多通道流量比例控制器与处理腔室的制作方法

领域

本公开内容的实施方式一般而言涉及半导体处理腔室，且更特定而言，涉及半导体处理腔室中的一或多个流量比例控制器与一或多个气体注入插入件。

现有技术的描述

对广泛的各种应用处理半导体基板，包含集成器件与微型器件的生产。一种基板处理方法包含沉积材料(诸如介电性材料或半导体材料)于基板的上表面上。通过使处理气体平行于放置在支撑件上的基板的表面流动，并使处理气体热解离而将来自气体的材料沉积至基板表面上，可在横向流动腔室中沉积材料。然而，沉积在基板表面上的材料的厚度时常不均匀，且合金或掺杂成分时常不均匀，且因此对最终生产器件的效能产生负面的影响。

因此需要改良腔室，以沉积厚度均匀且合金或掺杂成分均匀的材料。

技术实现要素：

本公开内容的实施方式一般而言涉及半导体处理腔室，且更特定而言，涉及半导体处理腔室中的一或多个流量比例控制器与一或多个气体注入插入件。在一个实施方式中，装置包含第一流量比例控制器、第二流量比例控制器以及气体注入插入件，第一流量比例控制器包含第一多个流量控制器，第二流量比例控制器包含第二多个流量控制器，气体注入插入件包含第一部分与第二部分。第一部分包含第一多个通道，且第二部分包含第二多个通道。装置进一步包含多个气体线，多个气体线将第一与第二多个流量控制器连接至第一与第二多个通道，其中多个气体线的一或多个气体线的每一个连接至第一多个通道的通道以及第二多个通道的通道。

在另一实施方式中，一种装置包含第一流量比例控制器、第二流量比例控制器以及气体注入插入件，第一流量比例控制器包含第一多个流量控制器与第一流量控制器，第二流量比例控制器包含第二多个流量控制器与第二流量控制器，气体注入插入件包含第一部分与第二部分。第一部分包含第一多个通道与第一内侧通道，且第二部分包含第二多个通道与第二内侧通道。装置进一步包含多个气体线，多个气体线将第一与第二多个流量控制器连接至第一与第二多个通道，第一气体线将第一流量控制器连接至第一内侧通道，且第二气体线将第二流量控制器连接至第二内侧通道。

在另一实施方式中，一种装置包含腔室，腔室包含上圆顶、下圆顶、设置在上圆顶与下圆顶之间的基座环以及位于基座环内的气体注入插入件。气体注入插入件包含第一部分与第二部分。第一部分包含第一多个通道，且第二部分包含第二多个通道。装置进一步包含第一流量比例控制器、第二流量比例控制器以及多个气体线，第一流量比例控制器包含第一多个流量控制器，第二流量比例控制器包含第二多个流量控制器，多个气体线将第一与第二多个流量控制器连接至第一与第二多个通道。多个气体线的一或多个气体线的每一个连接至第一多个通道的通道以及第二多个通道的通道。

附图简要说明

图1为根据本文所述实施方式的腔室的示意侧截面图。

图2为根据本文所述实施方式的可用于图1腔室中的衬垫组件的透视图。

图3为根据本文所述实施方式的可用于图1腔室中的衬垫组件与一或多个流量比例控制器的透视图。

图4示意图示说明根据本文所述实施方式的可用于图1腔室中的一或多个气体注入插入件与一或多个流量比例控制器之间的连结。

为了协助了解，已尽可能使用相同的元件符号标定图中共有的相同元件。已思及到，公开于一个实施方式中的要素，可无需进一步的叙述即可被有益地并入其他实施方式中。

具体描述

本公开内容的实施方式一般而言涉及对半导体处理腔室使用一或多个流量比例控制器与一或多个气体注入插入件。在一个实施方式中，装置包含第一流量比例控制器、第二流量比例控制器以及气体注入插入件，第一流量比例控制器包含第一多个流量控制器，第二流量比例控制器包含第二多个流量控制器，气体注入插入件包含第一部分与第二部分。气体注入插入件的第一部分包含第一多个通道，且气体注入插入件的第二部分包含第二多个通道。装置进一步包含多个气体线，多个气体线将第一与第二多个流量控制器连接至第一与第二多个通道。多个气体线的一或多个气体线的每一个，连接至第一多个通道的通道以及第二多个通道的通道。

图1为根据本文所述实施方式的腔室100的示意侧截面图。腔室100可用于处理一或多个基板，包含将材料沉积至基板108的上表面上。腔室100可包含辐射加热灯阵列102，以加热设置在腔室100内的基板支撑件106的背侧104以及其他部件。在一些实施方式中，可将辐射加热灯阵列102设置在上圆顶128上。基板支撑件106可为如图示的碟形基板支撑件106，或可为不具有中心开口的环形基板支撑件，基板支撑件从基板边缘支撑基板，以协助将基板暴露至灯102的热辐射。在一些实施方式中，基板支撑件106可包含多个臂以支撑基板108。

基板支撑件106位于腔室100内，在上圆顶128与下圆顶114之间。上圆顶128、下圆顶114以及设置在上圆顶128与下圆顶114之间的基座环136，大抵界定出处理腔室100的内部区域。可通过装载端口(未图示)将基板108带入腔室100并放置到基板支撑件106上。

将基板支撑件106图标于升高的处理位置中，但可由致动器(未图示)垂直移至处理位置下方的装载位置，而允许升降杆105接触下圆顶114以将基板108从基板支撑件106提高。随后，机器人(未图示)可通过装载端口进入腔室100以接合并移除基板108。

在位于处理位置时，基板支撑件106将腔室100的内部容积分割成基板支撑件106上方的处理气体区域156，以及基板支撑件106下方的净化气体区域158。在处理期间内，可由中心轴132旋转基板支撑件106，以最小化腔室100内热与处理气体流空间性异常的效应，且因此使基板108的处理均匀。由中心轴132支撑基板支撑件106，在装载与卸除期间内(且在一些实例中为在基板108的处理期间内)，中心轴132沿着往上与往下方向134移动基板108。可由碳化硅或以碳化硅涂布的石墨形成基板支撑件106，以吸收来自灯102的辐射能量，并将辐射能量传导至基板108。

上圆顶128的中央窗口部分以及下圆顶114的底部，由光学透明的材料制成，诸如石英。可将一或多个灯(诸如灯阵列102)设置为邻接下圆顶114且在下圆顶114下方，以经指定的方式围绕中心轴132，以在处理气体通过时独立控制基板108各区域的温度，从而协助将材料沉积至基板108的上表面上。尽管本文未详细论述，但所沉积的材料可包含硅、硅锗、砷化镓、氮化镓或氮化镓铝。

灯102可包含灯泡141，以将基板108加热至约摄氏200度至约摄氏1600度的温度范围。每一灯102耦合至电力分配板(未图示)，通过电力分配板供应电力至每一灯102。将灯102放置在灯头145内，在(例如)将冷却流体引入位于灯102之间的通道149的处理期间内(或之后)，灯头145可被冷却。灯头145冷却下圆顶114，此部分归因于灯头145紧密接近下圆顶114。灯头145亦可冷却灯壁以及灯102周围的反射器壁(未图示)。

环形屏蔽167可可选地设置于基板支撑件106周围，并由衬垫组件163环绕。环形屏蔽167防止或最小化来自灯102的热/光噪声泄漏至基板108的器件侧116，同时对处理气体提供了预热区。环形屏蔽167可以由cvdsic、涂布有sic的烧结石墨、生长的sic、不透明石英、经涂布的石英或任何类似的合适的材料制成，此种材料能耐受通过处理气体和净化气体的化学分解。

将衬垫组件163的尺寸设置为槽式层迭于基座环136的内侧圆周之内，或由基座环136的内侧圆周围绕。衬垫组件163遮蔽处理容积(亦即处理气体区域156以及净化气体区域158)使处理容积不受处理腔室100金属壁的影响。金属壁可与前驱物反应，且在处理容积中产生污染物。尽管将衬垫组件163图标为单一主体，但衬垫组件163可包含具有不同配置的一或多个衬垫。

由于来自基板支撑件106的基板108背侧加热，可执行使用光学高温计118以在基板支撑件上进行温度测量/控制。光学高温计118所进行的此温度测量，亦可在具有未知发射率的基板器件侧116上完成，因为以此方式加热基板前侧110是无关于发射率的。因此，光学高温计118仅可感测从基板支撑件106传导的来自热基板108的辐射，而将来自灯102的直接到达光学高温计118的背景辐射最小化。

可选地，可在上圆顶128的外侧放置反射器122，以将射离基板108的红外光反射回基板108上。可使用夹持环130将反射器122固持至上圆顶128。可由诸如铝或不锈钢的金属制成反射器122。通过以高反射性涂层(诸如金)涂布反射器面积，可提升反射的效率。反射器122可具有连接至冷却源(未图示)的一或多个通道126。每一通道126连接至形成在反射器122的一侧上的信道(未图标)。信道经配置以承载流体流(诸如水)，并可由覆盖反射器122的部分或整体表面的任何图案，沿着反射器122侧水平延伸，以冷却反射器122。

将供应自处理气体供应源177、179的处理气体通过气体注入插入件174引入处理气体区域156，气体注入插入件174位于基座环136的侧壁中。在进入气体注入插入件174之前，处理气体可流入一或多个流量比例控制器171、172。气体注入插入件174经配置以由大抵径向向内的方向引导处理气体。一或多个流量比例控制器171、172以及气体注入插入件174，调谐处理气体的流动速率以及流动速率比例，此致能了调节交叉流动腔室100中的径向气流速率轮廓，同时将注入点处的总和气流以及气体分压保持固定。此外，一或多个流量比例控制器171、172以及气体注入插入件174，提供了对合金成分、掺杂浓度或选择性的调谐。图3与图4详细说明了一或多个流量比例控制器171、172以及气体注入插入件174。在薄膜形成处理中，基板支撑件106可位于处理位置(邻接于气体注入插入件174且高度约与气体注入插入件174相同)，允许处理气体沿着流动路径173以层流(laminarflow)方式流动跨越基板108的上表面。处理气体经由气体出口178退出处理气体区域156(沿着流动路径175)，气体出口178位于与气体注入插入件174相对的腔室100侧上。可由耦合至气体口178的真空帮浦180，协助经由气体出口178移除处理气体。

可从净化气源162经由可选的净化气体入口164(或经由气体注入插入件174)，供应净化气体至净化气体区域158，净化气体入口164形成于基座环136的侧壁中。将净化气体入口164设置在低于气体注入插入件174的高度。在薄膜形成处理期间内，基板支撑件106可位于一位置，使得净化气体沿着流动路径165以层流方式流动跨越基板支撑件106的背侧104。在不受任何特定理论的束缚的前提之下，咸信净化气体的流动防止(或实质避免)处理气体流进入净化气体区域158，或减少处理气体扩散进入净化气体区域158(亦即在基板支撑件106之下的区域)。净化气体沿着流动路径166退出净化气体区域158，并经由气体出口178排气出腔室100，气体出口178位于与净化气体口164相对的腔室100侧上。

类似的，在净化处理期间内，基板支撑件106可位于升高的位置，以允许净化气体横向流动跨越基板支撑件106的背侧104。在本发明领域中具有通常知识者应理解到，处理气体入口、净化气体入口以及气体入口系为了说明目的而图示，因为可调整气体入口或出口等等的位置、尺寸或数量，以进一步协助在基板108上均匀沉积材料。

图2为根据本文所述实施方式的可用于替换图1的衬垫组件163的衬垫组件的透视图。衬垫组件200经配置以衬垫处理腔室内的处理区域，诸如图1的腔室100。衬垫组件200一般而言提供气体入口端口202、气体出口端口204以及装载端口206。可将衬垫组件200槽式层迭于设置在腔室中的基座环(例如图1的基座环136)内，或由基座环围绕。可使衬垫组件200一体成形，或可包含可组装在一起的多个部件。在一个示例中，衬垫组件200包含模块化的多个部件(或衬垫)，所述部件经调适而被单独或协同替换，以提供模块化设计所带来的额外弹性与成本节省。衬垫组件200的模块化设计能够实现轻易的操作性以及提升的功能性(亦即改变不同的注入器)。在一个实施方式中，衬垫组件200至少包含上衬垫208与下衬垫210，上衬垫208与下衬垫210垂直层叠。排气衬垫212可由部分的上衬垫208结合，以提升定位稳定性。

上衬垫208与排气衬垫212可具有切口，以接收注入器衬垫214。注入器衬垫214耦合至一或多个气体注入插入件218。一或多个气体注入插入件218可为图1图示的气体注入插入件174。在一个实施方式中，一个气体注入插入件218包含第一部分222与第二部分224，第一部分222具有多个通道220，第二部分224具有多个通道226。在一个实施方式中，气体注入插入件218的第一部分222与第二部分224为两个独立的气体注入插入件218。经由通道220、226将一或多个处理气体引入腔室。

图3为根据本文所述实施方式的可用于图1腔室100中的衬垫组件200与一或多个流量比例控制器304、306的透视图。一或多个流量比例控制器304、306可为图1图示的一或多个流量比例控制器171、172。如图3图标，衬垫组件200包含注入器衬垫214以及耦合至注入器衬垫214的一或多个气体注入插入件218。一或多个气体注入插入件218耦合至岐管302。岐管302包含第一表面303以及相对于第一表面303的第二表面305。第一流量比例控制器304耦合至岐管302的第一表面303，且第二流量控制器306耦合至岐管302的第二表面305。在气体注入插入件218中设置多个管308，每一管308可位于对应的通道220、226内(见图2)。多个管308可连接至岐管302，且处理气体可经由多个管308，流动通过岐管302进入腔室100。

图4示意图示说明根据本文所述实施方式的可用于图1腔室100中的一或多个气体注入插入件218与一或多个流量比例控制器304、306之间的连结。如图4图示，气体注入插入件218包含第一部分222与第二部分224。在一个实施方式中，第一部分222与第二部分224为独立的气体注入插入件。每一部分222、224包含形成于每一部分222、224中的多个通道220、226，且第一部分222中的通道220数量等于第二部分226中的通道226数量。在一个实施方式中，每一部分222、224包含九个通道220a-220i或226a-226i，如图4图示。在另一实施方式中，每一部分222、224包含11个通道。第一部分222与第二部分224可为相对于中心轴401彼此镜射的映像。第一部分222中的通道220a-220i的位置，以及通道226a-226i的位置，可相对于中心轴401对称。例如，第一部分222中的内侧通道220i的位置，以及第二部分224中的内侧通道226i的位置，相对于中心轴401对称。如图4图示，内侧通道220i邻接于内侧通道226i。

一或多个流量比例控制器304、306通过多个气体线连接至气体注入插入件218。气体线可为任何适合的线，诸如导管或管，以让气体或流体流过其中。在一个实施方式中，两个流量比例控制器304、306通过多个气体线连接至气体注入插入件218，如图4图示。每一流量比例控制器304、306包含多个流量控制器，诸如质量流量控制器(massflowcontrollers,mfcs)。在一个实施方式中，流量比例控制器304包含五个流量控制器402、404、406、408、410，且流量比例控制器306包含五个流量控制器412、414、416、418、420。每一流量比例控制器304、306中的流量控制器数量，可多于或少于五个。在一个实施方式中，有22个通道形成于气体注入插入件218中(第一与第二部分222、224的每一个中各有11个通道)，且每一流量比例控制器304、306中有六个流量控制器。

流量控制器402、404、406、408、410、412、414、416、418、420通过多个气体线连接至通道220a-220i、226a-226i(或位于通道中的管，诸如图3图示的管308)。第一部分222的内侧通道220i通过气体线422连接至流量比例控制器304中的流量控制器410，且第二部分224的内侧通道226i通过气体线424连接至流量比例控制器306中的流量控制器412。流量比例控制器304中剩余的流量控制器402、404、406、408的每一个连接至两个通道，一个通道在气体注入插入件218的第一部分222中，而另一通道在气体注入插入件218的第二部分224中。流量比例控制器306中剩余的流量控制器414、416、418、420的每一个连接至两个通道，一个通道在气体注入插入件218的第一部分222中，而另一通道在气体注入插入件218的第二部分224中。气体注入插入件218中没有通道连接至多于一个流量控制器。

例如，流量比例控制器304中的流量控制器402连接至第一气体线426，第一气体线426分成两个气体线426a、426b。气体线426a连接至第一部分222中的通道220a，且气体线426b连接至第二部分224中的通道226b。流量比例控制器304中的流量控制器404连接至第二气体线428，第二气体线428分成两个气体线428a、428b。气体线428a连接至第一部分222中的通道220c，且气体线428b连接至第二部分224中的通道226d。流量比例控制器304中的流量控制器406连接至第三气体线430，第三气体线430分成两个气体线430a、430b。气体线430a连接至第一部分222中的通道220e，且气体线430b连接至第二部分224中的通道226f。流量比例控制器304中的流量控制器408连接至第四气体线432，第四气体线432分成两个气体线432a、432b。气体线432a连接至第一部分222中的通道220g，且气体线432b连接至第二部分224中的通道226h。流量比例控制器304中的流量控制器410连接至第五气体线422，第五气体线422连接至第一部分222中的内侧通道220i。流量比例控制器306中的流量控制器412连接至第六气体线424，第六气体线424连接至第二部分224中的内侧通道226i。流量比例控制器306中的流量控制器414连接至第七气体线434，第七气体线434分成两个气体线434a、434b。气体线434a连接至第一部分222中的通道220h，且气体线434b连接至第二部分224中的通道226g。流量比例控制器306中的流量控制器416连接至第八气体线436，第八气体线436分成两个气体线436a、436b。气体线436a连接至第一部分222中的通道220f，且气体线436b连接至第二部分224中的通道226e。流量比例控制器306中的流量控制器418连接至第九气体线438，第九气体线438分成两个气体线438a、438b。气体线438a连接至第一部分222中的通道220d，且气体线438b连接至第二部分224中的通道226c。流量比例控制器306中的流量控制器420连接至第十气体线440，第十气体线440分成两个气体线440a、440b。气体线440a连接至第一部分222中的通道220b，且气体线440b连接至第二部分224中的通道226a。

流量比例控制器304连接至第一气源(诸如气源177，图1)，且流量比例控制器306连接至第二气源(诸如气源179，图1)。第一气源提供第一气体(或气体混合物)a至流量比例控制器304的流量控制器402、404、406、408、410，且第二气源提供第二气体(或气体混合物)b至流量比例控制器306的流量控制器412、414、416、418、420。由气体线426、428、430、432、422、424、434、436、438、440将第一气体a与第二气体b引导至通道220a-220i与226a-226i(或放置在通道内的管)。使第一气体a与第二气体b交替流动通过通道220a-220i与226a-226i。例如，第一气体a流动通过第一部分222中的通道220a，且通道220a为最外侧的通道。第二气体b流动通过在第一部分222中的通道220b(邻接于通道220a)。换言之，流动通过邻接通道的气体，是由不同的气源提供，或者不同的气体流动通过邻接的通道。由于两个流量控制器定位在岐管302的相对表面上，可由交替方式使a与b气体流交插进入通道220。

一或多个流量比例控制器304、306、一或多个气体注入插入件218以及将流量控制器304、306连接至气体注入插入件218的多个气体线(如图4图示)，能够使用两个不同的气体或气体混合物(a与b)并使用交替的注入点a-b-a-b-a-b-a-b-a＝b-a-b-a-b-a-b-a-b(等号“＝”表示中心轴，诸如图4图示的中心轴401)。将对于一个气体或气体混合物的所有注入点分组成对，除了内侧注入点(诸如内侧通道220i或226i)未与另一通道成对以外。通过将注入点分成两组(a与b)，可利用两个独立的气流分布以调谐合金成分(例如硅对锗、硅对碳、锗对锡)或电阻率/掺杂浓度或选择性(沉积前驱物与蚀刻前驱物)。例如在一个实施方式中，第一处理气体a为含硅前驱物，且第二处理气体b为含锗前驱物。可通过调整流量控制器402、404、406、408、410相对于流量控制器412、414、416、418、420，来调谐所沉积的硅锗层中的硅与锗合金成分。在另一实施方式中，第一处理气体a为含硅前驱物，且第二处理气体b为掺杂物(诸如含砷掺杂物)。可通过调整流量控制器402、404、406、408、410相对于流量控制器412、414、416、418、420，调谐所沉积的硅掺杂层的掺杂浓度。此外，改善了沉积层的厚度不均匀性。使用包含多个流量控制器的流量比例控制器，允许轻易调谐各个流量控制器中的流量。

尽管前述内容关于本公开实施方式，但可设计本公开的其他与进一步的实施方式而不脱离本公开的基本范围，且本公开的范围由下列权利要求确定。