气体输送结构及气相沉积设备的制作方法

1.本发明涉及半导体加工技术领域，尤其涉及一种气体输送结构，以及一种气相沉积设备。


背景技术：

2.在半导体薄膜沉积设备中，通常需要配置气体管路结构运输清洗气体，以实现反应腔体内部、气体输送管道、喷淋板等设施的清洁功能。然而，目前本领的常规做法是中间进气，靠着腔体的抽力将集中于中心区域的气体抽散到周边，这样常常会导致晶圆中心区域厚，边缘薄的现象。并且，本领域的现有技术无法实现将清洗气体输送到不用的区域以实现不同区域的清洗。
3.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种气体输送结构，用于调节不同区域的气体流量以实现晶圆上方不同区域的气体浓度的调节，从而实现沉积膜的不同厚度的调节，并且能够将清洗气体输送到不同区域，以对不同区域进行清洗。


技术实现要素：

4.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
5.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种气体输送结构以及一种气相沉积设备，能够调节不同区域的气体流量以实现晶圆上方不同区域的气体浓度的调节，从而实现沉积膜的不同厚度的调节，并且能够将清洗气体输送到不同区域，以对不同区域进行清洗。
6.具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述气体输送结构，包括：分气块，包括多个气体入口及多条独立的气路，其中，第一入口经由第一气路通向喷淋板的内区挡板，第二入口经由第二气路通向所述喷淋板的外区挡板，第三入口经由第三气路通向所述喷淋板的清洗气体分气板；以及所述喷淋板，包括所述内区挡板、所述外区挡板及所述清洗气体分气板，其中，内区反应气体经由所述第一入口、所述第一气路及所述内区挡板，被喷洒到待加工晶圆的中心区域，外区反应气体经由所述第二入口、所述第二气路及所述外区挡板，被喷洒到所述待加工晶圆的边缘区域，清洗气体经由所述第三入口、所述第三气路及所述清洗气体分气板，被喷洒到晶圆托盘的中心区域及边缘区域。
7.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述的气体输送结构还包括：混气环，安装于所述分气块的内部，并设有纵向延伸的进气管，其中，所述进气管的外壁与所述分气块的内壁之间设有间隙，所述进气管的上部设有第一过气孔，而其下部通向所述喷淋板的内区挡板，所述第一气路通向所述间隙的下部，所述内区反应气体经由所述第一入口及所述第一气路抵达所述间隙的下部，沿所述间隙向上抵达所述第一过气孔，经由所述第一过气孔
进入所述进气管，再沿所述进气管向下抵达所述内区挡板。
8.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述的气体输送结构，其特征在于，还包括：rps块，其第一端连接所述清洗气体的气源，而其第二端连接所述第三入口，用于对所述清洗气体进行离子化，并将离子化的清洗气体输入所述第三入口。
9.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述rps块的第一端与第二端之间的气路上设有狭窄段，所述狭窄段的口径小于所述第一端的第一口径及所述第二端的第二口径，以在所述狭窄段形成局部高气压。
10.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述rps块的第一端与第二端之间的气路上设有弯折部，用于改变所述清洗气体的输送方向，以减弱所述清洗气体沿输入方向的冲量。
11.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述清洗气体分气板被设于所述内区挡板及所述外区挡板之间。
12.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述清洗气体分气板上设有多个内区气孔及多个外区气孔，其中，所述外区气孔的数量多于所述内区气孔的数量，和/或所述外区气孔的口径大于所述内区气孔的口径，以提升所述清洗气体在所述晶圆托盘的中心区域及边缘区域的局部分压的均匀性。
13.进一步地，在本发明的一些实施例中，所述的气体输送结构，还包括：内外区隔离环，设于所述多个内区气孔及多个外区气孔之间，用于隔离所述晶圆托盘的中心区域及边缘区域，以利于独立调节所述清洗气体在所述晶圆托盘的中心区域及边缘区域的局部分压。
14.此外，根据本发明的第二方面提供的气相沉积设备，包括反应腔，其中设有晶圆托盘，用于承载待加工晶圆；以及所述气体输送结构，连接所述反应腔，以向所述反应腔提供反应气体及清洗气体。
附图说明
15.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
16.图1示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体器件的加工设备的示意图。
17.图2示出了根据本发明的一些实施例提供的喷淋挡板的结构示意图。
18.图3示出了根据本发明的一些实施例提供的工艺气体的输送结构与输送气体流向示意图。
19.图4示出了根据本发明的一些实施例提供的清洗气体输送结构以及清洗气体流向示意图。
20.图5示出了根据本发明的一些实施例提供的混气环的结构示意图。
21.图6示出了根据本发明的一些实施例提供的喷淋挡板的剖面示意图。
22.图7示出了根据本发明的一些实施例提供的远程等离子体模块的俯视结构示意图。
23.图8示出了根据本发明的一些实施例提供的远程等离子体模块的结构示意图。
具体实施方式
24.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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发明中的具体含义。
26.另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
27.能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
28.如上所述，在半导体薄膜沉积设备中，通常需要配置气体管路结构运输清洗气体，以实现反应腔体内部、气体输送管道、喷淋板等设施的清洁功能。然而，目前本领的常规做法是中间进气，靠着腔体的抽力将集中于中心区域的气体抽散到周边，这样常常会导致晶圆中心区域厚，边缘薄的现象。并且，本领域的现有技术无法实现将清洗气体输送到不用的区域以实现不同区域的清洗。
29.为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种气体输送结构以及一种气相沉积设备，调节不同区域的气体流量以实现晶圆上方不同区域的气体浓度的调节，从而实现沉积膜的不同厚度的调节，并且能够将清洗气体输送到不同区域，以对不同区域进行清洗。
30.在一些非限制性的实施例中，本发明的第一方面提供的气体输送结构可以被配置于本发明的第二方面提供的上述气相沉积设备中。
31.首先请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的气相沉积设备的示意图。
32.如图1所示，在本发明的一些实施例中，本发明的第二方面提供的气相沉积设备包括远程等离子系统(remote plasma system，rps)模块11、分气块12、喷头上盖13、喷淋板18、反应腔(未绘示)以及晶圆托盘(未绘示)。本发明可以将发生反应的工艺气体单独通过分气块12。当该工艺气体通过分气块12之后，该工艺气体通过喷头上盖13单独输送至该喷淋板18的内外区域，之后该工艺气体进入位于上述喷淋板下方的反应腔(未绘示)中，通过调节内外区域的气体浓度，以实现位于晶圆托盘上的的晶圆(未绘示)的上方不同区域的气
体浓度的调节，进而实现沉积膜的不同厚度的调节。
33.此外，请结合参考图2、图3和图4，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的喷淋挡板的结构示意图，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的工艺气体的输送结构与输送气体流向示意图，图4示出了根据本发明的一些实施例提供的清洗气体输送结构以及清洗气体流向示意图。
34.如图1、图2、图3及图4所示，上述气体输送结构可以包括分气块11与喷淋板18。在此，该分气块11包括三个气体入口14、15、45以及三条独立气路16、17、46。该气体入口14为工艺气体的内区通道入口。该气体入口15为工艺气体的外区通道入口。该气体入口45为清洗气体的通道入口。该独立气路16为内区独立气路。该独立气路17为外区独立气路。该独立气路46为清洗气体独立气路。该喷淋板18可以包括内区挡板21、外区挡板22、清洗气体分气板23以及内外区隔离环24。
35.本发明可以将会发生反应的工艺气体分别通过该内区气体入口14与该外区气体入口15，再将通过内区气体入口14的气体经由内区独立气路16通向喷淋板18的内区挡板21，再经由喷淋板18将其喷洒到代加工晶圆的中心区域，内区气体的流向如图3中的31所示。类似地，本发明可以将上述通过该外区气体入口15的气体经由外区独立气路17通向喷淋板的外区挡板22，再经由喷淋板将其喷洒到代加工晶圆的边缘区域，外区气体的流向如图3中的32所示。如此，本发明便可以通过调节不同区域的气体流量以实现晶圆上方不同区域的气体浓度的调节，从而实现沉积膜的不同厚度的调节。
36.本发明还可以将清洁气体通过清洗气体的通道入口45。该清洗气体再通过该清洗气体的通道入口45，经由该清洗气体的独立气路46通向该清洗气体分气板23，通过喷淋板18喷洒到晶圆托盘的中心区域以及边缘区域。如此，本发明便能够有效的防止在极端情况下发生反流的工艺气体在清洗气体输送通道相遇，发生反应，引发颗粒度问题。
37.请进一步结合参考图1、图2、图3与图5，图5示出了根据本发明的一些实施例提供的混气环的结构示意图。
38.如图5所示，在本发明的一些实施例中，上述气体输送结构还可以包括混气环。该混气环安装于上述分气块12内部，并设有纵向延伸的进气管34。在此，该进气管34的外壁与上述分气块12的内壁之间设有间隙33。该进气管34的上部设有第一过气孔51，而其下部通向该喷淋板18的内区挡板21。该第一气路16通向该间隙33的下部。上述内区反应气体经由上述第一入口14及上述第一气路16抵达该间隙33的下部，沿该间隙33向上抵达该第一过气孔51，经由该第一过气孔51进入上述进气管34，再沿该进气管34向下抵达该内区挡板21。如此，内区气体便能从竖直方向进入喷淋板18，从而减少内区气体的横向冲量以提升内区气体的均匀性。
39.请进一步结合参考图4与图6。图6示出了根据本发明的一些实施例提供的喷淋板的剖面示意图。
40.如图4及图6所示，在本发明的一些实施例中，上述气体输送结构还可以包括喷头上盖42。该喷头上盖42用于构建并封闭上述喷淋板18的上部空间，并设有多个第二过气孔61。在此，上述第二气路17经由该多个第二过气孔61通向上述外区挡板22的上部空间。上述外区反应气体经由该多个第二过气孔61的初次匀气处理后，在该外区挡板22的上部空间向外辐射扩散，再经由上述外区挡板22进行二次匀气处理，以抵达上述待加工晶圆的边缘区
域。如此，本发明通过上述二次匀气处理以提升外区气体的均匀性。
41.请进一步结合参考图4、图7及图8，图7示出了根据本发明的一些实施例提供的远程等离子体模块的俯视结构示意图。图8示出了根据本发明的一些实施例提供的远程等离子体模块的结构示意图。
42.如图4、图7及图8所示，进一步地，在本发明的一些实施例中，该远程等离子体模块41其第一端44连接上述清洗气体的气源，而其第二端连接上述第三入口45，用于对上述清洗气体进行离子化，并将离子化的清洗气体输入上述第三入口45。该远程等离子体模块可以包括5个供清洗气体向下的通道71以使得清洗气体得以向下通入喷淋板18。该远程等离子体模块41还可以包括内圈清洗气体通道81以及外区清洗通道82。在此，该内圈清洗气体通道81气孔小而少，该外区清洗通道82气孔大而多。
43.进一步地，该远程等离子体模块41的第一端与第二端之间的气路上设有狭窄段43，上述狭窄段43的口径小于第一端44的第一口径及第二端的第二口径，以在上述狭窄段形成局部高气压。如此，本发明便可以通过先变小再变大的收束结构即弯折部43，提供局部高气压，以防止工艺气体沿rps块反流，从而防止反流的工艺气体在该清洗气体输送通道相遇并发生反应，从而避免引发颗粒度问题。
44.进一步地，该远程等离子体模块41的第一端44与第二端之间的气路上设有弯折部47，用于改变该清洗气体的输送方向，以减弱该清洗气体沿输入方向的冲量，以提升清洗气体的均匀性。优选地，弯折部可以设置在狭窄段43，以通过局部高气压来进一步提升清洗气体的均匀性。
45.进一步地，如图4所示，在本发明的一些实施例中，该清洗气体分气板23被设于该内区挡板21及上述外区挡板22之间。如此，本发明便可以将工艺气体流道设置在整个进气系统的中心位置，将清洗气体分布在周边，更有益于工艺气体分布的均匀性和对中性。
46.进一步地，如图4所示，由于部分清洗气体先由内区气孔232抵达晶圆托盘的中心区域，再向边缘区域扩散，并受到由外区气孔231抵达晶圆托盘的边缘区域的另一部分气体的阻挡，因而容易出现内部气压高，而外部气压低的情况。因此，该清洗气体分气板23上设有多个内区气孔232及多个外区气孔231。在此，该外区气孔231的数量多于该内区气孔232的数量，该外区气孔231的口径大于该内区气孔232的口径，以提升上述清洗气体在上述晶圆托盘的中心区域及边缘区域的局部分压的均匀性。
47.进一步地，在本发明的一些实施例中，上述内外区隔离环24，设于上述多个内区气孔232及多个上述外区气孔231之间，用于隔离上述晶圆托盘的中心区域及边缘区域，以利于独立调节该清洗气体在上述晶圆托盘的中心区域及边缘区域的局部分压，从而支持进行中心区域或边缘区域的独立清洗及差异化清洗。
48.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
49.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限
定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。