CN117457468B - 工艺腔室及其进气组件 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种工艺腔室及其进气组件，属于半导体制造领域，进气组件包括第一腔体和第二腔体，二者均呈环状，第二腔体设置在第一腔体内；第二腔体内具有匀流腔，第二腔体的外壁与第一腔体的内壁间形成缓冲腔；第一腔体具有沿其周向分布的多个第一出气孔，第一出气孔用于连通缓冲腔和工艺腔室的内部；第二腔体具有多个第二出气孔，第二出气孔连通匀流腔和缓冲腔；第二腔体具有用于连通匀流腔和进气管路的进气口。进气组件整体呈环状，结构简单，便于加工和拆装。气体在缓冲腔中进行二次匀流，最后穿过第一出气孔进入工艺腔室内部。气体经过两次匀流可提高气流场的均匀性，进而提高加工的一致性及良率。

Description

工艺腔室及其进气组件

技术领域

本申请涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种工艺腔室及其进气组件。

背景技术

半导体集成电路不断向更高的器件集成度、更高的运算效率及更低的运行功耗方向发展。随着芯片单元特征尺寸的不断缩小，对刻蚀工序、膜层沉积工艺、图形化等制程的要求越来越高。在半导体晶圆加工的过程中，单片晶圆内的加工均匀性直接影响了芯片加工的一致性及良率，因此本领域内对加工均匀性的要求也越来越高。

刻蚀及镀膜工艺过程对等离子体的分布和工艺均匀性的要求越来越高，而腔室内的气流场分布的均匀性直接影响着等离子体的分布。为获得均匀的等离子体分布，等离子化学气相沉积设备及刻蚀设备一般采用腔室顶部进气、腔室边缘进气，或同时采用两种进气方式向腔室通入反应气体，并均设计相应的匀流腔以使工艺气体在腔室内的均匀分布。

现有的匀流腔往往结构复杂，对加工精度要求较高。且一旦安装完成就极难拆卸清洗。与此同时，为达到更多腔室进气口的设计，进一步加大了结构的复杂度及加工难度，难以有效保证气流场的均匀性。结构的复杂度加大了产生颗粒的风险，影响了芯片良率。

因此，如何提供一种结构简单、气流场均匀性好的进气组件是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种工艺腔室及其进气组件，其能够实现结构简单，且能够通过两次匀流使气流场分布更加均匀。

为实现本申请的目的而提供一种进气组件，用于向工艺腔室提供气体，所述进气组件包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体均呈环状，所述第二腔体设置在所述第一腔体内；

所述第二腔体内具有沿其周向延伸的匀流腔，所述第二腔体的外壁与所述第一腔体的内壁间形成缓冲腔；

所述第一腔体具有沿其周向分布的多个第一出气孔，所述第一出气孔用于连通所述缓冲腔和所述工艺腔室的内部；

所述第二腔体具有沿其周向分布的多个第二出气孔，所述第二出气孔连通所述匀流腔和所述缓冲腔；

所述第二腔体具有用于连通所述匀流腔和进气管路的进气口。

在一些实施例中，所述第二出气孔关于所述第二腔体的预设直径对称分布，所述预设直径经过所述进气口的中心；

在所述第二腔体周向上，由所述进气口向远离所述进气口的方向，相邻两个所述第二出气孔之间的距离呈减小趋势；和/或

在所述第二腔体周向上，由所述进气口向远离所述进气口的方向，所述第二出气孔的孔径呈增大趋势。

在一些实施例中，多个所述第一出气孔沿所述第一腔体的周向均匀分布；和/或

多个所述第二出气孔沿所述第二腔体的周向分布形成至少一组第二出气孔组，当所述第二出气孔组的数量大于或等于两组时，各个所述第二出气孔组沿垂直所述第二腔体所在平面的方向分布。

在一些实施例中，所述第一出气孔位于所述第一腔体朝向所述第一腔体轴线的侧壁上，所述第二出气孔位于所述第二腔体背离所述第一出气孔的侧壁上。

在一些实施例中，还包括进气管，所述进气管连接在所述第二腔体的所述进气口处，所述第一腔体具有与用于避让所述进气管的避让孔，所述进气管穿过所述避让孔，用于连接所述进气管路；

所述进气管的外壁与所述避让孔密封连接。

在一些实施例中，还包括与所述第一腔体连接的多个喷射导管，所述多个喷射导管与所述多个第一出气孔的位置一一对应；所述喷射导管用于限制所述第一出气孔输出的所述气体的流动方向。

在一些实施例中，所述第二出气孔的孔径大于或等于0.1mm。

在一些实施例中，所述第二腔体的外壁和第一腔体的内壁之间的距离大于或等于0.1mm。

在一些实施例中，所述喷射导管包括连接部和输出部，所述连接部插入所述第一出气孔，且与所述第一出气孔连接，所述输出部位于所述第一出气孔外侧，所述输出部的外径大于所述连接部的外径，以形成与所述第一腔体外壁贴合的限位面。

在一些实施例中，所述喷射导管的侧壁设有喷射孔。

本申请还提供了一种工艺腔室，包括腔室本体和上述任意一种所述的进气组件；

所述进气组件与所述腔室本体的腔壁固定，且所述多个第一出气孔与所述腔室本体的内部连通，所述多个第一出气孔用于向所述腔室本体的内部提供气体。

本申请具有以下有益效果：

本申请提供的进气组件，用于向工艺腔室提供气体，进气组件包括第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体均呈环状，第二腔体设置在第一腔体内；第二腔体内具有沿其周向延伸的匀流腔，第二腔体的外壁与第一腔体的内壁间形成缓冲腔；第一腔体具有沿其周向分布的多个第一出气孔，第一出气孔用于连通缓冲腔和工艺腔室的内部；第二腔体具有沿其周向分布的多个第二出气孔，第二出气孔连通匀流腔和缓冲腔；第二腔体具有用于连通匀流腔和进气管路的进气口。

进气组件整体呈环状，结构简单，便于加工和拆装。工艺气体先进入匀流腔进行一次匀流，然后穿过第二出气孔进入缓冲腔，并在缓冲腔中进行二次匀流，最后穿过第一出气孔进入工艺腔室内部。工艺气体经过两次匀流可提高气流场的均匀性，进而提高加工的一致性及良率。

本申请还提供了一种包括上述进气组件的工艺腔室，并具有上述优点。

附图说明

图1为本申请一种具体实施方式所提供的进气组件的剖视图；

图2为图1中进气组件的侧视图；

图3为图1中进气组件的结构示意图；

图4为图1中进气组件的分解图；

图5为图1中第一腔体的剖视图；

图6为图1中第二腔体的俯视图；

图7为图1中I的放大图；

图8为喷气导管的结构示意图；

图9为另一种具体实施方式所提供的进气组件的局部放大图；

图10为本申请一种具体实施方式所提供的工艺腔室的结构示意图。

其中，图1至图10中的附图标记为：

100、第一腔体；101、安装腔；102、避让孔；103、缓冲腔；104、第一出气孔；105、第一腔体密封板；110、喷射导管；111、输出部；112、连接部；113、喷射孔；200、第二腔体；201、匀流腔；202、进气口；203、第二出气孔；204、进气管；301、顶部进气孔；302、第一射频线圈；303、第二射频线圈；304、进气通道；305、托盘；306、基座；307、排气口。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图来对本申请提供的工艺腔室及其进气组件进行详细描述。

本申请所提供的进气组件，用于向工艺腔室内部输送气体，保证气体的流场在工艺腔室内部均匀分布。如图1所示，进气组件包括第一腔体100和第二腔体200，第一腔体100和第二腔体200均呈环状，第一腔体100内具有沿其周向延伸的安装腔101，第二腔体200设置在安装腔101内。装配过程中，第一腔体100具有供第二腔体通过的开口，第二腔体200由开口处装入安装腔101后再将该开口封闭。

第二腔体200内具有沿其周向延伸的匀流腔201，第二腔体200的外壁与第一腔体100的内壁之间相距一定距离，从而使第二腔体200和第一腔体100的内壁之间形成缓冲腔103。第二腔体200具有进气口202，用于输送气体的进气管204通过进气口202与匀流腔201连通。第二腔体200具有沿其周向分布的第二出气孔203，第二出气孔203连通匀流腔201和缓冲腔103。气体由进气口202进入匀流腔201内，并在匀流腔201中扩散，提高了气体在第二腔体200周向上分布的均匀性。匀流腔201中的气体再由沿第二腔体200周向分布的第二出气孔203进入缓冲腔103。多个第二出气孔203能够提高缓冲腔103进气的均匀性，气体在缓冲腔103内再次扩散实现二次匀流，从而提高了气体在第一腔体100周向上分布的均匀性。

第一腔体100具有沿其周向分布第一出气孔104，第一出气孔104连通缓冲腔103和工艺腔室内部。缓冲腔103内的气体穿过第一出气孔104进入工艺腔室内部。第一出气孔104的分布方式可根据需要进行设置，使缓冲腔103内的气体能够均匀地进入工艺腔室内部。

本实施例中，进气组件结构简单，如图2和图3所示，其整体结构呈环状，第一腔体100和第二腔体200也呈环状，加工难度低，因而能够保证较高的加工精度，避免因加工误差影响气体分布的均匀性。另外，如图4所示，第一腔体100底部设置有第一腔体密封板105，用于第二腔体200安装至安装腔101后的进气组件密封，进气组件由于结构简单而便于拆装和维护。进气组件内部具有匀流腔201和缓冲腔103，气体经过两次匀流后进入工艺腔室内部，提高了气体流场分布的均匀性，进而能够提高加工的一致性和良率，同时也降低了对第一出气孔104和第二出气孔203加工精度的要求。

气体由进气口202进入匀流腔201后，沿第二腔体200的周向向进气口202的两侧扩散，第二腔体200的预设直径经过进气口202的中心，气体在预设直径两侧的扩散速度大致相同。在一些实施例中，第二出气孔203关于第二腔体200的预设直径对称分布，因而气体到达相互对称的两个第二出气孔203的时间大致相同，气体在预设直径的两侧对称地进入缓冲腔103内，因而能够提高缓冲腔103进气的均匀性。

随着气体向远离进气口202的方向流动，部分气体由第二出气孔203进入缓冲腔103内，剩余的气体的压强也逐渐降低。随着与进气口202的距离增加，第二腔体200周向单位长度内的出气面积逐渐增加，从而弥补气体压强降低造成的气体分布不均的问题，提高了气体进入缓冲腔103时的流量均匀性。

在一些实施例中，如图6所示，在第二腔体200周向上，由进气口202向远离进气口202的方向，相邻两个第二出气孔203之间的距离呈减小趋势。即随着与进气口202的距离增加，第二出气孔203的分布逐渐紧密。第二出气孔203分布紧密能够增加出气面积，从而保证气体分布的均匀性。

在一些实施例中，在第二腔体200周向上，由进气口202向远离进气口202的方向，第二出气孔203的孔径呈增大趋势，进而增加第二腔体200的出气面积，保证气体分布的均匀性。

在一些实施例中，如图5所示，多个第一出气孔104沿第一腔体100的周向均匀分布，各个第一出气孔104的孔径相等。多个第一出气孔104均匀分布能够提高气体在工艺腔室内分布的均匀性。

可选的，多个第二出气孔203沿第二腔体200的周向分布形成第二出气孔组，第二出气孔组的数量可为一排或两排以上。当第二出气孔组的数量为两排以上时，各个第二出气孔组沿垂直第二腔体200所在平面的方向分布。多个第二出气孔组能够提高气体在缓冲腔内分布的均匀性，进而提高气体在工艺腔室内分布的均匀性。

在一些实施例中，如图3和图4所示，第一出气孔104位于第一腔体100朝向第一腔体100中轴线的侧壁上，从而气体穿过第一出气孔104可以进入工艺腔室内部。如图4和图7所示，第二出气孔203位于第二腔体200背离第一出气孔104的侧壁上。气体穿过第二出气孔203后需要绕过第二腔体200的外侧壁最终由第一出气孔104进入工艺腔室的内部。第一出气孔104和第二出气孔203的分布方式能够延长气体在缓冲腔103中的输运时间，从而使气体在缓冲腔103中充分扩散，提高气体在缓冲腔103内分布的均匀性。

在一些实施例中，第二出气孔203的孔径大于或等于0.1mm，第二出气孔203的孔径较大，能够降低进气组件的阻力，保证工艺气体流动顺畅，从而保证进气组件的匀流效果。另外，第二出气孔203的孔径较大，即使加工过程中存在一定误差，仍能够保证第二出气孔203具有较高的加工精度，因而降低了第二出气孔203的加工难度。当然，第二出气孔203的孔径也可根据用户的需要进行设定，在此不做限定。

在一些实施例中，第二腔体200的外壁和第一腔体100的内壁之间的距离大于或等于0.1mm。如图7所示，第一腔体100和第二腔体200可同轴设置，第二腔体200各个位置处的外壁和第一腔体100的内壁之间距离大致相等。第二腔体200的外壁和第一腔体100的内壁之间的距离较大，不仅能够降低加工难度，而且能够为气体在缓冲腔103中扩散提供足够的空间，降低气体在缓冲腔103内流动的阻力，从而提高气体在缓冲腔103内分布的均匀性。当然，第二腔体200的外壁和第一腔体100的内壁之间的距离也可根据用户的需要进行设定，在此不做限定。

在一些实施例中，如图4所示，第二腔体200的外侧连有与进气口202位置相对应的进气管204。进气管204可垂直第二腔体200所在的平面。第一腔体100具有与进气管204位置相对应的避让孔102，进气管204穿过避让孔102，用于连接进厂务气体供应的管路。进气管204的外侧壁与避让孔102密封连接，避免气体从进气组件中泄漏。另外，避让孔102可设置定位槽，进气管204的外侧壁可设置定位凸起，定位槽和定位凸起可相互配合对第二腔体200进行定位，保证第二腔体200与第一腔体100同心设置。避让孔102与进气管204固定连接还可在垂直第一腔体100所在平面的方向上对第二腔体200进行定位。

可选的，安装腔101内还可设置支撑结构，用于支撑第二腔体200，实现第二腔体200与第一腔体100同轴设置。支撑结构可为支撑柱、支撑凸起等。支撑结构的形状和分布方式可根据用户的需要进行设定，在此不做限定。

气体穿过第一出气孔104进入工艺腔室的内部。第一出气孔104的方向影响了气体的流动方向。然而，第一腔体100的侧壁厚度较薄，因而导致第一出气孔104对气体流动方向的限制较少，气体进入工艺腔室内部后自由扩散，容易形成湍流，造成气体分布不均。在一些实施例中，第一腔体100还连有喷射导管110，喷射导管110与第一出气孔104的位置一一对应。各个喷射导管110可与水平面成相同的预设角度，预设角度的取值范围为大于-90°，且小于+90°。各个喷射导管110可沿第一腔体100的径向延伸，避免在工艺腔室内形成环流。各个喷射导管110同步输出气体，能够使气体快速充满工艺腔室内部，从而提高工艺腔室径向上气体分布的均匀性。

可选的，如图8所示，喷射导管110包括沿其轴向分布的连接部112和输出部111。连接部112与第一出气孔104相连，输出部111位于出气孔外侧，用于向工艺腔室内部输送气体。连接部112和输出部111的内径相同，输出部111的外径大于连接部112的外径，因而在连接部112和输出部111之间形成限位面。安装过程中，连接部112穿入第一出气孔104中，通过焊接或过盈配合等方式与第一出气孔104密封连接，限位面与第一腔体100的外侧壁贴合，形成限位。如图9所示，连接部112的长度通常不大于第一腔体100的壁厚，从而避免连接部112影响缓冲腔103内气体的流动，输出部111内径也可设计为大于或小于连接部112的内径。当然，喷射导管110的形状也可根据用户的需要进行设置，在此不做限定。

气体由喷射导管110喷出后流速较高，气体流动过程中遇到阻力后会改变流动方向，进入喷射导管110之间的位置，形成湍流。在一些实施例中，输出部111的侧壁设有喷射孔113，喷射孔113沿第一腔体100的周向贯穿输出部111的侧壁。喷射孔113将输出部111的内部和外部连通，气体在输出部111内流动时流速较高，气体可穿过喷射孔113进入相邻的两个喷射导管110之间，从而提高相邻两个喷射导管110之间的气体压力。由于相邻两个导管之间的气体压力升高，喷射导管110喷出的气体在遇到阻力后，无法进入相邻两个喷射导管110之间，从而防止了气体湍流的形成。

本申请还提供了一种工艺腔室，包括腔室本体和上述任意一种实施例所提供的进气组件。进气组件与腔室本体的腔壁固定，且多个第一出气孔104与腔室本体的内部连通，多个第一出气孔104用于向腔室本体的内部提供气体。

如图10所示的实施例中，腔室本体的顶部设有顶部进气孔301和围绕顶部进气孔301设置的第一射频线圈302，腔室本体的侧壁设有第二射频线圈303。腔室本体内设有基座306，基座306用于支撑晶圆，基座306上设有托盘305，晶圆可放置在托盘305上。腔室本体的底部设有排气口307。进气组件位于第二射频线圈303的下方，且进气组件的高度大于基座306上表面的高度。腔室本体的侧壁还设有进气通道304，进气通道304与进气组件的进气管204连通。进气组件和顶部进气孔301配合向工艺腔室内输送气体，第一射频线圈302和第二射频线圈303将气体电离形成等离子体。等离子体用于加工晶圆，工艺生成的副产物气体和未参与反应的气体可由排气口307排出，避免影响工艺进行。进气组件能够使气体在工艺腔室内分布更加均匀，从而提高产品良率。当然，工艺腔室也可为其他结构，在此不做限定。

可选的，腔室本体可以包括第一腔室本体和位于第一腔体下方的第二腔室本体，进气组件设置在第一腔室本体和第二腔室本体之间。腔室本体采用分体式结构方便进气组件的安装，用户也可根据需要设置进气组件的安装方式，在此不做限定。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本申请的原理而采用的示例性实施方式，然而本申请并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本申请的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种进气组件，用于向工艺腔室提供气体，其特征在于，所述进气组件包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体均呈环状，所述第二腔体设置在所述第一腔体内；

所述第二腔体内具有沿其周向延伸的匀流腔，所述第二腔体的外壁与所述第一腔体的内壁间形成缓冲腔；

所述第一腔体具有沿其周向分布的多个第一出气孔，所述第一出气孔用于连通所述缓冲腔和所述工艺腔室的内部；

所述第二腔体具有沿其周向分布的多个第二出气孔，所述第二出气孔连通所述匀流腔和所述缓冲腔；

所述第二腔体具有用于连通所述匀流腔和进气管路的进气口。

2.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，所述第二出气孔关于所述第二腔体的预设直径对称分布，所述预设直径经过所述进气口的中心；

在所述第二腔体周向上，由所述进气口向远离所述进气口的方向，相邻两个所述第二出气孔之间的距离呈减小趋势；和/或

在所述第二腔体周向上，由所述进气口向远离所述进气口的方向，所述第二出气孔的孔径呈增大趋势。

3.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，多个所述第一出气孔沿所述第一腔体的周向均匀分布；和/或

多个所述第二出气孔沿所述第二腔体的周向分布形成至少一组第二出气孔组，当所述第二出气孔组的数量大于或等于两组时，各个所述第二出气孔组沿垂直所述第二腔体所在平面的方向分布。

4.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，所述第一出气孔位于所述第一腔体朝向所述第一腔体的轴线的侧壁上，所述第二出气孔位于所述第二腔体背离所述第一出气孔的侧壁上。

5.根据权利要求1所述的进气组件，其特征在于，还包括进气管，所述进气管连接在所述第二腔体的所述进气口处，所述第一腔体具有与用于避让所述进气管的避让孔，所述进气管穿过所述避让孔，用于连接所述进气管路；

所述进气管的外壁与所述避让孔密封连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的进气组件，其特征在于，还包括与所述第一腔体连接的多个喷射导管，所述多个喷射导管与所述多个第一出气孔的位置一一对应；所述喷射导管用于限制所述第一出气孔输出的所述气体的流动方向。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的进气组件，其特征在于，所述第二出气孔的孔径大于或等于0.1mm。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的进气组件，其特征在于，所述第二腔体的外壁和第一腔体的内壁之间的距离大于或等于0.1mm。

9.根据权利要求6所述的进气组件，其特征在于，所述喷射导管包括连接部和输出部，所述连接部插入所述第一出气孔，且与所述第一出气孔连接，所述输出部位于所述第一出气孔外侧，所述输出部的外径大于所述连接部的外径，以形成与所述第一腔体外壁贴合的限位面。

10.根据权利要求6所述的进气组件，其特征在于，所述喷射导管的侧壁设有喷射孔。

11.一种工艺腔室，其特征在于，包括腔室本体和权利要求1至10任意一项所述的进气组件；

所述进气组件与所述腔室本体的腔壁固定，且所述多个第一出气孔与所述腔室本体的内部连通，所述多个第一出气孔用于向所述腔室本体的内部提供气体。