具有宽范围操作温度的pecvd陶瓷加热器的制造方法
【专利摘要】本发明实施例总体上涉及一种半导体处理腔室，并且更具体地涉及一种用于半导体处理腔室的受热支撑基座。在一个实施例中，所述基座包括基板支撑件、加热元件和第一中空轴，所述基板支撑件包含用于容纳基板的支撑表面，所述加热元件被封装在所述基板支撑件内，所述第一中空轴具有第一端与第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撑件。所述基板支撑件与所述第一中空轴由陶瓷材料制成，并且所述第一中空轴具有约50mm与100mm之间的长度。所述基座进一步包括耦接至所述第一中空轴的第二端的第二中空轴。所述第二中空轴具有大于所述第一中空轴的长度的长度。
【专利说明】
具有宽范围操作温度的PECVD陶瓷加热器
【背景技术】领域
[0001]本发明的实施例总体上涉及一种半导体处理腔室，并且更具体地涉及一种用于半导体处理腔室的受热支撑基座。
【背景技术】
[0002]半导体处理涉及许多不同的化学与物理工艺，由此在基板上创建微小的集成电路。由包括化学气相沉积、物理气相沉积、外延生长等的工艺来创建组成集成电路的多个材料层。使用光刻胶掩模和湿式或干式蚀刻技术图案化这些材料层中的一些。用于形成集成电路的基板可以是硅、砷化镓、磷化铟、玻璃或其他合适的材料。
[0003]在集成电路的制造中，等离子体工艺常用于各种材料层的沉积或蚀刻。等离子体处理提供了相比热处理的许多优势。例如，等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)允许以比在类似的热工艺中可实现的更低的温度与更高的沉积速率来执行沉积工艺。因此，PECVD对于具有严格热预算的集成电路制造(诸如，对于特大规模或超大规模集成电路(VLSI或ULS I)器件制造)是有利的。
[0004]在这些工艺中使用的处理腔室通常包括设置在所述处理腔室中的基板支撑件或基座以在处理期间支撑基板。在一些工艺中，基座可包括嵌入式加热器，所述嵌入式加热器适于控制基板温度和/或提供可在工艺中使用的升高的温度。在基板处理期间对基板的适当的温度控制和均匀的加热是非常重要的，当集成电路的尺寸减小时尤其如此。具有嵌入式加热器的常规支撑件常常具有许多热点与冷点，这些热点与冷点影响沉积在基板上的膜质量。
[0005]因此，存在对于在贯穿完整的工艺周期的任何时刻都提供主动温度控制的基座的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例总体上涉及一种半导体处理腔室，并且更具体地涉及用于半导体处理腔室的受热支撑基座。在一个实施例中，基座包括基板支撑件、加热元件和第一中空轴，所述基板支撑件包含用于容纳基板的支撑表面、所述加热元件被封装在基板支撑件内，所述第一中空轴具有第一端与第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撑件。所述基板支撑件与所述第一中空轴由陶瓷材料制成，并且所述第一中空轴具有第一长度。所述基座进一步包括耦接至所述第一中空轴的第二端的第二中空轴。所述第二中空轴由金属制成，并且具有设置在轴内的冷却通道。所述第二中空轴具有第二长度，所述第二长度比所述第一长度大约1.5至10倍。所述基座进一步包括设置在所述第一中空轴与所述第二中空轴内的RF棒。
[0007]在另一个实施例中，公开了一种用于半导体处理腔室的基座。所述基座包括:包含用于容纳基板的支撑表面的基板支撑件;封装在所述基板支撑件内的加热元件；固定到所述基板支撑件的第一中空轴，其中所述基板支撑件和所述第一中空轴由陶瓷材料制成，并且所述第一中空轴具有50mm与10mm之间的长度;耦接至所述第一中空轴的第二中空轴，其中所述第二中空轴由金属制成，并且具有150mm与500mm之间的长度；以及设置在所述第一中空轴与所述第二中空轴内的RF棒。
[0008]在又一实施例中，公开了一种等离子体处理腔室。所述等离子体处理腔室包括包含处理区域的腔室主体。所述等离子体处理腔室进一步包括:设置在所述处理区域中的基座，其中所述基座包括基板支撑件，所述基板支撑件包含用于容纳基板的支撑表面;封装在所述基板支撑件内的加热元件；以及具有第一端与第二端的第一中空轴，其中所述第一端固定到所述基板支撑件。所述基板支撑件与所述第一中空轴由陶瓷材料制成，并且所述第一中空轴具有约50mm至10mm之间的长度。所述等离子体处理腔室进一步包括親接至所述第一中空轴的第二端的第二中空轴。所述第二中空轴由金属制成，并且具有设置在轴内的冷却通道。所述第二中空轴具有大于所述第一中空轴的长度的长度。所述等离子体处理腔室进一步包括设置在所述第一中空轴与所述第二中空轴内的RF棒。
【附图说明】
[0009]因此，为了能详细地理解本发明的上述特征的方式，可参考多个实施例对以上简要概括的本发明的进行更具体的描述，并且在所附附图中示出实施例中的一些。然而应注意，所附附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不应视为对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等效实施例。
[0010]图1是根据一个实施例的等离子体处理腔室的示意性截面图。
[0011 ]图2是根据一个实施例的基座的示意性截面图。
[0012]为了便于理解，已在可能的情况下使用完全相同的附图标记指定诸图所共有的完全相同的元件。构想了在一个实施例中公开的元件可有益地用于其他实施例而无需特定的陈述。
【具体实施方式】
[0013]本发明的实施例总体上涉及一种半导体处理腔室，并且更具体地涉及一种用于半导体处理腔室的受热支撑基座。在一个实施例中，基座包括包含用于容纳基板的支撑表面的基板支撑件、封装在基板支撑件内的加热元件以及具有第一端与第二端的第一中空轴，其中第一端固定到基板支撑件。基板支撑件与第一中空轴由陶瓷材料制成，并且第一中空轴具有约50mm至10mm之间的长度。基座进一步包括親接至第一中空轴的第二端的第二中空轴。第二中空轴具有大于第一中空轴的长度的长度。
[0014]图1是根据本发明的一个实施例的等离子体处理腔室100的示意性截面图。等离子体处理腔室100包括腔室主体102。在腔室主体102内，存在气体分配喷淋头104，所述气体分配喷淋头104具有穿过所述气体分配喷淋头104的多个开口 105以准许将处理气体从气体源112传送通过喷淋头104而使处理气体进入处理空间116。通过狭缝阀开口 106将基板插入到腔室主体102中以及从腔室主体102中移除基板，所述狭缝阀开口 106穿过腔室主体102而形成。
[0015]基座107设置在腔室主体102中。基座107包括基板支撑件108与杆(stem) 126。基板支撑件108可以是基本上平坦的并具有用于在其上支撑基板的支撑表面109。支撑表面109面向气体分配喷淋头104的下表面111，并且可以基本上平行于气体分配喷淋头104。基板支撑件108可以基本上是圆形的、矩形的、正方形的或取决于经处理的基板的形状的其他形状。基板支撑件108可由陶瓷或能够经受住腔室主体102中的等离子体环境的其他非导电材料形成。在一个实施例中，基板支撑件108可以是由氮化铝或氧化铝构成的单个整体式结构。基板支撑件设置在杆126上，并且杆126包括第一轴142与第二轴144(在下文详述)。
[0016]基板支撑件108下方是板110，所述板110通过排气室120而与基板支撑件108隔开。套管128设置在杆126与板110之间，并且间隙130形成在套管128与杆126之间。净化气体可从净化气体源122引入，并且流动通过间隙130而进入排气室120 ο当净化气体流过间隙130时，保护设置在第一轴142与第二轴144之间的密封组件(诸如，真空密封O形环)免受化学侵蚀。排气室120中的净化气体连同处理气体可通过形成在板110中的开口 132流入底部气室134，并且通过真空栗124流出腔室主体102。在一个实施例中，净化气体的流动速率为约5sccm至200sccmo
[0017]图2是根据一个实施例的基座107的示意性截面图。如图2所示，基板支撑件108固定到第一轴142，并且第一轴142在与基板支撑件108相对的端处与第二轴144耦接。基板支撑件108包括用于在基板支撑件108与气体分配喷淋头104之间生成等离子体的RF电极202。RF电极202可由金属材料形成，并且可嵌入在基板支撑件108中。基板支撑件108也可包括加热元件204以加热设置在支撑表面109上的基板。在一个实施例中，加热元件204包括多个加热元件，诸如，多区域加热器。在操作期间，设置在基板支撑件108上的基板的温度可以在约150摄氏度与650摄氏度之间。为了提供在较宽温度范围上主动控制基板温度的能力，包含冷却通道的第二轴144放置为尽可能地靠近基板支撑件108。此外，经过第一轴142与第二轴144的热损失增加，并且通过改变冷却通道内的冷却剂温度与流动速率是可控的。
[0018]第一轴142具有固定到基板支撑件108的第一端206以及耦接到第二轴144的第二端208。第一轴142可由诸如氮化铝、碳化硅或氧化硅之类的陶瓷材料制成，并且可由与基板支撑件108相同的材料制成。如果第一轴142与基板支撑件108由相同的材料(诸如，氮化铝)制成，则第一轴142与基板支撑件108可因扩散粘合而具有强粘合。为了减少基板支撑件108与第二轴144之间的距离，第一轴142具有在约50毫米(mm)至约10mm范围的长度“LI”。第一轴142是中空的，并且具有内开口210以容纳至RF电极202和加热元件204的电连接。
[0019]第二轴144耦接至第一轴142的第二端208。第二轴144具有大于第一轴142的长度“LI”的长度“L2”。在一个实施例中，长度“L2”比长度“LI”大约1.5至10倍，诸如，比长度“LI”大约3至5倍。在一个实施例中，第二轴144具有约150mm至500mm的长度“L2”，诸如，约300mm的长度“LI”。第二轴144可具有比第一轴142的外径更大的外径。第二轴144可由诸如铝之类的金属制成，并且包括设置在所述第二轴144中的冷却通道212。冷却通道212可以尽可能地接近第一轴142与第二轴144之间的界面，因为设置在第一轴142与第二轴144之间的真空密封O形环可能不能经受基板支撑件108的升高的温度，诸如，大于500摄氏度的温度。通道212连接至冷却剂源214。用于在第二轴144的通道212内流动的冷却剂可以是任何适合的冷却剂，诸如，从约10摄氏度至80摄氏度的范围内温度的水。第二轴144是中空的，并且具有内开口 216以容纳至RF电极202的电连接。
[0020]RF电极202耦接至设置在第一轴142的内开口 210和第二轴144的内开口 216中的RF连接器组件218 AF连接器组件218延伸通过轴142、144，并且可通过匹配网络224而连接至RF功率源222 AF功率源222可通过匹配网络224而连接到处理腔室100中的一个或多个腔室部件，以便在处理腔室100内生成等离子体。RF功率源222能够将约100瓦至5000瓦的RF功率提供给RF电极202以及一个或多个腔室部件。
[0021]RF连接器组件218包括RF传导棒230与柔性带234 AF传导棒230可以是中空的，并且可具有约3mm至8mm的直径。通气孔232可形成在RF传导棒230中。RF传导棒230在一端处直接耦接至RF电极202，而在另一端处直接耦接至柔性带234。在RF传导棒230与第二轴144的内表面240之间耦接柔性带234。柔性带234可直接安装至RF电极202的端部或通过RF夹具(未示出)安装至RF电极202的端部。第二轴144可进一步连接至匹配网络224。因此，RF电极202可以是RF接地的，或者可以是通过匹配网络224、柔性带234与RF传导棒230的连接而由RF功率源222进行RF供电的。
[0022]加热元件204可通过终端棒228而连接至功率源226连接，所述终端棒228设置在第一轴142的内开口 210中并沿此第一轴142的内开口 210延伸。终端棒228的部分可嵌入在第二轴144中，如图2所示。功率源226可提供DC电压以对加热元件204供电。在一个实施例中，功率源226能够将约100至约4000瓦的直流电传递到加热元件204。
[0023]加热元件204可以是电阻式加热器，诸如，电阻器线，当跨所述线施加电压后，所述线生成热。例如，加热元件204可以是具有圆柱形截面的金属线，同心地缠绕所述金属线以形成从基板支撑件108的中心到边缘的螺旋。适当的金属线可以是钼或镍铬合金线。
[0024]尽管前述内容针对本发明的实施例，但是可设计本发明的其他和进一步实施例而不背离本发明的基本范围，并且本发明的范围由所附权利要求书来确定。
【主权项】
1.一种用于半导体处理腔室的基座，包括: 基板支撑件，所述基板支撑件包含用于容纳基板的支撑表面； 加热元件，所述加热元件被封装在所述基板支撑件内； 第一中空轴，所述第一中空轴具有第一端和第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撑件，其中所述基板支撑件与所述第一中空轴由陶瓷材料制成，并且所述第一中空轴具有第一长度； 第二中空轴，所述第二中空轴耦接至所述第一中空轴的第二端，其中所述第二中空轴由金属制成，且具有设置在所述第二中空轴内的冷却通道，并且其中所述第二中空轴具有第二长度，所述第二长度比所述第一长度的大约1.5至10倍;以及 RF传导棒，所述RF传导棒设置在所述第一中空轴与所述第二中空轴内。2.如权利要求1所述的基座，其中所述第一中轴由与所述基板支撑件相同的材料制成，所述第一长度为约50_至100_，并且所述第二长度比所述第一长度大约3至5倍。3.如权利要求2所述的基座，其中所述第一中空轴由氮化铝制成。4.如权利要求3所述的基座，其中所述第二中空轴由铝制成。5.如权利要求1所述的基座，其中所述RF传导棒是中空的。6.一种用于半导体处理腔室的基座，包括: 基板支撑件，所述基板支撑件包含用于容纳基板的支撑表面； 加热元件，所述加热元件被封装在所述基板支撑件内； 第一中空轴，所述第一中空轴固定到所述基板支撑件，其中所述基板支撑件与所述第一中空轴由陶瓷材料制成，并且所述第一中空轴具有50mm与I OOmm之间的长度； 第二中空轴，所述第二中空轴耦接至所述第一中空轴，其中所述第二中空轴由金属制成，并且具有150mm与500mm之间的长度；以及 RF棒，所述RF棒设置在所述第一中空轴与所述第二中空轴内。7.如权利要求6所述的基座，其中所述第一中空轴由与所述基板支撑件相同的材料制成。8.如权利要求7所述的基座，其中所述第一中空轴由氮化铝制成。9.如权利要求8所述的基座，其中所述第二中空轴由铝制成。10.如权利要求6所述的基座，其中所述第二中空轴具有设置在所述第二中空轴内的冷却通道。11.如权利要求6所述的基座，其中所述RF传导棒是中空的。12.一种等离子体处理腔室，包括: 腔室主体，所述腔室主体具有处理区域；以及 基座，所述基座设置在所述处理区域中，其中所述基座包含: 基板支撑件，所述基板支撑件包含用于容纳基板的支撑表面； 加热元件，所述加热元件被封装在所述基板支撑件内； 第一中空轴，所述第一中空轴具有第一端和第二端，其中所述第一端固定到所述基板支撑件，其中所述基板支撑件与所述第一中空轴由陶瓷材料制成，并且所述第一中空轴具有约50mm与I OOmm之间的长度； 第二中空轴，所述第二中空轴耦接至所述第一中空轴的第二端，其中所述第二中空轴由金属制成，并且具有设置在所述第二中空轴内的冷却通道， 并且其中所述第二中空轴具有大于所述第一中空轴的长度的长度；以及 RF棒，所述RF棒设置在所述第一中空轴与所述第二中空轴内。13.如权利要求12所述的基座，其中所述第一中空轴由与所述基板支撑件相同的材料制成。14.如权利要求13所述的基座，其中所述第一中空轴由氮化铝制成。15.如权利要求14所述的基座，其中所述第二中空轴由铝制成。
【文档编号】H01L21/02GK105849866SQ201480070552
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2014年12月17日
【发明人】周建华, J·C·罗查-阿尔瓦雷斯
【申请人】应用材料公司