CN112400223A - 腔室衬垫 - Google Patents

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赵来
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艾伦·K·刘
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Abstract

本文描述的实施方式一般是涉及利用高射频(RF)功率来处理基板的设备和方法。高射频功率能够以更理想的性质将膜沉积在基板上。多个第一绝缘构件设置在多个拖架上，并且从腔室主体侧向朝内延伸。多个第二绝缘构件设置在腔室主体上，并且从多个第一绝缘构件延伸到腔室主体的支撑表面。绝缘构件减少了等离子体与腔室主体之间的电弧的发生。

Description

腔室衬垫
技术领域
本文公开的实施方式一般涉及半导体制造设备的领域，且特别是涉及一种用于在制造工艺中减少等离子体的电弧的设备。
背景技术
用于等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition,PECVD)处理的传统处理腔室缺少利用高射频(RF)功率的合适设备。例如，传统处理腔室将最大射频功率限制为约4kW。使用大于约5kW的射频功率会导致等离子体中发生闪烁(flickering)或电弧(arcing)。然而，较高的射频功率(例如，大于约5kW)能够沉积具有期望特性的膜。
因此，在本领域中需要用于处理腔室的减少电弧的改进设备。
发明内容
在一个实施方式中，提供一种设备。设备包括限定处理空间的腔室主体。支撑表面形成在腔室主体中。盖子耦接至腔室主体，且喷头设置在处理空间内。多个拖架耦接至腔室主体，并从腔室主体侧向朝内延伸。支撑基座相对于喷头设置于处理空间内。多个第一绝缘构件设置于多个拖架上。多个第一绝缘构件中的每个绝缘构件从腔室主体侧向朝内延伸。多个第二绝缘构件设置于腔室主体上。多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件从多个第一绝缘构件延伸至所述腔室主体的所述支撑表面。
在另一实施方式中，提供一种设备。设备包括在其中限定处理空间的腔室主体。腔室主体具有底部及相对于底部的支撑表面。第一侧壁由底部延伸至支撑表面。第二侧壁由底部延伸至支撑表面，且第二侧壁相对于第一侧壁。第三侧壁由底部延伸至支撑表面，且第三侧壁位于第一侧壁与第二侧壁之间。第四侧壁由底部延伸至支撑表面，位于第一侧壁与第二侧壁之间。第四侧壁相对于第三侧壁。支撑基座设置于处理空间内。喷头设置在处理空间内且相对于支撑基座。第一拖架耦接至第一侧壁且位于底部与支撑表面之间。第二拖架耦接至第二侧壁，且第二拖架是与第一拖架实质上共平面。第三拖架耦接至第三侧壁，且第三拖架是与第一拖架及第二拖架实质上共平面。第四拖架耦接至第四侧壁，且第四拖架是与第一拖架、第二拖架及第三拖架实质上共平面。多个第一绝缘构件的绝缘构件设置于各个第一拖架、第二拖架、第三拖架及第四拖架上。多个第二绝缘构件从第一拖架、第二拖架、第三拖架及第四拖架的一个延伸至腔室主体的支撑表面。
在又一实施方式中，提供一种设备。设备包括限定其中处理空间的腔室主体。腔室主体具有支撑表面、第一侧壁、相对于第一侧壁的第二侧壁、位于第一侧壁与第二侧壁之间的第三侧壁、以及位于第一侧壁与第二侧壁之间的第四侧壁。第四侧壁相对于第三侧壁。每个侧壁是与相邻的侧壁形成实质上垂直的角。多个拖架耦接至腔室主体且由腔室主体侧向朝内延伸。多个第一绝缘构件设置于多个拖架上。多个第二绝缘构件耦接至腔室主体。多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件从多个第一绝缘构件延伸至支撑表面。多个第三绝缘构件于腔室主体的每个角耦接至腔室主体。
附图说明
因此，为了可以详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参考实施方式来对本公开内容进行更详细的理解，上文对本公开内容进行了简要概述，其中一些实施方式绘示于附图中。然而，应注意的是，附图仅示出示例性实施方式，因此不应被认为是对其范围的限制，可以允许其他同等有效的实施方式。
图1绘示根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室的示意性侧视截面图。
图2绘示根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室的截面平面图。
图3绘示根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室的透视图。
为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来表示附图共有的相同元件。可以理解的是，一个实施方式的元件和特征可以被有益地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本文描述的实施方式大致上涉及利用高射频(RF)功率处理基板的设备和方法。高射频功率使得能够以更理想的性质将膜沉积在基板上。多个第一绝缘构件设置在多个托架上，并且从腔室主体侧向向内延伸。多个第二绝缘构件设置在腔室主体上，并且从多个第一绝缘构件延伸到腔室主体的支撑表面。绝缘构件减少了等离子体与腔室主体之间的电弧的发生。
本文所述的工艺和设备可用于沉积栅极绝缘体氧化硅(GISiO)膜。可以使用硅烷(SiH4)和一氧化二氮(N2O)或使用四乙氧基硅烷(tetraethyl orthosilicate,TEOS)(Si(OC2H5)4)和氧气(O2)沉积栅极绝缘体氧化硅膜。可以理解的是，利用其他材料的其他工艺也可以从本文描述的实施方式中受益。
图1绘示根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室100的示意性侧视截面图。处理腔室100包括腔室主体102和耦接至腔室主体102的盖子112。腔室主体102具有底部138以及实质上垂直于底部138且在底部138与盖子112之间延伸的第一侧壁170。第二侧壁172与第一侧壁170相对设置。第二侧壁172实质上平行于第一侧壁170，并且在底部138和盖子112之间延伸。底部138实质上垂直于第一侧壁170和第二侧壁并且在第一侧壁170和第二侧壁172之间延伸。第三和第四侧壁(参照图2详细描述)彼此平行并在第一侧壁170和第二侧壁172之间延伸。狭缝阀开口144形成为穿过腔室主体102的第二侧壁172。
腔室主体102和盖子112在其中限定处理空间148。气体源104经由导管108与处理空间148流体连通。导管108由导电材料(例如是铝或其合金)制成。远程等离子体源106耦接至气体源104和处理空间148之间的导管108。射频(RF)功率源110耦接至远程等离子体源106以提供射频功率，激活来自气体源104的处理气体。射频功率源110电性耦接至盖子112，提供从腔室主体102到射频功率源110的射频电流返回路径(RF current return path)。射频功率源110产生约3kW与约20kW之间的射频功率(例如在约12kW与约19kW之间，例如约18kW)。在处理基板的工艺之间，可以将清洁气体提供给远程等离子体源106，以便生成并提供远程等离子体以清洁处理腔室100的部件。
支撑表面152形成在腔室主体102中。支撑表面152形成在腔室主体的每个侧壁中，包括第一侧壁170和第二侧壁172(以及第三和第四侧壁)。支撑表面152与底部138相对并且实质上垂直于第一侧壁170和第二侧壁172。基板支撑件136设置在处理空间148内。基板支撑件136在处理期间支撑基板124。在一个实施方式中，基板支撑件136由陶瓷材料制成。在另一实施方式中，基板支撑件136由涂布有含硅材料(例如碳化硅(silicon carbide)材料)的石墨材料制成。
基板支撑件136可经由致动器140在处理空间148内移动。例如，在处理期间，基板支撑件136处于升高的位置，使得基板124位于狭缝阀开口144上方。在完成所述处理时，致动器140将基板支撑件136移动到较低的位置，使得基板支撑件136在狭缝阀开口144下方。基板支撑件136的较低的位置能够将基板124传送到基板支撑件136或从基板支撑件136转移。
一个或多个升降杆130、132设置为穿过基板支撑件136。一个或多个升降杆130、132具有不同的长度，以在基板124于升降杆130、132上升高时减少基板124的弯曲(bowing)。例如，一个或多个内部升降杆132比一个或多个外部升降杆130短，一个或多个外部升降杆130是由内部升降杆132侧向朝外设置在基板支撑件136中。因此，当基板124于升降杆130、132上升高时，基板124位于内部升降杆132上的内部部分相对于基板124位于外部升降杆130上的外部部分更为下陷。
喷头116设置在与基板支撑件136相对的处理空间148内。喷头116经由一个或多个支撑件120与背板114耦接。一个或多个隔离件122(例如绝缘体和O形环密封件)将背板114与腔室主体电性隔离。一个或多个隔离件122设置在腔室主体102的支撑表面152上并支撑背板114。在一个实施方式中，一个或多个隔离件122由介电材料制成。空间118由背板114、与背板114相对的喷头116及一个或多个支撑件120所限定。多个通道156是穿过喷头116所形成。空间118是经由多个通道156与处理空间148流体连通。
一个或多个托架142设置于第一侧壁170和第二侧壁172上并耦接于第一侧壁170和第二侧壁172。一个或多个托架142从第一侧壁170和第二侧壁172侧向朝内延伸。多个托架142设置于第一侧壁170和第二侧壁172上，并从第一侧壁170和第二侧壁172延伸，位于狭缝阀开口144和腔室主体102的支撑表面152之间。在一个实施方式中，一个或多个托架142由导电材料制成(例如作为铝材料或其合金)。因此，一个或多个托架142电性连接到腔室主体102的侧壁，包括第一侧壁170和第二侧壁172，使得射频电流可以从一个或多个托架142连续地流到侧壁170、172。
一个或多个第一绝缘构件160设置在一个或多个托架142上。第一绝缘构件160从第一侧壁170和第二侧壁172侧向延伸。一个或多个第二绝缘构件162设置在第一侧壁170和第二侧壁172上。第二绝缘构件162从第一绝缘构件160延伸至腔室主体102的支撑表面152。在一个实施方式中，第二绝缘构件162由一个或多个陶瓷紧固件146耦接至腔室主体102的侧壁170、172。在一个实施方式中，第一绝缘构件160和第二绝缘构件162由陶瓷材料(例如是氧化铝(Al2O3))制成。在另一实施方式中，第一绝缘构件160和第二绝缘构件162由聚合物材料制成。
虽然在图1中绘示为分离的绝缘构件，但在一个实施方式中，第一绝缘构件160和第二绝缘构件162可以是设置在一个或多个托架142及侧壁170、172上的连续绝缘构件。在处理期间，期望利用高射频功率来改善沉积在基板124上的膜的特性。例如，使用约3.5kW至约20kW之间的射频功率(例如约18kW)，由于较高的离子能量和离子轰击，可以产生具有理想的膜特性的膜(例如改善的密度、增加的击穿电压(breakdown voltage)、减小的漏电流和较低的湿蚀刻速率)。对于使用约5kW的射频功率沉积的膜而言，使用约18kW的射频功率导致击穿电压从约7.8MV/cm增加到约8.5MV/cm。
虽然较高的射频功率(例如，大于约4.1kW)改善了膜的特性，但它也增加了处理空间中电弧的发生，从而损坏了沉积的膜和基板124。设置于一个或多个托架142上的第一绝缘构件160实质上减少了处理空间148及一个或多个托架142中的等离子体之间的电弧。类似地，第二绝缘构件162实质上减少了处理空间148及腔室主体102的侧壁(包括第一侧壁170和第二侧壁172)中的等离子体之间的电弧。一个或多个托架142和第一绝缘构件160还有助于将等离子体限制在喷头116和基板支撑件136之间的处理空间148中。
为了进一步减少电弧的发生，随着射频功率的增加，处理空间148中的压力也增加了。随着射频功率的增加，在处理空间148中电弧的发生也增加。为了减少电弧的发生，增加了处理空间148中的压力。例如，处理空间148中的压力可以从大约650mTorr至大约1000mTorr之间增加到大约1000mTorr至大约2000mTorr之间，例如大约1100mTorr至大约1600mTorr之间，例如1500mTorr。
阴影框架128可移动地设置在处理空间148中。当基板支撑件136处于较低位置时，阴影框架128搁置在第一绝缘构件160上并由一个或多个托架142支撑。当基板支撑件136升高到较高位置时，阴影框架128与基板124的外边缘和基板支撑件136的外边缘接合(engage)，且阴影框架128搁置在基板124的外边缘和基板支撑件136的外边缘上。当基板支撑件136处于较高位置时，阴影框架128与第一绝缘构件160间隔开。阴影框架128被配置为将源材料的沉积限制于基板124的期望部分。
图2绘示根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室100的截面平面图。腔室主体102包括第一侧壁170、第二侧壁172、第三侧壁202和第四侧壁204。第三侧壁202实质上垂直于第一侧壁170和第二侧壁172并且在第一侧壁170和第二侧壁172之间延伸。第四侧壁204与第三侧壁202相对设置，并且实质上垂直于第一侧壁170和第二侧壁172并且在第一侧壁170和第二侧壁172之间延伸。侧壁170、172、202和204中的每一个是与相邻的侧壁170、172、202和204形成实质上为直角的角208。
一个或多个第一绝缘构件160耦接至侧壁170、172、202和204中的每个，并从170、172、202和204中的每个侧向朝内延伸。每个第一绝缘构件160由拖架支撑，所述拖架耦接到每个个别的侧壁170、172、202和204，并且从每个个别的侧壁170、172、202和204延伸，例如图1中所示的一个或多个拖架142。
第二绝缘构件162设置于腔室主体102的每个侧壁170、172、202和204上。一个或多个第三绝缘构件206设置在由侧壁170、172、202和204形成的每个角中。第三绝缘构件206设置在侧壁170、172、202和204上，并从腔室主体102的支撑表面152延伸到底部138。
在一个实施方式中，第二绝缘构件162的厚度大于第三绝缘构件206的厚度。在一个实施方式中，第三绝缘构件206由陶瓷材料(例如氧化铝(Al2O3))制成。在处理期间，第三绝缘构件206有助于减少图1所示的处理空间148以及侧壁170、172、202和204形成的角中的等离子体之间的电弧。
图3绘示根据本公开内容的一个实施方式的处理腔室100的透视图。图3更清楚地示出了设置在由侧壁170、172、202和204形成的角208中的一个或多个第三绝缘构件206。托架142、第一绝缘构件160、第二绝缘构件162设置在侧壁170、172、202和204上，位于狭缝阀开口144上方。第三绝缘构件206在支撑表面152和腔室主体102的底部138之间延伸。为了清楚起见，第一绝缘构件160下方的一个或多个拖架(例如图1所示的一个或多个托架142)于图3中省略。
总之，本公开内的实施方式为等离子体处理设备提供了改进的电弧保护和预防。本文所述的绝缘构件使得能够在处理期间使用增加的射频功率(例如，约15kW)。进而，较高的射频功率能够使得沉积出的膜展现改善的膜特性，例如表现出更高的击穿电压的膜。增加的射频电压进一步改善了沉积在基板上的膜的性质，例如改善的密度、减小的漏电流和较低的湿蚀刻速率。绝缘构件还有助于将等离子体限制在喷头和支撑基座之间的处理空间内。处理空间中的压力也增加，以结合于绝缘构件来减少电弧的发生。
尽管前述内容涉及本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以构思本公开内容的其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种设备，包括：
腔室主体，限定处理空间，所述腔室主体具有形成在其中的支撑表面；
盖子，耦接至所述腔室主体；
喷头，设置在所述处理空间内；
多个拖架，耦接至所述腔室主体，并从所述腔室主体侧向朝内延伸；
支撑基座，相对于所述喷头设置于所述处理空间内；
多个第一绝缘构件，设置于所述多个拖架上，并从所述腔室主体侧向朝内延伸；和
多个第二绝缘构件，设置于所述腔室主体上，所述多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件从所述多个第一绝缘构件延伸至所述腔室主体的所述支撑表面。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述多个拖架中的每个拖架包括铝材料，并且其中所述多个第一绝缘构件中的每个绝缘构件以及所述多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件包括陶瓷材料。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述多个拖架中的每个拖架包括铝材料，并且其中所述多个第一绝缘构件中的每个绝缘构件以及所述多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件包括聚合物材料。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述多个第二绝缘构件是经由一个或多个陶瓷紧固件耦接至所述腔室主体。
5.如权利要求1所述的设备，进一步包括：
狭缝阀开口，穿过所述腔室主体形成，其中所述多个拖架设置于所述腔室主体上，位于所述狭缝阀开口与所述支撑表面之间。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述多个拖架是放置于所述腔室主体上，以在所述处理空间中调整射频返回路径。
7.一种设备，包括：
腔室主体，限定处理空间，所述腔室主体具有底部及相对于所述底部的支撑表面；
第一侧壁，由所述底部延伸至所述支撑表面；
第二侧壁，由所述底部延伸至所述支撑表面，且所述第二侧壁相对于所述第一侧壁；
第三侧壁，由所述底部延伸至所述支撑表面，且所述第三侧壁位于所述第一侧壁与所述第二侧壁之间；
第四侧壁，由所述底部延伸至所述支撑表面，所述第四侧壁位于所述第一侧壁与所述第二侧壁之间，且相对于所述第三侧壁；
支撑基座，设置于所述处理空间内；
喷头，设置在所述处理空间内且相对于所述支撑基座；
第一拖架，耦接至所述第一侧壁且位于所述底部与所述支撑表面之间；
第二拖架，耦接至所述第二侧壁，且所述第二拖架是与所述第一拖架实质上共平面；
第三拖架，耦接至所述第三侧壁，且所述第三拖架是与所述第一拖架及所述第二拖架实质上共平面；
第四拖架，耦接至所述第四侧壁，且所述第四拖架是与所述第一拖架、所述第二拖架及所述第三拖架实质上共平面；
多个第一绝缘构件，所述多个第一绝缘构件的一个设置于各个所述第一拖架、所述第二拖架、所述第三拖架及所述第四拖架上；和
多个第二绝缘构件，所述多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件从所述第一拖架、所述第二拖架、所述第三拖架及所述第四拖架的一个延伸至所述腔室主体的所述支撑表面。
8.如权利要求7所述的设备，其中所述第一拖架、所述第二拖架、所述第三拖架及所述第四拖架中的每一个包括铝材料，并且其中所述多个第一绝缘构件中的每个绝缘构件以及所述多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件包括陶瓷材料。
9.如权利要求7所述的设备，其中所述第一拖架、所述第二拖架、所述第三拖架及所述第四拖架中的每一个包括铝材料，并且其中所述多个第一绝缘构件中的每个绝缘构件以及所述多个第二绝缘构件中的每个绝缘构件包括聚合物材料。
10.如权利要求7所述的设备，进一步包括：
狭缝阀开口，形成于所述腔室主体中，其中所述多个第一绝缘构件耦接至所述腔室主体，位于所述狭缝阀开口与所述支撑表面之间。
11.如权利要求7所述的设备，其中所述第一拖架、所述第二拖架、所述第三拖架及所述第四拖架放置于所述腔室主体上，以在所述处理空间中调整射频返回路径。
12.一种设备，包括：
腔室主体，限定其中的处理空间，所述腔室主体具有支撑表面、第一侧壁、相对于所述第一侧壁的第二侧壁、位于所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的第三侧壁、以及位于所述第一侧壁与所述第二侧壁之间且相对于所述第三侧壁的第四侧壁，所述第一侧壁、所述第二侧壁、所述第三侧壁及所述第四侧壁中的每一个是与相邻的侧壁形成实质上为直角的角；
多个拖架，耦接至所述腔室主体且由所述腔室主体侧向朝内延伸；
多个第一绝缘构件，设置于所述多个拖架上；
多个第二绝缘构件，耦接至所述腔室主体，所述多个第二绝缘构件中的每个第二绝缘构件从所述多个第一绝缘构件延伸至所述支撑表面；和
多个第三绝缘构件，于所述腔室主体的每个角耦接至所述腔室主体。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述多个拖架中的每个拖架包括铝材料，并且其中所述多个第一绝缘构件、所述多个第二绝缘构件、以及所述多个第三绝缘构件中的每个绝缘构件包括陶瓷材料。
14.如权利要求12所述的设备，其中所述多个拖架中的每个拖架包括铝材料，并且其中所述多个第一绝缘构件、所述多个第二绝缘构件、以及所述多个第三绝缘构件中的每个绝缘构件包括聚合物材料。
15.如权利要求12所述的设备，其中所述多个拖架放置于所述腔室主体上，以在所述处理空间中调整射频返回路径。
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