CN101556904B - 一种气体分配装置及应用该分配装置的半导体处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体分配装置，其包括从上至下依次层叠设置的支撑板、阻流板和喷淋头电极。在支撑板的背面设置有第一支撑台以及支撑板导流凸台，相邻支撑板导流凸台之间形成支撑板沟槽。在阻流板的正面设置第二支撑台和阻流板沟槽，相邻阻流板沟槽之间形成阻流板导流凸台。所述沟槽的宽度和深度均大于相应导流凸台的宽度和高度，以便第一支撑台与第二支撑台的相互接触时，所述导流凸台可嵌入到相应沟槽内，并在二者之间保持一定间隙以传递并分配气体。此外，本发明还公开一种应用上述气体分配装置的半导体处理设备。本发明提供的气体分配装置和半导体处理设备不仅能够将气体较为均匀地分配到反应腔室内，而且还具有便于加工、不易损坏等特点。

Description

一种气体分配装置及应用该分配装置的半导体处理设备 

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种气体分配装置以及应用该气体分配装置的半导体处理设备。 

背景技术

随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工/处理能力。目前，在半导体器件的加工/处理过程中广泛采用诸如等离子体刻蚀技术等的等离子体处理技术。所谓等离子体刻蚀技术指的是，工艺气体在射频功率的激发下产生电离形成含有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离子体，这些活性粒子与被刻蚀物体(例如，晶片)的表面发生各种物理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使得被刻蚀物体表面的性能发生变化。 

等离子体刻蚀技术是依靠半导体刻蚀设备来实现的。通常，工艺气体通过设置在半导体刻蚀设备反应腔室上的气体分配装置而进入到反应腔室，并在此受到射频功率的激发产生电离而形成等离子体。等离子体与被刻蚀物质表面产生物理和化学反应，并形成挥发性的反应生成物。该反应生成物脱离被刻蚀物质表面，并被真空系统抽出反应腔室。 

目前，半导体刻蚀设备的种类较多，根据工作原理不同，主要包括RIE、MERIE、ICP、ECR等刻蚀设备。其中，因RIE或者MERIE模式的平行板等离子体刻蚀设备更为稳定的工作性能，而使其在等离子体刻蚀领域中被广泛采用。例如，图1就示出了目前广泛采用的一种平行板式的半导体刻蚀设备中的部分结构。 

请参阅图1，平行板式半导体刻蚀设备一般包括：反应腔室10、上电极12、下电极15、气体输入系统11和真空获得系统16等。其中， 上电极12和下电极15分别接入一个或多个不同频率的射频源。 

在反应腔室10内设置有下电极15，围绕下电极15设置有聚焦环14，被处理的晶片等半导体器件17就置于聚焦环14和下电极15上。其中，下电极15吸附并固定晶片等半导体器件17，聚焦环14把等离子体聚焦在晶片上方区域，提高等离子体均一性。 

环绕反应腔室10的内壁设置有反应腔室内衬18，用以防止刻蚀生成物污染反应腔室10。在内衬18的底部设置有等离子体屏蔽板13，其上具有许多小孔，以供气体流动。并且，这些小孔均匀地分布在下电极15的周围，形成环形的小孔环带，其限制着气体在反应腔室10内的流动途径。 

在反应腔室10一侧的靠下位置处设置有真空获得系统16，用于将上述反应生成物抽出反应腔室10。 

半导体刻蚀设备的工艺过程一般是：利用真空获得系统16将反应腔室10抽真空；而后，通过气体输入系统11并经由气体分配装置而将工艺所需的刻蚀气体输入到反应腔室10内；然后，向分别连接上电极12和下电极15的射频源输入适当的射频功率，以激活反应气体，点燃和维持等离子，使其与被刻蚀的晶片进行物理/化学反应，以获得所需要的刻蚀图形。同时，反应后的生成物经过分布在等离子体屏蔽板13上的小孔向下流动，而后由真空获得系统16将其抽出反应腔室10。 

在上述半导体刻蚀设备中，气体分配装置的作用是将进入反应腔室的刻蚀气体均匀分配到下电极的晶片表面，从而得到均匀的刻蚀结果。 

众所周知，在半导体器件的加工/处理过程中，加工/处理结果的均匀性是一个重要的指标，例如在刻蚀工艺中，刻蚀均匀性(EU，etch uniformity)就是一个极其重要的指标，其通常也被称为刻蚀负载，主要包括微负载和宏观负载。其中，宏观负载主要是指在整个晶片表面、晶片与晶片之间、批次与批次之间、设备与设备之的刻蚀速率差异；微负载主要是由不同密度图形的刻蚀速率差异引起的。 

在实际应用中，若要获得良好的刻蚀均匀性，则需要先获得较 为均匀的等离子体。然而，等离子体的均匀性与多种因素相关，例如，工艺气体流量、气体分配装置的结构、抽气腔室的结构、晶片表面温度控制、电场控制、电极组件等等。其中，气体分配装置的结构是一个重要的影响因素，其直接影响工艺气体进入反应腔室后的分布状况。如果腔室内的气体分布不均匀，则会导致在腔室内部的晶片等半导体器件表面上的刻蚀速率和刻蚀均匀性有较大的变化，这将影响最终的刻蚀效果。 

为此，人们一直试图寻找到一种能够均匀分配气体的气体分配装置。例如，专利号为6983892，发明名称为“Gas distributionshowerhead for semiconductor processing”的美国专利中就公开了这样一种气体分配装置(以下称为现有技术一)。 

请参阅图2，该美国专利中公开的气体分配装置包括从上至下依次设置的冷却板205、可移动插针板234和236、以及粘接在一起的电极206和气体分配板208。 

其中，在冷却板205的大致中央位置处设置有中央进气通道230，在冷却板205的大致边缘位置处设置有边缘进气通道212。因此，该气体分配装置尤为适用于双区(双路)进气系统，其中，第一路气体(即，中央区域的气体)经由冷却板205上的中央进气通道230进入该装置，第二路气体(即，边缘区域的气体)经由冷却板205上的边缘进气通道212进入该装置。 

可移动插针板234和236上设置有众多凸起的插针246和247，相应地，电极206和气体分配板208上设置有众多通孔，并且通孔的直径大于插针246和247的直径，以便在装配之后能够使插针246和247进入到所述通孔内，并在插针246和247与所述通孔之间保持一定的间隙，以供气体流动，并将工艺气体分配到半导体刻蚀设备的反应腔室中。 

尽管现有技术一提供的气体分配装置能够对欲进入反应腔室的诸如工艺气体等的气体进行分配，然而在实际应用中，其不可避免地存在下述缺陷： 

其一，加工困难。现有技术一中需要在可移动插针板上设置很多向下凸起的插针，这使得加工较为繁琐。而且，对应于这些插针，需要在电极和气体分配板上加工出若干通孔，并且还要保证这些通孔的孔径略大于插针的直径，以便在二者之间保持一定的间隙，这同样给加工带来了困难。 

其二，容易损坏。现有技术一中可移动插针板上设置有很多插针，由于这些插针彼此之间相互独立并呈细长结构，在装配、使用、拆卸和清洁等过程中比较容易出现折断等损坏现象，因此使得该气体分配装置的使用寿命较短。 

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种气体分配装置，其不仅能够将诸如工艺气体等的气体较为均匀地分配到反应腔室内，而且还具有便于加工、不易损坏等特点。 

本发明还提供一种应用该气体分配装置的半导体处理设备，其不仅能够在反应腔室内获得分布较为均匀的诸如工艺气体等的气体，而且还具有便于加工、不易损坏等特点。 

为此，本发明提供了一种气体分配装置，其用于将诸如工艺气体等的气体均匀地分配至反应腔室内，其包括从上至下依次层叠设置的支撑板、阻流板和喷淋头电极，所述支撑板上设置有进气通道，用于将气体引入到所述气体分配装置内；所述喷淋头电极上开设有排气通道。其中，所述支撑板的背面设置有第一支撑台以及支撑板导流凸台，相邻支撑板导流凸台之间的部分、第一支撑台与支撑板导流凸台之间的部分以及相邻第一支撑台之间的部分形成支撑板沟槽；对应于所述第一支撑台，而在所述阻流板的正面设置第二支撑台，借助于第一支撑台与第二支撑台的相互接触而将所述支撑板与所述阻流板叠置在一起；所述支撑板导流凸台设置为沿周向和/或径向延伸，对应于所述支撑板导流凸台，而在所述阻流板的正面设置沿周向和/或径向延伸的阻流板沟槽，相邻阻流板沟槽之间的部分形成阻流板导流凸台，所述阻流板沟槽的宽度和深度均大于所述支撑板导流凸台的宽度和高度，所述支撑板沟槽的宽度和深度均大于所述阻流板导流凸台的宽度和高度，所述支撑板导流凸台嵌入在所述阻流板沟槽内，所述阻流板导流凸台嵌入在所述支撑板沟槽内， 所述支撑板导流凸台与所述阻流板沟槽的底部和侧面之间保持有间隙，同时所述阻流板导流凸台与所述支撑板沟槽的底部和侧面之间保持有间隙，以便气体通过所述间隙而进行传递和扩散；以及在所述阻流板沟槽的底面设置有贯通所述阻流板的阻流板通孔，以便将来自所述间隙的气体传递到所述喷淋头电极的上方，并借助于所述排气通道而将所述气体排出到反应腔室内。 

其中，所述支撑板上的进气通道包括设置在支撑板大致中央位置处的中央进气通道，以及设置在支撑板边缘位置处的边缘进气通道。 

其中，所述第一支撑台和所述第二支撑台的设置高度遵循这样的原则：即，第一支撑台和第二支撑台彼此接触时，所述支撑板导流凸台不能触及所述阻流板沟槽的底部，同时所述阻流板导流凸台不能触及所述支撑板沟槽的底部。 

其中，所述第一支撑台的高度低于所述支撑板导流凸台的高度，相应地，所述第二支撑台的高度与所述阻流板导流凸台的高度一致。 

其中，在所述支撑板中心和支撑板边缘之间设置支撑板分区凸台，所述支撑板分区凸台将所述支撑板分隔为支撑板中央区域和支撑板边缘区域，所述支撑板中央区域对应于所述中央进气通道，所述支撑板边缘区域对应于所述边缘进气通道。 

其中，所述第一支撑台包括支撑板分区凸台和/或设置在所述支撑板边缘的支撑板边缘凸台。 

其中，所述支撑板分区凸台的高度与所述支撑板边缘凸台的高度大致相等。 

其中，所述第二支撑台包括阻流板上分区凸台和/或阻流板边缘上凸台，所述阻流板上分区凸台与支撑板分区凸台相对应并设置在所述阻流板正面的中心和边缘之间；所述阻流板边缘上凸台与支撑板边缘凸台相对应并设置在所述阻流板正面的边缘。 

其中，对应于所述阻流板上分区凸台而在所述阻流板的背面设置阻流板下分区凸台，所述阻流板下分区凸台将所述阻流板的背面分隔为阻流板中央凹进和阻流板边缘凹进，来自所述中央进气通道的气体在所述阻流板中央凹进得以进一步扩散和分配；来自所述边缘进气通道的气体在所述阻流板边缘凹进得以进一步扩散和分配。 

其中，所述阻流板包括分立的中心部分和外围部分。 

其中，所述阻流板设置为单层阻流板，或者设置为多层阻流板的组合。 

其中，每一层所述阻流板一体成型，或者由中央部分和外围部分嵌套组合而成。 

其中，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口孔径为0.5-3.0mm。优选地，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口孔径为0.7-1.0mm。 

其中，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口处倒角为0.5-3.0mm。优选地，所述排气通道中远离反应腔室一侧的出口处倒角为0.8-1.2mm。 

其中，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口孔径小于等于靠近阻流板一侧的入口孔径。 

此外，本发明还提供一种半导体处理设备，其包括反应腔室和置于反应腔室内的静电夹持装置，而且，对应于所述静电夹持装置而在反应腔室上方设置本发明提供的上述气体分配装置，用以向反应腔室内均匀地分配气体。 

相对于现有技术，本发明具有这样的有益效果： 

其一，便于加工。本发明提供的气体分配装置中的支撑板上设置有支撑板导流凸台和/或支撑板沟槽，并且相应地在阻流板上设置阻流板沟槽和/或阻流板导流凸台，借助于所述导流凸台和所述沟槽之间的间隙以及阻流板通孔而将诸如工艺气体等的气体引入到喷淋头电极的上方，并最终将其分配至反应腔室内。因此，本发明提供的气体分配装置中无需设置众多插针，并且也无需配合这些插针而设置众多与之相对应的通孔，而只需要设置前述导流凸台和沟槽，因而加工较为简单便捷。 

其二，不易损坏。本发明提供的气体分配装置中的支撑板上设置有支撑板导流凸台和/或支撑板沟槽，并且相应地在阻流板上设置阻流板沟槽和/或阻流板导流凸台，而无需设置众多插针，由于支撑板导流凸台和/或阻流板导流凸台相对于插针而言，体积较大、结构较为结实，因此不易出现折断等坏损现象，从而使得该气体分配装置的使用寿命较 长。 

由于本发明提供的气体分配装置具有上述有益效果，因此应用该气体分配装置的半导体处理设备同样也具有这样的特点，即，不仅能够均匀地将诸如工艺气体等的气体分配至反应腔室内，而且还便于加工，并不易损坏。 

附图说明

图1为现有技术中提供的半导体处理设备的结构示意图； 

图2为现有技术一提供的气体分配装置的结构示意图； 

图3为本发明提供的气体分配装置的分解结构示意图； 

图4a为本发明中所采用的支撑板的立体图； 

图4b为图4a所示支撑板的俯视图； 

图5a为本发明中所采用的阻流板的立体图； 

图5b为图5a所示阻流板的俯视图； 

图5c为图5a所示阻流板的仰视图； 

图5d为分立结构的阻流板的立体图，其中示出了阻流板的背面结构； 

图6a为本发明中所采用的一种喷淋头电极的立体图； 

图6b为本发明中所采用的另一种喷淋头电极的立体图； 

图7a为喷淋头电极中一种气体通道的剖面示意图； 

图7b为喷淋头电极中另一种气体通道的剖面示意图； 

图7c为喷淋头电极中又一种气体通道的剖面示意图； 

图7d为喷淋头电极中再一种气体通道的剖面示意图； 

图8a为已装配好的气体分配装置的剖面示意图；以及 

图8b为图8a中标号A所示部分的局部放大图。 

具体实施方式

为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的气体分配装置以及应用该气体分配装置的半导体处理设备进行详细描述。 

请同时参阅图3，本发明第一实施例提供的气体分配装置100包括从上至下依次层叠设置的支撑板1、阻流板2和喷淋头电极3。 

其中，支撑板1上设置有贯通其上下表面的气体进气通道(101、102)，以便将诸如工艺气体等的气体引入到该气体分配装置100内的阻流板2的上方。为了更好地改善反应腔室中心区域和边缘区域气体分布的均匀性，本实施例中的气体分配装置100优选双区(即，双路)进气方式。也就是说，在支撑板1的大致中央位置处设置中央进气通道101(即，第一路气体进气通道)，在支撑板1的边缘位置处设置边缘进气通道102(即，第二路气体进气通道102a、102b、102c和102d)。采用双区进气方式，可以对中间区域和边缘区域的气体分布单独进行控制，这样既可以使气体在大的范围内分布均匀，也可以根据工艺需求使中间区域的进气量大于或者小于边缘区域的进气量。 

阻流板2上设置有沿圆周方向分布的阻流板沟槽204，并且在所述沟槽204的底面设置有纵向贯穿该底面的阻流板通孔。借助于阻流板2与支撑板1的相互配合而对气体进行分配后，气体经阻流板通孔而传输到喷淋头电极3的上方。 

喷淋头电极3与阻流板2相互配合而对气体再次进行分配。并且在喷淋头电极3的底面设置有纵向贯穿该底面的排气通道，以便将气体排出该气体分配装置而最终进入到反应腔室内。 

下面将结合附图对支撑板1、阻流板2和喷淋头电极3进行更为详细的描述。并且在详细描述之前，需要指出：本发明中所说的正面指的是图中所示的各个部件朝上的那一面；相应地，本发明中所说的背面指的是图中所示的各个部件朝下的那一面。 

请一并参阅图4a和图4b，本发明中所采用的支撑板1呈板状结构，且其形状与反应腔室内部的形状相适配而为圆形。其中央进气通道101位于圆形支撑板1的大致圆心位置处，并且在支撑板1的边缘位置处沿圆周方向均匀分布有4个边缘进气通道102a～102d。 

在支撑板1的背面，以进气通道101为中心设置有径向沟槽110和周向沟槽111。 

其中，所述径向沟槽110可以设置为多条，并且这多条径向沟槽 110优选地沿圆周方向均匀分布。而且，每一条径向沟槽110均沿半径方向而向支撑板1的边缘辐射延伸，以使来自中央进气通道101和/或边缘进气通道102a～102d的气体可以在所述径向沟槽110内沿径向流动、扩散，以便被均匀地分配。 

所述周向沟槽111也可以设置为多条，并且这多条周向沟槽111优选地设置为环绕支撑板1的中心(也就是中央进气通道101)的多圈同心圆环，其中每一圈圆环在与径向沟槽110交汇时被断开而形成若干条圆弧状的周向沟槽111。可以理解，当有n条径向沟槽110时，则沿每一圈圆环的周向沟槽111的数量为n+1。设置沿圆周方向分布的周向沟槽111，可以使气体在所述径向沟槽110内沿圆周方向流动、扩散，以便被均匀地分配。 

此外，在支撑板1的中心和边缘之间的大致中间位置处设置有一个圆环形的支撑板分区凸台104，其将支撑板1分为两部分，即对应于中央进气通道101的支撑板中间区域以及对应于边缘进气通道102a～102d的支撑板边缘区域。这样，对应于中间区域，借助于该区域中的径向沟槽110和周向沟槽111而对来自中央进气通道101的气体进行均匀分配；类似地，对应于边缘区域，借助于该区域中的径向沟槽110和周向沟槽111而对来自边缘进气通道102a～102d的气体进行均匀分配。 

在支撑板中间区域和支撑板边缘区域中，均分布有若干径向沟槽110和周向沟槽111。事实上，相对于沟槽而言，在相邻沟槽之间的部分相应地成为支撑板导流凸台107。所述支撑板导流凸台107的高度即为相邻沟槽相邻侧壁的深度，并且高于上述支撑板分区凸台104的高度。 

另外，在支撑板1的边缘还设置有支撑板边缘凸台108，其高度低于支撑板导流凸台107，优选地，其高度大致等于分区凸台104的高度。 

请同时参阅图5a、图5b、图5c和图5d，本发明中所采用的阻流板2呈大致板状结构，且其形状与支撑板1相适配。并且，对应于支撑板1背面的支撑板导流凸台107，而在阻流板2的正面设置阻流板沟 槽204，并且在阻流板沟槽204的底部设置若干纵向穿透阻流板2的阻流板通孔201。事实上，相邻的阻流板沟槽204之间的部分便形成阻流板导流凸台203。而且，阻流板沟槽204的宽度和深度大于与之相配合的支撑板导流凸台107的宽度和高度，以便在二者之间形成间隙而使气体可以通过。类似地，阻流板导流凸台203的宽度和高度小于支撑板1背面的径向沟槽110和周向沟槽111的宽度和深度。 

此外，对应于支撑板1背面的支撑板分区凸台104，而在阻流板2的正面设置与之配合的阻流板上分区凸台209。借助于阻流板上分区凸台209而将阻流板2的正面划分为阻流板中央区域和阻流板边缘区域。相应地，对应于阻流板2正面的阻流板上分区凸台209的设置位置，而在阻流板2的背面设置阻流板下分区凸台207。阻流板下分区凸台207和阻流板边缘下凸台208之间的区域为朝向阻流板2的正面凹进的阻流板边缘凹进206；阻流板下分区凸台207和阻流板2的中心之间的区域为朝向阻流板2的正面凹进的阻流板中央凹进202。 

同时，对应于支撑板1背面的支撑板边缘凸台108，而在阻流板2的边缘设置与之配合的阻流板边缘上凸台205。并且，阻流板上分区凸台209和阻流板边缘上凸台205的高度优选地大致相等，以便与支撑板分区凸台104和支撑板边缘凸台108相配合。 

至于阻流板导流凸台203的高度，其可以与阻流板上分区凸台209和阻流板边缘上凸台205的高度相等，也可以不等。在本实施例中，优选为相等。 

由于阻流板2具有上述结构，因此经由中央进气通道101而进入该气体分配装置的气体便能够进入阻流板中央凹进202，而且经由边缘进气通道102而进入该气体分配装置的气体也就能够进入阻流板边缘凹进206。上述气体分别在阻流板中央凹进202和阻流板边缘凹进206得到进一步分配，而后到达喷淋头电极3的上表面。 

可以理解，在实际应用中，在阻流板2的正面和/或背面可以不设置阻流板上分区凸台209和/或阻流板下分区凸台207，这样，在阻流板2的正面或背面也就无需区分阻流板中央区域和阻流板边缘区域。于是，来自中央进气通道101和边缘进气通道102的气体便可以在整 个阻流板区域内进行扩散和分配。 

还可以理解的是，阻流板2可以一体成型为一个整体，如图5a、5b和5c所示；也可以由一个或者多个组件构成，如图5d所示的阻流板2。该阻流板2包括中央部分28和外围部分29。其中，中央部分28内包含有阻流板中央凹进202，外围部分29内包含有阻流板边缘凹进206。将中央部分28嵌入到外围部分29的中空部分中，便形成了嵌套结构的阻流板2。采用图5d所示分立结构可以降低加工复杂度。 

当然，尽管前述实施例中的阻流板设置为单层阻流板，但是在实际应用中，其也可以设置为多个图5a～图5d所示阻流板的组合。 

请参阅图6a和图6b，本发明中所采用的喷淋头电极3呈大致盘状结构，其具有高出盘底的凸缘302。并且，在盘底设置有若干能够纵向贯穿喷淋头电极3的底面的排气通道301，以便将气体排出到反应腔室内。 

喷淋头电极3的形状与阻流板2相适配，具体地，阻流板2的底面置于喷淋头电极3的盘内，并且喷淋头电极3的凸缘302的内周面箍在阻流板2的外围。这样，来自阻流板2的诸如工艺气体等的气体在阻流板中央凹进202和阻流板边缘凹进206得到进一步分配后，便经由排气通道301而直接进入到反应腔室内。 

由于阻流板2的背面可以设置阻流板下分区凸台207，这样，在喷淋头电极3的底面对应位置处便留有一圈没有设置排气通道301的环带303，例如图6a所示。当然，在阻流板2的背面也可以不设置阻流板下分区凸台207，这样，喷淋头电极3底面上的排气通道301便可以一圈一圈地均匀分布，例如图6b所示。 

可以理解，上述排气通道301的形状和尺寸可以相同，也可以不同。而且，排气通道301可以沿圆周方向分布，也可以按照其他任意方式分布，优选地，按照圆周方向分布。此外，排气通道301在喷淋头电极3底面可以均匀分布，也可以非均匀地分布。 

至于上述排气通道301的形状，例如可以采用图7a、7c和7d所示的进口大出口小的形状，也可以采用图7b所示的进口和出口尺寸大致相同的直筒状。所谓排气通道301的进口，指的是排气通道301中 靠近阻流板2那一侧的开口；类似地，所谓排气通道301的出口，指的是排气通道301中远离阻流板2那一侧的开口。在实际应用中，出口孔径为0.5-3.0mm，优选为0.7-1.0mm。而且，出口孔还具有0.5-3.0mm的倒角r，优选地，该倒角r为0.8-1.2mm。 

排气通道301具有上述结构，这不仅可以有效阻止等离子体经由排气通道301的出口而进入到排气通道301内，而且还能够有效阻止等离子体对排气通道301出口处的壁面进行撞击、侵蚀等损坏。 

上面已经结合附图对本发明中所采用的支撑板、阻流板以及喷淋头电极的结构进行了详细说明，下面将结合图8a和图8b对上述各部件之间的相互配合连接关系以及工作原理进行详细说明。 

如图8a和图8b所示，在已装配好的气体分配装置中，位于最上方的支撑板1与位于中间位置处的阻流板2相互配合地嵌套在一起，具体地，支撑板1背面的支撑板导流凸台107嵌入到与之相配合的阻流板2正面的阻流板沟槽204中，同时，阻流板2正面的阻流板导流凸台203嵌入到与之相配合的支撑板1背面的径向沟槽110和/或周向沟槽111中。并且支撑板1背面的支撑板边缘凸台108与阻流板2上的阻流板边缘上凸台205贴合在一起，同时支撑板1背面的支撑板分区凸台104与阻流板上分区凸台209贴合在一起。这样，支撑板1背面上的支撑板边缘凸台108和支撑板分区凸台104还起到了支撑的作用，因而它们也被称作第一支撑台。类似地，阻流板2正面的阻流板上分区凸台209和阻流板边缘上凸台205也具有支撑的作用，因而它们也被称作第二支撑台。 

如何设置第一支撑台和第二支撑台的高度，例如可以遵循下述规则：即，第一支撑台和第二支撑台彼此接触时，所述支撑板导流凸台107不能触及所述阻流板沟槽204的底部，同时所述阻流板导流凸台203不能触及所述支撑板沟槽(例如周向沟槽110)的底部。 

这样，由于阻流板沟槽204的宽度和深度大于与之相配合的支撑板导流凸台107的宽度和高度，因此在二者之间可形成间隙而使气体可以通过。类似地，阻流板导流凸台203的宽度和高度小于支撑板1背面的径向沟槽110和周向沟槽111的宽度和深度，从而可以将气体 引入到阻流板沟槽204的底面，并经阻流板通孔201而将气体引入到阻流板2背面的阻流板中央凹进202和阻流板边缘凹进206，并在此得到进一步分配后经由喷淋头电极3底面的排气通道301而排出到反应腔室内。 

需要指出的是，在实际应用中，第一支撑台也可以仅仅包括支撑板边缘凸台108或支撑板分区凸台104；相应地，第二支撑台仅仅包括阻流板边缘上凸台205或阻流板上分区凸台209。 

进一步需要指出的是，尽管前述实施例中支撑板1背面设置的支撑板导流凸台107是沿周向延伸的，但是在实际应用中，支撑板导流凸台也可以设置为沿径向延伸，或者沿其他方向延伸，相应地，在阻流板2的正面设置与之相配合的阻流板沟槽，并保证来自中央进气通道101和/或边缘进气通道102a～102d的气体能够沿着该支撑板导流凸台延伸并得以均匀分配即可。 

此外，本发明提供的气体分配装置中的支撑板和阻流板可以由导电材料制成，如Al，并对其表面进行阳极氧化，或者也可以采用SiC、Si、石英、陶瓷等其他材料制成。喷淋头电极可以由导电材料制成，如高纯Al，同样对其表面进行阳极氧化，或者在其表面喷涂Y2O3；当然也可以采用SiC，Si，石英，陶瓷等材料等制成。 

另外，在实际工艺过程中，第一路气体和第二路气体可以是相同的工艺气体，也可以是不同的工艺气体。并且，第一路气体和第二路气体可以同时提供，也可以不同时提供。而且，尽管前述现有技术以及前述实施例中均以半导体刻蚀设备中所采用的气体分配装置为例对气体分配装置进行说明，然而在实际应用中，本发明所提供的气体分配装置也可以用于诸如等离子体淀积设备的其它半导体处理设备中。 

而且，阻流板上的通孔和/或喷淋头电极上的排气通道可以呈规则分布，也可以为非规则分布。而且，各通孔和/或排气通道的尺寸可以相同；也可以不同，例如可以是位于中心部分处的通孔和/或排气通道的尺寸小，而位于其边缘部分处的通孔和/或排气通道的尺寸大，并且呈渐变趋势。 

此外，本发明还提供了一种半导体处理设备，其包括反应腔室和置于反应腔室内的静电夹持装置。对应于所述静电夹持装置而在反应腔室上方设置本发明提供的前述气体分配装置，用以遮蔽住所述反应腔室，并向反应腔室内均匀地分配工艺气体。 

可以理解的是，尽管前述实施例中以诸如刻蚀气体或淀积气体的工艺气体为例对本发明进行了详细描述，然而在实际应用中，本发明提供的气体分配装置以及应用该气体分配装置的半导体处理设备也可用于对其他欲进入到反应腔室中的气体进行分配，以使所述气体较为均匀地进入到反应腔室中。 

还可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。 

Claims (18)

1.一种气体分配装置，用于将气体均匀地分配至反应腔室内，其包括从上至下依次层叠设置的支撑板、阻流板和喷淋头电极，所述支撑板上设置有进气通道，用于将气体引入到所述气体分配装置内；所述喷淋头电极上开设有排气通道，其特征在于：

所述支撑板的背面设置有第一支撑台以及支撑板导流凸台，相邻支撑板导流凸台之间的部分、第一支撑台与支撑板导流凸台之间的部分以及相邻第一支撑台之间的部分形成支撑板沟槽；

对应于所述第一支撑台，而在所述阻流板的正面设置第二支撑台，借助于第一支撑台与第二支撑台的相互支撑而将所述支撑板与所述阻流板叠置在一起；

对应于所述支撑板导流凸台，而在所述阻流板的正面设置阻流板沟槽，相邻阻流板沟槽之间的部分形成阻流板导流凸台，所述支撑板导流凸台设置为沿周向和/或径向延伸，相应地，所述阻流板沟槽也设置为沿周向和/或径向延伸；所述阻流板沟槽的宽度和深度均大于所述支撑板导流凸台的宽度和高度，所述支撑板沟槽的宽度和深度均大于所述阻流板导流凸台的宽度和高度，所述支撑板导流凸台嵌入在所述阻流板沟槽内，所述阻流板导流凸台嵌入在所述支撑板沟槽内，所述支撑板导流凸台与所述阻流板沟槽的底部和侧面之间保持有间隙，同时所述阻流板导流凸台与所述支撑板沟槽的底部和侧面之间保持有间隙，以便气体通过所述间隙而进行传递和扩散；以及

在所述阻流板沟槽的底面设置有贯通所述阻流板的阻流板通孔，以便将来自所述间隙的气体传递到所述喷淋头电极的上方，并借助于所述排气通道而将所述气体排出到反应腔室内。

2.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述支撑板上的进气通道包括设置在支撑板大致中央位置处的中央进气通道，以及设置在支撑板边缘位置处的边缘进气通道。

3.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一支撑台和所述第二支撑台的设置高度遵循这样的原则：即，第一支撑台和第二支撑台彼此接触时，所述支撑板导流凸台不能触及所述阻流板沟槽的底部，同时所述阻流板导流凸台不能触及所述支撑板沟槽的底部。

4.根据权利要求3所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一支撑台的高度低于所述支撑板导流凸台的高度，相应地，所述第二支撑台的高度与所述阻流板导流凸台的高度一致。

5.根据权利要求2所述的气体分配装置，其特征在于，在所述支撑板中心和支撑板边缘之间设置支撑板分区凸台，所述支撑板分区凸台将所述支撑板分隔为支撑板中央区域和支撑板边缘区域，所述支撑板中央区域对应于所述中央进气通道，所述支撑板边缘区域对应于所述边缘进气通道。

6.根据权利要求5所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一支撑台包括支撑板分区凸台和/或设置在所述支撑板边缘的支撑板边缘凸台。

7.根据权利要求6所述的气体分配装置，其特征在于，所述支撑板分区凸台的高度与所述支撑板边缘凸台的高度大致相等。

8.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述第二支撑台包括阻流板上分区凸台和/或阻流板边缘上凸台，所述阻流板上分区凸台与支撑板分区凸台相对应并设置在所述阻流板正面的中心和边缘之间；所述阻流板边缘上凸台与支撑板边缘凸台相对应并设置在所述阻流板正面的边缘。

9.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，对应于所述阻流板上分区凸台而在所述阻流板的背面设置阻流板下分区凸台，所述阻流板下分区凸台将所述阻流板的背面分隔为阻流板中央凹进和阻流板边缘凹进，来自所述中央进气通道的气体在所述阻流板中央凹进得以进一步扩散和分配；来自所述边缘进气通道的气体在所述阻流板边缘凹进得以进一步扩散和分配。

10.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述阻流板包括分立的中心部分和外围部分。

11.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述阻流板设置为单层阻流板，或者设置为多层阻流板的组合。

12.根据权利要求11所述的气体分配装置，其特征在于，每一层所述阻流板一体成型，或者由中央部分和外围部分嵌套组合而成。

13.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口孔径为0.5-3.0mm。

14.根据权利要求13所述的气体分配装置，其特征在于，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口孔径为0.7-1.0mm。

15.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口处倒角为0.5-3.0mm。

16.根据权利要求15所述的气体分配装置，其特征在于，所述排气通道中远离反应腔室一侧的出口处倒角为0.8-1.2mm。

17.根据权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述排气通道中远离阻流板一侧的出口孔径小于等于靠近阻流板一侧的入口孔径。

18.一种半导体处理设备，包括反应腔室和置于反应腔室内的静电夹持装置，其特征在于，在所述反应腔室的上方设置有如权利要求1至17中任意一项所述的气体分配装置，所述气体分配装置与所述静电夹持装置对置，用以向反应腔室内均匀地分配气体。

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