[发明专利]应用于等离子体反应室中的气体喷头组件、其制造方法及其翻新再利用的方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种等离子体反应室，特别涉及一种应用于等离子体反应室中的气体喷头组件、其制造方法、以及其翻新再利用的方法。

【背景技术】

众所周知，等离子体反应室(plasma chamber)应用于半导体制造工艺中，用以在半导体衬底、基片或晶片上沉积和刻蚀各种物质层。为了在等离子体反应室中产生等离子体，该等离子体反应室内部需要被抽成真空，然后再注入前驱气体(precursor gas)，并将射频能量耦合到等离子体反应室内。大体来说，等离子体刻蚀反应室分为两大类：电感耦合型等离子体反应室(inductive-coupled plasma chambers)和电容耦合型等离子体反应室(capacitive-coupled plasma chambers)。在电感耦合型等离子体反应室中，射频能量主要是以电感耦合的方式耦合到等离子体中，而在电容耦合型等离子体反应室中，射频主要通过在射频放电表面(比如，气体喷头(showerhead)或阴极(cathode))上通过电容放电耦合到等离子体中。

图1a是电感耦合型等离子体反应室的示例，其可以用于在半导体制造中刻蚀晶片。如图所示，在等离子体反应室的顶盖部分115上方设有电感线圈105，或者在侧壁120周围设置电感线圈。为了从射频源110中耦合射频能量，顶盖部分115一般用具有高电阻率(high electrical resisitivity)的介电材料(dielectric materials)制成，此种材料可以允许射频能量有效地穿透其中并进行射频耦合。射频源110’与阴极相连接以提供偏压功率(biaspower)。反应气体通过气体喷射器(gas injector)125从等离子体反应室一侧，或绝缘顶盖125’的中心位置，或从等离子体反应室底部下方注入。图1b显示了一种典型的电容耦合型等离子体反应室，其中射频源的能量可以由射频源130加载到上电极组件145(包括上电极140和温度控制元件144)上，或者由射频源130’加载到阴极135上，或者是上电极组件和阴极上都有射频能量加载。当射频能量130加载到上电极组件145时，阴极135作为地。反之，当射频源130’加载到阴极135上时，上电极组件145作为地。通常射频源130和130’可以具有不同的射频频率；在有些情况下，射频源130’还可以具有两个或更多个射频频率。无论哪种情况，等离子体反应室的侧壁都作为地。反应气体通常是通过顶盖部分145注入，其中一气体分布盘(气体喷头)140和温度控制元件141一般用于提供反应气体。当前，大部分气体喷头都用单晶或多晶掺杂硅制成，因而会在等离子体刻蚀过程中被部分消耗或腐蚀。

现有技术中，曾有人提出使用碳化硅(Silicon Carbide，SiC)作为一种较优的替代材料来制造电感耦合型等离子体反应室的顶盖或侧壁部分，这主要归因于该种材料在电气性能、纯度和机械强度方面的特性。另外，还有人提出，在电感耦合型等离子体反应室中，介于电感线圈与反应室内部的部件(即，当电感线圈置于顶盖上方时，该部件为顶盖；当电感线圈置于反应室侧壁周围时，该部件为侧壁)应当由烧结的碳化硅(sintered SiC)及于其上涂覆(coated)的由化学气相沉积产生的碳化硅(CVD SiC)制作组成。更具体地说，有人提出烧结的碳化硅应当具有高电阻率(high resisitivity)，以便允许射频能量从电感线圈耦合至反应室内以生成等离子体。进一步地，由化学气相沉积产生的碳化硅涂层(CVD SiC coating layer)应当具有低电阻率(例如，是导电的)，以便其可以接地从而消除因阴极射频耦合引起的偏置电流。进一步的相关信息可以从美国专利5,904,778及其引用的相关专利中找到。