[发明专利]用于沉积或处理碳化合物的微波反应器

说明书

一种用于处理工件的等离子体反应器，包括腔室，具有介电窗；工件支撑件，用以在腔室中保持工件；旋转耦合器，包含配置成耦合至微波源的固定台及具有旋转轴的可旋转台；微波天线，并覆盖腔室的介电窗；旋转致动器，用以旋转微波天线；和处理气体分配器，包括环绕工件支撑件的气体分配环。微波天线包括耦合至可旋转台的至少一个导管。气体分配环包括将圆形导管从腔室分开的圆柱形腔室衬垫，及径向延伸穿过衬垫的多个孔，以将导管连接至腔室。

技术领域

本公开内容涉及一种用于处理工件的腔室或反应器，例如使用微波功率的半导体晶片。

背景技术

例如处理诸如半导体晶片的工件可使用电磁能量的形式执行，例如RF功率或微波功率。功率例如可用以产生等离子体，用于执行基于等离子体的处理，例如等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或等离子体增强反应离子蚀刻(PERIE)。

两个基于碳的薄膜，即金刚石和石墨烯，具有适合用于许多应用的机械和电子特性。

金刚石薄膜可具有极高硬度、高导热性、良好的透光性和高电阻率。这些特性在诸如光学涂布的应用中为实用的。此外，归因于与由传统PECVD沉积的其他非晶碳薄膜相比而具有优越的蚀刻选择性，金刚石薄膜也可用以作为半导体工业中的硬掩模材料。归因于高的sp3碳百分比，金刚石的蚀刻选择性可比其他非晶碳薄膜高出二或三倍。此高蚀刻选择性适合用于高深宽比蚀刻，以便在高离子能量轰击蚀刻期间维持良好的图案完整性。这可能变得更为重要，因为下一代装置的特征尺寸不断缩小。

以六角晶格布置的碳原子的单原子层的单层石墨烯具有异体特性和广泛的潜在应用范围。石墨烯的高比表面积表示石墨烯比其他含碳材料可能更能够存储更多能量。此外，在石墨烯片中以～2-2.5×10⁵cm²/vs的本征迁移率高速行进的离域电子帮助高效率地传输电流。归因于其薄的厚度和高电子迁移率，石墨烯可用以在下一代半导体装置中取代传统金属阻挡层，因为金属线的电阻随着其持续缩小的厚度及尺寸而增高。石墨烯也表现高的光学透明性，而可在柔性电子产品中使用，例如在智能型手表应用中。已使用化学气相沉积(CVD)来生长金刚石和石墨烯薄膜两者。

发明内容

在一个方面中，一种用于处理工件的等离子体反应器，包括腔室，具有介电窗；工件支撑件，用以在腔室中保持工件；旋转耦合器，包括配置成耦合至微波源的固定台和具有旋转轴的可旋转台；微波天线，覆盖腔室的介电窗；旋转致动器，用以旋转微波天线；和处理气体分配器，包括环绕工件支撑件的气体分配环。微波天线包括耦合至可旋转台的至少一个导管。气体分配环包括将圆形导管从腔室分开的圆柱形腔室衬垫，和径向延伸穿过衬垫的多个孔，以将导管连接至腔室。

在另一方面中，一种用于处理工件的等离子体反应器，包括腔室，具有介电窗；工件支撑件，用以在腔室中保持工件；旋转耦合器，包括配置成耦合至微波源的固定台和具有旋转轴的可旋转台；微波天线，覆盖腔室的介电窗；旋转致动器，用以旋转微波天线；第一气体供应器，用以提供烃类气体；第二气体供应器，用以提供惰性气体；气体分配器，用以将烃类气体和惰性气体传送至腔室；真空泵，耦合至腔室以排空腔室；和控制器，配置成操作微波源、气体分配器和真空泵，以在工件上沉积碳同素异形体。

高质量的石墨烯薄膜通常通过高温化学气相沉积(CVD)以金属催化剂合成。然而，生长温度为800-1100℃，而比多数半导体装置的热预算高出许多。再者，需要从金属基板至目标基板的转变处理，以便将石墨烯并入电子装置中。在本公开内容中，微波表面波等离子体提供高密度的活性自由基，而促进在更低的温度下(例如，低于800℃)的石墨烯成核和生长，无须使用金属催化剂。在较低温度下任意基板上的直接生长可对各种应用而言为非常有利的。