专利名称：一种进气装置及应用该进气装置的半导体处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电子技术领域，具体而言，涉及一种进气装置及应 用该进气装置的半导体处理设备。
背景技术：
随着电子技术的高速发展，人们对集成电路的集成度要求越来 越高，这就要求生产集成电路的企业不断地提高半导体器件的加工/ 处理能力。通常，对半导体器件的加工/处理是在半导体处理设备中 进行的。例如，可以采用半导体刻蚀设备来对晶片等半导体器件进行 刻蚀。
目前，在刻蚀技术中广泛采用的是等离子体刻蚀技术。所谓等离 子体刻蚀技术指的是，反应气体在射频功率的激发下产生电离形成含 有大量电子、离子、激发态的原子、分子和自由基等活性粒子的等离 子体，这些活性粒子与被刻蚀物体(例如，晶片)的表面发生各种物 理和化学反应并形成挥发性的生成物，从而使得被刻蚀物体表面的性 能发生变化。
通常，在等离子体刻蚀过程中，反应气体通过设置在半导体刻蚀 设备上的进气装置而进入到半导体刻蚀设备的反应腔室内，并在此受 到射频功率的激发产生电离而形成等离子体，以对反应腔室内的晶片 等半导体器件进行刻蚀。
对于上述半导体刻蚀设备来说，刻蚀均匀性是一项非常重要的指 标，因而人们一直寻求各种方法来获得良好的刻蚀均匀性。在实际应 用中，影响刻蚀均匀性的因素有很多，例如进气装置的气流喷射方式 就是其中一个较为重要的影响因素。因此，人们希望通过改善气流的 喷射方式来控制刻蚀过程中活性粒子的分布,从而改善刻蚀速率、刻蚀 均匀性及选择比。
4进气装置通常设置在反应腔室上方的石英盖的大致中央位置处， 其气流喷射方式是，将反应气体从反应腔室上方集中喷入反应腔室内 的大致中央位置处。这种喷射方式的结果是，在反应腔室内被刻蚀的 晶片等半导体器件的中央部位处，反应气体聚集较多，得到离化的程 度较低；而在被刻蚀的晶片等半导体器件的边缘位置处，反应气体聚 集较少，得到离化的程度较高。而另一方面，在晶片等半导体器件的 中央部位处，等离子体的密度较高；在晶片等半导体器件的边缘位置 处，等离子体的密度较低。从而使得在晶片等半导体器件刻蚀速率不 均匀，进而导致刻蚀结果不均匀。
作为上述进气装置的气流喷射方式的一种变型是，进气装置通常 设置在反应腔室底部的边缘，其气流喷射方式是，将反应气体从反应 腔室下方边缘喷入反应腔室内。这种喷射方式的结果是，在反应腔室 内被刻蚀的晶片等半导体器件的中央部位处，气体聚集得少，而等离 子体的密度较高；在晶片等半导体器件的边缘位置处，气体聚集得多， 而等离子体的密度较低。因此，这同样造成在晶片等半导体器件的中 央部位处和边缘处的刻蚀不均匀。
为了更为清楚地认识上部中央位置气流喷射方式的气流分布状况 和等离子体密度的分布状况，请同时参阅图1和图2。
其中，图l为现有进气装置的气流喷射方式的模拟气流分布图。图 中右侧的坐标表示速度，m/s。从图中可以看出，反应气体从石英盖的 大致中央位置处进入到反应腔室内，在反应腔室的中央位置处气流分 布密度较大，并且自反应腔室中央位置处向其边缘处逐渐过渡过程中， 气流分布密度逐渐降低。
图2为现有进气装置的气流喷射方式所产生的等离子体密度的测 试曲线图。图中，横坐标表示距被加工/处理器件中心点的位置，单位 为mm;纵坐标表示等离子体的分布密度，单位为m人从图中可以看出， 在反应腔室的中央位置处等离子体的密度较高，并且自反应腔室中央 位置处向其边缘处逐渐过渡过程中，等离子体的密度逐渐降低。
尽管上面是以半导体刻蚀设备中所采用的进气装置为例来对现有 的进气装置进行说明，但是，对于采用上述进气装置的其他半导体处理设备而言，同样存在下述问题，即，向半导体处理设备的反应腔室 喷射反应气体时，在反应腔室内的中央部位处，气体聚集得多；在反 应腔室的边缘位置处，气体聚集得少。这样，当对反应腔室内的晶片 等半导体器件进行加工/处理时，这将使得在晶片等半导体器件的中央 部位处和边缘处的加工/处理速率不均匀，以致加工/处理结果不均匀， 从而影响加工/处理的质量。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种进气装置以及应用该进气装 置的半导体处理设备，其能够使进入到反应腔室内的气体分布得比较均 匀，并均匀地到达被加工的晶片等半导体器件的表面，从而使晶片等半 导体器件表面的加工/处理速率更加均匀，进而改善对晶片等半导体器 件的加工/处理结果。
为此，本发明提供了一种用于向反应腔室内喷射气体的进气装置， 所述反应腔室具有腔室侧壁和腔室上盖。所述进气装置包括侧喷嘴，用 以将气体从侧面喷入到所述反应腔室内。
其中，所述进气装置还包括中央喷嘴，所述中央喷嘴设置在所述腔 室上盖的大致中央位置处，用以将气体从反应腔室上部的大致中央位置 处喷入到所述反应腔室内。
其中，所述侧喷嘴设置在所述腔室侧壁上。
其中，所述侧喷嘴设置在所述腔室上盖的边缘位置处，和/或设置 在腔室底部的边缘位置处。
其中，所述侧喷嘴与所述反应腔室上盖和/或反应腔室底部成一定 的角度(3， p的取值范围在0度至90度之间。优选地，(3的取值范围在0度 到45度之间。
其中，所述侧喷嘴与所述反应腔室侧壁成一定的角度e， e的取值范
围在0度至180度之间。优选地，e的取值范围在30度到150度之间。
其中，所述侧喷嘴的角度p和/或角度e为可调的，角度p的调节范围 在o度至卯度之间，角度e的调节范围在o度至i80度之间。优选地，所述
侧喷嘴的角度P的调节范围在0度到45度之间，角度6的调节范围在30度至U150度之间。
优选地，所述侧喷嘴的数目至少为三个。更为优选地，所述多个侧 喷嘴环绕所述反应腔室均匀分布，并成螺旋状排列。
此外，本发明还提供了一种半导体处理设备，其包括具有腔室侧壁、 腔室上盖和/或腔室底盖的反应腔室，以及如上所述的进气装置。
通过上述技术方案可以看出，本发明提供的进气装置通过在腔室侧 壁上，和/或在腔室上盖的边缘位置处，和/或在腔室底盖的边缘位置处 设置侧喷嘴，来使进入反应腔室的气体分布得更加均匀，从而使晶片等 半导体器件表面的加工/处理速率更加均匀，进而提高对晶片等半导体 器件的加工/处理结果。而且，本发明提供的进气装置可以得到不同的 离化结果，从而改善半导体加工/处理过程中活性粒子的种类和数量， 并改善刻蚀等加工/处理的均匀性和选择比。
此外，本发明提供的半导体处理设备因为应用了本发明提供的进气 装置，因此同样能够使进入反应腔室的气体分布得更加均匀，从而使晶 片等半导体器件表面的加工/处理速率更加均匀，进而提高对晶片等半 导体器件的加工/处理结果。而且，还能够改善刻蚀等加工/处理的均匀 性和选择比。
图l为现有进气装置的模拟气流速度场分布图； 图2为现有进气装置的等离子体密度测试曲线图3示出了本发明提供的进气装置的侧喷嘴与腔室侧壁之间的夹角 图4示出了本发明提供的进气装置的侧喷嘴与腔室上盖之间的夹角 图5为采用本发明提供的进气装置得到的刻蚀map的分布图。
具体实施例方式
本发明提供的进气装置以及应用该进气装置的半导体处理设备的 技术核心是，通过设置侧喷嘴来使进入反应腔室的气体分布得更加均
7匀，从而使晶片等半导体器件表面的加工/处理速率更加均匀，进而提高对晶片等半导体器件的加工/处理质量。
为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的进气装置以及应用该进气装置的半导体处理设备进行详细描述。
本发明提供的进气装置可以用于向半导体处理设备的反应腔室内喷入气体。该进气装置包括可以从侧面向反应腔室喷入气体的侧喷嘴。这些喷嘴可以设置在反应腔室的侧壁上，也可以设置在反应腔室上盖的边缘位置处或底盖的边缘位置处，只要其能够从侧面将气体均匀地喷入到反应腔室内即可。
本发明第一实施例提供的进气装置包括设置在反应腔室石英盖的大致中央位置处的中央喷嘴和设置在反应腔室侧壁上的侧喷嘴。其中，中央喷嘴的设置方式和喷气方式与现有进气装置中的喷嘴类似，在此不再赘述。下面详细说明侧喷嘴的设置方式和喷气方式。
请同时参阅图3和图4，在反应腔室的侧壁上设置有四个侧喷嘴，这些侧喷嘴沿反应腔室的侧壁呈螺旋状地均匀分布，并且每个侧喷嘴与反
应腔室的侧壁成一定的角度e，即，每个侧喷嘴在水平面的投影与反应腔室侧壁在水平面的投影之间的夹角为e;每个侧喷嘴与反应腔室的石
英盖成一定的角度P，即，每个侧喷嘴在反应腔室侧壁的投影与反应腔
室石英盖在该侧壁的投影之间的夹角为p。其中，夹角e的取值范围在o
度至180度之间；夹角P的取值范围在0度至90度之间。
采用本发明第一实施例提供的进气装置向反应腔室内喷入气体时，由中央喷嘴向反应腔室内喷射的气体在反应腔室中央位置处分布得较
多，在反应腔室边缘处分布得较少；由侧喷嘴向反应腔室内喷射的气体在反应腔室边缘处分布得较多，在反应腔室中央位置处分布得较少。这样，借助于中央喷嘴和侧喷嘴的协同作用，可以使经由该进气装置而喷入到反应腔室内的气体从中央位置处到边缘位置处分布得较为均匀。
在实际应用中，通过调整侧喷嘴的角度(即，改变侧喷嘴的角度e
和角度p)，可以改变气体喷射的方向和位置，进而改善该进气装置所喷射的气流的均匀性，从而改善反应腔室内被加工/处理器件上的气体分布状况，最终实现加工/处理的均匀性。
需要指出的是，尽管前述实施例中四个侧喷嘴在水平面的投影与反
应腔室侧壁在水平面的投影之间的夹角e大小均相等，但是在实际应用中，多个侧喷嘴的e角也可以根据实际需要而为不同的数值。而且，侧喷嘴沿反应腔室侧壁无需呈螺旋状设置。
此外，采用本发明提供的进气装置可以调节不同区域的离化结果分
布。以CF4为例，通常会得到下述离化结果CF4 —CF3+F， CF4 —
CF2+2F， CF3 —CF2+F， CF3+CF3 —CF2+F，......；以C12为例，通常会
得到下述离化结果e+C12—C12++e+e， e+C12—C1++Cl+e+e， e+C12—C1++ Cl-+e， e+C12— (CI-)* — C1-+ CI* ， e+C12 — (Cl-)*+e—C1+Cl*+e，......。在不同的区域，这些离化结果分布往往不够均匀，然而，
借助于本发明提供的进气装置，通过调整侧喷嘴的角度，就可以达到在不同的位置调节活性粒子种类和数量的效果,这样就可以改善刻蚀速率map图的分布，进而改善刻蚀均匀性和选择比。例如，图5就示出了采用本发明提供的进气装置后刻蚀map的分布图。其中，刻蚀速率(ER)=1840A/min，刻蚀均匀性(EU) =1.8%。
可以理解的是，尽管前述实施例中的进气装置包括中央喷嘴和侧喷嘴，但是在实际应用中的进气装置也可以仅包括若干侧喷嘴，只要根据实际要求调整好角度e和角度p，也能使进入反应腔室内的气体更加均匀地到达晶片等半导体器件的表面，从而使晶片等半导体器件表面的加工/处理速率更加均匀，进而提高对晶片等半导体器件的加工/处理质量。
当然，在实际应用中，本发明提供的进气装置也可以采用从反应腔室的下部进气的方式，也就是说，本发明提供的进气装置也可以设置在反应腔室的下部，并由反应腔室的下部向反应腔室内部喷入气体。例如，中央喷嘴设置在反应腔室底盖的大致中央位置处，侧喷嘴设置在反应腔室底盖的边缘位置处和/或设置在反应腔室侧壁的靠下位置处。此时，
侧喷嘴与反应腔室底盖呈角度e，以使侧喷嘴倾斜向上地向反应腔室内
部喷射气体。
此外，作为本发明的另一个技术方案，本发明还提供了一种半导体处理设备。该设备配置有本发明提供的进气装置，至于该设备的其他部
9分的结构和工作原理，与现有技术中的半导体处理设备类似，在此不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1. 一种用于向反应腔室内喷射气体的进气装置，所述反应腔室具有腔室侧壁和腔室上盖，其特征在于，所述进气装置包括侧喷嘴，用以将气体从侧面喷入到所述反应腔室内。
2. 根据权利要求l所述的进气装置，其特征在于，还包括中央喷嘴，所述中央喷嘴设置在所述腔室上盖的大致中央位置处，用以将气体从反应腔室上部的大致中央位置处喷入到所述反应腔室内。
3. 根据权利要求1或2所述的进气装置，其特征在于，所述侧喷嘴设置在所述腔室侧壁上。
4. 根据权利要求1或2所述的进气装置，其特征在于，所述侧喷嘴设置在所述腔室上盖的边缘位置处，和/或设置在腔室底部的边缘位置处。
5.根据权利要求l所述的进气装置，其特征在于，所述侧喷嘴与所述反应腔室上盖和/或反应腔室底部成一定的角度(3， P的取值范围在O度至90度之间。
6. 根据权利要求5所述的进气装置，其特征在于，卩的取值范围在O度到45度之间。
7. 根据权利要求l所述的进气装置，其特征在于，所述侧喷嘴与所述反应腔室侧壁成一定的角度e， e的取值范围在0度至180度之间。
8. 根据权利要求7所述的进气装置，其特征在于，e的取值范围在30度到150度之间。
9. 根据权利要求5或7所述的进气装置，其特征在于，所述侧喷嘴的角度p和/或角度e为可调的，角度P的调节范围在0度至90度之间，角度e的调节范围在o度至i80度之间。
10. 根据权利要求9所述的进气装置，其特征在于，所述侧喷嘴的角度(3的调节范围在0度到45度之间，角度e的调节范围在30度到150度之间。
11. 根据权利要求l所述的进气装置，其特征在于，所述侧喷嘴的数目至少为三个。
12. 根据权利要求ll所述的进气装置，其特征在于，所述多个侧喷嘴环绕所述反应腔室均匀分布，并成螺旋状排列。
13. —种半导体处理设备，包括具有腔室侧壁、腔室上盖的反应腔室，其特征在于，还包括如权利要求1至12中任意一项所述的进气装置。
全文摘要
本发明提供了一种用于向反应腔室内喷射气体的进气装置，所述反应腔室具有腔室侧壁和腔室上盖，所述进气装置包括侧喷嘴，用以将气体从侧面喷入到所述反应腔室内。本发明还提供了一种半导体处理设备，其包括具有腔室侧壁和腔室上盖的反应腔室，并且还包括上述进气装置。本发明提供的进气装置以及应用该进气装置的半导体处理设备，能够使进入到反应腔室内的气体分布得比较均匀，并均匀地到达被加工的晶片等半导体器件的表面，从而使晶片等半导体器件表面的加工/处理速率更加均匀，进而改善对晶片等半导体器件的加工/处理结果。
文档编号H01L21/00GK101465276SQ20071017991
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者霍秀敏 申请人:北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司