CN106571319A - 具有多个流体输送区的喷淋头组件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及了一种具有多个流体输送区的喷淋头组件。所述喷淋头组件包括：面板，所述面板被配置成将工艺气体输送到限定在所述喷淋头组件与所述基板支撑件之间的处理区域；以及底板，所述底板被定位在所述面板上方，在所述盖与所述底板之间限定第一气室，所述底板具有多个区域，其中每个区域具有多个开口，所述多个开口被配置成使一定量的惰性气体从所述第一气室流入所述面板与所述底板之间限定的第二气室，两个气室利用每个区中的所述多个开口流体连通，使得所述惰性气体在离开所述喷淋头组件之前与所述工艺气体混合。

Description

具有多个流体输送区的喷淋头组件
背景
技术领域
本公开的实施方式大体涉及一种用于半导体处理装置的喷淋头组件，并且更具体地涉及一种具有用于独立控制从喷淋头组件穿过的流体的多个区域的喷淋头组件。
背景技术
可靠产生亚半微米和更小的特征是下一代超大规模集成(VLSI)和特大规模集成(ULSI)的半导体器件的关键技术挑战之一。然而，随着电路技术的极限推进，收缩尺寸的VLSI和ULSI技术对处理能力有另外需求。在基板上可靠形成栅极结构对VLSI和ULSI成功并且对于继续努力增加电路密度来说是有用的。
随着下一代器件的电路密度增加，互连件(诸如通孔、沟槽、触点、栅极结构和其他特征，以及在它们之间的电介质材料)的宽度减至45nm和32nm尺寸以及更小。为了能够制造下一代器件和结构，通常在半导体芯片中使用三维(3D)特征堆叠。具体来说，鳍式场效应晶体管(FinFET)通常用于在半导体芯片中形成三维(3D)结构。通过以三维而非常规二维的方式布置晶体管，多个晶体管可在集成电路(IC)中非常靠近彼此放置。随着电路密度和堆叠的增加，用以选择性地将后续材料沉积在先前沉积材料上的能力变得重要。控制通过喷淋头组件来输送到基板的流体的能力在辅助来成功制造下一代器件方面变为越来越为有用。
因此，需要一种改进的喷淋头组件。
发明内容
在一个实施方式中，在本文中公开一种喷淋头组件。所述喷淋头组件包括面板和底板。面板具有第一侧和第二侧。面板具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成将工艺气体从所述第一侧输送到所述第二侧。底板被定位在面板的第一侧的相邻位置。底板具有多个区域，其中每个区域具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成使惰性气体穿过所述底板来流入限定在所述面板与所述底板之间的气室。惰性气体会与工艺气体在气室中混合。
在另一实施方式中，在本文中公开一种喷淋头组件。所述喷淋头组件包括面板和底板。喷淋头包括第一侧和第二侧。面板具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成将工艺气体从所述第一侧输送到所述第二侧。底板被定位在面板的第一侧的相邻位置，从而在所述面板与所述底板之间限定气室，其中所述底板具有多个区域。每个区域包括导通率控制器组件，所述导通率控制器组件从底板延伸到气室之中。所述导通率控制器组件被配置成控制气室内的工艺气体的导通率。
在另一实施方式中，在本文中公开一种喷淋头组件。所述喷淋头组件包括面板和底板。喷淋头包括第一侧和第二侧。面板具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成将工艺气体从所述第一侧输送到所述第二侧。底板被定位在面板的第一侧的相邻位置，从而在所述面板与所述底板之间限定气室，其中多个气体线路被形成为穿过所述底板开口至所述气室中。多个气体线路在底板中形成多个区域，其中每个区域被配置成将不同量的工艺气体提供到气室。
附图简述
因此，为了能够详细理解本公开的上述特征结构所用方式，上文所简要概述的本公开的更具体的描述可以参考各个实施方式获得，一些实施方式例示出在附图中。然而，应当注意，附图仅仅示出本公开的典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他等效实施方式。
图1示出根据一个实施方式的具有喷淋头组件之处理腔室。
图2示出根据一个实施方式的图1的气体输送系统。
图3示出根据一个实施方式的具有喷淋头组件之处理腔室。
图4示出根据一个实施方式的具有喷淋头组件之处理腔室。
为了促进理解，已尽可能使用相同元件符号指定各图所共有的相同元件。应预见到，一个实施方式的要素和特征可有利地并入其他实施方式，而无需进一步叙述。
然而，应当注意，附图仅仅示出本公开的示例性的实施方式，并且因此不应视为限制本公开的范围，因为本公开可允许其他等效实施方式。
具体实施方式
图1示出根据一个实施方式的化学气相沉积(CVD)处理腔室100，所述处理腔室具有喷淋头组件112。处理腔室100包括腔室主体102，所述腔室主体具有侧壁104、底部105和盖106。侧壁104和盖106限定内部容积108。基板传送端口110可以形成在侧壁104中，以将基板传送进出内部容积108。
基板支撑组件126设置在处理腔室100的内部容积108内，位于喷淋头组件112下方。基板支撑组件126被配置成在处理期间支撑基板101。基板支撑组件126可以包括可移动地设置成穿过其中的多个升降杆128。升降杆128可致动成从基板支撑组件126的支撑表面130突出，由此将基板101放置成与基板支撑组件126成间隔关系，以便促成利用传送用机器人(未示出)传送通过基板传送端口110。
喷淋头组件112设置在内部容积108中，并耦接到盖106。喷淋头组件112包括底板114和面板118。底板114被定位在盖106下方，使得第一气室120形成在底板114与盖106之间。在一个实施方式中，喷淋头组件112还进一步包括扩散板116，扩散板定位在底板114与面板118之间。扩散板116形成底板114与扩散板116之间的第二气室124和在扩散板116与面板118之间的第三气室122。
第一气室120由底板114划分成多个区域。例如，在图1中示出的实施方式中，第一气室120被划分成区Z2和区Z3。第一气室120被配置成从耦接到惰性气源144的气体输送系统180接收惰性气体。惰性气体可被提供到每个区Z2和Z3。例如，相较于提供到Z3的惰性气体，更大量的惰性气体可被提供到Z2。在一个实施方式中，气体输送系统180使用流比控制技术相对于区域Z3来控制输送到区域Z2的惰性气体的量。在一个实施方式中，可以使用气动阀和设定好大小的孔口的不同组合实现气体分流。在另一实施方式中，当组合使用时，使用不同的输气阀(诸如压电阀和ALD阀)可以实现至不同区域的相同气体分流结果。
底板114被配置成将惰性气体从第一气室120提供到第二气室124。底板114包括多个孔隙132。孔隙132允许第一气室120与第二气室124之间的流体连通。多个孔隙132被定位在区域Z2和Z3下方，并且因此孔隙132分成底板114中的对应区域Z2、Z3。
处理腔室100还进一步包括中心导管138。中心导管138被形成为穿过盖106，并且通向第二气室124。中心导管138被配置成将工艺气体从工艺气体源140提供到第二气室124。在第二气室124中，由中心导管138供应的工艺气体与从底板114提供的惰性气体混合。由于穿过底板114中的每个区域进入第二气室124的惰性气体的量不同，因此，工艺气体与惰性气体的比率在第二气室124上并不均匀。因此，在第二气室124中，存在由惰性气体稀释的三个工艺气体稀释区(A1、A2、A3)。第一区A1位于中心导管138的正下方，其中工艺气体未受第一气体稀释；第二区域A2位于第一气室120中的Z2下方；并且第三区域A3位于第一气室120中的Z3下方。每个区域A1-A3可以包括惰性气体与工艺气体的不同比率。在气室120中形成工艺气体的多个区域允许离开面板并输送到基板的工艺气体的分布存在梯度，以便改进膜沉积的性质。
扩散板116包括多个孔隙134。多个孔隙134允许第二气室124和第三气室122之间的流体流通。扩散板116被配置成分散提供到第三气室122的气体混合物。第三气室122通过形成为穿过面板118的多个孔隙136来与面板118与基板支撑组件126之间限定的处理区域142流体连通。孔隙允许第三气室122与处理区域142之间的流体连通。
控制器190被耦接到处理腔室100。控制器190包括中央处理单元(CPU)192、存储器194和支持电路196。控制器190用于控制供应到第一气室120的每个区域Z2、Z3的惰性气体的量。控制至每个区域的惰性气体的量允许离开喷淋头组件112的气体分布均匀性得以控制。CPU 192可为可用于工业环境的任何形式通用计算机处理器。软件例程可以存储在存储器194(诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘，或者其他形式数字存储装置)中。支持电路196常规地耦接到CPU 192，并且可以包括高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等。软件例程在由CPU 192执行时，将CPU 192转变为专用计算机(控制器)190，从而控制处理腔室100，以使得这些工艺根据本公开来执行。软件例程还可通过位于腔室的远程位置的第二控制器(未示出)存储和/或执行。
图2示出根据一个实施方式的气体输送系统180。气体输送系统180包括耦接到第一气室120的每个区域Z2、Z3的流比控制设备200。流比控制设备200包括耦接到气源144的供应线路202、多个阀204a、204b、多个孔口206a、206b，以及出口线路208。供应线路202将惰性气体输送到每个阀204a、204b。阀204a、204b被独立地控制，并被配置成打开和关闭以控制供应到每个相应孔口206a、206b的惰性气体的量。每个孔口206a、206b可设定成不同大小，以使得每个区域可以接收不同量的气流。另外的阀和孔口可基于第一气室120中期望的区域数量来添加或减少。
图3示出根据一个实施方式的CVD处理腔室300。处理腔室300包括腔室主体302，所述腔室主体具有侧壁304、底部305和盖306。侧壁304和盖306限定内部容积308。基板传送端口310可以形成在侧壁304中，以将基板传送进出内部容积308。
处理腔室300还进一步包括喷淋头组件312。喷淋头组件312包括底板314和面板118。底板314被定位在盖306下方，以使得第一气室320形成在底板314与盖306之间。在一个实施方式中，喷淋头组件312还进一步包括扩散板116，扩散板定位在底板314与面板118之间。扩散板116形成底板314与扩散板116之间的第二气室324和扩散板116与面板118之间的第三气室322。中心导管138被形成为穿过盖306，并且通向第二气室324。中心导管138被配置成将工艺气体从工艺气体源140提供到第二气室324。惰性气体线路380被形成为穿过盖306和底板314，并且通向第二气室324。惰性气体线路380被配置成将惰性气体从惰性气体源382提供到第二气室324，使得惰性气体与工艺气体在第二气室324中混合。
可移动的导通率控制器组件348设置在第一气室320内，并且延伸穿过底板314进入第二气室324。可移动的导通率控制器组件348被配置成控制通过扩散板116与底板314之间限定的间隙的导通率，以便控制流过第二气室324的不同区域(区)的气体的量。可移动的导通率控制器组件348包括导通率控制器350和致动器352。在一个实施方式中，导通率控制器350可以包括轴354和板356。轴354可以延伸穿过底板314进入第二气室324，以使得板356在第二气室324之内。在一个实施方式中，O形环358和波纹管360可以用于维持第一气室320和第二气室324之间的隔离。
致动器352(诸如电机或气缸)可耦接到导通率控制器350。在一个实施方式中，电机可安装到第一气室320中设置的Z形台362。致动器352被配置成在z方向上移动导通率控制器350。使导通率控制器350升高和降低控制将分布到第二气室324的工艺气体混合物流的量。例如，导通率控制器350与扩散板116之间的较大间隙允许在第二气室324内实现更大量的工艺气体混合物。相反，导通率控制器350与扩散板116之间的较小间隙允许在第二气室324内实现更小量的工艺气体混合物。第一气室320中设置的每个导通率控制器350可被独立地控制，以便在第二气室324中限定多个工艺气体混合物区域。多个孔隙134定位在多个区域下方。孔隙134分成扩散板116中的对应区域。由于穿过扩散板116中的每个区域进入第三腔室322的工艺气体混合物的浓度不同，因此，工艺气体混合物的浓度在第三腔室322上并不均匀。多个工艺气体混合物区域限定在第三气室322中，从而允许离开面板118并输送到基板的工艺气体混合物的分布存在梯度，以便改进膜沉积的性质。
控制器390被耦接到处理腔室300。控制器390包括中央处理单元(CPU)392、存储器394和支持电路396。控制器390可耦接到致动器352，以便控制导通率控制器350。控制导通率控制器350允许喷淋头组件312中的工艺气体的分布存在梯度。CPU 392可为可用于工业环境的任何形式通用计算机处理器。软件例程可以存储在存储器394(诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘)，或者其他形式数字存储装置中。支持电路396常规地耦接到CPU 392，并且可以包括高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等。软件例程在由CPU 392执行时，将CPU 392转变为控制处理腔室300的专用计算机(控制器)390，以使得这些工艺根据本公开执行。软件例程还可通过位于腔室的远程位置的第二控制器(未示出)存储和/或执行。
图4示出根据另一实施方式的CVD处理腔室400。处理腔室400包括腔室主体402，所述腔室主体具有侧壁404、底部405和盖406。侧壁404和盖406限定内部容积408。基板传送端口410可以形成在侧壁404中，以将基板传送进出内部容积408。
处理腔室400进一步包括喷淋头组件412。喷淋头组件412包括底板414和面板118。底板414被定位在盖406下方，以使得在底板414与面板118之间形成气室420。耦接到气源440的多个气体线路424延伸穿过盖406和底板414，以向气室420提供工艺气体。每个线路424可配置成将不同浓度工艺气体输送到气室420。例如，相较流过惰性气体线路424的工艺气体的浓度来说，工艺气体的多个区域可通过利用外部气体线路424中的惰性气体稀释工艺气体浓度来形成在气室420中。多个孔隙136被定位在这些区下方，并且因此孔隙136被分成对应区域。在气室420中形成工艺气体浓度的多个区域允许输送到基板的工艺气体的量存在梯度，以便改进膜沉积的性质。
控制器490被耦接到处理腔室400。控制器490包括中央处理单元(CPU)492、存储器494和支持电路496。控制器490可耦接到气源440，以便控制供应到每个气体线路424的工艺气体的浓度。控制每个相应气体线路424允许调节喷淋头组件中的气体分布。CPU 492可为可用于工业环境的任何形式通用计算机处理器。软件例程可以存储在存储器494(诸如随机存取存储器、只读存储器、软盘或硬盘)，或者其他形式数字存储装置中。支持电路496常规地耦接到CPU 492，并且可以包括高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等。软件例程在由CPU 492执行时，将CPU 492转变为控制处理腔室400的专用计算机(控制器)490，以使得这些工艺根据本公开执行。软件例程还可通过位于腔室的远程位置的第二控制器(未示出)存储和/或执行。
尽管上述内容针对本公开的实施方式，但也可在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其他和进一步实施方式，并且本公开的范围是由随附权利要求书来确定。
元件符号列表
100 处理腔室
101 基板
102 腔室主体
104 侧壁
106 盖
108 内部容积
110 端口
112 喷淋头组件
114 底板
116 扩散板
118 面板
120 第一气室
122 第三气室
124 第二气室
126 基板支撑组件
128 升降杆
130 支撑表面
132 孔隙
134 孔隙
136 孔隙
138 中心导管
140 工艺气源
142 处理区域
144 气源
180 气体输送系统
190 控制器
192 CPU
194 存储器
196 支持电路
200 流比控制设备
202 供应线路
204a 阀
204b 阀
206a 孔口
206b 孔口
208 出口线路
300 CVD处理腔室
302 腔室主体
304 侧壁
306 盖
308 内部容积
310 端口
312 喷淋头组件
314 底板
320 第一气室
322 第三气室
324 第二气室
348 可移动的导通率控制器组件
350 导通率控制器
352 致动器
354 轴
356 板
358 O形环
360 波纹管
362 Z形台
380 惰性气体线路
382 惰性气源
390 控制器
392 CPU
394 存储器
396 支持电路
400 CVD处理腔室
402 腔室主体
404 侧壁
406 盖
408 内部容积
410 端口
412 喷淋头组件
414 底板
420 气室
424 气体线路
440 气源
490 控制器
492 CPU
494 存储器
496 支持电路

Claims (20)

1.一种喷淋头组件，包括：
面板，所述面板具有第一侧和第二侧，所述面板具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成将工艺气体从所述第一侧输送到所述第二侧；以及
底板，所述底板被定位在所述面板的所述第一侧的相邻位置，所述底板具有多个区域，其中每个区域具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成使惰性气体穿过所述底板来流入限定在所述面板与所述底板之间的气室，其中所述惰性气体会与工艺气体在所述气室中混合。
2.如权利要求1所述的喷淋头组件，进一步包括：
扩散板，所述扩散板设置在所述面板与所述底板之间。
3.如权利要求1所述的喷淋头组件，其特征在于，所述底板中的所述多个孔隙分成多个区域。
4.如权利要求1所述的喷淋头组件，其特征在于，所述面板中的所述多个孔隙被定位在所述底板中的所述多个区域下方。
5.如权利要求1所述的喷淋头组件，其特征在于，所述惰性气体通过多个气体线路被输送到所述气室，其中每个气体线路包括：
阀，所述阀被配置成将所述气体线路打开和关闭；以及
孔口，所述孔口被配置成控制穿过所述气体线路的所述惰性气体的流率。
6.如权利要求1所述的喷淋头组件，其特征在于，所述底板中形成的所述多个区域对应于所述面板中的多个区域。
7.如权利要求1所述的喷淋头组件，其特征在于，每个区被提供有不同浓度惰性气体。
8.一种喷淋头组件，所述喷淋头组件包括：
面板，所述面板具有第一侧和第二侧，所述面板具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成将工艺气体从所述第一侧输送到所述第二侧；以及
底板，所述底板被定位在所述面板的所述第一侧的相邻位置，从而在所述面板与所述底板之间限定气室，其中所述底板具有多个区域，其中每个区域包括导通率控制器组件，所述导通率控制器组件从所述底板延伸到所述气室之中，所述导通率控制器组件被配置成控制所述气室内的工艺气体的导通率。
9.如权利要求8所述的喷淋头组件，其进一步包括：
扩散板，所述扩散板设置在所述底板与所述面板之间。
10.如权利要求8所述的喷淋头组件，其特征在于，所述面板中的所述多个孔隙对应于所述底板中的多个区。
11.如权利要求8所述的喷淋头组件，其特征在于，所述可移动的导通率控制器组件包括：
导通率控制器，所述导通率控制器包括：
轴；以及
板，所述板被耦接到所述轴的端部；以及
电机，所述电机被耦接到所述导通率控制器，所述电机被配置成使所述导通率控制器升高或降低。
12.如权利要求8所述的喷淋头组件，其特征在于，所述导通率控制器控制从所述面板离开的工艺气体的量。
13.如权利要求12所述的喷淋头组件，其特征在于，所述导通率控制器组件进一步包括：
Z形台，所述Z形台被配置成支撑所述电机。
14.如权利要求8所述的喷淋头组件，其特征在于，每个区域包含不同浓度工艺气体。
15.一种喷淋头组件，所述喷淋头组件包括：
面板，所述面板具有第一侧和第二侧，所述面板具有多个孔隙，所述多个孔隙被配置成将工艺气体从所述第一侧输送到所述第二侧；以及
底板，所述底板被定位在所述面板的所述第一侧的相邻位置，从而在所述面板与所述底板之间限定气室，其中多个气体线路被形成为穿过所述底板开口至所述气室中，所述多个气体线路在所述底板中形成多个区域，其中每个区域被配置成将不同量的工艺气体提供到所述气室。
16.如权利要求15所述的喷淋头组件，其进一步包括：
扩散板，所述扩散板设置在所述底板与所述面板之间。
17.如权利要求15所述的喷淋头组件，其特征在于，所述底板中的每个区域对应所述面板中的一个区域。
18.如权利要求15所述的喷淋头组件，其特征在于，所述面板中的所述多个孔隙对应于所述底板中的多个区域。
19.如权利要求15所述的喷淋头组件，其特征在于，每个气体线路输送不同浓度工艺气体。
20.如权利要求15所述的喷淋头组件，其特征在于，所述面板中的所述多个孔隙被定位在所述底板中的每个区域下方。
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