CN105308211A - 用于改善边缘一致性的腔室气体扩散器孔设计 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，用于沉积腔室的扩散器包括板和多个气体通道，所述板具有数个边缘区域、数个角落区域和中央区域，所述多个气体通道包括孔洞，所述多个气体通道形成在所述板的上游侧与下游侧之间，其中，在所述板的角落区域或边缘区域中的一个或多个中的孔洞的长度或直径中的一项或多项与在所述板的中央区域中的孔洞的对应长度或对应直径不同。

Description

用于改善边缘一致性的腔室气体扩散器孔设计

发明的背景

技术领域

本发明的实施例大体上涉及气体分布板组件和用于在处理腔室中分配气体的方法。

背景技术

液晶显示器或平板通常用于诸如计算机和电视监视器之类的有源矩阵显示器。等离子体增强化学气相沉积(PECVD)通常应用于在诸如用于平板显示器的透明基板或半导体晶片之类的透明基板上沉积薄膜。PECVD一般是通过将前体气体(precursorgas)或气体混合物引入到包含基板的真空腔室中来达成。前体气体或气体混合物通常被向下导向通过位于腔室顶部附近的分配板。通过将来自耦合至腔室的一个或多个射频(RF)源的RF功率施加至腔室以将腔室中的前体气体或气体混合物激励(例如，激发)为等离子体。被激发的气体或气体混合物反应以将材料层形成在基板的表面上，此基板被定位在温度受控的基板支撑件上。在反应期间产生的易挥发副产物通过排气系统从腔室泵送出。

由PECVD技术处理的平板典型地是大的，通常超过4平方米。用于在平板上提供均匀的工艺气流的气体分配板(或气体扩散器板)在尺寸上相对较大，相比用于200mm和300mm的半导体晶片处理的气体扩散板尤其如此。此外，由于基板是矩形的，因此基板的诸边缘(诸如，所述基板的诸侧边与角落)经历可能与所述基板的其他部分处所经历的条件不同的条件。这些不同的条件影响处理参数，诸如，膜厚度、沉积均匀性和/或膜应力。

随着在平面显示器产业中的基板尺寸继续增加，对大面积PECVD的膜厚和膜均匀性控制成为问题。薄膜电晶体(Thinfilmtransistor，TFT)和有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)恰是用于形成平板显示器的两种类型的器件。在基板的中央与边缘之间的沉积速率和/或膜特性(诸如，膜厚度或应力)的差异变得显著。

因此，需要一种改善膜沉积厚度的均匀性和膜特性的、改进的气体分配板组件。

发明内容

本发明总体涉及一种设计成确保在基板上基本上均匀的沉积的气体分配板。在一个实施例中，提供了用于沉积腔室的扩散器。扩散器包括板和多个气体通道，所述板具有数个边缘区域、数个角落区域和中央区域，所述多个气体通道包括孔洞，所述多个气体通道形成在所述板的上游侧与下游侧之间，其中，在所述板的角落区域或边缘区域中的一个或多个中的孔洞的的长度或直径中的一项或多项与在所述板的中央区域中的孔洞的对应长度或对应直径不同。

在另一实施例中，提供一种用于一沉积腔室的扩散器。扩散器包括：板，所述板具有第一主要边缘区域，所述第一主要边缘区域与第二主要边缘区域相对；次要边缘区域，所述次要边缘区域与所述第一主要边缘区域和所述第二主要边缘区域中的每一个相邻；角落区域，所述角落区域在所述两个主要边缘区域与所述次要边缘区域的交叉处；以及多个气体通道，所述多个气体通道形成在所述板的上游侧与下侧之间，其中，形成在所述两个主要边缘区域和所述角落区域中的一个或两个中的气体通道的部分包括局部流动梯度结构。

在又一实施例中，提供一种处理基板支撑件上的基板的方法。此方法包括：通过扩散器来传送沉积气体，所述扩散器具有第一组气体通道和第二组气体通道，所述第一组气体通道具有带有均匀的直径和/或均匀的长度的数个阻气孔(chokehole)，所述第二组气体通道具有带有渐增的直径和/或渐增的长度的数个阻气孔；离解所述扩散器与所述基板支撑件之间的沉积气体；以及通过经离解的气体将膜形成在基板的上方。

附图说明

因此，为了可详细地理解本发明的上述特征的方式，可参照实施例来获得对上文简要概括的本发明的更特定描述，在所附附图中示出实施例中的一些。然而，应当注意，由于本发明可承认其他等效实施例，因此所附附图仅示出本发明的典型实施例，并因此不视为限制本发明的范围。

图1是PECVD腔室的一个实施例的示意性截面图。

图2是图1的扩散器的部分的截面图。

图3是图1和图2的扩散器的横截面平面图。

图4是图3的扩散器的部分的横截面平面图。

图5是示出角落区域的一个实施例图3的扩散器的部分的横截面平面图。

图6是示出角落区域的另一实施例图3的扩散器的部分的横截面平面图。

图7和图8是可用于图1的腔室中的扩散器的其他实施例的部分截面图。

图9是可用于图1的腔室中的扩散器的部分的俯视图。

图10是示出根据测试结果的流导梯度的图。

图11是示出结合了在扩散器中变化的孔洞长度和直径的的测试结果的图。

为了有利于了解，在可能的情况下，已使用完全相同的附图标记来指定多个附图所共有的完全相同的元件。构想了一个实施例的元件和特性可有益地并入其他实施例中而无需进一步叙述。

具体实施方式

本发明的实施例总体上涉及设计为用于确保基板上基本均匀的沉积的气体分配板或扩散器。气体分配板可补偿在基板的角落区域中以及基板的边缘中的非均匀性。根据本文所述的实施例，通过调整气体流动通过位于沉积是不均匀的区域中的气体分配板，所述气体分配板补偿非均匀性。在一个实施例中，在气体分配板的一个或多个部分内的局部流动梯度可经调整以提供相对于所述气体分配板的其他部分更大的流速来通过所述气体分布板的诸部分，从而补偿非均匀性。在一个方面，气体通道可根据需求不同地定尺寸，使得允许更多气体流过某些策略性放置的气体通道，以增加位于气体分配板之下的基板区域中的基板上的沉积。气体通道的孔洞的尺寸可变化以形成导致基本上均匀的沉积的直径或长度、或孔直径或长度的混合的梯度。

在下文中参照PECVD系统来说明性地描述本文的实施例，所述PECVD系统配置成处理大面积基板，所述PECVD系统诸如，可从加州圣克拉拉市的应用材料公司(AppliedMaterials,Inc.,SantaClara,California)的子公司AKT获得的PECVD系统。然而，应当理解，本发明可用于其他系统配置，诸如，蚀刻系统、其他化学气相沉积系统和其中需要在工艺腔室之内分配气体的任何其他系统，包括配置成处理圆基板的那些系统。

图1是用于形成电子器件的腔室100的一个实施例的截面图，所述电子器件诸如通过PECVD工艺形成的TFT和AMOLED。应当注意，图1仅是可用于在基板上形成电子器件的示例性设备。用于PECVD工艺的合适的腔室可从位于加州圣克拉拉市的应用材料公司获得。构想了其他沉积腔室(包括来自其他制造商的那些沉积腔室)可用于实践本发明的实施例。

腔室100一般包括限定工艺容积106的诸个壁102、底部104和气体分配板或扩散器110、以及基板支撑件130。工艺容积106通过穿过壁102而形成的可密封狭缝阀108来访问，使得可将基板传送进或传送出腔室100。基板支撑件130包括用于支撑基板105的基板接收表面132，并且杆(stem)134耦接于提升系统136以升高和降低基板支撑件130。在处理期间，遮蔽框133可置于基板105的外围上方。升降杆138穿过基板支撑件130可移动地设置以往返于基板接收表面132移动基板105，从而有利于基板传送。基板支撑件130也可包括加热和/或冷却元件139，以将基板支撑件130和位于其上的基板105维持在所需的温度。基板支撑件130也可包括接地带131以在基板支撑件130的外围处提供RF接地。

扩散器110通过悬架114在其外围处耦接于背板112。扩散器110也可通过一个或多个中央支撑件116耦接于背板112，以有助于防止下垂(sag)和/或控制扩散器110的平直度/曲率。气源120耦接于背板112，以通过背板112将气体提供至形成在扩散器110中的多个气体通道111，并且将气体提供至基板接收表面132。真空泵109耦接于腔室100以控制工艺容积106内的压力。RF电源122耦接于背板112和/或扩散器110以将RF功率提供至扩散器110，以便在扩散器110与基板支撑件130之间生成电场，从而可从存在于扩散器110与基板支撑件130之间的气体中形成等离子体。可使用各种RF频率，诸如，约0.3MHz与约200MHz之间的频率。在一个实施例中，RF电源122以13.56MHz的频率将功率提供至扩散器110。

远程等离子体源124(诸如，电感耦合式远程等离子体源)也可耦接在气源120与背板112之间。在诸次处理基板之间，可将清洁气体提供至远程等离子体源124，并且可激发清洁气体以形成远程等离子体，从所述远程等离子体中生成离解的清洁气体物质，并提供离解的清洁气体物质以清洁腔室部件。清洁气体可进一步通过所提供的RF电源122激发以流经扩散器110，从而减少经离解的清洁气体物质的再结合。合适的清洁气体包括但不限于NF3、F2和SF6。

在一个实施例中，在沉积期间，可利用加热和/或冷却元件139以将基板支撑件130和其上的基板105的温度维持在约400摄氏度或更低。在一个实施例中，加热和/或冷却元件139可用于将基板温度控制到小于100摄氏度，诸如，在约20摄氏度与约90摄氏度之间。

在沉积期间，在设置在基板接收表面132上的基板105的顶表面与扩散器110的底表面140之间的间隔可在400mil(密耳)与约1200mil之间，例如，在400mil与约800mil之间。在一个实施例中，扩散器110的底表面140可包括凹形曲度，其中，扩散器110的中央区域比其的外围区域更薄，如图1的截面图中所示。底表面140示出为是面向基板105的凹面。应当理解，在一些实施例中，扩散器110的底表面140可以是平的，并且基本上平行于扩散器110的上表面142。此外，扩散器110的上表面142可包括锥形或凹形曲度，使得扩散器110的中央区域比其外围区域更薄。

通过PECVD工艺，腔室100可用于利用稀释在一氧化二氮(N2O)中的正硅酸四乙酯(tetraethylorthosilicate(C8H20O4Si))气体和/或硅烷(SiH4)气体来沉积氧化硅(SiOx)，所述氧化硅用作TFT和AMOLED中的栅极绝缘膜、用于散热的缓冲层和蚀刻停止层。氧化膜的均匀性(即，厚度)对最终的器件性能具有显著的影响，并因而在工艺发展中是关键的，最终的器件性能诸如，迁移率和漏极电流均匀性。跨基板的表面的约5％或更少的膜均匀性以及最小的边缘排除是所期望的。虽然已对此目取得了许多进展，但是存在其中未获得均匀性的区域。例如，基板的诸边缘(诸如，所述基板的角落区域和侧边)具有较低的沉积速率，这导致这些区域处的、比其他区域更小的膜厚度。虽然不希望受理论的约束，但是在边缘区域中的较低的沉积速率的原因归因于与这些区域相邻的电磁场变化和/或气体分布。已开发并测试了创造性的扩散器110以克服这些效应，并且使形成在基板105上的膜的非均匀性最小化。

图2是图1的扩散器110的部分的截面图。扩散器110包括第一或上游侧202和相对的第二或下游侧204，其中，第一或上游侧202面向背板112(在图1中示出)，且对应于图1的扩散器110的上表面142，相对的第二或下游侧204面向基板支撑件130(在图1中示出)，且对应于图1的扩散器110的底表面140。每一个气体通道111通过由孔洞214将第一孔210耦接至第二孔212来限定，第一孔210、孔洞214和第二孔212组合以形成穿过扩散器110的流体路径。第一孔210从扩散器110的上游侧202向底部218延伸第一深度230。第一孔210的底部218可经锥削、成斜角、倒角或修圆以使当气体自第一孔210流入孔洞214时的流动限制最小化。第一孔210一般具有约0.093至约0.218英寸的直径，并且在一个实施例中，直径为约0.156英寸。

扩散器110的厚度可以在约0.8英寸到约3.0英寸之间，例如，在约0.8英寸到约2.0英寸之间。第二孔212形成在扩散器110中，并且从下游侧(或端)204延伸约0.10英寸到约2.0英寸的深度232。在一个实施例中，深度232可以在约0.1英寸到约1.0英寸之间。第二孔212的直径236一般可以是约0.1英寸到约1.0英寸，并且能以约10度到约50度的角度216展开。在一个实施例中，直径236可以在约0.1英寸到约0.5英寸之间，并且展开角216可以在20度至约40度之间。第二孔212的表面可以在约0.05平方英寸到约10平方英寸之间，并且在一个实施例中可以在约0.05平方英寸到约5平方英寸之间。第二孔212的直径是指贯穿下游侧204的直径。用于处理1500mm乘1850mm基板的扩散器110的示例具有直径为0.250英寸且展开角216为约22度的第二孔212。相邻的第二孔212的边缘282之间的距离280在约0.0英寸到约0.6英寸之间，并且在一个实施例中，可以在约0.0英寸到约0.4英寸之间。第一孔210的直径通常是但不限于至少等于或小于第二孔212的直径。第二孔212的底部220可经锥削、成斜角、倒角或修圆以使气体从孔洞214流出并流入第二孔212的压力损失最小化。此外，由于孔洞214到下游侧204的接近度有助于使面向基板的第二孔212与下游侧204的被暴露的表面积最小化，因此减小了暴露于在腔室清洁期间提供的氟的扩散器110的下表面，进而减少所沉积的膜的氟污染的发生。

在一个实施例中，第二孔212的体积可包括数个空心阴极腔250。例如，孔洞214可在扩散器110的上游侧202上生成回压(backpressure)。由于所述回压，工艺气体可在通过气体通道111之前均匀地分布在扩散器110的上游侧202上。空心阴极腔250的体积允许等离子体在气体通道111中生成，特别是在这些空心阴极腔250中生成。与没有空心阴极腔存在的情况相反，空心阴极腔250的体积变化允许对等离子体分布的较大控制。空心阴极腔在下侧204处的至少部分可具有比孔洞214更大的直径236或宽度。第一孔210具有小于等离子体暗空间(plasmadarkspace)的宽度或直径，因此，在空心阴极腔250的上方不形成等离子体。

孔洞214一般耦接第一孔210的底部218与第二孔212的底部220。孔洞214可包括约0.01英寸到约0.3英寸的直径，例如，约0.01英寸到约0.1英寸，并且可包括约0.02英寸到约1.0英寸的长度234，例如，约0.02英寸到约0.5英寸。孔洞214可以是阻气孔(chokehole)，并且孔洞214的长度234和直径(或其他几何属性)是扩散器110与背板112(在图1中示出)之间的体积中的回压的主要源，所述回压的主要源促进跨扩散器110的上游侧202的气体的均匀分布。孔洞214通常在多个气体通道111之间一致地配置；然而，在诸气体通道111之间可不同地配置通过孔洞214的限制，从而促进相对于扩散器110的另一区或区域而有更多气体流经扩散器110的一个区或区域。例如，在较接近腔室100的壁102(在图1中示出)处，孔洞214在扩散器110的那些气体通道111中可具有较大的直径和/或较短的长度234，使得更多气体流过扩散器110的边缘，从而增加在基板105的外围区域的诸部分处的沉积速率。

图3是示出形成在其中的孔洞214的图1和图2的扩散器110的横截面平面图。扩散器110包括在角落305A-305D处被连接的相邻的侧300A-300D。侧300A和300C定义扩散器110的主要边缘，而侧300B和300D定义扩散器110的次要边缘。

区310由在扩散器110的侧300A上的虚线曲线指示。区310包括扩散器110中的、孔洞214包括与所述扩散器110中的其他孔洞214不同的流动限制属性的区域。虽然仅在侧300A上示出区310，但是侧300B-300D中的一个或全部都可包括区310。扩散器110可包括由邻近角落305A的虚线曲线指示的区315。区315包括扩散器110中的、孔洞214包括与所述扩散器110中的其他孔洞214不同的流动限制属性的区域。虽然区315示出为邻近角落305A，但是角落305B-305D中的一个或全部都可包括区315。

区310、315可限定扩散器110中提供了根据本文中所述的实施例的局部流动梯度的诸部分。此局部流动梯度可包括由一个或多个孔洞214组成的结构，这一个或多个孔洞214具有与扩散器110中的其他孔洞214不同的流动限制属性。此局部流动梯度可通过一个或多个孔洞214来提供，这一个或多个孔洞214具有与扩散器110中的其他孔洞214的直径不同的直径和/或长度。此局部流动梯度可包括由具有第一直径和/或长度的一个孔洞214组成的结构，具有第二直径的其他孔洞214围绕具有第一直径和/或长度的孔洞214，第二直径和/或长度与第一直径和/或长度不同。此局部流动梯度也可包括由具有第一直径和/或长度的一组孔洞214组成的结构，所述具有第一直径和/或长度的一组孔洞214邻近具有第二直径和/或长度的其他孔洞214，第二直径和/或长度与第一直径和/或长度不同。此外，此局部流动梯度可包括由一个或多个孔洞214的诸个组组成的结构，一个或多个孔洞214的诸个组具有第一直径和/或长度，并且散布在具有第二直径和/或长度的其他孔洞214内，第二直径和/或长度与第一直径和/或长度不同。

扩散器110可配置为提供从中央到(数个)边缘和/或(数个)角落的空心阴极梯度(hollowcathodegradient)。例如，气体通道111(各自都由图2中所述的第一孔210、孔洞214和第二孔212组成)可配置为具有变化的体积，相对于空心阴极腔250的体积(在图2中示出)尤其如此。在一个实施例中，扩散器110包括空心阴极梯度，此空心阴极梯度包括具有从扩散器110的中央到所述扩散器110的边缘的增加的体积。在另一实施例中，扩散器110包括空心阴极梯度，此空心阴极梯度包括具有从扩散器110的中央到所述扩散器110的角落的增加的体积。例如，相比在扩散器110的中央区域的空心阴极腔250，这些空心阴极腔250可包括在侧300A-300D中的一个或全部、角落305A-305D中的一个或全部、及其组合处的更大的体积。此外，从中央到侧300A-300D中的一个或全部、到角落305A-305D中的一个或全部、以及到上述的组合中的孔洞214的体积可增加。从扩散器110的中央到所述扩散器110的角落，孔洞214和/或空心阴极腔250的体积可逐渐地增加。

与图3的扩散器110类似的扩散器的诸角落区域经测试，并且创造性的扩散器在沉积率方面显示出15％的增加。此外，作为结果，在15mm边缘排除的情况下，在具有1个放大的孔洞处的角落对角轮廓(cornerdiagonalprofile)从96％改善至98％。

图4是图3的扩散器110的区310的部分的横截面平面图。示出了表示在图3中示出的孔洞214的一个实施例的多个孔洞405、410、415、420、425和430。第1-6行示出为区310的子区400，并且包括具有不同的流动限制属性的孔洞405、410、415、420、425和430，不同的流动限制属性包括局部流动梯度结构的一个实施例。诸孔洞405被包括在第1行中，并且可包括第一直径，所述第一直径大于第2行的诸孔洞410的直径。诸孔洞415被包括在第3行中，并且可包括第二直径，所述第二直径大于第4行的诸孔洞420的直径。在一个实施例中，第一直径可以比扩散器110的、具有最小直径的孔洞n的直径大约30％。在另一实施例中，第二直径可以比具有扩散器110的、具有最小直径的孔洞n的直径大约20％。在一个实施例中，扩散器110的孔洞n的直径(即，最小的直径)为约17mil到约22mil，例如，约18mil到20mil。在区310内，孔洞405、410、415、420、425和430的直径差异的模式(pattern)可发生变化。在一个实施例中，在区310内，从扩散器110的侧300A到中央，孔洞405、410、415、420、425和430的直径减小。在另一实施例中，诸孔洞405包括比孔洞410、415、420、425和430中的一个或它们组合的直径更大的第一直径。在另一实施例中，在子区400中的数个选择行可包括具有与诸孔洞405的直径类似的直径的一个或多个孔洞，诸孔洞405的直径大于孔洞410、415、420、425和430的直径。在另一实施例中，在第1-6行中的每一行内，可混合具有不同直径的孔洞405、410、415、420、425和430。附加地或替代地，多个孔洞405、410、415、420、425和430中的一个或多个的长度可以不同。例如，从第1行至第6行，多个孔洞405、410、415、420、425和430的长度减小，从第1行至第6行，多个孔洞405、410、415、420、425和430的长度增加，或者可在所述区中混合多个孔洞405、410、415、420、425和430的长度。

图5是区315的一个实施例的图3的扩散器110的部分的横截面平面图。多个第一孔洞505A示出为在具有第二直径的多个第二孔洞505B之间，这包括局部流动梯度结构的另一实施例。在一个实施例中，第二直径小于第一直径。一方面，第一孔洞505A的直径比第二孔洞505B的直径大约20％到约30％。在一个实施例中，这多个第一孔洞505A包括群集510，并且这些群集510中的一个或多个可被包括在区315中。附加地或替代地，这多个第一孔洞505A的长度可以与这多个第二孔洞505B的长度不同。此外，取决于在不同低压力范畴(regime)中所需的流导值(conductancevalue)，从扩散器110的中央到所述扩散器110的边缘，这多个第二孔洞505B的长度可增加或减小。

图6是示出区315的另一实施例的图3的扩散器110的部分的横截面平面图。在此实施例中，多个第一孔洞605A示出为围绕多个第二孔洞605B、605C和605D而设置，这包括局部流动梯度结构的另一实施例。在一个实施例中，第一孔洞605A中的每一个包括小于第二孔洞605B、605C和605D中的每一个的直径和/或长度的直径和/或长度。在另一实施例中，第二孔洞的部分具有比第一孔洞605A的直径和/或长度大约20％至约30％的直径和/或长度。在另一实施例中，第二孔洞的部分(诸如，第二孔洞605B)的直径和/或长度是大于第一孔洞605A的直径和/或长度和第二孔洞的其余部分605C和605D两者的直径和/或长度。在另一实施例中，第二孔洞的部分(诸如，第二孔洞605B)的直径和/或长度大于第一孔洞605A和第二孔洞的其余部分605C和605D的直径和/或长度，并且第二孔洞的其余部分605C和605D尺寸相同。

图7和图8是可用于图1的腔室100中的扩散器110的其他实施例的部分截面图。扩散器110包括诸气体通道111，并且每一个气体通道111通过由孔洞214将第一孔210耦接至第二孔212来限定，第一孔210、孔洞214和第二孔212组合以形成穿过扩散器110的流体路径。在此实施例中，从扩散器110的中央到扩散器110的边缘，孔洞的长度和/或第一孔210的长度发生变化。例如，如图7中所示，第一孔洞长度700A可大于第二孔洞长度700B。在图8中，从扩散器110的中央到扩散器110的边缘，空心阴极腔250的体积发生变化。例如，在图8中，第二孔洞长度800B大于第一孔洞长度800A。此外，从边缘到中央，第一孔210的长度可减小。因此，可利用控制第一孔210的长度来控制孔洞214的长度。

由于在黏性气体压力范畴中流经具有直径(D)和长度(L)的气体的流导(C)相比受长度改变的影响(例如，CαΔL-1)更显著地受直径改变的影响(例如，CαΔD4)，因此，相比调整扩散器110的不同区中的直径，通过控制扩散器110的不同区中的每一个孔洞214的长度来控制通过一个孔洞214到达另一孔洞214的气体流导的变化要容易得多。因此，虽然可提供根据本文中所述的实施例的孔洞214的直径变化，但是孔洞214的长度变化可用于对通过扩散器110的所需的诸区域的流导进行精调，所需的诸区域诸如，图3中所示的区310、315。

在本文中所述的扩散器110的实施例中，对于不同的流动范畴和/或流经气体通道111的不同气体，气体通道111的流动属性的变化对于在基板上均匀的膜的形成可能是需要的。例如，孔洞214的长度和/或尺寸以及空心阴极腔250的体积变化可用于调整气体流动和流导，这可增强特定的膜形成工艺。作为一个示例，本文中所述的孔洞214的长度变化可促进均匀的氧化层的形成。在另一示例中，本文中所述的空心阴极腔250的体积变化可促进均匀的氮化层的形成。在常规系统中，可能已使用隔板(通常设置在进入腔室的气体入口与扩散器的上表面之间)来对通过扩散器的流动进行调节。然而，隔板可能无法用于改变诸单独的气体通道之间或诸组气体通道之间的流动，也无法创建由本文中所述的实施例提供的具有分级的(graded)或变化的流动属性的气体通道的区域。因此，利用本文中所述的扩散器110的实施例，隔板是不需要的。此外，利用本文中所述的扩散器110的实施例可在将膜形成在基板上时提供较大的可重复性裕度。

图9是可用于图1的腔室100中的扩散器110的部分的俯视图。多个气体通道111示出为从上游侧202来看。气体通道111的第一区900A包括与扩散器110的第二区900B或第三区900C(从边缘至中央或从中央至边缘)不同的流动属性。流动属性可以是具有在每一个区900A-900C内的不同长度和/或不同直径的诸孔洞中的一个或诸孔洞214的组合。例如，在第一区900A中的孔洞214可包括比在第二区和第三区900C中的一个或两个中的孔洞214的长度小的长度。在第二区900B中的孔洞214可包括比在第三区900C中的孔洞214的长度小的长度。或者，在第一区900A中的孔洞214可包括比在第二区和第三区900C中的一个或两个中的孔洞214的长度大的长度，并且在第二区900B中的孔洞214可包括比在第三区900C中的孔洞214的长度大的长度。替代地或附加地，在第一区900A中的孔洞214可包括比在第二区和第三区900C中的一个或两个中的孔洞214的直径小的直径。在第二区900B中的孔洞214可包括比在第三区900C中的孔洞214的直径小的直径。在另一替代方案中，在第一区900A中的孔洞214可包括比在第二区和第三区900C中的一个或两个中的孔洞214的直径更大的直径，并且在第二区900B中的孔洞214可包括比在第三区900C中的孔洞214的直径更大的直径。另外，可如上所述来使用孔洞214的变化的长度。

在一个实施例中，孔洞214的长度可从长度约0.2英寸变化至长度约0.5英寸以获取从约20％至约415％的流动梯度，例如，跨扩散器110的区域的约50％至约200％的流动梯度。流动梯度可以是中央至边缘、边缘至中央、中央至角落、或对角式的。在一个示例中，从中央到边缘，流动梯度可以是约20％到约415％，并且平均流动速率位于扩散器110的中央与边缘之间的某处。流动梯度可使用特定直径的钻头(drillbit)来形成。钻头的直径可产生具有大约0.015英寸直径的孔洞214，或产生具有大约0.023英寸直径的孔洞214。流动梯度可使用这些钻头的任一尺寸，通过改变所形成的孔洞的长度来形成。例如，当使用具有0.015英寸直径的钻头时，仅所形成的孔洞的长度将需要改变以在气体通道111之间提供流动梯度。

能以低成本来执行对扩散器(诸如，图7-9的扩散器110)的制造，因为相同的钻头尺寸可用于形成这些孔洞中的每一个孔洞。从实心板开始，可将用于形成孔洞214的所需尺寸的钻头(或多个钻头，取决于机器的能力)提供给自动化铣床或钻孔机，并且可对所述自动化铣床或钻孔机编程以在所述板的第一侧上钻数个孔洞。例如，计算机数控(CNC)机可经编程以便使用相同尺寸的钻头，以预定的间距，在板的第一侧中钻数个孔洞。因此，单一尺寸的钻头(或多个钻头，取决于机器的能力)可用于形成这些孔洞中的每一个孔洞。这节省了时间，因为在扩散器的制造期间将不改变钻头。

接着，可将所需尺寸的第二个钻头(或多个钻头，取决于机器的能力)提供给自动化机器以在上游侧中形成数个第一孔。可使用钻头来形成具有约0.093英寸至约0.25英寸的直径的第一孔。在一个示例中，如果需要具有大约0.1英寸直径的第一孔，则可使用0.1英寸钻头，并且机器经编程以在这些孔洞中的每一个孔洞中钻出所需深度的孔。为了控制先前形成在第一孔中的孔洞的长度，将仅需要控制第一孔的深度。例如，如果需要图7的气体通道111，则第一孔中的每一个孔的深度将是相同的。另一方面，如果需要图8的气体通道111，则第一孔的深度将有所变化。因此，单一尺寸的钻头(或多个钻头，取决于机器的能力)可用于形成与这些孔洞中的每一个孔洞同心的第一孔。

在形成了第一孔中的每一个孔之后，可翻转板，使得可对下游侧钻孔以形成第二孔。可将所需尺寸的第三个钻头或铣刀(或多个钻头或铣刀，取决于机器的能力)提供给自动化机器以在下游侧中形成数个第二孔。可使用钻头或铣刀来形成具有约0.1英寸到约1.0英寸的直径(以及如图2中所示的展开角)的第二孔。在一个示例中，如果需要大约0.1英寸直径的第二孔，则可使用0.1英寸钻头(或具有所需的展开角的铣刀)，并且机器可经编程以在这些孔洞中的每一个孔洞中在与第一孔相对处钻出所需深度的孔。为了控制先前形成在第二孔中的孔洞的长度，将仅需要控制第二孔的深度。例如，如果需要图7的气体通道111，则第一孔中的每一个孔的深度将是相同的。另一方面，如果需要图8的气体通道111，则第一孔的深度将有所变化。因此，可使用单一尺寸的钻头(或多个钻头或铣刀，取决于机器的能力)以形成与这些孔洞中的每一个孔洞同心的第二孔。

对具有本文中所述的气体通道的扩散器执行了广泛的测试，并且观察了流导(flowconductance)。使用相比常规扩散器而进行的变化长度和变化孔洞的直径中的一个或它们的组合而产生了扩散器中的梯度，并且记录了在每一个气体通道处的流导。

表1

表1中示出所述测试的部分。方法A包括改变孔洞的直径，而方法B包括变化孔洞的长度。此表也示出通过这两种方法实现的流导及流动梯动。如表中所见，通过要么改变孔洞的直径要么改变孔洞的长度，可实现50％至200％的流动梯度。为了实现50％至200％的流动梯度，方法A需要具有多个直径的孔洞，这一般需要较多的时间，因为必须改变钻头。然而，改变长度仅使用单一钻头(在这种情况下，在方法B中，使用大约19.7mil直径的钻头)，这需要较少的时间，因为使用相同的钻头。

图10是示出针对根据上述表1的方法A与方法B所实现的流导梯度的图1000。

图11是示出结合方法A与B的图1100。如图中所见，可实现从约20％(利用15.8mil直径的钻头)到约415％(利用23.6mil直径的钻头)的流动梯度。

在低压力条件下的工艺条件中执行了进一步的测试。示出了流导的显著增加和增加的沉积率，在图3的区310中尤其如此。此外，执行了对制造公差的分析。发现了当流导梯度的要求小于175％时，表1中的方法B具有比表1中的方法A更低的流导误差。

本文中所述的具有变化的孔洞的扩散器110的实施例在基板的角落区域和/或边缘区域增加了气体流动并补偿了低沉积速率。进而改善了总体膜厚均匀度。在改进的工艺中，可制造根据本文中所述的实施例的扩散器110，或者可将本文中所述的孔洞添加到现有的扩散器中。

虽然上述内容针对本发明的诸实施例，但是可设计本发明的其他和进一步的实施例而不背离本发明的基本范围，并且本发明的范围由所附权利要求书来确定。

Claims (18)

1.一种用于沉积腔室的扩散器，所述扩散器包括：

板，所述板具有数个边缘区域、数个角落区域和中央区域；以及多个气体通道，所述多个气体通道包括孔洞，所述多个气体通道形成在所述板的上游侧与下游侧之间，其中，所述板的所述角落区域或所述边缘区域中的一个或多个中的孔洞的长度或直径中的一项或多项与所述板的所述中央区域中的孔洞的对应长度或对应直径不同。

2.如权利要求1所述的扩散器，其中，在所述板的所述角落区域或所述边缘区域处的孔洞的直径大于在所述板的所述中央区域中的孔洞的对应直径，并且在所述板的所述角落区域或所述边缘区域中的域中的一个或多个中的孔洞的长度与在所述板的所述中央区域中的孔洞的对应长度相同。

3.如权利要求2所述的扩散器，其中，在所述边缘区域和所述角落区域中的一个或两个中的所述多个气体通道的部分包括第一孔洞和第二孔洞，所述第一孔洞具有第一直径，所述第二孔洞具有第二直径，并且其余的多个孔洞包括第三直径，所述第一直径大于所述第二直径，并大于所述第三直径。

4.如权利要求3所述的扩散器，其中，所述第一直径比所述第三直径大约30％。

5.如权利要求3所述的扩散器，其中，所述第二直径与所述第三直径基本上相同。

6.如权利要求1所述的扩散器，其中，在所述板的所述角落区域或所述边缘区域处的孔洞的长度小于在所述板的所述中央区域中的孔洞的对应长度。

7.如权利要求6所述的扩散器，其中，在所述角落区域中的所述多个气体通道的部分包括孔洞群集，所述孔洞群集具有比在所述板的所述中央区域中的孔洞的对应直径大的直径。

8.如权利要求6所述的扩散器，其中，在所述边缘区域中的所述多个气体通道的部分包括一个或多个第一行的第一孔洞以及一个或多个第二行的第二孔洞，所述一个或多个第二行的第二孔洞关于所述一个或多个第一行的第一孔洞向内地定位，并且所述第一孔洞和所述第二孔洞的直径大于在所述板的所述中央区域中的孔洞的对应直径。

9.一种用于沉积腔室的扩散器，包括：

板，具有与第二主要边缘区域相对的第一主要边缘区域；

次要边缘区域，与所述第一主要边缘区域和所述第二主要边缘区域中的每一个相邻；

角落区域，在所述两个主要边缘区域和所述次要边缘区域的交叉处；以及

多个气体通道，形成在所述板的上游侧与下游侧之间，其中，形成在所述两个主要边缘区域和所述角落区域中的一个或两个中的气体通道的部分包括局部流动梯度结构。

10.如权利要求9所述的扩散器，其中，所述气体通道的部分包括具有小于形成在所述板中的气体通道的另一部分的长度的长度。

11.如权利要求10所述的扩散器，其中，所述气体通道的部分包括第一孔洞和第二孔洞，所述第一孔洞具有第一直径，所述第二孔洞具有第二直径，并且所述多个孔洞的其余部分包括第三直径，所述第一直径大于所述第二直径，并且大于所述第三直径。

12.如权利要求11所述的扩散器，其中，所述第一直径比所述第三直径大约30％。

13.如权利要求11所述的扩散器，其中，其余的多个孔洞包括第四直径，所述第四直径小于所述第三直径。

14.如权利要求13所述的扩散器，其中，所述第二直径与所述第三直径基本上相同。

15.如权利要求11所述的扩散器，其中，所述第一直径比所述第四直径大约30％。

16.如权利要求15所述的扩散器，其中，所述第二直径与所述第三直径基本上相同。

17.如权利要求16所述的扩散器，其中，所述第二直径和所述第三直径都比所述第四直径大约20％。

18.如权利要求17所述的扩散器，其中，所述第一直径比所述第四直径大约30％。