CN108885973B - 具有强化的rf功率传输的陶瓷加热器 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例大体上涉及半导体处理腔室中的基板支撑组件。半导体处理腔室可以是PECVD腔室，所述PECVD腔室包含具有基板支撑件和耦合至所述基板支撑件的心轴的基板支撑组件。RF电极被嵌入至所述基板支撑件中并且杆耦合至所述RF电极。所述杆由钛(Ti)或由涂覆有金(Au)、银(Ag)、铝(Al)或铜(Cu)的镍(Ni)制成。由Ti或涂覆有Au、Ag、Al或Cu的Ni制成的杆具有降低的电阻率和增加的趋肤深度，其最小化当RF电流行进通过所述杆时的热产生。
Description
背景
技术领域
本发明的实施例大体涉及半导体处理腔室；更具体地，涉及半导体处理腔室中的基板支撑组件。
背景技术
半导体处理涉及众多不同的化学和物理工艺以在基板上建立微型集成电路。构成集成电路的材料层由包含化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长及诸如此类的处理所制成。使用光刻胶掩模和湿式或干式蚀刻技术将一些材料层图案化。用于形成集成电路的基板可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或其他合适材料。
在集成电路的制造中，等离子体处理通常用于各种材料层的沉积或蚀刻。相较于热处理，等离子体处理提供了众多优势。举例而言，与在类似的热处理中可实现的相比，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)允许沉积处理在更低温度且在更高沉积速率下进行。因此，PECVD对于具有严格热预算的集成电路制造是有利的，如用于极大规模或超大规模集成电路(VLSI或ULSI)器件制造。
在这些处理中使用的处理腔室典型地包含具有如静电吸盘(ESC)的基板支撑件的基板支撑组件，基板支撑件设置于基板支撑组件中以在处理期间固定基板。基板支撑组件可包含嵌入至基板支撑件中的射频(RF)电极和将RF电极连接至参考电压(如接地)的杆，以让RF电流从RF电极行进至参考电压。一般而言，杆由镍(Ni)制成，其产生热，导致基板支撑件的顶表面上的热点并且进而导致形成在基板上的层中的厚度不均匀，基板设置在基板支撑件的顶表面上。
因此，需要改善的基板支撑组件。
发明内容
在一个实施例中，基板支撑组件包含基板支撑件、连接至基板支撑件的心轴和设置在心轴内的第一杆。第一杆由钛或由涂覆有金、银、铝或铜的镍制成。
在另一个实施例中，基板支撑组件包含基板支撑件、连接至基板支撑件的心轴和设置在心轴内的杆。杆包含具有第一直径的第一部分和具有第二直径的第二部分。第二直径大于第一直径。
在另一个实施例中，基板支撑组件包含基板支撑件、连接至基板支撑件的心轴、嵌入至基板支撑件中的射频电极和设置在心轴内的第一杆。第一杆连接至射频电极。基板支撑组件进一步包含设置在心轴内的第二杆，并且第二杆连接至射频电极。基板支撑组件进一步包含设置在心轴内的连接构件。连接构件连接至第一杆和第二杆。
附图说明
上文简要总结的本公开的更具体描述可参考实施例(这些实施例其中一些实施例在附图中示出)，以便可更仔细了解本公开的上述特征。然而，应注意到附图仅图示说明示例性实施例，因而不应被视为本公开范围的限制；本公开可允许其他等效实施例。
图1示出根据本文所描述的实施例的等离子体处理腔室的示意性横截面图。
图2示出根据本文所描述的实施例的设置在图1的等离子体处理腔室中的基板支撑组件的示意性横截面图。
图3示出根据本文所描述的实施例的接触件的示意性横截面图。
图4示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室中的基板支撑组件的示意性横截面图。
图5示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室中的基板支撑组件的示意性横截面图。
图6示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室中的基板支撑组件的示意性横截面图。
图7示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室中的基板支撑组件的示意性横截面图。
图8示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室中的基板支撑组件的示意性横截面图。
图9示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室中的基板支撑组件的示意性横截面图。
为了有助于理解，已尽可能地使用相同的组件符号来表示附图中的相同组件。构想到，实施例的组件和特征可有利地并入至其他实施例中而无须进一步的叙述。
具体实施方式
本发明的实施例大体上涉及半导体处理腔室中的基板支撑组件。半导体处理腔室可以是PECVD腔室，PECVD腔室包含具有基板支撑件和耦合至基板支撑件的心轴的基板支撑组件。RF电极经嵌入至基板支撑件中并且杆耦合至RF电极。杆是由钛(Ti)或由涂覆有金(Au)、银(Ag)、铝(Al)或铜(Cu)的镍(Ni)制成。Ti或以Au、Ag、Al或Cu所涂覆的Ni制成的杆具有降低的电阻率和增加的趋肤深度，其最小化了当RF电流行进通过杆时的热产生。
图1示出等离子体处理腔室100的示意性横截面图。等离子体处理腔室100一般而言包含具有侧壁112的处理腔室主体102、底壁116和定义一对处理区域120A和120B的共享内部侧壁101。相似地配置处理区域120A和120B的每一个，为了简洁起见，将仅描述处理区域120B中的组件。
基板支撑组件128设置于处理区域120B中、穿过形成在等离子体处理腔室100中的底壁116中的通道122。基板支撑组件128包含用于支撑基板(未图示)的基板支撑件160和耦合至基板支撑件160的心轴161。基板支撑组件128也可以包含RF电极162、短轴164及杆166。RF电极162和短轴164可嵌入至基板支撑件160中，并且杆166可设置在心轴161内。如电阻式加热元件的加热元件(未图示)也可嵌入至基板支撑件160中以加热和控制基板温度。杆161将基板支撑组件128耦合至电源插座或电源箱103。电源箱103可包含控制基板支撑组件128在处理区域120B内的升高和移动的驱动系统。电源箱103也包含用于电功率和温度指示器的接口，如热电偶接口。
杆130被设置为穿过形成在处理区域120B的底壁116中的通道124，并且杆130用于将基板升降杆定位成穿过形成在基板支撑件160中的开口(未图示)。杆130经耦合至接触升降杆的升降板133。基板升降杆将基板从基板支撑件160选择性地分离以促进利用用于通过基板传输端口121将基板传入或传出处理区域120B的机器人(未图示)进行的基板交换。
腔室盖104耦合至腔室主体102的顶部。盖104容纳与盖104耦合的一个或多个气体分配系统108。气体分配系统108包含气体入口通道140，气体入口通道140将反应物和清洁气体通过喷头组件142输送到处理区域120B中。喷头组件142包含底板148，底板148具有相对于面板146设置在中间的阻隔板144。RF来源165耦合至喷头组件142。RF来源165为喷头组件142供电，以助于喷头组件142的面板146和基板支撑组件128之间的等离子体产生。在一个实施例中，RF来源165可以是高频射频(HFRF)电源，如13.56MHz RF产生器。在另一个实施例中，RF来源165可包含HFRF电源和低频射频(LFRF)电源，如300kHz RF产生器。替代地，RF来源可耦合至处理腔室主体102的其他部分(如基板支撑组件128)，以促进等离子体产生。介电隔离器158被设置在盖104和喷头组件142之间以防止向盖104传导RF功率。遮蔽环106可设置在基板支撑件160的外围，以预定高度接合基板。
可选地，在气体分配系统108的底板148中形成冷却通道147，以在操作期间冷却底板148。如水、乙二醇、气体及诸如此类的传热流体可循环通过冷却通道147，使得底板148保持在预定温度。
腔室衬里组件127设置在非常接近腔室主体102的侧壁110和112的处理区域120B内，以防止侧壁110和112暴露于处理区域120B内的处理环境。衬里组件127包含耦合至泵送系统167的圆周泵腔125，圆周泵腔125经配置以从处理区域120B排出气体和副产物并且控制处理区域120B内的压力。多个排气端口131可形成在腔室衬里组件127上。排气端口131经配置成允许以促进等离子体处理腔室100内的处理的方式来让气体从处理腔室120B流动至圆周泵腔125。
基板支撑组件128不限于在CVD/PECVD处理腔室中使用，且基板支撑组件128可用于PVD和蚀刻半导体处理腔室。
图2示出了根据本文所描述的一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室100中的基板支撑组件128的示意性横截面图。如图2中所图示地，基板支撑组件128包含基板支撑件160、心轴161和设置在心轴161内的杆166。基板支撑件160可由氮化铝制成，并且加热元件(未图示)可嵌入其中。RF电极162和短轴164可嵌入至基板支撑件160中，并且RF电极162和短轴164可由钼(Mo)制成。杆166具有第一端202和与第一端202相对的第二端204。第一端202可连接至短轴164，且铜焊材料可用于连接杆166的第一端202和短轴164。铜焊材料可以是金属合金，如Al合金或Au合金。当处理温度相对较低(如小于350摄氏度)时，可使用Al合金。当处理温度相对较高(如在350摄氏度至700摄氏度之间或400摄氏度至650摄氏度间)时，可使用Au合金。杆166可以是实心杆或空心杆。杆166可由Ti制成，Ti与Ni相比具有相对低的磁导率。因此，由Ti制成的杆166的趋肤深度远高于由Ni制成的杆的趋肤深度，导致当RF电流行进通过杆166时，杆166中的发热减少。
替代地，杆166可由涂覆有Au、Ag、Al或Cu的Ni制成。Au、Ag、Al或Cu涂层也增加了杆166的趋肤深度，导致当RF电流行进通过杆166时，杆166中的发热减少。举例而言，Au在13.56Mhz处具有约20微米的趋肤深度，比Ni的趋肤深度大10倍以上。此外，Au具有低磁导率和高导电率。因此，利用Au、Ag、Al或Cu涂层，当RF电流行进通过杆166时在杆166中产生的电阻热减小。如图2所示，可将杆166的第二端204插入至电源箱103的接触件206，且电源箱103可连接到如接地的参考电压。接触件206可以是允许形成在电源箱103中的多个接触件206的紧凑设计。接触件206在图3中示出。
图3是根据本文所描述的一个实施例的接触件206的示意性横截面图。如图3所图示地，接触件206包含主体302、开口306和一个或多个multi-lam条带304。主体302可由如铝的导电金属制成，并且主体302电连接至如接地的参考电压。条带304可由可承受升高的温度的导电金属(如铜、铍铜或镍铍)制成。接触件206可设置在电源箱103(图1)中，且杆166(图2)的第二端204可插入至开口306中。每个条带304可在开口306中具有凸形，以确保与杆166的良好电接触。此外，条带304助于补偿杆166在操作期间的热膨胀或收缩。
图4示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室100中的基板支撑组件128的示意性横截面图。如图4所示，基板支撑组件128包含连接至短轴164的第一杆402、连接至第一杆402的柔性电缆404和连接至柔性电缆404的第二端406。第一杆402、柔性电缆404和第二杆406设置在心轴161内。柔性电缆404是柔性的，以补偿第二杆406在操作期间的热膨胀或收缩。因为难以将柔性电缆404连接至短轴164并且难以在柔性电缆404和短轴164之间维持良好连接，所以使用第一杆402。第一杆402可以是实心杆或空心杆。第一杆402可具有相对短的长度，如约第二杆406长度的五分之一。第一杆402可由Ni制成。第一杆402具有连接至短轴164的第一端408和连接至柔性电缆404的第二端410。铜焊材料可用于连接第一杆402的第一端408和短轴164。材料可以是金属合金，如Al或Au合金。
柔性电缆404可由Ni制成，并且柔性电缆404包含第一端412和第二端414。柔性电缆404的第一端412可连接到第一杆402的第二端410。柔性电缆404是柔性的，以便补偿第二杆406在操作期间的热膨胀或收缩。第二杆406可以是实心杆或空心杆。第二杆406包含第一端416和第二端418。第一端416可连接到柔性电缆404的第二端414，并且可将第二端418插入至电源箱103中。第二杆406可由Ti或由Au、Ag、Al或Cu涂覆的Ni制成，以减少因增加的趋肤深度而在杆406中产生的热。因为通过柔性电缆404来补偿热膨胀及收缩，所以可不使用紧密接触件(图3)。
图5示出根据本文所描述的另一实施例设置在图1的等离子体处理腔室100中的基板支撑组件128的示意性横截面图。如图5所图示地，基板支撑组件128包含第一杆502和第二杆504。第一杆502和第二杆504设置在心轴161内。第一杆502可以是实心杆或空心杆。第一杆502可具有相对短的长度，如约第二杆504长度的十分之一。第一杆502可由Ni制成。第一杆502包含连接至短轴164的第一端506和连接至第二杆504的第二端508。铜焊材料可用于连接第一杆502的第一端506和短轴164。铜焊材料可以是金属合金，如Al或Au合金。第二杆504可以是实心杆或空心杆。第二杆504包含第一端510和第二端512。第一端510可连接至第一杆502的第二端508，并且可将第二端512插入至电源箱103中的接触件206中。第二杆504可由Ti或由Au、Ag、Al或Cu涂覆的Ni制成，以减少因增加的趋肤深度而在杆504中产生的热。可使用接触件206以补偿第二杆504中的热膨胀及收缩。
第一杆502的第二端508与第二杆504的第一端510可被容易地连接。在一个实施例中，第二杆504的第一端510旋入至第一杆502的第二端508，并且第二杆504的第一端510具有用于连接性的肩部接触部分514。在一些实施例中，焊接第一杆502和第二杆504之间的接触界面以改善可靠性。
图6示出根据本文所描述的另一个实施例设置在图1的等离子体处理腔室100中的基板支撑组件128的示意性横截面图。如图6所图示地，基板支撑组件包含设置于心轴161内的杆602。杆602可以是实心杆或空心杆。杆602可包含具有第一直径的第一部分604和具有第二直径的第二部分606。第一部分604可具有一直径，该直径是第二部分606直径的三分之一。使用较大的直径，RF电流流动的横截面增加(因为RF电流流经杆602的表面)，从而导致杆602具有降低的电阻。第一部分604可具有一长度，该长度为第二部分606长度的六分之一。杆602可由Ni、Ti或由Au、Ag、Al或Cu所涂覆的Ni制成。第二部分606可实体接触电源箱103。在一个实施例中，RF条带610设置于电源箱103中，并且第二部分606连接至RF条带610。RF条带610被设计为弹性的并且足够柔性的，以补偿杆602的热膨胀。第一部分604和第二部分606可以是单件材料或耦合在一起(如焊接在一起)的两件式材料。
在一些实施例中，杆602可包含第二部分606和电源箱103间的第三部分608。第三部分608可连接至RF条带610。第三部分608可具有与第一部分604相同的直径。第三部分608可由与第一部分604和第二部分606相同的材料制成。第一部分604、第二部分606和第三部分608的长度比例可分别为1:3:2。第一部分604、第二部分606和第三部分608可以是单件材料或耦合在一起(如焊接在一起)的三件式材料。
图7示出根据本文所描述的另一个实施例设置在图1的等离子体处理腔室100中的基板支撑组件128的示意性横截面图。如图7所图示地，基板支撑组件128包含第一短轴702、第二短轴704、连接至第一短轴702的第一杆706、连接至第二短轴704的第二杆708以及连接至第一杆706和第二杆708的连接构件710。第一短轴702和第二短轴704可与短轴164相同。第一杆706和第二杆708每个可以是实心杆或空心杆，且可由Ni、Ti或由Au、Ag、Al或Cu所涂覆的Ni制成。可用图4、图5和图6中所图示的杆来替代第一杆706或第二杆708。利用超过一个的连接RF电极162和电源箱103的杆，RF电流在从RF电极162行进至电源箱103时分裂到多个路径中，从而导致杆706和杆708中产生的热减少。连接构件710具有连接至第一杆706和第二杆708的第一端712以及连接至电源箱103中的RF条带610的第二端714。
图8示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室100中的基板支撑组件128的示意性横截面图。如图8所示，基板支撑组件128包含基板支撑件160、心轴802和设置在心轴802内的杆806。杆806可连接至设置在电源箱804中的RF条带610。电源箱804可具有比传统的电源箱更长的长度。心轴802和杆806具有比传统的心轴和杆更短的长度。较短的杆806帮助减少当RF电流行进通过杆806时在杆806中所产生的热。杆806的长度和电源箱804的长度的比例可以是1比1。杆806可由Ni、Ti或由Au、Ag、Al或Cu所涂覆的Ni制成。如图4、图5和图6中所图示的杆可用作杆806。
图9示出根据本文所描述的另一个实施例的设置在图1的等离子体处理腔室100中的基板支撑组件128的示意性横截面图。如图9中所示地，基板支撑组件128包含基板支撑件160和心轴161。可将加热元件902嵌入至基板支撑件160中，并且加热元件902通过连接器904和连接器906连接至电源箱103。连接器904和连接器906可由任何导电金属制成，以将电力从电源箱103提供至加热元件902。连接器904和连接器906设置在心轴161内。杆908设置在连接短轴164和电源箱103的心轴161内，以提供用于RF电流的路径。杆可由Ni、Ti或由Au、Ag、Al或Cu所涂覆的Ni制成。杆908可包含连接至短轴164的端909，且可使用铜焊材料以连接杆908的端909和短轴164。铜焊材料可以是金属合金，如Al或Au合金。可使用电容器910以连接连接器904和杆908以建立RF短路，从而形成另一路径以让RF电流行进至电源箱103。可使用第二电容器912以连接连接器906和杆908以建立另一个RF短路，从而形成另一路径以让RF电流行进至电源箱103。电容器910和电容器912也充当开路以阻止加热元件的电流到达RF终端。因为RF电流经由多个路径行进到电源箱103，所以降低了杆908中产生的热。
可结合上文所述的基板支撑组件的实施例。基板支撑组件包含至少一个由Ti或由Au、Ag、Al、或Cu所涂覆的Ni制成的杆，以当RF电流行进通过杆时减少杆中所产生的热。替代地或额外地，杆可具有具备相较于杆的剩余部分的直径而言具有较大直径的部分，以减少产生的热。替代地或额外地，可减短杆的长度或可增加杆的数目，以减少所产生的热。
尽管上文针对本发明的实施例，但可在没有背离本发明的基本范围的情况下来设计本公开的其他及进一步的实施例，并且本公开的范围是由所附权利要求来确定。
Claims (5)
1.一种基板支撑组件，包含：
基板支撑件；
心轴，所述心轴连接至所述基板支撑件；
射频电极，嵌入至所述基板支撑件；
短轴，连接至所述射频电极；
柔性电缆；
第一杆，所述第一杆设置于所述心轴内，所述第一杆具有第一端和第二端，所述第一端通过铜焊材料连接至所述短轴，并且所述第二端与所述柔性电缆接触，其中所述第一杆由钛或由涂覆有金、银、铝或铜的镍制成；以及
第二杆，所述第二杆具有与所述柔性电缆接触的第三端。
2.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述第一杆是实心杆。
3.如权利要求1所述的基板支撑组件，其中所述第一杆是空心杆。
4.如权利要求1所述的基板支撑组件，进一步包含：
加热元件，所述加热元件嵌入所述基板支撑件中；
第一连接器，所述第一连接器连接至所述加热元件；以及
第二连接器，所述第二连接器连接至所述加热元件。
5.如权利要求4所述的基板支撑组件，进一步包含第一电容器和第二电容器，所述第一电容器将所述第一连接器和所述第一杆连接，所述第二电容器将所述第二连接器和所述第一杆连接。
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