TW201521136A - 半導體處理裝置及應用於半導體處理裝置的氣體分布板 - Google Patents

Abstract

一種半導體處理裝置，包括，反應腔，反應腔內包括一個沿旋轉軸旋轉的基座，基座上設置有待處理基片，一個供氣系統包括一個氣體分布腔和一個分流器，分流器接收來自氣源的反應氣體並通過第一輸出端和第二輸出端輸出第一和第二處理氣體到所述氣體分布腔內，氣體分布腔下表面包括多個通氣孔連通到氣體分布腔將反應氣體供應到所述基片，所述氣體分布腔內還包括一個隔離壁將所述氣體分布腔分隔成中心腔和環繞所述中心腔的週邊腔，所述中心腔與所述第一輸出端相連通接收第一處理氣體，週邊腔與所述第二輸出端相連通接收第二處理氣體；其特徵在於所述隔離壁與所述旋轉軸具有不同距離。

Description

半導體處理裝置及應用於半導體處理裝置的氣體分布                                         板

本發明相關於一種半導體製造技術領域，特別是相關於一種應用於半導體處理裝置的氣體分布板。

用於積體電路的製造的半導體處理工藝包括化學氣相沉積工藝、和等離子體刻蝕工藝等。典型的如金屬有機物氣相沉積MOCVD，需要將反應氣體均勻的供應到反應腔內，反應腔底部包括旋轉的托盤，托盤上放置有待處理的基片。由於托盤面積很大，所以要使托盤上的基片處理得更均勻需要用很多補償手段來補償反應腔內硬體結構、氣流、溫度、反應物濃度等帶來的不均勻。常見的補償手段是在氣體供應裝置上設置多個氣體供應區，比如中心區域和環繞早中心區域週邊的邊緣區域。中心區域和邊緣區域分別供應不同流量的反應氣體或者不同濃度的反應氣體以補償其它原因造成的不均勻性。如圖1所示為本發明領域的半導體處理裝置的結構示意圖，半導體處理裝置包括反應腔100，反應腔內下方包括由旋轉支柱24支撐的托盤104，旋轉支柱24沿一個旋轉軸X驅動托盤高速旋轉。反應腔100下方還包括一個抽真空裝置106維持反應腔內的低壓狀態。托盤101上設置有待處理的多片較小基片105，或者一整塊基片。與基片相對的是氣體分布板，氣體分布板包括一底板210，底板的邊緣包括一個側壁212，氣體分布板還包括一塊頂板230，和隔離壁220。頂板230和底板210共同構成氣體分布腔，位於氣體分布腔內的隔離壁220又將氣體分布腔進一步分隔成互相隔離的內腔和外腔。底板210下表面開設有多個氣體通孔，將內腔和外腔內的氣體均勻噴射到下方的基片。頂板上還開設有分別連通到內腔和外腔的進氣口231和232。氣體分布板前端還設置有氣體分流裝置240，該氣體分流裝置240通過管道43接收來自氣源的氣體41，並根據處理工藝的需要調節分配到內腔和外腔的處理氣體流量或反應氣體濃度，使從內腔噴射入反應腔100內中心區域的處理氣體與從外腔噴射入反應腔100內週邊區域的處理氣體具有不同的流量或濃度。其中氣源41供應的氣體可以是單種氣體也可以是多種氣體的混合。氣體分流裝置輸出到內腔和外腔的處理氣體可以相同流量的，但是其中含有的有效反應氣體濃度或者成分可以有差別。

圖2a是傳統技術氣體分布板的底板210和氣體隔離壁220的立體結構圖，其中底板邊緣包括側壁212。傳統技術中由於下方托盤呈圓形所以整個氣體分布板也相應的為圓形，側壁212也是圓環狀的，氣體隔離壁220也是圓形的。圖2b為傳統技術中氣體分布板的截面圖，氣體分布板的底板210下表面開設有多個氣體通孔211,底板210與頂板230圍繞成的空間進一步被隔離壁220分隔成內腔S21和外腔S22。如圖2c所示，當內腔氣體1的流量較小，外腔氣體2流量較大時，相應的會在基片表面也會形成中心區流量大，邊緣區流量大的分布，這也是補償其它不均勻因素的需要。但是當內腔S21和外腔S22內的氣體流量或者濃度差距很大時，噴射到下方基片上表面的處理氣體在隔離壁220對應位置處會出現氣體流量或濃度的突變。這些在隔離壁對應位置的流量或濃度突變會造成下方處理效果的突變，造成在這個環狀區域內的處理效果與中心區域和邊緣區域的效果巨大差距。處於這個環狀帶的基片會出現大量瑕疵甚至報廢，嚴重影響基片處理的品質和效率。

為了防止基片表面出現處理氣體流量或濃度突變的區域，需要一種新的方法或結構抵消或減弱這一氣體流量或濃度的突變。

本發明為解決習知技術之問題所採用之技術手段係提供一種半導體處理裝置，半導體處理裝置具有分區向基片供氣的氣體分布板，不同區域內具有不同的流量或反應氣體濃度，要解決不同供氣區域之間處理氣體流量或者濃度的突變。

本發明提供一種半導體處理裝置，包括：反應腔，反應腔內包括一個沿旋轉軸旋轉的基座，基座上設置有待處理基片；反應腔內與所述旋轉基座相對的是一個供氣系統；所述供氣系統包括一個氣體分布腔和一個分流器，分流器接收來自氣源的反應氣體並通過第一輸出端和第二輸出端輸出第一和第二處理氣體到所述氣體分布腔內；氣體分布腔包括面向所述基座的第一表面，第一表面包括多個通氣孔連通到氣體分布腔將反應氣體供應到所述基片；所述氣體分布腔內還包括一個隔離壁將所述氣體分布腔分隔成中心腔和環繞所述中心腔的週邊腔，所述中心腔與所述第一輸出端相連通接收第一處理氣體，週邊腔與所述第二輸出端相連通接收第二處理氣體；其中所述隔離壁與所述旋轉軸具有不同距離。

在本發明的一實施例中提供一種半導體處理裝置，所述隔離壁可以是多邊形。

在本發明的一實施例中提供一種半導體處理裝置，所述第一處理氣體和第二處理氣體具有不同的流量或者反應氣體濃度。

在本發明的一實施例中提供一種半導體處理裝置，分流器用以調節第一處理氣體和第二處理氣體的流量比例，或者反應氣體濃度比例。

在本發明的一實施例中提供一種半導體處理裝置，所述半導體處理裝置用於化學氣相沉積，特別是金屬有機化學氣相沉積（MOCVD），在MOCVD中基座旋轉的速度非常高，所以能夠在過渡區域活動分布跟均勻的處理氣體。

在本發明的一實施例中提供一種半導體處理裝置，所述隔離壁與所述旋轉軸具有最小距離R1和最大距離R2，所述隔離壁內側的通氣孔的氣體流量具有第一氣體流量F1，隔離壁外側的通氣孔的氣體流量具有第二氣體流量F2，在R1到R2的過渡區域內，距離旋轉軸具有相同距離的圓環上，具有F1流量的氣孔與具有F2流量的比例為A，其中A隨著與所述旋轉軸距離增加而減少。

本發明為解決習知技術之問題所採用之另一技術手段係提供了一種氣體分布板，包括：底板和頂板，底板和頂板共同構成一個氣體分布腔，所述底板包括一個氣體擴散板，氣體擴散板下表面包括多個氣體通孔，氣體擴散板邊緣包括向上延伸的側壁，與所述頂板配合共同構成氣體分布腔；氣體分布板內包括至少一個隔離壁，將所述氣體分布腔隔離成內腔和外腔，所述隔離壁的在不同位置處與所述側壁具有不同的距離。

在本發明的一實施例中提供一種氣體分布板，所述側壁呈圓環型，所述隔離壁呈多邊形。

在本發明的一實施例中提供一種氣體分布板，內腔和外腔均包括一個進氣口以接受不同流量或濃度的處理氣體。

在本發明的一實施例中提供一種氣體分布板，所述進氣口位於所述頂板上，應用了本發明的氣體分布板能夠實現在隔離壁兩側的不同流量或濃度的處理氣體平穩過渡

以下說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。

請繼續參考圖3a，圖3a為本發明氣體分布板第一實施例底板立體結構圖，圖中包括底板410和位於底板邊緣部位向上延伸的側壁412。底板上表面還設置有隔離壁420，本發明第一實施例隔離壁420不是如現有技術的呈圓環型，而是正方形，包括四條邊框420a~420d。圖3b為圖3a中的底板410在安裝上頂板430後A剖面平面的截面圖，如圖3b所示，本發明氣體分布板的底板410下表面開設有多個氣體通孔411、413,底板410與頂板430圍繞成的空間進一步被隔離壁420分隔成內腔和外腔。來自氣體分流裝置240的第一氣體通入內腔，第二氣體通入外腔，第一氣體的流量或反應氣體濃度小於第二氣體的流量或反應氣體濃度。圖3c為圖3a所示本發明氣體分布板底板410的俯視圖，如圖3c所示，本發明第一實施例的氣體分布板中心為與旋轉軸X相交的X0點，在隔離壁420內側且距離中心點X0點的距離小於第一半徑R1的圓形區域S41內，沒有隔離壁的阻擋，氣體流量是均勻分布的，同樣隔離壁外側，距離中心點大於第二半徑R2且側壁412以外的環形區域S44內氣體流量也是均勻分布的。在介於第一半徑R1和第二半徑R2之間的環形區域內，在隔離壁420兩側又分割成4個對稱的內腔供氣區域S42和4個對稱的外腔供氣區域S43。

由於底板下表面的氣體通孔411和413分別對應外腔內腔，這些氣體通孔分布密集且基本均勻，所以同一個區域如隔離壁內側的流過不同氣體通孔的氣體流量是相同的，可以設中心區域對應每個氣體通孔413的流量是F1，隔離壁外側的邊緣區域對應每個氣體通孔411的流量為F2。 一定區域內的整體氣體流量只與該區域內覆蓋的氣體通孔數和這些氣體通孔的流量有關。在介於R1和R2之間的半徑為Rx，寬度為d（d的寬度可以自由選擇，但要大於氣體通孔411、413的口徑）的環狀區域上覆蓋的氣體通孔數與該環狀帶所覆蓋的S42、S43面積成正比。而環狀帶Rx±d上具有F1流量的通孔數與具有F2流量的通孔數的比例與圖中角度θ1：角度θ2的比例成正比關係。所以在圓環Rx±d上覆蓋的氣體通孔413的數量與氣體通孔411的數量比例為θ1：θ2。由於下方基片105是在托盤104上高速旋轉的，所以半徑為Rx±d的圓環帶上的氣體通孔流出的氣體會在整個環狀帶上均勻分布，最終流到這個環狀帶的等效反應氣體流量為其平均值，所以折算後半徑為Rx的環狀帶上平均每個氣體通孔的流量為：（θ1*F1+θ2*F2）/(θ1+θ2)，隨著半徑大小的變化不同環狀帶上θ1：θ2比例也會變化，不同半徑的環狀帶上等效氣體流量也相應的變化。當Rx為R2時θ1=0，θ2為90度，所以半徑為R2的環上平均每個氣體通孔的流量為F2，也就是與外腔中S44區域的平均氣流量相同；當Rx為R1時θ2=0，θ1為90度，所以半徑為R1的環上平均每個氣體通孔的流量為F1，也就是與內腔中S41區域內的平均氣流量相同。在Rx從R1到R2變化時，等效每個氣體通孔的氣體流量也從F1到F2逐漸轉變，也就是在半徑為R1-R2的這個環狀區域內等效氣體流量是逐漸變化的，不是像現有技術那樣在隔離壁對應位置的氣流是突變的。如圖3d所示，氣體分布板底板上的氣體通孔在中心X0兩側R1範圍內是低流量的，在大於R2的區域內是大流量的，位於R1和R2之間的等效每個氣體通孔流量是由內而外的逐漸增加的，這樣空間分布的流量使得不同區域間的等效流量分布是平滑過渡的。下方對應的待處理基片上由於氣體流量是平滑過渡的，所以避免了因為氣體流量突變造成的處理品質的突變，改善了整體的處理效果。

如圖4所示為本發明第二實施例，圖4中氣體分布板的底板610週邊包括一個側壁612，底板610上包括一個隔離壁620，該隔離壁620是正六邊型的，與第一實施例相同的原理，隔離壁620上包括多個邊框，這些邊框距離氣體分布板的中心點X0具有最小半徑和最大半徑，最小半徑以內的每個氣體通孔的氣體流量較低為F1，最大半徑以外的每個氣體通孔的氣體流量較高為F2。在下方基座高速旋轉時，最大半徑和最小半徑之間的圓環上等效每個氣體通孔的氣體流量是在F1和F2之間逐漸過渡。 除了上述第一、二實施例所述的結構，跟據本發明方法，只要位於氣體分布板內的隔離壁距離中心點X0具有不同的半徑或者距離底板邊緣的側壁距離具有不同的距離，就能實現位於R1和R2之間的過渡區域內由不同氣體通孔411、413所噴出的氣體流到下方的基片時，其等效流量是在第一氣體流量F1和第二氣體流量F2之間逐漸變化的。比如隔離壁可以是三角形、橢圓形、星形或者其它不規則形狀，這些都能實現本發明方法。要獲得最佳的氣體流量，在過渡帶（R1-R2區域）可以選擇不同的形狀的隔離壁，隔離壁內側和外側的面積比例決定了氣體流量在過渡帶內的過渡曲線。

由於本發明實現氣體流量的平滑分布需要托盤高速旋轉，所以本發明氣體分布結構特別適用於需要旋轉基片的應用場合，典型的如化學氣相沉積（CVD），特別是高速旋轉的應用場合MOCVD，典型的MOCVD旋轉速度能夠大於600轉/分，所以能夠取得最佳的效果

雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以請求項所限定的範圍為准。

100‧‧‧反應腔
1、2‧‧‧氣體
104‧‧‧托盤
105‧‧‧基片
106‧‧‧抽真空裝置
210、410、610‧‧‧底板
211、411、413‧‧‧氣體通孔
212、412、612‧‧‧側壁
220、420、620‧‧‧隔離壁
230、430‧‧‧頂板
231、232‧‧‧進氣口
24‧‧‧旋轉支柱
240‧‧‧氣體分流裝置
41‧‧‧氣源的氣體
420a、420b、420c、420d‧‧‧邊框
43‧‧‧管道
A‧‧‧剖面
d‧‧‧寬度
F1、F2‧‧‧流量
R1‧‧‧第一半徑
R2‧‧‧第二半徑
Rx‧‧‧R1和R2之間的半徑
S21‧‧‧內腔
S22‧‧‧外腔
S41‧‧‧圓形區域
S42‧‧‧內腔供氣區域
S43‧‧‧外腔供氣區域
S44‧‧‧環形區域
X‧‧‧旋轉軸
X0‧‧‧中心點
θ1、θ2‧‧‧角度

圖1是現有技術半導體處理裝置的結構示意圖； 圖2a是現有技術氣體分布板的立體結構圖； 圖2b是現有技術氣體分布板的截面示意圖； 圖2c是現有技術基片上表面氣體流量或濃度的分布曲線； 圖3a是本發明氣體分布板第一實施例的底板立體結構圖； 圖3b是本發明氣體分布板第一實施例的截面示意圖； 圖3c是本發明氣體分布板第一實施例底板的俯視圖； 圖3d是本發明第一實施例對應的基片上表面氣體流量或濃度的分布曲 線； 圖4是本發明第二實施例立體結構圖。

410‧‧‧底板

412‧‧‧側壁

420‧‧‧隔離壁

R1‧‧‧第一半徑

R2‧‧‧第二半徑

Rx‧‧‧R1和R2之間的半徑

S41‧‧‧圓形區域

S42‧‧‧內腔供氣區域

S43‧‧‧外腔供氣區域

S44‧‧‧環形區域

X0‧‧‧中心點

θ1、θ2‧‧‧角度

Claims (10)

1. 一種半導體處理裝置，包含： 反應腔，反應腔內包括一個沿旋轉軸旋轉的基座，基座上設置有待處理基片，反應腔內與所述旋轉基座相對的是一個供氣系統；所述供氣系統包括一個氣體分布腔和一個分流器，分流器接收來自氣源的反應氣體並通過第一輸出端和第二輸出端輸出第一和第二處理氣體到所述氣體分布腔內；氣體分布腔包括面向所述基座的第一表面，第一表面包括多個通氣孔連通到氣體分布腔將反應氣體供應到所述基片；所述氣體分布腔內還包括一個隔離壁將所述氣體分布腔分隔成中心腔和環繞所述中心腔的週邊腔，所述中心腔與所述第一輸出端相連通接收第一處理氣體，週邊腔與所述第二輸出端相連通接收第二處理氣體；其中所述隔離壁與所述旋轉軸具有不同距離。
2. 如請求項1所述半導體處理裝置，其中所述隔離壁是多邊形。
3. 如請求項1所述半導體處理裝置，其中所述半導體處理裝置用於化學氣相沉積。
4. 如請求項1所述半導體處理裝置，其中所述第一處理氣體和第二處理氣體具有不同的流量或者反應氣體濃度。
5. 如請求項1所述半導體處理裝置，其中所述分流器用以調節第一處理氣體和第二處理氣體的流量比例，或者反應氣體濃度比例。
6. 如請求項1所述半導體處理裝置，其中所述隔離壁與所述旋轉軸具有最小距離R1和最大距離R2，所述隔離壁內側的通氣孔的氣體流量具有第一氣體流量F1，隔離壁外側的通氣孔的氣體流量具有第二氣體流量F2，在R1到R2的過渡區域內，距離旋轉軸具有相同距離的圓環上，具有F1流量的氣孔與具有F2流量的比例為P，其中P隨著與所述旋轉軸距離增加而減少。
7. 一種應用於半導體處理裝置的氣體分布板，包含： 底板和頂板，底板和頂板共同構成一個氣體分布腔，所述底板包括一個氣體擴散板，氣體擴散板下表面包括多個氣體通孔，氣體擴散板邊緣包括向上延伸的側壁，與所述頂板配合共同構成氣體分布腔；氣體分布板內包括至少一個隔離壁，將所述氣體分布腔隔離成內腔和外腔，所述隔離壁在不同位置處與所述側壁具有不同的距離。
8. 如請求項7所述氣體分布板，其中所述側壁呈圓環型，所述隔離壁呈多邊形。
9. 如請求項7所述氣體分布板，其中所述內腔和外腔均包括一個進氣口以接受不同流量或濃度的處理氣體。
10. 如請求項9所述氣體分布板，其中所述進氣口位於所述頂板上。