TW202414498A - 用於處理腔室的狗骨式排氣狹縫通道 - Google Patents
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Abstract
揭露一處理腔室且處理腔室包括一腔室主體。該腔室主體具有：一第一側；一第二側，該第二側相對於該第一側；一窗部組件；及一基底。該第一及第二側、該窗部組件、及該基底界定一熱處理區域。流動組件設置相鄰於該第一側且經配置以引導一處理氣體進入該熱處理區域。排氣狹縫組件設置相鄰於該第二側。該排氣狹縫組件具有一開口，該開口暴露於該熱處理區域。該開口具有該開口的一中心及一外邊緣。該開口的該中心及該開口的邊緣垂直地界定於該窗部組件及該基底之間。其中該開口的該邊緣處的一外高度在一垂直方向上至少比該開口的該中心處的一中心高度大30%。
Description
本揭示案的實施例一般相關於用於半導體裝置製造的設備，具體而言，相關於用於處理腔室的排氣狹縫通道。
矽積體電路的生產對製造步驟提出了困難的要求，以增加裝置的數量同時減小晶片上的最小特徵尺寸。此外，裝置製造商的成本壓力增加產生了增加半導體製造設施的生產量的需求。半導體基板被處理用於多種應用，包括整合裝置和微裝置的製造。一種處理基板的方法包括在基板的上表面上沉積材料，例如半導體材料或導電材料。半導體材料在基板上的沉積、修改或移除在很大程度上取決於跨基板表面的淨化和處理氣體的流量。在沉積操作期間，處理氣體和淨化氣體(例如惰性氣體)同時流動進入處理腔室，例如外延(EPI)腔室。因此，半導體製造處理必須以低速及/或高速以極其均勻的方式執行膜的形成及修改操作。一種這樣的處理是在半導體基板上沉積膜。在該處理中，氣體混合物流動進入處理腔室且藉由將前體及/或副產物併入其中以形成膜來沉積或修改基板的下層。
從基板的前緣到後緣流經處理腔室的處理氣體的輪廓與沉積材料層的均勻性和品質相關。可選擇處理氣體的輪廓形狀以實現沉積材料層的更好均勻性。對更小和更高密度裝置的需求需要增加對處理氣體輪廓形狀的控制。傳統的處理腔室難以滿足對跨基板提供的處理氣體的改善輪廓控制的要求，因此難以獲得高容忍度、均勻厚度的沉積。
因此，需要一種用於控制半導體處理腔室中的處理氣體的改善設備。
本文揭露的處理腔室包括具有可變間隙開口的狹縫閥通道。處理腔室包括一腔室主體。腔室主體具有一第一側；一第二側，該第二側相對於該第一側；一窗部組件；及一基底。該第一側、該第二側、該窗部組件、及該基底界定且封閉一熱處理區域。流動組件設置相鄰於該第一側且經配置以引導一處理氣體進入該熱處理區域。排氣狹縫組件設置相鄰於該第二側。排氣狹縫組件具有一開口，該開口暴露於該熱處理區域。該開口具有該開口的一中心及一外邊緣。該開口的該中心及該開口的邊緣垂直地界定於該窗部組件及該基底之間。其中該開口的該邊緣處的一外高度在一垂直方向上至少比該開口的該中心處的一中心高度大30%。
在其他實施例中，排氣狹縫組件設置相鄰於第二側。排氣狹縫組件具有一細長開口，該細長開口暴露於該熱處理區域。該細長開口具有設置於該細長開口的一中心處的該開口的一中心高度，及沿著該細長開口的一外邊緣設置的該開口的一外高度。該開口的該外高度垂直上至少比該開口的該中心高度大30%。
在其他實施例中，提供用於熱處理一基板的方法。該方法包括以下步驟：流動一處理氣體經由一第一開口進入一處理腔室且進入包含一基板的一處理區域。從該第一開口橫向地流動該處理氣體跨該基板朝向該處理腔室的一第二開口。該第二開口在該第二開口的外邊緣處具有相對於該第二開口的一中心處更高的一導電性。在存在該處理氣體的情況下加熱該基板；及在存在該處理氣體的情況下在加熱的該基板上沉積一層材料。
本揭示案的實施例一般相關於半導體裝置製造設備和用於在其中處理基板的方法，且具體地相關於用於處理腔室的排氣組件。排氣組件具有開口，該開口被塑形以提供跨設置在處理腔室中的基板的均勻速度的處理氣體。為開口提供狗骨或啞鈴橫截面開口輪廓而不是傳統的均勻橫截面輪廓。狗骨或啞鈴橫截面開口輪廓在中心處具有較小的開口，亦即，間隙，開口從中心朝向邊緣增加。中心處開口的較小面積促進更好地流過基板，從而改善處理均勻性。
圖1A圖示了包括外延(EPI)處理腔室100的基板處理系統199。EPI處理腔室100用於在諸如基板150的基板上生長外延膜。替代地，EPI處理腔室100可經配置以用於蝕刻。
EPI處理腔室100包括腔室主體108。腔室主體108包括基座組件124、下窗部120、上窗部122、和基底板114。上窗部122、基底板114和下窗部120封閉腔室主體108的內部容積110。基座組件124設置在腔室主體108的內部容積110中。
EPI處理腔室100額外地包括複數個燈模組101。燈模組101包括上燈模組102和下燈模組104。上燈模組102可包括高溫計通路，其中高溫計(例如掃描高溫計)測量基板150或腔室主體108的部件的溫度。
上窗部122是光學透明窗部，使得上燈模組102產生的輻射能從中通過。在一些實施例中，上窗部122由石英或玻璃材料形成。上窗部122具有圓頂形狀且在一些實施例中也稱為上圓頂。上窗部122的外邊緣形成周邊支撐件。周邊支撐件設置在基底板114的頂部上。
基底板114可包括一個或更多個冷卻通道188。冷卻通道188經配置以使流體從中流過以維持基底板114的溫度。上窗部122和基底板114可界定處理區域129。基板150暴露於處理區域129中的處理氣體以進行處理。
襯墊154位於基底板114的開口內部。襯墊154具有環形形狀。襯墊154經配置以將基底板114的內表面與內部容積110分開。襯墊154屏蔽基底板114的內表面免受內部容積110內的處理氣體影響且進一步保護內部容積110免受基底板114釋放的顆粒或其他污染物的影響。襯墊154進一步用於減低從處理容積到基底板114的熱傳送。減低的熱傳送改善了基板150的均勻加熱且使得處理期間基板150上的沉積更均勻。
下窗部120設置在基底板114和下燈模組104之間。下窗部120是光學透明的，使得下燈模組104產生的輻射能從中通過。在一些實施例中，下窗部120由石英或玻璃材料形成。下窗部120具有圓頂形狀，且在一些實施例中也稱為下圓頂。下窗部120的外邊緣形成周邊支撐件。基底板114設置於下窗部120的周邊支撐件上。
下燈模組104設置在基座組件124下方且經配置以當基板設置在基座組件124上時加熱基板150的底部側。下燈模組104包括複數個燈孔。複數個燈孔之每一者具有設置在其中的燈135。每一燈135電耦合到功率源(未展示)。燈135的定向一般平行於EPI處理腔室100的垂直中心線。例如，燈135可設置在一般垂直於基板150的定向中。替代地，燈135的定向平行於基板150。
下燈模組104進一步包括基座軸件通路195。基座軸件通路195設置為穿過下燈模組104的中間。支撐軸件132設置為穿過基座軸件通路195並耦合到基座組件124。基座軸件通路195的尺寸被設計成允許基座組件124的支撐軸件通過下燈模組104並供應底部淨化。
基座組件124設置在內部容積110中，且經配置以將基板150支撐在基板支撐表面151上。基座組件124設置在上燈模組102和下燈模組104之間。下窗部120設置在基座組件124和下燈模組104之間。上窗部122設置在基座組件124和上燈模組102之間。上燈模組102設置在基座組件124上方且經配置以加熱設置在基座組件124上的基板150。上燈模組102包括複數個燈孔。複數個燈孔之每一者包括燈基底或燈座(單個燈135設置在其中)。一般由沿著燈135的燈絲延伸到燈135的尖端的假想線來界定燈135的定向。燈135的定向可平行或垂直於腔室中心線。
EPI處理腔室100將額外地相關於圖1B進行討論。基底板114包括基板傳送通路116。基板傳送通路116設置成穿過基底板114而與交叉氣流入口196相對。穿過基底板114形成基板傳送通路116。基板傳送通路116經配置以允許基板150從集群工具(未展示)的傳送腔室通過。
淨化氣體入口192設置在基座組件124和周圍的下燈模組104之間的基座軸件通路195中而進入下腔室113。
返回圖1A，腔室排氣通路152設置為穿過基底板114並耦合到排氣狹縫組件(在圖2A至2B中由參考數字200標識)。基底板114包括一個或更多個穿過其中設置的氣體噴射器198。氣體噴射器198經配置以向內部容積110供應處理氣體。氣體噴射器198流體地耦合到一個或更多個處理氣體供應源。下腔室排氣通路152設置在基板傳送通路116對面且連接下腔室中的排氣狹縫組件200與排氣泵(未展示)。排氣泵也可耦合到兩個上腔室排氣通路開口並與其流體連通。
圖2A是基板處理系統199的一部分的簡化示意頂部視圖，包括EPI處理腔室100和排氣狹縫組件200。前體啟動器180(如圖1C中所展示)經由輸送管線190耦合到EPI處理腔室100。當氣體到達基板150上方的電漿產生區域時，氣體被激發以形成電漿。在電漿產生區域的下游，氣體中性物質、氣體離子、和氣體自由基從電漿產生區域流動朝向排氣狹縫組件200。
流動組件125設置在延伸穿過腔室主體108的基底板114的腔室入口175中，以使處理氣體從前體啟動器180流到EPI處理腔室100的處理區域129。流動組件125經配置以減低流動限制或控制流向EPI處理腔室100的氣體的流量分佈。
EPI處理腔室100具有分佈式泵送結構127以從EPI處理腔室100移除處理氣體。分佈式泵送結構127包括排氣狹縫組件200。提供排氣狹縫組件200相鄰於腔室主體108的基底板114的第二側。排氣狹縫組件200被塑形以控制從流動組件125流動跨基板150到泵送端口128的氣體的分佈。
圖2A至2B展示了排氣狹縫組件200的透視視圖。排氣狹縫組件200具有主體201。主體201具有排氣開口210(亦即，排氣通道)。排氣狹縫組件200可由材料製成(例如石英或二氧化矽)以減低與處理氣體的相互作用。在與氮自由基一起使用的實施例中，排氣狹縫組件200可由耐氮化材料製成，例如氮化矽。
可選地，排氣狹縫組件200可具有阻擋器板126。阻擋器板126促進在基板150上形成的層的均勻厚度。例如，沒有阻擋器板126，基板150中心處的層可比基板150的邊緣處的層厚達顯著更厚。阻擋器板126保持氣流的擴散以實質上覆蓋基板的邊緣部分以促進厚度均勻性。
排氣開口210可為細長的且具有類似於啞鈴或狗骨的形狀。排氣狹縫組件200的排氣開口210的形狀變化了從開口210的中心到邊緣的導電性，這促進了沉積材料層的厚度均勻性。在一個實施例中，排氣開口210的形狀在處理期間變化以調整導電性輪廓。在另一範例中，排氣開口210的形狀是固定的以設定EPI處理腔室100中的排氣狹縫組件200的導電性輪廓。
開口210的形狀(亦即，狗骨形狀)可在平行於腔室主體108的側壁115的平面中。例如，排氣開口210可在幾何上為平坦的開口209。替代地，排氣狹縫組件200的形狀可從側壁115延伸到泵送端口128。可選地，小的氣室238可存在於泵送端口128周圍。排氣開口210的狗骨形狀可從側壁115垂直延伸到泵送端口128，或替代地，延伸到氣室238。以這種方式，可更容易地經由機器加工將形狀形成到排氣狹縫組件200中。
在又一範例中，開口210的形狀可在腔室主體108的內部容積的彎曲平面中，如彎曲的開口208所展示。該形狀可由板提供，使得狗骨形狀僅沿著開口210。替代地，該形狀可從開口延伸到泵送端口128，或替代地，延伸到氣室238。以這種方式，可更好地控制穿過排氣狹縫組件200的排氣流量。
據發現，開口210的形狀直接影響了前進跨EPI處理腔室100的處理區域129的處理氣體流動。藉由將排氣狹縫的開口210配置為啞鈴或狗骨形狀，可從中心到邊緣控制導電性。開口210的導電性輪廓在處理期間可為固定的或變化的。開口210的形狀將相關於開口210的正視圖進行討論。
圖3圖示了圖2A和2B中所展示的排氣狹縫組件中的開口的兩個正視圖。開口210具有輪廓320。開口210具有沿著開口210的中心線399界定的外邊緣391和中心398。在開口210的中心398的左和右側兩者上提供外邊緣391，亦即，有兩個外邊緣391。與外邊緣391相比，開口210的輪廓320在中心398處較小。輪廓320可為彎曲的(如圖2A中的彎曲的開口208所展示)或平坦的(如圖2B中的平坦的開口209所展示)。輪廓320可繞著中心線399對稱。為了便於描述，輪廓320可被分成四個區域。這四個區域包括左側385、左中心384、右中心383和右側382。左中心384被界定在開口210的中心398的左邊。右中心383被界定在開口210的中心398的右邊。
左側385和右側382可具有矩形形狀。輪廓320的左側385可為或可不為右側382的鏡像。因此，輪廓320可為對稱的。替代地，輪廓320可為非對稱的。例如，輪廓的左側385和右側382在尺寸或形狀上不相等。左中心384和右中心383可具有截頭鐘形形狀，亦即，具有連接兩個底的弓形或凹形腿部的梯形形狀，亦即，截頭漏斗形狀。輪廓320的左中心384可為或可不為右中心383的鏡像，其中沿著中心線399共享右中心383和左中心384的短側。總體而言，左側385、左中心384、右中心383、右側382的組合形狀形成啞鈴或狗骨形狀。
左側385可延伸從外邊緣391到中心398的距離的約25%至約35%之間，例如約30%。類似地，右側382可延伸從外邊緣391到中心398的距離的約25%至約35%之間，例如約30%。左中心384可延伸從開口210的中心398到外邊緣391的距離的約70%。類似地，右中心383可延伸從中心398到外邊緣391的距離的約70%。
沿著開口210的中心398處的垂直中心線399界定開口210的中心高度386。在開口的兩側處在開口210的外邊緣391處界定開口210的外邊緣高度381。開口210的中心高度386和外邊緣高度381具有相對於腔室主體108垂直地界定的長度，亦即，與中心線399的方向相同。
中心高度386可從約0.00 mm(其中開口210的中心高度386被阻擋或關閉)變化到約14.00 mm(其中中心高度386完全開啟且不再具有狗骨形狀)。在一個範例中，開口210的中心高度386可介於約3.00 mm到約9.00 mm之間。在另一範例中，開口210的中心高度386可介於約3.9 mm至約8.4 mm之間。開口210的外邊緣高度381可介於10.00 mm到約14.00 mm之間。然而，已發現與開口210的中心高度386的尺寸相比，開口210的外邊緣高度381處的尺寸更大，以在基板上提供最理想的處理結果。
執行了模擬以及測試，其中用於排氣狹縫組件200的開口210的一部分在開口210的中心398處被阻擋。當在相同條件下不使用阻擋器板126時，具有被阻擋器板126阻擋的排氣狹縫通道區域的區域與羽流形狀沉積厚度輪廓相比提供了更寬的矩形沉積輪廓。阻擋器板126在基板上方特別是相鄰於排氣中的阻擋區域的地方產生了再循環區域。類似地，針對中心高度386與外邊緣高度381之間的各種開口比率執行模擬測試。測試測量從排氣開口210的中心398到外邊緣391的排氣速度。開口的輪廓形狀被發現會影響流量。開口比率從0%(使用中間完全封閉的阻擋器板126)變化到100%(其中中心高度386等於外邊緣高度381)。例如，在中心高度386處比率為65%開啟、在中心高度386處60%開啟、在中心高度386處50%開啟、在中心高度386處降至30%開啟皆進行測量，並與在中心高度386處100%開啟的傳統開口進行比較。結果總結在下面的表1中。
表1
表1圖示了在中心約25%和約40%之間的開口將提供平坦的流速輪廓。同時，在中心約50%和約70%之間的開口產生圓頂形狀的流速輪廓，中心到邊緣的變化較小。外邊緣高度381大於或等於中心高度386。中心高度386對外邊緣高度381的比率(中心高度386/外邊緣高度381)可介於約30%至約40%之間。在另一範例中，中心高度386對外邊緣高度381的比率介於約50%至約70%之間。在又一範例中，中心高度386對外邊緣高度381的比率介於約50%至約80%之間。
雖然前面針對本揭示案的實施例，在不脫離其基本範圍的情況下可設計其他和進一步的實施例，且其範圍由以下請求項來決定。從前面的一般描述和具體實施例顯而易見的是，雖然已圖示和描述了本揭示案的形式，在不脫離本揭示案的精神和範圍的情況下可進行各種修改。據此，本揭示案不旨在因此而受到限制。同樣，術語「包括」被認為與術語「包含」同義。
已使用一組數值上限和一組數值下限來描述某些實施例和特徵。應理解，範圍包括任何兩個值的組合，例如任何下限值與任何上限值的組合、任何兩個下限值的組合、及/或任何兩個上限值的組合，除非另有說明。某些下限、上限和範圍出現在下面的一個或更多個請求項中。
100:EPI處理腔室
101:燈模組
102:上燈模組
104:下燈模組
108:腔室主體
110:內部容積
113:下腔室
114:基底板
115:側壁
116:基板傳送通路
120:下窗部
122:上窗部
124:基座組件
125:流動組件
126:阻擋器板
127:分佈式泵送結構
128:泵送端口
129:處理區域
132:支撐軸件
135:燈
150:基板
151:基板支撐表面
152:腔室排氣通路
154:襯墊
175:腔室入口
180:前體啟動器
188:冷卻通道
190:輸送管線
192:淨化氣體入口
195:基座軸件通路
196:交叉氣流入口
198:氣體噴射器
199:基板處理系統
200:排氣狹縫組件
201:主體
208:開口
209:開口
210:開口
238:氣室
320:輪廓
381:外邊緣高度
382:右側
383:右中心
384:左中心
385:左側
386:中心高度
391:外邊緣
398:中心
399:中心線
為了能夠詳細地理解本揭示案的上述特徵的方式，可藉由參考實施例來獲得以上簡要概括的本揭示案的更具體的描述，其中一些圖示於附圖中。然而應注意的是，附圖僅圖示示例性實施例，因此不應被視為對其範圍的限制，可承認其他等效的實施例。
圖1A是根據本文描述和討論的一個或更多個實施例的處理系統的示意圖。
圖1B是根據本文描述和討論的一個或更多個實施例的處理系統的另一示意圖。
圖1C是根據本文描述和討論的一個或更多個實施例的處理系統的示意性頂部視圖。
圖2A是根據本文描述和討論的一個或更多個實施例的圖1的排氣狹縫組件的示意性頂部視圖。
圖2B是根據本文描述和討論的一個或更多個實施例的圖1的排氣狹縫組件的另一示意性頂部視圖。
圖3是圖2A和2B中所展示的排氣狹縫組件中的開口的兩個正視圖。
為了便於理解，盡可能地使用相同的參考數字來指示圖式共有的相同元件。預期一個或更多個實施例的元件和特徵可有益地併入其他實施例中。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
200:排氣狹縫組件
210:開口
320:輪廓
381:外邊緣高度
382:右側
383:右中心
384:左中心
385:左側
386:中心高度
391:外邊緣
398:中心
399:中心線
Claims (20)
- 一種處理腔室，包括： 一腔室主體，其中該腔室主體包括： 一第一側； 一第二側，該第二側相對於該第一側； 一窗部組件；及 一基底，其中該第一側、該第二側、該窗部組件、及該基底界定且封閉一熱處理區域； 一流動組件，該流動組件設置相鄰於該第一側，其中該流動組件經配置以引導一處理氣體進入該熱處理區域；及 一排氣狹縫組件，該排氣狹縫組件設置相鄰於該第二側，該排氣狹縫組件包括： 一開口，該開口暴露於該熱處理區域，該開口具有該開口的一中心及一外邊緣，該開口的該中心及該開口的邊緣垂直地界定於該窗部組件及該基底之間，且其中該開口的該邊緣處的一外高度在一垂直方向上至少比該開口的該中心處的一中心高度大30%。
- 如請求項1所述之處理腔室，其中該開口包括： 一阻擋器板，該阻擋器板設置於該開口的該中心處。
- 如請求項1所述之處理腔室，其中該開口的該中心高度對該開口的該外高度的一比率介於約30%至約80%之間。
- 如請求項1所述之處理腔室，其中該開口的該中心高度對該開口的該外高度的一比率介於約30%至約40%之間。
- 如請求項1所述之處理腔室，其中該開口的該中心高度對該外高度的一比率介於約50%至約70%之間。
- 如請求項1所述之處理腔室，其中該開口進一步包括： 一左側； 一左中心； 一右中心；及 一右側，其中該左側及該右側具有一矩形形狀，且該左中心及該右中心具有一梯形形狀，在兩個底之間具有彎曲的腿部。
- 如請求項6所述之處理腔室，其中該左側及該右側之每一者延伸從該外邊緣至該中心的一距離的約25%至約35%之間，且其中該左中心及該右中心之每一者延伸從該中心至該外邊緣的一距離的約75%至約65%之間。
- 如請求項6所述之處理腔室，其中該左側、該左中心、該右中心、及該右側形成一狗骨形狀。
- 一種排氣狹縫組件，包括： 一主體，該主體具有一細長開口，該細長開口經配置以接收氣體，該細長開口具有一狗骨形狀，其中該細長開口具有設置於該細長開口的一中心處的該開口的一中心高度，及沿著該細長開口的一外邊緣設置的該開口的一外高度，其中該開口的該外高度垂直上至少比該開口的該中心高度大30%。
- 如請求項9所述之排氣狹縫組件，其中該細長開口的該狗骨形狀是非對稱的，其中該開口的一左邊緣及該開口的一右邊緣不相等。
- 如請求項9所述之排氣狹縫組件，其中該開口的該中心高度對該開口的該外高度的一比率介於約30%至約80%之間。
- 如請求項9所述之排氣狹縫組件，其中該開口的該中心高度對該外高度的一比率介於約30%至約40%之間。
- 如請求項9所述之排氣狹縫組件，其中該開口的該中心高度對該外高度的一比率介於約50%至約70%之間。
- 如請求項9所述之排氣狹縫組件，其中該開口的該中心高度對該外高度的一比率為約0%。
- 如請求項9所述之排氣狹縫組件，其中該細長開口進一步包括： 一左側； 一左中心； 一右中心；及 一右側，其中該左側及該右側具有一矩形形狀，且該左中心及該右中心具有一梯形形狀，在兩個底之間具有彎曲的腿部。
- 如請求項15所述之排氣狹縫組件，其中該左側及該右側之每一者延伸從該外邊緣至該中心的一距離的約30%，且其中該左中心及該右中心之每一者延伸從該中心至該外邊緣的一距離的約70%。
- 一種用於熱處理一基板的方法，該方法包括以下步驟： 流動一處理氣體經由一第一開口進入一處理腔室且進入包含一基板的一處理區域； 從該第一開口橫向地流動該處理氣體跨該基板朝向該處理腔室的一第二開口，該第二開口在該第二開口的外邊緣處具有相對於該第二開口的一中心處更高的一導電性； 在存在該處理氣體的情況下加熱該基板；及 在存在該處理氣體的情況下在加熱的該基板上沉積一層材料。
- 如請求項17所述之方法，進一步包括以下步驟： 流動該處理氣體通過一阻擋器板，該阻擋器板設置於該第二開口的中間處。
- 如請求項17所述之方法，其中該第二開口具有一外高度及一中心高度，且其中該中心高度對該外高度的一比率介於約30%至約80%之間。
- 如請求項17所述之方法，進一步包括以下步驟： 藉由改變該開口的該中心高度來改變該第二開口的該導電性。
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