TW202235673A - 用於原子層沉積的具有管線填充容積容器之前驅物分配系統 - Google Patents

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Abstract

前驅物分配系統包括源、安瓿、第一閥、第二閥、管線填充容積容器及控制器。源供應液態前驅物。安瓿從源接收液態前驅物。第一閥調整液態前驅物從源至安瓿的流動。第二閥調整前驅物蒸氣從安瓿至基材處理腔室之噴淋頭的流動。管線填充容積容器連接至導管並儲存前驅物蒸氣的填充，其中導管從安瓿延伸至第二閥。控制器：開啟第一閥並關閉第二閥以預填充管線填充容積容器；以及於劑量操作期間，開啟第二閥以將批量的前驅物蒸氣從管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。

Description

用於原子層沉積的具有管線填充容積容器之前驅物分配系統
本揭示內容係關於在原子層沉積(ALD)期間前驅物蒸氣的供應。 [優先權主張]
本申請案主張於2020年12月3日申請之印度專利申請案第202041052660號的優先權。上述申請案的整體內容藉由參照併入本文中。
此處所提供之先前技術說明係為了大體上呈現所揭示內容之脈絡。在此先前技術章節中所敘述之範圍內的本案列名之發明人的成果、以及在申請時可能不適格作為先前技術之說明書的實施態樣，皆非有意地或暗示地被承認為對抗本揭示內容之先前技術。
基材處理腔室通常包括放入台座的處理腔室，於處理期間在台座上安置例如半導體晶圓的基材。氣體輸送系統可將包括一或更多前驅物的處理氣體混合物導入處理腔室中，以沉積膜於基材上或蝕刻基材。在處理腔室中可撞擊電漿。可替代地，可自處理腔室遠端地(即，外部)產生電漿然後將電漿導入處理腔室中。
某些基材處理系統使用原子層沉積(ALD)以於基材上沉積薄膜。針對熱ALD，每一ALD循環包括劑量步驟、淨化步驟、反應物步驟及淨化步驟。於劑量步驟期間，氣體輸送系統供應第一前驅物至處理腔室中。第一前驅物吸附於基材曝露出的表面上。之後，將第一前驅物自處理腔室中清除。於反應物步驟期間，供應第二前驅物且第二前驅物與第一前驅物反應以產出單層的膜。之後，將第二前驅物自處理腔室中清除。
針對電漿增強ALD，每一ALD循環通常包括劑量步驟、淨化步驟、電漿步驟及淨化步驟。於電漿步驟期間，電漿導致化學反應發生而產出單層的膜。由於每一ALD循環沉積單層，故需要非常快速地重複該些ALD循環。換言之，需要非常快速地完成前驅物和淨化以沉積所需厚度的膜。
提供前驅物分配系統，其包括第一源、第一安瓿、第一閥、第二閥、第一管線填充容積容器及控制器。第一源係配置以供應第一液態前驅物。第一安瓿係配置以從第一源接收第一液態前驅物。第一閥係配置以調整第一液態前驅物從第一源至第一安瓿的流動。第二閥係配置以調整第一前驅物蒸氣從第一安瓿至基材處理腔室之噴淋頭的流動。第一管線填充容積容器係連接至導管並配置以儲存第一前驅物蒸氣的填充，其中導管從第一安瓿延伸至第二閥。控制器係配置以：開啟第一閥並關閉第二閥以預填充第一管線填充容積容器；以及於第一劑量操作期間，開啟第二閥以將批量的第一前驅物蒸氣從第一管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，控制器係配置以預填充第一管線填充容積容器同時執行非劑量操作。
在其他特徵中，控制器係配置以預填充第一管線填充容積容器同時執行包括排放第二管線填充容積容器的劑量操作。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括第二源、第二安瓿、及第三閥。第二源係配置以供應第二液態前驅物。第二安瓿係配置以從第二源接收第二液態前驅物。第三閥係配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿的流動。控制器係配置以：開啟第三閥並關閉第二閥以與使用第一前驅物蒸氣同時地使用來自第二安瓿的第二前驅物蒸氣預填充第一管線填充容積容器；以及於第一劑量操作期間，開啟第二閥以將批量的第一前驅物蒸氣和第二前驅物蒸氣從第一管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括第二源、第二安瓿、第三閥、及第四閥。第二源係配置以供應第二液態前驅物。第二安瓿係配置以從第二源接收第二液態前驅物。第三閥係配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿的流動。第四閥係配置以調整第二前驅物蒸氣從第二安瓿至噴淋頭的流動。控制器係配置以：開啟第三閥並關閉第四閥以使用第二前驅物蒸氣預填充第一管線填充容積容器；以及在後接於第一劑量操作的第二劑量操作期間，開啟第四閥以將批量的第二前驅物蒸氣從第一管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括第二源、第二安瓿、第三閥、第四閥及第二管線填充容積容器。第二源係配置以供應第二液態前驅物。第二安瓿係配置以從第二源接收第二液態前驅物。第三閥係配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿的流動。第四閥係配置以調整第二前驅物蒸氣從第二安瓿至噴淋頭的流動。第二管線填充容積容器係連接至第二導管，其中第二導管從第二安瓿延伸至第二閥並儲存第二前驅物蒸氣的填充。控制器係配置以：開啟第三閥並關閉第四閥以使用第二前驅物蒸氣預填充第二管線填充容積容器；以及在後接於第一劑量操作的第二劑量操作期間，開啟第四閥以將批量的第二前驅物蒸氣從第二管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括第二源、第二安瓿、第三閥、第四閥及第二管線填充容積容器。第二源係配置以供應第二液態前驅物。第二安瓿係配置以從第二源接收第二液態前驅物。第三閥係配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿的流動。第四閥係配置以調整第二前驅物蒸氣從第二安瓿至噴淋頭的流動。第二管線填充容積容器係連接至第二導管，其中第二導管從第二安瓿延伸至第二閥並儲存第二前驅物蒸氣的填充。控制器係配置以：開啟第三閥並關閉第四閥以使用第二前驅物蒸氣預填充第二管線填充容積容器；以及於第一劑量操作期間，開啟第四閥以將批量的第二前驅物蒸氣從第二管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括第二源及第三閥。第二源係配置以供應載氣。第三閥係配置以調整載氣從第二源至第一安瓿的流動。控制器係配置以於第一劑量操作期間，使載氣流過第一安瓿中的第一液態前驅物以夾帶第一前驅物蒸氣流入噴淋頭中。
在其他特徵中，控制器係配置以於第一劑量操作期間，避免使載氣流過第一液態前驅物。
在其他特徵中，控制器係配置以於第一劑量操作期間維持第一閥至少部分地開啟。
在其他特徵中，控制器係配置以在第一劑量操作之前或期間關閉第一閥。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括第三閥，該第三閥係配置以轉移一部分的第一前驅物蒸氣以避免被噴淋頭接收。控制器係配置以控制該第三閥以將多餘的第一前驅物蒸氣從噴淋頭轉移出來。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括第二源及第三源。第二源係配置以供應淨化氣體。第三源係配置以供應轉化氣體。第一閥包括第一輸入、第二輸入和輸出。第一輸入接收來自第二源的輸出。第二輸入接收第一安瓿或第三源的輸出。控制器控制第一閥以使淨化氣體流經第一閥及流至第一閥的輸出以防止非淨化氣體至第一源或第三源的回流。
在其他特徵中，前驅物分配系統進一步包括閥組件、第二源、及第三源。閥組件包括該第一閥、第一輸入、第二輸入及一輸出。第二源係配置以供應淨化氣體至第一輸入。第三源係配置以供應轉化氣體。第二輸入接收第一安瓿或第三源的輸出。控制器控制閥組件以使淨化氣體流經閥組件及流至閥組件的輸出以防止非淨化氣體至第一源或第三源的回流。
在其他特徵中，提供原子層沉積系統，其包括該前驅物分配系統、第三閥、第二源及產生器。第三閥係配置以調整轉化氣體至基材處理腔室的流動。第二源係配置以供應轉化氣體。產生器係配置以產生射頻信號。在劑量操作之後，控制器係配置以：減少第一前驅物蒸氣至噴淋頭的流動；淨化基材處理腔室；供應轉化氣體至基材處理腔室；以及控制產生器的操作以供應射頻信號至噴淋頭。
在其他特徵中，控制器係配置以預填充第一管線填充容積容器同時供應轉化氣體至基材處理腔室。
在其他特徵中，提供前驅物分配方法，該方法包括：於第一安瓿從第一源接收第一液態前驅物；提供第一閥以調整第一液態前驅物從第一源至第一安瓿的流動；提供第二閥以調整第一前驅物蒸氣從第一安瓿至基材處理腔室之噴淋頭的流動；開啟第一閥並關閉第二閥以預填充第一管線填充容積容器，其中第一管線填充容積容器係連接至導管並配置以儲存第一前驅物蒸氣的填充，且其中導管自第一安瓿延伸至第二閥；以及於第一劑量操作期間，開啟第二閥以將批量的第一前驅物蒸氣從第一管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括預填充第一管線填充容積容器同時執行非劑量操作。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括預填充第一管線填充容積容器同時執行對於第二管線填充容積容器的劑量操作。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：於第二安瓿處從第二源接收第二液態前驅物；提供配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿之流動的第三閥；開啟第三閥並關閉第二閥以與使用第一前驅物蒸氣同時地使用來自第二安瓿的第二前驅物蒸氣預填充第一管線填充容積容器；以及於第一劑量操作期間，開啟第二閥以將批量的第一前驅物蒸氣和第二前驅物蒸氣從第一管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：於第二安瓿處從第二源接收第二液態前驅物；提供配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿之流動的第三閥；提供配置以調整第二前驅物蒸氣從第二安瓿至噴淋頭之流動的第四閥；開啟第三閥並關閉第四閥以使用第二前驅物蒸氣預填充第一管線填充容積容器；以及在後接於第一劑量操作的第二劑量操作期間，開啟第四閥以將批量的第二前驅物蒸氣從第一管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：於第二安瓿處從第二源接收第二液態前驅物；提供配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿之流動的第三閥；提供配置以調整第二前驅物蒸氣從第二安瓿至噴淋頭之流動的第四閥；開啟第三閥並關閉第四閥以使用第二前驅物蒸氣預填充第二管線填充容積容器，其中第二管線填充容積容器連接至第二導管，且其中第二導管從第二安瓿延伸至第二閥並儲存第二前驅物蒸氣的填充；以及在後接於第一劑量操作的第二劑量操作期間，開啟第四閥以將批量的第二前驅物蒸氣從第二管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：於第二安瓿處從第二源接收第二液態前驅物；提供配置以調整第二液態前驅物從第二源至第二安瓿之流動的第三閥；提供配置以調整第二前驅物蒸氣從第二安瓿至噴淋頭之流動的第四閥；以及開啟第三閥並關閉第四閥以使用第二前驅物蒸氣預填充第二管線填充容積容器，其中第二管線填充容積容器連接至第二導管，且其中第二導管從第二安瓿延伸至第二閥並儲存第二前驅物蒸氣的填充。於第一劑量操作期間，開啟第四閥以將批量的第二前驅物蒸氣從第二管線填充容積容器分配至基材處理腔室中。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：提供配置以調整自第二源接收之載氣至第一安瓿之流動的第三閥；以及於第一劑量操作期間，使載氣流過第一安瓿中的第一液態前驅物以夾帶第一前驅物蒸氣流入噴淋頭中。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括於第一劑量操作期間避免載氣流過第一液態前驅物。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括於第一劑量操作期間維持第一閥至少部分地開啟。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括在第一劑量操作之前或期間關閉第一閥。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：提供第三閥，該第三閥係配置以轉移一部分的第一前驅物蒸氣以避免被噴淋頭接收；以及控制該第三閥以將多餘的第一前驅物蒸氣從噴淋頭轉移出來。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：經由第二源供應淨化氣體；經由第三源供應轉化氣體。於第一閥處接收來自第二源的輸出；於第一閥處接收第一安瓿或第三源的輸出；以及控制第一閥以使淨化氣體流經第一閥及流至第一閥的輸出以防止非淨化氣體至第一源或第三源的回流。
在其他特徵中，前驅物分配方法進一步包括：提供包含該第一閥的閥組件；經由第二源供應淨化氣體；經由第三源供應轉化氣體；於閥組件處接收第一安瓿或第三源的輸出；以及控制閥組件以使淨化氣體流經閥組件及流至閥組件的輸出以防止非淨化氣體至第一源或第三源的回流。
在其他特徵中， 提供原子層沉積方法，該原子層沉積方法包括該前驅物分配方法以及：提供配置以調整轉化氣體至基材處理腔室之流動的第三閥；產生射頻信號；以及在劑量操作之後，減少第一前驅物蒸氣至噴淋頭的流動、淨化基材處理腔室、供應來自第二源之轉化氣體至基材處理腔室、以及供應射頻信號至噴淋頭。
在其他特徵中，原子層沉積方法進一步包括預填充第一管線填充容積容器同時供應轉化氣體至基材處理腔室。
經由詳細說明內容、申請專利範圍及圖式將顯見本揭示內容的其他適用領域。詳細說明內容和具體範例係旨在僅用於說明之目的而非意圖限制揭示內容的範圍。
儘管以下提出的範例係關於使用利用感應耦合電漿(ICP)產生之遠端電漿的ALD，本揭示內容涉及在其他型式之基材處理系統中的前驅物及其他氣體的傳輸。例如，本揭示內容亦涉及執行熱ALD(不具有電漿)的ALD處理、使用來自其他型式之遠端電漿源之遠端電漿的ALD、使用直接電漿的ALD等。遠端電漿源可存在於處理腔室上方並經由噴淋頭提供之或可位於其他地方並饋送至噴淋頭。作為一範例，可使用電容耦合電漿(CCP)產生直接電漿。
可使用蒸汽流動系統(FOV)系統將一或更多前驅物氣體供應至ALD處理。FOV系統包括儲存液態前驅物的安瓿。可藉由加熱器控制安瓿的溫度以汽化液態前驅物。液態前驅物基於安瓿中的溫度和壓力從液體轉變為蒸氣(或氣體)。在某些範例中，載氣流經安瓿並夾帶前驅物蒸氣以傳輸至處理腔室。
基材處理工具可包括一個以上的處理腔室或站點。對於每一處理腔室可供應一或更多液態前驅物、載氣及淨化氣體。液態前驅物、載氣及淨化氣體具有相應的氣體供應線路，氣體供應線路包括導管、質量流量控制器、閥、分流器及/或歧管。一或更多的淨化氣體供應線路可饋入其他氣體供應線路中以防止回流。該一或更多的淨化氣體供應線路可操作於「滴流(trickle)」模式或「淨化(purge)」模式。滴流模式包括供應低正壓的淨化(或惰性)氣體。可將該低正壓的淨化氣體通過其他氣體供應線路的閥以防止非惰性氣體及/或物種從處理腔室回流進入其他氣體供應線路。淨化模式包括供應高正壓的淨化氣體以淨化處理腔室。
操作於滴流模式的淨化供應線路可為前驅物劑量操作期間的稀釋源。作為一範例，當供應前驅物氣體時，亦可供應淨化氣體的滴流流動，而可稀釋前驅物氣體。越多操作於滴流淨化模式的氣體供應線路，就越多前驅物氣體的稀釋。另一稀釋源可為用於夾帶前驅物氣體之載氣的供應。由於前驅物氣體的稀釋，於劑量期間供應之氣體總量的一小比率(例如，7%)可為前驅物氣體。取決於用於前驅物之供應線路管道的尺寸(例如，內徑)，能夠在為相應的劑量操作分配的設定時間量期間供應按體積及/或重量計的有限量的前驅物。
本文提出的範例包括用於ALD之具有管線填充容積(LCV)容器的前驅物分配系統。以批量的前驅物預填充LCV容器並於劑量操作期間將其排放。LCV容器的預填充係指在分配LCV容器中相應的前驅物之前對 LCV容器進行預填充和加壓。可於下列期間填充每一LCV容器：(i)RF電漿及淨化(非劑量)操作，以及(ii)針對另一處理腔室的劑量操作，該處理腔室不包括該LCV的氣體供應線路。
可針對處理腔室的每一站提供一或更多LCV容器。一站的不同前驅物供應線路可共享一LCV容器，或者每一前驅物供應線路包括一LCV容器而其中每一前驅物供應線路供應不同的前驅物。當複數LCV容器分別地用於複數前驅物時，可預填充一LCV容器同時排放另一LCV容器。該些LCV容器減少前驅物的稀釋並允許前驅物的量相對於供應至處理腔室之氣體總量為0至100%體積濃度。所述濃度位準取決於在其他氣體供應線路中用以防止回流之惰性氣體的流速和壓力以及載氣的流速和壓力。
習知的分配系統簡要地流動前驅物氣體而沒有在劑量操作期間預填充至噴淋頭。藉由預填充LCV容器然後在劑量操作期間從LCV容器批量分配前驅物氣體至噴淋頭，相較於習知的分配系統，所揭示的範例在較短的期間中分配增量的前驅物。若是某些參數相等則更是如此，例如所接收液態前驅物的分壓、載氣的分壓、安瓿的溫度、相應管道的尺寸等。本文所揭示的前驅物分配系統適用於任何型式的前驅物蒸氣產生系統，包括蒸氣抽吸系統、FOV系統及液體汽化系統，上述系統之範例顯示於圖1至圖3中並於本文中描述之。
圖1顯示併入前驅物分配系統101的基材處理系統100。可將前驅物分配系統101配置為如圖1所示，或替代性地如圖2至圖3所示。可將前驅物分配系統101配置為類似於本文所揭示之前驅物分配系統的任一者，並如本文所述的於劑量操作期間實施批次前驅物分配。
基材處理系統100包括電漿源102、處理腔室103及一或更多處理站，處理站的每一者包括噴淋頭104及台座105(例如，靜電卡盤)。該一或更多站係配置於處理腔室103中。包括多處理站的範例顯示於圖3中。噴淋頭104可由金屬(例如，鋁)或合金製成。
電漿源102包括安置於噴淋頭104上方的圓頂107。噴淋頭104安置於圓頂107和處理腔室103之間。噴淋頭104將圓頂107和處理腔室103分隔開來。台座105安置於處理腔室103中噴淋頭104的正下方。於處理期間基材114安置於台座105上並由台座105保持。
圓頂107可為如圖所示的穹狀或可為任何其他形狀。例如，圓頂107可用具有矩形或半球形橫截面的上方腔室結構代替。圓頂107的底端係敞開的並且在噴淋頭104之周邊附近附接至噴淋頭104的頂側。
僅作為範例，電漿源102使用ICP產生遠端電漿(即，處理腔室103外部的電漿)。圓頂107經由安置於圓頂107之頂部的氣體注入器132接收自流體輸送系統130接收的一或更多氣體，然而氣體可以其他方式注入圓頂107中。例如，可將該些氣體經過圓頂之頂部下方的牆壁區域並經由牆壁區域中的端口注入圓頂107中。儘管圖1中顯示遠端電漿源102一般而言係配置於噴淋頭104上方，但該遠端電漿源可使用位於遠離處理腔室103的另一電漿源代替並饋送至噴淋頭104。再者，儘管顯示前驅物氣體係被供應至噴淋頭104的一側，但可將前驅物氣體提供至噴淋頭104的中央或其他地方。可經由噴淋頭104或以某些其他方法將電漿導入處理腔室103中。
線圈134係圍繞圓頂107安置。線圈134的第一端為接地，且線圈134的第二端連接至RF產生系統136。RF產生系統136產生並輸出RF功率至線圈134。僅作為範例，RF產生系統136可包括產生RF功率的RF產生器138。RF產生器138可為高功率RF產生器而製造例如6至10千瓦(kW)的功率或更多。RF產生器138可產生具有在各別的RF頻率之頻率分量的各別的RF信號。藉由匹配網路140將RF功率饋送至線圈134。電漿源102包括圓頂107、線圈134、產生器138、及匹配網路140。匹配網路140將RF產生器138之輸出的阻抗與如匹配網路140所見的線圈134之阻抗進行匹配。RF功率供應至線圈134並點燃經由氣體注入器132注入圓頂107中的一或多氣體並產生電漿142。由於電漿源102係自處理腔室103遠端地(即，外部)產生電漿142，故電漿142被稱為遠端電漿。
可藉由系統控制器160控制流體輸送系統130，且流體輸送系統130包括一或更多流體源152-1、152-2、…、及152-N(總稱流體源152)，其中N為大於零的整數。一或更多的流體源152供應一或更多液態前驅物、氣體及/或氣體混合物。所供應的液態前驅物及/或前驅物氣體(或蒸氣)可包括二氯矽烷(DCS)、六氯矽乙烷(HCDS)、及/或其他前驅物。流體源152亦可供應蝕刻氣體、矽氣(例如，矽烷(SiH 4)或其他矽氣)、載氣(例如，氮(N 2)、氬(Ar)或其他載氣)、轉化氣體(例如，N 2、N 2及氫(H 2)、氧(O 2)或其他轉化氣體)、及/或淨化氣體(例如，N 2、Ar或其他惰性氣體及/或淨化氣體)。
藉由閥154-1、154-2、…、及154-N(總稱閥154)和質量流量控制器(MFCs)156-1、156-2、…、及156-N(總稱質量流量控制器156)將流體源152連接至線路158。如圖所示，流體源152、閥154及MFCs156可將流體平行供應至線路158，或者可以其他配置方式連接。其他配置方式可包括串聯和並聯配置，其中二或更多流體在於一或更多的閥154、MFCs156及/或線路158處被接受之前係被混合的。線路158可包括一或多岐管、分流器、閥等。線路158的輸出係饋送至處理腔室103。僅作為範例，線路158的輸出係饋送至噴淋頭104。其他示例性的流體供應線路顯示於圖2至圖3中。
噴淋頭104包括用以作為氣體(例如，處理、淨化、及轉化氣體)、電漿、及/或前驅物蒸氣之通道的孔洞及/或通道。噴淋頭104將氣體、電漿及/或前驅物蒸氣導入和分散至處理腔室103中。可將該些氣體供應至噴淋頭的頂部、中央及/或側邊。噴淋頭104可自前驅物分配系統101接收一或更多前驅物氣體。噴淋頭104可進一步包括讓冷卻劑流經的冷卻渠道。流體輸送系統180供應冷卻劑至冷卻渠道。
可將一或更多溫度感測器(未顯示)配置於噴淋頭104中。該些溫度感測器可連接至溫度控制器182。可將溫度控制器182和系統控制器160實施為一單一控制器。溫度控制器182可控制來自流體輸送系統180之冷卻劑至冷卻渠道的供應以控制噴淋頭104的溫度。
再者，儘管未顯示出來，台座105可包括一或更多加熱器、自流體輸送系統180接收冷卻劑的冷卻系統、以及一或更多溫度感測器。可將溫度控制器182連接至台座105中的溫度感測器。溫度控制器182可控制供應至加熱器的功率。溫度控制器182可控制來自流體輸送系統180之冷卻劑至台座105中之冷卻系統的供應以控制台座105的溫度。
閥186及泵188可控制處理腔室103中的壓力並於處理期間從處理腔室103排出反應物。系統控制器160可控制基材處理系統100的組件，包括控制所供應的RF功率位準、所供應之氣體的壓力和流速、RF匹配等。系統控制器160控制閥186及泵188的狀態。
可將閥、氣體及/或冷卻劑泵、功率源、RF產生器等稱為致動器。可將氣體渠道、冷卻劑渠道等稱為溫度調節元件。
前驅物分配系統101可包括安瓿(或貯槽)190、具有加熱器193的LCV容器192、及前驅物傾卸閥194。提供前驅物分配系統101作為一範例，以下描述其他前驅物分配系統。安瓿190經由導管195自流體輸送系統130及/或線路158接收液態前驅物。加熱器193可將安瓿加熱至目標溫度以協助液態前驅物的汽化。在一實施例中，不包括加熱器193。安瓿190可經由另一導管196接收載氣。載氣流過安瓿190中的液態前驅物以經由導管197將安瓿190中及LCV容器192中的前驅物蒸氣輸送至前驅物傾卸閥194。
LCV容器192、閥194、導管187及連接在閥194和噴淋頭104之間的導管197可使用加熱元件包裹而封裝在加熱的外殼中及/或被加熱。這裡使用虛線189表示並將其實施以加熱LCV容器192、閥194及導管187、197至目標溫度以將前驅物維持在蒸氣狀態。在劑量操作之前預填充LCV容器192和導管197。於劑量操作期間，開啟閥194以供應前驅物蒸氣至噴淋頭104。噴淋頭104可經由導管198自線路158接收淨化氣體、轉化氣體及/或其他處理氣體。處理腔室103可經由導管199自線路158接收處理氣體。
儘管顯示單一前驅物分配線路，仍可如圖2至圖3所示及以下所述的包括額外的前驅物分配線路及/或其他型式的前驅物分配線路。本文中揭示的LCV容器192及其他LCV容器可為諸多的尺寸和形狀(例如，圓形、矩形、 圓柱形等)。可基於填充循環次數、針對相應劑量操作所需的前驅物氣體體積、配方時間、給劑量前的峰值蒸氣壓、分配的填充期間等來設定LCV容器的尺寸。LCV容器的尺寸係設定為至少用以防止壓力聚積過高的最小尺寸。LCV容器的尺寸亦設定為超過一特定尺寸而可防止最小量的壓力聚積並最小化LCV容器所需的相關空間。
每一LCV容器(i)相較於只有相應導管(例如，導管197)之內部容積乃增加預填充容積，且(ii)可較導管之內部容積具有更大的內部容積。若LCV容器太大，則可能無法充分利用該些容器。LCV容器的尺寸可設計為使得LCV容器的內部容積在設定的最小和最大容積範圍內。所述範圍可基於填充循環次數、針對相應劑量操作所需的前驅物氣體體積、配方時間、給劑量前的峰值蒸氣壓、分配的填充期間等來設定。作為一範例，LCV容器可具有介於50立方公分(cc)和5公升(L)之間的內部容積。作為另一範例，LCV容器可具有介於100cc和1L之間的內部容積。在另一實施例中，LCV容器具有100cc的內部容積。
系統控制器160可控制LCV容器192中的壓力。此可為基於時間的控制、基於壓力的控制、或基於積分時間和壓力的控制。作為一範例，可包括壓力感測器191以偵測導管197中及/或LCV容器192中的壓力。系統控制器160可持續填充LCV容器192直到壓力升至目標壓力及/或在允許達到目標壓力的預定期間內維持前驅物氣體至LCV容器192的供應。可將LCV填充以作為連續模式、啟停模式、及/或依需求填充模式的一部分提供。連續模式係指在設定的期間內連續地填充同時執行某些其他操作及/或直到達到設定壓力。作為一範例，可執行連續填充同時執行非劑量操作。啟停模式可指在預定期間、在選擇性的啟動和停止時間、及/或基於特定條件而週期性地啟動和停止填充。依需求模式可指當被要求時及/或當滿足一或更多特定條件時進行填充，例如，當壓力下降到預定壓力以下時、當完成劑量操作時等。
圖2顯示用於單一處理站的流體分配系統200。流體分配系統200可包括第一流體分配系統202及第二流體分配系統204。第一流體分配系統202可包括第一流體輸送系統206、閥207、安瓿(或貯槽)208、閥210、LCV容器212、閥214、閥216及分流閥218。可藉由例如圖1之系統控制器160的控制器來控制閥207、210、214、216、218。閥207控制液態前驅物從第一流體輸送系統206至安瓿208的流動。閥210控制載氣從第一流體輸送系統206至安瓿208的流動。當開啟閥207且關閉閥216時，預填充LCV容器212。當開啟閥216時，LCV容器212中前驅物蒸氣的聚積被傾卸至處理站之腔室222的噴淋頭220。閥214可控制淨化氣體從第一流體輸送系統206至噴淋頭220的流動，或者如以下關於圖6所描述的，可經由閥216提供淨化氣體。可將分流閥218包括並使用於將前驅物氣體從LCV容器212轉移回至第一流體輸送系統206。此舉可在當導管(或分流器)219、安瓿208及/或LCV容器212中有過量前驅物時執行。
第二流體分配系統204可包括第二流體輸送系統230、岐管 1-N，其中N為大於或等於2的整數。岐管 1-N自第二流體輸送系統230接收處理氣體，處理氣體被供應至噴淋頭220。流體輸送系統206、230可各自藉由控制器控制並可各自包括流體源、質量流量控制器、閥、分流器、導管、岐管等。
在一實施例中，第一流體分配系統202包括用於加熱及設定安瓿208中溫度的加熱器235。圖1的系統控制器160可控制安瓿內的溫度。可提供相似的加熱器用於本文所揭示的其他安瓿。儘管圖2中未顯示，LCV容器212、閥216及導管219、240、241可使用加熱元件包裹而封裝在加熱的外殼中及/或被加熱至目標溫度。
在一實施例中，包括一或更多額外的流體分配系統及/或導管以經由噴淋頭220將一或更多額外的前驅物蒸氣分配至處理腔室中。額外的流體分配系統及/或導管可包括第一流體分配系統202的一部分或者可為不同的分配系統，其係與第一分配系統相似地配置並連接至在閥216和噴淋頭220之間延伸的導管240。
舉例而言，可提供另一流體分配系統及/或導管並包括流體輸送系統、閥、LCV容器、安瓿及導管，並可將其配置為與第一流體分配系統202相同。作為另一範例，第一流體輸送系統206可由第一流體分配系統202和另一流體分配系統及/或導管共享。作為一範例，顯示用於分配另一前驅物的第三流體分配系統250，其共享第一流體輸送系統206的一部分。以此方式，如以下進一步描述的，可同時地或序列地將複數前驅物蒸氣供應至噴淋頭220。
第三流體分配系統250可包括相似於閥207、210、216、218、安瓿208及LCV容器212而相連的閥252、254、256、258、安瓿260及LCV容器262。第三流體分配系統250可包括用於安瓿260的加熱器264。儘管圖2中未顯示，LCV容器262、閥256及導管259、261可使用加熱元件包裹而封裝在加熱的外殼中及/或被加熱至目標溫度。
圖3顯示用於多處理站302、304、306、308的流體分配系統300。儘管顯示特定數量的處理站，仍可包括任意數量的處理站。每一處理站係與圖1至圖2之處理站相似地及/或不同地配置及/或操作。流體分配系統300可包括第一流體分配系統310及第二流體分配系統312，其可藉由圖1的系統控制器160來控制。第一流體分配系統310可包括第一流體輸送系統314、第一前驅物線路316、及第二前驅物線路318。第一流體輸送系統314可包括流體源、MFCs、閥、岐管、分流器、導管等。
第一前驅物線路316包括第一MFC320、安瓿321、安瓿輸入閥322、安瓿輸出閥324、安瓿旁通閥326、及第一輸出閥328。MFC320和閥322係用於控制載氣至安瓿321的流動。閥324可用於前驅物蒸氣從安瓿321至閥328的控制。閥326可用於控制載氣從MFC320至閥328直接地流動。閥328可用於控制載氣及/或前驅物氣體至處理站302、304、306、308之LCV容器350、352、354、356的流動。
第一前驅物線路316可進一步包括用於液態前驅物至安瓿321之控制的閥340。儘管圖3中未顯示，仍可包括MFC以控制液態前驅物從第一流體輸送系統314至閥340及/或安瓿321的流動。
第一前驅物線路316可包括壓力計342，其可用於測量在閥326和328間之導管332中的壓力。圖1的系統控制器160可控制MFC320的操作，並可基於壓力計342指示的壓力而控制閥322、324、326、328、340。
第二前驅物線路318包括第二MFC360、安瓿361、安瓿輸入閥362、安瓿輸出閥364、安瓿旁通閥366、及第二輸出閥368。MFC360和閥362係用於控制載氣至安瓿361的流動。閥364可用於控制前驅物蒸氣從安瓿361至閥368的流動。閥366可用於控制載氣從MFC360至閥368直接地流動。閥368可用於控制載氣及/或前驅物蒸氣至處理站302、304、306、308之LCV容器350、352、354、356的流動。
第一前驅物線路318可進一步包括用於第二液態前驅物至安瓿361之控制的閥380。儘管圖3中未顯示，仍可包括MFC以控制第二液態前驅物從第一流體輸送系統314至閥380及/或安瓿361的流動。第一液態前驅物可用於提供第一(或底塗)層且第二液態前驅物可用於提供第二(或生成物沉積)層。
第二前驅物線路318可包括壓力計382，其可用於測量在閥366和368間之導管372中的壓力。圖1的系統控制器160可控制MFC360的操作，並可基於壓力計382指示的壓力而控制閥362、364、366、368、380。
第二流體分配系統312係連接至第一流體分配系統310並包括第二流體輸送系統390、遠端電漿管線392、前驅物分流器394、矽氣源管線396、前驅物轉向岐管398、淨化氣體分流器400及轉化氣體分流器402。第二流體輸送系統390可包括流體源、MFCs、閥、岐管、分流器、導管等。遠端電漿管線392包括遠端電漿源(RPS)404及接收遠端電漿清潔(RPC)氣體的RPC管線。RPS404接收RPC氣體並激發RPC氣體以提供饋送至處理腔室405的電漿。淨化氣體分流器400供應淨化氣體至處理腔室405的噴淋頭406、407、408、409。噴淋頭406、407、408、409係配置於各別的台座(或ESCs)410、412、414、416上方。該些台座持有於其上形成有層的各基材。
前驅物分流器394從閥328、368接收前驅物並可自閥418接收矽氣。閥418經由矽氣源管線396從第二流體輸送系統390接收矽氣。前驅物分流器394將所接收的前驅物氣體和矽氣供應至LCV容器350、352、354、356，LCV容器350、352、354、356將前驅物氣體和矽氣供應至閥420、422、424、425。儘管LCV容器350、352、354、356係顯示為以串聯方式連接而具有分流器394的各分支和相應的導管426、427、428、429，LCV容器350、352、354、356仍可「T」型關閉(T-off)導管426、427、428、429。
前驅物轉向岐管398可用於將過量前驅物轉移以避免進入處理腔室405。前驅物轉向岐管398從閥428、430、432、434接收前驅物氣體，閥428、430、432、434從LCV容器350、352、354、356接收前驅物氣體。轉化氣體分流器402將轉化氣體供應至配置於噴淋頭406、407、408、409上方的腔室440、442、444、446。可將腔室440、442、444、446及相應的組件和裝置與圖1之電漿源102相似地配置及/或相似地操作。
儘管圖3中未顯示，仍可類似於針對圖1至圖2之其他安瓿、閥、LCV容器及導管所描述的，對安瓿321、361，閥324、364，LCV容器350、352、354、356，閥420、422、424、425以及在安瓿321、361和處理腔室405之間連接的導管進行加熱。可對安瓿321、361，閥324、364，LCV容器350、352、354、356，閥420、422、424、425以及在安瓿321、361之間連接的導管進行加熱以協助汽化液態前驅物及/或將前驅物維持在蒸氣狀態。
藉由於每一處理站包括LCV容器，為每一處理站減少了前驅物稀釋的量。作為一範例，假如未使用LCV容器而提供前驅物蒸氣、載氣、及其他氣體(例如，淨化氣體)至處理腔室405，前驅物蒸氣之以體積計的濃度可為7%。相比之下，藉由使用LCV容器350、352、354、356，前驅物蒸氣之以體積計的濃度可為19%或更高。相較於沒有預填充，在有預填充的情況下能夠在較短的期間內於處理腔室405中提供高濃度位準的前驅物。例如，由於預填充的關係，可以3至7倍快的速度提供高濃度。藉由於較高壓和較高濃度下供應前驅物蒸氣，能夠在更短的期間內將前驅物提供至基材上方的區域，以便以更有效的方式與基材的頂部表面反應。前驅物氣體的壓力以及與填充及/或排放相關聯的時間可以托、秒為單位測量。
儘管圖3中顯示單一LCV容器用於每一處理站，可為每一處理站提供複數LCV容器並可使用該複數LCV容器以導致各前驅物的填充。在一實施例中，同時供應兩前驅物氣體至處理站的一共享LCV容器並於之後提供該LCV的輸出至處理腔室。
在另一實施例中，兩前驅物氣體共享單一LCV容器，並以序列的方式執行第一劑量、第一淨化、第二劑量、及第二淨化操作。第一劑量操作包括第一前驅物蒸氣且第二劑量操作包括第二前驅物蒸氣。於第一劑量操作期間，LCV容器進行排放第一前驅物並且不使用第二前驅物蒸氣進行預填充。相似地，於第二劑量操作期間，LCV容器進行排放第二前驅物並且不使用第一前驅物蒸氣進行預填充。可後接於供應第一前驅物蒸氣至處理腔室而提供第二前驅物並將其供應至處理腔室。第二前驅物蒸氣係被供應以與第一前驅物及/或處理腔室中之基材的表面反應。可這樣做以防止第二前驅物在將第一前驅物和第二前驅物兩者供應至處理腔室之前就與第一前驅物反應。然而可在額外的轉化和淨化操作期間以第一前驅物氣體預填充LCV容器。可重複該些操作以用於ALD處理之各別的循環。
在又另一實施例中，提供兩不同的LCV容器用於兩前驅物氣體，並以序列的方式執行第一劑量、第一淨化、第二劑量、及第二淨化操作。第一劑量操作包括第一前驅物蒸氣且第二劑量操作包括第二前驅物蒸氣。可執行兩分開的劑量操作以防止第一前驅物和第二前驅物在被供應至處理腔室前的預先混合。當其中一LCV容器進行排放時，另一LCV容器可進行預填充。可重複該些操作以用於ALD處理之各別的循環。
在又另一實施例中，於第一組循環的每一循環期間執行第一劑量、第一淨化、第一轉化及第二淨化操作，然後在第二組循環的每一循環期間執行第二劑量、第三淨化、第二轉化及第四淨化操作。第一劑量和第二劑量操作包括不同的前驅物蒸氣。可將第一組循環稱為成核循環並且在執行第二組循環之前執行第一組循環以幫助吸附。第二組循環可包括比第一組循環更多的循環。
在另一實施例中，提供兩不同的LCV容器用於兩前驅物氣體，其中以序列的方式執行劑量及淨化操作。劑量操作包括同時排放兩LCV容器。前驅物可在處理腔室中而非從處理腔室之上游混合。可重複該些操作以用於ALD處理之各別的循環。
在另一實施例中，執行劑量操作、第一淨化操作、第一轉化氣體操作、第一淨化氣體操作、第二轉化氣體操作及第三淨化氣體操作。可以所述的順序序列地執行這些操作並重複用於額外的ALD循環。
以上所述的實施例可適用於圖1至圖4及圖6的範例。
圖4顯示示例性的ALD方法，該方法可於圖1至圖3的系統實施。可迭代地執行該ALD方法的操作。儘管主要針對單一處理站描述以下操作，仍可針對多處理站執行該些操作。針對多處理站可同時地執行該些操作，例如圖3的處理站302、304、306、308。可藉由圖1的系統控制器160執行該些操作。該方法可始於450。於452，放置基材於台座(或ESC)上。
可針對單一前驅物及單一處理站的單一管線填充容積容器執行以下操作454、456、457、458、460、462、464。替代性地，可針對多處理站的每一處理站同時地執行以下操作454、456、457、458、460、462、464。
亦可針對二或更多前驅物的每一者執行以下操作454、456、457、458、460、462、464。當針對二或更多前驅物的每一者執行操作454、456、457、458、460、462、464時，可同時地、分別地、序列地(或串接地)、或並行地針對該些前驅物的每一者執行操作454、456、457、458、460、462、464的相應集合。例如，針對經由圖3之前驅物線路316、318之兩前驅物的每一者可執行操作454、456、457、458、460、462、464。
在另一實施例中，針對圖2的第一流體分配系統202和第三流體分配系統250同時地及/或並行地執行操作454、456、457、458、460、462、464。可同時地或序列地排放前驅物蒸氣。
在一實施例中，首先針對第一前驅物執行操作454、456、457、458、460、462、464，然後再針對第二前驅物使用相同的管線填充容積容器執行該些操作。此可發生在操作466之前。
在另一實施例中，針對兩前驅物皆執行操作454、456、457以同時地使用兩前驅物蒸氣預填充相同的管線填充容積容器。然後針對兩前驅物皆執行操作458、460、462、464，其中該管線填充容積容器同時分配兩前驅物蒸氣。
在又另一實施例中，同時執行操作454、456、457以使用前驅物蒸氣分別地預填充不同的管線填充容積容器。然後針對每一前驅物蒸氣執行操作458、460、462、464如下列任一者：(i)同時地執行以同時分配該些前驅物蒸氣至處理腔室中，或(ii)序列地執行以首先分配第一前驅物蒸氣、淨化處理腔室並於之後分配第二前驅物蒸氣。
於454，關閉前驅物傾卸閥(例如，圖1至圖3的閥194、216、420、422、424、425的其中之一)。於456，開啟前驅物填充閥(例如，圖1至圖3的閥134、207、340、380的其中之一)以供應液態前驅物及/或開始預填充並於LCV容器(例如，圖1至圖3的LCV容器192、212、350、352、354、356的其中之一)中聚積前驅物的批次填充。於457，系統控制器160可判定是否已過了第一預定週期。若是，可執行操作458。在一實施例中，不執行操作454和457。
可針對第一前驅物執行以下操作458、459、460、462。可將操作458、459、460、462重複用於一或更多額外的前驅物。於458，系統控制器160開啟前驅物傾卸閥以執行包括供應前驅物氣體至相應處理腔室以將基材之表面曝露至前驅物氣體的傾卸操作。在一實施例中，於操作458期間將前驅物填充閥維持在開啟狀態。在另一實施例中，於操作458期間將前驅物填充閥關閉。
於459，可關閉前驅物填充閥及/或前驅物傾卸閥以減少及/或防止前驅物至處理腔室的流動。假如經由前驅物填充閥及/或相應的閥組件供應淨化氣體，則可關閉前驅物填充閥以淨化LCV容器及/或相應的導管。例如，在使用第二前驅物填充LCV容器之前可這樣做。假如經由前驅物傾卸閥及/或相應的閥組件供應淨化氣體，則可關閉前驅物傾卸閥。
於460，處理腔室進行排氣，其包括供應淨化氣體至處理腔室。於462，系統控制器160可判定是否已過了第二預定週期。若是，可執行操作464。
於464，系統控制器160減少至處理腔室的淨化氣體供應。此舉可包括停止淨化氣體的供應或將淨化氣體的流動減少至淨化氣體的「滴流」位準，該滴流位準係與滴流模式相關。可聚積前驅物填充同時維持噴淋頭及淨化氣體源的滴流淨化。當不使用相應的LCV容器執行劑量操作時，LCV填充模式可為開(ON)。作為一替代例，可使用基於時間的控制(在設定期間內填充)及/或基於壓力的控制(填充直到達設定壓力)來啟動及/或停止LCV填充模式。
可針對一或更多轉化氣體的每一者執行以下操作466、470、472、及474。當針對複數轉化氣體執行時，可在執行操作476之前序列地執行操作466、470、472、及474的每一集合。
於466，系統控制器160執行如上所述的包括供應轉化氣體及產生RF電壓的RF操作，以於基材上提供生成物單層(例如，氮化矽Si 3N 4層)。轉化氣體與基材的表面反應以形成生成物單層。於468，系統控制器160可判定是否已過了第三預定週期。若是，可執行操作470。於470，系統控制器160停止轉化氣體至處理腔室的供應。
於472，處理腔室進行排氣，其包括供應淨化氣體至處理腔室。於474，系統控制器160可判定是否已過了第四預定週期。若是，可執行操作476。於476，系統控制器160執行沖洗操作。
可與操作466、468、470、472、474、及476並行地執行以下操作478、480。可針對一或更多前驅物的每一者執行操作478、480。在一實施例中，針對複數前驅物的每一者同時地執行操作478、480。亦可執行操作478、480以使用一前驅物填充LCV容器同時從另一LCV容器執行另一前驅物的排放。
於478，如果還未關閉前驅物傾卸閥，則系統控制器160將其關閉之。於480，系統控制器160開啟前驅物填充閥以供應液態前驅物並開始預填充以及於LCV容器(例如，圖1至圖3的LCV容器192、212、350、352、354、356的其中之一)中聚積前驅物的批次填充。可針對一或更多前驅物執行操作478和480且使用一或更多前驅物線路。
於482，系統控制器160可判定是否於基材上待形成另一單層。若是，可執行操作484，否則操作方法可於486結束。於484，系統控制器160可選擇性地關閉前驅物填充閥。在一實施例中，不執行操作484而執行操作458。
後接於操作482及/或484，可如上所述的針對一或更多前驅物執行操作458、460、462及464。在一實施例中，使用相同的管線填充容積容器針對兩前驅物同時地執行操作458、460、462、464。在另一實施例中，使用相同的管線填充容積容器針對兩前驅物序列地執行操作458、460、462、464。在另一實施例中，使用兩不同的管線填充容積容器針對兩前驅物並行地執行操作458、460、462、464。
以上所述的操作乃意欲作為說明性的範例。可在重疊的時間週期期間或以取決於應用的不同順序而序列地、同步地、同時地、連續地執行該些操作。再者，取決於實施方式及/或事件的序列而可不執行或跳過該些操作中的任何操作。
圖5顯示示例性的前驅物管線壓力相對於時間的作圖。此作圖顯示LCV容器中前驅物之填充的範例，如上所述，接著為前驅物之傾卸進入處理腔室中。該作圖包括在相應前驅物導管(例如，圖1至圖3的導管197、219、426、427、428、429的其中之一)內的上升部分500、傾卸部分502及生成物平衡壓力部分504。作為一範例，填充時間可為4秒長，而劑量時間可為1秒長。
圖6顯示回流預防系統600，其包括淨化(或惰性)氣體源602、另一氣體源604、閥組件608及系統控制器160。氣體源604可指安瓿190、208、260、321、361的其中之一、線路158、第一流體輸送系統206、第二流體輸送系統230、第二流體輸送系統390、或圖1至圖3的其他氣體源。閥組件608可包括一或更多閥、複數輸入以及一輸出。系統控制器160控制該一或更多閥的操作。閥組件608可替換任何及/或全部的閥154、194、207、216、252、256、322、328、362、368、420、422、424、425及/或位於圖1至圖3之線路158、流體輸送系統130、第一流體輸送系統206、第二流體輸送系統230、第一流體輸送系統314、及/或第二流體輸送系統390中的閥。可藉由控制器160控制該些閥組件中的每一者。在一實施例中，淨化氣體602至少以滴流流速連續地流經閥組件608。可於來自其他氣體源604之氣體流經閥組件608的同時發生淨化氣體的連續流動。假如其他氣體源為前驅物蒸氣源，則可在其他氣體源604和閥組件之間包括LCV容器610並如上關於其他LCV容器所述的使用LCV容器610。
淨化氣體的連續流動防止其他氣體的回流及組件中的冷凝。控制器160可於淨化操作期間停止來自其他氣體源604之氣體至閥組件608之輸出的流動，在此情況下來自淨化氣體源602之淨化氣體係於高壓下流經閥組件608。當其他氣體於高壓下從其他氣體源604流動至閥組件608的輸出時，控制器160減少淨化氣體經過閥組件608的流動。
以上所述的範例使用LCV容器提供用於ALD之增加的前驅物濃度位準。LCV容器係用以作為貯槽以針對從流體輸送系統接收的前驅物收集範圍在以體積計之0至100%濃度位準的前驅物混合物。使用蒸氣抽吸系統可產生100%或較少的濃度位準而藉由FOV系統可產生50%濃度位準或更少。蒸氣抽吸系統可指不使用載氣來夾帶前驅物蒸氣流動至噴淋頭的系統。前驅物蒸氣的壓力高到足以將蒸氣抽向存在於噴淋頭及/或相應處理腔室中的較低壓區域。以上所述的系統可操作為蒸氣抽吸系統。作為另一範例，在LCV容器處被接收之前的FOV系統可提供46%濃度位準。可將LCV容器中的壓力聚積維持在供應至LCV容器之前驅物的壓力下。前驅物分配系統藉由在減少的時間內提供前驅物的批次排放來最小化前驅物稀釋。
以上描述本質上僅係說明性的，而絕非旨在限制揭示內容、其應用、或用途。本揭示內容的廣泛教示內容可以諸多形式加以實施。因此，雖然本揭示內容包括特定範例，但本揭示內容的真實範圍不應受到如此限制，因為其他修改將於研究圖示、說明書、及以下申請專利範圍後變得明顯。應理解在不改變本揭示內容的原則下，方法中的一或更多步驟可以不同的順序(或同時地)執行。再者，儘管以上將每一實施例描述為具有特定特徵，但關於本揭示內容之任何實施例所描述之任何一或更多該些特徵可在任何其他實施例的特徵中實施及/或與任何其他實施例的特徵結合，即使沒有明確描述該結合。換言之，所描述的實施例並不相互排斥，且一或更多實施例彼此的交互排列仍在本揭示內容的範圍內。
使用諸多術語來描述元件之間(例如，模組之間、電路元件之間、半導體層之間等)的空間和功能關係，諸多術語包括「連接」、「接合」、「耦合」、「相鄰」、「旁邊」、 「於其上」、「之上」、「之下」、及「配置」。除非明確描述為「直接」，否則當在以上揭示內容中描述第一和第二元件之間的關係時，該關係可為第一和第二元件之間不存在其他中間元件的直接關係，但亦可為第一和第二元件之間存在一或更多中間元件(空間上或功能上)的間接關係。在本文中所使用的用語「A、B、和C的至少其中之一」應解釋為意指使用非排他性邏輯「或(OR)」之邏輯(A或B或C)，而不應解釋為意指「A的至少其中之一、B的至少其中之一、及C的至少其中之一」。
在某些實施方式中，控制器為系統的一部分，而該系統為上述範例之一部分。如此系統可包含半導體處理設備，其包括：一或複數處理工具、一或複數腔室、用於處理的一或複數工作台、及/或特定處理組件(例如晶圓台座、氣流系統等)。這些系統可與用以在處理半導體晶圓或基材之前、期間、與之後控制所述系統之操作的電子設備整合。該電子設備可被稱為「控制器」，其可控制系統(或複數系統)的諸多組件或子部件。依據製程條件及/或系統的型式，可將控制器編程以控制本文所揭示之任何製程，包括處理氣體的輸送、溫度設定(例如，加熱及/或冷卻)、壓力設定、真空設定、功率設定、射頻(RF)產生器設定、RF匹配電路設定、頻率設定、流速設定、流體輸送設定、定位與操作設定、晶圓移進移出工具以及與特定系統連接或介面接合之其他傳送工具及/或裝載鎖。
總的來說，可將控制器定義為具有接收指令、發出指令、控制操作、實行清潔操作、實行端點測量等等之諸多積體電路、邏輯、記憶體、及/或軟體的電子設備。該積體電路可包括儲存程式指令的韌體形式的晶片、數位訊號處理器(DSPs)、定義為特殊應用積體電路(ASICs)的晶片、及/或執行程式指令(例如軟體)的一或更多微處理器、或微控制器。程式指令可為以諸多個別設定(或程式檔案)之形式傳送到控制器之指令，其定義用以在半導體晶圓上、或針對半導體晶圓、或對於系統實現特定製程的操作性參數。在某些實施例中，該操作性參數可為由製程工程師定義之配方的一部分，以在一或更多的層、材料、金屬、氧化物、矽、二氧化矽、表面、電路、及/或晶圓之晶粒的製造期間完成一或更多的處理步驟。
在某些實施方式中，控制器可為電腦之一部分或耦接至電腦，該電腦與系統整合、耦接至系統、或透過網路連結至系統、或其中之組合。例如，控制器可位於「雲端」或為晶圓廠主電腦系統之全部或部分，其可允許晶圓處理的遠端存取。該電腦可允許遠端存取系統，以監控製程操作之目前進度、檢視先前製程操作之歷史、從大量製程操作檢視趨勢或效能度量指標，用以改變當前處理的參數、用以設定接續當前處理的處理步驟、或用以開啟新的製程。在某些範例中，遠端電腦(例如伺服器)可利用網路將製程配方提供到系統，該網路可包括區域網路或網際網路。該遠端電腦可包括使用者介面，其允許參數及/或設定的輸入或程式化、而之後這些參數及/或設定從該遠端電腦傳送到該系統。在某些範例中，控制器接收資料形式的指令，其針對待於一或更多操作期間執行之每一處理步驟指定參數。應理解的是，可將該參數指定至待執行之製程的型式及控制器配置以與其介面接合或對其控制之工具的型式。因此，如上所述，控制器可為分散式，例如藉由包含一或更多以網路連結在一起、並針對相同目的而運作的分散式控制器，該相同目的例如本文所描述之製程與控制。用於如此目的之分散式控制器的範例為與遠端設置(例如在平台層或為遠端電腦的一部分)的一或更多積體電路通信之腔室上的一或更多積體電路，其結合以控制腔室上的製程。
在不受限制的情況下，示例性的系統可包括電漿蝕刻腔室或模組、沉積腔室或模組、旋轉沖洗腔室或模組、金屬電鍍腔室或模組、清潔腔室或模組、斜面邊緣蝕刻腔室或模組、物理氣相沉積(PVD)腔室或模組、化學氣相沉積(CVD)腔室或模組、原子層沉積(ALD)腔室或模組、原子層蝕刻(ALE)腔室或模組、離子植入腔室或模組、徑跡腔室或模組、以及可與半導體晶圓之生產及/或製造相關或用於其中的任何其他半導體處理系統。
如以上所提及的，根據欲使用工具執行的單數或複數的處理步驟，控制器可與下列之一或更多者通信：其他工具電路或模組、其他工具組件、叢集工具、其他工具介面、相鄰的工具、附近的工具、坐落在整個工廠的工具、主電腦、另一控制器、或其在半導體製造廠中將晶圓之容器攜帶往來工具位置及/或裝載埠之用於材料傳送的工具。
100:基材處理系統 101:前驅物分配系統 102:電漿源 103:處理腔室 104:噴淋頭 105:台座 107:圓頂 114:基材 130:流體輸送系統 132:氣體注入器 134:線圈 136:RF產生系統 138:RF產生器 140:匹配網路 142:電漿 152-1,152-2,…,152-N:流體源 154-1,154-2,…,154-N:閥 156-1,156-2,…,156-N:質量流量控制器(MFC) 158:線路 160:系統控制器 180:流體輸送系統 182:溫度控制器 186:閥 188:泵 190:安瓿 191:壓力感測器 192:管線填充容積(LCV)容器 193:加熱器 194:前驅物傾卸閥 187,195,196,197,198,199:導管 189:加熱 200,300:流體分配系統 202,310:第一流體分配系統 204,312:第二流體分配系統 206,314:第一流體輸送系統 207,210,214,216,252,254,256,258:閥 208,260:安瓿 212,262:LCV容器 218:分流閥 219,240,241,259,261:導管 220:噴淋頭 222:腔室 230,390:第二流體輸送系統 235,264:加熱器 250:第三流體分配系統 302,304,306,308:處理站 316:第一前驅物線路 318:第二前驅物線路 320,360:MFC 321,361:安瓿 322,362:安瓿輸入閥 324,364:安瓿輸出閥 326,366:安瓿旁通閥 328:第一輸出閥 332,372,426,427,428,429:導管 340,380,418,420,422,424,425,428,430,432,434:閥 342,382:壓力計 350,352,354,356:LCV容器 368:第二輸出閥 392:遠端電漿管線 394:前驅物分流器 396:矽氣源管線 398:前驅物轉向岐管 400:淨化氣體分流器 402:轉化氣體分流器 404:遠端電漿源(RPS) 405:處理腔室 406,407,408,409:噴淋頭 410,412,414,416:台座 440,442,444,446:腔室 450,452,454,456,457,458,459,460,462,464,466,468,470,472,474,476,478,480,482,484,486:操作 Y:是 N:否 500:上升部分 502:傾卸部分 504:生成物平衡壓力部分 600:回流預防系統 602:淨化(惰性)氣體源 604:另一氣體源 608:閥組件
經由詳細說明內容及所附圖式將更充分理解本揭示內容，其中：
圖1為基材處理系統之範例的功能圖，該基材處理系統包含依據本揭示內容之實施例的前驅物分配系統。
圖2為依據本揭示內容之用於單處理站的流體分配系統之範例的功能圖。
圖3為依據本揭示內容之用於多處理站的流體分配系統之範例的功能圖。
圖4說明依據本揭示內容之包括前驅物管線填充及分配的示例性ALD方法。
圖5為依據本揭示內容之示例性的前驅物管線壓力相對於時間的作圖；及
圖6為說明依據本揭示內容之回流預防系統之範例的功能方塊圖；
在圖式中，可將參考符號重複使用以識別相似及/或相同的元件。
200:流體分配系統
202:第一流體分配系統
204:第二流體分配系統
206:第一流體輸送系統
207,210,214,216,252,254,256,258:閥
208,260:安瓿
212,262:LCV容器
218:分流閥
219,240,241,259,261:導管
220:噴淋頭
222:腔室
230:第二流體輸送系統
235,264:加熱器
250:第三流體分配系統

Claims (32)

  1. 一種前驅物分配系統，包含： 一第一源，配置以供應一第一液態前驅物； 一第一安瓿，配置以從該第一源接收該第一液態前驅物； 一第一閥，配置以調整該第一液態前驅物從該第一源至該第一安瓿的流動； 一第二閥，配置以調整一第一前驅物蒸氣從該第一安瓿至一基材處理腔室之一噴淋頭的流動； 一第一管線填充容積容器，連接至一導管並配置以儲存該第一前驅物蒸氣的一填充，其中該導管從該第一安瓿延伸至該第二閥；及 一控制器，配置以： 開啟該第一閥並關閉該第二閥以預填充該第一管線填充容積容器，以及 於一第一劑量操作期間，開啟該第二閥以將批量的該第一前驅物蒸氣從該第一管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  2. 如請求項1之前驅物分配系統，其中該控制器係配置以預填充該第一管線填充容積容器同時執行非劑量操作。
  3. 如請求項1之前驅物分配系統，其中該控制器係配置以預填充該第一管線填充容積容器同時執行包括排放一第二管線填充容積容器的一劑量操作。
  4. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含： 一第二源，配置以供應一第二液態前驅物； 一第二安瓿，配置以從該第二源接收該第二液態前驅物；及 一第三閥，配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動； 其中該控制器係配置以： 開啟該第三閥並關閉該第二閥以使用來自該第二安瓿的一第二前驅物蒸氣並同時使用該第一前驅物蒸氣來預填充該第一管線填充容積容器，以及 於該第一劑量操作期間，開啟該第二閥以將批量的該第一前驅物蒸氣和該第二前驅物蒸氣從該第一管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  5. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含： 一第二源，配置以供應一第二液態前驅物； 一第二安瓿，配置以從該第二源接收該第二液態前驅物； 一第三閥，配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動；及 一第四閥，配置以調整一第二前驅物蒸氣從該第二安瓿至該噴淋頭的流動， 其中該控制器係配置以： 開啟該第三閥並關閉該第四閥以使用該第二前驅物蒸氣預填充該第一管線填充容積容器，以及 在後接於該第一劑量操作的一第二劑量操作期間，開啟該第四閥以將批量的該第二前驅物蒸氣從該第一管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  6. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含： 一第二源，配置以供應一第二液態前驅物； 一第二安瓿，配置以從該第二源接收該第二液態前驅物； 一第三閥，配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動； 一第四閥，配置以調整一第二前驅物蒸氣從該第二安瓿至該噴淋頭的流動；及 一第二管線填充容積容器，連接至一第二導管，其中該第二導管從該第二安瓿延伸至該第二閥並儲存該第二前驅物蒸氣的一填充， 其中該控制器係配置以： 開啟該第三閥並關閉該第四閥以使用該第二前驅物蒸氣預填充該第二管線填充容積容器，以及 在後接於該第一劑量操作的一第二劑量操作期間，開啟該第四閥以將批量的該第二前驅物蒸氣從該第二管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  7. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含： 一第二源，配置以供應一第二液態前驅物； 一第二安瓿，配置以從該第二源接收該第二液態前驅物； 一第三閥，配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動； 一第四閥，配置以調整一第二前驅物蒸氣從該第二安瓿至該噴淋頭的流動；及 一第二管線填充容積容器，連接至一第二導管，其中該第二導管從該第二安瓿延伸至該第二閥並儲存該第二前驅物蒸氣的一填充， 其中該控制器係配置以： 開啟該第三閥並關閉該第四閥以使用該第二前驅物蒸氣預填充該第二管線填充容積容器，以及 於該第一劑量操作期間，開啟該第四閥以將批量的該第二前驅物蒸氣從該第二管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  8. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含： 一第二源，配置以供應一載氣；及 一第三閥，配置以調整該載氣從該第二源至該第一安瓿的流動， 其中該控制器係配置以，於該第一劑量操作期間，使該載氣流過該第一安瓿中的該第一液態前驅物以夾帶該第一前驅物蒸氣流入該噴淋頭中。
  9. 如請求項1之前驅物分配系統，其中該控制器係配置以，於該第一劑量操作期間，避免使一載氣流過該第一液態前驅物。
  10. 如請求項1之前驅物分配系統，其中該控制器係配置以於該第一劑量操作期間維持該第一閥至少部分地開啟。
  11. 如請求項1之前驅物分配系統，其中該控制器係配置以於該第一劑量操作之前或期間關閉該第一閥。
  12. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含一第三閥，該第三閥係配置以轉移一部分的該第一前驅物蒸氣以避免被該噴淋頭接收， 其中該控制器係配置以控制該第三閥以將多餘的該第一前驅物蒸氣從該噴淋頭轉移出來。
  13. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含： 一第二源，配置以供應一淨化氣體；及 一第三源，配置以供應一轉化氣體， 其中 該第一閥包括一第一輸入、一第二輸入及一輸出； 該第一輸入接收來自該第二源的一輸出； 該第二輸入接收該第一安瓿或該第三源的輸出；以及 該控制器控制該第一閥以使該淨化氣體流經該第一閥及流至該第一閥的該輸出以防止非淨化氣體至該第一源或該第三源的回流。
  14. 如請求項1之前驅物分配系統，進一步包含： 一閥組件，其包含該第一閥、一第一輸入、一第二輸入及一輸出； 一第二源，配置以供應一淨化氣體至該第一輸入；及 一第三源，配置以供應一轉化氣體， 其中 該第二輸入接收該第一安瓿或該第三源的輸出；以及 該控制器控制該閥組件以使該淨化氣體流經該閥組件及流至該閥組件的該輸出以防止非淨化氣體至該第一源或該第三源的回流。
  15. 一種原子層沉積系統，包含： 請求項1的該前驅物分配系統； 一第三閥，配置以調整一轉化氣體至該基材處理腔室的流動； 一第二源，配置以供應該轉化氣體；及 一產生器，配置以產生一射頻信號， 其中該控制器係配置以，在該劑量操作之後， 減少該第一前驅物蒸氣至該噴淋頭的流動， 淨化該基材處理腔室， 供應該轉化氣體至該基材處理腔室，以及 控制該產生器的操作以供應該射頻信號至該噴淋頭。
  16. 如請求項15之原子層沉積系統，其中該控制器係配置以預填充該第一管線填充容積容器同時供應該轉化氣體至該基材處理腔室。
  17. 一種前驅物分配方法，包含： 於一第一安瓿處從一第一源接收一第一液態前驅物； 提供一第一閥以調整該第一液態前驅物從該第一源至該第一安瓿的流動； 提供一第二閥以調整一第一前驅物蒸氣從該第一安瓿至一基材處理腔室之一噴淋頭的流動； 開啟該第一閥並關閉該第二閥以預填充一第一管線填充容積容器，其中該第一管線填充容積容器係連接至一導管並配置以儲存該第一前驅物蒸氣的一填充，且其中該導管自該第一安瓿延伸至該第二閥；以及 於一第一劑量操作期間，開啟該第二閥以將批量的該第一前驅物蒸氣從該第一管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  18. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含預填充該第一管線填充容積容器同時執行非劑量操作。
  19. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含預填充該第一管線填充容積容器同時執行對於一第二管線填充容積容器的一劑量操作。
  20. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 於一第二安瓿處從一第二源接收一第二液態前驅物； 提供一第三閥，該第三閥係配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動； 開啟該第三閥並關閉該第二閥以使用來自該第二安瓿的一第二前驅物蒸氣並同時使用該第一前驅物蒸氣來預填充該第一管線填充容積容器；以及 於該第一劑量操作期間，開啟該第二閥以將批量的該第一前驅物蒸氣和該第二前驅物蒸氣從該第一管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  21. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 於一第二安瓿處從一第二源接收一第二液態前驅物； 提供一第三閥，該第三閥係配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動； 提供一第四閥，該第四閥係配置以調整一第二前驅物蒸氣從該第二安瓿至該噴淋頭的流動； 開啟該第三閥並關閉該第四閥以使用該第二前驅物蒸氣預填充該第一管線填充容積容器；以及 在後接於該第一劑量操作的一第二劑量操作期間，開啟該第四閥以將批量的該第二前驅物蒸氣從該第一管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  22. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 於一第二安瓿處從一第二源接收一第二液態前驅物； 提供一第三閥，該第三閥係配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動； 提供一第四閥，該第四閥係配置以調整一第二前驅物蒸氣從該第二安瓿至該噴淋頭的流動； 開啟該第三閥並關閉該第四閥以使用該第二前驅物蒸氣預填充一第二管線填充容積容器，其中該第二管線填充容積容器連接至一第二導管，且其中該第二導管從該第二安瓿延伸至該第二閥並儲存該第二前驅物蒸氣的一填充；以及 在後接於該第一劑量操作的一第二劑量操作期間，開啟該第四閥以將批量的該第二前驅物蒸氣從該第二管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  23. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 於一第二安瓿處從一第二源接收一第二液態前驅物； 提供一第三閥，該第三閥係配置以調整該第二液態前驅物從該第二源至該第二安瓿的流動； 提供一第四閥，該第四閥係配置以調整一第二前驅物蒸氣從該第二安瓿至該噴淋頭的流動；以及 開啟該第三閥並關閉該第四閥以使用該第二前驅物蒸氣預填充一第二管線填充容積容器，其中該第二管線填充容積容器連接至一第二導管，且其中該第二導管從該第二安瓿延伸至該第二閥並儲存該第二前驅物蒸氣的一填充， 其中，於該第一劑量操作期間，開啟該第四閥以將批量的該第二前驅物蒸氣從該第二管線填充容積容器分配至該基材處理腔室中。
  24. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 提供一第三閥，該第三閥係配置以調整自一第二源接收之一載氣至該第一安瓿的流動；以及 於該第一劑量操作期間，使該載氣流過該第一安瓿中的該第一液態前驅物以夾帶該第一前驅物蒸氣流入該噴淋頭中。
  25. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含於該第一劑量操作期間避免使一載氣流過該第一液態前驅物。
  26. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含於該第一劑量操作期間維持該第一閥至少部分地開啟。
  27. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含在該第一劑量操作之前或期間關閉該第一閥。
  28. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 提供一第三閥，該第三閥係配置以轉移一部分的該第一前驅物蒸氣以避免被該噴淋頭接收；以及 控制該第三閥以將多餘的該第一前驅物蒸氣從該噴淋頭轉移出來。
  29. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 經由一第二源供應一淨化氣體； 經由一第三源供應一轉化氣體； 於該第一閥處接收來自該第二源的一輸出； 於該第一閥處接收該第一安瓿或該第三源的一輸出；以及 控制該第一閥以使該淨化氣體流經該第一閥及流至該第一閥的一輸出以防止非淨化氣體至該第一源或該第三源的回流。
  30. 如請求項17之前驅物分配方法，進一步包含： 提供一閥組件，該閥組件包含該第一閥； 經由一第二源供應一淨化氣體； 經由一第三源供應一轉化氣體； 於該閥組件處接收該第一安瓿或該第三源的一輸出；以及 控制該閥組件以使該淨化氣體流經該閥組件及流至該閥組件的一輸出以防止非淨化氣體至該第一源或該第三源的回流。
  31. 一種原子層沉積方法，包含： 請求項17的該前驅物分配方法； 提供一第三閥，該第三閥係配置以調整一轉化氣體至該基材處理腔室的流動； 產生一射頻信號；以及 在該劑量操作之後， 減少該第一前驅物蒸氣至該噴淋頭的流動， 淨化該基材處理腔室， 供應來自一第二源的該轉化氣體至該基材處理腔室，以及 供應該射頻信號至該噴淋頭。
  32. 如請求項31之原子層沉積方法，進一步包含預填充該第一管線填充容積容器同時供應該轉化氣體至該基材處理腔室。
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