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CN110612593B - 远程等离子体氧化室 - Google Patents

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CN110612593B
CN110612593B CN201880029034.XA CN201880029034A CN110612593B CN 110612593 B CN110612593 B CN 110612593B CN 201880029034 A CN201880029034 A CN 201880029034A CN 110612593 B CN110612593 B CN 110612593B
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Abstract

本公开内容的实施方式一般涉及一种用于高深宽比结构的共形氧化的处理腔室。处理腔室包括位于腔室主体的第一侧中的衬里组件和位于基板支撑部中的两个泵送口，基板支撑部邻近腔室主体的与第一侧相对的第二侧。衬里组件包括分流器，以引导流体流离开设置在处理腔室的处理区域中的基板的中心。衬里组件可由石英制成，以尽量减少与处理气体(例如自由基)的相互作用。该衬里组件旨在减少自由基的流动收缩，以致自由基浓度和通量增加。可单独控制两个泵送口以调节通过处理腔室的处理区域的自由基的流动。

Description

远程等离子体氧化室
技术领域
本公开内容的实施方式一般涉及半导体装置制造，并且具体地涉及用于高深宽比结构的共形氧化的处理腔室。
背景技术
硅集成电路的生产对制造步骤提出了困难的要求，以在增加装置的数量的同时减小芯片上的最小特征尺寸。这些要求已经扩展到制造步骤，包括将不同材料的层沉积到困难的拓扑上并蚀刻这些层内的更多特征。下一代NAND闪存的制造处理涉及特别具有挑战性的装置几何形状和尺寸。NAND是一种非易失性存储技术，不需要电力来保存数据。为了在相同的物理空间内增加存储器容量，三维NAND(3D NAND)的设计已经开发完成。这样的设计典型地引入交替的氧化物层和氮化物层，所述交替的氧化物层和氮化物层被沉积在基板上，然后被蚀刻以产生具有一个或多个表面的结构，其延伸而基本上垂直于基板。一个结构可能有超过100个这样的层。这样的设计可包括深宽比为30：1或更高的高深宽比(HAR)结构。
HAR结构通常涂覆有氮化硅(SiNx)层。产生均匀厚的氧化层的这种结构的共形氧化是具有挑战性的。需要新的制造步骤来共形地沉积HAR结构上的层，而不是简单地填充间隙和沟槽。
因此，需要改进的处理腔室。
发明内容
本公开内容的实施方式一般涉及半导体装置制造，且尤其一种用于高深宽比结构的共形氧化的处理腔室。在一个实施方式中，一种用于半导体处理腔室的衬里构件，包括：第一端；第二端，该第二端相对于该第一端；和通道，该通道形成于该衬里构件的表面中且从该第一端延伸到该第二端。该通道在该第二端处比在该第一端处更宽，且在该第二端处比在该第一端处更浅。
在另一个实施方式中，一种衬里组件，包括：主体，该主体具有：第一端；第二端，该第二端相对于该第一端；和导管，该导管形成为穿过该主体并且从该第一端延伸到该第二端。该导管限定流体流动路径，且该导管在基本上垂直于该流体流动路径的第一方向上扩展并且在基本上垂直于该流体流动路径和该第一方向的第二方向上变窄。
在另一个实施方式中，一种处理系统，包括：处理腔室，包含：基板支撑部；腔室主体，该腔室主体耦接至该基板支撑部。该腔室主体包含第一侧与相对于该第一侧的第二侧。该处理腔室进一步包含衬里组件，该衬里组件设置于该第一侧中，其中该衬里组件包含分流器。该处理腔室进一步包含分布式泵送结构，该分布式泵送结构位于该基板支撑部中而与该第二侧相邻，以及远程等离子体源，该远程等离子体源由连接器而耦接至该处理腔室，其中该连接器连接至衬里组件以形成流体流动路径，该流体流动路径是从远程等离子体源到处理空间。
附图说明
因此，以详细理解本公开内容的上述特征结构所用方式，可参考实施方式得到上文所简要概述的本公开内容的更具体的描述，一些实施方式图示在附图中。然而，应当注意，附图仅图示了典型实施方式，并且因此不应视为限制本公开内容的范围，因为本公开内容可允许其他等效实施方式。
图1A是根据本文描述的实施方式的处理系统的横截面图。
图1B是根据本文描述的实施方式的处理系统的透视图。
图1C是根据本文描述的实施方式的处理系统的示意性顶视图。
图2A是根据本文描述的实施方式的腔室主体的透视图。
图2B是根据本文描述的实施方式的包括衬里组件的腔室主体的一部分的横截面透视图。
图3是根据本文描述的实施方式的图1A-1C的处理系统的一部分的横截面图。
图4A是根据本文描述的实施方式的衬里组件的下衬里的透视图。
图4B是根据本文描述的实施方式的分流器的底视图。
图4C是根据本文描述的实施方式的衬里组件的上衬里的透视图。
图5是根据本文描述的实施方式的图1A-1C的处理系统的一部分的横截面侧视图。
图6A是根据本文描述的实施方式的喷嘴的透视图。
图6B是图6A的喷嘴的横截面图。
图7是根据本文描述的实施方式的衬里的透视图。
图8是根据本文描述的实施方式的图1A-1C的处理系统的一部分的横截面侧视图。
图9A是根据本文描述的实施方式的衬里的透视图。
图9B是根据本文描述的实施方式的分流器的透视图。
图9C是根据本文描述的实施方式的固定装置的透视图。
图10是根据本文描述的实施方式的由固定装置固定在衬里中的分流器的透视图。
为了清楚起见，已尽可能使用相同附图标记指定各图所共有的相同元件。可预期的是一个实施方式中的元件和特征可有利地适于用于其他实施方式，而无需进一步赘述。
具体实施方式
本公开内容的实施方式一般涉及用于高深宽比结构的共形氧化的处理腔室。处理腔室包括位于腔室主体的第一侧中的衬里组件和位于基板支撑部中的两个泵送口，基板支撑部邻近腔室主体的与第一侧相对的第二侧。衬里组件包括分流器，以引导流体流离开设置在处理腔室的处理区域中的基板的中心。衬里组件可以由石英制造以最小化与处理气体(例如自由基)的相互作用。该衬里组件旨在减少自由基的流动收缩，以致自由基浓度和通量增加。可以单独控制两个泵送口以调节通过处理腔室的处理区域的自由基的流动。
图1A是根据本文描述的实施方式的处理系统100的横截面图。处理系统100包括处理腔室102和远程等离子体源104。处理腔室102可以是快速热处理(RTP)室。远程等离子体源104可以是任何合适的远程等离子体源，例如微波耦合等离子体源，其可以例如以约6kW的功率运行。远程等离子体源104耦接到处理腔室102以使在远程等离子体源104中形成的等离子体流向处理腔室102。远程等离子体源104经由连接器106耦接到处理腔室102。为了清楚起见，在图1A中省略了连接器106的部件，而结合图3详细描述了连接器106。在处理基板期间，在远程等离子体源104中形成的自由基流过连接器106进入处理腔室102。
远程等离子体源104包括主体108，主体108围绕管110而在其中产生等离子体。管110可以由石英或蓝宝石制造。主体108包括耦接到入口112的第一端114，并且一个或多个气体源118可耦接到入口112以用于将一种或多种气体引入远程等离子体源104。在一个实施方式中，一种或多种气体源118包括含氧气体源，并且该一种或多种气体包括含氧气体。主体108包括与第一端114相对的第二端116，并且第二端116耦接到连接器106。耦接衬里(未示出)可设置在主体108内的第二端116处。结合图3详细描述耦合衬里。功率源120(例如，RF功率源)可经由匹配网络122耦接到远程等离子体源104以向远程等离子体源104提供功率以促进形成等离子体。等离子体中的自由基通过连接器106流向处理腔室102。
处理腔室102包括腔室主体125、基板支撑部128和窗组件130。腔室主体125包括第一侧124和与第一侧124相对的第二侧126。在一些实施方式中，由上侧壁134包围的灯组件132定位在窗组件130的上方并且与其耦接。灯组件132可包括多个灯136和多个管138，并且每个灯136可设置在相应的管138。窗组件130可包括多个光管140，并且每个光管140可与相应的管138对齐，使得由多个灯136产生的热能可到达设置在处理腔室102中的基板。在一些实施方式中，可通过向流体耦接到多个光管140的排气装置144施加真空来在多个光管140中产生真空条件。窗组件130可具有形成于其中的导管143以用于使冷却流体循环通过窗组件130。
处理区域146可由腔室主体125、基板支撑部128和窗组件130界定。基板142设置在处理区域146中并且由反射器板150上方的支撑环148所支撑。支撑环148可安装在可旋转的圆柱体152上以促进基板142的旋转。圆柱体152可由磁悬浮系统(未示出)悬浮和旋转。反射器板150将能量反射到基板142的背面以促进基板142的均匀加热并且提升处理系统100的能量效率。多个光纤探针154可设置成穿过基板支撑部128和反射器板150以便于监测基板142的温度。
衬里组件156设置在腔室主体125的第一侧124中，以用于使自由基从远程等离子体源104流向处理腔室102的处理区域146。衬里组件156可由抗氧化性材料(如石英)所制造以减少与处理气体(如氧自由基)的相互作用。衬里组件156被设计成减少流向处理腔室102的自由基的流动收缩。下面详细描述衬里组件156。处理腔室102进一步包括分布式泵送结构133，分布式泵送结构133形成在与腔室主体125的第二侧126相邻的基板支撑部128中，以调节从衬里组件156到泵送口的自由基的流动。分布式泵送结构133位于腔室主体125的第二侧126附近。结合图1C详细描述分布式泵送结构133。
控制器180可耦接到处理系统100的各个部件，诸如处理腔室102和/或远程等离子体源104以控制其操作。控制器180通常包括中央处理单元(CPU)182、存储器186和用于CPU182的支持电路184。控制器180可直接控制处理系统100，或者经由与特定的支持系统部件相关联的其他计算机或控制器(未示出)来控制处理系统100。控制器180可以是任何形式的通用计算机处理器中的一种，其可在用于控制各种腔室和子处理器的工业设置中使用。存储器186或计算机可读介质可以是诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、闪存驱动器或任何其他形式的(本地或远程的)数字存储中的一个或多个随机可用存储器。支持电路184耦接到CPU182，以用于以常规方式支持处理器。支持电路184包括缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路和子系统等。处理步骤可作为软件例程188而存储在存储器186中，软件例程188可被执行或调用以将控制器180转变为专用控制器以控制处理系统100的操作。控制器180可被配置为执行本文所描述的任何方法。
图1B是根据本文描述的实施方式的处理系统100的透视图。如图1B所示，处理腔室102包括具有第一侧124和与第一侧124相对的第二侧126的腔室主体125。在腔室主体125的第二侧126中形成狭缝阀开口131，以用于允许基板142进入和离开处理腔室102。处理系统100在图1B中示出，其中为清楚起见移除了窗组件130和灯组件132。处理腔室102可由支撑件160支撑且远程等离子体源104可由支撑件162支撑。第一导管164耦接到两个泵送口中的一者(在图1B中不可见)，并且阀170可设置在第一导管164中以控制处理腔室102内的自由基的流动。第二导管166耦接到两个泵送口的另一个泵送口(图1B中不可见)，并且阀172可设置在第二导管166中以控制处理腔室102内的自由基的流动。第一导管164和第二导管166可连接到第三导管168，第三导管168可连接到真空泵(未示出)。
图1C是根据本文描述的实施方式的处理系统100的示意性顶视图。如图1C所示，处理系统100包括经由连接器106耦接到处理腔室102的远程等离子体源104。处理系统100在图1C中示出，其中为清楚起见移除了窗组件130和灯组件132。处理腔室102包括具有第一侧124和第二侧126的腔室主体125。腔室主体125可包括内部边缘195和外部边缘197。外部边缘197可包括第一侧124和第二侧126。内部边缘195可以具有与在处理腔室102中被处理的基板的形状类似的形状。在一个实施方式中，腔室主体125的内部边缘195是圆形的。外部边缘197可以是矩形的，如图1C所示，或者其他合适的形状。在一个实施方式中，腔室主体125是基本环形。衬里组件156设置在腔室主体125的第一侧124中。衬里组件156包括分流器190，以偏转来自基板142的中心的流体流。在没有分流器190的情况下，形成在基板142上的氧化物层具有不均匀的厚度，使得基板中心处的氧化物层可以比基板边缘处的氧化物层厚至多40％。通过利用分流器190，形成在基板上的氧化物层可具有5％或较少的厚度均匀性。
处理腔室102包括具有两个或更多个泵送口的分布式泵送结构133(图1A)。两个或更多个泵送口连接到一个或多个真空源并且经独立地流动控制。在一个实施方式中，如图1C所示，两个泵送口174、176形成在与腔室主体125的第二侧126相邻的基板支撑部128中。两个泵送口174、176被间隔开并且可被独立地控制。泵送口174可连接到导管164(图1B)，并且来自泵送口174的泵送可由阀170所控制。泵送口176可连接到导管166(图1B)，并且可由阀172来控制来自泵送口176的泵送。可通过单独地控制来自每个泵送口174、176的泵送来进一步改善氧化物层厚度均匀性。可由打开阀172和/或阀170增加流过处理腔室102而从第一侧124流到第二侧126的流体(例如氧自由基)。经增加的流过处理腔室102的流体可增加流体密度(例如氧自由基密度)，以致在基板142上更快的沉积。因为泵送口174和泵送口176被分开且被独立地控制，可增加或减少流过基板142的不同部分的流体，以致更快或更慢的在基板142的不同部分上的沉积，以补偿基板142的不同部分处的氧化物层的厚度不均匀性。
在一个实施方式中，两个泵送口174、176被沿着垂直于腔室主体125的第一侧124处的气体流动路径的线199而间隔开地设置。线199可与腔室主体125的第二侧126相邻，并且线199可位于基板支撑环148的外部，如图1C所示。在一些实施方式中，线199可与基板支撑环148的一部分相交。在一些实施方式中，线199不垂直于该气体流动路径，并且线199可相对于气体流动路径形成锐角或钝角。如图1C所示，泵送口174、176可相对于处理腔室102的中心轴线198对称或不对称地设置在基板支撑部128中。在一些实施方式中，在基板支撑部128中形成多于两个泵送口。
图2A是根据本文描述的实施方式的腔室主体125的透视图。如图2A所示，腔室主体125包括第一侧124、与第一侧124相对的第二侧126、在第一侧124与第二侧126之间的第三侧210，以及与第三侧210相对的第四侧212。在第一侧124中形成槽202，并且将衬里组件156(图1A)设置在槽202中。在第三侧210中形成开口208，以用于各种传感器以监测处理条件。基板隧道201形成在腔室主体125中，并且基板隧道201连接到狭缝阀开口131(图1B)。基板隧道201连接到第一气体通路203和第二气体通路205。第一气体通路203和第二气体通路205连接到分布式泵送结构133(图1C)。在一个实施方式中，第一气体通路203和第二气体通路205从基板隧道201的相对侧延伸，并且第一气体通路203和第二气体通路205沿着基本上垂直于从腔室主体125的第一侧124处到第二侧126处的气体流动路径的轴布置。在一个实施方式中，第一气体通路203和第二气体通路205中的每一个包括形成在腔室主体125中的通道和朝向基板支撑部128延伸的导管。在一个实施方式中，第一气体通路203连接到泵送口176，并且第二气体通路205连接到泵送口174。在一个实施方式中，气体通路203连接到导管166(图1B)，并且气体通路205连接到导管164(图1B)。腔室主体125具有顶表面214，并且槽204可形成于顶表面214中。槽204可用于将一种或多种气体引入处理腔室102中。一个或多个开口206可形成于用于一个或多个紧固装置(未示出)的顶表面214以将衬里组件156(图1A)固定到腔室主体125。
图2B是包括衬里组件156的腔室主体125的一部分的横截面透视图。如图2B所示，衬里组件156位于腔室主体125中，并且紧固装置220将衬里组件156通过一个或多个开口206中的一个固定至腔室主体125。在一个实施方式中，紧固装置220是螺钉。紧固装置盖222可设置在开口206中以覆盖紧固装置220。
图3是图1A-1C的处理系统100的一部分的横截面图。如图3所示，处理系统100包括连接器106，连接器106经由连接器板314连接到处理腔室102的腔室主体125的第一侧124。连接器106可包括耦接到连接器板314的第一凸缘310和耦接到远程等离子体源104(图1A)的第二凸缘312。连接器106可由诸如不锈钢的金属制成。衬里316可位于连接器106内，并且衬里316可由抗氧化材料(如石英)制成。衬里316可以是圆柱形的并且可以包括第一端318、与第一端318相对的第二端320，以及在第一端318和第二端320之间的中心部分322。在一些实施方式中，衬里316不是圆柱形的并且衬里316可以在从第一端318到第二端320的横截面积上扩展。第一端318可具有小于中心部分322的壁厚的壁厚。第一端318可具有与中心部分322的外径相同的外径，并且具有大于中心部分322的内径的内径。第二端320可具有小于中心部分322的壁厚的壁厚。第二端320可具有小于中心部分322的外径的外径且具有与中心部分322的内径相同的内径。衬里316可通过机械加工固体石英片或通过3D打印来制造。
耦合衬里302可耦接到衬里316，并且耦合衬里302可位于远程等离子体源104(图1A)内，诸如位于远程等离子体源104的出口耦合内部。耦合衬里302可以是圆柱形的。耦合衬里302可由抗氧化的材料(如石英)制成。耦合衬里302可包括第一端304、与第一端304相对的第二端306，以及在第一端304和第二端306之间的中心部分308。第一端304具有小于中心部分308的壁厚的壁厚。第一端304具有小于中心部分308的外径的外径且具有与中心部分308的内径相同的内径。第二端306具有小于中心部分308的壁厚的壁厚。第二端304具有小于中心部分308的外径的外径且具有与中心部分308的内径相同的内径。耦合衬里302的第二端306可耦接到衬里316的第一端318，并且衬里316的第一端318可围绕耦合衬里302的第二端306。耦合衬里302的第二端306可以任何合适的方式被耦接到衬里316的第一端318。在一个实施方式中，耦合衬里302的第二端306的外径可略小于衬里316的第一端318的内径，因此耦合衬里302的第二端306可牢固地配合在衬里316的第一端318中。另一个实施方式中，耦合衬里302的第二端306的内径可稍微大于衬里316的第一端318的外径，因此衬里316的第一端318可牢固地配合在耦合衬里302的第二端306中。在另一个实施方式中，耦合衬里302的第二端306的壁厚与衬里316的第一端318的壁厚相同。第一端318和第二端306中的一者包括形成在其上的突起，而第一端318和第二端306中的另一者包括形成在其中的凹部，并且当第一端318耦接到第二端306时，第一端318和第二端306中的一者上的突起位于第一端318和第二端306中的另一者中的凹部内。突起可以是形成在第一端318和第二端306中的一者上的一个或多个离散突起或连续突起，并且该凹部可以是在第一端318和第二端306中的另一者上形成的一个或多个对应的凹部或连续凹部。在另一个实施方式中，第一端318和第二端306可包括交替部分，当耦接在一起时这些交替部分会重叠。耦合衬里302可以通过机械加工固体石英片或通过3D打印来制造。
衬里组件156可以包括上衬里324和下衬里326。上衬里324和下衬里326可都由耐氧化的材料(如石英)制成。上衬里324和下衬里326中的每一者可通过机械加工固体石英片或通过3D打印来制造。下衬里326包括第一部分336和第二部分338。第一部分336可位于槽202内(图2)并且可被推而抵靠着槽202中的台阶344。在该构造中，下衬里326被防止滑入处理腔室102的处理区域146(图1A)中。上衬里324设置在下衬里326上。上衬里324包括第一部分340和第二部分342。第一部分340可位于槽202内并且可被推而抵靠着槽202中的台阶346。在该配置中，上衬里324被防止滑入处理腔室102的处理区域146。下衬里326的第一部分336包括端330，并且上衬里324的第一部分340包括端328。端330和端328可形成开口332并且可围绕衬里316的第二端320。在一个实施方式中，由端330和端328所形成的开口332具有圆形横截面，并且衬里316的第二端320是圆柱形的。衬里316的第二端320的外径可略小于由端330和端328形成的开口332，因此衬里316的第二端320可以牢固地配合在由端330和端328形成的开口332中。衬里316的第二端320可以以任何合适的方式耦接到端330和端328。在一个实施方式中，衬里316的第二端320以与耦合衬里302的第二端306耦接到衬里316的第一端318的相同的方式耦接到端330和端328。
下衬里326的第一部分336和上衬里324的第一部分340可形成从槽202中的开口332凹进的另一个开口334。在一个实施方式中，开口334具有跑道形状。开口334具有与开口332的横截面面积基本相同或更大的横截面面积。下衬里326和上衬里324共同界定流体流动路径。衬里组件156包括主体339。在一个实施方式中，主体339包括下衬里326和上衬里324。导管343经形成而穿过衬里组件156的主体339而从主体339的第一端341延伸到主体339的第二端345。导管343在基本上垂直于流体流动路径的第一方向上扩展并且沿基本垂直于流体流动路径和第一方向的第二方向变窄。在操作期间，远程等离子体源104(图1A)中形成的自由基流过耦合衬里302、衬里316，和衬里组件156的导管343而进入处理腔室102的处理区域146。因为衬里302、316和衬里组件156由耐氧化材料(如石英)制成，当衬里302、316和衬里组件156的表面接触时，自由基不会再结合。另外，由于开口334的截面积与开口332的截面积相同或比开口332的截面积大，因此自由基的流动不会收缩，从而导致处理区域146的自由基浓度和通量增大。
图4A是根据本文描述的实施方式的衬里组件156的下衬里326的透视图。如图4A所示，下衬里326包括第一端330和与第一端330相对的第二端403。在一个实施方式中，端330可以是半圆形的，如图4A所示。端330和端328(图3)可形成提供流体流动而没有突然收缩的任何形状。扩展通道405从第一端330延伸到第二端403。第二端403可延伸超过腔室主体125的第一侧124(图1A)。第二端403可包括弧形的部分420，并且部分420可以基本平行于支撑环148的一部分(图1A)。扩展通道405可以以基本上垂直于从第一端330到第二端403的流体流动路径的尺寸D扩展。扩展通道405在第二端403处比在第一端330处更宽并且在第二端403处比在第一端330处更浅。流体可以是氧自由基，并且扩展通道405进一步减少自由基的流动收缩。扩展通道405可具有弯曲的横截面。
如图4A所示，下衬里326可包括设置在第二部分338的扩展通道405中的突起402。利用突起402来固定分流器190(图1C)。图4B是根据本文描述的实施方式的分流器190的底视图。如图4B所示，分流器190包括底表面408和形成在底表面408中的凹部404。分流器190设置在下衬里326的第二部分338的扩展通道405上，并且形成在扩展通道405上的突起402配合在凹部404内以将分流器190固定在下衬里326上。分流器190可具有能够分开流体流动(诸如自由基)的任何合适的形状。在一个实施方式中，如图4B所示，分流器190具有三角形形状。在另一个实施方式中，分流器190具有椭圆形状。在另一个实施方式中，分流器190具有圆形形状。分流器190的形状基于分流器190的顶视图。分流器190可具有高度。在一个实施方式中，分流器190是圆柱体。在另一个实施方式中，分流器190是椭圆柱体。分流器190具有面对下衬里326的第一部分336的第一端410和与第一端410相对的第二端412。第一端410可具有小于第二端412的宽度的宽度。在一个实施方式中，第一端410是锐边。第一端410和第二端412可由表面414、416而结合。在一个实施方式中，表面414、416中的每一者是线性的，如图4B所示。在其他实施方式中，表面414、416中的一个或多个可以是弯曲的。
图4C是根据本文描述的实施方式的衬里组件156的上衬里324的透视图。如图4C所示，上衬里324包括第一部分340和第二部分342。第一部分340包括端328。在一个实施方式中，端328可以是半圆形的，如图4C所示。端330(图4A)和端328可形成提供流体流动而没有突然收缩的任何形状。第二部分342可包括类似于扩展通道405的扩展通道(未示出)。在一个实施方式中，上衬里324与下衬里326相同，除了上衬里324不包括突起402。当分流器190放置在下衬里326上时，分流器190可接触上衬里324，或者当分流器190放置在下衬里326上时，分流器190和上衬里324之间可形成间隙。
图5是根据本文描述的实施方式的图1A-1C的处理系统100的一部分的横截面图。如图5所示，处理系统100包括连接器106，连接器106经由连接器板314耦接到处理腔室102的腔室主体125的第一侧124。连接器106可包括耦接到连接器板314的第一凸缘310和耦接到远程等离子体源104(图1A)的第二凸缘312。衬里502可位于连接器106内。衬里502由抗氧化材料(如石英)制成。衬里502可以是圆柱形的并且可以包括第一端504、与第一端504相对的第二端506，以及第一端504和第二端506之间的中心部分508。在一些实施方式中，衬里502不是圆柱形的并且衬里502可在从第一端504到第二端506的横截面积上扩展。第一端504可具有小于中心部分508的壁厚的壁厚。第一端504可具有小于中心部分508的外径的外径以及与中心部分508的内径相同的内径。第二端506可具有小于中心部分508的壁厚的壁厚。第二端506可具有小于中心部分508的外径的外径和与中心部分508的内径相同的内径。衬里502可通过机械加工固体石英片或通过3D打印来制造。
耦合衬里510可耦接到衬里502，并且耦合衬里510可位于远程等离子体源104(图1A)内，例如位于远程等离子体源104的出口耦合内部。耦合衬里510可以是圆柱形的。耦合衬里510可由抗氧化的材料(例如石英)制成。耦合衬里510可包括第一端512、与第一端512相对的第二端514，以及在第一端512和第二端514之间的中心部分516。第一端512具有小于中心部分516的壁厚的壁厚。第一端512具有小于中心部分516的外径的外径和与中心部分516的内径相同的内径。第二端514具有小于中心部分516的壁厚的壁厚。第二端514具有小于中心部分516的外径的外径且与中心部分516的内径相同的内径。衬里510的第二端514的内径和外径可分别与衬里502的第一端504的内径和外径相同。耦合衬里510的第二端514可由外部紧固装置(未示出)耦接到衬里502的第一端504。耦合衬里510可通过机械加工固体石英片或通过3D打印来制造。
衬里组件156可包括喷嘴520和与喷嘴520接触的衬里522。喷嘴520和衬里522均由抗氧化材料(如石英)制成。喷嘴520和衬里522中的每一个可通过机械加工固体石英片或通过3D打印来制造。喷嘴520可位于腔室主体125的槽202(图2)中。喷嘴520包括耦接到衬里502的第二端506的端524。喷嘴520的端524的内径和外径可分别与衬里502的第二端506的内径和外径相同。喷嘴520可包括面对衬里502的第一开口532和与第一开口532相对的第二开口534。第一开口532具有与衬里502的第二端506的形状匹配的形状。在一个实施方式中，第二端506是圆柱形的并且第一开口532具有圆形横截面区域。第二开口534具有与形成在衬里522中的开口的形状匹配的形状。在一个实施方式中，第二开口534具有跑道形状。第二开口534具有与第一开口532的横截面面积基本相同或更大的横截面面积。第一开口532和第二开口534可由表面526、528、530加以连接。表面526、528、530可以是形成扩展通道531的连续弯曲表面。在操作期间，远程等离子体源104中形成的自由基流过衬里510、衬里502，和衬里组件156而进入处理腔室102的处理区域146。因为衬里510、502和衬里组件156是由石英制成的，所以当将衬里510、502和衬里组件156的表面加以接触时，自由基不会重新结合。此外，因为第二开口534的横截面积与第一开口532的横截面积相同或更大，自由基的流动将不受约束，从而导致处理区域146中的自由基浓度和通量增加。在一个实施方式中，衬里510、502和衬里组件156用于处理系统100中。
图6A是根据本文描述的一个实施方式的喷嘴520的透视图，并且图6B是图6A的喷嘴520的横截面图。如图6A和6B所示，喷嘴520包括第一表面602和与第一表面602相对的第二表面604。第一表面602可面对连接器106的衬里502(图5)，并且第二表面604可面对衬里522(图5)。端524可位于第一表面602上。第一开口532形成在第一表面602中，并且第一开口532可具有圆形形状，如图6A所示。第二开口534形成在第二表面604中，并且第二开口534可具有跑道形状。第二开口534可包括长于第一开口532的直径的长尺寸和小于第一开口532的直径的短尺寸。喷嘴520可包括第一端601、与第一端601相对的第二端603，以及位于第一端601与第二端603之间的部分605。当观察第一表面602时，第一端601和第二端603可各自具有矩形形状，并且部分605可具有椭圆形。部分605可具有与图6A中所示的椭圆形状不同的形状。
如图5、6A和6B所示，表面526、528、530、608将第一开口532连接到第二开口534。表面526、528、530、608有助于从第一开口532的形状转变成为第二开口534的形状，因此第二开口534的横截面面积基本上等于或大于第一开口532的横截面面积。表面526、528、530、608可以是形成扩展通道531的连续弯曲表面。在一个实施方式中，扩展通道531可以在一个维度上扩展，诸如第二开口534的跑道形状的长维度，而在另一个维度上减小，诸如第二开口534的跑道形状的短尺寸。在一些实施方式中，表面526、528、530、608可以是具有不同曲率的离散表面。
图7是根据本文描述的一个实施方式的衬里522的透视图。如图7所示，衬里522包括第一端702和与第一端702相对的第二端704。第一端702可面对连接器106和远程等离子体源104(图1A)，并且第二端704可面对处理腔室102的处理区域146(图1A)。可在第一端702中形成用于将喷嘴520设置在其中的凹部706。开口708形成在凹部706中以耦接到喷嘴520的第二开口534。开口708可具有与喷嘴520的第二开口534相同的形状。在一个实施方式中，喷嘴520的第二开口534和衬里522的开口708都具有跑道横截面形状。第二端704可延伸超过第一室壁124(图1A)。第二端704可包括部分714。在一个实施方式中，部分714是弧并且基本平行于支撑环148的一部分(图1A)。扩展通道712形成在衬里522内，并且扩展通道712可在基本上垂直于从开口708到第二端704的流体流动路径的尺寸D上扩展。扩展通道712减少了自由基的流动收缩。一个或多个开口710可形成在衬里522中而用于一个或多个紧固装置(未示出)以将衬里522固定到腔室主体125(图5)。
图8是根据本文描述的实施方式的图1A-1C的处理系统100的一部分的横截面侧视图。如图8所示，处理系统100包括经由连接器板314耦接到处理腔室102的腔室主体125的第一侧124的连接器106。连接器106包括耦接到连接器板314的第一凸缘310以及耦接到远程等离子体源104(图1A)的第二凸缘312。衬里316可位于连接器106内并且可包括第一端318和与第一端318相对的第二端320。耦合衬里302可耦接到衬里316，并且耦合衬里302可位于远程等离子体源104内(图1A)。耦合衬里302可包括牢固地配合在衬里316的第一端318中的第二端306。
衬里组件156可包括喷嘴520和与喷嘴520接触的衬里522。喷嘴520的端524可围绕衬里316的第二端320。端524形成面对衬里316的第一开口532。衬里316的第二端320的外径可略小于开口532，因此衬里316的第二端320可牢固地配合在第一开口532中。第二端320可以任何合适的方式被耦接到端524。第二开口534具有与形成在衬里522中的开口708(图7)的形状相匹配的形状。在操作期间，在远程等离子体源104中形成的自由基流过耦合衬里302、衬里316，和衬里组件156而进入处理腔室102的处理区域146。因为衬里302、316和衬里组件156是由诸如石英的抗氧化材料所制成，所以所述自由基在接触衬里302、316，和衬里组件156的表面时不会重新结合。另外，因为第二开口534的横截面积等于或大于第一开口532的横截面积，所以自由基的流动不受限制，从而导致处理区域146中的自由基的浓度和通量增加。
图9A是根据本文描述的实施方式的衬里522的透视图。如图9A所示，衬里522包括第一端702和与第一端702相对的第二端704。第一端702可面对连接器106和远程等离子体源104(图1A)，并且第二端704可面对处理腔室102的处理区域146(图1A)。衬里522进一步包括顶表面902和与顶表面902相对的底表面904。扩展通道712形成在顶表面902和底表面904之间的衬里522中。槽906可形成在底部表面904且槽906包括位于第二部分910和第三部分912之间的第一部分908，如图9A所示。槽906的第一部分908大于槽906的第二部分910和第三部分912。
图9B是根据本文描述的实施方式的分流器190的透视图。如图9B所示，分流器190具有第一端410、与第一端410相对的第二端412，以及连接第一端410和第二端412的表面414、416。凹部920可形成在第二端412中。凹部920用于由固定装置将分流器190固定在衬里522中。图9C是根据本文描述的实施方式的固定装置930的透视图。固定装置930包括第一部分932和第二部分934。第一部分932的尺寸能够配合进在衬里522的底表面904中形成的槽906的第一部分908中。第一部分932的尺寸大于槽906的第二部分910和第三部分912，因此第一部分932固定在槽906中。固定装置930的第二部分934大于第一部分932，因此第二部分934搁置在衬里522的底部表面904上，以防止固定装置930落入槽906的第一部分908。第二部分934的尺寸适合配合进分流器190的凹部920中。
图10是根据本文描述的实施方式的由固定装置930而固定在衬里522中的分流器190的透视图。如图10所示，因为第一部分932(图9C)被固定到槽906的第一部分908(图9A)，所以固定装置930的第二部分934被固定到衬里522的底表面904，其中槽906形成在衬里522的底表面904中。因为固定装置930的第二部分934配合进分流器190的凹部920中，所以分流器190固定在衬里522中。由固定装置930而防止分流器190掉落进入处理腔室102，如图10所示。衬里522中的扩展通道712具有高度H1，并且分流器190具有高度H2。高度H2可略小于高度H1，因此分流器190可紧密地配合进衬里522的扩展通道712中。在一些实施方式中，高度H2远小于高度H1，例如为H1的75％、H1的50％，或H1的25％。
尽管前述内容涉及特定实施方式，但是也可在不脱离本发明的基本范围的情况下构想其他及进一步实施方式，并且本发明的范围是由随附的权利要求书确定。

Claims (19)

1.一种用于半导体处理腔室的衬里构件，包括：
喷嘴，所述喷嘴包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述喷嘴的所述第一开口具有圆形横截面，并且所述喷嘴的所述第二开口具有宽于和浅于所述喷嘴的所述第一开口的椭圆面横截面，所述喷嘴的所述第二开口具有等于或大于所述喷嘴的所述第一开口的横截面面积的横截面面积，其中所述喷嘴的所述第一开口的整个周边和所述喷嘴的所述第二开口的整个周边由连续锥形表面直接连接；
衬里，所述衬里包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述衬里的所述第一端直接耦接到所述喷嘴的所述第二端，所述衬里的所述第二开口具有宽于所述衬里的所述第一开口的横截面的横截面，但是具有基本上相同的高度；和
通道，所述通道形成于所述衬里构件中且从所述喷嘴的所述第一端延伸到所述衬里的所述第二端，其中所述通道在所述衬里的所述第二端处宽于在所述喷嘴的所述第一端处，且在所述衬里的所述第二端处浅于在所述喷嘴的所述第一端处。
2.根据权利要求1所述的衬里构件，其中所述衬里构件包括石英。
3.根据权利要求1所述的衬里构件，进一步包括设置在所述通道中的突起。
4.根据权利要求3所述的衬里构件，进一步包括设置在所述通道中的分流器，其中所述分流器由所述突起而固定至所述衬里构件，并且其中所述分流器具有小于所述衬里的高度的高度。
5.根据权利要求4所述的衬里构件，其中所述分流器具有三角形形状。
6.一种衬里组件，包括：
连接器，所述连接器包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述连接器的所述第二开口具有等于或大于所述连接器的所述第一开口的横截面面积的横截面面积，所述连接器的所述第一端进一步包括从所述连接器的所述第一开口沿径向向外延伸的第一凸缘，并且所述连接器的所述第二端进一步包括从所述连接器的所述第二开口沿径向向外延伸的第二凸缘；
喷嘴，所述喷嘴包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述喷嘴的所述第一端直接耦接到所述连接器的所述第二端，所述喷嘴的所述第一开口具有圆形横截面，并且所述喷嘴的所述第二开口具有宽于和浅于所述喷嘴的所述第一开口的椭圆面横截面，所述喷嘴的所述第二开口具有等于或大于所述喷嘴的所述第一开口的横截面面积的横截面面积，其中所述喷嘴的所述第一开口的整个周边和所述喷嘴的所述第二开口的整个周边由连续锥形表面直接连接；
衬里，所述衬里包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述衬里的所述第一端直接耦接到所述喷嘴的所述第二端，所述衬里的所述第二开口具有宽于所述衬里的所述第一开口的横截面的横截面，但是具有基本上相同的高度；和
导管，所述导管形成为穿过所述衬里组件并且从所述连接器的所述第一端延伸到所述衬里的所述第二端，所述导管限定流体流动路径，其中所述流体流动路径在基本上垂直于所述流体流动路径的主轴的第一方向上扩展并且在基本上垂直于所述流体流动路径的所述主轴和所述第一方向的第二方向上变窄。
7.根据权利要求6所述的衬里组件，其中所述连接器的所述第一开口和所述第二开口是圆形。
8.根据权利要求6所述的衬里组件，其中所述喷嘴的所述第一开口具有大于所述连接器的所述第二开口的直径。
9.根据权利要求6所述的衬里组件，其中所述衬里的所述第一开口和所述第二开口具有椭圆面形状。
10.根据权利要求8所述的衬里组件，进一步包括设置在所述衬里中的分流器和形成在所述衬里的内表面上的突起，其中所述分流器由所述突起而固定至所述衬里。
11.根据权利要求6所述的衬里组件，其中所述连接器进一步包括设置在所述连接器中的第二衬里，所述第二衬里在所述连接器的所述第一端处的壁厚小于在所述连接器的中心部分处的壁厚。
12.一种处理系统，包括：
处理腔室，包含：
基板支撑部；
腔室主体，所述腔室主体耦接至所述基板支撑部，其中所述腔室主体包含第一侧与相对于所述第一侧的第二侧，所述腔室主体和所述基板支撑部协作地限定处理空间；
分布式泵送结构，所述分布式泵送结构位于所述基板支撑部中而与所述第二侧相邻；和
衬里组件，所述衬里组件设置于所述第一侧中，其中所述衬里组件包含：
喷嘴，所述喷嘴包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述喷嘴的所述第一开口具有圆形横截面，并且所述喷嘴的所述第二开口具有宽于和浅于所述喷嘴的所述第一开口的椭圆面横截面，所述喷嘴的所述第二开口具有等于或大于所述喷嘴的所述第一开口的横截面面积的横截面面积，其中所述喷嘴的所述第一开口的整个周边和所述喷嘴的所述第二开口的整个周边由连续锥形表面直接连接；和
衬里，所述衬里包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述衬里的所述第一端直接耦接到所述喷嘴的所述第二端，所述衬里的所述第二开口具有宽于所述衬里的所述第一开口的横截面的横截面，但是具有基本上相同的高度；和
远程等离子体源，所述远程等离子体源由连接器而耦接至所述处理腔室，所述连接器包括具有第一开口的第一端和相对于所述第一端的具有第二开口的第二端，所述连接器的所述第二开口具有等于或大于所述连接器的所述第一开口的横截面面积的横截面面积，其中所述连接器的所述第二端连接至所述衬里组件的所述喷嘴的所述第一端以形成流体流动路径，所述流体流动路径是从所述远程等离子体源到所述处理空间，其中所述流体流动路径在基本上垂直于所述流体流动路径的主轴的第一方向上扩展并且在基本上垂直于所述流体流动路径的所述主轴和所述第一方向的第二方向上变窄。
13.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述分布式泵送结构包含两个泵送口。
14.根据权利要求13所述的处理系统，其中所述两个泵送口沿着垂直于气体流动路径的线间隔开，并且所述两个泵送口被以相对于所述处理腔室的中心轴线对称地设置。
15.根据权利要求13所述的处理系统，进一步包括两个阀，每个阀连接到两个泵送口中的对应泵送口。
16.根据权利要求12所述的处理系统，其中分流器设置在所述衬里中，所述分流器具有小于所述衬里的高度的高度。
17.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述连接器包括石英。
18.根据权利要求12所述的处理系统，其中所述连接器进一步包括设置在所述连接器中的第二衬里，所述第二衬里在所述连接器的所述第二端处具有与所述喷嘴的所述第一开口的形状匹配的形状。
19.根据权利要求18所述的处理系统，其中所述第二衬里在所述连接器的所述第一端处的壁厚小于在所述连接器的中心部分处的壁厚。
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