專(zhuān)利名稱(chēng)：用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的注氣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于將反應(yīng)氣體供入反應(yīng)腔室內(nèi)的注氣裝置，所述反應(yīng)氣體用于對(duì)半導(dǎo)體基片進(jìn)行處理。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，諸如等離子體處理系統(tǒng)或者磁控管濺射系統(tǒng)的半導(dǎo)體加工系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于在半導(dǎo)體基片上執(zhí)行的顯微機(jī)械加工工藝中，來(lái)制造半導(dǎo)體器件或者平面顯示板。例如，等離子體增強(qiáng)型化學(xué)汽相沉積(PECVD)系統(tǒng)或者高密度等離子體CVD(HDP-CVD)系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛用于通過(guò)化學(xué)汽相沉積(CVD)在基片上沉積一個(gè)材料層。磁控管濺射系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛用于通過(guò)物理汽相沉積(PCD)在基片上沉積一個(gè)材料層。
半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的發(fā)展方向是最能適合于用于半導(dǎo)體處理工藝的各種工藝特性。尤其是，隨著基片直徑的增大，近年來(lái)在半導(dǎo)體處理系統(tǒng)上的研究集中在如何處理大尺寸的基片以獲得提高的產(chǎn)量。也就是說(shuō)，隨著晶片尺寸從200毫米變化至300毫米，對(duì)于晶片處理工藝來(lái)說(shuō)尤其需要提高在大晶片上的均勻度。為了獲得預(yù)期的均勻度，最重要的是在通過(guò)一個(gè)用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的注氣裝置將反應(yīng)氣體供入一個(gè)反應(yīng)腔室內(nèi)時(shí)，使得這種反應(yīng)氣體均勻地分布在整個(gè)反應(yīng)腔室中。
因此，為了通過(guò)注氣裝置實(shí)現(xiàn)氣體的均勻分布，迄今為止已經(jīng)研究出了多種不同類(lèi)型的注氣裝置。作為一個(gè)示例，美國(guó)專(zhuān)利No.5522931描述了一種注氣裝置，其具有沿著一個(gè)垂直于基片的方向以多個(gè)級(jí)別設(shè)置的多個(gè)噴嘴。與較低級(jí)別的氣體分配噴嘴相比，較高級(jí)別的氣體分配噴嘴朝向反應(yīng)腔室中部的延伸距離更長(zhǎng)。這種注氣裝置也許在實(shí)現(xiàn)氣體均勻分布方面是有效的，但是由于朝向反應(yīng)腔室內(nèi)部延伸的那部分噴嘴的存在，所以易于阻擋離子流流向基片。
作為另外一個(gè)示例，美國(guó)專(zhuān)利No.6432831描述了一種蓮蓬頭型注氣裝置。在這種注氣裝置中，氣體通過(guò)隔板和穿孔被供送至一個(gè)蓮蓬頭，以便在蓮蓬頭的整個(gè)后側(cè)提供均勻的氣體壓力分布。蓮蓬頭型注氣裝置的另外一種示例在美國(guó)專(zhuān)利No.6415736中公開(kāi)。在這種注氣裝置中，隔板上的穿孔尺寸可以發(fā)生變化，用以在蓮蓬頭的后側(cè)獲得均勻的氣體壓力分布。但是，由于氣體壓力和流量的范圍很寬，所以難以對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。另外一個(gè)缺點(diǎn)在于，蓮蓬頭型注氣裝置僅適合于平行板式等離子體反應(yīng)器，而無(wú)法應(yīng)用于磁控管濺射系統(tǒng)。還有，當(dāng)用于一個(gè)電子回旋諧振式(ECR)等離子體反應(yīng)器中時(shí)，位于反應(yīng)腔室上部的蓮蓬頭會(huì)阻擋微波的傳播。對(duì)于ECR等離子體反應(yīng)器和其它實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，通常使用一種環(huán)狀注氣裝置，這種環(huán)狀注氣裝置的示例在圖1中示出。
在圖1中示出的環(huán)狀注氣裝置10具有一個(gè)形成于其中的氣體通道14，從而使得反應(yīng)氣體可以穿過(guò)該氣體通道14，一個(gè)在其外周處連接于氣體通道14上的進(jìn)氣口12，以及多個(gè)位于其內(nèi)周處的噴嘴16。所述多個(gè)噴嘴16沿著注氣裝置10的內(nèi)周均勻地間隔開(kāi)。
注氣裝置10被構(gòu)造成形成一條氣體通路，該氣體通路通過(guò)氣體通道14連接進(jìn)氣口12和多個(gè)噴嘴16中的每個(gè)上。對(duì)于各個(gè)噴嘴16來(lái)說(shuō)，均具有不同長(zhǎng)度的各通路。由于在反應(yīng)氣體與氣體通道14的壁發(fā)生碰撞之后會(huì)產(chǎn)生壓降，所以氣體通路的差異會(huì)導(dǎo)致各個(gè)噴嘴處的反應(yīng)氣體壓力存在差異。這將使得穿過(guò)各個(gè)噴嘴16的氣體流量不均勻。
圖2是一個(gè)曲線(xiàn)圖，示出了在圖1所示注氣裝置中各個(gè)噴嘴處的氣體壓力和流量。在該圖中，進(jìn)氣口12被標(biāo)記為數(shù)字“0”，而噴嘴被以它們沿著注氣裝置內(nèi)周的設(shè)置順序依次標(biāo)記為數(shù)字“1”至“16”。
圖2中的圖示出了當(dāng)在反應(yīng)腔室內(nèi)壓力為10mTorr的條件下以每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)的流量供送O2氣體時(shí)對(duì)氣體壓力和流量進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果。氣體通道具有一個(gè)1×4毫米的矩形橫剖面，并且各個(gè)噴嘴的直徑均為0.5毫米，長(zhǎng)度均為2毫米。氣體通道被制成一個(gè)直徑為241毫米的環(huán)狀。
正如從圖2中的圖看出的那樣，氣體壓力沿著一個(gè)背離進(jìn)氣口的方向下降，也就是說(shuō)隨著氣體通路長(zhǎng)度的增大而下降。在最接近進(jìn)氣口的噴嘴處的氣體流量大約是最遠(yuǎn)離進(jìn)氣口的噴嘴處氣體流量的四倍。以這種方式，由于通過(guò)氣體通道連接進(jìn)氣口和各個(gè)噴嘴的氣體通路的長(zhǎng)度存在差異，所以常規(guī)的環(huán)狀注氣裝置會(huì)使得各個(gè)噴嘴處的氣體壓力和流量極其不均勻。
注氣裝置的設(shè)計(jì)和構(gòu)造會(huì)極大地影響在被處理基片上的均勻度。已經(jīng)公知的是，隨著注氣裝置尺寸的增大和氣體通道剖面面積的縮小，氣體分布的不均勻度會(huì)變大。為了不會(huì)阻擋離子流和微波傳播，所希望的是使得注氣裝置盡可能地薄。盡管這種結(jié)構(gòu)要求氣體通道具有小的剖面面積，但是帶有薄的氣體通道的大注氣裝置仍舊存在壓力分布不均勻的問(wèn)題。
因此，隨著近年來(lái)晶片尺寸不斷增大的趨勢(shì)，使得利用常規(guī)的注氣裝置更難以確保向反應(yīng)腔室均勻地分布?xì)怏w。這將損害在整個(gè)被處理半導(dǎo)體基片上的均勻度，相應(yīng)地又會(huì)明顯惡化半導(dǎo)體器件的質(zhì)量和產(chǎn)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的注氣裝置，其具有歧管，該歧管被設(shè)置成使得連接進(jìn)氣口和各個(gè)噴嘴的氣體通道的長(zhǎng)度相等，以便向反應(yīng)腔室均勻地分布反應(yīng)氣體。
本發(fā)明還提供了一種注氣裝置，其可以適用于多種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，比如PECVD系統(tǒng)、HDP-CVD系統(tǒng)以及磁控管濺射系統(tǒng)。
本發(fā)明還提供了一種注氣裝置，其可以適用于具有大反應(yīng)腔室的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，用以無(wú)論反應(yīng)腔室的尺寸、氣體壓力以及流量如何變化，均能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)氣體的均勻分布。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在此提供了一種注氣裝置，用于將反應(yīng)氣體注入半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中的反應(yīng)腔室內(nèi)。該注氣裝置包括注入件，該注入件被設(shè)置成與反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面發(fā)生接觸，并且具有多個(gè)穿過(guò)其的噴嘴，通過(guò)這些噴嘴，反應(yīng)氣體被注入反應(yīng)腔室內(nèi)；進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口貫穿反應(yīng)腔室的腔壁；以及歧管，該歧管設(shè)置在反應(yīng)腔室的腔壁與注入件之間，用于將通過(guò)進(jìn)氣口流入的反應(yīng)氣體供送至所述多個(gè)噴嘴中的每個(gè)中。所述歧管被構(gòu)造成具有設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道，這些氣體通道用于使得連接進(jìn)氣口和多個(gè)噴嘴中的每個(gè)的氣體通路的長(zhǎng)度相等，由此使得通過(guò)所述多個(gè)噴嘴中的每個(gè)供送至反應(yīng)腔室的氣體流量均勻。
在此，多個(gè)級(jí)別的氣體通道中一個(gè)級(jí)別的氣體通道在下一較高級(jí)別的氣體通道的任一端部處被分成兩個(gè)支管，各個(gè)支管均具有相同的長(zhǎng)度。最高級(jí)別的氣體通道被分成兩個(gè)支管，各個(gè)支管均在與進(jìn)氣口(outlet)相連的部分處具有相同的長(zhǎng)度。所述多個(gè)噴嘴中的每個(gè)均被連接到最低級(jí)別的氣體通道的任一端部上。在反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面上成形有溝槽，并且注入件被插入到該溝槽內(nèi)。所述氣體通道可以被成形在與反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面發(fā)生接觸的注入件表面上，呈具有預(yù)定深度的溝槽形狀。可選擇地，所述氣體通道可以被成形在反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面上，呈具有預(yù)定深度的溝槽形狀。在這種情況下，注入件可以由一種諸如陶瓷材料的介電襯墊(adielectric liner)制成。
沿著注入件的圓周，所述噴嘴的出口在與反應(yīng)腔室的內(nèi)部相對(duì)的注入件表面上均勻地間隔開(kāi)。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，注入件呈扁平的環(huán)狀，并且被設(shè)置成與反應(yīng)腔室上壁的底部發(fā)生接觸。還有，所述氣體通道以不同的級(jí)別設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，注入件呈圓柱狀，并且被設(shè)置成與反應(yīng)腔室側(cè)壁的內(nèi)表面發(fā)生接觸。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，注入件呈圓錐狀，并且被設(shè)置成與反應(yīng)腔室上壁的傾斜內(nèi)表面發(fā)生接觸。
在第二和第三實(shí)施例中，所述氣體通道在注入件的外周上沿著該注入件的高度方向以不同的級(jí)別設(shè)置，從而使得從進(jìn)氣口進(jìn)行觀(guān)看，高級(jí)別氣體通道位于低于低級(jí)別氣體通道的位置處。
所述注氣裝置還可以包括一個(gè)蓮蓬頭型注入件，該蓮蓬頭型注入件被設(shè)置在反應(yīng)腔室的頂部處，用于將反應(yīng)氣體供送至反應(yīng)腔室的中部。
通過(guò)前述構(gòu)造，本發(fā)明可以提供這樣一種注氣裝置，即無(wú)論反應(yīng)腔室的尺寸、氣體壓力以及流量如何，其均可以通過(guò)使得連接進(jìn)氣口和所述多個(gè)噴嘴中的每個(gè)的氣體通道的長(zhǎng)度相同，來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體流量的高度均勻，并且可以適用于各種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，包括等離子體處理系統(tǒng)和磁控管濺射系統(tǒng)。


通過(guò)參照附圖詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，本發(fā)明的前述目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更為明了，其中圖1是一個(gè)用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中的常規(guī)環(huán)狀注氣裝置的剖視透視圖；圖2是一個(gè)圖，示出了在圖1所示注氣裝置中各個(gè)噴嘴處的氣體壓力和流量；
圖3A示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的注氣裝置的基本構(gòu)造；圖3B是圖2所示注氣裝置沿著線(xiàn)A-A′的經(jīng)放大橫剖視圖；圖4是一個(gè)圖，示出了在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置中各個(gè)噴嘴處的氣體壓力和流量；而圖5-9是根據(jù)本發(fā)明第一至第五實(shí)施例的注氣裝置和采用了它們的等離子體處理系統(tǒng)的橫剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖更為全面地對(duì)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的注氣裝置進(jìn)行描述。
參照?qǐng)D3A和3B，根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置包括進(jìn)氣口110，反應(yīng)氣體通過(guò)該進(jìn)氣口110從外部流入，多個(gè)噴嘴130，反應(yīng)氣體通過(guò)這些噴嘴130被注入反應(yīng)腔室內(nèi)，以及歧管120，反應(yīng)氣體通過(guò)該歧管120被從進(jìn)氣口110供送至多個(gè)噴嘴130中的每個(gè)中。歧管120被構(gòu)造成使得連接進(jìn)氣口110和多個(gè)噴嘴130中的每個(gè)的氣體通道的長(zhǎng)度相等。為此，歧管120包括有設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道121-124。
進(jìn)氣口110被制成貫穿反應(yīng)腔室的腔壁，并且多個(gè)噴嘴130被成形在一個(gè)環(huán)狀注入件140上，該環(huán)狀注入件140被安裝成與反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面發(fā)生接觸。歧管120上的氣體通道121-124被設(shè)置在注入件140與反應(yīng)腔室的腔壁之間。具體來(lái)說(shuō)，氣體通道121-124可以被成形在注入件140的一個(gè)表面上，也就是說(shuō)與反應(yīng)腔室腔壁的內(nèi)表面發(fā)生接觸的表面上，呈具有預(yù)定深度的溝槽形狀。正如將在后面描述的那樣，氣體通道121-124也可以被成形在反應(yīng)腔室腔壁的內(nèi)表面上，呈具有預(yù)定深度的溝槽形狀。
多個(gè)噴嘴130中的每個(gè)均被制成從在最低級(jí)別的各個(gè)氣體通道124的兩個(gè)端部朝向反應(yīng)腔室的內(nèi)部貫穿注入件140。也就是說(shuō)，各個(gè)噴嘴130的入口均被連接到處于最低級(jí)別的氣體通道124上，同時(shí)其出口均朝向反應(yīng)腔室的內(nèi)部敞開(kāi)。所述噴嘴130的出口在注入件140的另一表面上，即在與反應(yīng)腔室的內(nèi)部相對(duì)的表面上，沿著圓周均勻間隔開(kāi)。
如前所述，氣體通道121-124被設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上，優(yōu)選的是如圖3A中所示那樣被設(shè)置在四個(gè)級(jí)別上。以第一級(jí)別設(shè)置的第一氣體通道121從進(jìn)氣口110分成兩個(gè)方向的支管，各個(gè)支管均沿著注入件140的圓周延伸相同的長(zhǎng)度，其中所述第一級(jí)別是最高級(jí)別。以第二級(jí)別設(shè)置的第二氣體通道122從第一氣體通道121的任一端部分成兩個(gè)方向的支管，各個(gè)支管均沿著注入件140的圓周延伸相同的長(zhǎng)度。以第三級(jí)別設(shè)置的第三氣體通道123從各個(gè)第二氣體通道的任一端部分成兩個(gè)方向的支管，各個(gè)支管均沿著注入件140的圓周延伸相同的長(zhǎng)度。以第四級(jí)別設(shè)置的第四氣體通道124以與前述相同的方式形成，其中所述第四級(jí)別是最低級(jí)別。噴嘴130如前所述那樣被設(shè)置在各個(gè)第四氣體通道124的端部處。如果用于氣體通道121-124的級(jí)別數(shù)目如前所述那樣為4，那么噴嘴130的數(shù)目為24，即16。因此，如果級(jí)別的數(shù)目為n，那么噴嘴130的數(shù)目就為2n。設(shè)置在多個(gè)級(jí)別的氣體通道121-124使得連接進(jìn)氣口110和多個(gè)噴嘴130中的每個(gè)的氣體通路的長(zhǎng)度相等。
圖4是一個(gè)曲線(xiàn)圖，示出了在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置中各個(gè)噴嘴處的氣體壓力和流量。在該圖中，進(jìn)氣口被標(biāo)記為“0”，第一級(jí)別的氣體通道的端部被標(biāo)記為“a1”和“a2”，第二級(jí)別的氣體通道的端部被標(biāo)記為“b1”至“b4”，而第三級(jí)別的氣體通道的端部被標(biāo)記為“c1”至“c8”。所述的多個(gè)噴嘴以它們沿著注入件的圓周在注入件內(nèi)側(cè)上的設(shè)置順序依次標(biāo)記為數(shù)字“1”至“16”。
為了進(jìn)行比較，圖4中的圖示出了在與圖2中相同的狀態(tài)下對(duì)氣體壓力和流量進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果，其中O2氣體在反應(yīng)腔室內(nèi)壓力為10mTorr的條件下以每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米(sccm)的流量供給。各個(gè)氣體通道均具有一個(gè)1×4毫米的矩形橫剖面，并且各個(gè)噴嘴的直徑均為0.5毫米，長(zhǎng)度均為2毫米。第一至第四級(jí)別的氣體通道的直徑分別被設(shè)定為282毫米、268毫米、255毫米以及241毫米。
正如從圖4中所示圖看出的那樣，由于在反應(yīng)氣體與氣體通道的內(nèi)壁發(fā)生碰撞后會(huì)產(chǎn)生壓降，所以氣體壓力會(huì)沿著氣體通路在背離進(jìn)氣口的方向上下降。但是，由于連接進(jìn)氣口和各個(gè)級(jí)別的氣體通道的任一端部的氣體通路的長(zhǎng)度均相等，所以各個(gè)氣體通路均會(huì)經(jīng)歷相等的壓降。因此，這將使得在所述多個(gè)噴嘴中的每個(gè)處的氣體壓力相等。還有，通過(guò)所述多個(gè)噴嘴被供入反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體流量相等。當(dāng)如圖4中所示那樣通過(guò)進(jìn)氣口供送的氣體流量為100sccm時(shí)，通過(guò)16個(gè)噴嘴中的每一個(gè)注入反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體流量均為100/16sccm，即6.25sccm。
前述假設(shè)條件，即通過(guò)進(jìn)氣口所注入的氣體流量為100sccm并且在反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力為10mTorr，是高密度等離子體CVD(HDP-CVD)系統(tǒng)中的典型情況。但是，即使氣體流量和反應(yīng)腔室內(nèi)的壓力發(fā)生了變化，根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置也可以保持被供入反應(yīng)腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體均勻分布。還有，如果各個(gè)級(jí)別的氣體通道的直徑發(fā)生了變化，那么利用設(shè)置有所述氣體通道的前述結(jié)構(gòu)，可以使反應(yīng)氣體的分布均勻。因此，根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置可以在不受反應(yīng)腔室尺寸、氣體壓力以及流量限制的條件下使反應(yīng)氣體均勻分布，由此能夠使得所述注氣裝置適用于具有大反應(yīng)腔室的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。
由于在通往所各噴嘴中的每個(gè)的氣體通路之間壓力均勻分布，所以?xún)煞N或者多種氣體組分會(huì)在各個(gè)氣體通道中被均勻混合，從而使得可以通過(guò)單個(gè)注氣裝置將兩種或者多種氣體的混合物均勻地分布在整個(gè)反應(yīng)腔室中。
下面將參照?qǐng)D5-9對(duì)根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的注氣裝置進(jìn)行描述。在不同附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同的構(gòu)件。
圖5示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的注氣裝置。在圖5中示出的該第一實(shí)施例是這樣一個(gè)示例，即在未經(jīng)任何改動(dòng)的條件下將圖3A中所示注氣裝置應(yīng)用于一個(gè)等離子體處理系統(tǒng)。該等離子體處理系統(tǒng)包括一個(gè)反應(yīng)腔室180，該反應(yīng)腔室180帶有一個(gè)用于形成等離子體的空間。為了使反應(yīng)腔室180的內(nèi)部保持處于真空狀態(tài)，在反應(yīng)腔室180的底壁181上成形有一個(gè)真空抽氣孔188，該真空抽氣孔188被連接到一個(gè)真空泵(未示出)。一個(gè)靜電夾頭184被設(shè)置在反應(yīng)腔室180的底部處，用以支撐一個(gè)晶片W，同時(shí)一個(gè)等離子體源186被設(shè)置在反應(yīng)腔室180的頂部處，用以對(duì)注入反應(yīng)腔室180內(nèi)的反應(yīng)氣體進(jìn)行電離并且產(chǎn)生出等離子體。對(duì)于磁控管濺射系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，等離子體源186可以由一個(gè)磁控管槍(a magnetron gun)取代。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的注氣裝置包括一個(gè)進(jìn)氣口110，該進(jìn)氣口110貫穿反應(yīng)腔室180的上壁182，和一個(gè)扁平的環(huán)狀注入件140，該注入件140被固附在反應(yīng)腔室180的上壁182的底部上。注入件140具有歧管120，該歧管120包括設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道121-124以及多個(gè)噴嘴130。氣體通道121-124依次在注入件140的頂表面上設(shè)置在不同級(jí)別上，從而使得氣體通道121最接近注入件140的外周，并且氣體通道124最接近注入件140的內(nèi)周。所述注氣裝置的細(xì)節(jié)配置、工作方式以及效果均如前所述。
根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置中的注入件140被插入到溝槽182a內(nèi)，該溝槽182a成形于反應(yīng)腔室180的上壁182的底部上。因此，由于不存在朝向反應(yīng)腔室180內(nèi)部的突起，所以不會(huì)阻擋從等離子體源186朝向晶片W運(yùn)動(dòng)的離子流。
圖6示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的注氣裝置。在圖6中示出的該第二實(shí)施例是這樣一個(gè)示例，即圖3A中所示注氣裝置被修改為具有圓筒形狀，并且可以被應(yīng)用于一個(gè)等離子體處理系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的注氣裝置包括一個(gè)進(jìn)氣口210，該進(jìn)氣口210貫穿反應(yīng)腔室180的側(cè)壁183，和一個(gè)圓筒形注入件240，該注入件240被固附在反應(yīng)腔室180的側(cè)壁1 83的內(nèi)表面上。注入件240具有歧管220，該歧管220包括設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道221-224以及多個(gè)噴嘴230。注入件240可以被插入到一個(gè)溝槽183a內(nèi)，該溝槽183a成形于反應(yīng)腔室180的側(cè)壁183的內(nèi)表面上。
氣體通道221-224沿著注入件240的外周被制成具有預(yù)定深度的溝槽形狀。氣體通道221至224在注入件240的外周上沿著注入件240的高度方向以不同的級(jí)別設(shè)置，從而使得從進(jìn)氣口210進(jìn)行觀(guān)看，高級(jí)別氣體通道位于一個(gè)低于低級(jí)別氣體通道的位置處。其中設(shè)置有氣體通道221-224的結(jié)構(gòu)如圖3A中所描述的那樣。
所述多個(gè)噴嘴230被制成從最低級(jí)別的各氣體通道224的兩個(gè)端部處朝向反應(yīng)腔室180的內(nèi)部貫穿注入件240。所述多個(gè)噴嘴230的出口沿著注入件240的內(nèi)周均勻地間隔開(kāi)。
圖7示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的注氣裝置。在圖7中示出的該第三實(shí)施例是這樣一個(gè)示例，即圖3A中所示注氣裝置被修改成圓錐形狀，并且可被應(yīng)用于等離子體處理系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的注氣裝置包括一個(gè)進(jìn)氣口310，該進(jìn)氣口310貫穿反應(yīng)腔室280的上壁282，和一個(gè)注入件340，該注入件340呈圓錐形狀，被構(gòu)造成與反應(yīng)腔室280的上壁282的圓錐形傾斜內(nèi)表面相匹配。注入件340具有歧管320，該歧管320包括設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道321-324以及多個(gè)噴嘴330。注入件340與反應(yīng)腔室280的上壁282的傾斜內(nèi)表面發(fā)生接觸，并且由支撐件350支撐。支撐件350通過(guò)螺釘352固定在反應(yīng)腔室280的上壁282上。附圖標(biāo)記284、286和288分別指代用于支撐晶片W的靜電夾頭、等離子體源以及真空抽氣孔。
氣體通道321-324沿著注入件340的外表面被制成具有預(yù)定深度的溝槽形狀。它們沿著圓錐形注入件340的傾斜外表面以不同的級(jí)別設(shè)置，從而使得從進(jìn)氣口310進(jìn)行觀(guān)看，高級(jí)別氣體通道位于低于低級(jí)別氣體通道的位置處。其中設(shè)置有氣體通道321-324的結(jié)構(gòu)如圖3A中所描述的那樣。
所述多個(gè)噴嘴330被制成從最低級(jí)別的各個(gè)氣體通道324的兩個(gè)端部處朝向反應(yīng)腔室280的內(nèi)部貫穿注入件340。所述多個(gè)噴嘴330的出口沿著注入件340的內(nèi)周均勻地間隔開(kāi)。
圖8示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的注氣裝置。除了形成歧管的位置之外，在圖8中示出的該注氣裝置與圖7中所示注氣裝置具有相同的構(gòu)造。根據(jù)本第四實(shí)施例的注氣裝置包括一個(gè)進(jìn)氣口410，該進(jìn)氣口410貫穿反應(yīng)腔室280的上壁282，和一個(gè)注入件440，該注入件440呈圓錐形狀，該圓錐形狀被構(gòu)造成與反應(yīng)腔室280的上壁282的圓錐形傾斜內(nèi)表面相匹配。注入件440由支撐件450支撐，支撐件450通過(guò)螺釘452固定在反應(yīng)腔室280的上壁282上。用于構(gòu)成歧管420的多個(gè)級(jí)別的氣體通道421-424在反應(yīng)腔室280的上壁282的傾斜內(nèi)表面上被制成具有預(yù)定深度的溝槽形狀，而并非沿著注入件440的外表面成形。氣體通道421-424的布置方式差不多與根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的氣體通道321-324相同。注入件440可以由一種能夠抵抗濺射的絕緣襯墊制成，比如由陶瓷材料制成。在最輕微的濺射也會(huì)對(duì)半導(dǎo)體處理產(chǎn)生明顯負(fù)面影響的情況下，注入件440是有用的。
各個(gè)噴嘴430均被制成從注入件440外表面上的預(yù)定位置，對(duì)應(yīng)于最低級(jí)別的各個(gè)氣體通道424的兩個(gè)端部，朝向反應(yīng)腔室280的內(nèi)部貫穿該注入件440。所述多個(gè)噴嘴430的出口沿著注入件440的內(nèi)周均勻地間隔開(kāi)。
圖9示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的注氣裝置。參照?qǐng)D9，根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的注氣裝置包括一個(gè)進(jìn)氣口310和一個(gè)圓錐形注入件340，它們均具有與圖7中所示相同的配置。圓錐形注入件340具有歧管320，該歧管320包括設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道321-324以及多個(gè)噴嘴330。由于這些構(gòu)件具有與圖7中所示相同的構(gòu)造，所以在此將省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的注氣裝置還包括一個(gè)蓮蓬頭型注入件560，該注入件560被設(shè)置在反應(yīng)腔室280的頂部處，用于將反應(yīng)氣體朝向反應(yīng)腔室280的中部供送。這種構(gòu)造可以提高沿著反應(yīng)腔室280徑向的氣體分布均勻度。同樣，蓮蓬頭型注入件560可以被添加到本發(fā)明的第一至第四實(shí)施例中。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明用于半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的注氣裝置具有下述優(yōu)點(diǎn)。
首先，由于通過(guò)歧管使得連接進(jìn)氣口和多個(gè)噴嘴的氣體通路的長(zhǎng)度均相等，所以對(duì)于各個(gè)噴嘴來(lái)說(shuō)被供入反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體壓力和流量均相等，由此提高了在半導(dǎo)體基片處理過(guò)程中的均勻度。
第二，根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置不管反應(yīng)腔室尺寸、氣體壓力以及流量如何，均能使反應(yīng)氣體均勻分布，由此使得其能夠適用于帶有大反應(yīng)腔室的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。
第三，根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置不會(huì)阻擋離子流動(dòng)或者微波傳播，因?yàn)槠渑c反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面發(fā)生接觸或者相配合，并且因此不存在朝向反應(yīng)腔室內(nèi)部的突起，由此可以被應(yīng)用于各種半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，比如等離子體增強(qiáng)型CVD(PECVD)系統(tǒng)、HDP-CVD系統(tǒng)以及磁控管濺射系統(tǒng)。
第四，本發(fā)明在通往多個(gè)噴嘴的各條氣體通路之間提供了均勻的壓力分布，在所述氣體通路中兩種或者多種氣體組分被均勻混合，由此使得能夠通過(guò)單個(gè)注氣裝置將兩種或者多種氣體的混合物均勻地分布在反應(yīng)腔室中。
盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了特定圖示和描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員將會(huì)明白的是，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思和保護(hù)范圍的條件下，可以在形式和細(xì)節(jié)上對(duì)其進(jìn)行多種改變。例如，根據(jù)本發(fā)明的注氣裝置的構(gòu)造可以根據(jù)半導(dǎo)體處理系統(tǒng)的類(lèi)型、反應(yīng)腔室的形狀和尺寸以及類(lèi)似因素進(jìn)行修改。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍可以利用所附權(quán)利要求加以確定。
權(quán)利要求
1.一種注氣裝置，用于將反應(yīng)氣體注入半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中的反應(yīng)腔室內(nèi)，該注氣裝置包括注入件，該注入件被設(shè)置成與反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面發(fā)生接觸，并且具有多個(gè)穿入其的噴嘴，通過(guò)這些噴嘴，反應(yīng)氣體被注入反應(yīng)腔室內(nèi)；進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口貫穿反應(yīng)腔室的腔壁；以及歧管，該歧管被設(shè)置在反應(yīng)腔室的腔壁與注入件之間，用于將通過(guò)進(jìn)氣口流入的反應(yīng)氣體供送至所述多個(gè)噴嘴的每個(gè)中；其中，所述歧管被構(gòu)造成具有設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道，這些氣體通道用于使連接進(jìn)氣口和所述多個(gè)噴嘴的氣體通路的長(zhǎng)度相等，由此使得通過(guò)所述多個(gè)噴嘴的每個(gè)供入反應(yīng)腔室的氣體流量均勻。
2.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，所述多個(gè)級(jí)別的氣體通道中一個(gè)級(jí)別的氣體通道在下一較高級(jí)別的氣體通道的任一端部處被分成兩個(gè)支管，每個(gè)支管均具有相同的長(zhǎng)度，最高級(jí)別的氣體通道被分成兩個(gè)支管，每個(gè)支管均在與進(jìn)氣口相連的部分處具有相同的長(zhǎng)度，并且所述多個(gè)噴嘴中的每個(gè)均被連接在最低級(jí)別的氣體通道的任一端部上。
3.如權(quán)利要求2中所述的裝置，其中，所述氣體通道被設(shè)置在四個(gè)級(jí)別上。
4.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，在所述反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面上成形有溝槽，并且所述注入件被插入到該溝槽內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，所述氣體通道被成形在與反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面發(fā)生接觸的注入件表面上，呈具有預(yù)定深度的溝槽形狀。
6.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，所述氣體通道被成形在反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面上，呈具有預(yù)定深度的溝槽形狀。
7.如權(quán)利要求6中所述的裝置，其中，所述注入件由一種介電襯墊制成。
8.如權(quán)利要求7中所述的裝置，其中，所述介電襯墊由一種陶瓷材料制成。
9.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，沿著所述注入件的圓周，所述多個(gè)噴嘴的出口在與反應(yīng)腔室的內(nèi)部相對(duì)的注入件表面上均勻地間隔開(kāi)。
10.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，所述注入件呈扁平的環(huán)狀，并且被設(shè)置成與反應(yīng)腔室上壁的底部發(fā)生接觸。
11.如權(quán)利要求10中所述的裝置，其中，所述氣體通道以不同的級(jí)別設(shè)置，從而使得從進(jìn)氣口進(jìn)行觀(guān)看，高級(jí)別氣體通道較為接近注入件的外周，而低級(jí)別氣體通道較為接近注入件的內(nèi)周。
12.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，所述注入件呈圓筒狀，并且被設(shè)置成與反應(yīng)腔室側(cè)壁的內(nèi)表面發(fā)生接觸。
13.如權(quán)利要求12中所述的裝置，其中，所述氣體通道在注入件的外周上以不同的級(jí)別設(shè)置，從而使得從進(jìn)氣口進(jìn)行觀(guān)看，高級(jí)別氣體通道位于低于低級(jí)別氣體通道的位置處。
14.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，所述注入件呈圓錐狀，并且被設(shè)置成與反應(yīng)腔室上壁的傾斜內(nèi)表面發(fā)生接觸。
15.如權(quán)利要求14中所述的裝置，其中，所述氣體通道在注入件的外周上以不同的級(jí)別設(shè)置，從而使得從進(jìn)氣口進(jìn)行觀(guān)看，高級(jí)別氣體通道位于低于低級(jí)別氣體通道的位置處。
16.如權(quán)利要求14中所述的裝置，其中，所述注入件由支撐件支撐，所述支撐件被固定在反應(yīng)腔室的腔壁上。
17.如權(quán)利要求1中所述的裝置，還包括蓮蓬頭型注入件，該注入件被設(shè)置在反應(yīng)腔室的頂部處，用于將反應(yīng)氣體朝向反應(yīng)腔室的中部供送。
18.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，兩種或者多種反應(yīng)氣體在穿過(guò)所述歧管時(shí)混合，并且這兩種或者多種反應(yīng)氣體的混合物通過(guò)所述多個(gè)噴嘴被注入到反應(yīng)腔室內(nèi)。
19.如權(quán)利要求1中所述的裝置，其中，所述注氣裝置適用于等離子體處理系統(tǒng)或者磁控管濺射系統(tǒng)。
全文摘要
一種注氣裝置，用于將反應(yīng)氣體注入半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中的反應(yīng)腔室內(nèi)。該注氣裝置包括注入件，該注入件被設(shè)置成與反應(yīng)腔室的腔壁內(nèi)表面發(fā)生接觸，并且具有多個(gè)穿過(guò)其的噴嘴，通過(guò)這些噴嘴，反應(yīng)氣體被注入反應(yīng)腔室內(nèi)；進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口貫穿反應(yīng)腔室的腔壁；以及歧管，該歧管被設(shè)置在反應(yīng)腔室的腔壁與注入件之間，用于將通過(guò)進(jìn)氣口流入的反應(yīng)氣體供送至各個(gè)噴嘴。所述歧管被構(gòu)造成具有設(shè)置在多個(gè)級(jí)別上的氣體通道，這些氣體通道用于使得連接進(jìn)氣口和各個(gè)噴嘴的氣體通路的長(zhǎng)度相等，由此使得通過(guò)各個(gè)噴嘴供入反應(yīng)腔室的氣體流量均勻。這種構(gòu)造使得通過(guò)各個(gè)噴嘴供送至反應(yīng)腔室的反應(yīng)氣體的流量均勻。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1501435SQ0313909
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2003年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月15日
發(fā)明者金泰完, 尤里·N·托爾馬切夫, 馬東俊, 瑟吉·Y·納瓦拉, N 托爾馬切夫, Y 納瓦拉 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社