CN113474484A - 多通道分离器线轴 - Google Patents

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Abstract

此处所述的实施例涉及具有多通道分离器线轴的气体管线系统。在这些实施例中，气体管线系统将包括配置成供应第一气体的第一气体管线。第一气体管线通过在其中流动第一气体的多个第二气体管线耦合至多通道分离器线轴。多个第二气体管线中的各个气体管线将具有比第一气体管线的空间要小的空间。较小的第二气体管线将通过加热器护套包覆。由于第二气体管线的较小的空间，当第一气体流动通过第二气体管线时，加热器护套将充分加热第一气体，从而在第一气体在气体管线系统中与第二气体相遇时，消除在常规气体管线系统中发生的凝结引发的粒子缺陷。

Description

多通道分离器线轴
技术领域
此处所述的实施例总的来说涉及在半导体工艺腔室中使用的气体管线系统，并且更具体而言，涉及在半导体工艺腔室中使用的具有多通道分离器线轴的气体管线系统。
背景技术
随着半导体设备发展到非常小的技术工艺节点并且在存储设备中的层数增加，每个节点的粒子规格变得越来越严格。此外，在半导体设备的处理期间大量的工艺成本涉及不具有RF/等离子体的进入气流。因此，使流入的气流在粒子规格内为重要的。
诸如氧化硅(SiO2)之类的化合物的沉积可涉及在面板上的电极及半导体工艺腔室的底座之间施加RF偏压的存在之下，诸如正硅酸四乙酯(TEOS)与氧气(O2)之类的气体的反应。在从气源将TEOS及O2传输至沉积腔室期间，各个气体流动通过分开加热的气体管线，且最终在进入工艺腔室之前，在额外分开的气体管线中汇合且相遇。在气体管线中的压力远高于工艺腔室中的压力。在气体管线中观察到的高压条件下，流动过量的O2通常会导致O2气体加热不足。因此，当较冷的O2气体在气体管线中遇到加热的TEOS气体时，由于TEOS及O2之间在低温及高压下的气相反应，在气体管线内会发生凝结，最终导致粒子生成。
常规气体管线通过加热器护套加热。然而，由于常规加热器护套中的限制，当流动大量的O2时加热器护套无法提供避免凝结和造成粒子生成的发生所必须的加热量。由于其较佳的应力、折射率及较高的沉积率，大量的O2在数个工艺应用中为强制的。
因此，需要一种气体管线系统，所述气体管线系统在进入工艺腔室之前提供对气体充分的加热。
发明内容
此处所述的一个或多个实施例总的来说涉及用于工艺腔室的气体管线的系统以及用于处理半导体基板的系统。
在一个实施例中，一种用于工艺腔室的气体管线的系统包括：第一气体管线，具有第一直径；线轴，具有耦合至第一气体管线的多个第二气体管线，多个第二气体管线中的每一者具有第二直径；以及加热器护套，环绕线轴；其中第一直径大于第二直径。
在另一实施例中，一种用于供应气体至工艺腔室的气体管线的系统包括：第一气体管线，配置成传输第一气体，第一气体管线具有第一直径；线轴，具有耦合至第一气体管线的多个第二气体管线，多个第二气体管线中的每一者配置成传输第一气体，且多个第二气体管线中的每一者具有第二直径；第三气体管线，配置成传输第二气体；第四气体管线，于第一接头处耦合至线轴，且于第二接头处耦合至第三气体管线；以及加热器护套，环绕线轴、第三气体管线及第四气体管线；其中第二直径小于第一直径；且其中加热器护套配置成以实质上类似的温度加热多个第二气体管线、第三气体管线及第四气体管线。
在另一实施例中，一种用于处理半导体基板的系统包括：工艺腔室；第一气体管线，配置成传输第一气体，第一气体管线具有第一直径；线轴，具有耦合至第一气体管线的多个第二气体管线，多个第二气体管线中的每一者配置成传输第一气体，且多个第二气体管线中的每一者具有第二直径；第三气体管线，配置成传输第二气体；第四气体管线，于第一接头处耦合至线轴，于第二接头处耦合至第三气体管线，且于第三接头处耦合至工艺腔室；以及加热器护套，环绕线轴、第三气体管线及第四气体管线；其中第二直径小于第一直径；且其中加热器护套配置成以实质上类似的温度加热多个第二气体管线、第三气体管线及第四气体管线。
附图说明
由此方式可详细理解本公开内容以上所载的特征，以上简要概述的本公开内容的更具体说明可通过参考实施例而获得，某些实施例示出于附图中。然而，应理解附图仅示出本公开内容的通常实施例，且因此不应考虑为其范围的限制，因为本公开内容允许其他均等效果的实施例。
图1是根据本公开内容中所述的至少一个实施例的用于处理半导体基板的工艺腔室的示意性剖视图；
图2A是根据本公开内容中所述的至少一个实施例的图1中所示的气体管线系统的示意性剖视图；并且
图2B是根据本公开内容中所述的至少一个实施例的图1中所示的气体管线系统的透视图。
具体实施方式
在以下说明中，提及各种特定细节以提供本公开内容的实施例的更透彻理解。然而，对本领域技术人员来说无须这些特定细节中的一个或多个而可执行本公开内容的实施例中的一个或多个为显而易见的。在其他实例中，并未说明已知特征，以免模糊本公开内容的实施例中的一个或多个。
此处所述的实施例总的来说涉及具有多通道分离器线轴的气体管线系统。在这些实施例中，气体管线系统包括配置成供应第一气体的第一气体管线。第一气体管线通过在其中流动第一气体的多个第二气体管线耦合至多通道分离器线轴。多个第二气体管线中的每一者将具有比第一气体管线的空间要小的空间。较小的第二气体管线将被加热器外罩包覆。由于第二气体管线的较小的空间，当诸如O2之类的第一气体流动通过第二气体管线时，加热器护套将充分加热第一气体。
在某些实施例中，额外的第三气体管线配置成供应诸如TEOS之类的第二气体。第二气体接着在耦合至第三气体管线及线轴两者的第四气体管线中与第一气体相遇。第二气体管线、第三气体管线及第四气体管线中的每一者被加热器护套环绕。多个第二气体管线的设计经设计以使得加热器护套加热第一气体至与第二气体实质上类似的温度。因此，当第一气体及第二气体在第四气体管线中相遇时，在两个气体交汇处第一气体不会冷却第二气体。由于第一气体及第二气体实质上类似的温度，在第一气体及第二气体相遇的第四气体管线内避免凝结，从而消除在常规气体管线系统中发生的凝结引发的粒子缺陷。
图1为根据本公开内容中所述的至少一个实施例的用于处理半导体基板的工艺腔室100的示意性剖视图。工艺腔室100包括顶壁102、侧壁104及底壁106，以形成包围的空间。基板支撑件108定位于工艺腔室100内。基板支撑件108支撑可放置于基板支撑件108的顶部表面上的基板110。在某些实施例中，基板110可由硅(Si)制成，但也可由其他类似的材料制成。基板支撑件108可使用功率源112加热。在以下图2A至图2B中更详细地描述的气体管线系统114配置成通过接近喷头116的顶壁102使气体流至工艺腔室100中。喷头116从顶壁102向下定位，且设计成在进入工艺区域118之前控制气体的流动及分布。工艺区域118定位于喷头116及基板支撑件108之间。气体在工艺区域118内能量化成为等离子体状态，在工艺区域118中等离子体沉积以在基板110上形成一个或多个层。
图2A为本公开内容中所述的至少一个实施例的气体管线系统114的示意性剖视图，且图2B为本公开内容中所述的至少一个实施例的气体管线系统114的透视图，气体管线系统114于图1中示出。气体管线系统114包括第一气体管线202，通过第一帽件(first nut)222耦合至线轴200。尽管在此实施例中使用第一帽件222来耦合，在此处所述的实施例中也可使用其他耦合手段。线轴200包括多个第二气体管线205。第一气体管线202的长度例如可为约16.5英寸，而也可使用其他长度。第二气体管线205的长度例如可介于约15英寸与约30英寸之间，而也可使用其他长度。第一气体从第一气源204流至第一气体管线202中。第一气体可以以超过15L/分钟的流率流动，且在某些实施例中，可以以超过25L/分钟的流率流动。如通过此处的实施例所述的气体管线系统114的设计例如允许使用较大流率的O2气体，而不会发生粒子生成。由于其较佳的应力、折射率及较高的沉积率，较大流率在数个工艺应用中使用更优。此后，第一气体从第一气体管线202流至线轴200的多个第二气体管线205中。第一气体的流动通过第一运动路径206示出，在图2A中通过箭头表示。尽管第一气体可为O2，在气体管线系统114中可以使用其他类似的气体。此外，尽管在图2A至图2B中线轴200分离成三个第二气体管线205，线轴200可分离成其他数量的第二气体管线205。
第一气体管线202具有第一直径214(即，内部直径)，且第二气体管线205中的每一者具有第二直径216(即，内部直径)。第一直径214大于第二直径216。在某些实施例中，第一直径214为第二直径216的尺寸的至少两倍。在其他实施例中，第一直径214为第二直径216的尺寸的至少三倍。举例而言，在一个实施例中，第一直径214为约0.4英寸，且第二直径216为约0.18英寸。第二直径216的小直径与第一气体管线202的空间相比较建立第二气体管线205的较小的空间。由于第二气体管线205的较小的空间，当第一气体流动通过第二气体管线205时，第二气体管线205可充分加热第一气体，且将第一气体维持于所期望的高温下。加热器护套228包覆在线轴200及第二气体管线205周围，以将热量提供到第二气体管线205。加热器护套228可将第二气体管线205加热至约175摄氏度(℃)的温度，而也可能加热至其他温度。
气体管线系统114包括第三气体管线218。第二气体从第二气源208流至第三气体管线218中。类似于第一气体管线202，第三气体管线218可具有约0.4英寸的直径及约16.5英寸的长度，而也可使用其他直径及长度。第二气体的流动通过第二运动路径210示出，在图2A中通过箭头表示。第二气体可为TEOS，而在气体管线系统114中也可使用其他类似的气体。加热器护套228可如以上第二气体管线205类似的方式包覆在第三气体管线218周围。加热器护套228可加热第三气体管线218至约175摄氏度(℃)的温度，而也可能加热至其他温度。因此，第三气体管线218的温度可加热至与第二气体管线205实质上类似的温度，导致第二气体加热至与第一气体实质上类似的温度。举例而言，各个气体可以加热至在可接受的误差内(例如，+/-15℃)大约175℃。
气体管线系统114包括第四气体管线212。第四气体管线212在第一接头232处耦合至线轴200，且在第二接头234处耦合至第三气体管线218。第四气体管线212通过第二帽件224在一个端部上耦合至线轴200，而在此处所述的实施例中也可使用其他耦合手段。第四气体管线212在第三接头236处在另一个端部上耦合至工艺腔室100。第一气体及第二气体流至第四气体管线212中。在第四气体管线212内，第一气体及第二气体在混合区域230中相遇。
如以上所述，第二气体管线205以与第三气体管线218实质上类似的温度加热。因此，当第一气体及第二气体在第四气体管线212中相遇时，在混合区域230中于两个气体交汇处第一气体不会冷却第二气体。由于第一气体及第二气体实质上类似的温度，在第四气体管线212的混合区域230内避免凝结。加热器护套228可以以类似于以上第二气体管线205及第三气体管线218的方式包覆在第四气体管线212周围。加热器护套228可加热第四气体管线212至约175摄氏度(℃)的温度，而也可能加热至其他温度。因此，第四气体管线212也加热至与第二气体管线205及第三气体管线218实质上类似的温度，由此消除在常规气体管线系统中发生的凝结引发的粒子缺陷。
此后，混合的第一气体及第二气体从第四气体管线212在第三接头236处流至工艺腔室100中。介于混合区域230及工艺腔室100的顶壁102(图1)之间的总长度可为约33英寸、或其他较小的长度。第四气体管线212可具有约0.4英寸的直径，而也可使用其他类似的直径。混合的气体的流动通过第三运动路径220示出，在图2A中通过箭头表示。混合的气体的流率可为如通过第一气体管线202的流率的实质上类似的流率。在某些实施例中，通过第四气体管线212的混合的气体的流率可超过例如15L/分钟。在其他实施例中，通过第四气体管线212的混合的气体的流率可超过例如25L/分钟。在混合的气体流至工艺腔室100之后，其可沉积以在基板110(图1)上形成层。第一气体管线202、第二气体管线205、第三气体管线218及第四气体管线212中的每一者可由不锈钢制成，而也可使用其他类似的材料。
尽管以上针对本公开内容的实施例，但是可在不会背离其基本范围的情况下设计本公开内容的其他及进一步的实施例，且其范围由所附权利要求书来确定。

Claims (15)

1.一种用于工艺腔室的气体管线的系统，包括：
第一气体管线，所述第一气体管线具有第一直径；
线轴，所述线轴具有耦合至所述第一气体管线的多个第二气体管线，所述多个第二气体管线中的每一者具有第二直径；以及
加热器护套，所述加热器护套环绕所述线轴；
其中所述第一直径大于所述第二直径。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一直径为所述第二直径的尺寸的至少两倍。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述第一直径为所述第二直径的尺寸的至少三倍。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个第二气体管线的长度介于约15与约30英寸之间。
5.一种用于将气体供应至工艺腔室的气体管线的系统，包括：
第一气体管线，所述第一气体管线配置成传输第一气体，所述第一气体管线具有第一直径；
线轴，所述线轴具有耦合至所述第一气体管线的多个第二气体管线，所述多个第二气体管线中的每一者配置成传输所述第一气体，并且所述多个第二气体管线中的每一者具有第二直径；
第三气体管线，所示第三气体管线配置成传输第二气体；
第四气体管线，所述第四气体管线在第一接头处耦合至所述线轴，并且在第二接头处耦合至所述第三气体管线；以及
加热器护套，所述加热器护套环绕所述线轴、所述第三气体管线和所述第四气体管线；
其中所述第二直径小于所述第一直径；并且
其中所述加热器护套配置成以实质上类似的温度加热所述多个第二气体管线、所述第三气体管线以及所述第四气体管线。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述加热器护套配置成将所述线轴和所述第四气体管线加热至大约175摄氏度。
7.如权利要求5所述的系统，进一步包括第一气源，所述第一气源配置成将所述第一气体供应至所述第一气体管线，以使得所述第一气体以超过15L/分钟的流率流动通过所述第一气体管线。
8.如权利要求5所述的系统，进一步包括第一气源，所述第一气源配置成将所述第一气体供应至所述第一气体管线，以使得所述第一气体以超过25L/分钟的流率流动通过所述第一气体管线。
9.如权利要求5所述的系统，进一步包括第一气源，所述第一气源耦合至所述第一气体管线并且配置成供应所述第一气体，其中所述第一气体为O2。
10.如权利要求5所述的系统，进一步包括第二气源，所述第二气源耦合至所述第三气体管线并且配置成供应所述第二气体，其中所述第二气体为TEOS。
11.一种用于处理半导体基板的系统，包括：
工艺腔室；
第一气体管线，所述第一气体管线配置成传输第一气体，所述第一气体管线具有第一直径；
线轴，所述线轴具有耦合至所述第一气体管线的多个第二气体管线，所述多个第二气体管线中的每一者配置成传输所述第一气体，并且所述多个第二气体管线中的每一者具有第二直径；
第三气体管线，所述第三气体管线配置成传输第二气体；
第四气体管线，所述第四气体管线在第一接头处耦合至所述线轴，在第二接头处耦合至所述第三气体管线，并且在第三接头处耦合至所述工艺腔室；以及
加热器护套，所述加热器护套环绕所述线轴、所述第三气体管线以及所述第四气体管线；
其中所述第二直径小于所述第一直径；并且
其中所述加热器护套配置成以实质上类似的温度加热所述多个第二气体管线、所述第三气体管线以及所述第四气体管线。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第一直径为所述第二直径的尺寸的至少两倍。
13.如权利要求11所述的系统，其中所述加热器护套配置成将所述线轴和所述第四气体管线加热至大约175摄氏度。
14.如权利要求11所述的系统，进一步包括第一气源，所述第一气源配置成将所述第一气体供应至所述第一气体管线，以使得所述第一气体以超过15L/分钟的流率流动通过所述第一气体管线。
15.如权利要求11所述的系统，进一步包括第一气源，所述第一气源配置成将所述第一气体供应至所述第一气体管线，以使得所述第一气体以超过25L/分钟的流率流动通过所述第一气体管线。
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