CN103915306B

CN103915306B - 微电子工艺处理设备和用于其的反应腔室

Info

Publication number: CN103915306B
Application number: CN201210592823.9A
Authority: CN
Inventors: 赵晋荣; 南建辉; 白志民
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103915306A

Abstract

本发明公开了一种微电子工艺处理设备和用于其的反应腔室。所述反应腔室包括：具有开口的上端的腔室本体；盖住腔室本体且中央形成有第一通孔的进气部件，进气部件上形成有至少一个沿其周向分布的进气孔；设在进气部件上且中央形成有第二通孔的气体分配件，气体分配件的底面上形成有与进气孔相连通的周向槽，且周向槽的与第二通孔相邻的侧壁和第二通孔的周向壁之间形成有气体通道；喷淋板，所述喷淋板封闭第一通孔的下表面且喷淋板上形成有多个喷淋孔；以及形成有与第二通孔连通的上气体入口的上盖。根据本发明的反应腔室，可将清洗气体和工艺气体的入口分开，并且避免了传统腔室进气时、多种气体互相对气体通路的交叉污染的问题。

Description

微电子工艺处理设备和用于其的反应腔室

技术领域

本发明涉及微电子工艺设备领域，尤其是涉及一种用于微电子工艺处理设备的反应腔室以及微电子工艺处理设备。

背景技术

在微电子工艺设备中，传统腔室的气体入口大致如图9所示。当传统腔室用于等离子体的工艺设备中时，例如等离子增强化学气象沉积设备(PECVD)，在工艺运行一段时间后需要进行腔室干洗，一般干洗的方法有采用外部远程等离子源RPS(RemotePlasmaSource)清洗、直接等离子清洗或者两者的结合。经验证明，采用两者结合的方法，更为有效。而腔室干洗所用气体和工艺气体一般要分开控制，且分别通过不同的入口进入腔室。如图9所示，清洗气体从腔室的上口进入，而工艺气体从侧面进入。

清洗气体通过气路系统进入远程等离子体源，经远程等离子源激活后，产生活性粒子后进入腔室。工艺气体在需要进行工艺时，按照设定的流程进入腔室后，通过增加射频功率或者高温等而产生物理化学反应，在基片上形成所需要的工艺结果。

需要说明的是，清洗气体和工艺气体由于性质不同，一般在进入腔室前禁止混合，而且这两种气体不能相互污染各自的气体通路。

另外，当传统腔室用于需要多路气体(典型如Ar和NF₃)或源分别进入腔室的工艺设备(例如原子层沉积设备ALD)中时，且要求气体或源在进入腔室之前为了避免相互污染或不能混合而发生反应时，则需要在腔室上增加多个气体入口。然而，在如图9所示的腔室上增加多个气体入口，就会导致加工困难且进气效果变差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于微电子工艺处理设备的反应腔室。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述反应腔室的微电子工艺处理设备。

根据本发明第一方面实施例的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，包括：腔室本体，所述腔室本体具有开口的上端；进气部件，所述进气部件盖住所述腔室本体的上端且中央形成有第一通孔，所述进气部件上形成有至少一个沿其周向分布的进气孔；气体分配件，所述气体分配件设置在所述进气部件上且中央形成有第二通孔，其中所述气体分配件的底面上形成有与所述进气孔相连通的周向槽，且所述周向槽的与所述第二通孔相邻的侧壁和所述第二通孔的周向壁之间形成有气体通道；喷淋板，所述喷淋板封闭所述第一通孔的下表面且所述喷淋板上形成有多个喷淋孔；以及上盖，所述上盖设置在所述气体分配件上且盖住所述气体分配件的所述第二通孔，且所述上盖上形成有上气体入口，所述上气体入口与所述第二通孔相连通。

根据本发明的反应腔室，可将清洗气体和工艺气体的入口分开，并且避免了传统腔室进气时、多种气体互相对气体通路的交叉污染的问题。

另外，根据本发明的反应腔室还具有如下附加技术特征：

所述进气部件的顶面上设有两条环形密封槽，其中所述气体分配件底面的周向槽对应所述两条环形密封槽之间的进气部件顶面的部分。从而使得环形密封槽可与气体分配件密封连接，进而保证气体密封状态。

所述进气部件和所述气体分配件形成为圆环形，且所述第一通孔、所述第二通孔以及所述上气体入口同轴设置。由此可保证工艺气体和清洗气体进入第一通孔和第二通孔形成的空间内时直接通过喷淋板上的多个喷淋孔进入到工艺腔内，减小气体流动阻碍。

所述进气部件包括多个沿着周向均匀分布的进气孔。

所述第一通孔和所述第二通孔的直径相同且大于所述上气体入口的直径。制造和装配简单，且进一步减小气体在第一通孔和第二通孔形成的空间内的流动阻碍。

所述周向槽的与所述第二通孔相邻的侧壁和所述第二通孔的周向壁之间形成有多个所述气体通道。

优选地，所述气体通道水平设置且沿着周向均匀分布。

可选地，所述气体通道形成在所述周向槽的与所述第二通孔相邻的侧壁的第一开口位置高于所述气体通道位于所述第二通孔的所述周向壁上的第二开口位置。由此，可有效地避免从上盖的上气体入口进入的清洗气体通过气体通道进入到周向槽内，从而避免污染工艺气体的气流入口。

优选地，所述气体通道的横截面从所述第一开口位置朝向所述第二开口位置逐渐减小。这样，可更为有效地避免清洗气体污染工艺气体的气流入口。

所述进气部件、所述气体分配件和所述上盖中的至少一个由铝材料制成，或通过在不锈钢外喷涂铝或镍制成。

所述腔室本体的上端形成有法兰，所述进气部件的边缘固定至所述法兰且所述法兰上形成有与所述进气孔相对应的通孔。

根据本发明第二方面实施例的一种微电子工艺处理设备，包括根据本发明第一方面实施例的所述的反应腔室。

所述微电子工艺处理设备为刻蚀设备、等离子增强化学气象沉积设备、或原子层沉积设备。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的用于微电子工艺处理设备的反应腔室的立体剖面图；

图2是图1中所示的反应腔室的示意图；

图3是图2中A-A向剖视图；

图4是图1中所示的反应腔室的进气部件的示意图；

图5是图4中所示的进气部件的剖视图；

图6是图1中所示的反应腔室的气体分配件的示意图；

图7是图6中所示的气体分配件的剖视图；

图8(a)-(e)是图6和图7中所示的气体通道的多个实施例的示意图；以及

图9是传统的反应腔室的进气部分的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其中图1是根据本发明实施例的用于微电子工艺处理设备的反应腔室的立体剖面图。该反应腔室内适于充入工艺气体或源以进行工艺处理。此外，该反应腔室内也可以通入干洗气体，以进行腔室干洗。根据本发明的一个实施例，该微电子工艺处理设备可为刻蚀设备(ETCH)、等离子增强化学气象沉积设备(PECVD)、原子层沉积设备(ALD)等，但是需要说明的是，本发明的微电子工艺处理设备不限于此，普通技术人员在阅读了下述的技术方案之后，显然可以应用到其他的工艺处理设备。

如图1所示，根据本发明实施例的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，包括：腔室本体500、进气部件300、气体分配件200、喷淋板400和上盖100，其中腔室本体500具有开口的上端且内部中空，由此在腔室本体500内可以限定出用于进行工艺处理的工艺腔520。

进气部件300盖住腔室本体500的上端且中央形成有第一通孔301，如图4中所示。进气部件300上形成有至少一个沿其周向分布的进气孔302。喷淋板400封闭第一通孔301的下表面且喷淋板400上形成有多个喷淋孔401，如图1中所示。

气体分配件200设置在进气部件300上，且气体分配件200的中央形成有第二通孔202，第二通孔202与第一通孔301连通，如图5、6中所示。优选地，第二通孔202与第一通孔301同轴地设置。其中气体分配件200的底面上形成有与进气孔302相连通的周向槽201，且周向槽201的与第二通孔202相邻的侧壁和第二通孔202的周向壁之间形成有气体通道203。

上盖100设置在气体分配件200上且盖住气体分配件200的第二通孔202，且上盖100上形成有上气体入口110，上气体入口110与第二通孔202相连通用于通入清洗气体，如图1中所示，优选地，第二通孔202与上气体入口110同轴地设置。

根据本发明的一个实施例，当进气孔302在进气部件300上仅设置为一个时，一路工艺气体或源从进气孔302中进入到气体分配件200的底面上的周向槽201内，然后通过气体通道203进入到第二通孔202内，再通过喷淋板400上的多个喷淋孔401进入到工艺腔内部，然后进行工艺处理。

根据本发明的一个实施例，当进气孔302在进气部件300上设置为多个且沿进气部件300的周向分布时，多路工艺气体或源分别从多个进气孔302中进入到气体分配件200的底面上的周向槽201内，然后通过气体通道203进入到第二通孔202内，再通过喷淋板400上的多个喷淋孔401进入到工艺腔内部，然后进行工艺处理。

当上述工艺进行多次后需要对腔室本体500进行清洗时，从上盖100的上气体入口110通入远程等离子源粒子，进入到第一通孔301和第二通孔202形成的空间内，然后通过喷淋孔401进入工艺腔520内部，通过控制工艺腔内压力，进行清洗，清洗一定时间之后，完成清洗工艺。其中优选地，在清洗时可向工艺腔520内通入射频功率，以加快清洗速度。

根据本发明的一些实施例，在进气部件300的顶面上设有两条环形密封槽303，如图4所示，其中气体分配件200底面的周向槽201对应两条环形密封槽303之间的进气部件300顶面的部分。也就是说，如图3和图6所示，两条环形密封槽303分别对应气体分配件200底面上位于周向槽的内外两侧的两个周向平面204、205上，从而使得环形密封槽303可与气体分配件200密封连接，进而保证气体密封状态。

可选地，进气部件300和气体分配件200形成为圆环形，如图4-7所示，且第一通孔301、第二通孔202以及上气体入口110同轴设置，由此可保证工艺气体和清洗气体进入第一通孔301和第二通孔202形成的空间700内时直接通过喷淋板400上的多个喷淋孔401进入到工艺腔内，减小气体流动阻碍。进一步地，进气部件300可优选地包括多个沿着周向均匀分布的进气孔302。

在本发明的一些实施例中，如图1-3中所示，第一通孔301和第二通孔202的直径相同且大于上气体入口110的直径，这样，使得反应腔室的制造和装配变得简单，且进一步减小气体在第一通孔301和第二通孔202形成的空间700内的流动阻碍。

如图1、图3和图6所示，在周向槽201的与第二通孔202相邻的侧壁和第二通孔202的周向壁之间形成有多个气体通道203。可选地，气体通道203水平设置且沿着周向均匀分布。由此，可保证气体从周向槽201内均匀地进入到第一通孔301和第二通孔202形成的空间700内。尤其当多路气体分别从多个进气孔302中进入到周向槽201内混合后，混合的气体通过均匀分布的气体通道203以及具有多个喷淋孔401的喷淋板400，并同时均匀地进入到工艺腔的内部，以进行工艺处理或者清洗。

由此，在工艺处理时，工艺气体或源通过进气孔302进入气体分配件200的周向槽201内，气体或源在周向槽201内混合后，经气体通道203进入第一通孔301和第二通孔202形成的空间700内，气体从空间700经喷淋板400进入工艺反应腔室本体500。

当需要对工艺腔520进行清洗时，清洗气体或等离子体经由气体上盖100的气体上气体入口110直接进入到空间700中，再经喷淋板400进入工艺腔520，从而对工艺腔520进行例如干法清洗。此时，清洗气体不需要再经过气体通道203、周向槽201以及进气孔302。也就是说，清洗气体不会或者减少污染工艺气体或源的气流入口。

在本发明的进一步的实施例中，如图8(a)-(c)所示，气体通道203在周向槽201的与第二通孔202相邻的侧壁的第一开口位置203a高于气体通道203位于第二通孔202的周向壁上的第二开口位置203b。由此，可有效地避免从上盖100的上气体入口110进入的清洗气体通过气体通道203进入到周向槽201内，从而避免或者减少污染工艺气体的气流入口。

如图8(d)-(e)所示，可选地，气体通道203的横截面从第一开口位置203a朝向第二开口位置203b逐渐减小。这样，可更为有效地避免清洗气体进入或者污染周向槽201，从而污染工艺气体的气流入口。

可选地，进气部件300、气体分配件200和上盖100中的至少一个由铝材料制成，或通过在不锈钢外喷涂铝或镍制成。

如图1-图3所示，在本发明的一个实施例中，腔室本体500的上端形成有法兰510，进气部件300的边缘固定至法兰510且法兰510上形成有与进气孔302相对应的通孔511。也就是说，通孔511的数量可大于或等于进气孔302的数量，且每个进气孔302均可与一个通孔511对应，由此，如图1所示，一路或多路工艺气体可从通孔511通过进气孔302进入到周向槽201内，然后再通过气体通道203进入到第一通孔301和第二通孔202内，从而通过喷淋孔401进入工艺腔520内部。

下面参考图1-图8描述根据本发明多个实施例的用于微电子工艺处理设备的反应腔室的工作过程。

实施例一

在本实施例中，所述微电子工艺处理设备以等离子增强化学气象沉积设备即PECVD设备为例进行说明。此时，在工艺腔520内设置下电极基座600，用于对放在下电极基座600上的基片(未示出)进行工艺。并且，本实施例以进气部件300上的进气孔302为一个为例来进行说明。

在工艺处理过程中，首先，将基片设置到下电极基座600上。接着，下电极基座600被上升至所需的工艺位置。此时，对工艺腔520内抽真空，并从进气孔302通入工艺气体。

工艺气体通过进气孔302进入气体分配件200的周向槽201内，再经气体通道203进入第一通孔301和第二通孔202形成的空间700内，气体从空间700经喷淋板400进入工艺腔520。此时，控制工艺腔520内的压力，加射频功率预定时间，以进行工艺处理。

待工艺完成后，下电极基座600下降到传片位置，以进行传片和后续工艺处理。

当上述工艺进行多次后需要对工艺腔520进行干法清洗时，从上盖100的上气体入口110通入远程等离子源粒子，该远程等离子源粒子直接进入第一通孔301和第二通孔202形成的空间700内，通过喷淋板400进入工艺腔520，通过控制工艺腔内压力，从而进行清洗。可选地，在进行干法清洗过程中，可向工艺腔520内通入射频功率，以加快清洗速度。

根据本发明实施例的PECVD设备的其他构成例如下电极基座600和基片的装载过程等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再进行详细描述。

实施例二

在本实施例中，所述微电子工艺处理设备以原子层沉积设备(ALD设备)为例进行说明。此时，在工艺腔520内设置下电极基座600，用于对放在下电极基座600上的基片(未示出)进行工艺处理。并且，本实施例以进气部件300上的进气孔302为多个为例进行说明，也就是说，需要通入多路工艺气体。例如，在下面的示例中，将以对基片进行沉积AL₂O₃为例来进行说明，在该工艺过程中，需要通入四路工艺气体或源，一路为液态源TMA，一路为液态源H₂O，一路为吹扫气体N₂，一路为工艺气体O₂。

当在工艺过程中未加等离子时，将基片放置到下电极基座600上。接着，将下电极基座600上升到所需的工艺位置。此时，对工艺腔520抽真空，并从第一进气孔处通入液态源TMA预定时间，然后从第二进气孔处通入吹扫气体N₂预定时间，接着从第三进气孔处通入液态源H₂O。如此依次往复多次循环，以对基片进行沉积AL₂O₃工艺处理。

待工艺完成后，下电极基座600下降到传片位置。

当在工艺处理过程中需要加入等离子时，将基片传递到下电极基座600上，然后将下电极基座600上升到所需的工艺位置。此时，对工艺腔520内抽真空，并从第一进气孔处通入液态源以预定时间，同时从第三进气孔处通入工艺气体O₂，然后从第二进气孔处通入吹扫气体N₂以预定时间，接着从上气体入口110处通入Ar等离子体，同时从第三进气孔处通入工艺气体O₂。如此依次往复多次循环。以对基片进行沉积AL₂O₃工艺处理。

根据本发明实施例的ALD设备的其他构成例如下电极基座600和基片的装载过程等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再进行详细描述。

根据本发明第二方面实施例的一种微电子工艺处理设备，包括根据本发明第一方面实施例的用于微电子工艺处理设备的反应腔室。其中，所述微电子工艺处理设备可为刻蚀设备(ETCH)、等离子增强化学气象沉积设备(PECVD)、原子层沉积设备(ALD)等。由此，在本发明的微电子工艺处理设备中，可将清洗气体和工艺气体的入口分开，并且避免了传统腔室进气时、多种气体互相对气体通路的交叉污染的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，包括：

腔室本体，所述腔室本体具有开口的上端；

进气部件，所述进气部件盖住所述腔室本体的上端且中央形成有第一通孔，所述进气部件上形成有至少一个沿其周向分布的进气孔；

气体分配件，所述气体分配件设置在所述进气部件上且中央形成有第二通孔，其中所述气体分配件的底面上形成有与所述进气孔相连通的周向槽，且所述周向槽的与所述第二通孔相邻的侧壁和所述第二通孔的周向壁之间形成有气体通道；

喷淋板，所述喷淋板封闭所述第一通孔的下表面且所述喷淋板上形成有多个喷淋孔；以及

上盖，所述上盖设置在所述气体分配件上且盖住所述气体分配件的所述第二通孔，且所述上盖上形成有上气体入口，所述上气体入口与所述第二通孔相连通。

2.根据权利要求1所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述进气部件的顶面上设有两条环形密封槽，其中所述气体分配件底面的周向槽对应所述两条环形密封槽之间的进气部件顶面的部分。

3.根据权利要求1所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述进气部件和所述气体分配件形成为圆环形，且所述第一通孔、所述第二通孔以及所述上气体入口同轴设置。

4.根据权利要求1所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述进气部件包括多个沿着周向均匀分布的进气孔。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔的直径相同且大于所述上气体入口的直径。

6.根据权利要求1所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述周向槽的与所述第二通孔相邻的侧壁和所述第二通孔的周向壁之间形成有多个所述气体通道。

7.根据权利要求6所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述气体通道水平设置且沿着周向均匀分布。

8.根据权利要求6所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述气体通道在所述周向槽的与所述第二通孔相邻的侧壁的第一开口位置高于所述气体通道位于所述第二通孔的所述周向壁上的第二开口位置。

9.根据权利要求8所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述气体通道的横截面从所述第一开口位置朝向所述第二开口位置逐渐减小。

10.根据权利要求1所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述进气部件、所述气体分配件和所述上盖中的至少一个由铝材料制成，或通过在不锈钢外喷涂铝或镍制成。

11.根据权利要求1所述的用于微电子工艺处理设备的反应腔室，其特征在于，所述腔室本体的上端形成有法兰，所述进气部件的边缘固定至所述法兰且所述法兰上形成有与所述进气孔相对应的通孔。

12.一种微电子工艺处理设备，其特征在于，包括权利要求1-11中任一项所述的反应腔室。

13.根据权利要求12所述的微电子工艺处理设备，其特征在于，所述微电子工艺处理设备为刻蚀设备、等离子增强化学气象沉积设备、或原子层沉积设备。