Auxilary gas injection systems for semiconductor porcessing chambers, and related liners and methods

Abstract

The present disclosure relates to improved components and related methods for reducing unwanted contamination and deposition in an exhaust outlet of a semiconductor processing chamber. In one or more embodiments, a substrate processing chamber, includes a chamber body at least partially defining an internal volume. A substrate support is disposed in the internal volume. The processing chamber further includes a gas inlet opening at a first side of the chamber body and a gas exhaust opening at a second side of the chamber body opposite to the gas inlet opening. The processing chamber further includes an auxiliary gas inject system including an auxiliary gas inlet opening disposed at the second side of the chamber body. A flow controller is fluidly coupled to the auxiliary gas inlet opening. The flow controller is configured to flow a cleaning gas into the internal volume via the auxiliary gas inlet opening.

Description

AUXILARY GAS INJECTION SYSTEMS FOR SEMICONDUCTOR PORCESSING CHAMBERS, AND RELATED LINERS AND METHODSBACKGROUNDField

[0001] The present disclosure relates to improved components and related methods for reducing unwanted contamination and deposition in an exhaust outlet of a semiconductor processing chamber.

[0002] Description of the Related Art

[0003] Semiconductor substrates are processed for a wide variety of applications, including the fabrication of integrated devices and microdevices. One method of processing substrates includes depositing a material, such as a semiconductor material or a conductive material, on an upper surface of the substrate. For example, epitaxy is one deposition process that deposit films of various materials on a surface of a substrate in a processing chamber. During processing, various parameters can affect the uniformity of material deposited on the substrate.

[0004] However, operations (such as epitaxial deposition operations) can involve corrosion, deposition, and / or contamination on chamber components. For example, processing gases can condensate and deposit contaminates within and around the exhaust outlets within the processing chamber unevenly relative to other chamber surfaces. Cleaning gases can help prevent this contamination, however, cleaning gases can affect the quality of the substrates.

[0005] Therefore, a need exists for improved apparatuses and methods cleaning the exhaust outlets without affecting substrate quality.SUMMARY

[0006] The present disclosure relates to improved components and related methods for reducing unwanted contamination and deposition in an exhaust outlet of a semiconductor processing chamber.

[0007] In one or more embodiments, a substrate processing chamber, includes a chamber body at least partially defining an internal volume. A substrate support is disposed in the internal volume. The processing chamber further includes a gas inlet opening at a first side of the chamber body and a gas exhaust opening at a second side of the chamber body opposite to the gas inlet opening. The processing chamber further includes an auxiliary gas inject system including an auxiliary gas inlet opening disposed at the second side of the chamber body. A flow controller is fluidly coupled to the auxiliary gas inlet opening. The flow controller is configured to flow a cleaning gas into the internal volume via the auxiliary gas inlet opening.

[0008] In one or more embodiments, a substrate processing chamber includes a chamber body at least partially defining an internal volume. A substrate support is disposed in the internal volume. The processing chamber further includes a gas inlet opening at a first side of the chamber body and a gas exhaust opening at a second side of the chamber body and opposite to the gas inlet opening. A plurality of auxiliary gas inlet openings extend through the second side of chamber body. The plurality of auxiliary gas inlet openings include a first auxiliary inlet and a second auxiliary inlet.

[0009] In one or more embodiments, a method of substrate processing includes positioning a substrate on a substrate support in an internal volume of a processing chamber and flowing a deposition gas into the internal volume of the processing chamber through one or more gas inlet openings at a first side of the processing chamber. The method further includes flowing an auxiliary cleaning gas into the internal volume of the processing chamber through one or more auxiliary gas inlet openings at a second side of the processing chamber. The method further includes exhausting the deposition gas through one or more gas exhaust openings on the second side of the processing chamber and exhausting the auxiliary cleaning gas through the one or more gas exhaust openings.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0010] So that the manner in which the above recited features of the present disclosure can be understood in detail, a more particular description of the  disclosure, briefly summarized above, may be had by reference to embodiments, some of which are illustrated in the appended drawings. It is to be noted, however, that the appended drawings illustrate only exemplary embodiments and are therefore not to be considered limiting of its scope, may admit to other equally effective embodiments.

[0011] Figure 1 is a schematic side cross-sectional view of a processing chamber, according to one or more embodiments.

[0012] Figures 2A and 2B are a schematic partial top cross-sectional views of processing chambers, according to one or more embodiments.

[0013] Figure 3 is a schematic isometric view of a chamber kit applicable for semiconductor manufacturing, according to one or more embodiments.

[0014] Figure 4A is a schematic isometric view of the upper liner, according to one or more embodiments.

[0015] Figure 4B is a schematic bottom view of the upper liner, according to one or more embodiments.

[0016] Figure 5A is a schematic isometric view of a middle liner, according to one or more embodiments.

[0017] Figure 5B is a schematic bottom view of the middle liner, according to one or more embodiments.

[0018] Figure 6A is a schematic isometric view of a lower liner, according to one or more embodiments.

[0019] Figure 6B is a schematic bottom view of the lower liner, according to one or more embodiments.

[0020] Figure 7 is a schematic block diagram view of a method of substrate processing for semiconductor manufacturing, according to one or more embodiments.

[0021] To facilitate understanding, identical reference numerals have been used, where possible, to designate identical elements that are common to the figures. It is contemplated that elements and features of one embodiment may be beneficially incorporated in other embodiments without further recitation.DETAILED DESCRIPTION

[0022] The present disclosure relates to improved components and related methods for reducing unwanted contamination and deposition in an exhaust outlet of a semiconductor processing chamber.

[0023] Figure 1 is a schematic side cross-sectional view of a processing chamber 100, according to one or more embodiments. The processing chamber 100 is a deposition chamber. In one or more embodiments, the processing chamber 100 is an epitaxial deposition chamber. The processing chamber 100 is utilized to grow an epitaxial film on a substrate 102. The processing chamber 100 creates a flow of precursors across a top surface 150 of the substrate 102. The processing chamber 100 is shown in a processing condition in Figure 1.

[0024] The processing chamber 100 includes an upper body 156, a lower body 148 disposed below the upper body 156, an upper flow module 113, and a lower flow module 112 disposed between the upper body 156 and the lower body 148. The upper body 156, the upper flow module 113, the lower flow module 112, and the lower body 148 form a chamber body. Disposed within the chamber body is a substrate support 106, an upper window 108 (such as an upper dome) , a lower window 110 (such as a lower dome) , and one or more heat sources 141, 143. The one or more heat sources 141, 143 include a plurality of upper heat sources 141 and a plurality of lower heat sources 143. In one or more embodiments, the upper heat sources 141 include upper lamps and the lower heat sources 143 include lower lamps. In one or more embodiments, the lamps include halogen lamps. In one or more embodiments, the lamps are operable to emit infrared light and / or ultraviolet light. The present disclosure contemplates that other heat sources may be used (in addition to or in place of the lamps) for the various heat sources described herein. For  example, resistive heaters, light emitting diodes (LEDs) , and / or lasers may be used for the various heat sources described herein.

[0025] The substrate support 106 is disposed between the upper window 108 and the lower window 110. The substrate support 106 supports the substrate 102. In one or more embodiments, the substrate support 106 includes a susceptor. Other substrate supports (including, for example, a substrate carrier and / or one or more ring segment (s) that support one or more outer regions of the substrate 102) are contemplated by the present disclosure. The plurality of upper heat sources 141 are disposed between the upper window and a lid 154. The plurality of upper heat sources 141 form a portion of the upper heat source module 155.

[0026] The plurality of lower heat sources 143 are disposed between the lower window 110 and a floor 152. The plurality of lower heat sources 143 form a portion of a lower heat source module 145. The upper window 108 is an upper dome and / or is formed of an energy transmissive material, such as quartz. The lower window 110 is a lower dome and / or is formed of an energy transmissive material, such as quartz.

[0027] A processing volume 136 and a purge volume 138 are formed between the upper window 108 and the lower window 110. The processing volume 136 and the purge volume 138 are part of an internal volume defined at least partially by the upper window 108, the lower window 110, and one or more liners 163, 115, 117. In one or more embodiments, the chamber body includes three liners 163, 115, 117. In one or more embodiments, the one or more liners include an upper liner 163, a middle liner 115, and a lower liner 117. The one or more liners 163, 115, 117 are disposed inwardly of the lower flow module 112 and the upper flow module 113. The one or more liner 163, 115, 117 at least partially surround the substrate support 106. The one or more liners 163, 115, 117 are concentric around a central longitudinal axis A1.

[0028] The internal volume has the substrate support 106 disposed therein. The substrate support 106 includes a top surface on which the substrate 102 is disposed. The substrate support 106 is attached to a shaft 118. In one or more  embodiments, the substrate support 106 is connected to the shaft 118 through one or more arms 119 connected to the shaft 118. The shaft 118 is connected to a motion assembly 121. The motion assembly 121 includes one or more actuators and / or adjustment devices that provide movement and / or adjustment for the shaft 118 and / or the substrate support 106 within the processing volume 136.

[0029] The substrate support 106 may include lift pin holes 107 disposed therein. The lift pin holes 107 are each sized to accommodate a lift pin 132 for lifting of the substrate 102 from the substrate support 106 before or after a deposition process is performed. The lift pins 132 may rest on lift pin stops 134 when the substrate support 106 is lowered from a process position to a transfer position. The lift pin stops 134 can include a plurality of arms 139 that attach to a shaft 135.

[0030] The upper flow module 113 and the lower flow module 112 include one or more inlet openings 114 (e.g., a plurality of gas inlet openings) , one or more purge inlet openings 164 (e.g., a plurality of purge gas inlet openings) , and one or more exhaust openings 116 (e.g., one or more gas exhaust openings) . The one or more inlet openings 114 and the one or more purge inlet openings 164 are disposed on the opposite side of the central longitudinal axis A1 of the one or more exhaust openings 116. In one or more embodiments, the upper flow module 113 and / or the lower flow module 112 include one or more metallic bodies. The one or more metallic bodies can include, for example, stainless steel and / or aluminum. Other materials are contemplated. In one or more embodiments the upper flow module 113 and lower flow module 112 abut respectively against outer faces of the liners 163, 115, 117. A pre-heat ring 123 is disposed below the one or more inlet openings 114 and the one or more exhaust openings 116. The pre-heat ring 123 includes a complete ring or one or more ring segments. The pre-heat ring 123 is disposed on top of the middle liner 115, above the one or more purge inlet openings 164. The one or more liners 163, 115, 117 are disposed on an inner surface of the flow module 112 and protects the flow module 112 from reactive gases used during a deposition process and / or cleaning process.

[0031] The one or more inlet openings 114 and the purge inlet openings 164 are each positioned to flow a respective one or more process gases P1 and one or more purge gases P2 parallel to the top surface 150 of a substrate 102 disposed within the processing volume 136. The one or more inlet openings 114 are fluidly connected to one or more process gas sources 151 and one or more cleaning gas sources 153. The purge inlet openings 164 are fluidly connected to one or more purge gas sources 162. The one or more exhaust openings 116 are fluidly connected to the one or more exhaust pumps 157 with an exhaust housing 109. The exhaust pump 157 can assist in the controlled deposition of a layer on the substrate 102. During a deposition process, the one or more process gases P1 supplied using the one or more process gas sources 151 can include one or more reactive gases (such as one or more of silicon (Si) , phosphorus (P) , and / or germanium (Ge) ) and / or one or more carrier gases (such as one or more of nitrogen (N2) and / or hydrogen (H2) ) . The one or more process gases P1 include one or more deposition gases. The one or more purge gases P2 supplied using the one or more purge gas sources 162 can include one or more inert gases (such as one or more of argon (Ar) , helium (He) , and / or nitrogen (N2) ) . During a cleaning process, one or more cleaning gases supplied using the one or more cleaning gas sources 153 can include one or more of hydrogen (H) , chlorine (Cl) , hydrogen chloride (HCl) , and / or hydrogen bromide (HBr) , or a mixture thereof. In one or more embodiments, the one or more process gases P1 include silicon phosphide (SiP) and / or phosphine (PH3) , and the one or more cleaning gases include hydrochloric acid (HCl) .

[0032] The process chamber 100 includes an auxiliary inject system 160 (e.g., an auxiliary gas inject system) . The auxiliary inject system 160 includes one or more flow controllers 159 and one or more auxiliary inlet openings 158 (e.g., one or more auxiliary gas inlet openings) . The flow controller (s) 159 can include, for example, an inline gas valve and / or a mass flow controller. Other flow controller (s) are contemplated. The flow controllers 159 are coupled to the to the chamber body near the gas exhaust outlet. The auxiliary inlet openings 158 extend through the chamber body and the one or more liners 163, 115, 117, into the internal volume. The auxiliary inlet openings 158 can fluidly connect the auxiliary flow controllers 159 to processing volume 136. Alternatively or  additionally, the auxiliary inlet openings 158 can fluidly connect the flow controllers 159 to the purge volume 138. The flow controllers 159 are connected to one or more gas sources. For example, processing chamber 100 shows the flow controllers connected to the cleaning gas source 153. However, it is contemplated that the flow controllers can be fluidly connected to any gas source such as the processing gas source 151, other processing gas source (s) , the cleaning gas source 153, other cleaning gas source (s) , the purge gas source 161, other purge gas source (s) , or any combination of gas sources. It is contemplated that the auxiliary inlet openings 158 can fluidly connect the flow controllers 159 to both the processing volume 136 and the purge volume 138. The flow controllers 159 and the auxiliary inlet openings 158 are located on the opposite side of the central longitudinal axis A1 relative to the one or more inlet openings 114. When the substrate 102 is in the processing position shown in Figure 1, at least one of the auxiliary inlet openings 158 can be laterally aligned with the substrate 102, aligned at a position above the substrate 102, and / or aligned at a position below the substrate 102.

[0033] An auxiliary gas flow P3 is flowed from the flow controllers 159 through the auxiliary inlet openings 158 into the internal volume. The auxiliary gas flow P3 can include, for example, a deposition gas, a cleaning gas, an etching gas, and / or an inert gas (such as a purge gas) . The outlet of the auxiliary inlet openings 158 is adjacent to the exhaust opening 116. During an auxiliary cleaning process, the auxiliary gas flow P3 enters the internal volume and is exhausted through the exhaust opening 116. The auxiliary gas flow P3 is exhausted through the exhaust openings 116 without flowing across the top surface 150 of the substrate 102 and to the chamber side of the one or more inlet openings 114. The process gas P1 has a higher flow rate than a flow rate of the auxiliary gas flow P3. The higher flow rate of the process gas P1 facilitates preventing the auxiliary gas flow P3 from flowing across the substrate 102. In one or more embodiments, the process gas P1 has a higher volumetric flow rate than the auxiliary gas flow P3. In one or more embodiments, the process gas P1 has a higher mass flow rate than the auxiliary gas flow P3. In one or more embodiments, a flow rate of the process gas P1 is a ratio of a flow  rate of the auxiliary gas flow P3, and the ratio is at least 2.0, such as 5.0 or higher, or 10.0 or higher.

[0034] The auxiliary gas flow P3 helps prevent material buildup within the exhaust openings 116 and on component surfaces in the internal volume by the exhaust openings 116. It is contemplated that the auxiliary gas flow P3 and the one or more process gases P1 can flow simultaneously. For example, the auxiliary gas flow P3 can flow as part of a cleaning process during a deposition process and / or an etching process that includes the flow of the one or more process gases P1. In one or more embodiments, the auxiliary gas glow P3 includes cleaning gas flowed simultaneously with the one or more process gases P1 including deposition gas. In one or more embodiments, auxiliary gas flow P3 is made up of one or more inert gases (such as one or more of argon (Ar) , helium (He) , and / or nitrogen (N2) ) . In one or more embodiments, the auxiliary gas flow P3 includes cleaning gas flowed simultaneously with the one or more process gases P1 including cleaning gas. The present disclosure contemplates that the composition of the auxiliary gas flow P3 can be the same or different from the composition of the one or more process gases P1. For example, the one or more process gases P1 can include a cleaning gas composition, and the auxiliary gas flow P3 can include the same or different cleaning gas composition.

[0035] It should be understood that although Figure 1 illustrates the auxiliary inject system 160 including two flow controllers 159 and two auxiliary inlet openings 158, this is done only for exemplary purposes. It is contemplated that the auxiliary inject system 160 can include any number of flow controllers 159, such as one flow controller source 159, two flow controllers 159, or four flow controllers 159. Additionally, the auxiliary inject system 160 can include any number of auxiliary inlet openings 158, such as one auxiliary inlet openings 158, two axillary inlet openings 158, or four auxiliary inlet openings 158. It is contemplated that more than one auxiliary inlet openings 158 can be connected to each flow controller 159. Additionally, it should be understood that although Figure 1 illustrates one flow controller 159 source coupled to the upper body 156, and one flow controller 159 coupled to the lower body 148, this is done  only for exemplary purposes. The flow controllers 159 can also be coupled to the upper flow module 113, and / or the lower flow module 112. It should also be understood that the auxiliary inlet openings 158 may extend through any one of the upper flow module 113, the lower flow module 112, the upper body 156, and the lower body 148, as well as any one of the upper liner 163, the middle liner 115, and the lower liner 117.

[0036] The processing system includes one or more sensor devices 195, 196, 197, 198 (e.g., temperature sensors) configured to measure parameter (s) (e.g., temperature (s) ) within the processing chamber 100. In one or more embodiments, the one or more temperature sensor devices 195, 196, 197, 198 include a central sensor device 196 and one or more outer sensor devices 195, 197, 198. A controller 190 can control the one or more sensor devices 195, 196, 197, 198, and can conduct method (s) analyzing uniformity of substrate processing using at least one of the one or more sensor devices 195, 196, 197, 198.

[0037] As shown, a controller 190 is in communication with the processing chamber 100 and is used to control processes and methods, such as the operations of the methods (e.g., the method 700) described herein. The controller 190 is configured to receive data or input as sensor readings from sensor (s) (such as one or more of the sensor devices 195, 196, 197, 198) . The sensor devices can include, for example: sensor devices that monitor growth of layer (s) on the substrate 102; and / or sensor devices that monitor temperatures of the substrate 102, the substrate support 106, and / or the liners 163, 115, 117. As described the one or more sensor devices can include, for example pyrometers. The controller 190 can control the processes described herein, such as a deposition process, a cleaning process, an etching process, and an auxiliary cleaning using the auxiliary flow controllers 159. The various operations described herein can be conducted automatically using the controller 190, or can be conducted automatically or manually with certain operations conducted by a user.

[0038] The controller 190 is configured to control the deposition, the cleaning, the rotational position, the heating, and gas flow through the  processing chamber 100 by providing an output to the controls for the sensor devices 195, 196, 197, 198, the upper heat sources 141, the lower heat sources 143, the process gas source 151, the cleaning gas source 153, the purge gas source 162, the flow controller 159, the motion assembly 121, and / or the exhaust pump 157.

[0039] Figures 2A and 2B are a schematic partial top cross-sectional views of processing chambers 200A and 200B, according to one or more embodiments. The processing chambers 200A and 200B include one or more aspects, features components, operations, and / or properties of the processing chamber 100 shown in Figure 1.

[0040] The processing chamber 200A includes the auxiliary inject system 160. The auxiliary inject system 160 includes two flow controllers 159. The processing chamber 100 further includes a cross flow inject system 201. The cross flow inject system 201 is disposed within the upper body 156 and extends through the upper liner 163. A second axis A2 perpendicularly intersects the central longitudinal axis A1 as well as a center of the one or more inlet openings 114 and a center of the exhaust openings 116. The cross flow inject system 201 is disposed within the upper body 156 at a second azimuthal angle θ2 from the second axis A2. The second azimuthal angle θ2 is within a range of 80 degrees to 100 degrees, such as about 90 degrees. The cross flow inject system 201 flows a cross flow gas P4 into the processing volume 136. The cross flow inject system 201 is configured to deliver the cross flow gas P4 substantially perpendicular to a flow path of the processing gas P1. The cross flow gas P4 can include any one of the previously mentioned gases, such as a processing gas, a purge gas, an etching, gas and / or a cleaning gas. The cross flow gas P4 intersects the one or more process gases P1.

[0041] As shown in Figure 2A, the flow controllers 159 are disposed along (e.g., mounted to) the upper body 156 and adjacent to the one or more exhaust openings 116. The auxiliary gas flow P3 flows through the one or more auxiliary inlet openings 158 and enters the processing volume 136. The auxiliary gas flow P3 is exhausted through the one or more exhaust openings 116 without flowing over the substrate 102. In one or more embodiments, the processing  gases P1, the auxiliary gas flow P3, and the cross flow gases P4 are all exhausted through the one or more exhaust outlets simultaneously. The auxiliary inlet openings 158 are disposed within the upper body 156 and / or the lower body 148, and extend through at least one of the one or more liners 163, 115, 117 at a first azimuthal angle θ1 from the second axis A2. The first azimuthal angle θ1 is less than 90 degrees, such as 60 degrees or less, for example 45 degrees or less. In one or more embodiments, the first azimuthal angle θ1 is within a range of 0 degrees to 35 degrees, such as 0 degrees to 30 degrees. The processing chamber 200A is shown having two auxiliary inlet openings 158. The two auxiliary inlets openings 158 are offset from the second axis A2 by the first azimuthal angle θ1 on opposite sides of the second axis A2. The two auxiliary inlet openings 158 are offset from each other by an azimuthal spacing angle. The azimuthal spacing angle can be defined by the resulting angle between the two auxiliary inlet openings. For example, in processing chamber 200A the two auxiliary inlet openings 158 are offset from the second axis A2 by the first azimuthal angle θ1 on opposite sides of the second axis A2. Therefore, the azimuthal spacing angle would be equal to the first azimuthal angles θ1 of the auxiliary inlet openings 158 added together. As an example, if the first azimuthal angles θ1 of the auxiliary inlet openings 158 are equal to each other then the azimuthal spacing angle is double the first azimuthal angle θ1. In one or more embodiments, the azimuthal spacing angle is less than 180 degrees, such as 120 degrees or less, for example 90 degrees or less.

[0042] Figure 2B shows the processing chamber 200B, according to one or more embodiments. The processing chamber 200B includes the auxiliary inject system 160 having four flow controllers 159, 159’. The processing chamber 200B includes two flow controllers 159 disposed along the upper body 156 and adjacent to the one or more exhaust openings 116. The auxiliary inlet openings 158 are disposed within the upper body 156 and / or the lower body 148, and extend through at least one of the one or more liners 163, 115, 117 at the first azimuthal angle θ1 from the second axis A2. The processing chamber 200B further includes two additional flow controllers 159’ aligned above or below the one or more exhaust openings 116. Additional auxiliary inlet openings 158’ are disposed within the upper body 156 and / or the lower body 148 and extend  through at least one of the one or more liners 163, 115, 117 at a third azimuthal angle θ3 from the second axis A2. The third azimuthal angle θ3 is less than the first azimuthal angle θ1. The third azimuthal angle θ3 is less than 30 degrees, such as within a range of 0 degrees to 25 degrees, for example 0 degrees to 15 degrees. The present disclosure contemplates that the third azimuthal angle θ3 can be greater than or less than the first azimuthal angle θ1. The auxiliary gas flow P3 flows through the one or more auxiliary inlet openings 158 and enters the processing volume 136 and / or the purge volume 138. The auxiliary gas flow P3 is exhausted through the one or more exhaust openings 116 without flowing across the substrate 102.

[0043] The present disclosure contemplates that a different number of auxiliary inlet openings 158, 158’ and / or a different number of auxiliary flow controllers 159, 159’ can be used than is shown in Figures 2A and 2B.

[0044] Figure 3 is a schematic isometric view of a process kit 300 applicable for semiconductor manufacturing, according to one or more embodiments. The process kit 300 includes one or more aspects, features components, operations, and / or properties of the processing chambers 100, 200A, and 200B shown in Figures 1 -2B.

[0045] The process kit 300 includes an upper liner 363, a middle liner 315, and a lower liner 317. The upper liner 363, the middle liner 315, and the lower liner 317 respectively include one or more aspects, features components, operations, and / or properties of the upper liner 163, the middle liner 115, and the lower liner 117 respectively, shown in Figure 1. One or more of the liners 363, 315, 317 can be used in place of one or more of the liners 163, 115, 117. The liners 363, 315, 317 are formed from an opaque material such as silicon carbide (SiC) , opaque quartz (e.g., black quartz, white quartz, and / or grey quartz) , and / or graphite coated with silicon carbide and / or opaque quartz. It should be understood that the process kit 300 is shown for exemplary purposes.

[0046] The upper liner 363 includes an inner face 320 and an outer face 321. The upper liner further includes an inlet opening 314, an outlet opening 316, a cross flow inlet 301, and one or more auxiliary inlet openings 358. The inlet  opening 314 is at least a portion of the one or more inlet openings 114 shown in Figure 1. The cross flow inlet 301 is at least a portion of the cross flow inject system 201 shown in Figures 2A and 2B. The outlet opening 316 is at least a portion of the one or more exhaust openings 116 shown in Figure 1. The auxiliary inlet openings 358 are at least a portion of the auxiliary inlet openings 158 shown in Figures 1 and 2A-2B. The cross flow inlet 301 is a channel extending from the inner face 320 to the outer face 321 of the upper liner 363. The inlet opening 314 includes a cut out extending into the inner face 320, fluidly connecting the processing volume 136 to the one or more inlet openings 114. The cross flow inlet 301 and a center of the inlet opening 314 are offset from the second axis A2 along the inner face 320 by the second azimuthal angle θ2.

[0047] The auxiliary inlet openings 358 extend from the inner face 320 to the outer face 321 of the upper liner 363. The auxiliary inlet openings 358 are configured to fluidly connect to the flow controllers 159. The auxiliary inlet openings 358 are offset from the second axis A2 along the inner face 320 by the first azimuthal angle θ1. Although the process kit 300 shows the upper liner 163 having two auxiliary inlet openings 358, it is contemplated that any number of auxiliary inlet openings 358 can be used, such as zero auxiliary inlet openings 358, one auxiliary inlet opening 358, three auxiliary inlet openings 358, or four auxiliary inlet openings 358. In addition, although the auxiliary inlet openings 358 are shown to be disposed about the outlet opening 316, it is contemplated that the auxiliary inlet openings 358 can be disposed anywhere on the upper liner 363 where the auxiliary gas flow P3 will not flow across the substrate 102. For example, the auxiliary inlet opening (s) 358 can be disposed above the outlet opening 316, or adjacent to the outlet opening 316. Although the upper liner 363 is described including the auxiliary inlet openings 358, it is contemplated that the auxiliary inlet openings 358 can be disposed on any of the liners 363, 315, 317 in the process kit 300. Figure 3 shows all three liners 363, 315, 317 including auxiliary inlet openings 358. It is contemplated that in one or more embodiments, the auxiliary inlet openings 358 can be formed in one or two of the liners 363, 315, 317 (such as the upper liner 363) . In one or more embodiments, only the middle liner 315 includes the auxiliary inlet openings 358. In one or more embodiments, only the lower liner 317 includes  the auxiliary inlet openings 358. In one or more embodiments, a combination of the upper liner 363, the middle liner 315, and the lower liner 317 include the auxiliary inlet openings 358. The middle liner 315 and the lower liner 317 are described in greater detail below.

[0048] During a primary process (such as a deposition process) the process gas P1 flows from the one or more process gas sources 151 through the one or more inlet openings 114 and enter the inlet opening 314 of the upper liner 163. In one or more embodiments, the one or more inlet openings 114 are located between a lower surface 322 of the upper liner 163, and an upper surface 522 of the middle liner 115. The process gas P1 flows into the inlet opening 314. The process gas P1 then flows across the processing volume 136 and over the substrate 102 and into the outlet opening 316. The outlet opening 316 is connected to the one or more exhaust openings 116 where the processing gas P1 is exhausted out of the chamber through the exhaust housing 109.

[0049] During an auxiliary process (such as a cleaning process) the auxiliary gas flow P3 is flowed through the one or more auxiliary inlet openings 358 into the processing volume 136. The auxiliary gas flow P3 then flows into the outlet opening 316 without flowing across the substrate 102. The outlet opening 316 is connected to the one or more exhaust openings 116 where the auxiliary gas flow P3 is exhausted out of the chamber through the exhaust housing 109.

[0050] During a cross flow process (such as a deposition process) the cross flow gas P4 is flowed through the cross flow inlet 301 into the processing volume 136. The cross flow gas P4 then flows over at least a portion of the substrate 102 into the outlet opening 316. The outlet opening 316 is connected to the one or more exhaust openings 116 where the cross flow gas P4 is exhausted out of the chamber through the exhaust housing 109. It is contemplated that the primary process, the auxiliary process, and the cross flow process may all be performed simultaneously.

[0051] Figure 4A is a schematic isometric view of the upper liner 363, according to one or more embodiments. The upper liner 363 includes one or  more aspects, features components, operations, and / or properties of the upper liner 163 shown in Figure 1.

[0052] Figure 4B is a schematic bottom view of the upper liner 363, according to one or more embodiments.

[0053] Figure 5A is a schematic isometric view of a middle liner 315, according to one or more embodiments. The middle liner 315 includes one or more aspects, features components, operations, and / or properties of the middle liner 115 shown in Figure 1. The middle liner 315 includes an inlet opening 514 and one or more outlet openings 516. The inlet opening 514 is a portion of the one or more inlet openings 114 within the middle liner 315. The outlet opening 516 is a portion of the one or more exhaust openings 116 within the middle liner 315.

[0054] In one or more embodiments, the middle liner 315 includes an inner face 520, an outer face 521, an upper surface 522, and one or more auxiliary inlet openings 358. The auxiliary inlet openings 358 extend from the inner face 520 to the outer face 521 of the middle liner 315. The auxiliary inlet openings 358 are configured to fluidly connect to the flow controllers 159. The auxiliary inlet openings 358 are offset along the inner face 520 by the first azimuthal angle θ1. Although middle liner 315 is shown having two auxiliary inlet openings 358, it is contemplated that any number of auxiliary inlet openings 358 can be used, such as zero auxiliary inlet openings 358, one auxiliary inlet opening 358, three auxiliary inlet openings 358, or four auxiliary inlet openings 358.

[0055] Figure 5B is a schematic top view of a middle liner 315, according to one or more embodiments.

[0056] Figure 6A is a schematic isometric view of a lower liner 317, according to one or more embodiments. The lower liner 317 includes one or more aspects, features components, operations, and / or properties of the lower liner 117 shown in Figure 1. The lower liner 317 includes an inlet opening 614 and one or more outlet openings 616. The inlet opening 614 can be configured to receive a gas. In one or more embodiments the inlet opening 614 is configured to receive a substrate for transferring in and out of the processing  chamber 100. The one or more outlet openings 616 are at least a portion of the one or more exhaust openings 116 shown in Figure 1.

[0057] The present disclosure contemplates that a gas can directly flow through the inlet openings and outlet openings described herein, or the inlet openings and outlet openings can receive a structure that flows a gas therethrough. For example, in one or more embodiments, the one or more outlet openings 616 are configured to receive the exhaust housing 109.

[0058] In one or more embodiments, the lower liner 317 includes an inner face 620, an outer face 621, and one or more auxiliary inlet openings 358. The auxiliary inlet openings 358 extend from the inner face 620 to the outer face 621 of the lower liner 317. The auxiliary inlet openings 358 are configured to fluidly connect to the flow controllers 159. The auxiliary inlet openings 358 are offset along the inner face 620 by the first azimuthal angle θ1. Although lower liner 317 is shown having two auxiliary inlet openings 358, it is contemplated that any number of auxiliary inlet openings 358 can be used, such as zero auxiliary inlet openings 358, one auxiliary inlet opening 358, three auxiliary inlet openings 358, or four auxiliary inlet openings 358.

[0059] Figure 6B is a schematic top view of a lower liner 317, according to one or more embodiments.

[0060] Figure 7 is a schematic block diagram view of a method 700 of substrate processing for semiconductor manufacturing, according to one or more embodiments.

[0061] Operation 701 includes positioning a substrate on a substrate support in an internal volume of a processing chamber. In one or more embodiments, the positioning includes moving a substrate support and / or a plurality of lift pins relative to each other to land the substrate on the substrate support.

[0062] Operation 702 includes flowing a processing gas into the internal volume of the processing chamber through one or more inlet openings. The processing gas is flowed across the upper surface of the substrate.

[0063] Operation 704 includes flowing an auxiliary gas flow into the internal volume of the processing chamber through one or more auxiliary inlets (e.g., one or more auxiliary inlet openings) . It is contemplated that operation 702 and operation 704 can be performed simultaneously. In one or more embodiments, operation 702 is performed prior to operation 704. In one or more embodiments, operation 702 is performed after operation 704.

[0064] Operation 706 includes exhausting the processing gas through one or more exhaust outlets. The one or more exhaust outlets are disposed in the processing chamber opposite the one or more inlet openings.

[0065] Operation 708 includes exhausting the auxiliary gas flow through the one or more exhaust outlets. The one or more exhaust outlets and the one or more auxiliary inlets are disposed adjacent to one another. During operation 708 the auxiliary gas flow is exhausted through the one or more exhaust outlets without flowing across the substrate. It is contemplated that operation 706 and operation 708 can be performed simultaneously. In one or more embodiments, operation 706 is performed prior to operation 708. In one or more embodiments, operation 706 is performed after operation 708.

[0066] Benefits of the present disclosure include reduced or eliminated chamber component corrosion, chamber component deposition, chamber substrate contamination; reduced chamber downtime and chamber maintenance; increased numbers of processed substrates between chamber cleaning; reduced or eliminated condensation of process gases on chamber components; reduced gas consumption and gas waste; increased chamber component lifespans; increased growth rates; and more uniform film growth and / or dopant concentration. As an example, the auxiliary gas flow P3 can be flowed simultaneously with the one or more process gases P1 to reduce contamination of chamber surfaces (such as exhaust surfaces) in real-time at enhanced processing efficiencies, while mitigating or eliminating interference with substrate processing (e.g., reducing or eliminating substrate defects and / or mitigating or eliminating interference with growth rates) . The chamber components can include, for example, flow modules (e.g., stainless steel or aluminum flow modules) and / or liners (e.g., transparent or opaque liners) .

[0067] It is contemplated that one or more aspects disclosed herein may be combined. As an example, one or more aspects, features, components, operations and / or properties of the processing chamber 100; the upper liner 163; the middle liner 115; the lower liner 117; the upper flow module 113; the lower flow module 112; the substrate support 106, the one or more inlet openings 114; the purge inlet opening 164; the one or more exhaust openings 116; the auxiliary inject system 160; the one or more flow controllers 159, the auxiliary inlet openings 158; the exhaust housing 109; the one or more exhaust pumps 157; the processing chamber 200A; the processing chamber 200B; the cross flow inject system 201; the process kit 300; the upper liner 363; the inlet opening 314; the outlet opening 316; the cross flow inlet 301; the auxiliary inlet openings 358; the middle liner 315; the inlet opening 514; the outlet opening 516; the lower liner 317; the inlet opening 614; the outlet opening 616; and / or the method 700 may be combined. Moreover, it is contemplated that one or more aspects disclosed herein may include some or all of the aforementioned benefits.

[0068] While the foregoing is directed to embodiments of the present disclosure, other and further embodiments of the disclosure may be devised without departing from the basic scope thereof, and the scope thereof is determined by the claims that follow.

Claims

1.A substrate processing chamber, comprising:a chamber body at least partially defining an internal volume;a substrate support disposed in the internal volume;a gas inlet opening at a first side of the chamber body;a gas exhaust opening at a second side of the chamber body opposite to the gas inlet opening; andan auxiliary gas inject system comprising:an auxiliary gas inlet opening disposed at the second side of the chamber body; anda flow controller fluidly coupled to the auxiliary gas inlet opening, the flow controller configured to flow a cleaning gas into the internal volume via the auxiliary gas inlet opening.2.The processing chamber of claim 1, further comprising:one or more of:an upper window disposed above the substrate support, ora lower window disposed below the substrate support; anda plurality of heat sources positioned to heat a substrate disposed on the substrate support through at least one of the upper window or lower window.3.The processing chamber of claim 2, wherein the gas inlet is configured to flow a deposition gas across an upper surface of a substrate disposed on the substrate support, and the deposition gas is exhausted through the gas exhaust opening.4.The processing chamber of claim 1, wherein a middle of the gas inlet opening and a middle of the gas exhaust opening define an axis.5.The processing chamber of claim 4, wherein the auxiliary gas inlet opening is offset from the axis by a first azimuthal angle.6.The processing chamber of claim 5, wherein the first azimuthal angle is 60 degrees or less.7.The processing chamber of claim 4, wherein the chamber body further comprises a cross flow inlet.8.The processing chamber of claim 7, wherein the cross flow inlet is offset from the axis by a second azimuthal angle.9.The processing chamber of claim 8, wherein the second azimuthal angle is within a range of 80 degrees to 100 degrees.10.The processing chamber of claim 1, wherein the auxiliary gas inject system further comprises:a second auxiliary gas inlet opening disposed on the second side of the chamber body.11.A substrate processing chamber, comprising:a chamber body at least partially defining an internal volume;a substrate support disposed in the internal volume;a gas inlet opening at a first side of the chamber body;a gas exhaust opening at a second side of the chamber body and opposite to the gas inlet opening; anda plurality of auxiliary gas inlet openings extending through the second side of chamber body, the plurality of auxiliary gas inlet openings comprising a first auxiliary inlet and a second auxiliary inlet.12.The processing chamber of claim 11, wherein a middle of the gas inlet opening and a middle of the gas exhaust opening define an axis.13.The processing chamber of claim 12, wherein the first auxiliary inlet is offset from the axis by a first azimuthal angle and the second auxiliary inlet is offset from the axis by a second azimuthal angle.14.The processing chamber of claim 13, wherein the first azimuthal angle is 60 degrees or less and the second azimuthal angle is 60 degrees or less.15.The processing chamber of claim 13, wherein the first auxiliary inlet and the second auxiliary inlet are separated by an azimuthal spacing angle, wherein the azimuthal spacing angle is 120 degrees or less.16.A method of substrate processing, comprising:positioning a substrate on a substrate support in an internal volume of a processing chamber;flowing a deposition gas into the internal volume of the processing chamber through one or more gas inlet openings at a first side of the processing chamber;flowing an auxiliary cleaning gas into the internal volume of the processing chamber through one or more auxiliary gas inlet openings at a second side of the processing chamber;exhausting the deposition gas through one or more gas exhaust openings on the second side of the processing chamber; andexhausting the auxiliary cleaning gas through the one or more gas exhaust openings.17.The method of claim 16, wherein the flowing of the deposition gas into the internal volume and the flowing of the auxiliary cleaning gas into the internal volume are performed substantially simultaneously.18.The method of claim 16, wherein the auxiliary cleaning gas is exhausted through the one or more gas exhaust openings without flowing across the substrate.19.The method of claim 16, wherein the exhausting of the deposition gas through the one or more gas exhaust openings and the exhausting of the auxiliary cleaning gas through the one or more gas exhaust openings are performed substantially simultaneously.20.The method of claim 16, wherein the deposition gas has a higher flow rate than the auxiliary cleaning gas.

Images