本公開的實施例總體上關(guān)于半導體處理裝備。

背景技術(shù)：

在半導體工藝腔室(例如，沉積腔室、蝕刻腔室等)中利用的常規(guī)噴淋頭典型地包括永久地接合至底座的氣體分配板。歸因于在等離子體工藝期間暴露于等離子體所造成的降級，周期性地替換氣體分配板。然而，發(fā)明人已觀察到，由于氣體分配板被永久地接合至底座，因此替換整個噴淋頭組件以替換氣體分配板，從而導致替換過程是昂貴的。此外，已在使用具有低電阻率(例如，0.005-0.015Ω-cm)的氣體分配板執(zhí)行高源功率工藝的應(yīng)用中觀察到起弧(arcing)。

因此，發(fā)明人已提供具有可拆卸氣體分配板的改進的噴淋頭的實施例。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文中提供具有可拆卸氣體分配板的噴淋頭的實施例。在一些實施例中，一種在半導體處理腔室中使用的噴淋頭可包括：底座，所述底座具有第一側(cè)以及與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)；氣體分配板，所述氣體分配板設(shè)置為接近所述底座的所述第二側(cè)，其中所述氣體分配板由具有約60Ω-cm至約90Ω-cm之間的電阻率的料形成；夾具，所述夾具繞所述氣體分配板的周緣設(shè)置，以便可移除地將所述氣體分配板耦接至所述底座；以及熱墊片，所述熱墊片設(shè)置在所述底座與所述氣體分配板之間的間隙中。

在一些實施例中，一種工藝腔室可包括：腔室主體，所述腔室主體具有基板支撐件，所述基板支撐件設(shè)置在所述腔室主體的內(nèi)部容積內(nèi)；以及噴淋頭，所述噴淋頭設(shè)置在所述腔室主體的所述內(nèi)部容積內(nèi)與所述基板支撐件相對。所述噴淋頭包括：底座，所述底座具有第一側(cè)以及與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)，其中所述底座的所述第一側(cè)耦接至所述工藝腔室的部件；氣體分配板，所述氣體分配板設(shè)置為接近底座的所述第二側(cè)，其中所述氣體分配板由具有約60Ω-cm至約90Ω-cm之間的電阻率的材料形成；夾具，所述夾具繞所述氣體分配板的周緣設(shè)置，以便可移除地將所述氣體分配板耦接至所述底座；以及熱墊片，所述熱墊片設(shè)置在所述底座與所述氣體分配板之間的間隙中。

在一些實施例中，一種在半導體處理腔室中使用的噴淋頭可包括：底座，所述底座具有第一側(cè)以及與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)，所述第二側(cè)包括三氟化釔涂層；氣體分配板，所述氣體分配板設(shè)置為接近所述底座的所述第二側(cè)，其中所述氣體分配板由具有約60Ω-cm至約90Ω-cm之間的電阻率的材料形成；經(jīng)陽極化的夾具，所述經(jīng)陽極化的夾具繞所述氣體分配板的周緣設(shè)置，以便可移除地將所述氣體分配板耦接至所述底座；多個硅酮熱墊片，所述多個硅酮熱墊片設(shè)置在所述底座與所述氣體分配板之間的間隙中；以及多個銷，所述多個銷被按壓至所述底座的所述第二側(cè)中并設(shè)置在所述間隙中，以便當所述氣體分配板朝所述底座偏斜時維持所述間隙的厚度。

描述了本公開的其他和進一步的實施例。

附圖說明

可通過參考在所附附圖中描繪的本公開的說明性實施例來理解上文中簡要概述的且在下文中更詳細地討論的本公開的實施例。然而，所附附圖僅圖示本公開的典型實施例，因此不視為限制本公開的范圍，因為公開可允許其他等效實施例。

圖1描繪根據(jù)本公開的一些實施例的具有氣體分配板的噴淋頭。

圖2描繪根據(jù)本公開的一些實施例的、適合與具有氣體分配板的噴淋頭一起使用的工藝腔室。

為了便于理解，在可能的情況下，已使用相同的元件符號來指定各附圖共有的相同的元件。附圖并非按照尺寸繪制，并且附圖可能為了清楚而簡化。一個實施例的元件和特征可有益地并入其他實施例中而無須進一步闡釋。

具體實施方式

本文中提供具有可拆卸氣體分配板的噴淋頭的實施例。在至少一些實施例中，本發(fā)明的噴淋頭可有益地允許用于氣體分配板的移除和替換，由此提供相比具有永久地接合的氣體分配板的常規(guī)噴淋頭更長的有效壽命以及更具成本效益的替換氣體分配板的方式的噴淋頭。

圖1描繪根據(jù)本公開的一些實施例的具有氣體分配板的噴淋頭。噴淋頭100通常包含主體102、氣體分配板104和夾具110，所述夾具110配置成可移除地將氣體分配板耦接至主體102。

主體102包含第一側(cè)150、第二側(cè)140以及形成在主體102中而從第一側(cè)150延伸至第二側(cè)140的多個通孔116。多個通孔116便于工藝氣體通過主體102而至氣體分配板104。在一些實施例中，通孔116可以是埋頭孔(例如，所示的埋孔118)以減少通孔116處的殘余電場，并促進至氣體分配板104的更均勻的氣體流。在一些實施例中，可在主體102的第一側(cè)150中形成凹室114以促進至多個通孔116的更均勻的工藝氣體的分配。主體102可由任何適合的工藝兼容材料(例如，鋁)制成。通過由諸如鋁之類的導電材料制成主體102，主體102可充當電極，以便例如促進從提供至噴淋頭100的工藝氣體形成等離子體。在一些實施例中，能以材料涂覆主體102的第二側(cè)140以保護第二側(cè)140免受離子、等離子體或點燃。例如，在一些實施例中，涂覆可以是三氟化釔(YF₃)涂覆。可使用各種技術(shù)將涂層設(shè)置在主體102的第二側(cè)140上。用于涂覆主體102的第二側(cè)140的一些示例性非限制性方法可包括：使用對靶材材料的電子束誘導活化從由涂覆材料制成或以其他方式包括涂覆材料的靶材將涂層沉積或蒸發(fā)到主體102上。

在一些實施例中，可在主體102的表面中形成一個或更多個通道以容納一個或更多個O形環(huán)和/或射頻(RF)墊片(示出的O形環(huán)130、132、134以及RF墊片108、126)。當存在時，O形環(huán)130、132、134在主體102與夾具110或工藝腔室(未示出)的表面之間提供密封。O形環(huán)130、132、134可由任何適合的材料(例如，橡膠)制成以促進上述的密封。RF墊片108、126促進RF功率例如從RF源至主體102和夾具110的導電性。例如，可從RF功率供應(yīng)器(諸如，下文所述的RF電源286)將RF功率提供至耦接至主體102且與一個或更多個RF墊片(例如，RF墊片126)接觸的部件。RF墊片108、126可由任何適合的導電材料(例如，不銹鋼)制成。

氣體分配板104促進從主體102提供的工藝氣體例如經(jīng)由在氣體分配板104中形成的多個氣體分配孔142而向工藝腔室的處理容積的分配。氣體分配孔142能以適用于提供所需的處理氣體分配的方式來布置。例如，在一些實施例中，當氣體分配板104耦接至主體102時，氣體分配孔142可布置為繞主體102的通孔116設(shè)置的群集。

氣體分配板104可由任何適合的材料制成，以抵抗在暴露于等離子體(例如，在處理期間形成在工藝腔室中的等離子體)期間的降級。例如，在一些實施例中，氣體分配板104可由單晶硅(Si)制成。單晶硅并非典型地用作用于氣體分配板的材料，至少部分地歸因于單晶硅具有相比受青睞的材料碳化硅更快的蝕刻速率。然而，發(fā)明人已觀察到，相比用于制造氣體分配板的常規(guī)材料(諸如，碳化硅)(SiC),單晶硅較不易受表面粗糙度改變、起弧和微掩蔽(micro-masking)的影響，并且在提升的溫度(例如，高于約150攝氏度)下提供更好的操作性。此外，相比常規(guī)材料，單晶硅更易于取得且能以更低的成本獲得。此外，在將噴淋頭100使用于涉及含硅氣體的基板工藝的實施例中，由硅制成的氣體分配板104降低由于氣體分配板104的降級而造成的污染的實例。

在一些實施例中，氣體分配板104由單晶硅材料制成，所述單晶硅材料具有在約60Ω-cm與90Ω-cm之間的高電阻率以減少起弧。如上所述，發(fā)明人已觀察到，低電阻率氣體分配板(例如，具有約0.005-0.015Ω-cm的電阻率的氣體分配板)在源功率處于162MHz而大于或等于2000瓦的工藝期間將起弧。由此，當噴淋頭100用在高源功率工藝中時，氣體分配板104的高電阻率有益地減少起弧。在一些實施例中，可摻雜通過其來獲得單晶硅的晶錠以改變晶錠的電阻率。例如，能以諸如硼之類的高電阻率材料摻雜或涂覆單晶硅晶錠以增加材料的電阻率。在一些實施例中，如果氣體分配板104由低電阻率材料制成，則能以高電阻率材料處理、涂覆或摻雜氣體分配板104，以增加氣體分配板104的電阻率。

氣體分配板104可具有足以提供所需的氣體分配和適合的有效功能壽命的任何適合的厚度。此外，在一些實施例中，氣體分配板104可具有適合的厚度，足以確保當氣體分配板104耦接至主體102時與設(shè)置在氣體分配板104與主體102之間的一個或更多個熱墊片(示出的三個熱墊片120、122、124)的持續(xù)接觸。例如，在一些實施例中，氣體分配板104的厚度可經(jīng)選擇，使得由夾具110在氣體分配板104的邊緣處提供的力而導致的氣體分配板104的躬曲量小于當壓縮時熱墊片120、122、124變形的量，由此確保當夾持時與熱墊片120、122、124中的每一個的持續(xù)接觸。替代地或組合地，在一些實施例中，氣體分配板104的厚度可經(jīng)選擇，以提供適于減少等離子體穿透且改善氣體分配板104的有效功能壽命的氣體分配孔142的縱橫比(aspect ratio)。例如，在氣體分配孔142具有約0.5mm直徑的實施例中，氣體分配板104可具有約9mm的厚度。

夾具110促進將氣體分配板104耦接至主體102。在一些實施例中，夾具110經(jīng)由緊固件106來促進此類耦接，所述緊固件106提供至形成在主體102中的通孔136，所述通孔136對應(yīng)于形成在夾具中的螺紋孔138。夾具110可由任何工藝兼容的導電材料(例如，鋁)制成。在一些實施例中，能以噴灑涂層(例如，氧化釔(Y₂O₃))來涂覆夾具110以減小夾具110在等離子體環(huán)境中的降級。在一些實施例中，替代地，能以氧化鋁涂層來陽極化夾具110。

在一些實施例中，夾具110可包括形成在夾具110的表面中的一個或更多個通道以容納一個或更多個O形環(huán)和RF墊片(示出的O形環(huán)128和RF墊片148)。當存在時，O形環(huán)128對氣體分配板104提供緩沖，以防止當夾持至主體102時氣體分配板104的破損。當存在時，RF墊片148促進RF功率從主體102通過夾具110而至氣體分配板104的導電性，由此允許氣體分配板104充當RF電極。對氣體分配板104提供RF電流路徑也遮蔽了在主體102與氣體分配板104之間的間隙146，這例如在主體102的通孔116處減少了起弧。O形環(huán)128和RF墊片148可由任何材料(例如上文中針對O形環(huán)130、132、134和RF墊片108、126所討論的材料)制成。

在一些實施例中，熱墊片120、122、124可設(shè)置在主體102與氣體分配板104之間。當存在時，熱墊片120、122、124可促進主體102與氣體分配板104之間的熱交換，以便例如跨氣體分配板104提供更均勻的熱梯度。此外，熱墊片120、122、124可在主體102與氣體分配板104之間提供間隙146，并且為通孔116和對應(yīng)的氣體分配孔142的組限定分開的充氣部(plenum)(例如，區(qū))。在一些實施例中，噴淋頭100也可包括按壓到主體102中的多個銷152。當氣體分配板104向主體102偏斜時，多個銷152確保間隙146基本上維持不改變。銷152各自都包括通孔153，以確保在銷152后方的任何間隙被適當?shù)嘏趴铡?/p>

熱墊片120、122、124可由在工藝壓力和溫度(例如，真空條件以及處于或高于150攝氏度的溫度)處具有低釋氣(out-gassing)的任何可壓縮、導熱材料制成。在一些實施例中，墊片可包含含硅酮材料，例如，可從取得的GR-M或具有高導熱性和阻燃特性的其他硅酮橡膠材料。熱墊片120、122、124可具有適用于維持主體102與氣體分配板104之間的接觸的任何形狀。例如，在一些實施例中，熱墊片120、122、124可以是多個同心環(huán)，所述同心環(huán)具有如圖1中所示的矩形截面。在一些實施例中，熱墊片120、122、124的幾何形狀可優(yōu)化，以容納當夾持在一起時歸因于由夾具110在氣體分配板104的邊緣處提供的力而導致的主體102與氣體分配板104之間的距離的差異(例如，氣體分配板104的躬曲)。

在一些實施例中，保護環(huán)112可圍繞噴淋頭而設(shè)置以遮蔽主體102、夾具110和氣體分配板104的多個部分。保護環(huán)112可由任何適合的工藝兼容材料(例如，石英(SiO₂))制成。

圖2描繪根據(jù)本公開的一些實施例的、適合與噴淋頭一起使用的說明性工藝腔室200的示意圖。示例性工藝腔室可包括可從加利佛尼亞州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司購得的E5、ADVANTEDGETM或其他工藝腔室。具有噴淋頭或經(jīng)修改以具有噴淋頭的其他適合的工藝腔室可類似地受益于本公開。

在一些實施例中，工藝腔室200可通常包含：腔室主體202，具有基板支撐基座208，所述基板支撐基座208設(shè)置在腔室主體的內(nèi)部容積205內(nèi)，用于在其上支撐基板210；以及排氣系統(tǒng)220，用于從腔室主體202的內(nèi)部容積205去除過量的工藝氣體、處理副產(chǎn)物等。

在一些實施例中，上襯套264和下襯套266可覆蓋腔室主體202的內(nèi)部，以在處理期間保護腔室主體202。在一些實施例中，腔室主體202具有可包括處理容積204的內(nèi)部容積205。處理容積204可例如限定在基板支撐基座208與噴淋頭214(例如，上述的噴淋頭100)和/或設(shè)在所需位置的噴嘴之間。在一些實施例中，氣體供應(yīng)器288可將一種或更多種工藝氣體提供至噴淋頭214，以便將這一種或更多種工藝氣體分配至腔室主體202的處理容積204。

在一些實施例中，基板支撐基座208可包括將基板210保持或支撐在基板支撐基座208的表面上的機構(gòu)，諸如，靜電夾盤、真空夾盤、基板保持夾具等。附加地或組合地，在一些實施例中，基板支撐基座208可包括用于控制基板溫度(諸如，加熱和/或冷卻裝置，未示出)和/或用于控制接近基板表面的物質(zhì)通量和/或離子能量的機構(gòu)。例如，在一些實施例中，基板支撐基座208可包括電極240以及經(jīng)由相應(yīng)的匹配網(wǎng)絡(luò)236、262而耦接至電極240的一個或更多個電源(兩個偏壓電源238、244)。例如，基板支撐基座208可經(jīng)配置為經(jīng)由匹配網(wǎng)絡(luò)262而耦接至偏壓電源244的陰極。上述偏壓電源(例如，偏壓電源238、244)可以能夠在約2MHz、或約13.56MHz、或約60MHz的頻率處產(chǎn)生高達約12000W。至少一個偏壓電源可提供連續(xù)或脈沖電源中的任一者。在一些實施例中，偏壓電源替代地可以是DC或脈沖DC源。

在一些實施例中，基板支撐基座208可包括基板支撐環(huán)280，所述基板支撐環(huán)280設(shè)置在基板支撐基座208頂部，并且配置成在處理期間支撐基板210的至少部分。在一些實施例中，一個或更多個環(huán)(示出的插入環(huán)278和阻擋環(huán)242)可繞基板支撐基座208而設(shè)置。一個或更多個環(huán)可由任何適合的工藝兼容材料制成。例如，在一些實施例中，插入環(huán)可由硅(Si)制成。在一些實施例中，阻擋環(huán)242可由石英(SiO₂)制成。在一些實施例中，接地網(wǎng)格260可繞基板支撐基座208的周緣而設(shè)置，并且可耦接至腔室主體202。

基板210可經(jīng)由腔室主體202的壁中的開口212進入腔室主體202?？山?jīng)由狹縫閥218或其他機構(gòu)選擇性地密封開口212，以便選擇性地通過開口212提供對腔室的內(nèi)部的接取。基板支撐基座208可耦接至舉升機構(gòu)234，所述舉升機構(gòu)234可將基板支撐基座208的位置控制在適合用于經(jīng)由開口212而將基板傳送進入和傳送出腔室的較低位置(未示出)與適用于處理的可選擇的較高位置之間。工藝位置可經(jīng)選擇以使特定工藝的工藝均勻性最大化。當在抬升的處理位置中的至少一個位置時，基板支撐基座208可設(shè)置在開口212上方以提供對稱的處理區(qū)域。

在一些實施例中，保護環(huán)206(例如，上述的保護環(huán)112)可繞噴淋頭214而設(shè)置，并且覆蓋的噴淋頭214的至少部分，例如，覆蓋噴淋頭214的主體294(例如，上述的主體102)或氣體分配板296(例如，上述的氣體分配板104)。在一些實施例中，保護環(huán)206可由上襯套264支撐。

在一些實施例中，噴淋頭214可耦接至冷卻板270和/或由冷卻板270支撐。當存在時，冷卻板270促進在處理期間對噴淋頭214的溫度的控制。在一些實施例中，冷卻板270包含形成在冷卻板270中的多個通道(未示出)，以允許由溫度控制流體供應(yīng)器(冷卻器)290提供的溫度控制流體流過冷卻板270，從而促進對噴淋頭214的溫度的控制。

在一些實施例中，一個或更多個線圈(示出的內(nèi)線圈274和外線圈272)可設(shè)置在噴淋頭214上方和/或設(shè)置為接近噴淋頭的周緣。當存在時，這一個或更多個線圈可促進使形成在工藝腔室200的處理容積204內(nèi)的等離子體成形。

在一些實施例中，RF電源286經(jīng)由同軸短截線(coaxial stub)292將RF功率提供至冷卻板270和/或噴淋頭214。RF電源286能以大于或等于約2000瓦的功率以及約162MHz的頻率操作，并且以約227MHz的頻率下高達約5000W來操作。如上所述，本發(fā)明的氣體分配板104在RF電源在高頻下以約2000W或更高的功率操作的工藝期間將不起弧。同軸短截線292是具有特性阻抗、共振頻率的固定的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并且在噴淋頭214與RF電源286之間提供近似的阻抗匹配。在一些實施例中，同軸短截線292通常包含內(nèi)圓柱形導體298、外圓柱形導體201以及填充內(nèi)圓柱形導體298與外圓柱形導體201之間的空間的絕緣體203。

內(nèi)圓柱形導體298和外圓柱形導體201可由能夠經(jīng)受特定工藝環(huán)境的任何適合的導電材料構(gòu)建。例如，在一些實施例中，內(nèi)圓柱形導體298和外圓柱形導體201可由涂覆鎳的鋁制成。一個或更多個分接頭221沿同軸短截線292的軸向長度設(shè)在特定點處，以便從RF電源286將RF功率提供至同軸短截線292。RF電源286的RF功率端子207和RF返回端子209在同軸短截線292的分接頭221處分別連接至內(nèi)圓柱形導體298和外圓柱形導體201。在同軸短截線292的遠端213處的端接導體211將內(nèi)圓柱形導體298與外圓柱形導體201短接在一起，使得同軸柱292在同軸短截線292的遠端213處短路。在同軸短截線292的近端215處，外圓柱形導體201經(jīng)由環(huán)狀導電外殼或支撐件276而連接至腔室主體202，而內(nèi)圓柱形導體298經(jīng)由導電圓柱體217而連接至冷卻板270和/或噴淋頭214。在一些實施例中，電介質(zhì)環(huán)219設(shè)置在導電圓柱體217與冷卻板270之間，并且分開所述導電圓柱體217和冷卻板270。

排氣系統(tǒng)220通常包括泵送充氣部224以及一個或更多個導管，所述一個或更多個導管例如經(jīng)由一個或更多個入口222而將泵送充氣部224耦接至腔室主體202的內(nèi)部容積205(且通常為處理容積204)。真空泵228可經(jīng)由泵送端口226而耦接至泵送充氣部224，以便從腔室主體202抽出廢氣。真空泵228可流體地耦接至排氣出口232，以便將廢氣路由至適當?shù)膹U氣處置裝備。閥230(例如，閘閥等)可設(shè)置在泵送充氣部224中，以便與真空泵228的操作結(jié)合來促進對廢氣流率的控制。盡管示出Z-運動閘閥，但是也可利用任何適合的工藝兼容的閥用于控制排氣的流動。

為了促進如上所述的對工藝腔室200的控制，控制器250可任何形式的通用計算機處理器中的一者，所述通用計算機處理器可在用于控制各種腔室和子處理器的工業(yè)設(shè)定中使用。CPU 252的存儲器或計算機可讀介質(zhì)256可以是易取得的存儲器中的一種或多種，諸如，隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、或本地或遠程的任何其他形式的數(shù)字存儲。支持電路254耦接至CPU 252以便以常規(guī)方式支持處理器。這些電路包括高速緩存、電源供應(yīng)器、時鐘電路、輸入/輸出電路和子系統(tǒng)，等等。

一種或更多種方法和/或工藝通?？稍诖鎯ζ?56中存儲為軟件例程258，當由CPU 252執(zhí)行所述軟件例程258時，所述軟件例程258使工藝腔室200執(zhí)行工藝方法和/或工藝。軟件例程258也可由第二CPU(未示出)存儲和/或執(zhí)行，所述第二CPU位于由CPU 252控制的硬件的遠程。也可在硬件中執(zhí)行本公開的方法中的一些或全部。由此，方法和/或工藝可實現(xiàn)在軟件中并使用計算機系統(tǒng)來執(zhí)行；可在硬件中實現(xiàn)為例如專用集成電路或其他類型的而硬件實現(xiàn)；或可實現(xiàn)為軟件和硬件的組合?？稍诨?10定位在基板支撐基座208上之后執(zhí)行軟件例程258。當由CPU 252執(zhí)行時，軟件例程258將通用計算機轉(zhuǎn)換為控制腔室操作使得執(zhí)行本文中公開的方法的專用計算機(控制器)250。

由此，本文中已提供具有可拆卸氣體分配板的噴淋頭的實施例。本發(fā)明的噴淋頭的實施例可有利地提供相比常規(guī)噴淋頭更長的有效壽命以及更具成本效益的替換氣體分配板的方式。

盡管以上內(nèi)容針對本公開的實施例，但是可設(shè)計本公開的其他和進一步的實施例而不背離本公開的基本范圍。