[发明专利]用于原子层沉积的涡流室盖

说明书

发明背景

发明领域

本发明的实施方式大体上涉及用于原子层沉积的设备和方法。更特别地，本发明的实施方式涉及用于原子层沉积的改良的气体输送设备和方法。

相关技术说明

可靠地生产亚微米和更小特征(feature)为制造下世代超大规模集成电路(VLSI)与超特大规模集成电路(ULSI)半导体器件的关键技术之一。然而，随着电路技术推向极限，VLSI与ULSI技术的缩小的互联结构(interconnect)尺寸还需具备额外的处理能力。位于技术核心的多层互联结构需精确处理高深宽比的特征，例如通孔(via)或其它互联。可靠地形成这些互联对完成VLSI与ULSI以及对不断增加电路密度和各衬底质量是很重要的。

随着电路密度增加，诸如通孔、沟槽、接点、和其它特征等互联结构及所述互连结构之间的介电材料的宽度将缩小成45nm至32nm，而介电层的厚度基本上仍维持不变，如此会提高特征的深宽比。许多传统沉积技术难以填充深宽比超过4∶1，尤其是深宽比超过10∶1的亚微米结构。故尚需持续努力形成基本上无孔洞和无缝的高深宽比的亚微米特征。

原子层沉积(ALD)为尝试用于在高深宽比的特征上沉积材料层的沉积技术。ALD工艺的一例子包括相继脉冲引入气体。例如，相继脉冲引入气体的一个循环过程可包含脉冲引入第一反应气体、接着脉冲引入净化气体(purge gas)和/或使用真空泵、然后脉冲引入第二反应气体、接着脉冲引入净化气体和/或使用真空泵。本文所用的术语“气体”定义为包括单一气体或多种气体。相继脉冲引入单独的第一反应气体和第二反应气体可能造成衬底表面的反应物单层轮流自限吸收，以致每一循环过程形成材料单层。可重复进行循环过程直到沉积材料达预定厚度。脉冲引入第一反应气体与脉冲引入第二反应气体之间的脉冲引入净化气体和/或使用真空泵可减少残留腔室的过量反应物产生气相反应。

因此，需要用来在ALD工艺期间沉积材料膜的设备和方法。

发明内容

本发明的实施方式涉及在原子层沉积(ALD)工艺期间均匀沉积材料至衬底上的设备和方法。沉积材料的高度均匀性可归功于衬底接触到呈环形气流图案(如涡流图案)的沉积气体。在一实施方式中，处理室包括室盖组件，该室盖组件包含置中的扩大通道和从扩大通道往室盖组件周围部分逐渐变细的锥形底面。锥形底面经构形及调整大小以基本上覆盖住衬底承接面。另一腔室实施方式包括室盖组件，该室盖组件包含置中且具汇流道与分流道的气体分配道。又一腔室实施方式包括室盖组件，该室盖组件包含至少两个围绕扩大通道的气体通路。多个入口由自各气体通路延伸进入扩大通道，并且所述多个入口设置为提供遍及扩大通道的环形气流图案。

在一实施方式中，本发明提供一种用于处理衬底的腔室，所述腔室包括一包含衬底承接面的衬底支撑件和室盖组件。室盖组件在室盖组件的中间部分包含气体分配道和锥形底面，其中气体分配道的汇流部往气体分配道的中心轴逐渐变细，而气体分配道的分流部则背离中心轴逐渐变细，锥形底面从气体分配道的分流部延伸至室盖组件的周围部分，且锥形底面经构形及调整大小以基本上衬底承接面，室盖组件还包括第一导管和第二导管，第一导管耦接至气体分配道汇流部内的第一气体入口，第二导管耦接至气体分配道汇流部内的第二气体入口，其中第一导管和第二导管设置为提供遍及气体分配道的环形气流图案。

在一实例中，第一导管和第二导管独立地设置以引导气体分配道汇流部的内面处的气体。环形气流图案包含的流动图案有涡流、螺旋、盘旋、卷曲、扭曲、卷绕、漩涡、它们的衍生图案或它们的组合图案。在一些实例中，环形气流图案围绕着气体分配道的中心轴扩展至少约1圈，较佳为围绕着气体分配道的中心轴扩展约1.5圈、约2圈、约3圈、约4圈、或更多圈。

在一些实施方式中，第一阀耦接第一导管而第二阀耦接第二导管，第一气体源与第一阀为流体连通，而第二气体源与第二阀为流体连通。第一阀和第二阀可使原子层沉积工艺的脉冲时间为约2秒或更少，例如在约0.05秒至约0.5秒的范围内。在其它实例中，第一导管和第二导管各自独立地以自气体分配道的中心轴0度以上的角度设置以获得环形气流。

在一实例中，处理室可包含体积为约3000cm³或更小的反应区，其中反应区位于锥形底面与衬底承接面之间。其它实例提供了体积可为约1500cm³或更小，例如约600cm³或更小。