TW202129715A - 高溫雙通道噴頭 - Google Patents

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雷平艷
吳典曄
傑立巴利 拉菲
倉富敬
小雄 袁
曼裘那薩 高帕
維諾高達 普拉瑟
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美商應用材料股份有限公司
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Abstract

本案提供了噴頭的實施例。在一些實施例中，一種用於處理腔室中的噴頭包括氣體分配板、複數個通道、複數個第一氣體輸送孔、及複數個第二氣體輸送孔，該氣體分配板具有上表面和下表面；該複數個通道穿過該氣體分配板延伸且實質垂直於該下表面；該複數個第一氣體輸送孔在該複數個通道的相鄰通道之間從該上表面延伸到該下表面，以透過該氣體分配板輸送一第一處理氣體；及該複數個第二氣體輸送孔從該複數個通道延伸到該下表面，以在不與該第一處理氣體混合的情況下透過其輸送一第二處理氣體。

Description

高溫雙通道噴頭
本揭示案的實施例一般係關於半導體處理設備。
基板處理設備通常包括經配置在基板上施行某些製程的處理腔室，例如化學氣相沉積（CVD）、原子層沉積（ALD）、蝕刻或類似製程。在施行某些製程時，處理腔室可使用噴頭，以在基板上分配處理氣體。通常，多個處理氣體透過噴頭分配。然而，發明人已經觀察到，對於某些高溫應用，傳統的噴頭用於透過噴頭分配多個處理氣體不適當。
因此，發明人提供了本案揭露的改良的噴頭的實施例。
本案提供了用於基板處理腔室中的噴頭的實施例。在一些實施例中，一種用於處理腔室中的噴頭包括氣體分配板、複數個通道、複數個第一氣體輸送孔及複數個第二氣體輸送孔，該氣體分配板具有上表面和下表面；該複數個通道完全穿過該氣體分配板延伸且實質垂直於該下表面；該複數個第一氣體輸送孔在該複數個通道的相鄰通道之間從該上表面延伸到該下表面，以透過該氣體分配板輸送一第一處理氣體；及該複數個第二氣體輸送孔從該複數個通道延伸到該下表面，以在不與該第一處理氣體混合的情況下透過其輸送一第二處理氣體。
在一些實施例中，一種用於處理腔室中的噴頭包括氣體分配板、複數個通道、第一凸緣、複數個第一氣體輸送孔、第二凸緣、及複數個第二氣體輸送孔，該氣體分配板具有上表面和下表面；該複數個通道穿過該氣體分配板延伸且實質垂直於該下表面；該第一凸緣具有耦接至該氣體分配板的一下表面，其中該第一凸緣具有一環形形狀，以在其中界定一第一氣體流動路徑；該複數個第一氣體輸送孔延伸穿過該氣體分配板，以將一第一處理氣體從該第一氣體流動路徑輸送到該氣體分配板的該下表面；該第二凸緣具有一環形形狀並耦接到該氣體分配板，其中該第一凸緣和該第二凸緣在它們之間界定一第二氣體流動路徑；及該複數個第二氣體輸送孔從該複數個通道延伸到該下表面，以在不與該第一處理氣體混合的情況下將一第二處理氣體從該第二氣體流動路徑輸送到該氣體分配板的該下表面。
在一些實施例中，一種處理腔室包括腔室主體、基板支撐件、噴頭、複數個通道、複數個第一氣體輸送孔及複數個第二氣體輸送孔，該腔室主體具有內部空間；該基板支撐件設置在該內部空間中；該噴頭設置在該內部體積中且相對於該基板支撐件，其中該噴頭包含氣體分配板，該氣體分配板具有上表面和下表面；該複數個通道橫跨該氣體分配板延伸；該複數個第一氣體輸送孔在該複數個通道之間從該上表面延伸到該下表面，以透過其輸送一第一處理氣體；及該複數個第二氣體輸送孔從該複數個通道延伸到該下表面，以在不與該噴頭中的該第一處理氣體混合的情況下透過其輸送一第二處理氣體。
本揭示案的其他和進一步的實施例描述如下。
本案提供了用於基板處理腔室中的噴頭的實施例。在一些實施例中，噴頭包括氣體分配板。在一些實施例中，氣體分配板可以有利地由鎳、鎳合金或不銹鋼製成，以用於高溫應用。在一些實施例中，本案提供的噴頭可與攝氏300度或更高溫度的處理氣體一起使用。在一些實施例中，本案提供的噴頭可與攝氏500度或更高溫度的處理氣體一起使用。
圖1是根據本揭示案的一些實施例的處理腔室100的示意性側視圖。處理腔室100是真空腔室，該真空腔室適合於在基板處理期間將內部空間138內維持在次大氣壓（sub-atmospheric）的壓力。處理腔室100具有腔室主體102，腔室主體102具有處理空間122。腔室主體102可由金屬（如鋁）製成。腔室主體102可經由耦接件接地至地116。
腔室主體102包括狹縫閥130，以利於將基板108移送進出內部空間138。基板108靜置在軸104​​所支撐的基板支撐件106上。軸104可以是中空的以提供導管，例如，用於將電力、流體、處理氣體、背面氣體、冷卻劑或類似物提供給基板支撐件106。噴頭124耦接至腔室主體102，且通常與基板支撐件106相對。在電漿增強沉積製程期間，一個或多個處理氣體經由噴頭124流入內部空間138。例如，第一處理氣體111從第一處理氣體源110流過噴頭124。在一些實施例中，第二處理氣體115從第二處理氣體源114流過噴頭124。在一些實施例中，第一處理氣體111和第二處理氣體115可保持分開，直到進入處理空間122。噴頭124包括複數個氣體分配孔，以將第一處理氣體和第二處理氣體提供給處理空間122。
在一些實施例中，第一處理氣體111和第二處理氣體115包括氫氣（H2 ）、氯化鈦（TiCl4 ）、三氟化氮（NF3 ）、氮氣（N2 ）或矽烷（SiH4 ）。在一些實施例中，第一處理氣體111和第二處理氣體115中的至少一個包括具有惰性氣體的氣體混合物。在一些實施例中，惰性氣體是氬。在一些實施例中，第一處理氣體111或第二處理氣體115包括處置氣體（treatment gas）（如矽烷（SiH4 ）），以在沉積期間從腔室主體102和基板108的壁去除不需要的物質。可在電漿中激發處置氣體，接著將其用於減少或去除腔室內的殘留內容物。在一些實施例中，可在沒有電漿的情況下使用處置氣體。
可藉由使用來自RF功率源126的RF功率將經由噴頭124流入內部空間138的一個或多個處理氣體點燃成電漿120。電漿120在處理空間122中與基板108相互作用。在沉積之後，可藉由泵118淨化處理空間122以去除沉積氣體和分子。淨化製程可包括以下步驟：使惰性氣體或處置氣體（treatment gas）流動。
處理腔室100是代表性的，且例如可以是電漿增強的原子層沉積（PEALD）腔室、電漿增強的化學氣相沉積（PECVD）腔室或類似物。使用具有上述製程的單一腔室的能力減少了半導體製造期間的處理時間、耗材和複雜性。本案所述的噴頭124可被稱為雙通道噴頭（DCSH）。噴頭124可允許介電材料的可流動沉積以及在操作期間分離前驅物和處理流體。噴頭可替代地用於蝕刻製程，該蝕刻製程允許在反應區外部分離蝕刻劑，以在傳送到處理區域之前，提供與腔室部件的有限的相互作用以及提供腔室部件彼此之間有限的相互作用。如本案所述之噴頭還可以適當地用於其他需要在如本案所述之兩組獨立通道中提供處理氣體的應用中。
圖2是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的截面側視圖。噴頭124包括氣體分配板204，氣體分配板204具有上表面208和下表面206。在一些實施例中，氣體分配板204是盤形的。在一些實施例中，氣體分配板204由金屬製成。在一些實施例中，氣體分配板204由鎳、鎳合金或不銹鋼製成。在一些實施例中，氣體分配板204由鎳鉻合金製成，如英高鎳合金（Inconel®）。
氣體分配板204包括橫跨並穿過氣體分配板204延伸的複數個通道210。在一些實施例中，複數個通道210具有實質均勻的截面積。在一些實施例中，複數個通道210橫跨氣體分配板204以規則間距設置。在一些實施例中，複數個通道210居中地（centrally）設置在上表面208和下表面206之間。在一些實施例中，複數個通道210實質平行於下表面206延伸。
氣體分配板204包括複數個第一氣體輸送孔216，複數個第一氣體輸送孔216從上表面208延伸穿過氣體分配板204到下表面206。複數個第一氣體輸送孔216與複數個通道210流體地隔離（fluidly isolated）。在一些實施例中，複數個第一氣體輸送孔216在複數個通道210的相鄰通道之間延伸，以透過氣體分配板204輸送第一處理氣體（如第一處理氣體111）（如來自氣體源且從氣體分配板的第一側透過氣體分配板到氣體分配板的第二側）。
複數個第二氣體輸送孔220從複數個通道210延伸至下表面206，以在不與第一處理氣體混合的情況下透過其輸送第二處理氣體（如第二處理氣體115）。
噴頭124包括耦接到氣體分配板204的第一凸緣214。在一些實施例中，第一凸緣214耦接至鄰近上表面208的氣體分配板204。第一凸緣214遠離上表面208向上延伸。在一些實施例中，第一凸緣214的上部219包括徑向向外延伸的第一唇部222。在一些實施例中，第一凸緣214包括設置在第一唇部222和氣體分配板204之間的實質垂直的部分。
噴頭124包括耦接到氣體分配板204的第二凸緣218。在一些實施例中，第二凸緣218靠近下表面206耦接。在一些實施例中，複數個通道210設置在第一凸緣214和第二凸緣218之間。在一些實施例中，第二凸緣218遠離上表面208向上延伸。在一些實施例中，第二凸緣218的上部221包括徑向向外延伸的第二唇部224。在一些實施例中，第二凸緣218包括設置在第二唇部224和氣體分配板204之間的實質垂直的部分。在一些實施例中，第一凸緣214和第二凸緣218由具有小於約20W/mK的導熱係數的材料製成，以減少第一處理流體和第二處理流體之間的熱傳遞。在一些實施例中，第一凸緣214和第二凸緣218由鎳合金或不銹鋼製成。在一些實施例中，第一凸緣214和第二凸緣218由以上關於氣體分配板204討論的任何材料製成。在一些實施例中，第一凸緣214和第二凸緣218的厚度為約20mil至約100mil。
在一些實施例中，第一凸緣214具有環形形狀以在其中界定第一氣體流動路徑226，以將第一處理氣體提供給複數個第一氣體輸送孔216。在一些實施例中，第一凸緣214和第二凸緣218在它們之間界定第二氣體流動路徑228，以經由複數個通道210將第二處理氣體提供到複數個第二氣體輸送孔220。
圖3A是根據本揭示案的一些實施例的噴頭124的一部分的截面側視圖。圖3B是沿線3B-3B'截取的圖3A的噴頭124的較大部分的截面頂視圖。在一些實施例中，如圖3A和3B所示，氣體分配板204由單一板製成。在一些實施例中，氣體分配板204被鑽孔（drill）以產生複數個通道210。在一些實施例中，複數個通道210中的所有通道彼此實質平行地延伸。在一些實施例中，複數個通道210具有圓形的橫截面形狀。儘管圖3B將複數個通道210所示為線性且橫跨氣體分配板204以規則間距設置，但是可以以其他合適的圖案佈置複數個通道210。
在一些實施例中，複數個第一氣體輸送孔216中的每個孔包括上部304和下部306。在一些實施例中，上部304的直徑大於下部306的直徑，以阻止（choke）通過其的流，以提供通過複數個第一氣體輸送孔216的第一處理氣體的更均勻的流。在一些實施例中，下部306的直徑實質類似於複數個第二氣體輸送孔220的直徑。
圖4A是根據本揭示案的一些實施例的噴頭124的一部分的截面側視圖。圖4B是沿著線4B-4B'截取的圖4A的噴頭124的較大部分的截面頂視圖。在一些實施例中，氣體分配板204包括兩個或更多個焊接（brazed）在一起的板。例如，如圖4A和4B所示，氣體分配板204包括耦接到第二板404的第一板402。在一些實施例中，第一板402的下表面406在介面412處焊接於第二板404的上表面408。在一些實施例中，介面412實質平行於下表面206。第一板402界定上表面208。第二板404界定下表面206。在一些實施例中，複數個通道210設置在第一板402中。在一些實施例中，複數個第二氣體輸送孔220設置在第二板404中。
具有包括兩個或更多個板的氣體分配板204的實施例有利地允許複數個通道210具有更複雜的圖案和橫截面形狀。例如，在一些實施例中，複數個通道210包括複數個第一通道420和複數個第二通道430。在一些實施例中，複數個第一通道420彼此實質平行且實質垂直於複數個第二通道430。在一些實施例中，複數個第一通道420可相對於複數個第二通道430成角度。在一些實施例中，複數個通道210具有矩形的橫截面形狀。在一些實施例中，複數個第一氣體輸送孔216包括耦接到下部306的下端的噴嘴部分414。噴嘴部分414的直徑從下部306往氣體分配板204的下表面206增加，以增加第一處理氣體的噴灑面積。儘管未圖示，但是複數個第二氣體輸送孔220可包括相似的噴嘴部分。
圖5是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的一部分的截面側視圖。在一些實施例中，第一板402從氣體分配板204的上表面208延伸到氣體分配板204的下表面206。在這樣的實施例中，第一板402可在下表面206處或附近焊接到第二板404。
在一些實施例中，第一板402的下部512延伸穿過第二板404的複數個開口506。下部512經成形與複數個開口506配合。在這樣的實施例中，複數個第一氣體輸送孔216延伸穿過第一板402且在第二板404的複數個開口506內。在一些實施例中，第一板402的下表面與第二板404的下表面共面。在一些實施例中，界定複數個通道210的第一板402的側壁504與下部512的側壁502實質共面。
圖6是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的一部分的截面側視圖。在一些實施例中，如圖6所示，第一板402經由緊固件604耦接到第二板404。在一些實施例中，第一板402包括在界定複數個通道210的側壁504和下部512的側壁502之間的階部608。當第二板404緊固於第一板402時，階部608有利地提供用於第二板404的表面以靜置抵靠以密封複數個通道210。
雖然前面所述係針對本揭示案的實施例，但在不背離本揭示案基本範圍下，可設計本揭示案揭露的其他與進一步的實施例。
100:處理腔室 102:腔室主體 104:軸 106:基板支撐件 108:基板 110:第一處理氣體源 111:第一處理氣體 114:第二處理氣體源 115:第二處理氣體 116:地 118:泵 120:電漿 122:處理空間 124:噴頭 126:RF功率源 130:狹縫閥 138:內部空間 204:氣體分配板 206:下表面 208:上表面 210:複數個通道 214:第一凸緣 216:複數個第一氣體輸送孔 218:第二凸緣 219:上部 220:複數個第二氣體輸送孔 221:上部 222:第一唇部 224:第二唇部 226:第一氣體流動路徑 228:第二氣體流動路徑 304:上部 306:下部 402:第一板 404:第二板 406:下表面 408:上表面 412:介面 414:噴嘴部分 420:複數個第一通道 430:複數個第二通道 502:側壁 504:側壁 506:複數個開口 512:下部 604:緊固件 608:階部
本揭示案之實施例已簡要概述於前，並在以下有更詳盡之討論，可以藉由參考所附圖式中繪示之本揭示案的示例性實施例以作瞭解。然而，所附圖式僅繪示了本揭示案的典型實施例，而由於本揭示案可允許其他等效之實施例，因此所附圖式並不會視為本揭示範圍之限制。
圖1是根據本揭示案的一些實施例的處理腔室的示意性側視圖。
圖2是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的一部分的截面側視圖。
圖3A是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的一部分的截面側視圖。
圖3B是沿著線3B-3B'截取的圖3A的噴頭的較大部分的截面頂視圖。
圖4A是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的一部分的截面側視圖。
圖4B是沿線4B-4B'截取的圖4A的噴頭的較大部分的截面頂視圖。
圖5是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的一部分的截面側視圖。
圖6是根據本揭示案的一些實施例的噴頭的一部分的截面側視圖。
為便於理解，在可能的情況下，使用相同的數字編號代表圖示中相同的元件。為求清楚，圖式未依比例繪示且可能被簡化。一個實施例中的元件與特徵可有利地用於其他實施例中而無需贅述。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:處理腔室
102:腔室主體
104:軸
106:基板支撐件
108:基板
110:第一處理氣體源
111:第一處理氣體
114:第二處理氣體源
115:第二處理氣體
116:地
118:泵
120:電漿
122:處理空間
124:噴頭
126:RF功率源
130:狹縫閥
138:內部空間

Claims (20)

  1. 一種用於一處理腔室中的噴頭，包括： 一氣體分配板，該氣體分配板具有一上表面和一下表面； 複數個通道，該複數個通道完全穿過該氣體分配板延伸且實質平行於該下表面； 複數個第一氣體輸送孔，該複數個第一氣體輸送孔在該複數個通道的相鄰通道之間從該上表面延伸到該下表面，以透過該氣體分配板輸送一第一處理氣體；及 複數個第二氣體輸送孔，該複數個第二氣體輸送孔從該複數個通道延伸到該下表面，以在不與該第一處理氣體混合的情況下透過其輸送一第二處理氣體。
  2. 如請求項1所述之噴頭，其中該氣體分配板由鎳、鎳合金或不銹鋼製成。
  3. 如請求項1所述之噴頭，其中該複數個通道橫跨（across）該氣體分配板以規則間距配置。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之噴頭，進一步包括一第一凸緣與一第二凸緣，該第一凸緣耦接到鄰近該上表面的該氣體分配板，該第二凸緣耦接到鄰近該下表面的該氣體分配板，其中該複數個通道設置在該第一凸緣與該第二凸緣之間。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之噴頭，其中該氣體分配板包括一第一板與一第二板，該第一板界定該上表面，該第二板至少部分地界定該氣體分配板的該下表面，其中該複數個通道設置在該第一板中，及其中該複數個第二氣體輸送孔設置在該第二板中。
  6. 如請求項5所述之噴頭，其中該第一板的一下表面與該第二板的一下表面實質共面。
  7. 如請求項5所述之噴頭，其中該第一板延伸穿過該第二板的複數個開口，且其中該複數個第一氣體輸送孔延伸穿過該第一板在該第二板的該複數個開口內。
  8. 如請求項5所述之噴頭，其中該第一板的一下表面耦接至該第二板的一上表面。
  9. 如請求項5所述之噴頭，其中該第一板經由緊固件耦接至該第二板。
  10. 一種用於一處理腔室中的噴頭，包括： 一氣體分配板，該氣體分配板具有一上表面和一下表面； 複數個通道，該複數個通道穿過該氣體分配板延伸且實質平行於該下表面； 一第一凸緣，該第一凸緣具有耦接至該氣體分配板的一下表面，其中該第一凸緣具有一環形形狀，以在其中界定一第一氣體流動路徑； 複數個第一氣體輸送孔，該複數個第一氣體輸送孔延伸穿過該氣體分配板，以將一第一處理氣體從該第一氣體流動路徑輸送到該氣體分配板的該下表面； 一第二凸緣，該第二凸緣具有一環形形狀並耦接到該氣體分配板，其中該第一凸緣和該第二凸緣在它們之間界定一第二氣體流動路徑；及 複數個第二氣體輸送孔，該複數個第二氣體輸送孔從該複數個通道延伸到該下表面，以在不與該第一處理氣體混合的情況下將一第二處理氣體從該第二氣體流動路徑輸送到該氣體分配板的該下表面。
  11. 如請求項10所述之噴頭，其中該第一凸緣和該第二凸緣由英高鎳合金（Inconel）或不銹鋼製成。
  12. 如請求項10所述之噴頭，其中該第一凸緣和該第二凸緣的一厚度為約20mil至約100mil。
  13. 如請求項10所述之噴頭，其中該氣體分配板由鎳、鎳合金或不銹鋼製成。
  14. 如請求項10至13中任一項所述之噴頭，其中該複數個通道包括複數個第一通道和複數個第二通道，其中該複數個第一通道實質垂直於該複數個第二通道。
  15. 一種處理腔室，包括： 一腔室主體，該腔室主體具有一內部空間； 一基板支撐件，該基板支撐件設置在該內部空間中； 一噴頭，該噴頭設置在該內部空間中且與該基板支撐件相對，其中該噴頭包含： 一氣體分配板，該氣體分配板具有一上表面和一下表面； 複數個通道，該複數個通道橫跨該氣體分配板延伸； 複數個第一氣體輸送孔，該複數個第一氣體輸送孔在該複數個通道之間從該上表面延伸到該下表面，以透過其輸送一第一處理氣體；及 複數個第二氣體輸送孔，該複數個第二氣體輸送孔從該複數個通道延伸到該下表面，以在不與該噴頭中的該第一處理氣體混合的情況下透過其輸送一第二處理氣體。
  16. 如請求項15所述之處理腔室，進一步包括一第一凸緣與一第二凸緣，該第一凸緣耦接到鄰近該上表面的該氣體分配板，該第二凸緣耦接到鄰近該下表面的該氣體分配板。
  17. 如請求項15所述之處理腔室，其中該氣體分配板由鎳、鎳合金或不銹鋼製成。
  18. 如請求項15所述之處理腔室，其中該氣體分配板包括一第一板與一第二板，該第一板界定該上表面，該第二板界定該下表面，其中該複數個通道設置在該第一板中，及其中該複數個第二氣體輸送孔設置在該第二板中。
  19. 如請求項15至18中任一項所述之處理腔室，其中該複數個通道中的所有通道彼此實質平行地延伸。
  20. 如請求項15至18中任一項所述之處理腔室，其中該複數個通道包括複數個第一通道和複數個第二通道，其中該複數個第一通道實質垂直於該複數個第二通道。
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