CN220895452U - 一种气体注入装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种气体注入装置，包括气体传输部，所述气体传输部包括相互连通的进气端和出气端，其中，所述进气端设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口的横截面面积大于所述第二进气口的横截面面积；所述出气端设置有多个出气口，所述多个出气口中的任意一个出气口的横截面面积小于所述第一进气口的横截面面积。所述气体注入装置可提高气体进入半导体刻蚀设备的刻蚀腔后分布的均匀性，从而提高等离子体在晶圆上部刻蚀速率的均一性，进而提升晶圆的良率。

Description

一种气体注入装置

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种气体注入装置。

背景技术

随着半导体技术领域的不断更新以及集成电路制造尺寸的逐渐缩小，单片晶圆范围内各点的蚀刻均匀性越来越被重视，其不同区域内蚀刻的整体均匀性也成为提升良率的关键。

传统用于半导体刻蚀设备的气体注入器通常仅具有相互连通的一个进气口和一个出气口。气体由外部通过进气口进入气体注入器后由于流体本身的性质，沿气体注入器气体流动通道的中心区域的流速会大于其在气体流动通道边缘的流速，使得通过出气口流入半导体刻蚀设备的刻蚀腔中的气体分散不均。此外，单一出气口的设置也使得沿气体流动方向的气体密度远高于垂直于气体流动方向的气体密度，进一步影响了气体在刻蚀腔中气体分散的均匀性。

仅仅依靠现有蚀刻设备中温度、功率等参数的调节，已经难以满足成熟工艺产品对单片晶圆各区域内蚀刻均匀性的要求。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种气体注入装置，用于半导体刻蚀设备，以提高进入刻蚀腔体的气体分布的均匀性，从而提高等离子体在晶圆上部刻蚀速率的均一性，进而提升晶圆的良率。

本申请实施例提供一种气体注入装置，包括：气体传输部，所述气体传输部包括相互连通的进气端和出气端，其中，所述进气端设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口的横截面面积大于所述第二进气口的横截面面积；所述出气端设置有多个出气口，所述多个出气口中的任意一个出气口的横截面面积小于所述第一进气口的横截面面积。

在一些实施例中，所述出气端包括相交的第一表面和第二表面，所述多个出气口包括多个第一出气口和多个第二出气口，所述多个第一出气口位于所述第一表面，所述多个第二出气口位于所述第二表面。

在一些实施例中，所述第一进气口与所述多个第一出气口连通；以及所述第二进气口与所述多个第二出气口连通。

在一些实施例中，所述第一进气口的横截面积大于所述多个第一出气口的总横截面积。

在一些实施例中，所述第一进气口的横截面积与所述多个第一出气口中的任意一个第一出气口的横截面积比为7～144。

在一些实施例中，所述多个第一出气口成中心对称分布；和/或所述多个第二出气口等间距分布。

在一些实施例中，所述第二进气口为多个，多个所述第二进气口环绕所述第一进气口中心对称分布。

在一些实施例中，所述气体注入装置还包括固定部，所述固定部套接在所述气体传输部外侧面。

在一些实施例中，所述固定部朝向所述出气端的一侧设置有凹槽。

在一些实施例中，所述气体传输部的材料包括陶瓷。

在本申请实施例提供的气体注入装置可提高进入半导体刻蚀设备的刻蚀腔的气体分布的均匀性，从而提高等离子体在晶圆上部刻蚀速率的均一性，进而提升晶圆的良率。

附图说明

以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本申请的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。

其中：

图1是根据本申请一些实施例所示气体注入装置的结构示意图；

图2是根据本申请一些实施例所示的气体注入装置的进气端的端面结构示意图；

图3是根据本申请一些实施例所示的气体注入装置的出气端的端面结构示意图。

具体实施方式

以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本申请不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。

传统用于半导体刻蚀设备的气体注入器通常仅具有相互连通的一个进气口和一个出气口。气体由外部通过进气口进入气体注入器后由于流体本身的性质，沿气体注入器气体流动通道的中心区域的流速会大于其在气体流动通道边缘的流速，使得通过出气口流入半导体刻蚀设备的刻蚀腔中的气体分散不均。此外，单一出气口的设置也使得沿气体流动方向的气体密度远高于垂直于气体流动方向的气体密度，进一步影响了气体在刻蚀腔中气体分散的均匀性。

在大尺寸集成电路制造时，可以采用具有相互连通的一个进气口和一个出气口的气体注入器。然而随着集成电路尺寸的不断缩小，气体在刻蚀腔体分散的均匀性直接影响着位于晶圆上部的等离子体刻蚀速率的均一性，若气体在刻蚀腔内不能分布均匀，会直接导致加工后的晶圆蚀刻均匀度下降，进而降低晶圆的良率。

为解决上述问题，本申请提供一种气体注入装置，可提高进入刻蚀腔体的气体分布的均匀性，从而提高等离子体在晶圆上部刻蚀速率的均一性，进而提升晶圆的良率。

下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。

参考附图1至图3，其中图1为气体注入装置的结构示意图，图2为所述气体注入装置的进气端的端面结构示意图，图3为所述气体注入装置的出气端的端面结构示意图。本申请实施例提供的气体注入装置，用于半导体刻蚀设备，包括：气体传输部100，所述气体传输部包括相互连通的进气端101和出气端102，所述进气端101设置有第一进气口1011和第二进气口1012，所述第一进气口1011的横截面面积大于所述第二进气口1012的横截面面积；所述出气端设置有多个出气口，所述多个出气口中的任意一个出气口的横截面面积小于所述第一进气口1011的横截面面积。在气体传输时，可以根据实际需要，分别控制气体流入所述第一进气口1011及所述第二进气口1012的流速，从而调整气体到达所述多个出气口中不同出气口时的流速，提高气体在半导体刻蚀设备的刻蚀腔内分布的均匀性。

参考图1所示，在一些实施例中，所述气体传输部100包括相互连通的进气端101和出气端102，用于将刻蚀气体通入刻蚀设备中。其中，所述进气端101连接供气装置，所述刻蚀气体通过所述进气端101通入所述气体传输部100，再通过所述出气端102进入刻蚀设备的刻蚀腔内。

在一些实施例中，所述气体传输部100的材料包括陶瓷。陶瓷具有优异的抗腐蚀性能，可以避免气体传输部100在使用时被刻蚀气体腐蚀。

本申请一些实施例中，所述气体传输部的形状可以为圆柱、正四棱柱、正六棱柱或者正八棱柱，所述气体传输部100的直径为20～40mm，所述气体传输部100的长度为50～120mm。所述进气端101和出气端102的形状和尺寸分别适配于供气装置的出气口和刻蚀腔的进气口。

在一些实施例中，所述气体传输部100包括第一气体传输部1001和第二气体传输部1002，所述第二气体传输部1002的直径小于所述第一传输部1001的直径，所述进气端设置在第一传输部1001上，所述出气端设置在所述第二气体传输部1002上。一些实施例中，所述第一传输部1001的直径为25～35mm，所述第二传输部1002的直径为20～30mm。可选的，所述第一传输部1001的直径为30mm、32mm，所述第二传输部1002的直径为25mm、26mm。所述第一气体传输部1001的直径大于所述第二气体传输部1002的直径可以防止在所述刻蚀气体在传输过程中从所述第二气体传输部1002与刻蚀腔的进气口之间的间隙中溢出，提高气体传输部100与刻蚀腔的连接的密封性。

在一些实施例中，所述第一气体传输部1001的轴向长度为60～70mm。可选的，所述第一气体传输部1001的轴向长度可以为64mm、65mm、68mm等。

参考图2，在一些实施例中，所述进气端101设置有第一进气口1011和第二进气口1012。所述第一进气口1011为单个，所述第二进气口1012为多个，所述第一进气口的几何中心与所述进气端的端面的几何中心相同，多个所述第二进气口1012环绕所述第一进气口1021中心对称分布。可以通过分别调控气体进入所述进气口101及所述多个进气口1012的流速和密度，可以避免由单一进气口导致的气体在气体流动通道的中心区域的流速会大于其在气体流动通道边缘的流速进而引发的气体在刻蚀腔内分散不均的问题。在一些实施例中，所述第二进气口1012为6、8、10或12个。可选的，所述第二进气口1012为8个。

在一些实施例中，所述出气端102包括相交的第一表面和第二表面(所述第一表面为出气端102的正面，所述第二表面为出气端102的侧面，所述正面为装配后直接对向出气端102对向刻蚀腔内部的面)，所述多个出气口包括多个第一出气口1021和多个第二出气口1022，所述多个第一出气口1021位于所述第一表面，所述多个第二出气口1022位于所述第二表面。

在一些实施例中，所述第一表面与所述第二表面的夹角为45～90°。可选的，所述第一表面与所述第二表面的夹角可以为60°、90°等。所述多个第一出气口1021与所述多个出气口1022的不同朝向有利于提高气体进入刻蚀腔后分散的均匀性，进而增强刻蚀效果，提升晶圆的良率。

在一些实施例中，所述多个第一出气口1021成中心对称分布；和/或所述多个第二出气口1022等间距分布。在一些实施例中，所述多个第一出气口1021成正六边形阵列、正八边形阵列或正十边形阵列分布。可选的，所述多个出气口1021成正六边形阵列分布。

本申请一些实施例中，，所述第一进气口1011与所述多个第一出气口1021连通；以及多个所述第二进气口1012分别与对应的所述多个第二出气口1021连通。在一些实施例中，所述多个第一出气口1021与所述多个第二出气口1021不贯通。通入气体时，可通过分别调节进入所述第一进气口1011与进入多个所述第二进气口1012的气体的流速，从而调节从所述多个第一出气口1021与所述多个第二出气口1022流出的气体的流速，以提高气体在刻蚀腔内分散的均匀性。在一些实施例中，所述第一进气口1011的横截面面积大于所述多个第二进气口1012中任意一个第二进气口1012的横截面面积，所述第二进气口1012较小的横截面面积更有利于实现气体流速的微调。

在一些实施例中，所述第一进气口1011的横截面积大于所述多个第一出气口1021的总横截面积，以提高气体在流出所述多个第一出气口1021时的分散的均匀性。在一些实施例中，所述第一进气口1011的横截面及所述多个第一进气口1021中的任意一个进气口1021的横截面可以是为圆形、三角形或者四边形等，所述第一进气口1021的直径为8～12mm，所述多个第一进气口1021中的任意一个进气口1021的直径为1～3mm。可选的，所述第一进气口1021的直径可以是10mm、11mm等，所述多个第一进气口1021中的任意一个进气口1021的直径可以是2mm、2.5mm等。

在一些实施例中，所述第一进气口1011的横截面积与所述多个第一出气口1021中的任意一个第一出气口1021的横截面积比为7～144。

在一些实施例中，多个所述第二进气口1012中任意一个第二进气口1012的横截面积与所述多个第二出气口1021的横截面积相同。在一些实施例中，多个所述第二进气口1012中任意一个第二进气口1012的横截面与所述多个第二出气口1021的横截面都为圆形，多个所述第二进气口1012中任意一个第二进气口1012和所述多个第二出气口1021的直径为1～3mm。可选的，多个所述第二进气口1012中任意一个第二进气口1012和所述多个第二出气口1021的直径可以是2mm、2.5mm等。

继续参考图1，在一些实施例中，所述气体注入装置还包括固定部103，所述固定部103沿周向套接在所述气体传输部100外侧面，所述固定部103用于将所述气体注入装置固定至刻蚀腔的进入口，所述固定部103的形状与刻蚀腔的进气口的形状匹配。

在一些实施例中，所述固定部103为环形，所述固定部103沿所述气体传输部100的径向的宽度为3～7mm，所述固定部103沿所述气体传输部100的轴向的宽度为2～6mm。可选的，所述固定部103沿所述气体传输部100的径向的宽度可为4mm或5mm，所述固定部103沿所述气体传输部100的轴向的宽度可为4mm或5mm。

在一些实施例中，所述固定部103朝向所述出气端102的一侧设置有凹槽1031，所述凹槽1031用于将所述气体传输部100密封地连接至刻蚀腔。在一些实施例中，所述凹槽1031的深度为1～3mm，所述凹槽1031的宽度为1～3mm。可选的，所述凹槽1031的深度可以为2mm、1.5mm，所述凹槽1031的宽度可为1mm、2mm。在一些实施例中，沿所述气体传输部100的径向，所述凹槽1031的外边缘距离所述固定部103的外边缘的距离为1～3mm。可选的，所述凹槽1031的外边缘距离所述固定部103的外边缘的距离可以为1.5mm或2mm。

所述固定部103的材料包括陶瓷，可以与所述气体传输部100一体成型制作而成。

在一些实施例中，所述固定部103套设在所述第一气体传输部1001上。所述固定部103设置有凹槽1031的一侧与所述第一气体传输部1001与所述第二传输部1002的接触面平齐，以更好地避免气体从所述第二气体传输部1002与刻蚀腔的进气口之间的间隙中溢出，提高气体传输部100与刻蚀腔的连接的密封性。

在一些实施例中，所述第二气体传输部1002的外表面包括第一区域和第二区域(附图1及附图3中标示阴影的区域代表所述第一区域，未标示阴影的区域代表第二区域)，所述第一区域的表面包括保护涂层，以及所述多个第一出气口1021与所述多个第二出气口1022均位于所述第一区域。在使用时，所述第二气体传输部1002的所述第二区域与刻蚀腔的进气口抵触以将所述气体传输部100密封地连接至刻蚀腔，所述第二气体传输部的1002的所述第一区域伸入刻蚀腔内部，气体通过所述多个第一出气口1021与所述多个第二进气口1022进入刻蚀腔。在一些实施例中，所述保护涂层的材料包括含氟元素和/或铱元素的陶瓷。所述保护涂层可避免气体对进入刻蚀腔内部的所述第二气体传输部1002的所述第一区域的腐蚀，同时减少气体在所述第一区域的吸附，提高刻蚀腔内气体分散的均匀性。

本申请提供的气体注入装置通过增加进气口、出气口的数量、调整出气口的朝向，提高气体在进入刻蚀装置的刻蚀腔时分散的均匀性。此外，本身申请还通过设置进气口、出气口的横截面面积，进一步优化气体流速的调整，实现气体在刻蚀腔内的均匀分布。同时，所述气体注入装置还具有固定部以及不同直径的气体传输部，可以在气体注入装置连接至刻蚀腔时确保气体注入装置与刻蚀腔腔体连接的密封性。

要说明的是，不同实施例可能产生的有益效果不同，在不同的实施例里，可能产生的有益效果可以是以上任意一种或几种的组合，也可以是其他任何可能获得的有益效果。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是转动连接，也可以是滑动连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，当本申请说明书中使用了“第一”、“第二”等术语描述各种特征时，这些术语仅用于对这些特征进行区分，而不能理解为指示或暗示特征之间的关联性、相对重要性或者隐含指明所指示的特征数量。

除此之外，本申请说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本申请中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种气体注入装置，用于半导体刻蚀设备，其特征在于，包括：

气体传输部，所述气体传输部包括相互连通的进气端和出气端，其中，所述进气端设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口的横截面面积大于所述第二进气口的横截面面积；所述出气端设置有多个出气口，所述多个出气口中的任意一个出气口的横截面面积小于所述第一进气口的横截面面积。

2.根据权利要求1所述的气体注入装置，其特征在于，所述出气端包括相交的第一表面和第二表面，所述多个出气口包括多个第一出气口和多个第二出气口，所述多个第一出气口位于所述第一表面，所述多个第二出气口位于所述第二表面。

3.根据权利要求2所述的气体注入装置，其特征在于，所述第一进气口与所述多个第一出气口连通；以及所述第二进气口与所述多个第二出气口连通。

4.根据权利要求3所述的气体注入装置，其特征在于，所述第一进气口的横截面积大于所述多个第一出气口的总横截面积。

5.根据权利要求4所述的气体注入装置，其特征在于，所述第一进气口的横截面积与所述多个第一出气口中的任意一个第一出气口的横截面积比为7～144。

6.根据权利要求2所述的气体注入装置，其特征在于，所述多个第一出气口成中心对称分布；和/或所述多个第二出气口等间距分布。

7.根据权利要求1所述的气体注入装置，其特征在于，所述第二进气口为多个，多个所述第二进气口环绕所述第一进气口中心对称分布。

8.根据权利要求1所述的气体注入装置，其特征在于，还包括：

固定部，所述固定部套接在所述气体传输部外侧面。

9.根据权利要求8所述的气体注入装置，其特征在于，所述固定部朝向所述出气端的一侧设置有凹槽。

10.根据权利要求1所述的气体注入装置，其特征在于，所述气体传输部的材料包括陶瓷。