CN1648282B - 等离子体增强的半导体淀积设备 - Google Patents

Abstract

一种等离子体增强的化学气相淀积设备包括处理室和在处理室内延伸的至少一个注气导管。每个注气导管具有注射区，来自注射区的源气体通过导管的侧壁引入处理室中。为此，在注射区中设置多个槽。槽最小化注气导管内源气体将变为等离子体的可能性。由此，可以最小化微粒污染。

Description

等离子体增强的半导体淀积设备

技术领域

本发明一般涉及用于制造半导体器件的设备。更具体地说，本发明涉及等离子体增强的半导体淀积设备。

背景技术

在半导体器件的制造中，半导体淀积设备用于在晶片上淀积材料，这些晶片是半导体器件的衬底。半导体淀积设备包括使用便于化学反应的源气体淀积材料的化学气相淀积设备。一般，化学气相淀积设备主要使用引起源气体的化学反应中的热能。由此，当使用化学气相淀积设备执行半导体器件制造工序时，进行该工序时的温度易于上升。等离子体增强化学气相淀积(PE-CVD)设备用于在淀积工序过程中保持较低的处理温度。

等离子体化学气相淀积设备使用来自等离子体的能量以及热能激发源气体。因此，为了激发源气体可以使用更小的热能。因此，处理温度可以保持较低。

图1示意地示出了常规等离子体化学气相淀积设备的构成元件。图2示出了图1所示的常规化学气相淀积设备的注气导管。图3是沿图2的线I-I′的注气导管的剖面图。参考图1，2和3，等离子体化学气相设备包括其中执行淀积工序的处理室。静电卡盘1布置在处理室中。静电卡盘1用于在适当的位置支撑和保持晶片W。多个注气导管2延伸到处理室，用于在处理室中注射源气体。为此，注气导管2连接到外部气体供应器(未示出)。每个注气导管2的一端限定朝晶片W定向的圆形注射喷嘴3。等离子体化学气相淀积设备也包括能在处理室中产生等离子体的等离子体产生装置(未示出)。

下面将描述用于使用等离子体化学气相淀积设备在晶片上淀积材料的工序。首先，在静电卡盘1上装载晶片W。然后，提供功率到用于产生等离子体的等离子体产生装置。将偏压施加到静电卡盘1。接着，通过注射管2的内部通路流动的源气体如气流5经由注射喷嘴3朝晶片W注射。通过等离子体产生装置注射的源气体在静电卡盘1上变为等离子体。通过施加到静电卡盘1的偏压等离子体被吸引到晶片W，由此在晶片W上形成材料层。

但是，在淀积工序进行的同时，在圆形注射喷嘴周围的注气导管2中可能形成材料的残留物4。更具体地说，当通过注射管2在处理室中注射源气体时，功率通过等离子体产生装置提供给处理室。通过该功率源气体变为等离子体。功率可以提供到注气导管2且集中在圆形注射喷嘴3处。由此，在源气体通过注射喷嘴3被注射之前，源气体可以在注气导管2中变为等离子体。结果，在注气导管2可能形成残留物4。

注气导管2中的残留物4变为晶片W的微粒污染源。亦即，因为在处理室中注射源气体，因此残留物4可以通过源气体输送并注射处理室中。由此，残留物4降落在晶片W上，因此污染晶片W。结果，半导体器件变得有缺陷。此外，化学气相淀积设备必须被经常清洗，以除去残留物4，且因此防止晶片W被污染。由此，淀积工序的生产量被降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种能最小化微粒污染的等离子体化学气相淀积设备。

根据本发明的第一方面，提供一种等离子体增强的化学气相淀积设备，包括：处理室；布置在处理室中且专用于支撑晶片的静电卡盘；以及在处理室内延伸的至少一个注气导管，每个所述的注气导管具有侧壁、内部通路以及注射区，来自内部通路的源气体经由注射区被注射到所述处理室中，其中所述的注气导管具有延伸贯穿注射区内的所述侧壁的多个注射槽。

根据本发明的第二方面，提供一种等离子体增强的化学气相淀积设备，包括：处理室；布置在处理室中且专用于支撑晶片的静电卡盘；以及在处理室内延伸的至少一个注气导管，每个所述的注气导管具有侧壁、内部通路以及注射区，来自内部通路的源气体经由注射区被注射到所述处理室中，其中所述注气导管具有延伸贯穿注射区内的所述侧壁的多个注射槽，注射槽从注射区的中心区放射，以及注射槽的宽度在从注射区的中心区至注射区的外周边的方向中增加。

因此，每个注射槽具有与注气导管的内部通路连接的入口以及在导管的侧壁外面限定开路的出口。优选地，注射槽的宽度从其入口到出口逐渐增加。此外，注射槽优选地从注射区的中心区放射。更加优选地，注射槽被等角度地布置在注射区的中心部分周围。在此情况下，每个注射槽的宽度可以从注射槽的一端至注射槽的另一端逐渐增加。

注气导管也可以具有贯穿注射区的中心区处的导管侧壁的多个注射孔。因此，每个注射孔具有与注气导管的内部通路连接的入口以及在导管的侧壁外面限定开口的出口。优选地，注射孔的宽度从其入口到出口逐渐增加。注射孔可以包括在注射区的中心区的中心处布置的中心注射孔和每个沿多个圆周之一布置的多个周边注射孔，每个圆周中心与中心注射孔处的中心重合。在此情况下，中心注射孔和周边注射孔可以以组排列，其中注射孔沿相对于圆周径直地延伸的各个方向排列。在这些组的每一个中，周边注射孔可以在朝中心注射孔向内的方向中倾斜。周边注射孔的更外部的注射孔，取其直径方向，优选地向比周边注射孔的更内部孔倾斜更大程度。

附图说明

图1是常规等离子体化学气相淀积设备的构成元件的示意图。

图2是常规等离子体化学气相淀积设备的注气导管的底视图。

图3是沿图2的线I-I′的注气导管的剖面图。

图4是根据本发明的等离子体化学气相淀积设备的剖面图。

图5是根据本发明的等离子体化学气相淀积设备的平面图。

图6是由图5的设备采用的注气导管的端部底视图。

图7是图6所示的注气导管的注射槽的平面图。

图8是沿图7的线II-II′的注射槽的剖面图。

图9是图6所示的注气导管的注射区的中心部分的平面图。

图10是沿图9线III-III′的注射区中心部分的剖面图。

图11是由图5的设备采用的注气导管的另一实施例的端部底视图。

图12是图11所示的注气导管的注射槽的平面图。

图13是沿图12的线IV-IV′的注射槽的剖面图。

具体实施方式

下面将参考附图更完全地描述本发明。注意，在整个附图中相同的数字用于指定相同元件。

首先参考图4和5，根据本发明的等离子体化学气相淀积设备包括处理室105和布置在处理室105中的静电卡盘110。淀积工序在由静电卡盘110支撑的晶片111上的处理室105中执行。处理室105具有上部102和下部104。上部102可以具有圆顶的形式。等离子体产生装置107布置在处理室105的上部102的外壁表面。等离子体产生装置107可以包括围绕处理室105的上部102多次缠绕的线圈。

等离子体产生装置107连接到第一发生器108，静电卡盘110连接到第二发生器109。第一和第二发生器108和109分别产生第一和第二射频功率(radio frequency power)。第一射频功率被提供给等离子体产生装置107，以便在处理室105中产生等离子体。第二射频功率被提供给静电卡盘110，以诱导等离子体流向静电卡盘110。第一射频功率可以具有低于第二射频功率的频率。

至少一个注气导管120延伸到处理室105中。注气导管120连接到布置在处理室105外面的气体供应器。注气导管120可以在静电卡盘110上延伸。等离子体化学气相淀积设备还可以包括延伸到处理室105中的多个辅助注射管121，以便在晶片111上更均匀地注射源气体。辅助注射管121具有用于注射源气体的辅助注射喷嘴。位于处理室中的部分辅助注射管121可以比位于处理室105中的部分注气导管120更短。

现在参考图6至10更完全地描述注气导管120。每个注气导管120在处理室105内设置的其侧壁的预定部分处具有注射区119。如图6所示，注射区119可以是圆滑的。但是，注射区119可以具有其它形状如多边形形状。注射区可以具有与常规注射喷嘴相同的面积。

无论如何，多个注射槽122位于在注射区119内。每个注射槽122延伸贯穿导管120的侧壁，以便放置注气导管120的内部通路与处理室105的内部连通。亦即，注射槽122构成用于注射源气体到处理室105中的喷嘴。优选地，注射槽122从注射区119的中心区130放射。在此情况下，注射槽优选地被等角度地布置在注射区的中心部分周围。

如图7和8所示，每个注射槽122具有槽宽125。槽宽是限定注射槽122的侧壁的导管120的相对壁面之间的距离。槽宽125从注射槽122的一端到注射槽122的另一端可以是均匀的(图7)。此外，每个注射槽122具有槽入口124a和槽出口124b(图8)。槽入口124a与注气导管120的内部通路相连。槽出口124b在注气导管120的外部形成开口，即开口直接到处理室105的内部。源气体经由槽出口124b沿注气导管120的内部通路流动，进入槽入口124a并被注射到处理室中。优选地，槽宽125从槽入口124a至槽出口124b逐渐增加。换句话说，限定注射槽120的侧壁的导管的相对壁面这样倾斜：槽入口124a比槽出口124b更窄。槽入口124a的宽度优选地是0.8mm至3mm。

在注气导管120内提供以在处理室105内产生等离子体的能量量级是相当低的，因为窄注射槽122构成注射区119。换句话说，注气导管120的内部通路和处理室105的内部之间的连通面积比常规注射管的内部通路和常规处理室的内部之间连通的面积更窄。结果，在注射区119处的注气导管120内产生最小量的残留物。

此外，注射槽122从注射区119的中心区130径向地延伸。由此，源气体通过注射槽122被均匀地注射到静电卡盘1上支撑的晶片111上。而且，注射槽122的宽度125从槽入口124a至槽出口124b逐渐增加。因此，增强了源气体的注射均匀性。

现在参考图9和10，优选地多个注射孔132，137和137′位于注射区119的中心部分130。注射孔132，137和137′贯穿导管120的侧壁，以便放置注气导管120的内部通路与处理室105的内部连通。由此，源气体经由注射孔132，137和137′以及通过注射槽122被注射到处理室105中。亦即，注射孔132，137和137′允许更大量的源气体被注射到处理室105中。

注射孔132，137和137′可以包括中心注射孔132和多个周边注射孔137和137′。中心注射孔132位于注射区119的中心区130的中心处，以及周边注射孔137和137′布置在中心注射孔132周围。优选地，周边注射孔137和137′沿其中心与中心注射孔132的中心重合的多个圆周设置。例如，第一组周边注射孔137沿其中心与注射孔132的中心重合的第一圆周设置并互相隔开，以及第二组周边注射孔137′沿其中心也与中心注射孔132的中心重合的第二圆周设置并互相隔开。第二圆周的半径大于第一圆周的半径。此外，中心注射孔132和各个周边注射孔137，137′以组布置在圆周的各个直径方向中排列的每个注射孔中(下面简单地指“直径方向”)。例如，一个这种组的注射孔132，137和137′排列在对应于图9中的线III-III′的直径方向中。

中心注射孔132具有中心注射孔入口133a和中心注射孔出口133b。中心注射孔入口133a与注气导管120的内部通路相连，中心注射孔出口133b在注气导管120的外面形成开口。类似地，第一和第二周边注射孔137和137′分别包括第一和第二周边注射孔入口138a和138a′和第一和第二周边注射孔出口138b和1138b′。第一和第二周边注射孔入口138a和138a′与注气导管120的内部通路相连，第一和第二周边注射孔出口138b和138b′在注气导管120的外面形成开口。

中心宽度、第一和第二注射孔132，137和137′从中心、第一和第二注射孔入口133a，138a和138a′分别至中心、第一和第二注射孔出口133b，138b和138b逐渐增加。亦即，中心、第一和第二注射孔入口133a，138a和138a′分别比中心、第一和第二注射孔出口133b，138b和138b′更窄。

每个注射孔132，137和137′具有位于平面中的虚轴134，139和139′，该平面在直径方向排列的其他注射孔交叉。虚轴134，139和139′也分别通过注射孔132，137和137′的中心从注气导管120的内部通路的中心延伸，(通过设置在其入口和出口之间中部区域的几何中心，以及通过其入口和出口的中心)。因此每个虚轴134，139和139′表示注射孔132，137′和137′的倾斜或逐渐缩减的方向。优选地，中心注射孔132的虚轴134平行于垂直于具有注射区119的注气导管120的部分侧壁的虚轴140。此外，优选地，第一和第二周边注射孔137和137′的虚轴139和139′与虚垂直轴140分别对向预定第一和第二角度θ和θ′。在此情况下，第一角度θ优选地小于第二角度θ′。亦即，第一周边注射孔137沿其中排列注射孔132，137和137′的平面在朝中心注射孔132向内的方向倾斜，以及第二周边注射孔137′也在朝中心注射孔132向内的方向倾斜，但是以比第一注射孔137更显著的方式。

换句话说，第一周边注射孔137的入口138a居中比第一周边注射孔137的出口138b更靠近轴134。同样，第二周边注射孔137的入口138a居中比第二周边注射孔137′的出口138b′更靠近轴134。但是，在直径方向中第二周边注射孔137′的入口和出口138a′和138b′之间的这些相对偏移大于直径方向中的第一周边注射孔137的入口和出口138a和138b之间的相对偏移。为此，即，注射孔132，137′和137′的倾斜和逐渐缩减的结构，源气体从注射区119的中心部分以及从注射槽122被均匀地注射在晶片111上。

图11至13示出了根据本发明等离子体化学气相淀积设备的注气导管120的另一实施例。

参考图4、11、12和13，多个注射槽150位于注气导管120的注射区119中。优选地，注射槽150从注射区119的中心区130放射。中心区130与图6和10的注气导管的实施例相同。每个注射槽150放置注气导管120的内部通路与处理室105的内部部分连通。

注射槽150的宽度154从注射槽150的一端至注射槽150的另一端逐渐增加，即，在从注射区119的中心区130至注射区119的外周边的方向中。亦即，注射槽150是扇形。邻近注射区119的外周边的注射槽150的端部可以是弧形的。更加优选地，注射槽150被等角度地布置在注射区119的中心周围。结果，源气体被均匀地注射由静电卡盘1支撑的晶片111上。

每个注射槽150具有槽入口153a和槽出口153b。槽入口153a的宽度小于槽出口153b的宽度，在从注射区的中心区130至注射区119的外周边的每个位置处。换句话说，限定注射槽150的侧壁的注气导管120的两个内部侧壁表面被倾斜。槽入口153a的最大宽度优选地是0.8mm至3.0mm。

根据本发明的等离子体化学气相淀积设备，如上所述，注气导管的注射区每个具有多个注射槽。由此，提供给处理室用于在室中产生等离子体的功率数量最小，其中部分注气导管位于室中。结果，在注气导管中形成的残留物量最小。因此，晶片的微粒污染也被最小化，以及等离子体化学气相淀积设备不必经常清洗。由此，可以用高生产率进行淀积工序。

此外，注射槽从注射区的中心区放射，以及槽的宽度从槽的入口至出口逐渐增加。由此，源气体从注射区被均匀地注射在处理室内的卡盘上支撑的晶片上。而且，因为注气导管的注射区的中心区具有多个注射孔，所以注射的源气体的质量可以很高，以及源气体的注射均匀性被增强。

最后，尽管结合其优选地实施例描述了本发明，但是在不脱离由以下权利要求所限定的本发明的真实精神和范围的条件下可以改变和修改这些实施例。

Claims (15)

1.一种等离子体增强的化学气相淀积设备，包括：

处理室；

布置在处理室中且专用于支撑晶片的静电卡盘；以及

在处理室内延伸的至少一个注气导管，每个所述的注气导管具有侧壁、内部通路以及注射区，来自内部通路的源气体经由注射区被注射到所述处理室中，其中所述的注气导管具有延伸贯穿注射区内的所述侧壁的多个注射槽。

2.根据权利要求1的设备，其中每个所述的注射槽具有与内部通路相连的入口，以及在侧壁的外部限定开口的出口，以及其中每个注射槽的宽度从其入口到出口逐渐增加。

3.根据权利要求1的设备，其中注射槽从注射区的中心区放射。

4.根据权利要求3的设备，其中注射槽被等角度地布置在注射区的中心区周围。

5.根据权利要求3的设备，其中每个所述的至少一个注气导管具有在注射区的所述中心区处延伸贯穿其侧壁的多个注射孔。

6.根据权利要求5的设备，其中每个注射孔具有与内部通路相连的入口，以及在侧壁的外部限定开口的出口，以及其中每个注射孔的宽度从其入口到出口逐渐增加。

7.根据权利要求5的设备，其中注射孔包括位于所述中心区的中心的中心注射孔，沿第一圆周布置的多个第一周边注射孔，以及沿第二圆周布置的多个第二周边注射孔，所述第一和第二圆周的每个中心与中心注射孔的中心重合，以及第二圆周具有比第一圆周更大的半径；

每个周边注射孔这样倾斜：穿过注气导管的内部通路的中心和周边注射孔的中心的虚轴与穿过所述内部通路的中心和所述中心注射孔的中心的虚轴成一角度，以及

通过穿过第二周边注射孔的中心的虚轴对向的角度大于通过穿过第一注射孔的中心的虚轴对向的角度。

8.根据权利要求1的设备，其中每个注射槽的宽度从注射槽的一端至注射槽的另一端增加。

9.根据权利要求1的设备，还包括：

用于激发从所述至少一个注气导管注射到处理室中的气体以由此在处理室中产生等离子体的等离子体产生装置；

向等离子体产生装置提供第一射频功率的第一发生器；以及

向静电卡盘提供第二射频功率的第二发生器。

10.一种等离子体增强的化学气相淀积设备，包括：

处理室；

布置在处理室中且专用于支撑晶片的静电卡盘；以及

在处理室内延伸的至少一个注气导管，每个所述的注气导管具有侧壁、内部通路以及注射区，来自内部通路的源气体经由注射区被注射到所述处理室中，其中所述注气导管具有延伸贯穿注射区内的所述侧壁的多个注射槽，注射槽从注射区的中心区放射，以及注射槽的宽度在从注射区的中心区至注射区的外周边的方向中增加。

11.根据权利要求10的设备，其中每个所述注射槽具有与内部通路相连的入口，以及在侧壁的外部限定开口的出口，以及其中每个注射槽的宽度从其入口至出口增加。

12.根据权利要求10的设备，其中注射槽被等角度地布置在注射区的中心区周围。

13.根据权利要求10的设备，其中每个所述的至少一个注气导管在注射区的所述中心区处具有延伸贯穿其侧壁的多个注射孔。

14.根据权利要求13的设备，其中每个注射孔具有与内部通路相连的入口，以及在侧壁的外部限定开口的出口，以及其中每个注射孔的宽度从其入口至出口增加。

15.根据权利要求13的设备，其中注射孔包括位于所述中心区的中心的中心注射孔，沿第一圆周布置的多个第一周边注射孔，以及沿第二圆周布置的多个第二周边注射孔，所述第一和第二圆周的每个中心与中心注射孔的中心重合，以及第二圆周具有比第一圆周更大的半径；

每个周边注射孔这样倾斜：穿过注气导管的内部通路中心和周边注射孔的中心的虚轴与穿过内部通路的所述中心和所述中心注射孔的中心的虚轴对向成一角度，以及通过穿过第二周边注射孔的中心的虚轴对向的角度大于通过穿过第一注射孔的中心虚轴对向角度。

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