用于提高膜均勻性的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體處理領域，具體涉及用于提高膜均勻性的裝置和方法。
【背景技術】
[0002]當前沉積工藝使載氣和前體流經噴頭或其它工藝氣體輸送裝置以將前體輸送到襯底上。襯底可以容納在襯底處理室中。襯底處理室中的工藝氣體的流以及其他因素可能會導致襯底的不均勻的投配。不均勻投配的襯底可能會影響處理的襯底的質量。
【發明內容】
[0003]在附圖和以下說明中闡述了在本說明書中描述的主題的一個或多個實現方案的細節。根據本說明書、附圖和權利要求，其它特征、方面和優點將變得顯而易見。需要注意的是，以下附圖的相對尺寸可能沒有按比例繪制，除非特別指明附圖是按比例繪制的。
[0004]在某些實施方式中，可以提供一種在沉積工藝期間控制對襯底的前體投配的方法。該方法可以包括:(a)使第一工藝氣體流動至所述襯底持續ALD沉積循環的投配階段的第一時間段，使得所述第一工藝氣體包括第一載氣和所述前體；(b)使第二工藝氣體流動至所述襯底持續所述ALD沉積循環的所述投配階段的第二時間段，使得所述第二時間段在所述第一時間段開始之后開始，所述第一和第二時間段至少部分地重疊，所述第二工藝氣體包括第二載氣，并且在輸送到所述襯底之前，所述第二工藝氣體與所述第一工藝氣體混合持續其中所述第二時間段與所述第一時間段重疊的至少一部分時間段，并且從(a)至(b)總工藝氣體的體積流率增加；(C)停止(a)和(b)中的所述流動；以及(d)在(C)之后，在與(a)和
(b)中的所述ALD沉積循環不同的ALD沉積循環期間針對所述襯底重復(a)和(b)。
[0005]在該方法的一些這樣的實施方式中，所述第一工藝氣體的至少一部分被吸附在所述襯底上，并且所述方法還可以包括:在(C)之后并在(d)之前，使被吸附的前體反應，以在所述襯底上形成膜層。在該方法的一些實施方式中，當所述襯底不完全布滿吸附的前體時可以進行使所述吸附的前體反應。
[0006]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，所述第二工藝氣體可以不包含所述前體。
[0007]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，所述第一時間段可以在所述第二時間段結束之后結束。
[0008]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，所述第二時間段可以在所述第一時間段結束之后結束。在該方法的一些實施方式中，在所述第二時間段在所述第一時間段已經結束之后繼續的所述一部分期間輸送的所述工藝氣體從圍繞所述襯底的體積去除至少一些未吸附的前體。
[0009]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，所述第一工藝氣體可以經由第一流動通路輸送，所述第二工藝氣體可以經由第二流動通路輸送，所述第二流動通路可以流體連接到所述第一流動通路，并且所述第二工藝氣體可以與在所述第一流動通路的至少一部分中的所述第一工藝氣體混合。
[0010]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，(a)至(C)可以在約5秒或少于5秒的時間段中進行。
[0011]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，所述襯底的直徑可以是約450毫米或少于450毫米。
[0012]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，該方法可以進一步包括:(e)在(a)之后，使第三工藝氣體流動至所述襯底持續所述ALD沉積的所述投配階段的第三時間段，使得所述第三時間段在所述第一時間段開始之后開始，所述第一和第三時間段至少部分地重疊，所述第三工藝氣體包括第三載氣，在輸送到所述襯底之前所述第三工藝氣體與至少所述第一工藝氣體混合持續其中所述第三時間段與所述第一時間段重疊的至少一部分時間段，并且從(a)至(e)總工藝氣體的體積流率增加。
[0013]在該方法的一些其他的或額外的實施方式中，所述第二載氣可以選自由下列項組成的組:所述第一載氣和與所述第一載氣不同的載氣。
[0014]在某些實施方式中，可以呈現一種裝置。該裝置可以包括:襯底支架，其構造成接收襯底;具有噴頭入口的噴頭，配置成輸送工藝氣體至由所述襯底支架接收的所述襯底;具有第一閥的第一流動通路，其流體連接到所述噴頭入口 ；具有第二閥的第二流動通路，其流體連接到所述第一流動通路；和一個或多個控制器。所述一個或多個控制器可以配置成:(a)將所述第一閥切換成流接通狀態以使第一工藝氣體流動至所述襯底持續ALD沉積循環的投配階段的第一時間段，其中所述第一工藝氣體包括第一載氣和前體，(b)將所述第二閥切換成流接通狀態以使第二工藝氣體流動至所述襯底持續所述ALD沉積循環的所述投配階段的第二時間段，其中所述第二時間段在所述第一時間段開始之后開始，所述第一和第二時間段至少部分地重疊，所述第二工藝氣體包括所述載氣，所述第二工藝氣體與所述第一工藝氣體混合持續其中所述第二時間段與所述第一時間段重疊的至少一部分時間段，并且從(a)至(b)總工藝氣體的體積流率增加，(C)在(a)之后，將所述第一閥切換成流斷開狀態以停止使所述第一工藝氣體流動至所述襯底，(d)在(b)之后，將所述第二閥切換成流斷開狀態以停止使所述第二工藝氣體流動至所述襯底，以及(e)在(C)和(d)之后，在與(a)和(b)中的所述ALD沉積循環不同的ALD沉積循環期間針對所述襯底重復(a)和(b)。
[0015]在所述裝置的一些這樣的實施方式中，所述第一工藝氣體的至少一部分可以被吸附在所述襯底上，并且所述一個或多個控制器可以被進一步配置成:(f)在(C)和(d)之后并在(e)之前，使被吸附的前體反應以在所述襯底上形成膜層。在所述裝置的一些這樣的實施方式中，當操作(f)開始時，所述襯底不完全布滿吸附的前體。
[0016]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，所述一個或多個控制器可以進一步被配置成當所述第一閥打開且所述第二閥被閉合時用所述第二工藝氣體裝載所述第二流動通路。在所述裝置的一些實施方式中，該裝置還可以包括轉向器通路，其流體連接到所述第二流動通路，并且所述一個或多個控制器可以進一步被配置成:(f)當所述第二閥處于流斷開狀態時使所述第二工藝氣體從所述第二流動通路流經所述轉向器通路。在所述裝置的一些實施方式中，該裝置還可以包括在所述轉向器通路中的轉向器閥，并且(f)可以包括當所述第二閥被切換成流斷開狀態時將所述轉向器閥切換成流接通狀態。
[0017]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，所述第二流動通路可以終止于所述第一流動通路中，并且在所述第一流動通路的在所述第二流動通路終止于所述第一流動通路之處的下游的至少一部分中，所述第二工藝氣體可與所述第一工藝氣體混合。
[0018]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，所述第一時間段可在所述第二時間段結束之后結束。
[0019]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，所述第二時間段可在所述第一時間段結束之后結束。在一些這樣的實施方式中，在所述第二時間段的在所述第一時間段已經結束之后繼續的所述一部分期間輸送的所述工藝氣體可以被用于從圍繞所述襯底的體積去除至少一些未吸附的前體。
[0020]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，所述一個或多個控制器可以被配置成在約5秒或少于5秒的時間段中執行(a)至(d)。
[0021]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，所述襯底的直徑可以是約450毫米或小于450毫米。
[0022]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，該裝置還可以包括具有第三閥門的第三流動通路，其流體連接到所述第一流動通路，使得所述一個或多個控制器可以進一步被配置成:(f)將所述第三閥切換成流接通狀態以使第三工藝氣體流動至所述襯底持續所述ALD沉積循環的所述投配階段的第三時間段，使得所述第三時間段在所述第一時間段開始之后開始，所述第一和第三時間段至少部分地重疊，所述第三工藝氣體包括第三載氣，所述第三工藝氣體與至少所述第一工藝氣體混合持續其中所述第三時間段與所述第一時間段重疊的至少一部分時間段，并且從(a)至(f)總工藝氣體的體積流率增加；以及(g)在
(f)之后，將所述第三閥切換成流斷開狀態，以停止使所述第三工藝氣體流動至所述襯底。
[0023]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，所述第二載氣可以選自由下列項組成的組:所述第一載氣和與所述第一載氣不同的載氣。
[0024]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，該裝置還可以包括前體源，其流體連接到所述第一流動通路并配置成提供所述第一工藝氣體的前體;和載氣源，其流體連接到至少所述第一流動通路并配置成提供所述第一工藝氣體的至少第一載氣。在一些這樣的實施方式中，所述載氣源可額外地流體連接到所述第二流動通路，并配置成提供所述第二工藝氣體的所述第二載氣。
[0025]在所述裝置的一些其它的或額外的實施方式中，在(b)中至少所述第二工藝氣體的流量可以不被質量流量控制器控制。
[0026]本發明的這些和其它特征將在下面更詳細參照附圖進行說明。
【附圖說明】
[0027]圖1是具有帶有單個處理站的處理室的襯底處理裝置的示意圖。
[0028]圖2是示出用于通過沉積工藝在襯底上形成材料膜的操作的基本序列的圖表。
[0029]圖3是示出在沉積工藝期間在處理室中的前體流動的襯底處理站的示意圖。
[0030]圖4是襯底處理站的典型前體輸送系統的示意圖。
[0031]圖5A是襯底處理站的多步驟前體輸送系統的結構的示意圖。
[0032]圖5B是襯底處理站的多步驟前體輸送系統的另一結構的示意圖。
[0033]圖5C是襯底處理站的多步驟前體輸送系統的額外替代的結構的示意圖。
[0034]圖6A是使用多步驟前體輸送系統的沉積工藝的操作的示例性序列的流程圖。
[0035]圖6B是使用多步驟前體輸送系統的沉積工藝的操作的另一示例性序列的流程圖。
[0036]圖6C是使用多步驟前體輸送系統的沉積工藝的操作的額外示例性序列的流程圖。
[0037]圖7A示出了使用圖5A的多步驟前體輸送系統的前體輸送操作的序列中的步驟。
[0038]圖7B示出了使用圖5A的多步驟前體輸送系統的前體輸送操作的序列中的額外步驟。
[0039]圖7C示出了使用圖5A的多步驟前體輸送系統的前體輸送操作的序列中的另一步驟。
[0040]圖7D示出了使用圖5A的多步驟前體輸送系統的前體輸送操作的序列中的進一步的步驟。
[0041]圖8是示出在沉積工藝期間使用多步驟前體輸送系統使前體流過的操作的基本序列的圖表。
[0042]圖9A是示出使用多種前體輸送配置處理的示例性晶片的多種晶片均勻性的圖表。
[0043]圖9B是示出使用多種前體輸送配置處理的示例性晶片的多種晶片均勻性的額外的圖表。
[0044]圖9C是示出使用多種前體輸送配置處理的示例性晶片的多種晶片均勻性的另一圖表。
【具體實施方式】
[0045]在附圖和以下說明中闡述了在本說明書中描述的主題的一個或多個實現方案的細節。根據本說明書、附圖和權利要求，其它特征、方面和優點將變得顯而易見。需要注意的是，后面附圖的相對尺寸可能沒有按比例繪制，除非特別指明附圖是按比例繪制的。
[0046]應當理解的是，如本文所用的術語“半導體晶片”可以指由半導體材料(例如，硅)制成的晶片和由一般不被確認為是半導體但是在它們上面通常設置有