CN1186873A - 带多个气体入口和独立质流控制回路的反应室的分布板 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在反应室中的基片上分布反应物气体的装置,该装置能应用于蒸气沉积和蚀刻方法。装置解决了由气体贫耗引起的蒸气沉积和蚀刻不均匀的问题。气体分布板与反应室的内表面相连,设置至少一个真空密封间壁物。各气体入口管线具有至少一个质流控制器,它保证在基片表面上化学气相沉积或蚀刻的均匀速率。

Description

带多个气体入口和独立质

流控制回路的反应

室的分布板

本发明总的来说涉及一种用于化学气相沉积和干蚀刻的反应室，具体来说涉及一种用于在这种反应室中基本上防止气体耗尽的改进装置。

化学气相沉积和蚀刻技术已有了广泛的应用。例如，使用这些技术来制造电子元件。具体地说，化学气相沉积和干蚀刻技术用于半导体器件和集成电路的制造，用来在半导体基片上沉积或蚀刻二氧化硅和其它类似材料层。化学气相沉积还用来给光学器件赋予反射或防反射涂层。在机械应用中，采用化学气相沉积来镀覆耐磨镀层或镀覆能增加硬度或减小磨擦的镀层。在化学应用中，气相沉积用来生成扩散的阻挡层或气化和腐蚀的防护层。

现有技术还公知，化学气相沉积和蚀刻技术包括一系列的连续步骤。首先，提供蒸气或蒸气材料来源。通常蒸气材料来源是蒸气或气体，但也可使用固体或液体材料，只是要先将其气化。接着，将该材料输送到基片上，其中输送步骤可在部分真空或高度真空中进行。在输送步骤中，关键的是在基片上到达速率的均匀性。如果该方法的这一步骤不能恰当地控制，就会在基片上产生高低不平的或不均匀的薄膜厚度，并造成有缺陷的部件。下一步骤是化学蒸气与基片反应导致蚀刻薄膜的沉积。经常加热基片以增加基片对蒸气的反应性，从而促进该过程。反应物流经被加热的基片表面，并在基片表面上反应以便沉积一层薄膜或蚀刻该表面。

在单片体系中(例如用于Si基片沉积)，不同的效应、特别是气体贫耗能导致基片表面的不均匀性，如先前所述。这些不均匀性常表现为与边缘相比在基片中心薄膜沉积或蚀刻程度不同。随着基片半径的增加这种效应越加严重。当采用直径接近或超过300mm的Si片基片时，这种效应特别明显。薄膜沉积或蚀刻的这种不均匀性，可产生各种问题。例如，在半导体和集成电路制造中，这种不均匀性可造成器件不能发挥作用或功能达不到最佳效果。

现有技术提供了解决在基片表面上薄膜沉积或蚀刻不均匀性问题的各种方法。这类方法之一是利用不同的气体分布板或聚焦环，以补偿薄膜沉积或蚀刻的不均匀性。这种方法的缺点是，对于一种具体方法要发现精确的气体分布板或聚焦环是很费时的，因此造价也大。这种方法耗时长是因为它需要更换反应室中的硬件。此外，适宜于一种方法的气体分布板对于另一种方法可能不适宜。因而，为使用同一体系来进行不同的方法，使用者必须更换气体分布板，这导致昂贵的停工期。

因而本发明的目的是提供一种用于化学气相沉积和干蚀刻的改进装置和方法，使在基片表面沉积薄膜的不均匀性减至最小，达到此目的不需使用聚焦环且无需更换气体分布板。

本发明是一种使反应物气体分布在设置于反应室中的基片上的装置，该装置可用于化学气相沉积和干蚀刻方法。该装置可基本上补偿由于气体贫耗引起的在基片边缘气相沉积和蚀刻的不均匀性问题。具有多个穿透孔的气体分布板与反应室的内表面相连。在气体分布板表面与该室内表面之间设置至少一个气密性间壁物。该间壁物将分布板与反应室之间的空间分隔为气体分布区。气体入口管与各气体分布区相连。各气体入口管具有至少一个质流控制器，该质流控制器调节进入各气体分布区的气流。质流控制器用来保证在基物表面上化学气相沉积或蚀刻的均匀速率。

为了更好地理解本发明，以下结合附图对其说明性实例进行描述，其中：

图1是本发明化学气相沉积和蚀刻装置的剖面图；

图2是本发明化学气相沉积和蚀刻装置的气体分布板的顶视图。

图1为本发明化学气相沉积或干蚀刻装置10。如现有技术所知，经常需要在部分真空或高度真空中来进行化学气相沉积和蚀刻。因而，该装置包括具有室壁14的反应室12，室壁14由可抽真空至低于大气压力的强硬的刚性材料构成。在需要部分真空或高真空的那些应用中，真空泵16与室12的内部相连。为易于达到反应室内部，提供一可移动门或闸门18。门18通过夹持件20牢固地固定在室壁14上。在门18和室壁14之间设置真空密封垫22，以保证室12是气密性的，以便能够抽真空。可提供观察窗口23，使得可与该室内部有视觉接触。

参照图2并结合图1，提供气体分布板24，它通过紧固件如螺丝、铆钉或其它连接途径与气相沉积室12的任何内表面相连接。如图1中优选实施方案所示，气体分布板24与室12的门18的内表面相连，但它可与该室的另一内表面相连。在所示实施方案中，紧固件26旋转穿过在气体分布板24上的紧固件孔28，并将气体分布板24连接到门18上。气体分布板24是具有上和下表面的基本上呈平面的结构。在优选的实施方案中，气体分布板24是圆形的，但依据室的几何形状，它可以是长方形或任何其它形状的。气体分布板24具有穿过该气体分布板24的多个孔30。图2中所示孔30呈一系列同心圆布置，但是，能提供沿基片44所要求的蒸气分布的其它排布也属于本发明的范围。一个气密性间壁物32设置在气体分布板24的上表面和反应室的门18的内表面之间。间壁物32划分了两个气体分布区34、36。在图1中，两条虚线所示为两个气体分布区34和36之间的间隔。虽然图1所示是用一个间壁物32产生了两个气体分布区34和36，但还可设计成提供多个间壁物，从而产生三个或更多的气体分布区。在优选的实施方案中，间壁物呈橡胶O形环形式，但其它类型间壁物结构也是可行的。例如，可将间壁物32整体模制在气体分布板24中。再者，间壁物不一定要是圆形的。可以使用其它形状的间壁物，只要它们分布气体的方式能保证在基片44上反应速率均匀即可。希望反应速率均匀，因为它能保证对于化学气相沉积方法来说使薄膜生长速率均匀，以及对于干蚀刻方法来说使去除速率均匀。通过使气体沿基片44呈均匀分布态来分布，在理想条件下可产生均匀的反应速率。但由于诸如温度及压力梯度不均匀的因素，需要使气体沿基片44呈不均匀分布态来分布。

两条气体管线38和40穿过门18并进入反应室12。每个气体管线38和40的一端各与气体分布区34和36相连。因而，可以理解每条气体管线38和40给各个气体分布区34和36提供蒸气。如果设置了多于一个的间壁物32，则可提供多于两条的气体管线。在任何情况下，气体管线38和40的另一端都与蒸气源43相连，该蒸汽源可是气罐或其它适用的化学蒸气源。

图1中所示标号为42的质流控制器与每个气体管线38和40相连。质流控制器是典型的现有技术中的阀，并可通过机械、电子或气动操作。各质流控制器42与至少一个控制回路46相连，该控制回路46操作以便使质流控制器42有选择地打开或关闭。这样，质流控制器42用来调节流经各气体管线38和40中的气流。因而，质流控制器42调节流至各气体分布区34和36的气流。如果在基片上要沉积一种类型的气体，则要给各气体管线38和40提供一个质流控制器。此外若要提供数种不同的气体来在基片上沉积或干刻蚀，也可提供数个质流控制器42。

本发明化学气相沉积和蚀刻装置按下述步骤操作。将薄片、基片或工件44引入反应室12，并将该室关闭。如需要，采用真空泵16来降低反应室12内的气压。提供蒸气源43并使其与质流控制器42相连。在蚀刻方法中，蒸气一般是Ar、BCl₃、Cl₂、CF₃Br、CHF₃、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、CO、CCl₄、HCl、HBr、NF₃、O₂或SF₆，但也可采用其它蒸气(气体)。该蒸气流经气体管线38和40，并通过气体分布板24的孔30。使用控制回路46对质流控制器42进行选择性控制，以调节进入各气体分布区34和36中的蒸气流量。

蒸气在薄片、基片或工件44上流动，并在基片表面上或其附近处反应。使用质流控制器42，增加或减小流经各气体分布区34和36中的蒸气的流速，这是为了在基片44的表面上产生均匀的反应速率。

应理解这里所述的实施方案仅是为了举例，本领域技术人员可用与这里所述的功能等同的要素，对这些实施方案可做出变化或改型。任何的和全部的这种改进以及本领域技术人员显而易见的其它变化，都包括在由所附权利要求书限定的本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种用于提供在设置于反应室中的基片上均匀反应速率的气体分布板，包括：

一种基本上为平面形的构件，它具有多个穿过该构件的孔；和

设垩在所述平面形构件表面上的至少一个间壁物，所述至少一个间壁物将所述孔分隔成至少两个气体分布区，所述气体分布区的操作使反应物气体分布在设置于所述反应室中的基片上。

2.如权利要求1的气体分布板，其中，所述间壁物是O形环。

3.如权利要求1的气体分布板，其中，所述间壁物与所述气体分布板构成一整体。

4.如权利要求1的气体分布板，其中，所述的孔呈同心圆布置。

5.如权利要求1的气体分布板，其中，所述平面构件是圆形的。

6.一种用于进行化学气相沉积和蚀刻的装置，包括：

一个反应室；

用来将反应物气体分布在设置于所述反应室中的基片上的气体分布机构，所述气体分布机构具有设置在其表面上的至少一个间壁物，用来将所述气体分布机构分隔成至少两个气体分布区；和

用于调节进入所述气体分布区的气流的机构。

7.如权利要求6的装置，其中，所述用于分布反应物气体的机构，包括一个基本为平面形的构件，该构件具有穿过构件的多个孔。

8.如权利要求7的装置，其中，所述平面形构件是圆形的。

9.如权利要求7的装置，其中，在所述平面形构件上的所述孔呈同心圆布置。

10.如权利要求6的装置，其中，所述室具有一内表面，所述气体分布机构固定在所述内表面上，使得在所述气体分布机构和所述内表面之间产生一空间，所述空间被所述间壁物分隔成所述的气体分布区。

11.一种用于进行化学气相沉积和蚀刻的装置，包括：

一个具有内表面的反应室；

连接在所述室的所述内表面上的平板构件，使得在所述平板构件和所述室的所述内表面之间产生一空间，所述平板构件包括穿过该构件的多个孔；

设置在所述平板构件和所述内表面之间的所述空间中的至少一个间壁物，所述间壁物将所述空间分隔成至少两个气体分布区；

多个气体入口管线，所述各气体入口管线给所述至少两个气体分布区之一提供蒸气；

连接于所述各气体入口管线上的至少一个质流控制器，所述至少一个质流控制器调节流至所述各气体分布区的蒸气流。

12.如权利要求11的装置，其中，所述反应室是气密性的。

13.如权利要求11的装置，其中，所述反应室包括允许进入所述反应室的门。

14.如权利要求11的装置，还包括降低在所述反应室内气压的机构。

15.如权利要求11的装置，其中，所述间壁物是O形环。

16.如权利要求11的装置，其中，所述间壁物与所述气体分布板构成一整体。

17.如权利要求11的装置，其中，所述孔呈同心圆布置。

18.在使用限制反应的控制气流质量的单片反应方法中，其用于在半导体基片上蚀刻或沉积，一种相对消除基片上不均匀性的方法，该方法包括如下步骤：

提供至少两个气体入口区，用于对半导体基片提供气体；

一个入口区的气流相对于另一入口区的气流独立地控制，使在基片加工过程中氕体由所述两个入口区以预定方式分布在所述基片上。

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