本發(fā)明涉及用于處理半導體襯底的半導體襯底處理裝置，并且可以發(fā)現(xiàn)在可操作以在半導體襯底的上表面上沉積薄膜的等離子體增強化學氣相沉積處理裝置中的特定用途。

背景技術(shù)：

半導體襯底處理裝置用于通過包括蝕刻、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)、脈沖沉積層(PDL)、等離子體增強脈沖沉積層(PEPDL)處理和抗蝕劑去除的技術(shù)處理半導體襯底。半導體襯底處理裝置的一種類型是包括含有上電極和下電極的反應(yīng)室的等離子體處理裝置，其中在電極之間施加射頻(RF)功率，以將工藝氣體激發(fā)成用于處理反應(yīng)室中的半導體襯底的等離子體。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種用于處理半導體襯底的半導體襯底處理裝置，所述裝置包括在桿的下表面和支承所述桿的適配器的上表面之間具有最小安裝區(qū)的高溫襯底基座模塊。所述半導體襯底處理裝置包括：真空室，其包括半導體襯底能在其中被處理的處理區(qū)域；噴頭模塊，工藝氣體通過該噴頭模塊從工藝氣體源供給到所述真空室的所述處理區(qū)域；以及襯底基座模塊。所述襯底基座模塊包括：臺板，其具有上表面，該上表面構(gòu)造成在處理期間將半導體襯底支承在其上；桿，其由陶瓷材料制成，所述桿具有限定所述桿的圓柱形內(nèi)部區(qū)域的側(cè)壁、下表面以及支撐所述臺板的上端；和適配器，其具有限定所述適配器的圓柱形內(nèi)部區(qū)域的側(cè)壁和連接到所述桿的下表面的上表面。

所述桿的下表面包括至少一個氣體入口，所述至少一個氣體入口與位于所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通。所述至少一個氣體入口與位于所述適配器的上表面的環(huán)形氣體通道中的至少一個氣體出口流體連通，所述適配器的上表面包括位于所述至少一個氣體出口徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)槽和位于 所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)的外槽。所述內(nèi)槽具有內(nèi)O形環(huán)，以便在處理期間在所述適配器的所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成內(nèi)真空密封。所述外槽具有在其中的外O形環(huán)，以便在處理期間在圍繞所述適配器的側(cè)壁的區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成外真空密封。所述臺板包括與所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通的至少一個臺板氣體通道，當在處理期間半導體襯底支承在所述臺板的上表面上時，背部氣體能通過所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道被供給至所述半導體襯底下方的區(qū)域。

本文還公開的是半導體襯底處理裝置的高溫襯底基座模塊。高溫襯底基座模塊包括所述高溫襯底基座模塊包括：臺板，其具有上表面，該上表面被配置為在處理期間將半導體襯底支承在其上；以及桿，其具有限定其圓柱形內(nèi)部區(qū)域的側(cè)壁、下表面和支撐所述臺板的下端。所述桿的下表面被配置為連接到適配器的上表面。所述桿的下表面包括環(huán)形氣體通道，所述環(huán)形氣體通道在其中包括至少一個氣體入口，其中所述至少一個氣體入口與位于所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通，并且當所述桿連接到適配器時，所述桿的下表面中的所述至少一個氣體入口被配置成與所述適配器的上表面中的至少一個氣體出口流體連通。所述臺板包括與所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通的至少一個臺板氣體通道，在處理期間當半導體襯底被支承在所述臺板的上表面上時，通過所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道能將背部氣體供給至所述半導體襯底下方的區(qū)域。

本文還公開了一種半導體襯底處理裝置的高溫襯底基座模塊的適配器。適配器被配置為支撐在所述半導體襯底處理裝置的真空室中的所述襯底基座模塊的桿。所述適配器包括：側(cè)壁，其限定所述適配器的圓柱形內(nèi)部區(qū)域，和上表面，其被配置成連接到桿的下表面。所述適配器的上表面包括環(huán)形氣體通道，所述環(huán)形氣體通道包括與位于所述適配器的側(cè)壁的相應(yīng)的氣體通道流體連通的至少一個氣體出口。當所述適配器的上表面連接至所述桿的下表面時，所述至少一個氣體出口被配置為與所述桿的下表面中的至少一個氣體入口流體連通。所述適配器的上表面包括位于所述至少一個氣體出口的徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)槽和位于所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)的外槽。所述內(nèi)槽被配置成當所述適配器被連接到所述桿時，在其內(nèi)包括內(nèi)O形環(huán)，使得在處理期間在所述 適配器的所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成內(nèi)真空密封。所述外槽被配置成當所述適配器被連接到所述桿時，在其內(nèi)包括外O形環(huán)，使得在處理期間在圍繞所述適配器的側(cè)壁的區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成外真空密封。

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以闡述如下：

1.一種用于處理半導體襯底的半導體襯底處理裝置，其包括在桿的下表面和支撐所述桿的適配器的上表面之間具有最小安裝區(qū)的高溫襯底基座模塊，所述半導體襯底處理裝置包括：

真空室，其包括半導體襯底能在其中被處理的處理區(qū)域；

噴頭模塊，工藝氣體通過該噴頭模塊從工藝氣體源供給到所述真空室的所述處理區(qū)域；以及

所述襯底基座模塊，其包括：臺板，其具有構(gòu)造成在處理期間支承半導體襯底在其上的上表面；所述桿，其由陶瓷材料制成，所述桿具有限定所述桿的圓柱形內(nèi)部區(qū)域的側(cè)壁、下表面以及支撐所述臺板的上端；和適配器，其具有限定所述適配器的圓柱形內(nèi)部區(qū)域的側(cè)壁和連接到所述桿的下表面的上表面，所述桿的下表面包括至少一個氣體入口，所述至少一個氣體入口與位于所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通，所述至少一個氣體入口與位于所述適配器的上表面的環(huán)形氣體通道中的至少一個氣體出口流體連通，所述適配器的上表面包括位于所述至少一個氣體出口徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)槽和位于所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)的外槽，所述內(nèi)槽具有在其內(nèi)的內(nèi)O形環(huán)，以便在處理期間在所述適配器的圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成內(nèi)真空密封，并且所述外槽在其內(nèi)具有外O形環(huán)，以便在處理期間在圍繞所述適配器的側(cè)壁的區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成外真空密封；

其中，所述臺板包括與所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通的至少一個臺板氣體通道，當在處理期間半導體襯底支承在所述臺板的上表面上時，背部氣體能通過所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道被供給至所述半導體襯底下方的區(qū)域。

2.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其中所述適配器的上表面中的所述環(huán)形氣體通道在所述適配器的外槽的徑向內(nèi)部中形成，并且所述外O 形環(huán)位于所述外槽的徑向外部。

3.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其中：

(a)所述桿的下表面包括與所述適配器的上表面中的環(huán)形氣體通道相鄰的環(huán)形氣體通道，其中所述桿的所述至少一個氣體入口與在所述適配器的上表面中的所述環(huán)形氣體通道以及在所述桿的下表面中的所述環(huán)形氣體通道流體連通；

(b)所述桿的下表面包括與所述適配器的內(nèi)槽相鄰的內(nèi)槽，其中所述內(nèi)O形環(huán)的一部分在所述桿的內(nèi)槽中，并且所述桿的下表面包括與所述適配器的外槽相鄰的外槽，其中所述外O形環(huán)的一部分在所述桿的外槽中；

(c)所述桿的下表面包括與所述適配器的內(nèi)槽相鄰的內(nèi)槽，其中所述內(nèi)O形環(huán)的一部分在所述桿的內(nèi)槽中，并且所述桿的下表面包括與所述適配器的外槽相鄰的外槽，其中所述外O形環(huán)的一部分在所述桿的外槽中，所述桿的下表面還包括與所述適配器的上表面中的所述環(huán)形氣體通道相鄰的環(huán)形氣體通道，其中，所述桿的所述至少一個氣體入口在所述桿的所述環(huán)形氣體通道中，并且所述桿的所述環(huán)形氣體通道與所述適配器的所述環(huán)形氣體通道流體連通；或者

(d)所述桿的下表面包括與所述適配器的內(nèi)槽相鄰的內(nèi)槽，其中所述內(nèi)O形環(huán)的一部分在所述桿的內(nèi)槽中，并且所述桿的下表面包括與所述適配器的外槽相鄰的外槽，其中所述外O形環(huán)的一部分在所述桿的外槽中，所述桿的所述至少一個氣體入口位于所述桿的外槽的徑向內(nèi)部內(nèi)，其中所述桿的外槽的徑向內(nèi)部形成與所述適配器的所述環(huán)形氣體通道流體連通的環(huán)形氣體通道，并且所述外O形環(huán)在所述桿的外槽的徑向外部內(nèi)。

4.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其中所述半導體襯底處理裝置包括：

(a)RF能量源，其適于在所述處理區(qū)域中將所述工藝氣體激發(fā)成等離子體狀態(tài)；

(b)控制系統(tǒng)；其被配置為控制由所述半導體襯底處理裝置執(zhí)行的工藝；和/或

(c)非暫時性計算機機器可讀介質(zhì)，其包括用于控制所述半導體襯底 處理裝置的程序指令。

5.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其中：

(a)所述桿包括從所述桿的側(cè)壁向內(nèi)延伸的下部內(nèi)凸緣，以致所述桿的在所述下部內(nèi)凸緣上方的側(cè)壁的厚度使得在處理期間在所述臺板和所述桿的下表面之間形成熱壅塞；和/或

(b)所述桿包括從所述桿的側(cè)壁向外延伸的下部外凸緣，以致所述桿在所述下部外凸緣上方的側(cè)壁的厚度使得在處理期間在所述臺板和所述桿的下表面之間形成熱壅塞。

6.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其中：

(a)所述桿的側(cè)壁的厚度小于所述適配器的側(cè)壁的厚度，使得所述桿的側(cè)壁在處理期間在所述臺板和所述桿的下表面之間形成熱壅塞；

(b)所述桿的在所述桿的下凸緣上方的側(cè)壁的厚度為約3毫米或3毫米以下，或約2毫米或2毫米以下；

(c)所述適配器由鋁或鋁合金制成；和/或

(d)所述臺板的暴露表面由陶瓷材料制成。

7.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其中所述高溫襯底基座模塊還包括：

(a)至少一個靜電夾持電極，其嵌入所述臺板；

(b)下RF電極，其嵌入所述臺板；

(c)加熱器，其嵌入所述臺板；

(d)承載環(huán)，其被配置成降低和升高半導體襯底使其往返于所述臺板的上表面；

(e)多個升降銷，其被配置成降低和升高半導體襯底使其往返于所述臺板的上表面；或者

(f)嵌入其中的單個電極，其能操作以用作靜電夾持電極和RF電極。

8.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其中：

(a)所述適配器包括在其側(cè)壁中的一個氣體通道，該氣體通道經(jīng)由在所述適配器的上表面中的所述環(huán)形氣體通道與在所述桿的側(cè)壁中的至少兩個氣體通道流體連通，其中，所述桿的側(cè)壁中的每個氣體通道與相應(yīng)的臺板的 氣體通道是流體連通的，使得在處理期間當半導體襯底支承在所述臺板的上表面上時背部氣體能供給到所述半導體襯底下方的區(qū)域；和/或

(b)所述適配器包括在其所述側(cè)壁的至少一個氣體通道，該至少一個氣體通道經(jīng)由在所述適配器的上表面中的所述環(huán)形氣體通道與在所述桿的側(cè)壁中的至少一個氣體通道流體連通，其中所述適配器的側(cè)壁中的所述至少一個氣體通道的至少一個相應(yīng)的氣體出口與所述桿的側(cè)壁中的所述至少一個氣體通道的至少一個相應(yīng)的氣體入口對準，或者所述適配器的相應(yīng)的氣體出口與所述桿的相應(yīng)的氣體入口不對準。

9.根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置，其還包括背部氣體供給源，該背部氣體供給源能操作以供給背部熱傳輸氣體或吹掃氣體到位于所述適配器的側(cè)壁中的至少一個氣體通道，使得在處理期間當半導體襯底支承在所述臺板的上表面上時背部熱傳輸氣體或吹掃氣體能通過所述桿的側(cè)壁供給至所述半導體襯底下方的所述區(qū)域。

10.一種半導體襯底處理裝置的高溫襯底基座模塊，所述高溫襯底基座模塊包括：

臺板，其具有被配置為在處理期間在其上支承半導體襯底的上表面；

桿，其具有限定其圓柱形內(nèi)部區(qū)域的側(cè)壁、下表面和支撐所述臺板的下端，其中所述桿的下表面被配置為連接到適配器的上表面；

所述桿的下表面包括環(huán)形氣體通道，所述環(huán)形氣體通道在其內(nèi)包括至少一個氣體入口，其中所述至少一個氣體入口與位于所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通，并且當所述桿連接到適配器時，所述桿的下表面中的所述至少一個氣體入口被配置成與所述適配器的上表面中的至少一個氣體出口流體連通；

其中，所述臺板包括與所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道流體連通的至少一個臺板氣體通道，在處理期間當半導體襯底支承在所述臺板的上表面上時，通過所述桿的側(cè)壁中的相應(yīng)的氣體通道，背部氣體能供給至所述半導體襯底下方的區(qū)域。

11.根據(jù)條款10所述的高溫襯底基座模塊，還包括：

(a)適配器，其中所述桿的下表面連接至所述適配器的上表面，所述 適配器的上表面包括：環(huán)形氣體通道，在其內(nèi)具有與所述桿的所述至少一個氣體入口流體連通的至少一個氣體出口；內(nèi)槽，其在所述至少一個氣體出口的徑向內(nèi)側(cè)，其中內(nèi)O形環(huán)在所述內(nèi)槽中，以便在處理期間在所述桿的所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述桿的下表面中的至少一個氣體入口之間形成內(nèi)真空密封；以及外槽，其在所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)，其中外O形環(huán)在所述外槽中，以便在處理期間在圍繞所述桿的側(cè)壁的區(qū)域和所述桿的下表面中的所述至少一個氣體入口之間形成外真空密封；

(b)適配器，其中所述桿的下表面連接至所述適配器的上表面，所述適配器的上表面包括：在其中的至少一個氣體出口，其與所述桿的所述至少一個氣體入口流體連通；內(nèi)槽，其在所述至少一個氣體出口的徑向內(nèi)側(cè)，其中內(nèi)O形環(huán)在所述內(nèi)槽中，以便在處理期間在所述桿的所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述桿的所述至少一個氣體入口之間形成內(nèi)真空密封；以及外槽，其在所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)，其中外O形環(huán)在所述外槽中，以便在處理期間在圍繞所述桿的側(cè)壁的區(qū)域和所述桿的所述至少一個氣體入口之間形成外真空密封；

(c)適配器，其中所述桿的下表面連接至適配器的上表面，所述適配器的上表面包括：環(huán)形氣體通道，其內(nèi)具有與所述桿的所述至少一個氣體入口流體連通的至少一個氣體出口；內(nèi)槽，其在所述至少一個氣體出口的徑向內(nèi)側(cè)，其中內(nèi)O形環(huán)在內(nèi)槽中，以便在處理期間在所述桿的所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述桿的下表面中的至少一個氣體入口之間形成內(nèi)真空密封；以及外槽，其在所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)，其中外O形環(huán)在所述外槽中，以便在處理期間在圍繞所述桿的側(cè)壁的區(qū)域和所述桿的下表面中的至少一個氣體入口之間形成外真空密封，其中所述桿的下表面包括與所述適配器的內(nèi)槽相鄰的內(nèi)槽和與所述適配器的外槽相鄰的外槽，所述桿的內(nèi)槽在其內(nèi)包括所述內(nèi)O形環(huán)的一部分，并且所述桿的外槽在其內(nèi)包括所述外O形環(huán)的一部分；或者

(e)適配器，其中所述桿的下表面連接至所述適配器的上表面，所述適配器的上表面包括：在其中的至少一個氣體出口，其與所述桿的所述至少一個氣體入口流體連通；內(nèi)槽，其在所述至少一個氣體出口的徑向內(nèi)側(cè)，其中內(nèi)O形環(huán)在所述內(nèi)槽中，以便在處理期間在所述桿的所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述桿的下表面中的至少一個氣體入口之間形成內(nèi)真空密封；以及外槽， 其在所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)，其中外O形環(huán)在所述外槽中，以便在處理期間在圍繞所述桿的側(cè)壁的區(qū)域和所述桿的下表面中的至少一個氣體入口之間形成外真空密封，其中所述桿的下表面包括與所述適配器的內(nèi)槽相鄰的內(nèi)槽和與所述適配器的外槽相鄰的外槽，所述桿的內(nèi)槽在其內(nèi)包括所述內(nèi)O形環(huán)的一部分，并且所述桿的外槽在其內(nèi)包括外O形環(huán)的一部分。

12.根據(jù)條款10所述的高溫襯底基座模塊，其中

(a)所述桿的下表面包括：內(nèi)槽，其在所述至少一個氣體入口的徑向內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)槽被構(gòu)造成當所述桿的下表面連接至所述適配器的上表面時，在其內(nèi)包括內(nèi)O形環(huán)，以便在處理期間在所述桿的所述圓筒形內(nèi)部區(qū)域和所述至少一個氣體入口之間形成內(nèi)真空密封；和外槽，其在所述至少一個氣體入口的徑向外側(cè)，所述外槽被配置為當所述桿的下表面連接至所述適配器的上表面時，在其內(nèi)包括外O形環(huán)，以便在處理期間在圍繞所述桿的側(cè)壁的區(qū)域和所述至少一個氣體入口之間形成外真空密封；或者

(b)所述桿的下表面包括：內(nèi)槽，其在所述至少一個氣體入口的徑向內(nèi)側(cè)，所述內(nèi)槽被構(gòu)造成當所述桿的下表面連接至所述適配器的上表面時，在其內(nèi)包括內(nèi)O形環(huán)，以便在處理期間在所述桿的所述圓筒形內(nèi)部區(qū)域和所述至少一個氣體入口之間形成內(nèi)真空密封；和外槽，其在所述至少一個氣體入口的徑向外側(cè)，所述外槽被配置為當所述桿的下表面連接至所述適配器的上表面時，在其內(nèi)包括外O形環(huán)，以便在處理期間在圍繞所述桿的側(cè)壁的區(qū)域和所述至少一個氣體入口之間形成外真空密封，其中所述桿的所述環(huán)形氣體通道在所述桿的外槽的徑向內(nèi)部中形成，并且當所述桿連接至所述適配器時，所述外O形環(huán)被配置成在所述外槽的徑向外部。

13.根據(jù)條款10所述的高溫襯底基座模塊，其中：

(a)所述桿包括從所述桿的側(cè)壁向內(nèi)延伸的下部內(nèi)凸緣，以致在處理期間所述桿的在所述下部內(nèi)凸緣上方的厚度使得在所述臺板和所述桿的下表面之間形成熱壅塞；和/或

(b)所述桿包括從所述桿的側(cè)壁向外延伸的下部外凸緣，以致在處理期間所述凸緣在所述下部外凸緣上方的側(cè)壁的厚度使得在所述臺板和所述桿的下表面之間形成熱壅塞。

14.根據(jù)條款10所述的高溫襯底基座模塊，其中：

(a)所述桿的側(cè)壁的厚度被配置為小于所述適配器的側(cè)壁的厚度，所述桿能連接至所述適配器，使得在處理期間所述桿的側(cè)壁在所述臺板和所述桿的下表面之間形成熱壅塞；

(b)所述桿在所述桿的所述下凸緣上方的側(cè)壁的厚度為約3毫米或3毫米以下，或約2毫米或2毫米以下；和/或

(c)所述臺板的暴露表面由陶瓷材料制成。

15.根據(jù)條款10所述的高溫襯底基座模塊，其中所述高溫襯底基座模塊進一步包括：

(a)至少一個靜電夾持電極，其嵌入所述臺板；

(b)下RF電極，其嵌入所述臺板；

(c)加熱器，其嵌入所述臺板；

(d)承載環(huán)，其被配置成降低和升高半導體襯底使其往返于所述臺板的上表面；

(e)多個升降銷，其被配置成降低和升高半導體襯底使其往返于所述臺板的上表面；或者

(f)嵌入其中的單個電極，其能操作以用作靜電夾持電極和RF電極。

16.一種半導體襯底處理裝置的高溫襯底基座模塊的適配器，所述適配器被配置為支撐在所述半導體襯底處理裝置的真空室中的所述襯底基座模塊的桿，所述適配器包括：

側(cè)壁，其限定所述適配器的圓柱形內(nèi)部區(qū)域，和上表面，其被配置成連接到桿的下表面，所述適配器的上表面包括環(huán)形氣體通道，所述環(huán)形氣體通道包括與位于所述適配器的側(cè)壁的相應(yīng)的氣體通道流體連通的至少一個氣體出口，當所述適配器的上表面連接至所述桿的下表面時，所述至少一個氣體出口被配置為與所述桿的下表面中的至少一個氣體入口流體連通，所述適配器的上表面包括位于所述至少一個氣體出口的徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)槽和位于所述內(nèi)槽的徑向外側(cè)的外槽，所述內(nèi)槽被配置成當所述適配器被連接到所述桿時，在其內(nèi)包括內(nèi)O形環(huán)，使得在處理期間在所述適配器的所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成內(nèi)真空密封，并且所述外槽被配置成當所 述適配器被連接到所述桿時，在其內(nèi)包括外O形環(huán)，使得在處理期間在圍繞所述適配器的側(cè)壁的區(qū)域和所述至少一個氣體出口之間形成外真空密封。

17.根據(jù)條款16所述的適配器，其中在所述適配器的上表面中的所述環(huán)形氣體通道在所述適配器的外槽的徑向內(nèi)部內(nèi)形成，并且所述外O形環(huán)位于所述外槽的徑向外部內(nèi)。

18.一種根據(jù)條款1所述的半導體襯底處理裝置中處理半導體襯底的方法，其包括：

從所述工藝氣體源供給所述工藝氣體到所述處理區(qū)域內(nèi)；以及

處理支承在所述臺板的上表面上的半導體襯底，包括：通過所述至少一個臺板氣體通道供給背部熱傳輸氣體或吹掃氣體，所述至少一個臺板氣體通道經(jīng)由所述桿的所述至少一個氣體通道與所述適配器的至少一個氣體通道流體連通，其中所述背部氣體被供給到正被處理的所述半導體襯底下方的區(qū)域。

19.根據(jù)條款18所述的方法，其中所述臺板的上表面在至少約600℃的溫度，所述桿和所述適配器之間的界面在低于約300℃的溫度。

20.根據(jù)條款18所述的方法，其中所述處理是化學氣相沉積、等離子體增強化學氣相沉積、原子層沉積、等離子體增強的原子層沉積、脈沖沉積層和/或等離子體增強的脈沖沉積層中的至少一種。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明所公開的實施方式示出的化學沉積裝置的概要示圖。

圖2根據(jù)本發(fā)明所公開的一個實施方式示出了襯底基座模塊的橫截面。

圖3根據(jù)本發(fā)明所公開的一個實施方式示出了襯底基座模塊的橫截面。

圖4根據(jù)本發(fā)明所公開的一個實施方式示出了襯底基座模塊的橫截面。

圖5根據(jù)本發(fā)明所公開的一個實施方式示出了襯底基座模塊的橫截 面。

圖6根據(jù)本發(fā)明所公開的一個實施方式示出了襯底基座模塊的橫截面。

圖7根據(jù)本發(fā)明所公開的一個實施方式示出了襯底基座模塊的橫截面。

具體實施方式

在下面的詳細說明中，為了提供本發(fā)明所公開的裝置和方法的充分理解，闡述了許多具體的實施方式。但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見，在沒有這些具體細節(jié)的情況下或者通過使用替代的元件或方法，仍可以實施本發(fā)明的實施方式。在其他的示例中，為了避免不必要地使本發(fā)明所公開的實施方式的方面難以理解，公知的工藝、過程和/或部件沒有詳細描述。如本文所用的術(shù)語“約”是指±10％。

如所指出的，所述實施方式提供用于處理在例如化學氣相沉積裝置或等離子體增強化學氣相沉積裝置之類的半導體襯底處理裝置中的半導體襯底的裝置和相關(guān)方法。該裝置和方法特別適用于與半導體襯底的高溫處理結(jié)合使用，所述高溫處理如高溫沉積處理，其中正被處理的半導體襯底被加熱到溫度高于約550℃，例如約550℃至約650℃或高于650℃。

本發(fā)明所公開的實施方式優(yōu)選在等離子體增強化學沉積裝置(即PECVD裝置、PEALD裝置或PEPDL裝置)中實施，然而，它們并不限于此。圖1提供了描繪布置用于實施根據(jù)本發(fā)明所公開的實施方式所述的各種半導體襯底等離子體處理裝置的組件的簡單框圖。如圖所示，半導體襯底等離子體處理裝置300包括用于容納處理區(qū)域中的等離子體的真空室324，所述等離子體可以通過其中具有上RF電極(未示出)的噴頭模塊314與其中具有下RF電極(未示出)的襯底基座模塊320結(jié)合工作來產(chǎn)生。至少一個RF產(chǎn)生器可操作以供給RF能量到真空室324中的半導體襯底316的上表面上方的處理區(qū)域，以將供給到真空室324的處理區(qū)域中的工藝氣體激勵成等離子體，使得等離子體沉積處理可在真空室324中進行。例如，高頻RF產(chǎn)生器302和低頻RF產(chǎn)生器304的每一個可以連接到匹配網(wǎng)絡(luò)306，匹配網(wǎng)絡(luò)306連接至噴頭模塊314的上RF電極，使得RF能量可被供給到真空室324 中的半導體襯底316上方的處理區(qū)域。

通過匹配網(wǎng)絡(luò)306供給到真空室324的內(nèi)部的RF能量的功率和頻率足以使等離子體從工藝氣體產(chǎn)生。在一個實施方式中，使用高頻RF產(chǎn)生器302和低頻RF產(chǎn)生器304兩者，而在替代的實施方式中，僅使用高頻RF產(chǎn)生器302。在處理中，高頻RF產(chǎn)生器302可以在約2-100MHz的頻率下操作；在優(yōu)選實施方式中，高頻RF產(chǎn)生器302可以在13.56MHz或27MHz的頻率下操作。低頻RF產(chǎn)生器304可以在約50kHz至2MHz下操作；在優(yōu)選的實施方式中，可以在約350kHz至600kHz下操作。工藝參數(shù)可基于室體積、襯底尺寸和其他因素按比例確定。同樣地，工藝氣體的流率可取決于真空室或處理區(qū)域的自由體積。

襯底基座模塊320的上表面支承在處理期間在真空室324內(nèi)的半導體襯底316。襯底基座模塊320可以包括卡盤以容納半導體襯底，和/或升降銷以在沉積和/或等離子體處理工藝之前、期間和/或之后升高和降低半導體襯底。在一個替代的實施方式中，襯底基座模塊320可以包括承載環(huán)以在沉積和/或等離子體處理工藝之前、期間和/或之后升高和降低半導體襯底?？ūP可以是靜電卡盤、機械卡盤，或如可用于工業(yè)和/或研究用途的各種其它類型的卡盤。在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.8,840,754中可發(fā)現(xiàn)用于包含靜電卡盤的襯底基座模塊的升降銷組件的細節(jié)，該專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.6,860,965中可發(fā)現(xiàn)用于襯底基座模塊的承載環(huán)的細節(jié)，該專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。背部氣體供應(yīng)器341可操作以在處理期間供應(yīng)熱傳輸氣體或凈化氣體通過襯底基座模塊320到半導體襯底的下表面下方的區(qū)域。襯底基座模塊320包括在其中的下RF電極，其中下RF電極在處理期間優(yōu)選地接地，然而在替代實施方式中，下RF電極在處理期間可被供給有RF能量。

為了處理半導體襯底等離子體處理裝置300的真空室324中的半導體襯底，將工藝氣體從工藝氣體源362經(jīng)由入口312和噴頭模塊314引入真空室324，其中用RF能量使工藝氣體形成等離子體，使得膜可以被沉積在半導體襯底的上表面上。在一個實施方式中，工藝氣體源362可以包括連接到加熱的歧管308的多個氣體管線310。氣體可以預(yù)先混合或單獨供給到室。 適當?shù)拈y和質(zhì)量流量控制機構(gòu)用于在半導體襯底處理期間確保正確的氣體被輸送通過噴頭模塊314。在處理期間，背部熱傳輸氣體或凈化氣體被供給到襯底基座模塊320上支承的半導體襯底的下表面下方的區(qū)域中。優(yōu)選地，所述處理是化學氣相沉積處理、等離子體增強化學氣相沉積處理、原子層沉積處理、等離子體增強原子層沉積處理、脈沖沉積層處理或等離子體增強脈沖沉積層處理中的至少一種。

在某些實施方式中，采用系統(tǒng)控制器162來控制在沉積期間、沉積處理后、和/或其他處理操作的工藝條件。控制器162典型地將包括一個或多個存儲器設(shè)備和一個或多個處理器。所述處理器可以包括CPU或計算機、模擬和/或數(shù)字輸入/輸出連接、步進電機控制器板等。

在某些實施方式中，系統(tǒng)控制器162控制裝置的所有活動。系統(tǒng)控制器162執(zhí)行包括用于控制處理操作的定時、低頻RF產(chǎn)生器304和高頻RF產(chǎn)生器302的工作頻率和功率、前體和惰性氣體的流率和溫度以及它們的相對的混合、支承在襯底基座模塊320的上表面上的半導體襯底316和噴頭組件314的等離子體暴露表面的溫度、真空室324的壓力、以及特定工藝的其它參數(shù)的指令集的系統(tǒng)控制軟件。在一些實施方式中可以采用存儲在與控制器相關(guān)聯(lián)的存儲器設(shè)備的其他計算機程序。

典型地，將存在與控制器162相關(guān)聯(lián)的用戶界面。用戶界面可以包括顯示屏、裝置和/或工藝條件的圖形軟件顯示器、以及諸如定點設(shè)備、鍵盤、觸摸屏、麥克風等用戶輸入設(shè)備。

非短暫性計算機的機器可讀介質(zhì)可包括用于控制該裝置的程序指令。用于控制處理操作的計算機程序代碼可以用任何常規(guī)的計算機可讀編程語言來編寫：例如，匯編語言、C、C++、Pascal、Fortran或其它編程語言。編譯的對象編碼或腳本由處理器執(zhí)行以執(zhí)行在程序中識別的任務(wù)。

所述控制器參數(shù)涉及諸如，例如，處理步驟的定時，前體和惰性氣體的流率和溫度，半導體襯底的溫度，室的壓力和特定工藝的其它參數(shù)之類的工藝條件。這些參數(shù)以配方的形式提供給用戶，并且可以利用用戶界面輸入。

用于監(jiān)控工藝的信號可以由系統(tǒng)控制器的模擬和/或數(shù)字輸入連接 來提供。用于控制工藝的信號通過裝置的模擬和數(shù)字輸出連接被輸出。

系統(tǒng)軟件可以用許多不同的方式設(shè)計或配置。例如，多個室部件子程序或控制對象可以被寫入以控制要進行沉積處理所必須的室組件的操作。用于此目的程序或程序的部分的實例包括襯底的處理步驟的定時編碼、前體和惰性氣體的流率和溫度編碼、以及真空室324的壓強編碼。

圖2-7根據(jù)本發(fā)明所公開的實施方式示出了襯底基座模塊320的橫截面。如圖2-7所示，襯底基座模塊320包括具有由陶瓷材料制成的暴露表面的臺板205。臺板205具有上表面206，上表面206可操作以支承在半導體襯底的處理期間在其上的半導體襯底。由陶瓷材料制成的桿210從臺板205的下表面向下延伸，其中桿210的上端214支承臺板205。優(yōu)選地，桿210的上端214包括被接合(釬焊、焊接、擴散接合或其它合適的技術(shù))至臺板205的下陶瓷表面的上凸緣。通過用陶瓷材料而不是用例如鋁或鋁合金等金屬材料制造襯底基座模塊320的桿210和臺板205，襯底基座模塊320可以承受在高溫襯底處理過程中的高溫，如高于約550℃的溫度或高于約650℃的溫度。

臺板205可包括嵌入其中的至少一個靜電夾持電極209，其中該至少一個靜電夾持電極209可操作以在處理期間靜電夾持半導體襯底在臺板205的上表面上。如圖2和圖4-7所述，臺板205還可以包括下RF電極265，下RF電極265在半導體襯底的處理期間可以接地或被供給有RF功率。優(yōu)選地，如圖3所示，臺板205包括嵌入其中的既用作靜電夾持電極又用作RF電極的僅僅單個電極209a。返回參照圖2-7，臺板205還可以包括嵌入其中的至少一個加熱器260，所述至少一個加熱器260可操作以在處理期間控制整個臺板205的上表面206的溫度并且由此控制整個半導體襯底的溫度。該至少一個加熱器260可包括電阻性加熱器膜和/或一個或多個熱電模塊。優(yōu)選地，連接到至少一個靜電夾持電極209、至少一個加熱器260、單個電極209a和/或下RF電極265的電氣連接件被布置在桿210的由桿210的壁211限定的圓筒形的內(nèi)部區(qū)域215中。電氣連接件可分別連接到與相應(yīng)的至少一個靜電夾持電極209、至少一個加熱器260、單個電極209a和/或下RF電極265電連通的在臺板205中形成的電觸點(未示出)。以這種方式，至 少一個靜電夾持電極209、至少一個加熱器260、單個電極209a和/或下RF電極265可在半導體襯底的處理期間被供電。

在一個實施方式中，臺板205可包括擴散接合在一起的分層，其中，至少一個靜電夾持電極209、下RF電極265(或單個電極209a)，以及至少一個加熱器260可以夾在臺板205的分層之間。臺板205的上表面206優(yōu)選地包括在其中形成的臺板圖案206a，其中半導體襯底的下表面被支撐在臺面圖案206a上，背部吹掃氣體或背部熱傳輸氣體可被提供給在臺面圖案206a的臺面之間的半導體襯底下方的區(qū)域?？梢栽诠餐D(zhuǎn)讓的美國專利No.7,869,184中發(fā)現(xiàn)臺面圖案和形成臺面圖形的方法的示范性實施方式，該專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。在一個實施方式中，襯底基座模塊320可以包括可操作以減少臺板205的上部和桿210之間的熱傳輸?shù)臒崞帘渭?未示出)。在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利No.8,753,447中可發(fā)現(xiàn)包括熱屏蔽件的襯底基座模塊的示例性實施方式，該專利的全部內(nèi)容通過引用并入本文。

桿210和臺板205的暴露表面優(yōu)選由陶瓷材料制成，從而優(yōu)選地當臺板205和桿210被暴露于處理條件時在處理期間不導致襯底的污染。優(yōu)選地，桿210和臺板205的暴露表面由氮化鋁制成。

桿210包括下表面213，下表面213連接到適配器220的上表面223，使得襯底基座模塊320可以被支撐在半導體襯底處理裝置的真空室中。適配器220具有限定其圓筒形的內(nèi)部區(qū)域225的側(cè)壁221。桿210的下表面213包括與位于桿210的側(cè)壁211中的相應(yīng)的氣體通道217流體連通的至少一個氣體入口216。桿210的至少一個氣體入口216與適配器220的上表面223中的至少一個氣體出口224流體連通，其中至少一個氣體出口224與適配器220的側(cè)壁221中的相應(yīng)的氣體通道232流體連通。臺板205包括與桿210的側(cè)壁211中的相應(yīng)的氣體通道217流體連通的至少一個臺板氣體通道280。在半導體襯底的處理期間，當半導體襯底支撐在臺板205的上表面206上時，背部氣體可以從與適配器220的側(cè)壁221中的至少一個氣體通道232流體連通的背部氣體供給源經(jīng)由桿210的至少一個氣體通道217供給到半導體襯底下方的區(qū)域。

現(xiàn)在參考圖2、5和6，在適配器220的上表面223中的至少一個 氣體出口224優(yōu)選地位于適配器220的上表面223中的環(huán)形氣體通道242中。如本文所用的術(shù)語“環(huán)形氣體通道”可以指形成完整的環(huán)形路徑的氣體通道；沿著環(huán)形路徑部分地延伸的氣體通道；或者兩個或更多個氣體通道，其中每個氣體通道沿著具有共同的中心點的相應(yīng)環(huán)形路徑延伸，其中每個氣體通道是彼此流體分隔的。適配器220的上表面223還包括位于至少一個氣體出口224的徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)槽226和位于內(nèi)槽226的徑向外側(cè)的外槽227。內(nèi)槽226在其內(nèi)具有內(nèi)O形環(huán)230，以便在半導體襯底的處理期間在適配器220的圓柱形內(nèi)部區(qū)域225和至少一個氣體出口224之間形成內(nèi)真空密封。外槽227在其內(nèi)具有外O形環(huán)231，以便在半導體襯底的處理期間在圍繞適配器220的側(cè)壁221的區(qū)域和至少一個氣體出口224之間形成外真空密封。

現(xiàn)在參考圖5和6，適配器220的上表面中的環(huán)形氣體通道242優(yōu)選地在適配器220的外槽227的徑向內(nèi)部中形成，其中所述外O形環(huán)231位于外槽227的徑向內(nèi)部中。

在一個替代實施方式中，如圖3、4和7所示，代替在適配器220的上表面223中的環(huán)形氣體通道242(參照圖2)，桿210的下表面213包括環(huán)形氣體通道252，或者除了在適配器220的上表面223中的環(huán)形氣體通道242(參照圖2)以外，還有桿210的下表面213包括環(huán)形氣體通道252。適配器220的至少一個氣體出口224與在桿210的下表面213中的環(huán)形氣體通道252流體連通。桿210的下表面213中的至少一個氣體入口216位于在桿210的下表面213中形成的環(huán)形氣體通道252。在其中桿210的下表面213包括環(huán)形氣體通道252并且適配器220的上表面223包括環(huán)形氣體通道242中的實施方式中，環(huán)形氣體通道242、252被布置為彼此相鄰，使得它們是流體連通的。

參照圖3，適配器220的上表面223優(yōu)選地包括位于至少一個氣體出口224的徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)槽226和位于內(nèi)槽226的徑向外側(cè)的外槽227。內(nèi)槽226在其內(nèi)具有內(nèi)O形環(huán)230，以便在半導體襯底的處理期間在適配器220的圓柱形內(nèi)部區(qū)域225和至少一個氣體出口224之間形成內(nèi)真空密封。外槽227在其內(nèi)具有外O形環(huán)231，以便在半導體襯底的處理期間在圍繞適配器220的側(cè)壁221的區(qū)域和至少一個氣體出口224之間形成外真空密封。

現(xiàn)在參考圖4，替代在適配器220的上表面223中的內(nèi)槽226和外槽227(參見圖2)，桿210的下表面213可以包括內(nèi)槽250和外槽251，或除了在適配器220的上表面223中的內(nèi)槽226和外槽227(參見圖2)以外，還有桿210的下表面213可以包括內(nèi)槽250和外槽251。內(nèi)槽250在其內(nèi)具有內(nèi)O形環(huán)230，以便在半導體襯底的處理期間在適配器220的圓柱形內(nèi)部區(qū)域225和至少一個氣體出口224之間形成內(nèi)真空密封。外槽251在其內(nèi)具有外O形環(huán)231，以便在半導體襯底的處理期間在圍繞適配器220的側(cè)壁221的區(qū)域和至少一個氣體出口224之間形成外真空密封。在其中桿210的下表面213包括內(nèi)槽250和外槽251并且適配器220的上表面223包括內(nèi)槽226和外槽227的實施方式中，內(nèi)槽250、226優(yōu)選地設(shè)置成彼此相鄰，使得內(nèi)槽250、226中的每一個包括內(nèi)O形環(huán)230的一部分，而外槽251、227優(yōu)選地被布置為彼此相鄰，使得外槽251、227中的每一個包括外O形環(huán)231的一部分。

現(xiàn)在參考圖7，在桿210的下表面213中的環(huán)形氣體通道252優(yōu)選地在桿210的外槽251的徑向內(nèi)部中形成，其中外O形環(huán)231優(yōu)選地位于外槽251的徑向外部。

現(xiàn)在參考圖2-7，桿210優(yōu)選地包括從桿210的側(cè)壁211向外延伸的下部外凸緣234，使得桿210的在下部外凸緣234上方的側(cè)壁211的厚度可被最小化，以在處理期間在臺板205和桿210的下表面213之間形成熱壅塞。下部外凸緣234可包括通孔(未示出)，使得襯底基座模塊320的桿210可以用緊固件(如螺栓、螺釘或類似物)連接到適配器220的上表面223。在處理期間，桿210的圓柱形內(nèi)部215和適配器220的圓柱形內(nèi)部225流體連通，并通過內(nèi)O形環(huán)230和外O形環(huán)231從真空環(huán)境密封開來，使得在圓柱形內(nèi)部區(qū)域215、225中可以保持正壓強。優(yōu)選地，圓柱形內(nèi)部區(qū)域215、225被暴露于大氣中，但是在替代的實施方式中，可在圓柱形內(nèi)部區(qū)域215、225中泵送惰性氣體或凈化氣體。

桿210由陶瓷制成，并優(yōu)選具有低的熱導率，以減少從臺板205傳輸?shù)皆跅U210的下表面213和適配器220的上表面223之間的界面的熱量，其中內(nèi)O形環(huán)230和外O形環(huán)231定位在該界面中。合乎期望的是保持該界 面在較低溫度(例如，約200℃至300℃)。例如，如果內(nèi)O形環(huán)230和外O形環(huán)231在處理期間經(jīng)受過高的溫度，則它們將失靈，并且不再在桿210的圓柱形內(nèi)部區(qū)域215和圍繞桿210的側(cè)壁211的(真空)區(qū)域之間形成密封。除了使得桿210的側(cè)壁211的厚度能減小的下部外凸緣234以外，桿210優(yōu)選地包括從桿210的側(cè)壁211向內(nèi)延伸的下部內(nèi)凸緣233，使得桿210的在下部內(nèi)凸緣233上方的側(cè)壁211的厚度可被最小化，以在半導體襯底的處理期間在臺板205和桿210的下表面213之間形成熱壅塞(參見圖2-4，圖6和圖7)。

桿210的側(cè)壁211的厚度優(yōu)選地小于適配器220的側(cè)壁221的厚度，使得在半導體襯底的處理期間桿210的側(cè)壁211在臺板205和桿210的下表面213之間形成熱壅塞。在一個實施方式中，桿210的在桿210的下部凸緣上方的側(cè)壁211的厚度為約3mm或小于3mm，并且更優(yōu)選為約2mm或小于2mm。在一個優(yōu)選的實施方式中，桿210的側(cè)壁211的厚度被選擇為剛好大于桿210承受圓柱形內(nèi)部區(qū)域215和圍繞側(cè)壁211的區(qū)域之間的壓力差所需要的最小厚度，所述圓柱形內(nèi)部區(qū)域215優(yōu)選維持在大氣壓強下，圍繞側(cè)壁211的區(qū)域在半導體襯底的處理期間在減壓或真空壓強下操作。

適配器220優(yōu)選由例如鋁或鋁合金之類的金屬形成，所述金屬是比用于形成桿210和臺板205的高純度陶瓷更便宜的材料，并且也不太可能在處理期間由于施加于其上的高壓差而破裂。因此，通過由桿210的桿壁211形成熱壅塞，用于處理支撐在臺板205的上表面206上的半導體襯底的高溫(例如550℃-650℃或650℃以上)可以與桿210的下表面213熱隔離，使得桿210可以連接到鋁或鋁合金適配器220的上表面223上，其中內(nèi)O形環(huán)230和外O形環(huán)231將不會由于高溫而造成失靈。此外，使桿210的側(cè)壁211形成熱壅塞將使臺板205和其下表面213之間的桿210的長度能減小并使適配器220的長度能增大，從而節(jié)省材料成本。

如圖6所示，適配器220可包括在其側(cè)壁221中的一個氣體通道232，氣體通道232經(jīng)由適配器220的上表面223中的環(huán)形氣體通道242與在桿210的側(cè)壁211中的至少兩個氣體通道217流體連通，其中在桿210的側(cè)壁211中的每個氣體通道217與相應(yīng)的臺板的氣體通道280是流體連通的， 使得在處理期間背部氣體可通過背部氣體供給源供給至被支撐在臺板的上表面上的半導體襯底下方的區(qū)域。

在進一步的實施方式中，適配器200的至少一個氣體出口224可以與桿210的相應(yīng)的至少一個氣體入口216中的一個或多個對準或不對準。例如，適配器220可包括在其側(cè)壁221中的至少一個氣體通道232，至少一個氣體通道232經(jīng)由適配器220的上表面223中的環(huán)狀氣體通道242與桿210的側(cè)壁211中的至少一個氣體通道217流體連通，其中在適配器220的側(cè)壁221中的至少一個氣體通道232的至少一個相應(yīng)的氣體出口224與桿210的側(cè)壁211中的至少一個氣體通道217的至少一個相應(yīng)的氣體入口216對準。可替代地，適配器220可包括在側(cè)壁221中的至少一個氣體通道232，至少一個氣體通道232經(jīng)由適配器220的上表面223中的環(huán)形氣體通道242與桿210的側(cè)壁211中的至少一個氣體通道217流體連通，其中在適配器220的側(cè)壁221中的至少一個氣體通道232的至少一個相應(yīng)的氣體出口224與桿210的側(cè)壁211中的至少一個氣體通道217的至少一個相應(yīng)的氣體入口216不對準。

雖然包括等溫處理區(qū)域的等離子體處理裝置參照其具體實施方式進行了詳細描述，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯而易見，在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可以做出各種變化和修改，并可以采用等同方案。