專利名稱：用于原子層淀積的氣體輸送裝置的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明的各實(shí)施例總體上涉及一種用于原子層淀積的裝置和方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及一種改良的用于原子層淀積的裝置和方法。
相關(guān)技術(shù)說(shuō)明可靠地生產(chǎn)亞微米和更小部件是用于下一代半導(dǎo)體器件超大規(guī)模集成電路(VLSI)和特大規(guī)模集成電路(ULSI)的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，當(dāng)電路技術(shù)的條紋受擠壓時(shí)，收縮VLSI和ULSI技術(shù)中互連線的尺寸已把一些附加的要求放在加工能力上。是這種技術(shù)心臟的多層互連要求精密加工高縱橫比的形體，如孔洞和其它互連線?？煽康男纬蛇@些互連線對(duì)VLSI和ULSI的成功和繼續(xù)努力增加電路密度和各個(gè)襯底的質(zhì)量來(lái)說(shuō)，都是很重要的。
當(dāng)電路密度增加時(shí)，各種孔洞、觸點(diǎn)，及其它部件的寬度，及它們之間的介電材料，都減小到亞微米尺寸(比如，小于0.2微米或更小)。而介電層的厚度基本上保持固定不變，其結(jié)果是各部件的縱橫比，亦即它們的高度除以寬度的值減小。許多傳統(tǒng)的淀積方法難以充填縱橫比超過(guò)4∶1，和尤其是縱橫比超過(guò)10∶1那些地方的亞微米結(jié)構(gòu)。因此，有大量正在進(jìn)行的努力對(duì)準(zhǔn)了買有高縱橫比的基本上沒(méi)有空隙和無(wú)縫的亞微米部件的形成。
原子層淀積是一種研究將各材料層淀積在具有高縱橫比的部件上的淀積技術(shù)。原子層淀積的其中一個(gè)例子包括依次加入各種氣體的脈沖。例如，用于依次加入各種氣體脈沖的一個(gè)循環(huán)可以包括一種第一反應(yīng)物氣體的脈沖，接著加一種吹掃氣體和/或抽真空的脈沖，接著加一種第二反應(yīng)物氣體的脈沖，及接著加一種吹掃氣體和/或抽真空的脈沖。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“氣體”定義為包括一種氣體或多種氣體。依次加入第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物的分開脈沖可以在襯底的表面上產(chǎn)生各反應(yīng)物交替的自限制單層吸附作用，并因此形成用于每個(gè)循環(huán)的單層材料。循環(huán)可以重復(fù)到所希望的淀積材料厚度。在第一反應(yīng)物氣體脈沖和第二反應(yīng)物氣體脈沖之間的吹掃氣體和/或抽真空脈沖，用來(lái)減少由于過(guò)量反應(yīng)物留在室中而造成各反應(yīng)物氣相反應(yīng)的可能性。
然而，需要有一種新的裝置來(lái)實(shí)施氣體輸送和通過(guò)原子層淀積來(lái)實(shí)施薄膜的淀積。
發(fā)明概述提供了一種用于實(shí)施循環(huán)層淀積法如原子層淀積的裝置和方法。在一種情況下，裝置包括一個(gè)襯底支承件和一個(gè)室蓋，上述襯底支承件具有一個(gè)接收襯底的表面，而上述室蓋包括一個(gè)錐形通道和一個(gè)底部表面，上述錐形通道從室蓋的一個(gè)中央部分延伸，而上述底部表面從通道延伸到室蓋的周邊部分，底部表面加工成一定形狀和尺寸，以便基本上蓋住接收襯底的表面。裝置還包括一個(gè)或多個(gè)閥和一個(gè)或多個(gè)氣源，上述一個(gè)或多個(gè)閥連接到逐漸擴(kuò)張的通道上，而上述一個(gè)或多個(gè)氣源與每個(gè)閥連接。
在另一種情況下，裝置包括一個(gè)襯底支承件，一個(gè)室蓋，和一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管，上述襯底支承件具有一個(gè)接收襯底的表面，上述室蓋包括一個(gè)擴(kuò)展通道，和包括室蓋的一個(gè)錐形底部表面，上述擴(kuò)展通道向下延伸到室蓋的中央部分，上述室蓋的錐形底部表面從擴(kuò)展的通道延伸到室蓋的周邊部分，而上述一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管圍繞擴(kuò)展通道上面部分設(shè)置，其中一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管與擴(kuò)展通道的中心成一個(gè)角度設(shè)置。裝置還包括一個(gè)或多個(gè)閥和一個(gè)節(jié)流口，上述一個(gè)或多個(gè)閥連接到逐漸擴(kuò)展的通道上，而上述節(jié)流口鄰近錐形底部表面的周長(zhǎng)設(shè)置在室蓋上。
在一種情況下，方法包括在襯底中央部分上方一個(gè)起初圓的方向上提供一種或多種氣體進(jìn)入襯底處理室中；通過(guò)非絕熱膨脹降低各氣體的速度；提供各種氣體給襯底的中央部分；及以一種基本上均勻的速度將各氣體徑向上跨過(guò)襯底從襯底的中央部分導(dǎo)引到襯底的周邊部分上。
對(duì)附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明因此，其中得到并可以詳細(xì)理解上面所引用的本發(fā)明各部件的方式，上面簡(jiǎn)要綜述的本發(fā)明的更具體說(shuō)明，可能必須參照本發(fā)明的一些實(shí)施例，上述實(shí)施例在各附圖中示出。
然而，應(yīng)該注意，各附圖僅示出本發(fā)明的一些典型實(shí)施例，并因此不能看作是限制本發(fā)明的范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其它的同等有效的實(shí)施例。


圖1是一種室其中一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖，上述室包括一個(gè)適用于原子層淀積的氣體輸送裝置。
圖2A是設(shè)置在室蓋下面表面上的一種節(jié)流口其中一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖。
圖2B是設(shè)置在室蓋下面表面上的一種節(jié)流口其中一個(gè)可供選擇的實(shí)施例示意剖視圖。
圖3是包括適用于原子層淀積的氣體輸送裝置的一種室可供選擇的實(shí)施例示意剖視圖。
圖4是一種閥示出若干閥入口和出口的示意剖視圖。
圖5是圖4中所示的一種示例性閥的示意平面圖。
圖6是一種閥其中一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖，上述剖視圖示出閥的各內(nèi)部元件和機(jī)構(gòu)。
圖7是一種隔膜在一個(gè)打開位置和一個(gè)打開位置之間移動(dòng)的曲線圖。
圖8是在本發(fā)明的氣體輸送裝置內(nèi)形成的一種擴(kuò)展槽其中一個(gè)實(shí)施例的水平剖視圖。
圖9是適合于接收一種氣流的擴(kuò)展通道其中一個(gè)實(shí)施例的水平剖視圖。
圖10是適合于接收3種氣流的擴(kuò)展通道其中一個(gè)實(shí)施例的水平剖視圖。
圖11是在本發(fā)明的氣體輸送裝置內(nèi)形成的擴(kuò)展通道剖視圖。
圖12是示出一種氣體在一個(gè)襯底的表面和室蓋1的底部表面之間的兩個(gè)不同位置處流動(dòng)的示意剖視圖。
圖13是一種室其中另一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖，上述室包括一個(gè)適用于原子層淀積的氣體輸送裝置。
圖14示出一種室的另一個(gè)實(shí)施例，上述室包括一個(gè)適用于原子層淀積的氣體輸送裝置。
圖15是一種可用于本發(fā)明的氣體輸送裝置的氣體箱示意圖。
圖16是一種罐的其中一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖，上述罐用于通過(guò)圖15的氣體箱內(nèi)的升華作用產(chǎn)生一種氣體。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明圖1是一種示例性處理系統(tǒng)200的示意局部剖視圖，所述處理系統(tǒng)200能實(shí)施循環(huán)層淀積，原子層淀積，數(shù)字化學(xué)汽相淀積，和快速化學(xué)汽相淀積等技術(shù)。術(shù)語(yǔ)“循環(huán)層淀積”，“原子層淀積”，“數(shù)字化學(xué)汽相淀積”，和“快速化學(xué)汽相淀積”在本文中可互換式使用，并涉及一些氣相淀積技術(shù)，由此可以把兩種或多種化合物按順序加入處理室的一個(gè)反應(yīng)區(qū)中，以便在襯底表面上淀積一薄層材料。
室200包括一個(gè)室體202，一個(gè)氣體輸送系統(tǒng)230，一個(gè)真空系統(tǒng)278，及一個(gè)控制單元280。室體202具有數(shù)個(gè)側(cè)壁204，一個(gè)底部206，和一個(gè)襯里299。在室體202的一個(gè)側(cè)壁204中形成一個(gè)縫隙閥208，以便提供一個(gè)自動(dòng)控制裝置(未示出)用的出入口，把一個(gè)襯底210，如一個(gè)200mm或300mm的半導(dǎo)體片或一個(gè)玻璃襯底放入室200和從室200中取出。
襯底支承件212設(shè)置在室體202中，以便將一個(gè)襯底210支承在其上的一個(gè)接收襯底的表面211上。一個(gè)起重電動(dòng)機(jī)214升高和降低襯底支承件212。一個(gè)連接到起重電動(dòng)機(jī)218上的平臺(tái)升降臺(tái)216安裝在室200中，并升高和降低活動(dòng)式穿過(guò)襯底支承件212設(shè)置的銷釘220。上述銷釘220升高和降低在襯底支承件212的接收表面211上方的襯底210。襯底支承件212可以包括一個(gè)真空吸盤、一個(gè)靜電吸盤、或一個(gè)夾環(huán)，用于在處理期間將襯底212固定到襯底支承件212上。襯底支承件212還可以加熱，以便加熱設(shè)置于其上的襯底210。例如，襯底支承件212可以用一個(gè)埋入式加熱元件如一種電阻加熱器加熱，或者可以用輻射熱如設(shè)置在襯底支承件212上方的加熱燈加熱。
室體202還包括一個(gè)吹氣環(huán)222，上述吹氣環(huán)222設(shè)置在襯底支承件212上，以便限定一個(gè)吹氣通道224。吹掃氣體通過(guò)吹氣通道224流動(dòng)到襯底210的周邊部分，以防在其上淀積。
真空系統(tǒng)278與一個(gè)泵送通道279連通，上述泵送通道279在室體202的側(cè)壁204內(nèi)形成。真空系統(tǒng)278抽空室體202中的氣體，并在室202的泵送區(qū)266內(nèi)部保持一個(gè)所希望的壓力或所希望的壓力范圍。泵送區(qū)266在室體202內(nèi)形成，同時(shí)包圍襯底支承件212。
氣體輸送系統(tǒng)230和室體202限定室體202內(nèi)的一個(gè)反應(yīng)區(qū)264。反應(yīng)區(qū)264與襯底支承件212成流體連通。更具體地說(shuō)，反應(yīng)區(qū)264包括室200內(nèi)一個(gè)氣源和襯底表面之間的任何容積。反應(yīng)物氣體或吹掃氣體可以足夠充滿反應(yīng)區(qū)264，并保證襯底210充分暴露于反應(yīng)物氣體或吹掃氣體中。在常規(guī)化學(xué)汽相淀積中，現(xiàn)有技術(shù)的各室要求同時(shí)而均勻地提供各反應(yīng)物組合式流動(dòng)到襯底的整個(gè)表面，以便保證各反應(yīng)物的共反應(yīng)跨過(guò)襯底的整個(gè)表面均勻地發(fā)生。在原子層淀積中，室200按順序?qū)⒏鞣磻?yīng)物加到襯底表面上，以便提供將各反應(yīng)物的交替式薄層吸附到襯底的表面上。結(jié)果，原子層淀積不要求各反應(yīng)物流動(dòng)同時(shí)到達(dá)襯底表面。而是，每種反應(yīng)物的流動(dòng)需要以一個(gè)量提供，上述量足夠用于將一薄層反應(yīng)物吸附在襯底的表面上。
因?yàn)榉磻?yīng)區(qū)264包括一個(gè)比常規(guī)CVD(化學(xué)汽相淀積)室的內(nèi)部容積小的容積，所以對(duì)一種特定的方法需要較小的氣體量來(lái)充滿反應(yīng)區(qū)264。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)一個(gè)適合于處理200mm直徑襯底的室，反應(yīng)區(qū)264的容積為約1000cm3或更少，優(yōu)選的是約500cm3或更少，而更優(yōu)選的是200cm3或更少。對(duì)一個(gè)適合于處理300mm直徑襯底的室，反應(yīng)區(qū)264的容積為約3000cm3或更少，優(yōu)選的是1500cm3或更少，而更優(yōu)選的是600cm3或更少。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底支承件212可以升高或降低，以便調(diào)節(jié)供淀積用的反應(yīng)區(qū)264的容積。由于反應(yīng)區(qū)264的較小容積，所以較少的氣體，無(wú)論是一種淀積氣體還是一種吹掃氣體，都必需流入室200。因此，室200的物料通過(guò)量更大，并且由于使用較少量的容積，所以廢料可以減至最少，同時(shí)降低了運(yùn)行成本。
在圖1的實(shí)施例中，氣體輸送系統(tǒng)230設(shè)置在室體202的上面部分處，以便向室體202提供一種氣體如工藝過(guò)程氣體和/或吹掃氣體。氣體輸送系統(tǒng)230包括一個(gè)室蓋232和一個(gè)穿過(guò)室蓋232形成的擴(kuò)展通道234。室蓋232包括一個(gè)底部表面260，上述底部表面260加工成一定尺寸和形狀，以便基本上覆蓋住設(shè)置在室體202內(nèi)的襯底210。
室蓋232底部表面260其中至少一部分可以從擴(kuò)展通道234到室的一個(gè)周邊部分成錐形，以便跨過(guò)襯底210的表面(亦即從襯底中心到襯底邊緣)提供一種改良的氣體速度分布圖。底部表面260可以包括一個(gè)或多個(gè)錐形表面，如一種筆直表面，一種凹形表面，一種凸形表面，或它們的組合。優(yōu)選的是，底部表面取漏斗的形狀成錐形。在室蓋232的向下傾斜的表面260和襯底210的表面之間的最大流動(dòng)截面積和最小流動(dòng)截面積之比，優(yōu)選的是小于約2，更優(yōu)選的小于約1.5，更優(yōu)選的是小于約1.3，及最優(yōu)選的是約為1。
若不想與理論結(jié)合，則可以認(rèn)為，一種跨過(guò)襯底210表面具有一均勻速度的氣體，提供一種氣體在襯底210上更均勻的淀積?？梢哉J(rèn)為，氣體的速度與氣體的濃度成正比，而氣體的濃度與氣體在襯底表面上的淀積速率成正比。因此，在表面的第一面積處比表面的第二面積處氣體的速度高，可以認(rèn)為在第一面積上提供更高的氣體淀積。因此，可以認(rèn)為具有向下傾斜底表面260的室蓋提供更均勻的氣體跨過(guò)襯底表面的淀積，因?yàn)橄蛳聝A斜的底表面提供氣體跨過(guò)襯底表面的更均勻的速度，并因此提供更均勻的濃度。
室蓋232的內(nèi)表面其中至少一部分，包括擴(kuò)展通道234和底表面260，具有一個(gè)表面粗糙度(Ra以μ計(jì))優(yōu)選的是在約46Ra和62Ra之間，優(yōu)選的是約54Ra。此外，吹氣環(huán)222的上表面和室襯里299的上表面可以具有一個(gè)表面粗糙度是在約46Ra和62Ra之間，優(yōu)選的是約54Ra?？梢哉J(rèn)為，這些表面粗糙度增加了淀積到這些表面上的膜的粘著力。增加了的淀積膜的粘著力減少了淀積膜在襯底處理期間剝離的可能，并因此減少了襯底的顆粒物污染的可能。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，表面粗糙度由電解拋光提供，以便提供一種鏡面拋光的表面。鏡面拋光的表面有助于在其上產(chǎn)生一個(gè)氣體的層流。在另一些較少優(yōu)選的實(shí)施例中，表面粗糙度可以通過(guò)用一種合適的層構(gòu)織表面提供。
控制室蓋232的溫度對(duì)防止氣體在室蓋232上分解，淀積，或凝結(jié)是很重要的。因此，室蓋232可以包括冷卻元件和/或加熱元件，這取決于待穿過(guò)其輸送的特定氣體。例如，在室蓋232中可以形成水通道(未示出)，以便冷卻室蓋232。在另一個(gè)例子中，可以將若干加熱元件埋入或者可以包圍室蓋232的各元件，以便加熱室蓋232。
室蓋232還可以包括一個(gè)室板部分270和一個(gè)帽部分272。帽部分272可以保持在一個(gè)溫度范圍內(nèi)，而室板部分270可以保持在另一個(gè)溫度范圍內(nèi)。例如，帽272可以用加熱帶或任何其它加熱裝置加熱，以防止反應(yīng)物氣體凝結(jié)，而室板部分270保持在周圍溫度下。在另一個(gè)例子中，帽272可以加熱，而室板部分270可以用穿過(guò)其形成的水通道(未示出)冷卻，以防止反應(yīng)物氣體的熱分解。
室蓋232可以用不銹鋼，鋁，鍍鎳的鋁，鎳，用任何可與進(jìn)行處理相容的合適材料制造。在一個(gè)實(shí)施例中，帽部分272包括不銹鋼，而室板部分270包括鋁。在一個(gè)實(shí)施例中，附加的板包括不銹鋼。在一個(gè)實(shí)施例中，室蓋232的擴(kuò)展通道234和底部表面260可以包括一個(gè)鏡面拋光的表面，以便幫助沿著室蓋232的擴(kuò)展通道234和底部表面260產(chǎn)生一種氣體的層流。在另一個(gè)實(shí)施例中，氣體導(dǎo)管250A，250B的內(nèi)表面可以電解拋光，以便幫助產(chǎn)生氣體穿過(guò)其的層流。
室蓋232還包括一個(gè)節(jié)流口262，上述節(jié)流口262在室蓋232的周邊部分處，鄰近襯底210的周邊設(shè)置。節(jié)流口262可以是任何類型的障礙物，上述障礙物能限制氣體在一個(gè)鄰近襯底210周邊的面積處的反應(yīng)區(qū)264內(nèi)流動(dòng)。節(jié)流口262幫助保持反應(yīng)區(qū)264內(nèi)一個(gè)基本上均勻的壓力。
例如，圖2A示出節(jié)流口262一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，節(jié)流口262包括一個(gè)圓周形的側(cè)向部分267。在一種情況下，吹氣環(huán)222可以適合于使一種吹掃氣體對(duì)準(zhǔn)節(jié)流口262的側(cè)向部分267。
作為另一個(gè)例子，圖2B示出節(jié)流口262另一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖。節(jié)流口包括一個(gè)圓周形向下延伸的凸起部分268。在一種情況下，吹氣環(huán)222可以適合于使一種吹掃氣體對(duì)準(zhǔn)圓周形的向下延伸的凸起部分268。在一種情況下，向下延伸的凸起部分268的厚度是在約0.01英寸和約1.0英寸之間，更優(yōu)選的是在0.01英寸和0.5英寸之間。
節(jié)流口262和襯底支承件212之間的間距通常是在約0.04英寸和約2.0英寸之間，而優(yōu)選的是在0.04英寸和約0.2英寸之間。間距可以根據(jù)待輸送的氣體和淀積期間的方法條件改變。節(jié)流口262幫助反應(yīng)區(qū)264容積內(nèi)更均勻的壓力分布，上述反應(yīng)區(qū)264的容積通過(guò)使反應(yīng)區(qū)264與泵送區(qū)266(圖1)的非均勻壓力分布隔開限定在室蓋232和襯底210之間。
氣體輸送系統(tǒng)230還包括一個(gè)或多個(gè)與分開的氣源成流體連通的閥(示出4個(gè)閥是242A，242B，252A，252B)。每個(gè)閥242A，242B各包括一個(gè)輸送管路243A，243B，上述輸送管路243A，243B各具有一個(gè)閥座組件244A，244B，而每個(gè)閥252A，252B各包括一個(gè)吹氣管路245A，245B，上述吹氣管路245A，245B各具有一個(gè)閥座組件246A，246B。每個(gè)輸送管路243A，243B都各與相應(yīng)的反應(yīng)物氣源238，239成流體連通，和各與擴(kuò)展通道234相應(yīng)的氣體入口236A，236B成流體連通。輸送管路243A，243B的閥座組件244A，244B控制反應(yīng)物氣體從反應(yīng)物氣源238，239到擴(kuò)展通道234的流動(dòng)。吹氣管路245A，245B與吹掃氣源240成流體連通，并在輸送管路243A，243B閥座組件244A，244B的下游與輸送管路243A，243B相交。吹氣管路245A，245B的閥座組件246A，246B控制吹掃氣體從吹掃氣源240到輸送管路243A，243B的流動(dòng)。如果利用一種載氣來(lái)從反應(yīng)物氣源238，239輸送反應(yīng)物氣體，則優(yōu)選的是用同一氣體作為載氣和吹掃氣體(亦即利用氬氣作為載氣和吹掃氣體)。
可編程邏輯控制器248A，248B可以耦合到閥242A，242B上，以便控制閥座組件244A，244B，246A，246B隔膜的動(dòng)作。氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)的閥可以提供許多低達(dá)約0.020秒時(shí)間周期的氣體脈沖。用電驅(qū)動(dòng)的閥可以提供許多低達(dá)約0.005秒時(shí)間周期的氣體脈沖。用電驅(qū)動(dòng)的閥通常需要利用一個(gè)傳動(dòng)裝置耦合在閥和可編程邏輯控制器之間。
每個(gè)閥242A，242B都可以是一種零死容積閥，以便當(dāng)閥的閥座組件244A，244B閉合時(shí)，能沖洗輸送管路243A，243B中的反應(yīng)物氣體。當(dāng)閥座組件244A，244B閉合時(shí)，吹氣管路245A，245B可以提供一種吹掃氣體，以便沖洗輸送管路243A，243B。吹氣管路245A，245B可以鄰近輸送管路243A，243B的閥座組件244A，244B設(shè)置?？晒┻x擇地，吹氣管路245A，245B可以與輸送管路243A，243B的閥座組件244A，244B稍微間隔開設(shè)置，如圖所示，以便當(dāng)閥座組件244A，244B打開時(shí)，吹掃氣體不直接輸送到閥座組件244A，244B中。如本文所用的一種死區(qū)容積閥定義為一種具有忽略不計(jì)的死容積(亦即不一定是零死容積)的閥。
每個(gè)閥242A，242B都可以適合于提供一種反應(yīng)物氣體238，239和吹掃氣體240的組合式氣流和/或它們分開的氣流。關(guān)于閥242A，由閥242A所提供的反應(yīng)物氣體238和吹掃氣體240一種組合式氣流的一個(gè)例子，包括一個(gè)從吹掃氣源240出來(lái)穿過(guò)吹氣管路245A的吹掃氣體連續(xù)流和從反應(yīng)物氣源238出來(lái)穿過(guò)輸送管路243A的反應(yīng)物氣體脈沖。吹掃氣體的連續(xù)流可以通過(guò)使吹氣管路245A閥座組件246A的隔膜打開提供。來(lái)自反應(yīng)物氣源238的反應(yīng)物氣體脈沖可以通過(guò)打開和關(guān)閉輸送管路243A閥座244A的隔膜提供。關(guān)于閥242A，由閥242A所提供的反應(yīng)物氣體238和吹掃氣體240的分開氣流其中一個(gè)例子包括從吹掃氣源240出來(lái)穿過(guò)吹氣管路245A的吹掃氣體脈沖和從反應(yīng)物氣源238出來(lái)穿過(guò)輸送管路243A的反應(yīng)物氣體脈沖。吹掃氣體的脈沖可以通過(guò)打開和關(guān)閉閥252A閥座組件246A的隔膜提供。從反應(yīng)物氣源238出來(lái)的反應(yīng)物氣體脈沖可以通過(guò)打開和關(guān)閉閥242閥座244A的隔膜提供。
圖3示出氣體輸送系統(tǒng)230的一個(gè)可供選擇的實(shí)施例，上述輸送系統(tǒng)230具有閥242A，242B，上述閥242A，242B安裝在室體202的下方，并連接到一個(gè)或多個(gè)垂直穿過(guò)室體202的氣體管路255上。各氣體管路255也連接到氣體導(dǎo)管250A，250B上。閥242A，242B也可以安裝在其它位置中，和安裝到其它室元件上，如安裝在室蓋232上。
在一種情況下，閥242A，242B連接到分開的反應(yīng)物源238，239和分開的吹掃氣源240，241上。分開的吹掃氣源減少了閥242A，242B之間相互影響的可能性。在另一些實(shí)施例中，閥242A和242B可以如上所述，連接到同一吹掃氣源240，241上。
圖4示出閥242A，242B，252A，252B的示意剖視圖。每個(gè)閥都包括一個(gè)具有3個(gè)口的閥體110，一個(gè)反應(yīng)物入口112，一個(gè)吹掃氣體入口114，和一個(gè)成流體連通的出口116。如上所述，反應(yīng)物入口112與一反應(yīng)物源238，239成流體連通。吹掃氣體入口114與一吹掃氣源240，241成流體連通，而出口116與處理室200成流體連通。
圖5示出圖4所示的閥示意透視圖。閥體110可以包括一個(gè)或多個(gè)用于插入埋入式加熱元件511的孔510。優(yōu)選的是，各孔510最接近反應(yīng)物入口112(在圖4中示出)，以便將反應(yīng)物加熱，來(lái)防止反應(yīng)物在閥242A，242B內(nèi)凝結(jié)。閥體110還可以包括一個(gè)或多個(gè)用于插入熱電偶裝置521的孔520，以便監(jiān)測(cè)閥體110的溫度。例如，在一個(gè)反饋環(huán)路中可以利用一測(cè)得的溫度來(lái)控制從電源加到加熱元件511上的電流，這樣可以將閥體溫度保持或控制在所希望的溫度下或所希望的溫度范圍內(nèi)。各孔510和520可以與反應(yīng)物入口112十分接近，優(yōu)選的是在-約2.0mm或更小的距離下設(shè)置，以便更好的提供反應(yīng)物入口的加熱和更好的監(jiān)測(cè)反應(yīng)物入口112的溫度。優(yōu)選的是，用于一個(gè)埋入式加熱元件的每個(gè)孔510朝平行于入口112，114和出口116的平面方向上設(shè)置，以便埋入式加熱元件還可以提供入口112，114和出口116的更均勻加熱。
圖6示出一種隔膜134，上述隔膜134安裝在閥室111內(nèi)一個(gè)閥座120的上方。隔膜134是閥242A，242B其中之一的一個(gè)實(shí)施例示意剖視圖。然而，隔膜通常是偏置在一個(gè)閉合位置中，并且選擇性地在一個(gè)打開位置(未示出)和一個(gè)閉合位置之間移動(dòng)。隔膜134固定到一個(gè)閥桿336上，上述桿件336貫穿一個(gè)閥帽332，并被閥帽332滑動(dòng)式支承。閥桿336選擇性地使隔膜134在一個(gè)閉合位置和一個(gè)打開位置之間移動(dòng)。汽缸340固定到閥帽332的頂部并安裝一個(gè)活塞342。閥桿336的頂部從閥帽332伸出并固定到活塞342的下表面上。一個(gè)彈簧344安放在閥帽332和活塞342的下表面之間，并把活塞342和閥桿336往上推。汽缸340在活塞342的上表面和汽缸340的內(nèi)表面之間形成一個(gè)動(dòng)作室346。
隔膜134可以用氣動(dòng)方法或電子學(xué)方法驅(qū)動(dòng)。優(yōu)選的是，隔膜可以通過(guò)控制來(lái)自一加壓的氣體供應(yīng)150的加壓氣體，如空氣或其它氣體，用氣動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)，以便選擇性地移動(dòng)隔膜134。盡管隔膜134是用氣動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)，不過(guò)可以將一種用電子學(xué)方法控制的閥如電磁閥安裝或耦合到汽缸340上，以便選擇性地提供以增壓的氣體供應(yīng)150出來(lái)的加壓的氣體通過(guò)一氣體管路151。盡管一種用電子學(xué)方法控制的閥152提供加壓的氣體給隔膜組件130，但因?yàn)楦裟な怯脷鈩?dòng)方法驅(qū)動(dòng)，所以閥242A，242B是用氣動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)的閥。
隔膜134可以是偏置式打開或閉合，和可以分別驅(qū)動(dòng)式閉合或打開。在一個(gè)打開位置時(shí)，隔膜134允許反應(yīng)物從反應(yīng)物入口112流動(dòng)和吹掃氣體從吹掃入口114流動(dòng)二者穿過(guò)閥室111到入口116并進(jìn)入室體202。在一個(gè)閉合位置時(shí)，隔膜134處于與閥座120接觸，以防止反應(yīng)物從反應(yīng)物入口112穿過(guò)閥室111流動(dòng)。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，在閉合位置時(shí)，隔膜134不阻擋吹掃氣體從吹掃入口114穿過(guò)閥室111流動(dòng)到出口116并進(jìn)入室體202。閥室111還可以包括一個(gè)槽122，上述槽122在閥體110中閥座120的下方形成，以便不管隔膜134是處于閉合位置還是處于打開位置，吹掃入口114和出口116仍然處于流體連通。如附圖所示，槽122是環(huán)形形狀，但它可以是任何合適的形狀。
閥座120可以是與閥體110成一個(gè)整體部件。在一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，閥座120可以是一個(gè)與閥體110分開的部件。閥座120優(yōu)選的是一種不與通過(guò)反應(yīng)物入口122提供的反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)性能穩(wěn)定的材料制造?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定的材料其中一些例子包括聚酰亞胺(PI)，聚四氟乙烯(PTFE)，聚三氟氯乙烯(PCTFE)，全氟烷氧基(PFA)，及其它合適的聚合物。在一些較少優(yōu)選的實(shí)施例中，閥座120可以用金屬、金屬合金，及其它合適的材料制造。在某些實(shí)施例中，根據(jù)由其提供的反應(yīng)物，將閥體110加熱到在約80℃和約90℃之間的一個(gè)溫度，以便防止反應(yīng)物凝結(jié)在隔膜134或其它的閥242A，242B元件上。如果用氨氣作為一種反應(yīng)物，則閥座120優(yōu)選的是用一種化學(xué)性能穩(wěn)定的聚酰亞胺如VespelCR-6100制造?，F(xiàn)已證明，氨氣在80℃或高于80℃的溫度下與聚酰亞胺VespelCR-6100是化學(xué)上惰性的，而氨氣在80℃或高于80℃的溫度下可以與其它的聚酰亞胺反應(yīng)。
關(guān)于閥242A，242B的操作，將可編程邏輯控制器(PLC)248A，248B耦合到閥242A，242B上，以便控制電信號(hào)到用電子學(xué)方法控制的閥152。用電子學(xué)方法控制的閥152當(dāng)打開時(shí)，通過(guò)連接器349將加壓的氣體供給到動(dòng)作室346中，同時(shí)形成一個(gè)壓力，所述壓力迫使活塞342和閥桿336向下頂著彈簧344的彈性力。隔膜134的中央部分被閥桿336向下壓，并接觸閥座120，同時(shí)關(guān)閉反應(yīng)物從反應(yīng)物入口112到出口116的流入。當(dāng)隔膜134接觸閥座120時(shí)，隔膜134不阻塞槽122，并且吹掃氣體可以以吹掃氣體入口114流到出口116。用電子學(xué)方法控制的閥152當(dāng)關(guān)閉時(shí)，停止供應(yīng)加壓的氣體，并使動(dòng)作室346內(nèi)部加壓的氣體減壓。當(dāng)停止供應(yīng)加壓的氣體時(shí)，動(dòng)作室346的內(nèi)部壓力減壓，活塞342和閥桿346借助于彈簧344的彈性力升起。當(dāng)活塞342和閥桿336升起時(shí)，隔膜134移動(dòng)離開閥體110的閥座120，同時(shí)讓反應(yīng)物從反應(yīng)物入口112流入到出口116。
隔膜134在一個(gè)打開位置和一個(gè)閉合位置之間移動(dòng)，以便提供反應(yīng)物到出口116和進(jìn)入室體202的脈沖。因?yàn)樘幵陂]合位置的隔膜134不阻塞槽122，所以可以提供吹掃氣體的連續(xù)流動(dòng)從吹氣管路114穿過(guò)閥室111并向外到出口116。結(jié)果，反應(yīng)物的脈沖可以按劑量投入通過(guò)閥室111提供的吹掃氣體連續(xù)流。通過(guò)閥室111提供的脈沖氣體連續(xù)流沖洗在反應(yīng)物脈沖之間留在閥室111中殘留的反應(yīng)物。在一種情況下，閥242A，242B其中每個(gè)都具有一個(gè)零死容積，因?yàn)樵诖祾邭怏w穿過(guò)閥體110到反應(yīng)物入口112的閥座120的流路之間有可忽略不計(jì)的死容積。
圖7是一個(gè)隔膜如閥242A或242B其中之一的隔膜134在一個(gè)閉合位置和一個(gè)打開位置之間移動(dòng)的曲線圖。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“響應(yīng)時(shí)間”定義為一個(gè)閥的隔膜從一打開位置移動(dòng)到一個(gè)閉合位置或是從一個(gè)閉合位置移動(dòng)到打開位置的時(shí)間。將閥的隔膜從一個(gè)打開位置移動(dòng)到一個(gè)閉合位置的響應(yīng)時(shí)間與閥的隔膜從一個(gè)閉合位置移動(dòng)到一個(gè)打開位置的響應(yīng)時(shí)間二者可以相同，或者可以不同，但優(yōu)選的是大致相同。優(yōu)選的是，閥242A，242B具有一響應(yīng)時(shí)間為約50msec(毫秒)或更少，更優(yōu)選的是20msec或更少?？梢钥闯觯粋€(gè)閥如閥242A或242B，在動(dòng)作室的內(nèi)部容積為約2.8cm3的情況下，具有一響應(yīng)時(shí)間為約40msec或更少?？梢钥闯觯粋€(gè)閥如閥242A或242B，在動(dòng)作室的內(nèi)部容積為約0.9cm3情況下，具有一響應(yīng)時(shí)間為約15msec或更少。
減少一個(gè)閥組件的響應(yīng)時(shí)間，能在一段時(shí)間范圍內(nèi)提供更多的反應(yīng)物脈沖循環(huán)。因此，處理襯底的生產(chǎn)能力增加。然而，閥242A，242B可以操縱到任何所希望的脈沖時(shí)間720。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“脈沖時(shí)間”定義為將一個(gè)隔膜從一完全閉合位置移動(dòng)到完全打開位置并回到完全閉合位置的時(shí)間?？梢圆倏v閥242A，242B，以便提供脈沖時(shí)間為約1.0秒或更少，約500msec或更少，和甚至約200msec或更少。
與隔膜被一螺線管上下驅(qū)動(dòng)相比，隔膜134的氣動(dòng)控制提供隔膜134貼著閥座120的“軟”著陸?！败洝敝憸p少了隔膜在一打開位置和一閉合位置之間移動(dòng)期間形成顆粒物，上述顆粒物由隔膜134頂著閥座120沖擊引起?！败洝敝懪c通過(guò)一個(gè)螺線管直接移動(dòng)隔膜所引起的“硬”著陸相比，還提供反應(yīng)物以更多的層流穿過(guò)閥組件100。
在某些實(shí)施例中，動(dòng)作室346的內(nèi)部容積包括一個(gè)小容積，優(yōu)選的是約3.0cm3或更少，更優(yōu)選的是約1.0cm3或更少。如本文所用的術(shù)語(yǔ)“動(dòng)作室的內(nèi)部容積”定義為當(dāng)動(dòng)作室內(nèi)部的壓力減壓時(shí)動(dòng)作室的內(nèi)部容積，并包括連接器349和動(dòng)作室346與電氣控制閥152之間任何氣體管路的內(nèi)部容積。動(dòng)作室346的小內(nèi)部容積可以更迅速地加壓，結(jié)果可以更迅速地驅(qū)動(dòng)隔膜134。
用電子學(xué)方法控制的閥152安裝在隔膜組件130的汽缸340上，以便減少氣體管路到動(dòng)作室的內(nèi)部容積增加的容積。氣體管路增加的容積將增加動(dòng)作室346的內(nèi)部容積，并因此將增加給動(dòng)作室346加壓所需的時(shí)間，及因此增加閥242A，242B的響應(yīng)時(shí)間。在一些可供選擇的實(shí)施例中，如果利用一個(gè)氣體管路來(lái)將用電子學(xué)方法控制的閥152連接到隔膜組件130的汽缸340上，則管路的長(zhǎng)度優(yōu)選的是約為1.0英寸或更少，以便減少動(dòng)作室的內(nèi)部容積。
將增壓的氣體供應(yīng)150連接到用電子學(xué)方法控制的閥152上的氣體管路151具有一內(nèi)徑為大于約0.125英寸，更優(yōu)選的是約0.25英寸或更大。氣體管路151的較大內(nèi)徑有助于通過(guò)提供一個(gè)較大的加壓氣體穿過(guò)其的傳導(dǎo)充滿動(dòng)作室346的內(nèi)部容積。結(jié)果，供給加壓的氣體到用電子學(xué)方法控制的閥152上的氣體管路151的較大內(nèi)徑減少了閥組件242A，242B的響應(yīng)時(shí)間。
再次參見(jiàn)圖1，閥242A，242B通過(guò)氣體入口236B與擴(kuò)展通道234成流體連通，上述氣體入口236B連接到輸送管路243B上。在一種情況下，氣體入口236A，236B鄰近擴(kuò)展通道234的上面部分237設(shè)置。在另一種情況下，氣體入口236A，236B沿著上面部分237和下面部分235之間的擴(kuò)展通道234長(zhǎng)度設(shè)置。閥242A，242B的輸送管路243A，243B可以通過(guò)氣體導(dǎo)管250A，250B連接到氣體入236A，236B上。氣體導(dǎo)管250A，250B可以與閥242A，242B成為整體，或者可以與閥242A，242B分開。在一種情況下，閥242A，242B可以極接近地連接到擴(kuò)展通道234上，以便減少閥242A，242B與氣體入口236A，236B之間輸送管路243A，243B和氣體導(dǎo)管250A，250B中的任何不必要的容積。
擴(kuò)展通道234具有一個(gè)內(nèi)徑，上述內(nèi)徑從擴(kuò)展通道的上面部分237到下面部分235逐漸增加。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，用于一個(gè)適合于處理200mm直徑襯底的室的擴(kuò)展通道234的內(nèi)徑，在擴(kuò)展通道234的上面部分237處是在約0.2英寸和約1.0英寸之間，更優(yōu)選的是在約0.3英寸和約0.9英寸之間，和更優(yōu)選的是在0.3英寸和約0.5英寸之間，而在擴(kuò)展通道234的下面部分235處是在約0.5英寸和約3.0英寸之間，優(yōu)選的是在約0.75英寸和約2.5英寸之間，而更優(yōu)選的是在約1.1英寸和約2.0英寸之間。在另一個(gè)特定實(shí)施例中，用于適合處理300mm直徑襯底的室的擴(kuò)展通道234的內(nèi)徑，在擴(kuò)展通道234的上面部分237處是在約0.2英寸和約1.0英寸之間，更優(yōu)選的是在約0.3英寸和約0.9英寸之間，及更優(yōu)選的是在0.3英寸和約0.5英寸之間，而在用于300mm襯底的擴(kuò)展通道234的下面部分235處是在約0.5英寸和約3.0英寸之間，優(yōu)選的是在約0.75英寸和約2.5英寸之間，及更優(yōu)選的是在約1.2英寸和約2.2英寸之間。一般，上述尺寸應(yīng)用于一種擴(kuò)展通道，上述擴(kuò)展通道適合于提供一個(gè)總氣流是在約500sccm和約3000sccm之間。然而，上述尺寸可以改變，以便適應(yīng)任何穿過(guò)其的氣流。
擴(kuò)展通道234可以成形為一種截錐體(包括類似于截錐體的形狀)。無(wú)論是提供一種氣體朝向擴(kuò)展通道234的壁，還是直接向下朝向襯底210，當(dāng)氣流穿過(guò)擴(kuò)展室234時(shí)，由于氣體的膨脹作用，所以氣流的速度降低。氣流的速度降低幫助減少氣體吹去吸附在襯底210表面上反應(yīng)物的可能性。
若不想與理論結(jié)合，可以認(rèn)為，擴(kuò)展通道234的直徑從上面部分237到下面部分235逐漸增加，允許流過(guò)擴(kuò)展通道234的氣體絕熱膨脹較少，上述絕熱膨脹較少有助于控制氣體的溫度。流過(guò)擴(kuò)展通道234的氣體突然絕熱膨脹可能降低氣體的溫度，同時(shí)造成氣體凝結(jié)和形成顆粒物。形成較少的氣體絕熱膨脹，可以使更多的熱量轉(zhuǎn)移到氣體或從氣體中轉(zhuǎn)移，并因此可以更容易控制氣體的溫度。逐漸變化的擴(kuò)展通道可以包括一個(gè)或多個(gè)錐形內(nèi)表面，如一種錐形筆直表面，一種凹形表面，一種凸形表面，或它們的組合，或者可以包括一個(gè)或多個(gè)錐形內(nèi)表面的若干分段(亦即，一部分是錐形，和一部分不是錐形)。
圖8是室蓋232擴(kuò)展部分234其中一個(gè)實(shí)施例的頂部剖視圖。每個(gè)氣體導(dǎo)管250A，250B可以與氣體導(dǎo)管250A，250B的中心線和與擴(kuò)展通道234圓心的半徑線304成α角設(shè)置。氣體穿過(guò)優(yōu)選的是成一個(gè)角度α(亦即當(dāng)α＞0°時(shí))設(shè)置的氣體導(dǎo)管250A，250B進(jìn)入，使氣體朝一個(gè)圓方向流動(dòng)，如箭頭310A(或310B)所示。與直接筆直對(duì)著擴(kuò)展通道(亦即當(dāng)α＝0°時(shí))相反，成一個(gè)角度α提供氣體，有助于提供更多的層流而不是紊流通過(guò)擴(kuò)展通道234?？梢哉J(rèn)為，通過(guò)擴(kuò)展通道234的層流導(dǎo)致一種改良的吹掃擴(kuò)展通道234的內(nèi)表面和室蓋232的其它表面。相反，紊流可能不均勻地流過(guò)擴(kuò)展通道234的內(nèi)表面和其它表面，并且可能包含其中沒(méi)有氣流的死點(diǎn)或駐點(diǎn)。在一種情況下，氣體導(dǎo)管250A，250B和相應(yīng)的氣體入口236A，236B相互隔開，并使一個(gè)流動(dòng)朝向同一圓方向(亦即順時(shí)針或反時(shí)針)。
圖9是室蓋擴(kuò)展通道另一個(gè)實(shí)施例的頂部剖視圖。所述室蓋擴(kuò)展通道適合于通過(guò)一個(gè)氣體入口636接收來(lái)自一個(gè)氣體導(dǎo)管650的單一氣流，上述一個(gè)氣體導(dǎo)管650連接到一個(gè)或多個(gè)閥(未示出)上。氣體導(dǎo)管650可以與氣體導(dǎo)管650的中心線602和與擴(kuò)展通道234圓心的半徑線604成一個(gè)角度α設(shè)置。成一個(gè)角度α(亦即當(dāng)α＞0°時(shí))設(shè)置的氣體導(dǎo)管650使氣體朝一個(gè)圓方向流動(dòng)，如箭頭610所示。
圖10是室蓋擴(kuò)展通道另一個(gè)實(shí)施例的頂部剖視圖，上述室蓋擴(kuò)展通道適合于接收3種氣流，上述3個(gè)氣體從3個(gè)氣體導(dǎo)管750A，750B，750C在一起，部分在一起(亦即3個(gè)氣流的其中2個(gè)在一起)或分開通過(guò)3個(gè)入口736A，736B，736C，上述氣體導(dǎo)管750A，750B，750C中每個(gè)導(dǎo)管都連接到一個(gè)或多個(gè)閥(未示出)上。氣體導(dǎo)管750A，750B，750C可以與氣體導(dǎo)管750A，750B，750C的中心線和與擴(kuò)展通道734圓心的半徑線704成一個(gè)角度α設(shè)置。成一個(gè)角度α(亦即當(dāng)α＞0°時(shí))設(shè)置的氣體導(dǎo)管750A，750B，750C使氣體朝一個(gè)圓方向流動(dòng)，如箭頭710所示。
圖11示出擴(kuò)展通道234的剖視圖，同時(shí)示出穿過(guò)擴(kuò)展通道234的兩種氣流的簡(jiǎn)化表示。每個(gè)氣體導(dǎo)管250A，250B和氣體入口236A，236B都可以用與擴(kuò)展通道縱向軸線290成任何關(guān)系設(shè)置。每個(gè)氣體導(dǎo)管250A，250B和氣體入口236A，236B優(yōu)選的是垂直于(其中+B，-B＝90°)縱向軸線290設(shè)置，或者從氣體導(dǎo)管250A，250B的中心線302A，302B到縱向軸線290成一個(gè)角度+B或一個(gè)角度-B(其中0°＜+B＜90°或0°＜-B＜90°)設(shè)置。因此，氣體導(dǎo)管250A，250B可以如圖3所示垂直于縱向軸線290水平設(shè)置，可以向下成一個(gè)角度+B，或者可以向上成一個(gè)角度-B，以便提供一種氣流，所述氣流朝向擴(kuò)展通道234的壁而不是直接向下朝向襯底210，這樣幫助減少吹出吸附在襯底210表面上的反應(yīng)物的可能性。此外，氣體導(dǎo)管250A，250B的直徑可以從閥242A，242B的輸送管路243A，243B到氣體入口236A，236B逐漸增加，以便在氣體進(jìn)入擴(kuò)展通道234之前幫助降低氣流的速度。例如，氣體導(dǎo)管250A，250B可以包括一個(gè)逐漸增加的內(nèi)徑，或者可以包括多個(gè)具有逐漸增加內(nèi)徑的連接的導(dǎo)管。
盡管通過(guò)擴(kuò)展通道234的確切流動(dòng)模式還不知道，但可以認(rèn)為，圓形流動(dòng)310可以作為一種“渦流”或“螺旋”流動(dòng)402A，402B通過(guò)擴(kuò)展通道234，如箭頭402A，402B所示。在一種情況下，渦流可以幫助形成更有效的吹掃擴(kuò)展通道234，這是由于渦流模式跨過(guò)擴(kuò)展通道234內(nèi)表面的掃除作用。
在一個(gè)實(shí)施例中，使氣體入口236A，236B和襯底210之間的距離變得足夠遠(yuǎn)，以便“渦流”流動(dòng)402分散成一種向下流動(dòng)，如箭頭404所示，因?yàn)橐环N跨過(guò)襯底210表面的螺旋流動(dòng)可能是不理想的。可以認(rèn)為，“渦流”流動(dòng)402和向下流動(dòng)404是以一種有效地吹掃室蓋232和襯底210的層流方式前進(jìn)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，擴(kuò)展通道234上面部分237與襯底210之間的距離為約1.0英寸或更大，更優(yōu)選的是約2.0英寸或更大。在一個(gè)特定實(shí)施例中，距離410的上限取決于實(shí)際限制。例如，如果距離410很長(zhǎng)，則氣體穿過(guò)擴(kuò)展通道234的滯留時(shí)間也長(zhǎng)，因而用于氣體淀積到襯底上的時(shí)間也長(zhǎng)，并因而生產(chǎn)能力低。此外，如果距離410很長(zhǎng)，則制造擴(kuò)展通道234很困難。一般，距離410的上限對(duì)一個(gè)適合于處理200mm直徑襯底的室來(lái)說(shuō)可以是3英寸或更大，而對(duì)一個(gè)適合于處理300mm直徑襯底的室來(lái)說(shuō)可以是5英寸或更大。
圖12示出氣體在室蓋232的底表面260和襯底210的表面之間兩個(gè)不同位置502，504處流動(dòng)的示意圖。氣體在任何流動(dòng)分段處，亦即在任何半徑處的速度，在理論上由下面方程式?jīng)Q定(1)Q/A＝V式中“Q”是氣體的流量?！癆”是流動(dòng)的載面積。“V”是氣體的速度。氣體的速度與流動(dòng)的截面積(H×2πR)成反比，其中“H”是流動(dòng)截面的高度，和2πR是流動(dòng)截面的周長(zhǎng)。換句話說(shuō)，氣體的速度與流動(dòng)截面的高度“H”和流動(dòng)截面的半徑“R”成反比。
將位置502和位置504處流動(dòng)截面的速度進(jìn)行比較，同時(shí)假定在所有位置處室蓋232的底表面260與襯底210的表面之間的氣體流量“Q”相等，則氣體速度在理論上可以通過(guò)讓各流動(dòng)截面積“A”相等而變成相等。為了使位置502和位置504處的流動(dòng)截面積相等，因?yàn)镽2＞R1，所以在位置502處的高度H1必須大于在位置504處的高度H2。
在操作時(shí)，襯底210利用一個(gè)自動(dòng)控制裝置(未示出)通過(guò)開口208輸送到室200中。通過(guò)升降銷220和自動(dòng)控制裝置的協(xié)同操作，將襯底210設(shè)置在襯底支承件212上。襯底支承件212將襯底210升起成與室蓋232的底表面緊密相對(duì)。第一氣流可以通過(guò)閥242A注入室200的擴(kuò)展通道234，上述第一氣流注入與通過(guò)閥242B注入室200的第二氣流一起或分開(亦即脈沖)。第一氣流可以包括一個(gè)來(lái)自吹掃氣源240的吹掃氣體連續(xù)流和來(lái)自反應(yīng)物氣源238的反應(yīng)物氣體脈沖，或者可以包括來(lái)自反應(yīng)物氣源238的反應(yīng)物氣體脈沖和來(lái)自吹掃氣源240的吹掃氣體脈沖。第二氣流可以包括來(lái)自吹掃氣源240的吹掃氣體連續(xù)流和來(lái)自反應(yīng)物氣源239的反應(yīng)物氣體的脈沖，或者可以包括來(lái)自反應(yīng)物氣源239的反應(yīng)物氣體脈沖和來(lái)自吹掃氣源240的吹掃氣體脈沖。氣流作為一種渦流模式402穿過(guò)擴(kuò)展通道234，上述渦流模式402提供一種跨過(guò)擴(kuò)展通道234內(nèi)表面的掃除作用。渦流模式402分散成一種向下流動(dòng)404朝向襯底210的表面。當(dāng)它穿過(guò)擴(kuò)展通道234時(shí)，氣流的速度降低。然后氣流跨過(guò)襯底210的表面和跨過(guò)室蓋232的底部表面260前進(jìn)。向下傾斜的室蓋232底表面260幫助減少氣流跨過(guò)襯底210表面的速度變化。然后氣流通過(guò)節(jié)流262前進(jìn)并進(jìn)入室200的泵送區(qū)266。過(guò)量的氣體，副產(chǎn)品等流入泵送通道279，和然后通過(guò)真空系統(tǒng)278從室200中排放。在一種情況下，氣流以一種層流方式穿過(guò)擴(kuò)展通道234和在襯底210的表面與室蓋232的底表面260之間前進(jìn)，上述層流方式幫助將反應(yīng)物氣體均勻暴露在襯底210的表面上，并有效地吹掃室蓋232的內(nèi)表面。
圖13和14示出一種氣體輸送系統(tǒng)的可供選擇的實(shí)施例，上述氣體輸送系統(tǒng)能按照本發(fā)明所述實(shí)施原子層淀積。因?yàn)槟承┰c上述的那些元件相同或類似，所以在合適的地方采用相同的標(biāo)號(hào)。
更具體地說(shuō)，圖13示出一種具有一個(gè)氣體輸送裝置830的室800，上述氣體輸送裝置830包括一個(gè)室蓋832，該室蓋860具有一個(gè)基本上是平的底表面860。在一種情況下，節(jié)流口262和襯底支承件210之間的間距是在約0.04英寸和約2.0英寸之間，更優(yōu)選的是在約0.04英寸和約0.2英寸之間。
圖14示出一種具有一個(gè)氣體輸送裝置930的室900，上述氣體輸送裝置930包括一個(gè)室蓋932，所述室蓋932提供一個(gè)具有一小容積的反應(yīng)區(qū)964，和提供一種向下傾斜或漏斗形底部表面960。氣體源937通過(guò)一個(gè)或多個(gè)閥941連接到通道933上。在一種情況下，通道933具有一個(gè)很長(zhǎng)的長(zhǎng)度，以便減少通過(guò)閥941加入的氣體吹出吸附在襯底表面210上的反應(yīng)物的可能性。
圖15是本發(fā)明用的一種氣體箱1000的一個(gè)實(shí)施例示意圖。為了清楚和說(shuō)明方便起見(jiàn)，氣體箱1000將參照?qǐng)D3所示的室200進(jìn)行說(shuō)明。氣體箱1000提供一種或多種化合物給閥242A，242B。氣體箱1000可以是一個(gè)或多個(gè)氣體箱分段(示出兩個(gè)分段1000A，1000B)。每個(gè)氣體箱分段1000A，1000B還可以包括一個(gè)通向相應(yīng)吹掃氣源240，241的連接部分1010。各氣箱分段1000A，1000B還可以包括各種不同的閥，上述閥用于調(diào)節(jié)或另外控制提供給閥242A，242B的化合物。
圖16是罐1300一個(gè)實(shí)施例的示意剖視圖，上述罐1300用于通過(guò)由一種固體反應(yīng)物源如五二甲胺鉭(PDMAT)升華產(chǎn)生一種氣體。罐1330可以適合于由一液體反應(yīng)物源提供一種氣體。一般，罐1330包括一個(gè)側(cè)壁1202，一個(gè)蓋1204，和一個(gè)封閉一內(nèi)部容積1238的底部1232。蓋1204或側(cè)壁1202的至少其中之一包括一個(gè)入口1206和一個(gè)出口1208用于氣體的進(jìn)出。入口和出口1206，1208連接到閥1112，1114上，上述閥1112，1114裝配一配合的拆卸配件1236A，1236B，以便于從氣體輸送系統(tǒng)230取下罐1300?？扇芜x地，將一個(gè)捕油器1250連接在出口1208和閥1114之間，以使捕獲在流到處理室200的氣體中可能存在的油粒。
罐1300的內(nèi)部容積1238分開成一個(gè)上面區(qū)1218和一個(gè)下面區(qū)1234。源固體1214至少部分地裝滿下面區(qū)1234。一個(gè)管道1302設(shè)置在罐1300的內(nèi)部容積1238中，并適合于使罐1300內(nèi)的氣流朝向遠(yuǎn)離源固體1214的方向，同時(shí)有利地防止流出管道1302的氣體直接碰撞源固體1214和使顆粒物變成懸浮在空氣中和通過(guò)出口1208帶走并進(jìn)入處理室200。
管道1302在一第一端1304處連接到入口1206上。管道1302從第一端1304延伸到一第二端1326A，上述第二端1326A設(shè)置在上面區(qū)1218中源固體1214的上方。第二端1326A可以適合于使氣流朝向側(cè)壁1202，因此防止氣流直接(線性)穿過(guò)在口1206，1208之間的罐1300，同時(shí)形成一個(gè)延長(zhǎng)的平均流路。
在一個(gè)實(shí)施例中，管道1302第二端1326A的出口1306相對(duì)于罐1300的中心軸線1308成一個(gè)約15°-約90°的角度設(shè)置。在另一個(gè)實(shí)施例中，管道1302具有一個(gè)“J”形第二端1326B，上述“J”形第二端1326B使離開出口1306的氣流朝向罐1300的蓋1204。在另一個(gè)實(shí)施例中，管道1302具有一個(gè)第二端1326C，所述第二端1326C具有一個(gè)封閉管道1302末端的塞或帽1310。第二端1326C具有至少一個(gè)開口1328，上述開口1328在管道1302的側(cè)面靠近帽1310形成。離開開口1328的氣體通常朝向垂直于中心垂線1308并遠(yuǎn)離設(shè)置在罐1300下面區(qū)1234中的源固體1214?？扇芜x地，至少一個(gè)如上所述的隔板1210(用虛線示出)可以設(shè)置在罐1300內(nèi)，并與上述管道1302實(shí)施例的其中之一串聯(lián)使用。
在操作時(shí)，罐1300的下面區(qū)至少部分地裝有一種源固體1214。可供選擇地，可以將一種液體1216加到源固體1214中，以便形成一種漿料1212。將罐1300保持在所希望的壓力下，并用一電阻加熱器1230加熱到所希望的溫度，上述電阻加熱器1230靠近罐1300設(shè)置。一種載氣如氬氣以一個(gè)所希望的速率流過(guò)入口1206和管道1302進(jìn)入上面區(qū)1218。管道1302的第二端1326A使在延長(zhǎng)的平均流路中載氣流朝向遠(yuǎn)離出口1208的方向，同時(shí)有利的是增加了載氣在罐1300上面區(qū)1218中的停留時(shí)間，并防止載氣在源固體1214上直接流動(dòng)，以使顆粒物產(chǎn)生最少。在罐1300中增加的停留時(shí)間有利的是增加了升華的固體蒸汽在載氣內(nèi)的飽和程度，而同顆粒物產(chǎn)生的減少改良了產(chǎn)品的生產(chǎn)率，節(jié)省了源固體，并減少了下游污染。
參見(jiàn)圖15，室200和氣體箱1000的各種元件的溫度可以控制，以便減少室中不想要的顆粒形成。例如，控制溫度可以防止室200和氣體箱1000的各種元件上的氣體分解，淀積，或凝結(jié)。例如，可能理想的情況是，反應(yīng)物從反應(yīng)物源到氣體分配系統(tǒng)230的流動(dòng)路線是處在一比較高的溫度下，以防止流動(dòng)路線中反應(yīng)物的凝結(jié)(亦即蒸氣變成固體或蒸汽變成液體)。可能理想的情況是，室體202和室蓋232都處在比較低的溫度下，以防止反應(yīng)物淀積在室體和室蓋的表面上。
在一個(gè)實(shí)施例中，罐1300保持在約60℃和約70℃之間的一個(gè)溫度下。從罐1300到閥242A和從罐1300到前級(jí)管道的氣體管路(用區(qū)域1330代表)，如通過(guò)加熱帶或其它加熱裝置保持在約80℃和約90℃之間的一個(gè)溫度下。閥242A保持在約80℃和約90℃之間的一個(gè)溫度下。從閥242A到室體202的氣體管路255(用區(qū)域1332代表)，如通過(guò)加熱帶或其它加熱裝置保持在約85℃和約95℃之間的一個(gè)溫度下。優(yōu)選的是，有一個(gè)反應(yīng)物從罐1300到室體202的流動(dòng)路線稍微增加的溫度梯度，以便反應(yīng)物的任何凝結(jié)都將朝罐方向流動(dòng)而不是朝室體202方向流動(dòng)。此外，吹掃氣體源240優(yōu)選的是提供一種在約85℃和約95℃之間一個(gè)溫度下的經(jīng)過(guò)預(yù)熱吹掃氣體如氬氣。經(jīng)過(guò)預(yù)熱的吹掃氣體幫助減少在區(qū)域1332處顆粒物形成的可能性，因?yàn)樵趨^(qū)域1332處的各氣體膨脹而在區(qū)域1332處增加了容積。
然后，將從室板部分270到帽272的管路255(用區(qū)域1334代表)，如通過(guò)一筒形加熱器或加熱帶保持在約45℃和約55℃之間的一個(gè)溫度下，在另一個(gè)實(shí)施例中，區(qū)域1334不直接加熱(亦即沒(méi)有直接控制區(qū)域1334溫度的加熱裝置)。
在一個(gè)實(shí)施例中，從吹掃氣體源和含氮源到閥242B的氣體管路不加熱。閥242B不加熱。從閥242B到室體202的氣體管路255和從室板部分270到帽272的氣體管路255也不加熱。
在一個(gè)實(shí)施例中，室側(cè)壁204保持在約20℃和約25℃之間的一個(gè)溫度下。室板部分270保持在約25℃和約35℃之間的一個(gè)溫度下。帽272保持在約30℃和約40℃之間的一個(gè)溫度下，室側(cè)壁202可以通過(guò)穿過(guò)其形成通道295(圖1)，并通過(guò)上述通道提供溫度控制流體，如一種冷卻流體或加熱流體，保持在一個(gè)所希望的溫度下。
在一個(gè)實(shí)施例中，室板部分270和帽272不包括加熱或冷卻元件。室板部分270和帽272的冷卻通過(guò)從室板部分270和帽272到室側(cè)壁204的熱傳遞提供。在另一些實(shí)施例中，室板部分270和帽272可以包括冷卻元件和/或加熱元件。在一個(gè)實(shí)施例中，穿過(guò)室體202的氣體管路255不接觸室體202和/或通過(guò)一個(gè)絕熱體與室體202分開，上述絕熱體使氣體管路255與室體202之間的熱傳遞減至最少。
在某些實(shí)施例中，閥242A，242B與室蓋232分開或遠(yuǎn)離室蓋232安裝，如圖1所示安裝在室體202的下方，以便簡(jiǎn)化室蓋232溫度的控制。例如，一個(gè)安裝到室蓋232上或緊密靠近室蓋232安裝的經(jīng)過(guò)加熱的閥可以將熱量傳遞到室蓋232上。傳到室蓋232上的熱量可能引起或增加氣體在室蓋內(nèi)表面上，如在膨脹通道234和底表面260上的不想要的淀積。遠(yuǎn)離蓋安裝的閥242A，242B不顯著增加反應(yīng)區(qū)264的容積，因?yàn)橛泻苌倩蛘邲](méi)有氣體返流到氣體導(dǎo)管250A、250B中。例如，在由閥242A，242B提供吹掃氣體連續(xù)流同時(shí)反應(yīng)物按劑量加入吹掃氣體流中的情況下，有一個(gè)非常恒定的正向氣體流進(jìn)入室體202中，上述正向氣體流通過(guò)氣體導(dǎo)管252A，252B提供。
控制單元280，如一種編好程序的個(gè)人計(jì)算機(jī)，工作站計(jì)算機(jī)等，可以連接到室200上，以便控制各處理?xiàng)l件，如圖1所示。例如，控制單元280可以成形為在襯底處理順序的不同階段期間，控制從氣源238，239，240出來(lái)的各種工藝流程氣體和吹掃氣體通過(guò)閥242A，242B的流動(dòng)?？刂茊卧?80可以包括一個(gè)中央處理單元(CPU)282，配套電路284，和含有相關(guān)控制軟件283的存儲(chǔ)器286。
控制單元280可以是任何形式通用計(jì)算機(jī)處理器的其中之一，上述通用計(jì)算機(jī)處理器可以在工業(yè)調(diào)整中用于控制各種不同的室和子處理器。CPU282可以用任何合適的存儲(chǔ)器286，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，只讀存儲(chǔ)器，軟盤驅(qū)動(dòng)器，硬盤，或數(shù)字存儲(chǔ)，本地或遠(yuǎn)程的其它形式。各種配套電路可以耦合到CPU282上用于支承室200?？刂茊卧?80可以耦合到另一個(gè)控制器上，上述另一個(gè)控制器鄰近各單元室元件，如閥242A，242B的可編程邏輯控制器248A、248B設(shè)置。控制單元280與室200的各種其它元件之間的雙向通信通過(guò)許多信號(hào)電纜處理，上述許多信號(hào)電纜集體地稱之為信號(hào)總線288，上述信號(hào)總線288的其中一部分在圖1中示出。除了從氣源238、239、240和從閥242A、242B的可編程邏輯控制器248A、248B控制工藝流程氣體和吹掃氣體之外，控制單元280還可以成形為擔(dān)負(fù)自動(dòng)控制晶片處理中所用的其它活動(dòng)，如晶片運(yùn)輸，溫度控制，室抽真空，連同其它活動(dòng)一道，其中某些活動(dòng)在本文其它地方說(shuō)明。
上述的處理室200和氣體輸送裝置230，可以用來(lái)有利地執(zhí)行各元素的循環(huán)淀積，或者執(zhí)行各種化合物或合金/組合薄膜的循環(huán)淀積，上述各元素包括但不限于，鉭、鈦、鎢和銅，而上述各種化合物或合金/組合薄膜包括但不限于，一個(gè)襯底表面上的氮化鉭、氮化鉭硅、氮化鈦、氮化鈦硅、氮化鎢、氮化鎢硅、及銅鋁。如上所述，處理室200和氣體輸送裝置230，也可以用來(lái)有利地執(zhí)行各種材料在一個(gè)襯底表面上的化學(xué)汽相淀積。
如本文所用的，“襯底表面”涉及在其上完成薄膜處理的任何襯底表面。例如，襯底表面可以包括硅，氧化硅、摻雜的硅、鍺、砷化鎵、玻璃、藍(lán)寶石及任何其它材料如各種金屬，金屬氮化物，金屬合金，及其它導(dǎo)電材料，上述材料視用途而定。襯底材料還可以包括介電材料如二氧化硅和摻碳的二氧化硅。
如本文所用的“循環(huán)淀積”涉及依次加入兩種或多種反應(yīng)性化合物，以便在一個(gè)襯底表面上淀積單層材料。兩種或多種反應(yīng)性化合物交替式加入一個(gè)處理室的反應(yīng)區(qū)。每種反應(yīng)性化合物通過(guò)一個(gè)時(shí)間延遲分開，以便讓每種化合物粘附在襯底表面上和/或在襯底表面上反應(yīng)。在一種情況下，將一種第一前體或化合物A在第一時(shí)間延遲之后脈沖加入反應(yīng)區(qū)中。接著，將一種第二前體或化合物B在第二時(shí)間延遲之后脈沖加入反應(yīng)區(qū)中。當(dāng)希望一種三元材料，如氮化鈦硅時(shí)，例如，將一種第三化合物(C)在第三時(shí)間延遲之后按劑量/脈沖加入反應(yīng)區(qū)中。在每個(gè)時(shí)間延遲期間，都將一種惰性氣體如氬加入處理室中，以便吹掃反應(yīng)區(qū)或者用別的辦法除去反應(yīng)區(qū)中任何殘留的反應(yīng)性化合物。可供選擇地，吹掃氣體可以在淀積過(guò)程中自始至終連續(xù)地流動(dòng)，以便在時(shí)間延遲期間，各反應(yīng)性化合物的脈沖之間僅是吹掃氣體流動(dòng)。各反應(yīng)性化合物可供選擇地脈沖至在襯底表面上形成所希望的薄膜或薄膜厚度時(shí)為止。
如本文所用的“脈沖”或“劑量”預(yù)定是涉及瞬時(shí)或不連續(xù)地加入一個(gè)處理室反應(yīng)區(qū)的一種特定化合物的量。在每個(gè)脈沖內(nèi)一種特定化合物的量可以在超出時(shí)間時(shí)變化，這取決于脈沖的持續(xù)時(shí)間。每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間是取決于許多因素的變量，上述許多因素如，例如，所用處理室的容積容量，連接于其上的真空系統(tǒng)，及特定化合物自身的揮發(fā)性/反應(yīng)性。
每個(gè)脈沖/劑量的持續(xù)時(shí)間都是可變的，并且可以調(diào)節(jié)，以便例如適應(yīng)處理室的容積容量及連接于其上的真空系統(tǒng)的能力。此外，一種化合物的加劑量時(shí)間可以按照化合物的流動(dòng)速率，化合物的壓力，化合物的溫度，加劑量閥的類型，所用控制系統(tǒng)的類型，及化合物吸附到襯底表面上的能力等改變。加劑量時(shí)間還可以根據(jù)所形成層的類型和裝置的幾何形狀改變。一般，加劑量時(shí)間應(yīng)該足夠長(zhǎng)，以便提供一個(gè)足夠吸附/化學(xué)吸附到基本上是襯底整個(gè)表面上的化合物容積，并在其上形成一層所希望的化合物厚度。
術(shù)語(yǔ)“化合物”預(yù)定包括一種或多種前體，氧化劑、還原劑、反應(yīng)劑和催化劑，或它們的組合。術(shù)語(yǔ)“化合物”還預(yù)定包括一組化合物，如當(dāng)在處理室中同時(shí)加兩種或多種化合物時(shí)的情況。例如，一組化合物可以包括一種或多種催化劑和一種或多種前體。術(shù)語(yǔ)“化合物”還預(yù)定包括如通過(guò)離解或電離作用處于活化狀態(tài)或別的激勵(lì)狀態(tài)的一種或多種前體，氧化劑，還原劑，反應(yīng)劑和催化劑，或它們的一種組合。
可以認(rèn)為，用來(lái)在一個(gè)襯底表面上物理吸附，吸附、吸收，或化學(xué)吸附一單層反應(yīng)劑的化學(xué)吸力是自限制的，其中在一規(guī)定的脈沖期間只有一個(gè)單層可以淀積到襯底表面上，因?yàn)橐r底表面具有一有限的位置可供反應(yīng)劑利用。一旦有限數(shù)的位置被反應(yīng)劑占據(jù)，則將阻止反應(yīng)劑的進(jìn)一步淀積，循環(huán)可以重復(fù)到一個(gè)所希望的氮化鉭層厚度。
為了清楚和便于說(shuō)明起見(jiàn)，方法將進(jìn)一步說(shuō)成是它涉及用一種循環(huán)淀積技術(shù)淀積一種氮化鉭(TaN)阻擋層。一種含鉭化合物如五二甲胺基鉭(PDMAT；Ta(NMe2)5)的脈沖可以通過(guò)閥242A由氣源238加入。含鉭化合物可以借助于一種載氣提供，上述載氣包括但不限于氦(He)、氬(Ar)、氮(N2)、氫(H2)及它們的組合。一種含氮化合物如氨的脈沖可以通過(guò)閥242A由氣源239加入。載氣也可以用來(lái)幫助輸送含氮化合物。吹掃氣體如氬可以通過(guò)閥242A和/或閥242B由氣源240加入。在一種情況下，吹掃氣流可以通過(guò)閥242A，242B由氣源240連續(xù)提供，以便起含鉭化合物脈沖和含氮化合物脈沖之間吹掃氣體的作用，和在含鉭化合物和含氮化合物二者的脈沖期間起一種載氣作用。在一種情況下，通過(guò)兩個(gè)氣體導(dǎo)管250A、250B輸送吹掃氣體提供反應(yīng)區(qū)264更完善的吹掃，而不是通過(guò)一個(gè)氣體導(dǎo)管250A、250B提供的一種吹掃氣體。在一種情況下，反應(yīng)物氣體可以通過(guò)一個(gè)氣體導(dǎo)管250A、250B輸送，因?yàn)橐环N反應(yīng)物氣體如一種含鉭化合物或一種含氮化合物的流動(dòng)均勻性不象吹掃氣體，由于反應(yīng)物在襯底結(jié)構(gòu)表面上的自限制吸附過(guò)程的均勻性那樣關(guān)鍵。在另一些實(shí)施例中，吹掃氣體可以用脈沖提供。在另一些實(shí)施例中，吹掃氣體可以用多于或少于兩個(gè)氣流提供。在另一些實(shí)施例中，一種含鉭氣體可以用一個(gè)以上氣流(亦即兩個(gè)或多個(gè)氣流)提供。在另一實(shí)施例中，一種含氮?dú)怏w可以用一個(gè)以上氣流(亦即兩個(gè)或多個(gè)氣流)提供。
含鉭化合物的一些例子，包括，但不限于，其它的有機(jī)金屬化合物前體或它們的衍生物，如五乙基甲基胺鉭(PEMATTa[N(C2H5CH3)2]5)，五二乙基胺鉭(PDEAT；Ta(NEt2)5)，及PEMAT、PDEAT或PDMAD的任何或所有的衍生物。另一些含鉭化合物在不限制情況下包括TBTDET(Ta(NEt2)3NC4H9或C16H39N4Ta)和鉭鹵化物，例如TaX5，此外X是氟(F)，溴(Br)或氯(Cl)，和/或它們的衍生物?？梢允褂昧硪恍┖衔铮鲜隽硪恍┖衔锇?，但不限于，NxHy，其中x和y是整數(shù)(比如，肼(N2H4))，二甲肼((CH3)2N2H4)，特丁肼(C4H9N2H3，苯肼(C6H5N2H3)，其它的肼衍生物，一種氮等離子體源(比如，N2，N2/H2，NH3，或一種N2H4等離子體)，2，2’-偶氮異丁烷((CH3)6C2N2)，乙基疊氮化物(C2H5N3)，及其它合適的氣體。吹掃氣體的另一些例子包括，但不限于，氦(He)，氮(N2)，氫(H2)，其它氣體，及它們的組合。
氮化鉭層形成說(shuō)成是從在襯底上吸附一層含鉭化合物開始，接著吸附一層含氮化合物。可供選擇地，氮化鉭層形成可以從在襯底上吸附一層含氮化合物開始，接著吸附一層含鉭化合物。而且，在另一些實(shí)施例中，可以在各反應(yīng)物氣體的脈沖之間單獨(dú)使用泵抽真空，以防各反應(yīng)物氣體混合。
含鉭化合物每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間，含氮化合物每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間，及各反應(yīng)物脈沖之間吹掃氣體的持續(xù)時(shí)間都是可變的，并取決于所用淀積室的容積容量及與其連接的真空系統(tǒng)。例如，(1)一種氣體的下面室壓力將要求較長(zhǎng)的脈沖時(shí)間；(2)一個(gè)較低的氣體流速對(duì)室壓力將要求一較長(zhǎng)的時(shí)間，以便增加和穩(wěn)定要求一較長(zhǎng)的脈沖時(shí)間；及(3)一個(gè)大容積室采取充填時(shí)間越長(zhǎng)，則室壓穩(wěn)定這種要求一較長(zhǎng)脈沖時(shí)間越長(zhǎng)。同樣，每個(gè)脈沖之間的時(shí)間也是可變的，并取決于處理室的容積容量及與其連接的真空系統(tǒng)。一般，含鉭化合物或含氮化合物的一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，以便吸附一層化合物。在一種情況下，當(dāng)一種含氮化合物的一個(gè)脈沖進(jìn)入時(shí)，一種含鉭化合物的一個(gè)脈沖仍可以處在室中。一般，吹掃氣體和/或泵抽真空的持續(xù)時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)到足夠防止含鉭化合物的脈沖和含氮化合物的脈沖在反應(yīng)區(qū)中混合在一起。
一般，含鉭化合物一個(gè)脈沖時(shí)間為約1.0秒或更少和含氮化合物的一個(gè)脈沖時(shí)間為約1.0秒或更少，通常足夠在一襯底結(jié)構(gòu)上吸附交替的單層。含鉭化合物脈沖和含氮化合物脈沖之間約1.0秒或更少的時(shí)間通常足夠用于吹掃氣體，不管是一種連續(xù)吹掃氣體還是一種吹掃氣體的脈沖，防止含鉭化合物的脈沖和含氮化合物的脈沖在反應(yīng)區(qū)中混合在一起。當(dāng)然，反應(yīng)物較長(zhǎng)的脈沖時(shí)間可用來(lái)保證含鉭化合物和含氮化合物的吸附，而反應(yīng)物各脈沖之間的較長(zhǎng)時(shí)間可用來(lái)保證除去反應(yīng)副產(chǎn)物。
在淀積期間，襯底210可以保持在大約低于一選定的含鉭化合物的熱分解溫度下。在一低于約100乇，優(yōu)選的是低于約50乇的室壓下，本文所確定的與含鉭化合物一起用的示例性加熱溫度范圍大約是在約20℃和約500℃之間。當(dāng)含鉭氣體是PDMAT時(shí)，加熱溫度優(yōu)選的是在約100℃和約300℃之間，更優(yōu)選的是在約175℃和250℃之間，而室壓是在約1.0和約5.0乇之間。在另一些實(shí)施例中，應(yīng)該理解，其它的溫度和壓力也可以用。例如，可以利用一個(gè)超過(guò)熱分解溫度的溫度。然而，溫度應(yīng)如此選定，以便高于50％的淀積活性是通過(guò)吸附處理。在另一個(gè)例子中，可以利用一個(gè)高于熱分解溫度的溫度，其中在每個(gè)前體淀積期間的分解量如此加以限制，以使生長(zhǎng)模式將類似于原子層淀積生長(zhǎng)模式。
通過(guò)循環(huán)淀積來(lái)淀積氮化鉭層的一個(gè)示例性方法，包括通過(guò)閥242A從氣源238以一個(gè)在約100sccm和約1000sccm之間，優(yōu)選的是在100sccm和約400sccm之間的一個(gè)流速，提供五二甲胺基鉭(PDMAT)脈沖，脈沖時(shí)間為約0.5秒或更少，約0.1秒或更少，或者由于反應(yīng)區(qū)264的較小容積為約0.05秒或更少。氨氣脈沖可以通過(guò)閥242B從氣源239以一個(gè)在約100sccm和約1000sccm之間，優(yōu)選的是在200sccm和約600sccm之間的流速提供，脈沖時(shí)間為約0.5秒或更少，約0.1秒或更少，或者由于反應(yīng)區(qū)264的較小容積為約0.05秒或更少。通過(guò)閥242A，242B從氣源240可以連續(xù)地提供在約100sccm和約1000sccm之間，優(yōu)選的是在約100sccm和約400sccm之間的流速下的氬吹掃氣體。含鉭化合物脈沖和含氮化合物的脈沖之間的時(shí)間可以是約0.5秒或更少，約0.1秒或更少，或者由于反應(yīng)區(qū)264較小的容積為0.07秒或更少?？梢哉J(rèn)為，為用一種反應(yīng)物氣體和/或一種吹掃氣體充滿反應(yīng)區(qū)264，需要一脈沖時(shí)間為約0.016秒或更多。在約1.0和約5.0乇之間的室壓下，加熱器溫度優(yōu)選的是保持在約100℃和約300℃之間。這種方法提供一種厚度在每個(gè)循環(huán)約0.5和約10的氮化鉭層。可以重復(fù)交錯(cuò)的順序直至達(dá)到所希望的厚度為止。
在一個(gè)實(shí)施例中，層如一個(gè)氮化鉭層淀積到側(cè)壁覆蓋厚度為約50?；蚋佟Ｔ诹硪粋€(gè)實(shí)施例中，上述層淀積到覆蓋側(cè)壁上厚度為約20或更少。在還有另一個(gè)實(shí)施例中，上述層淀積到側(cè)壁覆蓋厚度為約10?；蚋?。具有厚度約為10?；蚋俚牡g層在作為防止銅擴(kuò)散的阻擋層應(yīng)用時(shí)，被認(rèn)為是一個(gè)足夠的厚度。在一種情況下，可以用一種薄阻擋層來(lái)有利于充填亞微米(比如小于約0.15μm)和具有高縱橫比(比如大于5-1)的更小部件。當(dāng)然，可以使用具有側(cè)壁覆蓋厚度大于50的一層。
當(dāng)在一個(gè)襯底上吸附一單層反應(yīng)物時(shí)，上面已經(jīng)說(shuō)明了循環(huán)淀積的一些實(shí)施例。本發(fā)明還包括其中，反應(yīng)物吸附到多于或少于一個(gè)單層上的實(shí)施例。本發(fā)明還包括其中反應(yīng)物不以一種自限制方式淀積的一些實(shí)施例。本發(fā)明還包括其中淀積主要是一種化學(xué)汽相淀積法產(chǎn)生的一些實(shí)施例，在上述化學(xué)汽相淀積法中，反應(yīng)物依次或同時(shí)輸送。
當(dāng)利用兩種反應(yīng)物的脈沖淀積一種氮化鉭二元化合物時(shí)，上面已經(jīng)說(shuō)明了循環(huán)淀積的一些實(shí)施例。在淀積其它元素或化合物時(shí)，也可以利用兩種或多種反應(yīng)物的脈沖。
盡管上述內(nèi)容是針對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下，也可以產(chǎn)生本發(fā)明的其它和另一些實(shí)施例，并且本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種室，其包括一個(gè)襯底支承件，所述襯底支承件具有一個(gè)接收襯底的表面；一個(gè)室蓋，所述室蓋包括一個(gè)逐漸擴(kuò)展的通道和一個(gè)底部表面，上述逐漸擴(kuò)展的通道從室蓋的中央部分向下延伸，而上述底部表面從通道延伸到室蓋的周邊部分，底部表面加工成一定形狀和尺寸，以便基本上蓋住接收襯底的表面；一個(gè)或多個(gè)閥，上述一個(gè)或多個(gè)閥與逐漸擴(kuò)展的通道成流體連通；及一個(gè)或多個(gè)氣源，上述一個(gè)或多個(gè)氣源與每個(gè)閥成流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的室，還包括一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管，上述氣體管道流體式連接一個(gè)或多個(gè)閥及通道，并垂直于通道的縱向軸線設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的室，其中，一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管與通道的縱向軸線成一個(gè)角度設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1所述的室，其中，室蓋的底部表面包括一個(gè)錐形表面，該錐形表面從覆蓋件的中央部分延伸，上述錐形表面包括一個(gè)從一組表面中選定的表面，上述一組表面包括一種筆直表面，一種凹形表面，一種凸形表面，或它們的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的室，其中，通道成形為一種截錐體。
6.如權(quán)利要求1所述的室，其中，通道包括一個(gè)上面部分和一個(gè)下面部分，上面部分具有一比下面部分小的內(nèi)徑。
7.如權(quán)利要求1所述的室，其中，將一個(gè)共同的吹掃氣源連接到每個(gè)閥上，和其中將分開的反應(yīng)物氣源連接到每個(gè)閥上。
8.如權(quán)利要求1所述的室，還包括一個(gè)節(jié)流口，上述節(jié)流口鄰近底部表面的周邊設(shè)置在室蓋上。
9.如權(quán)利要求1所述的室，其中，反應(yīng)區(qū)的截面積從通道到反應(yīng)區(qū)的周邊基本上是均勻的。
10.一種室，其包括一個(gè)襯底支承件，所述襯底支承件具有一個(gè)接收襯底的表面；一個(gè)室蓋，所述室蓋包括一個(gè)擴(kuò)展通道和包括一個(gè)錐形的底部表面，上述擴(kuò)展通道從室蓋的中央部分延伸，而上述錐形的底部表面從擴(kuò)展通道延伸到室蓋的周邊部分；一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管，上述氣體導(dǎo)管圍繞擴(kuò)展通道的上面部分設(shè)置，其中，一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管與擴(kuò)展通道的中心呈一個(gè)角度設(shè)置；一個(gè)或多個(gè)閥，上述一個(gè)或多個(gè)閥連接到逐漸擴(kuò)展的通道上；及一個(gè)節(jié)流口，上述節(jié)流口鄰近錐形底部表面的周長(zhǎng)設(shè)置在室蓋上。
11.如權(quán)利要求10所述的室，其中，一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管垂直于擴(kuò)展通道的縱向軸線設(shè)置。
12.如權(quán)利要求10所述的室，其中，一個(gè)或多個(gè)氣體導(dǎo)管與擴(kuò)展通道的縱向軸線成一個(gè)角度設(shè)置。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，反應(yīng)區(qū)的截面積從通道到反應(yīng)區(qū)的周邊基本上是均勻的。
14.如權(quán)利要求9所述的室，其中，一個(gè)或多個(gè)閥安裝在室蓋上。
15.如權(quán)利要求9所述的室，其中，一個(gè)或多個(gè)閥安裝在室體的下方。
16.如權(quán)利要求9所述的室，還包括一個(gè)罐，上述罐適合于裝一種含鉭化合物，罐處于約60℃和約70℃之間的一個(gè)溫度下。
17.將各種氣體輸送到一個(gè)襯底處理室中襯底上的方法，所述方法包括將一種或多種氣體躍過(guò)襯底的整個(gè)中央部分范圍沿一個(gè)初始圓形方向提供到襯底處理室中；通過(guò)非絕熱膨脹降低各氣體的速度；將各種氣體提供給襯底的中央部分；及以一種基本上均勻的速度使各種氣體徑向上從襯底的中央部分向襯底的周邊部分跨過(guò)襯底。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，基本上均勻的速度包括最大速度與最小速度的比值為約2.0或更小。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括在一向下流動(dòng)路線中以一個(gè)第二速度朝向襯底中央部分提供各種氣體，上述第二速度小于第一速度。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括以一個(gè)第三速度從襯底的邊緣朝一徑向方向上提供各種氣體，其中第三速度大于基本上均勻的速度。
全文摘要
一種用于實(shí)施循環(huán)層淀積法，如原子層淀積的裝置和方法。在一種情況下，裝置包括一個(gè)襯底支承件和一個(gè)室蓋，上述襯底支承件具有一個(gè)接收襯底的表面，而上述室蓋包括一個(gè)錐形通道和一個(gè)底部表面，上述錐形通道從室蓋的中央部分延伸，而上述底部表面從通道延伸到室蓋的周邊部分，底部表面加工成一定的形狀和尺寸，以便基本上蓋住接收襯底的表面。裝置還包括一個(gè)或多個(gè)閥和一個(gè)或多個(gè)氣源，上述一個(gè)或多個(gè)閥連接到逐漸擴(kuò)張的通道上，而上述一個(gè)或多個(gè)氣源連接到每個(gè)閥上。
文檔編號(hào)H01L21/285GK1774525SQ02823903
公開日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月26日
發(fā)明者陳嶺, 古文忠, 吳典曄, 仲華, 艾倫·奧耶, 諾爾曼·中島, 張鎂 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料有限公司