用于原子層沉積的渦流室蓋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的實(shí)施方式是關(guān)于在原子層沉積工藝期間沉積材料至襯底上的設(shè)備和方法。在一實(shí)施方式中，提供用于處理襯底的處理室，其包括含有置中設(shè)置的氣體分配道的室蓋組件，其中氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細(xì)，氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細(xì)。室蓋組件還包含從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件的周圍部分的錐形底面，其中錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底，且二導(dǎo)管耦接至氣體分配道的匯流部的氣體入口并設(shè)置以提供遍及氣體分配道的環(huán)形氣流。
【專利說明】用于原子層沉積的渦流室蓋
[0001]本申請(qǐng)是以PCT國際申請(qǐng)日為2007年10月24日的中國申請(qǐng)?zhí)枮?00780039651.X并且發(fā)明名稱為“用于原子層沉積的渦流室蓋”的發(fā)明專利申請(qǐng)為母案的、分案申請(qǐng)日為2012年2月13日的申請(qǐng)?zhí)枮?01210033178.7并且發(fā)明名稱為“用于原子層沉積的渦流室蓋”的分案申請(qǐng)為基礎(chǔ)再次提出的分案申請(qǐng)。
[0002] 發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式大體上涉及用于原子層沉積的設(shè)備和方法。更特別地，本發(fā)明的實(shí)施方式涉及用于原子層沉積的改良的氣體輸送設(shè)備和方法。
[0004] 相關(guān)技術(shù)說明
[0005]可靠地生產(chǎn)亞微米和更小特征(feature)為制造下世代超大規(guī)模集成電路(VLSI)與超特大規(guī)模集成電路(ULSI)半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵技術(shù)之一。然而，隨著電路技術(shù)推向極限，VLSI與ULSI技術(shù)的縮小的互聯(lián)結(jié)構(gòu)(interconnect)尺寸還需具備額外的處理能力。位于技術(shù)核心的多層互聯(lián)結(jié)構(gòu)需精確處理高深寬比的特征，例如通孔(via)或其它互聯(lián)?？煽康匦纬蛇@些互聯(lián)對(duì)完成VLSI與ULSI以及對(duì)不斷增加電路密度和各襯底質(zhì)量是很重要的。
[0006]隨著電路密度增加，諸如通孔、溝槽、接點(diǎn)、和其它特征等互聯(lián)結(jié)構(gòu)及所述互連結(jié)構(gòu)之間的介電材料的寬度將縮小成45nm至32nm，而介電層的厚度基本上仍維持不變，如此會(huì)提高特征的深寬比。許多傳統(tǒng)沉積技術(shù)難以填充深寬比超過4:1，尤其是深寬比超過10:1的亞微米結(jié)構(gòu)。故尚需持續(xù)努力形成基本上無孔洞和無縫的高深寬比的亞微米特征。
[0007]原子層沉積(ALD)為嘗試用于在高深寬比的特征上沉積材料層的沉積技術(shù)。ALD工藝的一例子包括相繼脈沖引入氣體。例如，相繼脈沖引入氣體的一個(gè)循環(huán)過程可包含脈沖引入第一反應(yīng)氣體、接著脈沖引入凈化氣體(purge gas)和/或使用真空泵、然后脈沖引入第二反應(yīng)氣體、接著脈沖引入凈化氣體和/或使用真空泵。本文所用的術(shù)語“氣體”定義為包括單一氣體或多種氣體。相繼脈沖引入單獨(dú)的第一反應(yīng)氣體和第二反應(yīng)氣體可能造成襯底表面的反應(yīng)物單層輪流自限吸收，以致每一循環(huán)過程形成材料單層?？芍貜?fù)進(jìn)行循環(huán)過程直到沉積材料達(dá)預(yù)定厚度。脈沖引入第一反應(yīng)氣體與脈沖引入第二反應(yīng)氣體之間的脈沖引入凈化氣體和/或使用真空泵可減少殘留腔室的過量反應(yīng)物產(chǎn)生氣相反應(yīng)。
[0008]因此，需要用來在ALD工藝期間沉積材料膜的設(shè)備和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及在原子層沉積(ALD)工藝期間均勻沉積材料至襯底上的設(shè)備和方法。沉積材料的高度均勻性可歸功于襯底接觸到呈環(huán)形氣流圖案(如渦流圖案)的沉積氣體。在一實(shí)施方式中，處理室包括室蓋組件，該室蓋組件包含置中的擴(kuò)大通道和從擴(kuò)大通道往室蓋組件周圍部分逐漸變細(xì)的錐形底面。錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底承接面。另一腔室實(shí)施方式包括室蓋組件，該室蓋組件包含置中且具匯流道與分流道的氣體分配道。又一腔室實(shí)施方式包括室蓋組件，該室蓋組件包含至少兩個(gè)圍繞擴(kuò)大通道的氣體通路。多個(gè)入口由自各氣體通路延伸進(jìn)入擴(kuò)大通道，并且所述多個(gè)入口設(shè)置為提供遍及擴(kuò)大通道的環(huán)形氣流圖案。
[0010]在一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于處理襯底的腔室，所述腔室包括一包含襯底承接面的襯底支撐件和室蓋組件。室蓋組件在室蓋組件的中間部分包含氣體分配道和錐形底面，其中氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細(xì)，而氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細(xì)，錐形底面從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件的周圍部分，且錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上襯底承接面，室蓋組件還包括第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管，第一導(dǎo)管耦接至氣體分配道匯流部?jī)?nèi)的第一氣體入口，第二導(dǎo)管耦接至氣體分配道匯流部?jī)?nèi)的第二氣體入口，其中第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管設(shè)置為提供遍及氣體分配道的環(huán)形氣流圖案。
[0011]在一實(shí)例中，第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管獨(dú)立地設(shè)置以引導(dǎo)氣體分配道匯流部的內(nèi)面處的氣體。環(huán)形氣流圖案包含的流動(dòng)圖案有渦流、螺旋、盤旋、卷曲、扭曲、卷繞、漩渦、它們的衍生圖案或它們的組合圖案。在一些實(shí)例中，環(huán)形氣流圖案圍繞著氣體分配道的中心軸擴(kuò)展至少約I圈，較佳為圍繞著氣體分配道的中心軸擴(kuò)展約1.5圈、約2圈、約3圈、約4圈、或更多圈。
[0012]在一些實(shí)施方式中，第一閥耦接第一導(dǎo)管而第二閥耦接第二導(dǎo)管，第一氣體源與第一閥為流體連通，而第二氣體源與第二閥為流體連通。第一閥和第二閥可使原子層沉積工藝的脈沖時(shí)間為約2秒或更少，例如在約0.05秒至約0.5秒的范圍內(nèi)。在其它實(shí)例中，第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管各自獨(dú)立地以自氣體分配道的中心軸O度以上的角度設(shè)置以獲得環(huán)形氣流。
[0013]在一實(shí)例中，處理室可包含體積為約3000cm3或更小的反應(yīng)區(qū)，其中反應(yīng)區(qū)位于錐形底面與襯底承接面之間。其它實(shí)例提供了體積可為約1500cm3或更小，例如約600cm3或更小。
[0014]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于處理襯底的腔室，所述腔室包括室蓋組件，該室蓋組件包含位于室蓋組件的中間部分的氣體分配道、第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管、第一閥和第二閥，其中氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細(xì)而氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細(xì)，第一導(dǎo)管耦接至氣體分配道匯流部?jī)?nèi)的第一氣體入口，第二導(dǎo)管耦接至氣體分配道匯流部?jī)?nèi)的第二氣體入口，其中第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管設(shè)置為提供氣流圖案，第一閥耦接第一導(dǎo)管而第二閥耦接第二導(dǎo)管，其中第一閥和第二閥可使原子層沉積工藝的脈沖時(shí)間為約2秒或更少。
[0015]在一實(shí)例中，室蓋組件還包括從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件周圍部分的錐形底面。錐形底面可經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底承接面。在其它實(shí)例中，第一氣體源可與第一閥為流體連通，而第二氣體源可與第二閥為流體連通，且第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管各自獨(dú)立地設(shè)置以引導(dǎo)氣體分配道匯流部的內(nèi)面處的氣體。環(huán)形氣流圖案包含的流動(dòng)圖案為渦流、螺旋、盤旋、卷曲、扭曲、卷繞、漩渦、它們的衍生圖案或它們的組合圖案。在其它實(shí)施例中，擴(kuò)大通道內(nèi)面的平均表面粗糙度沿著貫穿擴(kuò)大通道的中心軸(例如自延伸入擴(kuò)大通道的多個(gè)第二入口朝襯底支撐件)增加。
[0016]在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種沉積材料至襯底上的方法，所述方法包括將襯底放置于處理室內(nèi)的襯底支撐件上，該處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含位于室蓋組件中間部分的氣體分配道、錐形底面、第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管，其中氣體分配道的匯流部往氣體分配道的中心軸逐漸變細(xì)而氣體分配道的分流部則背離中心軸逐漸變細(xì)，錐形底面從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件周圍部分，其中錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋襯底，第一導(dǎo)管耦接至氣體分配道匯流部?jī)?nèi)的第一氣體入口，第二導(dǎo)管耦接至氣體分配道匯流部?jī)?nèi)的第二氣體入口，其中第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管設(shè)置以提供環(huán)形氣流圖案；使至少一載氣流過第一導(dǎo)管與第二導(dǎo)管而形成環(huán)形流動(dòng)氣體；將襯底暴露于環(huán)形流動(dòng)氣體；脈沖引入至少一前驅(qū)物至環(huán)形流動(dòng)氣體中；以及將包含至少一種源自至少一前驅(qū)物的元素的材料沉積至襯底上。
[0017]在又一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于處理襯底的腔室，所述腔室包括一室蓋組件，該室蓋組件包含沿著中心軸延伸并位于室蓋組件中間部分的擴(kuò)大通道，從擴(kuò)大通道延伸至室蓋組件周圍部分的錐形底面，其中錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底承接面。室蓋組件還包括:耦接至第一氣體通路的第一導(dǎo)管，第一氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道且包含多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第一入口 ；以及耦接至第二氣體通路的第二導(dǎo)管，第二氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道且包含多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第二入口，其中多個(gè)第一入口和多個(gè)第二入口設(shè)置為提供遍及擴(kuò)大通道的環(huán)形氣流圖案。
[0018]在一實(shí)例中，第一氣體通路可設(shè)置在第二氣體通路的正上方，且第一氣體通路和第二氣體通路均繞行擴(kuò)大通道的上部。多個(gè)第一入口和多個(gè)第二入口可各自獨(dú)立地設(shè)置以引導(dǎo)擴(kuò)大通道內(nèi)面處的氣體。環(huán)形氣流圖案包含的流動(dòng)圖案有渦流、螺旋、盤旋、卷曲、扭曲、卷繞、漩渦、它們的衍生圖案或它們的組合圖案。在其它實(shí)例中，第一閥可耦接至第一導(dǎo)管而第二閥可耦接至第二導(dǎo)管，第一氣體源與第一閥為流體連通，而第二氣體源與第二閥為流體連通。第一閥和第二閥可使原子層沉積工藝的脈沖時(shí)間為約2秒或更短，例如約I秒或更短、或在約0.05秒至約0.5秒的范圍。
[0019]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于處理襯底的腔室，所述腔室包括一室蓋組件，且室蓋組件包含沿著中心軸延伸并位于室蓋組件中間部分的擴(kuò)大通道、第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管、第一閥以及第二閥，第一導(dǎo)管耦接至第一氣體通路，其中第一氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道且包含多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第一入口，第二導(dǎo)管耦接至第二氣體通路，其中第二氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道且包含多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第二入口，而且多個(gè)第一入口和多個(gè)第二入口設(shè)置為提供遍及擴(kuò)大通道的環(huán)形氣流圖案，以及第一閥耦接至第一導(dǎo)管而第二閥耦接至第二導(dǎo)管，其中第一閥和第二閥可使原子層沉積工藝的脈沖時(shí)間為約2秒或更短，例如約I秒或更短、或在約0.05秒至約0.5秒的范圍。
[0020]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種沉積材料至襯底上的方法，所述方法包括放置襯底于處理室內(nèi)的襯底支撐件上，且處理室包含室蓋組件，其中室蓋組件包含沿著中心軸延伸并位于室蓋組件中間部分的擴(kuò)大通道、錐形底面、第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管，錐形底面從擴(kuò)大通道延伸至室蓋組件周圍部分，其中錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底承接面，第一導(dǎo)管耦接至第一氣體通路，其中第一氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道且包含多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第一入口，第二導(dǎo)管耦接至第二氣體通路，其中第二氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道且包含多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第二入口，而且多個(gè)第一入口和多個(gè)第二入口設(shè)置為提供遍及擴(kuò)大通道的環(huán)形氣流圖案；使至少一載氣流過多個(gè)第一入口或多個(gè)第二入口而形成環(huán)形流動(dòng)氣體；將襯底暴露于環(huán)形流動(dòng)氣體；脈沖引入至少一前驅(qū)物至環(huán)形流動(dòng)氣體中；以及將包含至少一種源自至少一前驅(qū)物的元素的材料沉積至襯底上。
[0021]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于處理襯底的腔室，所述腔室包括一室蓋組件，該室蓋組件包含位于室蓋組件中間部分的擴(kuò)大通道、錐形底面、第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管，其中擴(kuò)大通道的上部沿基本上平行擴(kuò)大通道的中心軸延伸，而擴(kuò)大通道的展開部則背離中心軸逐漸變細(xì)，擴(kuò)大通道的上部?jī)?nèi)面具有比擴(kuò)大通道的展開部?jī)?nèi)面的平均表面粗糙度低更低的平均表面粗糙度，錐形底面從擴(kuò)大通道的展開部延伸至室蓋組件周圍部分，其中錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底承接面，第一導(dǎo)管耦接至擴(kuò)大通道上部的第一氣體入口，第二導(dǎo)管耦接至擴(kuò)大通道上部的第二氣體入口，其中第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管設(shè)置為提供遍及擴(kuò)大通道環(huán)形氣流圖案。
[0022]在其它實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于處理襯底的腔室，所述腔室包括一室蓋組件，且室蓋組件包含位于室蓋組件中間部分的擴(kuò)大通道、第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管、第一閥以及第二閥，其中擴(kuò)大通道的上部沿基本上平行擴(kuò)大通道的中心軸延伸，而擴(kuò)大通道的展開部則背離中心軸逐漸變細(xì)，第一導(dǎo)管耦接至擴(kuò)大通道上部的第一氣體入口，第二導(dǎo)管耦接至擴(kuò)大通道上部的第二氣體入口，其中第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管設(shè)置為提供環(huán)形氣流圖案，以及第一閥耦接至第一導(dǎo)管而第二閥耦接至第二導(dǎo)管，其中第一閥和第二閥可使原子層沉積工藝的脈沖時(shí)間為約2秒或更短。室蓋組件還包含從擴(kuò)大通道的展開部延伸至室蓋組件周圍部分的錐形底面。
[0023]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種沉積材料至襯底上的方法，所述方法包括將襯底放置于處理室內(nèi)的襯底支撐件上，該處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含位于室蓋組件中間部分的擴(kuò)大通道、錐形底面、第一導(dǎo)管、第二導(dǎo)管，擴(kuò)大通道的上部沿基本上平行擴(kuò)大通道的中心軸延伸，而擴(kuò)大通道的展開部則背離中心軸逐漸變細(xì)，錐形底面從擴(kuò)大通道的展開部延伸至室蓋組件周圍部分，其中錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底，第一導(dǎo)管耦接至擴(kuò)大通道上部的第一氣體入口，第二導(dǎo)管耦接至擴(kuò)大通道上部的第二氣體入口，其中第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管設(shè)置為提供環(huán)形氣流圖案；使至少一載氣流過第一與第二導(dǎo)管而形成環(huán)形流動(dòng)氣體；將襯底暴露于環(huán)形流動(dòng)氣體；脈沖引入至少一前驅(qū)物至環(huán)形流動(dòng)氣體中；以及將包含至少一種源自至少一前驅(qū)物的元素的材料沉積至襯底上。環(huán)形氣流圖案包含的流動(dòng)圖案有渦流、螺旋、盤旋、卷曲、扭曲、卷繞、漩渦、它們的衍生圖案或它們的組合圖案。
[0024]在一些實(shí)例中，第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管可各自獨(dú)立地設(shè)置以引導(dǎo)氣體分配道的匯流部的內(nèi)面處的氣體。故第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管可各自獨(dú)立地以離開氣體分配道的中心軸一角度(例如大于O度)設(shè)置?；蛘?，多個(gè)第一入口和多個(gè)第二入口可各自獨(dú)立設(shè)置以引導(dǎo)擴(kuò)大通道內(nèi)面處的氣體。故多個(gè)第一入口和多個(gè)第二入口可各自獨(dú)立地以離開氣體分配道的中心軸一角度(例如大于O度)設(shè)置。環(huán)形氣流圖案可包含流動(dòng)圖案,例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、卷曲圖案、扭曲圖案、卷繞圖案、漩渦圖案、或它們的衍生圖案。環(huán)形氣流圖案可圍繞著氣體分配道或擴(kuò)大通道的中心軸擴(kuò)展至少約1.5圈，優(yōu)選約2圈，更優(yōu)選約3圈，以及更優(yōu)選約4圈。在其它實(shí)例中，處理室可包含位于錐形底面與襯底承接面間的反應(yīng)區(qū)。反應(yīng)區(qū)的體積可為約3000cm3或更小。在一實(shí)例中，體積為約1500cm3或更小。在另一實(shí)例中，體積為約600cm3或更小?？赏ㄟ^側(cè)向放置襯底支撐件來調(diào)整體積。
[0025]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種沉積材料至襯底上的方法，所述方法包括將襯底放置于處理室內(nèi)的襯底支撐件上，該處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含位于室蓋組件中間部分的氣體分配道。氣體分配道包含往氣體分配道中心軸逐漸變細(xì)的匯流部和背離中心軸逐漸變細(xì)的分流部。室蓋組件還包含從氣體分配道的分流部延伸至室蓋組件周圍部分的錐形底面。錐形底面可經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底。另外，室蓋組件還可包含耦接至氣體分配道匯流部的第一氣體入口的第一導(dǎo)管和耦接至氣體分配道匯流部的第二氣體入口的第二導(dǎo)管。第一導(dǎo)管和第二導(dǎo)管可設(shè)置為提供環(huán)形氣流圖案。
[0026]上述方法還包含經(jīng)由第一與第二導(dǎo)管流入至少一載氣而形成環(huán)形流動(dòng)氣體；將襯底暴露于環(huán)形流動(dòng)氣體；脈沖引入至少一前驅(qū)物至環(huán)形流動(dòng)氣體中；以及將包含至少一種源自至少一前驅(qū)物的元素的材料沉積至襯底上。在一實(shí)例中，將至少兩種化學(xué)前驅(qū)物在原子層沉積工藝期間相繼脈沖引進(jìn)環(huán)形流動(dòng)氣體中。在另一實(shí)例中，將至少三種化學(xué)前驅(qū)物在原子層沉積工藝期間相繼脈沖引進(jìn)環(huán)形流動(dòng)氣體中。
[0027]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種沉積材料至襯底上的方法，所述方法包括將襯底放置于處理室內(nèi)的襯底支撐件上，該處理室包含室體與室蓋組件，其中室蓋組件包含沿著中心軸延伸并位于室蓋組件中間部分的擴(kuò)大通道。室蓋組件還可包含從擴(kuò)大通道延伸至室蓋組件周圍部分的錐形底面，其中錐形底面經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋住襯底承接面。另外，室蓋組件還可包含耦接至第一氣體通路的第一導(dǎo)管，且第一氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道并含有多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第一入口，以及耦接至第二氣體通路的第二導(dǎo)管，其中第二氣體通路環(huán)繞擴(kuò)大通道并含有多個(gè)延伸入擴(kuò)大通道的第二入口，多個(gè)第一入口和多個(gè)第二入口設(shè)置為提供遍及擴(kuò)大通道的環(huán)形氣流圖案。
[0028]上述方法還包含使至少一載氣流過多個(gè)第一入口或多個(gè)第二入口而形成環(huán)形流動(dòng)氣體；將襯底暴露于環(huán)形流動(dòng)氣體；脈沖引入至少一前驅(qū)物至環(huán)形流動(dòng)氣體中；以及將包含至少一種源自至少一前驅(qū)物的元素的材料沉積至襯底上。在一實(shí)例中，將至少兩種化學(xué)前驅(qū)物在原子層沉積工藝期間相繼脈沖引進(jìn)環(huán)形流動(dòng)氣體中。在另一實(shí)例中，將至少三種化學(xué)前驅(qū)物在原子層沉積工藝期間相繼脈沖引進(jìn)環(huán)形流動(dòng)氣體中。
[0029]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種在襯底結(jié)構(gòu)上沉積材料層的方法，所述方法包括經(jīng)由第一氣體導(dǎo)管輸送第一反應(yīng)氣體與第一凈化氣體，其中第一反應(yīng)氣體以脈沖提供，而第一凈化氣體則以連續(xù)流提供。該方法還包含經(jīng)由第二氣體導(dǎo)管輸送第二反應(yīng)氣體與第二凈化氣體，其中第二反應(yīng)氣體以脈沖提供，而第二凈化氣體則以連續(xù)流提供。
[0030]在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種在襯底結(jié)構(gòu)上沉積材料層的方法，所述方法包括輸送氣體至襯底處理室內(nèi)的襯底，這包括提供一或多種氣體至襯底處理室內(nèi)；透過非絕熱膨脹降低氣體速度；提供該氣體至襯底的中間部分；以及引導(dǎo)該氣體從襯底的中間部分徑向越過襯底而抵襯底的周圍部分。
[0031]附圖簡(jiǎn)要說明
[0032]通過參考說明所附附圖的本發(fā)明的實(shí)施方式，對(duì)上面簡(jiǎn)述的本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，從而可獲得并且可以詳細(xì)理解本發(fā)明的上面引述的特征的方式。
[0033]須注意的是，雖然附圖公開了本發(fā)明典型的實(shí)施方式，但所述實(shí)施方式并非用以限定本發(fā)明的范圍，可對(duì)本發(fā)明作出其他等效的實(shí)施方式。
[0034]圖1繪示根據(jù)一實(shí)施方式的處理室的截面視圖，所述處理室包括用于原子層沉積的氣體輸送設(shè)備；
[0035]圖2繪示圖1的室蓋的擴(kuò)大通道的上剖面視圖；
[0036]圖3繪示圖1的室蓋的擴(kuò)大通道的截面視圖；
[0037]圖4繪示氣體在襯底表面與圖1的室蓋底面間的兩不同位置的流動(dòng)的橫截面示意圖；
[0038]圖5繪示根據(jù)一實(shí)施方式的用來接收單一氣流的擴(kuò)大通道的上剖面視圖；
[0039]圖6繪示根據(jù)一實(shí)施方式的用來接收三種氣流的擴(kuò)大通道的上剖面視圖；
[0040]圖7繪示根據(jù)另一實(shí)施方式的處理室的截面視圖，所述處理室包括用于原子層沉積的氣體輸送設(shè)備；
[0041]圖8繪示根據(jù)又一實(shí)施方式的處理室的截面視圖，所述處理室包括用于原子層沉積的氣體輸送設(shè)備；
[0042]圖9A-9B繪示根據(jù)其它實(shí)施方式的室蓋阻氣門的截面視圖；
[0043]圖10A-10F繪示根據(jù)另一實(shí)施方式的用于原子層沉積的處理室室蓋組件的截面視圖；
[0044]圖11A-11C繪示根據(jù)另一實(shí)施方式的處理室的截面視圖，所述處理室包括蓋組件和用于原子層沉積的氣體輸送設(shè)備；
[0045]圖12A-12E繪示根據(jù)另一實(shí)施方式的用于原子層沉積的處理室室蓋組件的示意圖；
[0046]圖13A-13C繪示根據(jù)所述實(shí)施方式的圖12A-12E的處理室室蓋組件的其它示意圖；
[0047]圖14A-14C繪示根據(jù)一實(shí)施方式的氣體注入組件和圖12A-13C處理室室蓋組件內(nèi)的氣流圖案的示意圖；
[0048]圖15A-15C繪示根據(jù)又一實(shí)施方式的處理室的截面示意圖，所述處理室包括蓋組件和用于原子層沉積的氣體輸送設(shè)備；
[0049]圖16A-16E繪示根據(jù)又一實(shí)施方式的用于原子層沉積的處理室室蓋組件的示意圖；
[0050]圖17A-17D繪示根據(jù)又一實(shí)施方式的處理室的截面示意圖，所述處理室包括蓋組件和用于原子層沉積的氣體輸送設(shè)備；以及
[0051]圖18A-18H繪示根據(jù)可替代的實(shí)施方式的用于原子層沉積的室蓋罩蓋的示意圖。
[0052]實(shí)施方式
[0053]本發(fā)明的實(shí)施方式提出可在原子層沉積(ALD)工藝期間沉積材料的設(shè)備和方法。實(shí)施方式包括ALD工藝室和氣體輸送系統(tǒng)，所述氣體輸送系統(tǒng)包含擴(kuò)大通道型上蓋組件、匯流/分流型上蓋組件、多路注入型上蓋組件、或擴(kuò)大罩蓋型上蓋組件。其它實(shí)施方式提供在ALD工藝期間使用這些氣體輸送系統(tǒng)以沉積材料的方法。
[0054]擴(kuò)大通道型上蓋組件
[0055] 圖1繪示處理室200的一實(shí)施方式的截面，所述處理室200包括用于ALD或連續(xù)層沉積的氣體輸送系統(tǒng)230。處理室200包含具側(cè)壁204和底部206的室體202。處理室200的狹縫閥208提供機(jī)械裝置(未示出)進(jìn)出處理室200以傳遞及取回襯底210，例如200mm或300mm的半導(dǎo)體晶片或玻璃襯底。
[0056]襯底支撐件212將襯底210支撐于處理室200中襯底承接面211上。襯底支撐件212安裝至一升降電動(dòng)機(jī)214，用以提高及降低襯底支撐件212和放置在襯底支撐件212上的襯底210。連接至升降電動(dòng)機(jī)218的升降板216設(shè)于處理室200內(nèi)，用以提高及降低可移動(dòng)穿過襯底支撐件212的升降銷220。升降銷220提高及降低襯底支撐件212表面上的襯底210。襯底支撐件212可包括真空吸座(未示出)、靜電吸座(未示出)、或鉗環(huán)(未示出)，以于處理期間將襯底210固定至襯底支撐件212上。
[0057]可加熱襯底支撐件212來加熱放置其上的襯底210。例如，可使用諸如電阻加熱器等的嵌設(shè)型加熱元件(未示出)來加熱襯底支撐件212，或者可使用諸如設(shè)于襯底支撐件212上方的加熱燈的輻射熱(未示出)進(jìn)行加熱。凈化環(huán)222可置于襯底支撐件212上，以界定出凈化通道224而提供凈化氣體至襯底210周圍部分，以免沉積物沉積在襯底210上。
[0058]氣體輸送系統(tǒng)230設(shè)在室體202的上部，用以供給處理室200氣體，例如工藝氣體和/或凈化氣體。真空系統(tǒng)278連接抽吸道279，以將任一預(yù)定氣體排出處理室200外，并協(xié)助維持處理室200的抽吸區(qū)266內(nèi)想要的壓力或維持在想要的壓力范圍。
[0059]在一實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)230包含室蓋組件232。室蓋組件232包括自室蓋組件232中間部分延伸的擴(kuò)大通道234和自擴(kuò)大通道234延伸至室蓋組件232周圍部分的下表面260。下表面260經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋襯底支撐件212上的襯底210。擴(kuò)大通道234具有氣體入口 236a、236b，用以提供來自兩組相似閥242a/252a、242b/252b的氣流，所述氣體入口 236a、236b可一起和/或單獨(dú)提供。
[0060]在一構(gòu)造中，閥242a和閥242b耦接至不同的反應(yīng)氣體源，但優(yōu)選耦接至同一凈化氣體源。例如，閥242a耦接至反應(yīng)氣體源238而閥242b耦接反應(yīng)氣體源239，且兩閥242a、242b均耦接至凈化氣體源240。閥242a、242b各自包括具有閥座組件244a、244b的輸送管線243a、243b，閥252a、252b則各自包括具有閥座組件246a、246b的凈化管線245a、245b。輸送管線243a、243b與反應(yīng)氣體源238、239流體連通，并且與擴(kuò)大通道234的氣體入口 236a、236b流體連通。輸送管線243a、243b的閥座組件244a、244b控制反應(yīng)氣體從反應(yīng)氣體源238、239流向擴(kuò)大通道234。凈化管線245a、245b與凈化氣體源240流體連通，并與輸送管線243a、243b的閥座組件244a、244b下游處的輸送管線243a、243b相交。凈化管線245a、245b的閥座組件246a、246b控制凈化氣體從凈化氣體源240流向擴(kuò)大通道234。若載氣用來輸送來自反應(yīng)氣體源238、239的反應(yīng)氣體，則載氣與凈化氣體最好相同(例如，使用氬氣做為載氣與凈化氣體)。
[0061]閥座組件244a、244b、246a、246b各可包含隔板(未示出)和閥座(未示出)。施加偏壓或加以驅(qū)動(dòng)可打開或關(guān)閉隔板。隔板可為氣動(dòng)式或電動(dòng)式。氣動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司與帕克漢尼汾公司(Park Hannifin Corp.)的Veriflo分部的氣動(dòng)閥。電動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司的電動(dòng)閥。例如，ALD閥可采用Fujikin型號(hào)FPR-UDDFAT-21-6.35-P1-ASN或Fujikin型號(hào)FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT。可程序化的邏輯控制器248a、248b耦接至閥242a、242b，用以控制閥242a、242b的閥座組件244a、244b、246a、246b的隔板的啟動(dòng)。氣動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.020秒。電動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.005秒。電動(dòng)閥一般需使用聯(lián)系于閥與可程序化的邏輯控制器之間的驅(qū)動(dòng)器。
[0062]閥242a、242b分別可為零無效體積(zero dead volume)閥，所述閥可于閥座組件244a,244b關(guān)閉時(shí)，沖洗輸送管線243a、243b的反應(yīng)氣體。例如，凈化管線245a、245b可設(shè)置鄰接輸送管線243a、243b的閥座組件244a、244b。當(dāng)閥座組件244a、244b關(guān)閉時(shí)，凈化管線245a、245b可供應(yīng)凈化氣體來沖洗輸送管線243a、243b。在所示實(shí)施方式中，凈化管線245a、245b略與輸送管線243a、243b的閥座組件244a、244b相隔，如此在閥座組件244a、244b打開時(shí)不會(huì)將凈化氣體直接送入閥座組件244a、244b。在此使用的零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
[0063]各組閥242a/252a、242b/252b可用來提供反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流和/或單獨(dú)氣流。參照閥242a/252a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流的一實(shí)例包括來自凈化氣體源240且流經(jīng)凈化管線245a的連續(xù)凈化氣體，和來自反應(yīng)氣體源238且流經(jīng)輸送管線243a的脈沖反應(yīng)氣體。通過打開凈化管線245a的閥座組件246a的隔板，可連續(xù)供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線243a的閥座組件244a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源238的反應(yīng)氣體。參照閥242a/252a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的單獨(dú)氣流例子包括來自凈化氣體源240且流經(jīng)凈化管線245a的凈化氣體脈沖和來自反應(yīng)氣體源238且流經(jīng)輸送管線243a的反應(yīng)氣體脈沖。通過打開及關(guān)閉凈化管線245a的閥座組件246a的隔板，可脈沖供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線243a的閥座組件244a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源238的反應(yīng)氣體。
[0064]閥242a、242b的輸送管線243a、243b可經(jīng)由氣體導(dǎo)管250a、250b連接到氣體入口236a、236b。氣體導(dǎo)管250a、250b可為閥242a、242b的一體組件或分離組件。在一方面中，閥242a、242b緊鄰擴(kuò)大通道234，如此可減少輸送管線243a、243b和氣體導(dǎo)管250a、250b在閥242a、242b與氣體入口 236a、236b之間不必要的體積。
[0065]參照?qǐng)D3，可將氣體導(dǎo)管250a或250b和氣體入口 236a或236b與擴(kuò)大通道234的縱軸290設(shè)置成任一角度關(guān)系。氣體導(dǎo)管250a或250b和氣體入口 236a、236b優(yōu)選垂直于縱軸290(其中+β、-β =90° )、或使氣體導(dǎo)管250a、250b的中心線302a、302b與縱軸290呈一角度+β或-β 其中0° <+β〈90°或0° <-β<90° )。如圖3所示，氣體導(dǎo)管250a和250b可垂直縱軸290水平設(shè)置、或可向下傾斜+ β角度或可向上傾斜-β角度,使氣體流向擴(kuò)大通道234壁面，而非直接往下流向襯底210，這有助于降低吹落襯底210表面所吸附的反應(yīng)物的可能性。另外，氣體導(dǎo)管250a、250b自閥242a、242b的輸送管線243a、243b往氣體入口 236a、236b的直徑可逐漸增加，以助于在氣體進(jìn)入擴(kuò)大通道234前先減慢氣流速度。例如，氣體導(dǎo)管250a、250b的內(nèi)徑可逐漸增加，或者氣體導(dǎo)管250a、250b可包含多個(gè)內(nèi)徑漸增的相連導(dǎo)管。
[0066]參照?qǐng)D1，擴(kuò)大通道234包含一通道，該通道內(nèi)徑自擴(kuò)大通道234的上部237往該擴(kuò)大通道234鄰接室蓋組件232的下表面260的下部235增加。在一特定實(shí)施方式中，用來處理直徑200mm的襯底的腔室的擴(kuò)大通道234在擴(kuò)大通道234的上部237的內(nèi)徑為約0.2英寸至約1.0英寸，優(yōu)選約0.3英寸至約0.9英寸，更優(yōu)選約0.3英寸至約0.5英寸，該腔室在擴(kuò)大通道234的下部235的內(nèi)徑為約0.5英寸至約3.0英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約2.5英寸，更優(yōu)選約1.1英寸至約2.0英寸。在另一特定實(shí)施方式中，用來處理直徑300mm的襯底的腔室的擴(kuò)大通道234在擴(kuò)大通道234上部237的內(nèi)徑為約0.2英寸至約1.0英寸，優(yōu)選約0.3英寸至約0.9英寸，更優(yōu)選約0.3英寸至約0.5英寸，該腔室在擴(kuò)大通道234下部235的內(nèi)徑為約0.5英寸至約3.0英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約2.5英寸，更優(yōu)選約1.2英寸至約2.2英寸。上述尺寸通常適用于供應(yīng)約500sccm至約3000sccm的總氣體流量的擴(kuò)大通道。在其它特定實(shí)施方式中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，擴(kuò)大通道所需的直徑尺寸越大。在一實(shí)施方式中，擴(kuò)大通道234可構(gòu)形成截短的圓錐(包括類似截短圓錐的形狀)。無論氣體是流向擴(kuò)大通道234壁面、或是直接向下流向襯底210，當(dāng)氣體流經(jīng)擴(kuò)大通道234時(shí)，氣體膨脹將造成氣流速度降低。氣流速度減慢有助于降低吹落襯底210表面所吸附的反應(yīng)物的可能性。
[0067]不期受限于理論，相信擴(kuò)大通道234的直徑自擴(kuò)大通道234的上部237往下部235增加可讓通過擴(kuò)大通道234的氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹，這有助于控制氣體溫度。例如，經(jīng)由氣體入口 236a、236b進(jìn)入擴(kuò)大通道234的氣體突然產(chǎn)生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導(dǎo)致氣體凝結(jié)而形成液滴。另一方面，相信本發(fā)明實(shí)施方式的漸增擴(kuò)大通道234可使氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故通過控制氣體的周圍部分溫度(即控制室蓋組件232的溫度)，更易控制氣體溫度。漸增擴(kuò)大通道234可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面，例如逐漸變細(xì)的平面、凹面、凸面、或它們的組合，或者可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面的片段(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
[0068]在一實(shí)施方式中，氣體入口 236a、236b鄰近擴(kuò)大通道234的上部237。在其它實(shí)施方式中，一或多個(gè)氣體入口 236a、236b可沿著擴(kuò)大通道234的全長(zhǎng)設(shè)于上部237與下部235之間。
[0069]圖2繪示圖1室蓋組件232的擴(kuò)大通道234的一實(shí)施方式的上剖面。氣體導(dǎo)管250a或250b的中心線302a、302b分別與通過擴(kuò)大通道234中心的輻徑線304夾一角度α。氣體進(jìn)入氣體導(dǎo)管250a、250b的入口優(yōu)選以傾角a (即，當(dāng)α >0° )設(shè)置，使得氣體依箭頭310a和310b所指的環(huán)形方向流動(dòng)。以傾角α供應(yīng)氣體而不直接流向擴(kuò)大通道壁面(即，α =0° )有助于形成層流而非紊流通過擴(kuò)大通道234。相信層流通過擴(kuò)大通道234有利于清除擴(kuò)大通道234的內(nèi)面和室蓋組件232的其它表面。相較之下，紊流不能均勻地流過擴(kuò)大通道234的內(nèi)面和其它表面，并且可能含有氣流無法抵達(dá)的死角。在一方面中，氣體導(dǎo)管250a、250b和對(duì)應(yīng)的氣體入口 236a、236b彼此間隔隔開，并以同一環(huán)形方向(即順時(shí)鐘或逆時(shí)鐘)引導(dǎo)氣流。
[0070]不期受限于理論，圖3為室蓋組件232的擴(kuò)大通道234的截面圖，該截面圖簡(jiǎn)示兩種氣體流經(jīng)所述擴(kuò)大通道234中。雖然不能確切知道通過擴(kuò)大通道234的流動(dòng)圖案，相信環(huán)形流動(dòng)310(圖2的箭頭310a和310b)可采用環(huán)形流動(dòng)圖案而如箭頭402a、402b(以下稱為”渦流”流動(dòng)402)所示流過擴(kuò)大通道234，所述環(huán)形流動(dòng)圖案例如為渦流流動(dòng)、螺旋流動(dòng)、盤旋流動(dòng)、打旋流動(dòng)、快旋流動(dòng)、扭曲流動(dòng)、卷繞流動(dòng)、曲折流動(dòng)、卷曲流動(dòng)、漩渦流動(dòng)、它們的衍生流動(dòng)或它們的組合流動(dòng)，。
[0071]如圖3所示，環(huán)形流動(dòng)形成于”處理區(qū)”、而非隔開襯底210的空間。在一方面中，因渦流流動(dòng)圖案掃掠擴(kuò)大通道234的整個(gè)內(nèi)面，故渦流流動(dòng)有助于更有效地排空擴(kuò)大通道234。
[0072] 在一實(shí)施方式中，當(dāng)不預(yù)期以盤旋流動(dòng)越過襯底210表面時(shí)，氣體入口 236a、236b與襯底210間的距離410足以讓渦流流動(dòng)402向下消散流動(dòng)，如箭頭404所示。相信渦流流動(dòng)402和向下流動(dòng)404是以層流方式行進(jìn)，如此可有效清除室蓋組件232和襯底210的表面。在一特定實(shí)施方式中，擴(kuò)大通道234上部237與襯底210間的距離410為約3英寸至約8英寸，優(yōu)選約3.5英寸至約7英寸，更優(yōu)選約4英寸至約6英寸，例如約5英寸。
[0073]參照?qǐng)D1，至少一部分的室蓋組件232下表面260自擴(kuò)大通道234往室蓋組件232周圍部分逐漸變細(xì)，以幫助提供氣體從擴(kuò)大通道234流過襯底210表面(即，從襯底中心到襯底周邊)的改善的速度波形。下表面260可包含一或多個(gè)錐形面，例如平面、凹面、凸面、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，下表面260為逐漸變細(xì)的漏斗狀。
[0074]不期受限于理論，圖4繪示了氣體在室蓋組件232下表面260與襯底210表面之間的兩個(gè)不同位置502、504的流動(dòng)。某一位置的氣流速度理論上以下式表示:
[0075](1)Q/A = V
[0076]其中，” Q”代表氣體流量，” A”為流動(dòng)截面面積，” V”代表氣體速度。氣體速度反比于流動(dòng)截面的面積”A” (HX 2 π R)，其中”H”為流動(dòng)截面的高度而2 π R代表半徑為”R”的流動(dòng)截面的周長(zhǎng)。換言之，氣體速度反比于流動(dòng)截面的高度”H”和流動(dòng)截面的半徑” R”。
[0077]比較位置502和位置504的流動(dòng)截面的速度，假設(shè)氣體流量” Q”在室蓋組件232下表面260與襯底210表面間的所有位置皆相等，若流動(dòng)截面的面積”Α”一樣大，則氣流速度理論上也相同。若位置502和位置504的流動(dòng)截面的面積一樣大，則位置502的高度H1應(yīng)大于位置504的高度H2。
[0078]在一方面中，下表面260向下傾斜以幫助減少氣流行經(jīng)室蓋組件232下表面260與襯底210之間的速度差異，進(jìn)而使襯底210表面均勻接觸反應(yīng)氣體。在一實(shí)施方式中，室蓋組件232向下傾斜的下表面260與襯底210表面間的流動(dòng)截面,所述截面的最大面積與最小面積的比例小于約2，優(yōu)選小于約1.5，更優(yōu)選小于約1.3，最優(yōu)選約I。
[0079]不期受限于理論，相信氣流以更均一的速度越過襯底210表面可使氣體更均勻地沉積于襯底210上。相信氣流速度正比于氣體濃度，因此正比于氣體沉積于襯底210表面的速率。故氣流速度較快的襯底210第一表面區(qū)域相對(duì)于襯底210第二表面區(qū)域，第一區(qū)域有更快的氣體沉積速率。相信具向下傾斜下表面260的室蓋組件232可供氣體更均勻地沉積于整個(gè)襯底210表面，這是因?yàn)橄蛳聝A斜的下表面260產(chǎn)生了更均一的速度，故氣體遍布襯底210表面的濃度更均勻。
[0080]圖1繪示位于鄰近襯底210周邊的室蓋組件232周圍部分的阻氣門(choke) 262。當(dāng)室蓋組件232組裝為在襯底210四周構(gòu)成處理區(qū)時(shí)，阻氣門262包含任一限制氣體流過襯底210周邊附近區(qū)域的元件。圖9A繪示阻氣門262的一實(shí)施方式的截面。在此實(shí)施方式中，阻氣門262包含周圍橫側(cè)部267。在一方面中，凈化環(huán)222用來引導(dǎo)凈化氣體流向阻氣門262的橫側(cè)部267。圖9B繪示阻氣門262的另一實(shí)施方式的截面。在此實(shí)施方式中，阻氣門262包含周圍向下延伸的突出部268。在一方面中，凈化環(huán)222可用來引導(dǎo)凈化氣體流向周圍部分向下延伸的突出部268。在一特定實(shí)施方式中，向下延伸的突出部268的厚度為約0.01英寸至約1.0英寸，優(yōu)選約0.01英寸至約0.5英寸。
[0081]在一特定實(shí)施方式中，阻氣門262與襯底支撐件212的間距為約0.04英寸至約
2.0英寸，優(yōu)選約0.04英寸至約0.2英寸。間距可依輸送氣體和沉積工藝條件改變。利用阻氣門262隔開反應(yīng)區(qū)264和抽吸區(qū)266 (圖1)的壓力不均勻分布區(qū)，可使室蓋組件232與襯底210間所界定的體積或反應(yīng)區(qū)264內(nèi)的壓力分布更均勻。
[0082]參照?qǐng)D1，在一方面中，由于反應(yīng)區(qū)264和抽吸區(qū)266已經(jīng)隔開，因此反應(yīng)氣體或凈化氣體只需適度填充反應(yīng)區(qū)264，讓襯底210充分接觸反應(yīng)氣體或凈化氣體。在傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積中，現(xiàn)有技術(shù)腔室需同時(shí)且均勻供應(yīng)反應(yīng)氣體的結(jié)合氣流至整個(gè)襯底表面，以確保反應(yīng)氣體均勻地在整個(gè)襯底表面互相反應(yīng)。在原子層沉積中，處理室200相繼引進(jìn)反應(yīng)氣體至襯底210表面，使反應(yīng)物薄層交替吸附于襯底210表面。故原子層沉積不需反應(yīng)氣體同時(shí)抵達(dá)襯底210表面，反而需供應(yīng)足量的反應(yīng)氣體使反應(yīng)物薄層吸附于襯底210表面。
[0083]因反應(yīng)區(qū)264的體積比傳統(tǒng)CVD室的內(nèi)部體積小，故需要較少的氣體量來填充進(jìn)行原子層沉積程序的特定工藝的反應(yīng)區(qū)264。例如，以處理直徑200mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)264的體積為約100cm3或更小，優(yōu)選約500cm3或更小，更優(yōu)選約200cm3或更小。以處理直徑300mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)264的體積為約3000cm3或更小，優(yōu)選約1500cm3或更小,更優(yōu)選約600cm3或更小。在一實(shí)施方式中，可抬高或降低襯底支撐件212以調(diào)整用于沉積的反應(yīng)區(qū)264體積。反應(yīng)區(qū)264的體積越小，需流入處理室200的沉積氣體量或凈化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室200產(chǎn)能及減少廢棄物，進(jìn)而降低營運(yùn)成本。
[0084]圖1-4的室蓋組件232包含罩蓋272和蓋板270，其中罩蓋272和蓋板270構(gòu)成擴(kuò)大通道234。附加板(未示出)可選用地可置于罩蓋272與蓋板270之間。附加板用來調(diào)整(例如加大)罩蓋272與蓋板270的間距，由此可改變穿設(shè)于所述罩蓋272與蓋板270的擴(kuò)大通道234長(zhǎng)度。在其它實(shí)施方式中，擴(kuò)大通道234可由單一材料組成。
[0085]視待輸送的氣體而定，室蓋組件232可包括冷卻組件和/或加熱元件。控制室蓋組件232的溫度可避免氣體在室蓋組件232上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(未示出)可設(shè)于室蓋組件232中，用以冷卻室蓋組件232。在另一實(shí)施方式中，加熱元件(未示出)可為嵌設(shè)的或圍繞室蓋組件232的零件，用以加熱室蓋組件232。在一實(shí)施方式中，可獨(dú)立地加熱或冷卻室蓋組件232的零件。例如參照?qǐng)D1，室蓋組件232包含蓋板270和罩蓋272，其中蓋板270和罩蓋272構(gòu)成擴(kuò)大通道234。罩蓋272可保持在一溫度范圍內(nèi)，蓋板270則可保持在另一溫度范圍內(nèi)。例如，以加熱帶纏繞或使用其它加熱裝置加熱罩蓋272可防止反應(yīng)氣體冷凝，且蓋板270維持呈周圍部分溫度。在另一實(shí)施方式中，可加熱罩蓋272及利用穿設(shè)它的水道來冷卻蓋板270，以免反應(yīng)氣體在蓋板270上進(jìn)行熱分解。
[0086]室蓋組件232包含的零件可由不銹鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其它與待進(jìn)行的處理兼容的適合材料組成。在一實(shí)施方式中，罩蓋272含有鋁或不銹鋼，蓋板270含有鋁。在另一實(shí)施方式中，可選擇地置于蓋板270與罩蓋272間的附加板含有不銹鋼。
[0087]在一實(shí)施方式中，擴(kuò)大通道234的內(nèi)面261 (包括蓋板270與罩蓋272的內(nèi)面)和室蓋組件232的下表面260包含拋光鏡面，以協(xié)助氣體沿著擴(kuò)大通道234和室蓋組件232的下表面260形成層流。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管250a、250b的內(nèi)面可經(jīng)電拋光，以助于形成層流流動(dòng)的氣體。
[0088]在替代的實(shí)施方式中，擴(kuò)大通道234的內(nèi)面261 (包括蓋板270與罩蓋272的內(nèi)面)和室蓋組件232的下表面260包含粗糙表面或機(jī)械處理過的表面，以增加整個(gè)表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內(nèi)面261和下表面260。氣相沉積工藝常產(chǎn)生不欲得到的膜層，且可能會(huì)從內(nèi)面261和下表面260剝落而污染襯底210。在一實(shí)施方式中，下表面260和/或內(nèi)面261的平均粗糙度(Ra)至少為約10 μ in，例如為約 10 μ in (約(λ 254 μ m)至約 200 μ in (約 5.08 μ m),優(yōu)選約 20 μ in (約(λ 508 μ m)至約100 μ in (約 2.54 μ m)，更優(yōu)選約 30 μ in (約 0.762 μ m)至約 80 μ in (約 2.032 μ m)。在另一實(shí)例中，下表面260和/或內(nèi)面261的平均粗糙度為至少約100 μ in (約2.54 μ m),優(yōu)選介于約 200 μ in (約 5.08 μ m)~約 500 μ in (約 12.7 μ m)。
[0089]參照?qǐng)D1，諸如可程序化個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站計(jì)算機(jī)等控制單元280可耦接處理室200，用以控制工藝條件。例如在襯底處理程序的不同階段中，控制單元280可用來控制來自各氣體源238、239和240的工藝氣體和凈化氣體流過閥242a、242b。舉例來說，控制單元280包含中央處理單元(CPU) 282、支持電路284、和存有相關(guān)控制軟件283的內(nèi)存286。
[0090]控制單元280可為任一類型的通用計(jì)算機(jī)處理器，所述控制單元可用于工業(yè)設(shè)定來控制各種腔室及子處理器。CPU282可使用任一適合的內(nèi)存286，例如隨機(jī)存取內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器、軟盤、硬盤、或其它近端或遠(yuǎn)程的數(shù)字儲(chǔ)存器。各種支持電路可連接CPU282，用以支持處理室200?？刂茊卧?80可連接到另一鄰近單獨(dú)腔室零件的控制器，例如閥242a、242b的可程序化邏輯控制器248a、248b。透過許多信號(hào)線(以下統(tǒng)稱信號(hào)總線288，部分繪于圖1)可操作控制單元280與處理室200的其它組件的雙向通信。除了控制氣體源238、239、240的工藝氣體和凈化氣體及閥242a、242b的可程序化邏輯控制器248a、248b外，控制單元280還負(fù)責(zé)自動(dòng)控制其它處理晶片的動(dòng)作，例如傳送晶片、控制溫度、排空腔室等，這些控制部分將說明于本文他處。
[0091]參照?qǐng)D1-4，運(yùn)作時(shí)，機(jī)械裝置(未示出)經(jīng)由狹縫閥208將襯底210傳送到處理室200。升降銷220與機(jī)械裝置協(xié)力將襯底210放到襯底支撐件212上。襯底支撐件212抬起襯底210使襯底210緊靠室蓋組件232的下表面260。一起或個(gè)別利用閥242a可注入(即脈沖供應(yīng))第一氣流至處理室200的擴(kuò)大通道234及利用閥242b注入第二氣流至處理室200。第一氣流可包含來自凈化氣體源240的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源238的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體，或可包含來自反應(yīng)氣體源238的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源240的脈沖供應(yīng)的凈化氣體。第二氣流可包含來自凈化氣體源240的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源239的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體，或可包含來自反應(yīng)氣體源239的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源240的脈沖供應(yīng)的凈化氣體。氣流以渦流流動(dòng)402圖案行經(jīng)擴(kuò)大通道234，藉以掃掠擴(kuò)大通道234的整個(gè)內(nèi)面。渦流流動(dòng)402圖案朝襯底210表面向下消散流動(dòng)404。當(dāng)氣體流經(jīng)擴(kuò)大通道234時(shí)，氣流速度會(huì)減慢。氣流接著流過襯底210的表面和室蓋組件232的下表面260。室蓋組件232向下傾斜的下表面260有助于減少氣流越過襯底210表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門262而進(jìn)入處理室200的抽吸區(qū)266。過量氣體、副產(chǎn)物等將流入抽吸道279，然后由真空系統(tǒng)278排出處理室200外。在一方面中，氣流以層流方式行經(jīng)擴(kuò)大通道234和襯底210表面與室蓋組件232下表面260之間，如此可使反應(yīng)氣體均勻接觸襯底210的表面及有效清除室蓋組件232的內(nèi)面。
[0092]圖1-4的處理室200具有多項(xiàng)特征。在一方面中，處理室200提供的反應(yīng)區(qū)264體積比傳統(tǒng)CVD室小。處理室200只需較少量的反應(yīng)氣體或凈化氣體來填充進(jìn)行特定工藝的反應(yīng)區(qū)264。在另一方面中，處理室200提供具有向下傾斜或呈漏斗狀下表面260的室蓋組件232，如此可減少氣流行經(jīng)室蓋組件232底面至襯底210的速度差異。在又一方面中，處理室200提供擴(kuò)大通道234以減慢氣流流貫的速度。在再一方面中，處理室200提供的氣體導(dǎo)管與擴(kuò)大通道234的中心夾一角度α。處理室200提供本文他處所述的其它特征。其它用于原子層沉積的腔室實(shí)施方式包含一或多個(gè)上述特征。
[0093] 例如，圖7繪示處理室800的另一實(shí)施方式，包括含有室蓋組件832的氣體輸送設(shè)備830，室蓋組件832提供小體積的反應(yīng)區(qū)864和擴(kuò)大通道834。處理室800的部分組件與上述圖1處理室200的組件相同或類似。因此，以同樣的組件符號(hào)表示。室蓋組件832包含基本上平坦的下表面860。在一實(shí)施方式中，阻氣門262與襯底支撐件212的間距為約
0.04英寸至約2.0英寸，更優(yōu)選約0.04英寸至約0.2英寸。
[0094]在另一實(shí)例中，圖8繪示處理室900的另一實(shí)施方式，包括含有室蓋組件932的氣體輸送設(shè)備930，室蓋組件932提供小體積的反應(yīng)區(qū)964和向下傾斜或呈漏斗狀的下表面960。處理室900的部分組件與上述圖1處理室200的組件相同或類似，以同樣的組件符號(hào)表示。氣體源937經(jīng)由一或多個(gè)閥941連接至通道933。在一方面中，通道933很長(zhǎng)，以降低經(jīng)由閥941引入的氣體吹落襯底210表面所吸附的反應(yīng)物的可能性。
[0095]上述圖1-8的氣體輸送設(shè)備230、830、930包含室蓋組件232、832、932，所述室蓋組件當(dāng)作室體202的上蓋。在又一實(shí)施方式中，室蓋組件232、832、932包含任一置于襯底支撐件212上方的覆蓋構(gòu)件，以定出反應(yīng)區(qū)264、864、964，而減少襯底處理期間必須流入的氣體量。在其它實(shí)施方式中，室蓋組件232、832、932可代替或結(jié)合襯底支撐件212并上下移動(dòng)來調(diào)整反應(yīng)區(qū)264、864、964的體積。
[0096]圖1的氣體輸送系統(tǒng)230包括兩組耦接反應(yīng)氣體源238、239和凈化氣體源240的閥242a/252a、242b/252b。在其它實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)230包含一或多個(gè)以不同構(gòu)造耦接單一或多個(gè)氣體源的閥。圖1-3的處理室200利用兩組閥242a/252a、242b/252b —起或個(gè)別供應(yīng)兩個(gè)氣體入口 236a、236b的氣流。圖5是室蓋組件232的另一擴(kuò)大通道634實(shí)施方式的上剖面，該擴(kuò)大通道634用來接收從耦接單一或多個(gè)閥的氣體導(dǎo)管650流經(jīng)氣體入口 636的單一氣流。氣體導(dǎo)管650的中心線602與通過擴(kuò)大通道634中心的輻徑線604夾一角度ct。以傾角ct (其中α>0° )設(shè)置的氣體導(dǎo)管650可使氣體依箭頭610所指的環(huán)形方向流動(dòng)。圖6是室蓋組件232的又一擴(kuò)大通道734實(shí)施方式的上剖面，該擴(kuò)大通道734用來接收三種氣流，且氣流一起、部分一起(即三種中的兩種一起)、或個(gè)別從三氣體導(dǎo)管750a、750b、750c流經(jīng)三氣體入口 736A、736B、736C，導(dǎo)管分別耦接單一或多個(gè)閥。氣體導(dǎo)管750a、750b、750c的中心線702與通過擴(kuò)大通道734中心的輻徑線704夾一角度α。以傾角α (其中α >0° )設(shè)置的氣體導(dǎo)管750a、750b、750c可使氣體依箭頭710所指的環(huán)形方向流動(dòng)。
[0097]可有益地使用圖1-8所述具氣體輸送設(shè)備230、830、930的處理室200、800、900的實(shí)施方式、圖10A-17D所述室蓋組件1032、1232、1632與處理室1100、1500、1700的實(shí)施方式、和圖18A-18H所述氣體輸送組件1800a、1800c、1800e、1800g的實(shí)施方式來實(shí)施原子層沉積包括但不限于鉭、鈦、鎢、釕、鉿、和銅的元素，或者用來實(shí)施原子層沉積化合物或合金/復(fù)合膜，包但不限于括氮化鉭、氮化硅鉭、氮化鈦、氮化硅鈦、氮化鎢、氮化硅鎢、和鋁銅。圖1-8所述具氣體輸送設(shè)備230、830、930的處理室200、800、900的實(shí)施方式也可有利于用來化學(xué)氣相沉積不同材料。
[0098]為清楚說明，將以圖1-4的處理室200進(jìn)行原子層沉積氮化鉭層為例詳細(xì)說明原子層沉積工藝。在一方面中，原子層沉積氮化鉭層包括相繼脈沖供應(yīng)鉭前驅(qū)物和氮前驅(qū)物至處理室200，其中各脈沖由凈化氣體流和/或排空腔室分開來移除任一過量反應(yīng)物，以免鉭前驅(qū)物與氮前驅(qū)物產(chǎn)生氣相反應(yīng)、及移除任一反應(yīng)副產(chǎn)物。在每一循環(huán)過程中，相繼供應(yīng)鉭前驅(qū)物和氮前驅(qū)物可輪流吸附鉭前驅(qū)物單層和氮前驅(qū)物單層，進(jìn)而形成氮化鉭單層于襯底結(jié)構(gòu)上。在此的“襯底結(jié)構(gòu)”是指襯底和形成于襯底上的其他材料層，例如介電層。
[0099]相信吸附諸如鉭前驅(qū)物與氮前驅(qū)物的反應(yīng)物單層的吸附工藝屬自限吸附，在一特定脈沖期間，因襯底結(jié)構(gòu)表面據(jù)有有限數(shù)量的位點(diǎn)(site)用來吸附反應(yīng)物，故襯底結(jié)構(gòu)表面可能只吸附一單層。諸如鉭前驅(qū)物或氮前驅(qū)物的反應(yīng)物一旦占滿該有有限數(shù)量的位點(diǎn)，則將無法進(jìn)一步吸附反應(yīng)物?？煞磸?fù)進(jìn)行循環(huán)過程直到氮化鉭層達(dá)預(yù)定厚度。
[0100]氣體源238可經(jīng)由閥242a脈沖供應(yīng)鉭前驅(qū)物，例如五(二甲基酰胺基)鉭(PDMAT ；Ta(NMe2)5)。鉭前驅(qū)物可伴隨供應(yīng)載氣,包括氦氣(He)、氬氣(Ar)、氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、和它們的組合氣體，但不以此為限。氣體源239可經(jīng)由閥242a脈沖供應(yīng)氮前驅(qū)物，例如氨。載氣也可協(xié)助輸送氮前驅(qū)物。氣體源240可經(jīng)由閥242a和/或經(jīng)由閥242b引進(jìn)凈化氣體，例如氬氣。在一方面中，氣體源240可經(jīng)由閥242a、242b連續(xù)供應(yīng)凈化氣體，所述凈化氣體當(dāng)作脈沖供應(yīng)鉭前驅(qū)物與氮前驅(qū)物之間的凈化氣體及當(dāng)作脈沖供應(yīng)鉭前驅(qū)物與氮前驅(qū)物期間的載氣。在一方面中，透過兩個(gè)氣體導(dǎo)管250a、250b輸送凈化氣體相較于只透過氣體導(dǎo)管250a或250b輸送凈化氣體更能充分清除反應(yīng)區(qū)264。在一方面中，由于反應(yīng)物吸附于襯底結(jié)構(gòu)表面的過程屬自限吸附工藝，以致諸如鉭前驅(qū)物或氮前驅(qū)物的反應(yīng)氣體的流動(dòng)均一性不像凈化氣體的流動(dòng)均一性一樣重要，因此可經(jīng)由氣體導(dǎo)管250a或250b輸送反應(yīng)氣體。在其它實(shí)施方式中，可脈沖供應(yīng)凈化氣體。在其它實(shí)施方式中，凈化氣體可包含兩種以上或以下的氣流。在其它實(shí)施方式中，鉭前驅(qū)氣體可包含超過一種的氣流(即兩種或更多種氣流)。在其它實(shí)施方式中，氮前驅(qū)氣體可包含超過一種的氣流(即兩種或更多種氣流)。
[0101]鉭前驅(qū)物的其它例子包括其它金屬有機(jī)前驅(qū)物或它們的衍生物，例如五(乙基甲基酰胺基)鉭(PEMAT ；Ta (N (Et) Me) 5)、五(二乙基酰胺基)鉭(PDEAT ；Ta (NEt2) 5)、和PEMAT、PDEAT或PDMAT的衍生物，但不以此為限。其它鉭前驅(qū)物的例子還包括TBTDET (Ta (NEt2) 3NC4H9 或 C16H39N4Ta)、鹵化鉭(例如 TaX5,其中 X 為氟(F)、溴(Br)或氯(Cl))、和/或它們的衍生物，但不以此為限。其它氮前驅(qū)物的例子包括氮?dú)浠?NxHy，X、y為整數(shù))，例如聯(lián)胺(N2H4)、二甲基聯(lián)胺((CH3)2N2H2)、三丁基聯(lián)胺(C4H9N2H3)、苯聯(lián)胺(C6H5N2H3)、其它聯(lián)胺衍生物、氮等離子體源(如N2、N2/H2、NH3或N2H4等離子體)、2，2’-偶氮叔丁烷((CH3) 6C2N2)、乙基迭氮(C2H5N3)、和其它適合氣體，但不以此為限。其它凈化氣體或載氣的例子包括氦氣(He)、氮?dú)?N2)、氫氣(H2)、其它氣體、和它們的組合，但不以此為限。
[0102]氮化鉭層的形成一開始可為鉭前驅(qū)物單層吸附于襯底上，接著為氮前驅(qū)物單層吸附?；蛘?，氮化鉭層的形成一開始可為氮前驅(qū)物單層吸附于襯底上，接著為鉭前驅(qū)物單層吸附。又，在其它實(shí)施方式中，于脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體之間獨(dú)自進(jìn)行泵排空可防止反應(yīng)氣體混口 ο
[0103]鉭前驅(qū)物的脈沖持續(xù)時(shí)間、氮前驅(qū)物的脈沖持續(xù)時(shí)間、和穿插各反應(yīng)物脈沖間的凈化氣體的通入時(shí)間可視所用沉積室的體積容量和與之耦接的真空系統(tǒng)而改變。例如，(I)氣體室壓越低，需要越長(zhǎng)的脈沖時(shí)間；(2)氣體流量越低，則提高及穩(wěn)定室壓的時(shí)間越長(zhǎng)，需要越長(zhǎng)的脈沖時(shí)間；(3)腔室體積越大，則填充腔室的時(shí)間越長(zhǎng)，以致穩(wěn)定室壓的時(shí)間越長(zhǎng)，需要越長(zhǎng)的脈沖時(shí)間。同樣地，各脈沖的間隔時(shí)間也可視處理室的體積容量和與之耦接的真空系統(tǒng)改變。一般而言，鉭前驅(qū)物或氮前驅(qū)物的脈沖持續(xù)時(shí)間應(yīng)足夠讓化合物單層吸附。在一方面中，當(dāng)脈沖供給氮前驅(qū)物時(shí)，鉭前驅(qū)物脈沖仍在腔室內(nèi)。一般而言，凈化氣體的通入時(shí)間和/或泵排空時(shí)間應(yīng)夠長(zhǎng)而足以避免鉭前驅(qū)物與氮前驅(qū)物于反應(yīng)區(qū)混合。
[0104]鉭前驅(qū)物的脈沖時(shí)間通常為約1.0秒或以下，氮前驅(qū)物的脈沖時(shí)間通常為約1.0秒或以下，此一般已足夠讓單層輪流吸附于襯底結(jié)構(gòu)上。鉭前驅(qū)物脈沖與氮前驅(qū)物脈沖的間隔時(shí)間為約1.0秒或以下，無論是連續(xù)或脈沖通入凈化氣體，此時(shí)間一般足以避免鉭前驅(qū)物與氮前驅(qū)物于反應(yīng)區(qū)混合。當(dāng)然，延長(zhǎng)反應(yīng)物的脈沖時(shí)間可確保鉭前驅(qū)物與氮前驅(qū)物進(jìn)行吸附，而延長(zhǎng)各反應(yīng)物脈沖的間隔時(shí)間可確保移除反應(yīng)副產(chǎn)物。
[0105]在原子層沉積期間，襯底210可大略維持在選用的鉭前驅(qū)物的熱分解溫度以下。用于鉭前驅(qū)物的加熱器溫度例如介于約20°C至約500°C之間，且室壓小于約10Torr，優(yōu)選小于50Torr。若含鉭氣體為PDMAT，則加熱器溫度優(yōu)選介于約100°C至約300°C之間，更優(yōu)選介于約175°C至約250°C之間，且室壓為介于約1.0Torr至約5.0Torr0應(yīng)理解其它實(shí)施方式也可采用其它溫度與壓力范圍。例如，可采用大于熱分解溫度的溫度。然而，溫度宜選擇讓吸附工藝具超過50%的沉積活性。在另一實(shí)施方式中，采用溫度大于熱分解溫度，以致各前驅(qū)物沉積期間的分解量有限，因此生長(zhǎng)模式會(huì)類似原子層沉積的生長(zhǎng)模式。
[0106]利用圖1-4的處理室200進(jìn)行原子層沉積氮化鉭的工藝實(shí)施方式包括經(jīng)由閥242a脈沖供應(yīng)來自氣體源238的五(二甲基酰胺基)鉭(PDMAT)，PDMAT的流量為約10sccm至約100sccm,優(yōu)選約10sccm至約400sccm,且因反應(yīng)區(qū)264的體積較小，故脈沖時(shí)間為約0.5秒或以下、約0.1秒或以下、或約0.05秒或以下。經(jīng)由閥242b脈沖供應(yīng)來自氣體源239的氨氣的流量為約10sccm至約100sccm,優(yōu)選200sccm至約600sccm,且因反應(yīng)區(qū)264的體積較小，故脈沖時(shí)間為約0.5秒或以下、約0.1秒或以下、或約0.05秒或以下。經(jīng)由閥242a、242b可連續(xù)供應(yīng)來自氣體源240的凈化氬氣，氬氣的流量為約10sccm至約100sccm,優(yōu)選約10sccm至約400sccm。因反應(yīng)區(qū)264的體積較小，故鉭前驅(qū)物脈沖與氮前驅(qū)物脈沖的間隔時(shí)間為約0.5秒或以下、約0.1秒或以下、或約0.07秒或以下。相信反應(yīng)氣體和/或凈化氣體充滿反應(yīng)區(qū)264的脈沖時(shí)間需為約0.016秒或以上。加熱器溫度優(yōu)選保持為約100°C至約300°C，而室壓維持呈約1.0Torr至約5.0Torr0此工藝每次循環(huán)所形成的氮化鉭層厚度為約0.5埃(人)至約1.0埃?？煞磸?fù)進(jìn)行上述交替程序直到達(dá)成預(yù)定厚度。
[0107]在一實(shí)施方式中，諸如氮化鉭層的沉積層覆蓋側(cè)壁的厚度為約50?；蛞韵?。在另一實(shí)施方式中，沉積層覆蓋側(cè)壁的厚度為約20?；蛞韵?。在又一實(shí)施方式中，沉積層覆蓋側(cè)壁的厚度為約10埃或以下。厚度達(dá)約10?；蛞韵碌牡g層相信足以作為防止銅擴(kuò)散的阻擋層。在一方面中，薄阻擋層有利于填充高深寬比(例如大于5:1)的亞微米(例如小于0.15微米)和更小特征。當(dāng)然沉積層覆蓋側(cè)壁的厚度也可大于50埃。
[0108]原子層沉積的實(shí)施方式已經(jīng)以反應(yīng)物單層吸附于襯底上為例說明如上。本發(fā)明也包括沉積多于或少于一反應(yīng)物單層的實(shí)施方式。本發(fā)明還包括不以自限方式沉積反應(yīng)物的實(shí)施方式。本發(fā)明也包括主要在相繼或同時(shí)輸送反應(yīng)物的化學(xué)氣相沉積工藝中進(jìn)行沉積的實(shí)施方式。
[0109]匯流/分流型上蓋組件
[0110]圖10A-10F繪示根據(jù)另一實(shí)施方式的用于ALD工藝的室蓋組件1032。如圖1OA所示，室蓋組件1032包含設(shè)于蓋板1070中間部分的罩蓋1072。氣體導(dǎo)管1050a的一端耦接并與罩蓋1072流體連通，氣體導(dǎo)管1050a的另一端則貫穿蓋板1070且耦接及與ALD閥和化學(xué)前驅(qū)物源流體連通。在一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1050a直接耦接并與氣體分配道1028流體連通?；蛘?，氣體導(dǎo)管1050a例如經(jīng)由氣體導(dǎo)管1068a(圖10F)間接耦接及與氣體分配道1028流體連通。
[0111]氣體導(dǎo)管套1052包含至少一氣體導(dǎo)管、或可包含兩個(gè)、三個(gè)、或更多個(gè)氣體導(dǎo)管。圖10D-10E繪示的氣體導(dǎo)管套1052包含氣體導(dǎo)管1050b、1050c。在一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1050b的一端耦接并與罩蓋1072流體連通，氣體導(dǎo)管1050b的另一端則延伸穿過蓋板1070且耦接及與ALD閥和化學(xué)前驅(qū)物源流體連通。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1050b或1050c直接耦接并與氣體分配道1028流體連通?；蛘?，氣體導(dǎo)管1050b或1050c例如經(jīng)由氣體導(dǎo)管1068b (圖10F)間接耦接及與氣體分配道1028為流體連通。
[0112]在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)管1050c為可選用的。氣體導(dǎo)管1050c的一端耦接并與罩蓋1072為流體連通，氣體導(dǎo)管1050c的另一端則延伸穿過蓋板1070且耦接及與ALD閥和氣體源為流體連通，例如載氣源、凈化氣體源、等離子體氣體源、或化學(xué)前驅(qū)物源。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1050c稱接及與罩蓋1072的上表面為流體連通。在又一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1050c例如透過Y型接頭連結(jié)氣體導(dǎo)管1050b，并且耦接及與氣體導(dǎo)管1068b為流體連通。
[0113]圖10A-10F的室蓋組件1032包含罩蓋1072和蓋板1070，其中罩蓋1072和蓋板1070構(gòu)成氣體分配道1028。附加板(未示出)可選用地可置于蓋板1070與罩蓋1072之間。溝槽1074內(nèi)的銷1076連接蓋板1070和罩蓋1072(圖10D)。附加板用來調(diào)整(例如加大)罩蓋1072與蓋板1070之間的間距，由此可改變穿設(shè)于罩蓋1072與蓋板1070中的氣體分配道1028的長(zhǎng)度。在另一實(shí)施方式中，可選地置于蓋板1070與罩蓋1072間的附加板含有不銹鋼。在其它實(shí)施方式中，氣體分配道1028可由單一材料組成。
[0114]視待輸送的氣體而定，室蓋組件1032可包括冷卻組件和/或加熱元件?？刂剖疑w組件1032的溫度可避免氣體在室蓋組件1032上分解、沉積、或冷凝。例如，冷卻道1090可設(shè)于室蓋組件1032中，用以冷卻室蓋組件1032。在另一實(shí)施方式中，加熱元件(未示出)可嵌入或圍繞室蓋組件1032，用以加熱室蓋組件1032。在一實(shí)施方式中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1032的零件。例如參照?qǐng)D10A，室蓋組件1032包含蓋板1070和罩蓋1072，其中蓋板1070和罩蓋1072構(gòu)成氣體分配道1028。罩蓋1072保持在一溫度范圍內(nèi)，蓋板1070則保持在另一溫度范圍內(nèi)。例如，以加熱帶纏繞或使用其它加熱裝置加熱罩蓋1072可防止反應(yīng)氣體冷凝，且蓋板1070維持環(huán)境溫度。在另一實(shí)施方式中，可加熱罩蓋1072及利用水道冷卻蓋板1070，以免反應(yīng)氣體在蓋板1070上進(jìn)行熱分解。
[0115]室蓋組件1032包含的零件可由不銹鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其它與待進(jìn)行的處理兼容的適合材料組成。在一實(shí)施方式中，罩蓋1072和蓋板1070為各自制造、機(jī)械加工、鍛造，或者它們可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、它們的合金、或它們的組合。
[0116]在一實(shí)施方式中，氣體分配道1028和室蓋組件1032的下表面1060可包含拋光鏡面，以協(xié)助氣體沿著氣體分配道1028和室蓋組件1032的下表面1060形成層流。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c、1068a、或1068b的內(nèi)面可經(jīng)電拋光，以助于形成層流流動(dòng)的氣體。
[0117]在一實(shí)施方式中，氣體分配道1028的內(nèi)面1035a、1035b、1035c和室蓋組件1032的下表面1060可包含拋光鏡面，以協(xié)助氣體沿著氣體分配道1028和室蓋組件1032的下表面1060形成層流。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c的內(nèi)面可經(jīng)電拋光，以助于形成層流流動(dòng)的氣體。
[0118]在又一實(shí)施方式中，氣體分配道1028的內(nèi)面1035a、1035b、1035c和室蓋組件1032的下表面1060可包含粗糙表面或機(jī)械處理過的表面，以增加整個(gè)表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內(nèi)面1035a、1035b、1035c和下表面1060。氣相沉積工藝常產(chǎn)生不欲得到的膜，且可能會(huì)從內(nèi)面1035a、1035b、1035c和下表面1060剝落而污染襯底1010。在一實(shí)施方式中，內(nèi)面1035a、1035b和/或1035c、和下表面1060的平均粗糙度(Ra)至少為約10 μ in，例如為約10 μ in (約0.254 μ m)至約200 μ in (約5.08 μ m)，優(yōu)選約 20 μ in (約 0.508 μ m)至約 100 μ in (約 2.54 μ m)，更優(yōu)選約 30 μ in (約 0.762 μ m)至約80 μ in(約2.032 μ m)。在另一實(shí)施方式中，內(nèi)面1035a、1035b和/或1035c、和下表面1060的平均粗糙度至少為約100 μ in (約2.54 μ m)，優(yōu)選介于約200 μ in (約5.08 μ m)~約 500 μ in (約 12.7μL?)。
[0119]圖10D-10F繪示室蓋組件1032的截面，所述室蓋組件1032包含延伸穿過蓋板1070中間部分的氣體分配道1028。氣體分配道1028的延伸方向通常為垂直ALD工藝期間位于室蓋組件1032下方的襯底。氣體分配道1028沿著罩蓋1072的中心軸1033延伸穿過蓋板1070而抵下表面1060。氣體分配道1028的幾何形狀類似含有匯流上部與分流下部的沙漏。匯流道1034a為氣體分配道1028的一部分，所述匯流道1034a位于氣體分配道1028的上部1037并往中心軸1033逐漸變細(xì)。分流道1034b為氣體分配道1028的一部分，所述分流道1034b位于氣體分配道1028的下部1035并背離中心軸1033逐漸變細(xì)。節(jié)流圈1036為隔開匯流道1034a與分流道1034b的細(xì)窄通道。氣體分配道1028進(jìn)一步延伸越過下表面1060而進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1064。氣體分配道1028包含內(nèi)面1035a_1035c，以致匯流道1034a具有內(nèi)面1035a，分流道1034b具有內(nèi)面1035b，而蓋板1070具有內(nèi)面1035c。下表面1060從分流道1034b延伸到阻氣門1062。下表面1060經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以在ALD工藝期間基本上覆蓋位于室蓋組件1032下方的襯底。
[0120]圖10A-10F的室蓋組件1032可使襯底接觸至少兩氣體源或化學(xué)前驅(qū)物。在其它實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)1130可重新配置使襯底接觸單一氣體源(如圖5所示)、或接觸三或更多氣體源或化學(xué)前驅(qū)物(如圖6所示)。
[0121]在圖1OE中，當(dāng)呈環(huán)形氣流1020的工藝氣體通過節(jié)流圈1036時(shí)，環(huán)形氣流1020被迫繞著氣體分配道1028中心軸1033擴(kuò)展的圈數(shù)相較于構(gòu)造類似但不具節(jié)流圈1036的處理室還多。環(huán)形氣流1020可包含流動(dòng)圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、卷曲圖案、扭曲圖案、卷繞圖案、漩渦圖案、或它們的衍生圖案。環(huán)形氣流1020繞著氣體分配道1028的中心軸1033擴(kuò)展至少約I圈,優(yōu)選至少約1.5圈，更優(yōu)選至少約2圈，更優(yōu)選至少約3圈，及更優(yōu)選為至少約4圈或以上。
[0122]參照?qǐng)D10A-10F，可將氣體導(dǎo)管 1050a、1050b、1050c、1068a、1068b 和氣體入口1038a、1038b與氣體分配道1028的中心軸1033設(shè)置成任一角度關(guān)系。氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c、1068a或1068b、或氣體入口 1038a或1038b優(yōu)選垂直中心軸1033(其中+ β、-β =90。)、或使各氣體導(dǎo)管 1050a、1050b、1050c、1068a 或 1068b、或氣體入口 1038a或1038b的中心線與中心軸1033夾一角度+ β或-β (其中如圖1lC的中心軸1133所示，
O。<+β 〈90?；?O。<-β <90° )。氣體導(dǎo)管 1050a、1050b、1050c、1068a、1068b 和氣體入口 1038a、1038b可垂直于中心軸1033水平設(shè)置、或可向下傾斜+ β角度或向上傾斜-β角度，使氣體流向氣體分配道1028壁面，而非直接往下流向襯底，此有助于降低吹落襯底表面所吸附反應(yīng)物的可能性。另外，氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b自輸送管線或ALD閥往氣體入口 1038a、1038b的直徑可逐漸增加，以助于在氣體進(jìn)入氣體分配道1028前先減慢氣流速度。例如，氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b的直徑可逐漸增加，或者所述氣體導(dǎo)管可包含多個(gè)內(nèi)徑漸增的相連導(dǎo)管。
[0123]圖10D-10F繪示的氣體分配道1028在匯流道1034a的內(nèi)徑從上部1037沿著中心軸1033往節(jié)流圈1036逐漸縮減。又，氣體分配道1028在分流道1034b的內(nèi)徑從節(jié)流圈1036沿著中心軸1033往鄰接室蓋組件1032下表面1060的下部1035逐漸增加。
[0124]在一實(shí)施方式中，用于處理直徑300mm的襯底的室蓋組件1032可具有下列直徑。氣體分配道1028在上部1037的直徑為約0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約1.2英寸,例如約I英寸。氣體分配道1028在節(jié)流圈1036的直徑為約0.1英寸至約1.5英寸，優(yōu)選約0.3英寸至約0.9英寸，更優(yōu)選約0.5英寸至約
0.8英寸，例如約0.66英寸。氣體分配道1028在下部1035的直徑為約0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約1.2英寸，例如約I英寸。
[0125]上述尺寸通常適用于供應(yīng)約500sccm至約3000sccm的總氣體流量的氣體分配道1028。在其它特定實(shí)施方式中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，氣體分配道1028所需的直徑尺寸越大。
[0126]不期受限于理論，相信氣體分配道1028的直徑自氣體分配道1028的上部1037往節(jié)流圈1036縮減而自節(jié)流圈1036往氣體分配道1028的下部1035增加，使得通過氣體分配道1028的氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹，此有助于控制環(huán)形氣流1020內(nèi)的工藝氣體溫度。例如，經(jīng)由氣體入口 1038a、1038b進(jìn)入氣體分配道1028的氣體突然產(chǎn)生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導(dǎo)致氣體凝結(jié)而形成液滴。另一方面，相信逐漸變細(xì)的氣體分配道1028可使氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故通過控制氣體的周圍部分溫度(即控制室蓋組件1032的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1028可逐漸變細(xì)，且可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面，例如逐漸變細(xì)的平面、凹面、凸面、或它們的組合，或者可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
[0127]在一實(shí)施方式中，如圖1OF所示，氣體入口 1038a、1038b鄰近氣體分配道1028的上部1037。在其它實(shí)施方式中，一或多個(gè)氣體入口 1038a、1038b沿著氣體分配道1028的全長(zhǎng)設(shè)于上部1037與下部1035之間。
[0128]氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c、1068a、或1068b的中心線分別與氣體分配道1028的輻徑線夾一角度α，此類似圖11C，其中氣體導(dǎo)管1150a、1150b的中心線1176a、1176b分別與通過氣體分配道1028中心的輻徑線夾一角度α。氣體進(jìn)入氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b的入口優(yōu)選以傾角α ( g卩，α >0° )設(shè)置，使得氣體依環(huán)形氣流1020(圖10E)所指的環(huán)形方向流動(dòng)。以傾角α供應(yīng)氣體而不直接流向擴(kuò)大通道壁面(即，α =0° )有助于形成層流而非紊流通過氣體分配道1028。相信層流通過氣體分配道1028有利于清除氣體分配道1028的內(nèi)面和室蓋組件1032的其它表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1028的內(nèi)面和其它表面，并且可能含有氣流無法抵達(dá)的死角。在一方面中，氣體導(dǎo)管1050a、1050b、1050c、1068a、1068b和對(duì)應(yīng)的氣體入口 1038a、1038b彼此間隔隔開，并以同一環(huán)形方向(即順時(shí)鐘或逆時(shí)鐘)引導(dǎo)氣流。
[0129]不期受限于理論，圖10E-10F為室蓋組件1032的氣體分配道1028的截面圖，該截面圖簡(jiǎn)示氣體流經(jīng)氣體分配道1028中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1028的流動(dòng)圖案，相信環(huán)形氣流1020(圖10E)可以采用環(huán)形流動(dòng)圖案而流過氣體分配道1028，所述環(huán)形流動(dòng)圖案例如渦流流動(dòng)、螺旋流動(dòng)、盤旋流動(dòng)、打旋流動(dòng)、快旋流動(dòng)、扭曲流動(dòng)、卷繞流動(dòng)、曲折流動(dòng)、卷曲流動(dòng)、漩渦流動(dòng)、它們的衍生流動(dòng)或它們的組合流動(dòng)。環(huán)形流動(dòng)形成于”處理區(qū)”、而非隔開襯底的空間。在一方面中，因渦流流動(dòng)圖案掃掠氣體分配道1028的整個(gè)內(nèi)面，故環(huán)形氣流1020有助于更有效地排空氣體分配道1028。
[0130]參照?qǐng)D10D，至少一部分的室蓋組件1032下表面1060自氣體分配道1028往室蓋組件1032周圍部分逐漸變細(xì)，藉以提供氣體從氣體分配道1028流過襯底表面(即從襯底中心到襯底周邊)的優(yōu)選速度波形。下表面1060可包含一或多個(gè)錐形面，例如平面、凹面、凸面、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，下表面1060為逐漸變細(xì)的漏斗狀。
[0131]在一實(shí)施方式中，下表面1060向下傾斜以減少工藝氣體行經(jīng)室蓋組件1032下表面1060至襯底的速度差異，進(jìn)而使襯底表面均勻接觸反應(yīng)氣體。在一實(shí)施方式中，室蓋組件1032向下傾斜的下表面1060與襯底表面間的流動(dòng)截面,所述截面的最大面積與最小面積的比例小于約2，優(yōu)選小于約1.5，更優(yōu)選小于約1.3，和更優(yōu)選約為I。
[0132]不期受限于理論，相信氣流以更均一的速度越過襯底表面可使氣體更均勻地沉積于襯底上。相信氣流速度正比于氣體濃度，因此正比于氣體沉積于襯底表面的速率。故氣流速度較快的第一襯底表面區(qū)域相對(duì)于第二襯底表面區(qū)域，第一區(qū)域有更快的氣體沉積速率。相信具向下傾斜下表面1060的室蓋組件1032可供氣體更均勻地沉積于整個(gè)襯底表面，這是因?yàn)橄卤砻?060提供了更均一的速度，故氣體遍布襯底表面的濃度更均勻。
[0133]圖10C-10E繪示ALD工藝期間設(shè)置于鄰近放置襯底處的周邊的室蓋組件1032周圍部分的阻氣門1062。當(dāng)室蓋組件1032組裝構(gòu)成襯底周圍的處理區(qū)時(shí)，阻氣門1062可包含任一限制氣體流過襯底周邊附近區(qū)域的元件。
[0134]如圖10A-10D所示，具有把手1082的室蓋套1080可蓋住罩蓋1072、氣體導(dǎo)管1050a、氣體導(dǎo)管套1052、和一部分的蓋板1070上表面。室蓋組件1032的溫度可由液體冷卻系統(tǒng)控制，所述液體冷卻系統(tǒng)連接水套，例如延伸穿過蓋板1070的冷卻道1090。諸如水的冷卻流體流過冷卻道1090而移除蓋板1070的熱量。冷卻劑連結(jié)件1092a、1092b通過軟管或管子連接至冷卻道1090。冷卻劑連結(jié)件1092a、1092b的另一端通過軟管或管子連接至流體源和流體回收器，例如內(nèi)設(shè)的冷卻系統(tǒng)或獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。冷卻劑連結(jié)件1092a、1092b通過支撐架1094連接至蓋板1070。流過冷卻道1090的液體可包括水、油、乙醇、乙二醇、乙二醇醚、或其它有機(jī)溶劑。在一實(shí)施方式中，蓋板1070或室蓋組件1032的溫度可維持在約(TC至約100°C之間，優(yōu)選約18°C至約65°C之間，更優(yōu)選約20°C至約50°C之間。
[0135]圖1IA-1IC繪示處理室1100的一實(shí)施方式的示意圖，所述處理室1100包括適用于ALD工藝的氣體輸送系統(tǒng)1130。處理室1100包含具側(cè)壁1104和底部1106的室體1102。處理室1100的狹縫閥1108可供機(jī)械裝置(未示出)進(jìn)出處理室1100以傳遞及取回襯底1110，例如200mm或300mm的半導(dǎo)體晶片或玻璃襯底。
[0136]襯底支撐件1112將襯底1110支撐于處理室1100中的襯底承接面1111上。襯底支撐件1112設(shè)有升降電動(dòng)機(jī)1114，用以提高及降低襯底支撐件1112和放置在襯底支撐件1112上的襯底1110。連接升降電動(dòng)機(jī)1118的升降板1116設(shè)于處理室1100內(nèi)，用以提高及降低可移動(dòng)穿過襯底支撐件1112的升降銷1120。襯底支撐件1112可包括真空吸座(未示出)、靜電吸座(未示出)、或鉗環(huán)(未示出)，以于沉積工藝期間固定襯底支撐件1112上的襯底1110。
[0137]通過調(diào)整襯底支撐件1112的溫度可控制放置在襯底支撐件1112上的襯底1110溫度。例如，可使用諸如電阻加熱器(未示出)等嵌設(shè)型加熱元件加熱襯底支撐件1112，或者可使用諸如設(shè)于襯底支撐件1112上方的加熱燈(未示出)等輻射熱來進(jìn)行加熱。凈化環(huán)1122可置于襯底支撐件1112上，以定出凈化通道1124而提供凈化氣體至襯底1110周圍部分，以免沉積物沉積在襯底1110上。
[0138]氣體輸送系統(tǒng)1130設(shè)在室體1102的上部，用以供給處理室1100氣體，例如工藝氣體和/或凈化氣體。圖1IA-1IC的氣體輸送系統(tǒng)1130可使襯底1110接觸至少兩氣體源或化學(xué)前驅(qū)物。在其它實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)1130可重新配置使襯底1110接觸單一氣體源(如圖5所示)、或接觸三或更多氣體源或化學(xué)前驅(qū)物(如圖6所示)。真空系統(tǒng)1178連接抽吸道1179，以將任一預(yù)定氣體排出處理室1100外，并協(xié)助處理室1100的抽吸區(qū)1166維持呈期望的壓力或保持在期望的壓力范圍。
[0139]在一實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)1130包含室蓋組件1132,該氣體輸送系統(tǒng)1130具延伸穿過室蓋組件1132中間部分的氣體分配道1128。氣體分配道1128的延伸方向?yàn)榇怪币r底承接面1111，并且沿著氣體分配道1128的中心軸1133延伸穿過蓋板1170而抵下表面1160。匯流道1134a為氣體分配道1128的一部分，所述匯流道1134a位于氣體分配道1128的上部1137并往中心軸1133逐漸變細(xì)。分流道1134b為氣體分配道1128的一部分，所述分流道1134b位于氣體分配道1128的下部1135并背離中心軸1133逐漸變細(xì)。節(jié)流圈1131為隔開匯流道1134a與分流道1134b的細(xì)窄通道。氣體分配道1128進(jìn)一步延伸越過下表面1160而進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1164。下表面1160從分流道1134b延伸到阻氣門1162。下表面1160經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上位于襯底支撐件1112的襯底承接面1111上的襯底1110。
[0140]當(dāng)呈環(huán)形氣流1174的工藝氣體通過節(jié)流圈1131時(shí)，所述環(huán)形氣流1174被迫繞著氣體分配道1128的中心軸1133擴(kuò)展的圈數(shù)比構(gòu)造類似但不具節(jié)流圈1131的處理室還多。環(huán)形氣流1174可包含流動(dòng)圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、卷曲圖案、扭曲圖案、卷繞圖案、漩渦圖案、或它們的衍生圖案。環(huán)形氣流1174繞著氣體分配道1128的中心軸1133擴(kuò)展至少約I圈，優(yōu)選至少約1.5圈，更優(yōu)選至少約2圈，更優(yōu)選為至少約3圈，并且更優(yōu)選為至少約4圈或以上。
[0141]氣體分配道1128具有氣體入口 1136a、1136b，用以提供來自兩組相似閥1142a/1152a、1142b/1152b的氣流，所述氣體入口 1136a、1136b可一起或個(gè)別提供。在一構(gòu)造中，閥1142a和閥1142b耦接不同的反應(yīng)氣體源，但最好耦接同一凈化氣體源。例如，閥1142a耦接反應(yīng)氣體源1138，閥1142b耦接反應(yīng)氣體源1139，且兩閥1142a、1142b均耦接凈化氣體源1140。閥1142a、1142b各自包括具閥座組件1144a、1144b的輸送管線1143a、1143b，閥1152a、1152b則各自包括具閥座組件1146a、1146b的凈化管線1145a、1145b。輸送管線1143a、1143b與反應(yīng)氣體源1138、1139為流體連通，并且氣體分配道1128的氣體入口 1136a、1136b為流體連通。輸送管線1143a、1143b的閥座組件1144a、1144b控制反應(yīng)氣體從反應(yīng)氣體源1138、1139流向氣體分配道1128。凈化管線1145a、1145b與凈化氣體源1140為流體連通，并與輸送管線1143a、1143b的閥座組件1144a、1144b下游處的輸送管線1143a、1143b相交。凈化管線1145a、1145b的閥座組件1146a、1146b控制凈化氣體從凈化氣體源1140流向氣體分配道1128。若載氣用來輸送反應(yīng)氣體源1138、1139的反應(yīng)氣體，則載氣與凈化氣體優(yōu)選相同(例如，使用氬氣做為載氣與凈化氣體)。
[0142]閥座組件1144a、1144b、1146a、1146b各可包含隔板(未示出)和閥座(未示出)。施加偏壓或加以驅(qū)動(dòng)可打開或關(guān)閉隔板。隔板可為氣動(dòng)式或電動(dòng)式。氣動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司與帕克漢尼汾公司(Park Hannifin Corp.)的Veriflo分部的氣動(dòng)閥。電動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司的電動(dòng)閥。例如，ALD閥可采用Fujikin型號(hào)FPR-UDDFAT-21-6.35-P1-ASN 或 Fujikin 型號(hào) FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT。可程序化的邏輯控制器1148a、1148b耦接閥1142a、1142b，用以控制啟動(dòng)閥1142a、1142b的閥座組件1144a、1144b、1146a、1146b的隔板。氣動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.020秒。電動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.005秒。電動(dòng)閥一般需使用聯(lián)系閥與可程序化邏輯控制器的驅(qū)動(dòng)器。
[0143]閥1142a、1142b分別可為零無效體積閥,所述閥可于閥座組件1144a、1144b關(guān)閉時(shí)，沖洗輸送管線1143a、1143b的反應(yīng)氣體。例如，凈化管線1145a、1145b可設(shè)置鄰接輸送管線1143a、1143b的閥座組件1144a、1144b。當(dāng)閥座組件1144a、1144b關(guān)閉時(shí)，凈化管線1145a、1145b可供應(yīng)凈化氣體來沖洗輸送管線1143a、1143b。在一實(shí)施方式中，凈化管線1145a、1145b略與輸送管線1143a、1143b的閥座組件1144a、1144b相隔，如此凈化氣體于閥座組件1144a、1144b打開時(shí)不會(huì)直接送入閥座組件1144a、1144b。在此的零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
[0144]各組閥1142a/1152a、1142b/1152b可用來提供反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流和/或個(gè)別氣流。參照閥1142a/1152a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流例子包括凈化氣體源1140的凈化氣體連續(xù)流過凈化管線1145a和反應(yīng)氣體源1138的反應(yīng)氣體脈沖流過輸送管線1143a。通過打開凈化管線1145a的閥座組件1146a的隔板，可連續(xù)供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線1143a的閥座組件1144a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源1138的反應(yīng)氣體。參照閥1142a/1152a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的個(gè)別氣流例子包括流經(jīng)凈化管線1145a且來自凈化氣體源1140的凈化氣體脈沖和流經(jīng)輸送管線1143a且來自反應(yīng)氣體源1138的反應(yīng)氣體脈沖。通過打開及關(guān)閉凈化管線1145a的閥座組件1146a的隔板，可脈沖供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線1143a的閥座組件1144a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源1138的反應(yīng)氣體。
[0145]閥1142a、1142b的輸送管線1143a、1143b可經(jīng)由氣體導(dǎo)管1150a、1150b連接到氣體入口 1136a、1136b。氣體導(dǎo)管1150a、1150b可為閥1142a、1142b的一體組件或分離組件。在一方面中，閥1142a、1142b緊鄰氣體分配道1128，如此可減少輸送管線1143a、1143b和氣體導(dǎo)管1150a、1150b在閥1142a、1142b與氣體入口 1136a、1136b之間不必要的配置體積。
[0146] 圖1lC示出將氣體導(dǎo)管1150a、1150b和氣體入口 1136a、1136b與氣體分配道1128的中心軸1133設(shè)置成多種角度關(guān)系。氣體導(dǎo)管1150a、1150b和氣體入口 1136a、1136b優(yōu)選垂直中心軸1133(其中+β、-β =90。)、或使氣體導(dǎo)管1150a、1150b的中心線1176a、1176b與中心軸1133夾一角度+β或-β (其中0° <+β〈90°或0° <-β<90° )。氣體導(dǎo)管1150a、1150b可垂直于中心軸1133水平設(shè)置、或可向下傾斜+ β角度或向上傾斜-β角度，使氣體流向氣體分配道1128壁面，而非直接往下流向襯底1110，此有助于降低吹落襯底1110表面所吸附的反應(yīng)物的可能性。另外，氣體導(dǎo)管1150a、1150b自閥1142a、1142b的輸送管線1143a、1143b往氣體入口 1136a、1136b的直徑可逐漸增加，以助于在氣體進(jìn)入氣體分配道1128前先減慢氣流速度。例如，氣體導(dǎo)管1150a、1150b的內(nèi)徑可逐漸增加，或者所述氣體導(dǎo)管可包含多個(gè)內(nèi)徑漸增的相連導(dǎo)管。
[0147]圖1lC繪示氣體分配道1128在匯流道1134a的內(nèi)徑從上部1137沿著中心軸1133往節(jié)流圈1131逐漸縮減。又，氣體分配道1128在分流道1134b的內(nèi)徑從節(jié)流圈1131沿著中心軸1133往鄰接室蓋組件1132下表面1160的下部1135逐漸增加。在一實(shí)施方式中，用于處理直徑300mm的襯底的處理室1100具有下列尺寸。氣體分配道1128在上部1137的直徑為約0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約
1.2英寸，例如約I英寸。氣體分配道1128在節(jié)流圈1131的直徑為約0.1英寸至約1.5英寸，優(yōu)選約0.3英寸至約0.9英寸,更優(yōu)選約0.5英寸至約0.8英寸,例如約0.66英寸。氣體分配道1128在下部1135的直徑為約0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約1.2英寸,例如約I英寸。
[0148]上述尺寸通常適用于供應(yīng)約500sccm至約3000sccm的氣體流量的氣體分配道1128。在其它特定實(shí)施方式中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，氣體分配道1128所需的直徑尺寸越大。
[0149]不期受限于理論，相信氣體分配道1128的直徑自氣體分配道1128的上部1137往節(jié)流圈1131縮減且自節(jié)流圈1131往氣體分配道1128的下部1135增加可讓通過氣體分配道1128的氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹，此有助于控制環(huán)形氣流1174內(nèi)的工藝氣體溫度。例如，經(jīng)由氣體入口 1136a、1136b進(jìn)入氣體分配道1128的氣體突然產(chǎn)生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導(dǎo)致氣體凝結(jié)而形成液滴。另一方面，相信逐漸變細(xì)的氣體分配道1128可使氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故通過控制氣體的周圍部分溫度(即控制室蓋組件1132的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1128可逐漸變細(xì)，且可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面，例如逐漸變細(xì)的平面、凹面、凸面、或它們的組合，或者可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
[0150]在一實(shí)施方式中，氣體入口 1136a、1136b鄰近氣體分配道1128的上部1137。在其它實(shí)施方式中，一或多個(gè)氣體入口 1136a、1136b沿著氣體分配道1128的全長(zhǎng)設(shè)于上部1137與下部1135之間。
[0151]氣體導(dǎo)管1150a、1150b的中心線可分別與氣體分配道1128的輻徑線夾一角度α，類似于圖11C，其中氣體導(dǎo)管1150a、1150b的中心線1176a、1176b分別與通過氣體分配道1128中心的輻徑線夾一角度α。氣體進(jìn)入氣體導(dǎo)管1150a、1150b的入口優(yōu)選以傾角α (ΒΡ, α>0° )設(shè)置，使得氣體依環(huán)形氣流1174(圖11B-11C)所指的環(huán)形方向流動(dòng)。以傾角α供應(yīng)氣體而不直接流向擴(kuò)大通道壁面(即，α =0° )有助于形成層流而非紊流通過氣體分配道1128。相信層流通過氣體分配道1128有利于清除氣體分配道1128的內(nèi)面和室蓋組件1132的其它表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1128的內(nèi)面和其它表面，并且可能含有氣流無法抵達(dá)的死角。在一方面中，氣體導(dǎo)管1150a、1150b和對(duì)應(yīng)的氣體入口 1136a、1136b彼此間隔隔開，并以同一環(huán)形方向(即順時(shí)鐘或逆時(shí)鐘)引導(dǎo)氣流。
[0152]不期受限于理論，圖1lC為室蓋組件1132的氣體分配道1128的截面圖，該截面圖簡(jiǎn)示氣體流經(jīng)氣體分配道1128中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1128的流動(dòng)圖案，相信環(huán)形氣流1174(圖11B-11C)可采用環(huán)形流動(dòng)圖案流過氣體分配道1128，所述環(huán)形流動(dòng)圖案例如渦流流動(dòng)、螺旋流動(dòng)、盤旋流動(dòng)、打旋流動(dòng)、快旋流動(dòng)、扭曲流動(dòng)、卷繞流動(dòng)、曲折流動(dòng)、卷曲流動(dòng)、鏇渦流動(dòng)、它們的衍生流動(dòng)或它們的組合流動(dòng)。如圖1IC所示,環(huán)形流動(dòng)形成于“處理區(qū)”而非與襯底1110隔開的空間。在一方面中，因渦流流動(dòng)圖案掃掠氣體分配道1128的整個(gè)內(nèi)面，故環(huán)形氣流1174有助于更有效地排空氣體分配道1128。
[0153]在一實(shí)施方式中，當(dāng)不預(yù)期以盤旋流動(dòng)越過襯底1110表面時(shí)，圖1lC中氣體入口1136a、1136b與襯底1110間的距離1175足以讓環(huán)形氣流1174向下消散流動(dòng)。相信環(huán)形氣流1174是以層流方式行進(jìn)，如此可有效清除室蓋組件1132和襯底1110的表面。在一特定實(shí)施方式中，氣體分配道1128的上部1137與襯底1110間的距離1175為約3英寸至約8英寸,優(yōu)選約3.5英寸至約7英寸,更優(yōu)選約4英寸至約6英寸,例如約5英寸。
[0154]距離1177a為匯流道1134a在罩蓋1172內(nèi)氣體分配道1128的上部1137與節(jié)流圈1131間沿著中心軸1133的長(zhǎng)度，距離1177b則為分流道1134b在罩蓋1172內(nèi)節(jié)流圈1131與罩蓋1172下表面1173間沿著中心軸1133的長(zhǎng)度。在一實(shí)施方式中，距離1177a為約I英寸至約4英寸，優(yōu)選約1.25英寸至約3英寸，更優(yōu)選約1.5英寸至約2.5英寸，例如2英寸；距離1177b為約0.5英寸至約4英寸，優(yōu)選約I英寸至約3英寸，更優(yōu)選約1.25英寸至約1.75英寸，例如約1.5英寸。
[0155]參照?qǐng)D11A，至少一部分的室蓋組件1132下表面1160自氣體分配道1128往室蓋組件1132周圍部分逐漸變細(xì)，藉以提供氣體從氣體分配道1128流過襯底1110表面(即從襯底中心到襯底周邊)的優(yōu)選速度波形。下表面1160可包含一或多個(gè)錐形面，例如平面、凹面、凸面、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，下表面1160為逐漸變細(xì)的漏斗狀。
[0156]在一實(shí)施方式中，下表面1160向下傾斜以減少氣流行經(jīng)室蓋組件1132下表面1160至襯底1110的速度差異，進(jìn)而使襯底1110表面均勻接觸反應(yīng)氣體。在一實(shí)施方式中，室蓋組件1132向下傾斜的下表面1160與襯底1110表面間的流動(dòng)截面，所述截面的最大面積與最小面積的比例小于約2，優(yōu)選小于約1.5，更優(yōu)選小于約1.3，并且更優(yōu)選約為I。
[0157]不期受限于理論，相信氣流以更均一的速度越過襯底1110表面可使氣體更均勻地沉積于襯底1110上。相信氣流速度正比于氣體濃度，因此正比于氣體沉積于襯底1110表面的速率。故襯底1110上氣流速度較快的第一表面區(qū)域相對(duì)于第二表面區(qū)域，第一表面區(qū)域有更快的氣體沉積速率。相信具向下傾斜下表面1160的室蓋組件1132可供氣體更均勻地沉積于整個(gè)襯底1110表面，此乃因下表面1160產(chǎn)生了更均一的速度，故氣體遍布襯底1110表面的濃度更均勻。
[0158]圖1lA繪示位于鄰近襯底1110周邊的室蓋組件1132周圍部分的阻氣門1162。當(dāng)室蓋組件1132組裝以在襯底1110四周構(gòu)成處理區(qū)時(shí)，阻氣門1162包含任一限制氣體流過襯底1110周邊附近區(qū)域的元件。
[0159]在一特定實(shí)施方式中，阻氣門1162與襯底支撐件1112的間距為約0.04英寸至約2.0英寸，優(yōu)選約0.04英寸至約0.2英寸。間距可依輸送氣體和沉積工藝條件改變。利用阻氣門1162隔開反應(yīng)區(qū)1164和抽吸區(qū)1166(圖11A)的壓力不均勻分布區(qū)，可使室蓋組件1132與襯底1110間的體積或反應(yīng)區(qū)1164內(nèi)的壓力分布更均勻。
[0160]參照?qǐng)D11A,在一方面中，由于反應(yīng)區(qū)1164和抽吸區(qū)1166已經(jīng)隔開，因此反應(yīng)氣體或凈化氣體只需適度填充反應(yīng)區(qū)1164，讓襯底1110充分接觸反應(yīng)氣體或凈化氣體。在傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積中，現(xiàn)有技術(shù)的腔室需同時(shí)且均勻供應(yīng)反應(yīng)氣體的結(jié)合氣流至整個(gè)襯底表面，以確保反應(yīng)氣體均勻地在整個(gè)襯底1110表面互相反應(yīng)。在原子層沉積中，處理室1100相繼引進(jìn)反應(yīng)氣體至襯底1110表面，使反應(yīng)物薄層交替吸附于襯底1110表面。故原子層沉積不需反應(yīng)氣體同時(shí)抵達(dá)襯底1110表面。反而需供應(yīng)足量的反應(yīng)氣體使反應(yīng)物薄層吸附于襯底1110表面。
[0161]因反應(yīng)區(qū)1164的體積比傳統(tǒng)CVD室的內(nèi)部體積小，故需要較少的氣體量來填充進(jìn)行原子層沉積程序的特定工藝的反應(yīng)區(qū)1164。例如，以處理直徑200mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)1164的體積為約100cm3或更小，優(yōu)選約500cm3或更小，更優(yōu)選約200cm3或更小。以處理直徑300mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)1164的體積為約3000cm3或更小，優(yōu)選約1500cm3或更小，更優(yōu)選約600cm3或更小。在一實(shí)施方式中，可抬高或降低襯底支撐件1112以調(diào)整用于沉積的反應(yīng)區(qū)1164體積。反應(yīng)區(qū)1164的體積越小，需流入處理室1100的沉積氣體量或凈化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室1100產(chǎn)能及減少廢棄物，進(jìn)而降低營運(yùn)成本。
[0162]如圖11A-11C所示，室蓋組件1132包含罩蓋1172和蓋板1170，其中罩蓋1172和蓋板1170構(gòu)成氣體分配道1128。附加板或可置于蓋板1170與罩蓋1172之間。在其它實(shí)施方式中，氣體分配道1128可由單一材料組成。
[0163]視待輸送的氣體而定，室蓋組件1132可包括冷卻組件和/或加熱元件?？刂剖疑w組件1132的溫度可避免氣體在室蓋組件1132上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(如圖1OA的冷卻道1090)可設(shè)于室蓋組件1132中，用以冷卻室蓋組件1132。在另一實(shí)施方式中，加熱元件(未示出)可為嵌設(shè)的或圍繞室蓋組件1132的零件，用以加熱室蓋組件1132。在一實(shí)施方式中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1132的零件。例如參照?qǐng)D11A，室蓋組件1132包含蓋板1170和罩蓋1172，其中蓋板1170和罩蓋1172構(gòu)成氣體分配道1128。罩蓋1172保持在一溫度范圍內(nèi)，蓋板1170則保持在另一溫度范圍內(nèi)。例如，以加熱帶纏繞或使用其它加熱裝置加熱罩蓋1172可防止反應(yīng)氣體冷凝，且蓋板1170維持呈周圍部分溫度。在另一實(shí)施方式中，可加熱罩蓋1172及利用水道冷卻蓋板1170，以免反應(yīng)氣體在蓋板1170上進(jìn)行熱分解。
[0164]室蓋組件1132包含的零件可由不銹鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、它們的合金、或其它適合材料組成。在一實(shí)施方式中，罩蓋1172和蓋板1170為各自制造、機(jī)械加工、鍛造，或者它們可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、它們的合金、或它們的組合。
[0165]在一實(shí)施方式中，氣體分配道1128的內(nèi)面(包括蓋板1170與罩蓋1172的內(nèi)面)和室蓋組件1132的下表面1160包含拋光鏡面，以協(xié)助氣體沿著氣體分配道1128和室蓋組件1132的下表面1160形成層流。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1150a、1150b的內(nèi)面可經(jīng)電拋光，以助于形成層流流動(dòng)的氣體。
[0166]在又一實(shí)施方式中，氣體分配道1128的內(nèi)面(包括蓋板1170與罩蓋1172的內(nèi)面)和室蓋組件1132的下表面1160包含粗糙表面或機(jī)械處理過的表面，以增加整個(gè)表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在蓋板1170與罩蓋1172的內(nèi)面和下表面1160。氣相沉積工藝常產(chǎn)生不欲得到的膜，且可能會(huì)從下表面1160和氣體分配道1128內(nèi)面剝落而污染襯底1110。在一實(shí)施方式中，下表面1160和/或氣體分配道1128內(nèi)面的平均粗糙度(Ra)至少為約10 μ in,例如為約10 μ in (約0.254 μ m)至約200 μ in (約5.08 μ m)，優(yōu)選約 20 μ in (約 0.508 μ m)至約 100 μ in (約 2.54 μ m)，更優(yōu)選約 30 μ in (約 0.762 μ m)至約80 μ in(約2.032 μ m)。在另一實(shí)施方式中，下表面1160和/或氣體分配道1128內(nèi)面的平均粗糙度至少為約100 μ in (約2.54 μ m)，優(yōu)選介于約200 μ in (約5.08 μ m)~約500 μ in (約 12.7 μ m)。
[0167]圖1lA繪示的諸如可程序化個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站計(jì)算機(jī)等控制單元1180為耦接處理室1100，用以控制工藝條件。例如在襯底處理程序的不同階段中，控制單元1180用來控制來自各氣體源1138、1139、1140的工藝氣體和凈化氣體流過閥1142a、1142b。舉例來說，控制單元1180包含中央處理單元(CPU) 1182、支持電路1184、和存有相關(guān)控制軟件1183的內(nèi)存1186。
[0168]控制單元1180可為任一類型的通用計(jì)算機(jī)處理器，所述控制單元1180可用于工業(yè)設(shè)定來控制各種腔室及子處理器。CPU1182可使用任一適合的內(nèi)存1186，例如隨機(jī)存取內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器、軟盤、硬盤、或其它近端或遠(yuǎn)程的數(shù)字儲(chǔ)存器。各種支持電路可連接CPU1182，用以支持處理室1100?？刂茊卧?180可連接到另一鄰近單獨(dú)腔室零件的控制器，例如閥1142a、1142b的可程序化邏輯控制器1148a、1148b。透過許多信號(hào)線(以下統(tǒng)稱信號(hào)總線1188，部分繪于圖11A)可操作控制單元1180與處理室1100的其它組件的雙向通信。除了控制氣體源1138、1139、1140的工藝氣體和凈化氣體及閥1142a、1142b的可程序化邏輯控制器1148a、1148b外，控制單元1180還負(fù)責(zé)自動(dòng)控制其它處理晶片的動(dòng)作，例如傳送晶片、控制溫度、排空腔室等，所述控制部分將說明于本文他處。
[0169]參照?qǐng)D11A-11C，操作時(shí)，機(jī)械裝置(未示出)經(jīng)由狹縫閥1108將襯底1110傳送到處理室1100。升降銷1120與機(jī)械裝置協(xié)力將襯底1110放到襯底支撐件1112上。襯底支撐件1112抬起襯底1110使襯底1110緊靠室蓋組件1132的下表面1160。一起或個(gè)別(即脈沖供應(yīng))利用閥1142 a注入第一氣流至處理室1100的氣體分配道1128及利用閥1142b注入第二氣流至處理室1100。第一氣流可包含來自凈化氣體源1140的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源1138的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體、或可包含來自反應(yīng)氣體源1138的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源1140的脈沖供應(yīng)的凈化氣體。第二氣流可包含來自凈化氣體源1140的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源1139的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體、或可包含來自反應(yīng)氣體源1139的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源1140的脈沖供應(yīng)的凈化氣體。環(huán)形氣流1174以渦流流動(dòng)方式行經(jīng)氣體分配道1128，藉以掃掠氣體分配道1128的整個(gè)內(nèi)面。環(huán)形氣流1174朝襯底1110表面向下消散流動(dòng)。當(dāng)氣體流經(jīng)氣體分配道1128時(shí)，氣流速度會(huì)減慢。氣流接著流過襯底1110的表面和室蓋組件1132的下表面1160。室蓋組件1132的向下傾斜下表面1160有助于減少氣流越過襯底1110表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門1162而進(jìn)入處理室1100的抽吸區(qū)1166。過量氣體、副產(chǎn)物等將流入抽吸道1179，然后由真空系統(tǒng)1178排出處理室1100外。在一方面中，氣流以層流方式行經(jīng)氣體分配道1128和襯底1110表面與室蓋組件1132下表面1160之間，如此可使反應(yīng)氣體均勻接觸襯底1110的表面及有效清除室蓋組件1132的內(nèi)面。
[0170]圖11A-11C的處理室1100具有多項(xiàng)特征。在一方面中，處理室1100提供的反應(yīng)區(qū)1164體積比傳統(tǒng)CVD室小。處理室1100只需較少的反應(yīng)氣體或凈化氣體來填充進(jìn)行特定工藝的反應(yīng)區(qū)1164。在另一方面中，處理室1100提供的室蓋組件1132具有向下傾斜或呈漏斗狀的下表面1160，如此可減少氣流行經(jīng)室蓋組件1132底面至襯底1110的速度差異。在又一方面中，處理室1100提供的氣體分配道1128可減慢氣流流貫的速度。在再一方面中，處理室1100提供的氣體導(dǎo)管與氣體分配道1128的中心夾一角度α。處理室1100還具本文他處所述的其它特征。其它用于原子層沉積的腔室實(shí)施方式包含一或多個(gè)上述特征。
[0171]多路注入型上蓋組件
[0172]圖12A-12E、13A-13C、14A_14C繪示根據(jù)又一實(shí)施方式作為多路注入型上蓋組件且用于ALD工藝的室蓋組件1232的示意圖。如圖12A所示，室蓋組件1232包含設(shè)于蓋板1270中間部分的罩蓋 1272。氣體導(dǎo)管1250a的一端耦接并與罩蓋1272流體連通，氣體導(dǎo)管1250a的另一端則貫穿蓋板1270且耦接及與ALD閥和/或化學(xué)前驅(qū)物源或氣體源流體連通?；蛘撸瑲怏w導(dǎo)管1250a的一端延伸通過蓋板1270，并可耦接至化學(xué)前驅(qū)物源或氣體源并與化學(xué)前驅(qū)物源或氣體源流體連通，而ALD閥位于氣體導(dǎo)管1250a和蓋板1270之間，例如位于蓋板1270上方(圖中未示)。氣體導(dǎo)管1250a耦接及與氣體通路1268a流體連通，所述氣體通路1268a供前驅(qū)氣體流過多路注入基底1269。氣體通路1268a耦接且與氣體節(jié)環(huán)1264a為流體連通，該氣體節(jié)環(huán)1264a經(jīng)由狹縫1266a與氣體分配道1228為流體連通(圖 12E、13C 及 14A-14C)。
[0173]氣體導(dǎo)管套1252包含至少一氣體導(dǎo)管、或可包含兩個(gè)、三個(gè)、或更多個(gè)氣體導(dǎo)管。圖12C繪示的氣體導(dǎo)管套1252包含氣體導(dǎo)管1250b、1250c。在一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1250b的一端耦接并與罩蓋1272為流體連通，氣體導(dǎo)管1250b的另一端則貫穿蓋板1270且耦接及與ALD閥和化學(xué)前驅(qū)物源為流體連通。或者，氣體導(dǎo)管1250b的一端延伸通過蓋板1270，并可耦接至化學(xué)前驅(qū)物源或氣體源并與化學(xué)前驅(qū)物源或氣體源流體連通，而ALD閥位于氣體導(dǎo)管1250a和蓋板1270之間，例如位于蓋板1270上方(圖中未不)。在一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1250b或1250c各自或一起耦接及與氣體通路1268b流體連通。氣體導(dǎo)管1250b耦接且與氣體通路1268b流體連通，所述氣體通路1268b供前驅(qū)氣體流過多路注入基底1269。氣體通路1268b耦接及與氣體節(jié)環(huán)1264b流體連通，氣體節(jié)環(huán)1264b經(jīng)由狹縫1266b與氣體分配道1228流體連通(圖14A-14C)。
[0174]在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)管1250c為可選用的。氣體導(dǎo)管1250c的一端耦接并與罩蓋1272為流體連通，氣體導(dǎo)管1250c的另一端則延伸穿過蓋板1270且耦接及與ALD閥和/或氣體源流體連通，例如載氣源、凈化氣體源、等離子體氣體源、或化學(xué)前驅(qū)物源。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1250c f禹接及與罩蓋1272的上表面流體連通。在又一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1250c例如透過Y型接頭連結(jié)導(dǎo)管1250b，并且耦接及與氣體通路1268b為流體連通。
[0175]圖12A-12E、13A-13C、14A-14C的室蓋組件1232包含置于罩蓋1272和蓋板1270上方的多路注入基底1269。多路注入基底1269、罩蓋1272、和蓋板1270構(gòu)成氣體分配道1228。多路注入基底1269構(gòu)成氣體分配道1228的上部1237，蓋板1270則構(gòu)成氣體分配道1228的下部1235。附加板或可置于蓋板1270與罩蓋1272之間。在其它實(shí)施方式中，氣體分配道1228可由單一材料組成。
[0176]圖12D-12E繪示穿過多路注入基底1269的氣體通路1268a、1268b。多路注入罩1267可設(shè)在多路注入基底1269的突出部1261上而于多路注入罩1267和多路注入基底1269之間構(gòu)成氣體節(jié)環(huán)1264a。相似的，多路注入基底1269可以設(shè)在罩蓋1272上而于多路注入基底1269和罩蓋1272之間構(gòu)成氣體節(jié)環(huán)1264b。銷1265可以穿過多路注入罩1267的孔洞1263并伸進(jìn)多路注入基底1269的溝槽1275，以將該些部件固定在一起。同樣地，溝槽1275內(nèi)的銷1277連接多路注入基底1269和罩蓋1272(圖12C)，而溝槽1274內(nèi)的銷1276連接蓋板1270和罩蓋1272(圖13C)。沉積時(shí)，第一工藝氣體可從氣體通路1268a繞過氣體節(jié)環(huán)1264a及通過狹縫1266a而流入氣體分配道1228。類似地，第二工藝氣體可從氣體通路1268b繞過氣體節(jié)環(huán)1264b及通過狹縫1266b而流入氣體分配道1228。
[0177]狹縫1266a、1266b使得氣體節(jié)環(huán)1264a、1264b與氣體分配道1228相通。狹縫1266a、1266b可以與中心軸1233夾一角度，例如大致與中心軸1233或氣體分配道1228呈正切關(guān)系。在一實(shí)施方式中，狹縫1266a、1266b正切氣體分配道1228的角度為約0°至約90°，優(yōu)選約0°至約45°，更優(yōu)選約0°至約20°。
[0178]視待輸送的氣體而定，室蓋組件1232可包括冷卻組件和/或加熱元件?？刂剖疑w組件1232的溫度可避免氣體在室蓋組件1232上分解、沉積、或冷凝。例如，冷卻道1290可設(shè)于室蓋組件1232中，用以冷卻室蓋組件1232。在另一實(shí)施方式中，加熱元件(未示出)可為嵌設(shè)的或圍繞室蓋組件1232的零件，用以加熱室蓋組件1232。在一實(shí)施方式中，可以在工藝期間分別加熱或冷卻室蓋組件1232的零件。例如參照?qǐng)D13C，室蓋組件1232包含多路注入基底1269、蓋板1270和罩蓋1272，其中蓋板1270和罩蓋1272構(gòu)成氣體分配道1228。多路注入基底1269與罩蓋1272保持在一溫度，蓋板1270則保持在另一溫度。例如，以加熱帶纏繞或使用其它加熱裝置加熱多路注入基底1269與罩蓋1272可防止反應(yīng)氣體冷凝，且蓋板270維持環(huán)境溫度。在另一實(shí)施方式中，可加熱多路注入基底1269與罩蓋1272及利用水道冷卻蓋板1270，以免反應(yīng)氣體在蓋板1270上進(jìn)行熱分解。在另一實(shí)施方式中，可通過加熱帶或其它加熱裝置加熱多路注入基底1269與罩蓋1272至一溫度，而蓋板1270可獨(dú)立地加熱至一溫度，該溫度低于、等于或大于多路注入基底1269與罩蓋1272的溫度。
[0179]室蓋組件1232包含的零件可由不銹鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其它適合工藝的材料組成。在一實(shí)施方式中，多路注入基底1269、罩蓋1272和蓋板1270為各自制造、機(jī)械加工、鍛造，或者它們可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、它們的合金、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，可選用地置于二者之間的附加板含有不銹鋼。
[0180]在一實(shí)施方式中，氣體分配道1228的內(nèi)面1231 (包括蓋板1270與罩蓋1272的內(nèi)面)和室蓋組件1232的下表面1260包含拋光鏡面，以協(xié)助氣體沿著氣體分配道1228和室蓋組件1232的下表面1260形成層流。
[0181] 在另一實(shí)施方式中，氣體分配道1228的內(nèi)面1231 (包括蓋板1270與罩蓋1272的內(nèi)面)和室蓋組件1232的下表面1260包含粗糙表面或機(jī)械處理過的表面，以增加整個(gè)表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內(nèi)面1231和下表面1260。氣相沉積工藝常產(chǎn)生不欲得到的膜層，且可能會(huì)從內(nèi)面1231和下表面1260剝落而污染襯底1210。在一實(shí)施方式中，下表面1260和/或內(nèi)面1231的平均粗糙度(Ra)至少為約10 μ in，例如為約 10 μ in (約 0.254 μ m)至約 200 μ in (約 5.08 μ m)，優(yōu)選約 20 μ in (約(λ 508 μ m)至約100 μ in (約 2.54 μ m)，更優(yōu)選約 30 μ in (約 0.762 μ m)至約 80 μ in (約 2.032 μ m)。在另一實(shí)施方式中，下表面1260和/或內(nèi)面1231的平均粗糙度至少為約100 μ in (約2.54 μ m),優(yōu)選介于約 200 μ in (約 5.08 μ m)~約 500 μ in (約 12.7 μ m)。
[0182]圖13A及14A-14C繪示室蓋組件1232的截面，所述室蓋組件1232包含延伸穿過蓋板1270中間部分的氣體分配道1228。氣體節(jié)環(huán)1264a、1264b繞著氣體分配道1228與中心軸1233環(huán)狀延伸。氣體分配道1228的延伸方向通常為垂直ALD工藝期間位于室蓋組件1232下方的襯底。氣體分配道1228沿著罩蓋1272的中心軸1233延伸穿過蓋板1270而抵下表面1260。氣體分配道1228進(jìn)一步延伸越過下表面1260而進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1064。下表面1260從分流道1034b延伸到阻氣門1262。下表面1260經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋ALD工藝期間位于室蓋組件1232下方的襯底。
[0183]圖13A及14A-14C的室蓋組件1232可使襯底接觸至少兩氣體源或化學(xué)前驅(qū)物。在其它實(shí)施方式中，室蓋組件1232可重新配置使襯底接觸單一氣體源(如圖5所示)、或接觸三或更多氣體源或化學(xué)前驅(qū)物(如圖6所示)。
[0184]在圖14B-14C中，當(dāng)呈環(huán)形氣流1220的工藝氣體通過點(diǎn)1236時(shí)，環(huán)形氣流1220被迫繞著氣體分配道1228的中心軸1233擴(kuò)展的圈數(shù)比構(gòu)造類似但不具有點(diǎn)1236的處理室還多。環(huán)形氣流1220可包含流動(dòng)圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、卷曲圖案、扭曲圖案、卷繞圖案、漩渦圖案、或它們的衍生圖案。環(huán)形氣流1220繞著氣體分配道1228的中心軸1233擴(kuò)展至少約I圈，優(yōu)選至少約1.5圈，更優(yōu)選至少約2圈，更優(yōu)選至少約3圈，并且更優(yōu)選為至少約4圈或更多。
[0185]在一實(shí)施方式中，圖13C及14C繪示的氣體分配道1228從上部1237沿著中心軸1233往點(diǎn)1236的內(nèi)徑基本上維持不變。在另一實(shí)施方式中，氣體分配道1228從上部1237沿著中心軸1233往點(diǎn)1236的內(nèi)徑為逐漸增加或逐漸縮減(未示出)。但氣體分配道1228的內(nèi)徑從點(diǎn)1236沿著中心軸1233往鄰接室蓋組件1232下表面1260的下部1235逐漸增加。
[0186]在一實(shí)例中，用于處理直徑300mm的襯底的室蓋組件1232具有下列直徑。氣體分配道1228在上部1237的直徑為約0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約1 .2英寸，例如約I英寸。氣體分配道1228在點(diǎn)1236的直徑為約
0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約1.2英寸，例如約I英寸。氣體分配道1228在下部1235的直徑為約I英寸至約4英寸，優(yōu)選約1.5英寸至約3英寸，更優(yōu)選約1.6英寸至約2.4英寸，例如約2英寸。在一實(shí)施方式中，上述尺寸應(yīng)用至氣體分配道1228而適用于供應(yīng)約500sccm至約3000sccm的氣體流量。在其它實(shí)施方式中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。
[0187]相信逐漸變細(xì)的氣體分配道1228可使氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故通過控制氣體的周圍部分溫度(即控制室蓋組件1232的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1228可逐漸變細(xì)，且可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面，例如逐漸變細(xì)的平面、凹面、凸面、或它們的組合，或者可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
[0188]在一實(shí)施方式中，如圖14A~14C所示，氣體節(jié)環(huán)1264a、1264b環(huán)繞氣體分配道1228的上部1237。在其它實(shí)施方式中，一或多個(gè)氣體節(jié)環(huán)1264a、1264b沿著氣體分配道1228的全長(zhǎng)設(shè)于上部1237與下部1235之間的不同位置。
[0189]不期受限于理論，圖14B-14C繪示室蓋組件1232的氣體分配道1228的不同視圖，簡(jiǎn)示氣體流經(jīng)氣體分配道1228中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1228的流動(dòng)圖案，相信環(huán)形氣流1220可以采用環(huán)形流動(dòng)圖案而由狹縫1266a、1266b流過氣體分配道1228，所述形流動(dòng)圖案例如渦流流動(dòng)、螺旋流動(dòng)、盤旋流動(dòng)、打旋流動(dòng)、快旋流動(dòng)、扭曲流動(dòng)、卷繞流動(dòng)、曲折流動(dòng)、卷曲流動(dòng)、漩渦流動(dòng)、它們的衍生流動(dòng)、或它們的組合流動(dòng)。環(huán)形流動(dòng)形成于“處理區(qū)”而非與襯底隔開的空間。在一方面中，因渦流流動(dòng)圖案掃掠氣體分配道1228的整個(gè)內(nèi)面，故環(huán)形氣流1220有助于更有效地排空氣體分配道1228。
[0190]圖12C、13B-13C及14C示出至少一部分的室蓋組件1232下表面1260自氣體分配道1228往室蓋組件1232周圍部分逐漸變細(xì)，藉以提供氣體從氣體分配道1228流過襯底表面(即從襯底中心到襯底周邊)的優(yōu)選速度波形。下表面1260可包含一或多個(gè)錐形面，例如平面、凹面、凸面、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，下表面1260為逐漸變細(xì)的漏斗狀。
[0191]在一實(shí)施方式中，下表面1260向下傾斜以減少氣流行經(jīng)室蓋組件1232下表面1260至襯底的速度差異，進(jìn)而使襯底表面均勻接觸反應(yīng)氣體。在一實(shí)施方式中，室蓋組件1232向下傾斜的下表面1260與襯底表面間的流動(dòng)截面，所述截面的最大面積與最小面積的比例小于約2，優(yōu)選小于約1.5，更優(yōu)選小于約1.3，并且更優(yōu)選約為I。
[0192]不期受限于理論，相信氣流以更均一的速度越過襯底表面可使氣體更均勻地沉積于襯底上。相信氣流速度正比于氣體濃度，因此正比于氣體沉積于襯底表面的速率。故氣流速度較快的第一襯底表面區(qū)域相對(duì)于第二襯底表面區(qū)域，第一表面區(qū)域有更快的氣體沉積速率。相信具向下傾斜下表面1260的室蓋組件1232可供氣體更均勻地沉積于整個(gè)襯底表面，此乃因下表面1260產(chǎn)生了更均一的速度，故氣體遍布襯底表面的濃度更均勻。
[0193]圖12C及13C繪示ALD工藝期間位于鄰近于放置襯底處的周邊的室蓋組件1232的周圍部分的阻氣門1262。當(dāng)室蓋組件1232組裝以構(gòu)成處理區(qū)在襯底四周時(shí)，阻氣門1262包含任一限制氣體流過襯底周邊附近區(qū)域的元件。
[0194]如圖13A-13B所示，具有把手1282的室蓋套1280可蓋住罩蓋1272、氣體導(dǎo)管1250a、氣體導(dǎo)管套1 252、和一部分的蓋板1270上表面。室蓋組件1232的溫度可由液體冷卻系統(tǒng)控制，所述液體冷卻系統(tǒng)連接水套，例如延伸穿過蓋板1270的冷卻道1290。諸如水的冷卻流體流過冷卻道1290而移除蓋板1270的熱量。冷卻劑連結(jié)件1292a、1292b通過軟管或管子連接至冷卻道1290。冷卻劑連結(jié)件1292a、1292b的另一端通過軟管或管子連接至流體源和流體回收器，例如內(nèi)設(shè)的冷卻系統(tǒng)或獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。冷卻劑連結(jié)件1292a、1292b通過支撐架1294連接至蓋板1270。流過冷卻道1290的液體可包括水、油、乙醇、乙二醇、乙二醇醚、或其它有機(jī)溶劑。在一實(shí)施方式中，蓋板1270或室蓋組件1232的溫度可維持在約(TC至約100°C之間，優(yōu)選約18°C至約65°C之間，更優(yōu)選約20°C至約50°C之間。
[0195]圖15A-15C繪示的一實(shí)施方式的示意圖，所述處理室1500包括用于ALD工藝的氣體輸送系統(tǒng)1530。處理室1500包含具側(cè)壁1504和底部1506的室體1502。處理室1500的狹縫閥1508可供機(jī)械裝置(未示出)進(jìn)出處理室1500以傳遞及取回襯底1510，例如200mm或300mm的半導(dǎo)體晶片或玻璃襯底。
[0196]襯底支撐件1512支撐處理室1500中襯底承接面1511上的襯底1510。襯底支撐件1512設(shè)有升降電動(dòng)機(jī)1514，用以提高及降低襯底支撐件1512和放置在襯底支撐件1512上的襯底1510。連接升降電動(dòng)機(jī)1518的升降板1516設(shè)于處理室1500內(nèi)，用以提高及降低可移動(dòng)穿過襯底支撐件1512的升降銷1520。襯底支撐件1512可包括真空吸座(未示出)、靜電吸座(未示出)、或鉗環(huán)(未示出)，以于沉積工藝期間固定襯底支撐件1512上的襯底1510。
[0197]通過調(diào)整襯底支撐件1512的溫度可控制放置其上的襯底1510溫度。例如，可使用諸如電阻加熱器(未示出)等嵌設(shè)型加熱元件加熱襯底支撐件1512，或者可使用諸如設(shè)于襯底支撐件1512上方的加熱燈(未示出)等輻射熱來進(jìn)行加熱。凈化環(huán)1522可置于襯底支撐件1512上，以限定凈化通道1524而提供凈化氣體至襯底1510周圍部分，以免沉積物沉積襯底1510上。
[0198]氣體輸送系統(tǒng)1530設(shè)在室體1502的上部，用以供給處理室1500氣體，例如工藝氣體和/或凈化氣體。圖15A-15C的氣體輸送系統(tǒng)1530可使襯底1510接觸至少兩氣體源或化學(xué)前驅(qū)物。在其它實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)1530可重新配置使襯底1510接觸單一氣體源(如圖5所示)、或接觸三或更多氣體源或化學(xué)前驅(qū)物(如圖6所示)。真空系統(tǒng)1578連接抽吸道1579，以將任一預(yù)定氣體排出處理室1500外，并協(xié)助處理室1500的抽吸區(qū)1566維持呈期望的壓力或保持在期望的壓力范圍。
[0199]在一實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)1530包含室蓋組件1532，所述氣體輸送系統(tǒng)1530具延伸穿過室蓋組件1532中間部分的氣體分配道1534。氣體分配道1534的延伸方向?yàn)榇怪币r底承接面1511，并且沿著氣體分配道1534的中心軸1533延伸穿過蓋板1570而抵下表面1560。在一實(shí)施方式中，部分氣體分配道1534沿著上部1537內(nèi)的中心軸1533基本上呈圓柱狀，部分氣體分配道1534則背離下部1535內(nèi)的中心軸1533逐漸變細(xì)。氣體分配道1534更延伸越過下表面1560而進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1564。下表面1560從氣體分配道1534的下部1535延伸到阻氣門1562。下表面1560經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上位于襯底支撐件1512的襯底承接面1511上的襯底1510。
[0200]當(dāng)呈環(huán)形氣流1574的工藝氣體沿著中心軸1533行進(jìn)時(shí)，所述環(huán)形氣流1574將被迫繞著氣體分配道1534的中心軸1533擴(kuò)展。環(huán)形氣流1574可包含流動(dòng)圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、卷曲圖案、扭曲圖案、卷繞圖案、漩渦圖案、或它們的衍生圖案。環(huán)形氣流1574繞著氣體分配道1534的中心軸1533擴(kuò)展至少約I圈，優(yōu)選至少約1.5圈，更優(yōu)選至少約2圈，再佳為至少約3圈，又再佳為至少約4圈或更多。
[0201] 氣體分配道1534具有氣體入口 1536a、1536b，用以提供來自兩組相似閥1542a/1552a、1542b/1552b的氣流，所述氣體入口可一起或個(gè)別提供。在一構(gòu)造中，閥1542a和閥1542b耦接不同的反應(yīng)氣體源，但優(yōu)選耦接同一凈化氣體源。例如，閥1542a耦接反應(yīng)氣體源1538，閥1542b耦接反應(yīng)氣體源1539，且兩閥1542a、1542b均耦接凈化氣體源1540。閥1542a、1542b各自包括具閥座組件1544a、1544b的輸送管線1543a、1543b，閥1552a、1552b則各自包括具閥座組件1546a、1546b的凈化管線1545a、1545b。輸送管線1543a、1543b與反應(yīng)氣體源1538、1539為流體連通，并且與氣體分配道1534的氣體入口1536a、1536b為流體連通。輸送管線1543a、1543b的閥座組件1544a、1544b控制反應(yīng)氣體從反應(yīng)氣體源1538及1539流向氣體分配道1534。凈化管線1545a、1545b連接凈化氣體源1540，并與輸送管線1543a、1543b的閥座組件1544a、1544b下游處的輸送管線1543a、1543b相交。凈化管線1545a、1545b的閥座組件1546a、1546b控制凈化氣體從凈化氣體源1540流向氣體分配道1534。若載氣用來輸送反應(yīng)氣體源1538及1539的反應(yīng)氣體，則載氣與凈化氣體優(yōu)選相同(例如，使用氬氣做為載氣與凈化氣體)。
[0202]閥座組件1544a、1544b、1546a、1546b各可包含隔板(未示出)和閥座(未示出)。施加偏壓或加以驅(qū)動(dòng)可打開或關(guān)閉隔板。隔板可為氣動(dòng)式或電動(dòng)式。氣動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司與帕克漢尼汾公司(Park Hannifin Corp.)的Veriflo分部的氣動(dòng)閥。電動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司的電動(dòng)閥。例如，ALD閥可采用Fujikin型號(hào)FPR-UDDFAT-21-6.35-P1-ASN 或 Fujikin 型號(hào) FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT?？沙绦蚧倪壿嬁刂破?548a、1548b耦接閥1542a、1542b，用以控制啟動(dòng)閥1542a、1542b的閥座組件1544a、1544b、1546a、1546b的隔板。氣動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.020秒。電動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.005秒。電動(dòng)閥一般需使用聯(lián)系閥與可程序化邏輯控制器的驅(qū)動(dòng)器。
[0203]閥1542a、1542b分別可為零無效體積閥，所述閥可于閥座組件1544a、1544b關(guān)閉時(shí)，沖洗輸送管線1543a、1543b的反應(yīng)氣體。例如，凈化管線1545a、1545b可設(shè)置鄰接輸送管線1543a、1543b的閥座組件1544a、1544b。當(dāng)閥座組件1544a、1544b關(guān)閉時(shí)，凈化管線1545a、1545b可供應(yīng)凈化氣體來沖洗輸送管線1543a、1543b。在一實(shí)施方式中，凈化管線1545a、1545b略與輸送管線1543a、1543b的閥座組件1544a、1544b相隔，如此凈化氣體于閥座組件1544a、1544b打開時(shí)不會(huì)直接送入閥座組件1544a、1544b。在此的零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
[0204]各組閥1542a/1552a、1542b/1552b可用來提供反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流和/或個(gè)別氣流。參照閥1542a/1552a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流例子包括來自凈化氣體源1540且流經(jīng)凈化管線1545a的連續(xù)凈化氣體流和來自反應(yīng)氣體源1538且流經(jīng)輸送管線1543a的反應(yīng)氣體脈沖。通過打開凈化管線1545a的閥座組件1546a的隔板，可連續(xù)供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線1543a的閥座組件1544a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源1538的反應(yīng)氣體。參照閥1542a/1552a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的個(gè)別氣流例子包括來自凈化氣體源1540且流經(jīng)凈化管線1545a的凈化氣體脈沖和來自反應(yīng)氣體源1538且流經(jīng)輸送管線1543a的反應(yīng)氣體脈沖。通過打開及關(guān)閉凈化管線1545a的閥座組件1546a的隔板，可脈沖供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線1543a的閥座組件1544a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源1538的反應(yīng)氣體。
[0205]閥1542a、1542b的輸送管線1543a、1543b可經(jīng)由氣體導(dǎo)管1550a、1550b連接到氣體入口 1536a、1536b。氣體導(dǎo)管1550a、1550b可為閥1542a、1542b的一體組件或分離組件。在一方面中，閥1542a、1542b緊鄰氣體分配道1534，如此可減少輸送管線1543a、1543b和氣體導(dǎo)管1550a、1550b在閥1542a、1542b與氣體入口 1536a、1536b之間不必要的配置體積。
[0206]不期受限于理論，相信氣體分配道1534的直徑沿著中心軸1533從氣體分配道1534的上部1537到特定點(diǎn)為固定不變且自特定點(diǎn)往氣體分配道1534的下部1535增加可讓通過氣體分配道1534的氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹，此有助于控制環(huán)形氣流1574內(nèi)的工藝氣體溫度。例如，進(jìn)入氣體分配道1534的氣體突然產(chǎn)生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導(dǎo)致氣體凝結(jié)而形成液滴。另一方面，相信逐漸變細(xì)的氣體分配道1534可使氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故通過控制氣體的周圍部分溫度(即控制室蓋組件1532的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1534可逐漸變細(xì)，且可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面，例如逐漸變細(xì)的平面、凹面、凸面、或它們的組合，或者可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
[0207] 圖15B~15C繪示氣體移動(dòng)至氣體分配道1534的通道，在此于實(shí)施方式中討論它。工藝氣體由氣體導(dǎo)管1550a、1550b傳輸通過氣體入口 1536a、1536b而進(jìn)入氣體結(jié)環(huán)1568a及1568b，并通過狹縫1569a及1569b而進(jìn)入氣體分配道1534。圖15B繪示工藝氣體或前驅(qū)物氣體移動(dòng)的路徑，也就是由氣體導(dǎo)管1550a通過氣體入口 1536a進(jìn)入氣體結(jié)環(huán)1568a，通過狹縫1569a而進(jìn)入氣體分配道1534。第二路徑(例如圖15的鏡像)由氣體導(dǎo)管1550b通過氣體入口 1536b進(jìn)入氣體結(jié)環(huán)1568b，通過狹縫1569b而進(jìn)入氣體分配道1534，如圖15C所示。這些路經(jīng)皆圍繞氣體分配道1534的上部1537。
[0208]狹縫1569a及1569b提供由氣體結(jié)環(huán)1568a及1568b至氣體分配道1534的流體連通。狹縫1569a及1569b可相對(duì)于中心軸1533而呈一角度設(shè)置，例如正切于中心軸1533或氣體分配道1534。在一實(shí)施方式中，狹縫1569a及1569b可經(jīng)設(shè)置而與氣體分配道1534正切一角度，該角度例如介于約0°~約90°，優(yōu)選介于約0°~約45°，且更優(yōu)選介于約0°~約20。。
[0209]不期受限于理論，圖15C為室蓋組件1532的氣體分配道1534的截面圖，簡(jiǎn)示氣體流經(jīng)氣體分配道1534中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1534的流動(dòng)圖案，相信環(huán)形氣流1574(圖15C)可采用環(huán)形流動(dòng)圖案而由狹縫1569a及1569b流過氣體分配道1534，所述環(huán)形流動(dòng)圖案如渦流流動(dòng)、螺旋流動(dòng)、盤旋流動(dòng)、打旋流動(dòng)、快旋流動(dòng)、扭曲流動(dòng)、卷繞流動(dòng)、曲折流動(dòng)、卷曲流動(dòng)、鏇渦流動(dòng)、它們的衍生流動(dòng)或它們的組合流動(dòng)。如圖15C所示,環(huán)形流動(dòng)形成于“處理區(qū)“而非與襯底1510隔開的空間。在一方面中，因渦流流動(dòng)圖案掃掠氣體分配道1534的整個(gè)內(nèi)面，故環(huán)形氣流1574有助于更有效地排空氣體分配道1534。
[0210]在一實(shí)施方式中，圖15C示出距離1575是指從襯底1510表面的位置1576a到氣體分配道1534上部1537的位置1576b。當(dāng)不預(yù)期以盤旋流動(dòng)越過襯底1510表面時(shí)，距離1575足以讓環(huán)形氣流1574向下消散流動(dòng)。相信環(huán)形氣流1574是以層流方式行進(jìn)，如此可有效清除室蓋組件1532和襯底1510的表面。在另一實(shí)施方式中，距離1575或氣體分配道1534沿著中心軸1533延伸的長(zhǎng)度為約3英寸至約9英寸，優(yōu)選約3.5英寸至約7英寸，更優(yōu)選約4英寸至約6英寸,例如約5英寸。
[0211]圖15A示出至少一部分的室蓋組件1532下表面1560自氣體分配道1534往室蓋組件1532周圍部分逐漸變細(xì)，藉以提供氣體從氣體分配道1534流過襯底1510表面(即從襯底中心到襯底周邊)的優(yōu)選速度波形。下表面1560可包含一或多個(gè)錐形面，例如平面、凹面、凸面、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，下表面1560為逐漸變細(xì)的漏斗狀。
[0212]在一實(shí)施方式中，下表面1560向下傾斜以減少氣流行經(jīng)室蓋組件1532下表面1560至襯底1510的速度差異，進(jìn)而使襯底1510表面均勻接觸反應(yīng)氣體。在一實(shí)施方式中，室蓋組件1532向下傾斜的下表面1560與襯底1510表面間的流動(dòng)截面，所述截面的最大面積與最小面積的比例小于約2，優(yōu)選小于約1.5，更優(yōu)選小于約1.3，并且更優(yōu)選約I。
[0213]不期受限于理論，相信氣流以更均一的速度越過襯底1510表面可使氣體更均勻地沉積于襯底1510上。相信氣流速度正比于氣體濃度，因此正比于氣體沉積于襯底1510表面的速率。故襯底1510上氣流速度較快的第一表面區(qū)域相對(duì)于第二表面區(qū)域，第一表面區(qū)域有更快的氣體沉積速率。相信具向下傾斜下表面1560的室蓋組件1532可供氣體更均勻地沉積于整個(gè)襯底1510表面,此乃因下表面1560產(chǎn)生了更均一的速度,故氣體遍布襯底1510表面的濃度更均勻。
[0214]圖15A繪示位于鄰近襯底1510周邊的室蓋組件1532周圍部分的阻氣門1562。當(dāng)室蓋組件1532組裝以構(gòu)成處理區(qū)在襯底1510四周時(shí)，阻氣門1562包含任一限制氣體流過襯底1510周邊附近區(qū)域的元件。
[0215]在一特定實(shí)施方式中，阻氣門1562與襯底支撐件1512的間距為約0.04英寸至約2.0英寸，優(yōu)選約0.04英寸至約0.2英寸。間距可依輸送氣體和沉積工藝條件改變。利用阻氣門1562隔開反應(yīng)區(qū)1564和抽吸區(qū)1566(圖15A)的壓力不均勻分布區(qū)，可使室蓋組件1532與襯底1510間的體積或反應(yīng)區(qū)1564內(nèi)的壓力分布更均勻。
[0216]參照?qǐng)D15A，在一方面中，由于反應(yīng)區(qū)1564和抽吸區(qū)1566已經(jīng)隔開，因此反應(yīng)氣體或凈化氣體只需適度填充反應(yīng)區(qū)1564，讓襯底1510充分接觸反應(yīng)氣體或凈化氣體。在傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積中，現(xiàn)有技術(shù)的腔室需同時(shí)且均勻供應(yīng)反應(yīng)氣體的結(jié)合氣流至整個(gè)襯底表面，以確保反應(yīng)氣體均勻地在整個(gè)襯底1510表面互相反應(yīng)。在原子層沉積中，處理室1500相繼引進(jìn)反應(yīng)氣體至襯底1510表面，使反應(yīng)物薄層交替吸附于襯底1510表面。故原子層沉積不需反應(yīng)氣體同時(shí)抵達(dá)襯底1510表面。反而需供應(yīng)足量的反應(yīng)氣體使反應(yīng)物薄層吸附于襯底1510表面。
[0217]因反應(yīng)區(qū)1564的體積相較于傳統(tǒng)CVD室的內(nèi)部體積小，故需要較少的氣體量來填充進(jìn)行原子層沉積程序的特定工藝的反應(yīng)區(qū)1564。例如，以處理直徑200mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)1564的體積為約100cm3或更小，優(yōu)選約500cm3或更小，更優(yōu)選約200cm3或更小。以處理直徑300mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)1564的體積為約3000cm3或更小,優(yōu)選約1500cm3或更小,更優(yōu)選約600cm3或更小。在一實(shí)施方式中,可抬高或降低襯底支撐件1512以調(diào)整用于沉積的反應(yīng)區(qū)1564體積。反應(yīng)區(qū)1564的體積越小，需流入處理室1500的沉積氣體量或凈化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室1500產(chǎn)能及減少廢棄物，進(jìn)而降低營運(yùn)成本。
[0218] 如圖15A-15C所示，室蓋組件1532包含罩蓋1572和蓋板1570，其中罩蓋1572和蓋板1570構(gòu)成氣體分配道1534。在一實(shí)施方式中，如圖15A-15C所示，處理室1500包含具有氣體節(jié)環(huán)1568a、1568b和狹縫1569a、1569b的罩蓋1572。在另一實(shí)施方式中，如圖12A-14C所示，處理室1500包含罩蓋、氣體節(jié)環(huán)、和狹縫。附加板(未示出)或可置于蓋板1570與罩蓋1572之間。附加板用來調(diào)整(例如加大)罩蓋1572與蓋板1570的間距，由此可改變穿設(shè)于罩蓋1572與蓋板1570中的氣體分配道1534長(zhǎng)度。在另一實(shí)施方式中，選擇性置于蓋板1570與罩蓋1572間的附加板含有不銹鋼。在其它實(shí)施方式中，氣體分配道1534可由單一材料組成。
[0219]視待輸送的氣體而定，室蓋組件1532可包括冷卻組件和/或加熱元件。控制室蓋組件1532的溫度可避免氣體在室蓋組件1532上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(如圖12A的冷卻道1290)可設(shè)于室蓋組件1532中，用以冷卻室蓋組件1532。在另一實(shí)例中，加熱元件(未示出)可為嵌設(shè)的或圍繞室蓋組件1532的零件，用以加熱室蓋組件1532。在一實(shí)施方式中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1532的零件。例如參照?qǐng)D15A，室蓋組件1532包含蓋板1570和罩蓋1572，其中蓋板1570和罩蓋1572構(gòu)成氣體分配道1534。罩蓋1572保持在一溫度范圍內(nèi)，蓋板1570則保持在另一溫度范圍內(nèi)。例如，以加熱帶纏繞或使用其它加熱裝置加熱罩蓋1572可防止反應(yīng)氣體冷凝，且蓋板1570維持呈周圍部分溫度。在另一實(shí)例中，可加熱罩蓋1572及利用水道冷卻蓋板1570，以免反應(yīng)氣體在蓋板1570上進(jìn)行熱分解。
[0220]室蓋組件1532包含的零件可由不銹鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、它們的合金、或其它適合材料組成。在一實(shí)施方式中，罩蓋1572和蓋板1570為各自制造、機(jī)械加工、鍛造，或者它們可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、它們的合金、或它們的組合。
[0221]在一實(shí)施方式中，氣體分配道1534的內(nèi)面1531 (包括蓋板1570與罩蓋1572的內(nèi)面)和室蓋組件1532的下表面1560包含拋光鏡面，以協(xié)助氣體沿著氣體分配道1534和室蓋組件1532的下表面1560形成層流。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1550a、1550b的內(nèi)面可經(jīng)電拋光，以助于形成層流流動(dòng)的氣體。
[0222]在又一實(shí)施方式中，氣體分配道1534的內(nèi)面1531 (包括蓋板1570與罩蓋1572的內(nèi)面)和室蓋組件1532的下表面1560包含粗糙表面或機(jī)械處理過的表面，以增加整個(gè)表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內(nèi)面1531和下表面1560。氣相沉積工藝常產(chǎn)生不欲得到的膜層，且可能會(huì)從內(nèi)面1531和下表面1560剝落而污染襯底1510。在一實(shí)施方式中，下表面1560和/或內(nèi)面1531的平均粗糙度(Ra)至少為約10μ in，例如為約 10 μ in (約 0.254 μ m)至約 200 μ in (約 5.08 μ m)，優(yōu)選約 20 μ in (約(λ 508 μ m)至約100 μ in (約 2.54 μ m)，更優(yōu)選約 30 μ in (約 0.762 μ m)至約 80 μ in (約 2.032 μ m)。在另一實(shí)施方式中，下表面1560和/或內(nèi)面1531的平均粗糙度至少為約100 μ in (約2.54 μ m),優(yōu)選介于約 200 μ in (約 5.08 μ m)~約 500 μ in (約 12.7 μ m)。
[0223]圖15A繪示的諸如可程序化個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站計(jì)算機(jī)等控制單元1580為耦接處理室1500，用以控制工藝條件 。例如在襯底處理程序的不同階段中，控制單元1580用來控制來自各氣體源1538、1539、1540的工藝氣體和凈化氣體流過閥1542a、1542b。舉例來說，控制單元1580包含中央處理單元(CPU) 1582、支持電路1584、和存有相關(guān)控制軟件1583的內(nèi)存1586。
[0224]控制單元1580可為任一類型的通用計(jì)算機(jī)處理器，所述控制單元1580可用于工業(yè)設(shè)定來控制各種腔室及子處理器。CPU1582可使用任一適合的內(nèi)存1586，例如隨機(jī)存取內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器、軟盤、硬盤、或其它近端或遠(yuǎn)程的數(shù)字儲(chǔ)存器。各種支持電路可連接CPU1582，用以支持處理室1500?？刂茊卧?580可連接到另一鄰近單獨(dú)腔室零件的控制器，例如閥1542a、1542b的可程序化邏輯控制器1548a、1548b。透過許多信號(hào)線(以下統(tǒng)稱信號(hào)總線1588，部分繪于圖15A)可操作控制單元1580與處理室1500的其它組件的雙向通信。除了控制氣體源1538、1539、1540的工藝氣體和凈化氣體及閥1542a、1542b的可程序化邏輯控制器1548a、1548b外，控制單元1580還負(fù)責(zé)自動(dòng)控制其它處理晶片的動(dòng)作，例如傳送晶片、控制溫度、排空腔室等，所述控制部分將說明于此他處。
[0225]參照?qǐng)D15A-15C，運(yùn)作時(shí)，機(jī)械裝置(未示出)經(jīng)由狹縫閥1508將襯底1510傳送到處理室1500。升降銷1520與機(jī)械裝置協(xié)力將襯底1510放到襯底支撐件1512上。襯底支撐件1512抬起襯底1510使襯底1510緊靠室蓋組件1532的下表面1560。一起或個(gè)別(即脈沖供應(yīng))利用閥1542a注入第一氣流至處理室1500的氣體分配道1534及利用閥1542b注入第二氣流至處理室1500。第一氣流可包含來自凈化氣體源1540的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源1538的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體、或可包含來自反應(yīng)氣體源1538的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源1540的脈沖供應(yīng)的凈化氣體。第二氣流可包含來自凈化氣體源1540的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源1539的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體、或可包含來自反應(yīng)氣體源1539的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源1540的脈沖供應(yīng)的凈化氣體。
[0226]環(huán)形氣流1574以渦流流動(dòng)方式行經(jīng)氣體分配道1534，藉以掃掠氣體分配道1534的整個(gè)內(nèi)面。環(huán)形氣流1574朝襯底1510表面向下消散流動(dòng)。當(dāng)氣體流經(jīng)氣體分配道1534時(shí)，氣流速度會(huì)減慢。氣流接著流過襯底1510的表面和室蓋組件1532的下表面1560。室蓋組件1532向下傾斜的下表面1560有助于減少氣流越過襯底1510表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門1562而進(jìn)入處理室1500的抽吸區(qū)1566。過量氣體、副產(chǎn)物等將流入抽吸道1579，然后由真空系統(tǒng)1578排出處理室1500外。在一方面中，氣流以層流方式行經(jīng)氣體分配道1534和襯底1510表面與室蓋組件1532下表面1560之間，如此可使反應(yīng)氣體均勻接觸襯底1510的表面及有效清除室蓋組件1532的內(nèi)面。
[0227]圖15A-15C的處理室1500具有多項(xiàng)特征。在一方面中，處理室1500提供的反應(yīng)區(qū)1564體積比傳統(tǒng)CVD室小。處理室1500只需較少的反應(yīng)氣體或凈化氣體來填充進(jìn)行特定工藝的反應(yīng)區(qū)1564。在另一方面中，處理室1500提供的室蓋組件1532具有向下傾斜或呈漏斗狀的下表面1560，如此可減少氣流行經(jīng)室蓋組件1532底面至襯底1510的速度差異。在又一方面中，處理室1500提供的氣體分配道1534可減慢氣流流貫的速度。在再一方面中，處理室1500提供的氣體導(dǎo)管與氣體分配道1534的中心夾一角度α。處理室1500也具本文他處所述的其它特征。其它用于原子層沉積的腔室實(shí)施方式包含一或多個(gè)上述特征。
[0228]擴(kuò)大罩蓋型蓋組件
[0229]在另一實(shí)施方式中，圖16Α-16Ε繪示具有擴(kuò)大罩蓋且用于ALD工藝的室蓋組件1632的示意圖。圖17A-17D繪示根據(jù)再一實(shí)施方式的處理室1700的示意圖，所述處理室1700包括擴(kuò)大罩蓋1772和用于ALD工藝的氣體輸送系統(tǒng)1730。
[0230]在一實(shí)施方式中，如圖16Α所示，室蓋組件1632包含設(shè)于蓋板1670中間部分的罩蓋1672。氣體導(dǎo)管1650a的一端耦接并與罩蓋1672流體連通，氣體導(dǎo)管1650a的另一端則貫穿蓋板1670且耦接及與ALD閥和化學(xué)前驅(qū)物源流體連通。在一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1650a為直接耦接并與氣體分配道1628流體連通。或者，氣體導(dǎo)管1650a可間接耦接及與氣體分配道1628流體連通。
[0231]氣體導(dǎo)管套1652包含至少一氣體導(dǎo)管、或可包含兩個(gè)、三個(gè)、或更多個(gè)氣體導(dǎo)管。圖16B-16D繪示的氣體導(dǎo)管套1652包含氣體導(dǎo)管1650b、1650c。在一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1650b的一端耦接并與罩蓋1672流體連通，氣體導(dǎo)管1650b的另一端則貫穿蓋板1670且耦接及與ALD閥和化學(xué)前驅(qū)物源流體連通。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1650b或1650c為直接耦接并與氣體分配道1628流體連通。或者，氣體導(dǎo)管1650b或1650c可間接耦接及與氣體分配道1628流體連通。
[0232]在一些實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1650c為可選用的。氣體導(dǎo)管1650c的一端耦接并與罩蓋1672流體連通，氣體導(dǎo)管1650b的另一端則延伸穿過蓋板1670且耦接及與ALD閥和氣體源流體連通，例如載氣源、凈化氣體源、等離子體氣體源、或化學(xué)前驅(qū)物源。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1650c f禹接及與罩蓋1672的上表面流體連通。在又一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1650c例如透過Y型接頭連結(jié)導(dǎo)管1650b，并且耦接及與氣體通路1668b流體連通。
[0233] 圖16D-16E的室蓋組件1632包含罩蓋1672和1670，其中罩蓋1672和蓋板1670構(gòu)成氣體分配道1628。附加板(未示出)或可置于蓋板1670與罩蓋1672之間。溝槽1674內(nèi)的銷1676連接蓋板1670和罩蓋1672 (圖16D)。附加板用來調(diào)整(例如加大)罩蓋1672與蓋板1670的間距，由此可改變穿設(shè)于罩蓋1672與蓋板1670中的氣體分配道1628長(zhǎng)度。在另一實(shí)施方式中，選擇性置于蓋板1670與罩蓋1672間的附加板含有不銹鋼。在其它實(shí)施方式中，氣體分配道1628可由單一材料組成。
[0234]視待輸送的氣體而定，室蓋組件1632可包括冷卻組件和/或加熱元件。控制室蓋組件1632的溫度可避免氣體在室蓋組件1632上分解、沉積、或冷凝。例如，冷卻道1690可設(shè)于室蓋組件1632中，用以冷卻室蓋組件1632。在另一實(shí)施方式中，加熱元件(未示出)可為嵌設(shè)的或圍繞室蓋組件1632的零件，用以加熱室蓋組件1632。
[0235]在一實(shí)施方式中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1632的零件。例如參照?qǐng)D16D-16E，室蓋組件1632包含蓋板1670和罩蓋1672，其中蓋板1670和罩蓋1672構(gòu)成氣體分配道1628。罩蓋1672保持在一溫度范圍內(nèi)，蓋板1670則保持在另一溫度范圍內(nèi)。例如，以加熱帶纏繞或使用其它加熱裝置加熱罩蓋1672可防止反應(yīng)氣體冷凝，且蓋板1670維持環(huán)境溫度。在另一實(shí)施方式中，可加熱罩蓋1672及利用水道冷卻蓋板1670，以免反應(yīng)氣體在蓋板1670上進(jìn)行熱分解。
[0236]室蓋組件1632包含的零件可由不銹鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、或其它適合材料組成。在一實(shí)施方式中，罩蓋1672和蓋板1670為各自制造、機(jī)械加工、鍛造，或者它們可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、它們的合金、或它們的組合。
[0237]在一替代的實(shí)施方式中，氣體分配道1628的內(nèi)面1631 (包括蓋板1670與罩蓋1672的內(nèi)面)和室蓋組件1632的下表面1660包含拋光鏡面，以協(xié)助氣體沿著擴(kuò)大通道1634和室蓋組件1632的下表面1660形成層流。在另一實(shí)施方式中，氣體導(dǎo)管1650a、1650b的內(nèi)面可經(jīng)電拋光，以助于形成層流流動(dòng)的氣體。
[0238]在又一實(shí)施方式中，氣體分配道1628的內(nèi)面1631(包括蓋板1670與罩蓋1672的內(nèi)面)和室蓋組件1632的下表面1660包含粗糙表面或機(jī)械處理過的表面，以增加整個(gè)表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在內(nèi)面1631和下表面1660。氣相沉積工藝常產(chǎn)生不欲得到的膜層，且可能會(huì)從內(nèi)面1631和下表面1660剝落而污染襯底1610。在一實(shí)施方式中，下表面1660和/或內(nèi)面1631的平均粗糙度(Ra)至少為約10 μ in，例如為約 10 μ in (約 0.254 μ m)至約 200 μ in (約 5.08 μ m)，優(yōu)選約 20 μ in (約(λ 508 μ m)至約100 μ in (約 2.54 μ m)，更優(yōu)選約 30 μ in (約 0.762 μ m)至約 80 μ in (約 2.032 μ m)。在另一實(shí)施方式中，下表面1660和/或內(nèi)面1631的平均粗糙度至少為約100 μ in (約2.54 μ m),優(yōu)選介于約 200 μ in (約 5.08 μ m)~約 500 μ in (約 12.7 μ m)。
[0239]圖16D-16E繪示室蓋組件1632的截面，所述室蓋組件1632包含延伸穿過蓋板1670中間部分的氣體分配道1628。氣體分配道1628的延伸方向通常為垂直ALD工藝期間位于室蓋組件1632下方的襯底。氣體分配道1628沿著罩蓋1672的中心軸1633延伸穿過蓋板1670而抵下表面1660。氣體分配道1628更延伸越過下表面1660而進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1064。下表面1660從氣體分配道1628延伸到阻氣門1662。下表面1660經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上覆蓋ALD工藝期間位于室蓋組件1632下方的襯底。
[0240]圖16A-16E的室蓋組件1632可使襯底接觸至少兩氣體源或化學(xué)前驅(qū)物。在其它實(shí)施方式中，室蓋組件1632可重新配置使襯底接觸單一氣體源(如圖5所示)、或接觸三或更多氣體源或化學(xué)前驅(qū)物(如圖6所示)。
[0241]在圖16E中，當(dāng)呈環(huán)形氣流1620的工藝氣體沿著中心軸1633行進(jìn)時(shí)，環(huán)形氣流1620將被迫繞著氣體分配道1628的中心軸1633擴(kuò)展。環(huán)形氣流1620可包含流動(dòng)圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、卷曲圖案、扭曲圖案、卷繞圖案、漩渦圖案、或它們的衍生圖案。環(huán)形氣流1620繞著氣體分配道1628的中心軸1633擴(kuò)展至少約I圈，優(yōu)選至少約1.5圈，更優(yōu)選至少約2圈，更優(yōu)選為至少約3圈，又更優(yōu)選為至少約4圈或更多。
[0242]在一實(shí)施方式中，圖16A-16E示出將氣體導(dǎo)管1650a、1650b、1650c和氣體通路1668a、1668b與氣體分配道1628的中心軸1633設(shè)置成任一角度關(guān)系。氣體導(dǎo)管1650a、1650b、1650c和/或氣體通路1668a、1668b供工藝氣體流過氣體入口 1638a、1638b而進(jìn)入氣體分配道1628。氣體導(dǎo)管1650a、1650b或1650c、或氣體通路1668a或1668b優(yōu)選垂直中心軸1633(其中+β、-β =90。)、或使各氣體導(dǎo)管1650a、1650b或1650c、或氣體通路1668a或1668b的中心線與中心軸1633夾一角度+ β或-β (其中如圖17C的中心軸1733所示，0° <+β〈90° 或 0° <-β <90° )。氣體導(dǎo)管 1650a、1650b、1650c 和氣體通路 1668a、1668b可垂直中心軸1633水平設(shè)置、或可向下傾斜+ β角度或向上傾斜-β角度，使氣體從氣體入口 1638a、1638b流向氣體分配道1628壁面，而非直接往下流向襯底，此有助于降低吹落襯底表面所吸附反應(yīng)物的可能性。
[0243]另外，氣體導(dǎo)管1650a、1650b、1650c和氣體通路1668a、1668b自輸送管線或ALD閥往氣體入口 1638a、1638b的直徑可逐漸增加，以助于在氣體進(jìn)入氣體分配道1628前先減慢氣流速度。例如，氣體導(dǎo)管1650a、1650b、1650c和氣體通路1668a、1668b的內(nèi)徑可逐漸增加，或者所述氣體導(dǎo)管可包含多個(gè)內(nèi)徑漸增的相連導(dǎo)管。
[0244]在一實(shí)施方式中，圖16D-16E繪示的氣體分配道1628從上部1637沿著中心軸1633往點(diǎn)1636的內(nèi)徑為實(shí)質(zhì)維持不變。在另一實(shí)施方式中，氣體分配道1628從上部1637沿著中心軸1633往點(diǎn)1636的內(nèi)徑為逐漸增加或逐漸縮減(未示出)。但氣體分配道1628的內(nèi)徑從點(diǎn)1636沿著中心軸1633往鄰接室蓋組件1632下表面1660的下部1635逐漸增加。
[0245]在一實(shí)例中 ，用于處理直徑300mm的襯底的室蓋組件1632可具有下列直徑。氣體分配道1628在上部1637的直徑為約0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約1.2英寸，例如約I英寸。氣體分配道1628在點(diǎn)1636的直徑為約
0.5英寸至約2英寸，優(yōu)選約0.75英寸至約1.5英寸，更優(yōu)選約0.8英寸至約1.2英寸，例如約I英寸。氣體分配道1628在下部1635的直徑為約I英寸至約4英寸，優(yōu)選約1.5英寸至約3英寸，更優(yōu)選約1.6英寸至約2.4英寸，例如約2英寸。
[0246]上述尺寸通常適用于供應(yīng)約500sccm至約3000sccm的氣體流量的氣體分配道1628。在其它特定實(shí)施方式中，可改變尺寸以供特定氣體流量流過。一般而言，氣體流量越大，氣體分配道1628所需的直徑尺寸越大。
[0247]相信逐漸變細(xì)的氣體分配道1628可使氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故通過控制氣體的周圍部分溫度(即控制室蓋組件1632的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1628可逐漸變細(xì)，且可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面，例如逐漸變細(xì)的平面、凹面、凸面、或它們的組合，或者可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
[0248]在一實(shí)施方式中，如圖16E所示，氣體入口 1638a、1638b鄰近氣體分配道1628的上部1637。在其它實(shí)施方式中，一或多個(gè)氣體入口 1638a、1638b設(shè)于氣體分配道1628的上部1637內(nèi)。
[0249]氣體導(dǎo)管1650a、1650b、1650c和氣體通路1668a、1668b的中心線分別與氣體分配道1628的輻徑線夾一角度α，此類似圖17B-C，其中氣體導(dǎo)管1750a、1750b的中心線1776a、1776b分別與通過氣體分配道1734中心的輻徑線夾一角度α。氣體進(jìn)入氣體導(dǎo)管1650a、1650b、1650c和氣體通路1668a、1668b的入口優(yōu)選以傾角α (即，α >0° )設(shè)置，使得氣體依環(huán)形氣流1620(圖16E)所指的環(huán)形方向流動(dòng)。以傾角α供應(yīng)氣體而不直接流向擴(kuò)大通道壁面(g卩，α = 0° )有助于形成層流而非紊流通過氣體分配道1628。相信層流通過氣體分配道1628有利于清除氣體分配道1628的內(nèi)面和室蓋組件1632的其它表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1628的內(nèi)面和其它表面，并且可能含有氣流無法抵達(dá)的死角。在一方面中，氣體導(dǎo)管1650a、1650b、1650c與氣體通路1668a、1668b和對(duì)應(yīng)的氣體入口 1638a、1638b彼此間隔隔開，并以同一環(huán)形方向(即順時(shí)鐘或逆時(shí)鐘)引導(dǎo)氣流。
[0250]不期受限于理論，圖16E為室蓋組件1632的氣體分配道1628的截面圖，簡(jiǎn)示氣體流經(jīng)氣體分配道1628中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1628的流動(dòng)圖案，相信環(huán)形氣流1620可以采用環(huán)形流動(dòng)圖案而流過氣體分配道1628，所述環(huán)形流動(dòng)圖案例如渦流流動(dòng)、螺旋流動(dòng)、盤旋流動(dòng)、打旋流動(dòng)、快旋流動(dòng)、扭曲流動(dòng)、卷繞流動(dòng)、曲折流動(dòng)、卷曲流動(dòng)、漩渦流動(dòng)、它們的衍生流動(dòng)或它們的組合流動(dòng)。環(huán)形流動(dòng)形成于“處理區(qū)”而非與襯底隔開的空間。在一方面中，因渦流流動(dòng)圖案掃掠氣體分配道1628的整個(gè)內(nèi)面，故環(huán)形氣流1620有助于更有效地排空氣體分配道1628。
[0251]圖16C-16E示出至少一部分的室蓋組件1632下表面1660自氣體分配道1628往室蓋組件1632周圍部分逐漸變細(xì)，藉以提供氣體從氣體分配道1628流過襯底表面(即從襯底中心到襯底周邊)的優(yōu)選速度波形。下表面1660可包含一或多個(gè)錐形面，例如平面、凹面、凸面、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，下表面1660為逐漸變細(xì)的漏斗狀。
[0252]在一實(shí)施方式中，下表面1660向下傾斜以減少氣流行經(jīng)室蓋組件1632下表面1660至襯底的速度差異，進(jìn)而使襯底表面均勻接觸反應(yīng)氣體。在一實(shí)施方式中，室蓋組件1632向下傾斜的下表面1660與襯底表面間的流動(dòng)截面,所述截面的最大面積與最小面積的比例約小于2，優(yōu)選小于約1.5，更優(yōu)選小于約1.3，并且更優(yōu)選約為I。
[0253]不期受限于理論，相信氣流以更均一的速度越過襯底表面可使氣體更均勻地沉積于襯底上。相信氣流速度正比于氣體濃度，因此正比于氣體沉積于襯底表面的速率。故氣流速度較快的第一襯底表面區(qū)域相對(duì)于第二襯底表面區(qū)域，第一表面區(qū)域有更快的氣體沉積速率。相信具向下傾斜下表面1660的室蓋組件1632可供氣體更均勻地沉積于整個(gè)襯底表面，此乃因下表面1660產(chǎn)生了更均一的速度，故氣體遍布襯底表面的濃度更均勻。
[0254]圖16C-16E繪示位于鄰近ALD工藝期間放置襯底處的周邊的室蓋組件1632周圍部分的阻氣門1662。當(dāng)室蓋組件1632組裝以構(gòu)成處理區(qū)在襯底四周時(shí)，阻氣門1662包含任一限制氣體流過襯底周邊附近區(qū)域的元件。
[0255] 如圖16B-16D所示，具有把手1682的室蓋套1680可蓋住罩蓋1672、氣體導(dǎo)管1650a、氣體導(dǎo)管套1652、和一部分的蓋板1670上表面。室蓋組件1632的溫度可由液體冷卻系統(tǒng)控制，所述液體冷卻系統(tǒng)連接水套，例如延伸穿過蓋板1670的冷卻道1690。諸如水的冷卻流體流過冷卻道1690而移除蓋板1670的熱量。冷卻劑連結(jié)件1692a、1692b通過軟管或管子連接至冷卻道1690。冷卻劑連結(jié)件1692a、1692b的另一端通過軟管或管子連接至流體源和流體回收器，例如內(nèi)設(shè)的冷卻系統(tǒng)或獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。冷卻劑連結(jié)件1692a、1692b通過支撐架1694連接至蓋板1670。流過冷卻道1690的液體可包括水、油、乙醇、乙二醇、乙二醇醚、或其它有機(jī)溶劑。在一實(shí)施方式中，蓋板1670或室蓋組件1632的溫度可維持在約(TC至約100°C之間，優(yōu)選約18°C至約65°C之間，更優(yōu)選約20°C至約50°C之間。
[0256]圖17A-17D繪示處理室1700的一實(shí)施方式的示意圖，所述處理室1700包括用于ALD工藝的氣體輸送系統(tǒng)1730。處理室1700包含具側(cè)壁1704和底部1706的室體1702。處理室1700的狹縫閥1708可供機(jī)械裝置(未示出)進(jìn)出處理室1700以傳遞及取回襯底1710，例如200mm或300mm的半導(dǎo)體晶片或玻璃襯底。
[0257]襯底支撐件1712支撐處理室1700中襯底承接面1711上的襯底1710。襯底支撐件1712設(shè)有升降電動(dòng)機(jī)1714，用以提高及降低襯底支撐件1712和放置在襯底支撐件1712上的襯底1710。連接升降電動(dòng)機(jī)1718的升降板1716設(shè)于處理室1700內(nèi)，用以提高及降低可移動(dòng)穿過襯底支撐件1712的升降銷1720。升降銷1720提高及降低襯底支撐件1712表面上的襯底1710。襯底支撐件1712可包括真空吸座(未示出)、靜電吸座(未示出)、或鉗環(huán)(未示出)，以于沉積工藝期間固定襯底支撐件1712上的襯底1710。
[0258]通過調(diào)整襯底支撐件1712的溫度可控制放置其上的襯底1710溫度。例如，可使用諸如電阻加熱器(未示出)等嵌設(shè)型加熱元件來加熱襯底支撐件1712，或者可使用諸如設(shè)于襯底支撐件1712上方的加熱燈(未示出)等輻射熱來進(jìn)行加熱。凈化環(huán)1722可置于襯底支撐件1712上，以限定凈化通道1724而提供凈化氣體至襯底1710周圍部分，以免沉積物沉積在襯底1710上。
[0259]氣體輸送系統(tǒng)1730設(shè)在室體1702的上部，用以供給處理室1700氣體，例如工藝氣體和/或凈化氣體。圖17A-17D的氣體輸送系統(tǒng)1730可使襯底1710接觸至少兩氣體源或化學(xué)前驅(qū)物。在其它實(shí)例中，氣體輸送系統(tǒng)1730可重新配置使襯底1710接觸單一氣體源(如圖5所示)、或接觸三或更多氣體源或化學(xué)前驅(qū)物(如圖6所示)。真空系統(tǒng)1778連接抽吸道1779，以將任一預(yù)定氣體排出處理室1700外，并協(xié)助處理室1700的抽吸區(qū)1766維持呈期望的壓力或保持在期望的壓力范圍。
[0260]在一實(shí)施方式中，氣體輸送系統(tǒng)1730包含室蓋組件1732，氣體輸送系統(tǒng)1730具延伸穿過室蓋組件1732的中間部分的氣體分配道1734。罩蓋1772包含氣體分配道1734的圓柱部分，例如細(xì)窄部1754。罩蓋1772還包含氣體分配道1734的分流或擴(kuò)大部分，例如展開部1756。氣體分配道1734從襯底承接面1711沿著氣體分配道1734的中心軸1733延伸穿過蓋板1770而抵下表面1760。在一實(shí)例中，部分氣體分配道1734沿著上部1737內(nèi)的中心軸1733實(shí)質(zhì)上仍呈圓柱狀，部分氣體分配道1734則背離下部1735內(nèi)的中心軸1733逐漸變細(xì)。氣體分配道1734更延伸越過下表面1760而進(jìn)入反應(yīng)區(qū)1764。下表面1760從氣體分配道1734的下部1735延伸到阻氣門1762。下表面1760經(jīng)構(gòu)形及調(diào)整大小以基本上位于襯底支撐件1712的襯底承接面1711上的襯底1710。
[0261]當(dāng)呈環(huán)形氣流1774的工藝氣體沿著中心軸1733行進(jìn)時(shí)，環(huán)形氣流1774將被迫繞著氣體分配道1734的中心軸1733擴(kuò)展。環(huán)形氣流1774可包含流動(dòng)圖案，例如渦流圖案、螺旋圖案、盤旋圖案、卷曲圖案、扭曲圖案、卷繞圖案、漩渦圖案、或它們的衍生圖案。環(huán)形氣流1774繞著氣體分配道1734的中心軸1733擴(kuò)展至少約I圈，優(yōu)選至少約1.5圈，更優(yōu)選至少約2圈，更優(yōu)選至少約3圈，并且更優(yōu)選至少約4圈或更多。
[0262]氣體分配道1734具有氣體入口 1736a、1736b，用以提供來自兩組相似閥1742a/1752a、1742b/1752b的氣流，所述氣體入口可一起或個(gè)別提供。在一構(gòu)造中，閥1742a和閥1742b耦接不同的反應(yīng)氣體源，但優(yōu)選耦接同一凈化氣體源。例如，閥1742a耦接反應(yīng)氣體源1738，閥1742b耦接反應(yīng)氣體源1739，且兩閥1742a、1742b均耦接凈化氣體源1740。閥1742a、1742b各自包括具閥座組件1744a、1744b的輸送管線1743a、1743b，閥1752a、1752b則各自包括具閥座組件1746a、1746b的凈化管線1745a、1745b。輸送管線1743a、1743b與反應(yīng)氣體源1738、1739流體連通，并且與氣體分配道1734的氣體入口1736a、1736b流體連通。輸送管線1743a、1743b的閥座組件1744a、1744b控制反應(yīng)氣體從反應(yīng)氣體源1738、1739流向氣體分配道1734。凈化管線1745a、1745b與凈化氣體源1740為流體連通，并與輸送管線1743a、1743b的閥座組件1744a、1744b下游處的輸送管線1743a、1743b相交。凈化管線1745a、1745b的閥座組件1746a、1746b控制凈化氣體從凈化氣體源1740流向氣體分配道1734。若載氣用來輸送反應(yīng)氣體源1738、1739的反應(yīng)氣體，則載氣與凈化氣體優(yōu)選相同(例如，使用氬氣做為載氣與凈化氣體)。
[0263]閥座組件1744a、1744b、1746a、1746b各可包含隔板(未示出)和閥座(未示出)。施加偏壓或加以驅(qū)動(dòng)可打開或關(guān)閉隔板。隔板可為氣動(dòng)式或電動(dòng)式。氣動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司與帕克漢尼汾公司(Park Hannifin Corp.)的Veriflo分部的氣動(dòng)閥。電動(dòng)閥包括可購自Fujikin公司的電動(dòng)閥。例如，ALD閥可采用Fujikin型號(hào)FPR-UDDFAT-21-6.35-P1-ASN或 Fujikin 型號(hào) FPR-NHDT-21-6.35-PA-AYT?？沙绦蚧壿嬁刂破?748a、1748b耦接閥1742a、1742b，用以控制啟動(dòng)閥1742a、1742b的閥座組件1744a、1744b、1746a、1746b的隔板。氣動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.020秒。電動(dòng)閥產(chǎn)生的氣體脈沖周期可低至約0.005秒。電動(dòng)閥一般需使用聯(lián)系閥與可程序化邏輯控制器的驅(qū)動(dòng)器。
[0264]閥1742a、1742b分別可為零無效體積閥，所述閥可于閥座組件1744a、1744b關(guān)閉時(shí)，沖洗輸送管線1743a、1743b的反應(yīng)氣體。例如，凈化管線1745a、1745b可設(shè)置鄰接輸送管線1743a、1743b的閥座組件1744a、1744b。當(dāng)閥座組件1744a、1744b關(guān)閉時(shí)，凈化管線1745a、1745b可供應(yīng)凈化氣體來沖洗輸送管線1743a、1743b。在一實(shí)施方式中，凈化管線1745a、1745b略與輸送管線1743a、1743b的閥座組件1744a、1744b相隔，如此凈化氣體于閥座組件1744a、1744b打開時(shí)不會(huì)直接送入閥座組件1744a、1744b。在此的零無效體積閥是指閥具有可忽略的無效體積(即無效體積不一定為零)。
[0265]各組閥1742a/1752a、1742b/1752b可用來提供反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流和/或個(gè)別氣流。參照閥1742a/1752a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的結(jié)合氣流例子包括來自凈化氣體源1740且流經(jīng)凈化管線1745a的連續(xù)凈化氣體流和來自反應(yīng)氣體源1738且流經(jīng)輸送管線1743a的反應(yīng)氣體脈沖。通過打開凈化管線1745a的閥座組件1746a的隔板，可連續(xù)供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線1743a的閥座組件1744a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源1738的反應(yīng)氣體。參照閥1742a/1752a，反應(yīng)氣體與凈化氣體的個(gè)別氣流例子包括來自凈化氣體源1740且流經(jīng)凈化管線1745a的凈化氣體脈沖和來自反應(yīng)氣體源1738且流經(jīng)輸送管線1743a的反應(yīng)氣體脈沖。通過打開及關(guān)閉凈化管線1745a的閥座組件1746a的隔板，可脈沖供應(yīng)凈化氣體。通過打開及關(guān)閉輸送管線1743a的閥座組件1744a的隔板，可脈沖供應(yīng)反應(yīng)氣體源1738的反應(yīng)氣體。
[0266]閥1742a、1742b的輸送管線1743a、1743b可經(jīng)由氣體導(dǎo)管1750a、1750b連接到氣體入口 1736a、1736b。氣體導(dǎo)管1750a、1750b可為閥1742a、1742b的一體組件或分離組件。在一方面中，閥1742a、1742b緊鄰氣體分配道1734，如此可減少輸送管線1743a、1743b和氣體導(dǎo)管1750a、1750b在閥1742a、1742b與氣體入口 1736a、1736b之間不必要的配置體積。
[0267]不期受限于理論，相信氣體分配道1734的直徑沿著中心軸1733從氣體分配道1734的上部1737到特定點(diǎn)為固定不變且自特定點(diǎn)往氣體分配道1734的下部1735增加可讓通過氣體分配道1734的氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹，此有助于控制環(huán)形氣流1774內(nèi)的工藝氣體溫度。例如，經(jīng)由氣體入口 1736a、1736b進(jìn)入氣體分配道1734的氣體突然產(chǎn)生絕熱膨脹將造成氣體溫度下降，導(dǎo)致氣體凝結(jié)而形成液滴。另一方面，相信逐漸變細(xì)的氣體分配道1734可使氣體產(chǎn)生較少的絕熱膨脹。因此有更多的熱量與氣體交換，故通過控制氣體的周圍部分溫度(即控制室蓋組件1732的溫度)更易控制氣體溫度。氣體分配道1734可逐漸變細(xì)，且可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面，例如逐漸變細(xì)的平面、凹面、凸面、或它們的組合，或者可包含一或多個(gè)錐形內(nèi)面的片斷(即一部分為錐形、一部分不為錐形)。
[0268]在一實(shí)施方式中，氣體入口 1736a、1736b鄰近氣體分配道1734的上部1737。在其它實(shí)施方式中，一或多個(gè)氣體入口 1736a、1736b沿著氣體分配道1734的全長(zhǎng)設(shè)于上部1737與下部1735之間。
[0269]圖17B繪示氣體導(dǎo)管1750a、1750b的中心線1776a、1776b分別與氣體分配道1734的中心線1733夾一角度α。氣體進(jìn)入氣體導(dǎo)管1750a、1750b的入口優(yōu)選以傾角α (即，α>0° )設(shè)置，使得氣體依環(huán)形氣流1774所指的環(huán)形方向流動(dòng)。以傾角α供應(yīng)氣體而不直接流向擴(kuò)大通道壁面(g卩，α = 0° )有助于形成層流而非紊流通過氣體分配道1734。相信層流通過氣體分配道1734有利于清除氣體分配道1734的內(nèi)面和室蓋組件1732的其它表面。相較之下，紊流不能均勻地流過氣體分配道1734的內(nèi)面和其它表面，并且可能含有氣流無法抵達(dá)的死角。在一方面中，氣體導(dǎo)管1750a、1750b和對(duì)應(yīng)的氣體入口 1736a、1736b彼此間隔隔開，并以同一環(huán)形方向(即順時(shí)鐘或逆時(shí)鐘)引導(dǎo)氣流。
[0270]圖17C繪示可將氣體導(dǎo)管1750a、1750b或氣體入口 1736a、1736b設(shè)置而與氣體分配道1734的中心軸1733成任一關(guān)系。氣體導(dǎo)管1750a、1750b及氣體入口 1736a、1736b的各者優(yōu)選垂直中心軸1733(其中+β、-β =90° )、或使各氣體導(dǎo)管1750a及1750的中心線1776a、1776b 與中心軸 1733 夾一角度+β 或-β (其中 0° <+β〈90° 或 0° <-β <90° )。因此，氣體導(dǎo)管1750a、1750b可垂直中心軸1733水平設(shè)置(如圖17C所示)、或可向下傾斜+ β角度或向上傾斜角度，使氣體流向氣體分配道1734壁面，而非直接往下流向襯底1710，此有助于降低吹落襯底1710表面所吸附反應(yīng)物的可能性。另外，氣體導(dǎo)管1750a、1750b自閥1743a、1742b的輸送管線1743a、1743b的直徑可逐漸增加，以助于在氣體進(jìn)入氣體分配道1734前先減慢氣流速度。例如，氣體導(dǎo)管1750a、1750b的直徑可逐漸增加，或者所述氣體導(dǎo)管可包含多個(gè)內(nèi)徑漸增的相連導(dǎo)管。
[0271] 不期受限于理論，圖17C為室蓋組件1732的氣體分配道1734的截面圖，簡(jiǎn)示氣體流經(jīng)氣體分配道1734中。雖然不能確切知道通過氣體分配道1734的流動(dòng)圖案，相信環(huán)形氣流1774(圖17C)可以采用環(huán)形流動(dòng)圖案而流過氣體分配道1734，所述環(huán)形流動(dòng)圖案例如渦流流動(dòng)、螺旋流動(dòng)、盤旋流動(dòng)、打旋流動(dòng)、快旋流動(dòng)、扭曲流動(dòng)、卷繞流動(dòng)、曲折流動(dòng)、卷曲流動(dòng)、漩渦流動(dòng)、它們的衍生流動(dòng)或它們的組合流動(dòng)。如圖17C所示，環(huán)形流動(dòng)形成于“處理區(qū)”而非與襯底1710隔開的空間。在一方面中，因渦流流動(dòng)圖案掃掠氣體分配道1734的整個(gè)內(nèi)面，故環(huán)形氣流1774有助于更有效地排空氣體分配道1734。
[0272]在一實(shí)施方式中，圖17C示出從氣體導(dǎo)管1750a、1750b的中心線1776a、1776b到襯底1710的表面距離1775。距離1777是指從氣體分配道1734的上部1737到罩蓋1172的下表面1773。當(dāng)不預(yù)期以盤旋流動(dòng)越過襯底1710表面時(shí)，距離1775、1777足以讓環(huán)形氣流1774向下消散流動(dòng)。相信環(huán)形氣流1774是以層流方式行進(jìn)，如此可有效清除室蓋組件1732和襯底1710的表面。在一實(shí)施方式中，距離1777為約4英寸至約8英寸，優(yōu)選約
4.5英寸至約7英寸，更優(yōu)選約5英寸至約6英寸，例如5.5英寸。在另一實(shí)施方式中，距離1775或氣體分配道1734沿著中心軸1733延伸的長(zhǎng)度為約5英寸至約12英寸，優(yōu)選約6英寸至約10英寸,更優(yōu)選約7英寸至約9英寸,例如約8英寸。
[0273]圖17A及17C示出至少一部分的室蓋組件1732下表面1760自氣體分配道1734往室蓋組件1732周圍部分逐漸變細(xì)，藉以提供氣體從氣體分配道1734流過襯底1710表面(即從襯底中心到襯底周邊)的優(yōu)選速度波形。下表面1760可包含一或多個(gè)錐形面，例如平面、凹面、凸面、或它們的組合。在一實(shí)施方式中，下表面1760為逐漸變細(xì)的漏斗狀。
[0274]在一實(shí)施方式中，下表面1760向下傾斜以減少氣流行經(jīng)室蓋組件1732下表面1760至襯底1710的速度差異，進(jìn)而使襯底1710表面均勻接觸反應(yīng)氣體。在一實(shí)施方式中，室蓋組件1732向下傾斜的下表面1760與襯底1710表面間的流動(dòng)截面，所述截面的最大面積與最小面積的比例約小于2，優(yōu)選小于約1.5，更優(yōu)選小于約1.3，并且更優(yōu)選約為I。
[0275]不期受限于理論，相信氣流以更均一的速度越過襯底1710表面可使氣體更均勻地沉積于襯底1710上。相信氣流速度正比于氣體濃度，因此正比于氣體沉積于襯底1710表面的速率。故襯底1710上氣流速度較快的第一表面區(qū)域相對(duì)于第二表面區(qū)域，第一表面區(qū)域有更快的氣體沉積速率。相信具向下傾斜下表面1760的室蓋組件1732可供氣體更均勻地沉積于整個(gè)襯底 1710表面，此乃因下表面1760產(chǎn)生了更均一的速度，故氣體遍布襯底1710表面的濃度更均勻。
[0276]圖17A繪示阻氣門1762，所述阻氣門1762位于鄰近襯底1710周邊的室蓋組件1732周圍部分。當(dāng)室蓋組件1732組裝構(gòu)成處理區(qū)于襯底1710四周時(shí)，阻氣門1762包含任一限制氣體流過襯底1710周邊附近區(qū)域的元件。
[0277]在一特定實(shí)施方式中，阻氣門1762與襯底支撐件1712的間距為約0.04英寸至約
2.0英寸，優(yōu)選約0.04英寸至約0.2英寸。間距可依輸送氣體和沉積工藝條件改變。利用阻氣門1762隔開反應(yīng)區(qū)1764和抽吸區(qū)1766的壓力不均勻分布區(qū)，可使室蓋組件1732與襯底1710間的體積或反應(yīng)區(qū)1764內(nèi)的壓力分布更均勻。
[0278]參照?qǐng)D17A，在一方面中，由于反應(yīng)區(qū)1764和抽吸區(qū)1766已經(jīng)隔開，因此反應(yīng)氣體或凈化氣體只需適度填充反應(yīng)區(qū)1764，讓襯底1710充分接觸反應(yīng)氣體或凈化氣體。在傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積中，現(xiàn)有技術(shù)的腔室需同時(shí)且均勻供應(yīng)反應(yīng)氣體的結(jié)合氣流至整個(gè)襯底表面，以確保反應(yīng)氣體均勻地在整個(gè)襯底1710表面互相反應(yīng)。在原子層沉積中，處理室1700相繼引進(jìn)反應(yīng)氣體至襯底1710表面，使反應(yīng)物薄層交替吸附于襯底1710表面。故原子層沉積不需反應(yīng)氣體同時(shí)抵達(dá)襯底1710表面。反而需供應(yīng)足量的反應(yīng)氣體使反應(yīng)物薄層吸附于襯底1710表面。
[0279]因反應(yīng)區(qū)1764的體積比傳統(tǒng)CVD室的內(nèi)部體積小，故需要較少的氣體量來填充進(jìn)行原子層沉積程序的特定工藝的反應(yīng)區(qū)1764。例如，以處理直徑200mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)1764的體積為約100cm3或更小，優(yōu)選約500cm3或更小，更優(yōu)選約200cm3或更小。以處理直徑300mm的襯底的腔室實(shí)施方式為例，反應(yīng)區(qū)1764的體積為約3000cm3或更小，優(yōu)選約1500cm3或更小，更優(yōu)選約600cm3或更小。在一實(shí)施方式中，可抬高或降低襯底支撐件1712以調(diào)整用于沉積的反應(yīng)區(qū)1764體積。反應(yīng)區(qū)1764的體積越小，需流入處理室1700的沉積氣體量或凈化氣體量越少。因氣體用量減少，故可提高處理室1700產(chǎn)能及減少廢棄物，進(jìn)而降低營運(yùn)成本。
[0280]如圖17A-17D所示，室蓋組件1732包含罩蓋1772和蓋板1770，其中罩蓋1772和蓋板1770構(gòu)成氣體分配道1734。附加板(未示出)或可置于蓋板1770與罩蓋1772之間。附加板用來調(diào)整(例如加大)罩蓋1772與蓋板1770的間距，由此可改變穿設(shè)于罩蓋1772與蓋板1770中的氣體分配道1734長(zhǎng)度。在另一實(shí)施方式中，選擇性置于蓋板1770與罩蓋1772間的附加板含有不銹鋼。在其它實(shí)施方式中，氣體分配道1734可由單一材料組成。
[0281]視待輸送的氣體而定，室蓋組件1732可包括冷卻組件和/或加熱元件。控制室蓋組件1732的溫度可避免氣體在室蓋組件1732上分解、沉積、或冷凝。例如，水道(如圖16A的冷卻道1690)可設(shè)于室蓋組件1732中，用以冷卻室蓋組件1732。在另一實(shí)施方式中，加熱元件(未示出)可為嵌設(shè)的或圍繞室蓋組件1732的零件，用以加熱室蓋組件1732。在一實(shí)施方式中，可分別加熱或冷卻室蓋組件1732的零件。例如參照?qǐng)D17A，室蓋組件1732包含蓋板1770和罩蓋1772，其中蓋板1770和罩蓋1772構(gòu)成氣體分配道1734。罩蓋1772保持在一溫度范圍內(nèi)，蓋板1770則保持在另一溫度范圍內(nèi)。例如，以加熱帶纏繞或使用其它加熱裝置加熱罩蓋1772可防止反應(yīng)氣體冷凝，且蓋板1770維持呈周圍部分溫度。在另一實(shí)施方式中，可加熱罩蓋1772及利用水道冷卻蓋板1770，以免反應(yīng)氣體在蓋板1770上進(jìn)行熱分解。
[0282]室蓋組件1732包含的零件可由不銹鋼、鋁、鍍鎳的鋁、鎳、它們的合金、或其它適合材料組成。在一實(shí)施方式中，罩蓋1772和蓋板1770為各自制造、機(jī)械加工、鍛造，或者它們可由金屬組成，例如鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼、它們的合金、或它們的組合。
[0283]圖17A繪示的諸如可程序化個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站計(jì)算機(jī)等控制單元1780為耦接處理室1700，用以控制工藝條件。例如在襯底處理程序的不同階段中，控制單元1780用來控制來自各氣體源1738、1739、1740的工藝氣體和凈化氣體流過閥1742a、1742b。舉例來說，控制單元1780包含中央處理單元(CPU) 1782、支持電路1784、和存有相關(guān)控制軟件1783的內(nèi)存1786。
[0284]控制單元1780可為任一類型的通用計(jì)算機(jī)處理器，所述控制單元1780可用于工業(yè)設(shè)定來控制各種腔室及子處理器。CPU1782可使用任一適合的內(nèi)存1786，例如隨機(jī)存取內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器、軟盤、硬盤、或其它近端或遠(yuǎn)程的數(shù)字儲(chǔ)存器。各種支持電路可連接CPU1782，用以支持處理室1700?？刂茊卧?780可連接到另一鄰近單獨(dú)腔室零件的控制器，例如閥1742a、1742b的可程序化邏輯控制器1748a、1748b。透過許多信號(hào)線(以下統(tǒng)稱信號(hào)總線1788，部分繪于圖17A)可操作控制單元1780與處理室1700的其它組件的雙向通信。除了控制氣體源1738、1739、1740的工藝氣體和凈化氣體及閥1742a、1742b的可程序化邏輯控制器1748a、1748b外，控制單元1780還負(fù)責(zé)自動(dòng)控制其它處理晶片的動(dòng)作，例如傳送晶片、控制溫度、排空腔室等，所述控制部分將說明于此他處。
[0285]參照?qǐng)D17A-17C，運(yùn)作時(shí)，機(jī)械裝置(未示出)經(jīng)由狹縫閥1708將襯底1710傳送到處理室1700。升降銷1720與機(jī)械裝置協(xié)力將襯底1710放到襯底支撐件1712上。襯底支撐件1712抬起襯底1710使襯底1710緊靠室蓋組件1732的下表面1760。一起或個(gè)別利用閥1742a注入(即脈沖供應(yīng))第一氣流至處理室1700的氣體分配道1734及利用閥1742b注入第二氣流至處理室1700。第一氣流可包含來自凈化氣體源1740的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源1738的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體、或可包含來自反應(yīng)氣體源1738的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源1740脈沖供應(yīng)的凈化氣體。第二氣流可包含來自凈化氣體源1740的連續(xù)供應(yīng)的凈化氣體和來自反應(yīng)氣體源1739的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體、或可包含來自反應(yīng)氣體源1739的脈沖供應(yīng)的反應(yīng)氣體和來自凈化氣體源1740的脈沖供應(yīng)的凈化氣體。環(huán)形氣流1774以渦流流動(dòng)方式行經(jīng)氣體分配道1734，藉以掃掠氣體分配道1734的整個(gè)內(nèi)面。環(huán)形氣流1774朝襯底1710表面向下消散流動(dòng)。當(dāng)氣體流經(jīng)氣體分配道1734時(shí)，氣流速度會(huì)減慢。氣流接著流過襯底1710的表面和室蓋組件1732的下表面1760。室蓋組件1732的向下傾斜下表面1760有助于減少氣流越過襯底1710表面的速度差異。氣流接著流過阻氣門1762而進(jìn)入處理室1700的抽吸區(qū)1766。過量氣體、副產(chǎn)物等將流入抽吸道1779，然后由真空系統(tǒng)1778排出處理室1700外。在一方面中，氣流以層流方式行經(jīng)氣體分配道1734和襯底1710表面與室蓋組件1732下表面1760之間，如此可使反應(yīng)氣體均勻接觸襯底1710的表面及有效清除室蓋組件1732的內(nèi)面。
[0286]圖17A-17D的處理室1700具有多項(xiàng)特征。在一方面中，處理室1700提供的反應(yīng)區(qū)1764體積相較于傳統(tǒng)CVD室小。處理室1700只需較少的反應(yīng)氣體或凈化氣體來填充進(jìn)行特定工藝的反應(yīng)區(qū)1764。在另一方面中，處理室1700提供的室蓋組件1732具有向下傾斜或呈漏斗狀的下表面1760，如此可減少氣流行經(jīng)室蓋組件1732底面至襯底1710的速度差異。在又一方面中，處理室1700提供的氣體分配道1734可減慢氣流流貫的速度。在再一方面中，處理室1700提供的氣體導(dǎo)管與氣體分配道1734的中心夾一角度α。處理室1700尚具其它特征。其它用于原子層沉積的腔室實(shí)施方式包含一或多個(gè)上述特征。
[0287]在一些實(shí)施方式中，處理室1700內(nèi)的氣體分配道1734具有粗糙表面或機(jī)械處理過的表面，以增加整個(gè)表面的表面積。粗糙表面使不欲得到的積聚材料更易黏著在罩蓋1772的內(nèi)面1790和蓋板1770的下表面1760。氣相沉積工藝常產(chǎn)生不欲得到的膜層，且可能會(huì)從內(nèi)面1790和下表面1760剝落而污染襯底1710。
[0288]在另一實(shí)施方式中，如圖17D所示，多個(gè)表面在罩蓋1772的內(nèi)面1790、1792和蓋板1770的下表面1760上的區(qū)域R1至Rltl間構(gòu)成粗糙表面梯度。例如，罩蓋1772的細(xì)窄部1754包含內(nèi)面1790，且位于區(qū)域R1至R2間。罩蓋1772的展開部1756包含內(nèi)面1792，且位于區(qū)域R3至R8間。又，蓋板1770的下部1758包含下表面1760，且位于區(qū)域R9至Rltl間。
[0289]在一些實(shí)施方式中，氣體分配道1734的表面粗糙度可沿著中心軸1733增加，例如由R1至R1Q。在另一實(shí)施方式中，氣體分配道1734的表面粗糙度可沿著中心軸1733而由氣體入口 1736a、1736b延伸朝向襯底承接面1711增加。在另一實(shí)施方式中，氣體分配道1734的平均表面粗糙度可以由內(nèi)面1790增加至內(nèi)面1792，再進(jìn)一步增加至下表面1760。在另一實(shí)施方式中，氣體分配道1734的平均表面粗糙度可以由上部1737增加至下部1735。
[0290]在一實(shí)施方式中，罩蓋1772的細(xì)窄部1754包含內(nèi)面1790，內(nèi)面1790的平均粗糙度(Ra)至少為約10 μ in (約0.254 μ m)，例如為約10 μ in (約0.254 μ m)至約50 μ in (約1.27 μ m),優(yōu)選約 20 μ in (約 0.508 μ m)至約 45 μ in (約 1.143 μ m)，更優(yōu)選約 30 μ in (約0.762 μ m)至約40 μ in(約1.016 μ m)。罩蓋1772的展開部1756包含內(nèi)面1792，內(nèi)面1792的平均粗糙度至少為約35 μ in(約0.89 μ m)，例如為約35 μ in(約0.89 μ m)至約70 μ in (約 1.78 μ m),優(yōu)選約 40 μ in (約 1.016 μ m)至約 65 μ in (約 1.65 μ m),更優(yōu)選約45 μ in (約1.143 μ m)至約60 μ in (約1.52 μ m)。蓋板1770的下部1758包含下表面1760，下表面1760的平均粗糙度至少為約35 μ in (約0.89 μ m)，例如為約35 μ in (約0.89 μ m)至約 70 μ in (約 1.78 μ m),優(yōu)選約 40 μ in (約 1.016 μ m)至約 65 μ in (約 1.65 μ m),更優(yōu)選約 45 μ in (約 1.143 μ m)至約 60 μ in (約 1.52 μ m)。
[0291]在一實(shí)例中，罩蓋1772的細(xì)窄部1754包含區(qū)域R1,區(qū)域R1的內(nèi)面1790的Ra為約32 μ in至約36 μ in，例如約34 μ in，區(qū)域R2的內(nèi)面1790的Ra為約34 μ in至約42 μ in，例如約38 μ in。罩蓋1772的展開部1756包含區(qū)域R3,區(qū)域R3的內(nèi)面1792的Ra為約40 μ in至約50 μ in，例如約45 μ in，區(qū)域R4的內(nèi)面1790的Ra為約44 μ in至約60 μ in，例如約51 μ in，區(qū)域R5的內(nèi)面1792的Ra為約48 μ in至約68 μ in，例如約58 μ in，區(qū)域R6的內(nèi)面1790的Ra為約46 μ in至約64 μ in，例如約55 μ in，區(qū)域R7的內(nèi)面1792的Ra為約48 μ in至約68 μ in,例如約57 μ in,區(qū)域R8的內(nèi)面1790的Ra為約48 μ in至約68 μ in,例如約57 μ in。又，蓋板1770的下部1758包含區(qū)域R9，區(qū)域R9的下表面1760的Ra為約46 μ in至約64 μ in,例如約55 μ in,區(qū)域R10的下表面1760的Ra則為約46 μ in至約64 μ in,例如約 55 μ in。
[0292]圖18A-18H繪示根據(jù)另一實(shí)施方式的用于ALD工藝的室蓋罩蓋的截面。氣體輸送組件1800a、1800cU800eU800g有利于施行ALD工藝且可結(jié)合其它實(shí)施方式，例如合并采用圖1-8中具氣體輸送系統(tǒng)230、830、930的處理室200、800、900、或圖10A-17D所述的室蓋組件 1032、1232、1632、和處理室 1100、1500、1700。
[0293]在一實(shí)施方式中，圖18A-18B繪示的氣體輸送組件1800a包含主氣體導(dǎo)管1864，所述主氣體導(dǎo)管1864耦接及與氣體入口 1862為流體連通。氣體入口 1862軸向放置在往沉積室的處理區(qū)擴(kuò)展的氣體分配道1828上方。主氣體導(dǎo)管1864與氣體入口的連接角度為90度(如圖18A-18B所示)、或大于或小于90度(未示出)。氣體導(dǎo)管1866a、1866b、1866c耦接且與主氣體導(dǎo)管1864為流體連通。氣體導(dǎo)管1866a、1866b、1866c分別連接至少一氣體源，例如前驅(qū)氣體源、工藝氣體源、載氣源、或凈化氣體源。來自氣體源的氣體流過氣體導(dǎo)管1866a、1866b、1866c后流入主氣體導(dǎo)管1864。若氣體同時(shí)流自氣體導(dǎo)管1866a、1866b、1866c，則氣體可于特定點(diǎn)1830a會(huì)合。隨后，氣體經(jīng)由氣體入口 1862流進(jìn)氣體分配道 1828。
[0294]在另一實(shí)施方式中，圖18C-18D繪示的氣體輸送組件1800c類似氣體輸送組件1800a的構(gòu)造，但不含主氣體導(dǎo)管1864。氣體輸送組件1800c包含軸向放置在氣體分配道1828上方的氣體入口 1862，氣體入口 1862朝沉積室的處理區(qū)擴(kuò)展。氣體導(dǎo)管1868a、1868b、1868c直接耦接且與氣體入口 1862為流體連通。氣體入口 1862與氣體導(dǎo)管1868a、1868b的連接角度為90度(如圖18B-18C所示)、或大于或小于90度(未示出)。氣體導(dǎo)管1868a、1868b、1868c分別連接至少一氣體源，例如前驅(qū)氣體源、工藝氣體源、載氣源、或凈化氣體源。若氣體同時(shí)流自氣體導(dǎo)管1868a、1868b、1868c，則氣體可于氣體入口 1862正上方的特定點(diǎn)1830c會(huì)合。隨后，氣體經(jīng)由氣體入口 1862流進(jìn)氣體分配道1828。
[0295] 在又一實(shí)施方式中，圖18E-18F繪示的氣體輸送組件1800e類似氣體輸送組件1800c的構(gòu)造，但不含一氣體導(dǎo)管。氣體輸送組件1800e包含軸向放置在氣體分配道1828上方的氣體入口 1862，氣體入口 1862朝沉積室的處理區(qū)擴(kuò)展。氣體導(dǎo)管1870a、1870b直接耦接且與氣體入口 1862為流體連通。在一實(shí)施方式中，氣體入口 1862與氣體導(dǎo)管1870a、1870b的連接角度從氣體分配道1828的中心軸量起為小于90度，例如為約10度至約85度，優(yōu)選約20度至約75度，更優(yōu)選約30度至約60度，例如約45度。氣體導(dǎo)管1870a、1870b分別連接至少一氣體源，例如前驅(qū)氣體源、工藝氣體源、載氣源、或凈化氣體源。若氣體同時(shí)流自氣體導(dǎo)管1870a、1870b，則氣體可于氣體入口 1862正上方的特定點(diǎn)1830e會(huì)合，然后流進(jìn)氣體分配道1828。
[0296]圖18G-18H繪示根據(jù)再一實(shí)施方式的氣體輸送組件1800g。氣體輸送組件1800g包含軸向放置在氣體分配道1828上方的氣體入口 1862，氣體入口 1862朝沉積室的處理區(qū)擴(kuò)展。氣體導(dǎo)管1872a、1872b直接耦接且與氣體入口 1862為流體連通。在一實(shí)施方式中，氣體入口 1862與氣體導(dǎo)管1872a、1872b的連接角度從氣體分配道1828的中心軸量起為約90度(如圖18G-18H所示) 。或者，氣體導(dǎo)管1872a、1872b與氣體入口 1862的連接角度為大于或小于90度(未示出)。擋板1800a、1800b設(shè)在氣體導(dǎo)管1872a、1872b的氣體流動(dòng)路徑內(nèi)，并導(dǎo)引氣體朝向彼此和/或向上。氣體導(dǎo)管1872a、1872b分別連接至少一氣體源，例如前驅(qū)氣體源、工藝氣體源、載氣源、或凈化氣體源。若氣體同時(shí)流自氣體導(dǎo)管1872a、1872b，則氣體可于氣體入口 1862與擋板1800a、1800b正上方的特定點(diǎn)1830g會(huì)合。接著，工藝氣體流進(jìn)氣體分配道1828。
[0297]在此所用的“原子層沉積(ALD) ”、“循環(huán)沉積”、或“循環(huán)層沉積”是指相繼引進(jìn)兩種或更多種反應(yīng)化合物來沉積材料層至襯底表面。二、三或更多種反應(yīng)化合物或可引入處理室的反應(yīng)區(qū)或處理區(qū)中。反應(yīng)化合物的形態(tài)可為氣體、等離子體、蒸氣、流體、或其它可用于氣相沉積工藝的物質(zhì)狀態(tài)。各反應(yīng)化合物間通常以時(shí)間延遲隔開，使化合物得以黏著于襯底表面和/或在襯底表面反應(yīng)。在一方面中，脈沖供應(yīng)第一前驅(qū)物或化合物A至反應(yīng)區(qū)后，執(zhí)行第一時(shí)間延遲。接著，脈沖供應(yīng)第二前驅(qū)物或化合物B至反應(yīng)區(qū)，然后執(zhí)行第二時(shí)間延遲。化合物A與化合物B反應(yīng)形成沉積材料。時(shí)間延遲期間，引進(jìn)凈化氣體至處理室內(nèi)，以排空反應(yīng)區(qū)或?qū)⑷我粴堄嗟姆磻?yīng)化合物或副產(chǎn)物移出反應(yīng)區(qū)外?；蛘?，在整個(gè)沉積過程中可持續(xù)流入凈化氣體，如此在各脈沖供應(yīng)反應(yīng)化合物之間的時(shí)間延遲期間，只有凈化氣體流進(jìn)。反應(yīng)化合物或可脈沖供應(yīng)直到預(yù)定膜厚的材料沉積于襯底表面。在任一情況下，脈沖供應(yīng)化合物A、供應(yīng)凈化氣體、供應(yīng)化合物B、供應(yīng)凈化氣體的ALD工藝為一循環(huán)。每一循環(huán)可先引進(jìn)化合物A或化合物B，并且繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)的各步驟直到膜層達(dá)預(yù)定厚度。在另一實(shí)施方式中，含有化合物A的第一前驅(qū)物、含有化合物B的第二前驅(qū)物、和含有化合物C的第三前驅(qū)物個(gè)別脈沖供應(yīng)到處理室?；蛘?，脈沖供應(yīng)第一前驅(qū)物的時(shí)間可與脈沖供應(yīng)第二前驅(qū)物的時(shí)間重疊，而脈沖供應(yīng)第三前驅(qū)物的時(shí)間不與脈沖供應(yīng)第一或第二前驅(qū)物的時(shí)間重疊。在此的“工藝氣體”是指單一氣體、多種氣體、含等離子體的氣體、氣體和/或等離子體的混合物。工藝氣體包含至少一用于氣相沉積工藝的反應(yīng)化合物。反應(yīng)化合物的形態(tài)可為氣體、等離子體、蒸氣、流體、或其它可用于氣相沉積工藝的物質(zhì)狀態(tài)。又，工藝可包含凈化氣體或載氣，但不含反應(yīng)化合物。
[0298]在此的“襯底”或”襯底表面”是指進(jìn)行膜層處理的任一襯底或襯底上的材料表面。例如，視應(yīng)用類型而定，進(jìn)行處理的襯底表面包括諸如硅、氧化硅、應(yīng)變硅、絕緣層上覆娃(silicon on insulator ;S0I)、摻雜碳的氧化娃、氮化娃、摻雜娃、鍺、砷化鎵、玻璃、石墨、石英等材料、和視應(yīng)用類型而定包括其它材料，例如金屬、金屬氮化物、金屬合金、和其它導(dǎo)電材料。襯底表面的阻擋層、金屬、或金屬氮化物包括鈦、氮化鈦、氮硅化鈦、鎢、氮化鎢、氮硅化鎢、鉭、氮化鉭、或氮硅化鉭。襯底可具任何尺寸，例如200mm或300mm的晶片、和矩形或方形玻璃襯底。襯底包括半導(dǎo)體襯底、顯示襯底(例如LCD)、太陽能面板、和其它種類的襯底。除非另行指明，否則所述實(shí)施方式與范例優(yōu)選是實(shí)施于200mm或300mm大小的襯底，更優(yōu)選300_大小。本發(fā)明實(shí)施方式可采用的襯底包括半導(dǎo)體晶片，例如結(jié)晶硅(例如Si〈100>或Si〈lll>)、氧化硅、玻璃、石英、應(yīng)變硅、硅鍺、摻雜或未摻雜的多晶硅、摻雜或未摻雜的硅晶片、和圖案化或未圖案化的晶片，但不以此為限。襯底可經(jīng)歷預(yù)處理工藝，藉以研磨、蝕刻、還原、氧化、氫氧化、退火、和/或烘烤襯底表面。
[0299]雖然前述針對(duì)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但可以想到本發(fā)明的其他以及進(jìn)一步的實(shí)施方式而不背離本發(fā)明的基本范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求所確定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于半導(dǎo)體處理室的氣體罩蓋，所述罩蓋包括: 具有中心氣體分配道的主體，所述中心氣體分配道包括圓柱上部分和分流下部分，其中所述中心氣體分配道的內(nèi)面包括粗糙表面以提高上面的材料的黏著，所述粗糙表面具有10 μ in Ra至100 μ in Ra的平均粗糙度。
2.如權(quán)利要求1所述的罩蓋，其中所述粗糙表面具有30μ in Ra至80 μ in Ra的平均粗糙度。
3.如權(quán)利要求1所述的罩蓋，其中所述粗糙表面具有10μ in Ra至50 μ in Ra的平均粗糙度。
4.如權(quán)利要求1所述的罩蓋，所述罩蓋還包括: 第一氣體導(dǎo)管，所述第一氣體導(dǎo)管耦接至所述圓柱上部分且與所述中心氣體分配道流體連通。
5.如權(quán)利要求4所述的罩蓋，所述罩蓋還包括: 第二氣體導(dǎo)管，所述第二氣體導(dǎo)管耦接至所述圓柱上部分且與所述中心氣體分配道流體連通。
6.如權(quán)利要求5所 述的罩蓋，其中所述第一氣體導(dǎo)管和所述第二氣體導(dǎo)管設(shè)置以提供環(huán)形氣流圖案。
7.如權(quán)利要求6所述的罩蓋，其中所述環(huán)形氣流圖案包括一流動(dòng)圖案，所述流動(dòng)圖案選自由渦流、螺旋、盤旋、卷曲、扭曲、卷繞、漩渦和它們的衍生圖案所組成的組。
8.如權(quán)利要求6所述的罩蓋，其中所述第一氣體導(dǎo)管和所述第二氣體導(dǎo)管自所述氣體分配道的中心軸以O(shè)度以上的角度獨(dú)立地設(shè)置。
【文檔編號(hào)】C23C16/44GK104073778SQ201410196103
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2007年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2006年10月24日
【發(fā)明者】吳典曄, 龐尼特·巴賈, 袁曉雄, 史蒂文·H·金, 舒伯特·S·楚, 保羅·F·馬, 約瑟夫·F·奧布赫恩 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司