CN106702350A - 进气组件及反应腔室 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种进气组件及反应腔室，其设置在反应腔室内的顶部，且包括进气板，以及间隔分布在该进气板中的多个进气件，其中，进气件采用绝缘材料制作，且与进气板可拆卸地连接，并且在进气件中设置有进气孔，用以向反应腔室内输送工艺气体。本发明提供的进气组件，其不仅可以提高工艺均匀性和工艺稳定性，而且还可以降低设备的使用成本。

Description

进气组件及反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种进气组件及反应腔室。

背景技术

等离子体增强化学气相沉积(Plasma enhanced chemical vapordeposition，简称PECVD)是采用等离子体技术制备薄膜的重要手段之一。其借助等离子体离化工艺气体，使工艺气体产生的自由基、离子等活性物质在基片表面产生化学反应获得薄膜。平板型PECVD设备由于具有基片承载面积大、薄膜生长均匀性好等优点成为半导体等工业常用的设备之一。

图1为现有的平板型PECVD设备的剖视图。请参阅图1，该PECVD设备主要包括反应腔室1、上电极和下电极。其中，下电极包括用于承载晶片3的基座2，该基座2接地，且在基座2内设置有用于加热晶片3的加热装置(图中未示出)。上电极包括电极板4和进气板5，其中，该电极板4设置在反应腔室1的顶部，且具有进气口6，该进气口6与工艺气体源8连接。并且，电极板4通过匹配器9与射频电源10电连接。进气板5设置在电极板4的下方，且与电极板4之间形成匀流腔7，并且该进气板5采用金属材料制成，且在下表面排布若干小孔，各个小孔与匀流腔7相连通。在进行工艺的过程中，由工艺气体源8提供的工艺气体经由进气口6进入匀流腔7，并向反应腔室的四周方向扩散，然后经进气板5的各个小孔进入反应腔室1内。开启射频电源10，其通过匹配器9向电极板4加载射频功率，以激发反应腔室1内的工艺气体形成等离子体。

由于上述进气板5采用金属材料制作，且各个小孔的直径小、深度高，即，各个小孔的内部空间狭长，这不仅使得小孔内部的气压明显高于反应腔室内的气压，导致小孔处的局域等离子体密度要高于其他位置，而且各个小孔还会对反应腔室1内的电场均匀性产生影响，即，在进气板5上，各个小孔所在区域的电场强度一般高于非小孔区域，导致各个小孔受到离子轰击的密度和能量要高于进气板上的非小孔区域，较高的离子轰击密度和能量造成小孔产生物理刻蚀或者放电(arcing)现象，这不仅带来了产生颗粒、镀膜均匀性和稳定性降低等问题，局部小孔损坏就需要更换整个电极板4，进而增加了使用成本。

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，提出了一种进气组件及反应腔室，其不仅可以提高工艺均匀性和工艺稳定性，而且还可以降低设备的使用成本。

为实现本发明的目的而提供一种进气组件，设置在反应腔室内的顶部，且包括进气板，还包括间隔分布在所述进气板中的多个进气件，所述进气件采用绝缘材料制作，且与所述进气板可拆卸地连接；在所述进气件中设置有进气孔，用以向所述反应腔室内输送工艺气体。

优选的，所述进气孔包括由上而下依次设置的上孔和下孔，且二者同轴；所述下孔的直径小于等离子体的鞘层厚度的两倍，所述下孔的深度小于所述下孔直径的七倍；所述上孔的直径大于所述下孔的直径。

优选的，在所述进气板中设置有多个沿其厚度贯穿的螺纹孔，且在各个进气件的外周壁上设置有外螺纹；各个所述进气件通过所述外螺纹一一对应地与各个所述螺纹孔螺纹连接。

优选的，在所述进气件的上表面，且与所述上孔相对应的位置处设置有拆装槽。

优选的，在所述进气件的下表面，且与所述下孔相对应的位置处设置有拆装槽。

优选的，所述进气件采用由螺柱和螺钉头组成的螺钉结构，且所述外螺纹设置在所述螺柱的外周壁上；所述螺纹孔为沉头孔，且与所述螺钉结构相配合。

优选的，所述多个进气件分布在所述进气板不同半径的圆周上，且同一圆周上的各个进气件均匀分布。

优选的，所述进气件的下表面与所述进气板的下表面相平齐，所述进气件的上表面与所述进气板的上表面相平齐。

优选的，所述进气组件还包括电极板，所述电极板设置在所述进气板上方，且与所述进气板之间形成匀流腔，并且在所述电极板上设置有进气口，用以向所述匀流腔输送工艺气体。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种反应腔室，包括设置在其顶部的进气组件，用于向所述反应腔室的内部输送工艺气体，所述进气组件采用本发明提供的上述进气组件。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的进气组件，其通过在进气板中间隔分布多个进气件，该进气件采用绝缘材料制作，可以有效降低进气孔处的电场强度，从而各个进气孔受到离子轰击的密度和能量降低，进而可以减少进气孔产生的放电现象，从而可以提高工艺均匀性和工艺稳定性。另外，通过将各个进气件与进气板可拆卸地连接，在局部进气孔损坏时，可以仅更换损坏的进气孔所在进气件，而无需更换整个电极板，从而可以降低设备的使用成本

本发明提供的反应腔室，其通过采用本发明提供的进气组件，不仅可以提高工艺均匀性和工艺稳定性，而且还可以降低设备的使用成本。

附图说明

图1为现有的平板型PECVD设备的剖视图；

图2A为本发明实施例提供的进气组件的俯视图；

图2B为本发明实施例提供的进气组件的剖视图；

图3A为本发明实施例中的单个进气件的剖视图；

图3B为本发明实施例中的单个进气件的俯视图；

图4为本发明实施例提供的进气组件具有电极板的剖视图；

图5为本发明实施例的一个变型实施例采用的单个进气件的剖视图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的进气组件及反应腔室进行详细描述。

图2A为本发明实施例提供的进气组件的俯视图。图2B为本发明实施例提供的进气组件的剖视图。请一并参阅图2A和图2B，进气组件设置在反应腔室内的顶部，用以向反应腔室内通入工艺气体，其包括进气板11，且采用金属材料制作，用以起到输送工艺气体的作用的同时，还用作上电极，即，通过向进气板11加载射频功率，可以激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体。而且，在进气板11中间隔分布有多个进气件12，该进气件12采用绝缘材料制作，且与进气板11可拆卸地连接，并且在进气件12中设置有进气孔13，工艺气体经由该进气孔13流入反应腔室的内部。

通过在进气板11中间隔分布多个进气件12，该进气件12采用绝缘材料制作，可以有效降低进气孔13处的电场强度，从而各个进气孔13受到离子轰击的密度和能量降低，进而可以减少进气孔13产生的放电现象，从而可以提高工艺均匀性和工艺稳定性。另外，通过将各个进气件12与进气板11可拆卸地连接，在局部进气孔13损坏时，可以仅更换损坏的进气孔13所在进气件12，而无需更换整个电极板11，从而可以降低设备的使用成本。需要说明的是，由于在进气板11的下表面上，各个进气件12所占表面积相对于其余表面积较小，因而各个进气件12对与之相邻的进气板11的金属部分具有的电场影响可以忽略不计。

优选的，多个进气件12的分布方式如图2A所示，多个进气件12分布在进气板11的不同半径的圆周上，且同一圆周上的各个进气件12均匀分布，从而可以均匀地向反应腔室内输送工艺气体。当然，在实际应用中，多个进气件还可以根据具体情况采用其他任意分布方式。

下面对单个进气件12的具体结构进行详细描述。具体地，图3A为本发明实施例中的单个进气件的剖视图。图3B为本发明实施例中的单个进气件的俯视图。请一并参阅图3A和图3B，进气件12沿进气板11的厚度贯穿进气板11，且进气件12的下表面与进气板11的下表面相平齐，进气件12的上表面与进气板11的上表面相平齐，以有利于进气件12的装卸。进气孔13用于向反应腔室内输送工艺气体，其包括由上而下依次设置的上孔132和下孔131，且二者同轴。其中，下孔131与反应腔室相连通，且为了防止等离子体逆向进入下孔131内，以抑制在下孔131内产生的放电现象，下孔131的直径D小于等离子体的鞘层厚度的两倍，下孔131的深度H小于下孔直径D的七倍。优选的，下孔131的直径D小于0.8mm。上孔132的直径大于下孔131的直径D，以便于工艺气体流入下孔131中。当然，在实际应用中，进气孔13还可以采用沿进气件的厚度贯穿的直通孔。

在本实施例中，进气件12与进气板11螺纹连接。具体地，在进气板11中设置有多个沿其厚度贯穿的螺纹孔，且在各个进气件12的外周壁上设置有外螺纹，各个进气件12通过该外螺纹一一对应地与各个螺纹孔螺纹连接，从而实现进气件12与进气板11的可拆卸连接。

优选的，在进气件12的上表面，且与上孔132相对应的位置处设置有拆装槽14，以便于使用相应的拆装工具对进气件12进行装卸。在实际应用中，拆装槽14的形状可以根据拆装工具的不同设计为一字型、十字型、米字型、T型或者六角型等等。需要说明的是，在本实施例中，进气件12的上表面与进气板11的上表面相平齐，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以使进气件12的上表面相对于进气板11的上表面凸出，且凸出部分的高度等于拆装槽14的深度。

另外，优选的，进气件12采用由螺柱121和螺钉头122组成的螺钉结构，且在螺柱121的外周壁上设置有外螺纹。与之相适配的，进气板11中的螺纹孔为由上下两个直径不同的孔组成的阶梯孔，即称为沉头孔，其中，直径较小的孔在直径较大的孔下方，且具有内螺纹，并与螺柱121的外螺纹相配合；螺钉头122位于直径较大的孔中，且螺钉头122的下表面与两个孔之间形成的阶梯面之间具有预紧力，从而实现进气件12的锁紧。由此，通过使用相应的拆装工具插入上述拆装槽14中，并旋紧或旋松进气件12，即可实现进气件12的安装或卸载，从而有利于使操作更简便。

需要说明的是，进气件12的结构并不局限于本实施例所采用的螺钉结构，在实际应用中，进气件还可以采用其他任意结构，例如，进气件还可以为圆柱体，且在该圆柱体的侧壁上设置外螺纹，与之相适配的，进气板11中的螺纹孔为直通孔，各个进气件通过该外螺纹一一对应地与各个螺纹孔螺纹连接，这同样可以实现进气件与进气板的可拆卸连接。

优选的，为了进一步提高进入反应腔室内的工艺气体的分布均匀性，进气组件还包括电极板，图4为本发明实施例提供的进气组件具有电极板的剖视图。请参阅图4，电极板15设置在进气板11上方，且与进气板11之间形成匀流腔16，并且在电极板15上设置有进气口17，该进气口17与工艺气源18连接，用以将来自工艺气源18的气体向匀流腔16内输送。在进行工艺的过程中，由工艺气体源18提供的工艺气体经由进气口17进入匀流腔16，并向反应腔室的四周方向扩散，然后经进气板11上的各个进气孔13均匀地进入反应腔室内。另外，电极板15与进气板11之间可利用螺钉固定连接，且二者电导通，以共同用作上电极，并且电极板15通过匹配器和射频电源电连接，在进行工艺时，开启射频电源，其通过匹配器向电极板15加载射频功率，以激发反应腔室内的工艺气体形成等离子体。

作为本实施例的一个变型实施例，图5为本发明实施例的一个变型实施例采用的单个进气件的剖视图。请参阅图5，本变型实施例与上述实施例相比，其区别仅在于：拆装槽14的设置位置不同。

具体地，在本变型实施例中，拆装槽14设置在进气件12的下表面，且与下孔131相对应的位置处。也就是说，在本变型实施例的技术方案中，进气件12是通过使用相应的拆装工具自进气件12的下表面进行安装或拆卸，而上述实施例中是通过使用相应的拆装工具自进气件12的上表面进行安装或拆卸。此外，与上述实施例相类似的，进气件12的下表面可以与进气板11的下表面相平齐；或者，也可以使进气件12的下表面相对于进气板11的下表面凸出，且凸出部分的高度等于拆装槽14的深度。

综上所述，本发明实施例提供的进气组件，其通过在进气板中间隔分布多个进气件，该进气件采用绝缘材料制作，可以有效降低进气孔处的电场强度，从而各个进气孔受到离子轰击的密度和能量降低，进而可以减少进气孔产生的放电现象，从而可以提高工艺均匀性和工艺稳定性。另外，通过将各个进气件与进气板可拆卸地连接，在局部进气孔损坏时，可以仅更换损坏的进气孔所在进气件，而无需更换整个电极板，从而可以降低设备的使用成本

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种反应腔室，其包括设置在其顶部的进气组件，用于向反应腔室的内部输送工艺气体，该进气组件采用了本发明实施例提供的上述进气组件。

本发明实施例提供的反应腔室，其通过采用本发明实施例提供的进气组件，不仅可以提高工艺均匀性和工艺稳定性，而且还可以降低设备的使用成本。

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 (10)

1.一种进气组件，设置在反应腔室内的顶部，且包括进气板，其特征在于，还包括间隔分布在所述进气板中的多个进气件，所述进气件采用绝缘材料制作，且与所述进气板可拆卸地连接；

在所述进气件中设置有进气孔，用以向所述反应腔室内输送工艺气体。

2.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，所述进气孔包括由上而下依次设置的上孔和下孔，且二者同轴；

所述下孔的直径小于等离子体的鞘层厚度的两倍，所述下孔的深度小于所述下孔直径的七倍；

所述上孔的直径大于所述下孔的直径。

3.根据权利要求2所述的进气组件，其特征在于，在所述进气板中设置有多个沿其厚度贯穿的螺纹孔，且在各个进气件的外周壁上设置有外螺纹；

各个所述进气件通过所述外螺纹一一对应地与各个所述螺纹孔螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的进气组件，其特征在于，在所述进气件的上表面，且与所述上孔相对应的位置处设置有拆装槽。

5.根据权利要求3所述的进气组件，其特征在于，在所述进气件的下表面，且与所述下孔相对应的位置处设置有拆装槽。

6.根据权利要求3所述的进气组件，其特征在于，所述进气件采用由螺柱和螺钉头组成的螺钉结构，且所述外螺纹设置在所述螺柱的外周壁上；

所述螺纹孔为沉头孔，且与所述螺钉结构相配合。

7.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，所述多个进气件分布在所述进气板不同半径的圆周上，且同一圆周上的各个进气件均匀分布。

8.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，所述进气件的下表面与所述进气板的下表面相平齐，所述进气件的上表面与所述进气板的上表面相平齐。

9.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，所述进气组件还包括电极板，所述电极板设置在所述进气板上方，且与所述进气板之间形成匀流腔，并且在所述电极板上设置有进气口，用以向所述匀流腔输送工艺气体。

10.一种反应腔室，包括设置在其顶部的进气组件，用于向所述反应腔室的内部输送工艺气体，其特征在于，所述进气组件采用权利要求1-9任意一项所述的进气组件。