CN219689849U - 一种反应腔室的进气结构和hdp机台的反应腔室 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种反应腔室的进气结构和HDP机台的反应腔室，涉及半导体设备技术领域，包括：进气部件，进气部件上分别设置有用于向反应腔室通入第一气体的第一气道，以及用于向反应腔室通入第二气体的第二气道，第一气道和第二气道分别和反应腔室连通，第一气道用于使第一气体一次匀气后均匀进入反应腔室。应用于HDP机台的反应腔清洗操作时，第一气体通过第一气道均匀地进入反应腔室，提高了第一气体在反应腔室内的均匀性，进而改善了第一气体在晶圆上的膜厚分布，使得晶圆具有更均匀的膜厚；同时由于均匀进气，缩短了清洗操作的时长，提高整个HDP机台的产能。

Description

一种反应腔室的进气结构和HDP机台的反应腔室

技术领域

本申请涉及半导体设备技术领域，具体涉及一种反应腔室的进气结构和HDP机台的反应腔室。

背景技术

半导体制造工艺过程中，常采用高密度等离子体(HDP)机台工艺，在腔体内的高温环境下，通过对特定的工艺气体在等离子体增强条件下、在硅片表面进行化学气相沉积形成薄膜。

一般地，在HDP机台腔体的外部装有RPS(Remote Plasma System,远程等离子体系统)部件，并通过连接管与腔体相连通，用于腔体的清洗。在HDP机台运行清洗程序时，Clean气体1与Clean气体2会从腔体顶部进入腔体内，两种气体在进入腔体内前不能进行接触。因此需要设计一种双气道进气结构，并确保两种气体通过各自气道进入腔内。当前HDP机台顶部的进气结构会造成清洗操作时晶圆上的膜厚不均匀的现象，大大延长了清洗操作的时长，影响整个机台的产能。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种反应腔室的进气结构和HDP机台的反应腔室，能够提高第一气体在反应腔室内的均匀性。

本申请实施例的一方面，提供了一种反应腔室的进气结构，包括进气部件，所述进气部件上分别设置有用于向反应腔室通入第一气体的第一气道，以及用于向所述反应腔室通入第二气体的第二气道，所述第一气道和所述第二气道分别和所述反应腔室连通，所述第一气道用于使所述第一气体一次匀气后均匀进入所述反应腔室。

可选地，所述第一气道沿所述反应腔室中心圆周均布形成至少两个进气孔，所述第一气体经至少两个所述进气孔一次匀气后，由所述第一气道均匀进入所述反应腔室。

可选地，所述进气孔呈圆弧型。

可选地，所述进气孔在所述圆周上的径向直径在5mm～15mm之间。

可选地，相邻两个所述进气孔在所述圆周上的夹角在30°～90°之间。

可选地，所述第一气道内还设置二次匀气结构，所述二次匀气结构位于所述进气孔和所述反应腔室之间，所述第一气体依次经至少两个所述进气孔和所述二次匀气结构后进入所述反应腔室。

可选地，所述进气孔和所述反应腔室之间设置有进气隔板，所述进气隔板上的多个均匀分布的气孔形成所述二次匀气结构，至少两个所述进气孔和所述二次匀气结构连通。

可选地，所述气孔的孔径在1mm～5.2mm之间。

可选地，所述第二气道经相邻的两个所述进气孔之间与所述反应腔室连通。

可选地，所述第二气道包括连通的前气道和后气道，所述前气道用于通入所述第二气体，且与所述第一气道垂直设置；所述后气道与所述反应腔室连通，且与所述第一气道平行设置。

可选地，所述第二气道的直径在1mm～4.5mm之间。

可选地，所述进气部件设置于所述反应腔室的顶部。

本申请实施例的另一方面，提供了一种HDP机台的反应腔室，包括设置于所述HDP机台的反应腔本体，以及设置于所述反应腔本体上的上述的反应腔室的进气结构，所述反应腔室的进气结构与所述反应腔本体连通。

可选地，所述反应腔室的进气结构中，所述进气部件为RPS部件。

本申请实施例提供的反应腔室的进气结构和HDP机台的反应腔室，在进气部件上设置第一气道和第二气道，第一气道和第二气道分别和反应腔室连通，第一气体通过第一气道进入反应腔室，第二气体通过第二气道进入反应腔室；且第一气道能够使第一气体均匀进入反应腔室；应用于HDP机台的反应腔时，在反应腔室进行清洗操作的时候，第一气体通过第一气道均匀地进入反应腔室，提高了第一气体在反应腔室内的均匀性，进而改善了第一气体在晶圆上的膜厚分布，使得晶圆具有更均匀的膜厚；同时由于均匀进气，缩短了清洗操作的时长，提高整个HDP机台的产能。

HDP机台的反应腔室包括设置于HDP机台的反应腔本体，以及设置于反应腔本体上的如上任意一项的反应腔室的进气结构，进气结构与反应腔本体连通。HDP机台具有反应腔本体，反应腔本体上设置前述的进气结构，第一气体和第二气体通过进气结构通入反应腔本体，以对反应腔本体进行清洗。第一气体通过进气孔、气孔的两次匀气，使得第一气体能够均匀地进入反应腔室，提高了第一气体在反应腔室内的均匀性，改善了第一气体在晶圆上的膜厚分布，提高了晶圆膜厚的均匀性；均匀进气也缩短了清洗操作的时长，提高整个HDP机台的产能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实施例提供的反应腔室的进气结构的结构示意图之一；

图2是本实施例提供的反应腔室的进气结构的结构示意图之二；

图3是本实施例提供的反应腔室的进气结构的结构示意图之三；

图4是本实施例提供的反应腔室的进气结构的结构示意图之四；

图5是晶圆上方压力云图的对比图；

图6是晶圆上方clean气体2质量分数云图的对比图；

图7是晶圆上方clean气体1质量分数云图的对比图；

图8是晶圆上方速度矢量图的对比图；

图9是晶圆上取特定位置的速度矢量图；

图10是晶圆压力归一化对比曲线图；

图11是晶圆上clean气体1质量分数归一化对比曲线图。

图标：10-进气部件；11-第一气道；111-进气孔；112-隔板；112a-气孔；12-第二气道；120-进口；121-前气道；122-后气道；a-夹角；d-径向直径。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

HDP机台运行清洗程序时，clean气体1与clean气体2从腔体顶部进入腔体内，两种气体通过各自气道进入腔内，以保证两种气体在进入腔体内前不能进行接触。当前HDP机台顶部的进气结构会造成清洗操作时晶圆上的膜厚不均匀的现象，大大延长了清洗操作的时长，影响整个机台的产能。

有鉴于此，为解决上述问题，本申请实施例提供一种反应腔室的进气结构(下述可简称为进气结构)，可通过优化clean气体1的气路结构，提高晶圆膜厚的均匀性。

具体地，请参照图1～图2所示，本申请实施例提供一种反应腔室的进气结构，包括：进气部件10，进气部件10上分别设置有用于向反应腔室通入第一气体的第一气道11，以及用于向反应腔室通入第二气体的第二气道12，第一气道11和第二气道12分别和反应腔室连通，第一气道11用于使第一气体一次匀气后均匀进入反应腔室。

进气部件10上设置第一气道11和第二气道12，第一气道11和第二气道12分别和反应腔室连通，第一气体通过第一气道11进入反应腔室，第二气体通过第二气道12进入反应腔室。

并且，第一气道11可使第一气体一次匀气后，使第一气体均匀地进入反应腔室。

示例地，在本申请的一个实施例中，将本申请的进气结构应用于在HDP机台的反应腔时，进气部件10可为RPS(Remote Plasma System,远程等离子体系统)部件，在一个可实现的方式中，RPS安装在HDP机台的反应腔的顶部。RPS进气部件10的第一气道11用于通入clean气体1，第二气道12用于clean气体2。HDP机台运行清洗程序时，clean气体1与clean气体2会从反应腔顶部分别经第一气道11和第二气道12进入反应腔内，且第一气道11和第二气道12不相通，以使作为第一气体的clean气体1与作为第二气体的clean气体2在进入反应腔内前不接触。

由于第一气道11能够使第一气体一次均匀地进入反应腔室，提高了第一气体在反应腔室内的均匀性，进而使得反应腔室在清洗操作时，由于第一气体的均匀进气，改善了第一气体在晶圆上的膜厚分布，提高了晶圆的膜厚均匀性；相应地，也缩短了清洗操作的时长，进而提高了整个HDP机F台的产能。

由此，本申请实施例提供的反应腔室的进气结构，在进气部件10上设置第一气道11和第二气道12，第一气道11和第二气道12分别和反应腔室连通，第一气体通过第一气道11进入反应腔室，第二气体通过第二气道12进入反应腔室；且第一气道11能够使第一气体均匀进入反应腔室；应用于HDP机台的反应腔时，在反应腔室进行清洗操作的时候，第一气体通过第一气道11均匀地进入反应腔室，提高了第一气体在反应腔室内的均匀性，进而改善了第一气体在晶圆上的膜厚分布，使得晶圆具有更均匀的膜厚；同时由于均匀进气，缩短了清洗操作的时长，提高整个HDP机台的产能。

进一步地，第一气道11包括沿反应腔室中心圆周均布的至少两个进气孔111，第一气体经至少两个进气孔111一次匀气后，由第一气道11均匀进入反应腔室。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，进气部件10上设置有三个进气孔111，三个进气孔111沿反应腔室的中心圆周分布，可以使第一气体通过三个进气孔111均匀地进入反应腔室。第一气道11形成环形的气道，第一气道11的进口处形成三个进气孔111，第一气体经三个进气孔111后由第一气道11均匀地进入反应腔室内。

需要说明的是，上述三个进气孔111仅仅是本申请给出的一个示例，并不是本申请对进气孔111数量的唯一限制或唯一支持的方案，本申请中进气孔111的数量也可以设置为两个、四个或更多，具体根据实际需要设置，只要多个进气孔111均布、且能够在进气部件10上留有形成第二气道12的空间即可，并不以上述三个进气孔111为限。

示例地，进气孔111形成于进气部件10表面上的圆周结构上，为使多个进气孔111均布，每个进气孔111呈圆弧型，这样一来，多个进气孔111可在进气部件10上以反应腔室的中心为中心圆周分布，实现多个进气孔111的均匀布置。

如图4所示，进气孔111为圆弧型，进气孔111在圆周上的径向直径d在5mm～15mm之间。进气孔111在圆周上的径向直径d决定了进气孔111的大小，进而决定了第一气体的进气量。因此，将进气孔111在圆周上的径向直径d在5mm～15mm之间，满足第一气体进入反应腔室的进气量，以满足对反应腔室的清洗需求。

示例地，进气孔111为圆弧型，其圆弧型的长边尺寸大体为短边尺寸(径向直径d)的两倍，具体根据实际需要设置；当进气孔111为圆孔型时，则长边尺寸等于短边尺寸(径向直径d)，圆孔型的进气孔111的径向直径d在各方向均相等。

进气孔111的数量至少为两个，则相邻两个进气孔111在圆周上的夹角a在30°～90°之间。

至少两个进气孔111均布设置，因此任意相邻两个进气孔111在圆周上的夹角a均相等，使得相邻两个进气孔111的间距相等，相邻两个进气孔111在圆周上的夹角a，也就是相邻两个进气孔111的间距需与第二气道12匹配、取决于第二气道12的直径；一般地，相邻两个进气孔111的间距需大于第二气道12的直径，以能够使第二气道12通过相邻两个进气孔111之间的位置与反应腔室连通。

前述通过设置均布的多个进气孔111，使得第一气体通过均布的多个进气孔111进入反应腔室，使得第一气体能够一次均匀进气；在此基础上，还请参照图3和图4所示，为了进一步提高第一气体的进气均匀性，第一气道11内还设置二次匀气结构。

具体地，二次匀气结构位于进气孔111和反应腔室之间，第一气体依次经至少两个进气孔111和二次匀气结构后进入反应腔室。

在第一气道11内还形成二次匀气结构，第一气体先经多个进气孔111进入第一气道11后，在第一气道11内通过二次匀气结构进一步使第一气体均匀后，第一气体继续沿着第一气道11进入反应腔室。第一气体在均布的进气孔111一次匀气后，二次匀气结构的设置使得第一气体二次通过匀气作用，加强了第一气体进入反应腔的均匀性。

在本申请的一个实施例中，如图2所示，进气孔111和反应腔室之间设置有进气隔板112，进气隔板112上的多个均匀分布的气孔112a形成二次匀气结构，至少两个进气孔111和二次匀气结构连通。

换言之，二次匀气结构为设置在进气隔板112上的多个均布的气孔112a；示例地，本申请中进气隔板112为圆环板状结构，与第一气道11的形状匹配；进气隔板112上布满多个气孔112a，且多个气孔112a圆周均布，使得第一气道11与进气隔板112上所有的进气孔111连通，第一气体经三个进气孔111汇入第一气道11、在第一气道11内通过均布的多个气孔112a后、再由第一气道11进入反应腔室。

多个气孔112a的均布设置，实现了对第一气体进行二次匀气，进一步提高了第一气体进入反应腔室的均匀性。

此外，为了加强二次匀气的效果，将气孔112a的孔径(直径)在1mm～5.2mm之间之间。气孔112a为圆孔，气孔112a的孔径的设置，需兼顾第一气体的匀气效果和进气速度，以保证第一气体的综合进气效果。

第一气体经至少两个进气孔111一次匀气、再经多个气孔112a二次匀气后进入反应腔室；反应腔室内还需通入第二气体，第二气体经进气部件10上的第二气道12进入反应腔室，且第二气道12和第一气道11不相通，以使第一气体和第二气体各自进入反应腔室。

为了体现本申请一次匀气(Option A)、二次匀气(Option B)和现有技术无匀气结构(BKM)的对比效果，请参照图5～图11所示；图5中分别示出了无匀气结构、一次匀气、二次匀气时，晶圆表面上方1mm处的压力云图，从图5可看出，相比无匀气结构和单匀气结构，双匀气结构会使晶圆表面的压力更为均匀，无明显的压力突变；图6分别示出了无匀气结构、一次匀气、二次匀气时，晶圆表面上方1mm处的clean气体2(第二气体)质量分数云图，从图6可看出，clean气体2在受双匀气结构的影响在晶圆表面的压力更为均匀，其差值明显低于其它两种结构；图7中分别示出了无匀气结构、一次匀气、二次匀气时，晶圆表面上方1mm处的Clean气体1(第一气体)质量分数云图，图7表明clean气体1在受双匀气结构的影响在晶圆表面的压力更为均匀，可以明显提升清洁工况的效率；图8中分别示出了无匀气结构、一次匀气、二次匀气时，晶圆表面上方1mm处速度矢量图，图8表明双匀气结构能明显提升两种气体在反应腔内的分布情况，两种气体可以均布在腔室中，极大程度提高反应效率。

图9～图11中，晶圆上1mm取直径为300mm的线，线上取301个点，起点为-150、终点为150，横坐标代表位置，横坐标0点处代表晶圆中心位置。

由上述图5～图11的对比印证可得出，一次匀气相比无匀气结构来说，一次匀气能使第一气体在晶圆上的膜厚分布较均匀；在一次匀气的基础上，二次匀气能使第一气体在晶圆上的膜厚分布更为均匀，大大缩短了清洗操作的时长，提高整个HDP机台的产能；由此，本申请的进气结构，可以明显改善第一气体在晶圆上的膜厚分布，进而提高晶圆的膜厚均匀性。

除此之外，在本申请中进气部件10上还设置有用于向反应腔室内通入第二气体的第二气道12，第二气道12经相邻两个进气孔111之间与反应腔室连通。

本申请的一个实现方式中，相邻两个进气孔111之间设置一条连通反应腔室的气道，即为第二气道12；第二气道12的数量可以为多条，一般在一条至四条合适，具体可根据需求增加，只要第一气道11和第二气道12互不干涉。示例地，本申请示出了一条第二气道12，进气孔111位于进气部件10的上表面，第二气道12从进气部件10的侧壁经相邻的两个进气孔111之间的位置后、再连通下方的反应腔室，以向反应腔室内通入第二气体。

由此，第二气道12包括连通的前气道121和后气道122，前气道121用于通入第二气体，且与第一气道11垂直设置，后气道122与反应腔室连通，且与第一气道11平行设置。

前气道121的进口120设置在进气部件10的侧壁上，前气道121从进气部件10侧壁延伸至相邻的两个进气孔111之间的位置，前气道121水平设置，与垂直设置的第一气道11垂直；后气道122与前气道121在相邻的两个进气孔111之间的位置连通，后气道122垂直反应腔室设置，与第一气道11平行；第二气体由进气部件10的侧壁上的进口120经前气道121水平进入后，在相邻的两个进气孔111之间的位置折弯垂直向下、经后气道122进入反应腔室。

示例，第二气道12的横截面为圆形，即第二气道12为圆形气道，第二气道12的直径在1mm～4.5mm之间，也就是圆形的进口120的直径在1mm～4.5mm之间。第二气道12的直径根据第二气体的进气速度、并与第一气体进气速度匹配设置。

前述提到，进气部件10设置于反应腔室的顶部，第一气道11垂直于反应腔室，使第一气体经第一气道11垂直通入反应腔室内；第二气道12从进气部件10侧壁先水平、后垂直设置，使第二气体经第二气道12先水平、后垂直通入反应腔室内。

当然，本申请并不限于上述设置，进气部件10也可以位于反应腔室的其他位置，例如进气部件10可位于反应腔室的侧方位置，第一气道11和第二气道12在进气部件10上的位置根据进气部件10位置变化设置，具体根据实际需要设置，此处不再赘述。

在上述基础上，另一方面，本申请实施例还公开了一种HDP机台的反应腔室，包括设置于HDP机台的反应腔本体，以及设置于反应腔本体上的如上任意一项的反应腔室的进气结构，进气结构与反应腔本体连通。

HDP机台具有反应腔本体，反应腔本体上设置前述的进气结构，第一气体和第二气体通过进气结构通入反应腔本体，以对反应腔本体进行清洗。

由于第一气体通过进气孔111、气孔112a的两次匀气，使得第一气体能够均匀地进入反应腔室，提高了第一气体在反应腔室内的均匀性，改善了第一气体在晶圆上的膜厚分布，提高了晶圆膜厚的均匀性；均匀进气也缩短了清洗操作的时长，提高整个HDP机台的产能。

其中，应用于HDP机台的反应腔室时，反应腔室的进气结构中，进气部件10为RPS(Remote Plasma System,远程等离子体系统)部件。RPS部件装在HDP机台的反应腔本体的顶部，与反应腔本体相连通，用于反应腔本体的清洗。

该HDP机台的反应腔室包含与前述实施例中的反应腔室的进气结构相同的结构和有益效果。反应腔室的进气结构的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种反应腔室的进气结构，其特征在于，包括：进气部件(10)，所述进气部件(10)上分别设置有用于向反应腔室通入第一气体的第一气道(11)，以及用于向所述反应腔室通入第二气体的第二气道(12)，所述第一气道(11)和所述第二气道(12)分别和所述反应腔室连通，所述第一气道(11)用于使所述第一气体一次匀气后均匀进入所述反应腔室。

2.根据权利要求1所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述第一气道(11)沿所述反应腔室中心圆周均布形成至少两个进气孔(111)，所述第一气体经至少两个所述进气孔(111)一次匀气后，由所述第一气道(11)均匀进入所述反应腔室。

3.根据权利要求2所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述进气孔(111)呈圆弧型。

4.根据权利要求3所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述进气孔(111)在所述圆周上的径向直径(d)在5mm～15mm之间。

5.根据权利要求3所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，相邻两个所述进气孔(111)在所述圆周上的夹角(a)在30°～90°之间。

6.根据权利要求2至5任一项所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述第一气道(11)内还设置二次匀气结构，所述二次匀气结构位于所述进气孔(111)和所述反应腔室之间，所述第一气体依次经至少两个所述进气孔(111)和所述二次匀气结构后进入所述反应腔室。

7.根据权利要求6所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述进气孔(111)和所述反应腔室之间设置有进气隔板(112)，所述进气隔板(112)上的多个均匀分布的气孔(112a)形成所述二次匀气结构，至少两个所述进气孔(111)和所述二次匀气结构连通。

8.根据权利要求7所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述气孔(112a)的孔径在1mm～5.2mm之间。

9.根据权利要求2至5任一项所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述第二气道(12)经相邻两个所述进气孔(111)之间与所述反应腔室连通。

10.根据权利要求9所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述第二气道(12)包括连通的前气道(121)和后气道(122)，所述前气道(121)用于通入所述第二气体，且与所述第一气道(11)垂直设置；所述后气道(122)与所述反应腔室连通，且与所述第一气道(11)平行设置。

11.根据权利要求1或10所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述第二气道(12)的直径在1mm～4.5mm之间。

12.根据权利要求1所述的反应腔室的进气结构，其特征在于，所述进气部件(10)设置于所述反应腔室的顶部。

13.一种HDP机台的反应腔室，其特征在于，包括设置于所述HDP机台的反应腔本体，以及设置于所述反应腔本体上的如权利要求1至12任一项所述的反应腔室的进气结构，所述进气结构与所述反应腔本体连通。

14.根据权利要求13所述的HDP机台的反应腔室，其特征在于，所述反应腔室的进气结构中，所述进气部件(10)为RPS部件。