用来改善制程室边缘清洁速率的挡板旁通装置的制作方法

专利名称：用来改善制程室边缘清洁速率的挡板旁通装置的制作方法
技术领域：
本发明实施例大致是关于半导体基材处理系统，详细地说，是关于一种传递气体进入制程室的方法及设备。
背景技术：
在制造集成电路及半导体组件时，典型地会在制程室(例如，化学气相沉积(CVD)室之类的沉积室)中将诸如氧化物的材料沉积在基材上。沉积制程典型地会导致某些材料沉积在制程室壁及诸如气体分配板或面板之类的组件上。由于制程期间，材料是分布于整个气体分配板上，因此该气体分配板上经常会沉积出一层沉积层，因而导致板上的孔洞被阻塞，或是该沉积层自板上整片剥落并掉在基材上，因而影响基材上的沉积速率及基材上的沉积均匀度并会污染基材。因此，需要常规地清洁该制程室内部。
已有数种清洁制程室(包括气体分配板)的方法被研发出来。举例来说，可使用一远程等离子体清洁制程，它是以高密度等离子体源(例如一微波等离子体系统、等离子体产生器或类似装置)从制程室远程产生一蚀刻物等离子体。之后，将来自蚀刻物等离子体的解离物种传送到沉积室，并在沉积室中与不欲求的沉积物反应并将其蚀刻移除。此外，也可以一原位制程室清洁操作来移除制程室壁内部所累积的不欲求的沉积材料。常见的原位制程室清洁技术包括使用一蚀刻物气体(例如氟)从制程室壁与其它区域移除沉积材料。该蚀刻物气体被引入至制程室中并形成等离子体，使得该蚀刻物气体可与制程室壁的沉积材料反应以将该等沉积材料加以移除。
由于在沉积制程后，靠近该气体分配板或是环绕该气体分配板周长处的温度一般比该气体分配板中心的温度来得低，因此靠近该气体分配板或是环绕该气体分配板周长处的清洁速率一般也会比该气体分配板中心的清洁速率来得慢。靠近该气体分配板或是环绕该气体分配板周长处较慢的清洁速率则又使得清洁制程室所需花费的时间增长。清洁制程室所需花费的时间愈长，一定时间内可处理的基材数目就愈低(即，产率)，且会消耗更多的制程气体。
因此，极需一种可改善制程气体(例如，清洁气体)进入制程室的传送的方法及设备。

发明内容
本发明实施例大致是关于一种分配气体进入制程室的设备。在一实施例中，该设备包括一气体分配板，其界定出多个位于其上的孔洞；一挡板，其界定出多个位于其上的孔洞；一第一气体通道，设置成可传送一第一气体穿过该挡板及该气体分配板；及一第二气体通道，设置成可传送一第二气体绕过该挡板及通过该气体分配板。
本发明实施例也是关于一种基材处理方法，其包括通过一第一气体通道传送一或多种制程气体进入一化学气相沉积室；让该制程气体反应以沉积一材料于一基材表面；从该室中移出该基材；并通过一第二气体通道传送一种或多种清洁气体进入该室。所述的第一气体通道是与第二气体通道分开。该方法还包含让该清洁气体与该室中的沉积物反应直到所有的沉积物都被消耗掉为止。


图1标出并入本发明各实施例的CV系统的示意图。
图2标出一并入本发明各实施例的CV系统中一气体分配组件的部份示意图。
图3标出一并入本发明各实施例的CV系统中一气体分配组件的俯视图。
图4标出图3的气体分配组件沿着一区段线4-4的部份放大截面图。
具体实施例方式
以下公开详细说明。本文所用的各种名词定义如下。若请求项中所用的一名词未加以定义，则应赋予其已知的技术人员所知道的关于该名词在一般印刷品及核准专利中的最广定义。本发明实施例大致是关于分配气体进入一制程室(例如，一化学气相沉积(CVD)设备)的方法及设备。
图1绘出一示例的CVD设备100，其整合了本发明多个实施例于其中。该CVD设备100具有电气接地的数个外壁106；一内壁108；及一气体分配组件110，其同时界定出一第一室102及一第二室104。该第一室102及第二室104是以一内壁108而彼此分隔。一基座114分别位于每一室102及104中。每一基座114是实质与各室各自中线120A和120B对齐。基座114是被设置成可支撑一基材116。该基材116可放置于在该基座114上，或者通过静电、机械或真空固持、重力等方式加以固定在该基座114上。一气体板112被耦合至该CVD设备100以提供在第一室102及第二室104间进行传统CVD时所需的制程气体或其它气体。该CVD室100也可耦接上一RF电源118。
一般来说，该CVD设备100是已知由美商应用材料公司(Santa Clara，California)所生产的Producer化学气相沉积(CVD)反应器。该CVD反应器100详细公开于2000年7月5日提交的标题为“APPARATUS FORDISTRIBUTING GASES IN A CHEMICAL VAPOR DEPOSITIONSYSTEM”且共同受让的美国专利申请案序号第09/609,884(APPM 3402)号中，其全文并入本案作为参考。虽然本发明实施例是参照Producer反应器来说明，但也可使用其它CVD反应器与制程室来实施本发明各实施例，例如DXZ制程室，它也是可购自美商应用材料公司(Santa Clara，California)。该DXZ制程室公开于2002年4月2日核准的美国专利第6,364,954B2号，其全文在此并入为参考。
现参照图2及图3，其绘示出该气体分配组件110的俯视图。该气体分配组件110具有一盖板228，一第一气体箱208，一第二气体箱210，及一远程等离子体源200。该盖板228一般是由一诸如铝之类的导电材料制成。该盖板228是以一个或多个铰链214固定在多个外壁之一上。为帮助打开该盖板228，典型会提供一把手216。当该气体分配组件110被关上时，一固定机制(例如，一固定栓)可将该盖板228固定至室102与104。该气体分配组件110可额外包括一对入口岐管(inlet manifold)218(其中之一是被图2中的远程等离子体源挡住一部分)及一对恒定电位梯度回馈通道220(同样的，其中之一是被图2中的远程等离子体源挡住一部分)。每一入口岐管218是位于该盖板228上紧邻每一气体箱208与210。该回馈通道220界定出一通道425(标示于图4)，它是连接每一入口岐管218至各自的气体箱。该回馈通道220是完整公开于共同受让予本案申请人的美国专利第5,725,675号中，其全文在此并入为参考。该回馈通道220是被设计成可将入口岐管218与气体箱208与210彼此电气隔绝。为控制该气体分配组件110的温度，每一入口岐管218分别包括一入口热交换配件217及一出口热交换配件219，以循环一冷却流，例如水。该冷却流可通过延伸穿过每一入口岐管218及该气体分配组件110的通道(图中未标示)，而于约65℃至约70℃间的温度循环。
该远程等离子体源200是被设置成可传送并维持一清洁气体，例如一含卤素的气体，用以自制程室102及104中移除不要的沉积材料。该远程等离子体源200可以是一Astronex远程等离子体源，其可购自MKS仪器公司(Wilmington，Massachusetts)。该远程等离子体源200是以一托架212支撑在其中央而位于盖板228上方。该托架212可以已知诸如焊接、铆接及机械螺旋等方式加以固定在盖板228上。
清洁气体可以是内含卤素的气体，例如含氟气体。较佳是，该清洁气体是NF3。此处所述的清洁气体的条件与范围均可适用于NF3。其它可使用的清洁气体包括F2、C4、C3F8、C2F4、SF6、C2F6、CCl4及C2Cl6。
该远程等离子体源200通过一区分器202、一第一导管204及一第二导管206来传送清洁气体至制程室中。该区分器202是耦接至该远程等离子体源200。此外，该区分器202还被耦接至该第一导管204及第二导管206上，以形成一座(tee)。该第一导管204耦接该区分器202至第一气体箱208，同时该第二导管206耦接该区分器202至第二气体箱210。该第一导管204及第二导管206是由一介电材料制成，用以电气阻隔该气体箱208及210与该远程等离子体源200。因此，从该远程等离子体源200流出的清洁气体是先进入区分器202，之后通过各自导管及气体箱，最后分别进入各自的制程室中。虽然所述CVD设备100只具有一单独的远程等离子体源200，但本发明实施例可以和具有任一数目的远程等离子体源的任一种制程室一起使用。例如，具有两个远程等离子体源的Producer化学气相沉积反应器，它是公开于2002年4月12日提交的标题为“METHOD FOR CLEANING APROCESS CHAMBER”且共同受让的美国专利申请案序号第10/122,481号中，其全文并入本案作为参考。
第一气体箱208及第二气体箱210，每一者均包括一混合区段230、一架设板426、一分隔器440及一喷头437，如图4所示。该喷头437包括一挡板436及一气体分配板438。第一气体箱208是沿着室中线120A(如图3所示)而位于该盖板228中央。第二气体箱210是沿着室中线120B(如图3所示)而位于该盖板228中央。第一气体箱208及第二气体箱210一般为圆形且每一架设板426上有3个供架设用的孔洞232。该架设板426是由诸如铝之类的导电材料制成。一RF耦接拉片222可耦接该第一及第二气体箱的架设板426至RF电源118。该RD电源是通过架设板426而耦接至气体分配板438。
该混合区段230是分别位于每一气体箱208及210上方中央。该混合区段230包括一座402、一产生混合器404、及一气体传输管410。产生混合器404具有一壁450及一底部452，用以界定出一实质成圆锥型内部的体积454。该底部452具有一出口孔456。具有一中央通道444的气体传输管410是被固定在该产生混合器404的底部452上，并由架设板426界定。中央通道444一般是与出口孔456对齐，使得制程气体及其它气体可流经该出口孔456及中央通道444并进入各自制程室中。该产生混合器404是详细公开于2000年7月5日提交的标题为“APPARATUS FOR DISTRIBUTING GASESIN A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION SYSTEM”且共同受让的美国专利申请案序号第09/609,884(APPM 3402)号中，其全文并入本案作为参考。
如图4所公开的，该混合区段230是位于该架设板426上。该架设板426具有一凸缘460并被耦接至RF耦接拉片222上(参见图3)。该架设板426具有一中央孔洞446，以容许气体传输管410及清洁气体通过。在该架设板426之下为一护盖475，其一端是耦接至气体传输管410，另一端则是耦接至该挡板436。该护盖475也可以已知的焊接方式等耦接至该气体传输管410及挡板436。该挡板436是多孔状以容许气体通过其中。该挡板436及护盖475形成一间隙448，使得离开该混合区段230的制程气体可径向往外扩散。
该护盖475是被设置成可提供两个供清洁气体及制程气体使用的单独通道。其中一通道是设置成可导引制程气体流动通过该挡板436及气体分配板438，一如箭头480所示。另一通道则是设置成可导引清洁气体流动绕过该护板438及挡板436，并通过该气体分配板438，一如箭头481所示。通过导引清洁气体流动绕过该挡板436，则流动通过该气体分配板438的清洁气体的量(即，以自由基形式存在的量)，特别是在该分配板上或其周长边缘的气体量会升高。在此方式下，可改善制程室中的清洁速率，特别是该气体分配板438上或其周长边缘的清洁速率可获得改善。在一实施例中，供制程气体用的通道是由该护盖475内部来界定。在另一实施例中，供清洁气体用的通道是由护盖475外部、架设板426及气体分配板438来界定。该护盖475可由诸如铝之类的导电材料制成。
该气体分配板438一般是碟状并界定出一外缘462及一多孔状底部464。该气体分配板438可由诸如铝之类的导电材料制成。该气体分配板438的外缘462紧靠着凸缘460及分隔器440。该分隔器440是被设置成可使各自的气体箱与盖板228之间成电气隔绝状态。该分隔器440可以由诸如氟化高分子或陶瓷之类的介电材料制成。
界于挡板436与气体分配板438之间的是一气室458。通过挡板436的制程气体进入气室458后会受到由该气体分配板438的多孔状底部464对流量的轻微限制。这使得多种气体可进一步往径向扩散并穿过该气体分配板438，使得均匀分布的气体流可通过该多孔状底部464并进入各自的制程室。
一系列的O-型环422是分别位于该分隔器440及盖板228之间，该分隔器440及气体分配板438之间，该混合区段230及架设板426之间，及该气体分配板438与喂入通道436间，以确保气体被传送进入所述的各自制程室。该O-型环422一般是由一可和CVD设备100所使用的制程气体及清洁气体兼容的材料制成。
操作时，该晶圆116是分别支撑在每一室102及104中的基座114上。以一泵(图中未标示)来抽吸该室102及104。制程气体是被传送到每一气体箱208及210的混合区段230，并以一龙卷风方式充分混合。一旦混合后，该制程气体即可由气体传输管410离开该混合区段230，并由挡板436及该气体分配板438进入各自制程室中。之后，该制程气体会沉积一层材料在晶圆116上。在一实施例中，该层材料可具有一低介电常数，例如，约3或3以下。一旦达成欲求的沉积厚度，即可由该室102及104中将制程气体移除。
或者，可通过在室中形成一制程气体等离子体来强化该沉积制程。必要时，以该RF耦接拉片222将RF电源118选择性的耦接到各自的气体箱上。该RF电源可耦接至该气体分配板438以偏压该气体分配板438，借以点燃并维持该混合的制程气体等离子体于该各自的制程室中。
移除晶圆116后，可以该远程等离子体源200来清洁各自的制程室，该远程等离子体源200是设置成可产生该清洁气体(即，以自由基形式存在)。一旦生成后，该清洁气体即通过该区分器202及各自导管被送至各自的气体箱中。从该各自的气体箱中，该清洁气体会流动通过钻孔418，环绕该气体传输管410并绕过护板475与挡板436，并以上述方式通过该气体分配板438。当清洁气体流动通过各自室中的各种组件，这些组件包括该气体分配板438，可被有效的刷洗或蚀刻掉几乎所有在制程沉积期间沉积的材料。
所述实施例并不限用于任何特定设备或任一特定等离子体激发方法。虽然本发明方法已参照一远程等离子体源加以阐述，本发明实施例也可用于其它清洁操作中，例如原位清洁操作。上述的CVD系统只是一个示例，也可使用其它诸如ECR等离子体CVD装置、诱导耦合RF高密度等离子体CVD装置等等类似的CVD设备。此外上述的各种系统也可有多种变化，例如改变基材支撑基座的设计、加热器的设计、气体箱的设计、远程等离子体源的设计、电源连接等设计。
虽然本发明已借较佳实施例详述于上，但一般的技术人员应能了解本发明还有许多变化，其仍属于权利要求书的范畴之内。
权利要求
1.一种分配气体进入一制程室的设备，其至少包含一气体分配板，其界定出多个位于其上的孔洞；一挡板，其界定出多个位于其上的孔洞；一第一气体通道，设置成可传送一第一气体穿过该挡板及该气体分配板；及一第二气体通道，设置成可传送一第二气体绕过该挡板及通过该气体分配板。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的挡板是位于该气体分配板的上方。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的第一气体通道是设置成可在该气体分配板之前传送该第一气体通过该挡板。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的第二气体通道是设置成可传送大部分的该第二气体通过多个位于该气体分配板周长部位的孔洞。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包含一护板，它是被设置成可导引该第二气体绕过该挡板。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的护板是位于该挡板上方。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的护板是耦接至该挡板的一上方部份。
8.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的护板的一内部界定出该第一气体通道。
9.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的第一气体通道是界定在该护板内部。
10.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的第二气体通道是设置成可导引该第二气体流动绕过该护板的一外面部份及该挡板。
11.如权利要求5所述的设备，其特征在于，还包含一架设板，该架设板上架设有一气体分配板，其特征在于，所述的护板的一外面部份，与该架设板及气体分配板中至少一者可界定出该第二气体通道。
12.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的护板是设置成可导引大部份的第二气体流动通过多个位于该气体分配板周长部分的孔洞。
13.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的护板是设置成可导引该第二气体绕过该挡板并导引大部份的第二气体流动通过多个位于该气体分配板周长部分的孔洞。
14.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述的护板是设置成可将该第一气体通道与第二气体通道彼此分隔开来。
15.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的第一气体是一种制程气体。
16.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的第二气体是一种清洁气体。
17.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述的第一气体是一种制程气体且该第二气体是一种清洁气体。
18.一种基材处理方法，包含由一第一气体通道传送一种或多种制程气体进入一化学气相沉积室；让该制程气体反应以沉积一材料于一基材表面；从该室中移出该基材；通过一第二气体通道传送一种或多种清洁气体进入该室，其特征在于，所述的第一气体通道是与第二气体通道分开；且让该清洁气体与该室中的沉积物反应直到所有的沉积物都被消耗掉为止。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的由第一气体通道传送该制程气体的步骤包含传送该制程气体通过一挡板及一气体分配板。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的由第二气体通道传送该清洁气体的步骤包含传送该清洁气体绕过该挡板并通过该气体分配板。
全文摘要
本发明所公开的为一种分配气体进入制程室的设备及方法。在一实施例中，该设备包括一气体分配板，其界定出多个位于其上的孔洞；一挡板，其界定出多个位于其上的孔洞；一第一气体通道，设置成可传送一第一气体穿过该挡板及该气体分配板；及一第二气体通道，设置成可传送一第二气体绕过该挡板及通过该气体分配板。
文档编号H01J37/32GK1720348SQ200380105143
公开日2006年1月11日 申请日期2003年12月12日 优先权日2002年12月20日
发明者索沃·森, 赵茂生, 因娜·什穆朗, 李惠衡, 尚卡尔·文卡塔拉曼 申请人:应用材料股份有限公司