一种用于等离子反应室的层叠型组件及其制造方法

摘要

本发明提供了一种用于等离子体反应室的层叠型组件的制造方法，其中，包括如下步骤：提供一个具有至少一个接合面的第一部分；提供一个具有至少一个和所述第一部分的所述接合面配合的接合面的第二部分；在所述第一部分的接合面上施加一层硬性结合层；软化所述结合层；形成包括所述第一部分和所述第二部分的层叠型组件，使得所述结合层结合所述第一部分和所述第二部分的各接合面。本发明还提供了依上述制造方法制造的层叠型组件，以及包括该层叠型组件的等离子体反应室。本发明提供的层叠型组件稳定性更好，可靠性强。

权利要求

1.一种制造用于等离子体反应室的层叠型组件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：提供一个具有至少一个接合面的第一部分；所述第一部分是由碳化硅或硅材料制成；

提供一个第二部分具有至少一个和所述第一部分的所述接合面配合的接合面，所述第二部分是由铝合金制成；

在所述第一部分的接合面上采用PVD、CVD或者蒸发电镀工艺施加一层金属结合层；

第二部分的结合面紧贴所述金属结合层；

加温软化所述金属结合层；

冷却所述层叠型组件，形成包括所述第一部分和所述第二部分的层叠型组件，使得所述结合层结合所述第一部分和所述第二部分的各接合面；

所述金属结合层材料的熔点小于等于所述第一部分和第二部分的材料的熔点，所述金属结合层厚度大于0.1mm小于2mm。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述结合层是金属铝。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述金属结合层熔点温度下软化所述结合层。

4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述软化所述结合层的方法包括真空黏合、真空焊接、高温锻接。

5.根据权利要求1至4任一项所述的制造方法，其特征在于，所述层叠型组件包括气体喷淋头，其中，所述第一部分包括用于充当所述等离子反应室的上电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和电极连接的后板。

6.根据权利要求1至4任一项所述的制造方法，其特征在于，所述层叠型组件包括上部接地环，其中，所述第一部分包括充当上部接地电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和接地连接的后板。

7.一种用于等离子体反应室的层叠型组件，其特征在于，所述层叠型组件按照权利要求1至4任一项所述的制造方法制成。

8.根据权利要求7所述的层叠型组件，其特征在于，所述层叠型组件包括气体喷淋头，其中，所述第一部分包括用于充当所述等离子反应室的上电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和电极连接的后板。

9.根据权利要求7所述的层叠型组件，其特征在于，所述层叠型组件包括上部接地环，其中，所述第一部分包括充当上部接地电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和接地连接的后板。

说明书

一种用于等离子反应室的层叠型组件及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种用于等离子反应室的层叠型组件及其制造方法。

背景技术

[0002] 等离子子反应室具有许多层叠型组件，层叠型组件需要将至少两个部分按照各种方式层叠在一起。

[0003] 本发明就是为了寻求一种高效低耗，而又不影响层叠型组件机能的制造方法。

发明内容

[0004] 针对背景技术中的上述问题，本发明提出了一种用于等离子反应室的层叠型组件及其制造方法。

[0005] 本发明第一方面提供了一种制造用于等离子体反应室的层叠型组件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：提供一个具有至少一个接合面的第一部分；提供一个具有至少一个和所述第一部分的所述接合面配合的接合面的第二部分；在所述第一部分的接合面上施加一层硬性结合层；软化所述结合层；形成包括所述第一部分和所述第二部分的层叠型组件，使得所述结合层结合所述第一部分和所述第二部分的各接合面。

[0006] 进一步地，所述硬性结合层由金属制成。

[0007] 进一步地，所述硬性结合层是金属铝制成。

[0008] 可选地，在所述第一部分的接合面上采用PVD、CVD或者蒸发电镀工艺淀积所述结合层。

[0009] 进一步地，在结合层金属熔点温度下软化所述结合层。其中第二部分是铝合金材料，其熔点高于结合层的纯铝材料。

[0010] 可选地，所述软化所述结合层的方法包括真空黏合、真空焊接。

[0011] 进一步地，所述制造方法还包括如下步骤：向所述第二部分施加一个力，使得其接合面紧密结合于位于所述第一部分上的结合层。

[0012] 进一步地，所述层叠型组件包括气体喷淋头，其中，所述第一部分包括用于充当所述等离子反应室的上电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和电极连接的后板。

[0013] 进一步地，所述层叠型组件包括上部接地环，其中，所述第一部分包括充当上部接地电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和接地连接的后板。

[0014] 本发明第二方面提供了一种用于等离子体反应室的层叠型组件，其中，所述层叠型组件按照本发明第一方面所述的制造方法制成。

[0015] 进一步地，所述层叠型组件包括气体喷淋头，其中，所述第一部分包括用于充当所述等离子反应室的上电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和电极连接的后板。

[0016] 进一步地，所述层叠型组件包括上部接地环，其中，所述第一部分包括充当上部接地电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和接地连接的后板。

[0017] 本发明第三方面提供了一种等离子体反应室，其中，所述等离子体反应室包括本发明第二方面提供的层叠型组件。

[0018] 进一步地，所述层叠型组件包括气体喷淋头，其中，所述第一部分包括用于充当所述等离子反应室的上电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和电极连接的后板。

[0019] 进一步地，所述层叠型组件包括上部接地环，其中，所述第一部分包括充当上部接地电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和接地连接的后板。

[0020] 由于本发明采用硬性结合层结合层叠型组件的第一部分和第二部分，使得所述层叠型组件不易形变，结合层不易在制程过程中出现物理或化学变化，使得制成的层叠型组件更加稳定、可靠性强。

附图说明

[0021] 图1是等离子体处理装置的结构示意图；

[0022] 图2是等离子体处理装置的气体喷淋头和上部接地环的结构示意图；

[0023] 图3是本发明的第一具体实施例的用于等离子体处理装置的层叠型组件制造方法的步骤流程图；

[0024] 图4a～4c是本发明的第一具体实施例的用于等离子体处理装置的层叠型组件制造方法示意图；

[0025] 图5是本发明的第二具体实施例的用于等离子体处理装置的层叠型组件制造方法的步骤流程图；

[0026] 图6是本发明的第二具体实施例的用于等离子体处理装置的层叠型组件的结构示意图。

具体实施方式

[0027] 以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

[0028] 图1是等离子体处理装置的结构示意图。等离子体反应室包括一腔室，其中，设置了一制程区。处理气体和其他辅助气体从腔室顶部进入，射频能量连接于下电极，并提供能量在制程区激发并产生等离子，使得其与其中的基片进行各种物理或化学反应，从而完成预定的制程。其中，还设置了一个真空泵，用于将制程冗余的杂质气体等抽出腔室以外。其中，所述等离子体反应室还包括一位于所述顶部的气体喷淋头1和位于所述气体喷淋头(showerhead)1外围的上部接地环(upper ground ring)2。

[0029] 图2示出了等离子体处理装置的气体喷淋头和上部接地环的结构示意图。如图2所示，气体喷淋头1是具有一定厚度的圆盘形组件，其中设置有若干个通孔11，用于向反应室内输入和喷射反应气体。所述通孔11由已经制备成的导电基体经超声波钻孔形成，其可以为直线性的孔径均匀的通孔，其也可以为非均匀孔径的通孔，比如，通孔11具有孔径较大的上端部以及孔径较小的下端部。应当理解，所述通孔11也可以被制造成其它各种非均匀孔径形状：例如上大下小的锥形通孔，或者是上小下大的倒锥形通孔，也可以是上下孔径一样而中间有一段较小孔径的通孔，还可以是上下孔径一样或不一样的非直线性(弯曲)的通孔等等。如图2所示，结合图1，气体喷淋头1周围还设置有一上部接地环2，其用于对气体喷淋头1起支撑作用或用于加大气体喷淋头横向面积以改善等离子体蚀刻的均匀性。气体喷淋头1除了向反应腔体通入气体外，还被用作为电极以及射频通道。

[0030] 图3示出了根据本发明的第一具体实施例的用于等离子体处理装置的层叠型组件制造方法的步骤流程图，图4示出了根据本发明的第一具体实施例的用于等离子体处理装置的层叠型组件制造方法示意图。下面以气体喷淋头为例，结合附图3和附图4，对本发明进行说明。本领域技术人员应当理解，气体喷淋头至少包括圆盘形的具有一定厚度的两部分层叠而成，即前板和后板。其中，所述前板典型地是由硅或者碳化硅制成的，用于充当等离子体处理装置的上电极；所述后板典型地是由铝合金制成的，用于充当安装板和电极连接板。

[0031] 本发明第一方面提供了一种制造用于等离子反应室的层叠型组件的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：

[0032] 首先，执行步骤S11，参见图4a，提供一个具有至少一个第一接合面14a的前板14，其典型地由硅或者碳化硅制成的，用于充当等离子体处理装置的上电极；

[0033] 并且，执行步骤S12，提供一个具有至少一个和所述前板14的所述第一接合面14a配合的第二接合面12a的后板12。所述后板12用于充当安装板和电极连接板。

[0034] 需要说明的是，虽然在本实施例中示例性地按照先执行步骤S11再执行S12，可是应当理解，执行步骤S11和S12并没有具体的顺序关系，也可以先执行步骤S12再执行步骤S11，也可以同时执行步骤S11和步骤S12，两者之间并没有必然的先后顺序。同时，由于前板和后板的制造方法及其结构在现有技术中已有成熟的技术支持，为简明起见，在此不在赘述。

[0035] 然后，执行步骤S13，参见图4b，在前板14的第一接合面14a上施加一层硬性结合层13。典型地，可以PVD、CVD或者蒸发电镀工艺淀积所述结合层13于所述前板14的第一结合面
14a。

[0036] 进一步地，所述结合层13由金属制成。典型地，所述结合层13是金属铝制成。

[0037] 接着，执行步骤S14，并且软化所述结合层13。在本实施例中，由于金属铝具有熔点低，质地软的特性，在制程中只要采用相对低的温度就能达到软化的效果。

[0038] 进一步地，软化所述结合层所需的温度范围为660度左右。

[0039] 可选地，所述软化所述结合层13的方法选自真空黏合、真空焊接。

[0040] 其中，所述结合层13的厚度取值范围为0.1mm～2mm。

[0041] 接着，执行步骤S15，参见图4c，形成包括所述前板14和后板12的气体喷淋头1，使得所述结合层13结合所述前板14和后板12的各接合面。具体地，由于结合层13已经得到软化，其质地变软并能够容易产生形变，可选地，可向所述后板12施加一个向下的力，使得其第二接合面12a紧密结合于位于所述前板14上的结合层13。

[0042] 最后，执行步骤S16，将由上述步骤所得的组件冷却至室温，再在其上经超声波钻孔形成依次穿过所述前板14、结合层13和所述后板12的若干个通孔11，即得到了包括前板14和后板12，并通过结合层13结合所述前板14和后板12的气体喷淋头1。

[0043] 根据本发明的一个变化例，参照图5和图6，再结合图1和图2，本制造方法还可以应用于位于气体喷淋头1外围的上部绝缘环2，其制造方法和气体喷淋头1的制造方法类似，其中，包括如下步骤：

[0044] 首先，执行步骤S21，提供一个具有至少一个第一接合面24a的前板24，其典型地由硅或者碳化硅制成的，其可以为整片的，也可以由若干个硅或碳化硅组成的一个圆环。所述前板24用于充当等离子体处理装置的上部接地电极。

[0045] 并且，执行步骤S22，提供一个具有至少一个和所述前板24的所述第一接合面24a配合的第二接合面22a的后板22。所述后板22是由铝合金制成的，用于充当连接板和接地连接板。制成后板22的铝合金选用熔点高于纯铝的材料，使其熔点高于铝如680度等，所以在两者结合时只有加热到铝熔化温度再将两者紧压就可实现贴合。

[0046] 需要说明的是，虽然在本实施例中示例性地按照先执行步骤S21再执行S22，可是应当理解，执行步骤S21和S22并没有具体的顺序关系，也可以先执行步骤S22再执行步骤S21，也可以同时执行步骤S21和步骤S22，两者之间并没有必然的先后顺序。同时，由于前板和后板的制造方法及其结构在现有技术中已有成熟的技术支持，为简明起见，在此不在赘述。

[0047] 然后，执行步骤S23，在前板24的第一接合面24a上施加一层硬性结合层23。典型地，可以PVD、CVD或者蒸发电镀工艺淀积所述结合层13于所述前板24的第一结合面24a。

[0048] 进一步地，所述结合层23由金属制成。典型地，所述结合层23是金属铝制成。

[0049] 接着，执行步骤S24，并且软化所述结合层23。在本实施例中，由于金属铝具有熔点低，质地软的特性，在制程中只要采用高温就能达到软化的效果。

[0050] 进一步地，软化所述结合层所需的金属铝的熔点为。

[0051] 可选地，所述软化所述结合层23的方法选自真空黏合、真空焊接。

[0052] 接着，执行步骤S25，参见图6，形成包括所述前板24和后板22的上部接地环2，使得所述结合层23结合所述前板24和后板22的各接合面。具体地，由于结合层23已经得到软化，其质地变软并能够容易产生形变，可选地，可向所述后板22施加一个向下的力，使得其第二接合面22a紧密结合于位于所述前板24上的结合层23。

[0053] 最后，冷却至室温，即得到了上部接地环2。

[0054] 本发明第二方面还提供了一种用于等离子体反应室的层叠型组件，其中，所述层叠型组件按照前述的制造方法制成。

[0055] 典型地所述层叠型组件为一气体喷淋头或一上部接地环。

[0056] 进一步地，所述层叠型组件包括气体喷淋头，其中，所述第一部分包括用于充当所述等离子反应室的上电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和电极连接的后板。

[0057] 进一步地，所述层叠型组件包括上部接地环，其中，所述第一部分包括充当上部接地电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和接地连接的后板。

[0058] 本发明第三方面还提供了一种等离子体反应室，其中，所述等离子体反应室包括前述的层叠型组件。

[0059] 进一步地，所述层叠型组件包括气体喷淋头，其中，所述第一部分包括用于充当所述等离子反应室的上电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和电极连接的后板。

[0060] 进一步地，所述层叠型组件包括上部接地环，其中，所述第一部分包括充当上部接地电极的前板，所述第二部分包括用于充当安装板和接地连接的后板。其中背板是是由合金材料制成的厚度大于4mm，铝金属结合层厚度小于2mm，第一部件由耐等离子腐蚀的半导体材料制成。其中本发明典型的可以用在上电极也就是气体喷淋头上时还需要进一步在叠成材料上钻取大量气孔。这些气孔作为等离子处理时反应气体分布进入反应腔的扩散通道，为了防止中间结合层的铝被反应气体腐蚀，可以选择在该叠成组件完成并打完孔后再对形成的小孔侧壁进行防护处理。防护处理可以是在铝表面形成阳极化保护层等。

[0061] 由于本发明采用硬性结合层结合层叠型组件的第一部分和第二部分，使得所述层叠型组件不易形变，结合层不易在制程过程中出现物理或化学变化，使得制成的层叠型组件更加稳定、可靠性强。以采用本发明机制制造的气体喷淋头为例，如果采用弹性材料作为结合层结合其前板和后板。由于弹性材料的延展性强，容易在制程过程中(例如刻蚀、沉积)受到气体等物质的腐蚀。并且，由于制程工艺中需要在一定温度下进行，这也会对弹性材料结合层的性质产生一定影响。由此，甚至导致某些颗粒从弹性材料脱落，游离于在等离子体反应室的制程空间，如果颗粒掉落到制程中的基片上将对基片造成不可逆转的破坏。而本发明提供的气体喷淋头使用寿命长，性能稳定，更加可靠，并且功耗更低。

[0062] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。