晶圆处理装置及方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种晶圆处理装置及方法。


背景技术：

2.在晶圆制造过程中，需要进行化学气相沉积(cvd)、等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)、刻蚀(etch)等工艺，通常由喷头喷出气体并使气体与晶圆表面产生反应。然而，相关技术中的处理装置及方法并没有很好地解决晶圆均匀性的问题。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种能够改善晶圆均匀性的晶圆处理装置及方法。
4.本发明提供的晶圆处理装置，包括：处理容器、供气组件和喷头，处理容器具有供气口，所述处理容器用以容纳被处理的晶圆；供气组件连通于所述供气口，用以向所述处理容器内部供给气体；喷头与所述供气口的位置对应设置；所述喷头具有多个喷孔，且沿轴向方向可旋转地设置在所述处理容器内，以使所述气体沿所述喷头的径向方向能够均匀分布，并通过所述多个喷孔均匀扩散至所述晶圆。
5.根据本发明的一些实施方式，所述喷头为圆盘状结构。
6.根据本发明的一些实施方式，所述多个喷孔沿着所述喷头的径向方向呈辐射状布置。
7.根据本发明的一些实施方式，所述喷头的中心区域的位置与所述供气口的位置对应设置。
8.根据本发明的一些实施方式，所述喷头的旋转轴线与所述供气口的中心线重合设置。
9.根据本发明的一些实施方式，所述晶圆处理装置还包括射频电极，所述射频电极连接于所述处理容器，并能够与一外部射频电源连接，用以将所述气体离子化。
10.根据本发明的一些实施方式，所述晶圆处理装置还包括基座，所述基座设置在所述处理容器内部，用以承托所述晶圆。
11.根据本发明的一些实施方式，所述基座可旋转地设置在所述处理容器内部；
12.其中，所述喷头的旋转方向与所述基座的旋转方向相反。
13.根据本发明的一些实施方式，所述基座还包括加热模块，用以加热所述晶圆。
14.根据本发明的一些实施方式，位于所述喷头的中心区域的所述喷孔的孔径小于位于所述喷头的边缘区域的所述喷孔的孔径。
15.根据本发明的一些实施方式，位于所述喷头的径向方向上的多个所述喷头的孔径逐渐变小。
16.根据本发明的一些实施方式，所述晶圆处理装置为pecvd设备。
17.本发明提供的晶圆处理方法，包括：
18.提供上述任一项所述的晶圆处理装置；
19.将晶圆放置在所述晶圆处理装置的处理容器内；
20.向所述处理容器内部供给气体，并旋转所述晶圆处理装置的喷头，以使所述气体沿所述喷头的径向方向能够均匀分布，并通过所述喷头的多个喷孔均匀扩散至所述晶圆。
21.根据本发明的一些实施方式，所述晶圆处理方法为等离子体增强化学气相沉积工艺。
22.根据本发明的一些实施方式，所述等离子体增强化学气相沉积工艺的工艺温度为350℃～550℃。
23.上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：
24.本发明实施例的晶圆处理装置，采用可旋转的喷头设计，使得气体接触喷头后，能够沿喷头的径向方向均匀分布，最终通过喷头的多个喷孔均匀地扩散至晶圆。本发明实施例的晶圆处理装置能够解决因喷头的喷孔位置差异导致气体压力分布不均，进而导致气体流速的差异的问题，有效避免了因局部流速过大，造成晶圆不均匀的问题，改善了晶圆质量。
25.另外，考虑到因射流现象导致的喷头的中心区域的流速最大，从中心向边界层方向流速逐渐减小的问题，本发明将位于喷头的边缘区域的喷孔的孔径加大，进而加大气体流量，使得气体能够均匀的扩散至晶圆表面，从而改善了均匀度。
附图说明
26.通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
27.图1示出的是相关技术中的一实施方式的晶圆处理装置的示意图。
28.图2示出的是本发明实施例的供气组件和喷头的结构示意图。
29.图3示出的是本发明实施例的晶圆处理装置的结构示意图。
30.图4示出的是本发明实施例的喷头的多个喷孔的布置示意图。
31.其中，附图标记说明如下：
32.100、处理容器
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
110、供气口
33.120、排气口
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
200、供气组件
34.300、喷头
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
310、喷孔
35.400、射频电极
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
500、基座
36.600、晶圆
具体实施方式
37.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
38.正如背景技术中所述，晶圆制造过程中，需要进行化学气相沉积(cvd)、等离子体增强化学的气相沉积法(pecvd)、刻蚀(etch)等工艺。相关技术中通过控制气体流速、压力、温度等条件来满足加工工艺对均匀性的要求。
39.举例来说，通过pecvd工艺在晶圆表面沉积的薄膜，在光电子及微电子等领域有着广泛的应用。随着电子器件工艺尺寸不断缩小，其对薄膜质量要求也越来越高。薄膜均匀性包括单片晶圆上不同位点间的差异性以及不同晶圆间的差异性。决定晶圆薄膜均匀性的重要参数之一是气体在晶圆上是如何流动，其流速的差异严重影响气体流量的分布，进而影响薄膜均匀性，即影响成膜质量。
40.如图1所示，图1示出的是相关技术中的一实施方式的晶圆处理装置的示意图。作为示例，图1示出的晶圆处理装置可以是pecvd设备，包括处理容器100、喷头300、射频电极400和基座500。其中，基座500用于承载被处理的晶圆600，且放置在处理容器100的内部。处理容器100的顶部开有供气口110，通过供气口110可以向处理容器100的内部供给气体。喷头300设置在处理容器100的内部，且与供气口110的位置对应设置。喷头300具有多个喷孔310，气体能够通过该多个喷孔310，扩散至晶圆600的表面。射频电极400能够与一外部射频电源连接，并在处理容器100内放电，用于将气体进行离子化。混合气体经过多个喷孔310后，扩散到晶圆600的表面发生化学反应从而在晶圆600的表面上沉积成所需的薄膜。
41.本发明的发明人在研究中发现，气体由供气口110进入处理容器100后，气体接触喷头300的空间位置不同，气体的密度和气体流速也就不同。具体来说，处于喷头300的中心区域(如图1的b区域)的气体，其流速较大；处于喷头300的边缘区域(如图1的a或c区域)，其流速较小。在流速大的b区域，薄膜沉积速率较快，在流速较小的a或c区域，薄膜沉积速率较慢。这样，晶圆表面的薄膜出现中间厚边缘薄的情况，影响均匀性。
42.本发明的发明人在研究中进一步发现，喷头300的喷孔310的孔径越小，其造成的气体射流现象越明显，进而导致喷头300的中心区域的流速最大，而靠近边界层流速较小的问题。这样，晶圆表面也会出现中间厚边缘薄的情况，影响均匀性。
43.基于此，本发明提供一种能够改善晶圆均匀性的晶圆处理装置及方法。
44.如图2和图3所示，图2示出的是本发明实施例的供气组件和喷头的结构示意图。图3示出的是本发明实施例的晶圆处理装置的结构示意图。本发明实施例的晶圆处理装置包括处理容器100、供气组件200和喷头300。处理容器100具有供气口110，处理容器100用以容纳被处理的晶圆600。供气组件200连通于供气口110，用以向处理容器100内部供给气体。喷头300与供气口110的位置对应设置；喷头300具有多个喷孔310，且沿轴向方向可旋转地设置在处理容器100内，以使气体沿喷头300的径向方向能够均匀分布，并通过多个喷孔310均匀扩散至晶圆600。
45.本发明实施例的晶圆处理装置，采用可旋转的喷头300设计，使得气体接触喷头300后，能够沿喷头300的径向方向均匀分布，最终通过喷头300的多个喷孔310均匀地扩散至晶圆600。本发明实施例的晶圆处理装置能够解决因喷头300的喷孔310位置差异导致气体压力分布不均，进而导致气体流速的差异的问题，有效避免了因局部流速过大，造成晶圆不均匀的问题，改善了晶圆质量。
46.为使本发明的上述目的、特征和优点能够明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。
47.请继续参阅图2和图3，本发明实施例的处理容器100整体可以为筒状结构，且包括底壁、侧壁和顶壁。底壁和顶壁相对设置，侧壁连接于底壁，且自底壁向上延伸连接于顶壁，共同合围成上述的筒状结构。当然，处理容器100也可以为其他合适的形状，此处不再一一
列举。
48.处理容器100具有供气口110和排气口120，其内部可被抽真空。反应气体能够通过供气口110进入处理容器100的内部，以与晶圆600发生反应。反应后的气体可以通过排气口120排出处理容器100。
49.在一具体实施方式中，供气口110设置在处理容器100的顶壁，排气口120设置在处理容器100的底壁。
50.供气组件200连通于供气口110，用以向处理容器100内部供给气体。根据晶圆的处理工艺，供气组件200能够向处理容器100供给包含不同组分的气体。
51.喷头300可旋转地设置在处理容器100内，并与供气口110的位置对应设置。具体来说，喷头300设置在供气口110和待处理的晶圆600之间。由供气口110供给来的气体先经过喷头300的多个喷孔310的扩散，再到达晶圆600的表面。
52.可以理解的是，驱动喷头300旋转的方式可以采用电机驱动。电机可以通过减速器与喷头300驱动连接，以实现喷头300低速旋转。
53.请继续参阅图2和图3，在一实施方式中，喷头300为圆盘状结构，并界定出轴向方向和径向方向，轴向方向和径向方向相互垂直。喷头300绕其轴线可旋转地设置在处理容器100内部。喷头300的中心区域的位置与供气口110的位置相对应，使得由供气口110输送来的气体能够直接到达喷头300的中心区域，并经过喷头300的旋转，气体能够沿着喷头300的径向方向均匀分布，最终实现气体通过多个喷孔310均匀扩散至晶圆600。
54.进一步地，喷头300的旋转轴线与供气口110的中心线重合设置。这样，由供气口110输送来的气体先到达喷头300的中心点。由于喷头300的各边缘与该中心点间的距离均相等，故而当喷头300旋转时，可进一步确保气体沿着径向方向均匀地扩散。
55.在一实施方式中，多个喷孔310沿着喷头300的径向方向呈辐射状布置。
56.请继续参阅图3，本发明实施例的晶圆处理装置还包括射频电极400，射频电极400连接于处理容器100，并能够与一外部射频电源连接，用以将气体离子化。
57.在一实施方式中，外部射频电源的功率为1000w～1500w，但不以此为限。
58.本发明实施例的晶圆处理装置还包括基座500，基座500设置在处理容器100内部，用以承托晶圆。基座500整体可由耐热材料制成，例如氧化铝等陶瓷。
59.基座500还包括加热模块，用以加热晶圆。该加热模块可以包括薄板状的电阻加热器，并嵌入基座500内。薄板状的电阻加热器通电后能够产生热量。
60.基座500可旋转地设置在处理容器100内部，以带动置于其上的晶圆600随之旋转。在一实施方式中，驱动基座500旋转的方式可以采用电机驱动。电机可以通过减速器与基座500驱动连接，以实现基座500低速旋转。
61.进一步地，喷头300的旋转方向与基座500的旋转方向相反。通过喷头300和基座500的旋转方向为相反的设计，进一步有效避免了晶圆600局部的气体流速过大，造成晶圆均匀性差的问题。
62.如图3和图4所示，图4示出的是本发明实施例的喷头的多个喷孔的布置示意图。在本实施例中，位于喷头300的中心区域的喷孔310的孔径小于位于喷头300的边缘区域的喷孔310的孔径。
63.考虑到因射流现象导致的喷头300的中心区域的流速最大，从中心向边界层方向
流速逐渐减小的问题，本发明将位于喷头300的边缘区域的喷孔310的孔径加大，进而加大气体流量，使得气体能够均匀的扩散至晶圆600表面，从而改善了均匀度。
64.在一实施方式中，多个喷孔310呈辐射状布置，且位于喷头300的径向方向上的多个喷头300的孔径逐渐变小。也就是说，位于喷头300的中心点的喷孔310的孔径最小，沿着径向方向，不同位置的喷孔310的孔径逐渐变大。
65.本发明的另一方面，提供一种晶圆处理方法，包括：提供上述任一项的晶圆处理装置；将晶圆600放置在晶圆处理装置的处理容器100内；向处理容器100内部供给气体，并旋转晶圆处理装置的喷头300，以使气体沿喷头300的径向方向能够均匀分布，并通过喷头的多个喷孔310均匀扩散至晶圆。
66.在一实施方式中，晶圆处理方法为等离子体增强化学气相沉积工艺(pecvd)。
67.进一步地，等离子体增强化学气相沉积工艺的工艺温度为350℃～550℃。
68.综上所述，本发明实施例的晶圆处理装置及方法的优点和有益效果在于：
69.本发明实施例的晶圆处理装置，采用可旋转的喷头300设计，使得气体接触喷头300后，能够沿喷头300的径向方向均匀分布，最终通过喷头300的多个喷孔310均匀地扩散至晶圆600。本发明实施例的晶圆处理装置能够解决因喷头300的喷孔310位置差异导致气体压力分布不均，进而导致气体流速的差异的问题，有效避免了因局部流速过大，造成晶圆不均匀的问题，改善了晶圆质量。
70.另外，考虑到因射流现象导致的喷头300的中心区域的流速最大，从中心向边界层方向流速逐渐减小的问题，本发明将位于喷头300的边缘区域的喷孔310的孔径加大，进而加大气体流量，使得气体能够均匀的扩散至晶圆600表面，从而改善了均匀度。
71.在发明实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。
72.发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，仅是为了便于描述发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对发明实施例的限制。
73.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
74.以上仅为发明实施例的优选实施例而已，并不用于限制发明实施例，对于本领域的技术人员来说，发明实施例可以有各种更改和变化。凡在发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明实施例的保护范围之内。