等离子体系统的腔室的制作方法

本发明实施例涉及一种等离子体系统的腔室。

背景技术：

在制造现今半导体装置时，通过气体的化学反应将薄层沉积在半导体衬底上是主要步骤之一。此沉积过程一般称为化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)工艺。典型的热cvd工艺将反应气体供应到衬底表面，并在所述衬底表面发生热诱导(heat-induced)的化学反应，以制造出所需的层。

另一方面，等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhancedcvd，pecvd)技术则是通过将射频(radiofrequency，rf)能量施加到衬底表面附近的反应区，以促进反应气体的激发和/或分解，藉此产生等离子体。等离子体中的物质的高反应性会减少发生化学反应所需的能量，因此，与习知的热cvd工艺相比，pecvd工艺所需的温度较低。高密度等离子体(highdensityplasma，hdp)cvd技术进一步利用这些优点，以在低真空压力下形成稠密等离子体，使得等离子体物质更容易反应。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种等离子体系统的腔室，包括腔室壁、衬底支架以及内衬。腔室壁定义等离子体加工区域。衬底支架经配置以支撑所述等离子体加工区域中的衬底。内衬位在所述等离子体加工区域中并且将所述腔室壁与所述等离子体加工区域分离。

附图说明

图1是根据本发明的一些实施例的等离子体系统的腔室的简化图。

图2是图1的腔室的简化分解图。

图3示出为根据本发明的一些实施例的将内衬安装到等离子体系统的步骤流程图。

图4是根据本发明的一些实施例的图2的腔室的简化俯视图。

图5是根据本发明的一些实施例的沿着图4中的线a-a’的简化剖面图。

图6是根据本发明的一些实施例的沿着图4中的线b-b’的简化剖面图。

图7是根据本发明的一些实施例的第二螺钉的简化图。

图8是根据本发明的一些实施例的内衬的简化剖面图。

具体实施方式

以下揭示内容提供用于实施所提供的目标的不同特征的许多不同实施例或实例。以下所描述的构件及位的具体实例是为了以简化的方式传达本发明为目的。当然，这些仅仅为实例而非用以限制。举例来说，于以下描述中，在第二特征上方或在第二特征上形成第一特征可包括第一特征与第二特征形成为直接接触的实施例，且也可包括第一特征与第二特征之间可形成额外特征使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。此外，本发明在各种实例中可使用相同的组件标号和/或字母来指代相同或类似的部件。组件标号的重复使用是为了简单及清楚起见，且并不表示所欲讨论的各个实施例和/或位本身之间的关系。

另外，为了易于描述附图中所示出的一个构件或特征与另一组件或特征的关系，本文中可使用例如“在...下”、“在...下方”、“下部”、“在…上方”、“上部”及类似术语的空间相对术语。除了附图中所示出的定向之外，所述空间相对术语意欲涵盖组件在使用或操作时的不同定向。设备可被另外定向(旋转90度或在其他定向)，而本文所用的空间相对术语相应地作出解释。

如上述，高射频电源在hdp-cvd系统中诱发电弧，这会造成损坏且在hdp-cvd系统中形成污染物或颗粒。所述污染物或颗粒会导致衬底的缺陷或甚至导致衬底报废。具体来说，电弧可在等离子体电子接地并穿过腔室壁期间损坏等离子体系统的腔室壁(通常为导体)，由此形成导电污染物或颗粒。所述导电污染物或颗粒可能落在衬底上并且可能由于尖端放电(pointdischarge)而使得电弧发生在导电污染物或颗粒处，进而导致衬底的缺陷或甚至造成衬底报废。

基于上述，本发明实施例提供一种用于等离子体系统的内衬。将内衬安装在等离子体系统的腔室中，以将腔室的腔室壁与等离子体加工区域分离，以防止电弧所造成的损坏。

图1是根据本发明的一些实施例的等离子体系统的腔室100的简化图。在一些实施例中，等离子体系统是高密度等离子体(highdensityplasma，hdp)系统。术语“高密度”在此上下文中应理解为具有等于或超过10¹¹ions/cm³的离子密度。在一些实施例中，高密度等离子体系统是高密度等离子体化学气相沉积(highdensityplasmachemicalvapordeposition，hdp-cvd)系统。在一些实施例中，高密度等离子体化学气相沉积系统经配置以形成浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation，sti)。在一些实施例中，高密度等离子体化学气相沉积系统经配置以形成磷硅玻璃(phosphosilicateglass，psg)。

如图1所示，腔室100包括腔室壁110、衬底支架120和内衬130。腔室壁110定义出等离子体加工区域109。具体来说，腔室100可分为下部腔室102和上部腔室104，并且气环106浮动(floating)安装在下部腔室102与上部腔室104之间。上部腔室104可包括圆顶108。在一些实施例中，圆顶108的材料包括陶瓷介电材料，例如是氧化铝、氮化铝、任何其它合适的材料或其组合。上部腔室104定义等离子体加工区域109的上边界。衬底支架120和下部腔室102定义等离子体加工区域109的下边界。在本文中，本发明的实施例的腔室壁110称为下部腔室102的内侧壁。衬底支架120经配置以支撑等离子体加工区域109中的衬底200。在一些实施例中，衬底200的直径介于200mm至450mm之间。在一些实施例中，衬底200的直径为200mm、300mm或450mm。在一些实施例中，衬底支架120包括衬底200下方的静电吸盘(electrostaticchuck，esc)，所述静电吸盘在工艺期间将衬底200固定到衬底支架120。在一些实施例中，衬底支架120的材料包括氧化铝、氮化铝、任何其它铝陶瓷材料或其组合。

图2是腔室100的简化分解图，为了清楚地示出出内衬130和下部腔室102等的其它构件，图2中省略了上部腔室104和气环106。如图1和图2所示，内衬130安装在等离子体系统的腔室100中并且经配置以分离腔室壁110与等离子体加工区域109，进而防止电弧所造成的损坏。在一些实施例中，内衬130可以通过第一螺钉142和第一螺钉144固定到下部腔室102。具体来说，内衬130的侧壁132上具有第一螺孔152且其底部舌片(bottomtabs)134上具有第一螺孔154。可将第一螺钉142经由第一螺孔152旋拧(screwed)并穿过内衬130的侧壁132。另外，可将第一螺钉144经由第一螺孔154旋拧并穿过内衬130的底部舌片134。在一些实施例中，第一螺钉142和第一螺钉144可以是聚酰亚胺螺钉(vespelscrews)或其它可适用类型的螺钉。

图3示出为根据本发明的一些实施例的将内衬130安装到等离子体系统的步骤流程图。图4是根据本发明的一些实施例的图2的腔室100的简化俯视图。图5是根据本发明的一些实施例的沿着图4中的a-a’线的简化剖面图。在一些实施例中，内衬130相对于腔室壁110的相对位置可以通过旋拧第一螺钉142和第一螺钉144来调整。参考图3至图5，将内衬130安置在腔室100的等离子体加工区域109中，以分离腔室壁110与等离子体加工区域109(步骤310)。之后，将第一螺钉142经由第一螺孔152从内衬130的内侧朝向腔室壁110旋拧并穿过内衬130的侧壁132，以将第一螺钉142中的每一个的末端推至(pushesagainst)腔室壁110的侧表面112(步骤320)。另外，将第一螺钉144经由第一螺孔154从内衬130的内侧朝向腔室壁110旋拧并穿过内衬130的底部舌片134，以将第一螺钉144中的每一个的末端推至腔室壁110的底表面114(步骤320)。

在一些实施例中，在将内衬130安置在腔室100中之前，第一螺钉142和第一螺钉144可分别预安装到第一螺孔152和第一螺孔154中。另外，第一螺钉142和第一螺钉144可分别安装到第一螺孔152和第一螺孔154中，直到内衬130安置在腔室100中。具体来说，内衬130的水平位置可以通过第一螺钉142来调整，以将内衬130居中(centering)或定位在相对于腔室壁110的位置。此外，当第一螺钉142推挤至腔室壁110的侧表面112时，内衬130通过从腔室壁110至第一螺钉142的反作用力固定在腔室100中。另一方面，内衬130相对于腔室壁110的高度或斜度可通过将第一螺钉144朝向腔室壁110的底表面114旋拧并穿过内衬130的底部舌片134来调整。另外，在一些实施例中，内衬130通过第一螺钉142和第一螺钉144与腔室100的腔室壁110分隔。

在一些实施例中，腔室100的腔室壁110可包括两个观察部116或更多个观察部116，如图2所示。举例来说，两个观察部116分别位在腔室壁110的相对两侧处。另外，内衬130可具有对应于观察部116的两个第二螺孔156或更多个第二螺孔156。图6是根据本发明的一些实施例的沿着图4中的线b-b’的简化剖面图。两个第二螺钉146或更多个第二螺钉146经由第二螺孔156旋拧并穿过内衬130，且第二螺钉146中的每一个的末端插入到穿过对应于观察部116的第一通孔116a中。这有助于将内衬130支撑和固定在腔室100中。在一些实施例中，第二螺钉146可以是聚酰亚胺螺钉或其它可适用类型的螺钉。

图7是根据本发明的一些实施例的第二螺钉146中的一者的简化图。如图6和图7所示，在一些实施例中，第二螺钉146中的每一者可具有第二通孔146a，且当第二螺钉146插入到第二通孔146a中时，等离子体加工区域109和对应于观察部116的第一通孔116a可以通过第二通孔146a连通。换句话说，在第二螺钉146插入到观察部116中的情况下，腔室100的观察部116仍可通过第二螺钉146的第二通孔146a观察或监视等离子体加工区域109中的等离子体加工。

图8是根据本发明的一些实施例的内衬130的简化剖面图。内衬130具有非导电表面，以防止在等离子体系统的腔室100中产生电弧。在一些实施例中，内衬130包括内衬主体130a以及覆盖内衬主体130a的绝缘保护层130b。在一些实施例中，内衬主体130a包括任何合适的金属或合金，例如，铝、镁、钛、任何其它合适的金属或合金，或其组合。

绝缘保护层130b经配置以隔离内衬主体130a与等离子体，并由此防止电弧所造成的损坏。在一些实施例中，绝缘保护层130b可通过微弧等离子体氧化(microarcplasmaoxidation，mapo)法或其它合适的技术来形成，且绝缘保护层130b可以是晶体金属氧化物层(crystallinemetaloxidelayer)或非晶体金属氧化物层(amorphousmetaloxidelayer)。在一些实施例中，晶体金属氧化物层包括晶体氧化铝、晶体氧化镁、晶体氧化钛、任何其它合适的晶体金属氧化物或其组合。在一些实施例中，晶体氧化铝包括α-氧化铝、γ-氧化铝或其组合。

在一些实施例中，绝缘保护层130b不包括结晶水(crystalwater)，因此适用于等离子体系统中。如果在绝缘保护层130b中存在结晶水，那么可能会影响等离子体加工区域109的环境。

在一些实施例中，绝缘保护层130b具有高于或等于800的维氏硬度(vickers-hardness)，使得绝缘保护层130b具有良好的耐磨特性。在一些实施例中，绝缘保护层130b具有介于800至1,500之间的维氏硬度。

在一些实施例中，绝缘保护层130b具有大于或等于900伏特(v)的崩溃电压(breakdownvoltage)；也就是说，绝缘保护层130b具有高电压的崩溃电阻。在一些实施例中，绝缘保护层具有高达1,200v的崩溃电压。

在一些实施例中，绝缘保护层130b具有大于或等于20微米(μm)的厚度。在一些实施例中，绝缘保护层130b的厚度在20μm至50μm的范围内。在实际应用中，可调整绝缘保护层130b的厚度以达到足够的崩溃电压。

在一些实施例中，等离子体系统可以是包括射频产生器(radiofrequencygenerator)的高密度等离子体化学气相沉积系统。所述射频产生器经配置以提供大于或等于6,000瓦(watts)的射频功率(radiofrequencypower)。在一些实施例中，射频功率大于或等于9,000瓦。在一些实施例中，高密度等离子体化学气相沉积系统还包括电源等离子体(sourceplasma)系统(未示出)和偏压等离子体(biasplasma)系统(未示出)。在一些实施例中，电源等离子体系统包括顶部电源射频产生器(未示出)和侧面电源射频产生器(未示出)。在一些实施例中，顶部电源射频产生器经配置以提供大于或等于6,000瓦的射频功率。在一些实施例中，侧面电源射频产生器经配置以提供大于或等于6,000瓦的射频功率。在一些实施例中，顶部电源射频产生器和侧面电源射频产生器分别耦接到圆顶108的顶部以及其侧面。在一些实施例中，偏压等离子体系统包括偏压射频产生器(未示出)。在一些实施例中，偏压射频产生器经配置以提供大于或等于6,000瓦的射频功率。

在一些实施例中，高密度等离子体化学气相沉积系统还包括真空系统(未示出)，以控制腔室压力。在一些实施例中，真空系统包括节流阀(throttlevalve)、栅门阀(gatevalve)和涡轮分子泵(turbo-molecularpump)。

在一些实施例中，高密度等离子体化学气相沉积系统还包括远程等离子体清洁(remoteplasmacleaning)系统(未示出)，以从腔室构件中清除沉积残留物。在一些实施例中，远程等离子体清洁系统包括远程微波产生器(remotemicrowavegenerator)，其从反应炉空腔(reactorcavity)(未示出)中的清洁气体源(例如，分子氟、氮气、氮氟化物(nitrogenfluoride)、其它碳氟化合物(fluorocarbons)任何其它合适的材料或其组合)产生等离子体。由此等离子体所产生的反应性物质通过施加管(applicatortube)(未示出)通过清洁气体进料口(未示出)传送到腔室100。

下文进一步描述制造等离子体系统的内衬(例如，前述实施例的内衬130)的方法。在一些实施例中，等离子体系统是高密度等离子体系统。在一些实施例中，高密度等离子体系统是高密度等离子体化学气相沉积系统。所述方法包括接收含铝内衬主体，例如，图8的内衬主体130a。在一些实施例中，含铝内衬主体的材料包括铝。随后形成含氧化铝层(例如，图8的绝缘保护层130b)以覆盖含铝内衬主体的表面。在一些实施例中，含氧化铝层的形成方法包括阳极氧化处理法、微弧等离子体氧化法、大气等离子体氧化法、热等离子体氧化法、热氧化法、任何其它合适的氧化法或其组合。在一些实施例中，含氧化铝层包括晶体氧化铝、非晶体氧化铝或其组合。

在一些实施例中，通过在含铝内衬主体上进行阳极氧化处理法来形成含氧化铝层。在阳极氧化处理期间，含氧化铝层可通过化学氧化以及电化学氧化来形成，其中含铝内衬主体当作阳极，而不锈钢当作阴极。

在一些实施例中，将含铝内衬主体浸在酸性电解质溶液中，并且含铝内衬主体随后在酸性电解质溶液中电气化(electrified)，以形成覆盖含铝内衬主体的表面的含氧化铝层。在一些实施例中，酸性电解质溶液包括浓度为3g/l至25g/l之间的硫酸、铬酸、草酸或其组合。

在一些实施例中，将含铝内衬主体浸在电解质溶液中，并且含铝内衬主体随后在电解质溶液中电气化，以形成覆盖含铝内衬主体的表面的含氧化铝层，其中电解质溶液的温度小于5℃。

在一些实施例中，使用阳极氧化处理法所形成的含氧化铝层包括结晶水。在一些实施例中，使用阳极氧化处理法形成的含氧化铝层包括非晶体氧化铝。

在一些实施例中，通过在含铝内衬主体上进行微弧等离子体氧化法来形成含氧化铝层。微弧等离子体氧化法也称为等离子体电解氧化法(plasmaelectrolyticoxidation)或阳极火花沉积法(anodicsparkdeposition)。在一些实施例中，含铝内衬主体当作阳极，而不锈钢当作阴极。在一些实施例中，微弧等离子体氧化法的电流大于阳极氧化处理法的电流。在一些实施例中，微弧等离子体氧化法的施加电压大于阳极氧化处理法的施加电压。在一些实施例中，微弧等离子体氧化法的温度大于阳极氧化处理法的温度。在微弧等离子体氧化期间，可通过化学氧化、电化学氧化和高温等离子体氧化来形成含氧化铝层。具体来说，先形成氧化铝薄膜，随后通过高电压破坏所述氧化铝薄膜，以形成具有高温和高压的等离子体区。由于等离子体区的高温与高压，邻近等离子体区的铝将被熔化，且邻近等离子体区的电解质溶液将被蒸发。经熔化的铝将与氧自由基反应，以形成包括晶体氧化铝的含氧化铝层。在一些实施例中，晶体氧化铝包括α-氧化铝、γ-氧化铝或其组合。

在一些实施例中，将含铝内衬主体浸在碱性电解质溶液中，且含铝内衬主体随后在碱性电解质溶液中电气化，以形成覆盖含铝内衬主体的表面的含氧化铝层。在一些实施例中，碱性电解质溶液包括浓度为3g/l至25g/l之间的硅酸钠、铝酸钠、磷酸钠或其组合。在一些实施例中，碱性电解质溶液还包括浓度为3g/l至25g/l之间的氢氧化钠、氢氧化钾或其组合。

在一些实施例中，将含铝内衬主体浸在电解质溶液中，且含铝内衬主体随后在电解质溶液中电气化，以形成覆盖含铝内衬主体的表面的含氧化铝层，其中电解质溶液的温度介于5℃至50℃之间。在一些实施例中，电解质溶液的温度介于20℃至50℃之间。

下文进一步描述制造用于等离子体系统的内衬(例如，前述实施例的内衬130)的方法。在一些实施例中，等离子体系统是高密度等离子体系统。在一些实施例中，高密度等离子体系统是高密度等离子体化学气相沉积系统。所述方法包括接收金属内衬主体，例如，图8的内衬主体130a。在一些实施例中，金属内衬主体包括铝、镁、钛或其组合。随后形成含晶体金属氧化物层(例如，图8的绝缘保护层130b)，以覆盖金属内衬主体的表面。在一些实施例中，含晶体金属氧化物层的形成方法包括微弧等离子体氧化法、大气等离子体氧化法、热等离子体氧化法、热氧化法、任何其它合适的氧化法或其组合。

在一些实施例中，通过在金属内衬主体上执行微弧等离子体氧化法来形成含晶体金属氧化物层。在一些实施例中，金属内衬主体当作阳极，而不锈钢当作阴极。在微弧等离子体氧化期间，可通过化学氧化、电化学氧化和高温等离子体氧化来形成含晶体金属氧化物层。具体来说，先形成金属氧化物薄膜，随后通过高电压破坏所述金属氧化物薄膜，以形成具有高温和高压的等离子体区。由于等离子体区的高温与高压，邻近等离子体区的金属将被熔化，且邻近等离子体区的电解质溶液将被蒸发。经熔化的金属将与氧自由基反应，以形成含晶体金属氧化物层。在一些实施例中，含晶体金属氧化物层包括晶体氧化铝、晶体氧化镁、晶体氧化钛或其组合。在一些实施例中，晶体氧化铝包括α-氧化铝、γ-氧化铝或其组合。

在一些实施例中，将金属内衬主体浸在碱性电解质溶液中，且金属内衬主体随后在碱性电解质溶液中电气化，以形成覆盖金属内衬主体的表面的含晶体金属氧化物层。在一些实施例中，碱性电解质溶液包括浓度为3g/l至25g/l之间的硅酸钠、铝酸钠、磷酸钠或其组合。在一些实施例中，碱性电解质溶液还包括浓度为3g/l至25g/l之间的氢氧化钠、氢氧化钾或其组合。

在一些实施例中，将金属内衬主体浸在电解质溶液中，且金属内衬主体随后在电解质溶液中电气化，以形成覆盖金属内衬主体的表面的含晶体金属氧化物层，其中电解质溶液的温度介于5℃至50℃之间。在一些实施例中，电解质溶液的温度介于20℃至50℃之间。

根据一些实施例，等离子体系统的腔室包括：腔室壁，其定义等离子体加工区域；衬底支架，其经配置以支撑等离子体加工区域中的衬底；以及内衬，其位在等离子体加工区域中并且将腔室壁与等离子体加工区域分离。

在上述等离子体系统的腔室中，所述内衬包括内衬主体以及覆盖所述内衬主体的绝缘保护层。

在上述等离子体系统的腔室中，所述绝缘保护层包括金属氧化物层。

在上述等离子体系统的腔室中，所述内衬主体包括铝、镁、钛或其组合。

在上述等离子体系统的腔室中，还包括旋拧穿过所述内衬的多个第一螺钉，且所述多个第一螺钉中的每一者具有末端，其推挤至所述腔室壁。

在上述等离子体系统的腔室中，所述内衬通过所述多个第一螺钉与所述腔室壁分隔。

在上述等离子体系统的腔室中，所述腔室壁包括多个观察部，所述腔室还包括旋拧穿过所述内衬的多个第二螺钉，并且所述多个第二螺钉中的每一者具有末端，其插入到穿过对应于观察部的第一通孔中。

在上述等离子体系统的腔室中，所述多个观察部包括两个观察部，其分别位在所述腔室壁的相对两侧。

在上述等离子体系统的腔室中，所述第二螺钉中的每一者具有第二通孔，以连通所述等离子体加工区域和所述第一通孔。

根据一些实施例，提供一种用于等离子体系统的内衬，其中等离子体系统包括腔室壁，其定义等离子体加工区域；以及衬底支架，其经配置以支撑等离子体加工区域中的衬底。内衬包括内衬主体以及绝缘保护层，所述绝缘保护层覆盖内衬主体，以分离腔室壁与等离子体加工区域。

在上述用于等离子体系统的内衬中，所述绝缘保护层包括金属氧化物层。

在上述用于等离子体系统的内衬中，所述内衬主体包括铝、镁、钛或其组合。

在上述用于等离子体系统的内衬中，所述内衬具有多个第一螺孔，所述多个第一螺孔经配置以由多个第一螺钉穿过，且所述多个第一螺钉中的每一者具有末端，其推挤至所述腔室壁。

在上述用于等离子体系统的内衬中，所述内衬具有多个第二螺孔，所述多个第二螺孔经配置以由多个第二螺钉穿过，且所述多个第二螺钉中的每一者具有末端，其插入到穿过所述腔室壁的观察部的第一通孔中。

在上述用于等离子体系统的内衬中，所述多个第二螺孔包括两个第二螺孔，其分别位在所述内衬的相对两侧。

根据一些实施例，提供一种用于将内衬安装到等离子体系统的方法，其中等离子体系统包括腔室壁，其定义等离子体加工区域；以及衬底支架，其经配置以支撑等离子体加工区域中的衬底。所述方法包括：将内衬安置在等离子体加工区域中，以分离腔室壁与等离子体加工区域；以及将多个第一螺钉朝向腔室壁旋拧并穿过内衬，以将多个第一螺钉中的每一者的末端推至腔室壁。

在上述用于将内衬安装到等离子体系统的方法中，在将所述多个螺钉朝向所述腔室壁旋拧并穿过所述内衬的步骤期间，调整所述内衬相对于所述腔室壁的相对位置。

在上述用于将内衬安装到等离子体系统的方法中，还包括通过所述多个第一螺钉，以将所述内衬与所述腔室壁分隔。

在上述用于将内衬安装到等离子体系统的方法中，还包括将多个第二螺钉朝向所述腔室壁旋拧并穿过所述内衬，以将所述多个第二螺钉中的每一者的末端插入到穿过所述腔室壁的观察部的第一通孔中。

在上述用于将内衬安装到等离子体系统的方法中，所述第二螺钉中的每一者具有第二通孔，所述第二通孔使得所述等离子体加工区域和所述第一通孔连通。

以上概述了数个实施例的特征，使本领域具有通常知识者可更佳了解本发明的态样。本领域具有通常知识者应理解，其可轻易地使用本发明作为设计或修改其他工艺与结构的依据，以实行本文所介绍的实施例的相同目的和/或达到相同优点。本领域具有通常知识者还应理解，这种等效的配置并不悖离本发明的精神与范畴，且本领域具有通常知识者在不悖离本发明的精神与范畴的情况下可对本文做出各种改变、置换以及变更。