專利名稱：反應室的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體處理系統(semiconductor processing system)，且特別是涉及一種用于半導體處理系統的反應室(reaction chamber) 0
背景技術：
在諸如晶體管、二極管及集成電路半導體裝置的處理中，通常在一半導體材料薄片(例如基板、晶片(wafer)或工件)上同時制作多個該種裝置。在該種半導體裝置的制造過程的半導體處理步驟的一實例中，通常將基板傳送至反應室中，且在反應室中將材料薄膜或層沉積在晶片的外露表面上。一旦已將所期望厚度的半導體材料層沉積在基板的表面上，便將基板傳送出反應室以供包裝或進一步處理。用以將材料薄膜沉積在基板表面的已知方法包括(但不限于)(常壓或低壓) 氣相沉積、濺鍍(sputtering)、噴涂及退火(spray-and-anneal)及原子層沉積(atomic layer deposition) 例如，化學氣相沉積(Chemical vapor deposition ；CVD)系為通過某些氣態化合物在反應室內發生熱反應或分解，而在受熱基板上形成穩定的化合物。反應室提供受控環境，以在基板上安全地沉積穩定化合物。用于特定工具或過程的反應室的類型可視所執行過程的類型而不同。常用于 CVD方法的一種反應室是水平流式冷壁型反應室(horizontal flow, cold-wall reaction chamber)，其中該反應室包括大致細長的室，而欲處理的基板即插入該室中。將過程氣體噴射入或引入反應室的一端，且沿縱向長度流動，穿過基板后自相對端排出反應室。當過程氣體穿過反應室內的受熱基板時，在基板的表面處發生反應而使一材料層沉積在基板上。當氣體沿水平流式反應室的長度流動時，流型(flow pattern)可能會不均勻，或者是因為氣體接觸反應室內的各種結構(例如基座、基板或反應室本身的壁)而形成局部區域的紊流。當局部區域的紊流與所處理的基板的表面交迭時，基板表面上的沉積均勻性將變差。與基板反應的過程氣體所造成的局部區域紊流可能導致形成凸塊、脊或其它會降低沉積均勻性的局部沉積物。由在至少有一部分通過反應室的是非層狀且不穩定的氣體流，因該沉積后的基板表面輪廓(profile)變得不可預測。因該，需要一種改良的反應室，該改良的反應室是可調節的，以減少或消除穿過反應室的過程氣體流有不均勻的現象或者是在局部區域為紊流，進而在所處理基板上提高沉積的均勻性或產生可預測的沉積輪廓。

發明內容
在本發明的一方面中，提供一種反應室。該反應室包括上室，具有固定的上壁；以及第一入口，與上室流體連通。第一入口被配置為容許至少一種氣體引入上室。該反應室亦包括具有下壁的下室。該下室與上室流體連通。該反應室還包括板，用于分隔上室的至少一部分與下室的至少一部分。該板與上壁以第一距離間隔開，且該板與下壁以第二距離間隔開。出口與第一入口相對地設置。上室為可調節的，以通過調整第一距離而在第一入口與出口之間形成實質穩定的氣體層流。在本發明的另一方面中，提供一種方法，使在半導體處理工具的反應器中的基板上的沉積均勻性達到最佳化。該方法包括提供分流式反應室。分流式反應室包括上室及下室，其中上室及下室通過板而至少部分地隔開，氣體可引入上室與下室中。該方法還包括提供位于分流式反應室內的基座，其中基座設置在上室與下室之間。基座被配置為支撐至少一個基板。該方法還包括調節分流式反應室的尺寸，以在上室內形成實質穩定的氣體層流。在本發明的又一方面中，提供一種反應室。該反應室包括上壁、下壁及一對相對的側壁，該一對相對的側壁連接上壁與下壁，以在其中界定反應空間。入口位于反應空間的一端，且出口位于反應空間的相對端。可通過相對在下壁而調整上壁，以調節流過反應空間的至少一種氣體的速度，進而形成流過反應空間的所述至少一種氣體的實質穩定的層流。在本發明的再一方面，提供一種反應室。該反應室包括反應空間，基板可支撐在該反應空間中，且反應空間具有體積。該反應室亦包括入口，至少一種氣體可透過入口引入反應空間中；出口，反應空間內的氣體透過出口排出反應空間。該體積為可調節的，以提供流過反應空間的實質穩定的氣體層流。在本發明的另一方面中，提供一種反應室。該反應室包括由第一壁、第二壁、相對的側壁、位于第一壁及第二壁的一端的入口、及位于第一壁及第二壁的相對端的出口所界定的體積。氣體可以第一流動速度流過該體積。第一壁為可調整的，以改變體積，且體積的該種改變使第一速度會相應地增大或減小，進而得到流過體積的氣體的第二速度。流過該體積的氣體的第二速度在入口與出口之間提供實質穩定的氣體層流。在本發明的又一方面中，提供一種反應室。該反應室包括反應空間，該反應空間由一寬度、一長度及一高度所界定。該反應室還包括控制器，控制器被配置為形成氣體的氣體流動速度，其中所述氣體可流過反應空間。寬度、長度、高度、及氣體流動速度至少其中一者為可調整的，以形成流過反應空間的氣體的實質穩定的層流。在本發明的又一方面中，提供一種反應室。該反應室包括上壁；下壁；一對相對的側壁，連接上壁與下壁，以在其中界定出反應空間；入口，位于該反應空間的一端；以及出口，位于該反應空間的相對端。上壁與下壁以第一距離間隔開，相對的側壁以第二距離間隔開，且入口與出口以第三距離間隔開。利用建模軟件選擇第一距離、第二距離及第三距離，以形成流過該反應空間的至少一種氣體的實質穩定的層流。為讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例， 并配合所附圖式，作詳細說明如下。如所意識到，本發明能夠具有其他和不同實施例，并且其細節能夠在各方面進行調整。因此，所述附圖和描述本質上被認為是示意性而非限制性的。


圖1是半導體處理系統的立體圖。
圖2是圖1的半導體處理系統的一部分的側面剖視圖。圖3是圖2的半導體處理系統的一部分的俯視圖。圖4是反應室的實施例的仰視立體圖。圖5是圖4的反應室的俯視立體圖。圖6是沿圖3的線6-6'的反應室的側面剖視圖。圖7是半導體處理系統的另一實施例的側面剖視圖。
具體實施例方式參見圖1，其示出半導體處理系統10的示例性實施例。半導體處理系統10包括噴射器配件12、反應室配件14及排氣口配件16。半導體處理系統10被配置為接收欲在反應室配件14內處理的基板18(圖幻。噴射器配件12被配置為將各種氣體引入反應室配件14，其中在反應室配件14內，在所引入的氣體與基板18之間發生至少一種化學反應，基板18支撐在反應室配件14中。然后，經排氣口配件16自反應室配件14移除未反應的過程氣體及廢氣。如圖1與圖2所示，噴射器配件12的實施例包括多個噴射器20，噴射器20可操作地連接至進氣集管22。在一實施例中，進氣集管22包括第一氣體管線M及第二氣體管線26。第一氣體管線M被配置為將氣體自噴射器20經進氣集管22傳送至反應室配件14 的反應室30的上部。第二氣體管線沈可操作地連接至氣體源且被配置為將氣體自氣體源經進氣集管22傳送至反應室配件14的反應室30的下部。本領域技術人員應理解，進氣集管22可包括任何數量的用于載送欲引入反應室30的氣體的氣體管線。在一實施例中，排氣口配件16可移除地連接至反應室配件14的反應室30的出口 32。在一實施例中，如圖2與圖3所示，反應室配件14包括反應室30、基板支撐配件34 及基座環配件36。基板支撐配件34包括基座38、可操作地連接至基座38的基座支撐構件 40、及可操作地連接至基座支撐構件40并由基座支撐構件40延伸的管子42。在操作過程中，基板18支撐在基座38上。基板支撐配件34系為可旋轉的，若沉積過程中需要旋轉基板18時，則基板支撐配件34用以在操作過程中旋轉基板18。在一實施例中，如圖2與圖3所示，基座環配件36包括基座環44及基座環支架 46。基座環44被配置為圍繞基座38，以消除或減少在處理過程中自基座38的外徑向邊緣所損失的熱量。基座環支架46自反應室30的下表面延伸并可操作地連接至基座環44，以使基座環相對在基板支撐配件34保持處在實質固定的位置。參見圖2至圖6，其示出為反應室30的示例性實施例。所示反應室30系為一水平流(horizontal flow)、單程(single pass)、分流式(split flow)冷壁型室。盡管所示反應室30是以分流式室為例，然本領域技術人員應理解，改良的反應室30可為分流式室或單室。在一實施例中，反應室30是由石英制成。圖1與圖2中所示的反應室30通常用于反應室30內的壓力處在或接近大氣壓的過程。本領域技術人員應理解，以下所論述的概念是與所示的常壓反應室30相關，但相同的概念亦可與反應室內的壓力小在大氣壓的減壓反應室結合。反應室30包括入口 28、出口 32及位于入口觀與出口 32之間的反應空間48。 入口觀及出口 32由凸緣50圍繞。噴射器配件12(圖1)可操作地連接至圍繞入口 28的凸緣50，排氣口配件16(圖1)則可操作地連接至圍繞出口 32的凸緣50。反應室30包括上室52及下室M，其中上室52通過鄰近入口觀的第一板56及鄰近出口 32的第二板58 而與下室M隔開。第一板56與第二板58是在縱向上間隔開，以留出配置基板支撐配件34 及基座環配件36的空間。如圖2所示，第一板56、第二板58、基板支撐配件34及基座環配件36界定出上室52與下室M之間的邊界。在一實施例中，上室52與下室M流體連通。 在另一實施例中，上室52與下室M之間實質上為密封隔絕。在一實施例中，如圖2至圖6所示，反應室30包括上壁60、下壁62及在上壁60與下壁62之間延伸的相對的側壁64。在一實施例中，上壁60與下壁62實質相互平行。在另一實施例中，上壁60與下壁62則不相互平行。例如，在一實施例中，上壁60(圖未示出) 在相對的側壁64之間向上彎曲，使上壁60具有半圓形。在另一實施例中，上壁60自相對的側壁64向上傾斜以形成縱向接合部，該縱向接合部實質平行在反應室30的縱軸。本領域技術人員應理解，反應室30的上壁60及/或下壁62可形成為平面壁或非平面壁。本領域技術人員亦應理解，上壁60及下壁62可形成為相同或不同的形狀。上壁60、下壁62及側壁64延伸在相對的凸緣50之間，以在反應室30內形成一體積。反應空間48是反應室 30內的總體積的至少一部分，且過程氣體與設置在反應空間48內的基板18反應，以在基板 18上形成一沉積層。在分流式反應室30的一實施例中，如圖2至圖6所示，反應空間48是大致由上壁 60、第一板56、第二板58、基板支撐配件34、基座環配件36、側壁64、入口 28及出口 32所界定的體積。反應空間48通常是分流式反應室30的上室52內所界定的體積。本領域技術人員應理解，在單室式反應室30 (圖未示出)的一實施例中，反應空間48是由上壁60、 下壁62、側壁64、入口 28及出口 32所界定。單室式反應室30的反應空間48可被界定為反應室30的總體積。反應空間48亦可被界定為緊鄰所處理基板18的上外露表面的體積。 反應空間48提供使基板18(圖2)與引入反應室30的過程氣體之間在其中進行化學反應的體積。在一實施例中，如圖2至圖6所示，第一板56是與反應室30的側壁64 —體成型。 在另一實施例中，第一板56則與反應室30分別形成，且第一板56在組裝期間插入反應室 30中。當分別形成時，例如是可將第一板56設置在與反應室30的側壁64 —體成型的一對突沿上(圖未示出)。在一實施例中，第一板56以實質水平的方式定向，或以實質平行在反應室30的上壁60及下壁62的方式定向。在另一實施例中，第一板56則以與上壁60及下壁62之間夾有一夾角的方式定向。在一實施例中，第一板56的前緣實質對準圍繞入口 28 的凸緣50的正面。在另一實施例中，第一板56的前緣自圍繞入口 28的凸緣50的正面向內間隔開。在鄰近反應室30的入口觀處的上室52與下室M之間，第一板56提供障壁。在一實施例中，如圖2至圖4及圖6所示，第一板56劃分入口 28，以為反應室30 的上室52及下室M提供單獨且不同的入口。在一實施例中，入口沘可包括上入口 70與下入口 72，上入口 70與上室52流體連通以引入氣體在上室52中，下入口 72則與下室54 流體連通以引入氣體在下室M中。在一實施例中，可將上入口 70及/或下入口 72分為多個相間隔的入口，其中每一相間隔的入口將氣體引入分流式反應室30的同一室中。在一實施例中，第一板56的前緣實質對準鄰近在入口觀的凸緣50正面，使第一板56接觸進氣集管22(圖2)，藉該將來自第一氣體管線M的氣體與來自第二氣體管線沈的氣體分開。在一實施例中，第二板58與反應室30的側壁64—體成型。在另一實施例中，如圖2、圖3及圖6所示，第二板58則與反應室30分別形成，且第二板58在組裝期間插入反應室30。當分別形成時，例如是可將第二板58設置在與反應室30的側壁64 —體成型的一對相對突沿66上。在一實施例中，第二板58是以實質水平的方式定向，或以實質平行在反應室30的上壁60及下壁62的方式定向。在另一實施例中，第二板58是以與上壁60及下壁62之間夾有一夾角的方式定向。在一實施例中，第二板58自緊鄰基座環44的后緣的位置延伸。在一實施例中，第二板58的后緣實質對準圍繞出口 32的凸緣50的后表面。在另一實施例中，第二板58的后緣自圍繞出口 32的凸緣50的后表面向內間隔開。第二板58 在鄰近反應室30的出口 32處的上室52與下室M之間提供障壁。在一實施例中，如圖2及圖5所示，指向出口 32的第二板58的邊緣自出口 32向內間隔開，使出口 32包含單個開孔，自第一氣體管線M及第二氣體管線沈引入反應室30 的全部氣體皆透過該開孔排出反應室30。在另一實施例中，第二板58的朝后表面與圍繞出口 32的凸緣50實質上共面，使第二板58提供上出口(圖未示出)及下出口(圖未示出)， 其中引入上室52的氣體透過上出口排出反應室30并且引入下室M的至少一部分的氣體透過下出口排出反應室30。在一實施例中，如圖2所示，第二板58包含自其向下延伸的擋板68。擋板68延伸至鄰近或接觸反應室30的下壁62的位置。在一實施例中，擋板68實質上延伸至相對的側壁64之間的整個距離。在另一實施例中，擋板68僅延伸至相對的側壁64之間的一部分寬度。擋板68被配置為在入口觀及出口 32之間阻擋下室M內的至少一部分氣體流。在操作中，擋板68還可被配置為在下室M與上室52之間產生壓力差，使下室M內的壓力大在上室52內的壓力，藉該迫使引入下室M的氣體的至少一部分進入上室52。例如，下室M 內的氣體可通過流經基座環配件36與板56、58之間的間隙或流經基座環配件36與基板支撐配件34之間的間隙而流至上室52。通過迫使引入下室M的氣體的至少一部分流入上室 52，流入上室52的氣體流可減少或消除可能由上室52流至下室M的過程氣體。噴射器20被配置為將至少一種氣體引入至分流式反應室30的上室52。噴射器20 經由入口觀引入氣體，以在入口觀與出口 32之間在反應空間48內形成氣體的流動速度， 其中氣體的流動速度沿實質水平的流動路徑。一般而言，可提供由計算機操作的控制器，用于控制來自各種來源及噴射器20的氣體流。噴射器20是可調節的或可調整的，以在反應空間48內形成不同的流動速度。可別調整各個噴射器20，以修改或調整自噴射器排至反應室30的氣體的流量剖面(flow profile)。例如，排出每一噴射器20的氣體的速度可相同或不同，以形成自入口集管22引入反應室30的氣體的總體流量剖面，該流量剖面在入口觀與出口 32之間具有實質上穩定的層流。在一實施例中，噴射器20為可調整的，以引入氣體至反應室30的上室52中，以在反應室30內且在實質大氣壓下進行的過程中，形成在5厘米/秒-100厘米/秒、特別是在約15厘米/秒-40厘米/秒的氣體流動速度。在另一實施例中，噴射器20為可調整的，以在反應室30內且在實質大氣壓下進行的過程中，形成在 20厘米/秒-25厘米/秒的氣體流動速度。本領域技術人員應理解，對在在減低的壓力下或在低在大氣壓的壓力下進行的過程，流經反應室30的氣體的流動速度可有所不同。改良的反應室30被配置為穩定氣流，或減少及/或消除在入口觀與出口 32之間發生的過程氣體的局部區域紊流，藉該提高在反應室30內進行處理的基板18上的沉積均勻性。改良的反應室30亦被配置為最佳化流經反應空間48的氣流，以改善氣體的層流。入口觀與出口 32之間的該種穩定氣體層流使基板18表面上的沉積更為均勻。本領域技術人員應理解，所處理基板上的更均勻沉積將提供如下所述的沉積輪廓盡管其并非必定為平面，但是只要是在穩定的氣體層流流過基板的表面的條件下，其將至少為較可預測的輪廓。 該改良的反應室30可用于處理任何規格的基板18，包括但不限于150毫米基板、200毫米基板、300毫米基板及450毫米基板。以下所討論的反應室30的尺寸是針對用于處理300 毫米基板的反應室30為例，但本領域技術人員應理解，用于在處理300毫米基板的反應室內改善層流及均勻沉積的最佳化技術同樣可用于在被配置為處理其它規格基板的反應室 30中，以改善氣體的層流及基板上的均勻沉積。在用于處理300毫米基板18的分流式反應室30的一示例性實施例中，如圖2與圖3所示，反應空間48是上室52內所涵蓋的體積的至少一部分。相對的側壁64之間提供一寬度W，且上壁60在上壁60與第一板56之間提供第一高度Hl、并在上壁60與第二板58 之間提供第二高度H2。在一實施例中，上壁60與第一板56之間的第一高度Hl相同在上壁 60與第二板58之間的第二高度H2。在另一實施例中，上壁60與第一板56之間的第一高度Hl不同在上壁60與第二板58之間的第二高度H2。相對的側壁64之間的寬度W寬至足以使基座38及基座環44配置在其間。在一實施例中，如第2圖所示，反應空間48在沿反應室30的長度的方向上具有實質為矩形的截面，該截面由寬度W及各凸緣50之間的長度所界定。盡管反應室30的長度及寬度可加以修改，然而本領域技術人員應理解，由在受限在反應室30內將安裝的工具尺寸，在各種反應室30中，反應室30的該等尺寸將可能保持實質恒定。在一實施例中，上壁60與側壁64—體成型，以界定出上室52的一部分。當上壁 60與側壁64 —體成型時，上室52為可調節的，以在上室52內的入口觀與出口 32之間形成實質穩定的氣體層流。在一實施例中，可利用建模程序調節上室52，該建模程序對上室 52內的氣流進行建模以最佳化流過上室的氣體流。在最佳化流過反應室30的上室52的氣流的過程中，可修改第一高度Hl及第二高度H2、寬度W、反應空間48的長度、及/或上室 52內的流經入口觀與出口 32之間的氣體的速度。該建模程序可用于預先確定上室52的尺寸，以最佳化流過上室52的氣體流。該種建模亦可用于預先確定由氣體噴射器20引入反應室的氣體的氣體速度及流量剖面。在用于調節上室52的一實施例中，上室52的尺寸是固定的，且對來自噴射器20 的氣體速度及流量剖面進行建模，以最佳化來自每一噴射器20的流動速度及排出入口集管22的氣體的流量剖面，進而在入口觀與出口 32之間提供實質穩定的氣體層流。在用于調節上室52的另一實施例中，來自每一噴射器20的流動速度及排出入口集管22的氣體的流量剖面是固定的，且對上室52的尺寸進行建模，以使尺寸最佳化，進而在入口觀與出口 32之間提供實質穩定的氣體層流。在用于調節上室52的再一實施例中，可修改第一高度Hl及第二高度H2，同時亦修改引入上室52的氣體的流動速度及流量剖面。通過調整上壁60以增大或減小第一高度 Hl及第二高度H2而對反應室30的上壁60進行建模。由在是相對在第一板56及第二板 58來調整上壁60的高度，故排出噴射器的氣體的速度亦得到調整，以保持排出入口集管22 的氣體的預定流量剖面或最佳化排出入口集管22的氣體的預定流量剖面。例如，以形成預定流動速度為約20厘米/秒-25厘米/秒的以實質穩定層流形式流過上室52的過程氣體為例，當上壁60被建模成與第一板56及第二板58相距為更大距離時，調整噴射器20以引入更多的氣體至上室52內，藉該保持流過上室52的氣體的預定流動速度。可通過比較流過上室52的各氣體的流型而調節上室52，以最佳化第一高度Hl及第二高度H2，進而以預定流動速度來形成實質穩定的層流。本領域技術人員應理解，可修改及建模(例如，例如建模軟件)上室的尺寸、來自噴射器20的氣體速度、排出入口集管22的氣體的流量剖面、或其任意組合，以最佳化上室52內的氣流，進而在所處理基板的表面提供實質穩定的氣體層流，藉該形成沉積在基板上的實質均勻的材料層。在一實施例中，上室52 (或整個反應室30)的尺寸在操作過程中是固定不變的，且通過使用建模軟件來預先確定反應空間48的尺寸，而在操作的前確定對上室60的調整。在一實施例中，在處理過程中，上室60為可移動的，例如通過搭配使用一頂篷嵌件80 (如下所述)與一自動化位置控制系統而達成。在采用錯流式(cross-flow)反應室30 (諸如圖2所示的反應室)的實施例中，基板18自正面的上入口 70送入反應室30，在該等實施例中，可通過調整上壁60與第一及第二板56、58之間的相對距離而最佳化反應室30的上室52的體積。本領域技術人員應理解， 不應減小第一高度H1，否則基板18將無法載入上室52并設置在基座38上。第一高度Hl 應至少大到足以容許透過上入口 70插入及移除一末端執行器(圖未示出)。然而，對在基座38的位置較低的反應室(圖未示出)而言，由在基板18設置在基座38上的實質低在第一板56及第二板58的位置處，因該可將第一高度Hl及第二高度H2減小至第一板56及第二板58幾乎觸及上壁60、但仍在其間保持一較小間隙為止，以容許過程氣體流過上室52。在一實施例中，通過使上壁60保持在使第一高度Hl及第二高度H2保持固定值的預定位置而可調節上室52，并調整噴射器20以修改引入上室52的流動速度及/或流量剖面。調整噴射器20以增大或減小氣體的流動速度，其中氣體經入口集管22流入上室52，并對流經反應室的所得流型進行建模。在又一實施例中，可通過調整上壁60相對在第一板56及第二板58的位置以修改第一高度Hl及第二高度H2以及通過調整噴射器20來對流過上室52的氣體的流型進行建模，藉該可調節上室52，其中將上室52的體積以及引入上室52的氣體的流動速度及流量剖面最佳化，以形成流過上室52的實質穩定的氣體層流。在調節用于處理300毫米基板的分流式反應室30的上室52的一示例性過程中， 上壁60在第一板56及第二板58上方并與其間隔開，以提供約1. 2英寸(3. 05厘米)的第一高度Hl及第二高度H2并在相對的側壁64之間提供約17英寸18厘米)的寬度W， 其中上室52的體積約為590立方英寸(9. 67升)。利用約為20厘米/秒-25厘米/秒的氣體流動速度及上述示例性尺寸進行的流體動力學建模(dynamic modeling)顯示，形成穿過上室52且實質穩定的層流，從而使在反應室30內處理的基板上的沉積均勻性達到最佳化。在調節用于處理300毫米基板的分流式反應室30的上室52的另一示例性過程中，上壁60在第一板56及第二板58上方并與其間隔開，以提供約0. 8英寸(2. 03厘米)的第一高度Hl及第二高度H2并在相對的側壁64之間提供約17英寸18厘米)的寬度，其中上室52的體積約為393立方英寸(6. 44升)。利用約為20厘米/秒-25厘米/秒的氣體流動速度及上述示例性尺寸進行的流體動力學建模顯示，形成穿過上室52且實質穩定的層流，從而使在反應室30內處理的基板上的沉積均勻性達到最佳化。本領域技術人員應理解，可利用第一高度Hl及第二高度H2與引入上室52的流動速度及流量剖面的任意組合來形成穿過上室52的實質穩定的氣體層流，以在在反應室30中制作的基板上提供最佳的沉積均勻性。一旦完成對上室52的建模而使流過上室52的氣體流達到最佳化，因而形成實質穩定的層流以在基板上形成更均勻的沉積，便可將反應室30建造成在建模過程中所確定的尺寸。在反應室30安裝在半導體處理系統10中的后，將噴射器20校準至在建模過程中所確定的設定值，以形成所確定的流動速度及流量剖面。本領域技術人員應理解，為了使流過上室52的氣體流達到完全最佳化，可能需要對噴射器20進行更精細的調整，以在在反應室30中處理的基板18上形成更均勻的沉積。在另一實施例中，如圖7所示，將頂篷嵌件80嵌入反應室30的上室52中。頂篷嵌件80為上室52內的反應空間48提供可調整的上邊界。頂篷嵌件80相對在第一板56 及第二板58為可移動的。在一實施例中，可手動調整頂篷嵌件80，以改變高度Hl及高度 H2。在另一實施例中，可通過一機械調整器(圖未示出)以機械方式調整頂篷嵌件80，以在各基板處理循環期間或在一基板處理循環期間調整頂篷嵌件80。本領域技術人員將容易了解，有許多種不同的機械及/或機電結構及裝置可用于調整頂篷嵌件80的位置以改變高度Hl及高度H2，并且在慮及尺寸與出入條件下，則可采用任何該等結構及裝置。頂篷嵌件80為可調整的，以通過避免來自噴射器20的過程氣體流過頂篷嵌件80與反應室30的上壁60之間來增大或減小上室52的有效體積。通過調整頂篷嵌件80的相對位置可調節上室52，以使流過反應空間48的氣體流型達到最佳化，進而在入口 28與出口 32之間形成實質線性的流型。頂篷嵌件80使得能夠針對不同的過程或過程配方而可輕易地調節上室 52，而無需制作及安裝全新的反應室30。亦可調整頂篷嵌件80以控制前后及/或左右斜度，使頂篷嵌件80實質不平行在上壁60或第一板56及第二板58。以該方式調整頂篷嵌件 80的能力可有助在控制或消除上室52內的過程損耗(process depletion)或其它不對稱效應(asymmetric effects)。在一實施例中，通過利用頂篷嵌件80使基板18上的沉積均勻性達到最佳化來調節上室52的步驟包括在頂篷嵌件80處在第一高度Hl時，處理反應室30內的基板18，以確定基板18上的沉積均勻性。然后，將頂篷嵌件80調整至第二高度H2，并處理另一基板 18，以確定基板18上的沉積均勻性。可對基板18進行進一步的處理，以進一步使引入反應空間48內的氣體的流動速度及流量剖面達到最佳化，從而在在反應室30中處理的基板18 上形成更均勻的沉積。本領域技術人員應理解，一旦確定出能達到完全最佳化的上室52的尺寸及/或形狀，便可將頂篷嵌件80固定(即不可移動的)在反應室30內，或者頂篷嵌件 80仍為可調整的，以針對反應室30內的不同過程或配方進行進一步最佳化。本領域技術人員亦應理解，一旦確定出頂篷嵌件80相對在完全最佳化的上室52的位置，便可制造如下反應室30并將其安裝在半導體處理系統10中該反應室30具有處在完全最佳化位置的上室 52，其中反應室30的上壁60位于頂篷嵌件80的位置上。雖然本發明已揭露優選實施例，但是應該理解其并非用以限定本發明，在不脫離本發明的條件下可進行修改。本發明的范圍由所附權利要求限定，在所述權利要求的意思內的所有設備、處理和方法不論是字面上還是等同形式地都包括在內。
權利要求
1.一種反應室，包括上室，具有固定的上壁；第一入口，與所述上室流體連通，所述第一入口被配置為容許至少一種氣體引入所述上室；下室，具有下壁，所述下室與所述上室流體連通；板，分隔所述上室的至少一部分與所述下室的至少一部分，所述板與所述上壁以第一距離間隔開，且所述板與所述下壁以第二距離間隔開；以及出口，與所述第一入口相對地設置；其中所述上室為可調節的，以通過最佳化所述第一距離而在所述第一入口與所述出口之間形成實質穩定的氣體層流。
2.根據權利要求1所述的反應室，其中頂篷嵌件設置在所述板與所述上壁之間，所述頂篷嵌件為可調整的，以最佳化所述第一距離。
3.根據權利要求2所述的反應室，其中所述頂篷嵌件可通過手動調整來調整。
4.根據權利要求2所述的反應室，其中所述頂篷嵌件可通過機械方式來調整。
5.根據權利要求1所述的反應室，其中利用建模程序，通過預先確定所述第一距離而調節所述上室。
6.根據權利要求1所述的反應室，其中所述反應室經配置，以使引入所述下室的氣體的至少一部分流入所述上室。
7.一種方法，使在半導體處理工具的反應器中的基板上的沉積均勻性達到最佳化，所述方法包括提供分流式反應室，所述分流式反應室包括上室及下室，所述上室及所述下室通過板而至少部分地隔開，將氣體引入所述上室與所述下室中；提供位于所述分流式反應室內的基座，其中所述基座設置在所述上室與所述下室之間，且所述基座被配置為支撐至少一個基板；以及調節所述分流式反應室的尺寸，以在所述上室內形成實質穩定的氣體層流。
8.根據權利要求7所述的方法，其中調節所述分流式反應室包括對所述分流式反應室進行建模，以預先確定所述反應室的尺寸，進而形成流過所述反應室的實質層流。
9.根據權利要求7所述的方法，其中所述調節步驟包括調整界定所述上室的至少一個壁，以形成流過所述上室的實質層流。
10.一種反應室，包括上壁、下壁以及一對相對的側壁，所述一對相對的側壁連接所述上壁與所述下壁，以在其中界定反應空間；入口，位于所述反應空間的一端；出口，位于所述反應空間的相對端；以及其中通過相對在所述下壁而調整所述上壁可調節流過所述反應空間的至少一種氣體的速度，以形成流過所述反應空間的所述至少一種氣體的實質穩定的層流。
11.根據權利要求10所述的反應室，其中所述上壁、所述下壁以及所述相對的側壁在操作過程中彼該相對固定，并且在操作前，利用建模軟件確定所述上壁相對在所述下壁的調整，以預先確定所述反應空間的尺寸。
12.根據權利要求10所述的反應室，其中在處理過程中所述上壁為可移動的，以使所述上壁相對在所述下壁為可調整的，進而形成流過所述反應空間的所述至少一種氣體的實質穩定的層流。
13.一種反應室，包括反應空間，其可支撐基板在所述反應空間中，所述反應空間具有體積； 入口，至少一種氣體透過所述入口引入所述反應空間中； 出口，所述反應空間內的氣體透過所述出口排出所述反應空間；以及其中所述體積為可調節的，以提供流過所述反應空間的實質穩定的氣體層流。
14.一種反應室，包括由第一壁、第二壁、相對的側壁、入口以及出口所界定的體積，其中所述入口位于所述第一壁及所述第二壁的一端以及所述出口位于所述第一壁及所述第二壁的相對端，其中氣體可以第一流動速度及第一流量剖面流過所述體積，并且其中所述第一壁為可調整的，以改變所述體積，且所述體積的該種改變引起所述第一速度及所述第一流量剖面的相應增大或減小，進而得到流過所述體積的所述氣體的第二速度及第二流量剖面，且流過所述體積的所述氣體的所述第二速度及所述第二流量剖面在所述入口與所述出口之間提供實質穩定的氣體層流。
15.根據權利要求14所述的反應室，其中所述第一壁、所述第二壁及所述相對的側壁在操作過程中彼該相對固定，且在操作前利用建模軟件調整所述第一壁。
16.根據權利要求14所述的反應室，其中在處理過程中所述第一壁為可移動的，以改變所述體積。
17.根據權利要求14所述的反應室，其中所述第二速度約為5厘米/秒-100厘米/秒。
18.根據權利要求14所述的反應室，其中所述第二速度約為20厘米/秒-25厘米/秒。
19.一種反應室，包括反應空間，由一寬度、一長度及一高度所界定；控制器，被配置為形成氣體的氣體流動速度，其中所述氣體可流過所述反應空間；以及其中所述寬度、所述長度、所述高度及所述氣體流動速度至少其中一者為可調整的，以形成流過所述反應空間的所述氣體的實質穩定的層流。
20.根據權利要求19所述的反應室，其中可增大或可減小所述氣體流動速度，以提供流過所述反應空間的所述氣體的實質穩定的層流。
21.根據權利要求19所述的反應室，其中所述高度約為2.16厘米，所述長度約為63厘米，且所述寬度約為27. 8厘米。
22.根據權利要求21所述的反應室，其中所述氣體的所述氣體流動速度在約10厘米/ 秒與18厘米/秒之間。
23.根據權利要求21所述的反應室，其中所述氣體的所述氣體流動速度約為14厘米/秒。
24.根據權利要求19所述的反應室，其中所述高度約為1.2英寸，所述長度約為29. 87 英寸，所述寬度約為17英寸，且流過所述反應空間的所述氣體流動速度約為22. 5厘米/秒。
25.根據權利要求19所述的反應室，其中所述氣體的所述氣體流動速度在約15厘米/ 秒與40厘米/秒之間。
26.根據權利要求19所述的反應室，其中所述氣體的所述氣體流動速度約為22.5厘米/秒。
27.一種用于調節反應室的方法，包括提供由一寬度、一長度及一高度所界定的反應空間； 以一氣體流動速度，將至少一種氣體引入所述反應空間中；以及調整所述寬度、所述長度、所述高度及所述氣體流動速度至少其中一者，以提供流過所述反應空間的所述至少一種氣體的實質穩定的層流。
28.一種反應室，包括 上壁；下壁，所述上壁與所述下壁以第一距離間隔開；一對相對的側壁，連接所述上壁與所述下壁，以在其中界定反應空間，所述相對的側壁以第二距離間隔開；入口，位于所述反應空間的一端；以及出口，位于所述反應空間的相對端，所述入口與所述出口以第三距離間隔開； 其中利用建模軟件選擇所述第一距離、所述第二距離及所述第三距離，以形成流過所述反應空間的至少一種氣體的實質穩定的層流。
全文摘要
本發明提供一種反應室，該反應室中界定有反應空間，其中該反應空間為可調節的，以形成流過該反應空間的氣體的實質穩定的層流。該實質穩定的層流被配置為提高在反應室內處理的基板上的沉積均勻性，從而提供可預測的沉積輪廓。
文檔編號H01L21/00GK102203910SQ200980144064
公開日2011年9月28日 申請日期2009年11月2日 優先權日2008年11月7日
發明者B·哈萊克, H·特霍斯特, M·G·古德曼, M·吉文斯, M·霍金斯 申請人:Asm美國公司