无面板喷头的制作方法

无面板喷头
优先权主张
1.本技术要求于2020年10月9日申请的美国临时专利申请序列no.63/089,969的优先权利益，其全部公开内容都通过引用合并于此。
技术领域
2.本公开内容总体上涉及用于衬底处理应用的喷头，尤其涉及用于铝氧化物(alo
x
)处理的无面板喷头。


背景技术：

3.例如，常规喷头通常包括连接至面板中的多个孔的充气室，以将前体气体(前体)分配进入处理室中以实现所期望的晶片上均匀性或在衬底上的特征生成。充气室和数千个孔的存在会显著增加喷头的成本。在一个有问题的方面中，鉴于alox工艺中的高沉积速率，alox工艺硬件可能变得易于剥落和产生颗粒。其他这样的问题可能与沉积速率无关。例如，在使用诸如喷头之类的部件的原位清洁的常规干式蚀刻方法方面存在着困难。在不进行原位清洁的情况下，膜将随时间推移而堆积并且剥落。可能需要多次湿式清洁和零件更换来解决该情况，因而增加制造现场的存料、耗损和劳动力成本。
4.这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的工作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。


技术实现要素：

5.在一些示例中，一种无面板喷头包含：主体，其包括背板，所述主体没有面板或充气室；气体供应杆，其使得气体能进入所述喷头；以及阻流板，其被支撑在邻近所述背板或所述气体供应杆处。
6.在一些示例中，所述无面板喷头还包含至少一个支撑元件，所述支撑元件用于在所述背板或所述气体供应杆中的阻流板空腔中支撑所述阻流板。
7.在一些示例中，所述背板的直径是在12mm-105mm的范围内。在一些示例中，所述阻流板的直径是在2.5mm-13mm的范围内。
8.在一些示例中，所述阻流板的厚度是在0.5mm-3mm的范围内。在一些示例中，所述阻流板和所述背板之间的间距是在0.1mm-6mm的范围内。在一些示例中，所述阻流板和气体供应杆之间的间距是在0.5mm-6mm的范围内。
9.在一些示例中，所述阻流板包括布置的一个或多个通孔，且其中通孔的直径是在0.2mm-10mm的范围内。在一些示例中，通孔的所述布置的内或外圆图案的直径是在2mm-100mm的范围内。在一些示例中，所述支撑元件的直径是在1mm-10mm的范围内，并且其中所述支撑元件的长度是在0.5mm-6mm的范围内。
附图说明
10.一些实施方案以示例性而非限制性方式显示于附图的图中。
11.图1是可于其内使用本公开内容的方法的某些示例的处理室的示意图。
12.图2根据一实施方案显示常规喷头物体的方面。
13.图3根据一实施方案显示了示例性的无面板喷头。
14.图4a-6b根据示例实施方案显示了本主题的方面。
15.图7根据一实施方案显示了示例性阻流板。
16.图8为根据某些实施方案包括方法中的操作的流程图。
具体实施方式
17.后续说明包含实行本公开的说明性实施方案的系统、方法、技术、指令序列以及计算机器程序产品。在后续描述中，为了说明的目的，说明了许多特定细节以提供对示例性实施方案的完整了解。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，本公开可在不具有这些特定细节的情况下实践。
18.本专利文件的公开内容的一部分会含有受到版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文件或专利公开内容进行传真复制，因为其出现于专利和商标局的专利档案或纪录中，但除此之外保留所有的版权。以下声明适用于下文所描述和构成本文件的一部分的附图中的任何数据：copyright lam research corporation,2020,all rights reserved。
19.常规前体运送系统采用某一种类的充气室。充气室的存在可能导致上述缺点。沉积物可能被困在难以到达的充气室或数千个小孔内。应理解，清洁常规充气室或孔的内部可能是困难且昂贵的。
20.因此，在一方面中，本公开内容寻求提供用于衬底处理(例如以alox为基础的处理)的低成本版本喷头。本文某些示例消除了充气室要求。如下进一步所述，工艺优化可以通过阻流板设计和化学品类型来解决。某些示例降低了喷头的成本与维护成本。某些实施方案采用显著降低硬件成本的同时满足例如在alox工艺中的期望的功能规格的配置。
21.现在参考图1，示出了基于等离子体的处理室的示例性布置100。本主题可用于各种半导体制造和衬底处理操作，但在所示示例中，在等离子体增强或自由基增强的化学气相沉积(cvd)或原子层沉积(ald)操作的背景中描述了基于等离子体的处理室。
22.本领域技术人员也应认识到，其他类型的ald处理技术是已知的(例如，基于热的ald操作)并且可以结合基于非等离子体的处理室。ald工具是一种特殊类型的cvd处理系统，其中在两种或多种化学物质之间发生ald反应。两种或更多种化学物质被称为前体气体并且用于在衬底(例如半导体工业中使用的硅晶片)上形成薄的材料膜沉积。前体气体被依序引入ald处理室中并与衬底表面反应以形成沉积层。通常，衬底反复与前体相互作用以在衬底上缓慢地沉积越来越厚的一或多个材料膜层。在某些应用中，多种前体气体可用于在衬底制造处理期间形成多种类型的一层或多层膜。
23.图1被显示为包含处理室102，在该处理室中设置喷头104和衬底支撑组件108或基座。喷头104可以是喷头电极。通常，衬底支撑组件108寻求提供基本等温的表面且可以用作衬底106的加热元件和散热器。衬底支撑组件108可以包含静电卡盘(esc)，所述静电卡盘中
包含加热元件以如上所述地帮助处理衬底106。衬底106可以包含晶片，该晶片包含例如元素半导体材料(例如硅(si)或锗(ge))或化合物半导体材料(例如硅锗(sige)或砷化镓(gaas))。此外，其他衬底包含例如介电材料，例如石英、蓝宝石、半结晶聚合物或其他非金属和非半导体材料。
24.在操作中，衬底106通过装载端口110而装载到衬底支撑组件108上。气体管线114可以向喷头104供应一种或多种工艺气体(例如前体气体)。喷头104进而将一种或多种工艺气体输送到基于等离子体的处理室102中。供应一种或多种工艺气体的气源112(例如，一个或多个前体气体安瓿)耦合到气体管线114。在一些示例中，rf(射频)电源116耦合到喷头104。在其他示例中，电源耦合到衬底支撑组件108或esc。
25.在进入喷头104和气体管线114的下游之前，使用点(pou)和歧管组合(未示出)控制一种或多种工艺气体进入基于等离子体的处理室102中。通常而言，并参照图2中显示的常规喷头202，可将前体气体在喷头104的充气室204中混合或经由该充气室204分配。
26.在操作中，基于等离子体的处理室102由真空泵118抽空。rf功率在喷头104和包含在衬底支撑组件108内或上的下电极120之间电容耦合。衬底支撑组件108通常被提供有两个或更多个rf频率。例如，在多种实施方案中，rf频率可以从约1mhz、2mhz、13.56mhz、27mhz、60mhz和其他期望的频率中的至少一个频率中选择。可以根据需要设计用于阻止或部分阻止特定rf频率的线圈。因此，提供这里讨论的特定频率仅仅是为了便于理解。rf功率用于将一种或多种工艺气体激励成在衬底106和喷头104之间的空间中的等离子体。等离子体可以帮助在衬底106上沉积各种层(未示出)。在其他应用中，等离子体可用于将器件特征蚀刻到衬底106上的各个层中。rf功率至少通过衬底-支撑组件108耦合。衬底-支撑组件108可具有并入其中的加热器。处理室102的详细设计可以变化，并且在使用本示例喷头时它可以是或可以不是基于等离子体的。
27.图2显示了用于例如上述处理室102之类的处理室中的常规喷头202的总体配置。常规喷头202包括与常规喷头202的内部充气室204连通的气体供应杆206。常规喷头202包括背板208和面板210。背板208和面板210可限定充气室204的壁。面板210包括形成在其中的孔212。孔212的数量可以是几千个。孔212将前体分配以用于处理在处理室102中被支撑在衬底支撑组件108上的衬底(例如晶片)。常规喷头202具有上述的缺点。
28.图3显示了用于例如上述处理室102之类的处理室中的示例性无面板喷头302的总体配置。无面板喷头302没有充气室，并且没有面板(因此“无面板”)。无面板喷头302包括背板304和阻流板306。气体供应杆308将前体供应至无面板喷头302。阻流板306通过一个或多个支撑元件310连接到背板304或气体供应杆308。在一些示例中，支撑元件310可充当间隔物或分隔组件。在一些示例中，阻流板306用于延缓和分配从气体供应杆308的下端释放的前体气体。阻流板306可包括或不包括形成在其中的孔。其他的阻流板306支架或间隔布置是可能的。
29.在描述衬底处理或半导体技术中的工艺优化时可由本领域技术人员使用的短语是“旋钮的调整”。例如，该术语涉及工艺因子或室参数，其可被微调以产生期望的工艺或成果，例如在晶片上某些指定的纳米尺寸特征、膜厚度、或其他衬底特性的生成。多种期望的成果或结果可以通过“调整旋钮”获得或微调。
30.无面板喷头302的某些示例以多种方式实现这样的微调。通过无面板喷头302所实
现的微调因子可包括例如无面板喷头302本身或相对于衬底106的一般配置、位置或尺寸；阻流板306的直径、厚度或其他尺寸；阻流板306中的孔的排列或配置；阻流板306中的孔的直径或形状；阻流板306中是否存在孔；阻流板306与气体供应杆308之间的间隔距离；阻流板306与背板304之间的间隔距离；以及支撑元件310的尺寸或位置。其他微调因子是可能的。例如，可将阻流板加热或冷却。可以将背板加热或冷却。在一些示例中，背板呈现特定构造，例如包括凸部或凹部。阻流板306可以是可移除的，或者是可由具有替代配置的阻流板快速替换的。现在将描述某些无面板喷头的具体示例。
31.图4a-4b中显示的无面板喷头402包括背板404和气体供应杆406。无面板喷头402包括通过一个或多个支撑元件410附接到气体供应杆406的下端的阻流板408。在该示例中，如图4a中显示的，将三个支撑元件410以短棍的形式提供。在一些示例中，将支撑元件410以等间距围绕阻流板408的中心布置、并且与其相距指定距离。将阻流板408支撑或嵌套在背板404的阻流板凹槽或空腔412内。在此，阻流板空腔412包括锥形形状。较宽的锥形口可有助于更深区域的清洁。其他的阻流板空腔形状是可能的，例如图5a中显示的圆柱状阻流板空腔。在图4a中显示的示例中，阻流板408的外表面或下表面418与背板404的下表面420共平面。其他的阻流板配置、空腔和支撑位置是可能的。
32.在图4b中，看到阻流板408包括形成在其中的一个或多个通孔414以允许气体通过和分配。在显示的示例中，六个通孔414被设置、并且如图显示的以等间隔排列在外圆图案中。显示的示例还包括如图显示的以等间隔布置在内圆图案中的六个通孔416。其他的布置是可能的。在一些示例中，阻流板完全没有任何通孔，或至少没有用作气体通道的孔。
33.图5a-5b和6a-6b显示了无面板喷头502和602的进一步的示例。无面板喷头502和602的对应部件已以类似于图4a-4b的方式来标记。在图6a-6b中显示的示例性喷头602中，例如，将阻流板608定位在设置于杆606的阻流板空腔622中、而非背板604中。在此配置中，阻流板608的下表面618与背板604的下表面620不共平面。如果需要，可经由使用适当长度的支撑元件610使表面618和620共平面。在显示的示例中，将空腔612保持在背板604中，但该特征在其他示例中未必存在。在某些实施方案中，可使杆606的下表面624与背板604的下表面620齐平或共面。
34.可以选择支撑元件410、510和610的长度、放置或配置以根据需要在无面板喷头402、502和602的部件中的两者或更多者之间建立相互关系或功能性。可以将给定的支撑元件410、510和610移除或以具有替代性长度或构造的另一支撑元件410、510和610来快速替换。参照图7，例如，阻流板708由具有替代配置的支撑元件710支撑在阻流板空腔712中。在该示例中，将支撑元件以横向支撑臂、而非细长杆的形式设置。在该情况下，如图所示，阻流板708由围绕阻流板708周边设置的三个等距支撑臂710的阵列支撑。
35.参考附图，在一些示例中，背板的直径是在12mm-105mm或2.5mm-13mm的范围内。在一些示例中，阻流板的直径是在12mm-105mm或2.5mm-13mm的范围内。在图中显示的示出示例中，阻流板的直径较背板的直径小，例如呈图5a的嵌套式阻流板配置。在一些示例中，阻流板的厚度是在0.5mm-3mm的范围内。在一些示例中，阻流板和背板之间的间距是在0.1mm-6mm的范围内。在一些示例中，阻流板和气体供应杆之间的间距是在0.5mm-6mm的范围内。在一些示例中，通孔的直径是在0.2mm-10mm的范围内。在一些示例中，内或外圆图案的直径是在2mm-100mm的范围内。在一些示例中，支撑元件的直径是在1mm-10mm的范围内，并且支撑
元件的长度是在0.5mm-6mm的范围内。微调因子的各种组合是可能的，以得到期望的工艺结果。
36.圆形以外的其他形状对于阻流板和背板是可能的。例如，阻流板或背板可以采取或包括一个或多个不同的形状，例如三角形、六边形、新月形或不规则形。在一些示例中，特定形状的阻流板或背板使得进一步的旋钮能调节给定的工艺。
37.在一些示例中，将孔或柱设置在阻流板或气体供应杆的中心处或该中心中。在一些示例中，气体供应杆包括特定的内或外径，以实现进一步的工艺旋钮。在一些示例中，气体供应杆的内径是在2mm至80mm的范围内。在一些示例中，气体供应杆的外径是在25mm至150mm的范围内。在一些示例中，杆的内或外径可能是或不是圆柱形、或圆柱形轮廓中的圆形。
38.某些呈现的示例包括方法。参照图8，处理衬底的方法800包含：在操作802中，提供无面板喷头，该无面板喷头包含：包括背板的主体、用于使得气体能进入喷头的气体供应杆、以及被支撑远离气体供应杆的一端的阻流板，该主体没有面板或充气室；在操作804中，将无面板喷头安装在衬底处理室中；在操作806中，允许气体经由无面板喷头进入处理室；以及，在操作808中，处理衬底。
39.在一些示例中，无面板喷头包括本文其他各处所描述的任何一个或多个特征。在一些示例中，方法800还包括在衬底处理室中激励等离子体，或在衬底处理室中不激励等离子体。
40.虽然已参照特定的示例性实施方案或方法描述了示例，但显然，可在不偏离所述实施方案的更广泛范围的情况下对这些实施方案进行各种修改及改变。因此，说明书和附图被视为说明性的而非限制性的。构成本文中的一部分的附图以说明(而非限制)的方式显示特定实施方案，可在这些特定实施方案中实践主题。所示实施方案以足够细节进行描述，以使本领域技术人员能够实行本文所公开的教导。可使用其他实施方案及从中产生其他实施方案，使得可在不偏离本公开内容的范围的情况下进行结构与逻辑的替换及变化。因此该具体实施方式不被视为限制性的，且各种实施方案的范围仅由所附权利要求、连同这些权利要求所赋予的等效方案的全部范围限定。
41.本发明主题的这些实施方案在此可单个地和/或共同地由术语“发明”所提及，其仅是为了方便，而不旨在将本技术的范围自愿性地限制于任何单一的发明或发明构思(如果事实上公开多于一个的发明或发明构思的话)。因此，虽然本文显示并描述了特定实施方案，但应理解，为实现相同目的而计算的任何配置可替代所示的特定实施方案。本公开内容旨在涵盖各种实施方案的任何和所有的调整或变化。在阅读以上说明后，上述实施方案的组合以及本文未具体描述的其他实施方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。