用于半导体处理的可更换气体喷嘴制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可更换的气体喷嘴，该气体喷嘴可插入衬底处理室的气体分配器环中并且在室中可以被防护。可更换气体喷嘴具有拥有通道的纵长陶瓷体，所述通道用于将气流导向室中。陶瓷体包括用于与气体分配器环配合的第一外螺纹和用于接纳热防护罩的第二外螺纹。通道具有用于接收来自气体分配器环的气体的入口和用于将气体释放到室中的针孔出口。热防护罩可以被用于防护延伸到室中的喷嘴。热防护罩具有中空构件，所述中空构件被构造来与喷嘴耦合，并且具有足够大的内部尺寸来围绕喷嘴的至少一部分放置。中空构件还具有一延伸部分和热防护罩开口，延伸部分在末梢处从所述喷嘴的出口突出，处理气体从喷嘴出口流动穿过所述热防护罩开口。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术一般地涉及用于半导体处理的可更换气体喷嘴。
技术介绍
集成电路(IC)的制造包括在处理室中对衬底进行许多处理，包括在衬底上沉积多个层、在衬底中刻蚀多个间隙和填充这些间隙。处理室常常包括具有延伸到室中的喷嘴的气体分配器、气体赋能器和用于去除气体的排出端口。气体赋能器可以包括被施加偏压的电极或被施加电源的天线。在每一个衬底处理循环之间，周期性地在清洁处理中清洁这些室的内部表面，以去除形成在室部件和表面上的累积的处理残余物。化学气相沉积(CVD)是在半导体工业中所使用的气体处理，用于在衬底上沉积材料。某些高密度等离子体(HDP)增强CVD工艺，与通过使用诸如RF等离子体之类的高频发生等离子体的离子发生一起来使用气体，以通过将带正电的等离子体离子在接近垂直于表面的角度、或者利用衬底表面的定向偏压而在相对于表面的优选角度下，吸引到加负偏压的衬底表面上来增强沉积。高RF功率HDP-CVD工艺获得改善的间隙填充，尤其是对于宽度等于或者小于约90nm并且长宽比至少约为4的间隙。例如，对于处理200mm衬底，源RF功率至少约为10kW，而对于处理300mm衬底，源RF功率至少约为12kW。但是，在CVD工艺中用于间隙填充的更高的RF功率可能增加室中的粒子产生。发生该现象是因为具有增强能量的等离子体物质撞击累积的沉积物并使其从室的内表面上剥落，尤其是从气体分配器的喷嘴上剥落。剥落的粒子落在衬底上而降低其产率。通过处理每个衬底之后进行的等离子体清洁处理来对室表面进行清洁，可以减小处理残余物的累积，由此提供更高的产率。但是，此每个处理循环之间的额外清洁步骤导致很长的室停机时间，这就不期望地增大了资金成本。因此，期望获得能够在诸如CVD处理之类的处理中接受更高RF功率的处理室。还期望获得不在室中产生过多的残余物的气体分配器。还期望使每个清洁循环之间的衬底处理循环的次数最大化，以更高效地利用室。本申请是Gondhalekar等人于2003年7月28日递交的标题为“GasDelivery System for Semiconductor Processing”的美国专利申请No.10/630,989的部分接续案，其基于Gondhalekar等人于2002年9月13日递交的标题为“Gas Delivery System for Semiconductor Processing”的美国临时专利申请No.60/410,353并要求其优先权。这两个申请通过全文引用被包含于此。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可更换气体喷嘴，其可以减少室清洗的停机时间，并由此理想地减少衬底处理成本。一种可更换的气体喷嘴可插入衬底处理室的气体分配器环中并且在室中可以被防护。该可更换气体喷嘴具有拥有通道的纵长陶瓷体，所述通道用于将气流导向所述室中。陶瓷体包括用于与气体分配器环配合的第一外螺纹和用于接纳热防护罩的第二外螺纹。所述通道具有用于接收来自气体分配器环的气体的入口和用于将气体释放到室中的针孔出口。在另一个实施例中，热防护罩也被设置来用于防护延伸到室中的喷嘴。热防护罩具有中空构件，所述中空构件被构造来与喷嘴耦合。所述中空构件具有足够大的内部尺寸，以围绕喷嘴的至少一部分放置。中空构件还具有一延伸部分和热防护罩开口，延伸部分在末梢处从所述喷嘴的出口突出，处理气体从喷嘴出口流动穿过所述热防护罩开口。与传统的气体喷嘴相比较，根据本专利技术的气体喷嘴可插入衬底处理室的气体分配器环中，并可从处理室更换。因此，气体喷嘴可以减少室清洗的停机时间以及衬底处理成本。附图说明图1是高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD)系统的示例性实施例的简化图；图2是可以与图1的示例性HDP-CVD系统结合使用的气体分配器环的简化横截面；图3是喷嘴的实施例的横截面视图；图4A和4B是组装喷嘴和热防护罩的实施例的局部横截面视图；和图5是示出了所产生粒子的数量相对于处理时间的曲线的图，其比较了没有用于喷嘴的热防护罩的CVD系统和在喷嘴周围具有热防护罩的CVD系统的实验结果。具体实施方式图1示出了诸如HDP-CVD型系统10的高密度等离子体化学气相沉积的实施例，在其中电介质层可以被沉积在衬底上。系统10包括室13、真空系统70、源等离子体系统80A、偏压等离子体系统80B、气体输送系统33和远程等离子体清洁系统50。室13的上部具有可以是直壁或者圆顶形的顶板14，所述顶板14由诸如氧化铝、氧化硅或者氮化铝之类的陶瓷材料，或者诸如铝之类的金属制成。顶板14限定等离子体处理区域16的上部边界。等离子体处理区域16的底部由衬底支撑18以及衬底17的上表面限制。加热器板23和冷却板24在顶板14的上方，并且被热耦合到顶板14。加热器板23和冷却板24允许在约100℃到约200℃的范围中将顶板温度控制在约±10℃以内。这允许对于各种处理最优化顶板温度。例如，对于清洁或者刻蚀处理，将顶板保持在比沉积处理更高的温度可能是理想的。顶板温度的精确控制还减小了室中的剥落或者粒子量，并且改善了沉积层和衬底之间的粘附。一般来说，暴露到等离子体会加热位于衬底支撑18上的衬底。衬底支撑18包括内通道和外通道(均未示出)，所述内通道和外通道可以将传热气体(有时称为后侧冷却气体)输送到衬底的后侧。室13的下部包括体构件22，该体构件22将室接合到真空系统。衬底支撑18的底部21被安装在体构件22上，并且形成与体构件22连续的内表面。衬底通过室13的侧面中的插入/移出开口(没有示出)由机械手叶片(robot blade)运送到室13中以及从室13中移出。提升销(没有示出)在电动机(也没有示出)的控制下升起并随后降低，以将衬底从上部装载位置57处的机械手叶片移动到下部处理位置56，其中在下部处理位置56中，衬底被置于衬底支撑18的衬底接纳部分19上。衬底接纳部分19包括静电吸盘20，所述静电吸盘20在衬底处理过程中将衬底固定到衬底支撑18上。在一个优选实施例中，衬底支撑18由氧化铝或者铝陶瓷材料制成。真空系统70包括节流阀体25，所述节流阀体25容纳有三叶片节流阀26，并被连接到闸门阀27和涡轮分子泵28。应该注意，节流阀体25对气流阻碍最小，并且允许对称的抽吸，如在1995年12月12日递交的、共同待决并共同转让的美国专利申请No.08/574,839中所描述的那样，该申请通过引用被包含在本文中。闸门阀27可以将泵28与节流阀体25隔离，并且还可以通过在节流阀26在完全打开时限制排气流量来控制室压力。节流阀、闸门阀和涡轮分子泵的布置允许精确稳定地控制从约1毫托(mill-Torr)到约2托之间的室压力。源等离子体系统80A包括安装在顶板14上的顶线圈29和侧线圈30。对称的接地屏蔽(没有示出)减小了线圈之间的电耦合。顶线圈29由顶源RF(SRF)发生器31A供能，而侧线圈30由侧SRF发生器31B供能，这允许各个线圈有独立的工作频率和功率电平。此双线圈系统允许控制室13中的辐射式离子密度，由此改善了等离子体的均匀性。侧线圈30和顶线圈29通常是感应驱动的，不需要辅助电极(complimentaryelectrode)。在一个具体实施例中，顶源RF发生器31A在额定2MHz下提供高达约8000瓦或者更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可更换的气体喷嘴，所述气体喷嘴可插入衬底处理室的气体分配器环中并且在所述室中可以被防护，其特征在于：所述气体喷嘴包括：　　　　具有通道的纵长陶瓷体，所述通道用于将气流导向所述室中，所述陶瓷体包括用于与所述气体分配器环配合的第一外螺纹和用于接纳热防护罩的第二外螺纹，所述通道包括用于接收来自所述气体分配器环的气体的入口和处在所述通道的端部并用于将所述气体释放到所述室中的针孔出口。

【技术特征摘要】
US 2004-4-16 10/825,8311.一种可更换的气体喷嘴，所述气体喷嘴可插入衬底处理室的气体分配器环中并且在所述室中可以被防护，其特征在于所述气体喷嘴包括具有通道的纵长陶瓷体，所述通道用于将气流导向所述室中，所述陶瓷体包括用于与所述气体分配器环配合的第一外螺纹和用于接纳热防护罩的第二外螺纹，所述通道包括用于接收来自所述气体分配器环的气体的入口和处在所述通道的端部并用于将所述气体释放到所述室中的针孔出口。2.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于所述针孔出口具有直径d0，并且其中所述第二外螺纹和所述针孔出口之间的距离dst为约90d0到约140d0。3.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于d0从约0.3mm到约0.4mm。4.根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于dst从约30mm到约55mm。5.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于所述陶瓷体由氧化铝制成。6.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于所述陶瓷体由氮化铝制成。7.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于所述陶瓷体以从约35°到约45°的角度向着所述针孔出口逐渐变细。8.根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于还包括安装在所述第二外螺纹上的热防护罩。9.一种用于衬底处理室的受防护气体喷嘴，其特征在于，所述受防护气体喷嘴包括(a)具有通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：素提贡德哈莱卡，帕德马纳班克里希纳拉利，汤姆K丘，穆罕默德拉希德，希曼特芒格卡，坦N彭，华仲强，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：实用新型
国别省市：US[美国]