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TWI654333B - 具有均勻性折流板之半導體基板處理設備 - Google Patents

具有均勻性折流板之半導體基板處理設備

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Publication number
TWI654333B
TWI654333B TW103144244A TW103144244A TWI654333B TW I654333 B TWI654333 B TW I654333B TW 103144244 A TW103144244 A TW 103144244A TW 103144244 A TW103144244 A TW 103144244A TW I654333 B TWI654333 B TW I654333B
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semiconductor substrate
panel
baffle
annular
cavity
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TW103144244A
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TW201536947A (zh
Inventor
阿朗 凱薩瓦穆堤
史貴凡迪 巴頓 凡
大衛 寇漢
Original Assignee
美商蘭姆研究公司
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Publication date
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Abstract

用以處理半導體基板之半導體基板處理設備包含噴淋頭模組，該噴淋頭模組透過面板將製程氣體從製程氣體源輸送至該處理設備之處理區，該面板具有穿過該面板之氣體通道，個別半導體基板係在該處理區中受處理。噴淋頭模組包含氣體輸送導管，該氣體輸送導管在其下端與空腔流體連通；在該氣體輸送導管及該空腔中的折流板配置；及該空腔中之設置於該折流板配置下方的阻擋板。折流板配置包含將流動穿過氣體輸送導管的製程氣體分成中心流動流、內部環形流動流、及外部環形流動流的折流板。中心流動流在面板之中央部份上方離開折流板配置，內部環形流動流於該面板之內部環形區域上方離開該折流板配置，而外部環形流動流於該面板之外部環形區域上方離開該折流板配置。

Description

具有均勻性折流板之半導體基板處理設備
本發明關於用於執行處理半導體基板之半導體基板處理設備，且可在執行薄膜之化學氣相沉積方面具有特定用途。 [相關申請案之交互參照]
本申請案依35U.S.C. §119(e)主張2013年12月18日所提申之美國臨時專利申請案第61/917,590號之優先權，茲將其揭露內容在此併入做為參考。
半導體基板處理設備係用以藉由包含物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、脈衝沉積層(PDL)、分子層沉積(MLD)、電漿增強脈衝沉積層(PEPDL)處理、蝕刻、及阻劑移除的技術來處理半導體基板。一種用以處理半導體基板之半導體基板處理設備包括含有噴淋頭模組及基板基座模組的反應腔室，該基板基座模組在該反應腔室中支撐半導體基板。噴淋頭模組輸送製程氣體至反應腔室中，俾使半導體基板可受處理。在如此腔室中，橫跨半導體基板上表面之非均勻的製程氣體流輸送可能在基板處理期間導致非均勻的膜沉積。
在此揭露的是用以處理半導體基板之半導體基板處理設備。半導體基板處理設備較佳地包含半導體基板係在其中受處理之化學隔離腔室。製程氣體源係與化學隔離腔室流體連通以供應製程氣體至該化學隔離腔室中。噴淋頭模組透過面板將製程氣體從製程氣體源輸送至半導體基板處理設備之處理區，該面板具有穿過該面板之氣體通道，個別半導體基板係在該處理區中受處理。噴淋頭模組包含氣體輸送導管，該氣體輸送導管在其下端與空腔流體連通；在該氣體輸送導管及該空腔中的折流板配置；及該空腔中之設置於該折流板配置下方的阻擋板。折流板配置包含將流動穿過氣體輸送導管的製程氣體分成中心流動流、內部環形流動流、及外部環形流動流的折流板。中心流動流在面板之中央部份上方被阻擋板偏折且徑向朝外引導之後離開折流板配置，內部環形流動流於該面板之內部環形區域上方離開該折流板配置，而外部環形流動流於該面板之外部環形區域上方離開該折流板配置。基板基座模組係鄰近於噴淋頭模組之面板，其中該基板基座模組係用以在基板之處理期間將半導體基板支撐在該面板下方的處理區中。
亦在此揭露的是半導體基板處理設備之噴淋頭模組，其透過面板將製程氣體從製程氣體源輸送至該半導體基板處理設備之處理區，該面板具有穿過該面板之氣體通道，個別的半導體基板係在該處理區中受處理。噴淋頭模組包含氣體輸送導管，該氣體輸送導管在其下端與空腔流體連通；在該氣體輸送導管及該空腔中的一折流板配置；及該空腔中之設置在該折流板配置下方的阻擋板。折流板配置包含將流動穿過氣體輸送導管的製程氣體分成中心流動流、內部環形流動流、及外部環形流動流的折流板，該中心流動流在該面板之中央部份上方被阻擋板偏折且徑向朝外引導之後離開折流板配置，該內部環形流動流於該面板之內部環形區域上方離開該折流板配置，而該外部環形流動流於該面板之外部環形區域上方離開該折流板配置。
在以下詳細描述中，提出眾多特定細節以提供在此揭露之設備及方法的徹底理解。然而，如同對於該領域中具有通常知識者將係顯而易見，可在無此等特定細節的情況下或藉由使用替代元件或製程來執行在此之實施例。在其它情況中，不詳述為人熟知的製程、程序、及/或構件，以免無謂地混淆在此揭露實施例之實施態樣。當在此相關於數值而使用時，用語「約」代表±10%。
在此揭露的是用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，像是化學氣相沉積設備。處理設備較佳地包含半導體基板係在其中受處理之化學隔離腔室。製程氣體源係與化學隔離腔室流體連通以供應製程氣體至該化學隔離腔室中。噴淋頭模組透過面板將製程氣體從製程氣體源輸送至處理設備之處理區，該面板具有穿過該面板之氣體通道，個別半導體基板係在該處理區中受處理。噴淋頭模組包含氣體輸送導管，該氣體輸送導管在其下端與空腔流體連通；在該氣體輸送導管及該空腔中的折流板配置；及該空腔中之設置於該折流板配置下方的阻擋板。折流板配置包含將流動穿過氣體輸送導管的製程氣體分成中心流動流、內部環形流動流、及外部環形流動流的折流板。中心流動流在面板之中央部份上方被阻擋板偏折且徑向朝外引導之後離開折流板配置，內部環形流動流於該面板之內部環形區域上方離開該折流板配置，而外部環形流動流於該面板之外部環形區域上方離開該折流板配置。基板基座模組係鄰近於噴淋頭模組之面板，其中該基板基座模組係用以在基板之處理期間將半導體基板支撐在該面板下方的處理區中。
在實施例中，折流板配置包含第一折流板及第二折流板，該第一折流板包含在氣體輸送導管中之鉛直延伸的內管及在空腔中之從該內管的下端水平朝外延伸的下環形碟，該第二折流板包含在氣體輸送導管中之鉛直延伸的外管及在空腔中之從該外管的下端水平朝外延伸的上環形碟，其中該上環形碟之外直徑係大於該下環形碟之外直徑。與阻擋板及下環形碟之間的第一間隙流體連通的內管之直徑、與該下環形碟及上環形碟之間的第三間隙流體連通的該內管及外管之間的第二間隙、及與該上環形碟及空腔之上壁之間的第五間隙流體連通的該外管及氣體輸送導管之內壁之間的第四間隙可各自在該空腔之不同徑向位置提供不同流率的製程氣體至該空腔中，使得均勻濃度的製程氣體係輸送穿過形成該空腔之下壁的面板至半導體基板之上表面上方的處理區。
如所指出，此等實施例提供半導體基板處理設備(像是沉積設備(或在替代實施例中為蝕刻設備))及用以執行化學氣相沉積(像是電漿增強化學氣相沉積)的相關方法。該等設備及方法係特別可應用來配合需要在多步驟沉積製程中(例如，原子層沉積(ALD)、電漿增強原子層沉積(PEALD)、電漿增強化學氣相沉積(PECVD)、脈衝沉積層(PDL)、分子層沉積(MLD)、或電漿增強脈衝沉積層(PEPDL)處理)將自限(self-limiting)沉積步驟分開的基於半導體製造之介電物沉積製程或金屬沉積製程一起使用，然而其並非受限於此。處理半導體基板之方法的示範實施例可見於共同受讓之美國專利申請案第2013/0230987、2013/0005140、2013/0319329號、及美國專利第8,580,697、8,431,033、及8,557,712號，茲將其整體併入做為參考。
前述製程可能承受一些缺點，該等缺點與至晶圓或半導體基板之上表面(其接受沉積之製程氣體(像是製程氣體前驅物或反應物))的非均勻製程氣體輸送有關。舉例來說，在前驅物的脈衝之後可能於基板的上表面上形成非均勻的前驅物分佈，其中比起基板邊緣，更多的前驅物氣體被輸送至基板中心。亦可能在過渡(transient)製程氣體流時期中形成非均勻的前驅物分佈，該過渡製程氣體流時期發生於前驅物脈衝之其中前驅物流率有變化(亦即，在輸送穿過噴淋頭模組至處理區的製程氣體之流率上改變)的期間。舉例來說，過渡氣體流時期存在於初次起始製程氣體流的時刻至製程氣體流達到穩態(亦即，穩定速率)氣體流的時刻之間，或者是該過渡氣體流時期存在於製程氣體流率增加或減少的時間期間。再者，在前驅物流到基板之上表面上持續一段在基板的整個上表面各處達到飽和所需之時間的ALD製程中，該達到飽和所需的時間長度將由輸送至上表面之前驅物的均勻性決定。因此，要達到飽和的時間、因而還有設備的處理量係由輸送之前驅物的均勻性決定。再者，輸送至基板之製程氣體的均勻性、以及設備處理量係取決於製程氣體流達到穩態氣體流所需的時間，因為較短的達到穩態氣體流所需的時間會減少其中製程氣體係未均勻輸送至基板的過渡氣體流時期。因此，形成設備之處理區之上壁的噴淋頭較佳地將製程氣體均勻地輸送至基板上表面，俾以達成基板表面上的均勻塗覆、更短的製程氣體流動時間、及更短的達到穿過噴淋頭之穩態氣體流所需的時間(亦即，減少之過渡製程氣體流時期)、及藉由減少用於特定製程之製程氣體量而減少的成本。
通常有二主要類型的沉積噴淋頭：枝形燈架類型及平齊安裝類型。枝形燈架噴淋頭在一端具有附接至腔室頂部的莖部而在另一端具有面板，近似於枝形燈架。一部分的莖部可突出於腔室頂部以實現氣體管線及RF電力的連接。平齊安裝噴淋頭係整合至腔室頂部內且具有位在腔室頂部以外的莖部。在此揭露之此等實施例關於枝形燈架類型噴淋頭或平齊安裝噴淋頭。
圖1為顯示根據在此所揭露實施例之化學沉積設備201的總覽之示意圖。基板13座落於可相對於噴淋頭模組211上升或下降之可動基座模組223的頂部，噴淋頭模組211亦可鉛直移動。反應物材料氣體係經由氣體管線203引入腔室之處理區318，其中製程氣體流係由質流控制器229加以控制。注意，取決於所用反應物氣體之數目，可將設備修改成具有一或更多氣體管線。腔室係透過連接至真空源209的真空管線235而排空。該真空源可為真空泵。
在此揭露之實施例係經常於電漿增強化學沉積設備中(亦即，PECVD設備、PEALD設備、或PEPDL設備)實施。圖2提供描繪被配置以供實施在此所揭露實施例之不同設備構件的方塊圖，其中利用電漿來增強沉積。如所示，處理區318用以容納由電容耦合電漿系統所產生之電漿，該電漿系統包含配合基座模組223一起運作的噴淋頭模組211，其中基座模組223被加熱。(複數)RF源(像是連接至匹配網路206的至少一高頻(HF)RF產生器204、以及可選之低頻(LF)RF產生器202)係連接至噴淋頭模組211。在替代實施例中，可將HF產生器204連接至基座模組223。由匹配網路206所提供的電力及頻率係足以自製程氣體/蒸氣產生電漿。在實施例中，使用HF產生器及LF產生器兩者，而在替代實施例中，僅使用HF產生器。在典型的製程中，HF產生器一般以約2-100MHz的頻率運作；在較佳實施例中以13.56MHz或27MHz的頻率運作。LF產生器一般以約50kHz到2MHz的頻率運作；在較佳實施例中以約350至600kHz的頻率運作。製程參數可根據腔室容積、基板尺寸以及其他因素而調整。同樣地，製程氣體之流率可取決於真空腔室或處理區的自由容積。
在該腔室內，基座模組223支撐像是薄膜之材料可沉積在其上的基板13。基座模組223可以包括叉或升降銷，以在沉積及/或電漿處理反應期間及沉積及/或電漿處理反應之間固持並傳送基板。在一實施例中，可將基板13配置成停駐於基座模組223的表面上，然而在替代實施例中，基座模組223可包含用以將基板13固持在基座模組223之表面上的靜電夾頭、機械夾頭、或真空夾頭。基座模組223可與用以將基板13加熱至期望溫度的加熱塊220耦接。通常，取決於待沉積之材料，基板13係維持在約25℃至500℃的溫度。
在若干實施例中，運用系統控制器228以在沉積、沉積後處理、及/或其它製程操作期間控制製程條件。控制器228通常會包含一或更多記憶體裝置及一或更多處理器。處理器可包含CPU或電腦、類比及/或數位輸入/輸出連接部、歩進馬達控制板等。
在若干實施例中，控制器228控制設備的所有活動。系統控制器228執行包含用於以下者之指令集合的系統控制軟體：控制處理操作的定時、LF產生器202及HF產生器204之頻率及電力、前驅物及惰性氣體的流率及溫度及該等前驅物及惰性氣體之相關的混合、加熱塊220及噴淋頭模組211之溫度、腔室壓力、及特定製程的其它參數。在一些實施例中，可運用其它儲存在與控制器相關聯之記憶體裝置上的電腦程式。
通常會有與控制器228相關聯的使用者介面。使用者介面可包含顯示螢幕、設備及/或製程條件之圖形軟體顯示、及使用者輸入裝置(像是指向裝置、鍵盤、觸控螢幕、麥克風等)。
非暫態電腦機器可讀取媒體(non-transient computer machine-readable medium)可包含用於設備控制的程式指令。用以控制處理操作的電腦程式碼可以任何習知的電腦可讀程式語言撰寫：例如組合語言、C、C++、Pascal、Fortran、或其它者。編譯之目標碼或腳本係由處理器執行而執行在程式中識別之任務。
控制器參數係相關於製程條件，像是例如處理步驟的定時、前驅物及惰性氣體之流率及溫度、晶圓溫度、腔室壓力及特定製程之其它參數。此等參數係以配方的形式提供給使用者，並可利用使用者介面來輸入。
用以監測製程的訊號可由系統控制器之類比及/或數位輸入連接部提供。用以控制製程之訊號係輸出在設備之類比及數位輸出連接部上。
可以許多不同方式來設計或配置系統軟體。舉例來說，可撰寫各種腔室構件子程序或控制物件以控制實行沉積製程所需之腔室構件的操作。供此目的之程式或程式區段的範例包含處理步驟之基板定時程式碼、前驅物及惰性氣體之流率及溫度程式碼、及腔室壓力程式碼。
根據在此所揭露實施例，噴淋頭模組較佳地包含折流板配置，該折流板配置減少過渡氣體流時期並增加輸送至被支撐在噴淋頭模組下方的基板之製程氣體的均勻性。折流板配置包含將流動穿過氣體輸送導管之製程氣體分成中心流動流、內部環形流動流、及外部環形流動流的折流板，該中心流動流在面板之中央部份上方離開折流板並被徑向朝外引導，該內部環形流動流在該面板之內部環形區域上方離開該等折流板，而該外部環形流動流在該面板之外部環形區域上方離開該等折流板。在實施例中，折流板配置較佳地包含第一折流板及第二折流板，該第一折流板包含在氣體輸送導管中之鉛直延伸的內管及在空腔中之從該內管的下端水平朝外延伸的下環形碟，該第二折流板包含在氣體輸送導管中之鉛直延伸的外管及在空腔中之從該外管的下端水平朝外延伸的上環形碟，其中該上環形碟之外直徑係大於該下環形碟之外直徑。較佳地，與阻擋板及下環形碟之間的第一間隙流體連通的內管之直徑、與該下環形碟及上環形碟之間的第三間隙流體連通的該內管及外管之間的第二間隙、及與該上環形碟及空腔之上壁之間的第五間隙流體連通的該外管及氣體輸送導管之內壁之間的第四間隙在該空腔之不同徑向位置提供不同流率的製程氣體至該空腔中，使得均勻濃度的製程氣體係輸送穿過形成該空腔之下壁的面板至半導體基板之上表面上方的處理區，其中不同流率的製程氣體各自在該空腔之不同徑向位置的每一者達到穩態所需的時間減少。
舉例來說，圖3及4顯示可包含在圖1及/或2之設備中的噴淋頭模組211之剖面，其中噴淋頭模組211包含根據在此所揭露實施例之折流板配置，且其中圖4顯示圖3中所示之噴淋頭模組的爆炸圖。噴淋頭模組211係可運作而在帶有減少之過渡氣體流時期的情況下輸送製程氣體至待處理基板之上表面。噴淋頭模組211係較佳地受溫度控制且以RF供能。受溫度控制、以RF供能之噴淋頭模組的示範實施例可見於共同受讓之美國專利第2013/0316094號中，茲將其整體併入做為參考。噴淋頭模組211係較佳地藉由電漿處理設備之頂部壁而支撐。噴淋頭模組支撐部之示範實施例可見於共同受讓之美國專利第2009/0260571號，茲將其整體併入做為參考。
噴淋頭模組211較佳地包含連接到基部315的莖部305。基部包含具有穿過其中之氣體通道的面板316、及支撐板317，面板316形成設置於該基部中之空腔320的下壁，支撐板317形成空腔320之上壁。莖部305定義具有入口307及出口308的氣體輸送導管306，其中輸送至入口307中的製程氣體透過出口308進入空腔320。阻擋板325係設置在空腔320內，其使輸送至空腔320內的製程氣體之中心流(見圖5之中心流410)散開。噴淋頭模組211之折流板配置包含設置在阻擋板325上方的第一環形折流板330a及第二環形折流板330b。第一環形折流板330a包含在氣體輸送導管306中之鉛直延伸的內管331a及在空腔320中之從內管331a的下端水平朝外延伸的下環形碟332a，而第二環形折流板330b包含在氣體輸送導管306中之鉛直延伸的外管331b及在空腔320中之從外管331b的下端水平朝外延伸的上環形碟332b。較佳地，第一環形折流板330a、第二環形折流板330b、及氣體輸送導管306係彼此共軸，其中第一環形折流板330a之內管331a適配於第二環形折流板330b之外管331b的內部。較佳地，第一環形折流板330a之下環形碟332a係設置在第二環形折流板330b之上環形碟332b之下方，其中環形碟332a、332b係平行於面板316之下表面。在替代實施例中，噴淋頭模組211中可包含多於二環形折流板。
在實施例中，折流板配置可包含複數同心且不通透的折流板，其包含內部折流板、一或更多中介折流板、及外部折流板。每一折流板將輸送至氣體輸送導管中的製程氣體分成內部流動流及外部流動流，使得該複數同心的折流板將流動穿過導管的製程氣體分成中心環形流動流、至少二內部環形流動流、及外部環形流動流。中心流動流在面板之中央部份上方離開折流板並被徑向朝外引導，內部環形流動流在該面板之內部環形區域上方於不同徑向位置離開該等折流板，而外部環形流動流在該面板之外部環形區域上方離開該等折流板。
圖5顯示流動穿過圖3之噴淋頭模組211的製程氣體之模型。如所示，噴淋頭模組211包含第一環形折流板330a及第二環形折流板330b。製程氣體400係輸送至莖部305之入口307中，其中第一環形折流板330a之內管331a將製程氣體400分成中心流410及第一環形流415，而第二環形折流板330b之外管331b將製程氣體分成第一環形流415及第二環形流420。中心流410行進穿過第一環形折流板330a之內管331a，直到其被阻擋板325徑向朝外散開，其中內管331a係與阻擋板325及下環形碟332a之間的第一間隙流體連通。第一環形流415行進於第一環形折流板330a之內管331a及第二環形折流板330b之外管331b之間，直到其被第一環形折流板330a之下環形碟332a散開，其中內管331a及外管331b之間的第二間隙係與下環形碟332a及上環形碟332b之間的第三間隙流體連通。第二環形流420行進於第二環形折流板330b之外管331b及形成氣體輸送導管306之莖部305的內壁之間，直到其被第二環形折流板330b之上環形碟332b散開，其中外管331b及該壁之間的第四間隙係與上環形碟332b及空腔320之上壁之間的第五間隙流體連通。依此方式，可控制中心流410、第一環形流415(亦即，內部環形流)、及第二環形流420(亦即，外部環形流)之流率，使得中心流410、第一環形流415、及第二環形流420皆可被供應到面板316之不同的徑向位置，以便提供均勻濃度之輸送穿過面板316至半導體基板之上表面上方的處理區的製程氣體。舉例來說，如所示，中心流410係輸送至面板316的中央區域410a，且因此輸送穿過面板316之中央區域410a至支撐在其下方之基板的中央區域。第一環形流415係輸送至面板316的中介區域415a，且因此輸送穿過面板316之中介區域415a至支撐在其下方之基板的中介區域，而第二環形流420係輸送至面板316的外部區域420a，且因此輸送穿過面板316之外部區域420a至支撐在其下方之基板的外部區域。
分屬各環形折流板330a、330b之內管及外管331a、331b之每一者及分屬各環形折流板330a、330b之下環形碟及上環形碟332a、332b之每一者的直徑係選定成使得環形折流板330a、330b針對中心流410、內部環形流415、及外部環形流415將製程氣體流分成預定比率。因此，製程氣體流400之進入中央區域410a的中心流410在與內部環形流415的流到達基板之中介區域的相同時間、且在與外部環形流420b的流到達基板之外部區域的相同時間到達基板之中心區域，從而提供均勻的製程氣體流至基板的上表面。較佳地，分屬每一個別的環形折流板330a、330b之下環形碟及上環形碟332a、332b的直徑係介於面板317之直徑的約0.3倍到約0.95倍之間。再者，藉由控制(亦即，最佳化)分屬各環形折流板330a、330b之內管及外管331a、331b之每一者及分屬各環形折流板330a、330b之下環形碟及上環形碟332a、332b之每一者的直徑、以及其間的間隙空隔(例如第一至第五間隙)，可使用單一質流控制器來將製程氣體輸送至基板上方的處理區。
圖6針對第一噴淋頭模組600、第二噴淋頭模組605、及第三噴淋頭模組610顯示在特定脈衝時間之後之基板上表面上的累積前驅物濃度，第一噴淋頭模組600未包含折流板配置，第二噴淋頭模組605包含具有面板直徑之0.6倍之環形碟直徑的單一環形折流板，第三噴淋頭模組610包含具有面板直徑之0.8倍之環形碟直徑的單一環形折流板。如所示，未包含環形折流板的第一噴淋頭600之前驅物濃度在基板的中心區域具有高前驅物濃度且在基板的邊緣具有低前驅物濃度，而當分別針對第二第三噴淋頭模組605、610使用環形折流板時，橫跨基板上表面之前驅物濃度的中心至邊緣之變化減少。圖7針對第一噴淋頭模組600、第二噴淋頭模組605、及第三噴淋頭模組610顯示橫跨基板上表面之前驅物濃度的百分比非均勻性，第一噴淋頭模組600未包含折流板配置，第二噴淋頭模組605包含具有面板直徑之0.6倍之環形碟直徑的環形折流板，第三噴淋頭模組610包含具有面板直徑之0.8倍之環形碟直徑的環形折流板。第二噴淋頭模組605(其包含具有直徑約面板之0.6倍之環形碟的折流板)之中心至邊緣的變化具有約11%之變化，而第三噴淋頭模組610(其包含具有直徑約面板之0.8倍之環形碟的折流板)之中心至邊緣的變化具有約8%的濃度變化，然而第一噴淋頭模組600(其不包含環形折流板)具有約64%的濃度變化。因此，利用最佳化之環形折流板，前驅物均勻性可增加8倍之多。
圖8針對不同測試流率顯示藉由環形折流板之流分隔的敏感度的圖表。如所示，對於具備擁有面板直徑之0.4倍、面板直徑之0.6倍、及面板直徑之0.8倍的直徑之環形碟的環形折流板而言，從基線流率者之0.5倍變化至基線流率者之5倍的流率保持恆定。因此，可使用單一質流控制器來將製程氣體輸送至基板之每一區域。
雖然已參照其具體實施例詳加描述包含折流板配置之半導體基板處理設備，然而對於該領域中具有通常知識者顯而易見的是，在不偏離隨附請求項之範圍的情況下可做出各種改變及修改，並可運用相當者。
13‧‧‧基板
201‧‧‧化學沉積設備
202‧‧‧低頻(LF)RF產生器
203‧‧‧氣體管線
204‧‧‧高頻(HF)RF產生器
206‧‧‧匹配網路
209‧‧‧真空源
211‧‧‧噴淋頭模組
220‧‧‧加熱塊
223‧‧‧基座模組
228‧‧‧控制器
229‧‧‧質流控制器
235‧‧‧真空管線
305‧‧‧莖部
306‧‧‧氣體輸送導管
307‧‧‧入口
308‧‧‧出口
315‧‧‧基部
316‧‧‧面板
317‧‧‧支撐板
318‧‧‧處理區
320‧‧‧空腔
325‧‧‧阻擋板
330a‧‧‧第一環形折流板
330b‧‧‧第二環形折流板
331a‧‧‧內管
331b‧‧‧外管
332a‧‧‧下環形碟
332b‧‧‧上環形碟
400‧‧‧製程氣體
410‧‧‧中心流
410a‧‧‧中央區域
415‧‧‧第一環形流
415a‧‧‧中介區域
420‧‧‧第二環形流
420a‧‧‧外部區域
600‧‧‧第一噴淋頭模組
605‧‧‧第二噴淋頭模組
610‧‧‧第三噴淋頭模組
圖1顯示根據在此所揭露實施例之化學沉積設備的總覽之示意圖。
圖2顯示描繪被配置以供實施在此所揭露實施例之不同設備構件的方塊圖，其中可在薄膜產生期間利用電漿來增強沉積及/或反應物種之間的表面反應。
圖3顯示根據在此所揭露實施例而配置的噴淋頭模組。
圖4顯示根據在此所揭露實施例而配置的噴淋頭模組之剖面。
圖5顯示根據在此所揭露實施例而配置的噴淋頭模組之剖面。
圖6顯示針對根據在此所揭露實施例的噴淋頭模組實施例之基板上表面上的前驅物濃度之圖表。
圖7顯示針對根據在此所揭露實施例的噴淋頭模組實施例之非均勻性的圖表。
圖8顯示針對根據在此所揭露實施例的噴淋頭模組實施例之製程氣體流率的圖表。

Claims (18)

  1. 一種用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，包含：一化學隔離腔室，半導體基板係在其中受處理；一製程氣體源，與該化學隔離腔室流體連通以供應一製程氣體至該化學隔離腔室中；一噴淋頭模組，透過一面板將該製程氣體從一製程氣體源輸送至該半導體基板處理設備之一處理區，該面板具有穿過該面板之氣體通道，個別的半導體基板係在該處理區中受處理，該噴淋頭模組包含一氣體輸送導管、在該氣體輸送導管及該面板與一支撐板之間之單一空腔中的一折流板配置、及在該空腔中之一阻擋板，該氣體輸送導管在其上端包含與該製程氣體源流體連通的單一入口，且在其下端包含與該空腔流體連通的單一出口，該面板形成該空腔的下壁，且該支撐板形成該空腔的上壁，該阻擋板係設置於該折流板配置下方，其中該折流板配置包含：將流動穿過該氣體輸送導管的該製程氣體分成中心流動流、內部環形流動流、及外部環形流動流的折流板，該中心流動流在該面板之中央部份上方被該阻擋板偏折且徑向朝外引導之後離開該折流板配置，該內部環形流動流於該面板之內部環形區域上方離開該折流板配置，而該外部環形流動流於該面板之外部環形區域上方離開該折流板配置；及一基板基座模組，鄰近於該噴淋頭模組之該面板，該基板基座模組係用以在一半導體基板之處理期間將該半導體基板支撐在該面板下方的該處理區中。
  2. 如申請專利範圍第l項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，其中該折流板配置包含：一第一折流板，包含在該氣體輸送導管中之鉛直延伸的一內管及在該空腔中之從該內管的下端水平朝外延伸的一下環形碟；及一第二折流板，包含在該氣體輸送導管中之鉛直延伸的一外管及在該空腔中之從該外管的下端水平朝外延伸的一上環形碟，其中該上環形碟之外直徑係大於該下環形碟之外直徑；其中與該阻擋板及該下環形碟之間的一第一間隙流體連通的該內管之直徑、與該下環形碟及該上環形碟之間的一第三間隙流體連通的該內管及該外管之間的一第二間隙、及與該上環形碟及該空腔之上壁之間的一第五間隙流體連通的該外管及該氣體輸送導管之壁之間的一第四間隙在該空腔之不同徑向位置提供不同流率的該製程氣體至該空腔中，使得均勻濃度的該製程氣體輸送穿過形成該空腔之下壁的該面板至一半導體基板之上表面上方的該處理區，該半導體基板係配置成支撐在該基板基座模組上。
  3. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，其中該半導體基板處理設備包含：(a)一RF能量源，用以在該處理區中將該製程氣體充能成電漿態；(b)一控制系統，用以控制由該半導體基板處理設備所執行之製程；(c)一非暫態電腦機器可讀取媒體，包含用於該半導體基板處理設備之控制的程式指令；及/或 (d)一真空源，與該處理區流體連通以將該製程氣體從該處理區排空。
  4. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，更包含一單一質流控制器，該單一質流控制器係可運作而控制進入該氣體輸送導管之該製程氣體的流率。
  5. 如申請專利範圍第2項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，其中該上環形碟之外直徑及該下環形碟之外直徑為該面板之外直徑的約0.3至0.95倍。
  6. 如申請專利範圍第2項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，其中：(a)該上環形碟及該下環形碟係平行於該面板；且/或(b)該外管及該內管係與該氣體輸送導管共軸。
  7. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，其中該氣體輸送導管形成該噴淋頭模組之一桿部，而該空腔係設置於該噴淋頭模組之一基部中，其中該桿部係連接至該基部。
  8. 如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備，其中該折流板配置包含複數同心之折流板，該複數同心之折流板包含一內部折流板、一或更多中介折流板、及一外部折流板，其中每一折流板將輸送至該氣體輸送導管中的該製程氣體分成內部流動流及外部流動流，使得該複數同心之折流板將流動穿過該氣體輸送導管的該製程氣體分成中心環形流動流、至少二內部環形流動流、及外部環形流動流，該中心流動流在該面板之中央部份上方離開該等折流板並被徑向朝外引導，該等內部環形流動流在該面板之內 部環形區域上方於不同徑向位置離開該等折流板，而該外部環形流動流在該面板之外部環形區域上方離開該等折流板。
  9. 一種半導體基板處理設備之噴淋頭模組，其透過一面板將製程氣體從一製程氣體源輸送至該半導體基板處理設備之一處理區，該面板具有穿過該面板之氣體通道，個別的半導體基板係在該處理區中受處理，該噴淋頭模組包含：一氣體輸送導管，在其上端包含單一入口，且在其下端包含單一出口，該出口與該面板及一支撐板之間的單一空腔流體連通，該面板形成該空腔的下壁，且該支撐板形成該空腔的上壁；在該氣體輸送導管及該空腔中的一折流板配置；及在該空腔中之一阻擋板，設置在該折流板配置下方；其中該折流板配置包含：將流動穿過該氣體輸送導管的該製程氣體分成中心流動流、內部環形流動流、及外部環形流動流的折流板，該中心流動流在該面板之中央部份上方被該阻擋板偏折且徑向朝外引導之後離開該折流板配置，該內部環形流動流於該面板之內部環形區域上方離開該折流板配置，而該外部環形流動流於該面板之外部環形區域上方離開該折流板配置。
  10. 如申請專利範圍第9項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組，其中該折流板配置包含：一第一折流板，包含在該氣體輸送導管中之鉛直延伸的一內管及在該空腔中之從該內管的下端水平朝外延伸的一下環形碟；及 一第二折流板，包含在該氣體輸送導管中之鉛直延伸的一外管及在該空腔中之從該外管的下端水平朝外延伸的一上環形碟，其中該上環形碟之外直徑係大於該下環形碟之外直徑；其中與該阻擋板及該下環形碟之間的一第一間隙流體連通的該內管之直徑、與該下環形碟及該上環形碟之間的一第三間隙流體連通的該內管及該外管之間的一第二間隙、及與該上環形碟及該空腔之上壁之間的一第五間隙流體連通的該外管及該氣體輸送導管之壁之間的一第四間隙在該空腔之不同徑向位置提供不同流率的該製程氣體至該空腔中，使得均勻濃度的該製程氣體係輸送穿過形成該空腔之下壁的該面板至該半導體基板之上表面上方的該處理區。
  11. 如申請專利範圍第10項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組，其中該上環形碟之外直徑及該下環形碟之外直徑為該面板之外直徑的約0.3至0.95倍。
  12. 如申請專利範圍第10項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組，其中(a)該上環形碟及該下環形碟係平行於該面板；且/或(b)該外管及該內管係與該氣體輸送導管共軸。
  13. 如申請專利範圍第10項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組，其中該氣體輸送導管形成該噴淋頭模組之一桿部，而該空腔係設置於該噴淋頭模組之一基部中，其中該桿部係連接至該基部。
  14. 如申請專利範圍第9項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組，其中該折流板配置包含複數同心之折流板，該複數同心之折流板包含一內部折流 板、一或更多中介折流板、及一外部折流板，其中每一折流板將輸送至該氣體輸送導管中的該製程氣體分成內部流動流及外部流動流，使得該複數同心之折流板將流動穿過該氣體輸送導管的該製程氣體分成中心環形流動流、至少二內部環形流動流、及外部環形流動流，該中心流動流在該面板之中央部份上方離開該等折流板並被徑向朝外引導，該等內部環形流動流在該面板之內部環形區域上方於不同徑向位置離開該等折流板，而該外部環形流動流在該面板之外部環形區域上方離開該等折流板。
  15. 一種形成如申請專利範圍第10項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組的方法，包含將該內管及該外管共軸支撐於該噴淋頭模組之該氣體輸送導管中。
  16. 如申請專利範圍第15項之形成如申請專利範圍第10項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組的方法，更包含將該上環形碟及該下環形碟支撐成平行於該面板。
  17. 如申請專利範圍第15項之形成如申請專利範圍第10項之半導體基板處理設備之噴淋頭模組的方法，更包含：(a)選定該內管之直徑、及該第一、第二、第三、第四、及第五間隙之尺寸，使得輸送至配置成支撐在該面板下方的一半導體基板之上表面的該製程氣體的濃度均勻性橫跨該上表面具有小於12%之變化；或(b)選定該內管之直徑、及該第一、第二、第三、第四、及第五間隙之尺寸，使得輸送至配置成支撐在該面板下方的一半導體基板之上表面的該製程氣體的濃度均勻性橫跨該上表面具有小於8%之變化。
  18. 一種在如申請專利範圍第1項之用以處理半導體基板之半導體基板處理設備中處理半導體基板的方法，包含：將該製程氣體從該製程氣體源供應至該處理區中；及在該處理區中處理該半導體基板；其中該處理為化學氣相沉積、電漿增強化學氣相沉積、原子層沉積、電漿增強原子層沉積、脈衝沉積層、分子層沉積、蝕刻、阻劑移除、及電漿增強脈衝沉積層之至少一者。
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