噴頭設計的製作方法

2023-11-30 00:15:01 3

技術領域

本公開內容的實施方式總體涉及具有反射板的噴頭設計，反射板帶有用於徑向分配氣體的氣體注入插件。

背景技術：

對半導體基板進行處理以適用於各式各樣的應用，包括集成器件與微型器件的製造。處理基板的一個方法包括將氧自由基沉積於基板的上表面上。例如，加州聖塔克拉拉的應用材料公司(Applied Materials,Inc.,of Santa Clara,California)提供以燈加熱基板並將氫與氧注入處理腔室的工藝。當氣體撞擊基板表面而在基板上形成一層時，氣體形成自由基(radical)，例如氧自由基於矽基板上形成二氧化矽層。

用於300mm基板上的氧自由基沉積的現有處理腔室噴頭具有受限的沉積控制，而導致不良的處理均勻性。例如，對於氧自由基沉積的低的處理腔室壓力要求及現有的噴頭設計導致氣體以高速到達基板。氣體的高速造成對基板的撞擊及使得氣體無法充分地被加熱。在另一方面，燃燒產生的氧自由基快速重新組合而產生氧自由基的短生命周期。因此，因氣體的高速而產生的有限的沉積控制結合氧自由基的短生命周期導致在基板的中心處更多的沉積，以及在基板邊緣處不良的沉積。

因此，對於為整個基板，即從中心到邊緣提供更均勻的沉積控制的改良噴頭設計存在需求。

技術實現要素：

在一個實施方式中，本文公開一種噴頭組件。該噴頭組件包括反射板與氣體注入插件(insert)。反射板具有至少一個氣體注入口，至少一個氣體注入口穿過反射板而設置。氣體注入插件設置於反射板中。氣體注入插件具有多個孔。氣體注入插件包括擋板。擋板設置於氣體注入插件中。擋板具有多個孔。第一氣室於擋板的第一部分與反射板之間形成。第二氣室於擋板的第二部分與反射板之間形成。氣體注入插件的多個孔與擋板的多個孔不軸向對齊。

在另一個實施方式中，本文公開一種處理腔室。該處理腔室包括基板支撐件與噴頭組件。基板支撐件經配置而在處理期間轉動基板。噴頭組件設置於基板支撐件上。噴頭組件包括反射板與氣體注入插件。反射板具有第一氣體注入口與第二氣體注入口，第一氣體注入口與第二氣體注入口穿過反射板而設置。氣體注入插件設置於反射板中。氣體注入插件具有多個孔。氣體注入插件包括至少兩擋板，至少兩擋板徑向設置於反射板中心附近的氣體注入插件中。各擋板具有多個孔。第一氣室於擋板的第一部分與反射板之間形成。第二氣室於擋板的第二部分與反射板之間形成。第一氣室藉由反射板的壁與第二氣室分隔。氣體注入插件的多個孔與擋板的多個孔不軸向對齊。

又在另一個實施方式中，本文公開一種噴頭組件。該噴頭組件包括反射板與氣體注入插件。反射板具有第一氣體注入口與第二氣體注入口，第一氣體注入口與第二氣體注入口穿過反射板而設置，以將氣體傳送至第一氣室與第二氣室。氣體注入插件設置於反射板中，並設置於第一與第二氣室的下方。氣體注入插件包括多個孔。孔的數量與尺寸基於流動通過第一與第二氣體注入口的氣體的流動速率而選擇。氣體注入插件包括設置於氣體注入插件中的擋板。擋板暴露於第一與第二氣室。配置擋板以降低流動通過第一與第二氣室的氣體的流動速率。

附圖說明

以上簡要概述的本公開內容的上述詳述特徵可以被詳細理解的方式、及對本公開內容的更特定描述，可以通過參照實施方式獲得，本公開內容的實施方式的一些實施方式繪示於附圖中。然而，值得注意的是，所述附圖僅繪示了本公開內容的典型實施方式，因而不應視為對本公開內容的範圍的限制，因為本公開內容可允許其它等同有效的實施方式。

圖1是根據本公開內容的一個實施方式的處理腔室的示意圖。

圖2A根據本公開內容的一個實施方式繪示噴頭組件的放大圖。

圖2B根據本公開內容的一個實施方式繪示具有設置於擋板的氣體注入插件的擋板的截面放大圖。

圖3根據本公開內容的一個實施方式繪示反射板的放大底視圖。

圖4根據本公開內容的一個實施方式繪示氣體注入插件的放大頂視圖。

圖5根據本公開內容的一個實施方式繪示氣體注入插件的放大底視圖。

為了便於理解，儘可能地使用了相同的數字符號標示附圖中共通的相同元件。考慮到，一個實施方式中的元件與特徵在沒有進一步描述的情況下可有益地併入其它實施方式中。

具體實施方式

圖1根據本公開內容的一個實施方式繪示快速熱處理腔室100的示意圖。雖然本公開內容的具體內容被描述為用於快速熱處理腔室內，但是本文所述的實施方式可用於對於均勻沉積有需求的其它處理系統與器件，諸如其它的沉積腔室及蝕刻腔室。

處理腔室100包括無接觸或磁懸浮基板支撐件104及腔室主體102。腔室主體102具有側壁108、底壁110及頂壁112。側壁108、底壁110及頂壁112界定內部空間121。頂壁112包括具有噴頭組件127的蓋部116。側壁108通常包括至少一個基板出入口148。基板出入口148利於基板140進入與離開(egress)。處理腔室100也可包括設置於基板支撐件104的內直徑中的輻射熱源106。

基板支撐件104經調適以磁懸浮或旋轉內部空間121內的基板(未圖示)。基板支撐件104包括環狀主體199。環狀主體199包括磁性環部分130及基板支撐部分132。支撐部分132自磁性環部分130的上表面延伸以支撐支撐環134。支撐環134便於校準並為基板140提供容納表面。

處理腔室100還包括窗114，窗114由對各種波長的熱與光透明的材料製成。各種波長可包括紅外線(IR)光譜範圍的光，藉由紅外線(IR)光譜範圍的光來自輻射熱源106的光子可以加熱基板140。窗114也可包括多個升降杆144。升降杆144經調適以選擇性地接觸與支撐基板140，從而便於基板140的傳送進入和離開處理腔室100。

在一個實施方式中，輻射熱源106包括由殼體形成的燈組件。殼體包括冷卻組件161中的多個蜂窩管160。蜂窩管160與冷卻源183耦接。

大氣控制系統164也耦接至腔室主體102的內部空間121。大氣控制系統164一般包括用於控制腔室壓力的節流閥及真空泵。

噴頭組件127經配置而將一或多個氣體傳送到基板140。噴頭組件127包括設置於蓋部116下方的反射板118。反射板118面向基板支撐件104。反射板118被配置成將自基板140輻射出的IR光反射回基板140上。冷卻板115可選地圍繞反射板118來設置並限定(circumscribe)反射板118以冷卻反射板118。

在一個實施方式中，噴頭組件127包括穿過蓋部116與反射板118而形成的至少一第一氣體注入口138與一第二氣體注入口128。噴頭組件127的第一氣體注入口138與第二氣體注入口128的放大示意圖可見於圖2A。第一氣體注入口138經配置而將氣體以大體徑向向內的方向從第一氣體源123注入至第一氣室129。第二氣體注入口128經配置而將氣體以大體徑向向內的方向從第二氣體源125注入至第二氣室120。第一與第二氣室129、120於反射板118中形成。第一氣室129暴露於第一氣體注入口138。第二氣室120暴露於第二氣體注入口128。

在一個實施方式中，第一氣體注入口138(用於提供氣體給第一氣室129)位於反射板118的第二個四分之一(quarter)中。例如，第一氣體注入口138位於距離反射板118的中心約30mm至約40mm之間。在一個實施方式中，第二氣體注入口128(用於提供氣體給第二氣室120)位於反射板118的第一個四分之一中。例如，第二氣體注入口128位於距離反射板118的中心約112mm至約122mm之間。在一個實施方式中，第一與第二氣體注入口138、128各具有約1mm至約10mm的直徑，例如，約5mm或約5.1mm。

在一個實施方式中，第一氣體源123供應氧氣(O2)及第二氣體源125供應氫氣(H2)。因此，氧氣與氫氣混合物(O2/H2)供應至第一與第二氣室129、120。在一個實施方式中，氣體混合物是介於約23百分比至約43百分比的氫氣，及介於約57百分比至約77百分比的氧氣，例如，約33百分比的氫氣與約67百分比的氧氣。流動通過第一氣室129的氣體混合物形成噴頭組件127中的內部區域171。流動通過第二氣室120的氣體混合物形成噴頭組件127中的外部區域172。噴頭組件127中分隔的與不同的內部與外部區域171、172有利地允許氣體混合物根據處理需求在被沉積於基板140上之前被控制與調整。

反射板118還包括設置於反射板118中的一或多個氣體注入插件124。圖3繪示反射板118的放大底視圖。在一個實施方式中，反射板118包括一個氣體注入插件124，兩個氣體注入插件124，兩個氣體注入插件124的各者以繞反射板118約每180度一個設置(如圖1所示)或四個氣體注入插件124，四個氣體注入插件124的各者以繞反射板118約每90度一個設置(如圖3所示)。擋板122藉由多個螺絲290與反射板118耦接。多個螺絲經配置而置入於反射板118形成的多個螺絲孔292及於擋板122形成的多個螺絲孔294。

圖2B繪示擋板122的部分與氣體注入插件124的截面示意圖。所示擋板122與氣體注入插件124的內邊緣202耦接。例如，在一個實施方式中，擋板122可焊接至氣體注入插件124的內邊緣202。擋板122懸吊於氣體注入插件124中使得第三氣室131於擋板122與氣體注入插件124之間形成。所示擋板122中的孔117不與氣體注入插件124中形成的孔126軸向對齊，使得自第一與第二氣室(未圖示)至第三氣室131形成迂曲(tortuous)流動路徑。圖4繪示氣體注入插件124的放大頂視圖。氣體注入插件124具有大體長方形(oblong)形狀的主體。氣體注入插件124包括設置於氣體注入插件124的主體中的長方形形狀的擋板122。氣體注入插件124包括多個孔126(於圖4中以局部剖視圖示出)。氣體注入插件124經配置以將氣體混合物自第一與第二氣室129、120傳送通過孔126進入內部空間121及至基板140。擋板122包括穿過擋板122而形成的多個孔117。擋板122經配置而使自第一與第二氣室129、120流動通過孔117的氣體混合物的流動速率減緩(deaden)或變慢並平均地分配氣體混合物至由擋板122與注入插件124界定的第三氣室131。擋板122也有利地減少總的氣體混合物消耗量約30百分比。實驗結果表明氣體混合物的速度可降低約98百分比。例如，朝向基板140的氣體混合物的速度可自約100m/s(使用傳統的噴頭設計)減少至約10m/s(使用如上所述的擋板122)。

在一個實施方式中，擋板122中的孔117的數量介於約20至約30個孔117，例如，約24或25個孔117。在一個實施方式中，孔117於擋板122中的單一列中形成。在一個實施方式中，孔117的半徑是介於約0.25mm至約1.52mm之間，例如，約0.793mm。在一個實施方式中，氣體注入插件124中的孔126數量是大於擋板122中的孔117數量。

在一個實施方式中，氣體注入插件124中的孔126於兩列中形成。各列可具有約40至約60之間的孔，例如，約40孔或約50孔，即共約100孔。因此，在一個實施方式中，有約100個孔126(50孔x 2列)。在一個實施方式中，孔117與孔126是偏離的(offset)以產生通過噴頭組件127的迂曲流動路徑。在一個實施方式中，孔126的半徑是介於約0.25mm與約1.52mm之間，例如，約0.79mm。在另一個實施方式中，(i)孔126的數量與尺寸；(ii)具有孔126的列的數量；及(iii)氣體注入插件124本身的厚度，可基於自第一與第二氣室129、120(即內部區域171與外部區域172)流動至第三氣室131及最後徑向流動往基板140的氣體混合物的流動速率而作選擇。

圖5是具有不同尺寸的多個孔126的氣體注入插件500的放大底視圖。在一個實施方式中，氣體注入插件500的孔126改變尺寸以形成氣體流動梯度。例如，孔126在氣體注入插件500的一端的孔126相較於在氣體注入插件500的相對端而言可以具有更大的表面積。在一個實施方式中，孔126形成於兩列中。各列具有約50個孔126(如圖5所示)。自氣體注入插件500的第一端502至氣體注入插件500的相對的第二端504，各列中的孔126的尺寸逐漸增加。在一個實施方式中，孔126的半逕自約0.34mm增加至約1.98mm，例如，約0.44mm至約0.98mm之間的半徑。

參照圖1與圖5，氣體注入插件500設置於反射板118中，使得孔126的各列橫跨第一與第二氣室129、120的長度，例如各約50個孔126的兩列。因此，各列中的孔126的約第一半，即約25個孔126橫跨作為內部區域171部分的第一氣室129的長度。各列中的孔126的第二半，即約25個孔126橫跨作為外部區域172部分的第二氣室120的長度。

在實施一個實施方式的過程中，其中氣體混合物的沉積在基板140的中心處可高於在基板140的邊緣處，可提供兩股不同體積流動速率的氣體混合物至第一與第二氣體注入口138、128。例如，在一個實施方式中的總體的氣體混合物以約2slm或約5slm由噴頭組件127提供。

在一個實施方式中，流動通過第一氣室129的氣體混合物相較於流動通過第二氣室120的氣體混合物具有更慢的流動速率以減少基板140上的中心高的沉積。例如，以約0.69slm或約1.71slm提供氣體混合物通過第一氣體注入口138並進入第一氣室129(即內部區域171)。接著，以約1.31slm或約3.29slm提供氣體混合物通過第二氣體注入口128並進入第二氣室120(即外部區域172)。因為第一氣室129相較於第二氣室120更靠近基板140的中心設置，所以氣體注入插件500的第一端502(具有更小的孔126尺寸)設置於第一氣室129的下方而解決基板140上中心高的沉積。相反地，因為第二氣室120相較於第一氣室129更靠近基板140的邊緣設置，所以氣體注入插件500的第二端504(具有更大的孔126尺寸)設置於第二氣室120的下方。如此，通過噴頭組件127的總的氣體混合物流動速率可以由以上所公開的內部與外部區域171、172有利地單個控制及調節以產生基板140的中心與邊緣之間平均的氣體混合物流動速率因而促成基板140上整體均勻的沉積。

雖然前述是針對本公開內容的實施方式，但在不脫離本公開內容的基本範圍的條件下，可設計本公開內容的其它的與進一步的實施方式，並且本公開內容的範圍由以下權利要求書確定。