带温度控制的多室喷头制造技术

本发明专利技术涉及带温度控制的多室喷头，提供了与自由基源一起使用以在半导体处理操作过程中供应自由基的装置。该装置可包括形成面板组件的成堆的板或部件。面板组件可包括自由基扩散板、前驱体输送板和插在自由基扩散板和前驱体输送板之间的热隔离器。面板组件可具有成图案的自由基通孔，自由基通孔具有大体上垂直于自由基扩散板的中心线。热隔离器可被配置来调节自由基扩散板和前驱体输送板之间的热流。

【技术实现步骤摘要】
带温度控制的多室喷头 相关申请交叉参考本申请根据美国法典第35编第119条(e)要求2013年2月15日提交的、申请号为61/765，432的美国临时申请和2013年2月27日提交的、申请号为61/770，251的美国临时申请的权益，二者的名称均为“MULT1-PLENUM SHOWERHEAD WITH TEMPERATURE CONTROL(带温度控制的多室喷头)”，前述临时申请的全部内容通过参考并入本申请中。
本专利技术总体上涉及半导体处理，更具体地涉及半导体处理中的喷头。
技术介绍
半导体处理工具常常使用自由基源(radical sources)以在处理过程中(例如,在化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)处理过程中)在整个半导体晶片上分配自由基化工艺气体(radicalized process gas)。这样的自由基源可包括在处理过程中面朝晶片的面板(faceplate)，而横贯该面板可分布一些气体分配孔以帮助自由基化气体从自由基源内部到晶片的输送。在一些半导体制造工艺(例如，等离子体增强化学气相沉积(PECVD))中，半导体制造工艺气体可被转变成等离子体以产生用在各种工艺步骤中的自由基。这样的等离子体增强工艺相较于例如热CVD可具有优势，因为这样的工艺可在较低的工艺温度和较大的工艺化学灵活性情况下执行。然而，等离子体转变也可损伤晶片，例如，通过使晶片的底层硅或工艺中所使用的超低K电介质氧化。为了减少这样的潜在损害，可设置这样的等离子体以“远(remote)”离晶片；一种这样的工艺通常被称为远程等离子体沉积(RPD)。例如，一些自由基源可具有内容积腔，等离子体可产生在该内容积腔中。该内容积腔可通过自由基源面板与晶片分隔(使等离子体“远”离晶片)，在一定程度上遮蔽晶片以避免由等离子体转变引起的可能损害。面板中的气体分配孔可允许由远程产生的等离子体所产生的自由基流出自由基源并流到晶片上。
技术实现思路
在下面的附图和说明书中描述了本说明书中所记载的主题的一或多种实施方式的细节。根据说明书、附图和权利要求，其它特征、方面和优点会变得显而易见。注意，除非特别表明是比例图，否则下面的附图的相对尺寸可能没有按比例绘制。在一些实施方式中，可提供用于半导体处理操作的喷头。该喷头可包括具有第一面和相对的第二面的前驱体输送板以及具有第一面和相对的第二面的自由基传送板。所述自由基传送板的第二面可面朝所述前驱体输送板的第一面。该喷头还可包括插在所述前驱体输送板和所述自由基 传送板之间的热隔离器。该喷头还可包括成图案的自由基通孔。所述自由基通孔中的每一个可穿过所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器。所述自由基通孔中的每一个可具有大体上垂直于所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的孔中心轴且可保持大体上一致的与穿过所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的所述自由基通孔的孔中心轴垂直的横截面积。在一些进一步的实施方式中，所述热隔离器可被配置来控制所述自由基传送板和所述前驱体输送板之间的热流以使之小于在所述自由基传送板和所述前驱体输送板直接热接触且被增厚使得所述自由基扩散板的第一面和所述前驱体输送板的第二面保持相同的距离的情况下的所述自由基传送板和所述前驱体输送板之间的热流。在所述喷头的一些进一步的实施方式中，所述前驱体输送板可包括成图案的气体输送孔和一或多个内部气体分配通道。所述气体输送孔中的每一个可具有大体上垂直于所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的孔中心轴。所述气体输送孔中的每一个还可流体连接到所述一或多个气体分配通道中的至少一个且所述气体输送孔中的每一个可在所述前驱体输送板的第二面上退出所述前驱体输送板。在所述喷头的一些实施方式中，自由基通孔可具有介于7:1和10:1之间的长度直径比。在所述喷头的一些其它实施方式中，自由基通孔可具有介于6:1和11:1之间的长度直径比。在所述喷头的一些实施方式中，自由基通孔可具有至少0.25英寸的长度。在所述喷头的一些实施方式中，所述自由基传送板可包括横贯所述自由基传送板延伸的一或多个第一内部冷却通道。所述一或多个第一内部冷却通道可与所述自由基传送板中的所述自由基通孔流体隔离。在所述喷头的一些这样的实施方式中，所述第一内部冷却通道可包括成阵列的通道。每个通道可沿着平 均而言与大体上垂直于所述自由基传送板的第一面的参考平面大体上平行的路径延伸，且每个通道可具有与入口流体连接的第一端和与出口流体连接的第二端。在所述喷头的一些其它实施方式中，每个通道可沿着平均而言与大体上垂直于所述自由基传送板的第一面的参考平面大体上平行的路径延伸，且位于所述参考平面的第一面上的每个通道可具有与第一入口流体连接的第一端和与第一出口流体连接的第二端，且位于与所述参考平面的第一面相对的所述参考平面的第二面上的每个通道具有与第二入口流体连接的第一端和与第二出口流体连接的第二端。在一些这样的实施方式中，所述第一入口、所述第二入口、以及所述第一出口和所述第二出口可各自经由分开的在形状上实质为弧形且围绕所述自由基传送板的中心轴径向排布的冷却剂室(coolant plenum)与它们各自的通道连接。在所述喷头的一些实施方式中，所述第一内部冷却通道可包括成阵列的第一通道。所述第一通道中的每一个可沿着平均而言与大体上垂直于所述自由基传送板的第一面的参考平面大体上平行的第一路径延伸。所述第一内部冷却通道可包括成阵列的第二通道，且所述第二通道中的每一个可沿着平均而言大体上与所述参考平面平行的第二路径延伸。所述第一通道和所述第二通道可在所述自由基传送板内彼此流体隔离。每个第一通道可具有与第一入口流体连接的第一端和与所述第一通道的第一端相对的与第一出口流体连接的第二端。每个第二通道可具有与第二入口流体连接的第一端和与所述第二通道的第一端相对的与第二出口流体连接的第二端。所述第一入口、所述第二入口、所述第一出口和所述第二出口可被配置使得流入所述第一入口的冷却流体在第一平均方向上流过所述第一通道并自所述第一出口流出且流入所述第二入口的冷却流体在第二平均方向上流过所述第二通道并自所述第二出口流出。所述第一平均方向和所述第二平均方向可大体上是相反的方向。在所述喷头的一些实施方式中，所述喷头可进一步包括环形的室(circumferential plenum)。所述环形的室可具有内周,邻近所述自由基传送板的第一面，且被配置来使气体以大体上均匀分配的方式流动通过所述内周并大体上流向所述自由基传送板的中心轴。在所述喷头的一些实施方式中，所述喷头可进一步包括等离子体穹顶。所述等离子体穹顶可具有围绕所述自由基传送板的中心轴大体上轴对称的内表面、位于所述等离子体穹顶的一端上靠近所述自由基传送板的中心轴的一或多个自由基气体入口、以及位于所述等离子体穹顶的相反端上且被配置来将所述等离子体穹顶与所述喷头连接使得所述等离子体穹顶的内表面和所述自由基传送板的第一面限定自由基源容积腔并使得来自所述环形的室的气流流入所述自由基源容积腔的安装接口。 在所述喷头的一些实施方式中，所述环形的室可被设置在位于所述等离子体穹顶和所述自由基传送板之间的适配器中。在所述喷头的一些其它实施方式中，所述环形的室可被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于半导体处理操作的喷头，其包括：具有第一面和相对的第二面的前驱体输送板；具有第一面和相对的第二面的自由基传送板，其中所述自由基传送板的第二面面朝所述前驱体输送板的第一面；插在所述前驱体输送板和所述自由基传送板之间的热隔离器；以及成图案的自由基通孔，其中所述自由基通孔中的每一个：穿过所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器，具有大体上垂直于所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的孔中心轴，且保持大体上一致的与穿过所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的所述自由基通孔的孔中心轴垂直的横截面积。

【技术特征摘要】
2013.02.15 US 61/765,432;2013.02.27 US 61/770,251;1.一种用于半导体处理操作的喷头，其包括: 具有第一面和相对的第二面的前驱体输送板； 具有第一面和相对的第二面的自由基传送板，其中所述自由基传送板的第二面面朝所述前驱体输送板的第一面； 插在所述前驱体输送板和所述自由基传送板之间的热隔离器；以及 成图案的自由基通孔，其中所述自由基通孔中的每一个: 穿过所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器， 具有大体上垂直于所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的孔中心轴，且 保持大体上一致的与穿过所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的所述自由基通孔的孔中心轴垂直的横截面积。2.如权利要求1所述的喷头，其中所述热隔离器被配置来控制所述自由基传送板和所述前驱体输送板之间的热流以使之小于在所述自由基传送板和所述前驱体输送板直接热接触且被增厚使得所述自由基扩散板的第一面和所述前驱体输送板的第二面保持相同的距离的情况下所述自由基传送板和所述前驱体输送板之间的热流。3.如权利要求1所述的喷头，其中: 所述前驱体输送板 包括成图案的气体输送孔和一或多个内部气体分配通道， 所述气体输送孔中的每一个均具有大体上垂直于所述前驱体输送板、所述自由基传送板和所述热隔离器的孔中心轴， 所述气体输送孔中的每一个均流体连接到所述一或多个气体分配通道中的至少一个，且 所述气体输送孔中的每一个均在所述前驱体输送板的第二面上退出所述前驱体输送板。4.如权利要求1所述的喷头，其中所述自由基通孔具有介于7:1和10:1之间的长度直径比。5.如权利要求1所述的喷头，其中所述自由基通孔具有介于6:1和11:1之间的长度直径比。6.如权利要求1所述的喷头，其中所述自由基通孔具有至少0.25英寸的长度。7.如权利要求1所述的喷头，其中所述自由基传送板包括横贯所述自由基传送板延伸的一或多个第一内部冷却通道，其中所述一或多个第一内部冷却通道与所述自由基传送板中的所述自由基通孔流体隔离。8.如权利要求7所述的喷头，其中: 所述第一内部冷却通道包括成阵列的通道，其中: 每个通道沿着平均而言与大体上垂直于所述自由基传送板的第一面的参考平面大体上平行的路径延伸，且 每个通道具有与入口流体连接的第一端和与出口流体连接的第二端。9.如权利要求7所述的喷头，其中: 所述第一内部冷却通道包括成阵列的通道，其中: 每个通道沿着平均而言与大体上垂直于所述自由基传送板的第一面的参考平面大体上平行的路径延伸，且 位于所述参考平面的第一面上的每个通道具有与第一入口流体连接的第一端和与第一出口流体连接的第二端，且 位于与所述参考平面的第一面相对的所述参考平面的第二面上的每个通道具有与第二入口流体连接的第一端和与第二出口流体连接的第二端。10.如权利要求9所述的喷头，其中: 所述第一入口、所述第二入口、以及所述第一出口和所述第二出口各自经由分开的在形状上实质为弧形且围绕所述自由基传送板的中心轴径向排布的冷却剂室与它们各自的通道连接。11.如权利要求7所述的喷头，其中: 所述第一内部冷却通道包括成阵列的第一通道； 所述第一通道中的每一个沿着平均而言与大体上垂直于所述自由基传送板的第一面的参考平面大体上平行的第一路径延伸； 所 述第一内部冷却通道包括成阵列的第二通道； 所述第二通道中的每一个沿着平均而言大体上与所述参考平面平行的第二路径延伸； 所述第一通道和所述第二通道在所述自由基传送板内彼此流体隔离； 每个第一通道具有与第一入口流体连接的第一端和与所述第一通道的第一端相对的与第一出口流体连接的第二端； 每个第二通道具有与第二入口流体连接的第一端和与所述第二通道的第一端相对的与第二出口流体连接的第二端；且 所述第一入口、所述第二入口、所述第一出口和所述第二出口被配置使得: 流入所述第一入口的冷却流体在第一平均方向上流过所述第一通道并自所述第一出口流出， 流入所述第二入口的冷却流体在第二平均方向上流过所述第二通道并自所述第二出口流出，且 所述第一平均方向和所述第二平均方向大体上是相反的方向。12.如权利要求1所述的喷头，其还包括: 环形的室，其中所述环形的室: 具有内周， 邻近所述自由基传送板的第一面，且 被配置来使气体以大体上均匀分配的方式流动通过所述内周并大体上流向所述自由基传送板的中心轴。13.如权利要求12所述的喷头，其还包括: 等离子体穹顶，所述等离子体穹顶具有围绕所述自由基传送板的中心轴大体上轴对称的内表面、位于所述等离子体穹顶的一端上靠近所述自由基传送板的中心轴的一或多个自由基气体入口、以及位于所述等离子体穹顶的相反端上且被配置来将所述等离子体穹顶与所述喷头连接使得所述等离子体穹顶的内表面和所述自由基传送板的第一面限定自由基源容积腔并使得来自所述环形的室的气流流入所述自由基源容积腔的安装接口。14.如权利要求13所述的喷头，其中所述环形的室被设置在位于所述等离子体穹顶和所述自由基传送板之间的适配器中。15.如权利要求13所述的喷头，其中所述环形的室被设置在所述等离子体穹顶中靠近所述安装接口处。16.如权利要求1所述的喷头，其中: 所述热隔离器包括热导率大幅低于所述前驱体输送板和所述自由基传送板的各自的热导率的板。17.如权利要求1所述的喷头，其中所述热隔离器包括: 介于所述自由基传送板和所述前驱体输送板之间的间隙，其中所述间隙限定所述自由基传送板和所述前驱体输送板之间的自由容积腔；以及 对应于所述成图案的自由基通孔中的自由基通孔数量的若干管状结构，其中每个管状结构: 与所述自由基通孔中的不同的一个自由基通孔对应， 具有大体上等于对应的所述自由基通孔的标称直径的内径， 跨越所述间隙，且 在流...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克·G·布莱琳，巴德里·N·瓦拉达拉简，詹妮弗·L·彼得拉利亚，巴特·J·范施拉芬迪克，卡尔·F·利泽，曼迪阿曼吉·斯利拉姆，雷切尔·E·巴策尔，
申请(专利权)人：诺发系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US