CN107267958A - 喷头 - Google Patents

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刘定一
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Abstract

喷头配置为安装在处理室上并且将处理气体提供在处理室内的半导体晶圆上。喷头包括供气腔、花盘和电极板组件。花盘设置在供气腔的一侧处。电极板组件设置在气体源和供气腔之间。电极板组件包括具有一体化结构并且具有多个第一气孔的第一板以及具有一体化结构并且具有多个第二气孔的第二板。第二板位于第一板和供气腔之间并且与第一板分离。多个第二气孔与多个第一气孔部分地重叠但是未对准。也提供了具有喷头的半导体装置和半导体工艺。

Description

喷头
技术领域
本发明的实施例涉及喷头。
背景技术
在一些半导体工艺期间，通过沉积来处理衬底或晶圆。例如，在等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)或等离子体增强原子层沉积(PEALD)中，处理气体被允许进入保持在减小的压力下的反应室内，并且对腔室施加射频(RF)的振动电能以将气体激发成等离子体。该气体与暴露于等离子体的衬底或晶圆的表面反应以在晶圆上形成源自处理气体的组分的膜。期望形成在晶圆或衬底上的膜具有良好的均匀性。因此，用于半导体工艺的半导体装置必须设计为确保沉积在晶圆或衬底上的膜的良好的均匀性。
发明内容
本发明的实施例提供了一种喷头，所述喷头配置为安装在处理室之上并且将处理气体提供在所述处理室内的半导体晶圆上，所述喷头包括：供气腔；花盘，设置在所述供气腔的一侧处以用于提供从所述供气腔流至所述半导体晶圆的所述处理气体；以及电极板组件，设置在气体源和所述供气腔之间以用于将所述处理气体从所述气体源提供至所述供气腔，所述电极板组件包括：第一板，具有一体化结构并且具有多个第一气孔；和第二板，具有一体化结构并且具有多个第二气孔，其中，所述第二板位于所述第一板和所述供气腔之间并且与所述第一板分离，所述多个第二气孔与所述多个第一气孔部分地重叠但是未对准。
本发明的另一实施例提供了一种半导体处理装置，包括：处理室；衬底支撑件，配置为支撑设置在所述处理室内的半导体晶圆；以及喷头，配置为安装在所述处理室上以用于将处理气体提供在所述半导体晶圆上，所述喷头包括：
供气腔；
花盘，设置在所述供气腔的一侧处以用于提供从所述供气腔流至所述半导体晶圆的所述处理气体；和电极板组件，设置在气体源和所述供气腔之间以用于将所述处理气体从所述气体源提供至所述供气腔，所述电极板组件包括：第一板，具有一体化结构并且具有多个第一气孔；和第二板，具有一体化结构并且具有多个第二气孔，其中，所述第二板位于所述第一板和所述供气腔之间并且与所述第一板分离，并且所述多个第二气孔与所述多个第一气孔部分地重叠但是未对准。
本发明的又一实施例提供了一种半导体工艺，包括：将半导体晶圆定位在处理室中；以及通过喷头将处理气体提供在所述处理室内的半导体晶圆上，所述喷头包括：供气腔；花盘，设置在所述供气腔的一侧处以用于提供从所述供气腔流至所述半导体晶圆的所述处理气体；和电极板组件，设置在气体源和所述供气腔之间以用于将所述处理气体从所述气体源提供至所述供气腔，所述电极板组件包括：第一板，具有一体化结构并且具有多个第一气孔；和第二板，具有一体化结构并且具有多个第二气孔，所述第二板位于所述第一板和所述供气腔之间并且与所述第一板分离；以及通过使所述第二板相对于所述第一板偏移以使所述多个第二气孔与所述多个第一气孔部分地重叠但是未对准来调节所述处理气体。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1是根据本发明的实施例的半导体处理装置的示意性截面图。
图2是图1的半导体处理装置的电极板组件的示意性部分顶视图。
图3是根据本发明的实施例的示出半导体工艺的流程图。
图4是根据本发明的另一实施例的示出半导体工艺的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。
图1是根据本发明的实施例的半导体处理装置的示意性截面图。参照图1，半导体处理装置100包括处理室110、衬底支撑件120和喷头130。衬底支撑件120设置在处理室110内并且配置为支撑半导体晶圆122。喷头130配置为安装在处理室110上并且在处理室110内的半导体晶圆122上提供处理气体。喷头130包括供气腔132、花盘134和电极板组件136。花盘134设置在供气腔132的一侧处以用于提供从供气腔132流至半导体晶圆122的处理气体。电极板组件136设置在气体源140和供气腔132之间以用于将来自气体源140的处理气体提供至供气腔132。电极板组件136包括第一板152和第二板154。第一板152具有一体化结构并且包括多个第一气孔152a。第二板154具有一体化结构并且包括多个第二气孔154a。第二板154位于第一板152和供气腔132之间并且与第一板152分离。第二气孔154a与第一气孔152a部分地重叠但是与第一气孔152a未对准。
在一些实施例中，花盘134和衬底支撑件120限定用于在其中设置半导体晶圆122的处理室110。即，半导体晶圆122设置在由花盘134和衬底支撑件120限定的处理室110中以在处理室110中进行处理。因此，处理室110是处理气体流入并且处理半导体晶圆122的区域或气体室。
在一些实施例中，第一气孔152a与第二气孔154a布置成相同的图案。即，第一板152上的第一气孔152a的图案与第二板154上的第二气孔154a的图案相同。此外，每个第一气孔152a与每个第二气孔154a具有相同的尺寸。即，第一板152和第二板154彼此相同，并且相应的第一板152和第二板154的第一气孔152a与第二气孔154a也彼此相同并且相同地定位。因此，第一板152和第二板154相对于彼此偏移，从而使得第一气孔152a与第二气孔154a部分地重叠但是未对准。然而，本发明不限于此。第一气孔152a与第二气孔154a不必以相同的方式布置并且不必具有相同的尺寸以部分地重叠并且彼此未对准。此外，第一板152和第二板154不必彼此相同，而是可以根据用户需求进行不同的设计。用户可以设计第一板152和第二板154以及第一气孔152a与第二气孔154a，从而使得它们部分地重叠但是未对准，而不必使它们全部彼此相同。
在一些实施例中，喷头130还包括设置在气体源140和电极板组件136之间的气体分布歧管组件160以用于将处理气体供应至第一板152的第一气孔152a。即，将处理气体从气体源140供应至气体分布歧管组件160。然后处理气体流过气体分布歧管组件160至电极板组件136的第一板152。然后处理气体流过第一板152的第一气孔152a至与第一气孔152a部分地重叠的第二气孔154a，并且流出第二板154的第二气孔154a至供气腔132。
在一些实施例中，气体分布歧管组件160包括第一气体板162、第二气体板164、第三气体板166和顶部接地板168。在一些实施例中，第一气体板162、第二气体板164和第三气体板166的材料是陶瓷。然而，本发明不限于此。可以根据用户调整第一气体板162、第二气体板164和第三气体板166的材料。在一些实施例中，喷头130包括顶板170。来自气体源140的处理气体从顶板170中的至少一个开口供应至喷头130(如从气体源140的箭头所示)。随着处理气体流入顶板170中的至少一个开口，处理气体流入气体分布歧管组件160。第一气体板162、第二气体板164、第三气体板166和顶部接地板168的每个包括多个开口。开口可以彼此对准或未对准，并且可以根据用户需求调整第一气体板162、第二气体板164、第三气体板166和顶部接地板168的每个相对于彼此的位置的配置。此外，也可以根据用户需求调整第一气体板162、第二气体板164、第三气体板166和顶部接地板168的每个的开口的位置、形状和尺寸的配置。在一些实施例中，处理气体流入气体分布歧管组件160并且流过顶部接地板168、第一气体板162、第二气体板164和第三气体板166的开口。然后处理气体离开气体分布歧管组件160以流至电极板组件136。第一气体板162、第二气体板164和第三气体板166的顺序不限于图1中所示的顺序。第一气体板162、第二气体板164和第三气体板166可以以用户所期望的任何顺序布置在气体分布歧管组件160内。
在一些实施例中，对第一板152和第二板154的至少一个供电，并且花盘134接地以电离处理气体并且在供气腔132中形成电离气体等离子体。在一些实施例中，第一板152与射频(RF)电源142连接。然而，在其他实施例中，第二板154与射频(RF)电源142连接。即，RF电源142连接至喷头130的电极板组件136，并且与喷头130的接地花盘134作用以形成处理气体的电离等离子体并且流至供气腔132。取决于设计，第一板152可以设置在第二板154上。在这种情况下，第一板152与RF电源142连接。类似地，如果第二板154设置在第一板152上，则第二板154与RF电源142连接。本发明不限制是第一板152还是第二板154连接至RF电源142，只要RF电源142连接至电极板组件136以给第一板152或第二板154供电。在一些实施例中，第一板152和第二板154均可以连接至RF电源142，并且第一板152和第二板154均由RF电源142供电。
在一些实施例中，例如，从气体源140供应的处理气体可以是氮化硅、二氧化硅、氮气、氢气或在沉积工艺中的任何合适的处理气体。沉积工艺可以是化学汽相沉积工艺或原子层沉积工艺或用于处理半导体晶圆122的任何合适的沉积工艺。然而，本发明不限于此。处理气体可以是用于用户所期望的任何合适的半导体工艺的任何合适的处理气体。此外，处理气体可以提供有电离气体等离子体以激活成等离子体。此外，半导体处理装置100不限于仅供应处理气体。例如，半导体处理装置100也可以供应清洁气体以在用户期望时清洁喷头130和处理室110。例如，半导体处理装置100也可以供应净化气体以在用户期望时进行净化工艺。本发明不限制供应至半导体处理装置100的气体的类型。
在一些实施例中，如上所述，处理气体从气体分布歧管组件160流至电极板组件136。由于电极板组件136连接至RF电源142并且花盘134接地，处理气体电离以形成电离等离子体。即，连接至电极板组件136的RF电源142和接地的花盘134产生RF(射频)场。由偏压电极板组件136产生的RF场激发处理气体，从而产生等离子体并且流至供气腔132中。在图1中，第一板152连接至RF电源142。然而，如上所述，第二板154或第二板154和第一板152两者可以连接至RF电源142。
在一些实施例中，衬底支撑件120是旋转衬托器。即，衬底支撑件120旋转并且支撑半导体晶圆122。衬底支撑件120与半导体晶圆122旋转以产生在半导体晶圆122的方向上的向下抽吸作用。旋转衬托器120或衬底支撑件120的向下抽吸作用吸引等离子体从供气腔132朝向半导体晶圆122的表面流出花盘134的开口。在半导体晶圆122的表面处，等离子体从半导体晶圆122的中心以基本均匀的层流图案向外径向流动以形成沉积在处理室110中的半导体晶圆122的表面上的薄膜层。
在一些实施例中，电极板组件136是可调节电极板组件136。如图2所示，图2是图1的半导体处理装置的电极板组件的示意性部分顶视图。在一些实施例中，第一板152具有一体化结构。即，第一板152制造为单件。此外，第二板154具有一体化结构。类似地，第二板154也制造为单件。第一板152和第二板154的每个均制造为单件，并且具有一体化结构。第二板154位于第一板152和供气腔132之间并且与第一板152分离。如图1和图2所示，以这种方式，第一板152和第二板154可以相对于彼此偏移。结果，第一气孔152a和第二气孔154a部分地重叠但是彼此未对准。在一些实施例中，如图1和图2所示，例如，第一板152位于第二板154上，从而使得第一气孔152a位于第二气孔154a之上。为了使第一气孔152a和第二气孔154a未对准，第一板152和第二板154相对于彼此偏移，从而使得它们未对准。由于第一气孔152a和第二气孔154a部分地重叠，处理气体仍可以流至供气腔132。由于第一气孔152a和第二气孔154a彼此未对准，由RF场形成的等离子体的密度可以更高，并且等离子体的流速可以更低。因为第一板152和第二板154可以相对于图2中的偏移更多或更少地偏移，所以电极板组件136是可调节的。即，图2中所示的第一板152和第二板154之间的偏移仅是示例性的，并且用户可以使第一板152和第二板154相对于彼此更多或更少地偏移以获得期望的结果。例如，如果用户可以调整等离子体密度或等离子体或处理气体的流速，则可以调节或调整第一板152和第二板154之间的偏移。因此，可通过使第一板152和第二板154相对于彼此偏移来调节电极板组件136。根据用户需要，通过使第一板152和第二板154相对于彼此偏移，也可以调节或调整第一气孔152a和之上的第二气孔154a重叠和未对准的程度。
在一些实施例中，如上所述，因为第一板152和第二板154可以相对于彼此偏移，所以喷头130的电极板组件136是可调节的。随着处理气体流过气体分布歧管组件160并且然后流过可调节电极板组件136，激发成等离子体的处理气体流至供气腔132。可以通过调节电极板组件136确定等离子体性质。然后等离子体流出花盘134并且流至处理室110中的半导体晶圆122上。通过调整等离子体的性质，沉积在处理室110中的半导体晶圆122上的薄膜可以具有更好的均匀性。
图3是根据本发明的实施例的示出半导体工艺的流程图。可以通过图1和图2中描述的半导体处理装置100实施半导体工艺。在半导体工艺中，工艺包括将半导体晶圆122定位在处理室110中(步骤S102)。半导体晶圆122定位在衬底支撑件120上，衬底支撑件120也可以是旋转衬托器。半导体工艺还包括提供处理气体，处理气体通过喷头130至处理室110内的半导体晶圆122上(步骤S104)。即，喷头130将处理气体提供到处理室110中的半导体晶圆122上。喷头130的描述可以参考以上实施例，并且在此将不再重复。半导体工艺还包括通过使第二板154相对于第一板152偏移以使第二气孔154a与第一气孔152a部分地重叠但是未对准来调节处理气体(步骤S106)。在半导体工艺中，处理气体提供有电离气体等离子体。即，处理气体可以具有电离气体等离子体以激发成等离子体。在一些实施例中，对第一板152和第二板154的至少一个供电，并且花盘134接地以电离处理气体并且在供气腔132中形成电离气体等离子体。步骤S102、S104和S106不限于以以上描述的特定顺序实施。步骤S102、S104和S106可以以任何顺序实施，并且如果用户期望或需要，有时可以实施其中一些。
图4是根据本发明的另一实施例的示出半导体工艺的流程图。可以通过图1和图2中描述的半导体处理装置100实施半导体工艺。图4的步骤S202、S204和S206与图3的步骤S102、S104和S106相同，并且在此将不重复详细描述。半导体工艺还包括在半导体晶圆122上沉积半导体材料薄膜(步骤S208)。半导体材料薄膜是源自处理气体的组分。通过从供气腔132流出花盘并且流至半导体晶圆122上的等离子体沉积半导体材料薄膜。半导体工艺还包括在将处理气体提供在半导体晶圆122上时旋转半导体晶圆122(步骤S210)。即，半导体晶圆122位于衬底支撑件120上，并且衬底支撑件120可以是适合于旋转的旋转衬托器。旋转衬托器的详细描述可以参考以上实施例，并且在此将不再重复。步骤S202、S204、S206、S208和S210不限于以以上描述的特定顺序实施。步骤S202、S204、S206、S208和S210可以以任何顺序实施，并且如果用户期望或需要，有时可以实施其中一些。
根据一些实施例，喷头配置为安装在处理室上并且将处理气体提供在处理室内的半导体晶圆上。喷头包括供气腔、花盘和电极板组件。花盘设置在供气腔的一侧处以用于提供从供气腔流至半导体晶圆的处理气体。电极板组件设置在气体源和供气腔之间以用于将处理气体从气体源提供至供气腔。电极板组件包括具有一体化结构并且具有多个第一气孔的第一板以及具有一体化结构并且具有多个第二气孔的第二板。第二板位于第一板和供气腔之间并且与第一板分离。多个第二气孔与多个第一气孔部分地重叠但是未对准。
在上述喷头中，还包括：气体分布歧管组件，设置在所述气体源和所述电极板组件之间以将所述处理气体供应至所述第一板的所述多个第一气孔。
在上述喷头中，其中，所述多个第一气孔与所述多个第二气孔布置为相同的图案。
在上述喷头中，其中，所述多个第一气孔与所述多个第二气孔布置为相同的图案，所述多个第一气孔的每个与所述多个第二气孔的每个具有相同的尺寸。
在上述喷头中，其中，对所述第一板和所述第二板的至少一个供电，并且所述花盘接地以电离所述处理气体并且在所述供气腔中形成电离气体等离子体。
在上述喷头中，其中，对所述第一板和所述第二板的至少一个供电，并且所述花盘接地以电离所述处理气体并且在所述供气腔中形成电离气体等离子体，所述第一板与射频(RF)电源连接。
在上述喷头中，其中，对所述第一板和所述第二板的至少一个供电，并且所述花盘接地以电离所述处理气体并且在所述供气腔中形成电离气体等离子体，所述第二板与射频(RF)电源连接。
根据一些实施例，半导体处理装置包括处理室、衬底支撑件和喷头。衬底支撑件设置在处理室内并且配置为支撑半导体晶圆。喷头配置为安装在处理室上以用于将处理气体提供在半导体晶圆上。喷头包括供气腔、花盘和电极板组件。花盘设置在供气腔的一侧处以用于提供从供气腔流至半导体晶圆的处理气体。电极板组件设置在气体源和供气腔之间以用于将处理气体从气体源提供至供气腔。电极板组件包括具有一体化结构并且具有多个第一气孔的第一板以及具有一体化结构并且具有多个第二气孔的第二板。第二板位于第一板和供气腔之间并且与第一板分离。多个第二气孔与多个第一气孔部分地重叠但是未对准。
在上述半导体处理装置中，其中，所述喷头还包括：气体分布歧管组件，设置在所述气体源和所述电极板组件之间以将所述处理气体供应至所述第一板的所述多个第一气孔。
在上述半导体处理装置中，其中，所述多个第一气孔与所述多个第二气孔布置为相同的图案。
在上述半导体处理装置中，其中，所述多个第一气孔与所述多个第二气孔布置为相同的图案，所述多个第一气孔的每个与所述多个第二气孔的每个具有相同的尺寸。
在上述半导体处理装置中，其中，对所述第一板和所述第二板的至少一个供电，并且所述花盘接地以电离所述处理气体并且在所述供气腔中形成电离气体等离子体。
在上述半导体处理装置中，其中，所述第一板与射频(RF)电源连接。
在上述半导体处理装置中，其中，所述第二板与射频(RF)电源连接。
在上述半导体处理装置中，其中，所述衬底支撑件是旋转衬托器。
根据一些实施例，半导体工艺包括将半导体晶圆定位在处理室中。半导体工艺也包括通过喷头将处理气体提供在处理室内的半导体晶圆上。喷头包括供气腔、花盘和电极板组件。花盘设置在供气腔的一侧处以用于提供从供气腔流至半导体晶圆的处理气体。电极板组件设置在气体源和供气腔之间以用于将处理气体从气体源提供至供气腔。电极板组件包括具有一体化结构并且具有多个第一气孔的第一板以及具有一体化结构并且具有多个第二气孔的第二板。第二板位于第一板和供气腔之间并且与第一板分离。半导体工艺也包括通过使第二板相对于第一板偏移以使多个第二气孔与多个第一气孔部分地重叠但是未对准来调节处理气体。
在上述半导体工艺中，其中，所述处理气体提供有电离气体等离子体。
在上述半导体工艺中，其中，所述处理气体提供有电离气体等离子体，还包括在所述半导体晶圆上沉积半导体材料薄膜。
在上述半导体工艺中，其中，所述处理气体提供有电离气体等离子体，对所述第一板和所述第二板的至少一个供电，并且所述花盘接地以电离所述处理气体并且在所述供气腔中形成所述电离气体等离子体。
在上述半导体工艺中，还包括在将处理气体提供在所述半导体晶圆上时旋转所述半导体晶圆。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (1)

1.一种喷头，所述喷头配置为安装在处理室之上并且将处理气体提供在所述处理室内的半导体晶圆上，所述喷头包括：
供气腔；
花盘，设置在所述供气腔的一侧处以用于提供从所述供气腔流至所述半导体晶圆的所述处理气体；以及
电极板组件，设置在气体源和所述供气腔之间以用于将所述处理气体从所述气体源提供至所述供气腔，所述电极板组件包括：
第一板，具有一体化结构并且具有多个第一气孔；和
第二板，具有一体化结构并且具有多个第二气孔，其中，所述第二板位于所述第一板和所述供气腔之间并且与所述第一板分离，所述多个第二气孔与所述多个第一气孔部分地重叠但是未对准。
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