CN101849280A - 喷淋头、包括该喷淋头的基底制程装置以及使用该喷淋头的等离子体供应方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷淋头，包括：一个第一环状件，其具有一个在其内形成的内部喷口；一个第二环状件，其被配置为围绕第一环状件，该第二环状件排布在第一环状件的外侧，使得第二环状件与第一环状件间隔开；以及一个连接构件，其用于将第一环状件和第二环状件互相连接。一个外部喷口在第一环状件和第二环状件之间形成。该喷淋头还包括：一个第三环状件，其排布于在第一环状件内形成的内部喷口中；以及一个第四环状件，其排布于在第一环状件和第二环状件之间形成的外部喷口中。该第三环状件具有一个在其内形成的最内部的喷口，且该第四环状件具有一个在其外侧形成的最外部的喷口。

Description

喷淋头、包括该喷淋头的基底制程装置以及使用该喷淋头的等离子体供应方法
技术领域
本发明涉及一种喷淋头(showerhead)、一种包括该喷淋头的基底制程装置以及一种使用该喷淋头的等离子体供应方法，更具体地，涉及一种具有一第一环状件和一第二环状件的喷淋头、一种包括该喷淋头的基底制程装置以及一种使用该喷淋头的等离子体供应方法。
背景技术
半导体器件具有在硅基底上的多个层。这些层通过沉积制程而沉积在基底上。所述沉积制程具有多个重要的问题，这些问题在评价沉积膜和选择沉积方法时是很重要的。
其中一个重要问题是沉积膜的质量。该质量包括成分、污染水平、缺陷密度以及机械和电气特性。膜的成分可根据沉积条件改变，这对于获得一个特定的成分是很重要的。
另一个重要问题是在晶片上的均匀厚度。具体而言，在具有一个阶梯的非平面图案顶部处沉积的膜的厚度是非常重要的。沉积膜的厚度是否均匀可由一个阶梯覆盖率来确定，所述阶梯覆盖率被限定为一个将沉积在阶梯部分的膜的最小厚度除以沉积在图案顶部的膜的厚度而获得的值。
另一个相关于沉积的问题是空间填充(space filling)，其包括用包括氧化膜的绝缘膜来填充金属线之间所限定间隙的间隙填充(gapfilling)。这些间隙设置用于将金属线物理地和电气地绝缘。
在上述问题中，均匀性是与沉积制程相关的重要问题之一。非均匀膜导致在金属线上的高电阻，而这增加了机械故障的可能性。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种能够确保制程均匀性的喷淋头、一种包括该喷淋头的基底制程装置以及一种使用该喷淋头的等离子体供应方法。
根据下文对本发明的详细描述和附图，本发明的其他目的将变得更加明了。
技术方案
根据本发明的一个方面，一种喷淋头包括：一个第一环状件，其具有一个在其内形成的内部喷口；一个第二环状件，其配置为围绕第一环状件，该第二环状件排布在第一环状件的外侧，使得第二环状件与第一环状件间隔开；以及一个连接构件，其用于将第一环状件和第二环状件互相连接，一个外部喷口在第一环状件和第二环状件之间形成。
优选地，该喷淋头还包括一个第三环状件，其排布于在第一环状件内形成的内部喷口中，使得第三环状件与第一环状件间隔开，且该第三环状件具有一个在其内形成的最内部的喷口。该第三环状件经由所述连接构件可被连接至第一和第二环状件。而且，第三环状件与所述连接构件是可分离的。
优选地，该喷淋头还包括一个第四环状件，其排布于在第一环状件和第二环状件之间形成的外部喷口中，使得第四环状件与第一环状件和第二环状件间隔开，且该第四环状件具有一个在其外侧形成的最外部的喷口。该第四环状件经由所述连接构件可被连接至第一和第二环状件。而且，该第四环状件与所述连接构件是可分离的。
优选地，该喷淋头还包括一个盘状的中心板，该盘状的中心板与第一环状件具有相同的中心。连接构件可包括多个从中心板沿径向方向向外延伸的连接杆。所述连接杆可绕中心板的中心以等角间隔布置。
根据本发明的另一方面，一种基底制程装置，包括：一个腔室，其限定一内部空间，在该内部空间中相对于一个基底实施一个制程；一个支撑构件，其排布在腔室中用于支撑基底；以及一个喷淋头，其排布在支撑构件上方且平行于支撑构件，用于向放置在支撑构件上的基底供应等离子体，该喷淋头包括：一个第一环状件，其具有一个在其内形成的内部喷口；一个第二环状件，其被配置为围绕该第一环状件，该第二环状件排布在第一环状件的外侧，使得第二环状件与第一环状件间隔开；以及一个连接构件，其用于将第一环状件和第二环状件互相连接，一个外部喷口在第一环状件和第二环状件之间形成。
优选地，该基底制程装置还包括：一个支撑框架，其用于将喷淋头固定至支撑构件的顶部，并且该喷淋头位于该支撑框架的上端。
优选地，该基底制程装置还包括：一个气体供应单元，其用于将源气体供应至内部空间；以及一个线圈，其用于在内部空间中感生一个电场，以由所述源气体生成等离子体。
根据本发明的再一个方面，一种使用一个喷淋头将等离子体供应至放置在支撑构件上的基底的方法，所述喷淋头具有一个第一环状件和一个第二环状件，所述第二环状件排布在第一环状件的外侧，使得第二环状件围绕第一环状件，该方法包括：通过一个在第一环状件内形成的内部喷口，以及一个在第一环状件和第二环状件之间形成的外部喷口，将等离子体供应至基底。
该方法还可包括：在所述内部喷口内安装一个第三环状件，以减小内部喷口的面积。同时，该方法还可包括：在所述外部喷口内安装一个第四环状件，以减小外部喷口的面积。
有益效果
根据本发明，可控制等离子体的供应，由此确保制程均匀性。
附图说明
附图被包括用于提供对本发明的进一步理解且被包含在本申请中以及组成本申请的一部分，这些附图示出了本发明的实施方案且与描述一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1是示意性图解了根据本发明第一实施方案的基底制程装置的视图；
图2是示意性图解了图1中的第一排出板的视图；
图3和4是图解了选择性地封闭在图1中的第一排出板处形成的排出孔的视图；
图5是图解了使用图1中的第一排出板和第二排出板控制制程均匀性的视图；
图6是示意性图解了根据本发明第二实施方案的基底制程装置的视图；
图7是示意性图解了根据本发明第三实施方案的基底制程装置的视图；
图8-10是图解了图6中的喷淋头的视图；以及
图11和12是图解了图1中的扩散板的视图。
本发明的最佳实施方式
在下文中，将参考附图——即，图1-12——更加详细地描述本发明的示例性实施方案。本发明的实施方案可以用各种形式改型，因此本发明的范围不应被理解为受到以下将要描述的实施方案的限制。这些实施方案被提供用于向本发明所属技术领域内的普通技术人员更清楚地描述本发明。因此，附图中示出的组成元件的形状可被放大以用于更清楚的说明。
同时，在下文中将描述一个使用等离子体的制程作为实施例，然而，本发明的技术构思和范围并不受限于该实施例。例如，本发明可适用于各种其中在真空状态下实施制程的半导体制造装置。在下文中也将描述一个感应耦合等离子体(ICP)类型的等离子体制程作为实施例，尽管本发明适用于包括电子回旋共振(ECR)类型的等离子体制程的各种等离子体制程。
图1是示意性图解了根据本发明第一实施方案的基底制程装置的视图。
该基底制程装置包括一个限定一内部空间的腔室10，在所述内部空间中相对于一个基底实施一个制程。腔室10包括一个制程腔室12和一个生成腔室14。在制程腔室12中，相对于所述基底实施一个制程。在生成腔室14中，等离子体由从一个气体供应单元40供应的源气体生成，这将在下文中进行描述。
一个支撑板20安装在制程腔室12中。基底被放置在支撑板20上。基底通过一个在制程腔室12一侧形成的进入口12a被引入制程腔室12。该引入的基底被放置在支撑板20上。支撑板20可以是一个静电夹盘(E-chuck)。而且，可提供一个氦气(He)后冷却系统(rear coolingsystem)(未示出)，以精确地控制放置在支撑板20上的晶片的温度。
一个线圈16缠绕在生成腔室14的外部周界，该线圈被连接至一个射频(RF)发生器。当射频电流沿线圈16流动时，该线圈感生一个磁场。等离子体通过该磁场由被供应至腔室10的源气体生成。
生成腔室14在其顶壁处设置有一个供应孔14a，一个供应管线42连接至该供应孔。供应管线42通过供应孔14a将源气体供应至腔室10。供应管线42通过一个安装在供应管线42上的阀门42a被打开或封闭。一个扩散板44被连接至生成腔室14的顶壁。在扩散板44和生成腔室14的顶壁之间限定了一个缓冲空间46。缓冲空间46填充有通过供应管线42供应的源气体。该源气体通过在扩散板44上形成的扩散孔被扩散至生成腔室14中。
同时，一个排出管线36被连接至制程腔室12的一侧。一个泵36a安装在排出管线36上。在腔室10中生成的等离子体和反应副产物通过该排出管线36被排出腔室10。此时，该等离子体和反应副产物被泵36a强制排出。
腔室10中的等离子体和反应副产物通过第一和第二排出板32和34被引入到排出管线36中。第一排出板32排布在支撑板20的外侧，使得第一排出板32大致平行于支撑板20布置。第二排出板34排布在第一排出板32下方，使得第二排出板34大致平行于第一排出板32布置。腔室10中的等离子体和反应副产物通过在第一排出板32处形成的第一排出孔322、324和326，以及在第二排出板34处形成的第二排出孔342、344和346被引入排出管线36中。
图2是示意性图解了图1中的第一排出板32的视图。第二排出板34和相应的第二覆盖物352和354具有与将在下文描述的第一排出板32和相应的第一覆盖物332、334和336相同的结构和功能，因此，将不再给出对第二排出板34以及第二覆盖物352和354的详细描述。
如图2所示，在第一排出板32处形成一个开口321、第一外侧排出孔322、第一中间排出孔324和第一内侧排出孔326。支撑板20安装在开口321中。第一内侧排出孔326被布置为围绕在第一排出板32的中心处形成的开口321。也即，第一内侧排出孔326被布置在一个绕开口321中心的同心圆上。第一中间排出孔324被布置为围绕第一内侧排出孔326。也即，第一中间排出孔324被布置在另一个绕开口321中心的同心圆上。第一外侧排出孔322被布置为围绕第一中间排出孔324。也即，第一外侧排出孔322被布置在另一个绕开口321中心的同心圆上。
如图2所示，第一外侧排出孔322可通过第一外侧覆盖物332被打开或封闭。第一中间排出孔324可通过第一中间覆盖物334被打开或封闭。第一内侧排出孔326可通过第一内侧覆盖物336被打开或封闭。第一外侧排出孔322具有的尺寸和形状相应于第一外侧覆盖物332的尺寸和形状。第一中间排出孔324具有的尺寸和形状相应于第一中间覆盖物334的尺寸和形状。第一内侧排出孔326具有的尺寸和形状相应于第一内侧覆盖物336的尺寸和形状。
图3和4是图解了选择性地封闭在图1中的第一排出板处形成的排出孔的视图，而图5是图解了使用图1中的第一排出板32和第二排出板34控制制程均匀性的视图。在下文中，将参考附图3-5描述一种控制制程均匀性的方法。
一个在腔室10的内部空间中的相对于基底的制程使用等离子体来执行，且通过控制等离子体的流动来确保制程均匀性。在腔室10中生成的等离子体通过第一和第二排出板32和34被引入排出管线36中。因此，可使用第一和第二排出板32和34来控制等离子体的流动。
图3图解了第一和第二中间排出孔324和344被第一和第二中间覆盖物334和354封闭的情况。图4图解了第一和第二中间排出孔324和344以及第一和第二外侧排出孔322和342分别地被第一和第二中间覆盖物334和354以及第一和第二外侧覆盖物332和352封闭的情况。等离子体通过在第一和第二排出板32和34处形成的各自的排出孔被引入至排出管线36中。因此，可通过选择性地封闭排出孔来控制流动面积(flow area)，由此控制等离子体的流动。
同时，在图3和4中，第一和第二排出板32和34的排出孔在相同条件下被封闭；然而，第一和第二排出板32和34的封闭条件可以改变。例如，第一外侧排出孔322中的一些可以被选择性地打开或封闭。或者，第一内侧排出孔326中的一些可以被选择性地打开或封闭。也即，可通过选择性地使用第一覆盖物(在图2中示出的第一覆盖物的数量是12个)来控制等离子体的流动，由此可根据制程结果来确保制程均匀性。
或者，如图5所示，第一和第二排出板32和34中的一个可相对于第一和第二排出板32和34中的另一个旋转，以调整第一排出孔和第二排出孔之间的相对位置。也即，第一排出孔和第二排出孔可以这样布置，使得第一排出孔和第二排出孔彼此不对齐，以控制等离子体的流动。
如上所述，可使用第一和第二排出板来控制等离子体的流动，由此确保制程均匀性。
本发明的实施方式
图6是示意性图解了根据本发明第二实施方案的基底制程装置的视图。如图6所示，该基底制程装置还包括一个引导管50。
引导管50具有一个大致相应于基底形状的横截面形状。例如，当基底是矩形时，引导管50具有一个矩形的横截面。当基底是圆形时，引导管50具有一个圆形的横截面。引导管50从制程腔室12的顶壁和生成腔室14的下端朝向支撑板20延伸。引导管50的下端与支撑板20间隔一个预定的距离。因此，等离子体可通过在引导管50下端和支撑板20之间限定的间隙被引入排出管线36中。
如图6所示，在生成腔室14中生成的等离子体可通过引导管50的内壁被集中在放置于支撑板20顶部的基底上。当不设置引导管50时，一些等离子体会流到基底之外而不与基底反应。
图7是示意性图解了根据本发明第三实施方案的基底制程装置的视图。该基底制程装置还包括一个喷淋头60和一个支撑框架70。喷淋头60排布在支撑板20上方，使得喷淋头60与支撑板20间隔一个预定的距离。喷淋头60被放置在支撑框架70的上端。支撑框70的下端连接至第一排出板32的顶部。支撑框架70支撑喷淋头60，且同时保护支撑板20和安装至支撑板20的一个加热器(未示出)。
图8-10是图解了图6中的喷淋头60的视图。喷淋头60包括一个中心板62、一个边界板66、以及将中心板62和边界板66相互连接的多个连接杆68。喷淋头60将在生成腔室14中生成的等离子体供应至放置在支撑板20上的基底。连接杆68a、68b和68c以120°的角度间隔绕中心板62布置。
如图8和10所示，中心板62位于喷淋头60的中央，而连接杆68从中心板62处沿径向方向向外延伸。环形边界板66连接至每个连接杆68的一端。在中心板62和边界板66之间插有第一到第六环状件64a、64b、64c、64d、64e和64f。第一到第六环状件64a、64b、64c、64d、64e和64f可分离地连接至连接杆68。
图9图解了第四和第六环状件64d和64f与连接杆68分离的情况。当第四和第六环状件64d和64f与连接杆68分离时，提供了相应于第四和第六环状件64d和64f的第四和第六喷口65d和65f。图10图解了第三、第四和第六环状件64c、64d和64f与连接杆68分离的情况。当第三、第四和第六环状件64c、64d和64f与连接杆68分离时，提供了相应于第三、第四和第六环状件64c、64d和64f的第三、第四和第六喷口65c、65d和65f。也即，可通过选择性地将第一到第六环状件64a、64b、64c、64d、64e和64f与连接杆68分离来选择性地提供第一到第六喷口65a、65b、65c、65d、65e和65f，由此控制待被供应至支撑板20的等离子体的流动，从而确保制程均匀性。
同时，例如，第四环状件64d可绕中心板62以预定角度间隔(例如，120°)划分成若干块，且第四环状件64d中的一些块可选择性地与第四环状件64d的其他块分离，以改变等离子体的流动。这种结构与前文结合第一和第二排出板32和34所给出的描述大体一致。
图11和12是图解了图1中的扩散板44的视图。
图11所示的扩散板44具有位于其最外侧的第一扩散孔442，以及位于第一扩散孔442内侧的第二扩散孔444。第一和第二扩散孔442和444被排布于一个预定的宽度d1内。图12所示的扩散板44具有除了第一和第二扩散孔442和444之外的第三和第四扩散孔446和448。第一到第四扩散孔被排布在一个预定的宽度d2内。
通过供应管线42被引入的源气体经由扩散孔被扩散至生成腔室14中。此时，可通过改变扩散孔的布置来改变供应源气体的方法，以及根据该供应源气体的方法来控制制程均匀性。
对于本领域普通技术人员来说明显的是，在不偏离本发明的主旨或范围的情况下，可对本发明做出各种修改和变型。因此，本发明旨在覆盖本发明的这些修改和变型，只要它们落在所附权利要求和它们的等价物的范围内。
工业适用性
从以上描述中很明显的是，可控制等离子体的供应，由此确保制程均匀性。因此，本发明具有工业适用性。

Claims (23)

1.一种喷淋头，包括：
一个第一环状件，其具有一个在其内形成的内部喷口；
一个第二环状件，其被配置为围绕第一环状件，该第二环状件排布在第一环状件的外侧，使得第二环状件与第一环状件间隔开；以及
一个连接构件，其用于将第一环状件和第二环状件互相连接，其中一个外部喷口在第一环状件和第二环状件之间形成。
2.根据权利要求1所述的喷淋头，还包括：
一个第三环状件，其排布于在第一环状件内形成的内部喷口中，使得第三环状件与第一环状件间隔开，其中
第三环状件具有一个在其内形成的最内部的喷口。
3.根据权利要求2所述的喷淋头，其中所述第三环状件经由所述连接构件连接至第一和第二环状件。
4.根据权利要求3所述的喷淋头，其中所述第三环状件与所述连接构件是可分离的。
5.根据权利要求1所述的喷淋头，还包括：
一个第四环状件，其排布于在第一环状件和第二环状件之间形成的外部喷口中，使得该第四环状件与第一环状件和第二环状件间隔开，其中
该第四环状件具有一个在其外侧形成的最外部的喷口。
6.根据权利要求5所述的喷淋头，其中所述第四环状件经由所述连接构件连接至第一和第二环状件。
7.根据权利要求6所述的喷淋头，其中所述第四环状件与所述连接构件是可分离的。
8.根据权利要求1所述的喷淋头，还包括：
一个盘状的中心板，其与第一环状件具有相同的中心。
9.根据权利要求8所述的喷淋头，其中
所述连接构件包括多个从中心板沿径向方向向外延伸的连接杆，且所述连接杆绕中心板的中心以等角间隔布置。
10.一种基底制程装置，包括：
一个腔室，其具有一内部空间，在该内部空间中相对于一个基底实施一个制程；
一个支撑构件，其排布在腔室中用于支撑基底；以及
一个喷淋头，其排布在支撑构件上方且平行于支撑构件，用于向放置在支撑构件上的基底供应等离子体，该喷淋头包括：
一个第一环状件，其具有一个在其内形成的内部喷口；
一个第二环状件，其被配置为围绕第一环状件，该第二环状件排布在第一环状件的外侧，使得第二环状件与第一环状件间隔开；以及
一个连接构件，其用于将第一环状件和第二环状件互相连接，其中一个外部喷口在第一环状件和第二环状件之间形成。
11.根据权利要求10所述的基底制程装置，还包括：
一个支撑框架，其用于将喷淋头固定至支撑构件的顶部，其中该喷淋头位于该支撑框架的上端。
12.根据权利要求10所述的基底制程装置，其中所述喷淋头还包括：
一个第三环状件，其排布于在第一环状件内形成的内部喷口中，使得第三环状件与第一环状件间隔开，该第三环状件具有一个在其内形成的最内部的喷口。
13.根据权利要求12所述的基底制程装置，其中所述第三环状件经由所述连接构件连接至第一和第二环状件。
14.根据权利要求13所述的基底制程装置，其中所述第三环状件与所述连接构件是可分离的。
15.根据权利要求10所述的基底制程装置，其中所述喷淋头还包括：
一个第四环状件，其排布于在第一环状件和第二环状件之间形成的外部喷口之间，使得该第四环状件与第一环状件和第二环状件间隔开，该第四环状件具有一个在其外侧形成的最外部的喷口。
16.根据权利要求15所述的基底制程装置，其中所述第四环状件经由所述连接构件连接至第一和第二环状件。
17.根据权利要求16所述的基底制程装置，其中所述第四环状件与所述连接构件是可分离的。
18.根据权利要求10所述的基底制程装置，其中所述喷淋头还包括：
一个盘状的中心板，其与第一环状件具有相同的中心。
19.根据权利要求18所述的基底制程装置，其中所述连接构件包括多个从中心板沿径向方向向外延伸的连接杆，且所述连接杆绕中心板的中心以等角间隔布置。
20.根据权利要求10所述的基底制程装置，还包括：
一个气体供应单元，其用于将源气体供应至内部空间；以及
一个线圈，其用于在内部空间感生一个电场，以由所述源气体生成等离子体。
21.一种使用一个喷淋头将等离子体供应至放置在支撑构件上的基底的方法，所述喷淋头具有一个第一环状件和一个第二环状件，所述第二环状件排布在第一环状件的外侧，使得第二环状件围绕第一环状件，该方法包括：
通过一个在第一环状件内形成的内部喷口，以及一个在第一环状件和第二环状件之间形成的外部喷口，将等离子体供应至基底。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在所述内部喷口内安装一个第三环状件，以减小内部喷口的面积。
23.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在所述外部喷口内安装一个第四环状件，以减小外部喷口的面积。
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