CN110137111A - 气体分配装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种气体分配装置及其使用方法，包括：引进单元，用于气体的引进；处理单元，将引进的气体进行方向调整；工艺腔，工艺腔内放置有待处理晶圆，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；输出单元，将反应后剩余的气体输出；本发明利用处理单元不仅可以调整从引进单元引进的气体的体积量，还能调整气体的流动方向，特别是调整在引进单元边缘的气体的流动方向，通过处理单元对气体的方向调整，使得从处理单元出来的气体具有较好的方向均匀性且气体的方向平行于待处理晶圆的表面，气体到达工艺腔时，气体不会在待处理晶圆的表面上发生气体紊流的现象，保证待处理晶圆各部位上的气体具有均匀的浓度，使得处理后的晶圆的表面质量得到提高。

Description

气体分配装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种气体分配装置以及使用方法。

背景技术

在半导体工艺中，于晶圆上加工制作各种电路元件结构，而使晶圆成为有特定电性功能之IC产品。对于计算机产品而言，晶圆的品质影响着整个计算机的性能。

目前，在半导体制造的工艺过程中，通常需要对晶圆的表面进行处理，比如将待处理晶圆放在工艺腔中，利用工艺腔中的气体对待处理晶圆的表面进行刻蚀或者是利用气体的自身反应在待处理晶圆的表面上形成膜层，但是由于气体遇到待处理晶圆表面时，出现了气体紊流的现象，这样导致待处理晶圆表面的各部位上具有不同浓度的气体，浓度高的气体对待处理晶圆的表面处理作用强，浓度低的气体对待处理晶圆的表面处理作用就小，导致最后被处理的晶圆的表面的具有不同的厚度，影响形成的晶圆的质量。

如何保证气体到达待处理晶圆表面时，气体的方向平行于待处理晶圆的表面方向，这样气体不会在待处理晶圆的表面上出现紊流的现象，从而使得反应后晶圆的表面具有均匀的厚度，这是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种气体分配装置以及其使用方法，避免气体在遇到待处理晶圆表面时出现紊流的现象，保证反应后晶圆的表面具有均匀的厚度，从而提高晶圆表面的形成质量。

为解决上述问题，本发明提供一种气体分配装置，包括：引进单元，用于气体的引进；处理单元，将引进的气体进行方向调整；工艺腔，所述工艺腔内放置有待处理晶圆，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；输出单元，将反应后剩余的气体输出。

可选的，所述处理单元包括壳体及位于所述壳体内的第一处理部件、第二处理部件和第三处理部件。

可选的，所述第一处理部件包括至少一个第一通路管和与所述第一通路管相垂直的若干第二通路管。

可选的，所述第二处理部件包括若干平行排列的导流片，所述导流片的两端固定于所述壳体内。

可选的，所述第三处理部件包括若干平行排布的动片，所述动片包括第一端部和第二端部，所述第一端部活动连接在所述壳体内。

可选的，所述第一处理部、第二处理部以及第三处理部依次排布于所述壳体内，所述第二处理部与所述第三处理部呈垂直关系排布。

可选的，还包括引流管，位于所述壳体外，所述引流管为单管结构或者多管结构。

可选的，当所述引流管为单管结构时，所述引流管的一端与所述引进单元连接，所述引流管的另一端与所述第一通路管连接。

可选的，当所述引流管为多管结构时，所述引流管包括主管和若干分支管，所述分支管的一端连通所述主管，所述分支管的另一端与所述第一通路管连接，所述分支管的数量与所述第一通路管的数量相等。

可选的，还包括控制阀，所述控制阀位于所述壳体的表面，设置于所述引流管与所述第一通路管的连接处。

可选的，还包括旋转装置，位于所述壳体的表面，且与所述动片的第二端部连接。

可选的，所述旋转装置的数量与所述动片的数量相同。

本发明还提供上述气体分配装置的使用方法，包括步骤：将气体通过引进单元引入到处理单元；采处理单元对引进的气体进行方向的调整；工艺腔内放置有待处理晶圆，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；反应后剩余的气体从输出单元输出。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

利用处理单元调整从引进单元引进的气体的体积量以及气体的流动方向，使得从处理单元出来的气体具有较好的方向均匀性且气体的方向平行于待处理晶圆的表面，气体到达工艺腔时，气体不会在待处理晶圆的表面上发生气体紊流的现象，保证待处理晶圆表面的各部位上方的气体具有均匀的浓度，从而气体与待处理晶圆表面反应后或者气体通过自身的反应在待处理晶圆的表面形成膜层后，使得处理后的晶圆表面具有均匀的厚度，保证了待处理晶圆表面能够均匀的受到气体的作用，提高了晶圆的形成质量。

进一步，由于处理单元的第一处理部件采用至少一个第一通路管和与第一通路管相垂直的若干第二通路管，通过第二通路管将从第一通路出来的气体进行分流，使得从处理单元边缘出来的气体的速度和从处理单元中心出来的气体的速度得到平衡，这样单位时间从处理单元边缘出来的气体的浓度与单位时间从处理单元中心出来的气体的浓度得到平衡，保证待处理晶圆表面的上方具有浓度均匀的气体，从而待处理晶圆表面能够均匀的受到气体的反应作用，使处理后得到的晶圆表面厚度均匀。

附图说明

图1是一实施例中气体分配装置的结构示意图；

图2至图3为本发明第一实施例中气体分配装置的结构示意图。

图4至图8是本发明第二实施例中气体分配装置的结构示意图。

具体实施方式

目前通常采用的气体分配装置包括引进单元、工艺腔以及输出单元，引进单元将气体引入到工艺腔内，工艺腔内放置有待处理晶圆，气体引入到工艺腔后，与工艺腔内的待处理晶圆进行反应，从而实现对待处理晶圆表面的处理，反应后剩余的气体通过输出单元输出，具体气体分装置参考图1。

参考图1，气体分配装置1包括引进单元2、工艺腔3以及输出单元4。

图中箭头表示气体的流动路径。

引进单元2将气体引入到工艺腔3内，气体与工艺腔3上的待处理晶圆反应之后，剩余的气体从输出单元4输出，实现一次对待处理晶圆的处理过程。

发明人发现，由于引进单元2的边缘具有阻挡气流的作用，使得从引进单元2边缘出来的气体的方向与从引进单元2中心出来的方向差别很大，从引进单元2中心出来的气体的方向与待处理晶圆的表面方向基本成平行关系，但是从引进单元2边缘出来的气体的方向与待处理晶圆的表面方向呈一个很大的角度，气体到达待处理晶圆表面时，由于气体整体的方向均匀性差，导致气体会在待处理晶圆表面的上方形成紊流，从而在待处理晶圆表面的不同部位的上方具有不同体积量的气体，导致待处理晶圆的表面受到的气体的反应作用不同，影响处理后的晶圆表面厚度的均匀性，造成形成的晶圆的质量差，影响形成的产品的质量。

发明人研究发现，在引进单元与工艺腔之间设置一个处理单元，利用处理单元对从引进单元出来的气体进行方向的调整，使得从处理单边缘出来的气体的方向与从处理单中心出来的气体的方向相近或者相同，提高从处理单出来的气体方向的均匀性，使得气体到达待处理晶圆表面的时，整体气体的方向一致并平行于待处理晶圆的表面，从而不会在待处理晶圆的表面上发生气流紊流的现象；同时由于处理单元平衡了从处理单元中心流出的气体的速度与从处理单元边缘流出的气体的速度，那么从处理单元出来的气体的整体的浓度均匀性好；这样待处理晶圆的表面能够受到气体均匀的反应作用，从而使得反应后的晶圆的表面具有均匀的厚度，使得形成的晶圆的质量得到提高。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。

第一实施例

图2至图3为本发明第一实施例中气体分配装置的结构示意图。

参考图2至图3，提供气体分配装置100，包括引进单元200、处理单元300、工艺腔400以及输出单元500。

箭头表示气体的流动路径。

所述引进单元200，用于将气体引入；

所述处理单元300，将由引进单元200引进的气体进行方向的调整；

工艺腔400，所述工艺腔400内放置有待处理晶圆，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；

输出单元500，输出单元500将反应后剩余的气体进行输出。

本实施例中，所述引进单元200、所述处理单元300、所述工艺腔400以及所述输出单元500依次卡接在一起；其他实施例中，所述引进单元200、所述处理单元300、所述工艺腔400以及所述输出单元500之间还可采用螺纹连接在一起。

本实施例中，所述引进单元200为法兰(Flange)，该法兰可以实现腔室与腔室之间的连接，气体从法兰上的孔流过；其他实施例中，所述引进单元200还可为管道或者类似能通过气流的装置就可以。

本实施例中，所述处理单元300为类似风向调节器的装置，可以调节从所述引进单元200出来的气体的方向。

本实施例中，所述工艺腔400为传统的放置待处理晶圆的工艺腔。

本实施例中，所述输出单元500为类似泵的装置，可以将工艺腔400内的反应剩余的气体抽出。

本实施例中，参考图3，利用处理单元300处理由引进单元200引进的气体，处理后的气体再进入到工艺腔400时，此时从处理单元300出来进入到工艺腔400的气体具有的方向的均匀性比直接从引进单元200出来的气体进入到工艺腔400具有的方向的均匀性要好，从处理单元300出来的气体的方向基本与待处理晶圆的表面平行，从而气体到达待处理晶圆表面时不会出现气流紊乱的现象，保证在整个待处理晶圆表面的上方气体具有均匀的浓度，使得待处理晶圆表面能够均匀的受到气体的反应作用或者气体通过自身的反应能够在待处理晶圆的表面上形成均匀的膜层，这样不管是待处理晶圆受到气体的反应作用还是气体在待处理晶圆表面形成膜层，处理后的晶圆表面各部位都能具有均匀的厚度，提高了形成的晶圆的质量。

使用上述气体分配装置的方法，包括将气体通过引进单元200引入到处理单元300；采处理单元300对引进的气体进行方向的调整；将待处理晶圆放置在工艺腔400内，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；反应后剩余的气体从输出单元500输出。

第二实施例

本实施例第一实施例的差别仅仅在于处理单元的不同。

图4至图8是本发明第二实施例中气体分配装置的结构示意图。

参考2以及图4，其中，图4是图2中虚线椭圆的结构图。

参考图2以及图4，提供气体分配装置100，包括引进单元200、处理单元300、工艺腔400、输出单元500、引流管600、控制阀700以及旋转装置800。

所述处理单元300包括壳体301。

所述引进单元200与所述引流管600之间通过连接件连接在一起形成密封结构，所述引流管600连通所述控制阀700并与所述处理单元300之间形成连接，所述处理单元300、所述工艺腔400以及所述输出单元500之间形成卡接，所述旋转装置800固定在所述处理单元300的壳体301上。

本实施例中，所述引流管600与所述引进单元200之间通过连接件采用比如vcr接头，这是由于vcr接头具有很好的密封性，适应特别是要求无泄漏的超高纯净的系统。

本实施例中，所述控制阀700与所述引流管600之间通过螺纹连接在一起；其他实施例中，所述控制阀700与所述引流管600之间还可采用卡箍连接或者自密封连接等。

本实施例中，所述引流管600采用多管结构，引流管600包括主管601和若干分支管602。

本实施例中，所述主管601与所述引流单元200之间采用自密封连接。

本实施例中，所述主管601上开设有若干个连接孔，所述分支管602的一端连通所述主管601上的连接孔上。

本实施例中，所述分支管602的数量为5个，其他实施例中，所述分支管602的数量还可为6、7、8个等不同数量的，根据实际的需求设定即可。

参考图5，处理单元300包括壳体301、第一处理部件302、第二处理部件303以及第三处理部件304。

所述第一处理部302、所述第二处理部303以及所述第三处理部304依次排布于所述壳体301内，所述第二处理部303与所述第三处理部304呈垂直关系排布。

本实施例中，所述第一处理部件302的一端通过所述引流管600连接在所述壳体301的内部。

本实施例中，所述第二处理部303的两端通过螺丝固定在所述壳体301的内部；其他实施例中，所述第二处理部303的两端还可卡在所述壳体301的内部。

本实施例中，所述第三处理部304的一端活动连接在所述壳体301的内部；一端与所述旋转装置800连接，所述旋转装置800带动所述第三处理部304在所述壳体301内旋转。

参考图6，第一处理部件302，包括第一通路管3021和第二通路管3022。

本实施例中，所述第一通路管3021的数量与所述分支管602的数量相等。

本实施例中，所述第一通路管3021与所述分支管602之间连接着所述控制阀700。

本实施例中，所述第一通路管3021和所述控制阀700之间螺纹连接，所述分支管602的另一端与所述第一通路管3021连接；其他实施例中，还可采用法兰连接或者对夹连接等。

本实施例中，所述第二通路管3022的根数为5根；其他实施例中，所述第二通路管3022的根数还可为6根、7根等不同数量，根据实际的需要设定即可。

本实施例中，从所述引进单元200引进的气体经过所述主管601，经过所述分支管602后进入所述第一通路管3021，再经过所述第二通路管3022进入到所述第二处理部303内，所述控制阀700控制流进所述第一通路管3021的气体的体积量。

本实施例中，通过将所述第一处理部件302设置成歧管式多喷嘴结构，平衡了从所述引流单元200边缘出来的气体的速度与从所述引流单元200中心出来的气体的速度，这样使得在整个所述处理单元300内的气体能够具有相同或者相近的流动速度，这就保证单位时间从处理单元边缘出来的气体的浓度和从处理单元中心出来的气体的浓度相同，由于从所述处理单元300不同部位出来的气体具有相同的浓度，这样的气体在流进所述工艺腔400时，由于待处理晶圆的表面上方具有浓度相同的气体，待处理晶圆的表面能够均匀地受到气体的反应作用，从而处理后得到的晶圆表面能够形成均匀的厚度，提高了形成的晶圆的质量。

参考图7，第二处理部303包括若干平行排列的导流片3031。

本实施例中，所述导流片3031采用金属片；其他实施例中，所述倒流片还可为塑料薄片等。

本实施例中，利用所述第二处理部303对从所述第一处理部302流进的气体的方向做第一次调整，使得在气体在经过所述第二处理部303之后，整个气体具有一致的方向，消除从所述第一处理部302出来的方向差异性较大的气体，平衡气体之间的方向的差异。

参考图8，第三处理部件304包括若干平行排布的动片3041，动片3041包括第一端部30411和第二端部30412。

本实施例中，所述第一端部30411活动连接在所述壳体301内，比如采用旋转连接。

本实施例中，所述第二端部30412连接在所述旋转装置800连接。

本实施例中，所述动片3041采用金属片；其他实施例中，所述动片3041还可为塑料薄片等。

本实施例中，所述动片3041的数量与所述旋转装置800的数量相同；其他实施例中，还可采用一个所述旋转装置800带动多个所述动片3041的旋转。

本实施例中，所述旋转装置800为马达，带动所述动片3041的转动，从而能够调整从第二处理部件303的气体的方向，保证从所述第三处理部件304出来的气体的方向与所述工艺腔400内的所述待处理晶圆的表面平行，气体遇到待处理晶圆的表面时不会发生气流紊乱的现象，从而气体能够均匀的分布在待处理晶圆的表面上，这样待处理晶圆经过气体的处理后，能够保证处理后的晶圆表面的各个部位的厚度均匀，提高形成的晶圆的质量。

使用上述气体分配装置的方法，包括进入引进单元200气体通过引流管600的主管601和分支管602后，继续流进所述第一通路管3021，再经过第二通路管3022进入到第二处理部303以及第三处理部304，得到方向调整后的气体；将待处理晶圆放置在工艺腔400内，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；反应后剩余的气体从输出单元500输出。

第三实施例

本实施例与第二实施例的差别仅仅在于，引流管的结构不同。

本实施例中，所述引流管为单管结构。

本实施例中，所述引流管600为单管结构，所述引流管600的一端通过vcr接头连接与所述引进单元200；所述引流管600的另一端与所述第一通路管3021连接；其他实施例中，所述引流管还可为多管结构。

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 (13)

1.一种气体分配装置，其特征在于，包括：

引进单元，用于气体的引进；

处理单元，将引进的气体进行方向调整；

工艺腔，所述工艺腔内放置有待处理晶圆，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；

输出单元，将反应后剩余的气体输出。

2.如权利要求1所述的气体分配装置，其特征在于，所述处理单元包括壳体及位于所述壳体内的第一处理部件、第二处理部件和第三处理部件。

3.如权利要求2所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一处理部件包括至少一个第一通路管和与所述第一通路管相垂直的若干第二通路管。

4.如权利要求2所述的气体分配装置，其特征在于，所述第二处理部件包括若干平行排列的导流片，所述导流片的两端固定于所述壳体内。

5.如权利要求2所述的气体分配装置，其特征在于，所述第三处理部件包括若干平行排布的动片，所述动片包括第一端部和第二端部，所述第一端部活动连接在所述壳体内。

6.如权利要求2所述的气体分配装置，其特征在于，所述第一处理部、第二处理部以及第三处理部依次排布于所述壳体内，所述第二处理部与所述第三处理部呈垂直关系排布。

7.如权利要求3所述的气体分配装置，其特征在于，还包括引流管，位于所述壳体外，所述引流管为单管结构或者多管结构。

8.如权利要求7所述的气体分配装置，其特征在于，当所述引流管为单管结构时，所述引流管的一端与所述引进单元连接，所述引流管的另一端与所述第一通路管连接。

9.如权利要求7所述的气体分配装置，其特征在于，当所述引流管为多管结构时，所述引流管包括主管和若干分支管，所述分支管的一端连通所述主管，所述分支管的另一端与所述第一通路管连接，所述分支管的数量与所述第一通路管的数量相等。

10.如权利要求7所述的气体分配装置，其特征在于，还包括控制阀，所述控制阀位于所述壳体的表面，设置于所述引流管与所述第一通路管的连接处。

11.如权利要求5所述的气体分配装置，其特征在于，还包括旋转装置，位于所述壳体的表面，且与所述动片的第二端部连接。

12.如权利要求11所述的气体分配装置，其特征在于，所述旋转装置的数量与所述动片的数量相同。

13.采用权利要求1-12任一项所述的气体分配装置的使用方法，其特征在于，包括：

将气体通过引进单元引入到处理单元；

采处理单元对引进的气体进行方向的调整；

工艺腔内放置有待处理晶圆，方向调整后的气体与待处理晶圆进行反应；

反应后剩余的气体从输出单元输出。