專利名稱：變?nèi)荼贸榍皇业闹谱鞣椒?br> 技術領域：
;^發(fā)明描述了 一種用于在襯底上^^薄層物質(zhì)和/或從襯底去除薄層物質(zhì)的 設備，所述襯底例如為硅晶片。許多以前的沉積和蝕刻工藝利用不連續(xù)的步驟
用于形成薄膜或深層結構的蝕刻。這些步驟^^3^—個處Sit室中(^yt喊 者單個晶片)進行。
背景技術：
科'J來說，原子層^^K (ALD"^皮稱為原子層夕卜延)是一種化學^目^^P、 工藝，其中自約絲面M最終產(chǎn)生保形涂層。對于例如用于形^^層的具 有高的介電常數(shù)(K)的薄膜(例如班02或氧^4呂)的ALD和類似的工藝， 存在提高設備生產(chǎn)率的增長的需求。對于例如氧化鋁層的ALD,包^I5例如三 曱基鋁Al (CH3) 3的碧氣體首先被引AJij敘內(nèi)襯底的腔室中，從而單原子層 (monolayer)的該氣體粘附到表面，在多數(shù)情況下4汰面#。然后，吹掃是 必需的，僅 過雑或^^]惰性(對該工藝來說)氣體例如氮氣或氫^AIt 室中幾乎去除該單原子層氣體。然后使氧化劑例如水蒸汽WuAlt室中并與三甲 基鋁M表面^，從而形成單原子層的氧化鋁。然后抽出過量的氧化劑和反應副產(chǎn)品、吹掃腔室并且重復所述循環(huán)直^jyf所需的薄M^度。
因》誠環(huán)時間=暴露A+吹掃A+暴露B+吹掃B
自始至終^JU吹掃意味著充分的去除或稀釋反應物。il可以通it單獨的泵 抽或通過⑩斧使惰性(吹掃)氣體流動或者如^^頁域已知的二者的任何序列 來完成。
其中A和B代表用于獲得^^薄膜的先驅物。這是簡單g過種ij給出的 例子，回顧4^頁域將給出許多這種步i^^^P、工藝的其它例子。
雖然該雙循環(huán)過程生產(chǎn)出了高質(zhì)量的薄膜并ibN當不易受其它工藝M的 影響，但是該過禾到艮慢，因為多層是通過一次形成單原子層而得到的。
所需的暴露時間非常短，所以已知的吸引人的方法是增加薄膜生長的M 以減少暴露時間。雖然暴露時間可以減少到非常短的時間例如低于1秒，但是
關鍵的是需要在先驅物暴露步驟^對處艦室進行充分的吹掃。
目前還沒有方法將吹掃時間減少到傢暴露時間那么短，并JL^其它的優(yōu)化 工藝中吹掃腔室所花(非生產(chǎn)'fi^)的時間大約占到了總>#環(huán)時間的75%。
因此，快i4^出處理腔室氣態(tài)內(nèi)，的方法是有利的，因為這種方';^
提高用于ALD或其它步進式工藝的設備的生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明在于一種用于以處理循環(huán)處理襯底的設備，該設備包括 一腔室，該腔室用于在處S^積中接收襯底；和一可運動壁，該可運動壁可根
據(jù)處理循環(huán)iM多動以改變處J^H。
所述設備可以包括一排氣口 ，所述可運動壁可以在處理循環(huán)的吹掃部分期 間運動以減小處理容積，從而M^^K吹掃氣^it過排氣口。在一特別M 的實施方式中，具有多個排氣閥，所述多個排氣閥可在處理循環(huán)的各吹掃部分 中餘
類似地，所述設備可以包括用于處理氣體的進口，可運動壁在處理循環(huán)的 處理部分期間可運動，以便通it^斤述處理氣M口級^h理氣體?？梢跃哂卸?個用于M理氣體的進氣閥。
還可以具有用于吹掃氣朱進口 ，所述吹掃氣體進口可以由處理氣M口構成。
由可運動壁p艮定的最大和最小處3^^P、之比可以在大約5:1到100:1之間。
在~~#別優(yōu)選的布置中，所^積比大約為10: 1。
由壁的運動引起的處3S^P、的壓縮比可以在大約5:1和大約100: 1之間， 并且10: 1^1特別M的。
可運動壁可以用作襯底j^t或承^t底支座，在該情況下可運動壁還可以
在襯^^/卸載位置和處皿室限定位置之間運動。
可運動壁可以位于處理腔室的延伸部中，在該情況下，腔室和延伸部可以 具有共同的外殼。另外或可^i^擇地，所ii^伸部可以與腔室相鄰。
在一個可皿則的實施方式中，所述設備可以包括襯底支座，所述可運動 壁可以大體上與襯底JL^相對。在該情況下，所述設備可以包括在襯底JL^周 圍延伸的固定夕卜殼，以便與可運動壁以;SJLt^P艮^l:現(xiàn)控室?？蛇\動壁和/ 或外殼可以包括多^M牛，所述多個部件中的至少兩^件可相對運動從而允
許將襯絲載到iiaji。
在上述^^個例子中，所述壁可以是活塞。
本發(fā)明的另一方面在于一種處理襯底的方法，該方法包括將襯^^A^: ^^p、中，將處理氣M蒸汽引成^^k中，和/或接著城S^p、中去除氣 M蒸汽，其中所述引A^/或去除氣體的步TO過使可運動壁沿一適當?shù)姆较?(sense)運動來改變處S^P、而至少部分ilkJi行。 可以按順序重復所述 14去除步驟。
所皿理可以是化學^目沉糸，例如原子層^^P、或干法蝕刻或^f可其它的 適當?shù)奶幚怼?br> 前面所提到的i殳^^可以包括一控制器，用于根據(jù)上述限定的任一種方法操 作所述設備。
本發(fā)明的又一方面在于一種襯底處理腔室，所itlt室具有活動壁，例如活 塞，其中tt處^^以提高暴絲吹掃先驅物的效率。
活動壁可以是活:til^片，并且可以酉5^進氣閥或出氣閥的節(jié)拍(timing )。
所述進氣閥和排氣閥(可以是裝有排氣口的活塞)可以用作反應物和吹掃 氣體的進口和出口。通itii種方法，腔室內(nèi)的蒸汽或氣體可以通過使運動壁運 動來增加去除它們的速度和/或通過減小它們的^P、(增加壓力)^U?？霱理 腔室的抽空而有效排出。另夕卜還能夠通過增加處ig^P、，固^爾^P、氣體的 壓力減小，從而橫過襯底的氣體充注量(gascharge)的分酉2i4JL增加。
本發(fā)明的另一方面在于一種從化學^目^^反應腔室中去除氣體或蒸汽內(nèi) 條或在化學W目^^vgj^腔室中分配氣城蒸汽內(nèi)條的方法，所#法通 過使壁運動從而改^室^P、而進行。
通過改變處S^k,改變了定量氣體的壓力，然后可以在步進式工藝的不 同步驟中利用不同氣流的動力學棒l"生。所以，例如可以通過fefe4J4使壁運動來 快iWt加腔室的^7、，從而快:ii^減小腔室的壓力。類似地，對于^f可給定 傳導率的管線，都可以通過減小腔室容積/增加腔室壓力來更快g腔室中去 除固定的氣體充注量。另夕卜，使壁運動減小腔室的^P、^M室的^^內(nèi)^^皮 有效排出。
在不同的壓力下，利用不同氣流的動力學棒性還允許在進氣閥和排氣閥以 ^J^vf立置和排出位置做有利的改變，并且可以允許較小的排氣閥和管線以及較簡單的具有較少的氣體^^孔的氣體^A系統(tǒng)。
通過"f^]該活動壁也可以ii^'fcfe4的^"吹掃循環(huán)，本發(fā)明的又一方面， iM有至少2個腔室排氣管，以佳第一先驅物的排氣裝置與第二先驅物的排氣 裝置分離，由itW吏得先驅物再循環(huán)。
雖然已經(jīng)描述了化學^目沉積，特別是原子層沉積工藝，所述設備和方法 還可以應用在其它的步進式工藝中，例如在干法蝕刻領域，包括等離子蝕刻襯 底和特別i^;^V蝕刻組合工藝，例如深蝕刻硅，例V博施(Bosch)"工藝。
襯底可以是絲復合晶片、玻璃、聚^或磁盤驅動器頭，所形成的結構 可以是微電子、磁性、無線電或光子裝置的一部分，所錄置例如為記憶或邏 輯裝置、顯示器、發(fā)射器、傳感器和包括磁盤或讀寫頭的^ft裝置。
雖然上面已斷本發(fā)明進行了描述，但M當理解的是，本發(fā)明包括上述 或后面的描述中的特征的創(chuàng)造性的組合。


本發(fā)明可以以多種方式施行，現(xiàn)在參考后面的附圖通過舉例的方^M 實施方式進4刊笛述，附圖中
圖1是本發(fā)明一個實施方式的簡圖2是本發(fā)明另 一實施方式的部件的簡圖3是_本發(fā)明另一實施方式的簡圖；和
圖4是表明用于沉積金屬氧化物的活塞閥序列的矩陣。
M實施方式
襯底處理系鄉(xiāng)脈圖1中糾以1示出。襯底2方 在活塞3上，所述活塞 示出位于絲位置3a和處理位置3b。襯底通過出入口 4絲，如果需要，出 入口還具有門5。 ^區(qū)域7a和/或整個腔室7可以通iii^4^到泵(未示出)上 的真空排氣管6抽空，當活塞3在其處理位置3b時該管線可以在活塞3下#敗 供抽真空(活S^^k^h^積7b閥閉了真空排氣管6 )。
示意l她示出的線性驅動才;i^ (例如曲柄)8#^腔室中的活1^襯底， 從而在活E^N空室壁之間腔室的處^積7b限定有4艮弱的氣體傳導。線性驅動 才;i^然后使活塞按照編程的i4;l和距離上下運動，氣M蒸》^t艦氣閥9進 Al空室絲過排氣閥10排出，其中被排出的氣體可以通過管11到ii^秘或 廢物管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)最^^可以#~~種處理氣體的至少一部分回4^
閥9。
還可以提供吹掃氣M口 (未示出)，從而活絲其處理位置時提供吹掃氣 船ij活塞的下側。應當理解的是，排氣閥IO是可選擇的，這#于抽真空布置。 排氣閥的主輛能可以是當活塞決ii^她室^P、時Pibli排^l皮吸回處理腔 室。當活te動以減小處^^時，排氣閥也可以是必需的。
應當理解的是，如果需要活塞3可以旋轉或旋轉i^罷動，以^^l:S^/或 活塞與腔室壁的密封?；钊梢园ň瑠A緊裝置，例i傳電力、夾子或夾圈， 并且夾緊裝置#^需要可以是平的或凹陷的。
雖然腔室示奮f她示出為一個單元，但^/斤，室可以由多個不同材料構 成的部件制成，特別#處#積7b周圍可以具有絕^t壁。可以應用射頻動力， 例:^fii^線13進4亍等離子處理，例如用于襯底或腔室或者在^^或蝕刻襯底 期間i^^"清潔處理。
圖2示出本發(fā)明一個可^^擇的實施方式的部件，其中在處理期間不是襯 絲30升起和下降，而是一個由示奮f她示出的線性驅動才禍50驅動的相對 端部封閉的筒體40實現(xiàn)氣M蒸汽的變?nèi)?positive displacement )。筒體40(或 其上部)被#,以允許將襯;^文到盤30上，所述盤可以有利地3皮控制到處理 溫度并JUi具有例^^電^ysU^地夾緊襯底的方法。筒體(或其上部)然后 下降到下部組件60的附近，所述下部組件圍繞盤并包含用于處理和吹掃氣M 蒸汽的進口 70和出口 80。當筒體處fiW下的位置時，在整個筒體40和下部 組件60之間存在著低傳導5^圣(或氣封)。筒體40可以由2部^^且成，其中一 部分永久地在所述下部組件的附近，例如安^支撐^Ji，從而使得筒體的上 部下降并與筒體的下部密封。通過驅動筒體40在下部組件60附i^Ji升下降， 在腔室的工作^K內(nèi)實現(xiàn)了氣體的變?nèi)?，腔室的工作^R由筒體40和包含氣體 進口 70和出口 80的下部組件60 P艮定。較常iLJ4是，筒體40包含在真空或受 控環(huán)嫂90中。
該實施方式的優(yōu)點是，襯^AA不動的，從而更容易地制造具有嚴格的溫 JL控制g電夾緊的復雜的盤(complexplaten),例如熱的或冷的陶'g盤。
還應當理解的是，活塞或活動壁不必對著襯底，而是可以在活塞或活動壁 的運動？ I MS^l^變化的^^位置。
還應當理解的是，活塞離實際的腔室越遠，有^h^^變，大，因為
腔室和活塞之間的連接有皿成為處理容積的一部分。逸就意味著需要增加由 活塞掃過的容積，以便實現(xiàn)處^積中壓力的適當改變，而且實際上活Si逸常 必須在腔室內(nèi)或l^Ui鄰i^室。
圖3示出另一實施方式，其中活塞3 (由驅動才贈8線性驅動)與方 在 盤14上的襯底2緊密聯(lián)接。襯頗過具有門5的出入口 4絲到腔室7中。提 供進氣閥9和排氣閥10 (其中進氣閥和/或排氣閥可以多于一個)用于分離注入 的先驅物(precursors),如果為先驅物之一提供單獨的排^置11，那么就可 以讓排，入回收再循環(huán)系統(tǒng)(未示出)?；钊南聜葏^(qū)域15可以比處S^積7 大和/或連接到進口 /出口裝置以允許活塞自由運動。
活塞可以向Jii^動(減小處^^K) 一次或多次，以i^i縮和/或排出腔室 流體內(nèi)，，并且可以向下運動(增;UtS^ 0—次或多次，以便減小處理 容積的壓力或者piLAil充填腔室?；钊倪\動可以形成湍流和/或減小壓力，從 而使氣體的非均勻^AiiJL增大以圍^t室運動，從而更均勻ilki^敷襯底的表 面。
活塞或壁可以'tfeii^動并且在小于一秒的時間內(nèi)完成腔室的吹掃。 閥的打開和關閉可以通過機械、電氣或電子裝置而與活塞的運動相合拍。 活塞可以位于曲柄上或由例如直線馬iil區(qū)動。對于循環(huán)過程的不同步驟，活塞 的i4^、行程以及沖程次數(shù)可以相同或者可以是變化的，因為這是優(yōu)化所皿 理必需的。圖3通過舉例的方式示出了在金屬氧化物^^、過程中活S/閥序列的 矩陣。
在其它情況下，對于吹掃步驟，活塞可以例如僅*引入到腔室的氧化物 和包含先驅物的金R間運動。
反應物可以^^氣化，并作為蒸汽被^Aiiil抽吸ii^室中，或者反應物可
以在分酉eailt室中的時候被l^植汽化，可以理解的是，吹掃氣體的^^]是可 選輛。
如果需要，^物在i^A^室之前可以例:i魂it^熱、 、光或其它的
電磁頻率^b^。
反應物和吹掃氣體可以:帔回收、過濾、凈化、添加新反應物和再循環(huán)以減
少消^c量。
設備的壓縮比將決^t理壓力的峰值，在氣體、循環(huán)和整個;;^p、之間i^
可以按需要改變的，特別是如^i^擇線性馬達用于活塞時?？梢詸z測壓力以及
溫度和其它的工藝要求，并iUeii^^饋到控制系統(tǒng)以提供過程拴制。
與襯敘目對的面可以成形用于歧氣體的分布，從而 組工藝或效率棒I"生， 例3ai5C^的均勻l沐氣體消耗的效率。
通過種'j來說，直徑為300mm的腔室具有10mm的工作間距，其可壓縮 到lmm的間距。 錄值
腔室壁在10mm和lmm的間距之間運動的時間0.1秒 處J里間]f巨10mm 處涯力l托
對于10mm間距時的1托的處理壓力，在10mm的間i g^縮到lmm的間 距時，#^有大約70ccs的氣體處于10托的壓力。
真空才對^:^i斥我們通過直徑為0.5英寸的排氣口排出到100mT 4W時 0.22秒。itA^X僅僅當腔室壓縮到lmm時打開排^置，而如^E該壓縮沖 程中排氣閥始終打開，那么抽空#^更快。將腔室的間3E^ lmm移回到10mm， 則以10的4I"I^^力下降到10mT。
活塞0.2秒的運動(向上和向下)時間和在lmm間距0.22秒的排氣時間， 總絲時0,42秒，通iiS縮、膨W^抽空的這種組合，腔室的壓力從1妙，J了 在10mm間距時的10mT。
在不^lt室壁運動，而通過打開相同尺寸的排氣裝置簡單地泉柚的情況下， 通i^目同的軟件模型W目同的假設下計算出4W時3秒。
為了更好地吹掃腔室，可以在^的同時引入吹掃氣體。有利地，如此處 所描述的那樣，該過程也可以通it^腔室的容積iMi行。
如果100:1的稀釋度不夠而需要1000:1的稀釋度，那么^^縮的^K 到lmT將花費相當長的時間，甚至在^^直^N當大的管路和閥以;Sj適高速低
壓泵的情況下。
僅^ii過恭抽，^物基礎壓力每增加十則以完全非線性關系增加時間。 但是通過變?nèi)萸皇?，獲得另一個十的基礎壓力的時間是線性的。所以，例如， 兩倍時間，即0.84秒提供10000:1的稀釋度，1.26秒提供1000000:1的稀釋度 等等。
權利要求
1、一種用于以處理循環(huán)處理襯底的設備，該設備包括一腔室，該腔室用于在處理容積中接收襯底；和一可運動壁，該可運動壁可根據(jù)處理循環(huán)來移動以改變處理容積。
2、 才M^^U'j要求l所述的設備，該i殳備包括一^^氣口，所述可運動壁可以 在處理循環(huán)的吹掃部分期間運動以減小處S^積，從而MS^H吹掃氣體通 過排氣口 。
3、 才N^U'J要求2所述的設備，其中具有多個排氣閥，所述多個排氣閥可 在處理循環(huán)的各吹掃部分中操怍。
4、 才 權利要求1一3中^-項所述的設備，該設備包括一處理氣M口，并且可運動壁在處理循環(huán)的處理部分期間可運動以通ii^斤^l:理氣M口處理氣體。
5、 才,權利要求4所述的設備，其中具有多個用于M理氣體的進氣閥。
6、 4娥前i^又利要求中任一項所述的設備，該i殳備包括一吹掃氣M口 。
7、 才娥權利要求6所述的設備，其中吹掃氣M口狄理氣絲口。
8、 才Nt前i^5^要求中4P項所述的設備，其中由可運動壁限定的最大與 最小處S^K之比在大約5:1到大約100:1之間。
9、 才M居權利要求8所述的設備，其中所#積比為大約10:1。
10、 才娥前i^又利要求中^""項所述的設備，其中由所述壁的運動引起的 處J錄積的壓縮》匕在大約5:1到大約100:1之間。
11、 才娥權利要求10所述的設備，其中所述壓縮比為大約10:1。
12、 才M居前i^又利要求中任一項所述的設備，其中可運動壁用作襯底iL^
13、 才N^U'J要求12所述的設備，其中可運動壁還可在襯;l^/卸載位 置和處M室限定位置之間運動。
14、 才Nt權利要求i-u中任一項所述的設備，其中可運動壁位于處， 室的延伸部中。
15、 ##權利要求14所述的設備，其中腔室和延伸部具有共同的外殼。
16、 才娥權利要求14或15所述的設備，其中延伸部與腔室相鄰。
17、 才N^U'要求1 —11中^"""項所述的設備，該設備包括一襯底iLt， 其中可運動壁大體上與村底iL^目對。
18、 才^^^U'J要求17所述的設備，該設備還包括一在襯底A^周圍延伸的 固定外殼，以便與可運動壁以及襯底JL^"^限^t3Slt室。
19、 才娥權利要求17或18所述的設備，其中可運動壁和/或外殼包括多個 部件，所述多轉件中的至少兩轉件可相對運動從而允許將襯底裝載到襯底
20、 才娥前ii^又利要求中^^項所述的設備，其中所述 _—活塞。
21、 一種處理襯底的方法，該方法包括將襯^^^Jt^^積中，將處理 氣M蒸汽引A^^^P、中，和/或接著M^^中去除氣M蒸汽，其中所 述引A^/或去除氣體的步^it過使可運動壁沿一適當?shù)姆较蜻\動來改變處^$: 積而至少部分iikJi行。
22、 才,;^N要求21所述的方法，其中按順序重復所述引入和去除步驟。
23、 才 權利要求21或22所述的方法，其中所皿理是化學^目沉積。
24、 才娘權利要求23所述的方法，其中所艦理;l^子層^^。
25、 ^t^U'J要求21或22所述的方法，其中所*理是干法蝕刻。
26、 才娥權利要求1 - 20中但一項所述的設備，該設備包括一控制器，用 于才 權利要求21 - 25中任一項所述的方法來操怍所述設備。
全文摘要
一種襯底處理系統(tǒng)(1)。襯底(2)放置在活塞(3)上，所述活塞示出位于裝載位置(3a)和處理位置(3b)。所述襯底經(jīng)過門(5)通過出入口(4)裝載。裝載區(qū)域(7a)和/或孔腔室(7)可以通過連接到泵(未示出)的真空排氣管泵抽。示意性地示出的線性驅動機構(8)舉起腔室中的活塞和襯底，從而在活塞和腔室壁之間腔室的處理容積(7b)限定有很弱的氣體傳導。
文檔編號H01L21/00GK101356620SQ200680037785
公開日2009年1月28日 申請日期2006年10月11日 優(yōu)先權日2005年10月11日
發(fā)明者C·D·M·布蘭徹, J·邁克內(nèi)爾, R·K·特羅韋爾 申請人:阿維扎技術有限公司