CN104674190B - 一种半导体处理装置及应用于半导体处理装置的气体分布板 - Google Patents

Abstract

一种半导体处理装置，包括：反应腔，反应腔内包括一个沿旋转轴旋转的基座，基座上设置有待处理基片；一个供气系统包括一个气体分布腔和一个分流器，分流器接收来自气源的反应气体并通过第一输出端和第二输出端输出第一和第二处理气体到所述气体分布腔内；气体分布腔下表面包括多个通气孔联通到气体分布腔将反应气体供应到所述基片；所述气体分布腔内还包括一个隔离壁将所述气体分布腔分隔成中心腔和环绕所述中心腔的外围腔，所述中心腔与所述第一输出端相联通接收第一处理气体，外围腔与所述第二输出端相联通接收第二处理气体；其特征在于所述隔离壁与所述旋转轴具有不同距离。

Description

一种半导体处理装置及应用于半导体处理装置的气体分布板

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种应用于半导体处理装置的气体分布板。

背景技术

用于集成电路的制造的半导体处理工艺包括化学气相沉积工艺、和等离子体刻蚀工艺等。典型的如金属有机物气相沉积MOCVD，需要将反应气体均匀的供应到反应腔内，反应腔底部包括旋转的托盘，托盘上放置有待处理的基片。由于托盘面积很大，所以要使托盘上的基片处理得更均匀需要用很多补偿手段来补偿反应腔内硬件结构、气流、温度、反应物浓度等带来的不均匀。常见的补偿手段是在气体供应装置上设置多个气体供应区，比如中心区域和环绕早中心区域外围的边缘区域。中心区域和边缘区域分别供应不同流量的反应气体或者不同浓度的反应气体以补偿其它原因造成的不均匀性。如图1所示为本发明领域的半导体处理装置的结构示意图，半导体处理装置包括反应腔100，反应腔内下方包括由旋转支柱24支撑的托盘104，旋转支柱24沿一个旋转轴X驱动托盘高速旋转。反应腔100下方还包括一个抽真空装置106维持反应腔内的低压状态。托盘101上设置有待处理的多片较小基片105，或者一整快基片。与基片相对的是气体分布板，气体分布板包括一底板210，底板的边缘包括一个侧壁212，气体分布板还包括一块顶板230，和隔离壁220。顶板230和底板210共同构成气体分布腔，位于气体分布腔内的隔离壁220又将气体分布腔进一步分隔成互相隔离的内腔和外腔。底板210下表面开设有多个气体通孔，将内腔和外腔内的气体均匀喷射到下方的基片。顶板上还开设有分别联通到内腔和外腔的进气口231和232。气体分布板前端还设置有气体分流装置240，该气体分流装置240通过管道43接收来自气源的气体41，并根据处理工艺的需要调节分配到内腔和外腔的处理气体流量或反应气体浓度，使从内腔喷射入反应腔100内中心区域的处理气体与从外腔喷射入反应腔100内外围区域的处理气体具有不同的流量或浓度。其中气源41供应的气体可以是单种气体也可以是多种气体的混合。气体分流装置输出到内腔和外腔的处理气体可以相同流量的，但是其中含有的有效反应气体浓度或者成分可以有差别。

图2a是传统技术气体分布板的底板210和气体隔离壁220的立体结构图，其中底板边缘包括侧壁212。传统技术中由于下方托盘呈圆形所以整个气体分布板也相应的为圆形，侧壁212也是圆环状的，气体隔离壁220也是圆形的。图2b为传统技术中气体分布板的截面图，气体分布板的底板210下表面开设有多个气体通孔211,底板210与顶板230围绕成的空间进一步被隔离壁220分隔成内腔S21和外腔S22。如图2c所示，当内腔气体1的流量较小，外腔气体2流量较大时，相应的会在基片表面也会形成中心区流量大，边缘区流量大的分布，这也是补偿其它不均匀因素的需要。但是当内腔S21和外腔S22内的气体流量或者浓度差距很大时，喷射到下方基片上表面的处理气体在隔离壁220对应位置处会出现气体流量或浓度的突变。这些在隔离壁对应位置的流量或浓度突变会造成下方处理效果的突变，造成在这个环状区域内的处理效果与中心区域和边缘区域的效果巨大差距。处于这个环状带的基片会出现大量瑕疵甚至报废，严重影响基片处理的质量和效率。

为了防止基片表面出现处理气体流量或浓度突变的区域，需要一种新的方法或结构抵消或减弱这一气体流量或浓度的突变。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种半导体处理装置，半导体处理装置具有分区向基片供气的气体分布板，不同区域内具有不同的流量或反应气体浓度。要解决不同供气区域之间处理气体流量或者浓度的突变。

为解决上述问题，本发明提供一种半导体处理装置，包括：反应腔，反应腔内包括一个沿旋转轴旋转的基座，基座上设置有待处理基片；反应腔内与所述旋转基座相对的是一个供气系统；所述供气系统包括一个气体分布腔和一个分流器，分流器接收来自气源的反应气体并通过第一输出端和第二输出端输出第一和第二处理气体到所述气体分布腔内；气体分布腔包括面向所述基座的第一表面，第一表面包括多个通气孔联通到气体分布腔将反应气体供应到所述基片；所述气体分布腔内还包括一个隔离壁将所述气体分布腔分隔成中心腔和环绕所述中心腔的外围腔，所述中心腔与所述第一输出端相联通接收第一处理气体，外围腔与所述第二输出端相联通接收第二处理气体；其特征在于所述隔离壁与所述旋转轴具有不同距离。

其中所述隔离壁可以是多边形。所述第一处理气体和第二处理气体具有不同的流量或者反应气体浓度。分流器用以调节第一处理气体和第二处理气体的流量比例，或者反应气体浓度比例。

所述半导体处理装置用于化学气相沉积，特别是金属有机化学气相沉积(MOCVD)。在MOCVD中基座旋转的速度非常高，所以能够在过渡区域活动分布跟均匀的处理气体。

所述隔离壁与所述旋转轴具有最小距离R1和最大距离R2，所述隔离壁内侧的通气孔的气体流量具有第一气体流量F1，隔离壁外侧的通气孔的气体流量具有第二气体流量F2，在R1到R2的过渡区域内，距离旋转轴具有相同距离的圆环上，具有F1流量的气孔与具有F2流量的比例为A，其中A随着与所述旋转轴距离增加而减少。

本发明还提供了一种气体分布板包括：底板和顶板，底板和顶板共同构成一个气体分布腔，所述底板包括一个气体扩散板，气体扩散板下表面包括多个气体通孔，气体扩散板边缘包括向上延伸的侧壁，与所述顶板配合共同构成气体分布腔；气体分布板内包括至少一个隔离壁，将所述气体分布腔隔离成内腔和外腔，所述隔离壁的在不同位置处与所述侧壁具有不同的距离。其中所述侧壁呈圆环型，所述隔离壁呈多边形。内腔和外腔均包括一个进气口以接受不同流量或浓度的处理气体。所述进气口位于所述顶板上。

应用了本发明的气体分布板能够实现在隔离壁两侧的不同流量或浓度的处理气体平稳过渡

附图说明

图1是现有技术半导体处理装置的结构示意图；

图2a是现有技术气体分布板的立体结构图；

图2b是现有技术气体分布板的截面示意图；

图2c是现有技术基片上表面气体流量或浓度的分布曲线；

图3a是本发明气体分布板第一实施例的底板立体结构图；

图3b是本发明气体分布板第一实施例的截面示意图；

图3c是本发明气体分布板第一实施例底板的俯视图；

图3d是本发明第一实施例对应的基片上表面气体流量或浓度的分布曲线；

图4是本发明第二实施例立体结构图。

具体实施方式

请继续参考图3a，图3a为本发明气体分布板第一实施例底板立体结构图，图中包括底板410和位于底板边缘部位向上延伸的侧壁412。底板上表面还设置有隔离壁420，本发明第一实施例隔离壁420不是如现有技术的呈圆环型，而是正方形，包括四条边框420a～420d。图3b为图3a中的底板410在安装上顶板430后A平面的截面图，如图3b所示，本发明气体分布板的底板410下表面开设有多个气体通孔411、413,底板410与顶板430围绕成的空间进一步被隔离壁420分隔成内腔和外腔。来自气体分流装置240的第一气体通入内腔，第二气体通入外腔，第一气体的流量或反应气体浓度小于第二气体的流量或反应气体浓度。图3c为图3a所示本发明气体分布板底板410的俯视图，如图3c所示，本发明第一实施例的气体分布板中心为与旋转轴X相交的X0点，在隔离壁420内侧且距离中心点X0点的距离小于第一半径R1的圆形区域S41内，没有隔离壁的阻挡，气体流量是均匀分布的，同样隔离壁外侧，距离中心点大于第二半径R2且侧壁412以内的环形区域S44内气体流量也是均匀分布的。在介于第一半径R1和第二半径R2之间的环形区域内，在隔离壁420两侧又分割成4个对称的内腔供气区域S42和4个对称的外腔供气区域S43。

由于底板下表面的气体通孔411和413分别对应外腔内腔，这些气体通孔分布密集且基本均匀，所以同一个区域如隔离壁内侧的流过不同气体通孔的气体流量是相同的，可以设中心区域对应每个气体通孔413的流量是F1，隔离壁外侧的边缘区域对应每个气体通孔411的流量为F2。一定区域内的整体气体流量只与该区域内覆盖的气体通孔数和这些气体通孔的流量有关。在介于R1和R2之间的半径为Rx，宽度为d(d的宽度可以自由选择，但要大于气体通孔411、413的口径)的环状区域上覆盖的气体通孔数与该环状带所覆盖的S42、S43面积成正比。而环状带Rx±d上具有F1流量的通孔数与具有F2流量的通孔数的比例与图中θ1：θ2的比例成正比关系。所以在圆环Rx±d上覆盖的气体通孔413的数量与气体通孔411的数量比例为θ1：θ2。由于下方基片105是在托盘104上高速旋转的，所以半径为Rx±d的圆环带上的气体通孔流出的气体会在整个环状带上均匀分布，最终流到这个环状带的等效反应气体流量为其平均值，所以折算后半径为Rx的环状带上平均每个气体通孔的流量为：(θ1*F1+θ2*F2)/(θ1+θ2)，随着半径大小的变化不同环状带上θ1：θ2比例也会变化，不同半径的环状带上等效气体流量也相应的变化。当Rx为R2时θ1＝0，θ2为90度，所以半径为R2的环上平均每个气体通孔的流量为F2，也就是与外腔中S44区域的平均气流量相同；当Rx为R1时θ2＝0，θ1为90度，所以半径为R1的环上平均每个气体通孔的流量为F1，也就是与内腔中S41区域内的平均气流量相同。在Rx从R1到R2变化时，等效每个气体通孔的气体流量也从F1到F2逐渐转变，也就是在半径为R1-R2的这个环状区域内等效气体流量是逐渐变化的，不是像现有技术那样在隔离壁对应位置的气流是突变的。如图3d所示，气体分布板底板上的气体通孔在中心X0两侧R1范围内是低流量的，在大于R2的区域内是大流量的，位于R1和R2之间的等效每个气体通孔流量是由内而外的逐渐增加的，这样空间分布的流量使得不同区域间的等效流量分布是平滑过渡的。下方对应的待处理基片上由于气体流量是平滑过渡的，所以避免了因为气体流量突变造成的处理质量的突变，改善了整体的处理效果。

如图4所示为本发明第二实施例，图4中气体分布板的底板610外围包括一个侧壁612，底板610上包括一个隔离壁620，该隔离壁620是正六边型的，与第一实施例相同的原理，隔离壁620上包括多个边框，这些边框距离气体分布板的中心点X0具有最小半径和最大半径，最小半径以内的每个气体通孔的气体流量较低为F1，最大半径以外的每个气体通孔的气体流量较高为F2。在下方基座高速旋转时，最大半径和最小半径之间的圆环上等效每个气体通孔的气体流量是在F1和F2之间逐渐过渡。

除了上述第一、二实施例所述的结构，跟据本发明方法，只要位于气体分布板内的隔离壁距离中心点X0具有不同的半径或者距离底板边缘的侧壁距离具有不同的距离，就能实现位于R1和R2之间的过渡区域内由不同气体通孔411、413所喷出的气体流到下方的基片时，其等效流量是在第一气体流量F1和第二气体流量F2之间逐渐变化的。比如隔离壁可以是三角形、椭圆形、星形或者其它不规则形状，这些都能实现本发明方法。要获得最佳的气体流量，在过渡带(R1-R2区域)可以选择不同的形状的隔离壁，隔离壁内侧和外侧的面积比例决定了气体流量在过渡带内的过渡曲线。

由于本发明实现气体流量的平滑分布需要托盘高速旋转，所以本发明气体分布结构特别适用于需要旋转基片的应用场合，典型的如化学气相沉积(CVD)，特别是高速旋转的应用场合MOCVD，典型的MOCVD旋转速度能够大于600转/分，所以能够取得最佳的效果

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种半导体处理装置，包括：

反应腔，反应腔内包括一个沿旋转轴旋转的基座，基座上设置有待处理基片，反应腔内与所述旋转基座相对的是一个供气系统；

所述供气系统包括一个气体分布腔和一个分流器，分流器接收来自气源的反应气体并通过第一输出端和第二输出端输出第一和第二处理气体到所述气体分布腔内；

气体分布腔包括面向所述基座的第一表面，第一表面包括多个通气孔联通到气体分布腔将反应气体供应到所述基片；

所述气体分布腔内还包括一个隔离壁和位于外边缘的侧壁将所述气体分布腔分隔成中心腔和环绕所述中心腔的由所述隔离壁和侧壁围绕而成的外围腔，所述中心腔与所述第一输出端相联通接收第一处理气体，外围腔与所述第二输出端相联通接收第二处理气体；

其特征在于所述隔离壁与所述旋转轴具有不同距离，所述隔离壁与所述旋转轴具有最小距离R1和最大距离R2，所述外围腔内包括一与旋转轴的距离大于所述R2并且在侧壁之内的环形区域(S44)，所述隔离壁内侧的通气孔的气体流量具有第一气体流量F1，隔离壁外侧的通气孔的气体流量具有第二气体流量F2，在R1到R2的过渡区域内，距离旋转轴具有相同距离的圆环上，具有F1流量的气孔与具有F2流量的比例为P，其中P随着与所述旋转轴距离增加而减少。

2.如权利要求1所述半导体处理装置，其特征在于，所述隔离壁是多边形。

3.如权利要求2所述半导体处理装置，其特征在于，所述半导体处理装置用于化学气相沉积。

4.如权利要求1所述半导体处理装置，其特征在于，所述第一处理气体和第二处理气体具有不同的流量或者反应气体浓度。

5.如权利要求1所述半导体处理装置，其特征在于，所述分流器用以调节第一处理气体和第二处理气体的流量比例，或者反应气体浓度比例。