半導體襯底處理裝置中包含中央氣體噴射器的陶瓷噴頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體襯底處理裝置，更具體地涉及包括用于可調諧輸送到半導體襯底處理裝置的真空室的工藝氣體的中央氣體噴射器的陶瓷噴頭。
【背景技術】
[0002]通過包括(但不限于)下列技術的技術在半導體襯底處理裝置在半導體襯底中形成半導體結構:等離子體蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強原子層沉積(PEALD)、原子層蝕刻(ALE)、等離子體增強原子層蝕刻(PE-ALE)、離子噴射、或抗蝕劑去除。半導體結構可以在等離子體處理裝置中處理，所述等離子體處理裝置包括等離子體處理室(即真空室)，供給工藝氣體到室內的氣體源，以及從工藝氣體產生等離子體的能量源。不同的工藝氣體用于這些處理技術，以及不同材料的半導體結構的處理。

【發(fā)明內容】

[0003]這里公開的是一種電感耦合等離子體處理裝置。所述裝置包括:真空室；真空源，其適于從所述真空室排出工藝氣體和等離子體處理的副產物；和襯底支撐件，在所述真空室的內部，半導體襯底被支撐在該襯底支撐件上。陶瓷噴頭形成所述真空室的上壁，其中所述陶瓷噴頭包括用于供給工藝氣體到所述真空室的所述內部的與在其等離子體暴露表面中的多個噴頭氣體出口流體連通的充氣室，以及配置成容納中央氣體噴射器的中央開口。中央氣體噴射器被布置在所述陶瓷噴頭的所述中央開口中，其中所述中央氣體噴射器包括用于供給工藝氣體到所述真空室的所述內部的多個氣體噴射器出口。感應耦合RF能量通過所述陶瓷噴頭并進入所述真空室的RF能量源激勵所述工藝氣體成等離子體狀態(tài)以處理所述半導體襯底。由所述中央氣體噴射器供給的所述工藝氣體的流率和由所述陶瓷噴頭供給的所述工藝氣體的流率能獨立地受控。
[0004]本文還公開了一種感應耦合等離子體處理裝置的陶瓷噴頭。所述陶瓷噴頭形成所述等離子體處理裝置的真空室的上壁。所述陶瓷噴頭包括與用于供給工藝氣體到真空室的內部的在其等離子體暴露表面中的多個噴頭氣體出口流體連通的充氣室，以及被配置成容納中央氣體噴射器的中央開口。所述陶瓷噴頭能操作以獨立于被配置成通過所述中央氣體噴射器供給的工藝氣體的流率來控制通過所述陶瓷噴頭供應的所述工藝氣體的流率。
[0005]本文還公開了一種電感耦合等離子體處理裝置中等離子體處理半導體襯底的方法。所述方法包括將半導體襯底放置在真空室中的襯底支架上，其中包括中央氣體噴射器的所述陶瓷噴頭的等離子體暴露表面形成所述真空室的朝向所述襯底支架的壁。將工藝氣體從所述中央氣體噴射器的氣體噴射器出口和/或所述陶瓷噴頭的所述噴頭氣體出口供給到所述真空室中。相互獨立地控制通過所述陶瓷噴頭和所述中央氣體噴射器供給的所述工藝氣體的所述流率。通過感應耦合由所述RF能量源產生的RF能量穿過所述陶瓷噴頭到達所述真空室中將所述工藝氣體激勵成等離子體狀態(tài)，其中處于等離子體階段的所述工藝氣體與所述半導體襯底的暴露表面反應，從而處理所述半導體襯底。
【附圖說明】
[0006]圖1示出了根據(jù)本文所公開的實施方式的半導體襯底等離子體處理裝置的一種實施方式。
[0007]圖2示出了根據(jù)本文所公開的實施方式的半導體襯底等離子體處理裝置的一種實施方式。
[0008]圖3A示出了可包含中央氣體噴射器的陶瓷噴頭的一種實施方式。圖3B示出了根據(jù)本文所公開的實施方式的陶瓷噴頭的中央部分的橫截面。
[0009]圖4示出了根據(jù)本文公開的實施方式的可被布置在陶瓷噴頭中的中央氣體噴射器的一種實施方式。
[0010]圖5示出了根據(jù)本文公開的實施方式的可由半導體襯底等離子體處理裝置執(zhí)行的氣體流圖案的例子。
[0011]圖6示出了根據(jù)本文公開的實施方式的可由半導體襯底等離子體處理裝置執(zhí)行的氣體流圖案的例子。
[0012]圖7示出了根據(jù)本文公開的實施方式的可由半導體襯底等離子體處理裝置執(zhí)行的氣體流圖案的例子。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明公開了一種包括半導體襯底處理裝置的中央氣體噴射器的陶瓷噴頭，其中包括所述中央氣體噴射器的所述陶瓷噴頭可操作以提供可調諧的對流擴散工藝氣體流到半導體襯底處理裝置的真空室中。半導體襯底處理裝置可用于通過包括(但不限于)下列技術的技術處理半導體襯底:等離子體蝕刻、物理氣相沉積(PVD)、化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、等離子體增強原子層沉積(PEALD)、原子層蝕刻(ALE)、等離子體增強原子層蝕刻(PE-ALE)、離子噴射、或抗蝕劑去除。優(yōu)選地，半導體襯底處理裝置是感應耦合等離子體處理裝置。在下面的描述中，闡述了許多具體細節(jié)以便提供對本實施方式的全面理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本實施方式可以在沒有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情況下實踐。在其他情況下，公知的處理操作未被詳細描述以便不必要地使本文公開的當前實施方式不清楚。
[0014]如本文所使用的，可調諧的對流擴散工藝氣體流是指包含中央氣體噴射器的陶瓷噴頭提供對流氣流，提供擴散氣流，或同時提供對流氣流和擴散氣流到支承在真空室的襯底支架上的半導體襯底的表面上的能力。在一種實施方式中，陶瓷噴頭可以是多區(qū)域噴頭，其中通過噴頭的每個相應的區(qū)域輸送的工藝氣體的流率可以被控制。在一種實施方式中，中央氣體噴射器可以是多區(qū)域氣體噴射器，其中通過氣體噴射器的每個相應的區(qū)域輸送的工藝氣體的流率可以被控制。另外，如本文中所使用的，術語“約”參考數(shù)值使用時是指±10%。
[0015]多區(qū)域噴頭的示例性實施方式可以在共同轉讓的美國申請N0.2013/0126486中發(fā)現(xiàn)，其全部內容通過引用并入本文。多區(qū)域氣體噴射器的示例性實施方式可以在共同轉讓的美國申請N0.2010/0041238中發(fā)現(xiàn)，其全部內容通過引用并入本文。
[0016]在半導體襯底處理中，噴射工藝氣體到真空室中的方法和真空室的壓強會影響半導體襯底的表面上方化學反應性物質的分布，從而由于半導體襯底上表面的區(qū)域上的半導體襯底蝕刻副產物的再沉積而影響半導體襯底的整個處理的均勻性。為了控制襯底副產物的再沉積，通過包含中央氣體噴射器的陶瓷噴頭供給到真空室的內部的工藝氣體的流可以優(yōu)選在擴散氣體流和對流氣體流之間，或在對流氣體流和擴散氣體流之間切換，同時在處理過程中在真空室中的壓強被可變地控制。工藝氣體的流率和/或真空室中的壓強的變化可以影響在上表面上的副產物的再沉積。例如，當氣體噴射器供給約1mT的對流氣流時，該副產物再沉積的分布是相對均勻的，并從半導體襯底的中央到邊緣傾斜，而對于在約10mT的壓強的相同的流，副產物再沉積中的徑向非均勻性增大。為了降低副產物的再沉積，通過該裝置提供的工藝氣體的壓強和流率優(yōu)選被控制(即調諧)，使得渦流不在被處理的所述半導體襯底的上表面上方形成。在這種方式下，在真空室中的副產物的停留時間被減少。
[0017]在一種實施方式中，雙模式陶瓷噴頭包括用于噴射工藝氣體到半導體襯底處理裝置的中央氣體噴射器，其中所述雙模式陶瓷噴頭可操作以提供可調諧的對流擴散工藝氣體流到半導體襯底處理裝置的真空室中，使得針對改變真空室中的壓強和用于改變供給到真空室的內部的氣體流率，被蝕刻材料的徑向的副產物再沉積可被控制。優(yōu)選地，半導體襯底處理裝置是感應耦合等離子體處理裝置。電感耦合等離子體處理裝置包括真空室，和可以在其上支承半導體襯底的襯底支架，以及在真空室中處理的等離子體。陶瓷噴頭形成真空室的上壁，其中所述陶瓷噴頭包括與在其等離子體暴露表面中的多個噴頭氣體出口流體連通的充氣室，使得工藝氣體能被供給到真空室的內部。優(yōu)選地，多個噴頭氣體出口被配置成提供擴散工藝氣體流到真空室的內部。
[0018]所述陶瓷噴頭優(yōu)選地包括被配置成容納中央氣體噴射器的中央開口。中央氣體噴射器可以在陶瓷噴頭的中央開口中真空密封。中央氣體噴射器包括用于供給工藝氣體到真空室的內部的多個