[发明专利]用于气相自由基的控制的多区气体注入

说明书

提供了一种改进了对气相自由基的控制的工艺和设备。在一个实施例中，提供了一种产生原子氧的系统，其中，产生原子氧的气体在注入工艺空间中之前被混合。该混合可以在喷头内发生，也可以在进入到该喷头中之前发生。在另一个实施例中，提供了一种喷头，该喷头包括多个区。喷头的一些区可以将产生原子氧的气体的混合物注入到工艺空间中，而其他区不注入此混合物。在一个实施例中，将产生原子氧的气体的混合物注入到主区中，而将那些气体的子集注入到喷头的内区和外区中。该工艺和该设备在正加工的衬底上提供了均匀密度的原子氧。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月24日提交的名称为“Multiple Zone Gas Injection forControl of Gas Phase Radicals[用于气相自由基的控制的多区气体注入]”的美国临时专利申请号62/676,173的优先权；该美国临时专利申请的披露内容通过援引以其全文明确并入本文。

背景技术

本披露内容涉及衬底处理。具体地，本披露内容提供用于处理衬底的表面的设备和方法。

原子层沉积是用于在衬底上形成层的已知技术。在原子层沉积中，衬底循环地接触交替的气态物质(或前体)。气态物质以自限制或近自限制方式与衬底表面反应。薄膜可以通过重复交替的气态物质的循环来缓慢地形成。各种工艺工具可以用于原子层沉积工艺。例如，可以利用分批炉型系统。也可以利用单衬底系统，其中针对单衬底来对工艺室填充气体以及将其排空。又一种系统是空间原子层沉积系统。在空间原子层沉积系统中，衬底以相对高的速度行进经过气体注入器、或经过气体喷头或经过具有注入器出口的喷头，这些注入器出口随着衬底以循环方式经过而将必要气体注入到衬底表面附近以完成原子层沉积工艺步骤。

一种已知的原子层沉积工艺是原子层沉积氧化物膜(例如，氧化硅)的形成。示例性工艺可以包括依序使衬底表面接触含硅气体，随后使衬底表面接触原子氧(O)。由于产生高质量的氧化硅沉积膜的优异氧化性质，原子氧可以是优选的。示例性空间原子层沉积工艺可以包括首先使衬底接触含硅气体，比如，二氯硅烷(DCS)、三氯硅烷等。接着，可以使衬底接触原子氧。用于产生原子氧的典型技术包括个别地将氧气(O2)和氢气(H2)的气体组合注入到衬底表面上方，其中O2和H2混合并反应以形成气相副产物，比如，原子氧(O)。原子氧(O)可以与衬底上的硅反应以形成氧化硅。这些技术被称为低压自由基氧化(LPRO)。通常，该工艺通过衬底被加热并且注入处于期望比率的低压(低于10托)O2和H2来进行。上述化学成分只是用于氧化硅的原子层沉积的示例性已知化学成分，并且将认识到的是，可能存在其他化学成分并且可能存在其他材料的原子层沉积。

除了原子层沉积工艺之外，在像空间系统等系统中产生原子氧还可以具有其他用途。例如，原子氧表面处理的其他用途是已知的。在一个实施例中，原子氧可以被提供到表面以便扩散到表面中，从而形成扩散的氧化硅层。

利用原子氧的系统中存在的问题在于：在衬底的表面上提供均匀密度的原子氧。不均匀密度的原子氧可能导致膜沉积不均匀和其他问题。例如，原子氧的不均匀性将改变扩散到衬底中的原子氧量并改变扩散的氧化硅膜的形成。由于消耗了下方的材料，而不是形成沉积膜，所以这些扩散的膜在原子层沉积工艺中通常是不期望的。进一步地，原子氧密度不均匀将导致所吸附的硅物质的氧化不均匀。例如，如果所吸收的分子是DCS，DCS可能不会完全氧化并转化为氧化硅。后续的DCS接触循环可能导致DCS吸附较少，并由此导致最终沉积的氧化硅不均匀。

因此，期望提供一种使衬底上方的气相自由基的密度的均匀性提高的系统和方法。

发明内容