CN108475610A - 在非对称的腔室环境中的均匀晶片温度实现 - Google Patents

在非对称的腔室环境中的均匀晶片温度实现 Download PDF

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Abstract

本公开总体涉及一种用于工艺腔室的辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件改善基板温度均匀性。所述辐射屏蔽件可以设置在所述工艺腔室的狭缝阀门与设置在所述工艺腔室内的基板支撑件之间。在一些实施方式中，所述辐射屏蔽件可以设置在所述工艺腔室的加热器下。此外，所述辐射屏蔽件可以阻挡从所述工艺腔室供应的辐射和/或热量，并且在一些实施方式中，所述辐射屏蔽件可以吸收和/或反射辐射，由此提供改善的温度均匀性并且改善所述基板的平面轮廓。

Description

在非对称的腔室环境中的均匀晶片温度实现
背景
技术领域
本文公开的实施方式总体涉及半导体处理，并且更特别地涉及用于在工艺腔室中提供均匀热辐射损耗的设备。
背景技术
等离子体增强化学气相沉积(PECVD)用于在基板(诸如半导体晶片或透明基板)上沉积薄膜。PECVD一般通过将前驱物气体或气体混合物引入容纳有基板的真空腔室中而完成。前驱物气体或气体混合物典型地被向下引导而穿过位于腔室顶部附近的分配板。通过将功率(诸如射频(RF)功率)从耦合到电极的一个或多个电源施加到腔室中的该电极，腔室中的前驱物气体或气体混合物被激励(例如，激发)成等离子体。被激发的气体或气体混合物反应以在基板的表面上形成材料层。该层可以是(例如)钝化层、栅极绝缘体、缓冲层和/或蚀刻停止层。
PECVD处理进一步允许在较低温度下沉积，在半导体的制造中，这通常很关键。较低温度还允许已被用于纳米颗粒表面官能化的有机涂层(诸如等离子体聚合物)的沉积。与工艺腔室相关联的温度可能是非对称的，这主要是由于存在用来传送基板进出工艺腔室的狭缝阀开口而造成的。非对称性导致来自加热器和基板的不均匀辐射热损耗，并进一步在基板内形成更高的温度变化。促进更均匀辐射热损耗可以改善基板上的膜均匀性。
因此，本领域中需要的是用于改善基板温度均匀性的辐射屏蔽件。
发明内容
本公开总体涉及一种用于处理腔室的辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件改善基板温度均匀性。所述辐射屏蔽件可以设置在所述处理腔室的狭缝阀与设置在所述处理腔室内的基板支撑件之间。在一些实施方式中，所述辐射屏蔽件可以设置在所述处理腔室的加热器下。此外，所述辐射屏蔽件可以阻挡从所述处理腔室供应的辐射和/或热量，并且在一些实施方式中，所述辐射屏蔽件可以吸收和/或反射辐射，由此提供改善的温度均匀性并且改善所述基板的平面轮廓。
在一个实施方式中，公开了一种用于处理腔室的辐射屏蔽件。所述辐射屏蔽件包括：盘形辐射板，所述盘形辐射板具有穿过其中设置的多个孔洞；和辐射杆，所述辐射杆耦接到所述辐射板。
在另一实施方式中，公开了一种处理腔室。所述处理腔室包括：基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述处理腔室内的处理容积中；基板支撑杆，所述基板支撑杆耦接到所述基板支撑件；狭缝阀，所述狭缝阀设置在所述处理腔室的壁内；和升降系统，所述升降系统耦接到所述基板支撑杆的基部。所述处理腔室进一步包括辐射屏蔽件。所述辐射屏蔽件包括辐射板和辐射杆。所述辐射板设置在所述狭缝阀与所述基板支撑件之间。所述辐射杆耦接到所述辐射板，并且设置在所述升降系统与所述辐射板之间。
在又一实施方式中，公开了一种处理腔室。所述处理腔室包括：基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述处理腔室的处理容积中；基板支撑杆，所述基板支撑杆耦接到所述基板支撑件；狭缝阀，所述狭缝阀设置在所述处理腔室的壁内；和升降系统，所述升降系统耦接到所述基板支撑杆的基部。所述处理腔室进一步包括辐射屏蔽件和等离子体源，所述等离子体源耦接到所述处理腔室。所述辐射源包括辐射板和辐射杆。所述辐射板设置在所述狭缝阀与所述基板支撑件之间。所述辐射杆耦接到所述辐射板，并且设置在所述升降系统与所述辐射板之间。
附图说明
为了可详细地理解本公开的上述特征所用方式，在上文简要概述的本公开的更特定的描述可以参考实施方式进行，实施方式中的一些示出在随附附图中。然而，要注意的是，随附附图仅示出了本公开的典型实施方式，并且因此不应被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是具有辐射屏蔽件的工艺腔室的一个实施方式的示意性剖视图。
图2是根据一个实施方式的辐射屏蔽件的平面图。
图3是根据一个实施方式的在其中设置有图2的辐射屏蔽件的图1的工艺腔室的处理容积的示意性剖视图。
为了促进理解，已尽可能使用相同附图标记标示附图间共有的相同要素。应设想到，一个实施方式的要素和特征可有益地并入其他实施方式中，而无需赘述。
具体实施方式
本文公开的实施方式总体涉及一种用于工艺腔室的辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件改善基板温度均匀性。所述辐射屏蔽件可以设置在所述工艺腔室的狭缝阀门与设置在所述工艺腔室内的基板支撑件之间。在一些实施方式中，所述辐射屏蔽件可以设置在所述工艺腔室的加热器下。此外，所述辐射屏蔽件可以阻挡从所述工艺腔室供应的辐射和/或热量，并且在一些实施方式中，所述辐射屏蔽件可以吸收和/或反射辐射，由此提供改善的温度均匀性并且改善所述基板的平面轮廓。
本文的实施方式在下文中参考在被配置成处理基板的PECVD系统(诸如可从加利福尼亚州圣克拉拉应用材料公司(Applied Materials,Inc.,Santa Clara,California)获得的PECVD系统)中的使用说明性地进行描述。然而，应理解，所公开的主题在其他系统配置(诸如蚀刻系统、其他化学气相沉积系统和其中基板被暴露于处理腔室内的辐射和/或热量的任何其他系统)中有实用性。应进一步理解，本文公开的实施方式可使用由其他制造商提供的工艺腔室和使用多个成形基板的腔室来实践。还应理解，可以使用被配置成处理各种大小和尺寸的基板的工艺腔室来实践本文公开的实施方式。
图1是用于形成电子器件的腔室100的一个实施方式的示意性剖视图。腔室100是PECVD腔室。如图所示，腔室100包括壁102、底部104、扩散器110和基板支撑件130。壁102、底部104、扩散器110和基板支撑件130共同限定处理容积106。处理容积106经由穿过壁102形成的可密封狭缝阀开口108进入，使得基板105可被传送进出腔室100。基板105的尺寸可以变化。
在一个实施方式中，基板支撑件130包括陶瓷材料。例如，基板支撑件130可以包括氧化铝或阳极化铝。基板支撑件130包括用于支撑基板105的基板接收表面132。杆134在一端上耦接到基板支撑件130。杆134在相对端上耦接到升降系统136以升高和降低基板支撑件130。
在操作中，基板105的顶表面与扩散器110的底表面150之间的间距可以在约10mm与约30mm之间。在其他实施方式中，该间距可以在约10mm与约20mm之间。在仍其他实施方式中，该间距可以在约10mm与约15mm之间，诸如约13mm。在其他实施方式中，该间隔可以小于约10mm或大于约30mm。
在一个实施方式中，可使用加热和/或冷却元件139来在沉积期间维持基板支撑件130和在基板支撑件上的基板105的温度。例如，基板支撑件130的温度可维持在小于约400℃。在一个实施方式中，加热和/或冷却元件139可以用于将基板温度控制到小于约100℃，诸如在约20℃和约90℃之间。
升降杆138穿过基板支撑件130而可移动地设置以移动基板105往来于基板接收表面132从而促进基板传送。基板支撑件130还可包括接地条带151以在基板支撑件130的周边提供RF接地。
气体约束器组件129设置在基板支撑件130的周边周围。在一个实施方式中，气体约束器组件129包括覆盖框架133和气体约束器135。如图所示，气体约束器组件129定位在形成于基板支撑件130的周边中的突架140和突架141上。在其他实施方式中，气体约束器组件129可以以替代方式(诸如像通过紧固件(未示出)的使用)邻近于基板支撑件130定位。例如，紧固件可以将气体约束器组件129紧固到基板支撑件130。气体约束器组件129被配置成降低基板105的边缘区域上的高沉积速率。在一个实施方式中，气体约束器组件129降低基板105的边缘处的高沉积速率，而不影响基板105的大范围的均匀性轮廓。
如图所示，覆盖框架133定位在基板支撑件130的基板接收表面132的周边上并围绕其设置。覆盖框架133包括基部144和盖件143。在一些实施方式中，基部144和盖件143可以是分离的部件。在其他实施方式中，基部144和盖件143可以形成单块体部。基部144和盖件143可以包括非金属材料，诸如陶瓷或玻璃材料。基部144和/或盖件143可以由具有低阻抗的材料构成。在一些实施方式中，基部144和/或盖件143可以具有高介电常数。例如，介电常数可以在大于约3.6之间。在一些实施方式中，介电常数可以在约3.6与约9.5之间，诸如在约9.1与约9.5之间。在一些实施方式中，介电常数可以大于或等于9.1。代表性的陶瓷材料包括氧化铝、阳极化铝。基部144和盖件143可以由相同或不同的材料构成。在一些实施方式中，基部144和/或盖件143包括与基板接收表面132相同的材料。
在一些实施方式中，覆盖框架133在处理期间通过重力来固定在基板支撑件130上。在覆盖框架133通过重力来固定的一些实施方式中，覆盖框架133的底表面中的一个或多个凹口(未示出)与从基板支撑件130突出的一个或多个柱状物(未示出)对准。替代地或另外地，基板支撑件130中的一个或多个凹口(未示出)可以与从覆盖框架133的底表面突出的一个或多个柱状物(未示出)对准以将覆盖框架133固定到基板支撑件130。在其他实施方式中，覆盖框架133紧固到基板。在一个实施方式中，覆盖框架133包括用于与气体约束器135对准的一个或多个定位销(未示出)。在其他实施方式中，覆盖框架133通过替代技术来固定到基板支撑件。覆盖框架133被配置成在处理期间覆盖基板支撑件130。覆盖框架133防止基板支撑件130被暴露于等离子体。
本文公开的实施方式可选地包括气体约束器135。气体约束器135可定位在覆盖框架133上方。如图所示，气体约束器135定位在覆盖框架133正上方并且与之接触。气体约束器135可以包含非金属或玻璃。例如，气体约束器135可以包括陶瓷，诸如氧化铝(Al2O3)。
扩散器110在周边处通过悬架114耦接到背板112。扩散器110还可通过一个或多个中心支撑件116耦接到背板112以帮助防止下垂和/或控制扩散器110的直度/曲率。气源120耦接到背板112。气源120可通过形成在扩散器110中的多个气体通道111来提供一种或多种气体并提供到处理容积106。合适的气体可以包括但不限于含硅气体、含氮气体、含氧气体、惰性气体或其他气体。代表性的含硅气体包括硅烷(SiH4)。代表性的含氮气体包括氮(N2)、一氧化二氮(N2O)和氨(NH3)。代表性的含氧气体包括氧(O2)。代表性的惰性气体包括氩(Ar)。代表性的其他气体包括例如氢(H2)。
真空泵109耦接到腔室100以控制处理容积106内的压力。RF功率源122耦接到背板112和/或直接耦接到扩散器110以将RF功率提供到扩散器110。RF功率源122可以在扩散器110与基板支撑件130之间产生电场。所产生的电场可以从扩散器110与基板支撑件130之间存在的气体形成等离子体。可以使用各种RF频率。例如，该频率可以在约0.3MHz与约200MHz之间，诸如约13.56MHz。
远程等离子体源124(诸如电感耦合的远程等离子体源)也可耦接在气源120与背板112之间。在处理基板的操作之间，清洁气体可以被提供到远程等离子体源124。清洁气体可在远程等离子体源124内被激发成等离子体，从而形成远程等离子体。由远程等离子体源124产生的被激发的物种可以被提供到处理腔室100中以清洁腔室部件。清洁气体可进一步由所提供的RF功率源122激发以流过扩散器110来减少解离的清洁气体物种的重组。合适的清洁气体包括但不限于NF3、F2和SF6。
腔室100可以用于沉积任何材料，诸如含硅材料。例如，腔室100可以用于沉积非晶硅(a-Si)、氮化硅(SiNx)和/或氧化硅(SiOx)的一个或多个层。
图2是用于处理腔室(诸如腔室100)的辐射屏蔽件200的平面图。如图所示，辐射屏蔽件200可以包括辐射板202和辐射杆204。辐射板202可以是圆形或盘形的；然而，设想的是，可以利用其他形状的辐射板202。进一步设想，辐射板202可类似于或匹配在特定处理装置或处理腔室内使用的基板支撑件的形状。在一些实施方式中，辐射板可具有在约10英寸与约20英寸之间(例如，约14英寸)的直径。然而，设想的是，辐射板可具有任何合适的直径。
辐射板202可以包含氧化铝材料或氮化铝材料。辐射板202可进一步包括穿过其中设置的多个孔洞206。在一些实施方式中，如上所述，多个孔洞206可以允许升降杆138从中穿过。在某些实施方式中，多个孔洞206中的每一个可围绕辐射板202的中心轴线设置。在某些实施方式中，多个孔洞206可均匀地间隔开。辐射板202可进一步包括设置在辐射板202的中心中的孔洞208。孔洞208可以环绕杆134，由此允许杆134从中穿过。
辐射板202可以具有均匀厚度。在一些实施方式中，辐射板202可以具有在约25mm与约250mm之间(例如，在约50mm与约200mm之间，诸如约100mm)的厚度。在某些实施方式中，辐射板202可以具有在约25mm与约250mm之间(例如，在约50mm与约200mm之间)的可变厚度。
辐射杆204可以是管状构件或圆筒形构件，并且在一些实施方式中，辐射杆204可以具有空心芯部。辐射杆可耦接到辐射板202。辐射杆204可在第一端210在孔洞208处耦接到辐射板202。辐射杆204可以包含石英材料或适合于用于半导体处理中的任何其他材料。
图3是图1的腔室100的处理容积106的示意性剖视图。如图所示，处理容积106包括设置在其中的辐射屏蔽件200。辐射屏蔽件200可以设置在基板支撑件130的基板接收表面132下。在一些实施方式中，辐射板202可以设置在狭缝阀开口108与基板支撑件130之间。在一些实施方式中，辐射杆204可以设置在升降系统136与辐射板202之间。此外，在一些实施方式中，辐射杆204可以支撑和/或包住基板支撑杆134。
在处理期间，辐射屏蔽件200可设置在狭缝阀开口108与基板支撑件130之间以避免热损耗。由此，辐射屏蔽件200可以设置在基板支撑件130下。另外，辐射屏蔽件200可以与基板支撑件130接合并耦接到基板支撑件130，使得当基板支撑件130升高和/或降低时，辐射屏蔽件也升高和/或降低。因此，当基板支撑件130处于处理位置(例如，升高位置)时，狭缝阀开口108设置在辐射板202下，由此避免热损耗。
另外，在一些实施方式中，辐射杆204可以设置在冷却毂156与狭缝阀开口108之间。冷却毂156可以设置在基板支撑杆134下并且可为处理容积106提供冷却。此外，净化挡板158可以设置在处理容积106内。净化挡板158可以限制流体或气体的流动。
进行测试并且结果表明如上所述使用辐射屏蔽件200将处理腔室内的从前到后温度从6℃降低至1℃。此外，结果表明被处理的基板的温度轮廓变得近似对称。另外，2mm EE处的方位角温度从5.9℃降低至4.1℃。
在辐射屏蔽件200的测试期间，加热器温度增加了90℃，并且基板温度增加了60℃。向底部部件(例如，衬里、泵吸板、狭缝阀开口和轴)的热损耗减少了约15％。此外，因升高的加热器和基板温度而向顶部和/或侧面部件(例如，FP和PPM堆栈)的热损耗增加了约40％。
辐射屏蔽件200的测试进一步表明，在包括辐射屏蔽件的半导体处理腔室中，所达到的最大基板温度为约584℃，而在没有辐射屏蔽件的类似基板处理腔室中所达到的最大基板温度为约523℃。在包括辐射屏蔽件的半导体处理腔室中，所达到的最大加热器温度为约742℃，而在没有辐射屏蔽件的类似基板处理腔室中所达到的最大加热器温度为约654℃。
本公开的益处进一步包括：所公开的辐射屏蔽件耦接到基板支撑件而非耦接到狭缝阀开口。辐射屏蔽件设置在加热器下，因此形成更均匀的辐射和加热并且改善基板的平面轮廓。另外，本公开可用于任何阻热设备上和/或任何PECVD处理腔室(包括来自不同的制造商的那些)上。
另外的益处包括：基板内的较低温度变化以及对均匀热损耗的促进，由此改善基板上的膜均匀性。
前述优点都是说明性的，而非限制性的。并非所有实施方式都一定要具有前述优点。尽管以上针对本公开的实施方式，但是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的实施方式，并且本公开的范围由随附的权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种用于处理腔室的辐射屏蔽件，包括：
盘形辐射板，所述盘形辐射板具有穿过其中设置的多个孔洞；和
辐射杆，所述辐射杆耦接到所述盘形辐射板。
2.如权利要求1所述的辐射屏蔽件，其中所述盘形辐射板包含氧化铝或氮化铝材料。
3.如权利要求1所述的辐射屏蔽件，其中所述辐射杆包含石英材料。
4.如权利要求1所述的辐射屏蔽件，其中所述盘形辐射板具有在约50mm与约150mm之间的均匀厚度。
5.如权利要求1所述的辐射屏蔽件，其中所述盘形辐射板具有在约50mm与约200mm之间的可变厚度。
6.如权利要求1所述的辐射屏蔽件，其中所述辐射杆是具有空心芯部的管状构件。
7.一种处理腔室，包括：
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述处理腔室内的处理容积中；
基板支撑杆，所述基板支撑杆耦接到所述基板支撑件；
升降系统，所述升降系统耦接到所述基板支撑杆；和
辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：
辐射板，所述辐射板设置在所述基板支撑件下；和
辐射杆，所述辐射杆耦接到所述辐射板，其中所述辐射杆设置在所述升降系统与所述辐射板之间。
8.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述辐射板是盘形的。
9.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述辐射板具有穿过其中设置的多个孔洞。
10.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述辐射板包含氧化铝或氮化铝材料。
11.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述处理腔室是PECVD处理腔室。
12.如权利要求7所述的处理腔室，其中所述辐射杆是具有空心芯部的管状构件。
13.如权利要求12所述的处理腔室，其中所述辐射杆环绕所述基板支撑杆。
14.一种处理腔室，包括：
基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述处理腔室的处理容积中；
基板支撑杆，所述基板支撑杆耦接到所述基板支撑件；
升降系统，所述升降系统耦接到所述基板支撑杆；
辐射屏蔽件，所述辐射屏蔽件包括：
辐射板，所述辐射板设置在所述基板支撑件下；和
辐射杆，所述辐射杆耦接到所述辐射板，其中所述辐射杆设置在所述升降系统与所述辐射板之间；和
等离子体源，所述等离子体源耦接到所述处理腔室。
15.如权利要求14所述的处理腔室，其中所述辐射板包含氧化铝或氮化铝材料。
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