CN116970929A - 供气装置、化学气相沉积设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种供气装置、化学气相沉积设备及方法。供气装置包括喷淋基座、配气盘及喷淋头，所述配气盘和喷淋头均与喷淋基座相连接，且喷淋头环设于配气盘的外围，配气盘与喷淋基座之间形成多个相互隔离的配气腔，喷淋头与配气盘之间形成多个相互隔离的喷淋腔，喷淋头的底面设置有与各喷淋腔对应连通的喷淋孔，配气腔与喷淋腔上下一一对应连通设置且两者的分布方式一致，其中，各配气腔和各喷淋腔的外侧面均为圆心角呈90°的圆弧面，不同的供气系统通过位于喷淋基座上的进气口向各配气腔对应供应反应气体。本发明可以实现晶圆不同区域的薄膜应力调节，从而有效控制晶圆的翘曲变形等不良，有助于提高生产良率。

Description

供气装置、化学气相沉积设备及方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种供气装置，以及一种化学气相沉积设备及方法。

背景技术

化学气相沉积是半导体芯片制造过程中用于形成薄膜的重要方法，其基本原理是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质，在衬底表面进行化学反应生成薄膜。化学气相沉积过程中，因沉积的薄膜厚度不均、受热不均和不同材质的热膨胀系数不同等原因，使得生长出的薄膜存在应力分布不均而产生变形。比如薄膜受到X轴方向的拉应力和Y轴方向从拉应力到压应力的作用，会产生如图1所示的凹变形；如果薄膜受到X轴方向的压应力以及Y轴方向从压应力到拉应力的作用会产生如图2所示的凸变形；如果薄膜受到不均匀的拉应力和/或压应力，会产生如图3所示的马鞍形变形。薄膜的变形会导致薄膜产生翘曲甚至破裂，同时还会影响其与其他结构层的粘附性，且会引起后续光刻等工艺不良，导致生产良率下降。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种供气装置，以及一种化学气相沉积设备及方法，用于解决现有技术中因沉积的薄膜厚度不均和受热不均等原因使薄膜存在应力分布不均而产生变形，导致薄膜容易产生翘曲乃至破裂变形，同时还会影响其与其他结构层的粘附性，且会引起后续光刻等工艺不良，导致生产良率下降等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种供气装置，所述供气装置包括喷淋基座、配气盘及喷淋头，所述配气盘和喷淋头均与喷淋基座相连接，且喷淋头环设于配气盘的外围，配气盘与喷淋基座之间形成多个相互隔离的配气腔，喷淋头与配气盘之间形成多个相互隔离的喷淋腔，喷淋头的底面设置有与各喷淋腔对应连通的喷淋孔，配气腔与喷淋腔上下一一对应连通设置且两者的分布方式一致，其中，各配气腔和各喷淋腔的外侧面均为圆心角呈90°的圆弧面，不同的供气系统通过位于喷淋基座上的进气口向各配气腔对应供应反应气体。

在一可选方案中，所述配气盘为一体成型结构，通过多个两端分别与配气盘和喷淋基座相连接的隔板间隔出多个配气腔；和/或，所述喷淋头为一体成型结构，通过多个两端分别与喷淋头和喷淋基座相连接的隔板间隔出多个喷淋腔。

在另一可选方案中，各配气腔通过各独立的配气盘与喷淋基座相连接构成；和/或，各喷淋腔通过各独立的喷淋头与喷淋基座相连接构成。

可选地，各配气腔底面设置有多个间隔设置，用于将配气腔与喷淋腔连通的配气孔，且配气孔与喷淋孔在纵向上交错设置。

可选地，喷淋腔包括第一喷淋腔和第二喷淋腔，各喷淋腔与不同的供气系统相连通，第一喷淋腔和第二喷淋腔的设置包括如下方式中的一种：两个第二喷淋腔对称设置于单个第一喷淋腔的相对两侧，第一喷淋腔底面中部为矩形面，沿远离矩形面的方向，第一喷淋腔的底面宽度逐渐增大；或两个第二喷淋腔对称设置于单个第一喷淋腔的相对两侧，第一喷淋腔底面的宽度自第一喷淋腔中线向两端逐步增大；或第一喷淋腔和第二喷淋腔均为2个，在同一圆周面上交替对称排布；或喷淋腔包括在同一圆周面上依次分布的第一喷淋腔、第二喷淋腔、第三喷淋腔和第四喷淋腔。

可选地，各供气系统均包括质量流量控制器和调节阀，以根据不同的需要调节气体流量和配比。

本发明还提供一种化学气相沉积设备，所述化学气相沉积设备包括沉积腔室、晶圆基座、驱动装置及如上述任一方案中所述的供气装置，所述晶圆基座及供气装置均位于沉积腔室内，且喷淋头对应位于晶圆基座的正上方，供气装置与射频电源连接，供气系统通过位于沉积腔室上的进气口向供气装置供气，驱动装置与所述晶圆基座和/或供气装置相连接，以驱动晶圆基座和/或供气装置升降和/或旋转。

可选地，所述化学气相沉积设备还包括与沉积腔室相连接的压力计。

本发明还提供一种化学气相沉积方法，所述化学气相沉积方法基于上述任一方案中所述的化学气相沉积设备进行，所述化学气相沉积方法包括在沉积过程中，对晶圆表面不同区域的反应气体进行调节，以调节薄膜应力的大小、方向以及生成的步骤。

在一可选方案中，晶圆表面各区域生长的薄膜性能相同。

在另一可选方案中，晶圆表面至少有两个区域分别生长具有压应力和拉应力的薄膜。

如上所述，本发明的供气装置、化学气相沉积设备及方法，具有以下有益效果：本发明提供的供气装置通过设置多个相互隔离的配气腔和喷淋腔，配气腔和喷淋腔一一对应连通并通过不同的供气系统进行独立供气，且结构进行巧妙设计，因此可以根据不同的需要对晶圆的不同区域进行不同方式的供气，可以调节不同区域的膜厚和/或薄膜类型，由此实现晶圆不同区域的薄膜应力调节，从而有效控制晶圆的翘曲变形等不良，有助于提高生产良率。

附图说明

图1至图3显示为现有技术中晶圆因为薄膜的应力而产生形变的示意图。

图4显示为本发明提供的供气装置的例示性截面结构示意图。

图5显示为本发明提供的供气装置的配气盘的例示性进气方式示意图。

图6显示为本发明提供的供气装置的例示性使用方法示意图。

图7和图8显示为本发明提供的供气装置的配气盘于不同示例中的平面示意图。

图9至图12显示为本发明提供的供气装置的喷淋头于不同示例中的平面示意图。

图13和图14显示为使用本发明的供气装置时喷淋头与晶圆的间距变化时的效果示意图。

图15显示为本发明提供的化学气相沉积设备的例示性截面结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

如图4示，本发明提供一种供气装置100，所述供气装置100包括喷淋基座11、配气盘12及喷淋头13。所述配气盘12和喷淋头13均与喷淋基座11相连接，且喷淋头13环设于配气盘12的外围，或者说配气盘12嵌套于喷淋头13内侧，两者的圆周的端面均与喷淋基座11相连接。也就是说，配气盘12和喷淋头13整体呈现为具有凹槽的筒状结构，配气盘12凹槽开口所在的端面和喷淋头13凹槽开口所在的端面均与喷淋基座11相连接，例如通过螺丝等紧固件相连接，或通过螺纹配合连接，由此将各种的凹槽顶部封闭而对应形成收容气体的空腔。

喷淋基座11和喷淋头13的材质较佳地为相同，例如均为铝合金等不与反应气体反应且不会被腐蚀的金属材质。且喷淋基座11可以耦接至射频电源14，以作为反应腔室的射频电源14的导入处，激发等离子体。配气盘12的材质可以与喷淋基座11的材质相同，例如同样为铝合金材质，或者配气盘12也可以为陶瓷、石英等其他耐腐蚀材质。各结构的表面可以根据需要做镀膜处理，例如做阳极化处理。配气盘12与喷淋基座11之间形成多个相互隔离的配气腔121，即各配气腔121内的气体均为独立供应，互不干扰。

喷淋头13与配气盘12之间形成多个相互隔离的喷淋腔131，喷淋头13的底面设置有与各喷淋腔131对应连通的喷淋孔132，配气腔121与喷淋腔131上下一一对应连通设置且两者的分布方式一致，两者的底面形貌也基本一致。其中，各配气腔121和各喷淋腔131的外侧面均为圆心角呈90°的圆弧面，不同的供气系统通过位于喷淋基座11上的进气口向各配气腔121对应供应反应气体。

具体地，喷淋基座11上设置有若干与各配气腔121对应连通的进气口。例如单个配气腔121可与喷淋基座11上的单个进气口连通，或者与两个以上的进气口连通。不同的气体，例如反应气体和用作载气的惰性气体可以通过不同的进气口被输送至对应的配气腔121。比如于一示例中，如图5所示，配气盘12顶面设置有四个进气口，其中两个为气体A的入口，两个为气体B的入口，分别与气体A供应源和气体B供应源连通。不同供气系统供应的气体对应进入不同的配气腔121，在配气腔121内进行初次混合后被输送至对应连通的喷淋腔131中，在喷淋腔131中进行二次混合后通过喷淋头13底部的喷气孔被供应至待沉积晶圆18表面的不同区域以进行薄膜沉积。

采用本实施例提供的供气装置100，可以在薄膜沉积过程中根据不同的需要对晶圆18的不同区域进行不同方式的供气。

例如参考图6所示，若仅在晶圆18的A区进行薄膜沉积，则向对应A区的配气腔121中通入反应气体，对应B区的配气腔121中则通入惰性气体，以阻挡A区气体进入B区；若仅在晶圆18的B区进行薄膜沉积，则向对应B区的配气腔121中通入反应气体，对应A区的配气腔121中则通入惰性气体，以阻挡B区气体进入A区。这种沉积模式适用于在A区和B区沉积性质不同的薄膜，是一种串联薄膜沉积方式。

而在并联薄膜沉积模式下，晶圆18的A区和B区同时进行薄膜沉积，此种情况下，向对应A区和B区的配气腔121分别通入反应气体，由此在A区和B区沉积性质相近或者性质一致的薄膜。

在另外一些示例中，晶圆18上可沉积多层薄膜。例如先在晶圆18的A区和B区分别沉积具有第一应力的薄膜191a和具有第二应力的薄膜191b，第一应力和第二应力分别为压应力和拉应力，然后形成覆盖这层薄膜的第二薄膜192。

另外，本实施例的供气装置100的各配气腔121和各喷淋腔131的外侧面均为圆心角呈90°的圆弧面(即对应图7和8中位于圆周方向的面)，因而对应沉积的薄膜的各区域的外侧面将对应呈现为圆心角呈90°的圆弧状，而各区域内侧面则逐渐向晶圆18中心汇聚(例如类似图7所示的汇聚在圆心点或类似图8所示汇聚在圆中央)，这不仅有助于尽量增大各区域在邻接处的接触面积，同时内侧的汇聚位置起到类似锚定作用，在满足不同区域的薄膜性能需求的同时可以改善邻接处的界面特性和增强薄膜粘附性，可有效避免薄膜翘起等不良。

当然，本实施例提供的供气装置的使用方法并不仅限于此，根据供气装置具体结构上的差异和/或需要的不同，晶圆的分区和薄膜沉积方式还可以有更多选择，对此将在后续内容中进一步说明。

重要的是，采用本发明提供的供气装置，可以实现各区域的独立供气，因而各区域可以实现不同流量和/或不同类型的供气，由此可以满足不同的沉积需求并调节各区域薄膜的应力。比如若沉积的是氮化硅薄膜，要解决如图1所示的凹变形问题，则需要使对应晶圆各区域的反应气体流量相同，以使得各区域沉积出的薄膜厚度相等，因而薄膜中央的拉应力与周围的拉应力相平衡而具有平坦表面；如果沉积的是氧化硅薄膜，如果要克服如图2所示的凸变形问题，同样要使各区域的反应气体浓度相同而使各处的压应力平衡；如果要避免氧化硅薄膜的马鞍形变形问题，要使薄膜中央区域的反应气体浓度和其他区域的浓度不一致，以使不同区域的压应力不同；如果要避免氮化硅薄膜的马鞍形变形问题，则要使薄膜中央区域的反应气体浓度和其他区域的浓度不一致，以使不同区域的拉应力不同。

本实施例提供的供气装置通过设置多个相互隔离的配气腔和喷淋腔，配气腔和喷淋腔一一对应连通并通过不同的供气系统进行独立供气，且结构进行巧妙设计，因此可以根据不同的需要对晶圆的不同区域进行不同方式的供气，可以调节不同区域的膜厚和/或薄膜类型，由此实现晶圆不同区域的薄膜应力调节，从而有效控制晶圆的翘曲变形等不良，有助于提高生产良率。

于一些示例中，继续参考图7和8所示，所述配气盘12为一体成型结构，通过多个两端分别与配气盘12和喷淋基座11相连接的隔板123间隔出多个配气腔121。也就是说，配气盘12是一个带有圆柱形空腔的筒状结构。其空腔上部开口而底面封闭，底面设置有若干配气孔122。筒状结构内部设置有若干隔板123，隔板123上端与喷淋基座11相连接，另一端与配气盘12底部相连接，由此将配气盘12内的空腔分割成多个间隔分布的配气腔121。隔板较佳地为与配气盘12的材质相同，其可以通过螺丝等紧固件与喷淋基座11和配气盘12上下垂直连接。且在进一步的优选示例中，隔板的位置可调，使得可以根据需要调整各配气腔121的大小。在一些示例中，配气盘12的底面可以为平坦面。在另外一些示例中，配气盘12的底面可以为中央向上(即朝向喷淋基座11的方向)凸起的凸起面，使得气体从喷淋基座11的进气口进入配气腔121后能向四周扩散，避免气体在局部聚集，有助于提高沉积均匀性。因为进气口一般是设置于对应配气腔121的中央，且化学气相沉积中的反应气体有很多是大分子气体或由固态粉末蒸发形成，动量不足，因而通过将配气腔121的底面设置向上凸起的弧面，使得反应气体进入配气腔121后沿凸起弧面向四周扩散，避免沿纵向直接进入喷淋腔131(在一些示例中，喷淋腔131也可以采用这种中央向上凸起的设置)中。或者在一些示例中，隔板与配气盘12和喷淋基座11也可以是非垂直连接。或者说隔板是非垂直设置而是倾斜设置，因而各配气腔121的上下表面的表面积不一样，使得配气腔121的体积在纵向上是渐变的，使因而各配气腔121内的反应气体的流经路径呈非完全直线型，以促使不同的反应气体更均匀混合。在另外一些示例中，配气盘12的侧面与喷淋头13的侧面具有间距，则配气盘12的侧面也可以设置有配气孔122。由于配气盘12侧面和喷淋头13侧面的间距比较小，若气体流量较大，则通过配气盘12侧面的配气孔122喷射到喷淋腔131中的气流与喷淋头13的侧壁接触后会产生回旋，有助于气体的均匀混合。在进一步的示例中，若使配气盘12旋转，则回旋气流会增大，有助于气体的进一步均匀混合。

在另外的一些示例中，配气盘12为分体结构。不同的配气腔121通过各自独立的配气盘12与喷淋基座11相连接构成。当为分体结构时，还可以将配气盘12设置为上下可调的结构，以根据需要调节配气盘12底面与喷淋基座11底面的间距，由此调整不同配气腔121的大小以及喷淋腔131的大小。比如配气盘12与喷淋基座11相连接的部分可以为纵向上可以伸缩的结构或由多段可拆卸的结构构成，通过改变配气盘12的纵向高度以改变配气腔121的大小。

喷淋头13的配置较佳地为与配气盘12的配置一致。也就是说，当配气盘12为一体成型结构时，喷淋头13同样优选为一体成型结构。即同样由通过位于喷淋头13内的多个两端分别与喷淋头13和喷淋基座11相连接的隔板133分隔为与多个配气腔121在纵向上一一对应的喷淋腔131。当各配气腔121由各自独立的配气盘12与喷淋基座11相连接而构成时，则喷淋头13也同样优选分体结构，即各喷淋腔131通过各独立的喷淋头13与喷淋基座11相连接构成，各喷淋头13对应套设于各喷气盘内。喷淋头13也可以为上下可调的结构，以根据需要调节喷淋腔131的大小以及喷淋头13与待沉积晶圆18的间距，这可以显著改变反应气体在晶圆18表面的分布，从而满足不同的沉积需求。

在一些示例中，喷淋头13的喷淋孔132可以是采用激光刻蚀和/或机械打孔等方式在喷淋头13的底面开设而成。喷淋孔132可以是圆柱形孔，也可以是自上而下直径逐渐减小的锥形孔。这种通过打孔方式形成的喷淋孔132是固定的，是喷淋头13自身结构的一部分，喷淋孔132的底面即是喷淋头13的底面。这种情况下，可以将喷淋头13设置为中央相较于四周向上略微凸起的结构，因而喷淋头13中部与周围形成伞状坡面，有助于气体分散，避免晶圆18中部的反应气体分布过于积聚。在其他的一些示例中，喷淋孔132可以是由开设于喷淋头13底面的若干开孔以及一一对应设置于开孔内的喷嘴构成，且喷嘴的上下高度和/或角度可调，这将可以更加灵活地调节反应气体在晶圆18表面的分布，有助于进一步提高生产良率。

当然，配气盘12和喷淋头13的设置方式还可以有更多选择，例如配气盘12为一体成型结构而喷淋头13为分体结构，或配气盘12为分体结构而喷淋头13为一体成型结构。但相较而言，配气盘12和喷淋头13均为分体结构或均为一体成型结构，更便于进行调整，可以满足多样化的沉积需求。

如前所述，喷淋头13的底面间隔设置有若干喷淋孔132，以将反应气体供应至晶圆18表面。喷淋孔132可以是均匀分布或非均匀分布，各喷淋腔131的喷淋孔132的孔径和/或疏密度可以相同或不同。同样地，各配气腔121底面设置有多个间隔设置，用于将配气腔121与喷淋腔131连通的配气孔122。配气孔122可以是均匀分布或非均匀分布，各配气孔122的孔径可以相同或不同，且配气孔122的孔径与喷淋孔132的孔径可以相同或不同。在较佳的示例中，配气孔122与喷淋孔132在纵向上交错设置或者至少在纵向上不完全重叠，因而在配气腔121经过初步混合的反应气体，经由配气腔121底部的配气孔122进入喷淋腔131后进行再度混合，经由喷淋孔132输送至晶圆18表面的路径尽量形成曲线而非直线路径，有助于不同气体间的进一步均匀扩散。

配气腔121和喷淋腔131的数量可以为2个以上，例如为2个，3个，4个或者更多个。综合考虑现有的沉积需要以及设备管理难易度，配气腔121和喷淋腔131的数量较佳地为不超过4个，各腔的外侧面为90度的圆弧面。

于一示例中，喷淋腔131较佳地分为第一喷淋腔131A和第一喷淋腔131B，各喷淋腔131与不同的供气系统相连通，每一套供气系统可以具有两条以上供气管路，各供气管路可以用于供应不同的气体，比如分别用于供应反应气体和惰性气体(惰性气体可能是用作载气和/或吹扫)。例如于一示例中，如图9所示，供气系统为2套，定义为气体组A和气体组B，每套供气系统包括三条供气管路，这三条供气管路通过位于喷淋基座11上的同一进气口被输送至对应的配气腔121中，而后经由配气腔121被输送至对应的喷淋腔131。各供气管路上可以各自独立设置质量流量控制器15以及位于质量流量控制器15一端或两端的调节阀，以灵活调整各管路中的气体流量和/或气体流量配比，由此实现反应气体浓度的调节。需要说明的是，气体的总流量是化合物气体与载气的流量之和。以氮化硅薄膜的沉积为例，化合物气体例如为SiH4与NH3，载气例如为N2，则总流量不变的情况下，改变化合物气体和载气的比例，就改变了化合物气体浓度。若增加化合物气体浓度则可以沉积得到较厚的氮化硅膜，使得沉积出的薄膜具有较大应力。

在更进一步的优化示例中，第一喷淋腔131A和第二喷淋腔131B的设置可以采取如下方式中的一种：

第一方式参考图9所示，两个第二喷淋腔131B(图9中定义为B区)对称设置于单个第一喷淋腔131A(定义为A区)的相对两侧，第一喷淋腔131A底面中部为矩形面，沿远离矩形面的方向，第一喷淋腔131A的底面宽度逐渐增大。即第一喷淋腔131A自左向右可以分为三个部分，中间部分的俯视形貌为矩形状，与矩形状部分相连接且对称分布于该矩形状区域两侧的区域为扇形状，且该扇形状的外侧面，也即未与矩形状部分直接相连的面的部分为四分之一圆弧面(即该弧面对应的圆心角为90度)。两个第二喷淋腔131B的外围面同样为四分之一圆弧面。也就是说，从俯视平面来看，两个对称设置的隔板133将喷淋面分成3个区域，各隔板133为3段结构，中间段相互平行间隔，而与中间段两端分别连接的部分呈散射状向外延伸。且两个第二喷淋腔131B的喷淋面积之和较佳与第一喷淋腔131A的喷淋面积相同。第一喷淋腔131A和第二喷淋腔131B可以通入相同或不同的气体，两个第二喷淋腔131B则较佳地通过同一供气系统进行供气。例如于一示例中，第一喷淋腔131A通入的化合物气体为制备氮化硅需要的气体(SiH4和NH3)，用于沉积氮化硅薄膜；两个第二喷淋腔131B通入的化合物气体为制备氧化硅需要的气体(SiH4和N2O)，用于沉积氧化硅薄膜；两组气体的流量和组成气体比例都单独可调。由此在对应第一喷淋腔131A的区域沉积具有所需应力(如拉应力)的氮化硅薄膜，在对应第二喷淋腔131B的区域则得到所需应力(例如压应力)的氧化硅薄膜。这两个区域的应力方向相反。通过这样的设置，在同一薄膜沉积过程中同时完成不同区域不同材质和性能的薄膜制备，具有时间短，产能高等优点。

当然，该使用方式只是示例性的，实际应用中各区域也可以沉积相同材质的薄膜，各区域的薄膜的应力方向也可以相同。

在另一示例中，如图10所示，两个第二喷淋腔131B对称设置于单个第一喷淋腔131A的相对两侧，第一喷淋腔131A底面的宽度自第一喷淋腔131A中线向两端逐步增大(线性增大)。同样地，两个第二喷淋腔131B的喷淋面积之和较佳与第一喷淋腔131A的喷淋面积相同。即本示例与图9示例的区别在于，本示例中的第一喷淋腔131A中间没有矩形状区域，第一喷淋腔131A只有对称分布的两个扇形区域，两个扇形区域的汇合处为第一喷淋腔131A的中线(两个扇形区域的连接处是一个点，而图9中两侧的扇形面与一个矩形面连接)。也就是说，两块对称分布的隔板133将喷淋腔131分为三个部分，各隔板133分为夹角呈钝角(该钝角对应B区弧面)的两段(各隔板133同样在各处均不相连)。第一喷淋腔131A和第二喷淋腔131B可以通入相同或不同的气体，两个第二喷淋腔131B则较佳地通过同一供气系统进行供气。其例示性使用方法可以与前一示例中的结构相同。

在另一示例中，如图11所示，第一喷淋腔131A和第二喷淋腔131B均为2个，在同一圆周面上交替对称排布。也就是说，各喷淋腔131对应的喷淋面均为标准的四分之一扇形面(圆形面的四分之一)，两个第一喷淋腔131A正对设置且两个第二喷淋腔131B正对设置。两个第一喷淋腔131A通过同一气体组A供气，两个第二喷淋腔131B通过气体组B供气。

在另外的示例中，如图12所示，喷淋腔131包括在同一圆周面上依次分布的第一喷淋腔131A、第二喷淋腔131B、第三喷淋腔131C和第四喷淋腔131D。即该结构中，虽然各喷淋腔131对应的喷淋面均为四分之一扇形面，但各喷淋腔131是通过不同的供气系统，即图12中的气体组A、气体组B、气体组C和气体组D各自进行独立供气。

需要说明的是，上述各示例中，各喷淋腔131的喷淋孔132的设置方式可以相同或不同，例如各区域的喷淋孔132均匀间隔分布且孔径相同，或者各区域的喷淋孔132的分布的疏密度不同和/或孔径不同，对此不做严格限制。

同样需要说明的是，配气盘12的设置较佳地为与喷淋头13相同，因而配气盘12的设置同样可以采取前述示例中的任意一种，故上述对喷淋腔131布局的介绍完全适用于配气腔121，出于简洁的目的不赘述。

在实际应用中，还可以调节晶圆18与喷淋头13的距离，改变相邻处气体134的情况，进而改变薄膜沉积的应力分布。比如图13所示，若晶圆18距喷淋头13较近，则气体A和气体B相互扩散区域较小；若如图14所示，晶圆18距喷淋头13较远，则气体A和气体B相互扩散区域较大。因而沉积过程中，可以根据薄膜沉积情况对晶圆18和/或喷淋头13进行升降，由此改变两者之间的间距，以调整交界区域的气体分布。

本发明提供的供气装置可以用于各种对气体分布要求比较高的半导体设备中，因而本发明还提供一种化学气相沉积设备，更具体地，所述化学气相沉积设备为等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)。

如图15所示，所述化学气相沉积设备包括沉积腔室16、晶圆基座17、驱动装置20及如上述任一方案中所述的供气装置100。前述对所述供气装置100的介绍可以全文引用至此，出于简洁的目的不赘述。

所述沉积腔室16上设置有进气口和排气口161，供气装置100经由该进气口供气。排气口161可设置于沉积腔室16的侧面靠近底部的位置，该排气口161与真空泵19连接。排气口可以为单个或多个。当为多个时，相互会反应的残余反应气体可以通过不同的排气口排出，以避免在排气管路中发生反应而造成排气堵塞。

所述晶圆基座17及供气装置100均位于沉积腔室16内，且喷淋头13对应位于晶圆基座17的正上方。待沉积的晶圆18可基于真空吸附或通过边缘压环固定于晶圆基座17上，或者直接放置于晶圆基座17上。晶圆18位于喷淋头13正下方，晶圆18表面与喷淋头13的距离较佳地<25mm(但较佳地＞5mm)，气体从喷淋头13的喷淋孔132喷射到晶圆18表面。晶圆基座17内通常设置有加热装置，用于将晶圆18加热到预设温度。因而晶圆基座17又可以称为加热器。加热装置可以对应各喷淋腔131独立设置。也就是说，晶圆基座17内对应设置有多个独立的加热装置，以对对应不同喷淋腔131下方的晶圆18区域进行独立的温度调节。例如晶圆18中心的器件密集度通常更高，相较于边缘区域升温较快，因而对应晶圆18中心的加热装置的加热功率可以适当减小，以避免晶圆18中心相较于其他区域的升温过快而导致晶圆18表面业已形成的薄膜因热应力分布不均而产生变形等不良。或者晶圆基座17内可以进一步设置有诸如冷却水管路等冷却装置，以在完成薄膜沉积后对晶圆18进行冷却。晶圆基座17通常与用于升降的驱动装置20相连接，例如升降气缸与晶圆基座17相连接，由此可以调节晶圆18到喷淋头13之间的距离。此外，驱动装置20还可以进一步驱动晶圆基座17旋转。供气装置100与射频电源14连接，由射频电源14激发等离子，强化PECVD化学反应，实现薄膜沉积。供气系统通过位于沉积腔室16上的进气口向供气装置100供气。例如至少有气体组A和气体组B 2组气体连接到喷淋头13，每组气体由至少2个反应气体和至少1个运载气体组成，每个气体的实际流量由质量流量控制器15(MFC)调节。

另外，还可以设置与供气装置100相连接的驱动装置20，以驱动供气装置100升降和/或旋转，同样可以改变喷淋头13和晶圆18的间距。用于驱动供气装置100和晶圆基座17的驱动装置20可以是同一个或不同，对此不做严格限制。

在一些示例中，所述化学气相沉积设备还包括与沉积腔室16相连接的压力计21。根据压力计21的检测结果调整沉积腔内的压力，以将沉积腔室16内的真空度控制在所需的程度。

在一些示例中，还可以于沉积腔室16内设置膜厚测量计，以根据测量的薄膜厚度调整喷淋头13和晶圆18的间距和/或各喷淋腔131的反应气体流量。

本实施例的化学气相沉积设备与现有设备的主要区别就在于可以更加灵活地调节晶圆表面不同区域的气体类型和/或流量，使得沉积出的薄膜的不同区域可以具有不同的厚度和/或材质，并由此调节薄膜各区域的应力，有助于提高沉积质量，满足客户更多样化的需求。

本发明还提供一种化学气相沉积方法，所述化学气相沉积方法可基于上述任一方案中所述的化学气相沉积设备进行。故前述对所述化学气相沉积设备的介绍可以全文引用至此，出于简洁的目的不赘述。所述化学气相沉积方法包括在沉积过程中，对晶圆表面不同区域的反应气体进行调节，以调节薄膜应力，包括调节应力方向、大小以及生成(生成即应力有无，也即应力是否为零的情况)等参数中的若干个的步骤。调节的方式可以是对不同区域的反应气体的浓度进行调节，或者是对供应气体的种类进行调节，或者同时进行气体类型和反应气体浓度的调节。

在一些示例中，各区域通入的气体类型相同，通过调节气体流量，以使得各区域的反应气体浓度相同，使得在晶圆表面各区域生长的薄膜性能相同且厚度相同，因而薄膜各表面将具有均匀分布的应力。在另外的示例中，不同区域可以通入不同的反应气体，例如部分区域通入用于沉积氮化硅薄膜的气体，另外一些区域通入用于沉积氧化硅薄膜的反应气体，使得晶圆表面至少有两个区域分别生长具有压应力和拉应力的薄膜。

薄膜可以制备于晶圆正面(用于制备器件的表面)，也可以制备于晶圆的背面，这取决于不同的需求。例如，于一些示例中，制备的薄膜是用于制备器件的功能膜层，例如用作介电层或牺牲层，则薄膜制备于晶圆正面。在另外的一些示例中，则可以是于晶圆背面制备用于防止晶圆背面污染的薄膜，或是通过在晶圆背面制备具有改善应力分布的膜层，来改善乃至消除晶圆的翘曲变形。在进一步的示例中，在晶圆正面制备功能膜层的同时在晶圆背面制备与该功能膜层具有互补属性的调节层，以进一步改善晶圆的翘曲变形。比如，由于晶圆核心区域的器件分布密度通常大于非核心区域的器件分布密度，以及硅片厂加工出的晶圆可能存在局部厚度不均的缺陷，使得经过多道加工工艺后，晶圆不同区域的整体厚度(包括裸硅片自身厚度以及膜层的厚度)差异越来越大，应力分布不均也越来越严重，使得在后续进行表面平坦化工艺时面临诸多挑战。因而这种情况下，采用本发明提供的设备，在晶圆背面沉积用于调节应力分布的层(例如不同区域沉积应力方向不同和/或不同厚度的膜层)，可显著改善平坦化工艺的良率。

综上所述，本实施例提供的供气装置通过设置多个相互隔离的配气腔和喷淋腔，配气腔和喷淋腔一一对应连通并通过不同的供气系统进行独立供气，且结构进行巧妙设计，因此可以根据不同的需要对晶圆的不同区域进行不同方式的供气，可以调节不同区域的膜厚和/或薄膜类型，由此实现晶圆不同区域的薄膜应力调节，从而有效控制晶圆的薄膜变形和翘起等不良，有助于提高生产良率。采用本发明提供的化学气相沉积设备及方法，可极大提高薄膜生长品质。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种供气装置，其特征在于，所述供气装置包括喷淋基座、配气盘及喷淋头，所述配气盘和喷淋头均与喷淋基座相连接，且喷淋头环设于配气盘的外围，配气盘与喷淋基座之间形成多个相互隔离的配气腔，喷淋头与配气盘之间形成多个相互隔离的喷淋腔，喷淋头的底面设置有与各喷淋腔对应连通的喷淋孔，配气腔与喷淋腔上下一一对应连通设置且两者的分布方式一致，其中，各配气腔和各喷淋腔的外侧面均为圆心角呈90°的圆弧面，不同的供气系统通过位于喷淋基座上的进气口向各配气腔对应供应反应气体。

2.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，所述配气盘为一体成型结构，通过多个两端分别与配气盘和喷淋基座相连接的隔板间隔出多个配气腔；和/或，所述喷淋头为一体成型结构，通过多个两端分别与喷淋头和喷淋基座相连接的隔板间隔出多个喷淋腔。

3.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，各配气腔通过各独立的配气盘与喷淋基座相连接构成；和/或，各喷淋腔通过各独立的喷淋头与喷淋基座相连接构成。

4.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，各配气腔底面设置有多个间隔设置，用于将配气腔与喷淋腔连通的配气孔，且配气孔与喷淋孔在纵向上交错设置。

5.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，喷淋腔包括第一喷淋腔和第二喷淋腔，各喷淋腔与不同的供气系统相连通，第一喷淋腔和第二喷淋腔的设置包括如下方式中的一种：两个第二喷淋腔对称设置于单个第一喷淋腔的相对两侧，第一喷淋腔底面中部为矩形面，沿远离矩形面的方向，第一喷淋腔的底面宽度逐渐增大；或两个第二喷淋腔对称设置于单个第一喷淋腔的相对两侧，第一喷淋腔底面的宽度自第一喷淋腔中线向两端逐步增大；或第一喷淋腔和第二喷淋腔均为2个，在同一圆周面上交替对称排布；或喷淋腔包括在同一圆周面上依次分布的第一喷淋腔、第二喷淋腔、第三喷淋腔和第四喷淋腔。

6.根据权利要求1所述的供气装置，其特征在于，各供气系统均包括质量流量控制器和调节阀，以根据不同的需要调节气体流量和配比。

7.一种化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备包括沉积腔室、晶圆基座、驱动装置及权利要求1至6任一项所述的供气装置，所述晶圆基座及供气装置均位于沉积腔室内，且喷淋头对应位于晶圆基座的正上方，供气装置与射频电源连接，供气系统通过位于沉积腔室上的进气口向供气装置供气，驱动装置与所述晶圆基座和/或供气装置相连接，以驱动晶圆基座和/或供气装置升降和/或旋转。

8.根据权利要求7所述的化学气相沉积设备，其特征在于，所述化学气相沉积设备还包括与沉积腔室相连接的压力计。

9.一种化学气相沉积方法，其特征在于，所述化学气相沉积方法基于权利要求7或8任一项所述的化学气相沉积设备进行，所述化学气相沉积方法包括在沉积过程中，对晶圆表面不同区域的反应气体进行调节，以调节薄膜应力的大小、方向及生成的步骤。

10.根据权利要求9所述的化学气相沉积方法，其特征在于，晶圆表面各区域生长的薄膜性能相同，或晶圆表面至少有两个区域分别生长具有压应力和拉应力的薄膜。