TWI476297B - 用於原子層沉積的渦流室蓋 - Google Patents

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Description

用於原子層沉積的渦流室蓋
本發明之實施例大體上是有關用於原子層沉積的設備和方法。更特別地，本發明之實施例是關於改良之氣體輸送設備和用於原子層沉積的方法。
可靠地生產次微米和更小特徵結構(feature)為製造下世代超大型積體(VLSI)與極大型積體(ULSI)半導體元件的關鍵技術之一。然隨著電路技術推向極限，VLSI與ULSI技術除微縮內連線尺寸外，還需具備額外的處理能力。位於技術核心的多層內連線需精確處理高深寬比之特徵結構，例如通孔(via)或其他內連線。可靠地形成內連線及不斷提高電路密度和各基材品質對完成VLSI與ULSI是很重要的。
隨著電路密度增加，諸如通孔、溝渠、接觸孔、和其他特徵結構等內連線及其間之介電材料的寬度將縮小成45奈米(nm)至32nm，但介電層的厚度實質上仍維持不變，如此會提高特徵結構的深寬比。許多傳統沉積技術難以填充深寬比超過4：1的次微米結構，尤其是深寬比超過10：1的結構。故尚需持續努力形成實質無孔洞或無縫的高深寬比之次微米特徵結構。
原子層沉積(ALD)為嘗試用於沉積材料層至高深寬比之特徵結構上的沉積技術。ALD製程的例子包括相繼脈衝引入氣體。例如，相繼脈衝引入氣體的整個循環過程可包含脈衝引入第一反應氣體、接著脈衝引入淨化氣體(purge gas)及/或使用幫浦排空、然後脈衝引入第二反應氣體、接著脈衝引入淨化氣體及/或使用幫浦排空。在此所指之「氣體」可包括單一氣體或多種氣體。相繼脈衝引入個別的第一反應氣體和第二反應氣體可能造成基材表面之反應物單層輪流自限吸附，以致每一循環過程形成材料單層。可重複進行循環過程直到沉積材料達預定厚度。脈衝引入第一反應氣體與脈衝引入第二反應氣體之間的脈衝引入淨化氣體及/或使用幫浦排空可減少殘留腔室的過量反應物產生氣相反應。
因此，需要用來在原子層沉積製程期間沉積材料層的設備和方法。
本發明之實施例是關於在原子層沉積(ALD)製程期間均勻沉積材料至基材上的設備和方法。沉積材料的均勻性佳可歸功於基材接觸到呈環形氣流圖案(如渦流圖案)的沉積氣體。一腔室實施例包括室蓋組件，其包含置中的擴大通道和從擴大通道往室蓋組件周圍逐漸變細的錐形底面。錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面。另一腔室實施例包括室蓋組件，其包含置中且具匯流道與分流道的氣體分配道。又一腔室實施例包括室蓋組件，其包含至少二圍繞擴大通道的氣體通道。複數個入口由自各氣體通道延伸進入擴大通道，並設置以提供遍及擴大通道的環形氣流圖案。
在一實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括一包含基材承接面的基材支撐件和室蓋組件。室蓋組件在室蓋組件的中間部分包含氣體分配道，其中氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細，氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細，錐形底面從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件的周圍，且錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋基材承接面，第一導管耦接至氣體分配道之匯流部的第一氣體入口，第二導管耦接至氣體分配道之匯流部的第二氣體入口，其中第一導管和第二導管係設置以提供遍及氣體分配道之環形氣流圖案。
在一實施例中，第一導管和第二導管各自獨立設置以引導氣體分配道之匯流部之內面處的氣體。環形氣流圖案包含的流動圖案選自由渦流、螺旋、盤旋、捲曲、扭曲、捲繞、漩渦和其衍生圖案所構成之群組。在一些實施例中，環形氣流圖案圍繞著氣體分配道的中心軸擴展至少1圈，較佳為圍繞著氣體分配道的中心軸擴展約1.5圈、約2圈、約3圈、約4圈、或更多圈。
在一些實施例中，第一閥耦接第一導管，第二閥耦接第二導管，第一氣體源與第一閥為流體連通，而第二氣體源與第二閥為流體連通。第一閥和第二閥可使原子層沉積製程的脈衝時間為約2秒或以下，例如約0.05秒至約0.5秒。在其他實施例中，第一導管和第二導管各自獨立設置而自氣體分配道的中心軸傾斜0度以上。
處理室更可包含體積為約3000立方公分(cm3 )或更小的反應區，且反應區位於錐形底面與基材承接面之間。體積可為約1500cm3 或更小，例如約600cm3 或更小。
在另一實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括具基材承接面的基材支撐件，且室蓋組件包含位於室蓋組件之中間部分的氣體分配道，其中氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細，氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細，第一導管耦接至氣體分配道之匯流部的第一氣體入口，第二導管耦接至氣體分配道之匯流部的第二氣體入口，其中第一導管和第二導管設置形成環形氣流圖案，第一閥耦接第一導管，第二閥耦接第二導管，其中第一閥和第二閥可使原子層沉積製程的脈衝時間為約2秒或以下。
在一實施例中，室蓋組件更包含從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件周圍的錐形底面。錐形底面可經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面。在其他實施例中，第一氣體源與第一閥為流體連通，而第二氣體源與第二閥為流體連通，且第一導管和第二導管各自獨立設置以引導氣體分配道之匯流部之內面處的氣體。環形氣流圖案包含的流動圖案係選自由渦流、螺旋、盤旋、捲曲、扭曲、捲繞、漩渦和其衍生圖案所構成之群組。在其他實施例中，擴大通道內面的表面粗糙度沿著貫穿擴大通道的中心軸(例如自延伸入擴大通道的複數個第二入口至基材支撐件)增加。
在又一實施例中，本發明提供一種沉積材料至基材上的方法，其包括放置基材於處理室內的基材支撐件上，且處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含位於室蓋組件之中間部分的氣體分配道，其中氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細，氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細，錐形底面從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件的周圍，且錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋基材，第一導管耦接至氣體分配道之匯流部的第一氣體入口，第二導管耦接至氣體分配道之匯流部的第二氣體入口，其中第一導管和第二導管設置以提供環形氣流圖案；使至少一載氣流過第一與第二導管而形成環形流動氣體；讓基材暴露於環形流動氣體；脈衝引入至少一前驅物至環形流動氣體中；以及沉積包含至少一源自至少一前驅物之元素的材料至基材上。
在再一實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括一包含基材承接面的基材支撐件，且室蓋組件包含順著中心軸延伸並位於室蓋組件之中間部分的擴大通道，錐形底面從擴大通道延伸至室蓋組件的周圍，其中錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面，第一導管耦接至第一氣體通道，第一氣體通道環繞擴大通道且包含複數個延伸入擴大通道的第一入口，第二導管耦接至第二氣體通道，第二氣體通道環繞擴大通道且包含複數個延伸入擴大通道的第二入口，其中複數個第一入口和複數個第二入口係設置以提供遍及擴大通道之環形氣流圖案。
在一實施例中，第一氣體通道設置在第二氣體通道的正上方，且第一氣體通道和第二氣體通道均繞行擴大通道的上部。複數個第一入口和複數個第二入口各自獨立設置以引導擴大通道內面處的氣體。環形氣流圖案包含的流動圖案選自由渦流、螺旋、盤旋、捲曲、扭曲、捲繞、漩渦和其衍生圖案所構成之群組。在其他實施例中，第一閥耦接至第一導管，第二閥耦接至第二導管，第一氣體源與第一閥為流體連通，而第二氣體源與第二閥為流體連通。第一閥和第二閥可使原子層沉積製程的脈衝時間為約2秒或以下，例如約1秒或以下、或約0.05秒至約0.5秒。
在另一實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括一室蓋組件，且室蓋組件包含順著中心軸延伸並位於室蓋組件之中間部分的擴大通道，第一導管耦接至第一氣體通道，第一氣體通道環繞擴大通道且包含複數個延伸入擴大通道的第一入口，第二導管耦接至第二氣體通道，第二氣體通道環繞擴大通道且包含複數個延伸入擴大通道的第二入口，其中複數個第一入口和複數個第二入口係設置以提供遍及擴大通道之環形氣流圖案，第一閥耦接至第一導管，第二閥耦接至第二導管，其中第一閥和第二閥可使原子層沉積製程的脈衝時間為約2秒或以下，例如約1秒或以下、或約0.05秒至約0.5秒。
在又一實施例中，本發明提供一種沉積材料至基材上的方法，其包括放置基材於處理室內的基材支撐件上，且處理室包含室蓋組件，其中室蓋組件包含順著中心軸延伸並位於室蓋組件之中間部分的擴大通道，錐形底面從擴大通道延伸至室蓋組件的周圍，其中錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面，第一導管耦接至第一氣體通道，第一氣體通道環繞擴大通道且包含複數個延伸入擴大通道的第一入口，第二導管耦接至第二氣體通道，第二氣體通道環繞擴大通道且包含複數個延伸入擴大通道的第二入口，其中複數個第一入口和複數個第二入口係設置以提供遍及擴大通道之環形氣流圖案；使至少一載氣流過複數個第一入口或複數個第二入口而形成環形流動氣體；讓基材暴露於環形流動氣體；脈衝引入至少一前驅物至環形流動氣體中；以及沉積包含至少一源自至少一前驅物之元素的材料至基材上。
在再一實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括一室蓋組件，且室蓋組件包含位於室蓋組件之中間部分的擴大通道，其中擴大通道的上部實質上平行擴大通道之中心軸延伸，擴大通道的展開部則背離中心軸逐漸變細，擴大通道之上部的內面粗糙度比擴大通道之展開部的內面粗糙度低，錐形底面從擴大通道的展開部延伸至室蓋組件的周圍，其中錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面，第一導管耦接至擴大通道之上部的第一氣體入口，第二導管耦接至擴大通道之上部的第二氣體入口，其中第一導管和第二導管係設置以提供遍及擴大通道之環形氣流圖案。
在其他實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括一室蓋組件，且室蓋組件包含位於室蓋組件之中間部分的擴大通道，其中擴大通道的上部實質上平行擴大通道之中心軸延伸，擴大通道的展開部則背離中心軸逐漸變細，第一導管耦接至擴大通道之上部的第一氣體入口，第二導管耦接至擴大通道之上部的第二氣體入口，其中第一導管和第二導管係設置以提供環形氣流圖案，第一閥耦接至第一導管，第二閥耦接至第二導管，其中第一閥和第二閥可使原子層沉積製程的脈衝時間為約2秒或以下。室蓋組件更包含從擴大通道之展開部延伸至室蓋組件周圍的錐形底面。
在另一實施例中，本發明提供一種沉積材料至基材上的方法，其包括放置基材於處理室內的基材支撐件上，且處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含位於室蓋組件之中間部分的擴大通道，且擴大通道的上部實質上平行擴大通道之中心軸延伸，擴大通道的展開部則背離中心軸逐漸變細，錐形底面從擴大通道的展開部延伸至室蓋組件的周圍，其中錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材，第一導管耦接至擴大通道之上部的第一氣體入口，第二導管耦接至擴大通道之上部的第二氣體入口，其中第一導管和第二導管係設置以提供環形氣流圖案；使至少一載氣流過第一與第二導管而形成環形流動氣體；讓基材暴露於環形流動氣體；脈衝引入至少一前驅物至環形流動氣體中；以及沉積包含至少一源自至少一前驅物之元素的材料至基材上。環形氣流圖案包含的流動圖案選自由渦流、螺旋、盤旋、捲曲、扭曲、捲繞、漩渦和其衍生圖案所構成之群組。
在又一實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括一包含基材承接面的基材支撐件和一室蓋組件，室蓋組件在室蓋組件的中間部分包含氣體分配道。氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細，氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細，錐形底面從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件的周圍，且錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面。處理室更可包含耦接至氣體分配道之匯流部之第一氣體入口的第一導管和耦接至氣體分配道之匯流部之第二氣體入口的第二導管。第一導管和第二導管係設置以提供遍及氣體分配道之環形氣流圖案。
在再一實施例中，本發明提供一種用於處理基材的腔室，其包括一包含基材承接面的基材支撐件和一室蓋組件，室蓋組件包含順著中心軸延伸並位於室蓋組件之中間部分的擴大通道。室蓋組件更可包含從擴大通道延伸至室蓋組件周圍的錐形底面。錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面。室蓋組件還可包含耦接至第一氣體通道的第一導管和耦接至第二氣體通道的第二導管，其中各氣體通道環繞擴大通道且包含複數個延伸入擴大通道的入口。複數個入口可設置以提供遍及擴大通道之環形氣流圖案。
在一實施例中，處理室可包含耦接第一導管的第一閥和耦接第二導管的第二閥，其中第一閥與第二閥可啟動ALD製程。ALD製程的脈衝時間為約2秒或以下，例如約1秒或以下。在其他實施例中，ALD製程的脈衝時間為約0.05秒至約0.5秒。一般而言，第一氣體源與第一閥為流體連通，而第二氣體源與第二閥為流體連通。
在一些實施例中，第一導管和第二導管各自獨立設置以引導氣體分配道之匯流部之內面處的氣體。故第一導管和第二導管可各自獨立設置而傾斜於氣體分配道的中心軸(例如大於0度)。或者，複數個第一入口和複數個第二入口各自獨立設置以引導擴大通道內面處的氣體。故複數個第一入口和複數個第二入口可各自獨立設置而傾斜於擴大通道的中心軸(例如大於0度)。環形氣流圖案可包含流動圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、捲曲圖案、扭曲圖案、捲繞圖案、漩渦圖案、或其衍生圖案。環形氣流圖案可圍繞著氣體分配道或擴大通道的中心軸擴展至少約1.5圈，較佳為約2圈，更佳為約3圈，再佳為約4圈。在其他實施例中，處理室可包含位於錐形底面與基材承接面間的反應區。反應區的體積為約3000cm3 或更小。在一實施例中，體積為約1500cm3 或更小。在另一實施例中，體積為約600cm3 或更小。藉由側向放置基材支撐件可調整體積。
在另一實施例中，本發明提供一種沉積材料至基材上的方法，其包括放置基材於處理室內的基材支撐件上，且處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含位於室蓋組件之中間部分的氣體分配道。氣體分配道包含往氣體分配道之中心軸逐漸變細的匯流部和背離中心軸逐漸變細的分流部。室蓋組件更包含從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件周圍的錐形底面。錐形底面可經構形及調整大小以實質覆蓋住基材。又，室蓋組件還可包含耦接至氣體分配道之匯流部之第一氣體入口的第一導管和耦接至氣體分配道之匯流部之第二氣體入口的第二導管。第一導管和第二導管係設置以提供環形氣流圖案。
上述方法更包含經由第一與第二導管流入至少一載氣而形成環形流動氣體；讓基材暴露於環形流動氣體；脈衝引入至少一前驅物至環形流動氣體中；以及沉積包含至少一源自至少一前驅物之元素的材料至基材上。在一實施例中，至少二化學前驅物於原子層沉積製程期間相繼脈衝引進環形流動氣體中。在另一實施例中，至少三化學前驅物於原子層沉積製程期間相繼脈衝引進環形流動氣體中。
在又一實施例中，本發明提供一種沉積材料至基材上的方法，其包括放置基材於處理室內的基材支撐件上，且處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含順著中心軸延伸並位於室蓋組件之中間部分的擴大通道。室蓋組件更可包含從擴大通道延伸至室蓋組件周圍的錐形底面，其中錐形底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面。又，室蓋組件還可包含耦接至第一氣體通道的第一導管，且第一氣體通道環繞擴大通道並含有複數個延伸入擴大通道的第一入口，室蓋組件尚包含耦接至第二氣體通道的第二導管，其中第二氣體通道環繞擴大通道並含有複數個延伸入擴大通道的第二入口，複數個第一入口和複數個第二入口係設置以提供遍及擴大通道之環形氣流圖案。
上述方法更包含使至少一載氣流過複數個第一入口和複數個第二入口而形成環形流動氣體；讓基材暴露於環形流動氣體；脈衝引入至少一前驅物至環形流動氣體中；以及沉積包含至少一源自至少一前驅物之元素的材料至基材上。在一實施例中，至少二化學前驅物於原子層沉積製程期間相繼脈衝引進環形流動氣體中。在另一實施例中，至少三化學前驅物於原子層沉積製程期間相繼脈衝引進環形流動氣體中。
在再一實施例中，本發明提供一種處理室包括具基材承接面的基材支撐件和室蓋，室蓋具有位於室蓋之中間部分的通道和從通道延伸至室蓋周圍的錐形底面。室蓋的底面經構形及調整大小以實質覆蓋住基材承接面。一或多個閥耦接至通道，且一或多個氣體源耦接至各閥。在一態樣中，室蓋的底面為錐形。在另一態樣中，位於室蓋與基材承接面間的反應區可具更小的體積。在又一態樣中，通道包含自室蓋之中間部分延伸的錐形擴大通道。
在另一實施例中，本發明提供一種沉積材料層以覆蓋住基材結構的方法，其包括經由第一氣體導管輸送第一反應氣體與第一淨化氣體，其中第一反應氣體採脈衝輸送方式，第一淨化氣體則採連續輸送方式。方法更包含經由第二氣體導管輸送第二反應氣體與第二淨化氣體，其中第二反應氣體採脈衝輸送方式，第二淨化氣體則採連續輸送方式。
在又一實施例中，本發明提供一種沉積材料層以覆蓋住基材結構的方法，其包括輸送氣體至基材處理室內的基材，此包括提供一或多種氣體至基材處理室內；透過非絕熱膨脹降低氣流速度；提供氣體至基材的中間部分；以及引導氣體從基材的中間部分徑向越過基材而抵基材的周圍。
本發明之實施例提出可於原子層沉積(ALD)製程期間沉積材料的設備和方法。實施例包括ALD製程室和氣體輸送系統，其可包含擴大通道型上蓋組件、匯流/分流型上蓋組件、多路注入型上蓋組件、或擴大罩蓋型上蓋組件。
擴大通道型上蓋組件
第1圖繪示處理室200之一實施例的截面，其包括用於原子層沉積(ALD)或連續層沉積的氣體輸送系統230。處理室200包含具側壁204和底部206的室體202。處理室200的狹縫閥208可供機械裝置(未繪示)進出處理室200以傳遞及取回基材210，例如200毫米(mm)或300mm之半導體晶圓或玻璃基板。
基材支撐件212將基材210支撐於處理室200中基材承接面211上。基材支撐件212安裝至一升降馬達214，用以提高及降低基材支撐件212和放置其上的基材210。連接至升降馬達218的升降板216設於處理室200內，用以提高及降低可移動穿過基材支撐件212的升降銷220。升降銷220提高及降低基材支撐件212表面上的基材210。基材支撐件212可包括真空吸座(未繪示)、靜電吸座(未繪示)、或鉗環(未繪示)，以於製程期間將基材210固定至基材支撐件212上。
可加熱基材支撐件212來加熱放置其上之基材210。例如，可使用諸如電阻加熱器(未繪示)等之嵌設型加熱元件來加熱基材支撐件212，或者可使用諸如設於基材支撐件212上方之加熱燈(未繪示)等輻射熱進行加熱。淨化環222可置於基材支撐件212上，以界定出淨化通道224而提供淨化氣體至基材210周圍，以免沉積物沉積其上。
氣體輸送系統230設在室體202的上部，用以供給處理室202氣體，例如製程氣體及/或淨化氣體。真空系統278連接抽吸道279，以將任一預定氣體排出處理室202外，並協助處理室202之抽吸區266維持呈預定壓力或保持在預定壓力範圍。
在一實施例中，氣體輸送系統230包含室蓋組件232。室蓋組件232包括自室蓋組件232之中間部分延伸的擴大通道234和自擴大通道234延伸至室蓋組件232周圍的下表面260。下表面260經構形及調整大小以實質覆蓋基材支撐件212上的基材210。擴大通道234具有氣體入口236a、236b，用以提供來自二組相似閥242a/252a、242b/252b的氣流，其可一起或個別提供。
在一構造中，閥242a和閥242b耦接至不同的反應氣體源，但最好耦接至同一淨化氣體源。例如，閥242a耦接至反應氣體源238，閥242b耦接反應氣體源239，且二閥242a、242b均耦接至淨化氣體源240。閥242a、242b各自包括具閥座組件244a、244b的輸送管線243a、243b，閥252a、252b則各自包括具閥座組件246a、246b的排空管線245a、245b。輸送管線243a、243b連接反應氣體源238、239，並且連接擴大通道234的氣體入口236a、236b。輸送管線243a、243b的閥座組件244a、244b控制反應氣體從反應氣體源238、239流向擴大通道234。排空管線245a、245b連接淨化氣體源240，並與輸送管線243a、243b之閥座組件244a、244b下游處的輸送管線243a、243b相交。排空管線245a、245b的閥座組件246a、246b控制淨化氣體從淨化氣體源240流向擴大通道234。若載氣用來輸送反應氣體源238、239的反應氣體，則載氣與淨化氣體最好相同(例如，使用氬氣做為載氣與淨化氣體)。
閥座組件244a、244b、246a、246b各可包含隔板(未繪示)和閥座(未繪示)。施加偏壓或加以啟動可打開或關閉隔板。隔板可為氣動式或電動式。氣動閥包括可購自Fujikin公司與Veriflow公司的氣動閥。電動閥包括可購自Fujikin公司的電動閥。例如，ALD閥可採用Fujikin型號FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN或Fujikin型號FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT。可程式化邏輯控制器248a、248b耦接至閥242a、242b，用以控制閥242a、242b之閥座組件244a、244b、246a、246b的隔板之啟動。氣動閥產生的氣體脈衝週期可為0.020秒。電動閥產生的氣體脈衝週期可為0.005秒。電動閥一般需使用聯繫於閥與可程式化邏輯控制器之間的驅動器。
閥242a、242b分別可為零無效體積(zero dead volume)閥，其可於閥座組件244a、244b關閉時，沖洗輸送管線243a、243b的反應氣體。例如，排空管線245a、245b可設置鄰接輸送管線243a、243b的閥座組件244a、244b。當閥座組件244a、244b關閉時，排空管線245a、245b可供應淨化氣體來沖洗輸送管線243a、243b。在所示實施例中，排空管線245a、245b略與輸送管線243a、243b之閥座組件244a、244b相隔，如此淨化氣體於閥座組件244a、244b打開時不會直接送入閥座組件244a、244b。在此之零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
各組閥242a/252a、242b/252b可用來提供反應氣體與淨化氣體的結合氣流及/或個別氣流。參照閥242a/252a，反應氣體與淨化氣體的結合氣流例子包括來自淨化氣體源240且流經排空管線245a的連續淨化氣體，和來自反應氣體源238且流經輸送管線243a的反應氣體脈衝。藉由打開排空管線245a之閥座組件246a的隔板，可連續供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線243a之閥座組件244a的隔板，可脈衝供應反應氣體源238的反應氣體。參照閥242a/252a，反應氣體與淨化氣體的個別氣流例子包括來自淨化氣體源240且流經排空管線245a的淨化氣體脈衝和來自反應氣體源238且流經輸送管線243a的反應氣體脈衝。藉由打開及關閉排空管線245a之閥座組件246a的隔板，可脈衝供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線243a之閥座組件244a的隔板，可脈衝供應反應氣體源238的反應氣體。
閥242a、242b的輸送管線243a、243b可經由氣體導管250a、250b連接到氣體入口236a、236b。氣體導管250a、250b可為閥242a、242b的一體元件或分離元件。在一態樣中，閥242a、242b緊鄰擴大通道234，如此可減少輸送管線243a、243b和氣體導管250a、250b在閥242a、242b與氣體入口236a、236b之間不必要的配置體積。
參照第3圖，可將氣體導管250a或250b和氣體入口236a、236b與擴大通道234之縱軸290設置成任一角度關係。氣體導管250a或250b和氣體入口236a、236b較佳為垂直縱軸290(其中+β、-β=900 )、或使氣體導管250a、250b之中心線302a、302b與縱軸290夾一角度+β或-β(其中00 <+β<900 或00 <-β<900 )。如第3圖所示，氣體導管250a、250b可垂直縱軸290水平設置、或可向下傾斜+β角度或向上傾斜-β角度，使氣體流向擴大通道234壁面，而非直接往下流向基材210，此有助於降低吹落基材210表面所吸附之反應物的可能性。另外，氣體導管250a、250b自閥242a、242b之輸送管線243a、243b往氣體入口236a、236b的直徑可逐漸增加，以助於在氣體進入擴大通道234前先減慢氣流速度。例如，氣體導管250a、250b的內徑可逐漸增加，或者氣體導管250a、250b可包含多個內徑漸增的相連導管。
參照第1圖，擴大通道234包含一通道，其內徑自擴大通道234之上部237往鄰接室蓋組件232之下表面260的下部235增加。在一特定實施例中，用來處理直徑200mm之基材之腔室的擴大通道234在擴大通道234之上部237的內徑為約0.2英吋至約1.0英吋，較佳為約0.3英吋至約0.9英吋，更佳為約0.3英吋至約0.5英吋，其在擴大通道234之下部235的內徑為約0.5英吋至約3.0英吋，較佳為約0.75英吋至約2.5英吋，更佳為約1.1英吋至約2.0英吋。在另一特定實施例中，用來處理直徑300mm之基材之腔室的擴大通道234在擴大通道234之上部237的內徑為約0.2英吋至約1.0英吋，較佳為約0.3英吋至約0.9英吋，更佳為約0.3英吋至約0.5英吋，其在擴大通道234之下部235的內徑為約0.5英吋至約3.0英吋，較佳為約0.75英吋至約2.5英吋，更佳為約1.2英吋至約2.2英吋。上述尺寸通常適用於供應約500sccm至約3000sccm之總氣體流量的擴大通道。在其他特定實施例中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，擴大通道所需的直徑尺寸越大。在一實施例中，擴大通道234可構形成截短的圓錐(包括類似截短圓錐的形狀)。無論氣體是流向擴大通道234壁面、或是直接向下流向基材210，當氣體流經擴大通道234時，氣體膨脹將造成氣流速度降低。氣流速度減慢有助於降低吹落基材210表面所吸附之反應物的可能性。
不期受限於理論，咸信擴大通道234的內徑自擴大通道234之上部237往下部235增加可讓通過擴大通道234的氣體產生較少的絕熱膨脹，此有助於控制氣體溫度。例如，經由氣體入口236a、236b進入擴大通道234的氣體突然產生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導致氣體凝結而形成液滴。另一方面，咸信本發明實施例之漸增擴大通道234可使氣體產生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故藉由控制氣體的周圍溫度(即控制室蓋組件232的溫度)更易控制氣體溫度。漸增擴大通道234可包含一或多個錐形內面，例如逐漸變細的平面、凹面、凸面、或其組合面，或者可包含一或多個錐形內面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
在一實施例中，氣體入口236a、236b鄰近擴大通道234的上部237。在其他實施例中，一或多個氣體入口236a、236b沿著擴大通道234的全長設於上部237與下部235之間。
第2圖繪示第1圖實施例之室蓋組件232之擴大通道234的上剖面。氣體導管250a、250b的中心線302a、302b分別與通過擴大通道234中心的輻徑線304夾一角度α。氣體進入氣體導管250a、250b的入口較佳以傾角α(其中α>00 )設置，使得氣體依箭頭310a、310b所指之環形方向流動。以傾角α供應氣體而不直接流向擴大通道壁面(即α=00 )有助於形成層流而非紊流通過擴大通道234。咸信層流通過擴大通道234有利於清除擴大通道234的內面和室蓋組件232的其他表面。相較之下，紊流不能均勻地流過擴大通道234的內面和其他表面，並且可能含有氣流無法抵達的死角。在一態樣中，氣體導管250a、250b和對應的氣體入口236a、236b彼此間隔隔開，並以同一環形方向(即順時鐘或逆時鐘)引導氣流。
不期受限於理論，第3圖為室蓋組件232之擴大通道234的截面圖，其簡示二氣體流經其中。雖然不能確切知道通過擴大通道234的流動圖案，咸信環形流動310(第2圖之箭頭310a、310b所示)可以箭頭402a、402b(以下稱為”渦流”流動402)指示之渦流流動、螺旋流動、盤旋流動、打旋流動、快旋流動、扭曲流動、捲繞流動、曲折流動、捲曲流動、漩渦流動、或其衍生流動等方式流過擴大通道234。
如第3圖所示，環形流動形成於”處理區”、而非隔開基材210的空間。在一態樣中，因渦流流動圖案掃掠擴大通道234的整個內面，故渦流流動有助於更有效地排空擴大通道234。
在一實施例中，當不預期以盤旋流動越過基材210表面時，氣體入口236a、236b與基材210間的距離410足以讓渦流流動402向下消散流動404。咸信渦流流動402和向下流動404是以層流方式行進，如此可有效清除室蓋組件232和基材210的表面。在一特定實施例中，擴大通道234之上部237與基材210間的距離410為約3英吋至約8英吋，較佳為約3.5英吋至約7英吋，更佳為約4英吋至約6英吋，例如5英吋。
參照第1圖，至少一部分的室蓋組件232下表面260自擴大通道234往室蓋組件232周圍逐漸變細，藉以提供氣體從擴大通道234流過基材210表面(即從基材中心到基材邊緣)的較佳速度波形。下表面260可包含一或多個錐形面，例如平面、凹面、凸面、或其組合面。在一實施例中，下表面260為逐漸變細的漏斗狀。
不期受限於理論，第4圖繪示氣體在室蓋組件232下表面260與基材210表面間之二不同位置502、504的流動情形。某一位置的氣流速度理論上可以下式表示：
(1)　Q/A=V
其中，”Q”代表氣體流量，”A”為流動截面面積，”V”代表氣流速度。氣流速度反比於流動截面的面積”A”(H× 2πR)，其中”H”為流動截面的高度，2πR代表半徑為”R”之流動截面的周長。換言之，氣流速度反比於流動截面的高度”H”和流動截面的半徑”R”。
比較位置502和位置504之流動截面的速度，假設氣體流量”Q”在室蓋組件232下表面260與基材210表面間的所有位置皆相等，若流動截面的面積”A”一樣大，則氣流速度理論上亦相同。若位置502和位置504之流動截面的面積一樣大，則位置502的高度H1 應大於位置504的高度H2 。
在一態樣中，下表面260向下傾斜以減少氣流行經室蓋組件232下表面260與基材210之間的速度差異，進而使基材210表面均勻接觸反應氣體。在一實施例中，室蓋組件232之向下傾斜下表面260與基材210表面間的流動截面，其最大面積與最小面積的比例小於2，較佳為小於1.5，更佳為小於1.3，再佳為1。
不期受限於理論，咸信氣流以更均一的速度越過基材210表面可使氣體更均勻地沉積於基材210上。咸信氣流速度正比於氣體濃度，因此正比於氣體沉積於基材210表面的速率。故氣流速度較快的第一基材表面區域相對於第二基材表面區域，第一區域有更快的氣體沉積速率。咸信具向下傾斜下表面260的室蓋組件232可供氣體更均勻地沉積於整個基材210表面，此乃因向下傾斜的下表面260產生了更均一的速度，故氣體遍佈基材210表面的濃度更均勻。
參照第1圖，鄰近基材210邊緣的室蓋組件232周圍設有阻氣門(choke)262。當室蓋組件232組裝構成處理區於基材210四周時，阻氣門262包含任一限制氣體流過基材210邊緣附近區域的構件。第9A繪示阻氣門262之一實施例的截面。在此實施例中，阻氣門262包含周圍橫側部267。在一態樣中，淨化環222用來引導淨化氣體流向阻氣門262的橫側部267。第9B繪示阻氣門262之另一實施例的截面。在此實施例中，阻氣門262包含周圍向下延伸的突出部268。在一態樣中，淨化環222用來引導淨化氣體流向周圍向下延伸的突出部268。在一特定實施例中，向下延伸之突出部268的厚度為約0.01英吋至約1.0英吋，較佳為約0.01英吋至約0.5英吋。
在一特定實施例中，阻氣門262與基材支撐件212的間距為約0.04英吋至約2.0英吋，較佳為約0.04英吋至約0.2英吋。間距可依輸送氣體和沉積製程條件改變。利用阻氣門262隔開反應區264和抽吸區266(第1圖)的壓力不均勻分布區，可使室蓋組件232與基材210間所界定的體積或反應區264內的壓力分布更均勻。
參照第1圖，在一態樣中，由於反應區264和抽吸區266已經隔開，因此反應氣體或淨化氣體只需適度填充反應區264，讓基材210充分接觸反應氣體或淨化氣體。在傳統化學氣相沉積中，習知腔室需同時且均勻供應反應氣體之結合氣流至整個基材表面，以確保反應氣體均勻地在整個基材表面互相反應。在原子層沉積中，處理室200相繼引進反應氣體至基材210表面，使反應物薄層交替吸附於基材210表面。故原子層沉積不需反應氣體同時抵達基材210表面，其反而需供應足量的反應氣體使反應物薄層吸附於基材210表面。
因反應區264的體積比傳統CVD室的內部體積小，故需要較少的氣體量來填充進行原子層沉積程序之特定製程的反應區264。例如，以處理直徑200mm之基材的腔室實施例為例，反應區264的體積為約1000cm3 或更小，較佳為約500cm3 或更小，更佳為約200cm3 或更小。以處理直徑300mm之基材的腔室實施例為例，反應區264的體積為約3000cm3 或更小，較佳為約1500cm3 或更小，更佳為約600cm3 或更小。在一實施例中，可抬高或降低基材支撐件212以調整用於沉積的反應區264體積。反應區264的體積越小，需流入處理室200的沉積氣體量或淨化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室200產能及減少廢棄物，進而降低營運成本。
第1-4圖的室蓋組件232包含罩蓋272和蓋板270，其中罩蓋272和蓋板270構成擴大通道234。附加板(未繪示)或可置於罩蓋272與蓋板270之間。附加板用來調整(例如加大)罩蓋272與蓋板270的間距，藉此可改變其構成的擴大通道234長度。在其他實施例中，擴大通道234可由單一材料組成。
視待輸送的氣體而定，室蓋組件232可包括冷卻元件及/或加熱元件。控制室蓋組件232的溫度可避免氣體在室蓋組件232上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(未繪示)可設於室蓋組件232中，用以冷卻室蓋組件232。在另一實施例中，加熱元件(未繪示)可為嵌設的或圍繞室蓋組件232的零件，用以加熱室蓋組件232。在一實施例中，可獨立地加熱或冷卻室蓋組件232的零件。例如參照第1圖，室蓋組件232包含蓋板270和罩蓋272，其中蓋板270和罩蓋272構成擴大通道234。罩蓋272保持在一溫度範圍內，蓋板270則保持在另一溫度範圍內。例如，以加熱帶纏繞或使用其他加熱裝置加熱罩蓋272可防止反應氣體冷凝，且蓋板270維持呈周圍溫度。在另一實施例中，可加熱罩蓋272及利用穿設之水道冷卻蓋板270，以免反應氣體在蓋板270上進行熱分解。
室蓋組件232包含的零件可由不鏽鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其他與待進行之製程相容的適合材料組成。在一實施例中，罩蓋272含有鋁或不鏽鋼，蓋板270含有鋁。在另一實施例中，選擇性置於蓋板270與罩蓋272間的附加板含有不鏽鋼。
在一實施例中，擴大通道234的內面261(包括蓋板270與罩蓋272的內面)和室蓋組件232的下表面260包含拋光鏡面，以協助氣體沿著擴大通道234和室蓋組件232的下表面260形成層流。在另一實施例中，氣體導管250a、250b的內面可經電拋光，以助於形成層流流動的氣體。
在又一實施例中，擴大通道234的內面261(包括蓋板270與罩蓋272的內面)和室蓋組件232的下表面260包含粗糙表面或機械處理過的表面，以增加整個表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內面261和下表面260。氣相沉積製程常產生不欲得到的膜層，且可能會從內面261和下表面260剝落而污染基材210。在一實施例中，下表面260及/或內面261的平均粗糙度(Ra )至少為約10微英吋(μin)，例如為約10μin(約0.254微米(μm))至約200μin(約5.08μm)，較佳為約20μin(約0.508μm)至約100μin(約2.54μm)，更佳為約30μin(約0.762μm)至約80μin(約2.032μm)。
參照第1圖，諸如可程式化個人電腦、工作站電腦等控制單元280可耦接處理室200，用以控制製程條件。例如在基材處理程序的不同階段中，控制單元280用來控制來自各氣體源238、239、240的製程氣體和淨化氣體流過閥242a、242b。舉例來說，控制單元280包含中央處理單元(CPU)282、支援電路284、和存有相關控制軟體283的記憶體286。
控制單元280可為任一類型的通用電腦處理器，其可用於工業設定來控制各種腔室及子處理器。CPU 282可使用任一適合的記憶體286，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟機、硬碟機、或其它近端或遠端的數位儲存器。各種支援電路可連接CPU 282，用以支援處理室200。控制單元280可連接到另一鄰近單獨腔室零件的控制器，例如閥242a、242b的可程式化邏輯控制器248a、248b。透過許多訊號線(以下統稱訊號匯流排288，其部分繪於第1圖)可操作控制單元280與處理室200之其他組件的雙向通信。除了控制氣體源238、239、240的製程氣體和淨化氣體及閥242a、242b的可程式化邏輯控制器248a、248b外，控制單元280還負責自動控制其他處理晶圓的動作，例如傳送晶圓、控制溫度、排空腔室等，其部分將說明於此他處。
參照第1-4圖，運作時，機械裝置(未繪示)經由狹縫閥208將基材210傳送到處理室200。升降銷220與機械裝置協力將基材210放到基材支撐件212上。基材支撐件212抬起基材210使其緊靠室蓋組件232的下表面260。一起或個別(即脈衝供應)利用閥242a注入第一氣流至處理室200的擴大通道234及利用閥242b注入第二氣流至處理室200。第一氣流可包含來自淨化氣體源240之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源238之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源238之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源240之脈衝供應的淨化氣體。第二氣流可包含來自淨化氣體源240之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源239之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源239之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源240之脈衝供應的淨化氣體。氣流以渦流流動402圖案行經擴大通道234，藉以掃掠擴大通道234的整個內面。渦流流動402圖案朝基材210表面向下消散流動404。當氣體流經擴大通道234時，氣流速度會減慢。氣流接著流過基材210的表面和室蓋組件232的下表面260。室蓋組件232的向下傾斜下表面260有助於減少氣流越過基材210表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門262而進入處理室200的抽吸區266。過量氣體、副產物等將流入抽吸道279，然後由真空系統278排出處理室200外。在一態樣中，氣流以層流方式行經擴大通道234和基材210表面與室蓋組件232下表面260之間，如此可使反應氣體均勻接觸基材210的表面及有效清除室蓋組件232的內面。
第1-4圖的處理室200具有多項特徵。在一態樣中，處理室200提供的反應區264體積比傳統CVD室小。處理室200只需較少的反應氣體或淨化氣體來填充進行特定製程的反應區264。在另一態樣中，處理室200提供的室蓋組件232具有向下傾斜或呈漏斗狀的下表面260，如此可減少氣流行經室蓋組件232底面至基材210的速度差異。在又一態樣中，處理室200提供的擴大通道234可減慢氣流流貫的速度。在再一態樣中，處理室200提供的氣體導管與擴大通道234之中心夾一角度α。處理室200尚具其他特徵。其他用於原子層沉積的腔室實施例包含一或多個上述特徵。
例如，第7圖繪示處理室800之另一實施例，包括含有室蓋組件832的氣體輸送設備830，室蓋組件832提供小體積的反應區864和擴大通道834。處理室800的部分組件與上述第1圖之處理室200的組件相同或類似，其以同樣的元件符號表示。室蓋組件832包含實質平坦的下表面860。在一實施例中，阻氣門262與基材支撐件212的間距為約0.04英吋至約2.0英吋，較佳為約0.04英吋至約0.2英吋。
在另一實施例中，第8圖繪示處理室900之另一實施例，包括含有室蓋組件932的氣體輸送設備930，室蓋組件932提供小體積的反應區964和向下傾斜或呈漏斗狀的下表面960。處理室900的部分組件與上述第1圖之處理室200的組件相同或類似，其以同樣的元件符號表示。氣體源937經由一或多個閥941連接至通道933。在一態樣中，通道933很長，以降低經由閥941引入之氣體吹落基材210表面所吸附之反應物的可能性。
上述第1-8圖的氣體輸送設備230、830、930包含室蓋組件232、832、932，其當作室體202的上蓋。在又一實施例中，室蓋組件232、832、932包含任一置於基材支撐件212上方的覆蓋構件，以定出反應區264、864、964，而減少基材處理期間必須流入的氣體量。在其他實施例中，室蓋組件232、832、932可代替或結合基材支撐件212並上下移動來調整反應區264、864、964的體積。
第1圖的氣體輸送系統230包括二組耦接反應氣體源238、239和淨化氣體源240的閥242a/252a、242b/252b。在其他實施例中，氣體輸送系統230包含一或多個以不同構造耦接單一或複數個氣體源的閥。第1-3圖的處理室200利用二組閥242a/252a、242b/252b一起或個別供應二氣體入口236a、236b的氣流。第5圖繪示室蓋組件232之另一擴大通道634實施例的上剖面，其用來接收從耦接單一或複數個閥之氣體導管650流經氣體入口636的單一氣流。氣體導管650的中心線602與通過擴大通道634中心的輻徑線604夾一角度α。以傾角α(其中α>00 )設置的氣體導管650可使氣體依箭頭610所指之環形方向流動。第6圖繪示室蓋組件232之又一擴大通道734實施例的上剖面，其用來接收三種氣流，且氣流一起、部分一起(即兩種一起)、或個別從三氣體導管750a、750b、750c流經三氣體入口736A、736B、736C，導管分別耦接單一或複數個閥。氣體導管750a、750b、750c的中心線702與通過擴大通道734中心的輻徑線704夾一角度α。以傾角α(其中α>00 )設置的氣體導管750a、750b、750c可使氣體依箭頭710所指之環形方向流動。
第1-8圖所述之具氣體輸送設備230、830、930的處理室200、800、900實施例、第10A-17D圖所述之室蓋組件1032、1232、1632與處理室1100、1500、1700實施例、和第18A-18H圖所述之氣體輸送組件1800a、1800c、1800e、1800g實施例有利於用來原子層沉積包括鉭、鈦、鎢、釕、鉿、和銅等元素，但不以此為限、或者用來原子層沉積化合物或合金/複合材料層，包括氮化鉭、氮化矽鉭、氮化鈦、氮化矽鈦、氮化鎢、氮化矽鎢、和鋁銅，但不以此為限。第1-8圖所述之具氣體輸送設備230、830、930的處理室200、800、900實施例亦有利於用來化學氣相沉積不同材料。
為清楚說明，將以第1-4圖之處理室200進行原子層沉積氮化鉭層為例詳細說明原子層沉積製程。在一態樣中，原子層沉積氮化鉭層包括相繼脈衝供應鉭前驅物和氮前驅物至處理室200，其中各脈衝間穿插流入淨化氣體及/或排空腔室來移除任一過量反應物，以免鉭前驅物與氮前驅物產生氣相反應、及移除任一反應副產物。在每一循環過程中，相繼供應鉭前驅物和氮前驅物可輪流吸附鉭前驅物單層和氮前驅物單層，進而形成氮化鉭單層於基材結構上。在此之「基材結構」是指基材和形成於其上之材料層，例如介電層。
咸信吸附諸如鉭前驅物與氮前驅物之反應物單層的吸附製程屬自限吸附，在一特定脈衝期間，因基材結構表面用來吸附反應物的基點(site)數量有限，故基材結構表面只吸附一單層。諸如鉭前驅物或氮前驅物之反應物一旦佔滿基點，將無法進一步吸附反應物。可反覆進行循環過程直到氮化鉭層達預定厚度。
氣體源238可經由閥242a脈衝供應鉭前驅物，例如五(二甲基醯胺基)鉭(PDMAT；Ta(NMe2 )5 )。鉭前驅物可伴隨供應載氣，包括氦氣(He)、氬氣(Ar)、氮氣(N2 )、氫氣(H2 )、和其組合氣體，但不以此為限。氣體源239可經由閥242a脈衝供應氮前驅物，例如氨氣(NH3 )。載氣也可協助輸送氮前驅物。氣體源240可經由閥242a及/或經由閥242b引進淨化氣體，例如氬氣。在一態樣中，氣體源240可經由閥242a、242b連續供應淨化氣體，其當作脈衝供應鉭前驅物與氮前驅物之間的淨化氣體及當作脈衝供應鉭前驅物與氮前驅物期間的載氣。在一態樣中，透過二氣體導管250a、250b輸送淨化氣體相較於只透過氣體導管250a或250b輸送淨化氣體更能充分清除反應區264。在一態樣中，由於反應物吸附於基材結構表面的過程屬自限吸附製程，以致諸如鉭前驅物或氮前驅物之反應氣體的流動均一性不像淨化氣體的流動均一性般重要，因此可經由氣體導管250a或250b輸送反應氣體。在其他實施例中，可脈衝供應淨化氣體。在其他實施例中，淨化氣體可包含兩種以上或以下的氣流。在其他實施例中，鉭前驅氣體可包含超過一種的氣流(即二或多種氣流)。在其他實施例中，氮前驅氣體可包含超過一種的氣流(即二或多種氣流)。
鉭前驅物的其他例子包括其他金屬有機前驅物或其衍生物，例如五(乙基甲基醯胺基)鉭(PEMAT；Ta(N(Et)Me)5 )、五(二乙基醯胺基)鉭(PDEAT；Ta(NEt2 )5 )、和PEMAT、PDEAT或PDMAT的衍生物，但不以此為限。其他鉭前驅物的例子還包括TBTDET(Ta(NEt2 )3 NC4 H9 或C16 H39 N4 Ta)、和鹵化鉭(例如TaX5 ，其中X為氟(F)、溴(Br)或氯(Cl))、及/或其衍生物，但不以此為限。其他氮前驅物的例子包括氮氫化物(Nx Hy ，x、y為整數)，例如聯胺(N2 H4 )、二甲基聯胺((CH3 )2 N2 H2 )、三丁基聯胺(C4 H9 N2 H3 )、苯聯胺(C6 H5 N2 H3 )、其他聯胺衍生物、氮電漿源(如N2 、N2 /H2 、NH3 或N2 H4 電漿)、2,2’-偶氮三丁烷((CH3 )6 C2 N2 )、乙基疊氮(C2 H5 N3 )、和其他適合氣體，但不以此為限。其他淨化氣體或載氣的例子包括氦氣(He)、氮氣(N2 )、氫氣(H2 )、其他氣體、和其組合氣體，但不以此為限。
氮化鉭層的形成一開始可為鉭前驅物單層吸附於基材上，接著為氮前驅物單層吸附。或者，氮化鉭層的形成一開始可為氮前驅物單層吸附於基材上，接著為鉭前驅物單層吸附。又，在其他實施例中，於脈衝供應反應氣體之間獨自進行幫浦排氣可防止反應氣體混合。
鉭前驅物的脈衝持續時間、氮前驅物的脈衝持續時間、和穿插各反應物脈衝間之淨化氣體的通入時間可視所用沉積室的體積容量和與之耦接的真空系統而改變。例如，(1)氣體室壓越低，需要越長的脈衝時間；(2)氣體流量越低，則提高及穩定室壓的時間越長，需要越長的脈衝時間；(3)腔室體積越大，則填充腔室的時間越長，以致穩定室壓的時間越長，需要越長的脈衝時間。同樣地，各脈衝的間隔時間也可視處理室的體積容量和與之耦接的真空系統改變。一般而言，鉭前驅物或氮前驅物的脈衝持續時間應足夠讓化合物單層吸附。在一態樣中，當脈衝供給氮前驅物時，鉭前驅物脈衝仍在腔室內。一般而言，淨化氣體的通入時間及/或幫浦排氣時間應夠長而足以避免鉭前驅物與氮前驅物於反應區混合。
鉭前驅物的脈衝時間通常為約1.0秒或以下，氮前驅物的脈衝時間通常為約1.0秒或以下，此一般已足夠讓單層輪流吸附於基材結構上。鉭前驅物脈衝與氮前驅物脈衝的間隔時間為約1.0秒或以下，無論是連續或脈衝通入淨化氣體，此時間一般已足以避免鉭前驅物與氮前驅物於反應區混合。當然，延長反應物的脈衝時間可確保鉭前驅物與氮前驅物進行吸附，而延長各反應物脈衝的間隔時間可確保移除反應副產物。
在原子層沉積期間，基材210可大略維持在選用之鉭前驅物的熱分解溫度以下。用於鉭前驅物的加熱器溫度例如介於約20℃至約500℃之間，且室壓小於約100托耳(Torr)，較佳為小於約50托耳。若含鉭氣體為PDMAT，則加熱器溫度較佳為介於約100℃至約300℃之間，更佳為介於約175℃至約250℃之間，且室壓為介於約1.0托耳至約5.0托耳。應理解其他實施例也可採用其他溫度與壓力範圍。例如，可採用大於熱分解溫度的溫度。然而，溫度宜選擇讓吸附製程具超過50%的沉積活性。在另一實施例中，採用溫度大於熱分解溫度，以致各前驅物沉積期間的分解量有限，因此生長模式會類似原子層沉積的生長模式。
利用第1-4圖之處理室200進行原子層沉積氮化鉭的製程實施例包括經由閥242a脈衝供應來自氣體源238的五(二甲基醯胺基)鉭(PDMAT)，其流量為約100sccm至約1000sccm，較佳為約100sccm至約400sccm，且因反應區264的體積較小，故脈衝時間為約0.5秒或以下、約0.1秒或以下、或約0.05秒或以下。經由閥242b脈衝供應來自氣體源239之氨氣的流量為約100sccm至約1000sccm，較佳為約200sccm至約600sccm，且因反應區264的體積較小，故脈衝時間為約0.5秒或以下、約0.1秒或以下、或約0.05秒或以下。經由閥242a、242b可連續供應來自氣體源240的淨化氬氣，其流量為約100sccm至約1000sccm，較佳為約100sccm至約400sccm。因反應區264的體積較小，故鉭前驅物脈衝與氮前驅物脈衝的間隔時間為約0.5秒或以下、約0.1秒或以下、或約0.07秒或以下。咸信反應氣體及/或淨化氣體充滿反應區264的脈衝時間需為約0.016秒或以上。加熱器溫度較佳保持為約100℃至約300℃，而室壓維持呈約1.0托耳至約5.0托耳。此製程每次循環所形成的氮化鉭層厚度為約0.5埃()至約1.0埃。可反覆進行上述交替程序直到達成預定厚度。
在一實施例中，諸如氮化鉭層之沉積層覆蓋側壁的厚度為約50埃或以下。在另一實施例中，沉積層覆蓋側壁的厚度為約20埃或以下。在又一實施例中，沉積層覆蓋側壁的厚度為約10埃或以下。厚度達約10埃或以下的氮化鉭層咸信已足以做為防止銅擴散的阻障層。在一態樣中，薄阻障層有利於填充高深寬比(例如大於5：1)的次微米(例如小於0.15微米)和更小特徵結構。當然沉積層覆蓋側壁的厚度也可大於50埃。
原子層沉積之實施例已以反應物單層吸附於基材上為例說明如上。本發明尚包括沉積多於或少於一反應物單層的實施例。本發明還包括不以自限方式沉積反應物的實施例。本發明亦包括主要進行化學氣相沉積製程且相繼或同時輸送反應物的實施例。
匯流/分流型上蓋組件
第10A-10F圖繪示根據另一實施例之用於ALD製程的室蓋組件1032。如第10A圖所示，室蓋組件1032包含設於蓋板1070中間部分的罩蓋1072。氣體導管1050a的一端耦接並與罩蓋1072為流體連通，氣體導管1050a的另一端則貫穿蓋板1070且耦接及與ALD閥和化學前驅物源為流體連通。在一實施例中，氣體導管1050a直接耦接並與氣體分配道1028為流體連通。或者，氣體導管1050a例如經由氣體導管1068a(第10F圖)間接耦接及與氣體分配道1028為流體連通。
氣體導管套1052可包含至少一氣體導管、或可包含二個、三個、或更多個氣體導管。第10D-10E圖繪示的氣體導管套1052包含氣體導管1050b、1050c。在一實施例中，氣體導管1050b的一端耦接並與罩蓋1072為流體連通，氣體導管1050b的另一端則延伸穿過蓋板1070且耦接及與ALD閥和化學前驅物源為流體連通。在另一實施例中，氣體導管1050b或1050c直接耦接並與氣體分配道1028為流體連通。或者，氣體導管1050b或1050c例如經由氣體導管1068b(第10F圖)間接耦接及與氣體分配道1028為流體連通。
在一些實施例中，氣體導管1050c為選用的。氣體導管1050c的一端耦接並與罩蓋1072為流體連通，氣體導管1050b的另一端則延伸穿過蓋板1070且耦接及與ALD閥和氣體源為流體連通，例如載氣源、淨化氣體源、電漿氣體源、或化學前驅物源。在另一實施例中，氣體導管1050c耦接及與罩蓋1072的上表面為流體連通。在又一實施例中，氣體導管1050c例如透過Y型接頭連結氣體導管1050b，並且耦接及與氣體導管1068b為流體連通。
第10A-10F圖的室蓋組件1032包含罩蓋1072和蓋板1070，其中罩蓋1072和蓋板1070構成氣體分配道1028。附加板(未繪示)或可置於蓋板1070與罩蓋1072之間。溝槽1074內的銷1076連接蓋板1070和罩蓋1072(第10D圖)。附加板用來調整(例如加大)罩蓋1072與蓋板1070之間的間距，藉此可改變穿設於其中的氣體分配道1028之長度。在另一實施例中，選擇性置於蓋板1070與罩蓋1072間的附加板含有不鏽鋼。在其他實施例中，氣體分配道1028可由單一材料組成。
視待輸送的氣體而定，室蓋組件1032可包括冷卻元件及/或加熱元件。控制室蓋組件1032的溫度可避免氣體在室蓋組件1032上分解、沉積、或冷凝。例如，冷卻道1090可設於室蓋組件1032中，用以冷卻室蓋組件1032。在另一實施例中，加熱元件(未繪示)可為嵌設的或圍繞室蓋組件1032的零件，用以加熱室蓋組件1032。在一實施例中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1032的零件。例如參照第10A圖，室蓋組件1032包含蓋板1070和罩蓋1072，其中蓋板1070和罩蓋1072構成氣體分配道1028。罩蓋1072保持在一溫度範圍內，蓋板1070則保持在另一溫度範圍內。例如，以加熱帶纏繞或使用其他加熱裝置加熱罩蓋1072可防止反應氣體冷凝，且蓋板1070維持呈周圍溫度。在另一實施例中，可加熱罩蓋1072及利用水道冷卻蓋板1070，以免反應氣體在蓋板1070上進行熱分解。
室蓋組件1032包含的零件可由不鏽鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其他與待進行之製程相容的適合材料組成。在一實施例中，罩蓋1072和蓋板1070為各自製造、機械加工、鍛造，或者其可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不鏽鋼、其合金、或其組合物。
在一實施例中，氣體分配道1028和室蓋組件1032的下表面1060包含拋光鏡面，以協助氣體沿著氣體分配道1028和室蓋組件1032的下表面1060形成層流。在另一實施例中，氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、或1068b的內面可經電拋光，以助於形成層流流動的氣體。
在一實施例中，氣體分配道1028的內面1035a、1035b、1035c和室蓋組件1032的下表面1060包含拋光鏡面，以協助氣體沿著氣體分配道1028和室蓋組件1032的下表面1060形成層流。在另一實施例中，氣體導管1050a、1050b、1050c的內面可經電拋光，以助於形成層流流動的氣體。
在又一實施例中，氣體分配道1028的內面1035a、1035b、1035c和室蓋組件1032的下表面1060包含粗糙表面或機械處理過的表面，以增加整個表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內面1035a、1035b、1035c和下表面1060。氣相沉積製程常產生不欲得到的膜層，且可能會從內面1035a、1035b、1035c和下表面1060剝落而污染基材1010。在一實施例中，內面1035a、1035b及/或1035c、和下表面1060的平均粗糙度(Ra )至少為約10μin，例如為約10μin(約0.254μm)至約200μin(約5.08μm)，較佳為約20μin(約0.508μm)至約100μin(約2.54μm)，更佳為約30μin(約0.762μm)至約80μin(約2.032μm)。
第10D-10F圖繪示室蓋組件1032的截面，其包含延伸穿過蓋板1070中間部分的氣體分配道1028。氣體分配道1028的延伸方向通常為垂直ALD製程期間位於室蓋組件1032下方的基材。氣體分配道1028沿著罩蓋1072的中心軸1033延伸穿過蓋板1070而抵下表面1060。氣體分配道1028的幾何形狀類似含有匯流上部與分流下部的沙漏。匯流道1034a為氣體分配道1028的一部分，其位於氣體分配道1028的上部1037並往中心軸1033逐漸變細。分流道1034b為氣體分配道1028的一部分，其位於氣體分配道1028的下部1035並背離中心軸1033逐漸變細。節流圈1036為隔開匯流道1034a與分流道1034b的細窄通道。氣體分配道1028更延伸越過下表面1060而進入反應區1064。氣體分配道1028包含內面1035a-1035c，如此匯流道1034a具有內面1035a，分流道1034b具有內面1035b，而蓋板1070具有內面1035c。下表面1060從分流道1034b延伸到阻氣門1062。下表面1060經構形及調整大小以實質覆蓋ALD製程期間位於室蓋組件1032下方的基材。
第10A-10F圖的室蓋組件1032可使基材接觸至少二氣體源或化學前驅物。在其他實施例中，氣體輸送系統1130可重新配置使基材接觸單一氣體源(如第5圖所示)、或接觸三或更多氣體源或化學前驅物(如第6圖所示)。
在第10E圖中，當呈環形氣流1020的製程氣體通過節流圈1036時，其被迫繞著氣體分配道1028之中心軸1033擴展的圈數相較於類似構造但不具節流圈1036的處理室還多。環形氣流1020可包含流動圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、捲曲圖案、扭曲圖案、捲繞圖案、漩渦圖案、或其衍生圖案。環形氣流1020繞著氣體分配道1028的中心軸1033擴展至少約1圈，較佳為至少約1.5圈，更佳為至少約2圈，再佳為至少約3圈，又再佳為至少約4圈或以上。
參照第10A-10F圖，可將氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b和氣體入口1038a、1038b與氣體分配道1028之中心軸1033設置成任一角度關係。氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a或1068b、或氣體入口1038a或1038b較佳為垂直中心軸1033(其中+β、-β=900 )、或使各氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a或1068b、或氣體入口1038a或1038b之中心線與中心軸1033夾一角度+β或-β(其中如第11C圖之中心軸1133所示，00 <+β<900 或00 <-β<900 )。氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b和氣體入口1038a、1038b可垂直中心軸1033水平設置、或可向下傾斜+β角度或向上傾斜-β角度，使氣體流向氣體分配道1028壁面，而非直接往下流向基材，此有助於降低吹落基材表面所吸附之反應物的可能性。另外，氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b自輸送管線或ALD閥往氣體入口1038a、1038b的直徑可逐漸增加，以助於在氣體進入氣體分配道1028前先減慢氣流速度。例如，氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b的內徑可逐漸增加，或者其可包含多個內徑漸增的相連導管。
第10D-10F圖繪示之氣體分配道1028在匯流道1034a的內徑從上部1037沿著中心軸1033往節流圈1036逐漸縮減。又，氣體分配道1028在分流道1034b的內徑從節流圈1036沿著中心軸1033往鄰接室蓋組件1032下表面1060的下部1035逐漸增加。
在一實施例中，用於處理直徑300mm之基材的室蓋組件1032具有下列尺寸。氣體分配道1028在上部1037的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。氣體分配道1028在節流圈1036的直徑為約0.1英吋至約1.5英吋，較佳為約0.3英吋至約0.9英吋，更佳為約0.5英吋至約0.8英吋，例如約0.66英吋。氣體分配道1028在下部1035的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。
上述尺寸通常適用於供應約500sccm至約3000sccm之總氣體流量的氣體分配道1028。在其他特定實施例中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，氣體分配道1028所需的直徑尺寸越大。
不期受限於理論，咸信氣體分配道1028的直徑自氣體分配道1028之上部1037往節流圈1036縮減且自節流圈1036往氣體分配道1028之下部1035增加可讓通過氣體分配道1028的氣體產生較少的絕熱膨脹，此有助於控制環形氣流1020內的製程氣體溫度。例如，經由氣體入口1038a、1038b進入氣體分配道1028的氣體突然產生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導致氣體凝結而形成液滴。另一方面，咸信逐漸變細的氣體分配道1028可使氣體產生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故藉由控制氣體的周圍溫度(即控制室蓋組件1032的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1028可逐漸變細，且可包含一或多個錐形內面，例如逐漸變細的平面、凹面、凸面、或其組合面，或者可包含一或多個錐形內面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
在一實施例中，如第10F圖所示，氣體入口1038a、1038b鄰近氣體分配道1028的上部1037。在其他實施例中，一或多個氣體入口1038a、1038b沿著氣體分配道1028的全長設於上部1037與下部1035之間。
氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、或1068b的中心線分別與氣體分配道1028的輻徑線夾一角度α，此類似第11C圖，其中氣體導管1150a、1150b的中心線1176a、1176b分別與通過氣體分配道1028中心的輻徑線夾一角度α。氣體進入氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b的入口較佳以傾角α(其中α>00 )設置，使得氣體依環形氣流1020(第10E圖)所指之環形方向流動。以傾角α供應氣體而不直接流向擴大通道壁面(即α=00 )有助於形成層流而非紊流通過氣體分配道1028。咸信層流通過氣體分配道1028有利於清除氣體分配道1028的內面和室蓋組件1032的其他表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1028的內面和其他表面，並且可能含有氣流無法抵達的死角。在一態樣中，氣體導管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b和對應的氣體入口1038a、1038b彼此間隔隔開，並以同一環形方向(即順時鐘或逆時鐘)引導氣流。
不期受限於理論，第10E-10F圖為室蓋組件1032之氣體分配道1028的截面圖，其簡示氣體流經其中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1028的流動圖案，咸信環形氣流1020(第10E圖)可以渦流流動、螺旋流動、盤旋流動、打旋流動、快旋流動、扭曲流動、捲繞流動、曲折流動、捲曲流動、漩渦流動、或其衍生流動等方式流過氣體分配道1028。環形流動形成於”處理區”、而非隔開基材的空間。在一態樣中，因渦流流動圖案掃掠氣體分配道1028的整個內面，故環形氣流1020有助於更有效地排空氣體分配道1028。
參照第10D圖，至少一部分的室蓋組件1032下表面1060自氣體分配道1028往室蓋組件1032周圍逐漸變細，藉以提供氣體從氣體分配道1028流過基材表面(即從基材中心到基材邊緣)的較佳速度波形。下表面1060可包含一或多個錐形面，例如平面、凹面、凸面、或其組合面。在一實施例中，下表面1060為逐漸變細的漏斗狀。
在一實施例中，下表面1060向下傾斜以減少製程氣體行經室蓋組件1032下表面1060至基材的速度差異，進而使基材表面均勻接觸反應氣體。在一實施例中，室蓋組件1032之向下傾斜下表面1060與基材表面間的流動截面，其最大面積與最小面積的比例小於2，較佳為小於1.5，更佳為小於1.3，再佳為1。
不期受限於理論，咸信氣流以更均一的速度越過基材表面可使氣體更均勻地沉積於基材上。咸信氣流速度正比於氣體濃度，因此正比於氣體沉積於基材表面的速率。故氣流速度較快的第一基材表面區域相對於第二基材表面區域，第一區域有更快的氣體沉積速率。咸信具向下傾斜下表面1060的室蓋組件1032可供氣體更均勻地沉積於整個基材表面，此乃因下表面1060產生了更均一的速度，故氣體遍佈基材表面的濃度更均勻。
參照第10C-10E圖，鄰近ALD製程期間放置之基材邊緣的室蓋組件1032周圍設有阻氣門1062。當室蓋組件1032組裝構成處理區於基材四周時，阻氣門1062包含任一限制氣體流過基材邊緣附近區域的構件。
如第10A-10D圖所示，具有把手1082的室蓋套1080可蓋住罩蓋1072、氣體導管1050a、氣體導管套1052、和一部分的蓋板1070上表面。室蓋組件1032的溫度可由液體冷卻系統控制，其連接水套，例如延伸穿過蓋板1070的冷卻道1090。諸如水之冷卻流體流過冷卻道1090而移除蓋板1070的熱量。冷卻劑連結件1092a、1092b藉由軟管或管子連接至冷卻道1090。冷卻劑連結件1092a、1092b的另一端藉由軟管或管子連接至流體源和流體回收器，例如內設的冷卻系統或獨立的冷卻系統。冷卻劑連結件1092a、1092b藉由支撐架1094連接至蓋板1070。流過冷卻道1090的液體可包括水、油、乙醇、乙二醇、乙二醇醚、或其他有機溶劑。在一實施例中，蓋板1070或室蓋組件1032的溫度可維持在約0℃至約100℃之間，較佳為約18℃至約65℃之間，更佳為約20℃至約50℃之間。
第11A-11C圖繪示處理室1100之一實施例的截面，其包括適用於ALD製程的氣體輸送系統1130。處理室1100包含具側壁1104和底部1106的室體1102。處理室1100的狹縫閥1108可供機械裝置(未繪示)進出處理室1100以傳遞及取回基材1110，例如200mm或300mm之半導體晶圓或玻璃基板。
基材支撐件1112將基材1110支撐於處理室1100中的基材承接面1111上。基材支撐件1112設有升降馬達1114，用以提高及降低基材支撐件1112和放置其上的基材1110。連接升降馬達1118的升降板1116設於處理室1100內，用以提高及降低可移動穿過基材支撐件1112的升降銷1120。基材支撐件1112可包括真空吸座(未繪示)、靜電吸座(未繪示)、或鉗環(未繪示)，以於沉積製程期間固定基材支撐件1112上的基材1110。
藉由調整基材支撐件1112的溫度可控制放置其上的基材1110溫度。例如，可使用諸如電阻加熱器(未繪示)等嵌設型加熱元件加熱基材支撐件1112，或者可使用諸如設於基材支撐件1112上方之加熱燈(未繪示)等輻射熱來進行加熱。淨化環1122可置於基材支撐件1112上，以定出淨化通道1124而提供淨化氣體至基材1110周圍，以免沉積物沉積其上。
氣體輸送系統1130設在室體1102的上部，用以供給處理室1100氣體，例如製程氣體及/或淨化氣體。第11A-11C圖的氣體輸送系統1130可使基材1110接觸至少二氣體源或化學前驅物。在其他實施例中，氣體輸送系統1130可重新配置使基材1110接觸單一氣體源(如第5圖所示)、或接觸三或更多氣體源或化學前驅物(如第6圖所示)。真空系統1178連接抽吸道1179，以將任一預定氣體排出處理室1100外，並協助處理室1100之抽吸區1166維持呈預定壓力或保持在預定壓力範圍。
在一實施例中，氣體輸送系統1130包含室蓋組件1132，其具延伸穿過室蓋組件1132之中間部分的氣體分配道1128。氣體分配道1128的延伸方向為垂直基材承接面1111，並且沿著氣體分配道1128之中心軸1133延伸穿過蓋板1170而抵下表面1160。匯流道1134a為氣體分配道1128的一部分，其位於氣體分配道1128的上部1137並往中心軸1133逐漸變細。分流道1134b為氣體分配道1128的一部分，其位於氣體分配道1128的下部1135並背離中心軸1133逐漸變細。節流圈1131為隔開匯流道1134a與分流道1134b的細窄通道。氣體分配道1128更延伸越過下表面1160而進入反應區1164。下表面1160從分流道1134b延伸到阻氣門1162。下表面1160經構形及調整大小以實質覆蓋位於基材支撐件1112之基材承接面1111上的基材1110。
當呈環形氣流1174的製程氣體通過節流圈1131時，其被迫繞著氣體分配道1128之中心軸1133擴展的圈數比類似構造但不具節流圈1131的處理室還多。環形氣流1174可包含流動圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、捲曲圖案、扭曲圖案、捲繞圖案、漩渦圖案、或其衍生圖案。環形氣流1174繞著氣體分配道1128的中心軸1133擴展至少約1圈，較佳為至少約1.5圈，更佳為至少約2圈，再佳為至少約3圈，又再佳為至少約4圈或以上。
氣體分配道1128具有氣體入口1136a、1136b，用以提供來自二組相似閥1142a/1152a、1142b/1152b的氣流，其可一起或個別提供。在一構造中，閥1142a和閥1142b耦接不同的反應氣體源，但最好耦接同一淨化氣體源。例如，閥1142a耦接反應氣體源1138，閥1142b耦接反應氣體源1139，且二閥1142a、1142b均耦接淨化氣體源1140。閥1142a、1142b各自包括具閥座組件1144a、1144b的輸送管線1143a、1143b，閥1152a、1152b則各自包括具閥座組件1146a、1146b的排空管線1145a、1145b。輸送管線1143a、1143b連接反應氣體源1138、1139，並且連接氣體分配道1128的氣體入口1136a、1136b。輸送管線1143a、1143b的閥座組件1144a、1144b控制反應氣體從反應氣體源1138、1139流向氣體分配道1128。排空管線1145a、1145b連接淨化氣體源1140，並與輸送管線1143a、1143b之閥座組件1144a、1144b下游處的輸送管線1143a、1143b相交。排空管線1145a、1145b的閥座組件1146a、1146b控制淨化氣體從淨化氣體源1140流向氣體分配道1128。若載氣用來輸送反應氣體源1138、1139的反應氣體，則載氣與淨化氣體最好相同(例如，使用氬氣做為載氣與淨化氣體)。
閥座組件1144a、1144b、1146a、1146b各可包含隔板(未繪示)和閥座(未繪示)。施加偏壓或加以啟動可打開或關閉隔板。隔板可為氣動式或電動式。氣動閥包括可購自Fujikin公司與Veriflow公司的氣動閥。電動閥包括可購自Fujikin公司的電動閥。例如，ALD閥可採用Fujikin型號FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN或Fujikin型號FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT。可程式化邏輯控制器1148a、1148b耦接閥1142a、1142b，用以控制啟動閥1142a、1142b之閥座組件1144a、1144b、1146a、1146b的隔板。氣動閥產生的氣體脈衝週期可為0.020秒。電動閥產生的氣體脈衝週期可為0.005秒。電動閥一般需使用聯繫閥與可程式化邏輯控制器的驅動器。
閥1142a、1142b分別可為零無效體積閥，其可於閥座組件1144a、1144b關閉時，沖洗輸送管線1143a、1143b的反應氣體。例如，排空管線1145a、1145b可設置鄰接輸送管線1143a、1143b的閥座組件1144a、1144b。當閥座組件1144a、1144b關閉時，排空管線1145a、1145b可供應淨化氣體來沖洗輸送管線1143a、1143b。在一實施例中，排空管線1145a、1145b略與輸送管線1143a、1143b之閥座組件1144a、1144b相隔，如此淨化氣體於閥座組件1144a、1144b打開時不會直接送入閥座組件1144a、1144b。在此之零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
各組閥1142a/1152a、1142b/1152b可用來提供反應氣體與淨化氣體的結合氣流及/或個別氣流。參照閥1142a/1152a，反應氣體與淨化氣體的結合氣流例子包括淨化氣體源1140的淨化氣體連續流過排空管線1145a和反應氣體源1138的反應氣體脈衝流過輸送管線1143a。藉由打開排空管線1145a之閥座組件1146a的隔板，可連續供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線1143a之閥座組件1144a的隔板，可脈衝供應反應氣體源1138的反應氣體。參照閥1142a/1152a，反應氣體與淨化氣體的個別氣流例子包括流經排空管線1145a且來自淨化氣體源1140的淨化氣體脈衝和流經輸送管線1143a且來自反應氣體源1138的反應氣體脈衝。藉由打開及關閉排空管線1145a之閥座組件1146a的隔板，可脈衝供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線1143a之閥座組件1144a的隔板，可脈衝供應反應氣體源1138的反應氣體。
閥1142a、1142b的輸送管線1143a、1143b可經由氣體導管1150a、1150b連接到氣體入口1136a、1136b。氣體導管1150a、1150b可為閥1142a、1142b的一體元件或分離元件。在一態樣中，閥1142a、1142b緊鄰氣體分配道1128，如此可減少輸送管線1143a、1143b和氣體導管1150a、1150b在閥1142a、1142b與氣體入口1136a、1136b之間不必要的配置體積。
參照第11C圖，可將氣體導管1150a、1150b和氣體入口1136a、1136b與氣體分配道1128之中心軸1133設置成任一角度關係。氣體導管1150a、1150b和氣體入口1136a、1136b較佳為垂直中心軸1133(其中+β、-β=900 )、或使氣體導管1150a、1150b之中心線1176a、1176b與中心軸1133夾一角度+β或-β(其中00 <+β<900 或00 <-β<900 )。氣體導管1150a、1150b可垂直中心軸1133水平設置、或可向下傾斜+β角度或向上傾斜-β角度，使氣體流向氣體分配道1128壁面，而非直接往下流向基材1110，此有助於降低吹落基材1110表面所吸附之反應物的可能性。另外，氣體導管1150a、1150b自閥1142a、1142b之輸送管線1143a、1143b往氣體入口1136a、1136b的直徑可逐漸增加，以助於在氣體進入氣體分配道1128前先減慢氣流速度。例如，氣體導管1150a、1150b的內徑可逐漸增加，或者其可包含多個內徑漸增的相連導管。
第11C圖繪示之氣體分配道1128在匯流道1134a的內徑從上部1137沿著中心軸1133往節流圈1131逐漸縮減。又，氣體分配道1128在分流道1134b的內徑從節流圈1131沿著中心軸1133往鄰接室蓋組件1132下表面1160的下部1135逐漸增加。在一實施例中，用於處理直徑300mm之基材的處理室1100具有下列尺寸。氣體分配道1128在上部1137的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。氣體分配道1128在節流圈1131的直徑為約0.1英吋至約1.5英吋，較佳為約0.3英吋至約0.9英吋，更佳為約0.5英吋至約0.8英吋，例如約0.66英吋。氣體分配道1128在下部1135的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。
上述尺寸通常適用於供應約500sccm至約3000sccm之氣體流量的氣體分配道1128。在其他特定實施例中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，氣體分配道1128所需的直徑尺寸越大。
不期受限於理論，咸信氣體分配道1128的直徑自氣體分配道1128之上部1137往節流圈1131縮減且自節流圈1131往氣體分配道1128之下部1135增加可讓通過氣體分配道1128的氣體產生較少的絕熱膨脹，此有助於控制環形氣流1174內的製程氣體溫度。例如，經由氣體入口1136a、1136b進入氣體分配道1128的氣體突然產生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導致氣體凝結而形成液滴。另一方面，咸信逐漸變細的氣體分配道1128可使氣體產生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故藉由控制氣體的周圍溫度(即控制室蓋組件1132的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1128可逐漸變細，且可包含一或多個錐形內面，例如逐漸變細的平面、凹面、凸面、或其組合面，或者可包含一或多個錐形內面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
在一實施例中，氣體入口1136a、1136b鄰近氣體分配道1128的上部1137。在其他實施例中，一或多個氣體入口1136a、1136b沿著氣體分配道1128的全長設於上部1137與下部1135之間。
氣體導管1150a、1150b的中心線分別與氣體分配道1128的輻徑線夾一角度α，此類似第11C圖，其中氣體導管1150a、1150b的中心線1176a、1176b分別與通過氣體分配道1128中心的輻徑線夾一角度α。氣體進入氣體導管1150a、1150b的入口較佳以傾角α(其中α>00 )設置，使得氣體依環形氣流1174(第11B-11C圖)所指之環形方向流動。以傾角α供應氣體而不直接流向擴大通道壁面(即α=00 )有助於形成層流而非紊流通過氣體分配道1128。咸信層流通過氣體分配道1128有利於清除氣體分配道1128的內面和室蓋組件1132的其他表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1128的內面和其他表面，並且可能含有氣流無法抵達的死角。在一態樣中，氣體導管1150a、1150b和對應的氣體入口1136a、1136b彼此間隔隔開，並以同一環形方向(即順時鐘或逆時鐘)引導氣流。
不期受限於理論，第11C圖為室蓋組件1132之氣體分配道1128的截面圖，其簡示氣體流經其中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1128的流動圖案，咸信環形氣流1174(第11B-11C圖)可以渦流流動、螺旋流動、盤旋流動、打旋流動、快旋流動、扭曲流動、捲繞流動、曲折流動、捲曲流動、漩渦流動、或其衍生流動等方式流過氣體分配道1128。如第11C圖所示，環形流動形成於”處理區”、而非隔開基材1110的空間。在一態樣中，因渦流流動圖案掃掠氣體分配道1128的整個內面，故環形氣流1174有助於更有效地排空氣體分配道1128。
在一實施例中，當不預期以盤旋流動越過基材1110表面時，第11C圖中氣體入口1136a、1136b與基材1110間的距離1175足以讓環形氣流1174向下消散流動。咸信環形氣流1174是以層流方式行進，如此可有效清除室蓋組件1132和基材1110的表面。在一特定實施例中，氣體分配道1128之上部1137與基材1110間的距離1175為約3英吋至約8英吋，較佳為約3.5英吋至約7英吋，更佳為約4英吋至約6英吋，例如5英吋。
距離1177a為匯流道1134a在罩蓋1172內氣體分配道1128之上部1137與節流圈1131間沿著中心軸1133的長度，距離1177b則為分流道1134b在罩蓋1172內節流圈1131與罩蓋1172下表面1173間沿著中心軸1133的長度。在一實施例中，距離1177a為約1英吋至約4英吋，較佳為約1.25英吋至約3英吋，更佳為約1.5英吋至約2.5英吋，例如2英吋；距離1177b為約0.5英吋至約4英吋，較佳為約1英吋至約3英吋，更佳為約1.25英吋至約1.75英吋，例如1.5英吋。
參照第11A圖，至少一部分的室蓋組件1132下表面1160自氣體分配道1128往室蓋組件1132周圍逐漸變細，藉以提供氣體從氣體分配道1128流過基材1110表面(即從基材中心到基材邊緣)的較佳速度波形。下表面1160可包含一或多個錐形面，例如平面、凹面、凸面、或其組合面。在一實施例中，下表面1160為逐漸變細的漏斗狀。
在一實施例中，下表面1160向下傾斜以減少氣流行經室蓋組件1132下表面1160至基材1110的速度差異，進而使基材1110表面均勻接觸反應氣體。在一實施例中，室蓋組件1132之向下傾斜下表面1160與基材1110表面間的流動截面，其最大面積與最小面積的比例小於2，較佳為小於1.5，更佳為小於1.3，再佳為1。
不期受限於理論，咸信氣流以更均一的速度越過基材1110表面可使氣體更均勻地沉積於基材1110上。咸信氣流速度正比於氣體濃度，因此正比於氣體沉積於基材1110表面的速率。故基材1110上氣流速度較快的第一表面區域相對於第二表面區域，第一表面區域有更快的氣體沉積速率。咸信具向下傾斜下表面1160的室蓋組件1132可供氣體更均勻地沉積於整個基材1110表面，此乃因下表面1160產生了更均一的速度，故氣體遍佈基材1110表面的濃度更均勻。
參照第11A圖，鄰近基材1110邊緣的室蓋組件1132周圍設有阻氣門1162。當室蓋組件1132組裝構成處理區於基材1110四周時，阻氣門1162包含任一限制氣體流過基材1110邊緣附近區域的構件。
在一特定實施例中，阻氣門1162與基材支撐件1112的間距為約0.04英吋至約2.0英吋，較佳為約0.04英吋至約0.2英吋。間距可依輸送氣體和沉積製程條件改變。利用阻氣門1162隔開反應區1164和抽吸區1166(第11A圖)的壓力不均勻分布區，可使室蓋組件1132與基材1110間的體積或反應區1164內的壓力分布更均勻。
參照第11A圖，在一態樣中，由於反應區1164和抽吸區1166已經隔開，因此反應氣體或淨化氣體只需適度填充反應區1164，讓基材1110充分接觸反應氣體或淨化氣體。在傳統化學氣相沉積中，習知腔室需同時且均勻供應反應氣體之結合氣流至整個基材表面，以確保反應氣體均勻地在整個基材1110表面互相反應。在原子層沉積中，處理室1100相繼引進反應氣體至基材1110表面，使反應物薄層交替吸附於基材1110表面。故原子層沉積不需反應氣體同時抵達基材1110表面。反而需供應足量的反應氣體使反應物薄層吸附於基材1110表面。
因反應區1164的體積比傳統CVD室的內部體積小，故需要較少的氣體量來填充進行原子層沉積程序之特定製程的反應區1164。例如，以處理直徑200mm之基材的腔室實施例為例，反應區1164的體積為約1000cm3 或更小，較佳為約500cm3 或更小，更佳為約200cm3 或更小。以處理直徑300mm之基材的腔室實施例為例，反應區1164的體積為約3000cm3 或更小，較佳為約1500cm3 或更小，更佳為約600cm3 或更小。在一實施例中，可抬高或降低基材支撐件1112以調整用於沉積的反應區1164體積。反應區1164的體積越小，需流入處理室1100的沉積氣體量或淨化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室1100產能及減少廢棄物，進而降低營運成本。
如第11A-11C圖所示，室蓋組件1132包含罩蓋1172和蓋板1170，其中罩蓋1172和蓋板1170構成氣體分配道1128。附加板或可置於蓋板1170與罩蓋1172之間。在其他實施例中，氣體分配道1128可由單一材料組成。
視待輸送的氣體而定，室蓋組件1132可包括冷卻元件及/或加熱元件。控制室蓋組件1132的溫度可避免氣體在室蓋組件1132上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(如第10A圖的冷卻道1090)可設於室蓋組件1132中，用以冷卻室蓋組件1132。在另一實施例中，加熱元件(未繪示)可為嵌設的或圍繞室蓋組件1132的零件，用以加熱室蓋組件1132。在一實施例中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1132的零件。例如參照第11A圖，室蓋組件1132包含蓋板1170和罩蓋1172，其中蓋板1170和罩蓋1172構成氣體分配道1128。罩蓋1172保持在一溫度範圍內，蓋板1170則保持在另一溫度範圍內。例如，以加熱帶纏繞或使用其他加熱裝置加熱罩蓋1172可防止反應氣體冷凝，且蓋板1170維持呈周圍溫度。在另一實施例中，可加熱罩蓋1172及利用水道冷卻蓋板1170，以免反應氣體在蓋板1170上進行熱分解。
室蓋組件1132包含的零件可由不鏽鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、其合金、或其他適合材料組成。在一實施例中，罩蓋1172和蓋板1170為各自製造、機械加工、鍛造，或者其可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不鏽鋼、其合金、或其組合物。
在一實施例中，氣體分配道1128的內面(包括蓋板1170與罩蓋1172的內面)和室蓋組件1132的下表面1160包含拋光鏡面，以協助氣體沿著氣體分配道1128和室蓋組件1132的下表面1160形成層流。在另一實施例中，氣體導管1150a、1150b的內面可經電拋光，以助於形成層流流動的氣體。
在又一實施例中，氣體分配道1128的內面(包括蓋板1170與罩蓋1172的內面)和室蓋組件1132的下表面1160包含粗糙表面或機械處理過的表面，以增加整個表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在蓋板1170與罩蓋1172的內面和下表面1160。氣相沉積製程常產生不欲得到的膜層，且可能會從下表面1160和氣體分配道1128內面剝落而污染基材1110。在一實施例中，下表面1160及/或氣體分配道1128內面的平均粗糙度(Ra )至少為約10μin，例如為約10μin(約0.254μm)至約200μin(約5.08μm)，較佳為約20μin(約0.508μm)至約100μin(約2.54μm)，更佳為約30μin(約0.762μm)至約80μin(約2.032μm)。
第11A圖繪示之諸如可程式化個人電腦、工作站電腦等控制單元1180為耦接處理室1100，用以控制製程條件。例如在基材處理程序的不同階段中，控制單元1180用來控制來自各氣體源1138、1139、1140的製程氣體和淨化氣體流過閥1142a、1142b。舉例來說，控制單元1180包含中央處理單元(CPU)1182、支援電路1184、和存有相關控制軟體1183的記憶體1186。
控制單元1180可為任一類型的通用電腦處理器，其可用於工業設定來控制各種腔室及子處理器。CPU 1182可使用任一適合的記憶體1186，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟機、硬碟機、或其它近端或遠端的數位儲存器。各種支援電路可連接CPU 1182，用以支援處理室1100。控制單元1180可連接到另一鄰近單獨腔室零件的控制器，例如閥1142a、1142b的可程式化邏輯控制器1148a、1148b。透過許多訊號線(以下統稱訊號匯流排1188，其部分繪於第11A圖)可操作控制單元1180與處理室1100之其他組件的雙向通信。除了控制氣體源1138、1139、1140的製程氣體和淨化氣體及閥1142a、1142b的可程式化邏輯控制器1148a、1148b外，控制單元1180還負責自動控制其他處理晶圓的動作，例如傳送晶圓、控制溫度、排空腔室等，其部分將說明於此他處。
參照第11A-11C圖，運作時，機械裝置(未繪示)經由狹縫閥1108將基材1110傳送到處理室1100。升降銷1120與機械裝置協力將基材1110放到基材支撐件1112上。基材支撐件1112抬起基材1110使其緊靠室蓋組件1132的下表面1160。一起或個別(即脈衝供應)利用閥1142a注入第一氣流至處理室1100的氣體分配道1128及利用閥1142b注入第二氣流至處理室1100。第一氣流可包含來自淨化氣體源1140之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源1138之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源1138之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源1140之脈衝供應的淨化氣體。第二氣流可包含來自淨化氣體源1140之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源1139之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源1139之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源1140之脈衝供應的淨化氣體。環形氣流1174以渦流流動方式行經氣體分配道1128，藉以掃掠氣體分配道1128的整個內面。環形氣流1174朝基材1110表面向下消散流動。當氣體流經氣體分配道1128時，氣流速度會減慢。氣流接著流過基材1110的表面和室蓋組件1132的下表面1160。室蓋組件1132的向下傾斜下表面1160有助於減少氣流越過基材1110表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門1162而進入處理室1100的抽吸區1166。過量氣體、副產物等將流入抽吸道1179，然後由真空系統1178排出處理室1100外。在一態樣中，氣流以層流方式行經氣體分配道1128和基材1110表面與室蓋組件1132下表面1160之間，如此可使反應氣體均勻接觸基材1110的表面及有效清除室蓋組件1132的內面。
第11A-11C圖的處理室1100具有多項特徵。在一態樣中，處理室1100提供的反應區1164體積比傳統CVD室小。處理室1100只需較少的反應氣體或淨化氣體來填充進行特定製程的反應區1164。在另一態樣中，處理室1100提供的室蓋組件1132具有向下傾斜或呈漏斗狀的下表面1160，如此可減少氣流行經室蓋組件1132底面至基材1110的速度差異。在又一態樣中，處理室1100提供的氣體分配道1128可減慢氣流流貫的速度。在再一態樣中，處理室1100提供的氣體導管與氣體分配道1128之中心夾一角度α。處理室1100尚具其他特徵。其他用於原子層沉積的腔室實施例包含一或多個上述特徵。
多路注入型上蓋組件
第12A-12E、13A-13C、14A-14C圖繪示根據又一實施例之做為多路注入型上蓋組件且用於ALD製程的室蓋組件1232。如第12A圖所示，室蓋組件1232包含設於蓋板1270中間部分的罩蓋1272。氣體導管1250a的一端耦接並與罩蓋1272為流體連通，氣體導管1250a的另一端則貫穿蓋板1270且耦接及與ALD閥和化學前驅物源為流體連通。氣體導管1250a耦接及與通道1268a為流體連通，其供前驅氣體流過多路注入基底1269。通道1268a耦接且與氣體節環1264a為流體連通，其並經由狹縫1266a與氣體分配道1228為流體連通(第12E、13C及14A-14C圖)。
氣體導管套1252可包含至少一氣體導管、或可包含二個、三個、或更多個氣體導管。第12C圖繪示的氣體導管套1252包含氣體導管1250b、1250c。在一實施例中，氣體導管1250b的一端耦接並與罩蓋1272為流體連通，氣體導管1250b的另一端則貫穿蓋板1270且耦接及與ALD閥和化學前驅物源為流體連通。在一實施例中，氣體導管1250b或1250c各自或一起耦接及與氣體通道1268b為流體連通。氣體導管1250b耦接且與氣體通道1268b為流體連通，其供前驅氣體流過多路注入基底1269。氣體通道1268b耦接及與氣體節環1264b為流體連通，其並經由狹縫1266b與氣體分配道1228為流體連通(第14A-14C圖)。
在一些實施例中，氣體導管1250c為選用的。氣體導管1250c的一端耦接並與罩蓋1272為流體連通，氣體導管1250b的另一端則延伸穿過蓋板1270且耦接及與ALD閥和氣體源為流體連通，例如載氣源、淨化氣體源、電漿氣體源、或化學前驅物源。在另一實施例中，氣體導管1250c耦接及與罩蓋1272的上表面為流體連通。在又一實施例中，氣體導管1250c例如透過Y型接頭連結氣體導管1250b，並且耦接及與氣體通道1268b為流體連通。
第12A-12E、13A-13C、14A-14C圖的室蓋組件1232包含置於罩蓋1272和蓋板1270上方的多路注入基底1269。多路注入基底1269、罩蓋1272、和蓋板1270構成氣體分配道1228。多路注入基底1269構成氣體分配道1228的上部1237，蓋板1270則構成氣體分配道1228的下部1235。附加板或可置於蓋板1270與罩蓋1272之間。在其他實施例中，氣體分配道1228可由單一材料組成。
第12D-12E圖繪示穿過多路注入基底1269的氣體通道1268a、1268b。多路注入罩1267設在多路注入基底1269的突出部1261上而於其間構成氣體節環1264a。多路注入基底1269設在罩蓋1272上而於其間構成氣體節環1264b。銷1265穿過多路注入罩1267的孔洞1263並伸進多路注入基底1269的溝槽1275。同樣地，溝槽1275內的銷1277連接多路注入基底1269和罩蓋1272(第12C圖)，而溝槽1274內的銷1276連接蓋板1270和罩蓋1272(第13C圖)。沉積時，第一製程氣體可從氣體通道1268a繞過氣體節環1264a及通過狹縫1266a而流入氣體分配道1228。同樣地，第二製程氣體可從氣體通道1268b繞過氣體節環1264b及通過狹縫1266b而流入氣體分配道1228。
狹縫1266a、1266b使得氣體節環1264a、1264b與氣體分配道1228相通。第12E圖的狹縫1266a、1266b與中心軸1233夾一預定角度，例如大致與中心軸1233或氣體分配道1228呈正切關係。在一實施例中，狹縫1266a、1266b正切氣體分配道1228的角度為約00 至約900 ，較佳為約00 至約450 ，更佳為約00 至約200 。
視待輸送的氣體而定，室蓋組件1232可包括冷卻元件及/或加熱元件。控制室蓋組件1232的溫度可避免氣體在室蓋組件1232上分解、沉積、或冷凝。例如，冷卻道1290可設於室蓋組件1232中，用以冷卻室蓋組件1232。在另一實施例中，加熱元件(未繪示)可為嵌設的或圍繞室蓋組件1232的零件，用以加熱室蓋組件1232。在一實施例中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1232的零件。例如參照第13C圖，室蓋組件1232包含蓋板1270和罩蓋1272，其中蓋板1270和罩蓋1272構成氣體分配道1228。罩蓋1272保持在一溫度範圍內，蓋板1270則保持在另一溫度範圍內。例如，以加熱帶纏繞或使用其他加熱裝置加熱罩蓋1272可防止反應氣體冷凝，且蓋板270維持呈周圍溫度。在另一實施例中，可加熱罩蓋1272及利用水道冷卻蓋板1270，以免反應氣體在蓋板1270上進行熱分解。
室蓋組件1232包含的零件可由不鏽鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其他適合製程的材料組成。在一實施例中，多路注入基底1269、罩蓋1272和蓋板1270為各自製造、機械加工、鍛造，或者其可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不鏽鋼、其合金、或其組合物。在一實施例中，選擇性置於二者之間的附加板含有不鏽鋼。
在一實施例中，氣體分配道1228的內面1231(包括蓋板1270與罩蓋1272的內面)和室蓋組件1232的下表面1260包含拋光鏡面，以協助氣體沿著氣體分配道1228和室蓋組件1232的下表面1260形成層流。
在另一實施例中，氣體分配道1228的內面1231(包括蓋板1270與罩蓋1272的內面)和室蓋組件1232的下表面1260包含粗糙表面或機械處理過的表面，以增加整個表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內面1231和下表面1260。氣相沉積製程常產生不欲得到的膜層，且可能會從內面1231和下表面1260剝落而污染基材1210。在一實施例中，下表面1260及/或內面1231的平均粗糙度(Ra )至少為約10μin，例如為約10μin(約0.254μm)至約200μin(約5.08μm)，較佳為約20μin(約0.508μm)至約100μin(約2.54μm)，更佳為約30μin(約0.762μm)至約80μin(約2.032μm)。
第13A及14A-14C圖繪示室蓋組件1232的截面，其包含延伸穿過蓋板1270中間部分的氣體分配道1228。氣體節環1264a、1264b繞著氣體分配道1228與中心軸1233環狀延伸。氣體分配道1228的延伸方向通常為垂直ALD製程期間位於室蓋組件1232下方的基材。氣體分配道1228沿著罩蓋1272的中心軸1233延伸穿過蓋板1270而抵下表面1260。氣體分配道1228更延伸越過下表面1260而進入反應區1064。下表面1260從分流道1034b延伸到阻氣門1262。下表面1260經構形及調整大小以實質覆蓋ALD製程期間位於室蓋組件1232下方的基材。
第13A及14A-14C圖的室蓋組件1232可使基材接觸至少二氣體源或化學前驅物。在其他實施例中，室蓋組件1232可重新配置使基材接觸單一氣體源(如第5圖所示)、或接觸三或更多氣體源或化學前驅物(如第6圖所示)。
在第14B-14C圖中，當呈環形氣流1220的製程氣體通過特定點1236時，其被迫繞著氣體分配道1228之中心軸1233擴展的圈數比類似構造但不具特定點1236的處理室還多。環形氣流1220可包含流動圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、捲曲圖案、扭曲圖案、捲繞圖案、漩渦圖案、或其衍生圖案。環形氣流1220繞著氣體分配道1228的中心軸1233擴展至少約1圈，較佳為至少約1.5圈，更佳為至少約2圈，再佳為至少約3圈，又再佳為至少約4圈或以上。
在一實施例中，第13C及14C圖繪示之氣體分配道1228從上部1237沿著中心軸1233往特定點1236的內徑為實質維持不變。在另一實施例中，氣體分配道1228從上部1237沿著中心軸1233往特定點1236的內徑為逐漸增加或逐漸縮減(未繪示)。但氣體分配道1228的內徑從特定點1236沿著中心軸1233往鄰接室蓋組件1232下表面1260的下部1235逐漸增加。
在一實施例中，用於處理直徑300mm之基材的室蓋組件1232具有下列尺寸。氣體分配道1228在上部1237的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。氣體分配道1228在特定點1236的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。氣體分配道1228在下部1235的直徑為約1英吋至約4英吋，較佳為約1.5英吋至約3英吋，更佳為約1.6英吋至約2.4英吋，例如約2英吋。
上述尺寸通常適用於供應約500sccm至約3000sccm之氣體流量的氣體分配道1228。在其他特定實施例中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，氣體分配道1228所需的直徑尺寸越大。
咸信逐漸變細的氣體分配道1228可使氣體產生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故藉由控制氣體的周圍溫度(即控制室蓋組件1232的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1228可逐漸變細，且可包含一或多個錐形內面，例如逐漸變細的平面、凹面、凸面、或其組合面，或者可包含一或多個錐形內面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
在一實施例中，如第10F圖所示，氣體節環1264a、1264b鄰近氣體分配道1228的上部1237。在其他實施例中，一或多個氣體節環1264a、1264b沿著氣體分配道1228的全長設於上部1237與下部1235之間。
不期受限於理論，第14B-14C圖為室蓋組件1232之氣體分配道1228的截面圖，其簡示氣體流經其中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1228的流動圖案，咸信環形氣流1220可以渦流流動、螺旋流動、盤旋流動、打旋流動、快旋流動、扭曲流動、捲繞流動、曲折流動、捲曲流動、漩渦流動、或其衍生流動等方式流過氣體分配道1228。環形流動形成於”處理區”、而非隔開基材的空間。在一態樣中，因渦流流動圖案掃掠氣體分配道1228的整個內面，故環形氣流1220有助於更有效地排空氣體分配道1228。
參照第12C、13B-13C及14C圖，至少一部分的室蓋組件1232下表面1260自氣體分配道1228往室蓋組件1232周圍逐漸變細，藉以提供氣體從氣體分配道1228流過基材表面(即從基材中心到基材邊緣)的較佳速度波形。下表面1260可包含一或多個錐形面，例如平面、凹面、凸面、或其組合面。在一實施例中，下表面1260為逐漸變細的漏斗狀。
在一實施例中，下表面1260向下傾斜以減少氣流行經室蓋組件1232下表面1260至基材的速度差異，進而使基材表面均勻接觸反應氣體。在一實施例中，室蓋組件1232之向下傾斜下表面1260與基材表面間的流動截面，其最大面積與最小面積的比例小於2，較佳為小於1.5，更佳為小於1.3，再佳為小於1。
不期受限於理論，咸信氣流以更均一的速度越過基材表面可使氣體更均勻地沉積於基材上。咸信氣流速度正比於氣體濃度，因此正比於氣體沉積於基材表面的速率。故氣流速度較快的第一基材表面區域相對於第二基材表面區域，第一表面區域有更快的氣體沉積速率。咸信具向下傾斜下表面1260的室蓋組件1232可供氣體更均勻地沉積於整個基材表面，此乃因下表面1260產生了更均一的速度，故氣體遍佈基材表面的濃度更均勻。
參照第12C及13C圖，鄰近ALD製程期間放置之基材邊緣的室蓋組件1232周圍設有阻氣門1262。當室蓋組件1232組裝構成處理區於基材四周時，阻氣門1262包含任一限制氣體流過基材邊緣附近區域的構件。
如第13A-13B圖所示，具有把手1282的室蓋套1280可蓋住罩蓋1272、氣體導管1250a、氣體導管套1252、和一部分的蓋板1270上表面。室蓋組件1232的溫度可由液體冷卻系統控制，其連接水套，例如延伸穿過蓋板1270的冷卻道1290。諸如水之冷卻流體流過冷卻道1290而移除蓋板1270的熱量。冷卻劑連結件1292a、1292b藉由軟管或管子連接至冷卻道1290。冷卻劑連結件1292a、1292b的另一端藉由軟管或管子連接至流體源和流體回收器，例如內設的冷卻系統或獨立的冷卻系統。冷卻劑連結件1292a、1292b藉由支撐架1294連接至蓋板1270。流過冷卻道1290的液體可包括水、油、乙醇、乙二醇、乙二醇醚、或其他有機溶劑。在一實施例中，蓋板1270或室蓋組件1232的溫度可維持在約0℃至約100℃之間，較佳為約18℃至約65℃之間，更佳為約20℃至約50℃之間。
第15A-15C圖繪示處理室1500之一實施例的截面，其包括用於ALD製程的氣體輸送系統1530。處理室1500包含具側壁1504和底部1506的室體1502。處理室1500的狹縫閥1508可供機械裝置(未繪示)進出處理室1500以傳遞及取回基材1510，例如200mm或300mm之半導體晶圓或玻璃基板。
基材支撐件1512支撐處理室1500中基材承接面1511上的基材1510。基材支撐件1512設有升降馬達1514，用以提高及降低基材支撐件1512和放置其上的基材1510。連接升降馬達1518的升降板1516設於處理室1500內，用以提高及降低可移動穿過基材支撐件1512的升降銷1520。基材支撐件1512可包括真空吸座(未繪示)、靜電吸座(未繪示)、或鉗環(未繪示)，以於沉積製程期間固定基材支撐件1512上的基材1510。
藉由調整基材支撐件1512的溫度可控制放置其上的基材1510溫度。例如，可使用諸如電阻加熱器(未繪示)等嵌設型加熱元件加熱基材支撐件1512，或者可使用諸如設於基材支撐件1512上方之加熱燈(未繪示)等輻射熱來進行加熱。淨化環1522可置於基材支撐件1512上，以定出淨化通道1524而提供淨化氣體至基材1510周圍，以免沉積物沉積其上。
氣體輸送系統1530設在室體1502的上部，用以供給處理室1500氣體，例如製程氣體及/或淨化氣體。第15A-15C圖的氣體輸送系統1530可使基材1510接觸至少二氣體源或化學前驅物。在其他實施例中，氣體輸送系統1530可重新配置使基材1510接觸單一氣體源(如第5圖所示)、或接觸三或更多氣體源或化學前驅物(如第6圖所示)。真空系統1578連接抽吸道1579，以將任一預定氣體排出處理室1500外，並協助處理室1500之抽吸區1566維持呈預定壓力或保持在預定壓力範圍。
在一實施例中，氣體輸送系統1530包含室蓋組件1532，其具延伸穿過室蓋組件1532之中間部分的氣體分配道1534。氣體分配道1534的延伸方向為垂直基材承接面1511，並且沿著氣體分配道1534之中心軸1533延伸穿過蓋板1570而抵下表面1560。在一實施例中，部分氣體分配道1534沿著上部1537內之中心軸1533實質上仍呈圓柱狀，部分氣體分配道1534則背離下部1535內之中心軸1533逐漸變細。氣體分配道1534更延伸越過下表面1560而進入反應區1564。下表面1560從氣體分配道1534之下部1535延伸到阻氣門1562。下表面1560經構形及調整大小以實質覆蓋位於基材支撐件1512之基材承接面1511上的基材1510。
當呈環形氣流1574的製程氣體沿著中心軸1533行進時，其將被迫繞著氣體分配道1534之中心軸1533擴展。環形氣流1574可包含流動圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、捲曲圖案、扭曲圖案、捲繞圖案、漩渦圖案、或其衍生圖案。環形氣流1574繞著氣體分配道1534的中心軸1533擴展至少約1圈，較佳為至少約1.5圈，更佳為至少約2圈，再佳為至少約3圈，又再佳為至少約4圈或以上。
氣體分配道1534具有氣體入口1536a、1536b，用以提供來自二組相似閥1542a/1552a、1542b/1552b的氣流，其可一起或個別提供。在一構造中，閥1542a和閥1542b耦接不同的反應氣體源，但最好耦接同一淨化氣體源。例如，閥1542a耦接反應氣體源1538，閥1542b耦接反應氣體源1539，且二閥1542a、1542b均耦接淨化氣體源1540。閥1542a、1542b各自包括具閥座組件1544a、1544b的輸送管線1543a、1543b，閥1552a、1552b則各自包括具閥座組件1546a、1546b的排空管線1545a、1545b。輸送管線1543a、1543b連接反應氣體源1538、1539，並且連接氣體分配道1534的氣體入口1536a、1536b。輸送管線1543a、1543b的閥座組件1544a、1544b控制反應氣體從反應氣體源1538、1539流向氣體分配道1534。排空管線1545a、1545b連接淨化氣體源1540，並與輸送管線1543a、1543b之閥座組件1544a、1544b下游處的輸送管線1543a、1543b相交。排空管線1545a、1545b的閥座組件1546a、1546b控制淨化氣體從淨化氣體源1540流向氣體分配道1534。若載氣用來輸送反應氣體源1538、1539的反應氣體，則載氣與淨化氣體最好相同(例如，使用氬氣做為載氣與淨化氣體)。
閥座組件1544a、1544b、1546a、1546b各可包含隔板(未繪示)和閥座(未繪示)。施加偏壓或加以啟動可打開或關閉隔板。隔板可為氣動式或電動式。氣動閥包括可購自Fujikin公司與Veriflow公司的氣動閥。電動閥包括可購自Fujikin公司的電動閥。例如，ALD閥可採用Fujikin型號FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN或Fujikin型號FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT。可程式化邏輯控制器1548a、1548b耦接閥1542a、1542b，用以控制啟動閥1542a、1542b之閥座組件1544a、1544b、1546a、1546b的隔板。氣動閥產生的氣體脈衝週期可為0.020秒。電動閥產生的氣體脈衝週期可為0.005秒。電動閥一般需使用聯繫閥與可程式化邏輯控制器的驅動器。
閥1542a、1542b分別可為零無效體積閥，其可於閥座組件1544a、1544b關閉時，沖洗輸送管線1543a、1543b的反應氣體。例如，排空管線1545a、1545b可設置鄰接輸送管線1543a、1543b的閥座組件1544a、1544b。當閥座組件1544a、1544b關閉時，排空管線1545a、1545b可供應淨化氣體來沖洗輸送管線1543a、1543b。在一實施例中，排空管線1545a、1545b略與輸送管線1543a、1543b之閥座組件1544a、1544b相隔，如此淨化氣體於閥座組件1544a、1544b打開時不會直接送入閥座組件1544a、1544b。在此之零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
各組閥1542a/1552a、1542b/1552b可用來提供反應氣體與淨化氣體的結合氣流及/或個別氣流。參照閥1542a/1552a，反應氣體與淨化氣體的結合氣流例子包括來自淨化氣體源1540且流經排空管線1545a的連續淨化氣體流和來自反應氣體源1538且流經輸送管線1543a的反應氣體脈衝。藉由打開排空管線1545a之閥座組件1546a的隔板，可連續供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線1543a之閥座組件1544a的隔板，可脈衝供應反應氣體源1538的反應氣體。參照閥1542a/1552a，反應氣體與淨化氣體的個別氣流例子包括來自淨化氣體源1540且流經排空管線1545a的淨化氣體脈衝和來自反應氣體源1538且流經輸送管線1543a的反應氣體脈衝。藉由打開及關閉排空管線1545a之閥座組件1546a的隔板，可脈衝供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線1543a之閥座組件1544a的隔板，可脈衝供應反應氣體源1538的反應氣體。
閥1542a、1542b的輸送管線1543a、1543b可經由氣體導管1550a、1550b連接到氣體入口1536a、1536b。氣體導管1550a、1550b可為閥1542a、1542b的一體元件或分離元件。在一態樣中，閥1542a、1542b緊鄰氣體分配道1534，如此可減少輸送管線1543a、1543b和氣體導管1550a、1550b在閥1542a、1542b與氣體入口1536a、1536b之間不必要的配置體積。
不期受限於理論，咸信氣體分配道1534的直徑沿著中心軸1533從氣體分配道1534之上部1537到特定點為固定不變且自特定點往氣體分配道1534之下部1535增加可讓通過氣體分配道1534的氣體產生較少的絕熱膨脹，此有助於控制環形氣流1574內的製程氣體溫度。例如，經由氣體入口1536a、1536b進入氣體分配道1534的氣體突然產生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導致氣體凝結而形成液滴。另一方面，咸信逐漸變細的氣體分配道1534可使氣體產生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故藉由控制氣體的周圍溫度(即控制室蓋組件1532的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1534可逐漸變細，且可包含一或多個錐形內面，例如逐漸變細的平面、凹面、凸面、或其組合面，或者可包含一或多個錐形內面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
在一實施例中，氣體入口1536a、1536b鄰近氣體分配道1534的上部1537。在其他實施例中，一或多個氣體入口1536a、1536b沿著氣體分配道1534的全長設於上部1537與下部1535之間。
不期受限於理論，第15C圖為室蓋組件1532之氣體分配道1534的截面圖，其簡示氣體流經其中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1534的流動圖案，咸信環形氣流1574(第15C圖)可以渦流流動、螺旋流動、盤旋流動、打旋流動、快旋流動、扭曲流動、捲繞流動、曲折流動、捲曲流動、漩渦流動、或其衍生流動等方式流過氣體分配道1534。如第15C圖所示，環形流動形成於”處理區”、而非隔開基材1510的空間。在一態樣中，因渦流流動圖案掃掠氣體分配道1534的整個內面，故環形氣流1574有助於更有效地排空氣體分配道1534。
在一實施例中，第15C圖的距離1575是指從基材1510表面的位置1576a到氣體分配道1534之上部1537的位置1576b。當不預期以盤旋流動越過基材1510表面時，距離1575足以讓環形氣流1574向下消散流動。咸信環形氣流1574是以層流方式行進，如此可有效清除室蓋組件1532和基材1510的表面。在另一實施例中，距離1575或氣體分配道1534沿著中心軸1533延伸的長度為約3英吋至約9英吋，較佳為約3.5英吋至約7英吋，更佳為約4英吋至約6英吋，例如5英吋。
參照第15A圖，至少一部分的室蓋組件1532下表面1560自氣體分配道1534往室蓋組件1532周圍逐漸變細，藉以提供氣體從氣體分配道1534流過基材1510表面(即從基材中心到基材邊緣)的較佳速度波形。下表面1560可包含一或多個錐形面，例如平面、凹面、凸面、或其組合面。在一實施例中，下表面1560為逐漸變細的漏斗狀。
在一實施例中，下表面1560向下傾斜以減少氣流行經室蓋組件1532下表面1560至基材1510的速度差異，進而使基材1510表面均勻接觸反應氣體。在一實施例中，室蓋組件1532之向下傾斜下表面1560與基材1510表面間的流動截面，其最大面積與最小面積的比例小於2，較佳為小於1.5，更佳為小於1.3，再佳為小於1。
不期受限於理論，咸信氣流以更均一的速度越過基材1510表面可使氣體更均勻地沉積於基材1510上。咸信氣流速度正比於氣體濃度，因此正比於氣體沉積於基材1510表面的速率。故基材1510上氣流速度較快的第一表面區域相對於第二表面區域，第一表面區域有更快的氣體沉積速率。咸信具向下傾斜下表面1560的室蓋組件1532可供氣體更均勻地沉積於整個基材1510表面，此乃因下表面1560產生了更均一的速度，故氣體遍佈基材1510表面的濃度更均勻。
參照第15A圖，鄰近基材1510邊緣的室蓋組件1532周圍設有阻氣門1562。當室蓋組件1532組裝構成處理區於基材1510四周時，阻氣門1562包含任一限制氣體流過基材1510邊緣附近區域的構件。
在一特定實施例中，阻氣門1562與基材支撐件1512的間距為約0.04英吋至約2.0英吋，較佳為約0.04英吋至約0.2英吋。間距可依輸送氣體和沉積製程條件改變。利用阻氣門1562隔開反應區1564和抽吸區1566(第15A圖)的壓力不均勻分布區，可使室蓋組件1532與基材1510間的體積或反應區1564內的壓力分布更均勻。
參照第15A圖，在一態樣中，由於反應區1564和抽吸區1566已經隔開，因此反應氣體或淨化氣體只需適度填充反應區1564，讓基材1510充分接觸反應氣體或淨化氣體。在傳統化學氣相沉積中，習知腔室需同時且均勻供應反應氣體之結合氣流至整個基材表面，以確保反應氣體均勻地在整個基材1510表面互相反應。在原子層沉積中，處理室1500相繼引進反應氣體至基材1510表面，使反應物薄層交替吸附於基材1510表面。故原子層沉積不需反應氣體同時抵達基材1510表面。反而需供應足量的反應氣體使反應物薄層吸附於基材1510表面。
因反應區1564的體積相較於傳統CVD室的內部體積小，故需要較少的氣體量來填充進行原子層沉積程序之特定製程的反應區1564。例如，以處理直徑200mm之基材的腔室實施例為例，反應區1564的體積為約1000cm3 或更小，較佳為約500cm3 或更小，更佳為約200cm3 或更小。以處理直徑300mm之基材的腔室實施例為例，反應區1564的體積為約3000cm3 或更小，較佳為約1500cm3 或更小，更佳為約600cm3 或更小。在一實施例中，可抬高或降低基材支撐件1512以調整用於沉積的反應區1564體積。反應區1564的體積越小，需流入處理室1500的沉積氣體量或淨化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室1500產能及減少廢棄物，進而降低營運成本。
如第15A-15C圖所示，室蓋組件1532包含罩蓋1572和蓋板1570，其中罩蓋1572和蓋板1570構成氣體分配道1534。在一實施例中，如第15A-15C圖所示，處理室1500包含具有氣體節環1568a、1568b和狹縫1569a、1569b的罩蓋1572。在另一實施例中，如第12A-14C圖所示，處理室1500包含罩蓋、氣體節環、和狹縫。附加板(未繪示)或可置於蓋板1570與罩蓋1572之間。附加板用來調整(例如加大)罩蓋1572與蓋板1570的間距，藉此可改變其構成的氣體分配道1534長度。在另一實施例中，選擇性置於蓋板1570與罩蓋1572間的附加板含有不鏽鋼。在其他實施例中，氣體分配道1534可由單一材料組成。
視待輸送的氣體而定，室蓋組件1532可包括冷卻元件及/或加熱元件。控制室蓋組件1532的溫度可避免氣體在室蓋組件1532上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(如第12A圖的冷卻道1290)可設於室蓋組件1532中，用以冷卻室蓋組件1532。在另一實施例中，加熱元件(未繪示)可為嵌設的或圍繞室蓋組件1532的零件，用以加熱室蓋組件1532。在一實施例中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1532的零件。例如參照第15A圖，室蓋組件1532包含蓋板1570和罩蓋1572，其中蓋板1570和罩蓋1572構成氣體分配道1534。罩蓋1572保持在一溫度範圍內，蓋板1570則保持在另一溫度範圍內。例如，以加熱帶纏繞或使用其他加熱裝置加熱罩蓋1572可防止反應氣體冷凝，且蓋板1570維持呈周圍溫度。在另一實施例中，可加熱罩蓋1572及利用水道冷卻蓋板1570，以免反應氣體在蓋板1570上進行熱分解。
室蓋組件1532包含的零件可由不鏽鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、其合金、或其他適合材料組成。在一實施例中，罩蓋1572和蓋板1570為各自製造、機械加工、鍛造，或者其可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不鏽鋼、其合金、或其組合物。
在一實施例中，氣體分配道1534的內面1531(包括蓋板1570與罩蓋1572的內面)和室蓋組件1532的下表面1560包含拋光鏡面，以協助氣體沿著氣體分配道1534和室蓋組件1532的下表面1560形成層流。在另一實施例中，氣體導管1550a、1550b的內面可經電拋光，以助於形成層流流動的氣體。
在又一實施例中，氣體分配道1534的內面1531(包括蓋板1570與罩蓋1572的內面)和室蓋組件1532的下表面1560包含粗糙表面或機械處理過的表面，以增加整個表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內面1531和下表面1560。氣相沉積製程常產生不欲得到的膜層，且可能會從內面1531和下表面1560剝落而污染基材1510。在一實施例中，下表面1560及/或內面1531的平均粗糙度(Ra )至少為約10μin，例如為約10μin(約0.254μm)至約200μin(約5.08μm)，較佳為約20μin(約0.508μm)至約100μin(約2.54μm)，更佳為約30μin(約0.762μm)至約80μin(約2.032μm)。
第15A圖繪示之諸如可程式化個人電腦、工作站電腦等控制單元1580為耦接處理室1500，用以控制製程條件。例如在基材處理程序的不同階段中，控制單元1580用來控制來自各氣體源1538、1539、1540的製程氣體和淨化氣體流過閥1542a、1542b。舉例來說，控制單元1580包含中央處理單元(CPU)1582、支援電路1584、和存有相關控制軟體1583的記憶體1586。
控制單元1580可為任一類型的通用電腦處理器，其可用於工業設定來控制各種腔室及子處理器。CPU 1582可使用任一適合的記憶體1586，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟機、硬碟機、或其它近端或遠端的數位儲存器。各種支援電路可連接CPU 1582，用以支援處理室1500。控制單元1580可連接到另一鄰近單獨腔室零件的控制器，例如閥1542a、1542b的可程式化邏輯控制器1548a、1548b。透過許多訊號線(以下統稱訊號匯流排1588，其部分繪於第15A圖)可操作控制單元1580與處理室1500之其他組件的雙向通信。除了控制氣體源1538、1539、1540的製程氣體和淨化氣體及閥1542a、1542b的可程式化邏輯控制器1548a、1548b外，控制單元1580還負責自動控制其他處理晶圓的動作，例如傳送晶圓、控制溫度、排空腔室等，其部分將說明於此他處。
參照第15A-15C圖，運作時，機械裝置(未繪示)經由狹縫閥1508將基材1510傳送到處理室1500。升降銷1520與機械裝置協力將基材1510放到基材支撐件1512上。基材支撐件1512抬起基材1510使其緊靠室蓋組件1532的下表面1560。一起或個別(即脈衝供應)利用閥1542a注入第一氣流至處理室1500的氣體分配道1534及利用閥1542b注入第二氣流至處理室1500。第一氣流可包含來自淨化氣體源1540之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源1538之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源1538之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源1540之脈衝供應的淨化氣體。第二氣流可包含來自淨化氣體源1540之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源1539之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源1539之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源1540之脈衝供應的淨化氣體。
環形氣流1574以渦流流動方式行經氣體分配道1534，藉以掃掠氣體分配道1534的整個內面。環形氣流1574朝基材1510表面向下消散流動。當氣體流經氣體分配道1534時，氣流速度會減慢。氣流接著流過基材1510的表面和室蓋組件1532的下表面1560。室蓋組件1532的向下傾斜下表面1560有助於減少氣流越過基材1510表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門1562而進入處理室1500的抽吸區1566。過量氣體、副產物等將流入抽吸道1579，然後由真空系統1578排出處理室1500外。在一態樣中，氣流以層流方式行經氣體分配道1534和基材1510表面與室蓋組件1532下表面1560之間，如此可使反應氣體均勻接觸基材1510的表面及有效清除室蓋組件1532的內面。
第15A-15C圖的處理室1500具有多項特徵。在一態樣中，處理室1500提供的反應區1564體積比傳統CVD室小。處理室1500只需較少的反應氣體或淨化氣體來填充進行特定製程的反應區1564。在另一態樣中，處理室1500提供的室蓋組件1532具有向下傾斜或呈漏斗狀的下表面1560，如此可減少氣流行經室蓋組件1532底面至基材1510的速度差異。在又一態樣中，處理室1500提供的氣體分配道1534可減慢氣流流貫的速度。在再一態樣中，處理室1500提供的氣體導管與氣體分配道1534之中心夾一角度α。處理室1500尚具其他特徵。其他用於原子層沉積的腔室實施例包含一或多個上述特徵。
擴大罩蓋型上蓋組件
在另一實施例中，第16A-16E圖繪示具有擴大罩蓋且用於ALD製程的室蓋組件1632。第17A-17D圖繪示根據再一實施例之處理室1700的截面，其包括擴大罩蓋1772和用於ALD製程的氣體輸送系統1730。
在一實施例中，如第16A圖所示，室蓋組件1632包含設於蓋板1670中間部分的罩蓋1672。氣體導管1650a的一端耦接並與罩蓋1672為流體連通，氣體導管1650a的另一端則貫穿蓋板1670且耦接及與ALD閥和化學前驅物源為流體連通。在一實施例中，氣體導管1650a為直接耦接並與氣體分配道1628為流體連通。或者，氣體導管1650a可間接耦接及與氣體分配道1628為流體連通。
氣體導管套1652可包含至少一氣體導管、或可包含二個、三個、或更多個氣體導管。第16B-16D圖繪示的氣體導管套1652包含氣體導管1650b、1650c。在一實施例中，氣體導管1650b的一端耦接並與罩蓋1672為流體連通，氣體導管1650b的另一端則貫穿蓋板1670且耦接及與ALD閥和化學前驅物源為流體連通。在另一實施例中，氣體導管1650b或1650c為直接耦接並與氣體分配道1628為流體連通。或者，氣體導管1650b或1650c可間接耦接及與氣體分配道1628為流體連通。
在一些實施例中，氣體導管1650c為選用的。氣體導管1650c的一端耦接並與罩蓋1672為流體連通，氣體導管1650b的另一端則延伸穿過蓋板1670且耦接及與ALD閥和氣體源為流體連通，例如載氣源、淨化氣體源、電漿氣體源、或化學前驅物源。在另一實施例中，氣體導管1650c耦接及與罩蓋1672的上表面為流體連通。在又一實施例中，氣體導管1650c例如透過Y型接頭連結氣體導管1650b，並且耦接及與氣體通道1668b為流體連通。
第16D-16E圖的室蓋組件1632包含罩蓋1672和1670，其中罩蓋1672和蓋板1670構成氣體分配道1628。附加板(未繪示)或可置於蓋板1670與罩蓋1672之間。溝槽1674內的銷1676連接蓋板1670和罩蓋1672(第16D圖)。附加板用來調整(例如加大)罩蓋1672與蓋板1670的間距，藉此可改變其構成的氣體分配道1628長度。在另一實施例中，選擇性置於蓋板1670與罩蓋1672間的附加板含有不鏽鋼。在其他實施例中，氣體分配道1628可由單一材料組成。
視待輸送的氣體而定，室蓋組件1632可包括冷卻元件及/或加熱元件。控制室蓋組件1632的溫度可避免氣體在室蓋組件1632上分解、沉積、或冷凝。例如，冷卻道1690可設於室蓋組件1632中，用以冷卻室蓋組件1632。在另一實施例中，加熱元件(未繪示)可為嵌設的或圍繞室蓋組件1632的零件，用以加熱室蓋組件1632。
在一實施例中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1632的零件。例如參照第16D-16E圖，室蓋組件1632包含蓋板1670和罩蓋1672，其中蓋板1670和罩蓋1672構成氣體分配道1628。罩蓋1672保持在一溫度範圍內，蓋板1670則保持在另一溫度範圍內。例如，以加熱帶纏繞或使用其他加熱裝置加熱罩蓋1672可防止反應氣體冷凝，且蓋板1670維持呈周圍溫度。在另一實施例中，可加熱罩蓋1672及利用水道冷卻蓋板1670，以免反應氣體在蓋板1670上進行熱分解。
室蓋組件1632包含的零件可由不鏽鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其他適合材料組成。在一實施例中，罩蓋1672和蓋板1670為各自製造、機械加工、鍛造，或者其可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不鏽鋼、其合金、或其組合物。
在一實施例中，氣體分配道1628的內面1631(包括蓋板1670與罩蓋1672的內面)和室蓋組件1632的下表面1660包含拋光鏡面，以協助氣體沿著擴大通道1634和室蓋組件1632的下表面1660形成層流。在另一實施例中，氣體導管1650a、1650b的內面可經電拋光，以助於形成層流流動的氣體。
在又一實施例中，氣體分配道1628的內面1631(包括蓋板1670與罩蓋1672的內面)和室蓋組件1632的下表面1660包含粗糙表面或機械處理過的表面，以增加整個表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內面1631和下表面1660。氣相沉積製程常產生不欲得到的膜層，且可能會從內面1631和下表面1660剝落而污染基材1610。在一實施例中，下表面1660及/或內面1631的平均粗糙度(Ra )至少為約10μin，例如為約10μin(約0.254μm)至約200μin(約5.08μm)，較佳為約20μin(約0.508μm)至約100μin(約2.54μm)，更佳為約30μin(約0.762μm)至約80μin(約2.032μm)。
第16D-16E圖繪示室蓋組件1632的截面，其包含延伸穿過蓋板1670中間部分的氣體分配道1628。氣體分配道1628的延伸方向通常為垂直ALD製程期間位於室蓋組件1632下方的基材。氣體分配道1628沿著罩蓋1672的中心軸1633延伸穿過蓋板1670而抵下表面1660。氣體分配道1628更延伸越過下表面1660而進入反應區1064。下表面1660從氣體分配道1628延伸到阻氣門1662。下表面1660經構形及調整大小以實質覆蓋ALD製程期間位於室蓋組件1632下方的基材。
第16A-16E圖的室蓋組件1632可使基材接觸至少二氣體源或化學前驅物。在其他實施例中，室蓋組件1632可重新配置使基材接觸單一氣體源(如第5圖所示)、或接觸三或更多氣體源或化學前驅物(如第6圖所示)。
在第16E圖中，當呈環形氣流1620的製程氣體沿著中心軸1633行進時，其將被迫繞著氣體分配道1628之中心軸1633擴展。環形氣流1620可包含流動圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、捲曲圖案、扭曲圖案、捲繞圖案、漩渦圖案、或其衍生圖案。環形氣流1620繞著氣體分配道1628的中心軸1633擴展至少約1圈，較佳為至少約1.5圈，更佳為至少約2圈，再佳為至少約3圈，又再佳為至少約4圈或以上。
在一實施例中，參照第16A-16E圖，可將氣體導管1650a、1650b、1650c和氣體通道1668a、1668b與氣體分配道1628之中心軸1633設置成任一角度關係。氣體導管1650a、1650b、1650c及/或氣體通道1668a、1668b供製程氣體流過氣體入口1638a、1638b而進入氣體分配道1628。氣體導管1650a、1650b或1650c、或氣體通道1668a或1668b較佳為垂直中心軸1633(其中+β、-β=900 )、或使各氣體導管1650a、1650b或1650c、或氣體通道1668a或1668b之中心線與中心軸1633夾一角度+β或-β(其中如第17C圖之中心軸1733所示，00 <+β<900 或00 <-β<900 )。氣體導管1650a、1650b、1650c和氣體通道1668a、1668b可垂直中心軸1633水平設置、或可向下傾斜+β角度或向上傾斜-β角度，使氣體從氣體入口1638a、1638b流向氣體分配道1628壁面，而非直接往下流向基材，此有助於降低吹落基材表面所吸附之反應物的可能性。
另外，氣體導管1650a、1650b、1650c和氣體通道1668a、1668b自輸送管線或ALD閥往氣體入口1638a、1638b的直徑可逐漸增加，以助於在氣體進入氣體分配道1628前先減慢氣流速度。例如，氣體導管1650a、1650b、1650c和氣體通道1668a、1668b的內徑可逐漸增加，或者其可包含多個內徑漸增的相連導管。
在一實施例中，第16D-16E圖繪示之氣體分配道1628從上部1637沿著中心軸1633往特定點1636的內徑為實質維持不變。在另一實施例中，氣體分配道1628從上部1637沿著中心軸1633往特定點1636的內徑為逐漸增加或逐漸縮減(未繪示)。但氣體分配道1628的內徑從特定點1636沿著中心軸1633往鄰接室蓋組件1632下表面1660的下部1635逐漸增加。
在一實施例中，用於處理直徑300mm之基材的室蓋組件1632具有下列尺寸。氣體分配道1628在上部1637的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。氣體分配道1628在特定點1636的直徑為約0.5英吋至約2英吋，較佳為約0.75英吋至約1.5英吋，更佳為約0.8英吋至約1.2英吋，例如約1英吋。氣體分配道1628在下部1635的直徑為約1英吋至約4英吋，較佳為約1.5英吋至約3英吋，更佳為約1.6英吋至約2.4英吋，例如約2英吋。
上述尺寸通常適用於供應約500sccm至約3000sccm之氣體流量的氣體分配道1628。在其他特定實施例中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，氣體分配道1628所需的直徑尺寸越大。
咸信逐漸變細的氣體分配道1628可使氣體產生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故藉由控制氣體的周圍溫度(即控制室蓋組件1632的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1628可逐漸變細，且可包含一或多個錐形內面，例如逐漸變細的平面、凹面、凸面、或其組合面，或者可包含一或多個錐形內面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
在一實施例中，如第16E圖所示，氣體入口1638a、1638b鄰近氣體分配道1628的上部1637。在其他實施例中，一或多個氣體入口1638a、1638b設於氣體分配道1628的上部1637內。
氣體導管1650a、1650b、1650c和氣體通道1668a、1668b的中心線分別與氣體分配道1628的輻徑線夾一角度α，此類似第17C圖，其中氣體導管1750a、1750b的中心線1776a、1776b分別與通過氣體分配道1734中心的輻徑線夾一角度α。氣體進入氣體導管1650a、1650b、1650c和氣體通道1668a、1668b的入口較佳以傾角α(其中α>00 )設置，使得氣體依環形氣流1620(第16E圖)所指之環形方向流動。以傾角α供應氣體而不直接流向擴大通道壁面(即α=00 )有助於形成層流而非紊流通過氣體分配道1628。咸信層流通過氣體分配道1628有利於清除氣體分配道1628的內面和室蓋組件1632的其他表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1628的內面和其他表面，並且可能含有氣流無法抵達的死角。在一態樣中，氣體導管1650a、1650b、1650c與氣體通道1668a、1668b和對應的氣體入口1638a、1638b彼此間隔隔開，並以同一環形方向(即順時鐘或逆時鐘)引導氣流。
不期受限於理論，第16E圖為室蓋組件1632之氣體分配道1628的截面圖，其簡示氣體流經其中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1628的流動圖案，咸信環形氣流1620可以渦流流動、螺旋流動、盤旋流動、打旋流動、快旋流動、扭曲流動、捲繞流動、曲折流動、捲曲流動、漩渦流動、或其衍生流動等方式流過氣體分配道1628。環形流動形成於”處理區”、而非隔開基材的空間。在一態樣中，因渦流流動圖案掃掠氣體分配道1628的整個內面，故環形氣流1620有助於更有效地排空氣體分配道1628。
參照第16C-16E圖，至少一部分的室蓋組件1632下表面1660自氣體分配道1628往室蓋組件1632周圍逐漸變細，藉以提供氣體從氣體分配道1628流過基材表面(即從基材中心到基材邊緣)的較佳速度波形。下表面1660可包含一或多個錐形面，例如平面、凹面、凸面、或其組合面。在一實施例中，下表面1660為逐漸變細的漏斗狀。
在一實施例中，下表面1660向下傾斜以減少氣流行經室蓋組件1632下表面1660至基材的速度差異，進而使基材表面均勻接觸反應氣體。在一實施例中，室蓋組件1632之向下傾斜下表面1660與基材表面間的流動截面，其最大面積與最小面積的比例小於2，較佳為小於1.5，更佳為小於1.3，再佳為小於1。
不期受限於理論，咸信氣流以更均一的速度越過基材表面可使氣體更均勻地沉積於基材上。咸信氣流速度正比於氣體濃度，因此正比於氣體沉積於基材表面的速率。故氣流速度較快的第一基材表面區域相對於第二基材表面區域，第一表面區域有更快的氣體沉積速率。咸信具向下傾斜下表面1660的室蓋組件1632可供氣體更均勻地沉積於整個基材表面，此乃因下表面1660產生了更均一的速度，故氣體遍佈基材表面的濃度更均勻。
參照第16C-16E圖，鄰近ALD製程期間放置之基材邊緣的室蓋組件1632周圍設有阻氣門1662。當室蓋組件1632組裝構成處理區於基材四周時，阻氣門1662包含任一限制氣體流過基材邊緣附近區域的構件。
如第16B-16D圖所示，具有把手1682的室蓋套1680可蓋住罩蓋1672、氣體導管1650a、氣體導管套1652、和一部分的蓋板1670上表面。室蓋組件1632的溫度可由液體冷卻系統控制，其連接水套，例如延伸穿過蓋板1670的冷卻道1690。諸如水之冷卻流體流過冷卻道1690而移除蓋板1670的熱量。冷卻劑連結件1692a、1692b藉由軟管或管子連接至冷卻道1690。冷卻劑連結件1692a、1692b的另一端藉由軟管或管子連接至流體源和流體回收器，例如內設的冷卻系統或獨立的冷卻系統。冷卻劑連結件1692a、1692b藉由支撐架1694連接至蓋板1670。流過冷卻道1690的液體可包括水、油、乙醇、乙二醇、乙二醇醚、或其他有機溶劑。在一實施例中，蓋板1670或室蓋組件1632的溫度可維持在約0℃至約100℃之間，較佳為約18℃至約65℃之間，更佳為約20℃至約50℃之間。
第17A-17D圖繪示處理室1700之一實施例的截面，其包括用於ALD製程的氣體輸送系統1730。處理室1700包含具側壁1704和底部1706的室體1702。處理室1700的狹縫閥1708可供機械裝置(未繪示)進出處理室1700以傳遞及取回基材1710，例如200mm或300mm之半導體晶圓或玻璃基板。
基材支撐件1712支撐處理室1700中基材承接面1711上的基材1710。基材支撐件1712設有升降馬達1714，用以提高及降低基材支撐件1712和放置其上的基材1710。連接升降馬達1718的升降板1716設於處理室1700內，用以提高及降低可移動穿過基材支撐件1712的升降銷1720。升降銷1720提高及降低基材支撐件1712表面上的基材1710。基材支撐件1712可包括真空吸座(未繪示)、靜電吸座(未繪示)、或鉗環(未繪示)，以於沉積製程期間固定基材支撐件1712上的基材1710。
藉由調整基材支撐件1712的溫度可控制放置其上的基材1710溫度。例如，可使用諸如電阻加熱器(未繪示)等嵌設型加熱元件來加熱基材支撐件1712，或者可使用諸如設於基材支撐件1712上方之加熱燈(未繪示)等輻射熱來進行加熱。淨化環1722可置於基材支撐件1712上，以定出淨化通道1724而提供淨化氣體至基材1710周圍，以免沉積物沉積其上。
氣體輸送系統1730設在室體1702的上部，用以供給處理室1700氣體，例如製程氣體及/或淨化氣體。第17A-17D圖的氣體輸送系統1730可使基材1710接觸至少二氣體源或化學前驅物。在其他實施例中，氣體輸送系統1730可重新配置使基材1710接觸單一氣體源(如第5圖所示)、或接觸三或更多氣體源或化學前驅物(如第6圖所示)。真空系統1778連接抽吸道1779，以將任一預定氣體排出處理室1700外，並協助處理室1700之抽吸區1766維持呈預定壓力或保持在預定壓力範圍。
在一實施例中，氣體輸送系統1730包含室蓋組件1732，其具延伸穿過室蓋組件1732之中間部分的氣體分配道1734。罩蓋1772包含分配道1734的圓柱部分，例如細窄部1754。罩蓋1772還包含氣體分配道1734的分流或擴大部分，例如展開部1756。氣體分配道1734從基材承接面1711沿著氣體分配道1734之中心軸1733延伸穿過蓋板1770而抵下表面1760。在一實施例中，部分氣體分配道1734沿著上部1737內之中心軸1733實質上仍呈圓柱狀，部分氣體分配道1734則背離下部1735內之中心軸1733逐漸變細。氣體分配道1734更延伸越過下表面1760而進入反應區1764。下表面1760從氣體分配道1734之下部1735延伸到阻氣門1762。下表面1760經構形及調整大小以實質覆蓋位於基材支撐件1712之基材承接面1711上的基材1710。
當呈環形氣流1774的製程氣體沿著中心軸1733行進時，其將被迫繞著氣體分配道1734之中心軸1733擴展。環形氣流1774可包含流動圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、捲曲圖案、扭曲圖案、捲繞圖案、漩渦圖案、或其衍生圖案。環形氣流1774繞著氣體分配道1734的中心軸1733擴展至少約1圈，較佳為至少約1.5圈，更佳為至少約2圈，再佳為至少約3圈，又再佳為至少約4圈或以上。
氣體分配道1734具有氣體入口1736a、1736b，用以提供來自二組相似閥1742a/1752a、1742b/1752b的氣流，其可一起或個別提供。在一構造中，閥1742a和閥1742b耦接不同的反應氣體源，但最好耦接同一淨化氣體源。例如，閥1742a耦接反應氣體源1738，閥1742b耦接反應氣體源1739，且二閥1742a、1742b均耦接淨化氣體源1740。閥1742a、1742b各自包括具閥座組件1744a、1744b的輸送管線1743a、1743b，閥1752a、1752b則各自包括具閥座組件1746a、1746b的排空管線1745a、1745b。輸送管線1743a、1743b連接反應氣體源1738、1739，並且連接氣體分配道1734的氣體入口1736a、1736b。輸送管線1743a、1743b的閥座組件1744a、1744b控制反應氣體從反應氣體源1738、1739流向氣體分配道1734。排空管線1745a、1745b連接淨化氣體源1740，並與輸送管線1743a、1743b之閥座組件1744a、1744b下游處的輸送管線1743a、1743b相交。排空管線1745a、1745b的閥座組件1746a、1746b控制淨化氣體從淨化氣體源1740流向氣體分配道1734。若載氣用來輸送反應氣體源1738、1739的反應氣體，則載氣與淨化氣體最好相同(例如，使用氬氣做為載氣與淨化氣體)。
閥座組件1744a、1744b、1746a、1746b各可包含隔板(未繪示)和閥座(未繪示)。施加偏壓或加以啟動可打開或關閉隔板。隔板可為氣動式或電動式。氣動閥包括可購自Fujikin公司與Veriflow公司的氣動閥。電動閥包括可購自Fujikin公司的電動閥。例如，ALD閥可採用Fujikin型號FPR-UDDFAT-21-6.35-PI-ASN或Fujikin型號FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT。可程式化邏輯控制器1748a、1748b耦接閥1742a、1742b，用以控制啟動閥1742a、1742b之閥座組件1744a、1744b、1746a、1746b的隔板。氣動閥產生的氣體脈衝週期可為0.020秒。電動閥產生的氣體脈衝週期可為0.005秒。電動閥一般需使用聯繫閥與可程式化邏輯控制器的驅動器。
閥1742a、1742b分別可為零無效體積閥，其可於閥座組件1744a、1744b關閉時，沖洗輸送管線1743a、1743b的反應氣體。例如，排空管線1745a、1745b可設置鄰接輸送管線1743a、1743b的閥座組件1744a、1744b。當閥座組件1744a、1744b關閉時，排空管線1745a、1745b可供應淨化氣體來沖洗輸送管線1743a、1743b。在一實施例中，排空管線1745a、1745b略與輸送管線1743a、1743b之閥座組件1744a、1744b相隔，如此淨化氣體於閥座組件1744a、1744b打開時不會直接送入閥座組件1744a、1744b。在此之零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
各組閥1742a/1752a、1742b/1752b可用來提供反應氣體與淨化氣體的結合氣流及/或個別氣流。參照閥1742a/1752a，反應氣體與淨化氣體的結合氣流例子包括來自淨化氣體源1740且流經排空管線1745a的連續淨化氣體流和來自反應氣體源1738且流經輸送管線1743a的反應氣體脈衝。藉由打開排空管線1745a之閥座組件1746a的隔板，可連續供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線1743a之閥座組件1744a的隔板，可脈衝供應反應氣體源1738的反應氣體。參照閥1742a/1752a，反應氣體與淨化氣體的個別氣流例子包括來自淨化氣體源1740且流經排空管線1745a的淨化氣體脈衝和來自反應氣體源1738且流經輸送管線1743a的反應氣體脈衝。藉由打開及關閉排空管線1745a之閥座組件1746a的隔板，可脈衝供應淨化氣體。藉由打開及關閉輸送管線1743a之閥座組件1744a的隔板，可脈衝供應反應氣體源1738的反應氣體。
閥1742a、1742b的輸送管線1743a、1743b可經由氣體導管1750a、1750b連接到氣體入口1736a、1736b。氣體導管1750a、1750b可為閥1742a、1742b的一體元件或分離元件。在一態樣中，閥1742a、1742b緊鄰氣體分配道1734，如此可減少輸送管線1743a、1743b和氣體導管1750a、1750b在閥1742a、1742b與氣體入口1736a、1736b之間不必要的配置體積。
不期受限於理論，咸信氣體分配道1734的直徑沿著中心軸1733從氣體分配道1734之上部1737到特定點為固定不變且自特定點往氣體分配道1734之下部1735增加可讓通過氣體分配道1734的氣體產生較少的絕熱膨脹，此有助於控制環形氣流1774內的製程氣體溫度。例如，經由氣體入口1736a、1736b進入氣體分配道1734的氣體突然產生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導致氣體凝結而形成液滴。另一方面，咸信逐漸變細的氣體分配道1734可使氣體產生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故藉由控制氣體的周圍溫度(即控制室蓋組件1732的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1734可逐漸變細，且可包含一或多個錐形內面，例如逐漸變細的平面、凹面、凸面、或其組合面，或者可包含一或多個錐形內面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
在一實施例中，氣體入口1736a、1736b鄰近氣體分配道1734的上部1737。在其他實施例中，一或多個氣體入口1736a、1736b沿著氣體分配道1734的全長設於上部1737與下部1735之間。
氣體導管1750a、1750b的中心線分別與氣體分配道1734的輻徑線夾一角度α，此類似第17C圖，其中氣體導管1750a、1750b的中心線1776a、1776b分別與通過氣體分配道1734中心的輻徑線夾一角度α。氣體進入氣體導管1750a、1750b的入口較佳以傾角α(其中α>00 )設置，使得氣體依環形氣流1774所指之環形方向流動。以傾角α供應氣體而不直接流向擴大通道壁面(即α=00 )有助於形成層流而非紊流通過氣體分配道1734。咸信層流通過氣體分配道1734有利於清除氣體分配道1734的內面和室蓋組件1732的其他表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1734的內面和其他表面，並且可能含有氣流無法抵達的死角。在一態樣中，氣體導管1750a、1750b和對應的氣體入口1736a、1736b彼此間隔隔開，並以同一環形方向(即順時鐘或逆時鐘)引導氣流。
不期受限於理論，第17C圖為室蓋組件1732之氣體分配道1734的截面圖，其簡示氣體流經其中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1734的流動圖案，咸信環形氣流1774(第17C圖)可以渦流流動、螺旋流動、盤旋流動、打旋流動、快旋流動、扭曲流動、捲繞流動、曲折流動、捲曲流動、漩渦流動、或其衍生流動等方式流過氣體分配道1734。如第17C圖所示，環形流動形成於”處理區”、而非隔開基材1710的空間。在一態樣中，因渦流流動圖案掃掠氣體分配道1734的整個內面，故環形氣流1774有助於更有效地排空氣體分配道1734。
在一實施例中，第17C圖的距離1775是指從氣體導管1750a、1750b之中心線1776a、1776b到基材1710的表面。距離1777是指從氣體分配道1734之上部1737到罩蓋1172的下表面1773。當不預期以盤旋流動越過基材1710表面時，距離1775、1777足以讓環形氣流1774向下消散流動。咸信環形氣流1774是以層流方式行進，如此可有效清除室蓋組件1732和基材1710的表面。在一實施例中，距離1777為約4英吋至約8英吋，較佳為約4.5英吋至約7英吋，更佳為約5英吋至約6英吋，例如5.5英吋。在另一實施例中，距離1775或氣體分配道1734沿著中心軸1733延伸的長度為約5英吋至約12英吋，較佳為約6英吋至約10英吋，更佳為約7英吋至約9英吋，例如8英吋。
參照第17A及17C圖，至少一部分的室蓋組件1732下表面1760自氣體分配道1734往室蓋組件1732周圍逐漸變細，藉以提供氣體從氣體分配道1734流過基材1710表面(即從基材中心到基材邊緣)的較佳速度波形。下表面1760可包含一或多個錐形面，例如平面、凹面、凸面、或其組合面。在一實施例中，下表面1760為逐漸變細的漏斗狀。
在一實施例中，下表面1760向下傾斜以減少氣流行經室蓋組件1732下表面1760至基材1710的速度差異，進而使基材1710表面均勻接觸反應氣體。在一實施例中，室蓋組件1732之向下傾斜下表面1760與基材1710表面間的流動截面，其最大面積與最小面積的比例小於2，較佳為小於1.5，更佳為小於1.3，再佳為小於1。
不期受限於理論，咸信氣流以更均一的速度越過基材1710表面可使氣體更均勻地沉積於基材1710上。咸信氣流速度正比於氣體濃度，因此正比於氣體沉積於基材1710表面的速率。故基材1710上氣流速度較快的第一表面區域相對於第二表面區域，第一表面區域有更快的氣體沉積速率。咸信具向下傾斜下表面1760的室蓋組件1732可供氣體更均勻地沉積於整個基材1710表面，此乃因下表面1760產生了更均一的速度，故氣體遍佈基材1710表面的濃度更均勻。
參照第17A圖，鄰近基材1710邊緣的室蓋組件1732周圍設有阻氣門1762。當室蓋組件1732組裝構成處理區於基材1710四周時，阻氣門1762包含任一限制氣體流過基材1710邊緣附近區域的構件。
在一特定實施例中，阻氣門1762與基材支撐件1712的間距為約0.04英吋至約2.0英吋，較佳為約0.04英吋至約0.2英吋。間距可依輸送氣體和沉積製程條件改變。利用阻氣門1762隔開反應區1764和抽吸區1766的壓力不均勻分布區，可使室蓋組件1732與基材1710間的體積或反應區1764內的壓力分布更均勻。
參照第17A圖，在一態樣中，由於反應區1764和抽吸區1766已經隔開，因此反應氣體或淨化氣體只需適度填充反應區1764，讓基材1710充分接觸反應氣體或淨化氣體。在傳統化學氣相沉積中，習知腔室需同時且均勻供應反應氣體之結合氣流至整個基材表面，以確保反應氣體均勻地在整個基材1710表面互相反應。在原子層沉積中，處理室1700相繼引進反應氣體至基材1710表面，使反應物薄層交替吸附於基材1710表面。故原子層沉積不需反應氣體同時抵達基材1710表面。反而需供應足量的反應氣體使反應物薄層吸附於基材1710表面。
因反應區1764的體積比傳統CVD室的內部體積小，故需要較少的氣體量來填充進行原子層沉積程序之特定製程的反應區1764。例如，以處理直徑200mm之基材的腔室實施例為例，反應區1764的體積為約1000cm3 或更小，較佳為約500cm3 或更小，更佳為約200cm3 或更小。以處理直徑300mm之基材的腔室實施例為例，反應區1764的體積為約3000cm3 或更小，較佳為約1500cm3 或更小，更佳為約600cm3 或更小。在一實施例中，可抬高或降低基材支撐件1712以調整用於沉積的反應區1764體積。反應區1764的體積越小，需流入處理室1700的沉積氣體量或淨化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室1700產能及減少廢棄物，進而降低營運成本。
如第17A-17D圖所示，室蓋組件1732包含罩蓋1772和蓋板1770，其中罩蓋1772和蓋板1770構成氣體分配道1734。附加板(未繪示)或可置於蓋板1770與罩蓋1772之間。附加板用來調整(例如加大)罩蓋1772與蓋板1770的間距，藉此可改變其構成的氣體分配道1734長度。在另一實施例中，選擇性置於蓋板1770與罩蓋1772間的附加板含有不鏽鋼。在其他實施例中，氣體分配道1734可由單一材料組成。
視待輸送的氣體而定，室蓋組件1732可包括冷卻元件及/或加熱元件。控制室蓋組件1732的溫度可避免氣體在室蓋組件1732上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(如第16A圖的冷卻道1690)可設於室蓋組件1732中，用以冷卻室蓋組件1732。在另一實施例中，加熱元件(未繪示)可為嵌設的或圍繞室蓋組件1732的零件，用以加熱室蓋組件1732。在一實施例中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1732的零件。例如參照第17A圖，室蓋組件1732包含蓋板1770和罩蓋1772，其中蓋板1770和罩蓋1772構成氣體分配道1734。罩蓋1772保持在一溫度範圍內，蓋板1770則保持在另一溫度範圍內。例如，以加熱帶纏繞或使用其他加熱裝置加熱罩蓋1772可防止反應氣體冷凝，且蓋板1770維持呈周圍溫度。在另一實施例中，可加熱罩蓋1772及利用水道冷卻蓋板1770，以免反應氣體在蓋板1770上進行熱分解。
室蓋組件1732包含的零件可由不鏽鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、其合金、或其他適合材料組成。在一實施例中，罩蓋1772和蓋板1770為各自製造、機械加工、鍛造，或者其可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不鏽鋼、其合金、或其組合物。
第17A圖繪示之諸如可程式化個人電腦、工作站電腦等控制單元1780為耦接處理室1700，用以控制製程條件。例如在基材處理程序的不同階段中，控制單元1780用來控制來自各氣體源1738、1739、1740的製程氣體和淨化氣體流過閥1742a、1742b。舉例來說，控制單元1780包含中央處理單元(CPU)1782、支援電路1784、和存有相關控制軟體1783的記憶體1786。
控制單元1780可為任一類型的通用電腦處理器，其可用於工業設定來控制各種腔室及子處理器。CPU 1782可使用任一適合的記憶體1786，例如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟機、硬碟機、或其它近端或遠端的數位儲存器。各種支援電路可連接CPU 1782，用以支援處理室1700。控制單元1780可連接到另一鄰近單獨腔室零件的控制器，例如閥1742a、1742b的可程式化邏輯控制器1748a、1748b。透過許多訊號線(以下統稱訊號匯流排1788，其部分繪於第17A圖)可操作控制單元1780與處理室1700之其他組件的雙向通信。除了控制氣體源1738、1739、1740的製程氣體和淨化氣體及閥1742a、1742b的可程式化邏輯控制器1748a、1748b外，控制單元1780還負責自動控制其他處理晶圓的動作，例如傳送晶圓、控制溫度、排空腔室等，其部分將說明於此他處。
參照第17A-17D圖，運作時，機械裝置(未繪示)經由狹縫閥1708將基材1710傳送到處理室1700。升降銷1720與機械裝置協力將基材1710放到基材支撐件1712上。基材支撐件1712抬起基材1710使其緊靠室蓋組件1732的下表面1760。一起或個別(即脈衝供應)利用閥1742a注入第一氣流至處理室1700的氣體分配道1734及利用閥1742b注入第二氣流至處理室1700。第一氣流可包含來自淨化氣體源1740之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源1738之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源1738之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源1740之脈衝供應的淨化氣體。第二氣流可包含來自淨化氣體源1740之連續供應的淨化氣體和來自反應氣體源1739之脈衝供應的反應氣體、或可包含來自反應氣體源1739之脈衝供應的反應氣體和來自淨化氣體源1740之脈衝供應的淨化氣體。環形氣流1774以渦流流動方式行經氣體分配道1734，藉以掃掠氣體分配道1734的整個內面。環形氣流1774朝基材1710表面向下消散流動。當氣體流經氣體分配道1734時，氣流速度會減慢。氣流接著流過基材1710的表面和室蓋組件1732的下表面1760。室蓋組件1732的向下傾斜下表面1760有助於減少氣流越過基材1710表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門1762而進入處理室1700的抽吸區1766。過量氣體、副產物等將流入抽吸道1779，然後由真空系統1778排出處理室1700外。在一態樣中，氣流以層流方式行經氣體分配道1734和基材1710表面與室蓋組件1732下表面1760之間，如此可使反應氣體均勻接觸基材1710的表面及有效清除室蓋組件1732的內面。
第17A-17D圖的處理室1700具有多項特徵。在一態樣中，處理室1700提供的反應區1764體積相較於傳統CVD室小。處理室1700只需較少的反應氣體或淨化氣體來填充進行特定製程的反應區1764。在另一態樣中，處理室1700提供的室蓋組件1732具有向下傾斜或呈漏斗狀的下表面1760，如此可減少氣流行經室蓋組件1732底面至基材1710的速度差異。在又一態樣中，處理室1700提供的氣體分配道1734可減慢氣流流貫的速度。在再一態樣中，處理室1700提供的氣體導管與氣體分配道1734之中心夾一角度α。處理室1700尚具其他特徵。其他用於原子層沉積的腔室實施例包含一或多個上述特徵。
在一些實施例中，處理室1700內的氣體分配道1734具有粗糙表面或機械處理過的表面，以增加整個表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在罩蓋1772的內面1790和蓋板1770的下表面1760。氣相沉積製程常產生不欲得到的膜層，且可能會從內面1790和下表面1760剝落而污染基材1710。
在另一實施例中，如第17D圖所示，多個表面在罩蓋1772之內面1790、1792和蓋板1770之下表面1760上的區域R1 至R10 間構成粗糙表面梯度。例如，罩蓋1772的細窄部1754包含內面1790，且位於區域R1 至R2 間。罩蓋1772的展開部1756包含內面1792，且位於區域R3 至R8 間。又，蓋板1770的下部1758包含下表面1760，且位於區域R9 至R10 間。
在一實施例中，罩蓋1772之細窄部1754包含內面1790，其平均粗糙度(Ra )至少為約10μin(約0.254μm)，例如為約10μin(約0.254μm)至約50μin(約1.27μm)，較佳為約20μin(約0.508μm)至約45μin(約1.143μm)，更佳為約30μin(約0.762μm)至約40μin(約1.016μm)。罩蓋1772之展開部1756包含內面1792，其平均粗糙度至少為約35μin(約0.89μm)，例如為約35μin(約0.89μm)至約70μin(約1.78μm)，較佳為約40μin(約1.016μm)至約65μin(約1.65μm)，更佳為約45μin(約1.143μm)至約60μin(約1.52μm)。蓋板1770之下部1758包含下表面1760，其平均粗糙度至少為約35μin(約0.89μm)，例如為約35μin(約0.89μm)至約70μin(約1.78μm)，較佳為約40μin(約1.016μm)至約65μin(約1.65μm)，更佳為約45μin(約1.143μm)至約60μin(約1.52μm)。
在一實施例中，罩蓋1772之細窄部1754包含區域R1 ，其內面1790的Ra 為約32μin至約36μin，例如約34μin，區域R2之內面1790的Ra 為約34μin至約42μin，例如約38μin。罩蓋1772之展開部1756包含區域R3 ，其內面1792的Ra 為約40μin至約50μin，例如約45μin，區域R4 之內面1790的Ra 為約44μin至約60μin，例如約51μin，區域R5 之內面1792的Ra 為約48μin至約68μin，例如約58μin，區域R6 之內面1790的Ra 為約46μin至約64μin，例如約55μin，區域R7 之內面1792的Ra 為約48μin至約68μin，例如約57μin，區域R8 之內面1790的Ra 為約48μin至約68μin，例如約57μin。又，蓋板1770之下部1758包含區域R9 ，其下表面1760的Ra 為約46μin至約64μin，例如約55μin，區域R10 之下表面1760的Ra 則為約46μin至約64μin，例如約55μin。
第18A-18H圖繪示根據另一實施例之用於ALD製程之室蓋罩蓋的截面。氣體輸送組件1800a、1800c、1800e、1800g有利於施行ALD製程且可結合其他實施例，例如合併採用第1-8圖中具氣體輸送系統230、830、930的處理室200、800、900、或第10A-17D圖所述之室蓋組件1032、1232、1632、和處理室1100、1500、1700。
在一實施例中，第18A-18B圖繪示之氣體輸送組件1800a包含主氣體導管1864，其耦接及與氣體入口1862為流體連通。氣體入口1862軸向放置在往沉積室之處理區擴展的氣體分配道1828上方。主氣體導管1864與氣體入口的連接角度為90度(如第18A-18B圖所示)、或大於或小於90度(未繪示)。氣體導管1866a、1866b、1866c耦接且與主氣體導管1864為流體連通。氣體導管1866a、1866b、1866c分別連接至少一氣體源，例如前驅氣體源、製程氣體源、載氣源、或淨化氣體源。來自氣體源的氣體流過氣體導管1866a、1866b、1866c後流入主氣體導管1864。若氣體同時流自氣體導管1866a、1866b、1866c，則氣體可於特定點1830a會合。隨後，氣體經由氣體入口1862流進氣體分配道1828。
在另一實施例中，第18C-18D圖繪示之氣體輸送組件1800c類似氣體輸送組件1800a的構造，但其不含主氣體導管1864。氣體輸送組件1800c包含軸向放置在氣體分配道1828上方的氣體入口1862，其朝沉積室之處理區擴展。氣體導管1868a、1868b、1868c直接耦接且與氣體入口1862為流體連通。氣體入口1862與氣體導管1868a、1868b的連接角度為90度(如第18B-18C圖所示)、或大於或小於90度(未繪示)。氣體導管1868a、1868b、1868c分別連接至少一氣體源，例如前驅氣體源、製程氣體源、載氣源、或淨化氣體源。若氣體同時流自氣體導管1868a、1868b、1868c，則氣體可於氣體入口1862正上方的特定點1830c會合。隨後，氣體經由氣體入口1862流進氣體分配道1828。
在又一實施例中，第18E-18F圖繪示之氣體輸送組件1800e類似氣體輸送組件1800c的構造，但其不含一氣體導管。氣體輸送組件1800e包含軸向放置在氣體分配道1828上方的氣體入口1862，其朝沉積室之處理區擴展。氣體導管1870a、1870b直接耦接且與氣體入口1862為流體連通。在一實施例中，氣體入口1862與氣體導管1870a、1870b的連接角度從氣體分配道1828之中心軸量起為小於90度，例如為約10度至約85度，較佳為約20度至約75度，更佳為約30度至約60度，例如約45度。氣體導管1870a、1870b分別連接至少一氣體源，例如前驅氣體源、製程氣體源、載氣源、或淨化氣體源。若氣體同時流自氣體導管1870a、1870b，則氣體可於氣體入口1862正上方的特定點1830e會合，然後流進氣體分配道1828。
第18G-18H圖繪示根據再一實施例之氣體輸送組件1800g。氣體輸送組件1800g包含軸向放置在氣體分配道1828上方的氣體入口1862，其朝沉積室之處理區擴展。氣體導管1872a、1872b直接耦接且與氣體入口1862為流體連通。在一實施例中，氣體入口1862與氣體導管1872a、1872b的連接角度從氣體分配道1828之中心軸量起為約90度(如第18G-18H圖所示)。或者，氣體導管1872a、1872b與氣體入口1862的連接角度為大於或小於90度(未繪示)。擋板1800a、1800b設在氣體導管1872a、1872b的氣體流動路徑內，以導引氣體流動路徑朝向彼此及/或向上。氣體導管1872a、1872b分別連接至少一氣體源，例如前驅氣體源、製程氣體源、載氣源、或淨化氣體源。若氣體同時流自氣體導管1872a、1872b，則氣體可於氣體入口1862與擋板1800a、1800b正上方的特定點1830g會合。接著，製程氣體流進氣體分配道1828。
在此之“原子層沉積(ALD)”、”循環沉積”、或”循環層沉積”是指相繼引進二或多種反應化合物來沉積材料層至基材表面。二、三或多種反應化合物或可引入處理室的反應區或處理區中。反應化合物的形態可為氣體、電漿、蒸氣、流體、或其他可用於氣相沉積製程的物質狀態。各反應化合物間通常以時間延遲隔開，使化合物得以黏著於基材表面及/或在基材表面反應。在一態樣中，脈衝供應第一前驅物或化合物A至反應區後，執行第一時間延遲。接著，脈衝供應第二前驅物或化合物B至反應區，然後執行第二時間延遲。化合物A與化合物B反應形成沉積材料。時間延遲期間，引進淨化氣體至處理室內，以排空反應區或將任一殘餘的反應化合物或副產物移出反應區外。或者，在整個沉積過程中可持續流入淨化氣體，如此在各脈衝供應反應化合物之間的時間延遲期間，只有淨化氣體流進。反應化合物或可脈衝供應直到預定膜厚的材料沉積於基材表面。在任一情況下，脈衝供應化合物A、供應淨化氣體、供應化合物B、供應淨化氣體的ALD製程為一循環。每一循環可先引進化合物A或化合物B，並且繼續進行循環的各步驟直到膜層達預定厚度。在另一實施例中，含有化合物A的第一前驅物、含有化合物B的第二前驅物、和含有化合物C的第三前驅物個別脈衝供應到處理室。或者，脈衝供應第一前驅物的時間可與脈衝供應第二前驅物的時間重疊，而脈衝供應第三前驅物的時間不與脈衝供應第一或第二前驅物的時間重疊。在此之”製程氣體”是指單一氣體、多種氣體、含電漿之氣體、氣體及/或電漿的混合物。製程氣體包含至少一用於氣相沉積製程的反應化合物。反應化合物的形態可為氣體、電漿、蒸氣、流體、或其他可用於氣相沉積製程的物質狀態。又，製程可包含淨化氣體或載氣，但不含反應化合物。
在此之“基材”或”基材表面”是指進行膜層處理的任一基材或其上之材料表面。例如，視應用類型而定，進行處理的基材表面包括諸如矽、氧化矽、應變矽、絕緣層上覆矽(silicon on insulator；SOI)、摻雜碳之氧化矽、氮化矽、摻雜矽、鍺、砷化鎵、玻璃、石墨、石英等材料、和視應用類型而定包括其他材料，例如金屬、金屬氮化物、金屬合金、和其他導電材料。基材表面的阻障層、金屬、或金屬氮化物包括鈦、氮化鈦、氮矽化鈦、鎢、氮化鎢、氮矽化鎢、鉭、氮化鉭、或氮矽化鉭。基材可具任何尺寸，例如200mm或300mm之晶圓、和矩形或方形玻璃基板。基材包括半導體基材、顯示基板(例如LCD)、太陽能面板、和其他種類的基材。除非另行指明，否則所述實施例與範例較佳是實施於200mm或300mm大小的基材，更佳為300mm大小。本發明實施例可採用的基材包括半導體晶圓，例如結晶矽(例如Si<100>或Si<111>)、氧化矽、玻璃、石英、應變矽、矽鍺、摻雜或未摻雜之多晶矽、摻雜或未摻雜之矽晶圓、和圖案化或未圖案化之晶圓，但不以此為限。基材可經歷預處理製程，藉以研磨、蝕刻、還原、氧化、氫氧化、退火、及/或烘烤基材表面。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200、800、900、1100、1500、1700．．．處理室
202、1102、1502、1702．．．室體
204、1104、1504、1704．．．側壁
206、1106、1506、1706．．．底部
208、1108、1508、1708．．．狹縫閥
210、1010、1110、1210、1510、1610、1710．．．基材
211、1111、1511、1711．．．承接面
212、1112、1512、1712．．．支撐件
214、218、1114、1118、1514、1518、1714、1718．．．馬達
216、1116、1516、1716．．．升降板
220、1120、1520、1720．．．升降銷
222、1122、1522、1722．．．淨化環
224、234、634、734、834、933、1124、1268a、1268b、1524、1634、1668a、1668b、1724．．．通道
230、830、930．．．氣體輸送系統/氣體輸送設備
232、832、932、1032、1132、1232、1532、1632、1732．．．室蓋組件
235、1035、1135、1235、1535、1635、1735、1758．．．下部
236a、236b、636、736A、736B、736C、1038a、1038b、1136a、1136b、1536a、1536b、1638a、1638b、1736a、1736b、1862．．．入口
237、1037、1137、1237、1537、1637、1737．．．上部
238、239、240、937、1138、1139、1140、1538、1539、1540、1738、1739、1740．．．氣體源
242a、242b、252a、252b、941、1142a、1142b、1152a、1152b、1542a、1542b、1552a、1552b、1742a、1742b、1752a、1752b．．．閥
243a、243b、245a、245b、1143a、1143b、1145a、1145b、1543a、1543b、1545a、1545b、1743a、1743b、1745a、1745b．．．管線
244a、244b、246a、246b、1144a、1144b、1146a、1146b、1544a、1544b、1546a、1546b、1744a、1744b、1746a、1746b．．．閥座組件
248a、248b、1148a、1148b、1548a、1548b、1748a、1748b．．．控制器
250a、250b、650、750a、750b、750c、1050a、1050b、1050c、1068a、1068b、1150a、1150b、1250a、1250b、1250c、1550a、1550b、1650a、1650b、1650c、1750a、1750b、1864、1866a、1866b、1866c、1868a、1868b、1868c、1870a、1870b、1872a、1872b．．．導管
260、860、960、1060、1160、1173、1260、1560、1660、1760、1773．．．表面
261、1035a、1035b、1035c、1231、1531、1631、1790、1792．．．內面
262、1062、1162、1262、1562、1662、1762．．．阻氣門
264、864、964、1064、1164、1564、1764．．．反應區
266、1166、1566、1766．．．抽吸區
267．．．橫側部
268、1261．．．突出部
270、1070、1170、1270、1570、1670、1770．．．蓋板
272、1072、1172、1272、1572、1672、1772．．．罩蓋
278、1178、1578、1778．．．真空系統
279、1179、1579、1779．．．抽吸道
280、1180、1580、1780．．．控制單元
282、1182、1582、1782．．．中央處理單元/CPU
283、1183、1583、1783．．．控制軟體
284、1184、1584、1784．．．支援電路
286、1186、1586、1786．．．記憶體
288、1188、1588、1788．．．匯流排
290．．．縱軸
302a、302b、602、702、1176a、1176b、1776a、1776b．．．中心線
304、604、704．．．輻徑線
310．．．環形流動
310a、310b、402a、402b、610、710．．．箭頭
402．．．渦流流動
404．．．流動
410、1175、1177a、1177b、1575、1775、1777．．．距離
502、504、1576a、1576b．．．位置
1020、1174、1220、1574、1620、1774．．．氣流
1028、1128、1228、1534、1628、1734、1828．．．分配道
1033、1133、1233、1533、1633、1733．．．中心軸
1034a、1134a．．．匯流道
1034b、1134b．．．分流道
1036、1131．．．節流圈
1052、1252、1652．．．導管套
1074、1274、1275、1674．．．溝槽
1076、1265、1276、1277、1676．．．銷
1080、1280、1680．．．室蓋套
1082、1282、1682．．．把手
1090、1290、1690．．．冷卻道
1092a、1092b、1292a、1292b、1692a、1692b．．．連結件
1094、1294、1694．．．支撐架
1130、1530、1730．．．氣體輸送系統
1236、1636、1830a、1830c、1830e、1830g．．．特定點
1263．．．孔洞
1264a、1264b、1568a、1568b．．．節環
1266a、1266b、1569a、1569b．．．狹縫
1267．．．多路注入罩
1269．．．多路注入基底
1754．．．細窄部
1756．．．展開部
1800a、1800c、1800e、1800g．．．氣體輸送組件
1880a、1880b．．．擋板
α．．．角度
為讓本發明之上述特徵更明顯易懂，可配合參考實施例說明，其部分乃繪示如附圖式。
須注意的是，雖然所附圖式揭露本發明特定實施例，但其並非用以限定本發明之精神與範圍，任何熟習此技藝者，當可作各種之更動與潤飾而得等效實施例。
第1圖繪示根據一實施例之處理室的截面，其包括用於原子層沉積的氣體輸送設備；
第2圖繪示第1圖室蓋之擴大通道的截面；
第3圖繪示第1圖室蓋之擴大通道的截面；
第4圖之截面繪示氣體在基材表面與第1圖室蓋底面間之二不同位置的流動情形；
第5圖繪示根據一實施例之擴大通道的上剖面，其用來接收單一氣流；
第6圖繪示根據一實施例之擴大通道的上剖面，其用來接收三種氣流；
第7圖繪示根據另一實施例之處理室的截面，其包括用於原子層沉積的氣體輸送設備；
第8圖繪示根據又一實施例之處理室的截面，其包括用於原子層沉積的氣體輸送設備；
第9A-9B圖繪示根據其他實施例之室蓋阻氣門的截面；
第10A-10F圖繪示根據再一實施例之用於原子層沉積之處理室室蓋組件的截面；
第11A-11C圖繪示根據另一實施例之處理室的截面，其包括上蓋組件和用於原子層沉積的氣體輸送設備；
第12A-12E圖繪示根據另一實施例之用於原子層沉積之處理室室蓋組件的截面；
第13A-13C圖繪示根據所述實施例之第12A-12E圖處理室室蓋組件的其他截面；
第14A-14C圖繪示根據一實施例之氣體注入組件的截面和第12A-13C圖處理室室蓋組件內的氣流圖案；
第15A-15C圖繪示根據又一實施例之處理室的截面，其包括上蓋組件和用於原子層沉積的氣體輸送設備；
第16A-16E圖繪示根據又一實施例之用於原子層沉積之處理室室蓋組件的截面；
第17A-17D圖繪示根據再一實施例之處理室的截面，其包括上蓋組件和用於原子層沉積的氣體輸送設備；以及
第18A-18H圖繪示根據另一實施例之用於原子層沉積之室蓋罩蓋的截面。
1100．．．處理室
1102．．．室體
1104．．．側壁
1106．．．底部
1108．．．狹縫閥
1110．．．基材
1111．．．承接面
1112．．．支撐件
1114,1118．．．馬達
1116．．．升降板
1120．．．升降銷
1122．．．淨化環
1124．．．通道
1128．．．分配道
1130．．．氣體輸送系統
1132．．．室蓋組件
1134a．．．匯流道
1134b．．．分流道
1135．．．下部
1136a,1136b．．．入口
1137．．．上部
1138,1139,1140．．．氣體源
1142a,1142b．．．閥
1143a,1143b．．．管線
1144a,1144b．．．閥座組件
1145a,1145b．．．管線
1144b,1146a．．．閥座組件
1148a,1148b．．．控制器
1150a,1150b．．．導管
1152a,1152b．．．閥
1160．．．表面
1162．．．阻氣門
1164．．．反應區
1170．．．蓋板
1172．．．罩蓋
1178．．．真空系統
1179．．．抽吸道
1180．．．控制單元
1182．．．中央處理單元/CPU
1183．．．控制軟體
1184．．．支援電路
1186．．．記憶體
1188．．．匯流排

Claims (23)

  1. 一種用於一半導體處理腔室的多路注入器，該多路注入器包含：一基底，該基底界定一中央氣體分配通道的一部分；複數個狹縫，該等複數個狹縫形成於該基底中且以相對於該中央氣體分配通道的一中心軸的一角度定位；一第一氣體通路(gas passageway)，該第一氣體通路形成於該基底中且耦接至鄰接該等複數個狹縫的一第一氣體節環；及一第二氣體通路，該第二氣體通路形成於該基底中且耦接至一第二氣體節環，該第二氣體節環定位於鄰接該等複數個狹縫的該第一氣體節環下方。
  2. 如請求項第1項之多路注入器，其中該複數個狹縫以正切於氣體分配通道的一角度定位。
  3. 如請求項第2項之多路注入器，其中該角度係0度至90度。
  4. 如請求項第2項之多路注入器，其中該角度係0度至45度。
  5. 如請求項第2項之多路注入器，其中該角度係0度至 20度。
  6. 如請求項第1項之多路注入器，其中該等狹縫重新導引來自該第一氣體節環及該第二氣體節環之各者的氣流，以在該中央氣體分配通道中形成一環形流動路徑。
  7. 如請求項第6項之多路注入器，其中該環形流動路徑包含自以下構成之群組中選出之一流動圖案：渦流、螺旋、盤旋、捲曲、扭曲、捲繞、漩渦及此等之衍生圖案。
  8. 一種用於一半導體處理腔室的多路注入器，該多路注入器包含：一基底，該基底界定一中央氣體分配通道的一部分，其中該氣體分配通道延伸通過該基底的一中央部分；一第一氣體節環，該第一氣體節環形成於該基底中且圍繞該氣體分配通道；一第二氣體節環，該第二氣體節環形成於該第一氣體節環下方的該基底中且圍繞該氣體分配通道；複數個狹縫，該等複數個狹縫形成於該基底中且定位於該第一氣體節環及該第二氣體節環之間，該等複數個狹縫圍繞該中央氣體分配通道；一第一氣體通路(gas passageway)，該第一氣體通路形成於該基底中且耦接至該第一氣體節環；及一第二氣體通路，該第二氣體通路形成於該基底中且 耦接至該第二氣體節環，其中來自該第一氣體節環及該第二氣體節環兩者的氣體流動通過該等複數個狹縫，以在該中央氣體分配通道中形成一環形流動路徑。
  9. 如請求項第8項之多路注入器，其中該環形流動路徑包含自以下構成之群組中選出之一流動圖案：渦流、螺旋、盤旋、捲曲、扭曲、捲繞、漩渦及此等之衍生圖案。
  10. 如請求項第8項之多路注入器，其中該等複數個狹縫以相對於該氣體分配通道的一中心軸的一角度定位。
  11. 如請求項第10項之多路注入器，其中該等複數個狹縫以正切於氣體分配通道的一角度定位。
  12. 如請求項第11項之多路注入器，其中該角度係0度至90度。
  13. 如請求項第11項之多路注入器，其中該角度係0度至45度。
  14. 如請求項第11項之多路注入器，其中該角度係0度至20度。
  15. 一種用於一半導體處理腔室的氣體罩蓋，該罩蓋包 含：具有一中央氣體分配通道的一主體，該中央氣體分配通道具有一圓柱形上部部分及一分流下部部分，其中該中央氣體分配通道的一內部表面包括一粗糙表面，以促進材料黏著於該內部表面上。
  16. 如請求項第15項之罩蓋，其中該粗糙表面包含10微英吋Ra至100微英吋Ra的一平均粗糙度。
  17. 如請求項第15項之罩蓋，其中該粗糙表面包含30微英吋Ra至80微英吋Ra的一平均粗糙度。
  18. 如請求項第15項之罩蓋，其中該粗糙表面包含10微英吋Ra至50微英吋Ra的一平均粗糙度。
  19. 如請求項第15項之罩蓋，進一步包含：一第一氣體導管，該第一氣體導管耦接至該圓柱形上部部分，且與該中央氣體分配通道流體連通。
  20. 如請求項第19項之罩蓋，進一步包含：一第二氣體導管，該第二氣體導管耦接至該圓柱形上部部分，且與該中央氣體分配通道流體連通。
  21. 如請求項第20項之罩蓋，其中該第一氣體導管及該 第二氣體導管經定位，以提供一環形氣體流動圖案。
  22. 如請求項第21項之罩蓋，其中該環形氣體流動圖案包含自以下構成之群組中選出之一流動圖案：渦流、螺旋、盤旋、捲曲、扭曲、捲繞、漩渦及此等之衍生圖案。
  23. 如請求項第21項之罩蓋，其中該第一氣體導管及該第二氣體導管以與該氣體分配通道的一中心軸夾角大於0°的一角度，而被獨立地定位。
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