氣體導(dǎo)流環(huán)、氣體供應(yīng)裝置及等離子體處理裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工設(shè)備，特別涉及一種氣體導(dǎo)流環(huán)及具有該氣體導(dǎo)流環(huán)的氣體供應(yīng)裝置和等離子體處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，對元件的集成度和性能要求越來越高，等離子體技術(shù)(Plasma Technology)通過使反應(yīng)氣體激發(fā)形成的等離子體,被廣泛應(yīng)用在許多半導(dǎo)體工藝，如沉積工藝(如化學(xué)氣相沉積)、刻蝕工藝(如干法刻蝕)中，其在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中正起著舉足輕重的作用。通常來說，在等離子體處理裝置中，等離子體一般是由位于反應(yīng)腔室頂部排出的反應(yīng)氣體經(jīng)過射頻激發(fā)形成，然后通過靜電夾盤的偏置電壓使等離子體轟擊位于卡盤上的晶片，從而實(shí)現(xiàn)對晶片的刻蝕、沉積等工藝。
[0003]圖1示出一種等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。等離子體處理裝置包括反應(yīng)腔體2和位于反應(yīng)腔體2上方的絕緣蓋板I，氣體供應(yīng)裝置5水平設(shè)置于絕緣蓋板I和反應(yīng)腔體4之間，氣體供應(yīng)裝置5連接位于反應(yīng)腔體2之外的反應(yīng)氣體源4，用于將反應(yīng)氣體源4中的反應(yīng)氣體輸入反應(yīng)腔體2中。所述反應(yīng)腔體2內(nèi)設(shè)有放置待處理半導(dǎo)體晶片的靜電夾盤6，靜電夾盤6連接射頻偏置功率源9。絕緣蓋板I上方設(shè)置有連接射頻功率源8的電感線圈3，射頻功率源8產(chǎn)生的感應(yīng)磁場會在電感線圈3上軸向感應(yīng)出射頻電場，該電場對反應(yīng)腔體內(nèi)的電子進(jìn)行激發(fā)，使它們與反應(yīng)氣體的氣體分子碰撞產(chǎn)生反應(yīng)氣體的等離子體，該等離子體與半導(dǎo)體晶片反應(yīng)，以進(jìn)行刻蝕或淀積等等離子體工藝。反應(yīng)腔體2與外置的排氣裝置7 (例如真空泵)相連接，用以在處理過程中將用過的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體抽出反應(yīng)腔體2。
[0004]圖2a和圖2b所示為現(xiàn)有技術(shù)的一種氣體導(dǎo)流環(huán)。如圖2a所示，氣體導(dǎo)流環(huán)具有環(huán)形主體10，氣體通道11以及多個噴氣孔12。氣體通道11的入口與反應(yīng)氣體源4相連，噴氣孔12的進(jìn)氣口與氣體通道11的出口連通，出氣口設(shè)于環(huán)形主體10的內(nèi)側(cè)壁上。反應(yīng)氣體通過氣體通道11從反應(yīng)氣體源4輸送至每個噴氣孔12，從而注入到等離子體反應(yīng)腔體
2。請參考圖2a和圖2b，在環(huán)形主體10的水平面上，噴氣孔12為水平朝向環(huán)形主體10的中心設(shè)置，因此反應(yīng)氣體直接朝向環(huán)形主體10的中心區(qū)域排出。
[0005]然而，由于受到反應(yīng)腔體2內(nèi)反應(yīng)氣體引入或等離子體分布不均勻的影響，往往會使半導(dǎo)體晶片表面上的不同區(qū)域具有不同的處理速率；對于沿晶片徑向分布的不同區(qū)域，如中心區(qū)域和邊緣區(qū)域，這種不均勻處理尤其明顯，進(jìn)而導(dǎo)致晶片上不同區(qū)域形成的半導(dǎo)體器件的性能不同，對半導(dǎo)體器件制造的工藝控制及產(chǎn)品良率都有很大影響。
[0006]因此，需要能夠?qū)Φ入x子體均勻性進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置以改善上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種有助于使反應(yīng)氣體充分解離，提高等離子體密度的氣體供應(yīng)裝置。
[0008]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種氣體導(dǎo)流環(huán)，設(shè)置于等離子體處理裝置的反應(yīng)腔體的內(nèi)部上方，所述氣體導(dǎo)流環(huán)與氣體供應(yīng)源之間設(shè)置一氣體分流器，所述氣體導(dǎo)流環(huán)用于將經(jīng)所述氣體分流器分流及進(jìn)行流量比例調(diào)節(jié)的多路反應(yīng)氣體輸入至所述反應(yīng)腔體內(nèi)。所述氣體導(dǎo)流環(huán)包括:環(huán)形主體；嵌設(shè)于所述環(huán)形主體中、與所述多路反應(yīng)氣體對應(yīng)的多條環(huán)狀氣體通道，所述多條環(huán)狀氣體通道的輸入端與所述氣體分流器相連；以及與所述多條環(huán)狀氣體通道對應(yīng)相連的且彼此互不干涉的多組噴氣孔，每一組噴氣孔的各噴氣孔的進(jìn)氣口與對應(yīng)的環(huán)狀氣體通道的輸出端相連，出氣口形成于所述環(huán)形主體的內(nèi)側(cè)壁上，其中，將至少兩組的所述噴氣孔的氣體噴出方向設(shè)置為不同。
[0009]優(yōu)選的，不同組的所述噴氣孔的出氣口形成于所述環(huán)形主體的內(nèi)側(cè)壁的不同高度處。
[0010]優(yōu)選的，所述多組噴氣孔至少包括第一組和第二組，其中所述第一組的噴氣孔的氣體噴出方向與所述環(huán)形主體的水平面平行，所述第二組的噴氣孔的氣體噴出方向與所述環(huán)形主體的水平面成一銳角。
[0011]優(yōu)選的，所述第二組的噴氣孔的氣體噴出方向相對于所述環(huán)形主體的水平面傾斜向上或傾斜向下。
[0012]優(yōu)選的，每一所述噴氣孔至少具有與其出氣口連通的出氣段，至少兩組的所述噴氣孔的出氣段的軸心線與所述環(huán)形主體平面所形成的夾角不同。
[0013]優(yōu)選的，所述多條環(huán)狀氣體通道為沿徑向嵌設(shè)于所述環(huán)形主體中或以上下堆疊的方式嵌設(shè)于所述環(huán)形主體中。
[0014]優(yōu)選的，每一所述氣體通道為圓環(huán)狀氣體通道，每一組所述噴氣孔沿其對應(yīng)的所述圓環(huán)狀氣體通道的圓周均勻分布。
[0015]優(yōu)選的,所述噴氣孔的橫截面為進(jìn)氣口大出氣口小的錐形。
[0016]優(yōu)選的，對于每一所述環(huán)狀氣體通道所對應(yīng)連接的一組噴氣孔，靠近該環(huán)狀氣體通道輸入端處的噴氣孔的孔徑小于遠(yuǎn)離該輸入端的噴氣孔的孔徑。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于等離子體處理裝置的氣體供應(yīng)裝置，其包括氣體分流器及上述氣體導(dǎo)流環(huán)，其中該氣體分流器設(shè)置于所述等離子體處理裝置的反應(yīng)腔體外部，其與反應(yīng)氣體源連接，用于將反應(yīng)氣體分流為多路并對所述多路的反應(yīng)氣體的流量比例進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種包括反應(yīng)腔體以及上述氣體供應(yīng)裝置的等離子體處理裝置。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于通過氣體導(dǎo)流環(huán)中氣體通道及噴氣孔的設(shè)置，調(diào)節(jié)等離子體處理裝置反應(yīng)腔體內(nèi)不同區(qū)域的等離子體分布密度，提高晶片上不同區(qū)域所形成的半導(dǎo)體器件的均一性。
【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2a為現(xiàn)有技術(shù)中氣體供應(yīng)裝置的俯視圖；
[0022]圖2b為現(xiàn)有技術(shù)中氣體供應(yīng)裝置的剖視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例氣體導(dǎo)流環(huán)的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0026]圖3顯示了本發(fā)明一種實(shí)施方式提供的使用本發(fā)明氣體導(dǎo)流環(huán)的等離子處理裝置。應(yīng)該理解，等離子體處理裝置僅僅是示例性的，其可以包括更少或更多的組成元件，或該組成元件的安排可能與圖4所示不同。
[0027]等離子體處理裝置包括反應(yīng)腔體12和位于反應(yīng)腔體12上方的絕緣蓋板11。絕緣蓋板11通常為陶瓷介電材料。反應(yīng)腔體12的內(nèi)部上方、絕緣蓋板11下方水平設(shè)置有一氣體導(dǎo)流環(huán)20。氣體導(dǎo)流環(huán)20與位于反應(yīng)腔體12外部的氣體分流器19相連，兩者共同構(gòu)成等離子體處理裝置的氣體供應(yīng)裝置。氣體分流器10與反應(yīng)氣體源18相連，用于將反應(yīng)氣體源18所供應(yīng)的反應(yīng)氣體分流為多路，并調(diào)節(jié)這些流路的氣體流量，而氣體導(dǎo)流環(huán)則將經(jīng)氣體分流器19分流及流量調(diào)節(jié)的多路反應(yīng)氣體輸入到反應(yīng)腔體12中。絕緣蓋板11上方設(shè)置有連接射頻功率源14的電感線圈13，射頻功率源14產(chǎn)生的感應(yīng)磁場會在電感線圈13上感應(yīng)出射頻電場，該電場對反應(yīng)腔體12內(nèi)的電子進(jìn)行加速，使它們與輸入的反應(yīng)氣體的氣體分子碰撞，這些碰撞導(dǎo)致反應(yīng)氣體的離子化和等離子體的激發(fā)，從而在腔體12內(nèi)產(chǎn)生等離子體，等離子體與待處理基片，如半導(dǎo)體晶片反應(yīng)，以進(jìn)行刻蝕或淀積等等離子體工藝。反應(yīng)腔體12內(nèi)部下方設(shè)有放置待處理半導(dǎo)體晶片的靜電夾盤15，靜電夾盤15連接射頻偏置功率源16，以便增加等離子體與半導(dǎo)體晶片碰撞的能量。反應(yīng)腔體12與外置的排氣裝置17(例如真空泵)相連接，用以在處理過程中將用過的反應(yīng)氣體及副產(chǎn)品氣體抽出反應(yīng)腔體12。
[0028]請繼續(xù)參考圖4，其所示為本發(fā)明一實(shí)施例的氣體導(dǎo)流環(huán)的剖視圖。氣體導(dǎo)流環(huán)20包括環(huán)形主體21，環(huán)形主體21內(nèi)嵌設(shè)有與多路反應(yīng)氣體對應(yīng)的多條環(huán)狀的氣體通道，這些氣體通道的輸入端分別通過管線與氣體分流器19相連。本實(shí)施例中，氣體分流器19將來自反應(yīng)氣體源18的反應(yīng)氣體分流為兩路，并調(diào)節(jié)這兩路反應(yīng)氣體具有不同的氣體流量比例，如其中一路具有90%的氣體流量而另一路具有10%的氣體流量。氣體分流器19可通過流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)置完成上述功能。相應(yīng)的，環(huán)形主體21中沿徑向嵌設(shè)2條環(huán)狀氣體通道，這些環(huán)狀氣體通道的輸入端垂直于環(huán)形主體21所在平面并分別與經(jīng)氣體分流器19分流和流量調(diào)節(jié)的兩路氣體的管線相連。在其他實(shí)施例中，多條環(huán)狀氣體通道也可以是以上下堆疊的方式嵌設(shè)于