專利名稱：用于襯底處理室的氣體噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種用于襯底處理室的氣體噴嘴，還涉及一種襯底制造裝置。
背景技術(shù)：
在制造電子電路如集成電路和顯示器時，材料如半導(dǎo)體材料、電介質(zhì)材料和導(dǎo)電材料被沉積在襯底5上并形成圖案。這些材料中的一些材料通過化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)過程沉積，而其它的可以由襯底材料的氧化或氮化而形成。舉例來說，在化學(xué)氣相沉積過程中，沉積氣體被引入室20中并由熱能和/或射頻能激發(fā)(energized)，以在襯底5上沉積成膜。在物理氣相沉積中，濺射靶，以在襯底5上沉積一層靶材料。在刻蝕過程中，通過平版印刷和后續(xù)刻蝕，在襯底表面15上形成包含光刻膠或硬掩模材料的圖案掩模，而襯底表面15暴露在掩模特征之間的部分被激發(fā)氣體如含鹵或含氧氣體刻蝕。這樣的沉積和刻蝕過程，以及附加的平面化過程被按順序進(jìn)行來處理襯底5，以制造集成電路和其它電子器件。
如圖1(現(xiàn)有技術(shù))所示，在一類傳統(tǒng)的處理室中，氣體輸送管10被用于從氣體輸入源向室20中引入處理氣體。氣體輸送管10一般包括一個在室20中的氣體出口25，將處理氣體40(可以是一種氣體或預(yù)先混合好的多種氣體的混合物)注射到室20的處理區(qū)中。氣體輸送管10穿過室20的側(cè)壁30，并從位于襯底5外圍的氣體出口25向室20橫向地注射氣體。然而，如圖所示，一部分所注射的氣體40到達(dá)了室20的頂板35并在頂板的表面形成了不希望有的沉積18。這些沉積18不得不通過使室20停產(chǎn)并手工地將沉積物刮下或使用等離子氣體清潔處理來進(jìn)行清潔，這兩者都增加了室停產(chǎn)時間，這在電路制造中是不希望出現(xiàn)的。
橫向注射的處理氣體也可能不能以與到達(dá)襯底5邊緣的處理氣體的相同濃度水平到達(dá)襯底5的中心部分。氣體輸送管10以通常不能充分均勻地覆蓋襯底表面15的角濃度分布(angular density distribution)來噴射處理氣體40。這可能導(dǎo)致在襯底表面15的中心很少有或沒有沉積。因此，有時候在襯底5的中心的上方提供有第二氣體輸送管45，以將處理氣體40導(dǎo)向襯底的中心部分。但是，因?yàn)闉榱藲怏w輸送管45穿過頂板35，特別是當(dāng)必須被鉆通的頂板35是由陶瓷材料制成時，附加的氣體輸送管45增加了室20的成本。此外，氣體輸送管10，45可能阻擋位于室頂板35上方的干涉儀端點(diǎn)探測系統(tǒng)(interferometric endpointdetection systems)(沒有示出)的視線。另外，上方的氣體輸送管45可能影響可能從頂板35上方的感應(yīng)天線50所施加的射頻能的傳輸。
因此，人們希望有一種氣體輸送管，使室20的頂板表面上的沉積最小化，在整個襯底表面15上提供具有良好均勻性的沉積，并且不過分地提高制造室20的成本。

發(fā)明內(nèi)容
用于襯底制造裝置的氣體輸送噴嘴包括氣體輸送管。氣體輸送管中包含具有不對稱錐形開口(asymmetrically tapered aperture)的氣體通道。不對稱錐形開口由(i)向上突入氣體通道中以部分地阻擋氣體通道的下蓋以及(ii)向下突入氣體通道并突出在下蓋之上的上緣所限定。
襯底制造裝置包括室，室具有襯底支架以支撐室中的襯底。氣體配送器將處理氣體引入室中。氣體配送器包括室中的氣體輸送噴嘴，氣體輸送噴嘴包括氣體輸送管，氣體輸送管包含具有不對稱錐形開口的氣體通道。不對稱錐形開口由(i)向上突入氣體通道中以部分地阻擋氣體通道的下蓋以及(ii)向下突入氣體通道并突出在下蓋之上的上緣所限定。氣體激發(fā)器激發(fā)處理氣體，以處理襯底。氣體排出裝置從室中排出處理氣體。


圖1(現(xiàn)有技術(shù))是處理室中的常規(guī)的氣體輸送管的局部剖視的側(cè)視圖，示出了由氣體輸送管所提供的不理想的氣流圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的在襯底制造裝置的處理室的實(shí)施例中的氣體輸送管的局部剖視的側(cè)視圖，示出了由氣體輸送管所提供的理想的氣流圖。
具體實(shí)施方式
襯底制造裝置200的襯底處理室140包括改進(jìn)的氣體輸送噴嘴110，以均勻和高效地對整個襯底145配送處理氣體102，同時使在室140的頂板150上形成的過量殘余沉積最少，如圖2所示。在圖中示出的襯底制造裝置200的典型實(shí)施例包括支撐室140中的襯底的襯底支架142。氣體配送器226包括處理氣體輸入源210，所提供的氣體輸入源210將用于處理襯底145的處理氣體102輸入到室140中。氣流閥220調(diào)節(jié)從氣體輸入源210進(jìn)入室140中的處理氣體的氣流。氣體激發(fā)器228包括天線230或電極，天線230或電極將振蕩電磁場施加到處理氣體102以激發(fā)處理氣體并由此處理襯底145。激發(fā)器輸入電源240將交流電流輸入到天線230或電極以產(chǎn)生振蕩電磁場，所提供的控制器250調(diào)節(jié)進(jìn)入室140中的處理氣體的氣流并控制處理氣體102的激發(fā)。氣體排出裝置(沒有示出)從室140中排出處理氣體。
可以使氣體輸送噴嘴110定位在襯底145的側(cè)面，以對整個襯底145的表面155引導(dǎo)處理氣體氣流。氣體輸送噴嘴110從側(cè)壁180延伸出來，將處理氣體橫向地導(dǎo)向襯底145。
氣體輸送噴嘴110包括氣體輸送管165，氣體輸送管165包含有通過處理氣體102的氣體通道120。如圖所示，氣體通道120的終點(diǎn)為不對稱錐形開口130。氣體輸送管165具有中心軸125，而不對稱錐形開口130被提供在管165的末端，以限定一個偏離氣體輸送管165的中心軸125并圍繞此軸徑向不對稱的開口。不對稱錐形開口130以噴射流型，遠(yuǎn)離室140的頂板150而朝向襯底表面155不對稱地噴射處理氣體，此噴射流型減少了在頂板上的沉積物或?qū)敯?50的刻蝕，并且提高了襯底表面155上的氣體分布的均勻性。
不對稱錐形開口130包括向上突入氣體通道120中以部分地阻擋氣體通道120的下蓋170。舉例來說，下蓋170可以包括一個從管壁延伸到氣體通道中的突起。該突起可以具有月牙形的形狀，此月牙形形狀限定了錐形開口130的底邊。下蓋170向上引導(dǎo)氣流的下層121，增加這些下層121的速度并減小這些下層121的壓力，以引導(dǎo)氣流遠(yuǎn)離室頂板150，如圖所示。氣體通道120中的氣流的上層和下層122，121被強(qiáng)制地以大致相同的壓力和速度通過通道的主體部分。當(dāng)下層121接近不對稱錐形開口130時，它們被下蓋170阻擋并被下蓋170向上引導(dǎo)。如圖所示，下蓋170可以是均一地傾斜的突起，或者，突起可以是彎曲的，以更逐漸地改變所阻擋的處理氣體102的速度。
不對稱錐形開口130還包括向下突入氣體通道120并突出在下蓋170之上的上緣175。舉例來說，在一個實(shí)施例中，上緣延伸超出下蓋至少約1mm。當(dāng)上層和下層122，121接近噴射點(diǎn)時，下層121從下方以高速沖擊上層122，使得處理氣體以高速向突出在下蓋170之上的伸出的上緣175改變方向。伸出的上緣175使得處理氣體被向下、遠(yuǎn)離室頂板150并朝向襯底表面155折回，因而減少了在室頂板150上的有問題的沉積，或室頂板150的刻蝕。上緣也可以包括一個從管壁向下延伸到氣體通道120中的突起。此突起可以包括一個柔和的隆起，此隆起具有在中間突起的部分和在側(cè)邊下陷的部分。這使得上層122被朝向襯底的外圍向下引導(dǎo)。由于更有效地覆蓋襯底外圍的上層122和更有效地覆蓋襯底中心部分的下層相結(jié)合，所以氣體輸送噴嘴110在整個襯底表面產(chǎn)生了更均勻的處理氣體的分布。
錐形出口130的不對稱設(shè)計(jì)也允許錐形出口130將處理氣體以理想的角濃度分布大致向襯底表面155引導(dǎo)，以大致均勻地覆蓋襯底表面155。當(dāng)處理氣體離開不對稱錐形開口130時，下蓋170不對稱地阻擋處理氣體的流動，向內(nèi)改變處在氣流外部區(qū)域的下層的方向，以增加氣流中心的氣體濃度，如圖2所示。不對稱錐形開口130也給予氣流濃度分布的不對稱性，這補(bǔ)償了對襯底145一個側(cè)邊的氣體輸送噴嘴110的不對稱定位。不對稱錐形開口130提高了噴向襯底表面155的中心的上方的中心區(qū)域185的氣體濃度，改善了襯底表面155的中心部分的暴露，并由此得到了大致均勻的襯底145的涂層。在一個實(shí)施例中，成型不對稱錐形開口130，以在氣體輸送管165的中心軸125以下輸送大部分的處理氣體。相反，如圖1(現(xiàn)有技術(shù))所示，常規(guī)的噴嘴使得處理氣體向外急噴，并大致對稱地噴射，導(dǎo)致不充分暴露襯底表面155中心部分的氣流的中心缺陷部分的產(chǎn)生。
改進(jìn)的氣體輸送噴嘴110以圍繞氣體輸送噴嘴110的中心軸125徑向不對稱的噴流型式，從噴嘴115向襯底145噴射處理氣體，防止了處理氣體朝向處理室140的頂板150的有害和浪費(fèi)的氣流，并且提高了襯底表面155的涂層的均勻性。
不對稱錐形開口130的下蓋170也可以具有傾斜的外表面135，如圖2所示。在處理氣體102被從不對稱錐形開口130噴出并隨后減速以后，在靠近下蓋170的外傾斜表面135的處理氣體中形成了高壓區(qū)域。在此區(qū)域的壓縮氣體施加一個力到下蓋170，而下蓋170在垂直并遠(yuǎn)離下蓋170的方向，施加一個大小相同而方向相反的力到高壓區(qū)域的氣體，將處理氣體以向下的角度向襯底145引導(dǎo)。在處理氣體被從不對稱錐形開口130的開口190噴出以后，下蓋170的外傾斜表面135起到了處理氣體的跳板的作用。舉例來說，不對稱錐形開口130的外傾斜表面135相對于中心軸125的角度可以小于90°，以獲得大流量(mass flow)的滿意的角分布。為了獲得更理想的角分布，外傾斜表面135相對于中心軸125的角度甚至可以至少為約5°。
改進(jìn)氣體輸送噴嘴110，使其以噴流型式從不對稱錐形開口130向襯底145噴射處理氣體，此噴射流型可防止處理氣體朝向室140的頂板150的有害和浪費(fèi)的氣流，并可提高襯底表面155的涂層的均勻性。此氣體噴嘴設(shè)計(jì)也顯著地減少了室140的頂板150上的處理沉積的形成。所以，室140可以不用頻繁地清潔，在清潔周期之間可以運(yùn)行更長的時間。
權(quán)利要求1.一種用于襯底制造裝置的氣體輸送噴嘴，所述的氣體輸送噴嘴包括包含氣體通道的氣體輸送管，所述氣體通道具有由(i)向上突入所述的氣體通道中以部分地阻擋所述氣體通道的下蓋，以及(ii)向下突入所述的氣體通道并突出在所述的下蓋之上的上緣所限定的不對稱錐形開口。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體輸送噴嘴，其中所述的下蓋包括外傾斜表面，所述的外傾斜表面相對于沿所述氣體通道的所述氣體輸送管的中心軸的角度至少為5°。
3.如權(quán)利要求2所述的氣體輸送噴嘴，其中所述外傾斜表面的角度為小于90°。
4.如權(quán)利要求1所述的氣體輸送噴嘴，其中所述的上緣延伸超出所述的下蓋至少1mm。
5.如權(quán)利要求1所述的氣體輸送噴嘴，其中所述的不對稱錐形開口包括一個偏向所述氣體輸送管的所述中心軸下方的中心。
6.如權(quán)利要求1所述的氣體輸送噴嘴，其中所述的下蓋包括具有月牙形狀的突起。
7.一種襯底制造裝置，包括室，具有襯底支架以支撐在所述的室中的襯底；將處理氣體引入所述的室中的氣體配送器，所述的氣體配送器包括在所述的室中的氣體輸送噴嘴，所述的氣體輸送噴嘴包括氣體輸送管，所述的氣體輸送管包含具有不對稱錐形開口的氣體通道，所述的不對稱錐形開口由(i)向上突入所述的氣體通道中以部分地阻擋所述氣體通道的下蓋，以及(ii)向下突入所述的氣體通道并突出在所述的下蓋之上的上緣所限定；激發(fā)所述處理氣體以處理所述襯底的氣體激發(fā)器；以及將所述處理氣體從所述的室中排出的氣體排出裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述的下蓋包括外傾斜表面，所述的外傾斜表面相對于沿所述氣體通道的所述氣體輸送管的中心軸的角度至少為5°。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述外傾斜表面的角度為小于90°。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述的上緣延伸超出所述的下蓋至少1mm。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述的不對稱錐形開口包括一個偏向所述氣體輸送管的所述中心軸下方的中心。
12.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述的下蓋包括具有月牙形狀的突起。
專利摘要用于襯底制造裝置的氣體輸送噴嘴具有氣體輸送管。所述氣體輸送管包含具有不對稱錐形開口的氣體通道。所述的不對稱錐形開口由(i)向上突入所述的氣體通道中以部分地阻擋所述氣體通道的下蓋以及(ii)向下突入所述的氣體通道并突出在所述的下蓋之上的上緣所限定。
文檔編號C23C16/455GK2659541SQ0326184
公開日2004年12月1日 申請日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月3日
發(fā)明者拉克斯曼·穆魯蓋什 申請人:應(yīng)用材料公司