CN100369192C - 半导体加工系统反应腔室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体加工系统反应腔室，包括由窗体、腔室壁组成的封闭空间，可腔室壁设侧面进气口，也可在窗体上设有中央进气口，或同时设侧面进气口和中央进气口，腔室壁下部连通有排气口，腔室壁内侧设有内衬，腔室壁内底侧设有底衬，内衬内侧设有里层内衬，在内衬和里层内衬之间留有距离，构成气体流动空间，里层内衬的壁上设置有若干气孔，里层内衬以内的封闭空间与进气口连通，气体流动空间与排气口连通。本发明具有两层内衬，里层内衬用来保证腔室内等离子体的均匀性，利用气体流动空间的缓冲，提高了腔室气体排出的均匀度，可以通过反应腔室的进、排气方式来提高腔室内等离子体的均匀性。

Description

半导体加工系统反应腔室
技术领域
本发明涉及一种半导体加工系统中的反应室，特别涉及设有多层内衬的反应室。
背景技术
半导体加工包括金属、介电和半导体材料的化学气相沉积(CVD)这样的沉积处理，这些层的蚀刻，光刻胶掩膜层的抛光等等。在刻蚀的情况中，等离子体刻蚀通常用于蚀刻金属、介电和半导体材料。平行板式的等离子体反应器典型的包括含有一块或多块挡板的气室，让蚀刻气体通过它的上电极，将硅晶片支撑在下电极的支架上，射频(RF)电源和用于向气室提供气体的气体喷射源。气体被电极电离而形成等离子体。等离子体蚀刻支持在上电极下面的晶片。
在等离子体蚀刻过程期间，通过向处于较低压力的气体加入大量的能量而使气体电离以形成等离子体。通过调节晶片的电位，等离子体中带电的样品可以被导向以便垂直地冲撞到晶片上，使晶片上无掩膜区域的材料被移走。
半导体加工系统用来加工半导体晶片，从而制造集成电路。特别是在蚀刻、氧化、化学气相沉积(CVD)等过程中通常使用基于等离子体的半导体加工。传统的等离子加工系统通常控制在等离子加工腔内的气流或者等离子体流，以便为加工晶片提供最佳的环境。
真空室内的处理气体的不均匀分布会对等离子体的均匀分布产生不利影响。
常见的反应腔室结构如图1所示，包括电绝缘材料窗体2，腔室壁3，静电卡盘(或者机械卡盘)7组成一个封闭空间11，排气口6与真空装置(干泵等，图中未示出)连接，使空间11形成真空环境，工艺气体由中央进气口4或周边进气口5，或者二者组合进入空间11，窗体2上方的线圈1通以射频能量，通过窗体2耦合，在空间11中形成等离子体，对卡盘7上的晶片8进行刻蚀。等离子体刻蚀晶片的同时也会刻蚀反应腔室壁3，这对刻蚀机械寿命、晶片刻蚀质量等产生不利影响，在空间11内往往放置内衬以保护反应腔室壁3，而腔室内壁的底面也会有类似的保护装置(二者可以制造成一体)。如图1中的9就是反应腔室侧面内衬，10是腔室底衬。内衬9和底衬10的存在使得反应腔室壁3不再直接接触等离子体，免受等离子体的轰击，并且使清洗和更换更为方便。排气口6可以放置在反应腔室的正下方或者侧下方等位置。进行工艺处理(刻蚀等)时，腔室进气口提供工艺气体，同时启动排气口6末端的真空泵(图中未示出)以保持腔室内压力恒定并清除刻蚀颗粒。
为了得到整个晶片表面上均匀的蚀刻速率，希望在晶片表面上能均匀的分布等离子体。目前较多研究工作都把重点放在如何通过改进反应腔室的进气方式来提高腔室内等离子体的均匀性，例如应用各种形状的气体分配板、喷嘴等。排气口与真空泵相连，其位置、孔径、轴向等也会对腔室内等离子体的均匀性产生影响。本发明希望通过一种新型的腔室内衬来改进腔室内气体的排出方式，从而改善室内等离子体的均匀性。
发明内容
本发明的目的是提供一种进一步提高腔室内等离子体均匀性的半导体加工系统反应腔室。
本发明技术方案如下：
一种半导体加工系统反应腔室，包括由窗体、腔室壁组成的封闭空间，可腔室壁设侧面进气口，也可在窗体上设有中央进气口，或同时设侧面进气口和中央进气口，腔室壁下部连通有排气口，腔室壁内侧设有内衬，腔室壁内底侧设有底衬，内衬内侧设有里层内衬，在内衬和里层内衬之间留有距离，构成气体流动空间，里层内衬的壁上设置有若干气孔，里层内衬以内的封闭空间与进气口连通，气体流动空间与排气口连通。
里层内衬的底端部设有里层底衬，该里层底衬与底衬之间留有距离，里层底衬设有若干气孔。
里层内衬壁上的气孔不均匀分布，靠近排气口的部份，气孔分布较少，远离排气口在部份，气孔分布较多。由于气体流动时与两个内衬壁的摩擦，从离排气口越远的气孔流出的气体到排气口所要克服的摩擦力越大，本发明的结构增大了这些区域的孔面积，使得腔室内气体从四周孔均匀排出，从而保证腔室内气体分布的均匀性，
里层内衬壁上的气孔孔径可以是变化的，靠近排气口的气孔16孔径小于远离排气口的气孔孔径，这样增加了相应方向的气体流通面积，并能减小压降，保证气体在各个方向均匀排出。
里层内衬壁厚可以是不均匀的，远离排气孔的部分比靠近排气孔的部分厚度小。壁厚减小，相当于气体通过的气孔的长度减小，也能起到降低压降的目的，这样，远离排气孔的内衬壁部分比靠近排气孔的部分厚度小，同样能够起到气体均匀排出的作用。
孔的形状并不局限于直孔，可以为台阶孔、孔内壁成锥角等，并且由于等离子体的存在，孔的边缘必须圆角处理，在孔两端面最好有倒角以减小气体阻力。在内衬的轴向上，孔16也可以只在靠近下电极的部分开孔，以更好的导向等离子体垂直轰击到晶片上。
里层内衬上的气孔不均匀分布、孔径不同、形状不同以及内衬壁厚不一致可以任意组合以达到更好的效果。
本发明具有两层内衬，里层内衬用来保证腔室内等离子体的均匀性，利用气体流动空间的缓冲，提高了腔室气体排出的均匀度，可以通过反应腔室的进、排气方式来提高腔室内等离子体的均匀性。
附图说明
图1为常见的反应腔室剖面示意图；
图2为本发明里层内衬壁上气孔孔径相同的反应腔室结构剖面图；
图3为本发明里层内衬壁上气孔孔径不同的反应腔室结构剖面图；
图4表示改变里层内衬的壁厚以及设置底衬气孔的一个实施例的结构示意图。
图中：1、线圈；2、窗体；3、腔室壁；4、中央进气口；5、周边进气口；6、排气口；7、卡盘；8、晶片；9、内衬；10、底衬；11、封闭空间；12、里层内衬；13、气体流动空间；14、里层内衬的内表面；15、里层内衬的外表面；16、气孔；17、气孔；18、里层底衬。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定。
实施例1
参考图2，本发明的反应腔室包括窗体2，腔室壁3，卡盘7，在外层内衬9的内部，还有里层内衬12，两层内衬之间留有适当的距离，构成气体流动空间13，里层内衬12的壁上布满直径相同的气孔16，但孔不均匀分布，靠近排气口6的部分，孔比较少，远离部分则比较多，图2中的排气口6在腔室的侧下方，当然也可以在正下方。由于气体流动时与两个内衬壁的摩擦，从距离排气口6越远的孔16流出的气体到排气口6所要克服的摩擦力越大，图中的结构增加了孔的个数，从而增加了这些区域总体进气的面积，使得腔室内气体从四周孔均匀排出，从而保证腔室内气体分布的均匀性，等离子体的均匀性在很大程度上是受到气体均匀性的影响的，这样有利于得到均匀的等离子体。
实施例2
参考图3，反应腔室结构与实施例1大部份相同，区别在于里层内衬12的壁上布满的气孔16的孔径是变化的，靠近排气口6的孔16孔径小于远离排气口的孔，图中即左边的孔径大于右边的。这样增加了相应方向的气体流通面积，并能减小压降，保证气体在各个方向均匀排出。
实施例3
参考图3及图4，反应腔室结构与实施例1大部份相同，区别在于里层内衬12的壁厚可以各向不同，远离排气口6的内衬壁部分比靠近排气孔的部分厚度小，里层内衬壁的内外表面14、15由两个不同心的圆筒构成，达到壁厚渐变的目的。壁厚减小，相当于气体通过的孔16长度减小，也能起到降低压降的目的，这样，远离排气口6的内衬壁部分比靠近排气孔的部分厚度小，同样能够起到气体均匀排出的作用。
实施例4
参考图3及图4，反应腔室结构与实施例3大部份相同，区别在于里层内衬12的底部设有里层底衬18，里层底衬18与底衬10之间留有适当的距离，里层底衬18设有若干气孔17，气体会有一部分从底面排出，可以得到更均匀的排气效果。

Claims (7)

1.一种半导体加工系统反应腔室，包括由窗体(2)、腔室壁(3)组成的封闭空间(11)，腔室壁和/或窗体上设有进气口，腔室壁下部连通有排气口(6)，腔室壁(3)内侧设有内衬(9)，腔室壁(3)内底侧设有底衬(10)，其特征在于，在所述内衬(9)内侧设有里层内衬(12)，在内衬(9)和里层内衬(12)之间留有距离，构成气体流动空间(13)，里层内衬(12)的壁上设置有若干气孔，里层内衬(12)以内的封闭空间与进气口连通，气体流动空间(13)与排气口(6)连通。
2.如权利要求1所述的半导体加工系统反应腔室，其特征在于，里层内衬(12)的底端部设有里层底衬(18)，该里层底衬(18)与底衬(10)之间留有距离，里层底衬(18)设有若干气孔。
3.如权利要求1或2所述的半导体加工系统反应腔室，其特征在于，所述里层内衬壁上的气孔在靠近排气口(6)的部分分布较少，在远离排气口(6)部分分布较多。
4.如权利要求1或2所述的半导体加工系统反应腔室，其特征在于，里层内衬壁上的气孔孔径在靠近排气口(6)的部分小于远离排气口(6)的部分。
5.如权利要求1或2所述的半导体加工系统反应腔室，其特征在于，所述里层内衬壁在远离排气口(6)部分的厚度小于靠近排气口(6)部分的厚度。
6.如权利要求1或2所述的半导体加工系统反应腔室，其特征在于，里层内衬壁上的气孔的形状为直孔、台阶孔或锥角形孔，且气孔的边缘做圆角处理。
7.如权利要求1或2所述的半导体加工系统反应腔室，其特征在于，里层内衬壁上的气孔的两端面有倒角。
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