CN112490105A - 一种等离子体处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种等离子体处理装置及处理方法。其中，所述等离子体处理装置包括：承载部件，用于承载晶圆；第一喷头，位于所述承载部件的上方，用于向所述晶圆喷洒等离子体气流；第二喷头，用于从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

Description

一种等离子体处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种等离子体处理装置及处理方法。

背景技术

以往，在半导体元件的制造中，从精细化、薄膜化等观点来看，采用使用了等离子体的等离子体成膜工序或者等离子体蚀刻工序。这些工序使用等离子体处理装置来进行。

在很多等离子体处理工艺中，晶圆中心的等离子体浓度通常大于周边的等离子浓度，这种等离子体的浓度分布的不均匀性会直接导致对晶圆表面处理的不均匀性。因此，控制等离子体处理装置中的等离子体的浓度分布成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例为解决背景技术中存在的至少一个问题而提供一种等离子体处理装置及处理方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供了一种等离子体处理装置，包括：

承载部件，用于承载晶圆；

第一喷头，位于所述承载部件的上方，用于向所述晶圆喷洒等离子体气流；

第二喷头，用于从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

上述方案中，所述惰性气体包括氩气或氮气。

上述方案中，所述第二喷头的数量为两个以上。

上述方案中，两个以上所述第二喷头相对于所述第一喷头的中心轴对称分布。

上述方案中，所述等离子体处理装置还包括：

反应腔，所述承载部件、所述第一喷头和所述第二喷头位于所述反应腔内；

所述第二喷头位于所述第一喷头的上方，且与所述第一喷头之间存在第一间隙；所述第一喷头与所述反应腔的侧壁之间存在第二间隙；所述第一喷头与所述承载部件之间存在第三间隙；所述第一间隙通过所述第二间隙与所述第三间隙连通。

上述方案中，所述等离子体处理装置还包括：

流量控制部件，所述流量控制部件用于控制所述第二喷头喷洒惰性气体的流量。

上述方案中，所述等离子体处理装置还包括：

气体供应管，所述气体供应管位于所述第一喷头的上方，与所述第一喷头相连接；所述第二喷头设置在所述气体供应管的外周。

上述方案中，所述第二喷头的下端面朝向所述第一喷头的上端面。

上述方案中，所述等离子体处理装置还包括：

与所述第一喷头同侧设置的上电极和与所述承载部件同侧设置的下电极；

所述第一喷头具体用于喷洒处理气体，并且基于所述上电极和所述下电极之间的电场作用将所述处理气体激发成等离子体，以实现向所述晶圆喷洒等离子体气流。

上述方案中，所述等离子体处理装置还包括：

反应腔，所述承载部件、所述第一喷头和所述第二喷头位于所述反应腔内；

所述第二喷头的下端面位于所述第一喷头的外周。

本发明实施例还提供了一种等离子体处理方法，包括以下步骤：

将待处理的晶圆放置在承载部件上；

通过位于所述承载部件上方的第一喷头向所述晶圆喷洒等离子体气流；

通过第二喷头从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

本发明实施例提供了一种等离子体处理装置及处理方法，其中，所述等离子体处理装置包括：承载部件，用于承载晶圆；第一喷头，位于所述承载部件的上方，用于向所述晶圆喷洒等离子体气流；第二喷头，用于从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。如此，通过增加第二喷头，并通过第二喷头向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体，使得从第一喷头喷出的粒子与惰性气体相互碰撞，在承载部件与第一喷头之间区域的边缘部分产生更多的等离子体，并且惰性气体也可防止等离子体往外扩散，从而增大了承载部件与第一喷头之间区域的边缘部分的等离子体的浓度，保证了晶圆边缘区域的表面处理效果，提高了晶圆表面处理的均匀性。

附图说明

图1为采用相关技术中等离子体化学气相沉积装置沉积膜层后，晶圆表面膜层厚度的分布扫描图；

图2为采用相关技术中等离子体化学气相沉积装置沉积膜层后，晶圆表面的消光系数的分布扫描图；

图3为本发明实施例提供的等离子体处理装置的剖视图；

图4为本发明实施例提供的等离子体处理装置的俯视图；

图5为本发明另一实施例提供的等离子体处理装置的剖视图；

图6为本发明实施例提供的等离子体处理方法的流程示意图。

附图标记说明：

10-承载部件；20-晶圆；

31-第一喷头；32-气体供应管；

40、40'-第二喷头；

50-反应腔；

60-流量控制部件；

70-支撑轴；

81-第一间隙；82、82'-第二间隙；83、83'-第三间隙；

91-第一进气部件；92-第二进气部件。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本发明必然存在第一元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

图1为采用相关技术中等离子体化学气相沉积装置沉积膜层后，晶圆表面膜层厚度的分布扫描图。如图1所示，晶圆整体膜层厚度大致沿圆心向外递减，即晶圆边缘区域形成的膜层的厚度较薄，从而整体厚度均匀性较差。

本领域中提出了一种通过改变加热器的内部和外部区域的温度来调整晶圆膜层厚度的均匀性的方法，但温度调整的同时又可能会影响晶圆的消光系数，使得两者无法同时兼顾。图2为采用相关技术中等离子体化学气相沉积装置沉积膜层后，晶圆表面的消光系数的分布扫描图。如图2所示，晶圆的消光系数大致沿圆心向外递减。当晶圆的边缘区域的膜层厚度偏薄时，需要降低加热器外部区域温度，用以调整膜层在边缘区域的沉积速率，然而加热器外部温度降低又会使得本来就偏低的晶圆边缘区域膜层的消光系数更低。

基于此，提出了本发明实施例的以下技术方案。

本发明实施例提供了一种等离子体处理装置，包括：承载部件，用于承载晶圆；第一喷头，位于所述承载部件的上方，用于向所述晶圆喷洒等离子体气流；第二喷头，用于从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

下面，请具体参见图3和图4。

如图所示，示例性地示出了一种等离子体处理装置。所述等离子体处理装置可用于执行使用射频电场等离子体的刻蚀、沉积和/或其他合适的等离子体处理。本发明实施例以PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)装置为例进行说明。

在本发明实施例中，所述等离子体处理装置还包括支撑轴70。所述支撑轴70位于承载部件10的下方，与承载部件10相连接，用于支撑承载部件10。

所述承载部件10用于承载晶圆20。

第一喷头31，位于所述承载部件10的上方，用于向所述晶圆20喷洒等离子体气流。

所述等离子体气流作用于所述晶圆表面，以在晶圆表面形成膜层。

第二喷头40，与所述第一喷头31邻近设置，用于从所述第一喷头31的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

所述惰性气体包括氩气或氮气。

所述惰性气体用以调整所述承载部件10与第一喷头31之间区域的边缘部分的等离子体场的分布，使得所述承载部件上的晶圆20边缘区域的表面处理效果得到改善。

所述第二喷头40的数量为两个以上。需要说明的是，图4仅示出了所述第二喷头40的数量为四个的情况。

两个以上所述第二喷头40相对于所述第一喷头31的中心轴对称分布。如此，所述惰性气体能够更加均匀的分布在所述承载部件的四周，使得所述承载部件上的晶圆表面处理的均匀性更好。

所述等离子体处理装置还包括气体供应管32，所述气体供应管32位于所述第一喷头31的上方，与所述第一喷头31相连接；所述第二喷头40设置在所述气体供应管32的外周。

所述第二喷头40的下端面朝向所述第一喷头31的上端面。

所述等离子体处理装置还包括反应腔50；所述承载部件10、所述第一喷头30、所述气体供应管32、所述第二喷头40和所述支撑轴70位于所述反应腔50内。所述支撑轴70和所述承载部件10位于所述反应腔50的底部，所述第一喷头31、所述气体供应管32和所述第二喷头40位于所述反应腔50的顶部。

所述第二喷头40位于所述第一喷头31的上方，且与所述第一喷头31之间存在第一间隙81；所述第一喷头31与所述反应腔50的侧壁之间存在第二间隙82；所述第一喷头31与所述承载部件10之间存在第三间隙83；所述第一间隙81通过所述第二间隙82与所述第三间隙83连通。

如图3中虚线箭头所示，所述惰性气体经由所述第二喷头40流入第一间隙81，并经过第二间隙82，到达第三间隙83。

如图5所示，在一些其他的实施例中，所述第二喷头40'的下端面位于所述第一喷头31的外周；所述惰性气体经由所述第二喷头40'流入第二间隙82'，到达第三间隙83'。

所述等离子体处理装置还包括：与所述第一喷头31同侧设置的上电极(图中未示出)和与所述承载部件10同侧设置的下电极(图中未示出)；所述第一喷头31具体用于喷洒处理气体，并且基于所述上电极和所述下电极之间的电场作用将所述处理气体激发成等离子体，以实现向所述晶圆20喷洒等离子体气流。

在一些实施例中，所述上电极可以位于所述第一喷头31的内部；所述下电极可以位于所述承载部件10的内部，或者位于所述承载部件10的下方。

所述等离子体处理装置还包括：流量控制部件60，所述流量控制部件60用于控制所述第二喷头40喷洒惰性气体的流量。

所述流量控制部件60位于所述反应腔50外。

所述等离子体处理装置还包括第一进气部件91和第二进气部件92，所述第一进气部件91和第二进气部件92位于所述反应腔50外。

所述第一进气部件91与所述第一喷头31相连接；具体地，所述第一进气部件91与所述气体供应管32相连接。所述第二进气部件92与所述第二喷头40相连接。

所述流量控制部件60位于所述第二进气部件92上。

在本发明实施例中，两个以上所述第二喷头40可以有与其一一对应的流量控制部件60，这样，可以单独控制每个第二喷头40内的惰性气体的流量，使得晶圆表面处理更加均匀。

在一些其他的实施例中，两个以上所述第二喷头40可以共用一个流量控制部件60。

在具体的实施例中，所述等离子体处理装置为等离子体增强化学气相沉积装置，该装置既能使得晶圆膜层厚度更加均匀，又对晶圆的消光系数不产生影响，保证了晶圆的消光系数的均匀性。

本发明实施例还提供了一种等离子体处理方法，具体请参见附图6，如图所示，所述方法包括以下步骤：

步骤601、将待处理的晶圆放置在承载部件上；

步骤602、通过位于所述承载部件上方的第一喷头向所述晶圆喷洒等离子体气流；通过第二喷头从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

这里，所述等离子体处理方法可通过上述任一实施例中的等离子体处理装置执行。

在一些实施例中，所述第二喷头40的数量为两个以上。两个以上所述第二喷头40相对于所述第一喷头31的中心轴对称分布。

在一些实施例中，具体地，通过第一喷头31向所述晶圆20喷洒处理气体。

所述第一喷头31与位于所述第一喷头31上方的气体供管32相连接；所述第二喷头40围绕所述气体供应管32的外周设置。

所述第二喷头40位于所述第一喷头31的上方。

在一些实施例中，所述第一喷头31，所述第二喷头40和所述气体供应管32位于反应腔50内；第一进气部件91和第二进气部件92位于所述反应腔50外。

所述处理气体通过所述第一进气部件91流入所述气体供应管32，到达所述第一喷头31，并经所述第一喷头31喷出。

所述惰性气体通过所述第二进气部件92流入所述第二喷头40，并经所述第二喷头40喷出。

所述惰性气体经由所述第二喷头40流入所述第二喷头40与所述第一喷头31之间的第一间隙81，并经过所述第一喷头31与所述反应腔50的侧壁之间的第二间隙82，到达所述第一喷头31与所述承载部件10之间的第三间隙83。

所述等离子体处理方法还包括：通过上电极和下电极之间的电场作用，将第一喷头31喷洒出的处理气体激发成等离子体，以实现向所述晶圆20喷洒等离子体气流；所述上电极设置在所述第一喷头31同侧；所述下电极设置在所述承载部件10同侧。

所述等离子体处理方法还包括：通过流量控制部件60控制第二喷头40喷洒惰性气体的流量。

所述流量控制部件60位于所述第二进气部件92上。

需要说明的是，本发明实施例提供的等离子体处理装置与等离子体处理方法实施例属于同一构思；各实施例所记载的技术方案中各技术特征之间，在不冲突的情况下，可以任意组合，这里不再赘述。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种等离子体处理装置，其特征在于，包括：

承载部件，用于承载晶圆；

第一喷头，位于所述承载部件的上方，用于向所述晶圆喷洒等离子体气流；

第二喷头，用于从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

2.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

所述惰性气体包括氩气或氮气。

3.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，

所述第二喷头的数量为两个以上。

4.根据权利要求3所述的等离子体处理装置，其特征在于，

两个以上所述第二喷头相对于所述第一喷头的中心轴对称分布。

5.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：

反应腔，所述承载部件、所述第一喷头和所述第二喷头位于所述反应腔内；

所述第二喷头位于所述第一喷头的上方，且与所述第一喷头之间存在第一间隙；所述第一喷头与所述反应腔的侧壁之间存在第二间隙；所述第一喷头与所述承载部件之间存在第三间隙；所述第一间隙通过所述第二间隙与所述第三间隙连通。

6.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：

流量控制部件，所述流量控制部件用于控制所述第二喷头喷洒惰性气体的流量。

7.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：

气体供应管，所述气体供应管位于所述第一喷头的上方，与所述第一喷头相连接；所述第二喷头设置在所述气体供应管的外周。

8.根据权利要求7所述的等离子体处理装置，其特征在于，

所述第二喷头的下端面朝向所述第一喷头的上端面。

9.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：

与所述第一喷头同侧设置的上电极和与所述承载部件同侧设置的下电极；

所述第一喷头具体用于喷洒处理气体，并且基于所述上电极和所述下电极之间的电场作用将所述处理气体激发成等离子体，以实现向所述晶圆喷洒等离子体气流。

10.根据权利要求1所述的等离子体处理装置，其特征在于，还包括：

反应腔，所述承载部件、所述第一喷头和所述第二喷头位于所述反应腔内；

所述第二喷头的下端面位于所述第一喷头的外周。

11.一种等离子体处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待处理的晶圆放置在承载部件上；

通过位于所述承载部件上方的第一喷头向所述晶圆喷洒等离子体气流；

通过第二喷头从所述第一喷头的周围朝向所述等离子体气流的外围喷洒惰性气体。

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