用于将气体注入外延腔室的设备的利记博彩app

领域

本公开内容的实施方式一般涉及半导体制造设备的领域，且更具体言之，涉及用于将气体注入至外延腔室的设备。

相关技术的描述

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)尺寸的缩小使得集成电路的速度、效能、密度与每单位功能的成本能够持续改善。半导体工业也在从2D晶体管(常是平坦的)过渡到使用三维栅极结构的3D晶体管的时代。在3D栅极结构中，沟道、源极与漏极自基板凸出且栅极接着于沟道周围包住三面。此目的是为了限制住只到凸出沟道的电流，以及取消任何通过可能泄漏电子的路径。此类3D晶体管的其中一种称为FinFET(鳍场效应晶体管)，在FinFET中，连接源极与漏极的沟道是自基板延伸的薄“鳍”，从而限制住到沟道的电流。如此一来，可防止电子泄漏。

工业上已使用选择性的外延沉积处理以形成3D晶体管中所需的含硅材料、升高的源极/漏极结构或源极/漏极延伸的外延层。一般来说，选择性的外延处理包含沉积反应与蚀刻反应。可以使用氯气作为选择性外延处理中的蚀刻化学物以通过将介电层与缺陷外延薄膜上的非晶薄膜蚀刻掉而达到处理选择性，或在腔室清洁处理期间将剩余的沉积气体或沉积残留物自腔室部件移除。氯气一般展现高度反应以及甚至可以在低温轻易地与沉积处理气体(通常包含氢气与氢化物)反应。然而，在传统的处理中，在沉积阶段期间，氯气与沉积处理气体一般没有一起使用以避免影响薄膜成长速率。虽然可以通过交替执行沉积反应与蚀刻反应或通过以受控时间与处理条件将蚀刻化学物与沉积处理气体分别引入气体腔室中以控制或操作沉积处理气体的薄膜成长速率或沉积效率，但是这样的方法复杂且耗时，而接着影响处理系统的产量与整体生产力。

因此，所需的是能够将蚀刻化学物与沉积处理气体反应同时处理的改善气体注入设备。

概述

在一个实施方式中，提供一种包括注入衬垫的气体分配歧管衬垫设备。该注入衬垫包括第一表面，第一表面具有于第一表面中形成的第一多个出口。第一多个出口中的一或多个可往相对于一轴的第一多个出口向上成角度。第二表面可具有于第二表面中形成的第二多个出口。第二多个出口可与第一多个出口共面而设置。

在另一个实施方式中，提供一种包括注入衬垫的气体分配歧管衬垫设备。该注入衬垫包括第一表面，第一表面具有于第一表面中形成的第一多个出口。第一多个出口中的一或多个可往相对于一轴的第一多个出口向上成角度。第二表面可具有于第二表面中形成的第二多个出口。第二多个出口可设置第一多个出口之下。第三表面可具有于第三表面中形成的第一多个出口。第三表面可与第一表面共面。于第三表面中形成的第一多个出口中的一或多个可相对于轴而向上成角度。

在又另一个实施方式中，提供一种包括注入衬垫的气体分配歧管衬垫设备。该注入衬垫包括第一表面，第一表面具有于第一表面中形成的第一多个出口，第一多个出口中的一或多个可往相对于一轴的第一多个出口向上成角度。第二表面可具有于第二表面中形成的第二多个出口。第二多个出口可设置于第一多个出口之下。

附图简要说明

本公开内容的特征已简要概述于前，并在以下有更详尽的讨论，可以通过参考所附附图中绘示的本发明实施方式以作了解。然而，值得注意的是，所附附图只绘示了本发明的典型实施方式，而由于本发明可允许其他等效的实施方式，所附附图并不会视为本发明范围的限制。

图1A是可用于实施本公开内容的各式实施方式的示例处理腔室的示意侧面截面图。

图1B是图1A旋转90度的腔室的示意侧面截面图。

图2是包括示于图1A与图1B的一或多个衬垫的气体处理配件的一个实施方式的等角视图。

图3是示于图1A中的气体分配组件的等角视图。

图4A是可用于图1A的处理腔室中的处理配件的一个实施方式的部分等角视图。

图4B是图4A的处理配件的截面图。

图5是可用于图1A中的处理腔室的处理配件的另一个实施方式的部分等角视图。

图6是可用于图1A中的处理腔室的处理配件的另一个实施方式的部分等角视图。

为便于理解，在可能的情况下，使用相同的元件符号代表附图中相同的元件。可以考虑，一个实施方式中公开的元件可有利地用于其它实施方式中而无需赘述。

具体描述

本发明所述实施方式一般涉及用于在半导体装置上形成硅外延层的设备。可依序或同时提供沉积气体与蚀刻气体以改善外延层沉积特性。气体分配组件可与沉积气体源及蚀刻气体源耦接。在沉积气体与蚀刻气体提供至处理腔室的处理空间前，沉积气体与蚀刻气体可维持分开。气体分配组件的出口可经配置而将沉积气体与蚀刻气体以各式特性提供至处理空间中。在一个实施方式中，将蚀刻气体传送至处理空间的气体分配组件的出口可相对于基板表面而向上成角度。

图1A是示例处理腔室100的示意侧面截面图。腔室100可用于形成化学气相沉积，如外延沉积处理，即便腔室100可用于蚀刻或其他处理。适当处理腔室的非限制示范例可包括RP EPI反应器，RP EPI反应器可自加州圣克拉拉市的应用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,California)商业上取得。虽然以下所述处理腔室100可用于实施本说明书所述的各式实施方式，但是来自不同制造商的其他半导体处理腔室也可用于实施本公开内容所述的实施方式。处理腔室100可加入集成处理系统，其也可自加州圣克拉拉市的应用材料公司取得。

腔室100包括由抗处理材料制成的壳体结构102，所述抗处理材料诸如是铝或不锈钢。壳体结构102围绕处理腔室100的各式功能元件，如石英腔室104，石英腔室102包含上腔室106与下腔室108，处理空间110界定于石英腔室104中。基板支撑件112经调整以接收石英腔室104内的基板114，基板支撑件112可由陶瓷材料或以硅材料涂层的石墨材料制成，如碳化硅。来自前驱物反应材料的反应化学物施于基板114的处理表面116，以及副产品可依序自处理表面116移除。基板114与/或处理空间110的加热可由辐射源提供，如上灯模块118A与下灯模块118B。在一个实施方式中，上灯模块118A与下灯模块118B是红外线灯。来自灯模块118A与118B的辐射移动通过上腔室106的上石英窗120，以及通过下腔室108的下石英窗122。如果需要的话，用于上腔室106的冷却气体通过入口124进入以及通过出口126离开。

反应化学物由气体分配组件128提供至石英腔室104。处理副产物由排气组件130而自处理空间110移除，排气组件130通常与真空源(未图示)连接。用于腔室100的前驱物反应材料以及稀释剂、净化与排气气体通过气体分配组件128进入并通过排气组件130离开。腔室100还包括多个衬垫132A-132H(只有132A-132G示于图1A)。衬垫132A-132H将处理空间110自环绕处理空间110的金属壁134屏蔽。在一个实施方式中，衬垫132A-132H包括处理配件，处理配件覆盖可与处理空间110连接的全部金属部件或其他暴露于处理空间110的金属部件。

下衬垫132A设置于下腔室108中。上衬垫132B至少部分设置于下腔室108中且邻近于下衬垫132A。排气插入衬垫组件132C邻近于上衬垫132B而设置。在图1A中，排气插入衬垫132D邻近于排气插入衬垫组件132C而设置且可取代上衬垫132B的部分以利于安装。注入器衬垫132E示于处理空间110相对于排气插入衬垫组件132C与排气衬垫132D的侧上。注入器衬垫132E配置为歧管以提供一或多个流体(如气体或气体的等离子体)给处理空间110。一或多个流藉由注入插入衬垫组件132F而提供至注入器衬垫132E。挡板衬垫132G与注入插入衬垫组件132F耦接。挡板衬垫132G与第一气体源135A及选择性第二气体源135B耦接并分别经由第一多个通道190与第二多个通道192而提供气体至注入插入衬垫组件132F与注入器衬垫132E中形成的开口136A与136B。

一或多个气体自第一气体源135A与第二气体源135B提供至处理空间110。第一气体源135A可经由通过注入帽(inject cap)129的路径而提供至处理空间110且第二气体源135B可通过挡板衬垫132G而提供至处理空间110。虽然未图示出，但是如果在第一与第二气体到达处理空间110前，第一与第二气体保持分开的话，第一气体源135A可通过第二挡板衬垫或挡板衬垫132G而被提供至处理空间110。

一或多个第一阀156A可于一或多个第一导管155A上形成，第一导管155A将第一气体源135A耦接至腔室100。同样地，一或多个第二阀156B可于一或多个第二导管155B上形成，第二导管155B将第二气体源135B耦接至腔室100。阀156A、156B可经调整而控制来自气体源135A、135B的气体的流动。阀156A、156B可系任何类型适合的气体控制阀，如针型阀或气动阀。阀156A、158B可用理想的方式控制来自气体源135A、135B的气流。在一个实施方式中，一或多个第一阀156A可经配置而将流量更大的气体(a greater flow of gas)自第一气体源135A提供至基板114的中心区域。阀156A、156B的各个可互相独立控制且阀156A、156B的各个可至少部分负责决定处理空间110内的气流。

来自第一气体源135A与第二气体源135B的气体可移动通过于注入器衬垫132E中形成的一或多个开口136A与136B。在一个实施方式中，自第一气体源135A提供的气体可移动通过开口136A且自第二气体源135B提供的气体可移动通过开口136B。在另一个实施方式中，第一气体源135A可提供蚀刻气体且第二气体源135B可提供沉积气体。

注入器衬垫132E中形成的一或多个开口136A与136B与出口耦接，出口经配置用于层流路径133A或喷流路径133B。开口136A与136B可经配置而提供带有不同参数的个别或多个气体流，如速度、密度或组成。在多个开口136A与136B经调整的一个实施方式中，开口136A与136B可沿着以实质线性排列的气体分配组件128(例如，注入器衬垫132E)而分布以提供足够宽的气体流以实质覆盖基板的直径。例如，开口136A与136B的各个可排列至至少一个线性群组中可能的范围以提供通常对应于基板直径的气体流。或者，开口136A与136B可排列于实质相同的平面或水平面以用于将气体以以下相对于图5所讨论的平坦、层流的方式流动。开口136A与136B可沿着注入器衬垫132E平均分隔或以各式密度分隔。例如，开口136A与136B中的一或两者可密集地集中于对应于基板中心的注入器衬垫132E的区域。

流动路径133A、133B的各个经配置而横跨轴A’以层流方式流动或以非层流方式流动至排气衬垫132D。流动路径133A、133B可与轴A’一般共面或可相对于轴A’成角度。例如，流动路径133A、133B可相对于轴A’向上成角度或向下成角度。轴A’与腔室100的纵轴A”实质正交。流动路径133A、133B流动进入排气衬垫132D中形成的气室137并在排气流动路径133C中达到高点(culminate)。气室137与排气或真空泵(未图示)耦接。在一个实施方式中，气室137与歧管139耦接，歧管139将排气流动路径133C导向至与纵轴A”实质平行的方向。至少注入插入衬垫组件132F可通过注入帽129设置且由注入帽129部分支撑。

图1B是图1A的腔室100旋转90度的示意侧面截面图。与图1A所述腔室100相同的所有部件为求简短将不作描述。在图1B中，狭缝阀衬垫132H所示通过腔室100的金属壁134而设置。此外，在图1B中所示的旋转视图中，上衬垫132B所示邻近于下衬垫132A而不是邻近于图1A所示的注入器衬垫132E。在图1B中所示的旋转视图中，上衬垫132B所示邻近于与狭缝阀衬垫132H相对的腔室100之侧上的下衬垫132A，而不是邻近于图1A所示的排气衬垫132D。在图1B中所示的旋转视图中，上衬垫132覆盖上腔室106的金属壁134。上衬垫132B还包括向内延伸的肩部138。向内延伸的肩部138形成支撑环形预热环140的唇部，环形预热环140将前驱物气体限制于上腔室106中。

图2是包括图1A与图1B所示的一或多个衬垫132A-132H的气体处理配件200的一个实施方式的等角视图。衬垫132A-132H是模块化的且经调整而被单一或集体取代。例如，衬垫132A-132H中的一或多个可用另一衬垫取代，该另一衬垫经调整用于不同处理而不需取代其他衬垫132A-132H。因此，衬垫132A-132H利于将腔室100配置用于不同处理而不需取代衬垫132A-132H的全部。处理配件200包括下衬垫132A与上衬垫132B。下衬垫132A与上衬垫132B的两者包括一般圆柱外直径201，一般圆柱外直径201经调整尺寸而容纳于图1A与图1B的腔室100中。衬垫132A-132H的各个经配置而通过重力与/或互锁装置(interlocking device，如于部分衬垫132A-132H中或上形成的突出部分与匹配凹槽)被支撑于腔室内。下衬垫132A与上衬垫132B的内表面203形成处理空间110的部分。上衬垫132B包括切口(cut-out)部分202A与202B，切口部分202A与202B经调整尺寸以接收排气衬垫132D与注入器衬垫132E，排气衬垫132D与注入器衬垫132E示于图1A中的截面。切口部分202A、202B的各个界定邻近于向内延伸的肩部138的上衬垫132B的凹陷区域204。

在一个实施方式中，注入插入衬垫组件132F与排气插入衬垫组件132C的各个包括两个部分。注入插入衬垫组件132F包括第一部分206A与第二部分206B，第一部分206A与第二部分206B由挡板衬垫132G而在一侧处耦接。同样地，排气插入衬垫组件132C包括第一部分208A与第二部分208B。注入插入衬垫组件132F的所述部分206A与206B的各个接收来自第一气体源135A与第二气体源135B通过挡板衬垫132G的气体。气体经由第一多个通道190与第二多个通道192而流动通过注入插入衬垫132F并接线至注入器衬垫132E中的多个第一出口210A与多个第二出口210B。在一个态样中，注入插入衬垫组件132F与注入器衬垫132E包括气体分配歧管衬垫。因此，来自第一气体源135A与第二气体源135B的气体分别流入处理空间110。在一个实施方式中，自第一气体源135A提供的气体经由多个第一出口210A提供至处理空间110而自第二气体源135B提供的气体经由多个第二出口210B提供至处理空间110。气体的各个可于离开出口210A、210B之前、期间或之后分离并流动跨过处理空间110而用于在基板(未图示)上沉积。在沉积之后残留的分离前驱物流动进入排气插入衬垫组件132C并排出。

衬垫132A-132H可安装于图1A的腔室100内以及可通过将上石英窗120自腔室100的金属壁134移除以为了进出上腔室106与下腔室108而于腔室100中进出。在一个实施方式中，金属壁134的至少一个部分可以是可移除的以利于取代衬垫132A-132H。挡板衬垫132G与注入帽129耦接，注入帽129可固定于腔室100的外部。包括大于基板支撑件112的水平尺度的内直径的下衬垫132A安装于下腔室108中。下衬垫132A可静置于下石英窗122上。

排气插入衬垫组件132C、注入插入衬垫组件132F与狭缝阀衬垫132H可于下衬垫132A定位于下石英窗122上之后安装。注入插入衬垫组件132F可与挡板衬垫132G耦接以利于气体自第一气体源135A与第二气体源135B流动。上衬垫132B可在安装排气插入衬垫组件132C、注入插入衬垫组件132F与狭缝阀衬垫132H之后安装。环形预热环140可定位于上衬垫132B的向内延伸的肩部138之上。注入器衬垫132E可安装于上衬垫132B中形成的孔洞内并与注入插入衬垫组件132F耦接以利于气体自注入插入衬垫组件132F流动至注入器衬垫132E。排气衬垫132D可安装于孔洞内的排气插入衬垫组件132C之上，孔洞于与注入器衬垫132E相对的上衬垫132B中形成。在某些实施方式中，注入器衬垫132E可用配置用于不同气流方案(gas flow scheme)的另外注入器衬垫取代。同样地，排气插入衬垫组件132C可用配置用于不同排气流动方案(exhaust flow scheme)的另外排气注入衬垫组件取代。

图3是图1A的气体分配组件128的等角视图，显示图2的注入衬垫132E、注入插入衬垫组件132F与挡板衬垫132G的实施方式(总体称为气体分配歧管衬垫300)。示于图3的气体分配组件128与示于图4-图6中各式处理配件200可用于实施本公开内容中讨论的沉积处理的各式实施方式。在图3中所示的一个实施方式，注入器衬垫132E与注入插入衬垫组件132F耦接并经配置而分配气体。气体分配歧管衬垫300可经配置而可与其他气体分配歧管衬垫交换。

来自第一气体源135A与第二气体源135B的处理气体流动通过注入帽129。注入帽129包括与挡板衬垫132G中形成的端口(未图示)耦接的多个气体通道。在一个实施方式中，灯模块305可设置于注入帽129中以预热注入帽129内的前驱物气体。挡板衬垫132G包括将气体流入注入插入衬垫组件132F的导管(未图示)。注入插入衬垫组件132F包括将气体接线至气体分配歧管衬垫300的第一出口210A与第二出口210B的导管(未图示)。在一个实施方式中，在气体分别离开第一出口210A与第二出口210B之前，来自第一气体源135A与第二气体源135B的气体维持分开。

在一个态样中，气体于注入帽129以及挡板衬垫132G、注入插入衬垫组件132F与气体分配歧管衬垫300中的一或多个内预热。气体的预热可由注入帽129上的灯模块305、上灯模块118A与下灯模块118B(两者皆示于图1A中)中一者或其结合提供。在一个态样中，气体由来自注入帽129上的灯模块305、上灯模块118A与/或下灯模块118B的能量加热使得气体在离开第一出口210A与第二出口210B时或之前分离或离子化。取决于用于第一气体源135A与第二气体源135B中的处理气体的分离温度，当所述气体离开气体分配歧管衬垫300时，只有所述气体中的一者可被离子化，而其他加热的气体在离开气体分配歧管衬垫300时，维持在气态形式。

图4A是可于图1A的腔室100中使用的处理配件200的一个实施方式的部分等角视图。处理配件200可包括注入器衬垫132E的一个实施方式，如图所示的气体分配歧管衬垫400，注入器衬垫132E可与注入插入衬垫组件132F耦接。挡板衬垫132G示于注入帽129与注入插入衬垫组件132F的部分206A及206B之间。气体分配歧管衬垫400可包括双区域注入能力，其中各区域提供不同的流动性质，如速度。双区域注入包括设置于垂直分开的不同平面上的第一注入区域410A与第二注入区域410B。在一个实施方式中，注入区域410A与410B的各者是分开的以形成上区域与下区域。或者，第一出口210A与第二出口可设置于实质相同的平面或水平面中，如图5所示。图5所示的处理配件200与图4A所示的处理配件200相似，除了注入器衬垫132E的不同实施方式，所示作为气体分配歧管衬垫500。

参考回图4A，第一注入区域410A包括多个第一出口210A，而第二注入区域410B包括多个第二出口210B。在一个实施方式中，第一出口210A的各者设置于气体分配歧管衬垫400的第一表面420A中，而第二出口210B的各者设置于自第一表面420A凹陷的气体分配歧管衬垫400的第二表面420B。例如，第一表面420A可在一半径上形成，该半径小于用于形成第二表面420B的半径。

图4B是沿着截面线4B-4B所取的气体分配歧管衬垫400的截面图。第一多个通道190的各者可相对于轴A’往上成角度。例如，第一多个通道190的各者的至少部分可以相对于轴A’的向上角度401而设置。在一个实施方式中，角度401可介于约1°至约45°之间，如介于约5°至约15°之间。可以预期自第一气体源135A经由第一多个出口210A而提供至处理空间110的气体可相对于轴A’而向上引导使得气体具有较佳的机率到达基板114的中心。流动路径133B绘示离开第一多个出口210A的气流。通过将经由第一多个出口210A提供的气体与经由第二多个出口210B提供的气体流动路径成角度开，相信可实现气体间较少的互动。如此一来，当气体到达基板114时，通过第一多个出口210A提供的气体可具有更大程度的反应。

参考回图4A，注入区域410A与410B可经调整而提供不同的流体流动路径，其中流体度量(flow metric，如流体速度)可以是不同。例如，第一注入区域410A的第一出口210A可提供在较高速度的流体以形成喷射流动路径(jetted flow path)133B，而第二注入区域410B的第二出口210B可提供层流流动路径133A。层流流动路径133A与喷射流动路径133B可通过以下之中的一个或组合而提供：气体压力、出口210A、210B的大小、设置于出口210A、210B与气体源135A、135B之间的导管(未图示)的大小(如截面尺寸与/或长度)以及设置于出口210A、210B与气体源135A、135B间导管中的弯曲的角度与/或数量。流体的速度也可通过流体进入处理空间110时前驱物气体的绝热膨胀而提供。

在一个态样中，第一注入区域410A与第二注入区域410B提供的双区域注入利于用于不同气体的各式程度的注入。在一个实施方式中，第一注入区域410A与第二注入区域410B于不同平面上是分开的而以在基板114的处理表面116上的不同垂直距离(皆示于图1A)提供前驱物至处理空间110(示于图1A)。通过考虑可利用的某些气体的绝热膨胀，垂直间隔可提供增强的沉积参数。在某些实施方式中(未图示)，第一注入区域410A的第一出口210A可经定向而使得与第一出口210A耦接的第一多个通道190中的一或多个在相对于基板114的处理表面或轴A’的角度401。关于图4B所述，角度401可自轴A’向上定向。

图6是可用于图1A的腔室100中的处理配件200另一个实施方式的部分等角示意图。处理配件200与图4A或图5所示的处理配件200相似，除了注入器衬垫132E的不同示范例，如气体分配歧管衬垫600所示。在此实施方式中，气体分配歧管衬垫600包括自第一表面420A向内延伸的延伸构件605。延伸构件605包括相较气体分配歧管衬垫600的第一表面620A与第二表面620B的各者进一步延伸入处理空间110的第三表面610。延伸构件605可自第一表面420A往基板114径向向内延伸一距离。在一个实施方式中，延伸构件605可自第一表面420A延伸约15mm至约45mm之间。延伸构件605可径向向内延伸使得第三表面610设置于基板114边缘之上。延伸构件605甚至可延伸超过基板114边缘而往基板114的中心延伸。

延伸构件605包括第一出口210A的部分，而其余的第一出口210A设置于气体分配歧管衬垫600的第一表面420A中。在一个实施方式中，更大密度的第一出口210A的可于延伸构件605中形成以相对于设置在第一表面420A上的第一多个出口210A。例如，设置于第三表面610上的第一出口210A的密度可以是设置于第一表面420A上的第一出口210A的密度的约1.1至约5倍间。如此一来，第三表面610上的第一出口210A间的间隔可以是小于第一表面420A上的第一出口210A间的间隔。

在一个实施方式中，第三表面610上的第一出口210A可均匀间隔开。在另一个实施方式中，第三表面610上的第一出口210A可以是不同间隔。例如靠近延伸构件605的中心区域602的第一出口210A的间隔可以是小于靠近延伸构件605的边缘区域604的第一出口210A的间隔。因此，更大密度的第一出口210A可在延伸构件605的中心区域602处形成。可以预期增加延伸构件605的第三表面610上的第一出口210A的密度可提供用于改善基板114的中心区域的气体传送。可以预期第一出口密度的特征可分别整合于图3、图4与图5中所示的气体分配歧管衬垫300、400、500的任何一者上。

由第一出口210A与第二出口210B提供的流动路径中的一个或组合能够有跨基板(未图示)的沉积均匀性与均匀成长。在一个实施方式中，延伸构件605的第一出口210A用于注入趋于较第二出口210B提供的前驱物更快分离的前驱物气体。例如，Cl₂可由给定有氯气的高分离特性的第一出口210A提供。如此提供延伸的流动路径以将更快分离的前驱物注入更远距离以及/或更靠近基板114的中心。因此，来自第一出口210A与第二出口210B的两者的前驱物的组合提供跨基板114的均匀分布与成长。

虽然前面所述涉及特定实施方式，但在不违背本发明的基本范围下，可设计其他与进一步的实施方式，而本发明的范围由随附权利要求书决定。