CN110042369A - 等离子体增强化学气相沉积的腔室结构及具有其的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种等离子体增强化学气相沉积的腔室结构及具有其的设备，包括：腔室，设有进气口；第一电极板和第二电极板，相向间隔设置在腔室内部，且第一电极板与射频电源连接，第二电极板接地，第一电极板上成型有多个允许通过进气口进入腔室中的气体通过的第一通孔；多个移动组件，移动组件包括可在第一电极板表面运动的板体和与板体连接、用于驱动板体运动的驱动件，板体具有在驱动件的作用下运动至部分覆盖第一通孔的遮挡位置和在驱动件的作用下运动至使第一通孔完全暴露的敞开位置。本发明提供了一种不需开腔操作即可实时改变腔室中的气体相对浓度的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构及具有其的设备。

Description

等离子体增强化学气相沉积的腔室结构及具有其的设备
技术领域
本发明涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种等离子体增强化学气相沉积的腔室结构及具有其的设备。
背景技术
在等离子体增强化学气相沉积(PlasmaEnhancedChemicalVapor Deposition；PECVD)制程中膜厚均一性是一项重要参数，而膜厚均一性的好坏一定程度上取决于腔室内气体浓度分布。目前主流的CVD供气系统中腔室内气体相对浓度的分布是相对固定的，不能根据实际需要改变腔室内不同位置的气体相对浓度；同时，在清洗过程中清洗气体分布也存在此现象，易造成边缘清洗不干净。在横向电场中虽然可以通过更换不同孔径的杆以达到改变腔室内相应位置的气体相对浓度的目的，但是需要频繁开腔操作，操作不便。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的腔室中的气体相对浓度不能根据需要及时改变，开腔操作不便的缺陷，从而提供一种不需开腔操作即可实时改变腔室中的气体相对浓度的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构及具有其的设备。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，包括：
腔室，设有进气口；
第一电极板和第二电极板，相向间隔设置在所述腔室内部，且所述第一电极板与射频电源连接，所述第二电极板接地，所述第一电极板上成型有多个允许通过所述进气口进入所述腔室中的气体通过的第一通孔；
多个移动组件，靠近所述第一电极板的表面设置，所述移动组件包括可在所述第一电极板表面运动的板体和与所述板体连接、用于驱动所述板体运动的驱动件，所述板体具有在所述驱动件的作用下运动至部分覆盖所述第一通孔的遮挡位置和在所述驱动件的作用下运动至使所述第一通孔完全暴露的敞开位置。
所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，相邻两个板体之间预留有间隙。
所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，所述板体上成型有多个与所述第一通孔孔径相同的第二通孔，且所述第二通孔和所述第一通孔一一对应设置，所述板体具有在所述驱动件的作用下运动至使所述第二通孔部分偏离所述第一通孔的第一位置和在所述驱动件的作用下运动至使所述第二通孔和所述第一通孔完全对齐的第二位置。
所述的等离子体增加化学气相沉积的腔室结构，所述移动组件设于所述第一电极板远离所述第二电极板的上表面。
所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，所述驱动件为设于所述腔室侧壁的多个伸缩杆，所述伸缩杆的另一端设于所述板体的侧壁上。
所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，每一个所述板体的侧壁上至少设有一对伸缩杆，一对伸缩杆相对于所述板体的与所述伸缩杆的运动方向平行的轴线对称设置。
所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，所述驱动件为设于所述腔室顶壁的多个移动杆，所述移动杆的另一端设于所述板体的上表面中央。
所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，所述板体第三电极板，所述第三电极板与所述第一电极板靠近的表面涂覆有耐热耐磨材料。
所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，所述耐热耐磨材料为特氟龙。
本发明还提供了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括所述的腔室结构。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，当需要改变腔室中某些特定位置的气体相对浓度时，只需操作该位置的驱动件驱动相应的板体运动至部分覆盖第一通孔的位置使其满足要求即可，这样不仅无需开腔，便于操作，还可以根据实际需求同时调整多个板体的相对位置，从而实现同一腔室中不同位置的气体相对浓度可以分别控制的目的，适用性更广。
2.本发明提供的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，相邻两个板体之间预留有间隙，以使得一个板体在运动时不会对另一个板体造成影响，保证操作的准确性。
3.本发明提供的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，板体上的第二通孔与第一电极板上的第一通孔对应设置，这样某一区域内的气体相对浓度就可以通过操作一个板体的运动实现统一控制，简化整个装置的结构，提高控制精度。
4.本发明提供的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，移动组件设于第一电极板远离第二电极板的上表面，第一电极板可以起到支撑移动组件的作用，简化了腔室内部的结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构的示意图；
图2为图1去掉供气管后的俯视图；
图3为图1中板体和第一电极板的排布示意图；
图4为图1中一个移动组件的俯视图；
图5为板体处于遮挡位置的局部示意图；
图6为图5的剖视图。
附图标记说明：
1－腔室；2－第一电极板；3－第二电极板；4－移动组件；5－供气管；6－基材；7－连接柱；21－第一通孔；41－板体；42－驱动件；411－第二通孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
正如背景技术所述，现有的CVD供气系统中主气管均设置在上基板中央，通过纵向电极或横向电场中的杆向腔室内分流，由于它们的硬件结构是固定的，因此腔室内气体相对浓度的分布也是相对固定的，靠近主气管出口处的气体相对浓度高，远离出口处的气体相对浓度低，而在实际生产中，如对电极板进行清洗时，为了保证清洗效果，电极板的边角处需要增大气体流量，现有电极板通孔的固定分布方式并不能满足该需求，即不能根据实际需要改变腔室内不同位置的气体相对浓度，而通过更换横向电场中的杆的孔径的调节方式，需要对腔室进行频繁开腔操作，工作量较大。
基于此，本发明提供了一种等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，包括腔室1、相向间隔设置在所述腔室1内部的第一电极板2和第二电极板3以及靠近所述第一电极板2的表面设置的多个移动组件4。
腔室1的顶盖中央外接有供气管5，制膜所需的工艺气体或清洗所需的气体通过供气管5上的进气口进入腔室1内部。为了保证密封性，可以在顶盖与供气管5的接触位置安装密封圈等。第一电极板2靠近腔室1的顶盖设置，第二电极板3靠近腔室1的下底设置，二者相互平行，且分别通过设置在腔室1内部的支撑结构固定，需要镀膜的基材6放置在第二电极板3的上表面。所述第一电极板2与射频电源连接，所述第二电极板3通过一连接柱7接地，连接柱7通过腔室1下底的开孔延伸至腔室1的外部。当接通射频电源后，第一电极板2和第二电极板3之间形成射频电场，通过供气管5进入腔室1中的工艺气体或清洗气体在射频电场的作用下激发成为等离子体，等离子体和需要镀膜的基材6表面发生反应从而在基材6表面形成薄膜。为了使得工艺气体或清洗气体尽可能均匀分散在腔室1中，在所述第一电极板2上成型有多个允许通过所述进气口进入所述腔室1中的气体通过的第一通孔21，多个第一通孔21在第一电极板2上成行成列分布，且布满整个第一电极板2。
作为一种具体的实施方式，移动组件4为相同大小的9个，9个移动组件4完全覆盖在所述第一电极板2远离所述第二电极板3的上表面。所述移动组件4包括可在所述第一电极板2表面运动的板体41和与所述板体41连接、用于驱动所述板体41运动的驱动件42，所述板体41具有在所述驱动件42的作用下运动至部分覆盖所述第一通孔21的遮挡位置和在所述驱动件42的作用下运动至使所述第一通孔21完全暴露的敞开位置。9个移动组件4可以根据需求分别驱动相应的板体41运动，从而实现对不同位置的气体流量分别进行调节的目的。当然，移动组件4的数量不仅仅只可以限定为9个，还可以根据实际需要具体设定移动组件4的数量，在此不作具体限定。
作为替代的实施方式，板体41的数量和排布方式可以根据需求设置为环形分布或不规则的图形分布，以满足实际需求为宜。
为了防止相邻两个板体41在移动过程中的相互干扰，相邻两个板体41之间预留有间隙。间隙的大小需根据第一通孔21的孔径大小和相邻两个第一通孔21之间的间距设定，一般小于相邻两个第一通孔21之间的间距，因为第一通孔21的孔径通常很小，即使需要调节进气量，也是对第一通孔21的大小进行微调，板体41的移动量有限，不会超过相邻两个第一通孔21之间的间距。
作为一种具体的实施方式，所述板体41上成型有多个与所述第一通孔21孔径相同的第二通孔411，且所述第二通孔411和所述第一通孔21一一对应设置，即相邻两个第二通孔411的间距与相邻两个第一通孔21的间距相等。在不需要调节进气量时，第一通孔21和第二通孔411完全对齐设置，当需要调节进气量时，例如，在对第一电极板2和第二电极板3进行清洗时，为了保证第一电极板2和第二电极板3边缘的清洗效果，需要加大边缘处的进气量，并相应减小与供气管5的出口对应的第一电极板2处的进气量。为了便于将移动组件4安装在腔室1的侧壁上，可以将处于中央的所述板体41的高度设置为略高于处于边缘的板体41的高度，形成台阶分布，这样处于中央的板体41在相应的所述驱动件42的作用下运动至使所述第二通孔411部分偏离所述第一通孔21的第一位置，如图5和6所示，当清洗完成后，在所述驱动件42的作用下相应的板体41运动至使所述第二通孔411和所述第一通孔21完全对齐的第二位置。
在本实施例中，所述驱动件42为设于所述腔室1侧壁的多个伸缩杆，所述伸缩杆的另一端设于所述板体41的侧壁上。每一个所述板体41的侧壁上设有一对伸缩杆，一对伸缩杆相对于所述板体41的与所述伸缩杆的运动方向平行的轴线对称设置，即一对伸缩杆同时安装在板体41的一个边缘上，同时施力。伸缩杆包括与腔室1侧壁固定的固定部和与板体41侧壁固定的伸缩部，固定部中装有液压油或充有高压气体，固定部与控制装置连接，控制装置推动液压油或高压气体，使得伸缩部伸缩运动，使用两个伸缩杆可以保证板体41只能沿伸缩杆的伸缩方向运动，不会发生偏转，控制装置能够精确控制位移量。控制装置可以为一个或多个，一个控制装置包括多个控制端，每一个控制端连接一对伸缩杆同步运动。当然，固定部和伸缩部还可以为滑动连接的方式，伸缩部与固定部通过弹簧连接，实现往复伸缩运动。
所述板体41为第三电极板，所述第三电极板与所述第一电极板2靠近的表面涂覆有特氟龙等耐热耐磨材料。特氟龙不仅具有耐热耐磨的优点，而且摩擦系数较小，并能保证在向腔室中通电后不会出现漏电现象。
通过供气管5向腔室1内部通入镀膜所需的工艺气体，工艺气体依次通过板体41上的第二通孔411和第一电极板2上的第一通孔21到达第一电极板2和第二电极板3之间的镀膜区域，接通与第一电极板2连通的射频电源，在射频电场的作用下工艺气体激发成为等离子体，等离子体和需要镀膜的基材6表面发生反应从而在基材6表面形成薄膜。当发现某处的薄膜厚度较厚时，则需要调整此处的气体流量，具体可通过伸缩杆驱动该位置的板体41朝向覆盖第一电极板2上的第一通孔21的方向移动，位移量根据经验值设定，当镀膜完成时，再次驱动该位置的伸缩杆将板体41拉回至第二通孔411与第一通孔21完全对齐的位置，方便下次使用。
作为替代的实施方式，所述驱动件42为设于所述腔室1顶壁的多个移动杆，所述移动杆的另一端设于所述板体41的上表面中央。顶壁的相应位置设有滑道，移动杆在控制装置的作用下沿滑道往复运动，从而带动板体41的运动。一个板体41上可以同时设置多个移动杆，移动杆在板体上均匀分布，以保证板体41运动的平稳性。
作为替代的实施方式，每一第一通孔21的上表面均设有一板体41，板体41的面积略大于第一通孔21的面积，每一板体41上固定有一移动杆，移动杆的另一端固定在腔室1的上盖上，并在控制装置的作用下往复移动，以部分覆盖第一通孔21，从而改变第一通孔21的进气量。
作为替代的实施方式，移动组件4还可以设于第一电极板2朝向第二电极板3的下表面，并通过支撑板相对稳定的设于腔室1内部。
本发明还提供了一种等离子体增强化学气相沉积设备，包括所述的腔室结构，还包括与供气管5连接的储气罐和与第一电极板2连接的射频电源。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，包括：
腔室(1)，设有进气口；
第一电极板(2)和第二电极板(3)，相向间隔设置在所述腔室(1)内部，且所述第一电极板(2)与射频电源连接，所述第二电极板(3)接地，所述第一电极板(2)上成型有多个允许通过所述进气口进入所述腔室(1)中的气体通过的第一通孔(21)；
多个移动组件(4)，所述移动组件(4)包括可在所述第一电极板(2)表面运动的板体(41)和与所述板体(41)连接、用于驱动所述板体(41)运动的驱动件(42)，所述板体(41)具有在所述驱动件(42)的作用下运动至部分覆盖所述第一通孔(21)的遮挡位置和在所述驱动件(42)的作用下运动至使所述第一通孔(21)完全暴露的敞开位置。
2.根据权利要求1所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，相邻两个板体(41)之间预留有间隙。
3.根据权利要求2所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，所述板体(41)上成型有多个与所述第一通孔(21)孔径相同的第二通孔(411)，且所述第二通孔(411)和所述第一通孔(21)一一对应设置，所述板体(41)具有在所述驱动件(42)的作用下运动至使所述第二通孔(411)部分偏离所述第一通孔(21)的第一位置和在所述驱动件(42)的作用下运动至使所述第二通孔(411)和所述第一通孔(21)完全对齐的第二位置。
4.根据权利要求1－3任一项所述的等离子体增加化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，所述移动组件(4)设于所述第一电极板(2)远离所述第二电极板(3)的上表面。
5.根据权利要求4所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，所述驱动件(42)为设于所述腔室(1)侧壁的多个伸缩杆，所述伸缩杆的另一端设于所述板体(41)的侧壁上。
6.根据权利要求5所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，每一个所述板体(41)的侧壁上至少设有一对伸缩杆，一对伸缩杆相对于所述板体(41)的与所述伸缩杆的运动方向平行的轴线对称设置。
7.根据权利要求4所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，所述驱动件(42)为设于所述腔室(1)顶壁的多个移动杆，所述移动杆的另一端设于所述板体(42)的上表面中央。
8.根据权利要求1－7任一项所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，所述板体(41)为第三电极板，所述第三电极板与所述第一电极板(2)靠近的表面涂覆有耐热耐磨材料。
9.根据权利要求8所述的等离子体增强化学气相沉积的腔室结构，其特征在于，所述耐热耐磨材料为特氟龙。
10.一种等离子体增强化学气相沉积设备，其特征在于，包括权利要求1－9任一项所述的腔室结构。
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