向下游室传送自由基和前体气体以实现远程等离子体膜沉积的有改进的孔图案的集成喷头制造技术

一种用于衬底处理系统的喷头包括：下表面；面向等离子体的上表面；气体分配腔，其限定在所述下表面和所述上表面之间；以及多个注射器，其分布在所述下表面上，其中所述多个注射器与所述气体分配腔流体连通。多个通孔从所述上表面延伸到所述下表面。所述多个通孔中的选定通孔的直径与所述多个通孔中的其余通孔的直径不同。所述多个通孔中的所述选定通孔的直径根据经由所述多个通孔中的所述选定通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔提供的各自的气体的期望比率来预定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】向下游室传送自由基和前体气体以实现远程等离子体膜沉积的有改进的孔图案的集成喷头相关申请的交叉引用本申请要求于2018年12月7日提交的美国实用专利申请No.16/213,386的优先权，并且还要求于2017年12月8日提交的美国临时申请No.62/596,409的优先权。本公开与2016年12月14日提交的共同转让的美国专利申请序列No.15/378,854有关。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本公开涉及衬底处理系统，更具体地涉及包括向下游室传送自由基和前体气体的喷头的衬底处理系统。
技术介绍
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。在此
技术介绍
部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的描述的各方面中描述的范围内的当前指定的专利技术人的工作既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。衬底处理系统可用于在诸如半导体晶片之类的衬底上沉积膜。衬底处理系统通常包括处理室和衬底支撑件。在膜沉积期间，将自由基和前体气体供应到处理室。例如，处理室可包括上室、下室和衬底支撑件。喷头可以布置在上室和下室之间。衬底布置在下室中的衬底支撑件上。将等离子体气体混合物供应到上室并且在上室中激励等离子体。等离子体产生的自由基中的一些通过喷头流到下室。喷头过滤离子并屏蔽紫外线以防止其到达下室。前体气体混合物通过喷头供应到下室，并与自由基反应以在衬底上沉积膜。
技术实现思路
一种用于衬底处理系统的喷头包括：下表面；面向等离子体的上表面；气体分配腔，其限定在所述下表面和所述上表面之间；以及多个注射器，其分布在所述下表面上，其中所述多个注射器与所述气体分配腔流体连通。多个通孔从所述上表面延伸到所述下表面。所述多个通孔中的选定通孔的直径与所述多个通孔中的其余通孔的直径不同。所述多个通孔中的所述选定通孔的直径根据经由所述多个通孔中的所述选定通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔提供的各自的气体的期望比率来预定。在其他特征中，所述多个通孔中的所述选定通孔包括第一类型的通孔，所述第一类型的通孔的平均直径和所述多个通孔中的所述其余通孔的平均直径满足预定比率关系。所述多个通孔中的所述选定通孔包括至少第一类型的通孔和第二类型的通孔，所述第一类型的通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔的平均直径满足第一预定比率关系，而所述第二类型的通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔的平均直径满足第二预定比率关系。所述多个通孔中的所述选定通孔的所述直径根据与喷头相关的沉积不均匀性而预定。在其他特征中，在所述喷头的所述下表面上，所述通孔以多组布置，每组包括所述通孔中的围绕所述多个注射器中的相应一个分布的两个或更多个。在所述喷头的所述下表面上，所述通孔以多组布置，每组包括所述通孔中的围绕所述多个注射器中的相应一个分布的三个。所述多个组中的每组中的所述通孔中的所述三个以三角形构造围绕所述多个注射器中的所述相应一个分布。所述多个组中的每组中的所述通孔中的所述三个围绕所述多个注射器中的所述相应一个径向地分布。在其他特征中，所述多个通孔包括通孔的至少一个中心组和围绕所述至少一个中心组以第一六边形图案布置的所述通孔的第一多组。所述通孔的第二多组以第二六边形图案围绕所述第一多组布置。所述多个通孔包括至少一个中心组和围绕所述至少一个中心组以第一圆形图案布置的所述通孔的第一多组。所述通孔的至少一个第二多组以第二圆形图案围绕所述第一多组布置。在其他特征中，所述多个通孔包括所述通孔的多组，所述通孔的所述多组包括至少一个中心组，并且所述多组中的其余组围绕所述至少一个中心组以6组图案递增的方式布置。所述多个通孔包括所述通孔的多组，所述通孔的所述多组包括至少一个中心组，并且所述多组中的其余组围绕所述至少一个中心组以8组图案递增的方式布置。多个气体注射器喷嘴从所述注射器中的相应的注射器向下延伸。所述多个通孔包括85组所述通孔。根据具体实施方式、权利要求和附图，本公开的其他适用领域将变得显而易见。具体实施方式和具体示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。附图说明根据具体实施方式和附图将更充分地理解本公开，其中：图1是根据本公开的包括喷头的衬底处理室的示例的功能框图。图2是根据本公开的喷头的示例的顶部透视图；图3是根据本公开的喷头的示例的底部透视图；图4是根据本公开的喷头的示例的平面图；图5示出了根据本公开的另一示例性喷头的仰视图；以及图6A、图6B和图6C示出了根据本公开的另一示例性孔图案。在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。具体实施方式通常，衬底处理系统中的喷头没有热控制系统。然而，在一些处理系统中，使用基本热控制系统来控制喷头的外边缘的温度，该外边缘可接近并且不是在真空下。由于来自等离子体的热量，基本热控制系统不能均匀地控制整个喷头上的温度。换句话说，喷头中心的温度升高。随着例如等离子体开/关、压力、流速和/或基座温度等工艺变化，温度也会发生变化。喷头温度的变化不利地影响沉积工艺的均匀性和缺陷性能。喷头中的通孔和注射器的位置、布置和大小也可能会对沉积均匀性产生不利影响。根据本公开的喷头包括预定图案的前体注射器和用于自由基的通孔。通孔的图案和尺寸会影响晶片上的沉积速率和分布。喷头通常是圆形的，以匹配要处理的衬底的形状。通常很难将前体注射器和通孔均匀地布置在喷头的所有期望的位置。前体注射器和用于自由基的通孔的标准图案往往会在方位角和/或径向方向上产生不均匀的沉积图案。本公开涉及一种衬底处理系统，该衬底处理系统包括喷头，该喷头包括预定图案和尺寸的前体注射器和用于自由基的通孔，以提供更均匀的沉积性能。在一些示例中，本文公开的布置和尺寸变化将喷头引起的沉积变化减小多达约50％。喷头通过穿过喷头的中心部分向通道供应传热流体来提供均匀的温度控制，以保持均匀和受控的温度。喷头还向包括衬底的室提供均匀的前体气流输送。在一些示例中，衬底处理系统可用于沉积保形碳化物膜，但是也可以沉积其他类型的膜。现在参考图1，衬底处理系统10包括上室20和下室30。虽然本文示出并描述了特定类型的衬底处理系统，但是也可以使用其他类型和/或布置的衬底处理系统。虽然示出了电感耦合等离子体，但是也可以使用其他类型的等离子体产生，例如电容耦合等离子体、远程等离子体源或其他合适的等离子体发生器。在一些示例中，上室20可以包括圆顶形室，但是也可以使用其他室形状。衬底支撑件34布置在下室30中。衬底36在衬底处理期间布置在衬底支撑件34上。喷头40布置在上室20和下室30之间。感应线圈42可以布置在上室20周围。喷头40限定了传热分配腔(传热分配腔的一个示例在图6中示出)以冷却喷头和气体分配腔(该气体分配腔的一个示例在图7中示出)，以将前体气体输送到下室30。气体输送系统50-1可用于将包含等离子体气体的工艺气体混合物供应到上室20。气体输送系统50-1包括一个或多个气体源52-1、52-2、...、和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于衬底处理系统的喷头，所述喷头包括：/n下表面；/n面向等离子体的上表面；/n气体分配腔，其限定在所述下表面和所述上表面之间；/n多个注射器，其分布在所述下表面上，其中所述多个注射器与所述气体分配腔流体连通；以及/n从所述上表面延伸到所述下表面的多个通孔，其中所述多个通孔中的选定通孔的直径与所述多个通孔中的其余通孔的直径不同，并且其中所述多个通孔中的所述选定通孔的直径根据经由所述多个通孔中的所述选定通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔提供的各自的气体的期望比率来预定。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171208 US 62/596,4091.一种用于衬底处理系统的喷头，所述喷头包括：
下表面；
面向等离子体的上表面；
气体分配腔，其限定在所述下表面和所述上表面之间；
多个注射器，其分布在所述下表面上，其中所述多个注射器与所述气体分配腔流体连通；以及
从所述上表面延伸到所述下表面的多个通孔，其中所述多个通孔中的选定通孔的直径与所述多个通孔中的其余通孔的直径不同，并且其中所述多个通孔中的所述选定通孔的直径根据经由所述多个通孔中的所述选定通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔提供的各自的气体的期望比率来预定。


2.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述多个通孔中的所述选定通孔包括第一类型的通孔，所述第一类型的通孔的平均直径和所述多个通孔中的所述其余通孔的平均直径满足预定比率关系。


3.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述多个通孔中的所述选定通孔包括至少第一类型的通孔和第二类型的通孔，所述第一类型的通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔的平均直径满足第一预定比率关系，而所述第二类型的通孔和所述多个通孔中的所述其余通孔的平均直径满足第二预定比率关系。


4.根据权利要求1所述的喷头，其中，所述多个通孔中的所述选定通孔的所述直径根据与所述喷头相关的沉积不均匀性而预定。


5.根据权利要求1所述的喷头，其中，在所述喷头的所述下表面上，所述通孔以多组布置，每组包括所述通孔中的围绕所述多个注射器中的相应一个分布的两个或更多个。


6.根据权利要求1所述的喷头，其中，在所述喷头的所述下表面上，所述通孔以多组布置，每组包括所述通孔中的围绕所述多个注射器中的相应一个分布的...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷切尔·巴策尔，桂喆，加尔博卡·赫瓦格·拉扬·萨维特拉，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：美国;US