用于具有再循环的空间原子层沉积的设备及其使用方法.pdf

本文提供原子层沉积设备及方法，包括数个狭长气体端口及泵端口，该等泵端口与多个导管连通以从处理腔室传送待冷凝、储存及/或再循环的气体。

权利要求书1.  一种沉积系统，该沉积系统包含：处理腔室；以及气体分配设备，该气体分配设备位于该处理腔室中，该气体分配设备包含数个狭长气体端口，该等数个狭长气体端口包括与第一反应气体流体连通的至少一个第一反应气体端口、与不同于该第一反应气体的第二反应气体流体连通的至少一个第二反应气体端口及围绕该第一反应气体端口及第二反应气体端口中的每一者的泵端口，该等泵端口包括与第一导管流体连通的第一组泵端口及与第二导管流体连通的第二组泵端口，如此阻止经由该第一组泵端口及第二组泵端口流动的气体混合，其中该第一导管及第二导管中的一或更多者与冷凝经由该导管流动的该气体的冷凝器及储存经由该导管流动的该气体的储存容器中一或更多者流体连通。2.  如权利要求1所述的沉积系统，该沉积系统进一步包含与净化气体流体连通的至少一个净化气体端口，定位该净化气体端口使得每一第一反应气体端口及第二反应气体端口通过净化气体端口分离，泵端口围绕该净化气体端口。3.  如权利要求2所述的沉积系统，其特征在于，围绕该至少一个净化气体端口的该等泵端口中的每一者与该第一导管及该第二导管中的一者独立地流体连通。4.  如权利要求3所述的沉积系统，其特征在于，围绕该至少一个净化气体端口的该等泵端口中的一者与该第一导管流体连通，且围绕该至少一个净化气体端口的该等泵端口中的另一者与该第二导管流体连通。5.  如权利要求3所述的沉积系统，其特征在于，围绕该至少一个净化气体端口的该等泵端口中的一者为邻近该第一反应气体端口的该泵端口，且围绕该至少一个净化气体端口的该等泵端口中的另一者为邻近该第二反应气体端口的该泵端口，使得该等泵端口中的一者与该第一导管流体连通及该等泵端口中的另一者与该第 二导管流体连通。6.  如权利要求3所述的沉积系统，其特征在于，围绕该至少一个净化气体端口的该等泵端口中的一者为邻近该第一反应气体端口或该第二反应气体端口的该泵端口且与该第一导管及第二导管中的一者流体连通，且围绕该至少一个净化气体端口的该等泵端口中的另一者与该相同导管流体连通且通过至少一个额外的泵端口与该第一反应气体端口及该第二反应气体端口中的另一者分离。7.  如权利要求6所述的沉积系统，其特征在于，该至少一个额外的泵端口与来自该邻近泵端口的该第一导管及该第二导管中的另一者流体连通。8.  如权利要求2到7的任一项所述的沉积系统，其特征在于，该气体分配设备包含气体端口的至少一个重复单元，该气体端口的单元实质上依序由第一反应气体端口、净化气体端口及第二反应气体端口组成，其中该第一反应气体端口、净化气体端口及第二反应气体端口中的每一者通过泵端口分离。9.  如权利要求1到7的任一项所述的沉积系统，其特征在于，两对泵端口围绕该等第一反应气体端口及该等第二反应气体端口中的一者，该等两对泵端口包含靠近该反应气体端口的一对内部泵端口及比该对内部泵端口远离该反应气体端口的一对外部泵端口。10.  如权利要求9所述的沉积系统，其特征在于，该对内部泵端口与该第一导管及第二导管中的一者流体连通，且该对外部泵端口与该第一导管及第二导管中的另一者连通。11.  一种沉积系统，该沉积系统包含：处理腔室；以及气体分配设备，该气体分配设备位于该处理腔室中，该气体分配设备包含数 个狭长气体端口，该等数个狭长气体端口依序包括与第一反应气体流体连通的第一反应气体端口、与净化气体流体连通的净化气体端口、与不同于该第一反应气体的第二反应气体流体连通的第二反应气体端口及围绕该第一反应气体端口、该净化气体端口及该第二反应气体端口中的每一者的泵端口，该等泵端口包括与第一导管流体连通的第一组泵端口及与第二导管流体连通的第二组泵端口，如此阻止经由该第一组泵端口及该第二组泵端口流动的气体混合，其中邻近该第一反应气体端口及该第二反应气体端口中的一者的该等泵端口与该第一导管流体连通，且邻近该第一反应气体端口及该第二反应气体端口中的另一者的该等泵端口与该第二导管流体连通，其中该第一导管及第二导管中的一者与冷凝经由该导管流动的该气体的冷凝器及储存经由该导管流动的该气体的储存容器中的一或更多者流体连通。12.  如权利要求11所述的沉积系统，其特征在于，两对泵端口围绕该等第一反应气体端口及该等第二反应气体端口中的至少一者，该等两对泵端口包含靠近该反应气体端口的一对内部泵端口及比该对内部泵端口远离该反应气体端口的一对外部泵端口。13.  如权利要求12所述的沉积系统，其特征在于，该对内部泵端口与该第一导管及第二导管中的一者流体连通，且该对外部泵端口与该第一导管及第二导管中的另一者连通。14.  一种处理方法，该方法包含以下步骤：在表面上方同时交替流动来自第一反应气体端口的第一反应气体流及来自第二反应气体端口的第二反应气体流；以及在围绕该第一反应气体端口的第一组泵端口中从该表面收集第一反应气体；在围绕该第二反应气体端口的第二组泵端口中从该表面收集第二反应气体；经由第一导管引导该第一组泵端口中的该气体；以及经由与该第一导管分离的第二导管引导该第二组泵端口中的该气体，其中该第一导管及该第二导管中的至少一个与冷凝器或储存容器流体连通。15.  如权利要求14所述的方法，其特征在于，当该第一导管及第二导管中的该至少一个与冷凝器流体连通时，该方法进一步包含以下步骤：冷凝该反应气体以从该反应气体收集液体或固体反应物种。

说明书用于具有再循环的空间原子层沉积的设备及其使用方法
背景
本发明的实施例大体而言是关于一种用于沉积材料的设备及方法。更具体而言，本发明的实施例是针对具有多个气体分配板的原子层沉积腔室。
在半导体处理、平面显示器处理或其他电子装置处理领域，气相沉积工艺在沉积材料于基板上起到了重要作用。随着电子装置的几何结构持续缩小且装置的密度持续增加，特征结构的尺寸及深宽比正变得更加具有挑战性，例如，特征结构尺寸为0.07μm且深宽比为10或更大。因此，共形沉积材料以形成该等装置正变得日益重要。
在原子层沉积(atomic layer deposition；ALD)工艺期间，反应气体依序引入至包含基板的处理腔室内。一般而言，第一反应物引入至处理腔室中且吸附于基板表面上。第二反应物随后引入至处理腔室中且与第一反应物反应以形成沉积的材料。可在每一反应气体的递送之间执行净化步骤以确保反应仅发生在基板表面上。净化步骤可为使用载气的持续净化或在反应气体递送之间的脉冲净化。
在ALD工艺期间，基板暴露至各种反应气体，该等反应气体包括昂贵的前体。由于ALD反应为自限性的，故一旦已经完成表面反应，任何额外的反应气体为不必要的及因此被浪费。由于用于ALD中的许多前体为非常昂贵的，故此可引起不必要的费用。所属技术领域中存在对通过原子层沉积快速处理多个基板同时最小化与反应气体相关的费用的改良设备及方法的持续需要。
发明内容
本发明的实施例针对包含处理腔室及处理腔室中的气体分配设备的沉积系统。气体分配设备包含数个狭长气体端口，该等数个狭长气体端口包括与第一反应气体流体连通的至少一个第一反应气体端口、与不同于第一反应气体的第二反应气体流体连通的至少一个第二反应气体端口及围绕第一反应气体端口及第二反应气 体端口中的每一者的泵端口。该等泵端口包括与第一导管流体连通的第一组泵端口及与第二导管流体连通的第二组泵端口，如此阻止经由第一组泵端口及第二组泵端口流动的气体混合。其中第一导管及第二导管中的一或更多者与冷凝经由导管流动的气体的冷凝器及储存经由导管流动的气体的储存容器中的一或更多者流体连通。
一些实施例进一步包含与净化气体流体连通的至少一个净化气体端口。定位净化气体端口使得每一第一反应气体端口及第二反应气体端口通过净化气体端口分离且泵端口围绕净化气体端口。
在一或更多个实施例中，围绕至少一个净化气体端口的泵端口中的每一者与第一导管及第二导管中的一者独立地流体连通。
在一些实施例中，围绕至少一个净化气体端口的泵端口中的一者与第一导管流体连通且围绕至少一个净化气体端口的泵端口中的另一者与第二导管流体连通。
在一或更多个实施例中，围绕至少一个净化气体端口的泵端口中的一者为邻近第一反应气体端口的泵端口且围绕至少一个净化气体端口的泵端口中的另一者为邻近第二反应气体端口的泵端口，使得泵端口中的一者与第一导管流体连通且泵端口中的另一者与第二导管流体连通。
在一些实施例中，围绕至少一个净化气体端口的泵端口中的一者为邻近第一反应气体端口或者第二反应气体端口的泵端口且与第一导管及第二导管中的一者流体连通，且围绕至少一个净化气体端口的泵端口中的另一者与相同导管流体连通且通过至少一个额外的泵端口与第一反应气体端口及第二反应气体端口中的另一者分离。
在一或更多个实施例中，该至少一个额外的泵端口与来自邻近泵端口的第一导管及第二导管中的另一者流体连通。
在一些实施例中，气体分配设备包含气体端口的至少一个重复单元，气体端口的单元实质上依序由第一反应气体端口、净化气体端口及第二反应气体端口组成，其中第一反应气体端口、净化气体端口及第二反应气体端口中的每一者通过泵端口分离。
一或更多个实施例进一步包含与不同于第一反应气体及第二反应气体的第三反应气体流体连通的第三反应气体端口。在一实施例中，泵端口围绕第三反应气体 端口。
一些实施例进一步包含基板载体。基板载体及气体分配设备相对于彼此在实质上垂直于狭长气体端口的轴的方向上移动。
在一或更多个实施例中，两对泵端口围绕第一反应气体端口及第二反应气体端口中的一者，该等两对泵端口包含靠近反应气体端口的一对内部泵端口及比该对内部泵端口远离反应气体端口的一对外部泵端口。
在一些实施例中，该对内部泵端口与第一导管及第二导管中的一者流体连通且该对外部泵端口与第一导管及第二导管中的另一者连通。
在一或更多个实施例中，当冷凝器与第一导管及第二导管中的一者流体连通时，冷凝器冷凝反应气体及与反应气源流体连通，该反应气源与反应气体端口流体连通以再循环收集的反应气体。
本发明的额外实施例针对包含处理腔室及处理腔室中的气体分配设备的沉积系统。气体分配设备包含数个狭长气体端口，该等数个狭长气体端口依序包括与第一反应气体流体连通的第一反应气体端口、与净化气体流体连通的净化气体端口、与不同于第一反应气体的第二反应气体流体连通的第二反应气体端口及围绕第一反应气体端口、净化气体端口及第二反应气体端口中的每一者的泵端口。泵端口包括与第一导管流体连通的第一组泵端口及与第二导管流体连通的第二组泵端口，如此阻止经由第一组泵端口及第二组泵端口流动的气体混合。其中邻近第一反应气体端口及第二反应气体端口中的一者的泵端口与第一导管流体连通且邻近第一反应气体端口及第二反应气体端口中的另一者的泵端口与第二导管流体连通。第一导管及第二导管中的一者与冷凝经由导管流动的气体的冷凝器及储存经由导管流动的气体的储存容器中的一或更多者流体连通。
在一些实施例中，两对泵端口围绕第一反应气体端口及第二反应气体端口中的至少一者，该等两对泵端口包含靠近反应气体端口的一对内部泵端口及比该对内部泵端口远离反应气体端口的一对外部泵端口。
在一或更多个实施例中，该对内部泵端口与第一导管及第二导管中的一者流体连通，且该对外部泵端口与第一导管及第二导管中的另一者连通。
本发明的进一步实施例针对处理方法，该处理方法包含以下步骤：同时在表 面上方交替流动来自第一反应气体端口的第一反应气体流及来自第二反应气体端口的第二反应气体流。以围绕第一反应气体端口的第一组泵端口从表面收集第一反应气体。以围绕第二反应气体端口的第二组泵端口从表面收集第二反应气体。第一组泵端口中的气体经由第一导管引导。第二组泵端口中的气体经由与第一导管分离的第二导管引导。第一导管及第二导管中的至少一者与冷凝器或储存容器流体连通。
在一些实施例中，当第一导管及第二导管中的至少一者与冷凝器流体连通时，方法进一步包含以下步骤：冷凝反应气体以从反应气体收集液体或固体反应物种。
一或更多个实施例进一步包含以下步骤：引导收集的液体或固体反应物种至反应气源中以在处理方法中再使用。
附图简述
因此，参照绘示于附图中的实施例来提供于上文简要概述的本发明的更详细描述，以达到且更详细了解本发明的上述的特征结构。然而，应注意，随附图式仅图示本发明的典型实施例，且因此不视为对本发明范畴的限制，因为本发明可允许其他同等有效的实施例。
图1图示根据本发明的一或更多个实施例的原子层沉积腔室的示意性剖面侧视图；
图2图示根据本发明的一或更多个实施例的基座的透视图；
图3图示根据本发明的一或更多个实施例的原子层沉积腔室的示意性剖视图；
图4图示根据本发明的一或更多个实施例的气体分配设备的示意性剖视图；
图5图示根据本发明的一或更多个实施例的原子层沉积腔室的示意性剖视图；
图6图示根据本发明的一或更多个实施例的气体分配设备的示意性剖视图；以及
图7图示根据本发明的一或更多个实施例的原子层沉积腔室的示意性剖视图。
具体实施方式
本发明的实施例针对用于反应气体的再循环及再使用的原子层沉积设备及方 法。在习知的原子层沉积工艺中，及特定而言在空间ALD工艺(在该ALD工艺中反应气体在空间(相对于时间而言)上分离)中，可能会存在过量前体的严重损耗。在材料成本高的情况中，空间ALD硬件，如本文描述的，允许前体的再使用(再循环)。
图3图示空间ALD腔室中使用冷凝器用于前体再生的基本概念图。晶圆接收欲再使用之前体B(亦称为第二反应气体)之后，气流经引导至泵通道及流至冷凝器，在冷凝器处前体冷凝至液体或固体状态。在图5中，使得分离的泵送气室围绕用于前体B的注射气室。此可减少净化气流对此前体的稀释，该净化气流经由分离的泵送气室泵送。图7图示用于液体前体的方案，其中可经由连接至冷凝器的液体递送线路周期地再填充安瓿。必要时可在此线路中插入过滤装置。
图1为根据本发明的一或更多个实施例的原子层沉积系统100或反应器的示意性剖视图。系统100包括负载锁定室10及处理腔室20。处理腔室20一般为可密封外壳，在真空或至少低气压下操作处理腔室20。处理腔室20经由隔离阀15与负载锁定室10隔离。隔离阀15在关闭位置时将处理腔室20密封隔开负载锁定室10且允许基板60自负载锁定室10经由该阀转移至处理腔室20，隔离阀15在打开位置时情况反之亦然。
系统100包括气体分配板30，该气体分配板30能在基板60上分配一或更多种气体。气体分配板30可为本领域技术人员已知的任何适当分配板，且所描述的特定气体分配板不应被视为对本发明范畴的限制。气体分配板30的输出表面面对基板60的第一表面61。
用于本发明的实施例的基板可为任何适当基板。在具体实施例中，基板为刚性的、分立的，大体平面的基板。如在本说明书及随附权利要求书中所使用的，术语“分立的”涉及基板时意谓该基板具有固定尺寸。特定实施例的基板为半导体晶圆，诸如200mm或300mm直径的硅晶圆。
气体分配板30包含数个气体端口及数个真空端口，该等数个气体端口配置为传送一或更多个气流至基板60，该等数个真空端口安置于每一气体端口之间且配置为传送气流至处理腔室20外。在图1的具体实施例中，气体分配板30包含第一前体注射器120、第二前体注射器130及净化气体注射器140。如在本说明书及随 附权利要求书中所使用的，术语“前体”意谓基板表面上的原子层沉积反应中所使用的任何气体或物种。术语“前体”亦可能与术语“反应气体”互换使用。本领域技术人员将理解，不参与化学反应的净化气体、惰性气体及物种不视为“前体”或“反应气体”。
注射器120、130、140可由诸如主机的系统计算机(未图示)控制，或由诸如可编程逻辑控制器的腔室专用控制器控制。前体注射器120配置为将化合物A反应前体的连续(或脉冲)流经由数个气体端口125注射至处理腔室20中。前体注射器130配置为将化合物B反应前体的连续(或脉冲)流经由数个气体端口135注射至处理腔室20中。净化气体注射器140配置为将非反应气体或净化气体的连续(或脉冲)流经由数个气体端口145注射至处理腔室20中。净化气体配置为自处理腔室20移除反应物质及反应副产物。净化气体通常为惰性气体，诸如，氮、氩及氦。气体端口145安置于气体端口125与气体端口135之间，以便化合物A前体与化合物B前体分离，从而避免前体之间的交叉污染。
在另一方面中，远端等离子体源(未图示)可在注射前体至处理腔室20内之前连接至前体注射器120及前体注射器130。反应物种的等离子体可通过施加电场至远端等离子体源内的化合物产生。可使用能活化预期化合物的任何电源。举例而言，可使用基于放电技术而使用DC、射频(radio frequency；RF)及微波(microwave；MW)的电源。若使用RF电源，则该电源可为电容耦合或感应耦合的。活化亦可通过基于热处理的技术、气体解离技术、高强度光源(例如，紫外线(UV)能量)，或暴露于X射线源而产生。示例性远端等离子体源可购自诸如美国万机仪器有限公司(MKS Instruments,Inc.)及AE公司(Advanced Energy Industries,Inc.)的供应商。
系统100进一步包括泵送系统150，该泵送系统150连接至处理腔室20。泵送系统150大体配置为经由一或更多个真空端口155将气流排出处理腔室20。术语“真空端口”可与“泵端口”互换使用。真空端口155安置于每一气体端口之间以便在气流与基板表面反应后将气流排出处理腔室20，及以进一步限制前体之间的交叉污染。
系统100包括数个隔板160，隔板160安置于处理腔室20上介于每一端口之间。每一隔板的下部延伸靠近基板60的第一表面61。举例而言，距离第一表面61 约0.5mm或更大距离。以此方式，隔板160的下部与基板表面分离一距离，该距离足以允许气流与基板表面反应后环绕下部流向真空端口155。箭头198指示气流的方向。由于隔板160操作作为对气流的实体阻障层，故隔板160亦限制前体之间的交叉污染。所图示的布置仅为说明性的且不应被视为对本发明的范畴的限制。本领域技术人员将理解所图示的气体分配系统仅为一个可能的分配系统且还可使用其他类型的喷淋头。
在操作中，基板60经递送(例如，通过机器人)至负载锁定室10且置于搬运梭65上。打开隔离阀15后，搬运梭65沿轨道70移动。一旦搬运梭65进入处理腔室20中，隔离阀15即关闭，密封处理腔室20。搬运梭65随后移动穿过处理腔室20用于处理。在一个实施例中，搬运梭65以沿直线路径移动穿过腔室。
当基板60移动穿过处理腔室20时，基板60的第一表面61重复暴露于来自气体端口125的化合物A前体及来自气体端口135的化合物B前体，其中来自气体端口145的净化气体介于这两个前体之间。净化气体的注射经设计以在基板表面61暴露于下一前体之前移除来自之前的前体的未反应物质。每次暴露于各种气流(例如，前体或净化气体)后，气流经由真空端口155通过泵送系统150排出。由于真空端口可安置于每一气体端口的两侧上，故气流经由两侧的真空端口155排出。因此，气流自各别气体端口垂直向下流向基板60的第一表面61，横跨基板表面61且围绕隔板160的下部，且最终向上流向真空端口155。以此方式，每一气体可横跨基板表面61均匀分布。箭头198指示气流的方向。亦可在将基板60暴露于各种气流时旋转基板60。旋转基板可用于防止在形成的层中形成条带。可以连续或不连续步骤旋转基板。
一般在处理腔室20的末端提供充分的空间以便确保第一表面61在处理腔室20中完全暴露到最后一个气体端口为止。一旦基板60到达处理腔室20的末端(亦即，第一表面61在腔室20中已完全暴露于每一个气体端口)，则基板60以朝向负载锁定室10的方向返回。当基板60朝向负载锁定室10回移时，基板表面可以与第一次暴露相反的顺序再次暴露于化合物A前体、净化气体及化合物B前体。
基板表面61暴露于每一气体的程度可通过以下因素决定：例如，每一气体自气体端口流出的流速及基板60的移动速率。在一个实施例中，每一气体的流速经 配置以便不从基板表面61移除已吸附的前体。每一隔板之间的宽度、安置于处理腔室20上的气体端口数量及基板来回传递的次数亦可决定基板表面61暴露于各种气体的程度。因此，沉积膜的数量及品质可通过改变上述因素最佳化。
在另一实施例中，系统100可包括前体注射器120及前体注射器130，不包括净化气体注射器140。因此，当基板60移动穿过处理腔室20时，基板表面61将交替暴露于化合物A前体及化合物B前体，而不暴露于介于前体之间的净化气体。
图1所图示的实施例具有位于基板上方的气体分配板30。虽然已描述且关于此垂直方向图示实施例，但应理解相反方向亦是可能的。在该相反方向情况下，基板60的第一表面61将面向下方，同时将向上引导朝向基板的气流。
在又一实施例中，系统100可配置为处理数个基板。在此实施例中，系统100可包括第二负载锁定室(安置于负载锁定室10的相对端)及数个基板60。基板60可递送至负载锁定室10且自第二负载锁定室撷取。在一或更多个实施例中，定位至少一个辐射热灯90以加热基板60的第二侧。
在一些实施例中，搬运梭65为用于载运基板60的基座66。一般而言，基座66为帮助形成基板上的均匀温度的载体。基座66可在负载锁定室10及处理腔室20之间双向(相对于图1的布置从左至右及从右至左)移动。基座66具有用于载运基板60的顶表面67。基座66可为受热基座，以使得基板60可被加热用于处理。举例而言，基座66可由安置于基座66下方的辐射热灯90、加热板、电阻线圈或其他加热装置加热。
在又一实施例中，如图2所图示，基座66的顶表面67包括凹槽68，凹槽68配置为接受基板60。基座66厚度一般大于基板的厚度，以使得基座材料在基板下方。在具体实施例中，凹槽68经配置使得基板60安置于凹槽68内时基板60的第一表面61与基座66的顶表面67齐平。换言之，一些实施例的凹槽68经配置使得当基板60安置于凹槽68内时，基板60的第一表面61未突出于基座66的顶表面67上方。
图3图示气体分配板30的视图，在该气体分配板30中真空端口155、156朝向不同目的地。在图3图示的实施例中，真空端口155排出来自气体注射器125及净化注射器145的气体至第一目的地泵或排气线路。第二真空端口156排出来自 气体注射器135及净化气体注射器145的气体至与真空端口155的目的地不同的目的地。在一或更多个实施例中，目的地选自排气装置及冷凝器。
在一些实施例中，排气线路分离为其中每一者具有个别的目的地。举例而言，图3图示本发明的实施例，在该实施例中气体分配设备排出气体至两个个别的位置或目的地。如在本说明书及随附权利要求书中所使用的，术语“目的地”意谓任何中间或最终情况或位置。举例而言，目的地可为排气线路、冷池、冷凝器、储存设施或容器以及其他可能的目的地。
在图3图示的实施例中，气体分配设备100包括数个狭长气体端口，如先前关于图1描述。狭长气体端口包括与第一反应气体120流体连通的至少一个第一反应气体端口125及与不同于第一反应气体120的第二反应气体130流体连通的至少一个第二反应气体端口135。如在本说明书及随附权利要求书中所使用的，术语“流体连通”、“连通”等等意谓存在允许气体流动的路径。第一反应气体120可称为反应气体A或前体A等等，且第二反应气体130可称为第二反应气体B或前体B等等。本领域技术人员将理解反应气体为与基板的表面或基板的表面上的物种反应的气体。
图3中的气体分配板30亦包括泵端口355、356，泵端口355、356亦称为真空端口且围绕第一反应气体端口125及第二反应气体端口135中的每一者。泵端口355、356经分离成与第一导管350流体连通的第一组泵端口355及与第二导管351流体连通的第二组泵端口356，如此阻止经由第一组泵端口355及第二组泵端口356流动的气体混合。
经由第一组泵端口355流动至第一导管350中的气体经引导至第一目的地380。经由第二组泵端口356流动至第二导管351中的气体经引导至第二目的地381。目的地可为独立的，例如，排气线路、冷池、冷凝器或储存容器。在一些实施例中，第一导管350及第二导管351中的一或更多者与冷凝经由导管流动的气体的冷凝器及储存经由导管流动的气体的储存容器中的一或更多者流体连通。储存容器可为任何适当的储存容器，包括但不限于气缸。储存容器可用于暂时储存气体使得稍后可再循环或净化该气体。
一些实施例进一步包含与净化气体140流体连通的至少一个净化气体端口 145。定位净化气体端口使得每一第一反应气体端口125及第二反应气体端口135通过净化气体端口145分离，使得泵端口355、356围绕净化气体端口145。
在一或更多个实施例中，围绕至少一个净化气体端口145的泵端口355、356中的每一者与第一导管350及第二导管351中的一者独立地流体连通。图4图示类似于图3图示的板的气体分配板的部分的剖视图。此处可见气体端口的顺序(从左至右)包括与第一导管350连通的泵端口355、净化端口145、与第一导管350流体连通的泵端口355、第一反应气体端口125、与第一导管350连通的泵端口355、净化端口145、与第二导管351连通的泵端口356、第二反应气体端口135、与第二导管351连通的泵端口356及净化端口。气体分配板330可有继续延伸该顺序的额外的端口。可见围绕至少一个净化气体端口145(中间净化气体端口145)的泵端口355、356中的一者与第一导管350流体连通，且围绕至少一个净化气体注射器145的泵端口356中的另一者与第二导管351流体连通。
在一些实施例中，围绕至少一个净化气体端口145的泵端口355、356中的一者为邻近第一反应气体端口125或者第二反应气体端口135的泵端口355、356及与第一导管350及第二导管351中的一者流体连通，且围绕至少一个净化气体端口145的泵端口355、356中的另一者与相同导管350、351流体连通及通过至少一个额外的泵端口355、356与第一反应气体端口125及第二反应气体端口135中的另一者分离。在一或更多个实施例中，至少一个额外的泵端口355、356与来自邻近的泵端口355、356的第一导管350及第二导管351中的另一者流体连通。参阅图5及图6，可见端口的顺序(从左至右)包括与第一导管350连通的泵端口355、净化端口145、与第一导管350连通的泵端口355、第一反应气体端口125、与第一导管350连通的泵端口355、净化端口145、与第一导管350连通的泵端口355、与第二导管351连通的泵端口356、第二反应气体端口135、与第二导管351连通的泵端口356、与第一导管350连通的泵端口355及净化端口145。该模式可继续按所需多次重复，如图示气体端口的两个重复单元的图5所示。不受限于任何特定的操作原理，据信包括额外的泵端口将使导管中的气体比可能其他方式的气体更少地被净化气体稀释。实质上，净化气体将向上流动至一个泵端口355且反应气体将向上流动至邻近的泵端口356使得存在使用净化气体对反应气体的最小稀释。本领 域技术人员将理解将存在某一净化气体流进入泵端口356中及某一反应气体流进入泵端口355中。
换言之，在一些实施例中，两对泵端口355、356围绕第一反应气体端口125及第二反应气体端口135中的一者。两对泵端口355、356包含靠近反应气体端口的一对内部泵端口及比该对内部泵端口远离反应气体端口的一对外部泵端口。再次参阅图6，该对内部泵端口356与第一导管350及第二导管351(已图示)中的一者流体连通且该对外部泵端口355与第一导管(已图示)及第二导管中的另一者连通。本领域技术人员将理解该等导管连接可按所需反向及混用。
在一些实施例中，气体分配设备包含气体注射器的至少一个重复单元。气体注射器的单元实质上依序由第一反应气体注射器、净化气体注射器及第二反应气体注射器组成，其中第一反应气体注射器、净化气体注射器及第二反应气体注射器中的每一者通过泵端口分离。如此上下文及随附权利要求书中所使用的，术语“实质上由……组成”意谓气体分配板不包括任何额外的气体端口用于反应气体。气体分配板中可插入使用用于非反应气体(例如，净化气体)及真空的端口，同时仍然在从句“实质上由……组成”中。举例而言，气体分配板可具有八个真空端口V及四个净化端口P，但是仍然实质上由第一反应气体端口、净化气体端口及第二反应气体端口组成。
在一或更多个实施例中，气体分配板实质上依序由起始的第一反应气体端口、第二反应气体端口及结尾的第一反应气体端口A’组成，其中第一反应气体端口及第二反应气体端口的每一者通过泵端口分离。此类型的实施例可称为ABA配置。不受限于任何特定操作原理，据信此类配置可允许膜的快速往复沉积。
一些实施例进一步包含与不同于第一反应气体及第二反应气体的第三反应气体流体连通的第三反应气体注射器。泵端口亦可围绕第三反应气体注射器，该等泵端口可独立地与第一导管350、第二导管351或甚至第三导管(未图示)连通。
图7图示本发明的实施例，在该实施例中第一导管350将气体流引导至排气系统且第二导管351将气体流引导至冷凝器700。当冷凝器700与第一导管350及第二导管351中的一者流体连通时，冷凝器700冷凝反应气体以提供适合于在ALD工艺中再使用的反应物种。反应物种可为固体、液体或气体。在一些实施例中，冷 凝器700与反应气源750流体连通，该反应气源750与反应气体注射器130流体连通以再循环所收集的反应气体。反应气源750可为本领域技术人员所知的任何适当的反应气源及可包括但不限于前体安瓿。
在图7的实施例中，第二导管351经由入口阀702连接至冷凝器700。打开及关闭入口阀702可允许气体流进入将按所需启动及停止的冷凝器内。此外，可允许气体流经旁通阀704以从系统排出。可以同时或交替方式打开及关闭旁通阀704及入口阀702，此取决于进入冷凝器700中及流至排气装置的气体的所欲流型。出口阀706连接冷凝器与排气装置，允许未经冷凝的气体从系统排出。
在一些实施例中，冷凝器700包括转移线路711及转移阀710，该转移阀710允许冷凝的物质从冷凝器700移除，无需移除进口及出口连接。转移线路711可连接至包括储存容器、安瓿等等的任意数目的分离装置。必要时过滤装置720可包括在转移线路711上。过滤装置720可为任何适当的过滤系统及可(例如)用于从冷凝物质移除微粒。
在一或更多个实施例中，转移阀710及转移线路允许冷凝的恢复的反应物种转移至同一反应气源750(例如，安瓿)，该反应气源750用于供应反应气体至气体分配板。如图7所图示，反应物种可通过至反应气源750的再填充端口的连接，从冷凝器移动至反应气源750。再填充端口可包括再填充阀752，该再填充阀752允许进入反应气源750的内部使得可使用未使用的或再循环的反应气体或反应物种再填充装置。本领域技术人员将理解术语“反应气源”用于意谓用于提供反应物种至处理腔室的源且不要求反应气源内部的物种为气体。在一些实施例中，反应气源容纳固体、液体或气体中的一或更多者，该固体、液体或气体可经升华、沸腾及/或转移至处理腔室。推动气体经由推动阀754连接至反应气源750。推动气体用于从反应气源750的内部移动反应物种至处理腔室。当打开转移阀710时，可关闭推动阀754以阻止气体回填至冷凝器750中。亦可包括旁通阀756，该旁通阀756将推动气体直接连接至处理腔室使得推动气体不需要穿过反应气源750。本领域技术人员将理解反应气源750上存在其他阀，该等其他阀允许源与处理腔室及环境隔离，从而允许移除源，而不允许周围空气进入处理腔室中。
本发明的一些实施例针对沉积系统，该沉积系统包括处理腔室，该处理腔室 中具有气体分配设备。术语气体分配设备可用于描述气体分配板或喷淋头类型装置且可包括来自及至处理腔室的连接。一些实施例的气体分配设备包含数个狭长气体端口，该等数个狭长气体端口依序包括与第一反应气体注射器120流体连通的第一反应气体端口125、与净化气体注射器140流体连通的净化气体端口145及与不同于第一反应气体的第二反应气体流体连通的第二反应气体端口135。泵端口355、356围绕第一反应气体端口125、净化气体端口145及第二反应气体端口135中的每一者。泵端口355、356包括与第一导管350流体连通的第一组泵端口355及与第二导管351流体连通的第二组泵端口356，如此阻止经由第一组泵端口355流动的气体与经由第二组泵端口356流动的气体混合及阻止第一导管350中的气体与第二导管351中的气体混合。邻近第一反应气体端口125及第二反应气体端口135中的一者的泵端口355、356与第一导管350流体连通且邻近第一反应气体端口125及第二反应气体端口135中的另一者的泵端口355、356与第二导管351流体连通。第一导管350及第二导管351中的一者与冷凝经由导管流动的气体的冷凝器及储存经由导管流动的气体的储存容器(未图示)中的一或更多者流体连通。本领域技术人员将理解储存容器可包括如在典型气缸上的一或更多个进口。储存容器可包括第二阀，该第二阀允许压力均衡及气体流动至储存容器中，但此可能不为必需的。
在一或更多个实施例中，两对泵端口355、356围绕第一反应气体端口125及第二反应气体端口135中的至少一个。两对泵端口355、356包含靠近反应气体端口的一对内部泵端口及比该对内部泵端口远离反应气体端口的一对外部泵端口。此在图5至图7的实施例中图示。在一些实施例中，该对内部泵端口与第一导管350及第二导管351中的一者流体连通，且该对外部泵端口与第一导管350及第二导管351中的另一者连通。
本发明的额外实施例针对处理方法。第一反应气体及第二反应气体的同时交替流分别从第一反应气体端口及第二反应气体端口在基板的表面上方流动。气流同时流动及空间分离以交替。以围绕第一反应气体端口的第一组泵端口从表面收集第一反应气体。以围绕第二反应气体端口的第二组泵端口从表面收集第二反应气体。第一组泵端口中的气体经由第一导管引导且来自第二组泵端口的气体经由第二导管引导，该第二导管与该第一导管分离。第一导管及第二导管中的至少一个与冷凝 器或储存容器流体连通。
在一些实施例中，第一导管350及第二导管351中的至少一个与冷凝器700流体连通且方法进一步包含以下步骤：冷凝反应气体以从反应气体收集液体或固体反应物种。一或更多个实施例进一步包含以下步骤：引导收集的液体或固体反应物种至反应气源750中以在处理方法中再使用。
气体分配板或设备可具有任何适当数目的气体端口以在基板上沉积层。在具体实施例中，气体分配设备包含足够数目的气体端口以处理范围为大约10个至大约100个的原子层沉积循环或高达大约20、25、27、30、32、35、37、40、42、45、47、50或100个原子层沉积循环。
在一些实施例中，一或更多个层可在等离子体增强原子层沉积(plasma enhanced atomic layer deposition；PEALD)工艺期间形成。在一些工艺中，等离子体的使用提供足够的能量以促进物种进入激励状态，在该激励状态中表面反应变得良好及合理。将等离子体引入工艺中可为连续的或脉冲的。在一些实施例中，前体(或反应气体)及等离子体的有序脉冲用于处理层。在一些实施例中，试剂可本端地(亦即，在处理区域内部)或者远端地(亦即，在处理区域外部)离子化。在一些实施例中，远端离子化可出现在沉积腔室的上游使得离子或其他能量或发光物种不直接接触沉积膜。在一些PEALD工艺中，从处理腔室外部产生等离子体，诸如通过远端等离子体产生器系统。可经由本领域技术人员所知的任何适当的等离子体产生工艺或技术产生等离子体。举例而言，等离子体可通过微波(MW)频率产生器或射频(RF)产生器中的一或更多者产生。可取决于正使用的特定反应物种调谐等离子体的频率。适当的频率包括但不限于，2MHz、13.56MHz、40MHz、60MHz及100MHz。尽管可在本文揭示的沉积工艺期间使用等离子体，然而应注意到可能不需要等离子体。实际上，其他实施例是关于无等离子体的非常温和条件下的沉积工艺。
根据一或更多个实施例，在形成层之前及/或之后基板经历处理。可在同一腔室或一或更多个分离的处理腔室中执行处理。在一些实施例中，基板从第一腔室移动至分离的第二腔室用于进一步的处理。基板可直接从第一腔室移动至分离的处理腔室，或基板可从第一腔室移动至一或更多个转移腔室，及随后移动至所欲的分离处理腔室。因此，处理设备可包含与转移站连通的多个腔室。此类设备可称为“群 集工具”或“群集的系统”等等。
一般而言，群集工具为模块化系统，该模块化系统包含多个腔室，该等多个腔室执行包括以下各种功能：基板中心定位及定向、脱气、退火、沉积及/或蚀刻。根据一或更多个实施例，群集工具至少包括第一腔室及中心转移腔室。中心转移腔室可容纳机器人，该机器人可在处理腔室及负载锁定室之间及之中搬运基板。转移腔室通常维持在真空条件下及提供中间阶段用于自一个腔室搬运基板至另一腔室及/或至位于群集工具的前端的负载锁定室。可适合于本发明的两个众所周知的群集工具为及该等两者可从加利福尼亚的圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)获得。Tepman等人的于1993年2月16日发布的名称为「Staged-Vacuum Wafer Processing Apparatus and Method」的美国专利第5,186,718号中揭示一个此分阶段的真空基板处理设备的细节。然而，腔室的确切布置及组合可出于执行如本文描述的工艺的特定步骤的目的而改变。可使用的其他处理腔室包括但不限于，周期层沉积(cyclical layer deposition；CLD)、原子层沉积(ALD)、化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition；PVD)、蚀刻、预清洗、化学清洗、诸如RTP的热处理、等离子体氮化、脱气、定向、羟基化反应及其他基板工艺。通过在群集工具上执行腔室中的工艺，在沉积后续膜之前可避免基板被大气杂质的表面污染，而无需氧化。
根据一或更多个实施例，当基板从一个腔室移动至下一个腔室时，基板连续处于“真空”或“负载锁定”状态下且不暴露于周围空气。转移腔室因此在真空下及在真空压力下“抽空(pumped down)”。惰性气体可存在于处理腔室或转移腔室中。在一些实施例，惰性气体被用作净化气体以在基板的表面上形成硅层之后移除一些或所有反应物。根据一或更多个实施例，净化气体在沉积腔室的出口处注入以阻止反应物从沉积腔室移动至转移腔室及/或额外的处理腔室。因此，惰性气流在腔室的出口处形成幕帘。
基板可在单个基板沉积腔室中处理，在该单个基板沉积腔室中在处理另一基板之前载入、处理及卸载单个基板。基板亦可以连续方式处理，如传送系统，在该传送系统中多个基板个别地载入腔室的第一部分，移动穿过腔室及从腔室的第二部分卸载。腔室及相关传送系统的形状可形成直线路径或弯曲路径。此外，处理腔室 可为旋转料架，在该旋转料架中多个基板围绕中心轴移动且在整个旋转料架路径中暴露以进行沉积、蚀刻、退火、清洁等等工艺。
处理期间，基板可经加热或冷却。此加热或冷却可通过任何适当的手段实现，包括但不限于，改变基板支撑件的温度及使经加热或冷却的气体流动至基板表面。在一些实施例中，基板支撑件包括加热器/冷却器，该加热器/冷却器可经控制以传导地改变基板温度。在一或更多个实施例中，加热或冷却正使用的气体(反应气体或惰性气体)以本端地改变基板温度。在一些实施例中，加热器/冷却器在腔室内部邻近基板表面处定位以传递性地改变基板温度。
处理期间基板亦可为静止的或旋转的。可以连续或不连续步骤旋转旋转的基板。举例而言，可在整个工艺中旋转基板或在暴露至不同反应气体或净化气体之间少量旋转基板。处理期间旋转基板(连续或分步骤)可通过最小化(例如)气流几何结构中的局部变化性的效应帮助产生更均匀的沉积或者蚀刻。
尽管此处已参阅特定实施例描述本发明，但应理解该等实施例仅说明本发明的原理及应用。本领域技术人员将显而易见的是在不偏离本发明的精神及范畴的情况下，可对本发明的方法及设备做出各种修改及变化。因此，预期本发明包括在随附权利要求书及其等效物范畴内的修改及变化。