用于高温操作的温度受控莲蓬头制造技术

一种用于化学气相沉积(CVD)腔室的温度受控莲蓬头组合件增强热耗散以提供对莲蓬头面板的准确温度控制，且维持大体上低于周围组件的温度。热通过经由莲蓬头杆的传导而耗散且由安装在真空环境外的热交换器移除。热由插入到所述莲蓬头的所述杆中的加热元件供应。使用由安装在所述杆中且与所述面板热接触的温度传感器供应的反馈来控制温度。

【技术实现步骤摘要】
用于高温操作的温度受控莲蓬头相关申请案的交叉参考本申请案主张2009年12月18日申请的第12/642，497号美国专利申请案的优先 权，且所述专利申请案以引用的方式并入本文中。
技术介绍
化学气相沉积(CVD)腔室通常包含莲蓬头，其具有穿孔或多孔平面表面以在例如 半导体衬底表面等第二平行平面表面上以均勻方式分配反应物和载气。衬底可经加热到前 驱体反应而导致沉积在衬底表面上的膜的过程温度。莲蓬头反应器或平行板反应器有助于 实施等离子增强型工艺，例如等离子增强型化学气相沉积(PECVD)。衬底支撑件(例如，支 座)可经接地且用作电极中的一者。莲蓬头可用作RF功率所施加到的另一电极。在另一 配置中，RF功率可施加于衬底支撑件，而莲蓬头可接地。沉积均勻性可能受到例如衬底和莲蓬头的温度等过程参数的变化的不利影响。这 些变化可能在过程起始(例如，在到达稳定状态之前)、清洁循环和闲置期间出现。举例来 说，当初始接通反应器时，莲蓬头的温度稳定可能要花费较长时间。莲蓬头可通过来自衬底 (或衬底支座)的辐射和通过等离子来加热，所述等离子可在处理期间的某点引入，从而引 起额外的温度波动。在同时，莲蓬头由于来自其外表面的辐射而可能将一些热释放到流经 莲蓬头的过程气体。此外，温度变化可能由系统中的其它较持久改变引起，例如莲蓬头的表 面发射率的漂移。可变温度可引起所沉积膜的实质不均勻性。此外，在高温下操作莲蓬头 缩短了其操作寿命且导致粒子污染。举例来说，高于300°C的温度可导致铝莲蓬头表面上的 氟化铝的快速形成。氟化铝趋于剥落且下落到下方的衬底上。需要新的设备和方法来较精确地控制莲蓬头温度和在较低温度下操作莲蓬头。
技术实现思路
具有增强的热传递特征的温度受控CVD莲蓬头提供准确且稳定的温度控制，且减 少由腔室中的变化引起的温度波动。此莲蓬头能够在操作环境中的改变扰动系统(例如， 接通等离子产生器、将新衬底引入到支座上、改变过程气体的流动速率)时快速恢复到温 度设定点。准确的温度控制改进了衬底与衬底间的均勻性。使用温度传感器来监视面板温度且提供反馈以用于控制加热元件和/或热交换 器。有效的热传递路径存在于面板与加热元件之间以及面板与热交换器之间，从而允许有 效的热供应或从面板的热移除。热传递特性由背板和杆的大横截面型面促进。此外，例如 铝6061-T6等具有高热传导率的材料用于元件的构造。由通过使高热容量冷却流体通过热 交换器和安装在杆中的高功率加热元件而建立的温度梯度来驱动热传递。与准确的温度控制相关的热传递和耗散特性允许在尽管存在从支座到面板的实 质热通量的情况下与附近支座的温度相比在大体上更低(例如，约100°c与300°C之间)的 温度下操作莲蓬头。较低温度延长了莲蓬头的操作寿命且最小化粒子污染。在某些实施例 中，热耗散也是在背板和杆上提供高发射率外表面的结果。5可容易从莲蓬头移除加热元件、热交换器和温度传感器。在某些实施例中，可在不 影响沉积腔室的内部环境的情况下替换这些组件。换句话说，在替换上述莲蓬头组合件组 件中的一者或一者以上的同时，沉积腔室可维持在低操作压力下。可移除的组件简化了莲 蓬头和总体沉积系统的故障查找和维护且最小化其停工时间。在某些实施例中，一种用于在化学气相沉积(CVD)设备中使用的温度受控莲蓬头 组合件包含热传导杆；背板，其附接到所述热传导杆；面板，其热耦合到所述热传导杆且 附接到所述背板；加热元件，其热耦合到所述热传导杆；热交换器，其热耦合到所述热传导 杆；以及温度传感器，其热耦合到所述面板。所述温度受控莲蓬头可经配置以通过在所述可 移除加热元件与所述面板之间和所述可移除热交换器与所述面板之间提供热传递路径来 将所述面板的温度维持于预定范围内。面板可具有经配置以用于过程气体的均勻分配的多 个通孔。在特定实施例中，加热元件、热交换器和/或温度传感器可从温度受控莲蓬头组合 件移除。所述热传导杆的实心横截面沿着轴部分的长度平均来说可为至少约5平方英寸。 热传导杆、背板和/或面板可由具有至少约150瓦/ (米 开尔文)的热传导率的材料制成。 在特定实施例中，热传导杆、背板和/或面板由铝6061和铝3003制成。背板的平均厚度可 为至少约2英寸，而面板的平均厚度在约0. 5英寸与1英寸之间。所述面板与所述背板之 间的平均间隙可在约0. 25英寸与0. 75英寸之间。所述面板与所述背板之间的接触面积可 在约30平方英寸与50平方英寸之间。所述面板可具有约13. 5英寸与16. 5英寸之间的直 径。在某些实施例中，热交换器包含经配置以允许冷却流体的流动的对流冷却流体通 路。所述冷却流体可为水或液体防冻溶液。在相同或其它实施例中，热交换器定位于距所 述面板约7英寸内。温度受控莲蓬头组合件可经配置以针对所述面板的在约0. 2与0. 8之 间的发射率而将所述面板的温度维持在约200°C与300°C之间。在某些实施例中，加热元件 包含两个筒形加热器，每一筒形加热器经配置以提供至少约500W的功率输出。杆可包含顶表面。加热元件可定位于所述杆内且经配置以通过所述顶表面而放置 于所述杆中和从所述杆移除。此外，温度传感器可定位于所述杆内且经配置以通过所述顶 表面而放置于所述杆中和从所述杆移除。在某些实施例中，杆和/或背板的外表面具有高发射率。举例来说，所述高发射率 表面可为阳极氧化铝。在某些实施例中，一种用于在部分制造的半导体衬底上沉积半导体材料的化学气 相沉积(CVD)系统包含处理腔室，其经配置以维持所述处理腔室内的低压力环境；衬底支 撑件，其用于固持所述部分制造的半导体衬底且将所述部分制造的半导体衬底的温度维持 在约500°C与600°C之间；以及温度受控莲蓬头组合件。所述温度受控莲蓬头组合件可进一 步包含热传导杆；背板，其附接到所述热传导杆；面板，其热耦合到所述热传导杆且附接 到所述背板；加热元件，其热耦合到所述热传导杆；热交换器，其热耦合到所述热传导杆； 以及温度传感器，其热耦合到所述面板。所述温度受控莲蓬头经配置以通过在所述加热元 件与所述面板之间和所述热交换器与所述面板之间提供热传递路径来将所述面板的温度 维持于预定范围内。所述温度受控莲蓬头的所述面板可定位于距所述衬底支撑件约0.7英 寸内。所述温度受控莲蓬头可经配置以在所述衬底支撑件维持于约500°C与550°C之间的同时将所述面板的温度维持于约200°C与300°C之间。在某些实施例中，CVD系统还包含原 位等离子产生器。在某些实施例中，CVD系统是单台沉积系统。在其它实施例中，CVD系统包含第二 衬底支撑件。第一衬底支撑件和第二衬底支撑件可定位于同一处理腔室内且经配置以暴露 于同一环境。在其它实施例中，CVD系统还包含经配置以维持不同的环境的第二处理腔室。 第一和第二衬底支撑件可定位于不同的处理腔室(例如，第一处理腔室和第二处理腔室) 中。附图说明图1是四台腔室中随着时间的莲蓬头温度的曲线图。图2A是在各种莲蓬头温度下沉积的氮化硅间隔物厚度的曲线图。图2B是在各种莲蓬头温度下沉积的氮化硅间隔物的膜应力的曲线图。图3A是根据某些实施例的温度受控莲蓬头的横截面图。图;3B是根据某些实施例的温度受控莲蓬头的俯视图。图4A是根据某些实施例的面板的横截面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于在化学气相沉积（ＣＶＤ）设备中使用的温度受控莲蓬头组合件，所述温度受控莲蓬头组合件包括：热传导杆；背板，其附接到所述热传导杆；面板，其热耦合到所述热传导杆且附接到所述背板；加热元件，其热耦合到所述热传导杆；热交换器，其热耦合到所述热传导杆；以及温度传感器，其热耦合到所述面板，其中所述温度受控莲蓬头经配置以通过在所述加热元件与所述面板之间和所述热交换器与所述面板之间提供热传递路径而将所述面板的温度维持于预定范围内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托弗·M·巴特利特，李明，乔恩·亨利，马歇尔·R·斯托厄尔，默罕默德·萨布里，
申请(专利权)人：诺发系统有限公司，
类型：发明
国别省市：US