CN1403627A - 高密度等离子体化学汽相淀积设备 - Google Patents

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Abstract

一种高密度等离子体化学汽相淀积(HDP－CVD)设备，它包括：一个反应腔，它由一上部敞开的下腔体和一盖住下腔体上部的陶瓷圆顶构成；一根装在下腔体处的排气管；一个覆盖陶瓷圆顶外壁的射频(RF)线圈；一根喷气管，它从反应腔外面穿过陶瓷圆顶的边缘端部插入到陶瓷圆顶的壁中，被引导向陶瓷圆顶的中间部分，并在陶瓷圆顶的中间部分处伸出到反应腔的内部空间中；以及一个装在反应腔内部用来安放基板的基板支座。由于用于反应的气体被预先加热且是从反应腔的上方中间部分供应出来的，所以反应程度提高且可以在淀积过程主要进行之处的反应腔中心部分形成高密度等离子体。因此，淀积功效提高，且可无空隙地填满间隙。

Description

高密度等离子体化学汽相淀积设备
发明的技术领域
本发明涉及一种高密度等离子体化学汽相淀积(HDP-CVD)设备，更具体地说，是涉及一种能够获得密度相当高的等离子体并且通过预先加热所供应的气体并激活它来使反应腔内的颗粒产生得最少的高密度等离子体化学汽相淀积设备。
背景技术
由于半导体器件的集成度的提高，元件之间或金属互接线之间的空间或者浅沟隔离(STI)的宽度就变得更为狭窄。如果间隙的长宽比增大，无空隙地填充间隙就变得更为困难。
近年来，人们通过使用高密度等离子体技术，用绝缘来材料无空隙地填充高长宽比的间隙。也就是说，在一个使用高密度等离子体的薄层淀积过程中，由于在淀积过程中同时通过溅射产生蚀刻，所以高长宽比的间隙就可以得到有效的无空隙填充。
这样的高密度等离子体可以通过适当地将单频率波段的射频(RF)或者多种频率波段的射频施加于一个环绕反应腔的线圈天线来形成。如此形成的等离子体被称为感应耦合等离子体(ICP)。
图1为一传统高密度等离子体化学汽相淀积设备的示意图。
如图1所示，一个反应腔10包括一个下腔体13和一个陶瓷圆顶15。下腔体13的上部是敞开的，陶瓷圆顶15盖住了下腔体13的敞开部分。
在陶瓷圆顶15的外壁上缠绕有一个高频线圈25，以接收射频能量并在反应腔10内部产生和保持高密度的等离子体。
在反应腔10的内部设置了基板支座20，以安放基板22。
一喷气管30安装在用金属材料制作的下腔体13的侧壁上，并且一排气管40设在下腔体13的底部。
在传统的高密度等离子体化学汽相淀积设备中，由于用于反应的气体是从反应腔10的侧向供应的，所以反应腔10中心部分的用于反应的气体密度与边缘部分相比相对较低。也就是说，等离子体的密度在中心部分是较低的。因此，高密度等离子体工艺使高长宽比的间隙无空隙地填充的优点就不能完全地表现出来。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种高密度等离子体化学汽相淀积设备，它能够有效地获得高密度的等离子体，并且同时能使在反应腔内部所产生的颗粒达到最少的程度。
为了根据在这里概括地描述的本发明的目的实现这些和其它的优点，本发明提供一种高密度等离子体化学汽相淀积设备，它包括：一个反应腔，它由一个带有敞开上部的下腔体和一个盖住该下腔体上部的陶瓷圆顶构成；一根安装在下腔体处的排气管；一个覆盖陶瓷圆顶的高频线圈；一根喷气管，它从反应腔外面穿过陶瓷圆顶的边缘端部插入到陶瓷圆顶的壁中，被引导向陶瓷圆顶的中间部分，并且在陶瓷圆顶的中间部分处伸出到反应腔的内部空间中；以及一个安装在反应腔内部的基板支座，以用来安放基板。
在本发明的高密度等离子体化学汽相淀积设备中，可以再安装一根覆盖下腔体外壁的热电阻线。在这样的情况下，最好是陶瓷圆顶的边缘部分安置在下腔体的侧壁端部，并且喷气管插入到下腔体的侧壁中，然后穿过陶瓷圆顶与下腔体侧壁接触的边缘端部，插入陶瓷圆顶中。
本发明的前述和其它目的、特征、方面以及优点将从下面结合附图对本发明进行的详细描述中变得更为清晰。
附图的简要说明
为了更好地理解本发明，文本中包括了附图，它们结合入本说明书并成为它的一个部分。附图图示了本发明的实施例，并与文字描述一起用于阐述本发明的原理。
在这些附图中：
图1为现有技术的一个高密度等离子体化学汽相淀积设备的示意图；以及
图2A和2B为发明的高密度等离子体化学汽相淀积设备的示意图。
具体实施方式
下面来详细阐述本发明的较佳实施例，它们的例子示于附图。
图2A和2B所示为根据本发明的高密度等离子体化学汽相淀积设备。
如图2A中所示，一个反应腔110由一个下腔体113和一个陶瓷圆顶(例如一个石英圆顶)115构成。
下腔体113的上部是敞开的，并且陶瓷圆顶115安装成盖住下腔体113的开口部分。具体地说，陶瓷圆顶115的边缘端部放置在下腔体113的侧壁端部之上。
在陶瓷圆顶115的外壁上缠绕有一个高频线圈125，以用来接收单频率波段射频或者多频率波段射频的能量并在反应腔10的内部产生和保持高密度等离子体。
为了安放基板122，在反应腔110的内部设置了一个基板支座120。在由金属制成的下腔体113处设置了一根排气管(未图示)。
作为本发明一个特征的喷气管130从反应腔110的外面插入到下腔体113的侧壁中，它穿过陶瓷圆顶115与下腔体113侧壁所接触的边缘端部插入到陶瓷圆顶115中，并且被引导向陶瓷圆顶115的中心部分，然后伸出到反应腔110的内部空间中。
为了在反应腔110的内部空间中均匀地散布和供应反应气体，在喷气管130伸出到反应腔110的内部空间中的端部安装了一个扩散器135。
由于喷气管130插入到陶瓷圆顶115中相当一段长度，所以当射频能量施加到高频线圈125上时，喷气管130就在高频线圈125所产生的热量作用下被加热到一定的程度。
因此，在从喷气管130喷出的用于反应的气体喷射到反应腔110内部空间中之前，它就被预先加热了。
由于用于反应的气体被预先加热后，等离子体中的原子就在热量的作用下更加活跃，因此反应就增强，并且等离子体的密度就显著地增大。从而就能够获得均匀的更高密度的高密度等离子体。
例如，当20℃的用于反应的气体从喷气管130喷射出且同时对高频线圈125施加2500至3500瓦的能量时，从扩散器135中所喷射出的用于反应的气体的温度就升高到350℃左右。
特别是，为了除去附着在反应腔110内侧壁上的污染物，可以再安装一根用来除气的热电阻线(未图示)，盖住下腔体113的外侧壁。当在反应过程中该热电阻线起作用时，上述预先加热效果就进一步增加。
此外，由于用于反应的气体是从反应腔110的上方中心部分供应的，所以就在淀积过程主要发生之处的反应腔110中心部分形成了高密度的等离子体。
相应地，淀积功效增加，并且诸如无空隙填充间隙之类的高密度等离子体工艺的优点也明显地表现出来。
与此同时，图2B示出了本发明的一个不同的实施例，其中喷气管130的一部分是暴露在反应腔110内部空间中而不是插入到陶瓷圆顶115中的。
与在本发明的前一个实施例中一样，供气管的一个端部也形成在反应腔的上部，并且在供气管的端部也附有一个扩散器。
使用这样的结构，供气管仅插入在下腔体113中，而不是插入在整个反应腔中，并且与上盖相应的陶瓷圆顶115是独立构造的。
因此空的气体管就无需与下腔体和陶瓷圆顶整体成形，也无需像在下腔体和陶瓷圆顶中都设有供气管的情况那样将供气管封闭在下腔体和陶瓷圆顶之间。
综上所述，本发明的高密度等离子体化学汽相淀积设备是具有许多的优点的。
例如，由于用于反应的气体被预先加热了，所以提高反应程度，并且能够获得高密度的等离子体。
不仅如此，由于用于反应的气体是从反应腔的上方中心部分供应出来的，所以在作为淀积过程主要进行之处的反应腔的中心部分能够形成高密度的等离子体。因此，HDP工艺的优点就可以最大限度地发挥在提高淀积功效和能无空隙地充满间隙方面。
由于本发明在不背离其构思或者主要特征的情况下可以用多种形式来实现，人们应予理解的是，除非特别说明，上面所描述的实施例是不受任何前述的细节所限制的，而是应在如所附权利要求书所阐述的本发明构思和范围中被更广泛地作解释和分析。并且，因此所有在权利要求书界定范围内或者其等效范围内的修改和变型都将落入本发明所附权利要求书的界定范围之内。

Claims (4)

1.一种高密度等离子体化学汽相淀积设备，它包括：
一个反应腔，它由一个上部敞开的下腔体和一个盖住下腔体上部的陶瓷圆顶构成；
一根装在下腔体处的排气管；
一个安装成覆盖陶瓷圆顶外壁的射频线圈；
一根喷气管，它从反应腔外面穿过陶瓷圆顶的边缘端部插入到陶瓷圆顶的壁中，被引导向陶瓷圆顶的中间部分，并在陶瓷圆顶的中间部分处伸出到反应腔的内部空间中；以及
一个装在反应腔内部的基板支座，以安放基板。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：另外安装一根覆盖下腔体外侧壁的热电阻线。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：陶瓷圆顶的边缘端部安置在下腔体的侧壁端部处，并且先被喷气管插入到下腔体的侧壁中，然后穿过陶瓷圆顶与下腔体侧壁接触的边缘端部插入到陶瓷圆顶中。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于：在伸出到反应腔的内部空间中的喷气管端部装有一个扩散器。
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