CN107574424B - 用于epi腔室的注射插件 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式提供包含注射插件的衬垫组件。所述注射插件使得跨过正在被处理的基板的流动参数的可维持性变为可能，例如速度、密度、方向和空间位置。根据本发明的实施方式，跨过正在被处理的基板的处理气体可被特定地定制用于使用衬垫组件的个别处理。

Description

用于EPI腔室的注射插件

本申请是申请日为2015年8月13日、申请号为201580044224.5、发明名称为“用于EPI腔室的注射插件”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开内容的实施方式一般涉及用于半导体处理设施中的注射插件。

背景技术

用于制造半导体装置的一些工艺，例如，快速热工艺、外延沉积(epitaxialdeposition)、化学气相沉积、物理气相沉积、电子束固化，是在升高的温度下进行的。通常正在被处理的基板在处理腔室中通过一个或多个热来源被加热至所需温度。一个或多个热来源典型地被装设于腔室主体外部，使得热来源所产生的能量在置于腔室主体内的基板上方辐射。

通常由气体入口供应处理气体至腔室，且处理气体借助连接至腔室的泵系统在腔室中保持流动。传统腔室中的气体分布在整个腔室中是不一致的。例如，靠近气体入口的气体分布与靠近泵端口的气体分布不同，且靠近边缘区域的气体分布与靠近中央区域的气体分布不同。

进一步地，一些腔室可包含多个流动区域，这些流动区域具有馈送进入在气体入口内界定出的单一通道的不同处理气体或气体流动速率。作为馈送进入单一气体入口的多个流动区域之间的“交扰”的结果，意图通过改变不同流动区域中的气体种类或气体流动速率以调节处理腔室内的气体流动分布具有不可预期的调节结果。

额外地，在操作中，局部区域的循环流动的气体(称为“再循环单元”)，通常形成在用于传统气体分岐管的注射插件的通道内。再循环单元导致处理腔室内气体流动分布的均匀性降低，从而导致外延成长膜中的大幅变动。

先前已经采用了连续旋转以试图解决一些上述非均匀性的问题。理论上，连续旋转输送大多数基板至各种流动区域，使得流动区域的非均匀性最小化。虽然基板的连续旋转可减低气体分布的非均匀性，随着对均匀性的需求的增加，仅依靠旋转可能并不足够。当处理气体的流动速率增加时(对于增加CVD装置的生产量而言为所需的)，将放大可归因于传统气体入口的前述问题。

因此，带有改良的气体流动分布的热反应器是有需求的。

发明内容

本文公开的实施方式包含用于半导体处理腔室的注射插件。在一个实施方式中，注射插件可包含：单片主体，所述单片主体带有内连接表面和外表面以连接气体输送装置；多个注射端口，所述多个注射端口穿过所述单片主体而形成，各注射端口在所述内连接表面和所述外表面中形成开口，和多个注射入口，所述多个注射入口的每一个连接所述多个注射端口的至少一个。所述多个注射端口可产生至少第一区域，所述第一区域带有所述多个注射端口的第一数量的注射端口；第二区域，所述第二区域带有所述多个注射端口的第二数量的注射端口，所述第二数量的注射端口与所述第一数量的注射端口不同；和第三区域，所述第三区域带有所述多个注射端口的第三数量的注射端口，所述第三数量的注射端口与所述第一数量的注射端口和所述第二数量的注射端口不同。

在另一实施方式中，注射插件可包含：单片主体，所述单片主体带有用于连接衬垫主体的内连接表面和用于连接气体输送装置的外表面；多个注射端口，所述多个注射端口穿过所述单片主体而形成，各注射端口在所述内连接表面和所述外表面中形成开口；和多个注射入口，所述多个注射入口的每一个连接所述多个注射端口的至少一个，其中所述多个注射入口中至少第一入口包括第一宽度，所述第一宽度大于平均宽度。

在另一实施方式中，衬垫组件可包括：衬垫主体，所述衬垫主体包括上方衬垫部分和下方衬垫部分，所述衬垫主体具有形成于所述衬垫主体中的多个衬垫端口；和注射插件，所述注射插件具有单片主体，所述单片主体带有：实质平坦的上方表面；实质平坦的下方表面；弯曲的内连接表面以连接所述衬垫主体；外表面以连接气体输送装置；和多个注射端口，所述多个注射端口穿过所述单片主体而形成，所述多个注射端口产生至少：第一区域，所述第一区域带有第一数量的通路；第二区域，所述第二区域带有第二数量的通路，所述第二数量的通路与所述第一数量的通路不同；和第三区域，所述第三区域带有第三数量的通路，所述第三数量的通路与所述第一数量的通路和所述第二数量的通路不同；和多个注射入口，所述多个注射入口连接所述多个注射端口的至少一个，其中所述多个注射端口的每一个通过所述多个注射入口流体地连接所述多个衬垫端口的至少一个。

附图说明

为使本公开内容的上述特征可以详细理解，可通过参考实施方式而获得上述简单概述的本公开内容的更特定的描述，其中一些在所附附图中说明。然而，注意所附附图仅说明本公开内容典型的实施方式，且因此不应被视为对保护范围的限制，因为本公开内容可允许其他等效的实施方式。

图1为根据本文描述的实施方式的处理腔室的示意性横截面图。

图2A根据一些实施方式描绘的注射插件的示意图。

图2B为根据一些实施方式的注射插件的侧视图。

图3为根据一些实施方式的注射插件和气体线组合的切去顶板的视图。

图4为根据一些实施方式的多层注射插件的侧面视图。

为了便于理解，已尽可能使用相同元件符号来标示附图中共有的相同元件。此外，一个实施方式中的元件可有利地适于在本文描述的其他实施方式中使用。

具体实施方式

本文公开的实施方式描述用于半导体工艺系统的衬垫。注射插件连接且并入至少六个区域以允许更大的流动控制。

可修改多种CVD腔室以并入本文描述的实施方式。在一个实施方式中，要修改的CVD腔室为可从加州Santa Clara的应用材料公司取得的EPI系统的CVD腔室。系统为全自动化半导体制造系统，采用单一晶片、多个腔室、模组化设计，而适应广泛的多种晶片尺寸。除了CVD腔室外，多个腔室可包含预先清洁腔室、晶片定向器腔室、冷却腔室、和负载锁定腔室。本文呈现的CVD腔室在图1中示意性地表示，其是一个实施方式，且并不旨在限制所有可能的实施方式。可设想其他CVD腔室(包含来自其他制造商的腔室)可用于根据本文描述的实施方式。

图1为根据一个实施方式的处理腔室100的横截面视图。处理腔室100包括腔室主体102、支持系统104、和腔室控制器106。腔室主体102包含上方部分112和下方部分114。上方部分112包含腔室主体102内的上方圆顶116和基板125之间的领域。下方部分114包含腔室主体102内的下方圆顶130和基板125底部之间的领域。沉积工艺一般发生在上方部分112内的基板125的上方表面上。基板125由设置于基板125下方的支撑销121支撑。基板125可为任何用于外延沉积技术的基板，例如含硅或锗的基板。进一步地，基板可为变化的尺寸，例如300mm直径的基板或450mm直径的基板。

上方衬垫118设置于上方部分112内且适于防止不期望的沉积到腔室元件上。在上方部分112内放置上方衬垫118邻近环123之处。处理腔室100包含多个热源，例如灯135，适于提供热能量至处理腔室100内放置的元件。例如，灯135可适于提供热能量至基板125和环123。可由光学透明材料(例如，石英)形成下方圆顶130以便于穿过下方圆顶130的热辐射通过。

腔室主体102包含形成于腔室主体102中的入口120和排放端口122。入口120可适于提供穿过入口120的处理气体150进入腔室主体102的上方部分112，同时排放端口122可适于从上方部分112排放处理气体150。在所述方式中，处理气体150可平行于基板125的上方表面流动。借助灯135，以便于基板125上的处理气体150的热分解以在基板125上形成外延层。

基板支撑组件132被放置在腔室主体102的下方部分114中。基板支撑组件132被表示为在处理位置中支撑基板125。基板支撑组件132包含多个支撑销121和多个升降销133。升降销133可垂直地致动，且适于接触基板125的下侧以将基板125从处理位置(如图所示)升举至基板移除位置。可由石英、碳化硅、涂覆碳化硅的石墨、或其他合适的材料来制造基板支撑组件132的元件。

环123可以可移除地设置于耦合至腔室主体102的下方衬垫140上。环123可围绕腔室主体102的内体积设置并在基板125位于处理位置时环绕基板125。环123可由热稳定材料形成，例如碳化硅、石英或涂覆碳化硅的石墨。环123与基板125的位置的组合可分割上方部分112的体积。当基板125被定位为与环123齐平时，环123可提供适当气体流动穿过上方部分112。当处理气体被提供至处理腔室100时，上方部分112的分割的体积通过控制处理气体的流动增强沉积的均匀性。

支撑系统104包含用以执行和监视预先决定的工艺的元件，例如在处理腔室100中的外延膜成长。支撑系统104包含一个或多个气体面板、气体分布管道、电源、和处理控制仪器。腔室控制器106耦合至支撑系统104且适于控制处理腔室100和支撑系统104。腔室控制器106包含中央处理单元(CPU)、存储器、和支持电路。可执行驻留在腔室控制器106的指令以控制处理腔室100的操作。处理腔室100适于实施处理腔室100中的一个或多个膜形成或沉积工艺。例如，可在处理腔室100内实施碳化硅外延成长工艺。可以预期，可在处理腔室100内实施其他工艺。

图2A和图2B根据本文描述的实施方式描绘带有注射插件220的衬垫200。图2A描绘连接衬垫组件200的注射插件220的俯视视图。图2B描绘注射插件220的侧面视图。衬垫组件200包含带有内表面204和外表面206的衬垫主体202。内表面204形成处理区域的边界，在图1的上方部分112中表示。穿过衬垫主体202的内表面204和外表面206而形成多个衬垫入口208(以圆形虚线描绘)。注射插件220(此处表示两个注射插件220)流体地连接多个衬垫入口208。由气体供应源(未图示)供应的气体经过注射插件220被导入处理区域，且接着通过多个衬垫入口208，由此，多个衬垫入口208可输送一个或多个个别的气流。注射插件220、多个衬垫入口208或它们两者皆可经构造以提供带有变化的参数的个别的气体流动，例如速度、密度、或成分。多个衬垫入口208经构造以在一般径向朝内的方向引导处理气体，此时所述气体被输送至处理区域的中央领域。可单独或组合地使用多个衬垫入口208的每一个和注射插件220，以调整一个或多个参数，例如来自气体供应源的气体的速度、密度、方向和位置。

注射插件220可由单件金属、陶瓷或其他惰性成分(例如，铝或石英)形成。注射插件220可具有实质平坦的上方表面222和实质平坦的下方表面224。注射插件220可具有形成于注射插件220中的一定数量的注射端口226。此处表示了注射插件220的末端部分，为了简化而省略了中间部分。在此实施方式中，注射插件220被描绘为具有七(7)个注射端口226。注射端口226可为任何形状或尺寸，使得流动速率、流动速度、和其他流动参数可被控制。进一步地，多个注射端口226可连接任意数量的多个衬垫入口208。在一个实施方式中，由多于一个注射端口226来服务多个衬垫入口208的单一端口。在另一实施方式中，由注射端口226的单一端口来服务多个衬垫入口208的多个端口。注射插件220具有连接表面228。连接表面228可具有表面曲率，使得贯穿注射插件220的注射端口226流体地密封到多个衬垫入口208。注射插件220可具有外表面230。外表面230可经构造以连接一个或多个气体线301或其他气体输送装置。

注射端口226和衬垫入口208产生至少第一区域、第二区域和第三区域。所述第一区域具有第一数量的通路。所述第二区域具有第二数量的通路，所述第二数量的通路与所述第一数量的通路不同。所述第三区域具有第三数量的通路，所述第三数量的通路与所述第一数量的通路和所述第二数量的通路不同。更大的基板由于其增加的表面面积，需要更严格的工艺参数控制。因此，通过增加区域的数量，由单一区域控制的面积减少，而允许针对工艺参数更精细的调节。

图3根据一个实施方式描绘注射插件300的切去顶板的视图。注射插件300可具有与参照图2A和图2B描述的注射插件220相同或相似的成分。注射插件300具有形成于注射插件300中的多个注射端口326，例如七个注射端口326。如关于注射插件220所示，此处表示了注射插件300的末端部分，为了简化而省略了中间部分。注射插件300可具有一个或多个多连接(multi-connect)气体线，此处表示为第一多连接气体线302、第二多连接气体线304和第三多连接气体线306。多连接气体线302、304和306连接多个注射端口326(也称为连接端口)中多于一个的注射端口326。

多连接气体线302、304和306可输送不同气体或不同条件下的气体。在一个实施方式中，第一多连接气体线302输送第一气体至连接端口，第二多连接气体线304输送第二气体至连接端口且第三多连接气体线306输送第三气体至连接端口。第一气体、第二气体和第三气体可为彼此不同的气体。在另一实施方式中，第一多连接气体线302以第一压力和/或第一温度输送气体至连接端口，第二多连接气体线304以第二压力和/或第二温度输送气体至连接端口，且第三多连接气体线306以第三压力和/或第三温度输送气体至连接端口。第一压力、第二压力和第三压力可彼此不同。同样地，第一温度、第二温度和第三温度可彼此不同。进一步地，任何数量的注射端口326可连接任何数量的多连接气体线。在进一步的实施方式中，一个或多个气体线301和/或多连接气体线302、304和306可连接相同的注射端口326。

虽然一个或多个注射端口326表示为经由一个或多个气体线301和多连接气体线302、304和306来连接，可在注射插件300内内部连接(interconnected)注射端口326，使得多连接气体线302、304和306的其中一个或多个为不必要的。在此例中，注射端口326的群组可在内部分支到注射插件300，以分支330来表示，使得注射端口326的群组由单一气体线301接收气体。

注射插件300可进一步包含多个注射入口，此处表示为注射入口308a至308j。注射入口308a至308j可为大约等间距间隔且放置于注射插件300中。注射入口308a至308j可具有变化的宽度，使得注射入口308a至308j以成比例改变的速度输送不同体积的气体。当以标准压力通过两个注射端口326输送气体时，增加的宽度预期以减低的速度但较标准宽度高的体积输送气体至处理区域。在上述相同条件下，减低的宽度预期以增加的速度但较标准宽度低的体积输送气体至处理区域。

此处表示，注射入口308a具有宽度312a，宽度312a与注射端口326的宽度312c相比是增加的。进一步地，注射入口308a具有梯度增加，而产生圆锥状的外型。此处表示，注射入口308a的宽度312a的增加是由从中央线310的5度的梯度增加产生的，如由相关的注射端口326朝外延伸的虚线所标记。梯度增加可大于或小于5度。进一步地，梯度增加对于宽度312a增加的形成不是必要的。在一个实施方式中，宽度312a仅在注射入口308a之前的一点增加，以在注射端口326中形成稍大的圆柱体(未图示)。

虽然中央线310仅参照注射端口326来描述，应理解本文描述的所有双对称(bisymmetrical)物体或构造具有中央线。进一步地，虽然仅表示了中央线310与注射入口308a的关系，应理解注射入口308a至308g中的每一个具有将每个注射端口326二等分的相关中央线310。

在另一范例中，注射入口308b具有宽度312b，宽度312b与注射端口326的标准宽度312c相比为减低的。如上所述，注射入口308b具有梯度减低，而产生反向圆锥状的外型。此处表示，注射入口308b的减低的宽度312b由从中央线310的5度的梯度减低而形成，如由相关的注射端口326朝内延伸的虚线所标记。梯度减低可大于或小于5度。

虽然将增加的宽度312a、减低的宽度312b、和相关的梯度增加和减低被表示为对称于中央线310，并不旨在限制本文描述的实施方式。尺寸和形状的改变可以在完全自由的位置和旋转下被创建，因此可依末端使用者所需以任何方向和任何角度输送气体。进一步地，图2A和图2B的衬垫入口208可具有补充或复制参照注射入口308a至308g所述设计的设计。

图4为根据一个实施方式的多层注射插件400的侧面视图。多层注射插件400(此处表示为带有两列的注射端口426)可具有多于一列的注射端口426，因此可更均匀地输送气体至处理区域。如关于注射插件220所示，此处表示了注射插件400的末端部分，为了简化而省略了中间部分。多层注射插件400可具有实质平坦的上方表面422和实质平坦的下方表面424。多层注射插件400每一列可具有形成于多层注射插件400中的一定数量的注射端口426。在此实施方式中，多层注射插件400被描绘为具有十四(14)个注射端口426。在此实施方式中，用于每一对应列中的每个注射端口426的数量或形状可为变化的形状、尺寸和位置。

进一步地，多个注射端口426可连接任何数量的所述多个注射入口(未图示)。参照图4所描述的注射入口与参照图3所描述的注射入口308是实质相似的。多层注射插件400具有连接表面428。连接表面428可具有表面曲率，使得贯穿多层注射插件400的注射端口426流体地密封到上方衬垫118和下方衬垫(未图示)。多层注射插件400具有外表面430，外表面430可经构造以连接如图3所描述的气体线。

对现今和次世代的半导体装置而言，严格控制化学和气体流动这两者为必须的。使用上述实施方式，可增加气体到注射端口的输送和从注射端口通过注射入口的气体流动这两者的控制，而导致了用于大部分基板的工艺参数的增加的控制。除了其他利益外，工艺参数的增加的控制(包含输送到腔室和随后的区域构造的气体的速度控制)将导致改良的外延沉积和减低的产品浪费。

尽管前述内容涉及所公开的装置、方法和系统的实施方式，还可在不背离本公开内容的基本保护范围的前提下设计所公开装置、方法和系统的其他和进一步的实施方式，且所述保护范围由随后的权利要求书来决定。

Claims (20)

1.一种注射插件，包括：

主体，所述主体带有弯曲内连接表面和外表面以连接气体输送装置，所述弯曲内连接表面和所述外表面相对；

多个注射端口，所述多个注射端口穿过所述主体而形成，各注射端口在所述内连接表面和所述外表面中形成开口，所述注射端口的每个具有在从所述弯曲内连接表面到所述外表面的单一方向中延伸的中央线，所述多个注射端口产生至少：

第一区域，所述第一区域带有所述多个注射端口的第一数量的注射端口；

第二区域，所述第二区域带有所述多个注射端口的第二数量的注射端口，所述第二数量的注射端口与所述第一数量的注射端口不同；和

第三区域，所述第三区域带有所述多个注射端口的第三数量的注射端口，所述第三数量的注射端口与所述第一数量的注射端口和所述第二数量的注射端口不同；和

多个注射入口，所述多个注射入口的每一个连接所述多个注射端口的至少一个。

2.如权利要求1所述的注射插件，其中所述多个注射入口中至少第一入口具有宽度，所述宽度大于所述多个注射入口的第二入口。

3.如权利要求1所述的注射插件，其中所述第一区域具有一个注射端口，所述第二区域具有两个注射端口且所述第三区域具有四个注射端口。

4.如权利要求1所述的注射插件，其中所述第一数量的注射端口、所述第二数量的注射端口和所述第三数量的注射端口为非重叠的。

5.如权利要求1所述的注射插件，其中所述多个注射入口中至少第一入口具有宽度，所述宽度小于所述多个入口的第二入口。

6.如权利要求1所述的注射插件，其中在所述多个注射端口中拥有多于一列的注射端口。

7.如权利要求1所述的注射插件，其中在所述多个注射端口中的至少两个注射端口之间形成有分支。

8.一种注射插件，包括：

主体，所述主体带有用于连接衬垫主体的弯曲内连接表面和用于连接气体输送装置的外表面，所述弯曲内连接表面和所述外表面相对，所述主体具有：

多个注射端口，所述多个注射端口穿过所述单片主体而形成，各注射端口在所述内连接表面和所述外连接表面中形成开口，并且所述多个注射端口的每个具有在从所述弯曲内连接表面到所述外表面的单一方向中延伸的中央线；和

多个注射入口，所述多个注射入口的每一个连接所述多个注射端口的至少一个，其中所述多个注射入口中至少第一入口包括第一宽度，所述第一宽度大于平均宽度。

9.如权利要求8所述的注射插件，其中所述第一入口具有到所述第一宽度的梯度增加。

10.如权利要求8所述的注射插件，其中所述多个注射入口的第二入口包括第二宽度，所述第二宽度小于所述平均宽度。

11.如权利要求8所述的注射插件，其中所述多个注射端口包括第一区域、第二区域和第三区域。

12.如权利要求8所述的注射插件，其中所述主体包括石英。

13.如权利要求8所述的注射插件，其中在所述多个注射端口中拥有多于一列的注射端口。

14.如权利要求8所述的注射插件，其中在所述多个注射端口中的至少两个注射端口之间形成有分支。

15.如权利要求8所述的注射插件，其中所述多个注射端口包括七个或更多个注射端口。

16.一种衬垫组件，包括：

衬垫主体，所述衬垫主体包括上方衬垫部分和下方衬垫部分，所述衬垫主体具有形成于所述衬垫主体中的多个衬垫端口；和

注射插件，所述注射插件具有主体，所述主体带有：

实质平坦的上方表面；

实质平坦的下方表面；

弯曲的内连接表面以连接所述衬垫主体；

外表面以连接气体输送装置，所述弯曲内连接表面和所述外表面相对；

多个注射端口，所述多个注射端口穿过所述单片主体而形成，所述多个注射端口的每个具有在从所述弯曲内连接表面到所述外表面的单一方向中延伸的中央线，所述多个注射端口产生至少：

第一区域，所述第一区域带有第一数量的通路；

第二区域，所述第二区域带有第二数量的通路，所述第二数量的通路与所述第一数量的通路不同；和

第三区域，所述第三区域带有第三数量的通路，所述第三数量的通路与所述第一数量的通路和所述第二数量的通路不同；和

多个与所述多个注射端口的至少一个连接的注射入口，其中所述多个注射端口的每一个通过所述多个注射入口流体地连接所述多个衬垫端口的至少一个。

17.如权利要求16所述的衬垫组件，其中所述多个注射端口的至少两个相邻端口之间的距离与所述多个注射端口中任意两个剩余的相邻注射端口之间的距离不同。

18.如权利要求16所述的衬垫组件，其中所述多个注射入口中至少第一入口具有宽度，所述宽度大于所述多个注射入口的第二入口。

19.如权利要求16所述的衬垫组件，其中所述第一区域具有一个注射端口，所述第二区域具有两个注射端口且所述第三区域具有四个非重叠的注射端口。

20.如权利要求16所述的衬垫组件，其中在所述多个注射端口中拥有多于一列的注射端口。