TWI810272B - 具有交錯的氣體供給和去除之氣體分配模組及使用方法 - Google Patents

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Abstract

茲描述包括具有上部氣室和下部氣室的殼體的氣體分配模組。上部氣室和下部氣室中的一者與入口流體連通，而另一者與出口流體連通。多個上部通道將上部氣室連接到殼體的底部，以允許氣體流動通過第一氣室並與第一氣室隔離。

Description

具有交錯的氣體供給和去除之氣體分配模組及使用方法
本公開一般涉及用於提供進出處理室的氣流的裝置和方法。更具體地，本公開的實施例涉及具有交錯的氣體供給和移除部件的氣體分配模組。
在半導體處理、平板顯示處理或其他電子元件處理領域中，氣相沉積製程在將材料沉積在基板上起到了重要作用。採用更小的技術節點，在穩態和瞬態期間的晶圓上製程的均勻性變得更加嚴格。氣體流速、壓力和化學物質分佈對於晶圓上的效能很重要。在晶圓表面製程期間，產生副產物，其改變物質組成，從而不利地影響晶圓表面製程(沉積，蝕刻等)。基於中心供給和邊緣排氣的氣體分配設備可導致流速和壓力變化以及從中心到邊緣的副產物積聚，其導致晶圓上製程的不均勻性。
因此，本領域一直需要改進的氣體分配裝置，包括噴頭，以向基板提供均勻的氣流。
本公開的一個或多個實施例涉及氣體分配模組，其包括殼體、入口和出口。殼體具有至少一個側部、頂部、底部以及頂部和底部之間的分隔件。所述至少一個側部、分隔件和頂部限定了上部氣室。所述至少一個側部、分隔件和底部限定了下部氣室。入口與上部氣室或下部氣室中的一者流體連通。出口與上部氣室或下部氣室中的另一者流體連通。多個通道從上部氣室延伸，穿過下部氣室並延伸穿過殼體的底部，以在底部形成上部開口。上部通道藉由上部通道壁而與下部氣室分離，並提供該上部氣室和所述殼體的底部的外表面之間的流體連通。多個下部通道延伸穿過殼體的底部，以在底部形成下部開口。下部通道在下部氣室和殼體的底部的外表面之間提供流體連通。
本公開的另外的實施例涉及氣體分配模組，其包括殼體、入口和出口。殼體具有至少一個側部、頂部、底部以及頂部和底部之間的分隔件。所述至少一個側部、分隔件和頂部限定了上部氣室。所述至少一個側部、分隔件和底部限定了下部氣室。入口與上部氣室流體連通，出口與下部氣室流體連通。多個上部通道從該上部氣室延伸，透過該下部氣室且穿過所述殼體的底部，以在底部形成上部開口。上部通道藉由上部通道壁與下部氣室分開，並在上部氣室和殼體底部的外表面之間提供流體連通。多個下部通道延伸穿過殼體的底部，以在底部形成下部開口。下部通道在下部氣室和殼體底部的外表面之間提供流體連通。下部開口被佈置成而使得每個上部開口由三個或更多個下部開口所圍繞。
本公開的其他實施例涉及氣體分配模組，其包括殼體、入口和出口。殼體具有至少一個側部、頂部、底部以及頂部和底部之間的分隔件。所述至少一個側部、分隔件和頂部限定了上部氣室。所述至少一個側部、分隔件和底部限定了下部氣室。入口與上部氣室或下部氣室中的一者流體連通。出口與上部氣室或下部氣室中的另一者流體連通。多個上部通道從該上部氣室延伸，透過該下部氣室和穿過所述殼體的底部，以在底部形成上部開口。上部通道藉由上部通道壁而從下部氣室分離，並提供該上部氣室和所述殼體的底部的外表面之間的流體連通。多個下部通道延伸穿過殼體的底部，以在底部形成下部開口。下部通道在下部氣室和殼體底部的外表面之間提供流體連通。RF饋線與所述分隔件中的一者電連通，以在該上部氣室或下部氣室，或在殼體的底部產生電漿，以在該下部氣室或在底部的與下部氣室不同的一相對側產生電漿。
本公開的實施例涉及用於化學氣相沉積型製程的氣體分配裝置。本公開的一個或多個實施例涉及包含所述氣體分配裝置的原子層沉積製程和裝置（也稱為循環沉積）。所描述的氣體分配設備可以稱為噴頭或氣體分配板，但是本領域技術人員將認識到該設備不需要被成形為噴頭或板。術語「噴頭」和「板」不應視為限制本公開的範圍。
在本公開的一個或多個實施例中，來自遞歸供給結構的攜帶化學物質的供給氣體到達上部氣室（或不同構造的下部氣室）。氣體流經多個管（入口），形成上部氣室，穿過下部氣室到達處理區域。處理氣體與晶圓表面相互作用，導致表面處理（沉積或蝕刻）。帶有副產物的處理氣體透過與入***錯的排氣管排出。以此種方式，局部地移除副產物（其包括反應產物），從而最小化晶圓上化學物質的變化。排氣管連接到下部氣室（或不同配置的上部氣室）。用於排氣的下部氣室遞歸地連接到泵端口。晶圓的每個部分皆會在化學物質、流速和壓力方面「看到」類似的變量的穩態和瞬態響應，其改善了晶圓上（on-wafer）的製程均勻性和暴露時間。
本公開的一個或多個實施例有利地提供了氣體分配模組，其允許晶圓的每個部分在化學物質、流速和壓力方面看到類似的環境。一些實施例透過泵出副產物來減少由於化學反應（在晶圓表面上）的副產物，局部地最小化晶圓上化學物質的變化。一些實施例有利地提供化學物質的均勻暴露時間。在一些實施例中，化學物質的飽和幾乎同時在晶圓上發生，從而最小化對過度暴露的需要。一些實施例減少了晶圓的總暴露時間，增加了總產出。
圖1示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組100的實施例。殼體110被繪示成具有切口部分105，以示出殼體內部的一部分。所示的殼體110是楔形部件，其可以透過組合各種楔形部件而被結合成更大的氣體分配組件以形成圓形氣體分配系統。在一些實施例中，殼體110是圓形部件，其可以在沒有附加部件的情況下使用。
一些實施例的殼體110具有至少一個側部、頂部和底部。例如，圓形外殼將具有一個連續的側部；而楔形外殼將具有四個側部，如參考圖1所述。所示的殼體110具有頂部111、第一側部112、第二側部113（統稱為側部）、內周端部114、外周端部115和底部116。頂部、底部和側部中的每一個具有內表面和限定厚度的外表面。
殼體具有分隔件120，分隔件120將殼體的內部分成上部氣室130和下部氣室140。分隔件具有限定厚度的第一側和第二側。上部氣室130由殼體110的頂部111和分隔件120限定。下部氣室140由分隔件120和底部116限定。本領域技術人員將認識到，氣室受到多於頂部和底部邊界的限制。在所示的楔形實施例中，側部112、113和端部114、115形成氣室130、140的側向邊界。在具有圓形形狀（未示出）的實施例中，壁是連續的，形成氣室的橫向邊界。
入口150與上部氣室130或下部氣室140中的一者流體連通。與入口150不同，出口160與上部氣室130或下部氣室140中的另一者流體連通。在所示實施例中，入口150與上部氣室130流體連通，並且出口與下部氣室140流體連通。在一些實施例中，入口與下部氣室流體連通，並且出口與上部氣室流體連通。
入口150配置成連接到氣源以提供氣流進入氣室。出口160配置成連接到真空源以提供真空流以將氣體抽出至連接到出口的氣室。在一些實施例中，氣體分配模組100包括氣源（未示出）或真空（未示出）中的一個或多個。
上部氣室130包括多個上部通道131，上部通道131從上部氣室130延伸，穿過下部氣室140並延伸穿過殼體的底部116，以在底部116中形成上部開口135。上部通道131藉由上部通道壁132而與下部氣室140分離。上部通道131在上部氣室130和殼體110的底部116的外表面117之間提供流體連通。外表面117也稱為底部116的與下部氣室140相對的部分。
下部氣室140包括多個下部通道141，下部通道141延伸穿過殼體110的底部116，以在底部116中形成下部開口145。下部通道141提供下部氣室140與殼體110的底部116的外表面117之間的流體連通。
在使用中，氣源（氣瓶）可以連接到入口150和連接到出口160的真空源（例如，真空泵或前級管線）。氣源將氣流提供到上部氣室130中（在所示實施例中）。上部氣室130中的氣體壓力達到穩定狀態。上部氣室130中的氣體透過上部通道131流出殼體110的外表面117，進入位於底部116的不同於下部氣室140的一相對側的處理區域102。
模組殼體110的底部116中的開口135、145的佈置可以影響氣流的總效率。在一些實施例中，每個上部開口135由三個下部開口145所圍繞，並且每個下部開口145由三個上部開口135所圍繞。此可以在圖2所示的實施例中看出，其示出了具有圓形殼體110的氣體分配模組100的底部116的視圖。如以此種方式使用時，術語「由...所圍繞」意味著與標的開口離最近的開口是所述開口。例如，圖2中標記了上部開口135，且圖2示出了三個閉合開口是下部開口145。圖2中所示的網格線僅用於說明目的，以示出開口135、145的佈置。
在一些實施例中，每個上部開口135由四個、五個或六個下部開口145所圍繞，並且每個下部開口145由相同數量的上部開口135所圍繞。例如，圖3示出了一個實施例，其中上部開口135由四個下部開口145所圍繞，並且每個下部開口145由四個上部開口135所圍繞。在一些實施例中，存在與上部開口135相同數量的下部開口145。在一些實施例中，存在與上部開口135不同數量的下部開口145。
圖4示出了本發明的另一實施例，其中上部開口135佈置在與下部開口145的圓形區域交替的圓形區域中。在一些實施例中，每個上部開口135具有比另一上部開口135更靠近的下部開口145。所示實施例具有四個區域：最內區域170a，其具有一個上部開口135；區域170b，其位於最內區域170a附近並具有四個下部開口145；區域170c，其位於區域170b周圍並具有八個上部開口135；區域170d，其位於區域170c周圍並具有八個下部開口145。儘管示出了四個區域，但是本領域技術人員將認識到此僅僅代表一種可能的佈置，並且區域的尺寸、數量和間隔可以改變，並且每個區域中的開口的數量可以改變。
在一些實施例中，下部開口145或上部開口135中的一者會限定下部開口145或上部開口135中的另一者。例如，圖5示出了氣體分配模組100的實施例，其中每個上部開口135由環形下部開口145所界定。換言之，在一些實施例中，與入口150流體連通的開口（透過介入的氣室和通道）由與出口160流體連通的開口（透過介入的氣室和通道）所界定。圖5中的區域VI在圖6中展開。下部開口145顯示為具有兩個橋119的環形開口。可以包括橋119以將底部116的在圓形上部開口135和環形下部開口145之間的部分與殼體110的其餘部分連接。所示實施例具有兩個橋119；然而，將認識到可以存在更多或更少的橋119。
在一些實施例中，與入口150流體連通的開口在殼體110的底部116處具有擴散板180。圖7示出了一個實施例的剖視圖，其中具有孔185的擴散板180被定位在殼體110的底部116處而與上部開口135對齊。在一些實施例中，擴散板180具有多個孔，以將透過開口135的氣流分成多個流。孔的數量可以變化。在一些實施例中，在擴散板180中存在一個或多個孔185，其用於每個上部開口135和/或每個下部開口145。在一些實施例中，在擴散板180中存在約1至約15個孔185。在一些實施例中，孔185中的至少一者與至少一個孔185呈一角度定向，以提供透過孔的非平行氣流。圖7中所示的擴散板180具有三個孔185，其中中心孔引導垂直於擴散板180的流動，且開口135和外孔185相對於中心孔引導流動向外，使得流動不平行。孔的角度可以是任何合適的角度。在一些實施例中，相對於擴散板180的法線，該角度在約0°至約80°的範圍內。
圖9示出了本公開的另一個實施例，其中模組100包括與上部氣室130（如圖所示）或下部氣室140（未示出）中的一者流體連通的第二入口151。第二入口151可提供與入口150相同的氣體流或不同的氣體。例如，在CVD類型的製程中，入口150和第二入口151可以提供不同的反應物質，其可以在上部氣室130中反應，流過上部開口135而進入處理區域102的反應空間。在一些實施例中，第二入口151提供稀釋氣體的流而進入氣室。在一些實施例中，如圖9所示，第二入口151流入上部氣室130，上部氣室130由分隔器190分成第一氣室130a和第二氣室130b。出於清楚的目的，在該圖中未示出出口160和下部開口。
本公開的一些實施例提供了可用於電漿增強製程的氣體分配模組100。在圖10A中，分隔件120連接到RF饋線210（例如，同軸饋線），並且殼體110的底部116係電接地（或保持在與分隔件不同的電位）。殼體的側部和頂部由合適的介電材料製成。在該實施例中，對分隔件120通電可導致在下部氣室140中形成電漿220。選擇合適的氣室140的高度以在下部氣室140中產生電漿，而為上部氣室130選擇不同的高度以不在上部氣室中產生電漿。電漿物質可以透過下部開口145流入處理區域102。圖10A的實施例也被稱為遠端電漿源（RPS），因為電漿是從處理區域102遠端產生的。
在另一個實施例中，如圖10B所示，殼體110的底部116連接到RF饋線210，並且分隔件120、頂部111和端部114、115是不導電的。在該實施例中，基板230或基座235可以用作接地電極（或者保持在與底部116不同的電位），使得在處理區域102中產生電漿220。在一些實施例中，適當地選擇上部氣室130和下部氣室140的高度，以不在其中產生電漿。換言之，電漿220在底部116的與下部氣室140相對的一側產生。圖10B中所示類型的實施例（其中基板或基座用作一電漿產生電極）也稱為直接電漿。
在另一個實施例中，如圖10C所示，殼體110的頂部111連接到RF饋線210，並且分隔件120和端部114、115是不導電的。在該實施例中，分隔件120可以用作接地電極（或者可以保持在與頂部111不同的電位），使得在上部氣室130中產生電漿220。選擇合適的氣室130的高度以在上部氣室130中產生電漿，而可以為下部氣室140選擇不同的高度以防止下部氣室140中的電漿點火。電漿物質可以從上部氣室130流入處理區域102。
氣體分配模組100可用於在電漿增強原子層沉積（PEALD）或電漿增強化學氣相沉積（PECVD）製程期間形成一個或多個層。在一些方法中，電漿的使用提供了足夠的能量以促使物質進入激發態，其中表面反應變得有利且容易。將電漿引入該製程可以是連續的或脈衝的。電漿可以透過本領域技術人員已知的任何合適的電漿產生製程或技術產生。例如，電漿可以由微波（MW）頻率發生器或射頻（RF）發生器中的一個或多個產生。可以根據所使用的特定反應性物質來調節電漿的頻率。合適的頻率包括但不限於2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz、100MHz、121MHz和162MHz。儘管可以在本文公開的沉積製程期間使用電漿，但應注意可能不需要電漿。
在一些實施例中，氣體分配模組100是楔形部件，其與其他楔形模組組合以形成圓形或盤形氣體分配組件。圖11示出了氣體分配組件270，其包括至少一個氣體分配模組100(示出了兩個)和多個注入器單元240，其經組合以形成圓形組件。基板可以沿著每個氣體分配模組100和注入器單元240下方的圓形路徑旋轉，以暴露於多個不同的處理區域，以從基板沉積或移除膜。本公開的一些實施例涉及包括氣體分配模組100的處理腔室。
儘管已經參考特定實施例描述了本發明，但是應該理解，該等實施例僅僅是對本發明的原理和應用的說明。對於本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本發明的方法和裝置進行各種修改和變化。因此，本發明旨在包括在所附專利申請範圍及其等同物的範圍內的修改和變化。
100:氣體分配模組
102:處理區域
105:切口部分
110:殼體
111:頂部
112:側部
113:側部
114:端部
115:端部
116:底部
117:外表面
119:橋
120:分隔件
130:氣室
130a:氣室
130b:氣室
131:上部通道
132:上部通道壁
135:(135a/135b)開口
140:氣室
141:下部通道
145:開口
150:入口
151:第二入口
160:出口
170a:區域
170b:區域
170c:區域
170d:區域
180:擴散板
185:孔
190:分隔器
210:RF饋線
220:電漿
230:基板
235:基座
240:注入器單元
270:氣體分配組件
因此，獲得並且能以詳細理解本公開的上述特徵的方式，而可以透過參考附圖中示出的實施例來獲得上面簡要概述的本公開的更具體的描述。然而，應注意，附圖僅示出了本公開的典型實施例，因此不應認為是對其範圍的限制，因為本公開可允許其他同等有效的實施例。
圖1示出了根據本公開的一個或多個實施例的具有切口部分的氣體分配模組的視圖。
圖2示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組的實施例；
圖3示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組的實施例；
圖4示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組的實施例；
圖5示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組的實施例；
圖6示出了圖5的區域VI的展開圖；
圖7示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組的局部橫截面示意圖；
圖8示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組的局部橫截面示意圖；
圖9示出了根據本公開的一個或多個實施例的氣體分配模組的局部橫截面示意圖；
圖10A示出了根據本公開的一個或多個實施例的具有RF供電分隔件的氣體分配模組的橫截面示意圖；
圖10B示出了根據本公開的一個或多個實施例的具有RF供電底部的氣體分配模組的橫截面示意圖；
圖10C示出了根據本公開的一個或多個實施例的具有RF供電頂部的氣體分配模組的橫截面示意圖；和
圖11示出了根據本公開的一個或多個實施例的包含氣體分配模組的氣體分配組件。
100:氣體分配模組
110:殼體
105:切口部分
111:頂部
112:側部
113‧‧‧側部
114‧‧‧端部
115‧‧‧端部
116‧‧‧底部
120‧‧‧分隔件
130‧‧‧氣室
140‧‧‧氣室
150‧‧‧入口
160‧‧‧出口
131‧‧‧上部通道
135‧‧‧(135a/135b)開口
132‧‧‧上部通道壁
117‧‧‧外表面
141‧‧‧下部通道
145‧‧‧開口
102‧‧‧處理區域

Claims (20)

  1. 一種氣體分配模組，包括：一殼體，具有至少一個側部、一頂部、一底部和該頂部與該底部之間的一分隔件，該至少一個側部、該分隔件和該頂部限定一上部氣室，並且該至少一個側部、該分隔件和該底部限定一下部氣室；一入口，形成穿過該殼體的該頂部且與該上部氣室或該下部氣室中的一者流體連通；一出口，形成穿過該殼體的該頂部且與該上部氣室或該下部氣室中的另一者流體連通；多個上部通道，從該上部氣室延伸，穿過該下部氣室並延伸穿過該殼體的該底部以在該底部形成上部開口，該等上部通道藉由一上部通道壁而與該下部氣室隔開並提供該上部氣室和該殼體的該底部的一外表面之間的流體連通；和多個下部通道，延伸穿過該殼體的該底部以在該底部形成下部開口，該等下部通道在該下部氣室和該殼體的該底部的該外表面之間提供流體連通。
  2. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中該入口與該下部氣室流體連通，並且該出口與該上部氣室流體連通。
  3. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中該 入口與該上部氣室流體連通，並且該出口與該下部氣室流體連通。
  4. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中，該底部中的該等上部開口中之每一者由三個或更多個下部開口所圍繞，並且該底部中的該等下部開口中之每一者由三個或更多個上部開口所圍繞。
  5. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中該等上部開口被佈置成在與該等下部開口的圓形區域交替的圓形區域中。
  6. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中該等下部開口或該等上部開口中的該一者包圍該等下部開口和該等上部開口中的另一者，以形成環形開口。
  7. 根據請求項6所述的氣體分配模組，其中與該入口流體連通的該等開口由與該出口流體連通的該等開口所圍繞。
  8. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中與該入口流體連通的該等開口在該殼體的該底部處具有一擴散板，該擴散板具有多個孔，該多個孔將該等開口中的一氣流分成多個流。
  9. 根據請求項8所述的氣體分配模組，其中，該擴散板包括至少一個孔，其經定向而與至少一個孔呈一角度，以提供透過該孔的非平行氣流。
  10. 根據請求項1所述的氣體分配模組，還包括一第二入口，該第二入口與該上部氣室或下部氣室中的一者流體連通。
  11. 根據請求項10所述的氣體分配模組，其中該第二入口與與該入口流體連通的相同的該氣室流體連通。
  12. 根據請求項10所述的氣體分配模組，其中該第二入口與與該入口流體連通的該氣室不相同的另一個氣室流體連通。
  13. 根據請求項10所述的氣體分配模組，其中與該第二入口流體連通的該氣室還包括一個或多個分隔器，以將該氣室分成一第一氣室和一第二氣室。
  14. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中該分隔件與一RF饋線電連接，並且該底部電接地以在該下部氣室中產生一電漿。
  15. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中該殼體的該底部與一RF饋線電連接，以在該底部的不同於該下部氣室的一相對側上產生一電漿。
  16. 根據請求項1所述的氣體分配模組，其中該殼體的該頂部與一RF饋線電連接，以在該上部氣室中產生一電漿。
  17. 一種氣體分配模組，包括： 一殼體，具有至少一個側部、一頂部、一底部和該頂部與該底部之間的一分隔件，該至少一個側部、該分隔件和該頂部限定一上部氣室，並且該至少一個側部、該分隔件和該底部限定一下部氣室；一入口，形成穿過該殼體的該頂部且與該上部氣室流體連通；一出口，形成穿過該殼體的該頂部且與該下部氣室流體連通；多個上部通道，從該上部氣室延伸，穿過該下部氣室並延伸穿過該殼體的該底部以在該底部形成上部開口，該等上部通道藉由一上部通道壁而與該下部氣室隔開並提供該上部氣室和該殼體的該底部的一外表面之間的流體連通；和多個下部通道，延伸穿過該殼體的該底部以在該底部形成下部開口，該等下部通道在該下部氣室和該殼體的該底部的該外表面之間提供流體連通，該等下部開口被設置成使得每個上部開口由三個或更多個下部開口所圍繞。
  18. 根據請求項17所述的氣體分配模組，其中與該入口流體連通的該等開口在該殼體的該底部具有一擴散板，該擴散板具有多個孔，該多個孔將該開口中的一氣流分成多個流。
  19. 根據請求項18所述的氣體分配模組，其中，該擴散板包括至少一個孔，其經定向而與至少一個孔呈一角度，以提供透過孔的非平行氣流。
  20. 一種氣體分配模組，包括：一殼體，具有至少一個側部、一頂部、一底部和該頂部與該底部之間的一分隔件，該至少一個側部、該分隔件和該頂部限定一上部氣室，並且該至少一個側部、該分隔件和該底部限定一下部氣室；一入口，形成穿過該殼體的該頂部且與該上部氣室或該下部氣室中的一者流體連通；一出口，形成穿過該殼體的該頂部且與該上部氣室或該下部氣室中的另一者流體連通；多個上部通道，從該上部氣室延伸，穿過該下部氣室並延伸穿過該殼體的該底部以在該底部形成上部開口，該等上部通道藉由一上部通道壁而與該下部氣室隔開並提供該上部氣室和該殼體的該底部的一外表面之間的流體連通；多個下部通道，延伸穿過該殼體的該底部以在該底部形成下部開口，該等下部通道在該下部氣室和該殼體的該底部的該外表面之間提供流體連通；和一RF饋線與該分隔件中的一者電連通，以在該上部氣室或下部氣室以及在該殼體的該底部產生一電漿， 以在該下部氣室或在該底部的與該下部氣室不同的一相對側產生一電漿。
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