CN117758239A - 工艺腔室及薄膜沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了工艺腔室及薄膜沉积方法。所述工艺腔室包括加热盘、喷淋盖、抽气口、环型平台及升降装置。所述加热盘用于承载并加热待加工的晶圆。所述喷淋盖设于所述工艺腔室的上部，用于向所述加热盘上喷洒反应物。所述抽气口设于所述工艺腔室的下部，用于从所述工艺腔室抽出尾气。所述环型平台的外环平台包围所述加热盘的边缘。所述外环平台的第一高度大于所述加热盘边缘的第二高度。所述升降装置用于驱动所述环型平台升降，改变所述外环平台到所述喷淋盖的间距，以调节所述抽气口的抽气路径上的流体分布。本发明可以实现工艺高度与抽气路径的解耦，以扩大工艺窗口，并提升腔内的气氛环境的稳定性，从而提升工艺的稳定性、重现性及薄膜均匀性。

Description

工艺腔室及薄膜沉积方法

技术领域

本发明涉及半导体加工领域，尤其涉及一种工艺腔室，以及一种薄膜沉积方法。

背景技术

为了满足DRAM、3D NAND及先进节点的逻辑器件等特殊元器件高深宽比的需求，反应源及其置换气体通道上往往设有特殊的缓冲罐。反应气体在通往工艺腔室前会预先累积在缓冲罐中，以在缓冲罐内预先增大反应气压力，进而对工艺中高深宽比结构中台阶覆盖率的问题进行优化。因此，在高进气压力的前提下，工艺腔室内的气流稳定性和气氛环境的稳定性非常重要，并且对抽气的均匀性及抽气效率要求更高。

在原子层沉积工艺中，薄膜的均匀性对工艺腔室内的气氛环境十分敏感。现有技术在采用侧抽模式的设备中，工艺腔室两侧同时设有抽气通道，最终在单侧汇总并与抽气口及抽气主管路相连。然而，由于远离抽气口一侧的路径较长，导致腔内左右两侧的抽气效率不均匀，会导致薄膜均匀性差的问题，尤其是厚度偏边的问题。此外，现有技术无法独立调节抽气效率，仅能通过调节加热盘的高度来改变抽气效率，这会使工艺高度和抽气效率联动，改变抽气效率的同时影响了工艺高度，使得工艺窗口变小，从而不利于薄膜沉积工艺的稳定进行。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种薄膜沉积技术，用于实现工艺高度与抽气路径的解耦，以扩大工艺窗口，并提升腔内的气氛环境的稳定性，从而提升工艺的稳定性、重现性及薄膜均匀性。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种工艺腔室及一种薄膜沉积方法，能通过设置可升降的环型平台，实现工艺高度与抽气路径的解耦，以扩大工艺窗口，并提升腔内的气氛环境的稳定性，从而提升工艺的稳定性、重现性及薄膜均匀性。

具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述工艺腔室包括加热盘、喷淋盖、抽气口、环型平台及升降装置。所述加热盘用于承载并加热待加工的晶圆。所述喷淋盖设于所述工艺腔室的上部，用于向所述加热盘上喷洒反应物。所述抽气口设于所述工艺腔室的下部，用于从所述工艺腔室抽出尾气。所述环型平台的外环平台包围所述加热盘的边缘。所述外环平台的第一高度大于所述加热盘边缘的第二高度。所述升降装置用于驱动所述环型平台升降，改变所述外环平台到所述喷淋盖的间距，以调节所述抽气口的抽气路径上的流体分布。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述升降装置降低所述环型平台，降低所述晶圆边缘的第一抽气速率，以使其接近或等于所述晶圆中心的第二抽气速率。或者所述升降装置升高所述环型平台，提升所述晶圆边缘的抽气速率，以使其大于并远离所述晶圆中心的第二抽气速率。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述抽气口设于所述工艺腔室的底部。所述外环平台在各方向的第一高度相等。或者所述抽气口设于所述工艺腔室的一侧。所述外环平台在靠近所述抽气口的第一侧的第一高度大于其在相反的第二侧的第三高度。所述第三高度也大于所述加热盘边缘的第二高度。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述外环平台采用台阶状结构或斜切状结构，其在靠近所述抽气口的第一侧的第一高度与远离所述抽气口的第二侧的第三高度之比在1.1～1.8之间。

进一步地，在本发明的一些实施例中，还包括至少一个反应源。所述至少一个反应源经由至少一个第一缓冲罐连接所述喷淋盖，用于向所述加热盘上均匀喷洒至少一种气相的反应物，以对所述晶圆进行薄膜沉积工艺。

进一步地，在本发明的一些实施例中，所述至少一个反应源包括反应气源和/或液态反应源。所述反应气源用于向所述工艺腔室提供反应气体。所述液态反应源用于向所述工艺腔室提供由载气携带的挥发的液态反应物。

进一步地，在本发明的一些实施例中，还包括至少一个载气源。所述至少一个载气源经由所述液态反应源的传输管路连接所述喷淋盖，用于向所述传输管路提供所述载气，以携带所述挥发的液态反应物流向所述工艺腔室。

进一步地，在本发明的一些实施例中，还包括至少一个吹扫气源。所述至少一个吹扫气源经由至少一个第二缓冲罐连接所述喷淋盖，用于向所述加热盘上均匀喷洒吹扫气体，以清洁所述工艺腔室。

进一步地，在本发明的一些实施例中，还包括真空泵。所述真空泵连接所述抽气口，用于经由所述抽气口，从所述工艺腔室中抽出所述尾气。

此外，根据本发明的第二方面提供的上述薄膜沉积方法使用如权本发明的第一方面提供的工艺腔室，对其中的晶圆进行薄膜沉积。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据一些实施例提供的工艺腔室的结构示意图。

图2A示出了根据一些实施例提供的环型平台的俯视示意图。

图2B示出了根据一些实施例提供的环型平台的截面示意图。

图3示出了根据一些实施例提供的工艺腔室的结构示意图。

图4A示出了根据一些实施例提供的环型平台的俯视示意图。

图4B示出了根据一些实施例提供的环型平台的截面示意图。

图5A示出了根据一些实施例提供的环型平台的俯视示意图。

图5B示出了根据一些实施例提供的环型平台的截面示意图。

附图标记：

11 加热盘

12 喷淋盖

13 抽气口

14 环型平台

141 外环平台

15 升降装置

161 反应源

162 第一缓冲罐

17 载气源

181 吹扫气源

182 第二缓冲罐

19 真空泵

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，现有技术在采用侧抽模式的设备中，工艺腔室两侧同时设有抽气通道，最终在单侧汇总并与抽气口及抽气主管路相连。然而，由于远离抽气口一侧的路径较长，导致腔内左右两侧的抽气效率不均匀，会导致薄膜均匀性差的问题，尤其是厚度偏边的问题。此外，现有技术无法独立调节抽气效率，仅能通过调节加热盘的高度来改变抽气效率，这会使工艺高度和抽气效率联动，改变抽气效率的同时影响了工艺高度，使得工艺窗口变小，从而不利于薄膜沉积工艺的稳定进行。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种工艺腔室及一种薄膜沉积方法，可以通过设置可升降的环型平台，实现工艺高度与抽气路径的解耦，以扩大工艺窗口，并提升腔内的气氛环境的稳定性，从而提升工艺的稳定性、重现性及薄膜均匀性。

在一些非限制性的实施例中，本发明的第二方面提供的薄膜沉积方法可以基于本发明的第一方面提供的工艺腔室来实施。

具体请结合参考图1、图2A及图2B，图1示出了根据一些实施例提供的工艺腔室的结构示意图，图2A示出了根据一些实施例提供的环型平台的俯视示意图，图2B示出了根据一些实施例提供的环型平台的截面示意图。

在图1、图2A及图2B所示的实施例中，本发明的第一方面提供的上述工艺腔室包括加热盘11、喷淋盖12、抽气口13、环型平台14及升降装置15。

具体来说，该加热盘11用于承载并加热待加工的晶圆。该喷淋盖12设于工艺腔室的上部，用于向加热盘11上喷洒反应物。该抽气口13设于工艺腔室的下部，用于从工艺腔室抽出尾气。

该环型平台14包括凹陷的内环平台及包围在该内环平台边缘的外环平台141。在此，该外环平台141包围加热盘11的边缘，其第一高度大于加热盘11边缘的第二高度。

该升降装置15可以选用升降电机及丝杠。该丝杠的第一端连接升降电机的旋转端，而其第二端连接环型平台14的内环平台的底部，用于将该升降电机输出的旋转量转换为升降的平移量、以驱动环型平台14升降，改变外环平台141到喷淋盖12的间距，并调节抽气口13的抽气路径上的流体分布。

具体来说，在一些实施例中，该升降装置15可以降低环型平台14，增大外环平台141到喷淋盖12的间距，以降低晶圆边缘的第一抽气速率，并使其接近或等于晶圆中心的第二抽气速率，以减小晶圆边缘的薄膜厚度。

反之，在另一些实施例中，该升降装置15也可以升高环型平台14，减小外环平台141到喷淋盖12的间距，以提升晶圆边缘的第一抽气速率，并使其大于并远离晶圆中心的第二抽气速率，以增大晶圆边缘的薄膜厚度。

由此，该升降装置15即可通过降低或升高环型平台14的方式，主动调节晶圆边缘的第一抽气速率，从而在维持加热盘11的工艺高度不变的前提下，稳定、精确的调节晶圆边缘的薄膜厚度，以改善薄膜的均匀性。

进一步地，如图2B所示，该抽气口13可以设于工艺腔室的底部，以从外环平台141的多个方向，均匀地抽气。此时，外环平台141在各方向的第一高度可以相等。

然而，本领域的技术人员可以理解，上述将抽气口13设于工艺腔室的底部，以均匀从各方向抽气的实施例，只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

可选地，在另一些实施例中，该抽气口13也可以偏心地设于工艺腔室的一侧。对应地，外环平台141在靠近抽气口13的第一侧的第一高度可以大于其在相反的第二侧的第三高度，增大靠近抽气口13的第一侧的气体流阻，以实现各方向的均匀抽气。

具体请结合参考图3、图4A、图4B、图5A及图5B。图3示出了根据一些实施例提供的工艺腔室的结构示意图，图4A示出了根据一些实施例提供的环型平台的俯视示意图，图4B示出了根据一些实施例提供的环型平台的截面示意图。图5A示出了根据一些实施例提供的环型平台的俯视示意图，图5B示出了根据一些实施例提供的环型平台的截面示意图。

在图3所示的实施例中，该抽气口13可以设于工艺腔室的右侧。对应地，外环平台141在靠近抽气口13的右侧的第一高度可以大于其在相反的左侧的第三高度，而该第三高度仍大于加热盘11边缘的第二高度，以决定对应方向的气体流阻。

进一步地，如图4A～4B及图5A～5B所示，该外环平台141可以采用台阶状结构或斜切状结构，其在靠近抽气口13的第一侧的第一高度与远离抽气口13的第二侧的第三高度之比在1.1～1.8之间，以调节各方向的气体流阻，并实现各方向的均匀抽气。

如此，该环型平台14可以补偿由于抽气路径不对称而造成的抽气不均匀的问题，进一步优化在抽气口13设于侧方的工艺腔室中的气流均匀性。

此外，请继续参考图1，在一些实施例中，本发明的第一方面提供的上述工艺腔室还可选地包括至少一个反应源161。该至少一个反应源161经由至少一个第一缓冲罐162连接喷淋盖12，用于向加热盘11上均匀喷洒至少一种气相的反应物，以对晶圆进行薄膜沉积工艺。

进一步地，该至少一个反应源161可以包括反应气源和/或液态反应源。该反应气源161用于向工艺腔室提供NH₃等反应气体。该液态反应源用于向工艺腔室提供由载气携带的挥发的TiCl₄等液态反应物。

更进一步地，在一些实施例中，本发明的第一方面提供的上述工艺腔室还包括至少一个载气源17。该至少一个载气源17经由液态反应源的传输管路连接喷淋盖12，用于向该传输管路提供载气，以携带挥发的液态反应物流向工艺腔室。

此外，在一些实施例中，本发明的第一方面提供的上述工艺腔室还可选地包括至少一个吹扫气源181。该至少一个吹扫气源181经由至少一个第二缓冲罐182连接喷淋盖12，用于向加热盘11上均匀喷洒吹扫气体，以清洁工艺腔室。

此外，在一些实施例中，本发明的第一方面提供的上述工艺腔室还可选地包括真空泵19。该真空泵19连接抽气口13，用于经由抽气口13，从工艺腔室中抽出尾气。

综上，本发明提供的上述工艺腔室及薄膜沉积方法，均能通过设置可升降的环型平台，用于实现工艺高度与抽气路径的解耦，以扩大工艺窗口，并提升腔内的气氛环境的稳定性，从而提升工艺的稳定性、重现性及薄膜均匀性。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种工艺腔室，其特征在于，包括：

加热盘，用于承载并加热待加工的晶圆；

喷淋盖，设于所述工艺腔室的上部，用于向所述加热盘上喷洒反应物；

抽气口，设于所述工艺腔室的下部，用于从所述工艺腔室抽出尾气；

环型平台，其外环平台包围所述加热盘的边缘，其中，所述外环平台的第一高度大于所述加热盘边缘的第二高度；以及

升降装置，用于驱动所述环型平台升降，改变所述外环平台到所述喷淋盖的间距，以调节所述抽气口的抽气路径上的流体分布。

2.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述升降装置降低所述环型平台，降低所述晶圆边缘的第一抽气速率，以使其接近或等于所述晶圆中心的第二抽气速率，或者

所述升降装置升高所述环型平台，提升所述晶圆边缘的抽气速率，以使其大于并远离所述晶圆中心的第二抽气速率。

3.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，所述抽气口设于所述工艺腔室的底部，所述外环平台在各方向的第一高度相等，或者

所述抽气口设于所述工艺腔室的一侧，所述外环平台在靠近所述抽气口的第一侧的第一高度大于其在相反的第二侧的第三高度，所述第三高度也大于所述加热盘边缘的第二高度。

4.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于，所述外环平台采用台阶状结构或斜切状结构，其在靠近所述抽气口的第一侧的第一高度与远离所述抽气口的第二侧的第三高度之比在1.1～1.8之间。

5.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，还包括：

至少一个反应源，经由至少一个第一缓冲罐连接所述喷淋盖，用于向所述加热盘上均匀喷洒至少一种气相的反应物，以对所述晶圆进行薄膜沉积工艺。

6.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，所述至少一个反应源包括：

反应气源，用于向所述工艺腔室提供反应气体；和/或

液态反应源，用于向所述工艺腔室提供由载气携带的挥发的液态反应物。

7.如权利要求6所述的工艺腔室，其特征在于，还包括：

至少一个载气源，经由所述液态反应源的传输管路连接所述喷淋盖，用于向所述传输管路提供所述载气，以携带所述挥发的液态反应物流向所述工艺腔室。

8.如权利要求5所述的工艺腔室，其特征在于，还包括：

至少一个吹扫气源，经由至少一个第二缓冲罐连接所述喷淋盖，用于向所述加热盘上均匀喷洒吹扫气体，以清洁所述工艺腔室。

9.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于，还包括：

真空泵，连接所述抽气口，用于经由所述抽气口，从所述工艺腔室中抽出所述尾气。

10.一种薄膜沉积方法，其特征在于，使用如权利要求1～9中任一项所述的工艺腔室，对其中的晶圆进行薄膜沉积。