專利名稱：用于半導(dǎo)體工藝腔室的工藝氣體輸送的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式大體涉及半導(dǎo)體處理設(shè)備，并且更具體地，涉及用于將工藝氣 體引入半導(dǎo)體工藝腔室中的氣體輸送組件。
背景技術(shù)：
在一些半導(dǎo)體工藝腔室中，可以通過(guò)公共氣體入口如設(shè)置在工藝腔室吊頂中的氣 體注入漏斗將多種工藝氣體輸送至工藝腔室。此種半導(dǎo)體工藝腔室可包括用于化學(xué)汽相沉 積(CVD)或原子層沉積(ALD)的工藝腔室，其中工藝氣體可用來(lái)在基板上至少部分地沉積 材料層。公共氣體入口的容積可基本上大于將工藝氣體供給該入口的氣體導(dǎo)管的容積。結(jié) 果，工藝氣體在進(jìn)入入口時(shí)迅速膨脹。工藝氣體的迅速膨脹可以造成工藝氣體的冷卻—— 被稱作焦耳-湯姆遜冷卻(Joule-Thompson Cooling)效應(yīng)。具有低蒸汽壓的工藝氣體，如 四氯化鉿(HfCl4)將在冷卻時(shí)凝結(jié)，從而形成可能污染入口或者造成工藝氣體濃度變化的 顆粒。此外，氣體導(dǎo)管相對(duì)于公共氣體入口的中心軸的切向排列(tangential alignment)可以造成氣體入口中以及基板上方的循環(huán)氣體渦旋。該渦旋可以引起例如包括 載氣和反應(yīng)物蒸汽的工藝氣體分離，進(jìn)而造成工藝氣體的濃度變化。因此，本領(lǐng)域需要一種防止迅速冷卻以及渦旋形成的氣體輸送組件。

發(fā)明內(nèi)容
在此提供了用于氣體輸送組件的方法和裝置。在一些實(shí)施方式中，一種氣體輸送 組件包括具有第一容積的氣體入口漏斗；以及氣體導(dǎo)管，該氣體導(dǎo)管具有接收氣體的入 口以及促使氣體流出該氣體導(dǎo)管并進(jìn)入第一容的出口，其中該氣體導(dǎo)管具有小于第一容積 的第二容積，以及從最接近入口的第一截面向最接近出口的第二截面增大的截面，其中該 第二截面是非圓形的。在一些實(shí)施方式中，一種處理基板的裝置包括具有內(nèi)容積的工藝腔室以及與該 工藝腔室相連以將工藝氣體引入該內(nèi)容積的氣體輸送組件。該氣體輸送組件可與上面討論 的相同。在一些實(shí)施方式中，一種處理基板的方法包括使工藝氣體經(jīng)一或多個(gè)第一容積 流入大于各第一容積的第二容積，其中各第一容積具有在流動(dòng)方向上沿縱軸從第一截面向 第二截面增大的截面，其中該第二截面是非圓形的；以及將該工藝氣體通過(guò)第二容積輸送 至基板。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明以可以詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征的方式，通過(guò)參考實(shí)施方式，可得到上面簡(jiǎn) 要概述的本發(fā)明的更加具體的說(shuō)明，一些實(shí)施方式示出于附圖中。然而應(yīng)指出，附圖僅僅說(shuō) 明了本發(fā)明的典型實(shí)施方式并因此不被認(rèn)為是限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其他等效的實(shí)施方式。

圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式的工藝腔室的截面示意圖。圖2A-B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的氣體輸送組件和氣體導(dǎo)管的示意性側(cè)視 圖。圖3A-B是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的氣體輸送組件的示意性的俯視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式來(lái)處理基板的方法。
具體實(shí)施例方式在此提供了用于氣體輸送組件的方法和裝置。在一些實(shí)施方式中，氣體輸送組件 包括具有第一容積的氣體入口漏斗以及一或多個(gè)氣體導(dǎo)管；各氣體導(dǎo)管具有入口和出口， 以促使氣體流經(jīng)該導(dǎo)管并進(jìn)入第一容積，其中各氣體導(dǎo)管具有小于第一容積的第二容積， 以及其中各氣體導(dǎo)管具有從最接近入口的第一截面向最接近出口的第二截面增大的截面， 其中該第二截面是非圓形的。該氣體輸送組件可連接至工藝腔室，以有助于向該工藝腔室 中引入工藝氣體。工藝氣體可包括，例如，與載氣結(jié)合流動(dòng)的鉿前驅(qū)物如四氯化鉿(HfCl4) 或其他低蒸汽壓反應(yīng)物氣體，它們可能受益于本發(fā)明實(shí)施方式所提供的焦耳-湯姆遜冷卻 和/或由渦旋形成引起的氣體分離的減少，在下文中對(duì)其進(jìn)行討論。如在此使用的“原子層沉積”(ALD)或“循環(huán)沉積”指順序引入兩種或更多種反應(yīng) 化合物以在基板表面上沉積材料層。該兩種、三種或更多種反應(yīng)化合物可被交替地引入處 理腔室的反應(yīng)區(qū)。通常，以時(shí)間延遲分隔開(kāi)各反應(yīng)化合物，以允許各化合物在基板表面上粘 附和/或反應(yīng)。一方面，將第一前驅(qū)物或化合物A如鉿前驅(qū)物脈沖輸送到反應(yīng)區(qū)中，繼之以 第一時(shí)間延遲。接下來(lái)，將第二前驅(qū)物或化合物B如氧化氣體脈沖輸送到該反應(yīng)區(qū)中，繼之 以第二時(shí)間延遲。該氧化氣體可包括多種氧化劑，如原位水和氧氣。在各時(shí)間延遲期間，將 諸如氮?dú)獾膬艋瘹怏w引入處理腔室，以凈化反應(yīng)區(qū)或者從該反應(yīng)區(qū)除去任何殘留的反應(yīng)化 合物或副產(chǎn)物?；蛘撸梢栽诔练e工藝過(guò)程中持續(xù)流動(dòng)凈化氣體，而在反應(yīng)化合物的脈沖輸 送之間的時(shí)間延遲期間只有該凈化氣體流動(dòng)。交替地脈沖輸送反應(yīng)化合物直到在基板表面 上形成想要的膜或膜厚度。在任一種方案下，脈沖輸送化合物“A”、凈化氣體，脈沖輸送化合 物B或凈化氣體的ALD工藝是一循環(huán)。循環(huán)可以起始于化合物A或化合物B并且維持各自 的循環(huán)順序直到實(shí)現(xiàn)想要厚度的膜。圖1是根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式的工藝腔室100的截面示意圖。工藝腔室100 包括適于循環(huán)沉積如原子層沉積(ALD)或快速化學(xué)汽相沉積(快速CVD)的氣體輸送組件 130。如在此使用的術(shù)語(yǔ)ALD和快速CVD指順序引入反應(yīng)物以在基板之上沉積薄層。反應(yīng) 物的順序引入可重復(fù)進(jìn)行以沉積多個(gè)薄層來(lái)形成想要厚度的共形層。工藝腔室100包括具有側(cè)壁110和底部106的腔室主體104。工藝腔室100中 的狹口閥102提供用于機(jī)械臂(未示出)在工藝腔室100內(nèi)輸送和取回基板112的通路。 在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，基板112可以是玻璃基板或者直徑為200mm或300mm的半導(dǎo) 體晶圓。工藝腔室100可以包括可受益于在此公開(kāi)的本發(fā)明裝置和方法的任何配制用于 ALD或快速CVD的適當(dāng)腔室。一些示例性的工藝腔室描述于2005年5月12日遞交的名 為"Apparatuses and Methods for Atomic Layer Deposition of Hafnium-Containing High-K Dielectric Materials”的、共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)2005-0271813以及2001￥ 12 月 21 03 ^ “ Gas Delivery Apparatus and Method for Atomic Layer Deposition"的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)2003-0079686，其在此都通過(guò)整體引用被引入本文。適 于執(zhí)行至少一些本發(fā)明技術(shù)的兩種示例性腔室可包括可獲自應(yīng)用材料公司的GEMINI ALD 或CVD腔室。在工藝腔室100中，基板支架108將基板112支撐在基板接收表面191上。基板 支架(或支座)108安裝至升舉馬達(dá)114以提升或降下該基板支架108以及其上設(shè)置的基 板112。與升舉馬達(dá)118相連的升舉板116安裝在工藝腔室100中，并且提升和降下被設(shè)置 為可移動(dòng)地穿過(guò)基板支架108的針120。針120提升和降下基板支架108的表面之上的基 板112。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，基板支架108可包括真空卡盤、靜電卡盤或夾環(huán)以在 處理期間將基板112固定至基板支架108上。可加熱基板支架108以提高其上設(shè)置的基板112的溫度。例如，可使用嵌入式加 熱元件如電阻加熱器來(lái)加熱基板支架108，或者可使用輻射熱如設(shè)置在基板支架108之上 的加熱燈來(lái)加熱基板支架108?？稍诨逯Ъ?08上設(shè)置凈化環(huán)122以限定將凈化氣體提 供給基板112的外周部分的凈化通道IM來(lái)防止在基板支架的沉積。氣體輸送組件130設(shè)置在腔室主體104的上部以將氣體如工藝氣體和/或凈化氣 體提供至工藝腔室100。例如，在一些實(shí)施方式中，工藝氣體可包括載氣以及鉿前驅(qū)物或者 具有低蒸汽壓的其他適合的反應(yīng)物氣體。真空系統(tǒng)178與抽吸通道179連通，以從工藝腔 室100排出任何希望的氣體來(lái)幫助維持工藝腔室100的抽吸區(qū)166內(nèi)部的想要的壓力或想 要的壓力范圍。氣體輸送組件130可進(jìn)一步包括腔室蓋132。腔室蓋132可以包括從該腔室蓋132 的中部延伸的氣體入口漏斗134以及從氣體入口漏斗134延伸至腔室蓋132的外周部分的 底表面160。底表面160的尺寸和形狀基本上覆蓋基板支架108上設(shè)置的基板112。在腔室 蓋132的與基板112的外周相鄰的外周部分，腔室蓋132可具有扼流圈162。帽部分172包 括氣體入口漏斗Π4和氣體入口 136A、136B、136C、136D的一部分。氣體入口漏斗1；34具有 氣體入口 136A、136B、136C、136D以提供來(lái)自兩相似的閥142A、142B、142C、142D的氣體流。 來(lái)自閥142A、142B、142C、142D的氣體流可一起和/或分開(kāi)提供。下面參照?qǐng)D2A-B和3A-B討論可有助于減少焦耳-湯姆遜冷卻以及由渦旋形成引 起的氣體分離的氣體入口組件的實(shí)施方式。大體上，這樣的實(shí)施方式涉及一或多個(gè)氣體導(dǎo) 管150的截面形狀以及它們相對(duì)于氣體入口漏斗134的定向。圖2A-B繪示了根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式的包括氣體入口漏斗134和一或多個(gè)氣 體導(dǎo)管150的氣體輸送組件130的一部分的三維視圖。參照?qǐng)D1，在氣體入口 136A、136B、 136CU36D 和閥 142A、142B、142C、142D 之間設(shè)置有氣體導(dǎo)管 150A、150B、150C 和 150D。圖2A所示的氣體入口漏斗134可大體是圓柱形的，具有第一容積和穿過(guò)第一容積 的中心軸。在一些實(shí)施方式中，例如圖1所示，氣體入口漏斗134可以具有沿至少一部分中 心軸且在氣體流方向上擴(kuò)大的截面。氣體入口漏斗134可包括一或多個(gè)錐形內(nèi)表面(未示 出)，例如錐形平面、凹面、凸面或其組合，或者可包括一或多個(gè)錐形內(nèi)表面的節(jié)段(即一部 分錐形的和一部分非錐形的)。氣體導(dǎo)管150A、150B、150C 和 150D 分別在氣體入 口 136A、136B、136C 和 136D 處與 氣體入口漏斗134相連。如圖2B所示的各氣體導(dǎo)管具有入口 151和出口 152，以促使工藝氣體沿縱軸流經(jīng)各氣體導(dǎo)管，并通過(guò)各氣體入口 136流入由氣體入口漏斗134限定的第一 容積中。各氣體導(dǎo)管150限定了比氣體入口漏斗134的第一容積更小的第二容積。在沒(méi)有 本發(fā)明時(shí)，第一容積和第二容積之間的差異可以使得自氣體導(dǎo)管150的第二容積流入氣體 入口漏斗的第一容積的工藝氣體經(jīng)歷焦耳-湯姆遜冷卻效應(yīng)，該效應(yīng)可以造成從工藝氣體 中形成微粒以及輸送至基板的工藝氣體的濃度變化。為了減少焦耳-湯姆遜冷卻，各氣體導(dǎo)管150可定型為具有從最接近入口 151的 第一截面向最接近出口 152的非圓形的第二截面增大的截面。在入口 151和出口 152之 間沿氣體流方向增大的截面使氣體導(dǎo)管中的容積逐漸擴(kuò)大，從而維持例如低蒸汽壓反應(yīng)物 氣體中的化學(xué)平衡。因此，各氣體導(dǎo)管150的截面的逐漸擴(kuò)大可以減少反應(yīng)物氣體的快速 溫度下降。在一些實(shí)施方式中，作為非限制性實(shí)例，最接近入口 151的第一截面可以是圓形 的。然而，可以為第一截面選擇任何合適的形狀。各氣體導(dǎo)管150的最接近出口 152的第二截面可以是非圓形的。如圖2B所示，第 二截面可以大體是矩形的；然而可考慮其他適當(dāng)?shù)男螤?。在一些?shí)施方式中，第一截面面 積和第二截面面積的比率為約31或更大。本領(lǐng)域技術(shù)人員可利用其他比率以控制由焦 耳-湯姆遜冷卻引起的工藝氣體沿入口 151和出口 152之間的各氣體導(dǎo)管的擴(kuò)大截面的溫 度下降。在一些實(shí)施方式中，為第二截面選擇非圓形的形狀，以便該形狀使流經(jīng)氣體導(dǎo)管 的工藝氣體所接觸的氣體導(dǎo)管的表面積最大化。例如，在其中外部加熱器與各氣體導(dǎo)管的 外表面相連的一些實(shí)施方式中，可以選擇這樣的使表面積最大化的非圓形的形狀。外部加 熱器可提供熱而作為減少由入口 151和出口 152之間的各氣體導(dǎo)管的擴(kuò)大的截面引起的焦 耳-湯姆遜冷卻的進(jìn)一步手段。與加熱器接觸的第二截面的最大表面積可以促進(jìn)沿第二截 面的最大熱傳遞?；氐綀D2A，在一些實(shí)施方式中，各氣體導(dǎo)管150具有與氣體入口漏斗134的中心軸 IM交叉的縱軸152。這樣的定向可提供工藝氣體在氣體入口漏斗134中的層流，從而減少 渦旋形成。此外，氣體入口漏斗134中的層流可改善氣體入口漏斗134的內(nèi)表面以及腔室 蓋132的其他表面的凈化。此外，作為非限制性實(shí)例，各氣體導(dǎo)管150可具有與氣體入口漏斗134的中心軸垂 直的縱軸，例如圖2A中對(duì)于氣體導(dǎo)管150A、150B、150C和150D的描繪。然而，必要時(shí)，一或 多個(gè)氣體導(dǎo)管150可相對(duì)于氣體入口漏斗134的中心軸成角度。在一些實(shí)施方式中，至少兩個(gè)氣體導(dǎo)管可具有徑向相對(duì)的縱軸152。例如，如圖2A 所示，氣體導(dǎo)管150A、150B和氣體導(dǎo)管150C、150D具有徑向相對(duì)的縱軸152。如圖3A的俯 視圖所示，該徑向相對(duì)的縱軸與氣體入口漏斗134的中心軸交叉。氣體導(dǎo)管150的其他構(gòu)造是可能的。在一些實(shí)施方式中，如圖;3B的俯視圖中所示， 至少兩個(gè)氣體導(dǎo)管如氣體導(dǎo)管150A、150B可具有與氣體入口漏斗134的中心軸IM交叉的 垂直縱軸156、158。如上面討論，本領(lǐng)域技術(shù)人員可利用氣體導(dǎo)管150A、150B、150C、150D沿 氣體入口漏斗134的一或多個(gè)定向?；氐綀D1，在一些實(shí)施方式中，閥142A、142B、142C和142D連接至單獨(dú)的反應(yīng)物氣 體源，但優(yōu)選連接至相同的凈化氣體源。例如，閥142A與反應(yīng)物氣體源138A相連，而閥142B 與反應(yīng)物氣體源138B相連，并且閥142A、142B都與凈化氣體源140相連。各閥142A、142B、142C、142D 包括輸送線 143A、143B, 143C 和 143D。輸送線 143A、143B, 143C、143D 與反應(yīng)物氣 體源138A、138B、138C、138D連通并且通過(guò)氣體導(dǎo)管150A、150B、150C、150D與氣體入口漏斗 Π4的氣體入口 136A、136B、136C、136D連通。在一些實(shí)施方式中，可向氣體輸送組件130添 加其他的反應(yīng)物氣體源、輸送線、氣體入口和閥。凈化線如145A、145B、145C和145D與凈化 氣體源140連通，并且凈化線145A、145B、145C和14OT的流動(dòng)分別受到閥146A、146B、146C 和146D的控制。凈化線145A、145B、145C和145D在閥142A、142B、142C和142D處與輸送線 143A、143B、143C、143D交叉。如果使用載氣輸送來(lái)自反應(yīng)物氣體源138A、138B、138C、138D 的反應(yīng)物氣體，在一個(gè)實(shí)施方式中，將相同的氣體用作載氣和凈化氣體(例如將氮?dú)庥米?載氣和凈化氣體)。閥142A、142B、142C和142D包括隔板(diaphragm)。在一些實(shí)施方式 中，隔板可分別被偏置地(biased)打開(kāi)或關(guān)閉并且可受驅(qū)動(dòng)地關(guān)閉或打開(kāi)。隔板可為氣動(dòng) 驅(qū)動(dòng)的或可為電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的閥的實(shí)例包括可獲自俄亥俄州索倫市的Swagelock 公司的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥可提供低至約0.020秒的時(shí)間周期的氣體脈沖。電動(dòng)驅(qū)動(dòng) 閥可提供低至約0. 005秒的時(shí)間周期的氣體脈沖。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)閥通常需要使用在閥和程序化 邏輯控制器如148A、148B之間相連的驅(qū)動(dòng)器。各閥142A、142B、142C和142D可適于提供反應(yīng)物氣體138A、138B、138C、138D和凈 化氣體140的組合的氣體流和/或分離的氣體流。關(guān)于閥142A，閥142A提供的反應(yīng)物氣 體138A和凈化氣體140的組合的氣體流的一個(gè)實(shí)例包括來(lái)自凈化氣體源140通過(guò)凈化線 145A輸送的凈化氣體連續(xù)流以及來(lái)自反應(yīng)物氣體源138A通過(guò)輸送線143A輸送的反應(yīng)物氣 體脈沖。閥 142A、142B、142C 和 142D 的輸送線 143A、143B、143C 和 143D 與氣體入 口 136A、 136B、136C 和 136D 通過(guò)氣體導(dǎo)管 150A、150B、150C 和 150D 相連。氣體導(dǎo)管 150A、150B、150C 和150D可為集成的或者可與閥142A、142B、142C和142D分開(kāi)。在一個(gè)實(shí)施方式中，閥142A、 142BU42C和142D靠近氣體入口漏斗1；34相連，以降低任何不必要的輸送線143A、143B、 143C、143D 和閥 142A、142B、142C 和 142D 與氣體入口 136A、136B、136C、136D 之間的氣體導(dǎo) 管 150A、150B、150C、150D 的容積。鄰近氣體入口漏斗1；34的上部137設(shè)置氣體入口 136A、136B、136C、136D。在其他 實(shí)施方式中，可在上部137和下部135之間沿氣體入口漏斗134的長(zhǎng)度設(shè)置一或多個(gè)氣體 入口 136A、136B、136C、136D。腔室蓋132的底表面160的至少一部分可從氣體入口漏斗134向腔室蓋132的外 周部分逐漸變細(xì)，以幫助提供來(lái)自氣體入口漏斗134的氣體流橫跨基板112表面(即從基 板112的中心向基板112的邊緣)的改善的速度分布。在一些實(shí)施方式中，底表面160可 包括一或多個(gè)錐形表面，例如平面、凹面、凸面或其組合。在一些實(shí)施方式中，底表面160以 漏斗的形狀逐漸變細(xì)。控制單元180如程序化個(gè)人電腦、工作站計(jì)算機(jī)等可與工藝腔室100相連來(lái)控制 處理?xiàng)l件。例如，控制單元180可配置成在基板處理順序的不同階段期間控制來(lái)自氣體 源138A、138B、138C、138D、140的多種工藝氣體和凈化氣體通過(guò)閥142A、142B、142C、142D、 146A、146B、146C、146D的流動(dòng)。作為例證，控制單元180包括中央處理單元(CPU) 182、支持 電路184和包含相關(guān)控制軟件183的存儲(chǔ)器186。如圖所示，通過(guò)將控制單元180與各腔室 部件相連的多條控制線188，控制單元180可直接控制工藝腔室100的各部件?；蛘?，控制單元180可與各腔室系統(tǒng)的單個(gè)控制單元(未示出)相連并對(duì)其進(jìn)行控制。例如，控制單 元180可與氣體輸送組件130的單個(gè)控制單元(未示出)相連，其中氣體輸送組件130的 單個(gè)控制單元控制氣體輸送組件130的各部件，例如氣體源138A-D。圖4示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施方式處理基板112的方法。處理可包括例如通過(guò)ALD 工藝在基板上沉積鉿氧化物(HfOx)膜。該沉積工藝包括提供通常與載氣如氮?dú)?N2)結(jié)合 的鉿前驅(qū)物，該鉿前驅(qū)物可能或者在體積快速膨脹時(shí)受焦耳-湯姆遜冷卻影響，或者在進(jìn) 入氣體入口漏斗時(shí)由于渦旋形成而從載氣中分離。因此，上述氣體導(dǎo)管150和氣體入口漏 斗134的實(shí)施方式可有益地用于方法400以防止此種不想要的效果。參照?qǐng)D1所示的工藝腔室100來(lái)描述方法400。在步驟402，將基板112加載到工 藝腔室100中。在步驟404，氣體流經(jīng)一或多個(gè)第一容積(即氣體導(dǎo)管150)進(jìn)入第二容積(即氣 體入口漏斗134)。在一些實(shí)施方式中，鉿前驅(qū)物流經(jīng)一個(gè)氣體導(dǎo)管150，而含氧前驅(qū)物流經(jīng) 另一氣體導(dǎo)管150。在ALD工藝中，可分別脈沖輸送或同時(shí)脈沖輸送鉿前驅(qū)物和含氧前驅(qū) 物，以在基板112上形成鉿氧化物膜。可按上述任何適當(dāng)?shù)脑O(shè)置來(lái)設(shè)置氣體入口漏斗134和氣體導(dǎo)管150。最低限度地， 如上所討論，各氣體導(dǎo)管150具有與氣體入口漏斗134的中心軸交叉的縱軸。這種定向方 式可在氣體流出氣體導(dǎo)管150并且進(jìn)入氣體入口漏斗134時(shí)有益地防止渦旋形成。此外， 如上所討論，各氣體導(dǎo)管150至少要具有沿著縱軸從第一截面向第二截面增大的截面，其 中第二截面是非圓形的。如上所討論，氣體導(dǎo)管的幾何結(jié)構(gòu)可有益地減少焦耳-湯姆遜冷 卻并且提供更多表面積用于熱傳遞。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)氣體(例如鉿前驅(qū)物和載氣)流經(jīng)各氣體導(dǎo)管150A、150B、 150C和150D時(shí)，溫度沿氣體導(dǎo)管下降。相比于在常規(guī)設(shè)計(jì)中從約200攝氏度到108攝氏度 的大幅度溫度下降，溫度僅從約190攝氏度稍降至183攝氏度。常規(guī)設(shè)計(jì)可例如為具有快 速擴(kuò)大的截面的氣體導(dǎo)管。將各氣體導(dǎo)管150的溫度維持在高于約180攝氏度有助于保持 蒸汽形式的鉿前驅(qū)物。在一些實(shí)施方式中并且如上所討論，加熱器可與各氣體導(dǎo)管150相 連，以進(jìn)一步減少流經(jīng)各氣體導(dǎo)管150的工藝氣體的溫度下降。在步驟406，將氣體通過(guò)第二容積(即氣體入口漏斗134)輸送至基板112。在一 些實(shí)施方式中，以約5mg/m至約200mg/m的速率，將鉿前驅(qū)物通過(guò)氣體導(dǎo)管150和氣體入口 漏斗134引入工藝腔室100中。鉿前驅(qū)物通常與例如氮?dú)獾妮d氣一起引入，其總流動(dòng)速率 在約50sCCm至約2，OOOsccm的范圍。在常規(guī)ALD工藝中，根據(jù)特定工藝以及想要的含鉿化 合物，以約1秒至約10秒的持續(xù)期將鉿前驅(qū)物脈沖輸送至工藝腔室100中。在高等ALD工 藝中，以約50ms至約3秒的較短持續(xù)期將鉿前驅(qū)物脈沖輸送至工藝腔室100中。在一些實(shí) 施方式中，鉿前驅(qū)物可以是四氯化鉿(HfCl4)。在一些實(shí)施方式中，鉿前驅(qū)物可以是四(二 乙胺)鉿((Et2N) 4Hf 或 TDEAH)。以約IOsccm至約IOOOsccm范圍內(nèi)，優(yōu)選約30sccm至約200sccm范圍內(nèi)的速率將 含氧前驅(qū)物引入工藝腔室100中。對(duì)于常規(guī)ALD工藝，根據(jù)特定工藝以及想要的含鉿化合 物，以約0. 1秒至約10秒的速率將氧化氣體脈沖輸送至工藝腔室中。在高等ALD工藝中， 以約50ms至約3秒的較短持續(xù)期將氧化氣體脈沖輸送至工藝腔室100中。然后將基板112暴露至被引入工藝腔室100中的鉿前驅(qū)物脈沖達(dá)約0. 1秒至約5秒范圍內(nèi)的時(shí)間。接下來(lái)，將含氧前驅(qū)物脈沖引入處理腔室100中。在一些實(shí)施方式中，含 氧前驅(qū)物可包括多種氧化劑，如原位水和氧氣。適當(dāng)?shù)妮d氣或凈化氣體可包括氦氣、氬氣、 氮?dú)?、氫氣、合成氣體、氧氣和它們的組合。如在此使用的“脈沖”旨在表示間斷地或非連續(xù) 地引入到工藝腔室100的反應(yīng)區(qū)中的一定量的特定化合物。每個(gè)沉積循環(huán)后，具有特定厚度的含鉿化合物，如鉿氧化物將沉積在基板112的 表面上。在一些實(shí)施方式中，每個(gè)沉積循環(huán)形成厚度在約1-10埃范圍內(nèi)的層。根據(jù)具體的 器件需求，可能需要后續(xù)沉積循環(huán)來(lái)沉積具有想要厚度的含鉿化合物。如此，可以重復(fù)沉積 循環(huán)直到實(shí)現(xiàn)想要的含鉿化合物的厚度。此后，在實(shí)現(xiàn)想要的厚度時(shí)，停止處理。通過(guò)ALD工藝沉積的鉿氧化物具有經(jīng)驗(yàn)性的化學(xué)式HfOx。鉿氧化物具有分子化 學(xué)式HfO2，但是通過(guò)改變工藝條件(例如時(shí)序、溫度、前驅(qū)物)，鉿氧化物可能是非完全氧化 的，如HfOu+。優(yōu)選地，通過(guò)在此的工藝沉積分子化學(xué)式大約是HfO2或更少的鉿氧化物。在一些實(shí)施方式中，圖1的循環(huán)沉積工藝或ALD工藝發(fā)生在約ITorr至約IOOTorr 范圍內(nèi)，優(yōu)選在約IiTorr至約20Torr的范圍內(nèi)，例如在約IiTorr至約IOTorr的范圍內(nèi)的壓 力下。在一些實(shí)施方式中，基板112的溫度通常在約70攝氏度至約1000攝氏度的范圍，優(yōu) 選為約100攝氏度至約650攝氏度，更優(yōu)選為約250攝氏度至約500攝氏度。通過(guò)將載氣引入包含鉿前驅(qū)物的擴(kuò)散器(bubbler)，使該鉿前驅(qū)物大體分散至 工藝腔室100。適合的擴(kuò)散器如PROE-VAP 可獲自位于康涅狄格州丹伯里市的Advanced Technology Materials公司。根據(jù)擴(kuò)散器中的鉿前驅(qū)物，擴(kuò)散器的溫度維持在例如約100 攝氏度至約300攝氏度的溫度。例如，擴(kuò)散器可在約150攝氏度至約200攝氏度的溫度下 含有HfCl4。在一些實(shí)施方式中，從通過(guò)管線與工藝腔室100流體連通的水蒸氣產(chǎn)生(WVG)系 統(tǒng)中產(chǎn)生氧化氣體。WVG系統(tǒng)通過(guò)O2和H2催化反應(yīng)的手段產(chǎn)生超高純的水蒸氣。WVG系統(tǒng) 具有催化劑襯(catalyst-lined)反應(yīng)器或者催化劑筒，其中不同于由于燃燒而產(chǎn)生水蒸 氣的高熱產(chǎn)生器，水蒸氣是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的手段產(chǎn)生的。調(diào)節(jié)吐和A流動(dòng)能夠讓濃度被精 確控制在至100%濃度的任一點(diǎn)。水蒸氣可含有水、H2、O2及其組合。適當(dāng)?shù)腤VG系統(tǒng) 是市售可得的，例如位于加利福尼亞州圣坦克拉拉市的Fujikin of America公司的WVG以 及位于加利福尼亞州門洛帕克市的Ultra Clean Technology的CSGS (催化劑蒸汽產(chǎn)生系 統(tǒng))。以約Islm至約20slm之間的速率，優(yōu)選約klm至約6slm之間的速率引入凈化氣 體優(yōu)選為氬氣或氮?dú)獾拿}沖。各處理循環(huán)持續(xù)約0.01秒至約20秒。例如，在一些實(shí)施方 式中，處理循環(huán)為約10秒，而在其他一些實(shí)施方式中，處理循環(huán)為約2秒。持續(xù)約10秒的 較長(zhǎng)的處理步驟沉積優(yōu)異的含鉿膜，但是產(chǎn)量降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得具體的壓力和時(shí)間。多種前驅(qū)物在本發(fā)明的范圍內(nèi)。一種重要的前驅(qū)物特征是具有適當(dāng)?shù)恼羝麎?。?環(huán)境溫度和壓力下的前驅(qū)物可以是氣體、液體或固體。然而，在ALD腔室中，利用揮發(fā)的前 驅(qū)物。有機(jī)金屬化合物或復(fù)合物包括任何包含金屬和至少一種有機(jī)基團(tuán)如胺基、烷基、烷氧 基、烷酰氨基和酰替苯胺的化學(xué)品。前驅(qū)物可包括有機(jī)金屬的、無(wú)機(jī)的和鹵化物的化合物。示例性的ALD工藝是通過(guò)順序脈沖輸送鉿前驅(qū)物和用水產(chǎn)生器形成原位蒸汽所 生長(zhǎng)的鉿氧化物膜。暴露基板表面進(jìn)行預(yù)處理以形成羥基基團(tuán)。在約150-200攝氏度的溫 度下將鉿前驅(qū)物HfCl4維持在前驅(qū)物擴(kuò)散器中。以約400sCCm的流速將載氣如氮?dú)鈱?dǎo)入擴(kuò)散器中。鉿前驅(qū)物使載氣飽和并且被脈沖輸送至腔室中持續(xù)3秒。將氮?dú)鈨艋瘹怏w脈沖輸 送至腔室100中持續(xù)3秒以除去任何未結(jié)合的鉿前驅(qū)物。將流速分別為120sCCm和eOsccm 的氫氣和氧氣供給至水蒸汽產(chǎn)生器(WVG)系統(tǒng)。原位蒸汽以近eOsccm的水蒸氣離開(kāi)WVG 系統(tǒng)。將原位蒸汽脈沖輸送至腔室內(nèi)持續(xù)1.7秒。將氮?dú)鈨艋瘹怏w脈沖輸送至腔室100中 持續(xù)4秒以除去任何未結(jié)合的或未反應(yīng)的反應(yīng)物，如副產(chǎn)物、鉿前驅(qū)物、氧氣和/或水或任 何副產(chǎn)物如HC1。基板112的溫度維持在約400-600攝氏度的溫度。作為例證，各ALD循環(huán) 可形成約0. 8埃的鉿氧化物膜。盡管本發(fā)明的實(shí)施方式描述為沉積含鉿化合物，可通過(guò)交替地脈沖輸送金屬前驅(qū) 物和源自WVG系統(tǒng)的氧化氣體如水蒸氣和O2流體，來(lái)形成除含鉿化合物以外的多種金屬氧 化物和/或金屬硅酸鹽。可通過(guò)用其他金屬前驅(qū)物替代鉿和/或硅前驅(qū)物以形成材料來(lái) 改變上面公開(kāi)的ALD工藝，所述其他金屬前驅(qū)物例如鋁酸鉿、硅酸鈦、氧化鋯、硅酸鋯、鋁酸 鋯、氧化鉭、硅酸鉭、氧化鈦、硅酸鈦、氧化硅、氧化鋁、硅酸鋁、氧化鑭、硅酸鑭、鋁酸鑭、其氮 化物，及其組合。在此提供了用于氣體輸送組件的方法和裝置。該氣體輸送組件可通過(guò)具有擴(kuò)大的 非圓形截面并且非必須地與外部加熱器相連的氣體導(dǎo)管有益地提供減少的焦耳-湯姆遜 冷卻。氣體導(dǎo)管的定向使得各導(dǎo)管的縱軸與氣體入口漏斗的中心軸交叉，這可有益地減少 氣體入口漏斗中的渦旋形成。盡管前面描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他以及進(jìn)一步的實(shí)施 方式而不背離其基本范圍。
權(quán)利要求
1.一種氣體輸送組件，包括具有第一容積的氣體入口漏斗；以及氣體導(dǎo)管，該氣體導(dǎo)管具有接收氣體的入口和促使氣體流出該氣體導(dǎo)管并進(jìn)入第一容 積的出口，其中該氣體導(dǎo)管具有小于第一容積的第二容積，以及從最接近入口的第一截面 向最接近出口的第二截面增大的截面，其中該第二截面是非圓形的。
2.權(quán)利要求1的氣體輸送組件，其中所述氣體導(dǎo)管具有與氣體入口漏斗的中心軸交叉 的縱軸。
3.權(quán)利要求2的氣體輸送組件，進(jìn)一步包括兩個(gè)氣體導(dǎo)管，其中所述兩個(gè)氣體導(dǎo)管具有徑向相對(duì)的縱軸。
4.權(quán)利要求1或2的氣體輸送組件，進(jìn)一步包括兩個(gè)氣體導(dǎo)管，其中所述兩個(gè)氣體導(dǎo)管具有垂直的縱軸。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的氣體輸送組件，其中各氣體導(dǎo)管具有與氣體入口漏斗的中 心軸相垂直的縱軸。
6.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的氣體輸送組件，其中各氣體導(dǎo)管具有與氣體入口漏斗的中 心軸成角度設(shè)置的縱軸。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的氣體輸送組件，進(jìn)一步包括與各氣體導(dǎo)管相連的加熱器，用于加熱流經(jīng)各氣體導(dǎo)管的氣體。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的氣體輸送組件，其中所述氣體入口漏斗具有在氣體流方向 上沿至少一部分中心軸增大的截面。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的氣體輸送組件，其中各氣體導(dǎo)管的出口與入口的截面面積 比為約3 1或更大。
10.一種處理基板的裝置，包括 具有內(nèi)容積的工藝腔室；以及如前述任一權(quán)利要求所限定的氣體輸送組件，該氣體輸送組件與工藝腔室相連以將工 藝氣體輸送至內(nèi)容積中。
11.一種處理基板的方法，包括使工藝氣體流經(jīng)一或多個(gè)第一容積進(jìn)入比各第一容積更大的第二容積，其中各第一 容積具有在流動(dòng)方向上沿縱軸從第一截面向第二截面增大的截面，其中第二截面是非圓形 的；以及將工藝氣體通過(guò)第二容積輸送至基板。
12.權(quán)利要求19的方法，其中各第一容積的縱軸與第二容積的中心軸對(duì)齊。
13.權(quán)利要求11-12中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括使來(lái)自至少兩個(gè)第一容積的工藝氣體流動(dòng)，其中所述至少兩個(gè)第一容積具有徑向相對(duì) 的縱軸。
14.權(quán)利要求11-12中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括使來(lái)自至少兩個(gè)第一容積的工藝氣體流動(dòng)，其中所述至少兩個(gè)第一容積具有垂直的縱軸ο
15.權(quán)利要求11-14中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括 加熱流經(jīng)各第一容積的工藝氣體。
全文摘要
在此提供了用于氣體輸送組件的方法和裝置。在一些實(shí)施方式中，氣體輸送組件包括具有第一容積的氣體入口漏斗；以及氣體導(dǎo)管，該氣體導(dǎo)管具有接收氣體的入口和促使氣體流出該氣體導(dǎo)管并進(jìn)入第一容積的出口，其中該氣體導(dǎo)管具有小于第一容積的第二容積，以及從最接近入口的第一截面向最接近出口的第二截面增大的截面，其中該第二截面是非圓形的。在一些實(shí)施方式中，各導(dǎo)管具有與氣體入口漏斗的中心軸交叉的縱軸。
文檔編號(hào)H01L21/00GK102132381SQ200980132544
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者凱達(dá)爾納什·桑格姆, 安哈·N·阮 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司