CN116145110A - 进气装置以及等离子体设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了进气装置以及等离子体设备。该进气装置被使用在等离子体设备中，其中，所述等离子体设备具有工艺腔以及等离子体发生器，所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，通过输送通道连通，所述输送通道通过隔离装置被隔离，所述进气装置设置在所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，并位于所述隔离装置的下方，所述进气装置形成有环状的进气通道，所述进气通道至少环绕所述输送通道的外侧的一部分并与所述工艺腔相对。根据本发明的进气装置，能够提高工艺气体进气的均匀性，并抑制等离子体的衰减。

Description

进气装置以及等离子体设备

技术领域

本发明涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种进气装置以及等离子体设备。

背景技术

在微电子器件(诸如半导体器件)的制造中，有使用例如等离子体原子层沉积(PEALD)技术。在PEALD设备中，通过等离子体发生器产生大量活性自由基，增强了前驱体的反应活性，从而拓展了ALD对前驱体的选择范围和要求，缩短了反应周期时间，同时降低了对样品沉积温度的要求，可以实现低温甚至常温沉积。另外，等离子体的引入可以进一步去除薄膜中杂质，可以获得更低的电阻率和更高的薄膜致密度。

在PEALD中，气源向工艺腔中供应工艺气体，等离子体发生器则向工艺腔中供应活性自由基等。此外，为避免工艺气体或者其沉积物等进入等离子体发生器中，在等离子发生器和工艺腔中需要通过例如隔离装置进行隔离。

由于等离子体的特性，在等离子体进入工艺腔的过程中，等离子体源的引入占据了工艺气体的中心位置，工艺气体通常采取侧面进气或者侧面伸管进气的方式，在有些工艺中，这些进气方式会导致工艺气体分散不均匀以及等离子体衰减的问题。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决已知技术问题之一，为此，本发明提出了一种进气装置，能够提高工艺气体进气的均匀性，并抑制等离子体的衰减。此外，本发明还提出了具有该进气装置的等离子体设备。

根据本发明第一方面的进气装置，被使用在等离子体设备中，其中，所述等离子体设备具有工艺腔以及等离子体发生器，所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，通过输送通道连通，所述输送通道通过隔离装置被隔离，所述进气装置设置在所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，并位于所述隔离装置的下方，所述进气装置形成有环状的进气通道，所述进气通道至少环绕所述输送通道的外侧的一部分并与所述工艺腔相对。

根据本发明第一方面的进气装置，具有如下有益效果：能够提高工艺气体进气的均匀性，并抑制等离子体的衰减。

在一些实施方式中，还形成有分散部，所述分散部设置在所述进气通道的与所述工艺腔相对的一侧，并与所述进气通道连通。

在一些实施方式中，所述进气装置包括进气板，所述进气板夹设在所述工艺腔和所述等离子体发生器之间；所述进气板的中部开设有贯通的第一槽部，所述第一槽部作为所述输送通道的一部分，而分别连通所述工艺腔和所述等离子体发生器；所述进气通道开设在所述进气板的与所述工艺腔相对的一侧，并至少环绕所述第一槽部的外侧的一部分。

在一些实施方式中，所述进气板上开设有进气孔，所述进气孔与所述进气通道连通；所述进气板在隔着所述第一槽部与所述进气孔对置的另一侧形成有断开部，所述断开部将所环形的所述进气通道断开。

在一些实施方式中，所述进气装置还包括分散板，所述分散板上开设有多个分散孔作为所述分散部；所述分散板贴合所述进气板，并且各所述分散孔分别与所述进气通道连通。

在一些实施方式中，所述分散板的中部开设有贯通的第二槽部，所述第二槽部作为所述输送通道的一部分，而分别连通所述工艺腔和所述等离子体发生器；所述第二槽部和所述第一槽部同轴，且所述第二槽部的内径和所述第一槽部的内径相同。

在一些实施方式中，所述分散孔围绕所述第二槽部而均匀地分布。

在一些实施方式中，所述进气板上开设有进气孔，所述进气孔与所述进气通道连通；所述分散孔当中，沿着所述进气通道的轨迹，离所述进气孔远的所述分散孔的孔径比离所述进气孔近的所述分散孔的孔径大。

根据本发明第二方面的等离子体设备，具有工艺腔以及等离子体发生器，所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，通过输送通道连通，所述输送通道通过隔离装置被隔离，其特征在于，所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，设置有上述任一项的进气装置。

根据本发明第二方面的等离子体设备，具有如下有益效果：能够提高工艺气体进气的均匀性，并抑制等离子体的衰减。

在一些实施方式中，还包括扩散腔，所述扩散腔设置在所述工艺腔和所述进气装置之间，并且，所述扩散腔的与所述工艺腔相对的一侧的扩散面积，比与所述进气装置相对的一侧的扩散面积大。

附图说明

图1是具有本发明的进气装置的等离子体设备的剖视示意图。

图2是本发明的进气装置的一种实施方式的仰视图。

图3是具有本发明的进气装置的等离子设备的另一角度的剖视示意图。

图4是图2的进气装置的进气板的仰视图。

图5是图4中的A-A处的剖视图。

图6是已知技术当中的等离子体设备的进气装置的一种实施方式的剖视图。

图7是已知技术当中的等离子体设备的进气装置的一种实施方式的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本实施方式的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实施方式，而不能理解为对本实施方式的限制。

在本实施方式的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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实施方式和简化描述，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实施方式的限制。

在本实施方式的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实施方式的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实施方式中的具体含义。

此外，相同或者相似的技术特征赋予相同的附图标记。

参照图1至图5，并主要参照图1以及图3，根据第1实施方式的进气装置100，被使用在等离子体设备200中。该等离子体设备200具有工艺腔201以及等离子体发生器202。工艺腔201和等离子体发生器202之间，通过输送通道203连通。输送通道203通过隔离装置204被隔离。进气装置100设置在工艺腔201和等离子体发生器202之间，并位于隔离装置204的下方。进气装置100形成有环状的进气通道101，进气通道101至少环绕输送通道203的外侧的一部分并与工艺腔201相对。

根据本实施方式的进气装置100，能够提高工艺气体进气的均匀性，并抑制等离子体的衰减。

参照图6以及图7，在已知的等离子体设备200(例如PEALD)中，参照图6，有采用进气管206设置在一侧，从侧面进气的方式，但是这种侧面进气的方式可能存在气源的扩散不均匀的问题。而为了使气源的扩散更加均匀，需要不断地调试流量、压力、阀门开度大小以及时间等参数。这不仅需要耗费调试人员大量的时间和精力，并且也不一定能够调试出合适的扩散的均匀性工艺。即使调试出了合适的扩散的均匀性工艺，由于只能在有限的工艺参数条件下进行工艺，也有可能会导致工艺时间过长以及工艺窗口变得狭窄。

针对于此，参照图7，已知技术当中有提出了将进气管206伸到工艺腔201的上方并位于等离子体发生器202的下方的方式。在这种方式中，有在进气管206上开设了多个出气孔207，能够提高工艺气体进气的均匀性。但是，该进气管206会一定程度上阻挡上方的等离子体，由于输送通道203存在金属结构(进气管206)的阻挡时，会影响等离子体的活性，进而导致被阻挡的等离子体气流湮灭。因此，即使该方式通过中心通孔的结构，一定程度上容许等离子体气流通过，但是仍然会影响到等离子体的密度。而等离子体气流湮灭的结构，会导致样品(基片)的中间区域的膜层的厚度比其他区域的膜层厚度要薄。并且，在形成对等离子体活性要求更高的膜层例如导电膜结构时，通过该结构难以满足工艺的均匀性要求。即使调试出了合适的扩散的均匀性工艺，由于只能在有限的工艺参数条件下进行工艺，也有可能会导致工艺时间过长以及工艺窗口变得狭窄。

继续参照图1、图3，在本实施方式的进气装置100中，通过使进气通道101形成为环绕等离子体用的输送通道203的外侧的一部分，并使进气通道101与工艺腔201相对，由此，能够使工艺气体呈环状分布地进入到工艺腔201，能够可靠地控制气源的扩散从而提高工艺气体进气的均匀性。此外，通过在气体流动仿真中发现，相比于已知技术，其等离子体以及工艺气体的流速更快，在进行吹扫的情况下，能够一定程度上提高吹扫效率。

此外，由于进气通道101环绕输送通道203的外侧，而没有设置在等离子体气流的输送通道203中，因此，不会阻挡等离子体气流朝向工艺腔201的输送，从而不会影响到等离子体的密度，而能够抑制等离子体的衰减。由此，本实施方式的进气装置100能够应用在对等离子体活性要求更高的膜层例如导电膜结构的工艺中。

进一步地，通过使用本实施方式的进气装置100，能够减少调试流量、压力、阀门开度大小以及时间等参数所需要耗费的时间，提高生产效率。

继续参照图2、图3，在一些实施方式中，为了进一步提高工艺气体的进气的分散的均匀性，该进气装置100还形成有分散部102，分散部102设置在进气通道101的与工艺腔201相对的一侧，并与进气通道101连通。具体来说，工艺气体经由环状的进气通道101之后，经过分散部102，然后朝向工艺腔201输入。由于首先通过环状的进气通道101使进来的工艺气体更加均匀，然后经由设置在进气通道101的与工艺腔201相对的一侧的分散部102，能够进一步对工艺气体进行扩散，由此，既不会影响到输送通道203的等离子体气流的通过，也能够进一步提高工艺气体扩散的均匀性。

继续参照图1至图4，并主要参照图3、图4，进气装置100可以包括进气板103，进气板103夹设在工艺腔201和等离子体发生器202之间。进气板103的中部开设有贯通的第一槽部104，第一槽部104作为输送通道203的一部分，而分别连通工艺腔201和等离子体发生器202。进气通道101开设在进气板103的与工艺腔201相对的一侧，并至少环绕第一槽部104的外侧的一部分。具体来说，本实施方式的等离子体设备200例如为PEALD设备，作为PEALD设备的等离子体源例如为柱面ICP等离子体源(电感耦合等离子体)。因此，与此对应，进气板103例如呈圆盘状，并被夹设在工艺腔201和ICP等离子体发生器202之间。第一槽部104例如也呈圆形状(即圆孔)，第一槽部104构成输送通道203的一部分，即在隔离装置204打开的情况下，来自ICP等离子体源的等离子体经由第一槽部104而进入到工艺腔201。由于第一槽部104直接贯通进气板103，中间没有任何的阻挡，因此，进气装置100的进气板103的第一槽部104不会影响到等离子体的输送。

进气通道101围绕第一槽部104的外侧而设置。进气通道101可以是环形槽结构。即，进气通道101可以是内径大于第一槽部104的内径的环形槽结构。进气通道101和第一槽部104之间，形成有环形的壁部105，该壁部105将进气通道101和第一槽部104隔开，从而确保工艺气体的进气和等离子体源的输送之间相互独立。

继续参照图4、图5，此外，进气板103上开设有进气孔106，进气孔106与进气通道101连通。进气孔106从进气板103的径向的外侧朝向进气板103的径向的中部，延伸到与进气通道101连通的位置。工艺气体从进气孔106进入到进气通道101之后，沿着进气通道101的环形的延伸轨迹而填充进气通道101，并由此进入到工艺腔201中。为了防止工艺气体在进气通道101内碰撞而产生湍流，进气板103在隔着第一槽部104与进气孔106对置的另一侧形成有断开部107，断开部107将所环形的进气通道101断开。具体来说，进气孔106在进气通道101的径向的一侧与进气通道101连通，与此对应，进气通道101的径向的另一侧，则形成该断开部107。在俯视视角下，断开部107为沿进气板103的径向，从进气通道101的外径延伸到进气通道101的内径的延伸部分。由此，断开部107将进气通道101分为两部分，其中一部分的一端从进气孔106开始，沿第一槽部104的外侧顺时针地延伸到断开部107的位置，另一部分的一端则从进气孔106开始，沿第一槽部104的外侧逆时针地延伸到断开部107的位置。由此，经由进气孔106进来的工艺气体分别沿进气通道101的两部分传输并到达断开部107。由于进气通道101在断开部107被断开，因此，分别沿进气通道101的两部分传输的工艺气体不会相互碰撞，从而能够降低工艺气体扩散的不可控性。

继续参照图2、图3，在一些实施方式中，进气装置100还包括分散板108，分散板108上开设有多个分散孔109作为分散部102。分散板108贴合进气板103，并且各分散孔109分别与进气通道101连通。分散板108例如从进气板103的下侧贴合进气板103而安装。各分散孔109例如呈圆形阵列地分布，各分散孔109的以直径为作为进气通道101的环形槽的外径以及内径之和的一半的虚拟圆110为基准，圆形阵列地分布。由此，在分散板108贴合进气板103的情况下，各分散孔109能够分别与进气通道101对置而连通。

分散板108的中部开设有贯通的第二槽部111，第二槽部111作为输送通道203的一部分，而分别连通工艺腔201和等离子体发生器202。第二槽部111和第一槽部104同轴，且第二槽部111的内径和第一槽部104的内径相同。分散板108例如呈圆环的形状，第二槽部111和分散板108的圆环形状同轴。第二槽部111也构成输送通道203的一部分，即在隔离装置204打开的情况下，来自ICP等离子体源的等离子体经由第一槽部104、第二槽部111而进入到工艺腔201。由于第二槽部111直接贯通分散板108，中间没有任何的阻挡，此外，由于第二槽部111和第一槽部104同轴，且两者的内径相同，因此，第一槽部104以及第二槽部111不会影响到等离子体的输送。

为了进一步提高分散部102的扩散均匀性，分散孔109围绕第二槽部111而均匀地分布。分散孔109的数量并不特别限定，例如可以4个、6个或者8个以上。此外，为了进一步提高分散部102的扩散均匀性。分散孔109可以设置为：沿着进气通道101的轨迹，离进气孔106远的分散孔109的孔径比离进气孔106近的分散孔109的孔径大。换言之，沿着进气通道101的轨迹，越靠近进气孔106的分散孔109的孔径越小。由于在靠近进气孔106的位置，工艺气体的流量相对较大，而在离进气孔106较远的位置，例如靠近断开部107的位置，工艺气体的流量相对较少，因此，在本实施方式中，通过将靠近进气孔106的位置的分散孔109的孔径设置为相对较小，将离进气孔106更远的位置的分散孔109的孔径设置为相对较大，能够进一步提高分散部102的扩散的均匀性。

继续参照图1，如上所述，本实施方式的进气装置100，能够应用到等离子体设备200中。根据第2实施方式的等离子体设备200，具有工艺腔201以及等离子体发生器202，工艺腔201和等离子体发生器202之间，通过输送通道203连通，输送通道203通过隔离装置204被隔离，工艺腔201和等离子体发生器202之间，设置有上述任一项的进气装置100。

作为等离子体设备200，可以列举例如PEALD设备以及PECVD设备等。以PEALD设备为例，具体来说，PEALD设备从上之下分别具有等离子体发生器202、隔离装置204、本实施方式的进气装置100、工艺腔201以及抽气口205等。工艺腔201中形成有内衬207，此外，工艺腔201内设置有基台208，基台208上可载置例如样品、工件等。基台208可以设置在等离子体发生器202以及进气装置100的正下方。抽气口205则设置在基台208的正下方。此外，工艺腔201的一侧，还设置有出样位置209等。

另外，该等离子体设备200还包括扩散腔210，扩散腔210设置在工艺腔201和进气装置100之间，并且，扩散腔210的与工艺腔201相对的一侧的扩散面积，比与进气装置100相对的一侧的扩散面积大。具体来说，扩散腔210例如呈上窄、下宽的喇叭口形状。在扩散腔210的下部还可以设置例如二级分散板211等，扩散腔210经由二级分散板211与工艺腔201连通。由此，经由进气装置100的进气通道101以及多个分散孔109而均匀地输送的工艺气体，以及经由输送通道203均匀地输送进来的等离子体能够在扩散腔210中更加均匀地扩散然后被输送到工艺腔201中。

尽管已经示出和描述了本实施方式的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实施方式的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实施方式的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.进气装置，被使用在等离子体设备中，其中，所述等离子体设备具有工艺腔以及等离子体发生器，所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，通过输送通道连通，所述输送通道通过隔离装置被隔离，其特征在于，所述进气装置设置在所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，并位于所述隔离装置的下方，所述进气装置形成有环状的进气通道，所述进气通道至少环绕所述输送通道的外侧的一部分并与所述工艺腔相对。

2.根据权利要求1所述的进气装置，其特征在于，还形成有分散部，所述分散部设置在所述进气通道的与所述工艺腔相对的一侧，并与所述进气通道连通。

3.根据权利要求2所述的进气装置，其特征在于，所述进气装置包括进气板，所述进气板夹设在所述工艺腔和所述等离子体发生器之间；

所述进气板的中部开设有贯通的第一槽部，所述第一槽部作为所述输送通道的一部分，而分别连通所述工艺腔和所述等离子体发生器；

所述进气通道开设在所述进气板的与所述工艺腔相对的一侧，并至少环绕所述第一槽部的外侧的一部分。

4.根据权利要求3所述的进气装置，其特征在于，所述进气板上开设有进气孔，所述进气孔与所述进气通道连通；

所述进气板在隔着所述第一槽部与所述进气孔对置的另一侧形成有断开部，所述断开部将所环形的所述进气通道断开。

5.根据权利要求3所述的进气装置，其特征在于，所述进气装置还包括分散板，所述分散板上开设有多个分散孔作为所述分散部；

所述分散板贴合所述进气板，并且各所述分散孔分别与所述进气通道连通。

6.根据权利要求5所述的进气装置，其特征在于，所述分散板的中部开设有贯通的第二槽部，所述第二槽部作为所述输送通道的一部分，而分别连通所述工艺腔和所述等离子体发生器；

所述第二槽部和所述第一槽部同轴，且所述第二槽部的内径和所述第一槽部的内径相同。

7.根据权利要求6所述的进气装置，其特征在于，所述分散孔围绕所述第二槽部而均匀地分布。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的进气装置，其特征在于，所述进气板上开设有进气孔，所述进气孔与所述进气通道连通；

所述分散孔当中，沿着所述进气通道的轨迹，离所述进气孔远的所述分散孔的孔径比离所述进气孔近的所述分散孔的孔径大。

9.等离子体设备，具有工艺腔以及等离子体发生器，所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，通过输送通道连通，所述输送通道通过隔离装置被隔离，其特征在于，所述工艺腔和所述等离子体发生器之间，设置有权利要求1至8中任一项所述的进气装置。

10.根据权利要求9所述的等离子体设备，其特征在于，还包括扩散腔，所述扩散腔设置在所述工艺腔和所述进气装置之间，并且，所述扩散腔的与所述工艺腔相对的一侧的扩散面积，比与所述进气装置相对的一侧的扩散面积大。

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