TW201350611A - 具有相異發射率之區域的面板 - Google Patents

Abstract

本發明揭示用於基板處理室中的氣體分配設備。在某些實施例中，氣體分配設備可包含面板以用於將氣體分配至基板。該面板包含面向基板的第一側。該第一側的中心區域具有第一表面處理，及該第一側的周圍區域具有第二表面處理，且該第二表面處理與該第一表面處理不同。複數個氣體分配孔設置成貫穿該面板，藉以允許氣體通過該面板而進入設置在該面板之第一側上的容積。可沿該面板的外周圍在該第一側上設置溝槽，一環設置在該溝槽內且該環以可拆卸的方式耦接至該面板以形成該周圍區域。該環具有第二側，該第二側具有第二表面處理，且在使用期間該第二側面向該基板。

Description

具有相異發射率之區域的面板

本發明實施例大體上關於半導體處理設備。

積體電路包含利用各種技術沉積而成的多個材料層，該等技術包括化學氣相沉積法(CVD)。利用CVD在半導體基板上沉積材料是製造積體電路製程中的關鍵步驟。本案發明人觀察到在某些應用中利用CVD沉積在基板上的材料中具有不希望發生的不均勻性。此等不均勻性導致在進行進一步處理之前因需對基板進行平坦化或其他修復工作而承擔額外費用或導致該積體電路可能完全故障。

本案發明人認為內腔室內部構件的發射率(emissivity)差異可能導致腔室內部的熱分佈不均勻，且從而導致基板上的熱分佈不均勻。本案發明人更認為此種整個基板表面上的熱分佈不均勻性進一步導致可在沉積於基板上的材料中觀察到不均勻性。

因此，本案發明人提供一種用於在基板上沉積材料的改進設備。

本文中揭示用於基板處理室中的氣體分配設備，並 且基板設置在該基板處理室的處理容積內。在某些實施例中，氣體分配設備可包含用於將氣體分配至基板的面板，其中該面板包含第一側，且在使用期間，該第一側面向基板，且其中該第一側的中心區域具有第一表面處理(first surface finish)，以及該第一側的周圍區域具有第二表面處理，且該第二表面處理與該第一表面處理不同；以及複數個氣體分配孔設置成貫穿該面板，以在使用期間內允許氣體通過該面板而進入設置在該面板之第一側上的容積。在某些實施例中，該設備可進一步包含沿著該面板之外周圍而設置在該第一側上的溝槽；及設置在該溝槽內的環，且該環以可拆卸的方式耦接至該面板以形成該面板的周圍區域，其中該環具有第二側且在使用期間該第二側面向基板，以及其中該第二側具有第二表面處理。

在某些實施例中，可在處理容積內設置有基板的基板處理腔室中使用的氣體分配設備可包含：具有一入口的主體；耦接至該主體的面板，且該面板與該主體共同界定出一氣室，該氣室配置成可經由該入口而接收氣體，其中該面板包含第一側，且在使用期間該第一側面向基板，以及其中該第一側具有第一表面處理；設置成貫穿該面板的複數個氣體分配孔，且該等氣體分配孔使該氣室流體耦接至設置在該面板之第一側上的容積；沿著該面板之外周圍而設置在該第一側上的溝槽；以及設置在該溝槽內的環，且該環以可拆卸的方式耦接至該面板，其中該環具有第二側，且在使用期間該環面向基板，及其中該第二側具有第二表面處理，且該第二 表面處理與該第一表面處理不同。

在某些實施例中，一種具有氣體分配設備而可用於處理基板的氣體分配設備可包含：在處理容積內設置有基板支座的腔室主體；具有入口的主體；耦接至該主體且與該基板支座相對的面板，該面板和該主體至少部分地界定出一氣室以經由該入口而接收氣體，其中該面板包含面向該基座的第一側，且其中該第一側的中央區域具有第一表面處理，以及該第一側的周圍區域具有第二表面處理，且該第二表面處理與該第一表面處理不同；以及設置成貫穿該面板的複數個氣體分配孔，且該複數個氣體分配孔使該氣室耦接至該處理容積。在某些實施例中，該設備可進一步包含沿該面板之外周圍而設置在該第一側上的溝槽；以及設置在該溝槽內的環，且該環以可拆卸的方式耦接至該面板以形成該面板的周圍區域，其中該環具有第二側，且該第二側面向該基板支座，及其中該第二側具有第二表面處理。

以下說明本發明的其他和進一步實施例。

100‧‧‧反應器

102‧‧‧氣室

106‧‧‧室壁

108‧‧‧面板

110‧‧‧主體

111‧‧‧基板支座組件

112‧‧‧安裝孔

114‧‧‧環

116‧‧‧電源

118‧‧‧處理容積

120‧‧‧加熱器

136‧‧‧氣體控制板

150‧‧‧處理腔室

152‧‧‧上組件

154‧‧‧底部組件/下組件

156‧‧‧腔室主體

158‧‧‧入口

202‧‧‧第一側

204‧‧‧第二側

206‧‧‧溝槽

302‧‧‧氣體分配孔

502‧‧‧周圍區域

可參閱附圖中圖示的本發明示例性實施例而理解以上概要整理及以下詳細討論的本發明實施例。然而應注意，附圖中僅示出本發明的代表性實施例，因此該等附圖不應視為本發明範圍的限制，本發明尚容許做出其他等效實施例。

第1圖圖示根據本發明某些實施例之示例性化學氣相沉積室的簡化截面圖。

第2圖圖示根據本發明某些實施例之氣體分配設備 的截面等角視圖。

第3圖圖示根據本發明某些實施例之面板的仰視圖。

第4圖圖示根據本發明某些實施例之面板的側視截面圖。

第5A圖圖示根據本發明某些實施例之氣體分配設備的截面等角視圖。

第5B圖圖示根據本發明某些實施例之面板的仰視圖。

為便於理解，盡可能地使用相同元件符號標示該等圖式中共同的相同元件。該等圖式未按比例繪製並可能加以簡化以求清晰。無需進一步詳述，便可思及將一實施例的元件和特徵有利地併入其他實施例中。

本發明實施例提供用於在基板上沉積膜層的改進設備。化學氣相沉積(CVD)、次大氣壓化學氣相沉積(SACVD)、快速熱化學氣相沉積(RTCVD)及低壓化學氣相沉積(LPCVD)皆是可有利地在本發明設備中執行的沉積方法。可根據本文所提供之教示內容進行修改的CVD處理室實例包括SiNgen^®、SiNgen^®-Plus、BTBAS及POLYGEN^TM腔室，上述腔室皆可購自美國加州聖塔克拉拉市的應用材料公司。其他使用熱依賴性製程(CVD或其他製程)處理基板的製程腔室(包括來自其他製造商的製程腔室)亦可根據本文所提供之教示內容進行修改而獲益。

第1圖是示例性單基板CVD反應器100的截面圖。在某些實施例中及如第1圖中所示者，反應器100可包含處理腔室150。處理腔室150通常包含底部組件154及上組件152。

底部組件154包含腔室主體156，腔室主體156具有室壁106，室壁106部分界定該處理腔室150的內部體積。基板支座組件111設置在底部組件154中以在處理過程中用於支撐基板(圖中未示出)。基板支座組件111可包含加熱器120，加熱器120係配置用於調節基板的溫度及/或調節該主要處理容積118中的溫度。加熱器120耦接至電源116。

上組件152包括主體110。在某些實施例中，該主體110可為蓋，且該蓋藉由鉸鏈(hinge)或其他適當機構可活動地耦接至該下組件154。在某些實施例中，主體110具有入口158，且製程氣體可從氣體控制板136經由入口158進入該處理腔室150，氣體控制板136可提供液態及/或氣態形式的製程化學藥品。

該主體進一步包括氣室102和面板108。在某些實施例中，面板108耦接至該主體110，且面板108與主體110共同界定出氣室102，且該氣室102係用於經由入口158而接收製程氣體。如第2圖、第4圖和第5A圖所示，面板108包括第一側202，在使用期間，該第一側202面向基板。如第3圖和第5B圖所示，面板108亦包括複數個氣體分配孔302。該等氣體分配孔302將該氣室102流體耦接至設置在該面板108之第一側上的該主要處理容積118。

面板108通常包含中心區域及圍繞著該中心區域的周圍區域，該中心區域具有第一表面處理，該周圍區域具有第二表面處理，且該第二表面處理與該第一表面處理不同。本案發明人鑑定出基板溫度(基板溫度直接影響基板表面上的薄膜均勻性)與該處理腔室內部零件之表面處理之間的相關性。第一表面處理與第二表面處理之間的差異允許藉著控制從面板108之中心區域和面板108之周圍區域反射至基板表面的熱能數量而有利地控制基板溫度，且從而控制薄膜均勻性。

例如，在某些實施例中，如第1、2、3和4圖所示，沿著面板108的外周圍設置溝槽206，且環114設置在該溝槽206中。環114對應於該面板108的周圍區域。可依據該處理設備的配置結構改變環114及對應溝槽206的尺寸。在某些實施例中，環114的尺寸經過設計，以使該等氣體分配孔配置成僅貫穿該面板108，但無氣體分配孔配置成貫穿該環114。此種實施例可有利地防止沉積材料累積在該環114與面板108之間的界面內，沉積材料累積在該界面內可能導致粒子以不期望的方式沉積在基板上。或者，在某些實施例中，該環114可能夠大，使得某些氣體分配孔穿過該環114。

作為非限制性的示範實例，在配置用來處理300毫米之半導體晶圓的設備中，面板的直徑可為約13英吋且至少在靠近邊緣處的總厚度約1英吋，面板的邊緣是該面板安裝至腔室蓋(例如，主體110)的地方。在此種示範實施例中，可在該面板面向基板之側的外直徑附近提供溝槽。該溝槽可具 有約1.5英吋的寬度及約0.5英吋的深度。該環114可具有與該溝槽大約相同的尺寸-寬約1.5英吋及厚約0.5英吋，以當安裝時，該環可實質填塞在該溝槽中。

例如可利用螺釘或其他適當固定物將該環114以可拆卸的方式(removably)耦接至面板108。在某些實施例中，安裝孔112設置成貫穿該環114，且可藉由安裝孔112將該環114以可拆卸的方式耦接至該面板108而使該面板108耦接至該體110，從而有助於方便改裝該面板以用於現有的設備。

環114與面板108兩者皆由製程相容性材料所製成，並可依據欲於該處理腔室中進行的製程而改變材料，該材料可例如鋁、不鏽鋼、鍍鎳不鏽鋼或諸如此類者。在某些實施例中，環114及面板108兩者皆由相同材料製成。在某些實施例中，環114和面板108是由不同材料製成。

環114具有第二側204，在反應器100的操作期間，該第二側204面向基板。在某些實施例中，環114的第二側204與面板108的第一側202實質共面(co-planar)。在某些實施例中，面板108的第一側202具有第一表面處理，以及環114的第二側204具有第二表面處理，且該第二表面處理與該第一表面處理不相同。因此，第一表面處理與第二表面處理之間的差異允許藉著控制從面板108之第一側202和面板108之周圍區域204反射至基板表面的熱量而有利地控制基板溫度，從而控制薄膜均勻性。

在某些實施例中，例如在氮化物沉積製程或氧化製程期間，可能需要抑制反射到基板中心處的熱量，同時可能 需要提高反射到基板周圍邊緣處的熱量，藉以製造均勻沉積的氮化物薄膜。在此等實施例中，第一表面處理係配置成用於吸收輻射，且第二表面處理係配置成用於反射輻射。或者，在某些實施例中，第一表面處理係配置成用於反射輻射，且第二表面處理係配置成用於吸收輻射。更廣泛言之，對於熱驅動型或熱影響型製程而言(例如上述示例性的CVD沉積製程)，第一表面處理與第二表面處理可配置成用於吸收或反射不同相對量的輻射，藉以影響基板的熱分佈，且從而影響所欲的特性(例如，薄膜厚度)。

可作為替代選項或以組合方式，環114的第二側可具有各種不同的幾何形狀配置，以進一步藉由控制從環114之第二表面204(例如，經塑形的表面)所反射出之輻射的方向來控制基板溫度。例如，在某些實施例中，該第二側204可經塑形以引導熱量朝向或遠離基板表面上的特定區域。例如，在某些實施例中，該第二側204的角度可朝向或遠離基板的中心處。在某些實施例中，該第二側204之一部分的角度可朝向或遠離該基板的中心處。此種具角度的結構配置可能是直線狀、曲線狀或更複雜的幾何形狀，例如使該第二側204的一或多個部分具有幾何形狀以針對該基板的不同部分進行反射或吸收輻射。

在某些實施例中，可在沿面板108之外周圍設置的溝槽206內設置一個以上的環。在某些實施例中，每個環係以可拆卸的方式耦合至該面板108，且每個環各自具有第二側，且在反應器100操作期間，該等第二側面向基板。在某 些實施例中，每個環的第二側與面板108的第一側202實質共面。在某些實施例中，每個環的第二側具有表面處理，且彼此之間的表面處理互不相同。在某些實施例中，至少一個環的第二側具有表面處理且該表面處理與面板108的第一表面處理不同。在某些實施例中，每個環的第二側彼此間具有不同的幾何形狀。

或者，以及如第5A圖和第5B圖所示，可提供面板108複數個不同的表面處理，而無需使用環114。例如，面板108的第一側202可具有第一表面處理，且面板108的周圍區域502可設有與第一表面處理不同的第二表面處理。以上有關環的尺寸及環表面處理之數量和類型的討論亦可應用在該周圍區域502的相對尺寸和表面處理上。

因此，本文已揭示數種用於在基板上沉積薄膜的改善設備。本發明設備可在指定的製程腔室中有利地幫助一或多個沉積中的薄膜降低薄膜不均勻性。例如，該改善設備的實施例提供具有不同表面條件和表面處理的面板。在某些實施例中，可藉著使用可替換式的環和面板而客制化該等表面條件和表面處理。可利用晶圓上的製程結果、模型建立(modeling)或其他適當技術來選擇特定的環與面板之組合並使該組合最佳化。

儘管上述內容已針對本發明的多個實施例進行說明，但在不偏離本發明基本範圍下，當可做出本發明的其他和進一步實施例。

102‧‧‧氣室

108‧‧‧面板

110‧‧‧主體

112‧‧‧安裝孔

158‧‧‧入口

202‧‧‧第一側

502‧‧‧周圍區域

Claims (20)

1. 一種用於一基板處理室中的氣體分配設備，且在該基板處理室的一處理容積中設置有一基板，該氣體分配設備包括：一面板，該面板用以分配氣體至一基板，其中該面板包含一第一側，且在使用期間該第一側面向該基板，且其中該第一側的一中心區域具有一第一表面處理，及該第一側的一周圍區域具有一第二表面處理，且該第一表面處理與該第二表面處理不同；及複數個氣體分配孔，該等氣體分配孔設置成貫穿該面板以在使用期間內允許該氣體通過該面板而進入設置在該面板之該第一側上的一容積。
2. 如請求項1所述之設備，進一步包括：一溝槽，該溝槽係沿該面板的一外周圍而設置在該第一側上；及一環，該環設置在該溝槽內且以可拆卸的方式耦接至該面板以形成該面板的該周圍區域，其中該環具有一第二側，在使用期間該環的該第二側面向該基板，且其中該第二側具有一第二表面處理。
3. 如請求項2所述之設備，其中該環與該面板係由相同材料製成。
4. 如請求項2所述之設備，其中該環與該面板係由不同材料 製成。
5. 如請求項1至4中任一項所述之設備，其中該第二側與該面板的該第一側不共面，且該第二側係塑造成用以引導輻射朝向一所欲方向。
6. 如請求項1至4中任一項所述之設備，其中該第一側與該第二側實質共面。
7. 如請求項1至4中任一項所述之設備，其中該第一側與該第二側實質共面，及其中該第一側與該第二側具有不同的表面處理。
8. 如請求項7所述之設備，其中該第一表面處理係配置用於吸收輻射，及其中該第二表面處理係配置用於反射輻射。
9. 如請求項2至4中任一項所述之設備，其中該面板進一步包括複數個安裝孔，該等安裝孔配置成貫穿該面板以用於將該面板安裝至該基板處理室的一蓋，及其中該環係透過該複數個安裝孔之中的至少一部分安裝孔而與該面板耦接。
10. 如請求項2至4中任一項所述之設備，進一步包括設置在該溝槽中的複數個環。
11. 如請求項10所述之設備，其中該複數個環各自包括一第二側，且該複數個環的該等第二側彼此之間具有不同的一第二表面處理。
12. 如請求項1至4中任一項所述之設備，其中該第一表面處理係配置用於吸收輻射，及其中該第二表面處理係配置用於反射輻射。
13. 如請求項1至4中任一項所述之設備，其中該等氣體分配孔全部設置在該中心區域內且貫穿該面板。
14. 一種用於一基板處理室中的氣體分配設備，且在該基板處理室的一處理容積中設置有一基板，該氣體分配設備包括：一主體，且該主體具有一入口；一面板，該面板與該主體耦接，且該面板與該主體共同界定一氣室，該氣室係配置成經由該入口接收一氣體，其中該面板包括一第一側，在使用期間該第一側面向該基板，且其中該第一側具有一第一表面處理；複數個氣體分配孔，該等氣體分配孔設置成貫穿該面板並使該氣室流體耦接至設置在該面板之該第一側上的一容積；一溝槽，該溝槽沿該面板的一外周圍設置在該第一側上；及一環，該環設置在該溝槽中並以可拆卸的方式耦接至該 面板，其中該環具有一第二側，在使用期間該第二側面向該基板，及其中該第二側具有一第二表面處理，且該第二表面處理與該第一表面處理不同。
15. 一種具有一氣體分配設備以用於處理基板的設備，該用於處理基板的設備包括：一腔室主體，在該腔室主體的一處理容積內設置有一基板支座；一主體，該主體具有一入口；一面板，該面板與該主體耦接並與該基板支座相對，該面板與該主體至少部分地界定一氣室以經由該入口接收一氣體，其中該面板包含一第一側，且該第一側面向該基板支座，及其中該第一側的一中心區域具有一第一表面處理，且該第一側的一周圍區域具有一第二表面處理，該第二表面處理與該第一表面處理不同；及複數個氣體分配孔，該等氣體分配孔設置成貫穿該面板並使該氣室流體耦接至該處理容積。
16. 如請求項15所述之設備，進一步包括：一溝槽，該溝槽沿該面板的一外周圍而設置在該第一側上；及一環，該環設置在該溝槽中並以可拆卸的方式耦接至該面板以形成該面板的該周圍區域，其中該環具有一第二側，該第二側面向該基板支座，且其中該第二側具有該第 二表面處理。
17. 如請求項16所述之設備，其中該環與該面板係由相同材料製成。
18. 如請求項15至17中任一項所述之設備，其中該第二側與該面板的該第一側不共面，且該第二側係塑造成用以引導輻射朝向一所欲方向。
19. 如請求項15至17中任一項所述之設備，其中該第一側與該第二側實質共面，且其中該第一側與該第二側具有不同的表面處理。
20. 如請求項15至17中任一項所述之設備，其中該第一表面處理係配置用於吸收輻射，及其中該第二表面處理係配置用於反射輻射。