CN105225914B - 一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，包括反应腔室和待处理晶圆，反应腔室中设有边缘孔不均匀分布的喷淋头、载物台以及抽气孔下移的抽气陶瓷环，所述喷淋头与载物台处于反应腔室中的相对位置，通过喷淋头边缘减少通孔的数量来降低晶圆边缘气体流量，避免晶圆边缘薄膜生长过快；抽气陶瓷环抽气孔位置下移可以改变抽气气流轨迹调节衬底表面的沉积效果，通过对该装置中喷淋头和抽气陶瓷环的新型设计，可以实现衬底上薄膜的均匀生长。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造及应用技术领域，具体涉及一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，通过使用该装置使晶圆边缘的薄膜均匀生长。
背景技术
现有技术中的半导体等离子体处理装置一般是在反应腔室中有作为上极板喷淋头和作为下极板的载物台，通过在二者之间施加稳定的电压，使通过喷淋头喷出的气体等离子化，对晶圆进行等离子处理，所使用的喷淋头上有通孔，供气体喷出，通孔在喷淋头的中央和边缘都均匀分布。
载物台作为基底用来承载晶圆，在载物台的周围固定有抽气陶瓷环，抽气孔均匀并居中的分布在抽气陶瓷环上，反应腔室内的气体通过抽气陶瓷环排出。在现有技术中的喷淋头和抽气陶瓷环的作用下，由于气体由载物台中心向外分布，容易造成外围气体分布不均，从而造成等离子分布的不均匀；另外，等离子体受电场控制在两极板的接近边缘处会受到上下极板的影响，从而导致电场弯曲，进而导致等离子体分布不均匀，在这两种情况下，影响了晶圆表面薄膜的沉积速率，导致边缘薄膜不均匀。
随着半导体技术的迅猛发展，需要处理的晶圆面积会不断增大，现有技术中通孔均匀分布的喷淋头和抽气孔固定的陶瓷环引发的晶圆薄膜积累不均匀的问题会更加突出显著，综上所述，需要对半导体等离子处理装置中的硬件进行改进，提高工艺气体等离子体分布的均匀性，使晶圆表面的薄膜表面形貌得到改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，通过减少喷淋头边缘的通孔数量、抽气陶瓷环上的抽气孔相对于载物台上表面的位置变化，从而使处理的晶圆表面的薄膜均匀累积。
本发明是这样实现的，一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，其特征在于，包括反应腔室和待处理晶圆，反应腔室中设置有进行气体供给的喷淋头、承载所述晶圆的载物台以及用于将反应腔室中的气体抽出的陶瓷环，喷淋头和载物台相对设置，陶瓷环固定环绕于载物台外围；
喷淋头上分布有多个通孔，用于气体的喷淋状供给，在喷淋头边缘通孔的数量相对于同型号普通喷淋头进行减少设置。
进一步地，喷淋头边缘1～5圈通孔进行减少设置。
进一步地，喷淋头边缘1～5圈通孔的数量相对于同型号普通喷淋头边缘1～5圈通孔的数量减少10％-60％。
进一步地，喷淋头下表面的通孔均匀或非均匀地分布。
进一步地，喷淋头可与载物台形成相对电极。
进一步地，在喷淋头与载物台形成的相对电极上施加电压使气体等离子化，从而对载物台及其所载物进行等离子体处理。
进一步地，陶瓷环上设有一圈抽气孔，抽气孔外侧与抽气管路连接，抽气孔相对于所述载物台上表面的垂直距离不固定，工作时，反应腔室中的气体通过抽气孔抽出。
进一步地，陶瓷环上的抽气孔中心点距陶瓷环高度中心位置相对于普通陶瓷环下移3-15mm。
进一步地，陶瓷环上可设置不同数量及不同孔径的抽气孔。
进一步地，陶瓷环上每个抽气孔之间的弧形距离相等。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过对半导体等离子处理装置中的喷淋头和抽气陶瓷环进行新型设计，使喷淋头边缘通孔数量减少从而降低晶圆边缘气体流量，避免晶圆边缘薄膜生长过快；在工艺实验过程中，使抽气孔相对于载物台上表面的位置发生变化，气体被抽出反应腔室时在晶圆边缘所流动的路径发生变化，喷淋头和抽气孔的改造相结合可实现薄膜的均匀生长。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明半导体等离子处理装置结构示意图；
图2为图1中喷淋头的下表面结构示意图；
图3为图1中陶瓷环的俯视图；
图4为图3中抽气孔下移陶瓷环的主视图；
图5为图3中抽气孔位于中心位置的陶瓷环(普通陶瓷环)的主视图；
图6为本发明与普通等离子体处理装置对晶圆表面薄膜的沉积情况对比示意图(A：普通等离子体处理装置对晶圆表面薄膜厚度的归一化曲线；B本发明的等离子体处理装置对晶圆表面薄膜厚度的归一化曲线)。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，其中包括反应腔室1和待处理晶圆2，反应腔室1中设置有喷淋头11、载物台12和陶瓷环13，喷淋头11呈圆形，其上设有用于喷出气体的通孔111，并且边缘通孔111的数量减少设置，如图2所示；抽气陶瓷环13上有用于将气体抽出的抽气孔131，图3为陶瓷环的俯视图，相对与现有技术中的陶瓷环，本发明的陶瓷环13的抽气孔131下移，如图4所示；喷淋头11与载物台12呈相对设置。
实施例1
利用喷淋头11外围1～5圈通孔111减少10％、抽气陶瓷环13抽气孔131下移3mm的半导体等离子处理装置进行工艺实验，实验所用衬底为300mm的硅片。实验过程中，从喷淋头11的通孔111对载物台12进行工艺气体的供给，并从载物台12周围的抽气陶瓷环13的抽气孔131进行排气，通过控制装置稳压后，喷淋头11与载物台12作为上下电极来施加电压可在喷淋头11与载物台12间形成等离子体场，对所载物进行等离子体处理。
实施例2
利用喷淋头11外围1～5圈通孔111减少35％、抽气陶瓷环13抽气孔131下移8mm的半导体等离子处理装置进行工艺实验，实验所用衬底为300mm的硅片。实验过程中，从喷淋头11的通孔111对载物台12进行工艺气体的供给，并从载物台12周围的抽气陶瓷环13的抽气孔131进行排气，通过控制装置稳压后，喷淋头11与载物台12作为上下电极来施加电压可在喷淋头11与载物台12间形成等离子体场，对所载物进行等离子体处理。
实施例3
利用喷淋头11外围1～5圈通孔111减少60％、抽气陶瓷环13抽气孔131下移15mm的半导体等离子处理装置进行工艺实验，实验所用衬底为300mm的硅片。实验过程中，从喷淋头11的通孔111对载物台12进行工艺气体的供给，并从载物台12周围的抽气陶瓷环13的抽气孔131进行排气，通过控制装置稳压后，喷淋头11与载物台12作为上下电极来施加电压可在喷淋头11与载物台12间形成等离子体场，对所载物进行等离子体处理。
图6是对实施例1、2、3的结果进行统计，得到以硅片的圆心为原点，x轴是沿着硅片径向距离硅片边3mm的坐标轴(-147mm～147mm)，y轴是硅片表面沿着径向方向经过等离子体处理的薄膜厚度与硅片中心薄膜厚度的比值。可见，在原装置下，经过等离子体处理的薄膜厚度沿着硅片径向方向呈现由中心向边缘逐渐变大的趋势，越靠近硅片边缘越明显；而使用本发明的半导体等离子处理装置，喷淋头边缘通孔数量减少并且抽气陶瓷环抽气孔下移，在硅片边缘的气流分布发生变化，经过等离子体处理的薄膜厚度沿着硅片径向方向表现的很平均，在硅片边缘未出现膜厚变厚的现象。
Claims (4)
1.一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，其特征在于，包括反应腔室和待处理晶圆，所述反应腔室中设置有进行气体供给的喷淋头、承载所述晶圆的载物台以及用于将所述反应腔室中的气体抽出的陶瓷环，所述喷淋头和载物台相对设置，陶瓷环固定环绕于所述载物台外围；
所述喷淋头上分布有多个通孔，用于气体的喷淋状供给，在喷淋头边缘通孔的数量相对于同型号普通喷淋头进行减少设置；
所述陶瓷环上设有一圈抽气孔，抽气孔外侧与抽气管路连接，所述陶瓷环上的抽气孔中心点距陶瓷环高度中心位置相对于普通陶瓷环下移3-15mm，工作时，所述反应腔室中的气体通过所述抽气孔抽出；
所述喷淋头边缘1～5圈通孔进行减少设置；
所述喷淋头边缘1～5圈通孔的数量相对于同型号普通喷淋头边缘1～5圈通孔的数量减少10％-60％。
2.根据权利要求1所述的一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，其特征在于，所述喷淋头下表面的通孔均匀或非均匀地分布。
3.根据权利要求1所述的一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，其特征在于，所述喷淋头可与载物台形成相对电极。
4.根据权利要求3所述的一种改善晶圆表面薄膜形貌的半导体等离子处理装置，其特征在于，在所述喷淋头与载物台形成的相对电极上施加电压使气体等离子化，从而对所述载物台及其所载物进行等离子体处理。
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