TW201324663A - 用於改良之沉積均勻性的前驅物分配特性 - Google Patents

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Abstract

本發明描述噴淋頭，該等噴淋頭包括第一複數個孔隙，該第一複數個孔隙經配置以接收第一流體，該第一流體可分配至半導體基板處理腔室之處理區域。第一複數個孔隙可包括第一組孔隙及第二組孔隙，且第一組孔隙的孔徑可大於第二組孔隙之孔徑。噴淋頭亦可具有第二複數個孔隙，該第二複數個孔隙經配置以接收待分配至基板處理腔室之處理區域的第二流體。噴淋頭可經配置以在將第一流體及第二流體分配至處理區域之前維持該第一流體及該第二流體流體隔離。

Description

用於改良之沉積均勻性的前驅物分配特性 【相關申請案之交叉引用】
本申請案主張在2011年11月8日提出申請的標題為「Precursor Distribution Features for Improved Deposition Uniformity」的美國臨時申請案第61/557,271號之權益，出於全部目的，該美國臨時申請案之全部揭示內容在此以引用之方式併入。
本技術係關於半導體製造製程及設備。更特定言之，本技術係關於改良沉積均勻性之半導體處理設備。
自從在數十年前引入半導體元件以來，半導體元件幾何結構的尺寸已顯著地減小。現代半導體製造設備通常生產具有45 nm、32 nm及28 nm形態尺寸的元件，且正在開發且實施新設備，以製造具有甚至更小幾何結構的元件。隨著整個基板晶圓之表面上的形態尺寸繼續減小，可能產生與整個基板表面上的層均勻性有關的問題。
舉例而言，若材料至基板的流動不均勻，則沉積材料之厚度可在整個基板表面上不同，造成具有過多沉積材料的區域及/或具有過少沉積材料的區域。若區域接收之 材料過少，則可產生覆蓋之間隙，該等間隙可能最終引起在元件內之短路。
因此，需要可改良沉積材料在整個基板表面上的均勻性之新的製造製程及設備。所揭示的技術提供此等益處及其他益處。
本發明描述噴淋頭，該等噴淋頭包括第一複數個孔隙，該第一複數個孔隙經配置以接收第一流體，該第一流體可分配至半導體基板處理腔室之處理區域。第一複數個孔隙可包括第一組孔隙及第二組孔隙，且第一組孔隙的孔徑可大於第二組孔隙之孔徑。噴淋頭亦可具有第二複數個孔隙，該第二複數個孔隙經配置以接收待分配至基板處理腔室之處理區域的第二流體。噴淋頭可經配置以在將第一流體及第二流體分配至處理區域之前維持該第一流體及該第二流體流體隔離。
第一複數個孔隙可以同心環分佈在噴淋頭中，且該等環可包含幾何圖案。每一向外定位的同心環可包含增加數目之孔隙，以按照增加的直徑維持類似幾何圖案。孔隙之同心環中的至少一個同心環可包含來自第二組孔隙的孔隙。在所揭示實施例中，孔隙之同心環中的至少一個同心環可在原本含有孔隙以維持來自同心環中向內定位的同心環之幾何圖案的位置中之至少一個位置處不包 括孔隙。
噴淋頭可包括孔隙之至少六個同心環，其中孔隙之最內部的環與孔隙之最外部的環之間的孔隙之環中的至少一個環由來自第二組孔隙的孔隙組成。所揭示的噴淋頭可包括孔隙之至少五個同心環，其中前兩個最內部的環及最後兩個最外部的環可自相鄰環徑向偏移第一長度。環中的至少兩個環可偏移第一長度的至少兩倍，而無孔隙之環徑向設置於兩個環之間。
所揭示的噴淋頭可包括孔隙之至少九個同心環，其中向外編號的環之第三環至第六環之孔隙之至少一個環包括來自第二組孔隙的孔隙。向外編號的環之第三環至第六環之孔隙之至少兩個環亦可包括來自第二組孔隙的孔隙。在所揭示的噴淋頭中，可在第一板中界定第一複數個孔隙，且可在第二板中界定第二複數個孔隙。第一板及第二板可彼此耦接，以使得在第一板與第二板之間界定一體積。噴淋頭可經配置以將第二流體接收至界定於第一板與第二板之間的體積中，且噴淋頭可經配置以防止第二流體經由第一板進入。
所揭示的技術亦包括氣體分配總成，該等氣體分配總成包括環形主體，該環形主體具有以一內徑定位的內部環形壁、以一外徑定位的外部環形壁、上表面及底表面。上部凹槽可形成於上表面中，唇可沿內壁徑向向外形成且向著底表面定位，且底座可形成於內部環形壁中且向著底表面定位。總成可包括上板，該上板與環形主體之 上部凹槽耦接，該上板界定複數個第一孔隙。總成亦可包括底板，該底板與形成於環形主體之內部環形壁中的底座耦接。底板可包括形成於板中的複數個第二孔隙，其中第二孔隙與第一孔隙對準。底板亦可包括形成於板中的複數個第三孔隙，該複數個第三孔隙在第二孔隙之間定位於板中。第一孔隙及第二孔隙可經對準且可在上板及下板上形成第一孔隙及第二孔隙之同心幾何圖案，且第一孔隙及第二孔隙的第一子組可包含一孔徑，該孔徑小於第一孔隙及第二孔隙的第二子組之孔徑。第三孔隙可具有滴漏形狀。
氣體分配總成可具有與上板密封地耦接的底板，以使得經對準的第一孔隙及第二孔隙與第三孔隙流體隔離。底板上的孔隙之同心幾何形狀可包括孔隙之至少兩個環，且該等環可具有自彼此徑向向外增加的直徑。形成每一環的孔隙可具有與彼環中含有的其他孔隙相同的孔徑，且第一孔隙及第二孔隙之環中之至少一個環可具有與位於第二環中的第一孔隙及第二孔隙之孔徑不同的孔徑。
氣體分配總成可具有接合在一起從而在每一對經對準第一孔隙及第二孔隙周圍形成密封的上板及底板，其中上板焊接至環形主體，從而在上板之外邊緣與上部凹槽之內邊緣之間產生密封。底板可焊接至環形主體，以使得在底板之外邊緣與內部環形壁之間產生密封。環形主體可進一步包括第一密封通道及第二密封通道，該第一 密封通道在環形主體之上表面上沿上部凹槽徑向向外形成，該第二密封通道在環形主體之底表面上沿上部凹槽徑向向外形成。
環形主體可進一步包括流體輸送通道，該等流體輸送通道沿第一流體通道徑向向內形成於上部凹槽中。流體通道可沿流體輸送通道徑向向內形成於上部凹槽中，該等流體通道與流體輸送通道耦接。導管可形成為穿過環形主體之外部環形壁且與流體輸送通道流體地耦接，以形成自導管之入口至該複數個第三孔隙之出口的流動路徑。環形主體亦可包括加熱器凹槽，該加熱器凹槽在環形主體之底表面中沿第二冷卻通道徑向向外形成。
本發明亦描述用於使前驅物氣體流經噴淋頭(諸如，貫穿本揭示案描述的彼等噴淋頭)的方法。第一前驅物可流經噴淋頭中之第一複數個孔隙且可輸送至半導體處理腔室之處理區域中。第一複數個孔隙可包括第一組孔隙及第二組孔隙，其中第一組孔隙的孔徑可大於第二組孔隙之孔徑。可經由第一複數個孔隙輸送第一前驅物，以使得經由該複數個第一孔隙中之每一第一孔隙輸送實質上等量的第一前驅物。
在以下描述中部分地闡述了額外實施例及特徵結構，且熟習此項技術者在查看說明書之後在某種程度上將顯而易見該等額外實施例及特徵結構，或可藉由實踐此項技術來瞭解該等額外實施例及特徵結構。可借助於說明書中描述的工具、組合及方法來實現及獲得此項技術之 特徵結構及優點。
本技術包括用於以經改良流動模式分配處理氣體以在半導體基板上形成具有更均勻高度之沉積層之經改良噴淋頭設計。儘管習知噴淋頭設計可為處理氣體及前驅物氣體簡單地提供直通分配系統，但本文描述的技術允許在將氣體輸送至基板處理腔室時對氣體之流動特徵的經改良控制。此時，沉積操作可在整個基板上產生具有實質上相等之高度之膜。
第1圖為根據所揭示實施例之沉積腔室、烘乾腔室及固化腔室之處理工具100之一個實施例的平面俯視圖。在圖式中，一對FOUP(front opening unified pod；前端開啟式晶圓傳送盒)102供應基板(例如，300 mm直徑半導體晶圓)，該等基板可由機器人臂104接收且置放至低壓固持區域106中，然後置放至串聯處理腔室109a-c之基板處理區段108a-f中之一者中。第二機器人臂110可用以將基板自固持區域106運送至處理腔室108a-f及反向運送。
串聯處理腔室109a-c之基板處理區段108a-f可包括用於在基板上沉積、退火、固化及/或蝕刻可流動介電膜之一或更多個系統組件。在一種配置中，處理腔室之兩對串聯處理區段(例如，串聯處理區段108c-d及串聯處理 區段108e-f)可用以在基板上沉積可流動介電材料，且第三對串聯處理區段(例如，串聯處理區段108a-b)可用以退火經沉積介電質。在另一配置中，處理腔室之兩對串聯處理區段(例如，串聯處理區段108c-d及串聯處理區段108e-f)可經配置以在基板上既沉積又退火可流動介電膜，而第三對串聯處理區段(例如，串聯處理區段108a-b)可用於經沉積膜之UV固化或電子束固化。在又另一配置中，所有三對串聯處理區段(例如，串聯處理區段108a-f)可經配置以在基板上沉積及固化可流動介電膜。
在又一配置中，兩對串聯處理區段(例如，串聯處理區段108c-d及串聯處理區段108e-f)可用於既沉積又UV固化或電子束固化可流動介電質，而第三對串聯處理區段(例如，串聯處理區段108a-b)可用於退火介電膜。應瞭解，可設想系統100具有用於可流動介電膜的沉積腔室、退火腔室及固化腔室之額外配置。
此外，串聯處理區段108a-f中之一或更多者可配置為濕處理腔室。此等處理腔室可包括在包括濕氣之氣氛中加熱可流動介電膜。因此，系統100之實施例可包括濕處理串聯處理區段108a-b及退火串聯處理區段108c-d，以對經沉積介電膜既執行濕退火又執行幹退火。
第2A圖為在串聯處理腔室內具有分割的電漿產生區域之處理腔室區段200之一個實施例的橫截面圖。在膜沉積(氧化矽、氮化矽、氧氮化矽或氧碳化矽)期間， 可使製程氣體經由氣體入口總成205流動至第一電漿區域215中。可在進入第一電漿區域215之前，在遠端電漿系統(RPS)201內激發製程氣體。根據所揭示實施例，圖示蓋212、噴淋頭225及基板支撐件265，基板支撐件265上設置有基板255。蓋212可為稜錐形、圓錐形或從頂部部分至底部部分由窄變寬之另一類似結構。用蓋212圖示為具有施加的AC電壓源，且噴淋頭225為接地的，與第一電漿區域215中的電漿產生一致。絕緣環220可定位於蓋212與噴淋頭225之間，從而使電容耦合電漿(CCP)能夠形成於第一電漿區域中。
蓋212可為用於根據所揭示實施例之處理腔室的雙源蓋。流體入口總成205可將流體(諸如，氣體)引入至第一電漿區域215中。在流體入口總成205內可見兩個不同的流體供應通道。第一通道202可載運穿越遠端電漿系統(「RPS」)201的流體(諸如，氣體)，而第二通道204可載運繞過RPS 201的流體(諸如，氣體)。在所揭示實施例中，第一通道202可用於製程氣體，且第二通道204可用於處理氣體。氣體可流動至電漿區域215中且藉由擋板206分散。蓋205及噴淋頭225圖示為在兩者之間具有絕緣環220，該絕緣環220允許將AC電位相對噴淋頭225施加於蓋212。
可藉由本文描述的噴淋頭之實施例使流體(諸如，前驅物(例如，含矽之前驅物))流動至第二電漿區域中。自電漿區域215中製程氣體獲得的受激發物種可行進穿 過噴淋頭225中的孔隙且與自噴淋頭流動至第二電漿區域233中的前驅物反應。極少或沒有電漿可存在於第二電漿區域233中。製程氣體之受激發衍生物及前驅物可在基板上方區域中及有時在基板上的區域中組合，以在基板上形成可流動膜。隨著膜增長，與下層材料相比，新近添加的材料擁有更高的遷移率。隨著有機物含量由於蒸發而減少，遷移率可能減小。可在不會在完成沉積之後將傳統密度之有機物含量留於膜內的情況下，使用此技術藉由可流動膜來填充間隙。固化步驟仍可用以進一步減少或移除經沉積膜中之有機物含量。
直接在第一電漿區域215中激發製程氣體、在RPS中激發製程氣體或上述兩者可提供若干益處。歸因於第一電漿區域215中之電漿，自製程氣體獲得的受激發物種之濃度可在第二電漿區域233內增加。此濃度增加之原因可為第一電漿區域215中有電漿。與遠端電漿系統(RPS)201相比，第二電漿區域233可定位為更接近第一電漿區域215，從而減少受激發物種經由與其他氣體分子、腔室壁及噴淋頭表面碰撞而脫離激發態之時間。
自製程氣體獲得的受激發物種之濃度之均勻性亦可在第二電漿區域233內增加。此均勻性增加之原因可為第一電漿區域215之形狀，第一電漿區域215之該形狀可能較類似於第二電漿區域233之形狀。相對於穿越噴淋頭225之中心附近的孔隙之物種，在遠端電漿系統(RPS)201中產生的受激發物種可行進更大距離，才能穿越噴 淋頭225之邊緣附近的孔隙。該較大距離可能導致受激發物種之激發程度降低，且(例如)可能導致在基板之邊緣附近的增長速率較慢。在第一電漿區域215中激發製程氣體可減緩此變化。
可在RPS 201中激發處理氣體，且可使處理氣體以激發態穿越噴淋頭225到達第二電漿區域233。或者，可將功率施加於第一處理區域，以激發電漿氣體或者增強已自RPS離開的製程氣體。儘管可在第二電漿區域233中產生電漿，但電漿可替代性地不在第二電漿區域中產生。在一個實例中，處理氣體或前驅物之唯一激發方式可為激發在RPS 201中之處理氣體以在第二電漿區域233中與前驅物反應。
處理腔室及工具更充分地描述於在2008年9月15日提出申請的專利申請案第12/210,940號及在2008年9月15日提出申請的專利申請案第12/210,982號中，該等專利申請案在與所主張態樣及本文的描述一致的程度上以引用之方式併入本文。
第2B圖至第2C圖為處理腔室中前驅物流動製程及本文描述的氣體分配總成之一個實施例之示意性側視圖。供在處理腔室區段200中使用的氣體分配總成被稱為雙區域噴淋頭(dual zone showerheads；DZSH)且詳述於本文在第3A圖至第3K圖、第4A圖至第4I圖中描述的實施例中。以下氣流描述係針對寬泛的雙區域噴淋頭描述，且不應闡釋或解釋為限制本文描述之噴淋頭態樣。 儘管藉介電材料之沉積描述以下描述，但發明者設想此設備及相關聯方法可用以沉積其他材料。
雙區域噴淋頭可允許介電材料之可流動沉積。可在處理腔室中沉積的介電材料之實例包括氧化矽、氮化矽、氧碳化矽或氧氮化矽。氮化矽材料包括氮化矽SixNy、含氫的氮化矽SixNyHz、包括含氫氧氮化矽之氧氮化矽SixNyHzOzz及包括氯化氮化矽之含鹵素的氮化矽SixNyHzClzz。經沉積介電材料可隨後轉換成氧化矽類的材料。
可藉由引入介電材料前驅物及使前驅物與第二電漿區域233或反應體積中之處理氣體反應，來沉積介電層。前驅物之實例為含矽之前驅物，該等含矽之前驅物包括矽烷、二矽烷、甲基矽烷、二甲基矽烷、三甲基矽烷、四甲基矽烷、四乙氧基矽烷(TEOS)、三乙氧基矽烷(TES)、八甲基環四矽氧烷(OMCTS)、四甲基二矽氧烷(TMDSO)、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、四甲基二乙氧基二矽氧烷(TMDDSO)、二甲基二甲氧基矽烷(DMDMS)或上述之組合。用於沉積氮化矽之額外前驅物包括含有SixNyHz之前驅物(諸如，矽烷基胺及包括三矽烷基胺(TSA)及二矽烷基胺(DSA)之矽烷基胺之衍生物)、含有SixNyHzOzz之前驅物、含有SixNyHzClzz之前驅物或上述之組合。
處理氣體包括含氫化合物、含氧化合物、含氮化合物或上述之組合。適合的處理氣體之實例包括選自包含以 下之群組的化合物中之一或更多者：H2、H2/N2混合物、NH3、NH4OH、O3、O2、H2O2、N2、包括N2H4蒸氣之NxHy化合物、NO、N2O、NO2、水蒸氣或上述之組合。處理氣體可為(諸如)在RPS單元中已激發的電漿，以包括含有N*及/或H*及/或O*之自由基或電漿，例如，NH3、NH2*、NH*、N*、H*、O*、N*O*或上述之組合。製程氣體可替代性地包括本文描述之前驅物中之一或更多種前驅物。亦可包括諸如載氣之額外氣體，且該等額外氣體可包括H2、N2、He、Ar等及上述之組合。
前驅物可藉由首先引入至內部噴淋頭體積294中來引入至反應區域中，內部噴淋頭體積294由第一歧管226或上板及第二歧管227或底板界定在噴淋頭225中。內部噴淋頭體積294中的前驅物可經由形成於第二歧管中的孔隙296(開口)流動295至處理區域233中。此流動路徑可在腔室中與製程氣體之其餘部分隔離，且此流動路徑可提供處於未反應狀態或實質上未反應狀態的前驅物，直至進入界定於基板217與第二歧管227之底部之間的處理區域233中為止。一旦前驅物在處理區域233中，則前驅物可與處理氣體反應。可將前驅物經由形成於噴淋頭中的側通道(諸如，本文噴淋頭實施例中所示的通道490、通道518及/或通道539)引入至界定於噴淋頭225中的內部噴淋頭體積294中。製程氣體可為電漿態，包括來自RPS單元或來自在第一電漿區域中產生的電漿之自由基。此外，可在第二電漿區域中產生電漿。
可將處理氣體提供至由蓋212及噴淋頭225之頂部界定的第一電漿區域215或上部體積中。可藉由使用第2A圖中所示之擋板206來實現處理氣體之分配。處理氣體可為在第一電漿區域215中受激發的電漿，以產生製程氣體電漿及自由基，該等製程氣體電漿及自由基包括含有N*及/或H*及/或O*之自由基或電漿，例如，NH3、NH2*、NH*、N*、H*、O*、N*O*或上述之組合。或者，處理氣體可在引入至第一電漿處理區域215之前穿越遠端電漿系統之後已處於電漿態。
包括電漿及自由基之處理氣體290可隨後經由孔隙(諸如，通道290)輸送至處理區域233，以與前驅物反應。穿越通道之處理氣體可與內部噴淋頭體積294實體隔離且在處理氣體與前驅物兩者皆穿越噴淋頭225時可不與穿越內部噴淋頭體積294的前驅物反應。處理氣體及前驅物一旦在處理體積中，則處理氣體及前驅物可混合及反應以沉積介電材料。
除製程氣體及介電材料前驅物之外，可能存在出於不同目的在不同時間引入之其他氣體。可引入處理氣體，以在沉積期間自腔室壁、基板、經沉積膜及/或膜移除非所要之物種，該處理氣體含有包括氫、碳或氟之化合物(諸如，NF3)。製程氣體(process gas)及/或處理氣體(treatment gas)可包含來自以下群組之氣體中之至少一種氣體：H2、H2/N2混合物、NH3、NH4OH、O3、O2、H2O2、N2、N2H4蒸氣、NO、N2O、NO2、水蒸氣或上述 之組合。處理氣體可在電漿中受激發且隨後用以減少或移除經沉積膜中的殘留有機物含量。在其他所揭示實施例中，可在不具有電漿的情況下使用處理氣體。當處理氣體包括水蒸氣時，可使用質量流量計(mass flow meter；MFM)、注入閥或藉由可商購的水蒸氣產生器來實現輸送。可經由RPS單元或者繞過RPS單元將處理氣體引入至第一處理區域中，且可進一步在第一電漿區域中激發處理氣體。
孔隙291之開口的軸292及孔隙296之開口的軸297可彼此平行或實質上彼此平行。或者，軸292及軸297可與彼此成角度，諸如，自約1°至約80°(例如，自約1°至約30°)。或者，各別軸292中之每一者可與彼此成角度，諸如，自約1°至約80°(例如，自約1°至約30°)，且各別軸297中之每一者可與彼此成角度，諸如，自約1°至約80°(例如，自約1°至約30°)。
各別開口可成角度，諸如，第2B圖中孔隙291之開口所示，其中開口的角度為自約1°至約80°，諸如，自約1°至約30°。孔隙291之開口的軸292及孔隙296之開口的軸297可垂直於或實質上垂直於基板217之表面。或者，軸292及軸297可與基板表面成角度，諸如，小於約5°。
第2C圖圖示處理腔室200及噴淋頭225之部分示意圖，該部分示意圖圖示前驅物自內部體積294經由孔隙296流動295至處理區域233中。該圖式亦圖示顯示兩 個孔隙296之軸297及297'與彼此成角度之替代性實施例。
第3A圖圖示氣體分配總成300a之上部透視圖。在使用中，氣體分配系統300可具有實質上水平定向，以使得穿過氣體分配系統300形成的氣體孔隙之軸可垂直於或實質上垂直於基板支撐件(參見第2A圖中之基板支撐件265)之平面。第3B圖圖示氣體分配總成300之仰視透視圖。第3C圖為氣體分配總成300之平面仰視圖。第3D圖為沿第3C圖之線3D-3D截取的氣體分配總成300之橫截面圖。第3E圖為沿第3C圖之線3E-3E截取的氣體分配總成300之底板325之橫截面圖。第3F圖及第3G圖為底板325之特徵結構之放大視圖。第3H圖為氣體分配總成300之上板320之平面仰視圖。第3H'圖為沿第3H圖之線3H'-3H'截取的上板320之橫截面圖。第3H"圖為上板320之仰視透視圖。第3I圖及第3I'圖為上板320之特徵結構之放大視圖。第3J圖為氣體分配總成300之環形主體340之俯視圖。第3K圖圖示環形主體340之底部之透視圖，環形主體340中設置有加熱元件327。第3L圖為第3D圖中所示之氣體分配總成300的一部分之放大視圖。第3M圖為橫跨第3J圖之線3M-3M截取的環形主體340之橫截面圖。
參閱第3A圖至第3M圖，氣體分配總成300大體包括環形主體340、上板320及底板325。環形主體340可為環，該環具有內部環形壁301、沿內部環形壁301徑向 向外延伸的內部唇302、上部凹槽303、底座304及外壁305，尤其如第3L圖中所見。環形主體340具有頂表面315及底表面310，頂表面315及底表面310界定環形主體340之厚度。通道356可位於頂表面及底表面中，在該頂表面及該底表面中，密封部件(諸如，O形環)可經設置以將總成300密封地耦接於處理腔室中。導管350、導管355可形成於頂表面及底表面中且流體地耦接通道356，用於淨化空氣以確保配合的密封。加熱器凹槽342可形成於底表面310中且經調適以固持加熱元件327，如第3K圖中所示。此外，冷卻通道(未圖示)可設置於環形主體內，流體可在操作期間流動穿過該環形主體以冷卻總成。
上板320可為碟形主體，該碟形主體具有經選擇以與上部凹槽303之直徑配合的直徑，其中一定數目的第一孔隙360形成為穿過該碟形主體，尤其如第3D圖及3H圖至第3I'圖中所見。第一孔隙360可延伸超過上板320之底表面306，藉此形成一定數目的凸起的圓柱形主體307。在每一凸起的圓柱形主體307之間可為間隙395。如第3H圖及第3H"圖中所見，第一孔隙360可以多邊形圖案佈置於上板320上，以使得穿過最外部的第一孔隙360之中心繪製的虛線界定多邊形圖，該多邊形圖可為(例如)六邊形。
圖案的特徵亦可為第一孔隙360之自約5列至約60列(諸如，自約15列至約25列(例如，約21列))的 交錯列之陣列。每一列可沿y軸具有自約5個至約20個第一孔隙360，諸如，自約6個至約18個孔隙，其中每一列間隔開約0.4吋至約0.7吋(例如，間隔開約0.54吋)。列中每一第一孔隙360可根據每一各別直徑沿x軸自先前的孔隙移位約0.4吋至約0.8吋，諸如，約0.63吋。第一孔隙360可根據每一各別直徑沿x軸與另一列中的孔隙錯開約0.2吋至約0.4吋，諸如，約0.32吋。第一孔隙360可在每一列中與彼此等間隔。
在上板360之中心處，可能存在突出部308來替代第一孔隙360，如第3I'圖中所示。突出部308可延伸至與凸起的圓柱形主體307之高度相同的高度。或者，上板之中心可不具有孔隙或突出部。
底板325可具有碟形主體，該碟形主體具有穿過該碟形主體形成的一定數目的第二孔隙365及第三孔隙375，尤其如第3C圖及第3E圖至第3G圖中所見。底板325可具有自約0.1吋至約0.2吋(諸如，約0.15吋)之均勻厚度及與環形主體340之內部環形壁301的直徑配合的直徑。第二孔隙365可以一圖案佈置，該圖案與上文描述的第一孔隙360之圖案匹配。在一個實施例中，當上板320及底板325中的一者定位於另一者之頂部上時，第一孔隙360及第二孔隙365之軸對準。複數個第一孔隙360及複數個第二孔隙365可使該複數個第一孔隙360及該複數個第二孔隙365的各別軸平行於彼此或實質上平行於彼此，例如，孔隙360、孔隙365可 為同心的。或者，複數個第一孔隙360及複數個第二孔隙365可使各別軸以與彼此成自約1°至約30°的角度設置。在底板325之中心處，可能不存在第二孔隙365，如第3F圖中所示。
複數個第二孔隙365及複數個第三孔隙375可形成交替交錯的列。第三孔隙375可佈置在底板325之第二孔隙365中的至少兩個第二孔隙365之間。在每一第二孔隙365之間，可能存在第三孔隙375，第三孔隙375均勻地間隔於兩個第二孔隙365之間。亦可能存在以六角形圖案定位於底板325之中心周圍的一定數目的第三孔隙375，諸如，六個第三孔隙，或存在形成另一幾何形狀的一定數目的第三孔隙375。可能不存在形成於底板325之中心中的第三孔隙375。亦可能不存在定位於周邊第二孔隙365之間的第三孔隙375，周邊第二孔隙365形成第二孔隙之多邊形圖案的頂點。或者，可能存在位於周邊第二孔隙365之間的第三孔隙375，且亦可能存在自周邊第二孔隙365向外定位的額外第三孔隙375，額外第三孔隙375形成孔隙之最外部的環。
或者，第一孔隙及第二孔隙之佈置可形成任何其他幾何圖案，且第一孔隙及第二孔隙之佈置可分佈為自彼此向外同心地定位且基於板上居中定位的位置分佈的孔隙之環。作為一個實例，且在不限制本技術之範疇的情況下，第3A圖圖示由孔隙形成的圖案，該圖案包括自中心向外延伸的同心六角形環。與向內定位的先前環相 比，每一向外定位的環可具有相同數目、更多或更少的孔隙。在一個實例中，每一同心環可基於每一環之幾何形狀而具有額外數目之孔隙。在六邊形之實例中，與直接向內定位的環相比，向外移動的每一環可具有多出六個孔隙，其中第一內環具有六個孔隙。在孔隙之第一環定位於最接近上板及底板之中心的情況下，上板及底板可具有多於兩個環，且取決於所使用的孔隙之幾何圖案，上板及底板可具有孔隙之約一個至約五十個環。或者，板可具有約兩個至約四十個環或高達約三十個環、約二十個環、約十五個環、約十二個環、約十個環、約九個環、約八個環、約七個環、約六個環等或更少的環。在一個實例中，如第3A圖中所示，在示例性上板上可能存在九個六角形環。
孔隙之同心環亦可能不具有孔隙之同心環中之一個同心環，或可能具有自其他環之間移除的、向外延伸的孔隙之環或自圖案移除的環中之一個環內的孔隙之環中之一者。舉例而言，參閱第3A圖，其中示例性九個六角形環在板上，但板可能反而具有八個環，可能第四環被移除。在此實例中，通道可能不會形成於第四環原本所在的位置處，該等通道可再分配穿越孔隙的流體之氣流。環仍亦可具有自幾何圖案移除的某些孔隙。舉例而言，又參閱第3A圖，孔隙之第十個六角形環可形成於板上，圖示為最外部的環。然而，該環可不包括原本形成六角形圖案之頂點的孔隙或環內的其他孔隙。
第一孔隙360、第二孔隙365及第三孔隙375可皆經調適以提供穿過該等孔隙的流體通道。第一孔隙360及第二孔隙365可具有圓柱形形狀且可替代性地具有不同的橫截面形狀，包括圓錐形、圓柱形或多種形狀之組合。在一個實例中，第一孔隙360及第二孔隙365的直徑可為自約0.125吋至約0.5吋，諸如，約0.25吋。第二孔隙365的直徑可替代性地與第一孔隙360的直徑相同或大於第一孔隙360的直徑。
如可在第5圖中看出，當第一孔隙及第二孔隙皆具有相同直徑時，穿過噴淋頭520中之通道的氣流可能不是均勻的。當製程氣體在擋板510上方流動至處理腔室中時，氣流可如此：使較大體積之氣體優先地流經某些通道。舉例而言，與由位於擋板下方或沿噴淋頭520之周邊的第一孔隙及第二孔隙形成的通道相比，由位於自擋板向外延伸的位置處的第一孔隙及第二孔隙形成的通道可接收更多氣流。因而，孔隙中之某些孔隙的直徑可自某些其他孔隙減小，以便在前驅物流由擋板510輸送至噴淋頭520時再分配該前驅物流。歸因於孔隙在擋板附近的相對位置，可選擇性地減小該等孔隙的直徑，且因而，位於擋板附近的孔隙的直徑可減小，以減少穿過彼等孔隙的製程氣體之流量。在一個實例中，如第3A圖中所示(其中第一孔隙之九個六角形環同心地位於板上)，孔隙之某些環可具有直徑減小的孔隙中的一些孔隙或所有孔隙。舉例而言，第四環可包括第一孔隙之子組， 與其他環中的第一孔隙相比，該子組中的第一孔隙具有更小直徑。或者，第二環至第八環、第二環至第七環、第二環至第六環、第二環至第五環、第二環至第四環、第三環至第七環、第三環至第六環、第三環至第五環、第四環至第七環、第四環至第六環、第二環及第三環、第三環及第四環、第四環及第五環、第五環及第六環等或環之一些其他組合可具有位於彼等環中的孔隙中的一些孔隙或所有孔隙之減小的孔徑。
在另一實例中，第一複數個孔隙530可包括第一孔隙及第二孔隙，該等第一孔隙及該等第二孔隙經由噴淋頭510形成流體通道。第一複數個孔隙可包括第一組孔隙及第二組孔隙，其中第一組孔隙的孔徑大於第二組孔隙之孔徑。亦可包括第二複數個孔隙540。第一組孔隙530可經配置以接收待分配至半導體處理腔室之處理區域的第一流體。第二組孔隙540可經配置以接收待分配至半導體處理腔室之處理區域的第二流體。噴淋頭520可經配置以在將第一流體及第二流體在分配至處理區域之前維持該第一流體及該第二流體流體隔離。
如先前所描述，第一複數個孔隙可以包含幾何圖案的同心環分配在整個噴淋頭520上。每一向外定位的同心環可包括數目增加之孔隙，以按照增加的直徑維持類似幾何圖案。孔隙之同心環中的至少一個同心環可包括來自第二組孔隙的孔隙或完全由來自第二組孔隙的孔隙組成。
所描述的孔隙位置之此種組合可以若干方式不同於習知噴淋頭設計。一些習知噴淋頭設計可僅包括兩種類型之孔隙(諸如，具有圍繞其他孔隙的環形孔隙的某些噴淋頭)，該兩種類型之孔隙可能不具有在兩種流體進入沉積區域中之前維持兩種流體之間的流體隔離的能力或可能不能夠提供處理氣體之經改良流動特性。本技術之具有三種類型之孔隙的某些實施例(例如)可產生兩組第一孔隙之間的經改良流動性質以及在將兩種處理流體輸送至基板沉積腔室之處理區域中之前產生兩種處理流體之間的流體隔離。
在又另一實例中，一或更多個環可不具有孔隙、可具有數目減小之孔隙或包含於環內的尺寸減小之孔隙，或一或更多個環中之該等環之某種組合。示例性噴淋頭可包括以下構造，在該構造中，孔隙之同心環中的至少一個同心環在原本含有孔隙以維持來自該等同心環中之向內定位的同心環的幾何圖案的位置中之至少一個位置處不包括孔隙。作為一個非限制性實例，在具有孔隙之十個環的六角形圖案中，第四環可不具有孔隙，且第十環可具有直徑減小的孔隙且亦可在原本為由第十環中之孔隙形成的六邊形之頂點處不具有孔隙。
所揭示的噴淋頭可包括向外延伸的孔隙之至少六個同心環。孔隙之最內部的環與最外部的環之間的孔隙之環中的至少一個環可僅由來自第二組孔隙的孔隙組成。同樣，示例性噴淋頭可包括孔隙之至少五個同心環，其中 前兩個最內部的環及最後兩個最外部的環自相鄰環徑向偏移第一長度。第一長度可為約孔隙之半徑或大於孔隙之半徑，且第一長度可為孔隙之半徑的2倍、3倍、4倍等或更多倍。環中的至少兩個環可偏移第一長度的至少兩倍，其中沒有孔隙之環徑向設置於兩個環之間。噴淋頭可包括孔隙之至少九個同心環，且向外編號的環之第三環至第六環之孔隙之至少一個環可包括來自第二組孔隙的孔隙或完全由來自第二組孔隙的孔隙組成。在所揭示實施例中，向外編號的環之第三環至第六環之孔隙之至少兩個環可包括來自第二組孔隙的孔隙或由來自第二組孔隙的孔隙組成。可設想由該技術涵蓋的許多額外變化，用於再分配流經上板及底板的前驅物。如第5圖中所示，可在第一板中界定第一複數個孔隙，且可在第二板中界定第二複數個孔隙。該等板可彼此耦接，以使得如圖所示在第一板與第二板之間界定體積。噴淋頭可經配置以將第二流體接收至界定於第一板與第二板之間的體積中，且噴淋頭可進一步經配置以防止第二流體向上流經第一板。以此方式，第二流體可僅使流體自噴淋頭經由第二複數個孔隙進入。
直徑減小的孔隙之孔隙尺寸可能與其他孔隙的孔隙尺寸成一定百分比。直徑減小的孔隙的範圍可為其他孔隙之直徑的自100%至0%，其中100%是指具有相同尺寸之孔隙，且0%是指沒有孔隙。舉例而言，且利用上文引用的十環圖案(其中第四環不具有孔隙)，第一環至第三環 及第五環至第九環可具有某一尺寸之孔徑，該尺寸在一個實施例中可為約0.25吋的直徑。第四環可具有孔隙，該等孔隙的直徑範圍為自其他孔隙之直徑的約0%至約50%。因此，對於示例性0.25吋直徑的孔隙而言，第四環之孔隙的直徑範圍將為自約0吋(或不存在)至約0.125吋。或者，第四環中的孔隙的直徑範圍可為自其他孔隙之直徑的約0%至約40%，或處於上述百分比之間。第十環可(例如)具有與孔隙之第九列、第八列、第七列等或上述之間的某一編號列數目相等之孔隙，且因此，與升序圖案之原本位於第十的六角形環相比，第十環可具有更少的孔隙。此外，第十列中的孔隙可具有一直徑，該直徑為其他環中之其他孔隙之直徑的約40%，或約100%，或約40%與約100%之間。
例如，其他示例性結構可包括九個環，且第二環至第五環的孔徑可介於其他孔隙之直徑的約50%與約100%之間。或者，第二環至第五環中的孔隙的孔徑可在彼等環之間不同，諸如，第二環可包括直徑介於其他未減小的孔隙之孔徑的約90%與約100%之間的孔隙。同樣，第三環可具有直徑介於未減小的孔隙之直徑的約85%與約95%之間的孔隙，以此類推。熟習此項技術者將由此等示例性噴淋頭設計顯而易見由該技術涵蓋的許多其他變化。
發明者亦已意外地意識到孔徑之變化可能對沉積具有相關效應。舉例而言，且在不希望受任何特定理論限定 的情況下，藉由減小自擋板直接向外定位於自然流體流動路徑中的孔隙之直徑，可實現前驅物氣體之經改良流動特性。經改良流動特性可改良前驅物氣體在沉積空間中的滯留時間，改良該滯留時間可允許整體增加前驅物氣體之間的相互作用。相互作用之增加可成比例地增加沉積材料之量。在一些情況下，等量時間內沉積材料之量可增加多於約20%。此等經改良沉積可減少膜沉積、蝕刻等所需要的時間，以使得可增強基板製造的整體處理流程。
第三孔隙375可具有滴漏形狀，如第3G圖中所見。第三孔隙可具有構型或界定第一圓柱形區段376(噴嘴)之形狀，第一圓柱形區段376具有第一直徑，該第一直徑為自約0.2吋至約0.3吋，諸如，約0.25吋。第一圓柱形區段376可在一個末端處具有入口。第一圓柱形區段376的高度可為約0.1吋至約0.12吋，諸如，約0.11吋。具有小於第一直徑的第二直徑之第二圓柱形區段378(喉道)可藉由過渡區段377與第一圓柱形區段376耦接。第二直徑可為自約0.01吋至約0.03吋(諸如，約0.016吋)，或第一直徑與第二直徑的比率為約30：1至約6：1(諸如，約16：1)。第二圓柱形區段378的高度可為約0.01吋至約0.02吋，諸如，約0.017吋。過渡區段377可(諸如)以約120°之角度自第一區段376及第一直徑漸縮至第二區段378及第二直徑。過渡區段377的高度可為約0.1吋至約0.12吋，諸如，約0.11吋。第 三區段374(擴散器)可耦接至第二圓柱形區段378。第三區段374可具有自第二圓柱形區段378擴展至出口的圓錐形形狀，第三區段374的高度為自約0.2吋至約0.3吋(諸如，約0.25吋)，且第三區段374的出口直徑可大於第二直徑且小於第一直徑。第三直徑可為自約0.05吋至約0.08吋，諸如，約0.06吋。或者，複數個第三孔隙中之每一第三孔隙可具有圓柱形形狀且具有與複數個第一孔隙360的直徑相同或大於該直徑的直徑。
參閱第3J圖及第3M圖，環形主體340可具有一定數目的流體輸送通道380，流體輸送通道380沿冷卻通道356、冷卻通道357徑向向內形成且形成於上部凹槽中303。流體輸送通道380可流體地耦接至導管372。流體輸送通道380亦可與複數個流體通道381流體地耦接，複數個流體通道381可沿流體輸送通道380徑向向內形成於上部凹槽中303。
如先前所述，氣體分配總成300大體由環形主體340、上板320及底板325組成。上板320可定位於上部凹槽303內，其中凸起的圓柱形主體307面向環形主體340之底表面310，如第3L圖中所示。底板325隨後可定位於底座304上，其中底座304可旋轉地定向，使得第一孔隙360及第二孔隙365之軸可對準，如第3L圖中所示。上板320可密封地耦接至底板325，以將第一孔隙360及第二孔隙365與第三孔隙375流體隔離。舉例而言，上板320可焊接至底板325，以使得在凸起的圓柱 形主體307之表面與底板325之表面之間產生密封。上板320及底板325隨後可電子束焊接至環形主體340。可電子束焊接上板320，以使得在圓形主體之外邊緣311與上部凹槽303之內邊緣312之間產生密封。可電子束焊接底板325，以使得在圓形主體之外邊緣313與內部環形壁301之間產生密封。流體可沿流動路徑F1流經第一孔隙360及第二孔隙365。流體亦可沿流動路徑F2單獨地流動穿過導管372、流動至流體輸送通道380中、流動穿過流體通道381、流動穿過間隙395及流動穿過第三孔隙375。使流體沿兩個單獨的流動路徑F1、F2流動可確保在流體離開氣體分配總成300之後發生流體之反應，此舉可幫助防止材料在氣體分配總成300內聚集。在一個實施例中，可電解拋光氣體分配總成300之表面。
參閱第4A圖至第4H圖，提供氣體分配總成400或噴淋頭之一個實施例，該實施例包括第一歧管或上部歧管410及第二歧管或底部歧管415，且第二歧管415之頂部可經配置以耦接至第一歧管410之底部。在使用中，噴淋頭400相對基板的定向可按使得形成於噴淋頭中的任何孔隙之軸可垂直於或實質上垂直於基板平面的方式執行。
第4A圖圖示包括第一歧管410的噴淋頭之頂部之透視圖，且第4B圖圖示包括第二歧管415的噴淋頭之底部之透視圖。第4C圖圖示第二歧管之平面仰視圖。第 4D圖圖示沿第4C圖之線4D的噴淋頭之側視圖。第4D'圖為第一孔隙之一個實施例之示意性側視圖。第4E圖為第二歧管之圓形板之示意性側視圖。第4F圖為第4E圖的第三孔隙之一個實施例之示意性側視圖。第4G圖為第4E圖的第二孔隙及第三孔隙之一個實施例之示意性側視圖。第4H圖為第一歧管之俯視圖且未圖示具有孔隙的圓形板。第4I圖為具有圓形板的底部歧管之俯視圖且未圖示該圓形板，該圓形板具有本文描述之孔隙圖案。
第一歧管410可包括內部圓形板420，內部圓形板420設置於外輪緣440中。橫向導管450可形成於外輪緣440中。
參閱第4A圖及第4B圖，內部圓形板420具有形成於圖案部分470中的複數個第一孔隙460，且該等孔隙可經配置用於穿過該等孔隙的流體通道。圖案部分470可包含自15列至25列(例如，19列)的交錯列之陣列。每一列可沿y軸具有自2個至20個孔隙，諸如，自4個至17個孔隙，其中每一列間隔開約0.4吋至約0.7吋(例如，間隔開約0.54吋)。列中之每一孔隙可根據每一各別直徑沿x軸自先前的孔隙移位約0.4吋至約0.8吋，諸如，約0.63吋。孔隙可根據每一各別直徑沿x軸自另一列中的孔隙錯開約0.2吋至約0.4吋，諸如，約0.31吋。孔隙可在每一列中彼此間隔相等距離。
每一第一孔隙460可具有漸縮至第一圓柱形部分的圓 錐形入口部分。在一個實例中，孔隙460的入口直徑可為自約0.2吋至約0.5吋(諸如，約0.35吋)，該入口直徑以約90°自約0.125吋至約0.4吋(例如，約0.25吋)漸縮至第一圓柱形部分直徑。孔隙460可延伸穿過圓形板，以為穿過孔隙460的流體提供通道。第一孔隙之經組合高度可為自約0.05吋至約0.15吋，且漸縮至第一圓柱形部分的圓錐形入口部分可具有相等高度。圓形板之圖案化部分可基於圓形板之尺寸而改變，且圓形板之圖案化部分可位於圓形板直徑之自約0.5吋至約6吋處，該圓形板的直徑為約14吋。
參閱第4B圖、第4E圖、第4F圖、第4G圖、第4H圖及第4I圖，內部圓形板425可具有形成於圖案部分485中的複數個第二孔隙465，且第二孔隙可經配置用於穿過該等第二孔隙的流體通道。內部圓形板亦可具有形成於圖案部分485中的複數個第三孔隙475，且第三孔隙可經配置以使藉由流體通道引入至噴淋頭中的氣體通過進入噴淋頭所在的處理腔室中。圓形板的厚度可為自約0.1吋至約0.2吋，諸如，約0.15吋。
參閱第4H圖，第一歧管415可由形成於輪緣440中的複數個流體輸送通道480環繞，流體輸送通道480可與第三孔隙475流體連通且可與第二流體源入口490流體連通，第二流體源入口490經配置以提供自外部源進入噴淋頭中的流體通道。第二歧管415可包括設置於外輪緣445內的內部圓形板425。
第二歧管之複數個第二孔隙465可與複數個第一孔隙對準。複數個第一孔隙460及複數個第二孔隙465可具有平行於彼此或實質上平行於彼此的各別軸。或者，複數個第一孔隙460及複數個第二孔隙465可具有以彼此成自約1°至約30°的角度設置的各別軸。
圖案部分485可包含自15列至25列(例如，19列)的交錯列之陣列。每一列可沿y軸具有自約2個至約20個孔隙，諸如，自約4個至約17個孔隙，其中每一列間隔開約0.4吋至約0.7吋(例如，間隔開約0.54吋)。列中每一孔隙可根據每一各別直徑沿x軸自先前的孔隙移位約0.4吋至約0.8吋，諸如，約0.63吋。孔隙可根據每一各別直徑沿x軸自另一列中的孔隙錯開約0.2吋至約0.4吋，諸如，約0.31吋。孔隙可在每一列中彼此間隔相同距離。
每一第二孔隙465可具有第二圓柱形部分，該第二圓柱形部分耦接至擴展至開端的圓錐形出口部分。在一個實例中，孔隙465的第二圓柱形部分直徑可為自約0.125吋至約0.4吋(例如，約0.25吋)且出口直徑為自約0.2吋至約0.5吋(諸如，約0.40吋)，該出口直徑以約40°自第二圓柱形部分漸縮。孔隙465的直徑可與孔隙460的直徑相同或大於孔隙460的直徑。孔隙465可延伸穿過圓形板，以為穿過孔隙465的流體提供通道。第一孔隙之經組合高度可為自約0.05吋至約0.5吋，例如，約0.35吋。圓形板之圖案化部分可基於圓形板之尺寸而改 變，且圓形板之圖案化部分可位於圓形板直徑之自約0.5吋至約6吋處，該圓形板的直徑為約14吋。
圖案部分485可包含自約30列至約45列(例如，約37列)的交錯列之陣列中的複數個第三孔隙。每一列可沿y軸具有自約2個至約30個第三孔隙，諸如，自約3個至約17個孔隙，其中每一列間隔開約0.2吋至約0.35吋(例如，間隔開約0.31吋)。每隔一個列可沿與第二孔隙相同的x軸列設置，且第三孔隙可呈沿x軸與第二孔隙交替的次序。對於僅具有第三孔隙的列而言，列中每一第三孔隙可根據每一各別直徑沿x軸自先前的第三孔隙移位約0.4吋至約0.8吋，諸如，約0.31吋。對於僅具有第三孔隙的列而言，列中每一第三孔隙可根據每一各別直徑沿x軸自先前的第二孔隙移位約0.4吋至約0.8吋，諸如，約0.31吋。第三孔隙可根據每一各別直徑沿x軸自另一列中的第三孔隙錯開約0.1吋至約0.2吋，諸如，約0.16吋。孔隙可在每一列中彼此間隔相同距離。
參閱第4G圖，第三孔隙可具有構型或界定第一圓柱形部分476(噴嘴)之形狀，第一圓柱形部分476具有第一直徑，該第一直徑為自約0.2吋至約0.3吋，諸如，約0.25吋。第一圓柱形部分可在一個末端處具有入口。第一圓柱形部分的高度可為約0.1吋至約0.16吋，諸如，約0.14吋。具有小於第一直徑的第二直徑之第二圓柱形部分478可藉由過渡區段477與第一圓柱形部分 476耦接。第二直徑可為自約0.04吋至約0.07吋(諸如，約0.06吋)，或第一直徑與第二直徑的比率為約7.5：1至約3：1(諸如，約4：1)。第二圓柱形部分的高度可為約0.01吋至約0.1吋，諸如，約0.05吋。過渡部分477(諸如)以約40°的角度自第一區段及第一直徑漸縮至第二區段及第一原始直徑，該第一原始直徑為自大於約0.07吋至約0.1吋，例如，約0.08吋。第一原始直徑可大於第二直徑。
第三圓柱形部分444(喉道)可與第二圓柱形部分478耦接，且第三圓柱形部分444的第三直徑可為自約0.01吋至約0.03吋(諸如，約0.016吋)，或第一直徑與第三直徑的比率為約30：1至約6：1(諸如，約16：1)。第三圓柱形部分的高度可為約0.01吋至約0.03吋，諸如，約0.025吋。第四圓柱形部分479(擴散器)可耦接至第三圓柱形部分444。第四圓柱形部分可具有類似於第二圓柱形部分478之直徑的直徑，第四圓柱形部分具有小於第一直徑的第四直徑。第四直徑可為自約0.04吋至約0.07吋(諸如，約0.06吋)，或第一直徑與第二直徑的比率為自約7.5：1至約3：1(諸如，約4：1)。第四圓柱形部分的高度可為約0.01吋至約0.5吋，諸如，約0.025吋。
如先前所述，第一孔隙及第二孔隙之交替佈置可形成任何其他幾何圖案，且第一孔隙及第二孔隙之交替佈置可分佈為自彼此向外同心地定位且基於板上居中定位的 位置分佈的孔隙之環。與向內定位的先前環相比，每一向外定位的環可具有相同數目、更多或更少的孔隙。在一個實例中，每一同心環可基於每一環之幾何形狀而具有額外數目之孔隙。在六邊形之實例中，與直接向內定位的環相比，向外移動的每一環可具有多六個孔隙，其中第一內環具有六個孔隙。在孔隙之第一環定位於最接近上板及下板之中心的情況下，上板及底板可具有多於兩個環，且取決於所使用的孔隙之幾何圖案，上板及底板可具有孔隙之約一個至約五十個環。或者，板可具有約兩個至約四十個環或高達約三十個環、約二十個環、約十五個環、約十二個環、約十個環、約九個環、約八個環、約七個環、約六個環等或更少的環。
在又另一實例中，一或更多個環可不具有孔隙、可具有數目減小之孔隙或包含於一或更多個環內的尺寸減小之孔隙，或一或更多個環中之該等環之某種組合。直徑減小的孔隙之孔隙尺寸可能與其他孔隙的孔隙尺寸成一定百分比。直徑減小的孔隙的範圍可為其他孔隙之直徑的自100%至0%，其中100%是指相同尺寸之孔隙，且0%是指沒有孔隙。作為一個非限制性實例，在具有孔隙之九個環的六角形圖案中，第三環及第四環可具有孔隙，該等孔隙的直徑介於未減小的孔隙之直徑的約50%與約100%之間，且替代性地可介於約75%與約95%之間，或介於約88%與約92%之間。可設想由該技術涵蓋的許多額外變化，以再分配流經上板及底板的前驅物。
參閱第4E圖至第4I圖，第一流體(諸如，處理氣體)可經由上部歧管中的第一孔隙460及底部歧管中的第二孔隙465流經噴淋頭(F1)，進入處理區域中。第二流體(諸如，前驅物)可藉由經由至氣體分配通道480之通道490流動至上部歧管與下部歧管之間的內部區域495而流動至處理區域(F2)，此流動可為圍繞第一孔隙及第二孔隙、經由第三孔隙475離開的經隔離流動路徑。第一流體與第二流體兩者皆可在噴淋頭中彼此流體隔離，直至輸送至處理區域中為止。
亦描述用於使前驅物氣體流經噴淋頭(諸如，貫穿本揭示案描述的彼等噴淋頭)的方法。第一前驅物可在噴淋頭中流經第一複數個孔隙且可輸送至半導體處理腔室之處理區域中。第一複數個孔隙可包括第一組孔隙及第二組孔隙，其中第一組孔隙的孔徑可大於第二組孔隙之孔徑。第一前驅物可經由第一複數個孔隙輸送，以使得經由該複數個第一孔隙中之每一第一孔隙輸送實質上等量之第一前驅物。在所揭示實施例中，第一前驅物之量可為相同的，且第一前驅物之量可在經由第一孔隙中的任何其他第一孔隙輸送的前驅物之量的約1%或更多內。舉例而言，可經由第一複數個孔隙中的任何兩個孔隙輸送的第一前驅物之量可在彼此之約5%或更少內，彼此之約10%或更少內、彼此之約20%或更少內、彼此之約30%或更少內等或更多。
方法亦可包括以下步驟：使第二前驅物流經噴淋頭中 的第二複數個孔隙，該第二前驅物可被輸送至半導體處理腔室之處理區域中。可維持第二複數個孔隙與第一複數個孔隙流體隔離，以使得維持第一前驅物及第二前驅物維持流體隔離，直至該第一前驅物及該第二前驅物被輸送至處理區域中為止。舉例而言，可在第一板內界定第一複數個孔隙，且可在第二板內界定第二複數個孔隙。該等板可經耦接以使得在該等板之間形成供第二前驅物流入的體積。
實例
在使用兩種噴淋頭配置實現的沉積特性之間進行比較實例。第一噴淋頭包括孔隙之十個環，且每一孔隙具有類似直徑。第二噴淋頭包括孔隙之九個環，且自中心計數的第三環及第四環包括與其他環之其他孔隙相比直徑減小之孔隙。使處理氣體及前驅物氣體流經噴淋頭，且允許處理氣體及前驅物氣體反應以在300 mm矽半導體晶圓上沉積材料。隨後沿表面分析晶圓，以決定整個晶圓上所有點處所沉積的襯料之厚度。
第6圖圖示對於經測試噴淋頭作為晶圓上位置的函數的沉積厚度之曲線圖。線610圖示對於包括具有類似直徑的孔隙之十個環的噴淋頭，整個晶圓上的沉積分佈。如曲線圖中所見，厚度在整個晶圓上改變較大百分比。在較接近晶圓之邊緣處，及較接近晶圓之中心處，沉積材料的厚度比距晶圓之中心約60 mm的位置處沉積材料的厚度小得多。此區域與孔隙之中間環相關，該等中間 環處於自擋板的直接流動路徑中，如第5圖中可看出。
線620圖示對於包括九個列的噴淋頭(其中第三列及第四列具有減小尺寸之孔隙)，整個晶圓上的沉積分佈。可看出，用此噴淋頭設計實現更均勻的沉積分佈，且整個晶圓上的非均勻性降低至小於約1.5%。此外，包括直徑減小之孔隙的噴淋頭產生與其他噴淋頭相比更厚的膜，且沉積材料之厚度增大超過約20%，此狀況原因可能為處理氣體的滯留時間增加。
在先前描述中，出於解釋之目的，已闡述眾多細節，以提供對於本發明之各種實施例的理解。然而，熟習此項技術者將顯而易見，可在不具有此等細節中的一些細節或具有額外細節的情況下實踐某些實施例。
在已揭示若干實施例的情況下，熟習此項技術者應辨識，可在不脫離所揭示實施例之精神的情況下使用各種修改、替代性結構及等效物。此外，未描述若干熟知製程及元件，以避免不必要地模糊本發明。因此，上文描述不應視為限制本發明之範疇。
應注意，個別實施例可描述為製程，該製程圖示為流程表、流程圖或方塊圖。儘管流程表可將方法描述為順序製程，但可平行或同時執行該等操作中的許多操作。此外，可重新佈置操作之次序。可在製程之操作完成時終止製程，但製程可具有在諸圖中未論述或包括的額外步驟。另外，並非任何特定描述的製程中的所有操作可發生在所有實施例中。製程可對應於方法、函數、步驟、 次常式、子程式等。當製程對應於函數時，該製程之終止對應於函數返回至調用函數或主函數。
在提供值範圍的情況下，應理解，亦特定揭示彼範圍之上下限之間的每一中間值，除非上下文清楚地另外規定，否則包含至單位最小分位或下限之值。揭示任何敘述值或所敘述範圍中的中間值與任何其他敘述值或彼敘述範圍中的中間值之間的任何涵蓋範圍。彼等較小範圍之上下限可獨立地包括在範圍中或排除在範圍外，且上下限中之任一者、兩者皆不或兩者皆包括於較小範圍中的情況下之每一範圍亦揭示且涵蓋於本技術內，受限於敘述範圍內任何特定排除的限制、值或所涵蓋的範圍。在敘述範圍包括該等限制中之一者或兩者的情況下，亦包括排除彼等被包括的限制中之任一者或兩者的範圍。
如本文所使用的，且在附加申請專利範圍中，除非上下文清楚地另外規定，否則單數形式「一個」、「一種」及「該」包括多個引用。因此，例如，引用「介電材料」包括複數個此等材料，且引用「製程」包括引用熟習此項技術者已知的一或更多個製程及該一或更多個製程之等效物等等。
同樣，當用於本說明書及用於以下申請專利範圍中時，用語「包含」、「含有」及「包括：」意欲指定所敘述的特徵結構、整數、組件或步驟之存在，但該等用語未排除一或更多個其他特徵結構、整數、組件、步驟、動作或群組的存在或添加。
100‧‧‧處理工具
102‧‧‧前端開啟式晶圓傳送盒
104‧‧‧機器人臂
106‧‧‧低壓固持區域
108a‧‧‧基板處理區段
108b‧‧‧基板處理區段
108c‧‧‧基板處理區段
108d‧‧‧基板處理區段
108e‧‧‧基板處理區段
108f‧‧‧基板處理區段
109a‧‧‧串聯處理腔室
109b‧‧‧串聯處理腔室
109c‧‧‧串聯處理腔室
110‧‧‧第二機器人臂
200‧‧‧處理腔室區段
201‧‧‧遠端電漿系統
202‧‧‧第一通道
204‧‧‧第二通道
205‧‧‧氣體入口總成
206‧‧‧擋板
212‧‧‧蓋
215‧‧‧電漿區域
217‧‧‧基板
220‧‧‧絕緣環
225‧‧‧噴淋頭
226‧‧‧第一歧管
227‧‧‧第二歧管
233‧‧‧處理區域
255‧‧‧基板
265‧‧‧基板支撐件
290‧‧‧處理氣體
291‧‧‧孔隙
292‧‧‧軸
294‧‧‧內部噴淋頭體積
295‧‧‧流動
296‧‧‧孔隙
297‧‧‧軸
297'‧‧‧軸
300‧‧‧氣體分配系統
300a‧‧‧氣體分配總成
301‧‧‧內部環形壁
302‧‧‧內部唇
303‧‧‧上部凹槽
304‧‧‧底座
305‧‧‧外壁
306‧‧‧底表面
307‧‧‧圓柱形主體
308‧‧‧突出部
310‧‧‧底表面
311‧‧‧外邊緣
312‧‧‧內邊緣
313‧‧‧外邊緣
315‧‧‧頂表面
320‧‧‧上板
325‧‧‧底板
327‧‧‧加熱元件
340‧‧‧環形主體
342‧‧‧加熱器凹槽
350‧‧‧導管
355‧‧‧導管
356‧‧‧冷卻通道
357‧‧‧冷卻通道
360‧‧‧第一孔隙
365‧‧‧第二孔隙
372‧‧‧導管
374‧‧‧第三區段
375‧‧‧第三孔隙
376‧‧‧第一圓柱形區段
377‧‧‧過渡區段
378‧‧‧第二圓柱形區段
380‧‧‧流體輸送通道
381‧‧‧流體通道
395‧‧‧間隙
400‧‧‧氣體分配總成
410‧‧‧第一歧管/上部歧管
415‧‧‧第二歧管/底部歧管
420‧‧‧內部圓形板
425‧‧‧內部圓形板
440‧‧‧外輪緣
444‧‧‧第三圓柱形部分
445‧‧‧外輪緣
450‧‧‧橫向導管
460‧‧‧第一孔隙
465‧‧‧第二孔隙
470‧‧‧圖案部分
475‧‧‧第三孔隙
476‧‧‧第一圓柱形部分
477‧‧‧過渡區段
478‧‧‧第二圓柱形部分
479‧‧‧第四圓柱形部分
480‧‧‧氣體分配通道
485‧‧‧圖案部分
490‧‧‧第二流體源入口
495‧‧‧內部區域
510‧‧‧擋板
518‧‧‧通道
539‧‧‧通道
520‧‧‧噴淋頭
610‧‧‧線
620‧‧‧線
可藉由參閱說明書之剩餘部分及圖式來進一步理解所揭示實施例之本質及優點。
第1圖為處理工具之一個實施例之平面俯視圖；第2A圖至第2C圖為處理腔室之一個實施例之示意性橫截面圖；第3A圖至第3M圖為本文描述的噴淋頭之一個實施例之示意圖；第4A圖至第4I圖為本文描述的氣體分配總成之一個實施例之示意圖；第5圖圖示在操作及相關聯處理流體流動期間噴淋頭之橫截面圖。
第6圖為圖示兩個噴淋頭設計在整個基板表面上的沉積特性的曲線圖。
在附圖中，相似組件及/或特徵結構可具有相同元件符號標記。此外，相同類型之各個組件可藉由將區分類似組件及/或特徵結構的字母接在元件符號之後來區分。若在說明書中僅使用基本元件符號標記，則不管字母後綴如何，描述均適用於具有相同基本元件符號標記的類似組件及/或特徵結構中的任一組件及/或特徵結構。
100‧‧‧處理工具
102‧‧‧前端開啟式晶圓傳送盒
104‧‧‧機器人臂
106‧‧‧低壓固持區域
108a‧‧‧基板處理區段
108b‧‧‧基板處理區段
108c‧‧‧基板處理區段
108d‧‧‧基板處理區段
108e‧‧‧基板處理區段
108f‧‧‧基板處理區段
109a‧‧‧串聯處理腔室
109b‧‧‧串聯處理腔室
109c‧‧‧串聯處理腔室
110‧‧‧第二機器人臂

Claims (20)

  1. 一種噴淋頭，該噴淋頭包含：一第一複數個孔隙，該第一複數個孔隙經配置以接收待分配至一半導體基板處理腔室之一處理區域的一第一流體，其中該第一複數個孔隙包括一第一組孔隙及一第二組孔隙，且其中該第一組孔隙的一孔徑大於該第二組孔隙之該孔徑；以及一第二複數個孔隙，該第二複數個孔隙經配置以接收待分配至該半導體基板處理腔室之該處理區域的一第二流體，其中該噴淋頭經配置以在將該第一流體及該第二流體分配至該處理區域之前維持該第一流體及該第二流體流體隔離。
  2. 如請求項1所述之噴淋頭，其中：該第一複數個孔隙以同心環分佈在該噴淋頭中，且該等環包含一幾何圖案，每一向外定位的同心環包含一增加數目之孔隙，以按照一增加的直徑維持一類似幾何圖案，且孔隙之該等同心環中的至少一個同心環包含來自該第二組孔隙的孔隙。
  3. 如請求項2所述之噴淋頭，其中孔隙之該等同心環中的至少一個同心環在原本含有一孔隙以維持來自該等同心環中之一向內定位的同心環的該幾何圖案的該等位置中之至少一個位置處不包括孔隙。
  4. 如請求項2所述之噴淋頭，其中該噴淋頭包括孔隙之至少6個同心環，其中孔隙之最內部的環與孔隙之最外部的環之間的孔隙之該等環中的至少一個環由來自該第二組孔隙的孔隙組成。
  5. 如請求項2所述之噴淋頭，其中該噴淋頭包括孔隙之至少5個同心環，其中前兩個最內部的環及最後兩個最外部的環自相鄰環徑向偏移一第一長度。
  6. 如請求項5所述之噴淋頭，其中該等環中的至少兩個環偏移該第一長度的至少兩倍，而無孔隙之環徑向設置於該兩個環之間。
  7. 如請求項2所述之噴淋頭，其中該噴淋頭包括孔隙之至少9個同心環，其中向外編號的環之第三環至第六環之孔隙之至少一個環包含來自該第二組孔隙的孔隙。
  8. 如請求項7所述之噴淋頭，其中向外編號的環之第三環至第六環之孔隙之至少兩個環包含來自該第二組孔隙的孔隙。
  9. 如請求項1所述之噴淋頭，其中在一第一板中界定該第一複數個孔隙，且其中在一第二板中界定該第二複數個孔隙。
  10. 如請求項9所述之噴淋頭，其中該第一板及該第二板彼此耦接，以使得在該第一板與該第二板之間界定一體積。
  11. 如請求項10所述之噴淋頭，其中該噴淋頭經配置以將該第二流體接收至界定於該第一板與該第二板之間的該體積中。
  12. 如請求項11所述之噴淋頭，其中該第一板及該第二板彼此耦接，以防止該第二流體經由該第一板進入。
  13. 一種氣體分配總成，該氣體分配總成包含：一環形主體，該環形主體包含：以一內徑定位的一內部環形壁、以一外徑定位的一外部環形壁、一上表面及一底表面；一上部凹槽，該上部凹槽形成於該上表面中；一唇，該唇沿該內壁徑向向外地形成且向著該底表面定位；一底座，該底座形成於該內部環形壁中且向著該底表面定位；一上板，該上板與該環形主體之該上部凹槽耦接，該上板包含形成於該上板中的複數個第一孔隙；以及一底板，該底板與形成於該環形主體之該內部環形壁中的該底座耦接，該底板包含：形成於該底板中的複數個第二孔隙，其中該等第二孔隙與該等第一孔隙對準；形成於該底板中且定位於該等第二孔隙之間的複數個第三孔隙；其中該等第一孔隙及該等第二孔隙經對準且在該上板及該下板上形成第一孔隙及第二孔隙之同心幾何形狀之一圖案，且此外其中該等第一孔隙及該等第二孔隙的一第一子組包含一孔徑，該孔徑小於該等第一孔隙及該等第二孔隙的一第二子組之該孔徑。
  14. 如請求項13所述之氣體分配總成，其中該底板與該上板密封地耦接，以使得經對準的該等第一孔隙及該等第二孔隙與該等第三孔隙流體隔離。
  15. 如請求項13所述之氣體分配總成，其中該底板上的孔隙之該等同心幾何形狀包含孔隙之至少兩個環，該等環具有向外增加的直徑，且形成每一環的該等孔隙具有與彼環中含有的其他孔隙相同的孔徑，且其中第一孔隙及第二孔隙之該等環中之至少一個環包含與定位於一第二環中的該等第一孔隙及該等第二孔隙之該等孔徑不同的孔徑。
  16. 如請求項13所述之氣體分配總成，其中該上板及該底板接合在一起，從而在每一對經對準的第一孔隙及第二孔隙周圍形成一密封，其中該上板焊接至該環形主體，從而在該上板之一外邊緣與該上部凹槽之一內邊緣之間產生一密封，且其中該底板焊接至該環形主體，以使得在該底板之一外邊緣與該內部環形壁之間產生一密封。
  17. 如請求項16所述之氣體分配總成，其中該環形主體進一步包含：一第一密封通道，該第一密封通道在該環形主體之該上表面上沿該上部凹槽徑向向外形成；以及一第二密封通道，該第二密封通道在該環形主體之該底表面上沿該上部凹槽徑向向外形成。
  18. 如請求項17所述之氣體分配總成，其中該環形主體進一步包含： 流體輸送通道，該等流體輸送通道沿第一冷卻通道徑向向內形成於該上部凹槽中；流體通道，該等流體通道沿該等流體輸送通道徑向向內形成於該上部凹槽中，該等流體通道流體地耦接至該等流體輸送通道；以及一導管，該導管形成為穿過該環形主體之該外部環形壁且流體地耦接至該等流體輸送通道，進而形成自該導管之一入口至該複數個第三孔隙之一出口的一流動路徑。
  19. 如請求項13所述之氣體分配系統，其中該環形主體進一步包含：一加熱器凹槽，該加熱器凹槽在該環形主體之該底表面中沿第二冷卻通道徑向向外形成。
  20. 如請求項13所述之氣體分配總成，其中該複數個第三孔隙具有一滴漏形狀。
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