技術領域

發明構思涉及一種氣體供應單元和一種基底處理系統，具體地，涉及一種被構造為將工藝氣體供應到基底上的氣體供應單元和一種具有該氣體供應單元的基底處理系統。

背景技術：

通常，可以通過諸如沉積工藝、光刻工藝和清洗工藝的一些工藝來制造半導體裝置。沉積工藝可以用來在基底上形成層，并且其可以包括化學氣相沉積(CVD)工藝或原子層沉積(ALD)工藝。

技術實現要素：

發明構思的一些實施例提供了一種被構造為在基底上沉積均勻薄層的基底處理系統。

根據發明構思的一些實施例，一種基底處理系統可以包括：工藝室，在工藝室中執行對基底的工藝；支撐單元，設置在工藝室中以支撐基底；氣體供應單元，包括具有氣體供應孔的氣體供應部，并且氣體供應孔被構造為將工藝氣體供應到基底上；排放單元，被構造為排放來自工藝室的工藝氣體。氣體供應部可以被設置為包括設置有氣體供應孔的氣體供應區域和設置在氣體供應區域與排放單元之間的氣體擴散區域，氣體擴散區域可以沒有氣體供應孔。

根據發明構思的一些實施例，一種基底處理系統可以包括：工藝室，限定內部空間；支撐單元，在工藝室的內部空間中并且支撐基底；氣體供應單元，在工藝室的頂部處，具有氣體供應部，氣體供應部包括被構造為將工藝氣體供應到基底上的氣體供應孔；排放單元，被構造為排放來自工藝室的工藝氣體。氣體供應部可以包括氣體供應區域和氣體擴散區域，氣體供應區域包括氣體供應孔延伸穿過的底表面，氣體擴散區域包括平坦的、實心的底表面。支撐單元可以構造為使得基底可定位在氣體供應部下方并且使氣體供應區域在基底的第一部分之上且使氣體擴散區域在基底的不同的第二部分之上。

根據發明構思的一些實施例，一種基底處理系統可以包括：工藝室，在所述工藝室中執行對基底的工藝；支撐單元，設置在工藝室中并且被構造為支撐基底；氣體供應單元，具有氣體供應部，氣體供應部被構造為將工藝氣體供應到基底上；排放單元，被構造為排放來自工藝室的工藝氣體。氣體供應部可以包括：氣體供應區域，被構造為將工藝氣體供應到基底上；氣體擴散區域，被構造為提供允許工藝氣體在基底上擴散的空間。氣體供應區域可以包括隔開的第一氣體供應區域和第二氣體供應區域。氣體擴散區域可以包括：第一氣體擴散區域，設置在氣體供應區域與排放單元之間；第二氣體擴散區域，設置在第一氣體供應區域與第二氣體供應區域之間。

根據發明構思的一些實施例，一種氣體供應單元可以包括氣體供應部。氣體供應部可以被構造為將氣體供應到目標物體。氣體供應部可以包括：第一區域，被構造為使氣體能夠具有第一壓力；第二區域，被構造為使氣體能夠具有比第一壓力低的第二壓力；第三區域，位于第一區域與第二區域之間。第一區域可以具有用于將氣體供應到目標物體的氣體供應孔，第三區域具有面對目標物體的平坦表面。

附圖說明

通過下面結合附圖的簡要描述，將更清晰地理解發明構思的示例實施例。附圖表示在此描述的非限制性的示例實施例。

圖1是示意性示出了根據發明構思的一些實施例的基底處理系統的剖視圖。

圖2是示出圖1的支撐單元的俯視圖。

圖3A是示出了圖1的氣體供應單元和排放單元的仰視圖。

圖3B是圖3A的區域A的放大圖。

圖4A是示出了傳統氣體供應部的透視圖。

圖4B是沿圖4A的線II-II'截取的剖視圖。

圖5A是示出圖3A的氣體供應部的透視圖。

圖5B是沿圖5A的線III-III'截取的剖視圖。

圖6A是示出根據發明構思的一些實施例的氣體供應部的透視圖。

圖6B和圖6C分別是沿圖6A的線IV-IV'和V-V'截取的剖視圖。

圖7是示出當使用圖6A的氣體供應部將工藝氣體供應到基底上時在基底上沉積的層的沉積速率的圖。

圖8是示出了根據發明構思的一些實施例的氣體供應部的透視圖。

圖9是示出了根據發明構思的一些實施例的氣體供應部的透視圖。

圖10是示出了根據發明構思的一些實施例的氣體供應部的透視圖。

應該注意的是，這些附圖意圖示出在某些示例實施例中利用的方法、結構和/或材料的一般特性，并且意圖對以下提供的文字描述進行補充。然而，這些附圖可能不是成比例的，并且可能無法精確地反映任何給出的實施例的精確的結構或性能的特性。例如，為了清楚，會減小或夸大層、區域和/或結構元件的相對尺寸、厚度和/或定位。

具體實施方式

圖1是示意性示出了根據發明構思的一些實施例的基底處理系統1的剖視圖。圖2是示出圖1的支撐單元20的俯視圖。圖3A是示出了圖1的氣體供應單元30和排放單元40的仰視圖，圖3B是圖3A的區域A的放大圖。

參照圖1，基底處理系統1可以包括工藝室10、支撐單元20、氣體供應單元30、排放單元40和加熱單元50。基底處理系統1可以被構造為將工藝氣體供應到基底W上并且對基底W執行特定工藝。例如，基底處理系統1可以被構造為執行在基底W上沉積薄膜的工藝。具體地，基底處理系統1可以是原子層沉積(ALD)系統。基底處理系統1可以是基于空間劃分的原子層沉積系統。基底W可以是半導體晶片，但發明構思不限于此。在下文中，將參照圖1至圖3B更詳細地描述基底處理系統1。

工藝室10可以提供或限定用于對基底W的工藝的內部空間11。工藝室10可以包括彼此結合以限定內部空間11的第一室12和第二室14。例如，如圖1中所示，第一室12可以是上室12，第二室14可以是下室14。當在工藝室10中執行對基底W的工藝時，內部空間11可以處于真空狀態。真空泵可以連接到內部空間11。另外，工藝室10還可以包括設置在上室12與下室14之間的密封構件以氣密地密封內部空間11。

支撐單元20可以包括基座22和限定支撐軸的支撐構件24。支撐單元20可以支撐基底W。作為示例，基座22可以包括固定或支撐基底W的裝載部23。裝載部23可以設置為具有與基底W的尺寸對應的尺寸。裝載部23可以是形成在基座22的表面上或中的凹進結構。基底W可以被裝載在裝載部23上。在一些實施例中，基座22可以包括多個裝載部23。例如，如圖2中所示，基座22可以包括在圓周方向上布置或圍繞其中心軸(例如，圍繞支撐軸)布置的多個裝載部23。支撐構件24可以結合到基座22。支撐構件24可以被構造為支撐基座22并且使基座22繞著支撐軸旋轉。根據工藝的階段，支撐構件24可以旋轉以允許基底W被設置在將在下面描述的多個氣體供應部34a、34b、34c和34d中的特定的一個的下方。

氣體供應單元30可以設置在支撐單元20之上。氣體供應單元30可以是或者包括噴頭。氣體供應單元30可以包括氣體供應部34。氣體供應部34可以被構造為將工藝氣體供應到基底W上。氣體供應單元30可以包括多個氣體供應部34。例如，如圖3A中所示，氣體供應部34可以包括以順時針方向或以環形形狀的布置來設置的第一氣體供應部34a、第二氣體供應部34b、第三氣體供應部34c和第四氣體供應部34d。第一氣體供應部34a、第二氣體供應部34b、第三氣體供應部34c和第四氣體供應部34d中的每個可以具有弧形形狀或弧形輪廓。在一些實施例中，每個氣體供應部的內邊緣和外邊緣具有弧形形狀，在內邊緣與外邊緣之間延伸的相對的側邊緣是直的。每個氣體供應部可以從氣體供應單元30的中心部分或區域放射狀地向外延伸到氣體供應單元30的外部部分或區域。在一些實施例中，每個氣體供應部具有有弧形形狀的內邊緣的圓扇形形狀。然而，在某些實施例中，第一氣體供應部34a、第二氣體供應部34b、第三氣體供應部34c和第四氣體供應部34d中的每個可以具有不同于弧形形狀或弧形輪廓的形狀。第一氣體供應部34a、第二氣體供應部34b、第三氣體供應部34c和第四氣體供應部34d可以被構造為分別將第一工藝氣體、第二工藝氣體、第三工藝氣體和第四工藝氣體供應到基底W上。在一些實施例中，第一工藝氣體和第三工藝氣體可以是用于在基底W上沉積薄膜的源氣體，第二工藝氣體和第四工藝氣體可以是用于凈化源氣體的留在內部空間11中的未反應部分的凈化氣體。用于供應凈化氣體的第二氣體供應部34b和第四氣體供應部34d與用于供應源氣體的第一氣體供應部34a和第三氣體供應部34c可以交替地設置，這可以使得能夠根據源氣體的種類實現分離的空間并且能夠抑制或防止不同的源氣體在內部空間11中混合。

氣體供應單元30可以包括具有凹進結構的凹進區域33。凹進區域33可以設置在氣體供應部34中，例如，設置在多個氣體供應部34a、34b、34c和34d之間。另外，凹進區域33可以延伸到第一氣體供應部34a、第二氣體供應部34b、第三氣體供應部34c和第四氣體供應部34d的外側或外邊緣(例如，凹進區域33的至少一部分可以在氣體供應單元30的外部部分或區域處)。凹進區域33的形狀和位置可以進行各種改變并且可以不受限于以上所述。

氣體供應部34可以具有氣體供應區域36和氣體擴散區域38。氣體供給部分34可以與設置在支撐單元20上的基底W疊置(例如，氣體供應部34可以位于基底W之上)。例如，氣體供應部34a、34b、34c和34d中的每個可以與設置在支撐單元20上的一個基底或多個基底W疊置。氣體供應部34可以具有基本上等于或大于基底W的尺寸或面積的尺寸或面積。例如，氣體供應部34a、34b、34c和34d中的每個可以具有基本上等于或大于基底W的尺寸的尺寸。因此，氣體供應區域36可以與基底W的一部分疊置，氣體擴散區域38可以與基底W的另一部分疊置(例如，氣體供應區域36可以位于基底W的一部分之上，氣體擴散區域38可以位于基底W的另一部分之上)。在下文中，將參照第一氣體供應部34a來更詳細地描述氣體供應區域36和氣體擴散區域38。

參照圖3B，氣體供應區域36可以包括用于將工藝氣體供應到基底W上的氣體供應孔37。例如，氣體供應孔37可以設置為將存儲在氣體存儲單元中的工藝氣體供應到基底W上。相反，氣體供應孔37不可以設置在氣體擴散區域38中。氣體擴散區域38可以具有平坦的、實心的和/或均勻的表面(例如，沒有氣體供應孔37的表面)。氣體擴散區域38可以設置為面對基底W，因此，孤立的空間可以設置在氣體擴散區域38與基底W之間(例如，在基底W之上沒有氣體供應孔37的空間)。氣體擴散區域38可以設置在氣體供應區域36與排放單元40之間。在一些實施例中，氣體擴散區域38可以包括設置在氣體供應區域36與第一排放子區域44a之間的第一擴散區域和設置在氣體供應區域36與第二排放子區域44b之間的第二擴散區域，第一擴散區域和第二擴散區域可以彼此連接以形成單個區域。可選地，氣體擴散區域38可以局部地設置在第一擴散區域和第二擴散區域的一部分處。

圖8是示出了根據發明構思的一些實施例的氣體供應部34ac的透視圖。參照圖3B和圖8，氣體供應區域36可以具有第一長度L1，氣體擴散區域38可以具有第二長度L2。這里，第一長度L1可以是從氣體供應區域36的內側或內邊緣到外側或外邊緣的距離，第二長度L2可以是從氣體擴散區域38的內側或內邊緣到外側或外邊緣的距離。換言之，第一長度L1和第二長度L2可以分別是氣體供應區域36和氣體擴散區域38的徑向長度。如圖3B中所示，第一長度L1可以大于或至少等于第二長度L2。在某些實施例中，如圖8中所示，第一長度L1可以小于第二長度L2。

氣體供應區域36的氣體供應孔37可以彼此隔開第三長度L3。第二長度L2可以是第三長度L3的幾倍到幾千倍。在一些實施例中，第二長度L2可以是第三長度L3的大約五倍到兩百倍長。氣體擴散區域38可以具有在氣體供應區域36的面積的大約1/10至大約10倍的范圍的面積。

當在弧形方向或圓周方向上測量時，氣體供應區域36和氣體擴散區域38可以分別具有第四長度L4和第五長度L5。如圖3B中所示，第四長度L4可以大于或至少等于第五長度L5。可選地，如圖8中所示，第四長度L4可以比第五長度L5小。換言之，氣體供應區域36和氣體擴散區域38的形狀或尺寸可以進行各種修改。例如，氣體供應區域36和氣體擴散區域38的形狀可以根據工藝氣體的種類或流速而改變。

排放單元40可以被構造為將內部空間11中的工藝氣體排放到工藝室10的外部。排放單元40可以包括第一排放部42和第二排放部44。例如，第一排放部42可以設置在氣體供應單元30外側或與氣體供應單元30隔開，第二排放部44可以設置在氣體供應單元30中或由氣體供應單元30限定。作為示例，第一排放部42可以是穿透工藝室10的一部分的排放口。雖然第一排放部42在圖1中示出為穿過上室12，但第一排放部42的位置和連接結構可以不限于此。第二排放部44可以設置為第二排放區域44。在某些實施例中，排放單元40可以僅具有第一排放部42和第二排放部44中的一個。

第二排放部44可以設置在氣體供應單元30中或由氣體供應單元30限定。第二排放部44的形狀可以進行各種改變。作為示例，第二排放部44可以包括第一排放子區域44a和第二排放子區域44b。第一排放子區域44a和第二排放子區域44b可以與氣體供應單元30的凹進區域33對應。例如，第一排放子區域44a可以是沿氣體供應部34a、34b、34c和34d的外圓周、外邊緣或外側形成的環形形狀的或圓形的區域，每個第二排放子區域44b可以是形成在氣體供應部34a、34b、34c和34d之間的線性區域或弧形形狀區域。每個第二排放子區域44b可以具有有弧形形狀內邊緣的圓扇形形狀。第二排放子區域可以是錐形的，使得其從內邊緣到在第一排放子區域44a處的外邊緣變寬。因為氣體供應單元30在凹進區域33處比在氣體供應部34處薄，所以凹進區域33與基底W之間的距離可以比氣體供應部34與基底W之間的距離大，因此，工藝氣體的壓力在凹進區域33中可以比其在氣體供應部34與基底W之間的區域中低。由于工藝氣體的壓力上的差異，使得工藝氣體可以朝向凹進區域33流動，并且凹進區域33可以用作第二排放區域44。第二排放區域44可以被構造為允許工藝氣體在氣體供應單元30中平穩流動并且抑制或防止工藝氣體相互混合，其形狀和布置可以進行各種改變。

加熱單元50可以設置在支撐單元20的下方。加熱單元50可以被構造為對設置在支撐單元20上的基底W均勻加熱，并且可以具有與支撐單元20的每個裝載部23對應的形狀。作為示例，加熱單元50可以具有環形形狀或圓形形狀。加熱單元50可以用來控制基底W的溫度，因此，能夠控制在基底W沉積薄膜的工藝。雖然加熱單元50和支撐單元20在圖1中被示出為單獨的組件，但加熱單元50可以嵌入在支撐單元20中或結合到支撐單元20。

圖4A是示出了傳統氣體供應部34aa的透視圖，圖4B是沿圖4A的線II-II'截取的剖視圖。圖5A是示出圖3A的氣體供應部的透視圖，圖5B是沿圖5A的線III-III'截取的剖視圖。根據在此描述的實施例的氣體供應部可以被構造為具有相同的特征，因此，為了簡便起見，將作為這樣的氣體供應部的示例來描述第一氣體供應部34a。為了簡潔描述，可以通過相似或等同的附圖標號來表示之前參照圖3A和圖3B描述的元件，并且不重復對其的描述。

根據傳統的技術，如圖4A和圖4B中所示，氣體供應孔37可以貫穿氣體供應部34aa的整個區域來設置。因此，氣體供應孔37可以設置在整個基底W之上或基底W的整個區域之上。當將工藝氣體通過氣體供應部34aa供應到基底W上時，位于與排放單元40相鄰的和與排放單元40隔開的兩個區域之間會存在壓力差，這會導致工藝氣體通過與排放單元40相鄰的區域較快速地排放。作為示例，可以例如根據距排放單元40的距離而出現在供應到基底W的工藝氣體的量上的大的梯度Δ1。因此，沉積在基底W上的層的厚度在與排放單元40隔開的區域上會比在與排放單元40相鄰的區域上小。在這種情況下，為了在整個基底W上或基底W的整個區域上形成均勻的層，增大工藝氣體的供應量會是必要的。

相比之下，在根據發明構思的一些實施例的氣體供應部34a中，如圖5A和圖5B中所示，氣體供應孔37可以設置在與排放單元40隔開的氣體供應區域36中，而未設置在與排放單元40相鄰的氣體擴散區域38中。因為氣體擴散區域38被設置為具有(例如，沒有氣體供應孔37的)平坦的表面，所以孤立的空間可以設置在氣體供應部34a與基底W之間。因此，當通過氣體供應區域36的氣體供應孔37供應的工藝氣體流經位于氣體擴散區域38下方的空間時，所述可以使工藝氣體擴散。換言之，通過將氣體供應孔37與排放單元40分離，不僅能夠減小氣體供應孔37之間的壓力差還能夠減小在工藝氣體的供應量上的梯度Δ2。例如，能夠防止工藝氣體被直接排放到排放單元40，結果，可以控制工藝氣體均勻地供應到整個基底W上或基底W的整個區域上。

圖6A是示出根據發明構思的一些實施例的氣體供應部34ab的透視圖，圖6B和圖6C分別是沿圖6A的線IV-IV'和V-V'截取的剖視圖。圖7是示出當使用圖6A的氣體供應部34ab將工藝氣體供應到基底W上時在基底W上沉積的層的沉積速率的圖。

參照圖6A，多個氣體供應區域36a和36b可以形成在氣體供應部34ab上。例如，氣體供應部34ab可以包括彼此隔開的第一氣體供應區域36a和第二氣體供應區域36b。這里，氣體擴散區域38還可以包括設置在第一氣體供應區域36a與第二氣體供應區域36b之間的第二氣體擴散區域39。氣體擴散區域38和第二氣體擴散區域39可以彼此連接。氣體擴散區域38在此可以被稱作第一氣體擴散區域38。

在根據發明構思的一些實施例的氣體供應部34ab的情況下，如圖6A至圖6C中所示，氣體供應孔37可以設置在與排放單元40隔開的第一氣體供應區域36a和第二氣體供應區域36b中，但氣體供應孔37可以不設置在氣體擴散區域38和第二氣體擴散區域39中。氣體擴散區域38和第二氣體擴散區域39可以被設置為具有平坦的、實心的或均勻的表面，因此，能夠提供在氣體供應部34ab與基底W之間提供孤立的空間并且使工藝氣體擴散。這可以使減少氣體供應孔37之間的壓力差和工藝氣體的供應量上的梯度是可能的。例如，能夠防止工藝氣體直接排放到排放單元40，結果，可以控制工藝氣體均勻地供應到整個基底W上或基底W的整個區域上。

在圖7的圖中，R1代表在使用圖4A的氣體供應部34aa的沉積工藝中的沉積速率，R2代表在使用圖6A的氣體供應部34ab的沉積工藝中的沉積速率。在使用圖6A的氣體供應部34ab的情況下，與圖4A的氣體供應部34aa相比能夠增大將沉積在基底W上的層的沉積速率。作為示例，沉積速率可以增大大約10％至20％。因此，能夠改善在工藝氣體供應量上的均勻性并且降低工藝氣體的損耗。換言之，與圖4A的氣體供應部34aa相比，圖6A的氣體供應部34ab的使用可以使減少沉積相同厚度的層所消耗的工藝氣體的量成為可能。

圖9是示出了根據發明構思的一些實施例的氣體供應部34ad的透視圖，圖10是示出了根據發明構思的一些實施例的氣體供應部34ae的透視圖。參照圖9，多個氣體供應區域36a、36b、36c和36d可以設置在氣體供應部34ad上。多個氣體供應區域36a、36b、36c和36d可以在圓周方向和徑向方向上彼此隔開地設置。這里，氣體擴散區域38還可以包括設置在氣體供應區域36a、36b、36c和36d之間的第二氣體擴散區域39。可選擇地，如圖10中所示，氣體供應部34ae可以被構造為包括其氣體供應孔密度彼此不同的至少兩個不同的氣體供應區域。例如，氣體供應部34ae可以包括具有高氣體供應孔密度的第一氣體供應區域36a和具有低氣體供應孔密度的第二氣體供應區域36b。第一氣體供應區域36a可以設置在氣體供應部34ae的中心區域處。因此，能夠增大將供應到與排放單元40隔開的氣體供應部34ae的中心區域的工藝氣體的量，結果減少了會由壓力差引起的工藝氣體的供應量上的差異。

如上所述，根據發明構思的一些實施例，氣體供應單元30可以包括被構造為直接將工藝氣體供應到基底W上的氣體供應區域36以及被構造為在沒有工藝氣體的任何直接供應的情況下提供用于使工藝氣體擴散的空間的氣體擴散區域38。因為在氣體供應區域36與排放單元40之間提供了用于使工藝氣體擴散的空間，所以即使當在室的內部壓力上存在梯度時也能夠防止供應到室中的工藝氣體被立刻排放到排放單元40，并且能夠將工藝氣體供應到整個基底W上或基底W的整個區域上。此外，能夠減少工藝氣體的消耗量，并且能夠改善將沉積在基底W上的層的厚度的均勻性。

在一些實施例中，氣體供應單元30已經被描述為具有形成在其表面上或中的凹進區域33以形成多個氣體供應部，但在某些實施例中，氣體供應部34可以設置為單獨的組件。另外，在一些實施例中，氣體供應單元30已經被描述為與上室12接觸，但在某些實施例中，氣體供應單元30可以設置為與上室12隔開。另外，氣體供應單元30與工藝室10之間的連接位置可以改變。

在一些實施例中，氣體供應部34a、34b、34c和34d已經被描述為具有相同的形狀和結構，但在某些實施例中，在氣體供應部34a、34b、34c和34d中的每個中，氣體供應區域36和氣體擴散區域38的形狀可以根據將通過其供應的供應氣體的種類或性質而改變。氣體供應區域36和氣體擴散區域38的形狀可以不局限于上述形狀，而是可以以各種方式改變。另外，氣體供應單元30可以包括設置在其中心區域處的附加氣體供應部。

根據發明構思的一些實施例，可以在氣體供應區域與排放單元之間提供用于使工藝氣體擴散的空間，因此，即使當存在室的內部壓力梯度時也能夠防止供應到室中的工藝氣體被立刻排放到排放區域，并且能夠將工藝氣體均勻地供應到整個基底上或基底的整個區域上。此外，能夠減少工藝氣體的消耗量并且改善將沉積在基底上的薄膜的厚度的均勻性。

雖然已經具體地示出并描述了發明構思的示例實施例，但本領域的普通技術人員將領會的是，在不脫離權利要求的精神和范圍的情況下，可以在其中做形式和細節上的改變。