CN115595560A - 一种半导体处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造设备技术领域，更具体的说，涉及一种半导体处理装置。本发明提供了一种半导体处理装置，包括至少一个反应腔，所述反应腔包括：喷淋板，设置有抽气孔，用于将喷淋板与加热盘之间的反应区域的气体抽出至腔体抽气通道衬套；加热盘，用于对喷淋板加热；腔内衬套，安装在腔体内侧；腔体抽气通道衬套，设置在腔体侧壁的内部；所述腔体抽气通道衬套，设置有抽气通道，所述抽气通道与喷淋板的抽气孔连接，所述抽气通道设置多层导流环，所述多层导流环之间相互叠加分布。本发明提供的半导体处理装置，通过对半导体反应腔的多层导流环在抽气区域的组合使用，实现将反应区域的气体均匀地排到工艺抽气区域后排出。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备技术领域，更具体的说，涉及一种半导体处理装置。
背景技术
原子层沉积(Atomic layer deposition，ALD)是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层地镀在基底表面的方法。
ALD技术通常采用两种以上的气相前驱体交替通入反应腔中，前驱体通过化学吸附在衬底表面上进行反应沉积生成薄膜。每次前驱体脉冲后会紧跟着惰性气体清洗脉冲(通常是氮气)，将表面化学反应生成的气态产物和多余的前驱体抽气带走。
现有的原子层沉积设备，通常采用侧抽气和底部抽气的方式。
侧抽气方式将反应气体直接流经侧面抽气通道进入排气管道，减少了工艺反应区域的体积，进而减少反应过程中吹扫时间，提升产能。但是，采用侧抽气方式，容易导致整体气体分布图不对称现象，而造成工艺数据偏移，影响加工精度均匀性。
底部抽气方式将反应气体流经加热盘下方区域到达抽气口，可以解决侧抽气方式的不均匀问题，但是，这也意味着在沉积工艺吹扫过程中，吹扫体积会放大最少5倍以上，会影响产能以及带来了颗粒度问题的风险。
目前，迫切需要一种能够保留侧面抽气同时可达到抽气对称的结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种半导体处理装置，解决现有技术的半导体处理装置采用侧抽气方式时容易产生的抽气不对称问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种半导体处理装置，包括至少一个反应腔，所述反应腔包括：
喷淋板，所述喷淋板连接喷淋板上板，所述喷淋板设置有抽气孔，用于将喷淋板与加热盘之间的反应区域的气体抽出至腔体抽气通道衬套；
加热盘，所述加热盘，设置于腔体内部，用于对喷淋板加热；
腔内衬套，所述腔内衬套，安装在腔体内侧；
腔体抽气通道衬套，所述腔体抽气通道衬套，设置在腔体侧壁的内部；
等离子发生器管路，所述等离子发生器管路，输入端与等离子发生器连接，输出端与喷淋板连接；
喷淋板上板，所述喷淋板上板，中间设置有等离子发生器管路，内侧连接有喷淋板；
上盖板，所述上盖板，与喷淋板上板、腔体连接；
腔体，所述腔体与上盖板、喷淋板上板依次合在一起，内部形成一个密闭反应空间；
其中，所述腔体抽气通道衬套，设置有抽气通道，所述抽气通道与喷淋板的抽气孔连接，所述抽气通道设置多层导流环，所述多层导流环之间相互叠加分布。
在一实施例中，所述多层导流环中每一层导流环的导流孔位置交错分布，以改变气流路径。
在一实施例中，所述多层导流环包括上层导流环、中层导流环和下层导流环：
所述上层导流环，设置有若干第一导流孔，气体流经若干导流孔后进入抽气通道的第一抽气区域；
所述中层导流环，设置有至少两个第二导流孔，进入第一抽气区域的气体分配到所述至少两个第二导流孔后进入第二抽气区域；
所述下层导流环，设置有至少一个第三导流孔，与所述至少两个第二导流孔的位置相交错，进入第二抽气区域的气体分配到所述至少一个第三导流孔后进入第三抽气区域。
在一实施例中，所述第一导流孔、第二导流孔、第三导流孔的直径，根据不同位置的气流流阻的更改进行改变。
在一实施例中，所述第一导流孔、第二导流孔、第三导流孔的分布位置，根据不同位置的气流流阻的更改进行改变。
在一实施例中，所述第二导流孔的直径大于第一导流孔的直径。
在一实施例中，所述第二导流孔的数量小于第一导流孔的数量；
在一实施例中，所述第三导流孔的数量小于第二导流孔的数量。
在一实施例中，所述第一导流孔和/或第二导流孔和/或第三导流孔的分布位置为对称分布。
在一实施例中，所述第三导流孔，数量为1个，设置在传片阀口对面。
在一实施例中，所述第三抽气区域，底部设置有至少一个排气孔，进入第三抽气区域的气体分配到所述至少一个排气孔进行导流后进入排气管道排出。
在一实施例中，所述至少一个排气孔，设置有排气孔衬套，用以避免腔体内部发生沉积。
在一实施例中，所述半导体处理装置还包括隔离环：
所述隔离环，设置于上盖板与喷淋板上板之间。
针对现有侧抽气方式的抽气不对称导致的半导体反应腔气压不均衡问题，本发明提供的一种半导体处理装置，对于半导体反应腔的工艺反应区域采用侧抽气方式，通过对多层导流环在抽气区域的组合使用，实现将反应区域的气体均匀地排到工艺抽气区域后排出。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明一实施例的半导体反应腔的结构示意图；
图2揭示了根据本发明一实施例的半导体处理装置的俯视图；
图3揭示了根据本发明一实施例的多层导流环的结构示意图；
图4揭示了根据本发明一实施例的上层导流环的结构示意图；
图5揭示了根据本发明一实施例的中层导流环的结构示意图；
图6a揭示了根据本发明一实施例的下层导流环的结构示意图；
图6b揭示了根据本发明一实施例的下层导流环的俯视图；
图7a揭示了根据本发明一实施例的排气孔的结构示意图；
图7b揭示了根据本发明一实施例的排气孔的俯视图；
图8揭示了根据本发明一实施例的半导体反应腔的气体路径图。图中各附图标记的含义如下：
1喷淋板；
2加热盘；
3腔内衬套；
4腔体抽气通道衬套；
41上层导流环；
411第一抽气区域；
412第一导流孔；
42中层导流环；
421第二抽气区域；
422第二导流孔；
43下层导流环；
431第三抽气区域；
432第三导流孔；
44排气孔衬套；
441排气孔；
5等离子发生器管路；
6喷淋板上板；
7隔离环；
8上盖板；
9腔体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
本发明提出的半导体处理装置，适用于对单腔或者多腔进行独立抽气。图2揭示了根据本发明一实施例的半导体处理装置的俯视图，如图2所示的半导体处理装置，包括2个反应腔。
现实生产中，在一些半导体设备中，通常采用两个及以上的反应腔室共用一套真空系统，在采用侧抽气方式时，由于排气通道在单个反应腔中的相对位置不同，导致反应腔的内部整体气体压力不均衡，进而影响到反应腔内的工艺均匀性以及精度要求。
图1揭示了根据本发明一实施例的半导体反应腔的示意图，如图1所示，本发明提出的半导体反应腔，包括喷淋板1、加热盘2、腔内衬套3、腔体抽气通道衬套4、RPS(等离子发生器)管路5、喷淋板上板6、隔离环7、上盖板8以及腔体9组成。
所述喷淋板1，连接喷淋板上板6，所述喷淋板1设置有抽气孔，用于将喷淋板1与加热盘2之间的反应区域的气体抽出至腔体抽气通道衬套4；
所述加热盘2，设置于腔体9内部，用于对喷淋板1加热；
所述腔内衬套3，安装在腔体9内侧；
所述腔体抽气通道衬套4，设置在腔体9侧壁的内部；
所述等离子发生器管路5，输入端与等离子发生器连接，输出端与喷淋板1连接；
所述喷淋板上板6，中间安装设置有等离子发生器管路5，内侧连接有喷淋板1；
所述上盖板8，与喷淋板上板6、腔体9连接，提供喷淋板上板6的安装位置；
所述腔体9与上盖板8、喷淋板上板6依次合在一起，内部形成一个密闭反应空间；
其中，所述腔体抽气通道衬套4，设置有抽气通道，所述抽气通道与喷淋板1的抽气孔连接；
所述抽气通道设置多层导流环，所述多层导流环之间相互叠加分布。
隔离环7，设置于上盖板8与喷淋板上板6之间，用于防止将喷淋板上板6的热量传递到上盖板8上。
图3揭示了根据本发明一实施例的多层导流环的结构示意图，如图3所示，多层导流环包括上层导流环41、中层导流环42和下层导流环43：
多层导流环中每一层导流环的导流孔位置交错分布，以改变气流路径。
在图3所示的实施例中，上层导流环41、中层导流环42和下层导流环43的导流孔位置为交错分布的，通过导流孔数量和位置的改变可以改变气流的路径，经过三层导流环的开孔的位置调整，实现将反应区域的气体均匀地排到工艺抽气区域后排出，解决了单腔或者多腔的半导体反应腔室由于排气通道不对称、抽气不对称产生的镜像问题。
图4揭示了根据本发明一实施例的上层导流环的结构示意图，如图3和图4所示，上层导流环41，设置有若干第一导流孔412，气体流经若干第一导流孔412进入抽气通道的第一抽气区域411。
上层导流环41与带有抽气孔的喷淋板1的组合使用，将对于工艺区域的侧抽气改变成为下部抽气。
可选的，第一导流孔412的数量、直径与分布位置可以更改，以改变不同位置的流阻，进而影响抽气的压力分布。流阻是指在稳定气流状态下，加在吸声材料样品两边的压力差与通过样品的气流线速度的比值。
例如，第一导流环左侧的第一导流孔412的直径可以变大，以减小该侧位置的气体流阻。
例如，第一导流环左侧的第一导流孔412的数量可以变多，以减小该侧位置的气体流阻。
例如，第一导流环左侧的第一导流孔412的分布密度可以变稀疏，以减小该侧位置的气体流阻。
在本实施例中，第一导流孔412的分布位置为对称分布。
图5揭示了根据本发明一实施例的中层导流环的结构示意图，如图3和图5所示，中层导流环42，设置有至少两个第二导流孔422，进入第一抽气区域411的气体分配到所述至少两个第二导流孔422后进入第二抽气区域421。
中层导流环42可以将垂直均匀分布的气体分流，通过对称的2个第二导流孔422或者对称的多个第二导流孔422导流进入第二抽气区域421。
可选的，第二导流孔422的数量、直径与分布位置可以更改，以改变不同位置的流阻。原理与第一导流孔421相同，这里不再赘述。
较佳的，第二导流孔422的直径大于第一导流孔412的直径。
较佳的，第二导流孔422的数量小于第一导流孔412的数量。
在本实施例中，第二导流孔422的数量为2个，分布位置为对称分布在中层导流环42的环形两端。
显而易见，中层导流环42的形状根据导流方向进行更改，并不需要是完整的环形，只要能满足导流方向，也可以是半圆或者不完整环形。对应的，第二导流孔422的分布位置也可以是中层导流环42的其他位置。
图6a揭示了根据本发明一实施例的下层导流环的结构示意图，图6b揭示了根据本发明一实施例的下层导流环的俯视图，如图3和图6a、图6b所示，下层导流环43，设置有至少一个第三导流孔432，与所述至少两个第二导流孔422的位置相交错，进入第二抽气区域421的气体分配到所述至少一个第三导流孔432后进入第三抽气区域431。
下层导流环43可以解决排气通道口不在多个半导体反应腔的中心对称位置带来的抽气不对称问题。
可选的，第三导流孔432的数量、直径与分布位置可以更改，以改变不同位置的流阻。原理与第一导流孔421相同，这里不再赘述。
较佳的，第三导流孔432的数量小于第二导流孔422的数量。
在本实施例中，第三导流孔432的数量为1个，设置在下层导流环43的中间位置。
下层导流环43的孔位可设置为均匀的多孔或者传片阀口的对面的单口，可提供一个相对于中层导流环42出口对称的抽气能力。
更具体的说，第三导流孔432设置在传片阀口对面，从而引导气体流向，减少双腔或者多腔半导体处理装置的侧抽气出现的不对称镜像问题。
显而易见，下层导流环43的形状根据导流方向进行更改，并不需要是完整的环形，只要能满足导流方向，也可以是半圆或者不完整环形。对应的，第三导流孔432的分布位置也可以是下层导流环43的其他位置。
图7a揭示了根据本发明一实施例的排气孔的结构示意图，图7b揭示了根据本发明一实施例的排气孔的俯视图，如图3和图7a、图7b所示，第三抽气区域431，底部设置有至少一个排气孔441，进入第三抽气区域431的气体分配到所述至少一个排气孔441进行导流，进入排气管道排出。
可选的，排气孔441的数量、直径与分布位置可以根据实际的腔体数量进行更改，便于排气管道的连接设计。
更进一步的，所述排气孔441，设置有排气孔衬套44，用以防止在腔体9内部发生沉积。
更进一步的，针对于thermal ALD设备，气体流经所有的路径均设有金属或者陶瓷衬套，包括腔内衬套3、腔体抽气通道衬套4、排气孔衬套44，均采用金属或者陶瓷材料。
图8揭示了根据本发明一实施例的半导体反应腔的气体路径图，如图8的箭头所示的气体路径，气体由喷淋板1下来进入加热盘2和喷淋板1之间的区域，经由喷淋板1抽气孔进去工艺抽气区域，然后经过上层导流环41的第一导流孔412进入第一层抽气区域411，由中层导流环42的两边的第二导流孔422流入第二抽气区域421，然后由传片阀口对面的第三导流孔432进入排气孔441进行导流，进入排气管道。
针对现有侧抽气方式的抽气不对称、气体压力不均衡问题，本发明提供的半导体处理装置，对于半导体反应腔的工艺反应区域采用侧抽气方式，通过对多层导流环在抽气区域的组合使用，实现将反应区域的气体均匀地排到工艺抽气区域后排出。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
Claims (12)
1.一种半导体处理装置，其特征在于，包括至少一个反应腔，所述反应腔包括：
喷淋板，所述喷淋板连接喷淋板上板，所述喷淋板设置有抽气孔，用于将喷淋板与加热盘之间的反应区域的气体抽出至腔体抽气通道衬套；
加热盘，所述加热盘，设置于腔体内部，用于对喷淋板加热；
腔内衬套，所述腔内衬套，安装在腔体内侧；
腔体抽气通道衬套，所述腔体抽气通道衬套，设置在腔体侧壁的内部；
等离子发生器管路，所述等离子发生器管路，输入端与等离子发生器连接，输出端与喷淋板连接；
喷淋板上板，所述喷淋板上板，中间设置有等离子发生器管路，内侧连接有喷淋板；
上盖板，所述上盖板，与喷淋板上板、腔体连接；
腔体，所述腔体与上盖板、喷淋板上板依次合在一起，内部形成一个密闭反应空间；
其中，所述腔体抽气通道衬套，设置有抽气通道，所述抽气通道与喷淋板的抽气孔连接，所述抽气通道设置多层导流环，所述多层导流环之间相互叠加分布。
2.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，所述多层导流环中每一层导流环的导流孔位置交错分布，以改变气流路径。
3.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，所述多层导流环包括上层导流环、中层导流环和下层导流环：
所述上层导流环，设置有若干第一导流孔，气体流经若干第一导流孔后进入抽气通道的第一抽气区域；
所述中层导流环，设置有至少两个第二导流孔，进入第一抽气区域的气体分配到所述至少两个第二导流孔后进入第二抽气区域；
所述下层导流环，设置有至少一个第三导流孔，与所述至少两个第二导流孔的位置相交错，进入第二抽气区域的气体分配到所述至少一个第三导流孔后进入第三抽气区域。
4.根据权利要求3所述的半导体处理装置，其特征在于，所述第一导流孔、第二导流孔、第三导流孔的直径，根据不同位置的气流流阻的更改进行改变。
5.根据权利要求3所述的半导体处理装置，其特征在于，所述第一导流孔、第二导流孔、第三导流孔的分布位置，根据不同位置的气流流阻的更改进行改变。
6.根据权利要求4所述的半导体处理装置，其特征在于，所述第二导流孔的直径大于第一导流孔的直径。
7.根据权利要求3所述的半导体处理装置，其特征在于，所述第二导流孔的数量小于第一导流孔的数量。
8.根据权利要求3所述的半导体处理装置，其特征在于，所述第一导流孔和/或第二导流孔的分布位置为对称分布。
9.根据权利要求3所述的半导体处理装置，其特征在于，所述第三导流孔，数量为1个，设置在传片阀口对面。
10.根据权利要求3所述的半导体处理装置，其特征在于，所述第三抽气区域，底部设置有至少一个排气孔，进入第三抽气区域的气体分配到所述至少一个排气孔进行导流后进入排气管道排出。
11.根据权利要求10所述的半导体处理装置，其特征在于，所述至少一个排气孔，设置有排气孔衬套，用以避免腔体内部发生沉积。
12.根据权利要求1所述的半导体处理装置，其特征在于，还包括隔离环：
所述隔离环，设置于上盖板与喷淋板上板之间。
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