CN209929265U - 多区可旋转扩散器装置 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及用在半导体工艺腔室中的可旋转扩散器装置。所述装置包括扩散器板，所述扩散器板具有设置在横跨所述板的区域中的孔。设置为穿过动态流体密封件的轴允许所述板旋转，同时维持所述腔室内的所期望的压力。可以旋转所述板以使所述区域中的孔对准设置在固定的区隔板中的孔。通过改变对准的孔的量或者扩散器的不同区域中的对准程度，可以调整工艺气体的径向分布。

Description

多区可旋转扩散器装置

技术领域

本公开内容总的来说涉及用在半导体工艺腔室中的可旋转扩散器装置。

背景技术

在集成电路的制造中，诸如化学气相沉积(CVD)之类的沉积工艺用于在基板上沉积各种材料的膜。例如，在等离子体增强化学气相沉积(PECVD)中，将电磁能施加到至少一种前驱物气体或蒸气以产生等离子体。

沉积膜的均匀性可在不同工艺间变化，这取决于所沉积的膜的类型、用于形成膜的前驱物、以及在膜沉积期间所采用的工艺参数。例如，当基板中心处的膜厚度小于或大于基板边缘附近的膜厚度时，发生径向膜厚度不均匀。常规的工艺腔室针对每一工艺利用不同的扩散器系统或装置，以实现均匀的沉积分布，从而改进径向厚度均匀性。然而，利用不同的系统和装置来调节膜沉积特性是耗时的并且增加了多个腔室之间的基板转移操作，这降低了处理量。此外，常规系统经常缺乏原位调节工艺腔室部件的特性以影响膜沉积特性的能力。

因此，本领域需要用于膜沉积工艺的改进的装置。

实用新型内容

在一个实施方式中，提供一种可旋转扩散器装置。所述可旋转扩散器装置包括板，所述板具有由第一半径限定的第一区域，所述第一区域具有设置在所述第一区域中的第一多个孔。板具有环形第二区域，所述环形第二区域从第一半径延伸到第二半径，所述环形第二区域具有设置在所述环形第二区域中的第二多个孔。板具有从第二半径延伸到板的边缘的环形第三区域，所述环形第三区域具有设置在所述环形第三区域中的第三多个孔。轴具有设置成与板的第一区域相邻的端部。多个支撑支柱从轴延伸并且耦接到板。围绕轴设置动态流体密封件。

在另一实施方式中，提供一种用于工艺腔室的盖组件。所述盖组件包括第一板，所述第一板具有被形成为贯穿所述第一板的多个孔。盖耦接到第一板，限定盖的表面与第一板的表面之间的容积。第二板被设置在第一板与盖之间的容积中。第二板具有由第一半径限定的第一区域，所述第一区域具有设置在所述第一区域中的第二多个孔。第二板具有从第一半径延伸到第二半径的环形第二区域，所述环形第二区域具有设置在所述环形第二区域中的第三多个孔。第二板具有从第二半径延伸到第二板的边缘的环形第三区域，所述环形第三区域具有设置在所述环形第三区域中的第四多个孔。轴延伸穿过盖并且具有设置成与第二板的第一区域相邻的端部。多个支撑支柱从轴延伸并且耦接到第二板。围绕轴设置动态流体密封件。

在另一实施方式中，提供一种工艺腔室。工艺腔室包括限定工艺容积的腔室主体。基板支撑件设置在工艺容积中。面板与基板支撑件相对地耦接到腔室主体。第一板耦接到面板。第一板具有形成为贯穿所述第一板的多个孔。盖耦接到第一板，限定盖的表面与第一板的表面之间的容积。第二板设置在第一板与盖之间的容积中。第二板具有由第一半径限定的第一区域，所述第一区域具有设置在所述第一区域中的第二多个孔。第二板具有从第一半径延伸到第二半径的环形第二区域，所述环形第二区域具有设置在所述环形第二区域中的第三多个孔。第二板具有从第二半径延伸到第二板的边缘的环形第三区域，所述环形第三区域具有设置在所述环形第三区域中的第四多个孔。轴延伸穿过盖并且具有设置成与第二板的第一区域相邻的端部。多个支撑支柱从轴延伸并且耦接到第二板。围绕轴设置动态流体密封件。

附图说明

因此，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获得以上简要概述的本公开内容的更具体描述，所述实施方式中的一些实施方式在附图中进行说明。然而，应注意，附图仅仅说明本公开内容的示例性实施方式，并且因此不应被视为对其范围的限制，因为本公开内容可以允许其他等效的实施方式。

图1示出根据本文所述实施方式的具有可旋转扩散器装置的工艺腔室的横截面示意图。

图2示出根据本文所述实施方式的具有支撑支柱和轴的扩散器板的平面图。

图3示出根据本文所述实施方式的具有图1的工艺腔室的可旋转扩散器装置的盖组件的横截面示意图。

图4A示出根据本文所述实施方式的设置成与扩散器板相邻的区隔板的表面的一部分的平面图。

图4B示出根据本文所述实施方式的设置成与扩散器板相邻的区隔板的表面的一部分的平面图。

图4C示出根据本文所述实施方式的设置成与扩散器板相邻的区隔板的表面的一部分的平面图。

图5A示出根据本文所述实施方式的扩散器板的四分之一部分的平面图，其中详细的剖面示出孔。

图5B示出根据本文所述实施方式的扩散器板的四分之一部分的平面图，其中详细的剖面示出孔。

图5C示出根据本文所述实施方式的扩散器板的四分之一部分的平面图，其中详细的剖面示出孔。

为了促进理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示各图中共有的相同元件。预期到一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其他实施方式中而无需进一步叙述。

具体实施方式

本公开内容涉及用在半导体工艺腔室中的可旋转扩散器装置。所述装置包括扩散器板，所述扩散器具有设置在横跨板的区域中的孔。穿过动态流体密封件设置的轴允许板旋转，同时维持腔室内的所期望的压力。可以旋转板以使区域中的孔对准设置在固定的区隔板中的孔。通过改变对准的孔的量或者扩散器的不同区域中的对准程度，可以调整工艺气体的径向分布。

图1示出根据一个实施方式的工艺腔室100的横截面示意图。合适的市售工艺腔室是可从加利福尼亚州圣克拉拉市的应用材料公司购得的

PRECISION^TM处理装置。工艺腔室100具有主体102，主体102包括侧壁104和基底106。腔室主体102至少部分地限定工艺容积110。腔室主体102由金属材料形成，诸如铝或不锈钢。然而，预期可以利用适合与其中的低于大气压的处理一起使用的其他材料。

基板支撑件112设置在工艺容积110内。基板支撑件112被配置为在工艺腔室100内的处理期间支持其上的基板W。基板支撑件112包括耦接到轴116的支撑主体114。轴116从支撑主体114延伸穿过腔室主体102的基底106中的开口118。轴116耦接到致动器115，致动器115接合轴116以使轴116以及耦接到轴116的支撑主体114在基板装载位置与处理位置之间垂直地移动。真空系统103流体地耦接到工艺容积110以从工艺容积110排出气体。尽管未加说明，但预期真空系统103包括泵，所述泵被配置为在工艺容积110内产生低于大气压的压力。

在基板W的处理期间，基板W设置在支撑主体114的上表面119上，与轴116相对。端口101形成在侧壁104中，以促进基板W进入到工艺容积110中和退出工艺容积110。致动门105(诸如狭缝阀等)以选择性地允许基板W穿过端口101以装载到基板支撑件112上或者从基板支撑件112移除。电极113可选地设置在支撑主体114内并穿过轴116电耦接到电源117。电极113选择性地被电源117偏置以产生电磁场以便将基板W夹持到支撑主体114的上表面119和/或促进等离子体产生或等离子体偏置。在某些实施方式中，加热器111(诸如电阻式加热器)设置在支撑主体114内以加热设置于其上的基板W。

面板120与基板支撑件112相对地耦接到腔室主体102。更具体来说，面板120耦接到腔室主体102的侧壁104。在一个实施方式中，面板120由金属材料形成，诸如铝材料或者铝合金材料。预期到面板120可以由对工艺化学物质有抗性的其他合适材料制成。例如，面板120可由陶瓷材料制成。可以是弹性材料的密封件124(诸如O形环)设置在侧壁104与面板120之间，其中面板120耦接到侧壁104。面板120具有设置成贯穿面板120的多个孔122。多个孔122从面板120的第一表面123延伸到面板120的第二表面121。面板120的第二表面121设置成与工艺容积110相邻，并且面板120的第一表面123设置成与容积126相邻。容积126至少部分地由面板120和区隔板130限定并且被定位在面板120与区隔板130之间。多个孔122使得工艺容积110与容积126之间能够流体连通。

盖组件108耦接到面板120。盖组件包括耦接到面板120的区隔板130。可以是弹性材料的密封件134(诸如O形环)设置在区隔板130与面板120之间。在一个实施方式中，区隔板130由铝形成。然而，预期可以利用其他合适材料。区隔板130具有设置成与容积126相邻的第一表面131。区隔板130的第二表面133设置成与第一表面131相对。多个孔132从第二表面133延伸穿过区隔板130到第一表面131。多个孔132使得容积126与容积136之间能够流体连通，容积136设置成与区隔板130的第二表面133相邻。

盖组件108还包括设置成与区隔板130相邻的盖140。在一个实施方式中，盖140由金属材料形成，诸如铝材料或者铝合金材料。预期到其他合适材料可以用于制造盖140。盖140耦接到区隔板130并且至少部分地限定其中的容积136。可以是弹性材料的密封件148(诸如O形环)设置在区隔板130与盖140之间。盖140具有与容积136相邻的表面141。

在盖140中形成多个气体通道145。气体通道145延伸穿过盖140到设置在表面141中的多个端口146。在一个实施方式中，多个端口146沿着表面141呈直线图案分布。在另一实施方式中，多个端口146沿着表面141呈径向图案分布。预期可以利用多个端口146的分布来影响进入容积136的气体的分布。在操作中，气体穿过多个端口146进入容积136并从气源142行进穿过多个气体通道145，气源142经由导管144与多个气体通道145流体连通。预期可以利用单个导管或多个导管将气体从气源142输送到多个气体通道145。

盖组件108进一步包括可旋转扩散器装置150。可旋转扩散器装置150包括扩散器板152，扩散器板152设置在盖140的表面141与区隔板130的第二表面133之间的容积136中。扩散器板152与区隔板130分开距离138，距离138可以是约100微米至约2毫米，例如约1毫米。扩散器板152通过支撑支柱156耦接到轴154，支撑支柱156从轴154延伸到扩散器板152。在一些实施方式中，支撑支柱156从轴154的端部151延伸到扩散器板152的边缘153。选择支撑支柱156的大小、形状和材料以最小化在处理期间的支撑支柱156的表面上的材料沉积。

轴154延伸穿过盖140。在一个实施方式中，轴154延伸穿过盖140的中心区域。动态流体密封件158围绕轴154设置在盖140内。动态流体密封件158可以是真空密封件或磁性密封件。电机155耦接到轴154以使轴154围绕轴线157旋转。动态流体密封件158使得由电机155驱动的轴154和经由支撑支柱156耦接到轴154的扩散器板152围绕轴线157旋转，同时防止工艺容积110外部的环境大气与工艺腔室100内的容积136、126、110之间的流体连通。

有利地，由动态流体密封件158提供的密封是坚固的并且适合于承受在处理期间工艺腔室100中存在的温度和压力。动态流体密封件158还为轴154的旋转提供低摩擦密封，因而减少了磨损。在一个实施方式中，动态流体密封件158通过密封件159紧固到盖140上，密封件159可以是弹性材料O形环。

图2示出可旋转扩散器装置150的一部分的平面图。示出了轴154的横截面，其中支撑支柱156从轴154延伸到扩散器板152的边缘153。轴154的端部151(未示出)设置成与扩散器板152的中心相邻。围绕扩散器板152的圆周等距间隔开的三个支撑支柱156从轴154延伸并且耦接到与边缘153相邻的扩散器板152的上表面216。在一个实施方式中，将支撑支柱156焊接到扩散器板152。在另一个实施方式中，支撑支柱156机械地耦接到扩散器板152，例如通过螺纹耦接(诸如螺栓或螺钉)机械地耦接到扩散器板152。

扩散器板152具有在扩散器板152的中心的第一区域210，第一区域210由第一半径200限定。环形第二区域212从第一半径200延伸到第二半径202。环形第三区域214从第二半径202延伸到边缘153。

区域210、212和214中的每一个具有设置在其中的多个孔。第一多个孔220设置在第一区域210中；第二多个孔222设置在第二区域212中；而第三多个孔224设置在第三区域214中。虽然仅示出了多个孔220、222、224中的每一个的一部分，但预期多个孔220、222、224中的每一个分别占据第一区域210、第二区域212和第三区域214中的每一个的基本全部。虽然本文论述了三个区域210、212和214，但预期本文所述实施方式可以扩展到任何数目的孔对准区域。

图3示出盖组件108的横截面示意图，以更详细地展示可旋转扩散器装置150。在图3中，展示了扩散器板152中的第一多个孔220、第二多个孔222和第三多个孔224。在所示实施方式中，第一多个孔220、第二多个孔222和第三多个孔224中的每一个对准为与区隔板130中的孔132相邻。在这一实施方式中，基本上不遮挡从区隔板130的第一表面131到扩散器板152的上表面216的视线。然而，预期第一多个孔220、第二多个孔222和第三多个孔224中的一个或多个可能至少部分地与区隔板130的孔132未对准。在这一实施方式中，至少部分地遮挡从区隔板130的第一表面131到扩散器板152的上表面216的视线。

如上所述，定位孔220、222和224以使得轴154的旋转改变扩散器板152的孔220、222、224与区隔板130中的孔132之间的对准。因而，取决于扩散器板152相对于区隔板130的旋转位置，对准的孔的数目或孔的对准程度可以在区域210、212和214(在图2中示出)之间变化。

在一个实施方式中，从设定的零点开始的第一旋转幅度(例如，孔220、222、224与孔132的基本完全对准)导致第一区域210中的较多数目的孔220对准，同时导致分别在第二区域212和第三区域214中的较少的孔222和224对准。在另一实施方式中，从设定的零点开始的第二旋转幅度导致第二区域212中的较多数目的孔222对准，同时导致分别在第一区域210和第三区域214中的较少的孔220和224对准。在另一实施方式中，从设定的零点开始的第三旋转幅度导致第三区域214中的较多数目的孔224对准，同时导致分别在第一区域210和第二区域212中的较少的孔220和222对准。

以此方式，可以动态地调节沉积分布和沉积工艺的径向均匀性。因此，使用可旋转扩散器装置150能够实现调整特性以调节膜厚度的额外方法。可旋转扩散器装置150还减少了用于不同工艺的单独扩散器板的使用，因为可以通过旋转扩散器板152在工艺之间改变沉积分布。

预期可以通过孔220、222和224相对于孔132的位置和大小的位置和大小来确定扩散器板152的旋转对准特性。在一个示例中，孔220、222和224具有比孔132的直径要大的直径。在另一示例中，孔220、222和224具有比孔132的直径要小的直径。

图4A至图4C示出区隔板130的表面131的部分的平面图，展示了可如何改变沉积分布。图4A至图4C示出区隔板130的表面131的三个部分的视图。图4A示出与扩散器板152的第一区域210(图2中示出)相邻的部分。图4B示出与扩散器板152的第二区域212(图2中示出)相邻的部分。图4C示出与扩散器板152的第三区域214(图2中示出)相邻的部分。

如图4A中所示，第一区域210中的孔220(如图2中所示)与区隔板130的孔132对准，使得基本上不遮挡孔132。如图4B中所示，对准第二区域212中的孔222(如图2中所示出)，使得部分地遮挡孔132，从而使得通过孔132部分地可见扩散器装置152。如图4C所示，对准第三区域214中的孔224(如图2中所示)，使得扩散器装置152基本上遮挡孔132。预期对于上述每个实施方式而言，可以连续地从完全遮挡到基本上无遮挡来选择遮挡程度。

图5A至图5C示出扩散器板152的四分之一部分的平面图，其中详细的剖面示出孔220、222和224。图5A至5C中的每一者示出了扩散器板152的四分之一部分的平面图，其中为了清楚起见省略了轴154和支撑支柱156(在图2中示出)。在图5A至图5C中的每一个中，扩散器板152的第一半径200和第二半径202以及边缘153分别限定第一区域210、第二区域212和第三区域214。图5A示出其中第一区域210中的较多的孔220对准并且较少的孔222和224分别在第二区域212和第三区域214中对准的布置。

类似地，图5B示出其中较多的孔222在第二区域212中对准并且较少孔220和224分别在第一区域210和第三区域214中对准的布置。图5C示出其中较多的孔224在第三区域214中对准并且较少的孔220和222分别在第一区域210和第二区域212中对准的布置。取决于待沉积的膜的类型、所用前驱物的类型以及所期望的膜厚度调节程度，上述布置中的每一个均可适合于不同的沉积工艺。因而，扩散器装置152能够实现多个工艺的改进的膜厚度调节和径向厚度均匀性，而无需针对每一工艺使用不同的扩散器。

虽然前文针对本公开内容的实施方式，但是可以在不脱离本公开内容的基本范围的情况下设计本公开内容的其他和另外的实施方式，并且本公开内容的范围由以上权利要求确定。

Claims (15)

1.一种可旋转扩散器装置，其特征在于，包括：

板，所述板包括：

第一区域，所述第一区域由第一半径限定并且具有设置在所述第一区域中的第一多个孔；

环形第二区域，所述环形第二区域从所述第一半径延伸到第二半径并且具有设置在所述环形第二区域中的第二多个孔；和

环形第三区域，所述环形第三区域从所述第二半径延伸到所述板的边缘并且具有设置在所述环形第三区域中的第三多个孔；

轴，所述轴具有设置成与所述板的所述第一区域相邻的端部；

多个支撑支柱，所述多个支撑支柱从所述轴的所述端部延伸并且耦接到所述板的所述边缘；和

流体密封件，所述流体密封件被设置成围绕所述轴。

2.如权利要求1所述的可旋转扩散器装置，进一步包括：电机，所述电机耦接到所述轴用于使所述轴围绕轴线旋转。

3.如权利要求1所述的可旋转扩散器装置，其中所述多个支撑支柱包括三个支撑支柱，所述三个支撑支柱耦接成与所述板的周边相邻并且彼此以相等的角距离间隔开。

4.一种用于工艺腔室的盖组件，其特征在于，包括：

第一板，所述第一板具有被形成为贯穿所述第一板的第一多个孔；

盖，所述盖耦接到所述第一板并且至少部分地限定所述盖的表面与所述第一板的表面之间的容积；

第二板，所述第二板被设置在所述第一板与所述盖之间的所述容积中，所述第二板包括：

第一区域，所述第一区域由第一半径限定并且具有设置在所述第一区域中的第二多个孔；

环形第二区域，所述环形第二区域从所述第一半径延伸到第二半径并且具有设置在所述环形第二区域中的第三多个孔；和

环形第三区域，所述环形第三区域从所述第二半径延伸到所述第二板的边缘并且具有设置在所述环形第三区域中的第四多个孔；

轴，所述轴延伸穿过所述盖并且具有设置成与所述第二板的所述第一区域相邻的端部；

多个支撑支柱，所述多个支撑支柱从所述轴的所述端部延伸并且耦接到所述第二板的所述边缘；和

流体密封件，所述流体密封件被设置成围绕所述轴。

5.如权利要求4所述的盖组件，进一步包括：

电机，所述电机耦接到所述轴用于使所述轴围绕轴线旋转。

6.如权利要求4所述的盖组件，其中所述第一板和所述第二板由铝形成，并且所述第一板和所述第二板被定位成相距约1微米。

7.如权利要求4所述的盖组件，进一步包括：

多个通道，所述多个通道形成在所述盖中并且延伸到设置在所述盖的所述表面中的多个端口。

8.如权利要求4所述的盖组件，其中所述第二多个孔、所述第三多个孔和所述第四多个孔的孔的直径大于所述第一多个孔的孔的直径。

9.如权利要求4所述的盖组件，其中所述多个支撑支柱包括围绕所述第二板的圆周等距间隔开的三个支撑支柱。

10.一种工艺腔室，其特征在于，包括：

腔室主体，所述腔室主体限定工艺容积；

基板支撑件，所述基板支撑件设置在所述工艺容积中；

面板，所述面板与所述基板支撑件相对地耦接到所述腔室主体；

第一板，所述第一板耦接到所述面板，所述第一板具有被形成为贯穿所述第一板的第一多个孔；

盖，所述盖耦接到所述第一板并且至少部分地限定所述盖的表面与所述第一板的表面之间的容积；

第二板，所述第二板被设置在所述第一板与所述盖之间的所述容积中，所述第二板包括：

第一区域，所述第一区域由第一半径限定并且具有设置在所述第一区域中的第二多个孔；

环形第二区域，所述环形第二区域从所述第一半径延伸到第二半径并且具有设置在所述环形第二区域中的第三多个孔；和

环形第三区域，所述环形第三区域从所述第二半径延伸到所述第二板的边缘并且具有设置在所述环形第三区域中的第四多个孔；

轴，所述轴延伸穿过所述盖并且具有设置成与所述第二板的所述第一区域相邻的端部；

多个支撑支柱，所述多个支撑支柱从所述轴的所述端部延伸并且耦接到所述第二板的所述边缘；和

流体密封件，所述流体密封件被设置成围绕所述轴。

11.如权利要求10所述的工艺腔室，其中所述第一板和所述第二板由铝形成。

12.如权利要求10所述的工艺腔室，进一步包括：

多个通道，所述多个通道形成在所述盖中并且延伸到设置在所述盖的所述表面中的多个端口。

13.如权利要求10所述的工艺腔室，其中所述第二多个孔、所述第三多个孔和所述第四多个孔的孔的直径大于所述第一多个孔的孔的直径。

14.如权利要求10所述的工艺腔室，其中所述第一板和所述第二板被定位成相距约1微米。

15.如权利要求10所述的工艺腔室，其中所述多个支撑支柱包括围绕所述第二板的圆周等距间隔开的三个支撑支柱。

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