CN106605288A - 用于外延腔室的衬垫 - Google Patents

Abstract

本文公开的实施方式描述一种衬垫组件，该衬垫组件包括多个单独分开的气体通路。该衬垫组件提供跨正受处理的基板上的流动参数的控制，这些参数诸如流速、密度、方向与空间位置。利用根据本实施方式的衬垫组件，跨正受处理的基板的工艺气体可特定地经调整以用于单个的工艺。

Description

用于外延腔室的衬垫

背景

技术领域

本公开内容的实施方式一般地涉及用在半导体处理设备中的衬垫。

背景技术

用于制造半导体器件的一些工艺在升高的温度下执行，这些工艺例如快速热处理、外延沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、与电子束固化。通常，由一或多个热源于处理腔室中将正受处理的基板加热到期望温度。该一或多个热源一般是安装在腔室主体外，从而由该热源生成的能量辐射至定位在腔室主体内的基板上。

处理气体通常从气体入口供应至腔室，且由连接腔室的泵送系统维持这些处理气体在腔室内流动。常规腔室中的气体分布可能遍及腔室不均匀。例如，接近气体入口处的气体分布与接近泵送通口处的气体分布可能不同，且接近边缘区域的气体分布可能与接近中央区域的气体分布不同。尽管基板的连续旋转可降低气体分布的不均匀性，但当均匀性的需求增加时，单独该旋转所实现的改善可能不足。

因此，需要一种具有改善的气流分布的热反应器。

发明内容

本文公开的实施方式包括用在半导体处理腔室中的衬垫。一个实施方式中，一种衬垫组件可包括：圆筒状主体，该圆筒状主体具有外表面与内表面，该外表面具有外周边，该外周边小于该半导体处理腔室的周边，该内表面形成处理空间的壁；以及多个气体通路，这些气体通路形成为与该圆筒状主体相连；排气通口，定位在该多个气体通路对面；交叉流通口，定位成与该排气通口不平行；以及热感测通口，定位成与该交叉流通口分开。

另一实施方式中，一种衬垫组件可包括：上衬垫，该上衬垫包括：圆筒状上主体，该圆筒状上主体具有上突出部；以及多个上入口，形成为与该圆筒状主体相连；上排气通口，定位成大约平行于该多个上入口；以及上交叉流通口，定位成大约垂直于该排气通口；以及下衬垫，包括：圆筒状下主体，具有接收槽以接收上突出部；以及多个下入口，形成为与该圆筒状主体相连，该多个下入口与该多个上入口一同界定多个气体通路；下排气通口，流体连接该上排气通口；下交叉流通口，可流体连接至该上交叉流通口；以及热感测通口，与该下交叉流通口间隔开。

另一实施方式中，一种衬垫组件可包括：上衬垫，该上衬垫包括：圆筒状上主体，该圆筒状上主体具有上突出部；以及多个上入口，形成为与该圆筒状主体相连，该多个上入口的中线定位在从对分线量起的约90度之处且位于第一平面中；上排气通口，形成在该多个上入口对面，该排气通口的中线定位在从对分线量起的约270度之处且位于该第一平面中；以及上交叉流通口，定位在从对分线量起的约0度之处且位于该第一平面中；以及下衬垫，包括：圆筒状下主体，具有接收槽，该接收槽用于接收该上突出部；以及多个下入口，形成为与该圆筒状主体相连，该多个下入口结合该多个上入口以形成多个气体通路，该多个下入口定位在第二平面中，该第二平面与该第一平面不同；下排气通口，流体连接该上排气通口，该下排气通口定位在实质垂直于该多个下入口处；下交叉流通口，流体连接该上交叉流通口，该下交叉流通口定位在偏离平行于该排气通口之处；以及热感测通口，定位成与该下交叉流通口分开，该多个下入口结合该多个上入口而产生多个气体通路，该多个气体通路。

附图说明

以上简要概述的本公开内容的上述特征可以被详细理解的方式、以及本公开内容更特定描述，可以通过参考实施方式获得，实施方式中的一些实施方式绘示于附图中。然而，应注意附图仅绘示本公开内容的典型实施方式，因而不应被视对本公开内容的范围的限制，因为本公开内容可允许其它等同有效实施方式。

图1图示根据一个实施方式的背侧加热处理腔室的示意性截面图，该处理腔室具有衬垫组件。

图2A描绘根据本文所述的多个实施方式的上衬垫的俯视图。

图2B描绘根据图2A的实施方式的上衬垫的侧视图。

图3A与图3B描绘根据一个实施方式的下衬垫的俯视图与侧视图。

图4描绘根据另一实施方式的下衬垫的俯视图。

为了便于了解，尽可能地使用相同的附图标号标示附图共通的相同元件。此外，一个实施方式的元件可有益地适用在本文所述的其它实施方式中。

具体实施方式

本文公开的实施方式描述用在半导体处理系统的衬垫。该衬垫纳入了包含至少6个区域的交叉流设计，以容许更大的流动的成带分布(zonality)。进一步而言，温度感测装置与衬垫连同使用但与该衬垫分开，以容许更容易地交换衬垫、更有回弹力的衬垫、以及开销减少。同样，交叉流通口从中心线偏离中心(例如，位置在非0度的位置)的定位容许流动区之间的间距中的可变性增加。结合附图于下文更清楚地描述本文公开的装置的实施方式。

图1图示根据一个实施方式的具有衬垫组件150的加热处理腔室100的示意性截面图。一个示例中，这可以是背侧加热处理腔室。可经调适以从本文所述的实施方式获益的处理腔室的一个示例是外延处理腔室，该外延处理腔室可购自位于美国加州Santa Clara的应用材料公司。应预想，包括来自其它生产商的其它处理腔室可以经调适以实践本实施方式。

处理腔室100可用于处理一或多个基板，包括于基板108的上表面上的材料沉积。处理腔室100可包括处理腔室加热装置，诸如辐射加热灯102的阵列，这些辐射加热灯特别用于加热下述部件：基板支撑件106的背侧104或设置在处理腔室100中的基板108的背侧。基板支撑件106可以是所示的碟状基板支撑件106或可以是环状基板支撑件(图中未示)，该环状基板支撑件从基板的边缘支撑基板，或者该基板支撑件可以是销型支撑件，该销型支撑件以接触极微的柱或销从底部支撑基板。

于此实施方式中，基板支撑件106描绘成位在处理腔室100内于上圆顶114与下圆顶112之间。上圆顶114与下圆顶112连同基座环118可界定处理腔室100的内部区域，该基座环118设置在上圆顶114与下圆顶112之间。基板108(并未依照比例尺显示)可带至处理腔室100中且通过装载通口(未图示)定位在基板支撑件106上，该装载通口于图1的视角中被基板支撑件106所遮蔽。

基座环118可大体上包括装载通口、工艺气体入口136、与气体出口142。基座环118可具有大体上椭圆的形状，长侧在装载通口上而短侧分别在工艺气体入口136与气体出口142上。基座环118可具有任何期望的形状，只要装载通口、工艺气体入口136与气体出口142在角度上相对彼此以约90度偏位即可。例如，装载通口可位在工艺气体入口136与气体出口142之间的侧边处，而工艺气体入口136与气体出口142设置在基座环118上呈彼此相对。各种实施方式中，装载通口、工艺气体入口136、与气体出口142彼此对准，且相关于腔室100的基准平面设置在实质上相同水平面。诸如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”等词汇并非针对绝对方向的参考物，而是相对于腔室100的基准平面。

在本文所用的术语“对面”以数学术语被定义，使得A相关于参考平面P位在B的对面，而该参考平面P在A与B之间延伸。除非特意陈述，“对面”意指大致的情况，因而不要求A与B位在正对面。

示出基板支撑件106处于升高的处理位置，但可由致动器(未图示)垂直平移至位在处理位置下方的装载位置，以容许升降销105得以接触下圆顶112，通过在基板支撑件106中的孔且沿着中央轴116延伸，且将基板108从基板支撑件106升起。机器人(未图示)随后可进入处理腔室100以穿过装载通口接合基板108及从处理腔室100移出基板108。基板支撑件106随后可被致动上升至处理位置，以将基板以该基板的器件侧117面朝上安置到基板支撑件106的前侧110上。

基板支撑件106位在处理位置时将处理腔室100的内部空间划分成处理区域120与净化气体区域122，该处理区域120在基板上方，该净化气体区域122在该基板支撑件106下方。基板支撑件106可在处理期间由中央轴116旋转，以尽量减少处理腔室100内热与工艺气流空间上异常的效应，从而助于基板108的均匀处理。基板支撑件106由中央轴116支撑，而在装载与卸载期间以上下方向移动基板108，且在一些例子中，于处理基板108期间以上下方向移动基板。基板支撑件106可由碳化硅或涂布有碳化硅的石墨形成，以吸收来自灯102的辐射能量且将辐射能量引导至基板108。

总体而言，上圆顶114的中央窗部分与下圆顶112的底部由诸如石英之类的透光材料形成。上圆顶114的厚度与曲度可经构造以操纵处理腔室中流场的均匀性。

灯102可用指定的方式于中央轴116周围设置在邻近下圆顶112处且于下圆顶112下方，以在工艺气体通过灯102上方时独立地控制基板108的各区域的温度，由此助于使材料沉积在基板108的上表面上。灯102可用于将基板108加热到范围在约200摄氏度至约1600摄氏度内的温度。虽然未在此详细讨论，但沉积的材料可包括硅、掺杂硅、锗、掺杂锗、硅锗、掺杂的硅锗、砷化镓、氮化镓、或氮化铝镓。

从工艺气体供应源134所供应的工艺气体经过工艺气体入口136引入处理区域120中，该工艺气体入口136形成在基座环118的侧壁中。工艺气体入口136通过多个气体通路154连接工艺气体区域，这些气体通路154穿过衬垫组件150而形成。工艺气体入口136、衬垫组件150、或前述的组合经构造以大体上可为径向向内的方向引导工艺气体。膜形成工艺期间，基板支撑件106位在处理位置，该处理位置可邻近工艺气体入口136且位在与该工艺气体入口136大约相同的水平面，而容许工艺气体得以跨基板108的上表面沿着流动路径138往上及到处流动。工艺气体通过气体出口142离开处理区域120(沿着流动路径140)，该气体出口142位在如同工艺气体入口136那样的处理腔室100的的相对侧上。穿过气体出口142移除工艺气体可借助于与气体出口142耦接的真空泵144。

从净化气体源124供应的净化气体经过净化气体入口126引入净化气体区域122，该净化气体入口126形成在基座环118的侧壁中。净化气体入口126经过衬垫组件150连接工艺气体区域。净化气体入口126设置在工艺气体入口136下方的高度处。若使用圆形遮蔽件152，则圆形遮蔽件152可设置在工艺气体入口136与净化气体入口126之间。任一情况中，净化气体入口126经构造以大体上径向向内的方向引导净化气体。若期望，则净化气体入口126可经构造以向上方向引导净化气体。膜形成工艺期间，基板支撑件106位在一位置，使得该净化气体跨基板支撑件106的背侧104沿着流动路径128向下及到处流动。不受任何特定理论所限制，相信净化气体的流动预防或实质上避免工艺气流进入净化气体区域122，或减少进入净化气体区域122(即基板支撑件106下的区域)的工艺气体的扩散。净化气体离开净化气体区域122(沿着流动路径130)，且经过气体出口142排出处理腔室，该气体出口142位在如同净化气体入口126那样的处理腔室100的相对侧上。

衬垫组件150可设置在基座环118的内周边内或由该基座环118的内周边环绕。衬垫组件150可由石英材料形成，且大体上将处理腔室100的壁遮蔽以与处理区域120及净化气体区域122中的环境条件隔离。壁可为金属性，可能会与前驱物反应且引发处理空间中的污染。开口可设置成穿过衬垫组件150且对准装载通口，以容许基板108通过。虽然衬垫组件150显示为单片，但应预想衬垫组件150可由多片形成。图1所示的衬垫组件150由上衬垫200与下衬垫300构成，上衬垫200与下衬垫300于图2与图3中更详细地描述。

图2A描绘根据本文所述的实施方式的上衬垫200的俯视图。上衬垫200包括上主体201，该上主体201具有内表面202与外表面204，该外表面204在该内表面202对面。多个上入口208穿过主体201的外表面204而形成。排气通口210形成在多个上入口208的对面。上交叉流通口212形成在多个上入口208与排气通口210之间。

多个上入口208可描述成形成在上主体201中的凹部或槽。在此显示，多个上入口208为实质上矩形且彼此平行。根据使用者的期望、流体动力学、或其它参数，多个上入口208可在数量、尺寸、与形状上有所差异。在此显示，13个上入口208形成于上主体201中。多个上入口208可经构造以在处理区域120中产生多个流动区域。

图2B描绘根据图2A的实施方式的上衬垫200的侧视图。多个上入口208从工艺气体供应源134递送气流至处理区域120。图2B进一步示出多个上突出部，诸如上入口突出部220与排气突出部222。上入口突出部220与排气突出部222可伴随进一步的突出部，这些进一步的突出部形成在上衬垫的任何位置处。进一步而言，上入口突出部220、排气突出部222、或上述两种突出部可被排除，或用位在上主体201上不同位置处的上突出部所取代。上入口突出部220与排气突出部222助于上衬垫200连同下衬垫300的适当定位，如下文所述。

图3A与图3B描绘根据一个实施方式的下衬垫300。衬垫300包括下主体301，该下主体301具有内表面302与外表面304。内表面302与内表面202结合形成处理区域120与净化气体区域122的边界。多个下入口308穿过主体301的外表面304而形成。从工艺气体供应源134供应的气体经过多个下入口308引入处理区域120中。

多个下入口308在径向上定位成通过下主体301的外部。多个下入口308可递送一或多个独立的气流。在此显示，13个下入口308形成于下主体301中。然而，一或多个实施方式中，可使用更多或更少的入口。可定位及定向下入口，以产生多个流动区域。流动区域是区分递送通过下入口308与上入口208的气流的区域。通过产生更多区域，基板上的气体递送比具有较少流动区域时更可调成一致。

多个下入口308可经构造以提供具有变化参数的单独的气流，所述参数诸如流速、密度、或组成。多个下入口308经构造以大体上径向向内的方向引导工艺气体，而该气体被递送到处理区域306的中央区域。多个下入口308每一个可用于调整来自工艺气体供应源134的气体的一或多个参数，诸如流速、密度、方向与位置。多个下入口308在排气通口310的对向定位且与交叉流通口312以至少25度分开。一个实施方式中，交叉流通口定位在从对分线240量起的0度位置。多个下入口308可定位在中线250与对分线240之间量起的90度之处。排气通口310可定位在中线250与对分线240之间量起的270度之处。

于图3B中所示的是下衬垫300的下连接表面320。下连接表面320提供用于上连接表面224的接收表面。就此而言，下连接表面320可具有槽、平坦区域、或其它区域，使得下连接表面320可适当地与上连接表面224匹配。在此显示，入口槽324穿过在多个下入口处的下连接表面320而形成。

下衬垫300与上衬垫200结合而产生衬垫组件150。一个实施方式中，上连接表面224安置成与下连接表面320连接。上连接表面224与下连接表面320的至少一部分形成密封。当上连接表面224安置成连接下连接表面320时，多个下入口308向上延伸以递送气流通过上衬垫200的多个上入口208。因此，气流被再度引导至处理区域120。虽然所示有相等数目的下入口308与上入口208，但下入口308的数目与定位可与所显示的不同或与上入口208相当。

上交叉流通口212结合下交叉流通口312以产生交叉流通口。交叉流通口可递送一气流，该气流实质上垂直于来自多个气体通路154的气流。交叉流通口的位置可与多个上入口208、上交叉流通口212、下交叉流通口312、上排气通口210、下交叉流通口312、或上述的组合共平面。交叉流通口的定向可实质上垂直于来自多个气体通路154的气流且与该气流交叉(例如，在x与y平面垂直且在z平面交叉)。另一实施方式中，交叉流通口经定向以递送来自多个气体通路154的气流的在面外气体(例如，在x与y平面垂直且不在z平面交叉)。

热感测通口314可定位在下主体301中。热感测通口314可容纳用于处理腔室100的热感测装置，诸如热电偶。热感测通口314容许处理期间温度测量，使得可微调基板的温度及来自工艺气体的沉积。热感测通口314可定位在接近下交叉流通口312处。一个实施方式中，热感测通口314定位在外周边从对分线340量起的5度位置处，如图3B所示。相信热感测通口314与交叉流通口312的组合可产生不正常的磨损。通过将热感测通口314与交叉流通口312分开，可避免与组合相关的不正常磨损。

处理期间，基板支撑件104可位在处理位置，该处理位置邻近多个气体通路且位在与该多个气体通路大约相同的高度，而容许气体跨基板支撑件的上表面沿着流动路径向上且到处流动。交叉流通口312递送第二气流跨多个气体通路的流动，使得第二气流与多个气体通路产生的流动区域的至少一者交错。工艺气体通过排气通口310离开处理区域306，该排气通口310穿过主体301而形成。与排气通口310耦接的真空泵(未图示)助于穿过排气通口310移除工艺气体。当多个气体通路与排气通口310彼此对准且设置于近似相同的高度，相信这样的平行排列方式将能达成跨基板表面的大体平面、均匀的气流。进一步而言，径向均匀性可由穿过基板支撑件进行的基板的旋转所提供。

图4描绘根据另一实施方式的下衬垫400。该衬垫400包括下主体401，该下主体401具有内表面402与外表面404。如上所述，内表面402与内表面202结合形成处理区域120与净化气体区域122的边界。多个下入口408穿过主体401的外表面404而形成。

此实施方式中，多个下入口408有分开的两列。分开的两股气流在递送通过多个下入口408时，容许分开的两股气流得以先结合再递送到处理区域120。此实施方式中，第一列与第二列馈入与上衬垫相结合的相同的通道。通过将两股气流结合通过衬垫组件150的气体通路154，可在递送到处理腔室之前先调节气体温度，可活化及递送复杂的化学物质而不会负面地影响基板，并且可避免处理腔室中流动动力学的改变。

本文所述的衬垫组件容许针对当前的基板尺寸(诸如300mm的直径)以及较大的基板尺寸(诸如450mm的直径)进行更细微的沉积均匀性的控制。流动区域容许基板特定区域中有更精细的沉积控制。

虽然前述针对所公开的装置、方法、与系统的实施方式，但可不脱离所公开的装置、方法、与系统的基本范围的条件下可设计所公开的装置、方法、与系统的其它的与进一步的实施方式，且所公开的装置、方法、与系统的范围由随附的权利要求书所确定。

Claims (15)

1.一种衬垫组件，包括：

圆筒状主体，所述圆筒状主体具有：

外表面与内表面，所述外表面具有外周边，所述外周边小于所述半导体处理腔室的周边，所述内表面形成处理空间的壁；

多个气体通路，所述多个气体通路形成为与所述圆筒状主体相连；

排气通口，所述排气通口定位在所述多个气体通路对面；

交叉流通口，所述交叉流通口定位成与所述排气通口不平行；以及

热感测通口，所述热感测通口定位成与所述交叉流通口分开。

2.如权利要求1所述的衬垫组件，其中所述热感测通口、所述交叉流通口、所述排气通口、与所述多个气体通路在所述内表面处位于共用平面。

3.如权利要求2所述的衬垫组件，其中所述交叉流通口具有一定向，用以引导所述共用平面外的气流。

4.如权利要求1所述的衬垫组件，其中所述多个气体通路具有入口与出口，所述入口穿过所述外壁而形成，且所述出口穿过所述内壁而形成，其中所述入口与所述出口彼此不共平面。

5.如权利要求4所述的衬垫组件，其中所述入口至少一个流体连接至超过一个所述出口，或者其中所述出口至少一个流体连接至超过一个所述入口。

6.如权利要求1所述的衬垫组件，其中所述交叉流通口定位在约0度位置处，且所述多个气体通路的中点定位在90度位置处，所述位置是从所述交叉流通口的对分线量起。

7.如权利要求6所述的衬垫组件，其中所述热感测通口定位在约5度位置处，所述位置是从所述对分线量起。

8.如权利要求1所述的衬垫组件，其中所述多个气体通路产生多个流动区域，所述流动区域彼此平行，且垂直于来自所述交叉流通口的对分线。

9.一种衬垫组件，包括：

上衬垫，所述上衬垫包括：

圆筒状上主体，所述圆筒状上主体具有：

上突出部；

多个上入口，所述多个上入口形成为与所述圆筒状上主体相连；

上排气通口，所述上排气通口定位成大约平行于所述多个上入口；

和

上交叉流通口，所述上交叉流通口定位成大约垂直于所述上排气通口；以及

下衬垫，所述下衬垫包括：

圆筒状下主体，所述圆筒状下主体具有接收槽以接收所述上突出部；

多个下入口，所述多个下入口形成为与所述圆筒状主体相连，所述多个下入口与所述多个上入口一同界定多个气体通路；

下排气通口，所述下排气通口流体连接所述上排气通口；

下交叉流通口，所述下交叉流通口可流体连接至所述上交叉流通口；

以及

热感测通口，所述热感测通口与所述下交叉流通口间隔开。

10.如权利要求9所述的衬垫组件，其中所述热感测通口、所述交叉流通口、所述排气通口、与所述多个上入口具有共用平面。

11.如权利要求9所述的衬垫组件，其中所述多个下入口不与所述多个上入口共平面。

12.如权利要求9所述的衬垫组件，其中所述交叉流通口定位在约0度位置处，且所述多个气体通路的中点定位在90度位置处，所述位置是从所述交叉流通口的对分线量起。

13.如权利要求12所述的衬垫组件，其中所述热感测通口定位在约5度位置处，所述位置是从对分线量起且位在外周边处。

14.如权利要求9所述的衬垫组件，其中所述多个气体通路产生多个流动区域，所述流动区域彼此平行，且垂直于来自所述交叉流通口的气流。

15.一种衬垫组件，包括：

上衬垫，所述上衬垫包括：

圆筒状上主体，所述圆筒状上主体具有：

上突出部；

多个上入口，所述多个上入口形成为与所述圆筒状主体相连，所述多个上入口的中线定位在从对分线量起的约90度之处且位于第一平面中；

上排气通口，所述上排气通口形成在所述多个上入口对面，所述排气通口的中线定位在从对分线量起的约270度之处且位于所述第一平面中；和

上交叉流通口，所述上交叉流通口定位在从对分线量起的约0度之处且位于所述第一平面中；以及

下衬垫，所述下衬垫包括：

圆筒状下主体，所述圆筒状下主体具有：

接收槽，所述接收槽用于接收所述上突出部；

多个下入口，所述多个下入口形成为与所述圆筒状主体相连，所述多个下入口结合所述多个上入口以形成多个气体通路，所述多个下入口定位在第二平面中，所述第二平面与所述第一平面不同；

下排气通口，所述下排气通口流体连接所述上排气通口，所述下排气通口定位在实质垂直于所述多个下入口处；

下交叉流通口，所述下交叉流通口流体连接所述上交叉流通口，所述下交叉流通口定位在偏离平行于所述排气通口之处；以及

热感测通口，所述热感测通口定位成与所述下交叉流通口分开，所述多个下入口结合所述多个上入口而产生所述多个气体通路。