[发明专利]用于原子层沉积的设备

说明书

技术领域

本发明的具体实施例大体上涉及用于沉积材料的设备和方法，更具体地涉及配置为在等离子体增强过程期间沉积材料的原子层沉积室。

背景技术

在半导体处理领域中，平板显示器处理或其它电子器件处理、气象沉积过程在将材料沉积在基底上时起重要作用。随着电子器件的几何尺寸不断减小以及器件的密集度不断提高，特征的尺寸和高宽比变得越来越有挑战性，例如，特征具有0.07μm的尺寸和10或更大的高宽比。因此，对材料进行保形沉积以形成这些器件变得越来越重要。

尽管传统的化学气象沉积(CVD)已成功用于小到0.15μm的几何尺寸和高宽比的器件，然而更具挑战性的器件几何尺寸需要其它的沉积技术。一种倍受关注的技术是原子层沉积(ALD)。在ALD过程中，反应气体被连续地引入含有基底的沉积室。一般地，第一反应物被脉冲引入沉积室并被吸收到基底表面上。第二反应物被脉冲引入沉积室中并与第一反应物反应以形成沉积材料。一般在各反应气体的传输之间执行净化步骤。净化步骤可以对运载气体连续净化，或在反应气体的传输之间脉冲净化。热诱导ALD过程是最普通的ALD技术，使用热量使两种反应物之间产生化学反应。尽管热ALD过程有效地用于沉积一些材料，但是该过程通常具有低沉积率。因此，加工产量可能缩到不能接受的水平。沉积率在更高的沉积温度下可以增大，但是许多化学先驱物，特别是金属有机化合物，在高温下会分解。

等离子体增强ALD(PE-ALD)可以用于形成各种材料。在一些PE-ALD过程的示例中，材料可以由与热ALD过程相同的化学先驱物形成，但是以更高的沉积率和更低的温度。尽管存在一些不同的技术，但是一般地，PE-ALD过程提供的是将反应气体和反应等离子体相继地引入含有基底的沉积室中。第一反应气体被脉冲引入沉积室中并被吸收到基底表面上。之后，反应等离子体被脉冲引入沉积室并与第一反应气体反应以形成沉积材料。类似热ALD过程，可以在各反应物的传输之间进行净化步骤。尽管PE-ALD过程由于等离子体内反应基的高度反应而克服了热ALD过程的一些缺点，但是PE-ALD过程还具有许多局限性。PE-ALD过程可能对基底造成等离子体损伤(例如，刻蚀)，可能与一些化学先驱物不相容，并且需要额外的硬件。

因此，需要一种用于通过气象沉积技术(例如PE-ALD过程)将材料沉积在基底上的设备和过程。

发明内容

本发明的具体实施例提供了用于在原子层沉积(ALD)过程(例如热ALD过程或等离子体增强ALD(PE-ALD)过程)期间在基底上沉积材料的设备和方法。在一些实施例中，用于PE-ALD过程的沉积室包括：基底支撑，包含接收基底的表面，并且被置于室体内；室盖组件，与室体连接；以及处理区域，设置在接收基底的表面和莲喷头板的下表面之间。

在一个实施例中，室盖组件具有入口管道组件，包括：环形通道，其包围中心通道，其中，所述中心通道延伸通过所述入口管道组件；以及注入孔，从所述环形通道延伸通过所述中心通道的侧壁并延伸到所述中心通道。室盖组件还包括：莲喷头组件，包括：莲喷头板，其设置在所述入口管道组件下方；水箱，其设置在所述入口管道组件和所述莲喷头组件之间；以及远程等离子体系统(RPS)，其设置在所述入口管道组件上方并与之连接，并且与所述中心通道流体相通。

所述入口管道组件可以包含或由铝或铝合金制成。在一些实施例中，入口管道组件包括铝或铝合金，铝合金包括镁和硅。

在一些实施例中，所述注入孔包括第一多个注入孔，所述第一多个注入孔朝向或基本上朝向所述中心通道的中心轴延伸。所述注入孔包括第二多个注入孔，所述第二多个注入孔通常以不同于第一多个注入孔的角度延伸。在一些示例中，第二多个注入孔相切地朝向或基本上相切地朝向所述中心通道的侧壁。第二多个注入孔可以沿中心通道的侧壁设置，并且设置在第一多个注入孔和莲喷头组件之间。一般地，第二多个注入孔可以离开或基本上离开中心通道而延伸。在一个示例中，第一多个注入孔含有三个或更多的注入孔。在另一个示例中，第二注入孔含有三个或更多的注入孔。每个注入孔具有从约0.06英寸至约0.12英寸的范围内的直径。

实施例提供的室还可以包括气体管道组件，与入口管道组件连接并流体相通。气体管道组件可以具有第一导管，与环形通道连接并流体相通。阀组件可以与第一导管连接并流体相通。在一个示例中，阀组件可以包含质量流量控制计(MFC)来进行ALD沉积过程。气体管道组件还可以具有第二导管，与环形通道连接并流体相通。或者，气体管道组件可以具有第二导管，与RPS连接并流体相通。RPS通常布置在中心通道的上端，同时莲喷头组件布置在中心通道的下端。