TW202314922A - 噴灑頭及包括其之基體處理設備 - Google Patents

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Abstract

根據本發明之一實施例，一種基體處理設備包括：一腔室，其中在一基體上執行一製程；一基座，其安裝於該腔室中以支撐該基體；以及安裝於該基座上方的一噴灑頭，且該噴灑頭包括：多個內部注入孔，其界定於對應於該基體上方之一部分的一內部區域中且向下注入一反應氣體；以及多個外部注入孔，其界定於對應於該內部區域外部的一部分的一外部區域中且沿著該腔室的一內壁注入一惰性氣體。

Description

噴灑頭及包括其之基體處理設備
發明領域
本發明係關於一種噴灑頭及一種基體處理設備，且更特定言之，係關於可防止反應氣體被吸附至腔室之內部組件或內壁的一種噴灑頭及一種基體處理設備。
發明背景
半導體裝置包括位於矽基體上的多個層，且該等層經由沈積製程沈積於該基體上。沈積製程具有對於評估所沈積層及選擇沈積方法重要的若干問題。
首先，問題中之一者為所沈積層中之各者的「品質」。「品質」表示組成、污染程度、缺陷密度以及機械及電氣特性。所沈積層之組成可根據沈積條件而改變。此對於獲得特定組成極其重要。
其次，重要問題中之另一者為晶圓上的均勻厚度。特定言之，沈積於具有具階梯部分之不平坦形狀之圖案上的層之厚度極為重要。此處，所沈積層之厚度是否均勻可經由階梯覆蓋率來判定，該階梯覆蓋率定義為藉由將沈積於階梯部分上之層的最小厚度除以沈積於圖案之頂表面上之層的厚度而獲得的比率。
與沈積相關之另一問題可為填充空間。填充空間可包括間隙填充，其允許在金屬線之間填充包括氧化物層的絕緣層。提供間隙以將金屬線彼此實體地及電氣地分離。
在該等問題當中，均勻性為與沈積製程相關的重要問題中之一者。非均勻層可在金屬線上引起高電阻以增加機械損壞之可能性。
沈積製程在安置有基體的腔室中執行。沈積製程係藉由在基體支撐於基座上的狀態下經由安裝在基體上方的噴灑頭將反應氣體供應至腔室中來執行。此處，反應氣體的一部分被吸附至腔室的內部組件或內壁。當連續地產生吸附時，可將吸附材料之一部分分離且引入至基體。又，當吸附材料的厚度增加時，腔室中的熱分佈可能會失真以造成不均勻的薄層。
發明概要
本發明提供可防止反應氣體被吸附至腔室之內部組件或內壁的一種噴灑頭及一種基體處理設備。
本發明亦提供可緊固均勻薄層的一種噴灑頭及一種基體處理設備。
本發明之另一目標將參考以下詳細描述及隨附圖式變得顯而易見。
根據本發明之實施例，一種基體處理設備包括：腔室，其中在基體上執行製程；基座，其安裝於腔室中以支撐基體；及噴灑頭，其安裝於基座上方，且該噴灑頭包括：多個內部注入孔，其界定於對應於基體上方之一部分的內部區域中且向下注入反應氣體；以及多個外部注入孔，其界定於對應於內部區域外部之一部分的外部區域中且沿著腔室之內壁注入惰性氣體。
噴灑頭可具有自其頂表面凹陷的容納空間，且容納空間可由安裝於容納空間中的塊板分割為安置於容納空間之上部的流入空間及安置於容納空間之下部的擴散空間。流入空間可具有內部流入空間，其對應於內部注入孔且經由內部流入空間引入反應氣體；及外部流入空間，其對應於外部注入孔且經由外部流入空間引入惰性氣體。
反應氣體及惰性氣體可在擴散空間中擴散。
塊板可具有環形分割壁，其用於將流入空間分割為內部流入空間及外部流入空間。
基體處理設備可進一步包括安裝於噴灑頭上的腔室蓋，其用以將容納空間與外部隔離，且腔室蓋可具有與內部流入空間連通的內部氣體端口及與外部流入空間連通的外部氣體端口。
內部區域的大小可對應於基體的大小。
根據本發明的實施例，一種安裝於基體上方的噴灑頭包括：多個內部注入孔，其界定於對應於基體上方之一部分的內部區域中且向下注入反應氣體；以及多個外部注入孔，其界定於對應於內部區域外部之一部分的外部區域中且沿著腔室的內壁注入惰性氣體。
較佳實施例之詳細說明
在下文中，將參看圖1至圖7更詳細地描述本發明的較佳實施例。然而，可以不同形式體現本發明，且不應將本發明解釋為限於本文中所闡述的實施例。確切而言，提供此等實施例以使得本發明將為透徹且完整的，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明之範疇。在圖式中，出於示出清楚起見而誇出了層及區的尺寸。
儘管在下文中例示性地描述沈積設備，但本發明的實施例不限於此。舉例而言，本發明可應用於用於藉由使用反應氣體來處理基體的各種製程。
圖1為示出根據本發明之實施例的基體處理設備之示意性橫截面圖。如圖1中所示出，基體處理設備10包括腔室12及腔室蓋14。腔室12具有開放上部部分及通道13，基體W經由該通道裝載及卸載。基體W可經由通道13裝載至腔室12中，且閘閥(未展示)可安裝於通道13之外部上以打開或關閉通道13。
腔室12具有內部製程空間，其中在基體W上執行製程，且製程空間具有大致圓柱體形狀。然而，如上文所描述，由於提供通道13用於裝載或卸載基體W，因此製程空間相對於其中心可為不對稱的，且此可造成製程的不均勻性。然而，由於稍後將描述之惰性氣體沿腔室12之內壁流動以將基體W之外周與外部阻斷，因此可提供虛擬製程空間。因此，由於不對稱因素影響製程的效應被最小化，因此製程空間可調整為大致對稱。
腔室蓋14關閉及打開腔室12的開放上部部分。當腔室蓋14關閉腔室12之開放上部部分時，腔室12及腔室蓋14界定自外部關閉的內部空間。腔室蓋14具有與稍後將描述的噴灑頭20之上部流入空間43及47連通的氣體端口15及16，反應氣體經由氣體端口15供應至內部流入空間47，且惰性氣體經由氣體端口16供應至外部流入空間43。
基座30安裝於腔室12中，且基體W安置於基座30上。基座30可包括加熱器(未展示)，且加熱器可經由自外部電源施加之電流將基體W加熱至製程溫度。
圖2為示出圖1中所示出之噴灑頭的視圖。如圖1及圖2中所示出，噴灑頭20連接至腔室蓋14的下部部分，且包括具有平板形狀之注入部分20b及安裝在注入部分20b外部且固定至腔室蓋14的凸緣部分20a。
注入部分20b與腔室蓋14間隔開，且容納空間界定於腔室蓋14與注入部分20b之間。注入部分20b具有多個注入孔，且稍後將描述的反應氣體及惰性氣體經由該等注入孔注入。反應氣體可包括前驅氣體，諸如矽烷(SiH 4)或二氯矽烷(SiH 2Cl 2)。反應氣體亦可包含摻雜劑源氣體，諸如二硼烷(B 2H 6)或磷化氫(PH 3)。惰性氣體可包括氮氣(N 2)或預定的不同惰性氣體。
反應氣體與基體W反應以執行製程，且接著經由安裝於基座30下方之排氣端口(未圖示)而排出至外部。可提供排氣泵(未圖示)以強制排出反應氣體。
圖3為示出圖1中所示出之塊板的視圖。如圖1中所示出，一對塊板具有相同的結構及形狀且安裝在噴灑頭20之容納空間中。替代地，塊板可具有不同的結構及形狀，只要實現下文所描述的功能即可，且不同於實施例，可安裝三個或多於三個塊板。
如圖1中所示出，塊板42及44安裝於噴灑頭20之容納空間中，且容納空間由塊板42及44分割為上部流入空間43及47、下部流入空間41及45，以及擴散空間21。儘管在實施例中反應氣體及惰性氣體在擴散空間21中未分割，但可分割用於擴散反應氣體及惰性氣體的空間以限制擴散。
如圖3中所示出，塊板44包含：板44b，其具有平板形狀；及凸緣44a，其安裝在板44b外部且固定至噴灑頭20的凸緣部分20a。板44b與腔室蓋14及注入部分20b間隔開，且塊板42亦與腔室蓋14及注入部分20b間隔開。因此，擴散空間21形成於塊板42與注入部分20b之間，下部流入空間41及45形成於塊板42上方，且上部流入空間43及47形成於塊板44上方。
板44b具有多個注入孔，且引入至上部流入空間43及47中的反應氣體及惰性氣體可經由注入孔移動至下部流入空間41及45，且接著經由界定於塊板42中的多個注入孔移動至擴散空間21，其稍後將加以描述。
具有環形形狀之分割壁48安裝於板44b之頂表面上且與腔室蓋14接觸以將上部流入空間43及47分割為外部流入空間43及內部流入空間47。
圖4為示出圖1中所示出的腔室蓋之視圖。腔室蓋14具有內部氣體端口15及外部氣體端口16。內部氣體端口15安置於腔室蓋14之中心處，且外部氣體端口16以90°的相等角度圍繞內部氣體端口15配置。不同於實施例，可提供五個或多於五個或三個或少於三個外部氣體端口16。此處，外部氣體端口16可以相等角度配置。內部氣體端口15與內部流入空間47連通，且反應氣體經由內部氣體端口15被引入至內部流入空間47。外部氣體端口16與外部流入空間42連通，且惰性氣體經由外部氣體端口16被引入至外部流入空間43。
圖5為示出圖1中所示出之基體處理設備中的氣流之視圖。在下文中，將參看圖1及圖5描述經由噴灑頭進行的沈積製程。
首先，反應氣體經由內部氣體端口15被引入至內部流入空間47，且接著經由內部流入空間45移動至擴散空間21，且惰性氣體經由外部氣體端口16被引入至外部流入空間43，且接著經由外部流入空間41移動至擴散空間21。
噴灑頭20之注入部分20b可區分為內部區域及外部區域。內部區域表示安置於基體W上方的圓形空間，且外部區域表示安置於內部區域之外周處的環形空間。
擴散空間21中之反應氣體經由界定於內部區域中的注入孔經注入至基體W之上部部分且經沈積至基體上。擴散空間21中之惰性氣體可經由界定於外部區域中的注入孔注入且沿腔室12之內壁流動，以阻止反應氣體朝向腔室之內壁移動且將基體W的外周與外部阻斷，藉此提供上文所描述之虛擬製程空間。又，由於不對稱因素影響製程的效應被最小化，因此製程空間可調整為大致對稱。
圖6為表示基於根據本發明之實施例的基體處理結果的根據惰性氣體之供應量的雜質量的曲線圖。如圖6中所示出，當反應氣體移動至腔室之內壁時，反應氣體被吸附至腔室之內壁，且吸附材料與腔室之內壁分離，造成基體W的污染。然而，當惰性氣體沿腔室之內壁流動時，可阻擋反應氣體向腔室之內壁的移動，且因此在根本上阻擋了雜質。
圖7為表示基於根據本發明之實施例的基體處理結果的根據惰性氣體之供應量的薄層之厚度的偏差之曲線圖。當惰性氣體沿腔室的內壁流動時，可藉由經由惰性氣體將基體W的外周與外部阻斷來提供大致對稱的虛擬處理空間，且可確保沈積均勻性，如圖7中所示出。
反應氣體及惰性氣體可在擴散空間21中擴散。儘管反應氣體及惰性氣體可根據其注入壓力在擴散空間21中稍微混合，但此不表示完全混合。特定言之，反應氣體及惰性氣體在擴散空間21中所佔據區域的大小可根據其壓力差而變化。由此，可調整用於注入反應氣體的注入孔以及用於注入惰性氣體的注入孔的分佈。
根據本發明的實施例，可藉由沿著腔室的內壁注入惰性氣體來防止反應氣體被吸附至腔室的內部組件或內壁。特定言之，由於反應氣體及惰性氣體同時在噴灑頭中擴散且接著被注入，反應氣體及惰性氣體可在均勻壓力下注入。
儘管參考例示性實施例詳細描述了本發明，但本發明可以許多不同形式來體現。因此，下文闡述之申請專利範圍的技術想法及範疇不限於較佳實施例。
12:腔室 13:通道 14:腔室蓋 15:內部氣體端口 16:外部氣體端口 20:噴灑頭 20a:凸緣部分 20b:注入部分 21:擴散空間 30:基座 41:外部流入空間/下部流入空間 42,44:塊板 43:外部流入空間/上部流入空間 44a:凸緣 44b:板 45:內部流入空間/下部流入空間 47:內部流入空間/上部流入空間 48:分割壁 115,116,117:元件 W:基體
圖1為示出根據本發明之實施例的基體處理設備之示意性橫截面圖；
圖2為示出圖1中所示出的噴灑頭之視圖；
圖3為示出圖1中所示出的塊板之視圖；
圖4為示出圖1中所示出的腔室蓋之視圖；
圖5為示出圖1中所示出之基體處理設備中的氣流之視圖；
圖6為表示基於根據本發明之實施例的基體處理結果的根據惰性氣體之供應量的雜質量的曲線圖；及
圖7為表示基於根據本發明之實施例的基體處理結果的根據惰性氣體之供應量的薄層之厚度的偏差之曲線圖。
12:腔室
13:通道
14:腔室蓋
15:內部氣體端口
16:外部氣體端口
20:噴灑頭
21:擴散空間
30:基座
41:外部流入空間/下部流入空間
42,44:塊板
43:外部流入空間/上部流入空間
45:內部流入空間/下部流入空間
47:內部流入空間/上部流入空間
115,116,117:元件
W:基體

Claims (8)

  1. 一種基體處理設備，其包含： 一腔室，其中在一基體上執行一製程； 一基座，其安裝於該腔室中以支撐該基體；以及 一噴灑頭，其安裝於該基座上方， 其中該噴灑頭包含： 多個內部注入孔，其界定於對應於該基體上方之一部分的一內部區域中，且經組配以向下注入一反應氣體；以及 多個外部注入孔，其界定於對應於該內部區域外部之一部分的一外部區域中，且經組配以沿著該腔室之一內壁注入一惰性氣體。
  2. 如請求項1之基體處理設備，其中該噴灑頭具有自其一頂表面凹陷的一容納空間，且該容納空間藉由安裝於該容納空間中的塊板分割為安置於該容納空間之一上部的一流入空間及安置於該容納空間之一下部的一擴散空間，且 該流入空間具有：一內部流入空間，其對應於該等內部注入孔且經由該內部流入空間引入該反應氣體；以及一外部流入空間，其對應於該等外部注入孔且經由該外部流入空間引入該惰性氣體。
  3. 如請求項2之基體處理設備，其中該反應氣體及該惰性氣體在該擴散空間中擴散。
  4. 如請求項2之基體處理設備，其中該塊板具有經組配以將該流入空間分割為該內部流入空間及該外部流入空間的一環形分割壁。
  5. 如請求項1之基體處理設備，其進一步包含一腔室蓋，其安裝在該噴灑頭上以將容納空間與外部隔離， 其中該腔室蓋具有與該內部流入空間連通的一內部氣體端口及與該外部流入空間連通的一外部氣體端口。
  6. 如請求項1之基體處理設備，其中該內部區域的大小對應於該基體的大小。
  7. 一種安裝在基體上方之噴灑頭，其包含： 多個內部注入孔，其界定於對應於該基體上方之一部分的一內部區域中，且經組配以向下注入一反應氣體；以及 多個外部注入孔，其界定於對應於該內部區域外部之一部分的一外部區域中，且經組配以沿著腔室之一內壁注入一惰性氣體。
  8. 如請求項7之噴灑頭，其中該噴灑頭具有自其一頂表面凹陷的一容納空間，且該容納空間由安裝於該容納空間中的塊板而分割為安置於該容納空間之一上部的一流入空間及安置於該容納空間之一下部的一擴散空間，且 該流入空間具有：一內部流入空間，其對應於該等內部注入孔且經由該內部流入空間引入該反應氣體；以及一外部流入空間，其對應於該等外部注入孔且經由該外部流入空間引入該惰性氣體。
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