本申請(qǐng)要求2015年10月22日在美國(guó)專利及商標(biāo)局提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/245,150的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的全部公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式涉及半導(dǎo)體制造系統(tǒng)，并且更特別地，涉及例如包括用于形成薄層的沉積設(shè)備的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

為了滿足更小半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)規(guī)則，已致力于在半導(dǎo)體襯底上沉積更薄的層并通過(guò)使用低溫工藝代替高溫工藝來(lái)減少薄層之間的物理或化學(xué)干擾。如果使用等離子體來(lái)沉積薄層，可誘發(fā)反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)而不會(huì)增加其上安裝有襯底的加熱器的溫度，而且與在高溫情況下的使用不同，可以防止反應(yīng)器壽命的降低。例如，原子層沉積(ALD)方法廣泛應(yīng)用于在具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置中沉積薄層，這是因?yàn)樵贏LD方法中能夠容易地控制薄層的沉積厚度。此外，在熱過(guò)程下沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)氣可以通過(guò)在等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)方法中與反應(yīng)氣的供應(yīng)同步地供應(yīng)等離子體而被化學(xué)激活并沉積以形成薄層，并因此PEALD方法已廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式包括沉積設(shè)備，所述沉積設(shè)備具有的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)能夠用于擴(kuò)大工藝窗口并且無(wú)論電容性耦合等離子體(CCP)反應(yīng)器中電極之間的距離和電極與反應(yīng)器壁之間的距離的相對(duì)比例如何，都會(huì)防止在電極之間產(chǎn)生的等離子體消失于反應(yīng)器壁。

另外的方面將在以下說(shuō)明書中部分地陳述并且，在某種程度上，所述另外 的方面從所述說(shuō)明書中將顯而易見(jiàn)，或可以通過(guò)實(shí)踐所提供的實(shí)施方式的來(lái)理解此另外的方面。

根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式，反應(yīng)器包括：反應(yīng)器壁；上電極；下電極；以及設(shè)置在所述上電極上方并包括氣體供應(yīng)路徑的氣流控制裝置。

所述上電極和所述氣流控制裝置可以單獨(dú)設(shè)置或作為一個(gè)單元設(shè)置。此外，可以在反應(yīng)器壁和氣流控制裝置之間形成排氣路徑?？梢栽谂c所述氣流控制裝置接觸的反應(yīng)器壁的上部中形成與外部排氣泵連接的出氣口，以便通過(guò)反應(yīng)器的上部排出氣體。

上電極可以與外部射頻(RF)功率發(fā)生器連接，并且可以向反應(yīng)空間施加RF功率。氣體供應(yīng)裝置(諸如噴頭)可以用作上電極。下電極可以面向上電極，并且襯底安裝裝置(諸如襯底容納裝置)可以用作下電極。

上電極的下表面的一部分可以具有凹形從而使得等離子體在反應(yīng)空間中的均勻分布。例如，可以在距所述上電極的下表面的中心一定距離處沿所述上電極的下表面的圓周形成突出，并且可以在突出的附近形成凹入部分。例如，可以鄰近所述上電極的下表面的邊緣形成突出，并且可以在突出里面形成凹入?yún)^(qū)域。

根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式，一種半導(dǎo)體制造系統(tǒng)，包括：起到第一電極的作用并包括多個(gè)注入孔的氣體供應(yīng)裝置；連接至所述氣體供應(yīng)裝置的反應(yīng)器壁；以及起到第二電極作用的襯底容納裝置，所述襯底容納裝置和所述反應(yīng)器壁配置成通過(guò)面密封而密封，其中，從所述氣體供應(yīng)裝置向所述襯底容納裝置供應(yīng)的反應(yīng)氣通過(guò)所述氣體供應(yīng)裝置和所述反應(yīng)器壁之間的排氣路徑排到外部，并且所述第一電極包括鄰近所述氣體供應(yīng)裝置的邊緣的突出電極。

襯底容納裝置與氣體供應(yīng)裝置的中心區(qū)域之間的第一距離可以大于所述反應(yīng)器壁與所述氣體供應(yīng)裝置的所述邊緣之間的第二距離，并且所述襯底容納裝置與所述氣體供應(yīng)裝置之間的第三距離可以小于所述第二距離。

由所述第一和第二電極產(chǎn)生的等離子體由于所述等離子體在所述第一距離中的徑向性而可以向所述反應(yīng)器壁移動(dòng)并由于所述等離子體在所述第三距離中的線性而可以向所述襯底容納裝置移動(dòng)。

所述等離子體的所述徑向性可以隨著所述等離子體的功率和所述反應(yīng)氣的流速中的一個(gè)或兩者的增加而增加。

所述突出電極可以具有預(yù)定的曲率半徑。所述襯底容納裝置可以包括：位置與所述突出電極所處位置對(duì)應(yīng)的凹槽。所述突出電極和所述凹槽可以具有相同的曲率半徑。

所述氣體供應(yīng)單元可以從所述突出電極凹進(jìn)從而在所述氣體供應(yīng)裝置中可以界定凹入空間。所述半導(dǎo)體制造系統(tǒng)還可以包括在所述氣體供應(yīng)單元上方的出氣口。在這種情況下，所述反應(yīng)氣可以通過(guò)所述排氣路徑和所述出氣口排到外部。

所述半導(dǎo)體制造系統(tǒng)還可以包括置于所述氣體供應(yīng)單元與所述出氣口之間的氣流控制裝置。在這種情況下，所述反應(yīng)氣可以通過(guò)所述排氣路徑、所述氣流控制裝置和所述出氣口排到外部。

所述氣流控制裝置可以包括板和從所述板突出的側(cè)壁，并且所述側(cè)壁可以包括從其貫穿形成的多個(gè)貫穿孔。

所述襯底容納裝置可以包括：用于容納襯底的凹處區(qū)域；和環(huán)繞所述凹處區(qū)域并用于所述面密封的接觸區(qū)域。所述凹處區(qū)域可以延伸至與所述突出電極所處位置對(duì)應(yīng)的位置。

根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式，一種半導(dǎo)體制造系統(tǒng)，包括：反應(yīng)器壁；連接至所述反應(yīng)器壁的氣流控制裝置；連接至所述氣流控制裝置的氣體供應(yīng)裝置；和面向所述氣體供應(yīng)裝置并與所述反應(yīng)器壁的下表面接觸從而在它們之間界定反應(yīng)空間的下電極，其中：所述氣流控制裝置堆疊在所述氣體供應(yīng)裝置上；進(jìn)氣口通過(guò)所述反應(yīng)器壁的上部、所述氣流控制裝置和所述氣體供應(yīng)裝置形成，并且氣體通過(guò)所述進(jìn)氣口供應(yīng)至所述氣體供應(yīng)裝置；所述下電極與所述氣體供應(yīng)裝置的中心區(qū)域之間的第一距離大于所述反應(yīng)器壁與所述氣體供應(yīng)裝置的邊緣之間的第二距離，并且所述氣體供應(yīng)裝置的所述邊緣與所述下電極的邊緣之間的第三距離小于所述第二距離。

根據(jù)一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式，一種半導(dǎo)體制造系統(tǒng)，包括：包括多個(gè)注入孔的第一電極；在所述第一電極上方的氣流控制裝置；連接至所述第一電極和 所述氣流控制裝置的反應(yīng)器壁；和配置成接觸反應(yīng)器壁用以面密封的第二電極，其中通過(guò)所述注入孔向所述第二電極供應(yīng)的反應(yīng)氣通過(guò)所述氣體供應(yīng)裝置和所述反應(yīng)器壁之間的排氣路徑以及通過(guò)所述氣流控制裝置排到外部，并且面向所述第二電極的所述第一電極的表面是凹入的。

所述半導(dǎo)體制造系統(tǒng)還可以包括置于所述氣流控制裝置上方的出氣口，其中所述反應(yīng)氣可以通過(guò)所述排氣路徑、所述氣流控制裝置和所述出氣口排到外部。

所述氣流控制裝置可以包括板和從所述板突出的側(cè)壁，并且所述側(cè)壁可以包括多個(gè)貫穿孔。

所述第二電極與所述第一電極的中心區(qū)域之間的第一距離可以大于所述反應(yīng)器壁與所述第一電極的邊緣之間的第二距離，并且所述第一電極的所述邊緣與所述第二電極的邊緣之間的第三距離可以小于所述第二距離。

所述第一電極可以包括鄰近其邊緣的突出電極。所述第二電極可以包括容納襯底的凹處區(qū)域，并且所述凹處區(qū)域可以延伸至與所述突出電極所處位置對(duì)應(yīng)的位置。

附圖示出

這些和/或其他方面將從以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施方式的描述中變得顯而易見(jiàn)并更容易被理解。

圖1是示出根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的橫截面視圖；

圖2是示出在實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中反應(yīng)氣(和剩余氣體)流動(dòng)的視圖；

圖3是示出實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的另一橫截面視圖；

圖4和圖5是示出相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的視圖和示出根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的視圖；

圖6是示出根據(jù)另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的橫截面視圖；

圖7A和圖7B是示出根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的上電極的變型的橫 截面視圖；

圖8和圖9是示出根據(jù)另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的橫截面視圖；

圖10至圖12是示出等離子體耦合可靠性的視圖；

圖13和圖14是示出當(dāng)使用現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)器和根據(jù)實(shí)施方式的反應(yīng)器通過(guò)等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)方法來(lái)形成SiO₂層時(shí)，取決于等離子體功率(a)和氧氣流速(b)的薄層均勻度的視圖；和

圖15是示出根據(jù)另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的橫截面視圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖描述實(shí)施方式。

然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以很多不同的方式實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng)視為限制于在本文中提出的實(shí)施方式；而是，提供這些實(shí)施方式用以使本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明有清楚的理解。也就是說(shuō)，提供實(shí)施方式從而使得本公開(kāi)將是充分和完整的，并且向?qū)Ρ绢I(lǐng)域技術(shù)人員完全傳達(dá)本發(fā)明的構(gòu)思。

在以下描述中，術(shù)語(yǔ)僅用于解釋具體的實(shí)施方式而不限制本發(fā)明構(gòu)思。單數(shù)形式的術(shù)語(yǔ)可以包括復(fù)數(shù)形式除非相反地指出?！鞍ā钡暮x指定形狀、固定數(shù)、步驟、方法、構(gòu)件、元件和/或其組合但不排除其他形狀、固定數(shù)、步驟、方法、構(gòu)件、元件和/或其組合。如在本文中所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)的任何和所有組合。

將理解的是，雖然可以在本文中使用第一、第二等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述各種構(gòu)件、區(qū)域和/或元件，但這些構(gòu)件、區(qū)域和/或元件不應(yīng)被這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)并非用于表示構(gòu)件、區(qū)域或元件的特定的順序、位置關(guān)系或等級(jí)，而僅用于將一個(gè)構(gòu)件、區(qū)域或元件與另一構(gòu)件、區(qū)域或元件區(qū)別。因此，在下面討論的第一構(gòu)件、區(qū)域或元件能夠被稱為第二構(gòu)件、區(qū)域或元件而不會(huì)背離本發(fā)明的教導(dǎo)。

在下文中，將參照附圖描述實(shí)施方式。附圖中示出的形狀可以根據(jù)各種因素諸如制造方法和/或容差而改變。也就是說(shuō)，實(shí)施方式不限于附圖中所示的形狀。應(yīng)該考慮到因素諸如制造過(guò)程中形狀的變化。

首先，現(xiàn)在將根據(jù)圖1的實(shí)施方式來(lái)描述沉積設(shè)備。圖1是示出根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100的橫截面視圖。在圖1所示的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100中，反應(yīng)器壁101可以與襯底容納裝置103接觸。例如，反應(yīng)器壁101的下表面可以與起到下電極作用的襯底容納裝置103接觸，并因此可以在反應(yīng)器壁101與襯底容納裝置103之間形成反應(yīng)空間125。

換言之，襯底容納裝置103和反應(yīng)器壁101可以彼此接觸并可以通過(guò)面密封來(lái)密封，并且由于此面密封，可以在襯底容納裝置103與反應(yīng)器壁101之間形成反應(yīng)空間125。

氣流控制裝置105和氣體供應(yīng)裝置109可以布置在反應(yīng)器壁101與襯底容納裝置103之間。氣流控制裝置105和具有氣體注入孔133的氣體供應(yīng)裝置109可以設(shè)置為一個(gè)單元或分離型單元(具有使氣體注入孔133分離的一部分)。在后者情況下，氣流控制裝置105可以置于氣體供應(yīng)裝置109上。此外，氣體供應(yīng)裝置109也可以設(shè)置為分離型設(shè)備。在這種情況下，氣體供應(yīng)裝置109可以包括：具有多個(gè)氣體注入孔133的氣體注入裝置；和位于所述氣體注入裝置(參見(jiàn)圖3)上方的氣體通道。

氣流控制裝置105可以包括板301和從板301突出的側(cè)壁123。多個(gè)貫穿孔111可以穿過(guò)所述側(cè)壁123形成。

可以在反應(yīng)器壁101與氣流控制裝置105之間和在氣流控制裝置105與氣體供應(yīng)裝置109之間形成凹槽127、129和131以容納密封構(gòu)件諸如O型環(huán)。由于密封構(gòu)件，外部氣體不可以滲入反應(yīng)空間125中。此外，由于密封構(gòu)件，反應(yīng)氣可以沿預(yù)定路徑(即，圖2中示出的排氣路徑117和出氣口115)從反應(yīng)空間125排出。也就是說(shuō)，反應(yīng)氣不會(huì)通過(guò)其他區(qū)域從預(yù)定路徑泄露。

在等離子體工藝諸如電容性耦合等離子體(CCP)工藝中，氣體供應(yīng)裝置109可以用作電極。在這種情況下，氣體供應(yīng)裝置109可以包括金屬諸如鋁(Al)。在CCP工藝中，襯底容納裝置103還可以用作電極。也就是說(shuō)，電容性耦合可以通過(guò)起到第一電極作用的氣體供應(yīng)裝置109和起到第二電極作用的襯底容納裝置103來(lái)實(shí)現(xiàn)。

例如，由外部等離子體發(fā)生器(未示出)產(chǎn)生的等離子體可以通過(guò)射頻(RF) 棒313(參見(jiàn)圖3)而供應(yīng)至氣體供應(yīng)裝置109。RF棒313可以通過(guò)穿過(guò)反應(yīng)器壁101的上部和氣流控制裝置105形成的RF棒孔303而機(jī)械連接至氣體供應(yīng)裝置109。

可選地，氣體供應(yīng)裝置109可以包括導(dǎo)電材料，并且氣流控制裝置105可以包括絕緣材料諸如陶瓷材料從而使用作等離子體電極的氣體供應(yīng)裝置109與反應(yīng)器壁101絕緣。

突出電極P可以鄰近氣體供應(yīng)裝置109的邊緣布置。突出電極P可以防止等離子體消失于反應(yīng)器壁101。突出電極P將在下面進(jìn)一步描述。

如圖1所示，進(jìn)氣口113穿過(guò)反應(yīng)器壁101的上部和氣流控制裝置105的中心部分形成。此外，在氣體供應(yīng)裝置109中另外形成氣體流路119使得通過(guò)進(jìn)氣口113從外部氣體供應(yīng)單元(未示出)供應(yīng)的反應(yīng)氣可以通過(guò)氣體流路119均勻分布到氣體供應(yīng)裝置109的氣體注入孔133。

此外，如圖1所示，出氣口115以與進(jìn)氣口113非對(duì)稱的關(guān)系形成于反應(yīng)器壁101的上部。然而，出氣口115和進(jìn)氣口113可以彼此對(duì)稱(未示出)。此外，由于反應(yīng)器壁101與氣流控制裝置105的側(cè)壁(和氣體供應(yīng)裝置109的側(cè)壁)隔開(kāi)以形成排氣路徑117，所以工藝之后剩余的反應(yīng)氣可以通過(guò)排氣路徑117排出。

圖2是示出在半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100中反應(yīng)氣(和剩余氣體)流動(dòng)的視圖。在圖2中，箭頭表示氣體流動(dòng)。從外部氣體供應(yīng)單元(未示出)向進(jìn)氣口113供應(yīng)的反應(yīng)氣可以通過(guò)氣體流路119而均勻地流到氣體供應(yīng)裝置109(例如噴頭)的氣體注入孔133。

反應(yīng)氣可以在反應(yīng)空間125中或襯底容納裝置103上的襯底上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)以在襯底上形成薄層。在形成薄層之后，剩余的氣體可以通過(guò)在反應(yīng)器壁101與氣體供應(yīng)裝置109的側(cè)壁之間形成的排氣路徑117和在氣流控制裝置105的側(cè)壁123中形成的貫穿孔111而流入氣流控制裝置105中，并然后可以通過(guò)出氣口115排出。

圖3是示出實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100的另一橫截面視圖。參照?qǐng)D3，氣流控制裝置105包括側(cè)壁123、進(jìn)氣口113、由側(cè)壁123環(huán)繞的板301、RF棒 孔303、螺孔305、貫穿孔111和容納密封構(gòu)件諸如O型環(huán)的凹槽127。

板301可以具有由側(cè)壁123環(huán)繞的下凹內(nèi)部。進(jìn)氣口113位于用于接收反應(yīng)氣的路徑的氣流控制裝置105的區(qū)域中。螺孔305的數(shù)目至少為2并在進(jìn)氣口113周圍形成，且機(jī)械連接構(gòu)件諸如螺絲可以通過(guò)螺孔305插入用以連接氣流控制裝置105和氣體供應(yīng)裝置109。RF棒孔303形成在氣流控制裝置105的另一區(qū)域，且因此連接至外部等離子體供應(yīng)單元(未示出)的RF棒313可以通過(guò)RF棒孔303而連接至置于氣流控制裝置105下方的氣體供應(yīng)裝置109。

在等離子體工藝諸如CCP工藝中，連接至RF棒313的氣體供應(yīng)裝置109可以用作電極。突出電極P可以沿氣體供應(yīng)裝置109的邊緣布置。

由于突出電極P，氣體供應(yīng)裝置109的下表面(即，面向襯底容納裝置103的表面)可以彎曲以形成凹入空間。

反應(yīng)空間的結(jié)構(gòu)可以對(duì)等離子體工藝影響顯著。例如，當(dāng)使用由在上下電極之間施加的RF功率產(chǎn)生的等離子體通過(guò)CCP方法進(jìn)行等離子體工藝時(shí)，如果起到RF功率電極作用的上電極(例如，氣體供應(yīng)裝置109諸如噴頭)是平的，則在反應(yīng)空間的中心區(qū)域(例如，圖1所示的反應(yīng)空間125)中的等離子體濃度可以比反應(yīng)空間的外圍區(qū)域的等離子體濃度高。當(dāng)上下電極之間的距離小時(shí)，這可能不會(huì)引起重大問(wèn)題。然而，當(dāng)上下電極之間的距離大時(shí)，由于等離子體的徑向性，反應(yīng)空間的外圍區(qū)域的等離子體消失于反應(yīng)器壁。在這種情況下，在襯底上形成的層的性能(諸如厚度均勻性或在后來(lái)蝕刻工藝中的濕蝕刻速率(WER))在襯底的中心與邊緣之間可以明顯不同。也就是說(shuō)，可能很難形成均勻?qū)印?/p>

例如，待考慮的因素是上下電極之間的距離和上電極與反應(yīng)器壁(也就是，排氣路徑117的寬度)之間的距離的比例。也就是說(shuō)，如果上下電極之間的距離大于上電極與反應(yīng)器壁之間的距離，則一部分等離子體(例如在上電極(通過(guò)其供應(yīng)RF功率)的邊緣區(qū)域產(chǎn)生的等離子體)可以向反應(yīng)器壁移動(dòng)而不向下電極移動(dòng)。因此，可以降低等離子體功率耦合可靠性，并且可以劣化在襯底的邊緣區(qū)域中的薄層的性能諸如均勻性。這種現(xiàn)象可以隨著反應(yīng)氣流速和等離子體功率中的一個(gè)或兩者的增加而明顯發(fā)生(參見(jiàn)圖13和圖14)。因此，由于以上現(xiàn)象，相關(guān)技術(shù)中的CCP反應(yīng)器具有受限制的工藝窗口。

然而，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)100包括沿氣體供應(yīng)裝置109的邊緣的突出電極P。因此，在反應(yīng)空間125中可以改善等離子體功率耦合可靠性，并且使薄層的厚度可以不會(huì)局部減小薄層(即改善的均勻度)。此外，可以擴(kuò)大用于穩(wěn)定的沉積工藝的工藝窗口，并因此可以靈活進(jìn)行沉積工藝。

突出電極P可以具有預(yù)定的曲率半徑。根據(jù)另外的實(shí)施方式，突出電極P的曲率半徑可以根據(jù)工藝條件而不同。例如，突出電極P的曲率半徑可以是大約R3.0(3.0mm)。

襯底容納裝置103可以包括用于容納襯底的凹處區(qū)域R和環(huán)繞凹處區(qū)域R的接觸區(qū)域S。襯底可以置于凹處區(qū)域R中，并且反應(yīng)器壁101可以密封地與接觸區(qū)域S接觸(面密封)。凹處區(qū)域R可以延伸至與所述突出電極所處位置對(duì)應(yīng)的位置。這將在稍后描述。

圖4和圖5分別是示出相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的視圖和示出根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的視圖。

參照?qǐng)D4，在相關(guān)技術(shù)的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中，通過(guò)上電極和下電極2之間的電極間距離B界定反應(yīng)空間。如果將RF功率施加至上電極1，則可以在反應(yīng)空間中產(chǎn)生等離子體。然而，在這種情況下，如果氣體供應(yīng)裝置諸如包括氣體注入孔的噴頭用作上電極1，則噴頭的氣體注入孔的形狀可以不被期望地轉(zhuǎn)移至襯底。因此，可以增加電極間距離B以防止此發(fā)生。然而，在這種情況下，如果電極間距離B大于上電極1與反應(yīng)器壁3之間的距離A，則在反應(yīng)空間的邊緣區(qū)域產(chǎn)生的等離子體可以向反應(yīng)器壁3移動(dòng)而不向下電極2移動(dòng)。因此，可以降低等離子體功率耦合可靠性，并且在襯底上形成的薄層在襯底的邊緣區(qū)域的均勻度可以低于在襯底的中心區(qū)域的均勻度。

參照?qǐng)D5，在實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中，如同圖4所示的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)，上電極1與下電極2之間的電極間距離B大于上電極1與反應(yīng)器壁3之間的距離A，并且鄰近上電極1的邊緣形成突出電極P。因此，上電極1的邊緣與下電極2之間的距離小于上電極1與反應(yīng)器壁3之間的距離A。也就是說(shuō)，可以滿足B>A>C。

由于突出電極P，即使電極間距離B大于上電極1與反應(yīng)器壁3之間的距 離A，也可以保持反應(yīng)空間中的等離子體的均勻性而等離子體功率不損失于反應(yīng)器壁3。例如，由于由上下電極1和2產(chǎn)生的等離子體在電極間距離B中具有很強(qiáng)的徑向性，所以等離子體可以沿比電極間距離B短的距離A消失于反應(yīng)器壁3。然而，等離子體的這種消失于反應(yīng)器壁3的現(xiàn)象通過(guò)突出電極P被防止。此外，由于由突出電極P和下電極2產(chǎn)生的等離子體在距離C中具有很強(qiáng)的線性度，所以等離子體可以不沿大于距離C的距離A向反應(yīng)器壁3移動(dòng)而是可以向起到下電極2作用的襯底容納裝置移動(dòng)。

圖6是示出根據(jù)另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的橫截面視圖。

參照?qǐng)D6，起到下電極2作用的襯底容納裝置可以包：括延伸至與所述突出電極所處位置對(duì)應(yīng)的位置的凹處區(qū)域R。在本文中，表述“凹處區(qū)域R延伸至與所述突出電極所處位置對(duì)應(yīng)的位置?！币庵赴继巺^(qū)域R延伸至虛線K1、K2和K3中的一條(或虛線K1、K2和K3之間的任意線)，所述虛線K1、K2和K3從突出電極P開(kāi)始突出的初始位置J1、突出電極P的中心位置J2和突出電極P的端位置J3中的一個(gè)沿垂直于下電極2的方向畫出。

根據(jù)本實(shí)施方式，雖然起到下電極2作用的襯底容納裝置的凹處區(qū)域R延伸至與上電極1(也就是，氣體供應(yīng)裝置)邊緣對(duì)應(yīng)的位置，但可以進(jìn)行沉積工藝而不使等離子體消失于反應(yīng)器壁。因此，可以實(shí)現(xiàn)在大襯底上沉積薄層時(shí)的空間效率，同時(shí)保持薄層的質(zhì)量。

圖7A和圖7B是示出根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的上電極的變型的橫截面視圖。

參照?qǐng)D7A和圖7B，氣體供應(yīng)裝置的電極表面可以是各種形狀。例如，氣體供應(yīng)裝置可以包括具有如圖7A所示的錐形形狀或如圖7B所示的凹形形狀(諸如圓頂狀)的電極表面(即，面向襯底容納裝置的表面)。此外，氣體供應(yīng)裝置可以包括具有臺(tái)階式形狀(未示出)的突出電極。也就是說(shuō)，本發(fā)明構(gòu)思的范圍可以擴(kuò)展到任何電極形狀，只要上電極的中心區(qū)域與下電極之間的距離大于下電極與上電極的邊緣之間的距離即可。

參照?qǐng)D7A和圖7B，氣體供應(yīng)裝置包括具有平的上表面的電極。然而，氣體供應(yīng)裝置的電極的上表面可以是各種形狀的。例如，氣體供應(yīng)裝置的電極的 上表面可以具有錐形形狀或凸形形狀。

圖8和圖9是示出根據(jù)其它實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的橫截面視圖。

參照?qǐng)D8，突出電極P’可以沿和/或鄰近下電極2的邊緣布置。例如，突出電極P’可以布置在起到下電極2作用的襯底容納裝置的接觸區(qū)域S中。

在前述的實(shí)施方式中，突出電極P布置于起到上電極作用的氣體供應(yīng)裝置上。然而，在本實(shí)施方式中，突出電極P’置于下電極2上使得上電極1的中心區(qū)域與下電極2之間的距離可以大于上電極1和下電極2的邊緣之間的距離。雖然在圖8中未示出，突出電極P’可以分別置于上電極1和下電極2上。

參照?qǐng)D9，起到下電極2作用的襯底容納裝置可以包括在對(duì)應(yīng)于所述突出電極P所處位置處的凹槽G。由于凹槽G，等離子體和剩余的氣體可以在反應(yīng)空間的外圍區(qū)域較少地受瓶頸現(xiàn)象的影響。根據(jù)另外的實(shí)施方式，突出電極P和凹槽G可以具有相同的曲率半徑。

圖10至圖12是示出等離子體耦合可靠性的視圖。圖10和圖11是示出相關(guān)技術(shù)中的反應(yīng)器的等離子體耦合可靠性的視圖，并且圖12是示出根據(jù)實(shí)施方式的反應(yīng)器的等離子體耦合可靠性的視圖。

參照?qǐng)D10，電極間距離是3.5mm，并且電極間距離小于上電極與反應(yīng)器壁之間的距離6mm。在這種情況下，RF功率(用虛線表示)可以無(wú)損失地從上電極傳輸?shù)较码姌O，并因此不會(huì)降低反應(yīng)空間中的等離子體功率耦合可靠性。因此，在襯底的中心和邊緣區(qū)域上，沉積在襯底上的薄層都可以是均勻的。

參照?qǐng)D11，電極間距離是7mm，并且電極間距離大于上電極與反應(yīng)器壁之間的距離6mm。在這種情況下，RF功率可以從上電極的邊緣區(qū)域部分消失于反應(yīng)器壁而不是完整地傳輸?shù)较码姌O。也就是說(shuō)，等離子體可以部分泄露到反應(yīng)器壁而不是向下電極移動(dòng)。

參照?qǐng)D12，如在圖11中一樣，電極間距離和上電極與反應(yīng)器壁之間的距離分別是7mm和6mm。然而，參照?qǐng)D12，突出電極鄰近上電極的邊緣設(shè)置。因此，與在圖11中所示的結(jié)構(gòu)中的不同，可以防止等離子體消失于反應(yīng)器壁。即使反應(yīng)空間的高度增加，當(dāng)由于突出電極而不會(huì)降低反應(yīng)空間中沉積的薄層的等離子體功率耦合可靠性和均勻性。

圖13和圖14是示出當(dāng)使用相關(guān)技術(shù)的反應(yīng)器和根據(jù)實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)通過(guò)等離子體增強(qiáng)原子層沉積(PEALD)方法形成二氧化硅層時(shí)，取決于等離子體功率(a)和氧氣流速(b)的薄層均勻性的視圖。

參照?qǐng)D13，隨著施加至相關(guān)技術(shù)中的反應(yīng)器的上電極的RF功率的增加，薄層在襯底的邊緣區(qū)域中的厚度減小并且薄層的均勻性降低。在圖13中，用箭頭表示其中薄層厚度減小的區(qū)域。然而，即使在根據(jù)實(shí)施方式的反應(yīng)器中增加RF功率，薄層在襯底的邊緣區(qū)域中的厚度不會(huì)減小。

圖14示出當(dāng)RF功率保持不變時(shí)取決于供應(yīng)至反應(yīng)空間的氧氣流速的薄層均勻性。在圖14中，用箭頭表示其中薄層厚度減小的區(qū)域。參照?qǐng)D14，當(dāng)使用相關(guān)技術(shù)中的反應(yīng)器時(shí)，隨著氧氣流速的增加，薄層在襯底的邊緣區(qū)域中的厚度減小。然而，當(dāng)使用實(shí)施方式的反應(yīng)器時(shí)，無(wú)論氧氣流速如何，薄層厚度不會(huì)增加。

圖15是示出根據(jù)另一實(shí)施方式的半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的橫截面視圖。參照?qǐng)D15，多個(gè)反應(yīng)室100置于由頂蓋801和外腔室803形成的室內(nèi)區(qū)域805中。每個(gè)反應(yīng)室100的氣流控制裝置、噴頭、進(jìn)氣口和出氣口都布置于頂蓋801中。反應(yīng)室100共用同一個(gè)氣體供應(yīng)單元和同一個(gè)排氣泵，并因此可以對(duì)多個(gè)襯底同時(shí)進(jìn)行相同的工藝從而增加生產(chǎn)率。

如下可以同時(shí)對(duì)多個(gè)襯底進(jìn)行相同的工藝。首先，通過(guò)位于外腔室803側(cè)面的門將襯底傳送裝置插入室內(nèi)區(qū)域805中從而在多個(gè)基座103上放置襯底。接下來(lái)，外腔室803的室內(nèi)區(qū)域805被排空或充滿惰性氣體諸如氬氣。接著，舉起基座103并使其與反應(yīng)器壁101的下側(cè)接觸，從而形成反應(yīng)空間。室內(nèi)區(qū)域805的壓力可以設(shè)成低于反應(yīng)室100的內(nèi)壓力。

或者，反應(yīng)室100可以不共用氣體供應(yīng)單元和排氣泵而可以連接至單獨(dú)的氣體供應(yīng)單元和排氣泵從而同時(shí)進(jìn)行不同的工藝。例如，在依次向反應(yīng)室100移動(dòng)襯底的同時(shí)，可以進(jìn)行復(fù)合薄層形成工藝以在襯底上沉積薄層。在這種情況下，可以快速進(jìn)行復(fù)合薄層形成工藝同時(shí)將暴露于空氣或等待時(shí)間降到最低限度。

附圖中所示的部件的形狀是為了清楚理解實(shí)施方式而提供的例子。也就是 說(shuō)，部件的形狀可以不同。

應(yīng)理解的是本文中描述的實(shí)施方式應(yīng)考慮為描述意義并無(wú)限制目的。各個(gè)實(shí)施方式中對(duì)特點(diǎn)或方面的描述應(yīng)典型地考慮為對(duì)其他實(shí)施方式中的其他類似的特點(diǎn)或方面可用。

當(dāng)已參照附圖描述了一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方式時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解可以在不背離如所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下作出形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。