具有氣封的化學(xué)沉積腔室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于密封化學(xué)沉積裝置中的處理區(qū)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：化學(xué)隔離腔室，所述化學(xué)隔離腔室具有在所述化學(xué)隔離腔室內(nèi)形成的沉積腔室；具有面板的噴頭模塊，所述噴頭模塊包括多個(gè)將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)輸送到用于對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理的空腔中的入口以及將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)和惰性氣體從所述空腔中去除的排出口，以及被配置成輸送惰性氣體的外部充氣室；基座模塊，所述基座模塊被配置成支撐襯底并且垂直移動(dòng)以封閉所述空腔而在所述基座模塊與圍繞所述面板的外部部分的臺(tái)階之間存在狹窄間隙；以及惰性密封氣體進(jìn)料，所述惰性密封氣體進(jìn)料被配置成將所述惰性密封氣體送入到所述外部充氣室中，并且其中所述惰性密封氣體至少部分地沿徑向向內(nèi)流過所述狹窄間隙以形成氣封。
【專利說明】具有氣封的化學(xué)沉積腔室

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于進(jìn)行化學(xué)沉積和用于進(jìn)行等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積的裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]可以使用等離子體處理裝置通過包括以下各項(xiàng)在內(nèi)的技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理:蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、脈沖沉積層(PDL)、等離子體增強(qiáng)脈沖沉積層(PETOL)處理以及抗蝕劑去除。舉例來說，一種類型的用于等離子體處理的等離子體處理裝置包括容納頂部電極和底部電極的反應(yīng)腔室或沉積腔室。在這些電極之間施加射頻(RF)功率以將工藝氣體激發(fā)成用于在反應(yīng)腔室中對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理的等離子體。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]公開了一種用于密封化學(xué)沉積裝置中的處理區(qū)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:化學(xué)隔離腔室，所述化學(xué)隔離腔室具有在所述化學(xué)隔離腔室內(nèi)形成的沉積腔室；具有面板和背襯板的噴頭模塊，所述噴頭模塊包括多個(gè)將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)輸送到用于對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理的空腔中的入口以及將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)和惰性氣體從所述空腔中去除的排出口，以及被配置成輸送惰性氣體的外部充氣室；基座模塊，所述基座模塊被配置成支撐襯底并且垂直移動(dòng)以封閉所述空腔而在所述基座模塊與圍繞所述面板的外部部分的臺(tái)階之間存在狹窄間隙；以及惰性密封氣體進(jìn)料，所述惰性密封氣體進(jìn)料被配置成將所述惰性密封氣體送入到所述外部充氣室中，并且其中所述惰性密封氣體至少部分地沿徑向向內(nèi)流過所述狹窄間隙以形成氣封。
[0004]公開了一種用于防止反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)從用于對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理的空腔中漏出的方法，所述方法包括:在化學(xué)沉積裝置的空腔中對(duì)襯底進(jìn)行處理，所述空腔在噴頭模塊與被配置成接收所述襯底的基座模塊之間形成，其中所述噴頭模塊包括多個(gè)將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)輸送到所述空腔中的入口以及將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)和惰性氣體從所述空腔中去除的排出口 ；以及將惰性密封氣體進(jìn)料送入到外部充氣室中，所述外部充氣室被配置成將所述惰性密封氣體輸送到所述噴頭模塊的面板的外周邊周圍并且輸送到所述基座模塊與圍繞所述面板的外部部分的臺(tái)階之間的狹窄間隙中，所述狹窄間隙圍繞所述空腔的外緣，并且其中所述惰性密封氣體至少部分地沿徑向向內(nèi)流過所述狹窄間隙以形成氣封。
[0005]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，所述基于氣體的密封系統(tǒng)被配置成防止反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)在不同的ALD工序期間漏出。舉例來說，ALD工序可以在反應(yīng)器壓力和流速方面相差多倍或甚至多個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，期望在ALD工序期間使用密封氣體作為局限反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)和隔離反應(yīng)器或空腔的機(jī)構(gòu)來對(duì)晶片或反應(yīng)器空腔實(shí)現(xiàn)氣封。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1A是示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的具有基座的化學(xué)沉積裝置的示意圖。
[0007]圖1B是示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式?jīng)]有基座的化學(xué)沉積裝置的示意圖。
[0008]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)的剖視圖。
[0009]圖3是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)的剖視圖。
[0010]圖4是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)的剖視圖。
[0011]圖5是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)的剖視圖。
[0012]圖6是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)的剖視圖。
[0013]圖7是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)的示意圖。
[0014]圖8是示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)的壓力和閥門角度與時(shí)間的關(guān)系曲線的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0015]在以下詳細(xì)的公開內(nèi)容中，闡述了示例性實(shí)施方式以便對(duì)本文公開的裝置和方法有所了解。然而，如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，這些示例性實(shí)施方式可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下或通過使用替代性元件或工藝來加以實(shí)施。在其它情況下，未對(duì)熟知的工藝、程序和/或部件進(jìn)行詳細(xì)描述以免不必要地使本文公開的實(shí)施方式的方面含糊不清。
[0016]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，本文公開的裝置和相關(guān)方法可以用于化學(xué)沉積，諸如等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積。這些裝置和方法可以與基于半導(dǎo)體制造的電介質(zhì)沉積工藝結(jié)合使用，所述電介質(zhì)沉積工藝需要將多步式沉積工藝中的自限性沉積步驟分開(例如原子層沉積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、脈沖沉積層(TOL)或等離子體增強(qiáng)脈沖沉積層(PETOL)處理)，然而它們不局限于此。
[0017]如所指示，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了用于進(jìn)行諸如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積之類的化學(xué)沉積的裝置和相關(guān)方法。這些裝置和方法特別適于與基于半導(dǎo)體制造的電介質(zhì)沉積工藝結(jié)合使用，所述電介質(zhì)沉積工藝需要將多步式沉積工藝中的自限性沉積步驟分開(例如原子層沉積(ALD)、等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、脈沖沉積層(PDL)或等離子體增強(qiáng)脈沖沉積層(PETOL)處理)，然而它們不限于此。
[0018]上述工藝可能有一些與接受沉積材料之晶片或襯底上的溫度不均勻相關(guān)的缺點(diǎn)。舉例來說，當(dāng)與周圍腔室部件進(jìn)行熱接觸的被動(dòng)加熱的噴頭使熱量流失到這些周圍部件時(shí)，在襯底上可能產(chǎn)生不均勻的溫度。因此，優(yōu)選地將形成處理區(qū)上壁的噴頭與周圍部件熱隔離，以便可以形成等溫的處理區(qū)，從而在襯底上形成均勻的溫度。襯底上均勻的溫度有助于對(duì)襯底進(jìn)行均勻的處理，其中襯底的溫度為沉積處理提供活化能并且因此是推進(jìn)沉積反應(yīng)的控制手段。
[0019]此外，一般存在兩種主要類型的沉積噴頭，即枝形吊燈(chandelier)型和嵌入式安裝型。枝形吊燈型噴頭具有一端連接至腔室頂部并且另一端連接至面板的桿，類似于枝形吊燈。該桿的一部分可以從腔室頂部伸出以能夠連接氣體管線與RF電源。嵌入式安裝型噴頭被整合到腔室頂部中并且不具有桿。本發(fā)明的實(shí)施方式涉及嵌入式安裝型噴頭，其中該嵌入式安裝型噴頭縮減了腔室容積，它在處理期間必須通過真空源來抽真空。
[0020]圖1A和IB是示出了根據(jù)本文公開的實(shí)施方式的化學(xué)沉積裝置100的示意圖。如圖1A和IB中所示，該化學(xué)裝置包括化學(xué)隔離腔室或外殼110、沉積腔室120、噴頭模塊130以及移動(dòng)基座模塊140，該移動(dòng)基座模塊140可以相對(duì)于噴頭模塊130垂直地升高或降低以使基座模塊140的上表面上的襯底(或晶片)190的位置升高或降低。噴頭模塊130也可以垂直地升高和降低。反應(yīng)原料氣體(或工藝氣體)192(圖3)通過噴頭模塊130的中央充氣室202 (圖6)經(jīng)由氣體管線112引入到子腔室(或空腔)150中。氣體管線112的每一條可以具有相應(yīng)的儲(chǔ)集槽(未示出)，可以使用隔離閥116將所述相應(yīng)的儲(chǔ)集槽與裝置100隔離。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，裝置100可以根據(jù)使用的反應(yīng)氣體的數(shù)目改進(jìn)為具有一條或多條具有隔離閥和儲(chǔ)集槽的氣體管線112。而且，反應(yīng)氣體輸送管線112可以在多個(gè)化學(xué)沉積裝置或多工位系統(tǒng)之間共用。
[0021]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)真空管線160將腔室120抽真空，所述一個(gè)或多個(gè)真空管線160連接至真空源(未示出)。舉例來說，真空源可以是真空泵(未示出)。在多工位反應(yīng)器中，例如具有多個(gè)進(jìn)行相同的沉積處理的工位或裝置100的那些反應(yīng)器中，來自另一個(gè)工位的真空管線160可以與該真空管線160共用共同的前級(jí)管線。另外，裝置100可以經(jīng)過改動(dòng)而使得每個(gè)工位或裝置100具有一個(gè)或多個(gè)真空管線160。
[0022]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，多個(gè)抽真空管道170可以被配置成與噴頭模塊130的面板136內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)排出口 174處于流體連通。排出口 174可以被配置成在沉積處理之間將工藝氣體或反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192從空腔150中去除。多個(gè)抽真空管道170還與一個(gè)或多個(gè)真空管線160處于流體連通。抽真空管道170可以沿圓周圍繞襯底190間隔排列并且可以均勻間隔。在有些情況下，多個(gè)管道170的間距可以經(jīng)過設(shè)計(jì)以補(bǔ)償真空管線160的位置。由于真空管線160 —般少于多個(gè)管道170，所以通過最接近真空管線160的管道170的流量可能高于更遠(yuǎn)離的管道170。為了確保平穩(wěn)流動(dòng)模式，在管道170更遠(yuǎn)離真空管線160的情況下，可以將這些管道170更緊密地間隔排列在一起。包括多個(gè)管道170 (包括可變流量導(dǎo)管)的化學(xué)沉積裝置100的一個(gè)示例性實(shí)施方式可以見于共同轉(zhuǎn)讓的美國專利7，993，457中，該美國專利特此以引用的方式整體并入。
[0023]本文公開的實(shí)施方式優(yōu)選地以等離子體增強(qiáng)化學(xué)沉積裝置(例如PECVD裝置、PEALD裝置或PETOL裝置)的形式實(shí)施。這種裝置可以采用不同的形式，其中該裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)腔室或“反應(yīng)器” 110，所述腔室或“反應(yīng)器” 110可以包括多個(gè)如上文所述容納一個(gè)或多個(gè)襯底190并且適用于進(jìn)行襯底處理的工位或沉積腔室120。每個(gè)腔室120可以容納一個(gè)或多個(gè)用于處理的襯底。所述一個(gè)或多個(gè)腔室120將襯底190維持在一個(gè)或多個(gè)限定的位置上(在該位置內(nèi)移動(dòng)或不移動(dòng)，例如旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)或其它搖動(dòng))。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以在處理期間將經(jīng)歷沉積和處理的襯底190在裝置100內(nèi)從一個(gè)工位(例如沉積腔室120)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)工位中。在處于處理中同時(shí)，通過基座、晶片夾盤和/或其它晶片固定裝置140將每個(gè)襯底190固定就位。對(duì)于將對(duì)襯底190進(jìn)行加熱的某些操作來說，裝置140可以包括諸如加熱板之類的加熱器。
[0024]圖2是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的具有基于氣體的密封系統(tǒng)200的化學(xué)沉積裝置100的剖視圖。如圖2中所示，化學(xué)沉積裝置100包括襯底基座模塊140，該襯底基座模塊140被配置成從基座模塊140的上表面142接收和/或卸載半導(dǎo)體襯底(或晶片)190。在較低的位置上，將襯底190放在基座模塊140的表面上，然后將該基座模塊140朝向噴頭模塊130垂直向上升高。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，基座模塊140的上表面142與噴頭模塊130的下表面132之間形成空腔150的距離可以是約0.2英寸(5毫米)至約0.6英寸(15毫米)?；K140向上垂直移動(dòng)以封閉空腔150會(huì)在基座與圍繞噴頭模塊130的面板136 (圖1A和1B)的外部部分131的臺(tái)階135之間產(chǎn)生狹窄間隙240。
[0025]在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，可以經(jīng)由噴頭模塊130和/或基座模塊140中的加熱機(jī)構(gòu)維持腔室120內(nèi)的溫度。舉例來說，可以將襯底190置于等溫環(huán)境中，在所述等溫環(huán)境中，噴頭模塊130和基座模塊140被配置成將襯底190維持在所需溫度。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，可以將噴頭模塊130加熱至高于250°C，和/或可以將基座模塊140加熱到50°C至550°C的范圍內(nèi)。沉積腔室或空腔150用來容納由電容耦合等離子體類型系統(tǒng)產(chǎn)生的等離子體，該系統(tǒng)包括結(jié)合基座模塊140 —起運(yùn)行的噴頭模塊130。
[0026]連接至匹配網(wǎng)絡(luò)(未示出)的一種或多種RF源(未示出)，諸如高頻(HF)RF發(fā)生器和低頻(LF)RF發(fā)生器連接至噴頭模塊130。由匹配網(wǎng)絡(luò)供給的功率和頻率足以由工藝氣體/蒸氣產(chǎn)生等離子體。在一個(gè)實(shí)施方式中，可以使用HF發(fā)生器和LF發(fā)生器這兩者。在典型工藝中，一般在約2-lOOMHz的頻率下操作HF發(fā)生器；在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在13.56MHz下操作HF發(fā)生器。一般在約50kHz至2MHz下操作LF發(fā)生器；在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在約350至600kHz下操作LF發(fā)生器?？梢曰谇皇胰莘e、襯底規(guī)格以及其它因素來按比例縮放工藝參數(shù)。舉例來說，LF發(fā)生器和HF發(fā)生器的功率輸出通常與襯底的沉積表面積成正比。用于300mm晶片上的功率一般將是用于200mm晶片的功率的至少2.25倍。類似地，流速(諸如標(biāo)準(zhǔn)蒸氣壓)例如可以取決于沉積腔室120的空隙容積。
[0027]在沉積腔室120內(nèi)，基座模塊140支撐上面可以沉積材料的襯底190。基座模塊140通常包括在沉積和/或等離子體處理反應(yīng)的期間和之間將襯底固定和轉(zhuǎn)移的夾盤、叉或起模頂桿?；K140可以包括靜電夾盤、機(jī)械夾盤或可供工業(yè)和/或研究中使用的各種其它類型的夾盤?；K140可以與用于將襯底190加熱至所需溫度的加熱塊連接。根據(jù)所要沉積的材料，一般來說襯底190維持在約25°C至500°C的溫度下。
[0028]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，基于氣體的密封系統(tǒng)200可以被配置成幫助在工藝原料氣體或吹掃氣體流動(dòng)期間控制和調(diào)節(jié)從空腔150中的流出。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，腔室150的抽真空或吹掃利用惰性氣體或吹掃氣體(未示出)，經(jīng)由噴頭模塊130將所述氣體送入到空腔150中。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，一個(gè)或多個(gè)管道178可以經(jīng)由環(huán)形抽真空通道176連接至真空管線160，所述環(huán)形抽真空通道176被配置成將密封氣體182 (圖2)從基座模塊140下方的區(qū)域中去除。
[0029]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，噴頭模塊130被配置成將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)輸送到空腔(或反應(yīng)器腔室)150中。噴頭模塊130可以包括具有多個(gè)入口或通孔138的面板136和背襯板139。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，面板136可以是具有多個(gè)入口或通孔138和臺(tái)階135的單塊板，所述臺(tái)階135圍繞面板136的外周邊137延伸。替代地，臺(tái)階135可以是獨(dú)立的環(huán)133，所述獨(dú)立的環(huán)133被固定至面板136的外部部分131的下表面上。舉例來說，可以使用螺釘143將臺(tái)階135固定至面板136的外部部分131上。包括具有同心排出口 174的面板136的用于分配工藝氣體的噴頭模塊130的一個(gè)示例性實(shí)施方式可以見于共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5，614，026中，該美國專利特此以引用的方式整體并入。舉例來說，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，排出口 174圍繞多個(gè)入口 138。
[0030]根據(jù)一個(gè)不例性實(shí)施方式,空腔150形成于噴頭模塊130的面板136的下表面132下方和襯底基座模塊140的上表面142上方。噴頭模塊130的面板136內(nèi)的多個(gè)同心抽真空管道或排出口 174可以流體連接至多個(gè)管道170中的一個(gè)或多個(gè)，以在沉積處理之間將工藝氣體或反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192從空腔150中去除。
[0031]如圖2中所示，裝置100還包括惰性氣體或密封氣體182的來源180，經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)管道184將所述惰性氣體或密封氣體182送到基于氣體的密封系統(tǒng)200的外部充氣室204中。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，惰性氣體或密封氣體182可以是氮?dú)饣驓鍤?。根?jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，惰性氣體來源180被配置成經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)管道184沿徑向向內(nèi)輸送惰性密封氣體182穿過狹窄間隙240，所述狹窄間隙240從空腔150向外延伸并且形成于圍繞面板136的外周邊137的臺(tái)階135的下表面134與基座模塊140的上表面142之間。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，惰性密封氣體182在狹窄間隙240內(nèi)與空腔150中的工藝氣體或反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192(圖3)連通以在處理期間形成氣封。如圖3和4中所示，惰性密封氣體182僅部分進(jìn)入狹窄間隙240中，在該狹窄間隙內(nèi)的反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192與惰性氣體182之間形成氣封。替代地，如圖5和6中所示，惰性氣體182可以向空腔150的外緣流動(dòng)并且經(jīng)由噴頭模塊130內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)排出口 174從空腔150中去除。
[0032]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，環(huán)形抽真空通道176流體連接至多個(gè)抽真空管道170中的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，環(huán)形抽真空通道176具有一個(gè)或多個(gè)出口(未示出)并且被配置成將來自圍繞襯底190周邊的區(qū)域的惰性氣體182以及沿徑向向內(nèi)穿過或流過狹窄間隙240的惰性氣體182去除。抽真空通道176形成于襯底基座140的外部部分144內(nèi)。環(huán)形抽真空通道176還可以被配置成將惰性氣體182從襯底基座140下方去除。具有多個(gè)類似于176的管道的另外的實(shí)施方式可以幫助抽吸更多的惰性氣體182并且使得更高流量的惰性氣體能夠進(jìn)入178和基座下方的部分中。多個(gè)管道176還可以有助于在密封表面上形成更高的壓降并且因此使得向晶片空腔中的擴(kuò)散更低。
[0033]圖3是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的具有基于氣體的密封系統(tǒng)200的化學(xué)沉積裝置100的沉積腔室120的一部分的剖視圖。如圖3中所示，外部充氣室204可以形成于面板136的外部部分131中。外部充氣室204可以包括一個(gè)或多個(gè)管道220，所述一個(gè)或多個(gè)管道220被配置成接收來自惰性氣體來源或進(jìn)料180的惰性氣體182。惰性氣體182經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)管道220流過外部充氣室204到達(dá)下出口 228。下出口 228與狹窄間隙240處于流體連通。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，從空腔150的外緣152到面板136的外周邊或外緣141與外部充氣室204連通的距離是有限控制的一段距離。舉例來說，從空腔150的外緣152到面板136的外緣141與外部充氣室204連通的距離(或?qū)挾?可以是約5.0mm至25.0mm0
[0034]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，形成外部充氣室204的一個(gè)或多個(gè)管道220是外部環(huán)形凹槽222。外部環(huán)形凹槽222被配置成與空腔150外緣上的狹窄間隙240處于流體連通。外部環(huán)形凹槽222可以被配置成具有上環(huán)形凹槽224和下環(huán)形凹槽226，其中上環(huán)形凹槽224所具有的寬度大于下環(huán)形凹槽226的寬度。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，下出口 228是下環(huán)形凹槽226下部上的環(huán)形出口，該環(huán)形出口與狹窄間隙240處于流體連通。
[0035]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，如圖3中所示，經(jīng)由在反應(yīng)器或空腔150的邊緣上間隔有限控制的距離的外部充氣室204輸送惰性氣體182。流過外部充氣室204的惰性氣體182的流速可以達(dá)到使得佩克萊特?cái)?shù)(Peclet number)大于約1.0,從而如圖3中所示使化學(xué)物質(zhì)192局限于空腔150內(nèi)。舉例來說，如果佩克萊特?cái)?shù)大于1.0，那么惰性氣體182與反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192可以在狹窄間隙240的內(nèi)部部分242內(nèi)建立平衡，從而防止反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192流到襯底基座140下方以及污染沉積腔室120中處于空腔150外部的部分。
[0036]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，如果該處理是恒壓處理，則與來自基座140下方的壓力組合的單一(或恒定)流量的惰性氣體182可足夠確?？涨?50內(nèi)的反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192與沿徑向向內(nèi)流過狹窄間隙240的惰性氣體180之間的密封。舉例來說，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，基于氣體的密封系統(tǒng)200可以與Si的ALD氧化物一起使用，所述Si的ALD氧化物一般可以以相對(duì)恒壓模式操作。另外，基于氣體的密封系統(tǒng)200可以充當(dāng)通過改變惰性氣體182的流速或基座模塊140下方的壓力和/或這兩者的組合以跨越不同的處理和壓力方案在沉積腔室120和空腔150內(nèi)例如在ALD氮化物處理期間控制密封的裝置。
[0037]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，如所公開的密封氣體系統(tǒng)200單獨(dú)地或與和排出管道174,176相關(guān)的壓力組合可以有助于防止反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192在處理期間從150中流出和/或擴(kuò)散出。另外，系統(tǒng)200單獨(dú)地或與排出管道174、176以及與排出管道174、176相關(guān)的壓力組合還可以防止惰性氣體182總體流動(dòng)到空腔150中以及襯底190上。另外，惰性氣體182進(jìn)入狹窄間隙240中以隔離空腔150的流速可以基于由排出口 174所產(chǎn)生的壓力加以調(diào)節(jié)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，例如，可以經(jīng)由外部充氣室204以約100立方厘米/分鐘至約5.0標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘(slm)的速率輸送惰性氣體或密封氣體182，所述惰性氣體或密封氣體182可以被用于隔離空腔150。
[0038]根據(jù)一個(gè)不例性實(shí)施方式,一個(gè)或多個(gè)空腔250可以位于基座模塊140的外部部分中，該外部部分圍繞空腔150。該一個(gè)或多個(gè)空腔250可以與狹窄間隙240和下出口 228處于流體連通，這可以增加從空腔150到惰性氣體或氣體進(jìn)料180的壓降。一個(gè)或多個(gè)空腔250 (或環(huán)形通道)還可以提供額外的控制機(jī)構(gòu)以使得能夠跨越不同的處理和壓力方案，例如在ALD氮化物處理期間，實(shí)現(xiàn)密封。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，一個(gè)或多個(gè)空腔250可以圍繞沉積腔室120等距排列。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，一個(gè)或多個(gè)空腔250是環(huán)形通道，該環(huán)形通道是同心的并且具有大于下出口 228寬度的寬度。
[0039]圖4是具有基于氣體的密封系統(tǒng)200的化學(xué)沉積裝置100的沉積腔室120的一部分的剖視圖。如圖4中所示，如果反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192的流速大于或約等于惰性氣體182的流速，那么反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192的流動(dòng)可能延伸到空腔150的外部，這可能不是所希望的。
[0040]如圖4中所示，環(huán)形抽真空通道176流體連接至多個(gè)抽真空管道170中的一個(gè)或多個(gè)。環(huán)形抽真空通道176被配置成將惰性氣體182從襯底基座140下方以及從圍繞襯底190周邊的區(qū)域中去除。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，抽真空通道176具有一個(gè)或多個(gè)出口(未示出)并且被配置成將來自圍繞襯底190周邊的區(qū)域的惰性氣體182以及沿徑向向內(nèi)流過或擴(kuò)散通過狹窄間隙240的惰性氣體182去除。
[0041]圖5是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式具有基于氣體的密封系統(tǒng)200的化學(xué)沉積裝置100的沉積腔室120的一部分的剖視圖?？梢酝ㄟ^降低反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192的流速和/或提高惰性氣體182的流速來產(chǎn)生來自空腔150外部的惰性氣體182流。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，惰性氣體182從外部充氣室204流入空腔150中并且可以經(jīng)由噴頭模塊130內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)排出口 174去除。
[0042]圖6是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式具有基于氣體的密封系統(tǒng)300的化學(xué)沉積裝置100的沉積腔室120的一部分的剖視圖。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，噴頭模塊130的中央充氣室202包括多個(gè)入口或通孔138，所述入口或通孔138將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192輸送到空腔150中?？涨?50還包括同心管道或排出口 174，所述同心管道或排出口 174將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192和惰性氣體182從空腔150中去除。同心管道或排出口 174可以與中間充氣室208處于流體連通。中間充氣室208流體連接至多個(gè)抽真空管道170中的一個(gè)或多個(gè)。
[0043]噴頭模塊130還可以包括垂直氣體通道370，該垂直氣體通道370被配置成將惰性氣體182輸送到面板136的外周邊137周圍。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，外部充氣室206可以形成于面板136的外周邊137與隔離環(huán)214的內(nèi)周邊或內(nèi)緣212之間。
[0044]如圖6中所示，系統(tǒng)300包括形成于上板310內(nèi)的內(nèi)部通道360和背襯板139的外部部分320內(nèi)的垂直氣體通道370。該垂直氣體通道370包括一個(gè)或多個(gè)管道312、322，所述一個(gè)或多個(gè)管道312、322被配置成接收來自惰性氣體來源或進(jìn)料180的惰性氣體182。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，惰性氣體182經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)管道312、322流過上板310和背襯板139的外部部分320流到一個(gè)或多個(gè)凹槽和/或通道330、340、350，然后流到反應(yīng)器或空腔150的外緣。
[0045]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，一個(gè)或多個(gè)管道312可以包括上環(huán)形凹槽314和下外部環(huán)形凹槽316。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，上凹槽314所具有的寬度大于下凹槽316。另夕卜，一個(gè)或多個(gè)管道322可以處于上板310和背襯板139的外部部分320內(nèi)。一個(gè)或多個(gè)管道322可以形成環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽具有與上板310上的出口 318處于流體連通的入口326和與狹窄間隙240處于流體連通的出口 328。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，下隔離環(huán)320內(nèi)的出口 328可以與一個(gè)或多個(gè)凹槽和/或通道330、340、350處于流體連通，引導(dǎo)圍繞噴頭模塊130的面板136的外周邊的惰性氣體182向狹窄間隙240的外緣243流動(dòng)。
[0046]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，經(jīng)由垂直氣體通道370將惰性氣體182送入到外部充氣室206中并且至少部分地沿徑向向內(nèi)流過狹窄間隙240流向空腔150。流過一個(gè)或多個(gè)凹槽和/或通道330、340、350的惰性氣體182的流速可以使得佩克萊特?cái)?shù)大于1.0，從而使得化學(xué)物質(zhì)192局限于空腔150內(nèi)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，如果佩克萊特?cái)?shù)大于1.0,那么惰性氣體182與反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192在狹窄間隙240的內(nèi)部部分242內(nèi)建立平衡，從而防止反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192流到基座模塊140下方以及污染沉積腔室120中處于空腔150外部的部分。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，通過使反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192的流動(dòng)局限于空腔150內(nèi)，系統(tǒng)200可以減少反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192的用量。另外，系統(tǒng)200還可以縮短在處理期間使用反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)192填充空腔150的時(shí)間。
[0047]圖7是根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)400的示意圖。如圖7中所示，系統(tǒng)400包括惰性氣體或密封氣體的來源180和工藝氣體的來源190，這些來源被配置成分別將惰性氣體或密封氣體182和工藝氣體192輸送到空腔150中。系統(tǒng)400還可以包括晶片空腔或空腔壓力閥410和下腔室壓力閥412，這些壓力閥分別控制晶片空腔或空腔壓力414，和下腔室壓力416。
[0048]圖8是示出了根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式的基于氣體的密封系統(tǒng)400的壓力和閥門角度與時(shí)間的關(guān)系曲線的圖表500。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，如圖8中所示，以O(shè)至約20SLM(標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘)的流速將呈氦氣形式的工藝氣體192輸送到空腔150中。以約2SLM向空腔提供呈氮?dú)?N2)形式的惰性氣體或密封氣體182。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施方式，空腔腔室壓力414和下腔室壓力416是約10托。如圖8中所示，在最多約20SLM的氦氣192和2SLM的氮?dú)?82的操作條件下，如通過殘余氣體分析儀測量法所證實(shí)，氦氣182未經(jīng)由吹掃通道(或狹窄間隙240)泄漏。
[0049]本文還公開了一種在處理裝置中對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理的方法。該方法包括將來自工藝氣體來源的工藝氣體供應(yīng)至沉積腔室中，以及在等離子體處理腔室中對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理。該方法優(yōu)選地包括對(duì)襯底進(jìn)行等離子體處理，其中使用RF發(fā)生器將RF能施加于工藝氣體，從而在沉積腔室中產(chǎn)生等離子體。
[0050]當(dāng)在本說明書中連同數(shù)值一起使用詞語“約”時(shí)，意在相關(guān)數(shù)值包括所述數(shù)值±10%的容差。
[0051]此外，當(dāng)連同幾何形狀一起使用詞語“一般”、“相對(duì)”以及“基本上”時(shí)，意在不要求該幾何形狀的精確性，但是該形狀的自由度(latitude)處于本公開的范圍內(nèi)。當(dāng)與幾何學(xué)術(shù)語一起使用時(shí)，詞語“一般”、“相對(duì)”以及“基本上”旨在不僅涵蓋符合嚴(yán)格定義的特征，還涵蓋相當(dāng)接近于嚴(yán)格定義的特征。
[0052]雖然已經(jīng)參考【具體實(shí)施方式】對(duì)包括等溫沉積腔室的等離子體處理裝置進(jìn)行詳細(xì)描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見的是，可以作出各種改變和改動(dòng)，并且使用等同方案而不背離所附權(quán)利要求書的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于密封化學(xué)沉積裝置中的處理區(qū)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 化學(xué)隔離腔室，所述化學(xué)隔離腔室具有在所述化學(xué)隔離腔室內(nèi)形成的沉積腔室； 噴頭模塊，其具有面板和背襯板，所述噴頭模塊包括多個(gè)將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)輸送到用于對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理的空腔中的入口以及將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)和惰性氣體從所述空腔中去除的排出口，以及被配置成輸送惰性氣體的外部充氣室； 基座模塊，所述基座模塊被配置成支撐襯底并且垂直移動(dòng)以封閉所述空腔而在所述基座模塊與圍繞所述面板的外部部分的臺(tái)階之間存在狹窄間隙；以及 惰性密封氣體進(jìn)料，所述惰性密封氣體進(jìn)料被配置成將所述惰性密封氣體送入到所述外部充氣室中，并且其中所述惰性密封氣體至少部分地沿徑向向內(nèi)流過所述狹窄間隙以形成氣封。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 環(huán)形抽真空通道，所述環(huán)形抽真空通道將沿徑向向內(nèi)流過所述狹窄間隙以及來自圍繞處于所述基座模塊的上表面上的襯底周邊的區(qū)域的所述惰性密封氣體去除。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述環(huán)形抽真空通道位于所述面板的臺(tái)階下方。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 處于所述基座模塊的上表面上的半導(dǎo)體襯底。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述外部充氣室形成于所述面板的外周邊與隔離環(huán)的內(nèi)周邊之間。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述外部充氣室是環(huán)形管道。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述狹窄間隙具有從所述空腔的外緣到所述面板的外緣約5.0mm至25.0mm的寬度。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述排出口圍繞所述多個(gè)入口。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述惰性密封氣體是氮?dú)饣驓鍤狻?br> 10.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 至少一個(gè)抽真空管道，所述至少一個(gè)抽真空管道與所述環(huán)形抽真空通道流體連通；以及 抽真空裝置，所述抽真空裝置與所述至少一個(gè)抽真空管道流體連通。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 至少一個(gè)抽真空管道，所述至少一個(gè)抽真空管道與中間充氣室流體連通；以及 抽真空裝置，所述抽真空裝置與所述多個(gè)抽真空管道流體連通。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 一個(gè)或多個(gè)空腔，所述一個(gè)或多個(gè)空腔位于所述基座模塊中，并且其中所述一個(gè)或多個(gè)空腔被配置成與所述外部充氣室流體連通。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述基座模塊中的所述一個(gè)或多個(gè)空腔是環(huán)形通道。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中圍繞所述面板的外部部分的所述臺(tái)階是獨(dú)立的環(huán)。
15.一種用于防止反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)從用于對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行處理的空腔中漏出的方法，所述方法包括: 在化學(xué)沉積裝置的所述空腔中對(duì)襯底進(jìn)行處理，所述空腔在噴頭模塊與被配置成接收所述襯底的基座模塊之間形成，其中所述噴頭模塊包括多個(gè)將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)輸送到所述空腔中的入口以及將反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)和惰性氣體從所述空腔中去除的排出口； 將惰性密封氣體進(jìn)料送入到外部充氣室中，所述外部充氣室被配置成將所述惰性氣體輸送到所述基座模塊與圍繞面板的外部部分的臺(tái)階之間的狹窄間隙中，所述狹窄間隙圍繞所述空腔的外緣；以及 使所述惰性密封氣體至少部分地沿徑向向內(nèi)流過所述狹窄間隙以形成氣封。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法包括: 通過提高經(jīng)由所述狹窄間隙進(jìn)入所述空腔中的所述惰性密封氣體的流速來吹掃具有反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)的所述空腔；以及 使用流體連接至所述噴頭模塊的同心出口的抽真空裝置將所述反應(yīng)器化學(xué)物質(zhì)從所述空腔中抽空。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，所述方法包括 經(jīng)由與抽真空裝置流體連通的抽真空通道將所述惰性密封氣體從圍繞處于所述基座模塊上的所述襯底的周邊的區(qū)域中去除。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法包括: 在佩克萊特?cái)?shù)大于約1.0的情況下使所述惰性密封氣體流入到所述狹窄間隙中。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法包括: 經(jīng)由以下工藝中的至少一種將層沉積到襯底上:化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、原子層沉積、等離子體增強(qiáng)原子層沉積、脈沖層沉積和/或等離子體增強(qiáng)脈沖沉積。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法包括: 以約100立方厘米/分鐘至約5.0slm (標(biāo)準(zhǔn)升/分種)將所述惰性密封氣體送入到所述狹窄間隙中。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法包括: 基于由圍繞所述多個(gè)入口的所述排出口產(chǎn)生的壓力來調(diào)節(jié)所述惰性密封氣體進(jìn)入所述狹窄間隙的流速。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法包括: 調(diào)節(jié)所述化學(xué)沉積裝置的隔離腔室的內(nèi)部部分中的壓力并且所述內(nèi)部部分位于所述空腔的外部，并且其中所述壓力調(diào)節(jié)與空腔壓力和工藝氣體流速的改變協(xié)作以使得能夠在使所述惰性密封氣體向所述空腔中的擴(kuò)散減到最低程度的情況下實(shí)現(xiàn)密封。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，所述方法包括: 調(diào)節(jié)所述惰性密封氣體的流速以使得能夠?qū)崿F(xiàn)密封以及所述惰性氣體向所述空腔中的低擴(kuò)散。
【文檔編號(hào)】C23C16/455GK104250728SQ201410307452
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】拉梅什·錢德拉賽卡蘭, 桑格倫特·桑普倫格 申請(qǐng)人:朗姆研究公司