[發明專利]應用于等離子體反應室中的氣體噴頭組件、其制造方法及其翻新再利用的方法

有效

• 申請號: 200710037701.2
• 申請日: 2007-02-27
• 公開（公告）號: CN101255552A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 吳萬俊;倪圖強
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: C23C16/513
• 分類號: C23C16/513;C23C16/32;C23C16/52;B05B1/14
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 王潔

【技術領域】

本發明涉及一種等離子體反應室，特別涉及一種應用于等離子體反應室中的氣體噴頭組件、其制造方法、以及其翻新再利用的方法。

【背景技術】

眾所周知，等離子體反應室(plasma?chamber)應用于半導體制造工藝中，用以在半導體襯底、基片或晶片上沉積和刻蝕各種物質層。為了在等離子體反應室中產生等離子體，該等離子體反應室內部需要被抽成真空，然后再注入前驅氣體(precursor?gas)，并將射頻能量耦合到等離子體反應室內。大體來說，等離子體刻蝕反應室分為兩大類：電感耦合型等離子體反應室(inductive-coupled?plasma?chambers)和電容耦合型等離子體反應室(capacitive-coupled?plasma?chambers)。在電感耦合型等離子體反應室中，射頻能量主要是以電感耦合的方式耦合到等離子體中，而在電容耦合型等離子體反應室中，射頻主要通過在射頻放電表面(比如，氣體噴頭(showerhead)或陰極(cathode))上通過電容放電耦合到等離子體中。

圖1a是電感耦合型等離子體反應室的示例，其可以用于在半導體制造中刻蝕晶片。如圖所示，在等離子體反應室的頂蓋部分115上方設有電感線圈105，或者在側壁120周圍設置電感線圈。為了從射頻源110中耦合射頻能量，頂蓋部分115一般用具有高電阻率(high?electrical?resisitivity)的介電材料(dielectric?materials)制成，此種材料可以允許射頻能量有效地穿透其中并進行射頻耦合。射頻源110’與陰極相連接以提供偏壓功率(biaspower)。反應氣體通過氣體噴射器(gas?injector)125從等離子體反應室一側，或絕緣頂蓋125’的中心位置，或從等離子體反應室底部下方注入。圖1b顯示了一種典型的電容耦合型等離子體反應室，其中射頻源的能量可以由射頻源130加載到上電極組件145(包括上電極140和溫度控制元件144)上，或者由射頻源130’加載到陰極135上，或者是上電極組件和陰極上都有射頻能量加載。當射頻能量130加載到上電極組件145時，陰極135作為地。反之，當射頻源130’加載到陰極135上時，上電極組件145作為地。通常射頻源130和130’可以具有不同的射頻頻率；在有些情況下，射頻源130’還可以具有兩個或更多個射頻頻率。無論哪種情況，等離子體反應室的側壁都作為地。反應氣體通常是通過頂蓋部分145注入，其中一氣體分布盤(氣體噴頭)140和溫度控制元件141一般用于提供反應氣體。當前，大部分氣體噴頭都用單晶或多晶摻雜硅制成，因而會在等離子體刻蝕過程中被部分消耗或腐蝕。

現有技術中，曾有人提出使用碳化硅(Silicon?Carbide，SiC)作為一種較優的替代材料來制造電感耦合型等離子體反應室的頂蓋或側壁部分，這主要歸因于該種材料在電氣性能、純度和機械強度方面的特性。另外，還有人提出，在電感耦合型等離子體反應室中，介于電感線圈與反應室內部的部件(即，當電感線圈置于頂蓋上方時，該部件為頂蓋；當電感線圈置于反應室側壁周圍時，該部件為側壁)應當由燒結的碳化硅(sintered?SiC)及于其上涂覆(coated)的由化學氣相沉積產生的碳化硅(CVD?SiC)制作組成。更具體地說，有人提出燒結的碳化硅應當具有高電阻率(high?resisitivity)，以便允許射頻能量從電感線圈耦合至反應室內以生成等離子體。進一步地，由化學氣相沉積產生的碳化硅涂層(CVD?SiC?coating?layer)應當具有低電阻率(例如，是導電的)，以便其可以接地從而消除因陰極射頻耦合引起的偏置電流。進一步的相關信息可以從美國專利5,904,778及其引用的相關專利中找到。