TW201704524A - 用於改良的氣體分配的遞迴注入設備 - Google Patents

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Abstract

一種用於處理包含注入器單元插入之基板的設備與方法，該注入器單元插入帶有複數個通向第一氣室的流路徑，該等流路徑之每者提供一或多個基本上相同的停留時間、長度及/或傳導。包含注入器單元插入的注入器單元已增加流的均勻性。

Description

用於改良的氣體分配的遞迴注入設備
本發明之實施例大體上與用於沉積薄膜的設備及方法相關。特定言之，本發明之實施例係針對氣體注入器單元插入及使用該等插入的氣體注入器單元。
半導體裝置製造通常係在包含多個腔室之基板處理系統或平台中進行，該等系統或平台亦可稱作群集工具。在一些實例中，多個腔室處理平台或群集工具之目的是循序地在經控制的環境中執行兩個或更多個處理於基板上。然而，在其他實例中，多個腔室處理平台僅可執行單一處理步驟於基板上。可應用額外腔室以最大化處理基板的速率。在後一種情況中，執行於基板上之處理典型地為批次處理，其中在給定腔室中同步地處理相對大數量(例如，25或50個)的基板。批次處理特別有益於過於費時以至於無法以經濟上可行之方式而被執行在個別基板上的處理，如原子層沉積(ALD)處理及一些化學氣相沉積(CVD)處理。
空間ALD之概念係基於不同的氣相化學反應的明確分離。化學之混合被阻止以避免氣相反應。空間ALD腔室的一般設計可包含在基座(或晶圓表面)及氣體注入器之間的小型縫隙。此縫隙可在約0.5mm至約2.5mm的範圍中。將真空泵通道定位於每個化學噴淋頭周圍。惰性氣體淨化通道係位在化學噴淋頭之間以最小化氣相混合。雖然目前注入器設計能阻止氣相混合反應物質，但注入器仍無法對先驅物何地及何時發生外露提供足夠的控制。在所屬技術領域中，對用於將氣流控制至處理腔室的設備及方法有持續的需求。
在現有設計中，當先驅物(或氣體)開始流至注入器中時，氣體藉由對注入器的中心充滿及沿著注入器氣室的面向外運作來開始。當在穩定狀態對注入器完整充氣時，先驅物分配相對均勻。直到注入器被完整充氣前，大量的氣體分配不均勻性存在。在所屬技術領域中，需要快速改變注入器中的氣體且同時最小化到達穩定狀態的氣體分配之時間量的設備及方法。
本發明的一或多個實施例係針對注入器單元插入，該注入器單元插入包含第一插入元件、第二插入元件及第三插入元件。第一插入元件具有氣體入口線。第二插入元件包含通道，該通道按一定尺寸製作以將第一插入元件維持在該通道之上方部分中及維持流路徑於該通道之下方部分中。通道形成與氣體入口線流體相通的流路徑第一臂部。第一臂部將氣流分離成兩條流路徑。每個流路徑在第二臂部處分離成兩條流路徑，及第二臂部之每端具有延伸穿過第二插入元件的孔。第三插入元件具有頂表面，該頂表面包含複數個凹部，使得當第二插入元件之底表面靠在第三插入元件之頂表面時，複數個凹部形成複數個通道。對齊複數個通道之每者以形成與穿過第二插入元件中之孔之氣體流動的流體連通。
本發明的額外實施例係針對包含氣體入口線的注入器單元插入。第一臂部與氣體入口線流體連通。兩個第一腿部與第一臂部流體連通。第二臂部與第一腿部之每者流體連通。兩個第二腿部與第二臂部之每者流體連通。第三臂部與第二腿部之每者流體連通。兩個第三腿部與第三臂部之每者流體連通。
本發明之進一步的實施例係針對注入器單元，該注入器單元包含帶有後面及前面的注入器主體。如本文所揭露的注入器單元插入係定位於注入器主體中。第一氣室鄰近於注入器單元插入之底面。複數個通道自第一氣室朝向注入器主體的前面延伸。複數個通道與第一氣室流體連通。導氣口在注入器主體的前面及與複數個通道流體連通。
在描述本發明之多個示例性實施例前，要瞭解到的是本發明並不限於闡述於下文描述中的構造或處理步驟的細節中。本發明能讓其他實施例以其他方式實施或實現。亦要瞭解到的是可使用具有特定的立體化學的結構式來說明本發明的錯合物及配位體。這些說明係僅意欲為範例，其並不被視為限制所揭露的結構至任何特定的立體化學。更確切地說，所說明的結構係意欲包含所有此種具有經指出的化學式之錯合物及配位體。
本文所使用的「基板」係指稱任何基板或形成於基板上的材料表面(取決於製造處理期間哪個薄膜處理被執行)。舉例而言，可在其上執行處理的基板表面包含如矽、氧化矽、拉伸矽、絕緣層上覆矽 (SOI) 、碳摻雜矽氧化物、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、 藍寶石、及任何其他如金屬、金屬氮化物及金屬合金之材料及其他導電材料(取決於應用)。基板包含(但不限於)半導體晶圓。可將基板外露給預處理程序以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火及/或烘烤基板表面。除了直接在基板表面本身上的薄膜處理外，在本發明中，(如下文所詳加描述地)所揭露的薄膜處理步驟之任一步驟亦可在形成於基板上之底層上執行，及術語「基板表面」係意欲包含如內文所指出的此類底層。因此，舉例而言，其中薄膜/層或部分的薄膜/層已被沉積在基板表面上，新沉積的薄膜/層之經外露的表面成為基板表面。
根據一或多個實施例，方法使用原子層沉積(ALD)處理。在此類實施例中，將基板表面循序地或基本上循序地外露給先驅物(或反應氣體)。如本文在整篇說明書中所使用地，「基本上循序地」係意味先驅物外露的大部分期間不會與對共同試劑的外露重疊(雖然可能會有一些重疊)。如本說明書及附加的申請專利範圍所使用地，可交換使用術語「先驅物」、「反應」、「反應氣體」及諸如此類以指稱任何可與基板表面反應的氣態物質。
圖1展示包含氣體分配組件120(亦稱作注入器或注入器組件)及基座組件140的處理腔室100的剖面圖。氣體分配組件120為用於處理腔室中之任何類型的氣體輸送裝置。氣體分配組件120包含面對基座組件140的前表面121。前表面121可具有任何數量或各種的開口，以朝向基座組件140輸送氣流。氣體分配組件120亦包含外周緣124，該外周緣124在所展示的實施例中基本上為圓形的。
取決於所使用的特定處理，所使用的氣體分配組件120的特定類型可變化。可用任何類型之其中控制基座及氣體分配組件間之縫隙的處理系統來使用本發明的實施例。雖然可應用各種類型的氣體分配組件(例如，噴淋頭)，但本發明的實施例可對具有複數個氣體通道的空間ALD氣體分配組件特別有用。複數個氣體通道可包含至少一個第一反應氣體A通道、至少一個第二反應氣體B通道、至少一個淨化氣體P通道及/或至少一個真空V通道。引導來自第一反應氣體A通道、第二反應氣體B通道及淨化氣體P通道的氣體流動朝向晶圓的頂表面。一些氣流跨越晶圓之基板及超出處理區域而水平地移動穿過淨化氣體P通道。自氣體分配組件之一端移動至其他端之基板將被外露給處理氣體之每者(輪流地)，形成層於基板表面上。
在一些實施例中，氣體分配組件120為由單一注入器單元所構成的剛性固定主體。在一或多個實施例中，如圖2中所示地，氣體分配組件120由複數個個別的扇形(例如，注入器單元122)所構成。可用本發明所描述的各種實施例來使用單件主體或多扇形主體。
基座組件140經定位在氣體分配組件120下方。基座組件140包含頂表面141及頂表面141中之至少一個凹部142。基座組件140亦具有底表面143及邊緣144。凹部142可為任何合適形狀及大小(取決於被處理之基板60的形狀及大小)。在如圖1所展示的實施例中，凹部142具有平底以支撐基板底部；然而，凹部底部可變化。在一些實施例中，凹部具有圍繞凹部之外周緣的階梯區，該等階梯區按一定尺寸製作以支撐晶圓的外周緣。由階梯所支撐之晶圓之外周緣的量可(舉例而言)取決於晶圓的厚度及已準備好呈現在晶圓之背側上之特徵的存在而變化。
在一些實施例中，如圖1中所展示地，基座組件140之頂表面141中的凹部142係按一定尺寸製作，使得在凹部142中所支撐的基板60具有基本上與基座140之頂表面141共面的頂表面61。如本說明書及附加的申請專利範圍中所使用地，術語「基本上共面」係意味晶圓的頂表面及基座組件的頂表面共面±0.2mm內。在一些實施例中，頂表面共面±0.15mm內、±0.10mm內或±0.05mm內。
圖1的基座組件140包含支撐柱160，該支撐柱160能上升、下降及旋轉基座組件140。基座組件可包含在支撐柱160之中心內的加熱器、或氣體線或電子元件。支撐柱160可為增加或減少基座組件140及氣體分配組件120間之縫隙及移動基座組件140至正確的位置的主要手段。基座組件140亦可包含微調致動器162，該微調致動器162可對基座組件140做微小調整，以建立在基座組件140及氣體分配組件120間之預先決定的縫隙170。在一些實施例中，縫隙170距離係在約0.1mm至約5.0mm的範圍中、或在約0.1mm至約3.0mm的範圍中、或在約0.1mm至約2.0mm的範圍中、或在約0.2mm至約1.8mm的範圍中、或在約0.3mm至約1.7mm的範圍中、或在約0.4mm至約1.6mm的範圍中、或在約0.5mm至約1.5mm的範圍中、或在約0.6mm至約1.4mm的範圍中、或在約0.7mm至約1.3mm的範圍中、或在約0.8mm至約1.2mm的範圍中、或在約0.9mm至約1.1mm的範圍中或約1mm。
如圖式中所展示的處理腔室100為旋轉料架腔室，其中基座組件140可維持複數個基板60。如圖2中所展示地，氣體分配組件120可包含複數個分離的注入器單元122；當在注入器單元下方移動晶圓時，每個注入器單元122能沉積薄膜於晶圓上。兩個餅型注入器單元122經展示為定位於基座組件140的大約相對側及在該基座組件140之上方。注入器單元122的此數量僅為圖示說明目的所展示。將要瞭解的是可包含較多或較少的注入器單元122。在一些實施例中，有足夠數量的餅型注入器單元122以形成符合基座組件140之形狀的形狀。在一些實施例中，可在沒有影響其他注入器單元122之任何一者的情況下獨立移動、移除及/或取代個別之餅型注入器單元122之每者。舉例而言，可提高一段以允許機器人存取基座組件140及氣體分配組件120間的區域，以載入/卸除基板60。
可使用具有多個氣體注入器的處理腔室以同步處理多個晶圓，使得晶圓體驗相同的處理流。舉例而言，如圖3所展示地，處理腔室100具有四個氣體注入器組件及四個基板60。在處理開始處，基板60可定位於氣體分配組件120之間。45度旋轉17基座組件140將導致每個在氣體分配組件120間的基板60被移動至氣體分配組件120以用於薄膜沉積(如氣體分配組件120下之虛線圓圈所圖示地)。額外的45度旋轉將移動基板60遠離氣體分配組件120。在晶圓相對注入器組件移動的期間，以空間ALD注入器沉積薄膜於晶圓上。在一些實施例中，以防止基板60在氣體分配組件120下方停止之增量來旋轉基座組件140。基板60及氣體分配組件120之數量可為相同或不同的。在一些實施例中，隨著氣體分配組件而有相同數量之要被處理的晶圓。在一或更多實施例中，要被處理的晶圓之數量為氣體分配組件之數量的小部分或整數倍。舉例而言，若有四個氣體分配組件，則有4x個要被處理的晶圓，其中x為大於或等於1的整數值。
如圖3所展示的處理腔室100僅代表一個可能配置；該處理腔室100不應被視為限制本發明之範疇。 此處，處理腔室100包含複數個氣體分配組件120。在所展示的實施例中，有四個環繞處理腔室100平均分布的氣體分配組件(亦稱為注入器組件)。所展示的處理腔室100為八角形；然而，所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解該八角形為一可能的形狀，且該八角形不應被視為限制本發明之範疇。所展示的氣體分配組件120係為梯形，但該氣體分配組件120可為單一圓形元件或由複數個扇形段所構成(像是圖2中所展示地)。
如圖3中所展示的實施例包含傳送腔室180或如緩衝站的輔助腔室。此腔室180經連接至處理腔室100之側以允許(舉例而言) 自處理腔室100載入/卸載基板(亦稱為基板60)。可將晶圓機器人定位在腔室180中，以將基板移動至基座上。
旋轉料架(例如，基座組件140)之旋轉可為持續地或不持續地。在持續處理中，不斷旋轉晶圓使得該等晶圓輪流外露給注入器之每者。在不持續處理中，可將晶圓移動至注入器區域且可停止該等晶圓，之後該等晶圓至注入器之間的區域84及停止。舉例而言，旋轉料架可旋轉，使得晶圓自跨注入器區域而跨越注入器來移動(或鄰近注入器停止)及在下一個其中旋轉料架可再次暫停的跨注入器區域之上方。在注入器間的暫停可提供用於額外處理步驟之時間於每個層沉積之間(例如，曝光至電漿)。
圖4展示氣體分配組件220的扇形或部分，該扇形或部分可被稱為注入器單元122。可個別地使用注入器單元122或與其他注入器單元結合使用。舉例而言，如圖5所示地，結合圖4之四個注入器單元122以形成單一的氣體分配組件220。(為清楚起見不展示分離四個注入器單元的線)。雖然圖4之注入器單元122具有除了淨化氣體導氣口155及真空口145外的第一反應氣體導氣口125及第二反應氣體導氣口135兩者，但注入器單元122不需要所有的此類元件。
參考圖4及圖5兩者，根據一或多個實施例的氣體分配組件220可包含複數個扇形(或注入器單元122)，該複數個扇形帶有相同或不同的各個扇形。氣體分配組件220定位在處理腔室內，及該氣體分配組件220包含在氣體分配組件220之前表面121中之複數個拉長的導氣口125、135及155及真空口145。複數個拉長的導氣口125、135及155及真空口145自鄰近於內周緣123的區域朝向鄰近於氣體分配組件220之外周緣124的區域拉長。所展示之複數個導氣口包含第一反應氣體導氣口125、第二反應氣體導氣口135、圍繞第一反應氣體導氣口及第二反應氣體導氣口之每者的真空口145及淨化氣體導氣口155。
參考圖4或圖5所展示的實施例，當描述口自至少約內周緣區域延伸至至少約外周緣區域時，該等口然而可不僅是自內區域至外區域徑向延伸。當真空口145圍繞反應氣體導氣口125及反應氣體導氣口135時，該等口可切線地延伸。在如圖4及圖5所展示的實施例中，在所有邊緣上藉由真空口145圍繞楔形反應氣體導氣口125及135，該等所有邊緣包含鄰近內周緣區域及外周緣區域。
參考圖4，當基板沿著路徑127移動時，基板表面之每個部分經外露給各種反應氣體。為了遵循路徑127，基板將經外露給(或「看見」)淨化氣體導氣口155、真空口145、第一反應氣體導氣口125、真空口145、淨化氣體導氣口155、真空口145、第二反應氣體導氣口135及真空口145。因此，在圖4中所展示之路徑127之端處，基板已被外露給來自第一反應氣體導氣口125及第二反應氣體導氣口135的氣流以形成層。所展示的注入器單元122做出一個四分之一圓(但可為較大的或較小的)。如圖5所展示的氣體分配組件220可被視為經串連的4個圖4之注入器單元122之結合。
圖4之注入器單元122展示分離反應氣體的氣幕150。使用術語「氣幕」以描述將反應氣體自混合分離之氣流或真空的任何結合。展示於圖4中的氣幕150包含在第一反應氣體導氣口125旁之真空口145之部分、中間的淨化氣體導氣口155及在第二反應氣體導氣口135旁之真空口145之部分。可使用氣流及真空之此結合以防止或最小化第一反應氣體及第二反應氣體的氣相反應。
參考圖5，來自氣體分配組件200之氣流及真空的結合將分離形成為複數個處理區域250。大體上將處理區域定義為以250間的氣幕150環繞個別的反應氣體導氣口125及135。如圖5中所展示的實施例以八個彼此間分離的氣幕150構成八個分離的處理區域250。處理腔室可具有至少兩個處理區域。在一些實施例中，有至少三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、10個、11個或12個處理區域。
在處理期間，可在任何給定時間將基板外露給超過一個的處理區域250。然而，經外露給不同的處理區域之部分將具有分離兩者的氣幕。舉例而言，若基板的前緣進入包含第二反應氣體導氣口135的處理區域，則基板的中間部分將在氣幕150下方及基板的後緣將在包含第一反應氣體導氣口125的處理區域之中。
工廠接口280(舉例可言可為傳送腔室)經展示為連接至處理腔室100。基板60經展示為疊加在氣體分配組件220上以提供參考系。基板60可常位於基座組件上以被維持在氣體分配組件120(亦稱為氣體分配板)之前表面121附近。經由工廠接口280將基板60載入至基板支撐或基座組件上之處理腔室100中(見圖3)。因基板係位於第一反應氣體導氣口125附近且在兩個氣幕150a及150b之間，故可將基板60展示為位於處理區域內。沿著路徑127旋轉基板60將反時針環繞著處理腔室100來移動基板。因此，基板60將被外露至包含所有其間的處理腔室之從第一處理區域250a至第八處理區域250h。對於環繞處理腔室的每個周期來說，藉由使用所展示的氣體分配組件來讓基板60將外露給四個第一反應氣體及第二反應氣體的ALD週期。
批次處理器(如圖5的處理器)中之習知的ALD序列以之間的泵/淨化部分來個別地維持來自空間分離之注入器的化學A流及化學B流。習知的ALD序列具有可能導致沉積薄膜之不均勻性的開始及結束圖案。發明人已意外發現在空間ALD批次處理腔室中所執行之基於時間的ALD處理提供較高均勻性的薄膜。外露至氣體A(非反應性簾氣)及氣體B(非反應性簾氣)的基本處理將掃過注入器下方的基板以個別地用化學A及化學B飽和表面，以避免薄膜中具有開始及結束圖案形式。發明人已意外發現基於時間的方法特別有益於當目標厚度為薄(例如，小於20個ALD週期)的時候，開始及結束圖案在晶圓均勻性效能內具有顯著影響的地方。發明人亦已發現可不用時域處理來完成建立SiCN、SiCO及SiCON薄膜的反應處理(如本文所描述地)。用來淨化處理腔室的時間量導致材料自基板表面之剝離。因在氣幕下的時間為短暫的，故以所描述的空間ALD處理時剝離不會發生。
因此，本發明之實施例係針對處理方法，該等處理方法包含帶有複數個處理區域250a-250h的處理腔室100，每個處理區域藉由氣幕150而自鄰近區域分離。舉例而言，如圖5中所展示的處理腔室。處理腔室內之氣幕及處理區域之數量可為任何合適數量(取決於氣流的布置)。如圖5所展示的實施例具有八個氣幕150及八個處理區域250a-250h。氣簾的數量基本上與處理區域的數量相等或大於處理區域的數量。舉例而言，若區域250a沒有反應氣流而僅是作為載入區域，則處理腔室將具有七個處理區域及八個氣簾。
複數個基板60經定位於基板支撐(舉例而言，如圖1及圖2所展示的基座組件140)上。複數個基板60環繞著用於處理的處理區域旋轉。一般來說，氣簾150 佔據(氣體流動及真空) 整個處理，包含了沒有反應氣體流至腔室中的期間。
第一反應氣體A流入一或多個處理區域250，同時惰性氣體流入第一反應氣體A未流入的任何處理區域250。舉例而言，若第一反應氣體流入處理區域250b至處理區域250h，則惰性氣體將流入處理區域250a。惰性氣體可透過第一反應氣體導氣口125或第二反應氣體導氣口135流動。
在處理區域內的惰性氣流可為恆定的或變化的。在一些實施例中，反應氣體與惰性氣體共流。惰性氣體將作為載體及稀釋劑。因反應氣體量相對於氣體載體而言為少的，故共流可藉由減少鄰近區域間之壓力的差異而較簡單地平衡處理區域間的氣體壓力。
本發明之一些實施例係針對注入器模組。雖然係參考空間ALD處理腔室來描述注入器模組，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解模組並不限於空間ALD腔室且可適用於任何其中增加氣流均勻性為有用的注入器情況。
注入器模組為經使用以分配先驅物/處理氣體在處理腔室中之晶圓上或基板表面上之部分的組件。在所描述的空間ALD腔室中，先驅物氣體大致自注入器堆疊垂直流動、透過注入器及透過朝向晶圓頂面的注入器底部。注入器通常包含注入器氣室/容積，該注入器氣室/容積接在矩形(或其他)圖案中之複數個孔前，該注入器氣室/容積流入如由噴淋頭之幾何形狀所定義的另一(第二)氣室及最後透過噴淋頭中之另一複數個孔。在進入注入器堆疊及第一注入器氣室前，先驅物氣體正透過最終地結束於一注入器孔處之一連串的氣體管線焊件而流入注入器氣室。此進入孔/點係位於注入器氣室之中心處。從進入點至注入器氣室之轉變導致在先驅物流動之開始期間，跨越整個注入器及噴淋頭之先驅物氣體的不平均分配。當先驅物開始流入注入器時，該先驅物藉由對中心充滿而開始及沿著注入器氣室之面向外運作。當在穩定狀態對注入器完整充氣時，因注入器上的背壓高到足以強制平均分配，故先驅物分配並不是問題。然而，考慮到在流動先驅物之開始處的轉變，大的先驅物分配不均勻性發生。在一些注入器中，當先驅物尚未被完全集中在整個注入器氣室區域時，即使是在0.75秒後仍觀察到先驅物的不均勻性。
在所描述的空間ALD處理腔室中，晶圓的頂表面相當接近注入器的底表面。沉積非常容易被來自注入器之不平均的先驅物分配所影響。在習知的注入器中，晶圓將在注入器下方旋轉/透過及在來自注入器噴淋頭之先驅物之分配下掃過。在處理之開始處，晶圓將看見中心厚先驅物濃度。因眾多處理的快速生長本質，在第一層生長期間開始於晶圓中心處的反應導致整體厚度超出可接受的厚度不均勻性規範。此類規範可為(舉例而言)小於0.8Å。氣流均勻性在充氣及淨化注入器兩者中皆為問題。淨化注入器呈現對注入器充氣的相反情況，其中在注入器之外緣處的先驅物花費更多時間被淨化
縮短不平均的氣體分配至完整充氣、完整經分配的流間之轉變的時間可影響處理不均勻性。若可在處理開始處立即地跨越注入器氣室來平均完整分配先驅物，則跨越晶圓的先驅物濃度將立即均勻且處理反應將為均勻。本發明之實施例以在此之前都未做過的方式而機械強制先驅物氣體平均地跨越注入器氣室分配。此事可顯著地減少注入器被完整充氣/以先驅物氣體充滿的時間(~5x)。本發明的一些實施例包含金屬嵌件，該金屬嵌件經放置在第一注入器氣室及建立在注入器主體中之中心輸入點及複數個圖案化孔之間的機械路徑轉變。金屬嵌件可被稱為「遞迴注入插入」。在一些實施例中，遞迴注入插入強制輸入先驅物沿著兩條注入器路徑臂部/腿部分離。每個腿部之後可分離兩次以具有總共4條腿部。四條腿部之每者之後再次分離(每者兩次)，以具有總共8條腿部。8條腿部之每者可平均分離至帶有16條平均分配的腿部之端。自中心輸入至16條腿部之每者之出口的注入路徑基本上等於所有16條腿部。換句話說，氣體之路徑(長度及彎曲的數量)基本上等於一到16的所有腿部。腿部或分離的總數量可變化。舉例而言，每個腿部可分離成3、4、5、6或更多腿部。不受任何特定的操作理論之約束，據信此類型的配置將強制先驅物氣體在先驅物流動期間的任何時間皆沿著注入器氣室之長度平均集中。此事意味著在用先驅物氣體濃度完整充氣所有16條腿部前，第一注入器氣室不會外露給任何先驅物。
本發明之相同的特徵適用於在處理步驟結束處於注入器外部淨化先驅物氣體。當先驅物取代氣室中的淨化氣體時以淨化氣體(例如N2 ) 平均地及立即地淨化先驅物可為有用的。兩種情況(充氣及淨化)是彼此相反的且藉由本發明之實施例來解決這兩個問題。
圖6展示根據本發明之一或多個實施例之注入器單元122的剖面圖。注入器單元包含注入器主體301，該注入器主體301帶有背面302、前面121、內周緣123及外周緣124。相關於楔形注入器單元來描述實施例，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解本發明並不限於楔形注入器單元。內周緣及外周緣可為相同大小，使得注入器為正方形或矩形形狀。注入器單元122的前表面121包含導氣口310，氣體可透過該導氣口310朝向基板60的頂表面或基座140的頂表面141流動。
氣體入口線332透過注入器單元122的背面302而連接至注入器插入320。在所展示的實施例中，氣體入口線332透過鄰近注入器主體之背面302所定位的加熱器/冷卻器板333。舉例而言，氣體入口線332可為可被連接至氣源(例如，氣瓶或安瓿系統)的標準氣體線連接。注入器插入320具有自插入320之頂面322延伸至其底面323的氣流路徑330。根據一或多個實施例的注入器插入以剖面展示於圖6及圖7中。雖然經展示的實施例在流路徑中具有連接至每一臂部的兩條腿部，但所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解三維元件可具有超過兩條連接至每一水平臂部的腿部。
氣體入口線332連接第一臂部340及與該第一臂部340流體連通。為描述之目的，術語「臂部」係用來描述流路徑330之水平延伸部分，及使用術語「腿部」來描述流路徑330之垂直延伸部分。在第一流路徑級別410中，第一臂部340經連接至第一腿部350及第一腿部370及流體連通至該第一腿部350及該第一腿部370。每個流路徑級別係指分離氣流之水平連接及垂直連接之結合。第一腿部350經連接至第二臂部352及與該第二臂部352流體連通，及第一腿部370經連接至第二臂部372及與該第二臂部372流體連通。
在第二流路徑級別420中，第二臂部352經連接至第二腿部354及第二腿部364及與該第二腿部354及該第二腿部364流體連通。第二臂部372經連接至第二腿部374及第二腿部384及與該第二腿部374及該第二腿部384流體連通。第二腿部354經連接至第三臂部356及與該第三臂部356流體連通。第二腿部364經連接至第三臂部366及與該第三臂部366流體連通。第二腿部374經連接至第三臂部376及與該第三臂部376流體連通。第二腿部384經連接至第三臂部386及與該第三臂部386流體連通。
在第三流路徑級別430中，第三臂部356經連接至第三腿部357及第三腿部360及流體連通至該第三腿部357及該第三腿部360。第三臂部366經連接至第三腿部367及第三腿部370及流體連通至該第三腿部367及該第三腿部370。第三臂部376經連接至第三腿部377及第三腿部380及流體連通至該第三腿部377及該第三腿部380。第三臂部386經連接至第三腿部387及第三腿部390及流體連通至該第三腿部387及該第三腿部390。第三臂部357經連接至第四臂部358及流體連通至該第四臂部358。第三腿部360經連接至第四臂部361及流體連通至該第四臂部361。第三腿部367經連接至第四臂部368及流體連通至該第四臂部368。第三腿部370經連接至第四臂部371及流體連通至該第四臂部371。第三腿部377經連接至第四臂部378及流體連通至該第四臂部378。第三腿部380經連接至第四臂部381及流體連通至該第四臂部381。第三腿部387經連接至第四臂部388及流體連通至該第四臂部388。第三腿部390經連接至第四臂部391及流體連通至該第四臂部391。
在第四流路徑級別440中，第四臂部358經連接至第四腿部359a及第四腿部359b及流體連通至該第四腿部359a及該第四腿部359b。第四臂部361經連接至第四腿部362a及第四腿部362b及流體連通至該第四腿部362a及該第四腿部362b。第四臂部368經連接至第四腿部369a及第四腿部369b及流體連通至該第四腿部369a及該第四腿部369b。第四臂部371經連接至第四腿部372a及第四腿部372b及流體連通至該第四腿部372a及該第四腿部372b。第四臂部378經連接至第四腿部379a及第四腿部379b及流體連通至該第四腿部379a及該第四腿部379b。第四臂部381經連接至第四腿部382a及第四腿部382b及流體連通至該第四腿部382a及該第四腿部382b。第四臂部388經連接至第四腿部389a及第四腿部389b及流體連通至該第四腿部389a及該第四腿部389b。第四臂部391經連接至第四腿部392a及第四腿部392b及流體連通至該第四腿部392a及該第四腿部392b。
第四腿部之每者結束於通往第一氣室328的開口329。第一氣室328為其中透過第四腿部之每者之氣流被重新結合於單一區域中的區域。第一氣室328經展示為注入器插入320之部分。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解第一氣室328可在注入器插入320外部(取決於注入器單元122內之元件的布置及形狀)。
取決於(舉例而言)注入器單元122的大小及至氣室328之最後開口329的數量，流路徑級別的數量可為變化的。其中每個臂部分離成兩條腿部，開口329的數量為2的。舉例而言，(如圖7的四個流路徑級別將具有24 (或16)個開口。
用於每個個別開口329的流路徑經定義為自入口至開口329之路徑的長度。在一些實施例中，流路徑之每者具有基本上相同的長度。如本說明書及附加申請專利範圍中所使用地，術語「基本上相同的長度」意味著流路徑的整體長度係大於或等於約95%的所有流路徑之平均的流路徑長度。在一些實施例中，當氣流透過其他流路徑時，透過個別流路徑之每者的氣流具有基本上相同的停留時間及/或基本上相同的傳導。如本說明書及附加申請專利範圍中所使用地，術語「基本上相同的停留時間」意味著任何個別流路徑的停留時間係大於或等於約95%的所有流路徑之平均的停留時間。如本說明書及附加申請專利範圍中所使用地，術語「基本上相同的傳導」意味著任何個別流路徑的傳導係大於或等於約95%的所有流路徑之平均的傳導。
在一些實施例中，一或多個流路徑之傳導不同於其他流路徑的傳導。此類布置將有意引入不均勻性至流中；此事對奇怪形狀的氣室係可為有用的。
回頭參考圖6，在氣體充滿氣室328後，因氣室328的背壓可大於透過通道305至第二氣室307的流傳導，故到達穩定狀態。因第二氣室307的背壓可大於透過噴淋頭309中之通道308至處理區域311的傳導，故充滿第二氣室307中的氣體亦將到達穩定狀態。
圖8展示根據本發明的一或多個實施例的注入器插入320的實施例，其中多元件結構分離單一入口線為16個相同的出口。所展示的注入器插入320包含像拼圖匹配在一起以形成三個流路徑級別的三個元件。第一插入元件510具有與第一臂部340流體連通的氣體入口線332。將透過氣體入口線332的氣流分離成相等的沿著第一臂340a及第一臂340b的兩側的流。
所展示的第一插入元件510可匹配至形成於第二插入元件520之頂表面523中的通道525。取決於(舉例而言)第一插入元件510的厚度、長度或形狀，通道525可為任何合適的深度、長度或形狀。所展示的通道525具有較低部分526及帶有凸台528之較高部分527。第一插入元件510可匹配通道525之較高部分527及凸台528的剩餘部分。在此位置中，第一插入元件510及第二插入元件520密封通道525之較低部分526，以建立流路徑。
第一臂部340a及第二臂部340 b兩者形成具有相等長度及幾何形狀的對稱路徑。在所展示的實施例中，第一臂部340a的每個彎曲及轉折具有第一臂部340b中之基本上相同的彎曲或轉折，使得來自入口332的氣流將具有基本上相同的在第一腿部350及第一腿部370處的路徑。如本說明書及附加的申請專利範圍所使用地，經使用以描述流路徑的術語「基本上相同的彎曲或轉折」及諸如此類係意味著角度、長度及轉角係基於量測(例如，角度及長度)而±5%內為相同的。如本說明書及附加申請專利範圍所使用地，術語 「基本上相同的路徑」及諸如此類係意味著被比較之路徑具有基本上相同的彎曲及/或轉折。
所展示之實施例中的第一腿部350及第一腿部370係為相對短長度的區域，該等區域緊鄰至第二臂部352及第二臂部372的分離。第一腿部350以基本上直角分離至第二臂部352，使得朝向第二腿部354及第二腿部364的流具有基本上相同的路徑。如本說明書及附加申請專利範圍所使用地，術語 「基本上直角」及諸如此類係意味著角度係在約85度至約95度的範圍中。相似地，第一腿部370以基本上直角分離至第二臂部372，使得朝向第二腿部374及第二腿部384的流為基本上相同的路徑。所展示的第二插入元件520包含相同的用於圖7中所展示的第二流路徑420之結構。
所展示的第二腿部354、364、374及384為透過第二插入元件520之主體521之厚度所延伸的孔。主體521之厚度可取決於(舉例而言)元件的大小及通道525的深度。
所展示的第二插入元件520匹配第三插入元件530中的凹部531。第二插入元件520的底表面522可形成與第三插入元件530之頂表面533之密封。密封將形成於第三插入元件530的頂表面533之中的複數個通道535獨立開來。
第三流路徑級別430及第四流路徑級別440具有第三插入元件530之通道535中的等同物。第二腿部354、364、374及384對齊第三臂部356、366、376及386的中心。用於腿部354、364、374及384的對齊點經個別地標記為354a、364a、374a及384a。為了易於描述，進一步地描述來自第三臂部376及第三臂部386的流路徑。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解僅因空間限制故不在圖8中標記來自第三臂部356及第三臂部366的流路徑。
第三臂部376轉向第三腿部377及第三腿部380。第三腿部377與第四臂部378基本上直角相交，及第三腿部380與第四臂部381基本上直角相交。第四臂部378相等地分離流至第四腿部379a及379b，及第四臂部381相等地分離流至第四腿部382a及382b。
額代地，第三臂部386轉向第三腿部387及第三腿部390。第三腿部387與第四臂部388基本上直角相交，及第三腿部390與第四臂部391基本上直角相交。第四臂部388相等地分離流至第四腿部389a及389b，及第四臂部391相等地分離流至第四腿部392a及392b。所展示的第四腿部379a、379b、382a、382b、389a、389b、392a及392b為透過第三插入元件530之厚度所延伸的孔。
圖9展示從第一氣室328的角度來看的第三插入元件530之底表面532。第四腿部379a、379b、382a、382b、389a、389b、392a及392b結束於底表面532中的開口329。所展示的開口329彼此等距及沿著第三插入元件530的中心線534對齊。如說明書及附加申請專利範圍中所使用地，在這方面所使用的術語「等距」 係意味著任何給定孔及鄰近孔間的距離大於或等於所有孔間之約95%的平均距離。在一些實施例中，複數個開口329不沿著中心線534對齊。在一些實施例中，複數個開口329非等距。
在基線注入器(通向第一氣室的單一氣體入口)及(如圖8所展示的)遞迴注入器之間的瞬態先驅物濃度的比較展示了遞迴注入器的注入器容積幾乎是在0.25秒完成完整充氣，對之基線注入器展示了於此時間時先驅物的明確中心高度集中。使用三甲基鋁及水而將氧化鋁薄膜沉積在如圖5所展示的空間ALD處理腔室中。以基準注入器來說，薄膜厚度範圍係自0.76至1.07Å。當以如圖8所展示的遞迴注入器來沈積相同的薄膜時，下降自0.53至0.61Å的薄膜厚度範圍以平均約40Å的厚度改善了批次五個晶圓的均勻性。
本說明書整篇所提及的「一(one)實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」或「一(an)實施例」係意味經描述相關於實施例的特定特徵、結構、材料或特性包含於本發明之至少一實施例中。因此，如「在一或多個實施例中」、「在某些實施例中」、「在一(one)實施例中」或「在一(an)實施例中」術語之在整篇本說明書之各個位置中的出現並不必然地意指本發明的相同實施例。此外，可用合適方式結合特定特徵、結構、材料或特性於一或多個實施例中。
雖然已參考特定實施例而於此處描述了本發明，但要瞭解的是這些實施例僅說明本發明的原則與應用。對所屬技術領域中具有通常知識者顯而易見的是，可在沒有背離本發明的精神及範疇的情況下，對本發明的方法及設備做出各種修改及變化。因此，本發明包含在附加申請專利範圍及該等申請專利範圍之等同物之範疇內的修改及變化係意欲的。
17‧‧‧旋轉 60‧‧‧基板 61‧‧‧頂表面 84‧‧‧區域 100‧‧‧處理腔室 120‧‧‧氣體分配組件 121‧‧‧前表面 122‧‧‧注入器單元 123‧‧‧內周緣 124‧‧‧外周緣 125‧‧‧第一反應氣體導氣口 127‧‧‧路徑 135‧‧‧第二反應氣體導氣口 140‧‧‧基座組件 141‧‧‧頂表面 142‧‧‧凹部 143‧‧‧底表面 144‧‧‧邊緣 145‧‧‧真空口 150‧‧‧氣幕 155‧‧‧淨化氣體導氣口 160‧‧‧支撐柱 162‧‧‧致動器 180‧‧‧傳送腔室 220‧‧‧氣體分配組件 250‧‧‧處理區域 250a‧‧‧處理區域 250b‧‧‧處理區域 250c‧‧‧處理區域 250d‧‧‧處理區域 250e‧‧‧處理區域 250f‧‧‧處理區域 250g‧‧‧處理區域 250h‧‧‧處理區域 280‧‧‧工廠接口 301‧‧‧注入器主體 302‧‧‧背面 305‧‧‧通道 307‧‧‧第二氣室 308‧‧‧通道 309‧‧‧噴淋頭 310‧‧‧導氣口 311‧‧‧處理區域 320‧‧‧注入器插入 322‧‧‧頂面 323‧‧‧底面 328‧‧‧氣室 329‧‧‧開口 330‧‧‧氣流路徑 332‧‧‧氣體入口線 333‧‧‧加熱器/冷卻器板 340‧‧‧第一臂部 340a‧‧‧第一臂部 340b‧‧‧第一臂部 350‧‧‧第一腿部 352‧‧‧第二臂部 354‧‧‧第二腿部 354a‧‧‧對齊點 356‧‧‧第三臂部 357‧‧‧第三腿部 358‧‧‧第四臂部 359a‧‧‧第四腿部 359b‧‧‧第四腿部 360‧‧‧第三腿部 361‧‧‧第四臂部 362a‧‧‧第四腿部 362b‧‧‧第四腿部 364‧‧‧第二腿部 364a‧‧‧對齊點 366‧‧‧第三臂部 367‧‧‧第三腿部 368‧‧‧第四臂部 369a‧‧‧第四腿部 369b‧‧‧第四腿部 370‧‧‧第一腿部 370‧‧‧第三腿部 371‧‧‧第四臂部 372‧‧‧第二臂部 372a‧‧‧第四腿部 372b‧‧‧第四腿部 374‧‧‧第二腿部 374a‧‧‧對齊點 376‧‧‧第三臂部 377‧‧‧第三腿部 378‧‧‧第四臂部 379a‧‧‧第四腿部 379b‧‧‧第四腿部 380‧‧‧第三腿部 381‧‧‧第四臂部 382a‧‧‧第四腿部 382b‧‧‧第四腿部 384‧‧‧第二腿部 384a‧‧‧對齊點 386‧‧‧第三臂部 387‧‧‧第三腿部 388‧‧‧第四臂部 389a‧‧‧第四腿部 389b‧‧‧第四腿部 390‧‧‧第三腿部 391‧‧‧第四臂部 392a‧‧‧第四腿部 392b‧‧‧第四腿部 410‧‧‧第一流路徑級別 420‧‧‧第二流路徑級別 430‧‧‧第三流路徑級別 440‧‧‧第四流路徑級別 510‧‧‧第一插入元件 520‧‧‧第二插入元件 521‧‧‧主體 522‧‧‧底表面 523‧‧‧頂表面 525‧‧‧通道 526‧‧‧較低部分 527‧‧‧較高部分 528‧‧‧凸台 530‧‧‧第三插入元件 531‧‧‧凹部 532‧‧‧底表面 533‧‧‧頂表面 534‧‧‧中心線 535‧‧‧通道
以便其中可更仔細瞭解本發明之上述特徵之方式，上文所總結之本發明更特定的描述可參考實施例，該等實施例之一些實施例係經圖示於附加圖式中。然而，要注意到的是，附加圖式僅圖示本發明之典型實施例及因而不被視為限制本發明之範疇；對於本發明來說，可允許其他等同有效的實施例。
圖1展示根據本發明之一或多個實施例之批次處理腔室的剖面圖；
圖2展示根據本發明之一或多個實施例之批次處理腔室的部分透視圖；
圖3展示根據本發明之一或多個實施例之批次處理腔室的示意圖；
圖4展示一部分之根據本發明之一或多個實施例之用於批次處理腔室的楔形氣體分配組件的示意圖；
圖5展示根據本發明之一或多個實施例之批次處理腔室的示意圖；
圖6展示根據本發明之一或多個實施例之氣體注入器單元的剖面示意；
圖7展示根據本發明之一或多個實施例之氣體注入器單元插入的剖面示意；
圖8展示根據本發明之一或多個實施例之氣體注入器單元插入的分解透視圖；及
圖9展示圖8之氣體注入器單元的前面。
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60‧‧‧基板
121‧‧‧前表面
122‧‧‧注入器單元
123‧‧‧內周緣
124‧‧‧外周緣
140‧‧‧基座組件
141‧‧‧頂表面
301‧‧‧注入器主體
302‧‧‧背面
305‧‧‧通道
307‧‧‧第二氣室
308‧‧‧通道
309‧‧‧噴淋頭
310‧‧‧導氣口
311‧‧‧處理區域
320‧‧‧注入器插入
328‧‧‧氣室
330‧‧‧氣流路徑
332‧‧‧氣體入口線
333‧‧‧加熱器/冷卻器板

Claims (20)

  1. 一種注入器單元插入，包含： 一第一插入元件，該第一插入元件具有一氣體入口線；一第二插入元件，該第二插入元件包含一通道，該通道按一定尺寸製作以將該第一插入元件維持在該通道之一上方部分中及維持一流路徑於該通道之一下方部分中，該通道形成與該氣體入口線流體相通的一流路徑第一臂部，該第一臂部將一氣流分離成兩條流路徑，每個流路徑在一第二臂部處分離成兩條流路徑，該等第二臂部之每端具有延伸穿過該第二插入元件的一孔；及一第三插入元件，該第三插入元件具有一頂表面，該頂表面包含複數個凹部，使得當該第二插入元件之一底表面靠在該第三插入元件之該頂表面時，該複數個凹部形成複數個通道，對齊該複數個通道之每者以形成與穿過該第二插入元件中之該等孔之一氣體流動的流體連通。
  2. 如請求項1所述之注入器單元插入，其中在該第三插入元件中之每個通道包含一第三臂部，該第三臂部與該第二插入元件之該孔流體連通，每個第三臂部將一氣流分離成兩個第三腿部於該第三臂部之任一端上。
  3. 如請求項2所述之注入器單元插入，其中每個第三腿部連接至一第四臂部及與該第四臂部流體連通，及每個第四臂部將一氣流分離為兩個第四腿部。
  4. 如請求項3所述之注入器單元插入，其中每個第四腿部延伸穿過該第三插入元件之一厚度，及形成一開口於該第三插入元件之一底表面中。
  5. 如請求項1所述之注入器單元插入，其中每個在一腿部及臂部間的接合在基本上為一直角處發生。
  6. 如請求項1所述之注入器單元插入，其中該氣體入口線形成16個出口於該第三注入元件之該底表面中。
  7. 如請求項1所述之注入器單元插入，其中每個腿部連接至每個臂部的一中心。
  8. 如請求項4所述之注入器單元插入，其中該第三插入元件之每個開口與該氣體線入口流體連通及形成一氣流路徑，每個氣流路徑具有基本上相同的停留時間。
  9. 如請求項4所述之注入器單元插入，其中該第三插入元件之每個開口與該氣體線入口流體連通及形成一氣流路徑，每個氣流路徑具有基本上相同的長度。
  10. 如請求項4所述之注入器單元插入，其中該第三插入元件之每個開口與該氣體線入口流體連通及形成一氣流路徑，每個氣流路徑具有基本上相同的傳導。
  11. 如請求項1所述之注入器單元插入，其中該第三插入元件之該底表面中之該等開口基本上為等距的。
  12. 如請求項1所述之注入器單元插入，其中該第三插入單元之該底表面中之該等開口基本上沿著該底表面之一中心線對齊。
  13. 一種注入器單元插入，包含： 一氣體入口線； 一第一臂部，該第一臂部與該氣體入口線流體連通； 兩個第一腿部，該兩個第一腿部與該第一臂部流體連通； 一第二臂部，該第二臂部與該等第一腿部之每者流體連通； 兩個第二腿部，該兩個第二腿部與該等第二臂部之每者流體連通； 一第三臂部，該第三臂部與該等第二腿部之每者流體連通；及 兩個第三腿部，該兩個第三腿部與該等第三臂部之每者流體連通。
  14. 如請求項13所述之注入器單元插入，更包含一第四臂部及一第四腿部，該第四臂部與該等第三腿部之每者流體連通及該第四腿部與每個第四臂部流體連通。
  15. 如請求項14所述之注入器單元插入，其中每個第四腿部在該注入器單元插入之一底面中之一開口結束，使得一流路徑自該氣體入口線延伸至一開口之每者。
  16. 如請求項15所述之注入器單元插入，其中該等流路徑之每者具有一或多個基本上相同的停留時間、基本上相等的傳導及/或基本上相同的長度。
  17. 一種注入器單元，包含： 一注入器主體，該注入器主體具有一背面及一前面； 一根據請求項1至16之任一者的注入器單元插入，該注入器單元插入定位於該插入器主體中； 一第一氣室，該第一氣室鄰近於該注入器單元插入之一底面；及 複數個通道，該複數個通道自該第一氣室朝向該注入器主體之該前面延伸，該複數個通道與該第一氣室流體連通；及 一導氣口，該導氣口係在該注入器主體之該前面中，該導氣口與該複數個通道流體連通。
  18. 如請求項17所述之注入器單元，更包含一噴淋頭，該噴淋頭係定位於該導氣口內及與該複數個通道流體連通。
  19. 如請求項18所述之注入器單元，更包含一第二氣室，該第二氣室位在該複數個通道及該噴淋頭間。
  20. 如請求項18所述之注入器單元，其中該注入器單元為楔形。
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