TWI553814B - A multilayer element for a plasma reaction chamber and a method for manufacturing the same - Google Patents

Description

一種用於等離子反應室的層疊型元件及其製造方法

本發明涉及半導體製造領域，尤其涉及一種用於等離子反應室的層疊型元件及其製造方法。

按等離子子反應室具有許多層疊型元件，層疊型元件需要將至少兩個部分按照各種方式層疊在一起。

本發明就是為了尋求一種高效低耗，而又不影響層疊型元件機能的製造方法。

針對背景技術中的上述問題，本發明提出了一種用於等離子反應室的層疊型元件及其製造方法。

本發明第一方面提供了一種製造用於等離子體反應室的層疊型元件的製造方法，其中該製造方法包括如下步驟：提供一個具有至少一個接合面的第一部分；提供一個具有至少一個和第一部分的接合面配合的接合面的第二部分；在第一部分的接合面上施加一層硬性結合層；軟化結合層；形成包括第一部分和第二部分的層疊型元件，使得結合層結合第一部分和第二部分的各接合面。

在本發明的一實施例中，硬性結合層由金屬製成。

在本發明的一實施例中，硬性結合層是金屬鋁製成。

在本發明的一實施例中，在第一部分的接合面上採用PVD、CVD或者蒸發電鍍工藝澱積結合層。

在本發明的一實施例中，在結合層金屬熔點溫度下軟化結合層。其中第二部分是鋁合金材料，其熔點高於結合層的純鋁材料。

在本發明的一實施例中，軟化結合層的方法包括真空黏合、真空焊接。

在本發明的一實施例中，製造方法更包括如下步驟：向第二部分施加一個力，使得其接合面緊密結合於位於第一部分上的結合層。

在本發明的一實施例中，其中層疊型組件更包括氣體噴淋頭，部分包括用於充當等離子反應室的上電極的前板，第二部分包括用於充當安裝板和電極連接的後板。

在本發明的一實施例中，其中層疊型組件更包括上部接地環，第一部分包括充當上部接地電極的前板，第二部分包括用於充當安裝板和接地連接的後板。

本發明第二方面提供了一種用於等離子體反應室的層疊型元件，其中層疊型元件按照本發明第一方面的製造方法製成。

在本發明的一實施例中，其中層疊型組件更包括氣體噴淋頭，第一部分包括用於充當等離子反應室的上電極的前板，第二部分包括用於充當安裝板和電極連接的後板。

在本發明的一實施例中，其中層疊型組件更包括上部接地環，第一部分包括充當上部接地電極的前板，第二部分包括用於充當安裝板和接地連接的後板。

本發明第三方面提供了一種等離子體反應室，其中等離子體反應室包括本發明第二方面提供的層疊型元件。

在本發明的一實施例中，其中層疊型組件更包括氣體噴淋頭，第一部分包括用於充當等離子反應室的上電極的前板，第二部分包括用於充當安裝板和電極連接的後板。

在本發明的一實施例中，其中層疊型組件更包括上部接地環，第一部分包括充當上部接地電極的前板，第二部分包括用於充當安裝板和接地連接的後板。

由於本發明採用硬性結合層結合層疊型元件的第一部分和第二部分，使得所述層疊型元件不易形變，結合層不易在製程過程中出現物理或化學變化，使得製成的層疊型組件更加穩定、可靠性強。

1‧‧‧氣體噴淋頭

11‧‧‧通孔

12‧‧‧後板

12a‧‧‧第二接合面

13‧‧‧結合層

14‧‧‧前板

14a‧‧‧第一接合面

2‧‧‧上部接地環

22‧‧‧後板

22a‧‧‧第二接合面

23‧‧‧結合層

24‧‧‧前板

24a‧‧‧第一結合面

圖1是等離子體處理裝置的結構示意圖；圖2是等離子體處理裝置的氣體噴淋頭和上部接地環的結構示意圖；圖3是本發明的第一具體實施例的用於等離子體處理裝置的層疊型元件製造方法的步驟流程圖；圖4a~4c是本發明的第一具體實施例的用於等離子體處理裝置的層疊型元件製造方法的示意圖；圖5是本發明的第二具體實施例的用於等離子體處理裝置的層疊型元件製造方法的步驟流程圖；圖6是本發明的第二具體實施例的用於等離子體處理裝置的層疊型元件的結構示意圖。

以下結合附圖，對本發明的具體實施方式進行說明。

圖1是等離子體處理裝置的結構示意圖。等離子體反應室包括一腔室，其中，設置了一製程區。處理氣體和其他輔助氣體從腔室頂部進入，射頻能量連接於下電極，並提供能量在製程區激發並產生等離子，使得其與其中的基板進行各種物理或化學反應，從而完成預定的製程。其中，還設置了一個真空泵，用於將製程製程冗餘的雜質氣體等抽出腔室以 外。其中，所述等離子體反應室還包括一位於所述頂部的氣體噴淋頭1和位於所述氣體噴淋頭(showerhead)1週邊的上部接地環(upper ground ring)2。

圖2示出了等離子體處理裝置的氣體噴淋頭和上部接地環的結構示意圖。如圖2所示，氣體噴淋頭1是具有一定厚度的圓盤形元件，其中設置有若干個通孔11，用於向反應室內輸入和噴射反應氣體。所述通孔11由已經製備成的導電基體經超聲波鑽孔形成，其可以為直線性的孔徑均勻的通孔，其也可以為非均勻孔徑的通孔，比如，通孔11具有孔徑較大的上端部以及孔徑較小的下端部。應當理解，所述通孔11也可以被製造成其他各種非均勻孔徑形狀：例如上大下小的錐形通孔，或者是上小下大的倒錐形通孔，也可以是上下孔徑一樣而中間有一段較小孔徑的通孔，還可以是上下孔徑一樣或不一樣的非直線性(彎曲)的通孔等等。如圖2所示，結合圖1，氣體噴淋頭1周圍還設置有一上部接地環2，其用於對氣體噴淋頭1起支撐作用或用於加大氣體噴淋頭橫向面積以改善等離子體蝕刻的均勻性。氣體噴淋頭1除了向反應腔體通入氣體外，還被用作為電極以及射頻通道。

圖3示出了根據本發明的第一具體實施例的用於等離子體處理裝置的層疊型元件製造方法的步驟流程圖，圖4示出了根據本發明的第一具體實施例的用於等離子體處理裝置的層疊型元件製造方法示意圖。下面以氣體噴淋頭為例，結合附圖3和附圖4，對本發明進行說明。本領域技術人員應當理解，氣體噴淋頭至少包括圓盤形的具有一定厚度的兩部分層疊而成，即前板和後板。其中，所述前板典型地是由矽或者碳化矽製成的，用於充當等離子體處理裝置的上電極；所述後板典型地是由鋁合金製成的，用於充當安裝板和電極連接板。

本發明第一方面提供了一種製造用於等離子反應室的層疊 型元件的製造方法，所述製造方法包括如下步驟：首先，執行步驟S11，參見圖4a，提供一個具有至少一個第一接合面14a的前板14，其典型地由矽或者碳化矽製成的，用於充當等離子體處理裝置的上電極；並且，執行步驟S12，提供一個具有至少一個和所述前板14的所述第一接合面14a配合的第二接合面12a的後板12。所述後板12用於充當安裝板和電極連接板。

需要說明的是，雖然在本實施例中示例性地按照先執行步驟S11再執行S12，可是應當理解，執行步驟S11和S12並沒有具體的順序關係，也可以先執行步驟S12再執行步驟S11，也可以同時執行步驟S11和步驟S12，兩者之間並沒有必然的先後順序。同時，由於前板和後板的製造方法及其結構在現有技術中已有成熟的技術支援，為簡明起見，在此不在贅述。

然後，執行步驟S13，參見圖4b，在前板14的第一接合面14a上施加一層硬性結合層13。典型地，可以PVD、CVD或者蒸發電鍍工藝澱積所述結合層13於所述前板14的第一結合面14a。

進一步地，所述結合層13由金屬製成。典型地，所述結合層13是金屬鋁製成。

接著，執行步驟S14，並且軟化所述結合層13。在本實施例中，由於金屬鋁具有熔點低，質地軟的特性，在製程中只要採用相對低的溫度就能達到軟化的效果。

進一步地，軟化所述結合層所需的溫度範圍為660度左右。

可選地，所述軟化所述結合層13的方法選自真空黏合、真空焊接。

其中，所述結合層13的厚度取值範圍為0.1mm~2mm。

接著，執行步驟S15，參見圖4c，形成包括所述前板14和後板12的氣體噴淋頭1，使得所述結合層13結合所述前板14和後板12的各接合面。具體地，由於結合層13已經得到軟化，其質地變軟並能夠容易產生形變，可選地，可向所述後板12施加一個向下的力，使得其第二接合面12a緊密結合於位於所述前板14上的結合層13。

最後，執行步驟S16，將由上述步驟所得的元件冷卻至室溫，再在其上經超聲波鑽孔形成依次穿過所述前板14、結合層13和所述後板12的若干個通孔11，即得到了包括前板14和後板12，並通過結合層13結合所述前板14和後板12的氣體噴淋頭1。

根據本發明的一個變化例，參照圖5和圖6，再結合圖1和圖2，本製造方法還可以應用於位於氣體噴淋頭1週邊的上部接地環2，其製造方法和氣體噴淋頭1的製造方法類似，其中，包括如下步驟：

首先，執行步驟S21，提供一個具有至少一個第一接合面24a的前板24，其典型地由矽或者碳化矽製成的，其可以為整片的，也可以由若干個矽或碳化矽組成的一個圓環。所述前板24用於充當等離子體處理裝置的上部接地電極。

並且，執行步驟S22，提供一個具有至少一個和所述前板24的所述第一接合面24a配合的第二接合面22a的後板22。所述後板22是由鋁合金製成的，用於充當連接板和接地連接板。製成後板22的鋁合金選用熔點高於純鋁的材料，使其熔點高於鋁如680度等，所以在兩者結合時只有加熱到鋁熔化溫度再將兩者緊壓就可實現貼合。

需要說明的是，雖然在本實施例中示例性地按照先執行步驟S21再執行S22，可是應當理解，執行步驟S21和S22並沒有具體的順序關係，也可以先執行步驟S22再執行步驟S21，也可以同時執行步驟S21和步驟S22，兩者之間並沒有必然的先後順序。同時，由於前板和後板的製造 方法及其結構在現有技術中已有成熟的技術支援，為簡明起見，在此不在贅述。

然後，執行步驟S23，在前板24的第一接合面24a上施加一層硬性結合層23。典型地，可以PVD、CVD或者蒸發電鍍工藝澱積所述結合層13於所述前板24的第一結合面24a。

進一步地，所述結合層23由金屬製成。典型地，所述結合層23是金屬鋁製成。

接著，執行步驟S24，並且軟化所述結合層23。在本實施例中，由於金屬鋁具有熔點低，質地軟的特性，在製程中只要採用高溫就能達到軟化的效果。

進一步地，軟化所述結合層所需的金屬鋁的熔點為。

可選地，所述軟化所述結合層23的方法選自真空黏合、真空焊接。

接著，執行步驟S25，參見圖6，形成包括所述前板24和後板22的上部接地環2，使得所述結合層23結合所述前板24和後板22的各接合面。具體地，由於結合層23已經得到軟化，其質地變軟並能夠容易產生形變，可選地，可向所述後板22施加一個向下的力，使得其第二接合面22a緊密結合於位於所述前板24上的結合層23。

最後，冷卻至室溫，即得到了上部接地環2。

本發明第二方面還提供了一種用於等離子體反應室的層疊型元件，其中，所述層疊型元件按照前述的製造方法製成。

典型地所述層疊型組件為一氣體噴淋頭或一上部接地環。

進一步地，所述層疊型組件包括氣體噴淋頭，其中，所述第一部分包括用於充當所述等離子反應室的上電極的前板，所述第二部分包括用於充當安裝板和電極連接的後板。

進一步地，所述層疊型組件包括上部接地環，其中，所述第一部分包括充當上部接地電極的前板，所述第二部分包括用於充當安裝板和接地連接的後板。

本發明第三方面還提供了一種等離子體反應室，其中，所述等離子體反應室包括前述的層疊型組件。

進一步地，所述層疊型組件包括氣體噴淋頭，其中，所述第一部分包括用於充當所述等離子反應室的上電極的前板，所述第二部分包括用於充當安裝板和電極連接的後板。

進一步地，所述層疊型組件包括上部接地環，其中，所述第一部分包括充當上部接地電極的前板，所述第二部分包括用於充當安裝板和接地連接的後板。其中背板是是由合金材料製成的厚度大於4mm，鋁金屬結合層厚度小於2mm，第一部分由耐等離子腐蝕的半導體材料製成。其中本發明典型的可以用在上電極也就是氣體噴淋頭上時還需要進一步在疊成材料上鑽取大量氣孔。這些氣孔作為等離子處理時反應氣體分佈進入反應腔的擴散通道，為了防止中間結合層的鋁被反應氣體腐蝕，可以選擇在該疊成元件完成並打完孔後再對形成的小孔側壁進行防護處理。防護處理可以是在鋁表面形成陽極化保護層等。

由於本發明採用硬性結合層結合層疊型元件的第一部分和第二部分，使得所述層疊型元件不易形變，結合層不易在製程過程中出現物理或化學變化，使得製成的層疊型組件更加穩定、可靠性強。以採用本發明機制製造的氣體噴淋頭為例，如果採用彈性材料作為結合層結合其前板和後板。由於彈性材料的延展性強，容易在製程過程中(例如刻蝕、沉積)受到氣體等物質的腐蝕。並且，由於製程工藝中需要在一定溫度下進行，這也會對彈性材料結合層的性質產生一定影響。由此，甚至導致某些顆粒從彈性材料脫落，游離於在等離子體反應室的製程空間，如果顆粒掉 落到製程中的基板上將對基板造成不可逆轉的破壞。而本發明提供的氣體噴淋頭使用壽命長，性能穩定，更加可靠，並且功耗更低。

儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的專利範圍來限定。

1‧‧‧氣體噴淋頭

11‧‧‧通孔

12‧‧‧後板

12a‧‧‧第二接合面

13‧‧‧結合層

14‧‧‧前板

14a‧‧‧第一接合面

Claims (9)

1. 一種製造用於等離子體反應室的層疊型元件的製造方法，包括如下步驟：提供一具有至少一個接合面的第一部分；提供一第二部分具有至少一和該第一部分的該接合面配合的接合面；在該第一部分的接合面上施加一層金屬結合層；第二部分的結合面緊貼該金屬結合層；加溫軟化該金屬結合層；冷卻該疊成型元件，形成包括該第一部分和該第二部分的層疊型元件，使得該結合層結合該第一部分和該第二部分的各接合面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中該金屬結合層材料的熔點小於等於該第一部分和該第二部分的材料的熔點。
3. 如申請專利範圍第2項所述的製造方法，其中該結合層是金屬鋁，該第二部分是由鋁合金製成。
4. 如申請專利範圍第1項所述的製造方法，其中在該第一部分的接合面上採用PVD、CVD或者蒸發電鍍工藝澱積該金屬結合層，厚度大於0.1mm小於2mm。
5. 如申請專利範圍第3項所述的製造方法，其中在該金屬結合層熔點溫度下軟化該結合層。
6. 如申請專利範圍第5項所述的製造方法，其中該軟化該結合層的方法包括真空黏合、真空焊接、高溫鍛接。
7. 如申請專利範圍第6項所述的製造方法，其中該第一部分是由碳化矽或矽材料製成。
8. 如申請專利範圍第1至7項任一項所述的製造方法，其中該層疊型組件更包括氣體噴淋頭，該第一部分包括用於充當該等離子反應室的上電極的前板，該第二部分包括用於充當安裝板和電極連接的後板。
9. 如申請專利範圍第1項至第7項任一項所述的製造方法，其中該層疊型組件更包括上部接地環，該第一部分包括充當上部接地電極的前板，該第二部分包括用於充當安裝板和接地連接的後板。