进气装置及反应腔室的制作方法

本发明涉及半导体芯片制造技术领域，尤其涉及一种进气装置及反应腔室。

背景技术：

原子层沉积可以将物质以单原子膜形式一层一层镀在晶圆表面。在镀膜过程中，两种或者更多的化学气相反应气体依次在晶圆表面发生化学反应从而产生固态的薄膜。

相关技术中，反应腔室包括管道和腔室本体，管道与腔室本体相连通。反应气体通过载气携带可以通过管道通入腔室本体内，进而使得反应气体在腔室本体内发生反应，从而在晶圆的表面产生薄膜。

为了提高晶圆表面薄膜的均匀性，管道的出气端设置有直通进气栅，反应气体和载气经过直流通气栅时能够对反应气体和载气进行混流，从而使得反应气体和载气混合更加均匀，以使腔室本体内的压强维持在较高的范围，进而使得反应腔室的工艺性更好。

然而，直通进气栅虽然能够对反应气体和载气进行混流，但是其对气体的阻流较大，因此当反应腔室需要进行清洗时，通入的清洗气体被直通进气栅阻流，进而使得反应腔室的清洗效果较差。

技术实现要素：

本发明公开一种进气装置及反应腔室，以解决反应腔室的清洗效果较差的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

一种进气装置，所述进气装置用于与反应腔室连通，所述反应腔室包括腔室本体和喷淋头，所述喷淋头设置于所述腔室本体的顶部，所述进气装置用于和所述喷淋头连通，所述进气装置包括：

第一管道，所述第一管道用于与所述喷淋头相连通，所述第一管道的侧壁开设有第一通孔，所述第一管道的进气端用于通入第一反应气体或清洗气；

进气组件，所述进气组件包括组件本体，所述组件本体套设于所述第一管道的外侧，所述组件本体内具有环绕所述第一管道的至少两个通道，所述至少两个通道沿所述组件本体的径向间隔分布，所述组件本体的外侧设有第二通孔，所述第二通孔与其相邻近的所述通道相连通，所述组件本体内设有第三通孔，所述第三通孔用于连通相邻的两个所述通道，所述组件本体内侧设有第四通孔，所述第四通孔与其相邻近的所述通道相连通，所述第四通孔通过所述第一通孔与所述第一管道相连通，所述进气组件用于通过所述第二通孔向所述第一管道通入第一反应气体。

一种反应腔室，包括：反应腔体和喷淋头，所述喷淋头设置于所述腔室本体上，反应腔室还包括上述的进气装置，所述进气装置与所述喷淋头连通。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

本发明公开的进气装置中，进气组件包括组件本体，组件本体套设于第一管道的外侧，组件本体具有环绕第一管道的至少两个通道，至少两个通道沿组件本体的径向间隔分布。第二反应气体和载气能够在至少两个通道进行混合，第二反应气体和载气混合充分，从而使得腔室本体内的压强维持在较高的范围。此方案中，第二反应气体和载气的混合在第一管道之外进行，从而使得第一管道内无需设置混合部件。当反应腔室需要进行清洗时，由于第一管道内无混合部件，因此第一管道内的阻流较小，进而使得清洗气体不容易被阻碍在第一管道内，进而提高反应腔室的清洗效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为相关技术中的反应腔室的结构示意图。

图2为本发明实施例公开的第一种反应腔室的剖视图；

图3为本发明实施例公开的第一种反应腔室的进气装置的剖视图；

图4为本发明实施例公开的第二种反应腔室的剖视图；

图5为本发明实施例公开的第二种反应腔室的进气装置的剖视图；

图6～图8为本发明实施例公开的进气装置的第二通孔的结构示意图。

附图标记说明：

100-腔室本体、

200-第一管道、210-第一通孔、220-第五通孔、

300-进气组件、301-通道、310-组件本体、311-筒体外套、3111-第二通孔、3112-第四通孔、3113-第六通孔、3114-第八通孔、312-筒体、3121-第三通孔、3122-第七通孔、320-底座、321-安装孔、

400-等离子体清洗装置、410-第二管道、

500-喷淋头、

600-基座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各个实施例公开的技术方案。

在等离子体增强原子层沉积(plasmaenhancedatomiclayerdeposition，peald)相关技术中，如图1所示，反应腔室包括管道1、密封块2、腔室本体3和喷淋头4，喷淋头4设置于腔室本体3的顶部，密封块2设置于管道1的出气端，密封块2开设有通孔21，通孔21用于连通喷淋头4与管道，管道1的出气端设置有直通进气栅5，直通进气栅上开设有小孔，用于对通入的反应气体和载气进气混合。管道1的侧壁上开设有进气孔11，进气孔11用于通入第一反应气体、第二反应气体和载气。反应腔室还包括有射频电源6，射频电源6与喷淋头4电连接，从而形成上电极。当第一反应气体和第二反应气体通入腔室本体内后，射频电源6为喷淋头4施加射频从而使第一反应气体产生等离子体。

发明人在实现本发明创造的过程中发现，直通进气栅5虽然能够对第一反应气体、第二反应气体和载气进行混流，以实现增压的作用。但是其对气体的阻流较大，反应腔室通入的清洗气体容易被直通进气栅5阻流，进而使得反应腔室的清洗效果较差。另外，第一反应气体和第二反应气体都通过进气孔11通入，从而使得第一反应气体和第二反应气体容易发生气相反应，造成反应腔室的安全性降低。此外，由于直通进气栅对清洗气体阻流大，因此需要延长清洗时间和清洗气体的用量，清洗时间和清洗气体的用量的增加容易造成腔室本体内的部件造成损伤，进而缩短腔室本体的使用寿命。

本申请公开的方案如图2～8图所示，本发明实施例公开一种进气装置，所公开的进气装置用于与反应腔室连通，反应腔室包括腔室本体100和喷淋头500，喷淋头500设置于腔室本体100的顶部，进气装置用于和喷淋头500连通。所公开的进气装置包括第一管道200和进气组件300。

第一管道200用于与喷淋头500相连通，此时，第一管道200的出气端与喷淋头500相连通。第一管道200的侧壁开设有第一通孔210。第一管道200的进气端用于通入第一反应气体或清洗气体。第一反应气体可以为n2、n2/h2、nh3等气体。第一反应气体一般为反应物。清洗气体可以为nf3等气体。

进气组件300包括组件本体310，组件本体310套设于第一管道200的外侧。组件本体310内具有环绕第一管道200的至少两个通道301。至少两个通道301沿组件本体310的径向间隔分布。组件本体310的外侧设有第二通孔3111，此时，第二通孔3111外露于组件本体310。第二通孔3111与其相邻近的通道301相连通。组件本体310内设有第三通孔3121，第三通孔3121用于连通相邻的两个通道301。组件本体310内侧设有第四通孔3112，第四通孔3112与其相邻近的通道301相连通。第四通孔3112通过第一通孔210与第一管道200相连通，进气组件300用于通过第二通孔3111向第一管道200通入第二反应气体和载气。载气具有较好的流动性，从而能够用于携带第二反应气体，增强第二反应气体的流动性。第二反应气体可以为含卤素的反应体，如si2cl6；或者可以为含c的有机气体，如3dmas；再或者可以为既不含c又不含卤素的反应气体，如sih4。第二反应气体为反应源。载气可以为惰性气体，如氩气。上文中提到的第一反应气体和第二反应气体是用于为晶圆镀膜的反应物。

当进气装置通入第二反应气体和载气时，首先第二反应气体和载气由第二通孔3111通入通道301内，再由第三通孔3121通入另一个通道301内，最后经由第四通孔3112通入第一管道200内，再由第一管道200传递至喷淋头500，经过喷淋头500喷淋后传入腔室本体100内。

具体的操作过程中，第二反应气体通入腔室本体100后，第二反应气体均匀的分布在晶圆的表面。再将第一反应气体通入腔室本体100，第一反应气体电离后形成激发态n原子活性基团，高能的离化粒子解离第二反应气体中的含硅基团，从而形成氮化硅薄膜。

上述实施例中，反应腔室还可以包括射频电源，射频电源与喷淋头500电连接，此时喷淋头500和射频电源组成上电极。上电极启动时，能够电离第一反应气体或者清洗气。

本申请公开的实施例中，第二反应气体和载气能够在至少两个通道301内进行充分混合，第二反应气体和载气混合充分，从而使得腔室本体100内的压强维持在较高的范围。相比与上述的相关技术来说，本申请中的第二反应气体和载气的混合在第一管道200之外进行，从而使得第一管道200内无需设置混合部件。由于第一管道200内无混合部件，因此第一管道200内的阻流较小，进而使得清洗气体不容易被阻碍在第一管道200内，进而提高反应腔室的清洗效果。

本申请实施例相比于上述相关技术来说，第一管道200内的阻流较小，从而使得清洗气体能够顺畅的流入腔室本体100内，进而缩短清洗时间和清洗气体的用量，从而使得腔室本体100的部件不容易造成损伤，以延长腔室本体100的使用寿命。

另外，由于第一管道200内无混合部件，因此第一管道200内的清洗气体能够均匀的扩散到腔室本体100内，从而能够提高反应腔室的工艺均匀性。

本申请中的第一反应气体从第一管道200的进气端通入，第二反应气体从进气组件300通入。而上文中相关技术中，第一反应气体和第二反应气体均从上述的进气孔通入。因此本申请此种通气方式能够避免第一反应气体和第二反应气体发生气相反应的风险，进而提高了进气装置的安全性和可靠性。

为了使得第二反应气体和载气混合的更加均匀，在另一种可选的实施例中，第三通孔3121的数量可以为多个，多个第三通孔3121可以沿第一管道200的轴线方向间隔设置。此方案中，第三通孔3121的数量较多增加了第二反应气体和载气的流动性能，从而使得通入的第二气体和载气混合的更加充分，提高了沉积的速度。

上述实施例中，为了维持第二反应气体的蒸汽压以及使得第二反应气体和载气混合的更加均匀，上述各通气孔可以合理布局。第二通孔3111的直径可以为5mm至10mm之间，优选6mm至8mm之间。第三通孔3121的直径可以为2mm至6mm之间，优选的3mm至5mm之间。第三通孔3121的数量可以为3至6个。第一通孔210的直径可以为3mm至8mm之间，优选的4mm至6mm之间。第四通孔3112的尺寸可以和第一通孔210的尺寸相同。当然上述第一通孔210、第二通孔3111和第三通孔3121的直径还可以为其他数值，本文不作限制。

在另一种可选的实施例中，第二通孔3111的入口侧和组件本体310的底端的距离与第二通孔3111的出口侧与组件本体310的底端的距离不同。此时，第二通孔3111倾斜设置，第二通孔3111倾斜进气方式可以分为向下倾斜和向上倾斜。当第二通孔3111的入口侧和组件本体310的底端的距离大于与第二通孔3111的出口侧与组件本体310的底端的距离时，第二通孔的出口端更靠近组件本体310的底端，因此第二通孔倾斜向下设置。当第二通孔3111的入口侧和组件本体310的底端的距离小于第二通孔3111的出口侧与组件本体310的底端的距离时，第二通孔的进口侧更靠近组件本体310的底端，因此第二通孔倾斜向上设置。

再或者，第二通孔3111的入口侧与组件本体310的底端的距离与第二通孔3111的出口侧与组件本体310的底端的距离相同。此时第二通孔3111的轴线与第一管道200的轴线垂直，也就是说，第二通孔3111水平进气。

上述方案中，进气组件300可以根据其进气需求灵活选择三种进气方式，从而能够满足不同的进气需求，提高进气组件300的使用性能。

优选地，第二通孔3111采用倾斜向下的进气方式。当第二通孔3111采用倾斜向下的进气方式时，第二反应气体进入通道301后，第二反应气体携带的微粒会沉积在通道301内，从而使得微粒不容易进去腔室本体100内，进而提高反应腔室的洁净度。

上述实施例中，组件本体310可以为一体式结构，可以在组件本体310内采用浇注通道301，但是此种方式脱模难度较大，进而造成组件本体310的加工难度较大。

在另一种可选的实施例中，如图3所示，组件本体310可以包括筒体外套311和至少一个筒体312，筒体外套311的底端至顶端的方向上可以开设有凹槽。至少一个筒体312可以位于凹槽内，筒体312与凹槽的侧壁以及相邻的两个筒体312之间围成通道301。第三通孔3121可以开设于筒体312，第二通孔3111和第四通孔3112可以均开设于筒体外套311。此时，凹槽靠近第一管道200的一侧的侧壁上开设有第四通孔3112，凹槽远离第一管道200的一侧的侧壁上开设有第二通孔3111。此方案中，通道301通过相邻的两个筒体312或者筒体312与凹槽的侧壁组成，从而使得组件本体310的结构简单，制作方便。

上述实施例中的凹槽，可以通过机械加工的方式制作，例如，可以采用铣、刨等方式开设凹槽，当然还可以采用其他方式，本文不作限制。

上述实施例中，筒体外套311和筒体312之间可以采用焊接、卡接、粘接、螺纹、铆接等方式连接。

进一步地，凹槽可以为楔形槽，筒体312可以位于楔形槽内，且筒体312的一端与楔形槽的槽底相连接。此方案中，筒体312的一端可以插入到楔形槽的顶面的尖角中，因此能够提高筒体312与凹槽底面的密封性能，从而能够提高相邻的两个通道301之间的密封性能。

在另一种可选的实施例中，进气组件300还可以包括底座320，底座320可以开设有安装孔321，底座320可以设置于组件本体310的底端与腔室本体100的顶端之间。第一管道200可以贯穿安装孔321，并与喷淋头500相连通，底座320可以封堵凹槽的槽口。此方案中，底座320可以封堵凹槽的槽口，从而能够提高进气组件300的密封性能。另外，腔室本体100内的热量不容易传递至组件本体310上，从而使得进气组件300上的温度较低，不容易使得第一反应气体和第二反应气体发生气相反应。

组件本体310可以与底座320采用螺纹、焊接、铆接等方式连接，当然还可以采用其他方式本文不作限制。具体地，筒体外套311与底座320采用螺纹、焊接、铆接等方式连接。

在另一种可选的实施例中，筒体312的数量可以为一个，筒体312将凹槽分成两个对称的通道301。此方案中，筒体312的数量较少，从而使得组件本体310的结构更加简单。

如图4和图5所示，在另一种可选的实施例中，楔形槽的底面和内侧面均为敞口结构。此时敞口结构可以充当上文中的第四通孔3112，但是敞口结构的尺寸更大，因此使得通气更加顺畅，不容易造成组件本体310对第一通孔210的阻挡。

上述实施例中，当组件本体310套装在第一管道200上时，第一管道200的外侧壁可以对敞口结构进行封堵，第一管道200的外侧壁与靠近第一管道200的筒体312形成一个通道301，该通道301与第一通孔210直接连通。

为了提高进气组件300的进气效率，在另一种可选的实施例中，第一管道200的侧壁还可以开设有第五通孔220，第五通孔220可以与第一通孔210相对设置。

组件本体310的外侧还开设有第六通孔3113，第六通孔3113和第二通孔3111与同一个通道301相连通，第六通孔3113与第二通孔位于组件本体310的相对两侧。

组件本体310内还开设有第七通孔3122，第七通孔3122用于连通相邻的两个通道301，两个相邻的通道301通过第七通孔3122和第三通孔3121连通，第七通孔3122与第三通孔3121位于组件本体310的相对两侧。

组件本体310的内侧还开设有第八通孔3114，第八通孔3114和第四通孔3112与同一个通道301相连通，第八通孔3114与第四通孔3112位于组件本体310的相对两侧。第六通孔3113可以向第一管道200内通入第二反应气体和载气。

此方案中，进气组件300的相对两侧设置有通孔，因此能够实现两侧同时进气，进而提高了进气组件300的进气效率。

另外由于进气组件300两端进气，因此第一管道200内相对两侧的第二反应气体和载气相对均匀，进而能够提高反应腔室的工艺均匀性。

可选地，上述的各相对设置的通孔的尺寸和数量可以相同。

在另一种可选的实施例中，第一管道200的进气端可以设置有等离子体清洗装置400，且与等离子体清洗装置400相连通。此时，等离子体清洗装置400可以位于第一管道200的竖直上方。第一管道200的出气端可以与喷淋头500相连通。本申请公开的进气装置还可以包括第二管道410，第二管道410可以与等离子体清洗装置400(remotesourceplasma，rps)相连通，第二管道410可以用于通入清洗气体或第一反应气体。

等离子体清洗装置400用于通入清洗气体从而对腔室本体100的零部件上沉积的薄膜进行清洗。

具体的清洗过程中，首先起辉气体氩气通过第二管道410进入等离子体清洗装置400内。此时，等离子体清洗装置400施加功率使得氩气产生高能的激发态氩原子，且在一定的功率下清洗气体也能够产生高能粒子。例如，高能f-、f*、f等形式的粒子。清洗气体在氩原子的携带下，进入第一管道200，由于没有混合部件阻隔，传输过程中高能清洗的粒子复合较少，可以有效清洗腔室周围部件，清洗效率高，清洗均匀性好。而且由于复合少，传输过程中在主管路上产生的热量少，可有效避免高温对传输管路和腔室部件的损伤，降低颗粒的形成。

可选地，等离子体清洗装置400与进气组件300之间的距离可以为5mm至12mm之间，优选的，7mm至10mm之间。等离子体清洗装置400与进气组件300之间的距离是指等离子体清洗装置400的底端与进气组件300的顶端的距离。

另外，第一反应气体能够在等离子体清洗装置400内进行离化，从而使得第一反应气体在第一管道200内复合少，到达晶圆表面的高能激发态n的数量较多，进而提高薄膜沉积速率。

上述实施例中，射频电源加载在喷淋头500，射频电源与喷淋头500作为反应腔室的上电极。而本申请中，由于第一反应气体可以在等离子体清洗装置400内进行离化处理，因此反应腔室上无需设置射频电极，反应腔室也无需设置上电极，从而简化了反应腔室的结构。

可选地，上述的进气组件300、第一管道200和第二管道410可以采用铝、铝合金、镀铝金属、铬、铁或者其他合金制作。

在上述实施例可以采用以下通气工艺：

101、第二通孔3111同时通入第二反应气体和载气。

此时，第二反应气体和载气通过进气组件300通入第一管道200内，经由第一管道200传递至腔室本体100。

102、当第二反应气体和载气通入一段时间后，停止通入第二反应气体，第二通孔3111仅通入载气。

此时载气将第一管道200内的第二反应气体吹扫干净，从而能够避免第二反应气体和第一反应气体发生气相反应。

103、当载气通入一段时间后，第二通孔3111停止通入载气，并为第二管道410通入第一反应气体。

起辉气体ar在一定功率下形成高能的激发态ar原子，然后是第一反应气体在ar的携带下通过第二管道410传输到中等离子体清洗装置400中。第一反应气体在等离子体清洗装置400离化后，在ar的携带下通过第一管道200进入腔室本体100中。

104、循环上述101至103步骤，以得到目标厚度的薄膜。

基于本发明上述任一实施例进气装置，本发明实施例还公开一种反应腔室，所公开的反应腔室具有上述任一实施例所述的进气装置。反应腔室还包括腔室本体100和喷淋头500，喷淋头500设置于腔室本体100上。进气装置与喷淋头500连通。此时，进气装置通入的其他可以通过喷淋头500射入腔室本体100内，从而能够提高气体的扩散范围，进而提高反应腔室的工艺的均匀性。

反应腔室还可以包括基座600，基座600可以设置于腔室本体100内，基座600用于支撑晶圆，同时在加工过程中为晶圆进行加热。另外基座600上连接有射频电源，基座600与射频电源组成反应腔室的下电极。

本发明上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。