用于控制室主体中的前体气体流的半导体处理系统和方法与流程

本公开总体涉及半导体处理系统的领域并且涉及半导体器件的制造。更具体地，本公开涉及配置用于将材料层沉积到具有受控轮廓的衬底上的半导体处理系统以及用于沉积具有这种轮廓的材料层的相关方法。

背景技术：

1、气相反应器，例如化学气相沉积(cvd)反应器等，可用于各种应用，包括在衬底表面上沉积、蚀刻材料以及清洁衬底表面。例如，气相反应器可用于在衬底上沉积外延层以形成器件，例如半导体器件、平板显示器件、光伏器件、微机电系统(mems)等。

2、典型的气相外延反应器系统包括反应室、用于将气体(例如前体、反应物、蚀刻剂、吹扫气体、载气等)输送到反应室的气体输送模块、用于保持和加热设置在反应室内的衬底的衬底支撑件(例如基座)以及流体联接到反应室的排气模块。此外，外延反应器系统可以包括一个或多个加热器(例如灯)和/或温度测量装置(例如热电偶)。

3、在沉积期间，例如外延沉积，特别是在掺杂或多组分层的沉积期间，通常希望控制层特性，例如从衬底上的材料层的中心到远边缘的沉积材料层的厚度分布和/或组成分布。特别地，在衬底的外边缘处的材料层的轮廓可能难以控制，例如在衬底半径的外部约5%至约15%处。因此，需要改进的半导体处理系统和方法。

4、在本部分中阐述的任何讨论(包括对问题和解决方案的讨论)仅出于提供本公开的背景的目的而包括在本公开中，并且不应被视为承认任何或所有讨论在做出本发明时是已知的或以其他方式构成现有技术。

技术实现思路

1、本 技术实现要素： 以简化的形式介绍了一些概念，这些概念将在下面进一步详细描述。本发明内容不旨在必须标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

2、本公开的各种实施例涉及适用于在衬底的表面上沉积材料层和/或其他过程的改进的设备、系统和方法。虽然下面更详细地讨论了本公开的各种实施例解决现有系统和方法的缺点的方式，但总的来说，本公开的各种实施例提供了可以用于例如以更受控的方式沉积外延层的半导体处理系统和方法。例如，示例性设备、系统和方法可用于在处理衬底时减少和/或控制衬底的远边缘处的卷起和/或下卷。本公开的示例可以提供膜厚度、组成、掺杂剂浓度等的改进的均匀性。

3、本公开的各种实施例涉及半导体处理系统。如下文更详细地阐述，可以在半导体器件的制造期间使用本文描述的实施例。这样的实施例可以提供精确的气体流控制、改善的沉积均匀性，同时潜在地适应具有限定的不均匀性范围的掺杂剂掺入。举例来说，本文所述的半导体处理系统可用于化学气相沉积过程、外延沉积和各种其他半导体制造技术。

4、根据本公开的示例，一个实施例包括一种半导体处理系统，其包括室主体、具有将上室流体联接到下室的孔的固定分隔件以及布置在孔内的可旋转衬底支撑件。系统还包括气体输送模块，其包括配置用于供应前体气体的前体源组件、用于供应载气的载体源、将来自源的气体联接到下室(并通过孔联接到上室)的下前体导管以及配置为将气体直接供应到上室的上前体导管。在一些实施例中，具有非暂时性机器可读存储器的控制器可操作地连接到气体输送模块，其中控制器配置成独立地控制通过下导管的第一气体流和通过上导管的第二气体流。在一些实施例中，下导管包括设置在轴构件内的管，轴构件延伸穿过室主体的下壁，轴构件将衬底支撑件联接到驱动模块。此外，沿着导管设置的一个或多个流量控制器输送具有限定的前体质量分数的第一气体流，而上导管可以结合注入凸缘，并且前体源组件可以包括掺杂剂源，其配置成在指定的掺杂剂百分比不均匀性内在衬底上沉积掺杂材料层。

5、在本公开的另一实施例中，提供了一种用于执行外延沉积过程的化学气相沉积系统。根据这样的实施例，该系统包括反应室，其包括室主体，室主体具有在注入端和排气端之间延伸的上壁和平行于上壁并位于上壁下方的下壁。至少部分地限定室内的横向平面的衬底支撑件布置成在处理期间保持衬底。气体输送模块联接到室主体并且还包括前体源组件和载体源。根据这些实施例，通过一个或多个下流量控制器连接到源的下前体导管配置为将第一气体流注入到横向平面下方的室中，而经由一个或多个上流量控制器连接的上前体导管配置为将第二气体流注入到横向平面上方的室中。因此，具有适当的非暂时性存储器指令的控制器独立地控制这些气体流的前体质量分数。在一些实施例中，上导管通过注入端联接到室，下导管将第一气体流引向基座，并且具有孔的固定分隔件将室的内部分成上区域和下区域，下导管设置在轴构件内，轴构件还包括配置成混合前体气体和载气的气体混合气室。

6、进一步根据本公开的示例，另一实施例涉及一种用于使用半导体处理系统在衬底上沉积材料层的方法。一种方法包括经由下前体导管将具有预定前体质量分数的第一气体流引入到下室中，并且经由上前体导管独立地将具有不同前体质量分数的第二气体流引入到上室中。根据这些实施例，独立地控制气体流的注入，并且材料层沉积在由可旋转衬底支撑件支撑的衬底上。在一些实施例中，该方法还包括采用流量控制器来通过设置在轴构件内的管引入第一气体流，并通过注入凸缘输送第二气体流。另外或可替代地，该方法可以包括使掺杂剂气体流入下室，同时将掺杂剂气体或硅前体气体引入到上室中，从而实现掺杂材料层的选择性沉积。

7、从以下参考附图对某些实施例的详细描述中，本领域技术人员将很容易理解这些及其他实施例。主题不限于本文公开的任何特定实施例。

8、出于概述本发明和相对于现有技术所实现的优点的目的，上文已经描述了本发明的某些目的和优点。当然，应当理解，根据本发明的任何特定实施例，不一定可以实现所有这些目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明可以实现或优化本文所教导或建议的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现本文可能教导或建议的其他目的或优点。

9、所有这些实施例旨在落入本文公开的本发明的范围内。本领域技术人员将从以下参考附图对某些实施例的详细描述中很容易地看出这些及其他实施例，本发明不限于所公开的任何特定实施例。

1.一种半导体处理系统，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体处理系统，其中，所述下前体导管包括管构件，其流体联接到所述室主体的内部。

3.根据权利要求2所述的半导体处理系统，其中，所述管构件设置在轴构件内，轴构件延伸穿过所述室主体的下壁并将所述衬底支撑件联接到驱动模块，驱动模块配置成旋转衬底支撑件。

4.根据权利要求3所述的半导体处理系统，还包括联接到所述管构件的一个或多个下流量控制器，其中，所述控制器可操作地连接到一个或多个下流量控制器以将所述第一气体流提供到所述下室，第一气体流具有第一前体质量分数。

5.根据权利要求4所述的半导体处理系统，其中，所述上前体导管包括注入凸缘，其流体联接到所述室主体的内部并连接到室主体。

6.根据权利要求5所述的半导体处理系统，还包括联接到所述注入凸缘的一个或多个上流量控制器，其中，所述控制器可操作地连接到一个或多个上流量控制器以将所述第二气体流提供到所述上室，第二气体流具有第二前体质量分数。

7.根据权利要求6所述的半导体处理系统，其中，所述前体源组件包括掺杂剂源，并且所述第一前体质量分数和所述第二前体质量分数被独立地控制以在支撑在所述衬底支撑件上的衬底上沉积掺杂材料层。

8.根据权利要求3所述的半导体处理系统，其中，所述管构件还包括流体联接到所述前体源组件的前体入口端口和流体联接到所述载体源的载体入口端口。

9.一种配置用于执行外延沉积过程的化学气相沉积系统，包括：

10.根据权利要求9所述的化学气相沉积系统，其中，所述上前体导管通过所述室主体的注入端联接到所述室主体的内部。

11.根据权利要求10所述的化学气相沉积系统，其中，所述下前体导管流体联接到单一前体源和所述载体源。

12.根据权利要求11所述的化学气相沉积系统，其中，所述单一前体源包括掺杂剂源。

13.根据权利要求12所述的化学气相沉积系统，其中，所述下前体导管包括第一前体出口，其配置成将所述第一气体流引向所述衬底支撑件。

14.根据权利要求13所述的化学气相沉积系统，还包括具有固定在所述室主体的内部内的孔的分隔件，分隔件将室主体的内部分成上室和下室，孔将下室流体联接到上室，其中，所述第一前体出口定位成靠近分隔件。

15.根据权利要求14所述的化学气相沉积系统，其中，所述第一前体出口定位成靠近所述分隔件的孔。

16.根据权利要求15所述的化学气相沉积系统，其中，所述下前体导管设置在轴构件内，轴构件延伸穿过所述室主体的下壁并且将所述衬底支撑件联接到配置成旋转衬底支撑件的驱动模块，并且其中，轴构件还包括联接到下前体导管的前体入口端口和联接到下前体导管的载体入口端口。

17.根据权利要求16所述的化学气相沉积系统，其中，所述下前体导管还包括设置在所述轴构件内的气体混合气室，气体混合气室定位在所述前体入口端口和所述载体入口端口两者的下游以及所述第一前体出口的上游，气体混合气室经由前体入口端口与所述前体源组件流体连通并且经由载体入口端口与所述载体源流体连通，其中，气体混合气室配置用于混合所述前体气体和所述载气以产生具有所述第一前体质量分数的第一气体流。

18.一种用于在衬底上沉积材料层的方法，该方法包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其中，独立地控制所述第一气体流的注入还包括：采用联接到所述前体源组件和所述载体源中的至少一个的一个或多个下流量控制器，并且通过第一前体出口将第一气体流引入到所述下室中，第一前体出口与设置在轴构件内的管构件流体连通。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，独立地控制所述第二气体流的注入还包括：采用联接到所述前体源组件和所述载体源中的至少一个的一个或多个上流量控制器，并且通过第二前体出口将第二气体流引入到所述上室中，第二前体出口包括联接到所述室主体的注入端的注入凸缘。