CN117004923A - 半导体处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种半导体处理装置。在本申请的一个实施例中，半导体处理装置包括工艺腔、汽化装置和气体管线。所述汽化装置用以使经由第一管线进入所述汽化装置的液态反应源物质汽化。所述气体管线耦接在所述汽化装置与所述工艺腔之间，用以向所述工艺腔输送所述汽化装置产生的经汽化的反应源物质。

Description

半导体处理装置

技术领域

本申请大体上涉及半导体制造领域，且更具体来说，涉及半导体处理装置。

背景技术

在半导体制造领域，原子层沉积(ALD)工艺是最广泛应用的沉积工艺之一。在ALD工艺中，通常将少量反应源物质(例如前驱体(precursor)或反应体(reactant))装入一个小钢瓶中，将载气通入反应源物质液体中，进而携带反应源物质蒸汽流入工艺腔，然后进行薄膜沉积。为满足沉积需求，通常采用以下两种方法来提高反应源物质的蒸汽量：第一，增大载气的流量，以通过增大反应源物质液体内部的鼓泡量来提高反应源物质的蒸发量；第二，加热反应源物质液体至一定温度(例如对容纳反应源物质的钢瓶瓶体包加热套)，由于反应源物质在较高温度时具有较高的饱和蒸汽压，通过升高温度可以提高反应源物质的蒸发量。然而，一些反应源物质(例如Zr类或Ta类反应源物质)常温下的饱和蒸汽压比较低(例如0.01托至1托)，且其饱和蒸汽压随温度的变化不显著，使用上述两种方法很难获得高蒸汽浓度，因此，在使用这类反应源物质进行薄膜沉积时，为使沉积反应具备足够的蒸汽浓度，使晶圆表面能够饱和吸附一层反应源物质分子，往往需要较长时间的反应源物质注入，否则将会引起薄膜生长不均一的问题。但因这类反应源物质活性较低、薄膜的沉积速率较低，从而导致使用这类反应源物质的ALD设备产能较低且沉积薄膜的成本较高。

此外，在较深的凹槽中沉积薄膜时，保型性和底部覆盖率是重要的性能指标。现有的ALD设备所生产的这类薄膜所实现的侧壁与底部的台阶覆盖率通常小于90％，无法满足制程的需要。

因此，需要改进的半导体处理装置来满足对于沉积速率、成膜质量、产能以及经济性的需求。

发明内容

本申请提供了一种半导体处理装置，所述半导体处理装置具有使液态反应源物质汽化的汽化装置，因此可以在工艺过程中增大反应源物质的蒸汽浓度，提高反应源物质的有效利用率，以此提高沉积速率和薄膜的保型性，缩短薄膜沉积周期，提高工艺生产质量及效率，并创造良好的生产经济价值。

在本申请的半导体处理装置中，可利用载气协助汽化装置产生的反应源物质蒸汽快速进入工艺腔，并协助其在工艺腔内均匀扩散，从而有效地缩短反应源物质的注入时间，大幅度地提高产能并改善薄膜质量。所述载体可提供到汽化装置中，或提供到汽化装置前端或后端。

根据本申请的一些实施例，半导体处理装置可包括：工艺腔；汽化装置，其用以使经由第一管线进入所述汽化装置的液态反应源物质汽化；以及气体管线，其耦接在所述汽化装置与所述工艺腔之间，用以向所述工艺腔输送所述汽化装置产生的经汽化的反应源物质。

根据本申请的一些实施例，所述半导体处理装置进一步包括第一气体源，所述第一气体源通过所述第一管线耦接到所述汽化装置，所述第一管线上设置有靠近所述汽化装置的第一阀以及靠近所述第一气体源的第二阀。

根据本申请的一些实施例，所述半导体处理装置进一步包括反应源物质槽，所述反应源物质槽用以容纳液态反应源物质，所述反应源物质槽通过第一支管线耦接到位于所述第二阀远离所述第一气体源的一端的所述第一管线，且通过第二支管线耦接到位于所述第二阀靠近所述第一气体源的一端的所述第一管线，其中所述第一支管线的端部位于所述反应源物质槽中的反应源物质液面下方，且所述第二支管线的端部位于所述反应源物质槽中的反应源物质液面上方。

根据本申请的一些实施例，所述第一支管线上设置有第三阀，和/或所述第二支管线上设置有第四阀。

根据本申请的一些实施例，所述半导体处理装置进一步包括第二气体源，所述第二气体源通过第二管线耦接在所述第一阀与所述汽化装置之间的所述第一管线上、或耦接到所述汽化装置的进气口、或耦接到所述气体管线。

根据本申请的一些实施例，所述气体管线上设置有第五阀。

根据本申请的一些实施例，所述气体管线进一步包括支路，所述支路一端耦接在所述第五阀与所述汽化装置之间的所述气体管线上，并且另一端耦接到真空泵，所述支路上设置有排气阀。

根据本申请的一些实施例，所述半导体处理装置进一步包括第二气体源，所述第二气体源通过第二管线耦接在所述汽化装置与所述支路之间的所述气体管线上、或耦接到所述汽化装置的进气口、或耦接到所述第一管线。

根据本申请的一些实施例，所述半导体处理装置进一步包括控制器，所述控制器经配置以：在反应源物质注入阶段期间，关闭所述第二阀，开启所述第一阀、所述第三阀和所述第四阀，以使所述反应源物质槽中的液态反应源物质在来自所述第一气体源的第一气体的推动下进入所述汽化装置。

根据本申请的一些实施例，所述控制器进一步经配置以控制所述第一阀在所述反应源物质注入阶段期间保持开启的时间，以控制进入所述汽化装置的液态反应源物质的量。

根据本申请的一些实施例，所述控制器进一步经配置以：在净化阶段期间，使所述第三阀和所述第四阀保持开启，关闭所述第一阀和所述第二阀，以使所述反应源物质槽中的液态反应源物质在所述第一气体的推动下进入所述第一管线而不进入所述汽化装置。

根据本申请的一些实施例，所述半导体处理装置进一步包括控制器，所述控制器经配置以：在反应源物质注入阶段期间，关闭所述排气阀，开启所述第五阀，以使来自所述第二气体源的第二气体携带所述汽化装置产生的经汽化的反应源物质进入所述工艺腔。

根据本申请的一些实施例，所述控制器进一步经配置以：在净化阶段期间，关闭所述第五阀，开启所述排气阀，以使所述第二气体携带所述气体管线中的残留反应源物质进入所述真空泵。

根据本申请的一些实施例，所述气体管线上设置有加热装置，所述加热装置用以使所述气体管线中的所述经汽化的反应源物质保持一定温度。

本申请还提供了一种操作上述半导体处理装置的方法，所述方法可以有效地缩短沉积时间，大幅度地提高产能并改善薄膜质量。

在以下附图及描述中阐述本申请的一或多个实例的细节。其他特征、目标及优势将根据所述描述及附图以及权利要求书而显而易见。

附图说明

本说明书中的公开内容提及且包含以下各图：

图1为根据本申请的实施例的半导体处理装置的结构示意图；

图2为根据本申请的又一个实施例的半导体处理装置的结构示意图；

图3为根据本申请的另一个实施例的半导体处理装置的结构示意图；

图4示出了采用根据本申请的实施例的半导体处理装置在凹槽中沉积薄膜后用扫描电子显微镜拍摄的凹槽剖面图；

图5A示出了图4中位于凹槽顶部的薄膜的部分放大图；

图5B示出了图4中位于凹槽侧壁的薄膜的部分放大图；以及

图5C示出了图4中位于凹槽底部的薄膜的部分放大图。

根据惯例，图示中所说明的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清晰起见，可能任意扩大或减小各种特征的尺寸。图示中所说明的各部件的形状仅为示例性形状，并非限定部件的实际形状。另外，为了清楚起见，可能简化图示中所说明的实施方案。因此，图示可能并未说明给定设备或装置的全部组件。最后，可贯穿说明书和图示使用相同参考标号来表示相同特征。

具体实施方式

为更好地理解本申请的精神，以下结合本申请的部分实施例对其作进一步说明。

本说明书内使用的词汇“在一实施例”或“根据一实施例”并不必要参照相同具体实施例，且本说明书内使用的“在其他(一些/某些)实施例”或“根据其他(一些/某些)实施例”并不必要参照不同的具体实施例。其目的在于例如主张的主题包括全部或部分范例具体实施例的组合。本文所指“上”和“下”的意义并不限于图式所直接呈现的关系，其应可包含具有其它明确对应关系的描述，例如“左”和“右”，或者是“上”和“下”的相反。本文所称的“连接”应理解为涵盖“直接连接”以及“经由一或多个中间部件连接”。本文中的词汇“晶圆”应理解为可与术语“晶元”、“基板”、“基材”、“衬底”等术语互换使用，可指代任何在其上进行沉积工艺的元件，而非某一具有特定结构和组成的元件。本说明书中所使用的各种部件的名称仅出于说明的目的，并不具备限定作用，不同厂商可使用不同的名称来指代具备相同功能的部件。

以下详细地讨论本申请的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但是应当理解，这些实施方式仅用于示出的目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本申请的精神和保护范围的情况下，可以使用其他部件和配置。本申请的实施可不必包含说明书所描述的实施例中的所有部件或步骤，也可根据实际应用而调整各步骤的执行顺序。

如前所述，当前用于ALD工艺的半导体处理装置具有沉积速率低、沉积时间长、沉积成本高、产能低、保型性低等缺点。本申请提供了改进的半导体处理装置及方法来解决上述问题中的至少一者。

本申请的半导体处理装置和方法可以用于形成SnO₂、InO₂、TaN、HfO₂、ZrO₂等薄膜，但本申请不限于此。本申请的半导体处理装置可用于包括但不限于热原子层沉积(ThermalALD)、等离子体增强型原子层沉积(PEALD)等的ALD工艺，也可用于其它类似工艺。

图1为根据本申请的实施例的半导体处理装置100的结构示意图。如图1所示，半导体处理装置100包括工艺腔1、汽化装置2和气体管线3。工艺腔1用于容纳晶圆，可在其内部对晶圆执行沉积工艺。汽化装置2用以使经由第一管线4进入汽化装置2的液态反应源物质汽化。在一些实施例中，进入汽化装置2的反应源物质可以为前驱体或反应体。气体管线3耦接在汽化装置2与工艺腔1之间，用以向工艺腔1输送汽化装置2产生的经汽化的反应源物质。在一些实施例中，汽化装置2可通过加热的方式使液态反应源物质汽化。在一些实施例中，汽化装置2的温度可以小于或等于200℃。本领域技术人员应了解可用于使液体汽化的各种装置和方法，这些装置和方法可用于实施汽化装置2。

根据本申请的实施例，液态反应源物质在汽化装置2中汽化，可实现高蒸汽浓度。经汽化的高浓度的反应源物质通过气体管线3进入工艺腔1，可提高沉积速率。因此，本申请可以缩短沉积周期，增加每小时可处理的工艺片数量，使得产能大幅度提高。

气体管线3可以具有任意的长度和形状。在一些实施例中，气体管线3具有0.1m至10m的长度。在一些实施例中，气体管线3上还可设置图1中未示出的其它装置，例如，加热装置等。在一些实施例中，气体管线3上的加热装置可以使得进入气体管线3中的反应源物质蒸汽保持在一定温度(例如，等于或大于汽化装置2的温度)，使得反应源物质蒸汽经由气体管线3顺利进入工艺腔1且保持良好的反应活性。

如图1所示，半导体处理装置100进一步包括第一气体源5。第一气体源5通过第一管线4耦接到汽化装置2。第一气体源5可提供用于推动液态反应源物质进入汽化装置2的第一气体。第一气体又可称为推动气(push gas)。在一些实施例中，第一气体包括惰性气体，例如氩气(Ar)，或者氮气(N2)，或者氦气(He)等。在一些实施例中，第一气体源5提供的第一气体可以具有较大的流速，以满足推动力需求。在一些实施例中，第一气体源5提供的第一气体的流速可以大于或等于约0.1L/min且小于约10L/min。

第一管线4上设置有靠近汽化装置2的第一阀41以及靠近第一气体源5的第二阀42。在一些实施例中，第一阀41可以为快速开关的气动阀，可通过控制器控制该阀的开关时间来控制流入汽化装置2的液体的量。在一些实施例中，第一阀41可以为ALD阀，但其不限于此。

第一管线4可以具有任意的长度和形状。在一些实施例中，第一管线4具有0.1m至10m的长度。在一些实施例中，第一管线4上还可设置图1中未示出的其它装置。

在一些实施例中，半导体处理装置100进一步包括反应源物质槽6。反应源物质槽6用以容纳液态反应源物质，反应源物质槽6通过第一支管线7耦接到位于第二阀42远离第一气体源5的一端的第一管线4，且通过第二支管线8耦接到位于第二阀42靠近第一气体源5的一端的第一管线4。第一支管线7的端部位于反应源物质槽6中的反应源物质液面下方，且第二支管线8的端部位于反应源物质槽6中的反应源物质液面上方。在此配置下，经由第一管线4和第二支线管8进入反应源物质槽6中的第一气体集中在反应源物质液面上方并对反应源物质液面施加一定压力。液态反应源物质在第一气体的压力作用下经由第一支线管7和第一管线4进入汽化装置2。在一些实施例中，第一支管线7的端部位于反应源物质槽6的底部，第二支管线8的端部位于反应源物质槽6的顶部。

参照图1，第一支管线7上设置有第三阀71，且第二支管线8上设置有第四阀81。在需要向汽化装置2提供液态反应源物质时(例如在反应源物质注入阶段期间)，可关闭第二阀42并开启第一阀41、第三阀71和第四阀81，以使来自第一气体源5的第一气体经由第一管线4和第二支管线8进入反应源物质槽6，并使反应源物质槽6中的液态反应源物质在第一气体的推动下经由第一支管线7和第一管线4进入汽化装置2。在不需要向汽化装置2提供液态反应源物质时(例如在净化阶段期间)，可关闭第一阀41和第二阀42并使第三阀71和第四阀81保持开启，以使反应源物质在第一气体的推动下进入第一管线4而不进入汽化装置2；等下一反应源物质注入阶段开始时，第一管线4中的反应源物质可快速进入汽化装置2。在一些工艺阶段(例如需要清除第一管线4中残留的反应源物质时)，可开启第二阀42并关闭第三阀71和第四阀81，以使来自第一气体源5的第一气体直接进入第二阀42后端的第一管线4。在一些实施例中，可以省略第三阀71和第四阀81中的一者。例如，第一支管线7上设置有第三阀71，而第二支管线8上没有阀；或者，第二支管线8上设置有第四阀81，而第一支管线7上没有阀。

由于半导体处理装置100通过汽化装置2汽化反应源物质，因此反应源物质槽6可以保持常温而无需加热。在一些实施例中，反应源物质槽6中的反应源物质可以是饱和蒸汽压随温度的变化不显著的反应源物质，例如Zr类或Ta类反应源物质。由于此类反应源物质通过常规提高蒸发量的方法难以获得高蒸汽浓度，因此使用现有半导体处理装置难以获得较高的沉积速率。本申请的半导体处理装置100使用第一气体将液态反应源物质推入汽化装置2，在汽化装置2中将反应源物质汽化，并使汽化后的反应源物质通过气体管线3进入工艺腔1，因此可以提高反应源物质的蒸汽浓度，从而提高沉积速率，缩短沉积周期。在一些实施例中，反应源物质槽6中的反应源物质可以是常温(例如约25℃)蒸汽压较低(例如0.01托至10托)的反应源物质。

再参照图1，气体管线3上设置有第五阀31。当第五阀31打开时，气体管线3中的气体可以进入工艺腔1。

在一些实施例中，气体管线3进一步包括支路9。支路9一端耦接在第五阀31与汽化装置2之间的气体管线3上，并且另一端耦接到真空泵10。支路9上设置有排气阀91。当排气阀91打开时，气体管线3中的气体可经由支路9释放到真空泵10(例如，通过真空泵10的抽吸)。支路9上还可设置图1中未示出的其它装置。在一些实施例中，支路9上还可设置加热装置，使得支路9可以具有等于或大于汽化装置2的温度，从而气体管线3中的气体可以经由支路9顺利排出而不会冷凝在支路9中。在半导体处理装置100的操作期间，真空泵10可一直开启或者仅在需要抽吸气体管线3中的气体时开启。

在一些实施例中，半导体处理装置100进一步包括第二气体源11。如图1所示，第二气体源11通过第二管线12耦接到汽化装置2的进气口(图中未示出)。第二气体源11可提供用于携带反应源物质的第二气体。第二气体又可称为载气(carrier)。在一些实施例中，第二气体包括惰性气体，例如氩气(Ar)，或者氮气(N2)，或者氦气(He)等。一方面，第二气体源11提供的第二气体可以协助汽化装置2产生的反应源物质蒸汽快速进入工艺腔1，并协助反应源物质在工艺腔1内扩散，以使反应源物质在工艺腔1内分布更均匀，从而使得沉积的薄膜均一性更好。另一方面，第二气体源11提供的第二气体可以用于吹扫气体管线3，加速气体管线3的净化，使气体管线3内残留的反应源物质经由支路9释放到真空泵10，以避免气体管线3内残留有反应源物质而在后续的作业中流入工艺腔1并引起颗粒问题。在一些实施例中，第二气体源11提供的第二气体具有较大的流速以加快输送经汽化的反应源物质。在一些实施例中，第二气体源11提供的载气的流速可以大于或等于约0.5L/min且小于约30L/min，例如约0.5L/min至约10L/min或约5L/min至约10L/min等。第二管线12上还可设置图1中未示出的其它装置。在一些实施例中，第二管线12还包括加热装置，以使进入第二管线12的第二气体加热至一定温度。在一些实施例中，第二气体的温度可以小于或等于80℃。

根据本申请的一些实施例，使用半导体处理装置100进行的沉积工艺可以包括反应源物质注入阶段。在反应源物质注入阶段期间，可关闭第二阀42和排气阀91，开启第一阀41、第三阀71、第四阀81和第五阀31。在这种配置下，反应源物质槽6中的液态反应源物质在来自第一气体源5的第一气体的推动下进入汽化装置2，并在汽化装置2中汽化，与此同时，来自第二气体源11的第二气体进入汽化装置2并携带经汽化的反应源物质通过气体管线3进入工艺腔1。

根据本申请的一些实施例，沉积工艺还可以包括净化阶段。在净化阶段期间，可关闭第一阀41、第二阀42和第五阀31，开启第三阀71、第四阀81和排气阀91。在这种配置下，反应源物质槽6中的液态反应源物质在来自第一气体源5的第一气体的推动下进入第一管线4而不进入汽化装置2，气体管线3中残留的反应源物质将随第二气体一起被抽吸到真空泵10。通常ALD的沉积反应需重复循环多次，直至达到指定的膜厚才停止，因此在整个沉积过程中，反应源物质注入阶段和净化阶段会多次重复进行，并且每一阶段的时间可在0.01ms～10s的范围内。

半导体处理装置100通过汽化装置2增大了进入工艺腔1的反应源物质浓度，而且，通过载气的携带，可加速反应源物质在气体管线及工艺腔内的扩散，提高反应效率，从而可缩短反应源物质注入的脉冲时间，使得单位时间内流入工艺腔1的反应源物质的量得到有效提升，因而可缩短工艺腔1的沉积时间。因此，本申请可以缩短沉积周期，增加每小时可处理的工艺片数量，使得产能大幅度提高。此外，增大的反应源物质浓度可以使得沉积而成的薄膜具有高的保型性，有效提高薄膜质量。

半导体处理装置100可以进一步包括控制器(图中未示出)，其用以控制并完成各个部件的操作和配合。例如，可将关于在各工艺阶段中各阀门需要设置的状态(例如，开启或关闭)的数据(也可称为“配方(recipe)”)存储在控制器(或与控制器耦合的存储器)中，控制器可根据所存储的数据以及将要进行的工艺阶段生成相应的控制信号控制各阀门的状态，从而执行工艺。

在一些实施例中，控制器经配置以：在反应源物质注入阶段期间，关闭第二阀42，开启第一阀41、第三阀71和第四阀81，以使反应源物质槽6中的液态反应源物质在来自第一气体源5的第一气体的推动下进入汽化装置2。

在一些实施例中，控制器进一步经配置以：在反应源物质注入阶段期间，关闭排气阀91，开启第五阀31，以使来自第二气体源11的第二气体携带汽化装置2产生的经汽化的反应源物质进入工艺腔1。

在一些实施例中，控制器进一步经配置以控制第一阀41在反应源物质注入阶段期间保持开启的时间，以控制进入汽化装置2的液态反应源物质的量。ALD反应具有自终止的特性，即当单原子层吸附达到饱和后，就无法继续吸附多余的反应源物质。因此，在每一个沉积周期内，经汽化装置2汽化后的反应源物质在晶圆表面的吸附达到饱和后，剩余的反应源物质将无法继续有效使用，只能排出。本申请利用ALD的这一反应特性设计采用第一阀41控制汽化时间的方法来控制反应源物质的量，即，只要反应源物质的量够即可，而无需采用更为精准的液体流量计来控制反应源物质的量。在使用液体流量计的情形中，需要等待液体流量计稳定(通常需要约7s的时间)后才能精确控制进入汽化装置的反应源物质液体的量，即，在液体流量计稳定前汽化装置产生的反应源物质蒸汽不能流入工艺腔，只能排掉，这会造成昂贵的浪费。为节省沉积时间和成本，本申请的半导体处理装置100可通过控制器控制第一阀41的开启与关闭来控制液态反应源物质进入汽化装置2的时间和流量。当第一阀41开启时，液态反应源物质直接进入汽化装置2并在汽化装置2中汽化，因此，反应源物质可以在较短时间内汽化并流入工艺腔1。由于液体反应源物质可在第一阀41的控制下进入汽化装置2并进行汽化，而无需像使用液体流量计那样等待额外的稳定时间，因此本申请的半导体处理装置100可以应用于沉积周期较短的ALD沉积工艺，并且成本较低。

在一些实施例中，控制器进一步经配置以：在净化阶段期间，使第三阀71和第四阀81保持开启，关闭第一阀41和第二阀42，以使反应源物质槽6中的液态反应源物质在第一气体的推动下进入第一管线4而不进入汽化装置2。

在一些实施例中，控制器进一步经配置以：在净化阶段期间，关闭第五阀31，开启排气阀91，以使第二气体携带气体管线3中的残留反应源物质进入真空泵10。

图2为根据本申请的又一个实施例的半导体处理装置200的结构示意图。图2中的半导体处理装置200与图1中的半导体处理装置100的区别之处仅在于：图2中的第二气体源11通过第二管线12a耦接在汽化装置2的后端(例如汽化装置2与支路9之间的气体管线3上)。

如图2所示，在反应源物质注入阶段期间，可关闭第二阀42和排气阀91，开启第一阀41、第三阀71、第四阀81和第五阀31。在这种配置下，反应源物质槽6中的液态反应源物质在来自第一气体源5的第一气体的推动下进入汽化装置2，并在汽化装置2中汽化，经汽化的反应源物质进入气体管线3，与此同时，来自第二气体源11的第二气体经由第二管线12a进入气体管线3，并携带经汽化的反应源物质一起通过气体管线3进入工艺腔1。在净化阶段期间，可关闭第一阀41、第二阀42和第五阀31，开启第三阀71、第四阀81和排气阀91。在这种配置下，反应源物质槽6中的液态反应源物质在来自第一气体源5的第一气体的推动下进入第一管线4而不进入汽化装置2，气体管线3中残留的反应源物质将随第二气体一起被抽吸到真空泵10。

与半导体处理装置100类似，半导体处理装置200也可以进一步包括控制器(图中未示出)，其用以控制并完成各个部件的操作和配合。

图3为根据本申请的又一个实施例的半导体处理装置300的结构示意图。图3中的半导体处理装置300与图1中的半导体处理装置100的区别之处仅在于：图3中的第二气体源11通过第二管线12b耦接在汽化装置2的前端(例如，第一阀41与汽化装置2之间的第一管线4上)。

半导体处理装置300中各阀门的状态设置可以与半导体处理装置100和200相似，这里不再赘述。与半导体处理装置100和200类似，半导体处理装置300也可以进一步包括控制器(图中未示出)，其用以控制并完成各个部件的操作和配合。

根据本申请的一些实施例，一种操作半导体处理装置(例如半导体处理装置100、200或300)的方法可以包括：在反应源物质注入阶段期间，将液态反应源物质提供至汽化装置(例如汽化装置2)，在汽化装置中将液态反应源物质汽化，并将经汽化的反应源物质通过气体管线(例如气体管线3)提供至工艺腔(例如工艺腔1)(例如，通过关闭第二阀42和排气阀91，并开启第一阀41、第三阀71、第四阀81和第五阀31)；以及在净化阶段期间，将液态反应源物质提供至第一管线(例如第一管线4)而不提供至汽化装置(例如，通过关闭第二阀42和第一阀41，并开启第三阀71和第四阀81)，并将气体管线中残留的反应源物质释放到真空泵(例如真空泵10)中(例如，关闭第五阀31并开启排气阀91)。净化阶段可以紧接在反应源物质注入阶段之后进行。

在一些实施例中，操作半导体处理装置的方法可以进一步包括：在反应源物质注入阶段期间，提供第二气体(例如，来自第二气体源11的第二气体)携带经汽化的反应源物质进入工艺腔；以及在净化阶段期间，提供第二气体携带气体管线中残留的反应源物质蒸汽一起被抽吸到真空泵。第二气体可以协助经汽化的反应源物质快速进入工艺腔和快速排出，因此可以缩短反应源物质注入和净化时间，从而缩短沉积周期并提高产能。

图1至图3中仅示出了半导体处理装置中向工艺腔提供一种经汽化的反应源物质(例如前驱体或反应体)的相关气体管路和部件。应了解，半导体处理装置还可包括向所述工艺腔提供其它反应源物质(例如反应体或前驱体)的相关气体管路和部件，其可采用与图1至图3类似的结构。在一些实施例中，操作半导体处理装置的方法可包括多个工艺循环，每一工艺循环包括：前驱体注入阶段、前驱体净化阶段、反应体注入阶段以及反应体净化阶段。应了解，该方法也可包含其它阶段或步骤(例如工艺腔净化等)。前驱体注入阶段和前驱体净化阶段是通过提供前驱体的相关气体管路和部件来进行(例如，依照本文所描述的反应源物质注入阶段和净化阶段的相关设置)。反应体注入阶段以及反应体净化阶段是通过提供反应体的相关气体管路和部件来进行(例如，依照本文所描述的反应源物质注入阶段和净化阶段的相关设置)。因此，前驱体注入阶段、前驱体净化阶段、反应体注入阶段以及反应体净化阶段不必顺序地进行，某些阶段前驱体与反应体相关作业可以同时并列进行。

在一组对比实验中，通过使用汽化装置汽化反应源物质(例如，前驱体)的方法(例如，结合附图1-3中任一者描述的方法)与常规不使用汽化装置的方法分别制备氧化锆薄膜。实验中两种方法制备的氧化锆薄膜的生长速率都约为/循环且厚度均匀性都约为98％，但是，常规方法中前驱体注入时间为4s，而使用汽化装置的方法中前驱体注入时间可缩短至1.5s甚至更短。由此可见，根据本申请的实施例的使用汽化装置汽化反应源物质的沉积方法可以使液态源汽化后的蒸汽具备较高的温度，这不仅可有效缩短吸附时间，也能缩短吹扫时间，在保证薄膜质量的同时，并进一步缩短循环周期，从而提高前驱体的有效利用率，降低沉积成本。

图4示出了采用根据本申请的实施例的半导体处理装置在凹槽中沉积薄膜后用扫描电子显微镜拍摄的凹槽剖面图。图5A至图5C分别示出了图4中位于凹槽的不同位置处的薄膜的部分放大图。具体地，图5A示出了图4中位于凹槽顶部1的薄膜的部分放大图，图5B示出了图4中位于凹槽侧壁2的薄膜的部分放大图，图5C示出了图4中位于凹槽底部3的薄膜的部分放大图。图5A至图5C显示位于凹槽顶部1的薄膜的厚度为56.5nm，位于凹槽侧壁2的薄膜的厚度为54.2nm，位于凹槽底部3的薄膜的厚度为55.1nm。可见，位于凹槽的不同位置处的薄膜的厚度基本相近。因此，薄膜基本上均匀地形成在凹槽的顶部、侧壁和底部上，具有较高的保型性。

下表示出了图4中的凹槽的深宽比以及位于凹槽的侧壁和底部的薄膜的台阶覆盖率。如下表所示，采用本申请的实施例的半导体处理装置对深宽比为10∶1的深凹槽沉积薄膜，凹槽侧壁具有95.9％的台阶覆盖率(侧壁薄膜厚度/顶部薄膜厚度)，并且凹槽底部具有97.5％的台阶覆盖率(底部薄膜厚度/顶部薄膜厚度)。

深宽比	(侧壁)台阶覆盖率(％)	(底部)台阶覆盖率(％)
			10∶1	95.9％	97.5％

由此可见，采用本申请提供的装置和方法可提高沉积薄膜的生长速率、厚度均匀性和保型性。

本说明书中的描述经提供以使所属领域的技术人员能够进行或使用本申请的技术方案。所属领域的技术人员将易于显而易见对本申请的各种修改，且本说明书中所定义的一般原理可应用于其它变化形式而不会脱离本申请的精神或范围。因此，本申请不限于本说明书所述的实例和设计，而是被赋予与本说明书所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (14)

1.一种半导体处理装置，其包括：

工艺腔；

汽化装置，其用以使经由第一管线进入所述汽化装置的液态反应源物质汽化；以及

气体管线，其耦接在所述汽化装置与所述工艺腔之间，用以向所述工艺腔输送所述汽化装置产生的经汽化的反应源物质。

2.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其进一步包括：

第一气体源，所述第一气体源通过所述第一管线耦接到所述汽化装置，所述第一管线上设置有靠近所述汽化装置的第一阀以及靠近所述第一气体源的第二阀。

3.根据权利要求2所述的半导体处理装置，其进一步包括：

反应源物质槽，其用以容纳液态反应源物质，所述反应源物质槽通过第一支管线耦接到位于所述第二阀远离所述第一气体源的一端的所述第一管线，且通过第二支管线耦接到位于所述第二阀靠近所述第一气体源的一端的所述第一管线，其中所述第一支管线的端部位于所述反应源物质槽中的反应源物质液面下方，且所述第二支管线的端部位于所述反应源物质槽中的反应源物质液面上方。

4.根据权利要求3所述的半导体处理装置，其中：

所述第一支管线上设置有第三阀，和/或

所述第二支管线上设置有第四阀。

5.根据权利要求2所述的半导体处理装置，其进一步包括：

第二气体源，所述第二气体源通过第二管线耦接在所述第一阀与所述汽化装置之间的所述第一管线上、或耦接到所述汽化装置的进气口、或耦接到所述气体管线。

6.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其中所述气体管线上设置有第五阀。

7.根据权利要求6所述的半导体处理装置，其中所述气体管线进一步包括：

支路，其一端耦接在所述第五阀与所述汽化装置之间的所述气体管线上，并且另一端耦接到真空泵，所述支路上设置有排气阀。

8.根据权利要求7所述的半导体处理装置，其进一步包括：

第二气体源，所述第二气体源通过第二管线耦接在所述汽化装置与所述支路之间的所述气体管线上、或耦接到所述汽化装置的进气口、或耦接到所述第一管线。

9.根据权利要求4所述的半导体处理装置，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以：

在反应源物质注入阶段期间，关闭所述第二阀，开启所述第一阀、所述第三阀和所述第四阀，以使所述反应源物质槽中的液态反应源物质在来自所述第一气体源的第一气体的推动下进入所述汽化装置。

10.根据权利要求9所述的半导体处理装置，其中所述控制器进一步经配置以控制所述第一阀在所述反应源物质注入阶段期间保持开启的时间，以控制进入所述汽化装置的液态反应源物质的量。

11.根据权利要求9所述的半导体处理装置，其中所述控制器进一步经配置以：

在净化阶段期间，使所述第三阀和所述第四阀保持开启，关闭所述第一阀和所述第二阀，以使所述反应源物质槽中的液态反应源物质在所述第一气体的推动下进入所述第一管线而不进入所述汽化装置。

12.根据权利要求8所述的半导体处理装置，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以：

在反应源物质注入阶段期间，关闭所述排气阀，开启所述第五阀，以使来自所述第二气体源的第二气体携带所述汽化装置产生的经汽化的反应源物质进入所述工艺腔。

13.根据权利要求12所述的半导体处理装置，其中所述控制器进一步经配置以：

在净化阶段期间，关闭所述第五阀，开启所述排气阀，以使所述第二气体携带所述气体管线中的残留反应源物质进入所述真空泵。

14.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其中所述气体管线上设置有加热装置，所述加热装置用以使所述气体管线中的所述经汽化的反应源物质保持一定温度。