接；以及
出口开口，所述出口开口设置为穿过与所述气体引入通道相对的所述注射器插入件的注射表面并且与所述气体扩散通道流体连通。
2.根据权利要求1所述的处理腔室，其中所述一个或多个气体注射器中的每一者进一步包括穿过所述注射器插入件的一个或多个加热器。
3.根据权利要求1所述的处理腔室，其中存在三个或更多个注射器通道和三个或更多个气体注射器，所述气体注射器中的每一者朝向所述注射环的中心部分定向。
4.根据权利要求1所述的处理腔室，其中所述气体引入通道是穿过注射器基部主体设置的单个通道。
5.根据权利要求1所述的处理腔室，其中所述气体扩散通道包括多个通道分叉和多个路径。
6.根据权利要求5所述的处理腔室，其中鳍片阵列设置在所述气体扩散通道与所述出口开口之间，并且挡板阵列设置在所述鳍片阵列与所述出口开口之间。
7.根据权利要求1所述的处理腔室，进一步包括环形注射器，所述环形注射器包括：
分配主体，所述分配主体具有内部环形表面；以及
多个孔，所述多个孔设置为穿过所述内部环形表面。
8.一种在处理腔室内使用的气体注射器，所述气体注射器包括：
注射器插入件；
气体引入通道，所述气体引入通道设置为穿过所述气体注射器；
气体扩散通道，所述气体扩散通道与所述气体引入通道耦接，所述气体扩散通道形成气体分配树；以及
出口开口，所述出口开口设置为穿过与所述气体引入通道相对的所述注射器插入件的注射表面并且与所述气体扩散通道流体连通。
9.根据权利要求8所述的气体注射器，其中所述气体扩散通道包括多个通道分叉和多个路径。
10.根据权利要求9所述的气体注射器，其中鳍片阵列设置在所述气体扩散通道与所述出口开口之间。
11.根据权利要求10所述的气体注射器，其中挡板阵列设置在所述鳍片阵列与所述出口开口之间。
12.根据权利要求11所述的气体注射器，其中所述挡板阵列包括多个挡板，每个挡板被塑形为具有面向所述鳍片阵列的第一表面，所述第一表面比面向所述出口开口的第二表面更宽。
13.根据权利要求8所述的气体注射器，进一步包括设置在所述注射器插入件内的一个或多个加热器。
14.根据权利要求13所述的气体注射器，其中所述一个或多个加热器各自是电阻式加热元件或辐射式加热元件。
15.根据权利要求8所述的气体注射器，其中所述气体引入通道是第一气体引入通道，所述气体扩散通道是第一扩散通道，并且所述出口开口是第一出口开口，所述注射器插入件进一步包括：
第二气体引入通道；
第二气体扩散通道；以及
第二出口开口。
16.根据权利要求15所述的气体注射器，其中所述第一出口开口设置在所述第二出口开口下方。
17.一种用于与处理腔室一起使用的气体混合组件，所述气体混合组件包括：
气体贮存器，所述气体贮存器具有被配置为与处理气体源耦接的入口；
排气转向阀，与所述气体贮存器流体耦接，并且被配置为与绕过所述处理腔室的排气泵耦接；
多个分流阀，所述多个分流阀并联设置并且与所述气体贮存器流体耦接；
处理腔室，其中所述处理腔室的处理容积与所述分流阀中的每一者流体连通；以及
主流量控制器，所述主流量控制器被配置为控制流过所述排气转向阀和所述多个分流阀中的每一者的流率。
18.根据权利要求17所述的气体混合组件，进一步包括：
多个分流气体导管，所述分流气体导管中的每一者流体耦接在所述分流阀中的一者与多个混合点中的一个混合点之间；
载气导管，所述载气导管被配置为流体耦接至载气源以及所述多个混合点中的每一者；以及
多个混合气体导管，所述多个混合气体导管在所述多个混合点与所述处理容积之间延伸。
19.根据权利要求17所述的气体混合组件，进一步包括：
气体注射器，所述气体注射器与所述分流阀中的每一者流体耦接，并且被配置为向所述处理容积提供混合气体。
20.根据权利要求17所述的气体混合组件，其中所述分流阀中的每一者进一步包括被配置为打开和关闭所述分流阀的阀门控制器。
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