TW201715578A - 包括沉積設備的半導體製造系統 - Google Patents

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Abstract

提供了一種半導體製造系統，其具有增大的製程視窗以用於穩定並靈活地進行沉積製程。該半導體製造系統包括：起到第一電極的作用並包括複數個注入孔的氣體供應裝置；連接至該氣體供應裝置的反應器壁；以及起到第二電極作用的基板容納裝置，該基板容納裝置和該反應器壁配置成通過面密封而一起密封。從該氣體供應裝置向該基板容納裝置供應的反應氣通過該氣體供應裝置和該反應器壁之間的排氣路徑而排到外部。該第一電極包括鄰近該氣體供應裝置的邊緣的突出電極。

Description

包括沉積設備的半導體製造系統 【交叉參考相關申請案】
本申請主張2015年10月22日在美國專利及商標局提交的美國臨時申請號62/245,150的優先權，該美國臨時申請的全部公開內容通過引用併入本文。
一個或複數個實施方式關於一種半導體製造系統，並且更特別地，關於例如包括用於形成薄層的沉積設備的半導體製造系統。
為了滿足更小半導體裝置的設計規則，已致力於在半導體基板上沉積更薄的層並通過使用低溫製程代替高溫製程來減少薄層之間的物理或化學干擾。如果使用電漿來沉積薄層，可誘發反應物之間的化學反應而不會增加其上安裝有基板的加熱器的溫度，而且與在高溫情況下的使用不同，可以防止反應器壽命的降低。例如，原子層沉積(ALD)方法廣泛應用於在具有複雜結構的半導體裝置中沉積薄層，這是因為在ALD方法中能夠容易地控制薄層的沉積厚度。此外，在熱過程下沒有發生化學反應的反應氣可以通過在電漿增強原子層沉積(PEALD)方法中與反應氣的供應 同步地供應電漿而被化學啟動並沉積以形成薄層，並因此PEALD方法已廣泛應用於工業領域。
一個或更多個實施方式包括一種沉積設備，該沉積設備具有的反應器結構能夠用於擴大製程視窗並且無論電容性耦合電漿(CCP)反應器中電極之間的距離和電極與反應器壁之間的距離的相對比例如何，都會防止在電極之間產生的電漿消失於反應器壁。
另外的方面將在以下說明書中部分地陳述並且，在某種程度上，所述另外的方面從所述說明書中將顯而易見，或可以通過實現所提供的實施方式的來理解此另外的方面。
根據一個或更多個實施方式，反應器包括：反應器壁；上電極；下電極；以及設置在該上電極上方並包括氣體供應路徑的氣流控制裝置。
該上電極和該氣流控制裝置可以單獨設置或作為一個單元設置。此外，可以在反應器壁和氣流控制裝置之間形成排氣路徑。可以在與該氣流控制裝置接觸的反應器壁的上部中形成與外部排氣泵連接的出氣口，以便通過反應器的上部排出氣體。
上電極可以與外部射頻(RF)功率發生器連接，並且可以向反應空間施加RF功率。氣體供應裝置(諸如噴頭)可以用作上電極。下電極可以面向上電極，並且基板安裝裝置(諸如基板容納裝置)可以用作下電極。
上電極的下表面的一部分可以具有凹形從而使得電漿在反應空間中的均勻分佈。例如，可以在距該上電極的下表面的中心一定距離處沿該上電極的下表面的圓周形成突出，並且可以在突出的附近形成凹入部分。例如，可以鄰近該上電極的下表面的邊緣形成突出，並且可以在突出裡面形成凹入區域。
根據一個或更多個實施方式，一種半導體製造系統，包括：起到第一電極的作用並包括複數個注入孔的氣體供應裝置；連接至該氣體供應裝置的反應器壁；以及起到第二電極作用的基板容納裝置，該基板容納裝置和該反應器壁配置成通過面密封而密封，其中，從該氣體供應裝置向該基板容納裝置供應的反應氣通過該氣體供應裝置和該反應器壁之間的排氣路徑排到外部，並且該第一電極包括鄰近該氣體供應裝置的邊緣的突出電極。
基板容納裝置與氣體供應裝置的中心區域之間的第一距離可以大於該反應器壁與該氣體供應裝置的該邊緣之間的第二距離，並且該基板容納裝置與該氣體供應裝置之間的第三距離可以小於該第二距離。
由該第一電極和第二電極產生的電漿由於該電漿在該第一距離中的徑向性而可以向該反應器壁移動並由於該電漿在該第三距離中的線性而可以向該基板容納裝置移動。
該電漿的該徑向性可以隨著該電漿的功率和該反應氣的流速中的一者或兩者的增加而增加。
該突出電極可以具有預定的曲率半徑。該基板容納裝 置可以包括：位置與該突出電極所處位置對應的凹槽。該突出電極和該凹槽可以具有相同的曲率半徑。
該氣體供應單元可以從該突出電極凹進從而在該氣體供應裝置中可以界定凹入空間。該半導體製造系統進一步可以包括在該氣體供應單元上方的出氣口。在這種情況下，該反應氣可以通過該排氣路徑和該出氣口排到外部。
該半導體製造系統進一步可以包括置於該氣體供應單元與該出氣口之間的氣流控制裝置。在這種情況下，該反應氣可以通過該排氣路徑、該氣流控制裝置和該出氣口排到外部。
該氣流控制裝置可以包括板和從該板突出的側壁，並且該側壁可以包括從其貫穿形成的複數個貫穿孔。
該基板容納裝置可以包括：用於容納基板的凹處區域；和環繞該凹處區域並用於該面密封的接觸區域。該凹處區域可以延伸至與該突出電極所處位置對應的位置。
根據一個或更多個實施方式，一種半導體製造系統，包括：反應器壁；連接至該反應器壁的氣流控制裝置；連接至該氣流控制裝置的氣體供應裝置；和面向該氣體供應裝置並與該反應器壁的下表面接觸從而在它們之間界定反應空間的下電極；該氣流控制裝置堆疊在該氣體供應裝置上；進氣口通過該反應器壁的上部、該氣流控制裝置和該氣體供應裝置形成，並且氣體通過該進氣口供應至該氣體供應裝置；該下電極與該氣體供應裝置的中心區域之間的第一距離大於該反應器壁與該氣體供應裝置的邊緣之間的 第二距離，並且該氣體供應裝置的該邊緣與該下電極的邊緣之間的第三距離小於該第二距離。
根據一個或更多個實施方式，一種半導體製造系統，包括：包括複數個注入孔的第一電極；在該第一電極上方的氣流控制裝置；連接至該第一電極和該氣流控制裝置的反應器壁；和配置成接觸反應器壁用以面密封的第二電極，其中通過該注入孔向該第二電極供應的反應氣通過該氣體供應裝置和該反應器壁之間的排氣路徑以及通過該氣流控制裝置排到外部，並且面向該第二電極的該第一電極的表面是凹入的。
該半導體製造系統進一步可以包括置於該氣流控制裝置上方的出氣口，其中該反應氣可以通過該排氣路徑、該氣流控制裝置和該出氣口排到外部。
該氣流控制裝置可以包括板和從該板突出的側壁，並且該側壁可以包括複數個貫穿孔。
該第二電極與該第一電極的中心區域之間的第一距離可以大於該反應器壁與該第一電極的邊緣之間的第二距離，並且該第一電極的該邊緣與該第二電極的邊緣之間的第三距離可以小於該第二距離。
該第一電極可以包括鄰近其邊緣的突出電極。該第二電極可以包括容納基板的凹處區域，並且該凹處區域可以延伸至與該突出電極所處位置對應的位置。
1‧‧‧上電極
2‧‧‧下電極
3‧‧‧反應器壁
100‧‧‧半導體製造系統
101‧‧‧反應器壁
103‧‧‧基板容納裝置
105‧‧‧氣流控制裝置
109‧‧‧氣體供應裝置
111‧‧‧貫穿孔
113‧‧‧進氣口
115‧‧‧出氣口
117‧‧‧排氣路徑
119‧‧‧氣體流路
123‧‧‧側壁
125‧‧‧反應空間
127‧‧‧凹槽
129‧‧‧凹槽
131‧‧‧凹槽
133‧‧‧氣體注入孔
301‧‧‧板
303‧‧‧射頻(RF)棒孔
305‧‧‧螺孔
313‧‧‧射頻(RF)棒
801‧‧‧頂蓋
803‧‧‧外腔室
805‧‧‧室內區域
1000‧‧‧反應室
1003‧‧‧基座
A‧‧‧距離
B‧‧‧電極間距離
C‧‧‧距離
G‧‧‧凹槽
J1‧‧‧初始位置
J2‧‧‧中心位置
J3‧‧‧端位置
K1、K2、K3‧‧‧虛線
P、P’‧‧‧突出電極
R‧‧‧凹處區域
S‧‧‧接觸區域
這些及/或其他方面將從以下結合圖式對實施方式的 描述中變得顯而易見並更容易被理解。
圖1是示出根據實施方式的半導體製造系統的橫截面視圖。
圖2是示出在實施方式的半導體製造系統中反應氣(和剩餘氣體)流動的視圖。
圖3是示出實施方式的半導體製造系統的另一橫截面視圖。
圖4和圖5是示出先前技術的半導體製造系統的視圖和示出根據實施方式的半導體製造系統的視圖。
圖6是示出根據另一實施方式的半導體製造系統的橫截面視圖。
圖7A和圖7B是示出根據實施方式的半導體製造系統的上電極的變型的橫截面視圖。
圖8和圖9是示出根據另一實施方式的半導體製造系統的橫截面視圖。
圖10至圖12是示出電漿耦合可靠性的視圖。
圖13和圖14是示出當使用先前技術的反應器和根據實施方式的反應器通過電漿增強原子層沉積(PEALD)方法來形成SiO2層時，取決於電漿功率(a)和氧氣流速(b)的薄層均勻度的視圖。
圖15是示出根據另一實施方式的半導體製造系統的橫截面視圖。
現在將參照圖式描述實施方式。
然而，本發明構思可以以很多不同的方式實現並且不應視為限制於在本文中提出的實施方式。而是，提供這些實施方式用以使本案所屬技術領域中具有通常知識者對本發明有清楚的理解。也就是說，提供實施方式從而使得本揭露將是充分和完整的，並且向對本案所屬技術領域中具有通常知識者完全傳達本發明的構思。
在以下描述中，術語僅用於解釋具體的實施方式而不限制本發明構思。單數形式的術語可以包括複數形式除非相反地指出。“包括”的含義指定形狀、固定數、步驟、方法、構件、元件及/或其組合但不排除其他形狀、固定數、步驟、方法、構件、元件及/或其組合。如在本文中所使用的術語“及/或”包括一個或複數個相關的所列項的任何和所有組合。
將理解的是，雖然可以在本文中使用第一、第二等術語來描述各種構件、區域及/或元件，但這些構件、區域及/或元件不應被這些術語限制。這些術語並非用於表示構件、區域或元件的特定的順序、位置關係或等級，而僅用於將一個構件、區域或元件與另一構件、區域或元件區別。因此，在下面討論的第一構件、區域或元件能夠被稱為第二構件、區域或元件而不會背離本發明的教導。
在下文中，將參照圖式描述實施方式。圖式中示出的形狀可以根據各種因素諸如製造方法及/或容差而改變。也就是說，實施方式不限於圖式中所示的形狀。應該考慮到因素諸如製造過程中形狀的變化。
首先，現在將根據圖1的實施方式來描述沉積設備。圖1是示出根據實施方式的半導體製造系統100的橫截面視圖。在圖1所示的半導體製造系統100中，反應器壁101可以與基板容納裝置103接觸。例如，反應器壁101的下表面可以與起到下電極作用的基板容納裝置103接觸，並因此可以在反應器壁101與基板容納裝置103之間形成反應空間125。
換言之，基板容納裝置103和反應器壁101可以彼此接觸並可以通過面密封來密封，並且由於此面密封，可以在基板容納裝置103與反應器壁101之間形成反應空間125。
氣流控制裝置105和氣體供應裝置109可以佈置在反應器壁101與基板容納裝置103之間。氣流控制裝置105和具有氣體注入孔133的氣體供應裝置109可以設置為一個單元或分離型單元(具有使氣體注入孔133分離的一部分)。在後者情況下，氣流控制裝置105可以置於氣體供應裝置109上。此外，氣體供應裝置109也可以設置為分離型設備。在這種情況下，氣體供應裝置109可以包括：具有複數個氣體注入孔133的氣體注入裝置；和位於該氣體注入裝置(參見圖3)上方的氣體通道。
氣流控制裝置105可以包括板301和從板301突出的側壁123。複數個貫穿孔111可以穿過該側壁123形成。
可以在反應器壁101與氣流控制裝置105之間和在氣流控制裝置105與氣體供應裝置109之間形成凹槽127、 凹槽129和凹槽131以容納密封構件諸如O型環。由於密封構件，外部氣體不可以滲入反應空間125中。此外，由於密封構件，反應氣可以沿預定路徑(亦即，圖2中示出的排氣路徑117和出氣口115)從反應空間125排出。也就是說，反應氣不會通過其他區域從預定路徑洩露。
在電漿製程諸如電容性耦合電漿(CCP)製程中，氣體供應裝置109可以用作電極。在這種情況下，氣體供應裝置109可以包括金屬諸如鋁(Al)。在CCP製程中，基板容納裝置103還可以用作電極。也就是說，電容性耦合可以通過起到第一電極作用的氣體供應裝置109和起到第二電極作用的基板容納裝置103來實現。
例如，由外部電漿發生器(未圖示)產生的電漿可以通過射頻(RF)棒313(參見圖3)而供應至氣體供應裝置109。RF棒313可以通過穿過反應器壁101的上部和氣流控制裝置105形成的射頻(RF)棒孔303而機械連接至氣體供應裝置109。
可選地，氣體供應裝置109可以包括導電材料，並且氣流控制裝置105可以包括絕緣材料諸如陶瓷材料從而使用作電漿電極的氣體供應裝置109與反應器壁101絕緣。
突出電極P可以鄰近氣體供應裝置109的邊緣佈置。突出電極P可以防止電漿消失於反應器壁101。突出電極P將在下面進一步描述。
如圖1所示，進氣口113穿過反應器壁101的上部和氣流控制裝置105的中心部分形成。此外，在氣體供應裝 置109中另外形成氣體流路119使得通過進氣口113從外部氣體供應單元(未圖示)供應的反應氣可以通過氣體流路119均勻分佈到氣體供應裝置109的氣體注入孔133。
此外，如圖1所示，出氣口115以與進氣口113非對稱的關係形成於反應器壁101的上部。然而，出氣口115和進氣口113可以彼此對稱(未圖示)。此外，由於反應器壁101與氣流控制裝置105的側壁(和氣體供應裝置109的側壁)隔開以形成排氣路徑117，所以製程之後剩餘的反應氣可以通過排氣路徑117排出。
圖2是示出在半導體製造系統100中反應氣(和剩餘氣體)流動的視圖。在圖2中，箭頭表示氣體流動。從外部氣體供應單元(未圖示)向進氣口113供應的反應氣可以通過氣體流路119而均勻地流到氣體供應裝置109(例如噴頭)的氣體注入孔133。
反應氣可以在反應空間125中或基板容納裝置103上的基板上進行化學反應以在基板上形成薄層。在形成薄層之後，剩餘的氣體可以通過在反應器壁101與氣體供應裝置109的側壁之間形成的排氣路徑117和在氣流控制裝置105的側壁123中形成的貫穿孔111而流入氣流控制裝置105中，並然後可以通過出氣口115排出。
圖3是示出實施方式的半導體製造系統100的另一橫截面視圖。參照圖3，氣流控制裝置105包括側壁123、進氣口113、由側壁123環繞的板301、RF棒孔303、螺孔305、貫穿孔111和容納密封構件諸如O型環的凹槽127。
板301可以具有由側壁123環繞的下凹內部。進氣口113位於用於接收反應氣的路徑的氣流控制裝置105的區域中。螺孔305的數目至少為2，並在進氣口113周圍形成，且機械連接構件諸如螺絲可以通過螺孔305插入用以連接氣流控制裝置105和氣體供應裝置109。RF棒孔303形成在氣流控制裝置105的另一區域，且因此連接至外部電漿供應單元(未圖示)的RF棒313可以通過RF棒孔303而連接至置於氣流控制裝置105下方的氣體供應裝置109。
在電漿製程諸如CCP製程中，連接至RF棒313的氣體供應裝置109可以用作電極。突出電極P可以沿氣體供應裝置109的邊緣佈置。
由於突出電極P，氣體供應裝置109的下表面(亦即，面向基板容納裝置103的表面)可以彎曲以形成凹入空間。
反應空間的結構可以對電漿製程影響顯著。例如，當使用由在上下電極之間施加的RF功率產生的電漿通過CCP方法進行電漿製程時，如果起到RF功率電極作用的上電極(例如，氣體供應裝置109諸如噴頭)是平的，則在反應空間的中心區域(例如，圖1所示的反應空間125)中的電漿濃度可以比反應空間的週邊區域的電漿濃度高。當上下電極之間的距離小時，這可能不會引起重大問題。然而，當上下電極之間的距離大時，由於電漿的徑向性，反應空間的週邊區域的電漿消失於反應器壁。在這種情況下，在基板上形成的層的性能(諸如厚度均勻性或在後來蝕刻製程中的濕蝕刻速率(WER))在基板的中心與邊緣之間可以 明顯不同。也就是說，可能很難形成均勻層。
例如，待考慮的因素是上下電極之間的距離和上電極與反應器壁(也就是，排氣路徑117的寬度)之間的距離的比例。也就是說，如果上下電極之間的距離大於上電極與反應器壁之間的距離，則一部分電漿(例如在上電極(通過其供應RF功率)的邊緣區域產生的電漿)可以向反應器壁移動而不向下電極移動。因此，可以降低電漿功率耦合可靠性，並且可以劣化在基板的邊緣區域中的薄層的性能諸如均勻性。這種現象可以隨著反應氣流速和電漿功率中的一者或兩者的增加而明顯發生(參見圖13和圖14)。因此，由於以上現象，先前技術中的CCP反應器具有受限制的製程視窗。
然而，本實施方式的半導體製造系統100包括沿氣體供應裝置109的邊緣的突出電極P。因此，在反應空間125中可以改善電漿功率耦合可靠性，並且使薄層的厚度可以不會局部減小薄層(亦即改善的均勻度)。此外，可以擴大用於穩定的沉積製程的製程視窗，並因此可以靈活進行沉積製程。
突出電極P可以具有預定的曲率半徑。根據另外的實施方式，突出電極P的曲率半徑可以根據製程條件而不同。例如，突出電極P的曲率半徑可以是大約R3.0(3.0mm)。
基板容納裝置103可以包括用於容納基板的凹處區域R和環繞凹處區域R的接觸區域S。基板可以置於凹處區域R中，並且反應器壁101可以密封地與接觸區域S接觸 (面密封)。凹處區域R可以延伸至與該突出電極所處位置對應的位置。這將在稍後描述。
圖4和圖5分別是示出先前技術的半導體製造系統的視圖和示出根據實施方式的半導體製造系統的視圖。
參照圖4，在先前技術的半導體製造系統中，通過上電極和下電極2之間的電極間距離B界定反應空間。如果將RF功率施加至上電極1，則可以在反應空間中產生電漿。然而，在這種情況下，如果氣體供應裝置諸如包括氣體注入孔的噴頭用作上電極1，則噴頭的氣體注入孔的形狀可以不被期望地轉移至基板。因此，可以增加電極間距離B以防止此發生。然而，在這種情況下，如果電極間距離B大於上電極1與反應器壁3之間的距離A，則在反應空間的邊緣區域產生的電漿可以向反應器壁3移動而不向下電極2移動。因此，可以降低電漿功率耦合可靠性，並且在基板上形成的薄層在基板的邊緣區域的均勻度可以低於在基板的中心區域的均勻度。
參照圖5，在實施方式的半導體製造系統中，如同圖4所示的半導體製造系統，上電極1與下電極2之間的電極間距離B大於上電極1與反應器壁3之間的距離A，並且鄰近上電極1的邊緣形成突出電極P。因此，上電極1的邊緣與下電極2之間的距離小於上電極1與反應器壁3之間的距離A。也就是說，可以滿足B>A>C。
由於突出電極P，即使電極間距離B大於上電極1與反應器壁3之間的距離A，也可以保持反應空間中的電漿 的均勻性而電漿功率不損失於反應器壁3。例如，由於由上電極1和下電極2產生的電漿在電極間距離B中具有很強的徑向性，所以電漿可以沿比電極間距離B短的距離A消失於反應器壁3。然而，電漿的這種消失於反應器壁3的現象通過突出電極P被防止。此外，由於由突出電極P和下電極2產生的電漿在距離C中具有很強的線性度，所以電漿可以不沿大於距離C的距離A向反應器壁3移動而是可以向起到下電極2作用的基板容納裝置移動。
圖6是示出根據另一實施方式的半導體製造系統的橫截面視圖。
參照圖6，起到下電極2作用的基板容納裝置可以包括：延伸至與該突出電極所處位置對應的位置的凹處區域R。在本文中，表述“凹處區域R延伸至與該突出電極所處位置對應的位置。”意指凹處區域R延伸至虛線K1、虛線K2和虛線K3中的一條(或虛線K1、虛線K2和虛線K3之間的任意線)，該虛線K1、虛線K2和虛線K3從突出電極P開始突出的初始位置J1、突出電極P的中心位置J2和突出電極P的端位置J3中的一個沿垂直於下電極2的方向畫出。
根據本實施方式，雖然起到下電極2作用的基板容納裝置的凹處區域R延伸至與上電極1(也就是，氣體供應裝置)邊緣對應的位置，但可以進行沉積製程而不使電漿消失於反應器壁。因此，可以實現在大基板上沉積薄層時的空間效率，同時保持薄層的品質。
圖7A和圖7B是示出根據實施方式的半導體製造系統的上電極的變型的橫截面視圖。
參照圖7A和圖7B，氣體供應裝置的電極表面可以是各種形狀。例如，氣體供應裝置可以包括具有如圖7A所示的錐形形狀或如圖7B所示的凹形形狀(諸如圓頂狀)的電極表面(亦即，面向基板容納裝置的表面)。此外，氣體供應裝置可以包括具有臺階式形狀(未圖示)的突出電極。也就是說，本發明構思的範圍可以擴展到任何電極形狀，只要上電極的中心區域與下電極之間的距離大於下電極與上電極的邊緣之間的距離即可。
參照圖7A和圖7B，氣體供應裝置包括具有平的上表面的電極。然而，氣體供應裝置的電極的上表面可以是各種形狀的。例如，氣體供應裝置的電極的上表面可以具有錐形形狀或凸形形狀。
圖8和圖9是示出根據其它實施方式的半導體製造系統的橫截面視圖。
參照圖8，突出電極P’可以沿及/或鄰近下電極2的邊緣佈置。例如，突出電極P’可以佈置在起到下電極2作用的基板容納裝置的接觸區域S中。
在前述的實施方式中，突出電極P佈置於起到上電極作用的氣體供應裝置上。然而，在本實施方式中，突出電極P’置於下電極2上使得上電極1的中心區域與下電極2之間的距離可以大於上電極1和下電極2的邊緣之間的距離。雖然在圖8中未圖示，突出電極P’可以分別置於 上電極1和下電極2上。
參照圖9，起到下電極2作用的基板容納裝置可以包括在對應於該突出電極P所處位置處的凹槽G。由於凹槽G，電漿和剩餘的氣體可以在反應空間的週邊區域較少地受瓶頸現象的影響。根據另外的實施方式，突出電極P和凹槽G可以具有相同的曲率半徑。
圖10至圖12是示出電漿耦合可靠性的視圖。圖10和圖11是示出先前技術中的反應器的電漿耦合可靠性的視圖，並且圖12是示出根據實施方式的反應器的電漿耦合可靠性的視圖。
參照圖10，電極間距離是3.5mm，並且電極間距離小於上電極與反應器壁之間的距離6mm。在這種情況下，RF功率(用虛線表示)可以無損失地從上電極傳輸到下電極，並因此不會降低反應空間中的電漿功率耦合可靠性。因此，在基板的中心和邊緣區域上，沉積在基板上的薄層都可以是均勻的。
參照圖11，電極間距離是7mm，並且電極間距離大於上電極與反應器壁之間的距離6mm。在這種情況下，RF功率可以從上電極的邊緣區域部分消失於反應器壁而不是完整地傳輸到下電極。也就是說，電漿可以部分洩露到反應器壁而不是向下電極移動。
參照圖12，如在圖11中一樣，電極間距離和上電極與反應器壁之間的距離分別是7mm和6mm。然而，參照圖12，突出電極鄰近上電極的邊緣設置。因此，與在圖11 中所示的結構中的不同，可以防止電漿消失於反應器壁。即使反應空間的高度增加，當由於突出電極而不會降低反應空間中沉積的薄層的電漿功率耦合可靠性和均勻性。
圖13和圖14是示出當使用先前技術的反應器和根據實施方式的半導體製造系統通過電漿增強原子層沉積(PEALD)方法形成二氧化矽層時，取決於電漿功率(a)和氧氣流速(b)的薄層均勻性的視圖。
參照圖13，隨著施加至先前技術中的反應器的上電極的RF功率的增加，薄層在基板的邊緣區域中的厚度減小並且薄層的均勻性降低。在圖13中，用箭頭表示其中薄層厚度減小的區域。然而，即使在根據實施方式的反應器中增加RF功率，薄層在基板的邊緣區域中的厚度不會減小。
圖14示出當RF功率保持不變時取決於供應至反應空間的氧氣流速的薄層均勻性。在圖14中，用箭頭表示其中薄層厚度減小的區域。參照圖14，當使用先前技術中的反應器時，隨著氧氣流速的增加，薄層在基板的邊緣區域中的厚度減小。然而，當使用實施方式的反應器時，無論氧氣流速如何，薄層厚度不會增加。
圖15是示出根據另一實施方式的半導體製造系統的橫截面視圖。參照圖15，複數個反應室1000置於由頂蓋801和外腔室803形成的室內區域805中。每個反應室1000的氣流控制裝置、噴頭、進氣口和出氣口都佈置於頂蓋801中。反應室1000共用同一個氣體供應單元和同一個排氣泵，並因此可以對複數個基板同時進行相同的製程從而增 加生產率。
如下可以同時對複數個基板進行相同的製程。首先，通過位於外腔室803側面的門將基板傳送裝置插入室內區域805中從而在複數個基座1003上放置基板。接下來，外腔室803的室內區域805被排空或充滿惰性氣體諸如氬氣。接著，舉起基座1003並使其與反應器壁101的下側接觸，從而形成反應空間。室內區域805的壓力可以設成低於反應室1000的內壓力。
或者，反應室1000可以不共用氣體供應單元和排氣泵而可以連接至單獨的氣體供應單元和排氣泵從而同時進行不同的製程。例如，在依次向反應室1000移動基板的同時，可以進行複合薄層形成製程以在基板上沉積薄層。在這種情況下，可以快速進行複合薄層形成製程同時將暴露於空氣或等待時間降到最低限度。
圖式中所示的部件的形狀是為了清楚理解實施方式而提供的例子。也就是說，部件的形狀可以不同。
應理解的是本文中描述的實施方式應考慮為描述意義並無限制目的。各個實施方式中對特點或方面的描述應典型地考慮為對其他實施方式中的其他類似的特點或方面可用。
當已參照圖式描述了一個或更多個實施方式時，本案所屬技術領域中具有通常知識者應當理解可以在不背離如所附申請專利範圍所界定的本發明構思的精神和範圍下作出形式和細節上的各種變化。
100‧‧‧半導體製造系統
101‧‧‧反應器壁
103‧‧‧基板容納裝置
105‧‧‧氣流控制裝置
109‧‧‧氣體供應裝置
111‧‧‧貫穿孔
113‧‧‧進氣口
115‧‧‧出氣口
117‧‧‧排氣路徑
119‧‧‧氣體流路
123‧‧‧側壁
125‧‧‧反應空間
127‧‧‧凹槽
129‧‧‧凹槽
131‧‧‧凹槽
133‧‧‧氣體注入孔

Claims (20)

  1. 一種半導體製造系統，包括：氣體供應裝置，其起到第一電極的作用並包括複數個注入孔；反應器壁，其連接至該氣體供應裝置；以及基板容納裝置，其起到第二電極的作用，且該基板容納裝置和該反應器壁被配置成通過面密封而密封；從該氣體供應裝置向該基板容納裝置供應的反應氣通過該氣體供應裝置與該反應器壁之間的排氣路徑被排到外部；該第一電極包括鄰近該氣體供應裝置的邊緣的突出電極。
  2. 如請求項1所記載之半導體製造系統，其中該基板容納裝置與該氣體供應裝置的中心區域之間的第一距離大於該反應器壁與該氣體供應裝置的該邊緣之間的第二距離；該基板容納裝置與該氣體供應裝置的該突出電極之間的第三距離小於該第二距離。
  3. 如請求項2所記載之半導體製造系統，其中由該第一電極和該第二電極產生的電漿由於該電漿在該第一距離中的徑向性而向該反應器壁移動，並且由於該電漿在該第三距離中的線性度而向該基板容納裝置移 動。
  4. 如請求項3所記載之半導體製造系統，其中該電漿的該徑向性隨著該電漿的功率和該反應氣的流速中的一者或兩者的增加而增加。
  5. 如請求項1所記載之半導體製造系統，其中該突出電極具有預定的曲率半徑。
  6. 如請求項1所記載之半導體製造系統，其中該氣體供應裝置從該突出電極凹進，使得在該氣體供應裝置中界定凹入空間。
  7. 如請求項1所記載之半導體製造系統，其中該半導體製造系統進一步包括該氣體供應裝置上方的出氣口；該反應氣通過該排氣路徑和該出氣口排放到外部。
  8. 如請求項7所記載之半導體製造系統，其中該半導體製造系統進一步包括佈置於該氣體供應裝置與該出氣口之間的氣流控制裝置；該反應氣通過該排氣路徑、該氣流控制裝置和該出氣口被排放到外部。
  9. 如請求項8所記載之半導體製造系統，其中該氣流控制裝置包括板和從該板突出的側壁；該側壁包括從其貫穿形成的複數個貫穿孔。
  10. 如請求項1所記載之半導體製造系統，其中該基板容納裝置包括：位置與該突出電極所處位置對應的凹槽。
  11. 如請求項10所記載之半導體製造系統，其中該突出電極和該凹槽具有相同的曲率半徑。
  12. 如請求項1所記載之半導體製造系統，其中該基板容納裝置包括：凹處區域，其用於容納基板；以及接觸區域，其環繞該凹處區域用於該面密封。
  13. 如請求項12所記載之半導體製造系統，其中該凹處區域延伸至與該突出電極所處位置對應的位置。
  14. 一種半導體製造系統，包括：反應器壁；氣流控制裝置，其連接至該反應器壁；氣體供應裝置，其連接至該氣流控制裝置；以及下電極，其面向該氣體供應裝置並與該反應器壁的下表面接觸從而在其之間界定反應空間；該氣流控制裝置佈置於該氣體供應裝置上；進氣口穿過該反應器壁的上部、該氣流控制裝置和該氣體供應裝置形成，並且氣體通過該進氣口供應至該氣體供應裝置；該下電極與該氣體供應裝置的中心區域之間的第一距離大於該反應器壁與該氣體供應裝置的邊緣之間的第二距離；該氣體供應裝置的該邊緣與該下電極的邊緣之間的第三距離小於該第二距離。
  15. 一種半導體製造系統，包括： 第一電極，其包括複數個注入孔；氣流控制裝置，其在該第一電極上方；反應器壁，其連接至該第一電極和該氣流控制裝置；以及第二電極，其配置成通過面密封與該反應器壁密封在一起；通過該複數個注入孔向該第二電極供應的反應氣通過該氣體供應裝置與該反應器壁之間的排氣路徑以及通過該氣流控制裝置被排到外部；面向該第二電極的該第一電極的表面是凹入的。
  16. 如請求項15所記載之半導體製造系統，其中該半導體製造系統進一步包括在該氣流控制裝置上方的出氣口；該反應氣通過該排氣路徑、該氣流控制裝置和該出氣口被排到外部。
  17. 如請求項15所記載之半導體製造系統，其中該氣流控制裝置包括板和從該板突出的側壁；該側壁包括複數個貫穿孔。
  18. 如請求項15所記載之半導體製造系統，其中該第二電極與該第一電極的中心區域之間的第一距離大於該反應器壁與該第一電極的邊緣之間的第二距離；該第一電極的該邊緣與該第二電極的邊緣之間的第三距離小於該第二距離。
  19. 如請求項15所記載之半導體製造系統，其中該第一 電極包括鄰近其邊緣的突出電極。
  20. 如請求項19所記載之半導體製造系統，其中該第二電極包括容納基板的凹處區域；該凹處區域延伸至與該突出電極所處位置對應的位置。
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