具有寬范圍操作溫度的pecvd陶瓷加熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例總體上涉及一種半導體處理腔室，并且更具體地涉及一種用于半導體處理腔室的受熱支撐基座。在一個實施例中，所述基座包括基板支撐件、加熱元件和第一中空軸，所述基板支撐件包含用于容納基板的支撐表面，所述加熱元件被封裝在所述基板支撐件內，所述第一中空軸具有第一端與第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撐件。所述基板支撐件與所述第一中空軸由陶瓷材料制成，并且所述第一中空軸具有約50mm與100mm之間的長度。所述基座進一步包括耦接至所述第一中空軸的第二端的第二中空軸。所述第二中空軸具有大于所述第一中空軸的長度的長度。
【專利說明】
具有寬范圍操作溫度的PECVD陶瓷加熱器
【背景技術】領域
[0001]本發(fā)明的實施例總體上涉及一種半導體處理腔室，并且更具體地涉及一種用于半導體處理腔室的受熱支撐基座。
【背景技術】
[0002]半導體處理涉及許多不同的化學與物理工藝，由此在基板上創(chuàng)建微小的集成電路。由包括化學氣相沉積、物理氣相沉積、外延生長等的工藝來創(chuàng)建組成集成電路的多個材料層。使用光刻膠掩模和濕式或干式蝕刻技術圖案化這些材料層中的一些。用于形成集成電路的基板可以是硅、砷化鎵、磷化銦、玻璃或其他合適的材料。
[0003]在集成電路的制造中，等離子體工藝常用于各種材料層的沉積或蝕刻。等離子體處理提供了相比熱處理的許多優(yōu)勢。例如，等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)允許以比在類似的熱工藝中可實現(xiàn)的更低的溫度與更高的沉積速率來執(zhí)行沉積工藝。因此，PECVD對于具有嚴格熱預算的集成電路制造(諸如，對于特大規(guī)模或超大規(guī)模集成電路(VLSI或ULS I)器件制造)是有利的。
[0004]在這些工藝中使用的處理腔室通常包括設置在所述處理腔室中的基板支撐件或基座以在處理期間支撐基板。在一些工藝中，基座可包括嵌入式加熱器，所述嵌入式加熱器適于控制基板溫度和/或提供可在工藝中使用的升高的溫度。在基板處理期間對基板的適當?shù)臏囟瓤刂坪途鶆虻募訜崾欠浅Ｖ匾?，當集成電路的尺寸減小時尤其如此。具有嵌入式加熱器的常規(guī)支撐件常常具有許多熱點與冷點，這些熱點與冷點影響沉積在基板上的膜質量。
[0005]因此，存在對于在貫穿完整的工藝周期的任何時刻都提供主動溫度控制的基座的需要。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的實施例總體上涉及一種半導體處理腔室，并且更具體地涉及用于半導體處理腔室的受熱支撐基座。在一個實施例中，基座包括基板支撐件、加熱元件和第一中空軸，所述基板支撐件包含用于容納基板的支撐表面、所述加熱元件被封裝在基板支撐件內，所述第一中空軸具有第一端與第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撐件。所述基板支撐件與所述第一中空軸由陶瓷材料制成，并且所述第一中空軸具有第一長度。所述基座進一步包括耦接至所述第一中空軸的第二端的第二中空軸。所述第二中空軸由金屬制成，并且具有設置在軸內的冷卻通道。所述第二中空軸具有第二長度，所述第二長度比所述第一長度大約1.5至10倍。所述基座進一步包括設置在所述第一中空軸與所述第二中空軸內的RF棒。
[0007]在另一個實施例中，公開了一種用于半導體處理腔室的基座。所述基座包括:包含用于容納基板的支撐表面的基板支撐件;封裝在所述基板支撐件內的加熱元件；固定到所述基板支撐件的第一中空軸，其中所述基板支撐件和所述第一中空軸由陶瓷材料制成，并且所述第一中空軸具有50mm與10mm之間的長度;耦接至所述第一中空軸的第二中空軸，其中所述第二中空軸由金屬制成，并且具有150mm與500mm之間的長度；以及設置在所述第一中空軸與所述第二中空軸內的RF棒。
[0008]在又一實施例中，公開了一種等離子體處理腔室。所述等離子體處理腔室包括包含處理區(qū)域的腔室主體。所述等離子體處理腔室進一步包括:設置在所述處理區(qū)域中的基座，其中所述基座包括基板支撐件，所述基板支撐件包含用于容納基板的支撐表面;封裝在所述基板支撐件內的加熱元件；以及具有第一端與第二端的第一中空軸，其中所述第一端固定到所述基板支撐件。所述基板支撐件與所述第一中空軸由陶瓷材料制成，并且所述第一中空軸具有約50mm至10mm之間的長度。所述等離子體處理腔室進一步包括親接至所述第一中空軸的第二端的第二中空軸。所述第二中空軸由金屬制成，并且具有設置在軸內的冷卻通道。所述第二中空軸具有大于所述第一中空軸的長度的長度。所述等離子體處理腔室進一步包括設置在所述第一中空軸與所述第二中空軸內的RF棒。
【附圖說明】
[0009]因此，為了能詳細地理解本發(fā)明的上述特征的方式，可參考多個實施例對以上簡要概括的本發(fā)明的進行更具體的描述，并且在所附附圖中示出實施例中的一些。然而應注意，所附附圖僅示出本發(fā)明的典型實施例，并且因此不應視為對本發(fā)明范圍的限制，因為本發(fā)明可允許其他等效實施例。
[0010]圖1是根據(jù)一個實施例的等離子體處理腔室的示意性截面圖。
[0011 ]圖2是根據(jù)一個實施例的基座的示意性截面圖。
[0012]為了便于理解，已在可能的情況下使用完全相同的附圖標記指定諸圖所共有的完全相同的元件。構想了在一個實施例中公開的元件可有益地用于其他實施例而無需特定的陳述。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明的實施例總體上涉及一種半導體處理腔室，并且更具體地涉及一種用于半導體處理腔室的受熱支撐基座。在一個實施例中，基座包括包含用于容納基板的支撐表面的基板支撐件、封裝在基板支撐件內的加熱元件以及具有第一端與第二端的第一中空軸，其中第一端固定到基板支撐件?；逯渭c第一中空軸由陶瓷材料制成，并且第一中空軸具有約50mm至10mm之間的長度。基座進一步包括親接至第一中空軸的第二端的第二中空軸。第二中空軸具有大于第一中空軸的長度的長度。
[0014]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的等離子體處理腔室100的示意性截面圖。等離子體處理腔室100包括腔室主體102。在腔室主體102內，存在氣體分配噴淋頭104，所述氣體分配噴淋頭104具有穿過所述氣體分配噴淋頭104的多個開口 105以準許將處理氣體從氣體源112傳送通過噴淋頭104而使處理氣體進入處理空間116。通過狹縫閥開口 106將基板插入到腔室主體102中以及從腔室主體102中移除基板，所述狹縫閥開口 106穿過腔室主體102而形成。
[0015]基座107設置在腔室主體102中?；?07包括基板支撐件108與桿(stem) 126?；逯渭?08可以是基本上平坦的并具有用于在其上支撐基板的支撐表面109。支撐表面109面向氣體分配噴淋頭104的下表面111，并且可以基本上平行于氣體分配噴淋頭104。基板支撐件108可以基本上是圓形的、矩形的、正方形的或取決于經(jīng)處理的基板的形狀的其他形狀?；逯渭?08可由陶瓷或能夠經(jīng)受住腔室主體102中的等離子體環(huán)境的其他非導電材料形成。在一個實施例中，基板支撐件108可以是由氮化鋁或氧化鋁構成的單個整體式結構?；逯渭O置在桿126上，并且桿126包括第一軸142與第二軸144(在下文詳述)。
[0016]基板支撐件108下方是板110，所述板110通過排氣室120而與基板支撐件108隔開。套管128設置在桿126與板110之間，并且間隙130形成在套管128與桿126之間。凈化氣體可從凈化氣體源122引入，并且流動通過間隙130而進入排氣室120 ο當凈化氣體流過間隙130時，保護設置在第一軸142與第二軸144之間的密封組件(諸如，真空密封O形環(huán))免受化學侵蝕。排氣室120中的凈化氣體連同處理氣體可通過形成在板110中的開口 132流入底部氣室134，并且通過真空栗124流出腔室主體102。在一個實施例中，凈化氣體的流動速率為約5sccm至200sccmo
[0017]圖2是根據(jù)一個實施例的基座107的示意性截面圖。如圖2所示，基板支撐件108固定到第一軸142，并且第一軸142在與基板支撐件108相對的端處與第二軸144耦接?；逯渭?08包括用于在基板支撐件108與氣體分配噴淋頭104之間生成等離子體的RF電極202。RF電極202可由金屬材料形成，并且可嵌入在基板支撐件108中?；逯渭?08也可包括加熱元件204以加熱設置在支撐表面109上的基板。在一個實施例中，加熱元件204包括多個加熱元件，諸如，多區(qū)域加熱器。在操作期間，設置在基板支撐件108上的基板的溫度可以在約150攝氏度與650攝氏度之間。為了提供在較寬溫度范圍上主動控制基板溫度的能力，包含冷卻通道的第二軸144放置為盡可能地靠近基板支撐件108。此外，經(jīng)過第一軸142與第二軸144的熱損失增加，并且通過改變冷卻通道內的冷卻劑溫度與流動速率是可控的。
[0018]第一軸142具有固定到基板支撐件108的第一端206以及耦接到第二軸144的第二端208。第一軸142可由諸如氮化鋁、碳化硅或氧化硅之類的陶瓷材料制成，并且可由與基板支撐件108相同的材料制成。如果第一軸142與基板支撐件108由相同的材料(諸如，氮化鋁)制成，則第一軸142與基板支撐件108可因擴散粘合而具有強粘合。為了減少基板支撐件108與第二軸144之間的距離，第一軸142具有在約50毫米(mm)至約10mm范圍的長度“LI”。第一軸142是中空的，并且具有內開口210以容納至RF電極202和加熱元件204的電連接。
[0019]第二軸144耦接至第一軸142的第二端208。第二軸144具有大于第一軸142的長度“LI”的長度“L2”。在一個實施例中，長度“L2”比長度“LI”大約1.5至10倍，諸如，比長度“LI”大約3至5倍。在一個實施例中，第二軸144具有約150mm至500mm的長度“L2”，諸如，約300mm的長度“LI”。第二軸144可具有比第一軸142的外徑更大的外徑。第二軸144可由諸如鋁之類的金屬制成，并且包括設置在所述第二軸144中的冷卻通道212。冷卻通道212可以盡可能地接近第一軸142與第二軸144之間的界面，因為設置在第一軸142與第二軸144之間的真空密封O形環(huán)可能不能經(jīng)受基板支撐件108的升高的溫度，諸如，大于500攝氏度的溫度。通道212連接至冷卻劑源214。用于在第二軸144的通道212內流動的冷卻劑可以是任何適合的冷卻劑，諸如，從約10攝氏度至80攝氏度的范圍內溫度的水。第二軸144是中空的，并且具有內開口 216以容納至RF電極202的電連接。
[0020]RF電極202耦接至設置在第一軸142的內開口 210和第二軸144的內開口 216中的RF連接器組件218 AF連接器組件218延伸通過軸142、144，并且可通過匹配網(wǎng)絡224而連接至RF功率源222 AF功率源222可通過匹配網(wǎng)絡224而連接到處理腔室100中的一個或多個腔室部件，以便在處理腔室100內生成等離子體。RF功率源222能夠將約100瓦至5000瓦的RF功率提供給RF電極202以及一個或多個腔室部件。
[0021]RF連接器組件218包括RF傳導棒230與柔性帶234 AF傳導棒230可以是中空的，并且可具有約3mm至8mm的直徑。通氣孔232可形成在RF傳導棒230中。RF傳導棒230在一端處直接耦接至RF電極202，而在另一端處直接耦接至柔性帶234。在RF傳導棒230與第二軸144的內表面240之間耦接柔性帶234。柔性帶234可直接安裝至RF電極202的端部或通過RF夾具(未示出)安裝至RF電極202的端部。第二軸144可進一步連接至匹配網(wǎng)絡224。因此，RF電極202可以是RF接地的，或者可以是通過匹配網(wǎng)絡224、柔性帶234與RF傳導棒230的連接而由RF功率源222進行RF供電的。
[0022]加熱元件204可通過終端棒228而連接至功率源226連接，所述終端棒228設置在第一軸142的內開口 210中并沿此第一軸142的內開口 210延伸。終端棒228的部分可嵌入在第二軸144中，如圖2所示。功率源226可提供DC電壓以對加熱元件204供電。在一個實施例中，功率源226能夠將約100至約4000瓦的直流電傳遞到加熱元件204。
[0023]加熱元件204可以是電阻式加熱器，諸如，電阻器線，當跨所述線施加電壓后，所述線生成熱。例如，加熱元件204可以是具有圓柱形截面的金屬線，同心地纏繞所述金屬線以形成從基板支撐件108的中心到邊緣的螺旋。適當?shù)慕饘倬€可以是鉬或鎳鉻合金線。
[0024]盡管前述內容針對本發(fā)明的實施例，但是可設計本發(fā)明的其他和進一步實施例而不背離本發(fā)明的基本范圍，并且本發(fā)明的范圍由所附權利要求書來確定。
【主權項】
1.一種用于半導體處理腔室的基座，包括: 基板支撐件，所述基板支撐件包含用于容納基板的支撐表面； 加熱元件，所述加熱元件被封裝在所述基板支撐件內； 第一中空軸，所述第一中空軸具有第一端和第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撐件，其中所述基板支撐件與所述第一中空軸由陶瓷材料制成，并且所述第一中空軸具有第一長度； 第二中空軸，所述第二中空軸耦接至所述第一中空軸的第二端，其中所述第二中空軸由金屬制成，且具有設置在所述第二中空軸內的冷卻通道，并且其中所述第二中空軸具有第二長度，所述第二長度比所述第一長度的大約1.5至10倍;以及 RF傳導棒，所述RF傳導棒設置在所述第一中空軸與所述第二中空軸內。2.如權利要求1所述的基座，其中所述第一中軸由與所述基板支撐件相同的材料制成，所述第一長度為約50_至100_，并且所述第二長度比所述第一長度大約3至5倍。3.如權利要求2所述的基座，其中所述第一中空軸由氮化鋁制成。4.如權利要求3所述的基座，其中所述第二中空軸由鋁制成。5.如權利要求1所述的基座，其中所述RF傳導棒是中空的。6.一種用于半導體處理腔室的基座，包括: 基板支撐件，所述基板支撐件包含用于容納基板的支撐表面； 加熱元件，所述加熱元件被封裝在所述基板支撐件內； 第一中空軸，所述第一中空軸固定到所述基板支撐件，其中所述基板支撐件與所述第一中空軸由陶瓷材料制成，并且所述第一中空軸具有50mm與I OOmm之間的長度； 第二中空軸，所述第二中空軸耦接至所述第一中空軸，其中所述第二中空軸由金屬制成，并且具有150mm與500mm之間的長度；以及 RF棒，所述RF棒設置在所述第一中空軸與所述第二中空軸內。7.如權利要求6所述的基座，其中所述第一中空軸由與所述基板支撐件相同的材料制成。8.如權利要求7所述的基座，其中所述第一中空軸由氮化鋁制成。9.如權利要求8所述的基座，其中所述第二中空軸由鋁制成。10.如權利要求6所述的基座，其中所述第二中空軸具有設置在所述第二中空軸內的冷卻通道。11.如權利要求6所述的基座，其中所述RF傳導棒是中空的。12.一種等離子體處理腔室，包括: 腔室主體，所述腔室主體具有處理區(qū)域；以及 基座，所述基座設置在所述處理區(qū)域中，其中所述基座包含: 基板支撐件，所述基板支撐件包含用于容納基板的支撐表面； 加熱元件，所述加熱元件被封裝在所述基板支撐件內； 第一中空軸，所述第一中空軸具有第一端和第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撐件，其中所述基板支撐件與所述第一中空軸由陶瓷材料制成，并且所述第一中空軸具有約50mm與I OOmm之間的長度； 第二中空軸，所述第二中空軸耦接至所述第一中空軸的第二端，其中所述第二中空軸由金屬制成，并且具有設置在所述第二中空軸內的冷卻通道， 并且其中所述第二中空軸具有大于所述第一中空軸的長度的長度；以及 RF棒，所述RF棒設置在所述第一中空軸與所述第二中空軸內。13.如權利要求12所述的基座，其中所述第一中空軸由與所述基板支撐件相同的材料制成。14.如權利要求13所述的基座，其中所述第一中空軸由氮化鋁制成。15.如權利要求14所述的基座，其中所述第二中空軸由鋁制成。
【文檔編號】H01L21/02GK105849866SQ201480070552
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月17日
【發(fā)明人】周建華, J·C·羅查-阿爾瓦雷斯
【申請人】應用材料公司